JP6725276B2 - 半導体装置 - Google Patents
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-
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Description
本実施の形態では、本発明の一態様に係る半導体装置の構成について、図1乃至図3を用いて説明する。
以下では、本発明の一態様に係る半導体装置の一例としてトランジスタの構成について説明する。
以下、半導体106bの詳細な構成について説明する。
以下に、トランジスタ10の半導体以外の各構成要素について詳細な説明を行う。
以下、トランジスタ10の変形例について図2及び図3を用いて説明する。なお、図2及び図3は、図1(B)(C)と同様に、トランジスタのチャネル長方向の断面図とトランジスタのチャネル幅方向の断面図になる。なお、以下に示すトランジスタ10の変形例の各構成は互いに適宜組み合わせて用いることができる。
本実施の形態では、本発明の一態様に係る半導体装置の作製方法について、図4及び図5を用いて説明する。
以下において、図1に示すトランジスタ10の作製方法について説明する。
本実施の形態では、本発明の一態様に係る半導体装置の構成について、図6乃至図8を用いて説明する。
以下では、本発明の一態様に係る半導体装置の一例としてトランジスタの構成について説明する。
以下、トランジスタ20の変形例について図7及び図8を用いて説明する。なお、図7及び図8は、図6(B)(C)と同様に、トランジスタのチャネル長方向の断面図とトランジスタのチャネル幅方向の断面図になる。なお、以下に示すトランジスタ20の変形例の各構成は互いに適宜組み合わせて用いることができる。
本実施の形態では、本発明の一態様に係る半導体装置の作製方法について、図9及び図10を用いて説明する。
以下において、図6に示すトランジスタ20の作製方法について説明する。
本実施の形態では、本発明の一態様の半導体装置に含まれる酸化物半導体の詳細について、以下説明する。
以下では、酸化物半導体の構造について説明する。
まずは、CAAC−OSについて説明する。
次に、nc−OSについて説明する。
a−like OSは、nc−OSと非晶質酸化物半導体との間の構造を有する酸化物半導体である。
本実施の形態においては、本発明の一態様に係るトランジスタなどを利用した半導体装置の回路の一例について説明する。
図16(A)に示す回路図は、pチャネル型のトランジスタ2200とnチャネル型のトランジスタ2100を直列に接続し、かつそれぞれのゲートを接続した、いわゆるCMOSインバータの構成を示している。
図17は、図16(A)に対応する半導体装置の断面図である。図17に示す半導体装置は、トランジスタ2200と、トランジスタ2100と、を有する。また、トランジスタ2100は、トランジスタ2200の上方に配置する。なお、トランジスタ2100として、上述の実施の形態1または実施の形態2において記載したトランジスタを用いることができる。また、図18に示すようにトランジスタ2100に上述の実施の形態3または実施の形態4において記載したトランジスタも用いることができる。よって、トランジスタ2100については、適宜上述したトランジスタについての記載を参酌することができる。
また図16(B)に示す回路図は、トランジスタ2100とトランジスタ2200のそれぞれのソースとドレインを接続した構成を示している。このような構成とすることで、いわゆるCMOSアナログスイッチとして機能させることができる。
本発明の一態様に係るトランジスタを用いた、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(記憶装置)の一例を図23に示す。
図24は、図23(A)に対応する半導体装置の断面図である。図24に示す半導体装置は、トランジスタ3200と、トランジスタ3300と、容量素子3400と、を有する。また、トランジスタ3300および容量素子3400は、トランジスタ3200の上方に配置する。なお、トランジスタ3300としては、上述したトランジスタ2100についての記載を参照する。ここで、トランジスタ2100は、図24に示すように、実施の形態1または実施の形態2で記載したトランジスタを用いてもよいし、図25に示すように、実施の形態3または実施の形態4で記載したトランジスタを用いてもよい。また、トランジスタ3200としては、図17に示したトランジスタ2200についての記載を参照する。なお、図17では、トランジスタ2200がpチャネル型トランジスタである場合について説明したが、トランジスタ3200がnチャネル型トランジスタであっても構わない。
図23(B)に示す半導体装置は、トランジスタ3200を有さない点で図23(A)に示した半導体装置と異なる。この場合も図23(A)に示した半導体装置と同様の動作により情報の書き込みおよび保持動作が可能である。
図23(A)に示す半導体装置(記憶装置)の変形例について、図30に示す回路図を用いて説明する。
本実施の形態においては、本発明の一態様に係るトランジスタなどを利用した撮像装置の一例について説明する。
図33(A)は、本発明の一態様に係る撮像装置200の例を示す平面図である。撮像装置200は、画素部210と、画素部210を駆動するための周辺回路260と、周辺回路270、周辺回路280と、周辺回路290と、を有する。画素部210は、p行q列(pおよびqは2以上の整数)のマトリクス状に配置された複数の画素211を有する。周辺回路260、周辺回路270、周辺回路280および周辺回路290は、それぞれ複数の画素211に接続し、複数の画素211を駆動するための信号を供給する機能を有する。なお、本明細書等において、周辺回路260、周辺回路270、周辺回路280および周辺回路290などの全てを指して「周辺回路」または「駆動回路」と呼ぶ場合がある。例えば、周辺回路260は周辺回路の一部といえる。
撮像装置200が有する1つの画素211を複数の副画素212で構成し、それぞれの副画素212に特定の波長域の光を透過するフィルタ(カラーフィルタ)を組み合わせることで、カラー画像表示を実現するための情報を取得することができる。
以下では、シリコンを用いたトランジスタと、酸化物半導体を用いたトランジスタと、を用いて画素を構成する一例について説明する。
本実施の形態においては、本発明の一態様に係るトランジスタや上述した記憶装置などの半導体装置を含むCPUの一例について説明する。
図39は、上述したトランジスタを一部に用いたCPUの一例の構成を示すブロック図である。
本実施の形態においては、本発明の一態様に係るトランジスタなどを利用した表示装置について、図41乃至図43を用いて説明する。
表示装置に用いられる表示素子としては液晶素子(液晶表示素子ともいう。)、発光素子(発光表示素子ともいう。)などを用いることができる。発光素子は、電流または電圧によって輝度が制御される素子をその範疇に含んでおり、具体的には無機EL(Electroluminescence)、有機ELなどを含む。以下では、表示装置の一例としてEL素子を用いた表示装置(EL表示装置)および液晶素子を用いた表示装置(液晶表示装置)について説明する。
本実施の形態においては、本発明の一態様に係るトランジスタなどを利用した電子機器について説明する。
本発明の一態様に係る半導体装置は、表示機器、パーソナルコンピュータ、記録媒体を備えた画像再生装置(代表的にはDVD:Digital Versatile Disc等の記録媒体を再生し、その画像を表示しうるディスプレイを有する装置)に用いることができる。その他に、本発明の一態様に係る半導体装置を用いることができる電子機器として、携帯電話、携帯型を含むゲーム機、携帯データ端末、電子書籍端末、ビデオカメラ、デジタルスチルカメラ等のカメラ、ゴーグル型ディスプレイ(ヘッドマウントディスプレイ)、ナビゲーションシステム、音響再生装置(カーオーディオ、デジタルオーディオプレイヤー等)、複写機、ファクシミリ、プリンタ、プリンタ複合機、現金自動預け入れ払い機(ATM)、自動販売機などが挙げられる。これら電子機器の具体例を図44に示す。
12 トランジスタ
13 トランジスタ
14 トランジスタ
20 トランジスタ
22 トランジスタ
23 トランジスタ
24 トランジスタ
100 基板
101 絶縁体
102 導電体
103 絶縁体
104 絶縁体
106a 絶縁体
106b 半導体
106c 絶縁体
107a 低抵抗領域
107b 低抵抗領域
108a 導電体
108b 導電体
112 絶縁体
114 導電体
115 絶縁体
116 絶縁体
118 絶縁体
126a 領域
126b 領域
126c 領域
200 撮像装置
201 スイッチ
202 スイッチ
203 スイッチ
210 画素部
211 画素
212 副画素
212B 副画素
212G 副画素
212R 副画素
220 光電変換素子
230 画素回路
231 配線
247 配線
248 配線
249 配線
250 配線
253 配線
254 フィルタ
254B フィルタ
254G フィルタ
254R フィルタ
255 レンズ
256 光
257 配線
260 周辺回路
270 周辺回路
280 周辺回路
290 周辺回路
291 光源
300 シリコン基板
310 層
320 層
330 層
340 層
351 トランジスタ
352 トランジスタ
353 トランジスタ
360 フォトダイオード
361 アノード
363 低抵抗領域
370 プラグ
371 配線
372 配線
373 配線
380 絶縁体
450 半導体基板
452 絶縁体
454 導電体
456 領域
460 領域
462 絶縁体
464 絶縁体
466 絶縁体
468 絶縁体
472a 領域
472b 領域
474a 導電体
474b 導電体
474c 導電体
476a 導電体
476b 導電体
478a 導電体
478b 導電体
478c 導電体
480a 導電体
480b 導電体
480c 導電体
489 絶縁体
490 絶縁体
491 絶縁体
492 絶縁体
493 絶縁体
494 絶縁体
495 絶縁体
496a 導電体
496b 導電体
496c 導電体
496d 導電体
498a 導電体
498b 導電体
498c 導電体
504 導電体
507a 領域
507b 領域
511 絶縁体
514 導電体
700 基板
701 絶縁体
702a 導電体
702b 導電体
704 絶縁体
706a 絶縁体
706b 半導体
706c 絶縁体
707a 領域
707b 領域
711 絶縁体
712 絶縁体
714a 導電体
714b 導電体
716 絶縁体
719 発光素子
720 絶縁体
721 絶縁体
731 端子
732 FPC
733a 配線
734 シール材
735 駆動回路
736 駆動回路
737 画素
741 トランジスタ
742 容量素子
743 スイッチ素子
744 信号線
750 基板
751 トランジスタ
752 容量素子
753 液晶素子
754 走査線
755 信号線
781 導電体
782 発光層
783 導電体
784 隔壁
791 導電体
792 絶縁体
793 液晶層
794 絶縁体
795 スペーサ
796 導電体
797 基板
901 筐体
902 筐体
903 表示部
904 表示部
905 マイクロフォン
906 スピーカー
907 操作キー
908 スタイラス
911 筐体
912 筐体
913 表示部
914 表示部
915 接続部
916 操作キー
921 筐体
922 表示部
923 キーボード
924 ポインティングデバイス
931 筐体
932 冷蔵室用扉
933 冷凍室用扉
941 筐体
942 筐体
943 表示部
944 操作キー
945 レンズ
946 接続部
951 車体
952 車輪
953 ダッシュボード
954 ライト
1189 ROMインターフェース
1190 基板
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
1200 記憶素子
1201 回路
1202 回路
1203 スイッチ
1204 スイッチ
1206 論理素子
1207 容量素子
1208 容量素子
1209 トランジスタ
1210 トランジスタ
1213 トランジスタ
1214 トランジスタ
1220 回路
2100 トランジスタ
2200 トランジスタ
3001 配線
3002 配線
3003 配線
3004 配線
3005 配線
3200 トランジスタ
3300 トランジスタ
3400 容量素子
4001 配線
4003 配線
4005 配線
4006 配線
4007 配線
4008 配線
4009 配線
4021 層
4022 層
4023 層
4100 トランジスタ
4200 トランジスタ
4300 トランジスタ
4400 トランジスタ
4500 容量素子
4600 容量素子
5100 ペレット
5120 基板
5161 領域
Claims (15)
- 酸化物半導体と、第1の導電体と、第1の絶縁体と、第2の絶縁体と、第3の絶縁体と、第4の絶縁体と、を有し、
前記酸化物半導体は、前記第1の絶縁体上に配置され、
前記第2の絶縁体は、前記酸化物半導体上に配置され、
前記第3の絶縁体は、前記第2の絶縁体上に配置され、
前記第1の導電体は、前記第3の絶縁体上に配置され、
前記第4の絶縁体は、前記第1の導電体上に配置され、
前記第4の絶縁体は、前記第2の絶縁体の上面と接する領域を有し、
前記酸化物半導体は、前記第2の絶縁体および前記第3の絶縁体を介して前記第1の導電体と重なる領域、を有し、
上面からみたとき、前記第1の絶縁体の外周および前記第2の絶縁体の外周が、前記酸化物半導体の外周よりも外側にあ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の絶縁体は第1の元素を有し、
前記第2の絶縁体は、前記第1の導電体と重なる第1の領域と、前記第1の導電体と重ならない第2の領域および第3の領域と、を有し、
前記第2の領域および前記第3の領域は、前記第1の領域よりも前記第1の元素の濃度が高いことを特徴とする半導体装置。 - 請求項2において、
前記第1の元素が、アルミニウム、ホウ素、マグネシウム、シリコン、チタン、バナジウム、クロム、ニッケル、亜鉛、ガリウム、ゲルマニウム、イットリウム、ジルコニウム、ニオブ、モリブデン、インジウム、スズ、ランタン、セリウム、ネオジム、ハフニウム、タンタルまたはタングステンであることを特徴とする半導体装置。 - 請求項1乃至請求項3のいずれか一において、
前記酸化物半導体は、酸素および第2の元素を有し、
前記第1の絶縁体または/および前記第2の絶縁体は、酸素および前記第2の元素を有することを特徴とする半導体装置。 - 請求項4において、
前記第2の元素はガリウムであることを特徴とする半導体装置。 - 請求項1乃至請求項5のいずれか一において、
さらに、第5の絶縁体を有し、
前記第5の絶縁体は、前記第1の絶縁体下に配置され、
前記第5の絶縁体は凸部を有し、
上面から見たとき、前記第5の絶縁体の凸部の外周は、前記酸化物半導体の外周よりも内側にあることを特徴とする半導体装置。 - 請求項1乃至請求項5のいずれか一において、
さらに、第5の絶縁体と、第2の導電体と、を有し、
前記第5の絶縁体は、前記第1の絶縁体下に配置され、
前記第2の導電体は、前記第5の絶縁体下に配置され、
前記酸化物半導体は、前記第1の絶縁体および前記第5の絶縁体を介して前記第2の導電体と重なる領域を有することを特徴とする半導体装置。 - 酸化物半導体と、第1の導電体と、第1の絶縁体と、第2の絶縁体と、第3の絶縁体と、第4の絶縁体と、第5の絶縁体と、を有し、
前記酸化物半導体は、前記第1の絶縁体上に配置され、
前記第2の絶縁体は、前記酸化物半導体上に配置され、
前記第3の絶縁体は、前記第2の絶縁体上に配置され、
前記第1の導電体は、前記第3の絶縁体上に配置され、
前記第4の絶縁体は、前記第1の導電体の側面と接して配置され、
前記第5の絶縁体は、前記第1の導電体上および前記第4の絶縁体上に配置され、
前記第4の絶縁体および前記第5の絶縁体は、前記第2の絶縁体の上面と接する領域を有し、
前記酸化物半導体は、前記第2の絶縁体および前記第3の絶縁体を介して前記第1の導電体と重なる領域を有し、
上面からみたとき、前記第1の絶縁体の外周および前記第2の絶縁体の外周が、前記酸化物半導体の外周よりも外側にあることを特徴とする半導体装置。 - 請求項8において、
前記第5の絶縁体は第1の元素を有し、
前記第2の絶縁体は、前記第1の導電体または前記第4の絶縁体の少なくとも一方と重なる第1の領域と、前記第1の導電体または前記第4の絶縁体の少なくとも一方と重ならない第2の領域および第3の領域と、を有し、
前記第2の領域および前記第3の領域は、前記第1の領域よりも前記第1の元素の濃度が高いことを特徴とする半導体装置。 - 請求項9において、
前記第1の元素が、アルミニウム、ホウ素、マグネシウム、シリコン、チタン、バナジウム、クロム、ニッケル、亜鉛、ガリウム、ゲルマニウム、イットリウム、ジルコニウム、ニオブ、モリブデン、インジウム、スズ、ランタン、セリウム、ネオジム、ハフニウム、タンタルまたはタングステンであることを特徴とする半導体装置。 - 請求項9または請求項10において、
前記第1の領域は、前記第1の導電体と重なる第4の領域と、前記第4の絶縁体と重なる第5の領域と、を有し、
前記第5の領域は、前記第4の領域よりもヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、キセノン、ホウ素、窒素、フッ素、リン、塩素またはヒ素のいずれかの濃度が高いことを特徴とする半導体装置。 - 請求項8乃至請求項11のいずれか一において、
前記酸化物半導体は、酸素および第2の元素を有し、
前記第1の絶縁体または/および前記第2の絶縁体は、酸素および前記第2の元素を有することを特徴とする半導体装置。 - 請求項12において、
前記第2の元素はガリウムであることを特徴とする半導体装置。 - 請求項8乃至請求項13のいずれか一において、
さらに、第6の絶縁体を有し、
前記第6の絶縁体は、前記第1の絶縁体下に配置され、
前記第6の絶縁体は凸部を有し、
上面から見たとき、前記第6の絶縁体の凸部の外周は、前記酸化物半導体の外周よりも内側にあることを特徴とする半導体装置。 - 請求項8乃至請求項13のいずれか一において、
さらに、第6の絶縁体と、第2の導電体と、を有し、
前記第6の絶縁体は、前記第1の絶縁体下に配置され、
前記第2の導電体は、前記第6の絶縁体下に配置され、
前記酸化物半導体は、前記第1の絶縁体および前記第6の絶縁体を介して前記第2の導電体と重なる領域を有することを特徴とする半導体装置。
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