JP7095134B2 - 半導体装置の作製方法 - Google Patents
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Description
、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。特に
、本発明は、例えば、半導体装置、表示装置、発光装置、蓄電装置、撮像装置、それらの
駆動方法、または、それらの作製方法に関する。特に、本発明の一態様は、半導体装置ま
たはその作製方法に関する。
全般を指す。トランジスタ、半導体回路は半導体装置の一態様である。また、記憶装置、
表示装置、電子機器は、半導体装置を有する場合がある。
目されている。当該トランジスタは集積回路(IC)や画像表示装置(表示装置)のよう
な電子デバイスに広く応用されている。トランジスタに適用可能な半導体薄膜としてシリ
コン系半導体材料が広く知られているが、その他の材料として酸化物半導体膜が注目され
ている。
亜鉛(Zn)を含む非晶質酸化物半導体層を用いたトランジスタが特許文献1に開示され
ている。
体層の抵抗を下げた、トランジスタの作製方法が特許文献2、非特許文献にて開示されて
いる。
不可欠である。しかしながら、微細化したトランジスタにおいては、ゲート電極と、ソー
ス電極またはドレイン電極が重なることにより形成される容量の寄与が無視できず、トラ
ンジスタの応答性が悪化する要因となる。
イン電極とが重なる領域を減少させ、それによって寄生容量を低減させることを目的の一
つとする。
と、半導体層との間の接触抵抗を低減させ、それによってトランジスタのオン電流の低減
を抑制することを目的の一つとする。
ることを目的の一つとする。また、本発明の一態様は、微細化した半導体装置を提供する
ことを目的の一つとする。
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。
酸化物層を形成し、第2の酸化物層上に第1の絶縁層を成膜し、第1の絶縁層上に第1の
犠牲層を成膜し、第1の絶縁層および第1の犠牲層を選択的に加工して第2の絶縁層およ
び第2の犠牲層を形成し、第2の酸化物層、第2の絶縁層および第2の犠牲層上に導電層
を成膜し、導電層を成膜した後に加熱処理を行うことにより、第2の酸化物層において、
導電層と接する領域に第1の混合層を形成し、第2の犠牲層において、導電層と接する領
域に第2の混合層を形成する半導体装置の作製方法であって、第1の混合層は、導電層の
有する元素のうち一以上を有し、第2の混合層は、導電層の有する元素のうち一以上を有
し、導電層は、アルミニウム、モリブデン、チタン、タンタル、タングステン、ニッケル
、コバルトまたは白金のいずれか一以上を有し、第1の混合層の抵抗値は、第2の酸化物
層の抵抗値より小さく、第2の犠牲層および第2の混合層は、ゲート電極として機能する
半導体装置の作製方法である。
抗値は、第2の犠牲層の抵抗値より小さいとより好ましい。
び第2の混合層を形成した後に、導電層を除去するとより好ましい。
第2の酸化物層を形成し、第2の酸化物層上に第1の絶縁層を成膜し、第1の絶縁層上に
第1の犠牲層を成膜し、第1の絶縁層および第1の犠牲層を選択的に加工して第2の絶縁
層および第2の犠牲層を形成し、第2の酸化物層、第2の絶縁層および第2の犠牲層上に
第1の導電層を成膜し、第1の導電層を成膜した後に加熱処理を行うことにより、第2の
酸化物層において、第1の導電層と接する領域に混合層を形成し、混合層および第2の犠
牲層上に第3の絶縁層を成膜し、第3の絶縁層の一部を除去して第2の犠牲層の上面を露
出させ、第2の犠牲層を除去し、第2の絶縁層上に第2の導電層を形成する半導体装置の
作製方法であって、混合層は、第1の導電層の有する元素のうち一以上を有し、第1の導
電層は、アルミニウム、モリブデン、チタン、タンタル、タングステン、ニッケル、コバ
ルトまたは白金のいずれか一以上を有し、混合層の抵抗値は、第2の酸化物層の抵抗値よ
り小さいことを特徴とする半導体装置の作製方法である。
して、第2の半導体に酸素を添加するとより好ましい。
、インジウム、ガリウムまたは亜鉛のいずれか一以上を有していてもよい。また、本発明
の一態様は、上記各構成の半導体装置の作製方法において、第1の犠牲層は、シリコンを
有していてもよい。
よび第2の犠牲層を形成した後に、第2の酸化物層および第2の犠牲層上に第4の絶縁層
を成膜し、第4の絶縁層を加工して、第2の絶縁層および第2の犠牲層の側面に接する第
5の絶縁層を形成するとより好ましい。
第2の酸化物層を形成し、第2の酸化物層上に第1の導電層を成膜し、第1の導電層を成
膜した後に加熱処理を行うことにより、第2の酸化物層において、第1の導電層と接する
領域に混合層を形成し、混合層上に第1の絶縁層を成膜し、第1の絶縁層、混合層および
第2の酸化物層の一部を除去して第3の酸化物層を形成し、第3の酸化物層上に第2の絶
縁層を成膜し、第2の絶縁層上に第2の導電層を成膜する半導体装置の作製方法であって
、混合層は、第1の導電層の有する元素のうち一以上を有し、第1の導電層は、アルミニ
ウム、モリブデン、チタン、タンタル、タングステン、ニッケル、コバルトまたは白金の
いずれか一以上を有し、混合層の抵抗値は、第2の酸化物層の抵抗値より小さいことを特
徴とする半導体装置の作製方法である。
た後に、第1の導電層を除去するとより好ましい。
00℃以上400℃以下で行うとより好ましい。
、該半導体装置は、上記各構成の半導体装置の作製方法を用いて作製されている電子機器
の作製方法である。
層と、絶縁層上の導電層と、導電層上の第2の混合層と、を有し、第1の混合層は、酸化
物層が有する元素のうち一以上を有し、酸化物層は、インジウム、ガリウムまたは亜鉛の
いずれか一以上を有し、第1の混合層または第2の混合層は、アルミニウム、モリブデン
、チタン、タンタル、タングステン、ニッケル、コバルトまたは白金のいずれか一以上を
有する半導体装置である。
化物層の抵抗値より小さいとより好ましい。
電層の抵抗値より小さいとより好ましい。
、ガリウムまたは亜鉛のいずれか一以上を有していてもよい。また、本発明の一態様は、
上記構成の半導体装置において、第2の混合層は、シリコンを有していてもよい。
る。
装置と、を有し、第二の半導体装置は、シリコン、ゲルマニウム、シリコンゲルマニウム
、炭化シリコン、ヒ化ガリウム、ヒ化アルミニウムガリウム、リン化インジウム、窒化ガ
リウムまたは有機半導体のいずれか一以上を有する記憶装置である。
と、を有する電子機器である。
ドレイン電極とが重なる領域を減少させ、それによって寄生容量を低減させることができ
る。
電極と、半導体層との間の接触抵抗を低減させ、それによってトランジスタのオン電流の
低減を抑制することができる。
供することができる。また、本発明の一態様により、微細化した半導体装置を提供するこ
とができる。
態様は、必ずしも、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。
明に限定されず、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。また、本発明は以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるもの
ではない。なお、図面を用いて発明の構成を説明するにあたり、同じものを指す符号は異
なる図面間でも共通して用いる。なお、同様のものを指す際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。
わせ、または置き換えなどを行って、本発明の一態様とすることができる。
いる場合がある。
ることが可能である。
入れ替えて用いることが可能である。
との電位差のことを示す場合が多い。よって、電圧を電位と言い換えることが可能である
。一般的に、電位(電圧)は、相対的なものであり、基準の電位からの相対的な大きさに
よって決定される。したがって、「接地電位」などと記載されている場合であっても、電
位が0Vであるとは限らない。例えば、回路で最も低い電位が、「接地電位」となる場合
もある。または、回路で中間くらいの電位が、「接地電位」となる場合もある。その場合
には、その電位を基準として、正の電位と負の電位が規定される。
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、本明細書など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。
1原子%(atomic%ともいう)未満の元素は不純物である。不純物が含まれること
により、例えば、半導体にDOS(Density of State)が形成されるこ
とや、キャリア移動度が低下することや、結晶性が低下することなどが起こる場合がある
。半導体が酸化物半導体である場合、半導体の特性を変化させる不純物としては、例えば
、第1族元素、第2族元素、第14族元素、第15族元素、主成分以外の遷移金属などが
あり、特に、例えば、水素(水にも含まれる)、リチウム、ナトリウム、シリコン、ホウ
素、リン、炭素、窒素などがある。酸化物半導体の場合、例えば水素などの不純物の混入
によって酸素欠損を形成する場合がある。また、半導体がシリコン層である場合、半導体
の特性を変化させる不純物としては、例えば、酸素、水素を除く第1族元素、第2族元素
、第13族元素、第15族元素などがある。
ジスタがオン状態のときに半導体の中で電流の流れる部分)とゲート電極とが互いに重な
る領域、またはチャネルが形成される領域における、ソース(ソース領域またはソース電
極)とドレイン(ドレイン領域またはドレイン電極)との間の距離をいう。なお、一つの
トランジスタにおいて、チャネル長が全ての領域で同じ値をとるとは限らない。即ち、一
つのトランジスタのチャネル長は、一つの値に定まらない場合がある。そのため、本明細
書では、チャネル長は、チャネルの形成される領域における、いずれか一の値、最大値、
最小値または平均値とする。
電流の流れる部分)とゲート電極とが互いに重なる領域、またはチャネルが形成される領
域における、ソースとドレインとが向かい合っている部分の長さをいう。なお、一つのト
ランジスタにおいて、チャネル幅がすべての領域で同じ値をとるとは限らない。即ち、一
つのトランジスタのチャネル幅は、一つの値に定まらない場合がある。そのため、本明細
書では、チャネル幅は、チャネルの形成される領域における、いずれか一の値、最大値、
最小値または平均値とする。
ル幅(以下、実効的なチャネル幅と呼ぶ。)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呼ぶ。)と、が異なる場合がある。例えば、
立体的な構造を有するトランジスタでは、実効的なチャネル幅が、トランジスタの上面図
において示される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、微細かつ立体的な構造を有するトランジスタでは、半導体の側面に
形成されるチャネル領域の割合が大きくなる場合がある。その場合は、上面図において示
される見かけ上のチャネル幅よりも、実際にチャネルの形成される実効的なチャネル幅の
方が大きくなる。
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。
重なる領域における、ソースとドレインとが向かい合っている部分の長さである見かけ上
のチャネル幅を、「囲い込みチャネル幅(SCW:Surrounded Channe
l Width)」と呼ぶ場合がある。また、本明細書では、単にチャネル幅と記載した
場合には、囲い込みチャネル幅または見かけ上のチャネル幅を指す場合がある。または、
本明細書では、単にチャネル幅と記載した場合には、実効的なチャネル幅を指す場合があ
る。なお、チャネル長、チャネル幅、実効的なチャネル幅、見かけ上のチャネル幅、囲い
込みチャネル幅などは、断面TEM像などを取得して、その画像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。
る場合、囲い込みチャネル幅を用いて計算する場合がある。その場合には、実効的なチャ
ネル幅を用いて計算する場合とは異なる値をとる場合がある。
たは断面図において、Aの少なくとも一端が、Bの少なくとも一端よりも外側にある形状
を有することを示す場合がある。したがって、AがBより迫り出した形状を有すると記載
されている場合、例えば上面図において、Aの一端が、Bの一端よりも外側にある形状を
有すると読み替えることができる。
ができる場合がある。例えば、シリコン、ゲルマニウムなどの第14族半導体、酸化物半
導体、炭化シリコン、ケイ化ゲルマニウム、ヒ化ガリウム、リン化インジウム、セレン化
亜鉛、硫化カドミウムなどの化合物半導体、および有機半導体に置き換えることができる
。
れている状態をいう。したがって、-5°以上5°以下の場合も含まれる。また、「略平
行」とは、二つの直線が-30°以上30°以下の角度で配置されている状態をいう。ま
た、「垂直」とは、二つの直線が80°以上100°以下の角度で配置されている状態を
いう。したがって、85°以上95°以下の場合も含まれる。また、「略垂直」とは、二
つの直線が60°以上120°以下の角度で配置されている状態をいう。
。
本実施の形態では、本発明の一態様に係る半導体装置の構成について、図1乃至図21を
用いて説明する。
以下では、本発明の一態様に係る半導体装置の一例としてトランジスタ10の構成につい
て説明する。
)は、トランジスタ10の上面図である。図1(B)は、図1(A)の一点鎖線A1-A
2に対応する断面図である。図1(C)は、図1(A)の一点鎖線A3-A4に対応する
断面図である。なお、一点鎖線A1-A2で示す領域では、トランジスタ10のチャネル
長方向における構造を示しており、一点鎖線A3-A4で示す領域では、トランジスタ1
0のチャネル幅方向における構造を示している。なお、トランジスタのチャネル長方向と
は、ソース(ソース領域またはソース電極)およびドレイン(ドレイン領域またはドレイ
ン電極)間において、キャリアが移動する方向を意味し、チャネル幅方向は、基板と水平
な面内において、チャネル長方向に対して垂直の方向を意味する。なお、図1(A)にお
いて、煩雑になることを避けるため、トランジスタ10の構成要素の一部(保護絶縁膜と
して機能する絶縁膜等)を省略して図示している。なお、トランジスタの上面図において
は、以降の図面においても図1(A)と同様に、構成要素の一部を省略して図示する場合
がある。
と、絶縁層150と、犠牲層160と、混合層162と、絶縁層180と、導電層190
と、導電層195と、を有する。
層121は、絶縁層110上に形成され、絶縁層150は、酸化物層121上に形成され
、犠牲層160は、絶縁層150上に形成される。また、混合層127は、酸化物層12
1の表面のうち、絶縁層150と接していない領域を覆い、少なくとも一部は、酸化物層
121の上面に接して形成され、他の一部は、酸化物層121の側面に接して形成される
。また、混合層162は、犠牲層160の表面を覆い、少なくとも一部は、犠牲層160
の上面に接して形成され、他の一部は、犠牲層160の側面に接して形成される。なお、
混合層162と、犠牲層160と、絶縁層150と、酸化物層121とは、重畳して設け
られる。犠牲層160および混合層162は、トランジスタ10のゲート電極として機能
させることができる。
元素群(以下、元素群Aともいう)の中のいずれか一以上を有するとより好ましい。
ウム、モリブデン、チタン、タンタル、タングステン、ニッケル、コバルトおよび白金で
構成される元素群(以下、元素群Bともいう)のうちのいずれか一以上との両方を有する
。混合層127は、例えば、酸化物層121上に元素群Bのうちのいずれか一以上を含む
導電層を成膜し、加熱処理を行うことにより形成することができる。混合層127は、酸
化物層121と、酸化物層121上に成膜した該導電層とが、合金化することにより形成
された層であるということもできる。
のうちのいずれか一以上との両方を、それぞれ該領域全体の1%以上99%以下の割合で
含有するとより好ましい。
スタ10のソース領域またはドレイン領域として機能させることができる。また、混合層
127を、導電層として機能させることもできる。
を有する酸化物半導体または酸化物導電体であると好ましい。または、犠牲層160は、
シリコンを有すると好ましい。
デン、チタン、タンタル、タングステン、ニッケル、コバルトおよび白金(元素群B)の
うちのいずれか一以上を有する。混合層162は、例えば、犠牲層160上に元素群Bの
うちのいずれか一以上を含む導電層を成膜し、加熱処理を行うことにより形成することが
できる。混合層162は、犠牲層160と、犠牲層160上に成膜した該導電層とが、合
金化することにより形成された層であるということもできる。
電体である場合、混合層162は、元素群Aのうちのいずれか一以上および元素群Bのう
ちのいずれか一以上を有する。また、犠牲層160の少なくとも一部の領域は、元素群A
のうちのいずれか一以上と、元素群Bのうちのいずれか一以上との両方を、それぞれ該領
域全体の1%以上99%以下の割合で含有するとより好ましい。
のうちのいずれか一以上を有する。また、犠牲層160の少なくとも一部の領域は、シリ
コンと、元素群Bのうちのいずれか一以上との両方を、それぞれ該領域全体の1%以上9
9%以下の割合で含有するとより好ましい。
は、飛行時間型二次イオン質量分析法(TOF-SIMS)や、X線電子分光法(XPS
)、誘導結合プラズマ質量分析(ICP-MS)で測定することができる。
0は、絶縁層180に設けられた開口部に形成され、混合層127と電気的に接続してい
る。また、導電層195は、導電層190上に接して形成される。導電層190は、トラ
ンジスタ10のソース領域またはドレイン領域と、導電層195とを接続するプラグとし
て機能する。
レイン領域の間の寄生容量を小さくすることができる。その結果、トランジスタ10の遮
断周波数特性が向上するなど、トランジスタの高速動作が可能となる。
形成することができるため、位置合わせ精度が緩和され、微細なトランジスタを容易に作
製することが可能となる。
次に、本発明の一態様に係る半導体装置の別の例としてトランジスタ11の構成について
説明する。
、トランジスタ11の上面図である。図2(B)は、図2(A)の一点鎖線A1-A2に
対応する断面図である。図2(C)は、図2(A)の一点鎖線A3-A4に対応する断面
図である。
と、絶縁層150と、導電層170と、導電層175と、絶縁層180と、絶縁層181
と、導電層190と、導電層195と、を有する。
層121は、絶縁層110上に形成され、絶縁層150は、酸化物層121上に形成され
、導電層170は、絶縁層150上に形成され、導電層175は、導電層170上に形成
される。また、混合層127は、酸化物層121の表面を覆い、混合層127の少なくと
も一部は、酸化物層121の上面に接して形成され、混合層127の他の一部は、酸化物
層121の側面に接して形成される。なお、導電層175と、導電層170と、絶縁層1
50と、酸化物層121とは、重畳して設けられる。導電層170および導電層175は
、トランジスタ11のゲート電極として機能させることができる。
酸化物層121の構成を参酌することができる。
アルミニウム、モリブデン、チタン、タンタル、タングステン、ニッケル、コバルトまた
は白金(元素群B)のうちのいずれか一以上を有する。混合層127は、例えば、酸化物
層121上に元素群Bのうちのいずれか一以上を含む導電層を成膜し、加熱処理を行うこ
とにより形成することができる。混合層127は、酸化物層121と、酸化物層121上
に成膜した該導電層とが、合金化することにより形成された層であるということもできる
。
のうちのいずれか一以上との両方を、それぞれ該領域全体の1%以上99%以下の割合で
含有するとより好ましい。
Sや、XPS、ICP-MSで測定することができる。
をトランジスタ11のソース領域またはドレイン領域として機能させることができる。ま
た、混合層127は、酸化物層121における低抵抗領域であるということもできる。
は、絶縁層180上に形成される。導電層190は、絶縁層180および絶縁層181に
設けられた開口部に形成され、混合層127と電気的に接続している。また、導電層19
5は、導電層190上に接して形成される。導電層190は、トランジスタ11のソース
領域またはドレイン領域と、導電層195とを接続するプラグとして機能する。
レイン領域の間の寄生容量を小さくすることができる。その結果、トランジスタ11の遮
断周波数特性が向上するなど、トランジスタの高速動作が可能となる。
形成することができるため、位置合わせ精度が緩和され、微細なトランジスタを容易に作
製することが可能となる。
次に、本発明の一態様に係る半導体装置の別の例としてトランジスタ12の構成について
説明する。
、トランジスタ12の上面図である。図3(B)は、図3(A)の一点鎖線A1-A2に
対応する断面図である。図3(C)は、図3(A)の一点鎖線A3-A4に対応する断面
図である。なお、一点鎖線A1-A2で示す領域では、トランジスタ12のチャネル長方
向における構造を示しており、一点鎖線A3-A4で示す領域では、トランジスタ12の
チャネル幅方向における構造を示している。なお、図3(A)において、煩雑になること
を避けるため、トランジスタ12の構成要素の一部(保護絶縁膜として機能する絶縁膜等
)を省略して図示している。
と、絶縁層151と、導電層155と、絶縁層180と、絶縁層181と、導電層190
と、導電層195と、を有する。
は、絶縁層110上に形成される。混合層127は、酸化物層121の表面のうち、絶縁
層110と接していない領域を覆い、少なくとも一部は、酸化物層121の上面に接して
形成され、他の一部は、酸化物層121の側面に接して形成される。絶縁層180は、混
合層127上に形成され、絶縁層151は、絶縁層180および混合層127に設けられ
た開口部に形成され、酸化物層121の上面と接する。導電層155は、絶縁層151上
に形成される。導電層155は、トランジスタ12のゲート電極として機能させることが
できる。
酸化物層121の構成を参酌することができる。
アルミニウム、モリブデン、チタン、タンタル、タングステン、ニッケル、コバルトまた
は白金(元素群B)のうちのいずれか一以上を有する。混合層127は、例えば、酸化物
層121上に元素群Bのうちのいずれか一以上を含む導電層を成膜し、加熱処理を行うこ
とにより形成することができる。混合層127は、酸化物層121と、酸化物層121上
に成膜した該導電層とが、合金化することにより形成された層であるということもできる
。
のうちのいずれか一以上との両方を、それぞれ該領域全体の1%以上99%以下の割合で
含有するとより好ましい。
Sや、XPS、ICP-MSで測定することができる。
をトランジスタ12のソース領域またはドレイン領域として機能させることができる。ま
た、混合層127は、酸化物層121における低抵抗領域であるということもできる。
は、絶縁層180上に形成される。導電層190は、絶縁層180および絶縁層181に
設けられた開口部に形成され、混合層127と電気的に接続している。また、導電層19
5は、導電層190上に接して形成される。導電層190は、トランジスタ12のソース
領域またはドレイン領域と、導電層195とを接続するプラグとして機能する。
ドレイン領域の間の寄生容量を小さくすることができる。その結果、トランジスタ12の
遮断周波数特性が向上するなど、トランジスタの高速動作が可能となる。
形成することができるため、位置合わせ精度が緩和され、微細なトランジスタを容易に作
製することが可能となる。
以下に本実施の形態のトランジスタの各構成について示す。
基板100には、例えば、ガラス基板、セラミック基板、石英基板、サファイア基板など
を用いることができる。また、シリコンや炭化シリコンからなる単結晶半導体基板、多結
晶半導体基板、シリコンゲルマニウムからなる化合物半導体基板、SOI(Silico
n On Insulator)基板などを用いることも可能であり、これらの基板上に
半導体素子が設けられたものを用いてもよい。また、基板100は、単なる支持材料に限
らず、他のトランジスタなどのデバイスが形成された基板であってもよい。この場合、ト
ランジスタのゲート、ソース、ドレインのいずれか一以上は、上記の他のデバイスと電気
的に接続されていてもよい。
タを設ける方法としては、非可撓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、可撓性基板である基板100に転置する方法もある。その場合には、非可撓性
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100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100が伸縮性を有
してもよい。また、基板100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100の厚さ
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以下とする。基板100を薄くすると、半導体装置
を軽量化することができる。また、基板100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100上の半導体装置に加わる衝
撃などを緩和することができる。即ち、丈夫な半導体装置を提供することができる。
はそれらの繊維などを用いることができる。可撓性基板である基板100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。可撓性基板である基板100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(ナイロンまたはアラミドなど)、ポリイミド、ポリカーボネート、ア
クリル、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)などがある。特に、アラミドは、線膨
張率が低いため、可撓性基板である基板100として好適である。
絶縁層110は、シリコン(Si)、窒素(N)、酸素(O)、フッ素(F)、水素(H
)、アルミニウム(Al)、ガリウム(Ga)、ゲルマニウム(Ge)、イットリウム(
Y)、ジルコニウム(Zr)、ランタン(La)、ネオジム(Nd)、ハフニウム(Hf
)およびタンタル(Ta)を一種以上含む絶縁膜を用いることができる。
121に酸素を供給する役割を担うことができる。したがって、絶縁層110は酸素を含
む絶縁膜であることが好ましく、化学量論組成よりも多い酸素を含む絶縁膜であることが
より好ましい。例えば、TDS法にて、酸素原子に換算しての酸素放出量が1.0×10
19atoms/cm3以上である膜とする。なお、上記TDS分析時における膜の表面
温度としては100℃以上700℃以下、または100℃以上500℃以下の範囲が好ま
しい。また、上述のように基板100が他のデバイスが形成された基板である場合、絶縁
層110は、層間絶縁膜としての機能も有する。その場合は、表面が平坦になるようにC
MP(Chemical Mechanical Polishing)法等で平坦化処
理を行うことが好ましい。
フッ素が酸化物層121の酸素欠損を安定化させることができる。
以下に、酸化物層121を構成する酸化物について説明する。
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。
、アルミニウム、ガリウム、イットリウムまたはスズなどとする。そのほかの元素Mに適
用可能な元素としては、ホウ素、シリコン、チタン、鉄、ニッケル、ゲルマニウム、ジル
コニウム、モリブデン、ランタン、セリウム、ネオジム、ハフニウム、タンタル、タング
ステン、マグネシウムなどがある。ただし、元素Mとして、前述の元素を複数組み合わせ
ても構わない場合がある。
るインジウム、元素M及び亜鉛の原子数比の好ましい範囲について説明する。なお、図4
には、酸素の原子数比については記載しない。また、酸化物が有するインジウム、元素M
、及び亜鉛の原子数比のそれぞれの項を[In]、[M]、および[Zn]とする。
n]=(1+α):(1-α):1の原子数比(-1≦α≦1)となるライン、[In]
:[M]:[Zn]=(1+α):(1-α):2の原子数比となるライン、[In]:
[M]:[Zn]=(1+α):(1-α):3の原子数比となるライン、[In]:[
M]:[Zn]=(1+α):(1-α):4の原子数比となるライン、および[In]
:[M]:[Zn]=(1+α):(1-α):5の原子数比となるラインを表す。
るライン、[In]:[M]:[Zn]=1:2:βの原子数比となるライン、[In]
:[M]:[Zn]=1:3:βの原子数比となるライン、[In]:[M]:[Zn]
=1:4:βの原子数比となるライン、[In]:[M]:[Zn]=2:1:βの原子
数比となるライン、及び[In]:[M]:[Zn]=5:1:βの原子数比となるライ
ンを表す。
比(-1≦γ≦1)となるラインを表す。また、図4に示す、[In]:[M]:[Zn
]=0:2:1の原子数比またはその近傍値の酸化物は、スピネル型の結晶構造をとりや
すい。
M、及び亜鉛の原子数比の好ましい範囲の一例について示している。
の結晶構造を示す。また、図5は、b軸に平行な方向から観察した場合のInMZnO4
の結晶構造である。なお、図5に示すMZnO2層における金属元素は、元素Mまたは亜
鉛を表している。この場合、元素Mと亜鉛の割合が等しいものとする。元素Mと亜鉛とは
、置換が可能であり、配列は不規則である。
ンジウムを有するInO2層が1に対し、元素Mおよび亜鉛を有するMZnO2層が2と
なる。
がインジウムと置換し、InαM1-αZnO2層(0<α≦1)と表すこともできる。
その場合、InO2層が1に対し、InαM1-αZnO2層が2である層状構造をとる
。また、InO2層のインジウムが元素Mと置換し、In1-αMαO2層(0<α≦1
)と表すこともできる。その場合、In1-αMαO2層が1に対し、MZnO2層が2
である層状構造をとる。
対し、MZnO2層が3である層状構造をとる。つまり、[In]および[M]に対し[
Zn]が大きくなると、酸化物が結晶化した場合、InO2層に対するMZnO2層の割
合が増加する。
InO2層が1に対し、MZnO2層が整数である層状構造を複数種有する場合がある。
例えば、[In]:[M]:[Zn]=1:1:1.5である場合、InO2層が1に対
し、MZnO2層が2である層状構造と、MZnO2層が3である層状構造とが混在する
層状構造となる場合がある。
た原子数比の膜が形成される。特に、成膜時の基板温度によっては、ターゲットの[Zn
]よりも、膜の[Zn]が小さくなる場合がある。
[In]:[M]:[Zn]=0:2:1の原子数比の近傍値である原子数比では、スピ
ネル型の結晶構造と層状の結晶構造との二相が共存しやすい。また、[In]:[M]:
[Zn]=1:0:0を示す原子数比の近傍値である原子数比では、ビックスバイト型の
結晶構造と層状の結晶構造との二相が共存しやすい。酸化物中に複数の相が共存する場合
、異なる結晶構造の間において、粒界(グレインバウンダリーともいう)が形成される場
合がある。
高くすることができる。これは、インジウム、元素M及び亜鉛を有する酸化物では、主と
して重金属のs軌道がキャリア伝導に寄与しており、インジウムの含有率を高くすること
により、s軌道が重なる領域がより大きくなるため、インジウムの含有率が高い酸化物は
インジウムの含有率が低い酸化物と比較してキャリア移動度が高くなるためである。
る。従って、[In]:[M]:[Zn]=0:1:0を示す原子数比、およびその近傍
値である原子数比(例えば図4(C)に示す領域C)では、絶縁性が高くなる。
造となりやすい、図4(A)の領域Aで示される原子数比を有することが好ましい。
、およびその近傍値を示している。近傍値には、例えば、原子数比が[In]:[M]:
[Zn]=5:3:4が含まれる。領域Bで示される原子数比を有する酸化物は、特に、
結晶性が高く、キャリア移動度も高い優れた酸化物である。
子数比により、層状構造を形成するための難易の差はある。一方、同じ原子数比であって
も、形成条件により、層状構造になる場合も層状構造にならない場合もある。従って、図
示する領域は、酸化物が層状構造を有する原子数比を示す領域であり、領域A乃至領域C
の境界は厳密ではない。
せることができるため、高い電界効果移動度のトランジスタを実現することができる。ま
た、信頼性の高いトランジスタを実現することができる。
酸化物は、キャリア密度が8×1011/cm3未満、好ましくは1×1011/cm3
未満、さらに好ましくは1×1010/cm3未満であり、1×10-9/cm3以上と
すればよい。
め、キャリア密度を低くすることができる。また、高純度真性または実質的に高純度真性
である酸化物は、欠陥準位密度が低いため、トラップ準位密度も低くなる場合がある。
たかも固定電荷のように振る舞うことがある。そのため、トラップ準位密度の高い酸化物
にチャネル領域が形成されるトランジスタは、電気特性が不安定となる場合がある。
ることが有効である。また、酸化物中の不純物濃度を低減するためには、近接する膜中の
不純物濃度も低減することが好ましい。不純物としては、水素、窒素、アルカリ金属、ア
ルカリ土類金属、鉄、ニッケル、シリコン等がある。
て欠陥準位が形成される。このため、酸化物におけるシリコンや炭素の濃度と、酸化物と
の界面近傍のシリコンや炭素の濃度(二次イオン質量分析法(SIMS:Seconda
ry Ion Mass Spectrometry)により得られる濃度)を、2×1
018atoms/cm3以下、好ましくは2×1017atoms/cm3以下とする
。
キャリアを生成する場合がある。従って、アルカリ金属またはアルカリ土類金属が含まれ
ている酸化物を用いたトランジスタはノーマリーオン特性となりやすい。このため、酸化
物中のアルカリ金属またはアルカリ土類金属の濃度を低減することが好ましい。具体的に
は、SIMSにより得られる酸化物中のアルカリ金属またはアルカリ土類金属の濃度を、
1×1018atoms/cm3以下、好ましくは2×1016atoms/cm3以下
にする。
増加し、n型化しやすい。この結果、窒素が含まれている酸化物を半導体に用いたトラン
ジスタはノーマリーオン特性となりやすい。従って、該酸化物において、窒素はできる限
り低減されていることが好ましい、例えば、酸化物中の窒素濃度は、SIMSにおいて、
5×1019atoms/cm3未満、好ましくは5×1018atoms/cm3以下
、より好ましくは1×1018atoms/cm3以下、さらに好ましくは5×1017
atoms/cm3以下とする。
欠損を形成する場合がある。該酸素欠損に水素が入ることで、キャリアである電子が生成
される場合がある。また、水素の一部が金属原子と結合する酸素と結合して、キャリアで
ある電子を生成することがある。従って、水素が含まれている酸化物を用いたトランジス
タはノーマリーオン特性となりやすい。このため、酸化物中の水素はできる限り低減され
ていることが好ましい。具体的には、酸化物において、SIMSにより得られる水素濃度
を、1×1020atoms/cm3未満、好ましくは1×1019atoms/cm3
未満、より好ましくは5×1018atoms/cm3未満、さらに好ましくは1×10
18atoms/cm3未満とする。
定した電気特性を付与することができる。
犠牲層160は、酸化物層121と同様の材料、シリコン、シリコン酸化物、またはシリ
コン窒化物等を有する材料から形成することができる。また、これらの材料に金属原子を
添加することにより、抵抗を下げてもよい。
絶縁層150には、酸素(O)、窒素(N)、フッ素(F)、アルミニウム(Al)、マ
グネシウム(Mg)、シリコン(Si)、ガリウム(Ga)、ゲルマニウム(Ge)、イ
ットリウム(Y)、ジルコニウム(Zr)、ランタン(La)、ネオジム(Nd)、ハフ
ニウム(Hf)、タンタル(Ta)、チタン(Ti)などを有することができる。例えば
、酸化アルミニウム(AlOx)、酸化マグネシウム(MgOx)、酸化シリコン(Si
Ox)、酸化窒化シリコン(SiOxNy)、窒化酸化シリコン(SiNxOy)、窒化
シリコン(SiNx)、酸化ガリウム(GaOx)、酸化ゲルマニウム(GeOx)、酸
化イットリウム(YOx)、酸化ジルコニウム(ZrOx)、酸化ランタン(LaOx)
、酸化ネオジム(NdOx)、酸化ハフニウム(HfOx)および酸化タンタル(TaO
x)を一種以上有することができる。また、絶縁層150は上記材料の積層であってもよ
い。なお、絶縁層150に、ランタン(La)、窒素、ジルコニウム(Zr)などを、不
純物として含んでいてもよい。
処理を行うことにより、酸化物層121に拡散する。これにより、酸化物層121中に存
在する酸素欠損(Vo)を低減させることができる。
、窒素、シリコン、ハフニウムなどを有する。具体的には、酸化ハフニウム、および酸化
シリコンまたは酸化窒化シリコンを含むと好ましい。
て、酸化シリコンを用いた場合と比べて、絶縁層150の膜厚を大きくできるため、トン
ネル電流によるリーク電流を小さくすることができる。即ち、オフ電流の小さいトランジ
スタを実現することができる。さらに、結晶構造を有する酸化ハフニウムは、非晶質構造
を有する酸化ハフニウムと比べて高い比誘電率を備える。したがって、オフ電流の小さい
トランジスタとするためには、結晶構造を有する酸化ハフニウムを用いることが好ましい
。結晶構造の例としては、単斜晶系や立方晶系などが挙げられる。ただし、本発明の一態
様は、これらに限定されない。
する場合がある。該界面準位はトラップセンターとして機能する場合がある。そのため、
酸化ハフニウムがトランジスタのチャネル領域に近接して配置されるとき、該界面準位に
よってトランジスタの電気特性が劣化する場合がある。そこで、該界面準位の影響を低減
するために、トランジスタのチャネル領域と酸化ハフニウムとの間に、別の膜を配置する
ことによって互いに離間させることが好ましい場合がある。この膜は、緩衝機能を有する
。緩衝機能を有する膜は、絶縁層150に含まれる膜であってもよいし、酸化物半導体膜
に含まれる膜であってもよい。即ち、緩衝機能を有する膜としては、酸化シリコン、酸化
窒化シリコン、酸化物半導体層などを用いることができる。なお、緩衝機能を有する膜に
は、たとえば、チャネル領域となる半導体よりもエネルギーギャップの大きい半導体また
は絶縁体を用いる。または、緩衝機能を有する膜には、たとえば、チャネル領域となる半
導体よりも電子親和力の小さい半導体または絶縁体を用いる。または、緩衝機能を有する
膜には、たとえば、チャネル領域となる半導体よりもイオン化エネルギーの大きい半導体
または絶縁体を用いる。
センター)に電荷をトラップさせることで、トランジスタのしきい値電圧を制御できる場
合がある。該電荷を安定して存在させるためには、たとえば、チャネル領域と酸化ハフニ
ウムとの間に、酸化ハフニウムよりもエネルギーギャップの大きい絶縁体を配置すればよ
い。または、酸化ハフニウムよりも電子親和力の小さい半導体または絶縁体を配置すれば
よい。または、緩衝機能を有する膜には、酸化ハフニウムよりもイオン化エネルギーの大
きい半導体または絶縁体を配置すればよい。このような絶縁体を用いることで、界面準位
にトラップされた電荷の放出が起こりにくくなり、長期間に渡って電荷を保持することが
できる。
層150内の界面準位に電荷を捕獲させるためには、酸化物層121からゲート電極に向
かって電子を移動させればよい。具体的な例としては、高い温度(例えば、125℃以上
450℃以下、代表的には150℃以上300℃以下)の下で、ゲート電極の電位をソー
ス電極やドレイン電極の電位より高い状態にて1秒以上、代表的には1分以上維持すれば
よい。
しきい値電圧がプラス側にシフトする。犠牲層160の電圧や、電圧を印加する時間を調
整することによって、電子を捕獲させる量(しきい値電圧の変動量)を制御することがで
きる。なお、電荷を捕獲させることができれば、絶縁層150内でなくても構わない。同
様の構造を有する積層膜を、他の絶縁層に用いても構わない。
絶縁層180は、絶縁層150と同様の材料を有することができる。
酸素を有することが好ましい。絶縁層180から放出される酸素は絶縁層150を経由し
て酸化物層121のチャネル形成領域に拡散させることができることから、チャネル形成
領域に形成された酸素欠損に酸素を補填することができる。したがって、安定したトラン
ジスタの電気特性を得ることができる。
導電層170および導電層175には、例えば、アルミニウム(Al)、チタン(Ti)
、クロム(Cr)、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)、銅(Cu)、イットリウム(
Y)、ジルコニウム(Zr)、モリブデン(Mo)、ルテニウム(Ru)、銀(Ag)、
タンタル(Ta)タングステン(W)、またはシリコンなどの材料を有することができる
。また、導電層170および導電層175の積層として、電極層を形成する場合、いずれ
か一方に、例えば上記材料の窒化物など、窒素を含んだ材料を用いてもよい。
導電層190には、導電層170と同様の材料を用いることができる。
導電層195には、導電層170と同様の材料を用いることができる。
いて説明する。なお、該変形例において、トランジスタ10、トランジスタ11またはト
ランジスタ12と同様の構成については、説明を省略することがある。
図1に示すトランジスタ10の変形例について図6乃至図15を用いて説明する。
る。絶縁層150および犠牲層160の側面に接する絶縁層176を設けることにより、
犠牲層160の上面にのみ接して、混合層162が形成される。なお、絶縁層176は、
側壁酸化膜(サイドウォールともいう。)として機能することができ、絶縁層176を形
成することにより、混合層127を形成するときに、トランジスタ10aの実効チャネル
長が短くなることを防止することができる。なお、絶縁層176は、絶縁層110、酸化
物層121および混合層127の側面にも接する。
異なる。低抵抗領域125は、水素、窒素、フッ素、ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリ
プトン、キセノン、ボロン、リンのいずれか一以上を有する。低抵抗領域125を形成す
ることによって、トランジスタ10bのホットキャリア注入による劣化を抑制することが
できる。
2が形成される点で、トランジスタ10と異なる。トランジスタ10cにおいて、混合層
162は、犠牲層上にアルミニウム、モリブデン、チタン、タンタル、タングステン、ニ
ッケル、コバルトおよび白金(元素群B)のうちのいずれか一以上を含む導電層を成膜し
、加熱処理を行って、犠牲層の全体を混合層162とすることにより形成される。
有し、また、犠牲層165を有する点で、トランジスタ10と異なる。犠牲層165は、
絶縁層177から酸化物層に対して、混合層162を介して窒素又は\及び水素が供給さ
れることで、キャリア密度が増加されることにより形成した酸化物導電体であり、電極と
して機能することができる。また、酸化物層121における低抵抗領域126も同様に、
絶縁層177から窒素または水素が供給されることによりキャリア密度が増加された酸化
物導電体である。なお、このような絶縁層177を有する構造のトランジスタにおいて、
混合層162を有さない場合には、犠牲層165に絶縁層177が接するため、絶縁層1
77からの窒素または\および水素が供給されやすいことから、犠牲層165のキャリア
密度をより増加させることができる。
放出することが可能な絶縁層、代表的には窒化シリコン膜を用いる。水素を放出すること
が可能な絶縁層としては、膜中の含有水素濃度が1×1022atoms/cm3以上で
あると好ましい。このような絶縁層を形成することで、犠牲層165に窒素又は水素を含
有させることができる。
化物層121および犠牲層165に接して、絶縁層177が形成されている点で、トラン
ジスタ10と異なる。トランジスタ10eにおいて、犠牲層165は、絶縁層177から
酸化物層に対して、窒素または水素が供給されることによりキャリア密度が増加された酸
化物導電体である。また、酸化物層121における低抵抗領域126も同様に、低抵抗領
域126と接する絶縁層177から窒素または水素が供給されることによりキャリア密度
が増加された酸化物導電体である。トランジスタ10eにおいて、低抵抗領域126は、
トランジスタ10eのソース領域またはドレイン領域として機能することができる。
半導体層121bおよび酸化物絶縁層121cで構成される点で、トランジスタ10と異
なる。トランジスタ10fにおいて、酸化物絶縁層121aは、絶縁層110上に形成さ
れ、酸化物半導体層121bは、酸化物絶縁層121aの上面に接して形成され、酸化物
絶縁層121cは、酸化物半導体層121bの上面に接して形成される。また、混合層1
27aは、酸化物絶縁層121aの側面に接して形成され、混合層127bは、酸化物半
導体層121bの上面および側面に接して形成され、混合層127cは、酸化物絶縁層1
21cの側面に接して形成される。
一致し、混合層127c、絶縁層150および混合層162の端部は、概略一致する。
半導体層121bおよび酸化物絶縁層121cで構成されるが、本発明の一態様は、これ
に限定されない。例えば、酸化物層121は、酸化物半導体層121bおよび酸化物絶縁
層121cで構成されており、絶縁層110と酸化物半導体層121bが接していてもよ
い。
酸化物絶縁層121a、酸化物半導体層121b、および酸化物絶縁層121cの積層構
造に接する絶縁体のバンド図と、酸化物半導体層121bおよび酸化物絶縁層121cの
積層構造に接する絶縁体のバンド図と、について、図12を用いて説明する。なお、図1
2および図12の説明において、酸化物絶縁層121aを構成する酸化物を酸化物S1と
呼称し、酸化物半導体層121bを構成する酸化物を酸化物S2と呼称し、酸化物絶縁層
121cを構成する酸化物を酸化物S3と呼称する。
有する積層構造の膜厚方向のバンド図の一例である。また、図12(B)は、絶縁体I1
、酸化物S2、酸化物S3、及び絶縁体I2を有する積層構造の膜厚方向のバンド図の一
例である。なお、バンド図は、理解を容易にするため絶縁体I1、酸化物S1、酸化物S
2、酸化物S3、及び絶縁体I2の伝導帯下端のエネルギー準位(Ec)を示す。
近く、代表的には、酸化物S2の伝導帯下端のエネルギー準位と、酸化物S1、酸化物S
3の伝導帯下端のエネルギー準位との差が、0.15eV以上、または0.5eV以上、
かつ2eV以下、または1eV以下であることが好ましい。すなわち、酸化物S1、酸化
物S3の電子親和力と、酸化物S2の電子親和力との差が、0.15eV以上、または0
.5eV以上、かつ2eV以下、または1eV以下であることが好ましい。
において、伝導帯下端のエネルギー準位はなだらかに変化する。換言すると、連続的に変
化または連続接合するともいうことができる。このようなバンド図を有するためには、酸
化物S1と酸化物S2との界面、または酸化物S2と酸化物S3との界面において形成さ
れる混合層の欠陥準位密度を低くするとよい。
素を有する(主成分とする)ことで、欠陥準位密度が低い混合層を形成することができる
。例えば、酸化物S2がIn-Ga-Zn酸化物の場合、酸化物S1、酸化物S3として
、In-Ga-Zn酸化物、Ga-Zn酸化物、酸化ガリウムなどを用いるとよい。
、および酸化物S2と酸化物S3との界面における欠陥準位密度を低くすることができる
ため、界面散乱によるキャリア伝導への影響が小さく、高いオン電流が得られる。
め、トランジスタのしきい値電圧はプラス方向にシフトしてしまう。酸化物S1、酸化物
S3を設けることにより、トラップ準位を酸化物S2より遠ざけることができる。当該構
成とすることで、トランジスタのしきい値電圧がプラス方向にシフトすることを防止する
ことができる。
このとき、酸化物S2、酸化物S2と酸化物S1との界面、および酸化物S2と酸化物S
3との界面が、主にチャネル領域として機能する。例えば、酸化物S1、酸化物S3には
、図4(C)において、絶縁性が高くなる領域Cで示す原子数比の酸化物を用いればよい
。なお、図4(C)に示す領域Cは、[In]:[M]:[Zn]=0:1:0、または
その近傍値である原子数比を示している。
酸化物S3には、[M]/[In]が1以上、好ましくは2以上である酸化物を用いるこ
とが好ましい。また、酸化物S3として、十分に高い絶縁性を得ることができる[M]/
([Zn]+[In])が1以上である酸化物を用いることが好適である。
び上面の一部並びに酸化物半導体層121bの上面の一部を覆うように、酸化物絶縁層1
21cおよび混合層127cが形成される点で、トランジスタ10fと異なる。
7cの端部が、概略一致する点で、トランジスタ10fおよびトランジスタ10gと異な
る。
)は、トランジスタのチャネル幅方向における構造を示す。また、図15(C)は、トラ
ンジスタのチャネル幅方向における構造の別の例を示す。
導電層105には、導電層190と同様の材料を用いることができる。導電層105は、
単層でもよいし、積層でもよい。
導電層105は、犠牲層160および混合層162と同電位を印加する構成としてもよい
し、異なる電位を印加できる構成としてもよい。
ていてもよい。
様の構造、および機能を有することができる。
(例えば、しきい値電圧)を制御することができる。
図2に示すトランジスタ11の変形例について図16乃至図19を用いて説明する。
る。絶縁層176は、絶縁層150および導電層170の側面に接する。トランジスタ1
1の作製工程においては、半導体と、導電体を接触させて加熱することによりこれらを合
金化し、混合層127を形成させるが、その合金化される領域が拡大し、半導体と、導電
体と、が接触する領域のみにとどまらず、ゲート電極下のチャネル形成領域まで進行する
可能性がある。また、これにより、トランジスタの実効的なチャネル長が小さくなってし
まうことがある。しかし、絶縁層176を形成することで、上記したように合金化される
領域がチャネル形成領域まで進行するのを抑制することができる。それにより、実効チャ
ネル長が、意図せず小さくなるのを抑制することができる。なお、絶縁層176は、絶縁
層110、酸化物層121および混合層127の側面にも接している。
と異なる。低抵抗領域125は、水素、窒素、フッ素、ヘリウム、ネオン、アルゴン、ク
リプトン、キセノン、ボロン、リンのいずれか一以上を有する。低抵抗領域125を形成
することによって、ホットキャリア注入による劣化を抑制をすることができる。
50のチャネル長方向の長さよりも小さい点で、トランジスタ11と異なる。トランジス
タ11cのように、絶縁層150が、導電層170および導電層175より迫り出した形
状とすることによって、上記したように合金化される領域が拡大しても、チャネル形成領
域まで進行するのを抑制することができる。それにより、実効チャネル長が、意図せず小
さくなるのを抑制することができる。
る。なお、図19(A)は、トランジスタのチャネル長方向における構造を示し、図19
(B)は、トランジスタのチャネル幅方向における構造を示す。また、図19(C)は、
トランジスタのチャネル幅方向における構造の別の例を示す。
導電層105は、導電層170および導電層175と同電位を印加する構成としてもよい
し、異なる電位を印加できる構成としてもよい。
ていてもよい。
電圧)を制御することができる。
図3に示すトランジスタ12の変形例について、図20乃至図22を用いて説明する。
酸化物絶縁層122および酸化物絶縁層123を有する点で、トランジスタ12と異なる
。トランジスタ12aにおいて、酸化物絶縁層121aは、絶縁層110上に形成され、
酸化物半導体層121bは、酸化物絶縁層121aの上面に接して形成される。混合層1
27aは、酸化物絶縁層121aの側面に接し、混合層127bは、酸化物半導体層12
1bの上面及び側面と接する。また、酸化物絶縁層122は、混合層127bの上面およ
び側面並びに混合層127aの側面に接して形成される。また、絶縁層180は、酸化物
絶縁層122上に形成され、酸化物絶縁層123は、絶縁層180および混合層127b
に設けられた開口部に形成され、酸化物半導体層121bと接する。絶縁層151は、酸
化物絶縁層123上に形成され、導電層155は、絶縁層151上に形成される。
化物絶縁層121cと同様の構成にすればよい。なお、トランジスタ12の変形例は、酸
化物絶縁層122または酸化物絶縁層123のいずれか一方のみを有していてもよい。
異なる。導電層168は、混合層127上に形成されている。
ル、コバルトまたは白金(元素群B)のいずれか一以上を含む。酸化物層121上に導電
層168を成膜し、加熱処理を行うことにより、混合層127が形成される。
例では、混合層127の形成後に導電層168を除去した構成を示したが、トランジスタ
12bのように、導電層168を除去しない構成としてもよい。
けられた開口部に形成され、混合層127と接しているが、本発明の一態様はこれに限定
されない。例えば、導電層190は、絶縁層181、絶縁層180に設けられた開口部に
形成され、導電層168と接し、混合層127と接しなくてもよい。このような場合でも
、導電層190と、混合層127とは、導電層168を介して電気的に接続することがで
きる。
お、図22(A)は、トランジスタのチャネル長方向における構造を示し、図22(B)
は、トランジスタのチャネル幅方向における構造を示す。また、図22(C)は、トラン
ジスタのチャネル幅方向における構造の別の例を示す。
電層155と同電位を印加する構成としてもよいし、異なる電位を印加できる構成として
もよい。
ていてもよい。
ば、しきい値電圧)を制御することができる。
。
本実施の形態では、本発明の一態様に係る半導体装置の作製方法について、図23乃至図
36を用いて説明する。なお、先の実施の形態にて説明した部分と重複する部分について
は省略することがある。
先の実施の形態において、図1で示すトランジスタ10の作製方法について、図23乃至
図25を用いて説明する。なお、図23(A)、図23(C)、図23(E)、図24(
A)、図24(C)、図25(A)および図25(C)は、トランジスタのチャネル長方
向における構造を示し、図23(B)、図23(D)、図23(F)、図24(B)、図
24(D)、図25(B)および図25(D)は、トランジスタのチャネル幅方向におけ
る構造を示す。
い。
Vapor Deposition)法、分子線エピタキシー(MBE:Molecul
ar Beam Epitaxy)法またはパルスレーザ堆積(PLD:Pulsed
Laser Deposition)法、原子層堆積(ALD:Atomic Laye
r Deposition)法などを用いて行うことができる。
nhanced CVD)法、熱を利用する熱CVD(TCVD:Thermal CV
D)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。
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TCVD法の場合、こういったプラズマダメージが生じない
ため、半導体装置の歩留まりを高くすることができる。また、TCVD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。
ある。よって、ALD法を用いることにより、欠陥の少ない膜が得られる。
異なり、被処理物の表面における反応により膜が形成される成膜方法である。したがって
、被処理物の形状の影響を受けにくく、良好な段差被覆性を有する成膜方法である。特に
、ALD法は、優れた段差被覆性と、優れた厚さの均一性を有するため、アスペクト比の
高い開口部の表面を被覆する場合などに好適である。またこれにより、成膜した膜にピン
ホールなどが形成されにくくなる。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。
とができる。例えば、CVD法およびALD法では、原料ガスの流量比によって、任意の
組成の膜を成膜することができる。また、例えば、CVD法およびALD法では、成膜し
ながら原料ガスの流量比を変化させることによって、組成が連続的に変化した膜を成膜す
ることができる。原料ガスの流量比を変化させながら成膜する場合、複数の成膜室を用い
て成膜する場合と比べて、搬送や圧力調整に掛かる時間の分、成膜に掛かる時間を短くす
ることができる。したがって、半導体装置の生産性を高めることができる場合がある。
数種がチャンバーに同時に供給される。ALD法を利用した成膜装置は、反応のための原
料ガス(プリカーサとも呼ぶ)と反応剤として機能するガス(リアクタントとも呼ぶ)を
交互にチャンバーに導入し、これらのガスの導入を繰り返すことで成膜を行う。なお、導
入ガスの切り替えは、例えば、それぞれのスイッチングバルブ(高速バルブとも呼ぶ)を
切り替えて行うことができる。
表面にプリカーサを吸着させる(第1ステップ)。ここで、プリカーサが基板表面に吸着
することにより、表面化学反応の自己停止機構が作用し、基板上のプリカーサの層の上に
さらにプリカーサが吸着することはない。なお、表面化学反応の自己停止機構が作用する
基板温度の適正範囲をALD Windowとも呼ぶ。ALD Windowは、プリカ
ーサの温度特性、蒸気圧、分解温度などによって決まる。次に、不活性ガス(アルゴン、
或いは窒素など)などをチャンバーに導入し、余剰なプリカーサや反応生成物などをチャ
ンバーから排出する(第2ステップ)。また、不活性ガスを導入する代わりに真空排気に
よって、余剰なプリカーサや反応生成物などをチャンバーから排出してもよい。次に、リ
アクタント(例えば、酸化剤(H2OまたはO3など))をチャンバーに導入し、基板表
面吸着したプリカーサと反応させて、膜の構成分子を基板に吸着させたままプリカーサの
一部を除去する(第3ステップ)。次に、不活性ガスの導入または真空排気によって、余
剰なリアクタントや反応生成物などをチャンバーから排出する(第4ステップ)。
を再び行うことで、第1の単一層の上に第2の単一層を積層することができる。第1乃至
第4ステップを、ガス導入を制御しつつ、膜が所望の厚さになるまで複数回繰り返すこと
で、段差被覆性に優れた薄膜を形成することができる。薄膜の厚さは、繰り返す回数によ
って調節することができるため、精密な膜厚調節が可能であり、微細なトランジスタを作
製する場合に適している。
、上記のリアクタントの反応において、プラズマを用いてリアクタントをラジカル状態と
して処理を行うALD法をプラズマALD法と呼ぶことがある。またこれに対して、プリ
カーサおよびリアクタントの反応を熱エネルギーで行うALD法を熱ALD法と呼ぶこと
がある。
に対しても、表面被覆率が高い。
が可能となる。プラズマALD法は、例えば、100℃以下でも成膜速度を低下させずに
成膜することができる。また、プラズマALD法では、酸化剤だけでなく、窒素ガスなど
多くのリアクタントを用いることができるので、酸化物だけでなく、窒化物、フッ化物、
金属など多くの種類の膜を成膜することができる。
ed Plasma)などのように基板から離れた状態でプラズマを発生させることもで
きる。このようにプラズマを発生させることにより、プラズマダメージを抑えることがで
きる。
ため、絶縁層110の上面にCMP法などの平坦化処理を行って平坦性の向上を図っても
よい。
当該酸化物層121dとしては、上述の酸化物層を用いればよい。当該酸化物層121d
の成膜は、スパッタリング法、CVD法、MBE法またはPLD法、ALD法などを用い
て行うことができる。
121dを加工し、酸化物層121を形成する(図23(C)および図23(D)参照)
。なお、酸化物層121の形成時に、絶縁層110の露出した表面が除去される場合があ
る。
0℃以下、酸素を含む雰囲気下で行う。この加熱処理により、酸化物層121に形成され
た酸素欠損を低減させることができる。
0aを成膜する。
、スパッタリング法、CVD法、MBE法またはPLD法、ALD法などを用いて行うこ
とができる。
膜方法で犠牲層160aを形成することができる。また、犠牲層160aとして、シリコ
ン、シリコン酸化物、またはシリコン窒化物等を用いる場合、犠牲層160aの成膜は、
スパッタリング法、CVD法、MBE法またはPLD法、ALD法などを用いて行うこと
ができる。
aおよび犠牲層160aを加工し、絶縁層150および犠牲層160を形成する(図24
(A)および図24(B)参照)。ここで、絶縁層150および犠牲層160のチャネル
長方向の側面端部と絶縁層150のチャネル長方向の側面端部は概略一致するように形成
した後で、同じマスクを用いてウェットエッチングなどによって、犠牲層160のみを選
択的にエッチングしてもよい。このようにエッチングすることで、犠牲層160のチャネ
ル長方向の長さが絶縁層150のチャネル長方向の長さより小さい構成とすることができ
る。
行えばよい。第2の加熱処理により、酸化物層121に形成された酸素欠損を低減させる
ことができる。
168としては、チタン(Ti)、モリブデン(Mo)、タングステン(W)、クロム(
Cr)、バナジウム(V)、ニオブ(Nb)、タンタル(Ta)、ジルコニウム(Zr)
、ハフニウム(Hf)などの金属材料の他、それらの窒化膜を用いることができる。また
、導電層168の成膜は、スパッタリング法、CVD法、MBE法またはPLD法、AL
D法などを用いて行うことができる。
、例えば、酸素雰囲気下で加熱を行えばよい。第3の加熱処理を行うことで、導電層16
8に含まれる金属原子を酸化物層121、犠牲層160に拡散させることができ、酸化物
層121において、導電層168と接する領域に、混合層127を形成することができる
。また、犠牲層160において、導電層168と接する領域に混合層162を形成するこ
とができる(図25(A)および図25(B)参照)。
成している場合がある。また、混合層162においては、導電層168に含まれる金属原
子と、犠牲層160とが、合金を形成している場合がある。
。
び図25(D)参照)。除去方法は、ウェットエッチング法でもよいし、ドライエッチン
グ法でもよい。例えば、過酸化水素水、過酸化水素水と硫酸の混合液または過酸化水素水
とアンモニア水の混合液により、導電層168を除去することができる。
行えばよい。第4の加熱処理により、酸化物層121に形成された酸素欠損を低減させる
ことができる。
。また、犠牲層160よりも抵抗値が小さい混合層162を形成することができる。
ることができる。該絶縁層を成膜した後、平坦化することが望ましい。
0を形成する。
トリソグラフィ法、ナノインプリンティング法などを用いることにより、導電層195を
形成する。
)。上記作製方法を用いることで、チャネル長が100nm以下、30nm以下、さらに
は20nm以下のきわめて微細なトランジスタを作製することができる。
先の実施の形態において、図2を用いて説明したトランジスタ11の作製方法について、
図26乃至図28を用いて説明する。なお、図26(A)、図26(C)、図27(A)
、図27(C)、図27(E)、図28(A)および図28(C)は、トランジスタのチ
ャネル長方向における構造を示し、図26(B)、図26(D)、図27(B)、図27
(D)、図27(F)、図28(B)および図28(D)は、トランジスタのチャネル幅
方向における構造を示す。
化物層121、混合層127、絶縁層150、犠牲層160および混合層162を形成す
る(図26(A)および図26(B)参照)。
絶縁層180aの成膜は、トランジスタ10における絶縁層180となる絶縁層の成膜方
法と同様に行うことができる。
層162の一部を除去して、犠牲層160の上面を露出させる。このとき、犠牲層160
の一部が除去されてもよい。この加工は、CMP処理またはエッチング処理を施して行う
ことができる。
0および混合層162を除去し、絶縁層150を露出させる。
う。酸素を添加する処理としては、加熱処理、イオン注入または高密度プラズマ処理など
を行えばよい。酸素を添加する処理によって、酸化物層121のチャネル領域に形成され
た酸素欠損を低減させることができる。
好ましい。基板上に、アルミニウム、タングステンまたは銅等の金属を有する導電層が形
成されているとき、加熱処理を行うと、当該導電層においてヒロック、マイグレーション
、酸化または拡散等の不具合が発生することがあるが、本作製方法では、加熱処理を行っ
たあとに導電層を形成するために、これらの不具合が発生するのを抑制することができる
。
ば、酸素、亜酸化窒素などの酸化性ガスを用いればよい。または、酸化性ガスと、He、
Ar、Kr、Xeなどの希ガスとの混合ガスを用いてもよい。高密度プラズマ処理におい
て、基板にバイアスを印加してもよい。これにより、プラズマ中の酸素イオンなどを基板
側に引き込むことができる。高密度プラズマ処理は基板を加熱しながら行ってもよい。例
えば、上記加熱処理の代わりに高密度プラズマ処理を行う場合、上記加熱処理の温度より
低温で同様の効果を得ることができる。
5aを成膜する。導電層の成膜は、スパッタリング法、CVD法、MBE法またはPLD
法、ALD法などを用いて行うことができる。
できる(図28(C)および図28(D)参照)。
混合層162より抵抗の小さい導電層170および導電層175を形成することができる
。
様とすることができる。該絶縁層を成膜した後、平坦化することが望ましい。
形成することにより、トランジスタ11を形成することができる(図2参照)。
先の実施の形態において、図3で示すトランジスタ12の作製方法について、図29乃至
図31を用いて説明する。なお、図29(A)、図29(C)、図29(E)、図30(
A)、図30(C)、図30(E)、図31(A)および図31(C)は、トランジスタ
のチャネル長方向における構造を示し、図29(B)、図29(D)、図29(F)、図
30(B)、図30(D)、図30(F)、図31(B)および図31(D)は、トラン
ジスタのチャネル幅方向における構造を示す。なお、上記した他のトランジスタの作製方
法と同一の方法について、記載を省略することがある。
酸化物層121を形成する(図29(A)および図29(B)参照)。
散させ、酸化物層121において、導電層168と接する領域に混合層127aを形成す
ることができる(図29(E)および図29(F)参照)。
照)。
ジストなどを用いて絶縁層180aを加工して絶縁層180bを形成し、混合層127a
を加工して混合層127を形成する。この加工によって、酸化物層121の上面の一部を
露出させることができる。なお、図30(E)および図30(F)に示すように、混合層
127の形成時に、酸化物層121の露出した表面が除去される場合がある。
プラズマ処理等を用いて酸素を添加してもよい。
55aを成膜する。
形成することができる(図31(C)および図31(D)参照)。
電層190および導電層195を形成することにより、トランジスタ12を作製すること
ができる(図3参照)。
を除去しなくてもよい。導電層168を残して作製することで、図21に示すトランジス
タ12bを作製することができる。
次に、トランジスタの作製方法の変形例について、図32乃至図36を用いて説明する。
なお、図32(A)、図32(C)、図33(A)、図33(C)、図33(E)、図3
4(A)、図34(C)、図35(A)、図35(C)、図36(A)、図36(C)お
よび図36(E)は、トランジスタのチャネル長方向における構造を示し、図32(B)
、図32(D)、図33(B)、図33(D)、図33(F)、図34(B)、図34(
D)、図35(B)、図35(D)、図36(B)、図36(D)および図36(F)は
、トランジスタのチャネル幅方向における構造を示す。なお、上記のトランジスタ10、
トランジスタ11およびトランジスタ12の作製方法と同様の作製方法については、説明
を省略することがある。
図32および図33を用いて、絶縁層150および犠牲層160の側面に接する絶縁層1
76を有するトランジスタ10aを形成する方法について説明する。
板100上に、絶縁層176aを成膜する(図32(A)および図32(B)参照)。
成することができる(図32(C)および図32(D)参照)。
0℃以下、酸素を含む雰囲気下または大気雰囲気化で行う。この加熱処理により、酸化物
層121に形成された酸素欠損を低減させることができる。
することができる。この後、図24(C)、図24(D)および図25に示す方法と同様
に混合層127および混合層162を形成し、図6を参照して導電層190および導電層
195を形成することで、トランジスタ10aを作製することができる。
を用いて説明した方法と同様に絶縁層180aを成膜する。その後、絶縁層180aおよ
び絶縁層176の一部、並びに混合層162を除去して、絶縁層180を形成し、犠牲層
160の上面を露出させる(図33(A)および図33(B)参照)。
0を除去し、絶縁層150を露出させる。
う。酸素を添加する処理としては、加熱処理、イオン注入または高密度プラズマ処理など
を行えばよい。酸素を添加する処理によって、酸化物層121のチャネル領域に形成され
た酸素欠損を低減させることができる。
添加する領域の幅を制御することができる。これによって、酸素169が混合層127に
まで拡散し、混合層127の導電性が低下することを防ぐことができる。
、図16を参照して導電層190および導電層195を形成すると、トランジスタ10a
を作製することができる(図6参照。)。
次に、図34を用いて、酸化物層121において、低抵抗領域125を形成する方法につ
いて説明する。例えば、図7に示すトランジスタ10bおよび図17に示すトランジスタ
11bを作製するときに、本方法を用いて低抵抗領域125を形成することができる。
クとして、酸化物層121に対してイオン178の添加処理を行う。添加する材料は、水
素(H)、フッ素(F)、ホウ素(B)、リン(P)、ヘリウム(He)、ネオン(Ne
)、アルゴン(Ar)、クリプトン(Kr)、キセノン(Xe)、タングステン(W)、
アルミニウム(Al)、モリブデン(Mo)、インジウム(In)などを用いることがで
きる。添加する方法としては、イオンドーピング法、イオン注入法、プラズマ浸漬イオン
注入法、高密度プラズマ処理法等がある。なお、微細化においては、イオン注入法を用い
ることで、所定のイオン以外の不純物の添加を抑えることができるので、好ましい。また
、イオンドーピング法、プラズマ浸漬イオン注入法は、大面積を処理する場合に優れてい
る。
整することが望ましい。例えば、1kV以上100kV以下、3kV以上60kV以下と
することができる。また、イオンのドーズ量は1×1012ions/cm2以上1×1
017ions/cm2以下、好ましくは1×1013ions/cm2以上5×101
6ions/cm2以下とすることが望ましい。
形成される(図34(C)および図34(D)参照)。
層121の損傷を修復することができる。また、当該加熱処理により、添加されたイオン
を酸化物層121において、より広い領域に拡散させることができる。
オン添加処理を行ってもよい。イオン添加処理において、犠牲層160および絶縁層17
6の両方をマスクとすることができるため、特に微細なトランジスタの作製においては、
実効的なチャネル長が短くなるのを防止することができる。
図35を用いて、低抵抗領域126および酸化物導電体である犠牲層165を形成する方
法について説明する。例えば、図9に示すトランジスタ10dまたは図10に示すトラン
ジスタ10eを作製するときに、本方法を用いて低抵抗領域126および犠牲層165を
形成することができる。
0上に絶縁層177を成膜する。ここで、犠牲層160は酸化物であると好ましい。この
とき、酸化物層121において、混合層127が形成されていてもよい。また、犠牲層1
60において、混合層162が形成されていてもよい。
に、窒素又は水素を供給し、酸化物層121において、低抵抗領域126を形成し、酸化
物導電体である犠牲層165を形成することができる(図35(C)および図35(D)
参照)。
て混合層162を形成した後に、絶縁層177を成膜する例を示したが、酸化物層121
および混合層127を形成しないで、酸化物層121および犠牲層160上に絶縁層17
7を成膜してもよい。これによって、例えば、図10に示すトランジスタ10eを作製す
ることができる。
法〉〉
酸化物層121が、酸化物絶縁層121a、酸化物半導体層121bおよび酸化物絶縁層
121cによって構成される場合の、酸化物絶縁層121a、酸化物半導体層121bお
よび酸化物絶縁層121cの形成方法について示す。
および酸化物絶縁層121cの形成方法について、図36を用いて説明する。
なる絶縁体を成膜する。当該絶縁体としては上述の酸化物絶縁層121aとして用いるこ
とができる酸化物を用いればよい。当該絶縁体の成膜は、スパッタリング法、CVD法、
MBE法またはPLD法、ALD法などを用いて行うことができる。
が好ましく、酸素を含む雰囲気下でスパッタリング法を用いて行うことがより好ましい。
また、スパッタリング法を用いる際に、平行平板型のスパッタリング装置を用いてもよい
し、対向ターゲット式のスパッタリング装置を用いてもよい。後述するが、対向ターゲッ
ト式のスパッタリング装置を用いた成膜では、被形成面へのダメージが小さくできるため
、結晶性の高い膜を得やすい。よって後述するCAAC-OSの成膜には、対向ターゲッ
ト式のスパッタリング装置を用いることが好ましい場合がある。
同時に絶縁層110の表面(酸化物絶縁層121a形成後は酸化物絶縁層121aと絶縁
層110の界面)近傍に酸素が添加されることがある。ここで、酸素は、例えば、酸素ラ
ジカルとして絶縁層110に添加されるが、酸素が添加されるときの状態はこれに限定さ
れない。当該酸素は、酸素原子、又は酸素イオンなどの状態で絶縁層110に添加されて
もよい。このように酸素を絶縁層110に添加することにより、絶縁層110に過剰酸素
を含ませることができる。
形成されることがある。混合領域では、絶縁層110を構成する成分と酸化物絶縁層12
1aとなる絶縁体を構成する成分が含まれている。
図36(B)参照)。当該半導体としては上述の酸化物半導体層121bとして用いるこ
とができる酸化物を用いればよい。当該酸化物の成膜は、スパッタリング法、CVD法、
MBE法またはPLD法、ALD法などを用いて行うことができる。なお、酸化物絶縁層
121aとなる絶縁体の成膜と、酸化物半導体層121bとなる半導体の成膜と、を大気
に暴露することなく連続で行うことで、膜中および界面への不純物の混入を低減すること
ができる。
ンなど)と酸素との混合ガスを用いると好ましい。例えば、全体に占める酸素の割合を5
0体積%未満、好ましくは33体積%以下、さらに好ましくは20体積%以下、より好ま
しくは15体積%以下とすればよい。
度を高くすることで、基板上面におけるスパッタ粒子のマイグレーションを助長させるこ
とができる。したがって、より密度が高く、より結晶性の高い酸化物を成膜することがで
きる。なお、基板の温度は、例えば、100℃以上450℃以下、好ましくは150℃以
上400℃以下、さらに好ましくは170℃以上350℃以下とすればよい。
物絶縁層121aおよび酸化物半導体層121bの水素濃度を低減させることができる場
合がある。また、後の工程で形成する酸化物絶縁層121aおよび酸化物半導体層121
bの酸素欠損を低減させることができる場合がある。加熱処理は、250℃以上650℃
以下、好ましくは450℃以上600℃以下、さらに好ましくは520℃以上570℃以
下で行えばよい。加熱処理は、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、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、後の工程で形成する酸化物絶縁層121aおよび酸化物半導体
層121bの結晶性を高めることや、水素や水などの不純物を除去することなどができる
。加熱処理は、ランプ加熱によるRTA装置を用いることもできる。
物半導体層121bとなる半導体に酸素を供給することができる。絶縁層110に対して
加熱処理を行うことにより、極めて容易に酸素を酸化物絶縁層121aとなる絶縁体、お
よび酸化物半導体層121bとなる半導体に供給することができる。
導体に酸素を供給し、酸素欠損を低減させることにより、欠陥準位密度の低い、高純度真
性または実質的に高純度真性な酸化物半導体とすることができる。
21aとなる絶縁体の成膜前に行ってもよいし、酸化物層121の成膜後に行ってもよい
し、絶縁層180の成膜後などに行ってもよい。
を用いて加工し、酸化物絶縁層121aおよび酸化物半導体層121bを形成する(図3
6(C)および図36(D)参照)。なお、図36(C)および図36(D)に示すよう
に、酸化物半導体層121bの形成時に、絶縁層110の露出した表面が除去される場合
がある。
述の絶縁体、半導体又は導電体を用いればよい。当該絶縁体の成膜は、スパッタリング法
、CVD法、MBE法またはPLD法、ALD法などを用いて行うことができる。
用いて加工し、酸化物絶縁層121cを形成する(図36(E)および図36(F)参照
。)。酸化物絶縁層121cの形成時に、絶縁層110の露出した表面が、一部除去され
る場合がある。
半導体層121bの側面端部の外側に位置するようにパターン形成を行う。特に、図36
(F)に示すように、酸化物絶縁層121aおよび酸化物絶縁層121cのチャネル幅方
向の側面端部が、酸化物半導体層121bのチャネル幅方向の側面端部の外側に位置する
ようにパターン形成を行うことが好ましい。このように酸化物絶縁層121aおよび酸化
物絶縁層121cを形成することにより、酸化物半導体層121bが酸化物絶縁層121
aおよび酸化物絶縁層121cに包み込まれる構造となる。
方向の側面端部が、酸化物絶縁層121cと接して設けられている。これにより、酸化物
半導体層121bの側面端部において、酸化物絶縁層121a又は酸化物絶縁層121c
との間に連続接合が形成され、欠陥準位密度が低減される。
。
本実施の形態では、上述の酸化物が取りうる構造について、図37乃至図41を用いて説
明する。
れる。非単結晶酸化物半導体としては、CAAC-OS(c-axis-aligned
crystalline oxide semiconductor)、多結晶酸化物
半導体、nc-OS(nanocrystalline oxide semicond
uctor)、擬似非晶質酸化物半導体(a-like OS:amorphous-l
ike oxide semiconductor)および非晶質酸化物半導体などがあ
る。
導体と、に分けられる。結晶性酸化物半導体としては、単結晶酸化物半導体、CAAC-
OS、多結晶酸化物半導体およびnc-OSなどがある。
が固定化していない、結合角度が柔軟である、短距離秩序は有するが長距離秩序を有さな
い、などといわれている。
rphous)酸化物半導体とは呼べない。また、等方的でない(例えば、微小な領域に
おいて周期構造を有する)酸化物半導体を、完全な非晶質酸化物半導体とは呼べない。一
方、a-like OSは、等方的でないが、鬆(ボイドともいう。)を有する不安定な
構造である。不安定であるという点では、a-like OSは、物性的に非晶質酸化物
半導体に近い。
まずは、CAAC-OSについて説明する。
導体の一種である。
析した場合について説明する。例えば、空間群R-3mに分類されるInGaZnO4の
結晶を有するCAAC-OSに対し、out-of-plane法による構造解析を行う
と、図37(A)に示すように回折角(2θ)が31°近傍にピークが現れる。このピー
クは、InGaZnO4の結晶の(009)面に帰属されることから、CAAC-OSで
は、結晶がc軸配向性を有し、c軸がCAAC-OSの膜を形成する面(被形成面ともい
う。)、または上面に略垂直な方向を向いていることが確認できる。なお、2θが31°
近傍のピークの他に、2θが36°近傍にもピークが現れる場合がある。2θが36°近
傍のピークは、空間群Fd-3mに分類される結晶構造に起因する。そのため、CAAC
-OSは、該ピークを示さないことが好ましい。
ne法による構造解析を行うと、2θが56°近傍にピークが現れる。このピークは、I
nGaZnO4の結晶の(110)面に帰属される。そして、2θを56°近傍に固定し
、試料面の法線ベクトルを軸(φ軸)として試料を回転させながら分析(φスキャン)を
行っても、図37(B)に示すように明瞭なピークは現れない。一方、単結晶InGaZ
nO4に対し、2θを56°近傍に固定してφスキャンした場合、図37(C)に示すよ
うに(110)面と等価な結晶面に帰属されるピークが6本観察される。したがって、X
RDを用いた構造解析から、CAAC-OSは、a軸およびb軸の配向が不規則であるこ
とが確認できる。
nO4の結晶を有するCAAC-OSに対し、CAAC-OSの被形成面に平行にプロー
ブ径が300nmの電子線を入射させると、図37(D)に示すような回折パターン(制
限視野電子回折パターンともいう。)が現れる場合がある。この回折パターンには、In
GaZnO4の結晶の(009)面に起因するスポットが含まれる。したがって、電子回
折によっても、CAAC-OSに含まれるペレットがc軸配向性を有し、c軸が被形成面
または上面に略垂直な方向を向いていることがわかる。一方、同じ試料に対し、試料面に
垂直にプローブ径が300nmの電子線を入射させたときの回折パターンを図37(E)
に示す。図37(E)より、リング状の回折パターンが確認される。したがって、プロー
ブ径が300nmの電子線を用いた電子回折によっても、CAAC-OSに含まれるペレ
ットのa軸およびb軸は配向性を有さないことがわかる。なお、図37(E)における第
1リングは、InGaZnO4の結晶の(010)面および(100)面などに起因する
と考えられる。また、図37(E)における第2リングは(110)面などに起因すると
考えられる。
croscope)によって、CAAC-OSの明視野像と回折パターンとの複合解析像
(高分解能TEM像ともいう。)を観察すると、複数のペレットを確認することができる
。一方、高分解能TEM像であってもペレット同士の境界、即ち結晶粒界(グレインバウ
ンダリーともいう。)を明確に確認することができない場合がある。そのため、CAAC
-OSは、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。
EM像を示す。高分解能TEM像の観察には、球面収差補正(Spherical Ab
erration Corrector)機能を用いた。球面収差補正機能を用いた高分
解能TEM像を、特にCs補正高分解能TEM像と呼ぶ。Cs補正高分解能TEM像は、
例えば、日本電子株式会社製原子分解能分析電子顕微鏡JEM-ARM200Fなどによ
って観察することができる。
できる。ペレット一つの大きさは1nm以上のものや、3nm以上のものがあることがわ
かる。したがって、ペレットを、ナノ結晶(nc:nanocrystal)と呼ぶこと
もできる。また、CAAC-OSを、CANC(C-Axis Aligned nan
ocrystals)を有する酸化物半導体と呼ぶこともできる。ペレットは、CAAC
-OSの被形成面または上面の凹凸を反映しており、CAAC-OSの被形成面または上
面と平行となる。
-OSの平面のCs補正高分解能TEM像を示す。図38(D)および図38(E)は、
それぞれ図38(B)および図38(C)を画像処理した像である。以下では、画像処理
の方法について説明する。まず、図38(B)を高速フーリエ変換(FFT:Fast
Fourier Transform)処理することでFFT像を取得する。次に、取得
したFFT像において原点を基準に、2.8nm-1から5.0nm-1の間の範囲を残
すマスク処理する。次に、マスク処理したFFT像を、逆高速フーリエ変換(IFFT:
Inverse Fast Fourier Transform)処理することで画像
処理した像を取得する。こうして取得した像をFFTフィルタリング像と呼ぶ。FFTフ
ィルタリング像は、Cs補正高分解能TEM像から周期成分を抜き出した像であり、格子
配列を示している。
一つのペレットである。そして、破線で示した箇所がペレットとペレットとの連結部であ
る。破線は、六角形状であるため、ペレットが六角形状であることがわかる。なお、ペレ
ットの形状は、正六角形状とは限らず、非正六角形状である場合が多い。
配列の向きが変化している箇所を点線で示し、格子配列の向きの変化を破線で示している
。点線近傍においても、明確な結晶粒界を確認することはできない。点線近傍の格子点を
中心に周囲の格子点を繋ぐと、歪んだ六角形や、五角形または/および七角形などが形成
できる。即ち、格子配列を歪ませることによって結晶粒界の形成を抑制していることがわ
かる。これは、CAAC-OSが、a-b面方向において原子間の結合距離が稠密でない
ことや、金属元素が置換することで原子間の結合距離が変化することなどによって、歪み
を許容することができるためと考えられる。
数のペレット(ナノ結晶)が連結し、歪みを有した結晶構造となっている。よって、CA
AC-OSを、CAA crystal(c-axis-aligned a-b-pl
ane-anchored crystal)を有する酸化物半導体と称することもでき
る。
入や欠陥の生成などによって低下する場合があるため、逆の見方をすると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。
元素などがある。例えば、シリコンなどの、酸化物半導体を構成する金属元素よりも酸素
との結合力の強い元素は、酸化物半導体から酸素を奪うことで酸化物半導体の原子配列を
乱し、結晶性を低下させる要因となる。また、鉄やニッケルなどの重金属、アルゴン、二
酸化炭素などは、原子半径(または分子半径)が大きいため、酸化物半導体の原子配列を
乱し、結晶性を低下させる要因となる。
る。例えば、酸化物半導体に含まれる不純物は、キャリアトラップとなる場合や、キャリ
ア発生源となる場合がある。例えば、酸化物半導体中の酸素欠損は、キャリアトラップと
なる場合や、水素を捕獲することによってキャリア発生源となる場合がある。
る。具体的には、8×1011cm-3未満、好ましくは1×1011cm-3未満、さ
らに好ましくは1×1010cm-3未満であり、1×10-9cm-3以上のキャリア
密度の酸化物半導体とすることができる。そのような酸化物半導体を、高純度真性または
実質的に高純度真性な酸化物半導体と呼ぶ。CAAC-OSは、不純物濃度が低く、欠陥
準位密度が低い。即ち、安定な特性を有する酸化物半導体であるといえる。
次に、nc-OSについて説明する。
、out-of-plane法による構造解析を行うと、配向性を示すピークが現れない
。即ち、nc-OSの結晶は配向性を有さない。
の領域に対し、被形成面に平行にプローブ径が50nmの電子線を入射させると、図39
(A)に示すようなリング状の回折パターン(ナノビーム電子回折パターン)が観測され
る。また、同じ試料にプローブ径が1nmの電子線を入射させたときの回折パターン(ナ
ノビーム電子回折パターン)を図39(B)に示す。図39(B)より、リング状の領域
内に複数のスポットが観測される。したがって、nc-OSは、プローブ径が50nmの
電子線を入射させることでは秩序性が確認されないが、プローブ径が1nmの電子線を入
射させることでは秩序性が確認される。
図39(C)に示すように、スポットが略正六角状に配置された電子回折パターンを観測
される場合がある。したがって、厚さが10nm未満の範囲において、nc-OSが秩序
性の高い領域、即ち結晶を有することがわかる。なお、結晶が様々な方向を向いているた
め、規則的な電子回折パターンが観測されない領域もある。
解能TEM像を示す。nc-OSは、高分解能TEM像において、補助線で示す箇所など
のように結晶部を確認することのできる領域と、明確な結晶部を確認することのできない
領域と、を有する。nc-OSに含まれる結晶部は、1nm以上10nm以下の大きさで
あり、特に1nm以上3nm以下の大きさであることが多い。なお、結晶部の大きさが1
0nmより大きく100nm以下である酸化物半導体を微結晶酸化物半導体(micro
crystalline oxide semiconductor)と呼ぶことがある
。nc-OSは、例えば、高分解能TEM像では、結晶粒界を明確に確認できない場合が
ある。なお、ナノ結晶は、CAAC-OSにおけるペレットと起源を同じくする可能性が
ある。そのため、以下ではnc-OSの結晶部をペレットと呼ぶ場合がある。
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
、異なるペレット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。
RANC(Random Aligned nanocrystals)を有する酸化物
半導体、またはNANC(Non-Aligned nanocrystals)を有す
る酸化物半導体と呼ぶこともできる。
nc-OSは、a-like OSや非晶質酸化物半導体よりも欠陥準位密度が低くなる
。ただし、nc-OSは、異なるペレット間で結晶方位に規則性が見られない。そのため
、nc-OSは、CAAC-OSと比べて欠陥準位密度が高くなる。
a-like OSは、nc-OSと非晶質酸化物半導体との間の構造を有する酸化物半
導体である。
電子照射開始時におけるa-like OSの高分解能断面TEM像である。図40(B
)は4.3×108e-/nm2の電子(e-)照射後におけるa-like OSの高
分解能断面TEM像である。図40(A)および図40(B)より、a-like OS
は電子照射開始時から、縦方向に延伸する縞状の明領域が観察されることがわかる。また
、明領域は、電子照射後に形状が変化することがわかる。なお、明領域は、鬆または低密
度領域と推測される。
OSが、CAAC-OSおよびnc-OSと比べて不安定な構造であることを示すため
、電子照射による構造の変化を示す。
の試料もIn-Ga-Zn酸化物である。
は、いずれも結晶部を有する。
O層を6層有する、計9層がc軸方向に層状に重なった構造を有することが知られている
。これらの近接する層同士の間隔は、(009)面の格子面間隔(d値ともいう。)と同
程度であり、結晶構造解析からその値は0.29nmと求められている。したがって、以
下では、格子縞の間隔が0.28nm以上0.30nm以下である箇所を、InGaZn
O4の結晶部と見なした。なお、格子縞は、InGaZnO4の結晶のa-b面に対応す
る。
。なお、上述した格子縞の長さを結晶部の大きさとしている。図41より、a-like
OSは、TEM像の取得などに係る電子の累積照射量に応じて結晶部が大きくなってい
くことがわかる。図41より、TEMによる観察初期においては1.2nm程度の大きさ
だった結晶部(初期核ともいう。)が、電子(e-)の累積照射量が4.2×108e-
/nm2においては1.9nm程度の大きさまで成長していることがわかる。一方、nc
-OSおよびCAAC-OSは、電子照射開始時から電子の累積照射量が4.2×108
e-/nm2までの範囲で、結晶部の大きさに変化が見られないことがわかる。図41よ
り、電子の累積照射量によらず、nc-OSおよびCAAC-OSの結晶部の大きさは、
それぞれ1.3nm程度および1.8nm程度であることがわかる。なお、電子線照射お
よびTEMの観察は、日立透過電子顕微鏡H-9000NARを用いた。電子線照射条件
は、加速電圧を300kV、電流密度を6.7×105e-/(nm2・s)、照射領域
の直径を230nmとした。
る。一方、nc-OSおよびCAAC-OSは、電子照射による結晶部の成長がほとんど
見られない。即ち、a-like OSは、nc-OSおよびCAAC-OSと比べて、
不安定な構造であることがわかる。
て密度の低い構造である。具体的には、a-like OSの密度は、同じ組成の単結晶
の密度の78.6%以上92.3%未満となる。また、nc-OSの密度およびCAAC
-OSの密度は、同じ組成の単結晶の密度の92.3%以上100%未満となる。単結晶
の密度の78%未満となる酸化物半導体は、成膜すること自体が困難である。
面体晶構造を有する単結晶InGaZnO4の密度は6.357g/cm3となる。よっ
て、例えば、In:Ga:Zn=1:1:1[原子数比]を満たす酸化物半導体において
、a-like OSの密度は5.0g/cm3以上5.9g/cm3未満となる。また
、例えば、In:Ga:Zn=1:1:1[原子数比]を満たす酸化物半導体において、
nc-OSの密度およびCAAC-OSの密度は5.9g/cm3以上6.3g/cm3
未満となる。
せることにより、所望の組成における単結晶に相当する密度を見積もることができる。所
望の組成の単結晶に相当する密度は、組成の異なる単結晶を組み合わせる割合に対して、
加重平均を用いて見積もればよい。ただし、密度は、可能な限り少ない種類の単結晶を組
み合わせて見積もることが好ましい。
お、酸化物半導体は、例えば、非晶質酸化物半導体、a-like OS、nc-OSお
よびCAAC-OSのうち、二種以上を有する積層膜であってもよい。
。
(実施の形態4)
本実施の形態では、本発明の一態様のトランジスタを利用した回路の一例について図面を
参照して説明する。
図42(A)に本発明の一態様の半導体装置の断面図を示す。図42(A)において、X
1-X2方向はチャネル長方向、Y1-Y2方向はチャネル幅方向を示す。図42(A)
に示す半導体装置は、下部に第1の半導体材料を用いたトランジスタ2200を有し、上
部に第2の半導体材料を用いたトランジスタ2100を有している。図42(A)では、
第2の半導体材料を用いたトランジスタ2100として、先の実施の形態で例示したトラ
ンジスタを適用した例を示している。なお、一点鎖線より左側がトランジスタのチャネル
長方向の断面、右側がチャネル幅方向の断面である。
。例えば、第1の半導体材料を酸化物半導体以外の半導体材料(シリコン(歪シリコン含
む)、ゲルマニウム、シリコンゲルマニウム、炭化シリコン、ヒ化ガリウム、ヒ化アルミ
ニウムガリウム、リン化インジウム、窒化ガリウム、有機半導体など)とし、第2の半導
体材料を酸化物半導体とすることができる。酸化物半導体以外の材料として単結晶シリコ
ンなどを用いたトランジスタは、高速動作が容易である。一方で、酸化物半導体を用いた
トランジスタは、先の実施の形態で例示したトランジスタを適用することで、S値(サブ
スレッショルド値)を小さくすることができ、微細なトランジスタとすることが可能であ
る。また、スイッチ速度が速いため高速動作が可能であり、オフ電流が低いためリーク電
流が小さい。
タのいずれであってもよく、回路によって適切なトランジスタを用いればよい。また、酸
化物半導体を用いた本発明の一態様のトランジスタを用いるほかは、用いる材料や構造な
ど、半導体装置の具体的な構成をここで示すものに限定する必要はない。
2207を介してトランジスタ2100が設けられている。また、トランジスタ2200
とトランジスタ2100の間には、複数の配線2202が設けられている。また、各種絶
縁体に埋め込まれた複数のプラグ2203により、上層と下層にそれぞれ設けられた配線
や電極が電気的に接続されている。また、トランジスタ2100を覆う絶縁体2204と
、絶縁体2204上に配線2205と、が設けられている。
より高密度に複数の回路を配置することができる。
トランジスタ2200の半導体膜の近傍に設けられる絶縁体中の水素はシリコンのダング
リングボンドを終端し、トランジスタ2200の信頼性を向上させる効果がある。一方、
上層に設けられるトランジスタ2100に酸化物半導体を用いた場合、トランジスタ21
00の半導体膜の近傍に設けられる絶縁体中の水素は、酸化物半導体中にキャリアを生成
する要因の一つとなるため、トランジスタ2100の信頼性を低下させる要因となる場合
がある。したがって、シリコン系半導体材料を用いたトランジスタ2200の上層に酸化
物半導体を用いたトランジスタ2100を積層して設ける場合、これらの間に水素の拡散
を防止する機能を有する絶縁体2207を設けることは特に効果的である。絶縁体220
7により、下層に水素を閉じ込めることでトランジスタ2200の信頼性が向上すること
に加え、下層から上層に水素が拡散することが抑制されることでトランジスタ2100の
信頼性も同時に向上させることができる。
ム、酸化窒化ガリウム、酸化イットリウム、酸化窒化イットリウム、酸化ハフニウム、酸
化窒化ハフニウム、イットリア安定化ジルコニア(YSZ)等を用いることができる。
スタ2100上に水素の拡散を防止する機能を有するブロック膜を形成することが好まし
い。当該ブロック膜としては、絶縁体2207と同様の材料を用いることができ、特に酸
化アルミニウムを適用することが好ましい。酸化アルミニウム膜は、水素、水分などの不
純物および酸素の双方に対して膜を透過させない遮断(ブロッキング)効果が高い。した
がって、トランジスタ2100を覆う当該ブロック膜として酸化アルミニウム膜を用いる
ことで、トランジスタ2100に含まれる酸化物半導体膜からの酸素の脱離を防止すると
ともに、酸化物半導体膜への水および水素の混入を防止することができる。なお、当該ブ
ロック膜は、絶縁体2204を積層にすることで用いてもよいし、絶縁体2204の下側
に設けてもよい。
トランジスタとすることができる。例えば、FIN(フィン)型、TRI-GATE(ト
ライゲート)型などのトランジスタなどとすることができる。その場合の断面図の例を、
図42(D)に示す。半導体基板2211の上に、絶縁体2212が設けられている。半
導体基板2211は、先端の細い凸部(フィンともいう)を有する。なお、凸部の上には
、絶縁体が設けられていてもよい。なお、凸部は、先端が細くなくてもよく、例えば、略
直方体の凸部であってもよいし、先端が太い凸部であってもよい。半導体基板2211の
凸部の上には、ゲート絶縁体2214が設けられ、その上には、ゲート電極2213が設
けられている。半導体基板2211には、ソース領域およびドレイン領域2215が形成
されている。なお、ここでは、半導体基板2211が、凸部を有する例を示したが、本発
明の一態様に係る半導体装置は、これに限定されない。例えば、SOI基板を加工して、
凸部を有する半導体領域を形成しても構わない。
上記構成において、トランジスタ2100やトランジスタ2200の電極を適宜接続する
ことにより、様々な回路を構成することができる。以下では、本発明の一態様の半導体装
置を用いることにより実現できる回路構成の例を説明する。
図42(B)に示す回路図は、pチャネル型のトランジスタ2200とnチャネル型のト
ランジスタ2100を直列に接続し、且つそれぞれのゲートを接続した、いわゆるCMO
Sインバータの構成を示している。
また、図42(C)に示す回路図は、トランジスタ2100とトランジスタ2200のそ
れぞれのソースとドレインを接続した構成を示している。このような構成とすることで、
いわゆるCMOSアナログスイッチとして機能させることができる。
<記憶装置の例>
本発明の一態様であるトランジスタを使用し、電力が供給されない状況でも記憶内容の保
持が可能で、かつ、書き込み回数にも制限が無い半導体装置(記憶装置)の一例を図43
に示す。
2の半導体材料を用いたトランジスタ3300、および容量素子3400を有している。
なお、トランジスタ3300としては、先の実施の形態で説明したトランジスタを用いる
ことができる。
では、トランジスタ3300にバックゲートを設けた構成を示しているが、バックゲート
を設けない構成であってもよい。
スタである。トランジスタ3300は、オフ電流が小さいため、これを用いることにより
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、或いは、リフレッシュ動作の頻度が極めて少ない半導体記憶装置とすることが可
能となるため、消費電力を十分に低減することができる。
的に接続され、第2の配線3002はトランジスタ3200のドレイン電極と電気的に接
続されている。また、第3の配線3003はトランジスタ3300のソース電極またはド
レイン電極の一方と電気的に接続され、第4の配線3004はトランジスタ3300のゲ
ート電極と電気的に接続されている。そして、トランジスタ3200のゲート電極は、ト
ランジスタ3300のソース電極またはドレイン電極の他方、および容量素子3400の
第1の端子と電気的に接続され、第5の配線3005は容量素子3400の第2の端子と
電気的に接続されている。
能という特徴を活かすことで、次のように、情報の書き込み、保持、読み出しが可能であ
る。
ンジスタ3300がオン状態となる電位にして、トランジスタ3300をオン状態とする
。これにより、第3の配線3003の電位が、トランジスタ3200のゲート電極、およ
び容量素子3400に与えられる。すなわち、トランジスタ3200のゲート電極には、
所定の電荷が与えられる(書き込み)。ここでは、異なる二つの電位レベルを与える電荷
(以下Lowレベル電荷、Highレベル電荷という)のいずれかが与えられるものとす
る。その後、第4の配線3004の電位を、トランジスタ3300がオフ状態となる電位
にして、トランジスタ3300をオフ状態とすることにより、トランジスタ3200のゲ
ート電極に与えられた電荷が保持される(保持)。
極の電荷は長時間にわたって保持される。
えた状態で、第5の配線3005に適切な電位(読み出し電位)を与えると、トランジス
タ3200のゲートに保持された電荷量に応じて、第2の配線3002は異なる電位をと
る。一般に、トランジスタ3200をnチャネル型とすると、トランジスタ3200のゲ
ート電極にHighレベル電荷が与えられている場合の見かけのしきい値Vth_Hは、
トランジスタ3200のゲート電極にLowレベル電荷が与えられている場合の見かけの
しきい値Vth_Lより低くなるためである。ここで、見かけのしきい値電圧とは、トラ
ンジスタ3200を「オン状態」とするために必要な第5の配線3005の電位をいうも
のとする。したがって、第5の配線3005の電位をVth_HとVth_Lの間の電位
V0とすることにより、トランジスタ3200のゲート電極に与えられた電荷を判別でき
る。例えば、書き込みにおいて、Highレベル電荷が与えられていた場合には、第5の
配線3005の電位がV0(>Vth_H)となれば、トランジスタ3200は「オン状
態」となる。Lowレベル電荷が与えられていた場合には、第5の配線3005の電位が
V0(<Vth_L)となっても、トランジスタ3200は「オフ状態」のままである。
このため、第2の配線3002の電位を判別することで、保持されている情報を読み出す
ことができる。
出せることが必要になる。例えば、情報を読み出さないメモリセルにおいては、ゲートの
状態にかかわらずトランジスタ3200が「オフ状態」となるような電位、すなわち、V
th_Hより小さい電位を第5の配線3005に与えることで所望のメモリセルの情報の
みを読み出せる構成とすればよい。または、情報を読み出さないメモリセルにおいては、
ゲートの状態にかかわらずトランジスタ3200が「オン状態」となるような電位、すな
わち、Vth_Lより大きい電位を第5の配線3005に与えることで所望のメモリセル
の情報のみを読み出せる構成とすればよい。
)と相違している。この場合も上記と同様の動作により情報の書き込みおよび保持動作が
可能である。
遊状態である第3の配線3003と容量素子3400とが導通し、第3の配線3003と
容量素子3400の間で電荷が再分配される。その結果、第3の配線3003の電位が変
化する。第3の配線3003の電位の変化量は、容量素子3400の第1の端子の電位(
あるいは容量素子3400に蓄積された電荷)によって、異なる値をとる。
の配線3003が有する容量成分をCB、電荷が再分配される前の第3の配線3003の
電位をVB0とすると、電荷が再分配された後の第3の配線3003の電位は、(CB×
VB0+C×V)/(CB+C)となる。したがって、メモリセルの状態として、容量素
子3400の第1の端子の電位がV1とV0(V1>V0)の2状態をとるとすると、電
位V1を保持している場合の第3の配線3003の電位(=(CB×VB0+C×V1)
/(CB+C))は、電位V0を保持している場合の第3の配線3003の電位(=(C
B×VB0+C×V0)/(CB+C))よりも高くなることがわかる。
ができる。
トランジスタを用い、トランジスタ3300として第2の半導体材料が適用されたトラン
ジスタを駆動回路上に積層して設ける構成とすればよい。
の極めて小さいトランジスタを適用することで、極めて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、リフレッシュ動作が不要となるか、または、リフレッシュ動
作の頻度を極めて低くすることが可能となるため、消費電力を十分に低減することができ
る。また、電力の供給がない場合(ただし、電位は固定されていることが望ましい)であ
っても、長期にわたって記憶内容を保持することが可能である。
子の劣化の問題もない。例えば、従来の不揮発性メモリのように、フローティングゲート
への電子の注入や、フローティングゲートからの電子の引き抜きを行う必要がないため、
ゲート絶縁層の劣化といった問題が全く生じない。すなわち、開示する発明に係る半導体
装置では、従来の不揮発性メモリで問題となっている書き換え可能回数に制限はなく、信
頼性が飛躍的に向上する。さらに、トランジスタのオン状態、オフ状態によって、情報の
書き込みが行われるため、高速な動作も容易に実現しうる。
1テラビット以上)の記憶装置を作製することができる。
容量素子、抵抗素子など)などが有するすべての端子について、その接続先を特定しなく
ても、当業者であれば、発明の一態様を構成することは可能な場合がある。つまり、接続
先を特定しなくても、発明の一態様が明確であると言える。そして、接続先が特定された
内容が、本明細書等に記載されている場合、接続先を特定しない発明の一態様が、本明細
書等に記載されていると判断することが可能な場合がある。特に、端子の接続先として複
数のケースが考えられる場合には、その端子の接続先を特定の箇所に限定する必要はない
。したがって、能動素子(トランジスタ、ダイオードなど)、受動素子(容量素子、抵抗
素子など)などが有する一部の端子についてのみ、その接続先を特定することによって、
発明の一態様を構成することが可能な場合がある。
者であれば、発明を特定することが可能な場合がある。または、ある回路について、少な
くとも機能を特定すれば、当業者であれば、発明を特定することが可能な場合がある。つ
まり、機能を特定すれば、発明の一態様が明確であると言える。そして、機能が特定され
た発明の一態様が、本明細書等に記載されていると判断することが可能な場合がある。し
たがって、ある回路について、機能を特定しなくても、接続先を特定すれば、発明の一態
様として開示されているものであり、発明の一態様を構成することが可能である。または
、ある回路について、接続先を特定しなくても、機能を特定すれば、発明の一態様として
開示されているものであり、発明の一態様を構成することが可能である。
て、その一部分を取り出して、発明の一態様を構成することは可能である。したがって、
ある部分を述べる図または文章が記載されている場合、その一部分の図または文章を取り
出した内容も、発明の一態様として開示されているものであり、発明の一態様を構成する
ことが可能であるものとする。そのため、例えば、能動素子(トランジスタ、ダイオード
など)、配線、受動素子(容量素子、抵抗素子など)、導電層、絶縁層、半導体、有機材
料、無機材料、部品、装置、動作方法、製造方法などが単数または複数記載された図面ま
たは文章において、その一部分を取り出して、発明の一態様を構成することが可能である
ものとする。例えば、N個(Nは整数)の回路素子(トランジスタ、容量素子等)を有し
て構成される回路図から、M個(Mは整数で、M<N)の回路素子(トランジスタ、容量
素子等)を抜き出して、発明の一態様を構成することは可能である。別の例としては、N
個(Nは整数)の層を有して構成される断面図から、M個(Mは整数で、M<N)の層を
抜き出して、発明の一態様を構成することは可能である。さらに別の例としては、N個(
Nは整数)の要素を有して構成されるフローチャートから、M個(Mは整数で、M<N)
の要素を抜き出して、発明の一態様を構成することは可能である。
以下では、本発明の一態様に係る撮像装置について説明する。
置200は、画素部210と、画素部210を駆動するための周辺回路260と、周辺回
路270と、周辺回路280と、周辺回路290と、を有する。画素部210は、p行q
列(pおよびqは2以上の整数)のマトリクス状に配置された複数の画素211を有する
。周辺回路260、周辺回路270、周辺回路280および周辺回路290は、それぞれ
複数の画素211に接続し、複数の画素211を駆動するための信号を供給する機能を有
する。なお、本明細書等において、周辺回路260、周辺回路270、周辺回路280お
よび周辺回路290などの全てを指して「周辺回路」または「駆動回路」と呼ぶ場合があ
る。例えば、周辺回路260は周辺回路の一部といえる。
回路の1つを有する。また、周辺回路は、画素部210を形成する基板上に形成してもよ
い。また、周辺回路の一部または全部にICチップ等の半導体装置を用いてもよい。なお
、周辺回路は、周辺回路260、周辺回路270、周辺回路280および周辺回路290
のいずれか一以上を省略してもよい。
211を傾けて配置してもよい。画素211を傾けて配置することにより、行方向および
列方向の画素間隔(ピッチ)を短くすることができる。これにより、撮像装置200にお
ける撮像の品質をより高めることができる。
撮像装置200が有する1つの画素211を複数の副画素212で構成し、それぞれの副
画素212に特定の波長帯域の光を透過するフィルタ(カラーフィルタ)を組み合わせる
ことで、カラー画像表示を実現するための情報を取得することができる。
45(A)に示す画素211は、赤(R)の波長帯域の光を透過するカラーフィルタが設
けられた副画素212(以下、「副画素212R」ともいう)、緑(G)の波長帯域の光
を透過するカラーフィルタが設けられた副画素212(以下、「副画素212G」ともい
う)および青(B)の波長帯域の光を透過するカラーフィルタが設けられた副画素212
(以下、「副画素212B」ともいう)を有する。副画素212は、フォトセンサとして
機能させることができる。
1、配線247、配線248、配線249、配線250と電気的に接続される。また、副
画素212R、副画素212G、および副画素212Bは、それぞれが独立した配線25
3に接続している。また、本明細書等において、例えばn行目(nは1以上p以下の整数
)の画素211に接続された配線248および配線249を、それぞれ配線248[n]
および配線249[n]と記載する。また、例えばm列目(mは1以上q以下の整数)の
画素211に接続された配線253を、配線253[m]と記載する。なお、図45(A
)において、m列目の画素211が有する副画素212Rに接続する配線253を配線2
53[m]R、副画素212Gに接続する配線253を配線253[m]G、および副画
素212Bに接続する配線253を配線253[m]Bと記載している。副画素212は
、上記配線を介して周辺回路と電気的に接続される。
ィルタが設けられた副画素212同士がスイッチを介して電気的に接続する構成を有する
。図45(B)に、n行(nは1以上p以下の整数)m列(mは1以上q以下の整数)に
配置された画素211が有する副画素212と、該画素211に隣接するn+1行m列に
配置された画素211が有する副画素212の接続例を示す。図45(B)において、n
行m列に配置された副画素212Rと、n+1行m列に配置された副画素212Rがスイ
ッチ201を介して接続されている。また、n行m列に配置された副画素212Gと、n
+1行m列に配置された副画素212Gがスイッチ202を介して接続されている。また
、n行m列に配置された副画素212Bと、n+1行m列に配置された副画素212Bが
スイッチ203を介して接続されている。
れず、それぞれシアン(C)、黄(Y)およびマゼンダ(M)の光を透過するカラーフィ
ルタを用いてもよい。1つの画素211に3種類の異なる波長帯域の光を検出する副画素
212を設けることで、フルカラー画像を取得することができる。
けられた副画素212に加えて、黄(Y)の光を透過するカラーフィルタが設けられた副
画素212を有する画素211を用いてもよい。または、それぞれシアン(C)、黄(Y
)およびマゼンダ(M)の光を透過するカラーフィルタが設けられた副画素212に加え
て、青(B)の光を透過するカラーフィルタが設けられた副画素212を有する画素21
1を用いてもよい。1つの画素211に4種類の異なる波長帯域の光を検出する副画素2
12を設けることで、取得した画像の色の再現性をさらに高めることができる。
波長帯域の光を検出する副画素212、および青の波長帯域の光を検出する副画素212
の画素数比(または受光面積比)は、1:1:1でなくても構わない。例えば、画素数比
(受光面積比)を赤:緑:青=1:2:1とするBayer配列としてもよい。または、
画素数比(受光面積比)を赤:緑:青=1:6:1としてもよい。
、同じ波長帯域の光を検出する副画素212を2つ以上設けることで、冗長性を高め、撮
像装置200の信頼性を高めることができる。
フィルタを用いることで、赤外光を検出する撮像装置200を実現することができる。
ることで、光電変換素子(受光素子)に大光量光が入射した時に生じる出力飽和すること
を防ぐことができる。減光量の異なるNDフィルタを組み合わせて用いることで、撮像装
置のダイナミックレンジを大きくすることができる。
断面図を用いて、画素211、フィルタ254、レンズ255の配置例を説明する。レン
ズ255を設けることで、光電変換素子が入射光を効率よく受光することができる。具体
的には、図46(A)に示すように、画素211に形成したレンズ255、フィルタ25
4(フィルタ254R、フィルタ254Gおよびフィルタ254B)、および画素回路2
30等を通して光256を光電変換素子220に入射させる構造とすることができる。
一部によって遮光されてしまうことがある。したがって、図46(B)に示すように光電
変換素子220側にレンズ255およびフィルタ254を配置して、光電変換素子220
が光256を効率良く受光させる構造が好ましい。光電変換素子220側から光256を
光電変換素子220に入射させることで、検出感度の高い撮像装置200を提供すること
ができる。
光電変換素子を用いてもよい。
いて形成してもよい。放射線を吸収して電荷を発生させる機能を有する物質としては、セ
レン、ヨウ化鉛、ヨウ化水銀、ヒ化ガリウム、テルル化カドミウム、カドミウム亜鉛合金
等がある。
X線や、ガンマ線といった幅広い波長帯域にわたって光吸収係数を有する光電変換素子2
20を実現できる。
て、第1のフィルタを有する副画素212を有してもよい。
以下では、シリコンを用いたトランジスタと、酸化物半導体を用いたトランジスタと、を
用いて画素を構成する一例について説明する。
ンジスタ351、トランジスタ351上に積層して配置された酸化物半導体を用いたトラ
ンジスタ353、およびシリコン基板300に設けられた、アノード361と、カソード
362を有するフォトダイオード360を含む。各トランジスタおよびフォトダイオード
360は、種々のプラグ370および配線371、配線372、配線373と電気的な接
続を有する。また、フォトダイオード360のアノード361は、低抵抗領域363を介
してプラグ370と電気的に接続を有する。
オード360を有する層310と、層310と接して設けられ、配線371を有する層3
20と、層320と接して設けられ、トランジスタ353、絶縁層380を有する層33
0と、層330と接して設けられ、配線372および配線373を有する層340を備え
ている。
51が形成された面とは逆側の面にフォトダイオード360の受光面を有する構成とする
。該構成とすることで、各種トランジスタや配線などの影響を受けずに光路を確保するこ
とができる。そのため、高開口率の画素を形成することができる。なお、フォトダイオー
ド360の受光面をトランジスタ351が形成された面と同じとすることもできる。
0を、酸化物半導体を用いたトランジスタを有する層とすればよい。または層310を省
略し、酸化物半導体を用いたトランジスタのみで画素を構成してもよい。
330に設けるトランジスタとを重なるように形成することができる。そうすると、画素
の集積度を高めることができる。すなわち、撮像装置の解像度を高めることができる。
の上に配置した構造とすることができる。図47(B)において、例えば層310には、
シリコンを用いたトランジスタ351を有し、層320には配線371を有し、層330
には酸化物半導体を用いたトランジスタ353、絶縁層380を有し、層340にはフォ
トダイオード365有しており、配線373と、プラグ370を介した配線374と電気
的に接続している。
pin型ダイオード素子などを用いてもよい。フォトダイオード365は、n型の半導体
368、i型の半導体367、およびp型の半導体366が順に積層された構成を有して
いる。i型の半導体367には非晶質シリコンを用いることが好ましい。また、p型の半
導体366およびn型の半導体368には、それぞれの導電型を付与するドーパントを含
む非晶質シリコンまたは微結晶シリコンなどを用いることができる。非晶質シリコンを光
電変換層とするフォトダイオード365は可視光の波長領域における感度が高く、微弱な
可視光を検知しやすい。
。
本実施の形態では、上述の実施の形態で図15、図19および図22を用いて説明したト
ランジスタを適用可能な回路構成の一例について、図48乃至図51を用いて説明する。
回路図を示す。インバータ2800は、入力端子INに与える信号の論理を反転した信号
を出力端子OUTに出力する。インバータ2800は、複数のOSトランジスタを有する
。信号SBGは、OSトランジスタの電気特性を切り替えることができる信号である。
、OSトランジスタ2810、およびOSトランジスタ2820を有する。インバータ2
800は、nチャネル型で作製することができ、所謂単極性の回路構成とすることができ
る。単極性の回路構成でインバータを作製できるため、CMOS(Complement
ary Metal Oxide Semiconductor)回路でインバータ(C
MOSインバータ)を作製する場合と比較して、低コストで作製することが可能である。
MOS回路上に配置することもできる。インバータ2800は、CMOSの回路構成に重
ねて配置できるため、インバータ2800を追加する分の回路面積の増加を抑えることが
できる。
る第1ゲートと、バックゲートとして機能する第2ゲートと、ソースまたはドレインの一
方として機能する第1端子、ソースまたはドレインの他方として機能する第2端子を有す
る。
810の第2ゲートは、信号SBGを伝える配線に接続される。OSトランジスタ281
0の第1端子は、電圧VDDを与える配線に接続される。OSトランジスタ2810の第
2端子は、出力端子OUTに接続される。
タ2820の第2ゲートは、入力端子INに接続される。OSトランジスタ2820の第
1端子は、出力端子OUTに接続される。OSトランジスタ2820の第2端子は、電圧
VSSを与える配線に接続される。
。図48(C)のタイミングチャートでは、入力端子INの信号波形、出力端子OUTの
信号波形、信号SBGの信号波形、およびOSトランジスタ2810の閾値電圧の変化に
ついて示している。
2810の閾値電圧を制御することができる。
スシフトさせるための電圧VBG_Bを有する。第2ゲートに電圧VBG_Aを与えるこ
とで、OSトランジスタ2810は閾値電圧VTH_Aにマイナスシフトさせることがで
きる。また、第2ゲートに電圧VBG_Bを与えることで、OSトランジスタ2810は
閾値電圧VTH_Bにプラスシフトさせることができる。
る、Vg-Idカーブのグラフを示す。
ように大きくすることで、図49(A)中の破線2840で表される曲線にシフトさせる
ことができる。また、上述したOSトランジスタ2810の電気特性は、第2ゲートの電
圧を電圧VBG_Bのように小さくすることで、図49(A)中の実線2841で表され
る曲線にシフトさせることができる。図49(A)に示すように、OSトランジスタ28
10は、信号SBGを電圧VBG_Aあるいは電圧VBG_Bというように切り替えるこ
とで、閾値電圧をプラスシフトあるいはマイナスシフトさせることができる。
は電流が流れにくい状態とすることができる。図49(B)には、この状態を可視化して
示す。図49(B)に図示するように、OSトランジスタ2810に流れる電流IBを極
めて小さくすることができる。そのため、入力端子INに与える信号がハイレベルでOS
トランジスタ2820はオン状態(ON)のとき、出力端子OUTの電圧の下降を急峻に
行うことができる。
態とすることができるため、図48(C)に示すタイミングチャートにおける出力端子の
信号波形2831を急峻な変化にすることができる。電圧VDDを与える配線と、電圧V
SSを与える配線との間に流れる貫通電流を少なくすることができるため、低消費電力で
の動作を行うことができる。
2810は電流が流れやすい状態とすることができる。図49(C)には、この状態を可
視化して示す。図49(C)に図示するように、このとき流れる電流IAを少なくとも電
流IBよりも大きくすることができる。そのため、入力端子INに与える信号がローレベ
ルでOSトランジスタ2820はオフ状態(OFF)のとき、出力端子OUTの電圧の上
昇を急峻に行うことができる。
態とすることができるため、図48(C)に示すタイミングチャートにおける出力端子の
信号波形2832を急峻な変化にすることができる。
タ2820の状態が切り替わる以前、すなわち時刻T1やT2よりも前に行うことが好ま
しい。例えば、図48(C)に図示するように、入力端子INに与える信号がハイレベル
に切り替わる時刻T1よりも前に、閾値電圧VTH_Aから閾値電圧VTH_BにOSト
ランジスタ2810の閾値電圧を切り替えることが好ましい。また、図48(C)に図示
するように、入力端子INに与える信号がローレベルに切り替わる時刻T2よりも前に、
閾値電圧VTH_Bから閾値電圧VTH_AにOSトランジスタ2810の閾値電圧を切
り替えることが好ましい。
SBGを切り替える構成を示したが、別の構成としてもよい。例えば、閾値電圧を制御す
るための電圧は、フローティング状態としたOSトランジスタ2810の第2ゲートに保
持させる構成としてもよい。当該構成を実現可能な回路構成の一例について、図50(A
)に示す。
を有する。OSトランジスタ2850の第1端子は、OSトランジスタ2810の第2ゲ
ートに接続される。またOSトランジスタ2850の第2端子は、電圧VBG_B(ある
いは電圧VBG_A)を与える配線に接続される。OSトランジスタ2850の第1ゲー
トは、信号SFを与える配線に接続される。OSトランジスタ2850の第2ゲートは、
電圧VBG_B(あるいは電圧VBG_A)を与える配線に接続される。
明する。
号がハイレベルに切り替わる時刻T3よりも前に、OSトランジスタ2810の第2ゲー
トに与える構成とする。信号SFをハイレベルとしてOSトランジスタ2850をオン状
態とし、ノードNBGに閾値電圧を制御するための電圧VBG_Bを与える。
る。OSトランジスタ2850は、オフ電流が極めて小さいため、オフ状態にし続けるこ
とで、一旦ノードNBGに保持させた電圧VBG_Bを保持することができる。そのため
、OSトランジスタ2850の第2ゲートに電圧VBG_Bを与える動作の回数が減るた
め、電圧VBG_Bの書き換えに要する分の消費電力を小さくすることができる。
2ゲートに与える電圧を外部からの制御によって与える構成について示したが、別の構成
としてもよい。たとえば閾値電圧を制御するための電圧を、入力端子INに与える信号を
基に生成し、OSトランジスタ2810の第2ゲートに与える構成としてもよい。当該構
成を実現可能な回路構成の一例について、図51(A)に示す。
ジスタ2810の第2ゲートとの間にCMOSインバータ2860を有する。CMOSイ
ンバータ2860の入力端子は、入力端子INに接続される。CMOSインバータ286
0の出力端子は、OSトランジスタ2810の第2ゲートに接続される。
明する。図51(B)のタイミングチャートでは、入力端子INの信号波形、出力端子O
UTの信号波形、CMOSインバータ2860の出力波形IN_B、およびOSトランジ
スタ2810の閾値電圧の変化について示している。
ジスタ2810の閾値電圧を制御する信号とすることができる。したがって、図49(A
)乃至(C)で説明したように、OSトランジスタ2810の閾値電圧を制御できる。例
えば、図51(B)における時刻T4となるとき、入力端子INに与える信号がハイレベ
ルでOSトランジスタ2820はオン状態となる。このとき、出力波形IN_Bはローレ
ベルとなる。そのため、OSトランジスタ2810は電流が流れにくい状態とすることが
でき、出力端子OUTの電圧の下降を急峻に行うことができる。
ルでOSトランジスタ2820はオフ状態となる。このとき、出力波形IN_Bはハイレ
ベルとなる。そのため、OSトランジスタ2810は電流が流れやすい状態とすることが
でき、出力端子OUTの電圧の上昇を急峻に行うことができる。
ける、バックゲートの電圧を入力端子INの信号の論理にしたがって切り替える。当該構
成とすることで、OSトランジスタの閾値電圧を制御することができる。OSトランジス
タの閾値電圧の制御を入力端子INに与える信号に併せて制御することで、出力端子OU
Tの電圧の変化を急峻にすることができる。また、電源電圧を与える配線間の貫通電流を
小さくすることができる。そのため、低消費電力化を図ることができる。
。
<RFタグ>
本実施の形態では、先の実施の形態で説明したトランジスタ、または記憶装置を含むRF
タグについて、図52を用いて説明する。
し、非接触手段、例えば無線通信を用いて外部と情報の授受を行うものである。このよう
な特徴から、RFタグは、物品などの個体情報を読み取ることにより物品の識別を行う個
体認証システムなどに用いることが可能である。なお、これらの用途に用いるためには極
めて高い信頼性が要求される。
ロック図である。
いう)に接続されたアンテナ802から送信される無線信号803を受信するアンテナ8
04を有する。またRFタグ800は、整流回路805、定電圧回路806、復調回路8
07、変調回路808、論理回路809、記憶回路810、ROM811を有している。
なお、復調回路807に含まれる整流作用を示すトランジスタに逆方向電流を十分に抑制
することが可能な材料、例えば、酸化物半導体、が用いられた構成としてもよい。これに
より、逆方向電流に起因する整流作用の低下を抑制し、復調回路の出力が飽和することを
防止できる。つまり、復調回路の入力に対する復調回路の出力を線形に近づけることがで
きる。なお、データの伝送形式は、一対のコイルを対向配置して相互誘導によって交信を
行う電磁結合方式、誘導電磁界によって交信する電磁誘導方式、電波を利用して交信する
電波方式の3つに大別される。本実施の形態に示すRFタグ800は、そのいずれの方式
に用いることも可能である。
テナ802との間で無線信号803の送受信を行うためのものである。また、整流回路8
05は、アンテナ804で無線信号を受信することにより生成される入力交流信号を整流
、例えば、半波2倍圧整流し、後段に設けられた容量素子により、整流された信号を平滑
化することで入力電位を生成するための回路である。なお、整流回路805の入力側また
は出力側には、リミッタ回路を設けてもよい。リミッタ回路とは、入力交流信号の振幅が
大きく、内部生成電圧が大きい場合に、ある電力以上の電力を後段の回路に入力しないよ
うに制御するための回路である。
回路である。なお、定電圧回路806は、内部にリセット信号生成回路を有していてもよ
い。リセット信号生成回路は、安定した電源電圧の立ち上がりを利用して、論理回路80
9のリセット信号を生成するための回路である。
るための回路である。また、変調回路808は、アンテナ804より出力するデータに応
じて変調を行うための回路である。
入力された情報を保持する回路であり、ロウデコーダ、カラムデコーダ、記憶領域などを
有する。また、ROM811は、固有番号(ID)などを格納し、処理に応じて出力を行
うための回路である。
。本発明の一態様の記憶回路は、電源が遮断された状態であっても情報を保持できるため
、RFタグに好適に用いることができる。さらに本発明の一態様の記憶回路は、データの
書き込みに必要な電力(電圧)が従来の不揮発性メモリに比べて著しく小さいため、デー
タの読み出し時と書込み時の最大通信距離の差を生じさせないことも可能である。さらに
、データの書き込み時に電力が不足し、誤動作または誤書込みが生じることを抑制するこ
とができる。
め、ROM811に適用することもできる。その場合には、生産者がROM811にデー
タを書き込むためのコマンドを別途用意し、ユーザが自由に書き換えできないようにして
おくことが好ましい。生産者が出荷前に固有番号を書込んだのちに製品を出荷することで
、作製したRFタグすべてについて固有番号を付与するのではなく、出荷する良品にのみ
固有番号を割り当てることが可能となり、出荷後の製品の固有番号が不連続になることが
なく出荷後の製品に対応した顧客管理が容易となる。
。
本実施の形態では、先の実施の形態で説明した記憶装置を含むCPUについて説明する。
例の構成を示すブロック図である。
図53に示すCPUは、基板1190上に、ALU1191(ALU:Arithmet
ic logic unit、演算回路)、ALUコントローラ1192、インストラク
ションデコーダ1193、インタラプトコントローラ1194、タイミングコントローラ
1195、レジスタ1196、レジスタコントローラ1197、バスインターフェース1
198、書き換え可能なROM1199、およびROMインターフェース1189を有し
ている。基板1190は、半導体基板、SOI基板、ガラス基板などを用いる。ROM1
199およびROMインターフェース1189は、別チップに設けてもよい。もちろん、
図53に示すCPUは、その構成を簡略化して示した一例にすぎず、実際のCPUはその
用途によって多種多様な構成を有している。例えば、図53に示すCPUまたは演算回路
を含む構成を一つのコアとし、当該コアを複数含み、それぞれのコアが並列で動作するよ
うな構成としてもよい。また、CPUが内部演算回路やデータバスで扱えるビット数は、
例えば8ビット、16ビット、32ビット、64ビットなどとすることができる。
デコーダ1193に入力され、デコードされた後、ALUコントローラ1192、インタ
ラプトコントローラ1194、レジスタコントローラ1197、タイミングコントローラ
1195に入力される。
ラ1197、タイミングコントローラ1195は、デコードされた命令に基づき、各種制
御を行う。具体的にALUコントローラ1192は、ALU1191の動作を制御するた
めの信号を生成する。また、インタラプトコントローラ1194は、CPUのプログラム
実行中に、外部の入出力装置や、周辺回路からの割り込み要求を、その優先度やマスク状
態から判断し、処理する。レジスタコントローラ1197は、レジスタ1196のアドレ
スを生成し、CPUの状態に応じてレジスタ1196の読み出しや書き込みを行う。
2、インストラクションデコーダ1193、インタラプトコントローラ1194、および
レジスタコントローラ1197の動作のタイミングを制御する信号を生成する。例えばタ
イミングコントローラ1195は、基準クロック信号を元に、内部クロック信号を生成す
る内部クロック生成部を備えており、内部クロック信号を上記各種回路に供給する。
1196のメモリセルとして、実施の形態1に示したトランジスタを用いることができる
。
指示に従い、レジスタ1196における保持動作の選択を行う。すなわち、レジスタ11
96が有するメモリセルにおいて、フリップフロップによるデータの保持を行うか、容量
素子によるデータの保持を行うかを、選択する。フリップフロップによるデータの保持が
選択されている場合、レジスタ1196内のメモリセルへの、電源電圧の供給が行われる
。容量素子におけるデータの保持が選択されている場合、容量素子へのデータの書き換え
が行われ、レジスタ1196内のメモリセルへの電源電圧の供給を停止することができる
。
図54は、レジスタ1196として用いることのできる記憶素子の回路図の一例である。
記憶素子1200は、電源遮断で記憶データが揮発する回路1201と、電源遮断で記憶
データが揮発しない回路1202と、スイッチ1203と、スイッチ1204と、論理素
子1206と、容量素子1207と、選択機能を有する回路1220と、を有する。回路
1202は、容量素子1208と、トランジスタ1209と、トランジスタ1210と、
を有する。なお、記憶素子1200は、必要に応じて、ダイオード、抵抗素子、インダク
タなどのその他の素子をさらに有していても良い。
記憶素子1200への電源電圧の供給が停止した際、回路1202のトランジスタ120
9のゲートには接地電位(0V)、またはトランジスタ1209がオフする電位が入力さ
れ続ける構成とする。例えば、トランジスタ1209のゲートが抵抗等の負荷を介して接
地される構成とする。
て構成され、スイッチ1204は、一導電型とは逆の導電型(例えば、pチャネル型)の
トランジスタ1214を用いて構成した例を示す。ここで、スイッチ1203の第1の端
子はトランジスタ1213のソースとドレインの一方に対応し、スイッチ1203の第2
の端子はトランジスタ1213のソースとドレインの他方に対応し、スイッチ1203は
トランジスタ1213のゲートに入力される制御信号RDによって、第1の端子と第2の
端子の間の導通または非導通(つまり、トランジスタ1213のオン状態またはオフ状態
)が選択される。スイッチ1204の第1の端子はトランジスタ1214のソースとドレ
インの一方に対応し、スイッチ1204の第2の端子はトランジスタ1214のソースと
ドレインの他方に対応し、スイッチ1204はトランジスタ1214のゲートに入力され
る制御信号RDによって、第1の端子と第2の端子の間の導通または非導通(つまり、ト
ランジスタ1214のオン状態またはオフ状態)が選択される。
よびトランジスタ1210のゲートと電気的に接続される。ここで、接続部分をノードM
2とする。トランジスタ1210のソースとドレインの一方は、低電源電位を供給するこ
とのできる配線(例えばGND線)に電気的に接続され、他方は、スイッチ1203の第
1の端子(トランジスタ1213のソースとドレインの一方)と電気的に接続される。ス
イッチ1203の第2の端子(トランジスタ1213のソースとドレインの他方)はスイ
ッチ1204の第1の端子(トランジスタ1214のソースとドレインの一方)と電気的
に接続される。スイッチ1204の第2の端子(トランジスタ1214のソースとドレイ
ンの他方)は電源電位VDDを供給することのできる配線と電気的に接続される。スイッ
チ1203の第2の端子(トランジスタ1213のソースとドレインの他方)と、スイッ
チ1204の第1の端子(トランジスタ1214のソースとドレインの一方)と、論理素
子1206の入力端子と、容量素子1207の第1の端子と、は電気的に接続される。こ
こで、接続部分をノードM1とする。容量素子1207の第2の端子は、一定の電位が入
力される構成とすることができる。例えば、低電源電位(GND等)または高電源電位(
VDD等)が入力される構成とすることができる。容量素子1207の第2の端子は、低
電源電位を供給することのできる配線(例えばGND線)と電気的に接続される。容量素
子1208の第2の端子は、一定の電位が入力される構成とすることができる。例えば、
低電源電位(GND等)または高電源電位(VDD等)が入力される構成とすることがで
きる。容量素子1208の第2の端子は、低電源電位を供給することのできる配線(例え
ばGND線)と電気的に接続される。
積極的に利用することによって省略することも可能である。
る。スイッチ1203およびスイッチ1204は、制御信号WEとは異なる制御信号RD
によって第1の端子と第2の端子の間の導通状態または非導通状態を選択され、一方のス
イッチの第1の端子と第2の端子の間が導通状態のとき他方のスイッチの第1の端子と第
2の端子の間は非導通状態となる。
ゲート)を有する構成を図示している。第1ゲートには制御信号WEを入力し、第2ゲー
トには制御信号WE2を入力することができる。制御信号WE2は、一定の電位の信号と
すればよい。当該一定の電位には、例えば、接地電位GNDやトランジスタ1209のソ
ース電位よりも小さい電位などが選ばれる。このとき、制御信号WE2は、トランジスタ
1209のしきい値電圧を制御するための電位信号であり、ゲート電圧VGが0V時の電
流をより低減することができる。また、制御信号WE2は、制御信号WEと同じ電位信号
であってもよい。なお、トランジスタ1209としては、第2ゲートを有さないトランジ
スタを用いることもできる。
に対応する信号が入力される。図54では、回路1201から出力された信号が、トラン
ジスタ1209のソースとドレインの他方に入力される例を示した。スイッチ1203の
第2の端子(トランジスタ1213のソースとドレインの他方)から出力される信号は、
論理素子1206によってその論理値が反転された反転信号となり、回路1220を介し
て回路1201に入力される。
レインの他方)から出力される信号は、論理素子1206および回路1220を介して回
路1201に入力する例を示したがこれに限定されない。スイッチ1203の第2の端子
(トランジスタ1213のソースとドレインの他方)から出力される信号が、論理値を反
転させられることなく、回路1201に入力されてもよい。例えば、回路1201内に、
入力端子から入力された信号の論理値が反転した信号が保持されるノードが存在する場合
に、スイッチ1203の第2の端子(トランジスタ1213のソースとドレインの他方)
から出力される信号を当該ノードに入力することができる。
タ1209以外のトランジスタは、酸化物半導体以外の半導体でなる層または基板119
0にチャネルが形成されるトランジスタとすることができる。例えば、シリコン層または
シリコン基板にチャネルが形成されるトランジスタとすることができる。また、記憶素子
1200に用いられるトランジスタ全てを、チャネルが酸化物半導体で形成されるトラン
ジスタとすることもできる。または、記憶素子1200は、トランジスタ1209以外に
も、チャネルが酸化物半導体で形成されるトランジスタを含んでいてもよく、残りのトラ
ンジスタは酸化物半導体以外の半導体でなる層または基板1190にチャネルが形成され
るトランジスタとすることもできる。
また、論理素子1206としては、例えばインバータやクロックドインバータ等を用いる
ことができる。
は、回路1201に記憶されていたデータを、回路1202に設けられた容量素子120
8によって保持することができる。
えば、酸化物半導体にチャネルが形成されるトランジスタのオフ電流は、結晶性を有する
シリコンにチャネルが形成されるトランジスタのオフ電流に比べて著しく低い。そのため
、当該トランジスタをトランジスタ1209として用いることによって、記憶素子120
0に電源電圧が供給されない間も容量素子1208に保持された信号は長期間にわたり保
たれる。こうして、記憶素子1200は電源電圧の供給が停止した間も記憶内容(データ
)を保持することが可能である。
作を行うことを特徴とする記憶素子であるため、電源電圧供給再開後に、回路1201が
元のデータを保持しなおすまでの時間を短くすることができる。
1210のゲートに入力される。そのため、記憶素子1200への電源電圧の供給が再開
された後、容量素子1208によって保持された信号を、トランジスタ1210の状態(
オン状態、またはオフ状態)に変換して、回路1202から読み出すことができる。それ
故、容量素子1208に保持された信号に対応する電位が多少変動していても、元の信号
を正確に読み出すことが可能である。
記憶装置に用いることで、電源電圧の供給停止による記憶装置内のデータの消失を防ぐこ
とができる。また、電源電圧の供給を再開した後、短時間で電源供給停止前の状態に復帰
することができる。よって、プロセッサ全体、もしくはプロセッサを構成する一つ、また
は複数の論理回路において、短い時間でも電源停止を行うことができるため、消費電力を
抑えることができる。
200は、DSP(Digital Signal Processor)、カスタムL
SI、PLD(Programmable Logic Device)等のLSI、R
F(Radio Frequency)タグにも応用可能である。
。
本実施の形態では、本発明の一態様のトランジスタを利用した表示装置の構成例について
説明する。
図55(A)は、本発明の一態様の表示装置の上面図であり、図55(B)は、本発明の
一態様の表示装置の画素に液晶素子を適用する場合に用いることができる画素回路を説明
するための回路図である。また、図55(C)は、本発明の一態様の表示装置の画素に有
機EL素子を適用する場合に用いることができる画素回路を説明するための回路図である
。
当該トランジスタはnチャネル型とすることが容易なので、駆動回路のうち、nチャネル
型トランジスタで構成することができる駆動回路の一部を画素部のトランジスタと同一基
板上に形成する。このように、画素部や駆動回路に上記実施の形態に示すトランジスタを
用いることにより、信頼性の高い表示装置を提供することができる。
700上には、画素部701、第1の走査線駆動回路702、第2の走査線駆動回路70
3、信号線駆動回路704を有する。画素部701には、複数の信号線が信号線駆動回路
704から延伸して配置され、複数の走査線が第1の走査線駆動回路702、および第2
の走査線駆動回路703から延伸して配置されている。なお走査線と信号線との交差領域
には、各々、表示素子を有する画素がマトリクス状に設けられている。また、表示装置の
基板700はFPC(Flexible Printed Circuit)等の接続部
を介して、タイミング制御回路(コントローラ、制御ICともいう)に接続されている。
駆動回路704は、画素部701と同じ基板700上に形成される。そのため、外部に設
ける駆動回路等の部品の数が減るので、コストの低減を図ることができる。また、基板7
00の外部に駆動回路を設けた場合、配線を延伸させる必要が生じ、配線間の接続数が増
える。同じ基板700上に駆動回路を設けた場合、その配線間の接続数を減らすことがで
き、信頼性の向上、または歩留まりの向上を図ることができる。なお、第1の走査線駆動
回路702、第2の走査線駆動回路703、信号線駆動回路704のいずれかが基板70
0上に実装された構成や基板700の外部に設けられた構成としてもよい。
また、画素の回路構成の一例を図55(B)に示す。ここでは、一例としてVA型液晶表
示装置の画素に適用することができる画素回路を示す。
画素電極層は異なるトランジスタに接続され、各トランジスタは異なるゲート信号で駆動
できるように構成されている。これにより、マルチドメイン設計された画素の個々の画素
電極層に印加する信号を、独立して制御できる。
ゲート信号を与えることができるように分離されている。一方、信号線714は、トラン
ジスタ716とトランジスタ717で共通に用いられている。トランジスタ716とトラ
ンジスタ717は実施の形態1で説明するトランジスタを適宜用いることができる。これ
により、信頼性の高い液晶表示装置を提供することができる。
17には、第2の画素電極層が電気的に接続される。第1の画素電極層と第2の画素電極
層とは、それぞれ分離されている。なお、第1の画素電極層及び第2の画素電極層の形状
としては、特に限定は無い。例えば、第1の画素電極層は、V字状とすればよい。
ト電極は走査線713と接続されている。走査線712と走査線713に異なるゲート信
号を与えてトランジスタ716とトランジスタ717の動作タイミングを異ならせ、液晶
の配向を制御できる。
は第2の画素電極層と電気的に接続する容量電極とで保持容量を形成してもよい。
る。第1の液晶素子718は第1の画素電極層と対向電極層とその間の液晶層とで構成さ
れ、第2の液晶素子719は第2の画素電極層と対向電極層とその間の液晶層とで構成さ
れる。
す画素回路に新たにスイッチ、抵抗素子、容量素子、トランジスタ、センサ、または論理
回路などを追加してもよい。
スタを用いることができる。
。なお、図56(A)では表示装置20、表示領域21、周辺回路22、およびFPC(
フレキシブルプリント基板)42を有する代表的な構成を図示している。図56で示す表
示装置は反射型液晶を用いている。
1-D2間の断面図を示す。A1-A2間は周辺回路部を示し、B1-B2間は表示領域
を示し、C1-C2間およびD1-D2間はFPCとの接続部を示す。
態1で示したトランジスタ10)の他、導電層465、導電層497、絶縁層420、液
晶層490、液晶素子80、容量素子60、容量素子62、絶縁層430、スペーサ44
0、着色層460、接着層470、導電層480、遮光層418、基板400、接着層4
73、接着層474、接着層475、接着層476、偏光板403、保護基板405、保
護基板402、異方性導電層510を有する。
画素の回路構成の他の一例を図55(C)に示す。ここでは、有機EL素子を用いた表示
装置の画素構造を示す。
他方から正孔がそれぞれ発光性の有機化合物を含む層に注入され、電流が流れる。そして
、電子および正孔が再結合することにより、発光性の有機化合物が励起状態を形成し、そ
の励起状態が基底状態に戻る際に発光する。このようなメカニズムから、このような発光
素子は、電流励起型の発光素子と呼ばれる。
ランジスタを1つの画素に2つ用いる例を示す。また、当該画素回路は、デジタル時間階
調駆動を適用することができる。
いて説明する。
子724および容量素子723を有している。スイッチング用トランジスタ721は、ゲ
ート電極層が走査線726に接続され、第1電極(ソース電極層およびドレイン電極層の
一方)が信号線725に接続され、第2電極(ソース電極層およびドレイン電極層の他方
)が駆動用トランジスタ722のゲート電極層に接続されている。駆動用トランジスタ7
22は、ゲート電極層が容量素子723を介して電源線727に接続され、第1電極が電
源線727に接続され、第2電極が発光素子724の第1電極(画素電極)に接続されて
いる。発光素子724の第2電極は共通電極728に相当する。共通電極728は、同一
基板上に形成される共通電位線と電気的に接続される。
説明するトランジスタを適宜用いることができる。これにより、信頼性の高い有機EL表
示装置を提供することができる。
電源電位とは、電源線727に供給される高電源電位より低い電位であり、例えばGND
、0Vなどを低電源電位として設定することができる。発光素子724の順方向のしきい
値電圧以上となるように高電源電位と低電源電位を設定し、その電位差を発光素子724
に印加することにより、発光素子724に電流を流して発光させる。なお、発光素子72
4の順方向電圧とは、所望の輝度とする場合の電圧を指しており、少なくとも順方向しき
い値電圧を含む。
略できる。
式の場合、駆動用トランジスタ722が十分にオンするか、オフするかの二つの状態とな
るようなビデオ信号を、駆動用トランジスタ722に入力する。なお、駆動用トランジス
タ722を線形領域で動作させるために、電源線727の電圧よりも高い電圧を駆動用ト
ランジスタ722のゲート電極層にかける。また、信号線725には、電源線電圧に駆動
用トランジスタ722のしきい値電圧Vthを加えた値以上の電圧をかける。
4の順方向電圧に駆動用トランジスタ722のしきい値電圧Vthを加えた値以上の電圧
をかける。なお、駆動用トランジスタ722が飽和領域で動作するようにビデオ信号を入
力し、発光素子724に電流を流す。また、駆動用トランジスタ722を飽和領域で動作
させるために、電源線727の電位を、駆動用トランジスタ722のゲート電位より高く
する。ビデオ信号をアナログとすることで、発光素子724にビデオ信号に応じた電流を
流し、アナログ階調駆動を行うことができる。
(C)に示す画素回路にスイッチ、抵抗素子、容量素子、センサ、トランジスタまたは論
理回路などを追加してもよい。
低電位側にソース電極(第1の電極)、高電位側にドレイン電極(第2の電極)がそれぞ
れ電気的に接続される構成とする。さらに、制御回路等により第1のゲート電極の電位を
制御し、第2のゲート電極には図示しない配線によりソース電極に与える電位よりも低い
電位を印加するなど、上記で例示した電位を入力可能な構成とすればよい。
態で説明するトランジスタを用いることができる。
一例である。なお、図57(A)では表示装置24、表示領域21、周辺回路22、およ
びFPC(フレキシブルプリント基板)42を有する代表的な構成を図示している。
を示す。A1-A2間は周辺回路部を示し、B1-B2間は表示領域を示し、C1-C2
間はFPCとの接続部を示す。
態1で示したトランジスタ10)の他、導電層465、導電層497、導電層410、光
学調整層530、EL層450、導電層415、発光素子70、容量素子60、容量素子
62、絶縁層430、スペーサ440、着色層460、接着層470、隔壁445、遮光
層418、基板400、異方性導電層510を有する。
子、および発光素子を有する装置である発光装置は、様々な形態を用いること、または様
々な素子を有することができる。表示素子、表示装置、発光素子または発光装置は、例え
ば、EL(エレクトロルミネッセンス)素子(有機物および無機物を含むEL素子、有機
EL素子、無機EL素子)、LED(白色LED、赤色LED、緑色LED、青色LED
など)、量子ドット、トランジスタ(電流に応じて発光するトランジスタ)、電子放出素
子、液晶素子、電子インク、電気泳動素子、グレーティングライトバルブ(GLV)、プ
ラズマディスプレイパネル(PDP)、MEMS(マイクロ・エレクトロ・メカニカル・
システム)、デジタルマイクロミラーデバイス(DMD)、DMS(デジタル・マイクロ
・シャッター)、MIRASOL(登録商標)、IMOD(インターフェロメトリック・
モジュレーション)素子、エレクトロウェッティング素子、圧電セラミックディスプレイ
、カーボンナノチューブを用いた表示素子などの少なくとも一つを有している。これらの
他にも、電気的または磁気的作用により、コントラスト、輝度、反射率、透過率などが変
化する表示媒体を有していても良い。EL素子を用いた表示装置の一例としては、ELデ
ィスプレイなどがある。電子放出素子を用いた表示装置の一例としては、フィールドエミ
ッションディスプレイ(FED)またはSED方式平面型ディスプレイ(SED:Sur
face-conduction Electron-emitter Display
)などがある。液晶素子を用いた表示装置の一例としては、液晶ディスプレイ(透過型液
晶ディスプレイ、半透過型液晶ディスプレイ、反射型液晶ディスプレイ、直視型液晶ディ
スプレイ、投射型液晶ディスプレイ)などがある。電子インクまたは電気泳動素子を用い
た表示装置の一例としては、電子ペーパーなどがある。
。
本実施の形態では、本発明の一態様の半導体装置を適用した表示モジュールについて、図
58を用いて説明を行う。
図58に示す表示モジュール6000は、上部カバー6001と下部カバー6002との
間に、FPC6003に接続されたタッチパネル6004、FPC6005に接続された
表示パネル6006、バックライトユニット6007、フレーム6009、プリント基板
6010、バッテリー6011を有する。なお、バックライトユニット6007、バッテ
リー6011、タッチパネル6004などは、設けられない場合もある。
れた集積回路に用いることができる。
ル6006のサイズに合わせて、形状や寸法を適宜変更することができる。
006に重畳して用いることができる。また、表示パネル6006の対向基板(封止基板
)に、タッチパネル機能を持たせるようにすることも可能である。または、表示パネル6
006の各画素内に光センサを設け、光学式のタッチパネル機能を付加することも可能で
ある。または、表示パネル6006の各画素内にタッチセンサ用電極を設け、静電容量方
式のタッチパネル機能を付加することも可能である。
ユニット6007の端部に設け、光拡散板を用いる構成としてもよい。
生する電磁波を遮断するための電磁シールドとしての機能を有する。またフレーム600
9は、放熱板としての機能を有していてもよい。
号処理回路を有する。電源回路に電力を供給する電源としては、外部の商用電源であって
も良いし、別途設けたバッテリー6011であってもよい。なお、商用電源を用いる場合
には、バッテリー6011を省略することができる。
加して設けてもよい。
。
本実施の形態では、本発明の一態様に係る半導体装置の使用例について説明する。
図59(A)に、リードフレーム型のインターポーザを用いたパッケージの断面構造を表
す斜視図を示す。図59(A)に示すパッケージは、本発明の一態様に係る半導体装置に
相当するチップ1751が、ワイヤボンディング法により、インターポーザ1750上の
端子1752と接続されている。端子1752は、インターポーザ1750のチップ17
51がマウントされている面上に配置されている。そしてチップ1751はモールド樹脂
1753によって封止されていてもよいが、各端子1752の一部が露出した状態で封止
されるようにする。
59(B)に示す。図59(B)に示す携帯電話のモジュールは、プリント配線基板18
01に、パッケージ1802と、バッテリー1804とが実装されている。また、表示素
子が設けられたパネル1800に、プリント配線基板1801がFPC1803によって
実装されている。
。
本実施の形態では、本発明の一態様の電子機器及び照明装置について、図面を用いて説明
する。
本発明の一態様の半導体装置を用いて、電子機器や照明装置を作製できる。また、本発明
の一態様の半導体装置を用いて、信頼性の高い電子機器や照明装置を作製できる。また本
発明の一態様の半導体装置を用いて、タッチセンサの検出感度が向上した電子機器や照明
装置を作製できる。
う)、コンピュータ用などのモニタ、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(携帯電話、携帯電話装置ともいう)、携帯型ゲーム機、携
帯情報端末、音響再生装置、パチンコ機などの大型ゲーム機などが挙げられる。
もしくは外壁、又は、自動車の内装もしくは外装の曲面に沿って組み込むことも可能であ
る。
いて、二次電池を充電することができると好ましい。
ンポリマー電池)等のリチウムイオン二次電池、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池
、ニカド電池、有機ラジカル電池、鉛蓄電池、空気二次電池、ニッケル亜鉛電池、銀亜鉛
電池などが挙げられる。
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。
表示部7104、マイク7105、スピーカー7106、操作キー7107、スタイラス
7108等を有する。本発明の一態様に係る半導体装置は、筐体7101に内蔵されてい
る集積回路、CPUなどに用いることができる。CPUにはノーマリオフ型のCPUを用
いることで、低消費電力化することができ、従来よりも長い時間ゲームを楽しむことがで
きる。表示部7103または表示部7104に本発明の一態様に係る半導体装置を用いる
ことで、ユーザの使用感に優れ、品質の低下が起こりにくい携帯型ゲーム機を提供するこ
とができる。なお、図60(A)に示した携帯型ゲーム機は、2つの表示部7103と表
示部7104とを有しているが、携帯型ゲーム機が有する表示部の数は、これに限定され
ない。
7311、7312、接続端子7313、バンド7321、留め金7322、等を有する
。本発明の一態様に係る半導体装置は筐体7302に内蔵されているメモリ、CPUなど
に用いることができる。なお、図60(B)に用いるディスプレイには反射型の液晶パネ
ル、CPUにはノーマリオフ型のCPUを用いることで、低消費電力化することができて
、日常における充電回数を減らすことができる。
、操作ボタン7503、外部接続ポート7504、スピーカー7505、マイク7506
、表示部7502などを備えている。本発明の一態様に係る半導体装置は、筐体7501
に内蔵されているモバイル用メモリ、CPUなどに用いることができる。なお、ノーマリ
オフ型のCPUを用いることで、充電回数を減らすことができる。また、表示部7502
は、非常に高精細とすることができるため、中小型でありながらフルハイビジョン、4k
、または8kなど、様々な表示を行うことができ、非常に鮮明な画像を得ることができる
。
03、操作キー7704、レンズ7705、接続部7706等を有する。操作キー770
4およびレンズ7705は第1筐体7701に設けられており、表示部7703は第2筐
体7702に設けられている。そして、第1筐体7701と第2筐体7702とは、接続
部7706により接続されており、第1筐体7701と第2筐体7702の間の角度は、
接続部7706により変更が可能である。表示部7703における映像を、接続部770
6における第1筐体7701と第2筐体7702との間の角度に従って切り替える構成と
しても良い。レンズ7705の焦点となる位置には本発明の一態様の撮像装置を備えるこ
とができる。本発明の一態様に係る半導体装置は、第1筐体7701に内蔵されている集
積回路、CPUなどに用いることができる。
を備えている。本発明の一態様に係る半導体装置は、表示部7902の表示パネルおよび
内蔵されている制御回路に用いることができる。
、キーボード8123、ポインティングデバイス8124等を有する。本発明の一態様に
係る半導体装置は、筐体8121内に内蔵されているCPUや、メモリに適用することが
できる。なお、表示部8122は、非常に高精細とすることができるため、中小型であり
ながら8kの表示を行うことができ、非常に鮮明な画像を得ることができる。
示す。自動車9700は、車体9701、車輪9702、ダッシュボード9703、ライ
ト9704等を有する。本発明の一態様の半導体装置は、自動車9700の表示部、およ
び制御用の集積回路に用いることができる。例えば、図61(C)に示す表示部9710
乃至表示部9715に本発明の一態様の半導体装置を設けることができる。
たは入出力装置である。本発明の一態様の表示装置、または入出力装置は、表示装置、ま
たは入出力装置が有する電極を、透光性を有する導電性材料で作製することによって、反
対側が透けて見える、いわゆるシースルー状態の表示装置、または入出力装置とすること
ができる。シースルー状態の表示装置、または入出力装置であれば、自動車9700の運
転時にも視界の妨げになることがない。よって、本発明の一態様の表示装置、または入出
力装置を自動車9700のフロントガラスに設置することができる。なお、表示装置、ま
たは入出力装置に、表示装置、または入出力装置を駆動するためのトランジスタなどを設
ける場合には、有機半導体材料を用いた有機トランジスタや、酸化物半導体を用いたトラ
ンジスタなど、透光性を有するトランジスタを用いるとよい。
像手段からの映像を表示部9712に映し出すことによって、ピラーで遮られた視界を補
完することができる。表示部9713はダッシュボード部分に設けられた表示装置である
。例えば、車体に設けられた撮像手段からの映像を表示部9713に映し出すことによっ
て、ダッシュボードで遮られた視界を補完することができる。すなわち、自動車の外側に
設けられた撮像手段からの映像を映し出すことによって、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。
いる。表示部9721は、ドア部に設けられた表示装置、または入出力装置である。例え
ば、車体に設けられた撮像手段からの映像を表示部9721に映し出すことによって、ド
アで遮られた視界を補完することができる。また、表示部9722は、ハンドルに設けら
れた表示装置である。表示部9723は、ベンチシートの座面の中央部に設けられた表示
装置である。なお、表示装置を座面や背もたれ部分などに設置して、当該表示装置を、当
該表示装置の発熱を熱源としたシートヒーターとして利用することもできる。
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、表示部に表示される表示項目やレイアウトな
どは、使用者の好みに合わせて適宜変更することができる。なお、上記情報は、表示部9
710乃至表示部9713、表示部9721、表示部9723にも表示することができる
。また、表示部9710乃至表示部9715、表示部9721乃至表示部9723は照明
装置として用いることも可能である。また、表示部9710乃至表示部9715、表示部
9721乃至表示部9723は加熱装置として用いることも可能である。
、表示部8002、操作ボタン8003、シャッターボタン8004、結合部8005等
を有する。またカメラ8000には、レンズ8006を取り付けることができる。
を接続することができる。
ことが可能な構成としたが、レンズ8006と筐体が一体となっていてもよい。
02はタッチパネルとしての機能を有し、表示部8002をタッチすることにより撮像す
ることも可能である。
る。
ている。
ァインダー8100をカメラ8000に取り付けることができる。また当該結合部には電
極を有し、当該電極を介してカメラ8000から受信した映像等を表示部8102に表示
させることができる。
102の表示のオン・オフを切り替えることができる。
用することができる。
器とし、これらを脱着可能な構成としたが、カメラ8000の筐体8001に、本発明の
一態様の表示装置、または入出力装置を備えるファインダーが内蔵されていてもよい。
3、表示部8204、ケーブル8205等を有している。また装着部8201には、バッ
テリー8206が内蔵されている。
03は無線受信機等を備え、受信した画像データ等の映像情報を表示部8204に表示さ
せることができる。また、本体8203に設けられたカメラで使用者の眼球やまぶたの動
きを捉え、その情報をもとに使用者の視点の座標を算出することにより、使用者の視点を
入力手段として用いることができる。
本体8203は使用者の眼球の動きに伴って電極に流れる電流を検知することにより、使
用者の視点を認識する機能を有していてもよい。また、当該電極に流れる電流を検知する
ことにより、使用者の脈拍をモニタする機能を有していてもよい。また、装着部8201
には、温度センサ、圧力センサ、加速度センサ等の各種センサを有していてもよく、使用
者の生体情報を表示部8204に表示する機能を有していてもよい。また、使用者の頭部
の動きなどを検出し、表示部8204に表示する映像をその動きに合わせて変化させても
よい。
。
合わせて実施することができる。
本実施の形態では、本発明の一態様に係る半導体装置を用いたRFタグの使用例について
図63を用いながら説明する。
RFタグの用途は広範にわたるが、例えば、紙幣、硬貨、有価証券類、無記名債券類、証
書類(運転免許証や住民票等、図63(A)参照)、乗り物類(自転車等、図63(B)
参照)、包装用容器類(包装紙やボトル等、図63(C)参照)、記録媒体(DVDやビ
デオテープ等、図63(D)参照)、身の回り品(鞄や眼鏡等)、食品類、植物類、動物
類、人体、衣類、生活用品類、薬品や薬剤を含む医療品、または電子機器(液晶表示装置
、EL表示装置、テレビジョン装置、または携帯電話)等の物品、若しくは各物品に取り
付ける荷札(図63(E)、図63(F)参照)等に設けて使用することができる。
品に固定される。例えば、本であれば紙に埋め込み、有機樹脂からなるパッケージであれ
ば当該有機樹脂の内部に埋め込み、各物品に固定される。本発明の一態様に係るRFタグ
4000は、小型、薄型、軽量を実現するため、物品に固定した後もその物品自体のデザ
イン性を損なうことがない。また、紙幣、硬貨、有価証券類、無記名債券類、または証書
類等に本発明の一態様に係るRFタグ4000を設けることにより、認証機能を設けるこ
とができ、この認証機能を活用すれば、偽造を防止することができる。また、包装用容器
類、記録媒体、身の回り品、食品類、衣類、生活用品類、または電子機器等に本発明の一
態様に係るRFタグを取り付けることにより、検品システム等のシステムの効率化を図る
ことができる。また、乗り物類であっても、本発明の一態様に係るRFタグを取り付ける
ことにより、盗難などに対するセキュリティ性を高めることができる。
挙げた各用途に用いることにより、情報の書込みや読み出しを含む動作電力を低減できる
ため、最大通信距離を長くとることが可能となる。また、電力が遮断された状態であって
も情報を極めて長い期間保持可能であるため、書き込みや読み出しの頻度が低い用途にも
好適に用いることができる。
。
10a トランジスタ
10b トランジスタ
10c トランジスタ
10d トランジスタ
10e トランジスタ
10f トランジスタ
10g トランジスタ
10h トランジスタ
11 トランジスタ
11a トランジスタ
11b トランジスタ
11c トランジスタ
11d トランジスタ
12 トランジスタ
12a トランジスタ
12b トランジスタ
20 表示装置
21 表示領域
22 周辺回路
24 表示装置
50 トランジスタ
52 トランジスタ
60 容量素子
62 容量素子
70 発光素子
80 液晶素子
100 基板
105 導電層
110 絶縁層
121 酸化物層
121a 酸化物絶縁層
121b 酸化物半導体層
121c 酸化物絶縁層
121d 酸化物層
122 酸化物絶縁層
123 酸化物絶縁層
125 低抵抗領域
126 低抵抗領域
127 混合層
127a 混合層
127b 混合層
127c 混合層
150 絶縁層
150a 絶縁層
151 絶縁層
151a 絶縁層
155 導電層
155a 導電層
160 犠牲層
160a 犠牲層
162 混合層
165 犠牲層
168 導電層
169 酸素
170 導電層
170a 導電層
175 導電層
175a 導電層
176 絶縁層
176a 絶縁層
177 絶縁層
178 イオン
180 絶縁層
180a 絶縁層
180b 絶縁層
181 絶縁層
190 導電層
195 導電層
200 撮像装置
201 スイッチ
202 スイッチ
203 スイッチ
210 画素部
211 画素
212 副画素
212B 副画素
212G 副画素
212R 副画素
220 光電変換素子
230 画素回路
231 配線
247 配線
248 配線
249 配線
250 配線
253 配線
254 フィルタ
254B フィルタ
254G フィルタ
254R フィルタ
255 レンズ
256 光
257 配線
260 周辺回路
270 周辺回路
280 周辺回路
290 周辺回路
300 シリコン基板
310 層
320 層
330 層
340 層
351 トランジスタ
353 トランジスタ
360 フォトダイオード
361 アノード
362 カソード
363 低抵抗領域
365 フォトダイオード
366 半導体
367 半導体
368 半導体
370 プラグ
371 配線
372 配線
373 配線
374 配線
380 絶縁層
400 基板
402 保護基板
403 偏光板
405 保護基板
410 導電層
415 導電層
418 遮光層
420 絶縁層
430 絶縁層
440 スペーサ
445 隔壁
450 EL層
460 着色層
465 導電層
470 接着層
473 接着層
474 接着層
475 接着層
476 接着層
480 導電層
490 液晶層
497 導電層
510 異方性導電層
530 光学調整層
700 基板
701 画素部
702 走査線駆動回路
703 走査線駆動回路
704 信号線駆動回路
710 容量配線
712 走査線
713 走査線
714 信号線
716 トランジスタ
717 トランジスタ
718 液晶素子
719 液晶素子
720 画素
721 スイッチング用トランジスタ
722 駆動用トランジスタ
723 容量素子
724 発光素子
725 信号線
726 走査線
727 電源線
728 共通電極
800 RFタグ
801 通信器
802 アンテナ
803 無線信号
804 アンテナ
805 整流回路
806 定電圧回路
807 復調回路
808 変調回路
809 論理回路
810 記憶回路
811 ROM
1189 ROMインターフェース
1190 基板
1191 ALU
1192 ALUコントローラ
1193 インストラクションデコーダ
1194 インタラプトコントローラ
1195 タイミングコントローラ
1196 レジスタ
1197 レジスタコントローラ
1198 バスインターフェース
1199 ROM
1200 記憶素子
1201 回路
1202 回路
1203 スイッチ
1204 スイッチ
1206 論理素子
1207 容量素子
1208 容量素子
1209 トランジスタ
1210 トランジスタ
1213 トランジスタ
1214 トランジスタ
1220 回路
1750 インターポーザ
1751 チップ
1752 端子
1753 モールド樹脂
1800 パネル
1801 プリント配線基板
1802 パッケージ
1803 FPC
1804 バッテリー
2100 トランジスタ
2200 トランジスタ
2201 絶縁体
2202 配線
2203 プラグ
2204 絶縁体
2205 配線
2207 絶縁体
2211 半導体基板
2212 絶縁体
2213 ゲート電極
2214 ゲート絶縁体
2215 ソース領域およびドレイン領域
2800 インバータ
2810 OSトランジスタ
2820 OSトランジスタ
2831 信号波形
2832 信号波形
2840 破線
2841 実線
2850 OSトランジスタ
2860 CMOSインバータ
3001 配線
3002 配線
3003 配線
3004 配線
3005 配線
3200 トランジスタ
3300 トランジスタ
3400 容量素子
4000 RFタグ
6000 表示モジュール
6001 上部カバー
6002 下部カバー
6003 FPC
6004 タッチパネル
6005 FPC
6006 表示パネル
6007 バックライトユニット
6008 光源
6009 フレーム
6010 プリント基板
6011 バッテリー
7101 筐体
7102 筐体
7103 表示部
7104 表示部
7105 マイク
7106 スピーカー
7107 操作キー
7108 スタイラス
7302 筐体
7304 表示部
7311 操作ボタン
7312 操作ボタン
7313 接続端子
7321 バンド
7322 留め金
7501 筐体
7502 表示部
7503 操作ボタン
7504 外部接続ポート
7505 スピーカー
7506 マイク
7701 筐体
7702 筐体
7703 表示部
7704 操作キー
7705 レンズ
7706 接続部
7901 電柱
7902 表示部
8000 カメラ
8001 筐体
8002 表示部
8003 操作ボタン
8004 シャッターボタン
8005 結合部
8006 レンズ
8100 ファインダー
8101 筐体
8102 表示部
8103 ボタン
8121 筐体
8122 表示部
8123 キーボード
8124 ポインティングデバイス
8200 ヘッドマウントディスプレイ
8201 装着部
8202 レンズ
8203 本体
8204 表示部
8205 ケーブル
8206 バッテリー
9700 自動車
9701 車体
9702 車輪
9703 ダッシュボード
9704 ライト
9710 表示部
9711 表示部
9712 表示部
9713 表示部
9714 表示部
9715 表示部
9721 表示部
9722 表示部
9723 表示部
Claims (4)
- 第1の酸化物層を成膜し、
前記第1の酸化物層を選択的に加工して第2の酸化物層を形成し、
前記第2の酸化物層上に第1の絶縁層を成膜し、
前記第1の絶縁層上に第1の犠牲層を成膜し、
前記第1の絶縁層および前記第1の犠牲層を選択的に加工して第2の絶縁層および第2の犠牲層を形成し、
前記第2の酸化物層、前記第2の絶縁層および前記第2の犠牲層上に第1の導電層を成膜し、
加熱処理により、前記第2の酸化物層において、前記第1の導電層と接する領域に第1の混合層を形成し、前記第2の犠牲層において、前記第1の導電層と接する領域に第2の混合層を形成し、
前記第1の導電層を除去し、
前記第1の混合層および前記第2の混合層上に第2の絶縁層を成膜し、
前記第2の絶縁層の一部および前記第2の混合層の一部を除去して、前記第2の犠牲層の上面を露出させ、
前記第2の犠牲層および前記第2の混合層を除去し、前記第1の絶縁層を露出させ、
前記第2の酸化物層に酸素を添加し、
前記第2の酸化物層および前記第2の絶縁層上に第2の導電層および第3の導電層を形成する、半導体装置の作製方法。 - 第1の酸化物層を成膜し、
前記第1の酸化物層を選択的に加工して第2の酸化物層を形成し、
前記第2の酸化物層上に第1の絶縁層を成膜し、
前記第1の絶縁層上に第1の犠牲層を成膜し、
前記第1の絶縁層および前記第1の犠牲層を選択的に加工して第2の絶縁層および第2の犠牲層を形成し、
前記第2の酸化物層、前記第2の絶縁層および前記第2の犠牲層上に第1の導電層を成膜し、
加熱処理により、前記第2の酸化物層において、前記第1の導電層と接する領域に第1の混合層を形成し、前記第2の犠牲層において、前記第1の導電層と接する領域に第2の混合層を形成し、
前記第1の導電層を除去し、
前記第1の混合層および前記第2の混合層上に第2の絶縁層を成膜し、
前記第2の絶縁層の一部および前記第2の混合層の一部を除去して、前記第2の犠牲層の上面を露出させ、
前記第2の犠牲層および前記第2の混合層を除去し、前記第1の絶縁層を露出させ、
前記第2の酸化物層に酸素を添加し、
前記第2の酸化物層および前記第2の絶縁層上に第2の導電層および第3の導電層を形成し、
CMP処理により、前記第2の導電層の一部および前記第3の導電層の一部を除去する、半導体装置の作製方法。 - 請求項1または2において、
前記第1の混合層は、前記第1の導電層の有する元素のうち一以上を有し、
前記第2の混合層は、前記第1の導電層の有する元素のうち一以上を有し、
前記第1の導電層は、アルミニウム、モリブデン、チタン、タンタル、タングステン、ニッケル、コバルトまたは白金のいずれか一以上を有する、半導体装置の作製方法。 - 請求項1乃至3のいずれか一において、
前記第1の混合層の抵抗値は、前記第2の酸化物層の抵抗値より小さい、半導体装置の作製方法。
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