JP2021108407A - 半導体装置 - Google Patents
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Abstract
Description
または、本発明は、例えば、半導体、導電体、絶縁体、トランジスタおよび半導体装置の
製造方法に関する。または、本発明は、例えば、半導体、導電体、絶縁体、表示装置、発
光装置、照明装置、蓄電装置、記憶装置、プロセッサ、電子機器に関する。または、半導
体、導電体、絶縁体、表示装置、液晶表示装置、発光装置、記憶装置、電子機器の製造方
法に関する。または、半導体装置、表示装置、液晶表示装置、発光装置、記憶装置、電子
機器の駆動方法に関する。
一態様の技術分野は、物、方法、または、製造方法に関するものである。または、本発明
の一態様は、プロセス、マシン、マニュファクチャ、または、組成物(コンポジション・
オブ・マター)に関するものである。
全般を指す。表示装置、発光装置、照明装置、電気光学装置、半導体回路および電子機器
は、半導体装置を有する場合がある。
る。当該トランジスタは集積回路や表示装置のような半導体装置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としてシリコンが知られている。
リコンとが使い分けられている。例えば、大型の表示装置を構成するトランジスタに適用
する場合、大面積基板への成膜技術が確立されている非晶質シリコンを用いると好適であ
る。一方、駆動回路と画素回路とを同一基板上に形成するような高機能の表示装置を構成
するトランジスタに適用する場合、高い電界効果移動度を有するトランジスタを作製可能
な多結晶シリコンを用いると好適である。多結晶シリコンは、非晶質シリコンに対し高温
での熱処理、またはレーザ光処理を行うことで形成する方法が知られる。
開発が活発化している。
へ利用することが開示されている(特許文献1参照。)。また、1995年には、酸化物
半導体を用いたトランジスタが発明されており、その電気特性が開示されている(特許文
献2参照。)。
結晶シリコンを用いたトランジスタとは異なる特徴を有する。例えば、酸化物半導体を用
いたトランジスタを適用した表示装置は、消費電力が低いことが知られている。酸化物半
導体は、スパッタリング法などを用いて成膜できるため、大型の表示装置を構成するトラ
ンジスタに用いることができる。また、酸化物半導体を用いたトランジスタは、高い電界
効果移動度を有するため、駆動回路と画素回路とを同一基板上に形成するような高機能の
表示装置を実現できる。また、非晶質シリコンを用いたトランジスタの生産設備の一部を
改良して利用することが可能であるため、設備投資を抑えられるメリットもある。
ることを課題の一とする。または、サブスレッショルドスイング値の小さいトランジスタ
を提供することを課題の一とする。または、短チャネル効果の小さいトランジスタを提供
することを課題の一とする。または、ノーマリーオフの電気特性を有するトランジスタを
提供することを課題の一とする。または、非導通時のリーク電流の小さいトランジスタを
提供することを課題の一とする。または、電気特性の優れたトランジスタを提供すること
を課題の一とする。または、信頼性の高いトランジスタを提供することを課題の一とする
。または、高い周波数特性を有するトランジスタを提供することを課題の一とする。
該半導体装置を有するモジュールを提供することを課題の一とする。または、該半導体装
置、または該モジュールを有する電子機器を提供することを課題の一とする。または、新
規な半導体装置を提供することを課題の一とする。または、新規なモジュールを提供する
ことを課題の一とする。または、新規な電子機器を提供することを課題の一とする。
態様は、これらの課題の全てを解決する必要はないものとする。なお、これら以外の課題
は、明細書、図面、請求項などの記載から、自ずと明らかとなるものであり、明細書、図
面、請求項などの記載から、これら以外の課題を抽出することが可能である。
の導電体上に第1の絶縁体を成膜し、第1の絶縁体上にレジストを成膜し、レジストを露
光および現像することで、レジストの第2の領域および第3の領域を残存させて第1の絶
縁体の一部を露出し、基板の上面に垂直な方向のバイアスを印加し、かつ炭素およびハロ
ゲンを有するガスによってプラズマを生成し、プラズマによって、有機物を堆積させると
ともに、有機物をエッチングした後、有機物、第2の領域および第3の領域をマスクとし
て第1の絶縁体をエッチングすることで、第2の絶縁体および第3の絶縁体を形成し、か
つ第1の導電体を露出させ、第2の絶縁体および第3の絶縁体をマスクとして第1の導電
体をエッチングすることで、第2の導電体および第3の導電体を形成し、かつ半導体を露
出させ、有機物、第2の領域および第3の領域を除去し、半導体の露出部上に第4の絶縁
体を成膜し、第4の絶縁体上に第4の導電体を形成し、有機物は、第1の絶縁体の露出部
においてはエッチング速度が堆積速度を上回り、第2の領域の側面においては堆積速度が
エッチング速度を上回る半導体装置の作製方法である。
2の領域と第3の領域との間の距離の80%以下である。
できる。または、サブスレッショルドスイング値の小さいトランジスタを提供することが
できる。または、短チャネル効果の小さいトランジスタを提供することができる。または
、ノーマリーオフの電気特性を有するトランジスタを提供することができる。または、非
導通時のリーク電流の小さいトランジスタを提供することができる。または、電気特性の
優れたトランジスタを提供することができる。または、信頼性の高いトランジスタを提供
することができる。または、高い周波数特性を有するトランジスタを提供することができ
る。
装置を有するモジュールを提供することができる。または、該半導体装置、または該モジ
ュールを有する電子機器を提供することができる。または、新規な半導体装置を提供する
ことができる。または、新規なモジュールを提供することができる。または、新規な電子
機器を提供することができる。
態様は、これらの効果の全てを有する必要はない。なお、これら以外の効果は、明細書、
図面、請求項などの記載から、自ずと明らかとなるものであり、明細書、図面、請求項な
どの記載から、これら以外の効果を抽出することが可能である。
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。なお、図面を用いて発明の構成を説明するにあたり、同じものを指す符号は異
なる図面間でも共通して用いる。なお、同様のものを指す際にはハッチパターンを同じく
し、特に符号を付さない場合がある。
いる場合がある。
ることが可能である。
との電位差のことを示す場合が多い。よって、電圧を電位と言い換えることが可能である
。一般的に、電位(電圧)は、相対的なものであり、基準の電位からの相対的な大きさに
よって決定される。したがって、「接地電位」などと記載されている場合であっても、電
位が0Vであるとは限らない。例えば、回路で最も低い電位が、「接地電位」となる場合
もある。または、回路で中間くらいの電位が、「接地電位」となる場合もある。その場合
には、その電位を基準として、正の電位と負の電位が規定される。
順を示すものではない。そのため、例えば、「第1の」を「第2の」または「第3の」な
どと適宜置き換えて説明することができる。また、本明細書などに記載されている序数詞
と、本発明の一態様を特定するために用いられる序数詞は一致しない場合がある。
ての特性を有する場合がある。また、「半導体」と「絶縁体」は境界が曖昧であり、厳密
に区別できない場合がある。したがって、本明細書に記載の「半導体」は、「絶縁体」と
言い換えることができる場合がある。同様に、本明細書に記載の「絶縁体」は、「半導体
」と言い換えることができる場合がある。
ての特性を有する場合がある。また、「半導体」と「導電体」は境界が曖昧であり、厳密
に区別できない場合がある。したがって、本明細書に記載の「半導体」は、「導電体」と
言い換えることができる場合がある。同様に、本明細書に記載の「導電体」は、「半導体
」と言い換えることができる場合がある。
が0.1原子%未満の元素は不純物である。不純物が含まれることにより、例えば、半導
体にDOS(Density of State)が形成されることや、キャリア移動度
が低下することや、結晶性が低下することなどが起こる場合がある。半導体が酸化物半導
体である場合、半導体の特性を変化させる不純物としては、例えば、第1族元素、第2族
元素、第14族元素、第15族元素、主成分以外の遷移金属などがあり、特に、例えば、
水素(水にも含まれる)、リチウム、ナトリウム、シリコン、ホウ素、リン、炭素、窒素
などがある。酸化物半導体の場合、例えば水素などの不純物の混入によって酸素欠損を形
成する場合がある。また、半導体がシリコンである場合、半導体の特性を変化させる不純
物としては、例えば、酸素、水素を除く第1族元素、第2族元素、第13族元素、第15
族元素などがある。
る領域における深さ方向全体の濃度がBである場合、Aのある領域における深さ方向の濃
度の平均値がBである場合、Aのある領域における深さ方向の濃度の中央値がBである場
合、Aのある領域における深さ方向の濃度の最大値がBである場合、Aのある領域におけ
る深さ方向の濃度の最小値がBである場合、Aのある領域における深さ方向の濃度の収束
値がBである場合、測定上Aそのものの確からしい値の得られる領域における濃度がBで
ある場合などを含む。
する、と記載する場合、例えば、Aのある領域における全体の大きさ、長さ、厚さ、幅、
または距離がBである場合、Aのある領域における大きさ、長さ、厚さ、幅、または距離
の平均値がBである場合、Aのある領域における大きさ、長さ、厚さ、幅、または距離の
中央値がBである場合、Aのある領域における大きさ、長さ、厚さ、幅、または距離の最
大値がBである場合、Aのある領域における大きさ、長さ、厚さ、幅、または距離の最小
値がBである場合、Aのある領域における大きさ、長さ、厚さ、幅、または距離の収束値
がBである場合、測定上Aそのものの確からしい値の得られる領域での大きさ、長さ、厚
さ、幅、または距離がBである場合などを含む。
ジスタがオン状態のときに半導体の中で電流の流れる部分)とゲート電極とが互いに重な
る領域、またはチャネルが形成される領域における、ソース(ソース領域またはソース電
極)とドレイン(ドレイン領域またはドレイン電極)との間の距離をいう。なお、一つの
トランジスタにおいて、チャネル長が全ての領域で同じ値をとるとは限らない。即ち、一
つのトランジスタのチャネル長は、一つの値に定まらない場合がある。そのため、本明細
書では、チャネル長は、チャネルの形成される領域における、いずれか一の値、最大値、
最小値または平均値とする。
電流の流れる部分)とゲート電極とが互いに重なる領域、またはチャネルが形成される領
域における、ソースとドレインとが向かい合っている部分の長さをいう。なお、一つのト
ランジスタにおいて、チャネル幅がすべての領域で同じ値をとるとは限らない。即ち、一
つのトランジスタのチャネル幅は、一つの値に定まらない場合がある。そのため、本明細
書では、チャネル幅は、チャネルの形成される領域における、いずれか一の値、最大値、
最小値または平均値とする。
ル幅(以下、実効的なチャネル幅と呼ぶ。)と、トランジスタの上面図において示される
チャネル幅(以下、見かけ上のチャネル幅と呼ぶ。)と、が異なる場合がある。例えば、
立体的な構造を有するトランジスタでは、実効的なチャネル幅が、トランジスタの上面図
において示される見かけ上のチャネル幅よりも大きくなり、その影響が無視できなくなる
場合がある。例えば、微細かつ立体的な構造を有するトランジスタでは、半導体の側面に
形成されるチャネル領域の割合が大きくなる場合がある。その場合は、上面図において示
される見かけ上のチャネル幅よりも、実際にチャネルの形成される実効的なチャネル幅の
方が大きくなる。
による見積もりが困難となる場合がある。例えば、設計値から実効的なチャネル幅を見積
もるためには、半導体の形状が既知という仮定が必要である。したがって、半導体の形状
が正確にわからない場合には、実効的なチャネル幅を正確に測定することは困難である。
重なる領域における、ソースとドレインとが向かい合っている部分の長さである見かけ上
のチャネル幅を、「囲い込みチャネル幅(SCW:Surrounded Channe
l Width)」と呼ぶ場合がある。また、本明細書では、単にチャネル幅と記載した
場合には、囲い込みチャネル幅または見かけ上のチャネル幅を指す場合がある。または、
本明細書では、単にチャネル幅と記載した場合には、実効的なチャネル幅を指す場合があ
る。なお、チャネル長、チャネル幅、実効的なチャネル幅、見かけ上のチャネル幅、囲い
込みチャネル幅などは、断面TEM像などを取得して、その画像を解析することなどによ
って、値を決定することができる。
る場合、囲い込みチャネル幅を用いて計算する場合がある。その場合には、実効的なチャ
ネル幅を用いて計算する場合とは異なる値をとる場合がある。
たは断面図において、Aの少なくとも一端が、Bの少なくとも一端よりも外側にある形状
を有することを示す場合がある。したがって、AがBより迫り出した形状を有すると記載
されている場合、例えば上面図において、Aの一端が、Bの一端よりも外側にある形状を
有すると読み替えることができる。
れている状態をいう。したがって、−5°以上5°以下の場合も含まれる。また、「略平
行」とは、二つの直線が−30°以上30°以下の角度で配置されている状態をいう。ま
た、「垂直」とは、二つの直線が80°以上100°以下の角度で配置されている状態を
いう。したがって、85°以上95°以下の場合も含まれる。また、「略垂直」とは、二
つの直線が60°以上120°以下の角度で配置されている状態をいう。
。
以下では、本発明の一態様に係る導電体、絶縁体または半導体の加工方法について説明す
る。
6としては、導電体、絶縁体または半導体を用いればよい。また、層110としては、導
電体、絶縁体または半導体を用いればよい。
、チタン、クロム、マンガン、コバルト、ニッケル、銅、亜鉛、ガリウム、イットリウム
、ジルコニウム、モリブデン、ルテニウム、銀、インジウム、スズ、タンタルおよびタン
グステンを一種以上含む導電体を、単層で、または積層で用いればよい。例えば、合金や
化合物であってもよく、アルミニウムを含む導電体、銅およびチタンを含む導電体、銅お
よびマンガンを含む導電体、インジウム、スズおよび酸素を含む導電体、チタンおよび窒
素を含む導電体などを用いてもよい。
ウム、シリコン、リン、塩素、アルゴン、ガリウム、ゲルマニウム、イットリウム、ジル
コニウム、ランタン、ネオジム、ハフニウムまたはタンタルを含む絶縁体を、単層で、ま
たは積層で用いればよい。例えば、絶縁体としては、酸化アルミニウム、酸化マグネシウ
ム、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコン、窒化シリコン、酸化ガリウム
、酸化ゲルマニウム、酸化イットリウム、酸化ジルコニウム、酸化ランタン、酸化ネオジ
ム、酸化ハフニウムまたは酸化タンタルを用いればよい。特に、シリコンを有する酸化物
を用いることが好ましい。
ゲルマニウム、ヒ化ガリウム、リン化インジウム、セレン化亜鉛、硫化カドミウム、酸化
物半導体などの化合物半導体、および有機半導体を用いればよい。酸化物半導体について
は後述する。
ting)を成膜する。次に、レジストを成膜する。次に、レジストを加工する。レジス
トの加工は、まずフォトマスクなどを用いてレジストを露光する。このとき、反射防止層
の作用によって、ハレーションを抑制することができる。次に、露光された領域を、現像
液を用いて除去または残存させてレジスト122を形成する。レジストの露光には、例え
ば、KrFエキシマレーザ光、ArFエキシマレーザ光、EUV(Extreme Ul
traviolet)光などを用いればよい。また、基板と投影レンズとの間に液体(例
えば水)を満たして露光する、液浸技術を用いてもよい。また、前述した光に代えて、電
子ビームやイオンビームを用いてもよい。なお、電子ビームやイオンビームを用いる場合
には、フォトマスクは不要となる。
0を形成する(図1(B)参照。)。ただし、反射防止層120に替えて、反射防止層の
機能を有さない有機物または無機物を用いてもよい場合がある。または、反射防止層12
0を有さなくてもよい場合がある。
。)は、露光機やレジストなどによって決定する。
E:Reactive Ion Etching)法や、誘導結合型プラズマ(ICP:
Inductively Coupled Plasma)エッチング法などによって行
うことができる。
ト122などに含まれる炭素および水素などと反応し、被処理面(例えば、レジスト12
2の上面および側面、反射防止層120の側面、ならびに層110の露出部など)に有機
物を堆積させる。有機物の堆積は、等方的に起こる。ここで、層116および層110の
上面に垂直な方向のバイアスを印加すると、有機物の堆積と、有機物のエッチングと、が
同時に起こる。有機物のエッチングは、バイアスの印加される方向のエッチング速度が高
くなるため、異方的に起こる。
ンガス、六フッ化エタンガス、六フッ化プロパンガス、八フッ化プロパンガスおよび八フ
ッ化シクロブタンガスなどの炭素およびフッ素を有するガス、ならびに四塩化炭素などの
炭素および塩素を有するガスなどを用いればよい。また、ヘリウムまたはアルゴンなどの
希ガス、水素などを混合して用いてもよい。
例えば、プラズマの生成に用いるガス中の炭素の割合が高いと堆積速度が高くなり、ハロ
ゲンの割合が高いとエッチング速度が高くなる。また、例えば、バイアスを弱くするとエ
ッチング速度が低くなり、バイアスを強くするとエッチング速度が高くなる。ここでは、
バイアスの印加される方向において、エッチング速度が堆積速度よりも高くなる条件を用
いる。したがって、レジスト122の上面および層110の露出部では、有機物は堆積す
るのとほとんど同時にエッチングされる。また、層110の露出部もエッチングされる。
ただし、プラズマ処理の条件によって、層110の露出部をエッチングさせないこともで
きる。また、プラズマ処理の条件を2段階、3段階などの多段階で変化させることもでき
る。
度が堆積速度よりも遅くなる。したがって、該領域では有機物124が堆積する(図1(
C)参照。)。
110および層116をエッチングし、層110aおよび層110b、ならびに層116
aおよび層116bを形成する(図1(D)参照。)。層110および層116のエッチ
ングは、ドライエッチング法または/およびウェットエッチング法によって行うことがで
きる。このときに、有機物124を除去してもよい。なお、層110aと層110bとが
奥行き方向で繋がっていても構わない。また、層116aと層116bとが奥行き方向で
繋がっていても構わない。
よりも小さくなる。即ち、露光機やレジストなどによって決定する最小の寸法よりも小さ
い形状を得ることができる。
寸法よりも小さい穴を形成することができる(図1(E)参照。)。有機物124、レジ
スト122および反射防止層120の除去には、プラズマアッシングなどのドライエッチ
ング法または/およびウェットエッチング法を用いることができる。
の領域は、第1の領域と第3の領域との間に位置する。第1の領域は、平坦な領域である
。第2の領域および第3の領域は傾斜を有する領域である。第2の領域は、第3の領域よ
りも傾斜が緩やかである。第2の領域における傾斜は、第1の領域近傍から第3の領域近
傍にかけて傾斜の度合いが変化する場合がある。例えば、第1の領域の近傍では傾斜がき
つく、第3の領域の近傍では傾斜が緩くなるような形状を有する場合がある。層110a
が、このような形状を有することにより、層110aよりも上方に形成する層などの段差
被覆性を高くすることができる。そのため、形状不良などが起こりにくくなる。層110
bについても同様である。なお、傾斜とは、厚さの変化のことをいい、その角度が直角で
ある場合も傾斜を有すると表記する。
また、図2に示すように、プラズマ処理の条件を変更することにより、図1(E)とは異
なる形状を得ることもできる。
、説明を省略する。
。また、層110の露出部もエッチングされる。ここでは、レジスト122の側面および
反射防止層120の側面に有機物124を堆積させながら、層116が露出するまで層1
10をエッチングすることで、層110aおよび層110bを形成する(図2(C)参照
。)。なお、層110aと層110bとが奥行き方向で繋がっていても構わない。
116をエッチングし、層116aおよび層116bを形成する(図2(D)参照。)。
層116のエッチングは、ドライエッチング法または/およびウェットエッチング法によ
って行うことができる。このときに、有機物124を除去してもよい。なお、層116a
と層116bとが奥行き方向で繋がっていても構わない。
よりも小さくなる。即ち、露光機やレジストなどによって決定する最小の寸法よりも小さ
い形状を得ることができる。
寸法よりも小さい穴を形成することができる(図2(E)参照。)。有機物124、レジ
スト122および反射防止層120の除去には、プラズマアッシングなどのドライエッチ
ング法または/およびウェットエッチング法を用いることができる。
な領域である。第2の領域は傾斜を有する領域である。第2の領域は、傾斜の度合いが変
化する場合がある。例えば、第1の領域の近傍では傾斜がきつく、第1の領域から遠ざか
るほど傾斜が緩くなるような形状を有する場合がある。層110aが、このような形状を
有することにより、層110aよりも上方に形成する層などの段差被覆性を高くすること
ができる。そのため、形状不良などが起こりにくくなる。層110bについても同様であ
る。
また、図3に示すように、プラズマ処理の条件を変更することにより、図1(E)および
図2(E)とは異なる形状を得ることもできる。
、説明を省略する。
。また、層110の露出部もエッチングされる。ここでは、レジスト122の側面および
反射防止層120の側面に有機物124を堆積させながら、層110および層116をエ
ッチングすることで、層110aおよび層110b、ならびに層116aおよび層116
bを形成する(図3(C)参照。)。なお、層110aと層110bとが奥行き方向で繋
がっていても構わない。また、層116aと層116bとが奥行き方向で繋がっていても
構わない。
よりも小さくなる。即ち、露光機やレジストなどによって決定する最小の寸法よりも小さ
い形状を得ることができる。
寸法よりも小さい穴を形成することができる(図3(D)参照。)。有機物124、レジ
スト122および反射防止層120の除去には、プラズマアッシングなどのドライエッチ
ング法または/およびウェットエッチング法を用いることができる。
な領域である。第2の領域は傾斜を有する領域である。第2の領域は、傾斜の度合いが変
化する場合がある。例えば、第1の領域の近傍では傾斜がきつく、第1の領域から遠ざか
るほど傾斜が緩くなるような形状を有する場合がある。また、層116aは、第3の領域
と、第4の領域と、を有する。第3の領域は、平坦な領域である。第4の領域は傾斜を有
する領域である。第4の領域は、傾斜の度合いが変化する場合がある。例えば、第3の領
域の近傍では傾斜がきつく、第3の領域から遠ざかるほど傾斜が緩くなるような形状を有
する場合がある。層110aおよび層116aが、このような形状を有することにより、
層110aおよび層116aよりも上方に形成する層などの段差被覆性を高くすることが
できる。そのため、形状不良などが起こりにくくなる。層110bおよび層116bにつ
いても同様である。
また、図4に示すように、エッチングの工程を追加することにより、図1(E)、図2(
E)および図3(D)とは異なる形状を得ることもできる。
、説明を省略する。
るように層110をエッチングすることで、層110aおよび層110bを形成する(図
4(C)参照。)。層110のエッチングは、ドライエッチング法または/およびウェッ
トエッチング法によって行うことができる。なお、層110aと層110bとが奥行き方
向で繋がっていても構わない。
。また、層116の露出部もエッチングされる。ただし、プラズマ処理の条件によって、
層116の露出部をエッチングさせないこともできる。
0bの側面では、有機物のエッチング速度が堆積速度よりも遅くなる。したがって、該領
域では有機物124が堆積する。
116をエッチングし、層116aおよび層116bを形成する(図4(D)参照。)。
層116のエッチングは、ドライエッチング法または/およびウェットエッチング法によ
って行うことができる。このときに、有機物124を除去してもよい。なお、層116a
と層116bとが奥行き方向で繋がっていても構わない。
よりも小さくなる。即ち、露光機やレジストなどによって決定する最小の寸法よりも小さ
い形状を得ることができる。
寸法よりも小さい穴を形成することができる(図4(E)参照。)。有機物124、レジ
スト122および反射防止層120の除去には、プラズマアッシングなどのドライエッチ
ング法または/およびウェットエッチング法を用いることができる。
の領域は、第1の領域と第3の領域との間に位置する。第1の領域は、平坦な領域である
。第2の領域および第3の領域は傾斜を有する領域である。第2の領域は、第3の領域よ
りも傾斜が緩やかである。第2の領域における傾斜は、第1の領域近傍から第3の領域近
傍にかけて傾斜の度合いが変化する場合がある。例えば、第1の領域の近傍では傾斜がき
つく、第3の領域の近傍では傾斜が緩くなるような形状を有する場合がある。層116a
が、このような形状を有することにより、層116aよりも上方に形成する層などの段差
被覆性を高くすることができる。そのため、形状不良などが起こりにくくなる。層116
bについても同様である。
また、図5に示すように、エッチングの工程を追加し、プラズマ処理の条件を変更するこ
とにより、図1(E)、図2(E)、図3(D)および図4(E)とは異なる形状を得る
こともできる。
、説明を省略する。また、図5(C)は、図4(C)と同じであるため、説明を省略する
。
。また、層116の露出部をエッチングすることで、層116aおよび層116bを形成
する。なお、層116aと層116bとが奥行き方向で繋がっていても構わない。
0bの側面では、有機物のエッチング速度が堆積速度よりも遅くなる。したがって、該領
域では有機物124が堆積する(図5(D)参照。)。
よりも小さくなる。即ち、露光機やレジストなどによって決定する最小の寸法よりも小さ
い形状を得ることができる。
寸法よりも小さい穴を形成することができる(図5(E)参照。)。有機物124、レジ
スト122および反射防止層120の除去には、プラズマアッシングなどのドライエッチ
ング法または/およびウェットエッチング法を用いることができる。
な領域である。第2の領域は傾斜を有する領域である。第2の領域は、傾斜の度合いが変
化する場合がある。例えば、第1の領域の近傍では傾斜がきつく、第1の領域から遠ざか
るほど傾斜が緩くなるような形状を有する場合がある。層116aが、このような形状を
有することにより、層116aよりも上方に形成する層などの段差被覆性を高くすること
ができる。そのため、形状不良などが起こりにくくなる。層116bについても同様であ
る。
また、図6に示すように、層110を有さないことにより、図1(E)、図2(E)、図
3(D)、図4(E)および図5(E)とは異なる形状を得ることもできる。
ジスト122を形成する。
0を形成する(図6(B)参照。)。ただし、反射防止層120を有さなくてもよい場合
がある。
。また、層110の露出部もエッチングされる。ただし、プラズマ処理の条件によって、
層110の露出部をエッチングさせないこともできる。
度が堆積速度よりも遅くなる。したがって、該領域では有機物124が堆積する(図6(
C)参照。)。
116をエッチングし、層116aおよび層116bを形成する(図6(D)参照。)。
層116のエッチングは、ドライエッチング法または/およびウェットエッチング法によ
って行うことができる。このときに、有機物124を除去してもよい。なお、層116a
と層116bとが奥行き方向で繋がっていても構わない。
よりも小さくなる。即ち、露光機やレジストなどによって決定する最小の寸法よりも小さ
い形状を得ることができる。
寸法よりも小さい穴を形成することができる(図6(E)参照。)。有機物124、レジ
スト122および反射防止層120の除去には、プラズマアッシングなどのドライエッチ
ング法または/およびウェットエッチング法を用いることができる。なお、図4(E)の
形状を得た後に、層110aおよび層110bを除去することでも、図6(E)と同様の
形状を得ることができる。
の領域は、第1の領域と第3の領域との間に位置する。第1の領域は、平坦な領域である
。第2の領域および第3の領域は傾斜を有する領域である。第2の領域は、第3の領域よ
りも傾斜が緩やかである。第2の領域における傾斜は、第1の領域近傍から第3の領域近
傍にかけて傾斜の度合いが変化する場合がある。例えば、第1の領域の近傍では傾斜がき
つく、第3の領域の近傍では傾斜が緩くなるような形状を有する場合がある。層116a
が、このような形状を有することにより、層116aよりも上方に形成する層などの段差
被覆性を高くすることができる。そのため、形状不良などが起こりにくくなる。層116
bについても同様である。
また、図7に示すように、プラズマ処理の条件などを変更することにより、図1(E)、
図2(E)、図3(D)、図4(E)、図5(E)および図6(E)とは異なる形状を得
ることもできる。
、説明を省略する。
。また、層116の露出部もエッチングすることで、層116aおよび層116bを形成
する。なお、層116aと層116bとが奥行き方向で繋がっていても構わない。
度が堆積速度よりも遅くなる。したがって、該領域では有機物124が堆積する(図7(
C)参照。)。
よりも小さくなる。即ち、露光機やレジストなどによって決定する最小の寸法よりも小さ
い形状を得ることができる。
寸法よりも小さい穴を形成することができる(図7(D)参照。)。有機物124、レジ
スト122および反射防止層120の除去には、プラズマアッシングなどのドライエッチ
ング法または/およびウェットエッチング法を用いることができる。なお、図5(E)の
形状を得た後に、層110aおよび層110bを除去することでも、図7(D)と同様の
形状を得ることができる。
な領域である。第2の領域は傾斜を有する領域である。第2の領域は、傾斜の度合いが変
化する場合がある。例えば、第1の領域の近傍では傾斜がきつく、第1の領域から遠ざか
るほど傾斜が緩くなるような形状を有する場合がある。層116aが、このような形状を
有することにより、層116aよりも上方に形成する層などの段差被覆性を高くすること
ができる。そのため、形状不良などが起こりにくくなる。層116bについても同様であ
る。
よりも小さい寸法で加工することが可能となる。また、形状不良が起こりにくい形状の層
を形成することができる。
以下では、本発明の一態様に係るトランジスタについて説明する。
を説明する上面図である。各上面図には、一点鎖線A1−A2および一点鎖線A3−A4
が記され、それに対応した断面図を図8(B)、図9(B)、図10(B)および図11
(B)に示す。
。絶縁体基板としては、例えば、ガラス基板、石英基板、サファイア基板、安定化ジルコ
ニア基板(イットリア安定化ジルコニア基板など)、樹脂基板などがある。また、半導体
基板としては、例えば、シリコン、ゲルマニウムなどの単体半導体基板、または炭化シリ
コン、シリコンゲルマニウム、ヒ化ガリウム、リン化インジウム、酸化亜鉛、酸化ガリウ
ムなどの化合物半導体基板などがある。さらには、前述の半導体基板内部に絶縁体領域を
有する半導体基板、例えばSOI(Silicon On Insulator)基板な
どがある。導電体基板としては、黒鉛基板、金属基板、合金基板、導電性樹脂基板などが
ある。または、金属の窒化物を有する基板、金属の酸化物を有する基板などがある。さら
には、絶縁体基板に導電体または半導体が設けられた基板、半導体基板に導電体または絶
縁体が設けられた基板、導電体基板に半導体または絶縁体が設けられた基板などがある。
または、これらの基板に素子が設けられたものを用いてもよい。基板に設けられる素子と
しては、容量素子、抵抗素子、スイッチ素子、発光素子、記憶素子などがある。
ジスタを設ける方法としては、非可とう性の基板上にトランジスタを作製した後、トラン
ジスタを剥離し、可とう性基板である基板400に転置する方法もある。その場合には、
非可とう性基板とトランジスタとの間に剥離層を設けるとよい。なお、基板400として
、繊維を編みこんだシート、フィルムまたは箔などを用いてもよい。また、基板400が
伸縮性を有してもよい。また、基板400は、折り曲げや引っ張りをやめた際に、元の形
状に戻る性質を有してもよい。または、元の形状に戻らない性質を有してもよい。基板4
00の厚さは、例えば、5μm以上700μm以下、好ましくは10μm以上500μm
以下、さらに好ましくは15μm以上300μm以下とする。基板400を薄くすると、
半導体装置を軽量化することができる。また、基板400を薄くすることで、ガラスなど
を用いた場合にも伸縮性を有する場合や、折り曲げや引っ張りをやめた際に、元の形状に
戻る性質を有する場合がある。そのため、落下などによって基板400上の半導体装置に
加わる衝撃などを緩和することができる。即ち、丈夫な半導体装置を提供することができ
る。
たはそれらの繊維などを用いることができる。可とう性基板である基板400は、線膨張
率が低いほど環境による変形が抑制されて好ましい。可とう性基板である基板400とし
ては、例えば、線膨張率が1×10−3/K以下、5×10−5/K以下、または1×1
0−5/K以下である材質を用いればよい。樹脂としては、例えば、ポリエステル、ポリ
オレフィン、ポリアミド(ナイロン、アラミドなど)、ポリイミド、ポリカーボネート、
アクリルなどがある。特に、アラミドは、線膨張率が低いため、可とう性基板である基板
400として好適である。
Chemical Vapor Deposition)法、分子線エピタキシー(MB
E:Molecular Beam Epitaxy)法またはパルスレーザ堆積(PL
D:Pulsed Laser Deposition)法、原子層堆積(ALD:At
omic Layer Deposition)法などを用いて行うことができる。
nhanced CVD)法、熱を利用する熱CVD(TCVD:Thermal CV
D)法、光を利用する光CVD(Photo CVD)法などに分類できる。さらに用い
る原料ガスによって金属CVD(MCVD:Metal CVD)法、有機金属CVD(
MOCVD:Metal Organic CVD)法に分けることができる。
用いないため、被処理物へのプラズマダメージを小さくすることが可能な成膜方法である
。例えば、半導体装置に含まれる配線、電極、素子(トランジスタ、容量素子など)など
は、プラズマから電荷を受け取ることでチャージアップする場合がある。このとき、蓄積
した電荷によって、半導体装置に含まれる配線、電極、素子などが破壊される場合がある
。一方、プラズマを用いないTCVD法の場合、こういったプラズマダメージが生じない
ため、半導体装置の歩留まりを高くすることができる。また、TCVD法では、成膜中の
プラズマダメージが生じないため、欠陥の少ない膜が得られる。
ある。また、ALD法も、成膜中のプラズマダメージが生じないため、欠陥の少ない膜が
得られる。
異なり、被処理物の表面における反応により膜が形成される成膜方法である。したがって
、被処理物の形状の影響を受けにくく、良好な段差被覆性を有する成膜方法である。特に
、ALD法は、優れた段差被覆性と、優れた厚さの均一性を有するため、アスペクト比の
高い開口部の表面を被覆する場合などに好適である。ただし、ALD法は、比較的成膜速
度が遅いため、成膜速度の速いCVD法などの他の成膜方法と組み合わせて用いることが
好ましい場合もある。
とができる。例えば、CVD法およびALD法では、原料ガスの流量比によって、所望の
組成の膜を成膜することができる。また、例えば、CVD法およびALD法では、成膜し
ながら原料ガスの流量比を変化させることによって、組成が連続的に変化した膜を成膜す
ることができる。原料ガスの流量比を変化させながら成膜する場合、複数の成膜室を用い
て成膜する場合と比べて、搬送や圧力調整に掛かる時間の分、成膜に掛かる時間を短くす
ることができる。したがって、半導体装置の生産性を高めることができる場合がある。
成する。なお、単にレジストを形成するという場合、レジストの下に反射防止層を形成す
る場合も含まれる。
は、プラズマ処理または/およびウェットエッチングを用いる。なお、プラズマ処理とし
ては、プラズマアッシングが好適である。レジストなどの除去が不十分な場合、0.00
1volume%以上1volume%以下の濃度のフッ化水素酸または/およびオゾン
水などによって取り残したレジストなどを除去しても構わない。
を用いてもよい。
リン、アルミニウム、チタン、クロム、マンガン、コバルト、ニッケル、銅、亜鉛、ガリ
ウム、イットリウム、ジルコニウム、モリブデン、ルテニウム、銀、インジウム、スズ、
タンタルおよびタングステンを一種以上含む導電体を、単層で、または積層で用いればよ
い。例えば、合金や化合物であってもよく、アルミニウムを含む導電体、銅およびチタン
を含む導電体、銅およびマンガンを含む導電体、インジウム、スズおよび酸素を含む導電
体、チタンおよび窒素を含む導電体などを用いてもよい。
MBE法またはPLD法、ALD法などを用いて行うことができる。
ルミニウム、シリコン、リン、塩素、アルゴン、ガリウム、ゲルマニウム、イットリウム
、ジルコニウム、ランタン、ネオジム、ハフニウムまたはタンタルを含む絶縁体を、単層
で、または積層で用いればよい。例えば、絶縁体402としては、酸化アルミニウム、酸
化マグネシウム、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコン、窒化シリコン、
酸化ガリウム、酸化ゲルマニウム、酸化イットリウム、酸化ジルコニウム、酸化ランタン
、酸化ネオジム、酸化ハフニウムまたは酸化タンタルを用いればよい。
はPLD法、ALD法などを用いて行うことができる。
減させることができる場合がある。また、半導体中の酸素欠損を低減させることができる
場合がある。
成する(図8(A)および図8(B)参照。)。このとき、半導体406と重ならない絶
縁体402の一部をエッチングしても構わない。こうすることで、絶縁体402に凸部が
形成される。絶縁体402に凸部が形成されることで、後述するs−channel構造
を実現しやすくなる。
を用いてもよい。
MBE法またはPLD法、ALD法などを用いて行うことができる。
ニウム、チタン、クロム、マンガン、コバルト、ニッケル、銅、亜鉛、ガリウム、イット
リウム、ジルコニウム、モリブデン、ルテニウム、銀、インジウム、スズ、タンタルおよ
びタングステンを一種以上含む導電体を、単層で、または積層で用いればよい。例えば、
合金や化合物であってもよく、アルミニウムを含む導電体、銅およびチタンを含む導電体
、銅およびマンガンを含む導電体、インジウム、スズおよび酸素を含む導電体、チタンお
よび窒素を含む導電体などを用いてもよい。
成膜は、スパッタリング法、CVD法、MBE法またはPLD法、ALD法などを用いて
行うことができる。
ルミニウム、シリコン、リン、塩素、アルゴン、ガリウム、ゲルマニウム、イットリウム
、ジルコニウム、ランタン、ネオジム、ハフニウムまたはタンタルを含む絶縁体を、単層
で、または積層で用いればよい。例えば、絶縁体410としては、酸化アルミニウム、酸
化マグネシウム、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコン、窒化シリコン、
酸化ガリウム、酸化ゲルマニウム、酸化イットリウム、酸化ジルコニウム、酸化ランタン
、酸化ネオジム、酸化ハフニウムまたは酸化タンタルを用いればよい。
0aおよび絶縁体410b、ならびに導電体416aおよび導電体416bを形成する(
図10(A)および図10(B)参照。)。
7において、層116を導電体416に、層110を絶縁体410に置き替えればよい。
ここでは、図1に示した加工方法と同様の方法により、絶縁体410および導電体416
を加工した場合を図示している。
ース電極、導電体416bをドレイン電極とすれば、図10までで工程を完了し、ボトム
ゲート構造を有するトランジスタとしてもよい。
はPLD法、ALD法などを用いて行うことができる。
はPLD法、ALD法などを用いて行うことができる。
成する。また、該レジストまたは導電体404を用いて絶縁体を加工し、絶縁体412を
形成する(図11(A)および図11(B)参照。)。なお、ここでは絶縁体412と導
電体404とが上面から見たときに同様の形状となるよう加工しているが、この形状に限
定されるものではない。例えば、絶縁体412と導電体404とを別のレジストを用いて
加工してもよい。例えば、絶縁体412を形成してから、導電体404となる導電体を成
膜してもよいし、導電体404を形成した後で絶縁体412となる絶縁体上に別途レジス
トなどを形成してもよい。
7において、層116を絶縁体412となる絶縁体に、層110を導電体404となる導
電体に置き替えればよい。
ネシウム、アルミニウム、シリコン、リン、塩素、アルゴン、ガリウム、ゲルマニウム、
イットリウム、ジルコニウム、ランタン、ネオジム、ハフニウムまたはタンタルを含む絶
縁体を、単層で、または積層で用いればよい。例えば、絶縁体412となる絶縁体として
は、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化
シリコン、窒化シリコン、酸化ガリウム、酸化ゲルマニウム、酸化イットリウム、酸化ジ
ルコニウム、酸化ランタン、酸化ネオジム、酸化ハフニウムまたは酸化タンタルを用いれ
ばよい。
リン、アルミニウム、チタン、クロム、マンガン、コバルト、ニッケル、銅、亜鉛、ガリ
ウム、イットリウム、ジルコニウム、モリブデン、ルテニウム、銀、インジウム、スズ、
タンタルおよびタングステンを一種以上含む導電体を、単層で、または積層で用いればよ
い。例えば、合金や化合物であってもよく、アルミニウムを含む導電体、銅およびチタン
を含む導電体、銅およびマンガンを含む導電体、インジウム、スズおよび酸素を含む導電
体、チタンおよび窒素を含む導電体などを用いてもよい。
法またはPLD法、ALD法などを用いて行うことができる。
ウム、シリコン、リン、塩素、アルゴン、ガリウム、ゲルマニウム、イットリウム、ジル
コニウム、ランタン、ネオジム、ハフニウムまたはタンタルを含む絶縁体を、単層で、ま
たは積層で用いればよい。絶縁体は、好ましくは酸化アルミニウム、窒化酸化シリコン、
窒化シリコン、酸化ガリウム、酸化イットリウム、酸化ジルコニウム、酸化ランタン、酸
化ネオジム、酸化ハフニウムまたは酸化タンタルを含む絶縁体を、単層で、または積層で
用いればよい。
は/および水素をブロックする機能を有する。または、絶縁体は、例えば、絶縁体402
または絶縁体412よりも、酸素または/および水素をブロックする能力が高いことが好
ましい。
10aを有し、導電体416bと導電体404との間に絶縁体410bを有する。即ち、
導電体416aおよび導電体416bなどに起因する寄生容量が小さい。そのため、図1
1(B)に示したトランジスタを用いた半導体装置は、高い周波数特性を有する。
bと接する。また、導電体404の電界によって、半導体406を電気的に取り囲むこと
ができる(導電体から生じる電界によって、半導体を電気的に取り囲むトランジスタの構
造を、surrounded channel(s−channel)構造とよぶ。)。
そのため、半導体406の全体(上面、下面および側面)にチャネルが形成される。s−
channel構造では、トランジスタのソース−ドレイン間に大電流を流すことができ
、導通時の電流(オン電流)を高くすることができる。
ャネルが形成される。したがって、半導体406が厚いほどチャネル領域は大きくなる。
即ち、半導体406が厚いほど、トランジスタのオン電流を高くすることができる。また
、半導体406が厚いほど、キャリアの制御性の高い領域の割合が増えるため、サブスレ
ッショルドスイング値を小さくすることができる。例えば、10nm以上、好ましくは2
0nm以上、さらに好ましくは40nm以上、より好ましくは60nm以上、より好まし
くは100nm以上の厚さの領域を有する半導体406とすればよい。ただし、半導体装
置の生産性が低下する場合があるため、例えば、300nm以下、好ましくは200nm
以下、さらに好ましくは150nm以下の厚さの領域を有する半導体406とすればよい
。なお、チャネル形成領域が縮小していくと、半導体406が薄いほうがトランジスタの
電気特性が向上する場合もある。よって、半導体406の厚さが10nm未満であっても
よい。
適した構造といえる。トランジスタを微細化できるため、該トランジスタを有する半導体
装置は、集積度の高い、高密度化された半導体装置とすることが可能となる。例えば、ト
ランジスタは、チャネル長が好ましくは40nm以下、さらに好ましくは30nm以下、
より好ましくは20nm以下の領域を有し、かつ、トランジスタは、チャネル幅が好まし
くは40nm以下、さらに好ましくは30nm以下、より好ましくは20nm以下の領域
を有する。
が導電体404から迫り出した形状としてもよい(図12(B)参照。)。また、絶縁体
412となる絶縁体を加工しなくてもよい(図12(C)参照。)。
16b、ならびに絶縁体410aおよび絶縁体410bを示したが、本発明の一態様はこ
れに限定されるものではない。例えば、図51(A)に示すように、図2(E)と同様の
形状としてもよい。また、図51(B)に示すように、図3(D)と同様の形状としても
よい。また、図51(C)に示すように、図4(D)と同様の形状としてもよい。また、
図52(A)に示すように、図5(E)と同様の形状としてもよい。また、図52(B)
に示すように、図6(E)と同様の形状としてもよい。また、図52(C)に示すように
、図7(D)と同様の形状としてもよい。また、図53(A)に示すように、絶縁体41
0aおよび絶縁体410bが端部に向かって徐々に傾斜がきつくなる形状としてもよい。
また、図53(B)に示すように、絶縁体410aの端部および絶縁体410bの端部に
おいて、段階的に傾斜角が変化する領域を有してもよい。また、図53(C)に示すよう
に、導電体416aおよび導電体416bが積層構造を有してもよい。そのとき、例えば
、下層が上層よりも迫り出していてもよい。また、これらの形状を部分的に組み合わせる
こともできる。こういった形状の作りわけは、プラズマ処理の条件の変更やエッチング工
程の追加などによって実現することができる。
半導体406の上下に半導体を配置することで、トランジスタの電気特性を向上させるこ
とができる場合がある。以下では、半導体406、およびその上下に配置する半導体につ
いて、図13を用いて詳細に説明する。
406近傍を拡大した断面図である。また、図13(B)は、図11(B)に示したトラ
ンジスタの、チャネル幅方向における半導体406近傍を拡大した断面図である。
406との間に、半導体406aが配置される。また、導電体416a、導電体416b
および絶縁体412と、半導体406と、の間に半導体406cが配置される。
。
406近傍を拡大した断面図である。また、図13(D)は、図11(B)に示したトラ
ンジスタの、チャネル幅方向における半導体406近傍を拡大した断面図である。
406との間に、半導体406aが配置される。また、絶縁体402、導電体416a、
導電体416b、半導体406aおよび半導体406と、絶縁体412と、の間に半導体
406cが配置される。
ば、インジウムを含むと、キャリア移動度(電子移動度)が高くなる。また、半導体40
6は、元素Mを含むと好ましい。元素Mは、好ましくは、アルミニウム、ガリウム、イッ
トリウムまたはスズなどとする。そのほかの元素Mに適用可能な元素としては、ホウ素、
シリコン、チタン、鉄、ニッケル、ゲルマニウム、ジルコニウム、モリブデン、ランタン
、セリウム、ネオジム、ハフニウム、タンタル、タングステンなどがある。ただし、元素
Mとして、前述の元素を複数組み合わせても構わない場合がある。元素Mは、例えば、酸
素との結合エネルギーが高い元素である。例えば、酸素との結合エネルギーがインジウム
よりも高い元素である。または、元素Mは、例えば、酸化物半導体のエネルギーギャップ
を大きくする機能を有する元素である。また、半導体406は、亜鉛を含むと好ましい。
酸化物半導体は、亜鉛を含むと結晶化しやすくなる場合がある。
は、例えば、亜鉛スズ酸化物、ガリウムスズ酸化物などの、インジウムを含まず、亜鉛を
含む酸化物半導体、ガリウムを含む酸化物半導体、スズを含む酸化物半導体などであって
も構わない。
エネルギーギャップは、例えば、2.5eV以上4.2eV以下、好ましくは2.8eV
以上3.8eV以下、さらに好ましくは3eV以上3.5eV以下とする。
素一種以上、または二種以上から構成される酸化物半導体である。半導体406を構成す
る酸素以外の元素一種以上、または二種以上から半導体406aおよび半導体406cが
構成されるため、半導体406aと半導体406との界面、および半導体406と半導体
406cとの界面において、欠陥準位が形成されにくい。
好ましい。なお、半導体406aがIn−M−Zn酸化物のとき、InおよびMの和を1
00atomic%としたとき、好ましくはInが50atomic%未満、Mが50a
tomic%より高く、さらに好ましくはInが25atomic%未満、Mが75at
omic%より高いとする。また、半導体406がIn−M−Zn酸化物のとき、Inお
よびMの和を100atomic%としたとき、好ましくはInが25atomic%よ
り高く、Mが75atomic%未満、さらに好ましくはInが34atomic%より
高く、Mが66atomic%未満とする。また、半導体406cがIn−M−Zn酸化
物のとき、InおよびMの和を100atomic%としたとき、好ましくはInが50
atomic%未満、Mが50atomic%より高く、さらに好ましくはInが25a
tomic%未満、Mが75atomic%より高くする。なお、半導体406cは、半
導体406aと同種の酸化物を用いても構わない。ただし、半導体406aまたは/およ
び半導体406cがインジウムを含まなくても構わない場合がある。例えば、半導体40
6aまたは/および半導体406cが酸化ガリウムであっても構わない。なお、半導体4
06a、半導体406および半導体406cに含まれる各元素の原子数が、簡単な整数比
にならなくても構わない。
を用いる。例えば、半導体406として、半導体406aおよび半導体406cよりも電
子親和力の0.07eV以上1.3eV以下、好ましくは0.1eV以上0.7eV以下
、さらに好ましくは0.15eV以上0.4eV以下大きい酸化物を用いる。なお、電子
親和力は、真空準位と伝導帯下端のエネルギーとの差である。
。そのため、半導体406cがインジウムガリウム酸化物を含むと好ましい。ガリウム原
子割合[Ga/(In+Ga)]は、例えば、70%以上、好ましくは80%以上、さら
に好ましくは90%以上とする。
うち、電子親和力の大きい半導体406にチャネルが形成される。
混合領域を有する場合がある。また、半導体406と半導体406cとの間には、半導体
406と半導体406cとの混合領域を有する場合がある。混合領域は、欠陥準位密度が
低くなる。そのため、半導体406a、半導体406および半導体406cの積層体は、
それぞれの界面近傍において、エネルギーが連続的に変化する(連続接合ともいう。)バ
ンド構造となる(図13(E)参照。)。なお、半導体406a、半導体406および半
導体406cは、それぞれの界面を明確に判別できない場合がある。
を主として移動する。上述したように、半導体406aと半導体406との界面における
欠陥準位密度、および半導体406と半導体406cとの界面における欠陥準位密度を低
くすることによって、半導体406中で電子の移動が阻害されることが少なく、トランジ
スタのオン電流を高くすることができる。
できる。例えば、電子の移動を阻害する要因のない場合、効率よく電子が移動すると推定
される。電子の移動は、例えば、チャネル形成領域の物理的な凹凸が大きい場合にも阻害
される。
被形成面、ここでは半導体406a)の、1μm×1μmの範囲における二乗平均平方根
(RMS:Root Mean Square)粗さが1nm未満、好ましくは0.6n
m未満、さらに好ましくは0.5nm未満、より好ましくは0.4nm未満とすればよい
。また、1μm×1μmの範囲における平均面粗さ(Raともいう。)が1nm未満、好
ましくは0.6nm未満、さらに好ましくは0.5nm未満、より好ましくは0.4nm
未満とすればよい。また、1μm×1μmの範囲における最大高低差(P−Vともいう。
)が10nm未満、好ましくは9nm未満、さらに好ましくは8nm未満、より好ましく
は7nm未満とすればよい。RMS粗さ、RaおよびP−Vは、エスアイアイ・ナノテク
ノロジー株式会社製走査型プローブ顕微鏡システムSPA−500などを用いて測定する
ことができる。
好ましい。例えば、10nm未満、好ましくは5nm以下、さらに好ましくは3nm以下
の領域を有する半導体406cとすればよい。一方、半導体406cは、チャネルの形成
される半導体406へ、隣接する絶縁体を構成する酸素以外の元素(水素、シリコンなど
)が入り込まないようブロックする機能を有する。そのため、半導体406cは、ある程
度の厚さを有することが好ましい。例えば、0.3nm以上、好ましくは1nm以上、さ
らに好ましくは2nm以上の厚さの領域を有する半導体406cとすればよい。また、半
導体406cは、絶縁体402などから放出される酸素の外方拡散を抑制するために、酸
素をブロックする性質を有すると好ましい。
好ましい。例えば、10nm以上、好ましくは20nm以上、さらに好ましくは40nm
以上、より好ましくは60nm以上の厚さの領域を有する半導体406aとすればよい。
半導体406aの厚さを、厚くすることで、隣接する絶縁体と半導体406aとの界面か
らチャネルの形成される半導体406までの距離を離すことができる。ただし、半導体装
置の生産性が低下する場合があるため、例えば、200nm以下、好ましくは120nm
以下、さらに好ましくは80nm以下の厚さの領域を有する半導体406aとすればよい
。
econdary Ion Mass Spectrometry)において、1×10
16atoms/cm3以上1×1019atoms/cm3以下、好ましくは1×10
16atoms/cm3以上5×1018atoms/cm3以下、さらに好ましくは1
×1016atoms/cm3以上2×1018atoms/cm3以下のシリコン濃度
となる領域を有する。また、半導体406と半導体406cとの間に、SIMSにおいて
、1×1016atoms/cm3以上1×1019atoms/cm3以下、好ましく
は1×1016atoms/cm3以上5×1018atoms/cm3以下、さらに好
ましくは1×1016atoms/cm3以上2×1018atoms/cm3以下のシ
リコン濃度となる領域を有する。
020atoms/cm3以下、好ましくは1×1016atoms/cm3以上5×1
019atoms/cm3以下、より好ましくは1×1016atoms/cm3以上1
×1019atoms/cm3以下、さらに好ましくは1×1016atoms/cm3
以上5×1018atoms/cm3以下の水素濃度となる領域を有する。また、半導体
406の水素濃度を低減するために、半導体406aおよび半導体406cの水素濃度を
低減すると好ましい。半導体406aおよび半導体406cは、SIMSにおいて、1×
1016atoms/cm3以上2×1020atoms/cm3以下、好ましくは1×
1016atoms/cm3以上5×1019atoms/cm3以下、より好ましくは
1×1016atoms/cm3以上1×1019atoms/cm3以下、さらに好ま
しくは1×1016atoms/cm3以上5×1018atoms/cm3以下の水素
濃度となる領域を有する。また、半導体406は、SIMSにおいて、1×1015at
oms/cm3以上5×1019atoms/cm3以下、好ましくは1×1015at
oms/cm3以上5×1018atoms/cm3以下、より好ましくは1×1015
atoms/cm3以上1×1018atoms/cm3以下、さらに好ましくは1×1
015atoms/cm3以上5×1017atoms/cm3以下の窒素濃度となる領
域を有する。また、半導体406の窒素濃度を低減するために、半導体406aおよび半
導体406cの窒素濃度を低減すると好ましい。半導体406aおよび半導体406cは
、SIMSにおいて、1×1015atoms/cm3以上5×1019atoms/c
m3以下、好ましくは1×1015atoms/cm3以上5×1018atoms/c
m3以下、より好ましくは1×1015atoms/cm3以上1×1018atoms
/cm3以下、さらに好ましくは1×1015atoms/cm3以上5×1017at
oms/cm3以下の窒素濃度となる領域を有する。
構造としても構わない。または、半導体406aの上もしくは下、または半導体406c
上もしくは下に、半導体406a、半導体406および半導体406cとして例示した半
導体のいずれか一を有する4層構造としても構わない。または、半導体406aの上、半
導体406aの下、半導体406cの上、半導体406cの下のいずれか二箇所以上に、
半導体406a、半導体406および半導体406cとして例示した半導体のいずれか一
以上を有するn層構造(nは5以上の整数)としても構わない。
以下では、酸化物半導体の構造について説明する。
る。非単結晶酸化物半導体としては、CAAC−OS(C Axis Aligned
Crystalline Oxide Semiconductor)、多結晶酸化物半
導体、微結晶酸化物半導体、非晶質酸化物半導体などがある。
導体とに分けられる。結晶性酸化物半導体としては、単結晶酸化物半導体、CAAC−O
S、多結晶酸化物半導体、微結晶酸化物半導体などがある。
まずは、CAAC−OSについて説明する。なお、CAAC−OSを、CANC(C−A
xis Aligned nanocrystals)を有する酸化物半導体と呼ぶこと
もできる。
導体の一つである。
scope)によって、CAAC−OSの明視野像と回折パターンとの複合解析像(高分
解能TEM像ともいう。)を観察すると、複数のペレットを確認することができる。一方
、高分解能TEM像ではペレット同士の境界、即ち結晶粒界(グレインバウンダリーとも
いう。)を明確に確認することができない。そのため、CAAC−OSは、結晶粒界に起
因する電子移動度の低下が起こりにくいといえる。
試料面と略平行な方向から観察したCAAC−OSの断面の高分解能TEM像を示す。高
分解能TEM像の観察には、球面収差補正(Spherical Aberration
Corrector)機能を用いた。球面収差補正機能を用いた高分解能TEM像を、
特にCs補正高分解能TEM像と呼ぶ。Cs補正高分解能TEM像の取得は、例えば、日
本電子株式会社製原子分解能分析電子顕微鏡JEM−ARM200Fなどによって行うこ
とができる。
図38(B)より、ペレットにおいて、金属原子が層状に配列していることを確認できる
。金属原子の各層の配列は、CAAC−OSの膜を形成する面(被形成面ともいう。)ま
たは上面の凹凸を反映しており、CAAC−OSの被形成面または上面と平行となる。
は、特徴的な原子配列を、補助線で示したものである。図38(B)および図38(C)
より、ペレット一つの大きさは1nm以上3nm以下程度であり、ペレットとペレットと
の傾きにより生じる隙間の大きさは0.8nm程度であることがわかる。したがって、ペ
レットを、ナノ結晶(nc:nanocrystal)と呼ぶこともできる。
ト5100の配置を模式的に示すと、レンガまたはブロックが積み重なったような構造と
なる(図38(D)参照。)。図38(C)で観察されたペレットとペレットとの間で傾
きが生じている箇所は、図38(D)に示す領域5161に相当する。
補正高分解能TEM像を示す。図39(A)の領域(1)、領域(2)および領域(3)
を拡大したCs補正高分解能TEM像を、それぞれ図39(B)、図39(C)および図
39(D)に示す。図39(B)、図39(C)および図39(D)より、ペレットは、
金属原子が三角形状、四角形状または六角形状に配列していることを確認できる。しかし
ながら、異なるペレット間で、金属原子の配列に規則性は見られない。
AC−OSについて説明する。例えば、InGaZnO4の結晶を有するCAAC−OS
に対し、out−of−plane法による構造解析を行うと、図40(A)に示すよう
に回折角(2θ)が31°近傍にピークが現れる場合がある。このピークは、InGaZ
nO4の結晶の(009)面に帰属されることから、CAAC−OSの結晶がc軸配向性
を有し、c軸が被形成面または上面に略垂直な方向を向いていることが確認できる。
近傍のピークの他に、2θが36°近傍にもピークが現れる場合がある。2θが36°近
傍のピークは、CAAC−OS中の一部に、c軸配向性を有さない結晶が含まれることを
示している。より好ましいCAAC−OSは、out−of−plane法による構造解
析では、2θが31°近傍にピークを示し、2θが36°近傍にピークを示さない。
e法による構造解析を行うと、2θが56°近傍にピークが現れる。このピークは、In
GaZnO4の結晶の(110)面に帰属される。CAAC−OSの場合は、2θを56
°近傍に固定し、試料面の法線ベクトルを軸(φ軸)として試料を回転させながら分析(
φスキャン)を行っても、図40(B)に示すように明瞭なピークは現れない。これに対
し、InGaZnO4の単結晶酸化物半導体であれば、2θを56°近傍に固定してφス
キャンした場合、図40(C)に示すように(110)面と等価な結晶面に帰属されるピ
ークが6本観察される。したがって、XRDを用いた構造解析から、CAAC−OSは、
a軸およびb軸の配向が不規則であることが確認できる。
nO4の結晶を有するCAAC−OSに対し、試料面に平行にプローブ径が300nmの
電子線を入射させると、図41(A)に示すような回折パターン(制限視野透過電子回折
パターンともいう。)が現れる場合がある。この回折パターンには、InGaZnO4の
結晶の(009)面に起因するスポットが含まれる。したがって、電子回折によっても、
CAAC−OSに含まれるペレットがc軸配向性を有し、c軸が被形成面または上面に略
垂直な方向を向いていることがわかる。一方、同じ試料に対し、試料面に垂直にプローブ
径が300nmの電子線を入射させたときの回折パターンを図41(B)に示す。図41
(B)より、リング状の回折パターンが確認される。したがって、電子回折によっても、
CAAC−OSに含まれるペレットのa軸およびb軸は配向性を有さないことがわかる。
なお、図41(B)における第1リングは、InGaZnO4の結晶の(010)面およ
び(100)面などに起因すると考えられる。また、図41(B)における第2リングは
(110)面などに起因すると考えられる。
としては、例えば、不純物に起因する欠陥や、酸素欠損などがある。したがって、CAA
C−OSは、不純物濃度の低い酸化物半導体ということもできる。また、CAAC−OS
は、酸素欠損の少ない酸化物半導体ということもできる。
る場合がある。また、酸化物半導体中の酸素欠損は、キャリアトラップとなる場合や、水
素を捕獲することによってキャリア発生源となる場合がある。
元素などがある。例えば、シリコンなどの、酸化物半導体を構成する金属元素よりも酸素
との結合力の強い元素は、酸化物半導体から酸素を奪うことで酸化物半導体の原子配列を
乱し、結晶性を低下させる要因となる。また、鉄やニッケルなどの重金属、アルゴン、二
酸化炭素などは、原子半径(または分子半径)が大きいため、酸化物半導体の原子配列を
乱し、結晶性を低下させる要因となる。
ることができる。そのような酸化物半導体を、高純度真性または実質的に高純度真性な酸
化物半導体と呼ぶ。CAAC−OSは、不純物濃度が低く、欠陥準位密度が低い。即ち、
高純度真性または実質的に高純度真性な酸化物半導体となりやすい。したがって、CAA
C−OSを用いたトランジスタは、しきい値電圧がマイナスとなる電気特性(ノーマリー
オンともいう。)になることが少ない。また、高純度真性または実質的に高純度真性な酸
化物半導体は、キャリアトラップが少ない。酸化物半導体のキャリアトラップに捕獲され
た電荷は、放出するまでに要する時間が長く、あたかも固定電荷のように振る舞うことが
ある。そのため、不純物濃度が高く、欠陥準位密度が高い酸化物半導体を用いたトランジ
スタは、電気特性が不安定となる場合がある。一方、CAAC−OSを用いたトランジス
タは、電気特性の変動が小さく、信頼性の高いトランジスタとなる。
リアが、欠陥準位に捕獲されることが少ない。したがって、CAAC−OSを用いたトラ
ンジスタは、可視光や紫外光の照射による電気特性の変動が小さい。
次に、微結晶酸化物半導体について説明する。
と、明確な結晶部を確認することのできない領域と、を有する。微結晶酸化物半導体に含
まれる結晶部は、1nm以上100nm以下、または1nm以上10nm以下の大きさで
あることが多い。特に、1nm以上10nm以下、または1nm以上3nm以下の微結晶
であるナノ結晶を有する酸化物半導体を、nc−OS(nanocrystalline
Oxide Semiconductor)と呼ぶ。nc−OSは、例えば、高分解能
TEM像では、結晶粒界を明確に確認できない場合がある。なお、ナノ結晶は、CAAC
−OSにおけるペレットと起源を同じくする可能性がある。そのため、以下ではnc−O
Sの結晶部をペレットと呼ぶ場合がある。
nm以下の領域)において原子配列に周期性を有する。また、nc−OSは、異なるペレ
ット間で結晶方位に規則性が見られない。そのため、膜全体で配向性が見られない。した
がって、nc−OSは、分析方法によっては、非晶質酸化物半導体と区別が付かない場合
がある。例えば、nc−OSに対し、ペレットよりも大きい径のX線を用いるXRD装置
を用いて構造解析を行うと、out−of−plane法による解析では、結晶面を示す
ピークが検出されない。また、nc−OSに対し、ペレットよりも大きいプローブ径(例
えば50nm以上)の電子線を用いる電子回折(制限視野電子回折ともいう。)を行うと
、ハローパターンのような回折パターンが観測される。一方、nc−OSに対し、ペレッ
トの大きさと近いかペレットより小さいプローブ径の電子線を用いるナノビーム電子回折
を行うと、スポットが観測される。また、nc−OSに対しナノビーム電子回折を行うと
、円を描くように(リング状に)輝度の高い領域が観測される場合がある。さらに、リン
グ状の領域内に複数のスポットが観測される場合がある。
OSを、RANC(Random Aligned nanocrystals)を有す
る酸化物半導体、またはNANC(Non−Aligned nanocrystals
)を有する酸化物半導体と呼ぶこともできる。
nc−OSは、非晶質酸化物半導体よりも欠陥準位密度が低くなる。ただし、nc−OS
は、異なるペレット間で結晶方位に規則性が見られない。そのため、nc−OSは、CA
AC−OSと比べて欠陥準位密度が高くなる。
次に、非晶質酸化物半導体について説明する。
半導体である。石英のような無定形状態を有する酸化物半導体が一例である。
ane法による解析では、結晶面を示すピークが検出されない。また、非晶質酸化物半導
体に対し、電子回折を行うと、ハローパターンが観測される。また、非晶質酸化物半導体
に対し、ナノビーム電子回折を行うと、スポットが観測されず、ハローパターンのみが観
測される。
さない構造を完全な非晶質構造(completely amorphous stru
cture)と呼ぶ場合がある。また、最近接原子間距離または第2近接原子間距離まで
秩序性を有し、かつ長距離秩序性を有さない構造を非晶質構造と呼ぶ場合もある。したが
って、最も厳格な定義によれば、僅かでも原子配列に秩序性を有する酸化物半導体を非晶
質酸化物半導体と呼ぶことはできない。また、少なくとも、長距離秩序性を有する酸化物
半導体を非晶質酸化物半導体と呼ぶことはできない。よって、結晶部を有することから、
例えば、CAAC−OSおよびnc−OSを、非晶質酸化物半導体または完全な非晶質酸
化物半導体と呼ぶことはできない。
なお、酸化物半導体は、nc−OSと非晶質酸化物半導体との間の構造を有する場合があ
る。そのような構造を有する酸化物半導体を、特に非晶質ライク酸化物半導体(a−li
ke OS:amorphous−like Oxide Semiconductor
)と呼ぶ。
場合がある。また、高分解能TEM像において、明確に結晶部を確認することのできる領
域と、結晶部を確認することのできない領域と、を有する。
OSが、CAAC−OSおよびnc−OSと比べて不安定な構造であることを示すため
、電子照射による構造の変化を示す。
試料Bと表記する。)およびCAAC−OS(試料Cと表記する。)を準備する。いずれ
の試料もIn−Ga−Zn酸化物である。
は、いずれも結晶部を有することがわかる。
InGaZnO4の結晶の単位格子は、In−O層を3層有し、またGa−Zn−O層を
6層有する、計9層がc軸方向に層状に重なった構造を有することが知られている。これ
らの近接する層同士の間隔は、(009)面の格子面間隔(d値ともいう。)と同程度で
あり、結晶構造解析からその値は0.29nmと求められている。したがって、格子縞の
間隔が0.28nm以上0.30nm以下である箇所を、InGaZnO4の結晶部と見
なすことができる。なお、格子縞は、InGaZnO4の結晶のa−b面に対応する。
。ただし、上述した格子縞の長さを結晶部の大きさとしている。図42より、a−lik
e OSは、電子の累積照射量に応じて結晶部が大きくなっていくことがわかる。具体的
には、図42中に(1)で示すように、TEMによる観察初期においては1.2nm程度
の大きさだった結晶部(初期核ともいう。)が、累積照射量が4.2×108e−/nm
2においては2.6nm程度の大きさまで成長していることがわかる。一方、nc−OS
およびCAAC−OSは、電子照射開始時から電子の累積照射量が4.2×108e−/
nm2までの範囲で、結晶部の大きさに変化が見られないことがわかる。具体的には、図
42中の(2)および(3)で示すように、電子の累積照射量によらず、nc−OSおよ
びCAAC−OSの結晶部の大きさは、それぞれ1.4nm程度および2.1nm程度で
あることがわかる。
る。一方、nc−OSおよびCAAC−OSは、電子照射による結晶部の成長がほとんど
見られないことがわかる。即ち、a−like OSは、nc−OSおよびCAAC−O
Sと比べて、不安定な構造であることがわかる。
て密度の低い構造である。具体的には、a−like OSの密度は、同じ組成の単結晶
の密度の78.6%以上92.3%未満となる。また、nc−OSの密度およびCAAC
−OSの密度は、同じ組成の単結晶の密度の92.3%以上100%未満となる。単結晶
の密度の78%未満となる酸化物半導体は、成膜すること自体が困難である。
面体晶構造を有する単結晶InGaZnO4の密度は6.357g/cm3となる。よっ
て、例えば、In:Ga:Zn=1:1:1[原子数比]を満たす酸化物半導体において
、a−like OSの密度は5.0g/cm3以上5.9g/cm3未満となる。また
、例えば、In:Ga:Zn=1:1:1[原子数比]を満たす酸化物半導体において、
nc−OSの密度およびCAAC−OSの密度は5.9g/cm3以上6.3g/cm3
未満となる。
単結晶を組み合わせることにより、所望の組成における単結晶に相当する密度を見積もる
ことができる。所望の組成の単結晶に相当する密度は、組成の異なる単結晶を組み合わせ
る割合に対して、加重平均を用いて見積もればよい。ただし、密度は、可能な限り少ない
種類の単結晶を組み合わせて見積もることが好ましい。
お、酸化物半導体は、例えば、非晶質酸化物半導体、a−like OS、微結晶酸化物
半導体、CAAC−OSのうち、二種以上を有する積層膜であってもよい。
以下では、CAAC−OSおよびnc−OSの成膜モデルの一例について説明する。
室内の模式図である。
してターゲット5130と向かい合う位置には、複数のマグネットが配置される。該複数
のマグネットによって磁場が生じている。マグネットの磁場を利用して成膜速度を高める
スパッタリング法は、マグネトロンスパッタリング法と呼ばれる。
ーゲット−基板間距離(T−S間距離)ともいう。)は0.01m以上1m以下、好まし
くは0.02m以上0.5m以下とする。成膜室内は、ほとんどが成膜ガス(例えば、酸
素、アルゴン、または酸素を5体積%以上の割合で含む混合ガス)で満たされ、0.01
Pa以上100Pa以下、好ましくは0.1Pa以上10Pa以下に制御される。ここで
、ターゲット5130に一定以上の電圧を印加することで、放電が始まり、プラズマが確
認される。なお、ターゲット5130の近傍には磁場によって、高密度プラズマ領域が形
成される。高密度プラズマ領域では、成膜ガスがイオン化することで、イオン5101が
生じる。イオン5101は、例えば、酸素の陽イオン(O+)やアルゴンの陽イオン(A
r+)などである。
晶粒には劈開面が含まれる。図44(A)に、一例として、ターゲット5130に含まれ
るInGaZnO4の結晶の構造を示す。なお、図44(A)は、b軸に平行な方向から
InGaZnO4の結晶を観察した場合の構造である。図44(A)より、近接する二つ
のGa−Zn−O層において、それぞれの層における酸素原子同士が近距離に配置されて
いることがわかる。そして、酸素原子が負の電荷を有することにより、近接する二つのG
a−Zn−O層の間には斥力が生じる。その結果、InGaZnO4の結晶は、近接する
二つのGa−Zn−O層の間に劈開面を有する。
速され、やがてターゲット5130と衝突する。このとき、劈開面から平板状またはペレ
ット状のスパッタ粒子であるペレット5100aおよびペレット5100bが剥離し、叩
き出される。なお、ペレット5100aおよびペレット5100bは、イオン5101の
衝突の衝撃によって、構造に歪みが生じる場合がある。
のスパッタ粒子である。また、ペレット5100bは、六角形、例えば正六角形の平面を
有する平板状またはペレット状のスパッタ粒子である。なお、ペレット5100aおよび
ペレット5100bなどの平板状またはペレット状のスパッタ粒子を総称してペレット5
100と呼ぶ。ペレット5100の平面の形状は、三角形、六角形に限定されない。例え
ば、三角形が複数個合わさった形状となる場合がある。例えば、三角形(例えば、正三角
形)が2個合わさった四角形(例えば、ひし形)となる場合もある。
ペレット5100の厚さは、均一にすることが好ましい。また、スパッタ粒子は厚みのな
いペレット状である方が、厚みのあるサイコロ状であるよりも好ましい。例えば、ペレッ
ト5100は、厚さを0.4nm以上1nm以下、好ましくは0.6nm以上0.8nm
以下とする。また、例えば、ペレット5100は、幅を1nm以上3nm以下、好ましく
は1.2nm以上2.5nm以下とする。ペレット5100は、上述の図42中の(1)
で説明した初期核に相当する。例えば、In−Ga−Zn酸化物を有するターゲット51
30にイオン5101を衝突させると、図44(B)に示すように、Ga−Zn−O層、
In−O層およびGa−Zn−O層の3層を有するペレット5100が剥離する。図44
(C)に、剥離したペレット5100をc軸に平行な方向から観察した構造を示す。ペレ
ット5100は、二つのGa−Zn−O層(パン)と、In−O層(具)と、を有するナ
ノサイズのサンドイッチ構造と呼ぶこともできる。
。ペレット5100は、例えば、側面に位置する酸素原子が負に帯電する可能性がある。
側面が同じ極性の電荷を有することにより、電荷同士の反発が起こり、平板状またはペレ
ット状の形状を維持することが可能となる。なお、CAAC−OSが、In−Ga−Zn
酸化物である場合、インジウム原子と結合した酸素原子が負に帯電する可能性がある。ま
たは、インジウム原子、ガリウム原子または亜鉛原子と結合した酸素原子が負に帯電する
可能性がある。また、ペレット5100は、プラズマを通過する際に、プラズマ中のイン
ジウム原子、ガリウム原子、亜鉛原子および酸素原子などと結合することで成長する場合
がある。上述の図42中の(2)と(1)の大きさの違いが、プラズマ中での成長分に相
当する。ここで、基板5120が室温程度である場合、基板5120上におけるペレット
5100の成長が起こりにくいためnc−OSとなる(図43(B)参照。)。室温程度
で成膜できることから、基板5120が大面積である場合でもnc−OSの成膜が可能で
ある。なお、ペレット5100をプラズマ中で成長させるためには、スパッタリング法に
おける成膜電力を高くすることが有効である。成膜電力を高くすることで、ペレット51
00の構造を安定にすることができる。
中を凧のように飛翔し、ひらひらと基板5120上まで舞い上がっていく。ペレット51
00は電荷を帯びているため、ほかのペレット5100が既に堆積している領域が近づく
と、斥力が生じる。ここで、基板5120の上面では、基板5120の上面に平行な向き
の磁場(水平磁場ともいう。)が生じている。また、基板5120およびターゲット51
30間には、電位差が与えられるため、基板5120からターゲット5130に向かう方
向に電流が流れる。したがって、ペレット5100は、基板5120の上面において、磁
場および電流の作用によって、力(ローレンツ力)を受ける。このことは、フレミングの
左手の法則によって理解できる。
を移動するためには何らかの力を外部から印加することが重要となる。その力の一つが磁
場および電流の作用で生じる力である可能性がある。なお、ペレット5100に、基板5
120の上面を移動するために十分な力を与えるには、基板5120の上面において、基
板5120の上面に平行な向きの磁場が10G以上、好ましくは20G以上、さらに好ま
しくは30G以上、より好ましくは50G以上となる領域を設けるとよい。または、基板
5120の上面において、基板5120の上面に平行な向きの磁場が、基板5120の上
面に垂直な向きの磁場の1.5倍以上、好ましくは2倍以上、さらに好ましくは3倍以上
、より好ましくは5倍以上となる領域を設けるとよい。
よって、基板5120の上面における水平磁場の向きは変化し続ける。したがって、基板
5120の上面において、ペレット5100は、様々な方向から力を受け、様々な方向へ
移動することができる。
と基板5120との間で摩擦などによる抵抗が小さい状態となっている。その結果、ペレ
ット5100は、基板5120の上面を滑空するように移動する。ペレット5100の移
動は、平板面を基板5120に向けた状態で起こる。その後、既に堆積しているほかのペ
レット5100の側面まで到達すると、側面同士が結合する。このとき、ペレット510
0の側面にある酸素原子が脱離する。脱離した酸素原子によって、CAAC−OS中の酸
素欠損が埋まる場合があるため、欠陥準位密度の低いCAAC−OSとなる。なお、基板
5120の上面の温度は、例えば、100℃以上500℃未満、150℃以上450℃未
満、または170℃以上400℃未満とすればよい。したがって、基板5120が大面積
である場合でもCAAC−OSの成膜は可能である。
イオン5101の衝突で生じた構造の歪みが緩和される。歪みの緩和されたペレット51
00は、ほとんど単結晶となる。ペレット5100がほとんど単結晶となることにより、
ペレット5100同士が結合した後に加熱されたとしても、ペレット5100自体の伸縮
はほとんど起こり得ない。したがって、ペレット5100間の隙間が広がることで結晶粒
界などの欠陥を形成し、クレバス化することがない。
ペレット5100(ナノ結晶)の集合体がレンガまたはブロックが積み重なったような配
列をしている。また、ペレット5100同士の間には結晶粒界を有さない。そのため、成
膜時の加熱、成膜後の加熱または曲げなどで、CAAC−OSに縮みなどの変形が生じた
場合でも、局部応力を緩和する、または歪みを逃がすことが可能である。したがって、可
とう性を有する半導体装置に用いることに適した構造である。なお、nc−OSは、ペレ
ット5100(ナノ結晶)が無秩序に積み重なったような配列となる。
、酸化亜鉛などが剥離する場合がある。酸化亜鉛はペレット5100よりも軽量であるた
め、先に基板5120の上面に到達する。そして、0.1nm以上10nm以下、0.2
nm以上5nm以下、または0.5nm以上2nm以下の酸化亜鉛層5102を形成する
。図45に断面模式図を示す。
5105bと、が堆積する。ここで、ペレット5105aとペレット5105bとは、互
いに側面が接するように配置している。また、ペレット5105cは、ペレット5105
b上に堆積した後、ペレット5105b上を滑るように移動する。また、ペレット510
5aの別の側面において、酸化亜鉛とともにターゲットから剥離した複数の粒子5103
が、基板5120からの加熱により結晶化し、領域5105a1を形成する。なお、複数
の粒子5103は、酸素、亜鉛、インジウムおよびガリウムなどを含む可能性がある。
し、ペレット5105a2となる。また、ペレット5105cは、その側面がペレット5
105bの別の側面と接するように配置する。
およびペレット5105b上に堆積した後、ペレット5105a2上およびペレット51
05b上を滑るように移動する。また、ペレット5105cの別の側面に向けて、さらに
ペレット5105eが酸化亜鉛層5102上を滑るように移動する。
5a2の側面と接するように配置する。また、ペレット5105eは、その側面がペレッ
ト5105cの別の側面と接するように配置する。また、ペレット5105dの別の側面
において、酸化亜鉛とともにターゲット5130から剥離した複数の粒子5103が基板
5120からの加熱により結晶化し、領域5105d1を形成する。
長が起こることで、基板5120上にCAAC−OSが形成される。したがって、CAA
C−OSは、nc−OSよりも一つ一つのペレットが大きくなる。上述の図42中の(3
)と(2)の大きさの違いが、堆積後の成長分に相当する。
る場合がある。一つの大きなペレットは、単結晶構造を有する。例えば、ペレットの大き
さが、上面から見て10nm以上200nm以下、15nm以上100nm以下、または
20nm以上50nm以下となる場合がある。このとき、微細なトランジスタに用いる酸
化物半導体において、チャネル形成領域が一つの大きなペレットに収まる場合がある。即
ち、単結晶構造を有する領域をチャネル形成領域として用いることができる。また、ペレ
ットが大きくなることで、単結晶構造を有する領域をトランジスタのチャネル形成領域、
ソース領域およびドレイン領域として用いることができる場合がある。
れることによって、トランジスタの周波数特性を高くすることができる場合がある。
れる。被形成面が結晶構造を有さない場合においても、CAAC−OSの成膜が可能であ
ることから、エピタキシャル成長とは異なる成長機構であることがわかる。また、CAA
C−OSは、レーザ結晶化が不要であり、大面積のガラス基板などであっても均一な成膜
が可能である。例えば、基板5120の上面(被形成面)の構造が非晶質構造(例えば非
晶質酸化シリコン)であっても、CAAC−OSを成膜することは可能である。
の形状に沿ってペレット5100が配列することがわかる。例えば、基板5120の上面
が原子レベルで平坦な場合、ペレット5100はa−b面と平行な平面である平板面を下
に向けて並置する。ペレット5100の厚さが均一である場合、厚さが均一で平坦、かつ
高い結晶性を有する層が形成される。そして、当該層がn段(nは自然数。)積み重なる
ことで、CAAC−OSを得ることができる。
0が凹凸に沿って並置した層がn段(nは自然数。)積み重なった構造となる。基板51
20が凹凸を有するため、CAAC−OSは、ペレット5100間に隙間が生じやすい場
合がある。ただし、この場合でも、ペレット5100間で分子間力が働き、凹凸があって
もペレット間の隙間はなるべく小さくなるように配列する。したがって、凹凸があっても
高い結晶性を有するCAAC−OSとすることができる。
ペレット状である方が好ましい。なお、スパッタ粒子が厚みのあるサイコロ状である場合
、基板5120上に向ける面が一定とならず、厚さや結晶の配向を均一にできない場合が
ある。
を有するCAAC−OSを得ることができる。
次に、一部形状の異なるトランジスタの作製方法について説明する。図14(A)、図1
5(A)、図16(A)、図17(A)および図18(A)は、トランジスタの作製方法
を説明する上面図である。各上面図には、一点鎖線F1−F2および一点鎖線F3−F4
が記され、それに対応した断面図を図14(B)、図15(B)、図16(B)、図17
(B)および図18(B)に示す。
はPLD法、ALD法などを用いて行うことができる。
成する。
を用いてもよい。
はPLD法、ALD法などを用いて行うことができる。
チングを行うことで、絶縁体503の溝部に導電体513を形成する(埋め込む)ことが
できる(図14(A)および図14(B)参照。)。このような方法で導電体513を形
成することで、導電体513の上面の高さと、絶縁体503の上面の高さと、を同程度に
することができる。したがって、後の工程における形状不良を抑制することができる。
3について記載を参照する。
MBE法またはPLD法、ALD法などを用いて行うことができる。絶縁体502は、絶
縁体402についての記載を参照する。
MBE法またはPLD法、ALD法などを用いて行うことができる。半導体536は、半
導体406についての記載を参照する。
MBE法またはPLD法、ALD法などを用いて行うことができる。導電体546は、導
電体416についての記載を参照する。
0の成膜は、スパッタリング法、CVD法、MBE法またはPLD法、ALD法などを用
いて行うことができる。絶縁体540は、絶縁体510についての記載を参照する。
0、導電体516および半導体506を形成する(図16(A)および図16(B)参照
。)。このとき、導電体516または/および半導体506は、レジストを除去してから
絶縁体510を用いて加工してもよい。このとき、半導体506と重ならない絶縁体50
2の一部をエッチングしても構わない。こうすることで、絶縁体502に凸部が形成され
る。
7において、層116を導電体516に、層110を絶縁体510に置き替えればよい。
0aおよび絶縁体510b、ならびに導電体516aおよび導電体516bを形成する(
図17(A)および図17(B)参照。)。ここでは、図4に示した加工方法と同様の方
法により、絶縁体510および導電体516を加工した場合を図示している。ただし図1
1、図51、図52および図53などに示した形状に、導電体516aおよび導電体51
6b、ならびに絶縁体510aおよび絶縁体510bを加工しても構わない。
はPLD法、ALD法などを用いて行うことができる。
はPLD法、ALD法などを用いて行うことができる。
成する。また、該レジストまたは導電体504を用いて絶縁体を加工し、絶縁体512を
形成する(図18(A)および図18(B)参照。)。なお、ここでは絶縁体512と導
電体504とが上面から見たときに同様の形状となるよう加工しているが、この形状に限
定されるものではない。例えば、絶縁体512と導電体504とを別のレジストを用いて
加工してもよい。例えば、絶縁体512を形成してから、導電体504となる導電体を成
膜してもよいし、導電体504を形成した後で絶縁体512となる絶縁体上に別途レジス
トなどを形成してもよい。
7において、層116を絶縁体512となる絶縁体に、層110を導電体504となる導
電体に置き替えればよい。
4について記載を参照する。
法またはPLD法、ALD法などを用いて行うことができる。
ウム、シリコン、リン、塩素、アルゴン、ガリウム、ゲルマニウム、イットリウム、ジル
コニウム、ランタン、ネオジム、ハフニウムまたはタンタルを含む絶縁体を、単層で、ま
たは積層で用いればよい。絶縁体は、好ましくは酸化アルミニウム、窒化酸化シリコン、
窒化シリコン、酸化ガリウム、酸化イットリウム、酸化ジルコニウム、酸化ランタン、酸
化ネオジム、酸化ハフニウムまたは酸化タンタルを含む絶縁体を、単層で、または積層で
用いればよい。
は/および水素をブロックする機能を有する。または、絶縁体は、例えば、絶縁体502
または絶縁体512よりも、酸素または/および水素をブロックする能力が高いことが好
ましい。
10aを有し、導電体516bと導電体504との間に絶縁体510bを有する。即ち、
導電体516aおよび導電体516bなどに起因する寄生容量が小さい。そのため、図1
8(B)に示したトランジスタを用いた半導体装置は、高い周波数特性を有する。また、
導電体516aの絶縁体510aから迫り出す長さを、絶縁体512の厚さの70%以上
130%以下、好ましくは80%以上120%以下、さらに好ましくは90%以上110
%以下とすることで、寄生容量を小さく、かつオン抵抗を小さくすることができる。導電
体516bについても同様である。
電体504からの電界が、半導体506の側面において導電体516aおよび導電体51
6bなどによって阻害されにくい構造である。
が導電体504から迫り出した形状としてもよい(図19(B)参照。)。また、絶縁体
512となる絶縁体を加工しなくてもよい(図19(C)参照。)。
以下では、本発明の一態様に係るトランジスタなどを利用した半導体装置の回路の一例に
ついて説明する。
図20(A)に示す回路図は、pチャネル型のトランジスタ2200とnチャネル型のト
ランジスタ2100を直列に接続し、かつそれぞれのゲートを接続した、いわゆるCMO
Sインバータの構成を示している。
図21は、図20(A)に対応する半導体装置の断面図である。図21に示す半導体装置
は、トランジスタ2200と、トランジスタ2100と、を有する。また、トランジスタ
2100は、トランジスタ2200の上方に配置する。なお、トランジスタ2100とし
て、図18に示したトランジスタを用いた例を示しているが、本発明の一態様に係る半導
体装置は、これに限定されるものではない。例えば、図11、図12、図19、図51、
図52または図53に示したトランジスタなどを、トランジスタ2100として用いても
構わない。よって、トランジスタ2100については、適宜上述したトランジスタについ
ての記載を参酌する。
トランジスタ2200は、半導体基板450中の領域472aと、半導体基板450中の
領域472bと、絶縁体462と、導電体454と、を有する。
ドレイン領域としての機能を有する。また、絶縁体462は、ゲート絶縁体としての機能
を有する。また、導電体454は、ゲート電極としての機能を有する。したがって、導電
体454に印加する電位によって、チャネル形成領域の抵抗を制御することができる。即
ち、導電体454に印加する電位によって、領域472aと領域472bとの間の導通・
非導通を制御することができる。
たは炭化シリコン、シリコンゲルマニウム、ヒ化ガリウム、リン化インジウム、酸化亜鉛
、酸化ガリウムなどの化合物半導体基板などを用いればよい。好ましくは、半導体基板4
50として単結晶シリコン基板を用いる。
し、半導体基板450として、p型の導電型を付与する不純物を有する半導体基板を用い
ても構わない。その場合、トランジスタ2200となる領域には、n型の導電型を付与す
る不純物を有するウェルを配置すればよい。または、半導体基板450がi型であっても
構わない。
ランジスタ2200のオン特性を向上させることができる。
。このようにして、トランジスタ2200はpチャネル型トランジスタを構成する。
れる。領域460は、絶縁性を有する領域である。
480aと、導電体480bと、導電体480cと、導電体478aと、導電体478b
と、導電体478cと、導電体476aと、導電体476bと、導電体474aと、導電
体474bと、導電体474cと、導電体496aと、導電体496bと、導電体496
cと、導電体496dと、導電体498aと、導電体498bと、導電体498cと、絶
縁体490と、絶縁体492と、絶縁体494と、を有する。
64上に配置する。また、絶縁体468は、絶縁体466上に配置する。また、絶縁体4
90は、絶縁体468上に配置する。また、トランジスタ2100は、絶縁体490上に
配置する。また、絶縁体492は、トランジスタ2100上に配置する。また、絶縁体4
94は、絶縁体492上に配置する。
体454に達する開口部と、を有する。また、開口部には、それぞれ導電体480a、導
電体480bまたは導電体480cが埋め込まれている。
部と、導電体480cに達する開口部と、を有する。また、開口部には、それぞれ導電体
478a、導電体478bまたは導電体478cが埋め込まれている。
部と、を有する。また、開口部には、それぞれ導電体476aまたは導電体476bが埋
め込まれている。
電体476aに達する開口部と、導電体476bに達する開口部と、を有する。また、開
口部には、それぞれ導電体474a、導電体474bまたは導電体474cが埋め込まれ
ている。
。または、例えば、導電体474aに一定の電位を印加することで、トランジスタ210
0のしきい値電圧などの電気特性を制御しても構わない。または、例えば、導電体474
aとトランジスタ2100のゲート電極としての機能を有する導電体404とを電気的に
接続しても構わない。こうすることで、トランジスタ2100のオン電流を大きくするこ
とができる。また、パンチスルー現象を抑制することができるため、トランジスタ210
0の飽和領域における電気特性を安定にすることができる。
ある導電体416bを通って、導電体474bに達する開口部と、トランジスタ2100
のソース電極またはドレイン電極の他方である導電体416aに達する開口部と、トラン
ジスタ2100のゲート電極である導電体404に達する開口部と、導電体474cに達
する開口部と、を有する。また、開口部には、それぞれ導電体496a、導電体496b
、導電体496cまたは導電体496dが埋め込まれている。ただし、それぞれの開口部
は、さらにトランジスタ2100などの構成要素のいずれかを介する場合がある。
496dに達する開口部と、導電体496cに達する開口部と、を有する。また、開口部
には、それぞれ導電体498a、導電体498bまたは導電体498cが埋め込まれてい
る。
494としては、例えば、ホウ素、炭素、窒素、酸素、フッ素、マグネシウム、アルミニ
ウム、シリコン、リン、塩素、アルゴン、ガリウム、ゲルマニウム、イットリウム、ジル
コニウム、ランタン、ネオジム、ハフニウムまたはタンタルを含む絶縁体を、単層で、ま
たは積層で用いればよい。例えば、絶縁体401としては、酸化アルミニウム、酸化マグ
ネシウム、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコン、窒化シリコン、酸化ガ
リウム、酸化ゲルマニウム、酸化イットリウム、酸化ジルコニウム、酸化ランタン、酸化
ネオジム、酸化ハフニウムまたは酸化タンタルを用いればよい。
494の一以上は、水素などの不純物および酸素をブロックする機能を有する絶縁体を有
することが好ましい。トランジスタ2100の近傍に、水素などの不純物および酸素をブ
ロックする機能を有する絶縁体を配置することによって、トランジスタ2100の電気特
性を安定にすることができる。
素、炭素、窒素、酸素、フッ素、マグネシウム、アルミニウム、シリコン、リン、塩素、
アルゴン、ガリウム、ゲルマニウム、イットリウム、ジルコニウム、ランタン、ネオジム
、ハフニウムまたはタンタルを含む絶縁体を、単層で、または積層で用いればよい。
導電体478c、導電体476a、導電体476b、導電体474a、導電体474b、
導電体474c、導電体496a、導電体496b、導電体496c、導電体496d、
導電体498a、導電体498bおよび導電体498cとしては、例えば、ホウ素、窒素
、酸素、フッ素、シリコン、リン、アルミニウム、チタン、クロム、マンガン、コバルト
、ニッケル、銅、亜鉛、ガリウム、イットリウム、ジルコニウム、モリブデン、ルテニウ
ム、銀、インジウム、スズ、タンタルおよびタングステンを一種以上含む導電体を、単層
で、または積層で用いればよい。例えば、合金や化合物であってもよく、アルミニウムを
含む導電体、銅およびチタンを含む導電体、銅およびマンガンを含む導電体、インジウム
、スズおよび酸素を含む導電体、チタンおよび窒素を含む導電体などを用いてもよい。
構造が異なるのみである。よって、図22に示す半導体装置については、図21に示した
半導体装置の記載を参酌する。具体的には、図22に示す半導体装置は、トランジスタ2
200がFin型である場合を示している。トランジスタ2200をFin型とすること
により、実効上のチャネル幅が増大することによりトランジスタ2200のオン特性を向
上させることができる。また、ゲート電極の電界の寄与を高くすることができるため、ト
ランジスタ2200のオフ特性を向上させることができる。
構造が異なるのみである。よって、図23に示す半導体装置については、図21に示した
半導体装置の記載を参酌する。具体的には、図23に示す半導体装置は、トランジスタ2
200がSOI基板に設けられた場合を示している。図23には、絶縁体452によって
領域456が半導体基板450と分離されている構造を示す。SOI基板を用いることに
よって、パンチスルー現象などを抑制することができるためトランジスタ2200のオフ
特性を向上させることができる。なお、絶縁体452は、半導体基板450の一部を絶縁
体化させることによって形成することができる。例えば、絶縁体452としては、酸化シ
リコンを用いることができる。
を作製し、その上方にnチャネル型トランジスタを作製するため、素子の占有面積を縮小
することができる。即ち、半導体装置の集積度を高くすることができる。また、nチャネ
ル型トランジスタと、pチャネル型トランジスタとを同一の半導体基板を用いて作製した
場合と比べて、工程を簡略化することができるため、半導体装置の生産性を高くすること
ができる。また、半導体装置の歩留まりを高くすることができる。また、pチャネル型ト
ランジスタは、LDD(Lightly Doped Drain)領域、シャロートレ
ンチ構造、歪み設計などの複雑な工程を省略できる場合がある。そのため、nチャネル型
トランジスタを、半導体基板を用いて作製する場合と比べて、生産性および歩留まりを高
くすることができる場合がある。
また図20(B)に示す回路図は、トランジスタ2100とトランジスタ2200のそれ
ぞれのソースとドレインを接続した構成を示している。このような構成とすることで、い
わゆるCMOSアナログスイッチとして機能させることができる。
本発明の一態様に係るトランジスタを用いた、電力が供給されない状況でも記憶内容の保
持が可能で、かつ、書き込み回数にも制限が無い半導体装置(記憶装置)の一例を図24
に示す。
半導体を用いたトランジスタ3300、および容量素子3400を有している。なお、ト
ランジスタ3300としては、上述したトランジスタを用いることができる。
00は、例えば、酸化物半導体を用いたトランジスタを用いることができる。トランジス
タ3300のオフ電流が小さいことにより、半導体装置の特定のノードに長期にわたり記
憶内容を保持することが可能である。つまり、リフレッシュ動作を必要としない、または
リフレッシュ動作の頻度が極めて少なくすることが可能となるため、消費電力の低い半導
体装置となる。
接続され、第2の配線3002はトランジスタ3200のドレインと電気的に接続される
。また、第3の配線3003はトランジスタ3300のソース、ドレインの一方と電気的
に接続され、第4の配線3004はトランジスタ3300のゲートと電気的に接続されて
いる。そして、トランジスタ3200のゲート、およびトランジスタ3300のソース、
ドレインの他方は、容量素子3400の電極の一方と電気的に接続され、第5の配線30
05は容量素子3400の電極の他方と電気的に接続されている。
う特性を有することで、以下に示すように、情報の書き込み、保持、読み出しが可能であ
る。
ンジスタ3300が導通状態となる電位にして、トランジスタ3300を導通状態とする
。これにより、第3の配線3003の電位が、トランジスタ3200のゲート、および容
量素子3400の電極の一方と電気的に接続するノードFGに与えられる。即ち、トラン
ジスタ3200のゲートには、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。)
のどちらかが与えられるものとする。その後、第4の配線3004の電位を、トランジス
タ3300が非導通状態となる電位にして、トランジスタ3300を非導通状態とするこ
とにより、ノードFGに電荷が保持される(保持)。
持される。
えた状態で、第5の配線3005に適切な電位(読み出し電位)を与えると、第2の配線
3002は、ノードFGに保持された電荷量に応じた電位をとる。これは、トランジスタ
3200をnチャネル型とすると、トランジスタ3200のゲートにHighレベル電荷
が与えられている場合の見かけ上のしきい値電圧Vth_Hは、トランジスタ3200の
ゲートにLowレベル電荷が与えられている場合の見かけ上のしきい値電圧Vth_Lよ
り低くなるためである。ここで、見かけ上のしきい値電圧とは、トランジスタ3200を
「導通状態」とするために必要な第5の配線3005の電位をいうものとする。したがっ
て、第5の配線3005の電位をVth_HとVth_Lの間の電位V0とすることによ
り、ノードFG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、ノードFG
にHighレベル電荷が与えられていた場合には、第5の配線3005の電位がV0(>
Vth_H)となれば、トランジスタ3200は「導通状態」となる。一方、ノードFG
にLowレベル電荷が与えられていた場合には、第5の配線3005の電位がV0(<V
th_L)となっても、トランジスタ3200は「非導通状態」のままである。このため
、第2の配線3002の電位を判別することで、ノードFGに保持されている情報を読み
出すことができる。
を読み出さなくてはならない。ほかのメモリセルの情報を読み出さないためには、ノード
FGに与えられた電荷によらずトランジスタ3200が「非導通状態」となるような電位
、つまり、Vth_Hより低い電位を第5の配線3005に与えればよい。または、ノー
ドFGに与えられた電荷によらずトランジスタ3200が「導通状態」となるような電位
、つまり、Vth_Lより高い電位を第5の配線3005に与えればよい。
図25は、図24(A)に対応する半導体装置の断面図である。図25に示す半導体装置
は、トランジスタ3200と、トランジスタ3300と、容量素子3400と、を有する
。また、トランジスタ3300および容量素子3400は、トランジスタ3200の上方
に配置する。なお、トランジスタ3300としては、上述したトランジスタ2100につ
いての記載を参照する。また、トランジスタ3200としては、図21に示したトランジ
スタ2200についての記載を参照する。なお、図21では、トランジスタ2200がp
チャネル型トランジスタである場合について説明したが、トランジスタ3200がnチャ
ネル型トランジスタであっても構わない。
トランジスタ3200は、半導体基板450中の領域472aと、半導体基板450中の
領域472bと、絶縁体462と、導電体454と、を有する。
480aと、導電体480bと、導電体480cと、導電体478aと、導電体478b
と、導電体478cと、導電体476aと、導電体476bと、導電体474aと、導電
体474bと、導電体474cと、導電体496aと、導電体496bと、導電体496
cと、導電体496dと、導電体498aと、導電体498bと、導電体498cと、導
電体498dと、絶縁体490と、絶縁体492と、絶縁体494と、を有する。
64上に配置する。また、絶縁体468は、絶縁体466上に配置する。また、絶縁体4
90は、絶縁体468上に配置する。また、トランジスタ3300は、絶縁体490上に
配置する。また、絶縁体492は、トランジスタ3300上に配置する。また、絶縁体4
94は、絶縁体492上に配置する。
体454に達する開口部と、を有する。また、開口部には、それぞれ導電体480a、導
電体480bまたは導電体480cが埋め込まれている。
部と、導電体480cに達する開口部と、を有する。また、開口部には、それぞれ導電体
478a、導電体478bまたは導電体478cが埋め込まれている。
部と、を有する。また、開口部には、それぞれ導電体476aまたは導電体476bが埋
め込まれている。
電体476aに達する開口部と、導電体476bに達する開口部と、を有する。また、開
口部には、それぞれ導電体474a、導電体474bまたは導電体474cが埋め込まれ
ている。
わない。または、例えば、導電体474aに一定の電位を印加することで、トランジスタ
3300のしきい値電圧などの電気特性を制御しても構わない。または、例えば、導電体
474aとトランジスタ3300のトップゲート電極である導電体404とを電気的に接
続しても構わない。こうすることで、トランジスタ3300のオン電流を大きくすること
ができる。また、パンチスルー現象を抑制することができるため、トランジスタ3300
の飽和領域における電気特性を安定にすることができる。
ある導電体416bを通って、導電体474bに達する開口部と、トランジスタ3300
のソース電極またはドレイン電極の他方である導電体414に達する開口部と、トランジ
スタ3300のゲート電極である導電体404に達する開口部と、トランジスタ3300
のソース電極またはドレイン電極の他方である導電体416aを通って、導電体474c
に達する開口部と、を有する。また、開口部には、それぞれ導電体496a、導電体49
6b、導電体496cまたは導電体496dが埋め込まれている。ただし、それぞれの開
口部は、さらにトランジスタ3300などの構成要素のいずれかを介する場合がある。
部と、導電体496cに達する開口部と、導電体496dに達する開口部と、を有する。
また、開口部には、それぞれ導電体498a、導電体498b、導電体498cまたは導
電体498dが埋め込まれている。
494の一以上は、水素などの不純物および酸素をブロックする機能を有する絶縁体を有
することが好ましい。トランジスタ3300の近傍に、水素などの不純物および酸素をブ
ロックする機能を有する絶縁体を配置することによって、トランジスタ3300の電気特
性を安定にすることができる。
ミニウム、チタン、クロム、マンガン、コバルト、ニッケル、銅、亜鉛、ガリウム、イッ
トリウム、ジルコニウム、モリブデン、ルテニウム、銀、インジウム、スズ、タンタルお
よびタングステンを一種以上含む導電体を、単層で、または積層で用いればよい。例えば
、合金や化合物であってもよく、アルミニウムを含む導電体、銅およびチタンを含む導電
体、銅およびマンガンを含む導電体、インジウム、スズおよび酸素を含む導電体、チタン
および窒素を含む導電体などを用いてもよい。
、導電体476aと、導電体474bと、導電体496cと、を介してトランジスタ33
00のソース電極またはドレイン電極の一方である導電体416bと電気的に接続する。
また、トランジスタ3200のゲート電極である導電体454は、導電体480cと、導
電体478cと、導電体476bと、導電体474cと、導電体496dと、を介してト
ランジスタ3300のソース電極またはドレイン電極の他方である導電体416aと電気
的に接続する。
気的に接続する電極と、導電体414と、絶縁体411と、を有する。なお、絶縁体41
1は、トランジスタ3300のゲート絶縁体と同一工程を経て形成できるため、生産性を
高めることができる。また、導電体414として、トランジスタ3300のゲート電極と
同一工程を経て形成した層を用いると、生産性を高めることができる。
構造が異なるのみである。よって、図26に示す半導体装置については、図25に示した
半導体装置の記載を参酌する。具体的には、図26に示す半導体装置は、トランジスタ3
200がFin型である場合を示している。Fin型であるトランジスタ3200につい
ては、図22に示したトランジスタ2200の記載を参照する。なお、図22では、トラ
ンジスタ2200がpチャネル型トランジスタである場合について説明したが、トランジ
スタ3200がnチャネル型トランジスタであっても構わない。
構造が異なるのみである。よって、図27に示す半導体装置については、図25に示した
半導体装置の記載を参酌する。具体的には、図27に示す半導体装置は、トランジスタ3
200がSOI基板である半導体基板450に設けられた場合を示している。SOI基板
である半導体基板450に設けられたトランジスタ3200については、図23に示した
トランジスタ2200の記載を参照する。なお、図23では、トランジスタ2200がp
チャネル型トランジスタである場合について説明したが、トランジスタ3200がnチャ
ネル型トランジスタであっても構わない。
図24(B)に示す半導体装置は、トランジスタ3200を有さない点で図24(A)に
示した半導体装置と異なる。この場合も図24(A)に示した半導体装置と同様の動作に
より情報の書き込みおよび保持動作が可能である。
タ3300が導通状態になると、浮遊状態である第3の配線3003と容量素子3400
とが導通し、第3の配線3003と容量素子3400の間で電荷が再分配される。その結
果、第3の配線3003の電位が変化する。第3の配線3003の電位の変化量は、容量
素子3400の電極の一方の電位(または容量素子3400に蓄積された電荷)によって
、異なる値をとる。
の配線3003が有する容量成分をCB、電荷が再分配される前の第3の配線3003の
電位をVB0とすると、電荷が再分配された後の第3の配線3003の電位は、(CB×
VB0+C×V)/(CB+C)となる。したがって、メモリセルの状態として、容量素
子3400の電極の一方の電位が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第3の配線3003の電位(=(CB×VB0+C×V
1)/(CB+C))は、電位V0を保持している場合の第3の配線3003の電位(=
(CB×VB0+C×V0)/(CB+C))よりも高くなることがわかる。
ができる。
ンジスタを用い、トランジスタ3300として第2の半導体が適用されたトランジスタを
駆動回路上に積層して配置する構成とすればよい。
することで、長期にわたって記憶内容を保持することが可能となる。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、消費電力の低い半導体装置を実現することができる。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好ましい)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。
りにくい。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わないため、絶縁体の劣化といっ
た問題が生じない。即ち、本発明の一態様に係る半導体装置は、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した半導体装置
である。さらに、トランジスタの導通状態、非導通状態によって、情報の書き込みが行わ
れるため、高速な動作が可能となる。
以下では、本発明の一態様に係る撮像装置について説明する。
置200は、画素部210と、画素部210を駆動するための周辺回路260と、周辺回
路270、周辺回路280と、周辺回路290と、を有する。画素部210は、p行q列
(pおよびqは2以上の整数)のマトリクス状に配置された複数の画素211を有する。
周辺回路260、周辺回路270、周辺回路280および周辺回路290は、それぞれ複
数の画素211に接続し、複数の画素211を駆動するための信号を供給する機能を有す
る。なお、本明細書等において、周辺回路260、周辺回路270、周辺回路280およ
び周辺回路290などの全てを指して「周辺回路」または「駆動回路」と呼ぶ場合がある
。例えば、周辺回路260は周辺回路の一部といえる。
1を放射することができる。
回路の1つを有する。また、周辺回路は、画素部210を形成する基板上に作製してもよ
い。また、周辺回路の一部または全部にICチップ等の半導体装置を用いてもよい。なお
、周辺回路は、周辺回路260、周辺回路270、周辺回路280および周辺回路290
のいずれか一以上を省略してもよい。
211を傾けて配置してもよい。画素211を傾けて配置することにより、行方向および
列方向の画素間隔(ピッチ)を短くすることができる。これにより、撮像装置200にお
ける撮像の品質をより高めることができる。
撮像装置200が有する1つの画素211を複数の副画素212で構成し、それぞれの副
画素212に特定の波長帯域の光を透過するフィルタ(カラーフィルタ)を組み合わせる
ことで、カラー画像表示を実現するための情報を取得することができる。
29(A)に示す画素211は、赤(R)の波長帯域を透過するカラーフィルタが設けら
れた副画素212(以下、「副画素212R」ともいう)、緑(G)の波長帯域を透過す
るカラーフィルタが設けられた副画素212(以下、「副画素212G」ともいう)およ
び青(B)の波長帯域を透過するカラーフィルタが設けられた副画素212(以下、「副
画素212B」ともいう)を有する。副画素212は、フォトセンサとして機能させるこ
とができる。
1、配線247、配線248、配線249、配線250と電気的に接続される。また、副
画素212R、副画素212G、および副画素212Bは、それぞれが独立した配線25
3に接続している。また、本明細書等において、例えばn行目の画素211に接続された
配線248および配線249を、それぞれ配線248[n]および配線249[n]と記
載する。また、例えばm列目の画素211に接続された配線253を、配線253[m]
と記載する。なお、図29(A)において、m列目の画素211が有する副画素212R
に接続する配線253を配線253[m]R、副画素212Gに接続する配線253を配
線253[m]G、および副画素212Bに接続する配線253を配線253[m]Bと
記載している。副画素212は、上記配線を介して周辺回路と電気的に接続される。
タが設けられた副画素212同士がスイッチを介して電気的に接続する構成を有する。図
29(B)に、n行(nは1以上p以下の整数)m列(mは1以上q以下の整数)に配置
された画素211が有する副画素212と、該画素211に隣接するn+1行m列に配置
された画素211が有する副画素212の接続例を示す。図29(B)において、n行m
列に配置された副画素212Rと、n+1行m列に配置された副画素212Rがスイッチ
201を介して接続されている。また、n行m列に配置された副画素212Gと、n+1
行m列に配置された副画素212Gがスイッチ202を介して接続されている。また、n
行m列に配置された副画素212Bと、n+1行m列に配置された副画素212Bがスイ
ッチ203を介して接続されている。
れず、それぞれシアン(C)、黄(Y)およびマゼンダ(M)の光を透過するカラーフィ
ルタを用いてもよい。1つの画素211に3種類の異なる波長帯域の光を検出する副画素
212を設けることで、フルカラー画像を取得することができる。
けられた副画素212に加えて、黄(Y)の光を透過するカラーフィルタが設けられた副
画素212を有する画素211を用いてもよい。または、それぞれシアン(C)、黄(Y
)およびマゼンダ(M)の光を透過するカラーフィルタが設けられた副画素212に加え
て、青(B)の光を透過するカラーフィルタが設けられた副画素212を有する画素21
1を用いてもよい。1つの画素211に4種類の異なる波長帯域の光を検出する副画素2
12を設けることで、取得した画像の色の再現性をさらに高めることができる。
帯域を検出する副画素212、および青の波長帯域を検出する副画素212の画素数比(
または受光面積比)は、1:1:1でなくても構わない。例えば、画素数比(受光面積比
)を赤:緑:青=1:2:1とするBayer配列としてもよい。または、画素数比(受
光面積比)を赤:緑:青=1:6:1としてもよい。
、同じ波長帯域を検出する副画素212を2つ以上設けることで、冗長性を高め、撮像装
置200の信頼性を高めることができる。
フィルタを用いることで、赤外光を検出する撮像装置200を実現することができる。
ることで、光電変換素子(受光素子)に大光量光が入射した時に生じる出力飽和すること
を防ぐことができる。減光量の異なるNDフィルタを組み合わせて用いることで、撮像装
置のダイナミックレンジを大きくすることができる。
断面図を用いて、画素211、フィルタ254、レンズ255の配置例を説明する。レン
ズ255を設けることで、光電変換素子が入射光を効率よく受光することができる。具体
的には、図30(A)に示すように、画素211に形成したレンズ255、フィルタ25
4(フィルタ254R、フィルタ254Gおよびフィルタ254B)、および画素回路2
30等を通して光256を光電変換素子220に入射させる構造とすることができる。
一部によって遮光されてしまうことがある。したがって、図30(B)に示すように光電
変換素子220側にレンズ255およびフィルタ254を配置して、光電変換素子220
が光256を効率良く受光させる構造が好ましい。光電変換素子220側から光256を
光電変換素子220に入射させることで、検出感度の高い撮像装置200を提供すること
ができる。
光電変換素子を用いてもよい。
いて形成してもよい。放射線を吸収して電荷を発生させる機能を有する物質としては、セ
レン、ヨウ化鉛、ヨウ化水銀、ヒ化ガリウム、テルル化カドミウム、カドミウム亜鉛合金
等がある。
X線や、ガンマ線といった幅広い波長帯域にわたって光吸収係数を有する光電変換素子2
20を実現できる。
て、第1のフィルタを有する副画素212を有してもよい。
以下では、シリコンを用いたトランジスタと、酸化物半導体を用いたトランジスタと、を
用いて画素を構成する一例について説明する。
に示す撮像装置は、シリコン基板300に設けられたシリコンを用いたトランジスタ35
1、トランジスタ351上に積層して配置された酸化物半導体を用いたトランジスタ35
2およびトランジスタ353、ならびにシリコン基板300に設けられたフォトダイオー
ド360を含む。各トランジスタおよびフォトダイオード360は、種々のプラグ370
および配線371と電気的な接続を有する。また、フォトダイオード360のアノード3
61は、低抵抗領域363を介してプラグ370と電気的に接続を有する。
オード360を有する層310と、層310と接して設けられ、配線371を有する層3
20と、層320と接して設けられ、トランジスタ352およびトランジスタ353を有
する層330と、層330と接して設けられ、配線372および配線373を有する層3
40を備えている。
1が形成された面とは逆側の面にフォトダイオード360の受光面を有する構成とする。
該構成とすることで、各種トランジスタや配線などの影響を受けずに光路を確保すること
ができる。そのため、高開口率の画素を形成することができる。なお、フォトダイオード
360の受光面をトランジスタ351が形成された面と同じとすることもできる。
、酸化物半導体を用いたトランジスタを有する層とすればよい。または層310を省略し
、酸化物半導体を用いたトランジスタのみで画素を構成してもよい。
ればよい。層330を省略した断面図の一例を図31(B)に示す。層330を省略する
場合、層340の配線372も省略することができる。
替えて、ゲルマニウム、シリコンゲルマニウム、炭化シリコン、ヒ化ガリウム、ヒ化アル
ミニウムガリウム、リン化インジウム、窒化ガリウムまたは有機半導体を有する基板を用
いることもできる。
ジスタ352およびトランジスタ353を有する層330と、の間には絶縁体380が設
けられる。ただし、絶縁体380の位置は限定されない。
ングリングボンドを終端し、トランジスタ351の信頼性を向上させる効果がある。一方
、トランジスタ352およびトランジスタ353などの近傍に設けられる絶縁体中の水素
は、酸化物半導体中にキャリアを生成する要因の一つとなる。そのため、トランジスタ3
52およびトランジスタ353などの信頼性を低下させる要因となる場合がある。したが
って、シリコン系半導体を用いたトランジスタの上層に酸化物半導体を用いたトランジス
タを積層して設ける場合、これらの間に水素をブロックする機能を有する絶縁体380を
設けることが好ましい。絶縁体380より下層に水素を閉じ込めることで、トランジスタ
351の信頼性が向上させることができる。さらに、絶縁体380より下層から、絶縁体
380より上層に水素が拡散することを抑制できるため、トランジスタ352およびトラ
ンジスタ353などの信頼性を向上させることができる。
いる。
330に設けるトランジスタとを重なるように形成することができる。そうすると、画素
の集積度を高めることができる。すなわち、撮像装置の解像度を高めることができる。
湾曲させてもよい。図32(A1)は、撮像装置を同図中の一点鎖線X1−X2の方向に
湾曲させた状態を示している。図32(A2)は、図32(A1)中の一点鎖線X1−X
2で示した部位の断面図である。図32(A3)は、図32(A1)中の一点鎖線Y1−
Y2で示した部位の断面図である。
図中の一点鎖線Y3−Y4の方向に湾曲させた状態を示している。図32(B2)は、図
32(B1)中の一点鎖線X3−X4で示した部位の断面図である。図32(B3)は、
図32(B1)中の一点鎖線Y3−Y4で示した部位の断面図である。
像装置と組み合わせて用いるレンズなどの光学設計を容易とすることができる。例えば、
収差補正のためのレンズ枚数を低減できるため、撮像装置を用いた電子機器などの小型化
や軽量化を実現することができる。また、撮像された画像の品質を向上させる事ができる
。
以下では、上述したトランジスタや上述した記憶装置などの半導体装置を含むCPUにつ
いて説明する。
ある。
ic logic unit、演算回路)、ALUコントローラ1192、インストラク
ションデコーダ1193、インタラプトコントローラ1194、タイミングコントローラ
1195、レジスタ1196、レジスタコントローラ1197、バスインターフェース1
198、書き換え可能なROM1199、およびROMインターフェース1189を有し
ている。基板1190は、半導体基板、SOI基板、ガラス基板などを用いる。ROM1
199およびROMインターフェース1189は、別チップに設けてもよい。もちろん、
図33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。例えば、図33に示すCPUまたは演算回路
を含む構成を一つのコアとし、当該コアを複数含み、それぞれのコアが並列で動作するよ
うな構成としてもよい。また、CPUが内部演算回路やデータバスで扱えるビット数は、
例えば8ビット、16ビット、32ビット、64ビットなどとすることができる。
デコーダ1193に入力され、デコードされた後、ALUコントローラ1192、インタ
ラプトコントローラ1194、レジスタコントローラ1197、タイミングコントローラ
1195に入力される。
ラ1197、タイミングコントローラ1195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ALUコントローラ1192は、ALU1191の動作を制御する
ための信号を生成する。また、インタラプトコントローラ1194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。レジスタコントローラ1197は、レジスタ1196のアド
レスを生成し、CPUの状態に応じてレジスタ1196の読み出しや書き込みを行なう。
2、インストラクションデコーダ1193、インタラプトコントローラ1194、および
レジスタコントローラ1197の動作のタイミングを制御する信号を生成する。例えばタ
イミングコントローラ1195は、基準クロック信号を元に、内部クロック信号を生成す
る内部クロック生成部を備えており、内部クロック信号を上記各種回路に供給する。
1196のメモリセルとして、上述したトランジスタや記憶装置などを用いることができ
る。
指示に従い、レジスタ1196における保持動作の選択を行う。即ち、レジスタ1196
が有するメモリセルにおいて、フリップフロップによるデータの保持を行うか、容量素子
によるデータの保持を行うかを、選択する。フリップフロップによるデータの保持が選択
されている場合、レジスタ1196内のメモリセルへの、電源電圧の供給が行われる。容
量素子におけるデータの保持が選択されている場合、容量素子へのデータの書き換えが行
われ、レジスタ1196内のメモリセルへの電源電圧の供給を停止することができる。
である。記憶素子1200は、電源遮断で記憶データが揮発する回路1201と、電源遮
断で記憶データが揮発しない回路1202と、スイッチ1203と、スイッチ1204と
、論理素子1206と、容量素子1207と、選択機能を有する回路1220と、を有す
る。回路1202は、容量素子1208と、トランジスタ1209と、トランジスタ12
10と、を有する。なお、記憶素子1200は、必要に応じて、ダイオード、抵抗素子、
インダクタなどのその他の素子をさらに有していてもよい。
への電源電圧の供給が停止した際、回路1202のトランジスタ1209のゲートにはG
ND(0V)、またはトランジスタ1209がオフする電位が入力され続ける構成とする
。例えば、トランジスタ1209のゲートが抵抗等の負荷を介して接地される構成とする
。
て構成され、スイッチ1204は、一導電型とは逆の導電型(例えば、pチャネル型)の
トランジスタ1214を用いて構成した例を示す。ここで、スイッチ1203の第1の端
子はトランジスタ1213のソースとドレインの一方に対応し、スイッチ1203の第2
の端子はトランジスタ1213のソースとドレインの他方に対応し、スイッチ1203は
トランジスタ1213のゲートに入力される制御信号RDによって、第1の端子と第2の
端子の間の導通または非導通(つまり、トランジスタ1213の導通状態または非導通状
態)が選択される。スイッチ1204の第1の端子はトランジスタ1214のソースとド
レインの一方に対応し、スイッチ1204の第2の端子はトランジスタ1214のソース
とドレインの他方に対応し、スイッチ1204はトランジスタ1214のゲートに入力さ
れる制御信号RDによって、第1の端子と第2の端子の間の導通または非導通(つまり、
トランジスタ1214の導通状態または非導通状態)が選択される。
ちの一方、およびトランジスタ1210のゲートと電気的に接続される。ここで、接続部
分をノードM2とする。トランジスタ1210のソースとドレインの一方は、低電源電位
を供給することのできる配線(例えばGND線)に電気的に接続され、他方は、スイッチ
1203の第1の端子(トランジスタ1213のソースとドレインの一方)と電気的に接
続される。スイッチ1203の第2の端子(トランジスタ1213のソースとドレインの
他方)はスイッチ1204の第1の端子(トランジスタ1214のソースとドレインの一
方)と電気的に接続される。スイッチ1204の第2の端子(トランジスタ1214のソ
ースとドレインの他方)は電源電位VDDを供給することのできる配線と電気的に接続さ
れる。スイッチ1203の第2の端子(トランジスタ1213のソースとドレインの他方
)と、スイッチ1204の第1の端子(トランジスタ1214のソースとドレインの一方
)と、論理素子1206の入力端子と、容量素子1207の一対の電極のうちの一方と、
は電気的に接続される。ここで、接続部分をノードM1とする。容量素子1207の一対
の電極のうちの他方は、一定の電位が入力される構成とすることができる。例えば、低電
源電位(GND等)または高電源電位(VDD等)が入力される構成とすることができる
。容量素子1207の一対の電極のうちの他方は、低電源電位を供給することのできる配
線(例えばGND線)と電気的に接続される。容量素子1208の一対の電極のうちの他
方は、一定の電位が入力される構成とすることができる。例えば、低電源電位(GND等
)または高電源電位(VDD等)が入力される構成とすることができる。容量素子120
8の一対の電極のうちの他方は、低電源電位を供給することのできる配線(例えばGND
線)と電気的に接続される。
積極的に利用することによって省略することも可能である。
びスイッチ1204は、制御信号WEとは異なる制御信号RDによって第1の端子と第2
の端子の間の導通状態または非導通状態を選択され、一方のスイッチの第1の端子と第2
の端子の間が導通状態のとき他方のスイッチの第1の端子と第2の端子の間は非導通状態
となる。
に対応する信号が入力される。図34では、回路1201から出力された信号が、トラン
ジスタ1209のソースとドレインの他方に入力される例を示した。スイッチ1203の
第2の端子(トランジスタ1213のソースとドレインの他方)から出力される信号は、
論理素子1206によってその論理値が反転された反転信号となり、回路1220を介し
て回路1201に入力される。
レインの他方)から出力される信号は、論理素子1206および回路1220を介して回
路1201に入力する例を示したがこれに限定されない。スイッチ1203の第2の端子
(トランジスタ1213のソースとドレインの他方)から出力される信号が、論理値を反
転させられることなく、回路1201に入力されてもよい。例えば、回路1201内に、
入力端子から入力された信号の論理値が反転した信号が保持されるノードが存在する場合
に、スイッチ1203の第2の端子(トランジスタ1213のソースとドレインの他方)
から出力される信号を当該ノードに入力することができる。
タ1209以外のトランジスタは、酸化物半導体以外の半導体でなる膜または基板119
0にチャネルが形成されるトランジスタとすることができる。例えば、シリコン膜または
シリコン基板にチャネルが形成されるトランジスタとすることができる。また、記憶素子
1200に用いられるトランジスタ全てを、チャネルが酸化物半導体で形成されるトラン
ジスタとすることもできる。または、記憶素子1200は、トランジスタ1209以外に
も、チャネルが酸化物半導体で形成されるトランジスタを含んでいてもよく、残りのトラ
ンジスタは酸化物半導体以外の半導体でなる膜または基板1190にチャネルが形成され
るトランジスタとすることもできる。
また、論理素子1206としては、例えばインバータやクロックドインバータ等を用いる
ことができる。
、回路1201に記憶されていたデータを、回路1202に設けられた容量素子1208
によって保持することができる。
えば、酸化物半導体にチャネルが形成されるトランジスタのオフ電流は、結晶性を有する
シリコンにチャネルが形成されるトランジスタのオフ電流に比べて著しく低い。そのため
、当該トランジスタをトランジスタ1209として用いることによって、記憶素子120
0に電源電圧が供給されない間も容量素子1208に保持された信号は長期間にわたり保
たれる。こうして、記憶素子1200は電源電圧の供給が停止した間も記憶内容(データ
)を保持することが可能である。
作を行うことを特徴とする記憶素子であるため、電源電圧供給再開後に、回路1201が
元のデータを保持しなおすまでの時間を短くすることができる。
1210のゲートに入力される。そのため、記憶素子1200への電源電圧の供給が再開
された後、容量素子1208によって保持された信号を、トランジスタ1210の状態(
導通状態、または非導通状態)に変換して、回路1202から読み出すことができる。そ
れ故、容量素子1208に保持された信号に対応する電位が多少変動していても、元の信
号を正確に読み出すことが可能である。
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、プロセッサ全体、もしくはプロセッサを構成する一つ、また
は複数の論理回路において、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。
Digital Signal Processor)、カスタムLSI、PLD(Pr
ogrammable Logic Device)等のLSI、RF(Radio F
requency)デバイスにも応用可能である。
以下では、本発明の一態様に係る表示装置について、図35および図36を用いて説明す
る。
(発光表示素子ともいう。)などを用いることができる。発光素子は、電流または電圧に
よって輝度が制御される素子をその範疇に含んでおり、具体的には無機EL(Elect
roluminescence)、有機ELなどを含む。以下では、表示装置の一例とし
てEL素子を用いた表示装置(EL表示装置)および液晶素子を用いた表示装置(液晶表
示装置)について説明する。
ントローラを含むICなどを実装した状態にあるモジュールとを含む。
た、コネクター、例えばFPC、TCPが取り付けられたモジュール、TCPの先にプリ
ント配線板を有するモジュールまたは表示素子にCOG方式によりIC(集積回路)が直
接実装されたモジュールも全て表示装置に含むものとする。
装置の画素の回路図を示す。図35(B)は、EL表示装置全体を示す上面図である。
容量素子、抵抗素子など)などが有するすべての端子について、その接続先を特定しなく
ても、当業者であれば、発明の一態様を構成することは可能な場合がある。つまり、接続
先を特定しなくても、発明の一態様が明確であるといえる。そして、接続先が特定された
内容が、本明細書等に記載されている場合、接続先を特定しない発明の一態様が、本明細
書等に記載されていると判断することが可能な場合がある。特に、端子の接続先として複
数の箇所が想定される場合には、その端子の接続先を特定の箇所に限定する必要はない。
したがって、能動素子(トランジスタ、ダイオードなど)、受動素子(容量素子、抵抗素
子など)などが有する一部の端子についてのみ、その接続先を特定することによって、発
明の一態様を構成することが可能な場合がある。
者であれば、発明を特定することが可能な場合がある。または、ある回路について、少な
くとも機能を特定すれば、当業者であれば、発明を特定することが可能な場合がある。つ
まり、機能を特定すれば、発明の一態様が明確であるといえる。そして、機能が特定され
た発明の一態様が、本明細書等に記載されていると判断することが可能な場合がある。し
たがって、ある回路について、機能を特定しなくても、接続先を特定すれば、発明の一態
様として開示されているものであり、発明の一態様を構成することが可能である。または
、ある回路について、接続先を特定しなくても、機能を特定すれば、発明の一態様として
開示されているものであり、発明の一態様を構成することが可能である。
量素子742と、発光素子719と、を有する。
ることが可能である。逆に、図35(A)の各ノードにおいて、トランジスタ、スイッチ
、受動素子などを追加しないようにすることも可能である。
電極と電気的に接続される。トランジスタ741のソースは容量素子742の他方の電極
と電気的に接続され、発光素子719の一方の電極と電気的に接続される。トランジスタ
741のドレインは電源電位VDDが与えられる。スイッチ素子743の他端は信号線7
44と電気的に接続される。発光素子719の他方の電極は定電位が与えられる。なお、
定電位は接地電位GNDまたはそれより小さい電位とする。
ことで、画素の面積を小さくでき、解像度の高いEL表示装置とすることができる。また
、スイッチ素子743として、トランジスタ741と同一工程を経て作製されたトランジ
スタを用いると、EL表示装置の生産性を高めることができる。なお、トランジスタ74
1または/およびスイッチ素子743としては、例えば、上述したトランジスタを適用す
ることができる。
50と、シール材734と、駆動回路735と、駆動回路736と、画素737と、FP
C732と、を有する。シール材734は、画素737、駆動回路735および駆動回路
736を囲むように基板700と基板750との間に配置される。なお、駆動回路735
または/および駆動回路736をシール材734の外側に配置しても構わない。
である。
体704a上の絶縁体712aと、絶縁体712a上の絶縁体712bと、絶縁体712
b上にあり導電体704aと重なる半導体706と、半導体706と接する導電体716
aおよび導電体716bと、導電体716a上の絶縁体710aと、導電体716b上の
絶縁体710bと、半導体706上、導電体716a上、導電体716b上、絶縁体71
0a上および絶縁体710b上の絶縁体718aと、絶縁体718a上の絶縁体718b
と、絶縁体718b上の絶縁体718cと、絶縁体718c上にあり半導体706と重な
る導電体714aと、を有する構造を示す。なお、トランジスタ741の構造は一例であ
り、図35(C)に示す構造と異なる構造であっても構わない。
電極としての機能を有し、絶縁体712aおよび絶縁体712bはゲート絶縁体としての
機能を有し、導電体716aはソース電極としての機能を有し、導電体716bはドレイ
ン電極としての機能を有し、絶縁体718a、絶縁体718bおよび絶縁体718cはゲ
ート絶縁体としての機能を有し、導電体714aはゲート電極としての機能を有する。な
お、半導体706は、光が当たることで電気特性が変動する場合がある。したがって、導
電体704a、導電体716a、導電体716b、導電体714aのいずれか一以上が遮
光性を有すると好ましい。
が明確でない場合があることを示す。例えば、絶縁体718aおよび絶縁体718bとし
て、同種の絶縁体を用いた場合、観察手法によっては両者の区別が付かない場合がある。
上の絶縁体712aと、絶縁体712a上の絶縁体712bと、絶縁体712b上にあり
導電体704bと重なる導電体716aと、導電体716a上の絶縁体718aと、絶縁
体718a上の絶縁体718bと、絶縁体718b上の絶縁体718cと、絶縁体718
c上にあり導電体716aと重なる導電体714bと、を有し、導電体716aおよび導
電体714bの重なる領域で、絶縁体718aおよび絶縁体718bの一部が除去されて
いる構造を示す。
し、導電体716aは他方の電極として機能する。
ができる。また、導電体704aおよび導電体704bを同種の導電体とすると好ましい
。その場合、導電体704aおよび導電体704bは、同一工程を経て形成することがで
きる。また、導電体714aおよび導電体714bを同種の導電体とすると好ましい。そ
の場合、導電体714aおよび導電体714bは、同一工程を経て形成することができる
。
したがって、図35(C)は表示品位の高いEL表示装置である。なお、図35(C)に
示す容量素子742は、導電体716aおよび導電体714bの重なる領域を薄くするた
め、絶縁体718aおよび絶縁体718bの一部が除去された構造を有するが、本発明の
一態様に係る容量素子はこれに限定されるものではない。例えば、導電体716aおよび
導電体714bの重なる領域を薄くするため、絶縁体718cの一部が除去された構造を
有しても構わない。
絶縁体720は、トランジスタ741のソース電極として機能する導電体716aに達す
る開口部を有してもよい。絶縁体720上には、導電体781が配置される。導電体78
1は、絶縁体720の開口部を介してトランジスタ741と電気的に接続してもよい。
壁784上には、隔壁784の開口部で導電体781と接する発光層782が配置される
。発光層782上には、導電体783が配置される。導電体781、発光層782および
導電体783の重なる領域が、発光素子719となる。
する。
、トランジスタ751と、容量素子752と、一対の電極間に液晶の充填された素子(液
晶素子)753とを有する。
ゲートが走査線754に電気的に接続されている。
的に接続され、他方の電極が共通電位を供給する配線に電気的に接続されている。
的に接続され、他方の電極が共通電位を供給する配線に電気的に接続されている。なお、
上述した容量素子752の他方の電極が電気的に接続する配線に与えられる共通電位と、
液晶素子753の他方の電極に与えられる共通電位とが異なる電位であってもよい。
点鎖線M−Nに対応する液晶表示装置の断面図を図36(B)に示す。図36(B)にお
いて、FPC732は、端子731を介して配線733aと接続される。なお、配線73
3aは、トランジスタ751を構成する導電体または半導体のいずれかと同種の導電体ま
たは半導体を用いてもよい。
752は、容量素子742についての記載を参照する。なお、図36(B)には、図35
(C)の容量素子742に対応した容量素子752の構造を示したが、これに限定されな
い。
いトランジスタとすることができる。したがって、容量素子752に保持された電荷がリ
ークしにくく、長期間に渡って液晶素子753に印加される電圧を維持することができる
。そのため、動きの少ない動画や静止画の表示の際に、トランジスタ751をオフ状態と
することで、トランジスタ751の動作のための電力が不要となり、消費電力の小さい液
晶表示装置とすることができる。また、容量素子752の占有面積を小さくできるため、
開口率の高い液晶表示装置、または高精細化した液晶表示装置を提供することができる。
絶縁体721は、トランジスタ751に達する開口部を有する。絶縁体721上には、導
電体791が配置される。導電体791は、絶縁体721の開口部を介してトランジスタ
751と電気的に接続する。
には、液晶層793が配置される。液晶層793上には、配向膜として機能する絶縁体7
94が配置される。絶縁体794上には、スペーサ795が配置される。スペーサ795
および絶縁体794上には、導電体796が配置される。導電体796上には、基板79
7が配置される。
とができる、または、表示品位の高い表示装置を提供することができる。または、高精細
の表示装置を提供することができる。
子、および発光素子を有する装置である発光装置は、様々な形態を用いること、または様
々な素子を有することができる。表示素子、表示装置、発光素子または発光装置は、例え
ば、EL素子(有機物および無機物を含むEL素子、有機EL素子、無機EL素子)、白
色、赤色、緑色または青色などの発光ダイオード(LED:Light Emittin
g Diode)、トランジスタ(電流に応じて発光するトランジスタ)、電子放出素子
、液晶素子、電子インク、電気泳動素子、グレーティングライトバルブ(GLV)、プラ
ズマディスプレイ(PDP)、MEMS(マイクロ・エレクトロ・メカニカル・システム
)を用いた表示素子、デジタルマイクロミラーデバイス(DMD)、DMS(デジタル・
マイクロ・シャッター)、IMOD(インターフェアレンス・モジュレーション)素子、
シャッター方式のMEMS表示素子、光干渉方式のMEMS表示素子、エレクトロウェッ
ティング素子、圧電セラミックディスプレイ、カーボンナノチューブを用いた表示素子の
少なくとも一つを有している。電気的または磁気的作用により、コントラスト、輝度、反
射率、透過率などが変化する表示媒体を有していてもよい。
を用いた表示装置の一例としては、フィールドエミッションディスプレイ(FED)また
はSED方式平面型ディスプレイ(SED:Surface−conduction E
lectron−emitter Display)などがある。液晶素子を用いた表示
装置の一例としては、液晶ディスプレイ(透過型液晶ディスプレイ、半透過型液晶ディス
プレイ、反射型液晶ディスプレイ、直視型液晶ディスプレイ、投射型液晶ディスプレイ)
などがある。電子インクまたは電気泳動素子を用いた表示装置の一例としては、電子ペー
パーなどがある。なお、半透過型液晶ディスプレイや反射型液晶ディスプレイを実現する
場合には、画素電極の一部、または、全部が、反射電極としての機能を有するようにすれ
ばよい。例えば、画素電極の一部または全部が、アルミニウム、銀、などを有するように
すればよい。さらに、その場合、反射電極の下に、SRAMなどの記憶回路を設けること
も可能である。これにより、さらに、消費電力を低減することができる。
イトを配置してもよい。グラフェンやグラファイトは、複数の層を重ねて、多層膜として
もよい。このように、グラフェンやグラファイトを設けることにより、その上に、窒化物
半導体、例えば、結晶を有するn型GaN半導体などを容易に成膜することができる。さ
らに、その上に、結晶を有するp型GaN半導体などを設けて、LEDを構成することが
できる。なお、グラフェンやグラファイトと、結晶を有するn型GaN半導体との間に、
AlN層を設けてもよい。なお、LEDが有するGaN半導体は、MOCVDで成膜して
もよい。ただし、グラフェンを設けることにより、LEDが有するGaN半導体は、スパ
ッタリング法で成膜することも可能である。
本発明の一態様に係る半導体装置は、表示機器、パーソナルコンピュータ、記録媒体を備
えた画像再生装置(代表的にはDVD:Digital Versatile Disc
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、携帯データ端末、電子書籍端末、ビデオカメラ
、デジタルスチルカメラ等のカメラ、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、プリンタ複合機、現金自動預け入れ
払い機(ATM)、自動販売機などが挙げられる。これら電子機器の具体例を図37に示
す。
904、マイクロフォン905、スピーカー906、操作キー907、スタイラス908
等を有する。なお、図37(A)に示した携帯型ゲーム機は、2つの表示部903と表示
部904とを有しているが、携帯型ゲーム機が有する表示部の数は、これに限定されない
。
13、第2表示部914、接続部915、操作キー916等を有する。第1表示部913
は第1筐体911に設けられており、第2表示部914は第2筐体912に設けられてい
る。そして、第1筐体911と第2筐体912とは、接続部915により接続されており
、第1筐体911と第2筐体912の間の角度は、接続部915により変更が可能である
。第1表示部913における映像を、接続部915における第1筐体911と第2筐体9
12との間の角度にしたがって、切り替える構成としてもよい。また、第1表示部913
および第2表示部914の少なくとも一方に、位置入力装置としての機能が付加された表
示装置を用いるようにしてもよい。なお、位置入力装置としての機能は、表示装置にタッ
チパネルを設けることで付加することができる。または、位置入力装置としての機能は、
フォトセンサとも呼ばれる光電変換素子を表示装置の画素部に設けることでも、付加する
ことができる。
ーボード923、ポインティングデバイス924等を有する。
3等を有する。
操作キー944、レンズ945、接続部946等を有する。操作キー944およびレンズ
945は第1筐体941に設けられており、表示部943は第2筐体942に設けられて
いる。そして、第1筐体941と第2筐体942とは、接続部946により接続されてお
り、第1筐体941と第2筐体942の間の角度は、接続部946により変更が可能であ
る。表示部943における映像を、接続部946における第1筐体941と第2筐体94
2との間の角度にしたがって切り替える構成としてもよい。
954等を有する。
nmの酸化シリコンを形成する。次に、スパッタリング法により厚さが40nmのIn−
Ga−Zn酸化物を成膜する。次に、スパッタリング法により厚さが50nmのタングス
テン膜を成膜する。
ォトマスクを用いてレジストを露光する。次に、レジストを現像し、300nmの溝を作
る。
用いてプラズマを生成し、プラズマ処理を行った。なお、圧力を5.5Pa、基板温度を
70℃、ICP電力を475W、バイアス電力を300W、処理時間を80秒とした。こ
のとき、レジストおよび反射防止層の側面には、図6(C)に示したように有機物が付着
する。
の酸素ガスを用いてプラズマを生成し、プラズマ処理によってタングステン膜のエッチン
グを行った。なお、圧力を0.67Pa、ICP電力を3000W、バイアス電力を11
0W、処理時間を15秒とした(タングステンのエッチング条件Aと呼ぶ。)。このとき
、図6(D)に示すようにタングステン膜がエッチングされる。
射防止層を除去することで、図6(E)に示したような形状を得ることができる。結果を
、図46(A)および図46(B)に示す。なお、図46(A)にシリコン基板の中央部
における断面走査透過電子顕微鏡(STEM:Scanning Transmissi
on Electron Microscope)像を示し、図46(B)にシリコン基
板の角部における断面STEM像を示す。
た。即ち、レジストの溝の大きさよりも小さい形状の溝をタングステン膜に形成すること
ができた。
。具体的には、60sccmの四フッ化炭素ガス、および40sccmの酸素ガスを用い
てプラズマを生成し、プラズマ処理によってタングステン膜のエッチングを行った。なお
、圧力を2Pa、ICP電力を1000W、バイアス電力を25W、処理時間を35秒と
した(タングステンのエッチング条件Bと呼ぶ。)。
射防止層を除去する。結果を、図47(A)および図47(B)に示す。なお、図47(
A)にシリコン基板の中央部における断面STEM像を示し、図47(B)にシリコン基
板の角部における断面STEM像を示す。
た。この条件でも、レジストの溝の大きさよりも小さい形状の溝をタングステン膜に形成
することができた。
用いることで、チャネル長を縮小したトランジスタを作製した。
図48(B)は、図48(A)の一点鎖線G1−G2および一点鎖線G3−G4に対応し
たトランジスタの断面図である。図48に示すトランジスタは、図12(A)に示したト
ランジスタと類似した構造を有するため、同じの符号を用いる。また、図13(C)およ
び図13(D)に示したように半導体406の上下に、それぞれ半導体406aおよび半
導体406cを有する構造とした。
、厚さが100nmの酸化シリコンと、厚さが300nmの酸化窒化シリコンとを積層し
て用いた。半導体406aとしては、In:Ga:Zn=1:3:4[原子数比]である
In−Ga−Zn酸化物ターゲットを用いて成膜した、厚さが20nmのIn−Ga−Z
n酸化物を用いた。半導体406としては、In:Ga:Zn=1:1:1[原子数比]
であるIn−Ga−Zn酸化物ターゲットを用いて成膜した、厚さが20nmのIn−G
a−Zn酸化物を用いた。半導体406cとしては、In:Ga:Zn=1:3:4[原
子数比]であるIn−Ga−Zn酸化物ターゲットを用いて成膜した、厚さが5nmのI
n−Ga−Zn酸化物を用いた。導電体416aおよび導電体416bとしては、厚さが
50nmのタングステンを用いた。絶縁体412としては、厚さが10nmの酸化窒化シ
リコンを用いた。導電体404としては、厚さが30nmの窒化タンタルと、厚さが13
5nmのタングステンを用いた。
dを0.1Vまたは1.8Vとして、それぞれ25点のId−Vg特性を測定した。なお
、Idはドレイン電流を、Vgはゲート電圧を示す。図49(A)は、チャネル長が18
0nm、チャネル幅が500nmのトランジスタのId−Vg特性である。図49(B)
は、チャネル長が180nm、チャネル幅が800nmのトランジスタのId−Vg特性
である。
dを0.1Vまたは1.8Vとして、それぞれ25点のId−Vg特性を測定した。図5
0(A)は、チャネル長が180nm、チャネル幅が500nmのトランジスタのId−
Vg特性である。図50(B)は、チャネル長が180nm、チャネル幅が800nmの
トランジスタのId−Vg特性である。
な電気特性を有する。特に、タングステンのエッチング条件Aを用いたトランジスタは、
ばらつきが小さかった。即ち、126.6mm角のシリコン基板面内において、均一な形
状となっていることがわかる。
110a 層
110b 層
116 層
116a 層
116b 層
120 反射防止層
122 レジスト
124 有機物
200 撮像装置
201 スイッチ
202 スイッチ
203 スイッチ
210 画素部
211 画素
212 副画素
212B 副画素
212G 副画素
212R 副画素
220 光電変換素子
230 画素回路
231 配線
247 配線
248 配線
249 配線
250 配線
253 配線
254 フィルタ
254B フィルタ
254G フィルタ
254R フィルタ
255 レンズ
256 光
257 配線
260 周辺回路
270 周辺回路
280 周辺回路
290 周辺回路
291 光源
300 シリコン基板
310 層
320 層
330 層
340 層
351 トランジスタ
352 トランジスタ
353 トランジスタ
360 フォトダイオード
361 アノード
363 低抵抗領域
370 プラグ
371 配線
372 配線
373 配線
380 絶縁体
400 基板
401 絶縁体
402 絶縁体
404 導電体
406 半導体
406a 半導体
406c 半導体
410 絶縁体
410a 絶縁体
410b 絶縁体
411 絶縁体
412 絶縁体
413 導電体
414 導電体
416 導電体
416a 導電体
416b 導電体
450 半導体基板
452 絶縁体
454 導電体
456 領域
460 領域
462 絶縁体
464 絶縁体
466 絶縁体
468 絶縁体
472a 領域
472b 領域
474a 導電体
474b 導電体
474c 導電体
476a 導電体
476b 導電体
478a 導電体
478b 導電体
478c 導電体
480a 導電体
480b 導電体
480c 導電体
490 絶縁体
492 絶縁体
494 絶縁体
496a 導電体
496b 導電体
496c 導電体
496d 導電体
498a 導電体
498b 導電体
498c 導電体
498d 導電体
500 基板
502 絶縁体
503 絶縁体
504 導電体
506 半導体
510 絶縁体
510a 絶縁体
510b 絶縁体
512 絶縁体
513 導電体
516 導電体
516a 導電体
516b 導電体
536 半導体
540 絶縁体
546 導電体
700 基板
704a 導電体
704b 導電体
706 半導体
710a 絶縁体
710b 絶縁体
712a 絶縁体
712b 絶縁体
714a 導電体
714b 導電体
716a 導電体
716b 導電体
718a 絶縁体
718b 絶縁体
718c 絶縁体
719 発光素子
720 絶縁体
721 絶縁体
731 端子
732 FPC
733a 配線
734 シール材
735 駆動回路
736 駆動回路
737 画素
741 トランジスタ
742 容量素子
743 スイッチ素子
744 信号線
750 基板
751 トランジスタ
752 容量素子
753 液晶素子
754 走査線
755 信号線
781 導電体
782 発光層
783 導電体
784 隔壁
791 導電体
792 絶縁体
793 液晶層
794 絶縁体
795 スペーサ
796 導電体
797 基板
901 筐体
902 筐体
903 表示部
904 表示部
905 マイクロフォン
906 スピーカー
907 操作キー
908 スタイラス
911 筐体
912 筐体
913 表示部
914 表示部
915 接続部
916 操作キー
921 筐体
922 表示部
923 キーボード
924 ポインティングデバイス
931 筐体
932 冷蔵室用扉
933 冷凍室用扉
941 筐体
942 筐体
943 表示部
944 操作キー
945 レンズ
946 接続部
951 車体
952 車輪
953 ダッシュボード
954 ライト
1189 ROMインターフェース
1190 基板
1191 ALU
1192 ALUコントローラ
1193 インストラクションデコーダ
1194 インタラプトコントローラ
1195 タイミングコントローラ
1196 レジスタ
1197 レジスタコントローラ
1198 バスインターフェース
1199 ROM
1200 記憶素子
1201 回路
1202 回路
1203 スイッチ
1204 スイッチ
1206 論理素子
1207 容量素子
1208 容量素子
1209 トランジスタ
1210 トランジスタ
1213 トランジスタ
1214 トランジスタ
1220 回路
2100 トランジスタ
2200 トランジスタ
3001 配線
3002 配線
3003 配線
3004 配線
3005 配線
3200 トランジスタ
3300 トランジスタ
3400 容量素子
5100 ペレット
5100a ペレット
5100b ペレット
5101 イオン
5102 酸化亜鉛層
5103 粒子
5105a ペレット
5105a1 領域
5105a2 ペレット
5105b ペレット
5105c ペレット
5105d ペレット
5105d1 領域
5105e ペレット
5120 基板
5130 ターゲット
5161 領域
Claims (1)
- 酸化物半導体層と、
前記酸化物半導体層上に接して設けられたソース電極と、
前記酸化物半導体層上に接して設けられたドレイン電極と、
前記ソース電極上に接して設けられた第1の絶縁体と、
前記ドレイン電極上に接して設けられた第2の絶縁体と、
前記第1の絶縁体及び前記第2の絶縁体上に設けられたゲート絶縁層と、
前記ゲート絶縁層を介して前記酸化物半導体層上に位置するゲート電極と、を有し、
前記ソース電極と前記ドレイン電極との間、及び前記第1の絶縁体と前記第2の絶縁体との間に、前記ゲート絶縁層と前記ゲート電極とが位置し、
前記第1の絶縁体は、第1の領域と、第2の領域と、第3の領域と、を有し、
前記第1の領域は、平坦な領域であり、
前記第3の領域は、傾斜を有する領域であり、
前記第2の領域は、前記第3の領域における傾斜よりも緩やかな傾斜を有する領域であり、
前記第2の絶縁体は、第4の領域と、第5の領域と、第6の領域と、を有し、
前記第4の領域は、平坦な領域であり、
前記第6の領域は、傾斜を有する領域であり、
前記第5の領域は、前記第6の領域における傾斜よりも緩やかな傾斜を有する領域であり、
前記ゲート絶縁層及び前記ゲート電極を介した前記第2の領域の上端部と前記第5の領域の上端部との距離は、前記ゲート絶縁層及び前記ゲート電極を介した前記第2の領域の下端部と前記第5の領域の下端部との距離よりも大きい、半導体装置。
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