JP2013168639A - 半導体装置 - Google Patents
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- H01L29/78618—Thin film transistors, i.e. transistors with a channel being at least partly a thin film with supplementary region or layer in the thin film or in the insulated bulk substrate supporting it for controlling or increasing the safety of the device characterised by the drain or the source properties, e.g. the doping structure, the composition, the sectional shape or the contact structure
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Abstract
【解決手段】酸化物半導体膜、ゲート絶縁膜、および側面および上面に側壁絶縁膜が設けられたゲート電極が順に積層されたトランジスタを有する半導体装置において、酸化物半導体膜にエッチング処理を施し、チャネル長方向の長さが異なるように十字状、またはソース電極およびドレイン電極よりもチャネル幅方向の長さが長くなるように形成する。また、酸化物半導体膜に接するようにソース電極およびドレイン電極を形成する。
【選択図】図1
Description
本実施の形態では、半導体装置の一態様を図1を用いて説明する。図1(A)は半導体装置が有するトランジスタの上面図を示し、図1(B)は、図1(A)に示す一点鎖線A−B(チャネル長方向)における断面図であり、図1(C)は、図1(A)に示す一点鎖線C−Dにおける断面図である。なお、図1(A)において、図面の明瞭化のため、図1(B)、図1(C)に示した一部の構成を省略して示している。
本実施の形態では、半導体装置の他の一態様を図6を用いて説明する。図6(A)は半導体装置が有するトランジスタの上面図を示し、図6(B)は、図6(A)に示す一点鎖線A−B(チャネル長方向)における断面図であり、図6(C)は、図6(A)に示す一点鎖線C−Dにおける断面図である。なお、図6(A)において、図面の明瞭化のため、図6(B)、図6(C)に示した一部の構成を省略して示している。
本実施の形態では、半導体装置の他の一態様を図11を用いて説明する。図11(A)は半導体装置が有するトランジスタの上面図を示し、図11(B)は、図11(A)に示す一点鎖線A−B(チャネル長方向)における断面図であり、図11(C)は、図11(A)に示す一点鎖線C−Dにおける断面図である。なお、図11(A)において、図面の明瞭化のため、図11(B)、図11(C)に示した一部の構成を省略して示している。
本実施の形態では、半導体装置の他の一態様を、図33を用いて説明する。図33(A)は半導体装置が有するトランジスタの上面図を示し、図33(B)は、図33(A)に示す一点鎖線A−B(チャネル長方向)における断面図であり、図33(C)は、図33(A)に示す一点鎖線C−Dにおける断面図である。なお、図33(A)において、図面の明瞭化のため、図33(B)、図33(C)に示した一部の構成を省略して示している。
本実施の形態では、半導体装置の他の一態様を、図37を用いて説明する。図37(A)は半導体装置が有するトランジスタの上面図を示し、図37(B)は、図37(A)に示す一点鎖線A−B(チャネル長方向)における断面図であり、図37(C)は、図37(A)に示す一点鎖線C−Dにおける断面図である。なお、図37(A)において、図面の明瞭化のため、図37(B)、図37(C)に示した一部の構成を省略して示している。
本実施の形態では、半導体装置の他の一態様を、図40を用いて説明する。図40(B)は、トランジスタ550の上面図であり、図40(A)は、図40(B)のX−Yにおける断面図である。なお、図40(B)において、図面の明瞭化のため、図40(A)に示した一部の構成を省略して示している。
本実施の形態では、実施の形態6に示した半導体装置とは別の一態様の半導体装置と、該半導体装置の作製方法について説明する。図42(A)は半導体装置が有するトランジスタの上面図を示し、図42(B)は、図42(A)に示す一点鎖線A−B(チャネル長方向)における断面図であり、図42(C)は、図42(A)に示す一点鎖線C−Dにおける断面図である。なお、図42(A)において、図面の明瞭化のため、図42(B)、図42(C)に示した一部の構成を省略して示している。
本実施の形態では、実施の形態1に示すトランジスタを使用し、電力が供給されない状況でも記憶内容の保持が可能で、かつ、書き込み回数にも制限が無い半導体装置の一例を、図面を用いて説明する。なお、本実施の形態の半導体装置は、トランジスタ162として実施の形態1に記載のトランジスタ450を適用して構成される。
そして、絶縁膜152上にはトランジスタ162と、他のトランジスタを接続するための配線156a、配線156bが設けられている。配線156aは、層間絶縁膜149、絶縁膜150、および絶縁膜152などに形成された開口に形成された電極を介してソース電極142aと電気的に接続される。配線156bは、層間絶縁膜149、絶縁膜150、および絶縁膜152などに形成された開口に形成された電極を介してドレイン電極142bと電気的に接続される。
本実施の形態においては、実施の形態1に示すトランジスタを使用し、電力が供給されない状況でも記憶内容の保持が可能で、かつ、書き込み回数にも制限が無い半導体装置について、実施の形態7に示した構成と異なる構成について、図18乃至図20を用いて説明を行う。なお、本実施の形態の半導体装置は、トランジスタ162として実施の形態2に記載のトランジスタを適用して構成される。トランジスタ162としては、実施の形態1で示すトランジスタのいずれの構造も適用することができる。
本実施の形態では、先の実施の形態で示した半導体装置を携帯電話、スマートフォン、電子書籍などの携帯機器に応用した場合の例を図21乃至図24を用いて説明する。
本明細書に開示する半導体装置は、さまざまな電子機器(遊技機も含む)に適用することができる。電子機器としては、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)、コンピュータ用などのモニタ、デジタルカメラ、デジタルビデオカメラ、デジタルフォトフレーム、携帯電話機、携帯型ゲーム機、携帯情報端末、音響再生装置、遊技機(パチンコ機、スロットマシン等)、ゲーム筐体が挙げられる。これらの電子機器の具体例を図25に示す。
上記実施の形態に開示したトランジスタを少なくとも一部に用いてCPU(Central Processing Unit)を構成することができる。
本明細書で開示されるトランジスタの構造は、チャネルが形成される酸化物半導体膜にCAAC−OS膜を適用する場合に特に有用である。具体的に述べると、CAAC−OS膜は、側面(端面)から酸素の脱離に起因して当該側面近傍の領域が低抵抗化されやすい。これに対して、本明細書で開示されるトランジスタにおいては、チャネル長方向の長さが異なるように十字状に形成された酸化物半導体膜またはソース電極およびドレイン電極よりもチャネル幅方向の長さが長い酸化物半導体膜を用いてトランジスタを構成する。トランジスタのソース電極とドレイン電極が酸化物半導体膜の側面(端面)近傍の領域(酸素(O)が脱離することなどに起因して低抵抗化した領域)を介して電気的に接続される蓋然性を低減することが可能となる。
(1)過剰酸素の第1の遷移 Z=1においてT=206K(−67℃)
(2)過剰酸素の第2の遷移 Z=1においてT=923K(650℃)
(3)酸素欠損の第1の遷移 Z=1においてT=701K(428℃)
(4)酸素欠損の第2の遷移 Z=1においてT=1590K(1317℃)
(1)過剰酸素の第1の遷移 T=300KにおいてZ=1.2×104(/秒)
(2)過剰酸素の第2の遷移 T=300KにおいてZ=1.0×10−27(/秒)
(3)酸素欠損の第1の遷移 T=300KにおいてZ=4.3×10−18(/秒)
(4)酸素欠損の第2の遷移 T=300KにおいてZ=1.4×10−56(/秒)
(1)過剰酸素の第1の遷移 T=723KにおいてZ=2.0×109(/秒)
(2)過剰酸素の第2の遷移 T=723KにおいてZ=2.5×10−4(/秒)
(3)酸素欠損の第1の遷移 T=723KにおいてZ=2.5(/秒)
(4)酸素欠損の第2の遷移 T=723KにおいてZ=2.5×10−16(/秒)
12 酸化物半導体膜
13 ゲート絶縁膜
14 ゲート電極
16 側壁絶縁膜
17a ソース電極
17b ドレイン電極
18 絶縁膜
19 バリア膜
100 基板
106 素子分離絶縁膜
108 ゲート絶縁膜
110 ゲート電極
116 チャネル形成領域
120 不純物領域
124 金属間化合物領域
130 絶縁膜
135 側壁絶縁膜
142a ソース電極
142b ドレイン電極
144 酸化物半導体膜
144a ソース領域
144b ドレイン領域
144c チャネル形成領域
146 ゲート絶縁膜
148 ゲート電極
149 層間絶縁膜
150 絶縁膜
152 絶縁膜
153 導電膜
156a 配線
156b 配線
160 トランジスタ
162 トランジスタ
164 容量素子
250 メモリセル
251 メモリセルアレイ
251a メモリセルアレイ
251b メモリセルアレイ
253 周辺回路
400 基板
401 ゲート電極
402 酸化物半導体膜
403 酸化物半導体膜
403a ソース領域
403b ドレイン領域
403c チャネル形成領域
405 導電膜
405a ソース電極
405b ドレイン電極
406a 低抵抗領域
406b 低抵抗領域
407 導電膜
409 ゲート絶縁膜
409a 酸素供給膜
409b バリア膜
410 ゲート絶縁膜
410a 酸素供給膜
410b バリア膜
411 絶縁膜
411a 絶縁膜
412 側壁絶縁膜
413 絶縁膜
414a 配線層
414b 配線層
415 層間絶縁膜
417 絶縁膜
419 層間絶縁膜
421 ドーパント
425a レジストマスク
425b レジストマスク
425c レジストマスク
431 第1の領域
432 第2の領域
433 第3の領域
435 レジストマスク
436 下地絶縁膜
436a 第1の下地絶縁膜
436b 第2の下地絶縁膜
440 マスク
441 ドーパント
442 開口
444 マスク
446 開口
450 トランジスタ
460 トランジスタ
470 トランジスタ
480 トランジスタ
490 トランジスタ
500 基板
501 ゲート電極
502 ゲート絶縁膜
502a 第1のゲート絶縁膜
502b 第2のゲート絶縁膜
503 酸化物半導体膜
503a 第1の酸化物半導体膜
503b 第2の酸化物半導体膜
504 導電膜
505 導電膜
505a 第1の低抵抗材料層
505b 第2の低抵抗材料層
505c 第1のバリア層
505d 第2のバリア層
506 絶縁膜
507 絶縁膜
530 容量素子
532 下地絶縁膜
536 下地絶縁膜
541 酸化物半導体膜
550 トランジスタ
551 酸素
552 導電膜
553 レジストマスク
555 レジストマスク
556 レジストマスク
557 レジストマスク
560 トランジスタ
574a 配線
574b 配線
575 導電膜
575a 第1のバリア層
575b 第2のバリア層
801 トランジスタ
803 トランジスタ
804 トランジスタ
805 トランジスタ
806 トランジスタ
807 Xデコーダー
808 Yデコーダー
811 トランジスタ
812 保持容量
813 Xデコーダー
814 Yデコーダー
901 RF回路
902 アナログベースバンド回路
903 デジタルベースバンド回路
904 バッテリー
905 電源回路
906 アプリケーションプロセッサ
907 CPU
908 DSP
909 インターフェース(IF)
910 フラッシュメモリ
911 ディスプレイコントローラ
912 メモリ回路
913 ディスプレイ
914 表示部
915 ソースドライバ
916 ゲートドライバ
917 音声回路
918 キーボード
919 タッチセンサ
950 メモリ回路
951 メモリコントローラ
952 メモリ
953 メモリ
954 スイッチ
955 スイッチ
956 ディスプレイコントローラ
957 ディスプレイ
1001 バッテリー
1002 電源回路
1003 マイクロプロセッサ
1004 フラッシュメモリ
1005 音声回路
1006 キーボード
1007 メモリ回路
1008 タッチパネル
1009 ディスプレイ
1010 ディスプレイコントローラ
1141 スイッチング素子
1142 メモリセル
1143 メモリセル群
1189 ROMインターフェース
1190 基板
1191 ALU
1192 ALUコントローラ
1193 インストラクションデコーダ
1194 インタラプトコントローラ
1195 タイミングコントローラ
1196 レジスタ
1197 レジスタコントローラ
1198 バスインターフェース
1199 ROM
3000 基板
3001 トランジスタ
3004 論理回路
3100a 配線
3100b 配線
3100c 配線
3100d 配線
3106 素子分離絶縁層
3140a 絶縁膜
3140b 絶縁膜
3141a 絶縁膜
3141b 絶縁膜
3142a 絶縁膜
3142b 絶縁膜
3170a メモリセル
3170b メモリセル
3171a トランジスタ
3171b トランジスタ
3303 電極
3503a 電極
3503b 電極
3504a 電極
3505 電極
9033 留め具
9034 スイッチ
9035 電源スイッチ
9036 スイッチ
9038 操作スイッチ
9630 筐体
9631 表示部
9631a 表示部
9631b 表示部
9632a 領域
9632b 領域
9633 太陽電池
9634 充放電制御回路
9635 バッテリー
9636 DCDCコンバータ
9637 コンバータ
9638 操作キー
9639 ボタン
Claims (14)
- 絶縁表面上に設けられ、第1の領域、前記第1の領域の一部を挟むように設けられた第2の領域および第3の領域を含む酸化物半導体膜と、
前記酸化物半導体膜上に設けられたゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜上に前記第1の領域乃至前記第3の領域のそれぞれの少なくとも一部と重畳して設けられたゲート電極と、
前記酸化物半導体膜と接するソース電極およびドレイン電極と、を有し、
前記第1の領域は、前記ゲート電極と重畳するチャネル形成領域と、前記チャネル形成領域に接する第1の低抵抗領域および第2の低抵抗領域と、を含んでおり、
前記第2の領域および前記第3の領域のチャネル長方向の長さは、前記第1の領域のチャネル長方向の長さより短い半導体装置。 - 絶縁表面上に設けられ、第1の領域、前記第1の領域の一部を挟むように設けられた第2の領域および第3の領域を含む酸化物半導体膜と、
前記酸化物半導体膜上に設けられたゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜上に前記第1の領域乃至前記第3の領域のそれぞれの少なくとも一部と重畳して設けられたゲート電極と、
前記ゲート電極の側面および上面を覆う側壁絶縁膜と、
前記酸化物半導体膜、前記ゲート絶縁膜の側面および前記側壁絶縁膜の側面に接するソース電極およびドレイン電極と、
前記ソース電極および前記ドレイン電極上に設けられた層間絶縁膜と、を有し、
前記第1の領域は、前記ゲート電極と重畳するチャネル形成領域と、前記チャネル形成領域に接する第1の低抵抗領域および第2の低抵抗領域と、を含んでおり、
前記第2の領域および前記第3の領域のチャネル長方向の長さは、前記第1の領域のチャネル長方向の長さより短い半導体装置。 - 前記側壁絶縁膜は、過剰酸素を含む絶縁膜である請求項2に記載の半導体装置。
- 前記絶縁表面を有する下地絶縁膜は、前記酸化物半導体膜側から順に第1の酸素供給膜と第1のバリア膜との積層膜である請求項1乃至請求項3のいずれか一に記載の半導体装置。
- 前記ゲート絶縁膜は、前記酸化物半導体膜側から順に第2の酸素供給膜と第2のバリア膜との積層膜である請求項1乃至請求項4のいずれか一に記載の半導体装置。
- 前記酸化物半導体膜の前記第2の領域における周縁の長さが、前記酸化物半導体膜の前記第1の領域のチャネル幅方向の長さより大きい請求項1乃至請求項5に記載の半導体装置。
- 前記酸化物半導体膜の前記第3の領域における周縁の長さが、前記酸化物半導体膜の前記第1の領域のチャネル幅方向の長さより大きい請求項6に記載の半導体装置。
- 前記酸化物半導体膜の前記第2の領域における周縁の長さが、前記第1の領域のチャネル幅方向の長さの3倍以上である請求項6または請求項7に記載の半導体装置。
- 絶縁膜上に設けられるゲート電極と、
前記ゲート電極上に設けられる第1のゲート絶縁膜および第2のゲート絶縁膜と、
前記第1のゲート絶縁膜および前記第2のゲート絶縁膜を介して、前記ゲート電極上に設けられ、チャネル領域と、前記チャネル領域を挟み、前記チャネル領域と接する第1の領域および第2の領域と、前記チャネル領域、前記第1の領域、および前記第2の領域を挟み、前記チャネル領域と接する第3の領域および第4の領域と、を含む酸化物半導体膜と、
前記第1の領域と接して設けられるソース電極と、
前記第2の領域と接して設けられるドレイン電極と、
前記ソース電極、前記ドレイン電極、および前記酸化物半導体膜上に設けられる第1の絶縁膜および第2の絶縁膜と、を有し、
前記酸化物半導体膜は、第1の酸化物半導体膜上に第2の酸化物半導体膜が積層して設けられ、
前記第1の領域、前記第2の領域、前記第3の領域、および前記第4の領域の各領域は、少なくとも前記ゲート電極と重畳し、
チャネル長と、前記第1の領域のチャネル長方向の長さと、前記第2の領域のチャネル長方向の長さの和は、前記ゲート電極のチャネル長方向の長さより長く、
チャネル幅と、前記第3の領域のチャネル幅方向の長さと、前記第4の領域のチャネル幅方向の長さの和は、前記第1の領域または前記第2の領域のチャネル幅方向の長さより長く、
前記第3の領域のチャネル幅方向の長さは、前記チャネル長より長く、
前記第4の領域のチャネル幅方向の長さは、前記チャネル長より長い半導体装置。 - 前記ソース電極は、第1のバリア層と、前記第1のバリア層上に設けられる第1の低抵抗材料層との積層で構成され、
前記ゲート電極は、第2のバリア層と、前記第2のバリア層上に設けられる第2の低抵抗材料層との積層で構成される請求項9に記載の半導体装置。 - 前記酸化物半導体膜と、前記ソース電極とが接している面積は、前記第1の領域の面積と同じであり、
前記酸化物半導体膜と、前記ドレイン電極と接している面積は、前記第2の領域の面積と同じである請求項9または請求項10に記載の半導体装置。 - 前記第1の絶縁膜の膜厚は、前記第2の絶縁膜の膜厚より大きい請求項9乃至請求項11のいずれか一に記載の半導体装置。
- 前記チャネル長が50nm未満である請求項9乃至請求項12のいずれか一に記載の半導体装置。
- 前記第1の酸化物半導体膜と前記第2の酸化物半導体膜とで、それぞれ異なる組成の金属酸化物を用いる請求項9乃至請求項13のいずれか一に記載の半導体装置。
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