JP7483606B2 - 半導体装置 - Google Patents
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以下では、本発明の一態様に係るトランジスタ200を有する半導体装置の一例について説明する。
図1、および図2は、本発明の一態様に係るトランジスタ200、および容量素子100を有する半導体装置、および半導体装置周辺の上面図および断面図である。なお、本明細書において、当該半導体装置をメモリセル600と表記する場合がある。
図1に示すように、トランジスタ200は、基板(図示しない。)の上に配置された絶縁体212と、絶縁体212の上に配置された絶縁体214と、絶縁体214の上に配置された絶縁体216と、絶縁体216に埋め込まれるように配置された導電体205(導電体205a、導電体205b、および導電体205c)と、絶縁体216と導電体205の上に配置された絶縁体222と、絶縁体222の上に配置された絶縁体224と、絶縁体224の上に配置された酸化物230aと、酸化物230aの上に配置された酸化物230bと、酸化物230bの上に配置された導電体242(導電体242a、導電体242b、および導電体242c)と、絶縁体224、酸化物230a、酸化物230b、および導電体242を覆う絶縁体256(絶縁体256a、および絶縁体256b)と、絶縁体256の上に配置され、開口部を有する絶縁体280(絶縁体280a、および絶縁体280b)と、該開口部内で酸化物230bの上面、および側面と、酸化物230aの側面と、導電体242の側面と、絶縁体256の側面と、絶縁体280の側面と、に接するように設けられた酸化物230cと、酸化物230cの内側に設けられた絶縁体250と、絶縁体250の内側に設けられた導電体260aと、導電体260aの内側に埋め込まれるように設けられた導電体260bと、を有する。
図1(B)に示すように、容量素子100aは、トランジスタ200aと重畳する領域を有するように設ける。同様に、容量素子100bは、トランジスタ200bと重畳する領域を有するように設ける。また、図2(C)は、図1(A)にA7-A8の一点鎖線で示す部位の断面図であり、容量素子100aと導電体242aとの接続部における断面図である。なお、容量素子100bは、容量素子100aが有する構造と、それぞれ対応する構造を有する。以下において、容量素子100a、および容量素子100bを容量素子100として、その詳細な構造について説明する。特にことわりが無い限り容量素子100a、および容量素子100bについては、容量素子100の説明を参酌することができる。
上記トランジスタ200と、容量素子100を有する半導体装置をメモリセル600として、記憶装置を構成することができる。
図4乃至図6にメモリセル600の構成例について説明する。
図7にOSメモリ装置の構成の一例を示す。記憶装置1400は、メモリセルアレイ1470、および周辺回路を有する。周辺回路は、行回路1420、列回路1430、出力回路1440、コントロールロジック回路1460を有する。また、周辺回路に、トランジスタ200のバックゲートに印加する電位を制御するバックゲート制御回路1425を設けてもよい。バックゲート制御回路1425は、行回路1420の一部とみなすことができる。
トランジスタ300は、基板311上に設けられ、ゲート電極として機能する導電体316、ゲート絶縁体として機能する絶縁体315、基板311の一部からなる半導体領域313、およびソース領域またはドレイン領域として機能する低抵抗領域314a、および低抵抗領域314bを有する。
各構造体の間には、層間膜、配線、およびプラグ等が設けられた配線層が設けられていてもよい。また、配線層は、設計に応じて複数層設けることができる。ここで、プラグまたは配線としての機能を有する導電体は、複数の構造をまとめて同一の符号を付与する場合がある。また、本明細書等において、配線と、配線と電気的に接続するプラグとが一体物であってもよい。すなわち、導電体の一部が配線として機能する場合、および導電体の一部がプラグとして機能する場合もある。
以下では、半導体装置に用いることができる構成材料について説明する。
トランジスタ200を形成する基板としては、例えば、絶縁体基板、半導体基板、または導電体基板を用いればよい。絶縁体基板としては、例えば、ガラス基板、石英基板、サファイア基板、安定化ジルコニア基板(イットリア安定化ジルコニア基板など)、樹脂基板などがある。また、半導体基板としては、例えば、シリコン、ゲルマニウムなどを材料とした半導体基板、または炭化シリコン、シリコンゲルマニウム、ヒ化ガリウム、リン化インジウム、酸化亜鉛、酸化ガリウムからなる化合物半導体基板などがある。さらには、前述の半導体基板内部に絶縁体領域を有する半導体基板、例えば、SOI(Silicon On Insulator)基板などがある。導電体基板としては、黒鉛基板、金属基板、合金基板、導電性樹脂基板などがある。または、金属の窒化物を有する基板、金属の酸化物を有する基板などがある。さらには、絶縁体基板に導電体または半導体が設けられた基板、半導体基板に導電体または絶縁体が設けられた基板、導電体基板に半導体または絶縁体が設けられた基板などがある。または、これらの基板に素子が設けられたものを用いてもよい。基板に設けられる素子としては、容量素子、抵抗素子、スイッチ素子、発光素子、記憶素子などがある。
絶縁体としては、絶縁性を有する酸化物、窒化物、酸化窒化物、窒化酸化物、金属酸化物、金属酸化窒化物、金属窒化酸化物などがある。
導電体としては、アルミニウム、クロム、銅、銀、金、白金、タンタル、ニッケル、チタン、モリブデン、タングステン、ハフニウム、バナジウム、ニオブ、マンガン、マグネシウム、ジルコニウム、ベリリウム、インジウム、ルテニウム、イリジウム、ストロンチウム、ランタンなどから選ばれた金属元素を1種以上含む材料を用いることができる。また、リン等の不純物元素を含有させた多結晶シリコンに代表される、電気伝導度が高い半導体、ニッケルシリサイドなどのシリサイドを用いてもよい。
酸化物230として、酸化物半導体として機能する金属酸化物(以下、酸化物半導体ともいう。)を用いることが好ましい。以下では、本発明に係る酸化物230に適用可能な金属酸化物について説明する。
以下では、本発明の一態様で開示されるトランジスタに用いることができるCAC(Cloud-Aligned Composite)-OSの構成について説明する。
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 semiconductor)、多結晶酸化物半導体、nc-OS(nanocrystalline oxide semiconductor)、擬似非晶質酸化物半導体(a-like OS:amorphous-like oxide semiconductor)、および非晶質酸化物半導体などがある。
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。
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。
次に、本発明に係るトランジスタ200を有する半導体装置について、作製方法を図11乃至図24を用いて説明する。また、図11乃至図24において、各図の(A)は、図1(A)に示すA1-A2の一点鎖線で示す部位に対応する断面図である。また、各図の(B)は、図1(A)に示すA3-A4の一点鎖線で示す部位に対応する断面図である。また、各図の(C)は、図1(A)にA5-A6の一点鎖線で示す部位に対応する断面図である。また、各図の(D)は、図1(A)にA7-A8の一点鎖線で示す部位に対応する断面図である。
以下では、図25を用いて、先の<半導体装置の構成例>で示したものとは異なる、本発明の一態様に係るトランジスタ200、および容量素子100を有する半導体装置の一例について説明する。
本実施の形態では、図26を用いて、本発明の半導体装置が実装されたチップ1200の一例を示す。チップ1200には、複数の回路(システム)が実装されている。このように、複数の回路(システム)を一つのチップに集積する技術を、システムオンチップ(System on Chip:SoC)と呼ぶ場合がある。
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、ノート型のコンピュータ、デスクトップ型のコンピュータの他、サーバシステムのような大型のコンピュータを含むものである。または、先の実施の形態に示す半導体装置は、メモリカード(例えば、SDカード)、USBメモリ、SSD(ソリッド・ステート・ドライブ)等の各種のリムーバブル記憶装置に適用される。図27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。
本発明の一態様に係る半導体装置は、CPUやGPUなどのプロセッサ、またはチップに用いることができる。図28に、本発明の一態様に係るCPUやGPUなどのプロセッサ、またはチップを備えた電子機器の具体例を示す。
本発明の一態様に係るGPUまたはチップは、様々な電子機器に搭載することができる。電子機器の例としては、例えば、テレビジョン装置、デスクトップ型またはノート型の情報端末用などのモニタ、デジタルサイネージ(Digital Signage:電子看板)、パチンコ機などの大型ゲーム機、などの比較的大きな画面を備える電子機器の他、デジタルカメラ、デジタルビデオカメラ、デジタルフォトフレーム、電子ブックリーダー、携帯電話機、携帯型ゲーム機、携帯情報端末、音響再生装置、などが挙げられる。また、本発明の一態様に係るGPUまたはチップを電子機器に設けることにより、電子機器に人工知能を搭載することができる。
図28(A)には、情報端末の一種である携帯電話(スマートフォン)が図示されている。情報端末5100は、筐体5101と、表示部5102と、を有しており、入力用インターフェースとして、タッチパネルが表示部5102に備えられ、ボタンが筐体5101に備えられている。
図28(C)は、ゲーム機の一例である携帯ゲーム機5300を示している。携帯ゲーム機5300は、筐体5301、筐体5302、筐体5303、表示部5304、接続部5305、操作キー5306等を有する。筐体5302、および筐体5303は、筐体5301から取り外すことが可能である。筐体5301に設けられている接続部5305を別の筐体(図示せず)に取り付けることで、表示部5304に出力される映像を、別の映像機器(図示せず)に出力することができる。このとき、筐体5302、および筐体5303は、それぞれ操作部として機能することができる。これにより、複数のプレイヤーが同時にゲームを行うことができる。筐体5301、筐体5302、および筐体5303の基板に設けられているチップなどに先の実施の形態に示すチップを組み込むことができる。
本発明の一態様のGPUまたはチップは、大型コンピュータに適用することができる。
本発明の一態様のGPUまたはチップは、移動体である自動車、および自動車の運転席周辺に適用することができる。
図28(H)は、電化製品の一例である電気冷凍冷蔵庫5800を示している。電気冷凍冷蔵庫5800は、筐体5801、冷蔵室用扉5802、冷凍室用扉5803等を有する。
Claims (2)
- トランジスタと、前記トランジスタと電気的に接続された容量素子と、を有する半導体装置であって、
前記トランジスタのチャネル形成領域を有する金属酸化物と、
前記金属酸化物の上面と接する領域を有し、且つ前記トランジスタのソース電極及びドレイン電極の一方として機能する領域を有する第1の導電体と、
前記金属酸化物の上面と接する領域を有し、且つ前記トランジスタのソース電極及びドレイン電極の他方として機能する領域を有する第2の導電体と、
前記金属酸化物の上方に位置し、且つ前記トランジスタのゲート電極として機能する領域を有する第3の導電体と、
前記第3の導電体の上面と接する領域を有し、且つ第1の開口及び第2の開口を有する第1の絶縁体と、
前記第1の絶縁体と接する領域を有し、且つ前記第1の開口を介して前記第1の導電体と電気的に接続された第4の導電体と、
前記第1の絶縁体の上方に位置し、且つ前記第1の開口と重なる領域において前記第4の導電体の上面と接する領域を有する第2の絶縁体と、
前記第2の絶縁体の上面と接する領域を有し、且つ前記第1の開口において前記第4の導電体との重なりを有する第5の導電体と、
前記第2の絶縁体の上面と接する領域を有し、且つ前記第2の開口を介して前記第2の導電体と電気的に接続された第6の導電体と、を有し、
前記第4の導電体は、前記容量素子の下部電極として機能する領域を有し、
前記第5の導電体は、前記容量素子の上部電極として機能する領域を有し、
前記第6の導電体は、ビット線として機能する領域を有し、
前記第5の導電体と、前記第6の導電体とは、同じ材料を有する、半導体装置。 - 第1のトランジスタと、前記第1のトランジスタと電気的に接続された第1の容量素子と、第2のトランジスタと、前記第2のトランジスタと電気的に接続された第2の容量素子と、を有する半導体装置であって、
前記第1のトランジスタのチャネル形成領域と、前記第2のトランジスタのチャネル形成領域とを有する金属酸化物と、
前記金属酸化物の上面と接する領域を有し、且つ前記第1のトランジスタのソース電極及びドレイン電極の一方として機能する領域を有する第1の導電体と、
前記金属酸化物の上面と接する領域を有し、且つ前記第1のトランジスタのソース電極及びドレイン電極の他方として機能する領域と、前記第2のトランジスタのソース電極及びドレイン電極の一方として機能する領域と、を有する第2の導電体と、
前記金属酸化物の上面と接する領域を有し、且つ前記第2のトランジスタのソース電極及びドレイン電極の他方として機能する領域を有する第3の導電体と、
前記金属酸化物の上方に位置し、且つ前記第1のトランジスタのゲート電極として機能する領域を有する第4の導電体と、
前記金属酸化物の上方に位置し、且つ前記第2のトランジスタのゲート電極として機能する領域を有する第5の導電体と、
前記第4の導電体の上面と接する領域と前記第5の導電体の上面と接する領域とを有し、且つ第1の開口、第2の開口及び第3の開口を有する第1の絶縁体と、
前記第1の絶縁体と接する領域を有し、且つ前記第1の開口を介して前記第1の導電体と電気的に接続された第6の導電体と、
前記第1の絶縁体と接する領域を有し、且つ前記第2の開口を介して前記第3の導電体と電気的に接続された第7の導電体と、
前記第1の絶縁体の上方に位置し、且つ前記第1の開口と重なる領域において前記第6の導電体の上面と接する領域と、前記第2の開口と重なる領域において前記第7の導電体の上面と接する領域を有する第2の絶縁体と、
前記第2の絶縁体の上面と接する領域を有し、且つ前記第1の開口において前記第6の導電体との重なりを有する第8の導電体と、
前記第2の絶縁体の上面と接する領域を有し、且つ前記第2の開口において前記第7の導電体との重なりを有する第9の導電体と、
前記第2の絶縁体の上面と接する領域を有し、且つ前記第3の開口を介して前記第2の導電体と電気的に接続された第10の導電体と、を有し、
前記第6の導電体は、前記第1の容量素子の下部電極として機能する領域を有し、
前記第8の導電体は、前記第1の容量素子の上部電極として機能する領域と、配線として機能する領域と、を有し、
前記第7の導電体は、前記第2の容量素子の下部電極として機能する領域を有し、
前記第9の導電体は、前記第2の容量素子の上部電極として機能する領域と、配線として機能する領域と、を有し、
前記第10の導電体は、ビット線として機能する領域を有し、
前記第8の導電体と、前記第9の導電体と、前記第10の導電体とは、同じ材料を有し、
平面視において、前記ビット線は、第1の方向に延在する領域を有し、
平面視において、前記第8の導電体は、前記第1の方向に延在する領域を有し、
平面視において、前記第9の導電体は、前記第1の方向に延在する領域を有し、
前記第1のトランジスタは、チャネル長方向が前記第1の方向と交差する方向である領域を有し、
前記第2のトランジスタは、チャネル長方向が前記第1の方向と交差する方向である領域を有する、半導体装置。
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