JP7439196B2 - semiconductor equipment - Google Patents
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Description
本発明の一態様は、半導体装置に関する。本発明の一態様は、記憶装置に関する。 One embodiment of the present invention relates to a semiconductor device. One aspect of the present invention relates to a storage device.
なお、本発明の一態様は、上記の技術分野に限定されない。本明細書等で開示する本発
明の一態様の技術分野としては、半導体装置、表示装置、発光装置、蓄電装置、記憶装置
、電子機器、照明装置、入力装置、入出力装置、それらの駆動方法、又はそれらの製造方
法、を一例として挙げることができる。
Note that one embodiment of the present invention is not limited to the above technical field. The technical fields of one embodiment of the present invention disclosed in this specification etc. include semiconductor devices, display devices, light emitting devices, power storage devices, storage devices, electronic devices, lighting devices, input devices, input/output devices, and driving methods thereof. , or their manufacturing method.
なお、本明細書等において、半導体装置とは、半導体特性を利用することで機能しうる
装置全般を指す。トランジスタ、半導体回路、演算装置、記憶装置等は半導体装置の一態
様である。また、撮像装置、電気光学装置、発電装置(薄膜太陽電池、有機薄膜太陽電池
等を含む)、及び電子機器は半導体装置を有している場合がある。
Note that in this specification and the like, a semiconductor device refers to any device that can function by utilizing semiconductor characteristics. Transistors, semiconductor circuits, arithmetic devices, storage devices, and the like are examples of semiconductor devices. Furthermore, imaging devices, electro-optical devices, power generation devices (including thin film solar cells, organic thin film solar cells, etc.), and electronic devices may include semiconductor devices.
近年、扱われるデータ量の増大に伴って、より大きな記憶容量を有する半導体装置が求
められている。単位面積あたりの記憶容量を増加させるためには、メモリセルを積層して
形成することが有効である(特許文献1、特許文献2参照)。メモリセルを積層して設け
ることにより、単位面積当たりの記憶容量をメモリセルの積層数に応じて増加させること
ができる。
2. Description of the Related Art In recent years, as the amount of data handled has increased, semiconductor devices with larger storage capacities have been required. In order to increase the storage capacity per unit area, it is effective to form memory cells by stacking them (see
また、特許文献3には、酸化物半導体を用いた不揮発性の記憶装置が開示されている。
Further,
記憶装置はデータを格納するメモリセルアレイの他に、書き込みや読み出し動作を制御
するための制御回路を有する。一般にメモリセルアレイの駆動電圧は制御回路よりも高い
ため、制御回路で生成された信号に基づいてメモリセルアレイを駆動する駆動回路には、
高耐圧な素子が必要となる。しかしながら、このような高耐圧なトランジスタなどの素子
は、制御回路を構成する素子よりもサイズが大きいため、メモリセルの数(すなわち記憶
容量)が増大することに伴って、駆動回路を含む周辺回路の占有面積も増大してしまうと
いった問題があった。
In addition to a memory cell array for storing data, a memory device has a control circuit for controlling write and read operations. Generally, the drive voltage of the memory cell array is higher than that of the control circuit, so the drive circuit that drives the memory cell array based on the signal generated by the control circuit has
A high-voltage element is required. However, these high-voltage transistors and other elements are larger in size than the elements that make up the control circuit, so as the number of memory cells (that is, storage capacity) increases, the peripheral circuits including the drive circuit There was a problem in that the area occupied by the device also increased.
本発明の一態様は、周辺回路の占有面積を縮小することを課題の一とする。または、単
位面積当たりの記憶容量の大きい半導体装置を提供することを課題の一とする。または、
生産性の高い半導体装置を提供することを課題の一とする。または、新規な半導体装置、
または記憶装置を提供することを課題の一とする。
An object of one embodiment of the present invention is to reduce the area occupied by a peripheral circuit. Another object of the present invention is to provide a semiconductor device with a large storage capacity per unit area. or
One of our challenges is to provide semiconductor devices with high productivity. Or a new semiconductor device,
Alternatively, one of the challenges is to provide a storage device.
なお、これらの課題の記載は、他の課題の存在を妨げるものではない。なお、本発明の
一態様は、これらの課題の全てを解決する必要はないものとする。なお、これら以外の課
題は、明細書、図面、請求項などの記載から抽出することが可能である。
Note that the description of these issues does not preclude the existence of other issues. Note that one embodiment of the present invention does not need to solve all of these problems. Note that problems other than these can be extracted from descriptions such as the specification, drawings, and claims.
本発明の一態様は、メモリトランジスタと、トランジスタと、を有する半導体装置であ
る。メモリトランジスタは、第1の導電層、第2の導電層、第3の導電層、第1の絶縁層
、第2の絶縁層、第3の絶縁層及び第1の半導体層を有する。トランジスタは、第4の導
電層、第5の導電層、第4の絶縁層、及び第2の半導体層を有する。第1の導電層は開口
を有し、第1の絶縁層は当該開口の内側に接して設けられ、第2の絶縁層は第1の絶縁層
の内側に接して設けられ、第3の絶縁層は第2の絶縁層の内側に接して設けられ、第1の
半導体層は第3の絶縁層の内側に接して設けられ、且つ、第1の導電層の開口よりも上下
方向に突出して設けられる。また第2の導電層は第1の半導体層の底部に接して設けられ
、第3の導電層は第1の半導体層の上部に接して設けられる。第4の導電層及び第5の導
電層は、第2の半導体層にそれぞれ接して設けられる。第4の絶縁層は第2の半導体層に
接して設けられる。第5の導電層は第4の絶縁層を介して第2の半導体層と重なる部分を
有する。さらに、第1の絶縁層、第3の絶縁層、及び第4の絶縁層は、それぞれ酸化物を
含む。さらに第2の絶縁層は、窒化物を含む。また、第1の半導体層と、第2の半導体層
とは、同じ金属酸化物を含む。
One embodiment of the present invention is a semiconductor device including a memory transistor and a transistor. The memory transistor includes a first conductive layer, a second conductive layer, a third conductive layer, a first insulating layer, a second insulating layer, a third insulating layer, and a first semiconductor layer. The transistor has a fourth conductive layer, a fifth conductive layer, a fourth insulating layer, and a second semiconductor layer. The first conductive layer has an opening, the first insulating layer is provided in contact with the inside of the opening, the second insulating layer is provided in contact with the inside of the first insulating layer, and the third insulating layer is provided in contact with the inside of the first insulating layer. The layer is provided in contact with the inside of the second insulating layer, and the first semiconductor layer is provided in contact with the inside of the third insulating layer, and protrudes in the vertical direction from the opening of the first conductive layer. provided. Further, the second conductive layer is provided in contact with the bottom of the first semiconductor layer, and the third conductive layer is provided in contact with the top of the first semiconductor layer. The fourth conductive layer and the fifth conductive layer are provided in contact with the second semiconductor layer, respectively. The fourth insulating layer is provided in contact with the second semiconductor layer. The fifth conductive layer has a portion that overlaps with the second semiconductor layer via the fourth insulating layer. Furthermore, the first insulating layer, the third insulating layer, and the fourth insulating layer each contain an oxide. Furthermore, the second insulating layer contains nitride. Further, the first semiconductor layer and the second semiconductor layer contain the same metal oxide.
また、上記において、第3の導電層と、第4の導電層と、第5の導電層とは、互いに同
じ金属元素を含むことが好ましい。
Moreover, in the above, it is preferable that the third conductive layer, the fourth conductive layer, and the fifth conductive layer contain the same metal element.
また、上記において、第1の半導体層と、第2の半導体層とは、同じ金属酸化物膜を加
工して形成されていることが好ましい。
Moreover, in the above, it is preferable that the first semiconductor layer and the second semiconductor layer are formed by processing the same metal oxide film.
また、上記において、第3の導電層、第4の導電層、及び第5の導電層は、互いに同じ
導電膜を加工して形成されていることが好ましい。
Moreover, in the above, it is preferable that the third conductive layer, the fourth conductive layer, and the fifth conductive layer are formed by processing the same conductive film.
また、上記において、第1の導電層と、第4の導電層とは、電気的に接続されているこ
とが好ましい。
Moreover, in the above, it is preferable that the first conductive layer and the fourth conductive layer are electrically connected.
また、上記において、基板を有することが好ましい。このとき、メモリトランジスタは
、当該基板上に複数設けられていることが好ましい。さらに、複数のメモリトランジスタ
は、基板の一面に対して垂直方向に積層して設けられていることが好ましい。
Moreover, in the above, it is preferable to have a substrate. At this time, it is preferable that a plurality of memory transistors be provided on the substrate. Furthermore, it is preferable that the plurality of memory transistors be stacked in a vertical direction with respect to one surface of the substrate.
また、上記において、第1の半導体層及び第2の半導体層は、第1の半導体膜と、第2
の半導体膜の積層構造を有することが好ましい。このとき、第1の半導体膜と、第2の半
導体膜とは、結晶性が異なることが好ましい。または、第1の半導体膜と、第2の半導体
膜とは、組成が異なることが好ましい。
Further, in the above, the first semiconductor layer and the second semiconductor layer are the first semiconductor film and the second semiconductor layer.
It is preferable to have a laminated structure of semiconductor films. At this time, it is preferable that the first semiconductor film and the second semiconductor film have different crystallinity. Alternatively, the first semiconductor film and the second semiconductor film preferably have different compositions.
本発明の一態様によれば、周辺回路の占有面積を縮小できる。または、単位面積当たり
の記憶容量の大きい半導体装置を提供できる。または、生産性の高い半導体装置を提供で
きる。または、新規な半導体装置、または記憶装置を提供できる。
According to one aspect of the present invention, the area occupied by peripheral circuits can be reduced. Alternatively, a semiconductor device with a large storage capacity per unit area can be provided. Alternatively, a highly productive semiconductor device can be provided. Alternatively, a new semiconductor device or storage device can be provided.
なお、これらの効果の記載は、他の効果の存在を妨げるものではない。なお、本発明の
一態様は、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抽出することが可能である。
Note that the description of these effects does not preclude the existence of other effects. Note that one embodiment of the present invention does not necessarily need to have all of these effects. Note that effects other than these can be extracted from descriptions such as the specification, drawings, and claims.
実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。但し、本発明は以下の説明に限定
されず、本発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及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。
Embodiments will be described in detail using the drawings. However, those skilled in the art will easily understand that the present invention is not limited to the following description, and that the form and details thereof can be changed in various ways without departing from the spirit and scope of the present invention. Therefore, the present invention should not be interpreted as being limited to the contents described in the embodiments shown below.
なお、以下に説明する発明の構成において、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。
In the configuration of the invention described below, the same parts or parts having similar functions are designated by the same reference numerals in different drawings, and repeated explanation thereof will be omitted. Furthermore, when referring to similar functions, the same hatch pattern may be used and no particular reference numeral may be attached.
なお、本明細書で説明する各図において、各構成の大きさ、層の厚さ、または領域は、
明瞭化のために誇張されている場合がある。よって、必ずしもそのスケールに限定されな
い。
In each figure described in this specification, the size of each structure, layer thickness, or area is as follows.
May be exaggerated for clarity. Therefore, it is not necessarily limited to that scale.
なお、本明細書等における「第1」、「第2」等の序数詞は、構成要素の混同を避ける
ために付すものであり、数的に限定するものではない。
Note that ordinal numbers such as "first" and "second" in this specification and the like are added to avoid confusion of constituent elements, and are not limited numerically.
トランジスタは半導体素子の一種であり、電流や電圧の増幅や、導通または非導通を制
御するスイッチング動作などを実現することができる。本明細書におけるトランジスタは
、IGFET(Insulated Gate Field Effect Trans
istor)や薄膜トランジスタ(TFT:Thin Film Transistor
)を含む。
A transistor is a type of semiconductor element, and can perform current and voltage amplification, switching operations that control conduction or non-conduction, and the like. The transistor in this specification is an IGFET (Insulated Gate Field Effect Transistor).
istor) and thin film transistor (TFT)
)including.
また、「ソース」や「ドレイン」の機能は、異なる極性のトランジスタを採用する場合
や、回路動作において電流の方向が変化する場合などには入れ替わることがある。このた
め、本明細書においては、「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。
Furthermore, the functions of "source" and "drain" may be interchanged when transistors with different polarities are used, or when the direction of current changes during circuit operation. Therefore, in this specification, the terms "source" and "drain" can be used interchangeably.
また、本明細書等において、トランジスタのソース、又はドレインのどちらか一方のこ
とを「第1電極」と呼び、ソース、又はドレインの他方を「第2電極」とも呼ぶことがあ
る。なお、ゲートについては「ゲート」又は「ゲート電極」とも呼ぶ。
Further, in this specification and the like, either the source or the drain of a transistor may be referred to as a "first electrode", and the other of the source or drain may also be referred to as a "second electrode". Note that the gate is also referred to as a "gate" or "gate electrode."
本明細書等において、金属酸化物(metal oxide)とは、広い表現での金属
の酸化物である。金属酸化物は、酸化物絶縁体、酸化物導電体(透明酸化物導電体を含む
)、酸化物半導体(Oxide Semiconductorまたは単にOSともいう)
などに分類される。例えば、トランジスタの活性層に金属酸化物を用いた場合、当該金属
酸化物を酸化物半導体と呼称する場合がある。つまり、OS FETと記載する場合にお
いては、金属酸化物または酸化物半導体を有するトランジスタと換言することができる。
In this specification and the like, metal oxide refers to a metal oxide in a broad sense. Metal oxides include oxide insulators, oxide conductors (including transparent oxide conductors), and oxide semiconductors (also referred to as oxide semiconductors or simply OS).
It is classified as such. For example, when a metal oxide is used in the active layer of a transistor, the metal oxide is sometimes called an oxide semiconductor. That is, when it is described as an OS FET, it can be referred to as a transistor including a metal oxide or an oxide semiconductor.
(実施の形態1)
本実施の形態では、本発明の一態様の半導体装置の構成例、作製方法例、回路構成、及
びその動作方法例について説明する。
(Embodiment 1)
In this embodiment, a structure example, a manufacturing method example, a circuit structure, and an operation method example of a semiconductor device of one embodiment of the present invention will be described.
本発明の一態様は、メモリセルアレイと、高耐圧のトランジスタを含む回路部と、が同
じ基板上に設けられた構成を有する。メモリセルアレイは、複数のメモリトランジスタが
厚さ方向(縦方向)に積層された構成を有する。そのため、高耐圧のトランジスタをメモ
リセルアレイの近傍に配置することが可能となり、半導体装置の占有面積を縮小すること
ができる。
One embodiment of the present invention has a structure in which a memory cell array and a circuit portion including a high-voltage transistor are provided over the same substrate. The memory cell array has a structure in which a plurality of memory transistors are stacked in the thickness direction (vertical direction). Therefore, it is possible to arrange a high voltage transistor near the memory cell array, and the area occupied by the semiconductor device can be reduced.
ここで、メモリトランジスタが有する半導体層と、高耐圧のトランジスタが有する半導
体層とは、同じ半導体膜を加工して形成される。これにより、各半導体層の形成工程を兼
ねることができるため、作製工程を簡略化することができ、半導体装置の作製コストを低
減できる。さらに、メモリセルアレイに接続される配線等と、高耐圧のトランジスタが有
するソース電極、ドレイン電極、またはゲート電極等とが、同じ導電膜を加工して形成さ
れることが好ましい。
Here, the semiconductor layer included in the memory transistor and the semiconductor layer included in the high voltage transistor are formed by processing the same semiconductor film. This can also serve as the formation process for each semiconductor layer, so the manufacturing process can be simplified and the manufacturing cost of the semiconductor device can be reduced. Furthermore, it is preferable that the wiring connected to the memory cell array and the source electrode, drain electrode, gate electrode, etc. of the high voltage transistor be formed by processing the same conductive film.
また、メモリトランジスタと、高耐圧のトランジスタとがそれぞれ有する半導体層に、
酸化物半導体を適用することが好ましい。酸化物半導体を用いたトランジスタは、シリコ
ンを用いたトランジスタ等に比べて、ソース-ドレイン間の耐圧を高めることが可能なた
め、回路部を構成するトランジスタに好適に用いることができる。また酸化物半導体を用
いたトランジスタは、シリコンに比べてゲート絶縁層の厚さを厚くしても駆動能力が低下
しにくいという特徴を有するため、ゲート耐圧を向上させることが可能で、このようなト
ランジスタを回路部及びメモリトランジスタに用いることで、信頼性を高めることができ
る。
In addition, in the semiconductor layers of the memory transistor and the high-voltage transistor,
It is preferable to use an oxide semiconductor. A transistor using an oxide semiconductor can have a higher source-drain breakdown voltage than a transistor using silicon, and therefore can be suitably used as a transistor forming a circuit portion. In addition, compared to silicon, transistors using oxide semiconductors have the characteristic that their drive performance does not deteriorate easily even when the gate insulating layer is thickened, so it is possible to improve the gate breakdown voltage. Reliability can be improved by using transistors in the circuit portion and the memory transistor.
ここで、メモリセルアレイを制御する制御回路上に重畳するように、上記メモリセルア
レイや高耐圧トランジスタを含む回路部を設けることが好ましい。例えば制御回路を単結
晶シリコン基板上に形成したCMOS回路等で構成し、その上部に、メモリセルアレイや
回路部を形成することで実現できる。これにより、さらに半導体装置の占有面積を縮小す
ることができるため、一枚の単結晶シリコン基板あたりのチップ数が増大し、作製コスト
を低減できる。
Here, it is preferable to provide a circuit section including the memory cell array and high voltage transistors so as to be superimposed on a control circuit that controls the memory cell array. For example, this can be realized by forming the control circuit with a CMOS circuit formed on a single crystal silicon substrate, and forming a memory cell array and a circuit section on top of the CMOS circuit. As a result, the area occupied by the semiconductor device can be further reduced, so the number of chips per single crystal silicon substrate can be increased, and manufacturing costs can be reduced.
以下では、より具体的な例について図面を参照して説明する。 A more specific example will be described below with reference to the drawings.
[構成例]
以下では、半導体装置700のメモリトランジスタ、メモリセルアレイ700M、及び
回路部700Dが有するトランジスタの構成について、図面を参照して説明する。
[Configuration example]
Below, the configurations of the memory transistors of the
〔メモリセルアレイ〕
図1(A)は、半導体装置700の上面図であり、図1(B)は、図1(A)にA1-
A2の一点鎖線で示す部位の断面図である。また、図1(C)は、図1(A)にA3-A
4の一点鎖線で示す部位の断面図であり、メモリストリングを説明する断面図である。
[Memory cell array]
1(A) is a top view of the
It is a sectional view of a part shown by a dashed-dotted line of A2. In addition, FIG. 1(C) shows A3-A in FIG. 1(A).
FIG. 4 is a cross-sectional view of a portion indicated by a dashed line at No. 4, and is a cross-sectional view for explaining a memory string.
また、図1(D)は、図1(B)において、一点鎖線で囲まれた部分を拡大した断面図
、または斜視図であり、メモリセルとして機能するメモリトランジスタを説明する図であ
る。なお、以下においては、図1に示すように、x軸、y軸、z軸からなる直交座標系を
便宜上設定して説明する。ここで、x軸およびy軸は、半導体装置700を設ける基板7
20の上面に平行にとり、z軸は基板720の上面に垂直にとる。
Further, FIG. 1(D) is an enlarged cross-sectional view or perspective view of a portion surrounded by a dashed line in FIG. 1(B), and is a diagram illustrating a memory transistor functioning as a memory cell. Note that, in the following description, an orthogonal coordinate system consisting of an x-axis, a y-axis, and a z-axis is set as shown in FIG. 1 for convenience. Here, the x-axis and the y-axis represent the substrate 7 on which the
The z-axis is parallel to the top surface of the
半導体装置700は、基板720上に、メモリセルアレイ700Mと、回路部700D
とを有する。図1では、回路部700Dが有するトランジスタ750を示している。
The
and has. FIG. 1 shows a
メモリセルアレイ700Mは、基板720上に、複数の導電層701(導電層701_
1乃至導電層701_m:mは、2以上の自然数)、導電層702、複数の絶縁層703
(絶縁層703_1乃至絶縁層703_3)、複数の酸化物層704(酸化物層704_
1乃至酸化物層704_3)、複数の導電層705(導電層705_1乃至導電層705
_3)、複数の導電層706(導電層706_1乃至導電層706_3)、複数の接続層
707(接続層707_1乃至接続層707_m)、複数の導電層708(導電層708
_1乃至導電層708_m)、複数の絶縁層722、絶縁層724等を有する。
The
1 to conductive layer 701_m: m is a natural number of 2 or more),
(insulating layers 703_1 to 703_3), a plurality of oxide layers 704 (oxide layers 704_
1 to oxide layer 704_3), a plurality of conductive layers 705 (conductive layer 705_1 to
_3), multiple conductive layers 706 (conductive layers 706_1 to 706_3), multiple connection layers 707 (connection layers 707_1 to connection layers 707_m), multiple conductive layers 708 (
_1 to conductive layers 708_m), a plurality of insulating
導電層701または導電層702と、絶縁層722とは交互に積層され、さらにこれを
覆うように設けられた絶縁層724を含む積層体を構成する。絶縁層703は、該積層体
を貫通するように形成された開口部の内側に設けられる。酸化物層704は、絶縁層70
3の内側に設けられる。導電層705は、酸化物層704の上端部と電気的に接続するよ
うに設けられる。導電層706は、酸化物層704の下端部と電気的に接続するように設
けられる。接続層707は、導電層701と電気的に接続する。導電層708は、接続層
707と電気的に接続する。
The
It is provided inside 3. A
なお、図1(B)では、複数の導電層701を表すために、導電層701を3段以上表
示しているが、本実施の形態は図1(B)に限られることなく、少なくとも導電層701
を2段以上有していればよい。また図1(B)等では、x方向に配列する複数の柱状の開
口部内に設けられる絶縁層703及び酸化物層704、並びに導電層706及び導電層7
05等を表すために、これらを3つ示しているが、これに限られることなく、少なくとも
2つ以上有していればよい。
Note that in FIG. 1B, the
It is sufficient if it has two or more stages. Further, in FIG. 1B and the like, an insulating
Although three of these are shown to represent 05, etc., the number is not limited to this, and it is sufficient to have at least two or more.
ここで、図1(A)および図1(B)に示すように、導電層701はx軸方向に延伸し
て設けられる。また、図1(B)および図1(C)に示すように、絶縁層703および酸
化物層704はz軸方向に延伸して設けられる。絶縁層703は、柱状の酸化物層704
の側周辺を囲うように設けられている。つまり、導電層701と、絶縁層703および酸
化物層704と、は互いに垂直に交差して設けられることが好ましい。また、図1(B)
に示すように、接続層707は柱状に形成されており、z軸方向に延伸して設けられる。
また、導電層708をy軸方向に延伸して設けてもよい。また、導電層705に接続され
る配線BLとして機能する導電層をy軸方向に延伸して設けてもよい。なお、導電層70
5の一部を配線BLとして機能させ、当該導電層をy軸方向に延伸して設けてもよい。
Here, as shown in FIGS. 1A and 1B, the
It is set up so as to surround the side of the building. That is, it is preferable that the
As shown in , the
Further, the
5 may function as the wiring BL, and the conductive layer may be provided extending in the y-axis direction.
柱状の酸化物層704は、z軸方向の下端において、導電層706と電気的に接続し、
上端において、導電層705と電気的に接続する。また、図1(C)に示すように、導電
層706は、隣り合う2つの柱状の酸化物層704の下端と電気に接続し、該2つの柱状
の酸化物層704の上端は、それぞれ、電気的に分離した導電層705と、電気的に接続
する。
The
It is electrically connected to the
ここで、導電層701と、絶縁層703および酸化物層704と、が交差する領域近傍
がメモリトランジスタ(メモリトランジスタ710)として機能する。また、導電層70
2と、絶縁層703および酸化物層704と、が交差する領域近傍が選択トランジスタ(
ビット線側選択トランジスタ:SDT、またはソース線側選択トランジスタ:SST)と
して機能する。これらのメモリトランジスタおよび選択トランジスタのチャネル長方向は
z軸に平行になる。メモリトランジスタまたは選択トランジスタが電気的に直列に接続さ
れており、これらがメモリストリングを構成している。
Here, the vicinity of a region where the
The selection transistor (
It functions as a bit line side selection transistor (SDT) or a source line side selection transistor (SST). The channel length directions of these memory transistors and selection transistors are parallel to the z-axis. Memory transistors or selection transistors are electrically connected in series and constitute a memory string.
なお、本実施の形態に示す半導体装置の構成は一例であり、本発明は、本実施の形態に
係る図面等に示す、回路素子および配線等の、個数および配置等に限定されるものではな
い。本実施の形態に係る半導体装置が有する、回路素子および配線等の、個数および配置
等は、回路構成や駆動方法に合わせて適宜設定することができる。
Note that the structure of the semiconductor device shown in this embodiment is an example, and the present invention is not limited to the number and arrangement of circuit elements, wiring, etc. shown in the drawings etc. related to this embodiment. . The number and arrangement of circuit elements, wiring, etc. included in the semiconductor device according to this embodiment can be appropriately set according to the circuit configuration and driving method.
メモリセルアレイ700M及び回路部700Dを設ける基板720は絶縁表面を有して
いることが好ましい。絶縁表面を有する基板としては、表面に絶縁膜が形成された半導体
基板、絶縁性基板、表面に絶縁膜が形成された導電性基板などを用いればよい。半導体基
板としては、例えば、シリコン、ゲルマニウムなどの単体半導体基板、または炭化シリコ
ン、シリコンゲルマニウム、ヒ化ガリウム、リン化インジウム、酸化亜鉛、酸化ガリウム
などの半導体基板などを用いればよい。また、絶縁性基板としては、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)、樹脂基板などを用いればよい。また、前述の半導体基板内部に絶縁性の領域を有
する半導体基板、例えばSOI(Silicon On Insulator)基板など
を用いてもよい。また、導電性基板としては、黒鉛基板、金属基板、合金基板、導電性樹
脂基板などを用いればよい。
It is preferable that the
導電層701は、メモリトランジスタ710のゲートとして機能し、ワード線と電気的
に接続する。すなわち、導電層701、接続層707、および導電層708は、ワード線
の一部としても機能する。ここで、導電層701は、図1(B)に示すように、下層の導
電層701が上層の導電層701よりA2側に延伸した、階段状に設けられることが好ま
しい。このように、導電層701を設けることにより、下層の導電層701の上面の一部
の領域が、より上層の導電層701と重ならないため、導電層701各層の当該領域と各
接続層707を接続させることができる。
The
導電層701として、シリコンや、金属など、導電性を有する材料を用いることができ
る。導電層701として、シリコンを用いる場合、アモルファスシリコンや、ポリシリコ
ンを用いることができる。また、シリコンに導電性を持たせるため、p型不純物やn型不
純物を添加してもよい。また、シリコンを含む導電性材料として、チタン、コバルト、ま
たはニッケルを含むシリサイドを導電層701として用いることができる。また、金属材
料を導電層701に用いる場合、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。
As the
A material containing one or more metal elements selected from nickel, titanium, molybdenum, tungsten, hafnium, vanadium, niobium, manganese, magnesium, zirconium, beryllium, indium, ruthenium, etc. can be used.
導電層702は、絶縁層722を介して導電層701の上に設けられる。導電層702
は、選択トランジスタ(ビット線側選択トランジスタ:SDT、およびソース線側選択ト
ランジスタ:SST)のゲートとして機能する。また、導電層702は、導電層701と
同様の材料を用いることができる。また、導電層702は、導電層701と同じ材料を用
いてもよいし、異なる材料を用いてもよい。導電層701、および導電層702は、用途
に応じて、仕事関数などを考慮し、決定すればよい。
A
functions as a gate of a selection transistor (a bit line side selection transistor: SDT and a source line side selection transistor: SST). Further, the same material as the
導電層701および導電層702の、上層または下層に設けられる絶縁層722として
、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を用いることができる。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、もしくは空孔を有する酸化シリコンまた
は樹脂は、比誘電率が低いため、絶縁層722に用いることは好適である。
As the insulating
一方、絶縁層722として、酸化アルミニウム、酸化ガリウム、酸化ハフニウム、酸化
ジルコニウム、アルミニウムおよびハフニウムを有する酸化物、アルミニウムおよびハフ
ニウムを有する酸化窒化物、シリコンおよびハフニウムを有する酸化物、シリコンおよび
ハフニウムを有する酸化窒化物またはシリコンおよびハフニウムを有する窒化物などを用
いることも可能だが、これらは比誘電率が高いため、2つの導電層701の間、または導
電層701と導電層702との間に寄生容量が生じる場合がある。そのため、デバイスの
設計、用途に応じて絶縁層722に用いる材料を決めることができる。
On the other hand, as the insulating
また、導電層701、導電層702等を覆う絶縁層724としては、絶縁層722と同
様の材料を用いることができる。
Further, as the insulating
酸化物層704、絶縁層703、および導電層701(導電層701_1乃至導電層7
01_mのいずれか一)により、メモリトランジスタ710が構成される。図1(B)、
(C)には、メモリトランジスタ710がm段(mは2以上の自然数)積層している例を
示している。
The
01_m), the
(C) shows an example in which
導電層705は、酸化物層704と電気的に接続し、ソース線SL、またはビット線B
Lの一部として機能する。導電層705として、金属元素を含む導電性材料を用いること
が好ましい。また、導電層705と酸化物層704の界面には、導電層705が有する金
属元素と、酸化物層704の成分とを含む金属化合物層が形成されていることが好ましい
。該金属化合物が形成されることで、導電層705と、酸化物層704とのコンタクト抵
抗が低減するため好ましい。または、酸化物層704に含まれる酸素を、導電層705が
吸収し、酸化物層704の、導電層705と酸化物層704の界面近傍の抵抗を低減する
ことで、導電層705と、酸化物層704とのコンタクト抵抗を低減することができる。
The
It functions as part of L. It is preferable to use a conductive material containing a metal element as the
導電層705として、アルミニウム、ルテニウム、チタン、タンタル、クロム、タング
ステン、および銅から選ばれた一、または複数の金属元素を含む導電性材料を用いること
が好ましい。
As the
導電層706は、図1(C)に示すように、ビット線BLの一部として機能する導電層
705と電気的に接続する酸化物層704と、ソース線SLの一部として機能する導電層
705と電気的に接続する酸化物層704と、電気的に接続することで、メモリストリン
グを構成する。図1(A)中の一点鎖線で囲まれた領域は、1つのメモリストリングを表
している。なお、図1(A)では3つのメモリストリングが明示されているが、実際には
1つのメモリセルアレイが有するメモリストリングの数は偶数であることが好ましく、2
n(nは1以上の自然数)であることがより好ましい。
As shown in FIG. 1C, the
It is more preferable that n (n is a natural number of 1 or more).
導電層706は、導電層705と同様の材料を用いることができる。また、導電層70
6は、導電層705と同じ材料を用いてもよいし、異なる材料を用いてもよい。
The same material as the
6 may be made of the same material as the
また、導電層706と酸化物層704の界面には、導電層706が有する金属元素と、
酸化物層704の成分とを含む金属化合物層が形成されていることが好ましい。該金属化
合物が形成されることで、導電層706と、酸化物層704とのコンタクト抵抗が低減す
るため好ましい。または、酸化物層704に含まれる酸素を、導電層706が吸収し、酸
化物層704の、導電層706と酸化物層704の界面近傍の抵抗を低減することで、導
電層706と、酸化物層704とのコンタクト抵抗を低減することができる。
Further, at the interface between the
A metal compound layer containing the components of the
図1(D)は、1つのメモリトランジスタ710及びその近傍の拡大図を示している。
図1(D)に示すように、絶縁層703は、絶縁層703a、絶縁層703b、および絶
縁層703cを有する。絶縁層703aは、導電層701側に設けられ、絶縁層703c
は、酸化物層704側に設けられ、絶縁層703bは、絶縁層703aと絶縁層703c
の間に設けられる。絶縁層703aはゲート絶縁層として機能し、絶縁層703bは電荷
蓄積層として機能し、絶縁層703cはトンネル絶縁層として機能する。
FIG. 1D shows an enlarged view of one
As shown in FIG. 1D, the insulating
is provided on the
provided between. The insulating
ここで、図2(A)には、1つのメモリトランジスタ710及びその近傍の斜視図を示
している。
Here, FIG. 2A shows a perspective view of one
絶縁層703aとして、酸化シリコンや、酸化窒化シリコンを用いることが好ましい。
また、酸化アルミニウム、酸化ハフニウム、またはアルミニウムおよびハフニウムを有す
る酸化物を用いてもよい。また、これらを積層して絶縁層703aとしてもよい。
It is preferable to use silicon oxide or silicon oxynitride as the insulating
Alternatively, aluminum oxide, hafnium oxide, or an oxide containing aluminum and hafnium may be used. Alternatively, these may be stacked to form the insulating
絶縁層703bは、電荷蓄積層として機能する材料を用いることが好ましく、窒化シリ
コンや、窒化酸化シリコンを用いることが好ましい。また、酸化アルミニウム、酸化ハフ
ニウム、またはアルミニウムおよびハフニウムを有する酸化物を用いてもよい。
For the insulating
絶縁層703cとして、酸化シリコンや、酸化窒化シリコンを用いることが好ましい。
また、酸化アルミニウム、酸化ハフニウム、またはアルミニウムおよびハフニウムを有す
る酸化物を用いてもよい。また、これらを積層して絶縁層703cとしてもよい。また、
絶縁層703cは、絶縁層703aより薄いことが好ましい。詳細は後述するが、メモリ
トランジスタへのデータの書き込み、または消去において、絶縁層703cを通って、酸
化物層704と絶縁層702bの間で、電荷の移動が行われる。すなわち、絶縁層703
cは、トンネル絶縁層として機能する。
It is preferable to use silicon oxide or silicon oxynitride as the insulating
Alternatively, aluminum oxide, hafnium oxide, or an oxide containing aluminum and hafnium may be used. Alternatively, these may be stacked to form the insulating
The insulating
c functions as a tunnel insulating layer.
特に、導電層701、導電層702、および絶縁膜を有する積層体に設けられた開口に
絶縁層703を形成する場合、開口の底部に形成された絶縁層703は、ドライエッチン
グなどを用いた異方性エッチングにより除去する必要がある。異方性エッチングの際、絶
縁層703cは、側面においても、プラズマ、ラジカル、ガス、薬液などに曝される。こ
れらによって絶縁層703cの側面がダメージを受けると、絶縁層703cにトラップセ
ンターが生じ、トランジスタの電気特性に影響を与える場合がある。トラップセンターの
生成を抑制するためには、絶縁層703cの側面は、エッチングによるダメージに対して
高い耐性を有していることが求められる。この場合、絶縁層703cとして、酸化アルミ
ニウム、酸化シリコンと酸化アルミニウムの積層、または酸化窒化シリコンと酸化アルミ
ニウムの積層を用いることが好ましい。
In particular, when forming the insulating
絶縁層703a、絶縁層703b、および絶縁層703cは、ALD法やCVD法を用
いて形成することができる。また、絶縁層703a、絶縁層703b、および絶縁層70
3cの界面の汚染を防ぐためには、同一チャンバー内で、または複数のチャンバーを有す
るマルチチャンバ方式の成膜装置を用いて、大気雰囲気に曝すことなく、連続で成膜する
ことが好ましい。
The insulating
In order to prevent contamination of the interface 3c, it is preferable to form the film continuously in the same chamber or using a multi-chamber type film forming apparatus having a plurality of chambers without being exposed to the atmosphere.
酸化物層704は、酸化物半導体として機能する金属酸化物(以下、酸化物半導体とも
いう)を用いることが好ましい。酸化物半導体は、シリコンなどからなる半導体と比較し
て、トランジスタのオン特性が良好で、高い移動度が得られるため、好ましい。
The
例えば、酸化物層704として、In-M-Zn酸化物(元素Mは、アルミニウム、ガ
リウム、イットリウム、銅、バナジウム、ベリリウム、ホウ素、チタン、鉄、ニッケル、
ゲルマニウム、ジルコニウム、モリブデン、ランタン、セリウム、ネオジム、ハフニウム
、タンタル、タングステン、またはマグネシウムなどから選ばれた一種、または複数種)
等の金属酸化物を用いるとよい。また、酸化物層704として、In-Ga酸化物、In
-Zn酸化物を用いてもよい。
For example, as the
one or more selected from germanium, zirconium, molybdenum, lanthanum, cerium, neodymium, hafnium, tantalum, tungsten, or magnesium)
It is preferable to use metal oxides such as In addition, as the
-Zn oxide may also be used.
図2(B)、(C)には、酸化物層704を積層構造とした場合の例を示している。
FIGS. 2B and 2C show an example in which the
図2(B)に示すように、メモリトランジスタ710は絶縁層703c側に設けられる
酸化物層704aと酸化物層704aの内側に設けられる酸化物層704bを有すること
が好ましい。このとき、酸化物層704aは、酸化物層704bに対して、相対的にエネ
ルギーギャップの広い酸化物を用いることが好ましい。ここで、エネルギーギャップの広
い酸化物を、ワイドギャップ、エネルギーギャップの狭い酸化物をナローギャップと呼ぶ
ことがある。
As shown in FIG. 2B, the
酸化物層704aをナローギャップとし、酸化物層704bをワイドギャップとする場
合、酸化物層704aの伝導帯下端のエネルギーが、酸化物層704bの伝導帯下端のエ
ネルギーより高くなることが好ましい。また、言い換えると、酸化物層704aの電子親
和力が、酸化物層704bの電子親和力より小さいことが好ましい。
When the
また、酸化物層704aと酸化物層704bは、各金属原子の原子数比が異なる組み合
わせにすることが好ましい。具体的には、酸化物層704aに用いる金属酸化物において
、構成元素中の元素Mの原子数比が、酸化物層704bに用いる金属酸化物における、構
成元素中の元素Mの原子数比より、大きいことが好ましい。また、酸化物層704aに用
いる金属酸化物において、Inに対する元素Mの原子数比が、酸化物層704bに用いる
金属酸化物における、Inに対する元素Mの原子数比より大きいことが好ましい。また、
酸化物層704bに用いる金属酸化物において、元素Mに対するInの原子数比が、酸化
物層704aに用いる金属酸化物における、元素Mに対するInの原子数比より大きいこ
とが好ましい。
Further, it is preferable that the
In the metal oxide used for the
酸化物層704aには、例えばIn:Ga:Zn=1:3:4、In:Ga:Zn=1
:3:2、またはIn:Ga:Zn=1:1:1の組成およびその近傍の組成を有する金
属酸化物を用いることができる。また、酸化物層704bには、例えばIn:Ga:Zn
=4:2:3から4.1、In:Ga:Zn=1:1:1、またはIn:Ga:Zn=5
:1:6の組成およびその近傍の組成を有する金属酸化物を用いることができる。これら
の酸化物層704aおよび酸化物層704bを上記の原子数比の関係を満たして組み合わ
せることが好ましい。例えば、酸化物層704aを、In:Ga:Zn=1:3:4の組
成およびその近傍の組成を有する金属酸化物、酸化物層704bを、In:Ga:Zn=
4:2:3から4.1の組成およびその近傍の組成を有する金属酸化物とするのが好まし
い。なお、上記組成は、基板上に形成された酸化物中の原子数比、またはスパッタターゲ
ットにおける原子数比を示す。
In the
:3:2, or a metal oxide having a composition of In:Ga:Zn=1:1:1 or a composition in the vicinity thereof can be used. Further, the
=4:2:3 to 4.1, In:Ga:Zn=1:1:1, or In:Ga:Zn=5
Metal oxides having a composition of :1:6 or a composition in the vicinity thereof can be used. It is preferable that the
Preferably, the metal oxide has a composition of 4:2:3 to 4.1 or a composition in the vicinity thereof. Note that the above composition indicates the atomic ratio in the oxide formed on the substrate or the atomic ratio in the sputtering target.
また、酸化物層704aとして、後述する、CAAC-OSを用い、酸化物層704b
として、CAC-OSを用いることが好ましい。酸化物層704aとして、CAAC-O
Sを用いる場合、c軸は、図1(A)などに示すx-y平面に平行、すなわちz軸に垂直
で、かつ開口の側面から中心に向かうように配向することが好ましい。
Further, as the
It is preferable to use CAC-OS. As the
When S is used, the c-axis is preferably oriented parallel to the xy plane shown in FIG.
ここで、酸化物層704aと酸化物層704bの接合部において、伝導帯下端はなだら
かに変化する。換言すると、酸化物層704aと酸化物層704bの接合部における伝導
帯下端は、連続的に変化または連続接合するともいうことができる。このようにするため
には、酸化物層704aと酸化物層704bとの界面において形成される混合層の欠陥準
位密度を低くするとよい。
Here, at the junction between the
具体的には、酸化物層704aと酸化物層704bが、酸素以外に共通の元素を有する
(主成分とする。)ことで、欠陥準位密度が低い混合層を形成することができる。例えば
、酸化物層704bがIn-Ga-Zn酸化物の場合、酸化物層704a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。これにより、
酸化物層704aと酸化物層704b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。そのため、界面散乱によるキャリア伝導への影響が小さくなり、メモリトランジス
タ710は高いオン電流を得られる。
Specifically, when the
It is preferable to use Ga--Zn oxide, Ga--Zn oxide, gallium oxide, or the like. This results in
The density of defect levels at the interface between the
図2(B)に示すように、酸化物層704bは、酸化物層704aに囲まれるように設
けられている。このような構成の場合、酸化物層704に、導電層705から導電層70
6への方向、あるいは導電層706から導電層705への方向(すなわちz軸方向)にキ
ャリアを流す際、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。このた
め、上記構成を用いる場合、トランジスタのオン状態において高い電流駆動力、つまり大
きなオン電流、及び高い電界効果移動度を得ることができる。
As shown in FIG. 2B, the
6 or in the direction from the
また、酸化物層704bと、絶縁層703cと、の間に酸化物層704aを設けること
で、キャリアパスとなる酸化物層704bと、絶縁層703cが直接接することがなく、
トラップセンターの形成を抑制することができる。半導体(酸化物半導体)と、絶縁層と
の界面に形成されたトラップセンターは、電子を捕獲し、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ため、トランジスタの信頼性や、オン、オフ特性に悪影響を及ぼ
す恐れがある。よって、当該酸化物を用いるトランジスタは、トラップセンターによる電
気特性の影響を受けることがないため、オン状態においてより高い電流駆動力、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。また、当該トランジスタ、
および当該トランジスタを用いた半導体装置は、高い信頼性を得ることができる。
Furthermore, by providing the
Formation of trap centers can be suppressed. The trap center formed at the interface between the semiconductor (oxide semiconductor) and the insulating layer captures electrons and changes the threshold voltage of the transistor in a positive direction, which affects the reliability and on/off characteristics of the transistor. may have an adverse effect on. Therefore, a transistor using the oxide is not affected by the electrical characteristics of the trap center, and thus can obtain higher current driving force in the on state, that is, a large on-state current, and high field-effect mobility. In addition, the transistor,
A semiconductor device using the transistor can have high reliability.
図2(D)に示すメモリトランジスタ710は、絶縁層703a、絶縁層703b、お
よび絶縁層703cの内側に、酸化物層704aが設けられ、酸化物層704aの内側に
酸化物層704bが設けられ、酸化物層704bの内側に酸化物層704cが設けられて
いる。また、酸化物層704cの内側には、絶縁層711が埋め込まれるように設けられ
ていてもよい。なお、絶縁層711は、必ずしも設けなくてよく、酸化物層704cの内
側は、空洞でもよい。
In the
酸化物層704bは、酸化物層704a、および酸化物層704cに挟まれるように設
けられる。このとき、酸化物層704cは、酸化物層704aと同様にワイドギャップで
あることが好ましい。ワイドギャップである酸化物層704cを設けることで、酸化物層
704を流れるキャリアを酸化物層704bに閉じ込めることができ、トランジスタのオ
ン状態において高い電流駆動力、つまり大きなオン電流、及び高い電界効果移動度を得る
ことができる。
The
また、酸化物層704cの内側に絶縁層711を設ける場合、絶縁層711は、酸化物
層704に酸素を供給できる材料であることが好ましい。絶縁層711として、水素や窒
素を極力含まない酸化物を用いることで、酸化物層704に酸素を供給できる場合がある
。酸化物層704に酸素を供給することで、酸化物層704中に含まれる水素や水などの
不純物を除去することができ、酸化物層704は高純度化する。不純物が極力低減された
酸化物を酸化物層704として用いることで、メモリトランジスタ、および当該トランジ
スタを用いた半導体装置は、高い信頼性を得ることができる。
Further, in the case where the insulating
また、絶縁層711として、水素や窒素などの不純物を供給できる材料を用いることも
できる。絶縁層711に水素や窒素を含む酸化物を用いることで、酸化物層704に水素
や窒素を供給できる場合がある。酸化物層704に水素や窒素を供給することで、酸化物
層704の抵抗値が下がる場合がある。酸化物層704の抵抗値を、回路動作の弊害にな
らない程度に下げることで、より低い駆動電圧で、メモリトランジスタを動作させること
ができる。また、メモリトランジスタのオン状態において高い電流駆動力、つまり大きな
オン電流、及び高い電界効果移動度を得ることができる。
Further, as the insulating
図2(D)には、選択トランジスタ(ビット線側トランジスタ:SDT、またはソース
線側トランジスタ:SST)及びその近傍における斜視図を示している。
FIG. 2D shows a perspective view of a selection transistor (bit line side transistor: SDT, or source line side transistor: SST) and its vicinity.
図2(D)に示すように、選択トランジスタには電荷蓄積層を設けなくてもよい。よっ
て、ビット線側トランジスタ:SDT、およびソース線側トランジスタ:SSTにおいて
、絶縁層703として絶縁層703bおよび絶縁層703cを設けず、絶縁層703aの
みを設ける構成にしてもよい。
As shown in FIG. 2D, the selection transistor does not need to be provided with a charge storage layer. Therefore, in the bit line side transistor: SDT and the source line side transistor: SST, a structure may be adopted in which the insulating
なお、図2(D)において、酸化物層704を単層で示しているが、これに限らない。
酸化物層704は、上記で例示した、2層構造または3層構造としてもよいし、4層以上
の積層構造でもよい。また、酸化物層704の内側に、絶縁層711が設けられていても
よい。
Note that although the
The
なお、メモリトランジスタ710が設けられる、積層体に形成された開口は、図1(A
)や、図2の各図において、上面を円形状としているがこれに限られるものではなく、例
えば上面を楕円形状としてもよいし、三角形、四角形などの多角形状にしてもよい。また
、多角形状とする場合、角部が丸みを帯びている形状としてもよい。また、当該開口の上
面形状や断面形状に合わせて、絶縁層703、および酸化物層704の上面形状や断面形
状も変化することがある。また、当該開口は、上方(導電層705側)の開口の断面積と
比較して、下方(導電層706側)の開口の断面積が狭くなるような形状としてもよい。
Note that the opening formed in the stacked body in which the
) and in each of the figures in FIG. 2, the upper surface is circular, but the upper surface is not limited to this. For example, the upper surface may be elliptical, or polygonal such as a triangle or a quadrangle. Moreover, when setting it as a polygonal shape, it is good also as a shape with rounded corners. Further, the top surface shape and cross-sectional shape of the insulating
〔接続構成例〕
図3は、メモリトランジスタを6段有するメモリセルアレイ700Mを複数組み合わせ
た記憶装置700Aを説明する上面図である。なお、図3では、説明を容易にするため、
一部の構成要素を省略している。例えば、導電層701上に設けられる選択トランジスタ
(ビット線側トランジスタ:SDT、およびソース線側トランジスタ:SST)や、それ
らの構成要件である導電層702は、省略している。また、ビット線BLやソース線SL
の一部として機能する導電層705、およびワード線WLの一部として機能する導電層7
08は、実線にて示している。
[Connection configuration example]
FIG. 3 is a top view illustrating a
Some components are omitted. For example, selection transistors (a bit line side transistor: SDT and a source line side transistor: SST) provided on the
08 is shown by a solid line.
記憶装置700Aにおいて、各メモリセルアレイ700Mは、6段のメモリトランジス
タを有するメモリストリングを4つ有する。
In the
メモリストリングのビット線側の端は、それぞれ異なるビット線BL(BL_1乃至B
L_4)と電気的に接続する。一方、メモリストリングのソース線側の端は、ソース線S
Lと電気的に接続されており、共通の電位が与えられている。ソース線SLは、接地され
ていてもよいし、一定の電位が与えられていてもよい。また、回路の動作に合わせて、電
位を変動させてもよい。
The ends of the memory strings on the bit line side are connected to different bit lines BL (BL_1 to B
L_4). On the other hand, the end of the memory string on the source line side is connected to the source line S
It is electrically connected to L and is given a common potential. The source line SL may be grounded or may be given a constant potential. Further, the potential may be varied in accordance with the operation of the circuit.
導電層701_1乃至導電層701_6は、それぞれ異なるワード線WLと電気的に接
続する。ビット線側の導電層701_1乃至導電層701_6は、それぞれWLa_1乃
至WLa_6と電気的に接続し、ソース線側の導電層701_1乃至導電層701_6は
、それぞれWLb_1乃至WLb_6と電気的に接続する。
The conductive layers 701_1 to 701_6 are electrically connected to different word lines WL, respectively. The conductive layers 701_1 to 701_6 on the bit line side are electrically connected to WLa_1 to WLa_6, respectively, and the conductive layers 701_1 to 701_6 on the source line side are electrically connected to WLb_1 to WLb_6, respectively.
ビット線BL(BL_1乃至BL_4)、およびワード線(WLa_1乃至WLa_6
、およびWLb_1乃至WLb_6)を適宜選択することで、メモリセルアレイ700M
内の任意のメモリトランジスタを選択することができる。また、選択されたメモリトラン
ジスタに対して、書き込み、読み出し、消去などを行うことができる。
Bit lines BL (BL_1 to BL_4) and word lines (WLa_1 to WLa_6)
, and WLb_1 to WLb_6), the
Any memory transistor within can be selected. Further, writing, reading, erasing, etc. can be performed on the selected memory transistor.
また、各メモリストリングには、選択トランジスタ(図示しない)が設けられているた
め、記憶装置700A内の任意のメモリセルアレイ700Mを選択し、選択されたメモリ
セルアレイ700M内の任意のメモリトランジスタに対して、書き込み、読み出し、消去
などを行うことができる。
Furthermore, since each memory string is provided with a selection transistor (not shown), any
〔回路部〕
回路部700Dには、少なくとも1つ以上のトランジスタ750が設けられている。図
1(A)、(B)には、回路部700Dの例として、トランジスタ750を示している。
トランジスタ750は、チャネルが形成される半導体層に金属酸化物が適用され、極めて
耐圧の高いトランジスタである。
[Circuit section]
The
The
トランジスタ750は、酸化物層751、導電層752、導電層753a、導電層75
3b、及び絶縁層754を有する。酸化物層751は、絶縁層724上に設けられる。絶
縁層754は酸化物層751上に設けられ、その一部はゲート絶縁層として機能する。導
電層752は絶縁層754上に設けられ、その一部はゲート電極として機能する。導電層
753a及び導電層753bは、それぞれ酸化物層751と接して設けられ、ソース電極
またはドレイン電極として機能する。
The
3b, and an insulating
ここで、酸化物層751は、上記メモリトランジスタ710が有する酸化物層704と
同じ酸化物膜を加工して形成されていることが好ましい。さらに、導電層753a及び導
電層753bは、上記メモリセルアレイ700Mの導電層705や導電層708と同じ導
電膜を加工して形成されていることが好ましい。
Here, the
これにより、トランジスタ750の作製工程の一部を、メモリセルアレイ700Mの作
製工程と兼ねることができるため、低コストでメモリセルアレイ700Mと回路部700
Dとを同一基板上に形成することができる。
As a result, part of the manufacturing process of the
D can be formed on the same substrate.
絶縁層754は、上記絶縁層703aと同様の材料を用いることができる。
For the insulating
導電層752は、上記導電層701等と同様の材料を用いることができる。
For the
続いて、トランジスタ750とメモリセルアレイ700Mとの接続例について説明する
。
Next, a connection example between the
図4(A)には、トランジスタ750の拡大図を示している。さらに図4(A)では、
トランジスタ750と電気的に接続する1つのワード線と、1つのメモリストリングの断
面概略図を示している。
FIG. 4A shows an enlarged view of the
A cross-sectional schematic diagram of one word line electrically connected to a
図4(A)では、トランジスタ750を覆って、複数の開口を有する絶縁層761が設
けられている。また絶縁層761の開口を埋める複数の接続層(接続層762、接続層7
63、接続層764a、接続層764b等)が設けられている。また、絶縁層761上に
は、配線として機能する複数の導電層(導電層765、導電層766a、導電層766b
等)が設けられている。
In FIG. 4A, an insulating
63, a
etc.) are provided.
トランジスタ750の導電層753bは、接続層764bを介して導電層766bと電
気的に接続されている。また、トランジスタ750の導電層753aと、導電層701と
は、接続層707、導電層708、接続層763、導電層766a、及び接続層764a
を介して電気的に接続されている。また、導電層705は、接続層762を介して導電層
765と電気的に接続されている。
The
electrically connected via. Further, the
このような構成とすることで、トランジスタ750とワード線として機能する導電層7
01とを電気的に接続することができる。
With such a structure, the
01 can be electrically connected.
ここで、図4(A)に示すトランジスタ750は、半導体層として機能する酸化物層7
51の上面の一部、及び側面に接して導電層753aと導電層753bとが設けられてい
る。また、絶縁層754と導電層752とは、それぞれ導電層753a及び導電層753
bと重畳する部分を有する。図4(A)に示すトランジスタは750の構造は、TGTC
(Top-Gate-Bottom-Contact)型のトランジスタと言うことがで
きる。
Here, the
A
It has a part that overlaps with b. The structure of the
It can be said to be a (Top-Gate-Bottom-Contact) type transistor.
図4(B)には、図4(A)とは一部の構成が異なる断面構成例を示している。 FIG. 4(B) shows an example of a cross-sectional configuration that partially differs from FIG. 4(A).
図4(B)に示すトランジスタ750は、酸化物層751の端部と、導電層753aの
端部または導電層753bの端部が、それぞれ一致している。また導電層753a及び導
電層753bの下には酸化物層751が存在し、導電層753a及び導電層753bと絶
縁層724とが接しないように形成されている。このような構成とすることで、導電層7
53a及び導電層753b等に絶縁層724中の酸素が拡散することを防ぐことができ、
絶縁層724から酸化物層751に供給しうる酸素の量が減少することを防止できるとと
もに、導電層753a及び導電層753bが酸化されて導電性が低下することを抑制する
ことができる。
In the
Oxygen in the insulating
A decrease in the amount of oxygen that can be supplied from the insulating
図4(B)に示すような構成は、例えば酸化物層751となる酸化物膜と、導電層75
3a及び導電層753bとなる導電膜を積層した積層膜を成膜し、酸化物層751となる
領域を残すように当該積層膜を加工し、続いて、酸化物層751上のチャネル形成領域と
重なる導電膜の一部をエッチングにより除去することで、形成することができる。
The structure shown in FIG. 4B includes, for example, an oxide film serving as an
3a and a conductive film that will become the
ここで、導電層708と接続層707との間に、酸化物層751と同じ酸化物を含む酸
化物層751aが形成される場合がある。酸化物層751aは、導電層708や接続層7
07と接するため、工程中にかかる熱などにより、膜中の酸素が引き抜かれることや、水
素が供給されることなどによって、キャリア密度が十分に高い状態、すなわち十分に低抵
抗化された状態となっている。そのため、酸化物層751aが設けられることによる電気
抵抗の上昇の影響はほとんどないと言える。
Here, an
07, oxygen in the film is extracted by the heat applied during the process, hydrogen is supplied, etc., and the carrier density is sufficiently high, that is, the resistance is sufficiently low. It has become. Therefore, it can be said that the provision of the
以上が構成例についての説明である。 The above is a description of the configuration example.
[金属酸化物]
以下では、上記構成例で例示した酸化物層704、および酸化物層751等に適用可能
な金属酸化物について説明する。
[Metal oxide]
In the following, metal oxides applicable to the
金属酸化物は、少なくともインジウムまたは亜鉛を含むことが好ましい。特にインジウ
ムおよび亜鉛を含むことが好ましい。また、それらに加えて、アルミニウム、ガリウム、
イットリウムまたはスズなどが含まれていることが好ましい。また、ホウ素、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。
Preferably, the metal oxide contains at least indium or zinc. In particular, it is preferable to include indium and zinc. In addition to these, aluminum, gallium,
It is preferable that yttrium or tin is included. Further, one or more selected from boron, titanium, iron, nickel, germanium, zirconium, molybdenum, lanthanum, cerium, neodymium, hafnium, tantalum, tungsten, or magnesium may be included.
ここでは、金属酸化物が、インジウム、元素Mおよび亜鉛を有するIn‐M‐Zn酸化
物である場合を考える。なお、元素Mは、アルミニウム、ガリウム、イットリウムまたは
スズなどとする。そのほかの元素Mに適用可能な元素としては、ホウ素、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ることもできる。
Here, we consider the case where the metal oxide is an In-M-Zn oxide containing indium, element M, and zinc. Note that the element M is aluminum, gallium, yttrium, tin, or the like. Other elements that can be used as the element M include boron, titanium, iron, nickel, germanium, zirconium, molybdenum, lanthanum, cerium, neodymium, hafnium, tantalum, tungsten, and magnesium. However, as element M,
A plurality of the above-mentioned elements can also be combined.
なお、本明細書等において、窒素を有する金属酸化物も金属酸化物(metal ox
ide)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(me
tal oxynitride)と呼称してもよい。
Note that in this specification and the like, a metal oxide containing nitrogen is also referred to as a metal oxide (metal oxide).
ide). In addition, metal oxides containing nitrogen can be replaced with metal oxynitrides (me
tal oxynitride).
〔金属酸化物の構成〕
以下では、本発明の一態様で開示されるトランジスタに用いることができるCAC(C
loud-Aligned Composite)-OSの構成について説明する。
[Composition of metal oxide]
Below, CAC (C
The configuration of the loud-Aligned Composite)-OS will be explained.
なお、本明細書等において、CAAC(c-axis aligned crysta
l)、およびCAC(Cloud-Aligned Composite)と記載する場
合がある。なお、CAACは結晶構造の一例を表し、CACは機能、または材料の構成の
一例を表す。
In addition, in this specification etc., CAAC (c-axis aligned crystal
1), and CAC (Cloud-Aligned Composite). Note that CAAC represents an example of a crystal structure, and CAC represents an example of a function or a material configuration.
CAC-OSまたはCAC-metal oxideとは、材料の一部では導電性の機
能と、材料の一部では絶縁性の機能とを有し、材料の全体では半導体としての機能を有す
る。なお、CAC-OSまたはCAC-metal oxideを、トランジスタの活性
層に用いる場合、導電性の機能は、キャリアとなる電子(または正孔)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。
CAC-OS or CAC-metal oxide has a part of the material having a conductive function, a part of the material having an insulating function, and the entire material having a semiconductor function. Note that when CAC-OS or CAC-metal oxide is used in the active layer of a transistor, the conductive function is to flow electrons (or holes) that serve as carriers, and the insulating function is to flow electrons (or holes) that serve as carriers. This function does not allow electrons to flow. Switching function (On/Off
function) can be added to CAC-OS or CAC-metal oxide. By separating the functions of CAC-OS or CAC-metal oxide, the functions of both can be maximized.
また、CAC-OSまたはCAC-metal oxideは、導電性領域、および絶
縁性領域を有する。導電性領域は、上述の導電性の機能を有し、絶縁性領域は、上述の絶
縁性の機能を有する。また、材料中において、導電性領域と、絶縁性領域とは、ナノ粒子
レベルで分離している場合がある。また、導電性領域と、絶縁性領域とは、それぞれ材料
中に偏在する場合がある。また、導電性領域は、周辺がぼけてクラウド状に連結して観察
される場合がある。
Further, CAC-OS or CAC-metal oxide has a conductive region and an insulating region. The conductive region has the above-mentioned conductive function, and the insulating region has the above-mentioned insulating function. Further, in a material, a conductive region and an insulating region may be separated at the nanoparticle level. Further, the conductive region and the insulating region may be unevenly distributed in the material. Further, the conductive regions may be observed to be connected in a cloud-like manner with the periphery blurred.
また、CAC-OSまたはCAC-metal oxideにおいて、導電性領域と、
絶縁性領域とは、それぞれ0.5nm以上10nm以下、好ましくは0.5nm以上3n
m以下のサイズで材料中に分散している場合がある。
In addition, in CAC-OS or CAC-metal oxide, a conductive region and
The insulating regions each have a thickness of 0.5 nm or more and 10 nm or less, preferably 0.5 nm or more and 3 nm or more.
It may be dispersed in the material with a size of less than m.
また、CAC-OSまたはCAC-metal oxideは、異なるバンドギャップ
を有する成分により構成される。例えば、CAC-OSまたはCAC-metal ox
ideは、絶縁性領域に起因するワイドギャップを有する成分と、導電性領域に起因する
ナローギャップを有する成分と、により構成される。当該構成の場合、キャリアを流す際
に、ナローギャップを有する成分において、主にキャリアが流れる。また、ナローギャッ
プを有する成分が、ワイドギャップを有する成分に相補的に作用し、ナローギャップを有
する成分に連動してワイドギャップを有する成分にもキャリアが流れる。このため、上記
CAC-OSまたはCAC-metal oxideをトランジスタのチャネル形成領域
に用いる場合、トランジスタのオン状態において高い電流駆動力、つまり大きなオン電流
、および高い電界効果移動度を得ることができる。
Further, CAC-OS or CAC-metal oxide is composed of components having different band gaps. For example, CAC-OS or CAC-metal ox
ide is composed of a component having a wide gap caused by the insulating region and a component having a narrow gap caused by the conductive region. In the case of this configuration, when the carrier flows, the carrier mainly flows in the component having the narrow gap. Furthermore, the component having a narrow gap acts complementary to the component having a wide gap, and carriers also flow into the component having a wide gap in conjunction with the component having a narrow gap. Therefore, when the above-mentioned CAC-OS or CAC-metal oxide is used in the channel formation region of a transistor, a high current driving force, that is, a large on-state current, and high field effect mobility can be obtained in the on state of the transistor.
すなわち、CAC-OSまたはCAC-metal oxideは、マトリックス複合
材(matrix composite)、または金属マトリックス複合材(metal
matrix composite)と呼称することもできる。
That is, CAC-OS or CAC-metal oxide is a matrix composite or a metal matrix composite.
It can also be called a matrix composite.
〔金属酸化物の構造〕
酸化物半導体(金属酸化物)は、単結晶酸化物半導体と、それ以外の非単結晶酸化物半
導体と、に分けられる。非単結晶酸化物半導体としては、例えば、CAAC-OS(c-
axis aligned crystalline oxide semicondu
ctor)、多結晶酸化物半導体、nc-OS(nanocrystalline ox
ide semiconductor)、擬似非晶質酸化物半導体(a-like OS
:amorphous-like oxide semiconductor)および非
晶質酸化物半導体などがある。
[Structure of metal oxide]
Oxide semiconductors (metal oxides) are divided into single-crystal oxide semiconductors and other non-single-crystal oxide semiconductors. Examples of non-single crystal oxide semiconductors include CAAC-OS (c-
axis aligned crystalline oxide semiconductor
ctor), polycrystalline oxide semiconductor, nc-OS (nanocrystalline ox
ide semiconductor), pseudo-amorphous oxide semiconductor (a-like OS
: amorphous-like oxide semiconductor) and amorphous oxide semiconductor.
CAAC-OSは、c軸配向性を有し、かつa-b面方向において複数のナノ結晶が連
結し、歪みを有した結晶構造となっている。なお、歪みとは、複数のナノ結晶が連結する
領域において、格子配列の揃った領域と、別の格子配列の揃った領域と、の間で格子配列
の向きが変化している箇所を指す。
CAAC-OS has c-axis orientation and a plurality of nanocrystals connected in the a-b plane direction, resulting in a distorted crystal structure. Note that distortion refers to a location where the orientation of the lattice arrangement changes between a region where the lattice arrangement is uniform and another region where the lattice arrangement is uniform in a region where a plurality of nanocrystals are connected.
ナノ結晶は、六角形を基本とするが、正六角形状とは限らず、非正六角形状である場合
がある。また、歪みにおいて、五角形、および七角形などの格子配列を有する場合がある
。なお、CAAC-OSにおいて、歪み近傍においても、明確な結晶粒界(グレインバウ
ンダリーともいう。)を確認することは難しい。すなわち、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である。
Although nanocrystals are basically hexagonal, they are not limited to regular hexagonal shapes and may have irregular hexagonal shapes. In addition, the distortion may have a pentagonal or heptagonal lattice arrangement. Note that in CAAC-OS, it is difficult to confirm clear grain boundaries (also referred to as grain boundaries) even in the vicinity of strain. That is, it can be seen that the formation of grain boundaries is suppressed by the distortion of the lattice arrangement. This is because CAAC-OS can tolerate distortion due to the fact that the arrangement of oxygen atoms is not dense in the a-b plane direction, and the bond distance between atoms changes due to substitution of metal elements. It's for a reason.
また、CAAC-OSは、インジウム、および酸素を有する層(以下、In層)と、元
素M、亜鉛、および酸素を有する層(以下、(M,Zn)層)とが積層した、層状の結晶
構造(層状構造ともいう)を有する傾向がある。なお、インジウムと元素Mは、互いに置
換可能であり、(M,Zn)層の元素Mがインジウムと置換した場合、(In,M,Zn
)層と表すこともできる。また、In層のインジウムが元素Mと置換した場合、(In,
M)層と表すこともできる。
In addition, CAAC-OS is a layered crystal in which a layer containing indium and oxygen (hereinafter referred to as an "In layer") and a layer containing element M, zinc, and oxygen (hereinafter referred to as a (M,Zn) layer) are laminated. They tend to have a structure (also called a layered structure). Note that indium and element M can be substituted with each other, and when element M of the (M, Zn) layer is substituted with indium, (In, M, Zn
) layer. Furthermore, when indium in the In layer is replaced with element M, (In,
M) It can also be expressed as a layer.
CAAC-OSは結晶性の高い金属酸化物である。一方、CAAC-OSは、明確な結
晶粒界を確認することが難しいため、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、金属酸化物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(VO:oxygen v
acancyともいう)など)の少ない金属酸化物ともいえる。したがって、CAAC-
OSを有する金属酸化物は、物理的性質が安定する。そのため、CAAC-OSを有する
金属酸化物は熱に強く、信頼性が高い。
CAAC-OS is a highly crystalline metal oxide. On the other hand, in CAAC-OS, it is difficult to confirm clear grain boundaries, so it can be said that reduction in electron mobility due to grain boundaries is less likely to occur. In addition, since the crystallinity of metal oxides may deteriorate due to the incorporation of impurities or the formation of defects, CAAC- OS
It can also be said to be a metal oxide with low acancy (also called acancy). Therefore, CAAC-
Metal oxides with OS have stable physical properties. Therefore, metal oxides with CAAC-OS are resistant to heat and have high reliability.
nc-OSは、微小な領域(例えば、1nm以上10nm以下の領域、特に1nm以上
3nm以下の領域)において原子配列に周期性を有する。また、nc-OSは、異なるナ
ノ結晶間で結晶方位に規則性が見られない。そのため、膜全体で配向性が見られない。し
たがって、nc-OSは、分析方法によっては、a-like OSや非晶質酸化物半導
体と区別が付かない場合がある。
The nc-OS has periodicity in the atomic arrangement in a minute region (for example, a region of 1 nm or more and 10 nm or less, particularly a region of 1 nm or more and 3 nm or less). Further, in nc-OS, no regularity is observed in crystal orientation between different nanocrystals. Therefore, no orientation is observed throughout the film. Therefore, depending on the analysis method, nc-OS may be indistinguishable from a-like OS or amorphous oxide semiconductor.
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金属酸
化物である。a-like OSは、鬆または低密度領域を有する。すなわち、a-li
ke OSは、nc-OSおよびCAAC-OSと比べて、結晶性が低い。
The a-like OS is a metal oxide with a structure between that of an nc-OS and an amorphous oxide semiconductor. A-like OS has holes or low density areas. That is, a-li
ke OS has lower crystallinity compared to nc-OS and CAAC-OS.
酸化物半導体(金属酸化物)は、多様な構造をとり、それぞれが異なる特性を有する。
本発明の一態様の酸化物半導体は、非晶質酸化物半導体、多結晶酸化物半導体、a-li
ke OS、nc-OS、CAAC-OSのうち、二種以上を有していてもよい。
Oxide semiconductors (metal oxides) have a variety of structures, each with different properties.
The oxide semiconductor of one embodiment of the present invention includes an amorphous oxide semiconductor, a polycrystalline oxide semiconductor, an a-li
The computer may have two or more of ke OS, nc-OS, and CAAC-OS.
〔金属酸化物を有するトランジスタ〕
続いて、上記金属酸化物をトランジスタのチャネル形成領域に用いる場合について説明
する。
[Transistor with metal oxide]
Next, a case where the above metal oxide is used in a channel formation region of a transistor will be described.
なお、上記金属酸化物をトランジスタのチャネル形成領域に用いることで、高い電界効
果移動度のトランジスタを実現することができる。また、信頼性の高いトランジスタを実
現することができる。
Note that by using the above metal oxide in a channel formation region of a transistor, a transistor with high field-effect mobility can be realized. Further, a highly reliable transistor can be realized.
また、トランジスタには、キャリア密度の低い金属酸化物を用いることが好ましい。金
属酸化物膜のキャリア密度を低くする場合においては、金属酸化物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いう。例えば、金属酸化物は
、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。
Further, it is preferable to use a metal oxide with low carrier density for the transistor. In order to lower the carrier density of the metal oxide film, the impurity concentration in the metal oxide film may be lowered to lower the defect level density. In this specification and the like, the term "high purity intrinsic" or "substantially high purity intrinsic" means that the impurity concentration is low and the defect level density is low. For example, the metal oxide has a carrier density of less than 8×10 11 /cm 3 , preferably less than 1×10 11 /cm 3 , more preferably less than 1×10 10 /cm 3 , and 1×10 −9 /
また、高純度真性または実質的に高純度真性である金属酸化物膜は、欠陥準位密度が低
いため、トラップ準位密度も低くなる場合がある。
Further, since a metal oxide film that is highly pure or substantially pure has a low defect level density, the trap level density may also be low.
また、金属酸化物のトラップ準位に捕獲された電荷は、消失するまでに要する時間が長
く、あたかも固定電荷のように振る舞うことがある。そのため、トラップ準位密度の高い
金属酸化物をチャネル形成領域に有するトランジスタは、電気特性が不安定となる場合が
ある。
Furthermore, charges captured in the trap levels of metal oxides take a long time to disappear, and may behave as if they were fixed charges. Therefore, a transistor including a metal oxide with a high trap level density in a channel formation region may have unstable electrical characteristics.
したがって、トランジスタの電気特性を安定にするためには、金属酸化物中の不純物濃
度を低減することが有効である。また、金属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。
Therefore, in order to stabilize the electrical characteristics of a transistor, it is effective to reduce the impurity concentration in the metal oxide. In addition, in order to reduce the impurity concentration in metal oxides,
Preferably, the impurity concentration in adjacent films is also reduced. Examples of impurities include hydrogen, nitrogen, alkali metals, alkaline earth metals, iron, nickel, and silicon.
〔不純物〕
ここで、金属酸化物中における各不純物の影響について説明する。
〔impurities〕
Here, the influence of each impurity in the metal oxide will be explained.
金属酸化物において、第14族元素の一つであるシリコンや炭素が含まれると、金属酸
化物において欠陥準位が形成される。このため、金属酸化物におけるシリコンや炭素の濃
度と、金属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(SIM
S:Secondary Ion Mass Spectrometry)により得られ
る濃度)を、2×1018atoms/cm3以下、好ましくは2×1017atoms
/cm3以下とする。
When a metal oxide contains silicon or carbon, which is one of the Group 14 elements, a defect level is formed in the metal oxide. For this reason, the concentration of silicon and carbon in the metal oxide and the concentration of silicon and carbon near the interface with the metal oxide (secondary ion mass spectrometry (SIM)
S: Secondary Ion Mass Spectrometry) of 2×10 18 atoms/cm 3 or less, preferably 2×10 17 atoms
/ cm3 or less.
また、金属酸化物にアルカリ金属またはアルカリ土類金属が含まれると、欠陥準位を形
成し、キャリアを生成する場合がある。したがって、アルカリ金属またはアルカリ土類金
属が含まれている金属酸化物をチャネル形成領域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。このため、金属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により得られる金属酸化物中のアル
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。
Further, when the metal oxide contains an alkali metal or an alkaline earth metal, defect levels may be formed and carriers may be generated. Therefore, a transistor using a metal oxide containing an alkali metal or an alkaline earth metal in a channel formation region tends to have normally-on characteristics. For this reason, it is preferable to reduce the concentration of the alkali metal or alkaline earth metal in the metal oxide. Specifically, the concentration of the alkali metal or alkaline earth metal in the metal oxide obtained by SIMS is set to 1×10 18 atoms/cm 3 or less, preferably 2×10 16 atoms/cm 3 or less.
また、金属酸化物において、窒素が含まれると、キャリアである電子が生じ、キャリア
密度が増加し、n型化しやすい。この結果、窒素が含まれている金属酸化物をチャネル形
成領域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。したがって、当該金属
酸化物において、チャネル形成領域の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、金属酸化物中の窒素濃度は、SIMSにおいて、5×1019atoms/cm
3未満、好ましくは5×1018atoms/cm3以下、より好ましくは1×1018
atoms/cm3以下、さらに好ましくは5×1017atoms/cm3以下とする
。
Further, when nitrogen is contained in a metal oxide, electrons as carriers are generated, the carrier density increases, and the metal oxide tends to become n-type. As a result, a transistor in which a metal oxide containing nitrogen is used in a channel formation region tends to have normally-on characteristics. Therefore, in the metal oxide, it is preferable that nitrogen in the channel forming region be reduced as much as possible.
For example, the nitrogen concentration in a metal oxide is 5×10 19 atoms/cm in SIMS.
less than 3 , preferably 5×10 18 atoms/cm 3 or less, more preferably 1×10 18
atoms/cm 3 or less, more preferably 5×10 17 atoms/cm 3 or less.
また、金属酸化物に含まれる水素は、金属原子と結合する酸素と反応して水になるため
、酸素欠損を形成する場合がある。該酸素欠損に水素が入ることで、キャリアである電子
が生成される場合がある。また、水素の一部が金属原子と結合する酸素と結合して、キャ
リアである電子を生成することがある。従って、水素が含まれている金属酸化物を用いた
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、金属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、金属酸化物において、SIMSによ
り得られる水素濃度を、1×1020atoms/cm3未満、好ましくは1×1019
atoms/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。
Furthermore, hydrogen contained in metal oxides reacts with oxygen bonded to metal atoms to become water, which may result in the formation of oxygen vacancies. When hydrogen enters the oxygen vacancies, electrons, which are carriers, may be generated. Further, a portion of hydrogen may combine with oxygen that is bonded to a metal atom to generate electrons, which are carriers. Therefore, a transistor using a metal oxide containing hydrogen tends to have normally-on characteristics. For this reason, it is preferable that hydrogen in the metal oxide be reduced as much as possible. Specifically, in metal oxides, the hydrogen concentration obtained by SIMS is lower than 1×10 20 atoms/cm 3 , preferably 1×10 19
atoms/cm 3 , more preferably less than 5×10 18 atoms/cm 3 , even more preferably less than 1×10 18 atoms/cm 3 .
不純物が十分に低減された金属酸化物をトランジスタのチャネル形成領域に用いること
で、トランジスタのオフ電流を低減し、安定した電気特性を付与することができる。
By using a metal oxide with sufficiently reduced impurities in a channel formation region of a transistor, off-state current of the transistor can be reduced and stable electrical characteristics can be provided.
[作製方法例]
以下では、図1で例示した半導体装置700の作製方法の一例について、図5乃至図1
7を参照して説明する。なお、図5乃至図17の各図において、(A)はz軸方向から見
た上面図であり、(B)は(A)にA1-A2の一点鎖線で示す部位の断面図であり、(
C)は(A)にA3-A4の一点鎖線で示す部位の断面図である。
[Example of manufacturing method]
Below, an example of a method for manufacturing the
This will be explained with reference to 7. In addition, in each figure of FIG. 5 to FIG. 17, (A) is a top view seen from the z-axis direction, and (B) is a cross-sectional view of the part indicated by the dashed line A1-A2 in (A), (
C) is a cross-sectional view of the portion indicated by the dashed line A3-A4 in (A).
まず、絶縁表面を有する基板720上に導電層706を形成し、導電層706を覆うよ
うに、絶縁膜721を形成する(図5参照)。
First, a
導電層706は、まず導電層706となる導電膜を形成し、リソグラフィー法を用いて
加工し、導電層706を形成することができる。ただし、導電層706、および絶縁膜7
21の形成方法はこれに限らない。基板720上に絶縁膜721を形成し、絶縁膜721
の不要な部分を除去することで、溝や開口を形成し、該溝や該開口部に導電層706を埋
め込むように形成してもよい。このような導電層の形成方法をダマシン法(シングルダマ
シン法、デュアルダマシン法)と呼ぶ場合がある。ダマシン法で形成された導電層706
、および絶縁膜721上にさらに絶縁膜を形成することで、図5に示す構造を得ることが
できる。
The
The method of forming 21 is not limited to this. An insulating
A groove or an opening may be formed by removing unnecessary portions of the
, and by further forming an insulating film over the insulating
導電層706や、絶縁膜721の形成は、スパッタリング法、化学気相成長(CVD:
Chemical Vapor Deposition)法、分子線エピタキシー(MB
E:Molecular Beam Epitaxy)法、パルスレーザ堆積(PLD:
Pulsed Laser Deposition)法またはALD(Atomic L
ayer Deposition)法などを用いて行うことができる。
The
chemical vapor deposition) method, molecular beam epitaxy (MB
E: Molecular Beam Epitaxy) method, pulsed laser deposition (PLD:
Pulsed Laser Deposition) method or ALD (Atomic L
This can be done using the ayer deposition method or the like.
なお、CVD法は、プラズマを利用するプラズマCVD(PECVD:Plasma
Enhanced CVD)法、熱を利用する熱CVD(TCVD:Thermal C
VD)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。
Note that the CVD method is plasma CVD (PECVD) that uses plasma.
Enhanced CVD) method, Thermal CVD (TCVD: Thermal C
It can be classified into the photo CVD method, which uses light, and the photo CVD method, which uses light. Furthermore, depending on the raw material gas used, metal CVD (MCVD) method, organometallic CVD method, etc.
(MOCVD: Metal Organic CVD) method.
プラズマCVD法は、比較的低温で高品質の膜が得られる。また、熱CVD法は、プラ
ズマを用いないため、被処理物へのプラズマダメージを小さくすることが可能な成膜方法
である。例えば、半導体装置に含まれる配線、電極、素子(トランジスタ、容量素子など
)などは、プラズマから電荷を受け取ることでチャージアップする場合がある。このとき
、蓄積した電荷によって、半導体装置に含まれる配線、電極、素子などが破壊される場合
がある。一方、プラズマを用いない熱CVD法の場合、こういったプラズマダメージが生
じないため、半導体装置の歩留まりを高くすることができる。また、熱CVD法では、成
膜中のプラズマダメージが生じないため、欠陥の少ない膜が得られる。
The plasma CVD method can obtain a high quality film at a relatively low temperature. Further, since the thermal CVD method does not use plasma, it is a film forming method that can reduce plasma damage to the object to be processed. For example, wiring, electrodes, elements (transistors, capacitors, etc.) included in a semiconductor device may be charged up by receiving charges from plasma. At this time, the accumulated charges may destroy wiring, electrodes, elements, etc. included in the semiconductor device. On the other hand, in the case of a thermal CVD method that does not use plasma, such plasma damage does not occur, so that the yield of semiconductor devices can be increased. Further, in the thermal CVD method, since plasma damage does not occur during film formation, a film with fewer defects can be obtained.
また、ALD法も、被処理物へのプラズマダメージを小さくすることが可能な成膜方法
である。また、ALD法も、成膜中のプラズマダメージが生じないため、欠陥の少ない膜
が得られる。
Further, the ALD method is also a film forming method that can reduce plasma damage to the object to be processed. Furthermore, since plasma damage does not occur during film formation in the ALD method, a film with fewer defects can be obtained.
CVD法およびALD法は、ターゲットなどから放出される粒子が堆積する成膜方法と
は異なり、被処理物の表面における反応により膜が形成される成膜方法である。したがっ
て、被処理物の形状の影響を受けにくく、良好な段差被覆性を有する成膜方法である。特
に、ALD法は、優れた段差被覆性と、優れた厚さの均一性を有するため、アスペクト比
の高い開口部の表面を被覆する場合などに好適である。ただし、ALD法は、比較的成膜
速度が遅いため、成膜速度の速いCVD法などの他の成膜方法と組み合わせて用いること
が好ましい場合もある。
The CVD method and the ALD method are film-forming methods in which a film is formed by a reaction on the surface of an object, unlike film-forming methods in which particles emitted from a target or the like are deposited. Therefore, this is a film forming method that is not easily affected by the shape of the object to be processed and has good step coverage. In particular, the ALD method has excellent step coverage and excellent thickness uniformity, and is therefore suitable for coating the surface of an opening with a high aspect ratio. However, since the ALD method has a relatively slow film formation rate, it may be preferable to use it in combination with other film formation methods such as the CVD method, which has a fast film formation rate.
CVD法およびALD法は、原料ガスの流量比によって、得られる膜の組成を制御する
ことができる。例えば、CVD法およびALD法では、原料ガスの流量比によって、任意
の組成の膜を成膜することができる。また、例えば、CVD法およびALD法では、成膜
しながら原料ガスの流量比を変化させることによって、組成が連続的に変化した膜を成膜
することができる。原料ガスの流量比を変化させながら成膜する場合、複数の成膜室を用
いて成膜する場合と比べて、搬送や圧力調整に掛かる時間の分、成膜に掛かる時間を短く
することができ、半導体装置の生産性を高めることができる場合もある。
In the CVD method and the ALD method, the composition of the obtained film can be controlled by the flow rate ratio of source gases. For example, in the CVD method and the ALD method, a film having an arbitrary composition can be formed by changing the flow rate ratio of source gases. Further, for example, in the CVD method and the ALD method, by changing the flow rate ratio of the raw material gas while forming the film, it is possible to form a film in which the composition changes continuously. When forming a film while changing the flow rate ratio of source gases, compared to forming a film using multiple film forming chambers, the time required for film forming can be reduced by the amount of time required for transportation and pressure adjustment. In some cases, it is possible to improve the productivity of semiconductor devices.
なお、リソグラフィー法では、まず、フォトマスクを介してレジストを露光する。次に
、露光された領域を、現像液を用いて除去または残存させてレジストマスクを形成する。
次に、当該レジストマスクを介してエッチング処理することで導電膜、半導体膜または絶
縁膜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、Ar
Fエキシマレーザ光、EUV(Extreme Ultraviolet)光などを用い
て、レジストを露光することでレジストマスクを形成すればよい。また、基板と投影レン
ズとの間に液体(例えば水)を満たして露光する、液浸技術を用いてもよい。また、前述
した光に代えて、電子ビームやイオンビームを用いてもよい。なお、電子ビームやイオン
ビームを用いる場合には、マスクは不要となる。なお、レジストマスクの除去には、アッ
シングなどのドライエッチング処理を行う、ウェットエッチング処理を行う、ドライエッ
チング処理後にウェットエッチング処理を行う、またはウェットエッチング処理後にドラ
イエッチング処理を行うことができる。
Note that in the lithography method, the resist is first exposed to light through a photomask. Next, a resist mask is formed by removing or leaving the exposed area using a developer.
Next, by performing an etching process through the resist mask, a conductive film, a semiconductor film, an insulating film, or the like can be processed into a desired shape. For example, KrF excimer laser light, Ar
A resist mask may be formed by exposing a resist to light using F excimer laser light, EUV (Extreme Ultraviolet) light, or the like. Alternatively, a liquid immersion technique may be used in which a liquid (for example, water) is filled between the substrate and the projection lens for exposure. Further, instead of the light described above, an electron beam or an ion beam may be used. Note that when using an electron beam or an ion beam, a mask is not required. Note that the resist mask can be removed by performing a dry etching process such as ashing, by performing a wet etching process, by performing a wet etching process after a dry etching process, or by performing a dry etching process after a wet etching process.
また、レジストマスクの代わりに絶縁膜や導電膜からなるハードマスクを用いてもよい
。ハードマスクを用いる場合、導電膜上にハードマスク材料となる絶縁膜や導電膜を形成
し、その上にレジストマスクを形成し、ハードマスク材料をエッチングすることで所望の
形状のハードマスクを形成することができる。
Further, a hard mask made of an insulating film or a conductive film may be used instead of a resist mask. When using a hard mask, an insulating film or a conductive film that serves as a hard mask material is formed on a conductive film, a resist mask is formed on top of that, and the hard mask material is etched to form a hard mask in the desired shape. be able to.
該加工はドライエッチング法やウェットエッチング法を用いることができる。ドライエ
ッチング法による加工は微細加工に適している。
A dry etching method or a wet etching method can be used for this processing. Processing by dry etching is suitable for microfabrication.
ドライエッチング装置としては、平行平板型電極を有する容量結合型プラズマ(CCP
:Capacitively Coupled Plasma)エッチング装置を用いる
ことができる。平行平板型電極を有する容量結合型プラズマエッチング装置は、平行平板
型電極の一方の電極に高周波電源を印加する構成でもよい。または平行平板型電極の一方
の電極に複数の異なった高周波電源を印加する構成でもよい。または平行平板型電極それ
ぞれに同じ周波数の高周波電源を印加する構成でもよい。または平行平板型電極それぞれ
に周波数の異なる高周波電源を印加する構成でもよい。または高密度プラズマ源を有する
ドライエッチング装置を用いることができる。高密度プラズマ源を有するドライエッチン
グ装置は、例えば、誘導結合型プラズマ(ICP:Inductively Coupl
ed Plasma)エッチング装置などを用いることができる。
As a dry etching device, a capacitively coupled plasma (CCP) with parallel plate electrodes is used.
:Capacitively Coupled Plasma) etching apparatus can be used. A capacitively coupled plasma etching apparatus having parallel plate type electrodes may have a configuration in which a high frequency power source is applied to one electrode of the parallel plate type electrodes. Alternatively, a configuration may be adopted in which a plurality of different high frequency power sources are applied to one electrode of a parallel plate type electrode. Alternatively, a configuration may be adopted in which a high frequency power source having the same frequency is applied to each of the parallel plate type electrodes. Alternatively, a configuration may be adopted in which high frequency power sources having different frequencies are applied to each of the parallel plate type electrodes. Alternatively, a dry etching apparatus having a high-density plasma source can be used. A dry etching apparatus having a high-density plasma source is, for example, an inductively coupled plasma (ICP).
A plasma etching device or the like can be used.
導電膜のエッチングにハードマスクを用いる場合、当該エッチング処理は、ハードマス
クの形成に用いたレジストマスクを除去してから行ってもよいし、レジストマスクを残し
たまま行ってもよい。後者の場合、エッチング中にレジストマスクが消失することがある
。上記導電膜のエッチング後にハードマスクをエッチングにより除去してもよい。一方、
ハードマスクの材料が後工程に影響が無い、あるいは後工程で利用できる場合、必ずしも
ハードマスクを除去する必要は無い。
When a hard mask is used for etching the conductive film, the etching process may be performed after removing the resist mask used to form the hard mask, or may be performed with the resist mask left. In the latter case, the resist mask may disappear during etching. The hard mask may be removed by etching after etching the conductive film. on the other hand,
If the material of the hard mask does not affect the subsequent process or can be used in the subsequent process, it is not necessarily necessary to remove the hard mask.
導電層706となる導電膜は、スパッタリング法を用いて、金属元素を含む導電膜を形
成することが好ましい。また、CVD法を用いて形成することもできる。
The conductive film to be the
絶縁膜721の表面は、必要に応じて、平坦化処理が行われていることが好ましい。平
坦化処理には、化学機械研磨(CMP)法やリフロー法を用いることができる。
The surface of the insulating
続いて、絶縁膜721上に導電膜701A、および絶縁膜722Aを交互に積層する。
本実施の形態では、絶縁膜721上に導電膜701Aを形成し、導電膜701A上に絶縁
膜722Aを形成する例を示しているが、形成の順序はこれに限らない。絶縁膜721上
に絶縁膜722Aを形成し、絶縁膜722A上に導電膜701Aを形成してもよい。導電
膜701A、および絶縁膜722Aの形成には、CVD法を用いることができる。また、
スパッタリング法を用いてもよい。
Subsequently,
Although this embodiment shows an example in which the
A sputtering method may also be used.
また、本実施の形態では、導電膜701A、および絶縁膜722Aの積層数は限られな
い。求められる半導体装置の性能に応じて、それぞれ2層以上形成することができる。例
えば、導電膜701A、および絶縁膜722Aは、それぞれ16層、32層、64層、ま
たは128層形成してもよいし、200層以上形成してもよい。
Further, in this embodiment, the number of laminated
続いて、最も上側に位置する絶縁膜722A上に導電膜702Aを形成する。その後、
導電膜702Aの上にマスク723を形成する(図6参照)。導電膜702Aは、導電膜
701Aと同様な方法を用い、同様な材料を用いて形成することができる。なお、導電膜
702Aは、導電膜701Aと同じ方法で形成してもよいし、異なる方法で形成してもよ
い。また、導電膜702Aは、導電膜701Aと同じ材料でもよいし、異なる材料でもよ
い。
Subsequently, a
A
次に、導電膜702A、導電膜701A、および絶縁膜722Aを加工し、図7(B)
に示すような階段状の導電膜701B、導電膜702B、および絶縁膜722Bを形成す
る。導電膜702A、導電膜701A、および絶縁膜722Aの加工において、導電膜7
02A、導電膜701A、および絶縁膜722Aのエッチングと、マスク723のスリミ
ングを交互に行うことで、階段状の導電膜701B、導電膜702B、および絶縁膜72
2Bを形成することができる。導電膜702A、導電膜701A、および絶縁膜722A
の加工により、マスク723は、幅、厚さ共に縮小し、マスク723Aとなる(図7参照
)。
Next, the
A step-shaped
02A, the
2B can be formed.
By this processing, the
次に、マスク723Aを除去し、絶縁層724を形成する。絶縁層724は、CVD法
を用いて形成することができる。絶縁層724は、CMP法や、リフロー法を用いて、平
坦化処理されていることが好ましい。続いて、絶縁層724上にマスク725を形成する
(図8参照)。平坦化された絶縁層724上にマスク725を形成すると、リソグラフィ
ーの精度が向上するため好ましい。
Next, the
次に、マスク725を用いて、絶縁層724、導電膜702B、導電膜701B、絶縁
膜722B、および絶縁膜721を加工する(図9参照)。該加工により、メモリトラン
ジスタのゲートとして機能し、ワード線と電気的に接続する導電層701と、選択トラン
ジスタのゲートとして機能する導電層702が形成される。また、絶縁膜722Bは、該
加工により絶縁層722となる。
Next, the insulating
その後、マスク725を除去する。次に、上記加工により除去された部分を埋め込むよ
うに絶縁層726を形成する。絶縁層726は、CVD法やALD法を用いて形成するこ
とができる。特に、ALD法を用いることで、アスペクト比の大きい溝や開口部に対して
も、厚さの均一な膜を形成することができるため、好ましい。または、ALD法と、CV
D法を組み合わせて絶縁層726を形成してもよい。絶縁層726は、CMP法や、リフ
ロー法を用いて、平坦化処理されていることが好ましい。CMP法を用いて平坦化処理を
行う場合、絶縁層724の表面が露出するまで絶縁層726を研磨してもよい。また、絶
縁層724が消失しない程度に、絶縁層724と絶縁層726とを一緒に研磨してもよい
。
Thereafter,
The insulating
次に、絶縁層724を、リソグラフィー法を用いて加工し、導電層701が露出するよ
うに第1の開口を形成する(図10参照)。第1の開口は、階段状に形成された導電層7
01それぞれに対して形成する。また、図示しないが、導電層702が露出する開口も同
時に形成することが好ましい。
Next, the insulating
01 respectively. Although not shown, it is preferable that an opening through which the
次に、上記第1の開口に埋め込むように接続層707を形成する。接続層707は、C
VD法やALD法を用いて形成することができる。特に、熱CVD法やALD法を用いる
ことで、アスペクト比の大きい溝や開口部に対しても、厚さの均一な膜を形成することが
できるため、好ましい。または、CVDとALD法とを組み合わせて接続層707を形成
してもよい。また、接続層707は、複数の層からなる積層構造を有していてもよい。接
続層707は、絶縁層724上、および第1の開口内部に接続層707となる導電膜を形
成し、CMPなどを用いて不要な導電膜を除去することで、形成することができる。
Next, a
It can be formed using a VD method or an ALD method. In particular, it is preferable to use the thermal CVD method or the ALD method because it is possible to form a film with a uniform thickness even in grooves and openings with a large aspect ratio. Alternatively, the
次に、絶縁層724、導電層702、導電層701、絶縁層722、および絶縁膜72
1を、リソグラフィー法を用いて加工し、導電層706が露出するように第2の開口を形
成する(図11参照)。
Next, the insulating
1 is processed using a lithography method to form a second opening so that the
次に、絶縁層724、および接続層707上、および第2の開口内部に、絶縁層703
となる絶縁膜703Aを形成する(図12参照)。なお、図示しないが、絶縁膜703A
は、絶縁層703aとなる絶縁膜と、絶縁層703bとなる絶縁膜と、絶縁層703cと
なる絶縁膜を順次積層して形成すればよい。絶縁膜703Aは、CVD法やALD法を用
いて形成することができる。特に、ALD法を用いることで、アスペクト比の大きい溝や
開口部に対しても、厚さの均一な膜を形成することができるため、好ましい。または、A
LD法と、CVD法を組み合わせて絶縁膜703Aを形成してもよい。絶縁層703aと
なる絶縁膜、絶縁層703bとなる絶縁膜、および絶縁層703cとなる絶縁膜は、同じ
成膜装置で形成されてもよいし、異なる成膜装置で形成されてもよい。なお、絶縁層70
3cが、絶縁層703aより薄くなるように、絶縁層703cとなる絶縁膜は、絶縁層7
03aとなる絶縁膜よりも薄く形成することが好ましい。
Next, an insulating
An insulating
may be formed by sequentially stacking an insulating film to serve as the insulating
The insulating
The insulating film that becomes the
It is preferable to form the insulating film thinner than the insulating film 03a.
次に、第2の開口底部に形成された絶縁膜703Aを除去し、絶縁層703を得る(図
13参照)。絶縁膜703Aの除去には、異方性エッチングを用いることが好ましい。こ
のとき、絶縁層724、および接続層707上の絶縁膜703Aも除去されるため、絶縁
層703は、第2の開口の側壁のみに設けられる。第2の開口底部の絶縁膜703Aを除
去することで、再び導電層706が露出する。
Next, the insulating
ここで、図13(D)に示すように、第2の開口上部に位置する絶縁層703のうち、
絶縁層703b、および絶縁層703cを除去することが好ましい。図13(D)は、図
13(B)における一点鎖線で囲まれた部分の拡大図である。まず第2の開口内部に後工
程にて容易に除去可能な犠牲層727を埋め込むように形成し、第2の開口内部の所望の
深さまで、エッチングなどにより除去する。該エッチングにより、露出した絶縁層703
c、および絶縁層703bを順次除去することで、導電層702の水平方向(x-y方向
)に位置する絶縁層703を、絶縁層703aのみとすることができる。この場合、選択
トランジスタSST、SDTのゲート絶縁膜は、絶縁層703aにより構成される。絶縁
層703c、および絶縁層703bの除去後、犠牲層727を除去する。
Here, as shown in FIG. 13(D), in the insulating
It is preferable to remove the insulating
By sequentially removing the insulating
次に、第2の開口内部、及び絶縁層724上に、酸化物膜704Aを形成する(図14
参照)。酸化物膜704Aは、後に酸化物層704及び酸化物層751となる膜である。
ここで、酸化物膜704Aを積層膜とする場合には、2層または3層の酸化物膜を順次形
成すればよい。このとき、トランジスタ750に適用される酸化物層751もまた、同様
の積層構造とすることができる。
Next, an
reference). The
Here, in the case where the
酸化物膜704Aは、CVD法、ALD法、またはスパッタリング法を用いて形成する
ことができる。特に、ALD法を用いることで、アスペクト比の大きい溝や開口部に対し
ても、厚さの均一な膜を形成することができるため、好ましい。または、ALD法、スパ
ッタリング法、またはCVD法のうち2以上を組み合わせて酸化物膜704Aを形成して
もよい。酸化物膜704Aを積層膜とする場合には、酸化物層704aとなる酸化物膜と
酸化物層704bとなる酸化物膜、または酸化物層704aとなる酸化物膜、酸化物層7
04bとなる酸化物膜、および酸化物層704cとなる酸化物膜を順次成膜する。ここで
、異なる酸化物膜は同じ成膜装置で形成されてもよいし、異なる成膜装置で形成されても
よい。
The
An oxide film to become the
また、酸化物膜704Aの内側に、絶縁層711を形成してもよい。絶縁層711は、
CVD法、またはALD法等で形成することができる。絶縁層711は、メモリトランジ
スタや、該メモリトランジスタを有する半導体装置に必要な特性に合わせて、酸化物層7
04に酸素を供給する材料や、水素を供給する材料を用いることができる。
Further, an insulating
It can be formed by a CVD method, an ALD method, or the like. The insulating
A material that supplies oxygen or a material that supplies hydrogen to 04 can be used.
ここで、酸化物膜704Aは、導電層706と接するように形成する。酸化物膜704
Aと、導電層706が接することで、導電層706と酸化物膜704Aの界面には、導電
層706が有する金属元素と、酸化物膜704Aの成分とを含む金属化合物層が形成され
る場合がある。該金属化合物が形成されることで、導電層706と、後の酸化物層704
とのコンタクト抵抗が低減するため好ましい。また、酸化物膜704Aの底部近傍に含ま
れる酸素を、導電層706が吸収する場合がある。このとき、酸化物膜704Aの、導電
層706との界面近傍の抵抗が低減し、導電層706と、後の酸化物層704とのコンタ
クト抵抗が低減するため好ましい。酸化物膜704Aと、導電層706が接する状態で、
熱処理を行うことで、酸化物膜704Aの一部はより低抵抗化し、導電層706と、後の
酸化物層704とのコンタクト抵抗がより低減する。熱処理は、窒素を含む雰囲気で、2
00℃以上500℃以下、このましくは、300℃以上400℃以下で行うことが好まし
い。
Here, the
When A and the
This is preferable because it reduces the contact resistance. Further, the
By performing the heat treatment, the resistance of a part of the
It is preferable to carry out at a temperature of 00°C or more and 500°C or less, more preferably 300°C or more and 400°C or less.
続いて、酸化物膜704A上に、マスク731を形成し、当該マスク731を用いて酸
化物膜704Aの不要な部分をエッチングする(図15参照)。これにより、柱状の酸化
物層704と、薄膜状の酸化物層751とを同時に形成することができる。その後、マス
ク731を除去する。
Subsequently, a
ここで、絶縁層711を形成した場合には、マスク731を除去した後、エッチングに
より酸化物層751及び酸化物層704上の絶縁層711を除去することが好ましい。
Here, in the case where the insulating
続いて、導電膜を成膜し、リソグラフィー法を用いて加工することにより、導電層70
5、導電層708、導電層753a、及び導電層753bを形成する(図16参照)。
Subsequently, a conductive film is formed and processed using a lithography method to form the conductive layer 70.
5. Form a
なお図示しないが、導電膜のエッチングの条件によっては、酸化物層751の上部が薄
膜化する場合がある。また、導電膜のエッチングの条件によっては、絶縁層724の導電
層705、導電層708、導電層753a、及び導電層753bに覆われない部分が薄膜
化する場合がある。
Note that although not shown, depending on the etching conditions of the conductive film, the upper part of the
続いて、絶縁層754となる絶縁膜と、導電層752となる導電膜とを順次成膜し、リ
ソグラフィー法を用いて加工することにより、絶縁層754と、導電層752を形成する
(図17参照)。以上の工程により、トランジスタ750を形成することができる。
Subsequently, an insulating film to become an
なお、絶縁層754となる絶縁膜をエッチングせずに、導電層752となる導電膜のみ
をエッチングしてもよい。このとき、絶縁層754は導電層705や導電層708等を覆
うように設けられる。
Note that only the conductive film that will become the
なお、図4(B)に示すトランジスタを形成する場合には、まず酸化物膜704Aと、
導電層753a等となる導電膜とを積層した積層膜を形成し、酸化物層751となる領域
等を残すように当該積層膜を加工する。その後、酸化物層751上のチャネル形成領域と
重なる導電膜の一部をエッチングにより除去することで、形成することができる。これに
より、より微細なトランジスタ750を作製することができる。
Note that when forming the transistor shown in FIG. 4B, first an
A laminated film is formed by stacking conductive films such as the
以降の工程では、回路構成に応じて図4(A)で例示した絶縁層761、接続層762
、接続層763、接続層764a、接続層764b、導電層765、導電層766a、及
び導電層766b等を形成すればよい。またこれよりも上部に、さらに絶縁層と、接続層
と、配線として機能する導電層と、を積層して形成してもよい。
In the subsequent steps, the insulating
, the
以上のようにメモリセルアレイを作製することにより、各層ごとにメモリトランジスタ
を作製するためのパターン形成を行うことなく、複数の層のメモリトランジスタを一括で
作製することができる。さらに、上記の方法でメモリセルアレイを作製する場合、メモリ
トランジスタの層数を増やしても、メモリトランジスタのパターン形成およびエッチング
処理の工程数が増えない。このように、メモリセルアレイ作製の工程を短縮することがで
きるので、生産性の高い半導体装置を提供することができる。
By manufacturing a memory cell array as described above, memory transistors in a plurality of layers can be manufactured at once without performing pattern formation for manufacturing memory transistors in each layer. Furthermore, when manufacturing a memory cell array using the above method, even if the number of layers of memory transistors is increased, the number of steps for patterning and etching the memory transistors does not increase. In this way, the process for manufacturing the memory cell array can be shortened, so a semiconductor device with high productivity can be provided.
さらに、メモリセルアレイの半導体層として機能する酸化物層と、トランジスタの半導
体層として機能する酸化物層とを同時に形成することで、工程の増加を最小限に抑えつつ
、メモリセルアレイの近傍にトランジスタを形成することができる。さらに、メモリセル
アレイに接続する配線と、トランジスタのソース電極及びドレイン電極とを同時に形成す
ることで、さらに工程を簡略化できる。
Furthermore, by simultaneously forming the oxide layer that functions as the semiconductor layer of the memory cell array and the oxide layer that functions as the semiconductor layer of the transistor, the transistor can be placed near the memory cell array while minimizing the increase in process steps. can be formed. Furthermore, by forming the wiring connected to the memory cell array and the source electrode and drain electrode of the transistor at the same time, the process can be further simplified.
以上が半導体装置の作製方法についての説明である。 The above is an explanation of the method for manufacturing a semiconductor device.
[記憶装置の構成例]
図18(A)に、3次元構造のNAND型不揮発性記憶装置(3D NAND)の構成
例を示す。図18(A)に示す記憶装置100は、制御回路105、メモリセルアレイ1
10、及び周辺回路を有する。
[Example of storage device configuration]
FIG. 18A shows a configuration example of a three-dimensional NAND type nonvolatile storage device (3D NAND). The
10, and peripheral circuits.
制御回路105は、記憶装置100全体を統括的に制御し、データの書き込み、データ
の読み出しを行う機能を有する。制御回路105は、外部からのコマンド信号を処理して
、周辺回路の制御信号を生成する。図18(A)には、周辺回路として、行デコーダ12
1、行ドライバ122、センスアンプ123、ソース線ドライバ124、入出力回路12
5、バッファ126等が設けられている。
The
1.
5, a
メモリセルアレイ110は、複数のメモリストリング112を有する。図18(B)に
メモリストリング112の回路構成例を示す。メモリストリング112において、ビット
線BLとソース線SL間に、選択トランジスタSST、メモリトランジスタMT1乃至M
T2k(kは1以上の整数)、選択トランジスタSDTが電気的に直列接続されている。
T2k (k is an integer of 1 or more) and a selection transistor SDT are electrically connected in series.
なお、メモリトランジスタMT1乃至MT2kを区別しない場合、メモリトランジスタ
MTと呼ぶ。その他の要素についても同様である。
Note that when the memory transistors MT1 to MT2k are not distinguished from each other, they are referred to as memory transistors MT. The same applies to other elements.
選択トランジスタSST、SDT、メモリトランジスタMT1乃至MT2kは、それぞ
れ、前述した通り、チャネルが金属酸化物で形成されているトランジスタである。メモリ
トランジスタMTは電荷蓄積層を備えており、不揮発性メモリセルを構成する。
The selection transistors SST and SDT and the memory transistors MT1 to MT2k are each transistors whose channels are formed of metal oxide, as described above. The memory transistor MT includes a charge storage layer and constitutes a nonvolatile memory cell.
選択トランジスタSST、SDTのゲートは、それぞれ、選択ゲート線SGL、DGL
に電気的に接続されている。メモリトランジスタMT1乃至MT2kのゲートは、それぞ
れ、ワード線WL1乃至WL2kに電気的に接続されている。ビット線BLは列方向に延
在し、選択ゲート線SGL、DGL、ワード線WLは行方向に延在する。
The gates of the selection transistors SST and SDT are connected to the selection gate lines SGL and DGL, respectively.
electrically connected to. The gates of memory transistors MT1 to MT2k are electrically connected to word lines WL1 to WL2k, respectively. The bit line BL extends in the column direction, and the selection gate lines SGL, DGL, and word line WL extend in the row direction.
入出力回路125は、メモリセルアレイ110への書き込みデータを一時的に保持こと
、メモリセルアレイ110から読み出されたデータを一時的に保持すること等を行う。
The input/
ソース線ドライバ124は、ソース線SLを駆動する。
ビット線BLはセンスアンプ123に電気的に接続される。センスアンプ123は、デ
ータの読み出し時において、メモリストリング112からビット線BLに読みだされた電
圧を検知し、増幅する。また、データの書き込み時において、書き込みデータに応じた電
圧をビット線BLに入力する。
Bit line BL is electrically connected to sense
行デコーダ121は、外部から入力されるアドレスデータをデコードし、アクセスされ
る行を選択する。行ドライバ122は、行デコーダ121のデコード結果に応じて、デー
タの書込み、読出し、および消去に必要な電圧を、選択信号線DGL、SGL、ワード線
WLに入力する。
Row decoder 121 decodes address data input from the outside and selects a row to be accessed. The
バッファ126は、行デコーダ121とワード線WLとの間に位置し、ワード線WLに
与える電圧を安定化させる機能を有する。また、スイッチング素子を有し、セレクタとし
ての機能を有していてもよい。
図18(C)に、バッファ126に用いることのできるインバータ回路126aを示す
。インバータ回路126aは、トランジスタM1とトランジスタM2が直列に接続された
構成を有する。またトランジスタM1のゲートは入力信号が入力される入力端子INが接
続され、トランジスタM2のゲートは上記入力信号を反転した信号が入力される入力信号
INBが接続される。インバータ回路126aの出力端子OUTには、例えばワード線W
Lが接続される。
FIG. 18C shows an
L is connected.
図18(D)に、バッファ126に用いることのできるスイッチ回路126bを示す。
スイッチ回路126bは、トランジスタM3を有する。トランジスタM3のゲートは入力
端子SWが接続され、ソースまたはドレインの一方は入力端子INが接続され、他方は出
力端子OUTが接続される。入力端子SWに入力される選択信号により、入力端子INと
出力端子OUTの導通または非導通が制御される。
FIG. 18(D) shows a
上記で例示した、高耐圧のトランジスタ750は、例えばバッファ126、行ドライバ
122、センスアンプ123、ソース線ドライバ124等が有するトランジスタに適用す
ることができる。またバッファ126にトランジスタ750を適用する場合、例えばイン
バータ回路126aのトランジスタM1及びトランジスタM2の少なくとも一方や、スイ
ッチ回路126bのトランジスタM3に適用することができる。
The
図19乃至図21に、メモリセルアレイ110の三次元積層構造例を示す。図19は、
メモリセルアレイ110の三次元構造例を回路図で模式的に示した図である。図20は、
メモリセルアレイ110の三次元構造例を示す斜視図である。図21は、ワード線WLと
導電層701の接続部の三次元構造例を示す斜視図である。
19 to 21 show examples of three-dimensional stacked structures of the
FIG. 2 is a diagram schematically showing an example of a three-dimensional structure of a
1 is a perspective view showing an example of a three-dimensional structure of a
図19に示すように、メモリセルアレイ110は、センスアンプ123が形成されてい
る領域に積層して設けられている。これにより、記憶装置100のレイアウト面積を縮小
することができる。各ワード線WLは、高耐圧のトランジスタを有するバッファ126と
電気的に接続され、バッファ126はその下部に設けられた行ドライバ122に電気的に
接続されている。なお、図19では行ドライバ122をバッファ126の下部に設けた例
を示したが、行ドライバ122の一部または全部を高耐圧のトランジスタで構成し、バッ
ファ126と並べて配置してもよい。
As shown in FIG. 19, the
また図20及び図21に示すように、同じ段の導電層701でも、ビット線BL側の導
電層701aはワード線WLaに接続され、ソース線SL側の導電層701bはワード線
WLbに接続される。なお、図19乃至図21には、1のメモリストリング112あたり
、8個のメモリトランジスタMT1乃至MT8を設けた例を示している。
Further, as shown in FIGS. 20 and 21, in the
ここで、上記ではメモリセルアレイ110として、電荷蓄積層を備えるメモリトランジ
スタが適用されたメモリストリング112を有する例を示した。このようなメモリトラン
ジスタとしては、例えば、MONOS構造を有するトランジスタ、SONOS構造を有す
るトランジスタ、または、浮遊ゲート(Floating Gate)構造を有するトラ
ンジスタなどがある。
Here, in the above example, the
なお、メモリセルアレイ110に適用できるメモリセルはこれに限られない。図22(
A)、(B)に、異なる構成を有するメモリセルの回路図の例を示す。
Note that the memory cells that can be applied to the
A) and (B) show examples of circuit diagrams of memory cells having different configurations.
図22(A)には、2つのメモリセル131を示している。メモリセル131は、トラ
ンジスタMと、容量素子Cを有する。またメモリセル131には、ワード線WL1または
ワード線WL2と、ビット線BLと、所定の電位が与えられる配線PLとが接続されてい
る。
Two
トランジスタMは、ゲートがワード線WL1またはワード線WL2と接続し、ソースま
たはドレインの一方がビット線BLと接続し、ソースまたはドレインの他方が容量素子C
の一方の電極と接続する。容量素子Cは、他方の電極が配線PLと接続する。
The transistor M has a gate connected to the word line WL1 or word line WL2, one of the source or drain connected to the bit line BL, and the other source or drain connected to the capacitive element C.
Connect to one electrode of The other electrode of the capacitive element C is connected to the wiring PL.
メモリセル131は、容量素子Cに電荷を蓄積することで、データを保持することがで
きる。
The
トランジスタMに、酸化物半導体が適用され、極めてオフ電流の小さいトランジスタを
適用することで、シリコンが適用されたトランジスタを用いた場合に比べて、データ保持
期間を極めて長いものとすることができる。そのため、リフレッシュ動作の頻度を低減で
きるため、極めて消費電力の低いメモリセルを実現できる。
By using a transistor that uses an oxide semiconductor and has an extremely small off-state current as the transistor M, the data retention period can be made extremely long compared to the case where a transistor that uses silicon is used. Therefore, since the frequency of refresh operations can be reduced, a memory cell with extremely low power consumption can be realized.
図22(B)には、2つのメモリセル132を示している。メモリセル132は、トラ
ンジスタM1、トランジスタM2、及び容量素子Cを有する。またメモリセル132には
、ワード線WL1またはワード線WL2と、ビット線BLと、選択信号線として機能する
配線SL1または配線SL2と、読み出し信号線として機能する配線RL1または配線R
L2と、所定の信号が与えられる配線PLが接続されている。
Two
L2 is connected to a wiring PL to which a predetermined signal is applied.
トランジスタM1は、ゲートがワード線WL1またはワード線WL2と接続し、ソース
またはドレインの一方がビット線BLと接続し、ソースまたはドレインの他方が容量素子
Cの一方の電極、及びトランジスタM2のゲートと接続する。トランジスタM2は、ソー
スまたはドレインの一方が配線SL1または配線SL2と接続し、ソースまたはドレイン
の他方が配線RL1または配線RL2と接続する。容量素子Cは、他方の電極が配線PL
と接続する。
The transistor M1 has a gate connected to the word line WL1 or word line WL2, one of the source or drain connected to the bit line BL, and the other source or drain connected to one electrode of the capacitive element C and the gate of the transistor M2. Connecting. In the transistor M2, one of the source and the drain is connected to the wiring SL1 and the wiring SL2, and the other of the source and the drain is connected to the wiring RL1 and the wiring RL2. The other electrode of the capacitive element C is connected to the wiring PL.
Connect with.
メモリセル132は、トランジスタM2のゲートが接続されるノードの電位を保持する
ことで、データを保持することができる。また、トランジスタM2にかかる電位に応じて
、トランジスタM2の導通状態が変化するため、配線SL1(または配線SL2)と配線
RL1(または配線RL2)との間に流れる電流を検知することで、非破壊でデータを読
み出すことができる。
The
トランジスタM1に、酸化物半導体が適用され、極めてオフ電流の小さいトランジスタ
を適用することで、シリコンが適用されたトランジスタを用いた場合に比べて、データ保
持期間を極めて長いものとすることができる。またトランジスタM2には、単結晶シリコ
ンを適用したトランジスタを適用することが好ましい。
By using a transistor that uses an oxide semiconductor and has extremely low off-state current as the transistor M1, the data retention period can be made extremely long compared to the case where a transistor that uses silicon is used. Further, it is preferable to use a transistor using single crystal silicon as the transistor M2.
[記憶装置の回路動作について]
次に、メモリストリング112へのデータの書き込みと読み出し動作について、図23
(A)乃至(C)を用いて説明する。なお、以降において、ワード線WL1乃至ワード線
WL2kを共有するメモリトランジスタMTのまとまりをページと呼ぶ。
[About circuit operation of storage device]
Next, FIG. 23 shows the operation of writing and reading data to the
This will be explained using (A) to (C). Note that hereinafter, a group of memory transistors MT that share word lines WL1 to WL2k will be referred to as a page.
図23(A)乃至(C)では、一例として、メモリストリング112がメモリトランジ
スタMT1乃至MT8を有する例を示しているが、メモリトランジスタMTの数はこれに
限定されない。
Although FIGS. 23A to 23C show an example in which the
〔消去動作〕
メモリトランジスタMTにデータを書き込む場合は、書き込み動作の前にデータを消去
しておくことが好ましい。なお、データを消去する動作をリセット動作ともいう場合があ
る。消去動作は、メモリストリング112(ブロックともいう)ごとに行う。例えば、デ
ータを消去したいブロックを選択し、図23(A)に示すように、ワード線WL1乃至W
L8には低電位(メモリトランジスタMT1乃至MT8が非導通となる電位、例えば0V
)を印加し、ソース線SLおよびビット線BLに消去電位VEを印加し、選択トランジス
タSDTおよび選択トランジスタSSTを導通させることで行うことができる。リセット
動作により、メモリトランジスタMT1乃至MT8のそれぞれの電荷蓄積層に蓄積された
電子を引き抜くことができる。これにより、メモリトランジスタMT1乃至MT8は、デ
ータ“1”を保持している状態となる。
[Erase operation]
When writing data to the memory transistor MT, it is preferable to erase the data before the write operation. Note that the operation of erasing data may also be referred to as a reset operation. The erase operation is performed for each memory string 112 (also called block). For example, select a block from which you want to erase data, and erase the word lines WL1 to WL1 as shown in FIG.
L8 has a low potential (a potential at which the memory transistors MT1 to MT8 are non-conductive, for example 0V).
), apply the erase potential VE to the source line SL and the bit line BL, and make the selection transistor SDT and the selection transistor SST conductive. By the reset operation, electrons accumulated in the charge storage layers of each of memory transistors MT1 to MT8 can be extracted. As a result, memory transistors MT1 to MT8 enter a state where they hold data "1".
なお、データの書き換えを行わないメモリトランジスタMTのデータは、ブロックの消
去動作の前に別のメモリ領域に格納しておくことが好ましい。
Note that it is preferable that the data of the memory transistor MT, which is not rewritten, be stored in another memory area before the block erase operation.
〔書き込み動作〕
まず、データの書き込み動作について図23(B)を用いて説明する。
[Write operation]
First, the data write operation will be explained using FIG. 23(B).
データの書き込み動作は、上述したページごとに行うことができる。まず、書き込みを
行うページのワード線に書き込み電位(例えば15V)を印加し、書き込みを行わないペ
ージのワード線に正電位(トランジスタが導通する電位、例えば3V)を印加する。ここ
では、図23(B)に示すように、まずワード線WL1に書き込み電位を印加し、ワード
線WL2乃至WL8に正電位を印加する。そして、選択トランジスタSSTを非導通状態
とし、選択トランジスタSDTを導通状態とする。そうすることで、ビット線BLの電位
に応じたデータがメモリトランジスタMT1に書き込まれる。具体的には、ビット線BL
の電位が低い電位(例えば0V)である場合、ワード線WL1に印加された書き込み電位
との電位差が大きくなることによってメモリトランジスタMT1の電荷蓄積層に電子が注
入される。また、ビット線BLの電位が正電位である場合、ワード線WL1に印加された
書き込み電位との電位差が小さくなることによって、メモリトランジスタMT1の電荷蓄
積層には電子が注入されない。即ち、ビット線BLに低い電位が印加された場合にはメモ
リトランジスタMT1に データ“0”が書き込まれ、正電位が印加された場合にはメモ
リトランジスタMT1セルのデータは“1”のままとなる。
The data write operation can be performed for each page as described above. First, a write potential (for example, 15 V) is applied to the word line of the page to which writing is to be performed, and a positive potential (a potential at which the transistor is turned on, for example, 3 V) is applied to the word line of the page to which no writing is to be performed. Here, as shown in FIG. 23B, a write potential is first applied to the word line WL1, and a positive potential is applied to the word lines WL2 to WL8. Then, the selection transistor SST is brought into a non-conductive state, and the selection transistor SDT is brought into a conductive state. By doing so, data corresponding to the potential of the bit line BL is written into the memory transistor MT1. Specifically, the bit line BL
When the potential is low (for example, 0V), electrons are injected into the charge storage layer of the memory transistor MT1 due to a large potential difference with the write potential applied to the word line WL1. Further, when the potential of the bit line BL is a positive potential, the potential difference with the write potential applied to the word line WL1 becomes small, so that electrons are not injected into the charge storage layer of the memory transistor MT1. That is, when a low potential is applied to the bit line BL, data "0" is written to the memory transistor MT1, and when a positive potential is applied, the data in the memory transistor MT1 cell remains "1". .
ここで、ビット線BLにメモリストリング112ごとに異なる電位を印加することで、
ページごとのデータの書き込みを行うことができる。
Here, by applying a different potential to the bit line BL for each
Data can be written page by page.
なお、メモリトランジスタMTに多値のデータを書き込むこともできる。例えば、ビッ
ト線BLなどの電位や、電位を印加する時間によってメモリトランジスタの電荷蓄積層に
注入される電荷量を制御すればよい。
Note that multi-value data can also be written into the memory transistor MT. For example, the amount of charge injected into the charge storage layer of the memory transistor may be controlled by the potential of the bit line BL or the like or the time for applying the potential.
〔読み出し動作〕
次に、データの読み出し動作について図23(C)を用いて説明する。
[Reading operation]
Next, a data read operation will be explained using FIG. 23(C).
データの読み出し動作も、ページごとに行うことができる。まず、読み出しを行うペー
ジのワード線に低い電位(例えば0V)を印加し、読み出しを行わないページのワード線
に正電位(トランジスタが導通する電位、例えば3V)を印加する。ここでは、図23(
C)に示すように、まずワード線WL1に低い電位を印加し、ワード線WL2乃至WL8
に正電位を印加する。そして、選択トランジスタSSTおよび選択トランジスタSSTを
導通状態とする。また、ビット線BLに読み出し電位(例えば1V)を印加し、ソース線
SLに低い電位(例えば0V)を印加する。このとき、メモリトランジスタがdata”
1”であればメモリストリング112に電流が流れ、ビット線BLの電位が降下する。メ
モリトランジスタMT1が記憶するデータが”0”であれば、メモリストリング112に
電流は流れず、ビット線BLの電位は変化しない。センスアンプ123は、ビット線BL
の電位を検知し、増幅する。以上により、メモリストリング112のデータを読み出すこ
とができる。
Data read operations can also be performed page by page. First, a low potential (for example, 0V) is applied to the word line of the page to be read, and a positive potential (a potential at which the transistor is turned on, for example, 3V) is applied to the word line of the page not to be read. Here, Figure 23 (
As shown in C), a low potential is first applied to the word line WL1, and the word lines WL2 to WL8
Apply a positive potential to Then, selection transistor SST and selection transistor SST are rendered conductive. Further, a read potential (for example, 1V) is applied to the bit line BL, and a low potential (for example, 0V) is applied to the source line SL. At this time, the memory transistor
If the data stored in the memory transistor MT1 is "0", current will not flow through the
detects and amplifies the potential of Through the above steps, data in the
ここで、各メモリストリング112のデータをビット線BLに読み出すことで、ページ
単位でデータを読み出すことができる。
Here, by reading the data of each
以上が記憶装置の回路動作についての説明である。 The above is an explanation of the circuit operation of the memory device.
本実施の形態は、少なくともその一部を本明細書中に記載する他の実施の形態と適宜組
み合わせて実施することができる。
This embodiment mode can be implemented by appropriately combining at least a part of it with other embodiment modes described in this specification.
(実施の形態2)
本実施の形態では、先の実施の形態に示す半導体装置を用いた記憶装置の応用例につい
て説明する。先の実施の形態に示す半導体装置は、例えば、各種電子機器(例えば、情報
端末、コンピュータ、スマートフォン、電子書籍端末、デジタルカメラ(ビデオカメラも
含む)、録画再生装置、ナビゲーションシステムなど)の記憶装置に適用できる。なお、
ここで、コンピュータとは、タブレット型のコンピュータや、ノート型のコンピュータや
、デスクトップ型のコンピュータの他、サーバシステムのような大型のコンピュータを含
むものである。または、先の実施の形態に示す半導体装置は、メモリカード(例えば、S
Dカード)、USBメモリ、SSD(ソリッド・ステート・ドライブ)等の各種のリムー
バブル記憶装置に適用される。図24にリムーバブル記憶装置の幾つかの構成例を模式的
に示す。例えば、先の実施の形態に示す半導体装置は、パッケージングされたメモリチッ
プに加工され、様々なストレージ装置、リムーバブルメモリに用いられる。
(Embodiment 2)
In this embodiment, an application example of a memory device using the semiconductor device shown in the previous embodiment will be described. The semiconductor device described in the above embodiments can be used, for example, as a storage device of various electronic devices (for example, information terminals, computers, smartphones, electronic book terminals, digital cameras (including video cameras), recording/playback devices, navigation systems, etc.). Applicable to In addition,
Here, the computer includes a tablet computer, a notebook computer, a desktop computer, and a large computer such as a server system. Alternatively, the semiconductor device described in the previous embodiment may be used as a memory card (for example, an S
It is applied to various removable storage devices such as D card), USB memory, and SSD (solid state drive). FIG. 24 schematically shows several configuration examples of removable storage devices. For example, the semiconductor device shown in the previous embodiment is processed into a packaged memory chip and used in various storage devices and removable memories.
図24(A)はUSBメモリの模式図である。USBメモリ1100は、筐体1101
、キャップ1102、USBコネクタ1103および基板1104を有する。基板110
4は、筐体1101に収納されている。例えば、基板1104には、メモリチップ110
5、コントローラチップ1106が取り付けられている。基板1104のメモリチップ1
105などに先の実施の形態に示す半導体装置を組み込むことができる。
FIG. 24(A) is a schematic diagram of a USB memory. The
, a
4 is housed in a
5.
The semiconductor device described in the previous embodiment can be incorporated into 105 or the like.
図24(B)はSDカードの外観の模式図であり、図24(C)は、SDカードの内部
構造の模式図である。SDカード1110は、筐体1111、コネクタ1112および基
板1113を有する。基板1113は筐体1111に収納されている。例えば、基板11
13には、メモリチップ1114、コントローラチップ1115が取り付けられている。
基板1113の裏面側にもメモリチップ1114を設けることで、SDカード1110の
容量を増やすことができる。また、無線通信機能を備えた無線チップを基板1113に設
けてもよい。これによって、ホスト装置とSDカード1110間の無線通信によって、メ
モリチップ1114のデータの読み出し、書き込みが可能となる。基板1113のメモリ
チップ1114などに先の実施の形態に示す半導体装置を組み込むことができる。
FIG. 24(B) is a schematic diagram of the external appearance of the SD card, and FIG. 24(C) is a schematic diagram of the internal structure of the SD card. The
13, a
By providing a
図24(D)はSSDの外観の模式図であり、図24(E)は、SSDの内部構造の模
式図である。SSD1150は、筐体1151、コネクタ1152および基板1153を
有する。基板1153は筐体1151に収納されている。例えば、基板1153には、メ
モリチップ1154、メモリチップ1155、コントローラチップ1156が取り付けら
れている。メモリチップ1155はコントローラチップ1156のワークメモリであり、
例えばDRAMチップを用いればよい。基板1153の裏面側にもメモリチップ1154
を設けることで、SSD1150の容量を増やすことができる。基板1153のメモリチ
ップ1154などに先の実施の形態に示す半導体装置を組み込むことができる。
FIG. 24(D) is a schematic diagram of the external appearance of the SSD, and FIG. 24(E) is a schematic diagram of the internal structure of the SSD.
For example, a DRAM chip may be used. A
By providing this, the capacity of the
本実施の形態は、少なくともその一部を本明細書中に記載する他の実施の形態と適宜組
み合わせて実施することができる。
This embodiment mode can be implemented by appropriately combining at least a part of it with other embodiment modes described in this specification.
(実施の形態3)
本実施の形態では、図25を用いて、上記実施の形態に示す半導体装置を適用した、A
Iシステムについて説明を行う。
(Embodiment 3)
In this embodiment, using FIG. 25, A
I will explain about the I system.
図25はAIシステム4041の構成例を示すブロック図である。AIシステム404
1は、演算部4010と、制御部4020と、入出力部4030を有する。
FIG. 25 is a block diagram showing a configuration example of the
1 includes a
演算部4010は、アナログ演算回路4011と、DOSRAM4012と、NOSR
AM4013と、FPGA4014と、3D-NAND4015を有する。
The
It has AM4013, FPGA4014, and 3D-NAND4015.
ここで、DOSRAM(登録商標)とは、「Dynamic Oxide Semic
onductor RAM」の略称であり、1T(トランジスタ)1C(容量)型のメモ
リセルを有するRAMを指す。
Here, DOSRAM (registered trademark) is a “Dynamic Oxide Semiconductor”.
It is an abbreviation for "onductor RAM" and refers to a RAM having 1T (transistor) and 1C (capacitance) type memory cells.
また、NOSRAM(登録商標)とは「Nonvolatile Oxide Sem
iconductor RAM」の略称であり、ゲインセル型(2T型、3T型)のメモ
リセルを有するRAMを指す。DOSRAM、NOSRAMは、酸化物を半導体に用いた
トランジスタ(以下、OSトランジスタと呼ぶ。)のオフ電流が低いことを利用したメモ
リである。なお、以下において、NOSRAMのようにOSトランジスタを用いたメモリ
装置を、OSメモリと呼ぶ場合がある。
Also, NOSRAM (registered trademark) is a nonvolatile oxide semiconductor.
It is an abbreviation for "Iconductor RAM" and refers to a RAM that has gain cell type (2T type, 3T type) memory cells. DOSRAM and NOSRAM are memories that take advantage of the low off-state current of a transistor using an oxide semiconductor (hereinafter referred to as an OS transistor). Note that in the following, a memory device using an OS transistor, such as a NOSRAM, may be referred to as an OS memory.
制御部4020は、CPU(Central Processing Unit)40
21と、GPU(Graphics Processing Unit)4022と、P
LL(Phase Locked Loop)4023と、SRAM(Static R
andom Access Memory)4024と、PROM(Programma
ble Read Only Memory)4025と、メモリコントローラ4026
と、電源回路4027と、PMU(Power Management Unit)40
28と、を有する。
The
21, GPU (Graphics Processing Unit) 4022, and P
LL (Phase Locked Loop) 4023 and SRAM (Static R
andom Access Memory) 4024 and PROM (Programma
ble Read Only Memory) 4025 and
, a
28.
入出力部4030は、外部記憶制御回路4031と、音声コーデック4032と、映像
コーデック4033と、汎用入出力モジュール4034と、通信モジュール4035と、
を有する。
The input/
has.
演算部4010は、ニューラルネットワークによる学習または推論を実行することがで
きる。
The
アナログ演算回路4011はA/D(アナログ/デジタル)変換回路、D/A(デジタ
ル/アナログ)変換回路、および積和演算回路を有する。
The
アナログ演算回路4011はOSトランジスタを用いて形成することが好ましい。OS
トランジスタを用いたアナログ演算回路4011は、アナログメモリを有し、学習または
推論に必要な積和演算を、低消費電力で実行することが可能になる。
It is preferable that the analog
The analog
DOSRAM4012は、OSトランジスタを用いて形成されたDRAMであり、DO
SRAM4012は、CPU4021から送られてくるデジタルデータを一時的に格納す
るメモリである。DOSRAM4012は、OSトランジスタを含むメモリセルと、Si
トランジスタを含む読み出し回路部を有する。上記メモリセルと読み出し回路部は、積層
された異なる層に設けることができるため、DOSRAM4012は、全体の回路面積を
小さくすることができる。
DOSRAM4012 is a DRAM formed using OS transistors, and
The
It has a readout circuit section including a transistor. Since the memory cell and the readout circuit section can be provided in different stacked layers, the
ニューラルネットワークを用いた計算は、入力データが1000を超えることがある。
上記入力データをSRAMに格納する場合、SRAMは回路面積に制限があり、記憶容量
が小さいため、上記入力データを小分けにして格納せざるを得ない。DOSRAM401
2は、限られた回路面積でも、メモリセルを高集積に配置することが可能であり、SRA
Mに比べて記憶容量が大きい。そのため、DOSRAM4012は、上記入力データを効
率よく格納することができる。
Calculations using neural networks may require more than 1000 pieces of input data.
When storing the above input data in an SRAM, the SRAM has a limited circuit area and a small storage capacity, so the above input data must be stored in small pieces. DOSRAM401
2, it is possible to arrange memory cells in a highly integrated manner even with a limited circuit area, and SRA
It has a larger storage capacity than M. Therefore, the
NOSRAM4013はOSトランジスタを用いた不揮発性メモリである。NOSRA
M4013は、フラッシュメモリや、ReRAM(Resistive Random
Access Memory)、MRAM(Magnetoresistive Ran
dom Access Memory)などの他の不揮発性メモリと比べて、データを書
き込む際の消費電力が小さい。また、フラッシュメモリやReRAMのように、データを
書き込む際に素子が劣化することもなく、データの書き込み可能回数に制限が無い。
M4013 can be used for flash memory or ReRAM (Resistive Random).
Access Memory), MRAM (Magnetoresistive Random)
Compared to other non-volatile memories such as dom access memory, it consumes less power when writing data. Furthermore, unlike flash memory and ReRAM, the elements do not deteriorate when data is written, and there is no limit to the number of times data can be written.
また、NOSRAM4013は、1ビットの2値データの他に、2ビット以上の多値デ
ータを記憶することができる。NOSRAM4013は多値データを記憶することで、1
ビット当たりのメモリセル面積を小さくすることができる。
Further, the
The memory cell area per bit can be reduced.
また、NOSRAM4013は、デジタルデータの他にアナログデータを記憶すること
ができる。そのため、アナログ演算回路4011は、NOSRAM4013をアナログメ
モリとして用いることもできる。NOSRAM4013は、アナログデータのまま記憶す
ることができるため、D/A変換回路やA/D変換回路が不要である。そのため、NOS
RAM4013は周辺回路の面積を小さくすることができる。なお、本明細書においてア
ナログデータとは、3ビット(8値)以上分解能を有するデータのことを指す。上述した
多値データがアナログデータに含まれる場合もある。
Further, the
The
ニューラルネットワークの計算に用いられるデータやパラメータは、一旦、NOSRA
M4013に格納することができる。上記データやパラメータは、CPU4021を介し
て、AIシステム4041の外部に設けられたメモリに格納してもよいが、内部に設けら
れたNOSRAM4013の方が、より高速且つ低消費電力に上記データやパラメータを
格納することができる。また、NOSRAM4013は、DOSRAM4012よりもビ
ット線を長くすることができるので、記憶容量を大きくすることができる。
The data and parameters used for neural network calculations must be submitted to NOSRA.
It can be stored in M4013. The above-mentioned data and parameters may be stored in a memory provided outside the
FPGA4014は、OSトランジスタを用いたFPGAである。AIシステム404
1は、FPGA4014を用いることによって、ハードウェアで後述する、ディープニュ
ーラルネットワーク(DNN)、畳み込みニューラルネットワーク(CNN)、再帰型ニ
ューラルネットワーク(RNN)、自己符号化器、深層ボルツマンマシン(DBM)、深
層信念ネットワーク(DBN)などの、ニューラルネットワークの接続を構成することが
できる。上記のニューラルネットワークの接続をハードウェアで構成することで、より高
速に実行することができる。
The
1 uses the FPGA4014 to implement deep neural networks (DNNs), convolutional neural networks (CNNs), recurrent neural networks (RNNs), autoencoders, deep Boltzmann machines (DBMs), and deep layers, which will be described later in hardware. Neural network connections can be constructed, such as belief networks (DBNs). By configuring the neural network connections described above using hardware, faster execution can be achieved.
FPGA4014はOSトランジスタを有するFPGAである。OS-FPGAは、S
RAMで構成されるFPGAよりもメモリの面積を小さくすることができる。そのため、
コンテキスト切り替え機能を追加しても面積増加が少ない。また、OS-FPGAはブー
スティングによりデータやパラメータを高速に伝えることができる。
The memory area can be smaller than that of an FPGA made up of RAM. Therefore,
Even if a context switching function is added, there is little increase in area. Furthermore, the OS-FPGA can transmit data and parameters at high speed by boosting.
3D-NAND4015は酸化物半導体を用いた不揮発性メモリである。3D-NAN
D4015は、高集積化されたメモリであり、単位面積あたりの記憶容量の大きい。
3D-NAND4015 is a nonvolatile memory using an oxide semiconductor. 3D-NAN
The D4015 is a highly integrated memory and has a large storage capacity per unit area.
また、3D-NAND4015は、1ビットの2値データの他に、2ビット以上の多値
データを記憶することができる。3D-NAND4015は多値データを記憶することで
、1ビット当たりのメモリセル面積を、さらに小さくすることができる。
Furthermore, the 3D-
また、3D-NAND4015として、例えば、上記実施の形態に示す半導体装置を用
いることができる。これにより、メモリセルにおける占有面積を低減することができるの
で、3D-NAND4015をさらに高集積化させることができる。よって、3D-NA
ND4015の単位面積当たりの記憶容量を増加させることができる。
Further, as the 3D-
The storage capacity per unit area of the ND4015 can be increased.
AIシステム4041は、アナログ演算回路4011、DOSRAM4012、NOS
RAM4013、およびFPGA4014を1つのダイ(チップ)の上に設けることがで
きる。そのため、AIシステム4041は、高速且つ低消費電力に、ニューラルネットワ
ークの計算を実行することができる。また、アナログ演算回路4011、DOSRAM4
012、NOSRAM4013、およびFPGA4014は、同じ製造プロセスで作製す
ることができる。そのため、AIシステム4041は、低コストで作製することができる
。
The
012, NOSRAM4013, and FPGA4014 can be manufactured using the same manufacturing process. Therefore, the
なお、演算部4010は、DOSRAM4012、NOSRAM4013、およびFP
GA4014を、全て有する必要はない。AIシステム4041が解決したい課題に応じ
て、DOSRAM4012、NOSRAM4013、およびFPGA4014の一または
複数を、選択して設ければよい。
Note that the
It is not necessary to have all GA4014s. Depending on the problem that the
AIシステム4041は、解決したい課題に応じて、ディープニューラルネットワーク
(DNN)、畳み込みニューラルネットワーク(CNN)、再帰型ニューラルネットワー
ク(RNN)、自己符号化器、深層ボルツマンマシン(DBM)、深層信念ネットワーク
(DBN)などの演算を実行することができる。PROM4025は、これらの演算を実
行するためのプログラムを保存することができる。また、これらプログラムの一部または
全てを、NOSRAM4013または3D-NAND4015に保存してもよい。3D-
NAND4015は、高集積化されたメモリであり、単位面積あたりの記憶容量が大きい
ので、大容量のプログラムを保存することができる。
The
The
ライブラリとして存在する既存のプログラムは、GPUの処理を前提としているものが
多い。そのため、AIシステム4041はGPU4022を有することが好ましい。AI
システム4041は、学習と推論で用いられる積和演算のうち、律速となる積和演算を演
算部4010で実行し、それ以外の積和演算をGPU4022で実行することができる。
そうすることで、学習と推論を高速に実行することができる。
Many existing programs that exist as libraries assume GPU processing. Therefore, it is preferable that the
In the
This allows for faster learning and inference.
電源回路4027は、論理回路用の低電圧電位を生成するだけではなく、アナログ演算
のための電位生成も行う。電源回路4027はOSメモリを用いてもよい。電源回路40
27は、基準電位をOSメモリに保存することで、消費電力を下げることができる。
The
No. 27 can reduce power consumption by storing the reference potential in the OS memory.
PMU4028は、AIシステム4041の電力供給を一時的にオフにする機能を有す
る。
The
CPU4021およびGPU4022は、レジスタとしてOSメモリを有することが好
ましい。CPU4021およびGPU4022はOSメモリを有することで、電力供給が
オフになっても、OSメモリ中にデータ(論理値)を保持し続けることができる。その結
果、AIシステム4041は、電力を節約することができる。
It is preferable that the
PLL4023は、クロックを生成する機能を有する。AIシステム4041は、PL
L4023が生成したクロックを基準に動作を行う。PLL4023はOSメモリを有す
ることが好ましい。PLL4023はOSメモリを有することで、クロックの発振周期を
制御するアナログ電位を保持することができる。
The
Operations are performed based on the clock generated by L4023. Preferably,
AIシステム4041は、DRAMなどの外部メモリにデータを保存してもよい。その
ため、AIシステム4041は、外部のDRAMとのインターフェースとして機能するメ
モリコントローラ4026を有することが好ましい。また、メモリコントローラ4026
は、CPU4021またはGPU4022の近くに配置することが好ましい。そうするこ
とで、データのやり取りを高速に行うことができる。
is preferably placed near the
制御部4020に示す回路の一部または全ては、演算部4010と同じダイの上に形成
することができる。そうすることで、AIシステム4041は、高速且つ低消費電力に、
ニューラルネットワークの計算を実行することができる。
A part or all of the circuit shown in the
Can perform neural network calculations.
ニューラルネットワークの計算に用いられるデータは外部記憶装置(HDD(Hard
Disk Drive)、SSD(Solid State Drive)など)に保
存される場合が多い。そのため、AIシステム4041は、外部記憶装置とのインターフ
ェースとして機能する外部記憶制御回路4031を有することが好ましい。
The data used for neural network calculations is stored on an external storage device (HDD (Hard Drive).
(Disk Drive), SSD (Solid State Drive), etc.). Therefore, the
ニューラルネットワークを用いた学習と推論は、音声や映像を扱うことが多いので、A
Iシステム4041は音声コーデック4032および映像コーデック4033を有する。
音声コーデック4032は、音声データのエンコード(符号化)およびデコード(復号)
を行い、映像コーデック4033は、映像データのエンコードおよびデコードを行う。
Learning and inference using neural networks often deal with audio and video, so A
The
The
AIシステム4041は、外部センサから得られたデータを用いて学習または推論を行
うことができる。そのため、AIシステム4041は汎用入出力モジュール4034を有
する。汎用入出力モジュール4034は、例えば、USB(Universal Ser
ial Bus)やI2C(Inter-Integrated Circuit)など
を含む。
ial Bus) and I2C (Inter-Integrated Circuit).
AIシステム4041は、インターネットを経由して得られたデータを用いて学習また
は推論を行うことができる。そのため、AIシステム4041は、通信モジュール403
5を有することが好ましい。
The
It is preferable to have 5.
アナログ演算回路4011は、多値のフラッシュメモリをアナログメモリとして用いて
もよい。しかし、フラッシュメモリは書き換え可能回数に制限がある。また、多値のフラ
ッシュメモリは、エンベディッドで形成する(演算回路とメモリを同じダイの上に形成す
る)ことが非常に難しい。
The analog
また、アナログ演算回路4011は、ReRAMをアナログメモリとして用いてもよい
。しかし、ReRAMは書き換え可能回数に制限があり、記憶精度の点でも問題がある。
さらに、2端子でなる素子でありため、データの書き込みと読み出しを分ける回路設計が
複雑になる。
Further, the
Furthermore, since the device is composed of two terminals, the circuit design for separating data writing and data reading becomes complicated.
また、アナログ演算回路4011は、MRAMをアナログメモリとして用いてもよい。
しかし、MRAMは抵抗変化率が低く、記憶精度の点で問題がある。
Furthermore, the
However, MRAM has a low resistance change rate and has a problem in storage accuracy.
以上を鑑み、アナログ演算回路4011は、OSメモリをアナログメモリとして用いる
ことが好ましい。
In view of the above, it is preferable that the analog
本実施の形態は、少なくともその一部を本明細書中に記載する他の実施の形態と適宜組
み合わせて実施することができる。
This embodiment mode can be implemented by appropriately combining at least a part of it with other embodiment modes described in this specification.
(実施の形態4)
[AIシステムの応用例]
本実施の形態では、上記実施の形態に示すAIシステムの応用例について図26を用い
て説明を行う。
(Embodiment 4)
[Application example of AI system]
In this embodiment, an application example of the AI system shown in the above embodiment will be described using FIG. 26.
図26(A)は、図25で説明したAIシステム4041を並列に配置し、バス線を介
してシステム間での信号の送受信を可能にした、AIシステム4041Aである。
FIG. 26A shows an
図26(A)に図示するAIシステム4041Aは、複数のAIシステム4041_1
乃至AIシステム4041_n(nは自然数)を有する。AIシステム4041_1乃至
AIシステム4041_nは、バス線4098を介して互いに接続されている。
The
to AI systems 4041_n (n is a natural number). The AI systems 4041_1 to 4041_n are connected to each other via a
また図26(B)は、図25で説明したAIシステム4041を図26(A)と同様に
並列に配置し、ネットワークを介してシステム間での信号の送受信を可能にした、AIシ
ステム4041Bである。
Furthermore, FIG. 26(B) shows an
図26(B)に図示するAIシステム4041Bは、複数のAIシステム4041_1
乃至AIシステム4041_nを有する。AIシステム4041_1乃至AIシステム4
041_nは、ネットワーク4099を介して互いに接続されている。
The
to AI system 4041_n. AI system 4041_1 to
041_n are connected to each other via a
ネットワーク4099は、AIシステム4041_1乃至AIシステム4041_nの
それぞれに通信モジュールを設け、無線または有線による通信を行う構成とすればよい。
通信モジュールは、アンテナを介して通信を行うことができる。例えばWorld Wi
de Web(WWW)の基盤であるインターネット、イントラネット、エクストラネッ
ト、PAN(Personal Area Network)、LAN(Local A
rea Network)、CAN(Campus Area Network)、MA
N(Metropolitan Area Network)、WAN(Wide Ar
ea Network)、GAN(Global Area Network)等のコン
ピュータネットワークに各電子装置を接続させ、通信を行うことができる。無線通信を行
う場合、通信プロトコル又は通信技術として、LTE(Long Term Evolu
tion)、GSM(Global System for Mobile Commu
nication:登録商標)、EDGE(Enhanced Data Rates
for GSM Evolution)、CDMA2000(Code Divisio
n Multiple Access 2000)、W-CDMA(登録商標)などの通
信規格、またはWi-Fi(登録商標)、Bluetooth(登録商標)、ZigBe
e(登録商標)等のIEEEにより通信規格化された仕様を用いることができる。
The
The communication module can perform communication via the antenna. For example, World Wi
The Internet, intranet, extranet, PAN (Personal Area Network), and LAN (Local A
rea Network), CAN (Campus Area Network), MA
N (Metropolitan Area Network), WAN (Wide Ar
Each electronic device can be connected to a computer network such as GAN (Global Area Network) or GAN (Global Area Network) to perform communication. When performing wireless communication, LTE (Long Term Evolution) is used as a communication protocol or communication technology.
tion), GSM (Global System for Mobile Commu)
nication: registered trademark), EDGE (Enhanced Data Rates)
for GSM Evolution), CDMA2000 (Code Divisio
n Multiple Access 2000), communication standards such as W-CDMA (registered trademark), or Wi-Fi (registered trademark), Bluetooth (registered trademark), ZigBe
It is possible to use specifications standardized by IEEE for communication, such as e (registered trademark).
図26(A)、(B)の構成とすることで、外部のセンサ等で得られたアナログ信号を
別々のAIシステムで処理することができる。例えば、生体情報のように、脳波、脈拍、
血圧、体温等といった情報を脳波センサ、脈波センサ、血圧センサ、温度センサといった
各種センサで取得し、別々のAIシステムでアナログ信号を処理することができる。別々
のAIシステムのそれぞれで信号の処理、または学習を行うことで一つのAIシステムあ
たりの情報処理量を少なくできる。そのため、より少ない演算量で信号の処理、または学
習を行うことができる。その結果、認識精度を高めることができる。それぞれのAIシス
テムで得られた情報から、複雑に変化する生体情報の変化を瞬時に統合的に把握すること
ができるといったことが期待できる。
With the configurations shown in FIGS. 26A and 26B, analog signals obtained by external sensors or the like can be processed by separate AI systems. For example, biological information such as brain waves, pulse,
Information such as blood pressure and body temperature can be acquired by various sensors such as an electroencephalogram sensor, a pulse wave sensor, a blood pressure sensor, and a temperature sensor, and the analog signals can be processed by separate AI systems. By processing signals or performing learning in each separate AI system, the amount of information processing per AI system can be reduced. Therefore, signal processing or learning can be performed with a smaller amount of calculations. As a result, recognition accuracy can be improved. It is expected that from the information obtained by each AI system, it will be possible to instantly and comprehensively grasp complex changes in biological information.
本実施の形態に示す構成は、他の実施の形態に示す構成と適宜組み合わせて用いること
ができる。
The structure shown in this embodiment can be used in combination with the structures shown in other embodiments as appropriate.
(実施の形態5)
本実施の形態は、上記実施の形態に示すAIシステムが組み込まれたICの一例を示す
。
(Embodiment 5)
This embodiment shows an example of an IC incorporating the AI system shown in the above embodiments.
上記実施の形態に示すAIシステムは、CPU等のSiトランジスタでなるデジタル処
理回路と、OSトランジスタを用いたアナログ演算回路、3D-NAND、OS-FPG
AおよびDOSRAM、NOSRAM等のOSメモリを、1のダイに集積することができ
る。
The AI system shown in the above embodiment includes a digital processing circuit made of Si transistors such as a CPU, an analog calculation circuit using OS transistors, 3D-NAND, OS-FPG, etc.
A and OS memories such as DOSRAM and NOSRAM can be integrated into one die.
図27に、AIシステムを組み込んだICの一例を示す。図27に示すAIシステムI
C7000は、リード7001及び回路部7003を有する。AIシステムIC7000
は、例えばプリント基板7002に実装される。このようなICチップが複数組み合わさ
れて、それぞれがプリント基板7002上で電気的に接続されることで電子部品が実装さ
れた基板(実装基板7004)が完成する。回路部7003には、上記実施の形態で示し
た各種の回路が1のダイに設けられている。回路部7003は、先の実施の形態に示すよ
うに、積層構造をもち、Siトランジスタ層7031、配線層7032、OSトランジス
タ層7033に大別される。OSトランジスタ層7033をSiトランジスタ層7031
に積層して設けることができるため、AIシステムIC7000の小型化が容易である。
FIG. 27 shows an example of an IC incorporating an AI system. AI system I shown in Figure 27
C7000 has a
is mounted on a printed
Since the
図27では、AIシステムIC7000のパッケージにQFP(Quad Flat
Package)を適用しているが、パケージの態様はこれに限定されない。
In Figure 27, the AI system IC7000 package includes a QFP (Quad Flat
However, the form of the package is not limited to this.
CPU等のデジタル処理回路と、OSトランジスタを用いたアナログ演算回路、3D-
NAND、OS-FPGAおよびDOSRAM、NOSRAM等のOSメモリは、全て、
Siトランジスタ層7031、配線層7032およびOSトランジスタ層7033に形成
することができる。すなわち、上記AIシステムを構成する素子は、同一の製造プロセス
で形成することが可能である。そのため、本実施の形態に示すICは、構成する素子が増
えても製造プロセスを増やす必要がなく、上記AIシステムを低コストで組み込むことが
できる。
Digital processing circuits such as CPUs and analog calculation circuits using OS transistors, 3D-
All OS memories such as NAND, OS-FPGA, DOSRAM, and NOSRAM are
It can be formed in the
本実施の形態は、少なくともその一部を本明細書中に記載する他の実施の形態と適宜組
み合わせて実施することができる。
This embodiment mode can be implemented by appropriately combining at least a part of it with other embodiment modes described in this specification.
(実施の形態6)
[電子機器]
本発明の一態様に係る半導体装置は、様々な電子機器に用いることができる。図28お
よび図29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。
(Embodiment 6)
[Electronics]
A semiconductor device according to one embodiment of the present invention can be used in various electronic devices. 28 and 29 show specific examples of electronic devices using the semiconductor device according to one embodiment of the present invention.
図28(A)に示すロボット2000は、演算装置2001、センサ2002、ライト
2003、リフト2004、駆動部2005、移動機構2011を備えており、移動しな
がら静止画や動画を撮影することができる。このようなロボットは、警備システムや、監
視システムとして用いることができる。
A
ロボット2000は、さらに、通信手段2006、スピーカ2007、マイクロフォン
2008、表示部2009、発光部2010などを備えていてもよい。
The
演算装置2001には、本発明の一態様に係る半導体装置を用いることができる。また
、演算装置2001には、本発明の一態様に係るAIシステムが組み込まれたICを用い
ることができる。センサ2002は、ロボット2000の周囲を撮影する、カメラとして
の機能を有する。ライト2003は、センサ2002でロボット2000の周囲を撮影す
る際のライトとして用いることができる。なお、センサ2002で、静止画を撮影する際
には、ライト2003は、フラッシュライトとして機能することが好ましい。センサ20
02は、リフト2004を介して、ロボット本体と接続されている。センサ2002の高
さは、リフト2004により調整することができる。リフト2004は、伸縮式であるこ
とが好ましい。また、リフト2004は、複数のブームにより構成された折り畳み式のも
のでもよい。また、ロボット2000には、駆動部2005と、駆動部2005に接続さ
れた移動機構2011が設けられているため、センサ2002による撮像範囲、すなわち
監視範囲が広がり、好ましい。
A semiconductor device according to one embodiment of the present invention can be used for the
02 is connected to the robot body via a
通信手段2006は、センサ2002により撮像された情報を管理者や、管理者が所有
するサーバへ送信することができる。また、センサ2002により撮像された情報を演算
装置2001にて解析し、犯罪、事故、火災などの非常事態と判断された場合は、警備会
社、警察、消防、医療機関、土地や建物のオーナーへ連絡することができる。スピーカ2
007は、犯罪者への警告、怪我人や急病人への問いかけ、避難の誘導など、ロボット周
囲に情報の発信を行うことができる。マイクロフォン2008は、ロボット2000周囲
の音声の取得に用いることができる。また、通信手段2006、およびスピーカ2007
と合わせて用いることで、ロボット2000は電話としての機能を有することができる。
ロボット2000周囲にいる人は、管理者や任意の人と会話することができる。表示部2
009は、任意の情報を表示することができる。非常時の場合は、災害情報や避難経路を
表示することができる。また、通信手段2006、スピーカ2007、およびマイクロフ
ォン2008と合わせて用いることで、ロボット2000はテレビ電話としての機能を有
することができる。ロボット2000周囲にいる人は、管理者や任意の人と表示部200
9を見ながら会話することができる。
The communication means 2006 can transmit information captured by the
007 can transmit information to those around the robot, such as warning criminals, asking questions to injured or suddenly ill people, and guiding evacuations.
By using this together, the
People around the
009 can display any information. In the event of an emergency, disaster information and evacuation routes can be displayed. Further, by using the communication means 2006, the
You can have a conversation while looking at 9.
発光部2010は、ロボット2000の進行方向や停止状態を文字や光で示すことがで
きる。また、非常事態を示してもよい。
The
図28(B)は、ロボット2000の構成を示すブロック図である。演算装置2001
は、センサ2002により得られた映像などの情報から、ライト2003の点灯や消灯、
明るさの調整を行う。また、リフト2004の高さの調整、あるいは、駆動部2005の
制御を行い、ロボット2000や、センサ2002の位置合わせを行う。また、駆動部2
005の動作状況を、発光部2010を用いて示すことができる。また、通信手段200
6を用いて、センサ2002やマイクロフォン2008から得られたロボット2000の
周囲の情報を管理者、または管理者が所有するサーバに送信することができる。また、演
算装置2001や、管理者の判断により、スピーカ2007や表示部2009を用いて、
ロボット2000の周囲に情報を発信することができる。
FIG. 28(B) is a block diagram showing the configuration of the
turns on or off the light 2003 based on information such as images obtained by the
Adjust the brightness. It also adjusts the height of the
The operating status of 005 can be shown using the
6 can be used to transmit information about the surroundings of the
Information can be transmitted around the
センサ2002に用いるセンサとして、周囲が暗くても撮像が可能なセンサを用いる場
合は、ライト2003は設けなくてもよい。このようなセンサとして、受光部にセレン(
Se)を用いたイメージセンサを用いることができる。
If a sensor that can capture an image even when the surroundings are dark is used as the
An image sensor using Se) can be used.
このようなロボット2000は、商業施設や、オフィスの警備に用いることができる。
センサ2002やマイクロフォン2008から得られた情報は、演算装置2001やサー
バに保存される。保存された情報は、AIシステムにより解析され、物品の紛失や破損、
不審者の侵入、火災などの災害などの異常の有無を判断する。情報の解析には、ディープ
ラーニングを用いてもよい。異常が発生したと判断した場合、ロボット2000は、管理
者への連絡および周囲への情報発信を行い、周囲の状況を記録する。
Such a
Information obtained from the
Determine whether there is an abnormality such as intrusion by a suspicious person or disaster such as fire. Deep learning may be used to analyze the information. If it is determined that an abnormality has occurred, the
また、ロボット2000は、農作物の生育状況の監視に用いてもよい。田んぼや畑に設
置されたロボット2000は、センサ2002により、農作物の葉、あるいは実の形、大
きさ、色を監視し、病気になっていないか、害虫の付着が無いかを判断する。ロボット2
000には、移動機構2011が設けられているため、広範囲の農作物の生育状況を監視
することができる。また、ロボット2000には、リフト2004が設けられているため
、農作物の種類や、生育状況によらず、任意の高さの葉や実を監視することができる。監
視結果は、通信手段2006を用いて生産者に送られ、生産者は、農作物に必要な肥料や
農薬の種類、量、散布時期を判断することができる。また、演算装置2001を用いて、
監視結果を、AIシステムにより解析し、農作物に必要な、肥料や農薬の種類、量、散布
時期を判断して、生産者に通知してもよい。監視結果の解析には、ディープラーニングを
用いてもよい。
Further, the
Since 000 is provided with a moving
The monitoring results may be analyzed by an AI system to determine the type, amount, and timing of application of fertilizers and pesticides required for agricultural crops, and notify producers of the results. Deep learning may be used to analyze the monitoring results.
図29(A)は、ロボット3001を用いた、仕分けシステム3000を示す。ロボッ
ト3001は、演算装置3002、ブーム3003、およびアーム3004を備えている
。また、ロボット3001は有線、または無線の通信手段3011を備えていてもよい。
また、仕分けシステム3000は、センサ3009を有する筐体3008を備えている。
筐体3008は、通信手段3010を有している。筐体3008は、仕分けシステム30
00、または仕分け作業エリアの天井、壁、梁(いずれも図示せず)に設けられる。また
、筐体3008は、ロボット3001に設けられていてもよい。例えば、ブーム3003
、またはアーム3004に設けられていてもよい。筐体3008がロボット3001に設
けられている場合は、センサ3009により得られた情報は、通信手段3010、および
通信手段3011を介さず、演算装置3002に送られ、処理されてもよい。
FIG. 29(A) shows a
The
The
00, or on the ceiling, wall, or beam (none of which are shown) of the sorting work area. Furthermore, the
, or may be provided on the
ブーム3003は、可動式となっており、アーム3004を所望の位置に配置すること
ができる。また、アーム3004は伸縮式としてもよい。所望の物品3007上に配置さ
れたアームを伸ばし、所望の物品3007を掴み、アーム3004を縮めた後、ブーム3
003によりアーム3004を移動してもよい。
The
003 may be used to move the
仕分けシステム3000は、容器3005内の物品3007を容器3006に移動させ
ることができる。容器3005と容器3006は、同一形状でも良いし、異なる形状でも
よい。また、一つの容器3005に入れられた複数の物品3007を複数の容器3006
に振り分けて移動してもよい。
You may move by dividing it into .
容器3005、および容器3006として、コンテナ、段ボール箱、商品を梱包する箱
、ケース、フィルム、または袋、食品保管用のバット、弁当箱などが用いられる。また、
容器3005、および容器3006の少なくとも一方は、鍋やフライパンなどの調理器具
でもよい。
As the
At least one of
演算装置3002には、本発明の一態様に係る半導体装置を用いることができる。また
、演算装置3002には、本発明の一態様に係るAIシステムが組み込まれたICを用い
ることができる。
A semiconductor device according to one embodiment of the present invention can be used for the
センサ3009は、容器3005の位置、容器3006の位置、容器3005内、およ
び容器3005内の物品3007の状態を読み取り、通信手段3010を用いて演算装置
3002に情報を送信する。情報の送信は無線または、有線で行う。また、通信手段30
10を用いずに、有線にて情報を送信してもよい。演算装置3002は、送信された情報
の解析を行う。ここで、物品3007の状態とは、形、数、物品3007同士の重なりな
どのことを指す。演算装置3002は、センサ3009からの情報をもとに解析を行い、
物品3007の詳細情報を導出する。演算装置3002、またはロボット3001と通信
可能なサーバに保存されたデータと比較し、物品3007の三次元形状や、堅さ(柔らか
さ)を導出する。また、物品3007の三次元形状や堅さ(柔らかさ)から、アーム30
04の形状を変えることができる。
The
Information may be transmitted by wire without using 10.
Detailed information about the
The shape of 04 can be changed.
物品3007の詳細情報を導出するには、AIシステムを用いた解析を利用することが
できる。情報の解析には、ディープラーニングを用いてもよい。
To derive detailed information about the
図29(B)は、一対の板3021が水平方向に移動し、物品3007を挟むことがで
きるアームである。一対の板3021が中心に向かって水平方向に移動することで、物品
3007を挟むことができる。このようなアームは、物品3007を面で捉えることがで
き、立方体や直方体など、柱状の形を有する物品3007を掴むのに適している。図29
(C)は、複数のバー3022が水平方向に移動し、物品3007を挟むことができるア
ームである。複数のバー3022が中心に向かって水平方向に移動することで、物品30
07を挟むことができる。このようなアームは、物品3007を点で捉えることができ、
球状の形を有する物品3007、または物品3007の形が一定でない場合、すなわち不
定型な物品3007を掴むに適している。なお、図29(C)では、バー3022の数を
4本としたが、本実施の形態はこれに限らない。バー3022は3本でもよいし、5本以
上でも良い。図29(D)は、一対の板3023が、共通の軸を中心に、お互いが近づく
ように回転することで物品3007を挟むことができるアームである。このようなアーム
は、物品3007を面で捉えることができ、紙やフィルムなど、薄膜状の形を有する物品
3007を掴むのに適している。図29(E)は、一対のかぎ状の板3024が、共通の
軸を中心に、お互いの先端が近づくように回転することで物品3007を挟むことができ
るアームである。このようなアームは、物品3007を点、または線で捉えることができ
、紙やフィルムなど、薄膜状の形を有する物品3007や、より小さい粒状の形を有する
物品3007を掴むのに適している。また、図29(F)に示すように、アームの先端に
ヘラ3025を取り付け、より小さい粒状の形を有する物品3007をすくってもよい。
FIG. 29(B) shows an arm in which a pair of
(C) is an arm in which a plurality of
07 can be inserted. Such an arm can capture the
It is suitable for gripping an
図29(A)乃至図29(F)に示すアームは、一例であり、本発明の一態様はこれら
の形状に限らない。また、各アームの用途の説明も一例であり、本発明の一態様はこれら
の記載に限らない。
The arms shown in FIGS. 29(A) to 29(F) are examples, and one embodiment of the present invention is not limited to these shapes. Further, the description of the use of each arm is also an example, and one embodiment of the present invention is not limited to these descriptions.
ロボット3001は、演算装置3002からの信号に基づき、ブーム3003を動かし
、アーム3004を、容器3005内の所望の物品3007上に移動する。伸縮式のアー
ム3004の場合、アーム3004を伸ばし、アーム3004の先端を物品3007の高
さまで降ろす。アームの先端を動かし、所望の物品3007を掴む。物品3007を掴ん
だまま、アームを縮める。再びブーム3003を動かし、アーム3004を、容器300
6の所望の位置に移動する。このとき、容器3006に対する物品3007の角度を調整
する為、アーム3004を回転してもよい。アーム3004を伸ばし、物品3007を容
器3006に配置し、アーム3004は、物品3007を放す。以上の操作を繰り返し行
い、ロボット3001は、物品3007を容器3005から容器3006に移動させるこ
とができる。
The
6 to the desired position. At this time, the
容器3005、および容器3006の位置情報、および物品3007の状態をAIシス
テムを用いて解析しているため、物品3007の形状や堅さによらず、確実に物品300
7を移動することができる。物品3007の例としては、立方体、または直方体の箱、ま
たは任意の形状の箱やケースに詰められた物品だけでなく、卵、ハンバーグやコロッケな
ど、成形された加工食品、ジャガイモやトマトなど、不定形な野菜などの食品、ネジやナ
ットなどの機械部品、紙やフィルムなどの薄膜などが挙げられる。本実施の形態に示した
仕分けシステム3000は、物品3007の形状や堅さを考慮してアームの形状を変える
ことができるため、上記に例示した物品3007を、形状や堅さによらず、容器3005
から容器3006に移動させることができる。
Since the position information of the
7 can be moved. Examples of the
can be moved from the
例えば、本発明の一態様の半導体装置を用いた記憶装置は、上述した電子機器の制御情
報や、制御プログラムなどを長期間保持することができる。本発明の一態様に係る半導体
装置を用いることで、信頼性の高い電子機器を実現することができる。
For example, a storage device using the semiconductor device of one embodiment of the present invention can retain control information, control programs, and the like for the electronic device described above for a long period of time. By using a semiconductor device according to one embodiment of the present invention, a highly reliable electronic device can be achieved.
また、例えば、上述した電子機器の演算装置などに、上記AIシステムが組み込まれた
ICを用いることができる。これにより、本実施の形態に示す電子機器は、AIシステム
によって、状況に応じた的確な動作を、低消費電力で行うことができる。
Further, for example, an IC in which the above-mentioned AI system is incorporated can be used in the arithmetic unit of the above-mentioned electronic equipment. As a result, the electronic device shown in this embodiment can perform accurate operations according to the situation with low power consumption using the AI system.
本実施の形態は、少なくともその一部を本明細書中に記載する他の実施の形態と適宜組
み合わせて実施することができる。
This embodiment mode can be implemented by appropriately combining at least a part of it with other embodiment modes described in this specification.
100 記憶装置
105 制御回路
110 メモリセルアレイ
112 メモリストリング
121 行デコーダ
122 行ドライバ
123 センスアンプ
124 ソース線ドライバ
125 入出力回路
126 バッファ
126a インバータ回路
126b スイッチ回路
131 メモリセル
132 メモリセル
700 半導体装置
700A 記憶装置
700D 回路部
700M メモリセルアレイ
701 導電層
701_m 導電層
701_1 導電層
701_6 導電層
701a 導電層
701A 導電膜
701b 導電層
701B 導電膜
702 導電層
702A 導電膜
702b 絶縁層
702B 導電膜
703 絶縁層
703_1 絶縁層
703_3 絶縁層
703a 絶縁層
703A 絶縁膜
703b 絶縁層
703c 絶縁層
704 酸化物層
704_1 酸化物層
704_3 酸化物層
704a 酸化物層
704A 酸化物膜
704b 酸化物層
704c 酸化物層
705 導電層
705_1 導電層
705_3 導電層
706 導電層
706_1 導電層
706_3 導電層
707 接続層
707_m 接続層
707_1 接続層
708 導電層
708_m 導電層
708_1 導電層
710 メモリトランジスタ
711 絶縁層
720 基板
721 絶縁膜
722 絶縁層
722A 絶縁膜
722B 絶縁膜
723 マスク
723A マスク
724 絶縁層
725 マスク
726 絶縁層
727 犠牲層
731 マスク
750 トランジスタ
751 酸化物層
751a 酸化物層
752 導電層
753a 導電層
753b 導電層
754 絶縁層
761 絶縁層
762 接続層
763 接続層
764a 接続層
764b 接続層
765 導電層
766a 導電層
766b 導電層
1100 USBメモリ
1101 筐体
1102 キャップ
1103 USBコネクタ
1104 基板
1105 メモリチップ
1106 コントローラチップ
1110 SDカード
1111 筐体
1112 コネクタ
1113 基板
1114 メモリチップ
1115 コントローラチップ
1150 SSD
1151 筐体
1152 コネクタ
1153 基板
1154 メモリチップ
1155 メモリチップ
1156 コントローラチップ
2000 ロボット
2001 演算装置
2002 センサ
2003 ライト
2004 リフト
2005 駆動部
2006 通信手段
2007 スピーカ
2008 マイクロフォン
2009 表示部
2010 発光部
2011 移動機構
3000 システム
3001 ロボット
3002 演算装置
3003 ブーム
3004 アーム
3005 容器
3006 容器
3007 物品
3008 筐体
3009 センサ
3010 通信手段
3011 通信手段
3021 板
3022 バー
3023 板
3024 板
3025 ヘラ
4010 演算部
4011 アナログ演算回路
4012 DOSRAM
4013 NOSRAM
4014 FPGA
4020 制御部
4021 CPU
4022 GPU
4023 PLL
4025 PROM
4026 メモリコントローラ
4027 電源回路
4028 PMU
4030 入出力部
4031 外部記憶制御回路
4032 音声コーデック
4033 映像コーデック
4034 汎用入出力モジュール
4035 通信モジュール
4041 AIシステム
4041_n AIシステム
4041_1 AIシステム
4041A AIシステム
4041B AIシステム
4098 バス線
4099 ネットワーク
7000 AIシステムIC
7001 リード
7002 プリント基板
7003 回路部
7004 実装基板
7031 Siトランジスタ層
7032 配線層
7033 OSトランジスタ層
100 Storage device 105 Control circuit 110 Memory cell array 112 Memory string 121 Row decoder 122 Row driver 123 Sense amplifier 124 Source line driver 125 Input/output circuit 126 Buffer 126a Inverter circuit 126b Switch circuit 131 Memory cell 132 Memory cell 700 Semiconductor device 700A Storage device 700D Circuit portion 700M Memory cell array 701 Conductive layer 701_m Conductive layer 701_1 Conductive layer 701_6 Conductive layer 701a Conductive layer 701A Conductive film 701b Conductive layer 701B Conductive film 702 Conductive layer 702A Conductive film 702b Insulating layer 702B Conductive film 703 Insulating layer 703_1 Insulating layer 703 _3 Insulating layer 703a Insulating layer 703A Insulating film 703b Insulating layer 703c Insulating layer 704 Oxide layer 704_1 Oxide layer 704_3 Oxide layer 704a Oxide layer 704A Oxide film 704b Oxide layer 704c Oxide layer 705 Conductive layer 705_1 Conductive layer 705_3 Conductive layer 706 Conductive layer 706_1 Conductive layer 706_3 Conductive layer 707 Connection layer 707_m Connection layer 707_1 Connection layer 708 Conductive layer 708_m Conductive layer 708_1 Conductive layer 710 Memory transistor 711 Insulating layer 720 Substrate 721 Insulating film 722 Insulating layer 722A Insulating film 722B Insulating film 723 Mask 723A Mask 724 Insulating layer 725 Mask 726 Insulating layer 727 Sacrificial layer 731 Mask 750 Transistor 751 Oxide layer 751a Oxide layer 752 Conductive layer 753a Conductive layer 753b Conductive layer 754 Insulating layer 761 Insulating layer 762 Connection layer 763 Connection layer 764a Connection layer 764b Connection layer 765 Conductive layer 766a Conductive layer 766b Conductive layer 1100 USB memory 1101 Housing 1102 Cap 1103 USB connector 1104 Board 1105 Memory chip 1106 Controller chip 1110 SD card 1111 Housing 1112 Connector 1113 Board 1114 Memory chip 1115 Controller chip 1150 SSD
1151
4013 NOSRAM
4014 FPGA
4020
4022 GPU
4023PLL
4025 PROM
4026
4030 Input/
7001
Claims (1)
前記メモリトランジスタは、第1の導電層と、第2の導電層と、第3の導電層と、第1の絶縁層と、第2の絶縁層と、第3の絶縁層と、第1の半導体層と、を有し、
前記トランジスタは、第4の導電層と、第5の導電層と、第6の導電層と、第4の絶縁層と、第2の半導体層と、を有し、
前記第1の導電層は、開口を有し、
前記第1の絶縁層は、前記開口の内側側面と接する領域を有し、
前記第2の絶縁層は、前記第1の絶縁層の内側側面と接する領域を有し、
前記第3の絶縁層は、前記第2の絶縁層の内側側面と接する領域を有し、
前記第1の半導体層は、前記第3の絶縁層の内側側面と接する領域を有し、且つ前記第1の導電層の前記開口よりも上下方向に突出して設けられ、
前記第2の導電層は、前記第1の半導体層の底部と接する領域を有し、
前記第3の導電層は、前記第1の半導体層の上部と接する領域を有し、
前記第4の導電層及び前記第5の導電層は、前記第2の半導体層の上面と接する領域を有し、
前記第4の絶縁層は、前記第4の導電層の上面と接する領域と、前記第5の導電層の上面と接する領域と、前記第2の半導体層の上面と接する領域と、を有し、
前記第6の導電層は、前記第4の絶縁層を介して前記第2の半導体層と重なる領域を有し、
前記第1の導電層は、前記酸化物層を介して前記第4の導電層又は前記第5の導電層と常に導通し、
前記酸化物層と、前記第1の半導体層と、前記第2の半導体層とは、同じ金属酸化物を含む半導体装置。 A semiconductor device including a memory transistor, a transistor, and an oxide layer,
The memory transistor includes a first conductive layer, a second conductive layer, a third conductive layer, a first insulating layer, a second insulating layer, a third insulating layer, and a first conductive layer. a semiconductor layer;
The transistor includes a fourth conductive layer, a fifth conductive layer, a sixth conductive layer, a fourth insulating layer, and a second semiconductor layer,
the first conductive layer has an opening;
The first insulating layer has a region in contact with an inner side surface of the opening,
The second insulating layer has a region in contact with an inner side surface of the first insulating layer,
The third insulating layer has a region in contact with an inner side surface of the second insulating layer,
The first semiconductor layer has a region in contact with an inner side surface of the third insulating layer, and is provided to protrude in the vertical direction from the opening of the first conductive layer,
The second conductive layer has a region in contact with the bottom of the first semiconductor layer,
The third conductive layer has a region in contact with an upper part of the first semiconductor layer,
The fourth conductive layer and the fifth conductive layer have regions in contact with the upper surface of the second semiconductor layer,
The fourth insulating layer has a region in contact with the top surface of the fourth conductive layer, a region in contact with the top surface of the fifth conductive layer, and a region in contact with the top surface of the second semiconductor layer. ,
The sixth conductive layer has a region overlapping with the second semiconductor layer via the fourth insulating layer,
The first conductive layer is always electrically connected to the fourth conductive layer or the fifth conductive layer via the oxide layer,
A semiconductor device in which the oxide layer, the first semiconductor layer, and the second semiconductor layer include the same metal oxide.
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