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公開番号2025114760
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-08-05
出願番号2025079209,2024129040
出願日2025-05-12,2011-07-19
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 20250101AFI20250729BHJP()
要約【課題】酸化物半導体を用いたトランジスタにおいて、電気的特性の変動が小さく、信頼性の高く、かつ、オン電流の大きい半導体装置を作製する。
【解決手段】半導体装置は、酸化物半導体層106のチャネル領域126に接する絶縁層として、酸素放出量の多い絶縁層103の第1の領域101を用い、酸化物半導体層のソース領域122a及びドレイン領域122bに接する絶縁層として、酸素放出量の少ない絶縁層の第2の領域102を用いる。酸素放出量の多い絶縁層から酸素が放出されることにより、チャネル領域中の酸素欠損及び当該絶縁層とチャネル領域の界面準位密度を低減することができ、電気的特性の変動が小さく、信頼性の高い半導体装置を作製することができる。ソース領域及びドレイン領域については、酸素放出量の少ない絶縁層に接して設けることで、ソース領域及びドレイン領域の高抵抗化を抑制する。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
第１の領域及び第２の領域を有する絶縁層と、
前記絶縁層の上面と接して設けられた酸化物半導体層と、
前記酸化物半導体層の上面と接して設けられたゲート絶縁層と、
前記ゲート絶縁層の上面と接して設けられたゲート電極と、を有し、
前記酸化物半導体層は、チャネル領域と、ソース領域と、ドレイン領域と、を有し、
前記チャネル領域は、前記第１の領域と接して設けられ、
前記ゲート絶縁層は、前記酸化物半導体層と重ならない領域において前記第２の領域と
接して設けられ、
前記ソース領域は、前記第２の領域と接して設けられ、
前記ドレイン領域は、前記第２の領域と接して設けられ、
前記第１の領域には、酸化シリコンを有し、
前記第２の領域には、窒化シリコン、窒化酸化シリコン、酸化窒化シリコン、酸化アル
ミニウム、窒化アルミニウム又は酸化窒化アルミニウムを有する、半導体装置。
続きを表示（約 540 文字）【請求項２】
第１の領域及び第２の領域を有する絶縁層と、
前記絶縁層の上面と接して設けられた酸化物半導体層と、
前記酸化物半導体層の上面と接して設けられたゲート絶縁層と、
前記ゲート絶縁層の上面と接して設けられたゲート電極と、を有し、
前記酸化物半導体層は、チャネル領域と、ソース領域と、ドレイン領域と、を有し、
前記チャネル領域は、前記第１の領域と接して設けられ、
前記ゲート絶縁層は、前記酸化物半導体層と重ならない領域において前記第２の領域と
接して設けられ、
前記ソース領域は、前記第２の領域と接して設けられ、
前記ドレイン領域は、前記第２の領域と接して設けられ、
前記第１の領域には、酸化シリコンを有し、
前記第２の領域には、窒化シリコン、窒化酸化シリコン、酸化窒化シリコン、酸化アル
ミニウム、窒化アルミニウム又は酸化窒化アルミニウムを有し、
前記酸化物半導体層は、Ｉｎ－Ｏ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、
前記第２の領域の酸素放出量は、前記第１の領域の酸素放出量よりも少ない、半導体装
置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
半導体装置及び半導体装置の作製方法に関する。
続きを表示（約 1,600 文字）【０００２】
なお、本明細書中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得る装
置全般をいい、電気光学装置、半導体回路及び電子機器は全て半導体装置である。
【背景技術】
【０００３】
絶縁表面を有する基板上に形成された半導体薄膜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。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。
【０００４】
例えば、トランジスタの活性層として、電子キャリア濃度が１０
１８
／ｃｍ
３
未満であ
るインジウム（Ｉｎ）、ガリウム（Ｇａ）、及び亜鉛（Ｚｎ）を含む非晶質酸化物を用い
たトランジスタが開示されている（特許文献１参照。）。
【０００５】
酸化物半導体を用いたトランジスタは、アモルファスシリコンを用いたトランジスタよ
りも動作が速く、多結晶シリコンを用いたトランジスタよりも製造が容易であるものの、
電気的特性が変動しやすく信頼性が低いという問題点が知られている。例えば、バイアス
－熱ストレス試験（ＢＴ試験）後に、トランジスタのしきい値電圧は変動してしまう。な
お、本明細書において、しきい値電圧とは、トランジスタを「オン状態」にするために必
要なゲートの電圧をいう。そして、ゲート電圧とは、ソースの電位を基準としたゲートの
電位との電位差をいう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
特開２００６－１６５５２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
酸化物半導体を用いたトランジスタのＢＴ試験によるしきい値電圧の変動は、酸化物半
導体を用いたトランジスタの信頼性を著しく低下させる。本発明の一態様は、酸化物半導
体を用いた半導体装置の信頼性を向上することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一態様は、酸化物半導体層のチャネル領域に接する絶縁層として、加熱により
酸素を放出する絶縁層を用い、酸化物半導体層のソース領域及びドレイン領域に接する絶
縁層として、酸素放出量が上記チャネル領域に接する絶縁層より少ない絶縁層を用いるこ
とを技術的思想とする半導体装置または半導体装置の作製方法である。
【０００９】
本発明の一態様は、第１の領域及び第２の領域を有する絶縁層と、第１の領域及び第２
の領域に接して設けられ、チャネル領域、ソース領域及びドレイン領域を有する酸化物半
導体層と、を有し、酸化物半導体層のチャネル領域は、第１の領域に接して設けられ、酸
化物半導体層のソース領域及びドレイン領域は、第２の領域に接して設けられ、第１の領
域は、加熱により酸素を放出する絶縁層であり、第２の領域は、酸素放出量が第１の領域
より少ない絶縁層である半導体装置または半導体装置の作製方法である。
【００１０】
「加熱により酸素を放出する」とは、ＴＤＳ（ＴｈｅｒｍａｌＤｅｓｏｒｐｔｉｏｎ
Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ：昇温脱離ガス分光法）分析にて、酸素原子に換算しての酸素
の放出量が１×１０
１８
ａｔｏｍｓ／ｃｍ
３
以上、好ましくは３×１０
２０
ａｔｏｍｓ／
ｃｍ
３
以上であることをいう。
（【００１１】以降は省略されています）

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