JP7153821B2 - 半導体装置、及び、情報端末 - Google Patents
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Description
。
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)に関する物である。
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)、発電装
置(薄膜太陽電池、有機薄膜太陽電池等を含む)、投影装置、照明装置、電気光学装置、
蓄電装置、撮像装置、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。
術が注目されている。トランジスタや容量は、配線および層を跨いで形成されたプラグを
介して電気的に接続することで駆動する。
異なる電位が印加される配線が形成される場合がある。絶縁体上に、導電体を用いて接続
電極と配線を形成した際、該絶縁体上に該導電体の残渣物が残留する場合がある。該残渣
物によって、フローティングノードに接続された接続電極と、同じ層に形成された配線と
の間でリーク電流が生じている可能性がある。また、配線と、該配線と異なる電位が印加
される他の配線と、を同じ層に形成する場合においても、配線間の領域に、該残渣物が存
在することで、配線に電位が印加される際、他の配線に印加される電位が干渉する可能性
がある。
スタの開発が活発化しており、集積回路などにも用いられている。酸化物半導体の歴史は
古く、1988年には、結晶In-Ga-Zn酸化物を半導体素子へ利用することが開示
されている(特許文献1参照。)。また、1995年には、酸化物半導体を用いたトラン
ジスタが発明されており、その電気特性が開示されている(特許文献2参照。)。
を遮断し、メモリの保持特性を向上することを課題の一とする。
流を抑制す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。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。本
発明の一態様は、長時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。本発明の一態様は、配線間のリーク電流を抑制す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。
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。
の第2の導電体と、第1の絶縁体、第1の導電体、および第2の導電体上の第2の絶縁体
と、を有し、第1の導電体、および第2の導電体は、金属A(アルミニウム、銅、タング
ステン、クロム、銀、金、白金、タンタル、ニッケル、モリブデン、マグネシウム、ベリ
リウム、インジウム、およびルテニウムのうちの一種または複数種とする)を含み、第1
の絶縁体と、第2の絶縁体との界面に、金属Aが、エネルギー分散型X線分光法(EDX
)法により、検出され、第2の絶縁体は、第1の導電体と第2の導電体との間に、第1の
絶縁体を露出する溝を有する半導体装置である。
ンジスタのソースまたはドレインの一方と、容量素子の電極の一方と、に電気的に接続す
ることが好ましい。また、上記において、第1のトランジスタのチャネル形成領域は、金
属酸化物に形成されることが好ましい。
縁体上の第2の導電体と、第1の絶縁体、第1の導電体、および第2の導電体上の第2の
絶縁体と、容量素子と、を有し、第1の導電体、および第2の導電体は、金属A(アルミ
ニウム、銅、タングステン、クロム、銀、金、白金、タンタル、ニッケル、モリブデン、
マグネシウム、ベリリウム、インジウム、およびルテニウムのうちの一種または複数種と
する)を含み、第1の導電体は、容量素子の電極の一方の機能を有し、第1の絶縁体と、
第2の絶縁体との界面に、金属Aが、EDX法により、検出され、第2の絶縁体は、第1
の導電体と第2の導電体との間に、第1の絶縁体を露出する溝を有する半導体装置である
。
スまたはドレインの一方と電気的に接続することが好ましい。また、上記において、第1
のトランジスタのチャネル形成領域は、金属酸化物に形成されることが好ましい。
のゲートと電気的に接続することが好ましい。
も一を有することが好ましい。
金属A(アルミニウム、銅、タングステン、クロム、銀、金、白金、タンタル、ニッケル
、モリブデン、マグネシウム、ベリリウム、インジウム、およびルテニウムのうちの一種
または複数種とする)を含み、第1の導電体の上にパターン形成されたレジストマスクを
形成し、レジストマスクを用いて、第1の導電体をエッチングすることで第2の導電体と
、第3の導電体とを形成し、第2の導電体、第3の導電体を形成後、第1の絶縁体に不純
物除去工程を行い、レジストマスクを除去し、第1の絶縁体と、第2の導電体と、第3の
導電体の上に、第2の絶縁体を形成し、第2の導電体と第3の導電体との間に、第1の絶
縁体が露出する溝を、第2の絶縁体に形成する半導体装置の作製方法である。
記において、第1の導電体は、AlおよびCuの少なくとも一を有することが好ましい。
経路を遮断し、メモリの保持特性を向上することができる。
ク電流を抑制することができる半導体装置を提供できる。または、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、長時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、配線間のリーク電流を抑制することができる半導体装置を提
供できる。
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。
る態様で実施することが可能であり、趣旨およびその範囲から逸脱することなくその形態
および詳細を様々に変更し得ることは当業者であれば容易に理解される。従って、本発明
は、以下の実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。
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。また、図面にお
いて、同一部分又は同様な機能を有する部分には同一の符号を異なる図面間で共通して用
い、その繰り返しの説明は省略する。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。
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。
あり、工程順又は積層順を示すものではない。そのため、例えば、「第1の」を「第2の
」又は「第3の」などと適宜置き換えて説明することができる。また、本明細書等に記載
されている序数詞と、本発明の一態様を特定するために用いられる序数詞は一致しない場
合がある。
関係を、図面を参照して説明するために、便宜上用いている。また、構成同士の位置関係
は、各構成を描写する方向に応じて適宜変化するものである。従って、明細書で説明した
語句に限定されず、状況に応じて適切に言い換えることができる。
少なくとも三つの端子を有する素子である。そして、ドレイン(ドレイン端子、ドレイン
領域またはドレイン電極)とソース(ソース端子、ソース領域またはソース電極)の間に
チャネル形成領域を有しており、チャネル形成領域を介して、ソースとドレインとの間に
電流を流すことができるものである。なお、本明細書等において、チャネル形成領域とは
、電流が主として流れる領域をいう。
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ものとする
。
の含有量が多いものであって、好ましくは酸素が55原子%以上65原子%以下、窒素が
1原子%以上20原子%以下、シリコンが25原子%以上35原子%以下、水素が0.1
原子%以上10原子%以下の濃度範囲で含まれるものをいう。また、窒化酸化シリコン膜
とは、その組成として、酸素よりも窒素の含有量が多いものであって、好ましくは窒素が
55原子%以上65原子%以下、酸素が1原子%以上20原子%以下、シリコンが25原
子%以上35原子%以下、水素が0.1原子%以上10原子%以下の濃度範囲で含まれる
ものをいう。
えることが可能である。例えば、「導電層」という用語を、「導電膜」という用語に変更
することが可能な場合がある。または、例えば、「絶縁膜」という用語を、「絶縁層」と
いう用語に変更することが可能な場合がある。
型(ノーマリーオフ型)の電界効果トランジスタとする。また、本明細書等に示すトラン
ジスタは、明示されている場合を除き、nチャネル型のトランジスタとする。よって、そ
のしきい値電圧(「Vth」ともいう。)は、明示されている場合を除き、0Vよりも大
きいものとする。
で配置されている状態をいう。したがって、-5°以上5°以下の場合も含まれる。また
、「略平行」とは、二つの直線が-30°以上30°以下の角度で配置されている状態を
いう。また、「垂直」とは、二つの直線が80°以上100°以下の角度で配置されてい
る状態をいう。したがって、85°以上95°以下の場合も含まれる。また、「略垂直」
とは、二つの直線が60°以上120°以下の角度で配置されている状態をいう。
合は、XとYとが電気的に接続されている場合と、XとYとが機能的に接続されている場
合と、XとYとが直接接続されている場合とが、本明細書等に開示されているものとする
。したがって、所定の接続関係、例えば、図または文章に示された接続関係に限定されず
、図または文章に示された接続関係以外のものも、図または文章に記載されているものと
する。
、など)であるとする。
とする素子(例えば、スイッチ、トランジスタ、容量素子、インダクタ、抵抗素子、ダイ
オード、表示素子、発光素子、負荷など)が、XとYとの間に接続されていない場合であ
り、XとYとの電気的な接続を可能とする素子(例えば、スイッチ、トランジスタ、容量
素子、インダクタ、抵抗素子、ダイオード、表示素子、発光素子、負荷など)を介さずに
、XとYとが、接続されている場合である。
とする素子(例えば、スイッチ、トランジスタ、容量素子、インダクタ、抵抗素子、ダイ
オード、表示素子、発光素子、負荷など)が、XとYとの間に1個以上接続されることが
可能である。なお、スイッチは、オンオフが制御される機能を有している。つまり、スイ
ッチは、導通状態(オン状態)、または、非導通状態(オフ状態)になり、電流を流すか
流さないかを制御する機能を有している。または、スイッチは、電流を流す経路を選択し
て切り替える機能を有している。なお、XとYとが電気的に接続されている場合は、Xと
Yとが直接的に接続されている場合を含むものとする。
とする回路(例えば、論理回路(インバータ、NAND回路、NOR回路など)、信号変
換回路(DA変換回路、AD変換回路、ガンマ補正回路など)、電位レベル変換回路(電
源回路(昇圧回路、降圧回路など)、信号の電位レベルを変えるレベルシフタ回路など)
、電圧源、電流源、切り替え回路、増幅回路(信号振幅または電流量などを大きく出来る
回路、オペアンプ、差動増幅回路、ソースフォロワ回路、バッファ回路など)、信号生成
回路、記憶回路、制御回路など)が、XとYとの間に1個以上接続されることが可能であ
る。なお、一例として、XとYとの間に別の回路を挟んでいても、Xから出力された信号
がYへ伝達される場合は、XとYとは機能的に接続されているものとする。なお、XとY
とが機能的に接続されている場合は、XとYとが直接的に接続されている場合と、XとY
とが電気的に接続されている場合とを含むものとする。
が電気的に接続されている場合(つまり、XとYとの間に別の素子又は別の回路を挟んで
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(つまり、XとYとの
間に別の回路を挟んで機能的に接続されている場合)と、XとYとが直接接続されている
場合(つまり、XとYとの間に別の素子又は別の回路を挟まず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。つまり、電気的に接続されている、と明示
的に記載されている場合は、単に、接続されている、とのみ明示的に記載されている場合
と同様な内容が、本明細書等に開示されているものとする。
さず)、Xと電気的に接続され、トランジスタのドレイン(又は第2の端子など)が、Z
2を介して(又は介さず)、Yと電気的に接続されている場合や、トランジスタのソース
(又は第1の端子など)が、Z1の一部と直接的に接続され、Z1の別の一部がXと直接
的に接続され、トランジスタのドレイン(又は第2の端子など)が、Z2の一部と直接的
に接続され、Z2の別の一部がYと直接的に接続されている場合では、以下のように表現
することが出来る。
の端子など)とは、互いに電気的に接続されており、X、トランジスタのソース(又は第
1の端子など)、トランジスタのドレイン(又は第2の端子など)、Yの順序で電気的に
接続されている。」と表現することができる。または、「トランジスタのソース(又は第
1の端子など)は、Xと電気的に接続され、トランジスタのドレイン(又は第2の端子な
ど)はYと電気的に接続され、X、トランジスタのソース(又は第1の端子など)、トラ
ンジスタのドレイン(又は第2の端子など)、Yは、この順序で電気的に接続されている
」と表現することができる。または、「Xは、トランジスタのソース(又は第1の端子な
ど)とドレイン(又は第2の端子など)とを介して、Yと電気的に接続され、X、トラン
ジスタのソース(又は第1の端子など)、トランジスタのドレイン(又は第2の端子など
)、Yは、この接続順序で設けられている」と表現することができる。これらの例と同様
な表現方法を用いて、回路構成における接続の順序について規定することにより、トラン
ジスタのソース(又は第1の端子など)と、ドレイン(又は第2の端子など)とを、区別
して、技術的範囲を決定することができる。
は、少なくとも第1の接続経路を介して、Xと電気的に接続され、前記第1の接続経路は
、第2の接続経路を有しておらず、前記第2の接続経路は、トランジスタを介した、トラ
ンジスタのソース(又は第1の端子など)とトランジスタのドレイン(又は第2の端子な
ど)との間の経路であり、前記第1の接続経路は、Z1を介した経路であり、トランジス
タのドレイン(又は第2の端子など)は、少なくとも第3の接続経路を介して、Yと電気
的に接続され、前記第3の接続経路は、前記第2の接続経路を有しておらず、前記第3の
接続経路は、Z2を介した経路である。」と表現することができる。または、「トランジ
スタのソース(又は第1の端子など)は、少なくとも第1の接続経路によって、Z1を介
して、Xと電気的に接続され、前記第1の接続経路は、第2の接続経路を有しておらず、
前記第2の接続経路は、トランジスタを介した接続経路を有し、トランジスタのドレイン
(又は第2の端子など)は、少なくとも第3の接続経路によって、Z2を介して、Yと電
気的に接続され、前記第3の接続経路は、前記第2の接続経路を有していない。」と表現
することができる。または、「トランジスタのソース(又は第1の端子など)は、少なく
とも第1の電気的パスによって、Z1を介して、Xと電気的に接続され、前記第1の電気
的パスは、第2の電気的パスを有しておらず、前記第2の電気的パスは、トランジスタの
ソース(又は第1の端子など)からトランジスタのドレイン(又は第2の端子など)への
電気的パスであり、トランジスタのドレイン(又は第2の端子など)は、少なくとも第3
の電気的パスによって、Z2を介して、Yと電気的に接続され、前記第3の電気的パスは
、第4の電気的パスを有しておらず、前記第4の電気的パスは、トランジスタのドレイン
(又は第2の端子など)からトランジスタのソース(又は第1の端子など)への電気的パ
スである。」と表現することができる。これらの例と同様な表現方法を用いて、回路構成
における接続経路について規定することにより、トランジスタのソース(又は第1の端子
など)と、ドレイン(又は第2の端子など)とを、区別して、技術的範囲を決定すること
ができる。
、Y、Z1、Z2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。
る場合であっても、1つの構成要素が、複数の構成要素の機能を併せ持っている場合もあ
る。例えば配線の一部が電極としても機能する場合は、一の導電膜が、配線の機能、およ
び電極の機能の両方の構成要素の機能を併せ持っている。したがって、本明細書における
電気的に接続とは、このような、一の導電膜が、複数の構成要素の機能を併せ持っている
場合も、その範疇に含める。
機能を有する膜のことであり、該バリア膜に導電性を有する場合は、導電性バリア膜と呼
ぶことがある。
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および作製方法について、図
1乃至図10を用いて説明する。なお、図1乃至図10においては明瞭化のため、半導体
装置の構成を一部省略して図示している。
本発明の一態様に係る半導体装置の構成の一部を図1に示す。図1(B)は、半導体装置
の構成の上面概略図である。また、図1(A)は、図1(B)の一点鎖線x-yにおける
断面概略図に相当する。なお、図1(B)などの上面図においては、溝250の説明のた
め、溝250をハッチパターンで示している。
などの端部が直角に図示されているものがあるが、本実施の形態に示す半導体装置はこれ
に限らず、端部を丸めた形状とすることもできる。
0と、導電体221と、導電体222と、導電体223と、導電体226と、導電体22
7と、膜240aと、膜240bと、溝250と、を有する。
体220を覆うように、基板210および導電体220の上に絶縁体212が設けられて
いる。また、絶縁体212の上に導電体221が設けられている。また、導電体221を
覆うように、絶縁体212および導電体221の上に絶縁体213が設けられている。ま
た、絶縁体213の上に導電体226と導電体227とが同じ層に設けられている。また
、導電体226を覆うように、導電体226の上に膜240aが設けられていて、導電体
227を覆うように、導電体227の上に膜240bが設けられている。また、導電体2
26と導電体227との間の絶縁体213には、溝250が設けられている。
13とに第1の開口部を有し、第1の開口部の内部に導電体222が設けられている。導
電体222を介して導電体220は導電体226と電気的に接続されている。また、図1
に示す半導体装置は、導電体221に達するように、絶縁体213に第2の開口部を有し
、第2の開口部の内部に導電体223が設けられている。導電体223を介して導電体2
21は導電体226と電気的に接続されている。つまり、導電体220と導電体221と
は、導電体226を介して電気的に接続されている。
体221は、導電体220よりも下の層に形成されていてもよい。
に接続された接続電極として、機能する場合がある。また、導電体227は配線として機
能する場合がある。配線には電気抵抗値の低い金属A(なお、金属Aは、アルミニウム、
銅、タングステン、クロム、銀、金、白金、タンタル、ニッケル、モリブデン、マグネシ
ウム、ベリリウム、インジウム、ルテニウムなどの金属材料とする)、または、金属Aを
含む導電体を用いることが好ましい。導電体226または導電体227に金属Aまたは金
属Aを含む導電体を用いる場合、導電体226または導電体227を形成した後、洗浄処
理を行う場合がある。洗浄処理の際に、導電体226または導電体227の端部から金属
Aがわずかに溶け出して、絶縁体213の表面に金属Aの残渣物230(図6参照。)が
形成されてしまう場合がある。
りレジストマスクを除去する。レジストマスク除去の際に、導電体226または導電体2
27の端部から金属Aがわずかに溶け出して、絶縁体213の表面に金属Aの残渣物23
0が形成されてしまう場合がある。なお、金属Aの残渣物230は導電体226または導
電体227の上面または側面に形成されてしまう場合もある。
Transmission Electron Microscope)による観察で確
認するのが困難であるほど非常に薄く、エネルギー分散型X線分光法(EDX:Ener
gy Dispersive X-ray spectroscopy)では、わずかに
金属Aが検出される程度である。しかしながら、金属Aの残渣物230によって、導電体
226と、同じ層に形成された導電体227との間でリーク電流が生じる場合がある。例
えば、10-21A(zA)、10-24A(yA)という極低のリーク電流が要求され
る場合に、金属Aの残渣物230が少量でも存在してしまうと、リーク電流に影響を与え
てしまう蓋然性が高い。
7参照。)。次に、導電体226と、導電体227との間の領域において、膜240およ
び絶縁体213に溝250を設けることで、絶縁体213の一部を露出させる。なお、本
明細書において、溝250とは、少なくとも、絶縁体213上の膜240の一部が除去さ
れた領域とする。溝250は、上面から見た場合、導電体226の周囲に形成され、断面
を見た場合、溝250の下面の位置が導電体226の下面(絶縁体213と接する面)の
位置よりも低い。
金属Aの残渣物230を、膜240と共に除去する。これにより、金属Aの残渣物230
は、金属Aの残渣物230aと金属Aの残渣物230bとに分離することができる。また
、導電体226、導電体227、および絶縁体213の上に膜240を設けることで、溝
250を形成する際に、導電体226、導電体227、および金属Aの残渣物230から
金属Aが溶け出して、金属Aの残渣物が形成されるのを防止することができる。したがっ
て、金属Aの残渣物230を介した導電体226と導電体227との間のリーク電流を抑
制することが可能となる。
体213を露出してもよい。この時、溝250の下面の位置は、導電体226の下面(絶
縁体213と接する面)の位置と同じ高さである。
にも溝250aを形成してもよい。このような構成にすることにより、導電体226の周
囲のみに溝を形成するよりも、同じ層に存在する導電体の周囲全てに溝を形成する方が、
設計の自由度を高めることができる。
のような構成にすることにより、導電体221と、導電体221と同じ層に存在する導電
体(図示せず)との間のリーク電流を抑制することが可能となる。なお、図4(A)にお
いて、導電体226の周囲に溝250を形成しているが、溝250の代わりに、導電体2
27の周囲に溝250aを形成してもよい。
のような構成にすることにより、導電体220と、導電体220と同じ層に存在する導電
体(図示せず)との間のリーク電流を抑制することが可能となる。なお、図4(B)にお
いて、導電体226の周囲に溝250を形成しているが、溝250の代わりに、導電体2
27の周囲に溝250aを形成してもよい。
、ダマシン法またはデュアルダマシン法を用いて、設けることができる。ダマシン法また
はデュアルダマシン法を用いることで、導電体222、導電体223、および導電体22
6の機能を有する導電体の材料として銅を用いることができる。
電体は、絶縁体212および絶縁体213に埋め込むように設けられる。また、導電体2
27も同一工程で設けることで、導電体227は絶縁体213に埋め込まれてもよい。ダ
マシン法またはデュアルダマシン法は、導電体を堆積し、化学的機械研磨(Chemic
al Mechanical Polishing:CMP)法により配線部分と導電体
部分以外の導電体を除去する工程などを含んでいる。該CMP処理の際に、絶縁体213
の表面に導電体222、導電体223、および導電体226の機能を有する導電体として
用いた銅がわずかに残っている場合がある。当該残渣物によって、導電体222、導電体
223、および導電体226の機能を有する導電体と、隣接して形成された導電体227
との間でリーク電流が生じる場合がある。
体227、および絶縁体213の上に膜240を設ける。導電体222、導電体223、
および導電体226の機能を有する導電体と、導電体227との間の領域に、膜240、
および絶縁体213に溝250を設けることで、絶縁体213の一部を露出させる。この
場合、溝250は、上面から見た場合、導電体222、導電体223、および導電体22
6の機能を有する導電体の周囲に形成され、断面を見た場合、溝250の下面の位置が導
電体222、導電体223、および導電体226の機能を有する導電体の上面(絶縁体2
13の上面と同一面)の位置よりも低い。したがって、銅の残渣物を介した、導電体22
2、導電体223、および導電体226の機能を有する導電体と導電体227との間のリ
ーク電流を抑制することが可能となる。
の時、溝250の下面の位置は、導電体222、導電体223、および導電体226の機
能を有する導電体の上面(絶縁体213の上面と同一面)の位置と同じ高さである。
以下では、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1、図5乃至図7を
用いて説明する。図5乃至図7は、いずれも本発明の一態様に係る半導体装置の作製方法
を説明する断面概略図である。図1、図5乃至図7では、同層に設けられた導電体226
と導電体227との間に溝250を形成する工程について説明する。
、積層構造としてもよい。また、基板210と導電体220の間に、絶縁体などを設ける
構造としても構わない。
212は、単層構造としてもよいし、積層構造としてもよい。絶縁体212の成膜は、ス
パッタリング法、化学気相成長(CVD:Chemical Vapor Deposi
tion)法、分子線エピタキシー(MBE:Molecular Beam Epit
axy)法またはパルスレーザ堆積(PLD:Pulsed Laser Deposi
tion)法、原子層堆積(ALD:Atomic Layer 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。
、絶縁体212の成膜時点で上面が平坦性を有していてもよい。または、例えば、絶縁体
212は、絶縁体212を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212
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。なお、絶縁
体212の上面が平坦性を有さなくても構わない。
もよいし、積層構造としてもよい。
213は、単層構造としてもよいし、積層構造としてもよい。また、絶縁体213は、絶
縁体212に用いることのできる絶縁体を援用することができる。なお、絶縁体213は
、絶縁体212と同様に、上面が平坦性を有するように形成してもよい。
電体220に達するように、絶縁体212および絶縁体213に第1の開口部を形成する
。以下、開口部を、ビアホールまたはコンタクトホールと呼ぶ場合がある。
アスペクト比が求められる場合が多い。このため、第1の開口部および第2の開口部の形
成には異方性のドライエッチングを用いることが好ましい。
め込むように導電体222を形成する。以下、導電体222および導電体223をプラグ
と呼ぶ場合がある。導電体222および導電体223の材料としては、金属材料、合金材
料、金属窒化物材料、金属酸化物材料などの導電性材料を、単層または積層して用いるこ
とができる。耐熱性と導電性を両立するタングステンやモリブデンなどの高融点材料を用
いることが好ましく、タングステンを用いることが好ましい。または、アルミニウムや銅
などの低抵抗導電性材料で形成することが好ましい。低抵抗導電性材料を用いることで配
線抵抗を低くすることができる。
成されてもよい。また、導電体222および導電体223は、一括で形成してもよいし、
それぞれ別の工程で形成してもよい。
体223を別の工程で形成する方法について説明する。
の開口部となる開口部を形成し、第1の開口部となる開口部内に第1の導電体を形成する
。次いで、導電体221を形成する際に、第1の導電体の上に接するようにプラグまたは
配線となる導電体を形成する。その後、当該プラグまたは配線となる導電体、絶縁体21
2、および導電体221の上に絶縁体213を形成する。絶縁体213に、当該プラグま
たは配線となる導電体に達する第1の開口部となる開口部と、導電体221に達する第2
の開口部とを同時に形成する。次いで、第1の開口部となる開口部内に第2の導電体、お
よび第2の開口部内に導電体223を同時に形成する。これらの工程により、第1の導電
体と、当該プラグまたは配線となる導電体と、第2の導電体とが接続することで、導電体
222を形成することができる。
磨処理としては、機械的研磨、化学的研磨、CMPなどを行えばよい。
5参照。)。導電体225は、単層構造としてもよいし、積層構造としてもよい。一部を
配線として用いられる導電体225としては、電気抵抗値の低い金属A(なお、金属Aは
、アルミニウム、銅、タングステン、クロム、銀、金、白金、タンタル、ニッケル、モリ
ブデン、マグネシウム、ベリリウム、インジウム、ルテニウムなどの金属材料とする)、
または、金属Aを含む導電体を用いることが好ましい。
リソグラフィー法などを用いて形成すればよい。
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、絶縁体などを所望
の形状に加工することができる。例えば、KrFエキシマレーザ光、ArFエキシマレー
ザ光、EUV(Extreme Ultraviolet)光などを用いて、レジストを
露光することでレジストマスクを形成すればよい。また、基板と投影レンズとの間に液体
(例えば水)を満たして露光する、液浸技術を用いてもよい。また、前述した光に代えて
、電子ビームやイオンビームを用いてもよい。なお、電子ビームやイオンビームを用いる
場合には、マスクは不要となる。なお、レジストマスクの除去には、アッシングなどのド
ライエッチング処理を行う、またはウェットエッチング処理を行う、またはドライエッチ
ング処理に加えて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に加え
てドライエッチング処理を行うことができる。
部をエッチングすることで、導電体226および導電体227を形成する(図6参照。)
。なお、当該エッチングには、ドライエッチングを用いることが好ましい。
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 Couple
d Plasma)エッチング装置などを用いることができる。
ドライエッチング処理を行う、または専用の剥離液などを用いたウェットエッチング処理
を行う、またはドライエッチング処理に加えて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に加えてドライエッチング処理を行うことによってできる。
した不純物が絶縁体213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、フッ素または塩素などがある。
ては、洗浄液などを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、当該洗浄を適宜組み合わせて行ってもよい。
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。
て垂直に形成されているが、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、導電体226および導電体227の側面が、絶縁体213の上面に対して3
0°以上90°未満の角度で傾斜しているテーパー形状としてもよい。
電体226および導電体227の腐食を防止するため、洗浄を行う場合がある。洗浄やレ
ジストマスク除去などの工程の後、図6に示すように、絶縁体213、導電体226、お
よび導電体227の表面に、金属Aの残渣物230が形成される場合がある。金属Aの残
渣物230を介して、接続電極となる導電体226と、配線となる導電体227との間で
リーク電流が生じる蓋然性が高い。
導電体227の上に、膜240を形成する。膜240としては、例えば、絶縁体を用いる
ことができる。また、半導体または導電体を用いてもよい。
部と、金属Aの残渣物230と、膜240とを除去することで、上面から見た場合、溝2
50を、導電体226を取り囲むように設ける(図1(B)参照。)。溝250を形成す
ることで、膜240は、膜240aと膜240bとに分離される。例えば、膜240の材
料として、絶縁体213と同種の材料を用いることが好ましい。または、同じ手法を用い
て、絶縁体213と膜240と、をともに除去できる材料を用いることが好ましい。これ
により、溝250を形成する際、溝250と重なる領域の膜240と絶縁体213の表面
の一部とを一括で除去することができる。また、膜240の材料には、金属Aを含まない
材料を用いることが好ましい。または、膜240の材料に金属Aを含んだ材料を用いても
、溝250と重なる領域の膜240を除去した後に金属Aの残渣物が形成されなければよ
い。なお、絶縁体213の表面の一部、金属Aの残渣物230、および膜240に形成さ
れる溝250は、それぞれ別の工程で形成してもよい。
の間に形成された金属Aの残渣物230aと、絶縁体213および導電体227と膜24
0bとの間に形成された金属Aの残渣物230bと、に分離することができる。つまり、
導電体226と導電体227との間の金属Aの残渣物230を介した電気的接続を分断す
ることができる。
0を有することで、導電体226と導電体227との間のリーク電流を抑制することが可
能となる。
できる。したがって、微細化または高集積化が可能な半導体装置を実現ができる。
以下では、本発明の一態様に係る半導体装置の構成の具体例について、図1を用いて説明
する。
素子を構成する一部である場合を説明する。
ドレイン(ドレイン領域またはドレイン電極)の一方として機能でき、導電体221は、
容量素子の一方の電極として機能できる。また、導電体227は、配線として機能できる
。導電体226に、トランジスタのソースまたはドレインの一方と、容量素子の電極の一
方とが電気的に接続することから、導電体226を接続電極と呼称する場合がある。なお
、導電体221と導電体220のそれぞれが有する機能を入れ替えてもよい。
、図1(B)に示すように、導電体226の外縁を一周するように、溝250を設けると
よい。なお、溝250は、少なくとも、導電体226と、同層に形成された他の導電体と
の間に設ければよく、必ずしも導電体226の外縁に沿わなくともよい。例えば、矩形以
外の形状を有する導電体226に対し、導電体226が内側になるような矩形を描くよう
に、溝250を設けてもよい。また、溝250は、導電体226の形状に関わらず、四角
形、四角形以外の多角形、円形、または曲線を有する閉じた形状を描くように設けること
ができる。
6および導電体227に印加される電圧に応じて、リーク電流が生じない程度の距離を保
てればよい。また、導電体226上の膜240aのみを残存させ、膜240bおよび膜2
40aと重ならない領域の絶縁体213の表面の一部を除去してもよい。
ローティングノード(FN)に入力された電圧)を、長時間に渡って保持することができ
る。また、オフ電流が非常に小さいという特徴を有する酸化物半導体を有するトランジス
タを、メモリセルに設けることで、メモリセルの容量素子に保存された電荷(フローティ
ングノード(FN)に入力された電圧)を、長時間に渡って保持することができる。
ジスタのソースまたはドレインの一方の機能を有し、導電体220および導電体221の
他方は、容量素子の一方の電極の機能を有する、とした例を示しているが、これに限定さ
れない。例えば、導電体220および導電体221の一方は、トランジスタのソースまた
はドレインの一方の機能と、容量素子の一方の電極の機能と、を有し、導電体220およ
び導電体221の他方を形成しない場合がある。また、例えば、導電体220および導電
体221の一方は、トランジスタのソースまたはドレインの一方の機能を有し、導電体2
26は、容量素子の一方の電極の機能を有し、導電体220および導電体221の他方を
形成しない場合がある。
例を示しているが、これに限定されない。例えば、第1のトランジスタと、容量素子と、
第2のトランジスタと、を有した半導体装置でもよい。例えば、導電体220および導電
体221の一方は、第1のトランジスタのソースまたはドレインの一方の機能と、容量素
子の一方の電極の機能と、を有し、導電体220および導電体221の他方は、第2のト
ランジスタのゲートの機能を有する場合がある。また、例えば、導電体220および導電
体221の一方は、第1のトランジスタのソースまたはドレインの一方の機能を有し、導
電体220および導電体221の他方は、第2のトランジスタのゲートの機能を有し、導
電体226は、容量素子の一方の電極の機能を有する場合がある。
本実施の形態で示す半導体装置に設けられているトランジスタの構成例について、図8を
用いて説明する。
とが好ましい。オフ電流が小さいトランジスタをトランジスタに用いることで、トランジ
スタのソースまたはドレインの一方と接続電極を介して電気的に接続している容量素子の
一方の電極に与えられた電荷を長期間保持することができる。オフ電流が小さいトランジ
スタとして、チャネル形成領域に酸化物半導体を有するトランジスタ(酸化物半導体トラ
ンジスタ)が挙げられる。酸化物半導体トランジスタは、オフ電流が低い、シリコンを有
するトランジスタと重ねて作製できる等の利点がある。本実施の形態に示す半導体装置に
設けられているトランジスタに酸化物半導体トランジスタを用いることで、本実施の形態
に示す半導体装置のデータの保持性能を向上させることができる。
ある。また、図8(B)は、図8(A)にA1-A2の一点鎖線で示す部位の断面図であ
る。つまりトランジスタ400aのチャネル長方向の断面図を示す。図8(C)は、図8
(A)にA3-A4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400a
のチャネル幅方向の断面図を示す。図8(A)の上面図では、図の明瞭化のために一部の
要素を省いて図示している。なお、トランジスタのチャネル長方向とは、基板と水平な面
内において、ソース(ソース領域またはソース電極)及びドレイン(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、チャネル幅方向とは、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。
に配置された絶縁体401および絶縁体301と、絶縁体301に埋め込まれるように配
置された導電体310(導電体310aおよび導電体310b)と、導電体310の上に
配置された絶縁体302、絶縁体303、および絶縁体402と、絶縁体402の上に配
置された酸化物406aと、酸化物406aの上に配置された酸化物406bと、酸化物
406bの上に、距離的に離間して配置された導電体416a1および導電体416a2
と、酸化物406b、導電体416a1、および導電体416a2の上に配置された酸化
物406cと、酸化物406cの上に配置された絶縁体412と、少なくとも一部が酸化
物406bと重なるように、絶縁体412の上に配置された導電体404(導電体404
a、導電体404b、および導電体404c)と、を有する。
a1、導電体416a2、絶縁体412、導電体404などの上に絶縁体410が配置さ
れる。
の内壁に接して導電体310aが形成され、さらに内側に導電体310bが形成されてい
る。ここで、導電体310aおよび導電体310bの上面の高さと、絶縁体301の上面
の高さは同程度にできる。導電体310は、ゲート電極の一方として機能できる。
とが好ましい。また、例えば、タンタル、窒化タンタル、ルテニウム、酸化ルテニウムな
どを用いることが好ましく、単層または積層とすればよい。これにより、絶縁体401よ
り下層から水、水素などの不純物が導電体310を通じて上層に拡散するのを抑制するこ
とができる。なお、導電体310aは、水素原子、水素分子、水分子、酸素原子、酸素分
子、窒素原子、窒素分子、酸化窒素分子(N2O、NO、NO2など)、銅原子などの不
純物の少なくとも一が透過しにくいことが好ましい。また、以下において、不純物が透過
しにくい導電性材料について記載する場合も同様である。導電体310aが酸素の透過を
抑制する機能を持つことにより、導電体310bが酸化により導電率が低下することを防
ぐことができる。
ア絶縁膜として機能できる。絶縁体401は、水、水素などの不純物が透過しにくい絶縁
性材料を用いることが好ましく、例えば、酸化アルミニウムなどを用いることが好ましい
。これにより、水、水素などの不純物が絶縁体401より上層に拡散するのを抑制するこ
とができる。なお、絶縁体401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(N2O、NO、NO2など)、銅原子などの不純物の少なくとも一が透
過しにくいことが好ましい。また、以下において、不純物が透過しにくい絶縁性材料につ
いて記載する場合も同様である。
材料を用いることが好ましい。これにより、絶縁体402などに含まれる酸素が下方拡散
するのを抑制することができる。これにより、酸化物406bに効果的に酸素を供給する
ことができる。
ことが好ましく、例えば、酸化アルミニウム、酸化ハフニウムなどを用いることが好まし
い。これにより、絶縁体303より下層から水、水素などの不純物が絶縁体303より上
層に拡散するのを抑制することができる。さらに、絶縁体402などに含まれる酸素が下
方拡散するのを抑制することができる。
具体的には、昇温脱離ガス分析法(TDS(Thermal Desorption S
pectroscopy))にて、酸素原子に換算した酸素の脱離量が1.0×1018
atoms/cm3以上、好ましくは3.0×1020atoms/cm3以上である絶
縁体を用いることが好ましい。なお、加熱により放出される酸素を「過剰酸素」ともいう
。このような絶縁体402を酸化物406aに接して設けることにより、酸化物406b
に効果的に酸素を供給することができる。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
。
好ましい。例えば、絶縁体402の水素の脱離量は、TDSにおいて、膜の表面温度が5
0℃から500℃の範囲において、水素分子に換算した脱離量が、絶縁体402の面積当
たりに換算して、2×1015molecules/cm2以下、好ましくは1×101
5molecules/cm2以下、より好ましくは5×1014molecules/
cm2以下であればよい。
なお、トランジスタ400aでは、ゲート絶縁膜として絶縁体302、絶縁体303、お
よび絶縁体402が積層された絶縁膜を用いているが、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、ゲート絶縁膜として、絶縁体302、絶縁体30
3、および絶縁体402のいずれか2層または1層を用いてもよい。
酸化物406cを有することが好ましい。
6bは酸化物406aの上面に接して配置されることが好ましい。
領域は、上面図において第1の領域と第2の領域に挟まれる。本実施の形態に示すトラン
ジスタ400aは、酸化物406bの第1の領域上に接して導電体416a1を有する。
また、酸化物406bの第2の領域上に接して導電体416a2を有する。酸化物406
bの第1の領域または第2の領域の一方は、ソース領域として機能でき、他方はドレイン
領域として機能できる。また、酸化物406bの第3の領域はチャネル形成領域として機
能できる。
6b、導電体416a1、導電体416a2の上に配置されることが好ましい。また、酸
化物406cが、酸化物406aおよび酸化物406bの側面を覆う構成にしてもよい。
図8(C)に示すように、酸化物406aおよび酸化物406bのチャネル幅方向の側面
が酸化物406cに接することが好ましい。さらに、ゲート電極の他方として機能する導
電体404は、ゲート絶縁膜として機能する絶縁体412を介して酸化物406bの第3
の領域の全体を覆うように配置される。
してもよい。例えば、酸化物406aおよび酸化物406bのチャネル長方向の側面が酸
化物406cに接する構成にしてもよい。
発明の一態様はこれに限定されない。例えば、酸化物406aまたは酸化物406cの一
方がない2層構造としても構わない。または、酸化物406aの上もしくは下、または酸
化物406cの上もしくは下に、後述する半導体のいずれか一を有する4層構造としても
構わない。または、酸化物406aの上、酸化物406aの下、酸化物406cの上、酸
化物406cの下のいずれか二箇所以上に、酸化物406a、酸化物406b、および酸
化物406cとして、本実施の形態で例示する半導体のいずれか一を有するn層構造(n
は5以上の整数)としても構わない。
bの上面に接して配置されることが好ましい。ここで、導電体416a1は、ソース電極
またはドレイン電極の一方として機能でき、導電体416a2は、ソース電極またはドレ
イン電極の他方として機能できる。
6aの一方の側端部および酸化物406bの一方の側端部と略一致することが好ましい。
また、同様に、導電体416a2の一方の側端部は、酸化物406aの他方の側端部およ
び酸化物406bの他方の側端部と略一致することが好ましい。このような構成にするこ
とにより、酸化物406aおよび酸化物406bの側面が、導電体416a1および導電
体416a2に接しない。したがって、酸化物406aおよび酸化物406bの側面の酸
素が、導電体416a1および導電体416a2に引き抜かれて、酸化物406aおよび
酸化物406bの側面に酸素欠損が形成されることを防ぐことができる。また、酸化物4
06aおよび酸化物406bの側面から導電体416a1および導電体416a2に起因
する不純物が侵入することを防ぐことができる。
離、即ちトランジスタのチャネル長は、10nm以上300nm以下、代表的には20n
m以上180nm以下とする。
が90°未満のテーパー角を有することが好ましい。導電体416a1および導電体41
6a2の互いに向かい合う側面と底面のなす角が45°以上75°以下であることがより
好ましい。このように導電体416a1および導電体416a2を形成することにより、
酸化物406cを導電体416a1および導電体416a2が形成する段差部にも被覆性
良く成膜することができる。したがって、酸化物406cが段切れなどを起こして、酸化
物406bと絶縁体412とが接するのを防ぐことができる。
2の上面に接してバリア膜417a2が設けられることが好ましい。バリア膜417a1
およびバリア膜417a2は、水、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。バリア膜417a1およびバリア膜417a2として、例えば、酸化アルミニウ
ムなどを用いることができる。これにより、導電体416a1および導電体416a2の
酸化に、周囲の過剰酸素が用いられることを防ぐことができる。さらに、導電体416a
1および導電体416a2の酸化によって、導電体416a1および導電体416a2の
電気抵抗値が増加することを防ぐことができる。なお、導電体の電気抵抗値の測定は、2
端子法などを用いて測定することができる。
て、バリア膜417a1を有することで、導電体404と導電体416a1との間の寄生
容量を小さくすることができる。同様に、導電体404と導電体416a2との間に、絶
縁体412、酸化物406cに加えて、バリア膜417a2を有することで、導電体40
4と導電体416a2との間の寄生容量を小さくすることができる。よって、本実施の形
態に示すトランジスタは、周波数特性に優れたトランジスタとなる。なお、バリア膜41
7a1およびバリア膜417a2を設けない構成としてもよい。
ことが好ましい。絶縁体412は、絶縁体402と同様に、加熱により酸素が放出される
絶縁体を用いて形成することが好ましい。このような絶縁体412を酸化物406cの上
面に接して設けることにより、酸化物406bに効果的に酸素を供給することができる。
また、絶縁体402と同様に、絶縁体412中の水、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。
構成とすることが好ましい。絶縁体412上に導電体404aが配置され、導電体404
a上に導電体404bが配置され、導電体404b上に導電体404cが配置される。絶
縁体412および導電体404は、酸化物406bと重なる領域を有する。また、導電体
404a、導電体404b、および導電体404cの側面は概略一致する。ここで、導電
体404はゲート電極の他方として機能する。また、ゲート電極の他方として機能する導
電体404のチャネル長方向の幅は、10nm以上300nm以下、好ましくは、20n
m以上180nm以下とする。
ト電極として機能できる。ゲート電極とバックゲート電極で半導体のチャネル形成領域を
挟むように配置される。バックゲート電極の電位は、ゲート電極と同電位としてもよいし
、接地電位や、任意の電位としてもよい。また、バックゲート電極の電位をゲート電極と
連動させず独立して変化させることで、トランジスタのしきい値電圧を変化させることが
できる。
06a、酸化物406bまたは酸化物406cとして用いることができる金属酸化物を用
いることができる。特に、In-Ga-Zn酸化物のうち、導電性が高く、金属の原子数
比が[In]:[Ga]:[Zn]=4:2:3から4.1、およびその近傍値の金属酸
化物を用いることが好ましい。このような導電体404aを設けることで、導電体404
bおよび導電体404cへの酸素の透過を抑制することができる。したがって、導電体4
04bおよび導電体404cの酸化によって、導電体404bおよび導電体404cの電
気抵抗値が増加することを防ぐことができる。また、酸化物406bに過剰酸素を供給す
ることが可能となる。
性を向上できる導電体が好ましい。例えば導電体404bは、窒化チタンなどを用いるこ
とが好ましい。
を介して、酸化物406bの第3の領域近傍の上面およびチャネル幅方向の側面を覆うよ
うに設けられる。したがって、ゲート電極として機能する導電体404の電界によって、
酸化物406bの第3の領域近傍の上面およびチャネル幅方向の側面を電気的に取り囲む
ことができる。導電体404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。そのため、酸化物406bの第3の領域近傍の上面およびチャネル幅方向の側面
にチャネルを形成することができるので、ソース-ドレイン間に大電流を流すことができ
、導通時の電流(オン電流)を大きくすることができる。また、酸化物406bの第3の
領域近傍の上面およびチャネル幅方向の側面が、導電体404の電界によって取り囲まれ
ていることから、非導通時の電流(オフ電流)を小さくすることができる。
ア膜418は、酸素が透過しにくい材料を用いることが好ましく、例えば酸化アルミニウ
ムなどを用いることができる。これにより、導電体404の酸化に、周囲の過剰酸素が用
いられることを防ぐことができる。このように、バリア膜418はゲートを保護するゲー
トキャップとしての機能を有する。なお、バリア膜418を設けない構成としてもよい。
本実施の形態で示す半導体装置に設けられている容量素子の構成例について、図9を用い
て、説明する。
量素子80aは、導電体82と、絶縁体83と、導電体84と、を有している。図9(A
)に示すように、絶縁体81の上に導電体82が設けられ、導電体82を覆うように絶縁
体83が設けられ、絶縁体83を覆うように導電体84が設けられ、導電体84の上に絶
縁体85が設けられている。
3の凸部の側面に接するように設けられることが好ましい。これにより、導電体82の上
面だけでなく、導電体82の側面も容量素子として機能させることができるので、容量値
を大きくすることができる。
aの他方の電極として機能し、絶縁体83は容量素子80aの誘電体として機能する。
、リン、アルミニウム、チタン、クロム、マンガン、コバルト、ニッケル、銅、亜鉛、ガ
リウム、イットリウム、ジルコニウム、モリブデン、ルテニウム、銀、インジウム、スズ
、タンタルおよびタングステンを一種以上含む導電体を、単層で、または積層で用いれば
よい。例えば、合金や化合物であってもよく、アルミニウムを含む導電体、銅およびチタ
ンを含む導電体、銅およびマンガンを含む導電体、インジウム、スズおよび酸素を含む導
電体、チタンおよび窒素を含む導電体などを用いてもよい。なお、導電体82および導電
体84の成膜は、スパッタリング法、CVD法、MBE法、PLD法、ALD法などを用
いて行うことができる。
ウム、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、酸化タンタルなどから選ばれた一種以上含む絶縁体を用いること
ができる。特に、ハフニウムシリケート(HfSixOy(x>0、y>0))、窒素が
添加されたハフニウムシリケート(HfSixOyNz(x>0、y>0、z>0))、
窒素が添加されたハフニウムアルミネート(HfAlxOyNz(x>0、y>0、z>
0))、酸化ハフニウム、酸化イットリウムなどのhigh-k材料を用いることが好ま
しい。また、絶縁体83としてhigh-k材料を用いる場合、熱処理を行うことで容量
値を大きくすることができる場合がある。このようなhigh-k材料を用いることで、
絶縁体83を厚くしても容量素子80aの容量値を十分確保することができる。絶縁体8
3を厚くすることにより、導電体82と導電体84の間に生じるリーク電流を抑制するこ
とができる。なお、絶縁体83の成膜は、スパッタリング法、CVD法、MBE法、PL
D法、ALD法などを用いて行うことができる。
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。例えば、絶縁体81および絶縁体85と
しては、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、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、酸化ガリウム、酸化ゲルマニウム、酸化イットリウム、酸
化ジルコニウム、酸化ランタン、酸化ネオジム、酸化ハフニウムまたは酸化タンタルを用
いればよい。なお、絶縁体81および絶縁体85の成膜は、スパッタリング法、CVD法
、MBE法、PLD法、ALD法などを用いて行うことができる。また、絶縁体85は、
有機シランガス(例えば、TEOS(Tetra-Ethyl-Ortho-Silic
ate)など)を用いて成膜してもよい。
に形成されている点において、図9(A)に示す容量素子80aと異なる。なお、図9(
B)では、導電体84の側面と導電体82の側面とが概略一致するように設けられている
が、容量素子80bはこれに限られるものではない。
設けられており、導電体82が当該開口内に設けられている点において、図9(A)に示
す容量素子80aと異なる。ここで、絶縁体86の開口と絶縁体81の上面とで構成され
た空間を溝部とみなすことができ、導電体82は当該溝部に沿って設けられることが好ま
しい。また、図9(C)に示すように、絶縁体86の上面と導電体82の上面とが概略一
致するように形成されてもよい。
こで、導電体84は、上記溝部において、絶縁体83を介して導電体82と重畳する領域
を有する。また、絶縁体83は導電体82の上面を覆うように設けられることが好ましい
。このように絶縁体83を設けることで、導電体82と導電体84との間でリーク電流が
流れるのを防ぐことができる。また、絶縁体83の側面と導電体84の側面とが概略一致
するように設けられていてもよい。このように、容量素子80cは、コンケーブ型または
シリンダー型などの形状とすることが好ましい。なお、容量素子80cにおいて、導電体
82、絶縁体83、および導電体84の上面形状が四角形以外の多角形状となってもよい
し、楕円を含む円形状となってもよい。
上面に接して配置されている点において、図9(A)に示す容量素子80aと異なる。容
量素子80dは、絶縁体81上に設けられ、導電体82(導電体82a、および導電体8
2b)と、絶縁体83と、導電体84とを有する。
ような凸状を有する構造体とすることで、容量素子の投影面積当たりの容量を増加させる
ことができる。従って、半導体装置の小面積化、高集積化、微細化が可能となる。
基板210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。
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210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210として
、繊維を編みこんだシート、フィルム、箔などを用いてもよい。また、基板210が伸縮
性を有してもよい。また、基板210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210
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210を薄く
すると、トランジスタを有する半導体装置を軽量化することができる。また、基板210
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210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。
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210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210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1×1
0-5/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
210として好適である。
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。
うことによって、トランジスタの電気特性を安定にすることができる。例えば絶縁体40
1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。また、絶縁体303に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
絶縁体を用いてもよい。絶縁体401および絶縁体303は、絶縁体402などと比べて
、水、水素などの不純物が透過しにくい絶縁性材料を用いて形成することが好ましい。
化アルミニウム、酸化窒化アルミニウム、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、酸化タンタルなどの金属酸化物、窒化酸化シリコン、窒化シリコン、窒化アルミ
ニウムなどを単層で、または積層で用いればよい。
び酸化物406cに水素などの不純物が混入することを抑制することができる。また、例
えば、絶縁体401が酸化アルミニウムを有することで、上述の酸化物406a、酸化物
406bおよび酸化物406cへ添加された過剰酸素の外方拡散を低減することができる
。
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、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。例えば、絶
縁体301、絶縁体302、絶縁体402および絶縁体412としては、酸化シリコンま
たは酸化窒化シリコンを有することが好ましい。
として機能するので比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30
2、絶縁体303、絶縁体402および絶縁体412は、酸化ガリウム、酸化ハフニウム
、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
有する酸化窒化物などを有することが好ましい。または、絶縁体302、絶縁体303、
絶縁体402および絶縁体412は、酸化シリコンまたは酸化窒化シリコンと、比誘電率
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、比誘電率の高い絶縁体と組み合わせることで、熱的に安
定かつ比誘電率の高い積層構造とすることができる。例えば、酸化アルミニウム、酸化ガ
リウムまたは酸化ハフニウムを酸化物406c側に有することで、酸化シリコンまたは酸
化窒化シリコンに含まれるシリコンが、酸化物406bに混入することを抑制することが
できる。また、例えば、酸化シリコンまたは酸化窒化シリコンを酸化物406c側に有す
ることで、酸化アルミニウム、酸化ガリウムまたは酸化ハフニウムと、酸化シリコンまた
は酸化窒化シリコンと、の界面にトラップセンターが形成される場合がある。該トラップ
センターは、電子を捕獲することでトランジスタのしきい値電圧をプラス方向に変動させ
ることができる場合がある。
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
410は、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコン、窒化シリコン、フッ素
を添加した酸化シリコン、炭素を添加した酸化シリコン、炭素および窒素を添加した酸化
シリコンまたは空孔を有する酸化シリコンと、樹脂と、の積層構造を有することが好まし
い。酸化シリコンおよび酸化窒化シリコンは、熱的に安定であるため、樹脂と組み合わせ
ることで、熱的に安定かつ比誘電率の低い積層構造とすることができる。樹脂としては、
例えば、ポリエステル、ポリオレフィン、ポリアミド(ナイロン、アラミドなど)、ポリ
イミド、ポリカーボネート、アクリルなどがある。
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てもよい。バリア膜41
7a1およびバリア膜417a2によって、酸化物406cおよび絶縁体412中の過剰
酸素が、導電体416a1および導電体416a2へと拡散することを防止することがで
きる。
、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、酸化タンタルなどの金属酸化物、窒化酸化シリコン、窒化シリコン
などを用いればよい。
導電体404、導電体310、導電体416a1、導電体416a2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。
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(I
TO:Indium Tin Oxide)、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406a、酸化物406bおよび酸化
物406c中に含まれる水素を捕獲することができる場合がある。または、外方の絶縁体
などから混入する水素を捕獲することができる場合がある。
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。
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。
ばよい。また、絶縁体401と接する導電体310aとしては、例えば、チタン、窒化チ
タン、窒化タンタルなどのバリア層(拡散防止層)を積層または単層で用いることができ
る。
310aに不純物が透過しにくい導電性材料を用いることで、トランジスタへの不純物の
拡散をさらに抑制することができる。よって、トランジスタの信頼性をさらに高めること
ができる。
透過しにくい導電性材料を用いてもよい。バリア膜417a1、バリア膜417a2、お
よびバリア膜418に導電性材料を用いる場合は、酸素が放出されにくい、または、吸収
されにくい導電性材料を用いることが好ましい。
酸化物406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、本発明に係る酸化物406に適用可能な金属
酸化物について説明する。
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、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、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。
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、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。
de)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(met
al oxynitride)と呼称してもよい。
以下では、本発明の一態様で開示されるトランジスタに用いることができるCAC(Cl
oud-Aligned Composite)-OSの構成について説明する。
)、及びCAC(Cloud-Aligned Composite)と記載する場合が
ある。なお、CAACは結晶構造の一例を表し、CACは機能、または材料の構成の一例
を表す。
と、材料の一部では絶縁性の機能とを有し、材料の全体では半導体としての機能を有する
。なお、CAC-OSまたはCAC-metal oxideを、トランジスタの活性層
に用いる場合、導電性の機能は、キャリアとなる電子(またはホール)を流す機能であり
、絶縁性の機能は、キャリアとなる電子を流さない機能である。導電性の機能と、絶縁性
の機能とを、それぞれ相補的に作用させることで、スイッチングさせる機能(On/Of
fさせる機能)をCAC-OSまたはCAC-metal oxideに付与することが
できる。CAC-OSまたはCAC-metal oxideにおいて、それぞれの機能
を分離させることで、双方の機能を最大限に高めることができる。
領域を有する。導電性領域は、上述の導電性の機能を有し、絶縁性領域は、上述の絶縁性
の機能を有する。また、材料中において、導電性領域と、絶縁性領域とは、ナノ粒子レベ
ルで分離している場合がある。また、導電性領域と、絶縁性領域とは、それぞれ材料中に
偏在する場合がある。また、導電性領域は、周辺がぼけてクラウド状に連結して観察され
る場合がある。
縁性領域とは、それぞれ0.5nm以上10nm以下、好ましくは0.5nm以上3nm
以下のサイズで材料中に分散している場合がある。
有する成分により構成される。例えば、CAC-OSまたはCAC-metal oxi
deは、絶縁性領域に起因するワイドギャップを有する成分と、導電性領域に起因するナ
ローギャップを有する成分と、により構成される。当該構成の場合、キャリアを流す際に
、ナローギャップを有する成分において、主にキャリアが流れる。また、ナローギャップ
を有する成分が、ワイドギャップを有する成分に相補的に作用し、ナローギャップを有す
る成分に連動してワイドギャップを有する成分にもキャリアが流れる。このため、上記C
AC-OSまたはCAC-metal oxideをトランジスタのチャネル形成領域に
用いる場合、トランジスタの導通状態において高い電流駆動力、つまり大きなオン電流、
及び高い電界効果移動度を得ることができる。
(matrix composite)、または金属マトリックス複合材(metal
matrix composite)と呼称することもできる。
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 ali
gned crystalline oxide semiconductor)、多結
晶酸化物半導体、nc-OS(nanocrystalline oxide semi
conductor)、擬似非晶質酸化物半導体(a-like OS:amorpho
us-like oxide semiconductor)、非晶質酸化物半導体など
がある。
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。
ある。また、歪みにおいて、五角形、七角形などの格子配列を有する場合がある。なお、
CAAC-OSにおいて、歪み近傍においても、明確な結晶粒界(グレインバウンダリー
ともいう)を確認することはできない。即ち、格子配列の歪みによって、結晶粒界の形成
が抑制されていることがわかる。これは、CAAC-OSが、a-b面方向において酸素
原子の配列が稠密でないことや、金属元素が置換することで原子間の結合距離が変化する
ことなどによって、歪みを許容することができるためと考えられる。
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の一部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層のインジウムの一部が元素Mと置換した場合
、(In,M)層と表すこともできる。
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。
nm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。
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。
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。
続いて、上記酸化物半導体をトランジスタに用いる場合について説明する。
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
。
化物半導体膜のキャリア密度を低くする場合においては、酸化物半導体膜中の不純物濃度
を低くし、欠陥準位密度を低くすればよい。本明細書等において、不純物濃度が低く、欠
陥準位密度の低いことを高純度真性または実質的に高純度真性と言う。例えば、酸化物半
導体は、キャリア密度が8×1011/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。
いため、トラップ準位密度も低くなる場合がある。
く、あたかも固定電荷のように振る舞うことがある。そのため、トラップ準位密度の高い
酸化物半導体にチャネル形成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。
低減することが有効である。また、酸化物半導体中の不純物濃度を低減するためには、近
接する膜中の不純物濃度も低減することが好ましい。不純物としては、水素、窒素、アル
カリ金属、アルカリ土類金属、鉄、ニッケル、シリコン等がある。
ここで、酸化物半導体中における各不純物の影響について説明する。
半導体において欠陥準位が形成される。このため、酸化物半導体におけるシリコンや炭素
の濃度と、酸化物半導体との界面近傍のシリコンや炭素の濃度(二次イオン質量分析法(
SIMS:Secondary Ion Mass Spectrometry)により
得られる濃度)を、2×1018atoms/cm3以下、好ましくは2×1017at
oms/cm3以下とする。
成し、キャリアを生成する場合がある。従って、アルカリ金属またはアルカリ土類金属が
含まれている酸化物半導体を用いたトランジスタはノーマリーオン特性となりやすい。こ
のため、酸化物半導体中のアルカリ金属またはアルカリ土類金属の濃度を低減することが
好ましい。具体的には、SIMSにより得られる酸化物半導体中のアルカリ金属またはア
ルカリ土類金属の濃度を、1×1018atoms/cm3以下、好ましくは2×101
6atoms/cm3以下にする。
密度が増加し、n型化しやすい。この結果、窒素が含まれている酸化物半導体を半導体に
用いたトランジスタはノーマリーオン特性となりやすい。従って、該酸化物半導体におい
て、窒素はできる限り低減されていることが好ましい、例えば、酸化物半導体中の窒素濃
度は、SIMSにおいて、5×1019atoms/cm3未満、好ましくは5×101
8atoms/cm3以下、より好ましくは1×1018atoms/cm3以下、さら
に好ましくは5×1017atoms/cm3以下とする。
、酸素欠損を形成する場合がある。該酸素欠損に水素が入ることで、キャリアである電子
が生成される場合がある。また、水素の一部が金属原子と結合する酸素と結合して、キャ
リアである電子を生成することがある。従って、水素が含まれている酸化物半導体を用い
たトランジスタはノーマリーオン特性となりやすい。このため、酸化物半導体中の水素は
できる限り低減されていることが好ましい。具体的には、酸化物半導体において、SIM
Sにより得られる水素濃度を、1×1020atoms/cm3未満、好ましくは1×1
019atoms/cm3未満、より好ましくは5×1018atoms/cm3未満、
さらに好ましくは1×1018atoms/cm3未満とする。
で、安定した電気特性を付与することができる。
本実施の形態に示すトランジスタは図8に示すものに限られるものではない。以下では、
本実施の形態に示すトランジスタの変形例について、図10を用いて説明する。また、以
下において、トランジスタ400aと同一の符号を付した構成については、トランジスタ
400aの対応する記載を参酌することができる。
400cは、基板(図示せず)の上に配置された絶縁体401および絶縁体301と、絶
縁体301に埋め込まれるように配置された導電体310と、絶縁体301と導電体31
0の上に配置された絶縁体302と、絶縁体302の上に配置された絶縁体303と、絶
縁体303の上に配置された絶縁体402と、絶縁体402の上に配置された酸化物40
6aと、酸化物406aの上面の少なくとも一部に接して配置された酸化物406bと、
酸化物406bの上に配置された酸化物406cと、酸化物406cの上に配置された絶
縁体412と、絶縁体412の上に配置された導電体404と、導電体404の上に配置
された絶縁体419aと、絶縁体412、導電体404、および絶縁体419aの側面に
接して配置された絶縁体419bと、酸化物406cの上面に接し、かつ絶縁体419b
の側面に接して配置された絶縁体409と、を有する。ここで、図10(B)に示すよう
に、絶縁体419bの上面は、絶縁体419aの上面と略一致することが好ましい。また
、絶縁体409は、絶縁体419a、絶縁体402、絶縁体419b、酸化物406a、
酸化物406b、および酸化物406cを覆って設けられることが好ましい。
縁体409、絶縁体419a、および絶縁体419bを有する点、および酸化物406a
、酸化物406b、および酸化物406cに領域426a、領域426b、および領域4
26cが形成されている点において、トランジスタ400aと異なる。
領域426bおよび領域426cは、絶縁体409の成膜により低抵抗化された領域であ
り、領域426aより導電性が高い領域となる。したがって、領域426bおよび領域4
26cは、本明細書において、導電体として扱う場合がある。領域426bおよび領域4
26cは、絶縁体409の成膜雰囲気に含まれる、水素、窒素などの不純物元素が添加さ
れる。これにより、酸化物406の絶縁体409と接する領域を中心に、添加された不純
物元素により酸素欠損が形成され、さらに当該不純物元素が酸素欠損に入り込むことで、
キャリア密度が高くなり、低抵抗化される。
くとも一方の濃度が大きくなることが好ましい。水素または窒素の濃度は、SIMSなど
を用いて測定すればよい。
捕獲される元素を添加されることで低抵抗化される。このような元素としては、代表的に
は水素、ホウ素、炭素、窒素、フッ素、リン、硫黄、塩素、チタン、希ガス等が挙げられ
る。また、希ガス元素の代表例としては、ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、お
よびキセノン等がある。よって、領域426bおよび領域426cは、上記元素の一つま
たは複数を含む構成にすればよい。
物406b、酸化物406cの少なくとも絶縁体409と重なる領域に形成される。ここ
で、酸化物406bの領域426bはソース領域およびドレイン領域の一方として機能で
き、酸化物406bの領域426cは、ソース領域およびドレイン領域の他方として機能
できる。また、酸化物406bの領域426aはチャネル形成領域として機能できる。
cが、酸化物406の絶縁体409と接する領域と、絶縁体419bおよび絶縁体412
の両端部近傍と重なる領域と、に形成されることが好ましい。このとき、領域426bお
よび領域426cの導電体404と重なる部分は、所謂オーバーラップ領域(Lov領域
ともいう)として機能する。Lov領域を有する構造とすることで、酸化物406のチャ
ネル形成領域と、ソース領域およびドレイン領域との間に高抵抗領域が形成されないため
、トランジスタのオン電流および移動度を大きくすることができる。
12、導電体404の側面の位置と、略一致することが好ましい。絶縁体419aは、A
LD法を用いて成膜することが好ましい。これにより、絶縁体419aの膜厚を1nm以
上20nm以下程度、好ましくは5nm以上10nm以下程度で成膜することができる。
ここで、絶縁体419aは、水、水素などの不純物、および酸素の透過を抑制する機能を
有する絶縁性材料を用いることが好ましく、例えば、酸化アルミニウム、酸化ハフニウム
などを用いることが好ましい。
設けられる。また、絶縁体419bの上面は、絶縁体419aの上面に略一致することが
好ましい。絶縁体419bは、ALD法を用いて成膜することが好ましい。これにより、
絶縁体419bの膜厚を1nm以上20nm以下程度、好ましくは1nm以上3nm以下
程度、例えば1nmで成膜することができる。
素の透過を抑制する機能を有する絶縁性材料を用いることが好ましく、例えば、酸化アル
ミニウム、酸化ハフニウムなどを用いることが好ましい。これにより、絶縁体412中の
酸素が外部に拡散することを防ぐことができる。また、絶縁体412の端部などから酸化
物406に水、水素などの不純物が侵入するのを抑制することができる。
不純物、および酸素の透過を抑制する機能を有する絶縁体で、導電体404の上面と側面
および絶縁体412の側面を覆うことができる。これにより、導電体404および絶縁体
412を介して、水、水素などの不純物が酸化物406に混入することを防ぐことができ
る。このように、絶縁体419bは、ゲート電極およびゲート絶縁膜の側面を保護するサ
イドバリアとして、絶縁体419aは、ゲート電極の上面を保護するトップバリアとして
、機能する。
、当該絶縁膜のうち、絶縁体412、導電体404、および絶縁体419aの側面に接す
る部分を残存させて形成することが好ましい。これにより、上記のように膜厚の薄い絶縁
体419bを容易に形成することができる。また、このとき、導電体404の上に、絶縁
体419aを設けておくことで、当該異方性エッチングで絶縁体419aが一部除去され
ても、絶縁体419bの絶縁体412および導電体404に接する部分を十分残存させる
ことができる。
酸化物406c、および絶縁体402を覆って設けられる。ここで、絶縁体409は、絶
縁体419aおよび絶縁体419bの上面に接し、かつ絶縁体419bの側面に接して設
けられる。また、絶縁体409は、水、水素などの不純物、および酸素の透過を抑制する
機能を有する絶縁性材料を用いることが好ましい。例えば、絶縁体409として、窒化シ
リコン、窒化酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化アルミニウム、窒化酸化アルミニウ
ムなどを用いることが好ましい。このような絶縁体409を形成することで、絶縁体40
9を透過して酸素が領域426bおよび領域426cに侵入し、領域426bおよび領域
426cの酸素欠損に酸素を供給して、キャリア密度が低下するのを防ぐことができる。
また、絶縁体409を透過して水、水素などの不純物が領域426bおよび領域426c
に侵入し、領域426bおよび領域426cが過剰に領域426a側に拡張するのを防ぐ
ことができる。
基板に対して垂直に見た際の、酸化物406a、酸化物406b、および酸化物406c
の側面が略一致しているが、本実施の形態はこれに限られるものではない。例えば、酸化
物406cが酸化物406aおよび酸化物406bの側面を覆うようにしてもよい。この
とき、酸化物406aおよび酸化物406bのチャネル幅方向の側面が酸化物406cに
接することが好ましい。さらに、酸化物406aおよび酸化物406bのチャネル長方向
の側面が酸化物406cに接する構成にしてもよい。
宜組み合わせて用いることができる。
本実施の形態においては、本発明の一態様に係る半導体装置(記憶装置)の一例を説明す
る。
本発明の一態様に係る半導体装置(記憶装置)の回路例を図11に示す。
2の半導体材料を用いたトランジスタ400と、容量素子80と、を有している。
が好ましい。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、ガリウムヒ素、
アルミニウムガリウムヒ素、インジウムリン、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、オフ電流が低い。
スタである。トランジスタ400は、オフ電流が小さいため、トランジスタ400を半導
体装置(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
めて少ない半導体装置(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。
続され、第2の配線3002はトランジスタ280のドレイン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400のソースまたはドレインの一方と電気
的に接続され、第4の配線3004はトランジスタ400のゲートと電気的に接続されて
いる。そして、トランジスタ280のゲート、およびトランジスタ400のソースまたは
ドレインの他方は、容量素子80の電極の一方と電気的に接続され、第5の配線3005
は容量素子80の電極の他方と電気的に接続されている。また、図11(A)において、
トランジスタ280のゲートと、トランジスタ400のソースまたはドレインの他方と、
容量素子80の電極の一方と、の接続箇所には、フローティングノード(FN)と付記し
てある。トランジスタ400を非導通状態にすることで、フローティングノード(FN)
、容量素子80の電極の一方、およびトランジスタ280のゲートに与えられた電位を保
持することができる。
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400が導通状態となる電位にして、トランジスタ400を導通状態とする。こ
れにより、第3の配線3003の電位が、トランジスタ280のゲート、および容量素子
80の電極の一方と電気的に接続するフローティングノードに与えられる。すなわち、ト
ランジスタ280のゲートには、所定の電荷が与えられる(書き込み)。ここでは、異な
る二つの電位レベルを与える電荷(以下Lowレベル電荷、Highレベル電荷という)
のいずれかが与えられるとする。その後、第4の配線3004の電位を、トランジスタ4
00が非導通状態となる電位にして、トランジスタ400を非導通状態とすることにより
、フローティングノードに与えられた電荷が保持される(保持)。
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、フローティ
ングノード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280をnチャネル型とすると、トランジスタ280のゲートにHig
h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28
0のゲートにLowレベル電荷が与えられている場合の見かけのしきい値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280を「導通
状態」とするために必要な第5の配線3005の電位をいう。したがって、第5の配線3
005の電位をVth_HとVth_Lの間の電位V0とすることにより、フローティン
グノード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、フローティングノ
ードに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280は「導通状態」となる。一方、フローテ
ィングノードに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280は「非導通状態」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、フローティングノードに保持
されている情報を読み出すことができる。
リセルアレイ)を構成することができる。
を読み出さなくてはならない。例えば、情報を読み出さないメモリセルにおいては、フロ
ーティングノードに与えられた電荷によらずトランジスタ280が非導通状態となるよう
な電位、つまり、Vth_Hより低い電位を第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。又は、情報を読み出さないメモリ
セルにおいては、フローティングノードに与えられた電荷によらずトランジスタ280が
導通状態となるような電位、つまり、Vth_Lより高い電位を第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。
たが、本発明に係る半導体装置はこれに限られるものではない。例えば、半導体装置のフ
ローティングノードに3種類以上の電荷を保持できる構成としてもよい。このような構成
とすることにより、当該半導体装置を多値化して記憶容量の増大を図ることができる。
2の配線3002を設けていない点で図11(A)に示した半導体装置と相違している。
この場合も、図11(A)に示した半導体装置と同様の動作により、情報の書き込みおよ
び保持動作が可能である。
が導通状態となると、浮遊状態である第3の配線3003と容量素子80とが導通し、第
3の配線3003と容量素子80の間で電荷が再分配される。その結果、第3の配線30
03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80の電極の一
方の電位(または容量素子80に蓄積された電荷)によって、異なる値をとる。
003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V
B0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。従って、メモリセルの状態として、容量素子80の電極
の一方の電位が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(=(CB×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400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。
流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、
ゲート絶縁膜の劣化といった問題が全く生じない。すなわち、本実施の形態に示す半導体
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、トランジスタの導通状態、非導通状態によって、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。
で図11(A)に示した半導体装置と異なる。この場合も、図11(A)に示した半導体
装置と同様の動作により、情報の書き込み及び保持動作が可能である。また、トランジス
タ290としては上記のトランジスタ280と同様のトランジスタを用いればよい。
290のソース、ドレインの一方はトランジスタ280のソースと電気的に接続され、ト
ランジスタ290のソース、ドレインの他方は第3の配線3003と電気的に接続される
。
nit)の他に、DSP(Digital Signal Processor)、カス
タムLSI、PLD(Programmable Logic Device)等のLS
I、RF(Radio Frequency)タグにも応用可能である。
以下では、本発明の一態様に係る半導体装置(記憶装置)の構成について説明する。
12(B)は半導体装置1000bの上面図である。図12(A)は、図12(B)の一
点鎖線x-yにおける断面図である。なお、図12(B)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。
を有する。図12に示す、トランジスタ400、トランジスタ280、および容量素子8
0は、図11(A)に示す、トランジスタ400、トランジスタ280および容量素子8
0にそれぞれ相当する。
、チャネル形成領域283、高濃度p型不純物領域285、絶縁体286、導電体287
、側壁288を有する。また、側壁288と重なる領域に低濃度p型不純物領域284を
有する。絶縁体286はゲート絶縁体として機能できる。導電体287はゲート導電体と
して機能できる。トランジスタ280は、チャネル形成領域283が基板501の一部に
形成される。
7をマスクとして用いて不純物元素を導入することにより形成することができる。すなわ
ち、低濃度p型不純物領域284は、自己整合によって形成することができる。側壁28
8の形成後、高濃度p型不純物領域285を形成する。なお、低濃度p型不純物領域28
4は高濃度p型不純物領域285と同じ導電型を有し、導電型を付与する不純物の濃度が
高濃度p型不純物領域285よりも低い。また、低濃度p型不純物領域284は、状況に
応じて設けなくてもよい。
れる。素子分離領域の形成は、LOCOS(Local Oxidation of S
ilicon)法や、STI(Shallow Trench Isolation)法
などを用いることができる。
05上に、絶縁体534および絶縁体536を有する。また、半導体装置1000bは、
絶縁体505上に導電体522を有する。
介してトランジスタ280と電気的に接続されている。
2、絶縁体103、および絶縁体104が順に積層して設けられる。また、絶縁体104
、絶縁体103、絶縁体102、絶縁体536、および絶縁体534には、導電体525
が形成されている。導電体525は、プラグ、または、配線として機能する。
104、絶縁体106、絶縁体107および絶縁体108を介してトランジスタ400を
有する。また、トランジスタ400上に絶縁体114、絶縁体115および絶縁体539
を有し、絶縁体539上に導電体527、絶縁体116および容量素子80を有する。容
量素子80は、導電体527、絶縁体116、および導電体84を有する。また、導電体
527、絶縁体116および容量素子80を覆う絶縁体537を有する。
方の電極として機能する。また、絶縁体116において、導電体527と、導電体84と
、で挟まれた領域は、誘電体として機能する。
一部に設けられた導電体526を介して、トランジスタ400のソースまたはドレインと
電気的に接続されている。
導電体529は、絶縁体537の一部に設けられた導電体528を介して、導電体84と
電気的に接続されている。
8、絶縁体114、絶縁体115、絶縁体116、絶縁体534、絶縁体536、絶縁体
539、絶縁体537、および絶縁体538は、上記実施の形態などに示した絶縁体と同
様の材料および方法で形成することができる。また、導電体521、導電体522、導電
体525、導電体526、導電体527、導電体528、および導電体529は、上記実
施の形態などに示した導電体と同様の材料および方法で形成することができる。
体528、および導電体529は、ダマシン法や、デュアルダマシン法などを用いて形成
してもよい。
図13に示す半導体装置1000は、容量素子80がトランジスタ400と同じ層に形成
されている点において、図12に示す半導体装置1000bと異なる。
3(B)は半導体装置1000の上面図である。図13(A)は、図13(B)の一点鎖
線x-yにおける断面図である。なお、図13(B)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。
有する。図13に示す、トランジスタ400、トランジスタ280、および容量素子80
は、図11(A)に示す、トランジスタ400、トランジスタ280およびに容量素子8
0にそれぞれ相当する。
の一方の電極として機能し、導電体84が容量素子80の他方の電極として機能する。そ
の場合、トランジスタ400のバリア膜(例えば、バリア膜417a2)、トランジスタ
400の酸化物(例えば、酸化物406c)、およびトランジスタ400のゲート絶縁膜
(例えば、絶縁体412)のうち、トランジスタ400のソースまたはドレインの一方と
なる導電体上に延在した領域が、容量素子80の誘電体として機能する。従って、トラン
ジスタ400のソースまたはドレインの一方である導電体と導電体84とが、トランジス
タ400のバリア膜、トランジスタ400の酸化物、およびトランジスタ400のゲート
絶縁膜を介して互いに重なる領域は、容量素子80として機能する。
合、余計な工程を増やすことなく、容量素子80を作製することができる。
本発明の一態様によれば、生産性の高い記憶装置を提供できる。また、本発明の一態様に
よれば、電力の供給を停止しても情報を長期間保持できる記憶装置を実現できる。例えば
、電力の供給を停止しても、1年以上、さらには10年以上の期間で情報を保持可能な記
憶装置を実現できる。よって、本発明の一態様の記憶装置を不揮発性メモリと見なすこと
もできる。また、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。また、電子機器へ適用することができる。例えば、電子機器が
有する記憶装置、CPUなどに適用可能である。また、表示装置へ適用することができる
。例えば、表示装置が有する、画素回路および駆動回路などに適用可能である。
本実施の形態においては、本発明の一態様に係る半導体装置の一例を説明する。
は、トランジスタ400dの上面図および断面図である。図14(A)は、トランジスタ
400dの上面図である。図14(B)は、図14(A)の一点鎖線A1-A2における
断面図である。図14(C)は、図14(A)の一点鎖線A3-A4における断面図であ
る。なお、図14(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。
きるトランジスタである。トランジスタ400aと並行してトランジスタ400dを作製
する場合、余計な工程を増やすことなく、トランジスタ400dを作製することができる
。
1および酸化物406a2と、酸化物406a1の上面に接して配置された酸化物406
b1と、酸化物406a2の上面に接して配置された酸化物406b2と、を有し、酸化
物406cが、絶縁体402の上面、酸化物406a1および酸化物406a2の側面、
並びに酸化物406b1および酸化物406b2の側面に接して配置されている点におい
て、トランジスタ400aと異なる。
、それぞれ、トランジスタ400aの酸化物406a、および、酸化物406bと同様の
材料を用いて形成することができる。酸化物406a1および酸化物406b1と、酸化
物406a2および酸化物406b2と、は、酸化物406c、絶縁体412、および導
電体404を挟んで対向して形成される。
成することができ、導電体416a2は、酸化物406a2および酸化物406b2と重
なるように形成することができる。酸化物406a1および酸化物406b1、または酸
化物406a2および酸化物406b2は、トランジスタ400dのソース領域またはド
レイン領域のいずれかとして機能できる。
様の材料を用いて形成することができる。酸化物406cの、酸化物406a1および酸
化物406a2と、酸化物406b1および酸化物406b2と、に挟まれる領域は、チ
ャネル形成領域として機能する。
の酸化物406cなどと同様に、酸素欠損が低減され、水、水素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400dのしきい値電圧を0Vより大きくし、オフ電
流を低減し、Icutを非常に小さくすることができる。ここで、Icutとは、トラン
ジスタのスイッチング動作を制御するゲートの電圧が0Vのときのドレイン電流のことを
指す。また、トランジスタ400dの導電体416a1と導電体416a2との距離を、
トランジスタ400aの導電体416a1と導電体416a2との距離より大きくするこ
とにより、トランジスタ400aよりトランジスタ400dのしきい値電圧を大きくし、
オフ電流を低減し、Icutを小さくすることができる。
ができる。例えば、トランジスタ400dのトップゲートおよびバックゲートを、トラン
ジスタ400dのソースとダイオード接続し、トランジスタ400dのソースとトランジ
スタ400aのバックゲートを接続する構成とする。この構成でトランジスタ400aの
バックゲートの負電位を保持するとき、トランジスタ400dのトップゲート-ソース間
の電圧、およびバックゲート-ソース間の電圧は、0Vになる。トランジスタ400dの
Icutは非常に小さいので、この構成とすることにより、トランジスタ400aおよび
トランジスタ400dに電源供給をしなくてもトランジスタ400aのバックゲートの負
電位を長時間維持することができる。
ことができる。
宜組み合わせて用いることができる。
本実施の形態においては、本発明の一態様に係るトランジスタなどを利用した電子機器に
ついて説明する。
本発明の一態様に係る半導体装置は、様々な電子機器に用いることができる。図15に、
本発明の一態様に係る半導体装置を用いた電子機器の具体例を示す。
車輪2982、ダッシュボード2983、およびライト2984等を有する。また、自動
車2980は、アンテナ、バッテリなどを備える。
7、スピーカ部2914、カメラ2913、外部接続部2916、および操作スイッチ2
915等を有する。表示部2912には、可撓性基板が用いられた表示パネルおよびタッ
チスクリーンを備える。また、情報端末2910は、筐体2911の内側にアンテナ、バ
ッテリなどを備える。情報端末2910は、例えば、スマートフォン、携帯電話、タブレ
ット型情報端末、タブレット型パーソナルコンピュータ、電子書籍端末等として用いるこ
とができる。
2922、キーボード2923、およびポインティングデバイス2924等を有する。ま
た、ノート型パーソナルコンピュータ2920は、筐体2921の内側にアンテナ、バッ
テリなどを備える。
43、操作スイッチ2944、レンズ2945、および接続部2946等を有する。操作
スイッチ2944およびレンズ2945は筐体2941に設けられており、表示部294
3は筐体2942に設けられている。また、ビデオカメラ2940は、筐体2941の内
側にアンテナ、バッテリなどを備える。そして、筐体2941と筐体2942は、接続部
2946により接続されており、筐体2941と筐体2942の間の角度は、接続部29
46により変えることが可能な構造となっている。筐体2941に対する筐体2942の
角度によって、表示部2943に表示される画像の向きの変更や、画像の表示/非表示の
切り換えを行うことができる。
、および表示部2952等を有する。また、情報端末2950は、筐体2951の内側に
アンテナ、バッテリなどを備える。表示部2952は、曲面を有する筐体2951に支持
されている。表示部2952には、可撓性基板を用いた表示パネルを備えているため、フ
レキシブルかつ軽くて使い勝手の良い情報端末2950を提供することができる。
表示部2962、バンド2963、バックル2964、操作スイッチ2965、入出力端
子2966などを備える。また、情報端末2960は、筐体2961の内側にアンテナ、
バッテリなどを備える。情報端末2960は、移動電話、電子メール、文章閲覧及び作成
、音楽再生、インターネット通信、コンピュータゲームなどの種々のアプリケーションを
実行することができる。
る。また、表示部2962はタッチセンサを備え、指やスタイラスなどで画面に触れるこ
とで操作することができる。例えば、表示部2962に表示されたアイコン2967に触
れることで、アプリケーションを起動することができる。操作スイッチ2965は、時刻
設定のほか、電源のオン、オフ動作、無線通信のオン、オフ動作、マナーモードの実行及
び解除、省電力モードの実行及び解除など、様々な機能を持たせることができる。例えば
、情報端末2960に組み込まれたオペレーティングシステムにより、操作スイッチ29
65の機能を設定することもできる。
。例えば無線通信可能なヘッドセットと相互通信することによって、ハンズフリーで通話
することもできる。また、情報端末2960は入出力端子2966を備え、他の情報端末
とコネクターを介して直接データのやりとりを行うことができる。また入出力端子296
6を介して充電を行うこともできる。なお、充電動作は入出力端子2966を介さずに無
線給電により行ってもよい。
や、制御プログラムなどを長期間保持することができる。本発明の一態様に係る半導体装
置を用いることで、信頼性の高い電子機器を実現することができる。
せて実施することが可能である。
含む配線を形成した場合の残渣物を評価した。
本項目では、本実施例に用いた試料1A乃至試料1Dの構成について説明する。
213と、導電体226と、導電体227と、を有する。
13として、熱酸化法によって、酸化シリコン膜を100nmの膜厚で成膜した。
厚で成膜し、第1のチタン膜上に、スパッタリング法によって、第1の窒化チタン膜を3
0nmの膜厚で成膜し、第1の窒化チタン膜上に、スパッタリング法によって、アルミニ
ウム膜を100nmの膜厚で成膜し、アルミニウム膜上に、スパッタリング法によって、
第2のチタン膜を5nmの膜厚で成膜し、第2のチタン膜上に、スパッタリング法によっ
て、第2の窒化チタン膜を45nmの膜厚で成膜した。これらの工程により、導電体22
5として、第1のチタン膜と、第1の窒化チタン膜と、アルミニウム膜と、第2のチタン
膜と、第2の窒化チタン膜と、の積層構造を形成した。
を形成した。
、エッチングを行った。第1の処理の条件は、圧力1.9Pa、上部電極電力450W、
バイアス電力100W、流量60sccmのBCl3と、流量20sccmのCl2と、
の混合雰囲気下、基板温度70℃、とした。第1の処理は、装置で終点検出後さらに60
秒間行った。
sccmのCF4の雰囲気下、基板温度70℃において、15秒行った。
形成した。上記のエッチング直後の試料を試料1Aとした。
試料を試料1Bとした。
、電源電力2000W、バイアス電力50W、流量200sccmのO2の雰囲気下にお
いて、15秒行った。
000W、バイアス電力0W、流量200sccmのO2の雰囲気下において、15秒行
った。第2のアッシングを行った後の試料を試料1Cとした。
クを除去した後の試料を試料1Dとした。
て元素分析を行うことで、アルミニウム(Al)残渣の有無を評価した。
試料1A乃至試料1Dの断面観察は、走査透過電子顕微鏡(STEM:Scanning
Transmission Electron Microscope)を用いて行っ
た。観察用の装置は、日立ハイテクノロジーズ社製HD-2300を用いた。加速電圧は
200kVとした。図16(B)は、試料1Aの図16(A)に示す点線で囲まれた領域
の断面STEM像である。図16(C)は、試料1Bの図16(A)に示す点線で囲まれ
た領域の断面STEM像である。図16(D)は、試料1Cの図16(A)に示す点線で
囲まれた領域の断面STEM像である。図16(E)は、試料1Dの図16(A)に示す
点線で囲まれた領域の断面STEM像である。
体227が形成できたことが確認できた。また、絶縁体213の表面の一部が除去されて
いることが確認できた。一方で、試料1A乃至試料1Dの断面STEM像では、Alの残
渣物230を、絶縁体213の表面に観察できなかった。
試料1A乃至試料1Dの絶縁体213の表面領域の元素分析は、EDXを用いて行った。
EDX測定用の装置は、日立ハイテクノロジーズ社製HD-2300を用い、元素分析の
装置は、EDAX社製EDX Si(Li)検出器を用いた。
料の特性X線のエネルギーと発生回数を測定し、各点に対応するEDXスペクトルを得る
。本実施例では、図16(B)乃至(E)に点で示した絶縁体213の表面領域のEDX
スペクトルのピークを、C原子のK殻への電子遷移、O原子のK殻への電子遷移、F原子
のK殻への電子遷移、Al原子のK殻への電子遷移、Si原子のK殻への電子遷移、Pt
原子のM殻への電子遷移、Cu原子のK殻への電子遷移、Ga原子のK殻への電子遷移に
帰属させ、それぞれの原子の比率を算出した。
mic%であった。また、試料1Bの絶縁体213の表面領域のAl原子の比率は1.0
atomic%であった。また、試料1Cの絶縁体213の表面領域のAl原子の比率は
1.8atomic%であった。また、試料1Dの絶縁体213の表面領域のAl原子の
比率は3.6atomic%であった。試料1Aと比較して、試料1Bの絶縁体213の
表面領域のAl原子の比率は大きいことがわかった。つまり、純水洗浄を行うことで、絶
縁体213の表面上にAlの残渣物230が形成されることが確認できた。また、試料1
Aと比較して、試料1Cおよび試料1Dの絶縁体213の表面領域のAl原子の比率は大
きいことがわかった。つまり、酸素によるアッシングやレジスト剥離液を用いたレジスト
マスク除去を行うことで、絶縁体213の表面上にAlの残渣物230が形成されること
が確認できた。
80 容量素子
80a 容量素子
80b 容量素子
80c 容量素子
80d 容量素子
81 絶縁体
82 導電体
82a 導電体
82b 導電体
83 絶縁体
84 導電体
85 絶縁体
86 絶縁体
102 絶縁体
103 絶縁体
104 絶縁体
106 絶縁体
107 絶縁体
108 絶縁体
114 絶縁体
115 絶縁体
116 絶縁体
210 基板
212 絶縁体
213 絶縁体
220 導電体
221 導電体
222 導電体
223 導電体
225 導電体
226 導電体
227 導電体
230 金属Aの残渣物
230a 金属Aの残渣物
230b 金属Aの残渣物
240 膜
240a 膜
240b 膜
250 溝
250a 溝
250b 溝
250c 溝
280 トランジスタ
283 チャネル形成領域
284 低濃度p型不純物領域
285 高濃度p型不純物領域
286 絶縁体
287 導電体
288 側壁
290 トランジスタ
301 絶縁体
302 絶縁体
303 絶縁体
310 導電体
310a 導電体
310b 導電体
400 トランジスタ
400a トランジスタ
400c トランジスタ
400d トランジスタ
401 絶縁体
402 絶縁体
404 導電体
404a 導電体
404b 導電体
404c 導電体
406 酸化物
406a 酸化物
406a1 酸化物
406a2 酸化物
406b 酸化物
406b1 酸化物
406b2 酸化物
406c 酸化物
409 絶縁体
410 絶縁体
412 絶縁体
416a1 導電体
416a2 導電体
417 バリア膜
417a1 バリア膜
417a2 バリア膜
418 バリア膜
419a 絶縁体
419b 絶縁体
426a 領域
426b 領域
426c 領域
501 基板
504 絶縁体
505 絶縁体
514 素子分離領域
521 導電体
522 導電体
525 導電体
526 導電体
527 導電体
528 導電体
529 導電体
534 絶縁体
536 絶縁体
537 絶縁体
538 絶縁体
539 絶縁体
1000 半導体装置
1000b 半導体装置
2910 情報端末
2911 筐体
2912 表示部
2913 カメラ
2914 スピーカ部
2915 操作スイッチ
2916 外部接続部
2917 マイク
2920 ノート型パーソナルコンピュータ
2921 筐体
2922 表示部
2923 キーボード
2924 ポインティングデバイス
2940 ビデオカメラ
2941 筐体
2942 筐体
2943 表示部
2944 操作スイッチ
2945 レンズ
2946 接続部
2950 情報端末
2951 筐体
2952 表示部
2960 情報端末
2961 筐体
2962 表示部
2963 バンド
2964 バックル
2965 操作スイッチ
2966 入出力端子
2967 アイコン
2980 自動車
2981 車体
2982 車輪
2983 ダッシュボード
2984 ライト
3001 配線
3002 配線
3003 配線
3004 配線
3005 配線
3006 配線
Claims (3)
- チャネル形成領域にシリコンを有する第1のトランジスタと、
チャネル形成領域に酸化物半導体を有する第2のトランジスタと、
チャネル形成領域にシリコンを有する第3のトランジスタと、
容量素子と、を有し、
前記第2のトランジスタのソース又はドレインの一方は、前記容量素子の一方の電極と電気的に接続され、
前記第2のトランジスタのソース又はドレインの一方は、前記第3のトランジスタのソース又はドレインと電気的に接続され、
前記第1のトランジスタのゲートは、前記容量素子の一方の電極と電気的に接続される半導体装置であって、
前記第2のトランジスタのゲートの上方に配置された領域を有する第1の絶縁層と、
前記第1の絶縁層の上面に接する領域を有するように配置され、前記第1のトランジスタのゲートと前記容量素子の一方の電極とを電気的に接続する機能を有する第1の導電層と、
前記第2のトランジスタのゲート絶縁層として機能する第1の領域と、前記容量素子の誘電体層として機能する第2の領域と、を有する第2の絶縁層と、
前記第2のトランジスタのチャネル形成領域と、前記第2の領域と重なる領域と、を有する酸化物半導体層と、
前記第2の領域の上方において前記容量素子の他方の電極として機能する領域を有する第2の導電層と、を有し、
前記第1の導電層は、アルミニウム、銅、タングステン、クロム、銀、金、白金、タンタル、ニッケル、モリブデン、マグネシウム、ベリリウム、インジウム、及びルテニウムのうちの一種又は複数種を含み、
前記第1の絶縁層は、前記第1の導電層の周辺において、表面が除去された領域を有し、
平面視において、前記第2のトランジスタのチャネル幅方向は第1の方向であり、
平面視において、前記第2のトランジスタのチャネル長方向は第2の方向であり、
平面視における前記第1の方向において、前記酸化物半導体層の前記第2の領域と重なる領域の幅は、前記第2のトランジスタのチャネル幅よりも大きく、
平面視における前記第2の方向において、前記第2の導電層の幅は、前記第2のトランジスタのゲートの幅よりも大きく、
平面視における前記第1の方向において、前記第2の導電層の幅は、前記第1の導電層の幅よりも大きい、半導体装置。 - チャネル形成領域にシリコンを有する第1のトランジスタと、
チャネル形成領域に酸化物半導体を有する第2のトランジスタと、
チャネル形成領域にシリコンを有する第3のトランジスタと、
容量素子と、を有し、
前記第2のトランジスタのソース又はドレインの一方は、前記容量素子の一方の電極と電気的に接続され、
前記第2のトランジスタのソース又はドレインの一方は、前記第3のトランジスタのソース又はドレインと電気的に接続され、
前記第1のトランジスタのゲートは、前記容量素子の一方の電極と電気的に接続される半導体装置であって、
前記第2のトランジスタのゲートの上方に配置された領域を有する第1の絶縁層と、
前記第1の絶縁層の上面に接する領域を有するように配置され、前記第1のトランジスタのゲートと前記容量素子の一方の電極とを電気的に接続する機能を有する第1の導電層と、
前記第2のトランジスタのゲート絶縁層として機能する第1の領域と、前記容量素子の誘電体層として機能する第2の領域と、を有する第2の絶縁層と、
前記第2のトランジスタのチャネル形成領域と、前記第2の領域と重なる領域と、を有する酸化物半導体層と、
前記第2の領域の上方において前記容量素子の他方の電極として機能する領域を有する第2の導電層と、を有し、
前記第1の導電層は、アルミニウム、銅、タングステン、クロム、銀、金、白金、タンタル、ニッケル、モリブデン、マグネシウム、ベリリウム、インジウム、及びルテニウムのうちの一種又は複数種を含み、
前記第1の絶縁層は、前記第1の導電層の周辺において、前記第1の導電層と重なる領域の上面よりも低い位置に上面が位置する領域を有し、
平面視において、前記第2のトランジスタのチャネル幅方向は第1の方向であり、
平面視において、前記第2のトランジスタのチャネル長方向は第2の方向であり、
平面視における前記第1の方向において、前記酸化物半導体層の前記第2の領域と重なる領域の幅は、前記第2のトランジスタのチャネル幅よりも大きく、
平面視における前記第2の方向において、前記第2の導電層の幅は、前記第2のトランジスタのゲートの幅よりも大きく、
平面視における前記第1の方向において、前記第2の導電層の幅は、前記第1の導電層の幅よりも大きい、半導体装置。 - 請求項1又は請求項2における前記半導体装置を用いた情報端末。
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