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公開番号2025159016
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-10-17
出願番号2025130707,2023196863
出願日2025-08-05,2010-09-16
発明の名称半導体装置の作製方法
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 20250101AFI20251009BHJP()
要約【課題】酸化物半導体膜を用いる薄膜トランジスタにおいて、安定した電気特性を有する
信頼性のよい薄膜トランジスタを提供することを課題の一つとする。
【解決手段】酸化物半導体膜を用いる薄膜トランジスタのチャネル長が1.5μm以上1
00μm以下、好ましくは3μm以上10μm以下の範囲において、室温以上180℃以
下の動作温度範囲、または、-25℃以上150℃以下の動作温度範囲で、しきい値電圧
の変動幅を3V以下、好ましくは1.5V以下とすることで、安定した電気特性を有する
半導体装置を作製することができる。特に半導体装置の一態様である表示装置において、
しきい値の変動に起因する表示むらを低減することができる。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
絶縁表面を有する基板上に、ゲート電極層を形成し、
前記ゲート電極層上にゲート絶縁層を形成し、
前記ゲート絶縁層上に酸化物半導体層を形成し、
前記酸化物半導体層を形成した後、第１の熱処理を行い、
前記酸化物半導体層上に、ソース電極層及びドレイン電極層を形成し、
前記ゲート絶縁層、前記酸化物半導体層、前記ソース電極層及び前記ドレイン電極層上に前記酸化物半導体層の一部と接する保護絶縁層を形成し、
前記保護絶縁層を形成した後、第２の熱処理を行い、
前記第２の熱処理は、前記第１の熱処理より低い温度で行い、
前記第１の熱処理は、３５０℃以上７５０℃以下の温度で行い、
前記第１の熱処理は、窒素雰囲気または希ガス雰囲気下で行い、
前記第２の熱処理は、１００℃以上第１の熱処理温度以下で行い、
前記第２の熱処理は、大気雰囲気、酸素雰囲気、窒素雰囲気または希ガス雰囲気下で行うことを特徴とする半導体装置の作製方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
酸化物半導体を用いる半導体装置およびその作製方法に関する。
続きを表示（約 1,900 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うる装置
全般を指し、電気光学装置、半導体回路および電子機器は全て半導体装置である。
【背景技術】
【０００３】
近年、絶縁表面を有する基板上に形成された半導体薄膜（厚さ数～数百ｎｍ程度）を用い
て薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を構成する技術が注目されている。薄膜トランジスタはＩ
Ｃや電気光学装置のような電子デバイスに広く応用され、特に画像表示装置のスイッチン
グ素子として開発が急がれている。多様な金属酸化物が存在し、さまざまな用途に用いら
れている。酸化インジウムはよく知られた材料であり、液晶ディスプレイなどで必要とさ
れる透明電極材料として用いられている。
【０００４】
金属酸化物の中には半導体特性を示すものがある。半導体特性を示す金属酸化物としては
、例えば、酸化タングステン、酸化錫、酸化インジウム、酸化亜鉛などがあり、このよう
な半導体特性を示す金属酸化物をチャネル形成領域とする薄膜トランジスタが既に知られ
ている（特許文献１及び特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
特開２００７－１２３８６１号公報
特開２００７－９６０５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
アクティブマトリクス型の表示装置においては、回路を構成する薄膜トランジスタの電気
特性が重要であり、この電気特性が表示装置の性能を左右する。特に、薄膜トランジスタ
の電気特性のうち、しきい値電圧（以下、しきい値もしくはＶｔｈともいう）が重要であ
る。電界効果移動度が高くともしきい値電圧値が高い、或いはしきい値電圧値がマイナス
であると、その薄膜トランジスタを含む回路は制御することが困難である。しきい値電圧
値が高く、しきい値電圧の絶対値が大きい薄膜トランジスタの場合には、駆動電圧が低い
状態ではＴＦＴとしてのスイッチング機能を果たすことができず、負荷となる恐れがある
。また、しきい値電圧値がマイナスであると、ゲート電圧が０Ｖでもソース電極とドレイ
ン電極の間に電流が流れる、所謂ノーマリーオンとなりやすい。
【０００７】
ｎチャネル型の薄膜トランジスタの場合、ゲート電圧に正の電圧を印加してはじめてチャ
ネルが形成されて、ドレイン電流が流れ出す薄膜トランジスタが望ましい。駆動電圧を高
くしないとチャネルが形成されない薄膜トランジスタや、負の電圧状態でもチャネルが形
成されてドレイン電流が流れる薄膜トランジスタは、回路に用いる薄膜トランジスタとし
ては不向きである。
【０００８】
例えば、半導体装置において回路を構成する薄膜トランジスタの特性変動幅が大きい場合
、そのしきい値電圧の変動に起因する動作不良が発生する恐れがある。そこで、本発明の
一形態は、広い温度範囲で安定して動作する薄膜トランジスタ及びそれを用いた半導体装
置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本明細書で開示する本発明の一態様は、絶縁表面を有する基板上に、ゲート電極層を形成
し、ゲート電極層上にゲート絶縁層を形成し、ゲート絶縁層上に酸化物半導体層を形成し
、酸化物半導体層上に、ソース電極層及びドレイン電極層を形成し、ゲート絶縁層、酸化
物半導体層、ソース電極層及びドレイン電極層上に酸化物半導体層の一部と接する絶縁層
を形成することを特徴とする半導体装置である。
【００１０】
また、本明細書で開示する本発明の一態様は、絶縁表面を有する基板上に、ゲート電極層
を形成し、ゲート電極層上にゲート絶縁層を形成し、ゲート絶縁層上に酸化物半導体層を
形成し、酸化物半導体層を形成した後、第１の熱処理を行い、酸化物半導体層上に、ソー
ス電極層及びドレイン電極層を形成し、ゲート絶縁層、酸化物半導体層、ソース電極層及
びドレイン電極層上に酸化物半導体層の一部と接する絶縁層を形成し、絶縁層を形成した
後、第２の熱処理を行うことを特徴とする半導体装置の作製方法である。
（【００１１】以降は省略されています）

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