JP2015111723A - 半導体装置 - Google Patents
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Abstract
こと、半導体装置の作製コストを低減することを課題とする。
【解決手段】基板上に、単結晶半導体層をチャネル形成領域に有する第1のトランジスタ
と、当該第1のトランジスタと絶縁層を介して分離され、酸化物半導体層をチャネル形成
領域に有する第2のトランジスタと、当該単結晶半導体層及び酸化物半導体層を有するダ
イオードを有する半導体装置、及び、その作製方法に関する。
【選択図】図6
Description
な半導体装置は、様々な機能を有する半導体素子を有している。例えば、様々な機能を有
する半導体素子から構成されている半導体装置として、無線でのデータの送受信が可能な
無線通信機能を有する半導体装置が挙げられる。
、リーダ/ライタ、R/Wともいう)との間で通信を行うことが可能である。具体的には
、当該半導体装置が有する情報を質問器によって読み取ることなどが可能である。例えば
、当該半導体装置に識別番号を付与することにより、質問器による個体認証を行うことが
可能である。
が可能である。
路、リミッタ回路等が設けられる(特許文献1参照)。
ncy)タグ、RFID(Radio Frequency Identificati
on)タグ、IC(Integrated Circuit)タグ、またはID(Ide
ntification)タグとも呼ばれる。
線通信機能を有する半導体装置も開発されている。
揮発性メモリは、情報の書き換えが可能なメモリ素子によって構成され、不揮発性メモリ
は情報の書き換えが不可能なメモリ素子によって構成される。
れたアンチヒューズ型のメモリ素子がある。該メモリ素子では、メモリ層に高電圧を印加
することによって不可逆反応をおこし、メモリ層を介した一対の導電体を導通させること
が可能である。つまり、当該メモリ素子の抵抗値を判別することによって2値のデータを
得ることが可能である。
るアンチヒューズ型メモリは、一対の導電体間にアモルファスシリコンが設けられ、該ア
モルファスシリコンに高電圧が印加されることによってシリサイド反応をおこすことによ
り一対の電極が導通する。このようなアンチヒューズ型のメモリは、OTP(One T
ime Programmable)メモリ、OTPROM(One Time Pro
grammable Read Only Memory)又はPROM(Progra
mmable Read Only Memory)などと呼ばれる。
メモリ回路、アナログ回路、リミッタ回路等が設けられている。
維持することが求められる。
メモリ回路は、電圧を長時間維持可能である半導体素子で構成されることが好適である。
はダイオードを有する回路であることが多い。
て、機能に応じて特性の異なる半導体素子を用いるのが好適である。
工程数を必要とする。多くの作製工程数が必要になると、作製工程が煩雑化する。その結
果、当該半導体装置の歩留まりが低下するまたは作製コストが高くなる。
ことを課題の1つとする。
する。
とする。
る工程を利用して、第3の半導体素子を作製する。例示的には、2つの特性が異なるトラ
ンジスタの作製工程を利用して、整流素子(例えば、ダイオード)も同時に作製する。
間維持可能な半導体素子である。高速動作可能な半導体素子として、例えば移動度の高い
トランジスタが好適である。また電圧を長時間維持可能な半導体素子として、例えば電圧
を長時間維持可能なトランジスタが好適である。
域に有するトランジスタが好適である。また電圧を長時間維持可能なトランジスタとして
、酸化物半導体膜をチャネル形成領域に有するトランジスタが好適である。
、及び酸化物半導体膜をチャネル形成領域に有するトランジスタを作製する工程を用い、
当該トランジスタを作製する工程と同時に整流素子を作製する。
成領域に有する第1のトランジスタと、当該第1のトランジスタと絶縁層を介して設けら
れ、第1の酸化物半導体層をチャネル形成領域に有する第2のトランジスタと、当該絶縁
表面に設けられた第2の単結晶半導体層と、当該第1の酸化物半導体層と同じ材質でなる
第2の酸化物半導体層とが積層された整流素子とを有することを特徴とする半導体装置に
関する。
成領域に有する第1のトランジスタと、当該第1のトランジスタと絶縁層を介して設けら
れ、第1の酸化物半導体層をチャネル形成領域に有する第2のトランジスタと、当該絶縁
表面に設けられた第2の単結晶半導体層と、真性半導体層と、当該第1の酸化物半導体層
と同じ材質でなる第2の酸化物半導体層とが積層された整流素子とを有することを特徴と
する半導体装置に関する。
成領域に有する、pチャネル型の第1のトランジスタと、当該絶縁表面上に設けられた第
2の単結晶半導体層をチャネル形成領域に有する、nチャネル型の第2のトランジスタと
、当該第1のトランジスタ及び第2のトランジスタと絶縁層を介して設けられ、第1の酸
化物半導体層をチャネル形成領域に有する、nチャネル型の第3のトランジスタと、当該
絶縁表面に設けられた第3の単結晶半導体層と、当該第1の酸化物半導体層と同じ材質で
なる第2の酸化物半導体層とが積層された整流素子とを有することを特徴とする半導体装
置に関する。
成領域に有する、pチャネル型の第1のトランジスタと、当該絶縁表面上に設けられた第
2の単結晶半導体層をチャネル形成領域に有する、nチャネル型の第2のトランジスタと
、当該第1のトランジスタ及び第2のトランジスタと絶縁層を介して設けられ、第1の酸
化物半導体層をチャネル形成領域に有する、nチャネル型の第3のトランジスタと、当該
絶縁表面に設けられた第3の単結晶半導体層と、真性半導体層と、当該第1の酸化物半導
体層と同じ材質でなる第2の酸化物半導体層とが積層された整流素子とを有することを特
徴とする半導体装置に関する。
成領域に有する第1のトランジスタと、当該第1のトランジスタと絶縁層を介して設けら
れ、第1の酸化物半導体層をチャネル形成領域に有する第2のトランジスタと、当該絶縁
表面に設けられた第2の多結晶半導体層と、当該第1の酸化物半導体層と同じ材質でなる
第2の酸化物半導体層とが積層された整流素子とを有することを特徴とする半導体装置に
関する。
成領域に有する第1のトランジスタと、当該第1のトランジスタと絶縁層を介して設けら
れ、第1の酸化物半導体層をチャネル形成領域に有する第2のトランジスタと、当該絶縁
表面に設けられた第2の多結晶半導体層と、真性半導体層と、当該第1の酸化物半導体層
と同じ材質でなる第2の酸化物半導体層とが積層された整流素子とを有することを特徴と
する半導体装置に関する。
成領域に有する、pチャネル型の第1のトランジスタと、当該絶縁表面上に設けられた第
2の多結晶半導体層をチャネル形成領域に有する、nチャネル型の第2のトランジスタと
、当該第1のトランジスタ及び第2のトランジスタと絶縁層を介して設けられ、第1の酸
化物半導体層をチャネル形成領域に有する、nチャネル型の第3のトランジスタと、当該
絶縁表面に設けられた第3の多結晶半導体層と、当該第1の酸化物半導体層と同じ材質で
なる第2の酸化物半導体層とが積層された整流素子とを有することを特徴とする半導体装
置に関する。
成領域に有する、pチャネル型の第1のトランジスタと、当該絶縁表面上に設けられた第
2の多結晶半導体層をチャネル形成領域を有する、nチャネル型の第2のトランジスタと
、当該第1のトランジスタ及び第2のトランジスタと絶縁層を介して設けられ、第1の酸
化物半導体層をチャネル形成領域に有する、nチャネル型の第3のトランジスタと、当該
絶縁表面に設けられた第3の多結晶半導体層と、真性半導体層と、当該第1の酸化物半導
体層と同じ材質でなる第2の酸化物半導体層とが積層された整流素子とを有することを特
徴とする半導体装置に関する。
第1のトランジスタと、当該第1のトランジスタと絶縁層を介して設けられ、第1の酸化
物半導体層をチャネル形成領域に有する第2のトランジスタと、当該単結晶半導体基板中
に設けられた不純物領域と、当該第1の酸化物半導体層と同じ材質でなる第2の酸化物半
導体層とが積層された整流素子とを有することを特徴とする半導体装置に関する。
第1のトランジスタと、当該第1のトランジスタと絶縁層を介して設けられ、第1の酸化
物半導体層をチャネル形成領域に有する第2のトランジスタと、当該単結晶半導体基板中
に設けられた不純物領域と、真性半導体層と、当該第1の酸化物半導体層と同じ材質でな
る第2の酸化物半導体層とが積層された整流素子とを有することを特徴とする半導体装置
に関する。
、pチャネル型の第1のトランジスタと、当該単結晶半導体基板中に設けられたチャネル
形成領域を有する、nチャネル型の第2のトランジスタと、当該第1のトランジスタ及び
第2のトランジスタと絶縁層を介して設けられ、第1の酸化物半導体層をチャネル形成領
域に有する、nチャネル型の第3のトランジスタと、当該単結晶半導体基板中に設けられ
た不純物領域と、当該第1の酸化物半導体層と同じ材質でなる第2の酸化物半導体層とが
積層された整流素子とを有することを特徴とする半導体装置に関する。
、pチャネル型の第1のトランジスタと、当該単結晶半導体基板中に設けられたチャネル
形成領域を有する、nチャネル型の第2のトランジスタと、当該第1のトランジスタ及び
第2のトランジスタと絶縁層を介して設けられ、第1の酸化物半導体層をチャネル形成領
域に有する、nチャネル型の第3のトランジスタと、当該単結晶半導体基板中に設けられ
た不純物領域と、真性半導体層と、当該第1の酸化物半導体層と同じ材質でなる第2の酸
化物半導体層とが積層された整流素子とを有することを特徴とする半導体装置に関する。
タであることを特徴とする。
タであることを特徴とする。
スタであることを特徴とする。
スタであることを特徴とする。
スタであることを特徴とする。
スタであることを特徴とする。
第1の半導体層、第2の半導体層を形成し、当該第1の半導体層をチャネル形成領域とす
る第1のトランジスタを形成し、当該第1のトランジスタ及び第2の半導体層を覆って、
絶縁層を形成し、当該絶縁層の一部を除去し、当該第2の半導体層を露出させ、当該絶縁
層上に第1の酸化物半導体層、及び当該第2の半導体層上に第2の酸化物半導体層を形成
し、当該第1の酸化物半導体層を有する第2のトランジスタ、並びに、当該第2の半導体
層及び当該第2の酸化物半導体層を有する整流素子を作製することを特徴とする半導体装
置の作製方法に関する。
第1の半導体層、第2の半導体層を形成し、当該第1の半導体層をチャネル形成領域とす
る第1のトランジスタを形成し、当該第1のトランジスタ及び第2の半導体層を覆って、
絶縁層を形成し、当該絶縁層の一部を除去し、当該第2の半導体層を露出させ、露出した
当該第2の半導体層上に、真性半導体層を形成し、当該絶縁層上に第1の酸化物半導体層
、及び当該真性半導体層上に第2の酸化物半導体層を形成し、当該第1の酸化物半導体層
を有する第2のトランジスタ、並びに、当該第2の半導体層、当該真性半導体層、及び当
該第2の酸化物半導体層を有する整流素子を作製することを特徴とする半導体装置の作製
方法に関する。
第1の半導体層、第2の半導体層、第3の半導体層を形成し、当該第1の半導体層をチャ
ネル形成領域とする、pチャネル型の第1のトランジスタを形成し、当該第2の半導体層
をチャネル形成領域とする、nチャネル型の第2のトランジスタを形成し、当該第1のト
ランジスタ、第2のトランジスタ、及び第3の半導体層を覆って、絶縁膜を形成し、当該
絶縁膜の一部を除去し、当該第3の半導体層を露出させ、当該絶縁膜上に第1の酸化物半
導体層、及び当該第3の半導体層上に第2の酸化物半導体層を形成し、当該第1の酸化物
半導体層を有する第3のトランジスタ、並びに、当該第3の半導体層及び当該第2の酸化
物半導体層を有する整流素子を作製することを特徴とする半導体装置の作製方法に関する
。
第1の半導体層、第2の半導体層、第3の半導体層を形成し、当該第1の半導体層をチャ
ネル形成領域とする、pチャネル型の第1のトランジスタを形成し、当該第2の半導体層
をチャネル形成領域とする、nチャネル型の第2のトランジスタを形成し、当該第1のト
ランジスタ、第2のトランジスタ、及び第3の半導体層を覆って、絶縁膜を形成し、当該
絶縁膜の一部を除去し、当該第3の半導体層を露出させ、露出した当該第3の半導体層上
に、真性半導体層を形成し当該絶縁膜上に第1の酸化物半導体層、及び当該真性半導体層
上に第2の酸化物半導体層を形成し、当該第1の酸化物半導体層を有する第3のトランジ
スタ、並びに、当該第3の半導体層、当該真性半導体層及び当該第2の酸化物半導体層を
有する整流素子を作製することを特徴とする半導体装置の作製方法に関する。
第1の半導体層、第2の半導体層を形成し、当該第1の半導体層をチャネル形成領域とす
る第1のトランジスタを形成し、当該第1のトランジスタ及び第2の半導体層を覆って、
絶縁膜を形成し、当該絶縁膜の一部を除去し、当該第2の半導体層を露出させ、当該絶縁
膜上に第1の酸化物半導体層、及び当該第2の半導体層上に第2の酸化物半導体層を形成
し、当該第1の酸化物半導体層を有する第2のトランジスタ、並びに、当該第2の半導体
層及び当該第2の酸化物半導体層を有する整流素子を作製することを特徴とする半導体装
置の作製方法に関する。
第1の半導体層、第2の半導体層を形成し、当該第1の半導体層をチャネル形成領域とす
る第1のトランジスタを形成し、当該第1のトランジスタ及び第2の半導体層を覆って、
絶縁膜を形成し、当該絶縁膜の一部を除去し、当該第2の半導体層を露出させ、露出した
当該第2の半導体層上に、真性半導体層を形成し、当該絶縁膜上に第1の酸化物半導体層
、及び当該真性半導体層上に第2の酸化物半導体層を形成し、当該第1の酸化物半導体層
を有する第2のトランジスタ、並びに、当該第2の半導体層、当該真性半導体層及び当該
第2の酸化物半導体層を有する整流素子を作製することを特徴とする半導体装置の作製方
法に関する。
第1の半導体層、第2の半導体層、第3の半導体層を形成し、当該第1の半導体層をチャ
ネル形成領域とする、pチャネル型の第1のトランジスタを形成し、当該第2の半導体層
をチャネル形成領域とする、nチャネル型の第2のトランジスタを形成し、当該第1のト
ランジスタ、第2のトランジスタ、及び第3の半導体層を覆って、絶縁層を形成し、当該
絶縁層の一部を除去し、当該第3の半導体層を露出させ、当該絶縁層上に第1の酸化物半
導体層、及び当該第3の半導体層上に第2の酸化物半導体層を形成し、当該第1の酸化物
半導体層を有する第3のトランジスタ、並びに、当該第3の半導体層及び当該第2の酸化
物半導体層を有する整流素子を作製することを特徴とする半導体装置の作製方法に関する
。
第1の半導体層、第2の半導体層、第3の半導体層を形成し、当該第1の半導体層をチャ
ネル形成領域とする、pチャネル型の第1のトランジスタを形成し、当該第2の半導体層
をチャネル形成領域とする、nチャネル型の第2のトランジスタを形成し、当該第1のト
ランジスタ、第2のトランジスタ、及び第3の半導体層を覆って、絶縁層を形成し、当該
絶縁層の一部を除去し、当該第3の半導体層を露出させ、露出した当該第3の半導体層上
に、真性半導体層を形成し、当該絶縁層上に第1の酸化物半導体層、及び当該真性半導体
層上に第2の酸化物半導体層を形成し、当該第1の酸化物半導体層を有する第3のトラン
ジスタ、並びに、当該第3の半導体層、当該真性半導体層及び当該第2の酸化物半導体層
を有する整流素子を作製することを特徴とする半導体装置の作製方法に関する。
1のトランジスタを形成し、当該第1のトランジスタ及び単結晶半導体基板の他の領域を
覆って、絶縁層を形成し、当該絶縁層の一部を除去し、当該単結晶半導体基板の第2の領
域を露出させ、当該絶縁層上に第1の酸化物半導体層、及び当該単結晶半導体基板の第2
の領域上に第2の酸化物半導体層を形成し、当該第1の酸化物半導体層を有する第2のト
ランジスタ、並びに、当該単結晶半導体基板の第2の領域及び当該第2の酸化物半導体層
を有する整流素子を作製することを特徴とする半導体装置の作製方法に関する。
1のトランジスタを形成し、当該第1のトランジスタ及び単結晶半導体基板の他の領域を
覆って、絶縁層を形成し、当該絶縁層の一部を除去し、当該単結晶半導体基板の第2の領
域を露出させ、露出した当該単結晶半導体基板の第2の領域上に、真性半導体層を形成し
、当該絶縁層上に第1の酸化物半導体層、及び当該真性半導体層上に第2の酸化物半導体
層を形成し、当該第1の酸化物半導体層を有する第2のトランジスタ、並びに、当該単結
晶半導体基板の第2の領域、当該真性半導体層及び当該第2の酸化物半導体層を有する整
流素子を作製することを特徴とする半導体装置の作製方法に関する。
pチャネル型の第1のトランジスタを形成し、当該単結晶半導体基板の第2の領域をチャ
ネル形成領域とする、nチャネル型の第2のトランジスタを形成し、当該第1のトランジ
スタ、第2のトランジスタ、及び当該単結晶半導体基板の他の領域を覆って、絶縁層を形
成し、当該絶縁層の一部を除去し、当該単結晶半導体基板の第3の領域を露出させ、当該
絶縁層上に第1の酸化物半導体層、及び当該単結晶半導体基板の第3の領域上に第2の酸
化物半導体層を形成し、当該第1の酸化物半導体層を有する第3のトランジスタ、並びに
、当該単結晶半導体基板の第3の領域及び当該第2の酸化物半導体層を有する整流素子を
作製することを特徴とする半導体装置の作製方法に関する。
pチャネル型の第1のトランジスタを形成し、当該単結晶半導体基板の第2の領域をチャ
ネル形成領域とする、nチャネル型の第2のトランジスタを形成し、当該第1のトランジ
スタ、第2のトランジスタ、及び当該単結晶半導体基板の他の領域を覆って、絶縁層を形
成し、当該絶縁層の一部を除去し、当該単結晶半導体基板の第3の領域を露出させ、露出
した当該単結晶半導体基板の第3の領域上に、真性半導体層を形成し、当該絶縁層上に第
1の酸化物半導体層、及び当該真性半導体層上に第2の酸化物半導体層を形成し、当該第
1の酸化物半導体層を有する第3のトランジスタ、並びに、当該単結晶半導体基板の第3
の領域、当該真性半導体層及び当該第2の酸化物半導体層を有する整流素子を作製するこ
とを特徴とする半導体装置の作製方法に関する。
子と第2の半導体素子を作製する工程を利用して、第3の半導体素子を作製することで、
作製工程数を減少させることが可能である。半導体装置の作製工程数を減少させることで
、半導体装置の歩留まりを向上させることが可能である。また、半導体装置の作製工程数
を減少させることで、半導体装置の作製コストを低減することが可能である。
、本明細書に開示された発明は多くの異なる態様で実施することが可能であり、本明細書
に開示された発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細を様々に変
更し得ることは当業者であれば容易に理解される。従って、本実施の形態の記載内容に限
定して解釈されるものではない。なお、以下に示す図面において、同一部分又は同様な機
能を有する部分には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。
する素子及び装置全般を指し、電子回路、表示装置、発光装置等を含む電気装置およびそ
の電気装置を搭載した電子機器をその範疇とする。
本実施の形態を、図1(A)〜図1(E)、図2(A)〜図2(D)、図3(A)〜図3
(D)、図4(A)〜図4(C)、図5(A)〜図5(C)、図6(A)〜図6(D)を
用いて説明する。
、シリコンを有するトランジスタを作製した後、酸化物半導体を有するトランジスタを作
製する。シリコンを有するトランジスタ及び酸化物半導体を有するトランジスタを作製す
る工程を利用して、整流素子(例えば、ダイオード)を作製する。シリコンを有するトラ
ンジスタ、酸化物半導体を有するトランジスタ、及び、整流素子(例えば、ダイオード)
を有する半導体装置の作製方法について説明する。
面に絶縁膜101を形成する。
、ボンド基板100として、結晶格子に歪みを有するシリコン、シリコンに対しゲルマニ
ウムが添加されたシリコンゲルマニウムなどの半導体基板を用いていても良い。
て揃っていることが望ましいが、点欠陥、線欠陥、面欠陥などの格子欠陥が完璧に排除さ
れた完全結晶である必要はない。
ものであっても良い。絶縁膜101の厚さは、後に不純物が含まれる領域が除去されるこ
とを考慮して、15nm以上500nm以下とすると良い。
素膜、酸化ゲルマニウム膜、窒化ゲルマニウム膜、酸化窒化ゲルマニウム膜、窒化酸化ゲ
ルマニウム膜などの珪素またはゲルマニウムを組成に含む絶縁膜を用いることが可能であ
る。また、酸化アルミニウム、酸化タンタル、酸化ハフニウムなどの金属の酸化物でなる
絶縁膜、窒化アルミニウムなどの金属の窒化物でなる絶縁膜、酸化窒化アルミニウム膜な
どの金属の酸化窒化物でなる絶縁膜、窒化酸化アルミニウム膜などの金属の窒化酸化物で
なる絶縁膜を用いることも可能である。
素を、絶縁膜101として用いる例を示す。なお、図1(A)では、絶縁膜101がボン
ド基板100の全面を覆うように形成されているが、絶縁膜101は、ボンド基板100
の少なくとも一面に形成されていればよい。
い物質であり、また、窒化酸化物とは、その組成として、酸素よりも窒素の含有量が多い
物質をいう。例えば、酸化窒化珪素とは、酸素が50原子%以上70原子%以下、窒素が
0.5原子%以上15原子%以下、珪素が25原子%以上35原子%以下、水素が0.1
原子%以上10原子%以下の範囲で含まれる物質とすることが可能である。
5原子%以下、珪素が25原子%以上35原子%以下、水素が10原子%以上30原子%
以下の範囲で含まれる物質とすることが可能である。
ackscattering Spectrometry)や、水素前方散乱法(HFS
:Hydrogen Forward Scattering)を用いて測定した場合の
ものである。また、構成元素の含有比率は、その合計が100原子%を超えない値をとる
。
酸化は、含有水分量が低い酸素を用いるドライ酸化、酸素雰囲気中に塩化水素などのハロ
ゲンを含むガスを添加する熱酸化、などを用いることが可能である。また、水素を酸素で
燃焼させて水を作るパイロジェニック酸化、高純度純水を100度以上に加熱した水蒸気
を用いて酸化を行う水蒸気酸化などのウェット酸化を、絶縁膜101の形成に用いても良
い。
低下させる不純物を含むような基板を用いる場合、上記不純物がベース基板103から分
離後に形成される半導体膜に拡散することを防止可能であるようなバリア膜を設けること
が好適である。絶縁膜101は、少なくとも1層以上のバリア膜を有することが好ましい
。
アルミニウム膜、または窒化酸化アルミニウム膜などが挙げられる。バリア膜として用い
る絶縁膜は、例えば厚さ15nm〜300nmの膜厚で形成することが好ましい。また、
バリア膜とボンド基板100との間に、酸化珪素膜や酸化窒化珪素膜などの、バリア膜よ
り窒素の含有率の低い絶縁膜を形成しても良い。窒素の含有率の低い絶縁膜の厚さは、5
nm以上200nm以下とすれば良い。
ルトケイ酸テトラエチル)と酸素等の混合ガスを用い、熱CVD、プラズマCVD、常圧
CVD、バイアスECRCVD等の気相成長法によって形成することが可能である。この
場合、絶縁膜101の表面を酸素プラズマ処理で緻密化しても良い。また、窒化珪素を絶
縁膜101として用いる場合、シランとアンモニアの混合ガスを用い、プラズマCVD等
の気相成長法によって形成することが可能である。
01として用いても良い。有機シランガスとしては、オルトケイ酸テトラエチル(TEO
S:化学式Si(OC2H5)4)、テトラメチルシラン(TMS:化学式Si(CH3
)4)、テトラメチルシクロテトラシロキサン(TMCTS)、オクタメチルシクロテト
ラシロキサン(OMCTS)、ヘキサメチルジシラザン(HMDS)、トリエトキシシラ
ン(SiH(OC2H5)3)、トリスジメチルアミノシラン(SiH(N(CH3)2
)3)等のシリコン含有化合物を用いることが可能である。
有する酸化珪素膜を形成することが可能である。また、熱CVD法で、加熱温度が200
℃以上500℃以下で形成されるLTO(低温酸化物、low temperature
oxide)で形成することが可能である。LTOの形成には、シリコンソースガスに
モノシラン(SiH4)またはジシラン(Si2H6)などを用い、酸素ソースガスに二
酸化窒素(NO2)などを用いることが可能である。
などの、比較的低温で成膜された絶縁膜は、表面にOH基を多く有する。OH基は水分子
と水素結合することでシラノール基を形成して、ベース基板と絶縁膜とを低温で接合する
。そして、最終的には共有結合であるシロキサン結合が、ベース基板と絶縁膜との間に形
成される。よって、上記の有機シランを用いて形成された酸化珪素膜、または比較的低温
で成膜されたLTOなどの絶縁膜は、Smart Cutなどで用いられているOH基が
存在しない或いは飛躍的に少ない熱酸化膜よりも、低温での接合に向いていると言える。
ある。そのため、絶縁膜101の平均面粗さRaが0.7nm以下、より好ましくは、0
.4nm以下が好ましい。また、絶縁膜101の厚さは5nm以上500nm以下であり
、より好ましくは10nm以上200nm以下とすれば良い。
示すように絶縁膜101を介してボンド基板100に照射し、ボンド基板100の表面か
ら一定の深さの領域に、微小ボイドを有する脆化層102を形成する。例えば、脆化層は
、結晶構造が乱されることで局所的に脆弱化された層を意味し、その状態は脆化層を形成
する手段によって異なる。なお、ボンド基板の一表面から脆化層までの領域も多少脆弱化
される場合があるが、脆化層は後に分断される領域及びその付近の層を指す。
の入射角によって調節することが可能である。加速エネルギーは加速電圧、ドーズ量など
により調節可能である。イオンの平均侵入深さとほぼ同じ深さの領域に脆化層102が形
成される。イオンを照射する深さで、ボンド基板100から後に分離される単結晶半導体
層104の厚さが決定される。脆化層102が形成される深さは例えば50nm以上50
0nm以下とすることができ、好ましい深さの範囲は50nm以上200nm以下とする
と良い。
うことがタクトタイムを短縮するという点で望ましいが、本実施の形態では質量分離を伴
うイオン注入法を用いていても良い。
成することが可能である。ソースガスから生成されるイオン種の割合は、プラズマの励起
方法、プラズマを発生させる雰囲気の圧力、ソースガスの供給量などを調節することで、
変化させることが可能である。イオンドーピング法でイオン注入を行う場合、イオンビー
ムに、H+、H2 +、H3 +の総量に対してH3 +が50%以上、より好ましくは80%
以上含まれていることが好ましい。H3 +の割合を80%以上とすることで、イオンビー
ムに含まれるH2 +イオンの割合が相対的に小さくなるため、イオンビームに含まれる水
素イオンの平均侵入深さのばらつきが小さくなるので、イオンの注入効率が向上し、タク
トタイムを短縮することが可能である。
H3 +の割合が多い場合と、H+、H2 +の割合が多い場合とでは、ドーピングの際の加
速電圧が同じであっても、前者の場合の方が、ボンド基板100の浅い領域に水素を注入
することが可能である。また前者の場合、ボンド基板100に注入される水素の、厚さ方
向における濃度分布が急峻となるため、脆化層102の厚さ自体も薄くすることが可能で
ある。
起して生成されるイオン種は、He+が殆どであるため、質量分離を伴わないイオンドー
ピング法でも、He+を主たるイオンとしてボンド基板100に注入することが可能であ
る。よって、イオンドーピング法で、効率良く、微小な空孔を脆化層102に形成するこ
とが可能である。ヘリウムを用いて、イオンドーピング法でイオン注入を行う場合、加速
電圧10kV以上200kV以下、ドーズ量1×1016ions/cm2以上6×10
16ions/cm2以下とすることが可能である。
いることも可能である。
ース基板103を貼り合わせる。
る表面、すなわち本実施の形態では、ボンド基板100上に形成された絶縁膜101とベ
ース基板103の表面に、絶縁膜101とベース基板103の接合強度を向上させるため
の表面処理を施すことが好ましい。
組み合わせが挙げられる。異なるウェット処理、または異なるドライ処理を組み合わせて
行っても良い。ウェット処理としては、オゾン水を用いたオゾン処理(オゾン水洗浄)、
メガソニック洗浄などの超音波洗浄、または2流体洗浄(純水や水素添加水等の機能水を
窒素等のキャリアガスとともに吹き付ける方法)、塩酸と過酸化水素水を用いた洗浄など
が挙げられる。ドライ処理としては、不活性ガス中性原子ビーム処理、不活性ガスイオン
ビーム処理、紫外線処理、オゾン処理、プラズマ処理、バイアス印加プラズマ処理、また
はラジカル処理などが挙げられる。上記のような表面処理を行うことで、貼り合わせに係
る表面の親水性および清浄度を高め、その結果、接合強度を向上させることが可能である
。
後、重ね合わせたベース基板103とボンド基板100の一部に、1N/cm2以上50
0N/cm2以下、好ましくは11N/cm2以上20N/cm2以下程度の圧力を加え
る。圧力を加えると、その部分からベース基板103と絶縁膜101とが接合を開始し、
最終的には密着した面全体に接合がおよぶ。
が形成される。なお、上記接合は低温で行うことが可能であるため、ベース基板103は
様々なものを用いることが可能である。例えばベース基板103としては、アルミノシリ
ケートガラス、バリウムホウケイ酸ガラス、アルミノホウケイ酸ガラスなどの電子工業用
に使われる各種ガラス基板の他、石英基板、セラミック基板、サファイア基板などの基板
を用いることが出来る。さらにベース基板103として、シリコン、ガリウムヒ素、イン
ジウムリンなどの半導体基板などを用いることが可能である。或いは、ステンレス基板を
含む金属基板をベース基板103として用いても良い。なお、ベース基板103として用
いるガラス基板は、熱膨張係数が25×10−7/℃以上50×10−7/℃以下(好ま
しくは、30×10−7/℃以上40×10−7/℃以下)であり、歪み点が580℃以
上680℃以下(好ましくは、600℃以上680℃以下)である基板を用いることが好
ましい。また、ガラス基板として無アルカリガラス基板を用いると、不純物による半導体
装置の汚染を抑えることが可能である。
可能である。マザーガラスとしては、例えば、第3世代(550mm×650mm)、第
3.5世代(600mm×720mm)、第4世代(680mm×880mmまたは、7
30mm×920mm)、第5世代(1100mm×1300mm)、第6世代(150
0mm×1850mm)、第7世代(1870mm×2200mm)、第8世代(220
0mm×2400mm)などのサイズの基板が知られている。大面積のマザーガラス基板
をベース基板103として用いてSOI基板を製造することで、SOI基板の大面積化が
実現可能である。マザーガラス基板のような大型の基板をベース基板103として用いる
ことで、SOI基板の大面積化が実現可能である。SOI基板の大面積化が実現すれば、
一度に複数のIC、LSI等のチップを製造することができ、1枚の基板から製造される
チップ数が増加するので、生産性を飛躍的に向上させることが可能である。
リンクするようなガラス基板をベース基板103として用いる場合、接合工程後に貼り合
わせの不良が生じる場合がある。よって、シュリンクに起因する貼り合わせの不良を回避
するために、接合を行う前に、ベース基板103に予め加熱処理を施しておいても良い。
表面に絶縁膜が必ずしも形成されていなくとも良いが、ベース基板103の表面に絶縁膜
を形成しておくことで、ベース基板103からボンド基板100に、アルカリ金属やアル
カリ土類金属などの不純物が入り込むのを防ぐことが可能である。またベース基板103
の表面に絶縁膜を形成しておく場合、ベース基板103上の絶縁膜が絶縁膜101と接合
するので、ベース基板103として用いることが可能である基板の種類がさらに広がる。
プラスチック等の可撓性を有する合成樹脂からなる基板は耐熱温度が一般的に低い傾向に
あるが、後の半導体素子の作製工程における処理温度に耐え得るのであれば、ベース基板
103上に絶縁膜を形成する場合において、ベース基板103として用いることが可能で
ある。
ンナフタレート(PEN)、ポリカーボネート(PC)、ポリエーテルエーテルケトン(
PEEK)、ポリスルホン(PSF)、ポリエーテルイミド(PEI)、ポリアリレート
(PAR)、ポリブチレンテレフタレート(PBT)、ポリイミド、アクリロニトリルブ
タジエンスチレン樹脂、ポリ塩化ビニル、ポリプロピレン、ポリ酢酸ビニル、アクリル樹
脂などが挙げられる。ポリエステルとしては、例えば、ポリエチレンテレフタレート(P
ET)が挙げられる。
表面処理を行ってから貼り合わせを行うと良い。
1との接合界面での結合力を増加させるための加熱処理を行うことが好ましい。この処理
温度は、脆化層102に亀裂を発生させない温度とし、200℃以上400℃以下の温度
範囲で処理することが可能である。また、この温度範囲で加熱しながら、ベース基板10
3にボンド基板100を貼り合わせることで、ベース基板103と絶縁膜101と間にお
ける接合の結合力を強固にすることが可能である。
により汚染されてしまうと、汚染部分は接合されなくなる。接合面の汚染を防ぐために、
ボンド基板100とベース基板103との貼り合わせは、気密な処理室内で行うことが好
ましい。また、ボンド基板100とベース基板103を貼り合わせるとき、処理室内を5
.0×10−3Pa程度の減圧状態とし、接合処理の雰囲気を清浄にするようにしても良
い。
て、微小ボイドの体積が増大する。その結果、図1(D)に示すように、脆化層102に
おいてボンド基板100の一部である単結晶半導体層104が、ボンド基板100から分
離する。絶縁膜101はベース基板103に接合しているので、ベース基板103上には
ボンド基板100から分離された単結晶半導体層104が固定される。単結晶半導体層1
04をボンド基板100から分離するための加熱処理の温度は、ベース基板103の歪み
点を越えない温度とする。
熱炉、マイクロ波加熱装置を用いることが可能である。RTA装置には、GRTA(Ga
s Rapid Thermal Anneal)装置、LRTA(Lamp Rapi
d Thermal Anneal)装置を用いることが可能である。GRTA装置を用
いる場合は、加熱温度550℃以上650℃以下、処理時間0.5分以上60分以内とす
ることが可能である。抵抗加熱装置を用いる場合は、加熱温度200℃以上650℃以下
、処理時間2時間以上4時間以内とすることが可能である。
誘電加熱による加熱処理は、高周波発生装置において生成された周波数300MHz乃至
3THzの高周波をボンド基板100に照射することで行うことが可能である。具体的に
は、例えば、2.45GHzのマイクロ波を900W、14分間照射することで、脆化層
内の隣接する微小ボイドどうしを結合させ、最終的にボンド基板100を脆化層において
分断させることが可能である。
れは、ボンド基板100の周辺部が面取りされている、或いは周辺部が曲率を有している
ため、ベース基板103と絶縁膜101とが密着しない、または、ボンド基板100の周
辺部では脆化層102が分割しにくいなどの理由によるものである。また、その他の理由
として、ボンド基板100を作製する際に行われるCMPなどの研磨が、ボンド基板10
0の周辺部で不十分であり、中央部に比べて周辺部では表面が荒れていることが挙げられ
る。また、ボンド基板100を移送する際に、キャリア等でボンド基板100の周辺部に
傷が入ってしまった場合、該傷も、周辺部がベース基板103に接合しにくい理由である
。そのため、ベース基板103には、ボンド基板100よりもサイズの小さい単結晶半導
体層104が貼り付けられる。
しても良い。水素化処理は、例えば、水素雰囲気中において350℃、2時間程度行う。
ド基板100が異なる結晶面方位を有していても良い。半導体中におけるキャリアの移動
度は、結晶面方位によって異なる。よって、形成する半導体素子に適した結晶面方位を有
するボンド基板100を、適宜選択して単結晶半導体層104を形成すればよい。例えば
単結晶半導体層104を用いてn型の半導体素子を形成するならば、{100}面を有す
る単結晶半導体層104を形成することで、該半導体素子におけるキャリアの移動度を高
めることが可能である。また、例えば単結晶半導体層104を用いてp型の半導体素子を
形成するならば、{110}面を有する単結晶半導体層104を形成することで、該半導
体素子におけるキャリアの移動度を高めることが可能である。そして、半導体素子として
トランジスタを形成するならば、チャネルの向きと結晶面方位とを考慮し、単結晶半導体
層104の貼り合わせの方向を定めるようにする。
形成されているSOI基板を得ることが可能である。ボンド基板100が単結晶シリコン
基板である場合、単結晶半導体層104は単結晶シリコン層となる。
化層102における分断によって、結晶欠陥が形成されている、または、その表面の平坦
性が損なわれている。そこで、本発明の一態様では、結晶欠陥を低減、および、平坦性を
向上させるために、単結晶半導体層104の表面に形成されている自然酸化膜などの酸化
膜を除去する処理を行った後、単結晶半導体層104にレーザ光の照射を行う。
110秒間さらすこと酸化膜を除去する。
ことが好ましい。完全溶融させると、液相となった単結晶半導体層104で無秩序な核発
生が起こるために、単結晶半導体層104が再結晶化された際に微結晶が生成し、結晶性
が低下するからである。部分溶融させることで、単結晶半導体層104では、溶融されて
いない固相部分から結晶成長が進行する、いわゆる縦成長が起こる。縦成長による再結晶
化によって、単結晶半導体層104の結晶欠陥が減少され、結晶性が回復される。なお、
単結晶半導体層104が完全溶融状態であるとは、単結晶半導体層104が絶縁膜101
との界面まで溶融され、液体状態になっていることをいう。他方、単結晶半導体層104
が部分溶融状態であるとは、上層が溶融して液相であり、下層が固相である状態をいう。
でレーザ光の照射を行うことが望ましい。例えば、パルス発振の場合は、繰り返し周波数
1MHz以下、パルス幅10n秒以上500n秒以下である。例えば、繰り返し周波数1
0Hz〜300Hz、パルス幅25n秒、波長308nmのXeClエキシマレーザを用
いることが可能である。
とが望ましい。具体的には、例えば、波長が250nm以上700nm以下の範囲のレー
ザ光を用いることが可能である。また、レーザ光のエネルギーは、レーザ光の波長、レー
ザ光の表皮深さ、単結晶半導体層104の膜厚などを考慮して決定することが可能である
。例えば、単結晶半導体層104の厚さが120nm程度で、レーザ光の波長が308n
mのパルス発振レーザを用いる場合は、レーザ光のエネルギー密度を600mJ/cm2
〜700mJ/cm2とすれば良い。
ーザ、YAGレーザ、Y2O3レーザ、YVO4レーザ、YLFレーザ、YAlO3レー
ザ、ガラスレーザ、ルビーレーザ、アレキサンドライトレーザ、Ti:サファイアレーザ
、銅蒸気レーザまたは金蒸気レーザを用いることが可能である。
場合、次のように行うことが可能である。レーザ光のレーザ発振器として、XeClエキ
シマレーザ(波長:308nm、パルス幅:20n秒、繰り返し周波数30Hz)を用い
る。光学系により、レーザ光の断面を0.4mm×120mmの線状に整形する。レーザ
光の走査速度を0.5mm/秒とし、レーザ光を単結晶半導体層104に照射する。レー
ザ光の照射により、図1(E)に示すように、結晶欠陥が修復された単結晶半導体層10
5が形成される。
行うことが好ましい。この加熱処理によって、レーザ光の照射で回復されなかった、単結
晶半導体層105の欠陥の消滅、単結晶半導体層105の歪みの緩和をすることが可能で
ある。この加熱処理には、RTA(Rapid Thermal Anneal)装置、
抵抗加熱炉、マイクロ波加熱装置を用いることが可能である。RTA装置には、GRTA
(Gas Rapid Thermal Anneal)装置、LRTA(Lamp R
apid Thermal Anneal)装置を用いることが可能である。例えば、抵
抗加熱炉を用いた場合は、600℃で4時間加熱するとよい。
り、単結晶半導体層105から島状の半導体膜106、半導体膜107、及び、半導体膜
201を形成する。
ンジスタ121のチャネル形成領域となる半導体膜107、整流素子であるダイオード2
10のp型半導体層204となる半導体膜201を同時に形成することが可能である。半
導体膜106、半導体膜107、半導体膜201を同時に形成することにより、半導体装
置の作製工程数を減少させることが可能である。
、ガリウムなどのp型不純物、若しくはリン、砒素などのn型不純物を添加しても良い。
に、ゲート絶縁膜108を形成する。同時に、半導体膜201を覆うように、絶縁膜20
2を形成する。
膜106及び半導体膜107、並びに、半導体膜201それぞれの表面を酸化または窒化
することで形成することが可能である。
アンモニア、窒素、水素などの混合ガスとを用いて行う。この場合プラズマの励起をマイ
クロ波の導入により行うことで、低電子温度で高密度のプラズマを生成することが可能で
ある。このような高密度のプラズマで生成された酸素ラジカル(OHラジカルを含む場合
もある)や窒素ラジカル(NHラジカルを含む場合もある)によって、半導体膜の表面を
酸化または窒化することにより、1nm〜20nm、望ましくは5nm〜10nmの絶縁
膜が半導体膜に接するように形成される。この5nm〜10nmの絶縁膜をゲート絶縁膜
108、及び、絶縁膜202として用いる。
で1〜3倍(流量比)に希釈して、10Pa〜30Paの圧力にて3kW〜5kWのマイ
クロ波(2.45GHz)電力を印加して、半導体膜106及び半導体膜107、並びに
、半導体膜201それぞれの表面を酸化若しくは窒化させる。この処理により1nm〜1
0nm(好ましくは2nm〜6nm)の絶縁膜を形成する。さらに亜酸化窒素(N2O)
とシラン(SiH4)を導入し、10Pa〜30Paの圧力にて3kW〜5kWのマイク
ロ波(2.45GHz)電力を印加して気相成長法により酸化窒化シリコン膜を形成して
絶縁膜を形成する。固相反応と気相成長法による反応を組み合わせることにより界面準位
密度が低く絶縁耐圧の優れた絶縁膜を形成することが可能である。
ート絶縁膜108と半導体膜106、並びに、ゲート絶縁膜108と半導体膜107との
界面準位密度をきわめて低くすることが可能である。
することで、形成されるゲート絶縁膜108の厚さのばらつきを抑えることが可能である
。
反応で酸化させることにより、結晶粒界においてのみ酸化が速く進んでしまうのを抑え、
均一性が良く、界面準位密度の低いゲート絶縁膜108を形成することが可能である。
含んで形成されるトランジスタは、特性のばらつきを抑えることが可能である。
ことで、ゲート絶縁膜108、及び、絶縁膜202を形成するようにしてもよい。また、
プラズマCVD法またはスパッタリング法などを用い、酸化珪素、窒化酸化珪素、酸化窒
化珪素、窒化珪素、酸化ハフニウム、酸化アルミニウムまたは酸化タンタルを含む膜を、
単層で、または積層させることで、ゲート絶縁膜108を形成してもよい。
を所定の形状に加工することで、半導体膜106と半導体膜107の上方に電極109を
形成する。なお当該作製工程の際には、半導体膜201を覆うマスクを形成し、半導体膜
201上に電極を形成しない。
タンタル(Ta)、タングステン(W)、チタン(Ti)、モリブデン(Mo)、アルミ
ニウム(Al)、銅(Cu)、クロム(Cr)、ニオブ(Nb)等を用いることが出来る
。また上記金属を主成分とする合金を用いても良いし、上記金属を含む化合物を用いても
良い。または、半導体膜に導電性を付与するリン等の不純物元素をドーピングした、多結
晶珪素などの半導体を用いて形成しても良い。
ングステンを用いることが可能である。上記例の他に、窒化タングステンとタングステン
、窒化モリブデンとモリブデン、アルミニウムとタンタル、アルミニウムとチタン等が挙
げられる。タングステンや窒化タンタルは、耐熱性が高いため、2層の導電膜を形成した
後の工程において、熱活性化を目的とした加熱処理を行うことが可能である。また、2層
の導電膜の組み合わせとして、例えば、n型を付与する不純物がドーピングされた珪素と
ニッケルシリサイド、n型を付与する不純物がドーピングされた珪素とタングステンシリ
サイド等も用いることが可能である。
の構成に限定されない。電極109は積層された複数の導電膜で形成されていても良い。
3つ以上の導電膜を積層する3層構造の場合は、モリブデン膜とアルミニウム膜とモリブ
デン膜の積層構造を採用するとよい。
09を形成しても良い。
の形状を形成する方法を意味し、インクジェット法などがその範疇に含まれる。
Plasma:誘導結合型プラズマ)エッチング法を用い、エッチング条件(コイル型
の電極層に印加される電力量、基板側の電極層に印加される電力量、基板側の電極温度等
)を適宜調節することにより、所望のテーパー形状を有するようにエッチングすることが
可能である。また、テーパー形状は、マスクの形状によっても角度等を制御することが可
能である。
塩素系ガス、四弗化炭素、弗化硫黄もしくは弗化窒素などのフッ素系ガス又は酸素を適宜
用いることが可能である。
を、半導体膜106、半導体膜107に添加する。
)を、半導体膜107にp型を付与する不純物元素(例えばホウ素)を添加する。なお、
p型を付与する不純物元素を半導体膜107に添加する際、n型の不純物が添加される半
導体膜106はマスク等で覆い、p型を付与する不純物元素の添加が選択的に行われるよ
うにする。逆にn型を付与する不純物元素を半導体膜106に添加する際、p型の不純物
が添加される半導体膜107はマスク等で覆い、n型を付与する不純物元素の添加が選択
的に行われるようにする。
スク等で覆えばよい。あるいは、半導体膜201をp型半導体層とするのであれば、p型
を付与する不純物元素を添加してもよい。あるいは、半導体膜201をn型半導体層とす
るのであれば、n型を付与する不純物元素を添加してもよい。
付与する不純物元素を添加した後、一方の半導体膜のみに選択的により高い濃度でp型も
しくはn型のうちの他方を付与する不純物元素のいずれか一方を添加するようにしてもよ
い。上記不純物の添加により、半導体膜106に不純物領域110、半導体膜107に不
純物領域111が形成される。
面にサイドウォール112を形成する。サイドウォール112は、例えば、ゲート絶縁膜
108及び電極109を覆うように新たに絶縁膜を形成し、垂直方向を主体とした異方性
エッチングにより、新たに形成された該絶縁膜を部分的にエッチングすることで、形成す
ることが可能である。上記異方性エッチングにより、新たに形成された絶縁膜が部分的に
エッチングされて、電極109の側面にサイドウォール112が形成される。
パッタリング法等により、珪素膜、酸化珪素膜、酸化窒化珪素膜、窒化酸化珪素膜や、有
機樹脂などの有機材料を含む膜を、単層または積層して形成することが可能である。本実
施の形態では、膜厚100nmの酸化珪素膜をプラズマCVD法によって形成する。また
エッチングガスとしては、CHF3とヘリウムの混合ガスを用いることが可能である。な
お、サイドウォール112を形成する工程は、これらに限定されるものではない。
チングしてもよい(図3(B)参照)。
体膜201とが接触する領域を形成することが可能である。
半導体膜106、半導体膜107に一導電型を付与する不純物元素を添加する。またこの
工程の際に、半導体膜201にも一導電型を付与する不純物元素を添加する。
同じ導電型の不純物元素をより高い濃度で添加する。なお、p型を付与する不純物元素を
半導体膜107に添加する際、n型の不純物が添加される半導体膜106はマスク等で覆
い、p型を付与する不純物元素の添加が選択的に行われるようにする。逆にn型を付与す
る不純物元素を半導体膜106に添加する際、p型の不純物が添加される半導体膜107
はマスク等で覆い、n型を付与する不純物元素の添加が選択的に行われるようにする。
107に添加する際に、半導体膜201にp型を付与する不純物元素を添加する。あるい
は、半導体膜201をn型半導体層とするのであれば、n型を付与する不純物元素を半導
体膜106に添加する際に、半導体膜201にn型を付与する不純物元素を添加する。p
型を付与する不純物元素が添加された半導体膜201を、後述するダイオード210のp
型半導体層204とする。
域113と、一対の低濃度不純物領域114と、チャネル形成領域115とが形成される
。
純物領域116と、一対の低濃度不純物領域117と、チャネル形成領域118とが形成
される。
イン領域として機能する。また低濃度不純物領域114及び低濃度不純物領域117はそ
れぞれ、LDD(Lightly Doped Drain)領域として機能する。なお
、LDD領域は必ずしも設ける必要はなく、ソース領域又はドレイン領域として機能する
不純物領域だけ形成しても良い。或いは、ソース領域とドレイン領域のいずれか一方の側
にのみ、LDD領域を形成しても良い。
サイドウォール112は、キャリアが移動する方向における幅が同じになるように形成し
ても良いが、該幅が異なるように形成しても良い。
、nチャネル型トランジスタ120となる半導体膜106上のサイドウォール112の幅
よりも長くすると良い。なぜならば、pチャネル型トランジスタ121においてソース領
域及びドレイン領域を形成するために注入されるホウ素は拡散しやすく、短チャネル効果
を誘起しやすいためである。pチャネル型トランジスタ121において、サイドウォール
112の幅をより長くすることで、ソース領域及びドレイン領域に高濃度のホウ素を添加
することが可能となり、ソース領域及びドレイン領域を低抵抗化することが可能である。
体膜107をシリサイド化することで、シリサイド層を形成しても良い。シリサイド化は
、半導体膜に金属を接触させ、加熱処理、GRTA法、LRTA法等により、半導体膜中
の珪素と金属とを反応させて行う。シリサイド層としては、コバルトシリサイド若しくは
ニッケルシリサイドを用いればよい。
導体膜107の底部までシリサイド反応を進めても良い。シリサイド化に用いる金属の材
料として、チタン(Ti)、ニッケル(Ni)、タングステン(W)、モリブデン(Mo
)、コバルト(Co)、ジルコニウム(Zr)、ハフニウム(Hf)、タンタル(Ta)
、バナジウム(V)、ネオジム(Nd)、クロム(Cr)、白金(Pt)、パラジウム(
Pd)等を用いることが可能である。また、レーザ照射やランプなどの光照射によってシ
リサイドを形成しても良い。
トランジスタ120及びpチャネル型トランジスタ121とが形成される。またダイオー
ド210のp型半導体層204が形成される。
、絶縁膜132を介して分離され、かつ、酸化物半導体層をチャネル形成領域に有するト
ランジスタを作製する。
2、及びp型半導体層204を覆うように、絶縁膜130を形成する。
とが可能である。具体的に絶縁膜130として、窒化珪素、窒化酸化珪素、酸化窒化珪素
、窒化アルミニウム、酸化アルミニウム、酸化珪素などを用いるのが望ましい。本実施の
形態では、膜厚50nm程度の酸化窒化珪素膜を、絶縁膜130として用いる。
する。
を用いる。具体的に、絶縁膜131及び絶縁膜132はそれぞれ、例えば、酸化珪素、窒
化珪素、窒化酸化珪素、酸化窒化珪素、窒化アルミニウム、窒化酸化アルミニウムなどの
無機の絶縁膜を用いることが可能である。
るが、絶縁膜130上に形成する絶縁膜は単層の絶縁膜であってもよいし、3層以上の絶
縁膜が積層されていても良い。
より不要な部分を除去して、ゲート電極141を形成する。このとき、ゲート電極141
の端部にテーパー形状が形成されるようにエッチングする。
ジム、スカンジウム等の金属材料、これら金属材料を主成分とする合金材料、或いはこれ
ら金属の窒化物が挙げられる。また、上記導電膜として、これらの金属材料、合金材料、
あるいは窒化物を、単層で又は積層で用いることが可能である。なお、後の工程において
行われる加熱処理の温度に耐えうるのであれば、上記金属材料としてアルミニウム、銅を
用いることも可能である。
た二層の積層構造、または銅上にモリブデンを積層した二層構造、または銅上に窒化チタ
ン若しくは窒化タンタルを積層した二層構造、窒化チタンとモリブデンとを積層した二層
構造とすることが好ましい。3層の積層構造としては、アルミニウム、アルミニウムとシ
リコンの合金、アルミニウムとチタンの合金またはアルミニウムとネオジムの合金を中間
層とし、タングステン、窒化タングステン、窒化チタンまたはチタンを上下層として積層
した構造とすることが好ましい。
ことが可能である。例えば、酸化物導電膜には酸化インジウム、酸化インジウム酸化スズ
合金、酸化インジウム酸化亜鉛合金、酸化亜鉛、酸化亜鉛アルミニウム、酸窒化亜鉛アル
ミニウム、または酸化亜鉛ガリウム等を用いることが可能である。
とする。本実施の形態では、タングステンターゲットを用いたスパッタ法により100n
mのゲート電極141用の導電膜を形成した後、該導電膜をエッチングにより所望の形状
に加工する。これによりゲート電極141を形成する。
。ゲート絶縁膜142は、プラズマCVD法又はスパッタリング法等を用いて、酸化珪素
膜、窒化珪素膜、酸化窒化珪素膜、窒化酸化珪素膜、酸化ハフニウム膜、酸化アルミニウ
ム膜または酸化タンタル膜を単層で又は積層させて形成することが可能である。ゲート絶
縁膜142は、水分や、水素などの不純物を極力含まないことが望ましい。
が低い酸化珪素膜、酸化窒化珪素膜などの絶縁膜とを積層させた構造を有する絶縁膜を形
成しても良い。この場合、酸化珪素膜、酸化窒化珪素膜などの絶縁膜は、バリア性を有す
る絶縁膜と酸化物半導体膜の間に形成する。
、または窒化酸化アルミニウム膜などが挙げられる。
などの雰囲気中不純物、あるいは基板内に含まれるアルカリ金属、重金属などの不純物が
、酸化物半導体膜内、ゲート絶縁膜142内、或いは、酸化物半導体膜と他の絶縁膜の界
面とその近傍に入り込むのを防ぐことが可能である。
導体膜に接するように形成すると、バリア性の高い材料を用いた絶縁膜が直接酸化物半導
体膜に接するのを防ぐことが可能である。
で形成された膜厚100nmの酸化珪素膜を積層させた構造を有する、ゲート絶縁膜14
2を形成する。
部をエッチング等で除去し、開口部205を形成する(図5(A)参照)。開口部205
は、後述するダイオード210が形成される領域に配置する。該エッチング工程により、
絶縁膜202及びp型半導体層204が露出する。
する。酸化物半導体膜を形成後、エッチング等により所望の形状に該酸化物半導体膜を加
工する。当該工程により、ゲート電極141と重なる位置に島状の酸化物半導体膜143
を形成し、かつ、p型半導体層204に接して島状の酸化物半導体膜206を形成する(
図5(B)参照)。
、上記の酸化物半導体膜は、ダイオード210のn型半導体層となる。酸化物半導体膜は
、一導電型を付与する不純物元素を添加せずともn型を示す。そのため酸化物半導体膜を
トランジスタ146のチャネル形成領域として作製すると、不純物元素を添加する工程を
抑制するという点で好適である。
、ダイオード210のn型半導体層となる酸化物半導体膜206を同時に形成可能である
。酸化物半導体膜143と酸化物半導体膜206を同時に形成可能であるので、半導体装
置の作製工程数を減少させることが可能である。
また、酸化物半導体膜は、希ガス(例えばアルゴン)雰囲気下、酸素雰囲気下、又は希ガ
ス(例えばアルゴン)及び酸素雰囲気下においてスパッタ法により形成することが可能で
ある。
マを発生させる逆スパッタを行い、ゲート絶縁膜142の表面に付着しているゴミ及び汚
染物質を除去することが好ましい。逆スパッタとは、ターゲット側に電圧を印加せずに、
アルゴン雰囲気下で基板側にRF電源を用いて電圧を印加して基板にArイオンを衝突さ
せて表面を改質する方法である。なお、アルゴン雰囲気に代えて窒素、ヘリウムなどを用
いてもよい。また、アルゴン雰囲気に酸素、亜酸化窒素などを加えた雰囲気で行ってもよ
い。また、アルゴン雰囲気に塩素、四フッ化炭素などを加えた雰囲気で行ってもよい。
元素を含有する。例えば、四元系金属の酸化物であるIn−Sn−Ga−Zn−O系酸化
物半導体や、三元系金属の酸化物であるIn−Ga−Zn−O系酸化物半導体、In−S
n−Zn−O系酸化物半導体、In−Al−Zn−O系酸化物半導体、Sn−Ga−Zn
−O系酸化物半導体、Al−Ga−Zn−O系酸化物半導体、Sn−Al−Zn−O系酸
化物半導体や、二元系金属の酸化物であるIn−Zn−O系酸化物半導体、Sn−Zn−
O系酸化物半導体、Al−Zn−O系酸化物半導体、Zn−Mg−O系酸化物半導体、S
n−Mg−O系酸化物半導体、In−Mg−O系酸化物半導体や、In−Ga−O系の材
料、一元系金属の酸化物であるIn−O系酸化物半導体、Sn−O系酸化物半導体、Zn
−O系酸化物半導体などを用いることができる。また、上記酸化物半導体にInとGaと
SnとZn以外の元素、例えばSiO2を含ませてもよい。
a)、亜鉛(Zn)を有する酸化物半導体、という意味であり、その組成比は問わない。
用いることができる。ここで、Mは、Ga、Al、Mn及びCoから選ばれた一または複
数の金属元素を示す。例えばMとして、Ga、Ga及びAl、Ga及びMn、またはGa
及びCoなどがある。
成比は、原子数比で、In:Zn=50:1〜1:2(モル数比に換算するとIn2O3
:ZnO=25:1〜1:4)、好ましくはIn:Zn=20:1〜1:1(モル数比に
換算するとIn2O3:ZnO=10:1〜1:2)、さらに好ましくはIn:Zn=1
5:1〜1.5:1(モル数比に換算するとIn2O3:ZnO=15:2〜3:4)と
する。例えば、In−Zn−O系酸化物半導体の形成に用いるターゲットは、原子数比が
In:Zn:O=X:Y:Zのとき、Z>1.5X+Yとする。
る酸化珪素(SiOx(X>0))を含ませることで、製造プロセス中において酸化物半
導体膜の形成後に加熱処理を行った場合に、酸化物半導体膜が結晶化してしまうのを抑制
することが可能である。なお、酸化物半導体膜は非晶質な状態であることが好ましいが、
一部結晶化していてもよい。
る。本実施の形態では、In、Ga、及びZnを含む酸化物半導体ターゲット(モル数比
がIn2O3:Ga2O3:ZnO=1:1:1、In2O3:Ga2O3:ZnO=1
:1:2)を用いる。基板とターゲットの間との距離を100mm、圧力0.6Pa、直
流(DC)電源0.5kW、酸素(酸素流量比率100%)雰囲気下で成膜する。なお、
パルス直流(DC)電源を用いると、ごみが軽減でき、膜厚分布も均一となるために好ま
しい。本実施の形態では、酸化物半導体膜として、In−Ga−Zn−O系酸化物半導体
ターゲットを用い、スパッタ装置により膜厚30nmのIn−Ga−Zn−O系非単結晶
膜を成膜する。
縁膜142と酸化物半導体膜の界面にゴミや水分が付着するのを防ぐことが出来る。また
、パルス直流(DC)電源を用いると、ごみが軽減でき、膜厚分布も均一となるために好
ましい。
好ましくは99.9%以上とするのが好ましい。相対密度の高いターゲットを用いると、
形成される酸化物半導体膜中の不純物濃度を低減することができ、電気特性または信頼性
の高いトランジスタを得ることが可能である。
ッタ装置は、同一チャンバーで異なる材料膜を積層成膜することも、同一チャンバーで複
数種類の材料を同時に放電させて成膜することも可能である。
や、グロー放電を使わずマイクロ波を用いて発生させたプラズマを用いるECRスパッタ
法を用いるスパッタ装置がある。
とを化学反応させてそれらの化合物薄膜を形成するリアクティブスパッタ法や、成膜中に
基板にも電圧をかけるバイアススパッタ法もある。
加熱してもよい。成膜中に加熱することで、成膜と同時にスパッタによる損傷を修復させ
る。
ット材料中に残存している水分または水素を除去するためにプレヒート処理を行うと良い
。プレヒート処理としては成膜チャンバー内を減圧下で200℃〜600℃に加熱する方
法や、加熱しながら窒素や不活性ガスの導入と排気を繰り返す方法等がある。プレヒート
処理を終えたら、基板またはスパッタ装置を冷却した後大気にふれることなく酸化物半導
体膜の成膜を行う。この場合のターゲット冷却液は、水ではなく油脂等を用いるとよい。
加熱せずに窒素の導入と排気を繰り返しても一定の効果が得られるが、加熱しながら行う
となお良い。
を、クライオポンプを用いて中に残存している水分などを除去することが好ましい。
ア過水(31重量%過酸化水素水:28重量%アンモニア水:水=5:2:2)を用いた
ウェットエッチングにより行うことが可能である。該エッチングにより形成された島状の
酸化物半導体膜143は、ゲート電極141と重なるように配置する。また島状の酸化物
半導体膜206は、p型半導体層204と接して形成する。
として用いることが可能である。本実施の形態では、ITO07N(関東化学社製)を用
いたウェットエッチング液により、不要な部分を除去して島状の酸化物半導体膜143及
び酸化物半導体膜206を形成する。また、ここでのエッチングは、ウェットエッチング
に限定されずドライエッチングを用いてもよい。
ば塩素(Cl2)、三塩化硼素(BCl3)、四塩化珪素(SiCl4)、四塩化炭素(
CCl4)など)が好ましい。
F6)、三弗化窒素(NF3)、トリフルオロメタン(CHF3)など)、臭化水素(H
Br)、酸素(O2)、これらのガスにヘリウム(He)やアルゴン(Ar)などの希ガ
スを添加したガス、などを用いることが可能である。
ing)法や、ICP(Inductively Coupled Plasma:誘導
結合型プラズマ)エッチング法を用いることが可能である。所望の加工形状にエッチング
可能であるように、エッチング条件(コイル型の電極に印加される電力量、基板側の電極
に印加される電力量、基板側の電極温度等)を適宜調節する。
て除去される。その除去された材料を含むエッチング液の廃液を精製し、含まれる材料を
再利用してもよい。当該エッチング後の廃液から酸化物半導体膜に含まれるインジウム等
の材料を回収して再利用することにより、資源を有効活用し低コスト化することが可能で
ある。
ッチング時間、温度等)を適宜調節する。
化物半導体膜143及び酸化物半導体膜206に加熱処理を施しても良い。
示すように、水素、水などの不純物の含有量が低減された酸化物半導体膜144及び酸化
物半導体膜207が形成される。
て、300℃以上750℃以下(若しくはガラス基板の歪点以下の温度)で1分間以上1
0分間以下程度、好ましくは650℃、3分間以上6分間以下程度のRTA(Rapid
Thermal Anneal)処理で行うことが可能である。RTA法を用いれば、
短時間に脱水化または脱水素化が行えるため、ガラス基板の歪点を超える温度でも処理す
ることが可能である。
タイミングに限らず、エッチングを行う前の酸化物半導体膜に対して行っても良い。また
、上記加熱処理を、島状の酸化物半導体膜143及び酸化物半導体膜206形成後に複数
回行っても良い。
状態で6分間、加熱処理を行う。加熱処理は、電気炉を用いた加熱方法、加熱した気体を
用いるGRTA(Gas Rapid Thermal Anneal)法またはランプ
光を用いるLRTA(Lamp Rapid Thermal Anneal)法などの
瞬間加熱方法などを用いることが可能である。例えば、電気炉を用いて加熱処理を行う場
合、昇温特性を0.1℃/min以上20℃/min以下、降温特性を0.1℃/min
以上15℃/min以下とすることが好ましい。
分、水素などが含まれないことが好ましい。または、加熱処理装置に導入する窒素、また
はヘリウム、ネオン、アルゴン等の希ガスの純度を、6N(99.9999%)以上、好
ましくは7N(99.99999%)以上、(即ち不純物濃度を1ppm以下、好ましく
は0.1ppm以下)とすることが好ましい。
℃以下の、水分含有量が少ない空気下において、加熱処理を行うようにしても良い。
ることが好ましいが、一部結晶化していても良い。
ッチングする。当該エッチング工程で、トランジスタ120が有する高濃度不純物領域1
13と、トランジスタ121が有する高濃度不純物領域116に達するコンタクトホール
を形成する。
半導体層204上に、導電膜をスパッタ法や真空蒸着法で形成する。該導電膜をエッチン
グ等により該導電膜を所定の形状に加工する。
導電膜151、トランジスタ120のソース電極またはドレイン電極の他方として機能す
る導電膜152が形成される。また、トランジスタ121のソース電極またはドレイン電
極の一方として機能する導電膜153、トランジスタ121のソース電極またはドレイン
電極の他方、かつ、トランジスタ146のソース電極またはドレイン電極の一方として機
能する導電膜154が形成される。また、トランジスタ146のソース電極またはドレイ
ン電極の他方として機能する導電膜155が形成される。またダイオード210の電極と
して機能する導電膜208及び導電膜209が形成される(図6(A)参照)。なお、図
6(A)において、導電膜209は同一平面上に示せないため、点線で示している。
体膜144とソース電極またはドレイン電極(導電膜154または導電膜155)との接
続が、酸化物半導体膜144の上部表面を含む領域において行われているため、ボトムゲ
ート・トップコンタクト型と呼ぶことが可能である。
n型半導体層である酸化物半導体膜207に電気的に接続される。また、導電膜209は
p型半導体層204に電気的に接続される。
る。ダイオード210の上面図を図6(B)、図6(B)(上面図)における、A−A’
で切った断面図を図6(C)、及び、B−B’で切った断面図を図6(D)に示す。図6
(B)及び図6(D)に示されるように、導電膜209は、p型半導体層204上の、酸
化物半導体膜207が設けられない領域で、p型半導体層204と電気的に接続される。
8、導電膜209として、例えば、アルミニウム、クロム、タンタル、チタン、マンガン
、マグネシウム、モリブデン、タングステン、ジルコニウム、ベリリウム、イットリウム
から選ばれた元素、または上記元素を1つまたは複数を成分として含む合金等を用いるこ
とが出来る。なお、導電膜の形成後に加熱処理を行う場合には、この加熱処理に対する耐
熱性を導電膜に持たせることが好ましい。アルミニウム単体では耐熱性が劣り、また腐蝕
しやすい等の問題点があるので、導電膜の形成後に加熱処理を行う場合は、耐熱性導電性
材料と組み合わせて導電膜を形成する。アルミニウムと組み合わせる耐熱性導電性材料と
しては、チタン、タンタル、タングステン、モリブデン、クロム、ネオジム、スカンジウ
ムから選ばれた元素、または上記元素を1つまたは複数を成分として含む合金、または上
記元素を成分として含む窒化物などが好ましい。
8、導電膜209として、透光性を有する酸化物導電膜を用いることも可能である。透光
性を有する酸化物導電膜を用いると、開口率を向上させることが可能である。このような
透光性を有する導電膜として、例えば、酸化物導電膜には酸化インジウム、酸化インジウ
ム酸化スズ合金、酸化インジウム酸化亜鉛合金、酸化亜鉛、酸化亜鉛アルミニウム、酸窒
化亜鉛アルミニウム、または酸化亜鉛ガリウム等を用いることが可能である。
8、導電膜209の膜厚は、10nm〜400nm、好ましくは100nm〜200nm
とする。本実施の形態では、スパッタ法により、チタン膜、窒化チタン膜、アルミニウム
膜、チタン膜を順に積層することで得られるソース電極ドレイン電極用の導電膜を、エッ
チングにより所望の形状に加工することで、導電膜151、導電膜152、導電膜153
、導電膜154、導電膜155、導電膜208、導電膜209を形成する。
8、導電膜209を形成するためのエッチングには、ウェットエッチングまたはドライエ
ッチングを用いることが可能である。ドライエッチングを用いて導電膜151、導電膜1
52、導電膜153、導電膜154、導電膜155、導電膜208、導電膜209を形成
する場合、塩素(Cl2)、三塩化硼素(BCl3)などを含むガスを用いると良い。
6、並びに、単結晶半導体層であるp型半導体層204及び酸化物半導体膜207を有す
るダイオード210が作製可能である。
ネルエッチ型のトランジスタを形成したが、チャネルストップ型のトランジスタを形成し
ても良い。その場合は、ゲート電極141と重なる位置において、酸化物半導体膜144
上に、チャネル保護膜を形成すればよい。チャネル保護膜を設けることによって、酸化物
半導体膜144のチャネル形成領域となる部分に対する、後の工程時におけるダメージ(
エッチング時のプラズマやエッチング剤による膜減りなど)を防ぐことが可能である。従
ってトランジスタの信頼性を向上させることが可能である。
さらに該絶縁膜上に、酸化物半導体膜144と重畳するように、第2のゲート電極を形成
してもよい。第2のゲート電極を形成した場合、第2のゲート電極はいわゆるバックゲー
トとして機能する。第2のゲート電極を有することで、酸化物半導体膜144中の電界を
制御することが可能であり、これによって、トランジスタ146の電気的特性を制御する
ことが可能である。なお、第2のゲート電極は、他の配線層や電極などと電気的に接続さ
れて何らかの電位が与えられても良いし、絶縁されてフローティング状態であっても良い
。
あればどのような半導体装置にも適用可能である。このような半導体装置として、例えば
、無線通信機能を有する半導体装置、マイクロプロセッサ、画像処理回路などの集積回路
や、光電変換装置、半導体表示装置等が挙げられる。光電変換装置には、太陽電池、フォ
トセンサがその範疇に含まれる。半導体表示装置には、液晶表示装置、有機発光素子(O
LED)に代表される発光素子を各画素に備えた発光装置、電子ペーパー、電子ブック、
DMD(Digital Micromirror Device)、PDP(Plas
ma Display Panel)、FED(Field Emission Dis
play)等や、半導体素子を用いた駆動回路を有しているその他の半導体表示装置がそ
の範疇に含まれる。
成されたトランジスタ120またはトランジスタ121、及び、酸化物半導体膜を用いて
形成されたトランジスタ146を作製する工程を利用して、ダイオード210を作製する
ことが可能である。これにより、ダイオード210を作製する工程を、トランジスタ12
0またはトランジスタ121、並びに、トランジスタ146と別に設ける必要がない。よ
ってこのようなトランジスタ及びダイオードを有する半導体装置の作製工程数を減少させ
ることが可能である。半導体装置の作製工程数を減少させることで、半導体装置の歩留ま
りを向上させることが可能である。また、半導体装置の作製工程数を減少させることで、
半導体装置の作製コストを低減することが可能である。
本実施の形態では、実施の形態1と異なる構成の半導体装置及びその作製方法について、
図7(A)〜図7(C)、図15(A)〜図15(D)を用いて説明する。
42、絶縁膜132、絶縁膜131、絶縁膜130それぞれの一部をエッチングして、開
口部205を形成するまでの工程を行う(図7(A)参照)。なお図7(A)と図5(A
)は同じ図面である。
る半導体膜106、トランジスタ121のチャネル形成領域となる半導体膜107、後述
する、整流素子であるダイオード220のp型半導体層204となる半導体膜201を同
時に形成することが可能である。半導体膜106、半導体膜107、半導体膜201を同
時に形成することにより、半導体装置の作製工程数を減少させることが可能である。
ッチングする。当該エッチング工程で、トランジスタ120が有する高濃度不純物領域1
13と、トランジスタ121が有する高濃度不純物領域116に達するコンタクトホール
を形成する。
パッタ法や真空蒸着法で形成する。該導電膜をエッチング等により該導電膜を所定の形状
に加工する。
機能する導電膜151、トランジスタ120のソース電極またはドレイン電極の他方とし
て機能する導電膜152が形成される。また、トランジスタ121のソース電極またはド
レイン電極の一方として機能する導電膜153、トランジスタ121のソース電極または
ドレイン電極の他方、かつ、トランジスタ196のソース電極またはドレイン電極の一方
として機能する導電膜174が形成される。また、トランジスタ196のソース電極また
はドレイン電極の他方として機能する導電膜175が形成される。またダイオード220
の電極として機能する導電膜218及び導電膜219が形成される(図7(B)参照)。
なお、図7(B)において、導電膜219は同一平面上に示せないため、点線で示してい
る。
で切った断面図を図15(C)、及び、D−D’で切った断面図を図15(D)に示す。
図15(B)及び図15(D)に示されるように、導電膜219は、p型半導体層204
上の、酸化物半導体膜217(後述)が設けられない領域で、p型半導体層204と電気
的に接続される。
p型半導体層204に電気的に接続される。また、導電膜218は後述するn型半導体層
である酸化物半導体膜217に電気的に接続される。
、及び、p型半導体層204それぞれの上に、酸化物半導体膜を形成した後、エッチング
等により所望の形状に上記酸化物半導体膜を加工する。これにより、ゲート電極141と
重なる位置に、島状の酸化物半導体膜183を形成し、かつ、p型半導体層204に接し
て、島状の酸化物半導体膜216を形成する(図7(C)参照)。なお、島状の酸化物半
導体膜183及び酸化物半導体膜216の詳細な作製工程及び作製条件は、それぞれ、実
施の形態1で述べられた島状の酸化物半導体膜143及び酸化物半導体膜206を参酌可
能である。
ード220のn型半導体層となる酸化物半導体膜216を同時に形成可能である。酸化物
半導体膜183と酸化物半導体膜216を同時に形成可能であるので、半導体装置の作製
工程数を減少させることが可能である。
化物半導体膜183及び酸化物半導体膜216に加熱処理を施しても良い。
に示すように、水素、水などの不純物の含有量が低減された酸化物半導体膜184及び酸
化物半導体膜217が形成される。
196、並びに、単結晶半導体層であるp型半導体層204及び酸化物半導体膜217を
有するダイオード220が作製可能である。
導体膜184とソース電極またはドレイン電極(導電膜174または導電膜175)との
接続が、酸化物半導体膜184の下部表面を含む領域において行われているため、ボトム
ゲート・ボトムコンタクト型と呼ぶことが可能である。
ネルエッチ型のトランジスタを形成したが、チャネルストップ型のトランジスタを形成し
ても良い。その場合は、ゲート電極141と重なる位置において、酸化物半導体膜184
上に、チャネル保護膜を形成すればよい。チャネル保護膜を設けることによって、酸化物
半導体膜184のチャネル形成領域となる部分に対する、後の工程時におけるダメージ(
エッチング時のプラズマやエッチング剤による膜減りなど)を防ぐことが可能である。従
ってトランジスタの信頼性を向上させることが可能である。
さらに該絶縁膜上に、酸化物半導体膜184と重畳するように、第2のゲート電極を形成
してもよい。第2のゲート電極を形成した場合、第2のゲート電極はいわゆるバックゲー
トとして機能する。第2のゲート電極を有することで、酸化物半導体膜184中の電界を
制御することが可能であり、これによって、トランジスタ196の電気的特性を制御する
ことが可能である。なお、第2のゲート電極は、他の配線層や電極などと電気的に接続さ
れて何らかの電位が与えられても良いし、絶縁されてフローティング状態であっても良い
。
ダイオードを有する半導体装置であればどのような半導体装置にも適用可能である。この
ような半導体装置として、例えば、無線通信機能を有する半導体装置、マイクロプロセッ
サ、画像処理回路などの集積回路や、光電変換装置、半導体表示装置等が挙げられる。光
電変換装置には、太陽電池、フォトセンサがその範疇に含まれる。半導体表示装置には、
液晶表示装置、有機発光素子(OLED)に代表される発光素子を各画素に備えた発光装
置、電子ペーパー、電子ブック、DMD(Digital Micromirror D
evice)、PDP(Plasma Display Panel)、FED(Fie
ld Emission Display)等や、半導体素子を用いた駆動回路を有して
いるその他の半導体表示装置がその範疇に含まれる。
成されたトランジスタ120またはトランジスタ121、及び、酸化物半導体膜を用いて
形成されたトランジスタ196を作製する工程を利用して、ダイオード220を作製する
ことが可能である。これにより、ダイオード220を作製する工程を、トランジスタ12
0またはトランジスタ121、並びに、トランジスタ196と別に設ける必要がない。よ
ってこのようなトランジスタ及びダイオードを有する半導体装置の作製工程数を減少させ
ることが可能である。半導体装置の作製工程数を減少させることで、半導体装置の歩留ま
りを向上させることが可能である。また、半導体装置の作製工程数を減少させることで、
半導体装置の作製コストを低減することが可能である。
本実施の形態では、実施の形態1及び実施の形態2と異なる構成の半導体装置及びその作
製方法について、図8(A)〜図8(C)、図16(A)〜図16(D)を用いて説明す
る。
42、絶縁膜132、絶縁膜131、絶縁膜130それぞれの一部をエッチングして、開
口部205を形成するまでの工程を行う(図8(A)参照)。なお図8(A)と図5(A
)は同じ図面である。
る半導体膜106、トランジスタ121のチャネル形成領域となる半導体膜107、後述
する、整流素子であるダイオード240のp型半導体層204となる半導体膜201を同
時に形成することが可能である。半導体膜106、半導体膜107、半導体膜201を同
時に形成することにより、半導体装置の作製工程数を減少させることが可能である。
膜を形成後、エッチング等により所望の形状に該真性半導体膜を加工する。当該工程によ
り、p型半導体層204に接して、島状の真性半導体膜231を形成する(図8(B)参
照)。
る。
純物が1×1020cm−3以下の濃度であり、酸素及び窒素が9×1019cm−3以
下の濃度であり、暗伝導度に対して光伝導度が1000倍以上である半導体層を指す。ま
た本明細書では、真性半導体層をi型半導体層とも呼ぶ。
成する。酸化物半導体膜を形成後、エッチング等により所望の形状に該酸化物半導体膜を
加工する。これにより、ゲート電極141と重なる位置に、島状の酸化物半導体膜143
を形成し、かつ、真性半導体膜231に接して、島状の酸化物半導体膜236を形成する
(図8(C)参照)。なお、島状の酸化物半導体膜143及び酸化物半導体膜236の詳
細な作製工程及び作製条件は、それぞれ、実施の形態1で述べられた島状の酸化物半導体
膜143及び酸化物半導体膜206を参酌可能である。
0のn型半導体層となる酸化物半導体膜236を同時に形成可能である。酸化物半導体膜
143と酸化物半導体膜236を同時に形成可能であるので、半導体装置の作製工程数を
減少させることが可能である。
化物半導体膜143及び酸化物半導体膜236に加熱処理を施しても良い。
の不純物の含有量が低減された酸化物半導体膜144及び酸化物半導体膜237が形成さ
れる。
物半導体膜237上に、導電膜をスパッタ法や真空蒸着法で形成する。該導電膜をエッチ
ング等により該導電膜を所定の形状に加工する。
導電膜151、トランジスタ120のソース電極またはドレイン電極の他方として機能す
る導電膜152が形成される。また、トランジスタ121のソース電極またはドレイン電
極の一方として機能する導電膜153、トランジスタ121のソース電極またはドレイン
電極の他方、かつ、トランジスタ146のソース電極またはドレイン電極の一方として機
能する導電膜154が形成される。また、トランジスタ146のソース電極またはドレイ
ン電極の他方として機能する導電膜155が形成される。またダイオード240の電極と
して機能する導電膜238及び導電膜239が形成される(図16(A)参照)。なお、
図16(A)において、導電膜239は同一平面上に示せないため、点線で示している。
導体膜144とソース電極またはドレイン電極(導電膜154または導電膜155)との
接続が、酸化物半導体膜144の上部表面を含む領域において行われているため、ボトム
ゲート・トップコンタクト型と呼ぶことが可能である。
p型半導体層204に電気的に接続される。また、導電膜238はn型半導体層である酸
化物半導体膜237に電気的に接続される。
る。ダイオード240の上面図を図16(B)、図16(B)(上面図)における、E−
E’で切った断面図を図16(C)、及び、F−F’で切った断面図を図16(D)に示
す。なお図16(B)において、真性半導体膜231は酸化物半導体膜237と重畳して
配置されている。図16(B)及び図16(D)に示されるように、導電膜239は、p
型半導体層204上の、酸化物半導体膜237が設けられない領域で、p型半導体層20
4と電気的に接続される。
6、並びに、単結晶半導体層であるp型半導体層204及び酸化物半導体膜237を有す
るダイオード240が作製可能である。
ネルエッチ型のトランジスタを形成したが、チャネルストップ型のトランジスタを形成し
ても良い。その場合は、ゲート電極141と重なる位置において、酸化物半導体膜144
上に、チャネル保護膜を形成すればよい。チャネル保護膜を設けることによって、酸化物
半導体膜144のチャネル形成領域となる部分に対する、後の工程時におけるダメージ(
エッチング時のプラズマやエッチング剤による膜減りなど)を防ぐことが可能である。従
ってトランジスタの信頼性を向上させることが可能である。
さらに該絶縁膜上に、酸化物半導体膜144と重畳するように、第2のゲート電極を形成
してもよい。第2のゲート電極を形成した場合、第2のゲート電極はいわゆるバックゲー
トとして機能する。第2のゲート電極を有することで、酸化物半導体膜144中の電界を
制御することが可能であり、これによって、トランジスタ146の電気的特性を制御する
ことが可能である。なお、第2のゲート電極は、他の配線層や電極などと電気的に接続さ
れて何らかの電位が与えられても良いし、絶縁されてフローティング状態であっても良い
。
ダイオードを有する半導体装置であればどのような半導体装置にも適用可能である。この
ような半導体装置として、例えば、無線通信機能を有する半導体装置、マイクロプロセッ
サ、画像処理回路などの集積回路や、光電変換装置、半導体表示装置等が挙げられる。光
電変換装置には、太陽電池、フォトセンサがその範疇に含まれる。半導体表示装置には、
液晶表示装置、有機発光素子(OLED)に代表される発光素子を各画素に備えた発光装
置、電子ペーパー、電子ブック、DMD(Digital Micromirror D
evice)、PDP(Plasma Display Panel)、FED(Fie
ld Emission Display)等や、半導体素子を用いた駆動回路を有して
いるその他の半導体表示装置がその範疇に含まれる。
成されたトランジスタ120またはトランジスタ121、及び、酸化物半導体膜を用いて
形成されたトランジスタ146を作製する工程を利用して、ダイオード240を作製する
ことが可能である。これにより、ダイオード240を作製する工程を、トランジスタ12
0またはトランジスタ121、並びに、トランジスタ146と別に設ける必要がない。よ
ってこのようなトランジスタ及びダイオードを有する半導体装置の作製工程数を減少させ
ることが可能である。半導体装置の作製工程数を減少させることで、半導体装置の歩留ま
りを向上させることが可能である。また、半導体装置の作製工程数を減少させることで、
半導体装置の作製コストを低減することが可能である。
本実施の形態では、実施の形態1〜実施の形態3と異なる構成の半導体装置及びその作製
方法について、図9(A)〜図9(C)及び図10(A)〜図10(B)、図17(A)
〜図17(C)を用いて説明する。
42、絶縁膜132、絶縁膜131、絶縁膜130それぞれの一部をエッチングして、開
口部205を形成するまでの工程を行う(図9(A)参照)。なお図9(A)と図5(A
)は同じ図面である。
る半導体膜106、トランジスタ121のチャネル形成領域となる半導体膜107、後述
する、整流素子であるダイオード250のp型半導体層204となる半導体膜201を同
時に形成することが可能である。半導体膜106、半導体膜107、半導体膜201を同
時に形成することにより、半導体装置の作製工程数を減少させることが可能である。
エッチングする。このエッチング工程で、トランジスタ120が有する高濃度不純物領域
113と、トランジスタ121が有する高濃度不純物領域116と達するコンタクトホー
ルを形成する。
パッタ法や真空蒸着法で形成する。該導電膜をエッチング等により該導電膜を所定の形状
に加工する。
導電膜151、トランジスタ120のソース電極またはドレイン電極の他方として機能す
る導電膜152が形成される。また、トランジスタ121のソース電極またはドレイン電
極の一方として機能する導電膜153、トランジスタ121のソース電極またはドレイン
電極の他方、かつ、トランジスタ196のソース電極またはドレイン電極の一方として機
能する導電膜174が形成される。また、トランジスタ196のソース電極またはドレイ
ン電極の他方として機能する導電膜175が形成される。またダイオード250の電極と
して機能する導電膜218及び導電膜219が形成される(図9(B)参照)。なお、図
9(B)において、導電膜219は同一平面上に示せないため、点線で示している。
p型半導体層204に電気的に接続される。また、導電膜218は後述するn型半導体層
である酸化物半導体膜247に電気的に接続される。なお、導電膜218、導電膜219
、及びp型半導体層204の上面図を図17(A)に示し、詳細は後述する。
成する。真性半導体膜を形成後、エッチング等により所望の形状に該真性半導体膜を加工
する。当該工程により、p型半導体層204に接して、島状の真性半導体膜241を形成
する(図9(C)参照)。
る。
成する。酸化物半導体膜を形成後、エッチング等により所望の形状に上記酸化物半導体膜
を加工する。これにより、ゲート電極141と重なる位置に、島状の酸化物半導体膜18
3を形成し、かつ、真性半導体膜241に接して、島状の酸化物半導体膜246を形成す
る(図10(A)参照)。なお、島状の酸化物半導体膜183及び酸化物半導体膜246
の詳細な作製工程及び作製条件は、それぞれ、実施の形態1で述べられた島状の酸化物半
導体膜143及び酸化物半導体膜206を参酌可能である。
ード250のn型半導体層となる酸化物半導体膜246を同時に形成可能である。酸化物
半導体膜183と酸化物半導体膜246を同時に形成可能であるので、半導体装置の作製
工程数を減少させることが可能である。
化物半導体膜183及び酸化物半導体膜246に加熱処理を施しても良い。
の不純物の含有量が低減された酸化物半導体膜184及び酸化物半導体膜247が形成さ
れる(図10(B)参照)。
導体膜184とソース電極またはドレイン電極(導電膜174または導電膜175)との
接続が、酸化物半導体膜184の下部表面を含む領域において行われているため、ボトム
ゲート・ボトムコンタクト型と呼ぶことが可能である。
p型半導体層204に電気的に接続される。また、導電膜218はn型半導体層である酸
化物半導体膜247に電気的に接続される。
る。ダイオード250の上面図を図17(A)(上面図)における、G−G’で切った断
面図を図17(B)、及び、H−H’で切った断面図を図17(C)に示す。なお図17
(A)において、真性半導体膜241は酸化物半導体膜247と重畳して配置されている
。図17(A)及び図17(C)に示されるように、導電膜219は、p型半導体層20
4上の、酸化物半導体膜247が設けられない領域で、p型半導体層204と電気的に接
続される。
196、並びに、単結晶半導体層であるp型半導体層204及び酸化物半導体膜247を
有するダイオード250が作製可能である。
ネルエッチ型のトランジスタを形成したが、チャネルストップ型のトランジスタを形成し
ても良い。その場合は、ゲート電極141と重なる位置において、酸化物半導体膜184
上に、チャネル保護膜を形成すればよい。チャネル保護膜を設けることによって、酸化物
半導体膜184のチャネル形成領域となる部分に対する、後の工程時におけるダメージ(
エッチング時のプラズマやエッチング剤による膜減りなど)を防ぐことが可能である。従
ってトランジスタの信頼性を向上させることが可能である。
さらに該絶縁膜上に、酸化物半導体膜184と重畳するように、第2のゲート電極を形成
してもよい。第2のゲート電極を形成した場合、第2のゲート電極はいわゆるバックゲー
トとして機能する。第2のゲート電極を有することで、酸化物半導体膜184中の電界を
制御することが可能であり、これによって、トランジスタ196の電気的特性を制御する
ことが可能である。なお、第2のゲート電極は、他の配線層や電極などと電気的に接続さ
れて何らかの電位が与えられても良いし、絶縁されてフローティング状態であっても良い
。
ダイオードを有する半導体装置であればどのような半導体装置にも適用可能である。この
ような半導体装置として、例えば、無線通信機能を有する半導体装置、マイクロプロセッ
サ、画像処理回路などの集積回路や、光電変換装置、半導体表示装置等が挙げられる。光
電変換装置には、太陽電池、フォトセンサがその範疇に含まれる。半導体表示装置には、
液晶表示装置、有機発光素子(OLED)に代表される発光素子を各画素に備えた発光装
置、電子ペーパー、電子ブック、DMD(Digital Micromirror D
evice)、PDP(Plasma Display Panel)、FED(Fie
ld Emission Display)等や、半導体素子を用いた駆動回路を有して
いるその他の半導体表示装置がその範疇に含まれる。
成されたトランジスタ120またはトランジスタ121、及び、酸化物半導体膜を用いて
形成されたトランジスタ196を作製する工程を利用して、ダイオード250を作製する
ことが可能である。これにより、ダイオード250を作製する工程を、トランジスタ12
0またはトランジスタ121、並びに、トランジスタ196と別に設ける必要がない。よ
ってこのようなトランジスタ及びダイオードを有する半導体装置の作製工程数を減少させ
ることが可能である。半導体装置の作製工程数を減少させることで、半導体装置の歩留ま
りを向上させることが可能である。また、半導体装置の作製工程数を減少させることで、
半導体装置の作製コストを低減することが可能である。
実施の形態1〜実施の形態4では、酸化物半導体膜をチャネル形成領域に有するトランジ
スタは、ボトムゲート型トランジスタである。本実施の形態では、酸化物半導体膜をチャ
ネル形成領域に有するトランジスタを、トップゲート型トランジスタとするときの半導体
装置及びその作製方法について説明する。
明する。
。
タ121のチャネル形成領域となる半導体膜107、整流素子であるダイオード309の
p型半導体層204となる半導体膜201を同時に形成することが可能である。半導体膜
106、半導体膜107、半導体膜201を同時に形成することにより、半導体装置の作
製工程数を減少させることが可能である。
ッチング工程で、トランジスタ120が有する高濃度不純物領域113と、トランジスタ
121が有する高濃度不純物領域116に達するコンタクトホールを形成する。
能する導電膜151、トランジスタ120のソース電極またはドレイン電極の他方として
機能する導電膜152が形成される。また、トランジスタ121のソース電極またはドレ
イン電極の一方として機能する導電膜153、トランジスタ121のソース電極またはド
レイン電極の他方、かつ、トランジスタ308のソース電極またはドレイン電極の一方と
して機能する導電膜304が形成される。また、トランジスタ308のソース電極または
ドレイン電極の他方として機能する導電膜305が形成される。またダイオード309の
電極として機能する導電膜218及び導電膜219が形成される。なお、導電膜219は
同一平面上に示せないため、点線で示している。また導電膜218及び導電膜219は、
実施の形態2で述べた導電膜218及び導電膜219と同様である。
p型半導体層204に電気的に接続される。また、導電膜218は後述するn型半導体層
である酸化物半導体膜307に電気的に接続される。
半導体層204、それぞれの上に、酸化物半導体膜を形成する。酸化物半導体膜を形成後
、エッチング等により所望の形状に上記酸化物半導体膜を加工する。これにより、導電膜
304及び導電膜305にそれぞれ重畳して、島状の酸化物半導体膜300を形成し、か
つ、p型半導体層204に接して、島状の酸化物半導体膜310を形成する(図11(A
)参照)。なお、導電膜304及び導電膜305に重畳する酸化物半導体膜300、並び
に、p型半導体層204に接する酸化物半導体膜310の詳細な作製工程及び作製条件は
、それぞれ、実施の形態1で述べられた島状の酸化物半導体膜143及び酸化物半導体膜
206を参酌可能である。
子であるダイオード309のn型半導体層となる酸化物半導体膜310を同時に形成可能
である。これにより、半導体装置の作製工程数を減少させることが可能である。
電膜304及び導電膜305に重畳する酸化物半導体膜300、並びに、p型半導体層2
04に接する酸化物半導体膜310に加熱処理を施しても良い。
204に接する酸化物半導体膜310に加熱処理を施すことで、それぞれ、水素、水など
の不純物の含有量が低減された酸化物半導体膜301及び酸化物半導体膜307が形成さ
れる。
化物半導体膜301、導電膜305を覆って、絶縁膜302を形成する。絶縁膜302は
、ダイオード309を覆っていてもよい。絶縁膜302は、トランジスタ308のゲート
絶縁膜として機能する。かつ、トランジスタ120、トランジスタ121、ダイオード3
09の保護膜として機能する。
等により、該導電膜を絶縁膜302上の酸化物半導体膜301と重畳する領域に配置され
るように所定の形状に加工する。これにより、トランジスタ308のゲート電極303が
形成される。
308、並びに、単結晶半導体層であるp型半導体層204及び酸化物半導体膜307を
有するダイオード309を作製可能である(図11(B)参照)。
ダイオードを有する半導体装置であればどのような半導体装置にも適用可能である。この
ような半導体装置として、例えば、無線通信機能を有する半導体装置、マイクロプロセッ
サ、画像処理回路などの集積回路や、光電変換装置、半導体表示装置等が挙げられる。光
電変換装置には、太陽電池、フォトセンサがその範疇に含まれる。半導体表示装置には、
液晶表示装置、有機発光素子(OLED)に代表される発光素子を各画素に備えた発光装
置、電子ペーパー、電子ブック、DMD(Digital Micromirror D
evice)、PDP(Plasma Display Panel)、FED(Fie
ld Emission Display)等や、半導体素子を用いた駆動回路を有して
いるその他の半導体表示装置がその範疇に含まれる。
成されたトランジスタ120またはトランジスタ121、及び、酸化物半導体膜を用いて
形成されたトランジスタ308を作製する工程を利用して、ダイオード309を作製する
ことが可能である。これにより、ダイオード309を作製する工程を、トランジスタ12
0またはトランジスタ121、並びに、トランジスタ308と別に設ける必要がない。よ
ってこのようなトランジスタ及びダイオードを有する半導体装置の作製工程数を減少させ
ることが可能である。半導体装置の作製工程数を減少させることで、半導体装置の歩留ま
りを向上させることが可能である。また、半導体装置の作製工程数を減少させることで、
半導体装置の作製コストを低減することが可能である。
示す半導体装置は、トランジスタ120、トランジスタ121、トランジスタ318、整
流素子であるダイオード319を有している。図18(B)に示す半導体装置の作製方法
について、以下に説明する。
。
タ121のチャネル形成領域となる半導体膜107、ダイオード319のp型半導体層2
04となる半導体膜201を同時に形成することが可能である。半導体膜106、半導体
膜107、半導体膜201を同時に形成することにより、半導体装置の作製工程数を減少
させることが可能である。
ング等により所望の形状に上記酸化物半導体膜を加工する。これにより、絶縁膜132上
に島状の酸化物半導体膜320を形成し、かつ、p型半導体層204に接して、島状の酸
化物半導体膜330を形成する。なお、絶縁膜132上に形成された酸化物半導体膜32
0、並びに、p型半導体層204に接する酸化物半導体膜330の詳細な作製工程及び作
製条件は、それぞれ、実施の形態1で述べられた島状の酸化物半導体膜143及び酸化物
半導体膜206を参酌可能である。
オード319のn型半導体層となる酸化物半導体膜330を同時に形成可能である。これ
により、半導体装置の作製工程数を減少させることが可能である。
縁膜132上に形成された酸化物半導体膜320、並びに、p型半導体層204に接する
酸化物半導体膜330に加熱処理を施しても良い。
る酸化物半導体膜330に加熱処理を施すことで、それぞれ、水素、水などの不純物の含
有量が低減された酸化物半導体膜311及び酸化物半導体膜317が形成される。
ッチング工程で、トランジスタ120が有する高濃度不純物領域113と、トランジスタ
121が有する高濃度不純物領域116に達するコンタクトホールを形成する。
て機能する導電膜151、トランジスタ120のソース電極またはドレイン電極の他方と
して機能する導電膜152が形成される。また、トランジスタ121のソース電極または
ドレイン電極の一方として機能する導電膜153、トランジスタ121のソース電極また
はドレイン電極の他方、かつ、トランジスタ318のソース電極またはドレイン電極の一
方として機能する導電膜314が形成される。また、トランジスタ318のソース電極ま
たはドレイン電極の他方として機能する導電膜315が形成される。またダイオード31
9の電極として機能する導電膜208及び導電膜209が形成される。なお、導電膜20
9は同一平面上に示せないため、点線で示している。また導電膜208及び導電膜209
は、実施の形態1で述べた導電膜208及び導電膜209と同様である。
p型半導体層204に電気的に接続される。また、導電膜208は後述するn型半導体層
である酸化物半導体膜317に電気的に接続される。
化物半導体膜311、導電膜315を覆って、絶縁膜312を形成する。絶縁膜312は
、ダイオード319を覆っていてもよい。絶縁膜312は、トランジスタ318のゲート
絶縁膜として機能する。かつ、トランジスタ120、トランジスタ121、ダイオード3
19の保護膜として機能する。
等により、該導電膜を絶縁膜312上の酸化物半導体膜311と重畳する領域に配置され
るように所定の形状に加工する。これにより、トランジスタ318のゲート電極313が
形成される。
8、並びに、単結晶半導体層であるp型半導体層204及び酸化物半導体膜317を有す
るダイオード319を作製可能である。
その作製方法に関するものであるが、本実施の形態の半導体装置はこれに限定されるもの
ではない。本実施の形態は、特性の異なる2つのトランジスタと、ダイオードを有する半
導体装置であればどのような半導体装置にも適用可能である。このような半導体装置とし
て、例えば、マイクロプロセッサ、画像処理回路などの集積回路や、光電変換装置、半導
体表示装置等が挙げられる。光電変換装置には、太陽電池、フォトセンサがその範疇に含
まれる。半導体表示装置には、液晶表示装置、有機発光素子(OLED)に代表される発
光素子を各画素に備えた発光装置、電子ペーパー、電子ブック、DMD(Digital
Micromirror Device)、PDP(Plasma Display
Panel)、FED(Field Emission Display)等や、半導体
素子を用いた駆動回路を有しているその他の半導体表示装置がその範疇に含まれる。
成されたトランジスタ120またはトランジスタ121、及び、酸化物半導体膜を用いて
形成されたトランジスタ318を作製する工程を利用して、ダイオード319を作製する
ことが可能である。これにより、ダイオード319を作製する工程を、トランジスタ12
0またはトランジスタ121、並びに、トランジスタ318と別に設ける必要がない。よ
ってこのようなトランジスタ及びダイオードを有する半導体装置の作製工程数を減少させ
ることが可能である。半導体装置の作製工程数を減少させることで、半導体装置の歩留ま
りを向上させることが可能である。また、半導体装置の作製工程数を減少させることで、
半導体装置の作製コストを低減することが可能である。
それぞれにおいて、p型半導体層204及びn型半導体層である酸化物半導体膜307と
の間、並びに、p型半導体層204及びn型半導体層である酸化物半導体膜317との間
に、真性半導体層を設けてもよい。真性半導体層を形成する方法については、実施の形態
3あるいは実施の形態4の記載を参酌することが可能である。
子(例えばシリコンを有するトランジスタ)と第2の半導体素子(例えば酸化物半導体膜
を有するトランジスタ)を作製する工程を利用して、第3の半導体素子(例えばダイオー
ド)を作製することで、作製工程数を減少させることが可能である。半導体装置の作製工
程数を減少させることで、半導体装置の歩留まりを向上させることが可能である。また、
半導体装置の作製工程数を減少させることで、半導体装置の作製コストを低減することが
可能である。
実施の形態1では、トランジスタ120及びトランジスタ121のチャネル形成領域とし
て、単結晶半導体層を用いた例を述べた。本実施の形態では、トランジスタ120及びト
ランジスタ121のチャネル形成領域として、多結晶半導体層を用いた例について説明す
る。
A)〜図21(B)、図22(A)〜図22(B)を用いて説明する。まず基板901を
用意する。基板901はベース基板103と同様の基板を用いればよい。
。
、酸化窒化珪素膜、窒化酸化珪素膜を単層又は積層して形成する。
族元素からなる元素、シリコンゲルマニウム(SiGe)若しくはガリウムヒ素(GaA
s)などの化合物などの半導体材料を用いる。また、これらの半導体材料からなる層の積
層構造としてもよい。
プラズマCVD法又はスパッタ法等を用いて形成する。本実施の形態では、半導体層90
3として非晶質珪素層をプラズマCVD法で成膜する。
化法、RTA(Rapid Thermal Anneal)若しくはファーネスアニー
ル炉を用いた熱結晶化法、又はニッケル(Ni)などの結晶化を助長する金属元素を用い
る結晶化法等により結晶化し、多結晶半導体層904を得る(図19(B)参照)。
体層903を多結晶半導体層904として用いてもよい。或いは上述の結晶化法に基づい
て半導体層903を結晶化し、多結晶半導体層904を形成しても良い。
さらに当該レジストをマスクとして、多結晶半導体層904を選択的にエッチングし、島
状の半導体膜906、半導体膜907、半導体膜911を形成する(図19(C)参照)
。
膜911を得ることが可能である。本実施の形態で形成した島状の半導体膜906、半導
体膜907、及び半導体膜911を、実施の形態1で述べた島状の半導体膜106、半導
体膜107、及び半導体膜201に置き換え、実施の形態1乃至実施の形態5を援用する
ことにより、多結晶半導体層をチャネル形成領域に有するトランジスタ、酸化物半導体層
をチャネル形成領域に有するトランジスタの作製工程を利用し、多結晶半導体層及び酸化
物半導体層を有する整流素子(例えばダイオード)を得ることが可能である。
少させることが可能である。半導体装置の作製工程数を減少させることで、半導体装置の
歩留まりを向上させることが可能である。また、半導体装置の作製工程数を減少させるこ
とで、半導体装置の作製コストを低減することが可能である。
、酸化物半導体層をチャネル形成領域に有するトランジスタの作製工程を用いて、多結晶
半導体層及び酸化物半導体層を有する整流素子を有する半導体装置を、図20(A)〜図
20(B)、図21(A)〜図21(B)、図22(A)〜図22(B)に示す。
スタ2120、トランジスタ2121、トランジスタ146、整流素子であるダイオード
2210を有している。図20(A)に示すトランジスタ2120は、図6(A)に示す
トランジスタ120の単結晶半導体層である半導体膜106を、多結晶半導体層である半
導体膜906で置き換えている。図20(A)に示すトランジスタ2121は、図6(A
)に示すトランジスタ121の単結晶半導体層である半導体膜107を、多結晶半導体層
である半導体膜907で置き換えている。図20(A)に示すダイオード2210は、図
6(A)に示すダイオード210の単結晶半導体層である半導体膜201を、多結晶半導
体層である半導体膜911で置き換えている。
ジスタ2120、トランジスタ2121、トランジスタ196、整流素子であるダイオー
ド2220を有している。図20(B)に示すトランジスタ2120は、図15(A)に
示すトランジスタ120の単結晶半導体層である半導体膜106を、多結晶半導体層であ
る半導体膜906で置き換えている。図20(B)に示すトランジスタ2121は、図1
5(A)に示すトランジスタ121の単結晶半導体層である半導体膜107を、多結晶半
導体層である半導体膜907で置き換えている。図20(B)に示すダイオード2220
は、図15(A)に示すダイオード220の単結晶半導体層である半導体膜201を、多
結晶半導体層である半導体膜911で置き換えている。
ジスタ2120、トランジスタ2121、トランジスタ146、整流素子であるダイオー
ド2240を有している。図21(A)に示すトランジスタ2120は、図16(A)に
示すトランジスタ120の単結晶半導体層である半導体膜106を、多結晶半導体層であ
る半導体膜906で置き換えている。図21(A)に示すトランジスタ2121は、図1
6(A)に示すトランジスタ121の単結晶半導体層である半導体膜107を、多結晶半
導体層である半導体膜907で置き換えている。図21(A)に示すダイオード2240
は、図16(A)に示すダイオード240の単結晶半導体層である半導体膜201を、多
結晶半導体層である半導体膜911で置き換えている。
ジスタ2120、トランジスタ2121、トランジスタ196、整流素子であるダイオー
ド2250を有している。図21(B)に示すトランジスタ2120は、図10(B)に
示すトランジスタ120の単結晶半導体層である半導体膜106を、多結晶半導体層であ
る半導体膜906で置き換えている。図21(B)に示すトランジスタ2121は、図1
0(B)に示すトランジスタ121の単結晶半導体層である半導体膜107を、多結晶半
導体層である半導体膜907で置き換えている。図21(B)に示すダイオード2250
は、図10(B)に示すダイオード250の単結晶半導体層である半導体膜201を、多
結晶半導体層である半導体膜911で置き換えている。
ジスタ2120、トランジスタ2121、トランジスタ318、整流素子であるダイオー
ド2319を有している。図22(A)に示すトランジスタ2120は、図18(B)に
示すトランジスタ120の単結晶半導体層である半導体膜106を、多結晶半導体層であ
る半導体膜906で置き換えている。図22(A)に示すトランジスタ2121は、図1
8(B)に示すトランジスタ121の単結晶半導体層である半導体膜107を、多結晶半
導体層である半導体膜907で置き換えている。図22(A)に示すダイオード2319
は、図18(B)に示すダイオード319の単結晶半導体層である半導体膜201を、多
結晶半導体層である半導体膜911で置き換えている。
ジスタ2120、トランジスタ2121、トランジスタ308、整流素子であるダイオー
ド2309を有している。図22(B)に示すトランジスタ2120は、図11(B)に
示すトランジスタ120の単結晶半導体層である半導体膜106を、多結晶半導体層であ
る半導体膜906で置き換えている。図22(B)に示すトランジスタ2121は、図1
1(B)に示すトランジスタ121の単結晶半導体層である半導体膜107を、多結晶半
導体層である半導体膜907で置き換えている。図22(B)に示すダイオード2309
は、図11(B)に示すダイオード309の単結晶半導体層である半導体膜201を、多
結晶半導体層である半導体膜911で置き換えている。
子(例えばシリコンを有するトランジスタ)と第2の半導体素子(例えば酸化物半導体膜
を有するトランジスタ)を作製する工程を利用して、第3の半導体素子(例えばダイオー
ド)を作製することで、作製工程数を減少させることが可能である。半導体装置の作製工
程数を減少させることで、半導体装置の歩留まりを向上させることが可能である。また、
半導体装置の作製工程数を減少させることで、半導体装置の作製コストを低減することが
可能である。
ダイオードを有する半導体装置であればどのような半導体装置にも適用可能である。この
ような半導体装置として、例えば、無線通信機能を有する半導体装置、マイクロプロセッ
サ、画像処理回路などの集積回路や、光電変換装置、半導体表示装置等が挙げられる。光
電変換装置には、太陽電池、フォトセンサがその範疇に含まれる。半導体表示装置には、
液晶表示装置、有機発光素子(OLED)に代表される発光素子を各画素に備えた発光装
置、電子ペーパー、電子ブック、DMD(Digital Micromirror D
evice)、PDP(Plasma Display Panel)、FED(Fie
ld Emission Display)等や、半導体素子を用いた駆動回路を有して
いるその他の半導体表示装置がその範疇に含まれる。
体膜を用いて形成されたトランジスタを作製する工程を利用して、ダイオードを作製する
ことが可能である。これにより、ダイオードを作製する工程を、多結晶半導体膜を用いて
形成されたトランジスタ及び、酸化物半導体膜を用いて形成されたトランジスタと別に設
ける必要がない。よってこのようなトランジスタ及びダイオードを有する半導体装置の作
製工程数を減少させることが可能である。半導体装置の作製工程数を減少させることで、
半導体装置の歩留まりを向上させることが可能である。また、半導体装置の作製工程数を
減少させることで、半導体装置の作製コストを低減することが可能である。
実施の形態1では、トランジスタ120及びトランジスタ121のチャネル形成領域とし
て、ボンド基板から分離した単結晶半導体層を用いた例を述べた。本実施の形態では、ト
ランジスタ120及びトランジスタ121のチャネル形成領域として、単結晶半導体基板
を用いた例について説明する。
A)〜図25(B)、図26、図27(A)〜図27(B)、図28(A)〜図28(B
)を用いて説明する。
の単結晶半導体基板を用いることが可能である。また、単結晶半導体基板1100として
、結晶格子に歪みを有するシリコン、シリコンに対しゲルマニウムが添加されたシリコン
ゲルマニウムなどの半導体基板を用いていても良い。
した素子形成領域を形成する。素子分離領域の形成は、LOCOS法(Local Ox
idation of Silicon)法)やSTI法(Shallow Trenc
h Isolation)等を用いることができる。
を行い単結晶半導体基板1100に設けられた素子形成領域の表面を酸化させることによ
り酸化珪素膜を形成する。これにより絶縁膜1202及び絶縁膜1140は一つの連続し
た膜となる。
うことによって酸化珪素膜の表面を窒化させることにより、酸化珪素膜と酸素と窒素を有
する膜(酸窒化珪素膜)との積層構造で形成してもよい。
られた素子形成領域の表面に高密度プラズマ処理により酸化処理又は窒化処理を行うこと
により、絶縁膜1202として酸化珪素膜又は窒化珪素膜で形成することができる。また
、高密度プラズマ処理により素子形成領域の表面に酸化処理を行った後に、再度高密度プ
ラズマ処理を行うことによって窒化処理を行ってもよい。この場合、素子形成領域の表面
に接して酸化珪素膜が形成され、当該酸化珪素膜上に酸窒化珪素膜が形成され、絶縁膜1
202は酸化珪素膜と酸窒化珪素膜とが積層された膜となる。
縁膜として機能する絶縁膜である。
を形成する(図23(A)参照)。pウェル領域1101及びnウェル領域1102はそ
れぞれ、絶縁膜1140により絶縁分離されている。
に、p型を付与する不純物元素及びn型を付与する不純物元素を添加することにより形成
すればよい。またpウェル領域1101及びnウェル領域1102を形成後、不純物元素
の添加により損傷した絶縁膜1202を除去し、単結晶半導体基板1100を再度熱酸化
して、新たな絶縁膜1202を形成しても良い。
素としては、例えばホウ素を添加する。
する不純物元素が添加され、nチャネル型トランジスタが形成される。また同様に、nウ
ェル領域1102にはp型を付与する不純物元素が添加され、pチャネル型トランジスタ
が形成される。
で、pウェル領域1101及びnウェル領域1102上に電極1109を形成する(図2
3(B)参照)。
00に一導電型を付与する不純物元素を添加する。一導電性を付与する不純物として、p
型を付与する不純物元素を単結晶半導体基板1100に添加する際、n型の不純物が添加
される領域はマスク等で覆い、p型を付与する不純物元素の添加が選択的に行われるよう
にする。逆にn型を付与する不純物元素を単結晶半導体基板1100に添加する際、p型
の不純物が添加される領域はマスク等で覆い、n型を付与する不純物元素の添加が選択的
に行われるようにする。
純物領域1113と、一対の高濃度不純物領域1113の間にチャネル形成領域1115
とが形成される。
濃度不純物領域1116と、一対の高濃度不純物領域1116の間にチャネル形成領域1
118とが形成される。
ドレイン領域として機能する。また実施の形態1と同様に、高濃度不純物領域1113と
チャネル形成領域1115との間、並びに、高濃度不純物領域1116とチャネル形成領
域1118との間に、低濃度不純物領域を形成しても良い。低濃度不純物領域は、LDD
(Lightly Doped Drain)領域として機能する。なお、LDD領域は
必ずしも設ける必要はなく、ソース領域又はドレイン領域として機能する不純物領域だけ
形成しても良い。或いは、ソース領域とドレイン領域のいずれか一方の側にのみ、LDD
領域を形成しても良い。
に、不純物領域1204を形成する。不純物領域1204は、ダイオード1210のp型
半導体層として機能する。
、nチャネル型トランジスタ1120及びpチャネル型トランジスタ1121が形成され
る。また整流素子であるダイオード1210のp型半導体層である不純物領域1204が
、単結晶半導体基板1100の一部の領域に形成される。
0のうちトランジスタ1120及びトランジスタ1121が形成されていない領域上に、
絶縁膜1131及び絶縁膜1132を形成する(図23(D)参照)。トランジスタ11
20及びトランジスタ1121は、絶縁膜1131及び絶縁膜1132を介して、後述す
る酸化物半導体層をチャネル形成領域に有するトランジスタと分離される。
絶縁膜132と同様の材料及び同様の作製工程にて形成すればよい。
上にゲート電極1141を形成する(図24(A)参照)。
絶縁膜1142の材料及び作製工程は、実施の形態1で述べたゲート絶縁膜142を援用
すればよい。
をエッチング等で除去し、開口部1205を形成する(図24(C)参照)。開口部12
05は、後述するダイオード1210が形成される領域に配置する。該エッチング工程に
より、絶縁膜1202及び不純物領域1204が露出する。
成する。酸化物半導体膜を形成後、エッチング等により所望の形状に該酸化物半導体膜を
加工する。所望の形状に該酸化物半導体膜が得られたら、該酸化物半導体膜に加熱処理を
施す。
成し、かつ、不純物領域1204に接して島状の酸化物半導体膜1207を形成する(図
25(A)参照)。
なる。かつ、上記の酸化物半導体膜1207は、ダイオード1210のn型半導体層とな
る。酸化物半導体膜1144及び酸化物半導体膜1207は、一導電型を付与する不純物
元素を添加せずともn型を示す。そのため酸化物半導体膜1144をトランジスタ114
6のチャネル形成領域として作製すると、不純物元素を添加する工程を抑制するという点
で好適である。
4と、ダイオード1210のn型半導体層となる酸化物半導体膜1207を同時に形成可
能である。酸化物半導体膜1144と酸化物半導体膜1207を同時に形成可能であるの
で、半導体装置の作製工程数を減少させることが可能である。
、部分的にエッチングする。当該エッチング工程で、トランジスタ1120が有する高濃
度不純物領域1113と、トランジスタ1121が有する高濃度不純物領域1116に達
するコンタクトホールを形成する。
び不純物領域1204上に、導電膜をスパッタ法や真空蒸着法で形成する。該導電膜をエ
ッチング等により該導電膜を所定の形状に加工する。
る導電膜1151、トランジスタ1120のソース電極またはドレイン電極の他方として
機能する導電膜1152が形成される。また、トランジスタ1121のソース電極または
ドレイン電極の一方として機能する導電膜1153、トランジスタ1121のソース電極
またはドレイン電極の他方、かつ、トランジスタ1146のソース電極またはドレイン電
極の一方として機能する導電膜1154が形成される。また、トランジスタ1146のソ
ース電極またはドレイン電極の他方として機能する導電膜1155が形成される。またダ
イオード1210の電極として機能する導電膜1208及び導電膜1209が形成される
(図25(B)参照)。なお、図25(B)において、導電膜1209は同一平面上に示
せないため、点線で示している。
半導体膜1144とソース電極またはドレイン電極(導電膜1154または導電膜115
5)との接続が、酸化物半導体膜1144の上部表面を含む領域において行われているた
め、ボトムゲート・トップコンタクト型と呼ぶことが可能である。
208はn型半導体層である酸化物半導体膜1207に電気的に接続される。また、導電
膜1209は不純物領域1204に電気的に接続される。
タ1120及びトランジスタ1121、酸化物半導体膜1144をチャネル形成領域とし
て有するトランジスタ1146、単結晶半導体基板1100中に設けられ、p型半導体層
として機能する不純物領域1204及びn型半導体層として機能する酸化物半導体膜12
07を有するダイオード1210を得る。
いて図25と同じものは同じ符号で示している。
ランジスタ1120及びトランジスタ1121、酸化物半導体膜1184をチャネル形成
領域として有するトランジスタ1196、単結晶半導体基板1100中に設けられ、p型
半導体層として機能する不純物領域1204及びn型半導体層として機能する酸化物半導
体膜1217を有するダイオード1220を有している。なお図26に示すトランジスタ
1196は、実施の形態2で述べたトランジスタ196と同様であり、材料及び作製工程
は、実施の形態2を援用できる。ダイオード1220の酸化物半導体膜1217は、トラ
ンジスタ1196の酸化物半導体膜1184と同様の材料及び同様の作製工程により形成
される。また導電膜1174及び導電膜1175は、それぞれ導電膜174及び導電膜1
75と同様である。また導電膜1218及び導電膜1219は、それぞれ導電膜218及
び導電膜219と同様である。
するトランジスタ1120及びトランジスタ1121、酸化物半導体膜1144をチャネ
ル形成領域として有するトランジスタ1146、単結晶半導体基板1100中に設けられ
、p型半導体層として機能する不純物領域1204、真性半導体膜1231、及びn型半
導体層として機能する酸化物半導体膜1237を有するダイオード1240を有している
。なお図27(A)に示すトランジスタ1146は、実施の形態3で述べたトランジスタ
146と同様であり、材料及び作製工程は、実施の形態3を援用できる。ダイオード12
40の酸化物半導体膜1237は、トランジスタ1146の酸化物半導体膜1144と同
様の材料及び同様の作製工程により形成される。また真性半導体膜1231は、真性半導
体膜231と同様である。また導電膜1154及び導電膜1155は、それぞれ導電膜1
54及び導電膜155と同様である。また導電膜1238及び導電膜1239は、それぞ
れ導電膜238及び導電膜239と同様である。
するトランジスタ1120及びトランジスタ1121、酸化物半導体膜1184をチャネ
ル形成領域として有するトランジスタ1196、単結晶半導体基板1100中に設けられ
、p型半導体層として機能する不純物領域1204、真性半導体膜1241、及びn型半
導体層として機能する酸化物半導体膜1247を有するダイオード1250を有している
。なお図27(B)に示すトランジスタ1196は、実施の形態4で述べたトランジスタ
196と同様であり、材料及び作製工程は、実施の形態4を援用できる。ダイオード12
50の酸化物半導体膜1247は、トランジスタ1196の酸化物半導体膜1184と同
様の材料及び同様の作製工程により形成される。また真性半導体膜1241は、真性半導
体膜241と同様である。また導電膜1174及び導電膜1175は、それぞれ導電膜1
74及び導電膜175と同様である。また導電膜1218及び導電膜1219は、それぞ
れ導電膜218及び導電膜219と同様である。
するトランジスタ1120及びトランジスタ1121、酸化物半導体膜1311をチャネ
ル形成領域として有するトランジスタ1318、単結晶半導体基板1100中に設けられ
、p型半導体層として機能する不純物領域1204、及びn型半導体層として機能する酸
化物半導体膜1317を有するダイオード1319を有している。なお図28(A)に示
すトランジスタ1318は、実施の形態5の図18(B)に示すトランジスタ318と同
様であり、材料及び作製工程は、実施の形態5を援用できる。ダイオード1319の酸化
物半導体膜1317は、トランジスタ1318の酸化物半導体膜1311と同様の材料及
び同様の作製工程により形成される。また導電膜1314及び導電膜1315は、それぞ
れ導電膜314及び導電膜315と同様である。絶縁膜1312は、絶縁膜312と同様
である。ゲート電極1313は、ゲート電極313と同様である。また導電膜1208及
び導電膜1209は、それぞれ導電膜208及び導電膜209と同様である。
するトランジスタ1120及びトランジスタ1121、酸化物半導体膜1301をチャネ
ル形成領域として有するトランジスタ1308、単結晶半導体基板1100中に設けられ
、p型半導体層として機能する不純物領域1204、及びn型半導体層として機能する酸
化物半導体膜1307を有するダイオード1309を有している。なお図28(B)に示
すトランジスタ1308は、実施の形態5の図11(B)に示すトランジスタ308と同
様であり、材料及び作製工程は、実施の形態5を援用できる。ダイオード1309の酸化
物半導体膜1307は、トランジスタ1308の酸化物半導体膜1301と同様の材料及
び同様の作製工程により形成される。また導電膜1304及び導電膜1305は、それぞ
れ導電膜304及び導電膜305と同様である。絶縁膜1302は、絶縁膜302と同様
である。ゲート電極1303は、ゲート電極303と同様である。また導電膜1218及
び導電膜1219は、それぞれ導電膜218及び導電膜219と同様である。
子(例えばシリコンを有するトランジスタ)と第2の半導体素子(例えば酸化物半導体膜
を有するトランジスタ)を作製する工程を利用して、第3の半導体素子(例えばダイオー
ド)を作製することで、作製工程数を減少させることが可能である。半導体装置の作製工
程数を減少させることで、半導体装置の歩留まりを向上させることが可能である。また、
半導体装置の作製工程数を減少させることで、半導体装置の作製コストを低減することが
可能である。
ダイオードを有する半導体装置であればどのような半導体装置にも適用可能である。この
ような半導体装置として、例えば、無線通信機能を有する半導体装置、マイクロプロセッ
サ、画像処理回路などの集積回路や、光電変換装置、半導体表示装置等が挙げられる。光
電変換装置には、太陽電池、フォトセンサがその範疇に含まれる。半導体表示装置には、
液晶表示装置、有機発光素子(OLED)に代表される発光素子を各画素に備えた発光装
置、電子ペーパー、電子ブック、DMD(Digital Micromirror D
evice)、PDP(Plasma Display Panel)、FED(Fie
ld Emission Display)等や、半導体素子を用いた駆動回路を有して
いるその他の半導体表示装置がその範疇に含まれる。
導体膜を用いて形成されたトランジスタを作製する工程を利用して、ダイオードを作製す
ることが可能である。これにより、ダイオードを作製する工程を、単結晶半導体基板を用
いて形成されたトランジスタ及び、酸化物半導体膜を用いて形成されたトランジスタと別
に設ける必要がない。よってこのようなトランジスタ及びダイオードを有する半導体装置
の作製工程数を減少させることが可能である。半導体装置の作製工程数を減少させること
で、半導体装置の歩留まりを向上させることが可能である。また、半導体装置の作製工程
数を減少させることで、半導体装置の作製コストを低減することが可能である。
本実施の形態では、実施の形態1〜実施の形態5で述べた、単結晶半導体層をチャネル形
成領域とするトランジスタ、酸化物半導体層をチャネル形成領域とするトランジスタ、並
びに単結晶半導体層及び酸化物半導体層を有するダイオードを有する無線通信機能を有す
る半導体装置、実施の形態6で述べた、多結晶半導体層をチャネル形成領域とするトラン
ジスタ、酸化物半導体層をチャネル形成領域とするトランジスタ、並びに多結晶半導体層
及び酸化物半導体層を有するダイオードを有する無線通信機能を有する半導体装置、及び
実施の形態7で述べた、単結晶半導体基板中にチャネル形成領域が設けられたトランジス
タ、酸化物半導体層をチャネル形成領域とするトランジスタ、並びに単結晶半導体基板中
に設けられたp型半導体層及びn型半導体層として機能する酸化物半導体層を有するダイ
オードを有する無線通信機能を有する半導体装置について述べる。
路部820を有する。論理回路810及びリミッタ回路部820は、配線841で接続さ
れており、配線841は端子842を有する。また論理回路810及びリミッタ回路部8
20は、配線843で接続されており、かつ、配線843を介して接地されている。
直列にが接続されたダイオード列を、各々形成している。
とする。段803の数に比例して、出力電圧のリミット値が増加する。
数設けられる。ダイオード801はそれぞれ直列に接続されており、かつダイオード80
2もそれぞれ直列に接続されている。ダイオード801が形成するダイオード列の端部の
ダイオード。及び、ダイオード802が形成するダイオード列の端部のダイオードの、極
性が異なる端子同士が接続される。
電圧V1が論理回路810に入力されるのを制限する。電圧V1は、電力供給源兼送受信
機である無線通信装置から無線で送信される。
オード801及びダイオード802のそれぞれに入力される電圧V1が電圧Vf以上にな
ると、ダイオード801及びダイオード802のそれぞれが導通する。これにより、リミ
ッタ回路部820から出力される電圧V2は電圧Vf以上にはならない。電圧V2は論理
回路810に入力される電圧でもある。以上から、論理回路810に入力される電圧を制
限することが可能である。
ド210、実施の形態2で述べられたダイオード220、実施の形態3で述べられたダイ
オード240、実施の形態4で述べられたダイオード250、実施の形態5で述べられた
ダイオード309及びダイオード319、実施の形態6で述べられたダイオード2210
、ダイオード2220、ダイオード2240、ダイオード2250、ダイオード2319
、ダイオード2309、実施の形態7で述べられたダイオード1210、ダイオード12
20、ダイオード1240、ダイオード1250、ダイオード1319、ダイオード13
09のいずれかを用いると好適である。
まれる。論理回路810の内、高速動作が必要な回路は、移動度の高いトランジスタ、及
び電圧の長時間維持が必要な回路は、電圧を長時間維持可能なトランジスタで構成すると
好適である。移動度の高いトランジスタとして、単結晶半導体層をチャネル形成領域に有
するトランジスタ、及び電圧を長時間維持可能なトランジスタとして酸化物半導体膜をチ
ャネル形成領域に有するトランジスタが好適である。
記載の、単結晶半導体層をチャネル形成領域に有するトランジスタ120及びトランジス
タ121、実施の形態6に記載の多結晶半導体層をチャネル形成領域に有するトランジス
タ2120及びトランジスタ2121、実施の形態7に記載の単結晶半導体基板をチャネ
ル形成領域に有するトランジスタ1120及びトランジスタ1121が好適である。また
、電圧を長時間維持可能なトランジスタとして、酸化物半導体膜をチャネル形成領域に有
するトランジスタ146、トランジスタ196、トランジスタ308、トランジスタ31
8、トランジスタ1146、トランジスタ1196、トランジスタ1308、トランジス
タ1318を用いると好適である。
層をチャネル形成領域に有するトランジスタ、酸化物半導体膜をチャネル形成領域に有す
るトランジスタ、単結晶半導体層及び酸化物半導体膜を有するダイオードを作製すること
が可能である。また、実施の形態6に記載の通り、開示される発明の一様態は、多結晶半
導体層をチャネル形成領域に有するトランジスタ、酸化物半導体膜をチャネル形成領域に
有するトランジスタ、多結晶半導体層及び酸化物半導体膜を有するダイオードを作製する
ことが可能である。また開示される発明の一様態は、実施の形態7に記載の通り、単結晶
半導体基板中に設けられたチャネル形成領域を有するトランジスタ、酸化物半導体膜をチ
ャネル形成領域に有するトランジスタ、単結晶半導体基板中に設けられたp型半導体層及
びn型半導体層として機能する酸化物半導体膜を有するダイオードを作製することが可能
である。
ることが可能である。半導体装置の作製工程数を減少させることで、半導体装置の歩留ま
りを向上させることが可能である。また、半導体装置の作製工程数を減少させることで、
半導体装置の作製コストを低減することが可能である。
である。図15のリミッタ回路部820は、ダイオード831及びダイオード832で構
成されているツェナーダイオードである。ダイオード831の出力端子とダイオード83
2の出力端子が電気的に接続される。
10、実施の形態2で述べたダイオード220、実施の形態3で述べたダイオード240
、実施の形態4で述べたダイオード250、実施の形態5で述べたダイオード309及び
ダイオード319、実施の形態6で述べられたダイオード2210、ダイオード2220
、ダイオード2240、ダイオード2250、ダイオード2319、ダイオード2309
、実施の形態7で述べられたダイオード1210、ダイオード1220、ダイオード12
40、ダイオード1250、ダイオード1319、ダイオード1309のいずれかを用い
ることが可能である。
回路、メモリ回路、アナログ回路が含まれる。論理回路810の内、高速動作が必要な回
路は、移動度の高いトランジスタ、及び電圧の長時間維持が必要な回路は、電圧を長時間
維持可能なトランジスタで構成すると好適である。移動度の高いトランジスタとして、単
結晶半導体層をチャネル形成領域に有するトランジスタ、及び電圧を長時間維持可能なト
ランジスタとして酸化物半導体膜をチャネル形成領域に有するトランジスタが好適である
。
記載の、単結晶半導体層をチャネル形成領域に有するトランジスタ120及びトランジス
タ121、実施の形態6に記載の多結晶半導体層をチャネル形成領域に有するトランジス
タ2120及びトランジスタ2121、実施の形態7に記載の単結晶半導体基板をチャネ
ル形成領域に有するトランジスタ1120及びトランジスタ1121が好適である。また
、電圧を長時間維持可能なトランジスタとして、酸化物半導体膜をチャネル形成領域に有
するトランジスタ146、トランジスタ196、トランジスタ308、トランジスタ31
8、トランジスタ1146、トランジスタ1196、トランジスタ1308、トランジス
タ1318を用いると好適である。
層をチャネル形成領域に有するトランジスタ、酸化物半導体膜をチャネル形成領域に有す
るトランジスタ、単結晶半導体層及び酸化物半導体膜を有するダイオードを作製すること
が可能である。また、実施の形態6に記載の通り、開示される発明の一様態は、多結晶半
導体層をチャネル形成領域に有するトランジスタ、酸化物半導体膜をチャネル形成領域に
有するトランジスタ、多結晶半導体層及び酸化物半導体膜を有するダイオードを作製する
ことが可能である。また実施の形態7に記載の通り、開示される発明の一様態は、単結晶
半導体基板中に設けられたチャネル形成領域を有するトランジスタ、酸化物半導体膜をチ
ャネル形成領域に有するトランジスタ、単結晶半導体基板中に設けられたp型半導体層及
びn型半導体層として機能する酸化物半導体膜を有するダイオードを作製することが可能
である。
ることが可能である。半導体装置の作製工程数を減少させることで、半導体装置の歩留ま
りを向上させることが可能である。また、半導体装置の作製工程数を減少させることで、
半導体装置の作製コストを低減することが可能である。
本実施の形態では、実施の形態1乃至実施の形態5で述べた、単結晶半導体層をチャネル
形成領域とするトランジスタ、酸化物半導体層をチャネル形成領域とするトランジスタ、
並びに単結晶半導体層及び酸化物半導体層を有するダイオードを有する電源回路、実施の
形態6で述べた、多結晶半導体層をチャネル形成領域とするトランジスタ、酸化物半導体
層をチャネル形成領域とするトランジスタ、並びに多結晶半導体層及び酸化物半導体層を
有するダイオードを有する電源回路、実施の形態7で述べた、単結晶半導体基板をチャネ
ル形成領域とするトランジスタ、酸化物半導体層をチャネル形成領域とするトランジスタ
、並びに単結晶半導体基板及び酸化物半導体層を有するダイオードを有する電源回路につ
いて述べる。
圧変換回路402の制御回路403を有している。電圧変換回路402は、トランジスタ
411、コイル412、ダイオード413、及びコンデンサ414を有している。制御回
路403は、三角波発生回路421、デジタル制御方式の回路450、パルス幅変調出力
ドライバ423、抵抗424、及び抵抗425を有している。また点線の矢印427は帰
還回路のループを表している。抵抗424の出力電圧である帰還電圧Vfbは、デジタル
制御方式の回路450に入力される。
スタを用いると好適である。耐圧の高いトランジスタとしては、酸化物半導体膜をチャネ
ル形成領域に有するトランジスタが好適である。
移動度の高いトランジスタを用いると好適である。移動度の高いトランジスタとして、実
施の形態1〜実施の形態5に記載の、単結晶半導体層をチャネル形成領域に有するトラン
ジスタ120及びトランジスタ121、実施の形態6に記載の多結晶半導体層をチャネル
形成領域に有するトランジスタ2120及びトランジスタ2121、実施の形態7に記載
の単結晶半導体基板をチャネル形成領域に有するトランジスタ1120及びトランジスタ
1121が好適である。また、電圧を長時間維持可能なトランジスタとして、酸化物半導
体膜をチャネル形成領域に有するトランジスタ146、トランジスタ196、トランジス
タ308、トランジスタ318、トランジスタ1146、トランジスタ1196、トラン
ジスタ1308、トランジスタ1318を用いると好適である。
れたダイオード220、実施の形態3で述べられたダイオード240、実施の形態4で述
べられたダイオード250、実施の形態5で述べられたダイオード309及びダイオード
319、実施の形態6で述べられたダイオード2210、ダイオード2220、ダイオー
ド2240、ダイオード2250、ダイオード2319、ダイオード2309、実施の形
態7で述べられたダイオード1210、ダイオード1220、ダイオード1240、ダイ
オード1250、ダイオード1319、ダイオード1309のいずれかを用いると好適で
ある。ダイオード413として該ダイオードを用いると、電圧変換回路402のトランジ
スタ411及びデジタル制御方式の回路450に含まれるトランジスタとを作成する工程
を利用して、ダイオード413を作製可能であるからである。
電圧変換回路402のトランジスタ411及びデジタル制御方式の回路450に含まれる
トランジスタを作製する工程と、別に設ける必要がない。よって上述のトランジスタ及び
ダイオードを有する半導体装置の作製工程数を減少させることが可能である。半導体装置
の作製工程数を減少させることで、半導体装置の歩留まりを向上させることが可能である
。また、半導体装置の作製工程数を減少させることで、半導体装置の作製コストを低減す
ることが可能である。
パルス幅変調出力ドライバ453、ローパスフィルタ454(ローパスフィルタ:Low
Pass Filter(LPF))、及びクロック分割器455を有している。
ドライバ453はデジタル回路である。デジタル回路は、回路を流れる信号の基準に対す
る高低によって、1か0(ゼロ)かを判断する。デジタル回路は、1か0(ゼロ)かを判
断するため、デジタル回路を構成する素子の特性がばらついても、正しく処理する事が可
能である。
)の使用を抑制しているので、回路の占有面積を小さくすることが可能であるという点で
好適である。
入力端子INから入力される入力電圧Vinとを比較して、H(ハイレベル)かL(ロー
レベル)、すなわち1か0(ゼロ)であるデジタル信号を出力する。
変調器452bを有している。またデジタル演算処理回路452には、外部からクロック
分割器455が接続され、クロック分割器455からのクロック信号が入力される。
均化処理、積分化処理、及び、デジタルパルス幅変調処理を行う。デジタル演算処理回路
452中のデジタル平均化・積分器452aが平均化処理及び積分化処理を行い、デジタ
ルパルス幅変調器452bがデジタルパルス幅変調処理を行う。
号(H(ハイレベル)またはL(ローレベル))をNビット保持し、HとLの回数を比較
し、多い方の信号を出力する。これによりデジタル信号の平均化が行われる。
積算する。これにより、平均化されたデジタル信号が積分される。
によりデジタルパルス幅変調処理化が行われる。デジタルパルス幅変調処理化されたパル
ス幅変調出力信号は、パルス幅変調出力ドライバ453に入力される。
せる回路である。
力信号Verrが入力され、非反転入力端子には三角波発生回路421が生成した三角波
Voscが入力される。
と三角波Voscを比較し、三角波Voscの信号レベルがデジタル制御方式の回路45
0の出力信号Verrより大きい場合は、H(ハイレベル)をパルス幅変調信号としてト
ランジスタ411に出力する。一方、三角波Voscの信号レベルがデジタル制御方式の
回路450の出力信号Verrより小さい場合は、L(ローレベル)をパルス幅変調信号
としてトランジスタ411に出力する。
(例えばシリコンを有するトランジスタ)と第2の半導体素子(例えば酸化物半導体膜を
有するトランジスタ)を作製する工程を利用して、第3の半導体素子(例えばダイオード
)を作製することで、作製工程数を減少させることが可能である。電源回路の作製工程数
を減少させることで、電源回路の歩留まりを向上させることが可能である。また、電源回
路の作製工程数を減少させることで、電源回路の作製コストを低減することが可能である
。
101 絶縁膜
102 脆化層
103 ベース基板
104 単結晶半導体層
105 単結晶半導体層
106 半導体膜
107 半導体膜
108 ゲート絶縁膜
109 電極
110 不純物領域
111 不純物領域
112 サイドウォール
113 高濃度不純物領域
114 低濃度不純物領域
115 チャネル形成領域
116 高濃度不純物領域
117 低濃度不純物領域
118 チャネル形成領域
120 トランジスタ
121 トランジスタ
130 絶縁膜
131 絶縁膜
132 絶縁膜
141 ゲート電極
142 ゲート絶縁膜
143 酸化物半導体膜
144 酸化物半導体膜
145 酸化物半導体膜
146 トランジスタ
151 導電膜
152 導電膜
153 導電膜
154 導電膜
155 導電膜
174 導電膜
175 導電膜
183 酸化物半導体膜
184 酸化物半導体膜
196 トランジスタ
201 半導体膜
202 絶縁膜
204 p型半導体層
205 開口部
206 酸化物半導体膜
207 酸化物半導体膜
208 導電膜
209 導電膜
210 ダイオード
216 酸化物半導体膜
217 酸化物半導体膜
218 導電膜
219 導電膜
220 ダイオード
231 真性半導体膜
236 酸化物半導体膜
237 酸化物半導体膜
238 導電膜
239 導電膜
240 ダイオード
241 真性半導体膜
246 酸化物半導体膜
247 酸化物半導体膜
250 ダイオード
300 酸化物半導体膜
301 酸化物半導体膜
302 絶縁膜
303 ゲート電極
304 導電膜
305 導電膜
307 酸化物半導体膜
308 トランジスタ
309 ダイオード
310 酸化物半導体膜
311 酸化物半導体膜
312 絶縁膜
313 ゲート電極
314 導電膜
315 導電膜
317 酸化物半導体膜
318 トランジスタ
319 ダイオード
320 酸化物半導体膜
330 酸化物半導体膜
401 電源回路
402 電圧変換回路
403 制御回路
411 トランジスタ
412 コイル
413 ダイオード
414 コンデンサ
421 三角波発生回路
423 パルス幅変調出力ドライバ
424 抵抗
425 抵抗
427 矢印
450 回路
451 コンパレータ
452 デジタル演算処理回路
452a デジタル平均化・積分器
452b デジタルパルス幅変調器
453 パルス幅変調出力ドライバ
454 ローパスフィルタ
455 クロック分割器
800 半導体装置
801 ダイオード
802 ダイオード
803 段
810 論理回路
820 リミッタ回路部
831 ダイオード
832 ダイオード
841 配線
842 端子
843 配線
901 基板
902 絶縁膜
903 半導体層
904 多結晶半導体層
906 半導体膜
907 半導体膜
911 半導体膜
1100 半導体基板
1101 pウェル領域
1102 nウェル領域
1109 電極
1113 高濃度不純物領域
1115 チャネル形成領域
1116 高濃度不純物領域
1118 チャネル形成領域
1120 トランジスタ
1121 トランジスタ
1131 絶縁膜
1132 絶縁膜
1140 絶縁膜
1141 ゲート電極
1142 ゲート絶縁膜
1144 酸化物半導体膜
1146 トランジスタ
1151 導電膜
1152 導電膜
1153 導電膜
1154 導電膜
1155 導電膜
1174 導電膜
1175 導電膜
1184 酸化物半導体膜
1196 トランジスタ
1202 絶縁膜
1204 不純物領域
1205 開口部
1207 酸化物半導体膜
1208 導電膜
1209 導電膜
1210 ダイオード
1217 酸化物半導体膜
1218 導電膜
1219 導電膜
1220 ダイオード
1231 真性半導体膜
1237 酸化物半導体膜
1238 導電膜
1239 導電膜
1240 ダイオード
1241 真性半導体膜
1247 酸化物半導体膜
1250 ダイオード
1301 酸化物半導体膜
1302 絶縁膜
1303 ゲート電極
1304 導電膜
1305 導電膜
1307 酸化物半導体膜
1308 トランジスタ
1309 ダイオード
1311 酸化物半導体膜
1312 絶縁膜
1313 ゲート電極
1314 導電膜
1315 導電膜
1317 酸化物半導体膜
1318 トランジスタ
1319 ダイオード
2120 トランジスタ
2121 トランジスタ
2210 ダイオード
2220 ダイオード
2240 ダイオード
2250 ダイオード
2309 ダイオード
2319 ダイオード
Claims (3)
- 第1の半導体層と、
前記第1の半導体層上方の絶縁膜と、
前記絶縁膜上方の第1の酸化物半導体層と、
第2の半導体層と、
前記第2の半導体層上の第2の酸化物半導体層と、
前記第1の半導体層と電気的に接続された第1の導電膜と、
前記第1の半導体層及び前記第1の酸化物半導体層と電気的に接続された第2の導電膜と、
前記第1の酸化物半導体層と電気的に接続された第3の導電膜と、
前記第2の酸化物半導体層と電気的に接続された第4の導電膜と、
前記第2の半導体層と電気的に接続された第5の導電膜と、を有し、
前記第1の導電膜は、第1のトランジスタのソース電極またはドレイン電極の一方として機能することができ、
前記第2の導電膜は、前記第1のトランジスタのソース電極またはドレイン電極の他方及び第2のトランジスタのソース電極またはドレイン電極の一方として機能することができ、
前記第3の導電膜は、前記第2のトランジスタのソース電極またはドレイン電極の他方として機能することができ、
前記第4の導電膜は、ダイオードの一方の電極として機能することができ、
前記第5の導電膜は、前記ダイオードの他方の電極として機能することができ、
前記第1の半導体層及び前記第2の半導体層は、同じ絶縁表面上に設けられており、
前記第1の酸化物半導体層及び前記第2の酸化物半導体層は、同じ酸化物半導体を有することを特徴とする半導体装置。 - 請求項1において、
前記第1の半導体層及び前記第2の半導体層は、シリコンを有することを特徴とする半導体装置。 - 請求項1または2において、
前記第1の酸化物半導体層及び前記第2の酸化物半導体層は、インジウムを有することを特徴とする半導体装置。
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