JP7028679B2 - Semiconductor devices and methods for manufacturing semiconductor devices - 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駆動方法に関する。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 driving 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 circuit, an arithmetic unit, and a storage device, including a semiconductor element such as a transistor, are one aspect of a semiconductor device. It may be said that a display device (liquid crystal display device, light emission display device, etc.), projection device, lighting device, electro-optic device, power storage device, storage device, semiconductor circuit, image pickup device, electronic device, and the like have a semiconductor device.

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。 It should be noted that 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 (composition of matter).

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)等の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。 Attention is being paid to a technique for constructing a transistor using a semiconductor thin film. The transistor is widely applied to electronic devices such as integrated circuits (ICs) and image display devices (also referred to simply 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.

例えば、酸化物半導体として、酸化亜鉛、又はIn-Ga-Zn系酸化物を活性層とするトランジスタを用いて、表示装置を作製する技術が開示されている(特許文献1及び特許文献2参照)。 For example, a technique for manufacturing a display device using a transistor having zinc oxide or an In—Ga—Zn-based oxide as an active layer as an oxide semiconductor is disclosed (see Patent Document 1 and Patent Document 2). ..

さらに近年、酸化物半導体を有するトランジスタを用いて、記憶装置の集積回路を作製する技術が公開されている(特許文献3参照)。また、記憶装置だけでなく、演算装置等も、酸化物半導体を有するトランジスタによって作製されてきている。 Further, in recent years, a technique for manufacturing an integrated circuit of a storage device using a transistor having an oxide semiconductor has been published (see Patent Document 3). Further, not only the storage device but also the arithmetic unit and the like have been manufactured by a transistor having an oxide semiconductor.

特開2007-123861号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2007-123861 特開2007-96055号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2007-96055 特開2011-119674号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2011-119674

電子機器の高性能化、小型化、軽量化に伴い、集積回路は高集積化され、集積回路作製のプロセスルールも、45nm、32nm、22nmと年々小さくなっている。これに伴い、容量素子、抵抗素子、酸化物半導体を有するトランジスタ等の半導体素子も、微細な構造において、設計通り良好な電気特性を有するものが求められている。 With the increase in performance, miniaturization, and weight reduction of electronic devices, integrated circuits have become highly integrated, and the process rules for manufacturing integrated circuits have become smaller year by year to 45 nm, 32 nm, and 22 nm. Along with this, semiconductor devices such as capacitive elements, resistance elements, and transistors having oxide semiconductors are also required to have good electrical characteristics as designed in a fine structure.

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、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、オフ電流の小さい半導体装置を提供することを課題の一とする。または、本発明の一態様は、オン電流の大きいトランジスタを提供することを課題の一とする。または、高集積化が可能な容量素子を提供することを課題の一とする。または、本発明の一態様は、信頼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。または、本発明の一態様は、消費電力が低減された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 capable of miniaturization or high integration. Alternatively, 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 having a small off-current. Alternatively, one aspect of the present invention is to provide a transistor having a large on-current. Alternatively, one of the issues is to provide a capacitive element capable of high integration. Alternatively, one aspect of the present invention is to provide a highly reliable semiconductor device. Alternatively, one aspect of the present invention is to provide a semiconductor device with reduced power consumption. 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. Alternatively, 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 preclude 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. Issues other than these are self-evident from the description of the description, drawings, claims, etc., and it is possible to extract problems other than these from the description of the specification, drawings, claims, etc. Is.

本発明の一態様は、第1の絶縁体と、第1の絶縁体上に島状に配置される第2乃至第6の絶縁体と、第1乃至第6の絶縁体上の酸化物と、酸化物上の第7の絶縁体と、第2の絶縁体と、第3の絶縁体の間に位置し、且つ第7の絶縁体と接する第1の導電体と、第3の絶縁体と、第4の絶縁体の間に位置し、且つ第7の絶縁体と接する第2の導電体と、第4の絶縁体と、第5の絶縁体の間に位置し、且つ第7の絶縁体と接する第3の導電体、第5の絶縁体と、第6の絶縁体の間に位置し、且つ第7の絶縁体と接する第4の導電体と、第7の絶縁体上、および第1乃至第4の導電体上の第8の絶縁体と、第8の絶縁体上の第9の絶縁体と、を有し、第7の絶縁体および第8の絶縁体には、酸化物に達する第1の開口が設けられ、第7の絶縁体、第8の絶縁体、および第9の絶縁体には、酸化物に達する第2の開口および第3の開口が設けられ、第1の開口は、第4の絶縁体と重畳し、第2の開口は、第3の絶縁体と重畳し、第3の開口は、第5の絶縁体と重畳し、第1の開口には、第5の導電体が設けられ、第2の開口には、第6の導電体が設けられ、第3の開口には、第7の導電体が設けられ、第5の導電体上には、第8の導電体が設けられ、第9の絶縁体、第6の導電体、および第7の導電体に接して第10の絶縁体が設けられ、第2の開口と重畳し、且つ第10の絶縁体に接して第9の導電体が設けられ、第3の開口と重畳し、且つ第10の絶縁体に接して第10の導電体が設けられる、半導体装置である。 One aspect of the present invention includes a first insulator, second to sixth insulators arranged in an island shape on the first insulator, and oxides on the first to sixth insulators. , A first conductor located between the seventh insulator, the second insulator, and the third insulator on the oxide and in contact with the seventh insulator, and the third insulator. And a second conductor located between the fourth insulator and in contact with the seventh insulator, and between the fourth insulator and the fifth insulator, and the seventh insulator. A third conductor in contact with the insulator, a fourth conductor located between the fifth insulator and the sixth insulator, and in contact with the seventh insulator, and on the seventh insulator, And an eighth insulator on the first to fourth conductors, a ninth insulator on the eighth insulator, and the seventh insulator and the eighth insulator include: A first opening to reach the oxide is provided, and the seventh insulator, the eighth insulator, and the ninth insulator are provided with a second opening and a third opening to reach the oxide. The first opening is superimposed on the fourth insulator, the second opening is superimposed on the third insulator, the third opening is superimposed on the fifth insulator, and the first opening is superimposed. Is provided with a fifth conductor, a sixth opening is provided with a sixth conductor, a third opening is provided with a seventh conductor, and the third opening is provided with a seventh conductor on the fifth conductor. Is provided with an eighth insulator, a ninth insulator, a sixth insulator, and a tenth insulator in contact with the seventh insulator, which overlaps with the second opening and overlaps with the second opening. It is a semiconductor device in which a ninth conductor is provided in contact with a tenth insulator, overlapped with a third opening, and a tenth conductor is provided in contact with a tenth insulator.

また、本発明の一態様は、酸化物、第7の絶縁体および第2の導電体は、第1のトランジスタを構成し、酸化物、第7の絶縁体および第3の導電体は、第2のトランジスタを構成し、酸化物、第7の絶縁体および第1の導電体は、第3のトランジスタを構成し、酸化物、第7の絶縁体および第4の導電体は、第4のトランジスタを構成し、第6の導電体、第10の絶縁体および第9の導電体は、第1の容量素子を構成し、第7の導電体、第10の絶縁体および第10の導電体は、第2の容量素子を構成し、第1のトランジスタおよび第2のトランジスタは、第1の容量素子と第2の容量素子の間に配置され、第1の容量素子および第2の容量素子は、第3のトランジスタと第4のトランジスタの間に配置され、第1のトランジスタのソース領域またはドレイン領域の一方は、第1の容量素子の一方の電極と接続され、第2のトランジスタのソース領域またはドレイン領域の一方は、第2の容量素子の一方の電極と接続され、第1のトランジスタのソース領域またはドレイン領域の他方は、第2のトランジスタのソース領域またはドレイン領域の他方と共有し、第1のトランジスタのソース領域またはドレイン領域の他方、および第2のトランジスタのソース領域またはドレイン領域の他方は、第8の導電体と接続され、第1のトランジスタのチャネル長は、第2の導電体の短辺に平行な方向の長さよりも長く、第2のトランジスタのチャネル長は、第3の導電体の短辺に平行な方向の長さよりも長い、半導体装置である。 Further, in one aspect of the present invention, the oxide, the seventh insulator and the second conductor constitute the first transistor, and the oxide, the seventh insulator and the third conductor are the first. The second transistor, the oxide, the seventh insulator and the first conductor constitute the third transistor, and the oxide, the seventh insulator and the fourth conductor are the fourth. The sixth conductor, the tenth insulator and the ninth conductor constitute the transistor, and the sixth conductor, the tenth insulator and the ninth conductor constitute the first capacitive element, and the seventh conductor, the tenth insulator and the tenth conductor. Consists of a second capacitive element, the first transistor and the second transistor are arranged between the first capacitive element and the second capacitive element, and the first capacitive element and the second capacitive element are arranged. Is located between the third transistor and the fourth transistor, one of the source or drain regions of the first transistor is connected to one electrode of the first capacitive element and the source of the second transistor. One of the region or drain region is connected to one electrode of the second capacitive element, and the other of the source or drain region of the first transistor is shared with the other of the source or drain region of the second transistor. , The other of the source or drain region of the first transistor, and the other of the source or drain region of the second transistor are connected to the eighth conductor, and the channel length of the first transistor is the second. A semiconductor device that is longer than the length in the direction parallel to the short side of the conductor and the channel length of the second transistor is longer than the length in the direction parallel to the short side of the third conductor.

また、第8の導電体は、第8の導電体の長辺方向と、第2の導電体の長辺方向および第3の導電体の長辺方向と、が概略直交して設けられ、酸化物は、酸化物の長辺方向と、第8の導電体の長辺方向と、のなす角度が、20°以上70°以下で設けられることが好ましい。 Further, the eighth conductor is provided with the long side direction of the eighth conductor, the long side direction of the second conductor, and the long side direction of the third conductor substantially orthogonal to each other, and is oxidized. It is preferable that the object is provided so that the angle formed by the long side direction of the oxide and the long side direction of the eighth conductor is 20 ° or more and 70 ° or less.

また、酸化物は、Inと、元素M(MはAl、Ga、Y、またはSn)と、Znと、を含む、ことが好ましい。 Further, the oxide preferably contains In, an element M (M is Al, Ga, Y, or Sn), and Zn.

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できる。または、本発明の一態様により、高集積化が可能な容量素子を提供できる。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, according to one aspect of the present invention, a semiconductor device having a small off-current can be provided. Alternatively, one aspect of the present invention can provide a transistor having a large on-current. Alternatively, according to one aspect of the present invention, it is possible to provide a capacitive element capable of high integration. Alternatively, according to one aspect of the present invention, a highly reliable semiconductor device can be obtained. 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.

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できる。または、情報の書き込み速度が速い半導体装置を提供できる。または、設計自由度が高い半導体装置を提供できる。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できる。または、新規な半導体装置を提供できる。 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 information 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 self-evident 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. 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回路図。The circuit diagram 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上面図。Top view of the semiconductor 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を示す回路図および断面図。A circuit diagram and a sectional view showing a configuration 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記憶装置の消費電力を説明する図。The figure explaining the power consumption of the storage 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模式図。The schematic diagram of the semiconductor device which concerns on one aspect of this invention. 本発明の一態様に係る記憶装置の模式図。The schematic diagram of the storage device which concerns on one aspect of this invention. 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。ただし、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。したがって、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 embodiments can be implemented in many different embodiments and that the embodiments and details can be varied in various ways without departing from the spirit and scope thereof. To. 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、または領域は、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、図面に示す形状また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、同一部分また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、本明細書等において、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、工程順また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」または「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, etc. 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、本明細書等において、「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。したがって、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 and the like, words and phrases indicating arrangements 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 appropriately depending on 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とが直接的に接続されている場合と、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 directly connected and that X and Y are connected, X and Y are electric. It is assumed that the case where X and Y are functionally connected and the case where X and Y are functionally connected are disclosed in the present specification and the like. Therefore, it 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 text, it is assumed that the connection relationship is also described in the figure or text.

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, it is assumed that X and Y are objects (for example, devices, elements, circuits, wirings, electrodes, terminals, conductive films, layers, etc.).

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 switched 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、本明細書などにおいて、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。 In the present specification and the like, 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, also referred to as "apparent channel width") 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 ratio 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.

また、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長(以下、「実効的なチャネル長」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長(以下、「見かけ上のチャネル長」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、実効的なチャネル長が、見かけ上のチャネル長よりも大きくなり、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長よりも、実効的なチャネル長の方が大きくなる。 Further, depending on the structure of the transistor, the channel length in the region where the channel is actually formed (hereinafter, also referred to as “effective channel length”) and the channel length shown in the top view of the transistor (hereinafter, “apparently”). Also referred to as "channel length") and may differ. For example, when the gate electrode covers the side surface of the semiconductor, the effective channel length may be larger than the apparent channel length, 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 ratio of the channel forming region formed on the side surface of the semiconductor may be large. In that case, the effective channel length is larger than the apparent channel length.

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.

また、本明細書では、単にチャネル幅と記載した場合には、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、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。 Further, in the present specification, when simply described as a channel width, it may refer to an apparent channel width. Alternatively, in the present specification, the term "channel width" may refer to an effective channel width. The values of the channel length, channel width, effective channel width, apparent channel width, etc. 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. The inclusion of impurities may result in, for example, an increase in DOS (Density of States) of the semiconductor, a decrease in crystallinity, and the like. When the semiconductor is an oxide semiconductor, the impurities that change the characteristics of the semiconductor include, for example, Group 1 elements, Group 2 elements, Group 13 elements, Group 14 elements, Group 15 elements, and oxide semiconductors. 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, for example, by mixing impurities. When the semiconductor is silicon, the impurities that change the characteristics of the semiconductor include, for example, Group 1 elements excluding 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。また、窒化酸化シリコンとは、その組成として、酸素よりも窒素の含有量が多いものである。 In the present specification and the like, silicon oxide is composed of silicon oxide having a higher oxygen content than nitrogen. Further, silicon nitride oxide has a higher nitrogen content than oxygen in its composition.

また、本明細書等において、「平行」とは、二つの直線が-10度以上10度以下の角度で配置されている状態をいう。したがって、-5度以上5度以下の場合も含まれる。また、「略平行」とは、二つの直線が-30度以上30度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度以上100度以下の角度で配置されている状態をいう。したがって、85度以上95度以下の場合も含まれる。また、「略垂直」とは、二つの直線が60度以上120度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 degrees or more and 10 degrees or less. Therefore, the case of -5 degrees or more and 5 degrees or less is also included. Further, "substantially parallel" means a state in which two straight lines are arranged at an angle of -30 degrees or more and 30 degrees or less. Further, "vertical" means a state in which two straight lines are arranged at an angle of 80 degrees or more and 100 degrees or less. Therefore, the case of 85 degrees or more and 95 degrees or less is also included. Further, "substantially vertical" means a state in which two straight lines are arranged at an angle of 60 degrees or more and 120 degrees or less.

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、当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、トランジスタの半導体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あるいはOSトランジスタ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 for the semiconductor 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 or an OS transistor, it can be rephrased as a transistor having an oxide or an oxide semiconductor.

また、本明細書等において、ノーマリーオフとは、ゲートに電位を印加しない、またはゲートに接地電位を与えたときに、トランジスタに流れるチャネル幅1μmあたりの電流が、室温において1×10-20A以下、85℃において1×10-18A以下、または125℃において1×10-16A以下であることをいう。 Further, in the present specification and the like, normally off means that when a potential is not applied to the gate or a ground potential is applied to the gate, the current per 1 μm of the channel width flowing through the transistor is 1 × 10 -20 at room temperature. A or less, 1 × 10 -18 A or less at 85 ° C, or 1 × 10 -16 A or less at 125 ° C.

(実施の形態1)
本発明の一態様の半導体装置は、チャネル形成領域に酸化物を有する半導体装置である。本実施の形態では、半導体装置の一形態を、図1乃至図14を用いて説明する。
(Embodiment 1)
The semiconductor device of one aspect of the present invention is a semiconductor device having an oxide in a channel forming region. In this embodiment, one embodiment of the semiconductor device will be described with reference to FIGS. 1 to 14.

<半導体装置の構成例>
以下では、本発明の一態様に係るトランジスタ200a、トランジスタ200b、トランジスタ140a、トランジスタ140b、容量素子100aおよび容量素子100bを有する半導体装置の一例について説明する。以下では、半導体装置の一形態を、図1乃至図14を用いて説明する。
<Semiconductor device configuration example>
Hereinafter, an example of a semiconductor device including a transistor 200a, a transistor 200b, a transistor 140a, a transistor 140b, a capacitive element 100a, and a capacitive element 100b according to one aspect of the present invention will be described. Hereinafter, one form of the semiconductor device will be described with reference to FIGS. 1 to 14.

図1(A)、および図2(A)は、トランジスタ200a、トランジスタ200b、トランジスタ140a、トランジスタ140b、容量素子100aおよび容量素子100b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2(B)は、図1(A)および図2(A)にA1-A2の一点鎖線で示す部位の断面図である。また、図2(C)は、図1(A)および図2(A)にA3-A4の一点鎖線で示す部位の断面図である。図1(A)および図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。また、図2は、図1の各構成要素に符号を付した図面である。 1A and 2A are top views of a semiconductor device including a transistor 200a, a transistor 200b, a transistor 140a, a transistor 140b, a capacitive element 100a, and a capacitive element 100b. Further, FIGS. 1 (B) and 2 (B) are cross-sectional views of the portions shown by the alternate long and short dash lines in FIGS. 1 (A) and 2 (A). 2 (C) is a cross-sectional view of the portion shown by the alternate long and short dash line of A3-A4 in FIGS. 1 (A) and 2 (A). In the top views of FIGS. 1 (A) and 2 (A), some elements are omitted for the sake of clarity of the figure. Further, FIG. 2 is a drawing in which each component of FIG. 1 is coded.

本発明の一態様の半導体装置は、図1、および図2に示すように、トランジスタ200a、トランジスタ200b、トランジスタ140a、トランジスタ140b、容量素子100aおよび容量素子100bと、層間膜として機能する絶縁体210、絶縁体212、絶縁体280、および絶縁体283と、を有する。また、プラグとして機能する導電体240と、導電体240と電気的に接続し、配線として機能する導電体245と、容量素子100aの下部電極として機能する導電体110_1と、容量素子100bの下部電極として機能する導電体110_2と、導電体110_1上、および導電体110_2上に配置され、容量素子100a、および容量素子100bの誘電体としての機能する絶縁体130と、絶縁体130上に配置され、容量素子100aの上部電極として機能する導電体120_1と、絶縁体130上に配置され、容量素子100bの上部電極として機能する導電体120_2と、を有する。 As shown in FIGS. 1 and 2, the semiconductor device of one aspect of the present invention includes a transistor 200a, a transistor 200b, a transistor 140a, a transistor 140b, a capacitive element 100a and a capacitive element 100b, and an insulator 210 that functions as an interlayer film. , Insulator 212, Insulator 280, and Insulator 283. Further, a conductor 240 that functions as a plug, a conductor 245 that is electrically connected to the conductor 240 and functions as a wiring, a conductor 110_1 that functions as a lower electrode of the capacitive element 100a, and a lower electrode of the capacitive element 100b. The conductor 110_2, which functions as a conductor 110_1, and the insulator 130, which is arranged on the conductor 110_1 and 110_2, and functions as a dielectric of the capacitive element 100a and the capacitive element 100b, and is arranged on the insulator 130. It has a conductor 120_1 that functions as an upper electrode of the capacitive element 100a, and a conductor 120_1 that is arranged on the insulator 130 and functions as an upper electrode of the capacitive element 100b.

また、トランジスタ200a、およびトランジスタ200bは、容量素子100aと容量素子100bの間に配置され、容量素子100a、および容量素子100bは、トランジスタ140aとトランジスタ140bの間に配置される。 Further, the transistor 200a and the transistor 200b are arranged between the capacitive element 100a and the capacitive element 100b, and the capacitive element 100a and the capacitive element 100b are arranged between the transistor 140a and the transistor 140b.

また、図1(A)および図2(A)に示すように、導電体245の長辺方向に対して、酸化物230の長辺方向の角度が20°以上70°以下、好ましくは30°以上60°以下になるように、導電体245および酸化物230を配置することが好ましい。このように配置することにより、例えば、容量素子100aおよび容量素子100bと、導電体245とが、交錯することなく配置できる。 Further, as shown in FIGS. 1A and 2A, the angle of the oxide 230 in the long side direction with respect to the long side direction of the conductor 245 is 20 ° or more and 70 ° or less, preferably 30 °. It is preferable to arrange the conductor 245 and the oxide 230 so that the temperature is 60 ° or less. By arranging in this way, for example, the capacitive element 100a and the capacitive element 100b and the conductor 245 can be arranged without crossing each other.

ここで、トランジスタ200a、およびトランジスタ200bは、図1(A)に示す部位において、A1-A2間の一点鎖線と、A5-A6間の一点鎖線が交わる点を中心とした点対称の構成を有している。 Here, the transistor 200a and the transistor 200b have a point-symmetrical configuration centered on the point where the alternate long and short dash line between A1-A2 and the alternate long and short dash line between A5-A6 intersect at the site shown in FIG. 1 (A). is doing.

同様に、トランジスタ140a、およびトランジスタ140bは、図1(A)に示す部位において、A1-A2間の一点鎖線と、A5-A6間の一点鎖線が交わる点を中心とした点対称の構成を有している。 Similarly, the transistor 140a and the transistor 140b have a point-symmetrical configuration centered on the point where the alternate long and short dash line between A1-A2 and the alternate long and short dash line between A5-A6 intersect at the site shown in FIG. 1 (A). is doing.

同様に、容量素子100a、および容量素子100bは、図1(A)に示す部位において、A1-A2間の一点鎖線と、A5-A6間の一点鎖線が交わる点を中心とした点対称の構成を有している。 Similarly, the capacitive element 100a and the capacitive element 100b have a point-symmetrical configuration centered on the point where the alternate long and short dash line between A1-A2 and the alternate long and short dash line between A5-A6 intersect at the site shown in FIG. 1 (A). have.

また、半導体装置は、トランジスタ200a、トランジスタ200b、トランジスタ140aおよびトランジスタ140bを覆う様に絶縁体280を設けることが好ましい。絶縁体280は、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。 Further, it is preferable that the semiconductor device is provided with an insulator 280 so as to cover the transistor 200a, the transistor 200b, the transistor 140a and the transistor 140b. The insulator 280 preferably has a reduced concentration of impurities such as water or hydrogen in the membrane.

絶縁体280に設けられた開口の内壁に接するように導電体240が形成される。当該開口の底部の少なくとも一部には酸化物230が位置しており、導電体240は、酸化物230と接する(図2(B)参照。)。 The conductor 240 is formed so as to be in contact with the inner wall of the opening provided in the insulator 280. The oxide 230 is located at least in part of the bottom of the opening, and the conductor 240 is in contact with the oxide 230 (see FIG. 2B).

なお、開口の側壁部に酸化アルミニウムを形成した後に、導電体240を形成してもよい。開口の側壁部に酸化アルミニウムを形成することで、外方からの酸素の透過を抑制し、導電体240の酸化を防止できる。また、導電体240から、水、水素などの不純物が外部に拡散することを防ぐことができる。該酸化アルミニウムの形成は、開口にALD法などを用いて酸化アルミニウムを成膜し、異方性エッチングを行うことで形成できる。 The conductor 240 may be formed after forming aluminum oxide on the side wall portion of the opening. By forming aluminum oxide on the side wall portion of the opening, it is possible to suppress the permeation of oxygen from the outside and prevent the conductor 240 from being oxidized. Further, it is possible to prevent impurities such as water and hydrogen from diffusing from the conductor 240 to the outside. The aluminum oxide can be formed by forming aluminum oxide on the openings by using the ALD method or the like and performing anisotropic etching.

導電体240は、トランジスタ200aのソースまたはドレインの一方と、並びにトランジスタ200bのソースまたはドレインの一方と、配線として機能する導電体245と、を接続するプラグとしての機能を有する。当該構成とすることで、隣接するトランジスタ200aと、トランジスタ200bと、の間隔を小さくできる。従って、トランジスタを高密度に配置することが可能となり半導体装置の高集積化が可能となる。 The conductor 240 has a function as a plug for connecting one of the source or drain of the transistor 200a, one of the source or drain of the transistor 200b, and the conductor 245 functioning as wiring. With this configuration, the distance between the adjacent transistors 200a and the transistors 200b can be reduced. Therefore, the transistors can be arranged at a high density, and the semiconductor device can be highly integrated.

また、トランジスタ200aのソースまたはドレインの他方と、容量素子100aとを、重畳して設ける。同様に、トランジスタ200bのソースまたはドレインの他方と、容量素子100bとを、重畳して設ける。 Further, the other of the source or drain of the transistor 200a and the capacitive element 100a are superposed and provided. Similarly, the other of the source or drain of the transistor 200b and the capacitive element 100b are superposed and provided.

また、容量素子100aの下部電極として機能する導電体110_1は、トランジスタ200aのソース領域またはドレイン領域の他方と、接続されている。同様に、容量素子100bの下部電極として機能する導電体110_2は、トランジスタ200bのソース領域またはドレイン領域の他方と、接続されている。 Further, the conductor 110_1 that functions as a lower electrode of the capacitive element 100a is connected to the other of the source region or the drain region of the transistor 200a. Similarly, the conductor 110_2, which functions as the lower electrode of the capacitive element 100b, is connected to the other of the source region or the drain region of the transistor 200b.

本発明の一態様では、複数の容量素子と、複数のトランジスタと、を上記のように接続することで、微細化または高集積化が可能な半導体装置を提供できる。 In one aspect of the present invention, by connecting a plurality of capacitive elements and a plurality of transistors as described above, it is possible to provide a semiconductor device capable of miniaturization or high integration.

[トランジスタ200aおよびトランジスタ200b]
図1、および図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212と、絶縁体212に埋め込まれるように配置された導電体203_1と、導電体203_1の上および絶縁体212の上に配置された絶縁体214と、絶縁体214上に配置された、絶縁体220_2および絶縁体220_3と、絶縁体214、絶縁体220_2および絶縁体220_3を覆う様に形成された酸化物230と、酸化物230上の絶縁体250と、絶縁体220_2と、絶縁体220_3との間に位置し、かつ絶縁体250と接する導電体260_2と、を有する。
[Transistor 200a and Transistor 200b]
As shown in FIGS. 1 and 2, the transistor 200a includes an insulator 212 arranged on a substrate (not shown), a conductor 203_1 arranged so as to be embedded in the insulator 212, and a conductor. It covers the insulator 214 arranged on the 203_1 and the insulator 212, the insulator 220_2 and the insulator 220_3 arranged on the insulator 214, and the insulator 214, the insulator 220_2, and the insulator 220_3. It has an oxide 230 formed in, an insulator 250 on the oxide 230, and a conductor 260_2 located between the insulator 220_2 and the insulator 220_3 and in contact with the insulator 250.

また、図1、および図2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212と、絶縁体212に埋め込まれるように配置された導電体203_2と、導電体203_2の上および絶縁体212の上に配置された絶縁体214と、絶縁体214上に配置された、絶縁体220_3および絶縁体220_4と、絶縁体214、絶縁体220_3および絶縁体220_4を覆う様に形成された酸化物230と、酸化物230上の絶縁体250と、絶縁体220_3と、絶縁体220_4との間に位置し、かつ絶縁体250と接する導電体260_3と、を有する。 Further, as shown in FIGS. 1 and 2, the transistor 200b includes an insulator 212 arranged on a substrate (not shown) and a conductor 203_2 arranged so as to be embedded in the insulator 212. Insulator 214 placed on the conductor 203_2 and on the insulator 212, insulator 220_3 and insulator 220_4 placed on the insulator 214, and insulator 214, insulator 220_3 and insulator 220_4. It has an oxide 230 formed to cover the oxide 230, an insulator 250 on the oxide 230, and a conductor 260_3 located between the insulator 220_3 and the insulator 220_4 and in contact with the insulator 250.

なお、トランジスタ200aおよびトランジスタ200bでは、酸化物230を単層と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、2層、3層または4層以上の積層構造としてもよい。 The transistor 200a and the transistor 200b show a configuration in which the oxide 230 is a single layer, but the present invention is not limited thereto. For example, a laminated structure having two layers, three layers, or four or more layers may be used.

また、トランジスタ200aおよびトランジスタ200bでは、導電体260_2および導電体260_3を2層の構成で示しているが、本発明はこれに限られるものではない。例えば、導電体260_2、および導電体260_3を、3層以上の積層構造としてもよい。 Further, in the transistor 200a and the transistor 200b, the conductor 260_2 and the conductor 260_3 are shown in a two-layer structure, but the present invention is not limited thereto. For example, the conductor 260_2 and the conductor 260_3 may have a laminated structure of three or more layers.

ここで、上述したように、トランジスタ200a、およびトランジスタ200bは、図1(A)に示す部位において、A1-A2間の一点鎖線と、A5-A6間の一点鎖線が交わる点を中心とした点対称の構成を有している。 Here, as described above, the transistor 200a and the transistor 200b are centered on the point where the alternate long and short dash line between A1-A2 and the alternate long and short dash line between A5-A6 intersect at the site shown in FIG. 1 (A). It has a symmetrical structure.

つまり、トランジスタ200bは、トランジスタ200aが有する構造と、それぞれ対応する構造を有する。従って、図中では、トランジスタ200a、およびトランジスタ200bにおいて、対応する構成には、基本的に、3桁の同数字を符号として付与する。また、以下では、特にことわりが無い限り、トランジスタ200bについては、トランジスタ200aの説明を参酌できる。 That is, the transistor 200b has a structure corresponding to that of the transistor 200a. Therefore, in the figure, in the transistor 200a and the transistor 200b, basically the same three-digit number is assigned as a code to the corresponding configuration. Further, in the following, unless otherwise specified, the description of the transistor 200a can be referred to for the transistor 200b.

例として、トランジスタ200aの導電体203_1および導電体260_2は、それぞれ、トランジスタ200bの導電体203_2および導電体260_3に対応する。 As an example, the conductor 203_1 and the conductor 260_2 of the transistor 200a correspond to the conductor 203_2 and the conductor 260_3 of the transistor 200b, respectively.

なお、酸化物230は、トランジスタ200aと、トランジスタ200bとで、共通する構造である。従って、酸化物230は、トランジスタ200aのチャネル形成領域として機能する領域と、トランジスタ200aのソース領域またはドレイン領域の一方として機能する領域と、トランジスタ200bのチャネル形成領域として機能する領域と、トランジスタ200bのソース領域またはドレイン領域の一方として機能する領域と、トランジスタ200aおよびトランジスタ200bのソース領域またはドレイン領域の他方として機能する領域を有する。 The oxide 230 has a structure common to the transistor 200a and the transistor 200b. Therefore, the oxide 230 has a region that functions as a channel forming region of the transistor 200a, a region that functions as one of a source region or a drain region of the transistor 200a, a region that functions as a channel forming region of the transistor 200b, and a region of the transistor 200b. It has a region that functions as one of the source region or the drain region and a region that functions as the other of the source region or the drain region of the transistor 200a and the transistor 200b.

上記構成により、ソースおよびドレインの一方と電気的に接続するプラグを共通化できる。特に、トランジスタ200aとトランジスタ200bとが、酸化物230を共有することで、トランジスタ200aの第1のゲートとして機能する導電体260_2と、トランジスタ200bの第1のゲートとして機能する導電体260_3との間を、最小加工寸法としてもよい。導電体260_2と導電体260_3との間の距離を、最小加工寸法とすることで、2個のトランジスタの占有面積を縮小できる。 With the above configuration, a plug that is electrically connected to one of the source and the drain can be shared. In particular, the transistor 200a and the transistor 200b share the oxide 230 between the conductor 260_2 which functions as the first gate of the transistor 200a and the conductor 260_3 which functions as the first gate of the transistor 200b. May be the minimum processing dimension. By setting the distance between the conductor 260_2 and the conductor 260_3 to the minimum processing dimension, the area occupied by the two transistors can be reduced.

酸化物230として、例えば、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、錫、銅、バナジウム、ベリリウム、ホウ素、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)等の金属酸化物に代表される酸化物半導体を用いるとよい。特に、元素Mとしては、アルミニウム、ガリウム、イットリウム、または錫であると好適である。または、酸化物230として、In-Ga酸化物、In-Zn酸化物を用いてもよい。 Examples of the oxide 230 include In—M—Zn oxide (element M is aluminum, gallium, ittrium, tin, copper, vanadium, beryllium, boron, titanium, iron, nickel, germanium, zirconium, molybdenum, lanthanum, cerium). , Neodim, Hafnium, Tantal, Tungsten, Magnesium, etc. (one or more) It is preferable to use an oxide semiconductor typified by a metal oxide. In particular, the element M is preferably aluminum, gallium, yttrium, or tin. Alternatively, In—Ga oxide or In—Zn oxide may be used as the oxide 230.

チャネル形成領域に酸化物半導体を用いたトランジスタ200a、およびトランジスタ200b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を提供できる。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200a、およびトランジスタ200bに用いることができる。 Since the transistor 200a and the transistor 200b using the oxide semiconductor in the channel forming region have an extremely small leakage current in the non-conducting state, it is possible to provide a semiconductor device having low power consumption. Further, since the oxide semiconductor can be formed into a film by a sputtering method or the like, it can be used for the transistor 200a and the transistor 200b constituting the highly integrated semiconductor device.

ここで、図2(B)における、トランジスタ200aのチャネル近傍の領域の拡大図を図6(A)に示す。 Here, an enlarged view of a region near the channel of the transistor 200a in FIG. 2B is shown in FIG. 6A.

図6(A)に示すように、酸化物230は、トランジスタ200aのチャネル形成領域として機能する領域234と、トランジスタ200aの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、を有する。図6(A)では、領域234近傍を破線で示す。図6(A)では、図の明瞭化のために領域234の位置を酸化物230の中央付近に示しているが、これに限らず、酸化物230と絶縁体250との界面付近、または、酸化物230と絶縁体220_2、絶縁体220_3および絶縁体214との界面付近、または破線で示す範囲の酸化物230全体としてもよい。 As shown in FIG. 6A, the oxide 230 has a region 234 that functions as a channel forming region of the transistor 200a and a region 231 (region 231a and region 231b) that functions as a source region or a drain region of the transistor 200a. , Have. In FIG. 6A, the vicinity of the region 234 is shown by a broken line. In FIG. 6A, the position of the region 234 is shown near the center of the oxide 230 for the sake of clarity of the figure, but the present invention is not limited to this, and the position is not limited to this, but is near the interface between the oxide 230 and the insulator 250, or. It may be near the interface between the oxide 230 and the insulator 220_2, the insulator 220_3 and the insulator 214, or the entire oxide 230 in the range shown by the broken line.

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、酸素濃度が低く、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、酸素濃度が高く、キャリア密度が低い高抵抗領域である。 The region 231 functioning as a source region or a drain region is a region having a low oxygen concentration, a high carrier density, and a low resistance. Further, the region 234 functioning as a channel forming region is a high resistance region having a higher oxygen concentration and a lower carrier density than the region 231 functioning as a source region or a drain region.

なお、酸化物230の領域231において、少なくとも酸化物230の表面近傍のみ低抵抗化されていればよい。 In the region 231 of the oxide 230, the resistance may be reduced at least in the vicinity of the surface of the oxide 230.

なお、酸化物230の各領域は、トランジスタ200aにおいては、導電体260_2をマスクとし、酸化物230へ不純物または金属元素を添加することで、自己整合的に低抵抗化された領域を形成してもよい。また、トランジスタ200bにおいては、導電体260_3をマスクとし、酸化物230へ不純物または金属元素を添加することで、自己整合的に低抵抗化された領域を形成してもよい。そのため、トランジスタ200aおよびトランジスタ200bを有する半導体装置を、複数同時に形成する場合、半導体装置間の電気特性バラつきを小さくできる。 In the transistor 200a, each region of the oxide 230 forms a self-aligned and low resistance region by using the conductor 260_2 as a mask and adding an impurity or a metal element to the oxide 230. May be good. Further, in the transistor 200b, a region having a low resistance may be formed in a self-aligned manner by using the conductor 260_3 as a mask and adding an impurity or a metal element to the oxide 230. Therefore, when a plurality of semiconductor devices having the transistors 200a and the transistors 200b are formed at the same time, the variation in electrical characteristics between the semiconductor devices can be reduced.

また、図6(A)に示すように、トランジスタ200aのチャネル長は、領域234の長さと概略等しい。領域234の長さは、導電体260_2の両方の側面と、酸化物230と、が絶縁体250を介して、重なる領域の長さに、導電体260_2の短辺の底面と、酸化物230と、が絶縁体250を介して重なる領域の長さを加えた長さと概略等しい。つまり、トランジスタ200aのチャネル長は、導電体260_2の短辺に平行な方向の長さ260Wよりも長くできる。図6(A)に領域234の概略長さを点線で示す。 Further, as shown in FIG. 6A, the channel length of the transistor 200a is substantially equal to the length of the region 234. The length of the region 234 is the length of the region where both sides of the conductor 260_1 and the oxide 230 are overlapped via the insulator 250, the bottom surface of the short side of the conductor 260_2, and the oxide 230. , Is approximately equal to the length of the overlapping regions via the insulator 250 plus the length. That is, the channel length of the transistor 200a can be longer than the length 260W in the direction parallel to the short side of the conductor 260_2. FIG. 6A shows the approximate length of the region 234 with a dotted line.

トランジスタ200aのチャネル長を長さ260Wよりも長くできるので、トランジスタ200aを微細化し、長さ260Wをより微細に作製してもトランジスタ200aのチャネル長を長さ260Wよりも長くできるので、トランジスタのショートチャネル効果を抑制できる。なお、トランジスタ200aのチャネル長は、長さ260Wの1.5倍以上10倍以下とする。 Since the channel length of the transistor 200a can be made longer than the length 260W, even if the transistor 200a is made finer and the length 260W is made finer, the channel length of the transistor 200a can be made longer than the length 260W, so that the transistor is short-circuited. The channel effect can be suppressed. The channel length of the transistor 200a is 1.5 times or more and 10 times or less the length of 260W.

なお、トランジスタ200bの構成および効果についても上述のトランジスタ200aの構成および効果を参酌できる。 Regarding the configuration and effect of the transistor 200b, the configuration and effect of the transistor 200a described above can be taken into consideration.

以下では、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200bの詳細な構成について説明する。なお、以下においてもトランジスタ200bの構成については、トランジスタ200aを参酌できる。 Hereinafter, the transistor 200a and the transistor 200b according to one aspect of the present invention will be described in detail. In the following, the transistor 200a can be taken into consideration for the configuration of the transistor 200b.

トランジスタ200aの第2のゲート電極として機能する導電体203_1は、酸化物230および導電体260_2と重なるように配置する。 The conductor 203_1 functioning as the second gate electrode of the transistor 200a is arranged so as to overlap the oxide 230 and the conductor 260_1.

ここで、導電体260_2は、トランジスタ200aの第1のゲート電極として機能する場合がある。また、導電体203_1は、トランジスタ200aの第2のゲート電極として機能する場合がある。 Here, the conductor 260_2 may function as a first gate electrode of the transistor 200a. Further, the conductor 203_1 may function as a second gate electrode of the transistor 200a.

なお、導電体203_1に印加する電位は、接地電位や、導電体260_2に印加する電位と異なる任意の電位としてもよい。例えば、導電体203_1に印加する電位を、導電体260_2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200aのしきい値電圧を制御できる。特に、導電体203_1に負の電位を印加することにより、トランジスタ200a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_2に印加する電圧が0Vのときのドレイン電流を小さくできる。 The potential applied to the conductor 203_1 may be an arbitrary potential different from the ground potential or the potential applied to the conductor 260_1. For example, the threshold voltage of the transistor 200a can be controlled by changing the potential applied to the conductor 203_1 independently of the potential applied to the conductor 260_1 without interlocking with the potential applied to the conductor 260_1. In particular, by applying a negative potential to the conductor 203_1, the threshold voltage of the transistor 200a can be made larger than 0V, and the off-current can be reduced. Therefore, the drain current when the voltage applied to the conductor 260_2 is 0 V can be reduced.

一方、導電体203_1に印加する電位は、導電体260_2に印加する電位と同電位としてもよい。導電体203_1に印加する電位は、導電体260_2に印加する電位と同電位とする場合、導電体203_1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てもよい。特に、導電体203_1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203_1と、導電体260_2とは、絶縁体を介して重畳していることが好ましい。 On the other hand, the potential applied to the conductor 203_1 may be the same as the potential applied to the conductor 260_1. When the potential applied to the conductor 203_1 is the same as the potential applied to the conductor 260_1, the conductor 203_1 is provided so as to have a larger length in the channel width direction than the region 234 in the oxide 230. You may. In particular, the conductor 203_1 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 203_1 and the conductor 260_1 are superimposed on each other via the insulator on the side surface of the oxide 230 in the channel width direction.

上記構成を有することで、導電体260_2、および導電体203_1に電位を印加した場合、導電体260_2から生じる電界と、導電体203_1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。 By having the above configuration, when a potential is applied to the conductor 260_1 and the conductor 203_1, the electric field generated from the conductor 260_1 and the electric field generated from the conductor 203_1 are connected to form a closed circuit and oxidize. The channel formation 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_2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203_1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_1 having the function as the first gate electrode and the electric field of the conductor 203_1 having the function as 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 curved channel (S-channel) structure.

絶縁体210は、下層から水または水素などの不純物が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できる。絶縁体210は、水または水素などの不純物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210として窒化シリコン、酸化アルミニウム、酸化ハフニウム、シリコンおよびハフニウムを含む酸化物(ハフニウムシリケート)、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、水素、水などの不純物が絶縁体210より上層に拡散するのを抑制できる。なお、絶縁体210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少なくとも一の透過を抑制する機能を有することが好ましい。また、以下において、不純物の透過を抑制する機能を有する絶縁性材料について記載する場合も同様である。 The insulator 210 can function as a barrier insulating film that prevents impurities such as water and hydrogen from being mixed into the transistor from the lower layer. As the insulator 210, it is preferable to use an insulating material having a function of suppressing the permeation of impurities such as water or hydrogen. For example, it is preferable to use silicon nitride, aluminum oxide, hafnium oxide, an oxide containing silicon and hafnium (hafnium silicate), an oxide containing aluminum and hafnium (hafnium aluminate), and the like as the insulator 210. This makes it possible to prevent impurities such as hydrogen and water from diffusing into the upper layer of the insulator 210. The insulator 210 suppresses the permeation of at least one of impurities such as hydrogen atom, hydrogen molecule, water molecule, nitrogen atom, nitrogen molecule, nitrogen oxide molecule ( N2O, NO, NO2 , etc.) and copper atom. It is preferable to have a function. Further, the same applies to the case where the insulating material having a function of suppressing the permeation of impurities is described below.

また、絶縁体210は、酸素(例えば、酸素原子または酸素分子など)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。これにより、絶縁体214などに含まれる酸素が下方拡散するのを抑制できる。 Further, it is preferable to use an insulating material having a function of suppressing the permeation of oxygen (for example, oxygen atom or oxygen molecule) as the insulator 210. As a result, it is possible to suppress the downward diffusion of oxygen contained in the insulator 214 or the like.

絶縁体250は、トランジスタ200aの第1のゲート絶縁膜として機能でき、絶縁体214は、トランジスタ200aの第2のゲート絶縁膜として機能できる。なお、トランジスタ200aでは、絶縁体214を単層の構成で示しているが、本発明はこれに限られるものではない。例えば、絶縁体214は、2層以上を積層した構造にしてもよい。 The insulator 250 can function as the first gate insulating film of the transistor 200a, and the insulator 214 can function as the second gate insulating film of the transistor 200a. In the transistor 200a, the insulator 214 is shown in a single-layer configuration, but the present invention is not limited to this. For example, the insulator 214 may have a structure in which two or more layers are laminated.

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。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. As the metal oxide, 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 a metal oxide having a wide energy gap, the off-current of the transistor can be reduced.

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 a sputtering method or the like, it can be used for a transistor constituting a highly integrated semiconductor device.

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錫などとする。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. Other elements applicable to the element M include boron, silicon, titanium, iron, nickel, germanium, zirconium, molybdenum, lanthanum, cerium, neodymium, hafnium, tantalum, tungsten, magnesium and the like. However, as the element M, a plurality of the above-mentioned elements may be combined in some cases.

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, the metal oxide having nitrogen may be referred to as a metal oxynitride.

ここで、酸化物半導体は、酸化物半導体を構成する元素の他に、アルミニウム、ルテニウム、チタン、タンタル、クロム、タングステン、などの金属元素を添加することで、金属化合物となり、低抵抗化する場合がある。なお、好ましくは、アルミニウム、チタン、タンタル、タングステンなどを用いることが好ましい。酸化物半導体に、金属元素を添加するには、例えば、酸化物半導体上に、当該金属元素を含む金属膜、金属元素を有する窒化膜、または金属元素を有する酸化膜を設けるとよい。また、当該膜を設けることで、当該膜と酸化物半導体との界面、または当該界面近傍に位置する酸化物半導体中の一部の酸素が該膜などに吸収され、酸素欠損を形成し、酸化物半導体の当該界面近傍が低抵抗化する場合がある。 Here, the oxide semiconductor becomes a metal compound by adding metal elements such as aluminum, ruthenium, titanium, tantalum, chromium, and tungsten in addition to the elements constituting the oxide semiconductor, and the resistance is lowered. There is. It is preferable to use aluminum, titanium, tantalum, tungsten or the like. In order to add a metal element to an oxide semiconductor, for example, a metal film containing the metal element, a nitride film having the metal element, or an oxide film having the metal element may be provided on the oxide semiconductor. Further, by providing the film, a part of oxygen in the oxide semiconductor located at or near the interface between the film and the oxide semiconductor is absorbed by the film or the like, forming an oxygen deficiency and oxidizing. The resistance of the vicinity of the interface of the physical semiconductor may be lowered.

上記界面近傍に形成された酸素欠損の周辺は、歪を有している。また、上記膜をスパッタリング法によって成膜する場合、スパッタリングガスに希ガスが含まれると、上記膜の成膜中に、希ガスが酸化物半導体中へ混入する場合がある。酸化物半導体中へ希ガスが混入することで、上記界面近傍、および希ガスの周辺では、歪、または構造の乱れが生じる。なお、上記希ガスとしては、He、Arなどが挙げられる。なお、HeよりもArの方が、原子半径が大きいため好ましい。当該Arが酸化物半導体中に混入することで、好適に歪み、または構造の乱れが生じる。これらの歪、または構造の乱れた領域では、結合した酸素の数が少ない金属原子が増えると考えられる。結合した酸素の数が少ない金属原子が増えることで、上記界面近傍、および希ガスの周辺が低抵抗化する場合がある。 The periphery of the oxygen deficiency formed near the interface has strain. Further, when the film is formed by a sputtering method, if the sputtering gas contains a rare gas, the rare gas may be mixed into the oxide semiconductor during the film formation of the film. When the noble gas is mixed into the oxide semiconductor, distortion or structural disorder occurs in the vicinity of the interface and in the vicinity of the noble gas. Examples of the noble gas include He and Ar. It should be noted that Ar is preferable to He because it has a larger atomic radius. When the Ar is mixed in the oxide semiconductor, distortion or structural disorder is preferably generated. In these strained or disturbed regions, it is thought that the number of metal atoms with a small number of bound oxygen increases. As the number of metal atoms with a small number of bound oxygen increases, the resistance near the interface and around the noble gas may decrease.

また、酸化物半導体として、結晶性の酸化物半導体を用いる場合、上記の歪、または構造の乱れた領域では、結晶性が崩れ、非晶質のように観察される場合がある。 Further, when a crystalline oxide semiconductor is used as the oxide semiconductor, the crystallinity may be broken and it may be observed as amorphous in the above-mentioned strained or structurally disturbed region.

また、酸化物半導体上に、金属膜、金属元素を有する窒化膜、または金属元素を有する酸化膜を設けた後、窒素を含む雰囲気下で、熱処理を行うとよい。窒素を含む雰囲気下での熱処理により、金属膜から金属元素が酸化物半導体へ拡散し、酸化物半導体に金属元素を添加できる。 Further, it is preferable to provide a metal film, a nitride film having a metal element, or an oxide film having a metal element on the oxide semiconductor, and then perform heat treatment in an atmosphere containing nitrogen. By heat treatment in an atmosphere containing nitrogen, the metal element diffuses from the metal film to the oxide semiconductor, and the metal element can be added to the oxide semiconductor.

また、酸化物半導体に存在する水素は、酸化物半導体の低抵抗化した領域に拡散し、低抵抗化した領域に存在する酸素欠損の中に入った場合、比較的安定な状態となる。また、酸化物半導体に存在する酸素欠損中の水素は、250℃以上の熱処理によって、酸素欠損から抜け出し、酸化物半導体の低抵抗化した領域に拡散し、低抵抗化した領域に存在する酸素欠損の中に入り、比較的安定な状態となることがわかっている。従って、熱処理によって、酸化物半導体の低抵抗化した領域は、より低抵抗化し、低抵抗化していない酸化物半導体は、高純度化(水、水素などの不純物の低減)し、より高抵抗化する傾向がある。 Further, hydrogen existing in the oxide semiconductor diffuses into the region where the resistance of the oxide semiconductor is lowered, and when it enters the oxygen deficiency existing in the region where the resistance is lowered, it becomes a relatively stable state. Further, the hydrogen in the oxygen deficiency existing in the oxide semiconductor escapes from the oxygen deficiency by the heat treatment at 250 ° C. or higher, diffuses into the region where the resistance of the oxide semiconductor is lowered, and the oxygen deficiency existing in the region where the resistance is lowered. It is known that it will be in a relatively stable state. Therefore, the region where the resistance of the oxide semiconductor is lowered by the heat treatment is lowered, and the oxide semiconductor which is not lowered is highly purified (reduction of impurities such as water and hydrogen) to be higher resistance. Tend to do.

また、酸化物半導体は、水素、または窒素などの不純物元素が存在すると、キャリア密度が増加する。酸化物半導体中の水素は、金属原子と結合する酸素と反応して水になり、酸素欠損を形成する場合がある。当該酸素欠損に水素が入ることで、キャリア密度が増加する。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。つまり、窒素、または水素を有する酸化物半導体は、低抵抗化される。 Further, in the oxide semiconductor, the carrier density increases in the presence of an impurity element such as hydrogen or nitrogen. Hydrogen 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, the carrier density increases. 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. That is, the oxide semiconductor having nitrogen or hydrogen has a low resistance.

従って、酸化物半導体に対し、選択的に金属元素、並びに、水素、および窒素などの不純物元素を添加することで、酸化物半導体に高抵抗領域、および低抵抗領域を設けることができる。つまり、酸化物230を選択的に低抵抗化することで、酸化物230に、キャリア密度が低い半導体として機能する領域と、ソース領域、またはドレイン領域として機能する低抵抗化した領域を設けることができる。 Therefore, by selectively adding a metal element and an impurity element such as hydrogen and nitrogen to the oxide semiconductor, a high resistance region and a low resistance region can be provided in the oxide semiconductor. That is, by selectively reducing the resistance of the oxide 230, it is possible to provide the oxide 230 with a region that functions as a semiconductor having a low carrier density and a region that functions as a source region or a drain region. can.

[トランジスタ140aおよびトランジスタ140b]
図1および図2に示すように、トランジスタ140aおよびトランジスタ140bは、上述のトランジスタ200aおよびトランジスタ200bの構成とは、トランジスタ200aの第2のゲート電極として機能する導電体203_1およびトランジスタ200bの第2のゲート電極として機能する導電体203_2を有しないところが異なる。その他の構成については、トランジスタ200aおよびトランジスタ200bと同様の構成である。
[Transistor 140a and Transistor 140b]
As shown in FIGS. 1 and 2, the transistor 140a and the transistor 140b have the same configuration as the transistor 200a and the transistor 200b described above, that is, the conductor 203_1 and the second transistor 200b that function as the second gate electrode of the transistor 200a. The difference is that it does not have the conductor 203_2 that functions as a gate electrode. Other configurations are the same as those of the transistor 200a and the transistor 200b.

図1および図2に示すように、トランジスタ140aおよびトランジスタ140bは、トランジスタ200aおよびトランジスタ200bのA1-A2方向の両端を挟むように隣接して配置されている。即ち、トランジスタ200aのA1方向に隣接するようにトランジスタ140aが配置され、トランジスタ200bのA2方向に隣接するようにトランジスタ140bが配置される。 As shown in FIGS. 1 and 2, the transistor 140a and the transistor 140b are arranged adjacent to each other so as to sandwich both ends of the transistor 200a and the transistor 200b in the A1-A2 direction. That is, the transistor 140a is arranged so as to be adjacent to the A1 direction of the transistor 200a, and the transistor 140b is arranged so as to be adjacent to the A2 direction of the transistor 200b.

例えば、トランジスタ200a、トランジスタ200b、容量素子100aおよび容量素子100bで構成されたメモリセルを複数有する半導体装置において、該メモリセルが、図1および図2におけるA1-A2方向およびA5-A6方向へ連続して配置されている場合、A1-A2方向においては、隣接するメモリセルは、共通の酸化物230を有するために、隣接するメモリセル間において、トランジスタが電気的に接続されてしまう。 For example, in a semiconductor device having a plurality of memory cells composed of a transistor 200a, a transistor 200b, a capacitive element 100a, and a capacitive element 100b, the memory cells are continuous in the A1-A2 direction and the A5-A6 direction in FIGS. 1 and 2. In the A1-A2 direction, the adjacent memory cells have a common oxide 230, so that the transistors are electrically connected between the adjacent memory cells.

トランジスタ140aおよびトランジスタ140bを有することで、隣接するメモリセル間を電気的に分離できる。即ち、トランジスタ140aは、A1方向に隣接するメモリセルと、電気的に分離する機能を有し、トランジスタ140bは、A2方向に隣接するメモリセルと、電気的に分離できる機能を有する。このような機能は、トランジスタ140aおよびトランジスタ140bを常にオフ状態とすればよい。トランジスタ140aおよびトランジスタ140bを常にオフ状態にするためには、トランジスタ140aの第1のゲート電極の機能を有する導電体260_1およびトランジスタ140bの第1のゲート電極の機能を有する導電体260_4にトランジスタ140aおよびトランジスタ140bそれぞれがオフ状態となる電位を与えればよい。 By having the transistor 140a and the transistor 140b, the adjacent memory cells can be electrically separated from each other. That is, the transistor 140a has a function of being electrically separated from the memory cell adjacent in the A1 direction, and the transistor 140b has a function of being electrically separated from the memory cell adjacent in the A2 direction. For such a function, the transistor 140a and the transistor 140b may be always turned off. In order to keep the transistor 140a and the transistor 140b always off, the transistor 140a and the conductor 260_1 having the function of the first gate electrode of the transistor 140a and the conductor 260_1 having the function of the first gate electrode of the transistor 140b It suffices to give a potential that turns off each of the transistors 140b.

また、図4に示すように、トランジスタ140aの第2のゲート電極の機能を有する導電体205_1およびトランジスタ140bの第2のゲート電極の機能を有する導電体205_2を設けてもよい。このような構成とすることで、例えば、導電体205_1および導電体205_2に負の電位を与えることで、トランジスタ140aおよびトランジスタ140bがオフ状態となる導電体260_1へ与える電位および導電体260_4へ与える電位を低く抑えることができる。また、オフ電流を低減することもできる。 Further, as shown in FIG. 4, the conductor 205_1 having the function of the second gate electrode of the transistor 140a and the conductor 205_1 having the function of the second gate electrode of the transistor 140b may be provided. With such a configuration, for example, by giving a negative potential to the conductor 205_1 and the conductor 205_1, the potential given to the conductor 260_1 in which the transistor 140a and the transistor 140b are turned off and the potential given to the conductor 260_1 Can be kept low. It is also possible to reduce the off current.

または、導電体205_1と導電体260_1と、を接続して同じ電位を与え、導電体205_2と導電体260_4と、を接続して同じ電位を与えてもよい。 Alternatively, the conductor 205_1 and the conductor 260_1 may be connected to give the same potential, and the conductor 205_1 and the conductor 260_1 may be connected to give the same potential.

[容量素子100aおよび容量素子100b]
図1および図2に示すように、容量素子100aは、トランジスタ200aの上方に重畳して設ける。同様に、容量素子100bは、トランジスタ200bと重畳して設ける。詳しくは、トランジスタ200aのソース領域またはドレイン領域の一方と、容量素子100aの一方の電極と接続され、トランジスタ200bのソース領域またはドレイン領域の一方と、容量素子100bの一方の電極と接続されている。
[Capacitive element 100a and capacitive element 100b]
As shown in FIGS. 1 and 2, the capacitive element 100a is provided so as to be superimposed on the transistor 200a. Similarly, the capacitive element 100b is provided so as to be superimposed on the transistor 200b. Specifically, it is connected to one of the source region or drain region of the transistor 200a and one electrode of the capacitive element 100a, and is connected to one of the source region or drain region of the transistor 200b and one electrode of the capacitive element 100b. ..

なお、トランジスタ200aの説明と同様に、容量素子100bは、容量素子100aが有する構造と、それぞれ対応する構造を有する。従って、図中では、容量素子100a、および容量素子100bにおいて、対応する構成には、基本的に、3桁の同数字を符号として付与する。従って、以下では、特にことわりが無い限り容量素子100bについては、容量素子100aの説明を参酌できる。 As in the description of the transistor 200a, the capacitive element 100b has a structure corresponding to the structure of the capacitive element 100a. Therefore, in the figure, in the capacitive element 100a and the capacitive element 100b, basically the same three-digit number is assigned as a code to the corresponding configuration. Therefore, in the following, the description of the capacitive element 100a can be referred to with respect to the capacitive element 100b unless otherwise specified.

容量素子100aは、絶縁体283、および絶縁体283に設けられた開口の底面および開口の側面において、下部電極として機能する導電体110_1と、上部電極として機能する導電体120_1とが、誘電体として機能する絶縁体130を挟んで対向する構成である。従って、単位面積当たりの静電容量を大きくできる。尚、容量素子100aは、図1および図2に示す構成に限らない。例えば、図6(B)に示すように、導電体110_1は、絶縁体283および絶縁体280に設けられた開口に接するだけではなく、絶縁体283の上面とも接する構成としてもよい。この様な構成とすることで、容量素子100aの静電容量を大きくすることができる。 In the capacitive element 100a, the conductor 110_1 that functions as a lower electrode and the conductor 120_1 that functions as an upper electrode on the bottom surface and the side surface of the opening provided in the insulator 283 and the insulator 283 are used as dielectrics. It is configured to face each other with a functioning insulator 130 interposed therebetween. Therefore, the capacitance per unit area can be increased. The capacitive element 100a is not limited to the configuration shown in FIGS. 1 and 2. For example, as shown in FIG. 6B, the conductor 110_1 may be configured not only to be in contact with the openings provided in the insulator 283 and the insulator 280 but also to be in contact with the upper surface of the insulator 283. With such a configuration, the capacitance of the capacitive element 100a can be increased.

特に、絶縁体283、および絶縁体283に設けられた開口の深さを深くすることで、投影面積は変わらず、容量素子100aの静電容量を大きくできる。従って、容量素子100aは、シリンダー型(底面積よりも、側面積の方が大きい)とすることが好ましい。 In particular, by increasing the depth of the openings provided in the insulator 283 and the insulator 283, the projected area does not change and the capacitance of the capacitive element 100a can be increased. Therefore, it is preferable that the capacitive element 100a is a cylinder type (the side area is larger than the bottom area).

また、絶縁体130は、誘電率の大きい絶縁体を用いることが好ましい。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。 Further, it is preferable to use an insulator having a large dielectric constant as the insulator 130. 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.

また、絶縁体130は、積層構造であってもよい、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、酸化ハフニウム、アルミニウム、酸化ジルコ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)などから、2層以上を選び積層構造としてもよい。例えば、ALD法によって、酸化ハフニウム、酸化アルミニウムおよび酸化ハフニウムを順に成膜し、積層構造とすることが好ましい。酸化ハフニウムおよび酸化アルミニウムの膜厚は、それぞれ、0.5nm以上5nm以下とする。このような積層構造とすることで、容量値が大きく、かつ、リーク電流の小さな容量素子100aとすることができる。または、ALD法によって、酸化ジルコニウム、酸化アルミニウムおよび酸化ジルコニウムを順に成膜し、積層構造としてもよい。酸化ジルコニウムおよび酸化アルミニウムの膜厚は、それぞれ、0.5nm以上5nm以下とする。 Further, the insulator 130 may have a laminated structure, for example, an oxide containing silicon oxide, silicon oxide nitride, silicon nitride oxide, silicon nitride, aluminum oxide, hafnium oxide, aluminum, zirconium oxide and hafnium (hafnium aluminum). Two or more layers may be selected from Nate) and the like to form a laminated structure. For example, it is preferable to form a film of hafnium oxide, aluminum oxide and hafnium oxide in order by the ALD method to form a laminated structure. The film thicknesses of hafnium oxide and aluminum oxide shall be 0.5 nm or more and 5 nm or less, respectively. With such a laminated structure, it is possible to obtain a capacitance element 100a having a large capacitance value and a small leakage current. Alternatively, zirconium oxide, aluminum oxide, and zirconium oxide may be formed in this order by the ALD method to form a laminated structure. The film thicknesses of zirconium oxide and aluminum oxide shall be 0.5 nm or more and 5 nm or less, respectively.

<基板>
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 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. Examples of the semiconductor substrate include semiconductor substrates such as silicon and germanium, and compound semiconductor substrates 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, a conductive resin substrate and the like. 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。なお、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。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できる。即ち、丈夫な半導体装置を提供できる。 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 the flexible substrate. In that case, it is advisable to provide a release layer between the non-flexible substrate and the transistor. As the substrate, a sheet, a film, a foil, or the like in which fibers are woven may be used. 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 that does not return 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。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. As for the substrate which is a flexible substrate, the lower the linear expansion rate, 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 ratio 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 linear expansion rate, 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 having insulating properties, nitrides, nitride oxides, nitride oxides, metal oxides, metal oxide nitrides, metal nitride oxides and the like.

トランジスタを、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できる。例えば、絶縁体210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。 By surrounding the transistor with an insulator having a function of suppressing the permeation of impurities such as hydrogen and oxygen, the electrical characteristics of the transistor can be stabilized. For example, as the insulator 210, an insulator having a function of suppressing the permeation of impurities such as hydrogen and oxygen may be used.

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。 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. Insulations containing, lanthanum, neodymium, hafnium or tantalum may be used in single layers or in layers.

また、例えば、絶縁体210としては、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、シリコンおよびハフニウムを含む酸化物、アルミニウムおよびハフニウムを含む酸化物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。なお、例えば、絶縁体210は、酸化アルミニウムおよび酸化ハフニウムなどを有することが好ましい。 Further, for example, the insulator 210 includes aluminum oxide, magnesium oxide, gallium oxide, germanium oxide, yttrium oxide, zirconium oxide, lanthanum oxide, neodymium oxide, hafnium oxide, oxides including silicon and hafnium, aluminum and hafnium. Metal oxides such as oxides or tantalum oxide, silicon nitride or silicon nitride may be used. For example, the insulator 210 preferably has aluminum oxide, hafnium oxide, or the like.

絶縁体214および絶縁体250は、誘電率の高い絶縁体を有することが好ましい。例えば、絶縁体214および絶縁体250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を有することが好ましい。 The insulator 214 and the insulator 250 preferably have an insulator having a high dielectric constant. For example, insulators 214 and 250 have gallium oxide, hafnium oxide, zirconium oxide, oxides with aluminum and hafnium, nitrides with aluminum and hafnium, oxides with silicon and hafnium, silicon and hafnium. It is preferable to have a nitride oxide or a nitride having silicon and hafnium.

または、絶縁体214および絶縁体250は、酸化シリコンまたは酸化窒化シリコンと、誘電率の高い絶縁体と、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、誘電率の高い絶縁体と組み合わせることで、熱的に安定かつ誘電率の高い積層構造とできる。 Alternatively, the insulator 214 and the insulator 250 preferably have a laminated structure of silicon oxide or silicon nitride nitride and an insulator having a high dielectric constant. Since silicon oxide and silicon oxynitride are thermally stable, they can be combined with an insulator having a high dielectric constant to form a laminated structure that is thermally stable and has a high dielectric constant.

絶縁体212、絶縁体220(絶縁体220_1、絶縁体220_2、絶縁体220_3、絶縁体220_4および絶縁体220_5)、絶縁体280、および絶縁体283は、誘電率の低い絶縁体を有することが好ましい。例えば、絶縁体212、絶縁体220、絶縁体280、および絶縁体283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、絶縁体212、絶縁体220、絶縁体280、および絶縁体283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、熱的に安定かつ誘電率の低い積層構造とできる。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 insulator 212, the insulator 220 (insulator 220_1, insulator 220_2, insulator 220_3, insulator 220_4 and insulator 220_5), insulator 280, and insulator 283 preferably have an insulator having a low dielectric constant. .. For example, the insulator 212, the insulator 220, the insulator 280, and the insulator 283 include silicon oxide, silicon oxide, silicon nitride, silicon nitride, silicon oxide with fluorine, silicon oxide with carbon, carbon and carbon. It is preferable to have silicon oxide to which nitrogen is added, silicon oxide having pores, a resin, or the like. Alternatively, the insulator 212, insulator 220, insulator 280, and insulator 283 may be silicon oxide, silicon oxide nitride, silicon nitride oxide, silicon nitride, silicon oxide with fluorine, silicon oxide with carbon added, carbon, and the like. It is preferable to have a laminated structure of silicon oxide to which nitrogen is added, silicon oxide having pores, and a resin. Since silicon oxide and silicon oxynitride are thermally stable, they can be combined with a resin to form a laminated structure that is thermally stable and has a low dielectric constant. Examples of the resin include polyester, polyolefin, polyamide (nylon, aramid, etc.), polyimide, polycarbonate, acrylic, and the like.

<導電体>
導電体203(導電体203_1および導電体203_2)、導電体205(導電体205_1および導電体205_2)、導電体260(導電体260_1、導電体260_2、導電体260_3および導電体260_4)、導電体240、導電体245、導電体110(導電体110_1および導電体110_2)、および導電体120(導電体120_1および導電体120_2)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>
Conductor 203 (Conductor 203_1 and Conductor 203_1), Conductor 205 (Conductor 205_1 and Conductor 205_1), Conductor 260 (Conductor 260_1, Conductor 260_1, Conductor 260_3 and Conductor 260_1), Conductor 240 , Conductor 245, Conductor 110 (Conductor 110_1 and Conductor 110_2), and Conductor 120 (Conductor 120_1 and Conductor 120_2) include aluminum, chromium, copper, silver, gold, platinum, tantalum, nickel, A material containing one or more metal elements selected from titanium, molybdenum, tungsten, hafnium, vanadium, niobium, manganese, magnesium, zirconium, beryllium, indium, ruthenium and the like can be used. Further, a semiconductor having high electrical conductivity typified by polycrystalline silicon containing an impurity element such as phosphorus, and a silicide such as nickel silicide may be used.

また、特に、導電体260として、酸化物230に適用可能な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てもよい。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、酸化物230に含まれる水素を捕獲できる場合がある。または、外方の絶縁体などから混入する水素を捕獲できる場合がある。 Further, in particular, as the conductor 260, a conductive material containing a metal element and oxygen contained in a metal oxide applicable to the oxide 230 may be used. 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, hydrogen contained in the oxide 230 may be captured. Alternatively, it may be possible to capture hydrogen mixed in from an outer insulator or the like.

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は、ゲート電極として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, it is preferable to use a laminated structure in which the above-mentioned material containing a metal element and a conductive material containing oxygen are combined as a gate electrode. 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.

<金属酸化物>
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 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錫などとする。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. Other elements applicable to the element M include boron, silicon, titanium, iron, nickel, germanium, zirconium, molybdenum, lanthanum, cerium, neodymium, hafnium, tantalum, tungsten, magnesium and the like. 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 crystal linear semiconductor), polycrystal oxide semiconductor, nc-OS (nanocrystalline oxide semiconductor), and pseudo-amorphous oxide semiconductor (a-lik). OS: amorphous-like oxide semiconductor) and amorphous oxide semiconductors.

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 crystal structure in which a plurality of nanocrystals are connected in the ab plane direction and have strain. 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、歪みを許容できるためと考えられる。 Although nanocrystals are basically hexagonal, they are not limited to regular hexagonal shapes and may have non-regular hexagonal shapes. 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. It is considered that this is because CAAC-OS can tolerate distortion due to the fact that 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. Be done.

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 a (In, M, Zn) layer. Further, when the indium of the In layer is replaced with the element M, it can also be expressed as a (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 the decrease in electron mobility due to the crystal grain boundary is unlikely to occur. Further, since the crystallinity of the oxide semiconductor may be deteriorated 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 has no 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 according to one aspect of the present invention may have two or more of an amorphous oxide semiconductor, a polycrystalline oxide semiconductor, a-like OS, nc-OS, and CAAC-OS.

<半導体装置の作製方法>
次に、本発明に係るトランジスタ200a、トランジスタ200b、容量素子100aおよび容量素子100bを有する半導体装置の作製方法を図7乃至図14を用いて説明する。また、図7乃至図14において、各図の(A)は、上面図である。各図の(B)は各図の(A)にA1-A2の一点鎖線で示す部位の断面図である。
<Method of manufacturing semiconductor devices>
Next, a method of manufacturing a semiconductor device having the transistor 200a, the transistor 200b, the capacitive element 100a, and the capacitive element 100b according to the present invention will be described with reference to FIGS. 7 to 14. Further, in FIGS. 7 to 14, (A) in each figure is a top view. (B) of each figure is a cross-sectional view of the part shown by the alternate long and short dash line of A1-A2 in (A) of each figure.

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 formation of the insulator 210 is performed 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) 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.) 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 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 speed, it may be preferable to use it in combination with another film forming method such as a CVD method having a high film forming speed.

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, the time required for forming a film can be shortened 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. Therefore, it may be possible to increase the productivity of the semiconductor device.

ALD法では、異なる原料ガス(プリカーサともいう。)を交互に流す方法で組成を制御することもできる。例えば、元素Aと元素Bとを有する酸化物を成膜する場合、元素Aを含むプリカーサを流す第1のステップと、酸素、オゾンまたは水などの酸化性ガスを流す第2のステップと、元素Bを含むプリカーサを流す第3のステップと、酸素、オゾンまたは水などの酸化性ガスを流す第4のステップと、を繰り返し行ってもよい。各ステップにおけるプリカーサ、酸化性ガス等の流量や、時間を調整することで元素Aと元素Bとを有する酸化物の組成を制御することができる。または、第1のステップと第2のステップとをn回(nは自然数)繰り返した後で第3のステップと第4のステップをm回(mは自然数)繰り返すことでも元素Aと元素Bとを有する酸化物の組成を制御することができる。または、成膜温度を調整することでも元素Aと元素Bとを有する酸化物の組成を制御することができる。なお、酸化物に変えて窒化物を成膜したい場合は、酸化性ガスを窒化性ガスに変えればよい。また、酸窒化物を成膜する場合は、酸化性ガスを流すステップと窒化性ガスを流すステップを設ければよい。また、酸化物に変えて金属または半金属を成膜したい場合、酸化性ガスを水素等の還元性ガスに変えればよい。ここでは元素Aを含むプリカーサおよび元素Bを含むプリカーサの二種類のプリカーサを用いた場合の成膜方法を説明したが、三種類以上のプリカーサを用いる場合でも同様の方法を採ることができる。また、第1のステップ乃至第4のステップに加えて、適宜キャリアガス等を流すステップを設けてもよい。または、キャリアガスを複数のステップに跨って流し続けてもよい。 In the ALD method, the composition can also be controlled by a method in which different raw material gases (also referred to as precursors) are alternately flowed. For example, in the case of forming an oxide having an element A and an element B, a first step of flowing a precursor containing the element A, a second step of flowing an oxidizing gas such as oxygen, ozone or water, and an element The third step of flowing the precursor containing B and the fourth step of flowing an oxidizing gas such as oxygen, ozone or water may be repeated. The composition of the oxide having the element A and the element B can be controlled by adjusting the flow rate of the precursor, the oxidizing gas and the like in each step and the time. Alternatively, element A and element B can be obtained by repeating the first step and the second step n times (n is a natural number) and then repeating the third step and the fourth step m times (m is a natural number). The composition of the oxide having the above can be controlled. Alternatively, the composition of the oxide having the element A and the element B can be controlled by adjusting the film formation temperature. If it is desired to form a nitride film instead of an oxide, the oxidizing gas may be changed to a nitride gas. Further, when the oxynitride is formed, a step of flowing an oxidizing gas and a step of flowing a nitrided gas may be provided. Further, when it is desired to form a metal or a metalloid instead of an oxide, the oxidizing gas may be changed to a reducing gas such as hydrogen. Here, a film forming method has been described when two types of precursors, a precursor containing the element A and a precursor containing the element B, have been used, but the same method can be adopted even when three or more types of precursors are used. Further, in addition to the first step to the fourth step, a step for flowing a carrier gas or the like may be provided as appropriate. Alternatively, the carrier gas may continue to flow over a plurality of steps.

例えば、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とよい。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。 For example, as the insulator 210, aluminum oxide may be formed into a film by a sputtering method. Further, the insulator 210 may have a multi-layer structure. For example, a structure may be used in which 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、導電体203_1および導電体203_2となる導電膜を成膜する。導電体203_1および導電体203_2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。また、導電体203_1および導電体203_2となる導電膜は、多層膜とできる。例えば、導電体203_1および導電体203_2となる導電膜としてタングステンを成膜するとよい。 Next, a conductive film to be the conductor 203_1 and the conductor 203_2 is formed on the insulator 210. The film formation of the conductive film to be the conductor 203_1 and the conductor 203_1 can be performed by using a sputtering method, a CVD method, an MBE method, a PLD method, an ALD method, or the like. Further, the conductive film to be the conductor 203_1 and the conductor 203_2 can be a multilayer film. For example, tungsten may be formed as a conductive film to be the conductor 203_1 and the conductor 203_1.

次に、リソグラフィー法を用いて、導電体203_1および導電体203_2となる導電膜を加工し、導電体203_1および導電体203_2を形成する。 Next, the conductive film to be the conductor 203_1 and the conductor 203_2 is processed by a lithographic method to form the conductor 203_1 and the conductor 203_1.

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 area 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 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. To remove the resist mask, a dry etching process such as ashing, a wet etching process, a wet etching process after the dry etching process, or a dry etching process after the wet etching process can be performed.

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、導電体203_1および導電体203_2となる導電膜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できる。導電体203_1および導電体203_2となる導電膜のエッチングは、レジストマスクを除去してから行ってもよいし、レジストマスクを残したまま行ってもよい。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。導電体203_1および導電体203_2となる導電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よい。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 conductive films to be the conductor 203_1 and the conductor 203_1, a resist mask is formed on the insulating film or the conductive film, and the hard mask material is etched. A hard mask having a desired shape can be formed. The etching of the conductive films to be the conductor 203_1 and the conductor 203_1 may be performed after removing the resist mask, or may be performed with the resist mask left. In the latter case, the resist mask may disappear during etching. The hard mask may be removed by etching after etching the conductive films to be the conductors 203_1 and 203_1. 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 a parallel plate type electrode may be configured to apply a high frequency power source to one of the parallel plate type electrodes. 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.

次に、絶縁体210上、導電体203_1上および導電体203_2上に絶縁体212となる絶縁膜を成膜する。絶縁体212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。例えば、絶縁体212となる絶縁膜として、CVD法によって酸化シリコンを成膜するとよい。 Next, an insulating film to be the insulator 212 is formed on the insulator 210, the conductor 203_1, and the conductor 203_2. The film formation of the insulating film to be 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. For example, as an insulating film to be the insulator 212, silicon oxide may be formed by a CVD method.

ここで、絶縁体212となる絶縁膜の膜厚は、導電体203_1の膜厚および導電体203_2の膜厚以上とすることが好ましい。例えば、導電体203_1の膜厚および導電体203_2の膜厚を1とすると、絶縁体212となる絶縁膜の膜厚は、1以上3以下とする。 Here, the film thickness of the insulating film to be the insulator 212 is preferably equal to or larger than the film thickness of the conductor 203_1 and the film thickness of the conductor 203_1. For example, assuming that the film thickness of the conductor 203_1 and the film thickness of the conductor 203_1 are 1, the film thickness of the insulating film to be the insulator 212 is 1 or more and 3 or less.

次に、絶縁体212となる絶縁膜にCMP(chemical Mechanical Polishing)処理を行うことで、絶縁体212となる絶縁膜の一部を除去し、導電体203_1の表面および導電体203_2の表面を露出させる。これにより、上面が平坦な、導電体203_1および導電体203_2と、絶縁体212を形成できる(図7参照。)。 Next, by performing a CMP (chemical mechanical polishing) treatment on the insulating film to be the insulator 212, a part of the insulating film to be the insulator 212 is removed, and the surface of the conductor 203_1 and the surface of the conductor 203_2 are exposed. Let me. As a result, the conductor 203_1 and the conductor 203_2 having a flat upper surface and the insulator 212 can be formed (see FIG. 7).

以下では、上記と異なる導電体203_1および導電体203_2の形成方法について説明する。 Hereinafter, a method for forming the conductor 203_1 and the conductor 203_2 different from the above will be described.

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。 An 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.

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 reaching the insulator 210 is formed in the insulator 212. The opening also includes, for example, a groove or a slit. Further, the area 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, a silicon nitride film, an aluminum oxide film, or a hafnium oxide film may be used for the insulator 210.

開口の形成後に、導電体203_1および導電体203_2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できる。導電体203_1および導電体203_2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 the opening is formed, a conductive film to be a conductor 203_1 and a conductor 203_2 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 conductive film to be the conductor 203_1 and the conductor 203_1 can be performed by using a sputtering method, a CVD method, an MBE method, a PLD method, an ALD method, or the like.

例えば、導電体203_1および導電体203_2となる導電膜を、多層構造とする場合、例えば、スパッタリング法によって窒化タンタルまたは、窒化タンタルの上に窒化チタンを積層した膜を成膜するとよい。当該金属窒化物を導電体203_1および導電体203_2となる導電膜の下層に用いることにより、後述する導電体203_1および導電体203_2となる導電膜の上層の導電膜として、銅などの拡散しやすい金属を用いても、当該金属が導電体203_1および導電体203_2から外に拡散するのを防ぐことができる。 For example, when the conductive films to be the conductor 203_1 and the conductor 203_1 have a multilayer structure, for example, tantalum nitride or a film in which titanium nitride is laminated on tantalum nitride may be formed by a sputtering method. By using the metal nitride in the lower layer of the conductive film to be the conductor 203_1 and the conductor 203_2, a metal such as copper which is easily diffused can be used as the conductive film in the upper layer of the conductive film to be the conductor 203_1 and the conductor 203_1 described later. Can also be used to prevent the metal from diffusing out from the conductor 203_1 and the conductor 203_2.

次に、導電体203_1および導電体203_2となる導電膜の上層の導電膜を成膜する。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。例えば、導電体203_1および導電体203_2となる導電膜の上層の導電膜として、銅などの低抵抗導電性材料を成膜する。 Next, a conductive film on the upper layer of the conductive film to be the conductor 203_1 and the conductor 203_1 is formed. 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. For example, a low resistance conductive material such as copper is formed as a conductive film on the upper layer of the conductive film to be the conductor 203_1 and the conductor 203_1.

次に、CMP処理を行うことで、導電体203_1および導電体203_2となる導電膜の上層、ならびに導電体203_1および導電体203_2となる導電膜の下層の一部を除去し、絶縁体212を露出する。その結果、開口のみに、導電体203_1および導電体203_2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203_1および導電体203_2を形成できる。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。以上が、導電体203_1および導電体203_2の異なる形成方法である。 Next, by performing the CMP treatment, a part of the upper layer of the conductive film to be the conductor 203_1 and the conductor 203_1 and the lower layer of the conductive film to be the conductor 203_1 and the conductor 203_2 are removed, and the insulator 212 is exposed. do. As a result, the conductive films to be the conductor 203_1 and the conductor 203_2 remain only in the opening. This makes it possible to form the conductor 203_1 and the conductor 203_2 having a flat upper surface. In addition, a part of the insulator 212 may be removed by the CMP treatment. The above is a different forming method of the conductor 203_1 and the conductor 203_1.

次に、導電体203_1上および導電体203_2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(図7参照。)。 Next, the insulator 214 is formed on the conductor 203_1 and the conductor 203_1. 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 (see FIG. 7).

次に、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。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。加熱処理は減圧状態で行ってもよい。または、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。加熱処理によって、絶縁体224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。または、加熱処理において、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体224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、加熱処理は行わなくてもよい場合がある。 Next, it is preferable to perform heat treatment. The heat treatment may be performed 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 heat treatment is carried out in an atmosphere of nitrogen or an inert gas, or an atmosphere containing 10 ppm or more of an oxidizing gas and 1% or more or 10% or more of an oxidizing gas. The heat treatment may be performed in a reduced pressure state. Alternatively, the heat treatment may be performed in an atmosphere containing 10 ppm or more of an oxidizing gas, 1% or more, or 10% or more of an oxidizing gas in order to supplement the desorbed oxygen after the heat treatment in a nitrogen or inert gas atmosphere. .. By heat treatment, impurities such as hydrogen and water contained in the insulator 224 can be removed. Alternatively, in 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. Higher 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 insulator 224 by applying RF to the substrate side. Alternatively, the plasma treatment containing oxygen may be performed to supplement the desorbed oxygen after the plasma treatment containing the inert gas is performed using this device. In some cases, the heat treatment may not be performed.

次に、絶縁体220(絶縁体220_1、絶縁体220_2、絶縁体220_3、絶縁体220_4および絶縁体220_5)となる絶縁膜を成膜する。絶縁体220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。 Next, an insulating film to be an insulator 220 (insulator 220_1, insulator 220_2, insulator 220_3, insulator 220_4 and insulator 220_5) is formed. The film formation of the insulating film to be the insulator 220 can be performed by using a sputtering method, a CVD method, an MBE method, a PLD method, an ALD method, or the like.

次に、リソグラフィー法によって、絶縁体220となる絶縁膜を加工し、絶縁体220(絶縁体220_1、絶縁体220_2、絶縁体220_3、絶縁体220_4および絶縁体220_5)を形成する。ここで、絶縁体220は、絶縁体220_2と絶縁体220_3の間が導電体203_1と重なるように配置し、絶縁体220_3と絶縁体220_4の間が、導電体203_2と重なるように配置する(図7参照。)。 Next, the insulating film to be the insulator 220 is processed by the lithography method to form the insulator 220 (insulator 220_1, insulator 220_2, insulator 220_3, insulator 220_4 and insulator 220_5). Here, the insulator 220 is arranged so that the space between the insulator 220_2 and the insulator 220_3 overlaps with the conductor 203_1, and the space between the insulator 220_3 and the insulator 220_4 overlaps with the conductor 203_1 (FIG. FIG. See 7.).

次に、絶縁体214および絶縁体220を覆う様に酸化膜230Cを成膜する(図8参照。)。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。 Next, the oxide film 230C is formed so as to cover the insulator 214 and the insulator 220 (see FIG. 8). The film formation of the oxide film 230C can be performed 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、酸化物230となる酸化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 oxide film to be the oxide 230 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絶縁体214に供給される場合がある。 In particular, when the oxide film 230C is formed, a part of oxygen contained in the sputtering gas may be supplied to the insulator 214.

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。 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%.

酸化膜230Cとして、スパッタリング法によって成膜する場合には、例えば、In:Ga:Zn=4:2:4.1[原子数比]のターゲット、In:Ga:Zn=1:1:1[原子数比]のターゲットまたはIn:Ga:Zn=1:1:0.5[原子数比]のターゲットなどを用いて成膜する。 When the oxide film 230C is formed by the sputtering method, for example, a target of In: Ga: Zn = 4: 2: 4.1 [atomic number ratio], In: Ga: Zn = 1: 1: 1 [ Atomic number ratio] target or In: Ga: Zn = 1: 1: 0.5 [atomic number ratio] target is used to form a film.

酸化膜230Cはトランジスタのチャネル形成領域となるため、絶縁体214と絶縁体220とで構成される段差部において、被覆性よく成膜されることが好ましい。酸化膜230Cを被覆性よく成膜する方法としては、ALD法、CVD法を用いることが好ましい。スパッタリング法を用いる場合、スパッタ粒子をイオン化して成膜するイオン化スパッタを用いることで段差部への被覆性を高くすることができる。または、ターゲット-基板間距離を200mm以上に広くとることや、コリメータ等の部材を用いることで直進性の高いスパッタ粒子を利用する方法もある。または、基板側にバイアスを印加する逆スパッタやバイアススパッタを用いてもよい。 Since the oxide film 230C is a channel forming region of the transistor, it is preferable that the film is formed with good coverage in the stepped portion composed of the insulator 214 and the insulator 220. As a method for forming the oxide film 230C with good coverage, it is preferable to use the ALD method and the CVD method. When the sputtering method is used, the coverage on the stepped portion can be improved by using ionization sputtering that ionizes the sputtered particles to form a film. Alternatively, there is also a method in which the distance between the target and the substrate is widened to 200 mm or more, or sputtered particles having high straightness are used by using a member such as a collimator. Alternatively, reverse sputtering or bias sputtering that applies a bias to the substrate side may be used.

本実施の形態では、酸化膜230Cを単層と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、2層、3層または4層以上の積層構造としてもよい。積層構造とする場合は、スパッタリング法によって成膜する場合には、In、GaおよびZnの原子数比の異なる複数のターゲットを用いて、積層構造としてもよい。または、スパッタリングガスに含まれる酸素の割合を変えて積層構造としてもよい。または、In、GaおよびZnの原子数比およびスパッタリングガスに含まれる酸素の割合を変えて積層構造としてもよい。 Although the present embodiment shows a configuration in which the oxide film 230C is a single layer, the present invention is not limited to this. For example, a laminated structure having two layers, three layers, or four or more layers may be used. In the case of a laminated structure, in the case of forming a film by a sputtering method, a plurality of targets having different atomic number ratios of In, Ga and Zn may be used to form a laminated structure. Alternatively, the laminated structure may be formed by changing the ratio of oxygen contained in the sputtering gas. Alternatively, the laminated structure may be formed by changing the atomic number ratio of In, Ga and Zn and the ratio of oxygen contained in the sputtering gas.

次に、加熱処理を行ってもよい。加熱処理は、上述の加熱処理と同様の条件を用いることができる。加熱処理によって酸化物230となる酸化膜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。例えば、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 same conditions as those for the above-mentioned heat treatment can be used. Impurities such as hydrogen and water in the oxide film which becomes the oxide 230 can be removed by the heat treatment. For example, after performing the treatment at a temperature of 400 ° C. for 1 hour in a nitrogen atmosphere, the treatment is continuously performed at a temperature of 400 ° C. for 1 hour in an oxygen atmosphere.

次に、酸化物230となる酸化膜を加工して、酸化物230を形成する(図9参照。)。 Next, the oxide film to be the oxide 230 is processed to form the oxide 230 (see FIG. 9).

ここで、図9(A)に示すように、酸化物230は、酸化物230の長辺方向と、絶縁体220の長辺との、なす角度が、20°以上70°以下、好ましくは30°以上60°以下になるとなるように形成する。また、少なくとも一部が導電体203と重なるように形成する。 Here, as shown in FIG. 9A, the angle formed by the oxide 230 between the long side direction of the oxide 230 and the long side of the insulator 220 is 20 ° or more and 70 ° or less, preferably 30. It is formed so that it becomes ° or more and 60 ° or less. Further, at least a part thereof is formed so as to overlap with the conductor 203.

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.

また、エッチングマスクとしては、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230C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できる。酸化物230となる酸化膜のエッチングは、レジストマスクを除去してから行ってもよいし、レジストマスクを残したまま行ってもよい。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。酸化膜230C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よい。 Further, as the etching mask, 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 230C, 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. The etching of the oxide film to be the oxide 230 may be performed after removing the resist mask, or may be performed with the resist mask left. In the latter case, the resist mask may disappear during etching. The hard mask may be removed by etching after etching the oxide film 230C.

これまでの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230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。 By performing the conventional dry etching or the like, impurities caused by the etching gas or the like may adhere to or diffuse on the surface or the inside of the oxide 230 or the like. 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. The cleaning method includes wet cleaning using a cleaning liquid, plasma treatment using plasma, cleaning by heat treatment, and the like, and the above cleaning 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。 As the wet cleaning, a 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 may be performed using pure water or carbonated water.

次に、加熱処理を行ってもよい。加熱処理の条件は、上述の加熱処理の条件を用いることができる。 Next, heat treatment may be performed. As the heat treatment conditions, the above-mentioned heat treatment conditions can be used.

次に、絶縁体214上、絶縁体220上および酸化物230上に、絶縁体250を成膜する(図10参照。)。絶縁体250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。ここで、絶縁体250を積層構造としてもよい。例えば、絶縁体250を、2層構造とする場合、スパッタリング法を用い、酸素を含む雰囲気下で、絶縁体250の2層目の成膜をすることで、絶縁体250の1層目に酸素を添加できる。 Next, the insulator 250 is formed on the insulator 214, the insulator 220, and the oxide 230 (see FIG. 10). The film formation of the insulator 250 can be performed by using a sputtering method, a CVD method, an MBE method, a PLD method, an ALD method, or the like. Here, the insulator 250 may have a laminated structure. For example, when the insulator 250 has a two-layer structure, oxygen is formed in the first layer of the insulator 250 by forming a second layer of the insulator 250 in an atmosphere containing oxygen by using a sputtering method. Can be added.

ここで、加熱処理を行なってもよい。該加熱処理は、上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、絶縁体250中の水分濃度および水素濃度を低減させることができる。 Here, heat treatment may be performed. The above-mentioned heat treatment conditions can be used for the heat treatment. By the heat treatment, the water concentration and the hydrogen concentration in the insulator 250 can be reduced.

次に、絶縁体250の上に導電膜260Aを成膜する(図11参照。)。導電膜260A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。導電膜260Aは、2層以上の積層構造としてもよい。本実施の形態では、窒化チタンをCVD法、またはALD法を用いて成膜した後にCVD法によってタングステンを成膜する。 Next, a conductive film 260A is formed on the insulator 250 (see FIG. 11). The film formation of the conductive film 260A can be performed by using a sputtering method, a CVD method, an MBE method, a PLD method, an ALD method, or the like. The conductive film 260A may have a laminated structure of two or more layers. In the present embodiment, titanium nitride is formed into a film by a CVD method or an ALD method, and then tungsten is formed by a CVD method.

次に、CMP処理を行うことによって、導電膜260Aの一部を除去し、絶縁体250を露出させる。ここで、導電体260(導電体260_1、導電体260_2、導電体260_3および導電体260_4)となる導電体を、絶縁体220上の酸化物230の上面と概略同じ高さになるまでエッチングすることで、導電体260を形成する(図12参照。)。 Next, a part of the conductive film 260A is removed by performing a CMP treatment to expose the insulator 250. Here, the conductor to be the conductor 260 (conductor 260_1, conductor 260_2, conductor 260_3 and conductor 260_4) is etched until it becomes approximately the same height as the upper surface of the oxide 230 on the insulator 220. Then, the conductor 260 is formed (see FIG. 12).

次に、絶縁体280を成膜する。絶縁体280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、絶縁体280として、酸化窒化シリコンを用いる。 Next, the insulator 280 is formed into a film. The film formation of 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 insulator 280.

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、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(図13参照。)。 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 the film is formed. 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. The flattening treatment includes a CMP treatment, a dry etching treatment, and the like. In this embodiment, a CMP process is used as the flattening process (see FIG. 13).

なお、図では、絶縁体280を単層構造にしているが、2層以上の積層構造としてもよい。例えば、基板の反りを抑制するために、圧縮応力を有する層と、引っ張り応力を有する層を積層することで、内部応力を相殺してもよい。 Although the insulator 280 has a single-layer structure in the figure, it may have a laminated structure of two or more layers. For example, in order to suppress the warp of the substrate, the internal stress may be offset by laminating a layer having a compressive stress and a layer having a tensile stress.

次に、絶縁体280に、酸化物230の領域231bに達する開口を形成する。当該工程は、開口のアスペクト比が大きいため、例えば、ハードマスクを用いて、異方性エッチングを行うことが好ましい。また、アスペクト比が大きい異方性エッチングには、ドライエッチングを用いることが好ましい。 Next, the insulator 280 is formed with an opening reaching the region 231b of the oxide 230. Since the aspect ratio of the opening is large in this step, it is preferable to perform anisotropic etching using, for example, a hard mask. Further, it is preferable to use dry etching for anisotropic etching having a large aspect ratio.

ここで、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、領域231bへイオン注入を行ってもよい。開口以外は、絶縁体280によってイオンが到達することができない。即ち、自己整合的に開口へイオン注入できる。このイオン注入によって、開口の領域231のキャリア密度をより高くできるので、導電体240と、酸化物230と、のコンタクト抵抗を低減できる場合がある。 Here, ion implantation may be performed in the region 231b by using an ion implantation method, an ion implantation method in which an ionized raw material gas is added without mass separation, a plasma immersion ion implantation method, or the like. Other than the opening, ions cannot reach due to the insulator 280. That is, ions can be implanted into the opening in a self-aligned manner. By this ion implantation, the carrier density of the opening region 231 can be made higher, so that the contact resistance between the conductor 240 and the oxide 230 may be reduced.

次に、導電体240となる導電膜を成膜する。導電体240となる導電膜は、水または水素など不純物の透過を抑制する機能を有する導電体を含む積層構造とすることが望ましい。たとえば、窒化タンタル、窒化チタンなどと、タングステン、モリブデン、銅など、と、の積層とできる。導電体240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。 Next, a conductive film to be the conductor 240 is formed. It is desirable that the conductive film to be the conductor 240 has a laminated structure including a conductor having a function of suppressing the permeation of impurities such as water or hydrogen. For example, tantalum nitride, titanium nitride and the like can be laminated with tungsten, molybdenum, copper and the like. The film formation of the conductive film to be the conductor 240 can be performed by using a sputtering method, a CVD method, an MBE method, a PLD method, an ALD method, or the like.

次に、CMP処理を行うことで、絶縁体280上の、導電体240となる導電膜を除去する。その結果、上記開口のみに、該導電膜を残存することで上面が平坦な導電体240を形成できる(図13参照。)。 Next, the CMP treatment is performed to remove the conductive film that becomes the conductor 240 on the insulator 280. As a result, the conductor 240 having a flat upper surface can be formed by leaving the conductive film only in the opening (see FIG. 13).

また、開口の側壁部に酸化アルミニウムを形成した後に、導電体240を形成してもよい。開口の側壁部に酸化アルミニウムを形成することで、外方からの酸素の透過を抑制し、導電体240の酸化を防止できる。また、導電体240から、水、水素などの不純物が外部に拡散することを防ぐことができる。該酸化アルミニウムの形成は、開口にALD法などを用いて酸化アルミニウムを成膜し、異方性エッチングを行うことで形成できる。 Further, the conductor 240 may be formed after forming aluminum oxide on the side wall portion of the opening. By forming aluminum oxide on the side wall portion of the opening, it is possible to suppress the permeation of oxygen from the outside and prevent the conductor 240 from being oxidized. Further, it is possible to prevent impurities such as water and hydrogen from diffusing from the conductor 240 to the outside. The aluminum oxide can be formed by forming aluminum oxide on the openings by using the ALD method or the like and performing anisotropic etching.

次に、導電体245となる導電膜を成膜する。導電体245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。次に、リソグラフィー法によって、導電体245となる導電膜を加工し、導電体245を形成する。導電体245は、図1(A)に示すA5-A6方向と直交する方向に伸長して形成する(図13参照。)。 Next, a conductive film to be a conductor 245 is formed. The film formation of the conductive film to be the conductor 245 can be performed by using a sputtering method, a CVD method, an MBE method, a PLD method, an ALD method, or the like. Next, the conductive film to be the conductor 245 is processed by the lithography method to form the conductor 245. The conductor 245 is formed by extending in a direction orthogonal to the A5-A6 direction shown in FIG. 1 (A) (see FIG. 13).

次に、絶縁体283を成膜する。絶縁体283の成膜は、絶縁体280と同様の成膜方法を用いることができる。本実施の形態では、絶縁体283として、酸化窒化シリコンを用いる。 Next, the insulator 283 is formed into a film. For the film formation of the insulator 283, the same film forming method as that of the insulator 280 can be used. In this embodiment, silicon oxide nitride is used as the insulator 283.

絶縁体283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283は、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283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(図13参照。)。 The insulator 283 is preferably formed so that the upper surface has a flat surface. For example, the upper surface of the insulator 283 may have a flat surface immediately after the film is formed. Alternatively, for example, the insulator 283 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. The flattening treatment includes a CMP treatment, a dry etching treatment, and the like. In this embodiment, a CMP process is used as the flattening process (see FIG. 13).

次に、絶縁体280、および絶縁体283に、酸化物230の領域231aに達する開口を形成する。当該工程は、開口のアスペクト比が大きいため、例えば、ハードマスクを用いて、異方性エッチングを行うことが好ましい。また、アスペクト比が大きい異方性エッチングには、ドライエッチングを用いることが好ましい。 Next, the insulator 280 and the insulator 283 are formed with an opening reaching the region 231a of the oxide 230. Since the aspect ratio of the opening is large in this step, it is preferable to perform anisotropic etching using, for example, a hard mask. Further, it is preferable to use dry etching for anisotropic etching having a large aspect ratio.

ここで、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、領域231aへイオン注入を行ってもよい。開口以外は、絶縁体280、および絶縁体283によってイオンが到達することができない。即ち、自己整合的に開口へイオン注入できる。このイオン注入によって、開口の領域231aのキャリア密度をより高くできるので、後に形成する導電体110_1および導電体110_2と、酸化物230と、のコンタクト抵抗を低減できる場合がある。 Here, ion implantation may be performed in the region 231a by using an ion implantation method, an ion implantation method in which an ionized raw material gas is added without mass separation, a plasma immersion ion implantation method, or the like. Other than the opening, ions cannot be reached by the insulator 280 and the insulator 283. That is, ions can be implanted into the opening in a self-aligned manner. By this ion implantation, the carrier density of the opening region 231a can be made higher, so that the contact resistance between the conductors 110_1 and the conductors 110_2 formed later and the oxide 230 may be reduced.

次に、開口に、導電体110_1および導電体110_2となる導電体を成膜する。当該導電体の成膜は、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。本実施の形態では、ALD法によって、窒化チタンを成膜する。 Next, a conductor to be the conductor 110_1 and the conductor 110_2 is formed in the opening. The film formation of the conductor can be performed by using a sputtering method, a CVD method, an MBE method, a PLD method, an ALD method, or the like. In this embodiment, titanium nitride is formed into a film by the ALD method.

次に、導電体110_1および導電体110_2となる導電体上に絶縁体を成膜する(図示せず)。当該絶縁体の成膜は、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。 Next, an insulator is formed on the conductors to be the conductor 110_1 and the conductor 110_2 (not shown). The film formation of the insulator can be performed by using a sputtering method, a CVD method, an MBE method, a PLD method, an ALD method, or the like.

次に、CMP処理を行うことで、絶縁体283上の、導電体110_1および導電体110_2となる導電体と上記の絶縁体を除去する。次に、開口に残存する上記の絶縁体をエッチングすることで、導電体110_1および導電体110_2を形成できる(図14参照。)。 Next, the CMP treatment is performed to remove the conductor 110_1 and the conductor 110_2 on the insulator 283 and the above-mentioned insulator. Next, the conductor 110_1 and the conductor 110_2 can be formed by etching the above-mentioned insulator remaining in the opening (see FIG. 14).

絶縁体283を例えば、酸化窒化シリコンと窒化シリコンとの積層構造とすることで、窒化シリコンが当該CMP処理のストッパー膜として機能し、生産性の向上と生産バラツキの抑制をおこなうことができるので好ましい。 It is preferable that the insulator 283 has, for example, a laminated structure of silicon oxide and silicon nitride, because the silicon nitride functions as a stopper film for the CMP treatment, and productivity can be improved and production variation can be suppressed. ..

次に、絶縁体283上、導電体110_1上および導電体110_2上に、絶縁体130を成膜する。絶縁体130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14参照)。 Next, the insulator 130 is formed on the insulator 283, the conductor 110_1, and the conductor 110_2. The film formation of the insulator 130 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. 14).

次に、導電体120_1および導電体120_2となる導電体を成膜する。当該導電体の成膜は、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。 Next, the conductors to be the conductor 120_1 and the conductor 120_2 are formed into a film. The film formation of the conductor can be performed by using a sputtering method, a CVD method, an MBE method, a PLD method, an ALD method, or the like.

次に、導電体120_1および導電体120_2となる導電体にCMP処理を行い、導電体120_1および導電体120_2となる導電体の表面を平坦化する。この時、導電体120_1および導電体120_2となる導電体上に、絶縁体を成膜した後に、CMP処理を行い、該絶縁体を除去し、さらに導電体120_1および導電体120_2となる導電体の表面を平坦化してもよい。 Next, the conductors to be the conductors 120_1 and 120_2 are subjected to CMP treatment to flatten the surfaces of the conductors to be the conductors 120_1 and 120_2. At this time, after forming an insulator on the conductors to be the conductors 120_1 and 120_2, a CMP treatment is performed to remove the insulators, and further, the conductors to be the conductors 120_1 and 120_2 are formed. The surface may be flattened.

次に、リソグラフィー法によって、導電体120_1および導電体120_2となる導電体を加工し、導電体120_1および導電体120_2を形成する。 Next, the conductors to be the conductors 120_1 and 120_2 are processed by a lithographic method to form the conductors 120_1 and 120_2.

ここで、図3に示すように、導電体120_1および導電体120_2を分離せずに一体となるように導電体120を形成してもよい。 Here, as shown in FIG. 3, the conductor 120 may be formed so that the conductor 120_1 and the conductor 120_2 are integrated without being separated.

以上により、図1、および図2に示す、トランジスタ200a、トランジスタ200b、トランジスタ140a、トランジスタ140b、容量素子100aおよび容量素子100bを有する半導体装置を作製できる。 As described above, the semiconductor device having the transistor 200a, the transistor 200b, the transistor 140a, the transistor 140b, the capacitive element 100a, and the capacitive element 100b shown in FIGS. 1 and 2 can be manufactured.

<半導体装置の変形例>
図5は、トランジスタ200a、トランジスタ200b、トランジスタ140a、トランジスタ140b、容量素子100aおよび容量素子100bを有する半導体装置の一例を示す。図5(A)は半導体装置の上面を示す。なお、図の明瞭化のため、図5(A)において一部の膜は省略されている。また、図5(B)は、図5(A)に示す一点鎖線A1-A2に対応する断面図である。また、図5(C)は、図8(A)に示す一点鎖線A3-A4に対応する断面図である。
<Modification example of semiconductor device>
FIG. 5 shows an example of a semiconductor device including a transistor 200a, a transistor 200b, a transistor 140a, a transistor 140b, a capacitive element 100a, and a capacitive element 100b. FIG. 5A shows the upper surface of the semiconductor device. In addition, in order to clarify the figure, some films are omitted in FIG. 5 (A). Further, FIG. 5B is a cross-sectional view corresponding to the alternate long and short dash line A1-A2 shown in FIG. 5A. Further, FIG. 5C is a cross-sectional view corresponding to the alternate long and short dash line A3-A4 shown in FIG. 8A.

図5に示す半導体装置は、絶縁体220(絶縁体220_1、絶縁体220_2、絶縁体220_3、絶縁体220_4および絶縁体220_5)上に絶縁体217(絶縁体217_1、絶縁体217_2、絶縁体217_3、絶縁体217_4および絶縁体217_5)を配置している。言いかえると、酸化物230のソース領域またはドレイン領域と絶縁体220との間に、絶縁体217が配置されているところが図1、および図2に示す半導体装置と異なる。 In the semiconductor device shown in FIG. 5, the insulator 217 (insulator 217_1, insulator 217_2, insulator 217_3, Insulator 217_4 and insulator 217_5) are arranged. In other words, it differs from the semiconductor device shown in FIGS. 1 and 2 in that the insulator 217 is arranged between the source region or drain region of the oxide 230 and the insulator 220.

絶縁体217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することが好ましい。絶縁体217を酸化物230のソース領域またはドレイン領域と絶縁体220との間に配置することで、絶縁体220に含まれている酸素が、酸化物230のソース領域またはドレイン領域に注入されることを抑制することができるので、ソース領域またはドレイン領域の高抵抗化を防ぐことができる。また、該酸素が、導電体240へ吸収されることで、導電体240が酸化されて高抵抗化することを防ぐことができる。 The insulator 217 is preferably an insulator having a function of suppressing the permeation of impurities such as hydrogen and oxygen. By arranging the insulator 217 between the source region or drain region of the oxide 230 and the insulator 220, oxygen contained in the insulator 220 is injected into the source region or drain region of the oxide 230. Since this can be suppressed, it is possible to prevent high resistance in the source region or the drain region. Further, by absorbing the oxygen to the conductor 240, it is possible to prevent the conductor 240 from being oxidized and having a high resistance.

絶縁体217としては、絶縁体210と同様のものを用いることができる。その他の構成、効果については、図1および図2に示す半導体装置を参酌できる。 As the insulator 217, the same insulator as the insulator 210 can be used. For other configurations and effects, the semiconductor devices shown in FIGS. 1 and 2 can be taken into consideration.

<半導体装置の応用例>
上記においては、半導体装置の構成例としてトランジスタ200a、トランジスタ200b、トランジスタ140a、トランジスタ140b、容量素子100aおよび容量素子100bを挙げたが、本実施の形態に示す半導体装置はこれに限られるものではない。例えば、図15に示すようにセル600と、セル600と同様の構成を有するセル601がトランジスタ140bを介して接続されている構成としてもよい。なお、本明細書では、トランジスタ200a、トランジスタ200b、容量素子100a、および容量素子100bを有する半導体装置をセルと称する。尚、トランジスタ200a、トランジスタ200b、トランジスタ140a、トランジスタ140b、容量素子100aおよび容量素子100bの構成については、上述のトランジスタ200a、トランジスタ200b、トランジスタ140a、トランジスタ140b、容量素子100aおよび容量素子100bに係る記載を参酌できる。
<Application example of semiconductor device>
In the above, the transistor 200a, the transistor 200b, the transistor 140a, the transistor 140b, the capacitive element 100a, and the capacitive element 100b are mentioned as configuration examples of the semiconductor device, but the semiconductor device shown in the present embodiment is not limited to this. .. For example, as shown in FIG. 15, the cell 600 and the cell 601 having the same configuration as the cell 600 may be connected via the transistor 140b. In this specification, a semiconductor device having a transistor 200a, a transistor 200b, a capacitive element 100a, and a capacitive element 100b is referred to as a cell. Regarding the configuration of the transistor 200a, the transistor 200b, the transistor 140a, the transistor 140b, the capacitive element 100a, and the capacitive element 100b, the description relating to the above-mentioned transistor 200a, transistor 200b, transistor 140a, transistor 140b, capacitive element 100a, and capacitive element 100b. Can be taken into consideration.

図15は、トランジスタ200a、トランジスタ200b、容量素子100a、および容量素子100bを有するセル600と、セル600と同様の構成を有するセル601がトランジスタ140bを介して接続されている断面図である。 FIG. 15 is a cross-sectional view in which a cell 600 having a transistor 200a, a transistor 200b, a capacitive element 100a, and a capacitive element 100b and a cell 601 having the same configuration as the cell 600 are connected via a transistor 140b.

図15に示すように、セル600と、セル601と、の間にはトランジスタ140bが配置されており、トランジスタ140bを常にオフ状態とすることで、セル600とセル601と、を電気的に分離できる。トランジスタ140bの機能および効果については、上述のトランジスタ140aおよびトランジスタ140bの説明を参酌できる。 As shown in FIG. 15, a transistor 140b is arranged between the cell 600 and the cell 601. By keeping the transistor 140b in the off state at all times, the cell 600 and the cell 601 are electrically separated from each other. can. Regarding the functions and effects of the transistor 140b, the above-mentioned description of the transistor 140a and the transistor 140b can be referred to.

上述のように、本実施の形態に示す構成で、トランジスタ200a、トランジスタ200b、容量素子100aおよび容量素子100bを形成することにより、セルの面積を低減し、半導体装置の微細化または高集積化を図ることができる。 As described above, by forming the transistor 200a, the transistor 200b, the capacitive element 100a, and the capacitive element 100b in the configuration shown in the present embodiment, the cell area can be reduced, and the semiconductor device can be miniaturized or highly integrated. Can be planned.

[セルアレイの構造]
ここで、本実施の形態のセルアレイの一例を図16に示す。例えば、図1に示す半導体装置の構成を一つのセルとして、該セルを行列、またはマトリクス上に配置することで、セルアレイを構成できる。
[Structure of cell array]
Here, an example of the cell array of the present embodiment is shown in FIG. For example, the semiconductor device shown in FIG. 1 can be configured as one cell, and the cells can be arranged in a matrix or on a matrix to form a cell array.

図16は、図1に示すセルの構成を、マトリクス状に配置した一形態を示す回路図である。図16に示すセルアレイでは、配線WLが列方向に延伸される。 FIG. 16 is a circuit diagram showing a form in which the cell configurations shown in FIG. 1 are arranged in a matrix. In the cell array shown in FIG. 16, the wiring WL is extended in the column direction.

図16に示すように、セルを構成するトランジスタ200aとトランジスタ200bのソースおよびドレインの一方が共通の配線BL(BL01、BL02、BL03およびBL04))と電気的に接続する。セル600を構成する、トランジスタ200aの第1のゲートと、トランジスタ200bの第1のゲートは、それぞれ異なる配線WL(WL01乃至WL06)と電気的に接続する。また、これらの配線WLは、列方向に配置されたセル600が有する、トランジスタ200aの第1のゲートと、トランジスタ200bの第1のゲートと、それぞれ電気的に接続する。また、行方向に配置された隣り合うセル600間に、トランジスタ140aおよびトランジスタ140bが配置される。トランジスタ140aの第1のゲートと、トランジスタ140bの第1のゲートは、それぞれ異なる配線IL(IL01乃至IL04)と電気的に接続する。また、これらの配線ILは、列方向に配置された、トランジスタ140aの第1のゲートと、トランジスタ140bの第1のゲートと、それぞれ電気的に接続する。配線ILには、トランジスタ140aおよびトランジスタ140bがそれぞれ常にオフ状態となる電位を与えることによって、隣り合うセル間を電気的に分離できる。 As shown in FIG. 16, one of the source and drain of the transistor 200a and the transistor 200b constituting the cell is electrically connected to the common wiring BL (BL01, BL02, BL03 and BL04). The first gate of the transistor 200a and the first gate of the transistor 200b constituting the cell 600 are electrically connected to different wiring WLs (WL01 to WL06). Further, these wiring WLs are electrically connected to the first gate of the transistor 200a and the first gate of the transistor 200b of the cells 600 arranged in the column direction, respectively. Further, the transistor 140a and the transistor 140b are arranged between adjacent cells 600 arranged in the row direction. The first gate of the transistor 140a and the first gate of the transistor 140b are electrically connected to different wiring ILs (IL01 to IL04). Further, these wiring ILs are electrically connected to the first gate of the transistor 140a and the first gate of the transistor 140b arranged in the column direction, respectively. By applying a potential to the wiring IL so that the transistor 140a and the transistor 140b are always in the off state, the adjacent cells can be electrically separated from each other.

例えば、図15に示す、BL02、WL03、WL04と接続されたセル600では、図15に示すように、導電体240がBL02と電気的に接続され、導電体260_2がWL03と電気的に接続され、導電体260_3がWL04と電気的に接続される。 For example, in the cell 600 connected to BL02, WL03, WL04 shown in FIG. 15, the conductor 240 is electrically connected to BL02 and the conductor 260_2 is electrically connected to WL03 as shown in FIG. , Conductor 260_3 is electrically connected to WL04.

また、各セル600が有するトランジスタ200aおよびトランジスタ200bには第2のゲートBGが設けられていてもよい。BGに印加される電位により、トランジスタのしきい値を制御できる。当該BGはトランジスタ400と接続されており、BGに印加される電位は、トランジスタ400によって制御できる。また、セル600が有する、容量素子100aの導電体235_2、および容量素子100bの導電体235_4は、それぞれ、異なる配線PLと電気的に接続する。 Further, the transistor 200a and the transistor 200b of each cell 600 may be provided with a second gate BG. The threshold value of the transistor can be controlled by the potential applied to the BG. The BG is connected to the transistor 400, and the potential applied to the BG can be controlled by the transistor 400. Further, the conductor 235_2 of the capacitance element 100a and the conductor 235_4 of the capacitance element 100b of the cell 600 are electrically connected to different wiring PLs, respectively.

また、図16に示す回路図の各配線および各部位のレイアウトを示した模式図を、図17に示す。図17に示すように、酸化物230および配線WLをマトリクス状に配置することで、図16に示す回路図の半導体装置を形成できる。ここで、配線BLは、配線WLおよび酸化物230とは異なる層に設けることが好ましい。また、図17に示すように、配線BLの長辺方向と、酸化物230の長方向とは、平行に配置せず、配線BLの長辺方向に対して、酸化物230の長辺方向の角度が20°以上70°以下、好ましくは30°以上60°以下になるように、配線BLおよび酸化物230を配置することが好ましい。このように配置することにより、例えば、容量素子100aおよび容量素子100bと、配線BLとが、交錯することなく配置できる。 Further, FIG. 17 shows a schematic diagram showing the layout of each wiring and each part of the circuit diagram shown in FIG. As shown in FIG. 17, by arranging the oxide 230 and the wiring WL in a matrix, the semiconductor device of the circuit diagram shown in FIG. 16 can be formed. Here, it is preferable that the wiring BL is provided in a layer different from the wiring WL and the oxide 230. Further, as shown in FIG. 17, the long side direction of the wiring BL and the long side direction of the oxide 230 are not arranged in parallel, and are in the long side direction of the oxide 230 with respect to the long side direction of the wiring BL. It is preferable to arrange the wiring BL and the oxide 230 so that the angle is 20 ° or more and 70 ° or less, preferably 30 ° or more and 60 ° or less. By arranging in this way, for example, the capacitive element 100a and the capacitive element 100b and the wiring BL can be arranged without crossing each other.

また、当該セルアレイを平面のみでなく積層する構成としてもよい。複数のセルアレイを積層することにより、セルアレイの専有面積を増やすことなく、セルを集積して配置できる。つまり、3Dセルアレイを構成できる。 Further, the cellar array may be laminated not only on a flat surface but also on a flat surface. By stacking a plurality of cell array, cells can be integrated and arranged without increasing the occupied area of the cell array. That is, a 3D cell array can be configured.

以上のように、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できる。 As described above, 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, according to one aspect of the present invention, a semiconductor device having a small off-current can be provided. 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 appropriately combined 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18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 FIG.

[記憶装置1]
図18に示す記憶装置は、トランジスタ200a、容量素子100a、トランジスタ200b、容量素子100b、トランジスタ140a、トランジスタ140bおよびトランジスタ300と、を有している。図18は、トランジスタ300のチャネル長方向の断面図である。図19は、図18にW1-W2の一点鎖線で示す部位の断面図である。つまり、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である。
[Storage device 1]
The storage device shown in FIG. 18 includes a transistor 200a, a capacitive element 100a, a transistor 200b, a capacitive element 100b, a transistor 140a, a transistor 140b, and a transistor 300. FIG. 18 is a cross-sectional view of the transistor 300 in the channel length direction. FIG. 19 is a cross-sectional view of a portion shown by a dotted chain line of W1-W2 in FIG. That is, it is a cross-sectional view in the channel width direction of the transistor 300 in the vicinity of the transistor 300.

トランジスタ200a、およびトランジスタ200b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200a、およびトランジスタ200b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できる。 The transistor 200a and the transistor 200b are transistors in which a channel is formed in a semiconductor layer having an oxide semiconductor. Since the transistor 200a and the transistor 200b have a small off current, it is possible to retain the stored contents for a long period of time by using the transistor 200a and the transistor 200b 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18に示す記憶装置において、配線3001はトランジスタ300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3002はトランジスタ300のソースおよびドレインの他方と電気的に接続され、配線3007はトランジスタ300のゲートと電気的に接続されている。また、配線3003はトランジスタ200aのソースおよびドレインの一方、およびトランジスタ200b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3004aはトランジスタ200aの第1のゲートと電気的に接続され、配線3004bはトランジスタ200bの第1のゲートと電気的に接続され、配線3006aはトランジスタ200aの第2のゲートと電気的に接続され、配線3006bはトランジスタ200bの第2のゲートと電気的に接続されている。また、配線3005aは容量素子100aの電極の一方と電気的に接続され、配線3005bは容量素子100bの電極の一方と電気的に接続されている。 In the storage device shown in FIG. 18, the wiring 3001 is electrically connected to one of the source and drain of the transistor 300, the wiring 3002 is electrically connected to the other of the source and drain of the transistor 300, and the wiring 3007 is connected to the transistor 300. It is electrically connected to the gate. Further, the wiring 3003 is electrically connected to one of the source and drain of the transistor 200a and one of the source and drain of the transistor 200b, the wiring 3004a is electrically connected to the first gate of the transistor 200a, and the wiring 3004b is It is electrically connected to the first gate of the transistor 200b, the wiring 3006a is electrically connected to the second gate of the transistor 200a, and the wiring 3006b is electrically connected to the second gate of the transistor 200b. Further, the wiring 3005a is electrically connected to one of the electrodes of the capacitance element 100a, and the wiring 3005b is electrically connected to one of the electrodes of the capacitance element 100b.

図18に示す半導体装置は、後述するDOSRAMのような酸化物トランジスタを設けた記憶装置に適用できる。トランジスタ200a、およびトランジスタ200bのオフ電流が小さく、ソースおよびドレインの他方(容量素子100a、および容量素子100bの電極の他方ということもできる。)の電位が保持可能という特性を有することで、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. 18 can be applied to a storage device provided with an oxide transistor such as DOSRAM, which will be described later. The off-current of the transistor 200a and the transistor 200b is small, and the potential of the other of the source and the drain (which can also be the other of the capacitive element 100a and the electrode of the capacitive element 100b) can be maintained. It can be written, held, and read.

<記憶装置1の構造>
本発明の一態様の半導体装置は、図18に示すようにトランジスタ300、トランジスタ200a、トランジスタ200b、トランジスタ140a、トランジスタ140b、容量素子100aおよび容量素子100bを有する。トランジスタ200a、トランジスタ200b、トランジスタ140a、トランジスタ140b、容量素子100aおよび容量素子100bはトランジスタ300の上方に設けられ、トランジスタ200a、トランジスタ200b、トランジスタ140aおよびトランジスタ140bは同じ層に設けられる。また、容量素子100aおよび容量素子100bは、トランジスタ200a、トランジスタ200b、トランジスタ140aおよびトランジスタ140bの上方に設けられる。なお、トランジスタ200a、トランジスタ200b、トランジスタ140a、トランジスタ140b、容量素子100aおよび容量素子100bの構成については、先の実施の形態を参酌できる。
<Structure of storage device 1>
As shown in FIG. 18, the semiconductor device of one aspect of the present invention includes a transistor 300, a transistor 200a, a transistor 200b, a transistor 140a, a transistor 140b, a capacitive element 100a, and a capacitive element 100b. The transistor 200a, the transistor 200b, the transistor 140a, the transistor 140b, the capacitive element 100a and the capacitive element 100b are provided above the transistor 300, and the transistor 200a, the transistor 200b, the transistor 140a and the transistor 140b are provided on the same layer. Further, the capacitive element 100a and the capacitive element 100b are provided above the transistor 200a, the transistor 200b, the transistor 140a, and the transistor 140b. Regarding the configurations of the transistor 200a, the transistor 200b, the transistor 140a, the transistor 140b, the capacitive element 100a, and the capacitive element 100b, the above-described embodiment can be referred to.

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 has a semiconductor region 313 composed of a conductor 316, an insulator 315, and 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.

トランジスタ300は、図19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。 As shown in FIG. 19, 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. As described above, by making the transistor 300 a Fin type, the on characteristic 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, elements that impart n-type conductivity such as arsenic and phosphorus, or p-type conductivity such as boron are 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 containing an element that imparts n-type conductivity such as arsenic or phosphorus, or an element that imparts p-type conductivity such as boron. A conductive material such as a material or a metal oxide material can be used.

なお、導電体の材料により、仕事関数が定まるため、導電体の材料を変更することで、しきい値電圧を調整できる。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。 Since the work function is determined by the material of the conductor, the threshold voltage can be adjusted by changing 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18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 FIG. 18 is an example, and the transistor 300 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, silicon nitride, silicon nitride, aluminum oxide, aluminum oxide, aluminum nitride, aluminum nitride, etc. are 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の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200a、およびトランジスタ200b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, for 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 200a and the transistor 200b are 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200a、およびトランジスタ200b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200a、およびトランジスタ200b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 the transistor 200a and the transistor 200b, which may deteriorate the characteristics of the semiconductor element. Therefore, it is preferable to use a film that suppresses the diffusion of hydrogen between the transistor 200a and the transistor 200b and the transistor 300. Specifically, the membrane that suppresses the diffusion of hydrogen is a membrane in which the amount of hydrogen desorbed is small.

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、膜の表面温度が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 by using, for example, a heated desorption gas analysis method (TDS). For example, in the TDS analysis, the amount of hydrogen desorbed from the insulator 324 is the amount desorbed in terms of hydrogen atoms in the range of 50 ° C. to 500 ° C. in the surface temperature of the film, which is converted into the area of the insulator 324. It may be 10 × 10 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326の誘電率は、絶縁体324の誘電率の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できる。 The insulator 326 preferably has a lower dielectric constant than the insulator 324. For example, the dielectric constant of the insulator 326 is preferably less than 4, more preferably less than 3. Further, for example, the dielectric constant of the insulator 326 is preferably 0.7 times or less, more preferably 0.6 times or less the dielectric constant of the insulator 324. By using a material having a low dielectric constant as an interlayer film, it is possible to reduce the parasitic capacitance generated between wirings.

また、絶縁体320、絶縁体322、絶縁体324、および絶縁体326にはトランジスタ300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する。また、プラグまたは配線として機能する導電体は、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, a conductor 328 electrically connected to the transistor 300, a conductor 330, and the like are embedded in the insulator 320, the insulator 322, the insulator 324, and the insulator 326. The conductor 328 and the conductor 330 function as a plug or wiring. In addition, a conductor that functions as a plug or wiring may collectively assign a plurality of structures to the same reference numeral. 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18において、絶縁体350および絶縁体352が順に積層して設けられている。また、絶縁体350および絶縁体352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. 18, the insulator 350 and the insulator 352 are sequentially laminated and provided. Further, a conductor 356 is formed on the insulator 350 and the insulator 352. The conductor 356 functions as a plug or wiring. The conductor 356 can be provided by using the same material 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に設けられた開口に、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200a、トランジスタ200b、トランジスタ140aおよびトランジスタ140b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200a、トランジスタ200b、トランジスタ140aおよびトランジスタ140bへの水素の拡散を抑制できる。 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 an opening provided in the insulator 350 having a barrier property against hydrogen. With this configuration, the transistor 300 and the transistor 200a, the transistor 200b, the transistor 140a and the transistor 140b can be separated by a barrier layer, and the diffusion of hydrogen from the transistor 300 to the transistor 200a, the transistor 200b, the transistor 140a and the transistor 140b can be performed. 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.

上記において、導電体356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 has been described above, the storage device according to the present embodiment is not limited to this. The number of wiring layers similar to the wiring layer including the conductor 356 may be 3 or less, or the number of wiring layers similar to the wiring layer including the conductor 356 may be 5 or more.

また、絶縁体354、および導電体356上に、配線層を設けてもよい。例えば、図18において、絶縁体360、絶縁体362、および導電体366を含む配線層、絶縁体372、絶縁体374、および導電体376を含む配線層が順に積層して設けられている。また、絶縁体360、絶縁体362、および導電体366を含む配線層と、絶縁体372、絶縁体374、および導電体376を含む配線層との間に、複数の配線層を有していてもよい。なお、導電体366、および導電体376は、プラグ、または配線として機能する。また、絶縁体360乃至絶縁体374は、上述した絶縁体と同様の材料を用いて設けることができる。 Further, a wiring layer may be provided on the insulator 354 and the conductor 356. For example, in FIG. 18, a wiring layer including an insulator 360, an insulator 362, and a conductor 366, a wiring layer including an insulator 372, an insulator 374, and a conductor 376 are laminated in this order. Further, a plurality of wiring layers are provided between the wiring layer including the insulator 360, the insulator 362, and the conductor 366 and the wiring layer including the insulator 372, the insulator 374, and the conductor 376. May be good. The conductor 366 and the conductor 376 function as a plug or wiring. Further, the insulator 360 to the insulator 374 can be provided by using the same material as the above-mentioned insulator.

絶縁体374上には絶縁体210、および絶縁体212が、順に積層して設けられている。絶縁体210、および絶縁体212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 and an insulator 212 are laminated on the insulator 374 in order. As either the insulator 210 or the insulator 212, it is preferable to use a substance having a barrier property against oxygen or hydrogen.

絶縁体210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200a、トランジスタ200b、トランジスタ140aおよびトランジスタ140b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。 The insulator 210 is provided with a film having a barrier property so that hydrogen and impurities do not diffuse from, for example, the region where the substrate 311 or the transistor 300 is provided to the region where the transistor 200a, the transistor 200b, the transistor 140a and the transistor 140b are provided. It is preferable to use it. 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200a、トランジスタ200b、トランジスタ140aおよびトランジスタ140b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200a、トランジスタ200b、トランジスタ140aおよびトランジスタ140b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, the characteristics of the semiconductor element may deteriorate due to the diffusion of hydrogen into the semiconductor element having the oxide semiconductor such as the transistor 200a, the transistor 200b, the transistor 140a, and the transistor 140b. Therefore, it is preferable to use a film that suppresses the diffusion of hydrogen between the transistor 200a, the transistor 200b, the transistor 140a and the transistor 140b, and the transistor 300. Specifically, the membrane that suppresses the diffusion of hydrogen is a membrane in which the amount of hydrogen desorbed is small.

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 a film having a barrier property against hydrogen, for example, it is preferable to use a metal oxide such as aluminum oxide, hafnium oxide, and tantalum oxide for the insulator 210.

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200a、トランジスタ200b、トランジスタ140aおよびトランジスタ140bへの混入を防止できる。また、トランジスタ200a、トランジスタ200b、トランジスタ140aおよびトランジスタ140bを構成する酸化物からの酸素の放出を抑制できる。そのため、トランジスタ200a、トランジスタ200b、トランジスタ140aおよびトランジスタ140b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 200a, the transistor 200b, the transistor 140a, and the transistor 140b during and after the manufacturing process of the transistor. Further, it is possible to suppress the release of oxygen from the oxides constituting the transistor 200a, the transistor 200b, the transistor 140a and the transistor 140b. Therefore, it is suitable for use as a protective film for the transistor 200a, the transistor 200b, the transistor 140a, and the transistor 140b.

また、例えば、絶縁体212には、絶縁体320と同様の材料を用いることができる。また、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できる。例えば、絶縁体212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 the insulator 320 can be used for the insulator 212. Further, by using a material having a relatively low dielectric constant as an interlayer film, it is possible to reduce the parasitic capacitance generated between the wirings. For example, as the insulator 212, 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200aやトランジスタ200bを構成する導電体等が埋め込まれている。なお、導電体218は、トランジスタ200a、およびトランジスタ200b、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, the insulator 210, the insulator 212, the insulator 214, and the insulator 216 are embedded with the conductor 218 and the conductors constituting the transistor 200a and the transistor 200b. The conductor 218 has a function as a plug or wiring for electrically connecting the transistor 200a and the transistor 200b, 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200a、トランジスタ200b、トランジスタ140aおよびトランジスタ140bとは、酸素、水素、および水に対するバリア性を有する層で、分離することができ、トランジスタ300からトランジスタ200a、トランジスタ200b、トランジスタ140aおよびトランジスタ140bへの水素の拡散を抑制できる。 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 200a, the transistor 200b, the transistor 140a and the transistor 140b can be separated by a layer having a barrier property against oxygen, hydrogen and water, and the transistor 300 can be separated from the transistor 200a and the transistor 200b. The diffusion of hydrogen into the transistor 140a and the transistor 140b can be suppressed.

絶縁体212の上方には、トランジスタ200a、トランジスタ200b、トランジスタ140a、トランジスタ140b、容量素子100aおよび容量素子100bが設けられている。なお、トランジスタ200a、トランジスタ200b、トランジスタ140a、トランジスタ140b、容量素子100aおよび容量素子100bの構造は、先の実施の形態で説明したトランジスタ200a、トランジスタ200b、トランジスタ140a、トランジスタ140b、容量素子100aおよび容量素子100bを用いればよい。また、図18に示すトランジスタ200a、トランジスタ200b、トランジスタ140a、トランジスタ140b、容量素子100aおよび容量素子100b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 200a, a transistor 200b, a transistor 140a, a transistor 140b, a capacitive element 100a, and a capacitive element 100b are provided above the insulator 212. The structures of the transistor 200a, the transistor 200b, the transistor 140a, the transistor 140b, the capacitive element 100a, and the capacitive element 100b are the transistor 200a, the transistor 200b, the transistor 140a, the transistor 140b, the capacitive element 100a, and the capacitance described in the previous embodiment. The element 100b may be used. Further, the transistor 200a, the transistor 200b, the transistor 140a, the transistor 140b, the capacitive element 100a, and the capacitive element 100b shown in FIG. 18 are examples, and the transistor is not limited to the structure thereof, and an appropriate transistor can be used according to the circuit configuration and the driving method. Just do it.

また、導電体248を導電体218と接するように設けることで、トランジスタ300と接続される導電体253をトランジスタ200a、およびトランジスタ200bの上方に取り出すことができる。図18においては、配線3002をトランジスタ200a、およびトランジスタ200bの上方に取り出したが、これに限られることなく、配線3001または配線3007などをトランジスタ200a、およびトランジスタ200bの上方に取り出す構成にしてもよい。 Further, by providing the conductor 248 so as to be in contact with the conductor 218, the conductor 253 connected to the transistor 300 can be taken out above the transistor 200a and the transistor 200b. In FIG. 18, the wiring 3002 is taken out above the transistor 200a and the transistor 200b, but the present invention is not limited to this, and the wiring 3001 or the wiring 3007 may be taken out above the transistor 200a and the transistor 200b. ..

以上が構成例についての説明である。本構成を用いることで、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できる。または、消費電力が低減された半導体装置を提供できる。 The above is the description of the configuration example. By using this configuration, it is possible to suppress fluctuations in electrical characteristics and improve reliability in a semiconductor device using a transistor having an oxide semiconductor. Alternatively, it is possible to provide a transistor having an oxide semiconductor having a large on-current. Alternatively, a transistor having an oxide semiconductor having a small off-current can be provided. Alternatively, it is possible to provide a semiconductor device with reduced power consumption.

<記憶装置2>
図20に示す半導体装置は、トランジスタ400と、トランジスタ200a、トランジスタ200b、トランジスタ140a、トランジスタ140b、容量素子100aおよび容量素子100b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20を用いて説明する。
<Storage device 2>
The semiconductor device shown in FIG. 20 is a storage device including a transistor 400, a transistor 200a, a transistor 200b, a transistor 140a, a transistor 140b, a capacitive element 100a, and a capacitive element 100b. Hereinafter, one form as a storage device will be described with reference to FIG. 20.

本実施の形態に示す半導体装置における、トランジスタ400、トランジスタ200a、トランジスタ200b、容量素子100aおよび容量素子100bの接続関係の一例を示した回路図を図20(A)に示す。また、図20(A)に示す配線1003から配線1010などを対応させた半導体装置の断面図を図20(B)に示す。また、図20(B)にW3-W4の一点鎖線で示す部位の断面図を図20(C)に示す。図20(C)は、トランジスタ400のチャネル形成領域におけるチャネル幅方向の断面図である。 FIG. 20A shows a circuit diagram showing an example of the connection relationship between the transistor 400, the transistor 200a, the transistor 200b, the capacitive element 100a, and the capacitive element 100b in the semiconductor device shown in the present embodiment. Further, FIG. 20 (B) shows a cross-sectional view of the semiconductor device corresponding to the wiring 1003 to the wiring 1010 shown in FIG. 20 (A). Further, FIG. 20 (C) shows a cross-sectional view of the portion shown by the alternate long and short dash line of W3-W4 in FIG. 20 (B). FIG. 20C is a cross-sectional view of the transistor 400 in the channel forming region in the channel width direction.

図20に示すように、トランジスタ200aは、ゲートが配線1004aと、ソースおよびドレインの一方が配線1003と、電気的に接続される。また、トランジスタ200aのソース及びドレインの他方が容量素子100aの下部電極と電気的に接続される。容量素子100aの上部電極が配線1005aと電気的に接続される。トランジスタ200bは、ゲートが配線1004bと、ソースおよびドレインの一方が配線1003と、電気的に接続される。また、トランジスタ200bのソース及びドレインの他方が容量素子100bの下部電極と電気的に接続される。容量素子100bの上部電極が配線1005b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20(B)に示すように、トランジスタ200a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1006a、配線1006b、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. 20, in the transistor 200a, the gate is electrically connected to the wiring 1004a, and one of the source and the drain is electrically connected to the wiring 1003. Further, the other of the source and drain of the transistor 200a is electrically connected to the lower electrode of the capacitive element 100a. The upper electrode of the capacitive element 100a is electrically connected to the wiring 1005a. In the transistor 200b, the gate is electrically connected to the wiring 1004b, and one of the source and the drain is electrically connected to the wiring 1003. Further, the other of the source and drain of the transistor 200b is electrically connected to the lower electrode of the capacitive element 100b. The upper electrode of the capacitive element 100b is electrically connected to the wiring 1005b. Further, the drain of the transistor 400 is electrically connected to the wiring 1010. Further, as shown in FIG. 20B, the second gate of the transistor 200a, the source of the transistor 400, the first gate, and the second gate have wiring 1006a, wiring 1006b, wiring 1007, wiring 1008, and so on. And are electrically connected via wiring 1009.

ここで、配線1004aに電位を印加することで、トランジスタ200aのオン状態、オフ状態を制御できる。トランジスタ200a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200aを介して、容量素子100aに電荷を供給できる。このとき、トランジスタ200aをオフ状態にすることで、容量素子100aに供給された電荷を保持できる。また、配線1005a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200aと容量素子100aの接続部分の電位を制御できる。例えば、配線1005aに接地電位を与えると、上記電荷を保持しやすくなる。 Here, by applying a potential to the wiring 1004a, the on state and the off state of the transistor 200a can be controlled. By applying a potential to the wiring 1003 with the transistor 200a turned on, electric charges can be supplied to the capacitive element 100a via the transistor 200a. At this time, by turning off the transistor 200a, the electric charge supplied to the capacitive element 100a can be retained. Further, the wiring 1005a can control the potential of the connection portion between the transistor 200a and the capacitive element 100a by capacitive coupling by giving an arbitrary potential. For example, when a ground potential is applied to the wiring 1005a, it becomes easy to retain the above charge.

同様に配線1004bに電位を印加することで、トランジスタ200bのオン状態、オフ状態を制御できる。トランジスタ200b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200bを介して、容量素子100bに電荷を供給できる。このとき、トランジスタ200bをオフ状態にすることで、容量素子100bに供給された電荷を保持できる。また、配線1005b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200bと容量素子100bの接続部分の電位を制御できる。例えば、配線1005b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200aおよびトランジスタ200bのそれぞれの第2のゲートに負の電位を与え、トランジスタ200aおよびトランジスタ200b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できる。 Similarly, by applying a potential to the wiring 1004b, the on state and the off state of the transistor 200b can be controlled. By applying a potential to the wiring 1003 with the transistor 200b turned on, electric charges can be supplied to the capacitive element 100b via the transistor 200b. At this time, by turning off the transistor 200b, the electric charge supplied to the capacitive element 100b can be retained. Further, the wiring 1005b can control the potential of the connection portion between the transistor 200b and the capacitive element 100b by capacitive coupling by giving an arbitrary potential. For example, when a ground potential is applied to the wiring 1005b, it becomes easy to retain the above charge. Further, by applying a negative current to the wiring 1010, a negative potential is given to the second gates of the transistor 200a and the transistor 200b via the transistor 400, and the threshold voltage of the transistor 200a and the transistor 200b is set. It can be made larger than 0V, the off-current 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200aおよびトランジスタ200bのそれぞれの第2のゲートと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200aおよびトランジスタ200bのそれぞれの第2のゲート電圧を制御できる。トランジスタ200aおよびトランジスタ200bのそれぞれの第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200aおよびトランジスタ200b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200aおよびトランジスタ200bのそれぞれの第2のゲートの負電位を長時間維持できる。 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 is connected to the second gate of each of the transistor 200a and the transistor 200b. The second gate voltage of each of the transistor 200a and the transistor 200b can be controlled. When holding the negative potential of the second gate of each of the transistor 200a and the transistor 200b, the voltage between the first gate source and the voltage between the second gate sources of the transistor 400 becomes 0V. Since the drain current when the first gate voltage of the transistor 400 is 0V is very small and the threshold voltage is larger than the transistor 200a and the transistor 200b, this configuration eliminates the need to supply power to the transistor 400. Can also maintain the negative potential of the second gate of each of the transistor 200a and the transistor 200b for a long time.

さらに、トランジスタ200aおよびトランジスタ200bのそれぞれの第2のゲートの負電位を保持することで、トランジスタ200aおよびトランジスタ200bに電源供給をしなくてもトランジスタ200aおよびトランジスタ200bのそれぞれの第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できる。つまり、トランジスタ200a、トランジスタ200b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100aおよび容量素子100bに電荷を長時間保持できる。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できる。 Further, by holding the negative potential of the second gate of the transistor 200a and the transistor 200b, the first gate voltage of the transistor 200a and the transistor 200b can be increased without supplying power to the transistor 200a and the transistor 200b. The drain current at 0V can be made very small. That is, the electric charge can be held in the capacitive element 100a and the capacitive element 100b for a long time without supplying power to the transistor 200a, the transistor 200b, 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 refresh operations.

なお、トランジスタ200a、トランジスタ200b、トランジスタ400、容量素子100aおよび容量素子100bの接続関係は、図20(A)および図20(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できる。 The connection relationship between the transistor 200a, the transistor 200b, the transistor 400, the capacitive element 100a, and the capacitive element 100b is not limited to those shown in FIGS. 20A and 20B. The connection relationship can be changed as appropriate according to the required circuit configuration.

<記憶装置2の構造>
図20(B)は、容量素子100a、容量素子100b、トランジスタ200a、トランジスタ200b、トランジスタ140a、トランジスタ140b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20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. 20B is a cross-sectional view of a storage device including a capacitive element 100a, a capacitive element 100b, a transistor 200a, a transistor 200b, a transistor 140a, a transistor 140b, and a transistor 400. In the storage device shown in FIG. 20, the same reference numerals are given 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20に示すようにトランジスタ400、トランジスタ200a、トランジスタ200b、トランジスタ140a、トランジスタ140b、容量素子100aおよび容量素子100bを有する。トランジスタ400、トランジスタ200a、トランジスタ200b、トランジスタ140aおよびトランジスタ140bは、同じ層に配置される。容量素子100aおよび容量素子100bは、トランジスタ400、トランジスタ200a、トランジスタ200b、トランジスタ140aおよびトランジスタ140bの上方に配置される。 As shown in FIG. 20, the storage device of one aspect of the present invention includes a transistor 400, a transistor 200a, a transistor 200b, a transistor 140a, a transistor 140b, a capacitive element 100a, and a capacitive element 100b. The transistor 400, the transistor 200a, the transistor 200b, the transistor 140a and the transistor 140b are arranged in the same layer. The capacitive element 100a and the capacitive element 100b are arranged above the transistor 400, the transistor 200a, the transistor 200b, the transistor 140a, and the transistor 140b.

なお、トランジスタ200a、トランジスタ200b、トランジスタ140a、トランジスタ140b、容量素子100aおよび容量素子100bとしては、先の実施の形態、および図1で説明した半導体装置が有する容量素子及びトランジスタを用いればよい。なお、図20に示す容量素子100a、容量素子100b、トランジスタ200a、トランジスタ200b、トランジスタ140a、トランジスタ140b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 200a, the transistor 200b, the transistor 140a, the transistor 140b, the capacitive element 100a, and the capacitive element 100b, the capacitive element and the transistor possessed by the above-described embodiment and the semiconductor device described with reference to FIG. 1 may be used. The capacitive element 100a, the capacitive element 100b, the transistor 200a, the transistor 200b, the transistor 140a, the transistor 140b, and the transistor 400 shown in FIG. 20 are examples, and are not limited to their structures and are appropriate depending on the circuit configuration and driving method. Transistors may be used.

トランジスタ400は、トランジスタ200a、トランジスタ200b、トランジスタ140aおよびトランジスタ140bと同じ層に形成されており、並行して作製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と、第2のゲート電極として機能する導電体403と、導電体460の側面と接する絶縁体450と、ソースまたはドレインとして機能する酸化物230と、を有する。 The transistor 400 is formed in the same layer as the transistor 200a, the transistor 200b, the transistor 140a, and the transistor 140b, and is a transistor that can be manufactured in parallel. The transistor 400 includes a conductor 460 that functions as a first gate electrode, a conductor 403 that functions as a second gate electrode, an insulator 450 that is in contact with the side surface of the conductor 460, and an oxide that functions as a source or drain. It has 230 and.

トランジスタ400において、導電体403は、導電体203と、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_1、導電体260_1、導電体260_1および導電体260_4と、同じ層である。 In the transistor 400, the conductor 403 is the same layer as the conductor 203. The insulator 450 is the same layer as the insulator 250. The conductor 460 is the same layer as the conductor 260_1, the conductor 260_1, the conductor 260_1, and the conductor 260_1.

トランジスタ400の活性層として機能する酸化物230は、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できる。 The oxide 230 that functions as the active layer of the transistor 400 has reduced oxygen deficiency and reduced impurities such as hydrogen and water. 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できる。 By using this structure, it is possible to suppress fluctuations in electrical characteristics and improve reliability in a semiconductor device using a transistor having an oxide semiconductor. 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、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 appropriately combined with the configurations and methods shown in other embodiments.

(実施の形態3)
本実施の形態では、図21および図22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、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。なお、以下において、DOSRAM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. 21 and 22, a transistor using an oxide as a semiconductor (hereinafter referred to as an OS transistor) and a storage device to which a capacitive element according to one aspect of the present invention are applied. DOSRAM will be described as an example of the device. 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. In the following, a memory device using an OS transistor such as DOSRAM may be referred to as an OS memory.

DOSRAM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 DOSRAM, 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 capacitive element and an OS transistor that controls charging / discharging of the capacitive 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.

<<DOSRAM1400>>
図21にDOSRAMの構成例を示す。図21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. 21 shows a configuration example of the DOSRAM. As shown in FIG. 21, 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 has a memory cell array 1422, a sense amplifier array 1423, a global bit line GBLL, and a 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 a memory cell array 1422 is laminated on a sense amplifier array 1423. The global bit lines GBLL and GBLR are stacked on the memory cell array 1422. In the DOSRAM 1400, a layered bit line structure in which a local bit line and a global bit line 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22(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22(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 local memory cell array 1425 <0> -1425 <N-1> (N is an integer of 2 or more). FIG. 22A 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 lines WL, a plurality of bit lines BLL, and a BLR. In the example of FIG. 22A, 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22(B)に共通のビット線BLL(BLR)に接続される、ペア状の一組のメモリセル1445aおよびメモリセル1445bの回路構成例を示す。メモリセル1445aはトランジスタMW1a、容量素子CS1a、端子B1a、B2aを有し、ワード線WLa、ビット線BLL(BLR)に接続される。また、メモリセル1445bはトランジスタMW1b、容量素子CS1b、端子B1b、B2bを有し、ワード線WLb、ビット線BLL(BLR)に接続される。なお、以下において、メモリセル1445aおよびメモリセル1445bのいずれかを特に限定しない場合は、メモリセル1445およびそれに付属する構成にaまたはbの符号を付さない場合がある。 FIG. 22B shows a circuit configuration example of a pair of memory cells 1445a and memory cells 1445b connected to a common bit line BLL (BLR). The memory cell 1445a has a transistor MW1a, a capacitive element CS1a, terminals B1a, and B2a, and is connected to a word line WLa and a bit line BLL (BLR). Further, the memory cell 1445b has a transistor MW1b, a capacitive element CS1b, terminals B1b, and B2b, and is connected to a word line WLb and a bit line BLL (BLR). In the following, when any one of the memory cell 1445a and the memory cell 1445b is not particularly limited, the memory cell 1445 and the configuration attached thereto may not be designated by a or b.

トランジスタMW1aは容量素子CS1aの充放電を制御する機能をもち、トランジスタMW1bは容量素子CS1bの充放電を制御する機能をもつ。トランジスタMW1aのゲートはワード線WLaに電気的に接続され、第1端子はビット線BLL(BLR)に電気的に接続され、第2端子は容量素子CS1aの第1端子に電気的に接続されている。また、トランジスタMW1bのゲートはワード線WLbに電気的に接続され、第1端子はビット線BLL(BLR)に電気的に接続され、第2端子は容量素子CS1bの第1端子に電気的に接続されている。このように、ビット線BLL(BLR)がトランジスタMW1aの第1端子とトランジスタMW1bの第1端子に共通で用いられる。 The transistor MW1a has a function of controlling the charge / discharge of the capacitive element CS1a, and the transistor MW1b has a function of controlling the charge / discharge of the capacitive element CS1b. The gate of the transistor MW1a is electrically connected to the word line WLa, the first terminal is electrically connected to the bit line BLL (BLR), and the second terminal is electrically connected to the first terminal of the capacitive element CS1a. There is. Further, the gate of the transistor MW1b is electrically connected to the word line WLb, the first terminal is electrically connected to the bit line BLL (BLR), and the second terminal is electrically connected to the first terminal of the capacitive element CS1b. Has been done. As described above, the bit line BLL (BLR) is commonly used for the first terminal of the transistor MW1a and the first terminal of the transistor MW1b.

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。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。 The transistor MW1 has a function of controlling charge / discharge of the capacitive element CS1. 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1445a、1445bに用いる場合、トランジスタMW1aとしてトランジスタ200a、トランジスタMW1bとしてトランジスタ200bを用い、容量素子CS1aとして容量素子100aを用い、容量素子CS1bとして容量素子100bを用いることができる。これにより、トランジスタと容量素子一組当たりの上面視における占有面積を低減できるので、本実施の形態に係る記憶装置を高集積化させることができる。よって、本実施の形態に係る記憶装置の単位面積当たりの記憶容量を増加させることができる。 When the semiconductor device shown in the above embodiment is used for the memory cells 1445a and 1445b, the transistor 200a is used as the transistor MW1a, the transistor 200b is used as the transistor MW1b, the capacitive element 100a is used as the capacitive element CS1a, and the capacitive element 100b is used as the capacitive element CS1b. Can be used. As a result, the occupied area of each set of the transistor and the capacitive element in the top view can be reduced, so that the storage device according to the present embodiment can be highly integrated. Therefore, the storage capacity per unit area of the storage device according to the present embodiment can be increased.

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 may not 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 a conduction state between the selected bit line pair and the global bit line pair.

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(GBLL,GBLR)とも表す。 Here, the bit line pair means two bit lines that are simultaneously compared by the sense amplifier. The 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 pair of global bit lines. Hereinafter, it is also referred to as a bit line pair (BLL, BLR) and a global bit line pair (GBLL, GBLR).

(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 performing 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 to hold an address signal input from the outside and a function to generate 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. Writing and reading of data to and from 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 in 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 rewritings 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 capacity becomes small, 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.

従って、OSトランジスタを用いたDOSRAMは、大容量化が容易である。さらにOSトランジスタを用いたDOSRAMは、長時間の保持が可能であるため、リフレッシュ動作のペナルティが実質無視できる。さらに、OSトランジスタを用いたDOSRAMは、バックゲートの電位を利用し、周辺回路のパワーゲーティングを行うことができる。 Therefore, it is easy to increase the capacity of the DOSRAM using the OS transistor. Further, since the DOSRAM using the OS transistor can be held for a long time, the penalty of the refresh operation can be substantially ignored. Further, the DOSRAM using the OS transistor can perform power gating of peripheral circuits by utilizing the potential of the back gate.

ここで、OSトランジスタを用いたDOSRAMと、一般的なDRAMの消費電力を比較したグラフを図23に示す。なお、縦軸は、ユースケースを考慮した場合における、一般的なDRAMの消費電力を1とした割合(A.U:任意単位)である。また、ユースケースは、1日のうち、10%がアクティブ、90%がスタンバイ、またはセルフリフレッシュモードであると想定している。図に示すように、OSトランジスタを用いたDOSRAMの消費電力は、リフレッシュ動作の頻度を低減した場合、一般的なDRAMの消費電力の約20%削減できると推定される。また、OSトランジスタを用いたDOSRAMの消費電力は、パワーゲーティングを行った場合、約60%を削減できると推定される。 Here, FIG. 23 shows a graph comparing the power consumption of a DOS RAM using an OS transistor and a general DRAM. The vertical axis is a ratio (AU: arbitrary unit) in which the power consumption of a general DRAM is set to 1 when a use case is taken into consideration. The use case also assumes that 10% of the day is active, 90% is in standby, or self-refresh mode. As shown in the figure, it is estimated that the power consumption of the DOS RAM using the OS transistor can be reduced by about 20% of the power consumption of a general DRAM when the frequency of the refresh operation is reduced. Further, it is estimated that the power consumption of the DOS RAM using the OS transistor can be reduced by about 60% when power gating is performed.

本実施の形態に示す構成は、他の実施の形態に示す構成と適宜組み合わせて用いることができる。 The configuration shown in this embodiment can be used in combination with the configurations shown in other embodiments as appropriate.

(実施の形態4)
本実施の形態では、図24を用いて、本発明の半導体装置が実装されたチップ1200の一例を示す。チップ1200には、複数の回路(システム)が実装されている。このように、複数の回路(システム)を一つのチップに集積する技術を、システムオンチップ(System on Chip:SoC)と呼ぶ場合がある。
(Embodiment 4)
In this embodiment, FIG. 24 is used to show an example of a chip 1200 on which the semiconductor device of the present invention is mounted. A plurality of circuits (systems) are mounted on the chip 1200. Such a technique for integrating a plurality of circuits (systems) on one chip may be called a system on chip (SoC).

図24(A)に示すように、チップ1200は、CPU(Central Processing Unit)1211、GPU(Graphics Processing Unit)1212、一または複数のアナログ演算部1213、一または複数のメモリコントローラ1214、一または複数のインターフェース1215、一または複数のネットワーク回路1216等を有する。 As shown in FIG. 24A, the chip 1200 includes a CPU (Central Processing Unit) 1211, a GPU (Graphics Processing Unit) 1212, one or more analog arithmetic units 1213, one or more memory controllers 1214, one or more. Interface 1215, one or more network circuits 1216 and the like.

チップ1200には、バンプ(図示しない)が設けられ、図24(B)に示すように、プリント基板(Printed Circuit Board:PCB)1201の第1の面と接続する。また、PCB1201の第1の面の裏面には、複数のバンプ1202が設けられており、マザーボード1203と接続する。 The chip 1200 is provided with a bump (not shown) and is connected to the first surface of a printed circuit board (PCB) 1201 as shown in FIG. 24 (B). Further, a plurality of bumps 1202 are provided on the back surface of the first surface of the PCB 1201 and are connected to the motherboard 1203.

マザーボード1203には、DRAM1221、フラッシュメモリ1222等の記憶装置が設けられていてもよい。例えば、DRAM1221に先の実施の形態に示すDOSRAMを用いることができる。また、例えば、フラッシュメモリ1222に先の実施の形態に示すNOSRAMを用いることができる。 The motherboard 1203 may be provided with a storage device such as a DRAM 1221 and a flash memory 1222. For example, the DOSRAM shown in the previous embodiment can be used for the DRAM 1221. Further, for example, the NO SRAM shown in the previous embodiment can be used for the flash memory 1222.

CPU1211は、複数のCPUコアを有することが好ましい。また、GPU1212は、複数のGPUコアを有することが好ましい。また、CPU1211、およびGPU1212は、それぞれ一時的にデータを格納するメモリを有していてもよい。または、CPU1211、およびGPU1212に共通のメモリが、チップ1200に設けられていてもよい。該メモリには、前述したNOSRAMや、DOSRAMを用いることができる。また、GPU1212は、多数のデータの並列計算に適しており、画像処理や積和演算に用いることができる。GPU1212に、本発明の酸化物半導体を用いた画像処理回路や、積和演算回路を設けることで、画像処理、および積和演算を低消費電力で実行することが可能になる。 The CPU 1211 preferably has a plurality of CPU cores. Further, the GPU 1212 preferably has a plurality of GPU cores. Further, the CPU 1211 and the GPU 1212 may each have a memory for temporarily storing data. Alternatively, a memory common to the CPU 1211 and the GPU 1212 may be provided on the chip 1200. As the memory, the above-mentioned NOSRAM or DOSRAM can be used. Further, the GPU 1212 is suitable for parallel calculation of a large number of data, and can be used for image processing and product-sum calculation. By providing the GPU 1212 with an image processing circuit using the oxide semiconductor of the present invention and a product-sum calculation circuit, it becomes possible to execute image processing and product-sum calculation with low power consumption.

また、CPU1211、およびGPU1212が同一チップに設けられていることで、CPU1211およびGPU1212間の配線を短くすることができ、CPU1211からGPU1212へのデータ転送、CPU1211、およびGPU1212が有するメモリ間のデータ転送、およびGPU1212での演算後に、GPU1212からCPU1211への演算結果の転送を高速に行うことができる。 Further, since the CPU 1211 and the GPU 1212 are provided on the same chip, the wiring between the CPU 1211 and the GPU 1212 can be shortened, data transfer from the CPU 1211 to the GPU 1212, and data transfer between the memories of the CPU 1211 and the GPU 1212. And after the calculation on the GPU 1212, the calculation result can be transferred from the GPU 1212 to the CPU 1211 at high speed.

アナログ演算部1213はA/D(アナログ/デジタル)変換回路、およびD/A(デジタル/アナログ)変換回路の一、または両方を有する。また、アナログ演算部1213に上記積和演算回路を設けてもよい。 The analog arithmetic unit 1213 has one or both of an A / D (analog / digital) conversion circuit and a D / A (digital / analog) conversion circuit. Further, the product-sum calculation circuit may be provided in the analog calculation unit 1213.

メモリコントローラ1214は、DRAM1221のコントローラとして機能する回路、およびフラッシュメモリ1222のインターフェースとして機能する回路を有する。 The memory controller 1214 has a circuit that functions as a controller of the DRAM 1221 and a circuit that functions as an interface of the flash memory 1222.

インターフェース1215は、表示装置、スピーカー、マイクロフォン、カメラ、コントローラなどの外部接続機器とのインターフェース回路を有する。コントローラとは、マウス、キーボード、ゲーム用コントローラなどを含む。このようなインターフェースとして、USB(Universal Serial Bus)、HDMI(登録商標)(High-Definition Multimedia Interface)などを用いることができる。 The interface 1215 has an interface circuit with an externally connected device such as a display device, a speaker, a microphone, a camera, and a controller. The controller includes a mouse, a keyboard, a game controller, and the like. As such an interface, USB (Universal Serial Bus), HDMI (registered trademark) (High-Definition Multimedia Interface) and the like can be used.

ネットワーク回路1216は、LAN(Local Area Network)などのネットワーク回路を有する。また、ネットワークセキュリティー用の回路を有してもよい。 The network circuit 1216 has a network circuit such as a LAN (Local Area Network). Further, it may have a circuit for network security.

チップ1200には、上記回路(システム)を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、チップ1200に必要な回路の数が増えても、製造プロセスを増やす必要が無く、チップ1200を低コストで作製することができる。 The circuit (system) can be formed on the chip 1200 by the same manufacturing process. Therefore, even if the number of circuits required for the chip 1200 increases, it is not necessary to increase the manufacturing process, and the chip 1200 can be manufactured at low cost.

GPU1212を有するチップ1200が設けられたPCB1201、DRAM1221、およびフラッシュメモリ1222が設けられたマザーボード1203は、GPUモジュール1204と呼ぶことができる。 A PCB 1201 provided with a chip 1200 having a GPU 1212, a DRAM 1221, and a motherboard 1203 provided with a flash memory 1222 can be referred to as a GPU module 1204.

GPUモジュール1204は、SoC技術を用いたチップ1200を有しているため、そのサイズを小さくすることができる。また、画像処理に優れていることから、スマートフォン、タブレット端末、ラップトップPC、携帯型(持ち出し可能な)ゲーム機などの携帯型電子機器に用いることが好適である。また、GPU1212を用いた積和演算回路により、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ため、チップ1200をAIチップ、またはGPUモジュール1204をAIシステムモジュールとして用いることができる。 Since the GPU module 1204 has a chip 1200 using SoC technology, its size can be reduced. Further, since it is excellent in image processing, it is suitable for use in portable electronic devices such as smartphones, tablet terminals, laptop PCs, and portable (take-out) game machines. In addition, 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 (DEM) are provided by a product-sum calculation circuit using GPU1212. Since the operation such as DBN) can be executed, the chip 1200 can be used as an AI chip, or the GPU module 1204 can be used as an AI system module.

本実施の形態に示す構成は、他の実施の形態に示す構成と適宜組み合わせて用いることができる。 The configuration shown in this embodiment can be used in combination with the configurations shown in other embodiments as appropriate.

(実施の形態5)
本実施の形態では、先の実施の形態に示す半導体装置を用いた記憶装置の応用例について説明する。先の実施の形態に示す半導体装置は、例えば、各種電子機器(例えば、情報端末、コンピュータ、スマートフォン、電子書籍端末、デジタルカメラ(ビデオカメラも含む)、録画再生装置、ナビゲーションシステムなど)の記憶装置に適用できる。なお、ここで、コンピュータとは、タブレット型のコンピュータや、ノート型のコンピュータや、デスクトップ型のコンピュータの他、サーバシステムのような大型のコンピュータを含むものである。または、先の実施の形態に示す半導体装置は、メモリカード(例えば、SDカード)、USBメモリ、SSD(ソリッド・ステート・ドライブ)等の各種のリムーバブル記憶装置に適用される。図25にリムーバブル記憶装置の幾つかの構成例を模式的に示す。例えば、先の実施の形態に示す半導体装置は、パッケージングされたメモリチップに加工され、様々なストレージ装置、リムーバブルメモリに用いられる。
(Embodiment 5)
In this embodiment, an application example of a storage device using the semiconductor device shown in the previous embodiment will be described. The semiconductor device shown in the above embodiment is, for example, a storage device for various electronic devices (for example, an information terminal, a computer, a smartphone, an electronic book terminal, a digital camera (including a video camera), a recording / playback device, a navigation system, etc.). Can be applied to. Here, the computer includes a tablet-type computer, a notebook-type computer, a desktop-type computer, and a large-scale computer such as a server system. Alternatively, the semiconductor device shown in the above embodiment is applied to various removable storage devices such as a memory card (for example, an SD card), a USB memory, and an SSD (solid state drive). FIG. 25 schematically shows some configuration examples of the removable storage device. For example, the semiconductor device shown in the above embodiment is processed into a packaged memory chip and used for various storage devices and removable memories.

図25(A)はUSBメモリの模式図である。USBメモリ1100は、筐体1101、キャップ1102、USBコネクタ1103および基板1104を有する。基板1104は、筐体1101に収納されている。例えば、基板1104には、メモリチップ1105、コントローラチップ1106が取り付けられている。基板1104のメモリチップ1105などに先の実施の形態に示す半導体装置を組み込むことができる。 FIG. 25A is a schematic diagram of the USB memory. The USB memory 1100 has a housing 1101, a cap 1102, a USB connector 1103, and a board 1104. The board 1104 is housed in the housing 1101. For example, a memory chip 1105 and a controller chip 1106 are attached to the substrate 1104. The semiconductor device shown in the previous embodiment can be incorporated into the memory chip 1105 or the like of the substrate 1104.

図25(B)はSDカードの外観の模式図であり、図25(C)は、SDカードの内部構造の模式図である。SDカード1110は、筐体1111、コネクタ1112および基板1113を有する。基板1113は筐体1111に収納されている。例えば、基板1113には、メモリチップ1114、コントローラチップ1115が取り付けられている。基板1113の裏面側にもメモリチップ1114を設けることで、SDカード1110の容量を増やすことができる。また、無線通信機能を備えた無線チップを基板1113に設けてもよい。これによって、ホスト装置とSDカード1110間の無線通信によって、メモリチップ1114のデータの読み出し、書き込みが可能となる。基板1113のメモリチップ1114などに先の実施の形態に示す半導体装置を組み込むことができる。 25 (B) is a schematic diagram of the appearance of the SD card, and FIG. 25 (C) is a schematic diagram of the internal structure of the SD card. The SD card 1110 has a housing 1111, a connector 1112, and a substrate 1113. The board 1113 is housed in the housing 1111. For example, a memory chip 1114 and a controller chip 1115 are attached to the substrate 1113. By providing the memory chip 1114 on the back surface side of the board 1113, the capacity of the SD card 1110 can be increased. Further, a wireless chip having a wireless communication function may be provided on the substrate 1113. As a result, the data of the memory chip 1114 can be read and written by wireless communication between the host device and the SD card 1110. The semiconductor device shown in the previous embodiment can be incorporated into the memory chip 1114 or the like of the substrate 1113.

図25(D)はSSDの外観の模式図であり、図25(E)は、SSDの内部構造の模式図である。SSD1150は、筐体1151、コネクタ1152および基板1153を有する。基板1153は筐体1151に収納されている。例えば、基板1153には、メモリチップ1154、メモリチップ1155、コントローラチップ1156が取り付けられている。メモリチップ1155はコントローラチップ1156のワークメモリであり、例えばDOSRAMチップを用いればよい。基板1153の裏面側にもメモリチップ1154を設けることで、SSD1150の容量を増やすことができる。基板1153のメモリチップ1154などに先の実施の形態に示す半導体装置を組み込むことができる。 25 (D) is a schematic diagram of the appearance of the SSD, and FIG. 25 (E) is a schematic diagram of the internal structure of the SSD. The SSD 1150 has a housing 1151, a connector 1152 and a substrate 1153. The substrate 1153 is housed in the housing 1151. For example, a memory chip 1154, a memory chip 1155, and a controller chip 1156 are attached to the substrate 1153. The memory chip 1155 is a work memory of the controller chip 1156, and for example, a DOSRAM chip may be used. By providing the memory chip 1154 on the back surface side of the substrate 1153, the capacity of the SSD 1150 can be increased. The semiconductor device shown in the previous embodiment can be incorporated into the memory chip 1154 or the like of the substrate 1153.

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 appropriately combined with the configurations described in other embodiments and the like.

(実施の形態6)
本発明の一態様に係る半導体装置は、CPUやGPUなどのプロセッサ、またはチップに用いることができる。図26に、本発明の一態様に係るCPUやGPUなどのプロセッサ、またはチップを備えた電子機器の具体例を示す。
(Embodiment 6)
The semiconductor device according to one aspect of the present invention can be used for a processor such as a CPU or GPU, or a chip. FIG. 26 shows a specific example of a processor such as a CPU or GPU, or an electronic device provided with a chip according to one aspect of the present invention.

<電子機器・システム>
本発明の一態様に係るGPU又はチップは、様々な電子機器に搭載することができる。電子機器の例としては、例えば、テレビジョン装置、デスクトップ型もしくはノート型のパーソナルチップ、チップ用などのモニタ、デジタルサイネージ(Digital Signage:電子看板)、パチンコ機などの大型ゲーム機などの比較的大きな画面を備える電子機器の他、デジタルカメラ、デジタルビデオカメラ、デジタルフォトフレーム、携帯電話機、携帯型ゲーム機、携帯情報端末、音響再生装置、などが挙げられる。また、本発明の一態様に係る集積回路又はチップを電子機器に設けることにより、電子機器に人工知能を搭載することができる。
<Electronic devices / systems>
The GPU or chip according to one aspect of the present invention can be mounted on various electronic devices. Examples of electronic devices include television devices, desktop or notebook personal chips, monitors for chips, digital signage (electronic signage), and relatively large game machines such as pachinko machines. In addition to electronic devices equipped with screens, digital cameras, digital video cameras, digital photo frames, mobile phones, portable game machines, mobile information terminals, sound reproduction devices, and the like can be mentioned. Further, by providing an integrated circuit or chip according to one aspect of the present invention in an electronic device, artificial intelligence can be mounted on the electronic device.

本発明の一態様の電子機器は、アンテナを有していてもよい。アンテナで信号を受信することで、表示部で映像や情報等の表示を行うことができる。また、電子機器がアンテナ及び二次電池を有する場合、アンテナを、非接触電力伝送に用いてもよい。 The electronic device of one aspect of the present invention may have an antenna. By receiving the signal with the antenna, the display unit can display images, information, and the like. Further, when the electronic device has an antenna and a secondary battery, the antenna may be used for non-contact power transmission.

本発明の一態様の電子機器は、センサ(力、変位、位置、速度、加速度、角速度、回転数、距離、光、液、磁気、温度、化学物質、音声、時間、硬度、電場、電流、電圧、電力、放射線、流量、湿度、傾度、振動、においまたは赤外線を測定する機能を含むもの)を有していてもよい。 The electronic device of one aspect of the present invention includes sensors (force, displacement, position, speed, acceleration, angular velocity, rotation speed, distance, light, liquid, magnetism, temperature, chemical substance, voice, time, hardness, electric field, current, It may have the ability to measure voltage, power, radiation, flow rate, humidity, gradient, vibration, odor or infrared rays).

本発明の一態様の電子機器は、様々な機能を有することができる。例えば、様々な情報(静止画、動画、テキスト画像など)を表示部に表示する機能、タッチパネル機能、カレンダー、日付または時刻などを表示する機能、様々なソフトウェア(プログラム)を実行する機能、無線通信機能、記録媒体に記録されているプログラムまたはデータを読み出す機能等を有することができる。図26に、電子機器の例を示す。 The electronic device of one aspect of the present invention can have various functions. For example, a function to display various information (still images, moving images, text images, etc.) on the display unit, a touch panel function, a calendar, a function to display a date or time, a function to execute various software (programs), wireless communication. It can have a function, a function of reading a program or data recorded on a recording medium, and the like. FIG. 26 shows an example of an electronic device.

[携帯電話] [cell phone]

図26(A)には、情報端末の一種である携帯電話(スマートフォン)が図示されている。情報端末5500は、筐体5510と、表示部5511と、を有しており、入力用インターフェースとして、タッチパネルが表示部5511に備えられ、ボタンが筐体5510に備えられている。 FIG. 26A illustrates a mobile phone (smartphone) which is a kind of information terminal. The information terminal 5500 has a housing 5510 and a display unit 5511, and as an input interface, a touch panel is provided in the display unit 5511 and a button is provided in the housing 5510.

情報端末5500は、本発明の一態様のチップを適用することで、人工知能を利用したアプリケーションを実行することができる。人工知能を利用したアプリケーションとしては、例えば、会話を認識してその会話内容を表示部5511に表示するアプリケーション、表示部5511に備えるタッチパネルに対してユーザが入力した文字、図形などを認識して、表示部5511に表示するアプリケーション、指紋や声紋などの生体認証を行うアプリケーションなどが挙げられる。 The information terminal 5500 can execute an application utilizing artificial intelligence by applying the chip of one aspect of the present invention. Examples of the application using artificial intelligence include an application that recognizes a conversation and displays the conversation content on the display unit 5511, and recognizes characters and figures input by the user on the touch panel provided in the display unit 5511. Examples include an application displayed on the display unit 5511 and an application for performing biometric authentication such as fingerprints and voice prints.

[情報端末1]
図26(B)には、デスクトップ型情報端末5300が図示されている。デスクトップ型情報端末5300は、情報端末の本体5301と、ディスプレイ5302と、キーボード5303と、を有する。
[Information terminal 1]
FIG. 26B shows a desktop information terminal 5300. The desktop type information terminal 5300 has a main body 5301 of the information terminal, a display 5302, and a keyboard 5303.

デスクトップ型情報端末5300は、先述した情報端末5500と同様に、本発明の一態様のチップを適用することで、人工知能を利用したアプリケーションを実行することができる。人工知能を利用したアプリケーションとしては、例えば、設計支援ソフトウェア、文章添削ソフトウェア、献立自動生成ソフトウェアなどが挙げられる。また、デスクトップ型情報端末5300を用いることで、新規の人工知能の開発を行うことができる。 Similar to the information terminal 5500 described above, the desktop information terminal 5300 can execute an application using artificial intelligence by applying the chip of one aspect of the present invention. Examples of applications using artificial intelligence include design support software, text correction software, menu automatic generation software, and the like. Further, by using the desktop type information terminal 5300, it is possible to develop a new artificial intelligence.

なお、上述では、電子機器としてスマートフォン、及びデスクトップ用情報端末を例として、それぞれ図26(A)、(B)に図示したが、スマートフォン、及びデスクトップ用情報端末以外の情報端末を適用することができる。スマートフォン、及びデスクトップ用情報端末以外の情報端末としては、例えば、PDA(Personal Digital Assistant)、ノート型情報端末、ワークステーションなどが挙げられる。 In the above description, smartphones and desktop information terminals are taken as examples as electronic devices, and although they are shown in FIGS. 26A and 26B, respectively, information terminals other than smartphones and desktop information terminals can be applied. can. Examples of information terminals other than smartphones and desktop information terminals include PDAs (Personal Digital Assistants), notebook information terminals, workstations, and the like.

[電化製品]
図26(C)は、電化製品の一例である電気冷凍冷蔵庫5800を示している。電気冷凍冷蔵庫5800は、筐体5801、冷蔵室用扉5802、冷凍室用扉5803等を有する。
[electric appliances]
FIG. 26C shows an electric freezer / refrigerator 5800, which is an example of an electric appliance. The electric freezer / refrigerator 5800 has a housing 5801, a refrigerator door 5802, a freezer door 5803, and the like.

電気冷凍冷蔵庫5800に本発明の一態様のチップを適用することによって、人工知能を有する電気冷凍冷蔵庫5800を実現することができる。人工知能を利用することによって電気冷凍冷蔵庫5800は、電気冷凍冷蔵庫5800に保存されている食材、その食材の消費期限などを基に献立を自動生成する機能や、電気冷凍冷蔵庫5800に保存されている食材に合わせた温度に自動的に調節する機能などを有することができる。 By applying the chip of one aspect of the present invention to the electric refrigerator-freezer 5800, the electric refrigerator-freezer 5800 having artificial intelligence can be realized. By using artificial intelligence, the electric refrigerator-freezer 5800 has a function of automatically generating a menu based on the ingredients stored in the electric refrigerator-freezer 5800, the expiration date of the ingredients, etc., and is stored in the electric refrigerator-freezer 5800. It can have a function to automatically adjust the temperature according to the food.

本一例では、電化製品として電気冷凍冷蔵庫について説明したが、その他の電化製品としては、例えば、掃除機、電子レンジ、電子オーブン、炊飯器、湯沸かし器、IH調理器、ウォーターサーバ、エアーコンディショナーを含む冷暖房器具、洗濯機、乾燥機、オーディオビジュアル機器などが挙げられる。 In this example, an electric refrigerator / freezer has been described as an electric appliance, but other electric appliances include, for example, a vacuum cleaner, a microwave oven, an microwave oven, a rice cooker, a water heater, an IH cooker, a water server, and an air conditioner. Examples include appliances, washing machines, dryers, audiovisual equipment, etc.

[ゲーム機] [game machine]

図26(D)は、ゲーム機の一例である携帯ゲーム機5200を示している。携帯ゲーム機は、筐体5201、表示部5202、ボタン5203等を有する。 FIG. 26D shows a portable game machine 5200, which is an example of a game machine. The portable game machine has a housing 5201, a display unit 5202, a button 5203, and the like.

携帯ゲーム機5200に本発明の一態様のGPU又はチップを適用することによって、低消費電力の携帯ゲーム機5200を実現することができる。また、低消費電力により、回路からの発熱を低減することができるため、発熱によるその回路自体、周辺回路、及びモジュールへの影響を少なくすることができる。 By applying the GPU or chip of one aspect of the present invention to the portable game machine 5200, the portable game machine 5200 with low power consumption can be realized. Further, since the heat generation from the circuit can be reduced due to the low power consumption, the influence of the heat generation on the circuit itself, the peripheral circuit, and the module can be reduced.

更に、携帯ゲーム機5200に本発明の一態様のGPU又はチップを適用することによって、人工知能を有する携帯ゲーム機5200を実現することができる。 Further, by applying the GPU or chip of one aspect of the present invention to the portable game machine 5200, the portable game machine 5200 having artificial intelligence can be realized.

本来、ゲームの進行、ゲーム上に登場する生物の言動、ゲーム上で発生する現象などの表現は、そのゲームが有するプログラムによって定められているが、携帯ゲーム機5200に人工知能を適用することにより、ゲームのプログラムに限定されない表現が可能になる。例えば、プレイヤーが問いかける内容、ゲームの進行状況、時刻、ゲーム上に登場する人物の言動が変化するといった表現が可能となる。 Originally, expressions such as the progress of the game, the behavior of creatures appearing in the game, and the phenomena that occur in the game are determined by the program that the game has, but by applying artificial intelligence to the handheld game machine 5200, , Expressions that are not limited to game programs are possible. For example, it is possible to express what the player asks, the progress of the game, the time, and the behavior of the characters appearing in the game.

また、携帯ゲーム機5200で複数のプレイヤーが必要なゲームを行う場合、人工知能によって擬人的にゲームプレイヤーを構成することができるため、対戦相手を人工知能によるゲームプレイヤーとすることによって、1人でもゲームを行うことができる。 Further, when a plurality of players are required to play a game on the portable game machine 5200, the game player can be constructed by artificial intelligence in an anthropomorphic manner. Therefore, by setting the opponent as a game player by artificial intelligence, even one player can play the game. You can play the game.

図26(D)では、ゲーム機の一例として携帯ゲーム機を図示しているが、本発明の一態様のGPU又はチップを適用するゲーム機はこれに限定されない。本発明の一態様のGPU又はチップを適用するゲーム機としては、例えば、家庭用の据え置き型ゲーム機、娯楽施設(ゲームセンター、遊園地など)に設置されるアーケードゲーム機、スポーツ施設に設置されるバッティング練習用の投球マシンなどが挙げられる。 FIG. 26 (D) illustrates a portable game machine as an example of a game machine, but the game machine to which the GPU or chip of one aspect of the present invention is applied is not limited to this. Examples of the game machine to which the GPU or chip of one aspect of the present invention is applied include a stationary game machine for home use, an arcade game machine installed in an entertainment facility (game center, amusement park, etc.), and a sports facility. A throwing machine for practicing batting can be mentioned.

[移動体]
本発明の一態様のGPU又はチップは、移動体である自動車、及び自動車の運転席周辺に適用することができる。
[Mobile]
The GPU or chip of one aspect of the present invention can be applied to a moving vehicle and the vicinity of the driver's seat of the vehicle.

図26(E1)は移動体の一例である自動車5700を示し、図26(E2)は、自動車の室内におけるフロントガラス周辺を示す図である。図26(E1)では、ダッシュボードに取り付けられた表示パネル5701、表示パネル5702、表示パネル5703の他、ピラーに取り付けられた表示パネル5704を図示している。 FIG. 26 (E1) shows an automobile 5700 which is an example of a moving body, and FIG. 26 (E2) is a diagram showing a periphery of a windshield in the interior of an automobile. FIG. 26 (E1) illustrates the display panel 5701, the display panel 5702, the display panel 5703, and the display panel 5704 attached to the pillar, which are attached to the dashboard.

表示パネル5701乃至表示パネル5703は、スピードメーターやタコメーター、走行距離、給油量、ギア状態、エアコンの設定など、その他様々な情報を提供することができる。また、表示パネルに表示される表示項目やレイアウトなどは、ユーザの好みに合わせて適宜変更することができ、デザイン性を高めることが可能である。表示パネル5701乃至表示パネル5703は、照明装置として用いることも可能である。 The display panel 5701 to the display panel 5703 can provide various other information such as a speedometer, a tachometer, a mileage, a refueling amount, a gear state, and an air conditioner setting. In addition, the display items and layouts displayed on the display panel can be appropriately changed according to the user's preference, and the design can be improved. The display panel 5701 to 5703 can also be used as a lighting device.

表示パネル5704には、自動車5700に設けられた撮像装置(図示しない。)からの映像を映し出すことによって、ピラーで遮られた視界(死角)を補完することができる。すなわち、自動車5700の外側に設けられた撮像装置からの画像を表示することによって、死角を補い、安全性を高めることができる。また、見えない部分を補完する映像を映すことによって、より自然に違和感なく安全確認を行うことができる。表示パネル5704は、照明装置として用いることもできる。 By projecting an image from an image pickup device (not shown) provided in the automobile 5700 on the display panel 5704, the view (blind spot) blocked by the pillar can be complemented. That is, by displaying the image from the image pickup device provided on the outside of the automobile 5700, the blind spot can be supplemented and the safety can be enhanced. In addition, by projecting an image that complements the invisible part, it is possible to confirm safety more naturally and without discomfort. The display panel 5704 can also be used as a lighting device.

本発明の一態様のGPU又はチップは人工知能の構成要素として適用できるため、例えば、当該チップを自動車5700の自動運転システムに用いることができる。また、当該チップを道路案内、危険予測などを行うシステムに用いることができる。表示パネル5701乃至表示パネル5704には、道路案内、危険予測などの情報を表示する構成としてもよい。 Since the GPU or chip of one aspect of the present invention can be applied as a component of artificial intelligence, the chip can be used, for example, in an automatic driving system of an automobile 5700. In addition, the chip can be used in a system for road guidance, danger prediction, and the like. The display panel 5701 to the display panel 5704 may be configured to display information such as road guidance and danger prediction.

なお、上述では、移動体の一例として自動車について説明しているが、移動体は自動車に限定されない。例えば、移動体としては、電車、モノレール、船、飛行体(ヘリコプター、無人航空機(ドローン)、飛行機、ロケット)なども挙げることができ、これらの移動体に本発明の一態様のチップを適用して、人工知能を利用したシステムを付与することができる。 In the above description, the automobile is described as an example of the moving body, but the moving body is not limited to the automobile. For example, moving objects include trains, monorails, ships, flying objects (helicopters, unmanned aerial vehicles (drones), airplanes, rockets), etc., and the chip of one aspect of the present invention is applied to these moving objects. Therefore, it is possible to provide a system using artificial intelligence.

[放送システム]
本発明の一態様のGPU又はチップは、放送システムに適用することができる。
[Broadcasting system]
The GPU or chip of one aspect of the present invention can be applied to a broadcasting system.

図26(F)は、放送システムにおけるデータ伝送を模式的に示している。具体的には、図26(F)は、放送局5680から送信された電波(放送信号)が、各家庭のテレビジョン受信装置(TV)5600に届くまでの経路を示している。TV5600は、受信装置を備え(図示しない。)、アンテナ5650で受信された放送信号は、当該受信装置を介して、TV5600に送信される。 FIG. 26F schematically shows data transmission in a broadcasting system. Specifically, FIG. 26F shows a route for a radio wave (broadcast signal) transmitted from a broadcasting station 5680 to reach a television receiving device (TV) 5600 in each home. The TV 5600 includes a receiving device (not shown), and the broadcast signal received by the antenna 5650 is transmitted to the TV 5600 via the receiving device.

図26(F)では、アンテナ5650は、UHF(Ultra High Frequency)アンテナを図示しているが、アンテナ5650としては、BS・110°CSアンテナ、CSアンテナなども適用できる。 In FIG. 26 (F), the antenna 5650 illustrates a UHF (Ultra High Frequency) antenna, but as the antenna 5650, a BS / 110 ° CS antenna, a CS antenna, or the like can also be applied.

電波5675A、電波5675Bは地上波放送用の放送信号であり、電波塔5670は受信した電波5675Aを増幅して、電波5675Bの送信を行う。各家庭では、アンテナ5650で電波5675Bを受信することで、TV5600で地上波TV放送を視聴することができる。なお、放送システムは、図26(F)に示す地上波放送に限定せず、人工衛星を用いた衛星放送、光回線によるデータ放送などとしてもよい。 The radio waves 5675A and 5675B are broadcast signals for terrestrial broadcasting, and the radio tower 5670 amplifies the received radio waves 5675A and transmits the radio waves 5675B. In each home, by receiving the radio wave 5675B with the antenna 5650, it is possible to watch the terrestrial TV broadcast on the TV 5600. The broadcasting system is not limited to the terrestrial broadcasting shown in FIG. 26 (F), and may be satellite broadcasting using an artificial satellite, data broadcasting by an optical line, or the like.

上述した放送システムは、本発明の一態様のチップを適用して、人工知能を利用した放送システムとしてもよい。放送局5680から各家庭のTV5600に放送データを送信するとき、エンコーダによって放送データの圧縮が行われ、アンテナ5650が当該放送データを受信したとき、TV5600に含まれる受信装置のデコーダによって当該放送データの復元が行われる。人工知能を利用することによって、例えば、エンコーダの圧縮方法の一である動き補償予測において、表示画像に含まれる表示パターンの認識を行うことができる。また、人工知能を利用したフレーム内予測などを行うこともできる。また、例えば、解像度の低い放送データを受信して、解像度の高いTV5600で当該放送データの表示を行うとき、デコーダによる放送データの復元において、アップコンバートなどの画像の補間処理を行うことができる。 The above-mentioned broadcasting system may be a broadcasting system using artificial intelligence by applying the chip of one aspect of the present invention. When broadcasting data is transmitted from the broadcasting station 5680 to the TV 5600 of each household, the broadcasting data is compressed by the encoder, and when the antenna 5650 receives the broadcasting data, the decoder of the receiving device included in the TV 5600 compresses the broadcasting data. Restoration is done. By using artificial intelligence, for example, in motion compensation prediction, which is one of the compression methods of an encoder, it is possible to recognize a display pattern included in a display image. In-frame prediction using artificial intelligence can also be performed. Further, for example, when receiving broadcast data having a low resolution and displaying the broadcast data on the TV 5600 having a high resolution, it is possible to perform image interpolation processing such as up-conversion in the restoration of the broadcast data by the decoder.

上述した人工知能を利用した放送システムは、放送データの量が増大する超高精細度テレビジョン(UHDTV:4K、8K)放送に対して好適である。 The above-mentioned broadcasting system using artificial intelligence is suitable for ultra-high definition television (UHDTV: 4K, 8K) broadcasting in which the amount of broadcasting data increases.

また、TV5600側における人工知能の応用として、例えば、TV5600に人工知能を有する録画装置を設けてもよい。このような構成にすることによって、当該録画装置にユーザの好みを人工知能に学習させることで、ユーザの好みにあった番組を自動的に録画することができる。 Further, as an application of artificial intelligence on the TV5600 side, for example, a recording device having artificial intelligence may be provided on the TV5600. With such a configuration, it is possible to automatically record a program that suits the user's preference by having the recording device learn the user's preference by artificial intelligence.

本実施の形態で説明した電子機器、その電子機器の機能、人工知能の応用例、その効果などは、他の電子機器の記載と適宜組み合わせることができる。 The electronic device described in this embodiment, the function of the electronic device, the application example of artificial intelligence, the effect thereof, and the like can be appropriately combined with the description of other electronic devices.

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 appropriately combined with the configurations described in other embodiments and the like.

100a 容量素子、100b 容量素子、110 導電体、110_1 導電体、110_2 導電体、120 導電体、120_1 導電体、120_2 導電体、130 絶縁体、140a トランジスタ、140b トランジスタ、200a トランジスタ、200b トランジスタ、203 導電体、203_1 導電体、203_2 導電体、205 導電体、205_1 導電体、205_2 導電体、210 絶縁体、212 絶縁体、214 絶縁体、216 絶縁体、217 絶縁体、217_1 絶縁体、217_2 絶縁体、217_3 絶縁体、217_4 絶縁体、217_5 絶縁体、218 導電体、220 絶縁体、220_1 絶縁体、220_2 絶縁体、220_3 絶縁体、220_4 絶縁体、220_5 絶縁体、224 絶縁体、230 酸化物、230C 酸化膜、231 領域、231a 領域、231b 領域、234 領域、235_2 導電体、235_4 導電体、240 導電体、245 導電体、248 導電体、250 絶縁体、253 導電体、260 導電体、260_1 導電体、260_2 導電体、260_3 導電体、260_4 導電体、260A 導電膜、280 絶縁体、283 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、366 導電体、372 絶縁体、374 絶縁体、376 導電体、400 トランジスタ、403 導電体、450 絶縁体、460 導電体、600 セル
601 セル、1003 配線、1004a 配線、1004b 配線、1005a 配線、1005b 配線、1006a 配線、1006b 配線、1007 配線、1008 配線、1009 配線、1010 配線、3001 配線、3002 配線、3003 配線、3004a 配線、3004b 配線、3005a 配線、3005b 配線、3006a 配線、3006b 配線、3007 配線
100a Capacitive Element, 100b Capacitive Element, 110 Conductor, 110_1 Conductor, 110_2 Conductor, 120 Conductor, 120_1 Conductor, 120_1 Conductor, 130 Insulator, 140a Transistor, 140b Transistor, 200a Transistor, 200b Transistor, 203 Conductor Body, 203_1 Conductor, 203_1 Conductor, 205 Conductor, 205_1 Conductor, 205_1 Conductor, 210 Insulation, 212 Insulation, 214 Insulation, 216 Insulation, 217 Insulation, 217_1 Insulation, 217_2 Insulation, 217_3 Insulation, 217_4 Insulation, 217_5 Insulation, 218 Conductor, 220 Insulation, 220_1 Insulation, 220_2 Insulation, 220_3 Insulation, 220_4 Insulation, 220_5 Insulation, 224 Insulation, 230 Oxide, 230C Oxidation Membrane, 231 region, 231a region, 231b region, 234 region, 235_2 conductor, 235_4 conductor, 240 conductor, 245 conductor, 248 conductor, 250 insulator, 253 conductor, 260 conductor, 260_1 conductor, 260_1 Conductor, 260_3 Conductor, 260_4 Conductor, 260A Conductor, 280 Insulator, 283 Insulator, 300 Transistor, 311 Substrate, 313 Semiconductor Region, 314a Low Resistance Region, 314b Low Resistance Region, 315 Insulator, 316 Conductor Body, 320 Insulator, 322 Insulator, 324 Insulator, 326 Insulator, 328 Conductor, 330 Conductor, 350 Insulator, 352 Insulator, 354 Insulator, 356 Conductor, 360 Insulator, 362 Insulator, 366 Conductor, 372 Insulator, 374 Insulator, 376 Conductor, 400 Conductor, 403 Conductor, 450 Insulator, 460 Conductor, 600 Cell 601 Cell, 1003 Wire, 1004a Wire, 1004b Wire, 1005a Wire, 1005b Wire , 1006a wiring, 1006b wiring, 1007 wiring, 1008 wiring, 1009 wiring, 1010 wiring, 3001 wiring, 3002 wiring, 3003 wiring, 3004a wiring, 3004b wiring, 3005a wiring, 3005b wiring, 3006a wiring, 3006b wiring, 3007 wiring.

Claims (4)

第1の絶縁体と、
前記第1の絶縁体上に島状に配置される第2乃至第6の絶縁体と、
前記第1乃至第6の絶縁体上の酸化物と、
前記酸化物上の第7の絶縁体と、
前記第2の絶縁体と、前記第3の絶縁体の間に位置し、且つ前記第7の絶縁体と接する第1の導電体と、
前記第3の絶縁体と、前記第4の絶縁体の間に位置し、且つ前記第7の絶縁体と接する第2の導電体と、
前記第4の絶縁体と、前記第5の絶縁体の間に位置し、且つ前記第7の絶縁体と接する第3の導電体、
前記第5の絶縁体と、前記第6の絶縁体の間に位置し、且つ前記第7の絶縁体と接する第4の導電体と、
前記第7の絶縁体上、および前記第1乃至第4の導電体上の第8の絶縁体と、
前記第8の絶縁体上の第9の絶縁体と、を有し、
前記第7の絶縁体および前記第8の絶縁体には、前記酸化物に達する第1の開口が設けられ、
前記第7の絶縁体、前記第8の絶縁体、および前記第9の絶縁体には、前記酸化物に達する第2の開口および第3の開口が設けられ、
前記第1の開口は、前記前記第4の絶縁体と重畳し、
前記第2の開口は、前記前記第3の絶縁体と重畳し、
前記第3の開口は、前記前記第5の絶縁体と重畳し、
前記第1の開口には、第5の導電体が設けられ、
前記第2の開口には、第6の導電体が設けられ、
前記第3の開口には、第7の導電体が設けられ、
前記第5の導電体上には、第8の導電体が設けられ、
前記第9の絶縁体、前記第6の導電体、および前記第7の導電体に接して第10の絶縁体が設けられ、
前記第2の開口と重畳し、且つ前記第10の絶縁体に接して第9の導電体が設けられ、
前記第3の開口と重畳し、且つ前記第10の絶縁体に接して第10の導電体が設けられる、半導体装置。
With the first insulator,
The second to sixth insulators arranged in an island shape on the first insulator,
With the oxides on the first to sixth insulators,
With the seventh insulator on the oxide,
A first conductor located between the second insulator and the third insulator and in contact with the seventh insulator.
A second conductor located between the third insulator and the fourth insulator and in contact with the seventh insulator.
A third conductor located between the fourth insulator and the fifth insulator and in contact with the seventh insulator,
A fourth conductor located between the fifth insulator and the sixth insulator and in contact with the seventh insulator.
With the eighth insulator on the seventh insulator and on the first to fourth conductors,
With a ninth insulator on the eighth insulator,
The seventh insulator and the eighth insulator are provided with a first opening to reach the oxide.
The seventh insulator, the eighth insulator, and the ninth insulator are provided with a second opening and a third opening to reach the oxide.
The first opening overlaps with the fourth insulator.
The second opening overlaps with the third insulator.
The third opening overlaps with the fifth insulator.
A fifth conductor is provided in the first opening, and a fifth conductor is provided.
A sixth conductor is provided in the second opening, and a sixth conductor is provided.
A seventh conductor is provided in the third opening, and a seventh conductor is provided.
An eighth conductor is provided on the fifth conductor, and an eighth conductor is provided.
A tenth insulator is provided in contact with the ninth insulator, the sixth conductor, and the seventh conductor.
A ninth conductor is provided so as to be superimposed on the second opening and in contact with the tenth insulator.
A semiconductor device that overlaps with the third opening and is provided with a tenth conductor in contact with the tenth insulator.
請求項1において、
前記酸化物、前記第7の絶縁体および前記第2の導電体は、第1のトランジスタを構成し、
前記酸化物、前記第7の絶縁体および前記第3の導電体は、第2のトランジスタを構成し、
前記酸化物、前記第7の絶縁体および前記第1の導電体は、第3のトランジスタを構成し、
前記酸化物、前記第7の絶縁体および前記第4の導電体は、第4のトランジスタを構成し、
前記第6の導電体、前記第10の絶縁体および前記第9の導電体は、第1の容量素子を構成し、
前記第7の導電体、前記第10の絶縁体および前記第10の導電体は、第2の容量素子を構成し、
前記第1のトランジスタおよび前記第2のトランジスタは、前記第1の容量素子と前記第2の容量素子の間に配置され、
前記第1の容量素子および前記第2の容量素子は、前記第3のトランジスタと前記第4のトランジスタの間に配置され、
前記第1のトランジスタのソース領域またはドレイン領域の一方は、前記第1の容量素子の一方の電極と接続され、
前記第2のトランジスタのソース領域またはドレイン領域の一方は、前記第2の容量素子の一方の電極と接続され、
前記第1のトランジスタのソース領域またはドレイン領域の他方は、前記第2のトランジスタのソース領域またはドレイン領域の他方と共有し、
前記第1のトランジスタのソース領域またはドレイン領域の他方、および前記第2のトランジスタのソース領域またはドレイン領域の他方は、前記第8の導電体と接続され、
前記第1のトランジスタのチャネル長は、前記第2の導電体の短辺に平行な方向の長さよりも長く、
前記第2のトランジスタのチャネル長は、前記第3の導電体の短辺に平行な方向の長さよりも長い、半導体装置。
In claim 1,
The oxide, the seventh insulator and the second conductor constitute the first transistor.
The oxide, the seventh insulator and the third conductor constitute a second transistor.
The oxide, the seventh insulator and the first conductor constitute a third transistor.
The oxide, the seventh insulator and the fourth conductor constitute a fourth transistor.
The sixth conductor, the tenth insulator, and the ninth conductor constitute a first capacitive element.
The seventh conductor, the tenth insulator, and the tenth conductor constitute a second capacitive element.
The first transistor and the second transistor are arranged between the first capacitive element and the second capacitive element.
The first capacitive element and the second capacitive element are arranged between the third transistor and the fourth transistor.
One of the source region and the drain region of the first transistor is connected to one electrode of the first capacitive element.
One of the source region and the drain region of the second transistor is connected to one electrode of the second capacitive element.
The other of the source or drain regions of the first transistor is shared with the other of the source or drain regions of the second transistor.
The other of the source or drain regions of the first transistor and the other of the source or drain regions of the second transistor are connected to the eighth conductor.
The channel length of the first transistor is longer than the length in the direction parallel to the short side of the second conductor.
A semiconductor device in which the channel length of the second transistor is longer than the length in the direction parallel to the short side of the third conductor.
請求項1または請求項2において、
前記第8の導電体は、前記第8の導電体の長辺方向と、前記第2の導電体の長辺方向および前記第3の導電体の長辺方向と、が概略直交して設けられ、
前記酸化物は、前記酸化物の長辺方向と、前記第8の導電体の長辺方向と、のなす角度が、20°以上70°以下で設けられる、半導体装置。
In claim 1 or 2,
The eighth conductor is provided so that the long side direction of the eighth conductor, the long side direction of the second conductor, and the long side direction of the third conductor are substantially orthogonal to each other. ,
The oxide is a semiconductor device provided with an angle formed by the long side direction of the oxide and the long side direction of the eighth conductor of 20 ° or more and 70 ° or less.
請求項1乃至請求項3のいずれか一において、
前記酸化物は、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 any one of claims 1 to 3,
A semiconductor device in which the oxide contains In, an element M (M is Al, Ga, Y, or Sn), and Zn.
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