JP2024086885A - Semiconductor Device - Google Patents

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JP2024086885A
JP2024086885A JP2024064549A JP2024064549A JP2024086885A JP 2024086885 A JP2024086885 A JP 2024086885A JP 2024064549 A JP2024064549 A JP 2024064549A JP 2024064549 A JP2024064549 A JP 2024064549A JP 2024086885 A JP2024086885 A JP 2024086885A
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film
transistor
conductive film
region
oxide semiconductor
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JP2024064549A
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舜平 山崎
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Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
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Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
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Abstract

Figure 2024086885000001

【課題】酸化物半導体を含み、高速動作が可能なトランジスタを提供する。または、該ト
ランジスタを含む信頼性の高い半導体装置を提供する。
【解決手段】下地絶縁層の溝に埋め込まれた電極層上に、一対の低抵抗領域及びチャネル
形成領域を含む酸化物半導体層を設ける。チャネル形成領域は、サイドウォールを側壁に
有するゲート電極層と重なる位置に形成される。溝は、深い領域と浅い領域を有し、サイ
ドウォールは、浅い領域と重なり、配線との接続は、深い領域と重なる。
【選択図】図1

Figure 2024086885000001

To provide a transistor which includes an oxide semiconductor and can operate at high speed, or to provide a highly reliable semiconductor device which includes the transistor.
An oxide semiconductor layer including a pair of low-resistance regions and a channel formation region is provided over an electrode layer embedded in a groove of a base insulating layer. The channel formation region is formed at a position overlapping with a gate electrode layer having sidewalls on its side walls. The groove has a deep region and a shallow region, the sidewalls overlap with the shallow region, and a connection to a wiring overlaps with the deep region.
[Selected Figure] Figure 1

Description

本発明は、半導体集積回路の微細化技術に関する。本明細書で開示する発明の中には、
半導体集積回路を構成する要素としてシリコン半導体の他に化合物半導体によって構成さ
れる素子が含まれ、その一例として酸化物半導体を適用した半導体装置及びその作製方法
に関する。
The present invention relates to a technology for miniaturizing semiconductor integrated circuits.
Elements constituting semiconductor integrated circuits include elements formed of compound semiconductors in addition to silicon semiconductors, and the present invention relates to a semiconductor device using an oxide semiconductor as one example, and a manufacturing method thereof.

なお、本明細書中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
置全般を指し、電気光学装置、半導体回路および電子機器は全て半導体装置である。
In this specification, the term "semiconductor device" refers to any device that can function by utilizing semiconductor characteristics, and electro-optical devices, semiconductor circuits, and electronic devices are all classified as semiconductor devices.

近年、半導体装置の開発が進められ、LSIやCPUやメモリとして用いられている。
CPUは、半導体ウェハから切り離された半導体集積回路(少なくともトランジスタ及び
メモリ)を有し、接続端子である電極が形成された半導体素子の集合体である。
In recent years, semiconductor devices have been developed and are used as LSIs, CPUs, and memories.
A CPU has a semiconductor integrated circuit (at least a transistor and a memory) separated from a semiconductor wafer, and is an assembly of semiconductor elements on which electrodes serving as connection terminals are formed.

LSIやCPUやメモリなどの半導体回路(ICチップ)は、回路基板、例えばプリント
配線板に実装され、様々な電子機器の部品の一つとして用いられる。
2. Description of the Related Art Semiconductor circuits (IC chips) such as LSIs, CPUs, and memories are mounted on circuit boards, for example, printed wiring boards, and are used as components of various electronic devices.

半導体回路に用いられるトランジスタに適用可能な半導体材料としてシリコン系半導体材
料が広く知られている。例えば特許文献1では、高集積化を図るため、チャネル形成領域
とコンタクト部との距離を短くし、これらの間で生じる抵抗を減少する構造が提案されて
いる。
Silicon-based semiconductor materials are widely known as semiconductor materials applicable to transistors used in semiconductor circuits. For example, Patent Document 1 proposes a structure in which the distance between a channel formation region and a contact portion is shortened to reduce the resistance between them in order to achieve high integration.

また、シリコンではない、その他の材料として酸化物半導体が注目されている。例えば、
酸化物半導体として、酸化亜鉛、In-Ga-Zn系酸化物を用いてトランジスタを作製
し、表示装置の画素のスイッチング素子などに用いる技術が特許文献2及び特許文献3で
開示されている。
In addition to silicon, oxide semiconductors are also attracting attention as materials other than silicon. For example,
Patent Documents 2 and 3 disclose techniques in which a transistor is manufactured using zinc oxide or an In--Ga--Zn-based oxide as an oxide semiconductor and used as a switching element of a pixel of a display device.

特開2004-327617号公報JP 2004-327617 A 特開2007-123861号公報JP 2007-123861 A 特開2007-96055号公報JP 2007-96055 A

LSIやCPUやメモリなどの半導体集積回路に用いるトランジスタのチャネル長Lを短
くすることによって微細なトランジスタを実現し、回路の動作速度を高速化し、さらには
消費電力の低減を図ることを課題の一とする。
One object of the present invention is to realize miniaturized transistors by shortening the channel length L of transistors used in semiconductor integrated circuits such as LSIs, CPUs, and memories, thereby increasing the operating speed of circuits and reducing power consumption.

本発明の一態様では、酸化物半導体を含み、高速動作が可能なトランジスタ及びその作製
方法を提供することを課題の一とする。または、該トランジスタを含む信頼性の高い半導
体装置及びその作製方法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 provide a transistor which includes an oxide semiconductor and can operate at high speed and a manufacturing method thereof. Another object is to provide a highly reliable semiconductor device which includes the transistor and a manufacturing method thereof.

酸化物半導体中で電子供与体(ドナー)となる不純物を除去することで、真性又は実質的
に真性な半導体であって、シリコン半導体よりもエネルギーギャップが大きい酸化物半導
体でチャネル形成領域が形成されるトランジスタを用い、LSIやCPUやメモリなどの
半導体集積回路を作製する。
By removing impurities that serve as electron donors (donors) in an oxide semiconductor, a transistor in which a channel formation region is formed in an oxide semiconductor that is an intrinsic or substantially intrinsic semiconductor and has a larger energy gap than a silicon semiconductor is used to manufacture a semiconductor integrated circuit such as an LSI, a CPU, or a memory.

酸化物半導体と導電層との間には、接触抵抗が生じる。接触抵抗を低減するためには、接
触面積を十分に確保することが必要である。
Contact resistance occurs between the oxide semiconductor and the conductive layer, and in order to reduce the contact resistance, it is necessary to ensure a sufficient contact area.

そこで、酸化物半導体層の上面に接する導電層と、酸化物半導体層の下面に接する導電層
を設け、接触面積を十分に確保することで接触抵抗の低減を図る。
Thus, a conductive layer in contact with the upper surface of the oxide semiconductor layer and a conductive layer in contact with the lower surface of the oxide semiconductor layer are provided to ensure a sufficient contact area, thereby reducing contact resistance.

本明細書で開示する本発明の一態様は、半導体基板と、半導体基板上に絶縁層と、絶縁層
上に酸化物半導体層と、酸化物半導体層上にゲート絶縁層と、ゲート絶縁層上に酸化物半
導体層と重なるゲート電極層と、ゲート電極層の側面にサイドウォールを有し、絶縁層に
深い領域と浅い領域を有する溝と、溝に導電型の領域とを有し、サイドウォールは、浅い
領域と重なることを特徴とする半導体装置である。
One embodiment of the present invention disclosed in this specification is a semiconductor device including: a semiconductor substrate; an insulating layer over the semiconductor substrate; an oxide semiconductor layer over the insulating layer; a gate insulating layer over the oxide semiconductor layer; a gate electrode layer over the gate insulating layer overlapping with the oxide semiconductor layer; a sidewall on a side surface of the gate electrode layer; a groove having a deep region and a shallow region in the insulating layer; and a conductive region in the groove, where the sidewall overlaps with the shallow region.

上記構成において、さらに導電層が、サイドウォール及び酸化物半導体層と接しているこ
とも特徴の一つである。
In the above structure, another feature is that the conductive layer is in contact with the sidewall and the oxide semiconductor layer.

また、上記構成において、さらに前記ゲート電極層上に層間絶縁層と、層間絶縁層上に配
線を有し、配線は、導電型の領域と重なり、深い領域と電気的に接続することも特徴の一
つである。
In the above structure, it is also one of the features that an interlayer insulating layer is further provided on the gate electrode layer, and a wiring is provided on the interlayer insulating layer, the wiring overlapping the conductive region and being electrically connected to the deep region.

また、上記構成において、導電型の領域は、チャネル長方向に第1の幅を有する浅い領域
と、チャネル長方向に第2の幅を有する深い領域とを有していることも特徴の一つである
In the above structure, it is also one of the features that the conductivity type region has a shallow region having a first width in the channel length direction and a deep region having a second width in the channel length direction.

また、複数の半導体集積回路を一つのパッケージに搭載し半導体装置の集積を高めたもの
、所謂MCP(Multi Chip Package)としてもよい。
Moreover, a so-called MCP (Multi Chip Package) may be used, which is a package in which a plurality of semiconductor integrated circuits are mounted to increase the integration of the semiconductor device.

また、回路基板に半導体集積回路を実装する場合には、フェイスアップ形態であってもよ
いし、フリップチップ形態(フェイスダウン形態)としてもよい。
Furthermore, when mounting a semiconductor integrated circuit on a circuit board, it may be in a face-up configuration or a flip-chip configuration (face-down configuration).

また、作製方法も本発明の一つであり、その構成は、第1の電極層上に第1の絶縁膜を形
成し、第1の電極層の上面を露出させる第1の平坦化処理を行い、第1の電極層の上面に
接して第2の電極層を形成し、第2の電極層上に第2の絶縁膜を形成し、第2の電極層の
上面を露出させる第2の平坦化処理を行い、第2の電極層の上面に接して酸化物半導体膜
を形成し、酸化物半導体膜上にゲート絶縁層を形成し、ゲート絶縁層上にゲート電極層及
び該ゲート電極層上面を覆う絶縁膜を形成し、第2の電極層と重なり、且つ、前記ゲート
電極層の側面に接するサイドウォールを形成し、ゲート電極層及びサイドウォールを覆い
、前記酸化物半導体膜上に接する導電膜を形成し、ゲート電極層と重なる前記導電膜の一
部を除去する第3の平坦化処理を行う半導体装置の作製方法である。
The present invention also provides a manufacturing method of a semiconductor device, which includes the steps of forming a first insulating film over a first electrode layer, performing a first planarization treatment to expose an upper surface of the first electrode layer, forming a second electrode layer in contact with an upper surface of the first electrode layer, forming a second insulating film over the second electrode layer, performing a second planarization treatment to expose an upper surface of the second electrode layer, forming an oxide semiconductor film in contact with an upper surface of the second electrode layer, forming a gate insulating layer over the oxide semiconductor film, forming a gate electrode layer and an insulating film covering an upper surface of the gate electrode layer on the gate insulating layer, forming a sidewall that overlaps with the second electrode layer and is in contact with a side surface of the gate electrode layer, forming a conductive film that covers the gate electrode layer and the sidewall and is in contact with the oxide semiconductor film, and performing a third planarization treatment to remove a part of the conductive film overlapping with the gate electrode layer.

LSIやCPUやメモリなどの半導体集積回路に用いるトランジスタのチャネル長Lを短
くする場合、酸化物半導体層の接触抵抗を低減することで回路の動作速度を高速化し、さ
らには消費電力の低減を実現する。
When the channel length L of a transistor used in a semiconductor integrated circuit such as an LSI, a CPU, or a memory is shortened, the contact resistance of an oxide semiconductor layer is reduced, thereby increasing the operating speed of the circuit and further reducing power consumption.

本発明の一態様を示す断面図及び上面図の一例である。1A and 1B are examples of a cross-sectional view and a top view illustrating one embodiment of the present invention. 本発明の一態様を示す工程断面図である。1A to 1C are cross-sectional views showing a process of one embodiment of the present invention. 本発明の一態様を示す工程断面図である。1A to 1C are cross-sectional views showing a process of one embodiment of the present invention. 半導体装置の一態様を示す断面図、平面図及び回路図。1A to 1C are a cross-sectional view, a plan view, and a circuit diagram illustrating one embodiment of a semiconductor device. 半導体装置の一態様を示す回路図及び斜視図。1A and 1B are a circuit diagram and a perspective view illustrating one embodiment of a semiconductor device. 半導体装置の一態様を示す平面図及び断面図。1A and 1B are a plan view and a cross-sectional view illustrating one embodiment of a semiconductor device. 半導体装置の一態様を示す回路図。FIG. 1 is a circuit diagram illustrating one embodiment of a semiconductor device. 半導体装置の一態様を示すブロック図。FIG. 1 is a block diagram illustrating one embodiment of a semiconductor device. 半導体装置の一態様を示すブロック図。FIG. 1 is a block diagram illustrating one embodiment of a semiconductor device. 半導体装置の一態様を示すブロック図。FIG. 1 is a block diagram illustrating one embodiment of a semiconductor device.

以下では、本発明の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。ただし、本発明は
以下の説明に限定されず、その形態および詳細を様々に変更し得ることは、当業者であれ
ば容易に理解される。また、本発明は以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈さ
れるものではない。
Hereinafter, the embodiments of the present invention 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 the form and details of the present invention can be modified in various ways. Furthermore, the present invention is not to be interpreted as being limited to the description of the embodiments shown below.

(実施の形態1)
図1(A)及び図1(B)に半導体装置の例として、トランジスタ420の断面図及び上
面図を示す。図1(A)は、トランジスタ420の断面図であり、図1(A)は、図1(
B)のX-Yにおける断面図である。なお、図1(B)では、煩雑になることを避けるた
め、トランジスタ420の構成要素の一部(例えば、絶縁膜407、絶縁膜410、層間
絶縁膜415等)を省略して図示している。
(Embodiment 1)
1A and 1B are a cross-sectional view and a top view of a transistor 420 as an example of a semiconductor device. FIG. 1A is a cross-sectional view of the transistor 420.
1B) along XY in FIG. 1B. Note that in FIG. 1B, some components of the transistor 420 (for example, an insulating film 407, an insulating film 410, an interlayer insulating film 415, and the like) are omitted for simplicity.

図1(A)及び図1(B)に示すトランジスタ420は、絶縁表面を有する基板400上
に、下地絶縁層436と、下地絶縁層436中に埋め込まれ、且つ、上面の少なくとも一
部が下地絶縁層436から露出した電極層425a及び電極層425bと、一対の低抵抗
領域404a、404b、及び低抵抗領域404aと低抵抗領域404bに挟まれたチャ
ネル形成領域409を含む酸化物半導体層403と、酸化物半導体層403上に設けられ
たゲート絶縁層402と、ゲート絶縁層402を介してチャネル形成領域409上に設け
られたゲート電極層401と、ゲート電極層401の側面に設けられた側壁絶縁層412
a、412bと、ゲート電極層401上に設けられた絶縁膜413と、ソース電極層40
5a及びドレイン電極層405b上に設けられた絶縁膜410と、絶縁膜410上に設け
られた層間絶縁膜415と、層間絶縁膜415上に設けられた絶縁膜407と、絶縁膜4
07、層間絶縁膜415及び絶縁膜410に設けられた開口を介して、ソース電極層40
5a及びドレイン電極層405bとそれぞれ電気的に接続する第1の配線層465a及び
第2の配線層465bと、を含んで構成される。
A transistor 420 illustrated in FIGS. 1A and 1B includes, over a substrate 400 having an insulating surface, a base insulating layer 436; electrode layers 425a and 425b which are embedded in the base insulating layer 436 and have at least a part of their upper surfaces exposed from the base insulating layer 436; an oxide semiconductor layer 403 including a pair of low-resistance regions 404a and 404b and a channel formation region 409 sandwiched between the low-resistance region 404a and the low-resistance region 404b; a gate insulating layer 402 provided on the oxide semiconductor layer 403; a gate electrode layer 401 provided on the channel formation region 409 with the gate insulating layer 402 interposed therebetween; and a sidewall insulating layer 412 provided on a side surface of the gate electrode layer 401.
a, 412b, an insulating film 413 provided on the gate electrode layer 401, and a source electrode layer 40
An insulating film 410 is provided on the drain electrode layer 405a and the drain electrode layer 405b, an interlayer insulating film 415 is provided on the insulating film 410, an insulating film 407 is provided on the interlayer insulating film 415, and an insulating film 407 is provided on the insulating film 405b.
07, the source electrode layer 40 is formed through an opening provided in the interlayer insulating film 415 and the insulating film 410.
5a and a second wiring layer 465b electrically connected to the drain electrode layer 405a and the drain electrode layer 405b, respectively.

層間絶縁膜415はトランジスタ420による凹凸を平坦化するように設けられており、
該上面の高さは側壁絶縁層412a、412b、及び絶縁膜410と概略同じである。側
壁絶縁層412a、412bはサイドウォールとも呼ぶ。また、ソース電極層405a及
びドレイン電極層405bの上面の高さは、層間絶縁膜415、側壁絶縁層412a、4
12b、及び絶縁膜413の上面の高さより低く、ゲート電極層401の上面の高さより
高い。なお、ここでいう高さとは、基板400上面からの高さである。
The interlayer insulating film 415 is provided to flatten unevenness caused by the transistor 420.
The height of the upper surface is approximately the same as that of the sidewall insulating layers 412a and 412b and the insulating film 410. The sidewall insulating layers 412a and 412b are also called sidewalls.
12b and the top surface of the insulating film 413, and is higher than the top surface of the gate electrode layer 401. Note that the "height" referred to here means the height from the top surface of the substrate 400.

また、図1において、電極層425a及び電極層425bは、下地絶縁層436に深い領
域と浅い領域を有する溝を埋め込むように形成されている。側壁絶縁層412a、412
bは浅い領域と重なる。また、深い領域と重なる位置に第1の配線層465a及び第2の
配線層465bが形成される。
1, the electrode layers 425a and 425b are formed to fill a groove having a deep region and a shallow region in the base insulating layer 436.
The first wiring layer 465a and the second wiring layer 465b are formed at positions overlapping with the deep region.

また、図1において、絶縁膜407は、層間絶縁膜415、ソース電極層405a、ドレ
イン電極層405b、側壁絶縁層412a、412b、絶縁膜413、絶縁膜410と接
して設けられている。
In addition, in FIG. 1, the insulating film 407 is provided in contact with the interlayer insulating film 415 , the source electrode layer 405 a , the drain electrode layer 405 b , the sidewall insulating layers 412 a and 412 b , the insulating film 413 , and the insulating film 410 .

なお、ゲート電極層401をマスクとして酸化物半導体膜403に自己整合的にドーパン
トを導入し、酸化物半導体膜403においてチャネル形成領域409を挟んでチャネル形
成領域409より抵抗が低く、ドーパントを含む低抵抗領域404a、404bを形成す
る。ドーパントは、酸化物半導体膜403の導電率を変化させる不純物である。ドーパン
トの導入方法としては、イオン注入法、イオンドーピング法、プラズマイマージョンイオ
ンインプランテーション法などを用いることができる。
Note that a dopant is introduced into the oxide semiconductor film 403 in a self-aligned manner by using the gate electrode layer 401 as a mask, so that low-resistance regions 404a and 404b containing the dopant and having lower resistance than the channel formation region 409 are formed in the oxide semiconductor film 403 with the channel formation region 409 sandwiched therebetween. The dopant is an impurity which changes the conductivity of the oxide semiconductor film 403. The dopant can be introduced by an ion implantation method, an ion doping method, a plasma immersion ion implantation method, or the like.

チャネル長方向にチャネル形成領域409を挟んで低抵抗領域404a、404bを含む
酸化物半導体膜403と、酸化物半導体膜403の上面の一部と接するソース電極層40
5a及びドレイン電極層405bと、酸化物半導体膜403の下面と一部接する電極層4
25a及び電極層425bとを有することにより、該トランジスタ420はオン特性(例
えば、オン電流及び電界効果移動度)が高く、高速動作、高速応答が可能となる。
The oxide semiconductor film 403 includes low-resistance regions 404 a and 404 b sandwiching a channel formation region 409 in the channel length direction, and the source electrode layer 40
5a and the drain electrode layer 405b, and the electrode layer 4
By including the gate insulating layer 425a and the electrode layer 425b, the transistor 420 has high on-state characteristics (eg, on-state current and field-effect mobility) and can operate at high speed and respond at high speed.

酸化物半導体膜403に用いる酸化物半導体としては、少なくともインジウム(In)あ
るいは亜鉛(Zn)を含むことが好ましい。特にInとZnを含むことが好ましい。また
、該酸化物半導体を用い、酸化物半導体の酸素欠損を減らすためのスタビライザーとして
、それらに加えてガリウム(Ga)を有することが好ましい。また、スタビライザーとし
てスズ(Sn)を有することが好ましい。また、スタビライザーとしてハフニウム(Hf
)を有することが好ましい。また、スタビライザーとしてアルミニウム(Al)を有する
ことが好ましい。また、スタビライザーとしてジルコニウム(Zr)を有することが好ま
しい。
The oxide semiconductor used for the oxide semiconductor film 403 preferably contains at least indium (In) or zinc (Zn). In particular, it is preferable that the oxide semiconductor contains In and Zn. In addition to the oxide semiconductor, the oxide semiconductor preferably contains gallium (Ga) as a stabilizer for reducing oxygen vacancies in the oxide semiconductor. Furthermore, it is preferable that the oxide semiconductor contains tin (Sn) as a stabilizer. Furthermore, it is preferable that the oxide semiconductor contains hafnium (Hf
) as a stabilizer. Also, it is preferable to have aluminum (Al) as a stabilizer. Also, it is preferable to have zirconium (Zr) as a stabilizer.

また、他のスタビライザーとして、ランタノイドである、ランタン(La)、セリウム(
Ce)、プラセオジム(Pr)、ネオジム(Nd)、サマリウム(Sm)、ユウロピウム
(Eu)、ガドリニウム(Gd)、テルビウム(Tb)、ジスプロシウム(Dy)、ホル
ミウム(Ho)、エルビウム(Er)、ツリウム(Tm)、イッテルビウム(Yb)、ル
テチウム(Lu)のいずれか一種あるいは複数種を有してもよい。
Other stabilizers include lanthanides such as lanthanum (La) and cerium (
The element may have one or more of the following: arsenic (Ce), praseodymium (Pr), neodymium (Nd), samarium (Sm), europium (Eu), gadolinium (Gd), terbium (Tb), dysprosium (Dy), holmium (Ho), erbium (Er), thulium (Tm), ytterbium (Yb), and lutetium (Lu).

例えば、酸化物半導体として、酸化インジウム、酸化スズ、酸化亜鉛、二元系金属の酸化
物であるIn-Zn系酸化物、Sn-Zn系酸化物、Al-Zn系酸化物、Zn-Mg系
酸化物、Sn-Mg系酸化物、In-Mg系酸化物、In-Ga系酸化物、三元系金属の
酸化物であるIn-Ga-Zn系酸化物(IGZOとも表記する)、In-Al-Zn系
酸化物、In-Sn-Zn系酸化物、Sn-Ga-Zn系酸化物、Al-Ga-Zn系酸
化物、Sn-Al-Zn系酸化物、In-Hf-Zn系酸化物、In-La-Zn系酸化
物、In-Ce-Zn系酸化物、In-Pr-Zn系酸化物、In-Nd-Zn系酸化物
、In-Sm-Zn系酸化物、In-Eu-Zn系酸化物、In-Gd-Zn系酸化物、
In-Tb-Zn系酸化物、In-Dy-Zn系酸化物、In-Ho-Zn系酸化物、I
n-Er-Zn系酸化物、In-Tm-Zn系酸化物、In-Yb-Zn系酸化物、In
-Lu-Zn系酸化物、四元系金属の酸化物であるIn-Sn-Ga-Zn系酸化物、I
n-Hf-Ga-Zn系酸化物、In-Al-Ga-Zn系酸化物、In-Sn-Al-
Zn系酸化物、In-Sn-Hf-Zn系酸化物、In-Hf-Al-Zn系酸化物を用
いることができる。
Examples of oxide semiconductors include indium oxide, tin oxide, zinc oxide, In-Zn oxides, which are oxides of binary metals, Sn-Zn oxides, Al-Zn oxides, Zn-Mg oxides, Sn-Mg oxides, In-Mg oxides, In-Ga oxides, In-Ga-Zn oxides, which are oxides of ternary metals (also referred to as IGZO), In-Al-Zn oxides, In-Sn-Zn oxides, Sn-Ga-Zn oxides, Al-Ga-Zn oxides, Sn-Al-Zn oxides, In-Hf-Zn oxides, In-La-Zn oxides, In-Ce-Zn oxides, In-Pr-Zn oxides, In-Nd-Zn oxides, In-Sm-Zn oxides, In-Eu-Zn oxides, and In-Gd-Zn oxides.
In-Tb-Zn oxide, In-Dy-Zn oxide, In-Ho-Zn oxide, I
n-Er-Zn oxide, In-Tm-Zn oxide, In-Yb-Zn oxide, In
-Lu-Zn oxides, In-Sn-Ga-Zn oxides which are oxides of quaternary metals, I
n-Hf-Ga-Zn oxide, In-Al-Ga-Zn oxide, In-Sn-Al-
Zn-based oxides, In--Sn--Hf--Zn-based oxides, and In--Hf--Al--Zn-based oxides can be used.

なお、ここで、例えば、In-Ga-Zn系酸化物とは、InとGaとZnを主成分とし
て有する酸化物という意味であり、InとGaとZnの比率は問わない。また、InとG
aとZn以外の金属元素が入っていてもよい。
In addition, for example, an In-Ga-Zn oxide means an oxide having In, Ga, and Zn as main components, and the ratio of In, Ga, and Zn does not matter.
Metal elements other than a and Zn may be present.

また、酸化物半導体として、InMO(ZnO)(m>0、且つ、mは整数でない)
で表記される材料を用いてもよい。なお、Mは、Ga、Fe、Mn及びCoから選ばれた
一の金属元素または複数の金属元素を示す。また、酸化物半導体として、InSnO
(ZnO)(n>0、且つ、nは整数)で表記される材料を用いてもよい。
In addition, the oxide semiconductor may be InMO 3 (ZnO) m (m>0, and m is not an integer).
In addition, M represents one or more metal elements selected from Ga, Fe, Mn, and Co. In addition, as the oxide semiconductor , a material represented by the formula:
A material expressed as (ZnO) n (n>0, and n is an integer) may be used.

例えば、In:Ga:Zn=1:1:1(=1/3:1/3:1/3)、In:Ga:Z
n=2:2:1(=2/5:2/5:1/5)、あるいはIn:Ga:Zn=3:1:2
(=1/2:1/6:1/3)の原子数比のIn-Ga-Zn系酸化物やその組成の近傍
の酸化物を用いることができる。あるいは、In:Sn:Zn=1:1:1(=1/3:
1/3:1/3)、In:Sn:Zn=2:1:3(=1/3:1/6:1/2)あるい
はIn:Sn:Zn=2:1:5(=1/4:1/8:5/8)の原子数比のIn-Sn
-Zn系酸化物やその組成の近傍の酸化物を用いるとよい。
For example, In:Ga:Zn=1:1:1 (=1/3:1/3:1/3), In:Ga:Z
n=2:2:1 (=2/5:2/5:1/5), or In:Ga:Zn=3:1:2
In-Ga-Zn oxides having an atomic ratio of In:Sn:Zn=1:1:1 (=1/3:1/6:1/3) or oxides having a similar composition can be used.
In-Sn with an atomic ratio of In:Sn:Zn=2:1:3 (=1/3:1/3:1/6:1/2) or In:Sn:Zn=2:1:5 (=1/4:1/8:5/8)
It is preferable to use a -Zn-based oxide or an oxide having a composition close to that.

しかし、これらに限られず、必要とする半導体特性(移動度、しきい値、ばらつき等)に
応じて適切な組成のものを用いればよい。また、必要とする半導体特性を得るために、キ
ャリア濃度や不純物濃度、欠陥密度、金属元素と酸素の原子数比、原子間結合距離、密度
等を適切なものとすることが好ましい。
However, the present invention is not limited to these, and an appropriate composition may be used depending on the required semiconductor characteristics (mobility, threshold value, variation, etc.) In order to obtain the required semiconductor characteristics, it is preferable to appropriately select the carrier concentration, impurity concentration, defect density, atomic ratio of metal element to oxygen, interatomic bond distance, density, etc.

例えば、In-Sn-Zn系酸化物では比較的容易に高い移動度が得られる。しかしなが
ら、In-Ga-Zn系酸化物でも、バルク内欠陥密度を低くすることにより移動度を上
げることができる。
For example, high mobility can be obtained relatively easily in In--Sn--Zn oxides, but mobility can also be increased in In--Ga--Zn oxides by lowering the bulk defect density.

なお、例えば、In、Ga、Znの原子数比がIn:Ga:Zn=a:b:c(a+b+
c=1)である酸化物の組成が、原子数比がIn:Ga:Zn=A:B:C(A+B+C
=1)の酸化物の組成のrだけ近傍であるとは、a、b、cが、(a-A)+(b-B
+(c-C)≦rを満たすことをいう。rとしては、例えば、0.05とすれば
よい。他の酸化物でも同様である。
For example, the atomic ratio of In, Ga, and Zn is In:Ga:Zn=a:b:c (a+b+
The composition of the oxide in which the atomic ratio is In:Ga:Zn=A:B:C (A+B+C
= 1), a, b, and c are (a-A) 2 + (b-B
) 2 + (c−C) 2 ≦r 2 is satisfied. For example, r may be set to 0.05. The same applies to other oxides.

酸化物半導体膜403は、単結晶、多結晶(ポリクリスタルともいう。)または非晶質な
どの状態をとる。
The oxide semiconductor film 403 is in a single crystal, polycrystalline (also referred to as polycrystalline), amorphous, or the like.

好ましくは、酸化物半導体膜は、CAAC-OS(C Axis Aligned Cr
ystalline Oxide Semiconductor)膜とする。
Preferably, the oxide semiconductor film is a CAAC-OS (C Axis Aligned Cr
The film is a crystalline oxide semiconductor film.

ここで、CAAC(C Axis Aligned Crystal)は、c軸が酸化物
半導体膜の被形成面または表面に垂直な方向を向き、かつab面に垂直な方向から見て三
角形状または六角形状の原子配列を有し、c軸に垂直な方向から見て金属原子が層状また
は金属原子と酸素原子とが層状に配列している結晶と非晶質の混相構造をいう。なお、こ
の混相構造においてCAAC同士は、それぞれa軸およびb軸の向きが異なっていてもよ
い。
Here, CAAC (C-Axis Aligned Crystal) refers to a mixed phase structure of crystal and amorphous in which the c-axis is oriented in a direction perpendicular to the surface on which the oxide semiconductor film is formed or the surface thereof, has a triangular or hexagonal atomic arrangement as viewed from a direction perpendicular to the a-b plane, and has metal atoms arranged in layers or metal atoms and oxygen atoms arranged in layers as viewed from a direction perpendicular to the c-axis. Note that the directions of the a-axis and b-axis of each of the CAACs in this mixed phase structure may be different from each other.

CAAC酸化物半導体(CAAC-OS:C Axis Aligned Crysta
line Oxide Semiconductor)膜は、完全な単結晶ではなく、完
全な非晶質でもない。CAAC-OS膜は、結晶-非晶質混相構造の酸化物半導体膜であ
る。結晶の大きさは数nmから数十nm程度と見積もられるが、透過型電子顕微鏡(TE
M:Transmission Electron Microscope)による観察
では、CAAC-OS膜に含まれる非晶質とCAACとの境界は必ずしも明確ではない。
また、CAAC-OS膜には結晶粒界(グレインバウンダリーともいう。)は確認されな
い。CAAC-OS膜が結晶粒界を有さないため、結晶粒界に起因する電子移動度の低下
が起こりにくい。
CAAC Oxide Semiconductor (CAAC-OS: C Axis Aligned Crystal
The CAAC-OS film is an oxide semiconductor film having a crystalline-amorphous mixed phase structure. The size of the crystals is estimated to be about several nm to several tens of nm.
According to observation using a transmission electron microscope (M), the boundary between the amorphous portion and the CAAC portion in the CAAC-OS film is not necessarily clear.
Furthermore, no crystal grain boundaries are found in the CAAC-OS film. Since the CAAC-OS film does not have crystal grain boundaries, a decrease in electron mobility due to crystal grain boundaries is unlikely to occur.

なお、CAAC-OS膜において、膜中における結晶領域の分布は均一でなくてもよい。
例えば、CAAC-OS膜の表面側から結晶成長した場合、CAAC-OS膜の表面の近
傍は結晶の占める割合が高くなり、被形成面の近傍は非晶質の占める割合が高くなること
がある。
Note that in a CAAC-OS film, the distribution of crystalline regions in the film does not necessarily have to be uniform.
For example, when crystals grow from the surface side of the CAAC-OS film, the proportion of crystals in the vicinity of the surface of the CAAC-OS film may be high, and the proportion of amorphous material in the vicinity of the surface where the CAAC-OS film is formed may be high.

CAACにおける結晶部分のc軸は、CAAC-OS膜の被形成面または表面に垂直な方
向を向くため、CAAC-OS膜の形状(被形成面の断面形状または表面の断面形状)に
よって、c軸が向く方向が異なることがある。なお、CAACにおける結晶部分のc軸が
向く方向は、CAAC-OS膜が形成されたときの被形成面または表面に略垂直な方向と
なる。CAACは、成膜と同時または成膜後に加熱処理などの結晶化処理を行うことで形
成される。
Since the c-axis of the crystalline portion of the CAAC faces in a direction perpendicular to the surface or the surface on which the CAAC-OS film is formed, the direction of the c-axis may differ depending on the shape of the CAAC-OS film (the cross-sectional shape of the surface or the cross-sectional shape of the surface on which the CAAC-OS film is formed). Note that the c-axis of the crystalline portion of the CAAC faces in a direction approximately perpendicular to the surface or the surface on which the CAAC-OS film is formed. The CAAC is formed by performing a crystallization treatment such as a heat treatment simultaneously with or after the film formation.

CAAC-OS膜を用いることで、可視光や紫外光の照射によるトランジスタの電気特性
の変動が低減されるため、信頼性の高いトランジスタを得ることができる。
By using the CAAC-OS film, change in electrical characteristics of a transistor due to irradiation with visible light or ultraviolet light can be reduced; therefore, a highly reliable transistor can be obtained.

なお、酸化物半導体膜を構成する酸素の一部は窒素で置換されてもよい。 Note that some of the oxygen constituting the oxide semiconductor film may be replaced with nitrogen.

酸化物半導体膜403の膜厚は、1nm以上30nm以下(好ましくは5nm以上10n
m以下)とし、スパッタリング法、MBE(Moleculer Beam Epita
xy)法、CVD法、パルスレーザ堆積法、ALD(Atomic Layer Dep
osition)法等を適宜用いることができる。また、酸化物半導体膜403は、スパ
ッタリングターゲット表面に対し、概略垂直に複数の基板表面がセットされた状態で成膜
を行うスパッタ装置、所謂CPスパッタ装置(Columner Plasma Spu
ttering system)を用いて成膜してもよい。
The thickness of the oxide semiconductor film 403 is 1 nm to 30 nm (preferably, 5 nm to 10 nm).
m or less), and sputtering method, MBE (Molecular Beam Epitaxy)
xy) method, CVD method, pulsed laser deposition method, ALD (Atomic Layer Depth
The oxide semiconductor film 403 can be formed by a sputtering apparatus that performs film formation in a state where a plurality of substrate surfaces are set substantially perpendicular to a surface of a sputtering target, which is a so-called CP sputtering apparatus (column plasma sputtering apparatus).
The film may be formed using a tering system.

図2(A)乃至(E)及び図3(A)乃至(D)にトランジスタ420を有する半導体装
置の作製方法の一例を示す。
2A to 2E and 3A to 3D show an example of a method for manufacturing a semiconductor device including a transistor 420. FIG.

まず、絶縁表面を有する基板400上に電極層422a、422bを形成する。電極層4
22a、422bとしては、例えば、Al、Cr、Cu、Ta、Ti、Mo、Wからから
選ばれた元素を含む金属膜、または上述した元素を成分とする金属窒化物膜(窒化チタン
膜、窒化モリブデン膜、窒化タングステン膜等)を用いることができる。また、Al、C
uなどの金属膜の下側又は上側の一方または双方にTi、Mo、Wなどの高融点金属膜ま
たはそれらの金属窒化物膜(窒化チタン膜、窒化モリブデン膜、窒化タングステン膜)を
積層させた構成としても良い。
First, electrode layers 422a and 422b are formed on a substrate 400 having an insulating surface.
For example, metal films containing elements selected from Al, Cr, Cu, Ta, Ti, Mo, and W, or metal nitride films containing the above elements (titanium nitride film, molybdenum nitride film, tungsten nitride film, etc.) can be used as the layers 22a and 422b.
Alternatively, a high melting point metal film such as Ti, Mo, W or a metal nitride film thereof (titanium nitride film, molybdenum nitride film, tungsten nitride film) may be laminated on either or both of the upper and lower sides of a metal film such as tungsten nitride film.

絶縁表面を有する基板400に使用することができる基板に大きな制限はないが、少なく
とも、後の熱処理に耐えうる程度の耐熱性を有していることが必要となる。例えば、バリ
ウムホウケイ酸ガラスやアルミノホウケイ酸ガラスなどのガラス基板、セラミック基板、
石英基板、サファイア基板などを用いることができる。また、シリコンや炭化シリコンな
どの単結晶半導体基板、多結晶半導体基板、シリコンゲルマニウムなどの化合物半導体基
板、SOI基板などを適用することもでき、これらの基板上に半導体素子が設けられたも
のを、基板400として用いてもよい。
There is no particular limitation on the substrate that can be used for the substrate 400 having an insulating surface, but it is necessary that the substrate has at least a heat resistance sufficient to withstand a subsequent heat treatment. For example, a glass substrate such as barium borosilicate glass or aluminoborosilicate glass, a ceramic substrate,
A quartz substrate, a sapphire substrate, or the like can be used. In addition, a single crystal semiconductor substrate such as silicon or silicon carbide, a polycrystalline semiconductor substrate, a compound semiconductor substrate such as silicon germanium, an SOI substrate, or the like can also be applied, and any of these substrates on which semiconductor elements are provided may be used as the substrate 400.

次いで、電極層422a、422bを覆う絶縁膜423を形成する。ここまでの状態が図
2(A)である。
Next, an insulating film 423 is formed to cover the electrode layers 422a and 422b. The state up to this point is shown in FIG.

絶縁膜423は、プラズマCVD法又はスパッタリング法等により、酸化シリコン、酸化
窒化シリコン、酸化アルミニウム、酸化窒化アルミニウム、酸化ハフニウム、酸化ガリウ
ム、又はこれらの混合材料を用いて形成する。
The insulating film 423 is formed by a plasma CVD method, a sputtering method, or the like using silicon oxide, silicon oxynitride, aluminum oxide, aluminum oxynitride, hafnium oxide, gallium oxide, or a mixed material of these.

次いで、絶縁膜423及び電極層422a、422bを切削(研削、研磨)する。切削(
研削、研磨)方法としては化学的機械研磨(Chemical Mechanical
Polishing:CMP)法を好適に用いることができる。
Next, the insulating film 423 and the electrode layers 422a and 422b are cut (grinded or polished).
The grinding and polishing method is chemical mechanical polishing.
A chemical mechanical polishing (CMP) method can be suitably used.

次いで、電極層422a、422bと重なるように電極層424a、424bを形成する
。電極層424a、424bとしては、例えば、Al、Cr、Cu、Ta、Ti、Mo、
Wからから選ばれた元素を含む金属膜、または上述した元素を成分とする金属窒化物膜(
窒化チタン膜、窒化モリブデン膜、窒化タングステン膜等)を用いることができる。また
、Al、Cuなどの金属膜の下側又は上側の一方または双方にTi、Mo、Wなどの高融
点金属膜またはそれらの金属窒化物膜(窒化チタン膜、窒化モリブデン膜、窒化タングス
テン膜)を積層させた構成としても良い。
Next, the electrode layers 424a and 424b are formed so as to overlap the electrode layers 422a and 422b. The electrode layers 424a and 424b may be made of, for example, Al, Cr, Cu, Ta, Ti, Mo,
A metal film containing an element selected from W, or a metal nitride film containing the above-mentioned elements (
A high melting point metal film such as Ti, Mo, W or the like or a metal nitride film thereof (titanium nitride film, molybdenum nitride film, tungsten nitride film, etc.) may be used. Also, a configuration may be used in which a high melting point metal film such as Ti, Mo, W or the like or a metal nitride film thereof (titanium nitride film, molybdenum nitride film, tungsten nitride film) is laminated on either or both of the upper and lower sides of a metal film such as Al or Cu.

次いで、電極層424a、424bを覆う絶縁膜426を形成する。ここまでの状態が図
2(B)である。なお、絶縁膜423と絶縁膜426の境界を点線で示したが、同じ材料
を用いると、明確な境界はなくなるため、以降の図では境界を示す点線を省略し、絶縁膜
423と絶縁膜426の積層を下地絶縁層436として図示する。また、電極層422a
、422bと、電極層424a、424bとを同じ材料を用いると、明確な境界はなくな
るため、以降の図では境界を示す点線を省略し、電極層422a、422bと電極層42
4a、424bの積層を電極層425a、425bとして図示する。
Next, an insulating film 426 is formed to cover the electrode layers 424a and 424b. The state up to this point is shown in FIG. 2B. Note that although the boundary between the insulating film 423 and the insulating film 426 is shown by a dotted line, if the same material is used, the boundary is not clearly defined. Therefore, the dotted line showing the boundary is omitted in the following drawings, and a stack of the insulating film 423 and the insulating film 426 is illustrated as a base insulating layer 436.
If the same material is used for the electrode layers 422a, 422b and the electrode layers 424a, 424b, there will be no clear boundary between them. Therefore, in the following drawings, the dotted lines indicating the boundaries will be omitted, and the electrode layers 422a, 422b and the electrode layer 42
The stack of layers 424a and 424b is illustrated as electrode layers 425a and 425b.

次いで、絶縁膜426及び電極層424a、424bを切削(研削、研磨)する。切削(
研削、研磨)方法としてはCMP法を用いる。
Next, the insulating film 426 and the electrode layers 424a and 424b are cut (grinded or polished).
The grinding and polishing method used is the CMP method.

次に、下地絶縁層436及び電極層425a、425b上に酸化物半導体膜403を形成
する。
Next, the oxide semiconductor film 403 is formed over the base insulating layer 436 and the electrode layers 425a and 425b.

なお、本実施の形態において、酸化物半導体膜403を、スパッタリング法で作製するた
めのターゲットとしては、組成比として、In:Ga:Zn=3:1:2[原子数比]の
酸化物ターゲットを用い、In-Ga-Zn系酸化物膜(IGZO膜)を成膜する。
In this embodiment, as a target for forming the oxide semiconductor film 403 by a sputtering method, an oxide target having a composition ratio of In:Ga:Zn=3:1:2 [atomic ratio] is used to form an In—Ga—Zn-based oxide film (IGZO film).

酸化物半導体膜403を、成膜する際に用いるスパッタリングガスは水素、水、水酸基又
は水素化物などの不純物が除去された高純度ガスを用いることが好ましい。
It is preferable that a high-purity gas from which impurities such as hydrogen, water, a hydroxyl group, or hydride are removed be used as a sputtering gas used in forming the oxide semiconductor film 403 .

減圧状態に保持された成膜室内に基板を保持する。そして、成膜室内の残留水分を除去し
つつ水素及び水分が除去されたスパッタガスを導入し、上記ターゲットを用いて基板40
0上に酸化物半導体膜403を成膜する。成膜室内の残留水分を除去するためには、吸着
型の真空ポンプ、例えば、クライオポンプ、イオンポンプ、チタンサブリメーションポン
プを用いることが好ましい。また、排気手段としては、ターボ分子ポンプにコールドトラ
ップを加えたものであってもよい。クライオポンプを用いて排気した成膜室は、例えば、
水素原子、水(HO)など水素原子を含む化合物(より好ましくは炭素原子を含む化合
物も)等が排気されるため、当該成膜室で成膜した酸化物半導体膜403に含まれる不純
物の濃度を低減できる。
The substrate is held in a film-forming chamber that is maintained in a reduced pressure state. Then, while removing the residual moisture in the film-forming chamber, a sputtering gas from which hydrogen and moisture have been removed is introduced, and the substrate 40 is sputtered using the above target.
In order to remove residual moisture in the deposition chamber, it is preferable to use an adsorption type vacuum pump, such as a cryopump, an ion pump, or a titanium sublimation pump. Alternatively, a turbo molecular pump with a cold trap may be used as an exhaust means. The deposition chamber evacuated using a cryopump is, for example,
Since hydrogen atoms, compounds containing hydrogen atoms such as water (H 2 O) (preferably compounds containing carbon atoms as well), and the like are exhausted, the concentration of impurities contained in the oxide semiconductor film 403 formed in the deposition chamber can be reduced.

酸化物半導体膜403は、膜状の酸化物半導体膜をフォトリソグラフィ工程により島状の
酸化物半導体膜に加工して形成することができる。
The oxide semiconductor film 403 can be formed by processing a film-shaped oxide semiconductor film into an island-shaped oxide semiconductor film by a photolithography process.

また、島状の酸化物半導体膜403を形成するためのレジストマスクをインクジェット法
で形成してもよい。レジストマスクをインクジェット法で形成するとフォトマスクを使用
しないため、製造コストを低減できる。
Alternatively, a resist mask for forming the island-shaped oxide semiconductor film 403 may be formed by an inkjet method. When the resist mask is formed by an inkjet method, no photomask is used, which leads to reduced manufacturing costs.

なお、酸化物半導体膜のエッチングは、ドライエッチングでもウェットエッチングでもよ
く、両方を用いてもよい。例えば、酸化物半導体膜のウェットエッチングに用いるエッチ
ング液としては、燐酸と酢酸と硝酸を混ぜた溶液などを用いることができる。また、IT
O-07N(関東化学社製)を用いてもよい。また、ICP(Inductively
Coupled Plasma:誘導結合型プラズマ)エッチング法によるドライエッチ
ングによってエッチング加工してもよい。例えば、IGZO膜をICPエッチング法によ
り、エッチング(エッチング条件:エッチングガス(BCl:Cl=60sccm:
20sccm)、電源電力450W、バイアス電力100W、圧力1.9Pa)し、島状
に加工することができる。
The oxide semiconductor film may be etched by dry etching or wet etching, or may be etched by both. For example, a mixed solution of phosphoric acid, acetic acid, and nitric acid may be used as an etching solution for wet etching of the oxide semiconductor film.
O-07N (manufactured by Kanto Chemical Co., Ltd.) may also be used.
For example, the IGZO film may be etched by an ICP etching method (etching conditions: etching gas (BCl 3 :Cl 2 =60 sccm:
20 sccm), power supply power of 450 W, bias power of 100 W, and pressure of 1.9 Pa, and the resulting mixture can be processed into an island shape.

また、酸化物半導体膜403に、過剰な水素(水や水酸基を含む)を除去(脱水化または
脱水素化)するための加熱処理を行ってもよい。加熱処理の温度は、300℃以上700
℃以下、または基板の歪み点未満とする。加熱処理は減圧下又は窒素雰囲気下などで行う
ことができる。例えば、加熱処理装置の一つである電気炉に基板を導入し、酸化物半導体
膜403に対して窒素雰囲気下450℃において1時間の加熱処理を行う。
Further, the oxide semiconductor film 403 may be subjected to heat treatment in order to remove excess hydrogen (including water or a hydroxyl group) (dehydration or dehydrogenation).
The heat treatment can be performed under reduced pressure or a nitrogen atmosphere. For example, the substrate is placed in an electric furnace, which is a type of heat treatment apparatus, and the oxide semiconductor film 403 is subjected to heat treatment at 450° C. in a nitrogen atmosphere for one hour.

なお、加熱処理装置は電気炉に限られず、抵抗発熱体などの発熱体からの熱伝導または熱
輻射によって、被処理物を加熱する装置を用いてもよい。例えば、GRTA(Gas R
apid Thermal Anneal)装置、LRTA(Lamp Rapid T
hermal Anneal)装置等のRTA(Rapid Thermal Anne
al)装置を用いることができる。LRTA装置は、ハロゲンランプ、メタルハライドラ
ンプ、キセノンアークランプ、カーボンアークランプ、高圧ナトリウムランプ、高圧水銀
ランプなどのランプから発する光(電磁波)の輻射により、被処理物を加熱する装置であ
る。GRTA装置は、高温のガスを用いて加熱処理を行う装置である。高温のガスには、
アルゴンなどの希ガス、または窒素のような、加熱処理によって被処理物と反応しない不
活性気体が用いられる。
The heat treatment device is not limited to an electric furnace, and a device that heats the workpiece by heat conduction or heat radiation from a heating element such as a resistance heating element may be used. For example, a GRTA (Gas Reactor Annular Annealing) may be used.
Rapid Thermal Annealing (LRTA) equipment, Lamp Rapid Thermal Annealing (LRTA)
RTA (Rapid Thermal Anneal) equipment
The LRTA apparatus is an apparatus that heats the workpiece by radiating light (electromagnetic waves) emitted from a lamp such as a halogen lamp, a metal halide lamp, a xenon arc lamp, a carbon arc lamp, a high-pressure sodium lamp, or a high-pressure mercury lamp. The GRTA apparatus is an apparatus that performs heat treatment using a high-temperature gas. The high-temperature gas includes
An inert gas that does not react with an object to be treated by heat treatment, such as a rare gas such as argon or nitrogen, is used.

例えば、加熱処理として、650℃~700℃の高温に加熱した不活性ガス中に基板を入
れ、数分間加熱した後、基板を不活性ガス中から出すGRTAを行ってもよい。
For example, as the heat treatment, GRTA may be performed in which the substrate is placed in an inert gas heated to a high temperature of 650° C. to 700° C., heated for several minutes, and then removed from the inert gas.

なお、加熱処理においては、窒素、またはヘリウム、ネオン、アルゴン等の希ガスに、水
、水素などが含まれないことが好ましい。または、熱処理装置に導入する窒素、またはヘ
リウム、ネオン、アルゴン等の希ガスの純度を、6N(99.9999%)以上好ましく
は7N(99.99999%)以上(即ち不純物濃度を1ppm以下、好ましくは0.1
ppm以下)とすることが好ましい。
In the heat treatment, it is preferable that nitrogen or a rare gas such as helium, neon, or argon does not contain water, hydrogen, or the like. Alternatively, the purity of nitrogen or a rare gas such as helium, neon, or argon introduced into the heat treatment apparatus is 6N (99.9999%) or more, preferably 7N (99.99999%) or more (i.e., the impurity concentration is 1 ppm or less, preferably 0.1 ppm or less).
It is preferable that the content be less than or equal to 1 ppm.

なお、脱水化又は脱水素化のための加熱処理を行うタイミングは、膜状の酸化物半導体膜
の形成後でも、島状の酸化物半導体膜403形成後でもよい。
Note that the heat treatment for dehydration or dehydrogenation may be performed after the formation of the oxide semiconductor film or after the formation of the island-shaped oxide semiconductor film 403.

また、脱水化又は脱水素化のための加熱処理は、複数回行ってもよく、他の加熱処理と兼
ねてもよい。
The heat treatment for dehydration or dehydrogenation may be performed multiple times, or may be performed together with other heat treatments.

また、脱水化又は脱水素化処理を行った酸化物半導体膜403に、酸素(少なくとも、酸
素ラジカル、酸素原子、酸素イオン、のいずれかを含む)を導入して膜中に酸素を供給し
てもよい。
Further, oxygen (including at least any of oxygen radicals, oxygen atoms, and oxygen ions) may be introduced into the oxide semiconductor film 403 that has been subjected to dehydration or dehydrogenation treatment to supply oxygen to the film.

また、脱水化又は脱水素化処理によって、酸化物半導体を構成する主成分材料である酸素
が同時に脱離して減少してしまうおそれがある。酸化物半導体膜において、酸素が脱離し
た箇所では酸素欠損が存在し、該酸素欠損に起因してトランジスタの電気的特性変動を招
くドナー準位が生じてしまう。
In addition, oxygen, which is a main component material of the oxide semiconductor, may be simultaneously released and reduced by the dehydration or dehydrogenation treatment. In the oxide semiconductor film, oxygen vacancies are present in the portions from which oxygen is released, and the oxygen vacancies cause donor levels that cause fluctuations in the electrical characteristics of a transistor.

脱水化又は脱水素化処理を行った酸化物半導体膜403に、酸素を導入して膜中に酸素を
供給することによって、酸化物半導体膜403を高純度化、及び電気的にI型(真性)化
することができる。高純度化し、電気的にI型(真性)化した酸化物半導体膜403を有
するトランジスタは、電気特性変動が抑制されており、電気的に安定である。
By introducing oxygen into the oxide semiconductor film 403 that has been subjected to dehydration or dehydrogenation treatment, the oxide semiconductor film 403 can be highly purified and made to be electrically i-type (intrinsic). A transistor including the highly purified and electrically i-type (intrinsic) oxide semiconductor film 403 has suppressed change in electrical characteristics and is electrically stable.

酸素の導入方法としては、イオン注入法、イオンドーピング法、プラズマイマージョンイ
オンインプランテーション法、プラズマ処理などを用いることができる。
The oxygen can be introduced by ion implantation, ion doping, plasma immersion ion implantation, plasma treatment, or the like.

酸素の導入工程は、酸化物半導体膜403に酸素導入する場合、酸化物半導体膜403に
直接導入してもよいし、ゲート絶縁層402などの他の膜を通過して酸化物半導体膜40
3へ導入してもよい。酸素を他の膜を通過して導入する場合は、イオン注入法、イオンド
ーピング法、プラズマイマージョンイオンインプランテーション法などを用いればよいが
、酸素を露出された酸化物半導体膜403へ直接導入する場合は、プラズマ処理なども用
いることができる。
In the step of introducing oxygen into the oxide semiconductor film 403, oxygen may be introduced directly into the oxide semiconductor film 403 or may be introduced into the oxide semiconductor film 403 through other films such as the gate insulating layer 402.
In the case where oxygen is introduced through another film, an ion implantation method, an ion doping method, a plasma immersion ion implantation method, or the like may be used; however, in the case where oxygen is directly introduced into the exposed oxide semiconductor film 403, plasma treatment or the like can be used.

酸化物半導体膜403への酸素の導入は、脱水化又は脱水素化処理を行った後が好ましい
が、特に限定されない。また、上記脱水化又は脱水素化処理を行った酸化物半導体膜40
3への酸素の導入は複数回行ってもよい。
Oxygen is preferably introduced into the oxide semiconductor film 403 after dehydration or dehydrogenation treatment, but is not particularly limited to this.
The introduction of oxygen into 3 may be carried out multiple times.

次いで、酸化物半導体膜403を覆うゲート絶縁層402を形成する(図2(C)参照)
Next, a gate insulating layer 402 is formed to cover the oxide semiconductor film 403 (see FIG. 2C).
.

ゲート絶縁層402の膜厚は、1nm以上20nm以下とし、スパッタリング法、MBE
法、CVD法、パルスレーザ堆積法、ALD法等を適宜用いることができる。また、ゲー
ト絶縁層402は、スパッタリングターゲット表面に対し、概略垂直に複数の基板表面が
セットされた状態で成膜を行うスパッタ装置、所謂CPスパッタ装置を用いて成膜しても
よい。
The thickness of the gate insulating layer 402 is set to 1 nm or more and 20 nm or less.
A deposition method, a CVD method, a pulsed laser deposition method, an ALD method, or the like can be appropriately used. The gate insulating layer 402 may be formed using a sputtering apparatus that performs film formation in a state in which a plurality of substrate surfaces are set approximately perpendicular to a sputtering target surface, that is, a so-called CP sputtering apparatus.

ゲート絶縁層402の材料としては、酸化シリコン膜、酸化ガリウム膜、酸化アルミニウ
ム膜、窒化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜、酸化窒化アルミニウム膜、または窒化酸化
シリコン膜を用いて形成することができる。ゲート絶縁層402は、酸化物半導体膜40
3と接する部分において酸素を含むことが好ましい。特に、ゲート絶縁層402は、膜中
(バルク中)に少なくとも化学量論比を超える量の酸素が存在することが好ましく、例え
ば、ゲート絶縁層402として、酸化シリコン膜を用いる場合には、SiO2+α(ただ
し、α>0)とする。本実施の形態では、ゲート絶縁層402として、SiO2+α(た
だし、α>0)である酸化シリコン膜を用いる。この酸化シリコン膜をゲート絶縁層40
2として用いることで、酸化物半導体膜403に酸素を供給することができ、特性を良好
にすることができる。さらに、ゲート絶縁層402は、作製するトランジスタのサイズや
ゲート絶縁層402の段差被覆性を考慮して形成することが好ましい。
The gate insulating layer 402 can be formed using a silicon oxide film, a gallium oxide film, an aluminum oxide film, a silicon nitride film, a silicon oxynitride film, an aluminum oxynitride film, or a silicon nitride oxide film.
It is preferable that the gate insulating layer 402 contains oxygen in the portion in contact with the gate insulating layer 403. In particular, it is preferable that the gate insulating layer 402 has an amount of oxygen in the film (bulk) that exceeds at least the stoichiometric ratio. For example, when a silicon oxide film is used as the gate insulating layer 402, the composition is SiO 2 + α (where α>0). In this embodiment, a silicon oxide film having a composition of SiO 2 + α (where α>0) is used as the gate insulating layer 402. This silicon oxide film is used as the gate insulating layer 402.
By using the gate insulating layer 402 as the gate insulating layer 2, oxygen can be supplied to the oxide semiconductor film 403, thereby improving the characteristics. Furthermore, the gate insulating layer 402 is preferably formed in consideration of the size of a transistor to be manufactured and the step coverage of the gate insulating layer 402.

また、ゲート絶縁層402の材料として酸化ハフニウム、酸化イットリウム、ハフニウム
シリケート(HfSi(x>0、y>0))、窒素が添加されたハフニウムシリケ
ート(HfSiO(x>0、y>0))、ハフニウムアルミネート(HfAl
(x>0、y>0))、酸化ランタンなどのhigh-k材料を用いることでゲートリ
ーク電流を低減できる。さらに、ゲート絶縁層402は、単層構造としても良いし、積層
構造としても良い。
The material of the gate insulating layer 402 may be hafnium oxide, yttrium oxide, hafnium silicate (HfSi x O y (x>0, y>0)), nitrogen-added hafnium silicate (HfSiO x N y (x>0, y>0)), hafnium aluminate (HfAl x O
A gate leakage current can be reduced by using a high-k material such as lanthanum oxide (x>0, y>0) or a gate insulating layer 402 having a single layer structure or a stacked layer structure.

次にゲート絶縁層402上に導電膜及び絶縁膜の積層を形成し、該導電膜及び該絶縁膜を
エッチングして、ゲート電極層401及び絶縁膜413の積層を形成する(図2(C)参
照)。
Next, a stack of a conductive film and an insulating film is formed over the gate insulating layer 402, and the conductive film and the insulating film are etched to form a stack of a gate electrode layer 401 and an insulating film 413 (see FIG. 2C).

ゲート電極層401の材料は、モリブデン、チタン、タンタル、タングステン、アルミニ
ウム、銅、クロム、ネオジム、スカンジウム等の金属材料またはこれらを主成分とする合
金材料を用いて形成することができる。また、ゲート電極層401としてリン等の不純物
元素をドーピングした多結晶シリコン膜に代表される半導体膜、ニッケルシリサイドなど
のシリサイド膜を用いてもよい。ゲート電極層401は、単層構造としてもよいし、積層
構造としてもよい。
The gate electrode layer 401 can be formed using a metal material such as molybdenum, titanium, tantalum, tungsten, aluminum, copper, chromium, neodymium, or scandium, or an alloy material mainly composed of any of these metals. Alternatively, a semiconductor film typified by a polycrystalline silicon film doped with an impurity element such as phosphorus, or a silicide film such as nickel silicide may be used as the gate electrode layer 401. The gate electrode layer 401 may have a single-layer structure or a stacked structure.

絶縁膜413は、代表的には酸化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜、酸化アルミニウム膜
、酸化窒化アルミニウム膜、窒化シリコン膜、窒化アルミニウム膜、窒化酸化シリコン膜
、窒化酸化アルミニウム膜などの無機絶縁膜を用いることができる。絶縁層413は、プ
ラズマCVD法又はスパッタリング法等を用いて形成することができる。
Typically, an inorganic insulating film such as a silicon oxide film, a silicon oxynitride film, an aluminum oxide film, an aluminum oxynitride film, a silicon nitride film, an aluminum nitride film, a silicon nitride oxide film, or an aluminum nitride oxide film can be used for the insulating layer 413. The insulating layer 413 can be formed by a plasma CVD method, a sputtering method, or the like.

次に、ゲート電極層401及び絶縁膜413をマスクとして酸化物半導体膜403にドー
パント421を導入し、低抵抗領域404a、404bを形成する(図2(D)参照)。
Next, a dopant 421 is added to the oxide semiconductor film 403 using the gate electrode layer 401 and the insulating film 413 as masks, so that low-resistance regions 404a and 404b are formed (see FIG. 2D).

ドーパント421は、酸化物半導体膜403の導電率を変化させる不純物である。ドーパ
ント421としては、15族元素(代表的にはリン(P)、砒素(As)、およびアンチ
モン(Sb))、ホウ素(B)、アルミニウム(Al)、窒素(N)、アルゴン(Ar)
、ネオン(Ne)、インジウム(In)、チタン(Ti)、及び亜鉛(Zn)のいずれか
から選択される一以上を用いることができる。
The dopant 421 is an impurity that changes the electrical conductivity of the oxide semiconductor film 403. Examples of the dopant 421 include Group 15 elements (typically phosphorus (P), arsenic (As), and antimony (Sb)), boron (B), aluminum (Al), nitrogen (N), and argon (Ar).
One or more selected from the group consisting of arsenic (Ar), neon (Ne), indium (In), titanium (Ti), and zinc (Zn) can be used.

ドーパント421は、注入法により、他の膜(例えばゲート絶縁層402)を通過して、
酸化物半導体膜403に導入することもできる。ドーパント421の導入方法としては、
イオン注入法、イオンドーピング法、プラズマイマージョンイオンインプランテーション
法などを用いることができる。
The dopant 421 is implanted through other films (e.g., the gate insulating layer 402) to
The dopant 421 can also be introduced into the oxide semiconductor film 403.
Ion implantation, ion doping, plasma immersion ion implantation, or the like can be used.

ドーパント421の導入工程は、加速電圧、ドーズ量などの注入条件、また通過させる膜
の膜厚を適宜設定して制御すればよい。本実施の形態では、ドーパント421としてリン
を用いて、イオン注入法でリンイオンの注入を行う。なお、ドーパント421のドーズ量
は1×1013ions/cm以上5×1016ions/cm以下とすればよい。
The process of introducing the dopant 421 may be controlled by appropriately setting implantation conditions such as acceleration voltage and dose amount, and the thickness of the film through which the dopant 421 passes. In this embodiment, phosphorus is used as the dopant 421, and phosphorus ions are implanted by an ion implantation method. The dose amount of the dopant 421 may be 1×10 13 ions/cm 2 or more and 5×10 16 ions/cm 2 or less.

低抵抗領域におけるドーパント421の濃度は、5×1018/cm以上1×1022
/cm以下であることが好ましい。
The concentration of the dopant 421 in the low resistance region is 5×10 18 /cm 3 or more and 1×10 22
/ cm3 or less is preferable.

ドーパント421を導入する際に、基板400を加熱しながら行ってもよい。 The dopant 421 may be introduced while the substrate 400 is heated.

なお、酸化物半導体膜403にドーパント421を導入する処理は、複数回行ってもよく
、ドーパントの種類も複数種用いてもよい。
Note that the treatment of introducing the dopant 421 into the oxide semiconductor film 403 may be performed multiple times, and multiple types of dopants may be used.

また、ドーパント421の導入処理後、加熱処理を行ってもよい。加熱条件としては、温
度300℃以上700℃以下、好ましくは300℃以上450℃以下で1時間、酸素雰囲
気下で行うことが好ましい。また、窒素雰囲気下、減圧下、大気(超乾燥エア)下で加熱
処理を行ってもよい。
After the introduction of the dopant 421, a heat treatment may be performed. The heat treatment is preferably performed under oxygen atmosphere at a temperature of 300° C. to 700° C., preferably 300° C. to 450° C., for 1 hour. The heat treatment may also be performed under nitrogen atmosphere, reduced pressure, or air (ultra-dry air).

本実施の形態では、イオン注入法により酸化物半導体膜403に、リン(P)イオンを注
入する。なお、リン(P)イオンの注入条件は加速電圧30kV、ドーズ量を1.0×1
15ions/cmとする。
In this embodiment, phosphorus (P) ions are implanted into the oxide semiconductor film 403 by an ion implantation method. Note that the phosphorus (P) ions are implanted under the following conditions: an acceleration voltage of 30 kV and a dose amount of 1.0×1.
0 15 ions/ cm2 .

酸化物半導体膜403をCAAC-OS膜とした場合、ドーパント421の導入により、
一部非晶質化する場合がある。この場合、ドーパント421の導入後に加熱処理を行うこ
とによって、酸化物半導体膜403の結晶性を回復することができる。
In the case where the oxide semiconductor film 403 is a CAAC-OS film, the following can be achieved by introducing the dopant 421:
In this case, the crystallinity of the oxide semiconductor film 403 can be restored by performing heat treatment after the introduction of the dopant 421.

上記工程により、チャネル形成領域409を挟んで低抵抗領域404a、404bが設け
られた酸化物半導体膜403が形成される。
Through the above steps, the oxide semiconductor film 403 is formed in which the low-resistance regions 404 a and 404 b are provided with the channel formation region 409 therebetween.

次に、ゲート電極層401及び絶縁膜413上に絶縁膜を形成し、該絶縁膜をエッチング
して側壁絶縁層412a、412bを形成する。さらに、ゲート電極層401及び側壁絶
縁層412a、412bをマスクとして、ゲート電極層401及び側壁絶縁層412a、
412bと重なる領域以外のゲート絶縁層をエッチングし、ゲート絶縁層402を形成す
る(図3(A)参照)。
Next, an insulating film is formed over the gate electrode layer 401 and the insulating film 413, and the insulating film is etched to form sidewall insulating layers 412a and 412b.
The gate insulating layer is etched except for a region overlapping with 412b, to form a gate insulating layer 402 (see FIG. 3A).

側壁絶縁層412a、412bは、絶縁膜413と同様な材料及び方法を用いて形成する
ことができる。本実施の形態では、CVD法により形成した酸化窒化シリコン膜を用いる
The sidewall insulating layers 412a and 412b can be formed using a material and a method similar to those of the insulating film 413. In this embodiment mode, a silicon oxynitride film formed by a CVD method is used.

次いで、酸化物半導体膜403、ゲート絶縁層402、ゲート電極層401、側壁絶縁層
412a、412b、及び絶縁膜413上に、ソース電極層及びドレイン電極層(これと
同じ層で形成される配線を含む)となる導電膜を形成する。
Next, a conductive film to be a source electrode layer and a drain electrode layer (including wirings formed from the same layer) is formed over the oxide semiconductor film 403, the gate insulating layer 402, the gate electrode layer 401, the sidewall insulating layers 412a and 412b, and the insulating film 413.

導電膜は後の加熱処理に耐えられる材料を用いる。ソース電極層、及びドレイン電極層に
用いる導電膜としては、例えば、Al、Cr、Cu、Ta、Ti、Mo、Wからから選ば
れた元素を含む金属膜、または上述した元素を成分とする金属窒化物膜(窒化チタン膜、
窒化モリブデン膜、窒化タングステン膜等)を用いることができる。また、Al、Cuな
どの金属膜の下側又は上側の一方または双方にTi、Mo、Wなどの高融点金属膜または
それらの金属窒化物膜(窒化チタン膜、窒化モリブデン膜、窒化タングステン膜)を積層
させた構成としても良い。
The conductive film is made of a material that can withstand the subsequent heat treatment. The conductive film used for the source electrode layer and the drain electrode layer is, for example, a metal film containing an element selected from Al, Cr, Cu, Ta, Ti, Mo, and W, or a metal nitride film containing the above-mentioned element (titanium nitride film,
Alternatively, a high melting point metal film such as Ti, Mo, W or the like or a metal nitride film thereof (titanium nitride film, molybdenum nitride film, tungsten nitride film, etc.) may be laminated on either or both of the upper and lower sides of a metal film such as Al or Cu.

フォトリソグラフィ工程により導電膜上にレジストマスクを形成し、選択的にエッチング
を行って島状の導電膜445を形成した後、レジストマスクを除去する。なお、該エッチ
ング工程では、ゲート電極層401上の導電膜445の除去は行わない。
A resist mask is formed over the conductive film by a photolithography process, and selective etching is performed to form an island-shaped conductive film 445. After that, the resist mask is removed. Note that in this etching process, the conductive film 445 over the gate electrode layer 401 is not removed.

導電膜として膜厚30nmのタングステン膜を用いる場合、該導電膜のエッチングは、例
えばドライエッチング法により、タングステン膜をエッチング(エッチング条件:エッチ
ングガス(CF:Cl:O=55sccm:45sccm:55sccm、電源電
力3000W、バイアス電力140W、圧力0.67Pa))して、島状のタングステン
膜を形成すればよい。
When a 30 nm thick tungsten film is used as the conductive film, the conductive film may be etched, for example, by a dry etching method to etch the tungsten film (etching conditions: etching gas ( CF4 : Cl2 : O2 =55 sccm:45 sccm:55 sccm, source power 3000 W, bias power 140 W, pressure 0.67 Pa)) to form island-shaped tungsten films.

島状の導電膜445上に層間絶縁膜となる絶縁膜410及び絶縁膜446を積層する(図
3(B)参照)。
An insulating film 410 and an insulating film 446 which serve as interlayer insulating films are stacked over the island-shaped conductive film 445 (see FIG. 3B).

絶縁膜410は、緻密性の高い無機絶縁膜(代表的には酸化アルミニウム膜)を用い、単
層でも積層でもよく、少なくとも酸化アルミニウム膜を含むことが好ましい。
The insulating film 410 is formed using a highly dense inorganic insulating film (typically, an aluminum oxide film), may be a single layer or a stacked layer, and preferably includes at least an aluminum oxide film.

絶縁膜446は、絶縁膜413と同様な材料及び方法を用いて形成することができる。絶
縁膜446はトランジスタ420により生じる凹凸を平坦化できる膜厚で形成する。本実
施の形態では、CVD法により形成した酸化窒化シリコン膜を300nm形成する。
The insulating film 446 can be formed using a material and method similar to those of the insulating film 413. The insulating film 446 is formed to a thickness that can planarize unevenness caused by the transistor 420. In this embodiment, a silicon oxynitride film is formed to a thickness of 300 nm by a CVD method.

次に絶縁膜446及び導電膜445に化学的機械研磨法により研磨処理を行い、絶縁膜4
13が露出するよう絶縁膜446、絶縁膜410、及び導電膜445の一部を除去する。
Next, the insulating film 446 and the conductive film 445 are polished by chemical mechanical polishing.
Part of the insulating film 446, the insulating film 410, and the conductive film 445 are removed so that 13 is exposed.

該研磨処理によって、絶縁膜446を層間絶縁膜415に加工し、ゲート電極層401上
の導電膜445を除去し、ソース電極層405a及びドレイン電極層405bを形成する
By this polishing treatment, the insulating film 446 is processed into an interlayer insulating film 415, the conductive film 445 over the gate electrode layer 401 is removed, and a source electrode layer 405a and a drain electrode layer 405b are formed.

本実施の形態では、絶縁膜446、絶縁膜410、及び導電膜445の除去に化学的機械
研磨法を用いたが、他の切削(研削、研磨)方法を用いてもよい。また、ゲート電極層4
01上の導電膜445を除去する工程において、化学的機械研磨法などの切削(研削、研
磨)法の他、エッチング(ドライエッチング、ウェットエッチング)法や、プラズマ処理
などを組み合わせてもよい。例えば、化学的機械研磨法による除去工程後、ドライエッチ
ング法やプラズマ処理(逆スパッタリングなど)を行い、処理表面の平坦性向上を図って
もよい。切削(研削、研磨)方法に、エッチング法、プラズマ処理などを組み合わせて行
う場合、工程順は特に限定されず、絶縁膜446、絶縁膜410、及び導電膜445の材
料、膜厚、及び表面の凹凸状態に合わせて適宜設定すればよい。
In this embodiment mode, the insulating film 446, the insulating film 410, and the conductive film 445 are removed by a chemical mechanical polishing method; however, other cutting (grinding, polishing) methods may be used.
In the step of removing the conductive film 445 on the insulating film 446, the insulating film 410, and the conductive film 445, a cutting (grinding, polishing) method such as chemical mechanical polishing, an etching (dry etching, wet etching) method, a plasma treatment, or the like may be combined. For example, after the removal step by chemical mechanical polishing, a dry etching method or a plasma treatment (reverse sputtering, etc.) may be performed to improve the flatness of the treated surface. When the cutting (grinding, polishing) method is combined with an etching method, a plasma treatment, or the like, the order of the steps is not particularly limited and may be appropriately set according to the materials, film thicknesses, and surface unevenness of the insulating film 446, the insulating film 410, and the conductive film 445.

なお、本実施の形態においては、ソース電極層405a、ドレイン電極層405bはゲー
ト電極層401側面に設けられた側壁絶縁層412a、412bの側面に接するように設
けられており、側壁絶縁層412a、412bの側面を上端部よりやや低い位置まで覆っ
ている。ソース電極層405a、ドレイン電極層405bの形状は導電膜445を除去す
る研磨処理の条件によって異なり、本実施の形態に示すように、側壁絶縁層412a、4
12b、絶縁膜413の研磨処理された表面より膜厚方向に後退した形状となる場合があ
る。しかし、研磨処理の条件によっては、ソース電極層405a、ドレイン電極層405
bの上端部と、側壁絶縁層412a、412bの上端部とは概略一致する場合もある。
In this embodiment mode, the source electrode layer 405a and the drain electrode layer 405b are provided so as to be in contact with the side surfaces of the sidewall insulating layers 412a and 412b provided on the side surfaces of the gate electrode layer 401, and cover the side surfaces of the sidewall insulating layers 412a and 412b to a position slightly lower than the upper end portions. The shapes of the source electrode layer 405a and the drain electrode layer 405b vary depending on the conditions of the polishing treatment for removing the conductive film 445. As shown in this embodiment mode, the sidewall insulating layers 412a and 412b are
12b, the insulating film 413 may have a shape recessed in the film thickness direction from the polished surface of the insulating film 413. However, depending on the conditions of the polishing treatment,
In some cases, the upper end of the insulating layer 412b may be substantially aligned with the upper ends of the sidewall insulating layers 412a and 412b.

以上の工程で、本実施の形態のトランジスタ420が作製される(図3(C)参照)。 Through the above steps, the transistor 420 of this embodiment is manufactured (see Figure 3 (C)).

このような作製方法により、ソース電極層405a又はドレイン電極層405bと酸化物
半導体膜403とが接する領域(第1のコンタクト領域)と、ゲート電極層401との距
離を短くすることができる。また、電極層425a、425bと酸化物半導体膜403と
が接する領域(第2のコンタクト領域)とゲート電極層401との距離を短くすることも
できる。そのため、ソース電極層405a又はドレイン電極層405bと酸化物半導体膜
403とが接する領域(第1のコンタクト領域)、及びゲート電極層401間の抵抗が減
少し、トランジスタ420のオン特性を向上させることが可能となる。
Such a manufacturing method can reduce a distance between a region (first contact region) where the source electrode layer 405a or the drain electrode layer 405b is in contact with the oxide semiconductor film 403, and the gate electrode layer 401. In addition, a distance between a region (second contact region) where the electrode layers 425a and 425b are in contact with the oxide semiconductor film 403, and the gate electrode layer 401 can also be reduced. Therefore, resistance between the region (first contact region) where the source electrode layer 405a or the drain electrode layer 405b is in contact with the oxide semiconductor film 403 and the gate electrode layer 401 is reduced, and the on-characteristics of the transistor 420 can be improved.

また、ソース電極層405a及びドレイン電極層405bの形成工程におけるゲート電極
層401上の導電膜445を除去する工程において、絶縁膜413の一部、又は絶縁膜4
13全部を除去してもよい。また、ゲート電極層401も上方の一部が除去されてもよい
。ゲート電極層401を露出するトランジスタ構造は、トランジスタの上方に他の配線や
半導体素子を積層する集積回路において有用である。
In addition, in the step of removing the conductive film 445 over the gate electrode layer 401 in the step of forming the source electrode layer 405 a and the drain electrode layer 405 b, a part of the insulating film 413 or the insulating film 4
Alternatively, the entirety of the gate electrode layer 13 may be removed. Also, an upper part of the gate electrode layer 401 may be removed. A transistor structure in which the gate electrode layer 401 is exposed is useful in an integrated circuit in which other wirings or semiconductor elements are stacked above the transistor.

トランジスタ420上に保護絶縁膜となる緻密性の高い無機絶縁膜(代表的には酸化アル
ミニウム膜)を設けてもよい。
A highly dense inorganic insulating film (typically, an aluminum oxide film) serving as a protective insulating film may be provided over the transistor 420 .

本実施の形態では、絶縁膜413、ソース電極層405a、ドレイン電極層405b、側
壁絶縁層412a、412b、絶縁膜410、及び層間絶縁膜415上に接して絶縁膜4
07を形成する(図3(D)参照)。
In this embodiment, the insulating film 413 is formed on and in contact with the source electrode layer 405 a, the drain electrode layer 405 b, the sidewall insulating layers 412 a and 412 b, the insulating film 410, and the interlayer insulating film 415.
07 is formed (see FIG. 3(D)).

絶縁膜407は、単層でも積層でもよく、少なくとも酸化アルミニウム膜を含むことが好
ましい。
The insulating film 407 may be a single layer or a stacked layer and preferably includes at least an aluminum oxide film.

絶縁膜407は、プラズマCVD法、スパッタリング法、又は蒸着法等により成膜するこ
とができる。
The insulating film 407 can be formed by a plasma CVD method, a sputtering method, an evaporation method, or the like.

酸化アルミニウム膜以外に、絶縁膜407、410としては、代表的には酸化シリコン膜
、酸化窒化シリコン膜、酸化窒化アルミニウム膜、又は酸化ガリウム膜などの無機絶縁膜
などを用いることができる。また、酸化ハフニウム膜、酸化マグネシウム膜、酸化ジルコ
ニウム膜、酸化ランタン膜、酸化バリウム膜、又は金属窒化物膜(例えば、窒化アルミニ
ウム膜)も用いることができる。
Besides the aluminum oxide film, typically, an inorganic insulating film such as a silicon oxide film, a silicon oxynitride film, an aluminum oxynitride film, or a gallium oxide film can be used as the insulating films 407 and 410. In addition, a hafnium oxide film, a magnesium oxide film, a zirconium oxide film, a lanthanum oxide film, a barium oxide film, or a metal nitride film (for example, an aluminum nitride film) can also be used.

本実施の形態では、絶縁膜407、410としてスパッタリング法により酸化アルミニウ
ム膜を形成する。酸化アルミニウム膜を高密度(膜密度3.2g/cm以上、好ましく
は3.6g/cm以上)とすることによって、トランジスタ420に安定な電気特性を
付与することができる。膜密度はラザフォード後方散乱法(RBS:Rutherfor
d Backscattering Spectrometry)や、X線反射率測定法
(XRR:X-Ray Reflection)によって測定することができる。
In this embodiment, aluminum oxide films are formed by a sputtering method as the insulating films 407 and 410. By forming the aluminum oxide film with a high density (film density of 3.2 g/cm 3 or more, preferably 3.6 g/cm 3 or more), stable electrical characteristics can be imparted to the transistor 420. The film density can be measured by Rutherford backscattering spectroscopy (RBS).
The thickness can be measured by FTIR (Faraday backscattering spectrometry) or X-ray reflectivity measurement (XRR).

酸化物半導体膜403上に設けられる絶縁膜407、410として用いることのできる酸
化アルミニウム膜は、水素、水分などの不純物、及び酸素の両方に対して膜を通過させな
い遮断効果(ブロック効果)が高い。
An aluminum oxide film that can be used as the insulating films 407 and 410 provided over the oxide semiconductor film 403 has a high blocking effect that does not allow impurities such as hydrogen and moisture and oxygen to pass through the film.

また、図1(A)に、絶縁膜410、層間絶縁膜415、及び絶縁膜407にソース電極
層405a、及びドレイン電極層405bに達する開口を形成し、開口に配線層435a
、435bを形成する例を示す。配線層435a、435bを用いて他のトランジスタや
素子と接続させ、様々な回路を構成することができる。
In addition, in FIG. 1A, openings reaching the source electrode layer 405a and the drain electrode layer 405b are formed in the insulating film 410, the interlayer insulating film 415, and the insulating film 407, and a wiring layer 435a is formed in the openings.
1 shows an example in which the wiring layers 435a and 435b are formed. By connecting to other transistors or elements using the wiring layers 435a and 435b, various circuits can be formed.

配線層435a、配線層435bはゲート電極層401、ソース電極層405a、又はド
レイン電極層405bと同様の材料及び方法を用いて形成することができ、例えば、Al
、Cr、Cu、Ta、Ti、Mo、Wからから選ばれた元素を含む金属膜、または上述し
た元素を成分とする金属窒化物膜(窒化チタン膜、窒化モリブデン膜、窒化タングステン
膜等)等を用いることができる。また、Al、Cuなどの金属膜の下側又は上側の一方ま
たは双方にTi、Mo、Wなどの高融点金属膜またはそれらの金属窒化物膜(窒化チタン
膜、窒化モリブデン膜、窒化タングステン膜)を積層させた構成としても良い。
The wiring layer 435a and the wiring layer 435b can be formed using a material and a method similar to those of the gate electrode layer 401, the source electrode layer 405a, or the drain electrode layer 405b. For example, Al
It is possible to use a metal film containing an element selected from the group consisting of Al, Cr, Cu, Ta, Ti, Mo, and W, or a metal nitride film containing the above-mentioned element as a component (titanium nitride film, molybdenum nitride film, tungsten nitride film, etc.). It is also possible to use a configuration in which a high-melting point metal film such as Ti, Mo, or W or a metal nitride film thereof (titanium nitride film, molybdenum nitride film, tungsten nitride film) is laminated on either or both of the lower and upper sides of a metal film such as Al or Cu.

(実施の形態2)
本実施の形態では、実施の形態1に示すトランジスタを使用し、電力が供給されない状況
でも記憶内容の保持が可能で、かつ、書き込み回数にも制限が無い半導体装置の一例を、
図面を用いて説明する。なお、本実施の形態の半導体装置は、トランジスタ162として
実施の形態1に記載のトランジスタ420を適用して構成される。
(Embodiment 2)
In this embodiment, an example of a semiconductor device which includes the transistor described in Embodiment 1, can retain stored data even when power is not supplied, and has no limit on the number of times data can be written to the semiconductor device will be described.
Note that the semiconductor device of this embodiment mode is configured by using the transistor 420 described in Embodiment 1 as the transistor 162.

図4は、半導体装置の構成の一例である。図4(A)に半導体装置の断面図を、図4(B
)に半導体装置の平面図を、図4(C)に半導体装置の回路図をそれぞれ示す。ここで、
図4(A)は、図4(B)のC1-C2、及びD1-D2における断面に相当する。
4A and 4B are cross-sectional views of a semiconductor device, each showing an example of a structure of the semiconductor device.
4A is a plan view of the semiconductor device, and FIG. 4B is a circuit diagram of the semiconductor device.
FIG. 4A corresponds to the cross sections taken along lines C1-C2 and D1-D2 in FIG.

図4(A)及び図4(B)に示す半導体装置は、下部に第1の半導体材料を用いたトラン
ジスタ160を有し、上部に第2の半導体材料を用いたトランジスタ162を有するもの
である。トランジスタ162は、実施の形態1で示したトランジスタ420と同一の構成
とすることができる。
4A and 4B includes a transistor 160 using a first semiconductor material in a lower portion and a transistor 162 using a second semiconductor material in an upper portion. The transistor 162 can have the same structure as the transistor 420 described in Embodiment 1.

ここで、第1の半導体材料と第2の半導体材料は異なる禁制帯幅を持つ材料とすることが
望ましい。例えば、第1の半導体材料を酸化物半導体以外の半導体材料(シリコンなど)
とし、第2の半導体材料を酸化物半導体とすることができる。酸化物半導体以外の材料を
用いたトランジスタは、高速動作が容易である。一方で、酸化物半導体を用いたトランジ
スタは、その特性により長時間の電荷保持を可能とする。
Here, it is preferable that the first semiconductor material and the second semiconductor material have different forbidden band widths. For example, the first semiconductor material is a semiconductor material (such as silicon) other than an oxide semiconductor.
The second semiconductor material can be an oxide semiconductor. A transistor using a material other than an oxide semiconductor can easily operate at high speed. On the other hand, a transistor using an oxide semiconductor can hold charge for a long time owing to its characteristics.

トランジスタ162は、酸化物半導体を含むトランジスタであり、オフ電流が小さいため
、このトランジスタを用いることにより長期にわたり記憶内容を保持することが可能であ
る。つまり、リフレッシュ動作を必要としない、或いは、リフレッシュ動作の頻度が極め
て少ない半導体記憶装置とすることが可能となるため、消費電力を十分に低減することが
できる。
The transistor 162 is a transistor including an oxide semiconductor and has a low off-state current; therefore, the use of this transistor enables stored data to be retained for a long time. In other words, a semiconductor memory device that does not require a refresh operation or requires an extremely low frequency of refresh operation can be provided, and power consumption can be sufficiently reduced.

なお、上記トランジスタは、いずれもnチャネル型トランジスタであるものとして説明す
るが、pチャネル型トランジスタを用いることができるのはいうまでもない。また、開示
する発明の技術的な本質は、情報を保持するために酸化物半導体をトランジスタ162に
用いる点にあるから、半導体装置に用いられる材料や半導体装置の構造など、半導体装置
の具体的な構成をここで示すものに限定する必要はない。
Note that although the above transistors are all described as n-channel transistors, it goes without saying that p-channel transistors can also be used. Since the technical essence of the disclosed invention is in using an oxide semiconductor for the transistor 162 to retain data, it is not necessary to limit the specific configuration of the semiconductor device, such as a material used in the semiconductor device or a structure of the semiconductor device, to those described here.

図4(A)におけるトランジスタ160は、半導体材料(例えば、シリコンなど)を含む
基板100に設けられたチャネル形成領域116と、チャネル形成領域116を挟むよう
に設けられた不純物領域120と、不純物領域120に接する金属化合物領域124と、
チャネル形成領域116上に設けられたゲート絶縁層108と、ゲート絶縁層108上に
設けられたゲート電極層110と、を有する。なお、図において、明示的にはソース電極
やドレイン電極を有しない場合があるが、便宜上、このような状態を含めてトランジスタ
と呼ぶ場合がある。また、この場合、トランジスタの接続関係を説明するために、ソース
領域やドレイン領域を含めてソース電極やドレイン電極と表現することがある。つまり、
本明細書において、ソース電極との記載には、ソース領域が含まれうる。
The transistor 160 in FIG. 4A includes a channel formation region 116 provided in a substrate 100 containing a semiconductor material (e.g., silicon), impurity regions 120 provided to sandwich the channel formation region 116, and a metal compound region 124 in contact with the impurity region 120.
The transistor has a gate insulating layer 108 provided on a channel formation region 116 and a gate electrode layer 110 provided on the gate insulating layer 108. Although the source electrode and drain electrode are not explicitly shown in the drawings, such a state may be referred to as a transistor for convenience. In this case, the source electrode and drain electrode may be expressed including the source region and drain region in order to explain the connection relationship of the transistor. That is,
In this specification, the reference to a source electrode may include a source region.

基板100上にはトランジスタ160を囲むように素子分離絶縁層106が設けられてお
り、トランジスタ160を覆うように絶縁層130が設けられている。なお、高集積化を
実現するためには、図4(A)に示すようにトランジスタ160がサイドウォール絶縁層
を有しない構成とすることが望ましい。一方で、トランジスタ160の特性を重視する場
合には、ゲート電極層110の側面にサイドウォール絶縁層を設け、不純物濃度が異なる
領域を含む不純物領域120としてもよい。
An element isolation insulating layer 106 is provided over the substrate 100 so as to surround the transistor 160, and an insulating layer 130 is provided so as to cover the transistor 160. Note that in order to achieve high integration, it is preferable that the transistor 160 does not have a sidewall insulating layer as shown in FIG 4A. On the other hand, when emphasis is placed on the characteristics of the transistor 160, a sidewall insulating layer may be provided on the side surface of the gate electrode layer 110, and the impurity region 120 may include a region having a different impurity concentration.

図4(A)に示すトランジスタ162は、酸化物半導体をチャネル形成領域に用いたトラ
ンジスタである。また、酸化物半導体層144は、低抵抗領域144a、低抵抗領域14
4b及びチャネル形成領域144cを含む。低抵抗領域144aは、導電層143a上に
接して形成され、低抵抗領域144bは、導電層143b上に接して形成され、チャネル
形成領域144cは、導電層143aと導電層143bで挟まれた絶縁層154上に接し
て形成される。
4A is a transistor including an oxide semiconductor in a channel formation region.
The low-resistance region 144a is formed on and in contact with the conductive layer 143a, the low-resistance region 144b is formed on and in contact with the conductive layer 143b, and the channel formation region 144c is formed on and in contact with the insulating layer 154 sandwiched between the conductive layer 143a and the conductive layer 143b.

トランジスタ162は作製工程において、ゲート電極148、絶縁膜137、及び側壁絶
縁層136a、136b上に設けられた導電膜を化学機械研磨処理により除去する工程を
用いて、ソース電極層及びドレイン電極層として機能する電極層142a、142bを形
成する。
In the manufacturing process of the transistor 162, the electrode layers 142a and 142b which function as a source electrode layer and a drain electrode layer are formed by removing the conductive film provided over the gate electrode 148, the insulating film 137, and the sidewall insulating layers 136a and 136b by chemical mechanical polishing treatment.

よって、トランジスタ162は、ソース電極層又はドレイン電極層として機能する電極層
142a、142bと酸化物半導体層144が接する領域(コンタクト領域)と、ゲート
電極148との距離を短くすることができるため、電極層142a、142bと酸化物半
導体層144とが接する領域(コンタクト領域)、及びゲート電極148間の抵抗が減少
し、トランジスタ162のオン特性を向上させることが可能となる。
Therefore, in the transistor 162, the distance between the region (contact region) where the electrode layers 142a and 142b functioning as source electrode layers or drain electrode layers are in contact with the oxide semiconductor layer 144 and the gate electrode 148 can be shortened. As a result, the resistance in the region (contact region) where the electrode layers 142a and 142b are in contact with the oxide semiconductor layer 144 and between the gate electrode 148 and the electrode layers 142a and 142b is in contact with the oxide semiconductor layer 144 can be reduced, and the on-characteristics of the transistor 162 can be improved.

トランジスタ162上には、絶縁膜149、層間絶縁膜135、絶縁膜150が単層また
は積層で設けられている。本実施の形態では、絶縁膜149及び絶縁膜150として、酸
化アルミニウム膜を用いる。酸化アルミニウム膜を高密度(膜密度3.2g/cm以上
、好ましくは3.6g/cm以上)とすることによって、トランジスタ162に安定な
電気特性を付与することができる。
An insulating film 149, an interlayer insulating film 135, and an insulating film 150 are provided as a single layer or a stacked layer over the transistor 162. In this embodiment, an aluminum oxide film is used as the insulating film 149 and the insulating film 150. When the aluminum oxide film has a high density (film density of 3.2 g/cm 3 or more, preferably 3.6 g/cm 3 or more), stable electrical characteristics can be imparted to the transistor 162.

また、絶縁膜149、層間絶縁膜135、及び絶縁膜150を介して、導電層143aと
重畳する領域には、導電層153が設けられており、導電層143aと、絶縁膜149と
、層間絶縁膜135と、絶縁膜150と、導電層153とによって、容量素子164が構
成される。すなわち、導電層143aは、容量素子164の一方の電極として機能し、導
電層153は、容量素子164の他方の電極として機能する。なお、容量が不要の場合に
は、容量素子164を設けない構成とすることもできる。また、容量素子164は、別途
、トランジスタ162の上方に設けてもよい。
A conductive layer 153 is provided in a region overlapping with the conductive layer 143a with the insulating film 149, the interlayer insulating film 135, and the insulating film 150 interposed therebetween, and a capacitor 164 is formed by the conductive layer 143a, the insulating film 149, the interlayer insulating film 135, the insulating film 150, and the conductive layer 153. That is, the conductive layer 143a functions as one electrode of the capacitor 164, and the conductive layer 153 functions as the other electrode of the capacitor 164. Note that when capacitance is not required, a structure in which the capacitor 164 is not provided is also possible. The capacitor 164 may be provided separately above the transistor 162.

トランジスタ162および容量素子164の上には絶縁膜152が設けられている。そし
て、絶縁膜152上にはトランジスタ162と、他のトランジスタを接続するための配線
156a、156bが設けられている。配線156aは、絶縁膜149、層間絶縁膜13
5、絶縁膜150、及び絶縁膜152などに形成された開口に形成された電極を介して導
電層143aと電気的に接続される。配線156bは、絶縁膜149、層間絶縁膜135
、絶縁膜150、及び絶縁膜152などに形成された開口に形成された電極を介して導電
層143bと電気的に接続される。
An insulating film 152 is provided over the transistor 162 and the capacitor 164. Wirings 156a and 156b for connecting the transistor 162 to another transistor are provided over the insulating film 152. The wiring 156a is provided between the insulating film 149 and the interlayer insulating film 13.
The wiring 156b is electrically connected to the conductive layer 143a through an electrode formed in an opening formed in the insulating film 149, the interlayer insulating film 135, and the insulating film 150 and the insulating film 152.
The insulating film 150 and the conductive layer 143b are electrically connected to each other through an electrode formed in an opening formed in the insulating film 150, the insulating film 152, or the like.

図4(A)及び図4(B)において、トランジスタ160と、トランジスタ162とは、
少なくとも一部が重畳するように設けられており、トランジスタ160のソース領域また
はドレイン領域と酸化物半導体層144の一部が重畳するように設けられているのが好ま
しい。また、トランジスタ162及び容量素子164が、トランジスタ160の少なくと
も一部と重畳するように設けられている。例えば、容量素子164の導電層153は、ト
ランジスタ160のゲート電極層110と少なくとも一部が重畳して設けられている。こ
のような平面レイアウトを採用することにより、半導体装置の占有面積の低減を図ること
ができるため、高集積化を図ることができる。
In FIG. 4A and FIG. 4B, the transistor 160 and the transistor 162 are
At least a portion of the oxide semiconductor layer 144 overlaps with the source region or drain region of the transistor 160, and the oxide semiconductor layer 144 preferably overlaps with a portion of the source region or drain region of the transistor 160. The transistor 162 and the capacitor 164 are provided to overlap with at least a portion of the transistor 160. For example, the conductive layer 153 of the capacitor 164 is provided to overlap with at least a portion of the gate electrode layer 110 of the transistor 160. By employing such a planar layout, the area occupied by the semiconductor device can be reduced, and therefore high integration can be achieved.

次に、図4(A)及び図4(B)に対応する回路構成の一例を図4(C)に示す。 Next, an example of a circuit configuration corresponding to Figures 4(A) and 4(B) is shown in Figure 4(C).

図4(C)において、第1の配線(1st Line)とトランジスタ160のソース電
極とは、電気的に接続され、第2の配線(2nd Line)とトランジスタ160のド
レイン電極とは、電気的に接続されている。また、第3の配線(3rd Line)とト
ランジスタ162のソース電極またはドレイン電極の一方とは、電気的に接続され、第4
の配線(4th Line)と、トランジスタ162のゲート電極層とは、電気的に接続
されている。そして、トランジスタ160のゲート電極層と、トランジスタ162のソー
ス電極またはドレイン電極の一方は、容量素子164の電極の他方と電気的に接続され、
第5の配線(5th Line)と、容量素子164の電極の他方は電気的に接続されて
いる。
4C , a first wiring (1st Line) and a source electrode of the transistor 160 are electrically connected, a second wiring (2nd Line) and a drain electrode of the transistor 160 are electrically connected, a third wiring (3rd Line) and one of a source electrode or a drain electrode of the transistor 162 are electrically connected, and a fourth wiring (4th Line) and a drain electrode of the transistor 162 are electrically connected.
The wiring (4th Line) and the gate electrode layer of the transistor 162 are electrically connected to each other. The gate electrode layer of the transistor 160 and one of the source electrode and the drain electrode of the transistor 162 are electrically connected to the other electrode of the capacitor 164.
A fifth wiring (5th Line) and the other electrode of the capacitor 164 are electrically connected to each other.

図4(C)に示す半導体装置では、トランジスタ160のゲート電極層の電位が保持可能
という特徴を生かすことで、次のように、情報の書き込み、保持、読み出しが可能である
In the semiconductor device illustrated in FIG. 4C, by utilizing the feature that the potential of the gate electrode layer of the transistor 160 can be held, data can be written, held, and read as follows.

情報の書き込み及び保持について説明する。まず、第4の配線の電位を、トランジスタ1
62がオン状態となる電位にして、トランジスタ162をオン状態とする。これにより、
第3の配線の電位が、トランジスタ160のゲート電極層、及び容量素子164が接続さ
れたノード(ノードFG)に与えられる。すなわち、ノードFGには、所定の電荷が与え
られる(書き込み)。ここでは、異なる二つの電位レベルを与える電荷(以下Lowレベ
ル電荷、Highレベル電荷という)のいずれかが与えられるものとする。その後、第4
の配線の電位を、トランジスタ162がオフ状態となる電位にして、トランジスタ162
をオフ状態とすることにより、ノードFGに与えられた電荷が保持される(保持)。
The writing and holding of data will be described. First, the potential of the fourth wiring is set to
The potential at which the transistor 162 is turned on is set to a potential at which the transistor 162 is turned on.
The potential of the third wiring is applied to a node (node FG) to which the gate electrode layer of the transistor 160 and the capacitor 164 are connected. That is, a predetermined charge is applied to the node FG (writing). Here, it is assumed that one of charges that give two different potential levels (hereinafter referred to as low-level charge and high-level charge) is applied. After that,
The potential of the wiring is set to a potential at which the transistor 162 is turned off,
By turning off the node FG, the charge applied to the node FG is held (retained).

トランジスタ162のオフ電流は極めて小さいため、トランジスタ160のゲート電極層
の電荷は長時間にわたって保持される。
Since the off-state current of the transistor 162 is extremely small, the charge in the gate electrode layer of the transistor 160 is held for a long time.

次に情報の読み出しについて説明する。第1の配線に所定の電位(定電位)を与えた状態
で、第5の配線に適切な電位(読み出し電位)を与えると、ノードFGに保持された電荷
量に応じて、第2の配線は異なる電位をとる。一般に、トランジスタ160をnチャネル
型とすると、ノードFG(トランジスタ160のゲート電極と言い換えることもできる)
にHighレベル電荷が与えられている場合の見かけのしきい値Vth_Hは、ノードF
GにLowレベル電荷が与えられている場合の見かけのしきい値Vth_Lより低くなる
ためである。ここで、見かけのしきい値電圧とは、トランジスタ160を「オン状態」と
するために必要な第5の配線の電位をいうものとする。したがって、第5の配線の電位を
th_HとVth_Lの中間の電位Vとすることにより、ノードFGに与えられた電
荷を判別できる。例えば、書き込みにおいて、Highレベル電荷が与えられていた場合
には、第5の配線の電位がV(>Vth_H)となれば、トランジスタ160は「オン
状態」となる。Lowレベル電荷が与えられていた場合には、第5の配線の電位がV
<Vth_L)となっても、トランジスタ160は「オフ状態」のままである。このため
、第2の配線の電位を見ることで、保持されている情報を読み出すことができる。
Next, reading of data will be described. When a predetermined potential (constant potential) is applied to the first wiring and an appropriate potential (read potential) is applied to the fifth wiring, the second wiring takes on a different potential depending on the amount of charge held in the node FG. In general, when the transistor 160 is an n-channel type, the node FG (which can also be referred to as the gate electrode of the transistor 160)
The apparent threshold voltage Vth_H when a high-level charge is applied to the node F
This is because the apparent threshold voltage Vth_L is lower than the apparent threshold voltage Vth_L when a low-level charge is applied to node FG. Here, the apparent threshold voltage refers to the potential of the fifth wiring necessary to turn the transistor 160 on. Therefore, by setting the potential of the fifth wiring to an intermediate potential V0 between Vth_H and Vth_L , the charge applied to the node FG can be determined. For example, when a high-level charge is applied in writing, if the potential of the fifth wiring becomes V0 (>Vth_H), the transistor 160 is turned on. When a low-level charge is applied, if the potential of the fifth wiring becomes V0 (> Vth_H ), the transistor 160 is turned on.
<V th — L ), the transistor 160 remains in the “off state.” Therefore, the stored data can be read by monitoring the potential of the second wiring.

なお、メモリセルをアレイ状に配置して用いる場合、所望のメモリセルの情報のみを読み
出せることが必要になる。このように情報を読み出さない場合には、ゲート電極層の状態
にかかわらずトランジスタ160が「オフ状態」となるような電位、つまり、Vth_H
より小さい電位を第5の配線に与えればよい。または、ゲート電極層の状態にかかわらず
トランジスタ160が「オン状態」となるような電位、つまり、Vth_Lより大きい電
位を第5の配線に与えればよい。
When memory cells are arranged in an array, it is necessary to read out only the information of a desired memory cell. When the information is not read out, the potential at which the transistor 160 is turned off regardless of the state of the gate electrode layer, that is, Vth_H
Alternatively, a potential that turns on the transistor 160 regardless of the state of the gate electrode layer, that is, a potential larger than Vth_L , may be applied to the fifth wiring.

本実施の形態に示す半導体装置では、チャネル形成領域に酸化物半導体を用いたオフ電流
の極めて小さいトランジスタを適用することで、極めて長期にわたり記憶内容を保持する
ことが可能である。つまり、リフレッシュ動作が不要となるか、または、リフレッシュ動
作の頻度を極めて低くすることが可能となるため、消費電力を十分に低減することができ
る。また、電力の供給がない場合(ただし、電位は固定されていることが望ましい)であ
っても、長期にわたって記憶内容を保持することが可能である。
In the semiconductor device described in this embodiment, by using a transistor which uses an oxide semiconductor and has an extremely low off-state current in a channel formation region, stored data can be retained for an extremely long period of time. That is, a refresh operation is not necessary or the frequency of the refresh operation can be reduced extremely, so that power consumption can be sufficiently reduced. Furthermore, even when there is no power supply (however, it is preferable that the potential is fixed), stored data can be retained for a long period of time.

また、本実施の形態に示す半導体装置では、情報の書き込みに高い電圧を必要とせず、素
子の劣化の問題もない。例えば、従来の不揮発性メモリのように、フローティングゲート
への電子の注入や、フローティングゲートからの電子の引き抜きを行う必要がないため、
ゲート絶縁層の劣化といった問題が全く生じない。すなわち、開示する発明に係る半導体
装置では、従来の不揮発性メモリで問題となっている書き換え可能回数に制限はなく、信
頼性が飛躍的に向上する。さらに、トランジスタのオン状態、オフ状態によって、情報の
書き込みが行われるため、高速な動作も容易に実現しうる。
In addition, the semiconductor device described in this embodiment does not require a high voltage for writing data, and does not have a problem of element deterioration. For example, unlike a conventional nonvolatile memory, there is no need to inject electrons into a floating gate or extract electrons from the floating gate.
There is absolutely no problem of deterioration of the gate insulating layer. In other words, in the semiconductor device according to the disclosed invention, there is no limit to the number of times that data can be rewritten, which is a problem with conventional nonvolatile memories, and reliability is dramatically improved. Furthermore, since information is written depending on the on/off state of the transistor, high-speed operation can be easily achieved.

また、トランジスタ162において、酸化物半導体層の低抵抗領域144aは、下地絶縁
層に埋め込まれた導電層143a、及び電極層142aと接して電気的に接続するため、
コンタクト抵抗を低減することができ、電気的特性の優れた(例えば、高いオン電流特性
を有する)トランジスタとすることができる。したがって、トランジスタ162を適用す
ることで、半導体装置の高性能化を達成することができる。さらに、トランジスタ162
は信頼性の高いトランジスタであるため、半導体装置の高信頼性化を図ることができる。
In addition, in the transistor 162, the low-resistance region 144a of the oxide semiconductor layer is in contact with and electrically connected to the conductive layer 143a embedded in the base insulating layer and the electrode layer 142a.
The contact resistance can be reduced, and the transistor can have excellent electrical characteristics (for example, high on-state current characteristics). Therefore, by using the transistor 162, a high performance semiconductor device can be achieved.
Since the transistor is highly reliable, the reliability of the semiconductor device can be improved.

以上、本実施の形態に示す構成、方法などは、他の実施の形態に示す構成、方法などと適
宜組み合わせて用いることができる。
The structures, methods, and the like described in this embodiment can be used in appropriate combination with the structures, methods, and the like described in other embodiments.

(実施の形態3)
本実施の形態においては、実施の形態1に示すトランジスタを使用し、電力が供給されな
い状況でも記憶内容の保持が可能で、かつ、書き込み回数にも制限が無い半導体装置につ
いて、実施の形態2に示した構成と異なる構成について、図5及び図6を用いて説明を行
う。なお、本実施の形態の半導体装置は、トランジスタ162として実施の形態1に記載
のトランジスタを適用して構成される。トランジスタ162としては、実施の形態1で示
すトランジスタのいずれの構造も適用することができる。
(Embodiment 3)
In this embodiment, a semiconductor device that uses the transistor described in Embodiment 1, can retain stored content even in a state where power is not supplied, and has no limit on the number of times writing is performed will be described with reference to FIGS. 5 and 6. Note that the semiconductor device in this embodiment is configured using the transistor described in Embodiment 1 as a transistor 162. Any of the structures of the transistors described in Embodiment 1 can be used for the transistor 162.

図5(A)は、半導体装置の回路構成の一例を示し、図5(B)は半導体装置の一例を示
す概念図である。まず、図5(A)に示す半導体装置について説明を行い、続けて図5(
B)に示す半導体装置について、以下説明を行う。
5A shows an example of a circuit configuration of a semiconductor device, and FIG. 5B is a conceptual diagram showing an example of the semiconductor device. First, the semiconductor device shown in FIG. 5A will be described, and then the semiconductor device shown in FIG.
The semiconductor device shown in FIG.

図5(A)に示す半導体装置において、ビット線BLとトランジスタ162のソース電極
またはドレイン電極とは電気的に接続され、ワード線WLとトランジスタ162のゲート
電極層とは電気的に接続され、トランジスタ162のソース電極またはドレイン電極と容
量素子254の第1の端子とは電気的に接続されている。
In the semiconductor device shown in Figure 5 (A), the bit line BL and the source electrode or drain electrode of the transistor 162 are electrically connected, the word line WL and the gate electrode layer of the transistor 162 are electrically connected, and the source electrode or drain electrode of the transistor 162 and the first terminal of the capacitor 254 are electrically connected.

酸化物半導体を用いたトランジスタ162は、オフ電流が極めて小さいという特徴を有し
ている。このため、トランジスタ162をオフ状態とすることで、容量素子254の第1
の端子の電位(あるいは、容量素子254に蓄積された電荷)を極めて長時間にわたって
保持することが可能である。
The transistor 162 including an oxide semiconductor has an extremely small off-state current. For that reason, when the transistor 162 is turned off,
In this case, the potential of the terminal (or the charge stored in the capacitor 254) can be held for an extremely long period of time.

次に、図5(A)に示す半導体装置(メモリセル250)に、情報の書き込み及び保持を
行う場合について説明する。
Next, writing and holding of data in the semiconductor device (memory cell 250) shown in FIG. 5A will be described.

まず、ワード線WLの電位を、トランジスタ162がオン状態となる電位として、トラン
ジスタ162をオン状態とする。これにより、ビット線BLの電位が、容量素子254の
第1の端子に与えられる(書き込み)。その後、ワード線WLの電位を、トランジスタ1
62がオフ状態となる電位として、トランジスタ162をオフ状態とすることにより、容
量素子254の第1の端子の電位が保持される(保持)。
First, the potential of the word line WL is set to a potential that turns on the transistor 162, thereby turning on the transistor 162. As a result, the potential of the bit line BL is applied to the first terminal of the capacitor 254 (write).
When the transistor 162 is turned off as a potential at which the capacitor 62 is turned off, the potential of the first terminal of the capacitor 254 is held (retained).

トランジスタ162のオフ電流は極めて小さいから、容量素子254の第1の端子の電位
(あるいは容量素子に蓄積された電荷)は長時間にわたって保持することができる。
Since the off-state current of the transistor 162 is extremely small, the potential of the first terminal of the capacitor 254 (or the charge stored in the capacitor) can be held for a long time.

次に、情報の読み出しについて説明する。トランジスタ162がオン状態となると、浮遊
状態であるビット線BLと容量素子254とが導通し、ビット線BLと容量素子254の
間で電荷が再分配される。その結果、ビット線BLの電位が変化する。ビット線BLの電
位の変化量は、容量素子254の第1の端子の電位(あるいは容量素子254に蓄積され
た電荷)によって、異なる値をとる。
Next, reading of data will be described. When the transistor 162 is turned on, the bit line BL in a floating state and the capacitor 254 are electrically connected, and charge is redistributed between the bit line BL and the capacitor 254. As a result, the potential of the bit line BL changes. The amount of change in the potential of the bit line BL varies depending on the potential of the first terminal of the capacitor 254 (or the charge stored in the capacitor 254).

例えば、容量素子254の第1の端子の電位をV、容量素子254の容量をC、ビット線
BLが有する容量成分(以下、ビット線容量とも呼ぶ)をCB、電荷が再分配される前の
ビット線BLの電位をVB0とすると、電荷が再分配された後のビット線BLの電位は、
(CB×VB0+C×V)/(CB+C)となる。従って、メモリセル250の状態とし
て、容量素子254の第1の端子の電位がV1とV0(V1>V0)の2状態をとるとす
ると、電位V1を保持している場合のビット線BLの電位(=CB×VB0+C×V1)
/(CB+C)は、電位V0を保持している場合のビット線BLの電位(=CB×VB0
+C×V0)/(CB+C))よりも高くなることがわかる。
For example, if the potential of the first terminal of the capacitor 254 is V, the capacitance of the capacitor 254 is C, the capacitance component of the bit line BL (hereinafter also referred to as bit line capacitance) is CB, and the potential of the bit line BL before the charge is redistributed is VB0, the potential of the bit line BL after the charge is redistributed is
Therefore, if the potential of the first terminal of the capacitance element 254 is in two states, V1 and V0 (V1>V0), the potential of the bit line BL when the potential V1 is held is (=CB×VB0+C×V1).
/(CB+C) is the potential of the bit line BL when the potential V0 is held (=CB×VB0
+ C × V0)/(CB + C)).

そして、ビット線BLの電位を所定の電位と比較することで、情報を読み出すことができ
る。
Then, by comparing the potential of the bit line BL with a predetermined potential, information can be read out.

このように、図5(A)に示す半導体装置は、トランジスタ162のオフ電流が極めて小
さいという特徴から、容量素子254に蓄積された電荷は長時間にわたって保持すること
ができる。つまり、リフレッシュ動作が不要となるか、または、リフレッシュ動作の頻度
を極めて低くすることが可能となるため、消費電力を十分に低減することができる。また
、電力の供給がない場合であっても、長期にわたって記憶内容を保持することが可能であ
る。
5A, the charge stored in the capacitor 254 can be held for a long time because the off-state current of the transistor 162 is extremely small. In other words, a refresh operation is not necessary or the frequency of the refresh operation can be reduced significantly, so that power consumption can be sufficiently reduced. Furthermore, stored contents can be held for a long time even when power is not supplied.

次に、図5(B)に示す半導体装置について、説明を行う。 Next, we will explain the semiconductor device shown in Figure 5 (B).

図5(B)に示す半導体装置は、上部に記憶回路として図5(A)に示したメモリセル2
50を複数有するメモリセルアレイ251a及びメモリセルアレイ251bを有し、下部
に、メモリセルアレイ251a及びメモリセルアレイ251bを動作させるために必要な
周辺回路253を有する。なお、周辺回路253は、メモリセルアレイ251a及びメモ
リセルアレイ251bと電気的に接続されている。
The semiconductor device shown in FIG. 5B has the memory cell 2 shown in FIG. 5A as a memory circuit in the upper portion.
50, and a peripheral circuit 253 required for operating the memory cell array 251a and the memory cell array 251b is provided below. Note that the peripheral circuit 253 is electrically connected to the memory cell array 251a and the memory cell array 251b.

図5(B)に示した構成とすることにより、周辺回路253をメモリセルアレイ251a
及びメモリセルアレイ251bの直下に設けることができるため半導体装置の小型化を図
ることができる。
By using the configuration shown in FIG. 5B, the peripheral circuit 253 is
In addition, since it can be provided directly under the memory cell array 251b, the semiconductor device can be made smaller.

周辺回路253に設けられるトランジスタは、トランジスタ162とは異なる半導体材料
を用いるのがより好ましい。例えば、シリコン、ゲルマニウム、シリコンゲルマニウム、
炭化シリコン、またはガリウムヒ素等を用いることができ、単結晶半導体を用いることが
好ましい。他に、有機半導体材料などを用いてもよい。このような半導体材料を用いたト
ランジスタは、十分な高速動作が可能である。したがって、前記トランジスタにより、高
速動作が要求される各種回路(論理回路、駆動回路など)を好適に実現することが可能で
ある。
It is preferable that the transistors provided in the peripheral circuit 253 are made of a semiconductor material different from that of the transistor 162. For example, silicon, germanium, silicon germanium,
Silicon carbide, gallium arsenide, or the like can be used, and it is preferable to use a single crystal semiconductor. Alternatively, an organic semiconductor material or the like may be used. A transistor using such a semiconductor material can operate at a sufficiently high speed. Therefore, the transistor can be used to suitably realize various circuits (logic circuits, driver circuits, etc.) that require high speed operation.

なお、図5(B)に示した半導体装置では、メモリセルアレイ251aとメモリセルアレ
イ251bの2つのメモリセルアレイが積層された構成を例示したが、積層するメモリセ
ルアレイの数はこれに限定されない。3つ以上のメモリセルアレイを積層する構成として
も良い。
5B illustrates an example of a configuration in which two memory cell arrays, the memory cell array 251a and the memory cell array 251b, are stacked, but the number of stacked memory cell arrays is not limited to this. A configuration in which three or more memory cell arrays are stacked may also be used.

次に、図5(A)に示したメモリセル250の具体的な構成について図6を用いて説明を
行う。
Next, a specific configuration of the memory cell 250 shown in FIG. 5A will be described with reference to FIG.

図6は、メモリセル250の構成の一例である。図6(A)に、メモリセル250の平面
図を、図6(B)に図6(A)の線分A-Bにおける断面図をそれぞれ示す。
Fig. 6 shows an example of the configuration of a memory cell 250. Fig. 6A shows a plan view of the memory cell 250, and Fig. 6B shows a cross-sectional view taken along line AB in Fig. 6A.

図6(A)及び図6(B)に示すトランジスタ162は、実施の形態1で示した構成と同
一の構成とすることができる。
The transistor 162 in FIGS. 6A and 6B can have the same structure as that described in Embodiment 1.

図6(B)に示すように、電極502及び電極504上にトランジスタ162が設けられ
ている。電極502は、図6(A)におけるビット線BLとして機能する配線であり、ト
ランジスタ162の低抵抗領域と接して設けられている。また、電極504は、図6(A
)における容量素子254の一方の電極として機能し、トランジスタ162の低抵抗領域
と接して設けられている。トランジスタ162上において、電極504と重畳する領域に
設けられた電極506は、容量素子254の他方の電極として機能する。
As shown in FIG 6B, the transistor 162 is provided over the electrode 502 and the electrode 504. The electrode 502 is a wiring that functions as the bit line BL in FIG 6A, and is provided in contact with the low resistance region of the transistor 162. The electrode 504 is a wiring that functions as the bit line BL in FIG 6A.
) and is provided in contact with the low-resistance region of the transistor 162. An electrode 506 provided in a region overlapping with the electrode 504 over the transistor 162 functions as the other electrode of the capacitor 254.

また、図6(A)に示すように、容量素子254の他方の電極506は、容量線508と
電気的に接続する。ゲート絶縁層146を介して酸化物半導体層144上に設けられたゲ
ート電極148は、ワード線509と電気的に接続する。
6A , the other electrode 506 of the capacitor 254 is electrically connected to a capacitor line 508. A gate electrode 148 provided over the oxide semiconductor layer 144 with a gate insulating layer 146 interposed therebetween is electrically connected to a word line 509.

また、図6(C)に、メモリセルアレイと、周辺回路との接続部における断面図を示す。
周辺回路は、例えばnチャネル型トランジスタ510及びpチャネル型トランジスタ51
2を含む構成とすることができる。nチャネル型トランジスタ510及びpチャネル型ト
ランジスタ512に用いる半導体材料としては、酸化物半導体以外の半導体材料(シリコ
ンなど)を用いるのが好ましい。このような材料を用いることで、周辺回路に含まれるト
ランジスタの高速動作を図ることができる。
FIG. 6C is a cross-sectional view of a connection portion between the memory cell array and the peripheral circuits.
The peripheral circuit includes, for example, an n-channel transistor 510 and a p-channel transistor 51
A semiconductor material other than an oxide semiconductor (such as silicon) is preferably used as a semiconductor material for the n-channel transistor 510 and the p-channel transistor 512. By using such a material, high-speed operation of the transistors included in the peripheral circuits can be achieved.

図6(A)に示す平面レイアウトを採用することにより、半導体装置の占有面積の低減を
図ることができるため、高集積化を図ることができる。
By employing the planar layout shown in FIG. 6A, the area occupied by the semiconductor device can be reduced, leading to high integration.

以上のように、上部に多層に形成された複数のメモリセルは、酸化物半導体を用いたトラ
ンジスタにより形成されている。高純度化され、真性化された酸化物半導体を用いたトラ
ンジスタは、オフ電流が小さいため、これを用いることにより長期にわたり記憶内容を保
持することが可能である。つまり、リフレッシュ動作の頻度を極めて低くすることが可能
となるため、消費電力を十分に低減することができる。また、容量素子254は、図6(
B)で示すように電極504、酸化物半導体層144、ゲート絶縁層146、電極506
が積層されることによって形成される。
As described above, the memory cells formed in a multilayer structure in the upper portion are formed of transistors using an oxide semiconductor. A transistor using a highly purified and intrinsic oxide semiconductor has a small off-state current, and therefore, by using such a transistor, stored data can be retained for a long period of time. In other words, the frequency of refresh operations can be significantly reduced, and power consumption can be sufficiently reduced. In addition, the capacitor 254 has a capacitance as shown in FIG.
As shown in FIG. 1B, the electrode 504, the oxide semiconductor layer 144, the gate insulating layer 146, and the electrode 506
are stacked to form the film.

このように、酸化物半導体以外の材料を用いたトランジスタ(換言すると、十分な高速動
作が可能なトランジスタ)を用いた周辺回路と、酸化物半導体を用いたトランジスタ(よ
り広義には、十分にオフ電流が小さいトランジスタ)を用いた記憶回路とを一体に備える
ことで、これまでにない特徴を有する半導体装置を実現することができる。また、周辺回
路と記憶回路を積層構造とすることにより、半導体装置の集積化を図ることができる。
In this manner, a semiconductor device having unprecedented characteristics can be realized by integrating a peripheral circuit using a transistor using a material other than an oxide semiconductor (in other words, a transistor capable of operating at a sufficiently high speed) and a memory circuit using a transistor using an oxide semiconductor (in a broader sense, a transistor having a sufficiently small off-state current). In addition, by forming the peripheral circuit and the memory circuit into a stacked structure, the semiconductor device can be highly integrated.

本実施の形態は、他の実施の形態に記載した構成と適宜組み合わせて実施することが可能
である。
This embodiment mode can be implemented in appropriate combination with structures described in other embodiment modes.

(実施の形態4)
本実施の形態では、先の実施の形態で示した半導体装置を携帯電話、スマートフォン、電
子書籍などの携帯機器に応用した場合の例を図7乃至図10を用いて説明する。
(Embodiment 4)
In this embodiment mode, an example in which the semiconductor device described in the above embodiment is applied to a portable device such as a mobile phone, a smartphone, or an electronic book will be described with reference to FIGS.

携帯電話、スマートフォン、電子書籍などの携帯機器においては、画像データの一時記憶
などにSRAMまたはDRAMが使用されている。SRAMまたはDRAMが使用される
理由としてはフラッシュメモリでは応答が遅く、画像処理では不向きであるためである。
一方で、SRAMまたはDRAMを画像データの一時記憶に用いた場合、以下の特徴があ
る。
In portable devices such as mobile phones, smartphones, and e-books, SRAM or DRAM is used for temporary storage of image data, etc. The reason for using SRAM or DRAM is that flash memory has a slow response time and is not suitable for image processing.
On the other hand, when an SRAM or DRAM is used for temporary storage of image data, the following characteristics are observed.

通常のSRAMは、図7(A)に示すように1つのメモリセルがトランジスタ801~8
06の6個のトランジスタで構成されており、それをXデコーダー807、Yデコーダー
808にて駆動している。トランジスタ803とトランジスタ805、トランジスタ80
4とトランジスタ806はインバータを構成し、高速駆動を可能としている。しかし1つ
のメモリセルが6トランジスタで構成されているため、セル面積が大きいという欠点があ
る。デザインルールの最小寸法をFとしたときにSRAMのメモリセル面積は通常100
~150Fである。このためSRAMはビットあたりの単価が各種メモリの中で最も高
い。
In a normal SRAM, one memory cell has transistors 801 to 808 as shown in FIG.
The transistor 803, the transistor 805, and the transistor 806 are driven by an X-decoder 807 and a Y-decoder 808.
The MOSFET 804 and the transistor 806 constitute an inverter, enabling high-speed operation. However, since one memory cell is composed of six transistors, the cell area is large. When the minimum dimension of the design rule is F, the area of a memory cell in an SRAM is usually 100
150F2 . For this reason, the cost per bit of SRAM is the highest among various types of memory.

それに対して、DRAMはメモリセルが図7(B)に示すようにトランジスタ811、保
持容量812によって構成され、それをXデコーダー813、Yデコーダー814にて駆
動している。1つのセルが1トランジスタ1容量の構成になっており、面積が小さい。D
RAMのメモリセル面積は通常10F以下である。ただし、DRAMは常にリフレッシ
ュが必要であり、書き換えをおこなわない場合でも電力を消費する。
In contrast, in a DRAM, a memory cell is composed of a transistor 811 and a storage capacitor 812 as shown in FIG. 7B, and is driven by an X-decoder 813 and a Y-decoder 814. One cell is composed of one transistor and one capacitor, and the area is small.
The memory cell area of a RAM is usually 10 F2 or less. However, a DRAM needs to be constantly refreshed, and consumes power even if it is not rewritten.

しかし、先の実施の形態で説明した半導体装置のメモリセル面積は、10F前後であり
、且つ頻繁なリフレッシュは不要である。したがって、メモリセル面積が縮小され、且つ
消費電力が低減することができる。
However, the memory cell area of the semiconductor device described in the above embodiment is about 10 F2, and frequent refresh is not required, so that the memory cell area can be reduced and power consumption can be reduced.

図8に携帯機器のブロック図を示す。図8に示す携帯機器はRF回路901、アナログベ
ースバンド回路902、デジタルベースバンド回路903、バッテリー904、電源回路
905、アプリケーションプロセッサ906、フラッシュメモリ910、ディスプレイコ
ントローラ911、メモリ回路912、ディスプレイ913、タッチセンサ919、音声
回路917、キーボード918などより構成されている。ディスプレイ913は表示部9
14、ソースドライバ915、ゲートドライバ916によって構成されている。アプリケ
ーションプロセッサ906はCPU907、DSP908、インターフェイス(IF)9
09を有している。一般にメモリ回路912はSRAMまたはDRAMで構成されており
、この部分に先の実施の形態で説明した半導体装置を採用することによって、情報の書き
込み及び読み出しが高速で、長期間の記憶保持が可能で、且つ消費電力が十分に低減する
ことができる。
A block diagram of a portable device is shown in Fig. 8. The portable device shown in Fig. 8 is composed of an RF circuit 901, an analog baseband circuit 902, a digital baseband circuit 903, a battery 904, a power supply circuit 905, an application processor 906, a flash memory 910, a display controller 911, a memory circuit 912, a display 913, a touch sensor 919, an audio circuit 917, a keyboard 918, etc.
The application processor 906 is composed of a CPU 907, a DSP 908, an interface (IF) 909, and a gate driver 914.
In general, the memory circuit 912 is composed of an SRAM or a DRAM, and by employing the semiconductor device described in the above embodiment in this portion, data can be written and read at high speed, data can be stored for a long period of time, and power consumption can be sufficiently reduced.

図9に、ディスプレイのメモリ回路950に先の実施の形態で説明した半導体装置を使用
した例を示す。図9に示すメモリ回路950は、メモリ952、メモリ953、スイッチ
954、スイッチ955及びメモリコントローラ951により構成されている。また、メ
モリ回路は、画像データ(入力画像データ)からの信号線、メモリ952、及びメモリ9
53に記憶されたデータ(記憶画像データ)を読み出し、及び制御を行うディスプレイコ
ントローラ956と、ディスプレイコントローラ956からの信号により表示するディス
プレイ957が接続されている。
9 shows an example in which the semiconductor device described in the above embodiment is used in a memory circuit 950 of a display. The memory circuit 950 shown in FIG. 9 is composed of a memory 952, a memory 953, a switch 954, a switch 955, and a memory controller 951. The memory circuit includes a signal line from image data (input image data), the memory 952, and the memory 953.
A display controller 956 that reads and controls the data (stored image data) stored in the memory 53 and a display 957 that displays images according to signals from the display controller 956 are connected.

まず、ある画像データがアプリケーションプロセッサ(図示しない)によって、形成され
る(入力画像データA)。入力画像データAは、スイッチ954を介してメモリ952に
記憶される。そしてメモリ952に記憶された画像データ(記憶画像データA)は、スイ
ッチ955、及びディスプレイコントローラ956を介してディスプレイ957に送られ
、表示される。
First, certain image data is formed by an application processor (not shown) (input image data A). The input image data A is stored in a memory 952 via a switch 954. The image data stored in the memory 952 (stored image data A) is then sent to a display 957 via a switch 955 and a display controller 956, and displayed.

入力画像データAに変更が無い場合、記憶画像データAは、通常30~60Hz程度の周
期でメモリ952からスイッチ955を介して、ディスプレイコントローラ956から読
み出される。
When there is no change in the input image data A, the stored image data A is read out from the memory 952 via the switch 955 to the display controller 956, usually at a frequency of about 30 to 60 Hz.

次に、例えばユーザーが画面を書き換える操作をしたとき(すなわち、入力画像データA
に変更が有る場合)、アプリケーションプロセッサは新たな画像データ(入力画像データ
B)を形成する。入力画像データBはスイッチ954を介してメモリ953に記憶される
。この間も定期的にメモリ952からスイッチ955を介して記憶画像データAは読み出
されている。メモリ953に新たな画像データ(記憶画像データB)が記憶し終わると、
ディスプレイ957の次のフレームより、記憶画像データBは読み出され、スイッチ95
5、及びディスプレイコントローラ956を介して、ディスプレイ957に記憶画像デー
タBが送られ、表示がおこなわれる。この読み出しはさらに次に新たな画像データがメモ
リ952に記憶されるまで継続される。
Next, for example, when the user performs an operation to rewrite the screen (i.e., input image data A
If there is a change in the input image data B, the application processor forms new image data (input image data B). The input image data B is stored in the memory 953 via the switch 954. During this time, the stored image data A is read out periodically from the memory 952 via the switch 955. When the new image data (stored image data B) has been stored in the memory 953,
From the next frame of the display 957, the stored image data B is read out, and the switch 95
The stored image data B is sent to the display 957 via the display controller 956 and the display controller 956, and is displayed. This reading is continued until the next new image data is stored in the memory 952.

このようにメモリ952及びメモリ953は交互に画像データの書き込みと、画像データ
の読み出しを行うことによって、ディスプレイ957の表示をおこなう。なお、メモリ9
52及びメモリ953はそれぞれ別のメモリには限定されず、1つのメモリを分割して使
用してもよい。先の実施の形態で説明した半導体装置をメモリ952及びメモリ953に
採用することによって、情報の書き込み及び読み出しが高速で、長期間の記憶保持が可能
で、且つ消費電力が十分に低減することができる。
In this manner, the memory 952 and the memory 953 alternately write and read image data to and from each other, thereby displaying the image on the display 957.
The memory 952 and the memory 953 are not limited to being separate memories, and one memory may be divided and used. By employing the semiconductor device described in the above embodiment as the memory 952 and the memory 953, data can be written and read at high speed, data can be stored for a long period of time, and power consumption can be sufficiently reduced.

図10に電子書籍のブロック図を示す。図10はバッテリー1001、電源回路1002
、マイクロプロセッサ1003、フラッシュメモリ1004、音声回路1005、キーボ
ード1006、メモリ回路1007、タッチパネル1008、ディスプレイ1009、デ
ィスプレイコントローラ1010によって構成される。
FIG. 10 shows a block diagram of an electronic book. FIG. 10 shows a battery 1001, a power supply circuit 1002, and
It is composed of a microprocessor 1003, a flash memory 1004, an audio circuit 1005, a keyboard 1006, a memory circuit 1007, a touch panel 1008, a display 1009, and a display controller 1010.

ここでは、図10のメモリ回路1007に先の実施の形態で説明した半導体装置を使用す
ることができる。メモリ回路1007は書籍の内容を一時的に保持する機能を持つ。例え
ば、ユーザーが電子書籍を読んでいるときに、特定の箇所にマーキング(表示の色を変え
る、アンダーラインを引く、文字を太くする、文字の書体を変えるなど)をしたい場合に
、ユーザーが指定した箇所の情報を一時的に記憶し、保持する機能を有する。この情報を
長期に保存する場合にはフラッシュメモリ1004にコピーしても良い。このような場合
においても、先の実施の形態で説明した半導体装置を採用することによって、情報の書き
込み及び読み出しが高速で、長期間の記憶保持が可能で、且つ消費電力が十分に低減する
ことができる。
Here, the semiconductor device described in the previous embodiment can be used for the memory circuit 1007 in FIG. 10. The memory circuit 1007 has a function of temporarily storing the contents of a book. For example, when a user is reading an electronic book and wants to mark a specific location (such as changing the display color, drawing an underline, making characters bold, or changing the font of characters), the memory circuit 1007 has a function of temporarily storing and storing information on the location specified by the user. When this information is to be stored for a long period of time, it may be copied to the flash memory 1004. Even in such a case, by employing the semiconductor device described in the previous embodiment, information can be written and read at high speed, memory can be stored for a long period of time, and power consumption can be sufficiently reduced.

以上のように、本実施の形態に示す携帯機器には、先の実施の形態に係る半導体装置が搭
載されている。このため、読み出しが高速で、長期間の記憶保持が可能で、且つ消費電力
を低減した携帯機器が実現される。
As described above, the semiconductor device according to the above embodiment is mounted on the portable device described in this embodiment, which can read data at high speed, retain data for a long period of time, and consume less power.

本実施の形態に示す構成、方法などは、他の実施の形態に示す構成、方法などと適宜組み
合わせて用いることができる。
The structure, method, and the like described in this embodiment can be used in appropriate combination with the structure, method, and the like described in other embodiments.

100 基板
106 素子分離絶縁層
108 ゲート絶縁層
110 ゲート電極層
116 チャネル形成領域
120 不純物領域
124 金属化合物領域
130 絶縁層
135 層間絶縁膜
136a 側壁絶縁層
136b 側壁絶縁層
137 絶縁膜
142a 電極層
142b 電極層
143a 導電層
143b 導電層
144 酸化物半導体層
144a 低抵抗領域
144b 低抵抗領域
144c チャネル形成領域
146 ゲート絶縁層
148ゲート電極
149 絶縁膜
150 絶縁膜
152 絶縁膜
153 導電層
154 絶縁層
156a 配線
156b 配線
160 トランジスタ
162 トランジスタ
164 容量素子
250 メモリセル
251a メモリセルアレイ
251b メモリセルアレイ
253 周辺回路
254 容量素子
400 基板
401 ゲート電極層
402 ゲート絶縁層
403 酸化物半導体膜
404a 低抵抗領域
404b 低抵抗領域
405 電極層
405a 電極層
405b 電極層
407 絶縁膜
409 チャネル形成領域
410 絶縁膜
412a 側壁絶縁層
412b 側壁絶縁層
413 絶縁膜
415 層間絶縁膜
420 トランジスタ
421 ドーパント
422a 電極層
422b 電極層
423 絶縁膜
424a 電極層
424b 電極層
425a 電極層
425b 電極層
426 絶縁膜
436 下地絶縁層
445 導電膜
446 絶縁膜
502 電極
504 電極
506 電極
508 容量線
509 ワード線
510 nチャネル型トランジスタ
512 pチャネル型トランジスタ
801 トランジスタ
803 トランジスタ
804 トランジスタ
805 トランジスタ
806 トランジスタ
807 Xデコーダー
808 Yデコーダー
811 トランジスタ
812 保持容量
813 Xデコーダー
814 Yデコーダー
901 RF回路
902 アナログベースバンド回路
903 デジタルベースバンド回路
904 バッテリー
905 電源回路
906 アプリケーションプロセッサ
907 CPU
908 DSP
910 フラッシュメモリ
911 ディスプレイコントローラ
912 メモリ回路
913 ディスプレイ
914 表示部
915 ソースドライバ
916 ゲートドライバ
917 音声回路
918 キーボード
919 タッチセンサ
950 メモリ回路
951 メモリコントローラ
952 メモリ
953 メモリ
954 スイッチ
955 スイッチ
956 ディスプレイコントローラ
957 ディスプレイ
1001 バッテリー
1002 電源回路
1003 マイクロプロセッサ
1004 フラッシュメモリ
1005 音声回路
1006 キーボード
1007 メモリ回路
1008 タッチパネル
1009 ディスプレイ
1010 ディスプレイコントローラ
100 Substrate 106 Element isolation insulating layer 108 Gate insulating layer 110 Gate electrode layer 116 Channel formation region 120 Impurity region 124 Metal compound region 130 Insulating layer 135 Interlayer insulating film 136a Sidewall insulating layer 136b Sidewall insulating layer 137 Insulating film 142a Electrode layer 142b Electrode layer 143a Conductive layer 143b Conductive layer 144 Oxide semiconductor layer 144a Low resistance region 144b Low resistance region 144c Channel formation region 146 Gate insulating layer 148 Gate electrode 149 Insulating film 150 Insulating film 152 Insulating film 153 Conductive layer 154 Insulating layer 156a Wiring 156b Wiring 160 Transistor 162 Transistor 164 Capacitor 250 Memory cell 251a Memory cell array 251b Memory cell array 253 Peripheral circuit 254 Capacitor 400 Substrate 401 Gate electrode layer 402 Gate insulating layer 403 Oxide semiconductor film 404a Low resistance region 404b Low resistance region 405 Electrode layer 405a Electrode layer 405b Electrode layer 407 Insulating film 409 Channel formation region 410 Insulating film 412a Sidewall insulating layer 412b Sidewall insulating layer 413 Insulating film 415 Interlayer insulating film 420 Transistor 421 Dopant 422a Electrode layer 422b Electrode layer 423 Insulating film 424a Electrode layer 424b Electrode layer 425a Electrode layer 425b Electrode layer 426 Insulating film 436 Base insulating layer 445 Conductive film 446 Insulating film 502 Electrode 504 Electrode 506 Electrode 508 Capacitor line 509 Word line 510 n-channel transistor 512 p-channel transistor 801 Transistor 803 Transistor 804 Transistor 805 Transistor 806 Transistor 807 X decoder 808 Y decoder 811 Transistor 812 Storage capacitor 813 X decoder 814 Y decoder 901 RF circuit 902 Analog baseband circuit 903 Digital baseband circuit 904 Battery 905 Power supply circuit 906 Application processor 907 CPU
908 DSP
910 Flash memory 911 Display controller 912 Memory circuit 913 Display 914 Display unit 915 Source driver 916 Gate driver 917 Audio circuit 918 Keyboard 919 Touch sensor 950 Memory circuit 951 Memory controller 952 Memory 953 Memory 954 Switch 955 Switch 956 Display controller 957 Display 1001 Battery 1002 Power supply circuit 1003 Microprocessor 1004 Flash memory 1005 Audio circuit 1006 Keyboard 1007 Memory circuit 1008 Touch panel 1009 Display 1010 Display controller

Claims (5)

酸化物半導体をチャネル形成領域に含む第1のトランジスタと、
シリコンをチャネル形成領域に含む第2のトランジスタと、
容量素子と、
を有し、
前記第1のトランジスタのソース又はドレインの一方は、前記第2のトランジスタのゲートと電気的に接続され、
前記第1のトランジスタのソース又はドレインの一方は、前記容量素子の一方の電極と電気的に接続される半導体装置であって、
前記第2のトランジスタのチャネル形成領域の上方に配置された領域を有し、かつ、前記第1のトランジスタのソース又はドレインの一方と電気的に接続される第1の導電膜と、
前記第1の導電膜の上方に配置された領域を有し、かつ、前記第1のトランジスタのチャネル形成領域を有する酸化物半導体膜と、
前記酸化物半導体膜の上方に配置された領域を有し、かつ、前記第1のトランジスタのゲートとしての機能を有する第2の導電膜と、
前記酸化物半導体膜の上方に配置された領域を有し、かつ、前記第1のトランジスタのソースまたはドレインの一方と電気的に接続される第3の導電膜と、
前記酸化物半導体膜の上方に配置された領域を有し、かつ、前記第1のトランジスタのソースまたはドレインの他方と電気的に接続される第4の導電膜と、
前記第2の導電膜の上方に配置された領域、前記第3の導電膜の上方に配置された領域及び前記第4の導電膜の上方に配置された領域を有する絶縁膜と、
前記絶縁膜の上方に配置された領域を有し、かつ、前記容量素子の他方の電極としての機能を有する第5の導電膜と、
を有し、
前記第3の導電膜は、前記酸化物半導体膜と接する領域を有し、
前記第3の導電膜は、前記第1の導電膜と接する領域を有し、
平面視において、前記第3の導電膜は前記第2の導電膜と離隔しており、
平面視において、前記第4の導電膜は前記第2の導電膜と離隔しており、
前記第1の導電膜は、前記第3の導電膜と重ならない第1の領域を有し、
前記第1の導電膜の前記第1の領域は、前記絶縁膜を間に介して前記第5の導電膜と重なりを有する、
半導体装置。
a first transistor including an oxide semiconductor in a channel formation region;
a second transistor including silicon in a channel formation region;
A capacitive element;
having
one of a source and a drain of the first transistor is electrically connected to a gate of the second transistor;
a semiconductor device in which one of a source and a drain of the first transistor is electrically connected to one electrode of the capacitor,
a first conductive film having a region located above a channel formation region of the second transistor and electrically connected to one of a source and a drain of the first transistor;
an oxide semiconductor film having a region located above the first conductive film and including a channel formation region of the first transistor;
a second conductive film having a region located above the oxide semiconductor film and functioning as a gate of the first transistor;
a third conductive film having a region located above the oxide semiconductor film and electrically connected to one of a source and a drain of the first transistor;
a fourth conductive film having a region located above the oxide semiconductor film and electrically connected to the other of the source and the drain of the first transistor;
an insulating film having a region disposed above the second conductive film, a region disposed above the third conductive film, and a region disposed above the fourth conductive film;
a fifth conductive film having a region disposed above the insulating film and functioning as the other electrode of the capacitance element;
having
the third conductive film has a region in contact with the oxide semiconductor film,
the third conductive film has a region in contact with the first conductive film,
the third conductive film is spaced apart from the second conductive film in a plan view;
the fourth conductive film is spaced apart from the second conductive film in a plan view;
the first conductive film has a first region that does not overlap with the third conductive film;
the first region of the first conductive film overlaps with the fifth conductive film with the insulating film therebetween;
Semiconductor device.
酸化物半導体をチャネル形成領域に含む第1のトランジスタと、
シリコンをチャネル形成領域に含む第2のトランジスタと、
容量素子と、
を有し、
前記第1のトランジスタのソース又はドレインの一方は、前記第2のトランジスタのゲートと電気的に接続され、
前記第1のトランジスタのソース又はドレインの一方は、前記容量素子の一方の電極と電気的に接続され、
前記容量素子の他方の電極には信号が入力される半導体装置であって、
前記第2のトランジスタのチャネル形成領域の上方に配置された領域を有し、かつ、前記第1のトランジスタのソース又はドレインの一方と電気的に接続される第1の導電膜と、
前記第1の導電膜の上方に配置された領域を有し、かつ、前記第1のトランジスタのチャネル形成領域を有する酸化物半導体膜と、
前記酸化物半導体膜の上方に配置された領域を有し、かつ、前記第1のトランジスタのゲートとしての機能を有する第2の導電膜と、
前記酸化物半導体膜の上方に配置された領域を有し、かつ、前記第1のトランジスタのソースまたはドレインの一方と電気的に接続される第3の導電膜と、
前記酸化物半導体膜の上方に配置された領域を有し、かつ、前記第1のトランジスタのソースまたはドレインの他方と電気的に接続される第4の導電膜と、
前記第2の導電膜の上方に配置された領域、前記第3の導電膜の上方に配置された領域及び前記第4の導電膜の上方に配置された領域を有する絶縁膜と、
前記絶縁膜の上方に配置された領域を有し、かつ、前記容量素子の他方の電極としての機能を有する第5の導電膜と、
を有し、
前記第3の導電膜は、前記酸化物半導体膜と接する領域を有し、
前記第3の導電膜は、前記第1の導電膜と接する領域を有し、
平面視において、前記第3の導電膜は前記第2の導電膜と離隔しており、
平面視において、前記第4の導電膜は前記第2の導電膜と離隔しており、
前記第1の導電膜は、前記第3の導電膜と重ならない第1の領域を有し、
前記第1の導電膜の前記第1の領域は、前記絶縁膜を間に介して前記第5の導電膜と重なりを有する、
半導体装置。
a first transistor including an oxide semiconductor in a channel formation region;
a second transistor including silicon in a channel formation region;
A capacitive element;
having
one of a source and a drain of the first transistor is electrically connected to a gate of the second transistor;
one of a source and a drain of the first transistor is electrically connected to one electrode of the capacitor element;
A semiconductor device in which a signal is input to the other electrode of the capacitive element,
a first conductive film having a region located above a channel formation region of the second transistor and electrically connected to one of a source and a drain of the first transistor;
an oxide semiconductor film having a region located above the first conductive film and including a channel formation region of the first transistor;
a second conductive film having a region located above the oxide semiconductor film and functioning as a gate of the first transistor;
a third conductive film having a region located above the oxide semiconductor film and electrically connected to one of a source and a drain of the first transistor;
a fourth conductive film having a region located above the oxide semiconductor film and electrically connected to the other of the source and the drain of the first transistor;
an insulating film having a region disposed above the second conductive film, a region disposed above the third conductive film, and a region disposed above the fourth conductive film;
a fifth conductive film having a region disposed above the insulating film and functioning as the other electrode of the capacitance element;
having
the third conductive film has a region in contact with the oxide semiconductor film,
the third conductive film has a region in contact with the first conductive film,
the third conductive film is spaced apart from the second conductive film in a plan view;
the fourth conductive film is spaced apart from the second conductive film in a plan view;
the first conductive film has a first region that does not overlap with the third conductive film;
the first region of the first conductive film overlaps with the fifth conductive film with the insulating film therebetween;
Semiconductor device.
酸化物半導体をチャネル形成領域に含む第1のトランジスタと、
シリコンをチャネル形成領域に含む第2のトランジスタと、
容量素子と、
を有し、
前記第1のトランジスタのソース又はドレインの一方は、前記第2のトランジスタのゲートと電気的に接続され、
前記第1のトランジスタのソース又はドレインの一方は、前記容量素子の一方の電極と電気的に接続される半導体装置であって、
前記第2のトランジスタのチャネル形成領域の上方に配置された領域を有し、かつ、前記第1のトランジスタのソース又はドレインの一方と電気的に接続される第1の導電膜と、
前記第1の導電膜の上方に配置された領域を有し、かつ、前記第1のトランジスタのチャネル形成領域を有する酸化物半導体膜と、
前記酸化物半導体膜の上方に配置された領域を有し、かつ、前記第1のトランジスタのゲートとしての機能を有する第2の導電膜と、
前記酸化物半導体膜の上方に配置された領域を有し、かつ、前記第1のトランジスタのソースまたはドレインの一方と電気的に接続される第3の導電膜と、
前記酸化物半導体膜の上方に配置された領域を有し、かつ、前記第1のトランジスタのソースまたはドレインの他方と電気的に接続される第4の導電膜と、
前記第2の導電膜の上方に配置された領域、前記第3の導電膜の上方に配置された領域及び前記第4の導電膜の上方に配置された領域を有する絶縁膜と、
前記絶縁膜の上方に配置された領域を有し、かつ、前記容量素子の他方の電極としての機能を有する第5の導電膜と、
を有し、
前記第3の導電膜は、前記酸化物半導体膜と接する領域を有し、
前記第4の導電膜は、前記酸化物半導体膜と接する領域を有し、
前記第3の導電膜は、前記第1の導電膜と接する領域を有し、
平面視において、前記第3の導電膜は前記第2の導電膜と離隔しており、
平面視において、前記第4の導電膜は前記第2の導電膜と離隔しており、
前記第1の導電膜は、前記第3の導電膜と重ならない第1の領域を有し、
前記第1の導電膜の前記第1の領域は、前記絶縁膜を間に介して前記第5の導電膜と重なりを有する、
半導体装置。
a first transistor including an oxide semiconductor in a channel formation region;
a second transistor including silicon in a channel formation region;
A capacitive element;
having
one of a source and a drain of the first transistor is electrically connected to a gate of the second transistor;
a semiconductor device in which one of a source and a drain of the first transistor is electrically connected to one electrode of the capacitor,
a first conductive film having a region located above a channel formation region of the second transistor and electrically connected to one of a source and a drain of the first transistor;
an oxide semiconductor film having a region located above the first conductive film and including a channel formation region of the first transistor;
a second conductive film having a region located above the oxide semiconductor film and functioning as a gate of the first transistor;
a third conductive film having a region located above the oxide semiconductor film and electrically connected to one of a source and a drain of the first transistor;
a fourth conductive film having a region located above the oxide semiconductor film and electrically connected to the other of the source and the drain of the first transistor;
an insulating film having a region disposed above the second conductive film, a region disposed above the third conductive film, and a region disposed above the fourth conductive film;
a fifth conductive film having a region disposed above the insulating film and functioning as the other electrode of the capacitance element;
having
the third conductive film has a region in contact with the oxide semiconductor film,
the fourth conductive film has a region in contact with the oxide semiconductor film,
the third conductive film has a region in contact with the first conductive film,
the third conductive film is spaced apart from the second conductive film in a plan view;
the fourth conductive film is spaced apart from the second conductive film in a plan view;
the first conductive film has a first region that does not overlap with the third conductive film;
the first region of the first conductive film overlaps with the fifth conductive film with the insulating film therebetween;
Semiconductor device.
酸化物半導体をチャネル形成領域に含む第1のトランジスタと、
シリコンをチャネル形成領域に含む第2のトランジスタと、
容量素子と、
を有し、
前記第1のトランジスタのソース又はドレインの一方は、前記第2のトランジスタのゲートと電気的に接続され、
前記第1のトランジスタのソース又はドレインの一方は、前記容量素子の一方の電極と電気的に接続され、
前記容量素子の他方の電極には信号が入力される半導体装置であって、
前記第2のトランジスタのチャネル形成領域の上方に配置された領域を有し、かつ、前記第1のトランジスタのソース又はドレインの一方と電気的に接続される第1の導電膜と、
前記第1の導電膜の上方に配置された領域を有し、かつ、前記第1のトランジスタのチャネル形成領域を有する酸化物半導体膜と、
前記酸化物半導体膜の上方に配置された領域を有し、かつ、前記第1のトランジスタのゲートとしての機能を有する第2の導電膜と、
前記酸化物半導体膜の上方に配置された領域を有し、かつ、前記第1のトランジスタのソースまたはドレインの一方と電気的に接続される第3の導電膜と、
前記酸化物半導体膜の上方に配置された領域を有し、かつ、前記第1のトランジスタのソースまたはドレインの他方と電気的に接続される第4の導電膜と、
前記第2の導電膜の上方に配置された領域、前記第3の導電膜の上方に配置された領域及び前記第4の導電膜の上方に配置された領域を有する絶縁膜と、
前記絶縁膜の上方に配置された領域を有し、かつ、前記容量素子の他方の電極としての機能を有する第5の導電膜と、
を有し、
前記第3の導電膜は、前記酸化物半導体膜と接する領域を有し、
前記第4の導電膜は、前記酸化物半導体膜と接する領域を有し、
前記第3の導電膜は、前記第1の導電膜と接する領域を有し、
平面視において、前記第3の導電膜は前記第2の導電膜と離隔しており、
平面視において、前記第4の導電膜は前記第2の導電膜と離隔しており、
前記第1の導電膜は、前記第3の導電膜と重ならない第1の領域を有し、
前記第1の導電膜の前記第1の領域は、前記絶縁膜を間に介して前記第5の導電膜と重なりを有する、
半導体装置。
a first transistor including an oxide semiconductor in a channel formation region;
a second transistor including silicon in a channel formation region;
A capacitive element;
having
one of a source and a drain of the first transistor is electrically connected to a gate of the second transistor;
one of a source and a drain of the first transistor is electrically connected to one electrode of the capacitor element;
A semiconductor device in which a signal is input to the other electrode of the capacitive element,
a first conductive film having a region located above a channel formation region of the second transistor and electrically connected to one of a source and a drain of the first transistor;
an oxide semiconductor film having a region located above the first conductive film and including a channel formation region of the first transistor;
a second conductive film having a region located above the oxide semiconductor film and functioning as a gate of the first transistor;
a third conductive film having a region located above the oxide semiconductor film and electrically connected to one of a source and a drain of the first transistor;
a fourth conductive film having a region located above the oxide semiconductor film and electrically connected to the other of the source and the drain of the first transistor;
an insulating film having a region disposed above the second conductive film, a region disposed above the third conductive film, and a region disposed above the fourth conductive film;
a fifth conductive film having a region disposed above the insulating film and functioning as the other electrode of the capacitance element;
having
the third conductive film has a region in contact with the oxide semiconductor film,
the fourth conductive film has a region in contact with the oxide semiconductor film,
the third conductive film has a region in contact with the first conductive film,
the third conductive film is spaced apart from the second conductive film in a plan view;
the fourth conductive film is spaced apart from the second conductive film in a plan view;
the first conductive film has a first region that does not overlap with the third conductive film;
the first region of the first conductive film overlaps with the fifth conductive film with the insulating film therebetween;
Semiconductor device.
請求項1乃至請求項4のいずれか一において、
前記第3の導電膜は、前記酸化物半導体膜を介して前記第1の導電膜と重なりを有する、
半導体装置。
In any one of claims 1 to 4,
the third conductive film overlaps with the first conductive film with the oxide semiconductor film interposed therebetween;
Semiconductor device.
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