JP2022171745A - Semiconductor device - Google Patents

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JP2022171745A
JP2022171745A JP2022140753A JP2022140753A JP2022171745A JP 2022171745 A JP2022171745 A JP 2022171745A JP 2022140753 A JP2022140753 A JP 2022140753A JP 2022140753 A JP2022140753 A JP 2022140753A JP 2022171745 A JP2022171745 A JP 2022171745A
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健輔 吉住
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce an occupied area of a peripheral circuit of a storage device and provide a storage device having a large storage capacity per unit area.
SOLUTION: A memory cell array and a circuit unit including a high breakdown voltage transistor are configured to be provided on a same substrate. The memory cell array includes a configuration in which a plurality of memory transistors are laminated vertically. A semiconductor layer of the memory transistor and a semiconductor layer of the high breakdown voltage transistor are formed by processing the same semiconductor film. An oxide semiconductor is applied to a semiconductor layer of each of the memory transistor and the high breakdown voltage transistor.
SELECTED DRAWING: Figure 1
COPYRIGHT: (C)2023,JPO&INPIT

Description

本発明の一態様は、半導体装置に関する。本発明の一態様は、記憶装置に関する。 One embodiment of the present invention relates to a semiconductor device. One aspect of the present invention relates to a storage device.

なお、本発明の一態様は、上記の技術分野に限定されない。本明細書等で開示する本発
明の一態様の技術分野としては、半導体装置、表示装置、発光装置、蓄電装置、記憶装置
、電子機器、照明装置、入力装置、入出力装置、それらの駆動方法、又はそれらの製造方
法、を一例として挙げることができる。
Note that one embodiment of the present invention is not limited to the above technical field. Technical fields of one embodiment of the present invention disclosed in this specification and the like include semiconductor devices, display devices, light-emitting devices, power storage devices, memory devices, electronic devices, lighting devices, input devices, input/output devices, and driving methods thereof. , or methods for producing them, can be mentioned as an example.

なお、本明細書等において、半導体装置とは、半導体特性を利用することで機能しうる
装置全般を指す。トランジスタ、半導体回路、演算装置、記憶装置等は半導体装置の一態
様である。また、撮像装置、電気光学装置、発電装置(薄膜太陽電池、有機薄膜太陽電池
等を含む)、及び電子機器は半導体装置を有している場合がある。
Note that in this specification and the like, a semiconductor device refers to all devices that can function by utilizing semiconductor characteristics. A transistor, a semiconductor circuit, an arithmetic device, a memory device, or the like is one mode of a semiconductor device. Imaging devices, electro-optical devices, power generation devices (including thin-film solar cells, organic thin-film solar cells, etc.), and electronic devices may include semiconductor devices.

近年、扱われるデータ量の増大に伴って、より大きな記憶容量を有する半導体装置が求
められている。単位面積あたりの記憶容量を増加させるためには、メモリセルを積層して
形成することが有効である(特許文献1、特許文献2参照)。メモリセルを積層して設け
ることにより、単位面積当たりの記憶容量をメモリセルの積層数に応じて増加させること
ができる。
2. Description of the Related Art In recent years, as the amount of data to be handled increases, semiconductor devices with larger storage capacity are required. In order to increase the storage capacity per unit area, it is effective to stack memory cells (see Patent Documents 1 and 2). By stacking the memory cells, the storage capacity per unit area can be increased according to the number of stacked memory cells.

また、特許文献3には、酸化物半導体を用いた不揮発性の記憶装置が開示されている。 Further, Patent Document 3 discloses a nonvolatile memory device using an oxide semiconductor.

米国特許公開2011/0065270号公報U.S. Patent Publication No. 2011/0065270 米国特許第9634097号公報U.S. Pat. No. 9,634,097 米国特許公開2016/0079268号公報U.S. Patent Publication No. 2016/0079268

記憶装置はデータを格納するメモリセルアレイの他に、書き込みや読み出し動作を制御
するための制御回路を有する。一般にメモリセルアレイの駆動電圧は制御回路よりも高い
ため、制御回路で生成された信号に基づいてメモリセルアレイを駆動する駆動回路には、
高耐圧な素子が必要となる。しかしながら、このような高耐圧なトランジスタなどの素子
は、制御回路を構成する素子よりもサイズが大きいため、メモリセルの数(すなわち記憶
容量)が増大することに伴って、駆動回路を含む周辺回路の占有面積も増大してしまうと
いった問題があった。
A memory device has a memory cell array for storing data and a control circuit for controlling write and read operations. Since the drive voltage of the memory cell array is generally higher than that of the control circuit, the drive circuit that drives the memory cell array based on the signal generated by the control circuit includes:
An element with high withstand voltage is required. However, since such high-voltage transistors and other elements are larger in size than the elements that constitute the control circuit, the increase in the number of memory cells (that is, the storage capacity) leads to an increase in the number of peripheral circuits including the drive circuit. However, there is a problem that the occupied area is increased.

本発明の一態様は、周辺回路の占有面積を縮小することを課題の一とする。または、単
位面積当たりの記憶容量の大きい半導体装置を提供することを課題の一とする。または、
生産性の高い半導体装置を提供することを課題の一とする。または、新規な半導体装置、
または記憶装置を提供することを課題の一とする。
An object of one embodiment of the present invention is to reduce the area occupied by a peripheral circuit. Another object is to provide a semiconductor device with a large memory capacity per unit area. or,
An object is to provide a semiconductor device with high productivity. Or a new semiconductor device,
Another object is to provide a storage device.

なお、これらの課題の記載は、他の課題の存在を妨げるものではない。なお、本発明の
一態様は、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抽出することが可能である。
The description of these problems does not preclude the existence of other problems. Note that one embodiment of the present invention does not necessarily solve all of these problems. Problems other than these can be extracted from descriptions in the specification, drawings, claims, and the like.

本発明の一態様は、メモリトランジスタと、トランジスタと、を有する半導体装置であ
る。メモリトランジスタは、第1の導電層、第2の導電層、第3の導電層、第1の絶縁層
、第2の絶縁層、第3の絶縁層及び第1の半導体層を有する。トランジスタは、第4の導
電層、第5の導電層、第4の絶縁層、及び第2の半導体層を有する。第1の導電層は開口
を有し、第1の絶縁層は当該開口の内側に接して設けられ、第2の絶縁層は第1の絶縁層
の内側に接して設けられ、第3の絶縁層は第2の絶縁層の内側に接して設けられ、第1の
半導体層は第3の絶縁層の内側に接して設けられ、且つ、第1の導電層の開口よりも上下
方向に突出して設けられる。また第2の導電層は第1の半導体層の底部に接して設けられ
、第3の導電層は第1の半導体層の上部に接して設けられる。第4の導電層及び第5の導
電層は、第2の半導体層にそれぞれ接して設けられる。第4の絶縁層は第2の半導体層に
接して設けられる。第5の導電層は第4の絶縁層を介して第2の半導体層と重なる部分を
有する。さらに、第1の絶縁層、第3の絶縁層、及び第4の絶縁層は、それぞれ酸化物を
含む。さらに第2の絶縁層は、窒化物を含む。また、第1の半導体層と、第2の半導体層
とは、同じ金属酸化物を含む。
One embodiment of the present invention is a semiconductor device including a memory transistor and a transistor. The memory transistor has a first conductive layer, a second conductive layer, a third conductive layer, a first insulating layer, a second insulating layer, a third insulating layer and a first semiconductor layer. The transistor has a fourth conductive layer, a fifth conductive layer, a fourth insulating layer, and a second semiconductor layer. The first conductive layer has an opening, the first insulating layer is provided in contact with the inner side of the opening, the second insulating layer is provided in contact with the inner side of the first insulating layer, and the third insulating layer is provided in contact with the inner side of the first insulating layer. The first semiconductor layer is provided in contact with the inner side of the second insulating layer, and the first semiconductor layer is provided in contact with the inner side of the third insulating layer and protrudes vertically beyond the opening of the first conductive layer. be provided. The second conductive layer is provided in contact with the bottom of the first semiconductor layer, and the third conductive layer is provided in contact with the top of the first semiconductor layer. A fourth conductive layer and a fifth conductive layer are provided in contact with the second semiconductor layer, respectively. A fourth insulating layer is provided in contact with the second semiconductor layer. The fifth conductive layer has a portion overlapping with the second semiconductor layer with the fourth insulating layer interposed therebetween. Additionally, the first insulating layer, the third insulating layer, and the fourth insulating layer each include an oxide. Furthermore, the second insulating layer includes nitride. Further, the first semiconductor layer and the second semiconductor layer contain the same metal oxide.

また、上記において、第3の導電層と、第4の導電層と、第5の導電層とは、互いに同
じ金属元素を含むことが好ましい。
Further, in the above, the third conductive layer, the fourth conductive layer, and the fifth conductive layer preferably contain the same metal element.

また、上記において、第1の半導体層と、第2の半導体層とは、同じ金属酸化物膜を加
工して形成されていることが好ましい。
Further, in the above, the first semiconductor layer and the second semiconductor layer are preferably formed by processing the same metal oxide film.

また、上記において、第3の導電層、第4の導電層、及び第5の導電層は、互いに同じ
導電膜を加工して形成されていることが好ましい。
Further, in the above, the third conductive layer, the fourth conductive layer, and the fifth conductive layer are preferably formed by processing the same conductive film.

また、上記において、第1の導電層と、第4の導電層とは、電気的に接続されているこ
とが好ましい。
Further, in the above, the first conductive layer and the fourth conductive layer are preferably electrically connected.

また、上記において、基板を有することが好ましい。このとき、メモリトランジスタは
、当該基板上に複数設けられていることが好ましい。さらに、複数のメモリトランジスタ
は、基板の一面に対して垂直方向に積層して設けられていることが好ましい。
Moreover, in the above, it is preferable to have a substrate. At this time, it is preferable that a plurality of memory transistors be provided over the substrate. Furthermore, it is preferable that the plurality of memory transistors be stacked vertically with respect to one surface of the substrate.

また、上記において、第1の半導体層及び第2の半導体層は、第1の半導体膜と、第2
の半導体膜の積層構造を有することが好ましい。このとき、第1の半導体膜と、第2の半
導体膜とは、結晶性が異なることが好ましい。または、第1の半導体膜と、第2の半導体
膜とは、組成が異なることが好ましい。
Further, in the above, the first semiconductor layer and the second semiconductor layer are the first semiconductor film and the second semiconductor film.
It is preferable to have a laminated structure of semiconductor films. At this time, it is preferable that the first semiconductor film and the second semiconductor film have different crystallinities. Alternatively, it is preferable that the first semiconductor film and the second semiconductor film have different compositions.

本発明の一態様によれば、周辺回路の占有面積を縮小できる。または、単位面積当たり
の記憶容量の大きい半導体装置を提供できる。または、生産性の高い半導体装置を提供で
きる。または、新規な半導体装置、または記憶装置を提供できる。
According to one embodiment of the present invention, the area occupied by peripheral circuits can be reduced. Alternatively, a semiconductor device with a large memory capacity per unit area can be provided. Alternatively, a semiconductor device with high productivity can be provided. Alternatively, a novel semiconductor device or memory device can be provided.

なお、これらの効果の記載は、他の効果の存在を妨げるものではない。なお、本発明の
一態様は、必ずしも、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抽出することが可能である。
Note that the description of these effects does not preclude the existence of other effects. Note that one embodiment of the present invention does not necessarily have all of these effects. Effects other than these can be extracted from descriptions in the specification, drawings, claims, and the like.

半導体装置の上面図及び断面図。1A and 1B are a top view and a cross-sectional view of a semiconductor device; 半導体装置の斜視図。1 is a perspective view of a semiconductor device; FIG. 半導体装置の上面図。1 is a top view of a semiconductor device; FIG. 半導体装置の断面図。Sectional drawing of a semiconductor device. 半導体装置の作製方法例を説明する図。4A and 4B illustrate an example of a method for manufacturing a semiconductor device; 半導体装置の作製方法例を説明する図。4A and 4B illustrate an example of a method for manufacturing a semiconductor device; 半導体装置の作製方法例を説明する図。4A and 4B illustrate an example of a method for manufacturing a semiconductor device; 半導体装置の作製方法例を説明する図。4A and 4B illustrate an example of a method for manufacturing a semiconductor device; 半導体装置の作製方法例を説明する図。4A and 4B illustrate an example of a method for manufacturing a semiconductor device; 半導体装置の作製方法例を説明する図。4A and 4B illustrate an example of a method for manufacturing a semiconductor device; 半導体装置の作製方法例を説明する図。4A and 4B illustrate an example of a method for manufacturing a semiconductor device; 半導体装置の作製方法例を説明する図。4A and 4B illustrate an example of a method for manufacturing a semiconductor device; 半導体装置の作製方法例を説明する図。4A and 4B illustrate an example of a method for manufacturing a semiconductor device; 半導体装置の作製方法例を説明する図。4A and 4B illustrate an example of a method for manufacturing a semiconductor device; 半導体装置の作製方法例を説明する図。4A and 4B illustrate an example of a method for manufacturing a semiconductor device; 半導体装置の作製方法例を説明する図。4A and 4B illustrate an example of a method for manufacturing a semiconductor device; 半導体装置の作製方法例を説明する図。4A and 4B illustrate an example of a method for manufacturing a semiconductor device; 記憶装置のブロック図及び回路図。4A and 4B are a block diagram and a circuit diagram of a memory device; 記憶装置の三次元構造例を示す図。FIG. 4 is a diagram showing an example of a three-dimensional structure of a storage device; 記憶装置の三次元構造例を示す図。FIG. 4 is a diagram showing an example of a three-dimensional structure of a storage device; 記憶装置の三次元構造例を示す図。FIG. 4 is a diagram showing an example of a three-dimensional structure of a storage device; 記憶装置の回路図。A circuit diagram of a memory device. 記憶装置の動作例を説明する回路図。4A and 4B are circuit diagrams each illustrating an operation example of a memory device; 記憶装置の構成例。A configuration example of a storage device. AIシステムのブロック図。Block diagram of AI system. AIシステムのブロック図。Block diagram of AI system. ICの構成例。Configuration example of IC. 電子機器の構成例。A configuration example of an electronic device. 電子機器の構成例。A configuration example of an electronic device.

実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。但し、本発明は以下の説明に限定
されず、本発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細を様々に変更
し得ることは当業者であれば容易に理解される。従って、本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。
Embodiments will be described in detail with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to the following description, and those skilled in the art will easily understand that various changes can be made in form and detail without departing from the spirit and scope of the present invention. Therefore, the present invention should not be construed as being limited to the descriptions of the embodiments shown below.

なお、以下に説明する発明の構成において、同一部分又は同様な機能を有する部分には
同一の符号を異なる図面間で共通して用い、その繰り返しの説明は省略する。また、同様
の機能を指す場合には、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。
In the configuration of the invention to be described below, the same reference numerals are used in common for the same parts or parts having similar functions in different drawings, and repeated description thereof will be omitted. Moreover, when referring to similar functions, the hatch patterns may be the same and no particular reference numerals may be attached.

なお、本明細書で説明する各図において、各構成の大きさ、層の厚さ、または領域は、
明瞭化のために誇張されている場合がある。よって、必ずしもそのスケールに限定されな
い。
In each drawing described in this specification, the size, layer thickness, or region of each configuration is
May be exaggerated for clarity. Therefore, it is not necessarily limited to that scale.

なお、本明細書等における「第1」、「第2」等の序数詞は、構成要素の混同を避ける
ために付すものであり、数的に限定するものではない。
Note that ordinal numbers such as “first” and “second” in this specification and the like are used to avoid confusion of constituent elements, and are not numerically limited.

トランジスタは半導体素子の一種であり、電流や電圧の増幅や、導通または非導通を制
御するスイッチング動作などを実現することができる。本明細書におけるトランジスタは
、IGFET(Insulated Gate Field Effect Trans
istor)や薄膜トランジスタ(TFT:Thin Film Transistor
)を含む。
A transistor is a type of semiconductor element, and can achieve current or voltage amplification, switching operation for controlling conduction or non-conduction, and the like. A transistor in this specification is an IGFET (Insulated Gate Field Effect Trans
Itor) and thin film transistors (TFT: Thin Film Transistor
)including.

また、「ソース」や「ドレイン」の機能は、異なる極性のトランジスタを採用する場合
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。
Also, the functions of "source" and "drain" may be interchanged when using transistors of different polarities or when the direction of current changes in circuit operation. Therefore, in this specification, the terms "source" and "drain" can be used interchangeably.

また、本明細書等において、トランジスタのソース、又はドレインのどちらか一方のこ
とを「第1電極」と呼び、ソース、又はドレインの他方を「第2電極」とも呼ぶことがあ
る。なお、ゲートについては「ゲート」又は「ゲート電極」とも呼ぶ。
In this specification and the like, either the source or the drain of a transistor may be called a "first electrode", and the other of the source and the drain may be called a "second electrode". Note that a gate is also called a “gate” or a “gate electrode”.

本明細書等において、金属酸化物(metal oxide)とは、広い表現での金属
の酸化物である。金属酸化物は、酸化物絶縁体、酸化物導電体(透明酸化物導電体を含む
)、酸化物半導体(Oxide Semiconductorまたは単にOSともいう)
などに分類される。例えば、トランジスタの活性層に金属酸化物を用いた場合、当該金属
酸化物を酸化物半導体と呼称する場合がある。つまり、OS FETと記載する場合にお
いては、金属酸化物または酸化物半導体を有するトランジスタと換言することができる。
In this specification and the like, a metal oxide is a metal oxide in broad terms. Metal oxides include oxide insulators, oxide conductors (including transparent oxide conductors), and oxide semiconductors (also referred to as oxide semiconductors or simply OSs).
etc. For example, when a metal oxide is used for an active layer of a transistor, the metal oxide is sometimes called an oxide semiconductor. In other words, an OS FET can be referred to as a transistor including a metal oxide or an oxide semiconductor.

(実施の形態1)
本実施の形態では、本発明の一態様の半導体装置の構成例、作製方法例、回路構成、及
びその動作方法例について説明する。
(Embodiment 1)
In this embodiment, a structure example, a manufacturing method example, a circuit structure, and an operation method example of a semiconductor device of one embodiment of the present invention will be described.

本発明の一態様は、メモリセルアレイと、高耐圧のトランジスタを含む回路部と、が同
じ基板上に設けられた構成を有する。メモリセルアレイは、複数のメモリトランジスタが
厚さ方向(縦方向)に積層された構成を有する。そのため、高耐圧のトランジスタをメモ
リセルアレイの近傍に配置することが可能となり、半導体装置の占有面積を縮小すること
ができる。
One embodiment of the present invention has a structure in which a memory cell array and a circuit portion including high-voltage transistors are provided over the same substrate. The memory cell array has a structure in which a plurality of memory transistors are stacked in the thickness direction (vertical direction). Therefore, it is possible to arrange a high-voltage transistor in the vicinity of the memory cell array, so that the area occupied by the semiconductor device can be reduced.

ここで、メモリトランジスタが有する半導体層と、高耐圧のトランジスタが有する半導
体層とは、同じ半導体膜を加工して形成される。これにより、各半導体層の形成工程を兼
ねることができるため、作製工程を簡略化することができ、半導体装置の作製コストを低
減できる。さらに、メモリセルアレイに接続される配線等と、高耐圧のトランジスタが有
するソース電極、ドレイン電極、またはゲート電極等とが、同じ導電膜を加工して形成さ
れることが好ましい。
Here, the semiconductor layer included in the memory transistor and the semiconductor layer included in the high-voltage transistor are formed by processing the same semiconductor film. As a result, the manufacturing process can be simplified and the manufacturing cost of the semiconductor device can be reduced because the process for forming each semiconductor layer can also be performed. Furthermore, it is preferable that the wirings and the like connected to the memory cell array and the source electrode, the drain electrode, the gate electrode, and the like of the high-voltage transistor are formed by processing the same conductive film.

また、メモリトランジスタと、高耐圧のトランジスタとがそれぞれ有する半導体層に、
酸化物半導体を適用することが好ましい。酸化物半導体を用いたトランジスタは、シリコ
ンを用いたトランジスタ等に比べて、ソース-ドレイン間の耐圧を高めることが可能なた
め、回路部を構成するトランジスタに好適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、シリコンに比べてゲート絶縁層の厚さを厚くしても駆動能力が低下
しにくいという特徴を有するため、ゲート耐圧を向上させることが可能で、このようなト
ランジスタを回路部及びメモリトランジスタに用いることで、信頼性を高めることができ
る。
In addition, in the semiconductor layers respectively included in the memory transistor and the high-voltage transistor,
Application of an oxide semiconductor is preferable. A transistor including an oxide semiconductor can have higher withstand voltage between a source and a drain than a transistor including silicon or the like, and thus can be suitably used as a transistor included in a circuit portion. In addition, since a transistor using an oxide semiconductor has a feature that driving capability is less likely to decrease even if the thickness of the gate insulating layer is increased compared to a transistor using silicon, it is possible to improve the gate breakdown voltage. Reliability can be improved by using a transistor for a circuit portion and a memory transistor.

ここで、メモリセルアレイを制御する制御回路上に重畳するように、上記メモリセルア
レイや高耐圧トランジスタを含む回路部を設けることが好ましい。例えば制御回路を単結
晶シリコン基板上に形成したCMOS回路等で構成し、その上部に、メモリセルアレイや
回路部を形成することで実現できる。これにより、さらに半導体装置の占有面積を縮小す
ることができるため、一枚の単結晶シリコン基板あたりのチップ数が増大し、作製コスト
を低減できる。
Here, it is preferable to provide a circuit portion including the memory cell array and the high-voltage transistor so as to overlap the control circuit for controlling the memory cell array. For example, it can be realized by configuring the control circuit with a CMOS circuit or the like formed on a single crystal silicon substrate, and forming a memory cell array and a circuit section thereon. Accordingly, the area occupied by the semiconductor device can be further reduced, so that the number of chips per single crystal silicon substrate can be increased and the manufacturing cost can be reduced.

以下では、より具体的な例について図面を参照して説明する。 A more specific example will be described below with reference to the drawings.

[構成例]
以下では、半導体装置700のメモリトランジスタ、メモリセルアレイ700M、及び
回路部700Dが有するトランジスタの構成について、図面を参照して説明する。
[Configuration example]
The configurations of the memory transistors of the semiconductor device 700, the memory cell array 700M, and the transistors included in the circuit portion 700D are described below with reference to the drawings.

〔メモリセルアレイ〕
図1(A)は、半導体装置700の上面図であり、図1(B)は、図1(A)にA1-
A2の一点鎖線で示す部位の断面図である。また、図1(C)は、図1(A)にA3-A
4の一点鎖線で示す部位の断面図であり、メモリストリングを説明する断面図である。
[Memory cell array]
FIG. 1A is a top view of a semiconductor device 700, and FIG. 1B is A1-1 in FIG. 1A.
It is a cross-sectional view of the portion indicated by the dashed-dotted line of A2. In addition, FIG. 1(C) is A3-A in FIG. 1(A).
4 is a cross-sectional view of a portion indicated by a dashed-dotted line 4, and is a cross-sectional view for explaining a memory string.

また、図1(D)は、図1(B)において、一点鎖線で囲まれた部分を拡大した断面図
、または斜視図であり、メモリセルとして機能するメモリトランジスタを説明する図であ
る。なお、以下においては、図1に示すように、x軸、y軸、z軸からなる直交座標系を
便宜上設定して説明する。ここで、x軸およびy軸は、半導体装置700を設ける基板7
20の上面に平行にとり、z軸は基板720の上面に垂直にとる。
FIG. 1D is an enlarged cross-sectional view or perspective view of a portion surrounded by a dashed line in FIG. 1B, and is a diagram for explaining a memory transistor functioning as a memory cell. In the following, as shown in FIG. 1, an orthogonal coordinate system consisting of x-axis, y-axis, and z-axis is set for the sake of convenience. Here, the x-axis and the y-axis are the substrate 7 on which the semiconductor device 700 is provided.
The z-axis is taken parallel to the top surface of substrate 720 and perpendicular to the top surface of substrate 720 .

半導体装置700は、基板720上に、メモリセルアレイ700Mと、回路部700D
とを有する。図1では、回路部700Dが有するトランジスタ750を示している。
A semiconductor device 700 includes a memory cell array 700M and a circuit section 700D on a substrate 720.
and FIG. 1 shows a transistor 750 included in the circuit portion 700D.

メモリセルアレイ700Mは、基板720上に、複数の導電層701(導電層701_
1乃至導電層701_m:mは、2以上の自然数)、導電層702、複数の絶縁層703
(絶縁層703_1乃至絶縁層703_3)、複数の酸化物層704(酸化物層704_
1乃至酸化物層704_3)、複数の導電層705(導電層705_1乃至導電層705
_3)、複数の導電層706(導電層706_1乃至導電層706_3)、複数の接続層
707(接続層707_1乃至接続層707_m)、複数の導電層708(導電層708
_1乃至導電層708_m)、複数の絶縁層722、絶縁層724等を有する。
The memory cell array 700M includes a plurality of conductive layers 701 (conductive layers 701_
1 to conductive layers 701_m (m is a natural number of 2 or more), a conductive layer 702, and a plurality of insulating layers 703
(insulating layers 703_1 to 703_3), a plurality of oxide layers 704 (oxide layers 704_
1 to oxide layers 704_3), a plurality of conductive layers 705 (conductive layers 705_1 to 705
_3), a plurality of conductive layers 706 (conductive layers 706_1 to 706_3), a plurality of connection layers 707 (connection layers 707_1 to 707_m), and a plurality of conductive layers 708 (conductive layer 708
_1 to conductive layers 708_m), a plurality of insulating layers 722, an insulating layer 724, and the like.

導電層701または導電層702と、絶縁層722とは交互に積層され、さらにこれを
覆うように設けられた絶縁層724を含む積層体を構成する。絶縁層703は、該積層体
を貫通するように形成された開口部の内側に設けられる。酸化物層704は、絶縁層70
3の内側に設けられる。導電層705は、酸化物層704の上端部と電気的に接続するよ
うに設けられる。導電層706は、酸化物層704の下端部と電気的に接続するように設
けられる。接続層707は、導電層701と電気的に接続する。導電層708は、接続層
707と電気的に接続する。
The conductive layer 701 or the conductive layer 702 and the insulating layer 722 are alternately stacked to form a stacked body including an insulating layer 724 provided to cover them. An insulating layer 703 is provided inside an opening formed to penetrate the stack. Oxide layer 704 is insulating layer 70
3 is provided inside. A conductive layer 705 is provided to be electrically connected to the top end of the oxide layer 704 . A conductive layer 706 is provided to be electrically connected to the bottom edge of the oxide layer 704 . The connection layer 707 is electrically connected to the conductive layer 701 . A conductive layer 708 is electrically connected to the connection layer 707 .

なお、図1(B)では、複数の導電層701を表すために、導電層701を3段以上表
示しているが、本実施の形態は図1(B)に限られることなく、少なくとも導電層701
を2段以上有していればよい。また図1(B)等では、x方向に配列する複数の柱状の開
口部内に設けられる絶縁層703及び酸化物層704、並びに導電層706及び導電層7
05等を表すために、これらを3つ示しているが、これに限られることなく、少なくとも
2つ以上有していればよい。
Note that three or more stages of the conductive layers 701 are shown in FIG. 1B in order to show the plurality of conductive layers 701; layer 701
should be provided in two or more stages. In addition, in FIG. 1B and the like, an insulating layer 703 and an oxide layer 704, and a conductive layer 706 and a conductive layer 706 are provided in a plurality of columnar openings arranged in the x direction.
05 and the like, three of these are shown, but the number is not limited to this, and at least two or more may be provided.

ここで、図1(A)および図1(B)に示すように、導電層701はx軸方向に延伸し
て設けられる。また、図1(B)および図1(C)に示すように、絶縁層703および酸
化物層704はz軸方向に延伸して設けられる。絶縁層703は、柱状の酸化物層704
の側周辺を囲うように設けられている。つまり、導電層701と、絶縁層703および酸
化物層704と、は互いに垂直に交差して設けられることが好ましい。また、図1(B)
に示すように、接続層707は柱状に形成されており、z軸方向に延伸して設けられる。
また、導電層708をy軸方向に延伸して設けてもよい。また、導電層705に接続され
る配線BLとして機能する導電層をy軸方向に延伸して設けてもよい。なお、導電層70
5の一部を配線BLとして機能させ、当該導電層をy軸方向に延伸して設けてもよい。
Here, as shown in FIGS. 1A and 1B, the conductive layer 701 is provided extending in the x-axis direction. In addition, as shown in FIGS. 1B and 1C, the insulating layer 703 and the oxide layer 704 are provided extending in the z-axis direction. The insulating layer 703 is a columnar oxide layer 704
It is provided so as to surround the side of the In other words, the conductive layer 701, the insulating layer 703, and the oxide layer 704 are preferably provided so as to perpendicularly cross each other. Also, FIG.
, the connection layer 707 is formed in a columnar shape and provided extending in the z-axis direction.
Alternatively, the conductive layer 708 may be extended in the y-axis direction. Further, a conductive layer functioning as a wiring BL connected to the conductive layer 705 may be provided extending in the y-axis direction. Note that the conductive layer 70
5 may function as the wiring BL, and the conductive layer may be provided extending in the y-axis direction.

柱状の酸化物層704は、z軸方向の下端において、導電層706と電気的に接続し、
上端において、導電層705と電気的に接続する。また、図1(C)に示すように、導電
層706は、隣り合う2つの柱状の酸化物層704の下端と電気に接続し、該2つの柱状
の酸化物層704の上端は、それぞれ、電気的に分離した導電層705と、電気的に接続
する。
The columnar oxide layer 704 is electrically connected to the conductive layer 706 at the lower end in the z-axis direction,
It is electrically connected to the conductive layer 705 at its upper end. In addition, as shown in FIG. 1C, the conductive layer 706 is electrically connected to the lower ends of two adjacent columnar oxide layers 704, and the upper ends of the two columnar oxide layers 704 are respectively It is electrically connected to the electrically isolated conductive layer 705 .

ここで、導電層701と、絶縁層703および酸化物層704と、が交差する領域近傍
がメモリトランジスタ(メモリトランジスタ710)として機能する。また、導電層70
2と、絶縁層703および酸化物層704と、が交差する領域近傍が選択トランジスタ(
ビット線側選択トランジスタ:SDT、またはソース線側選択トランジスタ:SST)と
して機能する。これらのメモリトランジスタおよび選択トランジスタのチャネル長方向は
z軸に平行になる。メモリトランジスタまたは選択トランジスタが電気的に直列に接続さ
れており、これらがメモリストリングを構成している。
Here, the vicinity of a region where the conductive layer 701, the insulating layer 703, and the oxide layer 704 intersect functions as a memory transistor (memory transistor 710). Also, the conductive layer 70
2, the insulating layer 703 and the oxide layer 704 intersect with the selection transistor (
bit line side select transistor: SDT or source line side select transistor: SST). The channel length directions of these memory transistors and select transistors are parallel to the z-axis. Memory transistors or select transistors are electrically connected in series and constitute a memory string.

なお、本実施の形態に示す半導体装置の構成は一例であり、本発明は、本実施の形態に
係る図面等に示す、回路素子および配線等の、個数および配置等に限定されるものではな
い。本実施の形態に係る半導体装置が有する、回路素子および配線等の、個数および配置
等は、回路構成や駆動方法に合わせて適宜設定することができる。
Note that the configuration of the semiconductor device shown in this embodiment is an example, and the present invention is not limited to the number, arrangement, etc. of circuit elements, wiring, etc. shown in the drawings and the like according to this embodiment. . The number, arrangement, and the like of circuit elements, wirings, and the like included in the semiconductor device according to this embodiment can be appropriately set according to the circuit configuration and the driving method.

メモリセルアレイ700M及び回路部700Dを設ける基板720は絶縁表面を有して
いることが好ましい。絶縁表面を有する基板としては、表面に絶縁膜が形成された半導体
基板、絶縁性基板、表面に絶縁膜が形成された導電性基板などを用いればよい。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
などの半導体基板などを用いればよい。また、絶縁性基板としては、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)、樹脂基板などを用いればよい。また、前述の半導体基板内部に絶縁性の領域を有
する半導体基板、例えばSOI(Silicon On Insulator)基板など
を用いてもよい。また、導電性基板としては、黒鉛基板、金属基板、合金基板、導電性樹
脂基板などを用いればよい。
The substrate 720 provided with the memory cell array 700M and the circuit portion 700D preferably has an insulating surface. As the substrate having an insulating surface, a semiconductor substrate having an insulating film formed thereon, an insulating substrate, a conductive substrate having an insulating film formed thereon, or the like may be used. As the semiconductor substrate, for example, a single semiconductor substrate such as silicon or germanium, or a semiconductor substrate such as silicon carbide, silicon germanium, gallium arsenide, indium phosphide, zinc oxide, gallium oxide, or the like may be used. As the insulating substrate, for example, a glass substrate, a quartz substrate, a sapphire substrate, a stabilized zirconia substrate (yttria stabilized zirconia substrate, etc.), a resin substrate, or the like may be used. A semiconductor substrate having an insulating region inside the semiconductor substrate, such as an SOI (Silicon On Insulator) substrate, may also be used. As the conductive substrate, a graphite substrate, a metal substrate, an alloy substrate, a conductive resin substrate, or the like may be used.

導電層701は、メモリトランジスタ710のゲートとして機能し、ワード線と電気的
に接続する。すなわち、導電層701、接続層707、および導電層708は、ワード線
の一部としても機能する。ここで、導電層701は、図1(B)に示すように、下層の導
電層701が上層の導電層701よりA2側に延伸した、階段状に設けられることが好ま
しい。このように、導電層701を設けることにより、下層の導電層701の上面の一部
の領域が、より上層の導電層701と重ならないため、導電層701各層の当該領域と各
接続層707を接続させることができる。
Conductive layer 701 functions as a gate of memory transistor 710 and is electrically connected to a word line. That is, the conductive layer 701, the connection layer 707, and the conductive layer 708 also function as part of the word line. Here, as shown in FIG. 1B, the conductive layer 701 is preferably provided in a stepped manner in which the lower conductive layer 701 extends from the upper conductive layer 701 toward the A2 side. By providing the conductive layer 701 in this way, a part of the upper surface of the lower conductive layer 701 does not overlap with the upper conductive layer 701, so that the regions of the conductive layer 701 and the connection layers 707 are separated from each other. can be connected.

導電層701として、シリコンや、金属など、導電性を有する材料を用いることができ
る。導電層701として、シリコンを用いる場合、アモルファスシリコンや、ポリシリコ
ンを用いることができる。また、シリコンに導電性を持たせるため、p型不純物やn型不
純物を添加してもよい。また、シリコンを含む導電性材料として、チタン、コバルト、ま
たはニッケルを含むシリサイドを導電層701として用いることができる。また、金属材
料を導電層701に用いる場合、アルミニウム、クロム、銅、銀、金、白金、タンタル、
ニッケル、チタン、モリブデン、タングステン、ハフニウム、バナジウム、ニオブ、マン
ガン、マグネシウム、ジルコニウム、ベリリウム、インジウム、ルテニウムなどから選ば
れた金属元素を1種以上含む材料を用いることができる。
As the conductive layer 701, a conductive material such as silicon or metal can be used. When silicon is used for the conductive layer 701, amorphous silicon or polysilicon can be used. In addition, a p-type impurity or an n-type impurity may be added in order to impart conductivity to silicon. As a conductive material containing silicon, silicide containing titanium, cobalt, or nickel can be used for the conductive layer 701 . When a metal material is used for the conductive layer 701, aluminum, chromium, copper, silver, gold, platinum, tantalum,
A material containing one or more metal elements selected from nickel, titanium, molybdenum, tungsten, hafnium, vanadium, niobium, manganese, magnesium, zirconium, beryllium, indium, ruthenium, etc. can be used.

導電層702は、絶縁層722を介して導電層701の上に設けられる。導電層702
は、選択トランジスタ(ビット線側選択トランジスタ:SDT、およびソース線側選択ト
ランジスタ:SST)のゲートとして機能する。また、導電層702は、導電層701と
同様の材料を用いることができる。また、導電層702は、導電層701と同じ材料を用
いてもよいし、異なる材料を用いてもよい。導電層701、および導電層702は、用途
に応じて、仕事関数などを考慮し、決定すればよい。
The conductive layer 702 is provided over the conductive layer 701 with the insulating layer 722 interposed therebetween. Conductive layer 702
functions as the gate of the select transistor (bit line side select transistor: SDT and source line side select transistor: SST). A material similar to that of the conductive layer 701 can be used for the conductive layer 702 . For the conductive layer 702, the same material as that of the conductive layer 701 may be used, or a different material may be used. The conductive layer 701 and the conductive layer 702 may be determined in consideration of the work function and the like depending on the application.

導電層701および導電層702の、上層または下層に設けられる絶縁層722として
、絶縁性を有する酸化物、窒化物、酸化窒化物、窒化酸化物、金属酸化物、金属酸化窒化
物、金属窒化酸化物などを用いることができる。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、フッ素を添加した酸化シリコン、炭素を添加した酸化シリ
コン、炭素および窒素を添加した酸化シリコン、もしくは空孔を有する酸化シリコンまた
は樹脂は、比誘電率が低いため、絶縁層722に用いることは好適である。
As the insulating layer 722 provided in an upper layer or a lower layer of the conductive layers 701 and 702, an insulating oxide, nitride, oxynitride, nitride oxide, metal oxide, metal oxynitride, or metal oxynitride is used. Objects can be used. Silicon oxide, silicon oxynitride, silicon nitride oxide, silicon nitride, fluorine-added silicon oxide, carbon-added silicon oxide, carbon- and nitrogen-added silicon oxide, or vacant silicon oxide or resin has a relative dielectric It is preferred for use in the insulating layer 722 due to its low modulus.

一方、絶縁層722として、酸化アルミニウム、酸化ガリウム、酸化ハフニウム、酸化
ジルコニウム、アルミニウムおよびハフニウムを有する酸化物、アルミニウムおよびハフ
ニウムを有する酸化窒化物、シリコンおよびハフニウムを有する酸化物、シリコンおよび
ハフニウムを有する酸化窒化物またはシリコンおよびハフニウムを有する窒化物などを用
いることも可能だが、これらは比誘電率が高いため、2つの導電層701の間、または導
電層701と導電層702との間に寄生容量が生じる場合がある。そのため、デバイスの
設計、用途に応じて絶縁層722に用いる材料を決めることができる。
On the other hand, as the insulating layer 722, aluminum oxide, gallium oxide, hafnium oxide, zirconium oxide, an oxide containing aluminum and hafnium, an oxynitride containing aluminum and hafnium, an oxide containing silicon and hafnium, and an oxide containing silicon and hafnium Nitride or nitride containing silicon and hafnium can also be used, but these have high dielectric constants, so parasitic capacitance is generated between the two conductive layers 701 or between the conductive layers 701 and 702 . may occur. Therefore, the material used for the insulating layer 722 can be determined according to the device design and application.

また、導電層701、導電層702等を覆う絶縁層724としては、絶縁層722と同
様の材料を用いることができる。
For the insulating layer 724 that covers the conductive layers 701, 702, and the like, a material similar to that of the insulating layer 722 can be used.

酸化物層704、絶縁層703、および導電層701(導電層701_1乃至導電層7
01_mのいずれか一)により、メモリトランジスタ710が構成される。図1(B)、
(C)には、メモリトランジスタ710がm段(mは2以上の自然数)積層している例を
示している。
An oxide layer 704, an insulating layer 703, and a conductive layer 701 (conductive layers 701_1 to 701
01_m) constitute the memory transistor 710 . FIG. 1(B),
(C) shows an example in which memory transistors 710 are stacked in m stages (m is a natural number of 2 or more).

導電層705は、酸化物層704と電気的に接続し、ソース線SL、またはビット線B
Lの一部として機能する。導電層705として、金属元素を含む導電性材料を用いること
が好ましい。また、導電層705と酸化物層704の界面には、導電層705が有する金
属元素と、酸化物層704の成分とを含む金属化合物層が形成されていることが好ましい
。該金属化合物が形成されることで、導電層705と、酸化物層704とのコンタクト抵
抗が低減するため好ましい。または、酸化物層704に含まれる酸素を、導電層705が
吸収し、酸化物層704の、導電層705と酸化物層704の界面近傍の抵抗を低減する
ことで、導電層705と、酸化物層704とのコンタクト抵抗を低減することができる。
Conductive layer 705 is electrically connected to oxide layer 704 and is connected to source line SL or bit line B
Acts as part of L. A conductive material containing a metal element is preferably used for the conductive layer 705 . A metal compound layer containing the metal element of the conductive layer 705 and the components of the oxide layer 704 is preferably formed at the interface between the conductive layer 705 and the oxide layer 704 . Formation of the metal compound is preferable because the contact resistance between the conductive layer 705 and the oxide layer 704 is reduced. Alternatively, the conductive layer 705 absorbs oxygen contained in the oxide layer 704 to reduce the resistance of the oxide layer 704 in the vicinity of the interface between the conductive layer 705 and the oxide layer 704 . contact resistance with the material layer 704 can be reduced.

導電層705として、アルミニウム、ルテニウム、チタン、タンタル、クロム、タング
ステン、および銅から選ばれた一、または複数の金属元素を含む導電性材料を用いること
が好ましい。
A conductive material containing one or more metal elements selected from aluminum, ruthenium, titanium, tantalum, chromium, tungsten, and copper is preferably used for the conductive layer 705 .

導電層706は、図1(C)に示すように、ビット線BLの一部として機能する導電層
705と電気的に接続する酸化物層704と、ソース線SLの一部として機能する導電層
705と電気的に接続する酸化物層704と、電気的に接続することで、メモリストリン
グを構成する。図1(A)中の一点鎖線で囲まれた領域は、1つのメモリストリングを表
している。なお、図1(A)では3つのメモリストリングが明示されているが、実際には
1つのメモリセルアレイが有するメモリストリングの数は偶数であることが好ましく、2
(nは1以上の自然数)であることがより好ましい。
As shown in FIG. 1C, the conductive layer 706 includes an oxide layer 704 electrically connected to the conductive layer 705 functioning as part of the bit line BL, and a conductive layer functioning as part of the source line SL. A memory string is configured by electrically connecting to an oxide layer 704 that is electrically connected to 705 . A region surrounded by a dashed line in FIG. 1A represents one memory string. Although three memory strings are clearly shown in FIG. 1A, it is preferable that the number of memory strings included in one memory cell array is an even number.
n (n is a natural number of 1 or more) is more preferable.

導電層706は、導電層705と同様の材料を用いることができる。また、導電層70
6は、導電層705と同じ材料を用いてもよいし、異なる材料を用いてもよい。
A material similar to that of the conductive layer 705 can be used for the conductive layer 706 . Also, the conductive layer 70
6 may use the same material as the conductive layer 705, or may use a different material.

また、導電層706と酸化物層704の界面には、導電層706が有する金属元素と、
酸化物層704の成分とを含む金属化合物層が形成されていることが好ましい。該金属化
合物が形成されることで、導電層706と、酸化物層704とのコンタクト抵抗が低減す
るため好ましい。または、酸化物層704に含まれる酸素を、導電層706が吸収し、酸
化物層704の、導電層706と酸化物層704の界面近傍の抵抗を低減することで、導
電層706と、酸化物層704とのコンタクト抵抗を低減することができる。
At the interface between the conductive layer 706 and the oxide layer 704, a metal element included in the conductive layer 706 and
It is preferable that a metal compound layer containing the components of the oxide layer 704 is formed. Formation of the metal compound is preferable because the contact resistance between the conductive layer 706 and the oxide layer 704 is reduced. Alternatively, the conductive layer 706 absorbs oxygen contained in the oxide layer 704 to reduce the resistance of the oxide layer 704 in the vicinity of the interface between the conductive layer 706 and the oxide layer 704 . contact resistance with the material layer 704 can be reduced.

図1(D)は、1つのメモリトランジスタ710及びその近傍の拡大図を示している。
図1(D)に示すように、絶縁層703は、絶縁層703a、絶縁層703b、および絶
縁層703cを有する。絶縁層703aは、導電層701側に設けられ、絶縁層703c
は、酸化物層704側に設けられ、絶縁層703bは、絶縁層703aと絶縁層703c
の間に設けられる。絶縁層703aはゲート絶縁層として機能し、絶縁層703bは電荷
蓄積層として機能し、絶縁層703cはトンネル絶縁層として機能する。
FIG. 1D shows an enlarged view of one memory transistor 710 and its vicinity.
As shown in FIG. 1D, the insulating layer 703 has an insulating layer 703a, an insulating layer 703b, and an insulating layer 703c. The insulating layer 703a is provided on the conductive layer 701 side, and the insulating layer 703c
is provided on the oxide layer 704 side, and the insulating layer 703b is provided on the insulating layer 703a and the insulating layer 703c.
provided between The insulating layer 703a functions as a gate insulating layer, the insulating layer 703b functions as a charge storage layer, and the insulating layer 703c functions as a tunnel insulating layer.

ここで、図2(A)には、1つのメモリトランジスタ710及びその近傍の斜視図を示
している。
Here, FIG. 2A shows a perspective view of one memory transistor 710 and its vicinity.

絶縁層703aとして、酸化シリコンや、酸化窒化シリコンを用いることが好ましい。
また、酸化アルミニウム、酸化ハフニウム、またはアルミニウムおよびハフニウムを有す
る酸化物を用いてもよい。また、これらを積層して絶縁層703aとしてもよい。
Silicon oxide or silicon oxynitride is preferably used for the insulating layer 703a.
Alternatively, aluminum oxide, hafnium oxide, or an oxide containing aluminum and hafnium may be used. Alternatively, these may be laminated to form the insulating layer 703a.

絶縁層703bは、電荷蓄積層として機能する材料を用いることが好ましく、窒化シリ
コンや、窒化酸化シリコンを用いることが好ましい。また、酸化アルミニウム、酸化ハフ
ニウム、またはアルミニウムおよびハフニウムを有する酸化物を用いてもよい。
The insulating layer 703b is preferably formed using a material that functions as a charge storage layer, such as silicon nitride or silicon nitride oxide. Alternatively, aluminum oxide, hafnium oxide, or an oxide containing aluminum and hafnium may be used.

絶縁層703cとして、酸化シリコンや、酸化窒化シリコンを用いることが好ましい。
また、酸化アルミニウム、酸化ハフニウム、またはアルミニウムおよびハフニウムを有す
る酸化物を用いてもよい。また、これらを積層して絶縁層703cとしてもよい。また、
絶縁層703cは、絶縁層703aより薄いことが好ましい。詳細は後述するが、メモリ
トランジスタへのデータの書き込み、または消去において、絶縁層703cを通って、酸
化物層704と絶縁層702bの間で、電荷の移動が行われる。すなわち、絶縁層703
cは、トンネル絶縁層として機能する。
Silicon oxide or silicon oxynitride is preferably used for the insulating layer 703c.
Alternatively, aluminum oxide, hafnium oxide, or an oxide containing aluminum and hafnium may be used. Alternatively, these layers may be stacked to form the insulating layer 703c. again,
The insulating layer 703c is preferably thinner than the insulating layer 703a. Although the details will be described later, electric charges are transferred between the oxide layer 704 and the insulating layer 702b through the insulating layer 703c when data is written to or erased from the memory transistor. That is, the insulating layer 703
c functions as a tunnel insulating layer.

特に、導電層701、導電層702、および絶縁膜を有する積層体に設けられた開口に
絶縁層703を形成する場合、開口の底部に形成された絶縁層703は、ドライエッチン
グなどを用いた異方性エッチングにより除去する必要がある。異方性エッチングの際、絶
縁層703cは、側面においても、プラズマ、ラジカル、ガス、薬液などに曝される。こ
れらによって絶縁層703cの側面がダメージを受けると、絶縁層703cにトラップセ
ンターが生じ、トランジスタの電気特性に影響を与える場合がある。トラップセンターの
生成を抑制するためには、絶縁層703cの側面は、エッチングによるダメージに対して
高い耐性を有していることが求められる。この場合、絶縁層703cとして、酸化アルミ
ニウム、酸化シリコンと酸化アルミニウムの積層、または酸化窒化シリコンと酸化アルミ
ニウムの積層を用いることが好ましい。
In particular, when the insulating layer 703 is formed in the opening provided in the stacked body including the conductive layer 701, the conductive layer 702, and the insulating film, the insulating layer 703 formed at the bottom of the opening is changed by dry etching or the like. It must be removed by anisotropic etching. During the anisotropic etching, the insulating layer 703c is exposed to plasma, radicals, gases, chemicals, and the like even on its side surfaces. If the side surface of the insulating layer 703c is damaged by these, a trap center is generated in the insulating layer 703c, which may affect the electrical characteristics of the transistor. In order to suppress the generation of trap centers, the side surfaces of the insulating layer 703c are required to have high resistance to damage due to etching. In this case, the insulating layer 703c is preferably formed using aluminum oxide, a stack of silicon oxide and aluminum oxide, or a stack of silicon oxynitride and aluminum oxide.

絶縁層703a、絶縁層703b、および絶縁層703cは、ALD法やCVD法を用
いて形成することができる。また、絶縁層703a、絶縁層703b、および絶縁層70
3cの界面の汚染を防ぐためには、同一チャンバー内で、または複数のチャンバーを有す
るマルチチャンバ方式の成膜装置を用いて、大気雰囲気に曝すことなく、連続で成膜する
ことが好ましい。
The insulating layers 703a, 703b, and 703c can be formed by an ALD method or a CVD method. In addition, the insulating layer 703a, the insulating layer 703b, and the insulating layer 70
In order to prevent contamination of the interface of 3c, it is preferable to continuously form films in the same chamber or by using a multi-chamber film-forming apparatus having a plurality of chambers without exposure to the atmosphere.

酸化物層704は、酸化物半導体として機能する金属酸化物(以下、酸化物半導体とも
いう)を用いることが好ましい。酸化物半導体は、シリコンなどからなる半導体と比較し
て、トランジスタのオン特性が良好で、高い移動度が得られるため、好ましい。
A metal oxide that functions as an oxide semiconductor (hereinafter also referred to as an oxide semiconductor) is preferably used for the oxide layer 704 . An oxide semiconductor is preferable to a semiconductor made of silicon or the like because the transistor has better on-state characteristics and high mobility.

例えば、酸化物層704として、In-M-Zn酸化物(元素Mは、アルミニウム、ガ
リウム、イットリウム、銅、バナジウム、ベリリウム、ホウ素、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、またはマグネシウムなどから選ばれた一種、または複数種)
等の金属酸化物を用いるとよい。また、酸化物層704として、In-Ga酸化物、In
-Zn酸化物を用いてもよい。
For example, the oxide layer 704 may be an In-M-Zn oxide (element M is aluminum, gallium, yttrium, copper, vanadium, beryllium, boron, titanium, iron, nickel,
one or more selected from germanium, zirconium, molybdenum, lanthanum, cerium, neodymium, hafnium, tantalum, tungsten, magnesium, etc.)
It is preferable to use a metal oxide such as Further, as the oxide layer 704, In—Ga oxide, In
-Zn oxide may be used.

図2(B)、(C)には、酸化物層704を積層構造とした場合の例を示している。 2B and 2C show an example in which the oxide layer 704 has a stacked structure.

図2(B)に示すように、メモリトランジスタ710は絶縁層703c側に設けられる
酸化物層704aと酸化物層704aの内側に設けられる酸化物層704bを有すること
が好ましい。このとき、酸化物層704aは、酸化物層704bに対して、相対的にエネ
ルギーギャップの広い酸化物を用いることが好ましい。ここで、エネルギーギャップの広
い酸化物を、ワイドギャップ、エネルギーギャップの狭い酸化物をナローギャップと呼ぶ
ことがある。
As shown in FIG. 2B, the memory transistor 710 preferably has an oxide layer 704a provided on the insulating layer 703c side and an oxide layer 704b provided inside the oxide layer 704a. At this time, the oxide layer 704a preferably uses an oxide having a relatively wide energy gap with respect to the oxide layer 704b. Here, an oxide with a wide energy gap is sometimes called a wide gap, and an oxide with a narrow energy gap is sometimes called a narrow gap.

酸化物層704aをナローギャップとし、酸化物層704bをワイドギャップとする場
合、酸化物層704aの伝導帯下端のエネルギーが、酸化物層704bの伝導帯下端のエ
ネルギーより高くなることが好ましい。また、言い換えると、酸化物層704aの電子親
和力が、酸化物層704bの電子親和力より小さいことが好ましい。
When the oxide layer 704a has a narrow gap and the oxide layer 704b has a wide gap, the energy of the conduction band bottom of the oxide layer 704a is preferably higher than the energy of the conduction band bottom of the oxide layer 704b. Also, in other words, the electron affinity of the oxide layer 704a is preferably smaller than the electron affinity of the oxide layer 704b.

また、酸化物層704aと酸化物層704bは、各金属原子の原子数比が異なる組み合
わせにすることが好ましい。具体的には、酸化物層704aに用いる金属酸化物において
、構成元素中の元素Mの原子数比が、酸化物層704bに用いる金属酸化物における、構
成元素中の元素Mの原子数比より、大きいことが好ましい。また、酸化物層704aに用
いる金属酸化物において、Inに対する元素Mの原子数比が、酸化物層704bに用いる
金属酸化物における、Inに対する元素Mの原子数比より大きいことが好ましい。また、
酸化物層704bに用いる金属酸化物において、元素Mに対するInの原子数比が、酸化
物層704aに用いる金属酸化物における、元素Mに対するInの原子数比より大きいこ
とが好ましい。
In addition, it is preferable that the oxide layer 704a and the oxide layer 704b are combined with different atomic ratios of metal atoms. Specifically, in the metal oxide used for the oxide layer 704a, the atomic ratio of the element M among the constituent elements is higher than the atomic ratio of the element M among the constituent elements in the metal oxide used for the oxide layer 704b. , preferably large. In the metal oxide used for the oxide layer 704a, the atomic ratio of the element M to In is preferably higher than the atomic ratio of the element M to In in the metal oxide used for the oxide layer 704b. again,
The atomic ratio of In to the element M in the metal oxide used for the oxide layer 704b is preferably higher than the atomic ratio of In to the element M in the metal oxide used for the oxide layer 704a.

酸化物層704aには、例えばIn:Ga:Zn=1:3:4、In:Ga:Zn=1
:3:2、またはIn:Ga:Zn=1:1:1の組成およびその近傍の組成を有する金
属酸化物を用いることができる。また、酸化物層704bには、例えばIn:Ga:Zn
=4:2:3から4.1、In:Ga:Zn=1:1:1、またはIn:Ga:Zn=5
:1:6の組成およびその近傍の組成を有する金属酸化物を用いることができる。これら
の酸化物層704aおよび酸化物層704bを上記の原子数比の関係を満たして組み合わ
せることが好ましい。例えば、酸化物層704aを、In:Ga:Zn=1:3:4の組
成およびその近傍の組成を有する金属酸化物、酸化物層704bを、In:Ga:Zn=
4:2:3から4.1の組成およびその近傍の組成を有する金属酸化物とするのが好まし
い。なお、上記組成は、基板上に形成された酸化物中の原子数比、またはスパッタターゲ
ットにおける原子数比を示す。
In the oxide layer 704a, for example, In:Ga:Zn=1:3:4, In:Ga:Zn=1
:3:2, or In:Ga:Zn=1:1:1 and compositions in the vicinity thereof. In addition, the oxide layer 704b includes, for example, In:Ga:Zn
= 4:2:3 to 4.1, In:Ga:Zn = 1:1:1, or In:Ga:Zn = 5
Metal oxides having a composition of :1:6 and nearby compositions can be used. It is preferable to combine these oxide layers 704a and 704b while satisfying the above atomic ratio relationship. For example, the oxide layer 704a is a metal oxide having a composition of In:Ga:Zn=1:3:4 and its vicinity, and the oxide layer 704b is a metal oxide having a composition of In:Ga:Zn=1:3:4.
Metal oxides having a composition of 4:2:3 to 4.1 and nearby compositions are preferred. The above composition indicates the atomic ratio in the oxide formed on the substrate or the atomic ratio in the sputtering target.

また、酸化物層704aとして、後述する、CAAC-OSを用い、酸化物層704b
として、CAC-OSを用いることが好ましい。酸化物層704aとして、CAAC-O
Sを用いる場合、c軸は、図1(A)などに示すx-y平面に平行、すなわちz軸に垂直
で、かつ開口の側面から中心に向かうように配向することが好ましい。
CAAC-OS, which will be described later, is used as the oxide layer 704a, and the oxide layer 704b is used.
It is preferable to use CAC-OS as the CAAC-O as the oxide layer 704a
When using S, the c-axis is preferably oriented parallel to the xy plane, such as that shown in FIG.

ここで、酸化物層704aと酸化物層704bの接合部において、伝導帯下端はなだら
かに変化する。換言すると、酸化物層704aと酸化物層704bの接合部における伝導
帯下端は、連続的に変化または連続接合するともいうことができる。このようにするため
には、酸化物層704aと酸化物層704bとの界面において形成される混合層の欠陥準
位密度を低くするとよい。
Here, the bottom of the conduction band changes smoothly at the junction between the oxide layers 704a and 704b. In other words, it can be said that the bottom of the conduction band at the junction between the oxide layers 704a and 704b continuously changes or continuously joins. In order to achieve this, it is preferable to reduce the defect level density of the mixed layer formed at the interface between the oxide layers 704a and 704b.

具体的には、酸化物層704aと酸化物層704bが、酸素以外に共通の元素を有する
(主成分とする。)ことで、欠陥準位密度が低い混合層を形成することができる。例えば
、酸化物層704bがIn-Ga-Zn酸化物の場合、酸化物層704aとして、In-
Ga-Zn酸化物、Ga-Zn酸化物、酸化ガリウムなどを用いるとよい。これにより、
酸化物層704aと酸化物層704bとの界面における欠陥準位密度を低くすることがで
きる。そのため、界面散乱によるキャリア伝導への影響が小さくなり、メモリトランジス
タ710は高いオン電流を得られる。
Specifically, when the oxide layer 704a and the oxide layer 704b contain a common element (main component) other than oxygen, a mixed layer with a low defect level density can be formed. For example, when the oxide layer 704b is an In--Ga--Zn oxide, the oxide layer 704a may be In--
Ga--Zn oxide, Ga--Zn oxide, gallium oxide, or the like may be used. This will
The defect level density at the interface between the oxide layers 704a and 704b can be reduced. Therefore, the influence of interface scattering on carrier conduction is reduced, and the memory transistor 710 can obtain a high on-current.

図2(B)に示すように、酸化物層704bは、酸化物層704aに囲まれるように設
けられている。このような構成の場合、酸化物層704に、導電層705から導電層70
6への方向、あるいは導電層706から導電層705への方向(すなわちz軸方向)にキ
ャリアを流す際、ナローギャップを有する成分において、主にキャリアが流れる。このた
め、上記構成を用いる場合、トランジスタのオン状態において高い電流駆動力、つまり大
きなオン電流、及び高い電界効果移動度を得ることができる。
As shown in FIG. 2B, the oxide layer 704b is provided so as to be surrounded by the oxide layer 704a. In such a configuration, oxide layer 704 has conductive layers 705 through 70 .
6 or the direction from the conductive layer 706 to the conductive layer 705 (that is, the z-axis direction), the carriers mainly flow in the component having a narrow gap. Therefore, when the above structure is used, high current drivability, that is, large on-current and high field-effect mobility can be obtained in the on state of the transistor.

また、酸化物層704bと、絶縁層703cと、の間に酸化物層704aを設けること
で、キャリアパスとなる酸化物層704bと、絶縁層703cが直接接することがなく、
トラップセンターの形成を抑制することができる。半導体(酸化物半導体)と、絶縁層と
の界面に形成されたトラップセンターは、電子を捕獲し、トランジスタのしきい値電圧を
プラス方向に変動させるため、トランジスタの信頼性や、オン、オフ特性に悪影響を及ぼ
す恐れがある。よって、当該酸化物を用いるトランジスタは、トラップセンターによる電
気特性の影響を受けることがないため、オン状態においてより高い電流駆動力、つまり大
きなオン電流、及び高い電界効果移動度を得ることができる。また、当該トランジスタ、
および当該トランジスタを用いた半導体装置は、高い信頼性を得ることができる。
Further, by providing the oxide layer 704a between the oxide layer 704b and the insulating layer 703c, the oxide layer 704b serving as a carrier path and the insulating layer 703c are not in direct contact with each other.
Formation of trap centers can be suppressed. A trap center formed at the interface between a semiconductor (oxide semiconductor) and an insulating layer traps electrons and shifts the threshold voltage of a transistor in the positive direction. may adversely affect Therefore, a transistor using the oxide is not affected by trap centers in terms of electrical characteristics, and thus can have higher current drivability, that is, a large on-state current and a high field-effect mobility in the on state. Also, the transistor,
And a semiconductor device using the transistor can have high reliability.

図2(D)に示すメモリトランジスタ710は、絶縁層703a、絶縁層703b、お
よび絶縁層703cの内側に、酸化物層704aが設けられ、酸化物層704aの内側に
酸化物層704bが設けられ、酸化物層704bの内側に酸化物層704cが設けられて
いる。また、酸化物層704cの内側には、絶縁層711が埋め込まれるように設けられ
ていてもよい。なお、絶縁層711は、必ずしも設けなくてよく、酸化物層704cの内
側は、空洞でもよい。
In the memory transistor 710 illustrated in FIG. 2D, the oxide layer 704a is provided inside the insulating layers 703a, 703b, and 703c, and the oxide layer 704b is provided inside the oxide layer 704a. , an oxide layer 704c is provided inside the oxide layer 704b. Further, an insulating layer 711 may be embedded inside the oxide layer 704c. Note that the insulating layer 711 is not necessarily provided, and the inside of the oxide layer 704c may be hollow.

酸化物層704bは、酸化物層704a、および酸化物層704cに挟まれるように設
けられる。このとき、酸化物層704cは、酸化物層704aと同様にワイドギャップで
あることが好ましい。ワイドギャップである酸化物層704cを設けることで、酸化物層
704を流れるキャリアを酸化物層704bに閉じ込めることができ、トランジスタのオ
ン状態において高い電流駆動力、つまり大きなオン電流、及び高い電界効果移動度を得る
ことができる。
The oxide layer 704b is provided so as to be sandwiched between the oxide layer 704a and the oxide layer 704c. At this time, the oxide layer 704c preferably has a wide gap like the oxide layer 704a. By providing the wide-gap oxide layer 704c, carriers flowing through the oxide layer 704 can be confined in the oxide layer 704b, and high current drivability, that is, a large on-state current and a high field effect can be achieved in the on state of the transistor. Mobility can be obtained.

また、酸化物層704cの内側に絶縁層711を設ける場合、絶縁層711は、酸化物
層704に酸素を供給できる材料であることが好ましい。絶縁層711として、水素や窒
素を極力含まない酸化物を用いることで、酸化物層704に酸素を供給できる場合がある
。酸化物層704に酸素を供給することで、酸化物層704中に含まれる水素や水などの
不純物を除去することができ、酸化物層704は高純度化する。不純物が極力低減された
酸化物を酸化物層704として用いることで、メモリトランジスタ、および当該トランジ
スタを用いた半導体装置は、高い信頼性を得ることができる。
In the case where the insulating layer 711 is provided inside the oxide layer 704 c , the insulating layer 711 is preferably made of a material that can supply oxygen to the oxide layer 704 . By using an oxide containing as little hydrogen or nitrogen as possible for the insulating layer 711 , oxygen can be supplied to the oxide layer 704 in some cases. By supplying oxygen to the oxide layer 704, impurities such as hydrogen and water contained in the oxide layer 704 can be removed, and the oxide layer 704 is highly purified. By using an oxide in which impurities are reduced as much as possible for the oxide layer 704, the memory transistor and the semiconductor device including the transistor can have high reliability.

また、絶縁層711として、水素や窒素などの不純物を供給できる材料を用いることも
できる。絶縁層711に水素や窒素を含む酸化物を用いることで、酸化物層704に水素
や窒素を供給できる場合がある。酸化物層704に水素や窒素を供給することで、酸化物
層704の抵抗値が下がる場合がある。酸化物層704の抵抗値を、回路動作の弊害にな
らない程度に下げることで、より低い駆動電圧で、メモリトランジスタを動作させること
ができる。また、メモリトランジスタのオン状態において高い電流駆動力、つまり大きな
オン電流、及び高い電界効果移動度を得ることができる。
Alternatively, a material capable of supplying impurities such as hydrogen or nitrogen can be used for the insulating layer 711 . By using an oxide containing hydrogen or nitrogen for the insulating layer 711 , hydrogen or nitrogen can be supplied to the oxide layer 704 in some cases. Supplying hydrogen or nitrogen to the oxide layer 704 may reduce the resistance value of the oxide layer 704 . By lowering the resistance value of the oxide layer 704 to the extent that it does not adversely affect the circuit operation, the memory transistor can be operated with a lower driving voltage. In addition, high current drivability, that is, large on-current and high field effect mobility can be obtained in the ON state of the memory transistor.

図2(D)には、選択トランジスタ(ビット線側トランジスタ:SDT、またはソース
線側トランジスタ:SST)及びその近傍における斜視図を示している。
FIG. 2D shows a perspective view of a selection transistor (bit line side transistor: SDT or source line side transistor: SST) and its vicinity.

図2(D)に示すように、選択トランジスタには電荷蓄積層を設けなくてもよい。よっ
て、ビット線側トランジスタ:SDT、およびソース線側トランジスタ:SSTにおいて
、絶縁層703として絶縁層703bおよび絶縁層703cを設けず、絶縁層703aの
みを設ける構成にしてもよい。
As shown in FIG. 2D, the selection transistor need not be provided with a charge storage layer. Therefore, in the bit line side transistor: SDT and the source line side transistor: SST, only the insulating layer 703a may be provided as the insulating layer 703 without providing the insulating layer 703b and the insulating layer 703c.

なお、図2(D)において、酸化物層704を単層で示しているが、これに限らない。
酸化物層704は、上記で例示した、2層構造または3層構造としてもよいし、4層以上
の積層構造でもよい。また、酸化物層704の内側に、絶縁層711が設けられていても
よい。
Note that although the oxide layer 704 is shown as a single layer in FIG. 2D, it is not limited to this.
The oxide layer 704 may have a two-layer structure, a three-layer structure, or a laminated structure of four or more layers, as exemplified above. An insulating layer 711 may be provided inside the oxide layer 704 .

なお、メモリトランジスタ710が設けられる、積層体に形成された開口は、図1(A
)や、図2の各図において、上面を円形状としているがこれに限られるものではなく、例
えば上面を楕円形状としてもよいし、三角形、四角形などの多角形状にしてもよい。また
、多角形状とする場合、角部が丸みを帯びている形状としてもよい。また、当該開口の上
面形状や断面形状に合わせて、絶縁層703、および酸化物層704の上面形状や断面形
状も変化することがある。また、当該開口は、上方(導電層705側)の開口の断面積と
比較して、下方(導電層706側)の開口の断面積が狭くなるような形状としてもよい。
Note that the opening formed in the laminate in which the memory transistor 710 is provided is the same as in FIG.
) and each figure in FIG. 2, the upper surface is circular, but the shape is not limited to this. In the case of a polygonal shape, the corners may be rounded. In addition, the top surface shape and cross-sectional shape of the insulating layer 703 and the oxide layer 704 change in accordance with the top surface shape and cross-sectional shape of the opening in some cases. Further, the opening may have a shape such that the cross-sectional area of the lower opening (on the conductive layer 706 side) is narrower than the cross-sectional area of the upper opening (on the conductive layer 705 side).

〔接続構成例〕
図3は、メモリトランジスタを6段有するメモリセルアレイ700Mを複数組み合わせ
た記憶装置700Aを説明する上面図である。なお、図3では、説明を容易にするため、
一部の構成要素を省略している。例えば、導電層701上に設けられる選択トランジスタ
(ビット線側トランジスタ:SDT、およびソース線側トランジスタ:SST)や、それ
らの構成要件である導電層702は、省略している。また、ビット線BLやソース線SL
の一部として機能する導電層705、およびワード線WLの一部として機能する導電層7
08は、実線にて示している。
[Connection configuration example]
FIG. 3 is a top view for explaining a memory device 700A in which a plurality of memory cell arrays 700M each having six stages of memory transistors are combined. In addition, in FIG. 3, in order to facilitate the explanation,
Some components are omitted. For example, the selection transistors (bit line side transistor: SDT and source line side transistor: SST) provided on the conductive layer 701 and the conductive layer 702 as their component are omitted. Also, the bit line BL and the source line SL
conductive layer 705 functioning as part of the word line WL and conductive layer 7 functioning as part of the word line WL
08 is indicated by a solid line.

記憶装置700Aにおいて、各メモリセルアレイ700Mは、6段のメモリトランジス
タを有するメモリストリングを4つ有する。
In the memory device 700A, each memory cell array 700M has four memory strings each having six stages of memory transistors.

メモリストリングのビット線側の端は、それぞれ異なるビット線BL(BL_1乃至B
L_4)と電気的に接続する。一方、メモリストリングのソース線側の端は、ソース線S
Lと電気的に接続されており、共通の電位が与えられている。ソース線SLは、接地され
ていてもよいし、一定の電位が与えられていてもよい。また、回路の動作に合わせて、電
位を変動させてもよい。
Different bit lines BL (BL_1 to BL_1 to B
L_4). On the other hand, the end of the memory string on the source line side is connected to the source line S
L and are given a common potential. The source line SL may be grounded or given a constant potential. Further, the potential may be varied according to the operation of the circuit.

導電層701_1乃至導電層701_6は、それぞれ異なるワード線WLと電気的に接
続する。ビット線側の導電層701_1乃至導電層701_6は、それぞれWLa_1乃
至WLa_6と電気的に接続し、ソース線側の導電層701_1乃至導電層701_6は
、それぞれWLb_1乃至WLb_6と電気的に接続する。
The conductive layers 701_1 to 701_6 are electrically connected to different word lines WL. The conductive layers 701_1 to 701_6 on the bit line side are electrically connected to WLa_1 to WLa_6, respectively, and the conductive layers 701_1 to 701_6 on the source line side are electrically connected to WLb_1 to WLb_6, respectively.

ビット線BL(BL_1乃至BL_4)、およびワード線(WLa_1乃至WLa_6
、およびWLb_1乃至WLb_6)を適宜選択することで、メモリセルアレイ700M
内の任意のメモリトランジスタを選択することができる。また、選択されたメモリトラン
ジスタに対して、書き込み、読み出し、消去などを行うことができる。
Bit lines BL (BL_1 to BL_4) and word lines (WLa_1 to WLa_6
, and WLb_1 to WLb_6), the memory cell array 700M
Any memory transistor in can be selected. Also, writing, reading, erasing, etc. can be performed on the selected memory transistor.

また、各メモリストリングには、選択トランジスタ(図示しない)が設けられているた
め、記憶装置700A内の任意のメモリセルアレイ700Mを選択し、選択されたメモリ
セルアレイ700M内の任意のメモリトランジスタに対して、書き込み、読み出し、消去
などを行うことができる。
In addition, since each memory string is provided with a selection transistor (not shown), an arbitrary memory cell array 700M within the memory device 700A is selected, and an arbitrary memory transistor within the selected memory cell array 700M is selected. , can be written, read, and erased.

〔回路部〕
回路部700Dには、少なくとも1つ以上のトランジスタ750が設けられている。図
1(A)、(B)には、回路部700Dの例として、トランジスタ750を示している。
トランジスタ750は、チャネルが形成される半導体層に金属酸化物が適用され、極めて
耐圧の高いトランジスタである。
[Circuit part]
At least one or more transistors 750 are provided in the circuit portion 700D. FIGS. 1A and 1B show a transistor 750 as an example of the circuit portion 700D.
The transistor 750 is a transistor in which metal oxide is applied to a semiconductor layer in which a channel is formed and has extremely high withstand voltage.

トランジスタ750は、酸化物層751、導電層752、導電層753a、導電層75
3b、及び絶縁層754を有する。酸化物層751は、絶縁層724上に設けられる。絶
縁層754は酸化物層751上に設けられ、その一部はゲート絶縁層として機能する。導
電層752は絶縁層754上に設けられ、その一部はゲート電極として機能する。導電層
753a及び導電層753bは、それぞれ酸化物層751と接して設けられ、ソース電極
またはドレイン電極として機能する。
The transistor 750 includes an oxide layer 751, a conductive layer 752, a conductive layer 753a, and a conductive layer 75.
3b, and an insulating layer 754. FIG. An oxide layer 751 is provided over the insulating layer 724 . An insulating layer 754 is provided over the oxide layer 751 and part of it functions as a gate insulating layer. A conductive layer 752 is provided over the insulating layer 754 and part of it functions as a gate electrode. The conductive layers 753a and 753b are provided in contact with the oxide layer 751, respectively, and function as source and drain electrodes.

ここで、酸化物層751は、上記メモリトランジスタ710が有する酸化物層704と
同じ酸化物膜を加工して形成されていることが好ましい。さらに、導電層753a及び導
電層753bは、上記メモリセルアレイ700Mの導電層705や導電層708と同じ導
電膜を加工して形成されていることが好ましい。
Here, the oxide layer 751 is preferably formed by processing the same oxide film as the oxide layer 704 included in the memory transistor 710 . Furthermore, the conductive layers 753a and 753b are preferably formed by processing the same conductive film as the conductive layers 705 and 708 of the memory cell array 700M.

これにより、トランジスタ750の作製工程の一部を、メモリセルアレイ700Mの作
製工程と兼ねることができるため、低コストでメモリセルアレイ700Mと回路部700
Dとを同一基板上に形成することができる。
Thus, part of the manufacturing process of the transistor 750 can be combined with the manufacturing process of the memory cell array 700M, so that the memory cell array 700M and the circuit portion 700 can be manufactured at low cost.
D can be formed on the same substrate.

絶縁層754は、上記絶縁層703aと同様の材料を用いることができる。 For the insulating layer 754, a material similar to that of the insulating layer 703a can be used.

導電層752は、上記導電層701等と同様の材料を用いることができる。 A material similar to that of the conductive layer 701 or the like can be used for the conductive layer 752 .

続いて、トランジスタ750とメモリセルアレイ700Mとの接続例について説明する
Next, an example of connection between the transistor 750 and the memory cell array 700M will be described.

図4(A)には、トランジスタ750の拡大図を示している。さらに図4(A)では、
トランジスタ750と電気的に接続する1つのワード線と、1つのメモリストリングの断
面概略図を示している。
FIG. 4A shows an enlarged view of the transistor 750. FIG. Furthermore, in FIG. 4(A),
A cross-sectional schematic diagram of one word line and one memory string electrically connected to transistor 750 is shown.

図4(A)では、トランジスタ750を覆って、複数の開口を有する絶縁層761が設
けられている。また絶縁層761の開口を埋める複数の接続層(接続層762、接続層7
63、接続層764a、接続層764b等)が設けられている。また、絶縁層761上に
は、配線として機能する複数の導電層(導電層765、導電層766a、導電層766b
等)が設けられている。
In FIG. 4A, an insulating layer 761 having a plurality of openings is provided to cover the transistor 750 . In addition, a plurality of connection layers (connection layer 762, connection layer 7
63, connection layers 764a, connection layers 764b, etc.) are provided. In addition, over the insulating layer 761, a plurality of conductive layers (a conductive layer 765, a conductive layer 766a, and a conductive layer 766b) functioning as wirings are provided.
etc.) are provided.

トランジスタ750の導電層753bは、接続層764bを介して導電層766bと電
気的に接続されている。また、トランジスタ750の導電層753aと、導電層701と
は、接続層707、導電層708、接続層763、導電層766a、及び接続層764a
を介して電気的に接続されている。また、導電層705は、接続層762を介して導電層
765と電気的に接続されている。
The conductive layer 753b of the transistor 750 is electrically connected to the conductive layer 766b through the connection layer 764b. In addition, the conductive layer 753a of the transistor 750 and the conductive layer 701 are the connection layer 707, the conductive layer 708, the connection layer 763, the conductive layer 766a, and the connection layer 764a.
are electrically connected via In addition, the conductive layer 705 is electrically connected to the conductive layer 765 through the connection layer 762 .

このような構成とすることで、トランジスタ750とワード線として機能する導電層7
01とを電気的に接続することができる。
With such a structure, the transistor 750 and the conductive layer 7 functioning as a word line
01 can be electrically connected.

ここで、図4(A)に示すトランジスタ750は、半導体層として機能する酸化物層7
51の上面の一部、及び側面に接して導電層753aと導電層753bとが設けられてい
る。また、絶縁層754と導電層752とは、それぞれ導電層753a及び導電層753
bと重畳する部分を有する。図4(A)に示すトランジスタは750の構造は、TGTC
(Top-Gate-Bottom-Contact)型のトランジスタと言うことがで
きる。
Here, the transistor 750 illustrated in FIG. 4A includes the oxide layer 7 functioning as a semiconductor layer.
A conductive layer 753a and a conductive layer 753b are provided in contact with part of the top surface and the side surface of 51 . In addition, the insulating layer 754 and the conductive layer 752 correspond to the conductive layer 753a and the conductive layer 753, respectively.
It has a portion overlapping with b. The transistor 750 shown in FIG. 4A has a structure of TGTC
It can be said to be a (Top-Gate-Bottom-Contact) type transistor.

図4(B)には、図4(A)とは一部の構成が異なる断面構成例を示している。 FIG. 4B shows a cross-sectional configuration example that is partly different from that of FIG. 4A.

図4(B)に示すトランジスタ750は、酸化物層751の端部と、導電層753aの
端部または導電層753bの端部が、それぞれ一致している。また導電層753a及び導
電層753bの下には酸化物層751が存在し、導電層753a及び導電層753bと絶
縁層724とが接しないように形成されている。このような構成とすることで、導電層7
53a及び導電層753b等に絶縁層724中の酸素が拡散することを防ぐことができ、
絶縁層724から酸化物層751に供給しうる酸素の量が減少することを防止できるとと
もに、導電層753a及び導電層753bが酸化されて導電性が低下することを抑制する
ことができる。
In the transistor 750 illustrated in FIG. 4B, the edge of the oxide layer 751 is aligned with the edge of the conductive layer 753a or the conductive layer 753b. Further, the oxide layer 751 exists under the conductive layers 753a and 753b, and is formed so that the conductive layers 753a and 753b and the insulating layer 724 are not in contact with each other. With such a configuration, the conductive layer 7
oxygen in the insulating layer 724 can be prevented from diffusing into 53a, the conductive layer 753b, and the like;
A decrease in the amount of oxygen that can be supplied from the insulating layer 724 to the oxide layer 751 can be prevented, and a decrease in conductivity due to oxidation of the conductive layers 753a and 753b can be suppressed.

図4(B)に示すような構成は、例えば酸化物層751となる酸化物膜と、導電層75
3a及び導電層753bとなる導電膜を積層した積層膜を成膜し、酸化物層751となる
領域を残すように当該積層膜を加工し、続いて、酸化物層751上のチャネル形成領域と
重なる導電膜の一部をエッチングにより除去することで、形成することができる。
A structure as shown in FIG.
A stacked film is formed by stacking conductive films to be 3a and a conductive layer 753b, and the stacked film is processed so as to leave a region to be the oxide layer 751. Subsequently, a channel formation region over the oxide layer 751 and a channel formation region are formed. It can be formed by removing part of the overlapping conductive film by etching.

ここで、導電層708と接続層707との間に、酸化物層751と同じ酸化物を含む酸
化物層751aが形成される場合がある。酸化物層751aは、導電層708や接続層7
07と接するため、工程中にかかる熱などにより、膜中の酸素が引き抜かれることや、水
素が供給されることなどによって、キャリア密度が十分に高い状態、すなわち十分に低抵
抗化された状態となっている。そのため、酸化物層751aが設けられることによる電気
抵抗の上昇の影響はほとんどないと言える。
Here, an oxide layer 751 a containing the same oxide as the oxide layer 751 is formed between the conductive layer 708 and the connection layer 707 in some cases. The oxide layer 751 a is the conductive layer 708 and the connection layer 7 .
07, oxygen is extracted from the film by heat applied during the process, and hydrogen is supplied. It's becoming Therefore, it can be said that the provision of the oxide layer 751a has almost no effect of an increase in electrical resistance.

以上が構成例についての説明である。 The above is the description of the configuration example.

[金属酸化物]
以下では、上記構成例で例示した酸化物層704、および酸化物層751等に適用可能
な金属酸化物について説明する。
[Metal oxide]
Metal oxides that can be applied to the oxide layer 704, the oxide layer 751, and the like described in the above structural examples are described below.

金属酸化物は、少なくともインジウムまたは亜鉛を含むことが好ましい。特にインジウ
ムおよび亜鉛を含むことが好ましい。また、それらに加えて、アルミニウム、ガリウム、
イットリウムまたはスズなどが含まれていることが好ましい。また、ホウ素、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、またはマグネシウムなどから選ばれた一種、ま
たは複数種が含まれていてもよい。
The metal oxide preferably contains at least indium or zinc. Indium and zinc are particularly preferred. Also, in addition to them, aluminum, gallium,
It preferably contains yttrium, tin, or the like. Further, one or more selected from boron, titanium, iron, nickel, germanium, zirconium, molybdenum, lanthanum, cerium, neodymium, hafnium, tantalum, tungsten, magnesium, etc. may be contained.

ここでは、金属酸化物が、インジウム、元素Mおよび亜鉛を有するIn‐M‐Zn酸化
物である場合を考える。なお、元素M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、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、マグネシウムなどがある。ただし、元素Mとして、
前述の元素を複数組み合わせることもできる。
Consider here the case where the metal oxide is an In-M-Zn oxide with indium, the element M and zinc. Note that the element M is aluminum, gallium, yttrium, tin, or the like. Other elements applicable to element M include boron, titanium, iron, nickel, germanium, zirconium, molybdenum, lanthanum, cerium, neodymium, hafnium, tantalum, tungsten, and magnesium. However, as the element M,
A plurality of the aforementioned elements can also be combined.

なお、本明細書等において、窒素を有する金属酸化物も金属酸化物(metal ox
ide)と総称する場合がある。また、窒素を有する金属酸化物を、金属酸窒化物(me
tal oxynitride)と呼称してもよい。
In this specification and the like, a metal oxide containing nitrogen is also referred to as a metal oxide (metal ox
ide) in some cases. In addition, a metal oxide containing nitrogen is a metal oxynitride (me
tal oxynitride).

〔金属酸化物の構成〕
以下では、本発明の一態様で開示されるトランジスタに用いることができるCAC(C
loud-Aligned Composite)-OSの構成について説明する。
[Structure of Metal Oxide]
CAC (C
Loud-Aligned Composite)-OS configuration will be described.

なお、本明細書等において、CAAC(c-axis aligned crysta
l)、およびCAC(Cloud-Aligned Composite)と記載する場
合がある。なお、CAACは結晶構造の一例を表し、CACは機能、または材料の構成の
一例を表す。
In this specification and the like, CAAC (c-axis aligned crystal
l), and CAC (Cloud-Aligned Composite). Note that CAAC represents an example of a crystal structure, and CAC represents an example of a function or material configuration.

CAC-OSまたはCAC-metal oxideとは、材料の一部では導電性の機
能と、材料の一部では絶縁性の機能とを有し、材料の全体では半導体としての機能を有す
る。なお、CAC-OSまたはCAC-metal oxideを、トランジスタの活性
層に用いる場合、導電性の機能は、キャリアとなる電子(または正孔)を流す機能であり
、絶縁性の機能は、キャリアとなる電子を流さない機能である。導電性の機能と、絶縁性
の機能とを、それぞれ相補的に作用させることで、スイッチングさせる機能(On/Of
fさせる機能)をCAC-OSまたはCAC-metal oxideに付与することが
できる。CAC-OSまたはCAC-metal oxideにおいて、それぞれの機能
を分離させることで、双方の機能を最大限に高めることができる。
CAC-OS or CAC-metal oxide has a conductive function in a part of the material, an insulating function in a part of the material, and a semiconductor function in the whole material. Note that when CAC-OS or CAC-metal oxide is used for the active layer of a transistor, the conductive function is to flow electrons (or holes) that serve as carriers, and the insulating function is to serve as carriers. It is a function that does not flow electrons. A switching function (On/Off
function) can be given to CAC-OS or CAC-metal oxide. By separating each function in CAC-OS or CAC-metal oxide, both functions can be maximized.

また、CAC-OSまたはCAC-metal oxideは、導電性領域、および絶
縁性領域を有する。導電性領域は、上述の導電性の機能を有し、絶縁性領域は、上述の絶
縁性の機能を有する。また、材料中において、導電性領域と、絶縁性領域とは、ナノ粒子
レベルで分離している場合がある。また、導電性領域と、絶縁性領域とは、それぞれ材料
中に偏在する場合がある。また、導電性領域は、周辺がぼけてクラウド状に連結して観察
される場合がある。
CAC-OS or CAC-metal oxide also has a conductive region and an insulating region. The conductive regions have the above-described conductive function, and the insulating regions have the above-described insulating function. In some materials, the conductive region and the insulating region are separated at the nanoparticle level. Also, the conductive region and the insulating region may be unevenly distributed in the material. In addition, the conductive region may be observed to be connected like a cloud with its periphery blurred.

また、CAC-OSまたはCAC-metal oxideにおいて、導電性領域と、
絶縁性領域とは、それぞれ0.5nm以上10nm以下、好ましくは0.5nm以上3n
m以下のサイズで材料中に分散している場合がある。
Further, in CAC-OS or CAC-metal oxide, the conductive region and
The insulating region is 0.5 nm or more and 10 nm or less, preferably 0.5 nm or more and 3 nm or less.
It may be dispersed in the material with a size of m or less.

また、CAC-OSまたはCAC-metal oxideは、異なるバンドギャップ
を有する成分により構成される。例えば、CAC-OSまたはCAC-metal ox
ideは、絶縁性領域に起因するワイドギャップを有する成分と、導電性領域に起因する
ナローギャップを有する成分と、により構成される。当該構成の場合、キャリアを流す際
に、ナローギャップを有する成分において、主にキャリアが流れる。また、ナローギャッ
プを有する成分が、ワイドギャップを有する成分に相補的に作用し、ナローギャップを有
する成分に連動してワイドギャップを有する成分にもキャリアが流れる。このため、上記
CAC-OSまたはCAC-metal oxideをトランジスタのチャネル形成領域
に用いる場合、トランジスタのオン状態において高い電流駆動力、つまり大きなオン電流
、および高い電界効果移動度を得ることができる。
Also, CAC-OS or CAC-metal oxide is composed of components having different bandgaps. For example, CAC-OS or CAC-metal ox
The ide is composed of a component having a wide gap resulting from an insulating region and a component having a narrow gap resulting from a conductive region. In the case of this configuration, when the carriers flow, the carriers mainly flow in the component having the narrow gap. In addition, the component having a narrow gap acts complementarily on the component having a wide gap, and carriers also flow into the component having a wide gap in conjunction with the component having a narrow gap. Therefore, when the above CAC-OS or CAC-metal oxide is used for a channel formation region of a transistor, high current drivability, that is, large on-current and high field-effect mobility can be obtained in the on-state of the transistor.

すなわち、CAC-OSまたはCAC-metal oxideは、マトリックス複合
材(matrix composite)、または金属マトリックス複合材(metal
matrix composite)と呼称することもできる。
That is, CAC-OS or CAC-metal oxide is a matrix composite or a metal matrix composite.
It can also be called a matrix composite).

〔金属酸化物の構造〕
酸化物半導体(金属酸化物)は、単結晶酸化物半導体と、それ以外の非単結晶酸化物半
導体と、に分けられる。非単結晶酸化物半導体としては、例えば、CAAC-OS(c-
axis aligned crystalline oxide semicondu
ctor)、多結晶酸化物半導体、nc-OS(nanocrystalline ox
ide semiconductor)、擬似非晶質酸化物半導体(a-like OS
:amorphous-like oxide semiconductor)および非
晶質酸化物半導体などがある。
[Structure of Metal Oxide]
Oxide semiconductors (metal oxides) are classified into single-crystal oxide semiconductors and non-single-crystal oxide semiconductors. Examples of non-single-crystal oxide semiconductors include CAAC-OS (c-
axis aligned crystal oxide semiconductor
ctor), polycrystalline oxide semiconductor, nc-OS (nanocrystalline ox
ide semiconductor), pseudo-amorphous oxide semiconductor (a-like OS
: amorphous-like oxide semiconductor) and amorphous oxide semiconductors.

CAAC-OSは、c軸配向性を有し、かつa-b面方向において複数のナノ結晶が連
結し、歪みを有した結晶構造となっている。なお、歪みとは、複数のナノ結晶が連結する
領域において、格子配列の揃った領域と、別の格子配列の揃った領域と、の間で格子配列
の向きが変化している箇所を指す。
CAAC-OS has a c-axis orientation and a distorted crystal structure in which a plurality of nanocrystals are connected in the ab plane direction. The strain refers to a portion where the orientation of the lattice arrangement changes between a region with a uniform lattice arrangement and another region with a uniform lattice arrangement in a region where a plurality of nanocrystals are connected.

ナノ結晶は、六角形を基本とするが、正六角形状とは限らず、非正六角形状である場合
がある。また、歪みにおいて、五角形、および七角形などの格子配列を有する場合がある
。なお、CAAC-OSにおいて、歪み近傍においても、明確な結晶粒界(グレインバウ
ンダリーともいう。)を確認することは難しい。すなわち、格子配列の歪みによって、結
晶粒界の形成が抑制されていることがわかる。これは、CAAC-OSが、a-b面方向
において酸素原子の配列が稠密でないことや、金属元素が置換することで原子間の結合距
離が変化することなどによって、歪みを許容することができるためである。
Although nanocrystals are basically hexagonal, they are not limited to regular hexagons and may have non-regular hexagons. Also, the distortion may have a lattice arrangement of pentagons, heptagons, and the like. In CAAC-OS, it is difficult to confirm clear crystal grain boundaries (also called grain boundaries) even in the vicinity of strain. That is, it can be seen that the distortion of the lattice arrangement suppresses the formation of grain boundaries. This is because the CAAC-OS can tolerate strain due to the fact that the arrangement of oxygen atoms is not dense in the ab plane direction and the bond distance between atoms changes due to the substitution of metal elements. It's for.

また、CAAC-OSは、インジウム、および酸素を有する層(以下、In層)と、元
素M、亜鉛、および酸素を有する層(以下、(M,Zn)層)とが積層した、層状の結晶
構造(層状構造ともいう)を有する傾向がある。なお、インジウムと元素Mは、互いに置
換可能であり、(M,Zn)層の元素Mがインジウムと置換した場合、(In,M,Zn
)層と表すこともできる。また、In層のインジウムが元素Mと置換した場合、(In,
M)層と表すこともできる。
CAAC-OS is a layered crystal in which a layer containing indium and oxygen (hereinafter referred to as an In layer) and a layer containing the element M, zinc, and oxygen (hereinafter referred to as a (M, Zn) layer) are stacked. It tends to have a structure (also called a layered structure). Note that indium and the element M can be substituted with each other, and when the element M in the (M, Zn) layer is substituted with indium, (In, M, Zn
) layer. Further, when indium in the In layer is replaced with the element M, (In,
M) can also be expressed as a layer.

CAAC-OSは結晶性の高い金属酸化物である。一方、CAAC-OSは、明確な結
晶粒界を確認することが難しいため、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。また、金属酸化物の結晶性は不純物の混入や欠陥の生成などによって低下す
る場合があるため、CAAC-OSは不純物や欠陥(酸素欠損(V:oxygen v
acancyともいう)など)の少ない金属酸化物ともいえる。したがって、CAAC-
OSを有する金属酸化物は、物理的性質が安定する。そのため、CAAC-OSを有する
金属酸化物は熱に強く、信頼性が高い。
CAAC-OS is a highly crystalline metal oxide. On the other hand, in CAAC-OS, since it is difficult to confirm a clear crystal grain boundary, it can be said that the decrease in electron mobility due to the crystal grain boundary is unlikely to occur. In addition, since the crystallinity of metal oxides may be degraded by contamination of impurities and generation of defects, CAAC-OS is capable of preventing impurities and defects ( oxygen v
It can also be said that it is a metal oxide with little acancy). Therefore, CAAC-
A metal oxide having an OS has stable physical properties. Therefore, a metal oxide containing CAAC-OS is heat resistant and highly reliable.

nc-OSは、微小な領域(例えば、1nm以上10nm以下の領域、特に1nm以上
3nm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、異なるナ
ノ結晶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、a-like OSや非晶質酸化物半導
体と区別が付かない場合がある。
The nc-OS has periodic atomic arrangement in a minute region (eg, a region of 1 nm to 10 nm, particularly a region of 1 nm to 3 nm). Also, nc-OS shows no regularity in crystal orientation between different nanocrystals. Therefore, no orientation is observed in the entire film. Therefore, an nc-OS may be indistinguishable from an a-like OS or an amorphous oxide semiconductor depending on the analysis method.

a-like OSは、nc-OSと非晶質酸化物半導体との間の構造を有する金属酸
化物である。a-like OSは、鬆または低密度領域を有する。すなわち、a-li
ke OSは、nc-OSおよびCAAC-OSと比べて、結晶性が低い。
An a-like OS is a metal oxide having a structure between an nc-OS and an amorphous oxide semiconductor. An a-like OS has void or low density regions. That is, a-li
ke OS is less crystalline compared to nc-OS and CAAC-OS.

酸化物半導体(金属酸化物)は、多様な構造をとり、それぞれが異なる特性を有する。
本発明の一態様の酸化物半導体は、非晶質酸化物半導体、多結晶酸化物半導体、a-li
ke OS、nc-OS、CAAC-OSのうち、二種以上を有していてもよい。
Oxide semiconductors (metal oxides) have various structures, each of which has different characteristics.
An oxide semiconductor of one embodiment of the present invention includes an amorphous oxide semiconductor, a polycrystalline oxide semiconductor, and an a-li semiconductor.
It may have two or more of ke OS, nc-OS, and CAAC-OS.

〔金属酸化物を有するトランジスタ〕
続いて、上記金属酸化物をトランジスタのチャネル形成領域に用いる場合について説明
する。
[Transistor Containing Metal Oxide]
Next, the case where the above metal oxide is used for a channel formation region of a transistor will be described.

なお、上記金属酸化物をトランジスタのチャネル形成領域に用いることで、高い電界効
果移動度のトランジスタを実現することができる。また、信頼性の高いトランジスタを実
現することができる。
Note that by using the above metal oxide for a channel formation region of a transistor, a transistor with high field-effect mobility can be realized. Further, a highly reliable transistor can be realized.

また、トランジスタには、キャリア密度の低い金属酸化物を用いることが好ましい。金
属酸化物膜のキャリア密度を低くする場合においては、金属酸化物膜中の不純物濃度を低
くし、欠陥準位密度を低くすればよい。本明細書等において、不純物濃度が低く、欠陥準
位密度の低いことを高純度真性または実質的に高純度真性という。例えば、金属酸化物は
、キャリア密度が8×1011/cm未満、好ましくは1×1011/cm未満、さ
らに好ましくは1×1010/cm未満であり、1×10-9/cm以上とすればよ
い。
A metal oxide with low carrier density is preferably used for a transistor. In order to lower the carrier density of the metal oxide film, the impurity concentration in the metal oxide film should be lowered to lower the defect level density. In this specification and the like, a low impurity concentration and a low defect level density are referred to as high-purity intrinsic or substantially high-purity intrinsic. For example, the metal oxide has a carrier density of less than 8×10 11 /cm 3 , preferably less than 1×10 11 /cm 3 , more preferably less than 1×10 10 /cm 3 , and a carrier density of 1×10 −9 /cm 3 . cm 3 or more.

また、高純度真性または実質的に高純度真性である金属酸化物膜は、欠陥準位密度が低
いため、トラップ準位密度も低くなる場合がある。
In addition, since a highly purified intrinsic or substantially highly purified intrinsic metal oxide film has a low defect level density, the trap level density may also be low.

また、金属酸化物のトラップ準位に捕獲された電荷は、消失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、トラップ準位密度の高い
金属酸化物をチャネル形成領域に有するトランジスタは、電気特性が不安定となる場合が
ある。
In addition, the charge trapped in the trap level of the metal oxide takes a long time to disappear, and may behave like a fixed charge. Therefore, a transistor including a metal oxide with a high trap level density in a channel formation region may have unstable electrical characteristics.

したがって、トランジスタの電気特性を安定にするためには、金属酸化物中の不純物濃
度を低減することが有効である。また、金属酸化物中の不純物濃度を低減するためには、
近接する膜中の不純物濃度も低減することが好ましい。不純物としては、水素、窒素、ア
ルカリ金属、アルカリ土類金属、鉄、ニッケル、シリコン等がある。
Therefore, in order to stabilize the electrical characteristics of the transistor, it is effective to reduce the impurity concentration in the metal oxide. Also, in order to reduce the impurity concentration in the metal oxide,
It is preferable to reduce the impurity concentration in adjacent films as well. Impurities include hydrogen, nitrogen, alkali metals, alkaline earth metals, iron, nickel, silicon, and the like.

〔不純物〕
ここで、金属酸化物中における各不純物の影響について説明する。
〔impurities〕
Here, the effect of each impurity in the metal oxide will be described.

金属酸化物において、第14族元素の一つであるシリコンや炭素が含まれると、金属酸
化物において欠陥準位が形成される。このため、金属酸化物におけるシリコンや炭素の濃
度と、金属酸化物との界面近傍のシリコンや炭素の濃度(二次イオン質量分析法(SIM
S:Secondary Ion Mass Spectrometry)により得られ
る濃度)を、2×1018atoms/cm以下、好ましくは2×1017atoms
/cm以下とする。
If the metal oxide contains silicon or carbon, which is one of the Group 14 elements, a defect level is formed in the metal oxide. For this reason, the concentration of silicon and carbon in the metal oxide and the concentration of silicon and carbon in the vicinity of the interface with the metal oxide (secondary ion mass spectrometry (SIM)
S: concentration obtained by secondary ion mass spectrometry) is 2 × 10 18 atoms/cm 3 or less, preferably 2 × 10 17 atoms
/cm 3 or less.

また、金属酸化物にアルカリ金属またはアルカリ土類金属が含まれると、欠陥準位を形
成し、キャリアを生成する場合がある。したがって、アルカリ金属またはアルカリ土類金
属が含まれている金属酸化物をチャネル形成領域に用いたトランジスタはノーマリーオン
特性となりやすい。このため、金属酸化物中のアルカリ金属またはアルカリ土類金属の濃
度を低減することが好ましい。具体的には、SIMSにより得られる金属酸化物中のアル
カリ金属またはアルカリ土類金属の濃度を、1×1018atoms/cm以下、好ま
しくは2×1016atoms/cm以下にする。
Further, if the metal oxide contains an alkali metal or an alkaline earth metal, it may form a defect level and generate carriers. Therefore, a transistor in which a metal oxide containing an alkali metal or an alkaline earth metal is used for a channel formation region tends to have normally-on characteristics. Therefore, it is preferable to reduce the concentration of alkali metals or alkaline earth metals in the metal oxide. Specifically, the concentration of the alkali metal or alkaline earth metal in the metal oxide obtained by SIMS is set to 1×10 18 atoms/cm 3 or less, preferably 2×10 16 atoms/cm 3 or less.

また、金属酸化物において、窒素が含まれると、キャリアである電子が生じ、キャリア
密度が増加し、n型化しやすい。この結果、窒素が含まれている金属酸化物をチャネル形
成領域に用いたトランジスタはノーマリーオン特性となりやすい。したがって、当該金属
酸化物において、チャネル形成領域の窒素はできる限り低減されていることが好ましい。
例えば、金属酸化物中の窒素濃度は、SIMSにおいて、5×1019atoms/cm
未満、好ましくは5×1018atoms/cm以下、より好ましくは1×1018
atoms/cm以下、さらに好ましくは5×1017atoms/cm以下とする
In addition, when nitrogen is contained in the metal oxide, electrons as carriers are generated, the carrier density increases, and the metal oxide tends to be n-type. As a result, a transistor using a metal oxide containing nitrogen for a channel formation region tends to have normally-on characteristics. Therefore, nitrogen in the channel formation region in the metal oxide is preferably reduced as much as possible.
For example, the nitrogen concentration in the metal oxide is 5×10 19 atoms/cm in SIMS.
Less than 3 , preferably 5×10 18 atoms/cm 3 or less, more preferably 1×10 18
atoms/cm 3 or less, more preferably 5×10 17 atoms/cm 3 or less.

また、金属酸化物に含まれる水素は、金属原子と結合する酸素と反応して水になるため
、酸素欠損を形成する場合がある。該酸素欠損に水素が入ることで、キャリアである電子
が生成される場合がある。また、水素の一部が金属原子と結合する酸素と結合して、キャ
リアである電子を生成することがある。従って、水素が含まれている金属酸化物を用いた
トランジスタはノーマリーオン特性となりやすい。このため、金属酸化物中の水素はでき
る限り低減されていることが好ましい。具体的には、金属酸化物において、SIMSによ
り得られる水素濃度を、1×1020atoms/cm未満、好ましくは1×1019
atoms/cm未満、より好ましくは5×1018atoms/cm未満、さらに
好ましくは1×1018atoms/cm未満とする。
In addition, since hydrogen contained in the metal oxide reacts with oxygen bonded to the metal atom to become water, oxygen vacancies may be formed. When hydrogen enters the oxygen vacancies, electrons, which are carriers, may be generated. In addition, part of hydrogen may bond with oxygen that bonds with a metal atom to generate an electron, which is a carrier. Therefore, a transistor using a metal oxide containing hydrogen tends to have normally-on characteristics. Therefore, it is preferable that hydrogen in the metal oxide is reduced as much as possible. Specifically, in the metal oxide, the hydrogen concentration obtained by SIMS is less than 1×10 20 atoms/cm 3 , preferably 1×10 19
It is less than atoms/cm 3 , more preferably less than 5×10 18 atoms/cm 3 , still more preferably less than 1×10 18 atoms/cm 3 .

不純物が十分に低減された金属酸化物をトランジスタのチャネル形成領域に用いること
で、トランジスタのオフ電流を低減し、安定した電気特性を付与することができる。
By using a metal oxide in which impurities are sufficiently reduced for a channel formation region of a transistor, off-state current of the transistor can be reduced and stable electrical characteristics can be imparted to the transistor.

[作製方法例]
以下では、図1で例示した半導体装置700の作製方法の一例について、図5乃至図1
7を参照して説明する。なお、図5乃至図17の各図において、(A)はz軸方向から見
た上面図であり、(B)は(A)にA1-A2の一点鎖線で示す部位の断面図であり、(
C)は(A)にA3-A4の一点鎖線で示す部位の断面図である。
[Example of manufacturing method]
An example of a method for manufacturing the semiconductor device 700 illustrated in FIGS.
7 for explanation. 5 to 17, (A) is a top view seen from the z-axis direction, (B) is a cross-sectional view of the part indicated by the dashed line A1-A2 in (A), (
C) is a cross-sectional view of the portion indicated by the dashed-dotted line A3-A4 in (A).

まず、絶縁表面を有する基板720上に導電層706を形成し、導電層706を覆うよ
うに、絶縁膜721を形成する(図5参照)。
First, a conductive layer 706 is formed over a substrate 720 having an insulating surface, and an insulating film 721 is formed to cover the conductive layer 706 (see FIG. 5).

導電層706は、まず導電層706となる導電膜を形成し、リソグラフィー法を用いて
加工し、導電層706を形成することができる。ただし、導電層706、および絶縁膜7
21の形成方法はこれに限らない。基板720上に絶縁膜721を形成し、絶縁膜721
の不要な部分を除去することで、溝や開口を形成し、該溝や該開口部に導電層706を埋
め込むように形成してもよい。このような導電層の形成方法をダマシン法(シングルダマ
シン法、デュアルダマシン法)と呼ぶ場合がある。ダマシン法で形成された導電層706
、および絶縁膜721上にさらに絶縁膜を形成することで、図5に示す構造を得ることが
できる。
The conductive layer 706 can be formed by first forming a conductive film to be the conductive layer 706 and then processing the conductive layer 706 by a lithography method. However, the conductive layer 706 and the insulating film 7
The formation method of 21 is not limited to this. An insulating film 721 is formed over a substrate 720 and the insulating film 721 is
A groove or opening may be formed by removing an unnecessary portion of , and the conductive layer 706 may be embedded in the groove or the opening. Such a method of forming a conductive layer is sometimes called a damascene method (single damascene method, dual damascene method). A conductive layer 706 formed by the damascene method
, and another insulating film over the insulating film 721, the structure shown in FIG. 5 can be obtained.

導電層706や、絶縁膜721の形成は、スパッタリング法、化学気相成長(CVD:
Chemical Vapor Deposition)法、分子線エピタキシー(MB
E:Molecular Beam Epitaxy)法、パルスレーザ堆積(PLD:
Pulsed Laser Deposition)法またはALD(Atomic L
ayer Deposition)法などを用いて行うことができる。
The conductive layer 706 and the insulating film 721 are formed by sputtering, chemical vapor deposition (CVD:
Chemical Vapor Deposition) method, molecular beam epitaxy (MB
E: Molecular Beam Epitaxy) method, pulsed laser deposition (PLD:
Pulsed Laser Deposition) method or ALD (Atomic L
Ayer Deposition) method or the like can be used.

なお、CVD法は、プラズマを利用するプラズマCVD(PECVD:Plasma
Enhanced CVD)法、熱を利用する熱CVD(TCVD:Thermal C
VD)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。
The CVD method is a plasma CVD (PECVD: Plasma
Enhanced CVD) method, thermal CVD using heat (TCVD: Thermal C
VD) method, photo CVD (Photo CVD) method using light, and the like. Furthermore, depending on the raw material gas used, metal CVD (MCVD: Metal CVD) method, organic metal CVD
(MOCVD: Metal Organic CVD) method.

プラズマCVD法は、比較的低温で高品質の膜が得られる。また、熱CVD法は、プラ
ズマを用いないため、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熱CVD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、熱CVD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。
The plasma CVD method can obtain high quality films at relatively low temperatures. Moreover, since the thermal CVD method does not use plasma, it is a film formation method capable of reducing plasma damage to the object to be processed. For example, wiring, electrodes, elements (transistors, capacitive elements, etc.) included in a semiconductor device may be charged up by receiving charges from plasma. At this time, the accumulated charges may destroy wiring, electrodes, elements, and the like included in the semiconductor device. On the other hand, a thermal CVD method that does not use plasma does not cause such plasma damage, so that the yield of semiconductor devices can be increased. Moreover, since the thermal CVD method does not cause plasma damage during film formation, a film with few defects can be obtained.

また、ALD法も、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。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。
The ALD method is also a film forming method capable of reducing plasma damage to the object to be processed. Also, the ALD method does not cause plasma damage during film formation, so that a film with few defects can be obtained.

CVD法およびALD法は、ターゲットなどから放出される粒子が堆積する成膜方法と
は異なり、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。
The CVD method and the ALD method are film forming methods in which a film is formed by a reaction on the surface of the object to be processed, unlike film forming methods in which particles emitted from a target or the like are deposited. Therefore, it is a film forming method which is not easily affected by the shape of the object to be processed and which has good step coverage. In particular, the ALD method has excellent step coverage and excellent thickness uniformity, and is therefore suitable for coating the surface of an opening with a high aspect ratio. However, since the ALD method has a relatively slow film formation rate, it may be preferable to use it in combination with another film formation method, such as the CVD method, which has a high film formation rate.

CVD法およびALD法は、原料ガスの流量比によって、得られる膜の組成を制御する
ことができる。例えば、CVD法およびALD法では、原料ガスの流量比によって、任意
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、半導体装置の生産性を高めることができる場合もある。
In the CVD method and the ALD method, the composition of the film obtained can be controlled by the flow rate ratio of the raw material gases. For example, in the CVD method and the ALD method, it is possible to form a film of any composition depending on the flow rate ratio of source gases. Further, for example, in the CVD method and the ALD method, it is possible to form a film whose composition is continuously changed by changing the flow rate ratio of the source gases while forming the film. When film formation is performed while changing the flow rate ratio of the raw material gases, the time required for film formation can be shortened by the time required for transportation and pressure adjustment, compared to the case where film formation is performed using a plurality of film formation chambers. In some cases, the productivity of semiconductor devices can be improved.

なお、リソグラフィー法では、まず、フォトマスクを介してレジストを露光する。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マスクを形成する。
次に、当該レジストマスクを介してエッチング処理することで導電膜、半導体膜または絶
縁膜などを所望の形状に加工することができる。例えば、KrFエキシマレーザ光、Ar
Fエキシマレーザ光、EUV(Extreme Ultraviolet)光などを用い
て、レジストを露光することでレジストマスクを形成すればよい。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、マスクは不要となる。なお、レジストマスクの除去には、アッ
シングなどのドライエッチング処理を行う、ウェットエッチング処理を行う、ドライエッ
チング処理後にウェットエッチング処理を行う、またはウェットエッチング処理後にドラ
イエッチング処理を行うことができる。
Note that in the lithography method, first, the resist is exposed through a photomask. The exposed regions are then removed or left behind using a developer to form a resist mask.
Next, the conductive film, the semiconductor film, the insulating film, or the like can be processed into a desired shape by etching treatment through the resist mask. For example, KrF excimer laser light, Ar
A resist mask may be formed by exposing the resist using F excimer laser light, EUV (Extreme Ultraviolet) light, or the like. Alternatively, a liquid immersion technique may be used in which a liquid (for example, water) is filled between the substrate and the projection lens for exposure. Also, an electron beam or an ion beam may be used instead of the light described above. A mask is not necessary when using an electron beam or an ion beam. Note that the resist mask can be removed by dry etching treatment such as ashing, wet etching treatment, dry etching treatment followed by wet etching treatment, or wet etching treatment followed by dry etching treatment.

また、レジストマスクの代わりに絶縁膜や導電膜からなるハードマスクを用いてもよい
。ハードマスクを用いる場合、導電膜上にハードマスク材料となる絶縁膜や導電膜を形成
し、その上にレジストマスクを形成し、ハードマスク材料をエッチングすることで所望の
形状のハードマスクを形成することができる。
Alternatively, a hard mask made of an insulating film or a conductive film may be used instead of the resist mask. When a hard mask is used, an insulating film or a conductive film as a hard mask material is formed on the conductive film, a resist mask is formed thereon, and the hard mask material is etched to form a hard mask having a desired shape. be able to.

該加工はドライエッチング法やウェットエッチング法を用いることができる。ドライエ
ッチング法による加工は微細加工に適している。
A dry etching method or a wet etching method can be used for the processing. Processing by the dry etching method is suitable for fine processing.

ドライエッチング装置としては、平行平板型電極を有する容量結合型プラズマ(CCP
:Capacitively Coupled Plasma)エッチング装置を用いる
ことができる。平行平板型電極を有する容量結合型プラズマエッチング装置は、平行平板
型電極の一方の電極に高周波電源を印加する構成でもよい。または平行平板型電極の一方
の電極に複数の異なった高周波電源を印加する構成でもよい。または平行平板型電極それ
ぞれに同じ周波数の高周波電源を印加する構成でもよい。または平行平板型電極それぞれ
に周波数の異なる高周波電源を印加する構成でもよい。または高密度プラズマ源を有する
ドライエッチング装置を用いることができる。高密度プラズマ源を有するドライエッチン
グ装置は、例えば、誘導結合型プラズマ(ICP:Inductively Coupl
ed Plasma)エッチング装置などを用いることができる。
As a dry etching device, a capacitively coupled plasma (CCP) having parallel plate electrodes is used.
: Capacitively Coupled Plasma) etching equipment can be used. A capacitively coupled plasma etching apparatus having parallel plate electrodes may be configured to apply a high frequency power supply to one of the parallel plate electrodes. Alternatively, a plurality of different high-frequency power sources may be applied to one of the parallel plate electrodes. Alternatively, a high-frequency power source of the same frequency may be applied to each parallel plate type electrode. Alternatively, a configuration in which high-frequency power sources with different frequencies are applied to the parallel plate electrodes may be used. Alternatively, a dry etching apparatus having a high density plasma source can be used. A dry etching apparatus having a high-density plasma source is, for example, an inductively coupled plasma (ICP).
ed Plasma) etc. can be used.

導電膜のエッチングにハードマスクを用いる場合、当該エッチング処理は、ハードマス
クの形成に用いたレジストマスクを除去してから行ってもよいし、レジストマスクを残し
たまま行ってもよい。後者の場合、エッチング中にレジストマスクが消失することがある
。上記導電膜のエッチング後にハードマスクをエッチングにより除去してもよい。一方、
ハードマスクの材料が後工程に影響が無い、あるいは後工程で利用できる場合、必ずしも
ハードマスクを除去する必要は無い。
In the case of using a hard mask for etching the conductive film, the etching treatment may be performed after removing the resist mask used for forming the hard mask, or may be performed with the resist mask left. In the latter case, the resist mask may disappear during etching. After etching the conductive film, the hard mask may be removed by etching. on the other hand,
If the hard mask material does not affect the post-process or can be used in the post-process, it is not necessary to remove the hard mask.

導電層706となる導電膜は、スパッタリング法を用いて、金属元素を含む導電膜を形
成することが好ましい。また、CVD法を用いて形成することもできる。
A conductive film to be the conductive layer 706 is preferably formed using a sputtering method using a conductive film containing a metal element. It can also be formed using a CVD method.

絶縁膜721の表面は、必要に応じて、平坦化処理が行われていることが好ましい。平
坦化処理には、化学機械研磨(CMP)法やリフロー法を用いることができる。
The surface of the insulating film 721 is preferably subjected to planarization treatment as necessary. A chemical mechanical polishing (CMP) method or a reflow method can be used for the planarization treatment.

続いて、絶縁膜721上に導電膜701A、および絶縁膜722Aを交互に積層する。
本実施の形態では、絶縁膜721上に導電膜701Aを形成し、導電膜701A上に絶縁
膜722Aを形成する例を示しているが、形成の順序はこれに限らない。絶縁膜721上
に絶縁膜722Aを形成し、絶縁膜722A上に導電膜701Aを形成してもよい。導電
膜701A、および絶縁膜722Aの形成には、CVD法を用いることができる。また、
スパッタリング法を用いてもよい。
Subsequently, a conductive film 701 A and an insulating film 722 A are alternately stacked over the insulating film 721 .
Although an example in which the conductive film 701A is formed over the insulating film 721 and the insulating film 722A is formed over the conductive film 701A in this embodiment mode, the order of formation is not limited to this. An insulating film 722A may be formed over the insulating film 721, and a conductive film 701A may be formed over the insulating film 722A. A CVD method can be used for forming the conductive film 701A and the insulating film 722A. again,
A sputtering method may also be used.

また、本実施の形態では、導電膜701A、および絶縁膜722Aの積層数は限られな
い。求められる半導体装置の性能に応じて、それぞれ2層以上形成することができる。例
えば、導電膜701A、および絶縁膜722Aは、それぞれ16層、32層、64層、ま
たは128層形成してもよいし、200層以上形成してもよい。
Further, in this embodiment mode, the number of layers of the conductive film 701A and the insulating film 722A is not limited. Two or more layers can be formed for each layer depending on the required performance of the semiconductor device. For example, the conductive film 701A and the insulating film 722A may each have 16 layers, 32 layers, 64 layers, or 128 layers, or 200 layers or more.

続いて、最も上側に位置する絶縁膜722A上に導電膜702Aを形成する。その後、
導電膜702Aの上にマスク723を形成する(図6参照)。導電膜702Aは、導電膜
701Aと同様な方法を用い、同様な材料を用いて形成することができる。なお、導電膜
702Aは、導電膜701Aと同じ方法で形成してもよいし、異なる方法で形成してもよ
い。また、導電膜702Aは、導電膜701Aと同じ材料でもよいし、異なる材料でもよ
い。
Subsequently, a conductive film 702A is formed over the insulating film 722A located on the uppermost side. after that,
A mask 723 is formed over the conductive film 702A (see FIG. 6). The conductive film 702A can be formed using a method and a material similar to those of the conductive film 701A. Note that the conductive film 702A may be formed by the same method as the conductive film 701A, or may be formed by a different method. Further, the conductive film 702A may be made of the same material as the conductive film 701A, or may be made of a different material.

次に、導電膜702A、導電膜701A、および絶縁膜722Aを加工し、図7(B)
に示すような階段状の導電膜701B、導電膜702B、および絶縁膜722Bを形成す
る。導電膜702A、導電膜701A、および絶縁膜722Aの加工において、導電膜7
02A、導電膜701A、および絶縁膜722Aのエッチングと、マスク723のスリミ
ングを交互に行うことで、階段状の導電膜701B、導電膜702B、および絶縁膜72
2Bを形成することができる。導電膜702A、導電膜701A、および絶縁膜722A
の加工により、マスク723は、幅、厚さ共に縮小し、マスク723Aとなる(図7参照
)。
Next, the conductive film 702A, the conductive film 701A, and the insulating film 722A are processed, and FIG.
A stepped conductive film 701B, a conductive film 702B, and an insulating film 722B are formed as shown in FIG. In processing the conductive film 702A, the conductive film 701A, and the insulating film 722A, the conductive film 7
02A, the conductive film 701A, and the insulating film 722A are alternately etched and the mask 723 is slimmed, so that the stepped conductive film 701B, the conductive film 702B, and the insulating film 72 are formed.
2B can be formed. Conductive film 702A, conductive film 701A, and insulating film 722A
7, the width and thickness of the mask 723 are reduced to form a mask 723A (see FIG. 7).

次に、マスク723Aを除去し、絶縁層724を形成する。絶縁層724は、CVD法
を用いて形成することができる。絶縁層724は、CMP法や、リフロー法を用いて、平
坦化処理されていることが好ましい。続いて、絶縁層724上にマスク725を形成する
(図8参照)。平坦化された絶縁層724上にマスク725を形成すると、リソグラフィ
ーの精度が向上するため好ましい。
Next, the mask 723A is removed and an insulating layer 724 is formed. The insulating layer 724 can be formed using a CVD method. The insulating layer 724 is preferably planarized by a CMP method or a reflow method. Subsequently, a mask 725 is formed over the insulating layer 724 (see FIG. 8). Forming a mask 725 over the planarized insulating layer 724 is preferable because it improves lithography accuracy.

次に、マスク725を用いて、絶縁層724、導電膜702B、導電膜701B、絶縁
膜722B、および絶縁膜721を加工する(図9参照)。該加工により、メモリトラン
ジスタのゲートとして機能し、ワード線と電気的に接続する導電層701と、選択トラン
ジスタのゲートとして機能する導電層702が形成される。また、絶縁膜722Bは、該
加工により絶縁層722となる。
Next, the insulating layer 724, the conductive film 702B, the conductive film 701B, the insulating film 722B, and the insulating film 721 are processed using the mask 725 (see FIG. 9). By this processing, a conductive layer 701 functioning as the gate of the memory transistor and electrically connected to the word line, and a conductive layer 702 functioning as the gate of the selection transistor are formed. Also, the insulating film 722B becomes the insulating layer 722 by the processing.

その後、マスク725を除去する。次に、上記加工により除去された部分を埋め込むよ
うに絶縁層726を形成する。絶縁層726は、CVD法やALD法を用いて形成するこ
とができる。特に、ALD法を用いることで、アスペクト比の大きい溝や開口部に対して
も、厚さの均一な膜を形成することができるため、好ましい。または、ALD法と、CV
D法を組み合わせて絶縁層726を形成してもよい。絶縁層726は、CMP法や、リフ
ロー法を用いて、平坦化処理されていることが好ましい。CMP法を用いて平坦化処理を
行う場合、絶縁層724の表面が露出するまで絶縁層726を研磨してもよい。また、絶
縁層724が消失しない程度に、絶縁層724と絶縁層726とを一緒に研磨してもよい
After that, the mask 725 is removed. Next, an insulating layer 726 is formed so as to bury the portion removed by the above processing. The insulating layer 726 can be formed using a CVD method or an ALD method. In particular, the use of the ALD method is preferable because a film having a uniform thickness can be formed even in trenches and openings with a large aspect ratio. Or, ALD method and CV
The insulating layer 726 may be formed by combining the D methods. The insulating layer 726 is preferably planarized by a CMP method or a reflow method. In the case of performing planarization treatment using a CMP method, the insulating layer 726 may be polished until the surface of the insulating layer 724 is exposed. Alternatively, the insulating layer 724 and the insulating layer 726 may be polished together to the extent that the insulating layer 724 does not disappear.

次に、絶縁層724を、リソグラフィー法を用いて加工し、導電層701が露出するよ
うに第1の開口を形成する(図10参照)。第1の開口は、階段状に形成された導電層7
01それぞれに対して形成する。また、図示しないが、導電層702が露出する開口も同
時に形成することが好ましい。
Next, the insulating layer 724 is processed by a lithography method to form a first opening so that the conductive layer 701 is exposed (see FIG. 10). The first opening is the conductive layer 7 formed stepwise.
01 for each. Although not shown, it is preferable to form an opening through which the conductive layer 702 is exposed at the same time.

次に、上記第1の開口に埋め込むように接続層707を形成する。接続層707は、C
VD法やALD法を用いて形成することができる。特に、熱CVD法やALD法を用いる
ことで、アスペクト比の大きい溝や開口部に対しても、厚さの均一な膜を形成することが
できるため、好ましい。または、CVDとALD法とを組み合わせて接続層707を形成
してもよい。また、接続層707は、複数の層からなる積層構造を有していてもよい。接
続層707は、絶縁層724上、および第1の開口内部に接続層707となる導電膜を形
成し、CMPなどを用いて不要な導電膜を除去することで、形成することができる。
Next, a connection layer 707 is formed so as to fill the first opening. The connection layer 707 is C
It can be formed using a VD method or an ALD method. In particular, the thermal CVD method or the ALD method is preferable because a film having a uniform thickness can be formed even in a trench or an opening having a large aspect ratio. Alternatively, the connection layer 707 may be formed by combining CVD and ALD methods. Moreover, the connection layer 707 may have a laminated structure including a plurality of layers. The connection layer 707 can be formed by forming a conductive film to be the connection layer 707 over the insulating layer 724 and inside the first opening, and removing unnecessary conductive films by CMP or the like.

次に、絶縁層724、導電層702、導電層701、絶縁層722、および絶縁膜72
1を、リソグラフィー法を用いて加工し、導電層706が露出するように第2の開口を形
成する(図11参照)。
Next, an insulating layer 724, a conductive layer 702, a conductive layer 701, an insulating layer 722, and an insulating film 72 are formed.
1 is processed by lithography to form a second opening to expose the conductive layer 706 (see FIG. 11).

次に、絶縁層724、および接続層707上、および第2の開口内部に、絶縁層703
となる絶縁膜703Aを形成する(図12参照)。なお、図示しないが、絶縁膜703A
は、絶縁層703aとなる絶縁膜と、絶縁層703bとなる絶縁膜と、絶縁層703cと
なる絶縁膜を順次積層して形成すればよい。絶縁膜703Aは、CVD法やALD法を用
いて形成することができる。特に、ALD法を用いることで、アスペクト比の大きい溝や
開口部に対しても、厚さの均一な膜を形成することができるため、好ましい。または、A
LD法と、CVD法を組み合わせて絶縁膜703Aを形成してもよい。絶縁層703aと
なる絶縁膜、絶縁層703bとなる絶縁膜、および絶縁層703cとなる絶縁膜は、同じ
成膜装置で形成されてもよいし、異なる成膜装置で形成されてもよい。なお、絶縁層70
3cが、絶縁層703aより薄くなるように、絶縁層703cとなる絶縁膜は、絶縁層7
03aとなる絶縁膜よりも薄く形成することが好ましい。
Next, the insulating layer 703 is formed on the insulating layer 724 and the connection layer 707 and inside the second opening.
An insulating film 703A is formed (see FIG. 12). Although not shown, the insulating film 703A
can be formed by sequentially stacking an insulating film to be the insulating layer 703a, an insulating film to be the insulating layer 703b, and an insulating film to be the insulating layer 703c. The insulating film 703A can be formed using the CVD method or the ALD method. In particular, the use of the ALD method is preferable because a film having a uniform thickness can be formed even in trenches and openings with a large aspect ratio. or A
The insulating film 703A may be formed by combining the LD method and the CVD method. An insulating film to be the insulating layer 703a, an insulating film to be the insulating layer 703b, and an insulating film to be the insulating layer 703c may be formed by the same film forming apparatus or by different film forming apparatuses. Note that the insulating layer 70
The insulating film to be the insulating layer 703c is thinner than the insulating layer 703c so that the insulating layer 703c is thinner than the insulating layer 703a.
It is preferable to form it thinner than the insulating film which becomes 03a.

次に、第2の開口底部に形成された絶縁膜703Aを除去し、絶縁層703を得る(図
13参照)。絶縁膜703Aの除去には、異方性エッチングを用いることが好ましい。こ
のとき、絶縁層724、および接続層707上の絶縁膜703Aも除去されるため、絶縁
層703は、第2の開口の側壁のみに設けられる。第2の開口底部の絶縁膜703Aを除
去することで、再び導電層706が露出する。
Next, the insulating film 703A formed on the bottom of the second opening is removed to obtain the insulating layer 703 (see FIG. 13). Anisotropic etching is preferably used to remove the insulating film 703A. At this time, the insulating layer 724 and the insulating film 703A on the connection layer 707 are also removed, so that the insulating layer 703 is provided only on the side walls of the second opening. By removing the insulating film 703A at the bottom of the second opening, the conductive layer 706 is exposed again.

ここで、図13(D)に示すように、第2の開口上部に位置する絶縁層703のうち、
絶縁層703b、および絶縁層703cを除去することが好ましい。図13(D)は、図
13(B)における一点鎖線で囲まれた部分の拡大図である。まず第2の開口内部に後工
程にて容易に除去可能な犠牲層727を埋め込むように形成し、第2の開口内部の所望の
深さまで、エッチングなどにより除去する。該エッチングにより、露出した絶縁層703
c、および絶縁層703bを順次除去することで、導電層702の水平方向(x-y方向
)に位置する絶縁層703を、絶縁層703aのみとすることができる。この場合、選択
トランジスタSST、SDTのゲート絶縁膜は、絶縁層703aにより構成される。絶縁
層703c、および絶縁層703bの除去後、犠牲層727を除去する。
Here, as shown in FIG. 13D, of the insulating layer 703 located above the second opening,
It is preferable to remove the insulating layer 703b and the insulating layer 703c. FIG. 13(D) is an enlarged view of a portion surrounded by a dashed line in FIG. 13(B). First, a sacrificial layer 727 that can be easily removed in a post-process is formed so as to be embedded in the inside of the second opening, and is removed by etching or the like to a desired depth inside the second opening. The insulating layer 703 exposed by the etching
By sequentially removing the insulating layer 703c and the insulating layer 703b, the insulating layer 703 located in the horizontal direction (xy direction) of the conductive layer 702 can be only the insulating layer 703a. In this case, the gate insulating films of the select transistors SST and SDT are composed of the insulating layer 703a. After removing the insulating layer 703c and the insulating layer 703b, the sacrificial layer 727 is removed.

次に、第2の開口内部、及び絶縁層724上に、酸化物膜704Aを形成する(図14
参照)。酸化物膜704Aは、後に酸化物層704及び酸化物層751となる膜である。
ここで、酸化物膜704Aを積層膜とする場合には、2層または3層の酸化物膜を順次形
成すればよい。このとき、トランジスタ750に適用される酸化物層751もまた、同様
の積層構造とすることができる。
Next, an oxide film 704A is formed inside the second opening and on the insulating layer 724 (see FIG. 14).
reference). The oxide film 704A is a film that becomes the oxide layer 704 and the oxide layer 751 later.
Here, when the oxide film 704A is a laminated film, two or three layers of oxide films may be sequentially formed. At this time, an oxide layer 751 applied to the transistor 750 can also have a similar stacked structure.

酸化物膜704Aは、CVD法、ALD法、またはスパッタリング法を用いて形成する
ことができる。特に、ALD法を用いることで、アスペクト比の大きい溝や開口部に対し
ても、厚さの均一な膜を形成することができるため、好ましい。または、ALD法、スパ
ッタリング法、またはCVD法のうち2以上を組み合わせて酸化物膜704Aを形成して
もよい。酸化物膜704Aを積層膜とする場合には、酸化物層704aとなる酸化物膜と
酸化物層704bとなる酸化物膜、または酸化物層704aとなる酸化物膜、酸化物層7
04bとなる酸化物膜、および酸化物層704cとなる酸化物膜を順次成膜する。ここで
、異なる酸化物膜は同じ成膜装置で形成されてもよいし、異なる成膜装置で形成されても
よい。
The oxide film 704A can be formed using a CVD method, an ALD method, or a sputtering method. In particular, the use of the ALD method is preferable because a film having a uniform thickness can be formed even in trenches and openings with a large aspect ratio. Alternatively, the oxide film 704A may be formed by combining two or more of the ALD method, the sputtering method, and the CVD method. When the oxide film 704A is a stacked film, the oxide film to be the oxide layer 704a and the oxide film to be the oxide layer 704b, or the oxide film to be the oxide layer 704a and the oxide layer 704b are used.
An oxide film to be 04b and an oxide film to be the oxide layer 704c are sequentially formed. Here, different oxide films may be formed by the same film forming apparatus, or may be formed by different film forming apparatuses.

また、酸化物膜704Aの内側に、絶縁層711を形成してもよい。絶縁層711は、
CVD法、またはALD法等で形成することができる。絶縁層711は、メモリトランジ
スタや、該メモリトランジスタを有する半導体装置に必要な特性に合わせて、酸化物層7
04に酸素を供給する材料や、水素を供給する材料を用いることができる。
Further, an insulating layer 711 may be formed inside the oxide film 704A. The insulating layer 711 is
It can be formed by a CVD method, an ALD method, or the like. The insulating layer 711 is the oxide layer 7 in accordance with the characteristics required for the memory transistor and the semiconductor device having the memory transistor.
A material that supplies oxygen to 04 or a material that supplies hydrogen can be used.

ここで、酸化物膜704Aは、導電層706と接するように形成する。酸化物膜704
Aと、導電層706が接することで、導電層706と酸化物膜704Aの界面には、導電
層706が有する金属元素と、酸化物膜704Aの成分とを含む金属化合物層が形成され
る場合がある。該金属化合物が形成されることで、導電層706と、後の酸化物層704
とのコンタクト抵抗が低減するため好ましい。また、酸化物膜704Aの底部近傍に含ま
れる酸素を、導電層706が吸収する場合がある。このとき、酸化物膜704Aの、導電
層706との界面近傍の抵抗が低減し、導電層706と、後の酸化物層704とのコンタ
クト抵抗が低減するため好ましい。酸化物膜704Aと、導電層706が接する状態で、
熱処理を行うことで、酸化物膜704Aの一部はより低抵抗化し、導電層706と、後の
酸化物層704とのコンタクト抵抗がより低減する。熱処理は、窒素を含む雰囲気で、2
00℃以上500℃以下、このましくは、300℃以上400℃以下で行うことが好まし
い。
Here, the oxide film 704 A is formed so as to be in contact with the conductive layer 706 . Oxide film 704
When A is in contact with the conductive layer 706, a metal compound layer containing the metal element of the conductive layer 706 and the component of the oxide film 704A is formed at the interface between the conductive layer 706 and the oxide film 704A. There is The formation of the metal compound causes the conductive layer 706 and subsequent oxide layer 704 to
It is preferable because the contact resistance with is reduced. Further, the conductive layer 706 may absorb oxygen contained near the bottom of the oxide film 704A. At this time, the resistance of the oxide film 704A near the interface with the conductive layer 706 is reduced, and the contact resistance between the conductive layer 706 and the subsequent oxide layer 704 is reduced, which is preferable. With the oxide film 704A and the conductive layer 706 in contact,
By performing the heat treatment, the resistance of part of the oxide film 704A is reduced, and the contact resistance between the conductive layer 706 and the oxide layer 704 later is reduced. The heat treatment is performed in an atmosphere containing nitrogen.
It is preferable to carry out at 00° C. or higher and 500° C. or lower, preferably 300° C. or higher and 400° C. or lower.

続いて、酸化物膜704A上に、マスク731を形成し、当該マスク731を用いて酸
化物膜704Aの不要な部分をエッチングする(図15参照)。これにより、柱状の酸化
物層704と、薄膜状の酸化物層751とを同時に形成することができる。その後、マス
ク731を除去する。
Subsequently, a mask 731 is formed over the oxide film 704A, and unnecessary portions of the oxide film 704A are etched using the mask 731 (see FIG. 15). Thus, the columnar oxide layer 704 and the thin oxide layer 751 can be formed at the same time. After that, the mask 731 is removed.

ここで、絶縁層711を形成した場合には、マスク731を除去した後、エッチングに
より酸化物層751及び酸化物層704上の絶縁層711を除去することが好ましい。
Here, when the insulating layer 711 is formed, it is preferable to remove the insulating layer 711 over the oxide layer 751 and the oxide layer 704 by etching after removing the mask 731 .

続いて、導電膜を成膜し、リソグラフィー法を用いて加工することにより、導電層70
5、導電層708、導電層753a、及び導電層753bを形成する(図16参照)。
Subsequently, a conductive film is formed and processed using a lithography method to form a conductive layer 70.
5. A conductive layer 708, a conductive layer 753a, and a conductive layer 753b are formed (see FIG. 16).

なお図示しないが、導電膜のエッチングの条件によっては、酸化物層751の上部が薄
膜化する場合がある。また、導電膜のエッチングの条件によっては、絶縁層724の導電
層705、導電層708、導電層753a、及び導電層753bに覆われない部分が薄膜
化する場合がある。
Although not shown, the upper portion of the oxide layer 751 may be thinned depending on the etching conditions of the conductive film. Depending on the etching conditions of the conductive film, a portion of the insulating layer 724 which is not covered with the conductive layers 705, 708, 753a, and 753b may be thin.

続いて、絶縁層754となる絶縁膜と、導電層752となる導電膜とを順次成膜し、リ
ソグラフィー法を用いて加工することにより、絶縁層754と、導電層752を形成する
(図17参照)。以上の工程により、トランジスタ750を形成することができる。
Subsequently, an insulating film to be the insulating layer 754 and a conductive film to be the conductive layer 752 are sequentially formed and processed by a lithography method to form the insulating layer 754 and the conductive layer 752 (FIG. 17). reference). Through the above steps, the transistor 750 can be formed.

なお、絶縁層754となる絶縁膜をエッチングせずに、導電層752となる導電膜のみ
をエッチングしてもよい。このとき、絶縁層754は導電層705や導電層708等を覆
うように設けられる。
Note that only the conductive film to be the conductive layer 752 may be etched without etching the insulating film to be the insulating layer 754 . At this time, the insulating layer 754 is provided so as to cover the conductive layers 705, 708, and the like.

なお、図4(B)に示すトランジスタを形成する場合には、まず酸化物膜704Aと、
導電層753a等となる導電膜とを積層した積層膜を形成し、酸化物層751となる領域
等を残すように当該積層膜を加工する。その後、酸化物層751上のチャネル形成領域と
重なる導電膜の一部をエッチングにより除去することで、形成することができる。これに
より、より微細なトランジスタ750を作製することができる。
Note that in the case of forming the transistor illustrated in FIG. 4B, first, the oxide film 704A and
A stacked film is formed by stacking a conductive film to be the conductive layer 753a and the like, and the stacked film is processed so that a region to be the oxide layer 751 and the like are left. After that, part of the conductive film overlapping with the channel formation region over the oxide layer 751 is removed by etching, so that the channel formation region can be formed. Thus, a finer transistor 750 can be manufactured.

以降の工程では、回路構成に応じて図4(A)で例示した絶縁層761、接続層762
、接続層763、接続層764a、接続層764b、導電層765、導電層766a、及
び導電層766b等を形成すればよい。またこれよりも上部に、さらに絶縁層と、接続層
と、配線として機能する導電層と、を積層して形成してもよい。
In subsequent steps, the insulating layer 761 and the connection layer 762 illustrated in FIG. 4A are formed according to the circuit configuration.
, a connection layer 763, a connection layer 764a, a connection layer 764b, a conductive layer 765, a conductive layer 766a, a conductive layer 766b, and the like are formed. Moreover, an insulating layer, a connection layer, and a conductive layer functioning as a wiring may be further stacked above this.

以上のようにメモリセルアレイを作製することにより、各層ごとにメモリトランジスタ
を作製するためのパターン形成を行うことなく、複数の層のメモリトランジスタを一括で
作製することができる。さらに、上記の方法でメモリセルアレイを作製する場合、メモリ
トランジスタの層数を増やしても、メモリトランジスタのパターン形成およびエッチング
処理の工程数が増えない。このように、メモリセルアレイ作製の工程を短縮することがで
きるので、生産性の高い半導体装置を提供することができる。
By fabricating the memory cell array as described above, memory transistors of a plurality of layers can be fabricated collectively without performing pattern formation for fabricating memory transistors for each layer. Furthermore, when fabricating a memory cell array by the above method, even if the number of layers of memory transistors is increased, the number of steps for patterning and etching the memory transistors does not increase. As described above, the number of steps for manufacturing a memory cell array can be shortened, so that a semiconductor device with high productivity can be provided.

さらに、メモリセルアレイの半導体層として機能する酸化物層と、トランジスタの半導
体層として機能する酸化物層とを同時に形成することで、工程の増加を最小限に抑えつつ
、メモリセルアレイの近傍にトランジスタを形成することができる。さらに、メモリセル
アレイに接続する配線と、トランジスタのソース電極及びドレイン電極とを同時に形成す
ることで、さらに工程を簡略化できる。
Further, by simultaneously forming an oxide layer functioning as a semiconductor layer of a memory cell array and an oxide layer functioning as a semiconductor layer of a transistor, transistors can be placed near the memory cell array while minimizing an increase in the number of steps. can be formed. Further, the process can be further simplified by simultaneously forming the wirings connected to the memory cell array and the source and drain electrodes of the transistors.

以上が半導体装置の作製方法についての説明である。 The above is the description of the method for manufacturing the semiconductor device.

[記憶装置の構成例]
図18(A)に、3次元構造のNAND型不揮発性記憶装置(3D NAND)の構成
例を示す。図18(A)に示す記憶装置100は、制御回路105、メモリセルアレイ1
10、及び周辺回路を有する。
[Configuration example of storage device]
FIG. 18A shows a configuration example of a NAND-type nonvolatile memory device (3D NAND) with a three-dimensional structure. The memory device 100 shown in FIG. 18A includes a control circuit 105, a memory cell array 1
10, and peripheral circuits.

制御回路105は、記憶装置100全体を統括的に制御し、データの書き込み、データ
の読み出しを行う機能を有する。制御回路105は、外部からのコマンド信号を処理して
、周辺回路の制御信号を生成する。図18(A)には、周辺回路として、行デコーダ12
1、行ドライバ122、センスアンプ123、ソース線ドライバ124、入出力回路12
5、バッファ126等が設けられている。
The control circuit 105 has a function of controlling the entire storage device 100 and performing data writing and data reading. The control circuit 105 processes command signals from the outside and generates control signals for peripheral circuits. FIG. 18A shows a row decoder 12 as a peripheral circuit.
1, row driver 122, sense amplifier 123, source line driver 124, input/output circuit 12
5, a buffer 126 and the like are provided.

メモリセルアレイ110は、複数のメモリストリング112を有する。図18(B)に
メモリストリング112の回路構成例を示す。メモリストリング112において、ビット
線BLとソース線SL間に、選択トランジスタSST、メモリトランジスタMT1乃至M
T2k(kは1以上の整数)、選択トランジスタSDTが電気的に直列接続されている。
The memory cell array 110 has multiple memory strings 112 . FIG. 18B shows a circuit configuration example of the memory string 112 . In the memory string 112, a selection transistor SST and memory transistors MT1 to M are provided between the bit line BL and the source line SL.
T2k (k is an integer equal to or greater than 1) and selection transistor SDT are electrically connected in series.

なお、メモリトランジスタMT1乃至MT2kを区別しない場合、メモリトランジスタ
MTと呼ぶ。その他の要素についても同様である。
Note that the memory transistors MT1 to MT2k are referred to as memory transistors MT when they are not distinguished from each other. The same applies to other elements.

選択トランジスタSST、SDT、メモリトランジスタMT1乃至MT2kは、それぞ
れ、前述した通り、チャネルが金属酸化物で形成されているトランジスタである。メモリ
トランジスタMTは電荷蓄積層を備えており、不揮発性メモリセルを構成する。
The selection transistors SST and SDT and the memory transistors MT1 to MT2k are, as described above, transistors whose channels are formed of metal oxide. The memory transistor MT has a charge storage layer and constitutes a nonvolatile memory cell.

選択トランジスタSST、SDTのゲートは、それぞれ、選択ゲート線SGL、DGL
に電気的に接続されている。メモリトランジスタMT1乃至MT2kのゲートは、それぞ
れ、ワード線WL1乃至WL2kに電気的に接続されている。ビット線BLは列方向に延
在し、選択ゲート線SGL、DGL、ワード線WLは行方向に延在する。
Gates of the select transistors SST and SDT are connected to select gate lines SGL and DGL, respectively.
is electrically connected to Gates of the memory transistors MT1 to MT2k are electrically connected to word lines WL1 to WL2k, respectively. Bit lines BL extend in the column direction, and select gate lines SGL, DGL and word lines WL extend in the row direction.

入出力回路125は、メモリセルアレイ110への書き込みデータを一時的に保持こと
、メモリセルアレイ110から読み出されたデータを一時的に保持すること等を行う。
The input/output circuit 125 temporarily holds data written to the memory cell array 110, temporarily holds data read from the memory cell array 110, and the like.

ソース線ドライバ124は、ソース線SLを駆動する。 The source line driver 124 drives the source line SL.

ビット線BLはセンスアンプ123に電気的に接続される。センスアンプ123は、デ
ータの読み出し時において、メモリストリング112からビット線BLに読みだされた電
圧を検知し、増幅する。また、データの書き込み時において、書き込みデータに応じた電
圧をビット線BLに入力する。
Bit line BL is electrically connected to sense amplifier 123 . The sense amplifier 123 detects and amplifies the voltage read from the memory string 112 to the bit line BL when reading data. Also, when writing data, a voltage corresponding to write data is input to the bit line BL.

行デコーダ121は、外部から入力されるアドレスデータをデコードし、アクセスされ
る行を選択する。行ドライバ122は、行デコーダ121のデコード結果に応じて、デー
タの書込み、読出し、および消去に必要な電圧を、選択信号線DGL、SGL、ワード線
WLに入力する。
Row decoder 121 decodes externally input address data and selects a row to be accessed. The row driver 122 inputs voltages necessary for writing, reading, and erasing data to select signal lines DGL, SGL, and word lines WL according to the decoding result of the row decoder 121 .

バッファ126は、行デコーダ121とワード線WLとの間に位置し、ワード線WLに
与える電圧を安定化させる機能を有する。また、スイッチング素子を有し、セレクタとし
ての機能を有していてもよい。
Buffer 126 is located between row decoder 121 and word line WL and has a function of stabilizing the voltage applied to word line WL. Moreover, it may have a switching element and have a function as a selector.

図18(C)に、バッファ126に用いることのできるインバータ回路126aを示す
。インバータ回路126aは、トランジスタM1とトランジスタM2が直列に接続された
構成を有する。またトランジスタM1のゲートは入力信号が入力される入力端子INが接
続され、トランジスタM2のゲートは上記入力信号を反転した信号が入力される入力信号
INBが接続される。インバータ回路126aの出力端子OUTには、例えばワード線W
Lが接続される。
An inverter circuit 126a that can be used for the buffer 126 is shown in FIG. The inverter circuit 126a has a configuration in which a transistor M1 and a transistor M2 are connected in series. An input terminal IN to which an input signal is input is connected to the gate of the transistor M1, and an input signal INB to which a signal obtained by inverting the above input signal is input is connected to the gate of the transistor M2. For example, the word line W
L is connected.

図18(D)に、バッファ126に用いることのできるスイッチ回路126bを示す。
スイッチ回路126bは、トランジスタM3を有する。トランジスタM3のゲートは入力
端子SWが接続され、ソースまたはドレインの一方は入力端子INが接続され、他方は出
力端子OUTが接続される。入力端子SWに入力される選択信号により、入力端子INと
出力端子OUTの導通または非導通が制御される。
A switch circuit 126b that can be used for the buffer 126 is shown in FIG.
The switch circuit 126b has a transistor M3. The gate of the transistor M3 is connected to the input terminal SW, one of its source and drain is connected to the input terminal IN, and the other is connected to the output terminal OUT. A selection signal input to the input terminal SW controls conduction or non-conduction between the input terminal IN and the output terminal OUT.

上記で例示した、高耐圧のトランジスタ750は、例えばバッファ126、行ドライバ
122、センスアンプ123、ソース線ドライバ124等が有するトランジスタに適用す
ることができる。またバッファ126にトランジスタ750を適用する場合、例えばイン
バータ回路126aのトランジスタM1及びトランジスタM2の少なくとも一方や、スイ
ッチ回路126bのトランジスタM3に適用することができる。
The high withstand voltage transistor 750 illustrated above can be applied to transistors included in the buffer 126, the row driver 122, the sense amplifier 123, the source line driver 124, and the like, for example. When the transistor 750 is applied to the buffer 126, it can be applied to at least one of the transistor M1 and the transistor M2 of the inverter circuit 126a or the transistor M3 of the switch circuit 126b, for example.

図19乃至図21に、メモリセルアレイ110の三次元積層構造例を示す。図19は、
メモリセルアレイ110の三次元構造例を回路図で模式的に示した図である。図20は、
メモリセルアレイ110の三次元構造例を示す斜視図である。図21は、ワード線WLと
導電層701の接続部の三次元構造例を示す斜視図である。
19 to 21 show examples of a three-dimensional stacked structure of the memory cell array 110. FIG. Figure 19 shows
FIG. 3 is a diagram schematically showing an example of a three-dimensional structure of the memory cell array 110 as a circuit diagram; FIG. 20 shows
3 is a perspective view showing an example of a three-dimensional structure of the memory cell array 110; FIG. FIG. 21 is a perspective view showing an example of the three-dimensional structure of the connecting portion between the word line WL and the conductive layer 701. FIG.

図19に示すように、メモリセルアレイ110は、センスアンプ123が形成されてい
る領域に積層して設けられている。これにより、記憶装置100のレイアウト面積を縮小
することができる。各ワード線WLは、高耐圧のトランジスタを有するバッファ126と
電気的に接続され、バッファ126はその下部に設けられた行ドライバ122に電気的に
接続されている。なお、図19では行ドライバ122をバッファ126の下部に設けた例
を示したが、行ドライバ122の一部または全部を高耐圧のトランジスタで構成し、バッ
ファ126と並べて配置してもよい。
As shown in FIG. 19, the memory cell array 110 is stacked in a region where the sense amplifiers 123 are formed. Thereby, the layout area of the memory device 100 can be reduced. Each word line WL is electrically connected to a buffer 126 having a high withstand voltage transistor, and the buffer 126 is electrically connected to a row driver 122 provided therebelow. Although FIG. 19 shows an example in which the row driver 122 is provided below the buffer 126 , part or all of the row driver 122 may be configured with high-voltage transistors and arranged side by side with the buffer 126 .

また図20及び図21に示すように、同じ段の導電層701でも、ビット線BL側の導
電層701aはワード線WLaに接続され、ソース線SL側の導電層701bはワード線
WLbに接続される。なお、図19乃至図21には、1のメモリストリング112あたり
、8個のメモリトランジスタMT1乃至MT8を設けた例を示している。
20 and 21, among the conductive layers 701 on the same level, the conductive layer 701a on the bit line BL side is connected to the word line WLa, and the conductive layer 701b on the source line SL side is connected to the word line WLb. be. 19 to 21 show an example in which eight memory transistors MT1 to MT8 are provided for one memory string 112. FIG.

ここで、上記ではメモリセルアレイ110として、電荷蓄積層を備えるメモリトランジ
スタが適用されたメモリストリング112を有する例を示した。このようなメモリトラン
ジスタとしては、例えば、MONOS構造を有するトランジスタ、SONOS構造を有す
るトランジスタ、または、浮遊ゲート(Floating Gate)構造を有するトラ
ンジスタなどがある。
Here, an example in which the memory cell array 110 has the memory string 112 to which the memory transistor having the charge storage layer is applied has been described above. Examples of such memory transistors include transistors having a MONOS structure, transistors having a SONOS structure, and transistors having a floating gate structure.

なお、メモリセルアレイ110に適用できるメモリセルはこれに限られない。図22(
A)、(B)に、異なる構成を有するメモリセルの回路図の例を示す。
Note that memory cells that can be applied to the memory cell array 110 are not limited to this. Figure 22 (
A) and (B) show examples of circuit diagrams of memory cells having different configurations.

図22(A)には、2つのメモリセル131を示している。メモリセル131は、トラ
ンジスタMと、容量素子Cを有する。またメモリセル131には、ワード線WL1または
ワード線WL2と、ビット線BLと、所定の電位が与えられる配線PLとが接続されてい
る。
Two memory cells 131 are shown in FIG. The memory cell 131 has a transistor M and a capacitor C. A word line WL1 or a word line WL2, a bit line BL, and a wiring PL to which a predetermined potential is applied are connected to the memory cell 131 .

トランジスタMは、ゲートがワード線WL1またはワード線WL2と接続し、ソースま
たはドレインの一方がビット線BLと接続し、ソースまたはドレインの他方が容量素子C
の一方の電極と接続する。容量素子Cは、他方の電極が配線PLと接続する。
The transistor M has a gate connected to the word line WL1 or the word line WL2, one of the source and the drain connected to the bit line BL, and the other of the source and the drain connected to the capacitive element C.
to one electrode of the The other electrode of the capacitive element C is connected to the wiring PL.

メモリセル131は、容量素子Cに電荷を蓄積することで、データを保持することがで
きる。
By accumulating charge in the capacitor C, the memory cell 131 can hold data.

トランジスタMに、酸化物半導体が適用され、極めてオフ電流の小さいトランジスタを
適用することで、シリコンが適用されたトランジスタを用いた場合に比べて、データ保持
期間を極めて長いものとすることができる。そのため、リフレッシュ動作の頻度を低減で
きるため、極めて消費電力の低いメモリセルを実現できる。
When a transistor including an oxide semiconductor and having extremely low off-state current is used as the transistor M, the data retention period can be significantly longer than in the case of using a transistor including silicon. Therefore, the frequency of refresh operations can be reduced, so that a memory cell with extremely low power consumption can be realized.

図22(B)には、2つのメモリセル132を示している。メモリセル132は、トラ
ンジスタM1、トランジスタM2、及び容量素子Cを有する。またメモリセル132には
、ワード線WL1またはワード線WL2と、ビット線BLと、選択信号線として機能する
配線SL1または配線SL2と、読み出し信号線として機能する配線RL1または配線R
L2と、所定の信号が与えられる配線PLが接続されている。
Two memory cells 132 are shown in FIG. The memory cell 132 includes a transistor M1, a transistor M2, and a capacitor C. The memory cell 132 includes a word line WL1 or a word line WL2, a bit line BL, a wiring SL1 or a wiring SL2 functioning as a selection signal line, and a wiring RL1 or a wiring R functioning as a read signal line.
A wiring PL to which a predetermined signal is applied is connected to L2.

トランジスタM1は、ゲートがワード線WL1またはワード線WL2と接続し、ソース
またはドレインの一方がビット線BLと接続し、ソースまたはドレインの他方が容量素子
Cの一方の電極、及びトランジスタM2のゲートと接続する。トランジスタM2は、ソー
スまたはドレインの一方が配線SL1または配線SL2と接続し、ソースまたはドレイン
の他方が配線RL1または配線RL2と接続する。容量素子Cは、他方の電極が配線PL
と接続する。
The transistor M1 has a gate connected to the word line WL1 or the word line WL2, one of the source and the drain connected to the bit line BL, and the other of the source and the drain connected to one electrode of the capacitor C and the gate of the transistor M2. Connecting. One of the source and the drain of the transistor M2 is connected to the wiring SL1 or the wiring SL2, and the other of the source and the drain is connected to the wiring RL1 or the wiring RL2. The other electrode of the capacitive element C is the wiring PL
Connect with

メモリセル132は、トランジスタM2のゲートが接続されるノードの電位を保持する
ことで、データを保持することができる。また、トランジスタM2にかかる電位に応じて
、トランジスタM2の導通状態が変化するため、配線SL1(または配線SL2)と配線
RL1(または配線RL2)との間に流れる電流を検知することで、非破壊でデータを読
み出すことができる。
The memory cell 132 can hold data by holding the potential of the node to which the gate of the transistor M2 is connected. In addition, since the conduction state of the transistor M2 changes depending on the potential applied to the transistor M2, the current flowing between the wiring SL1 (or the wiring SL2) and the wiring RL1 (or the wiring RL2) can be detected to prevent destruction. You can read the data with

トランジスタM1に、酸化物半導体が適用され、極めてオフ電流の小さいトランジスタ
を適用することで、シリコンが適用されたトランジスタを用いた場合に比べて、データ保
持期間を極めて長いものとすることができる。またトランジスタM2には、単結晶シリコ
ンを適用したトランジスタを適用することが好ましい。
When a transistor including an oxide semiconductor and having extremely low off-state current is used as the transistor M1, the data retention period can be significantly longer than in the case of using a transistor including silicon. A transistor using single crystal silicon is preferably used as the transistor M2.

[記憶装置の回路動作について]
次に、メモリストリング112へのデータの書き込みと読み出し動作について、図23
(A)乃至(C)を用いて説明する。なお、以降において、ワード線WL1乃至ワード線
WL2kを共有するメモリトランジスタMTのまとまりをページと呼ぶ。
[Regarding the circuit operation of the storage device]
Next, the data write and read operations to the memory string 112 will be described with reference to FIG.
Description will be made using (A) to (C). A group of memory transistors MT sharing the word lines WL1 to WL2k is hereinafter referred to as a page.

図23(A)乃至(C)では、一例として、メモリストリング112がメモリトランジ
スタMT1乃至MT8を有する例を示しているが、メモリトランジスタMTの数はこれに
限定されない。
Although FIGS. 23A to 23C show an example in which the memory string 112 has memory transistors MT1 to MT8, the number of memory transistors MT is not limited to this.

〔消去動作〕
メモリトランジスタMTにデータを書き込む場合は、書き込み動作の前にデータを消去
しておくことが好ましい。なお、データを消去する動作をリセット動作ともいう場合があ
る。消去動作は、メモリストリング112(ブロックともいう)ごとに行う。例えば、デ
ータを消去したいブロックを選択し、図23(A)に示すように、ワード線WL1乃至W
L8には低電位(メモリトランジスタMT1乃至MT8が非導通となる電位、例えば0V
)を印加し、ソース線SLおよびビット線BLに消去電位VEを印加し、選択トランジス
タSDTおよび選択トランジスタSSTを導通させることで行うことができる。リセット
動作により、メモリトランジスタMT1乃至MT8のそれぞれの電荷蓄積層に蓄積された
電子を引き抜くことができる。これにより、メモリトランジスタMT1乃至MT8は、デ
ータ“1”を保持している状態となる。
[Erase operation]
When writing data to the memory transistor MT, it is preferable to erase the data before the write operation. Note that the operation of erasing data may also be referred to as a reset operation. The erase operation is performed for each memory string 112 (also called block). For example, a block whose data is to be erased is selected, and word lines WL1 to W are erased as shown in FIG.
A low potential (a potential at which the memory transistors MT1 to MT8 are non-conductive, for example 0V) is applied to L8.
), the erase potential VE is applied to the source line SL and the bit line BL, and the selection transistor SDT and the selection transistor SST are turned on. The reset operation can extract electrons accumulated in the respective charge accumulation layers of the memory transistors MT1 to MT8. As a result, the memory transistors MT1 to MT8 are in a state of holding data "1".

なお、データの書き換えを行わないメモリトランジスタMTのデータは、ブロックの消
去動作の前に別のメモリ領域に格納しておくことが好ましい。
It is preferable to store the data of the memory transistors MT, which are not to be rewritten, in another memory area before the block erase operation.

〔書き込み動作〕
まず、データの書き込み動作について図23(B)を用いて説明する。
[Write operation]
First, a data write operation is described with reference to FIG.

データの書き込み動作は、上述したページごとに行うことができる。まず、書き込みを
行うページのワード線に書き込み電位(例えば15V)を印加し、書き込みを行わないペ
ージのワード線に正電位(トランジスタが導通する電位、例えば3V)を印加する。ここ
では、図23(B)に示すように、まずワード線WL1に書き込み電位を印加し、ワード
線WL2乃至WL8に正電位を印加する。そして、選択トランジスタSSTを非導通状態
とし、選択トランジスタSDTを導通状態とする。そうすることで、ビット線BLの電位
に応じたデータがメモリトランジスタMT1に書き込まれる。具体的には、ビット線BL
の電位が低い電位(例えば0V)である場合、ワード線WL1に印加された書き込み電位
との電位差が大きくなることによってメモリトランジスタMT1の電荷蓄積層に電子が注
入される。また、ビット線BLの電位が正電位である場合、ワード線WL1に印加された
書き込み電位との電位差が小さくなることによって、メモリトランジスタMT1の電荷蓄
積層には電子が注入されない。即ち、ビット線BLに低い電位が印加された場合にはメモ
リトランジスタMT1に データ“0”が書き込まれ、正電位が印加された場合にはメモ
リトランジスタMT1セルのデータは“1”のままとなる。
The data write operation can be performed for each page as described above. First, a write potential (eg, 15 V) is applied to the word line of the page to be written, and a positive potential (the potential at which the transistor becomes conductive, eg, 3 V) is applied to the word line of the page not to be written. Here, as shown in FIG. 23B, first, a write potential is applied to the word line WL1, and a positive potential is applied to the word lines WL2 to WL8. Then, the select transistor SST is rendered non-conductive, and the select transistor SDT is rendered conductive. By doing so, data corresponding to the potential of the bit line BL is written to the memory transistor MT1. Specifically, the bit line BL
is a low potential (for example, 0 V), electrons are injected into the charge storage layer of the memory transistor MT1 due to an increase in potential difference from the write potential applied to the word line WL1. Also, when the potential of the bit line BL is positive, the potential difference from the write potential applied to the word line WL1 becomes small, so electrons are not injected into the charge storage layer of the memory transistor MT1. That is, when a low potential is applied to the bit line BL, data "0" is written in the memory transistor MT1, and when a positive potential is applied, the data in the memory transistor MT1 cell remains "1". .

ここで、ビット線BLにメモリストリング112ごとに異なる電位を印加することで、
ページごとのデータの書き込みを行うことができる。
Here, by applying a different potential to each memory string 112 to the bit line BL,
Data can be written page by page.

なお、メモリトランジスタMTに多値のデータを書き込むこともできる。例えば、ビッ
ト線BLなどの電位や、電位を印加する時間によってメモリトランジスタの電荷蓄積層に
注入される電荷量を制御すればよい。
Note that multi-valued data can also be written to the memory transistor MT. For example, the amount of charge injected into the charge storage layer of the memory transistor may be controlled by the potential of the bit line BL or the like and the time for applying the potential.

〔読み出し動作〕
次に、データの読み出し動作について図23(C)を用いて説明する。
[Read operation]
Next, a data reading operation is described with reference to FIG.

データの読み出し動作も、ページごとに行うことができる。まず、読み出しを行うペー
ジのワード線に低い電位(例えば0V)を印加し、読み出しを行わないページのワード線
に正電位(トランジスタが導通する電位、例えば3V)を印加する。ここでは、図23(
C)に示すように、まずワード線WL1に低い電位を印加し、ワード線WL2乃至WL8
に正電位を印加する。そして、選択トランジスタSSTおよび選択トランジスタSSTを
導通状態とする。また、ビット線BLに読み出し電位(例えば1V)を印加し、ソース線
SLに低い電位(例えば0V)を印加する。このとき、メモリトランジスタがdata”
1”であればメモリストリング112に電流が流れ、ビット線BLの電位が降下する。メ
モリトランジスタMT1が記憶するデータが”0”であれば、メモリストリング112に
電流は流れず、ビット線BLの電位は変化しない。センスアンプ123は、ビット線BL
の電位を検知し、増幅する。以上により、メモリストリング112のデータを読み出すこ
とができる。
Data read operations can also be performed page by page. First, a low potential (for example, 0 V) is applied to the word line of the page to be read, and a positive potential (the potential at which the transistor becomes conductive, for example, 3 V) is applied to the word line of the page not to be read. Here, FIG. 23 (
As shown in C), first, a low potential is applied to word line WL1, and word lines WL2 to WL8 are applied.
apply a positive potential to Then, the select transistor SST and the select transistor SST are turned on. Also, a read potential (eg, 1 V) is applied to the bit line BL, and a low potential (eg, 0 V) is applied to the source line SL. At this time, the memory transistor
If the data is 1", a current flows through the memory string 112 and the potential of the bit line BL drops. If the data stored in the memory transistor MT1 is "0", no current flows through the memory string 112 and the bit line BL becomes The potential does not change, and the sense amplifier 123 connects the bit line BL
, and amplifies it. As described above, the data in the memory string 112 can be read.

ここで、各メモリストリング112のデータをビット線BLに読み出すことで、ページ
単位でデータを読み出すことができる。
Here, by reading the data of each memory string 112 to the bit line BL, the data can be read in page units.

以上が記憶装置の回路動作についての説明である。 The above is the description of the circuit operation of the storage device.

本実施の形態は、少なくともその一部を本明細書中に記載する他の実施の形態と適宜組
み合わせて実施することができる。
This embodiment can be implemented by appropriately combining at least part of it with other embodiments described herein.

(実施の形態2)
本実施の形態では、先の実施の形態に示す半導体装置を用いた記憶装置の応用例につい
て説明する。先の実施の形態に示す半導体装置は、例えば、各種電子機器(例えば、情報
端末、コンピュータ、スマートフォン、電子書籍端末、デジタルカメラ(ビデオカメラも
含む)、録画再生装置、ナビゲーションシステムなど)の記憶装置に適用できる。なお、
ここで、コンピュータとは、タブレット型のコンピュータや、ノート型のコンピュータや
、デスクトップ型のコンピュータの他、サーバシステムのような大型のコンピュータを含
むものである。または、先の実施の形態に示す半導体装置は、メモリカード(例えば、S
Dカード)、USBメモリ、SSD(ソリッド・ステート・ドライブ)等の各種のリムー
バブル記憶装置に適用される。図24にリムーバブル記憶装置の幾つかの構成例を模式的
に示す。例えば、先の実施の形態に示す半導体装置は、パッケージングされたメモリチッ
プに加工され、様々なストレージ装置、リムーバブルメモリに用いられる。
(Embodiment 2)
In this embodiment, an application example of a memory device using the semiconductor device described in any of the above embodiments will be described. The semiconductor devices described in the above embodiments are, for example, storage devices of various electronic devices (for example, information terminals, computers, smartphones, electronic book terminals, digital cameras (including video cameras), recording/reproducing devices, navigation systems, etc.). can be applied to note that,
Here, the computer includes a tablet computer, a notebook computer, a desktop computer, and a large computer such as a server system. Alternatively, the semiconductor device described in any of the above embodiments may be a memory card (for example, S
D card), USB memory, SSD (Solid State Drive), and various other removable storage devices. FIG. 24 schematically shows some configuration examples of the removable storage device. For example, the semiconductor devices described in the previous embodiments are processed into packaged memory chips and used for various storage devices and removable memories.

図24(A)はUSBメモリの模式図である。USBメモリ1100は、筐体1101
、キャップ1102、USBコネクタ1103および基板1104を有する。基板110
4は、筐体1101に収納されている。例えば、基板1104には、メモリチップ110
5、コントローラチップ1106が取り付けられている。基板1104のメモリチップ1
105などに先の実施の形態に示す半導体装置を組み込むことができる。
FIG. 24A is a schematic diagram of a USB memory. The USB memory 1100 has a housing 1101
, cap 1102 , USB connector 1103 and substrate 1104 . substrate 110
4 is housed in a housing 1101 . For example, substrate 1104 includes memory chip 110
5. The controller chip 1106 is installed. Memory chip 1 on substrate 1104
105 or the like can incorporate the semiconductor device described in the above embodiment.

図24(B)はSDカードの外観の模式図であり、図24(C)は、SDカードの内部
構造の模式図である。SDカード1110は、筐体1111、コネクタ1112および基
板1113を有する。基板1113は筐体1111に収納されている。例えば、基板11
13には、メモリチップ1114、コントローラチップ1115が取り付けられている。
基板1113の裏面側にもメモリチップ1114を設けることで、SDカード1110の
容量を増やすことができる。また、無線通信機能を備えた無線チップを基板1113に設
けてもよい。これによって、ホスト装置とSDカード1110間の無線通信によって、メ
モリチップ1114のデータの読み出し、書き込みが可能となる。基板1113のメモリ
チップ1114などに先の実施の形態に示す半導体装置を組み込むことができる。
FIG. 24B is a schematic diagram of the appearance of the SD card, and FIG. 24C is a schematic diagram of the internal structure of the SD card. SD card 1110 has housing 1111 , connector 1112 and substrate 1113 . A substrate 1113 is housed in a housing 1111 . For example, substrate 11
13, a memory chip 1114 and a controller chip 1115 are attached.
By providing a memory chip 1114 also on the back side of the substrate 1113, the capacity of the SD card 1110 can be increased. Alternatively, a wireless chip having a wireless communication function may be provided on the substrate 1113 . As a result, data can be read from and written to the memory chip 1114 by wireless communication between the host device and the SD card 1110 . The semiconductor device described in any of the above embodiments can be incorporated in the memory chip 1114 of the substrate 1113 or the like.

図24(D)はSSDの外観の模式図であり、図24(E)は、SSDの内部構造の模
式図である。SSD1150は、筐体1151、コネクタ1152および基板1153を
有する。基板1153は筐体1151に収納されている。例えば、基板1153には、メ
モリチップ1154、メモリチップ1155、コントローラチップ1156が取り付けら
れている。メモリチップ1155はコントローラチップ1156のワークメモリであり、
例えばDRAMチップを用いればよい。基板1153の裏面側にもメモリチップ1154
を設けることで、SSD1150の容量を増やすことができる。基板1153のメモリチ
ップ1154などに先の実施の形態に示す半導体装置を組み込むことができる。
FIG. 24D is a schematic diagram of the appearance of the SSD, and FIG. 24E is a schematic diagram of the internal structure of the SSD. SSD 1150 has housing 1151 , connector 1152 and substrate 1153 . A substrate 1153 is housed in a housing 1151 . For example, substrate 1153 has memory chip 1154 , memory chip 1155 and controller chip 1156 attached thereto. A memory chip 1155 is a work memory for the controller chip 1156,
For example, a DRAM chip may be used. A memory chip 1154 is also provided on the back side of the substrate 1153 .
By providing the , the capacity of the SSD 1150 can be increased. The semiconductor device described in any of the above embodiments can be incorporated in the memory chip 1154 of the substrate 1153 or the like.

本実施の形態は、少なくともその一部を本明細書中に記載する他の実施の形態と適宜組
み合わせて実施することができる。
This embodiment can be implemented by appropriately combining at least part of it with other embodiments described herein.

(実施の形態3)
本実施の形態では、図25を用いて、上記実施の形態に示す半導体装置を適用した、A
Iシステムについて説明を行う。
(Embodiment 3)
In this embodiment, FIG. 25 is used to describe an A
The I system will be explained.

図25はAIシステム4041の構成例を示すブロック図である。AIシステム404
1は、演算部4010と、制御部4020と、入出力部4030を有する。
FIG. 25 is a block diagram showing a configuration example of the AI system 4041. As shown in FIG. AI system 404
1 has a calculation unit 4010 , a control unit 4020 and an input/output unit 4030 .

演算部4010は、アナログ演算回路4011と、DOSRAM4012と、NOSR
AM4013と、FPGA4014と、3D-NAND4015を有する。
The arithmetic unit 4010 includes an analog arithmetic circuit 4011, a DOSRAM 4012, a NOSR
It has AM4013, FPGA4014 and 3D-NAND4015.

ここで、DOSRAM(登録商標)とは、「Dynamic Oxide Semic
onductor RAM」の略称であり、1T(トランジスタ)1C(容量)型のメモ
リセルを有するRAMを指す。
Here, DOSRAM (registered trademark) means "Dynamic Oxide Semi
It is an abbreviation for "conductor RAM" and refers to a RAM having 1T (transistor) 1C (capacitor) type memory cells.

また、NOSRAM(登録商標)とは「Nonvolatile Oxide Sem
iconductor RAM」の略称であり、ゲインセル型(2T型、3T型)のメモ
リセルを有するRAMを指す。DOSRAM、NOSRAMは、酸化物を半導体に用いた
トランジスタ(以下、OSトランジスタと呼ぶ。)のオフ電流が低いことを利用したメモ
リである。なお、以下において、NOSRAMのようにOSトランジスタを用いたメモリ
装置を、OSメモリと呼ぶ場合がある。
NOSRAM (registered trademark) is a nonvolatile oxide sem
It is an abbreviation for “iconductor RAM” and refers to a RAM having gain cell type (2T type, 3T type) memory cells. DOSRAMs and NOSRAMs are memories that take advantage of low off-state current of a transistor using an oxide as a semiconductor (hereinafter referred to as an OS transistor). Note that, hereinafter, a memory device using an OS transistor, such as a NOSRAM, may be referred to as an OS memory.

制御部4020は、CPU(Central Processing Unit)40
21と、GPU(Graphics Processing Unit)4022と、P
LL(Phase Locked Loop)4023と、SRAM(Static R
andom Access Memory)4024と、PROM(Programma
ble Read Only Memory)4025と、メモリコントローラ4026
と、電源回路4027と、PMU(Power Management Unit)40
28と、を有する。
The control unit 4020 is a CPU (Central Processing Unit) 40
21, GPU (Graphics Processing Unit) 4022, P
LL (Phase Locked Loop) 4023 and SRAM (Static R
Android Access Memory) 4024 and PROM (Programma
ble Read Only Memory) 4025 and a memory controller 4026
, a power supply circuit 4027 , and a PMU (Power Management Unit) 40
28 and .

入出力部4030は、外部記憶制御回路4031と、音声コーデック4032と、映像
コーデック4033と、汎用入出力モジュール4034と、通信モジュール4035と、
を有する。
The input/output unit 4030 includes an external storage control circuit 4031, an audio codec 4032, a video codec 4033, a general-purpose input/output module 4034, a communication module 4035,
have

演算部4010は、ニューラルネットワークによる学習または推論を実行することがで
きる。
The computing unit 4010 can perform learning or inference by a neural network.

アナログ演算回路4011はA/D(アナログ/デジタル)変換回路、D/A(デジタ
ル/アナログ)変換回路、および積和演算回路を有する。
The analog arithmetic circuit 4011 has an A/D (analog/digital) conversion circuit, a D/A (digital/analog) conversion circuit, and a sum-of-products arithmetic circuit.

アナログ演算回路4011はOSトランジスタを用いて形成することが好ましい。OS
トランジスタを用いたアナログ演算回路4011は、アナログメモリを有し、学習または
推論に必要な積和演算を、低消費電力で実行することが可能になる。
The analog arithmetic circuit 4011 is preferably formed using an OS transistor. OS
The analog arithmetic circuit 4011 using transistors has an analog memory and can perform sum-of-products calculation required for learning or inference with low power consumption.

DOSRAM4012は、OSトランジスタを用いて形成されたDRAMであり、DO
SRAM4012は、CPU4021から送られてくるデジタルデータを一時的に格納す
るメモリである。DOSRAM4012は、OSトランジスタを含むメモリセルと、Si
トランジスタを含む読み出し回路部を有する。上記メモリセルと読み出し回路部は、積層
された異なる層に設けることができるため、DOSRAM4012は、全体の回路面積を
小さくすることができる。
A DOSRAM 4012 is a DRAM formed using an OS transistor, and a DO
The SRAM 4012 is a memory that temporarily stores digital data sent from the CPU 4021 . The DOSRAM 4012 includes memory cells including OS transistors and Si
It has a read circuit section including a transistor. Since the memory cells and the readout circuit portion can be provided in different stacked layers, the DOSRAM 4012 can reduce the overall circuit area.

ニューラルネットワークを用いた計算は、入力データが1000を超えることがある。
上記入力データをSRAMに格納する場合、SRAMは回路面積に制限があり、記憶容量
が小さいため、上記入力データを小分けにして格納せざるを得ない。DOSRAM401
2は、限られた回路面積でも、メモリセルを高集積に配置することが可能であり、SRA
Mに比べて記憶容量が大きい。そのため、DOSRAM4012は、上記入力データを効
率よく格納することができる。
Calculations using neural networks may have more than 1000 input data.
When the input data is stored in the SRAM, the SRAM has a limited circuit area and a small storage capacity, so the input data must be divided and stored. DOSRAM401
2 is capable of arranging memory cells in a highly integrated manner even in a limited circuit area;
Larger storage capacity than M. Therefore, the DOSRAM 4012 can efficiently store the input data.

NOSRAM4013はOSトランジスタを用いた不揮発性メモリである。NOSRA
M4013は、フラッシュメモリや、ReRAM(Resistive Random
Access Memory)、MRAM(Magnetoresistive Ran
dom Access Memory)などの他の不揮発性メモリと比べて、データを書
き込む際の消費電力が小さい。また、フラッシュメモリやReRAMのように、データを
書き込む際に素子が劣化することもなく、データの書き込み可能回数に制限が無い。
A NOSRAM 4013 is a nonvolatile memory using an OS transistor. NOSRA
M4013 is a flash memory or ReRAM (Resistive Random
Access Memory), MRAM (Magnetoresistive Ran
It consumes less power when writing data than other non-volatile memories such as dom access memory. In addition, unlike flash memory and ReRAM, the device does not deteriorate when data is written, and there is no limit to the number of times data can be written.

また、NOSRAM4013は、1ビットの2値データの他に、2ビット以上の多値デ
ータを記憶することができる。NOSRAM4013は多値データを記憶することで、1
ビット当たりのメモリセル面積を小さくすることができる。
The NOSRAM 4013 can store not only 1-bit binary data but also multi-value data of 2 bits or more. The NOSRAM 4013 stores multivalued data so that 1
The memory cell area per bit can be reduced.

また、NOSRAM4013は、デジタルデータの他にアナログデータを記憶すること
ができる。そのため、アナログ演算回路4011は、NOSRAM4013をアナログメ
モリとして用いることもできる。NOSRAM4013は、アナログデータのまま記憶す
ることができるため、D/A変換回路やA/D変換回路が不要である。そのため、NOS
RAM4013は周辺回路の面積を小さくすることができる。なお、本明細書においてア
ナログデータとは、3ビット(8値)以上分解能を有するデータのことを指す。上述した
多値データがアナログデータに含まれる場合もある。
Also, the NOSRAM 4013 can store analog data in addition to digital data. Therefore, the analog arithmetic circuit 4011 can also use the NOSRAM 4013 as an analog memory. Since the NOSRAM 4013 can store analog data as it is, it does not require a D/A conversion circuit or an A/D conversion circuit. Therefore, NOS
The RAM 4013 can reduce the area of peripheral circuits. In this specification, analog data refers to data having a resolution of 3 bits (8 values) or more. Analog data may include the multivalued data described above.

ニューラルネットワークの計算に用いられるデータやパラメータは、一旦、NOSRA
M4013に格納することができる。上記データやパラメータは、CPU4021を介し
て、AIシステム4041の外部に設けられたメモリに格納してもよいが、内部に設けら
れたNOSRAM4013の方が、より高速且つ低消費電力に上記データやパラメータを
格納することができる。また、NOSRAM4013は、DOSRAM4012よりもビ
ット線を長くすることができるので、記憶容量を大きくすることができる。
The data and parameters used for neural network calculations are temporarily stored in NOSRA
It can be stored in M4013. Although the above data and parameters may be stored in a memory provided outside the AI system 4041 via the CPU 4021, the NOSRAM 4013 provided inside can store the above data and parameters at a higher speed and with lower power consumption. can be stored. Also, since the NOSRAM 4013 can have a longer bit line than the DOSRAM 4012, the memory capacity can be increased.

FPGA4014は、OSトランジスタを用いたFPGAである。AIシステム404
1は、FPGA4014を用いることによって、ハードウェアで後述する、ディープニュ
ーラルネットワーク(DNN)、畳み込みニューラルネットワーク(CNN)、再帰型ニ
ューラルネットワーク(RNN)、自己符号化器、深層ボルツマンマシン(DBM)、深
層信念ネットワーク(DBN)などの、ニューラルネットワークの接続を構成することが
できる。上記のニューラルネットワークの接続をハードウェアで構成することで、より高
速に実行することができる。
The FPGA 4014 is an FPGA using OS transistors. AI system 404
1 uses FPGA 4014 to implement deep neural networks (DNN), convolutional neural networks (CNN), recurrent neural networks (RNN), autoencoders, deep Boltzmann machines (DBM), deep A neural network connection can be constructed, such as a belief network (DBN). By constructing the connection of the above neural network with hardware, it can be executed at a higher speed.

FPGA4014はOSトランジスタを有するFPGAである。OS-FPGAは、S
RAMで構成されるFPGAよりもメモリの面積を小さくすることができる。そのため、
コンテキスト切り替え機能を追加しても面積増加が少ない。また、OS-FPGAはブー
スティングによりデータやパラメータを高速に伝えることができる。
FPGA 4014 is an FPGA having an OS transistor. OS-FPGA is S
The area of the memory can be made smaller than that of FPGA configured with RAM. for that reason,
Even if the context switching function is added, the increase in area is small. Also, the OS-FPGA can transmit data and parameters at high speed by boosting.

3D-NAND4015は酸化物半導体を用いた不揮発性メモリである。3D-NAN
D4015は、高集積化されたメモリであり、単位面積あたりの記憶容量の大きい。
A 3D-NAND 4015 is a nonvolatile memory using an oxide semiconductor. 3D-NAN
The D4015 is a highly integrated memory with a large storage capacity per unit area.

また、3D-NAND4015は、1ビットの2値データの他に、2ビット以上の多値
データを記憶することができる。3D-NAND4015は多値データを記憶することで
、1ビット当たりのメモリセル面積を、さらに小さくすることができる。
Also, the 3D-NAND 4015 can store not only 1-bit binary data but also multi-value data of 2 bits or more. By storing multilevel data, the 3D-NAND 4015 can further reduce the memory cell area per bit.

また、3D-NAND4015として、例えば、上記実施の形態に示す半導体装置を用
いることができる。これにより、メモリセルにおける占有面積を低減することができるの
で、3D-NAND4015をさらに高集積化させることができる。よって、3D-NA
ND4015の単位面積当たりの記憶容量を増加させることができる。
Further, as the 3D-NAND 4015, for example, the semiconductor device described in any of the above embodiments can be used. As a result, the area occupied by the memory cell can be reduced, so that the 3D-NAND 4015 can be further highly integrated. Therefore, 3D-NA
The storage capacity per unit area of ND4015 can be increased.

AIシステム4041は、アナログ演算回路4011、DOSRAM4012、NOS
RAM4013、およびFPGA4014を1つのダイ(チップ)の上に設けることがで
きる。そのため、AIシステム4041は、高速且つ低消費電力に、ニューラルネットワ
ークの計算を実行することができる。また、アナログ演算回路4011、DOSRAM4
012、NOSRAM4013、およびFPGA4014は、同じ製造プロセスで作製す
ることができる。そのため、AIシステム4041は、低コストで作製することができる
AI system 4041 includes analog arithmetic circuit 4011, DOSRAM 4012, NOS
RAM 4013 and FPGA 4014 can be provided on one die (chip). Therefore, the AI system 4041 can perform neural network calculations at high speed and with low power consumption. Also, the analog arithmetic circuit 4011, the DOSRAM 4
012, NOSRAM 4013, and FPGA 4014 can be made in the same manufacturing process. Therefore, the AI system 4041 can be manufactured at low cost.

なお、演算部4010は、DOSRAM4012、NOSRAM4013、およびFP
GA4014を、全て有する必要はない。AIシステム4041が解決したい課題に応じ
て、DOSRAM4012、NOSRAM4013、およびFPGA4014の一または
複数を、選択して設ければよい。
Note that the calculation unit 4010 includes a DOSRAM 4012, a NOSRAM 4013, and an FP
It is not necessary to have all GA4014. One or more of the DOSRAM 4012, NOSRAM 4013, and FPGA 4014 may be selected and provided according to the problem that the AI system 4041 wants to solve.

AIシステム4041は、解決したい課題に応じて、ディープニューラルネットワーク
(DNN)、畳み込みニューラルネットワーク(CNN)、再帰型ニューラルネットワー
ク(RNN)、自己符号化器、深層ボルツマンマシン(DBM)、深層信念ネットワーク
(DBN)などの演算を実行することができる。PROM4025は、これらの演算を実
行するためのプログラムを保存することができる。また、これらプログラムの一部または
全てを、NOSRAM4013または3D-NAND4015に保存してもよい。3D-
NAND4015は、高集積化されたメモリであり、単位面積あたりの記憶容量が大きい
ので、大容量のプログラムを保存することができる。
The AI system 4041 is a deep neural network (DNN), a convolutional neural network (CNN), a recurrent neural network (RNN), an autoencoder, a deep Boltzmann machine (DBM), a deep belief network ( DBN) can be performed. PROM 4025 can store programs for performing these operations. Also, part or all of these programs may be stored in the NOSRAM 4013 or 3D-NAND 4015 . 3D-
The NAND 4015 is a highly integrated memory and has a large storage capacity per unit area, so it can store large-capacity programs.

ライブラリとして存在する既存のプログラムは、GPUの処理を前提としているものが
多い。そのため、AIシステム4041はGPU4022を有することが好ましい。AI
システム4041は、学習と推論で用いられる積和演算のうち、律速となる積和演算を演
算部4010で実行し、それ以外の積和演算をGPU4022で実行することができる。
そうすることで、学習と推論を高速に実行することができる。
Many existing programs that exist as libraries assume GPU processing. Therefore, AI system 4041 preferably has GPU 4022 . AI
The system 4041 can execute rate-determining sum-of-products operations in the computing unit 4010 among sum-of-products operations used in learning and inference, and can perform other sum-of-products operations using the GPU 4022 .
By doing so, learning and inference can be executed at high speed.

電源回路4027は、論理回路用の低電圧電位を生成するだけではなく、アナログ演算
のための電位生成も行う。電源回路4027はOSメモリを用いてもよい。電源回路40
27は、基準電位をOSメモリに保存することで、消費電力を下げることができる。
The power supply circuit 4027 not only generates low voltage potentials for logic circuits, but also generates potentials for analog operations. The power supply circuit 4027 may use an OS memory. power supply circuit 40
27 can reduce power consumption by storing the reference potential in the OS memory.

PMU4028は、AIシステム4041の電力供給を一時的にオフにする機能を有す
る。
The PMU 4028 has the function of temporarily turning off the power supply of the AI system 4041 .

CPU4021およびGPU4022は、レジスタとしてOSメモリを有することが好
ましい。CPU4021およびGPU4022はOSメモリを有することで、電力供給が
オフになっても、OSメモリ中にデータ(論理値)を保持し続けることができる。その結
果、AIシステム4041は、電力を節約することができる。
The CPU 4021 and GPU 4022 preferably have OS memories as registers. Since the CPU 4021 and the GPU 4022 have OS memories, they can continue to hold data (logical values) in the OS memories even when the power supply is turned off. As a result, the AI system 4041 can save power.

PLL4023は、クロックを生成する機能を有する。AIシステム4041は、PL
L4023が生成したクロックを基準に動作を行う。PLL4023はOSメモリを有す
ることが好ましい。PLL4023はOSメモリを有することで、クロックの発振周期を
制御するアナログ電位を保持することができる。
The PLL 4023 has a function of generating clocks. AI system 4041 is PL
It operates based on the clock generated by the L4023. PLL 4023 preferably has an OS memory. Since the PLL 4023 has an OS memory, it can hold an analog potential that controls the clock oscillation cycle.

AIシステム4041は、DRAMなどの外部メモリにデータを保存してもよい。その
ため、AIシステム4041は、外部のDRAMとのインターフェースとして機能するメ
モリコントローラ4026を有することが好ましい。また、メモリコントローラ4026
は、CPU4021またはGPU4022の近くに配置することが好ましい。そうするこ
とで、データのやり取りを高速に行うことができる。
The AI system 4041 may store data in external memory such as DRAM. Therefore, the AI system 4041 preferably has a memory controller 4026 that functions as an interface with an external DRAM. Also, the memory controller 4026
is preferably placed near the CPU 4021 or GPU 4022 . By doing so, data can be exchanged at high speed.

制御部4020に示す回路の一部または全ては、演算部4010と同じダイの上に形成
することができる。そうすることで、AIシステム4041は、高速且つ低消費電力に、
ニューラルネットワークの計算を実行することができる。
Part or all of the circuitry shown in control unit 4020 can be formed on the same die as arithmetic unit 4010 . By doing so, the AI system 4041 can achieve high speed and low power consumption,
Neural network computations can be performed.

ニューラルネットワークの計算に用いられるデータは外部記憶装置(HDD(Hard
Disk Drive)、SSD(Solid State Drive)など)に保
存される場合が多い。そのため、AIシステム4041は、外部記憶装置とのインターフ
ェースとして機能する外部記憶制御回路4031を有することが好ましい。
Data used for computation of the neural network is stored in an external storage device (HDD (Hard
Disk Drive), SSD (Solid State Drive), etc.). Therefore, the AI system 4041 preferably has an external storage control circuit 4031 that functions as an interface with the external storage device.

ニューラルネットワークを用いた学習と推論は、音声や映像を扱うことが多いので、A
Iシステム4041は音声コーデック4032および映像コーデック4033を有する。
音声コーデック4032は、音声データのエンコード(符号化)およびデコード(復号)
を行い、映像コーデック4033は、映像データのエンコードおよびデコードを行う。
Learning and inference using neural networks often deal with audio and video, so A
I-system 4041 has audio codec 4032 and video codec 4033 .
The audio codec 4032 encodes (encodes) and decodes (decodes) audio data.
and the video codec 4033 encodes and decodes video data.

AIシステム4041は、外部センサから得られたデータを用いて学習または推論を行
うことができる。そのため、AIシステム4041は汎用入出力モジュール4034を有
する。汎用入出力モジュール4034は、例えば、USB(Universal Ser
ial Bus)やI2C(Inter-Integrated Circuit)など
を含む。
AI system 4041 can learn or make inferences using data obtained from external sensors. Therefore, the AI system 4041 has a general purpose input/output module 4034 . The general-purpose input/output module 4034 is, for example, a USB (Universal Ser
(Inter-Integrated Circuit) and I2C (Inter-Integrated Circuit).

AIシステム4041は、インターネットを経由して得られたデータを用いて学習また
は推論を行うことができる。そのため、AIシステム4041は、通信モジュール403
5を有することが好ましい。
AI system 4041 can perform learning or inference using data obtained via the Internet. Therefore, the AI system 4041 uses the communication module 403
5 is preferred.

アナログ演算回路4011は、多値のフラッシュメモリをアナログメモリとして用いて
もよい。しかし、フラッシュメモリは書き換え可能回数に制限がある。また、多値のフラ
ッシュメモリは、エンベディッドで形成する(演算回路とメモリを同じダイの上に形成す
る)ことが非常に難しい。
The analog arithmetic circuit 4011 may use a multilevel flash memory as an analog memory. However, flash memory has a limited number of times it can be rewritten. Moreover, it is very difficult to form a multilevel flash memory by embedding (forming an arithmetic circuit and a memory on the same die).

また、アナログ演算回路4011は、ReRAMをアナログメモリとして用いてもよい
。しかし、ReRAMは書き換え可能回数に制限があり、記憶精度の点でも問題がある。
さらに、2端子でなる素子でありため、データの書き込みと読み出しを分ける回路設計が
複雑になる。
Further, the analog arithmetic circuit 4011 may use ReRAM as an analog memory. However, ReRAM has a limited number of rewritable times, and has a problem in terms of storage accuracy.
Furthermore, since the device has two terminals, the circuit design for separating data writing and reading becomes complicated.

また、アナログ演算回路4011は、MRAMをアナログメモリとして用いてもよい。
しかし、MRAMは抵抗変化率が低く、記憶精度の点で問題がある。
Also, the analog arithmetic circuit 4011 may use an MRAM as an analog memory.
However, the MRAM has a low rate of resistance change and has a problem in terms of storage accuracy.

以上を鑑み、アナログ演算回路4011は、OSメモリをアナログメモリとして用いる
ことが好ましい。
In view of the above, the analog arithmetic circuit 4011 preferably uses an OS memory as an analog memory.

本実施の形態は、少なくともその一部を本明細書中に記載する他の実施の形態と適宜組
み合わせて実施することができる。
This embodiment can be implemented by appropriately combining at least part of it with other embodiments described herein.

(実施の形態4)
[AIシステムの応用例]
本実施の形態では、上記実施の形態に示すAIシステムの応用例について図26を用い
て説明を行う。
(Embodiment 4)
[Application example of AI system]
In this embodiment, an application example of the AI system described in the above embodiment will be described with reference to FIG.

図26(A)は、図25で説明したAIシステム4041を並列に配置し、バス線を介
してシステム間での信号の送受信を可能にした、AIシステム4041Aである。
FIG. 26(A) shows an AI system 4041A in which the AI systems 4041 described in FIG. 25 are arranged in parallel, and signals can be transmitted and received between the systems via a bus line.

図26(A)に図示するAIシステム4041Aは、複数のAIシステム4041_1
乃至AIシステム4041_n(nは自然数)を有する。AIシステム4041_1乃至
AIシステム4041_nは、バス線4098を介して互いに接続されている。
The AI system 4041A illustrated in FIG. 26A includes a plurality of AI systems 4041_1
to AI system 4041_n (n is a natural number). The AI systems 4041_1 to 4041_n are connected to each other via a bus line 4098 .

また図26(B)は、図25で説明したAIシステム4041を図26(A)と同様に
並列に配置し、ネットワークを介してシステム間での信号の送受信を可能にした、AIシ
ステム4041Bである。
FIG. 26B shows an AI system 4041B in which the AI systems 4041 described in FIG. 25 are arranged in parallel in the same manner as in FIG. be.

図26(B)に図示するAIシステム4041Bは、複数のAIシステム4041_1
乃至AIシステム4041_nを有する。AIシステム4041_1乃至AIシステム4
041_nは、ネットワーク4099を介して互いに接続されている。
The AI system 4041B illustrated in FIG. 26B includes a plurality of AI systems 4041_1
to AI system 4041_n. AI system 4041_1 to AI system 4
041_n are connected to each other via a network 4099 .

ネットワーク4099は、AIシステム4041_1乃至AIシステム4041_nの
それぞれに通信モジュールを設け、無線または有線による通信を行う構成とすればよい。
通信モジュールは、アンテナを介して通信を行うことができる。例えばWorld Wi
de Web(WWW)の基盤であるインターネット、イントラネット、エクストラネッ
ト、PAN(Personal Area Network)、LAN(Local A
rea Network)、CAN(Campus Area Network)、MA
N(Metropolitan Area Network)、WAN(Wide Ar
ea Network)、GAN(Global Area Network)等のコン
ピュータネットワークに各電子装置を接続させ、通信を行うことができる。無線通信を行
う場合、通信プロトコル又は通信技術として、LTE(Long Term Evolu
tion)、GSM(Global System for Mobile Commu
nication:登録商標)、EDGE(Enhanced Data Rates
for GSM Evolution)、CDMA2000(Code Divisio
n Multiple Access 2000)、W-CDMA(登録商標)などの通
信規格、またはWi-Fi(登録商標)、Bluetooth(登録商標)、ZigBe
e(登録商標)等のIEEEにより通信規格化された仕様を用いることができる。
The network 4099 may have a configuration in which a communication module is provided in each of the AI systems 4041_1 to 4041_n to perform wireless or wired communication.
The communication module can communicate via the antenna. For example, World Wi
Internet, intranet, extranet, PAN (Personal Area Network), LAN (Local A
area network), CAN (Campus Area Network), MA
N (Metropolitan Area Network), WAN (Wide AR
Each electronic device can be connected to a computer network such as a GAN (Global Area Network) and a GAN (Global Area Network) to perform communication. When performing wireless communication, as a communication protocol or communication technology, LTE (Long Term Evolu
tion), GSM (Global System for Mobile Communications)
nication: registered trademark), EDGE (Enhanced Data Rates
for GSM Evolution), CDMA2000 (Code Division
n Multiple Access 2000), W-CDMA (registered trademark), or a communication standard such as Wi-Fi (registered trademark), Bluetooth (registered trademark), ZigBe
Specifications standardized by IEEE for communication such as e (registered trademark) can be used.

図26(A)、(B)の構成とすることで、外部のセンサ等で得られたアナログ信号を
別々のAIシステムで処理することができる。例えば、生体情報のように、脳波、脈拍、
血圧、体温等といった情報を脳波センサ、脈波センサ、血圧センサ、温度センサといった
各種センサで取得し、別々のAIシステムでアナログ信号を処理することができる。別々
のAIシステムのそれぞれで信号の処理、または学習を行うことで一つのAIシステムあ
たりの情報処理量を少なくできる。そのため、より少ない演算量で信号の処理、または学
習を行うことができる。その結果、認識精度を高めることができる。それぞれのAIシス
テムで得られた情報から、複雑に変化する生体情報の変化を瞬時に統合的に把握すること
ができるといったことが期待できる。
With the configurations of FIGS. 26A and 26B, analog signals obtained by external sensors or the like can be processed by separate AI systems. For example, like biological information, brain waves, pulse,
Information such as blood pressure, body temperature, etc. can be acquired by various sensors such as an electroencephalogram sensor, a pulse wave sensor, a blood pressure sensor, and a temperature sensor, and analog signals can be processed by separate AI systems. By performing signal processing or learning in each of the separate AI systems, the amount of information processing per AI system can be reduced. Therefore, signal processing or learning can be performed with a smaller amount of calculation. As a result, recognition accuracy can be improved. From the information obtained by each AI system, it can be expected that changes in complexly changing biological information can be instantly and comprehensively grasped.

本実施の形態に示す構成は、他の実施の形態に示す構成と適宜組み合わせて用いること
ができる。
The structure described in this embodiment can be used in appropriate combination with any of the structures described in other embodiments.

(実施の形態5)
本実施の形態は、上記実施の形態に示すAIシステムが組み込まれたICの一例を示す
(Embodiment 5)
This embodiment shows an example of an IC incorporating the AI system shown in the above embodiment.

上記実施の形態に示すAIシステムは、CPU等のSiトランジスタでなるデジタル処
理回路と、OSトランジスタを用いたアナログ演算回路、3D-NAND、OS-FPG
AおよびDOSRAM、NOSRAM等のOSメモリを、1のダイに集積することができ
る。
The AI system shown in the above embodiment includes a digital processing circuit made of Si transistors such as a CPU, an analog arithmetic circuit using OS transistors, 3D-NAND, OS-FPG
A and OS memory such as DOSRAM, NOSRAM can be integrated on one die.

図27に、AIシステムを組み込んだICの一例を示す。図27に示すAIシステムI
C7000は、リード7001及び回路部7003を有する。AIシステムIC7000
は、例えばプリント基板7002に実装される。このようなICチップが複数組み合わさ
れて、それぞれがプリント基板7002上で電気的に接続されることで電子部品が実装さ
れた基板(実装基板7004)が完成する。回路部7003には、上記実施の形態で示し
た各種の回路が1のダイに設けられている。回路部7003は、先の実施の形態に示すよ
うに、積層構造をもち、Siトランジスタ層7031、配線層7032、OSトランジス
タ層7033に大別される。OSトランジスタ層7033をSiトランジスタ層7031
に積層して設けることができるため、AIシステムIC7000の小型化が容易である。
FIG. 27 shows an example of an IC incorporating an AI system. AI system I shown in FIG.
The C7000 has leads 7001 and a circuit portion 7003 . AI system IC7000
are mounted on the printed circuit board 7002, for example. A plurality of such IC chips are combined and electrically connected to each other on the printed board 7002 to complete a board (mounting board 7004) on which electronic components are mounted. In the circuit portion 7003, various circuits described in the above embodiment modes are provided on one die. The circuit portion 7003 has a laminated structure as shown in the previous embodiment, and is roughly divided into a Si transistor layer 7031 , a wiring layer 7032 and an OS transistor layer 7033 . The OS transistor layer 7033 is replaced by the Si transistor layer 7031
, the AI system IC 7000 can be easily miniaturized.

図27では、AIシステムIC7000のパッケージにQFP(Quad Flat
Package)を適用しているが、パケージの態様はこれに限定されない。
In FIG. 27, a QFP (Quad Flat
Package) is applied, but the form of the package is not limited to this.

CPU等のデジタル処理回路と、OSトランジスタを用いたアナログ演算回路、3D-
NAND、OS-FPGAおよびDOSRAM、NOSRAM等のOSメモリは、全て、
Siトランジスタ層7031、配線層7032およびOSトランジスタ層7033に形成
することができる。すなわち、上記AIシステムを構成する素子は、同一の製造プロセス
で形成することが可能である。そのため、本実施の形態に示すICは、構成する素子が増
えても製造プロセスを増やす必要がなく、上記AIシステムを低コストで組み込むことが
できる。
Digital processing circuits such as CPU, analog arithmetic circuits using OS transistors, 3D-
NAND, OS-FPGA and OS memories such as DOSRAM and NOSRAM are all
It can be formed in the Si transistor layer 7031 , the wiring layer 7032 and the OS transistor layer 7033 . That is, the elements constituting the AI system can be formed by the same manufacturing process. Therefore, the IC shown in this embodiment mode does not require an increase in the number of manufacturing processes even if the number of constituent elements increases, and the AI system can be incorporated at a low cost.

本実施の形態は、少なくともその一部を本明細書中に記載する他の実施の形態と適宜組
み合わせて実施することができる。
This embodiment can be implemented by appropriately combining at least part of it with other embodiments described herein.

(実施の形態6)
[電子機器]
本発明の一態様に係る半導体装置は、様々な電子機器に用いることができる。図28お
よび図29に、本発明の一態様に係る半導体装置を用いた電子機器の具体例を示す。
(Embodiment 6)
[Electronics]
A semiconductor device according to one embodiment of the present invention can be used for various electronic devices. 28 and 29 illustrate specific examples of electronic devices using a semiconductor device according to one embodiment of the present invention.

図28(A)に示すロボット2000は、演算装置2001、センサ2002、ライト
2003、リフト2004、駆動部2005、移動機構2011を備えており、移動しな
がら静止画や動画を撮影することができる。このようなロボットは、警備システムや、監
視システムとして用いることができる。
A robot 2000 shown in FIG. 28A includes an arithmetic device 2001, a sensor 2002, a light 2003, a lift 2004, a drive unit 2005, and a moving mechanism 2011, and can take still images and moving images while moving. Such robots can be used as security systems and surveillance systems.

ロボット2000は、さらに、通信手段2006、スピーカ2007、マイクロフォン
2008、表示部2009、発光部2010などを備えていてもよい。
The robot 2000 may further include communication means 2006, a speaker 2007, a microphone 2008, a display section 2009, a light emitting section 2010, and the like.

演算装置2001には、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。また
、演算装置2001には、本発明の一態様に係るAIシステムが組み込まれたICを用い
ることができる。センサ2002は、ロボット2000の周囲を撮影する、カメラとして
の機能を有する。ライト2003は、センサ2002でロボット2000の周囲を撮影す
る際のライトとして用いることができる。なお、センサ2002で、静止画を撮影する際
には、ライト2003は、フラッシュライトとして機能することが好ましい。センサ20
02は、リフト2004を介して、ロボット本体と接続されている。センサ2002の高
さは、リフト2004により調整することができる。リフト2004は、伸縮式であるこ
とが好ましい。また、リフト2004は、複数のブームにより構成された折り畳み式のも
のでもよい。また、ロボット2000には、駆動部2005と、駆動部2005に接続さ
れた移動機構2011が設けられているため、センサ2002による撮像範囲、すなわち
監視範囲が広がり、好ましい。
A semiconductor device according to one embodiment of the present invention can be used for the arithmetic device 2001 . An IC in which the AI system according to one embodiment of the present invention is incorporated can be used for the arithmetic device 2001 . The sensor 2002 has a function as a camera that photographs the surroundings of the robot 2000 . The light 2003 can be used as a light when the sensor 2002 captures an image around the robot 2000 . Note that when the sensor 2002 captures a still image, the light 2003 preferably functions as a flashlight. sensor 20
02 is connected to the robot body via a lift 2004 . The height of sensor 2002 can be adjusted by lift 2004 . Lift 2004 is preferably telescoping. Also, the lift 2004 may be of a foldable type composed of a plurality of booms. Further, since the robot 2000 is provided with the drive unit 2005 and the movement mechanism 2011 connected to the drive unit 2005, the range of imaging by the sensor 2002, that is, the range of monitoring is increased, which is preferable.

通信手段2006は、センサ2002により撮像された情報を管理者や、管理者が所有
するサーバへ送信することができる。また、センサ2002により撮像された情報を演算
装置2001にて解析し、犯罪、事故、火災などの非常事態と判断された場合は、警備会
社、警察、消防、医療機関、土地や建物のオーナーへ連絡することができる。スピーカ2
007は、犯罪者への警告、怪我人や急病人への問いかけ、避難の誘導など、ロボット周
囲に情報の発信を行うことができる。マイクロフォン2008は、ロボット2000周囲
の音声の取得に用いることができる。また、通信手段2006、およびスピーカ2007
と合わせて用いることで、ロボット2000は電話としての機能を有することができる。
ロボット2000周囲にいる人は、管理者や任意の人と会話することができる。表示部2
009は、任意の情報を表示することができる。非常時の場合は、災害情報や避難経路を
表示することができる。また、通信手段2006、スピーカ2007、およびマイクロフ
ォン2008と合わせて用いることで、ロボット2000はテレビ電話としての機能を有
することができる。ロボット2000周囲にいる人は、管理者や任意の人と表示部200
9を見ながら会話することができる。
A communication unit 2006 can transmit information captured by the sensor 2002 to an administrator or a server owned by the administrator. Information picked up by the sensor 2002 is analyzed by the arithmetic unit 2001, and if it is determined that there is an emergency such as a crime, accident, or fire, the information is sent to security companies, police, fire departments, medical institutions, land and building owners. can be contacted. speaker 2
007 can transmit information to the surroundings of the robot, such as a warning to criminals, inquiries to injured or sick people, guidance for evacuation, and the like. A microphone 2008 can be used to capture sounds around the robot 2000 . Also, communication means 2006 and speaker 2007
, the robot 2000 can function as a telephone.
People around the robot 2000 can converse with the administrator or any person. Display part 2
009 can display arbitrary information. In the event of an emergency, disaster information and evacuation routes can be displayed. Also, by using the communication means 2006, the speaker 2007, and the microphone 2008 together, the robot 2000 can function as a videophone. The people around the robot 2000 can be the administrator or arbitrary people and the display unit 200
You can talk while looking at 9.

発光部2010は、ロボット2000の進行方向や停止状態を文字や光で示すことがで
きる。また、非常事態を示してもよい。
The light emitting unit 2010 can indicate the traveling direction and the stop state of the robot 2000 with characters or light. It may also indicate an emergency.

図28(B)は、ロボット2000の構成を示すブロック図である。演算装置2001
は、センサ2002により得られた映像などの情報から、ライト2003の点灯や消灯、
明るさの調整を行う。また、リフト2004の高さの調整、あるいは、駆動部2005の
制御を行い、ロボット2000や、センサ2002の位置合わせを行う。また、駆動部2
005の動作状況を、発光部2010を用いて示すことができる。また、通信手段200
6を用いて、センサ2002やマイクロフォン2008から得られたロボット2000の
周囲の情報を管理者、または管理者が所有するサーバに送信することができる。また、演
算装置2001や、管理者の判断により、スピーカ2007や表示部2009を用いて、
ロボット2000の周囲に情報を発信することができる。
FIG. 28B is a block diagram showing the configuration of the robot 2000. As shown in FIG. Arithmetic device 2001
determines whether the light 2003 is turned on or off from information such as an image obtained by the sensor 2002,
Adjust brightness. It also adjusts the height of the lift 2004 or controls the drive unit 2005 to align the robot 2000 and sensor 2002 . Also, the drive unit 2
005 can be indicated using the light emitting unit 2010 . Also, the communication means 200
6 can be used to transmit information about the surroundings of the robot 2000 obtained from the sensor 2002 and the microphone 2008 to the administrator or a server owned by the administrator. In addition, using the arithmetic unit 2001 and the speaker 2007 and the display unit 2009 at the discretion of the administrator,
Information can be transmitted around the robot 2000 .

センサ2002に用いるセンサとして、周囲が暗くても撮像が可能なセンサを用いる場
合は、ライト2003は設けなくてもよい。このようなセンサとして、受光部にセレン(
Se)を用いたイメージセンサを用いることができる。
The light 2003 may not be provided when a sensor capable of capturing an image even in a dark environment is used as the sensor 2002 . As such a sensor, selenium (
An image sensor using Se) can be used.

このようなロボット2000は、商業施設や、オフィスの警備に用いることができる。
センサ2002やマイクロフォン2008から得られた情報は、演算装置2001やサー
バに保存される。保存された情報は、AIシステムにより解析され、物品の紛失や破損、
不審者の侵入、火災などの災害などの異常の有無を判断する。情報の解析には、ディープ
ラーニングを用いてもよい。異常が発生したと判断した場合、ロボット2000は、管理
者への連絡および周囲への情報発信を行い、周囲の状況を記録する。
Such a robot 2000 can be used for security of commercial facilities and offices.
Information obtained from the sensor 2002 and the microphone 2008 is stored in the arithmetic device 2001 and server. The stored information is analyzed by an AI system, and lost or damaged items,
Determine whether there is an abnormality such as an intrusion of a suspicious person or a disaster such as a fire. Deep learning may be used to analyze the information. When it is determined that an abnormality has occurred, the robot 2000 contacts the administrator, transmits information to the surroundings, and records the surrounding conditions.

また、ロボット2000は、農作物の生育状況の監視に用いてもよい。田んぼや畑に設
置されたロボット2000は、センサ2002により、農作物の葉、あるいは実の形、大
きさ、色を監視し、病気になっていないか、害虫の付着が無いかを判断する。ロボット2
000には、移動機構2011が設けられているため、広範囲の農作物の生育状況を監視
することができる。また、ロボット2000には、リフト2004が設けられているため
、農作物の種類や、生育状況によらず、任意の高さの葉や実を監視することができる。監
視結果は、通信手段2006を用いて生産者に送られ、生産者は、農作物に必要な肥料や
農薬の種類、量、散布時期を判断することができる。また、演算装置2001を用いて、
監視結果を、AIシステムにより解析し、農作物に必要な、肥料や農薬の種類、量、散布
時期を判断して、生産者に通知してもよい。監視結果の解析には、ディープラーニングを
用いてもよい。
Also, the robot 2000 may be used to monitor the growing conditions of agricultural crops. A robot 2000 installed in a rice field or a field monitors the shape, size, and color of leaves or fruits of agricultural crops using a sensor 2002 to determine whether they are diseased or have insect pests. robot 2
Since 000 is provided with a moving mechanism 2011, it is possible to monitor the growing conditions of agricultural crops over a wide range. In addition, since the robot 2000 is provided with a lift 2004, it is possible to monitor leaves and fruits at arbitrary heights regardless of the type of crops or growth conditions. The monitoring results are sent to the producer using the communication means 2006, and the producer can determine the type, amount, and timing of application of fertilizers and agricultural chemicals required for crops. Also, using the computing device 2001,
The monitoring results may be analyzed by an AI system to determine the type, amount, and timing of application of fertilizers and pesticides required for crops, and notify the producer. Deep learning may be used to analyze the monitoring results.

図29(A)は、ロボット3001を用いた、仕分けシステム3000を示す。ロボッ
ト3001は、演算装置3002、ブーム3003、およびアーム3004を備えている
。また、ロボット3001は有線、または無線の通信手段3011を備えていてもよい。
また、仕分けシステム3000は、センサ3009を有する筐体3008を備えている。
筐体3008は、通信手段3010を有している。筐体3008は、仕分けシステム30
00、または仕分け作業エリアの天井、壁、梁(いずれも図示せず)に設けられる。また
、筐体3008は、ロボット3001に設けられていてもよい。例えば、ブーム3003
、またはアーム3004に設けられていてもよい。筐体3008がロボット3001に設
けられている場合は、センサ3009により得られた情報は、通信手段3010、および
通信手段3011を介さず、演算装置3002に送られ、処理されてもよい。
FIG. 29A shows a sorting system 3000 using a robot 3001. FIG. The robot 3001 has an arithmetic device 3002 , a boom 3003 and an arm 3004 . Also, the robot 3001 may be equipped with wired or wireless communication means 3011 .
The sorting system 3000 also includes a housing 3008 having a sensor 3009 .
Housing 3008 has communication means 3010 . Enclosure 3008 is the sorting system 30
00, or on the ceiling, walls, and beams (none of which are shown) in the sorting work area. Also, the housing 3008 may be provided in the robot 3001 . For example, boom 3003
, or on arm 3004 . When housing 3008 is provided in robot 3001 , information obtained by sensor 3009 may be sent to arithmetic device 3002 and processed without communication means 3010 and 3011 .

ブーム3003は、可動式となっており、アーム3004を所望の位置に配置すること
ができる。また、アーム3004は伸縮式としてもよい。所望の物品3007上に配置さ
れたアームを伸ばし、所望の物品3007を掴み、アーム3004を縮めた後、ブーム3
003によりアーム3004を移動してもよい。
Boom 3003 is movable, and arm 3004 can be placed at a desired position. Also, the arm 3004 may be telescopic. After extending the arm placed on the desired article 3007, grasping the desired article 3007, and retracting the arm 3004, the boom 3
003 may move the arm 3004 .

仕分けシステム3000は、容器3005内の物品3007を容器3006に移動させ
ることができる。容器3005と容器3006は、同一形状でも良いし、異なる形状でも
よい。また、一つの容器3005に入れられた複数の物品3007を複数の容器3006
に振り分けて移動してもよい。
Sortation system 3000 can move items 3007 in container 3005 to container 3006 . The container 3005 and the container 3006 may have the same shape or different shapes. Also, a plurality of articles 3007 placed in one container 3005 are stored in a plurality of containers 3006 .
You may move by dividing it into

容器3005、および容器3006として、コンテナ、段ボール箱、商品を梱包する箱
、ケース、フィルム、または袋、食品保管用のバット、弁当箱などが用いられる。また、
容器3005、および容器3006の少なくとも一方は、鍋やフライパンなどの調理器具
でもよい。
As containers 3005 and 3006, containers, cardboard boxes, boxes for packing products, cases, films or bags, bats for food storage, lunch boxes, and the like are used. again,
At least one of container 3005 and container 3006 may be a cooking utensil such as a pot or frying pan.

演算装置3002には、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。また
、演算装置3002には、本発明の一態様に係るAIシステムが組み込まれたICを用い
ることができる。
A semiconductor device according to one embodiment of the present invention can be used for the arithmetic device 3002 . For the arithmetic device 3002, an IC in which the AI system according to one embodiment of the present invention is incorporated can be used.

センサ3009は、容器3005の位置、容器3006の位置、容器3005内、およ
び容器3005内の物品3007の状態を読み取り、通信手段3010を用いて演算装置
3002に情報を送信する。情報の送信は無線または、有線で行う。また、通信手段30
10を用いずに、有線にて情報を送信してもよい。演算装置3002は、送信された情報
の解析を行う。ここで、物品3007の状態とは、形、数、物品3007同士の重なりな
どのことを指す。演算装置3002は、センサ3009からの情報をもとに解析を行い、
物品3007の詳細情報を導出する。演算装置3002、またはロボット3001と通信
可能なサーバに保存されたデータと比較し、物品3007の三次元形状や、堅さ(柔らか
さ)を導出する。また、物品3007の三次元形状や堅さ(柔らかさ)から、アーム30
04の形状を変えることができる。
The sensor 3009 reads the position of the container 3005 , the position of the container 3006 , the state inside the container 3005 and the article 3007 inside the container 3005 , and transmits the information to the computing device 3002 using the communication means 3010 . Information is transmitted wirelessly or by wire. Also, the communication means 30
Instead of using 10, the information may be transmitted by wire. Arithmetic device 3002 analyzes the transmitted information. Here, the state of the articles 3007 refers to the shape, number, overlap of the articles 3007, and the like. The computing device 3002 analyzes based on the information from the sensor 3009,
Detailed information of the article 3007 is derived. The three-dimensional shape and hardness (softness) of the article 3007 are derived by comparing with the data stored in the computing device 3002 or the server that can communicate with the robot 3001 . Also, the three-dimensional shape and hardness (softness) of the article 3007 determine the
04 can be changed.

物品3007の詳細情報を導出するには、AIシステムを用いた解析を利用することが
できる。情報の解析には、ディープラーニングを用いてもよい。
Analysis using an AI system can be used to derive detailed information about the item 3007 . Deep learning may be used to analyze the information.

図29(B)は、一対の板3021が水平方向に移動し、物品3007を挟むことがで
きるアームである。一対の板3021が中心に向かって水平方向に移動することで、物品
3007を挟むことができる。このようなアームは、物品3007を面で捉えることがで
き、立方体や直方体など、柱状の形を有する物品3007を掴むのに適している。図29
(C)は、複数のバー3022が水平方向に移動し、物品3007を挟むことができるア
ームである。複数のバー3022が中心に向かって水平方向に移動することで、物品30
07を挟むことができる。このようなアームは、物品3007を点で捉えることができ、
球状の形を有する物品3007、または物品3007の形が一定でない場合、すなわち不
定型な物品3007を掴むに適している。なお、図29(C)では、バー3022の数を
4本としたが、本実施の形態はこれに限らない。バー3022は3本でもよいし、5本以
上でも良い。図29(D)は、一対の板3023が、共通の軸を中心に、お互いが近づく
ように回転することで物品3007を挟むことができるアームである。このようなアーム
は、物品3007を面で捉えることができ、紙やフィルムなど、薄膜状の形を有する物品
3007を掴むのに適している。図29(E)は、一対のかぎ状の板3024が、共通の
軸を中心に、お互いの先端が近づくように回転することで物品3007を挟むことができ
るアームである。このようなアームは、物品3007を点、または線で捉えることができ
、紙やフィルムなど、薄膜状の形を有する物品3007や、より小さい粒状の形を有する
物品3007を掴むのに適している。また、図29(F)に示すように、アームの先端に
ヘラ3025を取り付け、より小さい粒状の形を有する物品3007をすくってもよい。
FIG. 29(B) shows an arm in which a pair of plates 3021 can move horizontally to sandwich an article 3007 . The article 3007 can be sandwiched by the pair of plates 3021 moving horizontally toward the center. Such an arm can grasp the article 3007 from the surface, and is suitable for grasping the article 3007 having a columnar shape such as a cube or rectangular parallelepiped. Figure 29
(C) is an arm in which a plurality of bars 3022 can move horizontally to sandwich an article 3007 . Horizontal movement of the plurality of bars 3022 toward the center causes the article 30 to
07 can be inserted. Such an arm can grasp the article 3007 at a point,
It is suitable for gripping an article 3007 having a spherical shape, or an article 3007 having an irregular shape, that is, an irregular article 3007 . Although the number of bars 3022 is four in FIG. 29C, the present embodiment is not limited to this. The number of bars 3022 may be three, or five or more. FIG. 29(D) shows an arm capable of sandwiching an article 3007 by rotating a pair of plates 3023 about a common axis so that they approach each other. Such an arm can grasp the article 3007 on its surface, and is suitable for grasping an article 3007 having a thin film shape such as paper or film. FIG. 29(E) is an arm capable of sandwiching an article 3007 by rotating a pair of hook-shaped plates 3024 around a common axis so that the tips thereof approach each other. Such an arm can grasp the article 3007 as a point or a line, and is suitable for grasping an article 3007 having a thin film shape, such as paper or a film, or an article 3007 having a smaller granular shape. . Alternatively, as shown in FIG. 29(F), a spatula 3025 may be attached to the tip of the arm to scoop up articles 3007 having smaller granular shapes.

図29(A)乃至図29(F)に示すアームは、一例であり、本発明の一態様はこれら
の形状に限らない。また、各アームの用途の説明も一例であり、本発明の一態様はこれら
の記載に限らない。
The arms illustrated in FIGS. 29A to 29F are examples, and one embodiment of the present invention is not limited to these shapes. Further, the description of the application of each arm is also an example, and one embodiment of the present invention is not limited to these descriptions.

ロボット3001は、演算装置3002からの信号に基づき、ブーム3003を動かし
、アーム3004を、容器3005内の所望の物品3007上に移動する。伸縮式のアー
ム3004の場合、アーム3004を伸ばし、アーム3004の先端を物品3007の高
さまで降ろす。アームの先端を動かし、所望の物品3007を掴む。物品3007を掴ん
だまま、アームを縮める。再びブーム3003を動かし、アーム3004を、容器300
6の所望の位置に移動する。このとき、容器3006に対する物品3007の角度を調整
する為、アーム3004を回転してもよい。アーム3004を伸ばし、物品3007を容
器3006に配置し、アーム3004は、物品3007を放す。以上の操作を繰り返し行
い、ロボット3001は、物品3007を容器3005から容器3006に移動させるこ
とができる。
Robot 3001 moves boom 3003 and moves arm 3004 onto desired article 3007 in container 3005 based on signals from computing device 3002 . In the case of a telescoping arm 3004 , extend the arm 3004 and lower the tip of the arm 3004 to the height of the article 3007 . Move the tip of the arm to grab the desired item 3007 . The arm is retracted while gripping the article 3007 . Move boom 3003 again to move arm 3004 to container 300
6 to the desired position. At this time, arm 3004 may be rotated to adjust the angle of article 3007 with respect to container 3006 . Arm 3004 is extended to place item 3007 in container 3006 and arm 3004 releases item 3007 . By repeating the above operation, the robot 3001 can move the article 3007 from the container 3005 to the container 3006 .

容器3005、および容器3006の位置情報、および物品3007の状態をAIシス
テムを用いて解析しているため、物品3007の形状や堅さによらず、確実に物品300
7を移動することができる。物品3007の例としては、立方体、または直方体の箱、ま
たは任意の形状の箱やケースに詰められた物品だけでなく、卵、ハンバーグやコロッケな
ど、成形された加工食品、ジャガイモやトマトなど、不定形な野菜などの食品、ネジやナ
ットなどの機械部品、紙やフィルムなどの薄膜などが挙げられる。本実施の形態に示した
仕分けシステム3000は、物品3007の形状や堅さを考慮してアームの形状を変える
ことができるため、上記に例示した物品3007を、形状や堅さによらず、容器3005
から容器3006に移動させることができる。
Since the position information of the container 3005 and the container 3006 and the state of the article 3007 are analyzed using the AI system, the article 3000 can be reliably retrieved regardless of the shape or hardness of the article 3007.
7 can be moved. Examples of goods 3007 include cubic or cuboid boxes, or goods packed in boxes or cases of any shape, as well as molded processed foods such as eggs, hamburgers and croquettes, and unhealthy foods such as potatoes and tomatoes. Examples include foods such as regular vegetables, machine parts such as screws and nuts, and thin films such as paper and film. Since the sorting system 3000 shown in this embodiment can change the shape of the arms in consideration of the shape and hardness of the articles 3007, the articles 3007 exemplified above can be handled as containers regardless of their shape and hardness. 3005
can be moved from to container 3006 .

例えば、本発明の一態様の半導体装置を用いた記憶装置は、上述した電子機器の制御情
報や、制御プログラムなどを長期間保持することができる。本発明の一態様に係る半導体
装置を用いることで、信頼性の高い電子機器を実現することができる。
For example, a storage device using the semiconductor device of one embodiment of the present invention can retain control information, control programs, and the like of the above electronic devices for a long period of time. With the use of the semiconductor device of one embodiment of the present invention, a highly reliable electronic device can be achieved.

また、例えば、上述した電子機器の演算装置などに、上記AIシステムが組み込まれた
ICを用いることができる。これにより、本実施の形態に示す電子機器は、AIシステム
によって、状況に応じた的確な動作を、低消費電力で行うことができる。
Further, for example, an IC in which the AI system is incorporated can be used in an arithmetic unit of the electronic device described above. Thus, the electronic device described in this embodiment can operate accurately according to the situation with low power consumption by the AI system.

本実施の形態は、少なくともその一部を本明細書中に記載する他の実施の形態と適宜組
み合わせて実施することができる。
This embodiment can be implemented by appropriately combining at least part of it with other embodiments described herein.

100 記憶装置
105 制御回路
110 メモリセルアレイ
112 メモリストリング
121 行デコーダ
122 行ドライバ
123 センスアンプ
124 ソース線ドライバ
125 入出力回路
126 バッファ
126a インバータ回路
126b スイッチ回路
131 メモリセル
132 メモリセル
700 半導体装置
700A 記憶装置
700D 回路部
700M メモリセルアレイ
701 導電層
701_m 導電層
701_1 導電層
701_6 導電層
701a 導電層
701A 導電膜
701b 導電層
701B 導電膜
702 導電層
702A 導電膜
702b 絶縁層
702B 導電膜
703 絶縁層
703_1 絶縁層
703_3 絶縁層
703a 絶縁層
703A 絶縁膜
703b 絶縁層
703c 絶縁層
704 酸化物層
704_1 酸化物層
704_3 酸化物層
704a 酸化物層
704A 酸化物膜
704b 酸化物層
704c 酸化物層
705 導電層
705_1 導電層
705_3 導電層
706 導電層
706_1 導電層
706_3 導電層
707 接続層
707_m 接続層
707_1 接続層
708 導電層
708_m 導電層
708_1 導電層
710 メモリトランジスタ
711 絶縁層
720 基板
721 絶縁膜
722 絶縁層
722A 絶縁膜
722B 絶縁膜
723 マスク
723A マスク
724 絶縁層
725 マスク
726 絶縁層
727 犠牲層
731 マスク
750 トランジスタ
751 酸化物層
751a 酸化物層
752 導電層
753a 導電層
753b 導電層
754 絶縁層
761 絶縁層
762 接続層
763 接続層
764a 接続層
764b 接続層
765 導電層
766a 導電層
766b 導電層
1100 USBメモリ
1101 筐体
1102 キャップ
1103 USBコネクタ
1104 基板
1105 メモリチップ
1106 コントローラチップ
1110 SDカード
1111 筐体
1112 コネクタ
1113 基板
1114 メモリチップ
1115 コントローラチップ
1150 SSD
1151 筐体
1152 コネクタ
1153 基板
1154 メモリチップ
1155 メモリチップ
1156 コントローラチップ
2000 ロボット
2001 演算装置
2002 センサ
2003 ライト
2004 リフト
2005 駆動部
2006 通信手段
2007 スピーカ
2008 マイクロフォン
2009 表示部
2010 発光部
2011 移動機構
3000 システム
3001 ロボット
3002 演算装置
3003 ブーム
3004 アーム
3005 容器
3006 容器
3007 物品
3008 筐体
3009 センサ
3010 通信手段
3011 通信手段
3021 板
3022 バー
3023 板
3024 板
3025 ヘラ
4010 演算部
4011 アナログ演算回路
4012 DOSRAM
4013 NOSRAM
4014 FPGA
4020 制御部
4021 CPU
4022 GPU
4023 PLL
4025 PROM
4026 メモリコントローラ
4027 電源回路
4028 PMU
4030 入出力部
4031 外部記憶制御回路
4032 音声コーデック
4033 映像コーデック
4034 汎用入出力モジュール
4035 通信モジュール
4041 AIシステム
4041_n AIシステム
4041_1 AIシステム
4041A AIシステム
4041B AIシステム
4098 バス線
4099 ネットワーク
7000 AIシステムIC
7001 リード
7002 プリント基板
7003 回路部
7004 実装基板
7031 Siトランジスタ層
7032 配線層
7033 OSトランジスタ層
100 storage device 105 control circuit 110 memory cell array 112 memory string 121 row decoder 122 row driver 123 sense amplifier 124 source line driver 125 input/output circuit 126 buffer 126a inverter circuit 126b switch circuit 131 memory cell 132 memory cell 700 semiconductor device 700A storage device 700D Circuit portion 700M Memory cell array 701 Conductive layer 701_m Conductive layer 701_1 Conductive layer 701_6 Conductive layer 701a Conductive layer 701A Conductive film 701b Conductive layer 701B Conductive film 702 Conductive layer 702A Conductive film 702b Insulating layer 702B Conductive film 703 Insulating layer 703_1 Insulating layer 703_3 Insulating layer 703a insulating layer 703A insulating film 703b insulating layer 703c insulating layer 704 oxide layer 704_1 oxide layer 704_3 oxide layer 704a oxide layer 704A oxide film 704b oxide layer 704c oxide layer 705 conductive layer 705_1 conductive layer 705_3 conductive layer 706 Conductive layer 706_1 Conductive layer 706_3 Conductive layer 707 Connection layer 707_m Connection layer 707_1 Connection layer 708 Conductive layer 708_m Conductive layer 708_1 Conductive layer 710 Memory transistor 711 Insulating layer 720 Substrate 721 Insulating film 722 Insulating layer 722A Insulating film 722B Insulating film 723 Mask 723A Mask 724 insulating layer 725 mask 726 insulating layer 727 sacrificial layer 731 mask 750 transistor 751 oxide layer 751a oxide layer 752 conductive layer 753a conductive layer 753b conductive layer 754 insulating layer 761 insulating layer 762 connection layer 763 connection layer 764a connection layer 764b connection layer 765 conductive layer 766a conductive layer 766b conductive layer 1100 USB memory 1101 housing 1102 cap 1103 USB connector 1104 substrate 1105 memory chip 1106 controller chip 1110 SD card 1111 housing 1112 connector 1113 substrate 1114 memory chip 1115 controller chip 1150 SSD
1151 housing 1152 connector 1153 substrate 1154 memory chip 1155 memory chip 1156 controller chip 2000 robot 2001 computing device 2002 sensor 2003 light 2004 lift 2005 driving unit 2006 communication means 2007 speaker 2008 microphone 2009 display unit 2010 light emitting unit 2011 moving mechanism 3100 robot system 3000 3002 Arithmetic device 3003 Boom 3004 Arm 3005 Container 3006 Container 3007 Article 3008 Housing 3009 Sensor 3010 Communication means 3011 Communication means 3021 Plate 3022 Bar 3023 Plate 3024 Plate 3025 Spatula 4010 Calculation unit 4011 Analog calculation circuit 4012 DOSRAM
4013 NOSRAM
4014 FPGA
4020 control unit 4021 CPU
4022 GPUs
4023 PLL
4025 PROMs
4026 memory controller 4027 power supply circuit 4028 PMU
4030 Input/output unit 4031 External storage control circuit 4032 Audio codec 4033 Video codec 4034 General-purpose input/output module 4035 Communication module 4041 AI system 4041_n AI system 4041_1 AI system 4041A AI system 4041B AI system 4098 Bus line 4099 Network 7000 AI system IC
7001 Lead 7002 Printed board 7003 Circuit part 7004 Mounting board 7031 Si transistor layer 7032 Wiring layer 7033 OS transistor layer

Claims (1)

メモリトランジスタと、トランジスタと、酸化物層と、を有する半導体装置であって、
前記メモリトランジスタは、第1の導電層と、第2の導電層と、第3の導電層と、第1の絶縁層と、第2の絶縁層と、第3の絶縁層と、第1の半導体層と、を有し、
前記トランジスタは、第4の導電層と、第5の導電層と、第6の導電層と、第4の絶縁層と、第2の半導体層と、を有し、
前記第1の導電層は、開口を有し、
前記第1の絶縁層は、前記開口の内側側面と接する領域を有し、
前記第2の絶縁層は、前記第1の絶縁層の内側側面と接する領域を有し、
前記第3の絶縁層は、前記第2の絶縁層の内側側面と接する領域を有し、
前記第1の半導体層は、前記第3の絶縁層の内側側面と接する領域を有し、且つ前記第1の導電層の前記開口よりも上下方向に突出して設けられ、
前記第2の導電層は、前記第1の半導体層の底部と接する領域を有し、
前記第3の導電層は、前記第1の半導体層の上部と接する領域を有し、
前記第4の導電層及び前記第5の導電層は、前記第2の半導体層の上面と接する領域を有し、
前記第4の絶縁層は、前記第4の導電層の上面と接する領域と、前記第5の導電層の上面と接する領域と、前記第2の半導体層の上面と接する領域と、を有し、
前記第6の導電層は、前記第4の絶縁層を介して前記第2の半導体層と重なる領域を有し、
前記第1の導電層は、前記酸化物層を介して前記第4の導電層又は前記第5の導電層と電気的に接続され、
前記酸化物層と、前記第1の半導体層と、前記第2の半導体層とは、同じ金属酸化物を含む半導体装置。
A semiconductor device having a memory transistor, a transistor, and an oxide layer,
The memory transistor includes a first conductive layer, a second conductive layer, a third conductive layer, a first insulating layer, a second insulating layer, a third insulating layer, and a first conductive layer. a semiconductor layer;
the transistor has a fourth conductive layer, a fifth conductive layer, a sixth conductive layer, a fourth insulating layer, and a second semiconductor layer;
The first conductive layer has an opening,
The first insulating layer has a region in contact with the inner side surface of the opening,
The second insulating layer has a region in contact with the inner side surface of the first insulating layer,
The third insulating layer has a region in contact with the inner side surface of the second insulating layer,
The first semiconductor layer has a region in contact with the inner side surface of the third insulating layer, and is provided to protrude vertically beyond the opening of the first conductive layer,
the second conductive layer has a region in contact with the bottom of the first semiconductor layer;
the third conductive layer has a region in contact with the upper portion of the first semiconductor layer;
the fourth conductive layer and the fifth conductive layer have regions in contact with the upper surface of the second semiconductor layer;
The fourth insulating layer has a region in contact with the top surface of the fourth conductive layer, a region in contact with the top surface of the fifth conductive layer, and a region in contact with the top surface of the second semiconductor layer. ,
The sixth conductive layer has a region overlapping with the second semiconductor layer with the fourth insulating layer interposed therebetween,
the first conductive layer is electrically connected to the fourth conductive layer or the fifth conductive layer through the oxide layer;
A semiconductor device in which the oxide layer, the first semiconductor layer, and the second semiconductor layer include the same metal oxide.
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