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公開番号2025137530
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-09-19
出願番号2025114458,2023158603
出願日2025-07-07,2014-10-07
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 30/01 20250101AFI20250911BHJP()
要約【課題】酸化物半導体を有するトランジスタを用いた半導体装置において、電気特性の変
動を抑制すると共に、信頼性を向上させる。
【解決手段】絶縁表面上のゲート電極と、ゲート電極と重なる酸化物半導体膜と、ゲート
電極及び酸化物半導体膜の間であって、酸化物半導体膜と接するゲート絶縁膜と、酸化物
半導体膜において、ゲート絶縁膜と接する面と反対側の面において接する保護膜と、酸化
物半導体膜に接する一対の電極と、を有し、ゲート絶縁膜または保護膜は、加熱処理によ
り放出する窒素酸化物の放出量より、加熱処理により放出する質量電荷比m/z=17の
気体の放出量が多い半導体装置である。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
トランジスタを有し、
前記トランジスタは、第１のゲート電極と、ゲート絶縁膜と、第１の酸化物半導体膜と、ソース電極と、ドレイン電極と、を有し、
絶縁表面上に前記第１のゲート電極が設けられ、
前記第１のゲート電極の上に前記ゲート絶縁膜が設けられ、
前記ゲート絶縁膜の上に前記第１の酸化物半導体膜が設けられ、
前記第１の酸化物半導体膜の上面に接して前記ソース電極及び前記ドレイン電極として機能する一対の電極が設けられ、
前記第１の酸化物半導体膜の上面、前記ソース電極の上面および前記ドレイン電極の上面に接して保護膜が設けられ、
前記ゲート絶縁膜および前記保護膜の一方は、酸化窒化シリコン膜であり、
ストレス時間を０．１時間とし、温度を６０℃、前記第１のゲート電極に＋３０Ｖ、前記一対の電極に０Ｖを印加したとき、横軸（ｘ）がストレス時間の対数を示し、縦軸（ｙ）が前記トランジスタのしきい値電圧の変動量の絶対値の対数を示すグラフにおいて、前記しきい値電圧の変動値の累乗近似線の指数が、－０．１以上０．３以下であり、前記しきい値電圧の変動量が０．３Ｖ未満である半導体装置。ただし前記累乗近似線は、下記数式（１）で表される。なおｂ、Ｃは定数であり、ｂは、前記累乗近似線の指数である。
（数１）
ｙ＝Ｃｘ
ｂ
（１）

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、本発明の一態様は、半導体装置、表示装置、発光装置、蓄電装置、記憶装置、それら
の駆動方法、またはそれらの製造方法に関する。特に、本発明の一態様は、電界効果トラ
ンジスタを有する半導体装置に関する。
続きを表示（約 1,800 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。トランジスタなどの半導体素子をはじめ、半導体回路、演算装置、記憶
装置は、半導体装置の一態様である。撮像装置、表示装置、液晶表示装置、発光装置、電
気光学装置、発電装置（薄膜太陽電池、有機薄膜太陽電池等を含む）、及び電子機器は、
半導体装置を有している場合がある。
【背景技術】
【０００３】
液晶表示装置や発光表示装置に代表されるフラットパネルディスプレイの多くに用いら
れているトランジスタは、ガラス基板上に形成されたアモルファスシリコン、単結晶シリ
コン又は多結晶シリコンなどのシリコン半導体によって構成されている。また、該シリコ
ン半導体を用いたトランジスタは、集積回路（ＩＣ）などにも利用されている。
【０００４】
近年、シリコン半導体に代わって、半導体特性を示す金属酸化物をトランジスタに用い
る技術が注目されている。なお、本明細書中では、半導体特性を示す金属酸化物を酸化物
半導体とよぶことにする。
【０００５】
例えば、酸化物半導体として、酸化亜鉛、又はＩｎ－Ｇａ－Ｚｎ系酸化物を用いたトラ
ンジスタを作製し、該トランジスタを表示装置の画素のスイッチング素子などに用いる技
術が開示されている（特許文献１及び特許文献２参照）。
【０００６】
ところで、特に酸化物半導体においては、水素がキャリアの供給源となることが指摘さ
れている。そのため、酸化物半導体の形成時に水素が混入しないような措置を講じること
が求められており、酸化物半導体膜や、酸化物半導体に接するゲート絶縁膜の水素を低減
することで、しきい値電圧の変動を抑制している（特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
特開２００７－１２３８６１号公報
特開２００７－９６０５５号公報
特開２００９－２２４４７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、水素と同様に窒素がキャリア供給源となる。このため、酸化物半導体膜
に接する膜に大量に窒素が含まれることで、酸化物半導体膜を有するトランジスタの電気
特性の変動、代表的にはしきい値電圧の変動が生じる。また、トランジスタごとに電気特
性がばらつくという問題がある。
【０００９】
そこで、本発明の一態様は、酸化物半導体を有するトランジスタを用いた半導体装置に
おいて、電気特性の変動を抑制すると共に、信頼性を向上させることを課題の一とする。
または、本発明の一態様は、消費電力が低減された半導体装置を提供することを課題の一
とする。または、本発明の一態様は、新規な半導体装置などを提供することを課題の一と
する。なお、これらの課題の記載は、他の課題の存在を妨げるものではない。なお、本発
明の一態様は、必ずしも、これらの課題の全てを解決する必要はない。なお、これら以外
の課題は、明細書、図面、請求項などの記載から、自ずと明らかとなるものであり、明細
書、図面、請求項などの記載から、これら以外の課題を抽出することが可能である。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の一態様は、絶縁表面上のゲート電極と、ゲート電極と重なる酸化物半導体膜と
、ゲート電極及び酸化物半導体膜の間であって、酸化物半導体膜と接するゲート絶縁膜と
、酸化物半導体膜において、ゲート絶縁膜と接する面と反対側の面において接する保護膜
と、酸化物半導体膜に接する一対の電極と、を有し、ゲート絶縁膜または保護膜は、加熱
処理により放出する窒素酸化物の放出量より、加熱処理により放出する質量電荷比ｍ／ｚ
＝１７の気体の放出量が多い領域を有する半導体装置である。
（【００１１】以降は省略されています）

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