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公開番号2025059891
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-04-10
出願番号2023170272
出願日2023-09-29
発明の名称半導体装置
出願人株式会社ジャパンディスプレイ
代理人弁理士法人高橋・林アンドパートナーズ
主分類H10D 30/67 20250101AFI20250403BHJP()
要約【課題】高い信頼性を有する半導体装置を提供すること。
【解決手段】半導体装置は、第1のゲート電極と、第1のゲート電極の上の、多結晶構造を有する第1の酸化物半導体を含む酸化物半導体層と、酸化物半導体層と電気的に接続されるソース電極およびドレイン電極と、ソース電極およびドレイン電極の上の、第1のゲート電極および酸化物半導体層と重畳する第2のゲート電極と、を含み、平面視において、第2のゲート電極は、ソース電極およびドレイン電極の各々と間隙を有して配置され、第2のゲート電極は、第1のゲート電極と電気的に接続される。
【選択図】図4
特許請求の範囲【請求項１】
第１のゲート電極と、
前記第１のゲート電極の上の、多結晶構造を有する第１の酸化物半導体を含む酸化物半導体層と、
前記酸化物半導体層と電気的に接続されるソース電極およびドレイン電極と、
前記ソース電極および前記ドレイン電極の上の、前記第１のゲート電極および前記酸化物半導体層と重畳する第２のゲート電極と、を含み、
平面視において、前記第２のゲート電極は、前記ソース電極および前記ドレイン電極の各々と間隙を有して配置され、
前記第２のゲート電極は、前記第１のゲート電極と電気的に接続される、半導体装置。
続きを表示（約 1,000 文字）【請求項２】
さらに、前記第１のゲート電極と同一の層で形成され、前記第１のゲート電極と電気的に接続されるように配置される走査線を含み、
前記平面視において、前記第２のゲート電極は、前記ソース電極および前記ドレイン電極の１つの端部を囲むように延在し、
前記第２のゲート電極の端部は、開口部を介して前記走査線と接する、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記第２のゲート電極は、多結晶構造を有する第２の酸化物半導体を含む、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記第２のゲート電極のシート抵抗は、１０００Ω／ｓｑ．以下である、請求項３に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記酸化物半導体層は、
前記ソース電極および前記ドレイン電極の１つと接する第１の領域と
前記第２のゲート電極と重畳する第２の領域と、を含み、
前記第１の領域の膜厚と前記第２の領域の膜厚との差は、３ｎｍ以下である、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項６】
４０℃において主成分としてリン酸を含むエッチング液を用いて前記酸化物半導体層をエッチングしたときのエッチングレートは、３ｎｍ／ｍｉｎ未満である、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項７】
前記エッチング液は、硝酸および酢酸を含む、請求項６に記載の半導体装置。
【請求項８】
前記酸化物半導体層は、アモルファス構造を有する酸化物半導体膜に対して熱処理を行うことによって形成され、
前記４０℃において前記エッチング液を用いて前記酸化物半導体膜をエッチングしたときのエッチングレートは、１００ｎｍ／ｍｉｎ以上である、請求項６に記載の半導体装置。
【請求項９】
室温において０．５％フッ酸溶液を用いて前記酸化物半導体層をエッチングしたときのエッチングレートは、５ｎｍ／ｍｉｎ未満である、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項１０】
前記酸化物半導体層は、複数の金属元素を含み、
前記複数の金属元素のうちの１つは、インジウムであり、
前記複数の金属元素に対する前記インジウムの原子比率は、５０％以上である、請求項１に記載の半導体装置。
（【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】
本発明の一実施形態は、多結晶構造を有する酸化物半導体を用いる半導体装置に関する。
続きを表示（約 3,800 文字）【背景技術】
【０００２】
近年、アモルファスシリコン、低温ポリシリコン、および単結晶シリコンなどを用いたシリコン半導体膜に替わり、酸化物半導体膜をチャネルとして用いる半導体装置の開発が進められている（例えば、特許文献１～特許文献６参照）。このような酸化物半導体膜を含む半導体装置は、アモルファスシリコン膜を含む半導体装置と同様に、単純な構造かつ低温プロセスで形成することができる。また、酸化物半導体膜を含む半導体装置は、アモルファスシリコン膜を含む半導体装置よりも高い電界効果移動度を有することが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２０２１－１４１３３８号公報
特開２０１４－０９９６０１号公報
特開２０２１－１５３１９６号公報
特開２０１８－００６７３０号公報
特開２０１６－１８４７７１号公報
特開２０２１－１０８４０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
半導体装置は、高い電界効果移動度を有するだけでなく、高い信頼性を有することも必要である。本発明の一実施形態は、高い信頼性を有する半導体装置を提供することを目的の一つとする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一実施形態に係る半導体装置は、第１のゲート電極と、第１のゲート電極の上の、多結晶構造を有する第１の酸化物半導体を含む酸化物半導体層と、酸化物半導体層と電気的に接続されるソース電極およびドレイン電極と、ソース電極およびドレイン電極の上の、第１のゲート電極および酸化物半導体層と重畳する第２のゲート電極と、を含み、平面視において、第２のゲート電極は、ソース電極およびドレイン電極の各々と間隙を有して配置され、第２のゲート電極は、第１のゲート電極と電気的に接続される。
【０００６】
本発明の一実施形態に係る半導体装置は、第１のゲート電極と、第１のゲート電極と同一の層で形成され、第１のゲート電極と電気的に接続されるように配置される走査線と、第１のゲート電極の上の、多結晶構造を有する酸化物半導体を含む酸化物半導体層と、酸化物半導体層と電気的に接続されるソース電極およびドレイン電極と、ソース電極およびドレイン電極の上の、第１のゲート電極および酸化物半導体層と重畳する第２のゲート電極と、第２のゲート電極の上の、第２のゲート電極の一部が露出される第１の開口部を含む絶縁層と、第１の開口部を介して第２のゲート電極と電気的に接続される第１の接続電極と、を含み、平面視において、第２のゲート電極は、ソース電極およびドレイン電極の各々と間隙を有して配置され、第１の接続電極は、走査線の一部が露出される第２の開口部を介して走査線と電気的に接続される。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
表示装置の構成を示す模式的な分解斜視図である。
表示装置の回路構成を示す模式的な平面図である。
本発明の一実施形態に係る半導体装置の構成を示す模式的な平面図である。
本発明の一実施形態に係る半導体装置の構成を示す模式的な断面図である。
本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明するフローチャートである。
本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明する模式的な断面図である。
本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明する模式的な断面図である。
本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明する模式的な断面図である。
本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明する模式的な断面図である。
本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明する模式的な断面図である。
本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明する模式的な断面図である。
本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明する模式的な断面図である。
本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明する模式的な断面図である。
本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明する模式的な断面図である。
本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明する模式的な断面図である。
本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明する模式的な断面図である。
本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明する模式的な断面図である。
本発明の一実施形態に係る半導体装置の構成を示す模式的な平面図である。
本発明の一実施形態に係る半導体装置の構成を示す模式的な断面図である。
本発明の一実施形態に係る半導体装置の構成を示す模式的な断面図である。
本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明する模式的な断面図である。
本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明する模式的な断面図である。
本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明する模式的な断面図である。
本発明の一実施形態に係る半導体装置の構成を示す模式的な断面図である。
本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明するフローチャートである。
本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明する模式的な断面図である。
本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明する模式的な断面図である。
本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明する模式的な断面図である。
本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明するフローチャートである。
本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明する模式的な断面図である。
本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明する模式的な断面図である。
本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明する模式的な断面図である。
本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明する模式的な断面図である。
本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明するフローチャートである。
本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明する模式的な断面図である。
本発明の一実施形態に係る半導体装置の構成を示す模式的な平面図である。
本発明の一実施形態に係る半導体装置の構成を示す模式的な断面図である。
本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明するフローチャートである。
本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明する模式的な断面図である。
本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明する模式的な断面図である。
本発明の一実施形態に係る半導体装置の構成を示す模式的な平面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下に、本発明の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。以下の開示はあくまで一例にすぎない。当業者が、発明の主旨を保ちつつ、実施形態の構成を適宜変更することによって容易に想到し得る構成は、当然に本発明の範囲に含有される。説明をより明確にするため、図面は実際の態様に比べ、構成要素の幅、膜厚、および形状等について模式的に表される場合がある。しかし、図示された形状はあくまで一例であって、本発明の解釈を限定しない。本明細書と各図において、既出の図に関して前述した構成要素と同様の構成要素には、同一の符号を付して、詳細な説明を適宜省略することがある。
【０００９】
本明細書等において、基板から酸化物半導体層に向かう方向を「上」または「上方」という。逆に、酸化物半導体層から基板に向かう方向を「下」または「下方」という。このように、説明の便宜上、上方または下方という語句を用いて説明するが、基板と酸化物半導体層との上下関係が図示と反対の向きに配置されてもよい。また、「基板上の酸化物半導体層」という表現は、基板と酸化物半導体層との上下関係を説明しているに過ぎず、基板と酸化物半導体層との間に他の部材が配置されていてもよい。上方または下方は、複数の層が積層された構造における積層順を意味するものであり、半導体装置の上方の画素電極と表現する場合、平面視において、半導体装置と画素電極とが重畳しない位置関係であってもよい。一方、半導体装置の鉛直上方の画素電極と表現する場合は、平面視において、半導体装置と画素電極とが重畳する位置関係を意味する。なお、平面視とは、基板の表面に対して、垂直な方向から見ることをいう。
【００１０】
本明細書等において、「αはＡ、ＢまたはＣを含む」、「αはＡ、ＢおよびＣのいずれかを含む」、「αはＡ、ＢおよびＣからなる群から選択される一つを含む」、といった表現は、特に明示が無い限り、αがＡ～Ｃの複数の組み合わせを含む場合を排除しない。さらに、これらの表現は、αが他の構成要素を含む場合も排除しない。
（【００１１】以降は省略されています）

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