特許ウォッチ

公開番号2025137548
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-09-19
出願番号2025115048,2023198273
出願日2025-07-08,2014-06-26
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 20250101AFI20250911BHJP()
要約【課題】酸化物半導体を用いた信頼性の高い半導体装置を提供する。
【解決手段】酸化物半導体層及び酸化物半導体層と接する絶縁層を含む積層構造を含み、
酸化物半導体層は、チャネルが形成される第1の層と、第1の層と絶縁層との間に設けら
れ、第1の層の伝導帯下端のエネルギーよりも真空準位に近い伝導帯下端のエネルギーを
有する第2の層とを含む。上記において、第2の層は、酸化物半導体層と接する絶縁層と
、チャネルとの間に欠陥準位が形成されることを抑制するバリア層として機能する。また
、第1の層及び第2の層は、それぞれ巨視的には原子配列に周期性が見られない程度、又
は、巨視的には長距離秩序性が見られない程度に極微細な結晶部を含む。例えば、1nm
以上10nm以下の範囲で原子配列に周期性が確認される結晶部を含む。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
トランジスタのゲート電極として機能する第１の導電層と、
前記第１の導電層の上方に配置された領域を有する第１の絶縁層と、
前記第１の絶縁層の上方に接して配置された領域を有し、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方に接して配置された領域を有する第２の絶縁層と、
前記第２の絶縁層の上方に配置された領域を有し、前記トランジスタのソース電極又はドレイン電極として機能する第２の導電層と、を有し、
前記酸化物半導体層は、第１の酸化物半導体層と、第２の酸化物半導体層と、を有し、
前記第２の酸化物半導体層は、前記第１の酸化物半導体層の上方に接して配置された領域を有し、
前記第１の酸化物半導体層及び前記第２の酸化物半導体層は、Ｉｎ－Ｍ－Ｚｎ酸化物（Ｍは、Ａｌ、Ｔｉ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｙ、Ｚｒ、Ｓｎ、Ｌａ、Ｃｅ又はＨｆ）を有し、
前記第２の酸化物半導体層におけるＩｎに対するＭの原子数比は、前記第１の酸化物半導体層におけるＩｎに対するＭの原子数比よりも高く、
前記第２の絶縁層は、コンタクトホールを有し、
前記第１の酸化物半導体層は、前記コンタクトホールと重なる領域において、前記第２の導電層と接する領域を有する、半導体装置。
続きを表示（約 1,400 文字）【請求項２】
トランジスタのゲート電極として機能する第１の導電層と、
前記第１の導電層の上方に配置された領域を有する第１の絶縁層と、
前記第１の絶縁層の上方に接して配置された領域を有し、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方に接して配置された領域を有する第２の絶縁層と、
前記第２の絶縁層の上方に配置された領域を有し、前記トランジスタのソース電極又はドレイン電極として機能する第２の導電層と、を有し、
前記酸化物半導体層は、第１の酸化物半導体層と、第２の酸化物半導体層と、を有し、
前記第２の酸化物半導体層は、前記第１の酸化物半導体層の上方に接して配置された領域を有し、
前記第１の酸化物半導体層及び前記第２の酸化物半導体層は、Ｉｎ－Ｍ－Ｚｎ酸化物（Ｍは、Ａｌ、Ｔｉ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｙ、Ｚｒ、Ｓｎ、Ｌａ、Ｃｅ又はＨｆ）を有し、
前記第２の酸化物半導体層におけるＩｎに対するＭの原子数比は、前記第１の酸化物半導体層におけるＩｎに対するＭの原子数比よりも高く、
前記第２の絶縁層は、コンタクトホールを有し、
前記第１の酸化物半導体層は、前記コンタクトホールと重なる領域において、前記第２の導電層と接する領域を有し、
平面視において、前記コンタクトホールは、前記トランジスタのチャネル幅方向の幅が前記トランジスタのチャネル長方向の幅よりも大きい形状を有し、
平面視において、前記コンタクトホールの全体は、前記酸化物半導体層と重なりを有する、半導体装置。
【請求項３】
トランジスタのゲート電極として機能する第１の導電層と、
前記第１の導電層の上方に配置された領域を有する第１の絶縁層と、
前記第１の絶縁層の上方に接して配置された領域を有し、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方に接して配置された領域を有する第２の絶縁層と、
前記第２の絶縁層の上方に配置された領域を有し、前記トランジスタのソース電極又はドレイン電極として機能する第２の導電層と、を有し、
前記酸化物半導体層は、第１の酸化物半導体層と、第２の酸化物半導体層と、を有し、
前記第２の酸化物半導体層は、前記第１の酸化物半導体層の上方に接して配置された領域を有し、
前記第１の酸化物半導体層及び前記第２の酸化物半導体層は、Ｉｎ－Ｍ－Ｚｎ酸化物（Ｍは、Ａｌ、Ｔｉ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｙ、Ｚｒ、Ｓｎ、Ｌａ、Ｃｅ又はＨｆ）を有し、
前記第２の酸化物半導体層におけるＩｎに対するＭの原子数比は、前記第１の酸化物半導体層におけるＩｎに対するＭの原子数比よりも高く、
前記第２の絶縁層は、コンタクトホールを有し、
前記第１の酸化物半導体層は、前記コンタクトホールと重なる領域において、前記第２の導電層と接する領域を有し、
平面視において、前記コンタクトホールは、前記トランジスタのチャネル幅方向の幅が前記トランジスタのチャネル長方向の幅よりも大きい形状を有し、
平面視において、前記コンタクトホールの全体は、前記酸化物半導体層と重なりを有し、
平面視において、前記コンタクトホールは、前記第１の導電層と重なりを有する、半導体装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本明細書で開示する発明は、半導体装置および半導体装置の作製方法に関する。
続きを表示（約 1,300 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
全般を指し、電気光学装置、半導体回路、表示装置、発光装置及び電子機器はすべて半導
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（単に表示装置とも
表記する。）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半導体特
性を示す金属酸化物（酸化物半導体）が注目されている。
【０００４】
例えば、酸化物半導体として、Ｉｎ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｓｎなどを含む非晶質酸化物を用いて
トランジスタを作製する技術が特許文献１で開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
特開２００６－１６５５２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
酸化物半導体を用いたトランジスタは、比較的容易にトランジスタ特性を得られるものの
、物性が不安定になりやすく、信頼性の確保が困難である。
【０００７】
そこで、本発明の一態様は、酸化物半導体を含み、信頼性の高い半導体装置を提供するこ
とを課題の一とする。
【０００８】
なお、上記の課題の記載は、他の課題の存在を妨げるものではない。上記以外の課題は、
明細書等の記載から自ずと明らかになるものであり、明細書等の記載から上記以外の課題
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】
【０００９】
開示する発明の一態様は、酸化物半導体層及び酸化物半導体層と接する絶縁層を含む積層
構造を含み、酸化物半導体層は、チャネルが形成される第１の層と、第１の層と絶縁層と
の間に設けられ、第１の層の伝導帯下端のエネルギーよりも真空準位に近い伝導帯下端の
エネルギーを有する第２の層とを含む。上記において、第２の層は、酸化物半導体層と接
する絶縁層と、チャネルとの間に欠陥準位が形成されることを抑制するバリア層として機
能する。また、第１の層及び第２の層は、それぞれ巨視的には原子配列に周期性が見られ
ない程度に極微細な結晶部を含む。例えば、１ｎｍ以上１０ｎｍ以下の範囲で原子配列に
周期性が確認される結晶部を含む。結晶部を含む第１の層及び第２の層は、非晶質酸化物
半導体層と比較して欠陥準位密度が低減された酸化物半導体層であり、該酸化物半導体層
を適用することで、欠陥準位密度に起因するトランジスタの電気特性の変動を抑制するこ
とができる。
【００１０】
より具体的には、例えば以下の構成とすることができる。
（【００１１】以降は省略されています）

関連特許