JP5666933B2 - 半導体装置 - Google Patents
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Description
本実施の形態では、開示する発明の一態様に係る半導体装置の基本的な回路構成およびその動作について、図1および図2を参照して説明する。なお、回路図においては、酸化物半導体を用いたトランジスタであることを示すために、OSの符号を併せて付す場合がある。
はじめに、最も基本的な回路構成およびその動作について、図1を参照して説明する。図1(A−1)に示す半導体装置において、第1の配線(1st Line)とトランジスタ160のソース電極(またはドレイン電極)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(またはソース電極)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)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のゲート電極と、トランジスタ162のドレイン電極(またはソース電極)は、容量素子164の電極の一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。
次に、より具体化された回路構成およびその動作について、図2を参照して説明する。図2において、メモリセル170の構成は、図1(A−1)と同様である。すなわち、図1(A−1)における第1の配線が図2におけるソース線SLに相当し、図1(A−1)における第4の配線が図2における書き込みワード線WWLに相当し、図1(A−1)における第5の配線が図2における読み出しワード線RWLに相当する。一方で、図1(A−1)における第2の配線と第3の配線とが共通化され、図2ではビット線BLとなっている。
本実施の形態では、先の実施の形態において説明した半導体装置の応用例の一について説明する。具体的には、先の実施の形態において説明した半導体装置をマトリクス状に配列した半導体装置の一例について図3および図4を参照して説明する。
本実施の形態では、開示する発明の一態様に係る半導体装置の構成およびその作製方法について、図5乃至図9を参照して説明する。
図5は、半導体装置の構成の一例である。図5(A)には、半導体装置の断面を、図5(B)には、半導体装置の平面を、それぞれ示す。ここで、図5(A)は、図5(B)のA1−A2およびB1−B2における断面に相当する。図5(A)および図5(B)に示される半導体装置は、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。ここで、第1の半導体材料と第2の半導体材料とは異なる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半導体材料としては、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のが好ましい。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、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。
次に、上記半導体装置の作製方法の一例について説明する。以下では、はじめに下部のトランジスタ160の作製方法について図6および図7を参照して説明し、その後、上部のトランジスタ162および容量素子164の作製方法について図8および図9を参照して説明する。
まず、半導体材料を含む基板100を用意する(図6(A)参照)。半導体材料を含む基板100としては、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ができる。ここでは、半導体材料を含む基板100として、単結晶シリコン基板を用いる場合の一例について示すものとする。なお、一般に「SOI基板」は、絶縁表面上にシリコン半導体層が設けられた構成の基板をいうが、本明細書等においては、絶縁表面上にシリコン以外の材料からなる半導体層が設けられた構成の基板も含むものとする。つまり、「SOI基板」が有する半導体層は、シリコン半導体層に限定されない。また、SOI基板には、ガラス基板などの絶縁基板上に絶縁層を介して半導体層が設けられた構成のものも含まれるものとする。
次に、ゲート電極110、電極126、絶縁層128、絶縁層130などの上に導電層を形成し、該導電層を選択的にエッチングして、ソース電極またはドレイン電極142a、ソース電極またはドレイン電極142bを形成する(図8(A)参照)。
本実施の形態では、上述の実施の形態で説明した半導体装置を電子機器に適用する場合について、図10を用いて説明する。本実施の形態では、コンピュータ、携帯電話機(携帯電話、携帯電話装置ともいう)、携帯情報端末(携帯型ゲーム機、音響再生装置なども含む)、デジタルカメラ、デジタルビデオカメラ、電子ペーパー、テレビジョン装置(テレビ、またはテレビジョン受信機ともいう)などの電子機器に、上述の半導体装置を適用する場合について説明する。
102 保護層
104 半導体領域
106 素子分離絶縁層
108 ゲート絶縁層
110 ゲート電極
116 チャネル形成領域
120 不純物領域
122 金属層
124 金属化合物領域
126 電極
128 絶縁層
130 絶縁層
142a ソース電極またはドレイン電極
142b ソース電極またはドレイン電極
144 酸化物半導体層
143a 絶縁層
143b 絶縁層
146 ゲート絶縁層
148a ゲート電極
148b 電極
150 絶縁層
152 絶縁層
154 電極
156 配線
160 トランジスタ
162 トランジスタ
164 容量素子
170 メモリセル
180 マルチプレクサ
182 マルチプレクサ
190 第1の駆動回路
192 第2の駆動回路
701 筐体
702 筐体
703 表示部
704 キーボード
711 本体
712 スタイラス
713 表示部
714 操作ボタン
715 外部インターフェイス
720 電子書籍
721 筐体
723 筐体
725 表示部
727 表示部
731 電源
733 操作キー
735 スピーカー
737 軸部
740 筐体
741 筐体
742 表示パネル
743 スピーカー
744 マイクロフォン
745 操作キー
746 ポインティングデバイス
747 カメラ用レンズ
748 外部接続端子
749 太陽電池セル
750 外部メモリスロット
761 本体
763 接眼部
764 操作スイッチ
765 表示部
766 バッテリー
767 表示部
770 テレビジョン装置
771 筐体
773 表示部
775 スタンド
780 リモコン操作機
800 測定系
802 容量素子
804 トランジスタ
805 トランジスタ
806 トランジスタ
808 トランジスタ
Claims (6)
- 第1のトランジスタと、第2のトランジスタと、容量素子と、第1の配線と、第2の配線と、第3の配線と、第1の回路と、第2の回路と、第4の配線と、を有し、
前記第1のトランジスタのゲートは、前記第2のトランジスタのソース又はドレインの一方、及び前記容量素子の一方の電極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、前記第1の配線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他方は、前記第2の配線と電気的に接続され、
前記第2のトランジスタのゲートは、前記第3の配線と電気的に接続され、
前記第2のトランジスタのソース又はドレインの他方は、前記第2の配線と電気的に接続され、
前記第1の回路は、前記第1の配線及び前記第4の配線と電気的に接続され、
前記第2の回路は、前記第2の配線及び前記第4の配線と電気的に接続され、
前記第2のトランジスタは、チャネル形成領域に酸化物半導体を有し、
前記第1の回路は、前記第2のトランジスタがオン状態であるとき、前記第1の配線と前記第4の配線を電気的に接続する機能を有し、
前記第2の回路は、前記第2のトランジスタがオン状態であるとき、前記第2の配線と前記第4の配線を電気的に接続する機能を有することを特徴とする半導体装置。 - 請求項1において、
前記第4の配線は、データ信号を伝達する機能を有することを特徴とする半導体装置。 - 請求項1又は2において、
前記第1の回路は、読み出し時に前記第1の配線と第5の配線を電気的に接続する機能を有し、
前記第2の回路は、読み出し時に前記第2の配線と第6の配線を電気的に接続する機能を有することを特徴とする半導体装置。 - 請求項3において、
前記第5の配線は、読み出し時に前記第1の配線に与えられる信号を伝達する機能を有し、
前記第6の配線は、読み出し回路からの信号を伝達する機能を有することを特徴とする半導体装置。 - 請求項3又は4において、
前記第6の配線は、駆動回路と電気的に接続されていることを特徴とする半導体装置。 - 請求項1乃至5のいずれか一項において、
前記第1の回路及び前記第2の回路は、マルチプレクサによって構成されていることを特徴とする半導体装置。
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