JP6949536B2 - Semiconductor device - Google Patents

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Description

本発明の一態様は、半導体装置、ならびに半導体装置の作製方法に関する。または、本発明の一態様は、半導体ウエハ、モジュールおよび電子機器に関する。 One aspect of the present invention relates to a semiconductor device and a method for manufacturing the semiconductor device. Alternatively, one aspect of the invention relates to semiconductor wafers, modules and electronic devices.

なお、本明細書等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す。トランジスタなどの半導体素子をはじめ、半導体回路、演算装置、記憶装置は、半導体装置の一態様である。表示装置(液晶表示装置、発光表示装置など)、投影装置、照明装置、電気光学装置、蓄電装置、記憶装置、半導体回路、撮像装置および電子機器などは、半導体装置を有すると言える場合がある。 In the present specification and the like, the semiconductor device refers to all devices that can function by utilizing the semiconductor characteristics. A semiconductor device such as a transistor, a semiconductor circuit, an arithmetic unit, and a storage device are one aspect of the semiconductor device. Display devices (liquid crystal display devices, light emitting display devices, etc.), projection devices, lighting devices, electro-optical devices, power storage devices, storage devices, semiconductor circuits, image pickup devices, electronic devices, and the like may be said to have semiconductor devices.

なお、本発明の一態様は、上記の技術分野に限定されない。本明細書等で開示する発明の一態様は、物、方法、または、製造方法に関するものである。または、本発明の一態様は、プロセス、マシン、マニュファクチャ、または、組成物(コンポジション・オブ・マター)に関するものである。 One aspect of the present invention is not limited to the above technical fields. One aspect of the invention disclosed in the present specification and the like relates to a product, a method, or a manufacturing method. Alternatively, one aspect of the invention relates to a process, machine, manufacture, or composition of matter.

近年、半導体装置の開発が進められ、LSIやCPUやメモリが主に用いられている。CPUは、半導体ウエ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, the development of semiconductor devices has been promoted, and LSIs, CPUs, and memories are mainly used. A CPU is an aggregate of semiconductor elements having a semiconductor integrated circuit (at least a transistor and a memory) separated from a semiconductor wafer and having electrodes as connection terminals formed therein.

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。 Semiconductor circuits (IC chips) such as LSIs, CPUs, and memories are mounted on circuit boards, for example, printed wiring boards, and are used as one of various electronic device components.

また、絶縁表面を有する基板上に形成された半導体薄膜を用いてトランジスタを構成する技術が注目されている。該トランジスタは集積回路(IC)や画像表示装置(単に表示装置とも表記する)のような電子デバイスに広く応用されている。トランジスタに適用可能な半導体薄膜としてシリコン系半導体材料が広く知られているが、その他の材料として酸化物半導体が注目されている。 Further, a technique of constructing a transistor by using a semiconductor thin film formed on a substrate having an insulating surface is attracting attention. The transistor is widely applied to electronic devices such as integrated circuits (ICs) and image display devices (also simply referred to as display devices). Silicon-based semiconductor materials are widely known as semiconductor thin films applicable to transistors, but oxide semiconductors are attracting attention as other materials.

また、酸化物半導体を用いたトランジスタは、非導通状態において極めてリーク電流が小さいことが知られている。例えば、酸化物半導体を用いたトランジスタのリーク電流が低いという特性を応用した低消費電力のCPUなどが開示されている(特許文献1参照。)。 Further, it is known that a transistor using an oxide semiconductor has an extremely small leakage current in a non-conducting state. For example, a low power consumption CPU that applies the characteristic that the leakage current of a transistor using an oxide semiconductor is low is disclosed (see Patent Document 1).

また、トランジスタのキャリア移動度の向上を目的として、電子親和力(または伝導帯下端準位)が異なる酸化物半導体層を積層させる技術が開示されている(特許文献2及び特許文献3参照)。 Further, for the purpose of improving the carrier mobility of the transistor, a technique for laminating oxide semiconductor layers having different electron affinities (or lower end levels of the conduction band) is disclosed (see Patent Documents 2 and 3).

また、近年では電子機器の小型化、軽量化に伴い、トランジスタなどを高密度に集積した集積回路の要求が高まっている。また、集積回路を含む半導体装置の生産性の向上が求められている。 Further, in recent years, with the miniaturization and weight reduction of electronic devices, there is an increasing demand for integrated circuits in which transistors and the like are integrated at high density. Further, it is required to improve the productivity of semiconductor devices including integrated circuits.

特開2012−257187号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2012-257187 特開2011−124360号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2011-124360 特開2011−138934号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2011-138934

本発明の一態様は、良好な電気特性を有する半導体装置を提供することを課題の一つとする。または、本発明の一態様は、微細化または高集積化が可能な半導体装置を提供することを課題の一つとする。または、本発明の一態様は、生産性の高い半導体装置を提供することを課題の一つとする。 One aspect of the present invention is to provide a semiconductor device having good electrical characteristics. Alternatively, one aspect of the present invention is to provide a semiconductor device capable of miniaturization or high integration. Alternatively, one aspect of the present invention is to provide a highly productive semiconductor device.

または、本発明の一態様は、長期間においてデータの保持が可能な半導体装置を提供することを課題の一つとする。または、本発明の一態様には、情報の書き込み速度が速い半導体装置を提供することを課題の一つとする。または、本発明の一態様は、設計自由度が高い半導体装置を提供することを課題の一つとする。または、本発明の一態様は、消費電力を抑えることができる半導体装置を提供することを課題の一つとする。または、本発明の一態様は、新規な半導体装置を提供することを課題の一つとする。 Alternatively, one aspect of the present invention is to provide a semiconductor device capable of retaining data for a long period of time. Another object of one aspect of the present invention is to provide a semiconductor device having a high information writing speed. Alternatively, one aspect of the present invention is to provide a semiconductor device having a high degree of freedom in design. Alternatively, one aspect of the present invention is to provide a semiconductor device capable of suppressing power consumption. Alternatively, one aspect of the present invention is to provide a novel semiconductor device.

なお、これらの課題の記載は、他の課題の存在を妨げるものではない。なお、本発明の一態様は、これらの課題の全てを解決する必要はないものとする。なお、これら以外の課題は、明細書、図面、請求項などの記載から、自ずと明らかとなるものであり、明細書、図面、請求項などの記載から、これら以外の課題を抽出することが可能である。 The description of these issues does not prevent the existence of other issues. It should be noted that one aspect of the present invention does not need to solve all of these problems. It should be noted that the problems other than these are naturally clarified from the description of the description, drawings, claims, etc., and it is possible to extract the problems other than these from the description of the description, drawings, claims, etc. Is.

本発明の一態様は、基板上に配置された第1の絶縁体と、第1の絶縁体上の酸化物と、酸化物上の第2の絶縁体と、第2の絶縁体上の導電体と、導電体上の第3の絶縁体と、導電体の側面に接する第4の絶縁体と、酸化物の少なくとも上面に接し、かつ第4の絶縁体の側面および第3の絶縁体の上面に接する第5の絶縁体と、を有し、酸化物は、第2の絶縁体と重なる第1の領域と、第4の絶縁体と重なる第2の領域と、第2の領域に接する第3の領域と、を有し、第3の領域の少なくとも一部は、第5の絶縁体と接し、導電体と、第2の絶縁体とは、重ならない領域を有する、半導体装置である。 One aspect of the present invention is a first insulator disposed on a substrate, an oxide on the first insulator, a second insulator on the oxide, and conductivity on the second insulator. Of the body, the third insulator on the conductor, the fourth insulator in contact with the side surfaces of the conductor, and the side surfaces of the fourth insulator and the third insulator in contact with at least the top surface of the oxide. It has a fifth insulator in contact with the upper surface, and the oxide is in contact with a first region overlapping the second insulator, a second region overlapping the fourth insulator, and a second region. A semiconductor device having a third region, in which at least a portion of the third region is in contact with the fifth insulator, and the conductor and the second insulator have regions that do not overlap. ..

また、上記酸化物は、Inと、元素M(MはAl、Ga、Y、またはSn)と、Znと、を含む、半導体装置である。 Further, the oxide is a semiconductor device containing In, an element M (M is Al, Ga, Y, or Sn), and Zn.

また、第3の領域は、第2の領域より、キャリア密度が大きく、第2の領域は、第1の領域より、キャリア密度が大きい、半導体装置である。 Further, the third region is a semiconductor device having a higher carrier density than the second region, and the second region is a semiconductor device having a higher carrier density than the first region.

また、第4の絶縁体は、金属酸化物を含む、半導体装置である。 The fourth insulator is a semiconductor device containing a metal oxide.

また、酸化物は、側面と上面との間に湾曲面を有し、湾曲面の曲率半径が、3nm以上10nm以下である、半導体装置である。 Further, the oxide is a semiconductor device having a curved surface between the side surface and the upper surface, and the radius of curvature of the curved surface is 3 nm or more and 10 nm or less.

また、導電体は、導電性酸化物を有する、半導体装置である。 Further, the conductor is a semiconductor device having a conductive oxide.

また、第5の絶縁体は、水素および窒素のいずれか一方または両方を有する、半導体装置である。 The fifth insulator is a semiconductor device having either or both of hydrogen and nitrogen.

また、本発明の一態様は、上記半導体装置と、チャネル形成領域にシリコンを有する半導体装置と、が電気的に接続された記憶装置である。 Further, one aspect of the present invention is a storage device in which the above-mentioned semiconductor device and a semiconductor device having silicon in a channel forming region are electrically connected.

また、本発明の一態様は、基板上に第1の絶縁体を形成し、第1の絶縁体の上に、酸化物層を形成し、酸化物層の上に、第1の絶縁膜、導電膜および第2の絶縁膜を順に成膜し、導電膜および第2の絶縁膜をエッチングして、第2の絶縁体および導電体を形成し、第1の絶縁体、酸化物層、第2の絶縁体、および導電体を覆って、第3の絶縁膜を成膜し、第3の絶縁膜を加工することで、第2の絶縁体の側面および導電体の側面に接する第3の絶縁体を形成し、第3の絶縁体をエッチングマスクとして、第1の絶縁膜を加工することで、第4の絶縁体を形成し、第1の絶縁体、酸化物層、第3の絶縁体、第4の絶縁体および導電体を覆って、第4の絶縁膜を成膜する、半導体装置の作製方法である。 Further, in one aspect of the present invention, a first insulator is formed on a substrate, an oxide layer is formed on the first insulator, and a first insulating film is formed on the oxide layer. The conductive film and the second insulating film are formed in order, and the conductive film and the second insulating film are etched to form the second insulator and the conductor, and the first insulator, the oxide layer, and the second insulating film are formed. A third insulating film is formed by covering the second insulator and the conductor, and the third insulating film is processed to contact the side surface of the second insulator and the side surface of the conductor. By forming an insulator and processing the first insulating film using the third insulator as an etching mask, a fourth insulator is formed, and the first insulator, the oxide layer, and the third insulator are formed. This is a method for manufacturing a semiconductor device, which covers a body, a fourth insulator, and a conductor to form a fourth insulating film.

また、第3の絶縁膜の加工は、ドライエッチング法を用いて異方性エッチングを行う、半導体装置の作製方法である。 Further, the processing of the third insulating film is a method for manufacturing a semiconductor device, which performs anisotropic etching using a dry etching method.

本発明の一態様により、良好な電気特性を有する半導体装置を提供することができる。または、本発明の一態様により、微細化または高集積化が可能な半導体装置を提供することができる。または、本発明の一態様により、生産性の高い半導体装置を提供することができる。 According to one aspect of the present invention, a semiconductor device having good electrical characteristics can be provided. Alternatively, according to one aspect of the present invention, it is possible to provide a semiconductor device capable of miniaturization or high integration. Alternatively, one aspect of the present invention can provide a highly productive semiconductor device.

または、長期間においてデータの保持が可能な半導体装置を提供することができる。または、データの書き込み速度が速い半導体装置を提供することができる。または、設計自由度が高い半導体装置を提供することができる。または、消費電力を抑えることができる半導体装置を提供することができる。または、新規な半導体装置を提供することができる。 Alternatively, it is possible to provide a semiconductor device capable of retaining data for a long period of time. Alternatively, it is possible to provide a semiconductor device having a high data writing speed. Alternatively, it is possible to provide a semiconductor device having a high degree of freedom in design. Alternatively, it is possible to provide a semiconductor device capable of suppressing power consumption. Alternatively, a new semiconductor device can be provided.

なお、これらの効果の記載は、他の効果の存在を妨げるものではない。なお、本発明の一態様は、これらの効果の全てを有する必要はない。なお、これら以外の効果は、明細書、図面、請求項などの記載から、自ずと明らかとなるものであり、明細書、図面、請求項などの記載から、これら以外の効果を抽出することが可能である。 The description of these effects does not preclude the existence of other effects. It should be noted that one aspect of the present invention does not have to have all of these effects. It should be noted that the effects other than these are naturally clarified from the description of the description, drawings, claims, etc., and it is possible to extract the effects other than these from the description of the description, drawings, claims, etc. Is.

本発明の一態様に係る半導体装置の上面図、および断面図。Top view and sectional view of the semiconductor device according to one aspect of the present invention. 本発明の一態様に係る半導体装置の上面図、および断面図。Top view and sectional view of the semiconductor device according to one aspect of the present invention. 本発明の一態様に係る半導体装置の上面図、および断面図。Top view and sectional view of the semiconductor device according to one aspect of the present invention. 本発明の一態様に係る半導体装置の上面図、および断面図。Top view and sectional view of the semiconductor device according to one aspect of the present invention. 本発明の一態様に係る半導体装置の上面図、および断面図。Top view and sectional view of the semiconductor device according to one aspect of the present invention. 本発明の一態様に係る半導体装置の上面図、および断面図。Top view and sectional view of the semiconductor device according to one aspect of the present invention. 本発明の一態様に係る半導体装置の上面図、および断面図。Top view and sectional view of the semiconductor device according to one aspect of the present invention. 本発明の一態様に係る半導体装置の上面図、および断面図。Top view and sectional view of the semiconductor device according to one aspect of the present invention. 本発明の一態様に係る半導体装置の断面図。Sectional drawing of the semiconductor device which concerns on one aspect of this invention. 本発明の一態様に係る半導体装置の断面図。Sectional drawing of the semiconductor device which concerns on one aspect of this invention. 本発明の一態様に係る半導体装置の断面図。Sectional drawing of the semiconductor device which concerns on one aspect of this invention. 本発明の一態様に係る半導体装置の作製方法を示す上面図および断面図。Top view and sectional view showing the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on one aspect of this invention. 本発明の一態様に係る半導体装置の作製方法を示す上面図および断面図。Top view and sectional view showing the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on one aspect of this invention. 本発明の一態様に係る半導体装置の作製方法を示す上面図および断面図。Top view and sectional view showing the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on one aspect of this invention. 本発明の一態様に係る半導体装置の作製方法を示す上面図および断面図。Top view and sectional view showing the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on one aspect of this invention. 本発明の一態様に係る半導体装置の作製方法を示す上面図および断面図。Top view and sectional view showing the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on one aspect of this invention. 本発明の一態様に係る半導体装置の作製方法を示す上面図および断面図。Top view and sectional view showing the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on one aspect of this invention. 本発明の一態様に係る半導体装置の作製方法を示す上面図および断面図。Top view and sectional view showing the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on one aspect of this invention. 本発明の一態様に係る半導体装置の作製方法を示す上面図および断面図。Top view and sectional view showing the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on one aspect of this invention. 酸化物のエネルギーバンド構造を説明する図。The figure explaining the energy band structure of an oxide. 本発明の一態様に係る記憶装置の構成を示す断面図。The cross-sectional view which shows the structure of the storage device which concerns on one aspect of this invention. 本発明の一態様に係る記憶装置の構成を示す断面図。The cross-sectional view which shows the structure of the storage device which concerns on one aspect of this invention. 本発明の一態様に係る記憶装置の回路図および断面図。A circuit diagram and a cross-sectional view of a storage device according to one aspect of the present invention. 本発明の一態様に係る記憶装置の構成を示す断面図。The cross-sectional view which shows the structure of the storage device which concerns on one aspect of this invention. 本発明の一態様に係る記憶装置の構成を示す断面図。The cross-sectional view which shows the structure of the storage device which concerns on one aspect of this invention. 本発明の一態様に係る記憶装置の構成例を示すブロック図。The block diagram which shows the structural example of the storage device which concerns on one aspect of this invention. 本発明の一態様に係る記憶装置の構成例を示す回路図。The circuit diagram which shows the structural example of the storage device which concerns on one aspect of this invention. 本発明の一態様に係る記憶装置の構成例を示すブロック図。The block diagram which shows the structural example of the storage device which concerns on one aspect of this invention. 本発明の一態様に係る記憶装置の構成例を示すブロック図、および回路図。A block diagram and a circuit diagram showing a configuration example of a storage device according to one aspect of the present invention. 本発明の一態様に係る半導体装置の構成例を示すブロック図。The block diagram which shows the structural example of the semiconductor device which concerns on one aspect of this invention. 本発明の一態様に係る半導体装置の構成例を示すブロック図、回路図、および半導体装置の動作例を示すタイミングチャート。A block diagram showing a configuration example of the semiconductor device according to one aspect of the present invention, a circuit diagram, and a timing chart showing an operation example of the semiconductor device. 本発明の一態様に係る半導体装置の構成例を示すブロック図。The block diagram which shows the structural example of the semiconductor device which concerns on one aspect of this invention. 本発明の一態様に係る半導体装置の構成例を示す回路図、および半導体装置の動作例を示すタイミングチャート。A circuit diagram showing a configuration example of the semiconductor device according to one aspect of the present invention, and a timing chart showing an operation example of the semiconductor device. 本発明の一態様に係るAIシステムの構成例を示すブロック図。The block diagram which shows the structural example of the AI system which concerns on one aspect of this invention. 本発明の一態様に係るAIシステムの応用例を説明するブロック図。The block diagram explaining the application example of the AI system which concerns on one aspect of this invention. 本発明の一態様に係るAIシステムを組み込んだICの構成例を示す斜視模式図。The perspective schematic diagram which shows the structural example of the IC which incorporated the AI system which concerns on one aspect of this invention. 表示装置の上面図。Top view of the display device. 表示装置の断面図。Sectional view of the display device. 表示装置の断面図。Sectional view of the display device. 表示装置のブロック図及び回路図。Block diagram and circuit diagram of the display device. 表示モジュールの構成例。Display module configuration example. 本発明の一態様に係る半導体ウエハの上面図。Top view of the semiconductor wafer according to one aspect of the present invention. 電子部品の作製工程例を説明するフローチャートおよび斜視模式図。A flowchart and a schematic perspective view illustrating an example of a manufacturing process of electronic components. 本発明の一態様に係る電子機器を示す図。The figure which shows the electronic device which concerns on one aspect of this invention.

以下、実施の形態について図面を参照しながら説明する。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、以下の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, embodiments will be described with reference to the drawings. However, it is easily understood by those skilled in the art that the embodiments can be implemented in many different embodiments and that the embodiments and details can be variously modified without departing from the spirit and scope thereof. .. Therefore, the present invention is not construed as being limited to the description of the following embodiments.

また、図面において、大きさ、層の厚さ、又は領域は、明瞭化のために誇張されている場合がある。よって、必ずしもそのスケールに限定されない。なお図面は、理想的な例を模式的に示したものであり、図面に示す形状又は値などに限定されない。例えば、実際の製造工程において、エッチングなどの処理により層やレジストマスクなどが意図せずに目減りすることがあるが、理解を容易とするために省略して示すことがある。また、図面において、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場合がある。また、同様の機能を指す場合には、ハッチパターンを同じくし、特に符号を付さない場合がある。 Also, in the drawings, the size, layer thickness, or area may be exaggerated for clarity. Therefore, it is not necessarily limited to that scale. The drawings schematically show ideal examples, and are not limited to the shapes or values shown in the drawings. For example, in an actual manufacturing process, layers, resist masks, and the like may be unintentionally reduced due to processing such as etching, but they may be omitted for ease of understanding. Further, in the drawings, the same reference numerals may be used in common between different drawings for the same parts or parts having similar functions, and the repeated description thereof may be omitted. Further, when referring to the same function, the hatch pattern may be the same and no particular reference numeral may be added.

また、特に上面図(「平面図」ともいう。)や斜視図などにおいて、発明の理解を容易とするため、一部の構成要素の記載を省略する場合がある。また、一部の隠れ線などの記載を省略する場合がある。 Further, in order to facilitate understanding of the invention, in particular, in a top view (also referred to as a “plan view”) or a perspective view, the description of some components may be omitted. In addition, some hidden lines may be omitted.

また、本明細書などにおいて、第1、第2等として付される序数詞は便宜上用いるものであり、工程順又は積層順を示すものではない。そのため、例えば、「第1の」を「第2の」又は「第3の」などと適宜置き換えて説明することができる。また、本明細書等に記載されている序数詞と、本発明の一態様を特定するために用いられる序数詞は一致しない場合がある。 Further, in the present specification and the like, the ordinal numbers attached as the first, second and the like are used for convenience and do not indicate the process order or the stacking order. Therefore, for example, the "first" can be appropriately replaced with the "second" or "third" for explanation. In addition, the ordinal numbers described in the present specification and the like may not match the ordinal numbers used to specify one aspect of the present invention.

また、本明細書において、「上に」、「下に」などの配置を示す語句は、構成同士の位置関係を、図面を参照して説明するために、便宜上用いている。また、構成同士の位置関係は、各構成を描写する方向に応じて適宜変化するものである。従って、明細書で説明した語句に限定されず、状況に応じて適切に言い換えることができる。 Further, in the present specification, terms indicating the arrangement such as "above" and "below" are used for convenience in order to explain the positional relationship between the configurations with reference to the drawings. Further, the positional relationship between the configurations changes as appropriate according to the direction in which each configuration is depicted. Therefore, it is not limited to the words and phrases explained in the specification, and can be appropriately paraphrased according to the situation.

例えば、本明細書等において、XとYとが接続されている、と明示的に記載されている場合は、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が、本明細書等に開示されているものとする。したがって、所定の接続関係、例えば、図または文章に示された接続関係に限定されず、図または文章に示された接続関係以外のものも、図または文章に記載されているものとする。 For example, in the present specification and the like, when it is explicitly stated that X and Y are connected, the case where X and Y are electrically connected and the case where X and Y function. It is assumed that the case where X and Y are directly connected and the case where X and Y are directly connected are disclosed in the present specification and the like. Therefore, the connection relationship is not limited to the predetermined connection relationship, for example, the connection relationship shown in the figure or text, and other than the connection relationship shown in the figure or sentence, it is assumed that the connection relationship is also described in the figure or sentence.

ここで、X、Yは、対象物(例えば、装置、素子、回路、配線、電極、端子、導電膜、層、など)であるとする。 Here, X and Y are assumed to be objects (for example, devices, elements, circuits, wirings, electrodes, terminals, conductive films, layers, etc.).

XとYとが直接的に接続されている場合の一例としては、XとYとの電気的な接続を可能とする素子(例えば、スイッチ、トランジスタ、容量素子、インダクタ、抵抗素子、ダイオード、表示素子、発光素子、負荷など)が、XとYとの間に接続されていない場合であり、XとYとの電気的な接続を可能とする素子(例えば、スイッチ、トランジスタ、容量素子、インダクタ、抵抗素子、ダイオード、表示素子、発光素子、負荷など)を介さずに、XとYとが、接続されている場合である。 As an example of the case where X and Y are directly connected, an element (for example, a switch, a transistor, a capacitive element, an inductor, a resistance element, a diode, a display) that enables an electrical connection between X and Y is used. Elements (eg, switches, transistors, capacitive elements, inductors) that enable electrical connection between X and Y when the element, light emitting element, load, etc. are not connected between X and Y. , A resistance element, a diode, a display element, a light emitting element, a load, etc.), and X and Y are connected to each other.

XとYとが電気的に接続されている場合の一例としては、XとYとの電気的な接続を可能とする素子(例えば、スイッチ、トランジスタ、容量素子、インダクタ、抵抗素子、ダイオード、表示素子、発光素子、負荷など)が、XとYとの間に1個以上接続されることが可能である。なお、スイッチは、オンオフが制御される機能を有している。つまり、スイッチは、導通状態(オン状態)、または、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している。または、スイッチは、電流を流す経路を選択して切り替える機能を有している。なお、XとYとが電気的に接続されている場合は、XとYとが直接的に接続されている場合を含むものとする。 As an example of the case where X and Y are electrically connected, an element (for example, a switch, a transistor, a capacitive element, an inductor, a resistance element, a diode, a display) that enables an electrical connection between X and Y is used. One or more elements, light emitting elements, loads, etc.) can be connected between X and Y. The switch has a function of controlling on / off. That is, the switch is in a conducting state (on state) or a non-conducting state (off state), and has a function of controlling whether or not a current flows. Alternatively, the switch has a function of selecting and switching the path through which the current flows. The case where X and Y are electrically connected includes the case where X and Y are directly connected.

XとYとが機能的に接続されている場合の一例としては、XとYとの機能的な接続を可能とする回路(例えば、論理回路(インバータ、NAND回路、NOR回路など)、信号変換回路(DA変換回路、AD変換回路、ガンマ補正回路など)、電位レベル変換回路(電源回路(昇圧回路、降圧回路など)、信号の電位レベルを変えるレベルシフタ回路など)、電圧源、電流源、切り替え回路、増幅回路(信号振幅または電流量などを大きく出来る回路、オペアンプ、差動増幅回路、ソースフォロワ回路、バッファ回路など)、信号生成回路、記憶回路、制御回路など)が、XとYとの間に1個以上接続されることが可能である。なお、一例として、XとYとの間に別の回路を挟んでいても、Xから出力された信号がYへ伝達される場合は、XとYとは機能的に接続されているものとする。なお、XとYとが機能的に接続されている場合は、XとYとが直接的に接続されている場合と、XとYとが電気的に接続されている場合とを含むものとする。 As an example of the case where X and Y are functionally connected, a circuit that enables functional connection between X and Y (for example, a logic circuit (inverter, NAND circuit, NOR circuit, etc.), signal conversion, etc.) Circuits (DA conversion circuit, AD conversion circuit, gamma correction circuit, etc.), potential level conversion circuit (power supply circuit (boost circuit, step-down circuit, etc.), level shifter circuit that changes the signal potential level, etc.), voltage source, current source, switching Circuits, amplifier circuits (circuits that can increase signal amplitude or current amount, operational amplifiers, differential amplifier circuits, source follower circuits, buffer circuits, etc.), signal generation circuits, storage circuits, control circuits, etc. One or more can be connected between them. As an example, even if another circuit is sandwiched between X and Y, if the signal output from X is transmitted to Y, it is assumed that X and Y are functionally connected. do. When X and Y are functionally connected, it includes a case where X and Y are directly connected and a case where X and Y are electrically connected.

また、本明細書等において、トランジスタとは、ゲートと、ドレインと、ソースとを含む少なくとも三つの端子を有する素子である。そして、ドレイン(ドレイン端子、ドレイン領域またはドレイン電極)とソース(ソース端子、ソース領域またはソース電極)の間にチャネル形成領域を有しており、チャネル形成領域を介して、ソースとドレインとの間に電流を流すことができるものである。なお、本明細書等において、チャネル領域とは、電流が主として流れる領域をいう。 Further, in the present specification and the like, a transistor is an element having at least three terminals including a gate, a drain, and a source. Then, a channel forming region is provided between the drain (drain terminal, drain region or drain electrode) and the source (source terminal, source region or source electrode), and between the source and drain via the channel forming region. It is possible to pass an electric current through. In the present specification and the like, the channel region refers to a region in which a current mainly flows.

また、ソースやドレインの機能は、異なる極性のトランジスタを採用する場合や、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、本明細書等においては、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場合がある。 Further, the functions of the source and the drain may be interchanged when transistors having different polarities are adopted or when the direction of the current changes in the circuit operation. Therefore, in the present specification and the like, the terms source and drain may be used interchangeably.

なお、チャネル長とは、例えば、トランジスタの上面図において、半導体(またはトランジスタがオン状態のときに半導体の中で電流の流れる部分)とゲート電極とが互いに重なる領域、またはチャネルが形成される領域における、ソース(ソース領域またはソース電極)とドレイン(ドレイン領域またはドレイン電極)との間の距離をいう。なお、一つのトランジスタにおいて、チャネル長が全ての領域で同じ値をとるとは限らない。即ち、一つのトランジスタのチャネル長は、一つの値に定まらない場合がある。そのため、本明細書では、チャネル長は、チャネルの形成される領域における、いずれか一の値、最大値、最小値または平均値とする。 The channel length is, for example, a region in which a semiconductor (or a portion in which a current flows in the semiconductor when the transistor is on) and a gate electrode overlap each other in a top view of a transistor, or a region in which a channel is formed. Refers to the distance between the source (source region or source electrode) and the drain (drain region or drain electrode). In one transistor, the channel length does not always take the same value in all regions. That is, the channel length of one transistor may not be fixed to one value. Therefore, in the present specification, the channel length is set to any one value, the maximum value, the minimum value, or the average value in the region where the channel is formed.

チャネル幅とは、例えば、トランジスタの上面図において、半導体(またはトランジスタがオン状態のときに半導体の中で電流の流れる部分)とゲート電極とが互いに重なる領域、またはチャネルが形成される領域における、チャネル長方向を基準として垂直方向のチャネル領域の長さを言う。なお、一つのトランジスタにおいて、チャネル幅がすべての領域で同じ値をとるとは限らない。即ち、一つのトランジスタのチャネル幅は、一つの値に定まらない場合がある。そのため、本明細書では、チャネル幅は、チャネルの形成される領域における、いずれか一の値、最大値、最小値または平均値とする。 The channel width is, for example, in the top view of a transistor, in a region where a semiconductor (or a portion where a current flows in the semiconductor when the transistor is on) and a gate electrode overlap each other, or a region where a channel is formed. The length of the channel region in the vertical direction with respect to the channel length direction. In one transistor, the channel width does not always take the same value in all regions. That is, the channel width of one transistor may not be fixed to one value. Therefore, in the present specification, the channel width is set to any one value, the maximum value, the minimum value, or the average value in the region where the channel is formed.

なお、トランジスタの構造によっては、実際にチャネルの形成される領域におけるチャネル幅(以下、「実効的なチャネル幅」ともいう。)と、トランジスタの上面図において示されるチャネル幅(以下、「見かけ上のチャネル幅」ともいう。)と、が異なる場合がある。例えば、ゲート電極が半導体の側面を覆う場合、実効的なチャネル幅が、見かけ上のチャネル幅よりも大きくなり、その影響が無視できなくなる場合がある。例えば、微細かつゲート電極が半導体の側面を覆うトランジスタでは、半導体の側面に形成されるチャネル形成領域の割合が大きくなる場合がある。その場合は、見かけ上のチャネル幅よりも、実効的なチャネル幅の方が大きくなる。 Depending on the structure of the transistor, the channel width in the region where the channel is actually formed (hereinafter, also referred to as “effective channel width”) and the channel width shown in the top view of the transistor (hereinafter, “apparently”). (Also called the channel width of)) and may be different. For example, when the gate electrode covers the side surface of the semiconductor, the effective channel width may be larger than the apparent channel width, and the influence thereof may not be negligible. For example, in a transistor that is fine and has a gate electrode covering the side surface of the semiconductor, the proportion of the channel forming region formed on the side surface of the semiconductor may be large. In that case, the effective channel width is larger than the apparent channel width.

このような場合、実効的なチャネル幅の、実測による見積もりが困難となる場合がある。例えば、設計値から実効的なチャネル幅を見積もるためには、半導体の形状が既知という仮定が必要である。したがって、半導体の形状が正確にわからない場合には、実効的なチャネル幅を正確に測定することは困難である。 In such a case, it may be difficult to estimate the effective channel width by actual measurement. For example, in order to estimate the effective channel width from the design value, it is necessary to assume that the shape of the semiconductor is known. Therefore, if the shape of the semiconductor is not known accurately, it is difficult to accurately measure the effective channel width.

そこで、本明細書では、見かけ上のチャネル幅を、「囲い込みチャネル幅(SCW:Surrounded Channel Width)」と呼ぶ場合がある。また、本明細書では、単にチャネル幅と記載した場合には、囲い込みチャネル幅または見かけ上のチャネル幅を指す場合がある。または、本明細書では、単にチャネル幅と記載した場合には、実効的なチャネル幅を指す場合がある。なお、チャネル長、チャネル幅、実効的なチャネル幅、見かけ上のチャネル幅、囲い込みチャネル幅などは、断面TEM像などを解析することなどによって、値を決定することができる。 Therefore, in the present specification, the apparent channel width may be referred to as "surrounded channel width (SCW)". Further, in the present specification, when simply referred to as a channel width, it may refer to an enclosed channel width or an apparent channel width. Alternatively, in the present specification, the term "channel width" may refer to an effective channel width. The channel length, channel width, effective channel width, apparent channel width, enclosed channel width, and the like can be determined by analyzing a cross-sectional TEM image or the like.

なお、半導体の不純物とは、例えば、半導体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と言える。不純物が含まれることにより、例えば、半導体のDOS(Density of States)が高くなることや、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、および酸化物半導体の主成分以外の遷移金属などがあり、例えば、水素、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、水も不純物として機能する場合がある。また、酸化物半導体の場合、例えば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。 The semiconductor impurities are, for example, other than the main components constituting the semiconductor. For example, an element having a concentration of less than 0.1 atomic% can be said to be an impurity. Due to the inclusion of impurities, for example, the DOS (Density of States) of the semiconductor may increase, or the crystallinity may decrease. When the semiconductor is an oxide semiconductor, the impurities that change the characteristics of the semiconductor include, for example, a group 1 element, a group 2 element, a group 13 element, a group 14 element, a group 15 element, and an oxide semiconductor. There are transition metals other than the main components of the above, such as hydrogen, lithium, sodium, silicon, boron, phosphorus, carbon, and nitrogen. In the case of oxide semiconductors, water may also function as an impurity. Further, in the case of an oxide semiconductor, oxygen deficiency may be formed due to, for example, mixing of impurities. When the semiconductor is silicon, the impurities that change the characteristics of the semiconductor include, for example, Group 1 elements other than oxygen and hydrogen, Group 2 elements, Group 13 elements, Group 15 elements and the like.

なお、本明細書等において、酸化窒化シリコン膜とは、その組成として、窒素よりも酸素の含有量が多いものである。例えば、好ましくは酸素が55原子%以上65原子%以下、窒素が1原子%以上20原子%以下、シリコンが25原子%以上35原子%以下、水素が0.1原子%以上10原子%以下の濃度範囲で含まれるものをいう。また、窒化酸化シリコン膜とは、その組成として、酸素よりも窒素の含有量が多いものでる。例えば、好ましくは窒素が55原子%以上65原子%以下、酸素が1原子%以上20原子%以下、シリコンが25原子%以上35原子%以下、水素が0.1原子%以上10原子%以下の濃度範囲で含まれるものをいう。 In the present specification and the like, the silicon oxynitride film has a higher oxygen content than nitrogen as its composition. For example, preferably, oxygen is 55 atomic% or more and 65 atomic% or less, nitrogen is 1 atomic% or more and 20 atomic% or less, silicon is 25 atomic% or more and 35 atomic% or less, and hydrogen is 0.1 atomic% or more and 10 atomic% or less. Those included in the concentration range. The silicon nitride film has a higher nitrogen content than oxygen in its composition. For example, preferably, nitrogen is 55 atomic% or more and 65 atomic% or less, oxygen is 1 atomic% or more and 20 atomic% or less, silicon is 25 atomic% or more and 35 atomic% or less, and hydrogen is 0.1 atomic% or more and 10 atomic% or less. Those included in the concentration range.

また、本明細書等において、「膜」という用語と、「層」という用語とは、互いに入れ替えることが可能である。例えば、「導電層」という用語を、「導電膜」という用語に変更することが可能な場合がある。または、例えば、「絶縁膜」という用語を、「絶縁層」という用語に変更することが可能な場合がある。 Further, in the present specification and the like, the term "membrane" and the term "layer" can be interchanged with each other. For example, it may be possible to change the term "conductive layer" to the term "conductive layer". Alternatively, for example, it may be possible to change the term "insulating film" to the term "insulating layer".

また、本明細書等において、「絶縁体」という用語を、絶縁膜または絶縁層と言い換えることができる。また、「導電体」という用語を、導電膜または導電層と言い換えることができる。また、「半導体」という用語を、半導体膜または半導体層と言い換えることができる。 Further, in the present specification and the like, the term "insulator" can be paraphrased as an insulating film or an insulating layer. Further, the term "conductor" can be rephrased as a conductive film or a conductive layer. Further, the term "semiconductor" can be paraphrased as a semiconductor film or a semiconductor layer.

また、本明細書等に示すトランジスタは、明示されている場合を除き、電界効果トランジスタとする。また、本明細書等に示すトランジスタは、明示されている場合を除き、nチャネル型のトランジスタとする。よって、そのしきい値電圧(「Vth」ともいう。)は、明示されている場合を除き、0Vよりも大きいものとする。 Further, the transistors shown in the present specification and the like are field effect transistors unless otherwise specified. Further, the transistor shown in the present specification and the like shall be an n-channel type transistor unless otherwise specified. Therefore, the threshold voltage (also referred to as “Vth”) is assumed to be larger than 0V unless otherwise specified.

また、本明細書等において、「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。 Further, in the present specification and the like, "parallel" means a state in which two straight lines are arranged at an angle of −10 ° or more and 10 ° or less. Therefore, the case of −5 ° or more and 5 ° or less is also included. Further, "substantially parallel" means a state in which two straight lines are arranged at an angle of −30 ° or more and 30 ° or less. Further, "vertical" means a state in which two straight lines are arranged at an angle of 80 ° or more and 100 ° or less. Therefore, the case of 85 ° or more and 95 ° or less is also included. Further, "substantially vertical" means a state in which two straight lines are arranged at an angle of 60 ° or more and 120 ° or less.

また、本明細書において、結晶が三方晶または菱面体晶である場合、六方晶系として表す。 Further, in the present specification, when the crystal is a trigonal crystal or a rhombohedral crystal, it is represented as a hexagonal system.

なお、本明細書において、バリア膜とは、水素などの不純物および酸素の透過を抑制する機能を有する膜のことであり、該バリア膜に導電性を有する場合は、導電性バリア膜と呼ぶことがある。 In the present specification, the barrier membrane is a membrane having a function of suppressing the permeation of impurities such as hydrogen and oxygen, and when the barrier membrane has conductivity, it is referred to as a conductive barrier membrane. There is.

本明細書等において、金属酸化物(metal oxide)とは、広い表現での金属の酸化物である。金属酸化物は、酸化物絶縁体、酸化物導電体(透明酸化物導電体を含む)、酸化物半導体(Oxide Semiconductorまたは単にOSともいう)などに分類される。例えば、トランジスタの活性層に金属酸化物を用いた場合、当該金属酸化物を酸化物半導体と呼称する場合がある。つまり、OS FETと記載する場合においては、酸化物または酸化物半導体を有するトランジスタと換言することができる。 In the present specification and the like, a metal oxide is a metal oxide in a broad expression. Metal oxides are classified into oxide insulators, oxide conductors (including transparent oxide conductors), oxide semiconductors (also referred to as Oxide Semiconductor or simply OS) and the like. For example, when a metal oxide is used in the active layer of a transistor, the metal oxide may be referred to as an oxide semiconductor. That is, when it is described as an OS FET, it can be rephrased as a transistor having an oxide or an oxide semiconductor.

(実施の形態1)
以下では、本発明の一態様に係るトランジスタ200を有する半導体装置の一例について説明する。
(Embodiment 1)
Hereinafter, an example of a semiconductor device having a transistor 200 according to one aspect of the present invention will be described.

<半導体装置の構成例1>
図1(A)、図1(B)、および図1(C)は、本発明の一態様に係るトランジスタ200、およびトランジスタ200周辺の上面図および断面図である。
<Semiconductor device configuration example 1>
1 (A), 1 (B), and 1 (C) are a top view and a cross-sectional view of the transistor 200 according to one aspect of the present invention and the periphery of the transistor 200.

図1(A)は、トランジスタ200を有する半導体装置の上面図である。また、図1(B)、および図1(C)は該半導体装置の断面図である。ここで、図1(B)は、図1(A)にA1−A2の一点鎖線で示す部位の断面図であり、トランジスタ200のチャネル長方向の断面図でもある。また、図1(C)は、図1(A)にA3−A4の一点鎖線で示す部位の断面図であり、トランジスタ200のチャネル幅方向の断面図でもある。図1(A)の上面図では、図の明瞭化のために一部の要素を省いて図示している。 FIG. 1A is a top view of a semiconductor device having a transistor 200. Further, FIGS. 1B and 1C are cross-sectional views of the semiconductor device. Here, FIG. 1B is a cross-sectional view of the portion shown by the alternate long and short dash line of A1-A2 in FIG. 1A, and is also a cross-sectional view of the transistor 200 in the channel length direction. Further, FIG. 1C is a cross-sectional view of the portion shown by the alternate long and short dash line of A3-A4 in FIG. 1A, and is also a cross-sectional view of the transistor 200 in the channel width direction. In the top view of FIG. 1A, some elements are omitted for the sake of clarity.

本発明の一態様の半導体装置は、トランジスタ200と、層間膜として機能する絶縁体210、絶縁体212および絶縁体280と、を有する。また、トランジスタ200と電気的に接続し、配線として機能する導電体203(導電体203a、および導電体203b)を有する。 The semiconductor device of one aspect of the present invention includes a transistor 200, an insulator 210 that functions as an interlayer film, an insulator 212, and an insulator 280. Further, it has a conductor 203 (conductor 203a and conductor 203b) that is electrically connected to the transistor 200 and functions as wiring.

なお、導電体203は、絶縁体212の開口の内壁に接して導電体203aが形成され、さらに内側に導電体203bが形成されている。ここで、導電体203の上面の高さと、絶縁体212の上面の高さは同程度にできる。なお、トランジスタ200では、導電体203aおよび導電体203bを積層する構成について示しているが、本発明はこれに限られるものではない。例えば、導電体203bのみを設ける構成にしてもよい。 In the conductor 203, the conductor 203a is formed in contact with the inner wall of the opening of the insulator 212, and the conductor 203b is further formed inside. Here, the height of the upper surface of the conductor 203 and the height of the upper surface of the insulator 212 can be made about the same. Although the transistor 200 shows a configuration in which the conductor 203a and the conductor 203b are laminated, the present invention is not limited to this. For example, only the conductor 203b may be provided.

[トランジスタ200]
図1に示すように、トランジスタ200は、基板(図示せず)の上に配置された絶縁体214および絶縁体216と、絶縁体214および絶縁体216に埋め込まれるように配置された導電体205と、絶縁体216と導電体205の上に配置された絶縁体220と、絶縁体220の上に配置された絶縁体222と、絶縁体222の上に配置された絶縁体224と、絶縁体224の上に配置された酸化物230(酸化物230a、酸化物230b、および酸化物230c)と、酸化物230の上に配置された絶縁体250と、絶縁体250の上に配置された導電体260(導電体260aおよび導電体260b)と、導電体260の上に配置された絶縁体270、および絶縁体271と、導電体260の側面に接して配置された絶縁体272と、少なくとも酸化物230の上面、絶縁体272の側面および絶縁体271の上面と接して配置された絶縁体274と、を有する。
[Transistor 200]
As shown in FIG. 1, the transistor 200 is an insulator 214 and an insulator 216 arranged on a substrate (not shown) and a conductor 205 arranged so as to be embedded in the insulator 214 and the insulator 216. And an insulator 220 arranged on the insulator 216 and the insulator 205, an insulator 222 arranged on the insulator 220, an insulator 224 arranged on the insulator 222, and an insulator. Oxide 230 (Oxide 230a, Oxide 230b, and Oxide 230c) placed on 224, Insulator 250 placed on Oxide 230, and Conductivity placed on Insulator 250. Body 260 (conductor 260a and insulator 260b), insulator 270 arranged on the conductor 260, and insulator 271, and insulator 272 arranged in contact with the side surface of the conductor 260, at least oxidation. It has an insulator 274 arranged in contact with the upper surface of the object 230, the side surface of the insulator 272, and the upper surface of the insulator 271.

なお、トランジスタ200では、酸化物230a、および酸化物230b、および酸化物230cを積層する構成について示しているが、本発明はこれに限られるものではない。例えば、図1に示すように、酸化物230a、酸化物230b、および酸化物230cの3層構造、または4層以上の積層構造としてもよい。また、酸化物230bの単層、または酸化物230bと酸化物230cを設ける構成にしてもよい。例えば、単層、または4層以上の積層構造としてもよい。 Although the transistor 200 shows a configuration in which the oxide 230a, the oxide 230b, and the oxide 230c are laminated, the present invention is not limited to this. For example, as shown in FIG. 1, a three-layer structure of the oxide 230a, the oxide 230b, and the oxide 230c, or a laminated structure of four or more layers may be used. Further, a single layer of the oxide 230b or a configuration in which the oxide 230b and the oxide 230c are provided may be provided. For example, it may be a single layer or a laminated structure of four or more layers.

ここで、図1(B)における破線で囲む、チャネル近傍の領域239の拡大図を図10(A)に示す。 Here, an enlarged view of the region 239 in the vicinity of the channel surrounded by the broken line in FIG. 1 (B) is shown in FIG. 10 (A).

図10に示すように、酸化物230は、トランジスタ200のチャネル形成領域として機能する領域234と、ソース領域またはドレイン領域として機能する領域231(領域231a、および領域231b)と、領域234と領域231との間に、接合領域232(接合領域232a、および接合領域232b)と、を有する。ソース領域またはドレイン領域として機能する領域231は、キャリア密度が高い、低抵抗化した領域である。また、チャネル形成領域として機能する領域234は、ソース領域またはドレイン領域として機能する領域231よりも、キャリア密度が低い領域である。また、接合領域232は、ソース領域またはドレイン領域として機能する領域231よりもキャリア密度が低く、チャネル形成領域として機能する領域234よりもキャリア密度が高い領域である。すなわち接合領域232は、チャネル形成領域と、ソース領域またはドレイン領域との間の接合領域(junction region)としての機能を有する。 As shown in FIG. 10, the oxide 230 has a region 234 that functions as a channel forming region of the transistor 200, a region 231 that functions as a source region or a drain region (regions 231a and 231b), and regions 234 and 231. It has a joining region 232 (joining region 232a and joining region 232b) between the two. The region 231 that functions as a source region or a drain region is a region having a high carrier density and a low resistance. Further, the region 234 that functions as a channel forming region is a region having a lower carrier density than the region 231 that functions as a source region or a drain region. Further, the junction region 232 is a region having a lower carrier density than the region 231 functioning as a source region or a drain region and a region having a higher carrier density than the region 234 functioning as a channel formation region. That is, the junction region 232 has a function as a junction region between the channel formation region and the source region or the drain region.

接合領域を設けることで、ソース領域またはドレイン領域として機能する領域231と、チャネル形成領域として機能する領域234との間に高抵抗領域が形成されず、トランジスタのオン電流を大きくすることができる。 By providing the junction region, a high resistance region is not formed between the region 231 that functions as the source region or the drain region and the region 234 that functions as the channel formation region, and the on-current of the transistor can be increased.

また、接合領域232は、ゲート電極として機能する導電体260と重なる、いわゆるオーバーラップ領域(Lov領域ともいう)として機能する場合がある。 Further, the bonding region 232 may function as a so-called overlapping region (also referred to as a Lov region) that overlaps with the conductor 260 that functions as a gate electrode.

なお、領域231は、絶縁体274と接することが好ましい。また、領域231は、インジウムなどの金属元素、並びに水素、および窒素などの不純物元素、の少なくとも一の濃度が接合領域232、および領域234よりも大きいことが好ましい。 The region 231 is preferably in contact with the insulator 274. Further, it is preferable that the concentration of at least one of a metal element such as indium and an impurity element such as hydrogen and nitrogen is larger in the region 231 than in the bonding region 232 and the region 234.

接合領域232は、絶縁体272と重畳する領域を有する。接合領域232は、インジウムなどの金属元素、並びに水素、および窒素などの不純物元素、の少なくとも一の濃度が領域234よりも大きいことが好ましい。一方、インジウムなどの金属元素、並びに水素、および窒素などの不純物元素、の少なくとも一の濃度が領域231よりも、小さいことが好ましい。 The joint region 232 has a region that overlaps with the insulator 272. The bonding region 232 preferably has a higher concentration of at least one of a metal element such as indium and an impurity element such as hydrogen and nitrogen than the region 234. On the other hand, it is preferable that the concentration of at least one of the metal element such as indium and the impurity element such as hydrogen and nitrogen is smaller than that of the region 231.

領域234は、導電体260と重畳する。領域234は、接合領域232a、および接合領域232bとの間に配置しており、インジウムなどの金属元素、並びに水素、および窒素などの不純物元素、の少なくとも一の濃度が領域231、および接合領域232より、小さいことが好ましい。 Region 234 overlaps with conductor 260. The region 234 is arranged between the bonding region 232a and the bonding region 232b, and the concentration of at least one of a metal element such as indium and an impurity element such as hydrogen and nitrogen is the region 231 and the bonding region 232. Smaller is preferable.

また、酸化物230において、領域231、接合領域232、および領域234の境界は明確に検出できない場合がある。各領域内で検出されるインジウムなどの金属元素、並びに水素、および窒素などの不純物元素の濃度は、領域ごとの段階的な変化に限らず、各領域内でも連続的に変化(グラデーションともいう)していてもよい。つまり、領域231から接合領域232へ、領域234に近い領域であるほど、インジウムなどの金属元素、並びに水素、および窒素などの不純物元素の濃度が減少していればよい。 Further, in the oxide 230, the boundary between the region 231 and the bonding region 232 and the region 234 may not be clearly detected. The concentrations of metal elements such as indium and impurity elements such as hydrogen and nitrogen detected in each region are not limited to gradual changes in each region, but continuously change in each region (also called gradation). You may be doing it. That is, it is sufficient that the concentration of the metal element such as indium and the impurity element such as hydrogen and nitrogen decreases as the region is closer to the region 234 from the region 231 to the junction region 232.

また、図10では、領域234、領域231、および接合領域232が、酸化物230bに形成されているが、これに限られることなく、例えばこれらの領域は酸化物230a、または酸化物230cにも形成されていてもよい。また、図では、各領域の境界を、酸化物230の上面に対して略垂直に表示しているが、本実施の形態はこれに限られるものではない。例えば、接合領域232が酸化物230bの表面近傍では導電体260側に張り出し、酸化物230bの下面近傍では、導電体252a側または導電体252b側に後退する形状になる場合がある。 Further, in FIG. 10, the region 234, the region 231 and the bonding region 232 are formed on the oxide 230b, but the region is not limited to this, and for example, these regions are also formed on the oxide 230a or the oxide 230c. It may be formed. Further, in the figure, the boundary of each region is displayed substantially perpendicular to the upper surface of the oxide 230, but the present embodiment is not limited to this. For example, the bonding region 232 may project toward the conductor 260 near the surface of the oxide 230b, and may recede toward the conductor 252a or the conductor 252b near the lower surface of the oxide 230b.

なお、トランジスタ200において、酸化物230は、酸化物半導体として機能する金属酸化物(以下、酸化物半導体ともいう)を用いることが好ましい。酸化物半導体を用いたトランジスタは、非導通状態において極めてリーク電流(オフ電流)が小さいため、低消費電力の半導体装置が提供できる。また、酸化物半導体は、スパッタリング法などを用いて成膜できるため、高集積型の半導体装置を構成するトランジスタに用いることができる。 In the transistor 200, it is preferable to use a metal oxide (hereinafter, also referred to as an oxide semiconductor) that functions as an oxide semiconductor as the oxide 230. A transistor using an oxide semiconductor has an extremely small leakage current (off current) in a non-conducting state, so that a semiconductor device having low power consumption can be provided. Further, since the oxide semiconductor can be formed into a film by using a sputtering method or the like, it can be used for a transistor constituting a highly integrated semiconductor device.

一方で、酸化物半導体を用いたトランジスタは、酸化物半導体中の不純物及び酸素欠損によって、その電気特性が変動しやすく、信頼性が悪くなる場合がある。また、酸化物半導体に含まれる水素は、金属原子と結合する酸素と反応して水になるため、酸素欠損を形成する場合がある。該酸素欠損に水素が入ることで、キャリアである電子が生成される場合がある。チャネル形成領域に酸素欠損が含まれている酸化物半導体を用いたトランジスタはノーマリーオン特性となりやすい。このため、チャネル形成領域中の酸素欠損はできる限り低減されていることが好ましい。 On the other hand, a transistor using an oxide semiconductor may have poor reliability because its electrical characteristics are liable to fluctuate due to impurities and oxygen deficiency in the oxide semiconductor. Further, hydrogen contained in an oxide semiconductor reacts with oxygen bonded to a metal atom to become water, which may form an oxygen deficiency. When hydrogen enters the oxygen deficiency, electrons that are carriers may be generated. Transistors using oxide semiconductors containing oxygen deficiency in the channel formation region tend to have normally-on characteristics. Therefore, it is preferable that oxygen deficiency in the channel formation region is reduced as much as possible.

特に、酸化物230におけるチャネルが形成される領域234と、ゲート絶縁膜として機能する絶縁体250との界面に、酸素欠損が存在すると、電気特性の変動が生じやすく、また信頼性が悪くなる場合がある。 In particular, if oxygen deficiency exists at the interface between the region 234 where the channel is formed in the oxide 230 and the insulator 250 that functions as a gate insulating film, the electrical characteristics are likely to fluctuate and the reliability is deteriorated. There is.

そこで、酸化物230の領域234と接する絶縁体250が化学量論的組成を満たす酸素(過剰酸素ともいう)よりも多くの酸素を含むことが好ましい。つまり、絶縁体250が有する過剰酸素が、領域234へと拡散することで、領域234中の酸素欠損を低減することができる。 Therefore, it is preferable that the insulator 250 in contact with the region 234 of the oxide 230 contains more oxygen than oxygen (also referred to as excess oxygen) satisfying the stoichiometric composition. That is, the excess oxygen contained in the insulator 250 diffuses into the region 234, so that the oxygen deficiency in the region 234 can be reduced.

また、絶縁体250と接して、絶縁体272を設けることが好ましい。例えば、絶縁体272は、酸素(例えば、酸素原子、酸素分子など)の少なくとも一の拡散を抑制する機能を有する(上記酸素が透過しにくい)ことが好ましい。絶縁体272が、酸素の拡散を抑制する機能を有することで、効率よく領域234へ供給される。従って、酸化物230と、絶縁体250との界面における酸素欠損の形成が抑制され、トランジスタ200の信頼性を向上させることができる。 Further, it is preferable to provide the insulator 272 in contact with the insulator 250. For example, the insulator 272 preferably has a function of suppressing the diffusion of at least one oxygen (for example, oxygen atom, oxygen molecule, etc.) (the oxygen is difficult to permeate). Since the insulator 272 has a function of suppressing the diffusion of oxygen, it is efficiently supplied to the region 234. Therefore, the formation of oxygen deficiency at the interface between the oxide 230 and the insulator 250 is suppressed, and the reliability of the transistor 200 can be improved.

さらに、トランジスタ200は、水または水素などの不純物の混入を防ぐバリア性を有する絶縁体で覆われていることが好ましい。バリア性を有する絶縁体とは、水素原子、水素分子、水分子、窒素原子、窒素分子、酸化窒素分子(NO、NO、NOなど)、銅原子などの不純物の拡散を抑制する機能を有する(上記不純物が透過しにくい)絶縁性材料を用いた絶縁体である。また、酸素(例えば、酸素原子、酸素分子など)の少なくとも一の拡散を抑制する機能を有する(上記酸素が透過しにくい)絶縁性材料を用いることが好ましい。 Further, it is preferable that the transistor 200 is covered with an insulator having a barrier property to prevent impurities such as water and hydrogen from being mixed. The insulator having a barrier property, a hydrogen atom, a hydrogen molecule, a water molecule, a nitrogen atom, a nitrogen molecule, nitric oxide molecule (N 2 O, NO, etc. NO 2), function of suppressing the diffusion of impurities such as copper atoms It is an insulator using an insulating material having (the above impurities are difficult to permeate). Further, it is preferable to use an insulating material having a function of suppressing the diffusion of at least one oxygen (for example, oxygen atom, oxygen molecule, etc.) (the oxygen is difficult to permeate).

以下では、本発明の一態様に係るトランジスタ200を有する半導体装置の詳細な構成について説明する。 Hereinafter, a detailed configuration of the semiconductor device having the transistor 200 according to one aspect of the present invention will be described.

第2のゲート電極として機能する導電体205は、酸化物230および導電体260と重なるように配置する。 The conductor 205 that functions as the second gate electrode is arranged so as to overlap the oxide 230 and the conductor 260.

ここで、導電体205は、酸化物230における領域234よりも、チャネル幅方向の長さが大きくなるように大きく設けるとよい。特に、導電体205は、酸化物230の領域234がチャネル幅方向と交わる端部よりも外側の領域においても、延伸していることが好ましい。つまり、酸化物230のチャネル幅方向における側面において、導電体205と、導電体260とは、絶縁体を介して重畳していることが好ましい。 Here, the conductor 205 may be provided larger than the region 234 in the oxide 230 so that the length in the channel width direction is larger. In particular, the conductor 205 is preferably stretched even in a region outside the end where the region 234 of the oxide 230 intersects the channel width direction. That is, it is preferable that the conductor 205 and the conductor 260 are superposed on each other via the insulator on the side surface of the oxide 230 in the channel width direction.

ここで、導電体260は、第1のゲート電極として機能する場合がある。また、導電体205は、第2のゲート電極として機能する場合がある。その場合、導電体205に印加する電位を、導電体260に印加する電位と、連動させず、独立して変化させることで、トランジスタ200のしきい値電圧を制御することができる。特に、導電体205に負の電位を印加することにより、トランジスタ200のしきい値電圧を0Vより大きくし、オフ電流を低減することが可能となる。従って、導電体260に印加する電圧が0Vのときのドレイン電流を小さくすることができる。 Here, the conductor 260 may function as a first gate electrode. Further, the conductor 205 may function as a second gate electrode. In that case, the threshold voltage of the transistor 200 can be controlled by changing the potential applied to the conductor 205 independently of the potential applied to the conductor 260 without interlocking with it. In particular, by applying a negative potential to the conductor 205, the threshold voltage of the transistor 200 can be made larger than 0 V, and the off-current can be reduced. Therefore, the drain current when the voltage applied to the conductor 260 is 0 V can be reduced.

また、図1(A)に示すように、導電体205は、酸化物230、および導電体260と重なるように配置する。ここで、酸化物230のチャネル幅方向(W長方向)と交わる端部よりも外側の領域においても、導電体205は、導電体260と、重畳するように配置することが好ましい。つまり、酸化物230の側面の外側において、導電体205と、導電体260とは、絶縁体を介して重畳していることが好ましい。 Further, as shown in FIG. 1A, the conductor 205 is arranged so as to overlap the oxide 230 and the conductor 260. Here, it is preferable that the conductor 205 is arranged so as to overlap with the conductor 260 even in a region outside the end portion intersecting the channel width direction (W length direction) of the oxide 230. That is, it is preferable that the conductor 205 and the conductor 260 are superimposed on each other via an insulator on the outside of the side surface of the oxide 230.

上記構成を有することで、導電体260、および導電体205に電位を印加した場合、導電体260から生じる電界と、導電体205から生じる電界と、がつながることで、閉回路を形成し、酸化物230に形成されるチャネル形成領域を覆うことができる。 With the above configuration, when a potential is applied to the conductor 260 and the conductor 205, the electric field generated from the conductor 260 and the electric field generated from the conductor 205 are connected to form a closed circuit and oxidize. The channel forming region formed on the object 230 can be covered.

つまり、第1のゲート電極としての機能を有する導電体260の電界と、第2のゲート電極としての機能を有する導電体205の電界によって、領域234のチャネル形成領域を電気的に取り囲むことができる。本明細書において、第1のゲート電極、および第2のゲート電極の電界によって、チャネル形成領域を電気的に取り囲むトランジスタの構造を、surrounded channel(S−channel)構造とよぶ。 That is, the channel forming region of the region 234 can be electrically surrounded by the electric field of the conductor 260 having the function of the first gate electrode and the electric field of the conductor 205 having the function of the second gate electrode. .. In the present specification, the structure of the transistor that electrically surrounds the channel forming region by the electric fields of the first gate electrode and the second gate electrode is referred to as a surroundd channel (S-channel) structure.

導電体205は、絶縁体214および絶縁体216の開口の内壁に接して導電体205aが形成され、さらに内側に導電体205bが形成されている。ここで、導電体205aおよび導電体205bの上面の高さと、絶縁体216の上面の高さは同程度にできる。なお、トランジスタ200では、導電体205aおよび導電体205bを積層する構成について示しているが、本発明はこれに限られるものではない。例えば、導電体205bのみを設ける構成にしてもよい。 In the conductor 205, the conductor 205a is formed in contact with the inner walls of the openings of the insulator 214 and the insulator 216, and the conductor 205b is further formed inside. Here, the height of the upper surfaces of the conductor 205a and the conductor 205b can be made the same as the height of the upper surface of the insulator 216. Although the transistor 200 shows a configuration in which the conductor 205a and the conductor 205b are laminated, the present invention is not limited to this. For example, only the conductor 205b may be provided.

ここで、導電体205aは、水素原子、水素分子、水分子、窒素原子、窒素分子、酸化窒素分子(NO、NO、NOなど)、銅原子などの不純物の拡散を抑制する機能を有する(上記不純物が透過しにくい)導電性材料を用いることが好ましい。または、酸素(例えば、酸素原子、酸素分子など)の少なくとも一の拡散を抑制する機能を有する(上記酸素が透過しにくい)導電性材料を用いることが好ましい。なお、本明細書において、不純物、または酸素の拡散を抑制する機能とは、上記不純物、または上記酸素のいずれか一または、すべての拡散を抑制する機能とする。 Here, the conductor 205a is a hydrogen atom, a hydrogen molecule, a water molecule, a nitrogen atom, a nitrogen molecule, nitric oxide molecule (N 2 O, NO, etc. NO 2), the function of suppressing the diffusion of impurities such as copper atoms It is preferable to use a conductive material having (the above impurities are difficult to permeate). Alternatively, it is preferable to use a conductive material having a function of suppressing the diffusion of at least one oxygen (for example, oxygen atom, oxygen molecule, etc.) (the oxygen is difficult to permeate). In the present specification, the function of suppressing the diffusion of impurities or oxygen is a function of suppressing the diffusion of any one or all of the above impurities or the above oxygen.

導電体205aが酸素の拡散を抑制する機能を持つことにより、導電体205bが酸化して導電率が低下することを防ぐことができる。酸素の拡散を抑制する機能を有する導電性材料としては、例えば、タンタル、窒化タンタル、ルテニウムまたは酸化ルテニウムなどを用いることが好ましい。従って、導電体205aとしては、上記導電性材料を単層または積層とすればよい。これにより、絶縁体214より基板側から、水素、水などの不純物が、導電体205を通じて、トランジスタ200側に拡散するのを抑制することができる。 Since the conductor 205a has a function of suppressing the diffusion of oxygen, it is possible to prevent the conductor 205b from being oxidized and the conductivity from being lowered. As the conductive material having a function of suppressing the diffusion of oxygen, for example, tantalum, tantalum nitride, ruthenium, ruthenium oxide and the like are preferably used. Therefore, as the conductor 205a, the conductive material may be a single layer or a laminated material. As a result, it is possible to prevent impurities such as hydrogen and water from diffusing from the substrate side of the insulator 214 to the transistor 200 side through the conductor 205.

また、導電体205bは、タングステン、銅、またはアルミニウムを主成分とする導電性材料を用いることが好ましい。なお、導電体205bを単層で図示したが、積層構造としても良く、例えば、チタン、窒化チタンと上記導電性材料との積層としてもよい。 Further, as the conductor 205b, it is preferable to use a conductive material containing tungsten, copper, or aluminum as a main component. Although the conductor 205b is shown as a single layer, it may have a laminated structure, for example, titanium or titanium nitride may be laminated with the conductive material.

絶縁体214は、水または水素などの不純物が、基板側からトランジスタに混入するのを防ぐバリア絶縁膜として機能することが好ましい。従って、絶縁体214は、水素原子、水素分子、水分子、窒素原子、窒素分子、酸化窒素分子(NO、NO、NOなど)、銅原子などの不純物の拡散を抑制する機能を有する(上記不純物が透過しにくい)絶縁性材料を用いることが好ましい。または、酸素(例えば、酸素原子、酸素分子など)の少なくとも一の拡散を抑制する機能を有する(上記酸素が透過しにくい)絶縁性材料を用いることが好ましい。 The insulator 214 preferably functions as a barrier insulating film that prevents impurities such as water and hydrogen from being mixed into the transistor from the substrate side. Thus, the insulator 214 is a hydrogen atom, a hydrogen molecule, a water molecule, a nitrogen atom, a nitrogen molecule, nitric oxide molecule (N 2 O, NO, etc. NO 2), has a function of suppressing the diffusion of impurities such as copper atoms It is preferable to use an insulating material (which is difficult for the above impurities to permeate). Alternatively, it is preferable to use an insulating material having a function of suppressing the diffusion of at least one oxygen (for example, oxygen atom, oxygen molecule, etc.) (the oxygen is difficult to permeate).

例えば、絶縁体214として、酸化アルミニウムや窒化シリコンなどを用いることが好ましい。これにより、水素、水などの不純物が絶縁体214よりトランジスタ側に拡散するのを抑制することができる。または、絶縁体224などに含まれる酸素が、絶縁体214より基板側に、拡散するのを抑制することができる。 For example, it is preferable to use aluminum oxide, silicon nitride, or the like as the insulator 214. As a result, it is possible to prevent impurities such as hydrogen and water from diffusing from the insulator 214 to the transistor side. Alternatively, it is possible to prevent oxygen contained in the insulator 224 or the like from diffusing from the insulator 214 toward the substrate side.

また、層間膜として機能する絶縁体216、および絶縁体280は、絶縁体214よりも誘電率が低いことが好ましい。誘電率が低い材料を層間膜とすることで、配線間に生じる寄生容量を低減することができる。 Further, the insulator 216 and the insulator 280 that function as an interlayer film preferably have a lower dielectric constant than the insulator 214. By using a material having a low dielectric constant as an interlayer film, it is possible to reduce the parasitic capacitance generated between the wirings.

例えば、層間膜として機能する絶縁体216、および絶縁体280として、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコン、酸化アルミニウム、酸化ハフニウム、酸化タンタル、酸化ジルコニウム、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)、チタン酸ストロンチウム(SrTiO)または(Ba,Sr)TiO(BST)などの絶縁体を単層または積層で用いることができる。またはこれらの絶縁体に例えば酸化アルミニウム、酸化ビスマス、酸化ゲルマニウム、酸化ニオブ、酸化シリコン、酸化チタン、酸化タングステン、酸化イットリウム、酸化ジルコニウムを添加してもよい。またはこれらの絶縁体を窒化処理しても良い。上記の絶縁体に酸化シリコン、酸化窒化シリコンまたは窒化シリコンを積層して用いてもよい。 For example, the insulator 216 that functions as an interlayer film and the insulator 280 include silicon oxide, silicon nitride nitride, silicon nitride oxide, aluminum oxide, hafnium oxide, tantalum oxide, zirconate oxide, lead zirconate titanate (PZT), and titanium. Insulators such as strontium titanate (SrTiO 3 ) or (Ba, Sr) TiO 3 (BST) can be used in single layers or in layers. Alternatively, for example, aluminum oxide, bismuth oxide, germanium oxide, niobium oxide, silicon oxide, titanium oxide, tungsten oxide, yttrium oxide, and zirconium oxide may be added to these insulators. Alternatively, these insulators may be nitrided. Silicon oxide, silicon oxide nitride, or silicon nitride may be laminated on the above insulator.

絶縁体220、絶縁体222、および絶縁体224は、ゲート絶縁体としての機能を有する。 The insulator 220, the insulator 222, and the insulator 224 have a function as a gate insulator.

ここで、酸化物230と接する絶縁体224は、化学量論的組成を満たす酸素よりも多くの酸素を含む酸化物絶縁体を用いることが好ましい。つまり、絶縁体224には、過剰酸素領域が形成されていることが好ましい。このような過剰酸素を含む絶縁体を酸化物230に接して設けることにより、酸化物230中の酸素欠損を低減し、信頼性を向上させることができる。 Here, as the insulator 224 in contact with the oxide 230, it is preferable to use an oxide insulator containing more oxygen than oxygen satisfying the stoichiometric composition. That is, it is preferable that the insulator 224 is formed with an excess oxygen region. By providing such an insulator containing excess oxygen in contact with the oxide 230, oxygen deficiency in the oxide 230 can be reduced and reliability can be improved.

過剰酸素領域を有する絶縁体として、具体的には、加熱により一部の酸素が脱離する酸化物材料を用いることが好ましい。加熱により酸素を脱離する酸化物とは、TDS(Thermal Desorption Spectroscopy)分析にて、酸素原子に換算しての酸素の脱離量が1.0×1018atoms/cm以上、好ましくは3.0×1020atoms/cm以上である酸化物膜である。なお、上記TDS分析時における膜の表面温度としては100℃以上700℃以下、または100℃以上400℃以下の範囲が好ましい。 Specifically, as the insulator having an excess oxygen region, it is preferable to use an oxide material in which a part of oxygen is desorbed by heating. Oxides that desorb oxygen by heating are those in which the amount of oxygen desorbed in terms of oxygen atoms is 1.0 × 10 18 atoms / cm 3 or more, preferably 3 in TDS (Thermal Desorption Spectroscopy) analysis. It is an oxide film having a ratio of 0.0 × 10 20 atoms / cm 3 or more. The surface temperature of the film during the TDS analysis is preferably in the range of 100 ° C. or higher and 700 ° C. or lower, or 100 ° C. or higher and 400 ° C. or lower.

また、絶縁体224が、過剰酸素領域を有する場合、絶縁体222は、酸素(例えば、酸素原子、酸素分子など)の少なくとも一の拡散を抑制する機能を有する(上記酸素が透過しにくい)ことが好ましい。 Further, when the insulator 224 has an excess oxygen region, the insulator 222 has a function of suppressing the diffusion of at least one oxygen (for example, oxygen atom, oxygen molecule, etc.) (the oxygen is difficult to permeate). Is preferable.

絶縁体222が、酸素の拡散を抑制する機能を有することで、過剰酸素領域の酸素は、絶縁体220側へ拡散することなく、効率よく酸化物230へ供給することができる。また、導電体205が、絶縁体224が有する過剰酸素領域の酸素と反応することを抑制することができる。 Since the insulator 222 has a function of suppressing the diffusion of oxygen, oxygen in the excess oxygen region can be efficiently supplied to the oxide 230 without diffusing to the insulator 220 side. Further, it is possible to prevent the conductor 205 from reacting with oxygen in the excess oxygen region of the insulator 224.

絶縁体222は、例えば、酸化アルミニウム、酸化ハフニウム、酸化タンタル、酸化ジルコニウム、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)、チタン酸ストロンチウム(SrTiO)または(Ba,Sr)TiO(BST)などのいわゆるhigh−k材料を含む絶縁体を単層または積層で用いることが好ましい。ゲート絶縁体として機能する絶縁体に、high−k材料を用いることで、トランジスタの微細化、および高集積化が可能となる。特に、酸化アルミニウム、および酸化ハフニウム、などの、不純物、および酸素などの拡散を抑制する機能を有する(上記酸素が透過しにくい)絶縁性材料を用いることが好ましい。このような材料を用いて形成した場合、酸化物230からの酸素の放出や、トランジスタ200の周辺部からの水素等の不純物の混入を防ぐ層として機能する。 The insulator 222 is a so-called high such as aluminum oxide, hafnium oxide, tantalum oxide, zirconium oxide, lead zirconate titanate (PZT), strontium titanate (SrTiO 3 ) or (Ba, Sr) TiO 3 (BST). It is preferable to use an insulator containing a −k material in a single layer or in a laminated state. By using a high-k material for the insulator that functions as a gate insulator, the transistor can be miniaturized and highly integrated. In particular, it is preferable to use an insulating material having a function of suppressing diffusion of impurities and oxygen such as aluminum oxide and hafnium oxide (the above oxygen is difficult to permeate). When formed using such a material, it functions as a layer for preventing the release of oxygen from the oxide 230 and the mixing of impurities such as hydrogen from the peripheral portion of the transistor 200.

または、これらの絶縁体に、例えば、酸化アルミニウム、酸化ビスマス、酸化ゲルマニウム、酸化ニオブ、酸化シリコン、酸化チタン、酸化タングステン、酸化イットリウム、酸化ジルコニウムを添加してもよい。またはこれらの絶縁体を窒化処理しても良い。上記の絶縁体に酸化シリコン、酸化窒化シリコンまたは窒化シリコンを積層して用いてもよい。 Alternatively, for example, aluminum oxide, bismuth oxide, germanium oxide, niobium oxide, silicon oxide, titanium oxide, tungsten oxide, yttrium oxide, and zirconium oxide may be added to these insulators. Alternatively, these insulators may be nitrided. Silicon oxide, silicon oxide nitride, or silicon nitride may be laminated on the above insulator.

また、絶縁体220は、熱的に安定していることが好ましい。例えば、酸化シリコンおよび酸化窒化シリコンは、熱的に安定であるため、high−k材料の絶縁体と組み合わせることで、熱的に安定かつ比誘電率の高い積層構造とすることができる。 Further, the insulator 220 is preferably thermally stable. For example, since silicon oxide and silicon oxide nitride are thermally stable, they can be combined with an insulator made of a high-k material to form a laminated structure that is thermally stable and has a high relative permittivity.

なお、絶縁体220、絶縁体222、および絶縁体224が、2層以上の積層構造を有していてもよい。その場合、同じ材料からなる積層構造に限定されず、異なる材料からなる積層構造でもよい。また、トランジスタ200で絶縁体220、絶縁体222、および絶縁体224がゲート絶縁体として機能する構成を示したが、本実施の形態はこれに限られるものではない。例えば、ゲート絶縁体として、絶縁体220、絶縁体222、および絶縁体224のいずれか2層または1層を設ける構成にしてもよい。 The insulator 220, the insulator 222, and the insulator 224 may have a laminated structure of two or more layers. In that case, the laminated structure is not limited to the same material, and may be a laminated structure made of different materials. Further, the transistor 200 shows a configuration in which the insulator 220, the insulator 222, and the insulator 224 function as gate insulators, but the present embodiment is not limited to this. For example, as the gate insulator, any two layers or one layer of the insulator 220, the insulator 222, and the insulator 224 may be provided.

酸化物230は、酸化物230aと、酸化物230a上の酸化物230bと、酸化物230b上の酸化物230cと、を有する。また、酸化物230は、領域231、接合領域232、および領域234を有する。なお、領域231の少なくとも一部は、絶縁体274と接することが好ましい。また、領域231の少なくとも一部は、インジウムなどの金属元素、水素、および窒素の少なくとも一の濃度が領域234よりも大きいことが好ましい。 The oxide 230 has an oxide 230a, an oxide 230b on the oxide 230a, and an oxide 230c on the oxide 230b. The oxide 230 also has a region 231, a junction region 232, and a region 234. It is preferable that at least a part of the region 231 is in contact with the insulator 274. Further, it is preferable that at least a part of the region 231 has a concentration of at least one of a metal element such as indium, hydrogen, and nitrogen higher than that of the region 234.

トランジスタ200をオンさせると、領域231a、または領域231bは、ソース領域、またはドレイン領域として機能する。一方、領域234の少なくとも一部は、チャネルが形成される領域として機能する。 When the transistor 200 is turned on, the region 231a or the region 231b functions as a source region or a drain region. On the other hand, at least a part of the region 234 functions as a region where a channel is formed.

ここで、図10に示すように、酸化物230は、接合領域232を有することが好ましい。当該構成とすることで、トランジスタ200において、オン電流を大きくし、かつ、非導通時のリーク電流(オフ電流)を小さくすることができる。 Here, as shown in FIG. 10, the oxide 230 preferably has a bonding region 232. With this configuration, in the transistor 200, the on-current can be increased and the leakage current (off-current) at the time of non-conduction can be reduced.

また、酸化物230a上に、酸化物230bを有することで、酸化物230aよりも下方に形成された構造物から、酸化物230bに対する不純物の拡散を抑制することができる。また、酸化物230c下に、酸化物230bを有することで、酸化物230cよりも上方に形成された構造物から、酸化物230bに対する不純物の拡散を抑制することができる。 Further, by having the oxide 230b on the oxide 230a, it is possible to suppress the diffusion of impurities with respect to the oxide 230b from the structure formed below the oxide 230a. Further, by having the oxide 230b under the oxide 230c, it is possible to suppress the diffusion of impurities with respect to the oxide 230b from the structure formed above the oxide 230c.

図1に示すように、酸化物230cを有する場合、酸化物230cは、酸化物230aまたは酸化物230bに用いることができる金属酸化物を、用いることができる。 As shown in FIG. 1, when the oxide 230c is contained, the oxide 230c can be a metal oxide that can be used for the oxide 230a or the oxide 230b.

なお、酸化物230cとなる酸化膜は、酸化物230aとなる酸化膜の成膜条件と同様の条件を用いて成膜してもよいし、酸化物230bとなる酸化膜の成膜条件と同様の条件を用いて成膜してもよい。また、これらの条件を組み合わせて成膜してもよい。 The oxide film to be the oxide 230c may be formed under the same conditions as the film forming condition of the oxide film to be the oxide 230a, or may be formed under the same conditions as the film forming condition of the oxide film to be the oxide 230b. The film may be formed using the conditions of. Further, a film may be formed by combining these conditions.

本実施の形態では、酸化物230cとなる酸化膜として、スパッタリング法によって、In:Ga:Zn=1:3:4[原子数比]のターゲットを用いて成膜する。このとき、酸素の割合を70%以上、好ましくは80%以上、より好ましくは100%として、成膜してもよい。 In the present embodiment, as the oxide film to be the oxide 230c, a film is formed by a sputtering method using a target of In: Ga: Zn = 1: 3: 4 [atomic number ratio]. At this time, the film may be formed with the ratio of oxygen set to 70% or more, preferably 80% or more, and more preferably 100%.

なお、上記酸化膜は、成膜条件、および原子数比を適宜選択することで、酸化物230に求める特性に合わせて形成するとよい。 The oxide film may be formed according to the characteristics required for the oxide 230 by appropriately selecting the film forming conditions and the atomic number ratio.

ここで、図1(C)に示すように、チャネル幅方向において、酸化物230cは、酸化物230a、および酸化物230bを覆って設けられることが好ましい。つまり、酸化物230bは、酸化物230a、および酸化物230cにより包囲される。当該構造とすることで、領域234において、チャネルが形成される酸化物230bに不純物が混入することを抑制することができる。 Here, as shown in FIG. 1C, it is preferable that the oxide 230c is provided so as to cover the oxide 230a and the oxide 230b in the channel width direction. That is, the oxide 230b is surrounded by the oxide 230a and the oxide 230c. With this structure, it is possible to prevent impurities from being mixed into the oxide 230b on which the channel is formed in the region 234.

また、酸化物230aおよび酸化物230cを設ける場合、酸化物230aおよび酸化物230cの伝導帯下端のエネルギーが、酸化物230bの伝導帯下端のエネルギーが低い領域における、伝導帯下端のエネルギーより高くなることが好ましい。また、言い換えると、酸化物230aおよび酸化物230cの電子親和力が、酸化物230bの伝導帯下端のエネルギーが低い領域における電子親和力より小さいことが好ましい。 Further, when the oxide 230a and the oxide 230c are provided, the energy at the lower end of the conduction band of the oxide 230a and 230c is higher than the energy at the lower end of the conduction band in the region where the energy at the lower end of the conduction band of the oxide 230b is low. Is preferable. In other words, it is preferable that the electron affinity of the oxide 230a and the oxide 230c is smaller than the electron affinity in the region where the energy at the lower end of the conduction band of the oxide 230b is low.

ここで、酸化物230a、酸化物230b、および酸化物230cにおいて、伝導帯下端のエネルギー準位はなだらかに変化する。換言すると、連続的に変化または連続接合するともいうことができる。このようにするためには、酸化物230aと酸化物230bとの界面、および酸化物230bと酸化物230cとの界面において形成される混合層の欠陥準位密度を低くするとよい。 Here, in the oxide 230a, the oxide 230b, and the oxide 230c, the energy level at the lower end of the conduction band changes gently. In other words, it can also be said to be continuously changing or continuously joining. In order to do so, it is preferable to reduce the defect level density of the mixed layer formed at the interface between the oxide 230a and the oxide 230b and the interface between the oxide 230b and the oxide 230c.

具体的には、酸化物230aと酸化物230b、酸化物230bと酸化物230cが、酸素以外に共通の元素を有する(主成分とする)ことで、欠陥準位密度が低い混合層を形成することができる。例えば、酸化物230bがIn−Ga−Zn酸化物の場合、酸化物230aおよび酸化物230cとして、In−Ga−Zn酸化物、Ga−Zn酸化物、酸化ガリウムなどを用いるとよい。 Specifically, the oxide 230a and the oxide 230b, and the oxide 230b and the oxide 230c have a common element (main component) other than oxygen, so that a mixed layer having a low defect level density is formed. be able to. For example, when the oxide 230b is an In-Ga-Zn oxide, In-Ga-Zn oxide, Ga-Zn oxide, gallium oxide or the like may be used as the oxide 230a and 230c.

このとき、キャリアの主たる経路は酸化物230bに形成されるナローギャップ部分となる。酸化物230aと酸化物230bとの界面、および酸化物230bと酸化物230cとの界面における欠陥準位密度を低くすることができるため、界面散乱によるキャリア伝導への影響が小さく、高いオン電流が得られる。 At this time, the main path of the carrier is the narrow gap portion formed in the oxide 230b. Since the defect level density at the interface between the oxide 230a and the oxide 230b and the interface between the oxide 230b and the oxide 230c can be lowered, the influence of interfacial scattering on carrier conduction is small, and a high on-current is generated. can get.

また、酸化物230の側面と、酸化物230の上面との間に、湾曲面を有する。つまり、側面の端部と上面の端部は、湾曲していることが好ましい(以下、ラウンド状ともいう)。湾曲面は、例えば、酸化物230bの端部において、曲率半径が、3nm以上10nm以下、好ましくは、5nm以上6nm以下とすることが好ましい。 Further, a curved surface is provided between the side surface of the oxide 230 and the upper surface of the oxide 230. That is, it is preferable that the end portion of the side surface and the end portion of the upper surface are curved (hereinafter, also referred to as a round shape). The curved surface preferably has a radius of curvature of 3 nm or more and 10 nm or less, preferably 5 nm or more and 6 nm or less, at the end of the oxide 230b, for example.

酸化物230は、酸化物半導体として機能する金属酸化物(以下、酸化物半導体ともいう)を用いることが好ましい。例えば、領域234となる金属酸化物としては、エネルギーギャップが2eV以上、好ましくは2.5eV以上のものを用いることが好ましい。このように、エネルギーギャップの広い金属酸化物を用いることで、トランジスタのオフ電流を低減することができる。 As the oxide 230, it is preferable to use a metal oxide (hereinafter, also referred to as an oxide semiconductor) that functions as an oxide semiconductor. For example, as the metal oxide in the region 234, it is preferable to use an oxide having an energy gap of 2 eV or more, preferably 2.5 eV or more. As described above, by using the metal oxide having a wide energy gap, the off-current of the transistor can be reduced.

電子親和力または伝導帯下端のエネルギー準位Ecは、図20に示すように、真空準位と価電子帯上端のエネルギーEvとの差であるイオン化ポテンシャルIpと、バンドギャップEgから求めることができる。イオン化ポテンシャルIpは、例えば、紫外線光電子分光分析(UPS:Ultraviolet Photoelectron Spectroscopy)装置を用いて測定することができる。エネルギーギャップEgは、例えば、分光エリプソメータを用いて測定することができる。 As shown in FIG. 20, the electron affinity or the energy level Ec at the lower end of the conduction band can be obtained from the ionization potential Ip, which is the difference between the vacuum level and the energy Ev at the upper end of the valence band, and the bandgap Eg. The ionization potential Ip can be measured using, for example, an ultraviolet photoelectron spectroscopy (UPS) apparatus. The energy gap Eg can be measured using, for example, a spectroscopic ellipsometer.

なお、本明細書等において、窒素を有する金属酸化物も金属酸化物(metal oxide)と総称する場合がある。また、窒素を有する金属酸化物を、金属酸窒化物(metal oxynitride)と呼称してもよい。 In addition, in this specification and the like, a metal oxide having nitrogen may also be generically referred to as a metal oxide. Further, a metal oxide having nitrogen may be referred to as a metal oxynitride.

酸化物半導体を用いたトランジスタは、非導通状態において極めてリーク電流が小さいため、低消費電力の半導体装置が提供できる。また、酸化物半導体は、スパッタリング法などを用いて成膜できるため、高集積型の半導体装置を構成するトランジスタに用いることができる。 A transistor using an oxide semiconductor has an extremely small leakage current in a non-conducting state, so that a semiconductor device having low power consumption can be provided. Further, since the oxide semiconductor can be formed into a film by using a sputtering method or the like, it can be used for a transistor constituting a highly integrated semiconductor device.

例えば、酸化物230として、In−M−Zn酸化物(元素Mは、アルミニウム、ガリウム、イットリウム、銅、バナジウム、ベリリウム、ホウ素、シリコン、チタン、鉄、ニッケル、ゲルマニウム、ジルコニウム、モリブデン、ランタン、セリウム、ネオジム、ハフニウム、タンタル、タングステン、またはマグネシウムなどから選ばれた一種、または複数種)等の金属酸化物を用いるとよい。また、酸化物230として、In−Ga酸化物、In−Zn酸化物を用いてもよい。 For example, as oxide 230, In-M-Zn oxide (element M is aluminum, gallium, yttrium, copper, vanadium, beryllium, boron, silicon, titanium, iron, nickel, germanium, zirconium, molybdenum, lantern, cerium). , Neodymium, hafnium, tantalum, tungsten, gallium, etc. (one or more) and the like may be used. Further, as the oxide 230, an In—Ga oxide or an In—Zn oxide may be used.

ここで、酸化物230の領域234にについて説明する。 Here, the region 234 of the oxide 230 will be described.

領域234は、各金属原子の原子数比が異なる酸化物により、積層構造を有することが好ましい。具体的には、酸化物230a、および酸化物230bの積層構造を有する場合、酸化物230aに用いる金属酸化物において、構成元素中の元素Mの原子数比が、酸化物230bに用いる金属酸化物における、構成元素中の元素Mの原子数比より、大きいことが好ましい。また、酸化物230aに用いる金属酸化物において、Inに対する元素Mの原子数比が、酸化物230bに用いる金属酸化物における、Inに対する元素Mの原子数比より大きいことが好ましい。また、酸化物230bに用いる金属酸化物において、元素Mに対するInの原子数比が、酸化物230aに用いる金属酸化物における、元素Mに対するInの原子数比より大きいことが好ましい。また、酸化物230cは、酸化物230aまたは酸化物230bに用いることができる金属酸化物を、用いることができる。 Region 234 preferably has a laminated structure due to oxides having different atomic number ratios of each metal atom. Specifically, when the oxide 230a and the oxide 230b have a laminated structure, the atomic number ratio of the element M in the constituent elements of the metal oxide used for the oxide 230a is the metal oxide used for the oxide 230b. It is preferable that it is larger than the atomic number ratio of the element M in the constituent elements. Further, in the metal oxide used for the oxide 230a, the atomic number ratio of the element M to In is preferably larger than the atomic number ratio of the element M to In in the metal oxide used for the oxide 230b. Further, in the metal oxide used for the oxide 230b, the atomic number ratio of In to the element M is preferably larger than the atomic number ratio of In to the element M in the metal oxide used for the oxide 230a. Further, as the oxide 230c, a metal oxide that can be used for the oxide 230a or the oxide 230b can be used.

続いて、酸化物230の領域231、および接合領域232について説明する。 Subsequently, the region 231 of the oxide 230 and the bonding region 232 will be described.

領域231、および接合領域232は、酸化物230として設けられた金属酸化物に、インジウムなどの金属原子、または不純物を添加し、低抵抗した領域である。なお、各領域は、少なくとも、領域234における酸化物230bよりも、導電性が高い。なお、領域231、および接合領域232に、不純物を添加するために、例えば、プラズマ処理、イオン化された原料ガスを質量分離して添加するイオン注入法、イオン化された原料ガスを質量分離せずに添加する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て、インジウムなどの金属元素、および不純物の少なくとも一であるドーパントを添加すればよい。 The region 231 and the bonding region 232 are regions in which a metal atom such as indium or an impurity is added to the metal oxide provided as the oxide 230 to reduce resistance. It should be noted that each region has at least higher conductivity than the oxide 230b in the region 234. In order to add impurities to the region 231 and the junction region 232, for example, plasma treatment, an ion implantation method in which ionized raw material gas is added by mass separation, and ionized raw material gas without mass separation. A metal element such as indium and a dopant which is at least one of impurities may be added by using an ion implantation method, a plasma implantation ion implantation method, or the like to be added.

つまり、領域231、および接合領域232において、酸化物230のインジウムなどの金属原子の含有率を高くすることで、電子移動度を高くし、低抵抗化を図ることができる。 That is, by increasing the content of metal atoms such as indium in the oxide 230 in the region 231 and the bonding region 232, the electron mobility can be increased and the resistance can be reduced.

または、酸化物230に接して、不純物となる元素を含む絶縁体274を成膜することで、領域231、および接合領域232に、不純物を添加することができる。 Alternatively, impurities can be added to the region 231 and the bonding region 232 by forming an insulator 274 containing an element that becomes an impurity in contact with the oxide 230.

つまり、領域231、および接合領域232は、酸素欠損を形成する元素、または酸素欠損に捕獲される元素を添加されることで低抵抗化される。このような元素としては、代表的には水素、ホウ素、炭素、窒素、フッ素、リン、硫黄、塩素、チタン、希ガス等が挙げられる。また、希ガス元素の代表例としては、ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、及びキセノン等がある。よって、領域231、および接合領域232は、上記元素の一つまたは複数を含む構成にすればよい。 That is, the region 231 and the junction region 232 are reduced in resistance by adding an element that forms an oxygen deficiency or an element that is captured by the oxygen deficiency. Typical examples of such elements include hydrogen, boron, carbon, nitrogen, fluorine, phosphorus, sulfur, chlorine, titanium, and rare gases. Typical examples of noble gas elements include helium, neon, argon, krypton, xenon and the like. Therefore, the region 231 and the bonding region 232 may be configured to contain one or more of the above elements.

例えば、絶縁体274として、領域231、および接合領域232に含まれる酸素を引き抜き、吸収する膜を用いてもよい。酸素が引き抜かれると、領域231、および接合領域232には酸素欠損が生じる。酸素欠損に水素、ホウ素、炭素、窒素、フッ素、リン、硫黄、塩素、チタン、希ガス等が捕獲されることにより、領域231、および接合領域232は低抵抗化する。 For example, as the insulator 274, a film that extracts and absorbs oxygen contained in the region 231 and the bonding region 232 may be used. When oxygen is withdrawn, oxygen deficiency occurs in the region 231 and the junction region 232. The regions 231 and the junction region 232 have low resistance due to the capture of hydrogen, boron, carbon, nitrogen, fluorine, phosphorus, sulfur, chlorine, titanium, rare gas, etc. in the oxygen deficiency.

また、トランジスタ200において、接合領域232を設けることで、ソース領域およびドレイン領域として機能する領域231と、チャネルが形成される領域234との間に高抵抗領域が形成されないため、トランジスタのオン電流、および移動度を大きくすることができる。また、接合領域232を有することで、チャネル長方向において、ソース領域およびドレイン領域と、ゲートとが重ならないため、不要な容量が形成されるのを抑制することができる。また、接合領域232有することで、非導通時のリーク電流を小さくすることができる。 Further, in the transistor 200, by providing the junction region 232, a high resistance region is not formed between the region 231 that functions as the source region and the drain region and the region 234 in which the channel is formed. And the mobility can be increased. Further, by having the junction region 232, since the source region and the drain region and the gate do not overlap in the channel length direction, it is possible to suppress the formation of unnecessary capacitance. Further, by having the junction region 232, the leakage current at the time of non-conduction can be reduced.

従って、接合領域232の範囲を適宜選択することにより、回路設計に合わせて、要求に見合う電気特性を有するトランジスタを容易に提供することができる。 Therefore, by appropriately selecting the range of the junction region 232, it is possible to easily provide a transistor having electrical characteristics that meets the requirements according to the circuit design.

絶縁体250は、ゲート絶縁膜として機能する。絶縁体250は、酸化物230cの上面に接して配置することが好ましい。絶縁体250は、加熱により酸素が放出される絶縁体を用いて形成することが好ましい。例えば、昇温脱離ガス分光法分析(TDS分析)にて、酸素原子に換算しての酸素の脱離量が1.0×1018atoms/cm以上、好ましくは3.0×1020atoms/cm以上である酸化物膜である。なお、上記TDS分析時における膜の表面温度としては100℃以上700℃以下、または100℃以上500℃以下の範囲が好ましい。 The insulator 250 functions as a gate insulating film. The insulator 250 is preferably arranged in contact with the upper surface of the oxide 230c. The insulator 250 is preferably formed by using an insulator in which oxygen is released by heating. For example, in a heated desorption gas spectroscopy analysis (TDS analysis), the amount of oxygen desorbed in terms of oxygen atoms is 1.0 × 10 18 atoms / cm 3 or more, preferably 3.0 × 10 20. It is an oxide film having atoms / cm 3 or more. The surface temperature of the film during the TDS analysis is preferably in the range of 100 ° C. or higher and 700 ° C. or lower, or 100 ° C. or higher and 500 ° C. or lower.

加熱により酸素が放出される絶縁体を、絶縁体250として、酸化物230cの上面に接して設けることにより、酸化物230bの領域234に効果的に酸素を供給することができる。また、絶縁体224と同様に、絶縁体250中の水または水素などの不純物濃度が低減されていることが好ましい。絶縁体250の膜厚は、1nm以上20nm以下とするのが好ましい。 By providing an insulator that releases oxygen by heating as the insulator 250 in contact with the upper surface of the oxide 230c, oxygen can be effectively supplied to the region 234 of the oxide 230b. Further, similarly to the insulator 224, it is preferable that the concentration of impurities such as water or hydrogen in the insulator 250 is reduced. The film thickness of the insulator 250 is preferably 1 nm or more and 20 nm or less.

第1のゲート電極として機能する導電体260は、導電体260a、および導電体260a上の導電体260bを有する。導電体260aは、導電性酸化物を用いることが好ましい。例えば、酸化物230aまたは酸化物230bとして用いることができる金属酸化物を用いることができる。特に、In−Ga−Zn系酸化物のうち、導電性が高い、金属の原子数比が[In]:[Ga]:[Zn]=4:2:3から4.1、およびその近傍値のものを用いることが好ましい。このような導電体260aを設けることで、導電体260bへの酸素の透過を抑制し、酸化によって導電体260bの電気抵抗値が増加することを防ぐことができる。 The conductor 260 that functions as the first gate electrode has a conductor 260a and a conductor 260b on the conductor 260a. It is preferable to use a conductive oxide for the conductor 260a. For example, a metal oxide that can be used as the oxide 230a or the oxide 230b can be used. In particular, among In-Ga-Zn-based oxides, the atomic number ratio of the metal having high conductivity is [In]: [Ga]: [Zn] = 4: 2: 3 to 4.1, or a value close thereto. It is preferable to use one. By providing such a conductor 260a, it is possible to suppress the permeation of oxygen into the conductor 260b and prevent the electric resistance value of the conductor 260b from increasing due to oxidation.

また、上記導電性酸化物を、スパッタリング法を用いて成膜することで、絶縁体250に酸素を添加し、酸化物230bに酸素を供給することが可能となる。これにより、酸化物230の領域234の酸素欠損を低減することができる。 Further, by forming the conductive oxide into a film by using a sputtering method, oxygen can be added to the insulator 250 and oxygen can be supplied to the oxide 230b. Thereby, the oxygen deficiency in the region 234 of the oxide 230 can be reduced.

導電体260bは、導電体260aに窒素などの不純物を添加して導電体260aの導電性を向上できる導電体を用いてもよい。例えば導電体260bは、窒化チタンなどを用いることが好ましい。また、導電体260bとしては、例えば、上述の窒化チタンなどと、導電性が高いタングステンなどと、の積層構造を用いることができる。 As the conductor 260b, a conductor capable of improving the conductivity of the conductor 260a by adding an impurity such as nitrogen to the conductor 260a may be used. For example, it is preferable to use titanium nitride or the like for the conductor 260b. Further, as the conductor 260b, for example, a laminated structure of the above-mentioned titanium nitride or the like and tungsten having high conductivity or the like can be used.

また、図1(C)に示すように、導電体205が、酸化物230のチャネル幅方向と交わる端部よりも外側の領域において、延伸している場合、導電体260は、該領域において、絶縁体250を介して、重畳していることが好ましい。つまり、酸化物230の側面の外側において、導電体205と、絶縁体250と、導電体260とは、積層構造を形成することが好ましい。 Further, as shown in FIG. 1C, when the conductor 205 is stretched in a region outside the end portion intersecting the channel width direction of the oxide 230, the conductor 260 is in the region. It is preferable that they are superimposed via the insulator 250. That is, it is preferable that the conductor 205, the insulator 250, and the conductor 260 form a laminated structure on the outside of the side surface of the oxide 230.

上記構成を有することで、導電体260、および導電体205に電位を印加した場合、導電体260から生じる電界と、導電体205から生じる電界と、がつながることで、閉回路を形成し、酸化物230に形成されるチャネル形成領域を覆うことができる。 With the above configuration, when a potential is applied to the conductor 260 and the conductor 205, the electric field generated from the conductor 260 and the electric field generated from the conductor 205 are connected to form a closed circuit and oxidize. The channel forming region formed on the object 230 can be covered.

つまり、第1のゲート電極としての機能を有する導電体260の電界と、第2のゲート電極としての機能を有する導電体205の電界によって、領域234のチャネル形成領域を電気的に取り囲むことができる。 That is, the channel forming region of the region 234 can be electrically surrounded by the electric field of the conductor 260 having the function of the first gate electrode and the electric field of the conductor 205 having the function of the second gate electrode. ..

また、導電体260bの上に、バリア膜として機能する絶縁体270を配置してもよい。絶縁体270は、水または水素などの不純物、および酸素の透過を抑制する機能を有する絶縁性材料を用いるとよい。例えば、アルミニウム及びハフニウムの一方または双方の酸化物を含む絶縁体を用いることができる。アルミニウム及びハフニウムの一方または双方の酸化物を含む絶縁体として、酸化アルミニウム、酸化ハフニウム、アルミニウムおよびハフニウムを含む酸化物(ハフニウムアルミネート)などを用いることが好ましいこれにより、導電体260の酸化を防ぐことができる。また、導電体260および絶縁体250を介して、水または水素などの不純物が酸化物230に混入することを防ぐことができる。 Further, an insulator 270 that functions as a barrier membrane may be arranged on the conductor 260b. As the insulator 270, it is preferable to use an insulating material having a function of suppressing the permeation of impurities such as water and hydrogen and oxygen. For example, an insulator containing an oxide of one or both of aluminum and hafnium can be used. It is preferable to use aluminum oxide, hafnium oxide, an oxide containing aluminum and hafnium (hafnium aluminate), or the like as an insulator containing one or both oxides of aluminum and hafnium, thereby preventing oxidation of the conductor 260. be able to. Further, it is possible to prevent impurities such as water and hydrogen from being mixed into the oxide 230 through the conductor 260 and the insulator 250.

また、絶縁体270上に、ハードマスクとして機能する絶縁体271を配置することが好ましい。絶縁体271を設けることで、導電体260の加工の際、導電体260の側面が略垂直、具体的には、導電体260の側面と基板表面のなす角を、75度以上100度以下、好ましくは80度以上95度以下とすることができる。導電体をこのような形状に加工することで、次に形成する絶縁体272を所望の形状に形成することができる。 Further, it is preferable to arrange the insulator 271 that functions as a hard mask on the insulator 270. By providing the insulator 271, when processing the conductor 260, the side surface of the conductor 260 is substantially vertical, specifically, the angle formed by the side surface of the conductor 260 and the surface of the substrate is 75 degrees or more and 100 degrees or less. It can be preferably 80 degrees or more and 95 degrees or less. By processing the conductor into such a shape, the insulator 272 to be formed next can be formed into a desired shape.

また、バリア膜として機能する絶縁体272を、導電体260および絶縁体270の側面に接して設ける。 Further, an insulator 272 that functions as a barrier film is provided in contact with the side surfaces of the conductor 260 and the insulator 270.

ここで、絶縁体272は、水または水素などの不純物、および酸素の透過を抑制する機能を有する絶縁性材料を用いるとよい。例えば、アルミニウム及びハフニウムの一方または双方の酸化物を含む絶縁体を用いることができる。アルミニウム及びハフニウムの一方または双方の酸化物を含む絶縁体として、酸化アルミニウム、酸化ハフニウム、アルミニウムおよびハフニウムを含む酸化物(ハフニウムアルミネート)などを用いることが好ましいこれにより、絶縁体250中の酸素が外部に拡散することを防ぐことができる。また、絶縁体250の端部などから酸化物230に水素、水などの不純物が混入するのを抑制することができる。 Here, as the insulator 272, it is preferable to use an insulating material having a function of suppressing the permeation of impurities such as water and hydrogen and oxygen. For example, an insulator containing an oxide of one or both of aluminum and hafnium can be used. As the insulator containing one or both oxides of aluminum and hafnium, it is preferable to use aluminum oxide, hafnium oxide, an oxide containing aluminum and hafnium (hafnium aluminate), and the like, whereby oxygen in the insulator 250 is removed. It can be prevented from spreading to the outside. Further, it is possible to prevent impurities such as hydrogen and water from being mixed into the oxide 230 from the end portion of the insulator 250.

絶縁体272を設けることで、水または水素などの不純物、および酸素の透過を抑制する機能を有する絶縁体で導電体260の上面と側面を覆うことができる。これにより、導電体260を介して、水または水素などの不純物が酸化物230に混入することを防ぐことができる。従って、絶縁体272は、ゲート電極およびゲート絶縁膜の側面を保護するサイドバリアとして機能を有する。 By providing the insulator 272, the upper surface and the side surface of the conductor 260 can be covered with an insulator having a function of suppressing the permeation of impurities such as water and hydrogen and oxygen. This makes it possible to prevent impurities such as water and hydrogen from being mixed into the oxide 230 via the conductor 260. Therefore, the insulator 272 functions as a side barrier that protects the gate electrode and the side surface of the gate insulating film.

また、トランジスタが微細化され、チャネル長が10nm以上30nm以下程度に形成されている場合、トランジスタ200の周辺に設けられる構造体に含まれる不純物元素が拡散し、領域231aと、領域231b、あるいは、接合領域232aと接合領域232bと、が電気的に導通する恐れがある。 Further, when the transistor is miniaturized and the channel length is formed to be about 10 nm or more and 30 nm or less, the impurity elements contained in the structure provided around the transistor 200 are diffused, and the region 231a, the region 231b, or the region 231b or The joining region 232a and the joining region 232b may be electrically conductive.

そこで、本実施の形態に示すように、絶縁体272を形成することにより、導電体260に水素、水などの不純物が混入するのを抑制することができる。従って、第1のゲート電圧が0Vのときに、ソース領域とドレイン領域が直接、あるいは接合領域232などを介して電気的に導通することを防ぐことができる。 Therefore, as shown in the present embodiment, by forming the insulator 272, it is possible to prevent impurities such as hydrogen and water from being mixed into the conductor 260. Therefore, when the first gate voltage is 0 V, it is possible to prevent the source region and the drain region from being electrically conducted directly or through the junction region 232 and the like.

絶縁体274は、少なくとも酸化物230および絶縁体272と接する領域を有する。特に、絶縁体274は、酸化物230の領域231に接する領域を有することが好ましい。 The insulator 274 has at least a region in contact with the oxide 230 and the insulator 272. In particular, the insulator 274 preferably has a region in contact with the region 231 of the oxide 230.

また、絶縁体274は酸素の透過を抑制する機能を有する絶縁性材料を用いることが好ましい。例えば、絶縁体274として、窒化シリコン、窒化酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化アルミニウム、窒化酸化アルミニウムなどを用いることが好ましい。このような絶縁体274を形成することで、絶縁体274を透過して酸素が混入し、領域231aおよび領域231bの酸素欠損に酸素を供給して、キャリア密度が低下するのを防ぐことができる。 Further, it is preferable to use an insulating material having a function of suppressing the permeation of oxygen for the insulator 274. For example, as the insulator 274, it is preferable to use silicon nitride, silicon nitride oxide, silicon nitride nitride, aluminum nitride, aluminum nitride or the like. By forming such an insulator 274, it is possible to prevent oxygen from being mixed through the insulator 274 and supplying oxygen to the oxygen deficiency in the regions 231a and 231b to reduce the carrier density. ..

なお、絶縁体274を成膜することにより、領域231、および接合領域232を設ける場合、絶縁体274は、水素および窒素の少なくとも一方を有することが好ましい。水素、または窒素などの不純物を有する絶縁体を絶縁体274に用いることで、水素または窒素などの不純物を酸化物230に添加して、酸化物230において、領域231、および接合領域232を形成することができる。 When the region 231 and the bonding region 232 are provided by forming the insulator 274, the insulator 274 preferably has at least one of hydrogen and nitrogen. By using an insulator having impurities such as hydrogen or nitrogen in the insulator 274, impurities such as hydrogen or nitrogen are added to the oxide 230 to form a region 231 and a bonding region 232 in the oxide 230. be able to.

絶縁体274の上に、層間膜として機能する絶縁体280を設けることが好ましい。絶縁体280は、絶縁体224などと同様に、膜中の水または水素などの不純物濃度が低減されていることが好ましい。 It is preferable to provide an insulator 280 that functions as an interlayer film on the insulator 274. Like the insulator 224, the insulator 280 preferably has a reduced concentration of impurities such as water or hydrogen in the film.

本発明の一態様であるトランジスタ200の構成は、第1のゲート電極である導電体260と、ソース領域またはドレイン領域を有する酸化物230と、の間のリーク電流を低減する構成となっている。 The configuration of the transistor 200, which is one aspect of the present invention, is such that the leakage current between the conductor 260, which is the first gate electrode, and the oxide 230, which has a source region or a drain region, is reduced. ..

図1(B)における破線で囲む、導電体260の側面および絶縁体250の側面近傍の領域238の拡大図を図11に示す。図11(A)に、本発明の一態様であるトランジスタ200の構成を示す。また、図11(B)に、トランジスタ200と異なる構成のトランジスタの一例を示す。 FIG. 11 shows an enlarged view of the side surface of the conductor 260 and the region 238 near the side surface of the insulator 250 surrounded by the broken line in FIG. 1 (B). FIG. 11A shows the configuration of the transistor 200, which is one aspect of the present invention. Further, FIG. 11B shows an example of a transistor having a configuration different from that of the transistor 200.

図11(A)に示すように、トランジスタ200は、導電体260と、絶縁体250と、が重ならない領域250Wを有する。一方、図11(B)に示すトランジスタ200と異なる構成のトランジスタは、領域250Wを有さず、導電体260の側面と、絶縁体250の側面とが、略一致する構成となっている。言いかえると、導電体260の側面と、絶縁体250の側面とが、略面一となっている。 As shown in FIG. 11A, the transistor 200 has a region 250W in which the conductor 260 and the insulator 250 do not overlap. On the other hand, the transistor having a configuration different from that of the transistor 200 shown in FIG. 11B does not have a region 250W, and the side surface of the conductor 260 and the side surface of the insulator 250 substantially coincide with each other. In other words, the side surface of the conductor 260 and the side surface of the insulator 250 are substantially flush with each other.

これは、導電体260の形成と、絶縁体250の形成と、を一括に形成するとこの様な構成となることがある。この様な構成とすることで、ゲート電極としての機能を有する導電体260と、酸化物230のソース領域またはドレイン領域としての機能を有する領域231との間に絶縁体250の側面および酸化物230cおよび接合領域232を介して、電流が流れることがある。(リーク電流と呼ぶ。)。 This may be such a configuration when the formation of the conductor 260 and the formation of the insulator 250 are collectively formed. With such a configuration, the side surface of the insulator 250 and the oxide 230c are located between the conductor 260 having a function as a gate electrode and the region 231 having a function as a source region or a drain region of the oxide 230. And current may flow through the junction region 232. (Called leak current.).

これは、ドライエッチング法によって、導電体260の形成と、絶縁体250の形成と、を一括に形成する場合、当該ドライエッチング中に生ずるエッチング生成物が、導電体260の側面および絶縁体250の側面に付着する場合がある。図11(A)中および図11(B)中に点線の枠で示す領域近傍に該エッチング生成物が付着する場合がある。 This is because when the conductor 260 and the insulator 250 are formed at the same time by the dry etching method, the etching product generated during the dry etching is the side surface of the conductor 260 and the insulator 250. May adhere to the sides. The etching product may adhere to the vicinity of the region indicated by the dotted frame in FIGS. 11 (A) and 11 (B).

例えば、フッ素または塩素を含むガスを用いて導電体260となる導電膜をエッチングする場合、フッ素または塩素およびエッチングマスクとしてのフォトレジストの成分の一部である炭素および導電膜の一部を含むエッチング生成物が付着する場合がある。該エッチング生成物は、上述のように導電膜の一部およびフォトレジストの成分の一部である炭素を含むために導電性を有する場合がある。 For example, when etching a conductive film to be a conductor 260 using a gas containing fluorine or chlorine, etching containing fluorine or chlorine and carbon and a part of the conductive film which are a part of a photoresist component as an etching mask. Products may adhere. The etching product may be conductive because it contains carbon, which is part of the conductive film and part of the photoresist component, as described above.

該エッチング生成物は、図11(A)中および図11(B)中に点線の枠で示す近傍に付着するが、基板の底面と平行な面、例えば、領域250Wの面には付着しにくい。これは、ドライエッチング中の電界の方向が、領域250Wの面と垂直となる為であり、この電界の方向にエッチングが進行するので、基板の底面と平行な面、例えば、領域250Wの面にはエッチング生成物が堆積しにくい。一方、図11(A)中および図11(B)中に点線の枠で示す近傍は、ドライエッチング中の電界の方向と略平行であるので、エッチングの進行がほとんどないために図11(A)中および図11(B)中に点線の枠で示す近傍にエッチング生成物が堆積しやすい。 The etching product adheres to the vicinity indicated by the dotted frame in FIGS. 11 (A) and 11 (B), but is unlikely to adhere to a surface parallel to the bottom surface of the substrate, for example, a surface of region 250 W. .. This is because the direction of the electric field during dry etching is perpendicular to the surface of the region 250W, and since the etching proceeds in the direction of this electric field, the surface parallel to the bottom surface of the substrate, for example, the surface of the region 250W Etching products are less likely to accumulate. On the other hand, since the neighborhoods shown by the dotted lines in FIGS. 11 (A) and 11 (B) are substantially parallel to the direction of the electric field during dry etching, there is almost no progress of etching, so FIG. 11 (A) ) And in the vicinity shown by the dotted frame in FIG. 11 (B), etching products are likely to be deposited.

該生成物は、導電体260および絶縁体250の形成後の洗浄処理によって除去することは可能であるが、完全に除去することができない場合があり、わずかに残った生成物によってもリーク電流の経路となることがある。以上により、導電体260の側面および絶縁体250の側面に付着するエッチング生成物がリーク電流の経路となる。図11(A)および(B)中にリーク電流の経路260Lを矢印付きの直線で示す。 The product can be removed by a cleaning process after the formation of the conductor 260 and the insulator 250, but it may not be completely removed, and even a small amount of the remaining product may cause leakage current. It may be a route. As described above, the etching product adhering to the side surface of the conductor 260 and the side surface of the insulator 250 serves as a path for the leak current. In FIGS. 11A and 11B, the leakage current path 260L is shown by a straight line with an arrow.

このようなリーク電流の経路を有するトランジスタは、例えば、ゲート電極としての機能を有する導電体260と、ソース領域またはドレイン領域と、の間に電位差が生じた際にリーク電流が流れてしまう。従って、該トランジスタを有する半導体装置の正常な動作を妨げる可能性がある。例えば、記憶装置においては、該リーク電流によって、メモリの長期保持ができなくなる可能性がある。 In a transistor having such a leak current path, for example, a leak current flows when a potential difference occurs between a conductor 260 having a function as a gate electrode and a source region or a drain region. Therefore, it may interfere with the normal operation of the semiconductor device having the transistor. For example, in a storage device, the leak current may make it impossible to retain the memory for a long period of time.

そこで、図11(A)に示す、本発明の一態様であるトランジスタ200は、導電体260と、絶縁体250と、が重ならない領域250Wを有することで、リーク電流の経路を遮断することができる。上述のように、領域250Wには、エッチング生成物が堆積しにくい。当該構成とするには、導電体260の形成と、絶縁体250の形成と、を一括に形成しなければよく、導電体260の形成のみ行えばよい。絶縁体250の形成は、後の工程である絶縁体272の形成時に一括して行えばよい。工程数および加工に用いるマスク数については、導電体260の形成と、絶縁体250の形成と、を一括に形成した場合と同じである。また、このような形成方法とすることで、導電体260と接しない領域である領域250Wの絶縁体250の膜厚は、導電体260と接する領域の絶縁体250の膜厚よりも薄くなる場合がある。 Therefore, the transistor 200 according to one aspect of the present invention shown in FIG. 11A has a region 250W in which the conductor 260 and the insulator 250 do not overlap, thereby blocking the leakage current path. can. As described above, the etching product is unlikely to be deposited in the region 250W. In order to make this configuration, it is not necessary to form the conductor 260 and the insulator 250 at once, and only the conductor 260 needs to be formed. The insulator 250 may be formed collectively at the time of forming the insulator 272, which is a later step. The number of steps and the number of masks used for processing are the same as in the case where the conductor 260 and the insulator 250 are formed at once. Further, by adopting such a forming method, the film thickness of the insulator 250 in the region 250W that is not in contact with the conductor 260 is thinner than the film thickness of the insulator 250 in the region that is in contact with the conductor 260. There is.

トランジスタ200を有する半導体装置を以上のような構成とすることで、トランジスタ200のゲート電極と、ソース領域およびドレイン領域とのリーク電流を低減することができるので、高性能で、かつ高い信頼性のトランジスタを有する半導体装置とすることができる。 By configuring the semiconductor device having the transistor 200 as described above, the leakage current between the gate electrode of the transistor 200 and the source region and the drain region can be reduced, so that the semiconductor device has high performance and high reliability. It can be a semiconductor device having a transistor.

<半導体装置の構成例2>
図2(A)、図2(B)、および図2(C)は、本発明の一態様に係るトランジスタ200a、およびトランジスタ200a周辺の上面図および断面図である。
<Semiconductor device configuration example 2>
2 (A), 2 (B), and 2 (C) are a top view and a cross-sectional view of the transistor 200a and the periphery of the transistor 200a according to one aspect of the present invention.

図2(A)は、トランジスタ200aを有する半導体装置の上面図である。また、図2(B)、および図2(C)は該半導体装置の断面図である。ここで、図2(B)は、図2(A)にA1−A2の一点鎖線で示す部位の断面図であり、トランジスタ200aのチャネル長方向の断面図でもある。また、図2(C)は、図2(A)にA3−A4の一点鎖線で示す部位の断面図であり、トランジスタ200aのチャネル幅方向の断面図でもある。図2(A)の上面図では、図の明瞭化のために一部の要素を省いて図示している。 FIG. 2A is a top view of the semiconductor device having the transistor 200a. 2 (B) and 2 (C) are cross-sectional views of the semiconductor device. Here, FIG. 2B is a cross-sectional view of the portion shown by the alternate long and short dash line of A1-A2 in FIG. 2A, and is also a cross-sectional view of the transistor 200a in the channel length direction. Further, FIG. 2C is a cross-sectional view of the portion shown by the alternate long and short dash line of A3-A4 in FIG. 2A, and is also a cross-sectional view of the transistor 200a in the channel width direction. In the top view of FIG. 2A, some elements are omitted for the sake of clarity.

[トランジスタ200a]
図2に示すように、トランジスタ200aは、基板(図示せず)の上に配置された絶縁体214および絶縁体216と、絶縁体214および絶縁体216に埋め込まれるように配置された導電体205と、絶縁体216と導電体205の上に配置された絶縁体220と、絶縁体220の上に配置された絶縁体222と、絶縁体222の上に配置された絶縁体224と、絶縁体224の上に配置された酸化物230と、酸化物230の上に配置された絶縁体250と、絶縁体250の上に配置された導電体260と、導電体260の上に配置された絶縁体270、および絶縁体271と、導電体260の側面に接して配置された絶縁体272と、酸化物230cの側面、絶縁体250の側面および絶縁体272の側面に接して配置された絶縁体273と、少なくとも酸化物230の上面、絶縁体273の側面および絶縁体271の上面と接して配置された絶縁体274と、を有する。
[Transistor 200a]
As shown in FIG. 2, the transistor 200a includes an insulator 214 and an insulator 216 arranged on a substrate (not shown) and a conductor 205 arranged so as to be embedded in the insulator 214 and the insulator 216. And an insulator 220 arranged on the insulator 216 and the insulator 205, an insulator 222 arranged on the insulator 220, an insulator 224 arranged on the insulator 222, and an insulator. The oxide 230 placed on the 224, the insulator 250 placed on the oxide 230, the conductor 260 placed on the insulator 250, and the insulation placed on the conductor 260. The body 270, the insulator 271, the insulator 272 arranged in contact with the side surface of the conductor 260, and the insulator arranged in contact with the side surface of the oxide 230c, the side surface of the insulator 250, and the side surface of the insulator 272. It has at least an insulator 274 arranged in contact with the upper surface of the oxide 230, the side surface of the insulator 273, and the upper surface of the insulator 271.

トランジスタ200aは、上述のように、酸化物230cの側面、絶縁体250の側面および絶縁体272の側面に接して配置された絶縁体273を有するところが、図1に示す、トランジスタ200と構成が異なる。 As described above, the transistor 200a has an insulator 273 arranged in contact with the side surface of the oxide 230c, the side surface of the insulator 250, and the side surface of the insulator 272, but the configuration is different from that of the transistor 200 shown in FIG. ..

トランジスタ200aは、絶縁体250の側面と接して、絶縁体273が設けられている。例えば、絶縁体273として、酸素(例えば、酸素原子、酸素分子など)の少なくとも一の拡散を抑制する機能を有する(上記酸素が透過しにくい)ことが好ましい。絶縁体273が、酸素の拡散を抑制する機能を有することで、過剰酸素領域の酸素は絶縁体274側へ拡散することなく、効率よく領域234へ供給される。従って、酸化物230と、絶縁体250との界面における酸素欠損の形成が抑制され、トランジスタ200aの信頼性をより向上させることができる。その他の構成および効果は、図1に示す、トランジスタ200を有する半導体装置の構成例1の記載を参酌する。 The transistor 200a is in contact with the side surface of the insulator 250, and the insulator 273 is provided. For example, it is preferable that the insulator 273 has a function of suppressing the diffusion of at least one oxygen (for example, oxygen atom, oxygen molecule, etc.) (the oxygen is difficult to permeate). Since the insulator 273 has a function of suppressing the diffusion of oxygen, oxygen in the excess oxygen region is efficiently supplied to the region 234 without diffusing to the insulator 274 side. Therefore, the formation of oxygen deficiency at the interface between the oxide 230 and the insulator 250 is suppressed, and the reliability of the transistor 200a can be further improved. For other configurations and effects, the description of the configuration example 1 of the semiconductor device having the transistor 200 shown in FIG. 1 is taken into consideration.

<半導体装置の構成例3>
図3(A)、図3(B)、および図3(C)は、本発明の一態様に係るトランジスタ200b、およびトランジスタ200b周辺の上面図および断面図である。
<Semiconductor device configuration example 3>
3 (A), 3 (B), and 3 (C) are a top view and a cross-sectional view of the transistor 200b and the periphery of the transistor 200b according to one aspect of the present invention.

図3(A)は、トランジスタ200bを有する半導体装置の上面図である。また、図3(B)、および図3(C)は該半導体装置の断面図である。ここで、図3(B)は、図3(A)にA1−A2の一点鎖線で示す部位の断面図であり、トランジスタ200bのチャネル長方向の断面図でもある。また、図3(C)は、図3(A)にA3−A4の一点鎖線で示す部位の断面図であり、トランジスタ200bのチャネル幅方向の断面図でもある。図3(A)の上面図では、図の明瞭化のために一部の要素を省いて図示している。 FIG. 3A is a top view of the semiconductor device having the transistor 200b. 3 (B) and 3 (C) are cross-sectional views of the semiconductor device. Here, FIG. 3B is a cross-sectional view of the portion shown by the alternate long and short dash line of A1-A2 in FIG. 3A, and is also a cross-sectional view of the transistor 200b in the channel length direction. Further, FIG. 3C is a cross-sectional view of the portion shown by the alternate long and short dash line of A3-A4 in FIG. 3A, and is also a cross-sectional view of the transistor 200b in the channel width direction. In the top view of FIG. 3A, some elements are omitted for the sake of clarity.

[トランジスタ200b]
図3に示すように、トランジスタ200bは、基板(図示せず)の上に配置された絶縁体214および絶縁体216と、絶縁体214および絶縁体216に埋め込まれるように配置された導電体205と、絶縁体216と導電体205の上に配置された絶縁体220と、絶縁体220の上に配置された絶縁体222と、絶縁体222の上に配置された絶縁体224と、絶縁体224の上に配置された酸化物230と、酸化物230の上に配置された絶縁体250と、絶縁体250の上に配置された導電体260と、導電体260の上に配置された絶縁体270、および絶縁体271と、導電体260の側面に接して配置された絶縁体272と、少なくとも酸化物230の上面、酸化物230cの側面、絶縁体250の側面および絶縁体272の側面および絶縁体271の上面と接して配置された絶縁体273Aと、絶縁体273上の絶縁体274と、を有する。
[Transistor 200b]
As shown in FIG. 3, the transistor 200b includes an insulator 214 and an insulator 216 arranged on a substrate (not shown) and a conductor 205 arranged so as to be embedded in the insulator 214 and the insulator 216. And an insulator 220 arranged on the insulator 216 and the insulator 205, an insulator 222 arranged on the insulator 220, an insulator 224 arranged on the insulator 222, and an insulator. The oxide 230 placed on the 224, the insulator 250 placed on the oxide 230, the conductor 260 placed on the insulator 250, and the insulation placed on the conductor 260. The body 270, the insulator 271, the insulator 272 arranged in contact with the side surface of the conductor 260, and at least the upper surface of the oxide 230, the side surface of the oxide 230c, the side surface of the insulator 250 and the side surface of the insulator 272 and It has an insulator 273A arranged in contact with the upper surface of the insulator 271 and an insulator 274 on the insulator 273.

トランジスタ200bは、上述のように、酸化物230cの側面、絶縁体250の側面および絶縁体272の側面に接して配置された絶縁体273Aを有するところが、図1に示す、トランジスタ200と構成が異なる。 As described above, the transistor 200b has an insulator 273A arranged in contact with the side surface of the oxide 230c, the side surface of the insulator 250, and the side surface of the insulator 272, but the configuration is different from that of the transistor 200 shown in FIG. ..

また、トランジスタ200bは、図3に示すように、酸化物230と、水素、または窒素などを含む膜である絶縁体274との間に、絶縁体273Aとして水素、または窒素の拡散を抑制する膜を設ける構成となっている。絶縁体274を、絶縁体273Aを介して、酸化物230の領域231上に設けることで、過剰な水素、または窒素が、酸化物230の領域234へと添加されることを防止することができる。 Further, as shown in FIG. 3, the transistor 200b is a film that suppresses the diffusion of hydrogen or nitrogen as an insulator 273A between the oxide 230 and the insulator 274 that is a film containing hydrogen or nitrogen. It is configured to provide. By providing the insulator 274 on the region 231 of the oxide 230 via the insulator 273A, it is possible to prevent excess hydrogen or nitrogen from being added to the region 234 of the oxide 230. ..

また、絶縁体273Aが、ゲート電極としての機能を有する導電体260およびゲート絶縁体としての機能を有する絶縁体250の側面を保護するサイドバリアとして機能を兼ねることができる。なお、サイドバリアとして機能を有する場合、図3に示すように、絶縁体273Aは、少なくとも、導電体260の側面および絶縁体250の側面を覆うように、設けられる。絶縁体273Aとして、酸素(例えば、酸素原子、酸素分子など)の少なくとも一の拡散を抑制する機能を有する(上記酸素が透過しにくい)ことが好ましい。絶縁体273Aが、酸素の拡散を抑制する機能を有することで、過剰酸素領域の酸素は絶縁体274側へ拡散することなく、効率よく領域234へ供給される。従って、酸化物230と、絶縁体250との界面における酸素欠損の形成が抑制され、トランジスタ200aの信頼性をより向上させることができる。その他の構成および効果は、図1に示す、トランジスタ200を有する半導体装置の構成例1の記載を参酌する。 Further, the insulator 273A can also function as a side barrier that protects the side surfaces of the conductor 260 having a function as a gate electrode and the insulator 250 having a function as a gate insulator. When it has a function as a side barrier, as shown in FIG. 3, the insulator 273A is provided so as to cover at least the side surface of the conductor 260 and the side surface of the insulator 250. It is preferable that the insulator 273A has a function of suppressing the diffusion of at least one oxygen (for example, oxygen atom, oxygen molecule, etc.) (the oxygen is difficult to permeate). Since the insulator 273A has a function of suppressing the diffusion of oxygen, oxygen in the excess oxygen region is efficiently supplied to the region 234 without diffusing to the insulator 274 side. Therefore, the formation of oxygen deficiency at the interface between the oxide 230 and the insulator 250 is suppressed, and the reliability of the transistor 200a can be further improved. For other configurations and effects, the description of the configuration example 1 of the semiconductor device having the transistor 200 shown in FIG. 1 is taken into consideration.

<半導体装置の構成例4>
図4(A)、図4(B)、および図4(C)は、本発明の一態様に係るトランジスタ200c、およびトランジスタ200c周辺の上面図および断面図である。
<Semiconductor device configuration example 4>
4 (A), 4 (B), and 4 (C) are a top view and a cross-sectional view of the transistor 200c and the periphery of the transistor 200c according to one aspect of the present invention.

図4(A)は、トランジスタ200cを有する半導体装置の上面図である。また、図4(B)は、図4(A)にA1−A2の一点鎖線で示す部位の断面図であり、トランジスタ200cのチャネル長方向の断面図でもある。また、図4(C)は、図4(A)にA3−A4の一点鎖線で示す部位の断面図であり、トランジスタ200cのチャネル幅方向の断面図でもある。図4(A)の上面図では、図の明瞭化のために一部の要素を省いて図示している。 FIG. 4A is a top view of the semiconductor device having the transistor 200c. Further, FIG. 4B is a cross-sectional view of the portion shown by the alternate long and short dash line of A1-A2 in FIG. 4A, and is also a cross-sectional view of the transistor 200c in the channel length direction. Further, FIG. 4C is a cross-sectional view of the portion shown by the alternate long and short dash line of A3-A4 in FIG. 4A, and is also a cross-sectional view of the transistor 200c in the channel width direction. In the top view of FIG. 4A, some elements are omitted for the sake of clarity.

[トランジスタ200c]
図4に示すように、トランジスタ200cは、一つのゲート電極に対して複数のチャネル形成領域を有するところが、図1(A)、(B)および(C)に示すトランジスタ200の構成と異なる。トランジスタ200cは、複数のチャネル形成領域を有することで大きなオン電流を得ることができる。また、それぞれのチャネル形成領域は、ゲート電極で覆われた構造、つまりs−channel構造となっているため、それぞれのチャネル形成領域において大きなオン電流を得ることができる。なお、図4は、3つのチャネル形成領域を有する一例を示すが、チャネル形成領域の数はこれに限定されない。その他の構成および効果は、図1に示す、トランジスタ200を有する半導体装置の構成例1の記載を参酌する。
[Transistor 200c]
As shown in FIG. 4, the transistor 200c has a plurality of channel forming regions for one gate electrode, which is different from the configuration of the transistor 200 shown in FIGS. 1 (A), (B) and (C). The transistor 200c can obtain a large on-current by having a plurality of channel forming regions. Further, since each channel forming region has a structure covered with a gate electrode, that is, an s-channel structure, a large on-current can be obtained in each channel forming region. Note that FIG. 4 shows an example having three channel forming regions, but the number of channel forming regions is not limited to this. For other configurations and effects, the description of the configuration example 1 of the semiconductor device having the transistor 200 shown in FIG. 1 is taken into consideration.

<半導体装置の構成例5>
図5(A)、図5(B)、および図5(C)は、本発明の一態様に係るトランジスタ200d、およびトランジスタ200d周辺の上面図および断面図である。
<Semiconductor device configuration example 5>
5 (A), 5 (B), and 5 (C) are a top view and a cross-sectional view of the transistor 200d and the periphery of the transistor 200d according to one aspect of the present invention.

図5(A)は、トランジスタ200dを有する半導体装置の上面図である。また、図5(B)、および図5(C)は該半導体装置の断面図である。ここで、図5(B)は、図5(A)にA1−A2の一点鎖線で示す部位の断面図であり、トランジスタ200dのチャネル長方向の断面図でもある。また、図5(C)は、図5(A)にA3−A4の一点鎖線で示す部位の断面図であり、トランジスタ200dのチャネル幅方向の断面図でもある。図5(A)の上面図では、図の明瞭化のために一部の要素を省いて図示している。 FIG. 5A is a top view of the semiconductor device having the transistor 200d. 5 (B) and 5 (C) are cross-sectional views of the semiconductor device. Here, FIG. 5 (B) is a cross-sectional view of the portion shown by the alternate long and short dash line of A1-A2 in FIG. 5 (A), and is also a cross-sectional view of the transistor 200d in the channel length direction. Further, FIG. 5C is a cross-sectional view of the portion shown by the alternate long and short dash line of A3-A4 in FIG. 5A, and is also a cross-sectional view of the transistor 200d in the channel width direction. In the top view of FIG. 5A, some elements are omitted for the sake of clarity.

本発明の一態様の半導体装置は、トランジスタ200dと、層間膜として機能する絶縁体210、絶縁体212および絶縁体280を有する。 The semiconductor device of one aspect of the present invention includes a transistor 200d, and an insulator 210, an insulator 212, and an insulator 280 that function as interlayer films.

[トランジスタ200d]
図5に示すように、トランジスタ200dは、基板(図示せず)の上に配置された絶縁体220と、絶縁体220の上に配置された絶縁体224と、絶縁体224の上に配置された酸化物230と、酸化物230の上に配置された絶縁体250と、絶縁体250の上に配置された導電体260と、導電体260の上に配置された絶縁体270、および絶縁体271と、導電体260の側面に接して配置された絶縁体272と、少なくとも酸化物230の上面、絶縁体272の側面および絶縁体271の上面と接して配置された絶縁体274と、を有する。
[Transistor 200d]
As shown in FIG. 5, the transistor 200d is arranged on an insulator 220 arranged on a substrate (not shown), an insulator 224 arranged on the insulator 220, and an insulator 224. The oxide 230, the insulator 250 placed on the oxide 230, the conductor 260 placed on the insulator 250, the insulator 270 placed on the conductor 260, and the insulator. It has 271, an insulator 272 arranged in contact with the side surface of the conductor 260, and at least an insulator 274 arranged in contact with the upper surface of the oxide 230, the side surface of the insulator 272, and the upper surface of the insulator 271. ..

トランジスタ200dは、導電体203および導電体205を有しないところが、図1(A)、(B)および(C)に示すトランジスタ200と異なる。その他の構成および効果は、図1に示す、トランジスタ200を有する半導体装置の構成例1の記載を参酌する。 The transistor 200d is different from the transistor 200 shown in FIGS. 1 (A), (B) and (C) in that it does not have the conductor 203 and the conductor 205. For other configurations and effects, the description of the configuration example 1 of the semiconductor device having the transistor 200 shown in FIG. 1 is taken into consideration.

<半導体装置の構成例6>
図6(A)、図6(B)、および図6(C)は、本発明の一態様に係るトランジスタ200e、およびトランジスタ200e周辺の上面図および断面図である。
<Semiconductor device configuration example 6>
6 (A), 6 (B), and 6 (C) are a top view and a cross-sectional view of the transistor 200e and the periphery of the transistor 200e according to one aspect of the present invention.

図6(A)は、トランジスタ200eを有する半導体装置の上面図である。また、図6(B)、および図6(C)は該半導体装置の断面図である。ここで、図6(B)は、図6(A)にA1−A2の一点鎖線で示す部位の断面図であり、トランジスタ200eのチャネル長方向の断面図でもある。また、図6(C)は、図6(A)にA3−A4の一点鎖線で示す部位の断面図であり、トランジスタ200eのチャネル幅方向の断面図でもある。図6(A)の上面図では、図の明瞭化のために一部の要素を省いて図示している。 FIG. 6A is a top view of the semiconductor device having the transistor 200e. 6 (B) and 6 (C) are cross-sectional views of the semiconductor device. Here, FIG. 6B is a cross-sectional view of the portion shown by the alternate long and short dash line of A1-A2 in FIG. 6A, and is also a cross-sectional view of the transistor 200e in the channel length direction. Further, FIG. 6C is a cross-sectional view of the portion shown by the alternate long and short dash line of A3-A4 in FIG. 6A, and is also a cross-sectional view of the transistor 200e in the channel width direction. In the top view of FIG. 6A, some elements are omitted for the sake of clarity.

本発明の一態様の半導体装置は、トランジスタ200eと、層間膜として機能する絶縁体210、絶縁体212および絶縁体280を有する。 The semiconductor device of one aspect of the present invention includes a transistor 200e, and an insulator 210, an insulator 212, and an insulator 280 that function as interlayer films.

[トランジスタ200e]
図6に示すように、トランジスタ200eは、基板(図示せず)の上に配置された絶縁体224と、絶縁体224の上に配置された酸化物230と、酸化物230の上に配置された絶縁体250と、絶縁体250の上に配置された導電体260と、導電体260の上に配置された絶縁体271と、導電体260の側面に接して配置された絶縁体272と、少なくとも酸化物230の上面、絶縁体272の側面および絶縁体271の上面と接して配置された絶縁体274と、を有する。
[Transistor 200e]
As shown in FIG. 6, the transistor 200e is arranged on an insulator 224 arranged on a substrate (not shown), an oxide 230 arranged on the insulator 224, and an oxide 230. Insulator 250, a conductor 260 arranged on the insulator 250, an insulator 271 arranged on the conductor 260, and an insulator 272 arranged in contact with the side surface of the insulator 260. It has at least the upper surface of the oxide 230, the side surface of the insulator 272, and the insulator 274 arranged in contact with the upper surface of the insulator 271.

トランジスタ200eは、導電体203、導電体205、絶縁体220、絶縁体222および絶縁体270を有しないところが、図1(A)、(B)および(C)に示すトランジスタ200と異なる。その他の構成および効果は、図1に示す、トランジスタ200を有する半導体装置の構成例1の記載を参酌する。 The transistor 200e is different from the transistor 200 shown in FIGS. 1A, 1B, and 1C in that it does not have the conductor 203, the conductor 205, the insulator 220, the insulator 222, and the insulator 270. For other configurations and effects, the description of the configuration example 1 of the semiconductor device having the transistor 200 shown in FIG. 1 is taken into consideration.

<半導体装置の構成例7>
図7(A)、図7(B)、および図7(C)は、本発明の一態様に係るトランジスタ100A、およびトランジスタ100A周辺の上面図および断面図である。
<Semiconductor device configuration example 7>
7 (A), 7 (B), and 7 (C) are a top view and a cross-sectional view of the transistor 100A and the periphery of the transistor 100A according to one aspect of the present invention.

図7(A)は、トランジスタ100Aを有する半導体装置の上面図である。また、図7(B)、および図7(C)は該半導体装置の断面図である。ここで、図7(B)は、図7(A)にA1−A2の一点鎖線で示す部位の断面図であり、トランジスタ100Aのチャネル長方向の断面図でもある。また、図7(C)は、図7(A)にB1−B2の一点鎖線で示す部位の断面図であり、トランジスタ100Aのチャネル幅方向の断面図でもある。図7(A)の上面図では、図の明瞭化のために一部の要素を省いて図示している。 FIG. 7A is a top view of the semiconductor device having the transistor 100A. 7 (B) and 7 (C) are cross-sectional views of the semiconductor device. Here, FIG. 7B is a cross-sectional view of the portion shown by the alternate long and short dash line of A1-A2 in FIG. 7A, and is also a cross-sectional view of the transistor 100A in the channel length direction. Further, FIG. 7C is a cross-sectional view of the portion shown by the alternate long and short dash line of B1-B2 in FIG. 7A, and is also a cross-sectional view of the transistor 100A in the channel width direction. In the top view of FIG. 7A, some elements are omitted for the sake of clarity.

[トランジスタ100A]
トランジスタ100Aは、基板102上の絶縁層104と、絶縁層104上の半導体層108と、半導体層108上の絶縁層140と、絶縁層140上の金属酸化物層114と、金属酸化物層114上の導電層142と、金属酸化物層114の側面および導電層142の側面に接して配置された絶縁層115と、少なくとも半導体層108の上面、絶縁層115の側面および導電層142の上面と接して配置された絶縁層116と、を有する。半導体層108の、導電層142と重畳する部分は、チャネル形成領域として機能する。
[Transistor 100A]
The conductor 100A includes an insulating layer 104 on the substrate 102, a semiconductor layer 108 on the insulating layer 104, an insulating layer 140 on the semiconductor layer 108, a metal oxide layer 114 on the insulating layer 140, and a metal oxide layer 114. The upper conductive layer 142, the insulating layer 115 arranged in contact with the side surface of the metal oxide layer 114 and the side surface of the conductive layer 142, and at least the upper surface of the semiconductor layer 108, the side surface of the insulating layer 115, and the upper surface of the conductive layer 142. It has an insulating layer 116 arranged in contact with the insulation layer 116. The portion of the semiconductor layer 108 that overlaps with the conductive layer 142 functions as a channel forming region.

半導体層108は、上述の酸化物230と同様の材料を用いることが出来る。 For the semiconductor layer 108, the same material as the above-mentioned oxide 230 can be used.

また、図7(A)、(B)、(C)に示すように、トランジスタ100Aを有する半導体装置は、絶縁層116上に絶縁層118を有する。また、絶縁層116及び絶縁層118に設けられた開口部141aまたは開口部141bを介して、それぞれ領域108nに電気的に接続される導電層121a及び導電層121bを有していてもよい。 Further, as shown in FIGS. 7A, 7B, and 7C, the semiconductor device having the transistor 100A has an insulating layer 118 on the insulating layer 116. Further, the conductive layer 121a and the conductive layer 121b which are electrically connected to the region 108n may be provided via the opening 141a or the opening 141b provided in the insulating layer 116 and the insulating layer 118, respectively.

なお、本明細書等において、絶縁層104を第1の絶縁膜と、絶縁層140を第2の絶縁膜と、絶縁層116を第3の絶縁膜と、絶縁層118を第4の絶縁膜と、それぞれ呼称する場合がある。また、導電層142は、ゲート電極としての機能を有し、導電層121aは、ソース電極としての機能を有し、導電層121bは、ドレイン電極としての機能を有する。 In the present specification and the like, the insulating layer 104 is the first insulating film, the insulating layer 140 is the second insulating film, the insulating layer 116 is the third insulating film, and the insulating layer 118 is the fourth insulating film. , Each may be called. Further, the conductive layer 142 has a function as a gate electrode, the conductive layer 121a has a function as a source electrode, and the conductive layer 121b has a function as a drain electrode.

トランジスタ100Aは、上述のトランジスタ200と同様に、導電層142と、絶縁層140と、が重ならない領域を有する。該領域を有することで、導電層142と、半導体層108との間のリーク電流の経路を遮断することができる。 Similar to the above-mentioned transistor 200, the transistor 100A has a region in which the conductive layer 142 and the insulating layer 140 do not overlap. By having the region, the leakage current path between the conductive layer 142 and the semiconductor layer 108 can be blocked.

また、領域108nは、半導体層108として設けられた金属酸化物に、インジウムなどの金属原子、または不純物を添加し、低抵抗した領域である。なお領域108nは、少なくとも、半導体層108の絶縁層140と半導体層108とが接する領域よりも導電性が高い。なお、領域108nに、不純物を添加するために、例えば、プラズマ処理、イオン化された原料ガスを質量分離して添加するイオン注入法、イオン化された原料ガスを質量分離せずに添加する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て、インジウムなどの金属元素、および不純物の少なくとも一であるドーパントを添加すればよい。 Further, the region 108n is a region in which a metal atom such as indium or an impurity is added to the metal oxide provided as the semiconductor layer 108 to reduce the resistance. The region 108n has at least higher conductivity than the region where the insulating layer 140 of the semiconductor layer 108 and the semiconductor layer 108 are in contact with each other. In order to add impurities to the region 108n, for example, plasma treatment, an ion implantation method in which ionized raw material gas is added by mass separation, and an ion implantation method in which ionized raw material gas is added without mass separation. , A metal element such as indium and a dopant which is at least one of impurities may be added by using a plasma implantation ion implantation method or the like.

つまり、領域108nにおいて、半導体層108のインジウムなどの金属原子の含有率を高くすることで、電子移動度を高くし、低抵抗化を図ることができる。 That is, by increasing the content of metal atoms such as indium in the semiconductor layer 108 in the region 108n, the electron mobility can be increased and the resistance can be reduced.

または、半導体層108に接して、不純物となる元素を含む絶縁層116を成膜することで、領域108nに、不純物を添加することができる。 Alternatively, impurities can be added to the region 108n by forming an insulating layer 116 containing an element that becomes an impurity in contact with the semiconductor layer 108.

つまり、領域108nは、酸素欠損を形成する元素、または酸素欠損に捕獲される元素を添加されることで低抵抗化される。このような元素としては、代表的には水素、ホウ素、炭素、窒素、フッ素、リン、硫黄、塩素、チタン、希ガス等が挙げられる。また、希ガス元素の代表例としては、ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、及びキセノン等がある。よって、領域108nは、上記元素の一つまたは複数を含む構成にすればよい。 That is, the region 108n is reduced in resistance by adding an element that forms an oxygen deficiency or an element that is captured by the oxygen deficiency. Typical examples of such elements include hydrogen, boron, carbon, nitrogen, fluorine, phosphorus, sulfur, chlorine, titanium, and rare gases. Typical examples of noble gas elements include helium, neon, argon, krypton, xenon and the like. Therefore, the region 108n may be configured to contain one or more of the above elements.

例えば、絶縁層116として、領域108nに含まれる酸素を引き抜き、吸収する膜を用いてもよい。酸素が引き抜かれると、領域108nには酸素欠損が生じる。酸素欠損に水素、ホウ素、炭素、窒素、フッ素、リン、硫黄、塩素、チタン、希ガス等が捕獲されることにより、領域108nは低抵抗化する。 For example, as the insulating layer 116, a film that extracts and absorbs oxygen contained in the region 108n may be used. When oxygen is withdrawn, oxygen deficiency occurs in the region 108n. The region 108n has a low resistance due to the capture of hydrogen, boron, carbon, nitrogen, fluorine, phosphorus, sulfur, chlorine, titanium, rare gas, etc. in the oxygen deficiency.

ゲート絶縁層として機能する絶縁層140は、過剰酸素領域を有する。絶縁層140が過剰酸素領域を有することで、半導体層108中に過剰酸素を供給することができる。よって、半導体層108中に形成されうる酸素欠損を過剰酸素により補填することができるため、信頼性の高い半導体装置を提供することができる。 The insulating layer 140 that functions as a gate insulating layer has an excess oxygen region. Since the insulating layer 140 has an excess oxygen region, excess oxygen can be supplied into the semiconductor layer 108. Therefore, the oxygen deficiency that can be formed in the semiconductor layer 108 can be compensated by excess oxygen, so that a highly reliable semiconductor device can be provided.

絶縁層140と導電層142の間に位置する金属酸化物層114は、絶縁層140から放出される酸素が導電層142側に拡散することを防ぐバリア膜として機能する。金属酸化物層114は、例えば少なくとも絶縁層140よりも酸素を透過しにくい材料を用いることができる。 The metal oxide layer 114 located between the insulating layer 140 and the conductive layer 142 functions as a barrier membrane that prevents oxygen released from the insulating layer 140 from diffusing toward the conductive layer 142. For the metal oxide layer 114, for example, a material that is less permeable to oxygen than the insulating layer 140 can be used.

金属酸化物層114としては、絶縁性材料または導電性材料を用いることができる。金属酸化物層114が絶縁性を有する場合には、ゲート絶縁層の一部として機能する。一方、金属酸化物層114が導電性を有する場合には、ゲート電極の一部として機能する。 As the metal oxide layer 114, an insulating material or a conductive material can be used. When the metal oxide layer 114 has an insulating property, it functions as a part of the gate insulating layer. On the other hand, when the metal oxide layer 114 has conductivity, it functions as a part of the gate electrode.

特に、金属酸化物層114として、酸化シリコンよりも誘電率の高い絶縁性材料を用いることが好ましい。特に、酸化アルミニウム膜、酸化ハフニウム膜、またはハフニウムアルミネート膜等を用いることが好ましい。 In particular, it is preferable to use an insulating material having a dielectric constant higher than that of silicon oxide as the metal oxide layer 114. In particular, it is preferable to use an aluminum oxide film, a hafnium oxide film, a hafnium aluminate film, or the like.

また、半導体層108とゲート電極として機能する導電層142との間に、酸化アルミニウム膜や酸化ハフニウム膜など、窒素を主成分として含まない金属酸化物膜を用いる構成とすることができる。そのため、金属酸化物層114が、膜中に準位を形成しうる窒素酸化物(NO、xは0よりも大きく2以下、好ましくは1以上2以下、代表的にはNOまたはNO)の含有量が極めて少ない構成とすることができる。これにより、電気特性及び信頼性に優れたトランジスタを実現できる。 Further, a metal oxide film such as an aluminum oxide film or a hafnium oxide film that does not contain nitrogen as a main component can be used between the semiconductor layer 108 and the conductive layer 142 that functions as a gate electrode. Therefore, the metal oxide layer 114 is a nitrogen oxide that can form a level in the film (NO x , x is greater than 0 and 2 or less, preferably 1 or more and 2 or less, typically NO 2 or NO). The content of the above can be extremely small. As a result, a transistor having excellent electrical characteristics and reliability can be realized.

酸化アルミニウム膜、酸化ハフニウム膜、及びハフニウムアルミネート膜等は、膜厚が薄い(例えば厚さ5nm程度)場合でも十分に高いバリア性を有するため、薄く形成することが可能で、生産性を向上させることができる。例えば金属酸化物層114の厚さを、1nm以上50nm以下、好ましくは3nm以上30nmとすることができる。さらに、酸化アルミニウム膜、酸化ハフニウム膜及びハフニウムアルミネート膜は、酸化シリコン膜等よりも誘電率が高い特徴を有する。このように金属酸化物層114として、誘電率が高い絶縁膜を薄く形成できるため、酸化シリコン膜等を用いた場合に比べて、半導体層108にかかるゲート電界の強度を高めることができる。その結果、駆動電圧を低くすることができ、消費電力を低減することができる。 The aluminum oxide film, hafnium oxide film, hafnium aluminate film, etc. have sufficiently high barrier properties even when the film thickness is thin (for example, about 5 nm in thickness), so that they can be formed thin and improve productivity. Can be made to. For example, the thickness of the metal oxide layer 114 can be 1 nm or more and 50 nm or less, preferably 3 nm or more and 30 nm. Further, the aluminum oxide film, the hafnium oxide film and the hafnium aluminate film have a feature of having a higher dielectric constant than the silicon oxide film and the like. Since the insulating film having a high dielectric constant can be thinly formed as the metal oxide layer 114 in this way, the strength of the gate electric field applied to the semiconductor layer 108 can be increased as compared with the case where a silicon oxide film or the like is used. As a result, the drive voltage can be lowered and the power consumption can be reduced.

また、金属酸化物層114は、スパッタリング装置を用いて形成すると好ましい。例えば、スパッタリング装置を用いて酸化アルミニウム膜を形成する場合、酸素ガスを含む雰囲気で形成することで、半導体層108中に好適に酸素を添加することができる。また、スパッタリング装置を用いて、酸化アルミニウム膜を形成する場合、膜密度を高めることができるため好適である。 Further, the metal oxide layer 114 is preferably formed by using a sputtering apparatus. For example, when the aluminum oxide film is formed by using a sputtering apparatus, oxygen can be suitably added to the semiconductor layer 108 by forming the film in an atmosphere containing oxygen gas. Further, when an aluminum oxide film is formed by using a sputtering device, the film density can be increased, which is preferable.

また、金属酸化物層114として導電性材料を用いる場合には、酸化インジウム、インジウムスズ酸化物などの酸化物導電性材料を用いることができる。 When a conductive material is used as the metal oxide layer 114, an oxide conductive material such as indium oxide or indium tin oxide can be used.

また、金属酸化物層114は、水や水素が拡散しにくいことが好ましい。これにより、導電層142が水や水素を拡散しやすい材料を用いた場合であっても、絶縁層140や半導体層108に水や水素が拡散することを防ぐことができる。特に、酸化アルミニウム膜や酸化ハフニウム膜は、水や水素に対するバリア性が高いため好ましい。 Further, it is preferable that the metal oxide layer 114 does not easily diffuse water or hydrogen. As a result, even when the conductive layer 142 uses a material that easily diffuses water or hydrogen, it is possible to prevent water or hydrogen from diffusing into the insulating layer 140 or the semiconductor layer 108. In particular, an aluminum oxide film and a hafnium oxide film are preferable because they have a high barrier property against water and hydrogen.

なお、半導体層108中に過剰酸素を供給させるためには、半導体層108の下方に形成される絶縁層104に過剰酸素を供給してもよい。この場合、絶縁層104中に含まれる過剰酸素は、領域108nにも供給されうる。領域108n中に過剰酸素が供給されると、領域108n中の抵抗が高くなり、好ましくない。一方で、半導体層108の上方に形成される絶縁層140に過剰酸素を有する構成とすることで、導電層142と重畳する領域にのみ選択的に過剰酸素を供給させることが可能となる。 In order to supply excess oxygen into the semiconductor layer 108, excess oxygen may be supplied to the insulating layer 104 formed below the semiconductor layer 108. In this case, the excess oxygen contained in the insulating layer 104 can also be supplied to the region 108n. If excess oxygen is supplied into the region 108n, the resistance in the region 108n becomes high, which is not preferable. On the other hand, by configuring the insulating layer 140 formed above the semiconductor layer 108 to have excess oxygen, it is possible to selectively supply excess oxygen only to the region superimposing on the conductive layer 142.

ここで、半導体層108中に形成されうる酸素欠損について説明を行う。 Here, the oxygen deficiency that can be formed in the semiconductor layer 108 will be described.

半導体層108に形成される酸素欠損は、トランジスタ特性に影響を与えるため問題となる。例えば、半導体層108中に酸素欠損が形成されると、該酸素欠損に水素が結合し、キャリア供給源となりうる。半導体層108中にキャリア供給源が生成されると、トランジスタ100Aの電気特性の変動、代表的にはしきい値電圧のシフトが生じる。したがって、半導体層108においては、酸素欠損が少ないほど好ましい。 The oxygen deficiency formed in the semiconductor layer 108 affects the transistor characteristics, which is a problem. For example, when an oxygen deficiency is formed in the semiconductor layer 108, hydrogen is bonded to the oxygen deficiency and can serve as a carrier supply source. When a carrier supply source is generated in the semiconductor layer 108, fluctuations in the electrical characteristics of the transistor 100A, typically a shift in the threshold voltage, occur. Therefore, in the semiconductor layer 108, the smaller the oxygen deficiency, the more preferable.

そこで、本発明の一態様においては、半導体層108近傍の絶縁膜、具体的には、半導体層108の上方に形成される絶縁層140が、過剰酸素を含有する構成である。絶縁層140から半導体層108へ酸素または過剰酸素を移動させることで、半導体層108中の酸素欠損を低減することが可能となる。 Therefore, in one aspect of the present invention, the insulating film in the vicinity of the semiconductor layer 108, specifically, the insulating layer 140 formed above the semiconductor layer 108 is configured to contain excess oxygen. By moving oxygen or excess oxygen from the insulating layer 140 to the semiconductor layer 108, it is possible to reduce oxygen deficiency in the semiconductor layer 108.

なお、半導体層108の下方に位置する絶縁層104が、過剰酸素を含有していてもよい。このとき、絶縁層104からも半導体層108へ過剰酸素を移動させることで、半導体層108の酸素欠損をより低減することが可能となる。 The insulating layer 104 located below the semiconductor layer 108 may contain excess oxygen. At this time, by moving excess oxygen from the insulating layer 104 to the semiconductor layer 108, it is possible to further reduce the oxygen deficiency of the semiconductor layer 108.

また、半導体層108の上方に位置する絶縁層118が、過剰酸素を含有していてもよい。絶縁層118と絶縁層104とが接する領域を有するので、絶縁層118から、絶縁層104を通り、半導体層108へ過剰酸素を移動させることができるので、半導体層108の酸素欠損をより低減することが可能となる。 Further, the insulating layer 118 located above the semiconductor layer 108 may contain excess oxygen. Since the insulating layer 118 and the insulating layer 104 have a contact area, excess oxygen can be transferred from the insulating layer 118 through the insulating layer 104 to the semiconductor layer 108, so that the oxygen deficiency of the semiconductor layer 108 is further reduced. It becomes possible.

ここで、半導体層108に混入する水素または水分などの不純物は、トランジスタ特性に影響を与えるため問題となる。したがって、半導体層108においては、水素または水分などの不純物が少ないほど好ましい。 Here, impurities such as hydrogen and water mixed in the semiconductor layer 108 affect the transistor characteristics, which causes a problem. Therefore, in the semiconductor layer 108, it is preferable that there are few impurities such as hydrogen and water.

半導体層108としては、不純物濃度が低く、欠陥準位密度の低い金属酸化物膜を用いることで、優れた電気特性を有するトランジスタを作製することができ好ましい。ここでは、不純物濃度が低く、欠陥準位密度の低い(酸素欠損の少ない)ことを高純度真性または実質的に高純度真性とよぶ。高純度真性または実質的に高純度真性である金属酸化物膜は、キャリア発生源が少ないため、キャリア密度を低くすることができる。従って、該金属酸化物膜にチャネル領域が形成されるトランジスタは、しきい値電圧がマイナスとなる電気特性(ノーマリーオンともいう。)になることが少ない。また、高純度真性または実質的に高純度真性である金属酸化物膜は、欠陥準位密度が低いため、トラップ準位密度も低くなる場合がある。また、高純度真性または実質的に高純度真性である金属酸化物膜は、オフ電流が著しく小さく、チャネル幅が1×10μmでチャネル長が10μmの素子であっても、ソース電極とドレイン電極間の電圧(ドレイン電圧)が1Vから10Vの範囲において、オフ電流が、半導体パラメータアナライザの測定限界以下、すなわち1×10−13A以下という特性を得ることができる。 As the semiconductor layer 108, it is preferable to use a metal oxide film having a low impurity concentration and a low defect level density, because a transistor having excellent electrical characteristics can be manufactured. Here, a low impurity concentration and a low defect level density (less oxygen deficiency) is referred to as high-purity intrinsic or substantially high-purity intrinsic. A metal oxide film having high-purity intrinsic or substantially high-purity intrinsic has a small number of carrier sources, so that the carrier density can be lowered. Therefore, the transistor in which the channel region is formed in the metal oxide film is unlikely to have an electrical characteristic (also referred to as normal on) in which the threshold voltage is negative. In addition, a metal oxide film having high-purity intrinsicity or substantially high-purity intrinsicity has a low defect level density, so that the trap level density may also be low. The metal oxide film is a highly purified intrinsic or substantially highly purified intrinsic, the off current is extremely small, even the channel length a channel width of 1 × 10 6 μm is an element of 10 [mu] m, a source electrode and a drain When the voltage between the electrodes (drain voltage) is in the range of 1 V to 10 V, it is possible to obtain the characteristic that the off-current is below the measurement limit of the semiconductor parameter analyzer, that is, 1 × 10 -13 A or less.

トランジスタ100Aは、表示装置に用いることができる。例えば、表示装置が有する画素回路、ゲートドライバ回路およびソースドライバ回路に用いることができる。 The transistor 100A can be used as a display device. For example, it can be used for a pixel circuit, a gate driver circuit, and a source driver circuit of a display device.

<半導体装置の構成例8>
図8(A)、図8(B)、および図8(C)は、本発明の一態様に係るトランジスタ100B、およびトランジスタ100B周辺の上面図および断面図である。
<Semiconductor device configuration example 8>
8 (A), 8 (B), and 8 (C) are a top view and a cross-sectional view of the transistor 100B and the periphery of the transistor 100B according to one aspect of the present invention.

図8(A)は、トランジスタ100Aを有する半導体装置の上面図である。また、図8(B)、および図8(C)は該半導体装置の断面図である。ここで、図8(B)は、図8(A)にA1−A2の一点鎖線で示す部位の断面図であり、トランジスタ100Bのチャネル長方向の断面図でもある。また、図8(C)は、図8(A)にB1−B2の一点鎖線で示す部位の断面図であり、トランジスタ100Bのチャネル幅方向の断面図でもある。図8(A)の上面図では、図の明瞭化のために一部の要素を省いて図示している。 FIG. 8A is a top view of the semiconductor device having the transistor 100A. 8 (B) and 8 (C) are cross-sectional views of the semiconductor device. Here, FIG. 8B is a cross-sectional view of the portion shown by the alternate long and short dash line of A1-A2 in FIG. 8A, and is also a cross-sectional view of the transistor 100B in the channel length direction. Further, FIG. 8C is a cross-sectional view of the portion shown by the alternate long and short dash line of B1-B2 in FIG. 8A, and is also a cross-sectional view of the transistor 100B in the channel width direction. In the top view of FIG. 8A, some elements are omitted for the sake of clarity.

[トランジスタ100B]
トランジスタ100Bは、基板102上の絶縁層104と、絶縁層104上の半導体層108と、半導体層108上の絶縁層140と、絶縁層140上の導電層142と、導電層142の側面に接して配置された絶縁層115と、を有する。半導体層108の、導電層142と重畳する部分は、チャネル形成領域として機能する。
[Transistor 100B]
The transistor 100B is in contact with the insulating layer 104 on the substrate 102, the semiconductor layer 108 on the insulating layer 104, the insulating layer 140 on the semiconductor layer 108, the conductive layer 142 on the insulating layer 140, and the side surface of the conductive layer 142. It has an insulating layer 115 arranged in a row. The portion of the semiconductor layer 108 that overlaps with the conductive layer 142 functions as a channel forming region.

半導体層108は、上述の酸化物230と同様の材料を用いることが出来る。 For the semiconductor layer 108, the same material as the above-mentioned oxide 230 can be used.

また、図8(A)、(B)、(C)に示すように、トランジスタ100Bを有する半導体装置は、トランジスタ100B上に絶縁層118を有する。また、絶縁層118に設けられた開口部141aまたは開口部141bを介して、それぞれ領域108nに電気的に接続される導電層121a及び導電層121bを有していてもよい。 Further, as shown in FIGS. 8A, 8B, and 8C, the semiconductor device having the transistor 100B has an insulating layer 118 on the transistor 100B. Further, it may have a conductive layer 121a and a conductive layer 121b that are electrically connected to the region 108n, respectively, via an opening 141a or an opening 141b provided in the insulating layer 118.

トランジスタ100Bは、上述のトランジスタ100Aと同様に、導電層142と、絶縁層140と、が重ならない領域を有する。該領域を有することで、導電層142と、半導体層108との間のリーク電流の経路を遮断することができる。 Similar to the above-mentioned transistor 100A, the transistor 100B has a region in which the conductive layer 142 and the insulating layer 140 do not overlap. By having the region, the leakage current path between the conductive layer 142 and the semiconductor layer 108 can be blocked.

また、領域108nは、半導体層108として設けられた金属酸化物に、インジウムなどの金属原子、または不純物を添加し、低抵抗した領域である。なお領域108nは、少なくとも、半導体層108の絶縁層140と半導体層108とが接する領域よりも導電性が高い。なお、領域108nに、不純物を添加するために、例えば、プラズマ処理、イオン化された原料ガスを質量分離して添加するイオン注入法、イオン化された原料ガスを質量分離せずに添加する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て、インジウムなどの金属元素、および不純物の少なくとも一であるドーパントを添加すればよい。 Further, the region 108n is a region in which a metal atom such as indium or an impurity is added to the metal oxide provided as the semiconductor layer 108 to reduce the resistance. The region 108n has at least higher conductivity than the region where the insulating layer 140 of the semiconductor layer 108 and the semiconductor layer 108 are in contact with each other. In order to add impurities to the region 108n, for example, plasma treatment, an ion implantation method in which ionized raw material gas is added by mass separation, and an ion implantation method in which ionized raw material gas is added without mass separation. , A metal element such as indium and a dopant which is at least one of impurities may be added by using a plasma implantation ion implantation method or the like.

つまり、領域108nにおいて、半導体層108のインジウムなどの金属原子の含有率を高くすることで、電子移動度を高くし、低抵抗化を図ることができる。その他の構成および効果は、図7に示す、トランジスタ100Aを有する半導体装置の構成例7の記載を参酌する。 That is, by increasing the content of metal atoms such as indium in the semiconductor layer 108 in the region 108n, the electron mobility can be increased and the resistance can be reduced. For other configurations and effects, the description of the configuration example 7 of the semiconductor device having the transistor 100A shown in FIG. 7 is taken into consideration.

<半導体装置の構成例9>
図9にトランジスタに加えて、容量素子を有する半導体装置の一例を示す。
<Semiconductor device configuration example 9>
FIG. 9 shows an example of a semiconductor device having a capacitive element in addition to the transistor.

図9(A)は、トランジスタ200および容量素子100を有する半導体装置の断面図であり、トランジスタ200のチャネル長方向の断面図でもある。 FIG. 9A is a cross-sectional view of a semiconductor device having the transistor 200 and the capacitive element 100, and is also a cross-sectional view of the transistor 200 in the channel length direction.

[容量素子100]
トランジスタ200の構成は、図1に示す半導体装置の構成例1の記載を参酌する。図9(A)に示す容量素子100は、絶縁体224の上に配置された酸化物230(酸化物230a、酸化物230b、および酸化物230c1)と、酸化物230の上に配置された絶縁体250aと、絶縁体250aの上に配置された導電体260_1a(導電体260_1aおよび導電体260_1b)と、導電体260_1の上に配置された絶縁体270a、および絶縁体271aと、導電体260_1の側面に接して配置された絶縁体272aと、少なくとも酸化物230の上面、絶縁体272aの側面および絶縁体271aの上面と接して配置された絶縁体274と、を有する。
[Capacitive element 100]
For the configuration of the transistor 200, the description of the configuration example 1 of the semiconductor device shown in FIG. 1 is taken into consideration. The capacitive element 100 shown in FIG. 9 (A) has an oxide 230 (oxide 230a, oxide 230b, and oxide 230c1) arranged on the insulator 224 and an insulator arranged on the insulator 230. A body 250a, a conductor 260_1a (conductor 260_1a and a conductor 260_1b) arranged on the insulator 250a, an insulator 270a arranged on the insulator 260_1, an insulator 271a, and a conductor 260_1. It has an insulator 272a arranged in contact with the side surface, and at least an insulator 274 arranged in contact with the upper surface of the oxide 230, the side surface of the insulator 272a, and the upper surface of the insulator 271a.

酸化物230は、容量素子100の一方の電極としての機能を有し、導電体260_1は、容量素子100の他方の電極としての機能を有する。また、絶縁体250aは、容量素子100の誘電体としての機能を有する。 The oxide 230 has a function as one electrode of the capacitive element 100, and the conductor 260_1 has a function as the other electrode of the capacitive element 100. Further, the insulator 250a has a function as a dielectric of the capacitance element 100.

容量素子100は、導電体260_1と、絶縁体250aと、が重ならない領域を有する。該領域は、図11(A)に示す、トランジスタ200が有する領域250Wと同様に形成される。従って、該領域を有することで、容量素子100の一方の電極としての機能を有する酸化物230と、他方の電極としての機能を有する導電体260_1と、の間のリーク電流を低減することができる。つまり、容量素子100の電荷保持特性を向上することができる。 The capacitive element 100 has a region in which the conductor 260_1 and the insulator 250a do not overlap. The region is formed in the same manner as the region 250W of the transistor 200 shown in FIG. 11 (A). Therefore, by having the region, it is possible to reduce the leakage current between the oxide 230 having a function as one electrode of the capacitive element 100 and the conductor 260_1 having a function as the other electrode. .. That is, the charge retention characteristic of the capacitive element 100 can be improved.

また、容量素子100は、トランジスタ200と同じ層に同時に形成するので、半導体装置の作製工程数の増加なしに作製することができる。 Further, since the capacitive element 100 is formed on the same layer as the transistor 200 at the same time, it can be manufactured without increasing the number of manufacturing steps of the semiconductor device.

図9(B)は、トランジスタ100Aおよび容量素子200Aを有する半導体装置の断面図であり、トランジスタ100Aのチャネル長方向の断面図でもある。 FIG. 9B is a cross-sectional view of a semiconductor device having a transistor 100A and a capacitive element 200A, and is also a cross-sectional view of the transistor 100A in the channel length direction.

[容量素子200A]
トランジスタ100Aの構成は、図7に示す半導体装置の構成例7の記載を参酌する。図9(B)に示す容量素子200Aは、基板102上の絶縁層104と、絶縁層104上の半導体層108と、半導体層108上の絶縁層140aと、絶縁層140a上の金属酸化物層114aと、金属酸化物層114a上の導電層142aと、金属酸化物層114aの側面および導電層142aの側面に接して配置された絶縁層115aと、少なくとも半導体層108の上面、絶縁層115aの側面および導電層142aの上面と接して配置された絶縁層116と、を有する。
[Capacitive element 200A]
For the configuration of the transistor 100A, the description of the configuration example 7 of the semiconductor device shown in FIG. 7 is taken into consideration. The capacitive element 200A shown in FIG. 9B has an insulating layer 104 on the substrate 102, a semiconductor layer 108 on the insulating layer 104, an insulating layer 140a on the semiconductor layer 108, and a metal oxide layer on the insulating layer 140a. 114a, the conductive layer 142a on the metal oxide layer 114a, the insulating layer 115a arranged in contact with the side surface of the metal oxide layer 114a and the side surface of the conductive layer 142a, and at least the upper surface of the semiconductor layer 108 and the insulating layer 115a. It has an insulating layer 116 arranged in contact with the side surface and the upper surface of the conductive layer 142a.

領域108nを含む半導体層108は、容量素子200Aの一方の電極としての機能を有し、金属酸化物層114aおよび導電層142aは、容量素子200Aの他方の電極としての機能を有する。また、絶縁層140aは、容量素子200Aの誘電体としての機能を有する。 The semiconductor layer 108 including the region 108n has a function as one electrode of the capacitive element 200A, and the metal oxide layer 114a and the conductive layer 142a have a function as the other electrode of the capacitive element 200A. Further, the insulating layer 140a has a function as a dielectric of the capacitance element 200A.

容量素子200Aは、導電層142aと、絶縁層140aと、が重ならない領域を有する。該領域は、図7に示すトランジスタ100Aの導電層142と、絶縁層140と、が重ならない領域と同様の構成である。従って、該領域を有することで、容量素子200Aの一方の電極としての機能を有する領域108nを含む半導体層108と、他方の電極としての機能を有する金属酸化物層114aおよび導電層142aと、の間のリーク電流を低減することができる。つまり、容量素子200Aの電荷保持特性を向上することができる。 The capacitive element 200A has a region in which the conductive layer 142a and the insulating layer 140a do not overlap. The region has the same configuration as the region in which the conductive layer 142 of the transistor 100A and the insulating layer 140 shown in FIG. 7 do not overlap. Therefore, by having the region, the semiconductor layer 108 including the region 108n having the function as one electrode of the capacitance element 200A, and the metal oxide layer 114a and the conductive layer 142a having the function as the other electrode The leakage current between them can be reduced. That is, the charge retention characteristic of the capacitive element 200A can be improved.

また、容量素子200Aは、トランジスタ100Aと同じ層に同時に形成するので、半導体装置の作製工程数の増加なしに作製することができる。 Further, since the capacitive element 200A is formed on the same layer as the transistor 100A at the same time, it can be manufactured without increasing the number of manufacturing steps of the semiconductor device.

<半導体装置の構成材料>
以下では、半導体装置に用いることができる構成材料について説明する。
<Constituent materials for semiconductor devices>
Hereinafter, constituent materials that can be used in semiconductor devices will be described.

<<基板>>
上述のトランジスタを形成する基板としては、例えば、絶縁体基板、半導体基板または導電体基板を用いればよい。絶縁体基板としては、例えば、ガラス基板、石英基板、サファイア基板、安定化ジルコニア基板(イットリア安定化ジルコニア基板など)、樹脂基板などがある。また、半導体基板としては、例えば、シリコン、ゲルマニウムなどの単体半導体基板、または炭化シリコン、シリコンゲルマニウム、ヒ化ガリウム、リン化インジウム、酸化亜鉛、酸化ガリウムからなる化合物半導体基板などがある。さらには、前述の半導体基板内部に絶縁体領域を有する半導体基板、例えばSOI(Silicon On Insulator)基板などがある。導電体基板としては、黒鉛基板、金属基板、合金基板、導電性樹脂基板などがある。または、金属の窒化物を有する基板、金属の酸化物を有する基板などがある。さらには、絶縁体基板に導電体または半導体が設けられた基板、半導体基板に導電体または絶縁体が設けられた基板、導電体基板に半導体または絶縁体が設けられた基板などがある。または、これらの基板に素子が設けられたものを用いてもよい。基板に設けられる素子としては、容量素子、抵抗素子、スイッチ素子、発光素子、記憶素子などがある。
<< Board >>
As the substrate on which the above-mentioned transistor is formed, for example, an insulator substrate, a semiconductor substrate, or a conductor substrate may be used. Examples of the insulator substrate include a glass substrate, a quartz substrate, a sapphire substrate, a stabilized zirconia substrate (yttria-stabilized zirconia substrate, etc.), a resin substrate, and the like. Further, examples of the semiconductor substrate include a single semiconductor substrate such as silicon and germanium, and a compound semiconductor substrate made of silicon carbide, silicon germanium, gallium arsenide, indium phosphide, zinc oxide, and gallium oxide. Further, there is a semiconductor substrate having an insulator region inside the above-mentioned semiconductor substrate, for example, an SOI (Silicon On Insulator) substrate and the like. Examples of the conductor substrate include a graphite substrate, a metal substrate, an alloy substrate, and a conductive resin substrate. Alternatively, there are a substrate having a metal nitride, a substrate having a metal oxide, and the like. Further, there are a substrate in which a conductor or a semiconductor is provided in an insulator substrate, a substrate in which a conductor or an insulator is provided in a semiconductor substrate, a substrate in which a semiconductor or an insulator is provided in a conductor substrate, and the like. Alternatively, those on which an element is provided may be used. Elements provided on the substrate include a capacitance element, a resistance element, a switch element, a light emitting element, a storage element, and the like.

また、基板として、可とう性基板を用いてもよい。なお、可とう性基板上にトランジスタを設ける方法としては、非可とう性の基板上にトランジスタを作製した後、トランジスタを剥離し、可とう性基板である基板に転置する方法もある。その場合には、非可とう性基板とトランジスタとの間に剥離層を設けるとよい。また、基板が伸縮性を有してもよい。また、基板は、折り曲げや引っ張りをやめた際に、元の形状に戻る性質を有してもよい。または、元の形状に戻らない性質を有してもよい。基板は、例えば、5μm以上700μm以下、好ましくは10μm以上500μm以下、さらに好ましくは15μm以上300μm以下の厚さとなる領域を有する。基板を薄くすると、トランジスタを有する半導体装置を軽量化することができる。また、基板を薄くすることで、ガラスなどを用いた場合にも伸縮性を有する場合や、折り曲げや引っ張りをやめた際に、元の形状に戻る性質を有する場合がある。そのため、落下などによって基板上の半導体装置に加わる衝撃などを緩和することができる。即ち、丈夫な半導体装置を提供することができる。 Further, a flexible substrate may be used as the substrate. As a method of providing the transistor on the flexible substrate, there is also a method of forming the transistor on the non-flexible substrate, peeling off the transistor, and transposing it to the substrate which is a flexible substrate. In that case, it is advisable to provide a release layer between the non-flexible substrate and the transistor. Further, the substrate may have elasticity. Further, the substrate may have a property of returning to the original shape when bending or pulling is stopped. Alternatively, it may have a property of not returning to the original shape. The substrate has, for example, a region having a thickness of 5 μm or more and 700 μm or less, preferably 10 μm or more and 500 μm or less, and more preferably 15 μm or more and 300 μm or less. By thinning the substrate, the weight of the semiconductor device having a transistor can be reduced. Further, by making the substrate thinner, it may have elasticity even when glass or the like is used, or it may have a property of returning to the original shape when bending or pulling is stopped. Therefore, it is possible to alleviate the impact applied to the semiconductor device on the substrate due to dropping or the like. That is, it is possible to provide a durable semiconductor device.

可とう性基板である基板としては、例えば、金属、合金、樹脂もしくはガラス、またはそれらの繊維などを用いることができる。また、基板として、繊維を編みこんだシート、フィルムまたは箔などを用いてもよい。可とう性基板である基板は、線膨張率が低いほど環境による変形が抑制されて好ましい。可とう性基板である基板としては、例えば、線膨張率が1×10−3/K以下、5×10−5/K以下、または1×10−5/K以下である材質を用いればよい。樹脂としては、例えば、ポリエステル、ポリオレフィン、ポリアミド(ナイロン、アラミドなど)、ポリイミド、ポリカーボネート、アクリルなどがある。特に、アラミドは、線膨張率が低いため、可とう性基板である基板として好適である。 As the substrate which is a flexible substrate, for example, metal, alloy, resin or glass, fibers thereof, or the like can be used. Further, as the substrate, a sheet, a film, a foil or the like in which fibers are woven may be used. As for the substrate which is a flexible substrate, the lower the coefficient of linear expansion, the more the deformation due to the environment is suppressed, which is preferable. As the substrate which is a flexible substrate, for example, a material having a linear expansion coefficient of 1 × 10 -3 / K or less, 5 × 10 -5 / K or less, or 1 × 10 -5 / K or less may be used. .. Examples of the resin include polyester, polyolefin, polyamide (nylon, aramid, etc.), polyimide, polycarbonate, acrylic and the like. In particular, aramid has a low coefficient of linear expansion and is therefore suitable as a substrate that is a flexible substrate.

<<絶縁体>>
絶縁体としては、絶縁性を有する酸化物、窒化物、酸化窒化物、窒化酸化物、金属酸化物、金属酸化窒化物、金属窒化酸化物などがある。
<< Insulator >>
Examples of the insulator include oxides, nitrides, oxide nitrides, nitride oxides, metal oxides, metal oxide nitrides, metal nitride oxides and the like having insulating properties.

ここで、ゲート絶縁体として機能する絶縁体には、ゲート絶縁体として機能する絶縁体に、比誘電率の高いhigh−k材料を用いることで、トランジスタの微細化、および高集積化が可能となる。一方、層間膜として機能する絶縁体には、比誘電率が低い材料を層間膜とすることで、配線間に生じる寄生容量を低減することができる。従って、絶縁体の機能に応じて、材料を選択するとよい。 Here, as the insulator that functions as a gate insulator, by using a high-k material having a high relative permittivity for the insulator that functions as a gate insulator, it is possible to miniaturize and highly integrate transistors. Become. On the other hand, for the insulator that functions as an interlayer film, a material having a low relative permittivity is used as the interlayer film, so that the parasitic capacitance generated between the wirings can be reduced. Therefore, the material may be selected according to the function of the insulator.

また、比誘電率の高い絶縁体としては、酸化ガリウム、酸化ハフニウム、酸化ジルコニウム、アルミニウムおよびハフニウムを有する酸化物、アルミニウムおよびハフニウムを有する酸化窒化物、シリコンおよびハフニウムを有する酸化物、シリコンおよびハフニウムを有する酸化窒化物またはシリコンおよびハフニウムを有する窒化物などがある。 Examples of the insulator having a high specific dielectric constant include gallium oxide, hafnium oxide, zirconium oxide, oxides having aluminum and hafnium, nitrides having aluminum and hafnium, oxides having silicon and hafnium, silicon and hafnium. There are nitrides having oxides or nitrides having silicon and hafnium.

また、比誘電率が低い絶縁体としては、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコン、窒化シリコン、フッ素を添加した酸化シリコン、炭素を添加した酸化シリコン、炭素および窒素を添加した酸化シリコン、空孔を有する酸化シリコンまたは樹脂などがある。 Examples of insulators having a low specific dielectric constant include silicon oxide, silicon oxide, silicon nitride, silicon nitride, silicon oxide added with fluorine, silicon oxide added with carbon, silicon oxide added with carbon and nitrogen, and empty. There are silicon oxide or resin with pores.

また、特に、酸化シリコンおよび酸化窒化シリコンは、熱的に安定である。そのため、例えば、樹脂と組み合わせることで、熱的に安定かつ比誘電率の低い積層構造とすることができる。樹脂としては、例えば、ポリエステル、ポリオレフィン、ポリアミド(ナイロン、アラミドなど)、ポリイミド、ポリカーボネートまたはアクリルなどがある。また、例えば、酸化シリコン、および酸化窒化シリコンは、比誘電率の高い絶縁体と組み合わせることで、熱的に安定かつ比誘電率の高い積層構造とすることができる。 In particular, silicon oxide and silicon oxynitride are thermally stable. Therefore, for example, by combining with a resin, a laminated structure that is thermally stable and has a low relative permittivity can be obtained. Examples of the resin include polyester, polyolefin, polyamide (nylon, aramid, etc.), polyimide, polycarbonate, acrylic, and the like. Further, for example, silicon oxide and silicon oxide nitride can be combined with an insulator having a high relative permittivity to form a laminated structure that is thermally stable and has a high relative permittivity.

また、酸化物半導体を用いたトランジスタは、水素などの不純物および酸素の透過を抑制する機能を有する絶縁体で囲うことによって、トランジスタの電気特性を安定にすることができる。 Further, the electric characteristics of the transistor can be stabilized by surrounding the transistor using the oxide semiconductor with an insulator having a function of suppressing the permeation of impurities such as hydrogen and oxygen.

水素などの不純物および酸素の透過を抑制する機能を有する絶縁体としては、例えば、ホウ素、炭素、窒素、酸素、フッ素、マグネシウム、アルミニウム、シリコン、リン、塩素、アルゴン、ガリウム、ゲルマニウム、イットリウム、ジルコニウム、ランタン、ネオジム、ハフニウムまたはタンタルを含む絶縁体を、単層で、または積層で用いればよい。具体的には、水素などの不純物および酸素の透過を抑制する機能を有する絶縁体として、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化ガリウム、酸化ゲルマニウム、酸化イットリウム、酸化ジルコニウム、酸化ランタン、酸化ネオジム、酸化ハフニウムまたは酸化タンタルなどの金属酸化物、窒化酸化シリコンまたは窒化シリコンなどを用いることができる。 Examples of the insulator having a function of suppressing the permeation of impurities such as hydrogen and oxygen include boron, carbon, nitrogen, oxygen, fluorine, magnesium, aluminum, silicon, phosphorus, chlorine, argon, gallium, germanium, tantalum, and zirconium. Insulators containing, lanthanum, neodymium, hafnium or tantalum may be used in single layers or in layers. Specifically, as an insulator having a function of suppressing the permeation of impurities such as hydrogen and oxygen, aluminum oxide, magnesium oxide, gallium oxide, germanium oxide, yttrium oxide, zirconium oxide, lanthanum oxide, neodymium oxide, hafnium oxide or Metal oxides such as tantalum oxide, silicon nitride oxide, silicon nitride and the like can be used.

例えば、絶縁体210、絶縁体214、絶縁体222、絶縁層115、絶縁層115a、絶縁体270、絶縁体270a、絶縁体272、絶縁体272aおよび絶縁体273Aとして、水素などの不純物および酸素の透過を抑制する機能を有する絶縁体を用いればよい。なお、絶縁体210、絶縁体214、絶縁体222、絶縁層115、絶縁層115a、絶縁体270、絶縁体270a、絶縁体272、絶縁体272aおよび絶縁体273Aは、例えば、酸化アルミニウム、酸化ハフニウム、酸化マグネシウム、酸化ガリウム、酸化ゲルマニウム、酸化イットリウム、酸化ジルコニウム、酸化ランタン、酸化ネオジムまたは酸化タンタルなどの金属酸化物、窒化酸化シリコンまたは窒化シリコンなどを用いればよい。 For example, as the insulator 210, insulator 214, insulator 222, insulator layer 115, insulator layer 115a, insulator 270, insulator 270a, insulator 272, insulator 272a and insulator 273A, impurities such as hydrogen and oxygen are used. An insulator having a function of suppressing permeation may be used. The insulator 210, insulator 214, insulator 222, insulator layer 115, insulator layer 115a, insulator 270, insulator 270a, insulator 272, insulator 272a and insulator 273A are, for example, aluminum oxide and hafnium oxide. , Magnesium oxide, gallium oxide, germanium oxide, yttrium oxide, zirconium oxide, lanthanum oxide, metal oxides such as neodymium oxide or tantalum oxide, silicon nitride or silicon nitride may be used.

また、絶縁層104、絶縁層140、絶縁層140a、絶縁体220、絶縁体224、絶縁体250、絶縁体250a、絶縁層116および絶縁体274としては、例えば、ホウ素、炭素、窒素、酸素、フッ素、マグネシウム、アルミニウム、シリコン、リン、塩素、アルゴン、ガリウム、ゲルマニウム、イットリウム、ジルコニウム、ランタン、ネオジム、ハフニウムまたはタンタルを含む絶縁体を、単層で、または積層で用いればよい。具体的には、酸化シリコン、酸化窒化シリコンまたは、窒化シリコンを有することが好ましい。 Examples of the insulating layer 104, the insulating layer 140, the insulating layer 140a, the insulator 220, the insulator 224, the insulator 250, the insulator 250a, the insulating layer 116 and the insulator 274 include boron, carbon, nitrogen and oxygen. Insulators containing fluorine, magnesium, aluminum, silicon, phosphorus, chlorine, argon, gallium, germanium, yttrium, zirconium, lantern, neodymium, hafnium or tantalum may be used in a single layer or in layers. Specifically, it is preferable to have silicon oxide, silicon oxide nitride, or silicon nitride.

例えば、ゲート絶縁体として機能する絶縁層140、絶縁層140a、絶縁体220、絶縁体224、絶縁体250および絶縁体250aにおいて、酸化アルミニウム、酸化ガリウムまたは酸化ハフニウムを酸化物230または半導体層108と接する構造とすることで、酸化シリコンまたは酸化窒化シリコンに含まれるシリコンが、酸化物230または半導体層108に混入することを抑制することができる。一方、絶縁層140、絶縁層140a、絶縁体220、絶縁体224、絶縁体250および絶縁体250aにおいて、酸化シリコンまたは酸化窒化シリコンを酸化物230または半導体層108と接する構造とすることで、酸化アルミニウム、酸化ガリウムまたは酸化ハフニウムと、酸化シリコンまたは酸化窒化シリコンと、の界面にトラップセンターが形成される場合がある。該トラップセンターは、電子を捕獲することでトランジスタのしきい値電圧をプラス方向に変動させることができる場合がある。 For example, in an insulating layer 140, an insulating layer 140a, an insulator 220, an insulator 224, an insulator 250 and an insulator 250a that function as a gate insulator, aluminum oxide, gallium oxide or hafnium oxide is combined with oxide 230 or semiconductor layer 108. By adopting the structure in contact with each other, it is possible to prevent silicon contained in silicon oxide or silicon oxide nitride from being mixed into the oxide 230 or the semiconductor layer 108. On the other hand, in the insulating layer 140, the insulating layer 140a, the insulator 220, the insulator 224, the insulator 250 and the insulator 250a, the structure is such that silicon oxide or silicon oxide is in contact with the oxide 230 or the semiconductor layer 108 to oxidize. A trap center may be formed at the interface between aluminum, gallium oxide or hafnium oxide and silicon oxide or silicon nitride. The trap center may be able to fluctuate the threshold voltage of the transistor in the positive direction by capturing electrons.

絶縁層118、絶縁体212、絶縁体216、絶縁体271、絶縁体271aおよび絶縁体280は、比誘電率の低い絶縁体を有することが好ましい。例えば、絶縁層118、絶縁体212、絶縁体216、絶縁体271、絶縁体271aおよび絶縁体280としては、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコン、窒化シリコン、フッ素を添加した酸化シリコン、炭素を添加した酸化シリコン、炭素および窒素を添加した酸化シリコン、空孔を有する酸化シリコンまたは樹脂などを有することが好ましい。または、絶縁層118、絶縁体212、絶縁体216、絶縁体271、絶縁体271aおよび絶縁体280は、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコン、窒化シリコン、フッ素を添加した酸化シリコン、炭素を添加した酸化シリコン、炭素および窒素を添加した酸化シリコンまたは空孔を有する酸化シリコンと、樹脂と、の積層構造を有することが好ましい。酸化シリコンおよび酸化窒化シリコンは、熱的に安定であるため、樹脂と組み合わせることで、熱的に安定かつ比誘電率の低い積層構造とすることができる。樹脂としては、例えば、ポリエステル、ポリオレフィン、ポリアミド(ナイロン、アラミドなど)、ポリイミド、ポリカーボネートまたはアクリルなどがある。 The insulating layer 118, the insulator 212, the insulator 216, the insulator 271, the insulator 271a and the insulator 280 preferably have an insulator having a low relative permittivity. For example, the insulating layer 118, the insulator 212, the insulator 216, the insulator 271, the insulator 271a and the insulator 280 include silicon oxide, silicon oxide nitride, silicon nitride oxide, silicon nitride, silicon oxide added with fluorine, and carbon. It is preferable to have silicon oxide to which the above is added, silicon oxide to which carbon and nitrogen are added, silicon oxide having pores, or a resin. Alternatively, the insulating layer 118, the insulator 212, the insulator 216, the insulator 271, the insulator 271a and the insulator 280 are made of silicon oxide, silicon oxide nitride, silicon nitride oxide, silicon nitride, silicon oxide added with fluorine, and carbon. It is preferable to have a laminated structure of added silicon oxide, added silicon oxide or silicon oxide having pores, and a resin. Since silicon oxide and silicon oxide nitride are thermally stable, they can be combined with a resin to form a laminated structure that is thermally stable and has a low relative permittivity. Examples of the resin include polyester, polyolefin, polyamide (nylon, aramid, etc.), polyimide, polycarbonate, acrylic, and the like.

<<導電体>>
導電体としては、アルミニウム、クロム、銅、銀、金、白金、タンタル、ニッケル、チタン、モリブデン、タングステン、ハフニウム、バナジウム、ニオブ、マンガン、マグネシウム、ジルコニウム、ベリリウム、インジウム、ルテニウムなどから選ばれた金属元素を1種以上含む材料を用いることができる。また、リン等の不純物元素を含有させた多結晶シリコンに代表される、電気伝導度が高い半導体、ニッケルシリサイドなどのシリサイドを用いてもよい。
<< Conductor >>
Metals selected from aluminum, chromium, copper, silver, gold, platinum, tantalum, nickel, titanium, molybdenum, tungsten, hafnium, vanadium, niobium, manganese, magnesium, zirconium, beryllium, indium, ruthenium, etc. A material containing one or more elements can be used. Further, a semiconductor having high electrical conductivity typified by polycrystalline silicon containing an impurity element such as phosphorus, and SiO such as nickel silicide may be used.

また、上記の材料で形成される導電層を複数積層して用いてもよい。例えば、前述した金属元素を含む材料と、酸素を含む導電性材料と、を組み合わせた積層構造としてもよい。また、前述した金属元素を含む材料と、窒素を含む導電性材料と、を組み合わせた積層構造としてもよい。また、前述した金属元素を含む材料と、酸素を含む導電性材料と、窒素を含む導電性材料と、を組み合わせた積層構造としてもよい。 Further, a plurality of conductive layers formed of the above materials may be laminated and used. For example, a laminated structure may be formed in which the above-mentioned material containing a metal element and a conductive material containing oxygen are combined. Further, a laminated structure may be formed in which the above-mentioned material containing a metal element and a conductive material containing nitrogen are combined. Further, a laminated structure may be formed in which the above-mentioned material containing a metal element, a conductive material containing oxygen, and a conductive material containing nitrogen are combined.

なお、トランジスタのチャネル形成領域に酸化物を用いる場合において、ゲート電極として機能する導電体には、前述した金属元素を含む材料と、酸素を含む導電性材料と、を組み合わせた積層構造を用いることが好ましい。この場合は、酸素を含む導電性材料をチャネル形成領域側に設けるとよい。酸素を含む導電性材料をチャネル形成領域側に設けることで、当該導電性材料から離脱した酸素がチャネル形成領域に供給されやすくなる。 When an oxide is used in the channel forming region of the transistor, the conductor functioning as the gate electrode shall have a laminated structure in which the above-mentioned material containing a metal element and a conductive material containing oxygen are combined. Is preferable. In this case, a conductive material containing oxygen may be provided on the channel forming region side. By providing the conductive material containing oxygen on the channel forming region side, oxygen separated from the conductive material can be easily supplied to the channel forming region.

特に、ゲート電極として機能する導電体として、チャネルが形成される金属酸化物に含まれる金属元素および酸素を含む導電性材料を用いることが好ましい。また、前述した金属元素および窒素を含む導電性材料を用いてもよい。例えば、窒化チタン、窒化タンタルなどの窒素を含む導電性材料を用いてもよい。また、インジウム錫酸化物、酸化タングステンを含むインジウム酸化物、酸化タングステンを含むインジウム亜鉛酸化物、酸化チタンを含むインジウム酸化物、酸化チタンを含むインジウム錫酸化物、インジウム亜鉛酸化物、シリコンを添加したインジウム錫酸化物を用いてもよい。また、窒素を含むインジウムガリウム亜鉛酸化物を用いてもよい。このような材料を用いることで、チャネルが形成される金属酸化物に含まれる水素を捕獲することができる場合がある。または、外方の絶縁体などから混入する水素を捕獲することができる場合がある。 In particular, as the conductor that functions as the gate electrode, it is preferable to use a conductive material containing a metal element and oxygen contained in the metal oxide in which the channel is formed. Further, the above-mentioned conductive material containing a metal element and nitrogen may be used. For example, a conductive material containing nitrogen such as titanium nitride and tantalum nitride may be used. In addition, indium tin oxide, indium oxide containing tungsten oxide, indium zinc oxide containing tungsten oxide, indium oxide containing titanium oxide, indium tin oxide containing titanium oxide, indium zinc oxide, and silicon were added. Indium tin oxide may be used. Further, indium gallium zinc oxide containing nitrogen may be used. By using such a material, it may be possible to capture hydrogen contained in the metal oxide in which the channel is formed. Alternatively, it may be possible to capture hydrogen mixed in from an outer insulator or the like.

導電層121a、導電層121b、導電体260a、導電体260b、導電体260_1a、導電体260_1b、導電体203a、導電体203b、導電体205a、および導電体205bとしては、アルミニウム、クロム、銅、銀、金、白金、タンタル、ニッケル、チタン、モリブデン、タングステン、ハフニウム、バナジウム、ニオブ、マンガン、マグネシウム、ジルコニウム、ベリリウム、インジウム、ルテニウムなどから選ばれた金属元素を1種以上含む材料を用いることができる。また、リン等の不純物元素を含有させた多結晶シリコンに代表される、電気伝導度が高い半導体、ニッケルシリサイドなどのシリサイドを用いてもよい。 The conductive layer 121a, the conductive layer 121b, the conductor 260a, the conductor 260b, the conductor 260_1a, the conductor 260_1b, the conductor 203a, the conductor 203b, the conductor 205a, and the conductor 205b include aluminum, chromium, copper, and silver. , Gold, platinum, tantalum, nickel, titanium, molybdenum, tungsten, hafnium, vanadium, niobium, manganese, magnesium, zirconium, beryllium, indium, ruthenium, etc. .. Further, a semiconductor having high electrical conductivity typified by polycrystalline silicon containing an impurity element such as phosphorus, and SiO such as nickel silicide may be used.

<<金属酸化物>>
半導体層108および酸化物230として、酸化物半導体として機能する金属酸化物(以下、酸化物半導体ともいう)を用いることが好ましい。以下では、本発明に係る半導体層および酸化物230に適用可能な金属酸化物について説明する。
<< Metal Oxide >>
As the semiconductor layer 108 and the oxide 230, it is preferable to use a metal oxide (hereinafter, also referred to as an oxide semiconductor) that functions as an oxide semiconductor. Hereinafter, the metal oxide applicable to the semiconductor layer and the oxide 230 according to the present invention will be described.

酸化物半導体は、少なくともインジウムまたは亜鉛を含むことが好ましい。特にインジウムおよび亜鉛を含むことが好ましい。また、それらに加えて、アルミニウム、ガリウム、イットリウムまたはスズなどが含まれていることが好ましい。また、ホウ素、シリコン、チタン、鉄、ニッケル、ゲルマニウム、ジルコニウム、モリブデン、ランタン、セリウム、ネオジム、ハフニウム、タンタル、タングステン、またはマグネシウムなどから選ばれた一種、または複数種が含まれていてもよい。 The oxide semiconductor preferably contains at least indium or zinc. In particular, it preferably contains indium and zinc. In addition to them, aluminum, gallium, yttrium, tin and the like are preferably contained. It may also contain one or more selected from boron, silicon, titanium, iron, nickel, germanium, zirconium, molybdenum, lanthanum, cerium, neodymium, hafnium, tantalum, tungsten, magnesium and the like.

ここでは、酸化物半導体が、インジウム、元素Mおよび亜鉛を有するIn‐M‐Zn酸化物である場合を考える。なお、元素Mは、アルミニウム、ガリウム、イットリウムまたはスズなどとする。そのほかの元素Mに適用可能な元素としては、ホウ素、シリコン、チタン、鉄、ニッケル、ゲルマニウム、ジルコニウム、モリブデン、ランタン、セリウム、ネオジム、ハフニウム、タンタル、タングステン、マグネシウムなどがある。ただし、元素Mとして、前述の元素を複数組み合わせても構わない場合がある。 Here, consider the case where the oxide semiconductor is an In-M-Zn oxide having indium, the element M, and zinc. The element M is aluminum, gallium, yttrium, tin, or the like. Examples of elements applicable to the other element M include boron, silicon, titanium, iron, nickel, germanium, zirconium, molybdenum, lanthanum, cerium, neodymium, hafnium, tantalum, tungsten, and magnesium. However, as the element M, a plurality of the above-mentioned elements may be combined in some cases.

[金属酸化物の構成]
以下では、本発明の一態様で開示されるトランジスタに用いることができるCAC(Cloud−Aligned Composite)−OSの構成について説明する。
[Composition of metal oxide]
Hereinafter, the configuration of the CAC (Cloud-Linked Composite) -OS that can be used for the transistor disclosed in one aspect of the present invention will be described.

なお、本明細書等において、CAAC(c−axis aligned crystal)、及びCAC(Cloud−Aligned Composite)と記載する場合がある。なお、CAACは結晶構造の一例を表し、CACは機能、または材料の構成の一例を表す。 In addition, in this specification and the like, it may be described as CAAC (c-axis aligned composite) and CAC (Cloud-Aligned Composite). CAAC represents an example of a crystal structure, and CAC represents an example of a function or a composition of a material.

CAC−OSまたはCAC−metal oxideとは、材料の一部では導電性の機能と、材料の一部では絶縁性の機能とを有し、材料の全体では半導体としての機能を有する。なお、CAC−OSまたはCAC−metal oxideを、トランジスタの活性層に用いる場合、導電性の機能は、キャリアとなる電子(またはホール)を流す機能であり、絶縁性の機能は、キャリアとなる電子を流さない機能である。導電性の機能と、絶縁性の機能とを、それぞれ相補的に作用させることで、スイッチングさせる機能(On/Offさせる機能)をCAC−OSまたはCAC−metal oxideに付与することができる。CAC−OSまたはCAC−metal oxideにおいて、それぞれの機能を分離させることで、双方の機能を最大限に高めることができる。 The CAC-OS or CAC-metal oxide has a conductive function in a part of the material and an insulating function in a part of the material, and has a function as a semiconductor in the whole material. When CAC-OS or CAC-metal oxide is used for the active layer of the transistor, the conductive function is the function of flowing electrons (or holes) that serve as carriers, and the insulating function is the function of flowing electrons (or holes) that serve as carriers. It is a function that does not shed. By making the conductive function and the insulating function act in a complementary manner, a switching function (on / off function) can be imparted to the CAC-OS or CAC-metal oxide. In CAC-OS or CAC-metal oxide, by separating each function, both functions can be maximized.

また、CAC−OSまたはCAC−metal oxideは、導電性領域、及び絶縁性領域を有する。導電性領域は、上述の導電性の機能を有し、絶縁性領域は、上述の絶縁性の機能を有する。また、材料中において、導電性領域と、絶縁性領域とは、ナノ粒子レベルで分離している場合がある。また、導電性領域と、絶縁性領域とは、それぞれ材料中に偏在する場合がある。また、導電性領域は、周辺がぼけてクラウド状に連結して観察される場合がある。 Further, CAC-OS or CAC-metal oxide has a conductive region and an insulating region. The conductive region has the above-mentioned conductive function, and the insulating region has the above-mentioned insulating function. Further, in the material, the conductive region and the insulating region may be separated at the nanoparticle level. Further, the conductive region and the insulating region may be unevenly distributed in the material. In addition, the conductive region may be observed with the periphery blurred and connected in a cloud shape.

また、CAC−OSまたはCAC−metal oxideにおいて、導電性領域と、絶縁性領域とは、それぞれ0.5nm以上10nm以下、好ましくは0.5nm以上3nm以下のサイズで材料中に分散している場合がある。 Further, in CAC-OS or CAC-metal oxide, when the conductive region and the insulating region are dispersed in the material in a size of 0.5 nm or more and 10 nm or less, preferably 0.5 nm or more and 3 nm or less, respectively. There is.

また、CAC−OSまたはCAC−metal oxideは、異なるバンドギャップを有する成分により構成される。例えば、CAC−OSまたはCAC−metal oxideは、絶縁性領域に起因するワイドギャップを有する成分と、導電性領域に起因するナローギャップを有する成分と、により構成される。当該構成の場合、キャリアを流す際に、ナローギャップを有する成分において、主にキャリアが流れる。また、ナローギャップを有する成分が、ワイドギャップを有する成分に相補的に作用し、ナローギャップを有する成分に連動してワイドギャップを有する成分にもキャリアが流れる。このため、上記CAC−OSまたはCAC−metal oxideをトランジスタのチャネル領域に用いる場合、トランジスタのオン状態において高い電流駆動力、つまり大きなオン電流、及び高い電界効果移動度を得ることができる。 Further, CAC-OS or CAC-metal oxide is composed of components having different band gaps. For example, CAC-OS or CAC-metal oxide is composed of a component having a wide gap due to an insulating region and a component having a narrow gap due to a conductive region. In the case of this configuration, when the carriers flow, the carriers mainly flow in the components having a narrow gap. Further, the component having a narrow gap acts complementarily to the component having a wide gap, and the carrier flows to the component having a wide gap in conjunction with the component having a narrow gap. Therefore, when the CAC-OS or CAC-metal oxide is used in the channel region of the transistor, a high current driving force, that is, a large on-current and a high field effect mobility can be obtained in the on-state of the transistor.

すなわち、CAC−OSまたはCAC−metal oxideは、マトリックス複合材(matrix composite)、または金属マトリックス複合材(metal matrix composite)と呼称することもできる。 That is, CAC-OS or CAC-metal oxide can also be referred to as a matrix composite or a metal matrix composite.

[金属酸化物の構造]
酸化物半導体は、単結晶酸化物半導体と、それ以外の非単結晶酸化物半導体と、に分けられる。非単結晶酸化物半導体としては、例えば、CAAC−OS(c−axis aligned crystalline oxide semiconductor)、多結晶酸化物半導体、nc−OS(nanocrystalline oxide semiconductor)、擬似非晶質酸化物半導体(a−like OS:amorphous−like oxide semiconductor)および非晶質酸化物半導体などがある。
[Structure of metal oxide]
Oxide semiconductors are divided into single crystal oxide semiconductors and other non-single crystal oxide semiconductors. Examples of the non-single crystal oxide semiconductor include CAAC-OS (c-axis aligned semiconductor semiconductor), polycrystalline oxide semiconductor, nc-OS (nanocrystalline oxide semiconductor), and pseudo-amorphous oxide semiconductor (a-lique). OS: amorphous-like oxide semiconductor), amorphous oxide semiconductors, and the like.

CAAC−OSは、c軸配向性を有し、かつa−b面方向において複数のナノ結晶が連結し、歪みを有した結晶構造となっている。なお、歪みとは、複数のナノ結晶が連結する領域において、格子配列の揃った領域と、別の格子配列の揃った領域と、の間で格子配列の向きが変化している箇所を指す。 CAAC-OS has a c-axis orientation and has a distorted crystal structure in which a plurality of nanocrystals are connected in the ab plane direction. The strain refers to a region where the orientation of the lattice arrangement changes between a region in which the lattice arrangement is aligned and a region in which another lattice arrangement is aligned in the region where a plurality of nanocrystals are connected.

ナノ結晶は、六角形を基本とするが、正六角形状とは限らず、非正六角形状である場合がある。また、歪みにおいて、五角形、および七角形などの格子配列を有する場合がある。なお、CAAC−OSにおいて、歪み近傍においても、明確な結晶粒界(グレインバウンダリーともいう)を確認することはできない。即ち、格子配列の歪みによって、結晶粒界の形成が抑制されていることがわかる。これは、CAAC−OSが、a−b面方向において酸素原子の配列が稠密でないことや、金属元素が置換することで原子間の結合距離が変化することなどによって、歪みを許容することができるためと考えられる。 Although nanocrystals are basically hexagonal, they are not limited to regular hexagons and may have non-regular hexagons. In addition, in distortion, it may have a lattice arrangement such as a pentagon and a heptagon. In CAAC-OS, a clear grain boundary (also referred to as grain boundary) cannot be confirmed even in the vicinity of strain. That is, it can be seen that the formation of grain boundaries is suppressed by the distortion of the lattice arrangement. This is because CAAC-OS can tolerate distortion because the arrangement of oxygen atoms is not dense in the ab plane direction and the bond distance between atoms changes due to the substitution of metal elements. It is thought that this is the reason.

また、CAAC−OSは、インジウム、および酸素を有する層(以下、In層)と、元素M、亜鉛、および酸素を有する層(以下、(M,Zn)層)とが積層した、層状の結晶構造(層状構造ともいう)を有する傾向がある。なお、インジウムと元素Mは、互いに置換可能であり、(M,Zn)層の元素Mがインジウムと置換した場合、(In,M,Zn)層と表すこともできる。また、In層のインジウムが元素Mと置換した場合、(In,M)層と表すこともできる。 Further, CAAC-OS is a layered crystal in which a layer having indium and oxygen (hereinafter, In layer) and a layer having elements M, zinc, and oxygen (hereinafter, (M, Zn) layer) are laminated. It tends to have a structure (also called a layered structure). Indium and the element M can be replaced with each other, and when the element M of the (M, Zn) layer is replaced with indium, it can be expressed as the (In, M, Zn) layer. Further, when the indium of the In layer is replaced with the element M, it can be expressed as the (In, M) layer.

CAAC−OSは結晶性の高い酸化物半導体である。一方、CAAC−OSは、明確な結晶粒界を確認することはできないため、結晶粒界に起因する電子移動度の低下が起こりにくいといえる。また、酸化物半導体の結晶性は不純物の混入や欠陥の生成などによって低下する場合があるため、CAAC−OSは不純物や欠陥(酸素欠損など)の少ない酸化物半導体ともいえる。従って、CAAC−OSを有する酸化物半導体は、物理的性質が安定する。そのため、CAAC−OSを有する酸化物半導体は熱に強く、信頼性が高い。 CAAC-OS is a highly crystalline oxide semiconductor. On the other hand, in CAAC-OS, since a clear crystal grain boundary cannot be confirmed, it can be said that a decrease in electron mobility due to the crystal grain boundary is unlikely to occur. Further, since the crystallinity of the oxide semiconductor may be lowered due to the mixing of impurities or the generation of defects, CAAC-OS can be said to be an oxide semiconductor having few impurities and defects (oxygen deficiency, etc.). Therefore, the oxide semiconductor having CAAC-OS has stable physical properties. Therefore, the oxide semiconductor having CAAC-OS is resistant to heat and has high reliability.

nc−OSは、微小な領域(例えば、1nm以上10nm以下の領域、特に1nm以上3nm以下の領域)において原子配列に周期性を有する。また、nc−OSは、異なるナノ結晶間で結晶方位に規則性が見られない。そのため、膜全体で配向性が見られない。したがって、nc−OSは、分析方法によっては、a−like OSや非晶質酸化物半導体と区別が付かない場合がある。 The nc-OS has periodicity in the atomic arrangement in a minute region (for example, a region of 1 nm or more and 10 nm or less, particularly a region of 1 nm or more and 3 nm or less). In addition, nc-OS does not show regularity in crystal orientation between different nanocrystals. Therefore, no orientation is observed in the entire film. Therefore, the nc-OS may be indistinguishable from the a-like OS and the amorphous oxide semiconductor depending on the analysis method.

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。a−like OSは、鬆または低密度領域を有する。即ち、a−like OSは、nc−OSおよびCAAC−OSと比べて、結晶性が低い。 The a-like OS is an oxide semiconductor having a structure between nc-OS and an amorphous oxide semiconductor. The a-like OS has a void or low density region. That is, a-like OS has lower crystallinity than nc-OS and CAAC-OS.

酸化物半導体は、多様な構造をとり、それぞれが異なる特性を有する。本発明の一態様の酸化物半導体は、非晶質酸化物半導体、多結晶酸化物半導体、a−like OS、nc−OS、CAAC−OSのうち、二種以上を有していてもよい。 Oxide semiconductors have various structures, and each has different characteristics. The oxide semiconductor of one aspect of the present invention may have two or more of amorphous oxide semiconductor, polycrystalline oxide semiconductor, a-like OS, nc-OS, and CAAC-OS.

[酸化物半導体を有するトランジスタ]
続いて、上記酸化物半導体をトランジスタに用いる場合について説明する。
[Transistor with oxide semiconductor]
Subsequently, a case where the oxide semiconductor is used for a transistor will be described.

なお、上記酸化物半導体をトランジスタに用いることで、高い電界効果移動度のトランジスタを実現することができる。また、信頼性の高いトランジスタを実現することができる。 By using the oxide semiconductor as a transistor, a transistor having high field effect mobility can be realized. Moreover, a highly reliable transistor can be realized.

また、トランジスタには、キャリア密度の低い酸化物半導体を用いることが好ましい。酸化物半導体膜のキャリア密度を低くする場合においては、酸化物半導体膜中の不純物濃度を低くし、欠陥準位密度を低くすればよい。本明細書等において、不純物濃度が低く、欠陥準位密度の低いことを高純度真性または実質的に高純度真性と言う。例えば、酸化物半導体は、キャリア密度が8×1011/cm未満、好ましくは1×1011/cm未満、さらに好ましくは1×1010/cm未満であり、1×10−9/cm以上とすればよい。 Further, it is preferable to use an oxide semiconductor having a low carrier density for the transistor. When the carrier density of the oxide semiconductor film is lowered, the impurity concentration in the oxide semiconductor film may be lowered to lower the defect level density. In the present specification and the like, a low impurity concentration and a low defect level density is referred to as high-purity intrinsic or substantially high-purity intrinsic. For example, oxide semiconductors have a carrier density of less than 8 × 10 11 / cm 3 , preferably less than 1 × 10 11 / cm 3 , more preferably less than 1 × 10 10 / cm 3 , and 1 × 10 -9 /. It may be cm 3 or more.

また、高純度真性または実質的に高純度真性である酸化物半導体膜は、欠陥準位密度が低いため、トラップ準位密度も低くなる場合がある。 Further, since the oxide semiconductor film having high purity intrinsicity or substantially high purity intrinsicity has a low defect level density, the trap level density may also be low.

また、酸化物半導体のトラップ準位に捕獲された電荷は、消失するまでに要する時間が長く、あたかも固定電荷のように振る舞うことがある。そのため、トラップ準位密度の高い酸化物半導体にチャネル領域が形成されるトランジスタは、電気特性が不安定となる場合がある。 In addition, the charge captured at the trap level of the oxide semiconductor takes a long time to disappear, and may behave as if it were a fixed charge. Therefore, a transistor in which a channel region is formed in an oxide semiconductor having a high trap level density may have unstable electrical characteristics.

従って、トランジスタの電気特性を安定にするためには、酸化物半導体中の不純物濃度を低減することが有効である。また、酸化物半導体中の不純物濃度を低減するためには、近接する膜中の不純物濃度も低減することが好ましい。不純物としては、水素、窒素、アルカリ金属、アルカリ土類金属、鉄、ニッケル、シリコン等がある。 Therefore, in order to stabilize the electrical characteristics of the transistor, it is effective to reduce the impurity concentration in the oxide semiconductor. Further, in order to reduce the impurity concentration in the oxide semiconductor, it is preferable to reduce the impurity concentration in the adjacent film. Impurities include hydrogen, nitrogen, alkali metals, alkaline earth metals, iron, nickel, silicon and the like.

[不純物]
ここで、酸化物半導体中における各不純物の影響について説明する。
[impurities]
Here, the influence of each impurity in the oxide semiconductor will be described.

酸化物半導体において、第14族元素の一つであるシリコンや炭素が含まれると、酸化物半導体において欠陥準位が形成される。このため、酸化物半導体におけるシリコンや炭素の濃度と、酸化物半導体との界面近傍のシリコンや炭素の濃度(二次イオン質量分析法(SIMS:Secondary Ion Mass Spectrometry)により得られる濃度)を、2×1018atoms/cm以下、好ましくは2×1017atoms/cm以下とする。 When silicon or carbon, which is one of the Group 14 elements, is contained in the oxide semiconductor, a defect level is formed in the oxide semiconductor. Therefore, the concentration of silicon and carbon in the oxide semiconductor and the concentration of silicon and carbon near the interface with the oxide semiconductor (concentration obtained by secondary ion mass spectrometry (SIMS)) are 2 × 10 18 atoms / cm 3 or less, preferably 2 × 10 17 atoms / cm 3 or less.

また、酸化物半導体にアルカリ金属またはアルカリ土類金属が含まれると、欠陥準位を形成し、キャリアを生成する場合がある。従って、アルカリ金属またはアルカリ土類金属が含まれている酸化物半導体を用いたトランジスタはノーマリーオン特性となりやすい。このため、酸化物半導体中のアルカリ金属またはアルカリ土類金属の濃度を低減することが好ましい。具体的には、SIMSにより得られる酸化物半導体中のアルカリ金属またはアルカリ土類金属の濃度を、1×1018atoms/cm以下、好ましくは2×1016atoms/cm以下にする。 Further, when the oxide semiconductor contains an alkali metal or an alkaline earth metal, defect levels may be formed and carriers may be generated. Therefore, a transistor using an oxide semiconductor containing an alkali metal or an alkaline earth metal tends to have a normally-on characteristic. Therefore, it is preferable to reduce the concentration of alkali metal or alkaline earth metal in the oxide semiconductor. Specifically, the concentration of the alkali metal or alkaline earth metal in the oxide semiconductor obtained by SIMS is set to 1 × 10 18 atoms / cm 3 or less, preferably 2 × 10 16 atoms / cm 3 or less.

また、酸化物半導体において、窒素が含まれると、キャリアである電子が生じ、キャリア密度が増加し、n型化しやすい。この結果、窒素が含まれている酸化物半導体を半導体に用いたトランジスタはノーマリーオン特性となりやすい。従って、該酸化物半導体において、窒素はできる限り低減されていることが好ましい、例えば、酸化物半導体中の窒素濃度は、SIMSにおいて、5×1019atoms/cm未満、好ましくは5×1018atoms/cm以下、より好ましくは1×1018atoms/cm以下、さらに好ましくは5×1017atoms/cm以下とする。 Further, in an oxide semiconductor, when nitrogen is contained, electrons as carriers are generated, the carrier density is increased, and the n-type is easily formed. As a result, a transistor using an oxide semiconductor containing nitrogen as a semiconductor tends to have a normally-on characteristic. Therefore, in the oxide semiconductor, nitrogen is preferably reduced as much as possible, for example, the nitrogen concentration in the oxide semiconductor is less than 5 × 10 19 atoms / cm 3 in SIMS, preferably 5 × 10 18 Atoms / cm 3 or less, more preferably 1 × 10 18 atoms / cm 3 or less, still more preferably 5 × 10 17 atoms / cm 3 or less.

また、酸化物半導体に含まれる水素は、金属原子と結合する酸素と反応して水になるため、酸素欠損を形成する場合がある。該酸素欠損に水素が入ることで、キャリアである電子が生成される場合がある。また、水素の一部が金属原子と結合する酸素と結合して、キャリアである電子を生成することがある。従って、水素が含まれている酸化物半導体を用いたトランジスタはノーマリーオン特性となりやすい。このため、酸化物半導体中の水素はできる限り低減されていることが好ましい。具体的には、酸化物半導体において、SIMSにより得られる水素濃度を、1×1020atoms/cm未満、好ましくは1×1019atoms/cm未満、より好ましくは5×1018atoms/cm未満、さらに好ましくは1×1018atoms/cm未満とする。 Further, hydrogen contained in an oxide semiconductor reacts with oxygen bonded to a metal atom to become water, which may form an oxygen deficiency. When hydrogen enters the oxygen deficiency, electrons that are carriers may be generated. In addition, a part of hydrogen may be combined with oxygen that is bonded to a metal atom to generate an electron as a carrier. Therefore, a transistor using an oxide semiconductor containing hydrogen tends to have a normally-on characteristic. Therefore, it is preferable that hydrogen in the oxide semiconductor is reduced as much as possible. Specifically, in an oxide semiconductor, the hydrogen concentration obtained by SIMS is less than 1 × 10 20 atoms / cm 3 , preferably less than 1 × 10 19 atoms / cm 3 , and more preferably 5 × 10 18 atoms / cm. Less than 3 , more preferably less than 1 × 10 18 atoms / cm 3 .

不純物が十分に低減された酸化物半導体をトランジスタのチャネル領域に用いることで、安定した電気特性を付与することができる。 By using an oxide semiconductor in which impurities are sufficiently reduced in the channel region of the transistor, stable electrical characteristics can be imparted.

<半導体装置の作製方法>
次に、本発明に係るトランジスタ200を有する半導体装置について、作製方法を図1および図12乃至図19を用いて説明する。また、図1および図12乃至図19において、各図の(A)は上面図を示す。また、各図の(B)は(A)に示すA1−A2の一点鎖線で示す部位に対応する断面図である。また、各図の(C)は、(A)にA3−A4の一点鎖線で示す部位に対応する断面図である。
<Method of manufacturing semiconductor devices>
Next, the manufacturing method of the semiconductor device having the transistor 200 according to the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 12 to 19. Further, in FIGS. 1 and 12 to 19, (A) in each figure shows a top view. Further, (B) in each figure is a cross-sectional view corresponding to the portion indicated by the alternate long and short dash line of A1-A2 shown in (A). Further, (C) of each figure is a cross-sectional view corresponding to the portion indicated by the alternate long and short dash line of A3-A4 in (A).

まず、基板(図示しない)を準備し、当該基板上に絶縁体210を成膜する。絶縁体210の成膜は、スパッタリング法、化学気相成長(CVD:Chemical Vapor Deposition)法、分子線エピタキシー(MBE:Molecular Beam Epitaxy)法、パルスレーザ堆積(PLD:Pulsed Laser Deposition)法またはALD法などを用いて行うことができる。 First, a substrate (not shown) is prepared, and an insulator 210 is formed on the substrate. The film of the insulator 210 is formed by a sputtering method, a chemical vapor deposition (CVD) method, a molecular beam epitaxy (MBE) method, a pulsed laser deposition (PLD) method, or a pulsed laser deposition (PLD) method. It can be done by using.

なお、CVD法は、プラズマを利用するプラズマCVD(PECVD:Plasma Enhanced CVD)法、熱を利用する熱CVD(TCVD:Thermal CVD)法、光を利用する光CVD(Photo CVD)法などに分類できる。さらに用いる原料ガスによって金属CVD(MCVD:Metal CVD)法、有機金属CVD(MOCVD:Metal Organic CVD)法に分けることができる。 The CVD method can be classified into a plasma CVD (PECVD: Plasma Enhanced CVD) method using plasma, a thermal CVD (TCVD: Thermal CVD) method using heat, an optical CVD (Photo CVD) method using light, and the like. .. Further, it can be divided into a metal CVD (Metal CVD) method and an organometallic CVD (MOCVD: Metalorganic CVD) method depending on the raw material gas used.

プラズマCVD法は、比較的低温で高品質の膜が得られる。また、熱CVD法は、プラズマを用いないため、被処理物へのプラズマダメージを小さくすることが可能な成膜方法である。例えば、半導体装置に含まれる配線、電極、素子(トランジスタ、容量素子など)などは、プラズマから電荷を受け取ることでチャージアップする場合がある。このとき、蓄積した電荷によって、半導体装置に含まれる配線、電極、素子などが破壊される場合がある。一方、プラズマを用いない熱CVD法の場合、こういったプラズマダメージが生じないため、半導体装置の歩留まりを高くすることができる。また、熱CVD法では、成膜中のプラズマダメージが生じないため、欠陥の少ない膜が得られる。 The plasma CVD method can obtain a high quality film at a relatively low temperature. Further, since the thermal CVD method does not use plasma, it is a film forming method capable of reducing plasma damage to the object to be processed. For example, wiring, electrodes, elements (transistors, capacitive elements, etc.) and the like included in a semiconductor device may be charged up by receiving electric charges from plasma. At this time, the accumulated electric charge may destroy the wiring, electrodes, elements, and the like included in the semiconductor device. On the other hand, in the case of the thermal CVD method that does not use plasma, such plasma damage does not occur, so that the yield of the semiconductor device can be increased. Further, in the thermal CVD method, plasma damage during film formation does not occur, so that a film having few defects can be obtained.

また、ALD法も、被処理物へのプラズマダメージを小さくすることが可能な成膜方法である。また、ALD法も、成膜中のプラズマダメージが生じないため、欠陥の少ない膜が得られる。 The ALD method is also a film forming method capable of reducing plasma damage to the object to be processed. Further, the ALD method also does not cause plasma damage during film formation, so that a film having few defects can be obtained.

CVD法およびALD法は、ターゲットなどから放出される粒子が堆積する成膜方法とは異なり、被処理物の表面における反応により膜が形成される成膜方法である。したがって、被処理物の形状の影響を受けにくく、良好な段差被覆性を有する成膜方法である。特に、ALD法は、優れた段差被覆性と、優れた厚さの均一性を有するため、アスペクト比の高い開口部の表面を被覆する場合などに好適である。ただし、ALD法は、比較的成膜速度が遅いため、成膜速度の速いCVD法などの他の成膜方法と組み合わせて用いることが好ましい場合もある。 The CVD method and the ALD method are different from the film forming method in which particles emitted from a target or the like are deposited, and are film forming methods in which a film is formed by a reaction on the surface of an object to be treated. Therefore, it is a film forming method that is not easily affected by the shape of the object to be treated and has good step coverage. In particular, the ALD method has excellent step covering property and excellent thickness uniformity, and is therefore suitable for covering the surface of an opening having a high aspect ratio. However, since the ALD method has a relatively slow film forming rate, it may be preferable to use it in combination with another film forming method such as a CVD method having a high film forming rate.

CVD法およびALD法は、原料ガスの流量比によって、得られる膜の組成を制御することができる。例えば、CVD法およびALD法では、原料ガスの流量比によって、任意の組成の膜を成膜することができる。また、例えば、CVD法およびALD法では、成膜しながら原料ガスの流量比を変化させることによって、組成が連続的に変化した膜を成膜することができる。原料ガスの流量比を変化させながら成膜する場合、複数の成膜室を用いて成膜する場合と比べて、搬送や圧力調整に掛かる時間の分、成膜に掛かる時間を短くすることができる。したがって、半導体装置の生産性を高めることができる場合がある。 In the CVD method and the ALD method, the composition of the obtained film can be controlled by the flow rate ratio of the raw material gas. For example, in the CVD method and the ALD method, a film having an arbitrary composition can be formed depending on the flow rate ratio of the raw material gas. Further, for example, in the CVD method and the ALD method, a film having a continuously changed composition can be formed by changing the flow rate ratio of the raw material gas while forming the film. When forming a film while changing the flow rate ratio of the raw material gas, it is possible to shorten the time required for film formation by the amount of time required for transportation and pressure adjustment as compared with the case of forming a film using a plurality of film forming chambers. can. Therefore, it may be possible to increase the productivity of the semiconductor device.

本実施の形態では、絶縁体210として、スパッタリング法によって酸化アルミニウムを成膜する。また、絶縁体210は、多層構造としてもよい。例えばスパッタリング法によって酸化アルミニウムを成膜し、該酸化アルミニウム上にALD法によって酸化アルミニウムを成膜する構造としてもよい。または、ALD法によって酸化アルミニウムを成膜し、該酸化アルミニウム上に、スパッタリング法によって酸化アルミニウムを成膜する構造としてもよい。 In the present embodiment, aluminum oxide is formed as the insulator 210 by a sputtering method. Further, the insulator 210 may have a multi-layer structure. For example, the structure may be such that aluminum oxide is formed by a sputtering method and aluminum oxide is formed on the aluminum oxide by an ALD method. Alternatively, the structure may be such that aluminum oxide is formed by the ALD method and aluminum oxide is formed on the aluminum oxide by the sputtering method.

次に絶縁体210上に絶縁体212を成膜する。絶縁体212の成膜は、スパッタリング法、CVD法、MBE法、PLD法またはALD法などを用いて行うことができる。本実施の形態では、絶縁体212として、CVD法によって酸化シリコンを成膜する。 Next, the insulator 212 is formed on the insulator 210. The film formation of the insulator 212 can be performed by using a sputtering method, a CVD method, an MBE method, a PLD method, an ALD method, or the like. In the present embodiment, silicon oxide is formed as the insulator 212 by the CVD method.

次に、絶縁体212に絶縁体210に達する開口を形成する。開口とは、例えば、溝やスリットなども含まれる。また、開口が形成された領域を指して開口部とする場合がある。開口の形成はウェットエッチングを用いてもよいが、ドライエッチングを用いるほうが微細加工には好ましい。また、絶縁体210は、絶縁体212をエッチングして溝を形成する際のエッチングストッパ膜として機能する絶縁体を選択することが好ましい。例えば、溝を形成する絶縁体212に酸化シリコン膜を用いた場合は、絶縁体210は窒化シリコン膜、酸化アルミニウム膜、酸化ハフニウム膜を用いるとよい。 Next, an opening is formed in the insulator 212 to reach the insulator 210. The opening also includes, for example, a groove or a slit. Further, the region where the opening is formed may be referred to as an opening. Although wet etching may be used to form the openings, it is preferable to use dry etching for microfabrication. Further, as the insulator 210, it is preferable to select an insulator that functions as an etching stopper film when the insulator 212 is etched to form a groove. For example, when a silicon oxide film is used for the insulator 212 forming the groove, it is preferable to use a silicon nitride film, an aluminum oxide film, or a hafnium oxide film for the insulator 210.

開口の形成後に、導電体203aとなる導電膜を成膜する。該導電膜は、酸素の透過を抑制する機能を有する導電体を含むことが望ましい。たとえば、窒化タンタル、窒化タングステン、窒化チタンなどを用いることができる。またはタンタル、タングステン、チタン、モリブデン、アルミニウム、銅、モリブデンタングステン合金との積層膜とすることができる。導電体203aとなる導電体の成膜は、スパッタリング法、CVD法、MBE法、PLD法またはALD法などを用いて行うことができる。 After forming the opening, a conductive film to be the conductor 203a is formed. It is desirable that the conductive film contains a conductor having a function of suppressing the permeation of oxygen. For example, tantalum nitride, tungsten nitride, titanium nitride and the like can be used. Alternatively, it can be a laminated film with tantalum, tungsten, titanium, molybdenum, aluminum, copper, or molybdenum-tungsten alloy. The film formation of the conductor to be the conductor 203a can be performed by using a sputtering method, a CVD method, an MBE method, a PLD method, an ALD method, or the like.

本実施の形態では、導電体203aとなる導電膜として、スパッタリング法によって窒化タンタルを成膜する。導電体203aとしてこのような金属窒化物を用いることにより、後述する導電体203bで銅など拡散しやすい金属を用いても、当該金属が導電体203aから外に拡散するのを防ぐことができる。 In the present embodiment, tantalum nitride is formed as a conductive film to be the conductor 203a by a sputtering method. By using such a metal nitride as the conductor 203a, it is possible to prevent the metal from diffusing out from the conductor 203a even if a metal such as copper which is easily diffused is used in the conductor 203b described later.

次に、導電体203aとなる導電膜上に、導電体203bとなる導電膜を成膜する。該導電膜の成膜は、メッキ法、スパッタリング法、CVD法、MBE法、PLD法またはALD法などを用いて行うことができる。本実施の形態では、導電体203bとなる導電膜として、銅などの低抵抗導電性材料を成膜する。 Next, a conductive film to be the conductor 203b is formed on the conductive film to be the conductor 203a. The film formation of the conductive film can be performed by using a plating method, a sputtering method, a CVD method, an MBE method, a PLD method, an ALD method, or the like. In the present embodiment, a low resistance conductive material such as copper is formed as a conductive film to be the conductor 203b.

次に、CMP処理を行うことで、導電体203aとなる導電膜、ならびに導電体203bとなる導電膜の一部を除去し、絶縁体212を露出する。その結果、開口部のみに、導電体203aとなる導電膜、ならびに導電体203bとなる導電膜が残存する。これにより、上面が平坦な、導電体203aおよび導電体203bを含む導電体203を形成することができる(図12参照。)。なお、当該CMP処理により、絶縁体212の一部が除去される場合がある。 Next, by performing the CMP treatment, the conductive film to be the conductor 203a and a part of the conductive film to be the conductor 203b are removed, and the insulator 212 is exposed. As a result, the conductive film to be the conductor 203a and the conductive film to be the conductor 203b remain only in the opening. As a result, the conductor 203 including the conductor 203a and the conductor 203b having a flat upper surface can be formed (see FIG. 12). In addition, a part of the insulator 212 may be removed by the CMP treatment.

次に、導電体203上に絶縁体214を成膜する。絶縁体214の成膜は、スパッタリング法、CVD法、MBE法、PLD法またはALD法などを用いて行うことができる。本実施の形態では、絶縁体214として、CVD法によって窒化シリコンを成膜する。このように、絶縁体214として、窒化シリコンなどの銅が透過しにくい絶縁体を用いることにより、導電体203bに銅など拡散しやすい金属を用いても、当該金属が絶縁体214より上の層に拡散するのを防ぐことができる。 Next, the insulator 214 is formed on the conductor 203. The film formation of the insulator 214 can be performed by using a sputtering method, a CVD method, an MBE method, a PLD method, an ALD method, or the like. In the present embodiment, silicon nitride is formed as the insulator 214 by the CVD method. In this way, by using an insulator such as silicon nitride that does not easily allow copper to permeate as the insulator 214, even if a metal that easily diffuses such as copper is used for the conductor 203b, the metal is a layer above the insulator 214. It can be prevented from spreading to.

次に絶縁体214上に絶縁体216を成膜する。絶縁体216の成膜は、スパッタリング法、CVD法、MBE法、PLD法またはALD法などを用いて行うことができる。本実施の形態では、絶縁体216として、CVD法によって酸化シリコンを成膜する。 Next, the insulator 216 is formed on the insulator 214. The film formation of the insulator 216 can be performed by using a sputtering method, a CVD method, an MBE method, a PLD method, an ALD method, or the like. In the present embodiment, silicon oxide is formed as the insulator 216 by the CVD method.

次に、絶縁体214および絶縁体216に、導電体203に達する開口を形成する。開口の形成はウェットエッチングを用いてもよいが、ドライエッチングを用いるほうが微細加工には好ましい。 Next, an opening is formed in the insulator 214 and the insulator 216 to reach the conductor 203. Although wet etching may be used to form the openings, it is preferable to use dry etching for microfabrication.

開口の形成後に、導電体205aとなる導電膜を成膜する。導電体205aとなる導電膜は、酸素の透過を抑制する機能を有する導電性材料を含むことが望ましい。たとえば、窒化タンタル、窒化タングステン、窒化チタンなどを用いることができる。またはタンタル、タングステン、チタン、モリブデン、アルミニウム、銅、モリブデンタングステン合金との積層膜とすることができる。導電体205aとなる導電膜の成膜は、スパッタリング法、CVD法、MBE法、PLD法またはALD法などを用いて行うことができる。 After forming the opening, a conductive film to be a conductor 205a is formed. The conductive film to be the conductor 205a preferably contains a conductive material having a function of suppressing the permeation of oxygen. For example, tantalum nitride, tungsten nitride, titanium nitride and the like can be used. Alternatively, it can be a laminated film with tantalum, tungsten, titanium, molybdenum, aluminum, copper, or molybdenum-tungsten alloy. The film formation of the conductive film to be the conductor 205a can be performed by using a sputtering method, a CVD method, an MBE method, a PLD method, an ALD method, or the like.

本実施の形態では、導電体205aとなる導電膜として、スパッタリング法によって窒化タンタルを成膜する。 In the present embodiment, tantalum nitride is formed as a conductive film to be the conductor 205a by a sputtering method.

次に、導電体205aとなる導電膜上に、導電体205bとなる導電膜を成膜する。該導電膜の成膜は、メッキ法、スパッタリング法、CVD法、MBE法、PLD法またはALD法などを用いて行うことができる。 Next, a conductive film to be the conductor 205b is formed on the conductive film to be the conductor 205a. The film formation of the conductive film can be performed by using a plating method, a sputtering method, a CVD method, an MBE method, a PLD method, an ALD method, or the like.

本実施の形態では、導電体205bとなる導電膜として、CVD法によって窒化チタンを成膜し、該窒化チタン上にCVD法によってタングステンを成膜する。 In the present embodiment, titanium nitride is formed by a CVD method as a conductive film to be a conductor 205b, and tungsten is formed on the titanium nitride by a CVD method.

次に、CMP処理を行うことで、導電体205aとなる導電膜、ならびに導電体205bとなる導電膜の一部を除去し、絶縁体216を露出する。その結果、開口部のみに、導電体205a、および導電体205bとなる導電膜が残存する。これにより、上面が平坦な、導電体205aおよび導電体205bを含む導電体205を形成することができる(図12参照。)。なお、当該CMP処理により、絶縁体216の一部が除去される場合がある。 Next, by performing the CMP treatment, the conductive film to be the conductor 205a and a part of the conductive film to be the conductor 205b are removed, and the insulator 216 is exposed. As a result, the conductor 205a and the conductive film to be the conductor 205b remain only in the opening. As a result, the conductor 205 including the conductor 205a and the conductor 205b having a flat upper surface can be formed (see FIG. 12). In addition, a part of the insulator 216 may be removed by the CMP treatment.

次に、絶縁体216、および導電体205上に絶縁体220を成膜する。絶縁体220の成膜は、スパッタリング法、CVD法、MBE法、PLD法またはALD法などを用いて行うことができる。 Next, the insulator 220 is formed on the insulator 216 and the conductor 205. The film of the insulator 220 can be formed by using a sputtering method, a CVD method, an MBE method, a PLD method, an ALD method, or the like.

次に、絶縁体220上に絶縁体222を成膜する。絶縁体222の成膜は、スパッタリング法、CVD法、MBE法、PLD法またはALD法などを用いて行うことができる。 Next, the insulator 222 is formed on the insulator 220. The film formation of the insulator 222 can be performed by using a sputtering method, a CVD method, an MBE method, a PLD method, an ALD method, or the like.

特に、絶縁体222として、ALD法により、酸化ハフニウムを形成することが好ましい。ALD法により成膜された酸化ハフニウムは、酸素、水素、および水に対するバリア性を有する。絶縁体222が、水素および水に対するバリア性を有することで、トランジスタ200の周辺に設けられた構造体に含まれる水素、および水は、トランジスタ200の内側へ拡散することなく、酸化物230中の酸素欠損の生成を抑制することができる。 In particular, it is preferable to form hafnium oxide as the insulator 222 by the ALD method. Hafnium oxide formed by the ALD method has a barrier property against oxygen, hydrogen, and water. Since the insulator 222 has a barrier property against hydrogen and water, hydrogen and water contained in the structure provided around the transistor 200 do not diffuse to the inside of the transistor 200 and are contained in the oxide 230. The formation of oxygen deficiency can be suppressed.

次に、絶縁体222上に絶縁膜224Aを成膜する。絶縁膜224Aの成膜は、スパッタリング法、CVD法、MBE法、PLD法またはALD法などを用いて行うことができる(図12参照。)。 Next, an insulating film 224A is formed on the insulator 222. The insulating film 224A can be formed by using a sputtering method, a CVD method, an MBE method, a PLD method, an ALD method, or the like (see FIG. 12).

続いて、加熱処理を行うと好ましい。加熱処理は、250℃以上650℃以下、好ましくは300℃以上500℃以下、さらに好ましくは320℃以上450℃以下で行えばよい。第1の加熱処理は、窒素または不活性ガス雰囲気、または酸化性ガスを10ppm以上、1%以上もしくは10%以上含む雰囲気で行う。第1の加熱処理は減圧状態で行ってもよい。または、第1の加熱処理は、窒素または不活性ガス雰囲気で加熱処理した後に、脱離した酸素を補うために酸化性ガスを10ppm以上、1%以上または10%以上含む雰囲気で加熱処理を行ってもよい。 Subsequently, it is preferable to perform heat treatment. The heat treatment may be carried out at 250 ° C. or higher and 650 ° C. or lower, preferably 300 ° C. or higher and 500 ° C. or lower, and more preferably 320 ° C. or higher and 450 ° C. or lower. The first heat treatment is carried out in an atmosphere of nitrogen or an inert gas, or an atmosphere containing 10 ppm or more and 1% or more or 10% or more of an oxidizing gas. The first heat treatment may be performed in a reduced pressure state. Alternatively, in the first heat treatment, the heat treatment is performed in an atmosphere of nitrogen or an inert gas, and then the heat treatment is performed in an atmosphere containing 10 ppm or more, 1% or more, or 10% or more of an oxidizing gas to supplement the desorbed oxygen. You may.

上記、加熱処理によって、絶縁膜224Aに含まれる水素や水などの不純物を除去することなどができる。 By the above heat treatment, impurities such as hydrogen and water contained in the insulating film 224A can be removed.

または、加熱処理として、減圧状態で酸素を含むプラズマ処理を行ってもよい。酸素を含むプラズマ処理は、例えばマイクロ波を用いた高密度プラズマを発生させる電源を有する装置を用いることが好ましい。または、基板側にRF(Radio Frequency)を印加する電源を有してもよい。高密度プラズマを用いることより高密度の酸素ラジカルを生成することができ、基板側にRFを印加することで高密度プラズマによって生成された酸素ラジカルを効率よく絶縁膜224A内に導くことができる。または、この装置を用いて不活性ガスを含むプラズマ処理を行った後に脱離した酸素を補うために酸素を含むプラズマ処理を行ってもよい。尚、第1の加熱処理は行わなくても良い場合がある。 Alternatively, as the heat treatment, plasma treatment containing oxygen may be performed in a reduced pressure state. For plasma treatment containing oxygen, for example, it is preferable to use an apparatus having a power source for generating high-density plasma using microwaves. Alternatively, a power source for applying RF (Radio Frequency) may be provided on the substrate side. High-density oxygen radicals can be generated by using high-density plasma, and oxygen radicals generated by high-density plasma can be efficiently guided into the insulating film 224A by applying RF to the substrate side. Alternatively, the plasma treatment containing an inert gas may be performed using this device, and then the plasma treatment containing oxygen may be performed to supplement the desorbed oxygen. In some cases, the first heat treatment may not be performed.

また、加熱処理は、絶縁体220成膜後、および絶縁体222の成膜後のそれぞれに行うこともできる。該加熱処理は、上述した加熱処理条件を用いることができるが、絶縁体220成膜後の加熱処理は、窒素を含む雰囲気中で行うことが好ましい。 Further, the heat treatment can be performed after the film formation of the insulator 220 and after the film formation of the insulator 222, respectively. Although the above-mentioned heat treatment conditions can be used for the heat treatment, it is preferable that the heat treatment after the film formation of the insulator 220 is performed in an atmosphere containing nitrogen.

本実施の形態では、加熱処理として、絶縁膜224A成膜後に窒素雰囲気にて400℃の温度で1時間の処理を行なう。 In the present embodiment, as the heat treatment, the insulating film 224A is formed and then treated in a nitrogen atmosphere at a temperature of 400 ° C. for 1 hour.

次に、絶縁膜224A上に、酸化物230aとなる酸化膜230Aと、酸化物230bとなる酸化膜230Bを順に成膜する(図13参照。)。なお、上記酸化膜は、大気環境にさらさずに連続して成膜することが好ましい。大気開放せずに成膜することで、酸化膜230A、および酸化膜230B上に大気環境からの不純物または水分が付着することを防ぐことができ、酸化膜230Aと酸化膜230Bとの界面近傍を清浄に保つことができる。 Next, an oxide film 230A to be an oxide 230a and an oxide film 230B to be an oxide 230b are formed on the insulating film 224A in this order (see FIG. 13). It is preferable that the oxide film is continuously formed without being exposed to the atmospheric environment. By forming the film without opening it to the atmosphere, it is possible to prevent impurities or moisture from the atmospheric environment from adhering to the oxide film 230A and the oxide film 230B, and the vicinity of the interface between the oxide film 230A and the oxide film 230B can be prevented. Can be kept clean.

酸化膜230A、および酸化膜230Bの成膜はスパッタリング法、CVD法、MBE法、PLD法またはALD法などを用いて行うことができる。 The oxide film 230A and the oxide film 230B can be formed by using a sputtering method, a CVD method, an MBE method, a PLD method, an ALD method, or the like.

例えば、酸化膜230A、および酸化膜230Bの成膜をスパッタリング法によって成膜する場合は、スパッタリングガスとして酸素、または、酸素と希ガスの混合ガスを用いる。スパッタリングガスに含まれる酸素の割合を高めることで、成膜される酸化膜中の過剰酸素を増やすことができる。また、上記の酸化膜の成膜をスパッタリング法によって成膜する場合は、上記のIn−M−Zn酸化物ターゲットを用いることができる。 For example, when the oxide film 230A and the oxide film 230B are formed by a sputtering method, oxygen or a mixed gas of oxygen and a rare gas is used as the sputtering gas. By increasing the proportion of oxygen contained in the sputtering gas, excess oxygen in the oxide film formed can be increased. Further, when the above-mentioned oxide film is formed by a sputtering method, the above-mentioned In—M—Zn oxide target can be used.

特に、酸化膜230Aの成膜時に、スパッタリングガスに含まれる酸素の一部が絶縁膜224Aに供給される場合がある。なお、酸化膜230Aのスパッタリングガスに含まれる酸素の割合は70%以上、好ましくは80%以上、より好ましくは100%とすればよい。 In particular, when the oxide film 230A is formed, a part of oxygen contained in the sputtering gas may be supplied to the insulating film 224A. The proportion of oxygen contained in the sputtering gas of the oxide film 230A may be 70% or more, preferably 80% or more, and more preferably 100%.

また、酸化膜230Bをスパッタリング法で形成する場合、スパッタリングガスに含まれる酸素の割合を1%以上30%以下、好ましくは5%以上20%以下として成膜すると、酸素欠乏型の酸化物半導体が形成される。酸素欠乏型の酸化物半導体を用いたトランジスタは、比較的高い電界効果移動度が得られる。 Further, when the oxide film 230B is formed by a sputtering method, if the ratio of oxygen contained in the sputtering gas is 1% or more and 30% or less, preferably 5% or more and 20% or less, an oxygen-deficient oxide semiconductor is formed. It is formed. Transistors using oxygen-deficient oxide semiconductors can obtain relatively high field-effect mobility.

本実施の形態では、酸化膜230Aとして、スパッタリング法によって、In:Ga:Zn=1:3:4[原子数比]のターゲットを用いて成膜する。また、酸化膜230Bとして、スパッタリング法によって、In:Ga:Zn=4:2:4.1[原子数比]のターゲットを用いて成膜する。なお、各酸化膜は、成膜条件、および原子数比を適宜選択することで、酸化物230に求める特性に合わせて形成するとよい。 In the present embodiment, the oxide film 230A is formed by a sputtering method using a target of In: Ga: Zn = 1: 3: 4 [atomic number ratio]. Further, as the oxide film 230B, a film is formed by a sputtering method using a target of In: Ga: Zn = 4: 2: 4.1 [atomic number ratio]. Each oxide film may be formed according to the characteristics required for the oxide 230 by appropriately selecting the film forming conditions and the atomic number ratio.

次に、加熱処理を行ってもよい。加熱処理は、上述した加熱処理条件を用いることができる。加熱処理によって、酸化膜230A、および酸化膜230B中の水素や水などの不純物を除去することなどができる。本実施の形態では、窒素雰囲気にて400℃の温度で1時間の処理を行なった後に、連続して酸素雰囲気にて400℃の温度で1時間の処理を行う。 Next, heat treatment may be performed. For the heat treatment, the above-mentioned heat treatment conditions can be used. By heat treatment, impurities such as hydrogen and water in the oxide film 230A and the oxide film 230B can be removed. In the present embodiment, after the treatment is carried out in a nitrogen atmosphere at a temperature of 400 ° C. for 1 hour, the treatment is continuously carried out in an oxygen atmosphere at a temperature of 400 ° C. for 1 hour.

次に、絶縁膜224A、酸化膜230A、および酸化膜230Bを島状に加工して、絶縁体224、酸化物230a、および酸化物230bを形成する(図14参照。)。本工程は、例えば絶縁体222をエッチングストッパ膜として用いることができる。 Next, the insulating film 224A, the oxide film 230A, and the oxide film 230B are processed into an island shape to form the insulator 224, the oxide 230a, and the oxide 230b (see FIG. 14). In this step, for example, the insulator 222 can be used as the etching stopper film.

なお、上記工程において、絶縁膜224Aは、必ずしも島状に加工しなくともよい。絶縁膜224Aに対しては、ハーフエッチングを行ってもよい。絶縁膜224Aに対してハーフエッチングを行うことで、後の工程で形成する酸化物230cの下にも絶縁体224が残った状態で形成される。なお、絶縁膜224Aは、後の工程である絶縁膜272Aを加工する際に、島状に加工することができる。 In the above step, the insulating film 224A does not necessarily have to be processed into an island shape. Half etching may be performed on the insulating film 224A. By half-etching the insulating film 224A, the insulator 224 remains under the oxide 230c formed in a later step. The insulating film 224A can be processed into an island shape when the insulating film 272A, which is a later step, is processed.

ここで、酸化物230は、少なくとも一部が導電体205と重なるように形成する。また、酸化物230の側面は、絶縁体222に対し、略垂直であることが好ましい。酸化物230の側面が、絶縁体222に対し、略垂直であることで、複数のトランジスタ200を設ける際に、小面積化、高密度化が可能となる。なお、酸化物230の側面と絶縁体222の上面のなす角が鋭角になる構成にしてもよい。その場合、酸化物230の側面と絶縁体222の上面のなす角は大きいほど好ましい。 Here, the oxide 230 is formed so that at least a part thereof overlaps with the conductor 205. Further, the side surface of the oxide 230 is preferably substantially perpendicular to the insulator 222. Since the side surface of the oxide 230 is substantially perpendicular to the insulator 222, it is possible to reduce the area and increase the density when a plurality of transistors 200 are provided. The angle formed by the side surface of the oxide 230 and the upper surface of the insulator 222 may be an acute angle. In that case, the larger the angle formed by the side surface of the oxide 230 and the upper surface of the insulator 222, the more preferable.

また、酸化物230の側面と、酸化物230の上面との間に、湾曲面を有する。つまり、側面の端部と上面の端部は、湾曲していることが好ましい(以下、ラウンド状ともいう)。湾曲面は、例えば、酸化物230bの端部において、曲率半径が、3nm以上10nm以下、好ましくは、5nm以上6nm以下とすることが好ましい。 Further, a curved surface is provided between the side surface of the oxide 230 and the upper surface of the oxide 230. That is, it is preferable that the end portion of the side surface and the end portion of the upper surface are curved (hereinafter, also referred to as a round shape). The curved surface preferably has a radius of curvature of 3 nm or more and 10 nm or less, preferably 5 nm or more and 6 nm or less, at the end of the oxide 230b, for example.

なお、端部に角を有さないことで、以降の成膜工程における膜の被覆性が向上する。 By not having a corner at the end, the coating property of the film in the subsequent film forming step is improved.

なお、当該酸化膜の加工はリソグラフィー法を用いて行えばよい。また、該加工はドライエッチング法やウェットエッチング法を用いることができる。ドライエッチング法による加工は微細加工に適している。 The oxide film may be processed by using a lithography method. Further, a dry etching method or a wet etching method can be used for the processing. Processing by the dry etching method is suitable for microfabrication.

なお、リソグラフィー法では、まず、マスクを介してレジストを露光する。次に、露光された領域を、現像液を用いて除去または残存させてレジストマスクを形成する。次に、当該レジストマスクを介してエッチング処理することで導電体、半導体または絶縁体などを所望の形状に加工することができる。例えば、KrFエキシマレーザ光、ArFエキシマレーザ光、EUV(Extreme Ultraviolet)光などを用いて、レジストを露光することでレジストマスクを形成すればよい。また、基板と投影レンズとの間に液体(例えば水)を満たして露光する、液浸技術を用いてもよい。また、前述した光に代えて、電子ビームやイオンビームを用いてもよい。なお、電子ビームやイオンビームを用いる場合には、マスクは不要となる。なお、レジストマスクの除去には、アッシングなどのドライエッチング処理を行う、ウェットエッチング処理を行う、ドライエッチング処理後にウェットエッチング処理を行う、またはウェットエッチング処理後にドライエッチング処理を行うことができる。 In the lithography method, first, the resist is exposed through a mask. Next, the exposed region is removed or left with a developer to form a resist mask. Next, a conductor, a semiconductor, an insulator, or the like can be processed into a desired shape by etching through the resist mask. For example, a resist mask may be formed by exposing the resist using KrF excimer laser light, ArF excimer laser light, EUV (Extreme Ultraviolet) light, or the like. Further, an immersion technique may be used in which a liquid (for example, water) is filled between the substrate and the projection lens for exposure. Further, instead of the above-mentioned light, an electron beam or an ion beam may be used. When using an electron beam or an ion beam, a mask is not required. The resist mask can be removed by performing a dry etching process such as ashing, performing a wet etching process, performing a wet etching process after the dry etching process, or performing a dry etching process after the wet etching process.

また、レジストマスクの代わりに絶縁体や導電体からなるハードマスクを用いてもよい。ハードマスクを用いる場合、酸化膜230B上にハードマスク材料となる絶縁膜や導電膜を形成し、その上にレジストマスクを形成し、ハードマスク材料をエッチングすることで所望の形状のハードマスクを形成することができる。酸化膜230A、および酸化膜230Bのエッチングは、レジストマスクを除去してから行っても良いし、レジストマスクを残したまま行っても良い。後者の場合、エッチング中にレジストマスクが消失することがある。上記酸化膜のエッチング後にハードマスクをエッチングにより除去しても良い。一方、ハードマスクの材料が後工程に影響が無い、あるいは後工程で利用できる場合、必ずしもハードマスクを除去する必要は無い。 Further, a hard mask made of an insulator or a conductor may be used instead of the resist mask. When a hard mask is used, an insulating film or a conductive film to be a hard mask material is formed on the oxide film 230B, a resist mask is formed on the insulating film or a conductive film, and the hard mask material is etched to form a hard mask having a desired shape. can do. The etching of the oxide film 230A and the oxide film 230B may be performed after removing the resist mask, or may be performed while leaving the resist mask. In the latter case, the resist mask may disappear during etching. The hard mask may be removed by etching after etching the oxide film. On the other hand, if the material of the hard mask does not affect the post-process or can be used in the post-process, it is not always necessary to remove the hard mask.

ドライエッチング装置としては、平行平板型電極を有する容量結合型プラズマ(CCP:Capacitively Coupled Plasma)エッチング装置を用いることができる。平行平板型電極を有する容量結合型プラズマエッチング装置は、平行平板型電極の一方の電極に高周波電源を印加する構成でもよい。または平行平板型電極の一方の電極に複数の異なった高周波電源を印加する構成でもよい。または平行平板型電極それぞれに同じ周波数の高周波電源を印加する構成でもよい。または平行平板型電極それぞれに周波数の異なる高周波電源を印加する構成でもよい。または高密度プラズマ源を有するドライエッチング装置を用いることができる。高密度プラズマ源を有するドライエッチング装置は、例えば、誘導結合型プラズマ(ICP:Inductively Coupled Plasma)エッチング装置などを用いることができる。 As the dry etching apparatus, a capacitively coupled plasma (CCP) etching apparatus having parallel plate type electrodes can be used. The capacitive coupling type plasma etching apparatus having the parallel plate type electrode may be configured to apply a high frequency power source to one electrode of the parallel plate type electrode. Alternatively, a plurality of different high frequency power supplies may be applied to one of the parallel plate type electrodes. Alternatively, a high frequency power supply having the same frequency may be applied to each of the parallel plate type electrodes. Alternatively, a high frequency power supply having a different frequency may be applied to each of the parallel plate type electrodes. Alternatively, a dry etching apparatus having a high-density plasma source can be used. As the dry etching apparatus having a high-density plasma source, for example, an inductively coupled plasma (ICP) etching apparatus can be used.

また、上記ドライエッチングなどの処理を行うことによって、エッチングガスなどに起因した不純物が酸化物230a、および酸化物230bなどの表面または内部に付着または拡散することがある。不純物としては、例えば、フッ素または塩素などがある。 Further, by performing the above-mentioned dry etching or the like, impurities caused by the etching gas or the like may adhere to or diffuse to the surface or the inside of the oxide 230a and the oxide 230b. Impurities include, for example, fluorine or chlorine.

上記の不純物などを除去するために、洗浄を行う。洗浄方法としては、洗浄液など用いたウェット洗浄、プラズマを用いたプラズマ処理または、熱処理による洗浄などがあり、上記洗浄を適宜組み合わせて行ってもよい。 Cleaning is performed to remove the above impurities and the like. Examples of the cleaning method include wet cleaning using a cleaning liquid, plasma treatment using plasma, cleaning by heat treatment, and the like, and the above cleanings may be appropriately combined.

ウェット洗浄としては、シュウ酸、リン酸またはフッ化水素酸などを炭酸水または純水で希釈した水溶液を用いて洗浄処理を行ってもよい。または、純水または炭酸水を用いた超音波洗浄を行ってもよい。本実施の形態では、純水または炭酸水を用いた超音波洗浄を行う。 As the wet cleaning, the cleaning treatment may be performed using an aqueous solution obtained by diluting oxalic acid, phosphoric acid, hydrofluoric acid or the like with carbonated water or pure water. Alternatively, ultrasonic cleaning with pure water or carbonated water may be performed. In this embodiment, ultrasonic cleaning is performed using pure water or carbonated water.

続いて、加熱処理を行っても良い。加熱処理の条件は、前述の加熱処理の条件を用いることができる。本実施の形態では、窒素雰囲気にて400℃の温度で1時間の処理を行なった後に、連続して酸素雰囲気にて400℃の温度で1時間の処理を行う。 Subsequently, heat treatment may be performed. As the heat treatment conditions, the above-mentioned heat treatment conditions can be used. In the present embodiment, after the treatment is carried out in a nitrogen atmosphere at a temperature of 400 ° C. for 1 hour, the treatment is continuously carried out in an oxygen atmosphere at a temperature of 400 ° C. for 1 hour.

次に、絶縁体224、および酸化物230bの上に、酸化物230cとなる酸化膜230C、絶縁膜250A、導電膜260A、導電膜260B、絶縁膜270Aおよび絶縁膜271Aを順に成膜する(図15参照。)。 Next, on the insulator 224 and the oxide 230b, an oxide film 230C, an insulating film 250A, a conductive film 260A, a conductive film 260B, an insulating film 270A, and an insulating film 271A to be the oxide 230c are formed in this order (FIG. See 15.).

酸化膜230Cの成膜はスパッタリング法、CVD法、MBE法、PLD法またはALD法などを用いて行うことができる。 The oxide film 230C can be formed by using a sputtering method, a CVD method, an MBE method, a PLD method, an ALD method, or the like.

例えば、酸化膜230Cの成膜をスパッタリング法によって成膜する場合は、スパッタリングガスとして酸素、または、酸素と希ガスの混合ガスを用いる。スパッタリングガスに含まれる酸素の割合を高めることで、成膜される酸化膜中の過剰酸素を増やすことができる。また、上記の酸化膜の成膜をスパッタリング法によって成膜する場合は、上記のIn−M−Zn酸化物ターゲットを用いることができる。 For example, when the oxide film 230C is formed by a sputtering method, oxygen or a mixed gas of oxygen and a rare gas is used as the sputtering gas. By increasing the proportion of oxygen contained in the sputtering gas, excess oxygen in the oxide film formed can be increased. Further, when the above-mentioned oxide film is formed by a sputtering method, the above-mentioned In—M—Zn oxide target can be used.

特に、酸化膜230Cの成膜時に、スパッタリングガスに含まれる酸素の一部が酸化物230bおよび酸化物230aに供給される場合がある。なお、酸化膜230Cのスパッタリングガスに含まれる酸素の割合は70%以上、好ましくは80%以上、より好ましくは100%とすればよい。 In particular, when the oxide film 230C is formed, a part of oxygen contained in the sputtering gas may be supplied to the oxide 230b and the oxide 230a. The proportion of oxygen contained in the sputtering gas of the oxide film 230C may be 70% or more, preferably 80% or more, and more preferably 100%.

本実施の形態では、酸化膜230Cとして、スパッタリング法によって、In:Ga:Zn=1:3:4[原子数比]のターゲットを用いて成膜する。 In the present embodiment, the oxide film 230C is formed by a sputtering method using a target with In: Ga: Zn = 1: 3: 4 [atomic number ratio].

ここで、リソグラフィー法によって、酸化膜230Cを加工して、酸化物230cを形成してもよい。ここで、形成することによって、酸化物230cの形状を任意とすることができる。 Here, the oxide film 230C may be processed by a lithography method to form an oxide 230c. Here, by forming the oxide 230c, the shape of the oxide 230c can be made arbitrary.

絶縁膜250Aは、スパッタリング法、CVD法、MBE法、PLD法またはALD法などを用いて成膜することができる。 The insulating film 250A can be formed by using a sputtering method, a CVD method, an MBE method, a PLD method, an ALD method, or the like.

なお、絶縁膜250Aは多層膜とすることができる。例えば、CVD法によって、酸化シリコンを成膜し、次に、スパッタリング法によって、酸化アルミニウムを成膜してもよい。酸素を含む雰囲気において、スパッタリング法を用いて成膜することで、酸化シリコンに酸素を添加することができる。 The insulating film 250A can be a multilayer film. For example, silicon oxide may be formed by a CVD method, and then aluminum oxide may be formed by a sputtering method. Oxygen can be added to silicon oxide by forming a film using a sputtering method in an atmosphere containing oxygen.

また、ここで、加熱処理を行ってもよい。加熱処理は、前述の加熱処理条件を用いることができる。該加熱処理によって、絶縁膜250Aの水分濃度および水素濃度を低減させることができる。本実施の形態では、ここでの加熱処理は行わない。 Further, heat treatment may be performed here. For the heat treatment, the above-mentioned heat treatment conditions can be used. By the heat treatment, the water concentration and the hydrogen concentration of the insulating film 250A can be reduced. In the present embodiment, the heat treatment here is not performed.

導電膜260Aは、スパッタリング法、CVD法、MBE法、PLD法またはALD法などを用いて成膜することができる。ここで、例えば、酸化物230として用いることができる酸化物半導体は、低抵抗化処理を施すことで、導電性酸化物となる。そこで、導電膜260Aとして、酸化物230として用いることができる酸化物を成膜し、後の工程で該酸化物を低抵抗化してもよい。なお、導電膜260Aに、酸化物230として用いることができる酸化物を、酸素を含む雰囲気において、スパッタリング法を用いて成膜することで、絶縁体250に酸素を添加することができる。絶縁体250に酸素を添加することで、添加された酸素は、絶縁体250を介して、酸化物230に酸素を供給することが可能となる。 The conductive film 260A can be formed by using a sputtering method, a CVD method, an MBE method, a PLD method, an ALD method, or the like. Here, for example, the oxide semiconductor that can be used as the oxide 230 becomes a conductive oxide by subjecting it to a resistance reduction treatment. Therefore, an oxide that can be used as the oxide 230 may be formed as the conductive film 260A, and the resistance of the oxide may be reduced in a later step. Oxygen can be added to the insulator 250 by forming an oxide that can be used as the oxide 230 on the conductive film 260A by a sputtering method in an atmosphere containing oxygen. By adding oxygen to the insulator 250, the added oxygen can supply oxygen to the oxide 230 via the insulator 250.

導電膜260Bは、スパッタリング法、CVD法、MBE法、PLD法またはALD法などを用いて成膜することができる。また、導電膜260Aに酸化物230として用いることができる酸化物半導体を用いた場合、導電膜260Bをスパッタリング法で成膜することで、導電膜260Aの電気抵抗値を低下させて導電体とすることができる。これをOC(Oxide Conductor)電極と呼ぶことができる。該OC電極上の導電体上に、さらに導電体をスパッタリング法などによって成膜してもよい。 The conductive film 260B can be formed by using a sputtering method, a CVD method, an MBE method, a PLD method, an ALD method, or the like. Further, when an oxide semiconductor that can be used as the oxide 230 is used for the conductive film 260A, the electric resistance value of the conductive film 260A is lowered to form a conductor by forming a film of the conductive film 260B by a sputtering method. be able to. This can be called an OC (Oxide Conductor) electrode. A conductor may be further formed on the conductor on the OC electrode by a sputtering method or the like.

続いて、加熱処理を行うことができる。加熱処理は、前述の加熱処理条件を用いることができる。なお、加熱処理は行わなくてもよい場合がある。本実施の形態では、ここでの加熱処理は行わない。 Subsequently, heat treatment can be performed. For the heat treatment, the above-mentioned heat treatment conditions can be used. In some cases, the heat treatment may not be performed. In the present embodiment, the heat treatment here is not performed.

絶縁膜270Aは、スパッタリング法、CVD法、MBE法、PLD法またはALD法などを用いて成膜することができる。ここで、絶縁膜270Aの膜厚は、後の工程で成膜する絶縁膜272Aの膜厚より厚くすることが好ましい。これにより、後の工程で絶縁体272を形成する際、導電体260の上に絶縁体270を、容易に残存させることができる。 The insulating film 270A can be formed by using a sputtering method, a CVD method, an MBE method, a PLD method, an ALD method, or the like. Here, the film thickness of the insulating film 270A is preferably thicker than the film thickness of the insulating film 272A formed in a later step. As a result, when the insulator 272 is formed in a later step, the insulator 270 can be easily left on the conductor 260.

絶縁膜271Aは、スパッタリング法、CVD法、MBE法、PLD法またはALD法などを用いて成膜することができる。 The insulating film 271A can be formed by using a sputtering method, a CVD method, an MBE method, a PLD method, an ALD method, or the like.

次に、絶縁膜271Aをエッチングし、絶縁体271を形成する。続いて、絶縁体271をエッチングマスクとして、導電膜260A、導電膜260Bおよび絶縁膜270Aをエッチングし、導電体260(導電体260a、および導電体260b)および絶縁体270を形成する。(図16参照。)。導電体260a、導電体260b、絶縁体270および絶縁体271は、少なくとも一部が、導電体205および酸化物230と重なるように形成する。 Next, the insulating film 271A is etched to form the insulator 271. Subsequently, the conductive film 260A, the conductive film 260B, and the insulating film 270A are etched using the insulator 271 as an etching mask to form the conductor 260 (conductor 260a and the conductor 260b) and the insulator 270. (See FIG. 16). The conductor 260a, the conductor 260b, the insulator 270, and the insulator 271 are formed so that at least a part thereof overlaps with the conductor 205 and the oxide 230.

また、導電体260aの側面、導電体260bの側面、絶縁体270および絶縁体271の側面は、略同一面内であることが好ましい。 Further, it is preferable that the side surface of the conductor 260a, the side surface of the conductor 260b, the side surface of the insulator 270 and the side surface of the insulator 271 are substantially in the same plane.

また、導電体260aの側面、導電体260bの側面、絶縁体270および絶縁体271の側面が共有する同一面は、基板に対し、略垂直であることが好ましい。つまり、断面形状において、導電体260a、導電体260b、絶縁体270および絶縁体271は、酸化物230の上面に対する角度が、90度に近いほど好ましい。なお、断面形状において、導電体260a、導電体260b、絶縁体270および絶縁体270の側面と、酸化物230の上面のなす角が鋭角になる構成にしてもよい。その場合、導電体260a、導電体260b、絶縁体270および絶縁体271の側面と、酸化物230の上面のなす角は90度に近いほど好ましい。 Further, it is preferable that the same surface shared by the side surface of the conductor 260a, the side surface of the conductor 260b, the side surface of the insulator 270 and the side surface of the insulator 271 is substantially perpendicular to the substrate. That is, in the cross-sectional shape, the conductor 260a, the conductor 260b, the insulator 270, and the insulator 271 are preferably such that the angle with respect to the upper surface of the oxide 230 is closer to 90 degrees. The cross-sectional shape may be such that the angle formed by the side surfaces of the conductor 260a, the conductor 260b, the insulator 270 and the insulator 270 and the upper surface of the oxide 230 is an acute angle. In that case, the angle formed by the side surfaces of the conductor 260a, the conductor 260b, the insulator 270 and the insulator 271 and the upper surface of the oxide 230 is preferably close to 90 degrees.

また、上記エッチングにより、絶縁膜250Aの導電体260と重ならない領域の上部がエッチングされる場合がある。この場合、絶縁膜250Aの導電体260と重なる領域の膜厚が、導電体260と重ならない領域の膜厚より厚くなる場合がある。 Further, the etching may etch the upper part of the region of the insulating film 250A that does not overlap with the conductor 260. In this case, the film thickness of the region of the insulating film 250A that overlaps with the conductor 260 may be thicker than the film thickness of the region that does not overlap with the conductor 260.

次に、絶縁膜250A、導電体260、絶縁体270および絶縁体271を覆って、絶縁膜272Aを成膜する。絶縁膜272Aとして、スパッタリング法、CVD法、MBE法、PLD法またはALD法などを用いて成膜することができる。 Next, the insulating film 272A is formed by covering the insulating film 250A, the conductor 260, the insulator 270, and the insulator 271. As the insulating film 272A, a film can be formed by using a sputtering method, a CVD method, an MBE method, a PLD method, an ALD method, or the like.

絶縁膜272Aの成膜は、ALD法を用いてもよい。ALD法を用いることで、絶縁膜250A、導電体260、および絶縁体270および絶縁体271の側面に対して、より被覆性が良好な絶縁膜272Aを成膜することができる(図17参照。)。 The ALD method may be used to form the insulating film 272A. By using the ALD method, an insulating film 272A having better coverage can be formed on the side surfaces of the insulating film 250A, the conductor 260, and the insulator 270 and the insulator 271 (see FIG. 17). ).

ここで、絶縁膜272Aを介して、酸化物230に、インジウムなどの金属原子、または不純物を添加し、低抵抗領域を形成しても良い。不純物を添加するために、例えば、プラズマ処理、イオン化された原料ガスを質量分離して添加するイオン注入法、イオン化された原料ガスを質量分離せずに添加する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て、インジウムなどの金属元素、および不純物の少なくとも一であるドーパントを添加すればよい。または、アルゴン、ヘリウムなどの希ガスを添加してもよい。ここで、酸化物230と、導電体260と、が重なる領域は、導電体260、絶縁体271および絶縁体270が位置するために該ドーパントが注入されない。一方、酸化物230と、導電体260と、が重ならない領域に該ドーパントが注入される。つまり、自己整合的に酸化物230が低抵抗化した領域を形成することができる。 Here, a metal atom such as indium or an impurity may be added to the oxide 230 via the insulating film 272A to form a low resistance region. To add impurities, for example, plasma treatment, ion implantation method in which ionized raw material gas is added by mass separation, ion doping method in which ionized raw material gas is added without mass separation, plasma imaging ion implantation. A metal element such as indium and a dopant which is at least one of impurities may be added by a method or the like. Alternatively, a rare gas such as argon or helium may be added. Here, since the conductor 260, the insulator 271 and the insulator 270 are located in the region where the oxide 230 and the conductor 260 overlap, the dopant is not injected. On the other hand, the dopant is injected into a region where the oxide 230 and the conductor 260 do not overlap. That is, it is possible to form a region in which the oxide 230 has a low resistance in a self-aligned manner.

次に、絶縁膜272Aに異方性のエッチング処理を行って、導電体260、絶縁体270および絶縁体271の側面に接して、絶縁体272を形成する。また、絶縁膜250Aおよび酸化膜230Cを加工し、絶縁体250および酸化物230cを形成する。異方性のエッチング処理としては、ドライエッチング処理を行うことが好ましい。また、これにより、基板面に略平行な面に成膜された絶縁膜272Aを除去して、絶縁体272を自己整合的に形成することができる。また、図11(A)に示す、導電体260と、絶縁体250と、が重ならない領域250Wを形成することができる(図18参照。)。 Next, the insulating film 272A is anisotropically etched to form the insulator 272 in contact with the side surfaces of the conductor 260, the insulator 270, and the insulator 271. Further, the insulating film 250A and the oxide film 230C are processed to form the insulator 250 and the oxide 230c. As the anisotropic etching treatment, it is preferable to perform a dry etching treatment. Further, as a result, the insulating film 272A formed on a surface substantially parallel to the substrate surface can be removed, and the insulator 272 can be formed in a self-aligned manner. Further, it is possible to form a region 250W in which the conductor 260 and the insulator 250 shown in FIG. 11A do not overlap (see FIG. 18).

次に、絶縁体224、酸化物230、絶縁体271、および絶縁体272を覆って、絶縁体274となる絶縁膜を成膜し、絶縁体274を形成する。絶縁体274となる絶縁膜の成膜は、スパッタリング法、CVD法、MBE法、PLD法またはALD法などを用いて行うことができる(図19参照。)。 Next, the insulator 224, the oxide 230, the insulator 271, and the insulator 272 are covered to form an insulating film to be the insulator 274 to form the insulator 274. The film formation of the insulating film to be the insulator 274 can be performed by using a sputtering method, a CVD method, an MBE method, a PLD method, an ALD method, or the like (see FIG. 19).

絶縁体274となる絶縁膜の成膜は、窒素または水素の少なくとも一方を含む雰囲気で行うことが好ましい。このような雰囲気で成膜を行うことで、酸化物230bの絶縁体250と重ならない領域を中心に、酸素欠損を形成し、当該酸素欠損と窒素または水素などの不純物元素を結合させて、キャリア密度を高くすることができる。このようにして、低抵抗化された、領域231a及び領域231bを形成することができる。絶縁体274となる絶縁膜として、例えばCVD法を用いて、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化シリコンまたは窒化酸化シリコンを用いることができる。本実施の形態では、絶縁体274となる絶縁膜として、窒化シリコンを用いる。 The film formation of the insulating film to be the insulator 274 is preferably performed in an atmosphere containing at least one of nitrogen and hydrogen. By forming a film in such an atmosphere, an oxygen deficiency is formed mainly in a region that does not overlap with the insulator 250 of the oxide 230b, and the oxygen deficiency is combined with an impurity element such as nitrogen or hydrogen to form a carrier. The density can be increased. In this way, the regions 231a and 231b with reduced resistance can be formed. As the insulating film to be the insulator 274, for example, silicon oxide, silicon oxide nitride, silicon nitride or silicon nitride can be used by using the CVD method. In the present embodiment, silicon nitride is used as the insulating film to be the insulator 274.

このように、本実施の形態に示す半導体装置の作製方法では、チャネル長が10nmから30nm程度に微細化されたトランジスタでも、絶縁体274となる絶縁膜の成膜により、ソース領域およびドレイン領域を自己整合的に形成することができる。よって、微細化または高集積化された半導体装置も、歩留まり良く製造することができる。 As described above, in the method for manufacturing the semiconductor device shown in the present embodiment, even in a transistor whose channel length is miniaturized to about 10 nm to 30 nm, the source region and the drain region are formed by forming an insulating film to be an insulator 274. It can be formed in a self-consistent manner. Therefore, even a miniaturized or highly integrated semiconductor device can be manufactured with a high yield.

ここで、導電体260の上面および側面と、を、絶縁体272および絶縁体271で覆っておくことで、窒素または水素などの不純物元素が導電体260に混入することを防ぐことができる。 Here, by covering the upper surface and the side surface of the conductor 260 with the insulator 272 and the insulator 271, it is possible to prevent impurity elements such as nitrogen and hydrogen from being mixed into the conductor 260.

また、絶縁体274となる絶縁膜を成膜する前にプラズマ処理を行ってもよい。当該プラズマ処理は、例えば、上述の酸素欠損を形成する元素、または酸素欠損と結合する元素を含む雰囲気で行えばよい。 Further, plasma treatment may be performed before forming the insulating film to be the insulator 274. The plasma treatment may be performed in an atmosphere containing, for example, the above-mentioned element forming an oxygen deficiency or an element binding to the oxygen deficiency.

なお、プラズマ処理のみで酸化物230に領域231aおよび領域231bを形成する構成としてもよい。 The region 231a and the region 231b may be formed on the oxide 230 only by plasma treatment.

次に、絶縁体274の上に、絶縁体280となる絶縁膜を成膜する。絶縁体280となる絶縁膜の成膜は、スパッタリング法、CVD法、MBE法、PLD法またはALD法などを用いて行うことができる。または、スピンコート法、ディップ法、液滴吐出法(インクジェット法など)、印刷法(スクリーン印刷、オフセット印刷など)、ドクターナイフ法、ロールコーター法またはカーテンコーター法などを用いて行うことができる。本実施の形態では、該絶縁膜として、酸化窒化シリコンを用いる。 Next, an insulating film to be the insulator 280 is formed on the insulator 274. The film formation of the insulating film to be the insulator 280 can be performed by using a sputtering method, a CVD method, an MBE method, a PLD method, an ALD method, or the like. Alternatively, the spin coating method, dip method, droplet ejection method (inkjet method, etc.), printing method (screen printing, offset printing, etc.), doctor knife method, roll coater method, curtain coater method, or the like can be used. In this embodiment, silicon oxide nitride is used as the insulating film.

次に、絶縁体280となる絶縁膜の一部を除去して、絶縁体280を形成する。絶縁体280は、上面が平坦性を有するように形成することが好ましい。例えば、絶縁体280は、絶縁体280となる絶縁膜として成膜した直後に上面が平坦性を有していてもよい。または、例えば、絶縁体280は、成膜後に基板裏面などの基準面と平行になるよう絶縁体などを上面から除去していくことで平坦性を有してもよい。このような処理を、平坦化処理と呼ぶ。平坦化処理としては、CMP処理、ドライエッチング処理などがある。本実施の形態では、平坦化処理として、CMP処理を用いる。ただし、絶縁体280の上面は必ずしも平坦性を有さなくてもよい。 Next, a part of the insulating film to be the insulator 280 is removed to form the insulator 280. The insulator 280 is preferably formed so that the upper surface has a flat surface. For example, the upper surface of the insulator 280 may have a flat surface immediately after being formed as an insulating film to be the insulator 280. Alternatively, for example, the insulator 280 may have flatness by removing the insulator or the like from the upper surface so as to be parallel to the reference surface such as the back surface of the substrate after the film formation. Such a process is called a flattening process. Examples of the flattening treatment include a CMP treatment and a dry etching treatment. In this embodiment, a CMP process is used as the flattening process. However, the upper surface of the insulator 280 does not necessarily have to be flat.

以上により、トランジスタ200を有する半導体装置を作製することができる(図1参照。)。 From the above, the semiconductor device having the transistor 200 can be manufactured (see FIG. 1).

本発明の一態様により、微細化または高集積化が可能な半導体装置を提供することができる。または、本発明の一態様により、良好な電気特性を有する半導体装置を提供することができる。または、本発明の一態様により、オフ電流の小さい半導体装置を提供することができる。または、本発明の一態様により、オン電流の大きいトランジスタを提供することができる。または、本発明の一態様により、信頼性の高い半導体装置を提供することができる。または、本発明の一態様により、消費電力が低減された半導体装置を提供することができる。または、本発明の一態様により、生産性の高い半導体装置を提供することができる。 According to one aspect of the present invention, it is possible to provide a semiconductor device capable of miniaturization or high integration. Alternatively, one aspect of the present invention can provide a semiconductor device having good electrical characteristics. Alternatively, one aspect of the present invention can provide a semiconductor device having a small off-current. Alternatively, one aspect of the present invention can provide a transistor having a large on-current. Alternatively, one aspect of the present invention can provide a highly reliable semiconductor device. Alternatively, according to one aspect of the present invention, it is possible to provide a semiconductor device with reduced power consumption. Alternatively, one aspect of the present invention can provide a highly productive semiconductor device.

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。 As described above, the configurations and methods shown in the present embodiment can be used in appropriate combinations with the configurations and methods shown in other embodiments.

(実施の形態2)
本実施の形態では、半導体装置の一形態を、図21乃至図25を用いて説明する。
(Embodiment 2)
In this embodiment, one embodiment of the semiconductor device will be described with reference to FIGS. 21 to 25.

<記憶装置1>
図21に示す記憶装置は、トランジスタ300と、トランジスタ200、および容量素子100を有している。図21は、トランジスタ200およびトランジスタ300のチャネル長方向の断面図である。図22には、トランジスタ300近傍のトランジスタ300のチャネル幅方向の断面図を示す。
<Storage device 1>
The storage device shown in FIG. 21 includes a transistor 300, a transistor 200, and a capacitive element 100. FIG. 21 is a cross-sectional view of the transistor 200 and the transistor 300 in the channel length direction. FIG. 22 shows a cross-sectional view of the transistor 300 in the vicinity of the transistor 300 in the channel width direction.

トランジスタ200は、酸化物半導体を有する半導体層にチャネルが形成されるトランジスタである。トランジスタ200は、オフ電流が小さいため、これを記憶装置に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、あるいは、リフレッシュ動作の頻度が極めて少ないため、記憶装置の消費電力を十分に低減することができる。 The transistor 200 is a transistor in which a channel is formed in a semiconductor layer having an oxide semiconductor. Since the transistor 200 has a small off-current, it is possible to retain the stored contents for a long period of time by using the transistor 200 as a storage device. That is, since the refresh operation is not required or the frequency of the refresh operation is extremely low, the power consumption of the storage device can be sufficiently reduced.

図21に示す記憶装置において、配線1001はトランジスタ300のソースと電気的に接続され、配線1002はトランジスタ300のドレインと電気的に接続されている。また、配線1003はトランジスタ200のソースおよびドレインの一方と電気的に接続され、配線1004はトランジスタ200の第1のゲートと電気的に接続され、配線1006はトランジスタ200の第2のゲートと電気的に接続されている。そして、トランジスタ300のゲート、およびトランジスタ200のソースおよびドレインの他方は、容量素子100の電極の一方と電気的に接続され、配線1005は容量素子100の電極の他方と電気的に接続されている。 In the storage device shown in FIG. 21, the wiring 1001 is electrically connected to the source of the transistor 300, and the wiring 1002 is electrically connected to the drain of the transistor 300. Further, the wiring 1003 is electrically connected to one of the source and drain of the transistor 200, the wiring 1004 is electrically connected to the first gate of the transistor 200, and the wiring 1006 is electrically connected to the second gate of the transistor 200. It is connected to the. Then, the gate of the transistor 300 and the other of the source and drain of the transistor 200 are electrically connected to one of the electrodes of the capacitive element 100, and the wiring 1005 is electrically connected to the other of the electrodes of the capacitive element 100. ..

図21に示す記憶装置は、トランジスタ300のゲートの電位が保持可能という特性を有することで、以下に示すように、情報の書き込み、保持、読み出しが可能である。 The storage device shown in FIG. 21 has a characteristic that the potential of the gate of the transistor 300 can be held, so that information can be written, held, and read as shown below.

情報の書き込みおよび保持について説明する。まず、配線1004の電位を、トランジスタ200が導通状態となる電位にして、トランジスタ200を導通状態とする。これにより、配線1003の電位が、トランジスタ300のゲート、および容量素子100の電極の一方と電気的に接続するノードSNに与えられる。即ち、トランジスタ300のゲートには、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。)のどちらかが与えられるものとする。その後、配線1004の電位を、トランジスタ200が非導通状態となる電位にして、トランジスタ200を非導通状態とすることにより、ノードSNに電荷が保持される(保持)。 Writing and retaining information will be described. First, the potential of the wiring 1004 is set to the potential at which the transistor 200 is in the conductive state, and the transistor 200 is brought into the conductive state. As a result, the potential of the wiring 1003 is given to the gate of the transistor 300 and the node SN electrically connected to one of the electrodes of the capacitive element 100. That is, a predetermined charge is given to the gate of the transistor 300 (writing). Here, it is assumed that either of the charges giving two different potential levels (hereinafter referred to as Low level charge and High level charge) is given. After that, the electric charge is held (retained) in the node SN by setting the potential of the wiring 1004 to the potential at which the transistor 200 is in the non-conducting state and putting the transistor 200 in the non-conducting state.

トランジスタ200のオフ電流が小さい場合、ノードSNの電荷は長期間にわたって保持される。 When the off-current of the transistor 200 is small, the charge of the node SN is retained for a long period of time.

次に情報の読み出しについて説明する。配線1001に所定の電位(定電位)を与えた状態で、配線1005に適切な電位(読み出し電位)を与えると、配線1002は、ノードSNに保持された電荷量に応じた電位をとる。これは、トランジスタ300をnチャネル型とすると、トランジスタ300のゲートにHighレベル電荷が与えられている場合の見かけ上のしきい値電圧Vth_Hは、トランジスタ300のゲートにLowレベル電荷が与えられている場合の見かけ上のしきい値電圧Vth_Lより低くなるためである。ここで、見かけ上のしきい値電圧とは、トランジスタ300を「導通状態」とするために必要な配線1005の電位をいうものとする。したがって、配線1005の電位をVth_HとVth_Lの間の電位Vとすることにより、ノードSN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、ノードSNにHighレベル電荷が与えられていた場合には、配線1005の電位がV(>Vth_H)となれば、トランジスタ300は「導通状態」となる。一方、ノードFGにLowレベル電荷が与えられていた場合には、配線1005の電位がV(<Vth_L)となっても、トランジスタ300は「非導通状態」のままである。このため、配線1002の電位を判別することで、ノードSNに保持されている情報を読み出すことができる。 Next, reading information will be described. When a predetermined potential (constant potential) is applied to the wiring 1001 and an appropriate potential (reading potential) is applied to the wiring 1005, the wiring 1002 takes a potential corresponding to the amount of electric charge held in the node SN. This is because, assuming that the transistor 300 is an n-channel type, the apparent threshold voltage Vth_H when a high level charge is given to the gate of the transistor 300 is a Low level charge given to the gate of the transistor 300. This is because it is lower than the apparent threshold voltage Vth_L when the voltage is present. Here, the apparent threshold voltage means the potential of the wiring 1005 required to bring the transistor 300 into the "conducting state". Therefore, by setting the potential of the wiring 1005 to the potential V 0 between V th_H and V th_L , the electric charge given to the node SN can be discriminated. For example, in writing, when a high level charge is given to the node SN, if the potential of the wiring 1005 becomes V 0 (> V th_H ), the transistor 300 is in the “conducting state”. On the other hand, when the node FG is given a Low level charge, the transistor 300 remains in the “non-conducting state” even if the potential of the wiring 1005 becomes V 0 (<V th_L). Therefore, by discriminating the potential of the wiring 1002, the information held in the node SN can be read out.

<記憶装置1の構造>
本発明の一態様の記憶装置は、図21に示すようにトランジスタ300、トランジスタ200、容量素子100を有する。トランジスタ200はトランジスタ300の上方に設けられ、容量素子100はトランジスタ300、およびトランジスタ200の上方に設けられている。
<Structure of storage device 1>
As shown in FIG. 21, the storage device of one aspect of the present invention includes a transistor 300, a transistor 200, and a capacitive element 100. The transistor 200 is provided above the transistor 300, and the capacitive element 100 is provided above the transistor 300 and the transistor 200.

トランジスタ300は、基板311上に設けられ、導電体316、絶縁体315、基板311の一部からなる半導体領域313、およびソース領域またはドレイン領域として機能する低抵抗領域314a、および低抵抗領域314bを有する。 The transistor 300 is provided on the substrate 311 and includes a conductor 316, an insulator 315, a semiconductor region 313 composed of a part of the substrate 311 and a low resistance region 314a and a low resistance region 314b that function as a source region or a drain region. Have.

また、トランジスタ300は、図22に示すように、半導体領域313の上面およびチャネル幅方向の側面が絶縁体315を介して導電体316に覆われている。このように、トランジスタ300をFin型とすることにより、実効上のチャネル幅が増大することによりトランジスタ300のオン特性を向上させることができる。また、ゲート電極の電界の寄与を高くすることができるため、トランジスタ300のオフ特性を向上させることができる。 Further, as shown in FIG. 22, in the transistor 300, the upper surface of the semiconductor region 313 and the side surface in the channel width direction are covered with the conductor 316 via the insulator 315. By making the transistor 300 a Fin type in this way, the on-characteristics of the transistor 300 can be improved by increasing the effective channel width. Further, since the contribution of the electric field of the gate electrode can be increased, the off characteristic of the transistor 300 can be improved.

トランジスタ300は、pチャネル型、あるいはnチャネル型のいずれでもよい。 The transistor 300 may be either a p-channel type or an n-channel type.

半導体領域313のチャネルが形成される領域、その近傍の領域、ソース領域、またはドレイン領域となる低抵抗領域314a、および低抵抗領域314bなどにおいて、シリコン系半導体などの半導体を含むことが好ましく、単結晶シリコンを含むことが好ましい。または、Ge(ゲルマニウム)、SiGe(シリコンゲルマニウム)、GaAs(ガリウムヒ素)、GaAlAs(ガリウムアルミニウムヒ素)などを有する材料で形成してもよい。結晶格子に応力を与え、格子間隔を変化させることで有効質量を制御したシリコンを用いた構成としてもよい。またはGaAsとGaAlAs等を用いることで、トランジスタ300をHEMT(High Electron Mobility Transistor)としてもよい。 It is preferable to include a semiconductor such as a silicon-based semiconductor in a region in which a channel of the semiconductor region 313 is formed, a region in the vicinity thereof, a low resistance region 314a serving as a source region or a drain region, a low resistance region 314b, and the like. It preferably contains crystalline silicon. Alternatively, it may be formed of a material having Ge (germanium), SiGe (silicon germanium), GaAs (gallium arsenide), GaAlAs (gallium aluminum arsenide), or the like. A configuration using silicon in which the effective mass is controlled by applying stress to the crystal lattice and changing the lattice spacing may be used. Alternatively, the transistor 300 may be a HEMT (High Electron Mobility Transistor) by using GaAs, GaAlAs, or the like.

低抵抗領域314a、および低抵抗領域314bは、半導体領域313に適用される半導体材料に加え、ヒ素、リンなどのn型の導電性を付与する元素、またはホウ素などのp型の導電性を付与する元素を含む。 In the low resistance region 314a and the low resistance region 314b, in addition to the semiconductor material applied to the semiconductor region 313, an element that imparts n-type conductivity such as arsenic and phosphorus, or a p-type conductivity such as boron is imparted. Contains elements that

ゲート電極として機能する導電体316は、ヒ素、リンなどのn型の導電性を付与する元素、もしくはホウ素などのp型の導電性を付与する元素を含むシリコンなどの半導体材料、金属材料、合金材料、または金属酸化物材料などの導電性材料を用いることができる。 The conductor 316 that functions as a gate electrode is a semiconductor material such as silicon, a metal material, or an alloy that contains an element that imparts n-type conductivity such as arsenic or phosphorus, or an element that imparts p-type conductivity such as boron. A material or a conductive material such as a metal oxide material can be used.

なお、導電体の材料により、仕事関数を定めることで、しきい値電圧を調整することができる。具体的には、導電体に窒化チタンや窒化タンタルなどの材料を用いることが好ましい。さらに導電性と埋め込み性を両立するために導電体にタングステンやアルミニウムなどの金属材料を積層として用いることが好ましく、特にタングステンを用いることが耐熱性の点で好ましい。 The threshold voltage can be adjusted by determining the work function depending on the material of the conductor. Specifically, it is preferable to use a material such as titanium nitride or tantalum nitride for the conductor. Further, in order to achieve both conductivity and embedding property, it is preferable to use a metal material such as tungsten or aluminum as a laminate for the conductor, and it is particularly preferable to use tungsten in terms of heat resistance.

なお、図21および図22に示すトランジスタ300は一例であり、その構造に限定されず、回路構成や駆動方法に応じて適切なトランジスタを用いればよい。 The transistor 300 shown in FIGS. 21 and 22 is an example, and the transistor 300 is not limited to the structure thereof, and an appropriate transistor may be used according to the circuit configuration and the driving method.

トランジスタ300を覆って、絶縁体320、絶縁体322、絶縁体324、および絶縁体326が順に積層して設けられている。 An insulator 320, an insulator 322, an insulator 324, and an insulator 326 are laminated in this order so as to cover the transistor 300.

絶縁体320、絶縁体322、絶縁体324、および絶縁体326として、例えば、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコン、窒化シリコン、酸化アルミニウム、酸化窒化アルミニウム、窒化酸化アルミニウム、窒化アルミニウムなどを用いればよい。 As the insulator 320, the insulator 322, the insulator 324, and the insulator 326, for example, silicon oxide, silicon oxide nitride, silicon nitride oxide, silicon nitride, aluminum oxide, aluminum oxide nitride, aluminum nitride, aluminum nitride and the like can be used. Just do it.

絶縁体322は、その下方に設けられるトランジスタ300などによって生じる段差を平坦化する平坦化膜として機能を有していてもよい。例えば、絶縁体322の上面は、平坦性を高めるために化学機械研磨(CMP)法等を用いた平坦化処理により平坦化されていてもよい。 The insulator 322 may have a function as a flattening film for flattening a step generated by a transistor 300 or the like provided below the insulator 322. For example, the upper surface of the insulator 322 may be flattened by a flattening treatment using a chemical mechanical polishing (CMP) method or the like in order to improve the flatness.

また、絶縁体324には、基板311、またはトランジスタ300などから、トランジスタ200が設けられる領域に、水素や不純物が拡散しないようなバリア性を有する膜を用いることが好ましい。 Further, as the insulator 324, it is preferable to use a film having a barrier property so that hydrogen and impurities do not diffuse in the region where the transistor 200 is provided from the substrate 311 or the transistor 300.

水素に対するバリア性を有する膜の一例として、例えば、CVD法で形成した窒化シリコンを用いることができる。ここで、トランジスタ200等の酸化物半導体を有する半導体素子に、水素が拡散することで、該半導体素子の特性が低下する場合がある。従って、トランジスタ200と、トランジスタ300との間に、水素の拡散を抑制する膜を用いることが好ましい。水素の拡散を抑制する膜とは、具体的には、水素の脱離量が少ない膜とする。 As an example of a film having a barrier property against hydrogen, for example, silicon nitride formed by the CVD method can be used. Here, hydrogen may diffuse into a semiconductor element having an oxide semiconductor such as a transistor 200, so that the characteristics of the semiconductor element may deteriorate. Therefore, it is preferable to use a film that suppresses the diffusion of hydrogen between the transistor 200 and the transistor 300. Specifically, the membrane that suppresses the diffusion of hydrogen is a membrane that desorbs a small amount of hydrogen.

水素の脱離量は、例えば、昇温脱離ガス分析法(TDS)などを用いて分析することができる。例えば、絶縁体324の水素の脱離量は、TDS分析において、50℃から500℃の範囲において、水素原子に換算した脱離量が、絶縁体324の面積当たりに換算して、10×1015atoms/cm以下、好ましくは5×1015atoms/cm以下であればよい。 The amount of hydrogen desorbed can be analyzed using, for example, a heated desorption gas analysis method (TDS). For example, the amount of hydrogen desorbed from the insulator 324 is 10 × 10 in the range of 50 ° C. to 500 ° C. in the TDS analysis, in which the amount desorbed in terms of hydrogen atoms is converted into the area of the insulator 324. It may be 15 atoms / cm 2 or less, preferably 5 × 10 15 atoms / cm 2 or less.

なお、絶縁体326は、絶縁体324よりも誘電率が低いことが好ましい。例えば、絶縁体326の比誘電率は4未満が好ましく、3未満がより好ましい。また例えば、絶縁体324の比誘電率は、絶縁体326の比誘電率の0.7倍以下が好ましく、0.6倍以下がより好ましい。誘電率が低い材料を層間膜とすることで、配線間に生じる寄生容量を低減することができる。 The insulator 326 preferably has a lower dielectric constant than the insulator 324. For example, the relative permittivity of the insulator 326 is preferably less than 4, more preferably less than 3. Further, for example, the relative permittivity of the insulator 324 is preferably 0.7 times or less, more preferably 0.6 times or less, the relative permittivity of the insulator 326. By using a material having a low dielectric constant as an interlayer film, it is possible to reduce the parasitic capacitance generated between the wirings.

また、絶縁体320、絶縁体322、絶縁体324、および絶縁体326には容量素子100、またはトランジスタ200と電気的に接続する導電体328、および導電体330等が埋め込まれている。なお、導電体328、および導電体330はプラグ、または配線として機能を有する。また、プラグまたは配線として機能を有する導電体は、複数の構造をまとめて同一の符号を付与する場合がある。また、本明細書等において、配線と、配線と電気的に接続するプラグとが一体物であってもよい。すなわち、導電体の一部が配線として機能する場合、および導電体の一部がプラグとして機能する場合もある。 Further, the insulator 320, the insulator 322, the insulator 324, and the insulator 326 are embedded with a capacitance element 100, a conductor 328 electrically connected to the transistor 200, a conductor 330, and the like. The conductor 328 and the conductor 330 have a function as a plug or a wiring. Further, a conductor having a function as a plug or a wiring may collectively give a plurality of structures the same reference numerals. Further, in the present specification and the like, the wiring and the plug electrically connected to the wiring may be integrated. That is, a part of the conductor may function as a wiring, and a part of the conductor may function as a plug.

各プラグ、および配線(導電体328、および導電体330等)の材料としては、金属材料、合金材料、金属窒化物材料、または金属酸化物材料などの導電性材料を、単層または積層して用いることができる。耐熱性と導電性を両立するタングステンやモリブデンなどの高融点材料を用いることが好ましく、タングステンを用いることが好ましい。または、アルミニウムや銅などの低抵抗導電性材料で形成することが好ましい。低抵抗導電性材料を用いることで配線抵抗を低くすることができる。 As the material of each plug and wiring (conductor 328, conductor 330, etc.), a conductive material such as a metal material, an alloy material, a metal nitride material, or a metal oxide material is single-layered or laminated. Can be used. It is preferable to use a refractory material such as tungsten or molybdenum that has both heat resistance and conductivity, and it is preferable to use tungsten. Alternatively, it is preferably formed of a low resistance conductive material such as aluminum or copper. Wiring resistance can be reduced by using a low resistance conductive material.

絶縁体326、および導電体330上に、配線層を設けてもよい。例えば、図21において、絶縁体350、絶縁体352、及び絶縁体354が順に積層して設けられている。また、絶縁体350、絶縁体352、及び絶縁体354には、導電体356が形成されている。導電体356は、プラグ、または配線として機能を有する。なお導電体356は、導電体328、および導電体330と同様の材料を用いて設けることができる。 A wiring layer may be provided on the insulator 326 and the conductor 330. For example, in FIG. 21, the insulator 350, the insulator 352, and the insulator 354 are laminated in this order. Further, a conductor 356 is formed on the insulator 350, the insulator 352, and the insulator 354. The conductor 356 has a function as a plug or a wiring. The conductor 356 can be provided by using the same materials as the conductor 328 and the conductor 330.

なお、例えば、絶縁体350は、絶縁体324と同様に、水素に対するバリア性を有する絶縁体を用いることが好ましい。また、導電体356は、水素に対するバリア性を有する導電体を含むことが好ましい。特に、水素に対するバリア性を有する絶縁体350が有する開口部に、水素に対するバリア性を有する導電体が形成される。当該構成により、トランジスタ300とトランジスタ200とは、バリア層により分離することができ、トランジスタ300からトランジスタ200への水素の拡散を抑制することができる。 For example, as the insulator 350, it is preferable to use an insulator having a barrier property against hydrogen, similarly to the insulator 324. Further, the conductor 356 preferably contains a conductor having a barrier property against hydrogen. In particular, a conductor having a barrier property against hydrogen is formed in the opening of the insulator 350 having a barrier property against hydrogen. With this configuration, the transistor 300 and the transistor 200 can be separated by a barrier layer, and the diffusion of hydrogen from the transistor 300 to the transistor 200 can be suppressed.

なお、水素に対するバリア性を有する導電体としては、例えば、窒化タンタル等を用いるとよい。また、窒化タンタルと導電性が高いタングステンを積層することで、配線としての導電性を保持したまま、トランジスタ300からの水素の拡散を抑制することができる。この場合、水素に対するバリア性を有する窒化タンタル層が、水素に対するバリア性を有する絶縁体350と接する構造であることが好ましい。 As the conductor having a barrier property against hydrogen, for example, tantalum nitride or the like may be used. Further, by laminating tantalum nitride and tungsten having high conductivity, it is possible to suppress the diffusion of hydrogen from the transistor 300 while maintaining the conductivity as wiring. In this case, it is preferable that the tantalum nitride layer having a barrier property against hydrogen has a structure in contact with the insulator 350 having a barrier property against hydrogen.

絶縁体350、および導電体356上に、配線層を設けてもよい。例えば、図21において、絶縁体360、絶縁体362、及び絶縁体364が順に積層して設けられている。また、絶縁体360、絶縁体362、及び絶縁体364には、導電体366が形成されている。導電体366は、プラグ、または配線として機能を有する。なお導電体366は、導電体328、および導電体330と同様の材料を用いて設けることができる。 A wiring layer may be provided on the insulator 350 and the conductor 356. For example, in FIG. 21, the insulator 360, the insulator 362, and the insulator 364 are laminated in this order. Further, a conductor 366 is formed in the insulator 360, the insulator 362, and the insulator 364. The conductor 366 has a function as a plug or a wiring. The conductor 366 can be provided by using the same materials as the conductor 328 and the conductor 330.

なお、例えば、絶縁体360は、絶縁体324と同様に、水素に対するバリア性を有する絶縁体を用いることが好ましい。また、導電体366は、水素に対するバリア性を有する導電体を含むことが好ましい。特に、水素に対するバリア性を有する絶縁体360が有する開口部に、水素に対するバリア性を有する導電体が形成される。当該構成により、トランジスタ300とトランジスタ200とは、バリア層により分離することができ、トランジスタ300からトランジスタ200への水素の拡散を抑制することができる。 For example, as the insulator 360, it is preferable to use an insulator having a barrier property against hydrogen, similarly to the insulator 324. Further, the conductor 366 preferably contains a conductor having a barrier property against hydrogen. In particular, a conductor having a barrier property against hydrogen is formed in the opening of the insulator 360 having a barrier property against hydrogen. With this configuration, the transistor 300 and the transistor 200 can be separated by a barrier layer, and the diffusion of hydrogen from the transistor 300 to the transistor 200 can be suppressed.

絶縁体364、および導電体366上に、配線層を設けてもよい。例えば、図21において、絶縁体370、絶縁体372、及び絶縁体374が順に積層して設けられている。また、絶縁体370、絶縁体372、及び絶縁体374には、導電体376が形成されている。導電体376は、プラグ、または配線として機能を有する。なお導電体376は、導電体328、および導電体330と同様の材料を用いて設けることができる。 A wiring layer may be provided on the insulator 364 and the conductor 366. For example, in FIG. 21, the insulator 370, the insulator 372, and the insulator 374 are laminated in this order. Further, a conductor 376 is formed on the insulator 370, the insulator 372, and the insulator 374. The conductor 376 has a function as a plug or a wiring. The conductor 376 can be provided by using the same materials as the conductor 328 and the conductor 330.

なお、例えば、絶縁体370は、絶縁体324と同様に、水素に対するバリア性を有する絶縁体を用いることが好ましい。また、導電体376は、水素に対するバリア性を有する導電体を含むことが好ましい。特に、水素に対するバリア性を有する絶縁体370が有する開口部に、水素に対するバリア性を有する導電体が形成される。当該構成により、トランジスタ300とトランジスタ200とは、バリア層により分離することができ、トランジスタ300からトランジスタ200への水素の拡散を抑制することができる。 For example, as the insulator 370, it is preferable to use an insulator having a barrier property against hydrogen, similarly to the insulator 324. Further, the conductor 376 preferably contains a conductor having a barrier property against hydrogen. In particular, a conductor having a barrier property against hydrogen is formed in the opening of the insulator 370 having a barrier property against hydrogen. With this configuration, the transistor 300 and the transistor 200 can be separated by a barrier layer, and the diffusion of hydrogen from the transistor 300 to the transistor 200 can be suppressed.

絶縁体374、および導電体376上に、配線層を設けてもよい。例えば、図21において、絶縁体380、絶縁体382、及び絶縁体384が順に積層して設けられている。また、絶縁体380、絶縁体382、及び絶縁体384には、導電体386が形成されている。導電体386は、プラグ、または配線として機能を有する。なお導電体386は、導電体328、および導電体330と同様の材料を用いて設けることができる。 A wiring layer may be provided on the insulator 374 and the conductor 376. For example, in FIG. 21, the insulator 380, the insulator 382, and the insulator 384 are laminated in this order. Further, a conductor 386 is formed on the insulator 380, the insulator 382, and the insulator 384. The conductor 386 functions as a plug or wiring. The conductor 386 can be provided by using the same materials as the conductor 328 and the conductor 330.

なお、例えば、絶縁体380は、絶縁体324と同様に、水素に対するバリア性を有する絶縁体を用いることが好ましい。また、導電体386は、水素に対するバリア性を有する導電体を含むことが好ましい。特に、水素に対するバリア性を有する絶縁体380が有する開口部に、水素に対するバリア性を有する導電体が形成される。当該構成により、トランジスタ300とトランジスタ200とは、バリア層により分離することができ、トランジスタ300からトランジスタ200への水素の拡散を抑制することができる。 For example, as the insulator 380, it is preferable to use an insulator having a barrier property against hydrogen, similarly to the insulator 324. Further, the conductor 386 preferably contains a conductor having a barrier property against hydrogen. In particular, a conductor having a barrier property against hydrogen is formed in the opening of the insulator 380 having a barrier property against hydrogen. With this configuration, the transistor 300 and the transistor 200 can be separated by a barrier layer, and the diffusion of hydrogen from the transistor 300 to the transistor 200 can be suppressed.

上記において、導電体356を含む配線層、導電体366を含む配線層、導電体376を含む配線層、および導電体386を含む配線層、について説明したが、本実施の形態に係る記憶装置はこれに限られるものではない。導電体356を含む配線層と同様の配線層を3層以下にしてもよいし、導電体356を含む配線層と同様の配線層を5層以上にしてもよい。 Although the wiring layer including the conductor 356, the wiring layer including the conductor 366, the wiring layer including the conductor 376, and the wiring layer including the conductor 386 have been described above, the storage device according to the present embodiment has been described. It is not limited to this. The number of wiring layers similar to the wiring layer containing the conductor 356 may be three or less, or the number of wiring layers similar to the wiring layer containing the conductor 356 may be five or more.

絶縁体384上には絶縁体210、絶縁体212、絶縁体214、および絶縁体216が、順に積層して設けられている。絶縁体210、絶縁体212、絶縁体214、および絶縁体216のいずれかは、酸素や水素に対してバリア性のある物質を用いることが好ましい。 An insulator 210, an insulator 212, an insulator 214, and an insulator 216 are laminated on the insulator 384 in this order. As any of the insulator 210, the insulator 212, the insulator 214, and the insulator 216, it is preferable to use a substance having a barrier property against oxygen and hydrogen.

例えば、絶縁体210、および絶縁体214には、例えば、基板311、またはトランジスタ300を設ける領域などから、トランジスタ200を設ける領域に、水素や不純物が拡散しないようなバリア性を有する膜を用いることが好ましい。従って、絶縁体324と同様の材料を用いることができる。 For example, for the insulator 210 and the insulator 214, for example, a film having a barrier property that prevents hydrogen and impurities from diffusing from the area where the substrate 311 or the transistor 300 is provided to the area where the transistor 200 is provided is used. Is preferable. Therefore, the same material as the insulator 324 can be used.

水素に対するバリア性を有する膜の一例として、CVD法で形成した窒化シリコンを用いることができる。ここで、トランジスタ200等の酸化物半導体を有する半導体素子に、水素が拡散することで、該半導体素子の特性が低下する場合がある。従って、トランジスタ200と、トランジスタ300との間に、水素の拡散を抑制する膜を用いることが好ましい。水素の拡散を抑制する膜とは、具体的には、水素の脱離量が少ない膜とする。 As an example of a film having a barrier property against hydrogen, silicon nitride formed by the CVD method can be used. Here, hydrogen may diffuse into a semiconductor element having an oxide semiconductor such as a transistor 200, so that the characteristics of the semiconductor element may deteriorate. Therefore, it is preferable to use a film that suppresses the diffusion of hydrogen between the transistor 200 and the transistor 300. Specifically, the membrane that suppresses the diffusion of hydrogen is a membrane that desorbs a small amount of hydrogen.

また、水素に対するバリア性を有する膜として、例えば、絶縁体210、および絶縁体214には、酸化アルミニウム、酸化ハフニウム、酸化タンタルなどの金属酸化物を用いることが好ましい。 Further, as the film having a barrier property against hydrogen, for example, it is preferable to use metal oxides such as aluminum oxide, hafnium oxide, and tantalum oxide for the insulator 210 and the insulator 214.

特に、酸化アルミニウムは、酸素、およびトランジスタの電気特性の変動要因となる水素、水分などの不純物、の両方に対して膜を透過させない遮断効果が高い。したがって、酸化アルミニウムは、トランジスタの作製工程中および作製後において、水素、水分などの不純物のトランジスタ200への混入を防止することができる。また、トランジスタ200を構成する酸化物からの酸素の放出を抑制することができる。そのため、トランジスタ200に対する保護膜として用いることに適している。 In particular, aluminum oxide has a high blocking effect that does not allow the membrane to permeate both oxygen and impurities such as hydrogen and water that cause fluctuations in the electrical characteristics of the transistor. Therefore, aluminum oxide can prevent impurities such as hydrogen and moisture from being mixed into the transistor 200 during and after the manufacturing process of the transistor. In addition, it is possible to suppress the release of oxygen from the oxides constituting the transistor 200. Therefore, it is suitable for use as a protective film for the transistor 200.

また、例えば、絶縁体212、および絶縁体216には、絶縁体320と同様の材料を用いることができる。また、当該絶縁膜に、比較的誘電率が低い材料を層間膜とすることで、配線間に生じる寄生容量を低減することができる。例えば、絶縁体212、および絶縁体216として、酸化シリコン膜や酸化窒化シリコン膜などを用いることができる。 Further, for example, the same material as that of the insulator 320 can be used for the insulator 212 and the insulator 216. Further, by using a material having a relatively low dielectric constant as an interlayer film for the insulating film, it is possible to reduce the parasitic capacitance generated between the wirings. For example, as the insulator 212 and the insulator 216, a silicon oxide film, a silicon nitride film, or the like can be used.

また、絶縁体210、絶縁体212、絶縁体214、および絶縁体216には、導電体218、及びトランジスタ200を構成する導電体(導電体205)等が埋め込まれている。なお、導電体218は、容量素子100、またはトランジスタ300と電気的に接続するプラグ、または配線としての機能を有する。導電体218は、導電体328、および導電体330と同様の材料を用いて設けることができる。 Further, a conductor 218, a conductor (conductor 205) constituting the transistor 200, and the like are embedded in the insulator 210, the insulator 212, the insulator 214, and the insulator 216. The conductor 218 has a function as a plug or wiring for electrically connecting to the capacitance element 100 or the transistor 300. The conductor 218 can be provided by using the same material as the conductor 328 and the conductor 330.

特に、絶縁体210、および絶縁体214と接する領域の導電体218は、酸素、水素、および水に対するバリア性を有する導電体であることが好ましい。当該構成により、トランジスタ300とトランジスタ200とは、酸素、水素、および水に対するバリア性を有する層で、完全により分離することができ、トランジスタ300からトランジスタ200への水素の拡散を抑制することができる。 In particular, the conductor 210 and the conductor 218 in the region in contact with the insulator 214 are preferably conductors having a barrier property against oxygen, hydrogen, and water. With this configuration, the transistor 300 and the transistor 200 can be completely separated by a layer having a barrier property against oxygen, hydrogen, and water, and the diffusion of hydrogen from the transistor 300 to the transistor 200 can be suppressed. ..

絶縁体216の上方には、トランジスタ200が設けられている。なお、トランジスタ200の構造は、先の実施の形態で説明した半導体装置が有するトランジスタを用いればよい。また、図21に示すトランジスタ200は一例であり、その構造に限定されず、回路構成や駆動方法に応じて適切なトランジスタを用いればよい。 A transistor 200 is provided above the insulator 216. As the structure of the transistor 200, the transistor included in the semiconductor device described in the previous embodiment may be used. Further, the transistor 200 shown in FIG. 21 is an example, and the transistor 200 is not limited to the structure thereof, and an appropriate transistor may be used according to the circuit configuration and the driving method.

トランジスタ200の上方には、絶縁体280を設ける。 An insulator 280 is provided above the transistor 200.

絶縁体280上には、絶縁体286が設けられている。絶縁体286は、絶縁体320と同様の材料を用いることができる。また、当該絶縁膜に、比較的誘電率が低い材料を層間膜とすることで、配線間に生じる寄生容量を低減することができる。例えば、絶縁体286として、酸化シリコン膜や酸化窒化シリコン膜などを用いることができる。 An insulator 286 is provided on the insulator 280. As the insulator 286, the same material as the insulator 320 can be used. Further, by using a material having a relatively low dielectric constant as an interlayer film for the insulating film, it is possible to reduce the parasitic capacitance generated between the wirings. For example, as the insulator 286, a silicon oxide film, a silicon nitride film, or the like can be used.

また、絶縁体220、絶縁体222、絶縁体224、絶縁体274および絶縁体280には、導電体246、および導電体248等が埋め込まれている。 Further, a conductor 246, a conductor 248 and the like are embedded in the insulator 220, the insulator 222, the insulator 224, the insulator 274 and the insulator 280.

導電体246、および導電体248は、容量素子100、トランジスタ200、またはトランジスタ300と電気的に接続するプラグ、または配線として機能を有する。導電体246、および導電体248は、導電体328、および導電体330と同様の材料を用いて設けることができる。 The conductor 246 and the conductor 248 function as a plug or wiring that electrically connects to the capacitive element 100, the transistor 200, or the transistor 300. The conductor 246 and the conductor 248 can be provided by using the same materials as the conductor 328 and the conductor 330.

続いて、トランジスタ200の上方には、容量素子100が設けられている。容量素子100は、導電体110と、導電体120、および絶縁体130とを有する。 Subsequently, a capacitance element 100 is provided above the transistor 200. The capacitive element 100 has a conductor 110, a conductor 120, and an insulator 130.

また、導電体246、および導電体248上に、導電体112を設けてもよい。導電体112は、容量素子100、トランジスタ200、またはトランジスタ300と電気的に接続するプラグ、または配線として機能を有する。導電体110は、容量素子100の電極として機能を有する。なお、導電体112、および導電体110は、同時に形成することができる。 Further, the conductor 112 may be provided on the conductor 246 and the conductor 248. The conductor 112 functions as a plug or wiring that electrically connects to the capacitive element 100, the transistor 200, or the transistor 300. The conductor 110 has a function as an electrode of the capacitive element 100. The conductor 112 and the conductor 110 can be formed at the same time.

導電体112、および導電体110には、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(窒化タンタル、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。又は、インジウム錫酸化物、酸化タングステンを含むインジウム酸化物、酸化タングステンを含むインジウム亜鉛酸化物、酸化チタンを含むインジウム酸化物、酸化チタンを含むインジウム錫酸化物、インジウム亜鉛酸化物、酸化ケイ素を添加したインジウム錫酸化物などの導電性材料を適用することもできる。 The conductor 112 and the conductor 110 are formed of a metal film containing an element selected from molybdenum, titanium, tantalum, tungsten, aluminum, copper, chromium, neodymium, and scandium, or a metal nitride film containing the above-mentioned elements as components. (Tantalum nitride, titanium nitride film, molybdenum nitride film, tungsten nitride film) and the like can be used. Alternatively, indium tin oxide, indium oxide containing tungsten oxide, indium zinc oxide containing tungsten oxide, indium oxide containing titanium oxide, indium tin oxide containing titanium oxide, indium zinc oxide, and silicon oxide are added. It is also possible to apply a conductive material such as indium tin oxide.

図21では、導電体112、および導電体110は単層構造を示したが、当該構成に限定されず、2層以上の積層構造でもよい。例えば、バリア性を有する導電体と導電性が高い導電体との間に、バリア性を有する導電体、および導電性が高い導電体に対して密着性が高い導電体を形成してもよい。 In FIG. 21, the conductor 112 and the conductor 110 have a single-layer structure, but the structure is not limited to this, and a laminated structure of two or more layers may be used. For example, a conductor having a barrier property and a conductor having a high adhesion to a conductor having a high conductivity may be formed between a conductor having a barrier property and a conductor having a high conductivity.

また、導電体112、および導電体110上に、容量素子100の誘電体として、絶縁体130を設ける。絶縁体130は、例えば、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコン、窒化シリコン、酸化アルミニウム、酸化窒化アルミニウム、窒化酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸化ハフニウム、酸化窒化ハフニウム、窒化酸化ハフニウム、窒化ハフニウムなどを用いればよく、積層または単層で設けることができる。 Further, an insulator 130 is provided on the conductor 112 and the conductor 110 as a dielectric of the capacitance element 100. The insulator 130 includes, for example, silicon oxide, silicon nitride, silicon nitride, silicon nitride, aluminum oxide, aluminum nitride, aluminum nitride, aluminum nitride, hafnium oxide, hafnium oxide, hafnium nitride, hafnium nitride, and the like. It may be used and may be provided in a laminated or single layer.

例えば、絶縁体130には、酸化窒化シリコンなどの絶縁耐力が大きい材料を用いるとよい。当該構成により、容量素子100は、絶縁体130を有することで、絶縁耐力が向上し、容量素子100の静電破壊を抑制することができる。 For example, for the insulator 130, it is preferable to use a material having a large dielectric strength such as silicon oxide nitride. With this configuration, the capacitive element 100 has the insulator 130, so that the dielectric strength is improved and the electrostatic breakdown of the capacitive element 100 can be suppressed.

絶縁体130上に、導電体110と重畳するように、導電体120を設ける。なお、導電体120は、金属材料、合金材料、または金属酸化物材料などの導電性材料を用いることができる。耐熱性と導電性を両立するタングステンやモリブデンなどの高融点材料を用いることが好ましく、特にタングステンを用いることが好ましい。また、導電体などの他の構造と同時に形成する場合は、低抵抗金属材料であるCu(銅)やAl(アルミニウム)等を用いればよい。 The conductor 120 is provided on the insulator 130 so as to overlap with the conductor 110. As the conductor 120, a conductive material such as a metal material, an alloy material, or a metal oxide material can be used. It is preferable to use a refractory material such as tungsten or molybdenum that has both heat resistance and conductivity, and it is particularly preferable to use tungsten. When it is formed at the same time as another structure such as a conductor, Cu (copper), Al (aluminum), or the like, which are low resistance metal materials, may be used.

導電体120、および絶縁体130上には、絶縁体150が設けられている。絶縁体150は、絶縁体320と同様の材料を用いて設けることができる。また、絶縁体150は、その下方の凹凸形状を被覆する平坦化膜として機能してもよい。 An insulator 150 is provided on the conductor 120 and the insulator 130. The insulator 150 can be provided by using the same material as the insulator 320. Further, the insulator 150 may function as a flattening film that covers the uneven shape below the insulator 150.

本構造を用いることで、酸化物半導体を有するトランジスタを用いた半導体装置において、電気特性の変動を抑制すると共に、信頼性を向上させることができる。または、オン電流が大きい酸化物半導体を有するトランジスタを提供することができる。または、オフ電流が小さい酸化物半導体を有するトランジスタを提供することができる。または、消費電力が低減された半導体装置を提供することができる。 By using this structure, in a semiconductor device using a transistor having an oxide semiconductor, fluctuations in electrical characteristics can be suppressed and reliability can be improved. Alternatively, it is possible to provide a transistor having an oxide semiconductor having a large on-current. Alternatively, it is possible to provide a transistor having an oxide semiconductor having a small off-current. Alternatively, it is possible to provide a semiconductor device with reduced power consumption.

<記憶装置2>
図23に示す半導体装置は、トランジスタ400と、トランジスタ200、および容量素子100を有する記憶装置である。以下に、記憶装置としての一形態を、図23を用いて説明する。
<Storage device 2>
The semiconductor device shown in FIG. 23 is a storage device having a transistor 400, a transistor 200, and a capacitive element 100. Hereinafter, one form as a storage device will be described with reference to FIG. 23.

本実施の形態に示す半導体装置における、トランジスタ200、トランジスタ400、および容量素子100の接続関係の一例を示した回路図を図23(A)に示す。また、図23(A)に示す配線1004から配線1010などを対応させた半導体装置の断面図を図23(B)に示す。 FIG. 23 (A) shows an example of the connection relationship between the transistor 200, the transistor 400, and the capacitive element 100 in the semiconductor device shown in the present embodiment. Further, FIG. 23 (B) shows a cross-sectional view of the semiconductor device corresponding to the wiring 1004 to the wiring 1010 shown in FIG. 23 (A).

図23に示すように、トランジスタ200は、ゲートが配線1004と、ソースおよびドレインの一方が配線1002と、ソース及びドレインの他方が容量素子100の電極の一方と電気的に接続される。また、容量素子100の電極の他方が配線1005と電気的に接続される。また、トランジスタ400のドレインが配線1010と電気的に接続される。また、図23(B)に示すように、トランジスタ200の第2のゲートと、トランジスタ400のソース、第1のゲート、および第2のゲートが、配線1006、配線1007、配線1008、および配線1009を介して電気的に接続される。 As shown in FIG. 23, in the transistor 200, the gate is electrically connected to the wiring 1004, one of the source and the drain is electrically connected to the wiring 1002, and the other of the source and the drain is electrically connected to one of the electrodes of the capacitive element 100. Further, the other electrode of the capacitance element 100 is electrically connected to the wiring 1005. Further, the drain of the transistor 400 is electrically connected to the wiring 1010. Further, as shown in FIG. 23 (B), the second gate of the transistor 200, the source of the transistor 400, the first gate, and the second gate are the wiring 1006, the wiring 1007, the wiring 1008, and the wiring 1009. It is electrically connected via.

ここで、配線1004に電位を印加することで、トランジスタ200のオン状態、オフ状態を制御することができる。トランジスタ200をオン状態として、配線1003に電位を印加することで、トランジスタ200を介して、容量素子100に電荷を供給することができる。このとき、トランジスタ200をオフ状態にすることで、容量素子100に供給された電荷を保持することができる。また、配線1005は、任意の電位を与えることで、容量結合によって、トランジスタ200と容量素子100の接続部分の電位を制御することができる。例えば、配線1005に接地電位を与えると、上記電荷を保持しやすくなる。また、配線1010に負の電位を印加することで、トランジスタ400を介して、トランジスタ200の第2のゲートに負の電位を与え、トランジスタ200のしきい値電圧を0Vより大きくし、オフ電流を低減し、第1のゲート電圧が0Vのときのドレイン電流を非常に小さくすることができる。 Here, by applying a potential to the wiring 1004, it is possible to control the on state and the off state of the transistor 200. By turning on the transistor 200 and applying an electric potential to the wiring 1003, an electric charge can be supplied to the capacitive element 100 via the transistor 200. At this time, by turning off the transistor 200, the electric charge supplied to the capacitive element 100 can be retained. Further, the wiring 1005 can control the potential of the connecting portion between the transistor 200 and the capacitive element 100 by capacitive coupling by giving an arbitrary potential. For example, when a ground potential is applied to the wiring 1005, it becomes easy to retain the above electric charge. Further, by applying a negative potential to the wiring 1010, a negative potential is given to the second gate of the transistor 200 via the transistor 400, the threshold voltage of the transistor 200 is made larger than 0V, and the off-current is reduced. It can be reduced and the drain current when the first gate voltage is 0V can be made very small.

トランジスタ400の第1のゲート及び第2のゲートをソースとダイオード接続し、トランジスタ400のソースとトランジスタ200の第2のゲートを接続する構成にすることで、配線1010によって、トランジスタ200の第2のゲート電圧を制御することができる。トランジスタ200の第2のゲートの負電位を保持するとき、トランジスタ400の第1のゲートソース間の電圧、および第2のゲートソース間の電圧は、0Vになる。トランジスタ400の第1のゲート電圧が0Vのときのドレイン電流が非常に小さく、しきい値電圧がトランジスタ200より大きいので、この構成とすることにより、トランジスタ400に電源供給をしなくてもトランジスタ200の第2のゲートの負電位を長時間維持することができる。 The first gate and the second gate of the transistor 400 are connected to the source by a diode, and the source of the transistor 400 and the second gate of the transistor 200 are connected to each other. The gate voltage can be controlled. When holding the negative potential of the second gate of the transistor 200, the voltage between the first gate source and the voltage between the second gate sources of the transistor 400 becomes 0V. When the first gate voltage of the transistor 400 is 0 V, the drain current is very small and the threshold voltage is larger than the transistor 200. Therefore, with this configuration, the transistor 200 does not need to supply power to the transistor 400. The negative potential of the second gate can be maintained for a long time.

さらに、トランジスタ200の第2のゲートの負電位を保持することで、トランジスタ200に電源供給をしなくてもトランジスタ200の第1のゲート電圧が0Vのときのドレイン電流を非常に小さくすることができる。つまり、トランジスタ200およびトランジスタ400に電源供給をしなくても、容量素子100に電荷を長時間保持することができる。例えば、このような半導体装置を記憶素子として用いることにより、電源供給無しで長時間の記憶保持を行うことができる。よって、リフレッシュ動作の頻度が少ない、またはリフレッシュ動作を必要としない記憶装置を提供することができる。 Further, by holding the negative potential of the second gate of the transistor 200, the drain current when the first gate voltage of the transistor 200 is 0V can be made very small without supplying power to the transistor 200. can. That is, the electric charge can be held in the capacitive element 100 for a long time without supplying power to the transistor 200 and the transistor 400. For example, by using such a semiconductor device as a storage element, it is possible to perform storage retention for a long time without supplying power. Therefore, it is possible to provide a storage device that has a low frequency of refresh operations or does not require a refresh operation.

なお、トランジスタ200、トランジスタ400および容量素子100の接続関係は、図23(A)(B)に示すものに限定されない。必要な回路構成に応じて適宜接続関係を変更することができる。 The connection relationship between the transistor 200, the transistor 400, and the capacitive element 100 is not limited to that shown in FIGS. 23 (A) and 23 (B). The connection relationship can be changed as appropriate according to the required circuit configuration.

<記憶装置2の構造>
図23(B)は、容量素子100、トランジスタ200、およびトランジスタ400を有する記憶装置の断面図である。なお、図23に示す記憶装置において、先の実施の形態、および<記憶装置1の構造>に示した半導体装置、および記憶装置を構成する構造と同機能を有する構造には、同符号を付記する。
<Structure of storage device 2>
FIG. 23B is a cross-sectional view of a storage device including the capacitive element 100, the transistor 200, and the transistor 400. In the storage device shown in FIG. 23, the same reference numerals are added to the above-described embodiment, the semiconductor device shown in <Structure of storage device 1>, and the structure having the same function as the structure constituting the storage device. do.

本発明の一態様の記憶装置は、図23に示すようにトランジスタ200、トランジスタ400および容量素子100を有する。トランジスタ200およびトランジスタ400は同一層に設けられ、容量素子100はトランジスタ300、およびトランジスタ200の上方に設けられている。 As shown in FIG. 23, the storage device of one aspect of the present invention includes a transistor 200, a transistor 400, and a capacitive element 100. The transistor 200 and the transistor 400 are provided on the same layer, and the capacitive element 100 is provided above the transistor 300 and the transistor 200.

なお、トランジスタ200としては、先の実施の形態、および図21で説明した半導体装置、および記憶装置が有する容量及びトランジスタを用いればよい。なお、図23に示す容量素子100、トランジスタ300、トランジスタ200およびトランジスタ400は一例であり、その構造に限定されず、回路構成や駆動方法に応じて適切なトランジスタを用いればよい。 As the transistor 200, the capacitance and the transistor of the semiconductor device and the storage device described in the previous embodiment and FIG. 21 may be used. The capacitive element 100, the transistor 300, the transistor 200, and the transistor 400 shown in FIG. 23 are examples, and the transistor is not limited to the structure thereof, and an appropriate transistor may be used depending on the circuit configuration and the driving method.

トランジスタ400は、トランジスタ200と同じ層に形成されており、並行して作製することができるトランジスタである。トランジスタ400は、第1のゲート電極として機能する導電体460(導電体460a、および導電体460b)と、第2のゲート電極として機能する導電体405(導電体405a、および導電体405b)と、導電体460と接する絶縁体470、および絶縁体472と、ゲート絶縁層として機能する絶縁体220、絶縁体222、絶縁体224、および絶縁体450と、チャネルが形成される領域を有する酸化物430cと、ソースまたはドレインの一方として機能する酸化物431a、および酸化物431bと、ソースまたはドレインの他方として機能する酸化物432a、および酸化物432bと、を有する。また、第2のゲート電極として機能する導電体405は、配線として機能する導電体403(導電体403a、および導電体403b)と、電気的に接続されている。 The transistor 400 is a transistor that is formed in the same layer as the transistor 200 and can be manufactured in parallel. The transistor 400 includes a conductor 460 (conductor 460a and a conductor 460b) that functions as a first gate electrode, a conductor 405 that functions as a second gate electrode (conductor 405a, and a conductor 405b), and a conductor 405b. An insulator 470 in contact with the conductor 460, an insulator 472, an insulator 220 functioning as a gate insulating layer, an insulator 222, an insulator 224, and an insulator 450, and an oxide 430c having a region where a channel is formed. And an oxide 431a and an oxide 431b that function as one of the source or drain, and an oxide 432a and an oxide 432b that function as the other of the source or drain. Further, the conductor 405 that functions as the second gate electrode is electrically connected to the conductor 403 (conductor 403a and conductor 403b) that functions as wiring.

トランジスタ400において、導電体405は、導電体205と、同じ層である。酸化物431a、および酸化物432aと、酸化物230aと、同じ層であり、酸化物431b、および酸化物432bと、酸化物230bと、同じ層である。酸化物430cは、酸化物230cは同じ層である。絶縁体450は、絶縁体250と、同じ層である。導電体460は、導電体260と、同じ層である。また、絶縁体470は、絶縁体270と、同じ層である。また、絶縁体471は絶縁体271と同じ層である。また、絶縁体472は、絶縁体272と、同じ層である。 In the transistor 400, the conductor 405 is the same layer as the conductor 205. Oxide 431a, oxide 432a, and oxide 230a are in the same layer, and oxide 431b, oxide 432b, and oxide 230b are in the same layer. Oxide 430c is the same layer as oxide 230c. The insulator 450 is the same layer as the insulator 250. The conductor 460 is the same layer as the conductor 260. Further, the insulator 470 is the same layer as the insulator 270. Further, the insulator 471 is the same layer as the insulator 271. Further, the insulator 472 is the same layer as the insulator 272.

トランジスタ400の活性層として機能する酸化物430cは、酸化物230などと同様に、酸素欠損が低減され、水素または水などの不純物が低減されている。これにより、トランジスタ400のしきい値電圧を0Vより大きくし、オフ電流を低減し、第2のゲート電圧及び第1のゲート電圧が0Vのときのドレイン電流を非常に小さくすることができる。 The oxide 430c that functions as the active layer of the transistor 400 has reduced oxygen deficiency and reduced impurities such as hydrogen and water, similarly to the oxide 230 and the like. As a result, the threshold voltage of the transistor 400 can be made larger than 0V, the off-current can be reduced, and the drain current when the second gate voltage and the first gate voltage are 0V can be made very small.

本構造を用いることで、酸化物半導体を有するトランジスタを用いた半導体装置において、電気特性の変動を抑制すると共に、信頼性を向上させることができる。または、酸化物半導体を有するトランジスタを用いた半導体装置において、消費電力を低減することができる。または、酸化物半導体を有するトランジスタを用いた半導体装置において、微細化または高集積化を図ることができる。または、微細化または高集積化された半導体装置を生産性良く提供することができる。 By using this structure, in a semiconductor device using a transistor having an oxide semiconductor, fluctuations in electrical characteristics can be suppressed and reliability can be improved. Alternatively, power consumption can be reduced in a semiconductor device using a transistor having an oxide semiconductor. Alternatively, in a semiconductor device using a transistor having an oxide semiconductor, miniaturization or high integration can be achieved. Alternatively, a miniaturized or highly integrated semiconductor device can be provided with high productivity.

<記憶装置3>
図24に示す半導体装置は、トランジスタ300と、トランジスタ200、および容量素子100を有する記憶装置である。以下に、記憶装置としての一形態を、図24を用いて説明する。
<Storage device 3>
The semiconductor device shown in FIG. 24 is a storage device having a transistor 300, a transistor 200, and a capacitive element 100. Hereinafter, one form as a storage device will be described with reference to FIG. 24.

トランジスタ200は、酸化物半導体を有する半導体層にチャネルが形成されるトランジスタであり、上記実施の形態に示すトランジスタを用いることができる。上記実施の形態に示すトランジスタは、微細化しても歩留まり良く形成できるので、トランジスタ200の微細化を図ることができる。このようなトランジスタを記憶装置に用いることで、記憶装置の微細化または高集積化を図ることができる。上記実施の形態に示すトランジスタは、オフ電流が小さいため、これを記憶装置に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、あるいは、リフレッシュ動作の頻度が極めて少ないため、記憶装置の消費電力を十分に低減することができる。 The transistor 200 is a transistor in which a channel is formed in a semiconductor layer having an oxide semiconductor, and the transistor shown in the above embodiment can be used. Since the transistor shown in the above embodiment can be formed with a good yield even if it is miniaturized, the transistor 200 can be miniaturized. By using such a transistor in a storage device, the storage device can be miniaturized or highly integrated. Since the transistor shown in the above embodiment has a small off current, it is possible to retain the stored contents for a long period of time by using the transistor as a storage device. That is, since the refresh operation is not required or the frequency of the refresh operation is extremely low, the power consumption of the storage device can be sufficiently reduced.

図24において、配線1001はトランジスタ300のソースと電気的に接続され、配線1002はトランジスタ300のドレインと電気的に接続されている。また、配線1003はトランジスタ200のソースおよびドレインの一方と電気的に接続され、配線1004はトランジスタ200のゲートと電気的に接続され、配線1006はトランジスタ200のバックゲートと電気的に接続されている。そして、トランジスタ300のゲート、およびトランジスタ200のソースおよびドレインの他方は、容量素子100の電極の一方と電気的に接続され、配線1005は容量素子100の電極の他方と電気的に接続されている。配線1007はトランジスタ400のソースと電気的に接続され、配線1008はトランジスタ400のゲートと電気的に接続され、配線1009はトランジスタ400のバックゲートと電気的に接続され、配線1010はトランジスタ400のドレインと電気的に接続されている。ここで、配線1006、配線1007、配線1008、及び配線1009が電気的に接続されている。 In FIG. 24, the wiring 1001 is electrically connected to the source of the transistor 300, and the wiring 1002 is electrically connected to the drain of the transistor 300. Further, the wiring 1003 is electrically connected to one of the source and drain of the transistor 200, the wiring 1004 is electrically connected to the gate of the transistor 200, and the wiring 1006 is electrically connected to the back gate of the transistor 200. .. Then, the gate of the transistor 300 and the other of the source and drain of the transistor 200 are electrically connected to one of the electrodes of the capacitive element 100, and the wiring 1005 is electrically connected to the other of the electrodes of the capacitive element 100. .. The wiring 1007 is electrically connected to the source of the transistor 400, the wiring 1008 is electrically connected to the gate of the transistor 400, the wiring 1009 is electrically connected to the back gate of the transistor 400, and the wiring 1010 is the drain of the transistor 400. Is electrically connected to. Here, the wiring 1006, the wiring 1007, the wiring 1008, and the wiring 1009 are electrically connected.

図24に示す半導体装置は、トランジスタ300のゲートの電位が保持可能という特性を有することで、以下に示すように、情報の書き込み、保持、読み出しが可能である。 The semiconductor device shown in FIG. 24 has a characteristic that the potential of the gate of the transistor 300 can be held, so that information can be written, held, and read as shown below.

情報の書き込みおよび保持について説明する。まず、配線1004の電位を、トランジスタ200が導通状態となる電位にして、トランジスタ200を導通状態とする。これにより、配線1003の電位が、トランジスタ300のゲート、および容量素子100の電極の一方と電気的に接続するノードFGに与えられる。即ち、トランジスタ300のゲートには、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。)のどちらかが与えられるものとする。その後、配線1004の電位を、トランジスタ200が非導通状態となる電位にして、トランジスタ200を非導通状態とすることにより、ノードSNに電荷が保持される(保持)。 Writing and retaining information will be described. First, the potential of the wiring 1004 is set to the potential at which the transistor 200 is in the conductive state, and the transistor 200 is brought into the conductive state. As a result, the potential of the wiring 1003 is given to the gate of the transistor 300 and the node FG that is electrically connected to one of the electrodes of the capacitive element 100. That is, a predetermined charge is given to the gate of the transistor 300 (writing). Here, it is assumed that either of the charges giving two different potential levels (hereinafter referred to as Low level charge and High level charge) is given. After that, the electric charge is held (retained) in the node SN by setting the potential of the wiring 1004 to the potential at which the transistor 200 is in the non-conducting state and putting the transistor 200 in the non-conducting state.

トランジスタ200のオフ電流が小さい場合、ノードSNの電荷は長期間にわたって保持される。 When the off-current of the transistor 200 is small, the charge of the node SN is retained for a long period of time.

次に情報の読み出しについて説明する。配線1001に所定の電位(定電位)を与えた状態で、配線1005に適切な電位(読み出し電位)を与えると、配線1002は、ノードSNに保持された電荷量に応じた電位をとる。これは、トランジスタ300をnチャネル型とすると、トランジスタ300のゲートにHighレベル電荷が与えられている場合の見かけ上のしきい値電圧Vth_Hは、トランジスタ300のゲートにLowレベル電荷が与えられている場合の見かけ上のしきい値電圧Vth_Lより低くなるためである。ここで、見かけ上のしきい値電圧とは、トランジスタ300を「導通状態」とするために必要な配線1005の電位をいうものとする。したがって、配線1005の電位をVth_HとVth_Lの間の電位Vとすることにより、ノードSN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、ノードSNにHighレベル電荷が与えられていた場合には、配線1005の電位がV(>Vth_H)となれば、トランジスタ300は「導通状態」となる。一方、ノードSNにLowレベル電荷が与えられていた場合には、配線1005の電位がV(<Vth_L)となっても、トランジスタ300は「非導通状態」のままである。このため、配線1002の電位を判別することで、ノードSNに保持されている情報を読み出すことができる。 Next, reading information will be described. When a predetermined potential (constant potential) is applied to the wiring 1001 and an appropriate potential (reading potential) is applied to the wiring 1005, the wiring 1002 takes a potential corresponding to the amount of electric charge held in the node SN. This is because, assuming that the transistor 300 is an n-channel type, the apparent threshold voltage Vth_H when a high level charge is given to the gate of the transistor 300 is a Low level charge given to the gate of the transistor 300. This is because it is lower than the apparent threshold voltage Vth_L when the voltage is present. Here, the apparent threshold voltage means the potential of the wiring 1005 required to bring the transistor 300 into the "conducting state". Therefore, by setting the potential of the wiring 1005 to the potential V 0 between V th_H and V th_L , the electric charge given to the node SN can be discriminated. For example, in writing, when a high level charge is given to the node SN, if the potential of the wiring 1005 becomes V 0 (> V th_H ), the transistor 300 is in the “conducting state”. On the other hand, when the node SN is given a Low level charge, the transistor 300 remains in the “non-conducting state” even if the potential of the wiring 1005 becomes V 0 (<V th_L). Therefore, by discriminating the potential of the wiring 1002, the information held in the node SN can be read out.

<記憶装置3の構造> <Structure of storage device 3>

図24は、容量素子100、トランジスタ200、トランジスタ300、およびトランジスタ400を有する記憶装置の断面図である。なお、図24に示す記憶装置において、先の実施の形態、<記憶装置1の構造>、および<記憶装置2の構造>、に示した半導体装置、および記憶装置を構成する構造と同機能を有する構造には、同符号を付記する。 FIG. 24 is a cross-sectional view of a storage device including the capacitive element 100, the transistor 200, the transistor 300, and the transistor 400. The storage device shown in FIG. 24 has the same functions as the semiconductor device shown in the previous embodiment, <Structure of storage device 1>, and <Structure of storage device 2>, and the structure constituting the storage device. The same reference numerals are added to the structures having the same.

本発明の一態様の記憶装置は、図24に示すようにトランジスタ300、トランジスタ200、トランジスタ400および容量素子100を有する。トランジスタ200およびトランジスタ400はトランジスタ300の上方に設けられ、容量素子100はトランジスタ300、トランジスタ200およびトランジスタ400の上方に設けられている。 As shown in FIG. 24, the storage device of one aspect of the present invention includes a transistor 300, a transistor 200, a transistor 400, and a capacitive element 100. The transistor 200 and the transistor 400 are provided above the transistor 300, and the capacitive element 100 is provided above the transistor 300, the transistor 200 and the transistor 400.

なお、容量素子100、トランジスタ200、トランジスタ300、およびトランジスタ400としては、先の実施の形態、および図21乃至図23で説明した半導体装置、および記憶装置が有する容量及びトランジスタを用いればよい。なお、図24に示す容量素子100、トランジスタ300、トランジスタ200およびトランジスタ400は一例であり、その構造に限定されず、回路構成や駆動方法に応じて適切なトランジスタを用いればよい。 As the capacitance element 100, the transistor 200, the transistor 300, and the transistor 400, the capacitance and the transistor possessed by the semiconductor device and the storage device described in the previous embodiment and FIGS. 21 to 23 may be used. The capacitive element 100, the transistor 300, the transistor 200, and the transistor 400 shown in FIG. 24 are examples, and the transistor is not limited to the structure thereof, and an appropriate transistor may be used depending on the circuit configuration and the driving method.

本構造を用いることで、酸化物半導体を有するトランジスタを用いた半導体装置において、電気特性の変動を抑制すると共に、信頼性を向上させることができる。または、酸化物半導体を有するトランジスタを用いた半導体装置において、消費電力を低減することができる。または、酸化物半導体を有するトランジスタを用いた半導体装置において、微細化または高集積化を図ることができる。または、微細化または高集積化された半導体装置を生産性良く提供することができる。 By using this structure, in a semiconductor device using a transistor having an oxide semiconductor, fluctuations in electrical characteristics can be suppressed and reliability can be improved. Alternatively, power consumption can be reduced in a semiconductor device using a transistor having an oxide semiconductor. Alternatively, in a semiconductor device using a transistor having an oxide semiconductor, miniaturization or high integration can be achieved. Alternatively, a miniaturized or highly integrated semiconductor device can be provided with high productivity.

<メモリセルアレイの構造> <Structure of memory cell array>

本実施の形態のメモリセルアレイの一例を、図25に示す。トランジスタ200をメモリセルとして、マトリクス状に配置することで、メモリセルアレイを構成することができる。 An example of the memory cell array of this embodiment is shown in FIG. A memory cell array can be configured by arranging the transistors 200 as memory cells in a matrix.

なお、図25に示す記憶装置は、図21、および図24に示す記憶装置をマトリクス状に配置することで、メモリセルアレイを構成する半導体装置である。なお、1個のトランジスタ400は、複数のトランジスタ200のバックゲート電圧を制御することができる。そのため、トランジスタ400は、トランジスタ200よりも、少ない個数を設けるとよい。 The storage device shown in FIG. 25 is a semiconductor device that constitutes a memory cell array by arranging the storage devices shown in FIGS. 21 and 24 in a matrix. One transistor 400 can control the back gate voltage of the plurality of transistors 200. Therefore, the number of transistors 400 may be smaller than that of the transistors 200.

従って、図25には、図24に示すトランジスタ400は省略する。図25は、図21、および図24に示す記憶装置を、マトリクス状に配置した場合における、行の一部を抜き出した断面図である。 Therefore, in FIG. 25, the transistor 400 shown in FIG. 24 is omitted. FIG. 25 is a cross-sectional view in which a part of a row is extracted when the storage devices shown in FIGS. 21 and 24 are arranged in a matrix.

また、図24と、トランジスタ300の構成が異なる。図25に示すトランジスタ300はチャネルが形成される半導体領域313(基板311の一部)が凸形状を有する。また、半導体領域313の側面および上面を、絶縁体315を介して、導電体316が覆うように設けられている。なお、導電体316は仕事関数を調整する材料を用いてもよい。このようなトランジスタ300は半導体基板の凸部を利用していることからFIN型トランジスタとも呼ばれる。なお、凸部の上部に接して、凸部を形成するためのマスクとして機能する絶縁体を有していてもよい。また、ここでは半導体基板の一部を加工して凸部を形成する場合を示したが、SOI基板を加工して凸形状を有する半導体膜を形成してもよい。 Further, the configuration of the transistor 300 is different from that of FIG. 24. In the transistor 300 shown in FIG. 25, the semiconductor region 313 (a part of the substrate 311) on which the channel is formed has a convex shape. Further, the side surface and the upper surface of the semiconductor region 313 are provided so as to be covered with the conductor 316 via the insulator 315. The conductor 316 may be made of a material that adjusts the work function. Since such a transistor 300 utilizes a convex portion of a semiconductor substrate, it is also called a FIN type transistor. It should be noted that an insulator that is in contact with the upper portion of the convex portion and functions as a mask for forming the convex portion may be provided. Further, although the case where a part of the semiconductor substrate is processed to form a convex portion is shown here, the SOI substrate may be processed to form a semiconductor film having a convex shape.

図25に示す記憶装置では、メモリセル650aとメモリセル650bが隣接して配置されている。メモリセル650aおよびメモリセル650bは、トランジスタ300、トランジスタ200、および容量素子100を有し、配線1001、配線1002、配線1003、配線1004、配線1005、および配線1006と電気的に接続される。また、メモリセル650aおよびメモリセル650bにおいても、同様にトランジスタ300のゲートと、容量素子100の電極の一方と、が電気的に接続するノードを、ノードSNとする。なお、配線1002は隣接するメモリセル650aとメモリセル650bで共通の配線である。 In the storage device shown in FIG. 25, the memory cells 650a and the memory cells 650b are arranged adjacent to each other. The memory cell 650a and the memory cell 650b have a transistor 300, a transistor 200, and a capacitance element 100, and are electrically connected to the wiring 1001, the wiring 1002, the wiring 1003, the wiring 1004, the wiring 1005, and the wiring 1006. Similarly, in the memory cell 650a and the memory cell 650b, the node in which the gate of the transistor 300 and one of the electrodes of the capacitance element 100 are electrically connected is referred to as a node SN. The wiring 1002 is common to the adjacent memory cells 650a and the memory cells 650b.

メモリセルをアレイ状に配置する場合、読み出し時には、所望のメモリセルの情報を読み出さなくてはならない。例えば、メモリセルアレイがNOR型の構成の場合、情報を読み出さないメモリセルのトランジスタ300を非導通状態にすることで、所望のメモリセルの情報のみを読み出すことができる。この場合、ノードSNに与えられた電荷によらずトランジスタ300が「非導通状態」となるような電位、つまり、Vth_Hより低い電位を、情報を読み出さないメモリセルと接続される配線1005に与えればよい。または、例えば、メモリセルアレイがNAND型の構成の場合、情報を読み出さないメモリセルのトランジスタ300を導通状態にすることで、所望のメモリセルの情報のみを読み出すことができる。この場合、ノードSNに与えられた電荷によらずトランジスタ300が「導通状態」となるような電位、つまり、Vth_Lより高い電位を、情報を読み出さないメモリセルと接続される配線1005に与えればよい。 When the memory cells are arranged in an array, the information of the desired memory cells must be read at the time of reading. For example, when the memory cell array has a NOR type configuration, only the information of the desired memory cell can be read by setting the transistor 300 of the memory cell that does not read the information into a non-conducting state. In this case, a potential that causes the transistor 300 to be in a "non-conducting state" regardless of the charge given to the node SN, that is, a potential lower than V th_H is given to the wiring 1005 connected to the memory cell that does not read information. Just do it. Alternatively, for example, when the memory cell array has a NAND type configuration, only the information of the desired memory cell can be read by making the transistor 300 of the memory cell that does not read the information conductive. In this case, if a potential that causes the transistor 300 to be in a "conducting state" regardless of the charge given to the node SN, that is, a potential higher than V th_L is applied to the wiring 1005 connected to the memory cell that does not read information. good.

本構造を用いることで、酸化物半導体を有するトランジスタを用いた半導体装置において、電気特性の変動を抑制すると共に、信頼性を向上させることができる。または、酸化物半導体を有するトランジスタを用いた半導体装置において、消費電力を低減することができる。または、酸化物半導体を有するトランジスタを用いた半導体装置において、微細化または高集積化を図ることができる。または、微細化または高集積化された半導体装置を生産性良く提供することができる。 By using this structure, in a semiconductor device using a transistor having an oxide semiconductor, fluctuations in electrical characteristics can be suppressed and reliability can be improved. Alternatively, power consumption can be reduced in a semiconductor device using a transistor having an oxide semiconductor. Alternatively, in a semiconductor device using a transistor having an oxide semiconductor, miniaturization or high integration can be achieved. Alternatively, a miniaturized or highly integrated semiconductor device can be provided with high productivity.

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

(実施の形態3)
本実施の形態では、図26および図27を用いて、本発明の一態様に係る、酸化物を半導体に用いたトランジスタ(以下、OSトランジスタと呼ぶ。)、および容量素子が適用されている記憶装置の一例として、NOSRAMについて説明する。NOSRAM(登録商標)とは「Nonvolatile Oxide Semiconductor RAM」の略称であり、ゲインセル型(2T型、3T型)のメモリセルを有するRAMを指す。なお、以下において、NOSRAMのようにOSトランジスタを用いたメモリ装置を、OSメモリと呼ぶ場合がある。
(Embodiment 3)
In the present embodiment, using FIGS. 26 and 27, a transistor (hereinafter, referred to as an OS transistor) using an oxide as a semiconductor and a memory to which a capacitive element according to one aspect of the present invention is applied. As an example of the device, NO SRAM will be described. NOSRAM (registered trademark) is an abbreviation for "Nonvolatile Oxide Semiconductor RAM" and refers to a RAM having a gain cell type (2T type, 3T type) memory cell. In the following, a memory device using an OS transistor such as NOSRAM may be referred to as an OS memory.

NOSRAMでは、メモリセルにOSトランジスタが用いられるメモリ装置(以下、「OSメモリ」と呼ぶ。)が適用されている。OSメモリは、少なくとも容量素子と、容量素子の充放電を制御するOSトランジスタを有するメモリである。OSトランジスタが極小オフ電流のトランジスタであるので、OSメモリは優れた保持特性をもち、不揮発性メモリとして機能させることができる。 In NOSRAM, a memory device (hereinafter, referred to as “OS memory”) in which an OS transistor is used as a memory cell is applied. The OS memory is a memory having at least a capacitance element and an OS transistor that controls charging / discharging of the capacitance element. Since the OS transistor is a transistor with a minimum off-current, the OS memory has excellent holding characteristics and can function as a non-volatile memory.

<<NOSRAM>>
図26にNOSRAMの構成例を示す。図26に示すNOSRAM1600は、メモリセルアレイ1610、コントローラ1640、行ドライバ1650、列ドライバ1660、出力ドライバ1670を有する。なお、NOSRAM1600は、1のメモリセルで多値データを記憶する多値NOSRAMである。
<< NO SRAM >>
FIG. 26 shows a configuration example of the NO SRAM. The NOSRAM 1600 shown in FIG. 26 has a memory cell array 1610, a controller 1640, a row driver 1650, a column driver 1660, and an output driver 1670. The NO SRAM 1600 is a multi-value NO SRAM that stores multi-value data in one memory cell.

メモリセルアレイ1610は複数のメモリセル1611、複数のワード線WWL、RWL、ビット線BL、ソース線SLを有する。ワード線WWLは書き込みワード線であり、ワード線RWLは読み出しワード線である。NOSRAM1600では、1のメモリセル1611で3ビット(8値)のデータを記憶する。 The memory cell array 1610 has a plurality of memory cells 1611, a plurality of word lines WWL, RWL, a bit line BL, and a source line SL. The word line WWL is a writing word line, and the word line RWL is a reading word line. In the NOSRAM 1600, 3 bits (8 values) of data are stored in 1 memory cell 1611.

コントローラ1640は、NOSRAM1600全体を統括的に制御し、データWDA[31:0]の書き込み、データRDA[31:0]の読み出しを行う。コントローラ1640は、外部からのコマンド信号(例えば、チップイネーブル信号、書き込みイネーブル信号など)を処理して、行ドライバ1650、列ドライバ1660および出力ドライバ1670の制御信号を生成する。 The controller 1640 comprehensively controls the entire NO SRAM 1600, writes data WDA [31: 0], and reads data RDA [31: 0]. The controller 1640 processes an external command signal (for example, a chip enable signal, a write enable signal, etc.) to generate control signals for the row driver 1650, the column driver 1660, and the output driver 1670.

行ドライバ1650は、アクセスする行を選択する機能を有する。行ドライバ1650は、行デコーダ1651、およびワード線ドライバ1652を有する。 The row driver 1650 has a function of selecting a row to be accessed. The row driver 1650 has a row decoder 1651 and a wordline driver 1652.

列ドライバ1660は、ソース線SLおよびビット線BLを駆動する。列ドライバ1660は、列デコーダ1661、書き込みドライバ1662、DAC(デジタル‐アナログ変換回路)1663を有する。 The column driver 1660 drives the source line SL and the bit line BL. The column driver 1660 includes a column decoder 1661, a write driver 1662, and a DAC (digital-to-analog conversion circuit) 1663.

DAC1663は3ビットのデジタルデータをアナログ電圧に変換する。DAC1663は32ビットのデータWDA[31:0]を3ビットごとに、アナログ電圧に変換する。 DAC1663 converts 3-bit digital data into analog voltage. The DAC1663 converts 32-bit data WDA [31: 0] into analog voltage every 3 bits.

書き込みドライバ1662は、ソース線SLをプリチャージする機能、ソース線SLを電気的に浮遊状態にする機能、ソース線SLを選択する機能、選択されたソース線SLにDAC1663で生成した書き込み電圧を入力する機能、ビット線BLをプリチャージする機能、ビット線BLを電気的に浮遊状態にする機能等を有する。 The write driver 1662 has a function of precharging the source line SL, a function of electrically suspending the source line SL, a function of selecting the source line SL, and inputting the write voltage generated by the DAC 1663 to the selected source line SL. It has a function of precharging the bit wire BL, a function of electrically floating the bit wire BL, and the like.

出力ドライバ1670は、セレクタ1671、ADC(アナログ‐デジタル変換回路)1672、出力バッファ1673を有する。セレクタ1671は、アクセスするソース線SLを選択し、選択されたソース線SLの電圧をADC1672に送信する。ADC1672は、アナログ電圧を3ビットのデジタルデータに変換する機能を持つ。ソース線SLの電圧はADC1672において、3ビットのデータに変換され、出力バッファ1673はADC1672から出力されるデータを保持する。 The output driver 1670 has a selector 1671, an ADC (analog-to-digital conversion circuit) 1672, and an output buffer 1673. The selector 1671 selects the source line SL to access and transmits the voltage of the selected source line SL to the ADC 1672. The ADC 1672 has a function of converting an analog voltage into 3-bit digital data. The voltage of the source line SL is converted into 3-bit data in the ADC 1672, and the output buffer 1673 holds the data output from the ADC 1672.

<メモリセル>
図27(A)はメモリセル1611の構成例を示す回路図である。メモリセル1611は2T型のゲインセルであり、メモリセル1611はワード線WWL、RWL、ビット線BL、ソース線SL、配線BGLに電気的に接続されている。メモリセル1611は、ノードSN、OSトランジスタMO61、トランジスタMP61、容量素子C61を有する。OSトランジスタMO61は書き込みトランジスタである。トランジスタMP61は読み出しトランジスタであり、例えばpチャネル型Siトランジスタで構成される。容量素子C61はノードSNの電圧を保持するための保持容量である。ノードSNはデータの保持ノードであり、ここではトランジスタMP61のゲートに相当する。
<Memory cell>
FIG. 27A is a circuit diagram showing a configuration example of the memory cell 1611. The memory cell 1611 is a 2T type gain cell, and the memory cell 1611 is electrically connected to the word line WWL, RWL, bit line BL, source line SL, and wiring BGL. The memory cell 1611 has a node SN, an OS transistor MO61, a transistor MP61, and a capacitance element C61. The OS transistor MO61 is a write transistor. The transistor MP61 is a readout transistor, and is composed of, for example, a p-channel Si transistor. The capacitance element C61 is a holding capacitance for holding the voltage of the node SN. The node SN is a data holding node, and here corresponds to the gate of the transistor MP61.

メモリセル1611の書き込みトランジスタがOSトランジスタMO61で構成されているため、NOSRAM1600は長時間データを保持することが可能である。 Since the write transistor of the memory cell 1611 is composed of the OS transistor MO61, the NOSRAM 1600 can hold data for a long time.

図27(A)の例では、ビット線は、書き込みと読み出しで共通のビット線であるが、図27(B)に示すように、書き込みビット線WBLと、読み出しビット線RBLとを設けてもよい。 In the example of FIG. 27 (A), the bit line is a bit line common to writing and reading, but as shown in FIG. 27 (B), a writing bit line WBL and a reading bit line RBL may be provided. good.

図27(C)−図27(E)にメモリセルの他の構成例を示す。図27(C)−図27(E)には、書き込み用ビット線と読み出し用ビット線を設けた例を示しているが、図27(A)のように書き込みと読み出しで共有されるビット線を設けてもよい。 27 (C) -FIG. 27 (E) shows another configuration example of the memory cell. 27 (C) -FIG. 27 (E) shows an example in which a write bit line and a read bit line are provided, but as shown in FIG. 27 (A), a bit line shared by write and read. May be provided.

図27(C)に示すメモリセル1612は、メモリセル1611の変形例であり、読み出しトランジスタをnチャネル型トランジスタ(MN61)に変更したものである。トランジスタMN61はOSトランジスタであってもよいし、Siトランジスタであってもよい。 The memory cell 1612 shown in FIG. 27 (C) is a modification of the memory cell 1611, in which the read transistor is changed to an n-channel transistor (MN61). The transistor MN61 may be an OS transistor or a Si transistor.

メモリセル1611、1612において、OSトランジスタMO61はバックゲートの無いOSトランジスタであってもよい。 In the memory cells 1611 and 1612, the OS transistor MO61 may be an OS transistor without a back gate.

図27(D)に示すメモリセル1613は、3T型ゲインセルであり、ワード線WWL、RWL、ビット線WBL、RBL、ソース線SL、配線BGL、PCLに電気的に接続されている。メモリセル1613は、ノードSN、OSトランジスタMO62、トランジスタMP62、トランジスタMP63、容量素子C62を有する。OSトランジスタMO62は書き込みトランジスタである。トランジスタMP62は読み出しトランジスタであり、トランジスタMP63は選択トランジスタである。 The memory cell 1613 shown in FIG. 27 (D) is a 3T type gain cell, and is electrically connected to a word line WWL, RWL, a bit line WBL, RBL, a source line SL, a wiring BGL, and a PCL. The memory cell 1613 includes a node SN, an OS transistor MO62, a transistor MP62, a transistor MP63, and a capacitive element C62. The OS transistor MO62 is a write transistor. The transistor MP62 is a read transistor, and the transistor MP63 is a selection transistor.

図27(E)に示すメモリセル1614は、メモリセル1613の変形例であり、読み出しトランジスタおよび選択トランジスタをnチャネル型トランジスタ(MN62、MN63)に変更したものである。トランジスタMN62、MN63はOSトランジスタであってもよいし、Siトランジスタであってもよい。 The memory cell 1614 shown in FIG. 27 (E) is a modification of the memory cell 1613, in which the read transistor and the selection transistor are changed to n-channel transistors (MN62, MN63). The transistors MN62 and MN63 may be OS transistors or Si transistors.

メモリセル1611−1614に設けられるOSトランジスタは、バックゲートの無いトランジスタでもよいし、バックゲートが有るトランジスタであってもよい。 The OS transistor provided in the memory cells 1611-1614 may be a transistor without a back gate or a transistor having a back gate.

容量素子C61の充放電によってデータを書き換えるため、NOSRAM1600は原理的には書き換え回数に制約はなく、かつ、低エネルギーで、データの書き込みおよび読み出しが可能である。また、長時間データを保持することが可能であるので、リフレッシュ頻度を低減できる。 Since the data is rewritten by charging / discharging the capacitive element C61, the NO SRAM 1600 can write and read data with low energy without any limitation on the number of rewrites in principle. Moreover, since the data can be retained for a long time, the refresh frequency can be reduced.

上記実施の形態に示す半導体装置をメモリセル1611、1612、1613、1614に用いる場合、OSトランジスタMO61、MO62としてトランジスタ200を用い、容量素子C61、C62として容量素子100を用い、トランジスタMP61、MN62としてトランジスタ300を用いることができる。 When the semiconductor device shown in the above embodiment is used for the memory cells 1611, 1612, 1613, 1614, the transistor 200 is used as the OS transistors MO61 and MO62, the capacitance element 100 is used as the capacitance elements C61 and C62, and the transistors MP61 and MN62 are used. Transistor 300 can be used.

本実施の形態は、他の実施の形態など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 can be implemented in combination with the configurations described in other embodiments and the like as appropriate.

(実施の形態4)
本実施の形態では、図28および図29を用いて、本発明の一態様に係る、OSトランジスタ、および容量素子が適用されている記憶装置の一例として、DOSRAMについて説明する。DOSRAM(登録商標)とは、「Dynamic Oxide Semiconductor RAM」の略称であり、1T(トランジスタ)1C(容量)型のメモリセルを有するRAMを指す。DOSRAMも、NOSRAMと同様に、OSメモリが適用されている。
(Embodiment 4)
In the present embodiment, the DOS RAM will be described with reference to FIGS. 28 and 29 as an example of a storage device to which the OS transistor and the capacitive element according to one aspect of the present invention are applied. DOSRAM (registered trademark) is an abbreviation for "Dynamic Oxide Semiconductor RAM" and refers to a RAM having a 1T (transistor) 1C (capacity) type memory cell. The OS memory is applied to the DOS RAM as well as the NO SRAM.

<<DOSRAM1400>>
図28にDOSRAMの構成例を示す。図28に示すように、DOSRAM1400は、コントローラ1405、行回路1410、列回路1415、メモリセルおよびセンスアンプアレイ1420(以下、「MC−SAアレイ1420」と呼ぶ。)を有する。
<< DOSRAM1400 >>
FIG. 28 shows a configuration example of the DOS RAM. As shown in FIG. 28, the DOSRAM 1400 has a controller 1405, a row circuit 1410, a column circuit 1415, a memory cell and a sense amplifier array 1420 (hereinafter referred to as “MC-SA array 1420”).

行回路1410はデコーダ1411、ワード線ドライバ回路1412、列セレクタ1413、センスアンプドライバ回路1414を有する。列回路1415はグローバルセンスアンプアレイ1416、入出力回路1417を有する。グローバルセンスアンプアレイ1416は複数のグローバルセンスアンプ1447を有する。MC−SAアレイ1420はメモリセルアレイ1422、センスアンプアレイ1423、グローバルビット線GBLL、GBLRを有する。 The row circuit 1410 includes a decoder 1411, a word line driver circuit 1412, a column selector 1413, and a sense amplifier driver circuit 1414. The column circuit 1415 has a global sense amplifier array 1416 and an input / output circuit 1417. The global sense amplifier array 1416 has a plurality of global sense amplifiers 1447. The MC-SA array 1420 includes a memory cell array 1422, a sense amplifier array 1423, a global bit line GBLL, and GBLR.

(MC−SAアレイ1420)
MC−SAアレイ1420は、メモリセルアレイ1422をセンスアンプアレイ1423上に積層した積層構造をもつ。グローバルビット線GBLL、GBLRはメモリセルアレイ1422上に積層されている。DOSRAM1400では、ビット線の構造に、ローカルビット線とグローバルビット線とで階層化された階層ビット線構造が採用されている。
(MC-SA array 1420)
The MC-SA array 1420 has a laminated structure in which the memory cell array 1422 is laminated on the sense amplifier array 1423. The global bit lines GBLL and GBLR are stacked on the memory cell array 1422. In the DOSRAM 1400, a hierarchical bit line structure in which local bit lines and global bit lines are layered is adopted as the bit line structure.

メモリセルアレイ1422は、N個(Nは2以上の整数)のローカルメモリセルアレイ1425<0>―1425<N−1>を有する。図29(A)にローカルメモリセルアレイ1425の構成例を示す。ローカルメモリセルアレイ1425は、複数のメモリセル1445、複数のワード線WL、複数のビット線BLL、BLRを有する。図29(A)の例では、ローカルメモリセルアレイ1425の構造はオープンビット線型であるが、フォールデッドビット線型であってもよい。 The memory cell array 1422 has N (N is an integer of 2 or more) local memory cell array 1425 <0> -1425 <N-1>. FIG. 29 (A) shows a configuration example of the local memory cell array 1425. The local memory cell array 1425 has a plurality of memory cells 1445, a plurality of word line WLs, a plurality of bit lines BLL, and a BLR. In the example of FIG. 29 (A), the structure of the local memory cell array 1425 is an open bit linear type, but it may be a folded bit linear type.

図29(B)にメモリセル1445の回路構成例を示す。メモリセル1445はトランジスタMW1、容量素子CS1、端子B1、B2を有する。トランジスタMW1は容量素子CS1の充放電を制御する機能をもつ。トランジスタMW1のゲートはワード線に電気的に接続され、第1端子はビット線に電気的に接続され、第2端子は容量素子の第1端子に電気的に接続されている。容量素子CS1の第2端子は端子B2に電気的に接続されている。端子B2には、定電圧(例えば、低電源電圧)が入力される。 FIG. 29B shows an example of the circuit configuration of the memory cell 1445. The memory cell 1445 has a transistor MW1, a capacitance element CS1, and terminals B1 and B2. The transistor MW1 has a function of controlling charging / discharging of the capacitive element CS1. The gate of the transistor MW1 is electrically connected to the word wire, the first terminal is electrically connected to the bit wire, and the second terminal is electrically connected to the first terminal of the capacitive element. The second terminal of the capacitive element CS1 is electrically connected to the terminal B2. A constant voltage (for example, a low power supply voltage) is input to the terminal B2.

上記実施の形態に示す半導体装置をメモリセル1445に用いる場合、トランジスタMW1としてトランジスタ200を用い、容量素子CS1として容量素子100を用いることができる。 When the semiconductor device shown in the above embodiment is used for the memory cell 1445, the transistor 200 can be used as the transistor MW1 and the capacitance element 100 can be used as the capacitance element CS1.

トランジスタMW1はバックゲートを備えており、バックゲートは端子B1に電気的に接続されている。そのため、端子B1の電圧によって、トランジスタMW1の閾値電圧を変更することができる。例えば、端子B1の電圧は固定電圧(例えば、負の定電圧)であってもよいし、DOSRAM1400の動作に応じて、端子B1の電圧を変化させてもよい。 The transistor MW1 includes a back gate, and the back gate is electrically connected to the terminal B1. Therefore, the threshold voltage of the transistor MW1 can be changed by the voltage of the terminal B1. For example, the voltage of the terminal B1 may be a fixed voltage (for example, a negative constant voltage), or the voltage of the terminal B1 may be changed according to the operation of the DOSRAM 1400.

トランジスタMW1のバックゲートをトランジスタMW1のゲート、ソース、またはドレインに電気的に接続してもよい。あるいは、トランジスタMW1にバックゲートを設けなくてもよい。 The back gate of transistor MW1 may be electrically connected to the gate, source, or drain of transistor MW1. Alternatively, the transistor MW1 does not have to be provided with a back gate.

センスアンプアレイ1423は、N個のローカルセンスアンプアレイ1426<0>―1426<N−1>を有する。ローカルセンスアンプアレイ1426は、1のスイッチアレイ1444、複数のセンスアンプ1446を有する。センスアンプ1446には、ビット線対が電気的に接続されている。センスアンプ1446は、ビット線対をプリチャージする機能、ビット線対の電圧差を増幅する機能、この電圧差を保持する機能を有する。スイッチアレイ1444は、ビット線対を選択し、選択したビット線対とグローバルビット線対と間を導通状態にする機能を有する。 The sense amplifier array 1423 has N local sense amplifier arrays 1426 <0> -1426 <N-1>. The local sense amplifier array 1426 has one switch array 1444 and a plurality of sense amplifiers 1446. A bit line pair is electrically connected to the sense amplifier 1446. The sense amplifier 1446 has a function of precharging a bit line pair, a function of amplifying a voltage difference between the bit line pairs, and a function of maintaining this voltage difference. The switch array 1444 has a function of selecting a bit line pair and making the selected bit line pair and the global bit line pair conductive.

ここで、ビット線対とは、センスアンプによって、同時に比較される2本のビット線のことをいう。グローバルビット線対とは、グローバルセンスアンプによって、同時に比較される2本のグローバルビット線のことをいう。ビット線対を一対のビット線と呼ぶことができ、グローバルビット線対を一対のグローバルビット線と呼ぶことができる。ここでは、ビット線BLLとビット線BLRが1組のビット線対を成す。グローバルビット線GBLLとグローバルビット線GBLRとが1組のグローバルビット線対をなす。以下、ビット線対(BLL,BLR)、グローバルビット線対(BLL,BLR)とも表す。 Here, the bit line pair means two bit lines that are simultaneously compared by the sense amplifier. A global bit line pair refers to two global bit lines that are simultaneously compared by a global sense amplifier. A bit line pair can be called a pair of bit lines, and a global bit line pair can be called a pair of global bit lines. Here, the bit line BLL and the bit line BLR form a pair of bit lines. The global bit line GBLL and the global bit line GBLR form a set of global bit line pairs. Hereinafter, it is also referred to as a bit line pair (BLL, BLR) and a global bit line pair (BLL, BLR).

(コントローラ1405)
コントローラ1405は、DOSRAM1400の動作全般を制御する機能を有する。コントローラ1405は、外部からの入力されるコマンド信号を論理演算して、動作モードを決定する機能、決定した動作モードが実行されるように、行回路1410、列回路1415の制御信号を生成する機能、外部から入力されるアドレス信号を保持する機能、内部アドレス信号を生成する機能を有する。
(Controller 1405)
The controller 1405 has a function of controlling the overall operation of the DOSRAM 1400. The controller 1405 has a function of logically calculating a command signal input from the outside to determine an operation mode, and a function of generating control signals of the row circuit 1410 and the column circuit 1415 so that the determined operation mode is executed. It has a function of holding an address signal input from the outside and a function of generating an internal address signal.

(行回路1410)
行回路1410は、MC−SAアレイ1420を駆動する機能を有する。デコーダ1411はアドレス信号をデコードする機能を有する。ワード線ドライバ回路1412は、アクセス対象行のワード線WLを選択する選択信号を生成する。
(Line circuit 1410)
The row circuit 1410 has a function of driving the MC-SA array 1420. The decoder 1411 has a function of decoding an address signal. The word line driver circuit 1412 generates a selection signal for selecting the word line WL of the access target line.

列セレクタ1413、センスアンプドライバ回路1414はセンスアンプアレイ1423を駆動するための回路である。列セレクタ1413は、アクセス対象列のビット線を選択するための選択信号を生成する機能をもつ。列セレクタ1413の選択信号によって、各ローカルセンスアンプアレイ1426のスイッチアレイ1444が制御される。センスアンプドライバ回路1414の制御信号によって、複数のローカルセンスアンプアレイ1426は独立して駆動される。 The column selector 1413 and the sense amplifier driver circuit 1414 are circuits for driving the sense amplifier array 1423. The column selector 1413 has a function of generating a selection signal for selecting the bit line of the access target column. The switch array 1444 of each local sense amplifier array 1426 is controlled by the selection signal of the column selector 1413. A plurality of local sense amplifier arrays 1426 are independently driven by the control signal of the sense amplifier driver circuit 1414.

(列回路1415)
列回路1415は、データ信号WDA[31:0]の入力を制御する機能、データ信号RDA[31:0]の出力を制御する機能を有する。データ信号WDA[31:0]は書き込みデータ信号であり、データ信号RDA[31:0]は読み出しデータ信号である。
(Column circuit 1415)
The column circuit 1415 has a function of controlling the input of the data signal WDA [31: 0] and a function of controlling the output of the data signal RDA [31: 0]. The data signal WDA [31: 0] is a write data signal, and the data signal RDA [31: 0] is a read data signal.

グローバルセンスアンプ1447はグローバルビット線対(GBLL,GBLR)に電気的に接続されている。グローバルセンスアンプ1447はグローバルビット線対(GBLL,GBLR)間の電圧差を増幅する機能、この電圧差を保持する機能を有する。グローバルビット線対(GBLL,GBLR)へのデータの書き込み、および読み出しは、入出力回路1417によって行われる。 The global sense amplifier 1447 is electrically connected to a global bit line pair (GBLL, GBLR). The global sense amplifier 1447 has a function of amplifying a voltage difference between global bit line pairs (GBLL, GBLR) and a function of maintaining this voltage difference. The writing and reading of data to the global bit line pair (GBLL, GBLR) is performed by the input / output circuit 1417.

DOSRAM1400の書き込み動作の概要を説明する。入出力回路1417によって、データがグローバルビット線対に書き込まれる。グローバルビット線対のデータは、グローバルセンスアンプアレイ1416によって保持される。アドレスが指定するローカルセンスアンプアレイ1426のスイッチアレイ1444によって、グローバルビット線対のデータが、対象列のビット線対に書き込まれる。ローカルセンスアンプアレイ1426は、書き込まれたデータを増幅し、保持する。指定されたローカルメモリセルアレイ1425において、行回路1410によって、対象行のワード線WLが選択され、選択行のメモリセル1445にローカルセンスアンプアレイ1426の保持データが書き込まれる。 The outline of the writing operation of the DOSRAM 1400 will be described. Data is written to the global bit line pair by the input / output circuit 1417. The data of the global bit line pair is held by the global sense amplifier array 1416. The switch array 1444 of the local sense amplifier array 1426 specified by the address writes the data of the global bit line pair to the bit line pair of the target column. The local sense amplifier array 1426 amplifies and retains the written data. In the designated local memory cell array 1425, the row circuit 1410 selects the word line WL of the target row, and the holding data of the local sense amplifier array 1426 is written to the memory cell 1445 of the selected row.

DOSRAM1400の読み出し動作の概要を説明する。アドレス信号によって、ローカルメモリセルアレイ1425の1行が指定される。指定されたローカルメモリセルアレイ1425において、対象行のワード線WLが選択状態となり、メモリセル1445のデータがビット線に書き込まれる。ローカルセンスアンプアレイ1426によって、各列のビット線対の電圧差がデータとして検出され、かつ保持される。スイッチアレイ1444によって、ローカルセンスアンプアレイ1426の保持データの内、アドレスが指定する列のデータが、グローバルビット線対に書き込まれる。グローバルセンスアンプアレイ1416は、グローバルビット線対のデータを検出し、保持する。グローバルセンスアンプアレイ1416の保持データは入出力回路1417に出力される。以上で、読み出し動作が完了する。 The outline of the read operation of the DOSRAM 1400 will be described. The address signal specifies one row of the local memory cell array 1425. In the designated local memory cell array 1425, the word line WL of the target line is selected, and the data of the memory cell 1445 is written to the bit line. The voltage difference between the bit line pairs in each column is detected and held as data by the local sense amplifier array 1426. The switch array 1444 writes the data of the column specified by the address among the retained data of the local sense amplifier array 1426 to the global bit line pair. The global sense amplifier array 1416 detects and retains the data of the global bit line pair. The holding data of the global sense amplifier array 1416 is output to the input / output circuit 1417. This completes the read operation.

容量素子CS1の充放電によってデータを書き換えるため、DOSRAM1400には原理的には書き換え回数に制約はなく、かつ、低エネルギーで、データの書き込みおよび読み出しが可能である。また、メモリセル1445の回路構成が単純であるため、大容量化が容易である。 Since the data is rewritten by charging / discharging the capacitive element CS1, the DOSRAM 1400 has no limitation on the number of rewrites in principle, and data can be written and read with low energy. Further, since the circuit configuration of the memory cell 1445 is simple, it is easy to increase the capacity.

トランジスタMW1はOSトランジスタである。OSトランジスタはオフ電流が極めて小さいため、容量素子CS1から電荷がリークすることを抑えることができる。したがって、DOSRAM1400の保持時間はDRAMに比べて非常に長い。したがってリフレッシュの頻度を低減できるため、リフレッシュ動作に要する電力を削減できる。よって、DOSRAM1400は大容量のデータを高頻度で書き換えるメモリ装置、例えば、画像処理に利用されるフレームメモリに好適である。 The transistor MW1 is an OS transistor. Since the off-current of the OS transistor is extremely small, it is possible to suppress the leakage of electric charge from the capacitive element CS1. Therefore, the holding time of the DOSRAM 1400 is much longer than that of the DRAM. Therefore, since the frequency of refreshing can be reduced, the power required for the refreshing operation can be reduced. Therefore, the DOSRAM 1400 is suitable for a memory device that frequently rewrites a large amount of data, for example, a frame memory used for image processing.

MC−SAアレイ1420が積層構造であることよって、ローカルセンスアンプアレイ1426の長さと同程度の長さにビット線を短くすることができる。ビット線を短くすることで、ビット線容量が小さくなり、メモリセル1445の保持容量を低減することができる。また、ローカルセンスアンプアレイ1426にスイッチアレイ1444を設けることで、長いビット線の本数を減らすことができる。以上の理由から、DOSRAM1400のアクセス時に駆動する負荷が低減され、消費電力を低減することができる。 Since the MC-SA array 1420 has a laminated structure, the bit wire can be shortened to a length as long as the length of the local sense amplifier array 1426. By shortening the bit line, the bit line capacitance can be reduced, and the holding capacity of the memory cell 1445 can be reduced. Further, by providing the switch array 1444 in the local sense amplifier array 1426, the number of long bit lines can be reduced. For the above reasons, the load driven when the DOSRAM 1400 is accessed can be reduced, and the power consumption can be reduced.

本実施の形態は、他の実施の形態など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 can be implemented in combination with the configurations described in other embodiments and the like as appropriate.

(実施の形態5)
本実施の形態では、図30から図33を用いて、本発明の一態様に係る、OSトランジスタ、および容量素子が適用されている半導体装置の一例として、FPGA(フィールドブログラマブルブゲートアレイ)について説明する。本実施の形態のFPGAは、コンフィギュレーションメモリ、およびレジスタにOSメモリが適用されている。ここでは、このようなFPGAを「OS−FPGA」と呼ぶ。
(Embodiment 5)
In the present embodiment, using FIGS. 30 to 33, an FPGA (Field Programmable Gate Array) is used as an example of a semiconductor device to which an OS transistor and a capacitive element according to one aspect of the present invention are applied. explain. In the FPGA of the present embodiment, the OS memory is applied to the configuration memory and the register. Here, such an FPGA is referred to as "OS-FPGA".

<<OS−FPGA>>
図30(A)にOS−FPGAの構成例を示す。図30(A)に示すOS−FPGA3110は、マルチコンテキスト構造によるコンテキスト切り替え、細粒度パワーゲーティング、NOFF(ノーマリオフ)コンピューティングが可能である。OS−FPGA3110は、コントローラ3111、ワードドライバ3112、データドライバ3113、プログラマブルエリア3115を有する。
<< OS-FPGA >>
FIG. 30A shows a configuration example of OS-FPGA. The OS-FPGA3110 shown in FIG. 30A is capable of context switching, fine-grained power gating, and NOFF (normally off) computing by a multi-context structure. The OS-FPGA3110 has a controller 3111, a word driver 3112, a data driver 3113, and a programmable area 3115.

プログラマブルエリア3115は、2個の入出力ブロック(IOB)3117、コア3119を有する。IOB3117は複数のプログラマブル入出力回路を有する。コア3119は、複数のロジックアレイブロック(LAB)3120、複数のスイッチアレイブロック(SAB)3130を有する。LAB3120は複数のPLE3121を有する。図30(B)には、LAB3120を5個のPLE3121で構成する例を示す。図30(C)に示すようにSAB3130はアレイ状に配列された複数のスイッチブロック(SB)3131を有する。LAB3120は自身の入力端子と、SAB3130を介して4(上下左右)方向のLAB3120に接続される。 The programmable area 3115 has two input / output blocks (IOB) 3117 and a core 3119. The IOB3117 has a plurality of programmable input / output circuits. The core 3119 has a plurality of logic array blocks (LAB) 3120 and a plurality of switch array blocks (SAB) 3130. LAB3120 has a plurality of PLE3121. FIG. 30B shows an example in which the LAB 3120 is composed of five PLE 3121. As shown in FIG. 30C, the SAB 3130 has a plurality of switch blocks (SB) 3131 arranged in an array. The LAB3120 is connected to its own input terminal and the LAB3120 in the 4 (up / down / left / right) direction via the SAB3130.

図31(A)乃至図31(C)を参照して、SB3131について説明する。図31(A)に示すSB3131には、data、datab、信号context[1:0]、word[1:0]が入力される。data、databはコンフィギュレーションデータであり、dataとdatabは論理が相補的な関係にある。OS−FPGA3110のコンテキスト数は2であり、信号context[1:0]はコンテキスト選択信号である。信号word[1:0]はワード線選択信号であり、信号word[1:0]が入力される配線がそれぞれワード線である。 SB3131 will be described with reference to FIGS. 31 (A) to 31 (C). Data, data, signals context [1: 0], and word [1: 0] are input to SB3131 shown in FIG. 31 (A). Data and data are configuration data, and data and data have a complementary logic relationship. The number of contexts of OS-FPGA3110 is 2, and the signal context [1: 0] is a context selection signal. The signal word [1: 0] is a word line selection signal, and the wiring to which the signal word [1: 0] is input is a word line.

SB3131は、PRS(プログラマブルルーティングスイッチ)3133[0]、3133[1]を有する。PRS3133[0]、3133[1]は、相補データを格納できるコンフィギュレーションメモリ(CM)を有する。なお、PRS3133[0]とPRS3133[1]とを区別しない場合、PRS3133と呼ぶ。他の要素についても同様である。 SB3131 has PRS (programmable routing switch) 3133 [0] and 3133 [1]. The PRS3133 [0] and 3133 [1] have a configuration memory (CM) capable of storing complementary data. When PRS3133 [0] and PRS3133 [1] are not distinguished, they are called PRS3133. The same applies to other factors.

図31(B)にPRS3133[0]の回路構成例を示す。PRS3133[0]とPRS3133[1]とは同じ回路構成を有する。PRS3133[0]とPRS3133[1]とは入力されるコンテキスト選択信号、ワード線選択信号が異なる。信号context[0]、word[0]はPRS3133[0]に入力され、信号context[1]、word[1]はPRS3133[1]に入力される。例えば、SB3131において、信号context[0]が“H”になることで、PRS3133[0]がアクティブになる。 FIG. 31 (B) shows a circuit configuration example of PRS3133 [0]. PRS3133 [0] and PRS3133 [1] have the same circuit configuration. The input context selection signal and word line selection signal are different between PRS3133 [0] and PRS3133 [1]. The signals context [0] and word [0] are input to PRS3133 [0], and the signals context [1] and word [1] are input to PRS3133 [1]. For example, in SB3131, when the signal context [0] becomes “H”, PRS3133 [0] becomes active.

PRS3133[0]は、CM3135、SiトランジスタM31を有する。SiトランジスタM31は、CM3135により制御されるパストランジスタである。CM3135は、メモリ回路3137、3137Bを有する。メモリ回路3137、3137Bは同じ回路構成である。メモリ回路3137は、容量素子C31、OSトランジスタMO31、MO32を有する。メモリ回路3137Bは、容量素子CB31、OSトランジスタMOB31、MOB32を有する。 PRS3133 [0] has a CM3135 and a Si transistor M31. The Si transistor M31 is a pass transistor controlled by CM3135. The CM3135 has memory circuits 3137 and 3137B. The memory circuits 3137 and 3137B have the same circuit configuration. The memory circuit 3137 includes a capacitance element C31, an OS transistor MO31, and an MO32. The memory circuit 3137B includes a capacitance element CB31, an OS transistor MOB31, and a MOB32.

上記実施の形態に示す半導体装置をSAB3130に用いる場合、OSトランジスタMO31、MOB31としてトランジスタ200を用い、容量素子C31、CB31として容量素子100を用いることができる。 When the semiconductor device shown in the above embodiment is used for the SAB3130, the transistor 200 can be used as the OS transistors MO31 and MOB31, and the capacitance element 100 can be used as the capacitance elements C31 and CB31.

OSトランジスタMO31、MO32、MOB31、MOB32はバックゲートを有し、これらバックゲートはそれぞれ固定電圧を供給する電源線に電気的に接続されている。 The OS transistors MO31, MO32, MOB31, and MOB32 have back gates, and each of these back gates is electrically connected to a power supply line that supplies a fixed voltage.

SiトランジスタM31のゲートがノードN31であり、OSトランジスタMO32のゲートがノードN32であり、OSトランジスタMOB32のゲートがノードNB32である。ノードN32、NB32はCM3135の電荷保持ノードである。OSトランジスタMO32はノードN31と信号context[0]用の信号線との間の導通状態を制御する。OSトランジスタMOB32はノードN31と低電位電源線VSSとの間の導通状態を制御する。 The gate of the Si transistor M31 is the node N31, the gate of the OS transistor MO32 is the node N32, and the gate of the OS transistor MOB32 is the node NB32. Nodes N32 and NB32 are charge holding nodes of CM3135. The OS transistor MO32 controls the conduction state between the node N31 and the signal line for the signal context [0]. The OS transistor MOB32 controls the conduction state between the node N31 and the low potential power supply line VSS.

メモリ回路3137、3137Bが保持するデータは相補的な関係にある。したがって、OSトランジスタMO32またはMOB32の何れか一方が導通する。 The data held by the memory circuits 3137 and 3137B are in a complementary relationship. Therefore, either the OS transistor MO32 or the MOB32 is conductive.

図31(C)を参照して、PRS3133[0]の動作例を説明する。PRS3133[0]にコンフィギュレーションデータが既に書き込まれており、PRS3133[0]のノードN32は“H”であり、ノードNB32は“L”である。 An operation example of PRS3133 [0] will be described with reference to FIG. 31 (C). Configuration data has already been written to PRS3133 [0], node N32 of PRS3133 [0] is "H", and node NB32 is "L".

信号contex[0]が“L”である間はPRS3133[0]は非アクティブである。この期間に、PRS3133[0]の入力端子が“H”に遷移しても、SiトランジスタM31のゲートは“L”が維持され、PRS3133[0]の出力端子も“L”が維持される。 PRS3133 [0] is inactive while the signal contex [0] is “L”. During this period, even if the input terminal of the PRS3133 [0] transitions to “H”, the gate of the Si transistor M31 is maintained at “L”, and the output terminal of the PRS3133 [0] is also maintained at “L”.

信号contex[0]が“H”である間はPRS3133[0]はアクティブである。信号contex[0]が“H”に遷移すると、CM3135が記憶するコンフィギュレーションデータによって、SiトランジスタM31のゲートは“H”に遷移する。 PRS3133 [0] is active while the signal contex [0] is “H”. When the signal control [0] transitions to “H”, the gate of the Si transistor M31 transitions to “H” according to the configuration data stored in the CM3135.

PRS3133[0]がアクティブである期間に、入力端子が“H”に遷移すると、メモリ回路3137のOSトランジスタMO32がソースフォロアであるために、ブースティングによってSiトランジスタM31のゲート電圧は上昇する。その結果、メモリ回路3137のOSトランジスタMO32は駆動能力を失い、SiトランジスタM31のゲートは浮遊状態となる。 When the input terminal transitions to “H” while PRS3133 [0] is active, the gate voltage of the Si transistor M31 rises due to boosting because the OS transistor MO32 of the memory circuit 3137 is the source follower. As a result, the OS transistor MO32 of the memory circuit 3137 loses its driving ability, and the gate of the Si transistor M31 is in a floating state.

マルチコンテキスト機能を備えるPRS3133において、CM3135はマルチプレサの機能を併せ持つ。 In PRS3133 having a multi-context function, CM3135 also has a multi-pressor function.

図32にPLE3121の構成例を示す。PLE3121はLUT(ルックアップテーブル)ブロック3123、レジスタブロック3124、セレクタ3125、CM3126を有する。LUTブロック3123は、入力inA−inDに従って内部の16ビットCM対の出力をマルチプレクスする構成である。セレクタ3125は、CM3126が格納するコンフィギュレーションに従って、LUTブロック3123の出力またはレジスタブロック3124の出力を選択する。 FIG. 32 shows a configuration example of PLE3121. The PLE3121 has a LUT (look-up table) block 3123, a register block 3124, a selector 3125, and a CM3126. The LUT block 3123 is configured to multiplex the output of the internal 16-bit CM pair according to the input inA-inD. The selector 3125 selects the output of the LUT block 3123 or the output of the register block 3124 according to the configuration stored in the CM3126.

PLE3121は、パワースイッチ3127を介して電圧VDD用の電源線に電気的に接続されている。パワースイッチ3127のオンオフは、CM3128が格納するコンフィギュレーションデータによって設定される。各PLE3121にパワースイッチ3127を設けることで、細粒度パワーゲーティングが可能である。細粒度パワーゲーティング機能により、コンテキストの切り替え後に使用されないPLE3121をパワーゲーティングすることができるので、待機電力を効果的に低減できる。 The PLE3121 is electrically connected to a power supply line for voltage VDD via a power switch 3127. The on / off of the power switch 3127 is set by the configuration data stored in the CM3128. By providing the power switch 3127 in each PLE3121, fine particle power gating is possible. The fine-grained power gating function allows power gating of PLE3121 that is not used after switching contexts, so that standby power can be effectively reduced.

NOFFコンピューティングを実現するため、レジスタブロック3124は、不揮発性レジスタで構成される。PLE3121内の不揮発性レジスタはOSメモリを備えるフリップフロップ(以下[OS−FF]と呼ぶ)である。 In order to realize NOFF computing, the register block 3124 is composed of a non-volatile register. The non-volatile register in PLE3121 is a flip-flop (hereinafter referred to as [OS-FF]) including an OS memory.

レジスタブロック3124は、OS−FF3140[1]3140[2]を有する。信号user_res、load、storeがOS−FF3140[1]、3140[2]に入力される。クロック信号CLK1はOS−FF3140[1]に入力され、クロック信号CLK2はOS−FF3140[2]に入力される。図33(A)にOS−FF3140の構成例を示す。 The register block 3124 has an OS-FF3140 [1] 3140 [2]. The signals user_res, load, and store are input to OS-FF3140 [1] and 3140 [2]. The clock signal CLK1 is input to the OS-FF3140 [1], and the clock signal CLK2 is input to the OS-FF3140 [2]. FIG. 33 (A) shows a configuration example of OS-FF3140.

OS−FF3140は、FF3141、シャドウレジスタ3142を有する。FF3141は、ノードCK、R、D、Q、QBを有する。ノードCKにはクロック信号が入力される。ノードRには信号user_resが入力される。信号user_resはリセット信号である。ノードDはデータ入力ノードであり、ノードQはデータ出力ノードである。ノードQとノードQBとは論理が相補関係にある。 The OS-FF3140 has an FF3141 and a shadow register 3142. FF3141 has nodes CK, R, D, Q, QB. A clock signal is input to the node CK. The signal user_res is input to the node R. The signal user_res is a reset signal. Node D is a data input node and node Q is a data output node. The logic of node Q and node QB is complementary.

シャドウレジスタ3142は、FF3141のバックアップ回路として機能する。シャドウレジスタ3142は、信号storeに従いノードQ、QBのデータをそれぞれバックアップし、また、信号loadに従い、バックアップしたデータをノードQ、QBに書き戻す。 The shadow register 3142 functions as a backup circuit for the FF3141. The shadow register 3142 backs up the data of the nodes Q and QB according to the signal store, and writes back the backed up data to the nodes Q and QB according to the signal load.

シャドウレジスタ3142は、インバータ回路3188、3189、SiトランジスタM37、MB37、メモリ回路3143、3143Bを有する。メモリ回路3143、3143Bは、PRS3133のメモリ回路3137と同じ回路構成である。メモリ回路3143は容量素子C36、OSトランジスタMO35、MO36を有する。メモリ回路3143Bは容量素子CB36、OSトランジスタMOB35、OSトランジスタMOB36を有する。ノードN36、NB36はOSトランジスタMO36、OSトランジスタMOB36のゲートであり、それぞれ電荷保持ノードである。ノードN37、NB37は、SiトランジスタM37、MB37のゲートである。 The shadow register 3142 includes inverter circuits 3188 and 3189, Si transistors M37 and MB37, and memory circuits 3143 and 3143B. The memory circuits 3143 and 3143B have the same circuit configuration as the memory circuit 3137 of the PRS3133. The memory circuit 3143 includes a capacitance element C36, an OS transistor MO35, and an MO36. The memory circuit 3143B includes a capacitance element CB36, an OS transistor MOB35, and an OS transistor MOB36. Nodes N36 and NB36 are gates of the OS transistor MO36 and the OS transistor MOB36, and are charge holding nodes, respectively. Nodes N37 and NB37 are gates of Si transistors M37 and MB37.

上記実施の形態に示す半導体装置をLAB3120に用いる場合、OSトランジスタMO35、MOB35としてトランジスタ200を用い、容量素子C36、CB36として容量素子100を用いることができる。 When the semiconductor device shown in the above embodiment is used for the LAB 3120, the transistor 200 can be used as the OS transistors MO35 and MOB35, and the capacitive element 100 can be used as the capacitive elements C36 and CB36.

OSトランジスタMO35、MO36、MOB35、MOB36はバックゲートを有し、これらバックゲートはそれぞれ固定電圧を供給する電源線に電気的に接続されている。 The OS transistors MO35, MO36, MOB35, and MOB36 have back gates, and each of these back gates is electrically connected to a power supply line that supplies a fixed voltage.

図33(B)を参照して、OS−FF3140の動作方法例を説明する。 An example of the operation method of the OS-FF3140 will be described with reference to FIG. 33 (B).

(バックアップ)
“H”の信号storeがOS−FF3140に入力されると、シャドウレジスタ3142はFF3141のデータをバックアップする。ノードN36は、ノードQのデータが書き込まれることで、“L”となり、ノードNB36は、ノードQBのデータが書き込まれることで、“H”となる。しかる後、パワーゲーティングが実行され、パワースイッチ3127をオフにする。FF3141のノードQ、QBのデータは消失するが、電源オフであっても、シャドウレジスタ3142はバックアップしたデータを保持する。
(backup)
When the "H" signal store is input to the OS-FF3140, the shadow register 3142 backs up the data of the FF3141. The node N36 becomes "L" when the data of the node Q is written, and the node NB 36 becomes "H" when the data of the node QB is written. After that, power gating is performed and the power switch 3127 is turned off. Although the data of the nodes Q and QB of FF3141 is lost, the shadow register 3142 retains the backed up data even when the power is turned off.

(リカバリ)
パワースイッチ3127をオンにし、PLE3121に電源を供給する。しかる後、“H”の信号loadがOS−FF3140に入力されると、シャドウレジスタ3142はバックアップしているデータをFF3141に書き戻す。ノードN36は“L”であるので、ノードN37は“L”が維持され、ノードNB36は“H”であるので、ノードNB37は“H”となる。よって、ノードQは“H”になり、ノードQBは“L”になる。つまり、OS−FF3140はバックアップ動作時の状態に復帰する。
(recovery)
The power switch 3127 is turned on to supply power to the PLE3121. After that, when the "H" signal load is input to the OS-FF3140, the shadow register 3142 writes back the backed up data to the FF3141. Since the node N36 is "L", the node N37 is maintained at "L", and the node NB36 is "H", so that the node NB37 is "H". Therefore, the node Q becomes “H” and the node QB becomes “L”. That is, the OS-FF3140 returns to the state at the time of backup operation.

細粒度パワーゲーティングと、OS−FF3140のバックアップ/リカバリ動作とを組み合わせることで、OS−FPGA3110の消費電力を効果的に低減できる。 By combining the fine particle power gating and the backup / recovery operation of the OS-FF3140, the power consumption of the OS-FPGA3110 can be effectively reduced.

メモリ回路において発生しうるエラーとして放射線の入射によるソフトエラーが挙げられる。ソフトエラーは、メモリやパッケージを構成する材料などから放出されるα線や、宇宙から大気に入射した一次宇宙線が大気中に存在する原子の原子核と核反応を起こすことにより発生する二次宇宙線中性子などがトランジスタに照射され、電子正孔対が生成されることにより、メモリに保持されたデータが反転するなどの誤作動が生じる現象である。OSトランジスタを用いたOSメモリはソフトエラー耐性が高い。そのたため、OSメモリを搭載することで、信頼性の高いOS−FPGA3110を提供することができる。 An example of an error that can occur in a memory circuit is a soft error due to radiation incident. Soft errors are caused by α-rays emitted from materials that make up memories and packages, and primary cosmic rays that enter the atmosphere from space and cause nuclear reactions with the atomic nuclei of atoms that exist in the atmosphere. This is a phenomenon in which a transistor is irradiated with ray neutrons or the like to generate electron-hole pairs, which causes a malfunction such as inversion of data held in a memory. OS memory using OS transistors has high soft error immunity. Therefore, by installing an OS memory, it is possible to provide a highly reliable OS-FPGA3110.

本実施の形態は、他の実施の形態など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 can be implemented in combination with the configurations described in other embodiments and the like as appropriate.

(実施の形態6)
本実施の形態では、図34から図36を用いて、上記実施の形態に示す半導体装置を適用した、AIシステムについて説明を行う。
(Embodiment 6)
In the present embodiment, the AI system to which the semiconductor device shown in the above embodiment is applied will be described with reference to FIGS. 34 to 36.

図34はAIシステム4041の構成例を示すブロック図である。AIシステム4041は、演算部4010と、制御部4020と、入出力部4030を有する。 FIG. 34 is a block diagram showing a configuration example of the AI system 4041. The AI system 4041 has a calculation unit 4010, a control unit 4020, and an input / output unit 4030.

演算部4010は、アナログ演算回路4011と、DOSRAM4012と、NOSRAM4013と、FPGA4014と、を有する。DOSRAM4012、NOSRAM4013、およびFPGA4014として、上記実施の形態に示す、DOSRAM1400、NOSRAM1600、およびOS−FPGA3110を用いることができる。 The calculation unit 4010 includes an analog calculation circuit 4011, a DOSRAM 4012, a NOSRAM 4013, and an FPGA 4014. As the DOSRAM 4012, NOSRAM 4013, and FPGA 4014, the DOSRAM 1400, NO SRAM 1600, and OS-FPGA 3110 shown in the above embodiment can be used.

制御部4020は、CPU(Central Processing Unit)4021と、GPU(Graphics Processing Unit)4022と、PLL(Phase Locked Loop)4023と、SRAM(Static Random Access Memory)4024と、PROM(Programmable Read Only Memory)4025と、メモリコントローラ4026と、電源回路4027と、PMU(Power Management Unit)4028と、を有する。 The control unit 4020 includes a CPU (Central Processing Unit) 4021, a GPU (Graphics Processing Unit) 4022, a PLL (Phase Locked Loop) 4023, and a SRAM (Static Random Access Memory 40 Memory) Memory 40 A memory controller 4026, a power supply circuit 4027, and a PMU (Power Management Unit) 4028.

入出力部4030は、外部記憶制御回路4031と、音声コーデック4032と、映像コーデック4033と、汎用入出力モジュール4034と、通信モジュール4035と、を有する。 The input / output unit 4030 includes an external storage control circuit 4031, an audio codec 4032, a video codec 4033, a general-purpose input / output module 4034, and a communication module 4035.

演算部4010は、ニューラルネットワークによる学習または推論を実行することができる。 The arithmetic unit 4010 can execute learning or inference by a neural network.

アナログ演算回路4011はA/D(アナログ/デジタル)変換回路、D/A(デジタル/アナログ)変換回路、および積和演算回路を有する。 The analog arithmetic circuit 4011 includes an A / D (analog / digital) conversion circuit, a D / A (digital / analog) conversion circuit, and a product-sum arithmetic circuit.

アナログ演算回路4011はOSトランジスタを用いて形成することが好ましい。OSトランジスタを用いたアナログ演算回路4011は、アナログメモリを有し、学習または推論に必要な積和演算を、低消費電力で実行することが可能になる。 The analog arithmetic circuit 4011 is preferably formed by using an OS transistor. The analog arithmetic circuit 4011 using the OS transistor has an analog memory, and can execute the product-sum operation required for learning or inference with low power consumption.

DOSRAM4012は、OSトランジスタを用いて形成されたDRAMであり、DOSRAM4012は、CPU4021から送られてくるデジタルデータを一時的に格納するメモリである。DOSRAM4012は、OSトランジスタを含むメモリセルと、Siトランジスタを含む読み出し回路部を有する。上記メモリセルと読み出し回路部は、積層された異なる層に設けることができるため、DOSRAM4012は、全体の回路面積を小さくすることができる。 The DOSRAM 4012 is a DRAM formed by using an OS transistor, and the DOSRAM 4012 is a memory for temporarily storing digital data sent from the CPU 4021. The DOSRAM 4012 has a memory cell including an OS transistor and a read circuit unit including a Si transistor. Since the memory cell and the read circuit unit can be provided in different stacked layers, the overall circuit area of the DOSRAM 4012 can be reduced.

ニューラルネットワークを用いた計算は、入力データが1000を超えることがある。上記入力データをSRAMに格納する場合、SRAMは回路面積に制限があり、記憶容量が小さいため、上記入力データを小分けにして格納せざるを得ない。DOSRAM4012は、限られた回路面積でも、メモリセルを高集積に配置することが可能であり、SRAMに比べて記憶容量が大きい。そのため、DOSRAM4012は、上記入力データを効率よく格納することができる。 In the calculation using the neural network, the input data may exceed 1000. When the input data is stored in the SRAM, the SRAM has a limited circuit area and a small storage capacity, so that the input data must be stored in small pieces. The DOSRAM 4012 can arrange memory cells in a highly integrated manner even with a limited circuit area, and has a larger storage capacity than an SRAM. Therefore, the DOSRAM 4012 can efficiently store the input data.

NOSRAM4013はOSトランジスタを用いた不揮発性メモリである。NOSRAM4013は、フラッシュメモリや、ReRAM(Resistive Random Access Memory)、MRAM(Magnetoresistive Random Access Memory)などの他の不揮発性メモリと比べて、データを書き込む際の消費電力が小さい。また、フラッシュメモリやReRAMのように、データを書き込む際に素子が劣化することもなく、データの書き込み可能回数に制限が無い。 NOSRAM 4013 is a non-volatile memory using an OS transistor. The NOSRAM 4013 consumes less power when writing data than a flash memory and other non-volatile memories such as ReRAM (Resistive Random Access Memory) and MRAM (Magnetoresistive Random Access Memory). Further, unlike flash memory and ReRAM, the element does not deteriorate when writing data, and there is no limit to the number of times data can be written.

また、NOSRAM4013は、1ビットの2値データの他に、2ビット以上の多値データを記憶することができる。NOSRAM4013は多値データを記憶することで、1ビット当たりのメモリセル面積を小さくすることができる。 Further, the NOSRAM 4013 can store two or more bits of multi-valued data in addition to one-bit binary data. The NOSRAM 4013 can reduce the memory cell area per bit by storing multi-valued data.

また、NOSRAM4013は、デジタルデータの他にアナログデータを記憶することができる。そのため、アナログ演算回路4011は、NOSRAM4013をアナログメモリとして用いることもできる。NOSRAM4013は、アナログデータのまま記憶することができるため、D/A変換回路やA/D変換回路が不要である。そのため、NOSRAM4013は周辺回路の面積を小さくすることができる。なお、本明細書においてアナログデータとは、3ビット(8値)以上分解能を有するデータのことを指す。上述した多値データがアナログデータに含まれる場合もある。 Further, the NOSRAM 4013 can store analog data in addition to digital data. Therefore, the analog arithmetic circuit 4011 can also use the NOSRAM 4013 as an analog memory. Since the NOSRAM 4013 can store analog data as it is, no D / A conversion circuit or A / D conversion circuit is required. Therefore, the NOSRAM 4013 can reduce the area of the peripheral circuit. In the present specification, analog data refers to data having a resolution of 3 bits (8 values) or more. The above-mentioned multi-valued data may be included in the analog data.

ニューラルネットワークの計算に用いられるデータやパラメータは、一旦、NOSRAM4013に格納することができる。上記データやパラメータは、CPU4021を介して、AIシステム4041の外部に設けられたメモリに格納してもよいが、内部に設けられたNOSRAM4013の方が、より高速且つ低消費電力に上記データやパラメータを格納することができる。また、NOSRAM4013は、DOSRAM4012よりもビット線を長くすることができるので、記憶容量を大きくすることができる。 The data and parameters used in the calculation of the neural network can be temporarily stored in the NOSRAM 4013. The above data and parameters may be stored in a memory provided outside the AI system 4041 via the CPU 4021, but the NO SRAM 4013 provided inside may have higher speed and lower power consumption than the above data and parameters. Can be stored. Further, since the NOSRAM 4013 can have a longer bit line than the DOSRAM 4012, the storage capacity can be increased.

FPGA4014は、OSトランジスタを用いたFPGAである。AIシステム4041は、FPGA4014を用いることによって、ハードウェアで後述する、ディープニューラルネットワーク(DNN)、畳み込みニューラルネットワーク(CNN)、再帰型ニューラルネットワーク(RNN)、自己符号化器、深層ボルツマンマシン(DBM)、深層信念ネットワーク(DBN)などの、ニューラルネットワークの接続を構成することができる。上記のニューラルネットワークの接続をハードウェアで構成することで、より高速に実行することができる。 FPGA4014 is an FPGA using an OS transistor. By using the FPGA 4014, the AI system 4041 uses a deep neural network (DNN), a convolutional neural network (CNN), a recurrent neural network (RNN), a self-encoder, and a deep Boltzmann machine (DBM), which will be described later in hardware. , Deep Belief Network (DBN), and other neural network connections can be constructed. By configuring the above neural network connection with hardware, it can be executed at higher speed.

FPGA4014はOSトランジスタを有するFPGAである。OS‐FPGAは、SRAMで構成されるFPGAよりもメモリの面積を小さくすることができる。そのため、コンテキスト切り替え機能を追加しても面積増加が少ない。また、OS‐FPGAはブースティングによりデータやパラメータを高速に伝えることができる。 FPGA4014 is an FPGA having an OS transistor. The OS-FPGA can have a smaller memory area than the FPGA composed of SRAM. Therefore, even if the context switching function is added, the area increase is small. In addition, OS-FPGA can transmit data and parameters at high speed by boosting.

AIシステム4041は、アナログ演算回路4011、DOSRAM4012、NOSRAM4013、およびFPGA4014を1つのダイ(チップ)の上に設けることができる。そのため、AIシステム4041は、高速且つ低消費電力に、ニューラルネットワークの計算を実行することができる。また、アナログ演算回路4011、DOSRAM4012、NOSRAM4013、およびFPGA4014は、同じ製造プロセスで作製することができる。そのため、AIシステム4041は、低コストで作製することができる。 The AI system 4041 can provide analog arithmetic circuits 4011, DOSRAM 4012, NOSRAM 4013, and FPGA 4014 on one die (chip). Therefore, the AI system 4041 can execute the calculation of the neural network at high speed and low power consumption. Further, the analog arithmetic circuit 4011, DOSRAM 4012, NOSRAM 4013, and FPGA 4014 can be manufactured by the same manufacturing process. Therefore, the AI system 4041 can be manufactured at low cost.

なお、演算部4010は、DOSRAM4012、NOSRAM4013、およびFPGA4014を、全て有する必要はない。AIシステム4041が解決したい課題に応じて、DOSRAM4012、NOSRAM4013、およびFPGA4014の一または複数を、選択して設ければよい。 The calculation unit 4010 does not have to have the DOSRAM 4012, the NOSRAM 4013, and the FPGA 4014 at all. One or more of DOSRAM 4012, NOSRAM 4013, and FPGA 4014 may be selected and provided according to the problem to be solved by AI system 4041.

AIシステム4041は、解決したい課題に応じて、ディープニューラルネットワーク(DNN)、畳み込みニューラルネットワーク(CNN)、再帰型ニューラルネットワーク(RNN)、自己符号化器、深層ボルツマンマシン(DBM)、深層信念ネットワーク(DBN)などの演算を実行することができる。PROM4025は、これらの演算を実行するためのプログラムを保存することができる。また、これらプログラムの一部または全てを、NOSRAM4013に保存してもよい。 The AI system 4041 includes a deep neural network (DNN), a convolutional neural network (CNN), a recurrent neural network (RNN), a self-encoder, a deep Boltzmann machine (DBM), and a deep belief network (DBM), depending on the problem to be solved. It is possible to execute operations such as DBN). The PROM 4025 can store a program for performing these operations. Moreover, you may store a part or all of these programs in NOSRAM 4013.

ライブラリとして存在する既存のプログラムは、GPUの処理を前提としているものが多い。そのため、AIシステム4041はGPU4022を有することが好ましい。AIシステム4041は、学習と推論で用いられる積和演算のうち、律速となる積和演算を演算部4010で実行し、それ以外の積和演算をGPU4022で実行することができる。そうすることで、学習と推論を高速に実行することができる。 Many of the existing programs that exist as libraries are premised on GPU processing. Therefore, the AI system 4041 preferably has a GPU 4022. The AI system 4041 can execute the rate-determining product-sum operation among the product-sum operations used in learning and inference in the calculation unit 4010, and execute the other product-sum operations in the GPU 4022. By doing so, learning and inference can be performed at high speed.

電源回路4027は、論理回路用の低電圧電位を生成するだけではなく、アナログ演算のための電位生成も行う。電源回路4027はOSメモリを用いてもよい。電源回路4027は、基準電位をOSメモリに保存することで、消費電力を下げることができる。 The power supply circuit 4027 not only generates a low voltage potential for a logic circuit, but also generates a potential for analog calculation. The power supply circuit 4027 may use an OS memory. The power supply circuit 4027 can reduce the power consumption by storing the reference potential in the OS memory.

PMU4028は、AIシステム4041の電力供給を一時的にオフにする機能を有する。 The PMU4028 has a function of temporarily turning off the power supply of the AI system 4041.

CPU4021およびGPU4022は、レジスタとしてOSメモリを有することが好ましい。CPU4021およびGPU4022はOSメモリを有することで、電力供給がオフになっても、OSメモリ中にデータ(論理値)を保持し続けることができる。その結果、AIシステム4041は、電力を節約することができる。 The CPU 4021 and GPU 4022 preferably have an OS memory as a register. Since the CPU 4021 and the GPU 4022 have the OS memory, the data (logical value) can be continuously held in the OS memory even when the power supply is turned off. As a result, the AI system 4041 can save power.

PLL4023は、クロックを生成する機能を有する。AIシステム4041は、PLL4023が生成したクロックを基準に動作を行う。PLL4023はOSメモリを有することが好ましい。PLL4023はOSメモリを有することで、クロックの発振周期を制御するアナログ電位を保持することができる。 The PLL 4023 has a function of generating a clock. The AI system 4041 operates based on the clock generated by the PLL 4023. The PLL 4023 preferably has an OS memory. By having the OS memory, the PLL 4023 can hold an analog potential that controls the oscillation cycle of the clock.

AIシステム4041は、DRAMなどの外部メモリにデータを保存してもよい。そのため、AIシステム4041は、外部のDRAMとのインターフェースとして機能するメモリコントローラ4026を有することが好ましい。また、メモリコントローラ4026は、CPU4021またはGPU4022の近くに配置することが好ましい。そうすることで、データのやり取りを高速に行うことができる。 The AI system 4041 may store data in an external memory such as a DRAM. Therefore, the AI system 4041 preferably has a memory controller 4026 that functions as an interface with an external DRAM. Further, the memory controller 4026 is preferably arranged near the CPU 4021 or the GPU 4022. By doing so, data can be exchanged at high speed.

制御部4020に示す回路の一部または全ては、演算部4010と同じダイの上に形成することができる。そうすることで、AIシステム4041は、高速且つ低消費電力に、ニューラルネットワークの計算を実行することができる。 Part or all of the circuit shown in the control unit 4020 can be formed on the same die as the calculation unit 4010. By doing so, the AI system 4041 can execute the calculation of the neural network at high speed and low power consumption.

ニューラルネットワークの計算に用いられるデータは外部記憶装置(HDD(Hard Disk Drive)、SSD(Solid State Drive)など)に保存される場合が多い。そのため、AIシステム4041は、外部記憶装置とのインターフェースとして機能する外部記憶制御回路4031を有することが好ましい。 The data used for the calculation of the neural network is often stored in an external storage device (HDD (Hard Disk Drive), SSD (Solid State Drive), etc.). Therefore, the AI system 4041 preferably has an external storage control circuit 4031 that functions as an interface with the external storage device.

ニューラルネットワークを用いた学習と推論は、音声や映像を扱うことが多いので、AIシステム4041は音声コーデック4032および映像コーデック4033を有する。音声コーデック4032は、音声データのエンコード(符号化)およびデコード(復号)を行い、映像コーデック4033は、映像データのエンコードおよびデコードを行う。 Since learning and inference using neural networks often deal with audio and video, the AI system 4041 has an audio codec 4032 and a video codec 4033. The audio codec 4032 encodes (encodes) and decodes (decodes) audio data, and the video codec 4033 encodes and decodes video data.

AIシステム4041は、外部センサから得られたデータを用いて学習または推論を行うことができる。そのため、AIシステム4041は汎用入出力モジュール4034を有する。汎用入出力モジュール4034は、例えば、USB(Universal Serial Bus)やI2C(Inter−Integrated Circuit)などを含む。 The AI system 4041 can perform learning or inference using data obtained from an external sensor. Therefore, the AI system 4041 has a general-purpose input / output module 4034. The general-purpose input / output module 4034 includes, for example, USB (Universal Serial Bus), I2C (Inter-Integrated Circuit), and the like.

AIシステム4041は、インターネットを経由して得られたデータを用いて学習または推論を行うことができる。そのため、AIシステム4041は、通信モジュール4035を有することが好ましい。 The AI system 4041 can perform learning or inference using data obtained via the Internet. Therefore, the AI system 4041 preferably has a communication module 4035.

アナログ演算回路4011は、多値のフラッシュメモリをアナログメモリとして用いてもよい。しかし、フラッシュメモリは書き換え可能回数に制限がある。また、多値のフラッシュメモリは、エンベディッドで形成する(演算回路とメモリを同じダイの上に形成する)ことが非常に難しい。 The analog arithmetic circuit 4011 may use a multi-valued flash memory as an analog memory. However, the flash memory has a limited number of rewritable times. In addition, it is very difficult to form a multi-valued flash memory by embedding (a calculation circuit and a memory are formed on the same die).

また、アナログ演算回路4011は、ReRAMをアナログメモリとして用いてもよい。しかし、ReRAMは書き換え可能回数に制限があり、記憶精度の点でも問題がある。さらに、2端子でなる素子でありため、データの書き込みと読み出しを分ける回路設計が複雑になる。 Further, the analog arithmetic circuit 4011 may use ReRAM as an analog memory. However, ReRAM has a limited number of rewritable times, and has a problem in terms of storage accuracy. Further, since the element has two terminals, the circuit design for separating data writing and reading becomes complicated.

また、アナログ演算回路4011は、MRAMをアナログメモリとして用いてもよい。しかし、MRAMは抵抗変化率が低く、記憶精度の点で問題がある。 Further, the analog arithmetic circuit 4011 may use the MRAM as an analog memory. However, MRAM has a low resistance change rate and has a problem in terms of storage accuracy.

以上を鑑み、アナログ演算回路4011は、OSメモリをアナログメモリとして用いることが好ましい。 In view of the above, it is preferable that the analog arithmetic circuit 4011 uses the OS memory as the analog memory.

本実施の形態は、他の実施の形態など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 can be implemented in combination with the configurations described in other embodiments and the like as appropriate.

(実施の形態7) (Embodiment 7)

<AIシステムの応用例>
本実施の形態では、上記実施の形態に示すAIシステムの応用例について図35を用いて説明を行う。
<Application example of AI system>
In this embodiment, an application example of the AI system shown in the above embodiment will be described with reference to FIG. 35.

図35(A)は、図34で説明したAIシステム4041を並列に配置し、バス線を介してシステム間での信号の送受信を可能にした、AIシステム4041Aである。 FIG. 35A is an AI system 4041A in which the AI systems 4041 described with reference to FIG. 34 are arranged in parallel to enable transmission and reception of signals between the systems via a bus line.

図35(A)に図示するAIシステム4041Aは、複数のAIシステム4041_1乃至AIシステム4041_n(nは自然数)を有する。AIシステム4041_1乃至AIシステム4041_nは、バス線4098を介して互いに接続されている。 The AI system 4041A illustrated in FIG. 35 (A) has a plurality of AI systems 4041_1 to AI system 4041_n (n is a natural number). The AI system 4041_1 to AI system 4041_n are connected to each other via the bus line 4098.

また図35(B)は、図34で説明したAIシステム4041を図35(A)と同様に並列に配置し、ネットワークを介してシステム間での信号の送受信を可能にした、AIシステム4041Bである。 Further, FIG. 35 (B) shows the AI system 4041B in which the AI system 4041 described with reference to FIG. 34 is arranged in parallel in the same manner as in FIG. 35 (A) to enable transmission / reception of signals between the systems via a network. be.

図35(B)に図示するAIシステム4041Bは、複数のAIシステム4041_1乃至AIシステム4041_nを有する。AIシステム4041_1乃至AIシステム4041_nは、ネットワーク4099を介して互いに接続されている。 The AI system 4041B illustrated in FIG. 35 (B) has a plurality of AI systems 4041_1 to AI system 4041_n. The AI system 4041_1 to AI system 4041_n are connected to each other via the network 4099.

ネットワーク4099は、AIシステム4041_1乃至AIシステム4041_nのそれぞれに通信モジュールを設け、無線または有線による通信を行う構成とすればよい。通信モジュールは、アンテナを介して通信を行うことができる。例えばWorld Wide Web(WWW)の基盤であるインターネット、イントラネット、エクストラネット、PAN(Personal Area Network)、LAN(Local Area Network)、CAN(Campus Area Network)、MAN(Metropolitan Area Network)、WAN(Wide Area Network)、GAN(Global Area Network)等のコンピュータネットワークに各電子装置を接続させ、通信を行うことができる。無線通信を行う場合、通信プロトコル又は通信技術として、LTE(Long Term Evolution)、GSM(Global System for Mobile Communication:登録商標)、EDGE(Enhanced Data Rates for GSM Evolution)、CDMA2000(Code Division Multiple Access 2000)、W−CDMA(登録商標)などの通信規格、またはWi−Fi(登録商標)、Bluetooth(登録商標)、ZigBee(登録商標)等のIEEEにより通信規格化された仕様を用いることができる。 The network 4099 may be configured to provide communication modules in each of the AI system 4041_1 to the AI system 4041_n to perform wireless or wired communication. The communication module can communicate via the antenna. For example, the Internet, Intranet, Extranet, PAN (Personal Area Network), LAN (Local Area Network), CAN (Campus Area Network), MAN (Male) Network, which are the foundations of World Wide Web (WWW). Each electronic device can be connected to a computer network such as Network) or GAN (Global Area Network) to perform communication. In the case of wireless communication, LTE (Long Term Evolution), GSM (Global System for Mobile Communication: registered trademark), EDGE (Enhanced Data Rates for GSM Evolution), CDMA2000, as a communication protocol or communication technology, are used. , W-CDMA (registered trademark) and other communication standards, or Wi-Fi (registered trademark), Bluetooth (registered trademark), ZigBee (registered trademark) and other communication standardized specifications can be used.

図35(A)、(B)の構成とすることで、外部のセンサ等で得られたアナログ信号を別々のAIシステムで処理することができる。例えば、生体情報のように、脳波、脈拍、血圧、体温等といった情報を脳波センサ、脈波センサ、血圧センサ、温度センサといった各種センサで取得し、別々のAIシステムでアナログ信号を処理することができる。別々のAIシステムのそれぞれで信号の処理、または学習を行うことで一つのAIシステムあたりの情報処理量を少なくできる。そのため、より少ない演算量で信号の処理、または学習を行うことができる。その結果、認識精度を高めることができる。それぞれのAIシステムで得られた情報から、複雑に変化する生体情報の変化を瞬時に統合的に把握することができるといったことが期待できる。 With the configurations shown in FIGS. 35A and 35B, analog signals obtained by an external sensor or the like can be processed by separate AI systems. For example, it is possible to acquire information such as brain waves, pulse, blood pressure, and body temperature with various sensors such as brain wave sensors, pulse wave sensors, blood pressure sensors, and temperature sensors, and process analog signals with separate AI systems, such as biological information. can. The amount of information processing per AI system can be reduced by processing or learning signals in each of the separate AI systems. Therefore, signal processing or learning can be performed with a smaller amount of calculation. As a result, the recognition accuracy can be improved. From the information obtained by each AI system, it can be expected that changes in biometric information that change in a complicated manner can be grasped instantly and in an integrated manner.

本実施の形態は、他の実施の形態など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 can be implemented in combination with the configurations described in other embodiments and the like as appropriate.

(実施の形態8)
本実施の形態は、上記実施の形態に示すAIシステムが組み込まれたICの一例を示す。
(Embodiment 8)
This embodiment shows an example of an IC incorporating the AI system shown in the above embodiment.

上記実施の形態に示すAIシステムは、CPU等のSiトランジスタでなるデジタル処理回路と、OSトランジスタを用いたアナログ演算回路、OS−FPGAおよびDOSRAM、NOSRAM等のOSメモリを、1のダイに集積することができる。 The AI system shown in the above embodiment integrates a digital processing circuit made of Si transistors such as a CPU, an analog arithmetic circuit using OS transistors, and OS memories such as OS-FPGA and DOSRAM and NOSRAM on one die. be able to.

図36に、AIシステムを組み込んだICの一例を示す。図36に示すAIシステムIC7000は、リード7001及び回路部7003を有する。回路部7003には、上記実施の形態で示した各種の回路が1のダイに設けられている。回路部7003は、先の実施の形態で例えば、図21に示すように、積層構造をもち、Siトランジスタ層7031、配線層7032、OSトランジスタ層7033に大別される。OSトランジスタ層7033をSiトランジスタ層7031に積層して設けることができるため、AIシステムIC7000の小型化が容易である。 FIG. 36 shows an example of an IC incorporating an AI system. The AI system IC 7000 shown in FIG. 36 has a lead 7001 and a circuit unit 7003. In the circuit unit 7003, various circuits shown in the above embodiment are provided on one die. The circuit unit 7003 has a laminated structure in the above embodiment, for example, as shown in FIG. 21, and is roughly classified into a Si transistor layer 7031, a wiring layer 7032, and an OS transistor layer 7033. Since the OS transistor layer 7033 can be laminated on the Si transistor layer 7031, the AI system IC 7000 can be easily miniaturized.

図36では、AIシステムIC7000のパッケージにQFP(Quad Flat Package)を適用しているが、パケージの態様はこれに限定されない。 In FIG. 36, QFP (Quad Flat Package) is applied to the package of the AI system IC7000, but the package mode is not limited to this.

CPU等のデジタル処理回路と、OSトランジスタを用いたアナログ演算回路、OS−FPGAおよびDOSRAM、NOSRAM等のOSメモリは、全て、Siトランジスタ層7031、配線層7032およびOSトランジスタ層7033に形成することができる。すなわち、上記AIシステムを構成する素子は、同一の製造プロセスで形成することが可能である。そのため、本実施の形態に示すICは、構成する素子が増えても製造プロセスを増やす必要がなく、上記AIシステムを低コストで組み込むことができる。 A digital processing circuit such as a CPU, an analog arithmetic circuit using an OS transistor, and an OS memory such as OS-FPGA and DOSRAM and NOSRAM can all be formed in the Si transistor layer 7031, the wiring layer 7032, and the OS transistor layer 7033. can. That is, the elements constituting the AI system can be formed by the same manufacturing process. Therefore, the IC shown in the present embodiment does not need to increase the manufacturing process even if the number of constituent elements increases, and the AI system can be incorporated at low cost.

本実施の形態は、他の実施の形態など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 can be implemented in combination with the configurations described in other embodiments and the like as appropriate.

(実施の形態9)
本実施の形態においては、先の実施の形態で例示したトランジスタを有する表示装置の一例について説明を行う。
(Embodiment 9)
In this embodiment, an example of a display device having a transistor illustrated in the previous embodiment will be described.

[構成例]
図37(A)は、表示装置の一例を示す上面図である。図37(A)に示す表示装置700は、第1の基板701上に設けられた画素部702と、第1の基板701に設けられたソースドライバ回路部704及びゲートドライバ回路部706と、画素部702、ソースドライバ回路部704、及びゲートドライバ回路部706を囲むように配置されるシール材712と、第1の基板701に対向するように設けられる第2の基板705と、を有する。なお、第1の基板701と第2の基板705は、シール材712によって貼り合わされている。すなわち、画素部702、ソースドライバ回路部704、及びゲートドライバ回路部706は、第1の基板701とシール材712と第2の基板705によって封止されている。なお、図37(A)には図示しないが、第1の基板701と第2の基板705の間には表示素子が設けられる。
[Configuration example]
FIG. 37A is a top view showing an example of the display device. The display device 700 shown in FIG. 37A has a pixel unit 702 provided on the first substrate 701, a source driver circuit unit 704 and a gate driver circuit unit 706 provided on the first substrate 701, and pixels. It has a sealing material 712 arranged so as to surround the unit 702, the source driver circuit unit 704, and the gate driver circuit unit 706, and a second substrate 705 provided so as to face the first substrate 701. The first substrate 701 and the second substrate 705 are bonded to each other by the sealing material 712. That is, the pixel unit 702, the source driver circuit unit 704, and the gate driver circuit unit 706 are sealed by the first substrate 701, the sealing material 712, and the second substrate 705. Although not shown in FIG. 37 (A), a display element is provided between the first substrate 701 and the second substrate 705.

また、表示装置700は、第1の基板701上のシール材712によって囲まれている領域とは異なる領域に、FPC端子部708(FPC:Flexible printed circuit)が設けられる。FPC端子部708は、画素部702、ソースドライバ回路部704、ゲートドライバ回路部706、及びゲートドライバ回路部706と、それぞれ電気的に接続される。また、FPC端子部708には、FPC716が接続され、FPC716によって画素部702、ソースドライバ回路部704、及びゲートドライバ回路部706に各種信号等が供給される。また、画素部702、ソースドライバ回路部704、ゲートドライバ回路部706、及びFPC端子部708には、信号線710が各々接続されている。FPC716により供給される各種信号等は、信号線710を介して、画素部702、ソースドライバ回路部704、ゲートドライバ回路部706、及びFPC端子部708に与えられる。 Further, the display device 700 is provided with an FPC terminal portion 708 (FPC: Flexible printed circuit board) in a region different from the region surrounded by the sealing material 712 on the first substrate 701. The FPC terminal unit 708 is electrically connected to the pixel unit 702, the source driver circuit unit 704, the gate driver circuit unit 706, and the gate driver circuit unit 706, respectively. Further, the FPC 716 is connected to the FPC terminal unit 708, and various signals and the like are supplied to the pixel unit 702, the source driver circuit unit 704, and the gate driver circuit unit 706 by the FPC 716. Further, a signal line 710 is connected to each of the pixel unit 702, the source driver circuit unit 704, the gate driver circuit unit 706, and the FPC terminal unit 708. Various signals and the like supplied by the FPC 716 are given to the pixel unit 702, the source driver circuit unit 704, the gate driver circuit unit 706, and the FPC terminal unit 708 via the signal line 710.

また、表示装置700にゲートドライバ回路部706を複数設けてもよい。また、表示装置700としては、ソースドライバ回路部704、及びゲートドライバ回路部706を画素部702と同じ第1の基板701に形成している例を示しているが、この構成に限定されない。例えば、ゲートドライバ回路部706のみを第1の基板701に形成してもよい、またはソースドライバ回路部704のみを第1の基板701に形成してもよい。この場合、ソースドライバ回路またはゲートドライバ回路等が形成された基板(例えば、単結晶半導体膜、多結晶半導体膜で形成された駆動回路基板)を、第1の基板701に形成する構成としても良い。なお、別途形成した駆動回路基板の接続方法は、特に限定されるものではなく、COG(Chip On Glass)方法、ワイヤボンディング方法などを用いることができる。 Further, the display device 700 may be provided with a plurality of gate driver circuit units 706. Further, the display device 700 shows an example in which the source driver circuit unit 704 and the gate driver circuit unit 706 are formed on the same first substrate 701 as the pixel unit 702, but the present invention is not limited to this configuration. For example, only the gate driver circuit unit 706 may be formed on the first substrate 701, or only the source driver circuit unit 704 may be formed on the first substrate 701. In this case, a substrate on which a source driver circuit, a gate driver circuit, or the like is formed (for example, a drive circuit board formed of a single crystal semiconductor film or a polycrystalline semiconductor film) may be formed on the first substrate 701. .. The method for connecting the separately formed drive circuit board is not particularly limited, and a COG (Chip On Glass) method, a wire bonding method, or the like can be used.

また、表示装置700が有する画素部702、ソースドライバ回路部704及びゲートドライバ回路部706は、複数のトランジスタを有しており、本発明の一態様の半導体装置であるトランジスタを適用することができる。 Further, the pixel unit 702, the source driver circuit unit 704, and the gate driver circuit unit 706 of the display device 700 have a plurality of transistors, and the transistor which is the semiconductor device of one aspect of the present invention can be applied. ..

また、表示装置700は、様々な素子を有することができる。該素子の一例としては、例えば、エレクトロルミネッセンス(EL)素子(有機物及び無機物を含むEL素子、有機EL素子、無機EL素子、LEDなど)、発光トランジスタ素子(電流に応じて発光するトランジスタ)、電子放出素子、液晶素子、電子インク素子、電気泳動素子、エレクトロウェッティング素子、プラズマディスプレイパネル(PDP)、MEMS(マイクロ・エレクトロ・メカニカル・システム)ディスプレイ(例えば、グレーティングライトバルブ(GLV)、デジタルマイクロミラーデバイス(DMD)、デジタル・マイクロ・シャッター(DMS)素子、インターフェロメトリック・モジュレーション(IMOD)素子など)、圧電セラミックディスプレイなどが挙げられる。 Further, the display device 700 can have various elements. Examples of the element include an electroluminescence (EL) element (EL element containing organic and inorganic substances, an organic EL element, an inorganic EL element, an LED, etc.), a light emitting transistor element (a transistor that emits light according to a current), and an electron. Emission element, liquid crystal element, electronic ink element, electrophoresis element, electrowetting element, plasma display panel (PDP), MEMS (micro electro mechanical system) display (for example, grating light valve (GLV), digital micromirror Devices (DMDs), digital micro shutter (DMS) devices, interferometric modulation (IMOD) devices, etc.), piezoelectric ceramic displays, and the like.

また、EL素子を用いた表示装置の一例としては、ELディスプレイなどがある。電子放出素子を用いた表示装置の一例としては、フィールドエミッションディスプレイ(FED)又はSED方式平面型ディスプレイ(SED:Surface−conduction Electron−emitter Display)などがある。液晶素子を用いた表示装置の一例としては、液晶ディスプレイ(透過型液晶ディスプレイ、半透過型液晶ディスプレイ、反射型液晶ディスプレイ、直視型液晶ディスプレイ、投射型液晶ディスプレイ)などがある。電子インク素子又は電気泳動素子を用いた表示装置の一例としては、電子ペーパーなどがある。なお、半透過型液晶ディスプレイや反射型液晶ディスプレイを実現する場合には、画素電極の一部または全部が、反射電極としての機能を有するようにすればよい。例えば、画素電極の一部または全部が、アルミニウム、銀、などを有するようにすればよい。さらにその場合、反射電極の下にSRAMなどの記憶回路を設けることも可能である。これにより、さらに消費電力を低減することができる。 Further, as an example of a display device using an EL element, there is an EL display or the like. As an example of a display device using an electron emitting element, there is a field emission display (FED) or a SED type planar display (SED: Surface-conduction Electron-emitter Display). An example of a display device using a liquid crystal element is a liquid crystal display (transmissive liquid crystal display, semi-transmissive liquid crystal display, reflective liquid crystal display, direct-view liquid crystal display, projection liquid crystal display). An example of a display device using an electronic ink element or an electrophoresis element is electronic paper. In the case of realizing a semi-transmissive liquid crystal display or a reflective liquid crystal display, a part or all of the pixel electrodes may have a function as a reflective electrode. For example, a part or all of the pixel electrodes may have aluminum, silver, or the like. Further, in that case, it is also possible to provide a storage circuit such as SRAM under the reflective electrode. Thereby, the power consumption can be further reduced.

なお、表示装置700における表示方式は、プログレッシブ方式やインターレース方式等を用いることができる。また、カラー表示する際に画素で制御する色要素としては、RGB(Rは赤、Gは緑、Bは青を表す)の三色に限定されない。例えば、Rの画素とGの画素とBの画素とW(白)の画素の四画素から構成されてもよい。または、ペンタイル配列のように、RGBのうちの2色分で一つの色要素を構成し、色要素によって、異なる2色を選択して構成してもよい。またはRGBに、イエロー、シアン、マゼンタ等を一色以上追加してもよい。なお、色要素のドット毎にその表示領域の大きさが異なっていてもよい。ただし、開示する発明はカラー表示の表示装置に限定されるものではなく、モノクロ表示の表示装置に適用することもできる。 As the display method in the display device 700, a progressive method, an interlaced method, or the like can be used. Further, the color elements controlled by the pixels at the time of color display are not limited to the three colors of RGB (R represents red, G represents green, and B represents blue). For example, it may be composed of four pixels of R pixel, G pixel, B pixel, and W (white) pixel. Alternatively, as in the pentile array, one color element may be composed of two colors of RGB, and two different colors may be selected and configured depending on the color element. Alternatively, one or more colors such as yellow, cyan, and magenta may be added to RGB. The size of the display area may be different for each dot of the color element. However, the disclosed invention is not limited to the display device for color display, and can be applied to the display device for monochrome display.

また、バックライト(有機EL素子、無機EL素子、LED、蛍光灯など)に白色発光(W)を用いて表示装置をカラー表示させるために、着色層(カラーフィルタともいう。)を用いてもよい。着色層は、例えば、レッド(R)、グリーン(G)、ブルー(B)、イエロー(Y)などを適宜組み合わせて用いることができる。着色層を用いることで、着色層を用いない場合と比べて色の再現性を高くすることができる。このとき、着色層を有する領域と、着色層を有さない領域と、を配置することによって、着色層を有さない領域における白色光を直接表示に利用しても構わない。一部に着色層を有さない領域を配置することで、明るい表示の際に、着色層による輝度の低下を少なくでき、消費電力を2割から3割程度低減できる場合がある。ただし、有機EL素子や無機EL素子などの自発光素子を用いてフルカラー表示する場合、R、G、B、Y、Wを、それぞれの発光色を有する素子から発光させても構わない。自発光素子を用いることで、着色層を用いた場合よりも、さらに消費電力を低減できる場合がある。 Further, in order to display the display device in color by using white light emission (W) for the backlight (organic EL element, inorganic EL element, LED, fluorescent lamp, etc.), a colored layer (also referred to as a color filter) may be used. good. As the colored layer, for example, red (R), green (G), blue (B), yellow (Y) and the like can be appropriately combined and used. By using the colored layer, the color reproducibility can be improved as compared with the case where the colored layer is not used. At this time, the white light in the region without the colored layer may be directly used for display by arranging the region having the colored layer and the region without the colored layer. By arranging a region that does not have a colored layer in a part thereof, it is possible to reduce the decrease in brightness due to the colored layer and reduce the power consumption by about 20% to 30% at the time of bright display. However, when full-color display is performed using a self-luminous element such as an organic EL element or an inorganic EL element, R, G, B, Y, and W may be emitted from an element having each emission color. By using the self-luminous element, the power consumption may be further reduced as compared with the case where the colored layer is used.

また、カラー化方式としては、上述の白色発光からの発光の一部をカラーフィルタを通すことで赤色、緑色、青色に変換する方式(カラーフィルタ方式)の他、赤色、緑色、青色の発光をそれぞれ用いる方式(3色方式)、または青色発光からの発光の一部を赤色や緑色に変換する方式(色変換方式、量子ドット方式)を適用してもよい。 In addition, as a colorization method, in addition to the method of converting a part of the light emission from the white light emission into red, green, and blue by passing through a color filter (color filter method), red, green, and blue light emission are performed. The method used for each (three-color method) or the method of converting a part of the light emitted from the blue light emission to red or green (color conversion method, quantum dot method) may be applied.

図37(B)に示す表示装置700Aは、大型の画面を有する電子機器に好適に用いることのできる表示装置である。例えばテレビジョン装置、モニタ装置、デジタルサイネージなどに好適に用いることができる。 The display device 700A shown in FIG. 37 (B) is a display device that can be suitably used for an electronic device having a large screen. For example, it can be suitably used for a television device, a monitoring device, a digital signage, and the like.

表示装置700Aは、複数のソースドライバIC721と、一対のゲートドライバ回路722を有する。 The display device 700A has a plurality of source driver ICs 721 and a pair of gate driver circuits 722.

複数のソースドライバIC721は、それぞれFPC723に取り付けられている。また、複数のFPC723は、一方の端子が基板701に、他方の端子がプリント基板724にそれぞれ接続されている。FPC723を折り曲げることで、プリント基板724を画素部702の裏側に配置して、電気機器に実装することができる。 Each of the plurality of source drivers IC721 is attached to the FPC723. Further, in the plurality of FPC723s, one terminal is connected to the substrate 701 and the other terminal is connected to the printed circuit board 724. By bending the FPC 723, the printed circuit board 724 can be arranged on the back side of the pixel portion 702 and mounted on an electric device.

一方、ゲートドライバ回路722は、基板701上に形成されている。これにより、狭額縁の電子機器を実現できる。 On the other hand, the gate driver circuit 722 is formed on the substrate 701. As a result, an electronic device having a narrow frame can be realized.

このような構成とすることで、大型で且つ高解像度な表示装置を実現できる。例えば画面サイズが対角30インチ以上、40インチ以上、50インチ以上、または60インチ以上の表示装置に適用することができる。また、解像度がフルハイビジョン、4K2K、または8K4Kなどといった極めて高解像度の表示装置を実現することができる。 With such a configuration, a large-sized and high-resolution display device can be realized. For example, it can be applied to a display device having a screen size of 30 inches or more, 40 inches or more, 50 inches or more, or 60 inches or more diagonally. Further, it is possible to realize an extremely high resolution display device having a resolution of full high definition, 4K2K, 8K4K, or the like.

[断面構成例]
以下では、表示素子として液晶素子及びEL素子を用いる構成について、図38および図39を用いて説明する。なお、図38は、図37に示す一点鎖線Q−Rにおける断面図であり、表示素子として液晶素子を用いた構成である。また、図39は、図37に示す一点鎖線Q−Rにおける断面図であり、表示素子としてEL素子を用いた構成である。
[Cross-section configuration example]
Hereinafter, a configuration using a liquid crystal element and an EL element as display elements will be described with reference to FIGS. 38 and 39. Note that FIG. 38 is a cross-sectional view taken along the alternate long and short dash line QR shown in FIG. 37, and has a configuration in which a liquid crystal element is used as the display element. Further, FIG. 39 is a cross-sectional view of the alternate long and short dash line QR shown in FIG. 37, and has a configuration in which an EL element is used as a display element.

まず、図38および図39に示す共通部分について最初に説明し、次に異なる部分について以下説明する。 First, the common parts shown in FIGS. 38 and 39 will be described first, and then the different parts will be described below.

〔表示装置の共通部分に関する説明〕
図38および図39に示す表示装置700は、引き回し配線部711と、画素部702と、ソースドライバ回路部704と、FPC端子部708と、を有する。また、引き回し配線部711は、信号線710を有する。また、画素部702は、トランジスタ750及び容量素子790を有する。また、ソースドライバ回路部704は、トランジスタ752を有する。
[Explanation of common parts of display devices]
The display device 700 shown in FIGS. 38 and 39 includes a routing wiring unit 711, a pixel unit 702, a source driver circuit unit 704, and an FPC terminal unit 708. Further, the routing wiring portion 711 has a signal line 710. Further, the pixel unit 702 has a transistor 750 and a capacitance element 790. Further, the source driver circuit unit 704 has a transistor 752.

トランジスタ750及びトランジスタ752は、実施の形態1で例示したトランジスタ100Aを適用することができる。 As the transistor 750 and the transistor 752, the transistor 100A exemplified in the first embodiment can be applied.

本実施の形態で用いるトランジスタは、高純度化し、酸素欠損の形成を抑制した酸化物半導体膜を有する。該トランジスタは、オフ電流を低くすることができる。よって、画像信号等の電気信号の保持時間を長くすることができ、電源オン状態では書き込み間隔も長く設定できる。よって、リフレッシュ動作の頻度を少なくすることができるため、消費電力を抑制する効果を奏する。 The transistor used in this embodiment has an oxide semiconductor film that is highly purified and suppresses the formation of oxygen deficiency. The transistor can reduce the off-current. Therefore, the holding time of an electric signal such as an image signal can be lengthened, and the writing interval can be set long when the power is on. Therefore, the frequency of the refresh operation can be reduced, which has the effect of suppressing power consumption.

また、本実施の形態で用いるトランジスタは、比較的高い電界効果移動度が得られるため、高速駆動が可能である。例えば、このような高速駆動が可能なトランジスタを表示装置に用いることで、画素部のスイッチングトランジスタと、駆動回路部に使用するドライバトランジスタを同一基板上に形成することができる。すなわち、別途駆動回路として、シリコンウェハ等により形成された半導体装置を用いる必要がないため、半導体装置の部品点数を削減することができる。また、画素部においても、高速駆動が可能なトランジスタを用いることで、高画質な画像を提供することができる。 Further, the transistor used in the present embodiment can be driven at high speed because a relatively high field effect mobility can be obtained. For example, by using a transistor capable of such high-speed driving in a display device, a switching transistor in a pixel portion and a driver transistor used in a driving circuit portion can be formed on the same substrate. That is, since it is not necessary to separately use a semiconductor device formed of a silicon wafer or the like as a drive circuit, the number of parts of the semiconductor device can be reduced. Further, also in the pixel portion, by using a transistor capable of high-speed driving, it is possible to provide a high-quality image.

容量素子790は、トランジスタ750が有する第1のゲート電極と機能する導電膜と同一の導電膜を加工する工程を経て形成される下部電極と、トランジスタ750が有するソース電極またはドレイン電極として機能する導電膜と同一の導電膜を加工する工程を経て形成される上部電極と、を有する。また、下部電極と上部電極との間には、トランジスタ750が有する第1のゲート絶縁膜として機能する絶縁膜と同一の絶縁膜を形成する工程を経て形成される絶縁膜、及びトランジスタ750上の保護絶縁膜として機能する絶縁膜と同一の絶縁膜を形成する工程を経て形成される絶縁膜が設けられる。すなわち、容量素子790は、一対の電極間に誘電体膜として機能する絶縁膜が挟持された積層型の構造である。 The capacitive element 790 has a lower electrode formed through a step of processing the same conductive film as the first gate electrode of the transistor 750 and a conductive electrode of the transistor 750 that functions as a source electrode or a drain electrode. It has an upper electrode formed through a step of processing the same conductive film as the film. Further, an insulating film formed between the lower electrode and the upper electrode through a step of forming the same insulating film as the insulating film functioning as the first gate insulating film of the transistor 750, and the transistor 750. An insulating film formed through a step of forming the same insulating film as the insulating film functioning as a protective insulating film is provided. That is, the capacitive element 790 has a laminated structure in which an insulating film functioning as a dielectric film is sandwiched between a pair of electrodes.

また、図38および図39において、トランジスタ750、トランジスタ752、及び容量素子790上に平坦化絶縁膜770が設けられている。 Further, in FIGS. 38 and 39, a flattening insulating film 770 is provided on the transistor 750, the transistor 752, and the capacitive element 790.

また、図38および図39においては、画素部702が有するトランジスタ750と、ソースドライバ回路部704が有するトランジスタ752と、を同じ構造のトランジスタを用いる構成について例示したが、これに限定されない。例えば、画素部702と、ソースドライバ回路部704とは、異なるトランジスタを用いてもよい。具体的には、画素部702にトップゲート型のトランジスタを用い、ソースドライバ回路部704にボトムゲート型のトランジスタを用いる構成、あるいは画素部702にボトムゲート型のトランジスタを用い、ソースドライバ回路部704にトップゲート型のトランジスタを用いる構成などが挙げられる。なお、上記のソースドライバ回路部704を、ゲートドライバ回路部と読み替えてもよい。 Further, in FIGS. 38 and 39, the configuration in which the transistor 750 included in the pixel unit 702 and the transistor 752 included in the source driver circuit unit 704 is used as a transistor having the same structure is illustrated, but the present invention is not limited thereto. For example, the pixel unit 702 and the source driver circuit unit 704 may use different transistors. Specifically, a top gate type transistor is used for the pixel unit 702 and a bottom gate type transistor is used for the source driver circuit unit 704, or a bottom gate type transistor is used for the pixel unit 702 and the source driver circuit unit 704 is used. For example, a configuration using a top gate type transistor can be mentioned. The source driver circuit unit 704 may be read as a gate driver circuit unit.

また、信号線710は、トランジスタ750、752のソース電極及びドレイン電極として機能する導電膜と同じ工程を経て形成される。信号線710として、例えば、銅元素を含む材料を用いた場合、配線抵抗に起因する信号遅延等が少なく、大画面での表示が可能となる。 Further, the signal line 710 is formed through the same steps as the conductive film that functions as the source electrode and the drain electrode of the transistors 750 and 752. When, for example, a material containing a copper element is used as the signal line 710, signal delay due to wiring resistance is small, and display on a large screen becomes possible.

また、FPC端子部708は、接続電極760、異方性導電膜780、及びFPC716を有する。なお、接続電極760は、トランジスタ750、752のソース電極及びドレイン電極として機能する導電膜と同じ工程を経て形成される。また、接続電極760は、FPC716が有する端子と異方性導電膜780を介して、電気的に接続される。 Further, the FPC terminal portion 708 has a connection electrode 760, an anisotropic conductive film 780, and an FPC 716. The connection electrode 760 is formed through the same steps as the conductive film that functions as the source electrode and the drain electrode of the transistors 750 and 752. Further, the connection electrode 760 is electrically connected to the terminal of the FPC 716 via the anisotropic conductive film 780.

また、第1の基板701及び第2の基板705としては、例えばガラス基板を用いることができる。また、第1の基板701及び第2の基板705として、可撓性を有する基板を用いてもよい。該可撓性を有する基板としては、例えばプラスチック基板等が挙げられる。 Further, as the first substrate 701 and the second substrate 705, for example, a glass substrate can be used. Further, a flexible substrate may be used as the first substrate 701 and the second substrate 705. Examples of the flexible substrate include a plastic substrate and the like.

また、第1の基板701と第2の基板705の間には、構造体778が設けられる。構造体778は柱状のスペーサであり、第1の基板701と第2の基板705の間の距離(セルギャップ)を制御するために設けられる。なお、構造体778として、球状のスペーサを用いていてもよい。 Further, a structure 778 is provided between the first substrate 701 and the second substrate 705. The structure 778 is a columnar spacer, and is provided to control the distance (cell gap) between the first substrate 701 and the second substrate 705. A spherical spacer may be used as the structure 778.

また、第2の基板705側には、ブラックマトリクスとして機能する遮光膜738と、カラーフィルタとして機能する着色膜736と、遮光膜738及び着色膜736に接する絶縁膜734が設けられる。 Further, on the second substrate 705 side, a light-shielding film 738 that functions as a black matrix, a colored film 736 that functions as a color filter, and an insulating film 734 that is in contact with the light-shielding film 738 and the colored film 736 are provided.

〔液晶素子を用いる表示装置の構成例〕
図38に示す表示装置700は、液晶素子775を有する。液晶素子775は、導電膜772、導電膜774、及び液晶層776を有する。導電膜774は、第2の基板705側に設けられ、対向電極としての機能を有する。
[Configuration example of a display device using a liquid crystal element]
The display device 700 shown in FIG. 38 has a liquid crystal element 775. The liquid crystal element 775 has a conductive film 772, a conductive film 774, and a liquid crystal layer 776. The conductive film 774 is provided on the side of the second substrate 705 and has a function as a counter electrode.

また、図38に示す表示装置700は、液晶素子の駆動方式として横電界方式(例えば、FFSモード)を用いる構成の一例である。図38に示す構成の場合、導電膜772上に絶縁膜773が設けられ、絶縁膜773上に導電膜774が設けられる。この場合、導電膜774は、共通電極(コモン電極ともいう)としての機能を有し、絶縁膜773を介して、導電膜772と導電膜774との間に生じる電界によって、液晶層776の配向状態を制御することができる。 Further, the display device 700 shown in FIG. 38 is an example of a configuration in which a transverse electric field method (for example, FFS mode) is used as a drive method for the liquid crystal element. In the case of the configuration shown in FIG. 38, the insulating film 773 is provided on the conductive film 772, and the conductive film 774 is provided on the insulating film 773. In this case, the conductive film 774 has a function as a common electrode (also referred to as a common electrode), and the orientation of the liquid crystal layer 776 is caused by the electric field generated between the conductive film 772 and the conductive film 774 via the insulating film 773. The state can be controlled.

また、図38において図示しないが、導電膜772または導電膜774のいずれか一方または双方に、液晶層776と接する側に、それぞれ配向膜を設ける構成としてもよい。また、図38において図示しないが、偏光部材、位相差部材、反射防止部材などの光学部材(光学基板)などは適宜設けてもよい。例えば、偏光基板及び位相差基板による円偏光を用いてもよい。また、光源としてバックライト、サイドライトなどを用いてもよい。 Further, although not shown in FIG. 38, an alignment film may be provided on either one or both of the conductive film 772 and the conductive film 774 on the side in contact with the liquid crystal layer 776. Further, although not shown in FIG. 38, optical members (optical substrates) such as a polarizing member, a retardation member, and an antireflection member may be appropriately provided. For example, circularly polarized light using a polarizing substrate and a retardation substrate may be used. Further, a backlight, a side light or the like may be used as the light source.

また、導電膜772は、トランジスタ750が有するソース電極またはドレイン電極として機能する導電膜と電気的に接続される。導電膜772は、平坦化絶縁膜770上に形成され画素電極、すなわち表示素子の一方の電極として機能する。 Further, the conductive film 772 is electrically connected to a conductive film that functions as a source electrode or a drain electrode of the transistor 750. The conductive film 772 is formed on the flattening insulating film 770 and functions as a pixel electrode, that is, one electrode of a display element.

導電膜772としては、可視光において透光性のある導電膜、または可視光において反射性のある導電膜を用いることができる。可視光において透光性のある導電膜としては、例えば、インジウム(In)、亜鉛(Zn)、錫(Sn)の中から選ばれた一種を含む材料を用いるとよい。可視光において反射性のある導電膜としては、例えば、アルミニウム、または銀を含む材料を用いるとよい。 As the conductive film 772, a conductive film that is translucent in visible light or a conductive film that is reflective in visible light can be used. As the conductive film having translucency in visible light, for example, a material containing one selected from indium (In), zinc (Zn), and tin (Sn) may be used. As the conductive film which is reflective in visible light, for example, a material containing aluminum or silver may be used.

導電膜772に可視光において反射性のある導電膜を用いる場合、表示装置700は、反射型の液晶表示装置となる。また、導電膜772に可視光において透光性のある導電膜を用いる場合、表示装置700は、透過型の液晶表示装置となる。反射型の液晶表示装置の場合、視認側に偏光板を設ける。一方、透過型の液晶表示装置の場合、液晶素子を挟む一対の偏光板を設ける。 When a conductive film having a reflective light in visible light is used for the conductive film 772, the display device 700 becomes a reflective liquid crystal display device. Further, when a conductive film having translucency in visible light is used for the conductive film 772, the display device 700 becomes a transmissive liquid crystal display device. In the case of a reflective liquid crystal display device, a polarizing plate is provided on the viewing side. On the other hand, in the case of a transmissive liquid crystal display device, a pair of polarizing plates sandwiching the liquid crystal element are provided.

表示素子として液晶素子を用いる場合、サーモトロピック液晶、低分子液晶、高分子液晶、高分子分散型液晶、高分子ネットワーク型液晶、強誘電性液晶、反強誘電性液晶等を用いることができる。これらの液晶材料は、条件により、コレステリック相、スメクチック相、キュービック相、カイラルネマチック相、等方相等を示す。 When a liquid crystal element is used as the display element, a thermotropic liquid crystal, a low molecular weight liquid crystal, a polymer liquid crystal, a polymer dispersion type liquid crystal, a polymer network type liquid crystal, a ferroelectric liquid crystal, an antiferroelectric liquid crystal, or the like can be used. Depending on the conditions, these liquid crystal materials exhibit a cholesteric phase, a smectic phase, a cubic phase, a chiral nematic phase, an isotropic phase and the like.

また、横電界方式を採用する場合、配向膜を用いないブルー相を示す液晶を用いてもよい。ブルー相は液晶相の一つであり、コレステリック液晶を昇温していくと、コレステリック相から等方相へ転移する直前に発現する相である。ブルー相は狭い温度範囲でしか発現しないため、温度範囲を改善するために数重量%以上のカイラル剤を混合させた液晶組成物を液晶層に用いる。ブルー相を示す液晶とカイラル剤とを含む液晶組成物は、応答速度が短く、光学的等方性であるため配向処理が不要である。また配向膜を設けなくてもよいのでラビング処理も不要となるため、ラビング処理によって引き起こされる静電破壊を防止することができ、作製工程中の液晶表示装置の不良や破損を軽減することができる。また、ブルー相を示す液晶材料は、視野角依存性が小さい。 Further, when the transverse electric field method is adopted, a liquid crystal showing a blue phase without using an alignment film may be used. The blue phase is one of the liquid crystal phases, and is a phase that appears immediately before the transition from the cholesteric phase to the isotropic phase when the temperature of the cholesteric liquid crystal is raised. Since the blue phase is expressed only in a narrow temperature range, a liquid crystal composition mixed with a chiral agent of several weight% or more is used for the liquid crystal layer in order to improve the temperature range. A liquid crystal composition containing a liquid crystal exhibiting a blue phase and a chiral agent does not require an orientation treatment because it has a short response rate and is optically isotropic. In addition, since it is not necessary to provide an alignment film, the rubbing process is not required, so that electrostatic breakdown caused by the rubbing process can be prevented, and defects and breakage of the liquid crystal display device during the manufacturing process can be reduced. .. Further, the liquid crystal material showing the blue phase has a small viewing angle dependence.

また、表示素子として液晶素子を用いる場合、TN(Twisted Nematic)モード、IPS(In−Plane−Switching)モード、FFS(Fringe Field Switching)モード、ASM(Axially Symmetric aligned Micro−cell)モード、OCB(Optical Compensated Birefringence)モード、FLC(Ferroelectric Liquid Crystal)モード、AFLC(AntiFerroelectric Liquid Crystal)モード、ECB(Electrically Controlled Birefringence)モード、ゲストホストモードなどを用いることができる。 When a liquid crystal element is used as the display element, a TN (Twisted Nematic) mode, an IPS (In-Plane-Switching) mode, an FFS (Fringe Field Switching) mode, an ASM (Axially Birefringent Micro-Cell) mode, and an ASM (Axially Birefringent Micro-Cell) mode Compensated Birefringence mode, FLC (Ferroelectric Liquid Crystal) mode, AFLC (Antiferroelectric Liquid Crystal) mode, ECB (Electricular Liquid Crystal) mode, ECB (Electricular Liquid Crystal) mode, ECB (Electricular Liquid Crystal) mode, etc.

また、ノーマリーブラック型の液晶表示装置、例えば垂直配向(VA)モードを採用した透過型の液晶表示装置としてもよい。垂直配向モードとしては、いくつか挙げられるが、例えば、MVA(Multi−Domain Vertical Alignment)モード、PVA(Patterned Vertical Alignment)モード、ASVモードなどを用いることができる。 Further, a normally black type liquid crystal display device, for example, a transmissive type liquid crystal display device adopting a vertical orientation (VA) mode may be used. As the vertical orientation mode, for example, MVA (Multi-Domain Vertical Alignment) mode, PVA (Patterned Vertical Alignment) mode, ASV mode and the like can be used.

〔発光素子を用いる表示装置〕
図39示す表示装置700は、発光素子782を有する。発光素子782は、導電膜772、EL層786、及び導電膜788を有する。図39に示す表示装置700は、画素毎に設けられる発光素子782が有するEL層786が発光することによって、画像を表示することができる。なお、EL層786は、有機化合物、または量子ドットなどの無機化合物を有する。
[Display device using light emitting element]
The display device 700 shown in FIG. 39 has a light emitting element 782. The light emitting element 782 has a conductive film 772, an EL layer 786, and a conductive film 788. The display device 700 shown in FIG. 39 can display an image by emitting light from the EL layer 786 of the light emitting element 782 provided for each pixel. The EL layer 786 has an organic compound or an inorganic compound such as a quantum dot.

有機化合物に用いることのできる材料としては、蛍光性材料または燐光性材料などが挙げられる。また、量子ドットに用いることのできる材料としては、コロイド状量子ドット材料、合金型量子ドット材料、コア・シェル型量子ドット材料、コア型量子ドット材料、などが挙げられる。また、12族と16族、13族と15族、または14族と16族の元素グループを含む材料を用いてもよい。または、カドミウム(Cd)、セレン(Se)、亜鉛(Zn)、硫黄(S)、リン(P)、インジウム(In)、テルル(Te)、鉛(Pb)、ガリウム(Ga)、ヒ素(As)、アルミニウム(Al)、等の元素を有する量子ドット材料を用いてもよい。 Examples of the material that can be used for the organic compound include a fluorescent material and a phosphorescent material. Examples of materials that can be used for quantum dots include colloidal quantum dot materials, alloy-type quantum dot materials, core-shell type quantum dot materials, and core-type quantum dot materials. Further, a material containing an element group of groups 12 and 16, groups 13 and 15, or groups 14 and 16 may be used. Alternatively, cadmium (Cd), selenium (Se), zinc (Zn), sulfur (S), phosphorus (P), indium (In), tellurium (Te), lead (Pb), gallium (Ga), arsenic (As). ), Aluminum (Al), and other quantum dot materials may be used.

図39に示す表示装置700には、平坦化絶縁膜770及び導電膜772上に絶縁膜730が設けられる。絶縁膜730は、導電膜772の一部を覆う。なお、発光素子782はトップエミッション構造である。したがって、導電膜788は透光性を有し、EL層786が発する光を透過する。なお、本実施の形態においては、トップエミッション構造について、例示するが、これに限定されない。例えば、導電膜772側に光を射出するボトムエミッション構造や、導電膜772及び導電膜788の双方に光を射出するデュアルエミッション構造にも適用することができる。 In the display device 700 shown in FIG. 39, an insulating film 730 is provided on the flattening insulating film 770 and the conductive film 772. The insulating film 730 covers a part of the conductive film 772. The light emitting element 782 has a top emission structure. Therefore, the conductive film 788 has translucency and transmits the light emitted by the EL layer 786. In the present embodiment, the top emission structure will be illustrated, but the present invention is not limited to this. For example, it can be applied to a bottom emission structure that emits light to the conductive film 772 side and a dual emission structure that emits light to both the conductive film 772 and the conductive film 788.

また、発光素子782と重なる位置に、着色膜736が設けられ、絶縁膜730と重なる位置、引き回し配線部711、及びソースドライバ回路部704に遮光膜738が設けられている。また、着色膜736及び遮光膜738は、絶縁膜734で覆われている。また、発光素子782と絶縁膜734の間は封止膜732で充填されている。なお、図39に示す表示装置700においては、着色膜736を設ける構成について例示したが、これに限定されない。例えば、EL層786を画素毎に島状形成する、すなわち塗り分けにより形成する場合においては、着色膜736を設けない構成としてもよい。 Further, a colored film 736 is provided at a position overlapping the light emitting element 782, and a light shielding film 738 is provided at a position overlapping the insulating film 730, the routing wiring portion 711, and the source driver circuit portion 704. The colored film 736 and the light-shielding film 738 are covered with an insulating film 734. Further, the space between the light emitting element 782 and the insulating film 734 is filled with a sealing film 732. In the display device 700 shown in FIG. 39, a configuration in which the colored film 736 is provided has been illustrated, but the present invention is not limited to this. For example, when the EL layer 786 is formed in an island shape for each pixel, that is, it is formed by painting separately, the colored film 736 may not be provided.

本実施の形態で例示した構成例、及びそれらに対応する図面等は、少なくともその一部を他の構成例、または図面等と適宜組み合わせて実施することができる。 The configuration examples exemplified in the present embodiment and the drawings and the like corresponding thereto can be carried out by appropriately combining at least a part thereof with other configuration examples or drawings and the like.

本実施の形態は、少なくともその一部を本明細書中に記載する他の実施の形態と適宜組み合わせて実施することができる。 This embodiment can be implemented in combination with at least a part thereof as appropriate with other embodiments described in the present specification.

(実施の形態10)
本実施の形態では、本発明の一態様の半導体装置を有する表示装置について、図40を用いて説明を行う。
(Embodiment 10)
In the present embodiment, a display device having the semiconductor device of one aspect of the present invention will be described with reference to FIG. 40.

図40(A)に示す表示装置は、表示素子の画素を有する領域(以下、画素部502という)と、画素部502の外側に配置され、画素を駆動するための回路を有する回路部(以下、駆動回路部504という)と、素子の保護機能を有する回路(以下、保護回路506という)と、端子部507と、を有する。なお、保護回路506は、設けない構成としてもよい。 The display device shown in FIG. 40 (A) has a region having pixels of the display element (hereinafter referred to as pixel unit 502) and a circuit unit (hereinafter referred to as pixel unit 502) arranged outside the pixel unit 502 and having a circuit for driving the pixels. , Drive circuit unit 504), a circuit having an element protection function (hereinafter referred to as protection circuit 506), and a terminal unit 507. The protection circuit 506 may not be provided.

駆動回路部504の一部、または全部は、画素部502と同一基板上に形成されていることが望ましい。これにより、部品数や端子数を減らすことが出来る。駆動回路部504の一部、または全部が、画素部502と同一基板上に形成されていない場合には、駆動回路部504の一部、または全部は、COGやTAB(Tape Automated Bonding)によって、実装することができる。 It is desirable that a part or all of the drive circuit unit 504 is formed on the same substrate as the pixel unit 502. As a result, the number of parts and the number of terminals can be reduced. When a part or all of the drive circuit unit 504 is not formed on the same substrate as the pixel unit 502, a part or all of the drive circuit unit 504 is formed by COG or TAB (Tape Implemented Bonding). Can be implemented.

画素部502は、X行(Xは2以上の自然数)Y列(Yは2以上の自然数)に配置された複数の表示素子を駆動するための回路(以下、画素回路501という)を有し、駆動回路部504は、画素を選択する信号(走査信号)を出力する回路(以下、ゲートドライバ504aという)、画素の表示素子を駆動するための信号(データ信号)を供給するための回路(以下、ソースドライバ504b)などの駆動回路を有する。 The pixel unit 502 has a circuit (hereinafter referred to as a pixel circuit 501) for driving a plurality of display elements arranged in the X row (X is a natural number of 2 or more) and the Y column (Y is a natural number of 2 or more). The drive circuit unit 504 is a circuit for outputting a signal (scanning signal) for selecting a pixel (hereinafter referred to as a gate driver 504a) and a circuit for supplying a signal (data signal) for driving a display element of the pixel (hereinafter referred to as a gate driver 504a). Hereinafter, it has a drive circuit such as a source driver 504b).

ゲートドライバ504aは、シフトレジスタ等を有する。ゲートドライバ504aは、端子部507を介して、シフトレジスタを駆動するための信号が入力され、信号を出力する。例えば、ゲートドライバ504aは、スタートパルス信号、クロック信号等が入力され、パルス信号を出力する。ゲートドライバ504aは、走査信号が与えられる配線(以下、走査線GL_1乃至GL_Xという)の電位を制御する機能を有する。なお、ゲートドライバ504aを複数設け、複数のゲートドライバ504aにより、走査線GL_1乃至GL_Xを分割して制御してもよい。または、ゲートドライバ504aは、初期化信号を供給することができる機能を有する。ただし、これに限定されず、ゲートドライバ504aは、別の信号を供給することも可能である。 The gate driver 504a has a shift register and the like. The gate driver 504a receives a signal for driving the shift register via the terminal portion 507 and outputs the signal. For example, the gate driver 504a receives a start pulse signal, a clock signal, and the like, and outputs a pulse signal. The gate driver 504a has a function of controlling the potential of the wiring (hereinafter referred to as scanning lines GL_1 to GL_X) to which the scanning signal is given. A plurality of gate drivers 504a may be provided, and the scanning lines GL_1 to GL_X may be divided and controlled by the plurality of gate drivers 504a. Alternatively, the gate driver 504a has a function capable of supplying an initialization signal. However, the present invention is not limited to this, and the gate driver 504a can also supply another signal.

ソースドライバ504bは、シフトレジスタ等を有する。ソースドライバ504bは、端子部507を介して、シフトレジスタを駆動するための信号の他、データ信号の元となる信号(画像信号)が入力される。ソースドライバ504bは、画像信号を元に画素回路501に書き込むデータ信号を生成する機能を有する。また、ソースドライバ504bは、スタートパルス、クロック信号等が入力されて得られるパルス信号に従って、データ信号の出力を制御する機能を有する。また、ソースドライバ504bは、データ信号が与えられる配線(以下、データ線DL_1乃至DL_Yという)の電位を制御する機能を有する。または、ソースドライバ504bは、初期化信号を供給することができる機能を有する。ただし、これに限定されず、ソースドライバ504bは、別の信号を供給することも可能である。 The source driver 504b has a shift register and the like. In the source driver 504b, in addition to the signal for driving the shift register, a signal (image signal) that is the source of the data signal is input via the terminal portion 507. The source driver 504b has a function of generating a data signal to be written in the pixel circuit 501 based on the image signal. Further, the source driver 504b has a function of controlling the output of the data signal according to the pulse signal obtained by inputting the start pulse, the clock signal and the like. Further, the source driver 504b has a function of controlling the potential of the wiring (hereinafter referred to as data lines DL_1 to DL_Y) to which the data signal is given. Alternatively, the source driver 504b has a function capable of supplying an initialization signal. However, the present invention is not limited to this, and the source driver 504b can also supply another signal.

ソースドライバ504bは、例えば複数のアナログスイッチなどを用いて構成される。ソースドライバ504bは、複数のアナログスイッチを順次オン状態にすることにより、画像信号を時分割した信号をデータ信号として出力できる。また、シフトレジスタなどを用いてソースドライバ504bを構成してもよい。 The source driver 504b is configured by using, for example, a plurality of analog switches. The source driver 504b can output a time-division signal of an image signal as a data signal by sequentially turning on a plurality of analog switches. Further, the source driver 504b may be configured by using a shift register or the like.

複数の画素回路501のそれぞれは、走査信号が与えられる複数の走査線GLの一つを介してパルス信号が入力され、データ信号が与えられる複数のデータ線DLの一つを介してデータ信号が入力される。また、複数の画素回路501のそれぞれは、ゲートドライバ504aによりデータ信号のデータの書き込み及び保持が制御される。例えば、m行n列目の画素回路501は、走査線GL_m(mはX以下の自然数)を介してゲートドライバ504aからパルス信号が入力され、走査線GL_mの電位に応じてデータ線DL_n(nはY以下の自然数)を介してソースドライバ504bからデータ信号が入力される。 In each of the plurality of pixel circuits 501, a pulse signal is input via one of the plurality of scanning lines GL to which the scanning signal is given, and the data signal is transmitted through one of the plurality of data line DLs to which the data signal is given. Entered. Further, in each of the plurality of pixel circuits 501, the writing and holding of the data of the data signal is controlled by the gate driver 504a. For example, in the pixel circuit 501 in the m-th row and n-th column, a pulse signal is input from the gate driver 504a via the scanning line GL_m (m is a natural number of X or less), and the data line DL_n (n) is input according to the potential of the scanning line GL_m. Is a natural number less than or equal to Y), and a data signal is input from the source driver 504b.

図40(A)に示す保護回路506は、例えば、ゲートドライバ504aと画素回路501の間の配線である走査線GLに接続される。または、保護回路506は、ソースドライバ504bと画素回路501の間の配線であるデータ線DLに接続される。または、保護回路506は、ゲートドライバ504aと端子部507との間の配線に接続することができる。または、保護回路506は、ソースドライバ504bと端子部507との間の配線に接続することができる。なお、端子部507は、外部の回路から表示装置に電源及び制御信号、及び画像信号を入力するための端子が設けられた部分をいう。 The protection circuit 506 shown in FIG. 40 (A) is connected to, for example, a scanning line GL which is a wiring between the gate driver 504a and the pixel circuit 501. Alternatively, the protection circuit 506 is connected to the data line DL, which is the wiring between the source driver 504b and the pixel circuit 501. Alternatively, the protection circuit 506 can be connected to the wiring between the gate driver 504a and the terminal portion 507. Alternatively, the protection circuit 506 can be connected to the wiring between the source driver 504b and the terminal portion 507. The terminal portion 507 refers to a portion provided with a terminal for inputting a power supply, a control signal, and an image signal from an external circuit to the display device.

保護回路506は、自身が接続する配線に一定の範囲外の電位が与えられたときに、該配線と別の配線とを導通状態にする回路である。 The protection circuit 506 is a circuit that makes the wiring and another wiring conductive when a potential outside a certain range is applied to the wiring to which the protection circuit 506 is connected.

図40(A)に示すように、画素部502と駆動回路部504にそれぞれ保護回路506を設けることにより、ESD(Electro Static Discharge:静電気放電)などにより発生する過電流に対する表示装置の耐性を高めることができる。ただし、保護回路506の構成はこれに限定されず、例えば、ゲートドライバ504aに保護回路506を接続した構成、またはソースドライバ504bに保護回路506を接続した構成とすることもできる。あるいは、端子部507に保護回路506を接続した構成とすることもできる。 As shown in FIG. 40 (A), by providing protection circuits 506 in the pixel unit 502 and the drive circuit unit 504, respectively, the resistance of the display device to overcurrent generated by ESD (Electrostatic Discharge) or the like is enhanced. be able to. However, the configuration of the protection circuit 506 is not limited to this, and for example, the configuration may be such that the protection circuit 506 is connected to the gate driver 504a or the protection circuit 506 is connected to the source driver 504b. Alternatively, the protection circuit 506 may be connected to the terminal portion 507.

また、図40(A)においては、ゲートドライバ504aとソースドライバ504bによって駆動回路部504を形成している例を示しているが、この構成に限定されない。例えば、ゲートドライバ504aのみを形成し、別途用意されたソースドライバ回路が形成された基板(例えば、単結晶半導体膜、多結晶半導体膜で形成された駆動回路基板)を実装する構成としてもよい。 Further, FIG. 40A shows an example in which the drive circuit unit 504 is formed by the gate driver 504a and the source driver 504b, but the present invention is not limited to this configuration. For example, only the gate driver 504a may be formed, and a substrate on which a separately prepared source driver circuit is formed (for example, a drive circuit board formed of a single crystal semiconductor film or a polycrystalline semiconductor film) may be mounted.

図40(B)に示す画素回路501は、液晶素子570と、トランジスタ550と、容量素子560と、を有する。トランジスタ550に先の実施の形態に示すトランジスタを適用することができる。 The pixel circuit 501 shown in FIG. 40B includes a liquid crystal element 570, a transistor 550, and a capacitance element 560. The transistor shown in the previous embodiment can be applied to the transistor 550.

液晶素子570の一対の電極の一方の電位は、画素回路501の仕様に応じて適宜設定される。液晶素子570は、書き込まれるデータにより配向状態が設定される。なお、複数の画素回路501のそれぞれが有する液晶素子570の一対の電極の一方に共通の電位(コモン電位)を与えてもよい。また、各行の画素回路501の液晶素子570の一対の電極の一方に異なる電位を与えてもよい。 The potential of one of the pair of electrodes of the liquid crystal element 570 is appropriately set according to the specifications of the pixel circuit 501. The orientation state of the liquid crystal element 570 is set according to the written data. A common potential (common potential) may be applied to one of the pair of electrodes of the liquid crystal element 570 of each of the plurality of pixel circuits 501. Further, different potentials may be applied to one of the pair of electrodes of the liquid crystal element 570 of the pixel circuit 501 of each row.

例えば、液晶素子570を備える表示装置の駆動方法としては、TNモード、STNモード、VAモード、ASM(Axially Symmetric Aligned Micro−cell)モード、OCB(Optically Compensated Birefringence)モード、FLC(Ferroelectric Liquid Crystal)モード、AFLC(AntiFerroelectric Liquid Crystal)モード、MVAモード、PVA(Patterned Vertical Alignment)モード、IPSモード、FFSモード、又はTBA(Transverse Bend Alignment)モードなどを用いてもよい。また、表示装置の駆動方法としては、上述した駆動方法の他、ECB(Electrically Controlled Birefringence)モード、PDLC(Polymer Dispersed Liquid Crystal)モード、PNLC(Polymer Network Liquid Crystal)モード、ゲストホストモードなどがある。ただし、これに限定されず、液晶素子及びその駆動方式として様々なものを用いることができる。 For example, as a method of driving a display device including a liquid crystal element 570, a TN mode, an STN mode, a VA mode, an ASM (Axially Sysmeric Aligned Micro-cell) mode, an OCB (Opticalally Compensated Birefringence) mode, and a FLC (Ferroelectric) mode are used. , AFLC (Antiferroelectric Liquid Crystal) mode, MVA mode, PVA (Partnered Vertical Birefringence) mode, IPS mode, FFS mode, TBA (Transverse Bend Alignment) mode and the like may be used. Further, as the driving method of the display device, in addition to the driving method described above, there are ECB (Electrically Controlled Birefringence) mode, PDLC (Polymer Dispersed Liquid Crystal) mode, PNLC (Polymer Network Liquid Crystal) mode, PNLC (Polymer Network Liquid Crystal) mode, and the like. However, the present invention is not limited to this, and various liquid crystal elements and various driving methods thereof can be used.

m行n列目の画素回路501において、トランジスタ550のソース電極またはドレイン電極の一方は、データ線DL_nに電気的に接続され、他方は液晶素子570の一対の電極の他方に電気的に接続される。また、トランジスタ550のゲート電極は、走査線GL_mに電気的に接続される。トランジスタ550は、データ信号のデータの書き込みを制御する機能を有する。 In the pixel circuit 501 of the m-th row and n-th column, one of the source electrode or the drain electrode of the transistor 550 is electrically connected to the data line DL_n, and the other is electrically connected to the other of the pair of electrodes of the liquid crystal element 570. NS. Further, the gate electrode of the transistor 550 is electrically connected to the scanning line GL_m. The transistor 550 has a function of controlling data writing of a data signal.

容量素子560の一対の電極の一方は、電位が供給される配線(以下、電位供給線VL)に電気的に接続され、他方は、液晶素子570の一対の電極の他方に電気的に接続される。なお、電位供給線VLの電位の値は、画素回路501の仕様に応じて適宜設定される。容量素子560は、書き込まれたデータを保持する保持容量としての機能を有する。 One of the pair of electrodes of the capacitive element 560 is electrically connected to the wiring to which the potential is supplied (hereinafter, the potential supply line VL), and the other is electrically connected to the other of the pair of electrodes of the liquid crystal element 570. NS. The potential value of the potential supply line VL is appropriately set according to the specifications of the pixel circuit 501. The capacitance element 560 has a function as a holding capacitance for holding the written data.

例えば、図40(B)の画素回路501を有する表示装置では、例えば、図40(A)に示すゲートドライバ504aにより各行の画素回路501を順次選択し、トランジスタ550をオン状態にしてデータ信号のデータを書き込む。 For example, in the display device having the pixel circuit 501 of FIG. 40 (B), for example, the pixel circuit 501 of each row is sequentially selected by the gate driver 504a shown in FIG. 40 (A), the transistor 550 is turned on, and the data signal is displayed. Write data.

データが書き込まれた画素回路501は、トランジスタ550がオフ状態になることで保持状態になる。これを行毎に順次行うことにより、画像を表示できる。 The pixel circuit 501 in which the data is written is put into a holding state when the transistor 550 is turned off. By doing this sequentially line by line, the image can be displayed.

また、図40(A)に示す複数の画素回路501は、例えば、図40(C)に示す構成とすることができる。 Further, the plurality of pixel circuits 501 shown in FIG. 40 (A) can have the configuration shown in FIG. 40 (C), for example.

また、図40(C)に示す画素回路501は、トランジスタ552、554と、容量素子562と、発光素子572と、を有する。トランジスタ552及びトランジスタ554のいずれか一方または双方に先の実施の形態に示すトランジスタを適用することができる。 Further, the pixel circuit 501 shown in FIG. 40 (C) includes transistors 552 and 554, a capacitance element 562, and a light emitting element 572. The transistor shown in the previous embodiment can be applied to either one or both of the transistor 552 and the transistor 554.

トランジスタ552のソース電極及びドレイン電極の一方は、データ信号が与えられる配線(以下、信号線DL_nという)に電気的に接続される。さらに、トランジスタ552のゲート電極は、ゲート信号が与えられる配線(以下、走査線GL_mという)に電気的に接続される。 One of the source electrode and the drain electrode of the transistor 552 is electrically connected to a wiring (hereinafter, referred to as a signal line DL_n) to which a data signal is given. Further, the gate electrode of the transistor 552 is electrically connected to a wiring (hereinafter, referred to as a scanning line GL_m) to which a gate signal is given.

トランジスタ552は、データ信号のデータの書き込みを制御する機能を有する。 The transistor 552 has a function of controlling data writing of a data signal.

容量素子562の一対の電極の一方は、電位が与えられる配線(以下、電位供給線VL_aという)に電気的に接続され、他方は、トランジスタ552のソース電極及びドレイン電極の他方に電気的に接続される。 One of the pair of electrodes of the capacitive element 562 is electrically connected to the wiring to which the potential is applied (hereinafter referred to as the potential supply line VL_a), and the other is electrically connected to the other of the source electrode and the drain electrode of the transistor 552. Will be done.

容量素子562は、書き込まれたデータを保持する保持容量としての機能を有する。 The capacitance element 562 has a function as a holding capacitance for holding the written data.

トランジスタ554のソース電極及びドレイン電極の一方は、電位供給線VL_aに電気的に接続される。さらに、トランジスタ554のゲート電極は、トランジスタ552のソース電極及びドレイン電極の他方に電気的に接続される。 One of the source electrode and the drain electrode of the transistor 554 is electrically connected to the potential supply line VL_a. Further, the gate electrode of the transistor 554 is electrically connected to the other of the source electrode and the drain electrode of the transistor 552.

発光素子572のアノード及びカソードの一方は、電位供給線VL_bに電気的に接続され、他方は、トランジスタ554のソース電極及びドレイン電極の他方に電気的に接続される。 One of the anode and cathode of the light emitting element 572 is electrically connected to the potential supply line VL_b, and the other is electrically connected to the other of the source electrode and the drain electrode of the transistor 554.

発光素子572としては、例えば有機エレクトロルミネセンス素子(有機EL素子ともいう)などを用いることができる。ただし、発光素子572としては、これに限定されず、無機材料を含む無機EL素子を用いても良い。 As the light emitting element 572, for example, an organic electroluminescence element (also referred to as an organic EL element) or the like can be used. However, the light emitting element 572 is not limited to this, and an inorganic EL element containing an inorganic material may be used.

なお、電位供給線VL_a及び電位供給線VL_bの一方には、高電源電位VDDが与えられ、他方には、低電源電位VSSが与えられる。 One of the potential supply line VL_a and the potential supply line VL_b is given a high power supply potential VDD, and the other is given a low power supply potential VSS.

図40(C)の画素回路501を有する表示装置では、例えば、図40(A)に示すゲートドライバ504aにより各行の画素回路501を順次選択し、トランジスタ552をオン状態にしてデータ信号のデータを書き込む。 In the display device having the pixel circuit 501 of FIG. 40 (C), for example, the pixel circuit 501 of each row is sequentially selected by the gate driver 504a shown in FIG. 40 (A), the transistor 552 is turned on, and the data of the data signal is input. Write.

データが書き込まれた画素回路501は、トランジスタ552がオフ状態になることで保持状態になる。さらに、書き込まれたデータ信号の電位に応じてトランジスタ554のソース電極とドレイン電極の間に流れる電流量が制御され、発光素子572は、流れる電流量に応じた輝度で発光する。これを行毎に順次行うことにより、画像を表示できる。 The pixel circuit 501 in which the data is written is put into a holding state when the transistor 552 is turned off. Further, the amount of current flowing between the source electrode and the drain electrode of the transistor 554 is controlled according to the potential of the written data signal, and the light emitting element 572 emits light with brightness corresponding to the amount of flowing current. By doing this sequentially line by line, the image can be displayed.

本実施の形態で例示した構成例、及びそれらに対応する図面等は、少なくともその一部を他の構成例、または図面等と適宜組み合わせて実施することができる。 The configuration examples exemplified in the present embodiment and the drawings and the like corresponding thereto can be carried out by appropriately combining at least a part thereof with other configuration examples or drawings and the like.

本実施の形態は、少なくともその一部を本明細書中に記載する他の実施の形態と適宜組み合わせて実施することができる。 This embodiment can be implemented in combination with at least a part thereof as appropriate with other embodiments described in the present specification.

(実施の形態11)
本実施の形態では、本発明の一態様の半導体装置を有する表示モジュールについて、図41を用いて説明を行う。
(Embodiment 11)
In the present embodiment, the display module having the semiconductor device of one aspect of the present invention will be described with reference to FIG. 41.

[1.表示モジュール]
図41に示す表示モジュール8000は、上部カバー8001と下部カバー8002との間に、FPC8003に接続されたタッチパネル8004、FPC8005に接続された表示パネル8006、バックライト8007、フレーム8009、プリント基板8010、バッテリ8011を有する。
[1. Display module]
The display module 8000 shown in FIG. 41 has a touch panel 8004 connected to the FPC 8003, a display panel 8006 connected to the FPC 8005, a backlight 8007, a frame 8009, a printed circuit board 8010, and a battery between the upper cover 8001 and the lower cover 8002. It has 8011.

本発明の一態様の半導体装置は、例えば、表示パネル8006に用いることができる。 The semiconductor device of one aspect of the present invention can be used, for example, in the display panel 8006.

上部カバー8001及び下部カバー8002は、タッチパネル8004及び表示パネル8006のサイズに合わせて、形状や寸法を適宜変更することができる。 The shape and dimensions of the upper cover 8001 and the lower cover 8002 can be appropriately changed according to the sizes of the touch panel 8004 and the display panel 8006.

タッチパネル8004は、抵抗膜方式または静電容量方式のタッチパネルを表示パネル8006に重畳して用いることができる。また、表示パネル8006の対向基板(封止基板)に、タッチパネル機能を持たせるようにすることも可能である。また、表示パネル8006の各画素内に光センサを設け、光学式のタッチパネルとすることも可能である。 The touch panel 8004 can be used by superimposing a resistive film type or capacitance type touch panel on the display panel 8006. It is also possible to provide the opposite substrate (sealing substrate) of the display panel 8006 with a touch panel function. It is also possible to provide an optical sensor in each pixel of the display panel 8006 to form an optical touch panel.

バックライト8007は、光源8008を有する。なお、図41において、バックライト8007上に光源8008を配置する構成について例示したが、これに限定さない。例えば、バックライト8007の端部に光源8008を配置し、さらに光拡散板を用いる構成としてもよい。なお、有機EL素子等の自発光型の発光素子を用いる場合、または反射型パネル等の場合においては、バックライト8007を設けない構成としてもよい。 The backlight 8007 has a light source 8008. In FIG. 41, a configuration in which the light source 8008 is arranged on the backlight 8007 has been illustrated, but the present invention is not limited to this. For example, the light source 8008 may be arranged at the end of the backlight 8007, and a light diffusing plate may be used. When a self-luminous light emitting element such as an organic EL element is used, or when a reflective panel or the like is used, the backlight 8007 may not be provided.

フレーム8009は、表示パネル8006の保護機能の他、プリント基板8010の動作により発生する電磁波を遮断するための電磁シールドとしての機能を有する。またフレーム8009は、放熱板としての機能を有していてもよい。 The frame 8009 has a function as an electromagnetic shield for blocking electromagnetic waves generated by the operation of the printed circuit board 8010, in addition to the protective function of the display panel 8006. Further, the frame 8009 may have a function as a heat radiating plate.

プリント基板8010は、電源回路、ビデオ信号及びクロック信号を出力するための信号処理回路を有する。電源回路に電力を供給する電源としては、外部の商用電源であっても良いし、別途設けたバッテリ8011による電源であってもよい。バッテリ8011は、商用電源を用いる場合には、省略可能である。 The printed circuit board 8010 has a power supply circuit, a signal processing circuit for outputting a video signal and a clock signal. The power source for supplying electric power to the power supply circuit may be an external commercial power source or a power source supplied by a separately provided battery 8011. The battery 8011 can be omitted when a commercial power source is used.

また、表示モジュール8000は、偏光板、位相差板、プリズムシートなどの部材を追加して設けてもよい。 Further, the display module 8000 may be additionally provided with members such as a polarizing plate, a retardation plate, and a prism sheet.

本実施の形態で例示した構成例、及びそれらに対応する図面等は、少なくともその一部を他の構成例、または図面等と適宜組み合わせて実施することができる。 The configuration examples exemplified in the present embodiment and the drawings and the like corresponding thereto can be carried out by appropriately combining at least a part thereof with other configuration examples or drawings and the like.

本実施の形態は、少なくともその一部を本明細書中に記載する他の実施の形態と適宜組み合わせて実施することができる。 This embodiment can be implemented in combination with at least a part thereof as appropriate with other embodiments described in the present specification.

(実施の形態12)
本実施の形態では、半導体装置の一形態を、図42、および図43を用いて説明する。
(Embodiment 12)
In this embodiment, one embodiment of the semiconductor device will be described with reference to FIGS. 42 and 43.

<半導体ウエハ、チップ>
図42(A)は、ダイシング処理が行なわれる前の基板811の上面図を示している。基板811としては、例えば、半導体基板(「半導体ウエハ」ともいう。)を用いることができる。基板811上には、複数の回路領域812が設けられている。回路領域812には、本発明の一態様に係る半導体装置などを設けることができる。
<Semiconductor wafers and chips>
FIG. 42 (A) shows a top view of the substrate 811 before the dicing process is performed. As the substrate 811, for example, a semiconductor substrate (also referred to as a “semiconductor wafer”) can be used. A plurality of circuit regions 812 are provided on the substrate 811. A semiconductor device or the like according to one aspect of the present invention can be provided in the circuit area 812.

複数の回路領域812は、それぞれが分離領域813に囲まれている。分離領域813と重なる位置に分離線(「ダイシングライン」ともいう。)814が設定される。分離線814に沿って基板811を切断することで、回路領域812を含むチップ815を基板811から切り出すことができる。図42(B)にチップ815の拡大図を示す。 Each of the plurality of circuit areas 812 is surrounded by a separation area 813. A separation line (also referred to as a “dicing line”) 814 is set at a position overlapping the separation region 813. By cutting the substrate 811 along the separation line 814, the chip 815 including the circuit area 812 can be cut out from the substrate 811. FIG. 42 (B) shows an enlarged view of the chip 815.

また、分離領域813に導電層、半導体層などを設けてもよい。分離領域813に導電層、半導体層などを設けることで、ダイシング工程時に生じうるESDを緩和し、ダイシング工程に起因する歩留まりの低下を防ぐことができる。また、一般にダイシング工程は、基板の冷却、削りくずの除去、帯電防止などを目的として、炭酸ガスなどを溶解させて比抵抗を下げた純水を切削部に供給しながら行なう。分離領域813に導電層、半導体層などを設けることで、当該純水の使用量を削減することができる。よって、半導体装置の生産コストを低減することができる。また、半導体装置の生産性を高めることができる。 Further, a conductive layer, a semiconductor layer, or the like may be provided in the separation region 813. By providing a conductive layer, a semiconductor layer, or the like in the separation region 813, ESD that may occur during the dicing step can be alleviated, and a decrease in yield due to the dicing step can be prevented. Further, in general, the dicing step is performed while supplying pure water with reduced specific resistance by dissolving carbon dioxide gas or the like to the cutting portion for the purpose of cooling the substrate, removing shavings, preventing antistatic, and the like. By providing a conductive layer, a semiconductor layer, or the like in the separation region 813, the amount of pure water used can be reduced. Therefore, the production cost of the semiconductor device can be reduced. Moreover, the productivity of the semiconductor device can be increased.

<電子部品>
チップ815を用いた電子部品の一例について、図43(A)および図43(B)を用いて説明する。なお、電子部品は、半導体パッケージ、またはIC用パッケージともいう。電子部品は、端子取り出し方向、端子の形状などに応じて、複数の規格、名称などが存在する。
<Electronic components>
An example of an electronic component using the chip 815 will be described with reference to FIGS. 43 (A) and 43 (B). The electronic component is also referred to as a semiconductor package or an IC package. Electronic components have a plurality of standards, names, etc., depending on the terminal take-out direction, the shape of the terminal, and the like.

電子部品は、組み立て工程(後工程)において、上記実施の形態に示した半導体装置と該半導体装置以外の部品が組み合わされて完成する。 In the assembly process (post-process), the electronic component is completed by combining the semiconductor device shown in the above embodiment and a component other than the semiconductor device.

図43(A)に示すフローチャートを用いて、後工程について説明する。前工程において基板811に本発明の一態様に係る半導体装置などを形成した後、基板811の裏面(半導体装置などが形成されていない面)を研削する「裏面研削工程」を行なう(ステップS821)。研削により基板811を薄くすることで、電子部品の小型化を図ることができる。 The post-process will be described with reference to the flowchart shown in FIG. 43 (A). After forming the semiconductor device or the like according to one aspect of the present invention on the substrate 811 in the previous step, a “back surface grinding step” is performed to grind the back surface of the substrate 811 (the surface on which the semiconductor device or the like is not formed) (step S821). .. By thinning the substrate 811 by grinding, it is possible to reduce the size of electronic components.

次に、基板811を複数のチップ815に分離する「ダイシング工程」を行う(ステップS822)。そして、分離したチップ815を個々のリードフレーム上に接合する「ダイボンディング工程」を行う(ステップS823)。ダイボンディング工程におけるチップ815とリードフレームとの接合は、樹脂による接合、またはテープによる接合など、適宜製品に応じて適した方法を選択する。なお、リードフレームに代えてインターポーザ基板上にチップ815を接合してもよい。 Next, a "dicing step" for separating the substrate 811 into a plurality of chips 815 is performed (step S822). Then, a "die bonding step" is performed in which the separated chips 815 are bonded onto the individual lead frames (step S823). For joining the chip 815 and the lead frame in the die bonding step, a method suitable for the product is appropriately selected, such as joining with a resin or joining with a tape. The chip 815 may be bonded on the interposer substrate instead of the lead frame.

次いで、リードフレームのリードとチップ815上の電極とを、金属の細線(ワイヤー)で電気的に接続する「ワイヤーボンディング工程」を行う(ステップS824)。金属の細線には、銀線、金線などを用いることができる。また、ワイヤーボンディングは、例えば、ボールボンディング、またはウェッジボンディングを用いることができる。 Next, a "wire bonding step" is performed in which the leads of the lead frame and the electrodes on the chip 815 are electrically connected by a thin metal wire (wire) (step S824). A silver wire, a gold wire, or the like can be used as the thin metal wire. Further, as the wire bonding, for example, ball bonding or wedge bonding can be used.

ワイヤーボンディングされたチップ815は、エポキシ樹脂などで封止される「封止工程(モールド工程)」が施される(ステップS825)。封止工程を行うことで電子部品の内部が樹脂で充填され、チップ815とリードを接続するワイヤーを機械的な外力から保護することができ、また水分、埃などによる特性の劣化(信頼性の低下)を低減することができる。 The wire-bonded chip 815 is subjected to a "sealing step (molding step)" in which the chip 815 is sealed with an epoxy resin or the like (step S825). By performing the sealing process, the inside of the electronic component is filled with resin, the wire connecting the chip 815 and the lead can be protected from mechanical external force, and the characteristics deteriorate (reliability) due to moisture, dust, etc. (Decrease) can be reduced.

次いで、リードフレームのリードをめっき処理する「リードめっき工程」を行なう(ステップS726)。めっき処理によりリードの錆を防止し、後にプリント基板に実装する際のはんだ付けをより確実に行うことができる。次いで、リードを切断および成形加工する「成形工程」を行なう(ステップS827)。 Next, a "lead plating step" for plating the leads of the lead frame is performed (step S726). The plating process prevents rust on the leads, and soldering can be performed more reliably when mounting on a printed circuit board later. Next, a "molding step" of cutting and molding the lead is performed (step S827).

次いで、パッケージの表面に印字処理(マーキング)を施す「マーキング工程」を行なう(ステップS828)。そして外観形状の良否、動作不良の有無などを調べる「検査工程」(ステップS829)を経て、電子部品が完成する。 Next, a "marking step" is performed in which a printing process (marking) is performed on the surface of the package (step S828). Then, the electronic component is completed through an "inspection step" (step S829) for checking the quality of the appearance shape, the presence or absence of malfunction, and the like.

また、完成した電子部品の斜視模式図を図43(B)に示す。図43(B)では、電子部品の一例として、QFP(Quad Flat Package)の斜視模式図を示している。図43(B)に示す電子部品850は、リード855およびチップ815を有する。電子部品850は、チップ815を複数有していてもよい。 Further, a schematic perspective view of the completed electronic component is shown in FIG. 43 (B). FIG. 43B shows a schematic perspective view of a QFP (Quad Flat Package) as an example of an electronic component. The electronic component 850 shown in FIG. 43B has a lead 855 and a chip 815. The electronic component 850 may have a plurality of chips 815.

図43(B)に示す電子部品850は、例えばプリント基板852に実装される。このような電子部品850が複数組み合わされて、それぞれがプリント基板852上で電気的に接続されることで電子部品が実装された基板(実装基板854)が完成する。完成した実装基板854は、電子機器などに用いられる。 The electronic component 850 shown in FIG. 43B is mounted on, for example, a printed circuit board 852. A plurality of such electronic components 850 are combined and electrically connected to each other on the printed circuit board 852 to complete a substrate (mounting substrate 854) on which the electronic components are mounted. The completed mounting board 854 is used for electronic devices and the like.

本実施の形態は、他の実施の形態など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 can be implemented in combination with the configurations described in other embodiments and the like as appropriate.

(実施の形態13) (Embodiment 13)

<電子機器>
本発明の一態様に係る半導体装置は、様々な電子機器に用いることができる。図44に、本発明の一態様に係る半導体装置を用いた電子機器の具体例を示す。
<Electronic equipment>
The semiconductor device according to one aspect of the present invention can be used in various electronic devices. FIG. 44 shows a specific example of an electronic device using the semiconductor device according to one aspect of the present invention.

図44(A)は、自動車の一例を示す外観図である。自動車2980は、車体2981、車輪2982、ダッシュボード2983、およびライト2984等を有する。また、自動車2980は、アンテナ、バッテリなどを備える。 FIG. 44A is an external view showing an example of an automobile. The car 2980 has a body 2981, wheels 2982, dashboard 2983, lights 2984 and the like. Further, the automobile 2980 includes an antenna, a battery and the like.

図44(B)に示す情報端末2910は、筐体2911に、表示部2912、マイク2917、スピーカ部2914、カメラ2913、外部接続部2916、および操作スイッチ2915等を有する。表示部2912には、可撓性基板が用いられた表示パネルおよびタッチスクリーンを備える。また、情報端末2910は、筐体2911の内側にアンテナ、バッテリなどを備える。情報端末2910は、例えば、スマートフォン、携帯電話、タブレット型情報端末、タブレット型パーソナルコンピュータ、電子書籍端末等として用いることができる。 The information terminal 2910 shown in FIG. 44B has a display unit 2912, a microphone 2917, a speaker unit 2914, a camera 2913, an external connection unit 2916, an operation switch 2915, and the like in the housing 2911. The display unit 2912 includes a display panel and a touch screen using a flexible substrate. Further, the information terminal 2910 includes an antenna, a battery, and the like inside the housing 2911. The information terminal 2910 can be used as, for example, a smartphone, a mobile phone, a tablet-type information terminal, a tablet-type personal computer, an electronic book terminal, or the like.

図44(C)に示すノート型パーソナルコンピュータ2920は、筐体2921、表示部2922、キーボード2923、およびポインティングデバイス2924等を有する。また、ノート型パーソナルコンピュータ2920は、筐体2921の内側にアンテナ、バッテリなどを備える。 The notebook personal computer 2920 shown in FIG. 44 (C) has a housing 2921, a display unit 2922, a keyboard 2923, a pointing device 2924, and the like. Further, the notebook personal computer 2920 includes an antenna, a battery, and the like inside the housing 2921.

図44(D)に示すビデオカメラ2940は、筐体2941、筐体2942、表示部2943、操作スイッチ2944、レンズ2945、および接続部2946等を有する。操作スイッチ2944およびレンズ2945は筐体2941に設けられており、表示部2943は筐体2942に設けられている。また、ビデオカメラ2940は、筐体2941の内側にアンテナ、バッテリなどを備える。そして、筐体2941と筐体2942は、接続部2946により接続されており、筐体2941と筐体2942の間の角度は、接続部2946により変えることが可能な構造となっている。筐体2941に対する筐体2942の角度によって、表示部2943に表示される画像の向きの変更や、画像の表示/非表示の切り換えを行うことができる。 The video camera 2940 shown in FIG. 44 (D) has a housing 2941, a housing 2942, a display unit 2943, an operation switch 2944, a lens 2945, a connection unit 2946, and the like. The operation switch 2944 and the lens 2945 are provided in the housing 2941, and the display unit 2943 is provided in the housing 2942. Further, the video camera 2940 includes an antenna, a battery, and the like inside the housing 2941. The housing 2941 and the housing 2942 are connected by a connecting portion 2946, and the angle between the housing 2941 and the housing 2942 can be changed by the connecting portion 2946. Depending on the angle of the housing 2942 with respect to the housing 2941, the orientation of the image displayed on the display unit 2943 can be changed, and the display / non-display of the image can be switched.

図44(E)にバングル型の情報端末の一例を示す。情報端末2950は、筐体2951、および表示部2952等を有する。また、情報端末2950、筐体2951の内側にアンテナ、バッテリなどを備える。表示部2952は、曲面を有する筐体2951に支持されている。表示部2952には、可撓性基板を用いた表示パネルを備えているため、フレキシブルかつ軽くて使い勝手の良い情報端末2950を提供することができる。 FIG. 44 (E) shows an example of a bangle type information terminal. The information terminal 2950 has a housing 2951, a display unit 2952, and the like. Further, an antenna, a battery, and the like are provided inside the information terminal 2950 and the housing 2951. The display unit 2952 is supported by a housing 2951 having a curved surface. Since the display unit 2952 includes a display panel using a flexible substrate, it is possible to provide an information terminal 2950 that is flexible, light, and easy to use.

図44(F)に腕時計型の情報端末の一例を示す。情報端末2960は、筐体2961、表示部2962、バンド2963、バックル2964、操作スイッチ2965、入出力端子2966などを備える。また、情報端末2960、筐体2961の内側にアンテナ、バッテリなどを備える。情報端末2960は、移動電話、電子メール、文章閲覧及び作成、音楽再生、インターネット通信、コンピュータゲームなどの種々のアプリケーションを実行することができる。 FIG. 44F shows an example of a wristwatch-type information terminal. The information terminal 2960 includes a housing 2961, a display unit 2962, a band 2963, a buckle 2964, an operation switch 2965, an input / output terminal 2966, and the like. Further, an antenna, a battery, and the like are provided inside the information terminal 2960 and the housing 2961. The information terminal 2960 can execute various applications such as mobile phone, e-mail, text viewing and creation, music playback, Internet communication, and computer games.

表示部2962の表示面は湾曲しており、湾曲した表示面に沿って表示を行うことができる。また、表示部2962はタッチセンサを備え、指やスタイラスなどで画面に触れることで操作することができる。例えば、表示部2962に表示されたアイコン2967に触れることで、アプリケーションを起動することができる。操作スイッチ2965は、時刻設定のほか、電源のオン、オフ動作、無線通信のオン、オフ動作、マナーモードの実行及び解除、省電力モードの実行及び解除など、様々な機能を持たせることができる。例えば、情報端末2960に組み込まれたオペレーティングシステムにより、操作スイッチ2965の機能を設定することもできる。 The display surface of the display unit 2962 is curved, and display can be performed along the curved display surface. Further, the display unit 2962 is provided with a touch sensor and can be operated by touching the screen with a finger or a stylus. For example, the application can be started by touching the icon 2967 displayed on the display unit 2962. In addition to setting the time, the operation switch 2965 can have various functions such as power on / off operation, wireless communication on / off operation, manner mode execution / cancellation, and power saving mode execution / cancellation. .. For example, the function of the operation switch 2965 can be set by the operating system incorporated in the information terminal 2960.

また、情報端末2960は、通信規格された近距離無線通信を実行することが可能である。例えば無線通信可能なヘッドセットと相互通信することによって、ハンズフリーで通話することもできる。また、情報端末2960は入出力端子2966を備え、他の情報端末とコネクターを介して直接データのやりとりを行うことができる。また入出力端子2966を介して充電を行うこともできる。なお、充電動作は入出力端子2966を介さずに無線給電により行ってもよい。 In addition, the information terminal 2960 can execute short-range wireless communication standardized for communication. For example, by communicating with a headset capable of wireless communication, it is possible to make a hands-free call. Further, the information terminal 2960 is provided with an input / output terminal 2966, and data can be directly exchanged with another information terminal via a connector. It is also possible to charge via the input / output terminal 2966. The charging operation may be performed by wireless power supply without going through the input / output terminal 2966.

例えば、本発明の一態様の半導体装置を用いた記憶装置は、上述した電子機器の制御情報や、制御プログラムなどを長期間保持することができる。本発明の一態様に係る半導体装置を用いることで、信頼性の高い電子機器を実現することができる。 For example, a storage device using the semiconductor device according to one aspect of the present invention can hold the above-mentioned control information of an electronic device, a control program, and the like for a long period of time. By using the semiconductor device according to one aspect of the present invention, a highly reliable electronic device can be realized.

本実施の形態は、他の実施の形態など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 can be implemented in combination with the configurations described in other embodiments and the like as appropriate.

100 容量素子
100A トランジスタ
100B トランジスタ
102 基板
104 絶縁層
108 半導体層
108n 領域
110 導電体
112 導電体
114 金属酸化物層
114a 金属酸化物層
115 絶縁層
115a 絶縁層
116 絶縁層
118 絶縁層
120 導電体
121a 導電層
121b 導電層
130 絶縁体
140 絶縁層
140a 絶縁層
141a 開口部
141b 開口部
142 導電層
142a 導電層
150 絶縁体
200 トランジスタ
200a トランジスタ
200A 容量素子
200b トランジスタ
200c トランジスタ
200d トランジスタ
200e トランジスタ
203 導電体
203a 導電体
203b 導電体
205 導電体
205a 導電体
205b 導電体
210 絶縁体
212 絶縁体
214 絶縁体
216 絶縁体
218 導電体
220 絶縁体
222 絶縁体
224 絶縁体
224A 絶縁膜
230 酸化物
230a 酸化物
230A 酸化膜
230b 酸化物
230B 酸化膜
230c 酸化物
230c1 酸化物
230C 酸化膜
231 領域
231a 領域
231b 領域
232 接合領域
232a 接合領域
232b 接合領域
234 領域
238 領域
239 領域
246 導電体
248 導電体
250 絶縁体
250a 絶縁体
250A 絶縁膜
252a 導電体
252b 導電体
260 導電体
260_1 導電体
260_1a 導電体
260_1b 導電体
260a 導電体
260A 導電膜
260b 導電体
260B 導電膜
260L 経路
270 絶縁体
270a 絶縁体
270A 絶縁膜
271 絶縁体
271a 絶縁体
271A 絶縁膜
272 絶縁体
272a 絶縁体
272A 絶縁膜
273 絶縁体
273A 絶縁体
274 絶縁体
280 絶縁体
286 絶縁体
300 トランジスタ
311 基板
313 半導体領域
314a 低抵抗領域
314b 低抵抗領域
315 絶縁体
316 導電体
320 絶縁体
322 絶縁体
324 絶縁体
326 絶縁体
328 導電体
330 導電体
350 絶縁体
352 絶縁体
354 絶縁体
356 導電体
360 絶縁体
362 絶縁体
364 絶縁体
366 導電体
370 絶縁体
372 絶縁体
374 絶縁体
376 導電体
380 絶縁体
382 絶縁体
384 絶縁体
386 導電体
400 トランジスタ
403 導電体
403a 導電体
403b 導電体
405 導電体
405a 導電体
405b 導電体
430c 酸化物
431a 酸化物
431b 酸化物
432a 酸化物
432b 酸化物
450 絶縁体
460 導電体
460a 導電体
460b 導電体
470 絶縁体
471 絶縁体
472 絶縁体
501 画素回路
502 画素部
504 駆動回路部
504a ゲートドライバ
504b ソースドライバ
506 保護回路
507 端子部
550 トランジスタ
552 トランジスタ
554 トランジスタ
560 容量素子
562 容量素子
570 液晶素子
572 発光素子
650a メモリセル
650b メモリセル
700 表示装置
700A 表示装置
701 基板
702 画素部
704 ソースドライバ回路部
705 基板
706 ゲートドライバ回路部
708 FPC端子部
710 信号線
711 配線部
712 シール材
716 FPC
721 ソースドライバIC
722 ゲートドライバ回路
723 FPC
724 プリント基板
730 絶縁膜
732 封止膜
734 絶縁膜
736 着色膜
738 遮光膜
750 トランジスタ
752 トランジスタ
760 接続電極
770 平坦化絶縁膜
772 導電膜
773 絶縁膜
774 導電膜
775 液晶素子
776 液晶層
778 構造体
780 異方性導電膜
782 発光素子
786 EL層
788 導電膜
790 容量素子
811 基板
812 回路領域
813 分離領域
814 分離線
815 チップ
850 電子部品
852 プリント基板
854 実装基板
855 リード
1001 配線
1002 配線
1003 配線
1004 配線
1005 配線
1006 配線
1007 配線
1008 配線
1009 配線
1010 配線
1400 DOSRAM
1405 コントローラ
1410 行回路
1411 デコーダ
1412 ワード線ドライバ回路
1413 列セレクタ
1414 センスアンプドライバ回路
1415 列回路
1416 グローバルセンスアンプアレイ
1417 入出力回路
1420 MC−SAアレイ
1422 メモリセルアレイ
1423 センスアンプアレイ
1425 ローカルメモリセルアレイ
1426 ローカルセンスアンプアレイ
1444 スイッチアレイ
1445 メモリセル
1446 センスアンプ
1447 グローバルセンスアンプ
1600 NOSRAM
1610 メモリセルアレイ
1611 メモリセル
1612 メモリセル
1613 メモリセル
1614 メモリセル
1640 コントローラ
1650 行ドライバ
1651 行デコーダ
1652 ワード線ドライバ
1660 列ドライバ
1661 列デコーダ
1662 ドライバ
1663 DAC
1670 出力ドライバ
1671 セレクタ
1672 ADC
1673 出力バッファ
2000 CDMA
2910 情報端末
2911 筐体
2912 表示部
2913 カメラ
2914 スピーカ部
2915 操作スイッチ
2916 外部接続部
2917 マイク
2920 ノート型パーソナルコンピュータ
2921 筐体
2922 表示部
2923 キーボード
2924 ポインティングデバイス
2940 ビデオカメラ
2941 筐体
2942 筐体
2943 表示部
2944 操作スイッチ
2945 レンズ
2946 接続部
2950 情報端末
2951 筐体
2952 表示部
2960 情報端末
2961 筐体
2962 表示部
2963 バンド
2964 バックル
2965 操作スイッチ
2966 入出力端子
2967 アイコン
2980 自動車
2981 車体
2982 車輪
2983 ダッシュボード
2984 ライト
3110 OS−FPGA
3111 コントローラ
3112 ワードドライバ
3113 データドライバ
3115 プログラマブルエリア
3117 IOB
3119 コア
3120 LAB
3121 PLE
3123 LUTブロック
3124 レジスタブロック
3125 セレクタ
3126 CM
3127 パワースイッチ
3128 CM
3130 SAB
3131 SB
3133 PRS
3135 CM
3137 メモリ回路
3137B メモリ回路
3140 OS−FF
3141 FF
3142 シャドウレジスタ
3143 メモリ回路
3143B メモリ回路
3188 インバータ回路
3189 インバータ回路
4010 演算部
4011 アナログ演算回路
4012 DOSRAM
4013 NOSRAM
4014 FPGA
4020 制御部
4021 CPU
4022 GPU
4023 PLL
4025 PROM
4026 メモリコントローラ
4027 電源回路
4028 PMU
4030 入出力部
4031 外部記憶制御回路
4032 音声コーデック
4033 映像コーデック
4034 汎用入出力モジュール
4035 通信モジュール
4041 AIシステム
4041_n AIシステム
4041_1 AIシステム
4041A AIシステム
4041B AIシステム
4098 バス線
4099 ネットワーク
7000 AIシステムIC
7001 リード
7003 回路部
7031 Siトランジスタ層
7032 配線層
7033 OSトランジスタ層
8000 表示モジュール
8001 上部カバー
8002 下部カバー
8003 FPC
8004 タッチパネル
8005 FPC
8006 表示パネル
8007 バックライト
8008 光源
8009 フレーム
8010 プリント基板
8011 バッテリ
100 Capacitive element 100A Transistor 100B Transistor 102 Substrate 104 Insulation layer 108 Semiconductor layer 108n Region 110 Conductor 112 Conductor 114 Metal oxide layer 114a Metal oxide layer 115 Insulation layer 115a Insulation layer 116 Insulation layer 118 Insulation layer 120 Conductor 121a Conductive Layer 121b Conductive layer 130 Insulation 140 Insulation layer 140a Insulation layer 141a Opening 141b Opening 142 Conductive layer 142a Conductive layer 150 Insulator 200 Transistor 200a Transistor 200A Capacitive element 200b Transistor 200c Transistor 200d Transistor 200e Transistor 203 Conductor 203a Conductor 203b Conductor 205 Conductor 205a Conductor 205b Conductor 210 Insulator 212 Insulator 214 Insulator 216 Insulator 218 Insulator 220 Insulator 222 Insulator 224 Insulator 224A Insulation film 230 Oxide 230a Oxide 230A Oxide film 230b Oxide 230B Oxide 230c Oxide 230c1 Oxide 230C Oxide 231 Region 231a Region 231b Region 232 Junction region 232a Junction region 232b Junction region 234 Region 238 Region 239 Region 246 Conductor 248 Conductor 250 Insulator 250a Insulation 250A Insulation film 252a Body 252b Conductor 260 Conductor 260_1 Conductor 260_1a Conductor 260_1b Conductor 260a Conductor 260A Conductor 260b Conductor 260B Conductor 260L Path 270 Insulation 270a Insulation 270A Insulation film 271 Insulation 271a Insulation Body 272a Insulation 272A Insulation film 273 Insulation 273A Insulation 274 Insulation 280 Insulation 286 Insulation 300 Transistor 311 Substrate 313 Semiconductor area 314a Low resistance area 314b Low resistance area 315 Insulation 316 Conductor 320 Insulation 322 Insulation 324 Insulator 326 Insulator 328 Conductor 330 Conductor 350 Insulator 352 Insulator 354 Insulator 356 Insulator 360 Insulator 362 Insulator 364 Insulator 366 Conductor 370 Insulator 372 Insulator 374 Insulator 376 Conductor 380 Insulator 382 Insulator 384 Insulator 386 Conductor 400 Conductor 403 Conductor 403a Conductor 403b Conductor 405 Conductor 405a Conductor 405b Conductor 430c Oxide 431a Oxide 431b Oxide 432a Oxide 432b Oxide 450 Insulator 460 Conductor 460a Conductor 460b Conductor 470 Insulator 471 Insulator 472 Insulator 501 Pixel circuit 502 504 Drive circuit unit 504a Gate driver 504b Source driver 506 Protection circuit 507 Terminal unit 550 Transistor 552 Transistor 554 Transistor 560 Capacitive element 562 Capacitive element 570 Liquid crystal element 57 Light emitting element 650a Memory cell 650b Memory cell 700 Display device 700A Display device 701 Board 702 pixels Part 704 Source driver circuit part 705 Board 706 Gate driver circuit part 708 FPC terminal part 710 Signal line 711 Wiring part 712 Sealing material 716 FPC
721 Source driver IC
722 Gate driver circuit 723 FPC
724 Printed circuit board 730 Insulation film 732 Encapsulation film 734 Insulation film 736 Colored film 738 Light-shielding film 750 Transistor 752 Transistor 760 Connection electrode 770 Flattening insulation film 772 Conductive film 773 Insulation film 774 Conductive film 775 Liquid crystal element 77 Liquid crystal layer 778 Structure 780 Anisotropic conductive film 782 Light emitting element 786 EL layer 788 Conductive element 790 Capacitive element 81 Board 812 Circuit area 813 Separation area 814 Separation line 815 Chip 850 Electronic component 852 Printed circuit board 854 Mounting board 855 Lead 1001 Wiring 1002 Wiring 1003 Wiring 1004 Wiring 1005 Wiring 1006 Wiring 1007 Wiring 1008 Wiring 1009 Wiring 1010 Wiring 1400 DOSRAM
1405 Controller 1410 Row circuit 1411 Decoder 1412 Word line driver circuit 1413 Column selector 1414 Sense amplifier driver circuit 1415 Column circuit 1416 Global sense amplifier array 1417 Input / output circuit 1420 MC-SA array 1422 Memory cell array 1423 Sense amplifier array 1425 Local memory cell array 1426 Local Sense Amplifier Array 1444 Switch Array 1445 Memory Cell 1446 Sense Amplifier 1447 Global Sense Amplifier 1600 NOSRAM
1610 Memory cell array 1611 Memory cell 1612 Memory cell 1613 Memory cell 1614 Memory cell 1640 Controller 1650 Row driver 1651 Row decoder 1652 Wordline driver 1660 Column driver 1661 Column decoder 1662 Driver 1663 DAC
1670 Output Driver 1671 Selector 1672 ADC
1673 Output buffer 2000 CDMA
2910 Information terminal 2911 Housing 2912 Display 2913 Camera 2914 Speaker 2915 Operation switch 2916 External connection 2917 Microphone 2920 Notebook personal computer 2921 Housing 2922 Display 2923 Keyboard 2924 Pointing device 2940 Video camera 2941 Housing 2942 Housing 2943 Display Part 2944 Operation switch 2945 Lens 2946 Connection part 2950 Information terminal 2951 Housing 2952 Display part 2960 Information terminal 2961 Housing 2962 Display part 2963 Band 2964 Buckle 2965 Operation switch 2966 Input / output terminal 2967 Icon 2980 Car 2988 Car body 2982 Wheels 2983 Dashboard 2984 Light 3110 OS-FPGA
3111 Controller 3112 Word Driver 3113 Data Driver 3115 Programmable Area 3117 IOB
3119 Core 3120 LAB
3121 PLE
3123 LUT block 3124 Register block 3125 Selector 3126 CM
3127 Power switch 3128 CM
3130 SAB
3131 SB
3133 PRS
3135 CM
3137 Memory circuit 3137B Memory circuit 3140 OS-FF
3141 FF
3142 Shadow register 3143 Memory circuit 3143B Memory circuit 3188 Inverter circuit 3189 Inverter circuit 4010 Calculation unit 4011 Analog calculation circuit 4012 DOSRAM
4013 NO SRAM
4014 FPGA
4020 Control unit 4021 CPU
4022 GPU
4023 PLL
4025 PROM
4026 Memory controller 4027 Power supply circuit 4028 PMU
4030 Input / output unit 4031 External storage control circuit 4032 Audio codec 4033 Video codec 4034 General-purpose input / output module 4035 Communication module 4041 AI system 4041_n AI system 4041_1 AI system 4041A AI system 4041B AI system 4098 Bus line 4099 Network 7000 AI system IC
7001 Lead 7003 Circuit part 7031 Si Transistor layer 7032 Wiring layer 7033 OS Transistor layer 8000 Display module 8001 Top cover 8002 Bottom cover 8003 FPC
8004 touch panel 8005 FPC
8006 Display panel 8007 Backlight 8008 Light source 8009 Frame 8010 Printed circuit board 8011 Battery

Claims (7)

基板上に配置された第1の絶縁体と、
前記第1の絶縁体上の酸化物と、
前記酸化物上の第2の絶縁体と、
前記第2の絶縁体上の導電体と、
前記導電体上の第3の絶縁体と、
前記導電体の側面に接する第4の絶縁体と、
前記第4の絶縁体の側面および前記第2の絶縁体の側面に接する第5の絶縁体と、
前記酸化物の少なくとも上面に接し、かつ前記第の絶縁体の側面、前記第5の絶縁体の上面、前記第4の絶縁体の上面および前記第3の絶縁体の上面に接する第の絶縁体と、を有し、
前記酸化物は、前記第2の絶縁体と重なる第1の領域と、前記第4の絶縁体および前記第5の絶縁体と重なる第2の領域と、前記第2の領域に接する第3の領域と、を有し、
前記第2の領域の少なくとも一部は、前記第5の絶縁体と接し、
前記第3の領域の少なくとも一部は、前記第の絶縁体と接し、
前記導電体と、前記第2の絶縁体とは、重ならない領域を有し、
前記第3の領域は、前記第2の領域より、水素または窒素の濃度が大きく、
前記第2の領域は、前記第1の領域より、水素または窒素の濃度が大きい、半導体装置。
With the first insulator placed on the substrate,
With the oxide on the first insulator,
With the second insulator on the oxide,
With the conductor on the second insulator,
With the third insulator on the conductor
A fourth insulator in contact with the side surface of the conductor and
A fifth insulator in contact with the side surface of the fourth insulator and the side surface of the second insulator,
It said contact with at least the top surface of the oxide, and the fifth insulator aspect, the fifth top surface of the insulator, said fourth insulator top surface and said third sixth in contact with the upper surface of the insulator With an insulator,
The oxide has a first region that overlaps with the second insulator, a second region that overlaps with the fourth insulator and the fifth insulator, and a third region that is in contact with the second region. Has an area and
At least a part of the second region is in contact with the fifth insulator.
At least a part of the third region is in contact with the sixth insulator.
The conductor and the second insulator have a non-overlapping region.
The third region has a higher concentration of hydrogen or nitrogen than the second region.
The second region is a semiconductor device having a higher concentration of hydrogen or nitrogen than the first region.
基板上に配置された第1の絶縁体と、
前記第1の絶縁体上の酸化物と、
前記酸化物上の第2の絶縁体と、
前記第2の絶縁体上の導電体と、
前記導電体上の第3の絶縁体と、
前記導電体の側面に接する第4の絶縁体と、
前記第4の絶縁体の側面および前記第2の絶縁体の側面に接する第5の絶縁体と、
前記酸化物の少なくとも上面に接し、かつ前記第の絶縁体の側面、前記第5の絶縁体の上面、前記第4の絶縁体の上面および前記第3の絶縁体の上面に接する第の絶縁体と、を有し、
前記酸化物は、前記第2の絶縁体と重なる第1の領域と、前記第4の絶縁体および前記第5の絶縁体と重なる第2の領域と、前記第2の領域に接する第3の領域と、を有し、
前記第2の領域の少なくとも一部は、前記第5の絶縁体と接し、
前記第3の領域の少なくとも一部は、前記第の絶縁体と接し、
前記導電体と、前記第2の絶縁体とは、重ならない領域を有し、
前記第3の領域は、前記第2の領域より、キャリア密度が大きく、
前記第2の領域は、前記第1の領域より、キャリア密度が大きい、半導体装置。
With the first insulator placed on the substrate,
With the oxide on the first insulator,
With the second insulator on the oxide,
With the conductor on the second insulator,
With the third insulator on the conductor
A fourth insulator in contact with the side surface of the conductor and
A fifth insulator in contact with the side surface of the fourth insulator and the side surface of the second insulator,
It said contact with at least the top surface of the oxide, and the fifth insulator aspect, the fifth top surface of the insulator, said fourth insulator top surface and said third sixth in contact with the upper surface of the insulator With an insulator,
The oxide has a first region that overlaps with the second insulator, a second region that overlaps with the fourth insulator and the fifth insulator, and a third region that is in contact with the second region. Has an area and
At least a part of the second region is in contact with the fifth insulator.
At least a part of the third region is in contact with the sixth insulator.
The conductor and the second insulator have a non-overlapping region.
The third region has a higher carrier density than the second region.
The second region is a semiconductor device having a higher carrier density than the first region.
請求項1または請求項2において、
前記酸化物は、Inと、元素M(MはAl、Ga、Y、またはSn)と、Znと、を含む半導体装置。
In claim 1 or 2,
A semiconductor device in which the oxide contains In, an element M (M is Al, Ga, Y, or Sn), and Zn.
請求項1乃至請求項3のいずれか一項において、
前記第4の絶縁体は、金属酸化物を含む、半導体装置。
In any one of claims 1 to 3,
The fourth insulator is a semiconductor device containing a metal oxide.
請求項1乃至請求項4のいずれか一項において、
前記酸化物は、側面と上面との間に湾曲面を有し、前記湾曲面の曲率半径が、3nm以上10nm以下である、半導体装置。
In any one of claims 1 to 4,
A semiconductor device in which the oxide has a curved surface between a side surface and an upper surface, and the radius of curvature of the curved surface is 3 nm or more and 10 nm or less.
請求項1乃至請求項5のいずれか一項において、
前記導電体は、導電性酸化物を有する、半導体装置。
In any one of claims 1 to 5,
The conductor is a semiconductor device having a conductive oxide.
請求項1乃至請求項6のいずれか一項において、
前記第の絶縁体は、水素および窒素のいずれか一方または両方を有する、半導体装置。
In any one of claims 1 to 6,
The sixth insulator is a semiconductor device having either or both of hydrogen and nitrogen.
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