JP2011216870A - 半導体装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】酸化物半導体を用いた書き込み用トランジスタ、該トランジスタと異なる半導体材料を用いた読み出し用トランジスタ及び容量素子を含む不揮発性のメモリセルを有する半導体装置を提供する。メモリセルへの書き込みは、書き込み用トランジスタをオン状態とすることにより、書き込み用トランジスタのソース電極(またはドレイン電極)と、容量素子の電極の一方と、読み出し用トランジスタのゲート電極とが電気的に接続されたノードに電位を供給した後、書き込み用トランジスタをオフ状態とすることにより、ノードに所定量の電荷を保持させることで行う。また、読み出し用トランジスタとして、pチャネル型トランジスタを用いて、読み出し電位を正の電位とする。
【選択図】図1
Description
本実施の形態では、開示する発明の一態様に係る半導体装置の回路構成およびその動作について、図1を参照して説明する。なお、回路図においては、酸化物半導体を用いたトランジスタであることを示すために、OSの符号を併せて付す場合がある。
次に、図1に示す回路を応用したより具体的な回路構成および動作について、図2乃至図4を参照して説明する。なお、以下の説明においては、書き込み用トランジスタ(トランジスタ162)にnチャネル型トランジスタを用い、読み出し用トランジスタ(トランジスタ160)にpチャネル型トランジスタを用いる場合を例に説明する。
本実施の形態では、開示する発明の一態様に係る半導体装置の構成およびその作製方法について、図5乃至図9を参照して説明する。
図5は、半導体装置の構成の一例である。図5(A)には、半導体装置の断面を、図5(B)には、半導体装置の平面を、それぞれ示す。ここで、図5(A)は、図5(B)のA1−A2およびB1−B2における断面に相当する。図5(A)および図5(B)に示される半導体装置は、下部に第1の半導体材料を用いたトランジスタ160を有し、上部に第2の半導体材料を用いたトランジスタ162を有するものである。ここで、トランジスタ160にはpチャネル型トランジスタを用いるものとする。また、第1の半導体材料と第2の半導体材料とは異なる材料とすることが望ましい。例えば、第1の半導体材料を酸化物半導体以外の半導体材料(シリコンなど)とし、第2の半導体材料を酸化物半導体とすることができる。酸化物半導体以外の材料としては、例えば、シリコン、ゲルマニウム、シリコンゲルマニウム、炭化シリコン、またはガリウムヒ素等を用いることができ、単結晶半導体を用いるのが好ましい。このような半導体材料を用いたトランジスタは、十分な高速動作が可能なため、記憶した情報の読み出しなどを高速に行うことが可能である。一方で、酸化物半導体を用いたトランジスタは、その特性により長時間の電荷保持を可能とする。
次に、上記半導体装置の作製方法の一例について説明する。以下では、はじめに下部のトランジスタ160の作製方法について図6および図7を参照して説明し、その後、上部のトランジスタ162および容量素子164の作製方法について図8および図9を参照して説明する。
まず、半導体材料を含む基板100を用意する(図6(A)参照)。半導体材料を含む基板100としては、シリコンや炭化シリコンなどの単結晶半導体基板、多結晶半導体基板、シリコンゲルマニウムなどの化合物半導体基板、SOI基板などを適用することができる。ここでは、半導体材料を含む基板100として、単結晶シリコン基板を用いる場合の一例について示すものとする。なお、一般に「SOI基板」は、絶縁表面上にシリコン半導体層が設けられた構成の基板をいうが、本明細書等においては、絶縁表面上にシリコン以外の材料からなる半導体層が設けられた構成の基板も含む概念として用いる。つまり、「SOI基板」が有する半導体層は、シリコン半導体層に限定されない。また、SOI基板には、ガラス基板などの絶縁基板上に絶縁層を介して半導体層が設けられた構成のものが含まれるものとする。
次に、ゲート電極110、絶縁層128、絶縁層130などの上に導電層を形成し、該導電層を選択的にエッチングして、ソース電極142a、ドレイン電極142bを形成する(図8(A)参照)。
本実施の形態では、上述の実施の形態で説明した半導体装置を電子機器に適用する場合について、図10を用いて説明する。本実施の形態では、コンピュータ、携帯電話機(携帯電話、携帯電話装置ともいう)、携帯情報端末(携帯型ゲーム機、音響再生装置なども含む)、デジタルカメラ、デジタルビデオカメラ、電子ペーパー、テレビジョン装置(テレビ、またはテレビジョン受信機ともいう)などの電子機器に、上述の半導体装置を適用する場合について説明する。
102 保護層
104 半導体領域
106 素子分離絶縁層
108 ゲート絶縁層
110 ゲート電極
116 チャネル形成領域
120 不純物領域
122 金属層
124 金属化合物領域
128 絶縁層
130 絶縁層
142a ソース電極
142b ドレイン電極
143a 絶縁層
143b 絶縁層
144 酸化物半導体層
146 ゲート絶縁層
148a ゲート電極
148b 電極
150 絶縁層
152 絶縁層
154 電極
156 配線
160 トランジスタ
162 トランジスタ
164 容量素子
701 筐体
702 筐体
703 表示部
704 キーボード
711 本体
712 スタイラス
713 表示部
714 操作ボタン
715 外部インターフェイス
720 電子書籍
721 筐体
723 筐体
725 表示部
727 表示部
731 電源
733 操作キー
735 スピーカー
737 軸部
740 筐体
741 筐体
742 表示パネル
743 スピーカー
744 マイクロフォン
745 操作キー
746 ポインティングデバイス
747 カメラ用レンズ
748 外部接続端子
749 太陽電池セル
750 外部メモリスロット
761 本体
763 接眼部
764 操作スイッチ
765 表示部
766 バッテリー
767 表示部
770 テレビジョン装置
771 筐体
773 表示部
775 スタンド
780 リモコン操作機
800 測定系
802 容量素子
804 トランジスタ
805 トランジスタ
806 トランジスタ
808 トランジスタ
Claims (6)
- pチャネル型の第1のトランジスタと、第2のトランジスタと、容量素子と、を含むメモリセルを有し、
前記第1のトランジスタは、第1のゲート電極、第1のソース電極、第1のドレイン電極、及び第1のチャネル形成領域と、を有し、
前記第2のトランジスタは、第2のゲート電極、第2のソース電極、第2のドレイン電極、及び、前記第1のチャネル形成領域とは異なる半導体材料を含んで構成された第2のチャネル形成領域と、を有し、
前記第1のゲート電極と、前記第2のドレイン電極と、前記容量素子の一方の電極と、は、電気的に接続されて電荷が保持されるノードを構成する半導体装置。 - 第1乃至第5の配線と、前記第1の配線と前記第2の配線との間に接続されたメモリセルと、を有し、
前記メモリセルは、
第1のゲート電極、第1のソース電極、第1のドレイン電極、及び第1のチャネル形成領域を含むpチャネル型の第1のトランジスタと、
第2のゲート電極、第2のソース電極、第2のドレイン電極、及び、前記第1のチャネル形成領域とは異なる半導体材料を含んで構成された第2のチャネル形成領域を含む第2のトランジスタと、
容量素子と、
を有し、
前記第1のゲート電極と、前記第2のドレイン電極と、前記容量素子の電極の一方と、は電気的に接続されて電荷が保持されるノードを構成し、
前記第1の配線と、前記第1のソース電極とは、電気的に接続され、
前記第2の配線と、前記第1のドレイン電極とは、電気的に接続され、
前記第3の配線と、前記第2のソース電極とは、電気的に接続され、
前記第4の配線と、前記第2のゲート電極とは、電気的に接続され、
前記第5の配線と、前記容量素子の電極の他方とは電気的に接続された半導体装置。 - 前記第2のチャネル形成領域は、酸化物半導体を含んで構成される請求項1または2に記載の半導体装置。
- 前記第2のトランジスタは、前記第1のトランジスタの少なくとも一部と重畳して設けられる請求項1乃至3のいずれか一に記載の半導体装置。
- 前記第1のチャネル形成領域は、シリコンを含んで構成される請求項1乃至4のいずれか一に記載の半導体装置。
- 前記第2のトランジスタとして、nチャネル型トランジスタを用いる請求項1乃至5のいずれか一に記載の半導体装置。
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