JP2013168644A - 半導体装置、及びその作製方法 - Google Patents
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-
- H—ELECTRICITY
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Landscapes
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Abstract
【解決手段】島状半導体層を形成するためのフォトリソグラフィ工程を省略し、ゲート電極(同一層で形成される配線等を含む)を形成するフォトリソグラフィ工程、ソース電極及びドレイン電極(同一層で形成される配線等を含む)を形成するフォトリソグラフィ工程の少なくとも2つのフォトリソグラフィ工程でトランジスタを形成する。電子ビーム露光を利用することで、ソース電極及びドレイン電極の間隔(チャネル長)が短いトランジスタを形成することが可能となる。例えば、チャネル長が50nm未満のトランジスタを実現することが可能となる。
【選択図】図1
Description
本実施の形態では、半導体装置及び半導体装置の作製方法の一形態を、図1を用いて説明する。本実施の形態では、半導体装置の一例として酸化物半導体層を有するトランジスタを示す。
本実施の形態では、本明細書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。
本実施の形態では、上記実施の形態に示すトランジスタを使用し、実施の形態2に示した構成と異なる構成の半導体装置について、図7乃至図9を用いて説明する。
本実施の形態では、半導体装置及び半導体装置の作製方法の一態様を図10乃至図12を用いて説明する。
本実施の形態では、上記実施の形態とは異なる構成を有する半導体装置について説明する。
本実施の形態では、実施の形態4及び実施の形態5とは異なる構成を有する半導体装置について説明する。
本実施の形態では、実施の形態4乃至実施の形態6とは異なる構成を有する半導体装置について説明する。
本実施の形態では、本明細書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。
本実施の形態においては、本明細書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8に示した構成と異なる構成について説明を行う。
本実施の形態では、半導体装置の一態様を図33を用いて説明する。図33(B)は、トランジスタ420の上面図であり、図33(A)は、図33(B)のX−Y線における断面図である。
本実施の形態では、実施の形態10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。
本実施の形態では、本明細書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(記憶装置)の一例を、図面を用いて説明する。
本実施の形態では、実施の形態12とは異なる記憶装置の構造の一形態について説明する。
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44乃至図47を用いて説明する。
上記実施の形態で示したトランジスタを用いて、対象物の情報を読み取るイメージセンサ機能を有する半導体装置を作製することができる。
本実施の形態では、半導体装置の一例として、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たCPU(Central Processing Unit)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50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。
本明細書に開示する半導体装置は、様々な電子機器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。
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層にCAAC−OS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を用いた酸化物半導体層は、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酸化物半導体層である。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、パターニングされていない(島状に加工されていない)酸化物半導体層を用いてトランジスタを構成する。よって、本明細書で開示されるトランジスタにおいては、側面近傍の領域が低抵抗化しやすい酸化物半導体層を有する場合であっても、当該側面近傍の領域に寄生チャネルが形成されることがない。
(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)
101 ゲート電極
102 ゲート絶縁層
103 酸化物半導体層
106 絶縁層
107 絶縁層
110 トランジスタ
120 トランジスタ
124 導電層
127 マスク
128 マスク
130 トランジスタ
131 チャネル形成領域
136 下地絶縁層
137 下地絶縁層
140 トランジスタ
150 トランジスタ
160 トランジスタ
170 トランジスタ
180 トランジスタ
200 基板
206 素子分離絶縁層
208 ゲート絶縁層
210 ゲート電極
216 チャネル形成領域
220 不純物領域
224 金属間化合物領域
228 絶縁層
230 絶縁層
250 絶縁層
252 絶縁層
253 導電層
256 配線
260 トランジスタ
264 容量素子
300 基板
306 素子分離絶縁層
308 ゲート絶縁層
310 ゲート電極
316 チャネル形成領域
320 不純物領域
324 金属間化合物領域
328 絶縁層
330 絶縁層
332 絶縁層
333 絶縁層
334 絶縁層
335 層間絶縁層
336 側壁絶縁層
337 絶縁層
344 酸化物半導体層
348 ゲート電極
350 絶縁層
352 絶縁層
353 配線
354 配線
355 配線
356 配線
360 トランジスタ
362 トランジスタ
364 容量素子
365 開口
380 絶縁層
400 基板
401 ゲート電極
402 ゲート絶縁層
403 酸化物半導体層
404 導電層
405 導電層
406 絶縁層
407 絶縁層
420 トランジスタ
430 容量素子
431 トランジスタ
432 絶縁層
436 下地絶縁層
440 トランジスタ
451 酸素
452 導電層
453 レジストマスク
455 レジストマスク
456 レジストマスク
475 導電層
500 基板
501 ゲート電極
502 ゲート絶縁層
503 酸化物半導体層
504 導電層
507 絶縁層
508 絶縁層
510 絶縁層
511 絶縁層
512 側壁絶縁層
513 絶縁層
515 層間絶縁層
517 層間絶縁層
536 絶縁層
542 ゲート絶縁層
545 導電層
546 絶縁層
547 絶縁層
601 基板
602 フォトダイオード
608 接着層
613 基板
631 絶縁層
632 層間絶縁層
633 絶縁層
634 層間絶縁層
640 トランジスタ
642 電極
643 導電層
645 配線
650 遮光層
656 トランジスタ
658 フォトダイオードリセット信号線
659 ゲート信号線
671 フォトセンサ出力信号線
672 フォトセンサ基準信号線
750 メモリセル
751 メモリセルアレイ
753 周辺回路
754 容量素子
756 絶縁層
758 絶縁層
760 配線
762 配線
763 配線
770 基板
771 絶縁層
772 絶縁層
773 配線
774 配線
775 配線
781 トランジスタ
785 素子分離絶縁層
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
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
1701 筐体
1702 筐体
1703 表示部
1704 キーボード
1711 本体
1712 スタイラス
1713 表示部
1714 操作ボタン
1715 外部インターフェース
1720 電子書籍
1721 筐体
1723 筐体
1725 表示部
1727 表示部
1731 電源
1733 操作キー
1735 スピーカー
1737 軸部
1740 筐体
1741 筐体
1742 表示パネル
1743 スピーカー
1744 マイクロフォン
1745 タッチパネル
1746 ポインティングデバイス
1747 カメラ用レンズ
1748 外部接続端子
1749 太陽電池セル
1750 外部メモリスロット
1761 本体
1763 接眼部
1764 操作スイッチ
1765 表示部
1766 バッテリー
1767 表示部
1770 テレビジョン装置
1771 筐体
1773 表示部
1775 スタンド
1780 リモコン操作機
3000 基板
3001 トランジスタ
3004 論理回路
3106 素子分離絶縁層
3303 電極
3505 電極
4000 基板
4001 トランジスタ
4004 駆動回路
4106 素子分離絶縁層
4200 トランジスタ
4202 トランジスタ
4204 容量素子
4208 電極
4212 電極
4214 電極
4216 配線
4220 絶縁層
4222 絶縁層
4224 絶縁層
4303 電極
4505 電極
9033 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
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
102a ゲート絶縁層
102b ゲート絶縁層
103a 酸化物半導体層
103b 酸化物半導体層
105a ソース電極
105b ドレイン電極
109a 開口部
109b 開口部
115a ソース電極
115b ドレイン電極
119a 開口部
119b 開口部
125a ソース電極
125b ドレイン電極
125c 電極
129a 開口部
129b 開口部
132a オフセット領域
132b オフセット領域
133a ソース領域
133b ドレイン領域
135a ソース配線
135b ドレイン配線
3100a 配線
3100b 配線
3100c 配線
3100d 配線
3140a 絶縁層
3140b 絶縁層
3141a 絶縁層
3141b 絶縁層
3142a 絶縁層
3142b 絶縁層
3170a メモリセル
3170a1 メモリセル
3170a2 メモリセル
3170b メモリセル
3170b1 メモリセル
3170b2 メモリセル
3171a トランジスタ
3171a1 トランジスタ
3171a2 トランジスタ
3171b トランジスタ
3171b1 トランジスタ
3171b2 トランジスタ
3400a メモリセルアレイ
3400b メモリセルアレイ
3400n メモリセルアレイ
342a 電極
342b 電極
3501a 電極
3501b 配線
3503a 電極
3503b 電極
362a トランジスタ
362b トランジスタ
4003a 電極
4003b 電極
4003c 電極
405a 低抵抗材料層
405b 低抵抗材料層
405c バリア層
405d バリア層
4100a 配線
4100b 配線
4100c 配線
4100d 配線
4140a 絶縁層
4140b 絶縁層
4141a 絶縁層
4141b 絶縁層
4142a 絶縁層
4142b 絶縁層
4170a メモリセル
4170b メモリセル
4171a トランジスタ
4171b トランジスタ
4210a 導電層
4210b 導電層
4400_1 メモリセルアレイ
4400_2 メモリセルアレイ
4400_n メモリセルアレイ
4501a 電極
4501b 電極
4501c 電極
4502a 電極
4502b 電極
4502c 電極
4503a 電極
4503b 電極
474a 配線
474b 配線
475a バリア層
475b バリア層
502a ゲート絶縁層
502b ゲート絶縁層
505a ソース電極
505b ドレイン電極
506a オフセット領域
506b オフセット領域
512a 側壁絶縁層
533a 開口
533b 開口
535a 配線
535b 配線
536a 絶縁層
536b 絶縁層
540a トランジスタ
540b トランジスタ
540c トランジスタ
542a ゲート絶縁層
542b ゲート絶縁層
606a 半導体層
606b 半導体層
606c 半導体層
641a 電極
641b 電極
750a メモリセル
750b メモリセル
751a メモリセルアレイ
751b メモリセルアレイ
760a 配線
760b 配線
9631a 表示部
9631b 表示部
9632a 領域
9632b 領域
Claims (15)
- 絶縁層と、前記絶縁層上に形成された単一の酸化物半導体層と、
少なくとも第1のトランジスタと第2のトランジスタを有する半導体装置であって、
前記第1のトランジスタは、前記酸化物半導体層上に形成された第1のゲート絶縁層と、
前記第1のゲート絶縁層上に形成された第1のゲート電極と、
前記第1のゲート絶縁層上に形成され、前記第1のゲート電極の側面を覆う第1の側壁絶縁層と、
前記酸化物半導体層と前記第1の側壁絶縁層と接する第1のソース電極及び第1のドレイン電極と、を有し、
前記第2のトランジスタは、前記酸化物半導体層上に形成された第2のゲート絶縁層と、
前記第2のゲート絶縁層上に形成された第2のゲート電極と、
前記第2のゲート絶縁層上に形成され、前記第2のゲート電極の側面を覆う第2の側壁絶縁層と、
前記酸化物半導体層、前記第2の側壁絶縁層と接する第2のソース電極及び第2のドレイン電極と、を有し、
前記第1のトランジスタのチャネル形成領域と、
前記第2のトランジスタのチャネル形成領域は、
前記単一の酸化物半導体層の異なる領域に形成されることを特徴とする半導体装置。 - 絶縁層と、前記絶縁層上に形成された単一の酸化物半導体層と、
少なくとも第1のトランジスタと第2のトランジスタを有する半導体装置であって、
前記第1のトランジスタは、前記酸化物半導体層上に形成された第1のゲート絶縁層と、
前記第1のゲート絶縁層上に形成された第1のゲート電極と、
前記第1のゲート絶縁層上に形成され、前記第1のゲート電極の側面を覆う第1の側壁絶縁層と、
前記酸化物半導体層と前記第1の側壁絶縁層と接する第1のソース電極及び第1のドレイン電極と、を有し、
前記第2のトランジスタは、前記酸化物半導体層上に形成された第2のゲート絶縁層と、
前記第2のゲート絶縁層上に形成された第2のゲート電極と、
前記第2のゲート絶縁層上に形成され、前記第2のゲート電極の側面を覆う第2の側壁絶縁層と、前記酸化物半導体層、前記第2の側壁絶縁層と接する第2のソース電極及び第2のドレイン電極と、を有し、
前記第1のソース電極及び前記第1のドレイン電極と、
前記第2のソース電極及び前記第2のドレイン電極は、
電気的に分離されていることを特徴とする半導体装置。 - 請求項2において、
前記第1のソース電極及び前記第1のドレイン電極と、
前記第2のソース電極及び前記第2のドレイン電極は、
前記単一の酸化物半導体層と接していることを特徴とする半導体装置。 - 請求項1乃至請求項3において、
前記絶縁層は酸化アルミニウムを含むことを特徴とする半導体装置。 - 請求項1乃至請求項4において、
前記第1のゲート電極及び前記第2のゲート電極は酸化アルミニウムを含むことを特徴とする半導体装置。 - 請求項1乃至請求項5において、
前記単一の酸化物半導体層は、結晶性を有する酸化物半導体と非晶質酸化物半導体の積層であることを特徴とする半導体装置。 - 酸化物絶縁層を形成し、
前記酸化物絶縁層上に酸化物半導体層を形成し、
前記酸化物半導体層上にゲート絶縁層を形成し、
前記ゲート絶縁層上に、第1のフォトリソグラフィ工程によりゲート電極と絶縁層の積層を形成し、
前記ゲート絶縁層上に、前記ゲート電極及び前記絶縁層の側面を覆う側壁絶縁層を形成し、
前記ゲート電極、前記絶縁層、及び前記側壁絶縁層をマスクとして前記ゲート絶縁層の一部を選択的に除去して前記酸化物半導体層の一部を露出させ、
前記酸化物半導体層の一部に接し、前記ゲート電極、前記絶縁層、及び前記側壁絶縁層上に、第2のフォトリソグラフィ工程により導電層を形成し、
前記導電層上に層間絶縁層を形成し、
前記層間絶縁層及び前記導電層を、前記ゲート電極上の前記絶縁層が露出するまで化学的機械研磨法により除去してソース電極及びドレイン電極を形成することを特徴とする半導体装置の作製方法。 - 請求項7において、
前記酸化物半導体層を島状に加工しないことを特徴とする半導体装置の作製方法。 - 請求項7または請求項8において、
前記酸化物半導体層の形成後に、前記酸化物半導体層に酸素を導入することを特徴とする半導体装置の作製方法。 - 第1の絶縁層を形成し、前記第1の絶縁層上に第2の絶縁層を形成し、
前記第2の絶縁層上に酸化物半導体層を形成し、
前記酸化物半導体層上に第3の絶縁層を形成し、前記第3の絶縁層上に第4の絶縁層を形成し、
前記第4の絶縁層上に、第1のフォトリソグラフィ工程によりゲート電極と第5の絶縁層の積層を形成し、
前記第4の絶縁層上に、前記ゲート電極及び前記第5の絶縁層の側面を覆う第6の絶縁層を形成し、
前記ゲート電極、前記第5の絶縁層、及び前記第6の絶縁層をマスクとして、前記第3の絶縁層の一部と前記第4の絶縁層の一部を選択的に除去して前記酸化物半導体層の一部を露出させ、
露出した前記酸化物半導体層に接し、前記ゲート電極、前記第5の絶縁層、及び前記第6の絶縁層上に、第2のフォトリソグラフィ工程により導電層を形成し、
前記導電層上に第7の絶縁層を形成し、前記第7の絶縁層上に第8の絶縁層を形成し、
前記第7の絶縁層、前記第8の絶縁層、及び前記導電層を、前記第5の絶縁層が露出するまで化学的機械研磨法により除去してソース電極及びドレイン電極を形成することを特徴とする半導体装置の作製方法。 - 請求項10において、
前記酸化物半導体層を島状に加工しないことを特徴とする半導体装置の作製方法。 - 請求項10または請求項11において、
前記酸化物半導体層の形成後に、前記酸化物半導体層に酸素を導入することを特徴とする半導体装置の作製方法。 - 請求項10乃至請求項12において、
前記第1の絶縁層、前記第4の絶縁層、前記第7の絶縁層は、酸化アルミニウムを含むことを特徴とする半導体装置の作製方法。 - 請求項10乃至請求項13において、
前記第2の絶縁層、及び前記第3の絶縁層は、酸素を含む絶縁層であることを特徴とする半導体装置の作製方法。 - 請求項7乃至請求項14において、
前記酸化物半導体層は、結晶性を有する酸化物半導体と非晶質酸化物半導体の積層であることを特徴とする半導体装置の作製方法。
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