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公開番号2025138784
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-09-25
出願番号2025108781,2024165124
出願日2025-06-27,2012-03-30
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 20250101AFI20250917BHJP()
要約【課題】金属酸化物中の酸素欠損を低減し、電気的特性の安定した半導体装置を提供する
ことを目的の一とする。
【解決手段】ゲート電極と、ゲート電極上に設けられたゲート絶縁膜と、ゲート絶縁膜上
に設けられた第1の金属酸化物膜と、第1の金属酸化物膜に接して設けられたソース電極
及びドレイン電極と、ソース電極及びドレイン電極上に設けられたパッシベーション膜と
、を有し、パッシベーション膜は、第1の絶縁膜と、第2の金属酸化物膜と、第2の絶縁
膜とが順に積層された半導体装置である。
【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の機能を有する第１の導電膜と、
前記第１の導電膜の上方に配置された領域を有する第１の絶縁膜と、
前記第１の絶縁膜の上方に配置された領域を有し、かつ、前記トランジスタのチャネル形成領域を有する第１の金属酸化物膜と、
前記第１の金属酸化物膜の側面及び上面のそれぞれと接する領域を有し、かつ、前記トランジスタのソース電極又はドレイン電極の一方としての機能を有する第２の導電膜と、
前記第１の金属酸化物膜の側面及び上面のそれぞれと接する領域を有し、かつ、前記トランジスタのソース電極又はドレイン電極の他方としての機能を有する第３の導電膜と、
前記第２の導電膜の上方に配置された領域を有し、前記第３の導電膜の上方に配置された領域を有し、前記第１の金属酸化物膜の上方に配置された領域を有し、かつ、酸化珪素を含む第２の絶縁膜と、
前記第２の絶縁膜の上方に配置された領域を有する第２の金属酸化物膜と、
前記第２の金属酸化物膜の上方に配置された領域を有する第３の絶縁膜と、を有し、
前記第２の絶縁膜は、前記第２の導電膜と前記第３の導電膜の間の領域において前記第１の金属酸化物膜と接する領域を有し、
前記第１の金属酸化物膜は、インジウムを有し、
前記第２の金属酸化物膜は、インジウムを有し、
前記第２の金属酸化物膜は、前記第１の金属酸化物膜のチャネル形成領域と重なりを有し、
前記第２の金属酸化物膜は、前記第２の導電膜と接せず、かつ、前記第３の導電膜と接せず、
前記第１の金属酸化物膜のうち、前記第１の導電膜との重なりを有し、かつ、前記第２の導電膜及び前記第３の導電膜との重なりを有さない領域の周縁は、前記第２の金属酸化物膜との重なりを有する、半導体装置。
続きを表示（約 2,600 文字）【請求項２】
トランジスタのゲート電極としての機能を有する第１の導電膜と、
前記第１の導電膜の上方に配置された領域を有する第１の絶縁膜と、
前記第１の絶縁膜の上方に配置された領域を有し、かつ、前記トランジスタのチャネル形成領域を有する第１の金属酸化物膜と、
前記第１の金属酸化物膜の側面及び上面のそれぞれと接する領域を有し、かつ、前記トランジスタのソース電極又はドレイン電極の一方としての機能を有する第２の導電膜と、
前記第１の金属酸化物膜の側面及び上面のそれぞれと接する領域を有し、かつ、前記トランジスタのソース電極又はドレイン電極の他方としての機能を有する第３の導電膜と、
前記第２の導電膜の上方に配置された領域を有し、前記第３の導電膜の上方に配置された領域を有し、前記第１の金属酸化物膜の上方に配置された領域を有し、かつ、酸化珪素を含む第２の絶縁膜と、
前記第２の絶縁膜の上方に配置された領域を有する第２の金属酸化物膜と、
前記第２の金属酸化物膜の上方に配置された領域を有する第３の絶縁膜と、を有し、
前記第２の絶縁膜は、前記第２の導電膜と前記第３の導電膜の間の領域において前記第１の金属酸化物膜と接する領域を有し、
前記第１の金属酸化物膜は、インジウムを有し、
前記第２の金属酸化物膜は、インジウムを有し、
前記第１の金属酸化物膜は、ｃ軸に垂直な方向から見て、金属原子が層状に配列した相又は金属原子と酸素原子とが層状に配列した相を含み、
前記第２の金属酸化物膜は、前記第１の金属酸化物膜のチャネル形成領域と重なりを有し、
前記第２の金属酸化物膜は、前記第２の導電膜と接せず、かつ、前記第３の導電膜と接せず、
前記第１の金属酸化物膜のうち、前記第１の導電膜との重なりを有し、かつ、前記第２の導電膜及び前記第３の導電膜との重なりを有さない領域の周縁は、前記第２の金属酸化物膜との重なりを有する、半導体装置。
【請求項３】
トランジスタのゲート電極としての機能を有する第１の導電膜と、
前記第１の導電膜の上方に配置された領域を有する第１の絶縁膜と、
前記第１の絶縁膜の上方に配置された領域を有し、かつ、前記トランジスタのチャネル形成領域を有する第１の金属酸化物膜と、
前記第１の金属酸化物膜の側面及び上面のそれぞれと接する領域を有し、かつ、前記トランジスタのソース電極又はドレイン電極の一方としての機能を有する第２の導電膜と、
前記第１の金属酸化物膜の側面及び上面のそれぞれと接する領域を有し、かつ、前記トランジスタのソース電極又はドレイン電極の他方としての機能を有する第３の導電膜と、
前記第２の導電膜の上方に配置された領域を有し、前記第３の導電膜の上方に配置された領域を有し、前記第１の金属酸化物膜の上方に配置された領域を有し、かつ、酸化珪素を含む第２の絶縁膜と、
前記第２の絶縁膜の上方に配置された領域を有する第２の金属酸化物膜と、
前記第２の金属酸化物膜の上方に配置された領域を有する第３の絶縁膜と、を有し、
前記第２の導電膜及び前記第３の導電膜は、金属酸化物を有し、
前記第２の絶縁膜は、前記第２の導電膜と前記第３の導電膜の間の領域において前記第１の金属酸化物膜と接する領域を有し、
前記第１の金属酸化物膜は、インジウムを有し、
前記第２の金属酸化物膜は、インジウムを有し、
前記第２の金属酸化物膜は、前記第１の金属酸化物膜のチャネル形成領域と重なりを有し、
前記第２の金属酸化物膜は、前記第２の導電膜と接せず、かつ、前記第３の導電膜と接せず、
前記第１の金属酸化物膜のうち、前記第１の導電膜との重なりを有し、かつ、前記第２の導電膜及び前記第３の導電膜との重なりを有さない領域の周縁は、前記第２の金属酸化物膜との重なりを有する、半導体装置。
【請求項４】
トランジスタのゲート電極としての機能を有する第１の導電膜と、
前記第１の導電膜の上方に配置された領域を有する第１の絶縁膜と、
前記第１の絶縁膜の上方に配置された領域を有し、かつ、前記トランジスタのチャネル形成領域を有する第１の金属酸化物膜と、
前記第１の金属酸化物膜の側面及び上面のそれぞれと接する領域を有し、かつ、前記トランジスタのソース電極又はドレイン電極の一方としての機能を有する第２の導電膜と、
前記第１の金属酸化物膜の側面及び上面のそれぞれと接する領域を有し、かつ、前記トランジスタのソース電極又はドレイン電極の他方としての機能を有する第３の導電膜と、
前記第２の導電膜の上方に配置された領域を有し、前記第３の導電膜の上方に配置された領域を有し、前記第１の金属酸化物膜の上方に配置された領域を有し、かつ、酸化珪素を含む第２の絶縁膜と、
前記第２の絶縁膜の上方に配置された領域を有する第２の金属酸化物膜と、
前記第２の金属酸化物膜の上方に配置された領域を有する第３の絶縁膜と、を有し、
前記第２の導電膜及び前記第３の導電膜は、金属酸化物を有し、
前記第２の絶縁膜は、前記第２の導電膜と前記第３の導電膜の間の領域において前記第１の金属酸化物膜と接する領域を有し、
前記第１の金属酸化物膜は、インジウムを有し、
前記第２の金属酸化物膜は、インジウムを有し、
前記第１の金属酸化物膜は、ｃ軸に垂直な方向から見て、金属原子が層状に配列した相又は金属原子と酸素原子とが層状に配列した相を含み、
前記第２の金属酸化物膜は、前記第１の金属酸化物膜のチャネル形成領域と重なりを有し、
前記第２の金属酸化物膜は、前記第２の導電膜と接せず、かつ、前記第３の導電膜と接せず、
前記第１の金属酸化物膜のうち、前記第１の導電膜との重なりを有し、かつ、前記第２の導電膜及び前記第３の導電膜との重なりを有さない領域の周縁は、前記第２の金属酸化物膜との重なりを有する、半導体装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、酸化物半導体を用いた半導体装置に関する。
続きを表示（約 1,700 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
全般を指す。本明細書中のトランジスタは半導体装置であり、該トランジスタを含む電気
光学装置、半導体回路および電子機器は全て半導体装置に含まれる。
【背景技術】
【０００３】
液晶表示装置や発光表示装置に代表されるフラットパネルディスプレイの多くに用いられ
ているトランジスタは、ガラス基板上に形成されたアモルファスシリコン、単結晶シリコ
ンまたは多結晶シリコンなどのシリコン半導体によって構成されている。また、該シリコ
ン半導体を用いたトランジスタは、集積回路（ＩＣ）などにも利用されている。
【０００４】
上記シリコン半導体に代わって、半導体特性を示す金属酸化物をトランジスタに用いる技
術が注目されている。なお、本明細書中では、半導体特性を示す金属酸化物を「酸化物半
導体」とも呼ぶ。例えば、酸化物半導体として、Ｚｎ－Ｏ系酸化物、又はＩｎ－Ｇａ－Ｚ
ｎ－Ｏ系酸化物を用いてトランジスタを作製し、該トランジスタを表示装置の画素のスイ
ッチング素子などに用いる技術が開示されている（特許文献１および特許文献２を参照。
）。
【０００５】
ところで、酸化物半導体においては、水素がキャリアの供給源となることが指摘されてい
る。そのため、酸化物半導体の形成時に水素が混入しないような措置を講じることが求め
られる。また、酸化物半導体のみならず、酸化物半導体に接するゲート絶縁膜の水素を低
減することで、しきい値電圧の変動を低減している（特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
特開２００７－１２３８６１号公報
特開２００７－９６０５５号公報
特開２００９－２２４４７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
さらに、金属酸化物において、キャリアの供給源は水素のほかに、金属酸化物中の酸素欠
損が挙げられる。金属酸化物における酸素欠損の一部はドナーとなり、金属酸化物中にキ
ャリアである電子を生成する。トランジスタのチャネル形成領域を含む金属酸化物に酸素
欠損が多く存在すると、チャネル形成領域中に電子を生じさせてしまい、トランジスタの
しきい値電圧をマイナス方向に変動させる要因となる。
【０００８】
また、チャネル形成領域を含む金属酸化物膜と接して設けられている絶縁膜によっても、
トランジスタのしきい値電圧は左右される。例えば、不結合酸素の酸素イオンなどの負の
固定電荷が絶縁膜中に含まれることにより、トランジスタのしきい値電圧をプラスシフト
させることができる。しかし、該絶縁膜から酸素が脱離して外部に放出されてしまうと、
負の固定電荷が減少してしまい、トランジスタのしきい値電圧がマイナス方向に変動して
しまうおそれがある。
【０００９】
そこで、本発明の一態様は、チャネル形成領域を含む金属酸化物中の酸素欠損を低減し、
また、該金属酸化物と接する絶縁膜に含まれる酸素が外部へ放出されることを防ぐことに
よって、良好な電気的特性および電気的特性の安定した半導体装置を提供することを目的
の一とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
金属酸化物を用いたトランジスタにおいて、金属酸化物中の酸素欠損を低減するために、
金属酸化物中に酸素を供給することが挙げられる。そこで、本発明の一態様では、チャネ
ル形成領域を含む金属酸化物膜に接して、熱処理により酸素が脱離する絶縁膜を設けるこ
ととした。これにより、熱処理時に脱離した酸素が金属酸化物中に供給され、酸素欠損を
低減することができる。
（【００１１】以降は省略されています）

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