特開 2022-103578 半導体装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022103578

(43)【公開日】2022-07-08

(54)【発明の名称】半導体装置

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/336 20060101AFI20220701BHJP

   H01L 29/786 20060101ALI20220701BHJP

【ＦＩ】

H01L29/78 617S

H01L29/78 617T

H01L29/78 617U

H01L29/78 618B

H01L29/78 617N

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2020218303

(22)【出願日】2020-12-28

(71)【出願人】

【識別番号】502356528

【氏名又は名称】株式会社ジャパンディスプレイ

(74)【代理人】

【識別番号】110001737

【氏名又は名称】特許業務法人スズエ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】海東 拓生

(72)【発明者】

【氏名】花田 明紘

(72)【発明者】

【氏名】岡田 隆史

【テーマコード（参考）】

5F110

【Ｆターム（参考）】

5F110AA08

5F110AA14

5F110CC01

5F110CC07

5F110EE02

5F110EE03

5F110EE04

5F110EE06

5F110EE24

5F110EE25

5F110EE30

5F110FF02

5F110FF03

5F110FF05

5F110FF06

5F110FF09

5F110FF12

5F110FF13

5F110GG01

5F110GG22

5F110GG33

5F110HJ16

5F110HK02

5F110HK03

5F110HK04

5F110HK06

(57)【要約】

【課題】信頼性を向上することが可能な半導体装置を提供する。
【解決手段】一実施形態に係る半導体装置は、基材と、前記基材の上方に配置され、シリコン窒化物によって形成された第１絶縁膜と、前記第１絶縁膜の上に配置され、シリコン酸化物によって形成された第２絶縁膜であって、第１領域と、前記第１領域を囲み前記第１領域より薄い周辺領域と、を有する第２絶縁膜と、前記第２絶縁膜の上に配置され、前記第１領域と交差する酸化物半導体と、前記周辺領域に重畳し、前記酸化物半導体に接するソース電極と、前記周辺領域に重畳し、前記ソース電極から離間し、前記酸化物半導体に接するドレイン電極と、を備え、平面視において、前記第１領域は、前記ソース電極及び前記ドレイン電極の間に位置し、前記ソース電極及び前記ドレイン電極から離間している。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

基材と、
前記基材の上方に配置され、シリコン窒化物によって形成された第１絶縁膜と、
前記第１絶縁膜の上に配置され、シリコン酸化物によって形成された第２絶縁膜であって、第１領域と、前記第１領域を囲み前記第１領域より薄い周辺領域と、を有する第２絶縁膜と、
前記第２絶縁膜の上に配置され、前記第１領域と交差する酸化物半導体と、
前記周辺領域に重畳し、前記酸化物半導体に接するソース電極と、
前記周辺領域に重畳し、前記ソース電極から離間し、前記酸化物半導体に接するドレイン電極と、を備え、
平面視において、前記第１領域は、前記ソース電極及び前記ドレイン電極の間に位置し、前記ソース電極及び前記ドレイン電極から離間している、半導体装置。

【請求項2】

前記周辺領域は、
前記ソース電極の直下に位置する第２領域と、
前記第１領域と前記第２領域との間に位置し、前記第２領域と同等の膜厚を有する第３領域と、
前記ドレイン電極の直下に位置する第４領域と、
前記第１領域と前記第４領域との間に位置し、前記第４領域と同等の膜厚を有する第５領域と、を有している、請求項１に記載の半導体装置。

【請求項3】

前記周辺領域は、
前記ソース電極の直下に位置する第２領域と、
前記第１領域と前記第２領域との間に位置し、前記第１領域から前記第２領域に向かうにしたがって膜厚が薄くなる第３領域と、
前記ドレイン電極の直下に位置する第４領域と、
前記第１領域と前記第４領域との間に位置し、前記第１領域から前記第４領域に向かうにしたがって膜厚が薄くなる第５領域と、を有している、請求項１に記載の半導体装置。

【請求項4】

前記第２絶縁膜と前記酸化物半導体との界面は、ほぼ平坦面である、請求項２または３に記載の半導体装置。

【請求項5】

前記第１絶縁膜と前記第２絶縁膜との界面は、ほぼ平坦面である、請求項２または３に記載の半導体装置。

【請求項6】

さらに、前記基材と前記第１絶縁膜との間に配置された第１ゲート電極と、
前記ソース電極及び前記ドレイン電極を覆うとともに、前記ソース電極の第１側縁と前記ドレイン電極の第２側縁との間において前記酸化物半導体に接し、シリコン酸化物によって形成された第３絶縁膜と、
前記第３絶縁膜の上に配置された第４絶縁膜と、
前記第４絶縁膜の上に配置された第２ゲート電極と、を備える、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の半導体装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、半導体装置に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、酸化物半導体を用いたトランジスタを有する表示装置等の半導体装置が種々提案されている。このような酸化物半導体を用いたトランジスタにおいては、ソース－ドレイン間に高電圧が印加されることに起因してホットキャリア劣化が生じ、しきい値電圧が大きくシフトすることがある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１７－１８３３１２号公報

【特許文献2】特開２０２０－１２９６３５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本実施形態の目的は、信頼性を向上することが可能な半導体装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0005】

一実施形態に係る半導体装置は、
基材と、前記基材の上方に配置され、シリコン窒化物によって形成された第１絶縁膜と、前記第１絶縁膜の上に配置され、シリコン酸化物によって形成された第２絶縁膜であって、第１領域と、前記第１領域を囲み前記第１領域より薄い周辺領域と、を有する第２絶縁膜と、前記第２絶縁膜の上に配置され、前記第１領域と交差する酸化物半導体と、前記周辺領域に重畳し、前記酸化物半導体に接するソース電極と、前記周辺領域に重畳し、前記ソース電極から離間し、前記酸化物半導体に接するドレイン電極と、を備え、平面視において、前記第１領域は、前記ソース電極及び前記ドレイン電極の間に位置し、前記ソース電極及び前記ドレイン電極から離間している。

【図面の簡単な説明】

【0006】

【図1】図１は、本実施形態に係る半導体装置１の一例を示す平面図である。

【図2】図２は、図１に示したトランジスタＴＲの一例を示す断面図である。

【図3】図３は、図２に示した酸化物半導体ＳＣの製造方法を説明するための図である。

【図4】図４は、図１に示したトランジスタＴＲの他の例を示す断面図である。

【図5】図５は、図１に示したトランジスタＴＲの他の例を示す断面図である。

【図6】図６は、図１に示したトランジスタＴＲの他の例を示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0007】

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
なお、開示はあくまで一例に過ぎず、当業者において、発明の主旨を保っての適宜変更について容易に想到し得るものについては、当然に本発明の範囲に含有されるものである。また、図面は、説明をより明確にするため、実際の態様に比べて、各部の幅、厚さ、形状等について模式的に表される場合があるが、あくまで一例であって、本発明の解釈を限定するものではない。また、本明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同一又は類似した機能を発揮する構成要素には同一の参照符号を付し、重複する詳細な説明を適宜省略することがある。

【0008】

なお、図面には、必要に応じて理解を容易にするために、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸、及び、Ｚ軸を記載する。Ｘ軸に沿った方向をＸ方向または第１方向と称し、Ｙ軸に沿った方向をＹ方向または第２方向と称し、Ｚ軸に沿った方向をＺ方向または第３方向と称する。Ｘ軸及びＹ軸によって規定される面をＸ－Ｙ平面と称し、Ｘ－Ｙ平面を見ることを平面視という。

【0009】

本実施形態に係る半導体装置１は、液晶表示装置、有機エレクトロルミネッセンス表示装置、電気泳動表示装置、ＬＥＤ表示装置などの各種表示装置の他、静電容量式センサーや光学式センサーなどの各種センサー、その他の電子機器に適用可能である。

【0010】

図１は、本実施形態に係る半導体装置１の一例を示す平面図である。半導体装置１は、基材１０と、第１絶縁膜１１と、第２絶縁膜１２と、トランジスタＴＲと、を備えている。図１では、半導体装置１に含まれる１つのトランジスタＴＲを示している。第１絶縁膜１１は、基材１０の上に配置されている。第２絶縁膜１２は、第１絶縁膜１１の上に配置されている。

【0011】

第２絶縁膜１２は、一点鎖線で囲んだ第１領域１２１と、第１領域１２１を囲む周辺領域１２Ａと、を有している。第１領域１２１は、ほぼ一定の膜厚を有している。周辺領域１２Ａは、第１領域１２１よりも薄い膜厚を有している。つまり、第２絶縁膜１２において、第１領域１２１は厚膜領域に相当し、周辺領域１２Ａは薄膜領域に相当する。第２絶縁膜１２の詳細については、後に断面を示して説明する。

【0012】

トランジスタＴＲは、酸化物半導体ＳＣと、ゲート電極ＧＥと、ソース電極ＳＥと、ドレイン電極ＤＥと、を備えている。

【0013】

酸化物半導体ＳＣは、第２絶縁膜１２の上に配置され、第１領域１２１と交差している。図１に示す例では、第１領域１２１は第２方向Ｙに延出し、酸化物半導体ＳＣは第１方向Ｘに延出している。酸化物半導体ＳＣの第１方向Ｘに沿った両端部は周辺領域１２Ａに重畳し、酸化物半導体ＳＣの中央部は第１領域１２１に重畳している。

【0014】

ソース電極ＳＥは、周辺領域１２Ａに重畳し、酸化物半導体ＳＣの一端部に接している。ドレイン電極ＤＥは、周辺領域１２Ａに重畳し、酸化物半導体ＳＣの他端部に接している。ドレイン電極ＤＥは、第１領域１２１を挟んで、ソース電極ＳＥの反対側に位置しており、ソース電極ＳＥから離間している。

【0015】

ゲート電極ＧＥは、酸化物半導体ＳＣのうち、少なくともソース電極ＳＥに接する部分とドレイン電極ＤＥに接する部分との間の部分に重畳し、図１に示す例では、酸化物半導体ＳＣのほぼ全体に重畳している。

【0016】

平面視において、第１領域１２１は、ソース電極ＳＥとドレイン電極ＤＥとの間に位置しており、ソース電極ＳＥ及びドレイン電極ＤＥから離間している。つまり、第１領域１２１とソース電極ＳＥとの間、及び、第１領域１２１とドレイン電極ＤＥとの間には、周辺領域（薄膜領域）１２Ａが介在している。また、ソース電極ＳＥ、及び、酸化物半導体ＳＣのうちのソース電極ＳＥに接する部分は、第１領域１２１に重畳せず、周辺領域１２Ａに重畳している。同様に、ドレイン電極ＤＥ、及び、酸化物半導体ＳＣのうちのドレイン電極ＤＥに接する部分は、第１領域１２１に重畳せず、周辺領域１２Ａに重畳している。

【0017】

ソース電極ＳＥはドレイン電極ＤＥに対向する第１側縁２１を有し、ドレイン電極ＤＥはソース電極ＳＥと対向する第２側縁２２を有している。第１領域１２１は、一点鎖線で示した周縁部のうち、酸化物半導体ＳＣと交差する第１周縁部２３１及び第２周縁部２３２を有している。第１周縁部２３１は、ソース電極ＳＥに近接する側に位置しているが、第１側縁２１には重畳しない。第２周縁部２３２は、ドレイン電極ＤＥに近接する側に位置しているが、第２側縁２２には重畳しない。第１周縁部２３１及び第２周縁部２３２は、いずれも第１側縁２１及び第２側縁２２の間に位置している。

【0018】

図２は、図１に示したトランジスタＴＲの一例を示す断面図である。ここで説明するトランジスタＴＲは、ゲート電極ＧＥとして、酸化物半導体ＳＣの下方に位置する第１ゲート電極ＧＥ１と、酸化物半導体ＳＣの上方に位置する第２ゲート電極ＧＥ２と、を備えている。

【0019】

第１ゲート電極ＧＥ１は、基材１０の上に配置され、第１絶縁膜１１によって覆われている。図２に示す例では、第１ゲート電極ＧＥ１は、基材１０に接しているが、基材１０と第１ゲート電極ＧＥ１との間に他の絶縁膜が介在していてもよい。

【0020】

第１絶縁膜１１は、シリコン窒化物によって形成された無機絶縁膜である。第２絶縁膜１２は、シリコン酸化物によって形成された無機絶縁膜である。第２絶縁膜１２の下面は第１絶縁膜１１に接し、第２絶縁膜１２の上面は酸化物半導体ＳＣに接している。

【0021】

第３絶縁膜１３は、ソース電極ＳＥ及びドレイン電極ＤＥを覆うとともに、ソース電極ＳＥの第１側縁２１とドレイン電極での第２側縁２２との間において酸化物半導体ＳＣに接している。第３絶縁膜１３は、シリコン酸化物によって形成された無機絶縁膜である。つまり、酸化物半導体ＳＣの上面及び下面は、シリコン酸化物である無機絶縁膜に接している。

【0022】

第４絶縁膜１４は、第３絶縁膜１３の上に配置されている。第４絶縁膜１４は、シリコン窒化物によって形成された無機絶縁膜である。

【0023】

第２ゲート電極ＧＥ２は、第４絶縁膜１４の上に配置されている。第２ゲート電極ＧＥ２は、第１ゲート電極ＧＥ１と電気的に接続されている。

【0024】

第１ゲート電極ＧＥ１、第２ゲート電極ＧＥ２、ソース電極ＳＥ、及び、ドレイン電極ＤＥは、例えば、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、銀（Ａｇ）、Ｃｕ（銅）、Ｃｒ（クロム）などの金属材料や、これらの金属材料を組み合わせた合金などによって形成される。

【0025】

ここで、第２絶縁膜１２の断面構造についてより具体的に説明する。
周辺領域１２Ａは、第２領域１２２と、第３領域１２３と、第４領域１２４と、第５領域１２５と、を有している。

【0026】

第２領域１２２は、ソース電極ＳＥの直下に位置する領域である。第３領域１２３は、第１領域１２１と第２領域１２２との間に位置する領域である。つまり、第３領域１２３は、ソース電極ＳＥの第１側縁２１と第１領域１２１の第１周縁部２３１との間の領域である。

【0027】

第４領域１２４は、ドレイン電極ＤＥの直下に位置する領域である。第５領域１２５は、第１領域１２１と第４領域１２４との間に位置する領域である。つまり、第５領域１２５は、ドレイン電極ＤＥの第２側縁２２と第１領域１２１の第２周縁部２３２との間の領域である。

【0028】

第２絶縁膜１２において、第３方向Ｚに沿った膜厚は以下の通りである。第１領域１２１は、ほぼ一定の膜厚Ｔ１を有している。周辺領域１２Ａは、膜厚Ｔ１より小さい膜厚Ｔ２を有している。第２領域１２２、第３領域１２３、第４領域１２４、及び、第５領域１２５は、いずれも同等の膜厚Ｔ２を有している。一例では、膜厚Ｔ１は２００ｎｍ～３００ｎｍであり、膜厚Ｔ２は１００ｎｍ以下である。

【0029】

第２絶縁膜１２の断面形状に着目すると、第１領域１２１が周辺領域１２Ａよりも下方に向かって突出している。つまり、第２絶縁膜１２の下面に段差が形成される一方で、第２絶縁膜１２の上面はほぼ平坦面である。このため、第２絶縁膜１２と酸化物半導体ＳＣとの界面は、ほぼ平坦面である。

【0030】

次に、第１絶縁膜１１の断面構造について説明する。
第１絶縁膜１１は、第１領域１２１に重畳する領域１１１と、第２領域１２２及び第３領域１２３に重畳する領域１１２と、第４領域１２４及び第５領域１２５に重畳する領域１１３と、有している。領域１１１は、ほぼ一定の膜厚Ｔ１１を有している。領域１１２及び領域１１３の各々は、膜厚Ｔ１１より大きい膜厚Ｔ１２を有している。第１絶縁膜１１の下面はほぼ平坦面であり、第１絶縁膜１１の上面に段差が形成される。

【0031】

酸化物半導体ＳＣは、チャネル領域Ｃ１と、低抵抗領域ＬＳ１及びＬＤ１と、ソース領域Ｓ１と、ドレイン領域Ｄ１と、を有している。低抵抗領域ＬＳ１及びＬＤ１は、チャネル領域Ｃ１に隣接している。低抵抗領域ＬＳ１は、チャネル領域Ｃ１とソース領域Ｓ１との間に位置している。低抵抗領域ＬＤ１は、チャネル領域Ｃ１とドレイン領域Ｄ１との間に位置している。

【0032】

チャネル領域Ｃ１は、酸化物半導体ＳＣにおいて最も高抵抗の領域であり、第２絶縁膜１２の第１領域１２１及び第１絶縁膜１１の領域１１１に重畳している。
低抵抗領域ＬＳ１及びＬＤ１は、チャネル領域Ｃ１よりも低抵抗の領域である。低抵抗領域ＬＳ１は、第２絶縁膜１２の第３領域１２３及び第１絶縁膜１１の領域１１２に重畳している。低抵抗領域ＬＤ１は、第２絶縁膜１２の第５領域１２５及び第１絶縁膜１１の領域１１３に重畳している。
チャネル領域Ｃ１、低抵抗領域ＬＳ１及びＬＤ１は、第２絶縁膜１２及び第３絶縁膜１３に接している。

【0033】

ソース領域Ｓ１は、低抵抗領域ＬＳ１よりもさらに低抵抗の領域であり、第２絶縁膜１２の第２領域１２２及び第１絶縁膜１１の領域１１２に重畳している。ソース領域Ｓ１は、第２絶縁膜１２及びソース電極ＳＥに接している。

【0034】

ドレイン領域Ｄ１は、低抵抗領域ＬＤ１よりもさらに低抵抗の領域であり、第２絶縁膜１２の第４領域１２４及び第１絶縁膜１１の領域１１３に重畳している。ドレイン領域Ｄ１は、第２絶縁膜１２及びドレイン電極ＤＥに接している。

【0035】

酸化物半導体ＳＣのうち、少なくともチャネル領域Ｃ１及び低抵抗領域ＬＳ１及びＬＤ１は、第１ゲート電極ＧＥ１の直上に位置し、また、第２ゲート電極ＧＥ２の直下に位置している。図２に示す例では、ソース領域Ｓ１及びドレイン領域Ｄ１を含む酸化物半導体ＳＣのほぼ全体が第１ゲート電極ＧＥ１の直上に位置し、また、第２ゲート電極ＧＥ２の直下に位置している。

【0036】

これらの各領域を有する酸化物半導体ＳＣの製造方法について、図３を参照しながら説明する。

【0037】

第１ゲート電極ＧＥ１の上にシリコン窒化物を堆積してほぼ一定の膜厚を有する第１絶縁膜１１を形成した後に、厚膜領域を形成すべき領域をエッチング等によって除去し、凹部を形成する。その後、第１絶縁膜１１の上にシリコン酸化物を堆積し、さらにパターニングすることで、厚膜領域及び薄膜領域を有する第２絶縁膜１２を形成する。

【0038】

その後、第２絶縁膜１２の上に、酸化物半導体膜を形成し、この酸化物半導体膜をパターニングすることにより、第１領域１２１と交差する島状の酸化物半導体ＳＣを形成する。酸化物半導体ＳＣは、高抵抗化されている。

【0039】

その後、第２絶縁膜１２を介して第１絶縁膜１１から拡散された水素（Ｈ）により、酸化物半導体ＳＣの一部が低抵抗化される。このとき、第１絶縁膜１１の領域１１１から拡散された水素は、厚膜領域である第１領域１２１に吸収され、酸化物半導体ＳＣに到達しにくい。このため、酸化物半導体ＳＣのうち、第１領域１２１に重畳する部分は、高抵抗であり、チャネル領域Ｃ１を形成する。

【0040】

一方、第１絶縁膜１１の領域１１２にから拡散された水素は、薄膜領域である第２領域１２２及び第３領域１２３を透過し、酸化物半導体ＳＣに到達する。このため、酸化物半導体ＳＣのうち、第２領域１２２及び第３領域１２３に重畳する部分は、低抵抗化される。

【0041】

同様に、第１絶縁膜１１の領域１１３から拡散された水素は、薄膜領域である第４領域１２４及び第５領域１２５を透過し、酸化物半導体ＳＣに到達する。このため、酸化物半導体ＳＣのうち、第４領域１２４及び第５領域１２５に重畳する部分は、低抵抗化される。

【0042】

その後、酸化物半導体ＳＣに接するソース電極ＳＥ及びドレイン電極ＤＥを形成する。このとき、酸化物半導体ＳＣのうち、ソース電極ＳＥと接する部分は、ソース電極ＳＥによって酸素（Ｏ）が吸収されるため、さらに低抵抗化され、ソース領域Ｓ１を形成する。また、酸化物半導体ＳＣのうち、チャネル領域Ｃ１とソース領域Ｓ１との間の部分は、ソース電極ＳＥによる酸素吸収が制限されるため、チャネル領域Ｃ１より低抵抗であるがソース領域Ｓ１より高抵抗の低抵抗領域ＬＳ１を形成する。

【0043】

また、酸化物半導体ＳＣのうち、ドレイン電極ＤＥに接する部分は、ドレイン電極ＤＥによって酸素（Ｏ）が吸収されるため、さらに低抵抗され、ドレイン領域Ｄ１を形成する。また、酸化物半導体ＳＣのうち、チャネル領域Ｃ１とドレイン領域Ｄ１との間の部分は、ドレイン電極ＤＥによる酸素吸収が制限されるため、チャネル領域Ｃ１より低抵抗であるがドレイン領域Ｄ１より高抵抗の低抵抗領域ＬＤ１を形成する。

【0044】

続いて、酸化物半導体ＳＣ、ソース電極ＳＥ、及び、ドレイン電極ＤＥの上に、シリコン酸化物を堆積して、第３絶縁膜１３を形成する。これにより、ソース電極ＳＥとドレイン電極ＤＥとの間における酸化物半導体ＳＣ（つまり、チャネル領域Ｃ１、低抵抗領域ＬＳ１及びＬＤ１）が第３絶縁膜１３によって覆われる。第３絶縁膜１３に含まれる酸素（Ｏ）は、酸化物半導体ＳＣに供給される。このため、チャネル領域Ｃ１、低抵抗領域ＬＳ１及びＬＤ１は、ソース領域Ｓ１及びドレイン領域Ｄ１よりも高抵抗化される。

【0045】

ところで、半導体として酸化物半導体ＳＣを備える構成のトランジスタにおいては、ソース－ドレイン間に高電圧が印加されることに起因してホットキャリア劣化が生じ、しきい値電圧が大きくシフトすることがある。

【0046】

本実施形態では、酸化物半導体ＳＣは、チャネル領域Ｃ１に隣接した低抵抗領域ＬＳ１及びＬＤ１を有している。このため、酸化物半導体ＳＣのホットキャリア劣化を抑制することができる。したがって、しきい値電圧のシフトが抑制され、信頼性を向上することができる。

【0047】

このような低抵抗領域ＬＳ１及びＬＤ１は、第１絶縁膜１１から拡散された水素による還元作用によって形成されるものである。すなわち、第１絶縁膜１１と酸化物半導体ＳＣとの間には、厚膜領域及び薄膜領域を有する第２絶縁膜が介在している。厚膜領域は、第１絶縁膜１１から放出された水素の拡散を抑制し、薄膜領域は、第１絶縁膜１１から放出された水素を透過する。このため、酸化物半導体ＳＣのうち、薄膜領域に重畳する部分は水素による還元作用によって低抵抗化され、厚膜領域に重畳する部分は水素による還元作用をほとんど受けず高抵抗の状態が維持される。このように、第２絶縁膜１２を介した水素供給量の差によって、チャネル領域Ｃ１、低抵抗領域ＬＳ１及びＬＤ１が形成される。したがって、信頼性の高い酸化物半導体トランジスタを容易に形成することができる。

【0048】

第２絶縁膜１２の膜厚に関して、上記のように、厚膜領域の膜厚Ｔ１が約２００ｎｍ以上であれば、水素拡散を抑制できる効果が確認された。また、薄膜領域の膜厚Ｔ２は、一例では１００ｎｍ以下であるが、水素拡散を促進する観点では、膜厚Ｔ２は小さいほどの好ましい。

【0049】

図４は、図１に示したトランジスタＴＲの他の例を示す断面図である。図４に示す例は、図２に示した例と比較して、第２絶縁膜１２の断面形状において、第１領域１２１が周辺領域１２Ａよりも上方に向かって突出している点で相違している。つまり、第２絶縁膜１２の上面に段差が形成される一方で、第２絶縁膜１２の下面はほぼ平坦面である。このため、第１絶縁膜１１と第２絶縁膜１２との界面は、ほぼ平坦面である。

【0050】

第１絶縁膜１１は、酸化物半導体ＳＣの直下においてほぼ一定の膜厚を有しており、ほとんど凹凸のない平坦膜である。

【0051】

第２絶縁膜１２は、膜厚Ｔ１の厚膜領域である第１領域１２１と、膜厚Ｔ２の薄膜領域あるいは周辺領域１２Ａ（第２領域１２２、第３領域１２３、第４領域１２４、及び、第５領域１２５）と、を有している。

【0052】

第１領域１２１の第１周縁部２３１は、ソース電極ＳＥの第１側縁２１に重畳せず、また、第１領域１２１の第２周縁部２３２は、ドレイン電極ＤＥの第２側縁２２に重畳しない。第１周縁部２３１及び第２周縁部２３２は、第１側縁２１と第２側縁２２との間に位置している。

【0053】

このような例においても、上記の例と同様の効果が得られる。

【0054】

図５は、図１に示したトランジスタＴＲの他の例を示す断面図である。
第２絶縁膜１２は、膜厚Ｔ１の厚膜領域である第１領域１２１と、薄膜領域あるいは周辺領域１２Ａ（第２領域１２２、第３領域１２３、第４領域１２４、及び、第５領域１２５）と、を有している。

【0055】

第１領域１２１の第１周縁部２３１は、ソース電極ＳＥの第１側縁２１に重畳せず、また、第１領域１２１の第２周縁部２３２は、ドレイン電極ＤＥの第２側縁２２に重畳しない。第１周縁部２３１及び第２周縁部２３２は、第１側縁２１と第２側縁２２との間に位置している。

【0056】

第１領域１２１と第２領域１２２との間に位置する第３領域１２３は、第１領域１２１から第２領域１２２に向かうにしたがって膜厚が次第に薄くなる。つまり、第３領域１２３は、第１周縁部２３１の近傍においては膜厚Ｔ１とほぼ同等の膜厚を有し、また、第１側縁２１に重畳する位置においては膜厚Ｔ２とほぼ同等の膜厚を有している。第１側縁２１と第１周縁部２３１との間において、第１絶縁膜１１と第２絶縁膜１２との界面は、傾斜面である。

【0057】

第１領域１２１と第４領域１２４との間に位置する第５領域１２５は、第１領域１２１から第４領域１２４に向かうにしたがって膜厚が次第に薄くなる。つまり、第５領域１２５は、第２周縁部２３２の近傍においては膜厚Ｔ１とほぼ同等の膜厚を有し、また、第２側縁２２に重畳する位置においては膜厚Ｔ２とほぼ同等の膜厚を有している。第２側縁２２と第２周縁部２３２との間において、第１絶縁膜１１と第２絶縁膜１２との界面は、傾斜面である。

【0058】

第２絶縁膜１２の断面形状に着目すると、第１領域１２１が周辺領域１２Ａよりも下方に向かって突出している。つまり、第２絶縁膜１２の下面に段差が形成される一方で、第２絶縁膜１２の上面はほぼ平坦面である。このため、第２絶縁膜１２と酸化物半導体ＳＣとの界面は、ほぼ平坦面である。

【0059】

次に、第１絶縁膜１１の断面構造について説明する。
第１絶縁膜１１は、第１領域１２１に重畳する領域１１１と、第２領域１２２に重畳する領域１１２と、第３領域１２３に重畳する領域１１３と、第４領域１２４に重畳する領域１１４と、第５領域１２５に重畳する領域１１５と、有している。領域１１１の膜厚Ｔ１１は、領域１１２及び領域１１４の各々の膜厚Ｔ１２より小さい。領域１１３は、領域１１２から領域１１１に向かうにしたがって膜厚が次第に薄くなる。領域１１５は、領域１１４から領域１１１に向かうにしたがって膜厚が次第に薄くなる。

【0060】

このような例においても、上記の例と同様の効果が得られる。
また、第３領域１２３及び第５領域１２５の各々の膜厚がグラデーションを有するため、低抵抗領域ＬＳ１及びＬＤ１に供給される水素量もグラデーションを有する。そして、低抵抗領域ＬＳ１及びＬＤ１においては、チャネル領域Ｃ１に近接するほど供給される水素量が低減し、低抵抗化が抑制される。つまり、低抵抗領域ＬＳ１及びＬＤ１における抵抗値は、チャネル領域Ｃ１に近接するほど高くなるようなグラデーションを有する。このため、酸化物半導体ＳＣのソース領域Ｓ１の近傍及びドレイン領域Ｄ１の近傍における電位勾配が緩やかとなり、酸化物半導体ＳＣの劣化が抑制される。

【0061】

図６は、図１に示したトランジスタＴＲの他の例を示す断面図である。図６に示す例は、図５に示した例と比較して、第２絶縁膜１２の断面形状において、第１領域１２１が周辺領域１２Ａよりも上方に向かって突出している点で相違している。つまり、第２絶縁膜１２の上面に段差が形成される一方で、第２絶縁膜１２の下面はほぼ平坦面である。このため、第１絶縁膜１１と第２絶縁膜１２との界面は、ほぼ平坦面である。

【0062】

第１絶縁膜１１は、酸化物半導体ＳＣの直下においてほぼ一定の膜厚を有しており、ほとんど凹凸のない平坦膜である。

【0063】

第２絶縁膜１２は、膜厚Ｔ１の厚膜領域である第１領域１２１と、薄膜領域あるいは周辺領域１２Ａ（第２領域１２２、第３領域１２３、第４領域１２４、及び、第５領域１２５）と、を有している。

【0064】

第１領域１２１の第１周縁部２３１は、ソース電極ＳＥの第１側縁２１に重畳せず、また、第１領域１２１の第２周縁部２３２は、ドレイン電極ＤＥの第２側縁２２に重畳しない。第１周縁部２３１及び第２周縁部２３２は、第１側縁２１と第２側縁２２との間に位置している。

【0065】

このような例においても、図５に示した例と同様の効果が得られる。

【0066】

以上説明したように、本実施形態によれば、信頼性を向上することが可能な半導体装置を提供することができる。

【0067】

以上、本発明の実施形態として説明した半導体装置を基にして、当業者が適宜設計変更して実施し得る全ての半導体装置も、本発明の要旨を包含する限り、本発明の範囲に属する。

【0068】

本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変形例に想到し得るものであり、それら変形例についても本発明の範囲に属するものと解される。例えば、上述の実施形態に対して、当業者が適宜、構成要素の追加、削除、もしくは設計変更を行ったもの、または、工程の追加、省略もしくは条件変更を行ったものも、本発明の要旨を備えている限り、本発明の範囲に含まれる。

【0069】

また、上述の実施形態において述べた態様によりもたらされる他の作用効果について、本明細書の記載から明らかなもの、または当業者において適宜想到し得るものについては、当然に本発明によりもたらされるものと解される。

【符号の説明】

【0070】

１…半導体装置 ＴＲ…トランジスタ １０…基材 １１…第１絶縁膜
１２…第２絶縁膜 １２１…第１領域（厚膜領域） １２Ａ…周辺領域（薄膜領域）
１２２…第２領域 １２３…第３領域 １２４…第４領域 １２５…第５領域
２１…第１側縁 ２２…第２側縁 ２３１…第１周縁部 ２３２…第２周縁部
ＧＥ１…第１ゲート電極 ＧＥ２…第２ゲート電極 ＳＥ…ソース電極 ＤＥ…ドレイン電極
ＳＣ…酸化物半導体 Ｃ１…チャネル領域 ＬＳ１、ＬＤ１…低抵抗領域 Ｓ１…ソース領域 Ｄ１…ドレイン領域

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】