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公開番号2025168338
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-11-07
出願番号2025073686
出願日2025-04-25
発明の名称金属酸化物層の作製方法、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 20250101AFI20251030BHJP()
要約【課題】キャリア移動度の高い金属酸化物層及びその作製方法を提供する。
【解決手段】結晶部を形成する第1のステップと、結晶部を核として、結晶性を有する金属酸化物層を形成する第2のステップと、を有する金属酸化物層の作製方法である。金属酸化物層は、インジウムを含む。金属酸化物層は、原子層堆積法を用いて形成し、基板加熱の温度は、150℃以上250℃以下とする。また、金属酸化物層が有する結晶粒の結晶方位は<111>であり、結晶部の結晶方位は<001>である。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
結晶部を形成する第１のステップと、
前記結晶部を核として、結晶性を有する金属酸化物層を形成する第２のステップと、を有し、
前記金属酸化物層は、インジウムを含む、金属酸化物層の作製方法。
続きを表示（約 980 文字）【請求項２】
請求項１において、
前記第１のステップにおいて、前記結晶部は、多結晶膜のグレインの一つから形成する、金属酸化物層の作製方法。
【請求項３】
請求項１において、
前記第１のステップよりも前に、非晶質の金属酸化物膜を形成する第３のステップを有し、
前記第１のステップにおいて、前記結晶部は前記非晶質の金属酸化物膜上に形成し、
前記第２のステップにおいて、前記非晶質の金属酸化物膜を結晶化することで、前記金属酸化物層を形成する、金属酸化物層の作製方法。
【請求項４】
請求項１において、
前記金属酸化物層を原子層堆積法を用いて形成し、
基板加熱の温度は、１００℃以上３００℃以下とする、金属酸化物層の作製方法。
【請求項５】
請求項１において、
前記金属酸化物層を原子層堆積法を用いて形成し、
基板加熱の温度は、１５０℃以上２５０℃以下とする、金属酸化物層の作製方法。
【請求項６】
絶縁層上に結晶部を形成する第１のステップと、
前記結晶部上に結晶性を有する金属酸化物層を形成する第２のステップと、を有し、
前記金属酸化物層は、インジウムを有し、
前記第２のステップよりも前に、化学機械研磨法を用いて前記絶縁層の上面を平坦化し、前記絶縁層の上面の平均面粗さを０ｎｍ以上３ｎｍ未満とする、金属酸化物層の作製方法。
【請求項７】
請求項６において、
前記第２ステップ以降において、前記金属酸化物層を横方向に結晶成長させる、金属酸化物層の作製方法。
【請求項８】
請求項６において、
前記第１のステップでは、前記結晶部となる膜を形成し、ウェットエッチング法を用いて前記膜を加工して前記結晶部を形成する、金属酸化物層の作製方法。
【請求項９】
請求項１又は請求項６において、
前記金属酸化物層が有する結晶粒の結晶方位は＜１１１＞である、金属酸化物層の作製方法。
【請求項１０】
請求項９において、
前記結晶部の結晶方位は＜００１＞である、金属酸化物層の作製方法。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明の一態様は、金属酸化物層、半導体装置、記憶装置、表示装置、及び電子機器に関する。また、本発明の一態様は、金属酸化物層の作製方法、及び半導体装置の作製方法に関する。
続きを表示（約 2,100 文字）【０００２】
なお、本発明の一態様は、上記の技術分野に限定されない。本発明の一態様の技術分野としては、半導体装置、表示装置、発光装置、蓄電装置、記憶装置、電子機器、照明装置、入力装置（例えば、タッチセンサ）、入出力装置（例えば、タッチパネル）、それらの駆動方法、又はそれらの製造方法を一例として挙げることができる。
【０００３】
なお、本明細書等において、半導体装置とは、半導体特性を利用した装置であり、半導体素子（トランジスタ、ダイオード、フォトダイオード等）を含む回路、同回路を有する装置等をいう。また、半導体特性を利用することで機能しうる装置全般をいう。例えば、集積回路、集積回路を備えたチップ、パッケージにチップを収納した電子部品は半導体装置の一例である。また、記憶装置、表示装置、発光装置、照明装置、及び電子機器は、それ自体が半導体装置であり、かつ、それぞれが半導体装置を有している場合がある。
【背景技術】
【０００４】
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）、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材料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。
【０００５】
また、酸化物半導体を用いたトランジスタは、オフ状態において極めてリーク電流が小さいことが知られている。例えば、特許文献１には、酸化物半導体を用いたトランジスタのリーク電流が小さいという特性を応用した低消費電力のＣＰＵ（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）などが開示されている。また、例えば、特許文献２には、酸化物半導体を用いたトランジスタのリーク電流が小さいという特性を応用して、長期にわたり記憶内容を保持することができる記憶装置などが、開示されている。
【０００６】
また、トランジスタの活性層に適用可能な酸化物半導体として、酸化インジウム、インジウムガリウム亜鉛酸化物などが挙げられる。非特許文献１では、低温固相結晶化によって形成した水素化多結晶酸化インジウムを活性層に用いた薄膜トランジスタが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
特開２０１２－２５７１８７号公報
特開２０１１－１５１３８３号公報
【非特許文献】
【０００８】
Ｙ．Ｍａｇａｒｉｅｔａｌ．，“Ｈｉｇｈ－ｍｏｂｉｌｉｔｙｈｙｄｒｏｇｅｎａｔｅｄｐｏｌｙｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅＩｎ２Ｏ３（Ｉｎ２Ｏ３：Ｈ）ｔｈｉｎ－ｆｉｌｍｔｒａｎｓｉｓｔｏｒｓ”，ｎａｔｕｒｅＣＯＭＭＵＮＩＣＡＴＩＯＮＳ，１３，１０７８（２０２２）
Ｎ．Ｐｒｅｉｓｓｌｅｒｅｔａｌ．，“Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｔｒａｎｓｐｏｒｔ，ｅｌｅｃｔｒｏｔｈｅｒｍａｌｔｒａｎｓｐｏｒｔ，ａｎｄｅｆｆｅｃｔｉｖｅｅｌｅｃｔｒｏｎｍａｓｓｉｎｓｉｎｇｌｅ－ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅＩｎ２Ｏ３ｆｉｌｍｓ”，Ｐｈｙｓ．Ｒｅｖ．Ｂ，８８，０８５３０５（２０１３）
鯉田崇、“高移動度透明導電膜”、国立研究開発法人産業技術総合研究所、ＡＩＳＴ太陽光発電研究成果報告会２０１９、インターネット＜ＵＲＬ：ｈｔｔｐｓ：／／ｕｎｉｔ．ａｉｓｔ．ｇｏ．ｊｐ／ｒｐｄ－ｅｎｖｅｎｅ／ＰＶ／ｊａ／ｒｅｓｕｌｔｓ／２０１９／ｏｒａｌ／Ｔ１３．ｐｄｆ＞
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の一態様は、キャリア移動度の高い金属酸化物層を提供することを課題の一つとする。本発明の一態様は、新規な金属酸化物層を提供することを課題の一つとする。本発明の一態様は、金属酸化物層を適用した、トランジスタ、半導体装置、記憶装置、又は表示装置を提供することを課題の一つとする。
【００１０】
本発明の一態様は、電気特性が良好なトランジスタを提供することを課題の一つとする。本発明の一態様は、オン電流が大きいトランジスタを提供することを課題の一つとする。本発明の一態様は、寄生容量が小さいトランジスタを提供することを課題の一つとする。本発明の一態様は、信頼性の高いトランジスタ、半導体装置、記憶装置、又は表示装置を提供することを課題の一つとする。本発明の一態様は、微細化又は高集積化が可能な、トランジスタ、半導体装置、又は記憶装置を提供することを課題の一つとする。本発明の一態様は、消費電力の低い半導体装置、記憶装置、又は表示装置を提供することを課題の一つとする。本発明の一態様は、動作速度が速い記憶装置を提供することを課題の一つとする。本発明の一態様は、上記トランジスタ、半導体装置、記憶装置、又は表示装置の作製方法を提供することを課題の一つとする。
（【００１１】以降は省略されています）

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