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公開番号2025090657
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-06-17
出願番号2025035115,2024038918
出願日2025-03-06,2015-01-14
発明の名称半導体装置
出願人株式会社半導体エネルギー研究所
代理人
主分類H10D 30/67 20250101AFI20250610BHJP()
要約【課題】優れた電気特性を有し、非導通時の電流が小さく、かつ、導通時の電流の大きいトランジスタ並びに当該トランジスタを有し、集積度の高く、かつ、丈夫な半導体装置を提供する。
【解決手段】トランジスタは、絶縁体102と、半導体106a、106bと、半導体106bと接する領域を有する導電体116a、116bと、導電体102上及び半導体106b上にあり、半導体106bの上面及び側面並びに半導体106aの側面と接する領域を有する半導体106cと、絶縁体102上、半導体106c上、導電体116、116b上の絶縁体112と、絶縁体112上にあり、半導体106a～106cと互いに重なる領域を有する導電体104と、絶縁体102上、導電体116a上、導電体116b上及び導電体104上の絶縁体108と、を有する。半導体106bは、導電体116a、116bと互いに重なる領域に、夫々領域124a、124bを有する。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
トランジスタの第１のゲート電極としての機能を有する第１の導電層と、
前記第１の導電層の上方に位置する領域を有する第１の絶縁層と、
前記第１の絶縁層を介して前記第１の導電層の上方に位置する領域を有し、且つ前記トランジスタのチャネル形成領域を有する酸化物半導体層と、
前記酸化物半導体層の上面と接する領域を有し、且つ前記トランジスタのソース電極及びドレイン電極の一方としての機能を有する第２の導電層と、
前記酸化物半導体層の上面と接する領域を有し、且つ前記トランジスタのソース電極及びドレイン電極の他方としての機能を有する第３の導電層と、
前記酸化物半導体層の上方に位置する領域を有する第２の絶縁層と、
前記第２の絶縁層を介して前記酸化物半導体層と重なる領域を有し、且つ前記トランジスタの第２のゲート電極としての機能を有する第４の導電層と、を有し、
前記トランジスタのチャネル長方向の断面視において、前記酸化物半導体層の端部の一方は前記第２の導電層との重なりを有し、且つ前記酸化物半導体層の端部の他方は前記第３の導電層との重なりを有し、
前記酸化物半導体層は、前記第２の導電層と重なり且つ前記第１の導電層及び第３の導電層と重ならない第１の領域と、前記第１の導電層、前記第２の導電層、前記第３の導電層及び前記第４の導電層のそれぞれと重ならない第２の領域と、前記第１の導電層と重なり且つ前記第２の導電層、前記第３の導電層及び前記第４の導電層のそれぞれと重ならない第３の領域と、前記第１の導電層及び前記第３の導電層のそれぞれと重なる第４の領域と、を有し、
前記トランジスタの平面視において、前記第１の領域は、前記第２の領域及び前記第３の領域をこの順に介して前記第４の領域と繋がっており、
前記トランジスタの平面視において、前記第２の導電層は、前記第１の導電層と重なる領域を有さず、且つ前記第４の導電層と重なる領域を有さず、
前記トランジスタの平面視において、前記第３の導電層は、前記第４の導電層と重なる領域を有し、
前記トランジスタのチャネル長方向の断面視において、前記第２の絶縁層の端部の少なくとも一方は、前記酸化物半導体層の上方に重なる、半導体装置。
続きを表示（約 1,100 文字）【請求項２】
トランジスタの第１のゲート電極としての機能を有する第１の導電層と、
前記第１の導電層の上方に位置する領域を有する第１の絶縁層と、
前記第１の絶縁層を介して前記第１の導電層の上方に位置する領域を有し、且つ前記トランジスタのチャネル形成領域を有する酸化物半導体層と、
前記酸化物半導体層の上面と接する領域を有し、且つ前記トランジスタのソース電極及びドレイン電極の一方としての機能を有する第２の導電層と、
前記酸化物半導体層の上面と接する領域を有し、且つ前記トランジスタのソース電極及びドレイン電極の他方としての機能を有する第３の導電層と、
前記酸化物半導体層の上方に位置する領域を有する第２の絶縁層と、
前記第２の絶縁層を介して前記酸化物半導体層と重なる領域を有し、且つ前記トランジスタの第２のゲート電極としての機能を有する第４の導電層と、を有し、
前記トランジスタのチャネル長方向の断面視において、前記酸化物半導体層の端部の一方は前記第２の導電層との重なりを有し、且つ前記酸化物半導体層の端部の他方は前記第３の導電層との重なりを有し、
前記酸化物半導体層は、前記第２の導電層と重なり且つ前記第１の導電層及び第３の導電層と重ならない第１の領域と、前記第１の導電層、前記第２の導電層、前記第３の導電層及び前記第４の導電層のそれぞれと重ならない第２の領域と、前記第１の導電層と重なり且つ前記第２の導電層、前記第３の導電層及び前記第４の導電層のそれぞれと重ならない第３の領域と、前記第１の導電層及び前記第３の導電層のそれぞれと重なる第４の領域と、を有し、
前記トランジスタの平面視において、前記第１の領域は、前記第２の領域及び前記第３の領域をこの順に介して前記第４の領域と繋がっており、
前記トランジスタの平面視において、前記第２の導電層は、前記第１の導電層と重なる領域を有さず、且つ前記第４の導電層と重なる領域を有さず、
前記トランジスタの平面視において、前記第３の導電層は、前記第４の導電層と重なる領域を有し、
前記トランジスタのチャネル長方向の断面視において、前記第２の絶縁層の端部の少なくとも一方は、前記酸化物半導体層の上方に重なり、
前記第２の導電層の前記トランジスタのチャネル幅方向における幅は、前記酸化物半導体層の前記トランジスタのチャネル幅方向における幅よりも大きく、
前記第３の導電層の前記トランジスタのチャネル幅方向における幅は、前記酸化物半導体層の前記トランジスタのチャネル幅方向における幅よりも大きい、半導体装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、物、方法、または、製造方法に関する。または、本発明は、プロセス、マシン
、マニュファクチャ、または組成物（コンポジション・オブ・マター）に関する。特に、
本発明は、例えば、半導体、半導体装置、表示装置、発光装置、照明装置、蓄電装置、記
憶装置またはプロセッサに関する。または、半導体、半導体装置、表示装置、発光装置、
照明装置、蓄電装置、記憶装置またはプロセッサの製造方法に関する。または、半導体装
置、表示装置、発光装置、照明装置、蓄電装置、記憶装置またはプロセッサの駆動方法に
関する。
続きを表示（約 1,900 文字）【０００２】
なお、本明細書等において半導体装置とは、半導体特性を利用することで機能しうる装置
全般を指す。表示装置、発光装置、照明装置、電気光学装置、半導体回路および電子機器
は、半導体装置を有する場合がある。
【背景技術】
【０００３】
絶縁表面を有する基板上の半導体を用いて、トランジスタを構成する技術が注目されてい
る。当該トランジスタは集積回路や表示装置のような半導体装置に広く応用されている。
トランジスタに適用可能な半導体としてシリコンが知られている。
【０００４】
トランジスタの半導体に用いられるシリコンは、用途によって非晶質シリコン、多結晶シ
リコン、単結晶シリコンなどが使い分けられている。例えば、大型の表示装置を構成する
トランジスタに適用する場合、大面積基板への成膜技術が確立されている非晶質シリコン
を用いると好適である。一方、駆動回路と画素回路とを同一基板上に形成するような高機
能の表示装置を構成するトランジスタに適用する場合、高い電界効果移動度を有するトラ
ンジスタを作製可能な多結晶シリコンを用いると好適である。また、集積回路などを構成
するトランジスタに適用する場合、さらに高い電界効果移動度を有する単結晶シリコンを
用いると好適である。多結晶シリコンは、非晶質シリコンに対し高温での熱処理、または
レーザ光処理を行うことで形成する方法が知られる。
【０００５】
また、近年は、酸化物半導体が注目されている。酸化物半導体は、スパッタリング法など
を用いて成膜できるため、大型の表示装置を構成するトランジスタの半導体に用いること
ができる。また、酸化物半導体を用いたトランジスタは、高い電界効果移動度を有するた
め、駆動回路と画素回路とを同一基板上に形成するような高機能の表示装置を実現できる
。また、非晶質シリコンを用いたトランジスタの生産設備の一部を改良して利用すること
が可能であるため、設備投資を抑えられるメリットもある。
【０００６】
ところで、酸化物半導体を用いたトランジスタは、非導通状態において極めてリーク電流
が小さいことが知られている。例えば、酸化物半導体を用いたトランジスタのリーク特性
を応用した低消費電力のＣＰＵなどが開示されている（特許文献１参照。）。このように
、ＣＰＵなどの集積回路に酸化物半導体を用いたトランジスタを応用する場合、トランジ
スタを縮小し、高集積化することが好ましい。
【０００７】
半導体装置は、高集積化を進めると、配線や電極などが重なり合うことに起因して形成さ
れる寄生容量の影響が無視できなくなる場合がある。特許文献２には、導体電極から半導
体中に電子を流入させることで、オフセット領域が設けられても優れた電気特性を有する
トランジスタが得られることが開示されている。特許文献２に開示された技術を用いるこ
とで、配線や電極などが重なり合うことに起因して形成される寄生容量を低減することが
できる。
【０００８】
また、半導体からなる活性層で井戸型ポテンシャルを構成することにより、高い電界効果
移動度を有するトランジスタが得られることが開示されている（特許文献３参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
特開２０１２－２５７１８７号公報
特開２０１１－２２５０７号公報
特開２０１２－５９８６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
優れた電気特性を有するトランジスタを提供することを課題の一とする。または、非導通
時の電流の小さいトランジスタを提供することを課題の一とする。または、導通時の電流
の大きいトランジスタを提供することを課題の一とする。または、当該トランジスタを有
する半導体装置を提供することを課題の一とする。または、集積度の高い半導体装置を提
供することを課題の一とする。または、丈夫な半導体装置を提供することを課題の一とす
る。または、新規な半導体装置を提供することを課題の一とする。
（【００１１】以降は省略されています）

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