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公開番号2025100822
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-07-03
出願番号2025070289,2024069805
出願日2025-04-22,2014-05-13
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 20250101AFI20250626BHJP()
要約【課題】電気特性(例えば、オン電流、電界効果移動度、周波数特性等)の優れたトラン
ジスタを有する半導体装置を提供する。または、信頼性の高いトランジスタを有する半導
体装置を提供する。
【解決手段】第1のゲート電極及び第2のゲート電極の間に酸化物半導体膜が設けられる
デュアルゲート構造のトランジスタであって、トランジスタのチャネル幅方向において、
第1のゲート電極及び第2のゲート電極の側面はそれぞれ、酸化物半導体膜の側面より外
側に位置する半導体装置である。第1のゲート電極または第2のゲート電極は、第1のゲ
ート電極または第2のゲート電極と酸化物半導体膜との間に設けられたゲート絶縁膜を介
して、酸化物半導体膜の側面と対向する。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
基板上の第１の導電膜と、
前記第１の導電膜上の第１の絶縁膜と、
前記第１の絶縁膜を介して、前記第１の導電膜と重なる領域を有する酸化物半導体膜と、
前記酸化物半導体膜と電気的に接続された第２の導電膜と、
前記酸化物半導体膜と電気的に接続された第３の導電膜と、
前記酸化物半導体膜上の第２の絶縁膜と、
前記第２の絶縁膜を介して、前記酸化物半導体膜と重なる領域を有する第４の導電膜と、を有し、
前記第１の導電膜は、トランジスタの第１のゲート電極として機能する領域を有し、
前記酸化物半導体膜は、前記トランジスタのチャネル形成領域として機能する領域を有し、
前記第２の導電膜は、前記トランジスタのソース電極又はドレイン電極の一方として機能する領域を有し、
前記第３の導電膜は、前記トランジスタのソース電極又はドレイン電極の他方として機能する領域を有し、
前記第２の絶縁膜は、酸化物絶縁膜と、前記酸化物絶縁膜上の窒化物絶縁膜と、を有し、
前記第４の導電膜は、前記トランジスタの第２のゲート電極として機能する領域を有し、
前記トランジスタのチャネル幅方向において、前記第１の導電膜は、前記酸化物半導体膜と重ならない領域を有し、
前記トランジスタのチャネル幅方向において、前記第４の導電膜は、前記酸化物半導体膜と重ならない領域を有し、
暗室下のゲートＢＴストレス試験において、
前記基板の温度を６０℃とし、
前記第１の導電膜及び前記第４の導電膜に＋３０Ｖを印加し、
ストレス時間を０．１時間として、
前記ゲートＢＴストレス試験前後の、前記トランジスタのドレイン電圧を１Ｖ又は１０ＶとしたときにＶｇ－Ｉｄ特性から算出されるしきい値電圧の変動量が０．２Ｖ未満である、半導体装置。
続きを表示（約 980 文字）【請求項２】
基板上の第１の導電膜と、
前記第１の導電膜上の第１の絶縁膜と、
前記第１の絶縁膜を介して、前記第１の導電膜と重なる領域を有する酸化物半導体膜と、
前記酸化物半導体膜と電気的に接続された第２の導電膜と、
前記酸化物半導体膜と電気的に接続された第３の導電膜と、
前記酸化物半導体膜上の第２の絶縁膜と、
前記第２の絶縁膜を介して、前記酸化物半導体膜と重なる領域を有する第４の導電膜と、を有し、
前記第１の導電膜は、トランジスタの第１のゲート電極として機能する領域を有し、
前記第１の絶縁膜は、第１の窒化物絶縁膜と、前記第１の窒化物絶縁膜上の第１の酸化物絶縁膜と、を有し、
前記酸化物半導体膜は、前記トランジスタのチャネル形成領域として機能する領域を有し、
前記第２の導電膜は、前記トランジスタのソース電極又はドレイン電極の一方として機能する領域を有し、
前記第３の導電膜は、前記トランジスタのソース電極又はドレイン電極の他方として機能する領域を有し、
前記第２の絶縁膜は、第２の酸化物絶縁膜と、前記第２の酸化物絶縁膜上の第２の窒化物絶縁膜と、を有し、
前記第４の導電膜は、前記トランジスタの第２のゲート電極として機能する領域を有し、
前記トランジスタのチャネル幅方向において、前記第１の導電膜は、前記酸化物半導体膜と重ならない領域を有し、
前記トランジスタのチャネル幅方向において、前記第４の導電膜は、前記酸化物半導体膜と重ならない領域を有し、
暗室下のゲートＢＴストレス試験において、
前記基板の温度を６０℃とし、
前記第１の導電膜及び前記第４の導電膜に＋３０Ｖを印加し、
ストレス時間を０．１時間として、
前記ゲートＢＴストレス試験前後の、前記トランジスタのドレイン電圧を１Ｖ又は１０ＶとしたときにＶｇ－Ｉｄ特性から算出されるしきい値電圧の変動量が０．２Ｖ未満である、半導体装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２において、
前記酸化物半導体膜は、Ｉｎと、Ｍ（ＭはＡｌ、Ｇａ、Ｙ、Ｚｒ、Ｌａ、Ｃｅ、またはＮｄ）と、Ｚｎと、を有する、半導体装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
酸化物半導体膜を有するトランジスタを備えた半導体装置及びその作製方法に関する。
続きを表示（約 1,500 文字）【背景技術】
【０００２】
基板上に形成された半導体薄膜を用いてトランジスタ（薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）と
もいう。）を構成する技術が注目されている。該トランジスタは、集積回路（ＩＣ）や画
像表示装置（表示装置）のような電子デバイスに広く応用されている。トランジスタに適
用可能な半導体薄膜としてシリコン系半導体材料が広く知られているが、その他の材料と
して酸化物半導体が注目されている。
【０００３】
例えば、トランジスタの活性層として、インジウム（Ｉｎ）、ガリウム（Ｇａ）及び亜
鉛（Ｚｎ）を含む酸化物半導体を用いたトランジスタが開示されている（特許文献１参照
。）。
【０００４】
また、酸化物半導体層を、積層構造とすることで、キャリアの移動度を向上させる技術
が開示されている（特許文献２、特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
特開２００６－１６５５２８号公報
特開２０１１－１３８９３４号公報
特開２０１１－１２４３６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の一態様は、電気特性（例えば、オン電流、電界効果移動度、周波数特性等）の
優れたトランジスタを有する半導体装置を提供する。または、信頼性の高いトランジスタ
を有する半導体装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様は、第１のゲート電極及び第２のゲート電極の間に酸化物半導体膜が設
けられるデュアルゲート構造のトランジスタであって、トランジスタのチャネル幅方向に
おいて、第１のゲート電極及び第２のゲート電極の側面はそれぞれ、酸化物半導体膜の側
面より外側に位置する半導体装置である。
【０００８】
本発明の一態様は、第１のゲート電極及び第２のゲート電極の間に酸化物半導体膜が設
けられるデュアルゲート構造のトランジスタであって、ストレス時間に対するトランジス
タのしきい値電圧の変動量を示す両対数グラフにおいて、横軸と縦軸の対数目盛の間隔が
等しく、ストレス時間に対するしきい値電圧の変動量の累乗近似線と、しきい値電圧の変
動量が０Ｖの直線とがなす角度が３０°未満であり、且つストレス時間が０．１時間のと
きのしきい値電圧の変動量が０．２Ｖ未満である半導体装置である。なお、ストレス時間
とは、トランジスタに、電圧、温度等の負荷を与える時間のことをいう。
【０００９】
本発明の一態様は、第１のゲート電極及び第２のゲート電極の間に酸化物半導体膜が設
けられるデュアルゲート構造のトランジスタであって、ストレス時間に対するトランジス
タのしきい値電圧の変動量を示す両対数グラフにおいて、横軸と縦軸の対数目盛の間隔が
等しく、しきい値電圧の変動量の累乗近似線の傾きが０．５以下であり、ストレス時間が
０．１時間のときのしきい値電圧の変動量が０．２Ｖ未満である半導体装置である。
【００１０】
なお、第１のゲート電極または第２のゲート電極は、第１のゲート電極または第２のゲ
ート電極と酸化物半導体膜との間に設けられたゲート絶縁膜を介して、酸化物半導体膜の
側面と対向してもよい。
（【００１１】以降は省略されています）

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