JP2023062156A - 半導体装置 - Google Patents
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Abstract
Description
本実施の形態では、開示する発明の一態様に係る半導体装置の回路構成および動作について、図1乃至図6を参照して説明する。
はじめに、後述する半導体装置のメモリセルの回路構成について、図1(A)及び図1(B)を参照して説明する。ここで、図1(A)は半導体装置の立体的な構成に対応させて、メモリセル700の回路構成を立体的に示した回路図の一例であり、図1(B)は、メモリセル700の構成例を示す断面模式図である。
以下では、図1に示すメモリセル700を応用した、より具体的な回路構成および動作について、図2乃至図6を参照して説明する。
図4乃至図6に、メモリセル700にデータを書き込む動作、保持する動作、及び読み出す動作の一例を表すタイミングチャートを示す。図4、および図5は、データの書き込み行う選択したメモリセル700(ここでは、メモリセル700(1,1,1)、およびメモリセル700(1,1,n3))、又は読み出しを行う選択したメモリセル700(ここでは、メモリセル700(1,1,1))を動作させるに際して、各配線に与える電位のタイミングチャートを示す。
まず、図4乃至図6に示すタイミングチャートを用いて、ストリング792(1,1)内に配置されたメモリセル700(1,1,1)、およびメモリセル700(1,1,n3)へのデータ書き込み動作の例について説明する。図4乃至図6において、期間T1乃至期間T3は、メモリセル700(1,1,1)にデータ“0”、およびメモリセル700(1,1,n3)にデータ“1”の書き込みを行う期間である。また、期間T5乃至期間T7は、メモリセル700(1,1,1)にデータ“1”、およびメモリセル700(1,1,n3)にデータ“0”の書き込みを行う期間である。
以下では、図4乃至図6に示すタイミングチャートを用いて、メモリセル700(1,1,1)に記憶されたデータの読み出し動作の例について説明する。図4乃至図6において、期間T9乃至が、データの読み出しを行う期間である。
本発明の一態様に係るメモリセル700は、ノードFNに印加された電位が、正、0V、負のいずれであっても、その電位を保持することができる。
本実施の形態では、本発明の一態様に係るメモリセルおよびメモリセルアレイを含む半導体装置の構成について、図7乃至図32を用いて説明する。
メモリセル700および、当該メモリセル700が複数配列したメモリセルアレイ790の構成について図7を用いて説明する。図7(A)は、メモリセルアレイ790の上面図である。図7(B)は、図7(A)にA1-A2、A3-A4、A5-A6の一点鎖線で示す部位の断面図である。また、図7(C)は、図7(A)にA7-A8の一点鎖線で示す部位の断面図である。また、図7(D)は、図7(C)に示すメモリセル700の拡大図である。なお、以下においては、図7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、メモリセルアレイ790を設ける基体の上面に平行にとり、z軸は基体の上面に垂直にとる。
以下では、本実施の形態に示す半導体装置に用いることができる構成材料について説明する。
絶縁体としては、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がある。上記実施の形態に示す絶縁体は、その機能に応じて下記の絶縁体から選択して、単層または積層で形成することができる。
導電体としては、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。また、リン等の不純物元素を含有させた多結晶シリコンに代表される、電気伝導度が高い半導体、ニッケルシリサイドなどのシリサイドを用いてもよい。
酸化物743、および酸化物730として、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。以下では、本発明に係る酸化物743、および酸化物730に適用可能な金属酸化物について説明する。
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(Cloud-Aligned Composite)-OSの構成について説明する。
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 semiconductor)、多結晶酸化物半導体、nc-OS(nanocrystalline oxide 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。
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。
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。
次に、上記半導体装置の作製方法について、図8乃至図29を用いて説明する。図8乃至図29は、上記半導体装置のメモリセルアレイ790の一部のメモリセル700の作製過程を示した図である。
以下では、図30乃至図32を用いて、本発明の一態様に係るメモリセルアレイ790を有する半導体装置の一例について説明する。なお、図30乃至図32に示す半導体装置において、<半導体装置の構成例>に示した半導体装置を構成する構造と同機能を有する構造には、同符号を付記する。
本実施の形態では、本発明の一態様に係る半導体装置の構成について、図33乃至図37を用いて説明する。なお、図33乃至図37に示す半導体装置において、<半導体装置の構成例>に示した半導体装置を構成する構造と同機能を有する構造には、同符号を付記する。また、本項目においても、半導体装置の構成材料については<半導体装置の構成例>で詳細に説明した材料を用いることができる。
以下では、図33乃至図40を用いて、本発明の一態様に係るメモリセルアレイ790を有する半導体装置の一例について説明する。以下、半導体装置の構成についてそれぞれ図33用いて説明する。
以下では、図34を用いて、本発明の一態様に係るメモリセルアレイ790を有する半導体装置の一例について説明する。
以下では、図35を用いて、本発明の一態様に係るメモリセルアレイ790を有する半導体装置の一例について説明する。
以下では、図36を用いて、本発明の一態様に係るメモリセルアレイ790を有する半導体装置の一例について説明する。
以下では、図37を用いて、本発明の一態様に係るメモリセルアレイ790を有する半導体装置の一例について説明する。なお、図37(D)は、図37(A)にA5-A6で示す一点鎖線で示す部位の断面、およびA6よりも先の部位の断面を示す。
図38乃至図40に、図35に示す半導体装置のメモリセル700にデータを書き込む動作、保持する動作、及び読み出す動作の一例を表すタイミングチャートの例を示す。図38、および図39は、データの書き込み行う選択したメモリセル700(ここでは、メモリセル700(1,1,1)、およびメモリセル700(1,1,n3))、又は読み出しを行う選択したメモリセル700(ここでは、メモリセル700(1,1,1))を動作させるに際して、各配線に与える電位のタイミングチャートを示す。また、ここでは、メモリセル700内のトランジスタ703、トランジスタ705、トランジスタ707、およびトランジスタ708、トランジスタ709でpチャネル型のトランジスタを設けた例に関して説明する。
まず、図38乃至図40に示すタイミングチャートを用いて、ストリング792(1,1)内に配置されたメモリセル700(1,1,1)へのデータ書き込み動作の例について説明する。図38乃至図40において、期間T1乃至期間T3は、メモリセル700(1,1,1)にデータ“0”の書き込みを行う期間である。また、期間T5乃至期間T7は、メモリセル700(1,1,1)にデータ“1”の書き込みを行う期間である。
一方、期間T9では、選択したメモリセル700(1,1,1)に対するデータの読み出し動作を行う期間の例である。
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、SD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41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。
本実施の形態では、図42を用いて、上記実施の形態に示す半導体装置を適用した、AIシステムについて説明を行う。
<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43を用いて説明を行う。
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。
<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45乃至図47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。
Claims (1)
- 第1乃至第4のトランジスタと、第1の容量素子と、第2の容量素子と、を有し、
第1の導電体と、前記第1の導電体上の第1の絶縁体と、前記第1の絶縁体上の第2の導電体と、前記第2の導電体上の第2の絶縁体と、前記第2の絶縁体上の第3の導電体と、を有する積層体と、
前記第2の導電体が有する開口部の側面に、環状に配置された第1の酸化物と、
前記第1の酸化物の内壁に接して環状に配置された第4の導電体と、
前記積層体、前記第1の酸化物、および第4の導電体を貫通して配置された、筒状の第3の絶縁体と、
前記第3の絶縁体の内壁に接して配置された第2の酸化物と、を有し、
前記第1のトランジスタは、前記第1の導電体の一部と、前記第2の導電体の一部と、前記第3の導電体の一部と、前記第4の導電体の一部と、前記第1の酸化物、第1の絶縁体の一部と、および前記第2の絶縁体の一部とを有し、
前記第2のトランジスタは、前記第1の導電体の一部と、前記第3の絶縁体の一部と、および前記第2の酸化物の一部とを有し、
前記第3のトランジスタは、前記第3の導電体の一部と、前記第3の絶縁体の一部と、および前記第2の酸化物の一部とを有し、
前記第4のトランジスタは、前記第4の導電体の一部と、前記第3の絶縁体の一部と、前記第2の酸化物の一部とを有し、
前記第1の容量素子は、前記第1の導電体の一部と、前記第1の絶縁体の一部と、および前記第4の導電体の一部とを有し、
前記第2の容量素子は、前記第3の導電体の一部と、前記第2の絶縁体の一部と、および前記第4の導電体の一部とを有する、半導体装置。
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