JP2013239702A - 半導体装置およびその作製方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】酸化物半導体膜が絶縁膜を介して複数のゲート電極に挟まれている。具体的には、第1のゲート電極を覆うように第1のゲート絶縁膜があり、該第1のゲート絶縁膜に接し、第1のゲート電極を乗り越えるように設けられた酸化物半導体膜があり、少なくとも該酸化物半導体膜を覆うように第2のゲート絶縁膜があり、該第2のゲート絶縁膜の一部に接し、第1のゲート電極を乗り越えるように設けられた第2のゲート電極がある。
【選択図】図1
Description
本実施の形態では、半導体装置の構成および作製方法の一態様を、図1乃至図3を用いて説明する。
図1(A)乃至図1(C)に、半導体装置の一例として、デュアルゲート型のトランジスタ150および容量素子160を有する半導体装置の上面図および断面図の一例を示す。図1(A)は上面図であり、図1(B)は図1(A)における一点鎖線A1−B1の断面図であり、図1(C)は図1(A)における一点鎖線C1−D1および一点鎖線E1−F1の断面図である。
図2および図3を用いて、図1に示す半導体装置の作製工程の一例について説明する。
本実施の形態では、実施の形態1にて記載した構造とは異なる構造の半導体装置について、その構造および作製方法の一態様を図4乃至図6を用いて説明する。
図4(A)乃至図4(C)に、半導体装置の例として、トップゲート型のトランジスタ170および容量素子180を有する半導体装置の上面図および断面図の一例を示す。図4(A)は上面図であり、図4(B)は図4(A)における一点鎖線A2−B2の断面図であり、図4(C)は図4(A)における一点鎖線C2−D2、一点鎖線E2−F2および一点鎖線G2−H2の断面図である。
図5を用いて、図4に示す半導体装置の作製工程の一例について説明する。
本実施の形態では、実施の形態1または実施の形態2に示す半導体装置を使用し、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、実施の形態1または実施の形態2に示す半導体装置を使用し、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3に示した構成と異なる構成について、図8および図9を用いて説明を行う。
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た半導体装置の他の例として、論理回路であるNOR型回路、およびNAND型回路を図14(A)乃至図14(C)に示す。図14(B)はNOR型回路であり、図14(C)はNAND型回路である。図14(A)は図14(B)のNOR型回路におけるトランジスタ802およびトランジスタ803の構造を示す断面図である。
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、モニタ等の表示装置、照明装置、デスクトップ型あるいはノート型のパーソナルコンピュータ、ワードプロセッサ、DVD(Digital Versatile Disc)などの記録媒体に記憶された静止画または動画を再生する画像再生装置、ポータブルCDプレーヤ、ラジオ、テープレコーダ、ヘッドホンステレオ、ステレオ、コードレス電話子機、トランシーバ、携帯無線機、携帯電話、自動車電話、携帯型ゲーム機、電卓、携帯情報端末、電子手帳、電子書籍、電子翻訳機、音声入力機器、ビデオカメラ、デジタルスチルカメラ、電気シェーバ、電子レンジ等の高周波加熱装置、電気炊飯器、電気洗濯機、電気掃除機、エアコンディショナーなどの空調設備、食器洗い器、食器乾燥器、衣類乾燥器、布団乾燥器、電気冷蔵庫、電気冷凍庫、電気冷凍冷蔵庫、DNA保存用冷凍庫、煙感知器、放射線測定器、透析装置等の医療機器、などが挙げられる。さらに、誘導灯、信号機、ベルトコンベア、エレベータ、エスカレータ、産業用ロボット、電力貯蔵システム等の産業機器も挙げられる。また、石油を用いたエンジンや、非水系二次電池からの電力を用いて電動機により推進する移動体なども、電気機器の範疇に含まれるものとする。上記移動体として、例えば、電気自動車(EV)、内燃機関と電動機を併せ持ったハイブリッド車(HEV)、プラグインハイブリッド車(PHEV)、これらのタイヤ車輪を無限軌道に変えた装軌車両、電動アシスト自転車を含む原動機付自転車、自動二輪車、電動車椅子、ゴルフ用カート、小型または大型船舶、潜水艦、ヘリコプター、航空機、ロケット、人工衛星、宇宙探査機や惑星探査機、宇宙船が挙げられる。これらの電子機器の具体例を図11に示す。
102 下地絶縁膜
104a ゲート電極
104b 下部電極膜
106a ゲート絶縁膜
106b 電極間絶縁膜
108 酸化物半導体膜
108a チャネル形成領域
108b 低抵抗領域
108c 低抵抗領域
110a ゲート絶縁膜
110b 電極間絶縁膜
112a ゲート電極
112b 上部電極膜
114 層間膜
116a ソース電極
116b ドレイン電極
120 不純物
150 トランジスタ
160 容量素子
170 トランジスタ
180 容量素子
190 トランジスタ
400 基板
408 ゲート絶縁膜
410 ゲート電極
416 チャネル形成領域
420 不純物領域
424 金属間化合物領域
428 絶縁膜
430 絶縁膜
442 第1の層間膜
444 第2の層間膜
446 配線
448 第3の層間膜
450 第4の層間膜
452 下地絶縁膜
456 配線
458 保護膜
460 トランジスタ
462 トランジスタ
464 容量素子
490 隔壁
492 トランジスタ
494 容量素子
650 メモリセル
651 メモリセルアレイ
651a メモリセルアレイ
651b メモリセルアレイ
653 周辺回路
800 基板
801 トランジスタ
802 トランジスタ
803 トランジスタ
804 トランジスタ
806 素子分離絶縁層
811 トランジスタ
812 トランジスタ
813 トランジスタ
814 トランジスタ
821 ゲート電極
825 電極
826 絶縁膜
828 絶縁膜
830 絶縁膜
831 電極
832 配線
833 絶縁膜
834 配線
835 電極
836 絶縁膜
839 絶縁膜
841a ゲート電極
841b 電極
843 ゲート絶縁膜
845 電極
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
3021 本体
3022 固定部
3023 表示部
3024 操作ボタン
3025 外部メモリスロット
8000 テレビジョン装置
8001 筐体
8002 表示部
8003 スピーカー部
8200 室内機
8201 筐体
8202 送風口
8203 CPU
8204 室外機
8300 電気冷凍冷蔵庫
8301 筐体
8302 冷蔵室用扉
8303 冷凍室用扉
8304 CPU
9000 テーブル
9001 筐体
9002 脚部
9003 表示部
9004 表示ボタン
9005 電源コード
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
9201 本体
9202 筐体
9203 表示部
9204 キーボード
9205 外部接続ポート
9206 ポインティングデバイス
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
9700 電気自動車
9701 二次電池
9702 制御回路
9703 駆動装置
9704 処理装置
Claims (11)
- 第1のゲート電極と、
前記第1のゲート電極を覆う第1のゲート絶縁膜と、
前記第1のゲート絶縁膜に接し、前記第1のゲート電極を乗り越えるように設けられた酸化物半導体膜と、
少なくとも前記酸化物半導体膜を覆う第2のゲート絶縁膜と、
前記第2のゲート絶縁膜の一部に接し、前記第1のゲート電極を乗り越えるように設けられた第2のゲート電極と、
前記第2のゲート電極を挟んで前記酸化物半導体膜と電気的に接続するソース電極およびドレイン電極と、を有する半導体装置。 - 第1のゲート電極と、
前記第1のゲート電極を覆う第1のゲート絶縁膜と、
前記第1のゲート絶縁膜に接し、前記第1のゲート電極を乗り越えるように設けられた酸化物半導体膜と、
少なくとも前記酸化物半導体膜を覆う第2のゲート絶縁膜と、
前記第2のゲート絶縁膜の一部に接し、前記第1のゲート電極を乗り越えるように設けられた第2のゲート電極と、
前記第2のゲート絶縁膜および前記第2のゲート電極上の層間膜と、
前記第2のゲート絶縁膜および前記層間膜に設けられた開口を介して、前記層間膜上に前記第2のゲート電極を挟んで前記酸化物半導体膜と電気的に接続するソース電極およびドレイン電極と、を有する半導体装置。 - 請求項2に記載の半導体装置において、
前記酸化物半導体膜は、チャネル形成領域および前記チャネル形成領域を挟む一対の低抵抗領域を含み、
前記チャネル形成領域は、前記第2のゲート電極と重畳し、
前記ソース電極および前記ドレイン電極は、前記一対の低抵抗領域と電気的に接続する半導体装置。 - 第1のゲート電極と、
前記第1のゲート電極を覆う第1のゲート絶縁膜と、
前記第1のゲート絶縁膜に接し、前記第1のゲート電極を乗り越えるように設けられた酸化物半導体膜と、
前記酸化物半導体膜の一部に接し、前記第1のゲート電極を乗り越えるように設けられたソース電極およびドレイン電極と、
少なくとも前記酸化物半導体膜、前記ソース電極および前記ドレイン電極を覆う第2のゲート絶縁膜と、
前記第2のゲート絶縁膜の一部に接し、前記第1のゲート電極を乗り越えるように設けられた第2のゲート電極と、を有する半導体装置。 - 請求項4に記載の半導体装置において、
前記第2のゲート電極は、前記第2のゲート絶縁膜を介して前記ソース電極および前記ドレイン電極の一部と重畳する半導体装置。 - 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において、
容量素子を有し、
前記容量素子は、
下部電極膜と、
前記下部電極膜を覆う電極間絶縁膜と、
前記電極間絶縁膜の一部に接し、前記下部電極膜を乗り越えるように設けられた上部電極膜を有し、
前記第1のゲート電極と前記下部電極膜は同一の組成であり、
前記第1のゲート絶縁膜と前記電極間絶縁膜は同一の組成であり、
前記第2のゲート電極と前記上部電極膜は同一の組成である半導体装置。 - 第1のゲート電極を形成し、
前記第1のゲート電極を覆う第1のゲート絶縁膜を形成し、
前記第1のゲート絶縁膜に接し、前記第1のゲート電極を乗り越えるように酸化物半導体膜を形成し、
少なくとも前記酸化物半導体膜を覆う第2のゲート絶縁膜を形成し、
前記第2のゲート絶縁膜の一部に接し、前記第1のゲート電極を乗り越えるように第2のゲート電極を形成し、
前記第2のゲート絶縁膜および前記第2のゲート電極上に層間膜を形成し、
前記第2のゲート絶縁膜および前記層間膜に開口を設け、前記層間膜上に前記第2のゲート電極を挟んで前記酸化物半導体膜と電気的に接続するソース電極およびドレイン電極を形成する半導体装置の作製方法。 - 請求項7に記載の半導体装置の作製方法において、
前記第2のゲート電極を形成後、不純物を添加し、前記第2のゲート電極と重畳している前記酸化物半導体膜中の領域にチャネル形成領域を、前記チャネル形成領域を挟む前記酸化物半導体膜中の領域に一対の低抵抗領域を、それぞれ自己整合的に形成する半導体装置の作製方法。 - 第1のゲート電極を形成し、
前記第1のゲート電極を覆う第1のゲート絶縁膜を形成し、
前記第1のゲート絶縁膜に接し、前記第1のゲート電極を乗り越えるように酸化物半導体膜を形成し、
前記酸化物半導体膜の一部に接し、前記第1のゲート電極を乗り越えるようにソース電極およびドレイン電極を形成し、
少なくとも前記酸化物半導体膜、前記ソース電極および前記ドレイン電極を覆う第2のゲート絶縁膜を形成し、
前記第2のゲート絶縁膜の一部に接し、前記第1のゲート電極を乗り越えるように第2のゲート電極を形成する半導体装置の作製方法。 - 請求項9に記載の半導体装置の作製方法において、
前記第2のゲート電極は、前記第2のゲート絶縁膜を介して前記ソース電極および前記ドレイン電極の一部と重畳する半導体装置の作製方法。 - 容量素子を有する半導体装置の作製方法であって、
請求項7乃至請求項10のいずれか一に記載の半導体装置の作製方法において、
前記第1のゲート電極と同一層で下部電極膜を形成し、
前記下部電極膜を覆う電極間絶縁膜を形成し、
前記電極間絶縁膜の一部に接し、前記下部電極膜を乗り越えるように設けられた上部電極膜を形成し、
前記第1のゲート電極と前記下部電極膜は同一工程で形成しており、
前記第1のゲート絶縁膜と前記電極間絶縁膜は同一工程で形成しており、
前記第2のゲート電極と前記上部電極膜は同一工程で形成している半導体装置の作製方法。
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