JP2011216879A - 半導体装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】第1のトランジスタ上に設けられた第2のトランジスタと容量素子とを有し、容量素子は、第2のトランジスタのソース電極またはドレイン電極と、ゲート絶縁層と、第2のトランジスタを覆う絶縁層上に設けられた容量素子用電極を含み、第2のトランジスタのゲート電極と、容量素子用電極とは、絶縁層を介して少なくとも一部が重畳して設けられる半導体装置を提供する。第2のトランジスタのゲート電極と、容量素子用電極とを、異なる層で形成することで、半導体装置の集積度を向上させることができる。
【選択図】図1
Description
本実施の形態では、本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1乃至図6を参照して説明する。
図1は、半導体装置の構成の一例である。図1(A)には、半導体装置の断面を、図1(B)には、半導体装置の平面を、それぞれ示す。ここで、図1(A)は、図1(B)のA1−A2およびB1−B2における断面に相当する。図1(A)および図1(B)に示す半導体装置は、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、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半導体材料としては、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、インジウムリン、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、高速動作が容易である。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2および図3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4および図5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2(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ものとする。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、電極126、絶縁層128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、ソース電極またはドレイン電極142a、ソース電極またはドレイン電極142bを形成する(図4(A)参照)。
次に、図1に示す半導体装置の他の構成について、図6を参照して説明する。
図6(A)には、半導体装置の断面を、図6(B)には、半導体装置の平面を、それぞれ示す。ここで、図6(A)は、図6(B)のC1−C2およびD1−D2における断面に相当する。図6(A)および図6(B)に示される半導体装置は、図1で示した半導体装置と同様に、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、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材料(シリコン)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半導体材料(例えば、単結晶シリコン)を用いたトランジスタは、高速動作が容易である。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。
図6に示す半導体装置の作製方法、特に上部のトランジスタ162のソース電極またはドレイン電極の作製方法について説明する。
本実施の形態では、開示する発明の別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7乃至図10を参照して説明する。
図7は、本実施の形態にかかる半導体装置の構成の一例である。図7(A)には、半導体装置の断面を、図7(B)には、半導体装置の平面を、それぞれ示す。ここで、図7(A)は、図7(B)のE1−E2およびF1−F2における断面に相当する。図7(A)および図7(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560を有し、上部に第2の半導体材料を用いたトランジスタ562を有するものである。ここで、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材料(シリコン)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半導体材料(例えば、単結晶シリコン)を用いたトランジスタは、高速動作が容易である。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に用いられるSOI基板の作製方法の一例について、図8を参照して説明する。
次に、上記のSOI基板を用いた半導体装置の作製方法、特に、トランジスタ560の作製方法について、図9を参照して説明する。なお、図9は、図8に示す方法で作成したSOI基板の一部であって、図7(A)の一部に相当する断面図である。
次に、図7に示す半導体装置の他の構成について、図10を参照して説明する。
図10(A)には半導体装置の断面を、図10(B)には半導体装置の平面を、それぞれ示す。ここで、図10(A)は、図10(B)のG1−G2およびH1−H2における断面に相当する。図10(A)および図10(B)に示される半導体装置は、図7で示した半導体装置と同様に、下部に第1の半導体材料を用いたトランジスタ560を有し、上部に第2の半導体材料を用いたトランジスタ562を有するものである。ここで、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材料(シリコン)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半導体材料(例えば、単結晶シリコン)を用いたトランジスタは、高速動作が容易である。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。
本実施の形態では、開示する発明の別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11および図12を参照して説明する。
図11は、本実施の形態にかかる半導体装置の構成の一例である。図11(A)には、半導体装置の断面を、図11(B)には、半導体装置の平面を、それぞれ示す。ここで、図11(A)は、図11(B)のI1−I2およびJ1−J2における断面に相当する。図11(A)および図11(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262を有するものである。ここで、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材料(シリコン)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半導体材料(例えば、単結晶シリコン)を用いたトランジスタは、高速動作が容易である。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について、図12を参照して説明する。ここで、図12は、図11に示す上部のトランジスタ262の作製方法の例について示す図である。なお、下部のトランジスタ160の作製方法は、図2及び図3を参照すればよいため、詳細な説明は省略する。
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回路構成およびその動作について、図13を参照して説明する。また、図13に示す回路図においては、図1に示す半導体装置の符号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。
本実施の形態では、先の実施の形態において説明した半導体装置の応用例の一について説明する。具体的には、先の実施の形態において説明した半導体装置をマトリクス状に配列した半導体装置の一例について説明する。
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18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
126 電極
128 絶縁層
142a ソース電極またはドレイン電極
142b ソース電極またはドレイン電極
144 酸化物半導体層
146 ゲート絶縁層
148a ゲート電極
149a 電極
150 絶縁層
151 絶縁層
152 絶縁層
153 開口
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
242a ソース電極またはドレイン電極
242b ソース電極またはドレイン電極
243 絶縁層
243a 絶縁層
244 酸化物半導体層
246 ゲート絶縁層
248a ゲート電極
249a 電極
250 絶縁層
251 絶縁層
252 絶縁層
262 トランジスタ
264 容量素子
500 ベース基板
502 窒素含有層
510 単結晶半導体基板
512 酸化膜
514 脆化領域
516 単結晶半導体層
518 単結晶半導体層
520 半導体層
522 絶縁層
522a ゲート絶縁層
524 導電層
524a ゲート電極
526 チャネル形成領域
528 不純物領域
530 電極
534 絶縁層
542a ソース電極またはドレイン電極
542b ソース電極またはドレイン電極
544 酸化物半導体層
546 ゲート絶縁層
548a ゲート電極
549a 電極
550 絶縁層
551 絶縁層
552 絶縁層
554 電極
556 配線
560 トランジスタ
562 トランジスタ
564 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
1100 メモリセル
1111 駆動回路
1112 駆動回路
1113 駆動回路
1114 駆動回路
Claims (7)
- 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、を含む複数のメモリセルを有し、
前記第1のトランジスタは、
第1のチャネル形成領域と、
前記第1のチャネル形成領域上に設けられた第1のゲート絶縁層と、
前記第1のチャネル形成領域と重畳して、前記第1のゲート絶縁層上に設けられた第1のゲート電極と、
前記第1のチャネル形成領域と電気的に接続する第1のソース電極及び第1のドレイン電極と、を含み、
前記第2のトランジスタは、
第2のチャネル形成領域と、
前記第2のチャネル形成領域と電気的に接続する第2のソース電極及び第2のドレイン電極と、
前記第2のチャネル形成領域と重畳して設けられた第2のゲート電極と、
前記第2のチャネル形成領域と前記第2のゲート電極との間に設けられた第2のゲート絶縁層と、を含み、
前記容量素子は、
前記第2のソース電極または第2のドレイン電極と、前記第2のトランジスタを覆う絶縁層と、前記絶縁層上に設けられた容量素子用電極と、を含み、
前記第1のチャネル形成領域と前記第2のチャネル形成領域は、異なる半導体材料を含んで構成され、
前記第1のゲート電極と前記第2のソース電極またはドレイン電極は、電気的に接続され、
前記第1のトランジスタと前記第2のトランジスタとは、少なくとも一部が重畳して設けられる半導体装置。 - 前記容量素子用電極は、前記第2のゲート電極と前記絶縁層を介して少なくとも一部が重畳して設けられる請求項1に記載の半導体装置。
- 前記容量素子用電極は、前記第1のゲート電極と少なくとも一部が重畳して設けられる請求項1または請求項2に記載の半導体装置。
- 前記容量素子用電極は、前記第2のチャネル形成領域と少なくとも一部が重畳して設けられる請求項1乃至請求項3のいずれか一に記載の半導体装置。
- 前記第1のトランジスタは、前記第1のチャネル形成領域を挟むように設けられた不純物領域を有する請求項1乃至請求項4のいずれか一に記載の半導体装置。
- 前記第2のトランジスタの前記第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乃至請求項5のいずれか一に記載の半導体装置。
- 前記容量素子は、前記酸化物半導体を含んで構成される請求項1乃至請求項6のいずれか一に記載の半導体装置。
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