JP2018117158A - 半導体装置 - Google Patents
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Abstract
Description
る半導体装置に関する。例えば、酸化物半導体でチャネル形成領域が形成される、トラン
ジスタ若しくはトランジスタを含んで構成される回路を有する半導体装置に関する。また
、LSIや、CPUや、電源回路に搭載されるパワーデバイスや、メモリ、サイリスタ、
コンバータ、イメージセンサなどを含む半導体集積回路、液晶表示パネルに代表される電
気光学装置や発光素子を有する発光表示装置を部品として搭載した電子機器に関する。
置全般を指し、電気光学装置、及び半導体回路は全て半導体装置である。
CPUは、半導体ウェハーから切り離された半導体集積回路(少なくともトランジスタ及
びメモリ)を有し、接続端子である電極が形成された半導体素子の集合体である。
ト配線板に実装され、様々な電子機器の部品の一つとして用いられる。
ている。例えば、酸化物半導体として酸化亜鉛(ZnO)を用いるトランジスタや、In
GaO3(ZnO)mを用いるトランジスタが挙げられる。これらの酸化物半導体を用い
たトランジスタを、透光性を有する基板上に形成し、画像表示装置のスイッチング素子な
どに用いる技術が特許文献1、及び特許文献2で開示されている。
リ、容量などの各構成を積層させ、多層化された構造(以下、積層型の半導体装置)を用
いることにより、単位面積あたりの記憶容量を増加させる。また、例えば、該トランジス
タにN型のトランジスタを用いる場合には、0Vにできるだけ近い正のゲート電圧でチャ
ネルが形成されることが望ましい。トランジスタのしきい値電圧の値がマイナスであると
、ゲート電圧が0Vでもソース電極とドレイン電極の間に電流が流れる、所謂ノーマリー
オンとなりやすい。
あり、この電気特性が半導体装置の消費電力を左右する。特に、トランジスタの電気特性
の一である、しきい値電圧が重要である。電界効果移動度が高くとも、しきい値電圧の値
がマイナスであると、回路として制御することが困難である。負の電圧状態でもチャネル
が形成されてドレイン電流が流れるトランジスタは、半導体装置の集積回路に用いるトラ
ンジスタとしては不向きである。
導体膜中に酸素欠損があると、しきい値電圧がマイナス方向にシフトするといった問題が
ある。そのため、酸化物半導体膜中の酸素欠損を補填するために、酸化物半導体膜に接し
た膜から酸素を供給する方法がある。
へ酸素が拡散すると、当該酸化物半導体膜へ効率よく酸素供給が行えないといった問題が
あった。また、酸化物半導体膜以外へ拡散した酸素が、例えば、ソース電極及びドレイン
電極、ならびに接続電極等の金属材料にも与えられると当該金属材料が酸化してしまう。
適に酸素を供給することで、該酸化物半導体膜の酸素欠損を補填し、電気特性の安定した
トランジスタを提供することを目的の一とする。また、当該トランジスタに接続された配
線、及び電極等への酸素の拡散を抑制し、信頼性の高い半導体装置を提供することを目的
の一とする。また、該半導体装置を用いた電子機器を提供することを目的の一とする。
チャネル形成領域として含むトランジスタにおいて、チャネル形成領域に接して酸化物絶
縁膜を形成し、該酸化物絶縁膜より酸化物半導体膜に酸素を供給する。また、チャネル形
成領域の外周の少なくとも一部には酸素バリア膜を形成することで、トランジスタに接続
された配線、及び電極等への酸素の拡散を抑制することができる。より詳細には以下の通
りである。
第1のトランジスタと、第1のトランジスタの上方に設けられ、第2の半導体材料により
形成された第2のチャネル形成領域を含む第2のトランジスタと、第1のトランジスタと
第2のトランジスタの間に設けられた酸化物絶縁膜と、を有し、酸化物絶縁膜は、少なく
とも第2のチャネル形成領域と接して設けられ、第2のチャネル形成領域の外周に、酸化
物絶縁膜を貫通する酸素バリア膜を有することを特徴とする半導体装置である。
領域と、第1のチャネル形成領域上に形成された第1のゲート絶縁膜と、第1のゲート絶
縁膜と接し、第1のチャネル形成領域と重畳する位置に形成された第1のゲート電極と、
第1のチャネル形成領域を挟むように形成されたソース領域及びドレイン領域と、を含む
第1のトランジスタと、第2の半導体材料により形成された第2のチャネル形成領域と、
第2のチャネル形成領域上に形成された第2のゲート絶縁膜と、第2のゲート絶縁膜と接
し、第2のチャネル形成領域と重畳する位置に形成された第2のゲート電極と、第2のチ
ャネル形成領域と電気的に接続されたソース電極及びドレイン電極と、を含む第2のトラ
ンジスタと、第1のトランジスタと第2のトランジスタの間に設けられた酸化物絶縁膜と
、を有し、酸化物絶縁膜は、少なくとも第2のチャネル形成領域と接して設けられ、第2
のチャネル形成領域の外周に、酸化物絶縁膜を貫通する酸素バリア膜を有することを特徴
とする半導体装置である。
で、第1のトランジスタと第2トランジスタを接続する電極等を当該貫通する領域に形成
することができる。また、酸化物絶縁膜を貫通するように形成された酸素バリア膜は、酸
化物半導体膜の第2のチャネル形成領域に対して、酸化物絶縁膜からの横方向からの酸素
の拡散を抑制できる。また、酸化物絶縁膜を貫通するように形成された酸素バリア膜は、
第1のトランジスタと第2のトランジスタを接続する電極等に対しても、酸素の拡散を抑
制できる。これは、酸化物絶縁膜を貫通する酸素バリア膜を有することでしか成しえない
効果である。
を有すると好ましい。第2のトランジスタと同一平面上に容量素子を形成することで、製
造コストを低減させることができる。
ランジスタを電気的に接続する接続電極を有すると好ましい。また、接続電極は、酸素バ
リア膜と接して設けられると好ましい。接続電極を酸素バリア膜と接して設けることによ
り、接続電極の酸化を抑制することができる。
、ハフニウム、及びタンタルの中から選ばれた金属膜、それらの金属酸化膜、またはそれ
らの金属窒化膜であると好ましい。
い。また、第2の半導体材料は、酸化物半導体膜であると好ましく、酸化物半導体膜は、
少なくともインジウムまたは亜鉛を含むとよい。
、電気特性の安定したトランジスタを提供することができる。また、該トランジスタに接
続された配線、及び電極等への酸素の拡散を抑制し、信頼性の高い半導体装置を提供する
ことができる。また、該半導体装置を有する電子機器を提供することができる。
は以下の説明に限定されず、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。また、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。
実際の位置、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。
混同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。
たは「直下」であることを限定するものではない。例えば、「ゲート絶縁膜上のゲート電
極」の表現であれば、ゲート絶縁膜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。
限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。
や、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。
の」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、容量素子、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、半導体装置の一形態を、図1乃至図4を用いて説明する。本実施の
形態では、半導体装置の一例として積層型の半導体装置の断面図を示す。
に係る断面図に相当し、図1(C)は図1(A)におけるV1−W1に係る断面図に相当
する。なお、図1(A)では、煩雑になることを避けるため、半導体装置の構成要素の一
部(例えば、第2のゲート絶縁膜126など)を省略している。
域108を含む第1のトランジスタ150と、第1のトランジスタ150の上方に設けら
れ、第2の半導体材料により形成された第2のチャネル形成領域120aを含む第2のト
ランジスタ152と、第1のトランジスタ150と第2のトランジスタ152の間に設け
られた酸化物絶縁膜116と、を有し、酸化物絶縁膜116は、少なくとも第2のチャネ
ル形成領域120aと接して設けられ、第2のチャネル形成領域120aの外周に、酸化
物絶縁膜116を貫通する酸素バリア膜118を有する構成である。第1の半導体材料1
02としては、シリコンを含む材料が好ましく、例えば、単結晶シリコン、多結晶シリコ
ン等のシリコンウエハー等を用いることができる。第2の半導体材料としては、例えば酸
化物半導体を用いることができる。
1のゲート絶縁膜110と、第1のゲート絶縁膜110と接し、第1のチャネル形成領域
108と重畳する位置に形成された第1のゲート電極112と、第1のチャネル形成領域
108を挟むように形成されたソース領域104及びドレイン領域106を含む。第1の
トランジスタ150上(より詳しくは、ソース領域104及びドレイン領域106上)に
は層間絶縁膜114が形成されている。
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
細書等において、ソース電極との記載には、ソース領域が、ドレイン電極との記載にはド
レイン領域が、含まれうる。
ル形成領域120aと、第2のチャネル形成領域120a上に形成された第2のゲート絶
縁膜126と、第2のゲート絶縁膜126と接し、第2のチャネル形成領域120aと重
畳する位置に形成された第2のゲート電極128と、第2のチャネル形成領域120aと
電気的に接続されたソース電極122及びドレイン電極124と、を含む。
とが望ましい。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(結晶性のシ
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。第1の半導体
材料として、結晶性のシリコンなどを適用したトランジスタは、高速動作が容易である。
一方で、第2の半導体材料として、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。
用いると好適である。「加熱により酸素を放出する」とは、TDS(Thermal D
esorption Spectroscopy:昇温脱離ガス分光法)分析にて、酸素
原子に換算しての酸素の放出量が1.0×1018atoms/cm3以上、好ましくは
3.0×1020atoms/cm3以上であることをいう。
8としては、例えば、アルミニウム、ルテニウム、イリジウム、ハフニウム、及びタンタ
ルの中から選ばれた金属膜、それらの金属酸化膜、またはそれらの金属窒化膜であると好
適である。また、酸化アルミニウム、ルテニウム、酸化ルテニウム、イリジウム、酸化イ
リジウム、窒化タンタルの少なくとも1つを含むと更に好適である。図1に示す構成にお
いては、酸素バリア膜118として酸化アルミニウム膜を用いる。
膜116を加熱した際に、酸化物半導体膜120の下方に形成された酸化物絶縁膜116
からの横方向への酸素の拡散を抑制し、酸化物半導体膜120(特に第2のチャネル形成
領域120a)中に好適に酸素を供給することができる。
てもよい。このような構成とすることで、酸化物絶縁膜116から放出される酸素が、第
1のトランジスタ150側へ拡散するのを抑制することができ、酸化物絶縁膜116を加
熱した際に、酸化物半導体膜120(特に第2のチャネル形成領域120a)中に、さら
に好適に酸素を供給することができる。
周全ての酸化物絶縁膜116を貫通させる構造としたが、この構成に限定されない。例え
ば、チャネル長方向(図1(B)に示す断面図の方向)のみ酸素バリア膜118により酸
化物絶縁膜116を貫通する構造としてもよいし、チャネル幅方向(図1(C)に示す断
面図の方向)のみ酸素バリア膜118により酸化物絶縁膜116を貫通する構造としても
よい。なお、図1に示す構成においては、酸素バリア膜118を導電性の材料により形成
した場合、ソース電極122及びドレイン電極124が同電位となるため、図1に示す構
成とした場合においては、絶縁性の酸素バリア膜118とするとよい。
1で用いた構成と同様の箇所には同様の符号を付し、その詳細な説明については省略する
。
に係る断面図に相当し、図2(C)は図2(A)におけるV2−W2に係る断面図に相当
する。なお、図2(A)では、煩雑になることを避けるため、半導体装置の構成要素の一
部(例えば、第2のゲート絶縁膜126など)を省略している。
域108を含む第1のトランジスタ160と、第1のトランジスタ160の上方に設けら
れ、第2の半導体材料により形成された第2のチャネル形成領域120aを含む第2のト
ランジスタ162と、第1のトランジスタ160と第2のトランジスタ162の間に設け
られた酸化物絶縁膜116と、を有し、酸化物絶縁膜116は、少なくとも第2のチャネ
ル形成領域120aと接して設けられ、第2のチャネル形成領域120aの外周に、酸化
物絶縁膜116を貫通する酸素バリア膜123を有する構成である。
1のゲート絶縁膜110と、第1のゲート絶縁膜110と接し、第1のチャネル形成領域
108と重畳する位置に形成された第1のゲート電極112と、第1のチャネル形成領域
108を挟むように形成されたソース領域104及びドレイン領域106とを含む。第1
のトランジスタ160上(より詳しくは、ソース領域104及びドレイン領域106上)
には層間絶縁膜114が形成されている。
ル形成領域120aと、第2のチャネル形成領域120a上に形成された第2のゲート絶
縁膜126と、第2のゲート絶縁膜126と接し、第2のチャネル形成領域120aと重
畳する位置に形成された第2のゲート電極128と、第2のチャネル形成領域120aと
電気的に接続されたソース電極122及びドレイン電極124と、を含む。
用いると好適である。
3としては、例えば、アルミニウム、ルテニウム、イリジウム、ハフニウム、及びタンタ
ルの中から選ばれた金属膜、それらの金属酸化膜、またはそれらの金属窒化膜であると好
適である。図2に示す構成においては、酸素バリア膜123として導電性の材料である酸
化ルテニウム膜を用いる。
イン電極124の一部の電極として機能する。このような構造とすることで、第1のトラ
ンジスタ160と第2のトランジスタ162との接続電極の一部として使用することがで
きる。具体的には、第1のトランジスタ160の第1のゲート電極112と、第2のトラ
ンジスタ162のソース電極122が酸素バリア膜123により接続されている。第1の
トランジスタ160と第2のトランジスタ162との接続電極として酸素バリア膜を用い
る場合においては、酸素バリア膜を導電性の材料とするのが好ましい。
膜116を加熱した際に、酸化物半導体膜120の下方に形成された酸化物絶縁膜116
からの横方向への酸素の拡散を抑制し、酸化物半導体膜120(特に第2のチャネル形成
領域120a)中に好適に酸素を供給することができる。また、ソース電極122及びド
レイン電極124下層にも酸素バリア膜123が設けられることによって、酸化物絶縁膜
116を加熱した際に放出される酸素が、ソース電極122及びドレイン電極124に与
えられない。したがって、ソース電極122及びドレイン電極124の酸化を抑制するこ
とができる。
てもよい。このような構成とすることで、酸化物絶縁膜116から放出される酸素が、第
1のトランジスタ160側へ拡散するのを抑制することができ、酸化物絶縁膜116を加
熱した際に、酸化物半導体膜120(特に第2のチャネル形成領域120a)中に、さら
に好適に酸素を供給することができる。
なお、図1及び図2で用いた構成と同様の箇所には同様の符号を付し、その詳細な説明に
ついては省略する。
に係る断面図に相当し、図3(C)は図3(A)におけるV3−W3に係る断面図に相当
する。なお、図3(A)では、煩雑になることを避けるため、半導体装置の構成要素の一
部(例えば、第2のゲート絶縁膜127など)を省略している。
域108を含む第1のトランジスタ170と、第1のトランジスタ170の上方に設けら
れ、第2の半導体材料により形成された第2のチャネル形成領域121aを含む第2のト
ランジスタ172と、第1のトランジスタ170と第2のトランジスタ172の間に設け
られた酸化物絶縁膜116と、を有し、酸化物絶縁膜116は、少なくとも第2のチャネ
ル形成領域121aと接して設けられ、第2のチャネル形成領域121aの外周に、酸化
物絶縁膜116を貫通する酸素バリア膜123を有する構成である。
1のゲート絶縁膜110と、第1のゲート絶縁膜110と接し、第1のチャネル形成領域
108と重畳する位置に形成された第1のゲート電極112と、第1のチャネル形成領域
108を挟むように形成されたソース領域104及びドレイン領域106とを含む。第1
のトランジスタ170上(より詳しくは、ソース領域104及びドレイン領域106上)
には層間絶縁膜114が形成されている。
ル形成領域121aと、第2のチャネル形成領域121a上に形成された第2のゲート絶
縁膜127と、第2のゲート絶縁膜127と接し、第2のチャネル形成領域121aと重
畳する位置に形成された第2のゲート電極128と、第2のチャネル形成領域121aと
電気的に接続されたソース電極122及びドレイン電極124と、を含む。
用いると好適である。
おいては、導電性の材料を用いる。酸素バリア膜123としては、例えば、アルミニウム
、ルテニウム、イリジウム、ハフニウム、及びタンタルの中から選ばれた金属膜、それら
の金属酸化膜、またはそれらの金属窒化膜であると好適である。図3に示す構成において
は、酸素バリア膜123として酸化ルテニウム膜を用いる。
イン電極124の一部の電極として機能する。このような構造とすることで、第1のトラ
ンジスタ170と第2のトランジスタ172との接続電極の一部として使用することがで
きる。具体的には、第1のトランジスタ170の第1のゲート電極112と、第2のトラ
ンジスタ172のソース電極122が酸素バリア膜123により接続されている。
膜116を加熱した際に、酸化物半導体膜121の下方に形成された酸化物絶縁膜116
からの横方向への酸素の拡散を抑制し、酸化物半導体膜121(特に第2のチャネル形成
領域121a)中に好適に酸素を供給することができる。また、ソース電極122及びド
レイン電極124下層にも酸素バリア膜123が設けられることによって、酸化物絶縁膜
116を加熱した際に放出される酸素が、ソース電極122及びドレイン電極124に与
えられない。したがって、ソース電極122及びドレイン電極124の酸化を抑制するこ
とができる。
縁膜114と酸化物絶縁膜116との間に酸素バリア膜115が設けられた構成である。
このような構成とすることで酸化物絶縁膜116から放出される酸素が、第1のトランジ
スタ170側へ拡散するのを抑制することができ、酸化物絶縁膜116を加熱した際に酸
化物半導体膜121(特に第2のチャネル形成領域121a)中に、さらに好適に酸素を
供給することができる。
トランジスタ172のソース電極122及びドレイン電極124と、酸化物半導体膜12
1との接続位置である。図2に示す半導体装置においては、酸化物半導体膜120の上側
にてソース電極122及びドレイン電極124が接続した構成(所謂トップコンタクト型
)であり、図3に示す半導体装置においては酸化物半導体膜121の下側にてソース電極
122及びドレイン電極124が接続する構成(所謂ボトムコンタクト型)である。この
ように、第2のトランジスタ構成は特に限定されず、実施者が適宜最適な構成を選択すれ
ばよい。
なお、図1乃至図3で用いた構成と同様の箇所には同様の符号を付し、その詳細な説明に
ついては省略する。
に係る断面図に相当し、図4(C)は図4(A)におけるV4−W4に係る断面図に相当
する。なお、図4(A)では、煩雑になることを避けるため、半導体装置の構成要素の一
部(例えば、第2のゲート絶縁膜126など)を省略している。
域108を含む第1のトランジスタ180と、第1のトランジスタ180の上方に設けら
れ、第2の半導体材料により形成された第2のチャネル形成領域120aを含む第2のト
ランジスタ182と、第1のトランジスタ180と第2のトランジスタ182の間に設け
られた酸化物絶縁膜116と、を有し、酸化物絶縁膜116は、少なくとも第2のチャネ
ル形成領域120aと接して設けられ、第2のチャネル形成領域120aの外周に、前記
酸化物絶縁膜116を貫通する酸素バリア膜123を有する構成である。
1のゲート絶縁膜110と、第1のゲート絶縁膜110と接し、第1のチャネル形成領域
108と重畳する位置に形成された第1のゲート電極112と、第1のチャネル形成領域
108を挟むように形成されたソース領域104及びドレイン領域106とを含む。第1
のトランジスタ180上(より詳しくは、ソース領域104及びドレイン領域106上)
には層間絶縁膜114が形成される。
ル形成領域120aと、第2のチャネル形成領域120a上に形成された第2のゲート絶
縁膜126と、第2のゲート絶縁膜126と接し、第2のチャネル形成領域120aと重
畳する位置に形成された第2のゲート電極129と、第2のチャネル形成領域120aと
電気的に接続されたソース電極122及びドレイン電極124と、を含む。
用いると好適である。
おいては、導電性の材料を用いる。酸素バリア膜123としては、例えば、アルミニウム
、ルテニウム、イリジウム、ハフニウム、及びタンタルの中から選ばれた金属膜、それら
の金属酸化膜、またはそれらの金属窒化膜であると好適である。図4に示す構成において
は、酸素バリア膜123として酸化ルテニウム膜を用いる。
イン電極124の一部の電極として機能する。このような構造とすることで、第1のトラ
ンジスタ180と第2のトランジスタ182との接続電極の一部として使用することがで
きる。具体的には、第1のトランジスタ180の第1のゲート電極112と、第2のトラ
ンジスタ182のソース電極122が酸素バリア膜123により接続されている。
膜116を加熱した際に、酸化物半導体膜120の下方に形成された酸化物絶縁膜116
からの横方向への酸素の拡散を抑制し、酸化物半導体膜120(特に第2のチャネル形成
領域120a)中に好適に酸素を供給することができる。
ゲート電極129の形状である。図4に示す第2のトランジスタ182のように、第2の
ゲート電極129の一部とソース電極122及びドレイン電極124の一部を重畳させる
構造としてもよい。
縁膜114と酸化物絶縁膜116との間にバックゲート電極117が設けられた構成であ
る。バックゲート電極117は、第2のトランジスタ182のバックゲート電極として機
能する。バックゲート電極117を設ける構成とすることで、第2のトランジスタ182
のしきい値電圧をバックゲート電極117により調整することができる。例えば、バック
ゲート電極117に電圧を印加することにより、第2のトランジスタ182のしきい値を
プラス方向に調整できる。このように、第2のトランジスタの構成は特に限定されず、実
施者が適宜最適な構成を選択すればよい。
として含むトランジスタにおいて、チャネル形成領域に接して酸素放出型の酸化物絶縁膜
を形成し、該酸化物絶縁膜より酸化物半導体膜に酸素を供給する。また、チャネル形成領
域の外周には酸素バリア膜を形成することで、トランジスタに接続された配線、及び電極
等への酸素の拡散を抑制することができる。したがって、信頼性の高い半導体装置を実現
することができる。
本実施の形態では、実施の形態1に示す半導体装置と異なる形態であり、より詳細な構
成について図5を用いて説明し、その後、図6乃至図11を用いて図5に示した半導体装
置の作製方法について説明する。
2のチャネル長方向の断面図に相当する。
212を含む第1のp型トランジスタ280aと、第1の半導体材料により形成された第
1のチャネル形成領域214を含む第1のn型トランジスタ280bと、第1のp型トラ
ンジスタ280a及び第1のn型トランジスタ280bの上方に設けられ、第2の半導体
材料により形成された第2のチャネル形成領域240aを含む第2のトランジスタ282
と、第1のp型トランジスタ280a及び第1のn型トランジスタ280bと、第2のト
ランジスタ282の間に設けられた酸化物絶縁膜238と、を有し、酸化物絶縁膜238
は、少なくとも第2のチャネル形成領域240aと接して設けられ、第2のチャネル形成
領域240aの外周に、酸化物絶縁膜238を貫通する酸素バリア膜242a、242b
、242c、242dを有する構成である。
れた第1のゲート絶縁膜208aと、第1のゲート絶縁膜208aと接し、第1のチャネ
ル形成領域212と重畳する位置に形成された第1のゲート電極210aと、第1のチャ
ネル形成領域212を挟むように形成されたソース領域212a及びドレイン領域212
bと、を含む。
れた第1のゲート絶縁膜208bと、第1のゲート絶縁膜208bと接し、第1のチャネ
ル形成領域214と重畳する位置に形成された第1のゲート電極210bと、第1のチャ
ネル形成領域214を挟むように形成されたソース領域214a及びドレイン領域214
bと、を含む。
0bのように、第1の半導体材料により形成される第1のトランジスタとして異なる極性
を有する複数のトランジスタを用いても良い。
ル形成領域240aと、第2のチャネル形成領域240a上に形成された第2のゲート絶
縁膜246と、第2のゲート絶縁膜246と接し、第2のチャネル形成領域240aと重
畳する位置に形成された第2のゲート電極248bと、第2のチャネル形成領域240a
と電気的に接続されたソース電極244b及びドレイン電極244cと、を含む。
281を有する構造である。容量素子281は、ソース電極244b及びドレイン電極2
44cと同一工程で形成された電極244aと、第2のゲート絶縁膜246と、第2のゲ
ート電極248bと同一工程で形成された電極248aと、を含み構成されている。なお
、容量素子281においては、第2のゲート絶縁膜246は、誘電体としての機能を有す
る。
用いると好適である。
ると好適である。酸素バリア膜242a、242b、242c、242dとしては、例え
ば、アルミニウム、ルテニウム、イリジウム、ハフニウム、及びタンタルの中から選ばれ
た金属膜、それらの金属酸化膜、またはそれらの金属窒化膜であると好適である。図5に
示す構成においては、酸素バリア膜242a、242b、242c、242dとして酸化
アルミニウム膜を用いる。
成とすることによって、酸化物絶縁膜238を加熱した際に、酸化物半導体膜240の下
方に形成された酸化物絶縁膜238からの横方向への酸素の拡散を抑制し、酸化物半導体
膜240(特に第2のチャネル形成領域240a)中に好適に酸素を供給することができ
る。
設ける構成である。このような構成とすることで酸化物絶縁膜238から放出される酸素
が、第1のトランジスタ側(第1のp型トランジスタ280a及び第1のn型トランジス
タ280b)へ拡散するのを抑制することができ、酸化物絶縁膜238を加熱した際に酸
化物半導体膜240(特に第2のチャネル形成領域240a)中に、さらに好適に酸素を
供給することができる。
作製方法において、詳細に説明を行う。
導体基板202に素子分離領域204を形成した後、該n型の半導体基板202の一部に
pウェル領域206を形成する(図6(A)参照)。
ンウェハー)、または化合物半導体基板(SiC基板、GaN基板等)を用いることがで
きる。
lator)基板として、鏡面研磨ウェハーに酸素イオンを注入した後、高温加熱するこ
とにより、表面から一定の深さに酸化層を形成させるとともに、表面層に生じた欠陥を消
滅させて作られた所謂SIMOX(Separation by IMplanted
OXygen)基板や、水素イオン注入により形成された微小ボイドの熱処理による成長
を利用して半導体基板を劈開するスマートカット法等を用いて形成したSOI基板を用い
てもよい。
icon)法またはSTI(Shallow Trench Isolation)法等
を用いて形成する。
ms/cm3〜1×1016atoms/cm3程度の濃度で添加されている。pウェル
領域206は、n型の半導体基板202の一部にマスクを形成したのち、n型の半導体基
板202の一部にp型を付与する不純物元素を添加して、形成される。
半導体基板にn型を付与するリン、ヒ素等の不純物元素が添加されたnウェル領域を形成
してもよい。
ト電極210a、210bを形成する(図6(B)参照)。
導体基板202の表面を酸化した酸化シリコン膜を形成する、または、熱酸化法により酸
化シリコン膜を形成した後に、窒化処理を行うことによって酸化シリコン膜の表面を窒化
させることにより、酸化シリコン膜と酸素と窒素を有するシリコン膜(酸化窒化シリコン
膜)との積層構造で形成する。その後、該酸化シリコン膜または酸化窒化シリコン膜上に
導電膜を成膜し、該導電膜上にパターニングを行い、第1のゲート電極210a、210
bを形成し、該第1のゲート電極210a、210bをマスクとして該酸化シリコン膜ま
たは酸化窒化シリコン膜をエッチングすることで形成することができる。
igh−k材料ともいう)である酸化タンタル、酸化ハフニウム、酸化ハフニウムシリケ
ート、酸化ジルコニウム、酸化アルミニウム、酸化チタンなどの金属酸化物、または酸化
ランタンなどの希土類酸化物等を、プラズマCVD法、スパッタリング法等を用いて、厚
さ5〜50nmの絶縁膜を形成した後、該絶縁膜の一部を選択的にエッチングして、第1
のゲート絶縁膜208a、208bを形成してもよい。
リブデン、クロム、ニオブ等から選択された金属、またはこれらの金属を主成分とする合
金材料若しくは化合物材料を用いることが好ましい。また、リン等の不純物を添加した多
結晶シリコンを用いることができる。また、金属窒化物膜と上記の金属膜の積層構造で第
1のゲート電極210a、210bを形成してもよい。金属窒化物としては、窒化タング
ステン、窒化モリブデン、窒化チタンを用いることができる。金属窒化物膜を設けること
により、金属膜の密着性を向上させることができ、剥離を防止することができる。
CVD法、蒸着法等により形成した後、該導電膜の一部を選択的にエッチングして形成さ
れる。
リコン膜を形成し、該酸化シリコン膜上に窒化タンタル膜及びタングステン膜が積層され
た導電膜をスパッタリング法により形成した後、酸化シリコン膜及び導電膜のそれぞれを
選択的にエッチングして、第1のゲート絶縁膜208a、208b、及び第1のゲート電
極210a、210bを形成する。
イドウォール絶縁膜を有しない構成とすることが望ましい。一方で、トランジスタの特性
を重視する場合には、第1のゲート電極210a、210bの側面にサイドウォール絶縁
膜を設けてもよい。
る不純物元素を添加して、n型のソース領域212a及びドレイン領域212bを形成す
る。また、第1のゲート電極210bをマスクとして、半導体基板202にp型を付与す
る不純物元素を添加してp型のソース領域214a及びドレイン領域214bを形成する
(図6(C)参照)。
及びドレイン領域214bにおけるn型を付与する不純物元素及びp型を付与する不純物
元素の濃度は、1×1019atoms/cm3以上1×1021atoms/cm3以
下である。n型を付与する不純物元素及びp型を付与する不純物元素は、イオンドーピン
グ法、イオン注入法等を適宜用いて、pウェル領域206及び半導体基板202に添加す
る。
合、当該サイドウォール絶縁膜と重畳する領域に、n型のソース領域212a及びドレイ
ン領域212b、及びp型のソース領域214a及びドレイン領域214bとは異なる不
純物濃度の不純物領域を形成することができる。
b、及び第1のゲート電極210a、210b上に、スパッタリング法、プラズマCVD
法、塗布法等により、絶縁膜216、218を形成する(図6(D)参照)。
シリコン、酸化アルミニウム、酸化窒化アルミニウム、窒化酸化アルミニウム、窒化アル
ミニウムなどを用いればよく、積層または単層で設ける。なお、絶縁膜216をプラズマ
CVD法により形成することで、絶縁膜216の水素含有量が高まるため、加熱処理によ
り、半導体基板202を水素化し、水素によりダングリングボンドを終端させ、半導体基
板202の欠陥を低減することができる。
を用いて形成することで、絶縁膜218の平坦性を高めることができる。
領域212b、p型のソース領域214a及びドレイン領域214bに添加された不純物
元素を活性化するための熱処理を行う。
a及び第1のn型トランジスタ280bを作製することができる。
a及びドレイン領域212b、及びp型のソース領域214a及びドレイン領域214b
に達する開口部を形成し、該開口部にコンタクトプラグ220a、220b、220c、
220dを形成する。次に、絶縁膜218、及びコンタクトプラグ220a、220b、
220c、220d上に、絶縁膜222a、222b、222c、222d、及び配線2
24a、224b、224cを形成する(図7(A)参照)。
パッタリング法、プラズマCVD法、メッキ法等により導電膜を形成した後、CMP(C
hemical Mechanical Polishing)法、エッチング法等によ
り平坦化処理を行い、導電膜の表面の不要な部分を除去することで形成できる。または、
コンタクトプラグ220a、220b、220c、220dとなる導電膜を、WF6ガス
とSiH4ガスからCVD法でタングステンシリサイドを形成し、開口部に導電膜を埋め
込むことで形成できる。
を用いて、スパッタリング法、プラズマCVD法等により絶縁膜を形成した後、該絶縁膜
の一部を選択的にエッチングすることで形成できる。
により導電膜を形成した後、CMP法、エッチング法等により平坦化処理を行い、該導電
膜の表面の不要な部分を除去することで形成できる。
ニッケル、銅、イットリウム、ジルコニウム、モリブデン、銀、タンタル、またはタング
ステンからなる単体金属、またはこれを主成分とする合金を単層構造または積層構造とし
て用いる。例えば、シリコンを含むアルミニウム膜の単層構造、アルミニウム膜上にチタ
ン膜を積層する二層構造、タングステン膜上にチタン膜を積層する二層構造、銅−マグネ
シウム−アルミニウム合金膜上に銅膜を積層する二層構造、チタン膜と、そのチタン膜上
に重ねてアルミニウム膜を積層し、さらにその上にチタン膜を形成する三層構造などがあ
る。なお、酸化インジウム、酸化錫または酸化亜鉛を含む透明導電材料を用いてもよい。
、224b、224cをデュアルダマシン法で形成してもよい。
22d及び配線224a、224b、224cに含まれる水素、水等を脱離させることが
好ましい。
、224c上に絶縁膜226a、226b、コンタクトプラグ228、絶縁膜234a、
234b、及び配線232を形成する(図7(B)参照)。
と同様な手法、及び材料により形成することができる。また、コンタクトプラグ228と
しては、コンタクトプラグ220a、220b、220c、220dと同様な手法、及び
材料により形成することができる。また、絶縁膜234a、234bとしては、絶縁膜2
22a、222b、222c、222dと同様な手法、及び材料により形成することがで
きる。また、配線232としては、配線224a、224b、224cと同様な手法、及
び材料により形成することができる。また、配線232と同一の工程にて、第2のトラン
ジスタ282の第2のチャネル形成領域240aと重畳する位置にバックゲート電極を形
成してもよい。
形成した酸化シリコン膜300nmを用いる。
い。
いることで、後に形成する酸化物半導体膜にチャネル形成領域を有するトランジスタにお
ける電気特性のばらつきを低減することができる。また、歩留まり高く酸化物半導体膜に
チャネル形成領域を有するトランジスタを形成することができる。
に含まれる水素、水等を脱離させることが好ましい。
膜238及び酸化物半導体膜240を形成する(図7(C)参照)。
膜236としては、例えば、アルミニウム、ルテニウム、イリジウム、ハフニウム、及び
タンタルの中から選ばれた金属膜、それらの金属酸化膜、またはそれらの金属窒化膜であ
ると好適である。また、酸化アルミニウム、ルテニウム、酸化ルテニウム、イリジウム、
酸化イリジウム、窒化タンタルの少なくとも1つを含むと更に好適である。本実施の形態
においては、酸素バリア膜236は酸化アルミニウム膜50nmを用いる。
リコン、酸化ガリウム、酸化ハフニウム、酸化イットリウム、酸化アルミニウム、酸化窒
化アルミニウムを単層でまたは積層することで形成できる。また、酸化物絶縁膜238と
して、加熱により酸素の一部が脱離する酸化物絶縁膜を用いて形成することが好ましい。
加熱により酸素の一部が脱離する酸化物絶縁膜としては、化学量論的組成を満たす酸素よ
りも多くの酸素を含む酸化物絶縁膜を用いる。
に形成される酸化物半導体膜に酸素を拡散させることができる。例えば、酸化物絶縁膜2
38として、酸化シリコン膜を用いる場合には、SiO2+α(ただし、α>0)とする
。このような酸化物絶縁膜238を用いることで、後に形成される酸化物半導体膜に酸素
を供給することができ、酸化物半導体膜へ酸素を供給することにより、酸化物半導体膜中
の酸素欠損を補填することができる。本実施の形態では酸化物絶縁膜238として、スパ
ッタリング法を用いて形成する300nmの酸化シリコン膜を用いる。
成することができる。例えば、酸化物絶縁膜238をプラズマCVD法で形成する場合、
原料ガス由来の水素または水が酸化物絶縁膜238中に混入される場合がある。このため
、プラズマCVD法で酸化物絶縁膜238を形成した後、脱水素化または脱水化として、
加熱処理を行うことが好ましい。該加熱処理の温度は、酸化物絶縁膜238から水素また
は水を放出させる温度が好ましい。
ng)装置等を用いることができる。RTA装置を用いることで、短時間に限り、基板の
歪み点以上の温度で熱処理を行うことができる。そのため、酸化物絶縁膜238からの水
素または水の放出の時間を短縮することができる。
後に形成される酸化物半導体膜への水素または水の拡散を抑制することができる。
増加させることができる。酸化物絶縁膜238に酸素を導入する方法としては、イオン注
入法、イオンドーピング法、プラズマ処理等がある。
兼ねてもよい。
望の領域に加工することで形成することができる。本実施の形態においては、酸化物半導
体膜240として、20nmのIn−Ga−Zn系酸化物(IGZO)を用いる。
。また、非晶質構造であってもよいし、結晶性であってもよい。酸化物半導体膜240を
非晶質構造とする場合には、後の作製工程において、酸化物半導体膜240に熱処理を行
うことによって、結晶性の酸化物半導体膜としてもよい。非晶質の酸化物半導体膜を結晶
化させる熱処理の温度は、250℃以上700℃以下、好ましくは、400℃以上、より
好ましくは500℃以上、さらに好ましくは550℃以上とする。なお、当該熱処理は、
作製工程における他の熱処理を兼ねることも可能である。
Beam Epitaxy)法、プラズマCVD法、パルスレーザ堆積法、ALD(A
tomic Layer Deposition)法等を適宜用いることができる。
濃度を低減させることが好ましい。水素濃度を低減させるには、例えば、スパッタリング
法を用いて成膜を行う場合には、スパッタリング装置の成膜室内に供給する雰囲気ガスと
して、水素、水、水酸基又は水素化物などの不純物が除去された高純度の希ガス(代表的
にはアルゴン)、酸素、及び希ガスと酸素との混合ガスを適宜用いる。
導入して成膜を行うことで、成膜された酸化物半導体膜240の水素濃度を低減させるこ
とができる。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、ターボ分子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
プは、例えば、水素分子、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)等の排気能力が高いため、クライオポンプを用いて排気した成膜室
で成膜した酸化物半導体膜240に含まれる不純物の濃度を低減できる。
=1:1:1の金属酸化物ターゲットを用い、スパッタリング法により成膜する。ただし
、酸化物半導体膜240に用いることのできるターゲットは、これらのターゲット材料、
及び組成に限定されるものではない。また、酸化物半導体膜240は、希ガス(代表的に
はアルゴン)雰囲気下、酸素雰囲気下、または希ガスと酸素の混合雰囲気下においてスパ
ッタリング法により形成することができる。また、酸化物半導体膜240に用いることの
できるターゲットは、単結晶、多結晶等の結晶性を有するターゲットが好ましい。結晶性
を有するターゲットを用いることにより、形成された薄膜も結晶性を有し、特に形成され
た薄膜においては、c軸に配向された結晶となりやすい。
飽和の状態とすることが好ましい。例えば、スパッタリング法を用いて酸化物半導体膜2
40を成膜する場合、成膜ガスの酸素の占める割合が多い条件で成膜することが好ましく
、特に酸素雰囲気(酸素ガス100%)で成膜を行うことが好ましい。例えば、酸化物半
導体膜240として、In−Ga−Zn系酸化物(IGZO)を用い、成膜ガスの酸素の
占める割合が多い条件(特に酸素ガス100%の雰囲気)で成膜すると、成膜温度を30
0℃以上としても、膜中からZnの放出が抑えられる。
属酸化物ターゲットを用いて形成した場合、ターゲットの組成と、基板上に形成される薄
膜の組成と、が異なる場合がある。例えば、In:Ga:Zn=1:1:1の金属酸化物
ターゲットを用いた場合、成膜条件にも依存するが、薄膜である酸化物半導体膜240の
組成が、原子数比でIn:Ga:Zn=1:1:0.6〜0.8となる場合がある。これ
は、酸化物半導体膜240の成膜中において、Znが昇華する、またはIn、Ga、Zn
の各成分のスパッタリングレートが異なるためだと考えられる。
トの組成を調整する必要がある。例えば、薄膜である酸化物半導体膜240の組成を、原
子数比でIn:Ga:Zn=1:1:1とする場合においては、金属酸化物ターゲットの
組成を、原子数比でIn:Ga:Zn=1:1:1.5とすればよい。すなわち、金属酸
化物ターゲットのZnの含有率を予め大きくすればよい。ただし、ターゲットの組成は、
上記数値に限定されず、成膜条件や、形成される薄膜の組成により適宜調整することがで
きる。また、金属酸化物ターゲットのZnの含有率を大きくすることにより、得られる薄
膜の結晶性が向上するため好ましい。
化物ターゲットの相対密度は、90%以上100%以下、好ましくは95%以上、更に好
ましくは99.9%以上とする。相対密度の高い金属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240を緻密な膜とすることができる。
または亜鉛(Zn)を含むことが好ましい。特にInとZnの双方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)を有することが好ましい。また、スタビライザーとしてアルミニウム
(Al)を有することが好ましい。また、スタビライザーとしてジルコニウム(Zr)を
有することが好ましい。
(Ce)、プラセオジム(Pr)、ネオジム(Nd)、サマリウム(Sm)、ユウロピウ
ム(Eu)、ガドリニウム(Gd)、テルビウム(Tb)、ジスプロシウム(Dy)、ホ
ルミウム(Ho)、エルビウム(Er)、ツリウム(Tm)、イッテルビウム(Yb)、
ルテチウム(Lu)のいずれか一種あるいは複数種を有してもよい。
化物である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−La−Zn系酸
化物、In−Ce−Zn系酸化物、In−Pr−Zn系酸化物、In−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−Yb−Zn系酸化物、I
n−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。
して有する酸化物という意味であり、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を示す。また、酸化物半導体として、In2SnO
5(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。
n:Ga:Zn=3:1:2の原子数比のIn−Ga−Zn系酸化物やその組成の近傍の
酸化物を用いることができる。あるいは、In:Sn:Zn=1:1:1、In:Sn:
Zn=2:1:3あるいはIn:Sn:Zn=2:1:5の原子数比のIn−Sn−Zn
系酸化物やその組成の近傍の酸化物を用いるとよい。
応じて適切な組成のものを用いればよい。また、必要とする電気特性を得るために、キャ
リア濃度や不純物濃度、欠陥密度、金属元素と酸素の原子数比、原子間距離、密度等を適
切なものとすることが好ましい。
がら、In−Ga−Zn系酸化物でも、バルク内欠陥密度を低くすることにより移動度を
上げることができる。
+c=1)である酸化物の組成が、原子数比がIn:Ga:Zn=A:B:C(A+B+
C=1)の酸化物の組成の近傍であるとは、a、b、cが、(a−A)2+(b−B)2
+(c−C)2≦r2を満たすことをいう。rとしては、例えば、0.05とすればよい
。他の酸化物でも同様である。
、CAAC(C Axis Aligned Crystal)、多結晶、微結晶、非晶
質部を有する。非晶質部は、微結晶、CAACよりも欠陥準位密度が高い。また、微結晶
は、CAACよりも欠陥準位密度が高い。なお、CAACを有する酸化物半導体を、CA
AC−OS(C Axis Aligned Crystalline Oxide S
emiconductor)と呼ぶ。
、c軸配向し、a軸または/およびb軸はマクロに揃っていない。
を、微結晶酸化物半導体と呼ぶ。微結晶酸化物半導体膜は、例えば、1nm以上10nm
未満のサイズの微結晶(ナノ結晶ともいう。)を膜中に含む。
導体を、非晶質酸化物半導体と呼ぶ。非晶質酸化物半導体膜は、例えば、原子配列が無秩
序であり、結晶成分を有さない。または、非晶質酸化物半導体膜は、例えば、完全な非晶
質であり、結晶部を有さない。
の混合膜であってもよい。混合膜は、例えば、非晶質酸化物半導体の領域と、微結晶酸化
物半導体の領域と、CAAC−OSの領域と、を有する。また、混合膜は、例えば、非晶
質酸化物半導体の領域と、微結晶酸化物半導体の領域と、CAAC−OSの領域と、の積
層構造を有してもよい。
または表面の法線ベクトルに平行な方向に揃っていることが好ましい。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。そのような酸化物半導体
膜の一例としては、CAAC−OS膜がある。
さであることが多い。また、透過型電子顕微鏡(TEM:Transmission E
lectron Microscope)による観察像では、CAAC−OS膜に含まれ
る結晶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
明確な粒界(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。
法線ベクトルまたは表面の法線ベクトルに平行な方向になるように揃い、かつab面に垂
直な方向から見て金属原子が三角形状または六角形状に配列し、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、80°以上100°以下、好ましくは85°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、−10°以上10°以下、好ま
しくは−5°以上5°以下の範囲も含まれることとする。
AC−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、C
AAC−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の結
晶性が低下することもある。
トルまたは表面の法線ベクトルに平行な方向になるように揃うため、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。また、結晶部は、成膜したとき、または成膜後に加熱処理などの結晶化処理を
行ったときに形成される。従って、結晶部のc軸は、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になるように揃う。
動が小さい。よって、当該トランジスタは、信頼性が高い。
を得る方法としては、三つ挙げられる。一つ目は、成膜温度を100℃以上450℃以下
、更に好ましくは150℃以上400℃以下として酸化物半導体層の成膜を行い、表面に
概略垂直にc軸配向させる方法である。二つ目は、酸化物半導体層を薄い膜厚で成膜した
後、200℃以上700℃以下の熱処理を行い、表面に概略垂直にc軸配向させる方法で
ある。三つ目は、一層目として薄い膜厚で成膜した後、200℃以上700℃以下の熱処
理を行い、二層目の成膜を行い、表面に概略垂直にc軸配向させる方法である。
導体膜(単結晶または微結晶)を成膜する場合には、成膜温度は特に限定されない。
り、シリコンのエネルギーギャップ1.1eVと比較して大きい。また、酸化物半導体膜
240の真性キャリア密度は、10−9/cm3であり、シリコンの真性キャリア密度の
1011/cm3と比較して極めて小さい。
みである。また、チャネル形成領域を完全空乏化することが可能であるため、トランジス
タのオフ電流を極めて小さくすることが可能である。酸化物半導体膜240を用いたトラ
ンジスタのオフ電流は、室温において、10yA/μm以下、85℃〜95℃においても
、1zA/μm以下となり、極めて小さい。
ば、酸化物半導体膜240を、第1の酸化物半導体と第2の酸化物半導体の積層として、
第1の酸化物半導体と第2の酸化物半導体に、異なる組成の金属酸化物を用いてもよい。
例えば、第1の酸化物半導体に三元系金属の酸化物を用い、第2の酸化物半導体に二元系
金属の酸化物を用いてもよい。また、第1の酸化物半導体と第2の酸化物半導体を、どち
らも三元系金属の酸化物としてもよい。
異ならせてもよい。例えば、第1の酸化物半導体の原子数比をIn:Ga:Zn=1:1
:1とし、第2の酸化物半導体の原子数比をIn:Ga:Zn=3:1:2としてもよい
。また、第1の酸化物半導体の原子数比をIn:Ga:Zn=1:3:2とし、第2の酸
化物半導体の原子数比をIn:Ga:Zn=2:1:3としてもよい。
ネル側)の酸化物半導体のInとGaの含有率をIn>Gaとするとよい。またゲート電
極から遠い側(バックチャネル側)の酸化物半導体のInとGaの含有率をIn≦Gaと
するとよい。酸化物半導体では主として重金属のs軌道がキャリア伝導に寄与しており、
Inの含有率を多くすることによりs軌道のオーバーラップが多くなる傾向があるため、
In>Gaの組成となる酸化物はIn≦Gaの組成となる酸化物と比較して高い移動度を
備える。また、GaはInと比較して酸素欠損の形成エネルギーが大きく酸素欠損が生じ
にくいため、In≦Gaの組成となる酸化物はIn>Gaの組成となる酸化物と比較して
安定した特性を備える。したがって、チャネル側にIn>Gaの組成となる酸化物半導体
を適用し、バックチャネル側にIn≦Gaの組成となる酸化物半導体を適用することで、
トランジスタの移動度および信頼性をさらに高めることが可能となる。
体に、結晶性の異なる酸化物半導体を適用してもよい。すなわち、単結晶酸化物半導体、
多結晶酸化物半導体、非晶質酸化物半導体、または結晶性を有する酸化物半導体(例えば
、CAAC−OS膜)を適宜組み合わせた構成としてもよい。また、第1の酸化物半導体
と第2の酸化物半導体の少なくともどちらか一方に、非晶質酸化物半導体を適用すると、
酸化物半導体の内部応力や外部からの応力を緩和し、トランジスタの特性ばらつきが低減
され、トランジスタの信頼性をさらに高めることが可能となる。一方で、非晶質酸化物半
導体は水素などのドナーとなる不純物を吸収しやすく、また、酸素欠損が生じやすいため
n型化されやすい。このため、チャネル側の酸化物半導体は、結晶性を有する酸化物半導
体(例えば、CAAC−OS膜)を適用することが好ましい。
理を行ってもよい。平坦化処理としては、特に限定されないが、研磨処理(例えば、CM
P法)、ドライエッチング処理、及びプラズマ処理を用いることができる。
ッタリングを行うことができる。逆スパッタリングとは、アルゴン雰囲気下で基板側にR
F電源を用いて電圧を印加して基板近傍にプラズマを形成して表面を改質する方法をいう
。なお、アルゴンに代えて窒素、ヘリウム、酸素などを用いてもよい。逆スパッタリング
を行うと、酸化物半導体膜240の被成膜面に付着している粉状物質(パーティクル、ご
みともいう)を除去することができる。
よく、それらを組み合わせて行ってもよい。また、組み合わせて行う場合、工程順も特に
限定されず、酸化物半導体膜240の被成膜面の凹凸状態に合わせて適宜設定すればよい
。
素(水や水酸基を含む)を低減または除去(脱水化または脱水素化)するための熱処理を
行うことが好ましい。
℃以上600℃以下、または基板の歪み点未満とする。例えば、加熱処理装置の一つであ
る電気炉に基板を導入し、酸化物半導体膜240に対して真空(減圧)雰囲気下650℃
において1時間の加熱処理を行う。
輻射によって、被処理物を加熱する装置を用いてもよい。例えば、GRTA(Gas R
apid Thermal Annealing)装置、LRTA(Lamp Rapi
d Thermal Annealing)装置等のRTA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。高温のガスには、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。なお、熱処理装
置としてGRTA装置を用いる場合には、その処理時間が短いため、650℃〜700℃
の高温に加熱した不活性ガス中で基板を加熱してもよい。
水素を低減、より好ましくは除去することができる。また、この熱処理によって、酸化物
絶縁膜238に含まれる酸素が酸化物半導体膜240へと供給される。酸化物半導体膜2
40の脱水化または脱水素化処理によって同時に離脱する酸素を酸化物絶縁膜238から
供給することによって、酸化物半導体膜240の酸素欠損を補填することが可能である。
温度から徐冷しながら同じ炉に高純度の酸素ガス、高純度の亜酸化窒素ガス、または超乾
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)を導入してもよい。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1ppm以下、好ましくは0.1ppm以下)とするこ
とが好ましい。酸素ガスまたは亜酸化窒素ガスの作用により、脱水化または脱水素化処理
による不純物の排除工程によって同時に減少してしまった酸化物半導体膜240を構成す
る主成分材料である酸素を供給することによって、酸化物半導体膜240を高純度化及び
i型(真性)化することができる。
熱処理と兼ねてもよい。
部を選択的に除去し、その後、酸素バリア膜242を形成する(図8(A)参照)。
膜242としては、例えば、アルミニウム、ルテニウム、イリジウム、ハフニウム、及び
タンタルの中から選ばれた金属膜、それらの金属酸化膜、またはそれらの金属窒化膜であ
ると好適である。また、酸化アルミニウム、ルテニウム、酸化ルテニウム、イリジウム、
酸化イリジウム、窒化タンタルの少なくとも1つを含むと更に好適である。本実施の形態
においては、酸素バリア膜242として、50nmの酸化アルミニウム膜を用いる。
8(A)に示すように、配線232に達する位置に開口部を形成すると好適である。該開
口部に後に形成されるソース電極及びドレイン電極を充填することで、第1のp型トラン
ジスタ280a及び第1のn型トランジスタ280bと、第2のトランジスタ282を電
気的に接続することができる。
、242c、242dを形成する(図8(B)参照)。
ア膜242上にて全面エッチングを行い形成しても良いし、所望の領域にレジストマスク
を形成し、不要な領域の酸素バリア膜242を除去することで形成してもよい。なお、所
望の領域にレジストマスクを形成する場合、少なくとも、酸化物半導体膜240の表面と
配線232の表面の一部が露出すればよく、後に形成される電極244a、ソース電極2
44b及びドレイン電極244cが接する酸化物絶縁膜238上に酸素バリア膜を残す構
成としてもよい。
所望の領域に形成することで、電極244a、ソース電極244b及びドレイン電極24
4cを形成する(図9(A)参照)。
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、または上側の一方、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。
、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(ZnO)、インジウムスズ酸化物(I
n2O3−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
、プラズマ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。
b及びドレイン電極244c上に第2のゲート絶縁膜246を形成し、該第2のゲート絶
縁膜246と接し、電極244a及び酸化物半導体膜240と重畳する位置に電極248
a、及び第2のゲート電極248bを形成する(図9(B)参照)。
2のチャネル形成領域240aが形成される。
、窒化シリコン、酸化窒化シリコン、酸化窒化アルミニウム、または窒化酸化シリコン等
を用いることができる。また、第2のゲート絶縁膜246の膜厚は、例えば1nm以上5
00nm以下とすることができる。また、第2のゲート絶縁膜246の作製方法に特に限
定はないが、例えば、スパッタリング法、MBE法、プラズマCVD法、パルスレーザ堆
積法、ALD法等を適宜用いることができる。本実施の形態においては、第2のゲート絶
縁膜246として、20nmの酸化窒化シリコン膜を用いる。
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、ま
たはこれらを含む合金材料を用いることができる。また、電極248a及び第2のゲート
電極248bは、上記の材料を用いて単層、また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、プラズマCVD法、スパッタリング法などの各種成膜方
法を用いることができる。本実施の形態においては、電極248a及び第2のゲート電極
248bとして、30nmの窒化タンタル膜と135nmのタングステン膜との積層構造
を用いる。
248bをマスクとして、第2のゲート絶縁膜246を通過して酸化物半導体膜240に
対し、不純物注入処理を行ってもよい。
、例えば、リン(P)、砒素(As)、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。本実施の形態においては、不純物注
入処理として、リン(P)の注入を行う。
第2のトランジスタ282が形成される。
ト絶縁膜246、電極248a及び第2のゲート電極248b上)に絶縁膜250及び絶
縁膜252を形成する(図10(A)参照)。
化シリコン膜、酸化アルミニウム膜、酸化窒化アルミニウム膜、酸化ガリウム膜、酸化ハ
フニウム膜などの酸化物絶縁膜を単層で、または積層して用いればよい。また、上述の酸
化物絶縁膜上に、窒化シリコン膜、窒化酸化シリコン膜、窒化アルミニウム膜、窒化酸化
アルミニウム膜などの窒化物絶縁膜の単層、または積層をさらに形成してもよい。また、
絶縁膜250の作製方法に特に限定はないが、例えば、スパッタリング法、MBE法、P
E−CVD法、パルスレーザ堆積法、ALD法等を適宜用いることができる。本実施の形
態においては、絶縁膜250として、50nmの酸化アルミニウム膜を用いる。
きる。本実施の形態においては、絶縁膜252として、300nmの酸化窒化シリコン膜
を用いる。
去し、ソース電極244bに達する開口部を形成し、その後、該開口部を充填するように
電極254を形成する(図10(B)参照)。
とができる。該導電膜としては、電極244a、ソース電極244b及びドレイン電極2
44cに用いた材料、及び手法により形成することができる。本実施の形態においては、
電極254として、50nmのチタン膜と、200nmのアルミニウム膜と、50nmの
チタン膜との積層構造を用いる。
(図11(A)参照)。
ロブテン系樹脂等の有機材料を用いることができる。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形成することができる。本実施の形態においては、絶縁
膜256a、256bとして1.5μmのポリイミド系樹脂膜を用いる。
選択的に加工することで、配線258を形成する。その後、絶縁膜256a、256b、
及び配線258上に絶縁膜260を形成する(図11(B)参照)。
用いた材料、及び手法により形成することができる。本実施の形態においては、配線25
8として、50nmのチタン膜と300nmのアルミニウム膜と5nmのチタン膜との積
層構造を用いる。
することができる。本実施の形態においては、絶縁膜260として1.5μmのポリイミ
ド系樹脂膜を用いる。
むトランジスタにおいて、チャネル形成領域に接して酸素放出型の酸化物絶縁膜を形成し
、該酸化物絶縁膜より酸化物半導体膜に酸素を供給する。また、チャネル形成領域の外周
には酸素バリア膜を形成することで、トランジスタに接続された配線、及び電極等への酸
素の拡散を抑制することができる。したがって、信頼性の高い半導体装置を実現すること
ができる。
本実施の形態では、実施の形態2の図5に示す半導体装置を使用し、電力が供給されな
い状況でも記憶内容の保持が可能で、且つ書き込み回数にも制限が無い半導体装置の回路
構成の一例について説明する。
aのソース電極またはドレイン電極の一方とは、電気的に接続されている。また、第1の
p型トランジスタ280aのソース電極またはドレイン電極の他方と、第1のn型トラン
ジスタ280c(図5に示す半導体装置には図示せず。)のソース電極またはドレイン電
極の一方とは、電気的に接続されている。また、第1のn型トランジスタ280cのソー
ス電極またはドレイン電極の他方と、第1のn型トランジスタ280bのソース電極また
はドレイン電極の一方とは、電気的に接続されている。
たはドレイン電極の一方とは、電気的に接続されている。また、第2のトランジスタ28
2のソース電極またはドレイン電極の他方と、容量素子281の電極の一方及び第1のn
型トランジスタ280bのゲート電極とは、電気的に接続されている。
のn型トランジスタ280cのゲート電極とは、電気的に接続されている。また、第4の
配線(4th Line)と、第2のトランジスタ282のゲート電極とは、電気的に接
続されている。また、第5の配線(5th Line)と、容量素子281の電極の他方
及び第1のn型トランジスタ280bのソース電極またはドレイン電極の他方とは、電気
的に接続されている。また、第6の配線(6th Line)と、第1のp型トランジス
タ280aのソース電極またはドレイン電極の他方及び第1のn型トランジスタ280c
のソース電極またはドレイン電極の一方とは、電気的に接続されている。
nductor)により形成されているため、図12において、第2のトランジスタ28
2に「OS」の記号を付記してある。
他方と、容量素子281の電極の一方と、第1のn型トランジスタ280bのゲート電極
と、の接続箇所には、フローティングノード(FN)を付記してある。第2のトランジス
タ282をオフ状態とすることで、フローティングノード、容量素子281の電極の一方
、及び第1のn型トランジスタ280bのゲート電極に与えられた電位を保持することが
できる。
持可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。
ジスタ282がオン状態となる電位にして、第2のトランジスタ282をオン状態とする
。これにより、第2の配線の電位が第1のn型トランジスタ280bのゲート電極、及び
容量素子281に与えられる。すなわち、第1のn型トランジスタ280bのゲート電極
には、所定の電荷が与えられる(書き込み)。
、第2のトランジスタ282をオフ状態とする。これにより、第1のn型トランジスタ2
80bのゲート電極に与えられた電荷が保持される(保持)。
80bのゲート電極の電荷は長時間にわたって保持される。
、第1のp型トランジスタ280aがオン状態となり、第1のn型トランジスタ280c
がオフ状態となる。この時、第1の配線の電位は第6の配線に与えられる。一方、第3の
配線の電位をHighレベル電位とした際、第1のp型トランジスタ280aがオフ状態
となり、第1のn型トランジスタ280cがオン状態となる。この時、フローティングノ
ード(FN)に保持された電荷量に応じて、第6の配線は異なる電位をとる。このため、
第6の配線の電位をみることで、保持されている情報を読み出すことができる(読み出し
)。
極めてオフ電流が小さいトランジスタである。酸化物半導体を用いた第2のトランジスタ
282のオフ電流は、シリコン半導体などで形成されるトランジスタの10万分の1以下
のオフ電流であるため、第2のトランジスタ282のリークによる、フローティングノー
ドに蓄積される電荷の消失を無視することが可能である。つまり、酸化物半導体を用いた
第2のトランジスタ282により、電力の供給が無くても情報の保持が可能な不揮発性の
記憶回路を実現することが可能である。
記憶装置に用いることで、電源電圧の供給停止による記憶装置内のデータの消失を防ぐこ
とができる。また、電源電圧の供給を再開した後、短時間で電源供給停止前の状態に復帰
することができる。よって、記憶装置全体、もしくは記憶装置を構成する一または複数の
論理回路において、待機状態のときに短い時間でも電源停止を行うことができるため、消
費電力を抑えることができる。
適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2で示した半導体装置及び実施の形態3で示した回路構
成を用い、複数の回路により構成された記憶処理装置について、図13を用いて説明を行
う。
回路とを少なくとも有する。具体的に、図13に示す記憶処理装置350は、演算回路3
51と、演算回路352と、記憶回路353と、記憶回路354と、記憶回路355と、
制御回路356と、電源制御回路357と、を有する。
算器、乗算器、さらには各種演算回路などを含む。そして、記憶回路353は、演算回路
351における演算処理の際に、データを一時的に保持するレジスタとして機能する。記
憶回路354は、演算回路352における演算処理の際に、データを一時的に保持するレ
ジスタとして機能する。
行するプログラムをデータとして記憶する、または演算回路351、及び演算回路352
からのデータを記憶することができる。
憶回路353、記憶回路354、及び記憶回路355の動作を統括的に制御する回路であ
る。
3、記憶回路354、及び記憶回路355に用いることで、記憶回路353、記憶回路3
54、及び記憶回路355への電源電圧の供給を停止しても、データを保持することがで
きる。よって、記憶処理装置350全体への電源電圧の供給を停止し、消費電力を抑える
ことができる。または、記憶回路353、記憶回路354、または記憶回路355のいず
れか一つまたは複数への電源電圧の供給を停止し、記憶処理装置350の消費電力を抑え
ることができる。また、電源電圧の供給をオフする前に、高速でデータの書き込みができ
、且つ電源電圧の供給を再開した後、短時間で電源供給停止前の状態に復帰することがで
きる。
止されるのに合わせて、記憶回路353、記憶回路354、及び記憶回路355とデータ
のやり取りを行う演算回路351、演算回路352または制御回路356への、電源電圧
の供給を停止するようにしても良い。例えば、演算回路351と記憶回路353において
、動作が行われない場合、演算回路351及び記憶回路353への電源電圧の供給を停止
するようにしてもよい。
352、記憶回路353、記憶回路354、記憶回路355、及び制御回路356へ供給
する電源電圧の大きさを制御する。そして、電源電圧の供給を停止する場合、電源電圧の
供給を停止するためのスイッチング素子は、電源制御回路357に設けられていても良い
し、演算回路351、演算回路352、記憶回路353、記憶回路354、記憶回路35
5、及び制御回路356のそれぞれに設けられていても良い。
制御回路356の間に、キャッシュメモリとして機能する記憶回路を設けても良い。キャ
ッシュメモリを設けることで、低速なメインメモリへのアクセスを減らして演算処理など
の信号処理を高速化させることができる。また、電源電圧の供給をオフする前に、高速で
データの書き込みができ、且つ電源電圧の供給を再開した後、短時間で電源供給停止前の
状態に復帰することができる。
本実施の形態では、本発明の一態様の半導体装置を記憶回路に適用し、記憶回路の一例
であるCPUの構成について説明する。
上に、ALU9901、ALU・Controller9902、Instructio
n・Decoder9903、Interrupt・Controller9904、T
iming・Controller9905、Register9906、Regist
er・Controller9907、Bus・I/F9908、書き換え可能なROM
9909、ROM・I/F9920と、を主に有している。
Fは、バスインターフェースであり、ROM・I/Fは、ROMインターフェースである
。ROM9909、及びROM・I/F9920は、別チップに設けても良い。もちろん
、図14に示すCPUは、その構成を簡略化して示した一例にすぎず、実際のCPUはそ
の用途によって多種多様な構成を有している。
・Decoder9903に入力され、デコードされた後、ALU・Controlle
r9902、Interrupt・Controller9904、Register・
Controller9907、Timing・Controller9905に入力さ
れる。
9904、Register・Controller9907、Timing・Cont
roller9905は、デコードされた命令に基づき、各種制御を行なう。具体的にA
LU・Controller9902は、ALU9901の動作を制御するための信号を
生成する。また、Interrupt・Controller9904は、CPUのプロ
グラム実行中に、外部の入出力装置や、周辺回路からの割り込み要求を、その優先度やマ
スク状態から判断し、処理する。Register・Controller9907は、
Register9906のアドレスを生成し、CPUの状態に応じてRegister
9906の読み出しや書き込みを行なう。
ontroller9902、Instruction・Decoder9903、In
terrupt・Controller9904、Register・Controll
er9907の動作のタイミングを制御する信号を生成する。例えばTiming・Co
ntroller9905は、基準クロック信号CLK1を元に、内部クロック信号CL
K2を生成する内部クロック生成部を備えており、内部クロック信号CLK2を上記各種
回路に供給する。
体装置及び実施の形態3で示した回路構成を有する記憶回路が設けられている。Regi
ster・Controller9907は、ALU9901からの指示に従い、Reg
ister9906の記憶回路に、一時的にデータの保持を行うことができる。
いてもデータを保持することが可能であり、消費電力の低減を行うことができる。具体的
には、例えば、パーソナルコンピュータのユーザーが、キーボードなどの入力装置への情
報の入力を停止している間でも、CPUを停止することができ、それにより消費電力を低
減することができる。
定されず、マイクロプロセッサ、画像処理回路、DSP、FPGA等のLSIにも応用可
能である。
本実施の形態においては、本発明の一態様に係る半導体装置を用いることで、消費電力
の低い電子機器について説明を行う。
備えた画像再生装置(代表的にはDVD:Digital Versatile Dis
c等の記録媒体を再生し、その画像を表示しうるディスプレイを有する装置)に用いるこ
とができる。その他に、本発明の一態様に係る半導体装置を用いることができる電子機器
として、携帯電話、携帯型を含むゲーム機、携帯情報端末、電子書籍、ビデオカメラ、デ
ジタルスチルカメラ、ゴーグル型ディスプレイ(ヘッドマウントディスプレイ)、ナビゲ
ーションシステム、音響再生装置(カーオーディオ、デジタルオーディオプレイヤー等)
、複写機、ファクシミリ、プリンター、プリンター複合機、現金自動預け入れ払い機(A
TM)、自動販売機などが挙げられる。
用の電子機器に応用した場合について図15、及び図16を用いて説明する。
F回路901、アナログベースバンド回路902、デジタルベースバンド回路903、バ
ッテリー904、電源回路905、アプリケーションプロセッサ906、フラッシュメモ
リ910、ディスプレイコントローラ911、メモリ回路912、ディスプレイ913、
タッチセンサ919、音声回路917、キーボード918などより構成されている。ディ
スプレイ913は表示部914、ソースドライバ915、ゲートドライバ916によって
構成されている。アプリケーションプロセッサ906はCPU907、DSP908、イ
ンターフェース(IF)909を有している。上記実施の形態で示した半導体装置を、例
えばCPU907に採用することによって、消費電力を低減することができる。
02、マイクロプロセッサ1003、フラッシュメモリ1004、音声回路1005、キ
ーボード1006、メモリ回路1007、タッチパネル1008、ディスプレイ1009
、ディスプレイコントローラ1010によって構成される。マイクロプロセッサ1003
はCPU1011、DSP1012、インターフェース1013を有している。上記実施
の形態で示した半導体装置を、例えばCPU1011に採用することで、消費電力を低減
することが可能になる。
104 ソース領域
106 ドレイン領域
108 第1のチャネル形成領域
110 第1のゲート絶縁膜
112 第1のゲート電極
114 層間絶縁膜
115 酸素バリア膜
116 酸化物絶縁膜
117 バックゲート電極
118 酸素バリア膜
120 酸化物半導体膜
120a 第2のチャネル形成領域
121 酸化物半導体膜
121a 第2のチャネル形成領域
122 ソース電極
123 酸素バリア膜
124 ドレイン電極
126 第2のゲート絶縁膜
127 第2のゲート絶縁膜
128 第2のゲート電極
129 第2のゲート電極
150 第1のトランジスタ
152 第2のトランジスタ
160 第1のトランジスタ
162 第2のトランジスタ
170 第1のトランジスタ
172 第2のトランジスタ
180 第1のトランジスタ
182 第2のトランジスタ
202 半導体基板
204 素子分離領域
206 pウェル領域
208a 第1のゲート絶縁膜
208b 第1のゲート絶縁膜
210a 第1のゲート電極
210b 第1のゲート電極
212 第1のチャネル形成領域
212a ソース領域
212b ドレイン領域
214 第1のチャネル形成領域
214a ソース領域
214b ドレイン領域
216 絶縁膜
218 絶縁膜
220a コンタクトプラグ
220b コンタクトプラグ
220c コンタクトプラグ
220d コンタクトプラグ
222a 絶縁膜
222d 絶縁膜
224a 配線
224c 配線
226a 絶縁膜
226b 絶縁膜
228 コンタクトプラグ
232 配線
234a 絶縁膜
234b 絶縁膜
236 酸素バリア膜
238 酸化物絶縁膜
240 酸化物半導体膜
240a 第2のチャネル形成領域
242 酸素バリア膜
242a 酸素バリア膜
242b 酸素バリア膜
242c 酸素バリア膜
242d 酸素バリア膜
244a 電極
244b ソース電極
244c ドレイン電極
246 第2のゲート絶縁膜
248a 電極
248b 第2のゲート電極
250 絶縁膜
252 絶縁膜
254 電極
256a 絶縁膜
256b 絶縁膜
258 配線
260 絶縁膜
280a 第1のp型トランジスタ
280b 第1のn型トランジスタ
280c 第1のn型トランジスタ
281 容量素子
282 第2のトランジスタ
350 記憶処理装置
351 演算回路
352 演算回路
353 記憶回路
354 記憶回路
355 記憶回路
356 制御回路
357 電源制御回路
901 RF回路
902 アナログベースバンド回路
903 デジタルベースバンド回路
904 バッテリー
905 電源回路
906 アプリケーションプロセッサ
907 CPU
908 DSP
910 フラッシュメモリ
911 ディスプレイコントローラ
912 メモリ回路
913 ディスプレイ
914 表示部
915 ソースドライバ
916 ゲートドライバ
917 音声回路
918 キーボード
919 タッチセンサ
1001 バッテリー
1002 電源回路
1003 マイクロプロセッサ
1004 フラッシュメモリ
1005 音声回路
1006 キーボード
1007 メモリ回路
1008 タッチパネル
1009 ディスプレイ
1010 ディスプレイコントローラ
1011 CPU
1012 DSP
1013 インターフェース
9900 基板
9901 ALU
9902 ALU・Controller
9903 Instruction・Decoder
9904 Interrupt・Controller
9905 Timing・Controller
9906 Register
9907 Register・Controller
9908 Bus・I/F
9909 ROM
9920 ROM・I/F
Claims (2)
- シリコンを有する第1のトランジスタを有し、
前記第1のトランジスタ上の酸化物絶縁膜と、
酸化物半導体膜を有する第2のトランジスタと、
配線と、
前記配線に接する第1の酸素バリア膜と、
第2の酸素バリア膜と、を有し、
前記酸化物半導体膜は、前記酸化物絶縁膜上にあり、
前記酸化物半導体膜は、チャネル形成領域を有し、
前記第1の酸素バリア膜は前記酸化絶縁膜を貫通し、
前記第1の酸素バリア膜は酸化アルミニウムを有し、
前記配線はタングステンを有し、
前記酸化物絶縁膜は、前記第2の酸素バリア膜上に接してあり、
前記第1のトランジスタのゲートは、前記配線を介して、前記第2のトランジスタのソースまたはドレインに電気的に接続され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2の酸素バリア膜は、アルミニウム、ルテニウム、イリジウム、ハフニウム、及びタンタルの中から選ばれた金属膜、金属酸化膜、または金属窒化膜であることを特徴とする半導体装置。
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