JP2017076819A - 半導体装置 - Google Patents
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Abstract
Description
全般を指し、電気光学装置、半導体回路および電子機器は全て半導体装置である。
注目されている。当該トランジスタは集積回路(IC)や画像表示装置(表示装置)のよ
うな電子デバイスに広く応用されている。トランジスタに適用可能な半導体薄膜としてシ
リコン系半導体材料が広く知られているが、その他の材料として酸化物半導体材料が注目
されている。
鉛(Zn)を含む非晶質酸化物を用いたトランジスタが開示されている(特許文献1参照
)。
も高いオン特性(オン電流など)を有する。
に対して鈍感であり、膜中にはかなりの金属不純物が含まれていても問題がなく、ナトリ
ウムのようなアルカリ金属が多量に含まれる廉価なソーダ石灰ガラスも使える」といった
ことも述べられている(非特許文献1参照)。
酸化物半導体膜を用いたトランジスタのデバイス構造及びプロセスの設計を行うと、ソー
ス領域及びドレイン領域の抵抗が増大する、オン電流が低下するといった問題が発生する
。
又はこのトランジスタによって構成される半導体装置の性能向上を図ることを目的の一と
する。例えば、酸化物半導体膜を用いたトランジスタのオン電流の低下を抑制し、このよ
うなトランジスタによって構成される半導体装置の動作特性の向上を図ることを目的の一
とする。
どの不純物を抑制する。
導体膜と、酸化物半導体膜上のゲート絶縁膜と、ゲート絶縁膜上の少なくとも酸化物半導
体膜と重畳するゲート電極と、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
イン電極を有し、少なくともゲート電極と重畳する酸化物半導体膜は、絶縁膜との界面か
ら酸化物半導体膜に向けてシリコン濃度が1.1原子%以下の濃度で分布する領域を有す
る半導体装置である。
に存在し、当該領域以外に含まれるシリコンの濃度は当該領域に含まれるシリコンの濃度
より小さいことが好ましい。
ることが好ましい。
0×1020atoms/cm3以下となることが好ましい。
としてもよい。
って構成される半導体装置の性能向上を図ることができる。
を抑制し、該トランジスタによって構成される半導体装置の動作特性の向上を図ることが
できる。
但し、本発明は以下の説明に限定されず、本発明の趣旨およびその範囲から逸脱すること
なくその形態およ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、本発明は以下に示す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。
符号を異なる図面間で共通して用い、その繰り返しの説明は省略する場合がある。
際の位置、大きさ、範囲などを表していない場合がある。このため、開示する発明は、必
ずしも、図面等に開示された位置、大きさ、範囲などに限定されない。
を避けるために付すものであり、数的に限定するものではないことを付記する。
は「直下」であることを限定するものではない。例えば、「ゲート絶縁層上のゲート電極
」の表現であれば、ゲート絶縁層とゲート電極との間に他の構成要素を含むものを除外し
ない。
定するものではない。例えば、「電極」は「配線」の一部として用いられることがあり、
その逆もまた同様である。さらに、「電極」や「配線」の用語は、複数の「電極」や「配
線」が一体となって形成されている場合なども含む。
、回路動作において電流の方向が変化する場合などには入れ替わることがある。このため
、本明細書等においては、「ソース」や「ドレイン」の用語は、入れ替えて用いることが
できるものとする。
」を介して接続されている場合が含まれる。ここで、「何らかの電気的作用を有するもの
」は、接続対象間での電気信号の授受を可能とするものであれば、特に制限を受けない。
例えば、「何らかの電気的作用を有するもの」には、電極や配線をはじめ、トランジスタ
などのスイッチング素子、抵抗素子、インダクタ、キャパシタ、その他の各種機能を有す
る素子などが含まれる。
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形態を、図1乃至図5を用
いて説明する。
図1(A)および図1(B)に、半導体装置の例として、トップゲート構造のトランジス
タの平面図および断面図の一例を示す。図1(A)は平面図であり、図1(B)は、図1
(A)における一点鎖線A−B断面の断面図である。なお、図1(A)では、煩雑になる
ことを避けるため、トランジスタ150の構成要素の一部(例えば、基板100など)を
省略している。
2と、酸化物半導体膜106と、ゲート絶縁膜108と、少なくとも酸化物半導体膜と重
畳するゲート電極110と、酸化物半導体膜106と電気的に接続するソース電極114
aおよびドレイン電極114bを有している。
くすることが望ましい(これにより、例えば短チャネル効果を抑制することができる)。
なお、トランジスタの電気的特性(例えば、電界効果移動度やオン電流など)を高めるに
は、ソース電極とチャネル領域とがオーバーラップしない領域およびドレイン電極とチャ
ネル領域がオーバーラップしない領域を極力狭くすることが好ましいが、微細なトランジ
スタではパターン形成により当該領域を狭くすることが難しく(例えば、ソース電極また
はドレイン電極とゲート電極が接してしまう、などの問題が発生する。)、酸化物半導体
膜中に低抵抗領域(本明細書中では、ソース領域およびドレイン領域と表記している)を
自己整合的に作製することが有効である。このため、微細なトランジスタは通常、図1の
ようなトップゲート型構造(スタガ型構造とも言われる。)で形成されることが一般的で
ある。
どの状態をとる。なお、酸化物半導体膜106の膜厚は、1nmより大きく30nm以下
とし、好ましくは1nm以上20nm以下、より好ましくは1nm以上10nm以下、更
に好ましくは3nm以上7nm以下とする。
ystalline Oxide Semiconductor)膜とする。
は、非晶質相に結晶部および非晶質部を有する結晶−非晶質混相構造の酸化物半導体膜で
ある。なお、当該結晶部は、一辺が100nm未満の立方体内に収まる大きさであること
が多い。また、透過型電子顕微鏡(TEM:Transmission Electro
n Microscope)による観察像では、CAAC−OS膜に含まれる非晶質部と
結晶部との境界は明確ではない。また、TEMによってCAAC−OS膜には粒界(グレ
インバウンダリーともいう。)は確認できない。そのため、CAAC−OS膜は、粒界に
起因する電子移動度の低下が抑制される。
ルまたは表面の法線ベクトルに平行な方向に揃い、かつab面に垂直な方向から見て三角
形状または六角形状の原子配列を有し、c軸に垂直な方向から見て金属原子が層状または
金属原子と酸素原子とが層状に配列している。なお、異なる結晶部間で、それぞれa軸お
よびb軸の向きが異なっていてもよい。本明細書において、単に垂直と記載する場合、8
5°以上95°以下の範囲も含まれることとする。また、単に平行と記載する場合、−5
°以上5°以下の範囲も含まれることとする。
C−OS膜の形成過程において、酸化物半導体膜の表面側から結晶成長させる場合、被形
成面の近傍に対し表面の近傍では結晶部の占める割合が高くなることがある。また、CA
AC−OS膜へ不純物を添加することにより、当該不純物添加領域において結晶部が非晶
質化することもある。
ルまたは表面の法線ベクトルに平行な方向に揃うため、CAAC−OS膜の形状(被形成
面の断面形状または表面の断面形状)によっては互いに異なる方向を向くことがある。な
お、結晶部のc軸の方向は、CAAC−OS膜が形成されたときの被形成面の法線ベクト
ルまたは表面の法線ベクトルに平行な方向となる。結晶部は、成膜することにより、また
は成膜後に加熱処理などの結晶化処理を行うことにより形成される。
が小さい。よって、当該トランジスタは、信頼性が高い。
用い、スパッタリング法によって成膜する。当該スパッタリング用ターゲットにイオンが
衝突すると、スパッタリング用ターゲットに含まれる結晶領域がa−b面から劈開し、a
−b面に平行な面を有する平板状またはペレット状のスパッタリング粒子として剥離する
ことがある。この場合、当該平板状のスパッタリング粒子が、結晶状態を維持したまま基
板に到達することで、CAAC−OS膜を成膜することができる。
る。例えば、成膜室内に存在する不純物濃度(水素、水、二酸化炭素および窒素など)を
低減すればよい。また、成膜ガス中の不純物濃度を低減すればよい。具体的には、露点が
−80℃以下、好ましくは−100℃以下である成膜ガスを用いる。
レーションが起こる。具体的には、基板加熱温度を100℃以上740℃以下、好ましく
は200℃以上500℃以下として成膜する。成膜時の基板加熱温度を高めることで、平
板状のスパッタリング粒子が基板に到達した場合、基板上でマイグレーションが起こり、
スパッタリング粒子の平らな面が基板に付着する。
を軽減すると好ましい。成膜ガス中の酸素割合は、30体積%以上、好ましくは100体
積%とする。
いて以下に示す。
、1000℃以上1500℃以下の温度で加熱処理をすることで多結晶であるIn−Ga
−Zn−O化合物ターゲットとする。なお、X、YおよびZは任意の正数である。ここで
、所定のmol数比は、例えば、InOX粉末、GaOY粉末およびZnOZ粉末が、2
:2:1、8:4:3、3:1:1、1:1:1、4:2:3または3:1:2である。
なお、粉末の種類、およびその混合するmol数比は、作製するスパッタリング用ターゲ
ットによって適宜変更すればよい。
動作させた際のキャリアの界面散乱を低減できるため、比較的高い電界効果移動度を得る
ことができる。
パー角を有していることが好ましい。なお、テーパー角とは、テーパー形状を有する膜(
例えば、酸化物半導体膜106)を、その断面(基板の表面と直交する面)に垂直な方向
から観察した際に、当該膜の側面と底面がなす傾斜角を示す。酸化物半導体膜106の端
部にテーパー角を有することで酸素欠損の発生を抑制し、トランジスタ150のリーク電
流の発生を低減することができる。
るいは亜鉛(Zn)を含むことが好ましい。特にInとZnを含むことが好ましい。また
、該酸化物半導体を用いたトランジスタの電気特性のばらつきを減らすためのスタビライ
ザーとして、それらに加えてガリウム(Ga)を有することが好ましい。また、スタビラ
イザーとしてスズ(Sn)を有することが好ましい。また、スタビライザーとしてハフニ
ウム(Hf)、ジルコニウム(Zr)、チタン(Ti)、スカンジウム(Sc)、イット
リウム(Y)、ランタノイド(例えば、セリウム(Ce)、ネオジム(Nd)、ガドリニ
ウム(Gd))から選ばれた一種又は複数種が含まれていることが好ましい。
物であるIn−Zn系酸化物、Sn−Zn系酸化物、Al−Zn系酸化物、Zn−Mg系
酸化物、Sn−Mg系酸化物、In−Mg系酸化物、In−Ga系酸化物、三元系金属の
酸化物であるIn−Ga−Zn系酸化物(IGZOとも表記する)、In−Al−Zn系
酸化物、In−Sn−Zn系酸化物、Sn−Ga−Zn系酸化物、Al−Ga−Zn系酸
化物、Sn−Al−Zn系酸化物、In−Hf−Zn系酸化物、In−Zr−Zn系酸化
物、In−Ti−Zn系酸化物、In−Sc−Zn系酸化物、In−Y−Zn系酸化物、
In−La−Zn系酸化物、In−Ce−Zn系酸化物、In−Pr−Zn系酸化物、I
n−Nd−Zn系酸化物、In−Sm−Zn系酸化物、In−Eu−Zn系酸化物、In
−Gd−Zn系酸化物、In−Tb−Zn系酸化物、In−Dy−Zn系酸化物、In−
Ho−Zn系酸化物、In−Er−Zn系酸化物、In−Tm−Zn系酸化物、In−Y
b−Zn系酸化物、In−Lu−Zn系酸化物、四元系金属の酸化物であるIn−Sn−
Ga−Zn系酸化物、In−Hf−Ga−Zn系酸化物、In−Al−Ga−Zn系酸化
物、In−Sn−Al−Zn系酸化物、In−Sn−Hf−Zn系酸化物、In−Hf−
Al−Zn系酸化物を用いることができる。
という意味であり、InとGaとZnの比率は問わない。また、InとGaとZn以外の
金属元素が入っていてもよい。
で表記される材料を用いてもよい。なお、Mは、Ga、Fe、Mn及びCoから選ばれた
一の金属元素または複数の金属元素、若しくは上記のスタビライザーとしての元素を示す
。また、酸化物半導体として、In2SnO5(ZnO)n(n>0、且つ、nは整数)
で表記される材料を用いてもよい。
Zn=1:3:2、あるいはIn:Ga:Zn=2:1:3の原子数比のIn−Ga−Z
n系酸化物やその組成の近傍の酸化物を用いるとよい。
かしながら、スパッタリングの際に、イオン化された希ガス元素やターゲット表面からは
じき飛ばされた元素が、酸化物半導体膜の被形成面である絶縁膜102の構成元素をはじ
き飛ばしてしまうことがある。このようにして被形成面となる膜からはじき飛ばされた元
素は、酸化物半導体膜に不純物元素として取り込まれてしまい、特に酸化物半導体膜の被
形成面近傍には不純物元素が高い濃度で取り込まれるおそれがある。
役割を担い、且つ、高い絶縁性を有する膜を用いる必要がある。このような絶縁膜102
としては、シリコンおよび酸素を含む膜を用いることができる。例えば、酸化シリコン、
酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコンから選ばれた一つによる単層構造または複数の膜に
よる積層構造により形成することができる。なお、絶縁膜102中に酸素が含まれている
ことにより、後述する加熱処理によって当該酸化物絶縁膜の酸素の一部を脱離させること
ができるので、酸化物半導体膜106に酸素を供給し、酸化物半導体膜106中の酸素欠
損を補填することができる。このため、活性層として酸化物半導体材料を用いたトランジ
スタでは、絶縁膜102は酸素を含むことが非常に好ましいと言える。特に、絶縁膜10
2中(バルク中)に少なくとも化学量論比を超える量の酸素が存在することが好ましく、
例えば、絶縁膜102として、SiO2+α(ただし、α>0)で表される酸化シリコン
膜を用いることが好ましい。このような酸化シリコン膜を絶縁膜102として用いること
で、酸化物半導体膜106に酸素を供給することができ、当該酸化物半導体膜を用いたト
ランジスタ150のトランジスタ特性を良好にすることができる。
orption Spectroscopy:昇温脱離ガス分光法)にて、酸素分子の放
出量が1.0×1018分子/cm3以上、好ましくは3.0×1019分子/cm3以
上、さらに好ましくは1.0×1020分子/cm3以上であることをいう。
シリコンなどの不純物を添加して絶縁化させた膜を用いることもできる。
ム膜、酸化窒化アルミニウム膜、窒化酸化アルミニウム膜、窒化アルミニウム膜などの上
に、上述のシリコンおよび酸素を含む絶縁膜(例えば、酸化シリコン膜など。)を成膜す
ればよい。また、酸化ガリウム膜、酸化イットリウム膜、酸化ランタン膜などの上に、上
述のシリコンおよび酸素を含む絶縁膜(例えば、酸化シリコン膜など。)を成膜してもよ
い。
、絶縁膜102中のシリコンなどが不純物として酸化物半導体膜106に取り込まれるお
それがある。酸化物半導体膜106にシリコンなどが不純物として取り込まれることによ
り、酸化物半導体膜106の抵抗が増大してしまう。
タでは、仮に酸化物半導体膜の被形成面近傍(バックチャネル側とも表現できる。)に不
純物元素が取り込まれる場合でも、チャネル領域に悪影響を及ぼし、オン電流が低下する
などのようにトランジスタの電気特性を低下させる要因となり得る。特に、酸化物半導体
膜の膜厚が30nm以下の場合では、当該影響が大きなものとなり、10nm以下の場合
では更に大きなものとなる。
界面近傍に取り込まれるシリコンなどの不純物を抑制する。具体的には、酸化物半導体膜
106において、絶縁膜102との界面から酸化物半導体膜106に向けてシリコンの濃
度が1.1原子%以下の濃度で分布する領域を形成する。なお、本明細書等では、当該領
域を領域106aと呼称する。また、領域106aに含まれるシリコンの濃度は、0.1
原子%以下であると更に好ましい。また、領域106aは、絶縁膜102との界面から膜
厚方向に5nm以下の範囲に存在することが好ましい。
域106bに含まれるシリコンの濃度は、領域106aに含まれるシリコンの濃度より小
さくなる。
酸化物半導体膜106に不純物として取り込まれるおそれがある。そこで、領域106a
に含まれる炭素濃度は1.0×1020atoms/cm3以下、より好ましくは1.0
×1019atoms/cm3以下とする。
を低減することにより、特に微細化のために酸化物半導体膜の膜厚を非常に薄くしたトッ
プゲート型構造のトランジスタにおいて、酸化物半導体膜106を用いたトランジスタ1
50のオン電流の低下を抑制することができる。よって、トランジスタ150を構成要素
として含む半導体装置の動作特性などの性能の向上を図ることができる。
いて、図2および図3を用いて説明する。
。
説明する。
まず、絶縁表面を有する基板100を準備し、基板100上に絶縁膜102を形成する(
図2(A)参照。)。
とも、後の熱処理に耐えうる程度の耐熱性を有していることが必要となる。例えば、バリ
ウムホウケイ酸ガラスやアルミノホウケイ酸ガラスなどのガラス基板、セラミック基板、
石英基板、サファイア基板などの基板を用いることができる。また、絶縁表面を有してい
れば、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も可能である。
基板上に酸化物半導体膜106を含むトランジスタを直接作製してもよいし、他の作製基
板に酸化物半導体膜106を含むトランジスタを作製し、その後可撓性基板に剥離、転置
してもよい。なお、作製基板から可撓性基板に剥離、転置するために、作製基板と酸化物
半導体膜106を含むトランジスタとの間に剥離層を設けるとよい。
0をシュリンク(熱収縮とも言われる。)させておくことが好ましい。これにより、トラ
ンジスタ150の作製工程での基板加熱により生じるシュリンクの量を抑えることができ
るため、例えば、露光工程などでのマスクずれを抑制することができる。
コン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコンから選ばれた一つによる単層構造または複数
の膜による積層構造により形成することができる。絶縁膜102は、基板100から不純
物(例えば、アルミニウム、マグネシウム、ストロンチウム、ボロン、水素および水など
。)が酸化物半導体膜へ拡散し、トランジスタの電気特性の劣化(例えば、トランジスタ
のノーマリーオン化(しきい値の負へのシフト)、しきい値バラツキの発生、電界効果移
動度の低下など。)を防止する役割を担う。なお、絶縁膜102中に酸素が含まれている
ことにより、後述する熱処理によって当該酸化物絶縁膜の酸素の一部を脱離させることが
できるので、酸化物半導体膜106に酸素を供給し、酸化物半導体膜106中の酸素欠損
を補填することができる。特に、絶縁膜102中(バルク中)に少なくとも化学量論比を
超える量の酸素が存在することが好ましく、例えば、絶縁膜102として、SiO2+α
(ただし、α>0)で表される酸化シリコン膜を用いることが好ましい。このような酸化
シリコン膜を絶縁膜102として用いることで、上述のとおり加熱処理により酸化物半導
体膜106に酸素を供給することができ、当該酸化物半導体膜106を用いたトランジス
タ150のトランジスタ特性を良好にすることができる。
ことのできる膜にシリコンなどの不純物を添加して絶縁化させた膜を用いることもできる
。
物の拡散防止効果の高い酸化アルミニウム膜、酸化窒化アルミニウム膜、窒化酸化アルミ
ニウム膜、窒化アルミニウム膜などの上に、上述のシリコンおよび酸素を含む絶縁膜(例
えば、酸化シリコン膜など。)を成膜すればよい。また、酸化ガリウム膜、酸化イットリ
ウム膜、酸化ランタン膜などの上に、上述のシリコンおよび酸素を含む絶縁膜(例えば、
酸化シリコン膜など。)を成膜してもよい。また、In−Zr−Zn系酸化物膜、In−
Ce−Zn系酸化物膜などの上に、上述のシリコンおよび酸素を含む絶縁膜(例えば、酸
化シリコン膜など。)を成膜してもよい。
06を成膜する前に、アルゴンガスを導入してプラズマを発生させ、プラズマにより基板
100の表面や絶縁膜102の表面に付着している粉状物質(パーティクル、ごみともい
う)や有機物を除去する処理(逆スパッタ処理とも言われる。)を行うことが好ましい。
なお、アルゴンに代えて、窒素、ヘリウム、酸素などのガスを用いてもよい。
体膜106に水素、又は水がなるべく含まれないようにするために、酸化物半導体膜10
6の成膜工程の前処理として、スパッタリング装置の予備加熱室で絶縁膜102が成膜さ
れた基板を予備加熱し、基板100及び絶縁膜102に吸着した水素、水分などの不純物
を脱離し排気することが好ましい。なお、予備加熱室に設ける排気手段は、水分の排気能
力の高いクライオポンプおよび水素の排気能力の高いスパッタイオンポンプ(単にイオン
ポンプとも言われる。)を組み合わせることが有効となる。また、このとき、不活性ガス
を導入しながら不純物の除去を行うと、排気するだけでは脱離しにくい水分などの脱離速
度をさらに大きくすることができる。
ジスタ150を微細化する観点から考え、酸化物半導体膜106の膜厚は、1nm以上3
0nm以下、好ましくは1nm以上20nm以下、より好ましくは1nm以上10nm以
下、更に好ましくは3nm以上7nm以下とすることが望ましい。また、酸化物半導体膜
106の膜厚を上述の膜厚とすることにより、トランジスタ150の短チャネル効果を抑
制することができる。
たは非晶質などの状態をとり、好ましくは、酸化物半導体膜は、CAAC−OS(C A
xis Aligned Crystalline Oxide Semiconduc
tor)膜とする。
用いてスパッタリング法により成膜する。また、酸化物半導体膜106は、希ガス(代表
的にはアルゴン)雰囲気下、酸素雰囲気下、又は希ガスと酸素の混合雰囲気下においてス
パッタ法により形成することができる。
のターゲットとしては、例えば、原子数比がIn:Ga:Zn=1:1:1の酸化物ター
ゲットや、原子数比がIn:Ga:Zn=3:1:2の酸化物ターゲットや、原子数比が
In:Ga:Zn=1:3:2の酸化物ターゲットや、原子数比がIn:Ga:Zn=2
:1:3の酸化物ターゲットを用いることができる。ただし、酸化物半導体膜106のタ
ーゲットは、これらのターゲットの材料及び組成に限定されるものではない。
9.9%以下である。相対密度の高い酸化物ターゲットを用いることにより、成膜した酸
化物半導体膜106は緻密な膜とすることができる。
は水素化物などの不純物が除去された高純度ガスを用いることが好ましい。
て、水素の一部がドナーとなり、キャリアである電子を生じてしまう。これにより、トラ
ンジスタのしきい値電圧がマイナス方向にシフトしてしまう。そのため、酸化物半導体膜
106において、水素濃度は、5×1018atoms/cm3未満、好ましくは1×1
018atoms/cm3以下、より好ましくは5×1017atoms/cm3以下、
更に好ましくは1×1016atoms/cm3以下とすることが望ましい。なお、上述
の酸化物半導体膜中の水素濃度は、二次イオン質量分析法(SIMS:Secondar
y Ion Mass Spectrometry)で測定されるものである。
化物半導体と結合することによって、キャリアが生成されることがあり、トランジスタの
オフ電流が上昇する原因となる。そのため、酸化物半導体膜106において、アルカリ金
属またはアルカリ土類金属の濃度は、1×1018atoms/cm3以下、好ましくは
2×1016atoms/cm3以下とすることが望ましい。
行う。このとき、基板100を加熱しながら成膜してもよく、基板100を加熱する場合
、基板温度を100℃以上基板100の歪み点以下として行う。基板100を加熱しなが
ら成膜することにより、成膜した酸化物半導体膜106に含まれる水素、水分などの不純
物濃度を低減する(脱水化処理、脱水素化処理とも表現できる。)ことができる。また、
スパッタリングによる損傷が軽減されるため好ましい。そして、成膜室内の残留水分を除
去しつつ水素及び水分が除去されたスパッタガスを導入し、上記ターゲットを用いて基板
100上に酸化物半導体膜106を成膜する。成膜室内の残留水分を除去するためには、
吸着型の真空ポンプ、例えば、クライオポンプ、イオンポンプ、チタンサブリメーション
ポンプを用いることが好ましい。また、排気手段は、ターボポンプにコールドトラップを
加えたものであってもよい。クライオポンプを用いて排気した成膜室は、例えば、水素原
子、水(H2O)など水素原子を含む化合物(より好ましくは炭素原子を含む化合物も)
等が排気されるため、当該成膜室で成膜した酸化物半導体膜106に含まれる水素、水分
などの不純物の濃度を低減できる。
を構成する元素などが高いエネルギーを持って絶縁膜102に衝突すると、絶縁膜102
を構成する元素の結合が切れ、その結合の切れた元素が酸化物半導体膜106中に混入し
てしまう(ミキシング、ミキシング効果とも言われる。)。当該混入現象は、絶縁膜10
2との界面近傍の酸化物半導体膜106中、具体的には、上述の領域106aにおいて、
特に顕著に生じる。
半導体膜の膜厚を非常に薄くしているため、仮に酸化物半導体膜の被形成面近傍(バック
チャネル側とも表現できる。)に不純物元素が取り込まれる場合でも、チャネル領域に悪
影響を及ぼし、オン電流が低下するなどのように、トランジスタの電気特性を低下させる
要因となり得る。特に、酸化物半導体膜の膜厚が30nm以下の場合では、当該影響が大
きなものとなり、10nm以下の場合では、当該影響が更に大きなものとなる。なお、酸
化物半導体膜106に対してシリコンなどの不純物が混入することによる、酸化物半導体
膜106の特性変化については、実施例1にて詳細に説明する。
半導体膜106との界面近傍においてミキシングが起こる可能性について、古典分子動力
学計算により調査した結果について説明する。なお、上記計算を行うため古典分子動力学
計算ソフトウェアとして、富士通株式会社製SCIGRESS MEを用いた。
て、図23に示すモデルを作製した。計算に係る単位胞(計算単位胞)のサイズは、x軸
方向に3nm、y軸方向に3nm、z軸方向に7.5nmとした。ここで、x軸及びy軸
は、a−SiO2膜に平行な方向であり、z軸は、a−SiO2膜の膜厚方向である。な
お、計算に当たって、x軸方向及びy軸方向に周期境界条件を適用することで、x軸方向
及びy軸方向に十分広い膜を想定することとした。
:1:1:4の割合(合計840原子)で、上方(図23中、原子発生)から下方に向か
って入射させ、温度を300℃、時間を2nsec(時間刻み幅を0.2fs、ステップ
数を1000万回)として古典分子動力学計算を行った。
子及びシリコン原子の配置を示し、図24(B)に、1nsec後の酸素原子、シリコン
原子、インジウム原子、ガリウム原子、及び亜鉛原子の配置を示し、図24(C)に、2
nsec後の酸素原子、シリコン原子、インジウム原子、ガリウム原子、及び亜鉛原子の
配置を示す。また、図25(A)は、2nsec後の酸素原子、シリコン原子、インジウ
ム原子、ガリウム原子、及び亜鉛原子の配置を示し、図25(B)に、2nsec後のシ
リコン原子のみの配置を示し、図25(C)に、2nsec後のインジウム原子、ガリウ
ム原子、及び亜鉛原子の配置を示す。
を比較することによって、インジウム原子、ガリウム原子、及び亜鉛原子を入射させた後
に、シリコン原子および酸素原子の層に、インジウム原子、ガリウム原子、及び亜鉛原子
が浸入していることが確認された。
子、および酸素原子を、a−SiO2膜に入射させることより、a−SiO2膜とIGZ
O膜との間に、シリコン原子、インジウム原子、ガリウム原子、亜鉛原子、および酸素原
子とが混合した層が形成されることが示された。
に、酸化物半導体膜を成膜後に基板を加熱処理することで、絶縁膜構成元素が酸化物半導
体中に拡散しているという可能性がある。当該内容については、実施例2にて詳細に説明
する。
を発生させないためには、酸化物半導体膜106を構成する元素が絶縁膜102に衝突す
る勢いを弱くすることが有効であり、例えば、酸化物半導体膜106の成膜電力を低くす
る、成膜圧力を高くする方法がある。または、ターゲットと被成膜基板間の距離(以下、
T−S間距離とも記載する。)を広げてもよい。なお、実施例3にて、酸化物半導体膜を
構成する元素が絶縁膜に衝突する勢いを弱くした場合に、ミキシングによって生じる酸化
物半導体膜中への絶縁膜構成元素の混入を抑制できるかを調査した実験についての説明を
行う。
化物半導体膜106中において発生しうる。よって、酸化物半導体膜106を構成する元
素が絶縁膜102に衝突する際のエネルギーを小さくしてスパッタリングを行い、ミキシ
ング効果を低減して当該界面近傍の酸化物半導体膜を成膜すれば、その後は衝突する際の
エネルギーを大きくして成膜してもよい。例えば、成膜電力を低くして絶縁膜102界面
近傍に酸化物半導体膜を成膜し、その後、成膜電力を高くして酸化物半導体膜を成膜する
ことで、酸化物半導体膜106を形成してもよい。また、成膜圧力を高くして絶縁膜10
2界面近傍に酸化物半導体膜を成膜し、その後、成膜圧力を低くして酸化物半導体膜を成
膜することで、酸化物半導体膜106を形成してもよい。また、T−S間距離を広くして
絶縁膜102界面近傍に酸化物半導体膜を成膜し、その後、T−S間距離を狭くして酸化
物半導体膜を成膜することで、酸化物半導体膜106を形成してもよい。
具体的な数値としては、10kW以下、好ましくは1kW以下、より好ましくは500W
以下、更に好ましくは200W以下とすることが望ましい。または、成膜電力をターゲッ
ト面積で割った値が125W/cm2以下、好ましくは30W/cm2以下、より好まし
くは5W/cm2以下、更に好ましくは0.2W/cm2以下としてもよい。なお、成膜
電力を下げるほど酸化物半導体膜106の成膜レートが低下してしまう。また、成膜電力
が非常に低いと、スパッタリング装置内でプラズマが発生しにくくなり、正常に成膜処理
が行えなくなる可能性が高まる。このため、成膜電力は、使用するスパッタ装置で印加す
ることのできる最大電力の5%以上とすることが望ましい。成膜電力をどの程度まで下げ
るかについては、スパッタリング装置の性能や酸化物半導体膜106の膜厚などを鑑み、
成膜を正常に行うことができ、かつ、成膜時間がトランジスタ150の作製工程(タクト
タイム)に対して重大な影響を及ぼさない範囲で、実施者が適宜最適な電力値を選択すれ
ばよい。
くは1.0Pa以上、より好ましくは2.0Pa以上、更に好ましくは5.0Pa以上と
することが望ましい。なお、成膜圧力を高くするほど、成膜される膜の膜質が悪化する(
例えば、膜質が疎になる。)傾向がある。このため、成膜圧力は100Pa以下とするこ
とが望ましい。成膜圧力をどの程度まで高めるかについては、酸化物半導体膜106に必
要とされる特性(例えば、電界効果移動度など。)を鑑み、実施者が適宜最適な圧力値を
選択すればよい。
しくは50mm以上、より好ましくは100mm以上、更に好ましくは300mm以上と
することが望ましい。なお、T−S間距離を広くするほど酸化物半導体膜106の成膜レ
ートが低下してしまう。このため、T−S間距離は500mm以下とすることが望ましい
。T−S間距離をどの程度まで広げるかについては、成膜時間がトランジスタ150の作
製工程(タクトタイム)に対して重大な影響を及ぼさない範囲で、実施者が適宜最適なT
−S間距離を選択すればよい。
めには、成膜電力、成膜圧力またはT−S間距離のいずれか一つの条件を上述の範囲とし
て酸化物半導体膜106を成膜してもよいし、複数の条件を上述の範囲として酸化物半導
体膜106を成膜してもよい。
トロン方式スパッタ装置(単に、マグネトロンスパッタ装置とも言われる。)を用いた場
合、絶縁膜102には、酸化物半導体膜106を構成する元素以外にもプラズマや二次電
子なども衝突するため、絶縁膜102を構成する元素が酸化物半導体膜106中に非常に
混入しやすい状態にあると言える。このため、酸化物半導体膜106を成膜するスパッタ
リング装置として、対向ターゲット式スパッタ装置(ミラートロンスパッタ装置やナチュ
ラトロンスパッタ装置などとも言われる。)を用いてもよい。当該装置は、2枚のターゲ
ットが対向する状態に設置され、被成膜基板は2枚のターゲットに挟まれた空間以外の場
所に、ターゲットに対して概垂直な状態に設置されている。そして、対向する2枚のター
ゲット間に高密度のプラズマを生成し、当該プラズマによりターゲット(酸化物半導体膜
106の成膜に用いるターゲット。)表面がスパッタリングされることで、被成膜基板に
酸化物半導体膜106が成膜される。このため、被成膜基板はプラズマや二次電子に直接
晒されることがない(または非常に少ない)。
の代わりにヘリウムを用いてもよい。アルゴンより質量数の小さいヘリウムを用いること
により、酸化物半導体膜106を構成する元素が絶縁膜102に衝突する際のエネルギー
を小さくすることができる。さらに、酸化物半導体膜106の絶縁膜102との界面近傍
の成膜をヘリウム雰囲気で行った後、成膜室内をアルゴン雰囲気に切り替えることにより
、酸化物半導体膜106の成膜レートを向上させることができる。
on)法、蒸着法、塗布法などの絶縁膜102への衝撃が弱い方法で成膜してもよい。
ルギーを小さくして酸化物半導体膜106を成膜することで、上述のように、酸化物半導
体膜106において、絶縁膜102との界面から酸化物半導体膜106に向けてシリコン
の濃度が1.1原子%以下の濃度で分布する領域106aと、領域106aより含有され
るシリコン濃度が小さい領域106bが形成される。ここで、領域106bとは、酸化物
半導体膜106の領域106a以外の領域のことである。また、領域106aに含まれる
シリコンの濃度は、0.1原子%以下であるとより好ましい。
ているが、酸化物半導体膜106の膜厚が非常に薄い場合、酸化物半導体膜106の膜厚
方向全体にミキシング効果が及ぶことがあるため、酸化物半導体膜106全体が領域10
6aとなる可能性もある。したがって、酸化物半導体膜106には必ずしも領域106b
が存在する必要はない。
る炭素などの不純物が酸化物半導体膜106に混入することも低減されるので、上述のよ
うに領域106aに含まれる炭素濃度は1.0×1020atoms/cm3以下、より
好ましくは1.0×1019atoms/cm3以下となる。
を低減することにより、本明細書に記載の、酸化物半導体膜の膜厚が非常に薄いトランジ
スタにおいても、領域106aがチャネル領域に悪影響を及ぼし、トランジスタ150の
オン電流が低下する、などのような電気特性の劣化を抑制することができる。よって、ト
ランジスタ150を構成要素として含む半導体装置の動作特性などの性能の向上を図るこ
とができる。
。当該熱処理の温度は、300℃以上700℃以下、または基板の歪み点未満とする。当
該熱処理を行うことで、過剰な水素(水や水酸基を含む)を除去することが可能である。
下、450℃、1時間の条件で行うことができる。この間、酸化物半導体膜106は大気
に触れさせず、水や水素の混入が生じないようにする。
によって、被処理物を加熱する装置を用いても良い。例えば、GRTA(Gas Rap
id Thermal Anneal)装置、LRTA(Lamp Rapid The
rmal Anneal)装置等のRTA(Rapid Thermal Anneal
)装置を用いることができる。LRTA装置は、ハロゲンランプ、メタルハライドランプ
、キセノンアークランプ、カーボンアークランプ、高圧ナトリウムランプ、高圧水銀ラン
プなどのランプから発する光(電磁波)の輻射により、被処理物を加熱する装置である。
GRTA装置は、高温のガスを用いて熱処理を行う装置である。ガスとしては、アルゴン
などの希ガス、または窒素のような、熱処理によって被処理物と反応しない不活性気体が
用いられる。
熱した後、当該不活性ガス雰囲気から被処理物を取り出すGRTA処理を行ってもよい。
GRTA処理を用いると短時間での高温熱処理が可能となる。また、被処理物の耐熱温度
を超える温度条件であっても適用が可能となる。なお、処理中に、不活性ガスを、酸素を
含むガスに切り替えても良い。
)を主成分とする雰囲気であって、水、水素などが含まれない雰囲気を適用するのが望ま
しい。例えば、熱処理装置に導入する窒素や、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(
すなわち、不純物濃度が1ppm以下、好ましくは0.1ppm以下)とする。
ある酸素が同時に脱離して減少してしまうおそれがある。酸化物半導体膜において、酸素
が脱離した箇所では酸素欠損が存在し、該酸素欠損に起因してトランジスタの電気的特性
変動を招くドナー準位が生じてしまう。よって、脱水化又は脱水素化処理を行った場合、
酸化物半導体膜106中に、酸素を供給することが好ましい。酸化物半導体膜106中に
酸素を供給することにより、膜中の酸素欠損を補填することができる。
06に対して脱水化処理(脱水素化処理)を行った後、同じ炉に高純度の酸素ガス、亜酸
化窒素ガス、高純度の亜酸化窒素ガス、又は超乾燥エア(CRDS(キャビティリングダ
ウンレーザー分光法)方式の露点計を用いて測定した場合の水分量が20ppm(露点換
算で−55℃)以下、好ましくは1ppm以下、より好ましくは10ppb以下の空気)
を導入すればよい。酸素ガスまたは亜酸化窒素ガスに、水、水素などが含まれないことが
好ましい。または、熱処理装置に導入する酸素ガスまたは亜酸化窒素ガスの純度を、6N
以上好ましくは7N以上(即ち、酸素ガスまたは亜酸化窒素ガス中の不純物濃度を1pp
m以下、好ましくは0.1ppm以下)とすることが好ましい。
雰囲気中で加熱する方法以外に、酸化物半導体膜106に酸素(少なくとも、酸素ラジカ
ル、酸素原子、酸素イオン、のいずれかを含む)を添加することで、酸化物半導体膜10
6中に酸素を供給してもよい。酸素の添加方法としては、イオン注入法、イオンドーピン
グ法、プラズマイマージョンイオンインプランテーション法、プラズマ処理などを用いる
。
水素もしくは水分を酸化物半導体から除去して不純物が極力含まれないように高純度化し
、脱水化処理(脱水素化処理)によって同時に減少してしまった酸化物半導体を構成する
主成分材料である酸素を供給する(過酸素化とも表現できる。)して酸素欠損を補填する
ことによって、i型(真性)化またはi型に限りなく近い酸化物半導体膜106とするこ
とができる。そうすることにより、酸化物半導体膜のフェルミ準位(Ef)を真性フェル
ミ準位(Ei)と同じレベルにまですることができる。よって、当該酸化物半導体膜をト
ランジスタに用いることで、酸素欠損に起因するトランジスタのしきい値電圧Vthのば
らつき、しきい値電圧のシフトΔVthを低減することができる。
の酸素の供給工程の前に行っておくことが好ましい。
および酸素添加を行う構成について説明したが、開示する発明の一態様はこれに限定して
解釈されない。酸化物半導体膜106を島状に加工した後に、当該処理を行ってもよい。
6に加工する(図2(C)参照。)。また、島状の酸化物半導体膜106を形成するため
のレジストマスクをインクジェット法で形成してもよい。レジストマスクをインクジェッ
ト法で形成するとフォトマスクを使用しないため、製造コストを低減できる。なお、酸化
物半導体膜106のエッチングは、ドライエッチングでもウェットエッチングでもよく、
両方を用いてもよい。
ーパー角を有していることが好ましい。酸化物半導体膜106の端部にテーパー角を有す
ることで酸素欠損の発生を抑制し、トランジスタ150のリーク電流の発生を低減するこ
とができる。
形成する(図2(D)参照。)。ここで、絶縁膜107の膜厚は、例えば1nm以上50
nm以下とすることができる。また、絶縁膜107の成膜方法としては、例えば、スパッ
タリング法、MBE法、CVD法、パルスレーザ堆積法、ALD法等を適宜用いて成膜す
ることができる。
。
絶縁膜107としては、例えば、CVD法またはスパッタリング法等を用いて、酸化シリ
コン膜、酸化窒化シリコン膜、窒化シリコン膜、窒化酸化シリコン膜、酸化アルミニウム
膜、窒化アルミニウム膜、酸化窒化アルミニウム膜、窒化酸化アルミニウム膜、酸化ガリ
ウム膜、酸化イットリウム膜、酸化ランタン膜などを、単層でまたは積層して形成するこ
とができる。また、酸化ハフニウム膜、ハフニウムシリケート膜(HfSixOy(x>
0、y>0))、窒素が添加されたハフニウムシリケート膜(HfSixOyNz(x>
0、y>0、z>0))、ハフニウムアルミネート膜(HfAlxOy(x>0、y>0
))などのhigh−k材料膜を絶縁膜107の少なくとも一部として用いてもよい。こ
れによりゲートリーク電流を低減することができる。
処理によって当該酸化物絶縁膜の酸素の一部を脱離させて酸化物半導体膜106に酸素を
供給し、酸化物半導体膜106中の酸素欠損を補填することができる。当該処理の詳細に
ついては、絶縁膜102の説明を参酌すればよく、絶縁膜107に対する加熱処理を行う
タイミングについては、絶縁膜107の成膜後であれば特段の限定はない。
ことが好ましく、例えば、絶縁膜107として、SiO2+α(ただし、α>0)で表さ
れる酸化シリコン膜を用いることが好ましい。このような酸化シリコン膜を絶縁膜107
として用いることで、酸化物半導体膜106に酸素を供給することができ、当該酸化物半
導体膜106を用いたトランジスタ150のトランジスタ特性を良好にすることができる
。
、酸化アルミニウム膜、酸化窒化アルミニウム膜、窒化酸化アルミニウム膜、窒化シリコ
ン膜、酸化窒化シリコン膜、窒化酸化シリコン膜、酸化イットリウム膜または酸化ランタ
ン膜などを積層することが好ましい。また、酸化シリコン膜の上に、酸化ハフニウム膜、
ハフニウムシリケート膜(HfSixOy(x>0、y>0))、窒素が添加されたハフ
ニウムシリケート膜(HfSixOyNz(x>0、y>0、z>0))、ハフニウムア
ルミネート膜(HfAlxOy(x>0、y>0))などのhigh−k材料を積層して
もよい。これらのhigh−k材料膜を絶縁膜107の少なくとも一部として用いること
でゲートリーク電流を低減することができる。
膜とするためには、スパッタリング法を用いて絶縁膜107を成膜することが好ましい。
また、スパッタリング法を用いた場合、上述のように高純度のガスを使用する、成膜装置
をベークして排気装置で不純物を排気する、および基板を予備加熱するなどの方法で成膜
装置内の水素や水分などの不純物を極力除去することにより、絶縁膜107中の水素や水
分の濃度を低く抑えることが可能であり、このような観点から考えても、絶縁膜107の
成膜はスパッタリング法を用いることが好ましいと言える。
せ、絶縁膜102の表面に付着している粉状物質(パーティクル、ごみともいう)や有機
物を除去する処理(逆スパッタ処理とも言われる。)を行うことが好ましい。なお、アル
ゴンに代えて、窒素、ヘリウム、酸素などのガスを用いてもよい。
形成するための導電膜109を形成する(図3(A)参照。)。導電膜109としては、
例えば、モリブデン、チタン、タンタル、タングステン、アルミニウム、銅、ネオジム、
スカンジウム等の金属材料又はこれらを主成分とする合金材料を用いることができる。ゲ
ート電極に用いる導電膜としては、導電性の金属酸化物を用いて形成しても良い。導電性
の金属酸化物としては酸化インジウム(In2O3)、酸化スズ(SnO2)、酸化亜鉛
(ZnO)、インジウムスズ酸化物(In2O3−SnO2、ITOと略記する場合があ
る)、インジウム亜鉛酸化物(In2O3−ZnO)、または、これらの金属酸化物材料
にシリコン若しくは酸化シリコンを含有させたものを用いることができる。ゲート電極は
、上記の材料を用いて単層で又は積層して形成することができる。形成方法も特に限定さ
れず、蒸着法、CVD法、スパッタリング法、スピンコート法などの各種成膜方法を用い
ることができる。
には、窒素を含むIn−Ga−Zn−O膜や、窒素を含むIn−Sn−O膜や、窒素を含
むIn−Ga−O膜や、窒素を含むIn−Zn−O膜や、窒素を含むSn−O膜や、窒素
を含むIn−O膜や、金属窒化膜(InN、SnNなど)を用いることができる。これら
の膜は5eV(電子ボルト)、好ましくは5.5eV(電子ボルト)以上の仕事関数を有
し、当該膜をゲート電極110として用いた場合、トランジスタの電気特性のしきい値電
圧をプラスにすることができ、所謂ノーマリーオフのスイッチング素子を実現できる。
にエッチングを行って、ゲート電極110およびゲート絶縁膜108を形成した後、レジ
ストマスクを除去する(図3(B)参照。)。また、ゲート電極110およびゲート絶縁
膜108を形成するためのレジストマスクをインクジェット法で形成してもよい。レジス
トマスクをインクジェット法で形成するとフォトマスクを使用しないため、製造コストを
低減できる。なお、ゲート電極110およびゲート絶縁膜108のエッチングは、ドライ
エッチングでもウェットエッチングでもよく、両方を用いてもよい。
させる不純物イオン130を、酸化物半導体膜106に添加する。この際、ゲート電極1
10およびゲート絶縁膜108がマスクとして機能するため、酸化物半導体膜106中に
低抵抗領域106cが自己整合的に形成される(図3(C)参照。)。なお、不純物イオ
ン130としては、15族元素(代表的にはリン(P)、砒素(As)、およびアンチモ
ン(Sb))、ホウ素(B)、アルミニウム(Al)、窒素(N)、アルゴン(Ar)、
ヘリウム(He)、ネオン(Ne)、インジウム(In)、フッ素(F)、塩素(Cl)
、チタン(Ti)、及び亜鉛(Zn)のいずれかから選択される一以上を用いることがで
きる。イオン注入法は、必要なイオンのみを取り出す質量分離器を用いているため、対象
物に対して不純物イオン130のみを選択的に添加できる。このため、イオンドーピング
法を用いて添加した場合と比べて酸化物半導体膜106中への不純物(例えば水素など)
の混入が少なくなるため好ましい。ただし、イオンドーピング法を除外するものではない
。なお、低抵抗領域106cは、酸化物半導体膜106(領域106aおよび領域106
bを含む)が不純物イオン130の注入により、領域106aおよび領域106bが低抵
抗領域106cに変化したわけではなく、図3(C)のように、低抵抗領域106c中に
は領域106aおよび領域106bが存在している。
れる配線を含む)に用いる導電膜を成膜する。ソース電極及びドレイン電極に用いる導電
膜としては、例えば、アルミニウム、クロム、銅、タンタル、チタン、モリブデン、タン
グステンから選ばれた元素を含む金属膜、または上述した元素を成分とする金属窒化物膜
(窒化チタン膜、窒化モリブデン膜、窒化タングステン膜)等を用いることができる。ま
た、アルミニウム、銅などの金属膜の下側又は上側の一方または双方にチタン、モリブデ
ン、タングステンなどの高融点金属膜またはそれらの金属窒化物膜(窒化チタン膜、窒化
モリブデン膜、窒化タングステン膜)を積層させた構成としても良い。また、ソース電極
及びドレイン電極に用いる導電膜は、導電性の金属酸化物で形成しても良い。導電性の金
属酸化物としては酸化インジウム(In2O3)、酸化スズ(SnO2)、酸化亜鉛(Z
nO)、インジウムスズ酸化物(In2O3−SnO2、ITOと略記する)、インジウ
ム亜鉛酸化物(In2O3−ZnO)を用いることができる。ソース電極及びドレイン電
極に用いる導電膜は、上記の材料を用いて単層で又は積層して成膜することができる。形
成方法も特に限定されず、蒸着法、CVD法、スパッタリング法、スピンコート法などの
各種成膜方法を用いることができる。
ッチングを行ってソース電極114a、ドレイン電極114bを形成した後、レジストマ
スクを除去することにより、トランジスタ150が形成される(図3(D)参照)。当該
フォトリソグラフィ工程におけるレジストマスク形成時の露光には、紫外線やKrFレー
ザ光やArFレーザ光を用いることが好ましい。よって、チャネル長L(図3(D)の矢
印Z部分に相当。)が25nm未満の露光を行う場合には、例えば、数nm〜数10nm
と極めて波長が短い超紫外線(Extreme Ultraviolet)を用いてフォ
トリソグラフィ工程でのレジストマスク形成時の露光を行うとよい。超紫外線による露光
は、解像度が高く焦点深度も大きい。従って、後に形成されるトランジスタのチャネル長
Lを微細化することが可能であり、回路の動作速度を高速化できる。
6のうちゲート電極110と重畳する部分の端部と、酸化物半導体膜106のうちソース
電極114aと接する部分の最もゲート電極に近い端部との隙間(図3(D)の矢印X部
分。本明細書中では、当該部分を「Loff幅」と呼称する。)および、酸化物半導体膜
106のうちゲート電極110と重畳する部分の端部と、酸化物半導体膜106のうちド
レイン電極114bと接する部分の最もゲート電極に近い端部との隙間(図3(D)の矢
印Y部分。当該部分についても、本明細書中では「Loff幅」と呼称する。)が極力小
さくなることが好ましい。なお、露光装置の性能限界以上の微細露光を行う場合において
、図3(D)のX部分およびY部分を小さくする方法としては、例えば、ソース電極11
4aの形成とドレイン電極114bの形成に、異なるフォトマスクを用いて形成すればよ
い。これにより、露光時において、ソース電極114aまたはドレイン電極114bの一
方のみがゲート電極110に極力近づく状態にアライメントを行うことができるため、L
off幅を小さくすることができる。
工程で用いるフォトマスク数及び工程数を削減することが好ましい。マスク数及び工程数
を削減する方法としては、例えば、透過した光が複数の強度となる露光マスクである多階
調マスクによって形成されたレジストマスクを用いてエッチング工程を行えばよい。多階
調マスクを用いて形成したレジストマスクは複数の膜厚を有する形状となり、エッチング
を行うことでさらに形状を変形することができるため、異なるパターンに加工する複数の
エッチング工程に用いることができる。よって、一枚の多階調マスクによって、少なくと
も二種類以上の異なるパターンに対応するレジストマスクを形成することができる。よっ
て露光マスク数を削減することができ、対応するフォトリソグラフィ工程も削減できるた
め、工程の簡略化が可能となる。
とのないようエッチング条件を最適化することが望まれる。しかしながら、導電膜のみを
エッチングし、酸化物半導体膜106を全くエッチングしないという条件を得ることは難
しく、導電膜のエッチングの際に酸化物半導体膜106は一部のみがエッチングされ、例
えば、酸化物半導体膜106の膜厚の5%以上50%以下がエッチングされ、溝部(凹部
)を有する酸化物半導体膜106となることもある。
して酸化物半導体材料を適用する場合には、導電膜をエッチングしてソース電極114a
およびドレイン電極114bを形成する際に、酸化物半導体膜106が極力エッチングさ
れないように、酸化物半導体膜106よりも十分エッチングされにくい酸化物半導体材料
を、導電膜として用いる必要がある。
物半導体膜106の材料や成膜条件によっては、ソース電極114a及びドレイン電極1
14bと、酸化物半導体膜106との界面が不明確になる場合もある。また、界面が不明
確になる場合、ソース電極114a及びドレイン電極114bと、酸化物半導体膜106
との混合領域または混合層と呼ぶことのできる箇所が形成されることもある。
オンを導入して低抵抗化させた導電性材料、半導体材料を用いることもできる。
膜108と同じ材料および成膜方法を用いることができるため、上述のゲート絶縁膜10
8の内容を参酌することができる。なお、酸化アルミニウム膜は外部からの水分や水素な
どの不純物の侵入を抑制する効果が高いため、当該絶縁膜として酸化アルミニウム膜、ま
たは酸化アルミニウム膜を含む積層膜を形成することが望ましく、より好ましくは、膜密
度が3.2g/cm3以上、好ましくは3.6g/cm3以上の酸化アルミニウム膜を用
いることが望ましい。これにより、水分や水素などの不純物は酸化物半導体膜106に侵
入することを抑制できる。
ディスペンス法またはインクジェット法などを用いて絶縁性を有する材料を塗布し、塗布
した材料に応じた硬化処理(例えば、加熱処理や光照射処理など。)を行い形成してもよ
い。なお、絶縁性を有する材料としては、例えば、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂、ポリ
アミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、エポキシ樹脂等の有機樹脂を用いて形成することが
できる。また、低誘電率材料(low−k材料)、シロキサン系樹脂、PSG(リンガラ
ス)、BPSG(リンボロンガラス)等を用いることができる。なお、これらの材料で形
成される絶縁膜を複数積層させてもよい。なお、平坦化絶縁膜は水分などの不純物を比較
的多く含んでいる場合が多いため、上述の絶縁膜(例えば、酸化アルミニウムや酸化アル
ミニウムを含む積層膜)上に形成することが好ましい。
、絶縁膜との界面近傍の酸化物半導体膜に含まれる不純物を低減することができる。これ
により、酸化物半導体膜の膜厚が非常に薄いトランジスタにおいても、領域106aがチ
ャネル領域に悪影響を及ぼし、トランジスタ150のオン電流が低下する、などのような
電気特性の劣化を抑制することができる。よって、トランジスタ150を構成要素として
含む半導体装置の動作特性などの性能の向上を図ることができる。
宜組み合わせて用いることができる。
本実施の形態では、実施の形態1とは異なる構造の半導体装置及び半導体装置の作製方法
の一形態を、図4および図5を用いて説明する。
図4(A)および図4(B)に、半導体装置の例として、トップゲート構造のトランジス
タの平面図および断面図の一例を示す。図4(A)は平面図であり、図4(B)は、図4
(A)におけるE−F断面の断面図である。なお、図4(A)では、煩雑になることを避
けるため、トランジスタ650の構成要素の一部(例えば、基板100など)を省略して
いる。
膜102に隣接して設けられている点で、実施の形態1に記載のトランジスタと異なって
いる。
膜との接触箇所において接触抵抗が高くなる傾向があるが、トランジスタを上述の構造と
することにより、ソース電極114aおよびドレイン電極114bは、酸化物半導体膜1
06の表面側だけでなく、裏面側においても電気的に接続されるため、酸化物半導体膜1
06とソース電極114aの接触抵抗および酸化物半導体膜106とドレイン電極114
bの接触抵抗を低減し、かつ接触抵抗のバラツキを低減することができる。これにより、
オン電流が高く、かつ、しきい値電圧のバラツキを抑制された、高性能なトランジスタと
することができるため、当該構造は酸化物半導体を用いたトランジスタに適した構造の1
つと言える。
図5(A)乃至図5(E)を用いて、図4に示すトランジスタ650の作製工程の一例に
ついて説明する。
トマスクを形成し、選択的にエッチングを行って、導電膜602を形成した後、レジスト
マスクを除去する(図5(A)参照。)。導電膜602に用いる材料などについては、上
述実施の形態のゲート電極110、ソース電極114a(またはドレイン電極114b)
の説明を参酌することができる。
2の表面は、少なくとも導電膜602の表面よりも高い位置とすることが好ましく、後述
の平坦化処理を行うことにより、導電膜602の表面と絶縁膜102の表面を略同一とす
ることができる。これにより、後の工程において酸化物半導体膜106を成膜する際に、
導電膜602と絶縁膜102の段差により酸化物半導体膜に断切れが生じるといった問題
を抑制することができ、酸化物半導体膜106の膜厚を極めて薄くすることができるため
、平坦化処理はトランジスタの微細化に対し有効な手段の一つと言える。
を有する絶縁膜102を形成する。なお、絶縁膜102の平坦化処理は、化学的機械的研
磨(Chemical Mechanical Polishing:CMP)処理を用
いて行うことが好ましい。ここで、CMP処理とは、被加工物の表面を基準にし、それに
ならって表面を化学的・機械的な複合作用により、平坦化する手法である。一般的に研磨
ステージの上に研磨布を貼り付け、被加工物と研磨布との間にスラリー(研磨剤)を供給
しながら研磨ステージと被加工物とを各々回転または揺動させて被加工物の表面を、スラ
リーと被加工物表面との間での化学反応と、研磨布と被加工物との機械的研磨の作用によ
り、被加工物の表面を研磨する方法である。
行う場合は、高い研磨レートの一次研磨を行った後、低い研磨レートの仕上げ研磨を行う
のが好ましい。このように研磨レートの異なる研磨を組み合わせることによって、導電膜
602表面と絶縁膜102表面の平坦性をさらに向上させることができる。
能である。エッチングガスとしては、塩素、塩化硼素、塩化珪素または四塩化炭素などの
塩素系ガス、四弗化炭素、弗化硫黄または弗化窒素などのフッ素系ガス、酸素などを適宜
用いることができる。例えば、反応性イオンエッチング(RIE:Reactive I
on Etching)法、ICP(Inductively Coupled Pla
sma)エッチング法、ECR(Electron Cyclotron Resona
nce)エッチング法、平行平板型(容量結合型)エッチング法、マグネトロンプラズマ
エッチング法、2周波プラズマエッチング法またはヘリコン波プラズマエッチング法等の
ドライエッチング法を用いることができる。特に絶縁膜102として窒化シリコンや窒化
酸化シリコンのような、窒素を多く含む無機絶縁材料が含まれる場合、CMP処理だけで
は窒素を多く含む無機絶縁材料の除去が困難な場合があるので、ドライエッチングなどを
併用することが好ましい。
。プラズマ処理は、真空のチャンバーに不活性ガス、例えばアルゴンガスを導入し、被処
理面を陰極とする電界をかけて行う。その原理としてはプラズマドライエッチ法と同等で
あるが、不活性ガスを用いることで、通常のスパッタ成膜チャンバーにて処理可能であり
簡便な方法である。すなわち、このプラズマ処理は、被処理面に不活性ガスのイオンを照
射して、スパッタリング効果により表面の微細な凹凸を平坦化する処理である。このこと
から本明細書では、このプラズマ処理を「逆スパッタ」ともいう。
いてもよい。また、図5(C)では導電膜602は、表面に近づくほど端部が狭まってい
る、所謂順テーパー状に形成されているが、図5(E)のように、表面に近づくほど端部
が広がっている、所謂逆テーパー状に形成してもよい。
の形態1の内容を参酌して行えばよい。
ンジスタ650は、実施の形態1にて記載した特徴以外に、上述のように、酸化物半導体
膜106とソース電極114aの接触抵抗および酸化物半導体膜106とドレイン電極1
14bの接触抵抗を低減し、かつ接触抵抗のバラツキを低減することができるため、オン
電流が高く、かつ、しきい値電圧のバラツキを抑制された、高性能なトランジスタとする
ことができる。このため、トランジスタ650によって構成される半導体装置の動作特性
の向上を図ることができる。そして、酸化物半導体膜を用いたトランジスタ又は該トラン
ジスタによって構成される半導体装置の性能向上を図ることができる。また、上述のよう
に、導電膜602の表面と絶縁膜102の表面を略同一とすることができ、酸化物半導体
膜106の膜厚を極めて薄くすることができるため、トランジスタの微細化に適した構造
の一つであると言える。
宜組み合わせて用いることができる。
本実施の形態では、上述の実施の形態とは異なる構造の半導体装置及び半導体装置の作製
方法の一形態を、図6乃至図8を用いて説明する。
図6(A)および図6(B)に、半導体装置の例として、トップゲート構造のトランジス
タの平面図および断面図の一例を示す。図6(A)は平面図であり、図6(B)は、図6
(A)におけるG−H断面の断面図である。なお、図6(A)では、煩雑になることを避
けるため、トランジスタ850の構成要素の一部(例えば、基板100など)を省略して
いる。
2と、酸化物半導体膜106と、絶縁膜107と、少なくとも酸化物半導体膜と重畳する
ゲート電極110と、層間絶縁膜800と、層間絶縁膜802と、絶縁膜107、層間絶
縁膜800および層間絶縁膜802の開口部を通じて酸化物半導体膜106と電気的に接
続するソース電極114aおよびドレイン電極114bを有している。
る点と、ソース電極114aおよびドレイン電極114bが、絶縁膜107、層間絶縁膜
800および層間絶縁膜802の開口部を通して酸化物半導体膜106と電気的に接続し
ている点で、上述の実施の形態に記載したトランジスタの構造と異なっている。
り、水分などの不純物が酸化物半導体膜106に侵入することを抑制できる。また、不純
物イオン130を酸化物半導体膜106に添加する際に、酸化物半導体膜106上には絶
縁膜107が存在するため、イオン添加により酸化物半導体膜106に生じるダメージ(
例えば酸化物半導体膜106中での格子欠陥の発生など)を低減することができる。
膜107、層間絶縁膜800および層間絶縁膜802の開口部を通して酸化物半導体膜1
06と電気的に接続している構造とすることにより、酸化物半導体膜106形成後におい
て酸化物半導体膜106がエッチング処理(例えば、ドライエッチング時のエッチングガ
スおよびプラズマや、ウェットエッチング時のエッチング剤など)に晒される箇所は、絶
縁膜107、層間絶縁膜800および層間絶縁膜802に形成される開口部のみであるた
め、当該エッチング処理により生じる物質によるトランジスタ850の汚染(例えば、ド
ライエッチング時に用いるエッチングガスが酸化物半導体膜106の金属元素と反応して
生じる金属化合物は導電性を有していることがあるため、ソース電極114aおよびドレ
イン電極114bのリークパスとなり得る可能性がある。)を抑制できる。また、ソース
電極114aおよびドレイン電極114bの一部がゲート電極110と重畳して形成され
ても、ソース電極114aとゲート電極110およびドレイン電極114bとゲート電極
110の間には層間絶縁膜が存在しており電気的に接続されることがない。これにより、
ソース電極114aおよびドレイン電極114bを極力、ゲート電極110に近づけて形
成することができるため、トランジスタの微細化に適した構造の一つと言える。
図7および図8を用いて、図6に示すトランジスタ850の作製工程の一例について説明
する。
る(図7(A)参照。)。なお、当該工程は、図2(A)乃至図2(D)および当該図面
の説明内容を参酌して行えばよい。
化物半導体膜106中に不純物イオン130を添加して、酸化物半導体膜106中に低抵
抗領域106cを自己整合的に形成する(図7(B)参照。)。なお、当該工程は、図3
(A)乃至図3(C)および当該図面の説明内容を参酌して行えばよい。
02を形成する(図7(C)参照。)。
ができるため、上述の実施の形態にて記載したゲート絶縁膜108の内容を参酌すること
ができる。なお、酸化アルミニウム膜は外部からの水分や水素などの不純物の侵入を抑制
する効果が高いため、当該絶縁膜として酸化アルミニウム膜、または酸化アルミニウム膜
を含む積層膜を形成することが望ましく、より好ましくは、膜密度が3.2g/cm3以
上の酸化アルミニウム膜を用いることが望ましい。これにより、水分や水素などの不純物
は酸化物半導体膜106に侵入することを抑制できる。
ット法などを用いて絶縁性を有する材料を塗布し、塗布した材料に応じた硬化処理(例え
ば、加熱処理や光照射処理など。)を行い形成すればよい。なお、絶縁性を有する材料と
しては、例えば、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアミドイミド樹
脂、エポキシ樹脂等の有機樹脂を用いて形成することができる。また、低誘電率材料(l
ow−k材料)、シロキサン系樹脂、PSG(リンガラス)、BPSG(リンボロンガラ
ス)等を用いることができる。なお、これらの材料で形成される絶縁膜を複数積層させて
もよい。なお、層間絶縁膜は水分などの不純物を比較的多く含んでいるため、上述の絶縁
膜(例えば、酸化アルミニウムや酸化アルミニウムを含む積層膜)上に形成することが好
ましい。
いずれかの一方のみを形成してもよい。
膜802の少なくとも一部に開口部を形成した後に、当該開口部を通じて酸化物半導体膜
106に電気的に接続されたソース電極114aおよびドレイン電極114bを形成する
(図8(A)参照。)。
エッチングでもウェットエッチングでもよく、両方を用いてもよい。また、当該エッチン
グ処理の際に、酸化物半導体膜106がエッチングされ、分断することのないようエッチ
ング条件を最適化することが望まれる。しかしながら、絶縁膜107、層間絶縁膜800
および層間絶縁膜802のみをエッチングし、酸化物半導体膜106を全くエッチングし
ないという条件を得ることは難しく、導電膜のエッチングの際に酸化物半導体膜106は
一部のみがエッチングされ、例えば、酸化物半導体膜106の膜厚の5%以上50%以下
がエッチングされ、溝部(凹部)を有する酸化物半導体膜106となることもある。
び当該図面の説明内容を参酌して行えばよい。また、当該工程の後、ソース電極114a
、ドレイン電極114bおよび層間絶縁膜802に対して平坦化処理を行ってもよい。こ
れにより、トランジスタ850上に更にトランジスタを積層させて形成する場合において
、被形成面(つまり、ソース電極114a、ドレイン電極114bおよび層間絶縁膜80
2の表面)の平坦性が高いため、トランジスタの作製が容易となる。なお、平坦化処理に
ついては、上述の実施の形態に記載された平坦化処理の方法を参酌することができる。
ンジスタ850は、実施の形態1にて記載した特徴以外に、上述のように、イオン添加に
より酸化物半導体膜106に生じるダメージ(例えば酸化物半導体膜106中での格子欠
陥の発生など)を低減することができる。また、上述のように、酸化物半導体膜106が
エッチング処理に晒される箇所を限定できるため、エッチング処理によるトランジスタの
汚染を抑制することができる。このため、トランジスタ850によって構成される半導体
装置の動作特性の向上を図ることができる。そして、酸化物半導体膜を用いたトランジス
タ又は該トランジスタによって構成される半導体装置の性能向上を図ることができる。ま
た、上述のように、ソース電極114aおよびドレイン電極114bの一部がゲート電極
110と重畳して形成されても電気的に接続されないため、ソース電極114aおよびド
レイン電極114bを極力、ゲート電極110に近づけて形成することができ、トランジ
スタの微細化に適した構造の一つと言える。
構造であってもよい。トランジスタ850を図8(B)に示す構造とすることにより、絶
縁膜107、層間絶縁膜800および層間絶縁膜802の一部に開口部を形成する際に、
開口部の酸化物半導体膜106がオーバーエッチングされて無くなってしまった場合にお
いても、ソース電極114aおよびドレイン電極114bは、酸化物半導体膜106の側
壁部分で電気的に接続される以外に、導電膜602を介して酸化物半導体膜106と電気
的に接続されるため、オーバーエッチング時においても良好なコンタクト抵抗を維持する
ことができるため、特に酸化物半導体膜106の膜厚が薄い場合(つまり、トランジスタ
の微細化)に適した構造といえる。
本実施の形態では、上述の実施の形態とは異なる構造の半導体装置及び半導体装置の作製
方法の一形態を、図9乃至図12を用いて説明する。
図9(A)および図9(B)に、半導体装置の例として、トップゲート構造のトランジス
タの平面図および断面図の一例を示す。図9(A)は平面図であり、図9(B)は、図9
(A)におけるI−J断面の断面図である。なお、図9(A)では、煩雑になることを避
けるため、トランジスタ1150の構成要素の一部(例えば、基板100など)を省略し
ている。
02と、酸化物半導体膜106と、ゲート絶縁膜108と、少なくとも酸化物半導体膜と
重畳するゲート電極110と、絶縁膜1101と、側壁絶縁膜1102と、酸化物半導体
膜106と電気的に接続するソース電極114aおよびドレイン電極114bを有してい
る。
側面に側壁絶縁膜1102が設けられている点と、ソース電極114aおよびドレイン電
極114bが側壁絶縁膜1102に接して設けられている点において、上述の実施の形態
に記載したトランジスタの構造と異なっている。
ス電極114aおよびドレイン電極114bとして用いる導電膜を、酸化物半導体膜10
6、絶縁膜1101および側壁絶縁膜1102上に形成した後、導電膜に対して平坦化処
理(研磨処理とも言える。)を行い導電膜の一部を除去することで、ソース電極114a
およびドレイン電極114bを形成する。そのため、ソース電極114aおよびドレイン
電極114bの形成にフォトリソグラフィ工程を用いる必要がなく、露光機の精度やフォ
トマスクのアライメントズレに影響されずにLoff幅を非常に小さくすることが可能と
なるため、トランジスタ1150のオン電流の低下を抑制することができる。また、当該
構造はトランジスタの微細化に適した構造の一つと言える。
図10(A)乃至図12(B)を用いて、図9に示すトランジスタ1150の作製工程の
一例について説明する。
る(図10(A)参照。)。なお、当該工程は、図2(A)乃至図2(D)および当該図
面の説明内容を参酌して行えばよい。
膜109および、絶縁膜1101を形成するための絶縁膜1100を成膜する(図10(
B)参照。)。なお、絶縁膜1100としては、ゲート絶縁膜108と同じ材料および成
膜方法を用いることができるため、上述の実施の形態にて記載したゲート絶縁膜108の
内容を参酌することができる。
、ゲート電極110および絶縁膜1101を形成する(図10(C)参照。)。また、ゲ
ート電極110および絶縁膜1101を形成するためのレジストマスクをインクジェット
法で形成してもよい。レジストマスクをインクジェット法で形成するとフォトマスクを使
用しないため、製造コストを低減できる。なお、導電膜109および絶縁膜1100のエ
ッチングは、ドライエッチングでもウェットエッチングでもよく、両方を用いてもよい。
ゲート電極110および絶縁膜1101を形成し、その後、側壁絶縁膜1102を形成す
る順序で説明を行うため、図9(B)のように絶縁膜1101と側壁絶縁膜1102が別
の構成要素として記載されているが、絶縁膜1101と側壁絶縁膜1102は同一の膜で
あってもよい。絶縁膜1101と側壁絶縁膜1102を同一の膜とするためには、まずゲ
ート電極110を形成した後に、絶縁膜1101および側壁絶縁膜1102として機能す
る絶縁膜を、ゲート電極110を覆う状態に形成すればよい。なお、当該絶縁膜は、絶縁
膜1101および側壁絶縁膜1102の説明に記載されている材料および形成方法を参酌
することができる。
させる不純物イオン130を、酸化物半導体膜106に添加する。この際、ゲート電極1
10および絶縁膜1101がマスクとして機能するため、酸化物半導体膜106中に低抵
抗領域106cが自己整合的に形成される(図11(A)参照。)。
することにより側壁絶縁膜1102を形成する。側壁絶縁膜1102は、絶縁膜に異方性
の高いエッチング工程を行うことで自己整合的に形成することができる。例えば、ドライ
エッチング法を用いると好ましい。ドライエッチング法に用いるエッチングガスとしては
、例えば、トリフルオロメタン、オクタフルオロシクロブタン、テトラフルオロメタンな
どのフッ素を含むガスが挙げられる。エッチングガスには、希ガスまたは水素を添加して
もよい。ドライエッチング法は、基板に高周波電圧を印加する、反応性イオンエッチング
法(RIE法)を用いると好ましい。
壁絶縁膜1102をマスクとして絶縁膜107を加工し、ゲート絶縁膜108を形成する
ことができる(図11(B)参照。)。なお、側壁絶縁膜1102の形成と同じ工程でゲ
ート絶縁膜108を形成してもよい。
いて、ゲート電極110および絶縁膜1101をマスクに用いて酸化物半導体膜106中
に不純物イオン130を添加したが、側壁絶縁膜1102の形成後にゲート電極110、
絶縁膜1101および側壁絶縁膜1102をマスクに用いて、酸化物半導体膜106中に
不純物イオン130を添加してもよい。こうすることで、側壁絶縁膜1102と重畳する
酸化物半導体膜106の領域を高抵抗領域である106aおよび106bに含めることが
できる。
極114aおよびドレイン電極114b(これと同じ層で形成される配線を含む)を形成
するための導電膜1104を形成し、導電膜1104上に層間絶縁膜802を成膜する(
図11(C)参照。)。なお、導電膜1104としては、例えば、アルミニウム、クロム
、銅、タンタル、チタン、モリブデン、タングステンから選ばれた元素を含む金属膜、ま
たは上述した元素を成分とする金属窒化物膜(窒化チタン膜、窒化モリブデン膜、窒化タ
ングステン膜)等を用いることができる。また、アルミニウム、銅などの金属膜の下側又
は上側の一方または双方にチタン、モリブデン、タングステンなどの高融点金属膜または
それらの金属窒化物膜(窒化チタン膜、窒化モリブデン膜、窒化タングステン膜)を積層
させた構成としても良い。また、ソース電極及びドレイン電極に用いる導電膜は、導電性
の金属酸化物で形成しても良い。導電性の金属酸化物としては酸化インジウム(In2O
3)、酸化スズ(SnO2)、酸化亜鉛(ZnO)、インジウムスズ酸化物(In2O3
−SnO2、ITOと略記する)、インジウム亜鉛酸化物(In2O3−ZnO)を用い
ることができる。ソース電極及びドレイン電極に用いる導電膜は、上記の材料を用いて単
層で又は積層して成膜することができる。形成方法も特に限定されず、蒸着法、CVD法
、スパッタリング法、スピンコート法などの各種成膜方法を用いることができる。なお、
層間絶縁膜802については、実施の形態3にて記載した層間絶縁膜802の材料や成膜
方法を参酌することができる。
縁膜1102上の少なくとも一部の導電膜1104ならびに、少なくとも一部の層間絶縁
膜802を除去することで、導電膜1104は少なくとも絶縁膜1100上または側壁絶
縁膜1102で分断され、ソース電極114aおよびドレイン電極114bがゲート電極
110を挟む状態に形成される(図12(A)参照。)。なお、ここでの平坦化処理は、
実施の形態1にて記載した絶縁膜102に対しての平坦化処理の内容を参酌することがで
きる。
縁膜1101や側壁絶縁膜1102に対して行ってもよい。
縁膜1101および層間絶縁膜802の表面が同一平面に位置しているが、CMP装置に
よりソース電極114a、ドレイン電極114bおよび絶縁膜1101を研磨する場合、
ソース電極114aおよびドレイン電極114bと、絶縁膜1101および層間絶縁膜8
02の研磨スピードが異なる場合、ソース電極114aおよびドレイン電極114bの表
面と、絶縁膜1101および層間絶縁膜802の表面は高さが異なり段差が生じることが
あり、例えば、ソース電極114aおよびドレイン電極114bの表面が絶縁膜1101
の表面より低くなる(凹状となる)場合がある。
ランジスタ1150は、実施の形態1にて記載した特徴以外に、上述のように、トランジ
スタのオン電流の低下を抑制することができる。よって、トランジスタ1150によって
構成される半導体装置の動作特性の向上を図ることができる。そして、酸化物半導体膜を
用いたトランジスタ又は該トランジスタによって構成される半導体装置の性能向上を図る
ことができる。また、ソース電極114aおよびドレイン電極114bの形成にフォトリ
ソグラフィ工程を用いる必要がなく、露光機の精度やフォトマスクのアライメントズレに
影響されずにLoff幅を非常に小さくすることが可能であり、トランジスタの微細化に
適した構造の一つといえる。
縁膜108と同じ材料および成膜方法を用いることができるため、上述のゲート絶縁膜1
08の内容を参酌することができる。なお、酸化アルミニウム膜は外部からの水分の侵入
を抑制する効果が高いため、当該絶縁膜として酸化アルミニウム膜、または酸化アルミニ
ウム膜を含む積層膜を形成することが望ましく、より好ましくは、膜密度が3.2g/c
m3以上、好ましくは3.6g/cm3以上の酸化アルミニウム膜を用いることが望まし
い。なお、当該絶縁膜は、トランジスタ1150の形成前に成膜してもよい。例えば、側
壁絶縁膜1102を形成した後に、導電膜1104、当該絶縁膜、層間絶縁膜802の順
に成膜を行い、その後にCMPなどの平坦化処理を行ってもよい。図9(B)の構造の場
合、仮に、層間絶縁膜802の膜中に水分や水素などの不純物が混入されていても、これ
らの不純物が酸化物半導体膜106に到達することを抑制できるため好ましい。
2を有する構造であってもよい。トランジスタ1150を図12(B)に示す構造とする
ことにより、ソース電極114aおよびドレイン電極114bは、酸化物半導体膜106
の表面側だけでなく、裏面側においても電気的に接続されるため、酸化物半導体膜106
とソース電極114aの接触抵抗および酸化物半導体膜106とドレイン電極114bの
接触抵抗を低減し、かつ接触抵抗のバラツキを低減することができる。これにより、オン
電流が高く、かつ、しきい値電圧のバラツキを抑制された、高性能なトランジスタとする
ことができるため、当該構造は酸化物半導体を用いたトランジスタに適した構造の1つと
言える。
本実施の形態では、上述の実施の形態とは異なる構造の半導体装置及び半導体装置の作製
方法の一形態を、図13および図14を用いて説明する。
図13(A)および図13(B)に、半導体装置の例として、トップゲート構造のトラン
ジスタの平面図および断面図の一例を示す。図13(A)は平面図であり、図13(B)
は、図13(A)におけるA−B断面の断面図である。なお、図13(A)では、煩雑に
なることを避けるため、トランジスタ1350の構成要素の一部(例えば、基板100な
ど)を省略している。
膜102と、酸化物半導体膜106と、酸化物半導体膜106と電気的に接続するソース
電極114aおよびドレイン電極114bと、ゲート絶縁膜108と、少なくとも酸化物
半導体膜と重畳するゲート電極110を有している。
ている点において、上述の実施の形態に記載したトランジスタの構造と異なっている。
れた構造では、ゲート絶縁膜108が加熱処理により酸素を放出する膜であっても、ゲー
ト絶縁膜108の端部から酸素(ゲート絶縁膜108中の過剰酸素。)が放出されてしま
うため、酸化物半導体膜106中の酸素欠損低減効果が少ない場合がある。
膜108が形成された構造とすることで、加熱処理により放出された酸素がゲート絶縁膜
108の端部から放出されてしまうことが無いため、上述の問題を解決できる。
図14を用いて、図13に示すトランジスタ1350の作製工程の一例について説明する
。
参照。)。なお、当該工程は、図2(A)乃至図2(C)および当該図面の説明に対応す
る上述の実施の形態の内容を参酌して行えばよい。
形成し、酸化物半導体膜106ならびにソース電極114aおよびドレイン電極114b
上にゲート絶縁膜108を形成する(図14(B)参照。)。なお、ソース電極114a
およびドレイン電極114bの形成は、図3(D)および当該図面の説明内容を参酌して
行えばよく、ゲート絶縁膜108の形成は、図2(D)および当該図面の説明内容を参酌
して行えばよい。
を形成する(図14(C)参照。)。なお、当該工程は、図3(B)および当該図面の説
明内容を参酌して行えばよい。
トランジスタ1350は、実施の形態1にて記載した特徴以外に、上述のように、ゲート
絶縁膜108を、加熱処理により酸素を放出する膜とした場合において、ゲート絶縁膜1
08から放出される酸素を酸化物半導体膜106に効率的に添加することができるため、
酸素欠損低減効果を高めることができる。
本実施の形態では、実施の形態1乃至実施の形態5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。
15(B)に半導体装置の平面図を、図15(C)に半導体装置の回路図をそれぞれ示す
。ここで、図15(A)は、図15(B)のK−L、及びM−Nにおける断面に相当する
。
ランジスタ1760を有し、上部に第2の半導体材料を用いたトランジスタ1762を有
するものである。トランジスタ1762としては、上述の実施の形態で示すトランジスタ
の構造を適用することができる。ここでは、実施の形態4のトランジスタ1150を用い
た場合の例を記載する。
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(シリコンなど)
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。
るが、pチャネル型トランジスタを用いることができるのはいうまでもない。また、情報
を保持するために酸化物半導体を用いた実施の形態4に示すようなトランジスタ1762
に用いる他、半導体装置に用いられる材料や半導体装置の構造など、半導体装置の具体的
な構成をここで示すものに限定する必要はない。
含む基板1700に設けられたチャネル形成領域1716と、チャネル形成領域1716
を挟むように設けられた不純物領域1720と、不純物領域1720に接する金属間化合
物領域1724と、チャネル形成領域1716上に設けられたゲート絶縁膜1708と、
ゲート絶縁膜1708上に設けられたゲート電極1710と、を有する。なお、図におい
て、明示的にはソース電極やドレイン電極を有しない場合があるが、便宜上、このような
状態を含めてトランジスタと呼ぶ場合がある。また、この場合、トランジスタの接続関係
を説明するために、ソース領域やドレイン領域を含めてソース電極やドレイン電極と表現
することがある。つまり、本明細書において、ソース電極との記載には、ソース領域が含
まれうる。
れており、トランジスタ1760を覆うように絶縁層1728、及び絶縁層1730が設
けられている。なお、トランジスタ1760において、ゲート電極1710の側面に側壁
絶縁層(サイドウォール絶縁層)を設け、不純物濃度が異なる領域を含む不純物領域17
20としてもよい。
当該トランジスタを読み出し用のトランジスタとして用いることで、情報の読み出しを高
速に行うことができる。トランジスタ1760を覆うように絶縁膜を2層形成する。トラ
ンジスタ1762および容量素子1764の形成前の処理として、2層の該絶縁膜にCM
P処理を施して、平坦化した絶縁層1728、絶縁層1730を形成し、同時にゲート電
極1710の上面を露出させる。
酸化アルミニウム膜、酸化窒化アルミニウム膜、窒化シリコン膜、窒化アルミニウム膜、
窒化酸化シリコン膜、窒化酸化アルミニウム膜などの無機絶縁膜を用いることができる。
絶縁層1728、絶縁層1730は、プラズマCVD法又はスパッタリング法等を用いて
形成することができる。
とができる。また上記有機材料の他に、低誘電率材料(low−k材料)等を用いること
ができる。有機材料を用いる場合、スピンコート法、印刷法などの湿式法によって絶縁層
1728、絶縁層1730を形成してもよい。
して酸化シリコン膜を用いる。
とが好ましい。本実施の形態では、研磨処理(例えばCMP処理)により十分に平坦化し
た絶縁層1730(好ましくは絶縁層1730表面の平均面粗さは0.15nm以下)上
に酸化物半導体膜1744を形成する。
トランジスタである。ここで、トランジスタ1762に含まれる酸化物半導体膜1744
は、上述の実施の形態にて記載したように、水分や水素などの不純物が極力除去されて高
純度化されたものであることが望ましい。また、酸素欠損が十分に補填されたものである
ことが好ましい。このような酸化物半導体を用いることで、極めて優れたオフ特性のトラ
ンジスタ1762を得ることができる。
わたり記憶内容を保持することが可能である。つまり、リフレッシュ動作を必要としない
、或いは、リフレッシュ動作の頻度が極めて少ない半導体記憶装置とすることが可能とな
るため、消費電力を十分に低減することができる。
側壁絶縁膜1736aおよび側壁絶縁膜1736b上に設けられた導電膜を化学機械研磨
処理により除去する工程を用いて、ソース電極及びドレイン電極として機能する電極膜1
742aおよび電極膜1742bを形成する。
スタ1762のオン特性を向上させることが可能となる。
電膜を除去する工程において、レジストマスクを用いたエッチング工程を用いないため、
精密な加工を正確に行うことができる。よって、半導体装置の作製工程において、形状や
特性のばらつきを少ない微細な構造を有するトランジスタを歩留まりよく作製することが
できる。
設けられている。本実施の形態では、絶縁膜1750として、酸化アルミニウム膜を用い
る。酸化アルミニウム膜を高密度(膜密度3.2g/cm3以上、好ましくは3.6g/
cm3以上)とすることによって、トランジスタ1762に安定な電気特性を付与するこ
とができる。
1742aと重畳する領域には、導電層1753が設けられており、電極膜1742aと
、層間絶縁膜1735と、絶縁膜1750と、導電層1753とによって、容量素子17
64が構成される。すなわち、トランジスタ1762の電極膜1742aは、容量素子1
764の一方の電極として機能し、導電層1753は、容量素子1764の他方の電極と
して機能する。なお、容量が不要の場合には、容量素子1764を設けない構成とするこ
ともできる。また、容量素子1764は、別途、トランジスタ1762の上方に設けても
よい。
。そして、絶縁膜1752上にはトランジスタ1762と、他のトランジスタを接続する
ための配線1756が設けられている。図15(A)には図示しないが、配線1756は
、層間絶縁膜1735、絶縁膜1750および絶縁膜1752などに形成された開口に形
成された電極を通して電極膜1742bと電気的に接続される。ここで、該電極は、少な
くともトランジスタ1762の酸化物半導体膜1744の一部と重畳するように設けられ
ることが好ましい。
2とは、少なくとも一部が重畳するように設けられており、トランジスタ1760のソー
ス領域またはドレイン領域と酸化物半導体膜1744の一部が重畳するように設けられて
いるのが好ましい。また、トランジスタ1762及び容量素子1764が、トランジスタ
1760の少なくとも一部と重畳するように設けられている。例えば、容量素子1764
の導電層1753は、トランジスタ1760のゲート電極1710と少なくとも一部が重
畳して設けられている。このような平面レイアウトを採用することにより、半導体装置の
占有面積の低減を図ることができるため、高集積化を図ることができる。
756を直接接触させて行ってもよいし、電極膜1742b及び配線1756の間の絶縁
膜に電極を設けて、該電極を介して行ってもよい。また、間に介する電極は、複数でもよ
い。
ス電極とは、電気的に接続され、第2の配線(2nd Line)とトランジスタ176
0のドレイン電極とは、電気的に接続されている。また、第3の配線(3rd Line
)とトランジスタ1762のソース電極またはドレイン電極の一方とは、電気的に接続さ
れ、第4の配線(4th Line)と、トランジスタ1762のゲート電極とは、電気
的に接続されている。そして、トランジスタ1760のゲート電極と、トランジスタ17
62のソース電極またはドレイン電極の一方は、容量素子1764の電極の他方と電気的
に接続され、第5の配線(5th Line)と、容量素子1764の電極の一方は電気
的に接続されている。
能という特徴を生かすことで、次のように、情報の書き込み、保持、読み出しが可能であ
る。
1762がオン状態となる電位にして、トランジスタ1762をオン状態とする。これに
より、第3の配線の電位が、トランジスタ1760のゲート電極、および容量素子176
4に与えられる。すなわち、トランジスタ1760のゲート電極には、所定の電荷が与え
られる(書き込み)。ここでは、異なる二つの電位レベルを与える電荷(以下Lowレベ
ル電荷、Highレベル電荷という)のいずれかが与えられるものとする。その後、第4
の配線の電位を、トランジスタ1762がオフ状態となる電位にして、トランジスタ17
62をオフ状態とすることにより、トランジスタ1760のゲート電極に与えられた電荷
が保持される(保持)。
極の電荷は長時間にわたって保持される。
で、第5の配線に適切な電位(読み出し電位)を与えると、トランジスタ1760のゲー
ト電極に保持された電荷量に応じて、第2の配線は異なる電位をとる。一般に、トランジ
スタ1760をnチャネル型とすると、トランジスタ1760のゲート電極にHighレ
ベル電荷が与えられている場合の見かけのしきい値Vth_Hは、トランジスタ1760
のゲート電極にLowレベル電荷が与えられている場合の見かけのしきい値Vth_Lよ
り低くなるためである。ここで、見かけのしきい値電圧とは、トランジスタ1760を「
オン状態」とするために必要な第5の配線の電位をいうものとする。したがって、第5の
配線の電位をVth_HとVth_Lの間の電位V0とすることにより、トランジスタ1
760のゲート電極に与えられた電荷を判別できる。例えば、書き込みにおいて、Hig
hレベル電荷が与えられていた場合には、第5の配線の電位がV0(>Vth_H)とな
れば、トランジスタ1760は「オン状態」となる。Lowレベル電荷が与えられていた
場合には、第5の配線の電位がV0(<Vth_L)となっても、トランジスタ1760
は「オフ状態」のままである。このため、第2の配線の電位を見ることで、保持されてい
る情報を読み出すことができる。
出せることが必要になる。このように情報を読み出さない場合には、ゲート電極の状態に
かかわらずトランジスタ1760が「オフ状態」となるような電位、つまり、Vth_H
より小さい電位を第5の配線に与えればよい。または、ゲート電極の状態にかかわらずト
ランジスタ1760が「オン状態」となるような電位、つまり、Vth_Lより大きい電
位を第5の配線に与えればよい。
の極めて小さいトランジスタを適用することで、極めて長期にわたり記憶内容を保持する
ことが可能である。つまり、リフレッシュ動作が不要となるか、または、リフレッシュ動
作の頻度を極めて低くすることが可能となるため、消費電力を十分に低減することができ
る。また、電力の供給がない場合(ただし、電位は固定されていることが望ましい)であ
っても、長期にわたって記憶内容を保持することが可能である。
子の劣化の問題もない。例えば、従来の不揮発性メモリのように、フローティングゲート
への電子の注入や、フローティングゲートからの電子の引き抜きを行う必要がないため、
ゲート絶縁膜の劣化といった問題が全く生じない。すなわち、開示する発明に係る半導体
装置では、従来の不揮発性メモリで問題となっている書き換え可能回数に制限はなく、信
頼性が飛躍的に向上する。さらに、トランジスタのオン状態、オフ状態によって、情報の
書き込みが行われるため、高速な動作も容易に実現しうる。
置、及び該半導体装置の作製方法を提供することができる。
宜組み合わせて用いることができる。
本実施の形態においては、実施の形態1乃至実施の形態5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6に示した構成と異なる構成について、図16及び図
17を用いて説明を行う。
を示す概念図である。まず、図16(A)に示す半導体装置について説明を行い、続けて
図16(B)に示す半導体装置について、以下説明を行う。
電極又はドレイン電極とは電気的に接続され、ワード線WLとトランジスタ1762のゲ
ート電極とは電気的に接続され、トランジスタ1762のソース電極又はドレイン電極と
容量素子1764の第1の端子とは電気的に接続されている。
保持を行う場合について説明する。
ンジスタ1762をオン状態とする。これにより、ビット線BLの電位が、容量素子17
64の第1の端子に与えられる(書き込み)。その後、ワード線WLの電位を、トランジ
スタ1762がオフ状態となる電位として、トランジスタ1762をオフ状態とすること
により、容量素子1764の第1の端子の電位が保持される(保持)。
している。このため、トランジスタ1762をオフ状態とすることで、容量素子1764
の第1の端子の電位(あるいは、容量素子1764に蓄積された電荷)を極めて長時間に
わたって保持することが可能である。
遊状態であるビット線BLと容量素子1764とが導通し、ビット線BLと容量素子17
64の間で電荷が再分配される。その結果、ビット線BLの電位が変化する。ビット線B
Lの電位の変化量は、容量素子1764の第1の端子の電位(あるいは容量素子1764
に蓄積された電荷)によって、異なる値をとる。
ト線BLが有する容量成分(以下、ビット線容量とも呼ぶ)をCB、電荷が再分配される
前のビット線BLの電位をVB0とすると、電荷が再分配された後のビット線BLの電位
は、(CB×VB0+C×V)/(CB+C)となる。従って、メモリセル1850の状
態として、容量素子1764の第1の端子の電位がV1とV0(V1>V0)の2つの状
態をとるとすると、電位V1を保持している場合のビット線BLの電位(=CB×VB0
+C×V1)/(CB+C))は、電位V0を保持している場合のビット線BLの電位(
=CB×VB0+C×V0)/(CB+C))よりも高くなることがわかる。
る。
て小さいという特徴から、容量素子1764に蓄積された電荷は長時間にわたって保持す
ることができる。つまり、リフレッシュ動作が不要となるか、または、リフレッシュ動作
の頻度を極めて低くすることが可能となるため、消費電力を十分に低減することができる
。また、電力の供給がない場合であっても、長期にわたって記憶内容を保持することが可
能である。
ル1850を複数有するメモリセルアレイ1851a及び1851bを有し、下部に、メ
モリセルアレイ1851(メモリセルアレイ1851a及び1851b)を動作させるた
めに必要な周辺回路1853を有する。なお、周辺回路1853は、メモリセルアレイ1
851と電気的に接続されている。
51(メモリセルアレイ1851a及び1851b)の直下に設けることができるため半
導体装置の小型化を図ることができる。
は異なる半導体材料を用いるのがより好ましい。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、またはガリウムヒ素等を用いることができ、単結晶半
導体を用いることが好ましい。他に、有機半導体材料などを用いてもよい。このような半
導体材料を用いたトランジスタは、十分な高速動作が可能である。したがって、該トラン
ジスタにより、高速動作が要求される各種回路(論理回路、駆動回路など)を好適に実現
することが可能である。
セルアレイ1851aと、メモリセルアレイ1851b)が積層された構成を例示したが
、積層するメモリセルの数はこれに限定されない。3つ以上のメモリセルを積層する構成
としても良い。
説明を行う。
0の断面図を、図17(B)にメモリセル1850の平面図をそれぞれ示す。ここで、図
17(A)は、図17(B)のO−P、及びQ−Rにおける断面に相当する。
形態4で示した構成と同一の構成とすることができる。
、絶縁膜1750を介して、トランジスタ1762の電極膜1742aと重畳する領域に
は、導電層1753が設けられており、電極膜1742aと、層間絶縁膜1735と、絶
縁膜1750と、導電層1753とによって、容量素子1764が構成される。すなわち
、トランジスタ1762の電極膜1742aは、容量素子1764の一方の電極として機
能し、導電層1753は、容量素子1764の他方の電極として機能する。
。そして、絶縁膜1752上にはメモリセル1850と、隣接するメモリセル1850を
接続するための配線1756が設けられている。図示しないが、配線1756は、絶縁膜
1750、絶縁膜1752および層間絶縁膜1735などに形成された開口を介してトラ
ンジスタ1762の電極膜1742bと電気的に接続されている。但し、開口に他の導電
層を設け、該他の導電層を介して、配線1756と電極膜1742bとを電気的に接続し
てもよい。なお、配線1756は、図16(A)の回路図におけるビット線BLに相当す
る。
隣接するメモリセルに含まれるトランジスタのソース電極としても機能することができる
。このような平面レイアウトを採用することにより、半導体装置の占有面積の低減を図る
ことができるため、高集積化を図ることができる。
を図ることができるため、高集積化を図ることができる。
ンジスタにより形成されている。酸化物半導体を用いたトランジスタは、オフ電流が小さ
いため、これを用いることにより長期にわたり記憶内容を保持することが可能である。つ
まり、リフレッシュ動作の頻度を極めて低くすることが可能となるため、消費電力を十分
に低減することができる。
作が可能なトランジスタ)を用いた周辺回路と、酸化物半導体を用いたトランジスタ(よ
り広義には、十分にオフ電流が小さいトランジスタ)を用いた記憶回路とを一体に備える
ことで、これまでにない特徴を有する半導体装置を実現することができる。また、周辺回
路と記憶回路を積層構造とすることにより、半導体装置の集積化を図ることができる。
置、及び該半導体装置の作製方法を提供することができる。
である。
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18乃至図21を用いて説明する。
などにSRAMまたはDRAMが使用されている。SRAMまたはDRAMが使用される
理由としてはフラッシュメモリでは応答が遅く、画像処理では不向きであるためである。
一方で、SRAMまたはDRAMを画像データの一時記憶に用いた場合、以下の特徴があ
る。
乃至トランジスタ2006の6個のトランジスタで構成されており、それをXデコーダー
2007、Yデコーダー2008にて駆動している。トランジスタ2003とトランジス
タ2005、トランジスタ2004とトランジスタ2006はインバータを構成し、高速
駆動を可能としている。しかし1つのメモリセルが6トランジスタで構成されているため
、セル面積が大きいという欠点がある。デザインルールの最小寸法をFとしたときにSR
AMのメモリセル面積は通常、100〜150F2である。このためSRAMはビットあ
たりの単価が各種メモリの中で最も高い。
、保持容量2012によって構成され、それをXデコーダー2013、Yデコーダー20
14にて駆動している。1つのセルが1つのトランジスタと1つの容量の構成になってお
り、面積が小さい。DRAMのメモリセル面積は通常、10F2以下である。ただし、D
RAMは常にリフレッシュが必要であり、書き換えをおこなわない場合でも電力を消費す
る。
、且つ頻繁なリフレッシュは不要である。したがって、メモリセル面積が縮小され、且つ
消費電力が低減することができる。
ログベースバンド回路2102、デジタルベースバンド回路2103、バッテリー210
4、電源回路2105、アプリケーションプロセッサ2106、フラッシュメモリ211
0、ディスプレイコントローラ2111、メモリ回路2112、ディスプレイ2113、
タッチセンサ2119、音声回路2117、キーボード2118などより構成されている
。ディスプレイ2113は表示部2114、ソースドライバ2115、ゲートドライバ2
116によって構成されている。アプリケーションプロセッサ2106はCPU2107
、DSP2108、インターフェイス2109(IFとも記載する。)を有している。一
般にメモリ回路2112はSRAMまたはDRAMで構成されており、この部分に先の実
施の形態で説明した半導体装置を採用することによって、情報の書き込みおよび読み出し
が高速で、長期間の記憶保持が可能で、且つ消費電力が十分に低減することができる。
使用した例を示す。図20に示すメモリ回路2250は、メモリ2252、メモリ225
3、スイッチ2254、スイッチ2255およびメモリコントローラ2251により構成
されている。また、メモリ回路は、信号線から入力された画像データ(入力画像データ)
、メモリ2252、及びメモリ2253に記憶されたデータ(記憶画像データ)を読み出
し、及び制御を行うディスプレイコントローラ2256と、ディスプレイコントローラ2
256からの信号により表示するディスプレイ2257が接続されている。
る(入力画像データA)。入力画像データAは、スイッチ2254を介してメモリ225
2に記憶される。そしてメモリ2252に記憶された画像データ(記憶画像データA)は
、スイッチ2255、及びディスプレイコントローラ2256を介してディスプレイ22
57に送られ、表示される。
期でメモリ2252からスイッチ2255を介して、ディスプレイコントローラ2256
から読み出される。
に変更が有る場合)、アプリケーションプロセッサは新たな画像データ(入力画像データ
B)を形成する。入力画像データBはスイッチ2254を介してメモリ2253に記憶さ
れる。この間も定期的にメモリ2252からスイッチ2255を介して記憶画像データA
は読み出されている。メモリ2253に新たな画像データ(記憶画像データB)が記憶し
終わると、ディスプレイ2257の次のフレームより、記憶画像データBは読み出され、
スイッチ2255、及びディスプレイコントローラ2256を介して、ディスプレイ22
57に記憶画像データBが送られ、表示がおこなわれる。この読み出しはさらに次に新た
な画像データがメモリ2252に記憶されるまで継続される。
ータの読み出しを行うことによって、ディスプレイ2257の表示をおこなう。なお、メ
モリ2252及びメモリ2253はそれぞれ別のメモリには限定されず、1つのメモリを
分割して使用してもよい。先の実施の形態で説明した半導体装置をメモリ2252及びメ
モリ2253に採用することによって、情報の書き込みおよび読み出しが高速で、長期間
の記憶保持が可能で、且つ消費電力が十分に低減することができる。
、マイクロプロセッサ2303、フラッシュメモリ2304、音声回路2305、キーボ
ード2306、メモリ回路2307、タッチパネル2308、ディスプレイ2309、デ
ィスプレイコントローラ2310によって構成される。
ることができる。メモリ回路2307の役割は書籍の内容を一時的に保持する機能を持つ
。機能の例としては、ユーザーがハイライト機能を使用する場合などがある。ユーザーが
電子書籍を読んでいるときに、特定の箇所にマーキングをしたい場合がある。このマーキ
ング機能をハイライト機能と言い、表示の色を変える、アンダーラインを引く、文字を太
くする、文字の書体を変えるなどによって、周囲との違いを示すことである。ユーザーが
指定した箇所の情報を記憶し、保持する機能である。この情報を長期に保存する場合には
フラッシュメモリ2304にコピーしても良い。このような場合においても、先の実施の
形態で説明した半導体装置を採用することによって、情報の書き込みおよび読み出しが高
速で、長期間の記憶保持が可能で、且つ消費電力が十分に低減することができる。
載されている。このため、読み出しが高速で、長期間の記憶保持が可能で、且つ消費電力
を低減した携帯機器が実現される。
合わせて用いることができる。
本明細書等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、例えば、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
メラ等のカメラ、デジタルフォトフレーム、携帯電話機(携帯電話、携帯電話装置ともい
う)、携帯型ゲーム機、携帯情報端末、音響再生装置、パチンコ機などの大型ゲーム機な
どが挙げられる。上記実施の形態で説明した半導体装置を具備する電子機器の例について
説明する。
表示部2503a、第2の表示部2503bなどによって構成されている。筐体2501
と筐体2502の内部には、様々な電子部品(例えば、CPU、MPU、記憶素子など。
)が組み込まれている。また、第1の表示部2503aと第2の表示部2503bには、
画像を表示するために必要な電子回路(例えば、駆動回路や選択回路など。)が搭載され
ている。これら電子部品や電子回路の中に、上述の実施の形態で示した半導体装置を適用
することにより、信頼性の高い携帯型の情報端末とすることができる。なお、先の実施の
形態に示す半導体装置は、筐体2501、筐体2502の少なくとも一に設けられていれ
ばよい。
チ入力機能を有するパネルとなっており、例えば図22(B)のように、第1の表示部2
503aに表示される選択ボタン2504により「タッチ入力」を行うか、「キーボード
入力」を行うかを選択できる。選択ボタンは様々な大きさで表示できるため、幅広い世代
の人が使いやすさを実感できる。ここで、例えば「キーボード入力」を選択した場合、図
22(B)のように第1の表示部2503aにはキーボード2505が表示される。これ
により、従来の情報端末と同様に、キー入力による素早い文字入力などが可能となる。
筐体2502を分離することができる。これにより、筐体2502を壁に掛けて大人数で
画面情報を共有しながら、筐体2501で画面情報をコントロールするといった操作が可
能となり、非常に便利である。なお、当該装置を使用しない場合は、第1の表示部250
3a及び第2の表示部2503bが向かい合うように、筐体2501および筐体2502
を重ねた状態とすることが好ましい。これにより、外部より加わる衝撃などから第1の表
示部2503a及び第2の表示部2503bを保護することができる。
像など)を表示する機能、カレンダー、日付又は時刻などを表示部に表示する機能、表示
部に表示した情報を操作又は編集する機能、様々なソフトウェア(プログラム)によって
処理を制御する機能、等を有することができる。また、筐体の裏面や側面に、外部接続用
端子(イヤホン端子、USB端子など)、記録媒体挿入部などを備える構成としてもよい
。
してもよい。無線により、電子書籍サーバから、所望の書籍データなどを購入し、ダウン
ロードする構成とすることも可能である。
や無線機能を持たせ、携帯電話として用いてもよい。
21および筐体2523の2つの筐体で構成されている。筐体2521および筐体252
3は、軸部2522により一体とされており、該軸部2522を軸として開閉動作を行う
ことができる。このような構成により、紙の書籍のような動作を行うことが可能となる。
込まれている。表示部2525および表示部2527は、続き画面を表示する構成として
もよいし、異なる画面を表示する構成としてもよい。異なる画面を表示する構成とするこ
とで、例えば右側の表示部(図22(C)では表示部2525)に文章を表示し、左側の
表示部(図22(C)では表示部2527)に画像を表示することができる。上述の実施
の形態で示した半導体装置を適用することにより、信頼性の高い電子書籍2520とする
ことができる。
筐体2521において、電源2526、操作キー2528、スピーカー2529などを備
えている。操作キー2528により、頁を送ることができる。なお、筐体の表示部と同一
面にキーボードやポインティングデバイスなどを備える構成としてもよい。また、筐体の
裏面や側面に、外部接続用端子(イヤホン端子、USB端子など)、記録媒体挿入部など
を備える構成としてもよい。さらに、電子書籍2520は、電子辞書としての機能を持た
せた構成としてもよい。
電子書籍サーバから、所望の書籍データなどを購入し、ダウンロードする構成とすること
も可能である。
フォン2532と、タッチパネルを備えた表示部2533と、スピーカー2534と、カ
メラ用レンズ2535と、を具備し、携帯型電話機としての機能を有する。上述の実施の
形態で示した半導体装置を適用することにより、信頼性の高いスマートフォンとすること
ができる。
と同一面上にカメラ用レンズ2535を備えているため、テレビ電話が可能である。スピ
ーカー2534及びマイクロフォン2532は音声通話に限らず、テレビ電話、録音、再
生などが可能である。
続可能であり、充電及びパーソナルコンピュータなどとのデータ通信が可能である。また
、外部メモリスロット(図示せず)に記録媒体を挿入し、より大量のデータ保存及び移動
に対応できる。
よい。
イッチ2543、バッテリー2544などによって構成されている。上述の実施の形態で
示した半導体装置を適用することにより、信頼性の高いデジタルビデオカメラとすること
ができる。
筐体2551に表示部2553が組み込まれている。表示部2553により、映像を表示
することが可能である。また、ここでは、スタンド2555により筐体2551を支持し
た構成を示している。上述の実施の形態で示した半導体装置を適用することにより、信頼
性の高いテレビジョン装置2550とすることができる。
コン操作機により行うことができる。また、リモコン操作機に、当該リモコン操作機から
出力する情報を表示する表示部を設ける構成としてもよい。
より一般のテレビ放送の受信を行うことができ、さらにモデムを介して有線または無線に
よる通信ネットワークに接続することにより、一方向(送信者から受信者)または双方向
(送信者と受信者間、あるいは受信者間同士など)の情報通信を行うことも可能である。
宜組み合わせて用いることができる。
ト抵抗測定結果および、X線光電子分光法(XPS:X−ray Photoelect
ron Spectroscopy)を用いて組成分析を行った結果について説明する。
したターゲットについて、異なるガス流量(酸素33%、酸素100%)でスパッタリン
グを行って、酸化物半導体膜をガラス基板上に成膜してサンプルを作製した。
ZOターゲットと、In:Ga:Zn=1:1:1[原子数比]のIGZOターゲットに
2重量%のSiO2を添加したターゲットと、In:Ga:Zn=1:1:1[原子数比
]のIGZOターゲットに5重量%のSiO2を添加したターゲットを用いた。
sccm/5sccmとして酸化物半導体膜のスパッタリング成膜を行った。また、その
他の成膜条件は、全サンプル共通で、基板温度:200℃、成膜電力:100W(DC電
源)、成膜圧力:0.4Pa、膜厚:100nmとした。
プルL、SiO2を2重量%添加したターゲットを用いて酸素100%の雰囲気で成膜し
たサンプルM、SiO2を5重量%添加したターゲットを用いて酸素100%の雰囲気で
成膜したサンプルN、SiO2を添加しないターゲットを用いて酸素33%の雰囲気で成
膜したサンプルO、SiO2を2重量%添加したターゲットを用いて酸素33%の雰囲気
で成膜したサンプルP、SiO2を5重量%添加したターゲットを用いて酸素33%の雰
囲気で成膜したサンプルQを作製した。
った。当該加熱処理は、450℃のN2雰囲気で1時間の加熱を行った後、450℃のO
2雰囲気で1時間の加熱を行った。
プルL乃至サンプルQのシート抵抗の測定結果を図26のグラフに示す。図26のグラフ
の縦軸にはシート抵抗(Ω/□)をとり、横軸にはターゲット中のSiO2濃度(wt%
)をとっている。
シート抵抗も増加する傾向が見られる。ターゲットにSiO2が添加されていないサンプ
ルLおよびサンプルOでは、シート抵抗が8×105Ω/□乃至1×106Ω/□程度で
あり、トランジスタなどの活性層として用いることができるシート抵抗となった。また、
ターゲット中のSiO2濃度が2重量%のサンプルMおよびサンプルPでも、シート抵抗
が1×106Ω/□乃至3×106Ω/□程度であり、トランジスタなどの活性層として
用いることができるシート抵抗となった。しかし、ターゲット中のSiO2濃度が5重量
%のサンプルNおよびサンプルQでは、シート抵抗が測定上限より大きく、トランジスタ
などの活性層として用いた場合オン電流が低下するおそれがある。
は低い方が好ましく、例えば、ターゲット中のSiO2濃度は2重量%程度以下とすれば
よい。
をシリコン基板上に成膜してサンプルを作製し、XPSを用いて組成分析を行った。
ZOターゲットに2重量%のSiO2を添加したターゲットと、In:Ga:Zn=1:
1:1[原子数比]のIGZOターゲットに5重量%のSiO2を添加したターゲットを
用いた。
(DC電源)、成膜圧力:0.4Pa、膜厚:15nmとした。
たサンプルR、SiO2を5重量%添加したターゲットを用いて酸素100%の雰囲気で
成膜したサンプルSを作製した。
の酸化物半導体膜中のシリコンの濃度は、1.1原子%であり、サンプルSの酸化物半導
体膜中のシリコンの濃度は、2.6原子%であった。つまり、SiO2を2重量%添加し
たターゲットを用いた酸化物半導体膜中のシリコンの濃度は、1.1原子%であり、Si
O2を5重量%添加したターゲットを用いた酸化物半導体膜中のシリコンの濃度は、2.
6原子%であった。
ミキシングなどによって酸化物半導体膜の絶縁膜との界面近傍(バックチャネル側とも表
現できる。)にシリコンなどの不純物が混入した場合、酸化物半導体膜の膜厚が薄いため
チャネル領域に悪影響を及ぼし、オン電流が低下するなどのように、トランジスタの電気
特性を低下させるおそれがある。よって、酸化物半導体膜の絶縁膜との界面近傍において
、上記のようにシリコンの濃度を低減させることが重要である。
体膜を成膜する際に生じるミキシングが原因であると記載したが、酸化物半導体膜を成膜
後に基板を加熱処理することで、絶縁膜構成元素が酸化物半導体中に拡散している可能性
もある。そこで、本実施例では、酸化物半導体膜中への絶縁膜構成元素の混入が熱拡散に
起因するか否かを調査した実験についての説明を行う。
て、SIMS分析を行った結果について説明する。
n:Ga:Zn=2:1:3)を用い、サンプルBとしてIn−Ga−Zn系酸化物ター
ゲット(原子数比がIn:Ga:Zn=3:1:2)、サンプルCとして、In−Sn−
Zn系酸化物(原子数比がIn:Sn:Zn=2:1:3)を用いた。また、標準サンプ
ルDとして、シリコンが添加されたIn−Ga−Zn系酸化物ターゲット(原子数比がI
n:Ga:Zn=1:1:1)を用いた。
うことにより、各サンプルに含まれるシリコンの濃度を調べた。
。
、サンプルBのシリコンの濃度は、3×1017atoms/cm3、サンプルCのシリ
コンの濃度は、2×1017atoms/cm3、サンプルDのシリコンの濃度は、2×
1018atoms/cm3であることがわかった。なお、本実施例のサンプルA乃至サ
ンプルCのSIMS分析結果は、標準サンプルDにより定量した結果である。
した際に、ターゲット中に含まれるシリコン以外のシリコン(例えば、ミキシングにより
混入した絶縁膜中のシリコン)が酸化物半導体膜中に含まれるか否かを判断する材料とし
て用いることができる。
る酸化物ターゲット)を用いて成膜した酸化物半導体膜において、膜中のシリコン濃度が
4×1018atoms/cm3より高い場合、ターゲット以外の部分からシリコンが混
入されていると判断できる。
および結果を記載する。
備した後、熱処理を行わないサンプル(以下、サンプルEと呼称する。)、450℃の熱
処理を行ったサンプル(以下、サンプルFと呼称する。)、650℃の熱処理を行ったサ
ンプル(以下、サンプルGと呼称する。)を作製した。そして、各サンプルについて、飛
行時間型二次イオン質量分析法(ToF−SIMS:Time−of−flight s
econdary ion mass spectrometer)を用いて、酸化物半
導体膜中のゲート絶縁膜との界面近傍におけるシリコン濃度を測定した。
機械研磨(CMP:Chemical Mechanical Polishing)装
置を用いて表面の平坦性を高め、IGZO膜204を成膜し、最後に熱処理を行ったもの
である。
の成膜条件は、基板温度:100℃、ガス流量:Ar/O2=25sccm/25scc
m、成膜電力:1.5kW(RF電源)、成膜圧力:0.4Pa、膜厚:300nmとし
た。なお、スパッタリングターゲットとしては、酸化シリコンターゲットを用いた。なお
、酸化シリコン膜202を形成する前に、希弗酸にてシリコン基板200表面に形成され
た酸化膜を除去した。
件は、基板温度:200℃、ガス流量:Ar/O2=30sccm/15sccm、成膜
電力:0.5kW(DC電源)、成膜圧力:0.4Pa、膜厚:15nmとした。なお、
スパッタリングターゲットとしては、In:Ga:Zn=3:1:2[原子数比]の酸化
物ターゲットを用いた。
は、サンプルFについては、加熱温度:450℃、加熱時間:1時間とし、サンプルGに
ついては、加熱温度:650℃、加熱時間:1時間とした。なお、加熱雰囲気は、両サン
プルとも窒素および酸素の混合雰囲気とした。また、サンプルEは、加熱処理を行ってい
ない。
F−SIMS測定を行い、酸化シリコン膜との界面近傍におけるIGZO膜中のシリコン
濃度を測定した。結果を図29に示す。
コン濃度は、実施例1にて記載したIn−Ga−Zn系酸化物ターゲット(原子数比がI
n:Ga:Zn=3:1:2)中に含まれるシリコン濃度である3×1017atoms
/cm3よりも高くなっていることが確認できる。したがって、ゲート絶縁膜界面近傍の
酸化物半導体膜中にて測定されたシリコンは、In−Ga−Zn系酸化物ターゲット起因
のシリコンではないと言える。
行ったサンプル(サンプルFおよびサンプルG)において、酸化シリコン膜界面近傍にお
ける、IGZO膜中のシリコン濃度の傾き(Si濃度勾配とも言える。)に、特異な差は
確認されない。したがって、酸化物半導体膜中への絶縁膜構成元素の混入は、熱拡散に起
因するものではなくミキシングに起因するものであると言える。
、酸化物半導体膜の成膜電力を弱くすることで抑制できるかを調査した実験についての説
明を行う。
条件(1kW、5kW、9kWおよび1kW+5kW)で成膜した後に、各基板に対して
熱処理を行い4種類のサンプルを作製した。そして、各サンプルについて、酸化物半導体
膜中のゲート絶縁膜との界面近傍におけるシリコン濃度を、ToF−SIMS法を用いて
測定した。
に、IGZO膜304を成膜し、最後に熱処理を行ったものである。
リコン膜302の成膜条件は、基板温度:325℃、ガス流量:SiH4/N2O/Ar
=250sccm/2500sccm/2500sccm、成膜電力:5kW×4台(マ
イクロ波電源)、成膜圧力:30Pa、膜厚:100nmとした。なお、酸化窒化シリコ
ン膜302を形成する前に、ガラス基板300表面を洗浄してパーティクル等を除去した
。
件は、基板温度:170℃、ガス流量:Ar/O2=100sccm/100sccm、
成膜圧力:0.6Pa、膜厚:35nmとし、1kW、5kW、9kWおよび1kW+5
kWの4条件の電力で成膜を行った(共に、AC電源使用)。なお、スパッタリングター
ゲットとしては、In:Ga:Zn=1:1:1[原子数比]の酸化物ターゲットを用い
た。
その後の30nmの成膜を5kWの電力で成膜したことを表す。また、以下では、酸化物
半導体膜を9kWで成膜したサンプルをサンプルH、5kWで成膜したサンプルをサンプ
ルI、1kWで成膜したサンプルをサンプルJ、1kW+5kWで成膜したサンプルをサ
ンプルKと呼称する。
は、まず、加熱温度:450℃、加熱雰囲気:N2の条件で1時間の加熱を行った後、加
熱温度:650℃、加熱雰囲気:N2+O2の条件で、1時間の加熱を行った。
F−SIMS測定を行い、酸化窒化シリコン膜との界面近傍におけるIGZO膜中のシリ
コン濃度を測定した。結果を図31に示す。なお、図31(B)は図31(A)の一部分
を拡大した図である。
濃度は、実施例1にて記載したIn−Ga−Zn系酸化物ターゲット(原子数比がIn:
Ga:Zn=1:1:1)中に含まれるシリコン濃度である2×1018atoms/c
m3よりも高くなっていることが確認できる。したがって、ゲート絶縁膜界面近傍のIG
ZO膜中にて測定されたシリコンは、In−Ga−Zn系酸化物ターゲット起因のシリコ
ンではないと言える。
、成膜電力を弱くするに従い低下する傾向が確認された。したがって、酸化物半導体膜の
成膜電力を弱くすることにより、ミキシングによって生じる酸化物半導体膜中への絶縁膜
構成元素の混入を抑制できることが確認された。
階は弱い電力で酸化物半導体膜を成膜し、その後、成膜電力を高めて酸化物半導体膜を成
膜しても、ミキシングによって生じる酸化物半導体膜中への絶縁膜構成元素の混入を抑制
できることが確認された。
ことが好ましいが、CAAC−OS膜中にシリコンが混入することで、CAAC−OS膜
の結晶構造が変化することが懸念される。
にシリコンがどの程度の濃度で混入すると酸化物半導体膜の結晶構造が失われるかを計算
した結果について説明する。
通株式会社の「SCIGRESS−ME」を用いた。
ル(図32(A)参照。)を用いた。なお、当該モデルの密度は6.36g/cm3であ
る。
て、In原子2個、Ga原子2個、Zn原子2個および酸素原子8個をSi原子に置き換
えたサンプル(以下、サンプルAと記載する。)と、In原子3個、Ga原子3個、Zn
原子3個および酸素原子12個をSi原子に置き換えたサンプル(以下、サンプルBと記
載する。)について、初期構造および2nsec後の構造を計算した。
52重量%)であり、サンプルBで置換したSiは、全体構造の1.25原子%(0.7
9重量%)である。
2(A)および図32(B)に示すと共に、図32(C)に、In原子、Ga原子、Zn
原子およびO原子をSi原子に置換していない場合のサンプル(以下、サンプルCと記載
する)の構造を示す。
様に高い結晶性を有していることが確認される。
説明する。
該構造が結晶性を有している否かを調査するため、当該構造に対して動径分布関数g(r
)を求めた。
の原子が存在する確率密度を表す関数であり、原子同士の相関がなくなっていくと、g(
r)は1に近づく。
横軸が距離r(nm)、縦軸が動径分布関数g(r)である。なお、図中の実線はサンプ
ルAの動径分布関数を表す線であり、破線はサンプルCの動径分布関数を表す線である。
径分布関数と同様にr(nm)が長距離になっても秩序がある(ピークがある、とも表現
できる。)。このことより、結晶性を保っていることが示唆される。
当該構造における動径分布関数g(r)の計算結果を示す。なお、図34(B)の実線は
サンプルBの動径分布関数を表す線であり、破線はサンプルCの動径分布関数を表す線で
ある。
初期状態におけるサンプルBの構造と比較して、明らかに構造が変化していることが分か
る。
(nm)が長距離になることで秩序が無くなり平坦な線となっている(ピークが消失して
いる、とも表現できる。)。このことより、結晶性が保たれていない(つまり、アモルフ
ァス化している)ことが示唆される。
縁膜との界面から酸化物半導体膜に向けてシリコンの濃度が1.1原子%以下の濃度で分
布する領域を有することが好ましい旨の説明を行ったが、本実施例の結果より、半導体層
としてCAAC−OS膜のように高い結晶性を備えた酸化物半導体膜を使用する場合は、
ゲート絶縁膜との界面から酸化物半導体膜に向けてシリコンの濃度が0.83原子%以下
の濃度で分布する領域を有する構造とすることが、より好ましいことが確認された。
102 絶縁膜
106 酸化物半導体膜
106a 領域
106b 領域
106c 低抵抗領域
107 絶縁膜
108 ゲート絶縁膜
109 導電膜
110 ゲート電極
114a ソース電極
114b ドレイン電極
130 不純物イオン
150 トランジスタ
200 シリコン基板
202 酸化シリコン膜
204 IGZO膜
300 ガラス基板
302 酸化窒化シリコン膜
304 IGZO膜
602 導電膜
650 トランジスタ
800 層間絶縁膜
802 層間絶縁膜
850 トランジスタ
1100 絶縁膜
1101 絶縁膜
1102 側壁絶縁膜
1104 導電膜
1150 トランジスタ
1350 トランジスタ
1700 基板
1706 素子分離絶縁層
1708 ゲート絶縁膜
1710 ゲート電極
1716 チャネル形成領域
1720 不純物領域
1724 金属間化合物領域
1728 絶縁層
1730 絶縁層
1735 層間絶縁膜
1736a 側壁絶縁膜
1736b 側壁絶縁膜
1737 絶縁膜
1742a 電極膜
1742b 電極膜
1744 酸化物半導体膜
1748 ゲート電極
1750 絶縁膜
1752 絶縁膜
1753 導電層
1756 配線
1760 トランジスタ
1762 トランジスタ
1764 容量素子
1850 メモリセル
1851 メモリセルアレイ
1851a メモリセルアレイ
1851b メモリセルアレイ
1853 周辺回路
2001 トランジスタ
2002 トランジスタ
2003 トランジスタ
2004 トランジスタ
2005 トランジスタ
2006 トランジスタ
2007 Xデコーダー
2008 Yデコーダー
2011 トランジスタ
2012 保持容量
2013 Xデコーダー
2014 Yデコーダー
2101 RF回路
2102 アナログベースバンド回路
2103 デジタルベースバンド回路
2104 バッテリー
2105 電源回路
2106 アプリケーションプロセッサ
2107 CPU
2108 DSP
2109 インターフェイス
2110 フラッシュメモリ
2111 ディスプレイコントローラ
2112 メモリ回路
2113 ディスプレイ
2114 表示部
2115 ソースドライバ
2116 ゲートドライバ
2117 音声回路
2118 キーボード
2119 タッチセンサ
2250 メモリ回路
2251 メモリコントローラ
2252 メモリ
2253 メモリ
2254 スイッチ
2255 スイッチ
2256 ディスプレイコントローラ
2257 ディスプレイ
2301 バッテリー
2302 電源回路
2303 マイクロプロセッサ
2304 フラッシュメモリ
2305 音声回路
2306 キーボード
2307 メモリ回路
2308 タッチパネル
2309 ディスプレイ
2310 ディスプレイコントローラ
2501 筐体
2502 筐体
2503a 第1の表示部
2503b 第2の表示部
2504 選択ボタン
2505 キーボード
2520 電子書籍
2521 筐体
2522 軸部
2523 筐体
2525 表示部
2526 電源
2527 表示部
2528 操作キー
2529 スピーカー
2530 筐体
2531 ボタン
2532 マイクロフォン
2533 表示部
2534 スピーカー
2535 カメラ用レンズ
2536 外部接続端子
2541 本体
2542 表示部
2543 操作スイッチ
2544 バッテリー
2550 テレビジョン装置
2551 筐体
2553 表示部
2555 スタンド
Claims (3)
- シリコンを含む絶縁膜と、
前記絶縁膜上の、インジウムとガリウムと亜鉛とを有する酸化物半導体膜と、
前記酸化物半導体膜上のゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜上の、少なくとも前記酸化物半導体膜と重畳するゲート電極と、を有し、
前記酸化物半導体膜は、前記絶縁膜との界面から前記酸化物半導体膜に向けてシリコン濃度が1.1原子%以下の濃度で分布する第1の領域を有し、
前記酸化物半導体膜は、前記第1の領域とは異なる第2の領域を有し、
前記第2の領域に含まれるシリコンの濃度は、前記第1の領域に含まれるシリコンの濃度よりも小さい半導体装置。 - シリコンを含む絶縁膜と、
前記絶縁膜上の、インジウムとガリウムと亜鉛とを有する酸化物半導体膜と、
前記酸化物半導体膜上のゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜上の、少なくとも前記酸化物半導体膜と重畳するゲート電極と、を有し、
前記酸化物半導体膜は、第1の領域と、第2の領域とを有し、
前記第1の領域は、前記第2の領域よりも前記絶縁膜側に位置し、
前記第1の領域に含まれるシリコンの濃度は、1.1原子%以下であり、
前記第2の領域に含まれるシリコンの濃度は、前記第1の領域に含まれるシリコンの濃度よりも小さい半導体装置。 - 請求項1または請求項2において、
前記第1の領域に含まれるシリコンの濃度が0.1原子%以下である半導体装置。
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