JP6437147B2 - 半導体装置 - Google Patents
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Description
るものである。ここで、半導体装置とは、半導体特性を利用することで機能する素子およ
び装置全般を指す。
型トランジスタに用いられる材料は、その用途に応じて様々であるが、特に、シリコンを
含む半導体材料が多く用いられている。
す。例えば、高速動作が必要な集積回路などの用途には単結晶シリコンを用いることで、
その要求が満たされる。また、表示装置などの大面積用途に対しては、非晶質シリコンを
用いることで、その要求を満たすことができる。
は半導体材料に対して、汎用性と共に一層の性能を求める傾向にある。例えば、大面積表
示装置の高性能化という観点からは、スイッチング素子の高速動作を実現するために、大
面積化が容易で、且つ非晶質シリコンを超える性能を有する半導体材料が求められている
。
ぶ)に関する技術が注目されている。例えば、特許文献1には、ホモロガス化合物InM
O3(ZnO)m(M=In、Fe、Ga、またはAl、m=1以上50未満の整数)を
用いた透明薄膜電界効果型トランジスタが開示されている。
ア密度が1018/cm3未満であるものを用いた電界効果型トランジスタが開示されて
いる。なお、当該文献において、非晶質酸化物半導体の原子数の比は、In:Ga:Zn
=1:1:m(m<6)である。
ランジスタが開示されている。
の整数)とする旨の開示がある。また、特許文献3の実施例1においては、InGaO3
(ZnO)4の場合について開示されている。しかしながら、このような酸化物半導体を
用いる場合であっても、十分な特性が得られていないというのが実情であった。
することを目的の一とする。
体装置を構成する。結晶領域は、例えば、電気的異方性を有する領域である。または、不
純物の侵入を抑制する領域である。
体層と接するソース電極層およびドレイン電極層と、酸化物半導体層、ソース電極層、お
よびドレイン電極層を覆うゲート絶縁層と、ゲート絶縁層上の、結晶領域と重畳する領域
のゲート電極層と、を有し、結晶領域は、酸化物半導体層の表面と略垂直な方向にc軸が
配向する結晶を有する領域である半導体装置である。なお、本明細書等において「略垂直
」とは、垂直方向から±10°以内の状態を言うものとする。
を覆う第1のゲート絶縁層と、第1のゲート絶縁層上の結晶領域を有する酸化物半導体層
と、酸化物半導体層と接するソース電極層およびドレイン電極層と、酸化物半導体層、ソ
ース電極層、およびドレイン電極層を覆う第2のゲート絶縁層と、第2のゲート絶縁層上
の、結晶領域と重畳する領域の第2のゲート電極層と、を有し、結晶領域は、酸化物半導
体層の表面と略垂直な方向にc軸が配向する結晶を有する領域である半導体装置である。
略同一形状の絶縁層を有していても良い。なお、本明細書等において「略同一」の表現は
、厳密に同一であることを要しない趣旨で用いるものであり、同一と見なすことができる
範囲が含まれる。例えば、一のエッチング処理によって形成される場合の差異は許容され
る。また、厚さまで同一であることは要しない。
よびドレイン電極層を有していても良い。
)は、非晶質構造としても良い。
下であっても良い。
に導電層を形成し、導電層をエッチングすることにより、ソース電極層およびドレイン電
極層を形成し、熱処理を行うことにより、該酸化物半導体層の表面と略垂直な方向にc軸
が配向する結晶領域を形成し、酸化物半導体層、ソース電極層、およびドレイン電極層を
覆うようにゲート絶縁層を形成し、ゲート絶縁層上の結晶領域と重畳する領域にゲート電
極層を形成する、半導体装置の作製方法である。
電極層を覆うように第1のゲート絶縁層を形成し、第1のゲート絶縁層上に酸化物半導体
層を形成し、酸化物半導体層上に導電層を形成し、導電層をエッチングすることにより、
ソース電極層およびドレイン電極層を形成し、熱処理を行うことにより、該酸化物半導体
層の表面と略垂直な方向にc軸が配向する結晶領域を形成し、酸化物半導体層、ソース電
極層、およびドレイン電極層を覆うように第2のゲート絶縁層を形成し、第2のゲート絶
縁層上の結晶領域と重畳する領域に第2のゲート電極層を形成する、半導体装置の作製方
法である。
以下の温度条件で行っても良い。また、導電層をエッチングする際に、酸化物半導体層の
一部を除去しても良い。また、ソース電極層およびドレイン電極層の上に、ソース電極層
およびドレイン電極層と略同一形状の絶縁層を形成しても良い。
よびドレイン電極層を形成しても良い。
領域(例えば、チャネル形成領域以外の領域)を非晶質構造として残存させても良い。
は「直下」であることを限定するものではない。例えば、「ゲート絶縁層上のゲート電極
層」の表現であれば、ゲート絶縁層とゲート電極層との間に他の構成要素を含むものを除
外しない。また、「上」「下」の用語は説明の便宜のために用いる表現に過ぎず、特に言
及する場合を除き、その上下を入れ替えたものも含む。
定するものではない。例えば、「電極」は「配線」の一部として用いられることがあり、
その逆もまた同様である。さらに、「電極」や「配線」の用語は、複数の「電極」や「配
線」が一体となって形成されている場合をなどをも含む。
、回路動作において電流の方向が変化する場合などには入れ替わることがある。このため
、本明細書においては、「ソース」や「ドレイン」の用語は、入れ替えて用いることがで
きるものとする。
」を介して接続されている場合が含まれる。ここで、「何らかの電気的作用を有するもの
」は、接続対象間での電気信号の授受を可能とするものであれば、特に制限を受けない。
などのスイッチング素子、抵抗素子、インダクタ、キャパシタ、その他の各種機能を有す
る素子などが含まれる。
、酸化物半導体のn型化の要因である水素を、酸化物半導体層中から極力排除すること、
または、酸化物半導体層に不足する酸素を供給して、酸化物半導体層中の酸素欠乏に起因
する欠陥を低減すること、の少なくとも一方を含む概念である。
一般にn型であるため、オフ電流が高い。オフ電流が高いと、スイッチング特性が不十分
になり、半導体装置として適当ではない。このため、酸化物半導体層を高純度化し、i型
またはそれに近づけるのである。
半導体層と比較して、酸化物半導体層の電気的特性は異なるものになる。例えば、酸化物
半導体層の表面と略垂直な方向にc軸が配向する結晶領域を備えた酸化物半導体層では、
酸化物半導体層の表面に平行な方向の導電性が向上し、酸化物半導体層の表面に垂直な方
向の絶縁性が向上する。
の優れた新たな半導体装置を実現できる。
の説明に限定されず、本発明の趣旨およびその範囲から逸脱することなくその形態および
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。従って、本発明は以下
に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。
際の位置、大きさ、範囲などを表していない場合がある。このため、開示する発明は、必
ずしも、図面等に開示された位置、大きさ、範囲などに限定されない。
を避けるために付すものであり、数的に限定するものではないことを付記する。
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作製方法につい
て、図1乃至図16を参照して説明する。
図1は、半導体装置の構成の一例であるトランジスタ150を示す断面図である。なお、
トランジスタ150は、n型トランジスタであるものとして説明するが、p型トランジス
タとしても良い。
106aと、酸化物半導体層106a中の結晶領域110と、酸化物半導体層106aと
電気的に接続するソース電極層またはドレイン電極層108a、およびソース電極層また
はドレイン電極層108bと、酸化物半導体層106a、ソース電極層またはドレイン電
極層108a、およびソース電極層またはドレイン電極層108bを覆うゲート絶縁層1
12と、ゲート絶縁層112上のゲート電極層114と、を有する(図1参照)。ここで
、図1(A)には、ソース電極層またはドレイン電極層108a、および、ソース電極層
またはドレイン電極層108bが積層構造の場合を、図1(B)には、ソース電極層また
はドレイン電極層108a、および、ソース電極層またはドレイン電極層108bが単層
構造の場合を、それぞれ示している。なお、単層構造とする場合には、良好なテーパー形
状の実現が容易である。
ている。なお、層間絶縁層116および層間絶縁層118は必須の構成要素ではないから
、適宜省略等しても構わない。
材料や、三元系金属酸化物であるIn−Ga−Zn−O系の材料、In−Sn−Zn−O
系の材料、In−Al−Zn−O系の材料、Sn−Ga−Zn−O系の材料、Al−Ga
−Zn−O系の材料、Sn−Al−Zn−O系の材料や、二元系金属酸化物であるIn−
Zn−O系の材料、Sn−Zn−O系の材料、Al−Zn−O系の材料、Zn−Mg−O
系の材料、Sn−Mg−O系の材料、In−Mg−O系の材料や、一元系金属酸化物であ
るIn−O系の材料、Sn−O系の材料、Zn−O系の材料などが用いられる。
フ電流を十分に小さくすることが可能であり、また、電界効果移動度も高いため、半導体
装置に用いる半導体材料としては好適である。
m(m>0)で表記されるものがある。また、Gaに代えてMを用い、InMO3(Zn
O)m(m>0)のように表記される酸化物半導体材料がある。ここで、Mは、ガリウム
(Ga)、アルミニウム(Al)、鉄(Fe)、ニッケル(Ni)、マンガン(Mn)、
コバルト(Co)など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。例えば、
Mとしては、Ga、GaおよびAl、GaおよびFe、GaおよびNi、GaおよびMn
、GaおよびCoなどを適用することができる。なお、上述の組成は結晶構造から導き出
されるものであり、あくまでも一例に過ぎないことを付記する。
により高純度化されたものであることが望ましい。具体的には、酸化物半導体層106a
の水素濃度は5×1019/cm3以下、望ましくは5×1018/cm3以下、より望
ましくは5×1017/cm3以下とする。なお、水素濃度が十分に低減され、酸素が供
給されることにより高純度化された酸化物半導体層106aでは、不純物元素が添加され
たシリコンにおけるキャリア密度(1×1014/cm3程度)と比較して、十分に小さ
いキャリア密度の値(例えば、1×1012/cm3未満、望ましくは、1.45×10
10/cm3未満)をとる。このように、i型化または実質的にi型化された酸化物半導
体を用いることで、極めて優れたオフ電流特性のトランジスタ150を得ることができる
。例えば、ドレイン電圧Vdが+1Vまたは+10Vの場合であって、ゲート電圧Vgが
−5Vから−20Vの範囲では、オフ電流は1×10−13A以下である。なお、上述の
酸化物半導体層106a中の水素濃度は、二次イオン質量分析法(SIMS:Secon
dary Ion Mass Spectroscopy)で測定したものである。
体層106aの表面を含む領域、つまり、ゲート絶縁層112と接する部位を含む領域に
相当する。
結晶を有する領域であることが望ましい。例えば、結晶領域110を、c軸が酸化物半導
体層106aの表面に対して略垂直な方向に配向する結晶粒を含む領域とすることができ
る。ここで、略垂直とは、垂直方向から±10°以内の状態を言うものとする。なお、結
晶領域110は、酸化物半導体層106aの表面近傍(例えば、表面からの距離(深さ)
が10nm以下)のみとしても良いし、酸化物半導体層106aの裏面にまで達するよう
にしても良い。
の結晶(板状結晶)とは、平面的に発達した結晶であって、薄板の如き形状を有する結晶
を言う。また、結晶領域の厚さは、2nm以上10nm以下とするのが好適である。
構造、多結晶構造などを含む)のいずれの構造をも取り得る。一方、結晶領域110は、
非単結晶構造などの構造とするのが好適である。少なくとも、結晶領域110は、酸化物
半導体層106aの他の領域より結晶性が高められた領域とするのがよい。
与えられる。
域)において、少なくとも所定の平坦性を有していることが望ましい。例えば、酸化物半
導体層106a表面の高低差は、チャネル形成領域において、1nm以下(好ましくは、
0.2nm以下)とする。酸化物半導体層106aの結晶領域110が多結晶などによっ
て構成される場合には、隣接する結晶粒において、a−b面が一致しない場合がある。つ
まり、結晶粒間において、a軸およびb軸に平行に存在するレイヤーにずれが生じること
がある。このようなずれの存在により、電気伝導度は低下するおそれがあるから、チャネ
ル形成領域では、a軸およびb軸に平行なレイヤーは一致していることが望ましい。
用いることにより、良好な電気特性を有する半導体装置を実現することができる。
、これを形成することで、酸化物半導体層106aへの不純物(例えば水分など)の侵入
を抑制することが可能である。このため、酸化物半導体層106aの信頼性を向上させる
ことができる。また、結晶領域110は、酸化物半導体層106aの他の領域と比較して
安定であるため、この部分をチャネル形成領域として用いることで、安定したトランジス
タ特性が得られる。
て半導体装置を構成することのメリット、などについて簡単に説明する。
酸化物半導体において、DOS(density of state)等の物性研究は多
くなされているが、これらの研究は、欠陥の準位そのものを十分に減らすという思想を含
まない。開示する発明の一態様では、DOS増大の原因たり得る水や水素を酸化物半導体
中より除去することで、高純度化し、真性化(i型化)した酸化物半導体を作製する。こ
れは、DOSそのものを十分に減らすという思想に立脚するものである。そして、これに
よって極めて優れた工業製品の製造を可能とするものである。
ため、酸素欠乏により発生する金属の未結合手に対して酸素を供給し、酸素欠陥によるD
OSを減少させることにより、酸化物半導体をさらに高純度化、真性化(i型化)するの
は好適である。たとえば、チャネル形成領域に密接して酸素過剰の酸化膜を形成し、20
0℃〜400℃、代表的には250℃程度の温度条件での熱処理を行うことで、当該酸化
膜から酸素を供給して、酸素欠陥に起因するDOSを減少させることが可能である。また
、以下で述べる第1〜第3の熱処理中に、不活性ガスを、酸素を含むガスに切り替えても
良い。第1〜第3の熱処理に続けて、酸素雰囲気、または水素や水を十分に除去した雰囲
気における降温過程を経ることで、酸化物半導体中に酸素を供給することも可能である。
の浅い準位や、酸素欠損による深い準位、などに起因するものと考えられる。これらの欠
陥を無くすために、水素を徹底的に除去し、酸素を十分に供給するという技術思想は正し
いものであろう。
などの不純物を除去すると共に、酸化物半導体の構成元素である酸素を供給することでi
型化を実現する。この点、シリコンなどのように不純物元素を添加してのi型化ではなく
、従来にない技術思想を含むものといえる。
酸化物半導体との比較対象たり得る半導体材料としては、炭化珪素(例えば、4H−Si
C)などがある。酸化物半導体と4H−SiCはいくつかの共通点を有している。キャリ
ア密度はその一例である。フェルミ・ディラック分布に従えば、酸化物半導体の少数キャ
リアは10−7/cm3程度と見積もられるが、これは、4H−SiCにおける6.7×
10−11/cm3と同様、極めて低い値である。シリコンの真性キャリア密度(1.4
5×1010/cm3程度)と比較すれば、その程度が並はずれていることが良く理解で
きる。
iCのエネルギーバンドギャップは3.26eVであるから、ワイドギャップ半導体とい
う点においても、酸化物半導体と炭化珪素とは共通している。
ロセス温度である。炭化珪素は一般に1500℃〜2000℃の熱処理を必要とするから
、他の半導体材料を用いた半導体素子との積層構造は困難である。このような高い温度で
は、半導体基板や半導体素子などが破壊されてしまうためである。他方、酸化物半導体は
、850℃以下、好ましくは、750℃以下の熱処理で作製することが可能であり、他の
半導体材料を用いて集積回路を形成した上で、酸化物半導体による半導体素子を形成する
ことが可能となる。
であるという利点を有する。さらに、高温での熱処理が不要という点で、炭化珪素と比較
してエネルギーコストを十分に低くすることができるという利点を有する。さらに、炭化
珪素は結晶欠陥や意図せずに混入した微量の不純物がキャリアを発生させる要因となる。
このため、理論的には、炭化珪素で、本発明の酸化物半導体と同等な低キャリア密度が得
られるが、現実には、上記のような理由により1012/cm3未満のキャリア密度を得
ることは難しい。上記のことは、同じくワイドギャップ半導体として知られている窒化ガ
リウムと酸化物半導体との比較に関しても言える
ここで、酸化物半導体を用いたトランジスタの電導機構につき、図2乃至図5を用いて説
明する。なお、以下の説明では、理解の容易のため理想的な状況を仮定しており、そのす
べてが現実の様子を反映しているとは限らない。また、以下の説明はあくまでも一考察に
過ぎず、発明の有効性に影響を与えるものではないことを付記する。
ト電極(GE1)上にゲート絶縁層(GI)を介して酸化物半導体層(OS)が設けられ
、その上にソース電極(S)およびドレイン電極(D)が設けられ、ソース電極(S)お
よびドレイン電極(D)を覆うように絶縁層が設けられている。
3中の黒丸(●)は電子を示し、白丸(○)は正孔を示し、それぞれは電荷(−q,+q
)を有している。ドレイン電極に正の電圧(VD>0)を印加した上で、破線はゲート電
極に電圧を印加しない場合(VG=0)、実線はゲート電極に正の電圧(VG>0)を印
加する場合を示す。ゲート電極に電圧を印加しない場合は高いポテンシャル障壁のために
電極から酸化物半導体側へキャリア(電子)が注入されず、電流を流さないオフ状態を示
す。一方、ゲートに正の電圧を印加するとポテンシャル障壁が低下し、電流を流すオン状
態を示す。
図4(A)は、ゲート電極(GE1)に正の電圧(VG>0)が与えられた状態であり、
ソース電極とドレイン電極との間にキャリア(電子)が流れるオン状態を示している。ま
た、図4(B)は、ゲート電極(GE1)に負の電圧(VG<0)が印加された状態であ
り、オフ状態(少数キャリアは流れない状態)である場合を示す。
示す。
従来の酸化物半導体はn型であり、そのフェルミ準位(EF)は、バンドギャップ中央に
位置する真性フェルミ準位(Ei)から離れて、伝導帯寄りに位置している。なお、酸化
物半導体において水素の一部はドナーとなりn型化する要因の一つであることが知られて
いる。
化物半導体から除去し、酸化物半導体の主成分以外の元素(不純物元素)が極力含まれな
いように高純度化することにより真性(i型)とし、または真性とせんとしたものである
。すなわち、不純物元素を添加してi型化するのでなく、水素や水等の不純物を極力除去
することにより、高純度化されたi型(真性半導体)またはそれに近づけることを特徴と
している。これにより、フェルミ準位(EF)は真性フェルミ準位(Ei)と同程度とす
ることができる。
と言われている。ソース電極およびドレイン電極を構成するチタン(Ti)の仕事関数は
、酸化物半導体の電子親和力(χ)とほぼ等しい。この場合、金属−酸化物半導体界面に
おいて、電子に対してショットキー型の障壁は形成されない。
との界面付近(酸化物半導体のエネルギー的に安定な最低部)を移動する。
キャリアであるホールは実質的にゼロであるため、電流は限りなくゼロに近い値となる。
度化することにより、真性(i型)とし、または実質的に真性となるため、ゲート絶縁層
との界面特性が顕在化する。そのため、ゲート絶縁層には、酸化物半導体と良好な界面を
形成できるものが要求される。具体的には、例えば、VHF帯〜マイクロ波帯の電源周波
数で生成される高密度プラズマを用いたCVD法で作製される絶縁層や、スパッタリング
法で作製される絶縁層などを用いることが好ましい。
ることにより、例えば、トランジスタのチャネル幅(W)が1×104μm、チャネル長
(L)が3μmの場合には、10−13A以下のオフ電流、0.1V/dec.のサブス
レッショルドスイング値(S値)(ゲート絶縁層の厚さ:100nm)が実現され得る。
純度化することにより、トランジスタの動作を良好なものとすることができる。
次に、酸化物半導体を用いたトランジスタのホットキャリア劣化耐性につき、図6及び図
7を用いて説明する。なお、以下の説明では、理解の容易のため理想的な状況を仮定して
おり、そのすべてが現実の様子を反映しているとは限らない。また、以下の説明はあくま
でも一考察に過ぎないことを付記する。
とドレインアバランシェホットキャリア注入(DAHC注入)がある。なお、以下では簡
単のため、電子のみを考慮する。
になった電子が、ゲート絶縁層などに注入される現象をいう。電子へのエネルギーの授与
は、電子が低電界で加速される事によって行われる。
ト絶縁層などに注入される現象を言う。DAHC注入とCHE注入との相違は、衝突イオ
ン化によるアバランシェ降伏を伴うか否かにある。なお、DAHC注入では、半導体のバ
ンドギャップ以上の運動エネルギーを持つ電子が必要となる。
O)のバンド構造から見積もった各種ホットキャリア注入に要するエネルギーを示す。図
6および図7においては、左がCHE注入、右がDAHC注入を表す。
ンのバンドギャップが小さく、アバランシェ降伏が生じやすいことに起因している。シリ
コン中において衝突せずに加速されるキャリア(例えば電子)はごく僅かであるので、そ
のことによるCHE注入の確率自体は低いのだが、アバランシェ降伏によりゲート絶縁層
の障壁を越えられる電子の数が増加することによって、ゲート絶縁層に注入される電子が
増加するためである。
の場合と大きく異ならないが、DAHC注入に必要なエネルギーは、バンドギャップの広
さからCHE注入に必要はエネルギーと同程度となる。つまり、DAHC注入の確率は低
い。
るので、そのことによるCHE注入の確率自体も低い。つまり、シリコンと比較してホッ
トキャリア劣化の耐性は高いのである。
次に、酸化物半導体を用いたトランジスタにおける短チャネル効果に関し、図8および図
9を用いて説明する。なお、以下の説明では、理解の容易のため理想的な状況を仮定して
おり、そのすべてが現実の様子を反映しているとは限らない。また、以下の説明はあくま
でも一考察に過ぎないことを付記する。
する電気特性の劣化をいう。短チャネル効果は、ドレインの効果がソースにまでおよぶこ
とに起因するものである。短チャネル効果の具体例としては、しきい値電圧の低下、S値
の増大、漏れ電流の増大などがある。
造に関して検証した。具体的には、キャリア密度および酸化物半導体層の厚さを異ならせ
た4種類のモデルを用意して、チャネル長(L)としきい値電圧(Vth)の関係を確認
した。モデルとしては、ボトムゲート構造のトランジスタを採用し、キャリア密度を1.
7×10−8/cm3、または1.0×1015/cm3のいずれかとし、酸化物半導体
層の厚さを1μm、または30nmのいずれかとした。なお、酸化物半導体としてIn−
Ga−Zn−O系の酸化物半導体を、ゲート絶縁層として100nmの厚さの酸化窒化珪
素膜を採用した。
場合、図9は、キャリア密度が1.0×1015/cm3の場合である。当該結果は、酸
化物半導体を用いたトランジスタにおいて、酸化物半導体層の厚さを小さくすることで、
短チャネル効果を抑制できることを示すものといえる。例えば、チャネル長が1μm程度
の場合、キャリア密度が十分に小さい酸化物半導体層であっても、その厚さを3nm〜5
0nm程度、好ましくは3nm〜20nm程度とすれば、短チャネル効果を十分に抑制で
きることが理解される。
開示する発明に係る技術思想の一は、酸化物半導体層におけるキャリア密度を十分に小さ
くし、できる限り真性(i型)に近づけようとするものである。以下、キャリア密度の求
め方、および、酸化物半導体層において測定したキャリア密度に関し、図10および図1
1を参照して説明する。
、当該MOSキャパシタのCV測定(Capacitance Voltage Mea
surement)の結果(CV特性)を評価することで求めることが可能である。
ート電圧Vgと、容量Cとの関係をプロットしたC−V特性を取得する。(2)当該C−
V特性からゲート電圧Vgと、(1/C)2との関係を表すグラフを取得し、当該グラフ
において弱反転領域での(1/C)2の微分値を求める。(3)得られた微分値を、キャ
リア密度Ndを表す以下の式(1)に代入する。なお、式(1)において、eは電気素量
、ε0は真空の誘電率、εは酸化物半導体の比誘電率である。
MOSキャパシタの構造:ガラス基板上に300nmの厚さのチタン層を有し、チタン層
上に100nmの厚さの窒化チタン層を有し、窒化チタン層上にIn−Ga−Zn−O系
の酸化物半導体(a−IGZO)を用いた2μmの厚さの酸化物半導体層を有し、酸化物
半導体層上に300nmの厚さの酸窒化珪素層を有し、酸窒化珪素層上に300nmの銀
層を有する。
(In:Ga:Zn=1:1:0.5[atom比])を用いたスパッタリング法により
形成した。また、酸化物半導体層の形成雰囲気は、アルゴンと酸素の混合雰囲気(流量比
は、Ar:O2=30(sccm):15(sccm))とした。
11の弱反転領域における(1/C)2の微分値から式(1)を用いて得られたキャリア
密度は、6.0×1010/cm3であった。
1×1012/cm3未満、さらに望ましくは、1.45×1010/cm3未満)を用
いることで、極めて優れたオフ電流特性のトランジスタを得ることが可能である。
様々な効果を得ることができることが理解される。そして、開示する発明のように、真性
化された酸化物半導体層を結晶構造で実現することにより、優れた特性の新たな半導体装
置が実現する。
次に、半導体装置の構成の一例であるトランジスタ150の作製方法について図12およ
び図13を参照して説明する。
体層106を形成する(図12(A)参照)。
きる。ガラス基板は無アルカリガラス基板であることが望ましい。無アルカリガラス基板
には、例えば、アルミノシリケートガラス、アルミノホウケイ酸ガラス、バリウムホウケ
イ酸ガラス等のガラス材料が用いられる。他にも、基板100として、セラミック基板、
石英基板、サファイア基板等の絶縁体でなる絶縁性基板、シリコン等の半導体材料でなる
半導体基板の表面を絶縁材料で被覆したもの、金属やステンレス等の導電体でなる導電性
基板の表面を絶縁材料で被覆したものを用いることができる。
形成することができる。また、絶縁層102は、酸化珪素、窒化珪素、酸化窒化珪素、窒
化酸化珪素、酸化アルミニウム、酸化ハフニウム、酸化タンタルなどを含むように形成す
るのが好適である。なお、絶縁層102は、単層構造としても良いし、積層構造としても
良い。絶縁層102の厚さは特に限定されないが、例えば、10nm以上500nm以下
とすることができる。ここで、絶縁層102は必須の構成要素ではないから、絶縁層10
2を設けない構成とすることも可能である。
素による酸化物半導体層中の酸素の引き抜きなどが生じ、トランジスタの特性が悪化する
おそれがある。よって、絶縁層102は、できるだけ水素や水を含まないように形成する
ことが望ましい。
絶縁層102を形成することが望ましい。また、処理室内の残留水分を除去するためには
、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などの、吸着型の真空
ポンプを用いることが望ましい。ターボポンプにコールドトラップを加えたものを用いて
もよい。クライオポンプなどを用いて排気した処理室は、水素や水などが十分に除去され
ているため、絶縁層102に含まれる不純物の濃度を低減することができる。
しくは、濃度ppb程度)にまで低減された高純度ガスを用いることが望ましい。
や、三元系金属酸化物であるIn−Ga−Zn−O系の材料、In−Sn−Zn−O系の
材料、In−Al−Zn−O系の材料、Sn−Ga−Zn−O系の材料、Al−Ga−Z
n−O系の材料、Sn−Al−Zn−O系の材料や、二元系金属酸化物であるIn−Zn
−O系の材料、Sn−Zn−O系の材料、Al−Zn−O系の材料、Zn−Mg−O系の
材料、Sn−Mg−O系の材料、In−Mg−O系の材料や、一元系金属酸化物であるI
n−O系の材料、Sn−O系の材料、Zn−O系の材料などを用いて形成することができ
る。
フ電流を十分に小さくすることが可能であり、また、電界効果移動度も高いため、半導体
装置に用いる半導体材料としては好適である。
m(m>0)で表記されるものがある。また、Gaに代えてMを用い、InMO3(Zn
O)m(m>0)のように表記される酸化物半導体材料がある。ここで、Mは、ガリウム
(Ga)、アルミニウム(Al)、鉄(Fe)、ニッケル(Ni)、マンガン(Mn)、
コバルト(Co)など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。例えば、
Mとしては、Ga、GaおよびAl、GaおよびFe、GaおよびNi、GaおよびMn
、GaおよびCoなどを適用することができる。なお、上述の組成は結晶構造から導き出
されるものであり、あくまでも一例に過ぎないことを付記する。
成膜用ターゲットを用いて、非晶質の酸化物半導体層をスパッタ法により形成することと
する。
、酸化亜鉛を主成分とする金属酸化物のターゲットを用いることができる。また、In、
Ga、およびZnを含む酸化物半導体成膜用ターゲットの組成比は、In:Ga:Zn=
1:x:y(xは0以上2以下、yは1以上5以下)とする。例えば、In:Ga:Zn
=1:1:1[atom比](x=1、y=1)、(すなわち、In2O3:Ga2O3
:ZnO=1:1:2[mol数比])の組成比を有するターゲットなどを用いても良い
。また、酸化物半導体成膜用ターゲットとしてIn:Ga:Zn=1:1:0.5[at
om比]の組成比を有するターゲット、またはIn:Ga:Zn=1:1:2[atom
比]、In:Ga:Zn=1:0:1[atom比](x=0、y=1)の組成比を有す
るターゲットを用いることもできる。本実施の形態では、後に熱処理を行い、意図的に酸
化物半導体層を結晶化させるため、結晶化が生じやすい酸化物半導体層を形成可能な酸化
物半導体成膜用ターゲットを用いることが好ましい。
5%以上、さらに好ましくは99.9%以上である。相対密度の高い酸化物半導体成膜用
ターゲットを用いることにより、緻密な構造の酸化物半導体層を形成すること可能である
。
気、または、希ガス(代表的にはアルゴン)と酸素との混合雰囲気とするのが好適である
。具体的には、例えば、水素、水、水酸基、水素化物などの不純物が、濃度数ppm程度
(望ましくは濃度数ppb程度)にまで除去された高純度ガス雰囲気を用いるのが好適で
ある。
保持し、基板温度を100℃以上600℃以下好ましくは200℃以上400℃以下に熱
する。そして、処理室内の残留水分を除去しつつ水素および水が除去されたスパッタガス
を導入し、金属酸化物をターゲットとして酸化物半導体層106を形成する。基板を熱し
ながら酸化物半導体層106を形成することにより、酸化物半導体層106に含まれる不
純物を低減することができる。また、スパッタリングによる損傷が軽減される。処理室内
の残留水分を除去するためには、吸着型の真空ポンプを用いることが好ましい。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などを用いることができ
る。また、ターボポンプにコールドトラップを加えたものを用いてもよい。クライオポン
プを用いて排気した処理室は、水素や水などが除去されているため、酸化物半導体層10
6の不純物濃度を低減できる。
70mm、圧力が0.4Pa、直流(DC)電力が0.5kW、雰囲気が酸素(酸素10
0%)雰囲気、またはアルゴン(アルゴン100%)雰囲気、または酸素とアルゴンの混
合雰囲気、といった条件を適用することができる。なお、パルス直流(DC)電源を用い
ると、ごみ(成膜時に形成される粉状もしくはフレーク状の物質)が軽減でき、膜厚分布
も均一となるため好ましい。酸化物半導体層106の厚さは、2nm以上200nm以下
、好ましくは5nm以上30nm以下とする。ただし、適用する酸化物半導体材料や用途
などにより適切な厚さは異なるから、その厚さは、用いる材料や用途などに応じて選択す
ればよい。
てプラズマを発生させる逆スパッタを行い、絶縁層102の表面の付着物を除去するのが
好適である。ここで、逆スパッタとは、通常のスパッタにおいては、スパッタターゲット
にイオンを衝突させるところ、逆に、処理表面にイオンを衝突させることによってその表
面を改質する方法のことをいう。処理表面にイオンを衝突させる方法としては、アルゴン
雰囲気下で処理表面側に高周波電圧を印加して、基板付近にプラズマを生成する方法など
がある。なお、アルゴン雰囲気に代えて窒素、ヘリウム、酸素などによる雰囲気を適用し
てもよい。
島状の酸化物半導体層106aを形成する(図12(B)参照)。
いても良い。もちろん、その両方を組み合わせて用いることもできる。酸化物半導体層を
所望の形状にエッチングできるよう、材料に合わせてエッチング条件(エッチングガスや
エッチング液、エッチング時間、温度等)は適宜設定する。
ng)法や、ICP(Inductively Coupled Plasma:誘導結
合型プラズマ)エッチング法などを用いることができる。この場合にも、エッチング条件
(コイル型の電極に印加される電力量、基板側の電極に印加される電力量、基板側の電極
温度等)は適宜設定する必要がある。
塩素系ガス、例えば塩素(Cl2)、三塩化硼素(BCl3)、四塩化珪素(SiCl4
)、四塩化炭素(CCl4)など)などがある。また、フッ素を含むガス(フッ素系ガス
、例えば四弗化炭素(CF4)、六弗化硫黄(SF6)、三弗化窒素(NF3)、トリフ
ルオロメタン(CHF3)など)、臭化水素(HBr)、酸素(O2)、これらのガスに
ヘリウム(He)やアルゴン(Ar)などの希ガスを添加したガス、などを用いても良い
。
ぜた溶液、アンモニア過水(31重量%過酸化水素水:28重量%アンモニア水:水=5
:2:2)などがある。また、ITO07N(関東化学社製)などのエッチング液を用い
てもよい。
い。この第1の熱処理によって酸化物半導体層106a中の水(水酸基を含む)や水素な
どを除去することができる。第1の熱処理の温度は、例えば、300℃以上550℃未満
、好ましくは400℃以上550℃未満とすることができる。なお、第1の熱処理に、後
の第2の熱処理(結晶領域を形成するための熱処理)を兼ねさせても良い。この場合には
、熱処理の温度は、550℃以上850℃以下とすることが好適である。
、450℃、1時間の条件で行うことができる。この間、酸化物半導体層106aは大気
に触れさせず、水や水素の混入が行われないようにする。
によって、被処理物を加熱する装置であっても良い。例えば、GRTA(Gas Rap
id Thermal Anneal)装置、LRTA(Lamp Rapid The
rmal Anneal)装置等のRTA(Rapid Thermal Anneal
)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熱処理を行う装置である。ガスとしては、アルゴン
などの希ガス、または窒素のような、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。
基板を投入し、数分間熱した後、当該不活性ガス雰囲気から基板を取り出すGRTA処理
を行ってもよい。GRTA処理を用いると短時間での高温熱処理が可能となる。また、短
時間の熱処理であるため、基板の耐熱温度を超える温度条件であっても適用が可能となる
。例えば、ガラス基板を用いる場合、耐熱温度(歪み点)を超える温度では基板のシュリ
ンクが問題となるが、短時間の熱処理の場合にはこれは問題とならない。なお、処理中に
、不活性ガスを、酸素を含むガスに切り替えても良い。酸素を含む雰囲気において第1の
熱処理を行うことで、酸素欠損に起因する欠陥を低減することができるためである。
)を主成分とする雰囲気であって、水、水素などが含まれない雰囲気を適用するのが望ま
しい。例えば、熱処理装置に導入する窒素や、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(
すなわち、不純物濃度が1ppm以下、好ましくは0.1ppm以下)とする。
れた酸化物半導体層106aを形成することで、極めて優れた特性のトランジスタ150
を実現することができる。
06に行うこともできる。その場合には、第1の熱処理後に、加熱装置から基板100を
取り出し、フォトリソグラフィ工程を行うことになる。
水素化処理などと呼ぶこともできる。当該脱水化処理、脱水素化処理は、酸化物半導体層
の形成後、酸化物半導体層106a上にソース電極層またはドレイン電極層を積層させた
後、ソース電極層またはドレイン電極層上にゲート絶縁層を形成した後、などのタイミン
グにおいて行うことが可能である。また、このような脱水化処理、脱水素化処理は、一回
に限らず複数回行っても良い。
照)。
法を用いて形成することができる。また、導電層108は、アルミニウム、クロム、銅、
タンタル、チタン、モリブデン、タングステンからから選ばれた元素や、上述した元素を
成分とする合金等を用いて形成することができる。マンガン、マグネシウム、ジルコニウ
ム、ベリリウムのいずれか一または複数を含む材料を用いてもよい。また、アルミニウム
に、チタン、タンタル、タングステン、モリブデン、クロム、ネオジム、スカンジウムか
ら選ばれた元素を一または複数含有させた材料を用いてもよい。
物としては酸化インジウム(In2O3)、酸化スズ(SnO2)、酸化亜鉛(ZnO)
、酸化インジウム酸化スズ合金(In2O3―SnO2、ITOと略記する場合がある)
、酸化インジウム酸化亜鉛合金(In2O3―ZnO)、または、これらの金属酸化物材
料にシリコン若しくは酸化シリコンを含有させたものを用いることができる。
、チタン膜上にアルミニウム膜と、該アルミニウム膜上にチタン膜が積層された三層の積
層構造や、モリブデン膜上にアルミニウム膜と、該アルミニウム膜上にモリブデン膜を積
層した三層の積層構造を適用することができる。また、アルミニウム膜とタングステン膜
を積層した二層の積層構造、銅膜とタングステン膜を積層した二層の積層構造、アルミニ
ウム膜とモリブデン膜を積層した二層の積層構造とすることもできる。勿論、単層、また
は四層以上の積層構造としてもよい。単層構造とする場合には、例えば、チタン膜の単層
構造とするのが好適である。チタン膜の単層構造を用いると、後のエッチングの際に良好
なテーパー形状を形成するエッチングを実現することができる。ここでは、チタン膜とア
ルミニウム膜とチタン膜の3層構造を適用することとする。
の低い材料(酸素との親和性が低い材料)を用いても良い。このような材料としては、例
えば、窒化チタンや窒化タングステン、白金などがある。導電層108の構造は、上述と
同様、単層構造としても積層構造としても良い。導電層108を積層構造にする場合には
、例えば、窒化チタン膜とチタン膜の2層構造、窒化チタン膜とタングステン膜の2層構
造、窒化チタン膜と銅−モリブデン合金膜の2層構造、窒化タンタル膜とタングステン膜
の2層構造、窒化タンタル膜と銅膜の2層構造、窒化チタン膜とタングステン膜とチタン
膜の3層構造、などを採用することができる。
抜きによる酸化物半導体層のn型化を防ぎ、不均一なn型化などに起因するトランジスタ
特性への悪影響を抑制することができる。
半導体層106aと接する部分に用いることで、酸化物半導体層106aへの不純物の侵
入を抑制し、トランジスタ特性への悪影響を抑えることができる。
8a、ソース電極層またはドレイン電極層108bを形成する(図12(D)参照)。な
お、導電層108上に絶縁層を形成し、当該絶縁層をエッチングして、ソース電極層また
はドレイン電極層の上に、ソース電極層およびドレイン電極層と略同一形状の絶縁層を形
成しても良い。この場合、ソース電極層またはドレイン電極層と、ゲート電極層とによる
容量(いわゆるゲート容量)を低減することができる。なお、「略同一」の表現は、厳密
に同一であることを要しない趣旨で用いるものであり、同一と見なすことができる範囲が
含まれる。例えば、一のエッチング処理によって形成される場合の差異は許容される。ま
た、厚さまで同一であることは要しない。
を用いるのが好適である。特に、チャネル長(L)が25nm未満の露光を行う場合には
、数nm〜数10nmと極めて波長が短い超紫外線(Extreme Ultravio
let)を用いてマスク形成の露光を行うのが好適である。超紫外線による露光は、解像
度が高く焦点深度も大きい。従って、後に形成されるトランジスタのチャネル長(L)を
10nm以上1000nm以下とすることも可能である。このような方法でチャネル長を
小さくすることにより、動作速度を向上させることができる。また、上記酸化物半導体を
用いたトランジスタはオフ電流が僅かであるため、微細化による消費電力の増大を抑制で
きる。
れぞれの材料およびエッチング条件を適宜調節する。なお、材料およびエッチング条件に
よっては、当該工程において、酸化物半導体層106aの一部がエッチングされ、溝部(
凹部)を有する酸化物半導体層となることもある。
マスクである多階調マスクによってレジストマスクを形成し、これを用いてエッチング工
程を行ってもよい。多階調マスクを用いて形成したレジストマスクは、複数の厚みを有す
る形状(階段状)となり、アッシングによりさらに形状を変形させることができるため、
複数のエッチング工程に用いることができる。つまり、一枚の多階調マスクによって、少
なくとも二種類以上の異なるパターンに対応するレジストマスクを形成することができる
。よって、露光マスク数を削減することができ、対応するフォトリソグラフィ工程も削減
できるため、工程の簡略化が図れる。
って、酸化物半導体層106aの表面を含む領域に、結晶領域110が形成される(図1
3(A)参照)。なお、上記結晶領域110の範囲は、酸化物半導体層106aを構成す
る材料や、熱処理の条件などによって様々に変化する。例えば、酸化物半導体層106a
の下部界面にまで結晶領域110を形成することも可能である。
電気炉を用いた熱処理や、加熱されたガスなどの媒体からの熱伝導を用いた熱処理、熱輻
射による熱処理などを適用することができる。
ない場合には、ソース電極層またはドレイン電極層108aなどの酸化を抑制することが
できるためである。具体的な雰囲気としては、例えば、水素や水などが十分に除去された
不活性ガス(窒素や希ガスなど)雰囲気を適用することができる。また、温度条件は、5
50℃以上850℃以下、望ましくは、550℃以上750℃以下とする。比較的高い温
度条件で、第2の熱処理を行うことにより、良好な結晶を成長させることができるためで
ある。
耐熱性が低い場合には、熱処理温度の上限はその耐熱性の範囲内とする必要がある。
である。例えば、650℃で3分〜6分程度のGRTA処理を行うと良い。上述のような
GRTA処理を適用することで、短時間に熱処理を行うことができるため、基板100に
対する熱の影響を小さくすることができる。つまり、熱処理を長時間行う場合と比較して
、熱処理温度の上限を引き上げることが可能である。また、酸化物半導体層106aの表
面を含む領域に、結晶領域110を形成することが容易である。
例えば、熱処理装置に導入する不活性ガスの純度を、6N(99.9999%、即ち不純
物濃度が1ppm以下)以上、好ましくは、7N(99.99999%、即ち不純物濃度
が0.1ppm以下)以上とする。また、不活性ガスに代えて、水素(水を含む)などを
十分に低減した酸素ガス、N2Oガス、超乾燥エア(露点が−40℃以下、好ましくは−
60℃以下)などを用いても良い。
で行ってもよい。このため、例えば、第1の熱処理と第2の熱処理を兼ねるような熱処理
を行うことも可能である。この場合、第1の熱処理または第2の熱処理の一方のみを行う
ことになる。また、第2の熱処理は、一回に限らず、複数回行っても良い。
物半導体層の表面に対して略垂直な方向となるように配向する。ここで、略垂直とは、垂
直方向から±10°以内の状態を言う。
場合、結晶領域110は、InGaO3(ZnO)m(m:整数)で表される結晶や、I
n2Ga2ZnO7で表される結晶などを含み得る。このような結晶は、第2の熱処理に
よって、そのc軸が、酸化物半導体層106aの表面と略垂直な方向をとるように配向す
る。
よびb軸(b−axis)に平行なレイヤーの積層構造として捉えることができる。具体
的には、上述の結晶は、Inを含有するレイヤーと、Inを含有しないレイヤー(Gaま
たはZnを含有するレイヤー)が、c軸方向に積層された構造を有する。
びb軸に平行な方向に関する導電性は良好である。これは、In−Ga−Zn−O系の酸
化物半導体結晶では電気伝導が主としてInによって制御されること、および、一のIn
の5s軌道が、隣接するInの5s軌道と重なりを有することにより、キャリアパスが形
成されることによる。一方、上記レイヤーに垂直な方向(すなわちc軸方向)に関しては
、絶縁性が向上する。
与えられる。上述の例では、酸化物半導体層106aの表面に平行な方向の導電性が高ま
る一方、酸化物半導体層106aの表面に垂直な方向に関しては、絶縁性が高まる。この
ため、このような結晶領域110を有する酸化物半導体層106aを用いることで、良好
な電気特性を有する半導体装置を実現することができるのである。
流れるキャリアが絶縁層102との界面の影響を受けずに済むため好適である。
112を形成する(図13(B)参照)。ゲート絶縁層112は、CVD法やスパッタリ
ング法等を用いて形成することができる。また、ゲート絶縁層112は、酸化珪素、窒化
珪素、酸化窒化珪素、窒化酸化珪素、酸化アルミニウム、酸化ハフニウム、酸化タンタル
などを含むように形成するのが好適である。なお、ゲート絶縁層112は、単層構造とし
ても良いし、積層構造としても良い。ゲート絶縁層112の厚さは特に限定されないが、
例えば、10nm以上500nm以下とすることができる。
(高純度化された酸化物半導体)は、界面準位や界面電荷に対して極めて敏感であるため
、ゲート絶縁層112には、高い品質が要求されることになる。
密で絶縁耐圧の高い高品質なゲート絶縁層112を形成できる点で好適である。高純度化
された酸化物半導体層と高品質なゲート絶縁層とが密接することにより、界面準位を低減
して界面特性を良好なものとすることができるからである。
ング法やプラズマCVD法など他の方法を適用することも可能である。また、形成後の熱
処理によって、膜質や界面特性などが改質される絶縁層を適用しても良い。いずれにして
も、ゲート絶縁層112としての膜質が良好であると共に、酸化物半導体層との界面準位
密度を低減し、良好な界面を形成できるものを設ければよい。
物、特に水素や水などを排除することで、ゲートバイアス・熱ストレス試験(BT試験:
例えば、85℃、2×106V/cm、12時間など)に対しても、しきい値電圧(Vt
h)が変動しない安定なトランジスタを得ることが可能である。
熱処理の温度は、200℃以上400℃以下、望ましくは250℃以上350℃以下であ
る。例えば、窒素雰囲気下で250℃、1時間の熱処理を行えばよい。第3の熱処理を行
うと、トランジスタの電気的特性のばらつきを軽減することができる。また、第3の熱処
理によって、酸化物半導体層106aに酸素を供給することも可能である。なお、酸化物
半導体層106aへの酸素の供給を目的とする場合には、ゲート絶縁層112としてスパ
ッタリング法による酸化シリコン膜を形成した後、上述の第3の熱処理を行うのが好適で
ある。
第3の熱処理のタイミングは、第2の熱処理の後であれば特に限定されない。また、第3
の熱処理は、必須の工程ではない。
110と重畳する領域)にゲート電極層114を形成する(図13(C)参照)。ゲート
電極層114は、ゲート絶縁層112上に導電層を形成した後に、当該導電層を選択的に
パターニングすることによって形成することができる。
を用いて形成することができる。また、導電層は、アルミニウム、クロム、銅、タンタル
、チタン、モリブデン、タングステンからから選ばれた元素や、上述した元素を成分とす
る合金等を用いて形成することができる。マンガン、マグネシウム、ジルコニウム、ベリ
リウムのいずれか一または複数を含む材料を用いてもよい。また、アルミニウムに、チタ
ン、タンタル、タングステン、モリブデン、クロム、ネオジム、スカンジウムから選ばれ
た元素を一または複数含有させた材料を用いてもよい。
ては酸化インジウム(In2O3)、酸化スズ(SnO2)、酸化亜鉛(ZnO)、酸化
インジウム酸化スズ合金(In2O3―SnO2、ITOと略記する場合がある)、酸化
インジウム酸化亜鉛合金(In2O3―ZnO)、または、これらの金属酸化物材料にシ
リコン若しくは酸化シリコンを含有させたものを用いることができる。
コンを含むアルミニウム膜の単層構造、アルミニウム膜上にチタン膜が積層された2層構
造、チタン膜とアルミニウム膜とチタン膜とが積層された3層構造などが挙げられる。こ
こでは、チタンを含む材料を用いて導電層を形成し、ゲート電極層114に加工する。
絶縁層118を形成する(図13(D)参照)。層間絶縁層116および層間絶縁層11
8は、PVD法やCVD法などを用いて形成することができる。また、酸化シリコン、窒
化酸化シリコン、窒化シリコン、酸化ハフニウム、酸化アルミニウム、酸化タンタル等の
無機絶縁材料を含む材料を用いて形成することができる。なお、本実施の形態では、層間
絶縁層116と層間絶縁層118の積層構造としているが、開示する発明の一態様はこれ
に限定されない。1層としても良いし、3層以上の積層構造としても良い。
表面が平坦になるように層間絶縁層118を形成することで、層間絶縁層118上に、電
極や配線などを好適に形成することができるためである。
0が完成する。
ことができるため、良好な電気特性の半導体装置を実現することができる。
9/cm3以下となり、また、トランジスタのオフ電流は測定限界の1×10−13A以
下となる。このように、水素濃度が十分に低減され、酸素が供給されることにより高純度
化された酸化物半導体層106aを用いることで、優れた特性の半導体装置を実現するこ
とができる。
される。
次に、図1乃至図13において示した半導体装置の変形例について、図14乃至図16を
参照して説明する。なお、図14乃至図16に示す半導体装置の構成要素の多くは、図1
乃至図13において示した半導体装置と共通であるため、ここでは、相違点についてのみ
説明する。
aを備える。なお、当該凹部は、ソース電極層またはドレイン電極層108a、および、
ソース電極層またはドレイン電極層108bを形成する際のエッチングによって形成され
るものである。このため、凹部は、ゲート電極層114と重畳する領域に形成されること
になる。当該凹部により、チャネル形成領域に係る半導体層の厚みを小さくすることが可
能であり、短チャネル効果の抑制に寄与する。
、および、ソース電極層またはドレイン電極層108bの上に、これらと略同一形状の絶
縁層109a、および、絶縁層109bを有する。この場合には、ソース電極層またはド
レイン電極層と、ゲート電極層とによる容量(いわゆるゲート容量)を低減することがで
きるというメリットがある。なお、「略同一」の表現は、厳密に同一であることを要しな
い趣旨で用いるものであり、同一と見なすことができる範囲が含まれる。例えば、一のエ
ッチング処理によって形成される場合の差異は許容される。また、厚さまで同一であるこ
とは要しない。
aを備えると共に、ソース電極層またはドレイン電極層108a、および、ソース電極層
またはドレイン電極層108bの上に、これらと略同一形状の絶縁層109a、および、
絶縁層109bを有する。すなわち、図14(A)に係るトランジスタ150の特徴と、
図14(B)に係るトランジスタ150の特徴とを併せ持つものである。当該構成に起因
する効果も、図14(A)、および図14(B)の場合と同様である。
a、および、ソース電極層またはドレイン電極層108bの酸化物半導体層106aと接
する部分に、酸素を引き抜く効果の低い材料(酸素との親和性が低い材料、例えば、窒化
チタンや窒化タングステン、白金など)でなる導電層107a、および導電層107bを
有する。このような酸素引き抜きの効果が低い導電層を有することで、酸素の引き抜きに
よる酸化物半導体層のn型化を防ぎ、酸化物半導体層の不均一なn型化などに起因するト
ランジスタ特性への悪影響を抑制することができる。
び、ソース電極層またはドレイン電極層108bを採用しているが、開示する発明の一態
様はこれに限定されない。酸素を引き抜く効果の低い材料でなる導電層の単層構造として
も良いし、3層以上の積層構造としても良い。単層構造とする場合には、例えば、窒化チ
タン膜の単層構造を適用することができる。積層構造とする場合には、例えば、窒化チタ
ン膜とチタン膜の2層構造などを採用することができる。
化物半導体層106aを備える。つまり、図1乃至図13の場合と比較して、結晶領域1
10が広範である。当該結晶領域110は、導電層108の形成の前の熱処理(第1の熱
処理)によって形成されるものである。この場合、第1の熱処理が第2の熱処理を兼ねる
ことになるから、第2の熱処理は省略しても良い。つまり、作製に係る工程数を削減する
ことが可能である。また、酸化物半導体層106aの異方性を一層高めることが可能であ
る。
、および、ソース電極層またはドレイン電極層108bの酸化物半導体層106aと接す
る部分に、酸素を引き抜く効果の低い材料(酸素との親和性が低い材料)でなる導電層1
07a、および導電層107bを有すると共に、上部全体におよぶ結晶領域110を有す
る酸化物半導体層106aを備える。すなわち、図15(A)に係るトランジスタ150
の特徴と、図15(B)に係るトランジスタ150の特徴とを併せ持つものである。当該
構成に起因する効果も、図15(A)、および図15(B)の場合と同様である。
リコン)を用いたトランジスタ250を有し、上部に酸化物半導体を用いたトランジスタ
150を有するものである。酸化物半導体を用いたトランジスタ150の構成は、図1(
A)に示すトランジスタ150と同様である。
6と、チャネル形成領域216を挟むように設けられた不純物領域214および高濃度不
純物領域220(これらをあわせて単に不純物領域とも呼ぶ)と、チャネル形成領域21
6上に設けられたゲート絶縁層208aと、ゲート絶縁層208a上に設けられたゲート
電極層210aと、不純物領域214と電気的に接続するソース電極層またはドレイン電
極層230a、および、ソース電極層またはドレイン電極層230bを有する(図16参
照)。半導体材料を含む基板200としては、例えば、シリコン基板やSOI基板などが
適用される。
。また、基板200の、基板200の主表面に垂直な方向から見てサイドウォール絶縁層
218と重ならない領域には、高濃度不純物領域220を有し、高濃度不純物領域220
と接する金属化合物領域224を有する。また、基板200上にはトランジスタ250を
囲むように素子分離絶縁層206が設けられており、トランジスタ250を覆うように、
層間絶縁層226および層間絶縁層228が設けられている。ソース電極層またはドレイ
ン電極層230a、ソース電極層またはドレイン電極層230bは、層間絶縁層226、
層間絶縁層228、および絶縁層234に形成された開口を通じて、金属化合物領域22
4と電気的に接続されている。つまり、ソース電極層またはドレイン電極層230a、ソ
ース電極層またはドレイン電極層230bは、金属化合物領域224を介して高濃度不純
物領域220および不純物領域214と電気的に接続されている。なお、絶縁層234は
十分に平坦化されていることが好ましい。具体的には、高低差が3nm以下、望ましくは
1nm以下となるように、CMP(化学的機械的研磨法)等で平坦化するとよい。このよ
うな平坦な絶縁層234を形成することで、絶縁層234上に形成する各要素の平坦性を
向上させることができるためである。
110を有する)と、酸化物半導体層106a上に設けられ、酸化物半導体層106aと
電気的に接続されているソース電極層またはドレイン電極層108a、ソース電極層また
はドレイン電極層108bと、酸化物半導体層106a、ソース電極層またはドレイン電
極層108a、およびソース電極層またはドレイン電極層108bを覆うように設けられ
たゲート絶縁層112と、ゲート絶縁層112上の、酸化物半導体層106aと重畳する
領域に設けられたゲート電極層114と、を有する(図16参照)。なお、上述のように
、絶縁層234が十分に平坦化されている場合には、その上に形成される絶縁層102、
酸化物半導体層106aの表面も非常に平坦なものになるため好適である。このような平
坦な酸化物半導体層106aに形成される結晶領域の結晶性は優れたものになるためであ
る。
ている。ここで、ゲート絶縁層112、層間絶縁層116、および層間絶縁層118には
、ソース電極層またはドレイン電極層108a、ソース電極層またはドレイン電極層10
8bにまで達する開口が設けられており、当該開口を通じて、電極層254d、電極層2
54eが、それぞれ、ソース電極層またはドレイン電極層108a、ソース電極層または
ドレイン電極層108bに接して形成されている。また、電極層254d、電極層254
eと同様に、絶縁層102、ゲート絶縁層112、層間絶縁層116、および層間絶縁層
118に設けられた開口を通じて、電極層236a、電極層236b、電極層236cに
接する電極層254a、電極層254b、電極層254cが形成されている。
込まれるように、電極層258a、電極層258b、電極層258c、電極層258dが
設けられている。ここで、電極層258aは電極層254aと接しており、電極層258
bは電極層254bと接しており、電極層258cは電極層254cおよび電極層254
dと接しており、電極層258dは電極層254eと接している。
30c、電極層236c、電極層254c、電極層258c、電極層254dを介して、
他の要素(酸化物半導体以外の材料を用いたトランジスタなど)と電気的に接続されてい
る(図16参照)。さらに、トランジスタ150のソース電極層またはドレイン電極層1
08bは、電極層254e、電極層258dを介して、他の要素と電気的に接続されてい
る。なお、接続に係る電極(電極層230c、電極層236c、電極層254c、電極層
258c、電極層254d等)の構成は、上記に限定されず、適宜追加、省略等が可能で
ある。
とが望ましい。電極等の一部に銅を含む材料を用いることで、電極等の導電性が向上する
ためである。このような電極や配線は、例えば、絶縁層に形成された開口に、PVD法や
CVD法によるバリア膜(チタン膜や窒化チタン膜など)を形成した後、メッキ法により
銅膜を形成する方法(いわゆるダマシン法)などを用いて形成することができる。
属基板)、絶縁膜、半導体膜、金属膜などの任意表面上に結晶領域を有する酸化物半導体
層を形成することができる。つまり、集積回路が形成された基板上にも、結晶性の酸化物
半導体層を困難なく形成することができる。このため、三次元的な集積化を容易に実現可
能である。
。また、変形例も上述の例に限られない。例えば、図14(A)、図14(B)、図14
(C)、図15(A)、図15(B)、図15(C)、図16を適宜組み合わせ、別の変
形例として用いることも可能である。もちろん、明細書等に記載の範囲において、変更・
省略等を加えることも自由である。
宜組み合わせて用いることができる。
本実施の形態では、先の実施の形態に係る半導体装置とは異なる構成の半導体装置および
その作製方法について、図17乃至図22を参照して説明する。なお、本実施の形態に示
す構成は、先の実施の形態において示す構成と多くの点で共通するから、以下では主とし
て相違点についてのみ説明する。
図17は、半導体装置の構成の一例であるトランジスタ150を示す断面図である。
有する点にある。すなわち、図17に示すトランジスタ150は、基板100上のゲート
電極層101aと、ゲート電極層101aを覆う絶縁層102と、絶縁層102上の酸化
物半導体層106aと、酸化物半導体層106a中の結晶領域110と、酸化物半導体層
106aと電気的に接続する、ソース電極層またはドレイン電極層108a、および、ソ
ース電極層またはドレイン電極層108bと、酸化物半導体層106a、ソース電極層ま
たはドレイン電極層108a、および、ソース電極層またはドレイン電極層108bを覆
うゲート絶縁層112と、ゲート絶縁層112上のゲート電極層114と、を有する(図
17参照)。ここで、絶縁層102はゲート絶縁層としても機能する。また、図17(A
)には、ソース電極層またはドレイン電極層108a、および、ソース電極層またはドレ
イン電極層108bが積層構造の場合を、図17(B)には、ソース電極層またはドレイ
ン電極層108a、および、ソース電極層またはドレイン電極層108bが単層構造の場
合を、それぞれ示している。なお、単層構造とする場合には、良好なテーパー形状の実現
が容易である。
は、酸化物半導体層106aの表面を含む領域、つまり、ゲート絶縁層112と接する部
位を含む領域に相当する。
ている。なお、層間絶縁層116および層間絶縁層118は必須の構成要素ではないから
、適宜省略等しても構わない。
層106aを用いることにより、良好な電気特性を有する半導体装置を実現することがで
きる。
、これを形成することで、酸化物半導体層106aへの不純物(例えば水分など)の侵入
を抑制することが可能である。このため、酸化物半導体層106aの信頼性を向上させる
ことができる。
ジスタ150の電気的特性を調節することが容易になる。なお、ゲート電極層101aに
は、ゲート電極層114と同様の電位を与えても良いし、ゲート電極層114とは異なる
電位を与えても良い。また、フローティングとしても良い。
次に、半導体装置の構成の一例であるトランジスタ150の作製方法について図18乃至
図20を参照して説明する。
詳細については、先の実施の形態を参酌することができるから省略する。
法を用いて形成することができる。また、導電層101は、アルミニウム、クロム、銅、
タンタル、チタン、モリブデン、タングステンからから選ばれた元素や、上述した元素を
成分とする合金等を用いて形成することができる。マンガン、マグネシウム、ジルコニウ
ム、ベリリウムのいずれか一または複数を含む材料を用いてもよい。また、アルミニウム
に、チタン、タンタル、タングステン、モリブデン、クロム、ネオジム、スカンジウムか
ら選ばれた元素を一または複数含有させた材料を用いてもよい。
物としては酸化インジウム(In2O3)、酸化スズ(SnO2)、酸化亜鉛(ZnO)
、酸化インジウム酸化スズ合金(In2O3―SnO2、ITOと略記する場合がある)
、酸化インジウム酸化亜鉛合金(In2O3―ZnO)、または、これらの金属酸化物材
料にシリコン若しくは酸化シリコンを含有させたものを用いることができる。
開示する発明の一態様では、導電層101の形成後に、比較的高い温度で熱処理が行われ
るから、導電層101は耐熱性の高い材料を用いて形成することが望ましい。耐熱性の高
い材料としては、例えば、チタンやタンタル、タングステン、モリブデンなどがある。不
純物元素を添加することにより導電性を高めたポリシリコンなどを用いることもできる。
ート電極層101aを覆う絶縁層102を形成する(図18(B)参照)。
を用いるのが好適である。特に、チャネル長(L)が25nm未満の露光を行う場合には
、数nm〜数10nmと極めて波長が短い超紫外線(Extreme Ultravio
let)を用いてマスク形成の露光を行うのが好適である。超紫外線による露光は、解像
度が高く焦点深度も大きいため、微細化には適している。
とで、酸化物半導体層106a中の電界を制御することが可能であり、これによって、ト
ランジスタ150の電気的特性を制御することができる。なお、ゲート電極層101aは
、他の配線や電極などと電気的に接続されて何らかの電位が与えられても良いし、絶縁さ
れてフローティング状態であっても良い。
細書等においては、電位の制御を意図的に行わない場合についても「ゲート電極」の称呼
を用いる。例えば、上述のように、絶縁され、フローティング状態にある導電層について
も「ゲート電極層」と呼ぶことがある。
は、CVD法やスパッタリング法等を用いて形成することができる。また、絶縁層102
は、酸化珪素、窒化珪素、酸化窒化珪素、窒化酸化珪素、酸化アルミニウム、酸化ハフニ
ウム、酸化タンタルなどを含むように形成するのが好適である。なお、絶縁層102は、
単層構造としても良いし、積層構造としても良い。絶縁層102の厚さは特に限定されな
いが、例えば、10nm以上500nm以下とすることができる。
素による酸化物半導体層中の酸素の引き抜きなどが生じ、トランジスタの特性が悪化する
おそれがある。よって、絶縁層102は、できるだけ水素や水を含まないように形成する
ことが望ましい。
絶縁層102を形成することが望ましい。また、処理室内の残留水分を除去するためには
、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などの、吸着型の真空
ポンプを用いることが望ましい。ターボポンプにコールドトラップを加えたものを用いて
もよい。クライオポンプなどを用いて排気した処理室は、水素や水などが十分に除去され
ているため、絶縁層102に含まれる不純物の濃度を低減することができる。
ましくは、濃度数ppb程度)にまで低減された高純度ガスを用いることが望ましい。
のため、絶縁層102は、ゲート絶縁層112に準ずる方法で形成するのが望ましい。詳
細については、先の実施の形態を参酌できるため省略する。
半導体層106の詳細についても、先の実施の形態を参酌できる。
島状の酸化物半導体層106aを形成する(図19(A)参照)。ここで、酸化物半導体
層106aは、ゲート電極層101aと重畳する領域に形成する点に留意する必要がある
。詳細については、先の実施の形態を参酌できる。
い。この第1の熱処理によって酸化物半導体層106a中の水(水酸基を含む)や水素な
どを除去することができる。第1の熱処理の温度は、例えば、300℃以上550℃未満
、好ましくは400℃以上550℃未満とすることができる。なお、第1の熱処理に、後
の第2の熱処理(結晶領域を形成するための熱処理)を兼ねさせても良い。この場合には
、熱処理の温度は、550℃以上850℃以下とすることが好適である。熱処理の詳細に
ついては、先の実施の形態を参酌できるため省略する。
照)。そして、導電層108を選択的にエッチングして、ソース電極層またはドレイン電
極層108a、ソース電極層またはドレイン電極層108bを形成する(図19(C)参
照)。導電層108、ソース電極層またはドレイン電極層108a、ソース電極層または
ドレイン電極層108b、エッチング工程、その他の詳細についても、先の実施の形態を
参酌することができる。
って、酸化物半導体層106aの表面を含む領域には、結晶領域110が形成される(図
20(A)参照)。なお、上記結晶領域110の範囲は、酸化物半導体層106aを構成
する材料や、熱処理の条件などによって様々に変化する。例えば、酸化物半導体層106
aの下部界面にまで結晶領域110を形成することも可能である。第2の熱処理、その他
の詳細については、先の実施の形態を参酌することができる。
112を形成する(図20(B)参照)。その後、ゲート絶縁層112上の酸化物半導体
層106aと重畳する領域(特に、結晶領域110と重畳する領域)にゲート電極層11
4を形成する(図20(C)参照)。そして、ゲート絶縁層112およびゲート電極層1
14上に、層間絶縁層116および層間絶縁層118を形成する(図20(D)参照)。
上記工程の詳細についても、先の実施の形態を参酌できる。
ことができるため、良好な電気特性の半導体装置を実現することができる。
9/cm3以下となり、また、トランジスタのオフ電流は測定限界の1×10−13A以
下となる。このように、水素濃度が十分に低減され、酸素が供給されることにより高純度
化された酸化物半導体層106aを用いることで、優れた特性の半導体装置を実現するこ
とができる。
気的特性を調節することが容易になる。
される。
次に、図17乃至図20において示した半導体装置の変形例について、図21および図2
2を参照して説明する。なお、図21および図22に示す半導体装置の構成要素の多くは
、図17乃至図20において示した半導体装置と共通であるため、ここでは、相違点につ
いてのみ説明する。
aを備える。なお、当該凹部は、ソース電極層またはドレイン電極層108a、および、
ソース電極層またはドレイン電極層108bを形成する際のエッチングによって形成され
るものである。このため、凹部は、ゲート電極層114と重畳する領域に形成されること
になる。当該凹部により、チャネル形成領域に係る半導体層の厚みを小さくすることが可
能であり、短チャネル効果の抑制に寄与する。
、および、ソース電極層またはドレイン電極層108bの上に、これらと略同一形状の絶
縁層109a、および、絶縁層109bを有する。この場合には、ソース電極層またはド
レイン電極層と、ゲート電極層とによる容量(いわゆるゲート容量)を低減することがで
きるというメリットがある。なお、「略同一」の表現は、厳密に同一であることを要しな
い趣旨で用いるものであり、同一と見なすことができる範囲が含まる。例えば、一のエッ
チング処理によって形成される場合の差異は許容される。また、厚さまで同一であること
は要しない。
aを備えると共に、ソース電極層またはドレイン電極層108a、および、ソース電極層
またはドレイン電極層108bの上に、これらと略同一形状の絶縁層109a、および、
絶縁層109bを有する。すなわち、図21(A)に係るトランジスタ150の特徴と、
図21(B)に係るトランジスタ150の特徴とを併せ持つものである。当該構成に起因
する効果も、図21(A)、および図21(B)の場合と同様である。
a、および、ソース電極層またはドレイン電極層108bの酸化物半導体層106aと接
する部分に、酸素を引き抜く効果の低い材料(酸素との親和性が低い材料、例えば、窒化
チタンや窒化タングステン、白金など)でなる導電層107a、および導電層107bを
有する。このような酸素引き抜きの効果が低い導電層を有することで、酸素の引き抜きに
よるn型化を防ぎ、不均一なn型化などに起因するトランジスタ特性への悪影響を抑制す
ることができる。
び、ソース電極層またはドレイン電極層108bを採用しているが、開示する発明の一態
様はこれに限定されない。酸素を引き抜く効果の低い材料でなる導電層の単層構造として
も良いし、3層以上の積層構造としても良い。単層構造とする場合には、例えば、窒化チ
タン膜の単層構造を適用することができる。積層構造とする場合には、例えば、窒化チタ
ン膜とチタン膜の2層構造などを採用することができる。
化物半導体層106aを備える。つまり、図17乃至図20の場合と比較して、結晶領域
110が広範である。当該結晶領域110は、導電層108の形成の前の熱処理(第1の
熱処理)によって形成されるものである。この場合、第1の熱処理が第2の熱処理を兼ね
ることになるから、第2の熱処理は省略しても良い。つまり、作製に係る工程数を削減す
ることが可能である。また、酸化物半導体層106aの異方性を一層高めることが可能で
ある。
、および、ソース電極層またはドレイン電極層108bの酸化物半導体層106aと接す
る部分に、酸素を引き抜く効果の低い材料(酸素との親和性が低い材料)でなる導電層1
07a、および導電層107bを有すると共に、上部全体におよぶ結晶領域110を有す
る酸化物半導体層106aを備える。すなわち、図22(A)に係るトランジスタ150
の特徴と、図22(B)に係るトランジスタ150の特徴とを併せ持つものである。当該
構成に起因する効果も、図22(A)、および図22(B)の場合と同様である。
シリコン)を用いたトランジスタ250を有し、上部に酸化物半導体を用いたトランジス
タ150を有する構成を採用することもできる(図16参照)。酸化物半導体を用いたト
ランジスタ150の構成は、図17などに示すトランジスタ150と同様である。詳細に
ついては、先の実施の形態を参酌できる。
。また、変形例も上述の例に限られない。例えば、図21(A)、図21(B)、図21
(C)、図22(A)、図22(B)、図22(C)などを適宜組み合わせ、別の変形例
として用いることも可能である。もちろん、明細書等に記載の範囲において、変更・省略
等を加えることも自由である。
宜組み合わせて用いることができる。
本実施の形態では、先の実施の形態で得られる半導体装置を搭載した電子機器の例につい
て図23を用いて説明する。先の実施の形態で得られる半導体装置は、従来にない優れた
特性を有するものである。このため、当該半導体装置を用いて新たな構成の電子機器を提
供することが可能である。
ータであり、本体301、筐体302、表示部303、キーボード304などによって構
成されている。開示する発明に係る半導体装置は、集積化されて回路基板などに実装され
、筐体302の内部に搭載される。また、開示する発明に係る半導体装置は、表示部30
3に適用することができる。開示する発明に係る半導体装置を、集積化された回路基板な
どに適用することにより、回路の高速動作を実現することができる。また、開示する発明
に係る半導体装置を表示部303に適用することで、高品質な画像を表示することができ
る。このように、開示する発明に係る半導体装置をパーソナルコンピュータに適用するこ
とで、優れた性能のパーソナルコンピュータを提供することができる。
、本体311には表示部313と、外部インターフェイス315と、操作ボタン314等
が設けられている。また操作用の付属品としてスタイラス312がある。開示する発明に
係る半導体装置は、集積化されて回路基板などに実装され、本体311に搭載される。ま
た、表示部313には、開示する発明に係る半導体装置を適用することができる。集積化
された回路基板などに開示する発明の半導体装置を適用することで、回路の高速動作を実
現することができる。また、表示部313に、開示する発明に係る半導体装置を適用する
ことで、高品質な画像を表示することができる。このように、開示する発明に係る半導体
装置を携帯情報端末(PDA)に適用することで、優れた性能の携帯情報端末(PDA)
を提供することができる。
電子書籍320を示す。電子書籍320は、筐体321および筐体323の2つの筐体で
構成されている。筐体321および筐体323は、軸部337により一体とされており、
該軸部337を軸として開閉動作を行うことができる。このような構成により、電子書籍
320は、紙の書籍のように用いることが可能である。
いる。開示する発明に係る半導体装置は、集積化されて回路基板などに実装され、筐体3
23または筐体321の内部に搭載される。表示部327には、開示する発明に係る半導
体装置を適用することができる。表示部325および表示部327は、続き画面を表示す
る構成としてもよいし、異なる画面を表示する構成としてもよい。異なる画面を表示する
構成とすることで、例えば右側の表示部(図23(C)では表示部325)に文章を表示
し、左側の表示部(図23(C)では表示部327)に画像を表示することができる。集
積化された回路基板などに適用することにより、回路の高速動作を実現することができる
。表示部327に、開示する発明に係る半導体装置を適用することで、高品質な画像を表
示することができる。
体321は、電源331、操作キー333、スピーカー335などを備えている。操作キ
ー333により、頁を送ることができる。なお、筐体の表示部と同一面にキーボードやポ
インティングデバイスなどを備える構成としてもよい。また、筐体の裏面や側面に、外部
接続用端子(イヤホン端子、USB端子、またはACアダプタおよびUSBケーブルなど
の各種ケーブルと接続可能な端子など)、記録媒体挿入部などを備える構成としてもよい
。さらに、電子書籍320は、電子辞書としての機能を持たせた構成としてもよい。
子書籍サーバから、所望の書籍データなどを購入し、ダウンロードする構成とすることも
可能である。
である。例えば、電子書籍以外にも、ポスター、電車などの乗り物の車内広告、クレジッ
トカード等の各種カードにおける表示などに適用することができる。このように、開示す
る発明に係る半導体装置を電子ペーパーに適用することで、優れた性能の電子ペーパーを
提供することができる。
話機は、筐体340および筐体341の二つの筐体で構成されている。筐体341は、表
示パネル342、スピーカー343、マイクロフォン344、ポインティングデバイス3
46、カメラ用レンズ347、外部接続端子348などを備えている。また、筐体340
は、当該携帯電話機の充電を行う太陽電池セル349、外部メモリスロット350などを
備えている。また、アンテナは筐体341内部に内蔵されている。開示する発明に係る半
導体装置は、集積化されて回路基板などに実装され、筐体340、341の内部に搭載さ
れる。
る複数の操作キー345を点線で示している。表示パネル342に、開示する発明に係る
半導体装置を適用することができる。表示パネル342に、開示する発明に係る半導体装
置を適用することで、高品質な画像を表示することができる。なお、当該携帯電話は、太
陽電池セル349で出力される電圧を各回路に必要な電圧に昇圧するための昇圧回路を実
装している。また、上記構成に加えて、非接触ICチップ、小型記録装置などを内蔵した
構成とすることもできる。
42と同一面上にカメラ用レンズ347を備えているため、テレビ電話が可能である。ス
ピーカー343およびマイクロフォン344は音声通話に限らず、テレビ電話、録音、再
生などが可能である。さらに、筐体340と筐体341はスライドし、図23(D)のよ
うに展開している状態から重なり合った状態とすることができ、携帯に適した小型化が可
能である。
り、充電やデータ通信が可能になっている。また、外部メモリスロット350に記録媒体
を挿入し、より大量のデータの保存および移動に対応できる。また、上記機能に加えて、
赤外線通信機能、テレビ受信機能などを備えたものであってもよい。開示する発明に係る
半導体装置を携帯電話機に適用することで、優れた性能の携帯電話機を提供することがで
きる。
ジタルカメラは、本体361、表示部(A)367、接眼部363、操作スイッチ364
、表示部(B)365、バッテリー366などによって構成されている。開示する発明に
係る半導体装置は、表示部(A)367、表示部(B)365に適用することができる。
表示部(A)367、表示部(B)365に開示する発明に係る半導体装置を適用するこ
とで、高品質な画像を表示することができる。このように、開示する発明に係る半導体装
置をデジタルカメラに適用することで、優れた性能のデジタルカメラを提供することがで
きる。
ビジョン装置370では、筐体371に表示部373が組み込まれている。表示部373
により、映像を表示することが可能である。なお、ここでは、スタンド375により筐体
371を支持した構成を示している。表示部373に、開示する発明に係る半導体装置を
適用することで、スイッチング素子の高速動作が可能となり、表示部373の大面積化を
実現することができる。
操作機380により行うことができる。リモコン操作機380が備える操作キー379に
より、チャンネルや音量の操作を行うことができ、表示部373に表示される映像を操作
することができる。また、リモコン操作機380に、当該リモコン操作機380から出力
する情報を表示する表示部377を設ける構成としてもよい。
る。受信機により、一般のテレビ放送の受信を行うことができる。また、モデムを介して
有線または無線による通信ネットワークに接続することにより、一方向(送信者から受信
者)または双方向(送信者と受信者間、あるいは受信者間同士など)の情報通信を行うこ
とが可能である。このように、開示する発明に係る半導体装置をテレビジョン装置に適用
することで、優れた性能のテレビジョン装置を提供することができる。
合わせて用いることができる
101 導電層
101a ゲート電極層
102 絶縁層
106 酸化物半導体層
106a 酸化物半導体層
107a 導電層
107b 導電層
108 導電層
108a ソース電極層またはドレイン電極層
108b ソース電極層またはドレイン電極層
109a 絶縁層
109b 絶縁層
110 結晶領域
112 ゲート絶縁層
114 ゲート電極層
116 層間絶縁層
118 層間絶縁層
150 トランジスタ
200 基板
206 素子分離絶縁層
208a ゲート絶縁層
210a ゲート電極層
214 不純物領域
216 チャネル形成領域
218 サイドウォール絶縁層
220 高濃度不純物領域
224 金属化合物領域
226 層間絶縁層
228 層間絶縁層
230a ソース電極層またはドレイン電極層
230b ソース電極層またはドレイン電極層
230c 電極層
234 絶縁層
236a 電極層
236b 電極層
236c 電極層
250 トランジスタ
254a 電極層
254b 電極層
254c 電極層
254d 電極層
254e 電極層
256 絶縁層
258a 電極層
258b 電極層
258c 電極層
258d 電極層
301 本体
302 筐体
303 表示部
304 キーボード
311 本体
312 スタイラス
313 表示部
314 操作ボタン
315 外部インターフェイス
320 電子書籍
321 筐体
323 筐体
325 表示部
327 表示部
331 電源
333 操作キー
335 スピーカー
337 軸部
340 筐体
341 筐体
342 表示パネル
343 スピーカー
344 マイクロフォン
345 操作キー
346 ポインティングデバイス
347 カメラ用レンズ
348 外部接続端子
349 太陽電池セル
350 外部メモリスロット
361 本体
363 接眼部
364 操作スイッチ
365 表示部(B)
366 バッテリー
367 表示部(A)
370 テレビジョン装置
371 筐体
373 表示部
375 スタンド
377 表示部
379 操作キー
380 リモコン操作機
Claims (1)
- 第1のゲート電極層と、
前記第1のゲート電極層上の第1の絶縁層と、
前記第1の絶縁層上の、Inと、Gaと、Znと、を有する酸化物半導体層と、
前記酸化物半導体層と電気的に接続されたソース電極層及びドレイン電極層と、
前記ソース電極層上及び前記ドレイン電極層上の第2の絶縁層と、
前記第2の絶縁層上の第2のゲート電極層と、を有し、
前記酸化物半導体層は、トランジスタのチャネル形成領域を有し、
前記酸化物半導体層は、第1の領域と、前記第1の領域下方の第2の領域と、を有し、
前記第1の領域は、c軸が配向する結晶領域を有し、
前記第2の領域は、前記c軸が配向する結晶領域より結晶性が低く、
前記第1の領域は、前記第2の絶縁層と接する領域を有し、
前記第2の領域は、前記第1の絶縁層と接する領域を有することを特徴とする半導体装置。
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