JP6693907B2 - 半導体装置、記憶装置、及び電子機器 - Google Patents
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Description
本発明の一態様は、第1乃至第5絶縁体と、第1乃至第3導電体と、第1半導体と、第2半導体と、を有する半導体装置であり、第1導電体は、第1絶縁体の上面に有し、第2絶縁体は、第1導電体の上面に有し、第2導電体は、第2絶縁体の第1上面に有し、第2導電体は、第3絶縁体の第1下面に有し、第4絶縁体は、第1絶縁体の側面と、第1導電体の側面と、第2絶縁体の側面と、第2絶縁体の第2上面と、第2導電体の側面と、第3絶縁体の第2下面と、第3絶縁体の側面と、を含む領域に連なるように有し、第3導電体は、第4絶縁体が形成されている領域のうち、第2導電体の側面と重畳する領域に有し、第1半導体は、第3導電体の形成面と、第4絶縁体が形成されている領域のうち、第1絶縁体の側面と重畳する領域と、第2導電体の側面と重畳する領域と、第2絶縁体の側面と重畳する領域と、第3絶縁体の側面と重畳する領域と、に有し、第5絶縁体は、第1半導体の形成面に有し、第2半導体は、第5絶縁体の形成面に有することを特徴とする半導体装置である。
又は、本発明の一態様は、第1乃至第5絶縁体と、第1乃至第3導電体と、第1乃至第3半導体と、を有する半導体装置であり、第1導電体は、第1絶縁体の第1上面に有し、第1導電体は、第2絶縁体の第1下面に有し、第2導電体は、第2絶縁体の第1上面に有し、第2導電体は、第3絶縁体の第1下面に有し、第3半導体は、第1絶縁体の第2上面と、第1導電体の側面と、第2絶縁体の第2下面と、を含む領域に有し、第4絶縁体は、第1絶縁体の側面と、第1半導体の形成面と、第2絶縁体の側面と、第2絶縁体の第2上面と、第2導電体の側面と、第3絶縁体の第2下面と、第3絶縁体の側面と、を含む領域に連なるように有し、第3導電体は、第4絶縁体が形成されている領域のうち、第2導電体の側面と重畳する領域に有し、第1半導体は、第3導電体の形成面と、第4絶縁体が形成されている領域のうち、第1絶縁体の側面と重畳する領域と、第3半導体の形成面と重畳する領域と、第2絶縁体の側面と重畳する領域と、第3絶縁体と重畳する領域と、に有し、第5絶縁体は、第1半導体の形成面に有し、第2半導体は、第5絶縁体の形成面に有することを特徴とする半導体装置である。
又は、本発明の一態様は、第1乃至第4絶縁体と、第1乃至第4導電体と、第1半導体と、第2半導体と、を有する半導体装置であり、第1絶縁体は、第1導電体の第1上面に有し、第2導電体は、第1絶縁体の第1上面に有し、第2絶縁体は、第3導電体の第1下面に有し、第2導電体は、第2絶縁体の第1下面に有し、第3絶縁体は、第1導電体の側面と、第1導電体の第2上面と、第1絶縁体の側面と、第1絶縁体の第2上面と、第2導電体の側面と、第2絶縁体の第2下面と、第2絶縁体の側面と、第3導電体の第2下面と、第3導電体の側面と、に連なるように有し、第4導電体は、第3絶縁体が形成されている領域のうち、第1絶縁体の側面と重畳する領域と、第2導電体の側面と重畳する領域と、第2絶縁体の側面と重畳する領域と、に有し、第1半導体は、第4導電体の形成面と、第3絶縁体が形成されている領域のうち、第1導電体と重畳する領域と、第3導電体と重畳する領域と、に有し、第4絶縁体は、第1半導体の形成面に有し、第2半導体は、第4絶縁体の形成面に有することを特徴とする半導体装置である。
又は、本発明の一態様は、前記(1)乃至(3)において、第6絶縁体と、第5導電体と、を有し、第6絶縁体は、第2半導体の形成面に有し、第4導電体は、第6絶縁体の形成面に有することを特徴とする半導体装置である。
又は、本発明の一態様は、前記(1)乃至(4)において、第1半導体は、金属酸化物を有することを特徴とする半導体装置である。
又は、本発明の一態様は、前記(1)乃至(5)において、第2半導体は、金属酸化物を有することを特徴とする半導体装置である。
又は、本発明の一態様は、前記(1)乃至前記(5)において、第2半導体は、シリコンを有することを特徴とする半導体装置である。
又は、本発明の一態様は、前記(1)乃至前記(7)に記載の半導体装置と、周辺回路と、を有する記憶装置である。
又は、本発明の一態様は、前記(8)に記載の記憶装置と、筐体と、を有する電子機器である。
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回路構成、動作方法、及び作製方法について、説明する。なお、以下の記載において、例えば、“[x,y]”は第x列第y列の要素を意味し、“[z]”は、第z行あるいは第z列の要素を意味する。特に行や列を指定する必要がないときは、これらの表記は省略される。
はじめに、半導体装置の回路構成について、図1(A)を参照して説明する。図1(A)には、n個(nは1以上の整数である。)のメモリセルの回路図が示されている。すなわち、メモリセルMC[1]乃至メモリセルMC[n]のメモリセルと、それらを制御するための配線WWL[1]乃至配線WWL[n]、配線RWL[1]乃至配線RWL[n]、配線WBL、配線RBLを有する。なお、配線WWLは書き込みワード線として機能し、配線RWLは読み出しワード線として機能し、配線WBLは書き込みビット線として機能し、配線RBLは読み出しビット線として機能する。
次に、図1(A)乃至図1(C)に示した半導体装置の動作方法の一例について説明する。なお、以下の説明で用いられる低レベル電位、高レベル電位は、特定の電位を意味するものではなく、配線が異なれば、具体的な電位も異なる場合がある。例えば、配線WWLに印加される低レベル電位、高レベル電位のそれぞれは、配線RWLに印加される低レベル電位、高レベル電位と異なる電位であってもよい。
以下、本実施の形態の半導体装置の構造の理解を助けるため、その作製方法について説明する。
図6乃至図10は、図1(A)に示す半導体装置の作製例を説明するための断面図であり、特に、トランジスタWTr、トランジスタRTrのチャネル長方向の断面図を示している。また、図6乃至図10の断面図では、図の明瞭化のために一部の要素を省いて図示している。
ここでは、本実施の形態の半導体装置として、作製方法例1とは異なる構造の例について、図14乃至図16を用いて説明する。
作製方法例1、又は作製方法例2に示した半導体装置は、その下層に読み出し回路、プリチャージ回路などのメモリセルアレイの周辺回路を形成してもよい。この場合、シリコン基板などの上にSiトランジスタを形成して当該周辺回路を構成し、その後、作製方法例1、又は作製方法例2で、当該周辺回路上に本発明の一態様の半導体装置を形成すればよい。図20(A)は、周辺回路をプレーナ型のSiトランジスタで構成して、その上層に本発明の一態様の半導体装置を形成した断面図である。また、図21(A)は、周辺回路をFIN型のSiトランジスタで構成して、その上層に本発明の一態様の半導体装置を形成した断面図である。なお、図20(A)、図20(B)に示す半導体装置は、一例として、図10(A)の構成を適用している。
本実施の形態では、上記実施の形態で説明した半導体装置を有する記憶装置について説明する。
本実施の形態では、上記実施の形態で用いたOSトランジスタのチャネル形成領域に含まれる金属酸化物について説明を行う。
本実施の形態では、上記実施の形態の半導体装置を備えることができるCPUについて説明する。
上記実施の形態の記憶装置を備えることができるメモリカード(例えば、SDカード)、USB(Universal Serial Bus)メモリ、SSD(Solid State Drive)等の各種のリムーバブル記憶装置に適用することができる。本実施の形態では、リムーバブル記憶装置の幾つかの構成例について、図25を用いて、説明する。
本実施の形態では、上記実施の形態の記憶装置を適用することができる電子機器の一例について説明する。
図26(A)はノート型パーソナルコンピュータであり、筐体5401、表示部5402、キーボード5403、ポインティングデバイス5404等を有する。本発明の一態様の記憶装置は、ノート型パーソナルコンピュータに備えることができる。
図26(B)はウェアラブル端末の一種であるスマートウォッチであり、筐体5901、表示部5902、操作ボタン5903、操作子5904、バンド5905などを有する。本発明の一態様の記憶装置は、スマートウォッチに備えることができる。また、表示部5902に、位置入力装置としての機能が付加された表示装置を用いるようにしてもよい。また、位置入力装置としての機能は、表示装置にタッチパネルを設けることで付加することができる。あるいは、位置入力装置としての機能は、フォトセンサとも呼ばれる光電変換素子を表示装置の画素部に設けることでも、付加することができる。また、操作ボタン5903にスマートウォッチを起動する電源スイッチ、スマートウォッチのアプリケーションを操作するボタン、音量調整ボタン、または表示部5902を点灯、あるいは消灯するスイッチなどのいずれかを備えることができる。また、図26(B)に示したスマートウォッチでは、操作ボタン5903の数を2個示しているが、スマートウォッチの有する操作ボタンの数は、これに限定されない。また、操作子5904は、スマートウォッチの時刻合わせを行うリューズとして機能する。また、操作子5904は、時刻合わせ以外に、スマートウォッチのアプリケーションを操作する入力インターフェースとして、用いるようにしてもよい。なお、図26(B)に示したスマートウォッチでは、操作子5904を有する構成となっているが、これに限定せず、操作子5904を有さない構成であってもよい。
図26(C)はビデオカメラであり、第1筐体5801、第2筐体5802、表示部5803、操作キー5804、レンズ5805、接続部5806等を有する。本発明の一態様の記憶装置は、ビデオカメラに備えることができる。操作キー5804及びレンズ5805は第1筐体5801に設けられており、表示部5803は第2筐体5802に設けられている。そして、第1筐体5801と第2筐体5802とは、接続部5806により接続されており、第1筐体5801と第2筐体5802の間の角度は、接続部5806により変更が可能である。表示部5803における映像を、接続部5806における第1筐体5801と第2筐体5802との間の角度に従って切り替える構成としてもよい。
図26(D)は、情報端末の機能を有する携帯電話であり、筐体5501、表示部5502、マイク5503、スピーカ5504、操作ボタン5505を有する。本発明の一態様の記憶装置は、携帯電話に備えることができる。また、表示部5502に、位置入力装置としての機能が付加された表示装置を用いるようにしてもよい。また、位置入力装置としての機能は、表示装置にタッチパネルを設けることで付加することができる。あるいは、位置入力装置としての機能は、フォトセンサとも呼ばれる光電変換素子を表示装置の画素部に設けることでも、付加することができる。また、操作ボタン5505に携帯電話を起動する電源スイッチ、携帯電話のアプリケーションを操作するボタン、音量調整ボタン、または表示部5502を点灯、あるいは消灯するスイッチなどのいずれかを備えることができる。
図26(E)は、テレビジョン装置を示す斜視図である。テレビジョン装置は、筐体9000、表示部9001、スピーカ9003、操作キー9005(電源スイッチ、または操作スイッチを含む)、接続端子9006、センサ9007(力、変位、位置、速度、加速度、角速度、回転数、距離、光、液、磁気、温度、化学物質、音声、時間、硬度、電場、電流、電圧、電力、放射線、流量、湿度、傾度、振動、においまたは赤外線を測定する機能を含むもの)などを有する。本発明の一態様の記憶装置は、テレビジョン装置に備えることができる。テレビジョン装置は、大画面、例えば、50インチ以上、または100インチ以上の表示部9001を組み込むことが可能である。
上述した表示装置は、移動体である自動車の運転席周辺に適用することもできる。
以上の実施の形態における各構成の説明について、以下に付記する。
各実施の形態に示す構成は、他の実施の形態に示す構成と適宜組み合わせて、本発明の一態様とすることができる。また、1つの実施の形態の中に、複数の構成例が示される場合は、互いに構成例を適宜組み合わせることが可能である。
本明細書等において、「第1」、「第2」、「第3」という序数詞は、構成要素の混同を避けるために付したものである。従って、構成要素の数を限定するものではない。また、構成要素の順序を限定するものではない。また例えば、本明細書等の実施の形態の一において「第1」に言及された構成要素が、他の実施の形態、あるいは特許請求の範囲において「第2」に言及された構成要素とすることもありうる。また例えば、本明細書等の実施の形態の一において「第1」に言及された構成要素を、他の実施の形態、あるいは特許請求の範囲において省略することもありうる。
実施の形態について図面を参照しながら説明している。但し、実施の形態は多くの異なる態様で実施することが可能であり、趣旨及びその範囲から逸脱することなく、その形態及び詳細を様々に変更し得ることは当業者であれば容易に理解される。従って、本発明は、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。なお、実施の形態の発明の構成において、同一部分又は同様な機能を有する部分には同一の符号を異なる図面間で共通して用い、その繰り返しの説明は省略する。
本明細書等において、トランジスタの接続関係を説明する際、ソースとドレインとの一方を、「ソース又はドレインの一方」(又は第1電極、又は第1端子)と表記し、ソースとドレインとの他方を「ソース又はドレインの他方」(又は第2電極、又は第2端子)と表記している。これは、トランジスタのソースとドレインは、トランジスタの構造又は動作条件等によって変わるためである。なおトランジスタのソースとドレインの呼称については、ソース(ドレイン)端子や、ソース(ドレイン)電極等、状況に応じて適切に言い換えることができる。また、本明細書等では、ゲート以外の2つの端子を第1端子、第2端子と呼ぶ場合や、第3端子、第4端子と呼ぶ場合がある。なお、本明細書等において、チャネル形成領域は、ゲートに電位を印加することで、チャネルが形成される領域を指し、この領域が形成されることによって、ソース‐ドレイン間に電流を流すことができる。
以下では、上記実施の形態中で言及した語句の定義について説明する。
半導体の不純物とは、例えば、半導体層を構成する主成分以外をいう。例えば、濃度が0.1原子%未満の元素は不純物である。不純物が含まれることにより、例えば、半導体にDOS(Density of States)が形成されることや、キャリア移動度が低下することや、結晶性が低下することなどが起こる場合がある。半導体が酸化物半導体である場合、半導体の特性を変化させる不純物としては、例えば、第1族元素、第2族元素、第13族元素、第14族元素、第15族元素、主成分以外の遷移金属などがあり、特に、例えば、水素(水にも含まれる)、リチウム、ナトリウム、シリコン、ホウ素、リン、炭素、窒素などがある。酸化物半導体の場合、例えば水素などの不純物の混入によって酸素欠損を形成する場合がある。また、半導体がシリコン層である場合、半導体の特性を変化させる不純物としては、例えば、酸素、水素を除く第1族元素、第2族元素、第13族元素、第15族元素などがある。
本明細書等において、スイッチとは、導通状態(オン状態)、又は、非導通状態(オフ状態)になり、電流を流すか流さないかを制御する機能を有するものをいう。又は、スイッチとは、電流を流す経路を選択して切り替える機能を有するものをいう。
本明細書等において、XとYとが接続されている、と記載する場合は、XとYとが電気的に接続されている場合と、XとYとが機能的に接続されている場合と、XとYとが直接接続されている場合とを含むものとする。したがって、所定の接続関係、例えば、図又は文章に示された接続関係に限定されず、図又は文章に示された接続関係以外のものも含むものとする。
本明細書において、「平行」とは、二つの直線が−10°以上10°以下の角度で配置されている状態をいう。したがって、−5°以上5°以下の場合も含まれる。また、「略平行」とは、二つの直線が−30°以上30°以下の角度で配置されている状態をいう。また、「垂直」とは、二つの直線が80°以上100°以下の角度で配置されている状態をいう。したがって、85°以上95°以下の場合も含まれる。また、「略垂直」とは、二つの直線が60°以上120°以下の角度で配置されている状態をいう。
MC[2] メモリセル
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MC[1,i] メモリセル
MC[j,i] メモリセル
MC[n,i] メモリセル
MC[1,m] メモリセル
MC[j,m] メモリセル
MC[n,m] メモリセル
WWL[1] 配線
WWL[2] 配線
WWL[j] 配線
WWL[n] 配線
RWL[1] 配線
RWL[2] 配線
RWL[j] 配線
RWL[n] 配線
WBL 配線
WBL[1] 配線
WBL[i] 配線
WBL[m] 配線
RBL 配線
RBL[1] 配線
RBL[i] 配線
RBL[m] 配線
BGL 配線
BGL[1] 配線
BGL[i] 配線
BGL[m] 配線
WTr トランジスタ
RTr トランジスタ
CS 容量素子
N1 ノード
N2 ノード
PG 導電体
WWL 配線
RWL 配線
ER 配線
HL 領域
AR 領域
SD1 領域
SD2 領域
100 積層体
101A 絶縁体
101B 絶縁体
101C 絶縁体
101D 絶縁体
101E 絶縁体
102 絶縁体
103 絶縁体
104 絶縁体
105 絶縁体
131A 導電体
131B 導電体
132A 導電体
132B 導電体
133 導電体
133a 導電体
133b 導電体
133c 導電体
134 導電体
151 半導体
151a 領域
151b 領域
151c 領域
152 半導体
153 半導体
153a 半導体
153b 半導体
181A 領域
181B 領域
182A 領域
182B 領域
183A 領域
183B 領域
191 開口部
192A 凹部
192B 凹部
193A 凹部
193B 凹部
194A 凹部
194B 凹部
194C 凹部
1191 ALU
1192 ALUコントローラ
1193 インストラクションデコーダ
1194 インタラプトコントローラ
1195 タイミングコントローラ
1196 レジスタ
1197 レジスタコントローラ
1198 バスインターフェース
1199 ROM
1189 ROMインターフェース
1190 基板
1700 基板
1701 素子分離層
1712 導電体
1730 導電体
1790 ゲート電極
1792 ウェル
1793 チャネル形成領域
1794 低濃度不純物領域
1795 高濃度不純物領域
1796 導電性領域
1797 ゲート絶縁膜
1798 側壁絶縁層
1799 側壁絶縁層
2600 記憶装置
2601 周辺回路
2610 メモリセルアレイ
2621 ローデコーダ
2622 ワード線ドライバ回路
2630 ビット線ドライバ回路
2631 カラムデコーダ
2632 プリチャージ回路
2633 センスアンプ
2634 書き込み回路
2640 出力回路
2660 コントロールロジック回路
5100 USBメモリ
5101 筐体
5102 キャップ
5103 USBコネクタ
5104 基板
5105 メモリチップ
5106 コントローラチップ
5110 SDカード
5111 筐体
5112 コネクタ
5113 基板
5114 メモリチップ
5115 コントローラチップ
5150 SSD
5151 筐体
5152 コネクタ
5153 基板
5154 メモリチップ
5155 メモリチップ
5156 コントローラチップ
5401 筐体
5402 表示部
5403 キーボード
5404 ポインティングデバイス
5501 筐体
5502 表示部
5503 マイク
5504 スピーカ
5505 操作ボタン
5701 表示パネル
5702 表示パネル
5703 表示パネル
5704 表示パネル
5801 第1筐体
5802 第2筐体
5803 表示部
5804 操作キー
5805 レンズ
5806 接続部
5901 筐体
5902 表示部
5903 操作ボタン
5904 操作子
5905 バンド
9000 筐体
9001 表示部
9003 スピーカ
9005 操作キー
9006 接続端子
9007 センサ
Claims (9)
- 第1乃至第5絶縁体と、第1乃至第3導電体と、第1半導体と、第2半導体と、を有する半導体装置であり、
前記第1導電体は、前記第1絶縁体の上面に有し、
前記第2絶縁体は、前記第1導電体の上面に有し、
前記第2導電体は、前記第2絶縁体の第1上面に有し、
前記第2導電体は、前記第3絶縁体の第1下面に有し、
前記第4絶縁体は、前記第1絶縁体の側面と、前記第1導電体の側面と、前記第2絶縁体の側面と、前記第2絶縁体の第2上面と、前記第2導電体の側面と、前記第3絶縁体の第2下面と、前記第3絶縁体の側面と、を含む領域に連なるように有し、
前記第3導電体は、前記第4絶縁体が形成されている領域のうち、前記第2導電体の側面と重畳する領域に有し、
前記第1半導体は、
前記第3導電体の形成面と、
前記第4絶縁体が形成されている領域のうち、前記第1絶縁体の側面と重畳する領域と、前記第2導電体の側面と重畳する領域と、前記第2絶縁体の側面と重畳する領域と、前記第3絶縁体の側面と重畳する領域と、に有し、
前記第5絶縁体は、前記第1半導体の形成面に有し、
前記第2半導体は、前記第5絶縁体の形成面に有することを特徴とする半導体装置。 - 第1乃至第5絶縁体と、第1乃至第3導電体と、第1乃至第3半導体と、を有する半導体装置であり、
前記第1導電体は、前記第1絶縁体の第1上面に有し、
前記第1導電体は、前記第2絶縁体の第1下面に有し、
前記第2導電体は、前記第2絶縁体の第1上面に有し、
前記第2導電体は、前記第3絶縁体の第1下面に有し、
前記第3半導体は、前記第1絶縁体の第2上面と、前記第1導電体の側面と、前記第2絶縁体の第2下面と、を含む領域に有し、
前記第4絶縁体は、前記第1絶縁体の側面と、前記第3半導体の形成面と、前記第2絶縁体の側面と、前記第2絶縁体の第2上面と、前記第2導電体の側面と、前記第3絶縁体の第2下面と、前記第3絶縁体の側面と、を含む領域に連なるように有し、
前記第3導電体は、前記第4絶縁体が形成されている領域のうち、前記第2導電体の側面と重畳する領域に有し、
前記第1半導体は、
前記第3導電体の形成面と、
前記第4絶縁体が形成されている領域のうち、前記第1絶縁体の側面と重畳する領域と、前記第3半導体の形成面と重畳する領域と、前記第2絶縁体の側面と重畳する領域と、前記第3絶縁体と重畳する領域と、に有し、
前記第5絶縁体は、前記第1半導体の形成面に有し、
前記第2半導体は、前記第5絶縁体の形成面に有することを特徴とする半導体装置。 - 第1乃至第4絶縁体と、第1乃至第4導電体と、第1半導体と、第2半導体と、を有する半導体装置であり、
前記第1絶縁体は、前記第1導電体の第1上面に有し、
前記第2導電体は、前記第1絶縁体の第1上面に有し、
前記第2絶縁体は、前記第3導電体の第1下面に有し、
前記第2導電体は、前記第2絶縁体の第1下面に有し、
前記第3絶縁体は、前記第1導電体の側面と、前記第1導電体の第2上面と、前記第1絶縁体の側面と、前記第1絶縁体の第2上面と、前記第2導電体の側面と、前記第2絶縁体の第2下面と、前記第2絶縁体の側面と、前記第3導電体の第2下面と、前記第3導電体の側面と、に連なるように有し、
前記第4導電体は、前記第3絶縁体が形成されている領域のうち、前記第1絶縁体の側面と重畳する領域と、前記第2導電体の側面と重畳する領域と、前記第2絶縁体の側面と重畳する領域と、に有し、
前記第1半導体は、
前記第4導電体の形成面と、
前記第3絶縁体が形成されている領域のうち、前記第1導電体と重畳する領域と、前記第3導電体と重畳する領域と、に有し、
前記第4絶縁体は、前記第1半導体の形成面に有し、
前記第2半導体は、前記第4絶縁体の形成面に有することを特徴とする半導体装置。 - 請求項3において、
第6絶縁体と、第5導電体と、を有し、
前記第6絶縁体は、前記第2半導体の形成面に有し、
前記第4導電体は、前記第6絶縁体の形成面に有することを特徴とする半導体装置。 - 請求項1乃至請求項4において、
前記第1半導体は、金属酸化物を有することを特徴とする半導体装置。 - 請求項1乃至請求項5において、
前記第2半導体は、金属酸化物を有することを特徴とする半導体装置。 - 請求項1乃至請求項5において、
前記第2半導体は、シリコンを有することを特徴とする半導体装置。 - 請求項1乃至請求項7に記載の半導体装置と、周辺回路と、を有する記憶装置。
- 請求項8に記載の記憶装置と、筐体と、を有する電子機器。
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