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公開番号2025120231
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-08-15
出願番号2025091903,2024059520
出願日2025-06-02,2018-03-01
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 20250101AFI20250807BHJP()
要約【課題】電気特性の良好な半導体装置を提供する。信頼性の高い半導体装置を提供する。
消費電力の低い半導体装置を提供する。
【解決手段】ゲート電極と、ゲート電極上の第1の絶縁層と、第1の絶縁層上の金属酸化
物層と、金属酸化物層上の一対の電極と、一対の電極上の第2の絶縁層とを有し、第1の
絶縁層は第1の領域と第2の領域とを有し、第1の領域は金属酸化物層と接し、且つ第2
の領域よりも酸素の含有量が多い領域を有し、第2の領域は第1の領域よりも窒素の含有
量が多い領域を有し、金属酸化物層は、膜厚方向において少なくとも酸素の濃度勾配を有
し、第1の領域側と第2の絶縁層側とで酸素濃度が高い半導体装置。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
基板と、
前記基板の上面に接する領域を有しかつゲート電極としての機能を有する第１の導電層と、
前記第１の導電層の上面に接する領域を有しかつゲート絶縁膜としての機能を有する第１の絶縁層と、
前記第１の絶縁層の上面に接する領域を有しかつゲート絶縁膜としての機能を有する第２の絶縁層と、
前記第２の絶縁層の上面に接する領域を有しかつチャネル形成領域としての機能を有する金属酸化物層と、
前記金属酸化物層の上面に接する領域を有する第３の絶縁層と、
前記第３の絶縁層に設けられた第１の開口部を介して前記金属酸化物層の上面に接する領域と、前記第３の絶縁層の上面に接する領域と、を有しかつソース電極またはドレイン電極の一方としての機能を有する第２の導電層と、
前記第３の絶縁層に設けられた第２の開口部を介して前記金属酸化物層の上面に接する領域と、前記第３の絶縁層の上面に接する領域と、を有しかつソース電極またはドレイン電極の他方としての機能を有する第３の導電層と、
前記第３の絶縁層の上面に接する領域と、前記第２の導電層の上面に接する領域と、前記第３の導電層の上面に接する領域と、を有する第４の絶縁層と、
前記第４の絶縁層の上方に位置する領域を有する第５の絶縁層と、を有し、
前記第１の導電層は、銅と、チタンと、を有し、
前記第１の絶縁層は、シリコンと、窒素と、を有し、
前記第２の絶縁層は、前記第１の絶縁層の酸素濃度より高い領域を有し、
前記第２の導電層は、第１のチタン膜と、前記第１のチタン膜の上面に接する領域を有する第１の銅膜と、を有し、
前記第３の導電層は、第２のチタン膜と、前記第２のチタン膜の上面に接する領域を有する第２の銅膜と、を有し、
前記第４の絶縁層は、シリコンと、酸素、を有し、
前記第５の絶縁層は、シリコンと、窒素と、を有し、
チャネル長方向の断面視において、前記第１のチタン膜の端部は、前記第１の銅膜の端部よりも突出した領域を有し、
チャネル長方向の断面視において、前記第２のチタン膜の端部は、前記第２の銅膜の端部よりも突出した領域を有する半導体装置。
続きを表示（約 1,100 文字）【請求項２】
基板と、
前記基板の上面に接する領域を有しかつゲート電極としての機能を有する第１の導電層と、
前記第１の導電層の上面に接する領域を有しかつゲート絶縁膜としての機能を有する第１の絶縁層と、
前記第１の絶縁層の上面に接する領域を有しかつゲート絶縁膜としての機能を有する第２の絶縁層と、
前記第２の絶縁層の上面に接する領域を有しかつチャネル形成領域としての機能を有する金属酸化物層と、
前記金属酸化物層の上面に接する領域を有する第３の絶縁層と、
前記第３の絶縁層に設けられた第１の開口部を介して前記金属酸化物層の上面に接する領域と、前記第３の絶縁層の上面に接する領域と、を有しかつソース電極またはドレイン電極の一方としての機能を有する第２の導電層と、
前記第３の絶縁層に設けられた第２の開口部を介して前記金属酸化物層の上面に接する領域と、前記第３の絶縁層の上面に接する領域と、を有しかつソース電極またはドレイン電極の他方としての機能を有する第３の導電層と、
前記第３の絶縁層の上面に接する領域と、前記第２の導電層の上面に接する領域と、前記第３の導電層の上面に接する領域と、を有する第４の絶縁層と、
前記第４の絶縁層の上方に位置する領域を有する第５の絶縁層と、
前記第４の絶縁層および前記第５の絶縁層に設けられた第３の開口部を介して前記第２の導電層または前記第３の導電層の上面に接する領域と、を有しかつ画素電極としての機能を有する第４の導電層と、を有し、
前記第１の導電層は、銅と、チタンと、を有し、
前記第１の絶縁層は、シリコンと、窒素と、を有し、
前記第２の絶縁層は、前記第１の絶縁層の酸素濃度より高い領域を有し、
前記第２の導電層は、第１のチタン膜と、前記第１のチタン膜の上面に接する領域を有する第１の銅膜と、を有し、
前記第３の導電層は、第２のチタン膜と、前記第２のチタン膜の上面に接する領域を有する第２の銅膜と、を有し、
前記第４の絶縁層は、シリコンと、酸素、を有し、
前記第５の絶縁層は、シリコンと、窒素と、を有し、
チャネル長方向の断面視において、前記第１のチタン膜の端部は、前記第１の銅膜の端部よりも突出した領域を有し、
チャネル長方向の断面視において、前記第２のチタン膜の端部は、前記第２の銅膜の端部よりも突出した領域を有する半導体装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２において、
前記金属酸化物層は、Ｉｎと、Ｇａと、Ｚｎと、を有する半導体装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明の一態様は、半導体装置とその作製方法に関する。本発明の一態様は、トランジ
スタとその作製方法に関する。本発明の一態様は、表示装置と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。表示装置、発光装置、照明装置、電気光学装置、半導体回路および電子機
器は、半導体装置を有する場合がある。
【０００３】
なお、本発明の一態様は、前述の技術分野に限定されない。本明細書等で開示する本発
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、照明装置、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、を一例として挙げることが
できる。
【背景技術】
【０００４】
トランジスタに適用可能な半導体材料として、酸化物半導体が注目されている。例えば
、特許文献１では、複数の酸化物半導体層を積層し、当該複数の酸化物半導体層の中で、
チャネルとなる酸化物半導体層がインジウム及びガリウムを含み、且つインジウムの割合
をガリウムの割合よりも大きくすることで、電界効果移動度（単に移動度、またはμＦＥ
という場合がある）を高めた半導体装置が開示されている。
【０００５】
半導体層に用いることのできる酸化物半導体は、スパッタリング法などを用いて形成で
きるため、大型の表示装置を構成するトランジスタの半導体層に用いることができる。ま
た、非晶質シリコンを用いたトランジスタの生産設備の一部を改良して利用することが可
能であるため、設備投資を抑えられる。また、酸化物半導体を用いたトランジスタは、高
い電界効果移動度を有するため、駆動回路を一体形成した高機能の表示装置を実現できる
。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
特開２０１４－７３９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
表示装置の高精細化、または半導体装置の高集積化に伴い、トランジスタの微細化が求
められている。トランジスタの微細化として、具体的にはチャネル長を短くすることが挙
げられる。しかしながら、チャネル長が短いトランジスタにおいては、チャネル領域のキ
ャリア密度及び欠陥準位が、電気特性及び信頼性に顕著に影響する。
【０００８】
上記に鑑み、本発明の一態様は、電気特性の良好な半導体装置を提供することを課題の
一とする。または、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。または、
消費電力の低い半導体装置を提供することを課題の一とする。または、新規な半導体装置
を提供することを課題の一とする。または、生産性の高い半導体装置の作製方法を提供す
ることを課題の一とする。または、歩留りの高い半導体装置の作製方法を提供することを
課題の一とする。または、新規な半導体装置の作製方法を提供することを課題の一とする
。
【０００９】
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、これらの課題の全てを解決する必要はないものとする。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、ゲート電極と、ゲート電極上の第１の絶縁層と、第１の絶縁層上の
金属酸化物層と、金属酸化物層上の一対の電極と、一対の電極上の第２の絶縁層と、を有
し、金属酸化物層は、インジウムと、元素Ｍ（Ｍは、ガリウム、アルミニウム、シリコン
、ホウ素、イットリウム、スズ、銅、バナジウム、ベリリウム、チタン、鉄、ニッケル、
ゲルマニウム、ジルコニウム、モリブデン、ランタン、セリウム、ネオジム、ハフニウム
、タンタル、タングステンまたはマグネシウムの一以上）と、亜鉛と、を有し、第１の絶
縁層は、第１の領域と、第２の領域と、を有し、第１の領域は、金属酸化物層と接し、且
つ第２の領域よりも酸素の含有量が多い領域を有し、第２の領域は、第１の領域よりも窒
素の含有量が多い領域を有し、金属酸化物層は、膜厚方向において、少なくとも酸素の濃
度勾配を有し、濃度勾配は、第１の領域側と、第２の絶縁層側とで高くなる半導体装置で
ある。
（【００１１】以降は省略されています）

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