JPWO2016189415A1 - Semiconductor device and electronic device - Google Patents
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Abstract
占有面積の小さい半導体装置を提供する。または、生産性の高い半導体装置を提供する。pチャネル型のトランジスタと、pチャネル型のトランジスタ上に酸化物半導体を用いたnチャネル型トランジスタと、を形成し、集積回路を構成する。また、第1の配線、第2の配線、第3の配線、および第4の配線を有し、pチャネル型のトランジスタは、第1の導電体と、第2の導電体と、第3の導電体とを有し、nチャネル型のトランジスタは、第3の導電体と、第4の導電体と、第5の導電体とを有する。また、第1の導電体上に、第3の導電体が配置され、かつ第3の導電体上に、第1の配線が配置されており、第2の導電体上に、第2の配線が配置されており、第4の導電体上に、第4の配線が配置されており、第5の導電体上に、第3の配線が配置されている。A semiconductor device with a small occupation area is provided. Alternatively, a highly productive semiconductor device is provided. A p-channel transistor and an n-channel transistor using an oxide semiconductor are formed over the p-channel transistor to form an integrated circuit. In addition, the p-channel transistor includes a first wiring, a second wiring, a third wiring, and a fourth wiring. The p-channel transistor includes a first conductor, a second conductor, and a third conductor. The n-channel transistor includes a third conductor, a fourth conductor, and a fifth conductor. The third conductor is disposed on the first conductor, and the first wiring is disposed on the third conductor. The second wiring is disposed on the second conductor. Are arranged, the fourth wiring is arranged on the fourth conductor, and the third wiring is arranged on the fifth conductor.
Description
本発明は、物、方法、または、製造方法に関する。または、本発明は、プロセス、マシン、マニュファクチャ、または、組成物(コンポジション・オブ・マター)に関する。本発明の一態様は、半導体装置、発光装置、表示装置、電子機器、照明装置、及びそれらの作製方法に関する。特に、本発明の一態様は、有機エレクトロルミネッセンス(Electroluminescence、以下ELとも記す)現象を利用した発光装置とその作製方法に関する。特に、本発明の一態様は、電源回路に搭載されるパワーデバイス、メモリやCPUなどのLSI、サイリスタ、コンバータ、およびイメージセンサなどを含む半導体集積回路を部品として搭載した電子機器に関する。The present invention relates to an object, a method, or a manufacturing method. Or this invention relates to a process, a machine, a manufacture, or a composition (composition of matter). One embodiment of the present invention relates to a semiconductor device, a light-emitting device, a display device, an electronic device, a lighting device, and manufacturing methods thereof. In particular, one embodiment of the present invention relates to a light-emitting device using an organic electroluminescence (hereinafter also referred to as EL) phenomenon and a manufacturing method thereof. In particular, one embodiment of the present invention relates to an electronic device in which a semiconductor integrated circuit including a power device mounted on a power supply circuit, an LSI such as a memory or a CPU, a thyristor, a converter, and an image sensor is mounted as a component.
なお、本発明の一態様は、上記の技術分野に限定されない。Note that one embodiment of the present invention is not limited to the above technical field.
なお、本明細書中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。電気光学装置、半導体回路および電子機器は半導体装置を有する場合がある。Note that in this specification, a semiconductor device refers to all devices that can function by utilizing semiconductor characteristics. An electro-optical device, a semiconductor circuit, and an electronic device may include a semiconductor device.
近年、半導体装置の開発が進められ、LSIやCPUやメモリが主に用いられている。CPUは、半導体ウェハから切り離された半導体集積回路(少なくともトランジスタ及びメモリ)を有し、接続端子である電極が形成された半導体素子の集合体である。In recent years, semiconductor devices have been developed, and LSIs, CPUs, and memories are mainly used. The CPU is an assembly of semiconductor elements each having a semiconductor integrated circuit (at least a transistor and a memory) separated from a semiconductor wafer and having electrodes serving as connection terminals.
LSIやCPUやメモリなどの半導体回路(ICチップ)は、回路基板、例えばプリント配線板に実装され、様々な電子機器の部品の一つとして用いられる。A semiconductor circuit (IC chip) such as an LSI, a CPU, or a memory is mounted on a circuit board, for example, a printed wiring board, and used as one of various electronic device components.
また、絶縁表面を有する基板上に形成された半導体薄膜を用いてトランジスタを構成する技術が注目されている。該トランジスタは集積回路(IC)や画像表示装置(単に表示装置とも表記する)のような電子デバイスに広く応用されている。トランジスタに適用可能な半導体薄膜としてシリコン系半導体材料が広く知られているが、その他の材料として酸化物半導体が注目されている。In addition, a technique for forming a transistor using a semiconductor thin film formed over a substrate having an insulating surface has attracted attention. The transistor is widely applied to electronic devices such as an integrated circuit (IC) and an image display device (also simply referred to as a display device). A silicon-based semiconductor material is widely known as a semiconductor thin film applicable to a transistor, but an oxide semiconductor has attracted attention as another material.
また、酸化物半導体を用いたトランジスタは、非導通状態において極めてリーク電流が小さいことが知られている。例えば、酸化物半導体を用いたトランジスタの極めて低いリーク電流が小さいという特性を応用した低消費電力のCPUなどが開示されている(特許文献1参照。)。A transistor using an oxide semiconductor is known to have extremely small leakage current in a non-conduction state. For example, a low power consumption CPU using a characteristic in which an extremely low leakage current of a transistor including an oxide semiconductor is small is disclosed (see Patent Document 1).
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、歩留まり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、占有面積の小さい半導体装置を提供することを課題の一とする。An object is to provide a semiconductor device with high productivity. Another object is to provide a semiconductor device with high yield. Another object is to provide a semiconductor device with a small occupation area.
または、集積度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、動作速度の速い半導体装置を提供することを課題の一とする。または、消費電力の小さい半導体装置を提供することを課題の一とする。Another object is to provide a highly integrated semiconductor device. Another object is to provide a semiconductor device with high operating speed. Another object is to provide a semiconductor device with low power consumption.
または、新規な半導体装置を提供することを課題の一とする。または、該半導体装置を有するモジュールを提供することを課題の一とする。または、該半導体装置、または該モジュールを有する電子機器を提供することを課題の一とする。Another object is to provide a novel semiconductor device. Another object is to provide a module including the semiconductor device. Another object is to provide an electronic device including the semiconductor device or the module.
なお、これらの課題の記載は、他の課題の存在を妨げるものではない。なお、本発明の一態様は、これらの課題の全てを解決する必要はないものとする。なお、これら以外の課題は、明細書、図面、請求項などの記載から、自ずと明らかとなるものであり、明細書、図面、請求項などの記載から、これら以外の課題を抽出することが可能である。Note that the description of these problems does not disturb the existence of other problems. Note that one embodiment of the present invention does not have to solve all of these problems. Issues other than these will be apparent from the description of the specification, drawings, claims, etc., and other issues can be extracted from the descriptions of the specification, drawings, claims, etc. It is.
本発明の一態様は、第1のトランジスタと、第2のトランジスタと、第1の配線と、第2の配線と、第3の配線と、第1の導電体と、第2の導電体と、第3の導電体と、第4の導電体と、第5の導電体と、第6の導電体と、を有し、第1のトランジスタは、第1の端子、第2の端子、および第1のゲート端子を有し、第2のトランジスタは、第3の端子、第4の端子、および第2のゲート端子を有し、第1の端子は、第1の導電体、第3の端子、および第4の導電体を介して、第1の配線と電気的に接続し、第2の端子は、第2の導電体、および第5の導電体を介して、第2の配線と電気的に接続し、第1のゲート端子は、第3の導電体、第6の導電体、および第3の配線を介して、第2のゲート端子と電気的に接続し、第1の導電体は、第1の端子上に配置され、第3の端子は、第1の導電体上に配置され、第4の導電体は、第3の端子を貫通し、第1の導電体上に配置され、第1の配線は、第4の導電体上に配置され、第2の導電体は、第2の端子上に配置され、第5の導電体は、第2の導電体上に配置され、第2の配線は、第5の導電体上に配置され、第3の導電体は、第1のゲート配線上に配置され、第6の導電体は、第3の導電体上に配置され、第3の配線は、第6の導電体上に配置されている。One embodiment of the present invention includes a first transistor, a second transistor, a first wiring, a second wiring, a third wiring, a first conductor, and a second conductor. , A third conductor, a fourth conductor, a fifth conductor, and a sixth conductor, wherein the first transistor includes a first terminal, a second terminal, and The first transistor has a first gate terminal, the second transistor has a third terminal, a fourth terminal, and a second gate terminal, and the first terminal has a first conductor, a third terminal, The terminal is electrically connected to the first wiring through the fourth conductor, and the second terminal is connected to the second wiring through the second conductor and the fifth conductor. The first gate terminal is electrically connected to the second gate terminal through the third conductor, the sixth conductor, and the third wiring. The body is the second The third terminal is disposed on the first conductor, the fourth conductor is disposed on the first conductor, passes through the third terminal, and the first conductor is disposed on the first conductor. The second conductor is disposed on the second terminal, the fifth conductor is disposed on the second conductor, the second conductor is disposed on the fourth conductor, and the second conductor is disposed on the second terminal. The wiring is disposed on the fifth conductor, the third conductor is disposed on the first gate wiring, the sixth conductor is disposed on the third conductor, and the third conductor The wiring is disposed on the sixth conductor.
本発明の一態様は、第1のトランジスタと、第2のトランジスタと、第1の配線と、第2の配線と、第3の配線と、第1の導電体と、第2の導電体と、第3の導電体と、第4の導電体と、第5の導電体と、第6の導電体と、第1の構造体と、第2の構造体と、を有し、第1のトランジスタは、第1の端子、第2の端子、および第1のゲート端子を有し、第2のトランジスタは、第3の端子、第4の端子、および第2のゲート端子を有し、第1の端子は、第1の導電体、第3の端子、および第4の導電体を介して、第1の配線と電気的に接続し、第2の端子は、第2の導電体、および第5の導電体を介して、第2の配線と電気的に接続し、第1のゲート端子は、第3の導電体、第6の導電体、および第3の配線を介して、第2のゲート端子と電気的に接続し、第1の導電体は、第1の端子上に配置され、第3の端子は、第1の導電体上に配置され、第4の導電体は、第3の端子を貫通し、第1の導電体上に配置され、第1の配線は、第4の導電体上に配置され、第2の導電体は、第2の端子上に配置され、第5の導電体は、第1の構造体を貫通し、第2の導電体上に配置され、第2の配線は、第5の導電体および第1の構造体上に配置され、第3の導電体は、第1のゲート配線上に配置され、第6の導電体は、第2の構造体を貫通し、第3の導電体上に配置され、第3の配線は、第6の導電体および第2の構造体上に配置されている。One embodiment of the present invention includes a first transistor, a second transistor, a first wiring, a second wiring, a third wiring, a first conductor, and a second conductor. , A third conductor, a fourth conductor, a fifth conductor, a sixth conductor, a first structure, and a second structure, The transistor has a first terminal, a second terminal, and a first gate terminal, the second transistor has a third terminal, a fourth terminal, and a second gate terminal, The first terminal is electrically connected to the first wiring through the first conductor, the third terminal, and the fourth conductor, and the second terminal is connected to the second conductor, and The second gate is electrically connected to the second wiring through the fifth conductor, and the first gate terminal is connected to the second wiring through the third conductor, the sixth conductor, and the third wiring. Gate terminal and power The first conductor is disposed on the first terminal, the third terminal is disposed on the first conductor, and the fourth conductor penetrates the third terminal. The first conductor is disposed on the first conductor, the first wiring is disposed on the fourth conductor, the second conductor is disposed on the second terminal, and the fifth conductor is , Penetrating the first structure and disposed on the second conductor, the second wiring is disposed on the fifth conductor and the first structure, and the third conductor is disposed on the first conductor And the sixth conductor penetrates the second structure and is disposed on the third conductor, and the third wiring includes the sixth conductor and the second conductor. It is arranged on the structure.
本発明の一態様は、第1のトランジスタと、第2のトランジスタと、第1の配線と、第2の配線と、第3の配線と、第1の導電体と、第2の導電体と、第3の導電体と、第4の導電体と、第5の導電体と、第6の導電体と、第1の構造体と、第2の構造体と、を有し、第1のトランジスタは、第1の端子、第2の端子、および第1のゲート端子を有し、第2のトランジスタは、第3の端子、第4の端子、および第2のゲート端子を有し、第1の端子は、第1の導電体、第3の端子、および第4の導電体を介して、第1の配線と電気的に接続し、第2の端子は、第2の導電体、および第5の導電体を介して、第2の配線と電気的に接続し、第1のゲート端子は、第3の導電体、第6の導電体、および第3の配線を介して、第2のゲート端子と電気的に接続し、第1の導電体は、第1の端子上に配置され、第4の導電体は、第3の端子を貫通し、第1の導電体上に配置され、第1の配線は、第4の導電体の側面と接し、第2の導電体は、第2の端子上に配置され、第5の導電体は、第1の構造体を貫通し、第2の導電体上に配置され、第2の配線は、第5の導電体の側面と接し、第2の配線は、第1の構造体上に配置され、第3の導電体は、第1のゲート配線上に配置され、第6の導電体は、第2の構造体を貫通し、第3の導電体上に配置され、第3の配線は、第6の導電体の側面と接し、第2の配線は、第2の構造体上に配置されている。One embodiment of the present invention includes a first transistor, a second transistor, a first wiring, a second wiring, a third wiring, a first conductor, and a second conductor. , A third conductor, a fourth conductor, a fifth conductor, a sixth conductor, a first structure, and a second structure, The transistor has a first terminal, a second terminal, and a first gate terminal, the second transistor has a third terminal, a fourth terminal, and a second gate terminal, The first terminal is electrically connected to the first wiring through the first conductor, the third terminal, and the fourth conductor, and the second terminal is connected to the second conductor, and The second gate is electrically connected to the second wiring through the fifth conductor, and the first gate terminal is connected to the second wiring through the third conductor, the sixth conductor, and the third wiring. Gate terminal and power The first conductor is disposed on the first terminal, and the fourth conductor is disposed on the first conductor through the third terminal, and the first wiring Is in contact with the side surface of the fourth conductor, the second conductor is disposed on the second terminal, the fifth conductor penetrates the first structure, and is on the second conductor. The second wiring is in contact with the side surface of the fifth conductor, the second wiring is disposed on the first structure, and the third conductor is on the first gate wiring. The sixth conductor passes through the second structure, is disposed on the third conductor, the third wiring is in contact with the side surface of the sixth conductor, and the second wiring is , Disposed on the second structure.
上記構成において、第1の構造体は、第1の酸化物と、第6の導電体を有し、第2の構造体は、第2の酸化物と、第7の導電体を有している。In the above structure, the first structure body includes a first oxide and a sixth conductor, and the second structure body includes a second oxide and a seventh conductor. Yes.
上記構成において、第2のトランジスタは、酸化物半導体を有している。In the above structure, the second transistor includes an oxide semiconductor.
上記記載の半導体装置を有する電子機器。An electronic apparatus having the semiconductor device described above.
生産性の高い半導体装置を提供することができる。または、歩留まりの高い半導体装置を提供することができる。または、占有面積の小さい半導体装置を提供することができる。A semiconductor device with high productivity can be provided. Alternatively, a semiconductor device with high yield can be provided. Alternatively, a semiconductor device with a small occupation area can be provided.
または、集積度の高い半導体装置を提供することができる。または、動作速度の速い半導体装置を提供することができる。または、消費電力の小さい半導体装置を提供することができる。Alternatively, a highly integrated semiconductor device can be provided. Alternatively, a semiconductor device with high operating speed can be provided. Alternatively, a semiconductor device with low power consumption can be provided.
または、新規な半導体装置を提供することができる。または、該半導体装置を有するモジュールを提供することができる。または、該半導体装置、または該モジュールを有する電子機器を提供することができる。Alternatively, a novel semiconductor device can be provided. Alternatively, a module including the semiconductor device can be provided. Alternatively, an electronic device including the semiconductor device or the module can be provided.
なお、これらの効果の記載は、他の効果の存在を妨げるものではない。なお、本発明の一態様は、これらの効果の全てを有する必要はない。なお、これら以外の効果は、明細書、図面、請求項などの記載から、自ずと明らかとなるものであり、明細書、図面、請求項などの記載から、これら以外の効果を抽出することが可能である。Note that the description of these effects does not disturb the existence of other effects. Note that one embodiment of the present invention need not have all of these effects. It should be noted that the effects other than these are naturally obvious from the description of the specification, drawings, claims, etc., and it is possible to extract the other effects from the descriptions of the specification, drawings, claims, etc. It is.
以下では、本発明の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。ただし、本発明は以下の説明に限定されず、本発明の趣旨およびその範囲から逸脱することなくその形態および詳細を様々に変更し得ることは、当業者であれば容易に理解される。従って、本発明は、以下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。また、以下に説明する実施の形態および実施例において、同一部分または同様の機能を有する部分には、同一の符号または同一のハッチパターン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。Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to the following description, and it is easily understood by those skilled in the art that modes and details can be variously changed without departing from the spirit and scope of the present invention. Therefore, the present invention should not be construed as being limited to the description of the embodiments below. In the embodiments and examples described below, the same portions or portions having similar functions are denoted by the same reference numerals or the same hatch patterns in different drawings, and description thereof is not repeated. To do.
なお、本明細書で説明する各図において、各構成の大きさ、膜の厚さ、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。Note that in each drawing described in this specification, the size, the film thickness, or the region of each component is exaggerated for clarity in some cases. Therefore, it is not necessarily limited to the scale.
また、本明細書にて用いる第1、第2、第3などの用語は、構成要素の混同を避けるために付したものであり、数的に限定するものではない。そのため、例えば、「第1の」を「第2の」または「第3の」などと適宜置き換えて説明することができる。Further, the terms such as first, second, and third used in this specification are given for avoiding confusion between components, and are not limited numerically. Therefore, for example, the description can be made by appropriately replacing “first” with “second” or “third”.
「ソース」や「ドレイン」の機能は、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。The functions of “source” and “drain” may be interchanged when the direction of current changes during circuit operation. Therefore, in this specification, the terms “source” and “drain” can be used interchangeably.
また、「平行」とは、二つの直線が−10°以上10°以下の角度で配置されている状態をいう。従って、−5°以上5°以下の場合も含まれる。また、「略平行」とは、二つの直線が−30°以上30°以下の角度で配置されている状態をいう。また、「垂直」とは、二つの直線が80°以上100°以下の角度で配置されている状態をいう。従って、85°以上95°以下の場合も含まれる。また、「略垂直」とは、二つの直線が60°以上120°以下の角度で配置されている状態をいう。“Parallel” means a state in which two straight lines are arranged at an angle of −10 ° to 10 °. Therefore, the case of −5 ° to 5 ° is also included. Further, “substantially parallel” means a state in which two straight lines are arranged at an angle of −30 ° to 30 °. “Vertical” refers to a state in which two straight lines are arranged at an angle of 80 ° to 100 °. Therefore, the case of 85 ° to 95 ° is also included. Further, “substantially vertical” means a state in which two straight lines are arranged at an angle of 60 ° to 120 °.
また、本明細書において、結晶が三方晶または菱面体晶である場合、六方晶系として表す。In this specification, when a crystal is trigonal or rhombohedral, it is represented as a hexagonal system.
また、電圧とは2点間における電位差のことをいい、電位とはある一点における静電場の中にある単位電荷が持つ静電エネルギー(電気的な位置エネルギー)のことをいう。ただし、一般的に、ある一点における電位と基準となる電位(例えば接地電位)との電位差のことを、単に電位もしくは電圧と呼び、電位と電圧が同義語として用いられることが多い。このため、本明細書では特に指定する場合を除き、電位を電圧と読み替えてもよいし、電圧を電位と読み替えてもよいこととする。Further, the voltage refers to a potential difference between two points, and the potential refers to electrostatic energy (electric potential energy) possessed by a unit charge in an electrostatic field at a certain point. However, generally, a potential difference between a potential at a certain point and a reference potential (for example, ground potential) is simply referred to as a potential or a voltage, and the potential and the voltage are often used as synonyms. Therefore, in this specification, unless otherwise specified, the potential may be read as a voltage, or the voltage may be read as a potential.
また、酸化物半導体膜を有するトランジスタはnチャネル型トランジスタであるため、本明細書において、ゲート電圧が0Vの場合、ドレイン電流が流れていないとみなすことができるトランジスタを、ノーマリーオフ特性を有するトランジスタと定義する。また、ゲート電圧が0Vの場合、ドレイン電流が流れているとみなすことができるトランジスタを、ノーマリーオン特性を有するトランジスタと定義する。In addition, since a transistor including an oxide semiconductor film is an n-channel transistor, in this specification, a transistor that can be regarded as having no drain current flowing when the gate voltage is 0 V has normally-off characteristics. It is defined as a transistor. A transistor that can be regarded as having a drain current flowing when the gate voltage is 0 V is defined as a transistor having normally-on characteristics.
なお、チャネル長とは、例えば、トランジスタの上面図において、酸化物半導体膜(またはトランジスタがオン状態のときに酸化物半導体膜の中で電流の流れる部分)とゲート電極とが重なる領域、またはチャネルが形成される領域における、ソース(ソース領域またはソース電極)とドレイン(ドレイン領域またはドレイン電極)との間の距離をいう。なお、一つのトランジスタにおいて、チャネル長が全ての領域で同じ値をとるとは限らない。即ち、一つのトランジスタのチャネル長は、一つの値に定まらない場合がある。そのため、本明細書では、チャネル長は、チャネルの形成される領域における、いずれか一の値、最大値、最小値または平均値とする。Note that the channel length refers to, for example, a region where a gate electrode overlaps with an oxide semiconductor film (or a portion where current flows in the oxide semiconductor film when the transistor is on) in a top view of a transistor, or a channel The distance between the source (source region or source electrode) and the drain (drain region or drain electrode) in the region where is formed. Note that in one transistor, the channel length is not necessarily the same in all regions. That is, the channel length of one transistor may not be fixed to one value. Therefore, in this specification, the channel length is any one of values, the maximum value, the minimum value, or the average value in a region where a channel is formed.
チャネル幅とは、例えば、酸化物半導体膜(またはトランジスタがオン状態のときに酸化物半導体膜の中で電流の流れる部分)とゲート電極とが重なる領域、またはチャネルが形成される領域における、ソースとドレインとが向かい合っている部分の長さをいう。なお、一つのトランジスタにおいて、チャネル幅がすべての領域で同じ値をとるとは限らない。即ち、一つのトランジスタのチャネル幅は、一つの値に定まらない場合がある。そのため、本明細書では、チャネル幅は、チャネルの形成される領域における、いずれか一の値、最大値、最小値または平均値とする。The channel width refers to a source in a region where an oxide semiconductor film (or a portion where current flows in the oxide semiconductor film when the transistor is on) and a gate electrode overlap, or a region where a channel is formed, for example And the length of the part where the drain faces. Note that in one transistor, the channel width is not necessarily the same in all regions. That is, the channel width of one transistor may not be fixed to one value. Therefore, in this specification, the channel width is any one of values, the maximum value, the minimum value, or the average value in a region where a channel is formed.
なお、トランジスタの構造によっては、実際にチャネルの形成される領域におけるチャネル幅(以下、実効的なチャネル幅とよぶ。)と、トランジスタの上面図において示されるチャネル幅(以下、見かけ上のチャネル幅とよぶ。)と、が異なる場合がある。例えば、立体的な構造を有するトランジスタでは、実効的なチャネル幅が、トランジスタの上面図において示される見かけ上のチャネル幅よりも大きくなり、その影響が無視できなくなる場合がある。例えば、微細かつ立体的な構造を有するトランジスタでは、酸化物半導体膜の側面に形成されるチャネル領域の割合が大きくなる場合がある。その場合は、上面図において示される見かけ上のチャネル幅よりも、実際にチャネルの形成される実効的なチャネル幅の方が大きくなる。Note that depending on the structure of the transistor, the channel width in a region where a channel is actually formed (hereinafter referred to as an effective channel width) and the channel width (hereinafter referred to as an apparent channel width) shown in the top view of the transistor May be different). For example, in a transistor having a three-dimensional structure, the effective channel width is larger than the apparent channel width shown in the top view of the transistor, and the influence may not be negligible. For example, in a transistor having a fine and three-dimensional structure, the ratio of a channel region formed on the side surface of the oxide semiconductor film may increase. In that case, the effective channel width in which the channel is actually formed is larger than the apparent channel width shown in the top view.
ところで、立体的な構造を有するトランジスタにおいては、実効的なチャネル幅の、実測による見積もりが困難となる場合がある。例えば、設計値から実効的なチャネル幅を見積もるためには、酸化物半導体膜の形状が既知という仮定が必要である。したがって、酸化物半導体膜の形状が正確にわからない場合には、実効的なチャネル幅を正確に測定することは困難である。By the way, in a transistor having a three-dimensional structure, it may be difficult to estimate an effective channel width by actual measurement. For example, in order to estimate the effective channel width from the design value, it is necessary to assume that the shape of the oxide semiconductor film is known. Therefore, when the shape of the oxide semiconductor film is not accurately known, it is difficult to accurately measure the effective channel width.
そこで、本明細書では、トランジスタの上面図において、酸化物半導体膜とゲート電極とが重なる領域における、ソースとドレインとが向かい合っている部分の長さである見かけ上のチャネル幅を、「囲い込みチャネル幅(SCW:Surrounded Channel Width)」とよぶ場合がある。また、本明細書では、単にチャネル幅と記載した場合には、囲い込みチャネル幅または見かけ上のチャネル幅を指す場合がある。または、本明細書では、単にチャネル幅と記載した場合には、実効的なチャネル幅を指す場合がある。なお、チャネル長、チャネル幅、実効的なチャネル幅、見かけ上のチャネル幅、囲い込みチャネル幅などは、断面TEM像などを取得して、その画像を解析することなどによって、値を決定することができる。Therefore, in this specification, an apparent channel width which is the length of a portion where a source and a drain face each other in a region where an oxide semiconductor film and a gate electrode overlap with each other in a top view of a transistor is referred to as an “enclosed channel”. Sometimes referred to as “Surrounded Channel Width (SCW)”. In this specification, in the case where the term “channel width” is simply used, it may denote an enclosed channel width or an apparent channel width. Alternatively, in this specification, in the case where the term “channel width” is simply used, it may denote an effective channel width. Note that the channel length, channel width, effective channel width, apparent channel width, enclosed channel width, and the like can be determined by obtaining a cross-sectional TEM image and analyzing the image. it can.
なお、トランジスタの電界効果移動度や、チャネル幅当たりの電流値などを計算して求める場合、囲い込みチャネル幅を用いて計算する場合がある。その場合には、実効的なチャネル幅を用いて計算する場合とは異なる値をとる場合がある。Note that in the case where the field-effect mobility of a transistor, the current value per channel width, and the like are calculated and calculated, the calculation may be performed using the enclosed channel width. In that case, the value may be different from that calculated using the effective channel width.
(実施の形態1)
本実施の形態では、半導体装置の構造および作製方法について説明する。(Embodiment 1)
In this embodiment, a structure and a manufacturing method of a semiconductor device will be described.
<CMOSインバータ>
図1に示す回路図は、pチャネル型のトランジスタ200とnチャネル型のトランジスタ100を直列に接続し、かつそれぞれのゲートを接続した、いわゆるCMOSインバータの構成を示している。<CMOS inverter>
The circuit diagram shown in FIG. 1 shows a configuration of a so-called CMOS inverter in which a p-
CMOSインバータは、図中点線で示す階層299、階層199、階層399の積層構造を有する。階層299にはpチャネル型のトランジスタ200が設けられ、階層199にはnチャネル型のトランジスタ100が設けられ、階層399は配線310、配線320、および配線330が設けられている。The CMOS inverter has a layered structure of
<半導体装置の構造1>
図3は、図1に対応する半導体装置の断面図である。図2に示す半導体装置は、階層299と、階層199と、階層399とを有する。図3に示す半導体装置は、階層299に設けられたトランジスタ200と、階層199に設けられたトランジスタ100と、階層399に設けられた配線310、配線320、および配線330を有する。また、トランジスタ100は、トランジスタ200の上方に配置する。<
FIG. 3 is a cross-sectional view of the semiconductor device corresponding to FIG. The semiconductor device illustrated in FIG. 2 includes a
また、階層と階層の間には、配線を含む積層構造を有していてもよい。例えば、図3に示すように、階層299と階層199の間には、絶縁体281、および絶縁体282と、導電体312、配線340、導電体332、および導電体352、を有する積層構造が設けられている。また、階層199と階層399の間には、絶縁体181、および絶縁体182を有する積層構造が設けられている。Further, a layered structure including a wiring may be provided between the layers. For example, as illustrated in FIG. 3, a stacked structure including an
図2は、図3の階層399、階層299、階層199、階層399と階層199の間の積層構造、および階層199と階層299の間の積層構造のそれぞれの上面図の重なりを表した斜視図である。なお、図3(A)は、図2において面X1−X2−X3−X4の断面図を示す。また、図3(B)は、図2において面Y1−Y2−Y3−Y4の断面図を示す。FIG. 2 is a perspective view illustrating overlapping of the top views of the
トランジスタ200と、トランジスタ100との構成の一部は、導電体により接続される。ここで、導電体333、導電体332、導電体331、および配線330は一点破線B1−B2上に重畳して配置する。そのため、配線330が、絶縁体182、絶縁体181、絶縁体180、絶縁体120、絶縁体112、絶縁体111、絶縁体110、およびトランジスタ100の構成要素である酸化物130a、酸化物130b、および導電体140bを貫通して形成する。Part of the structure of the
また、導電体353、導電体352、導電体351、および配線350は一点破線C1−C2上に重畳して配置する。さらに、導電体313、導電体312、導電体311、および配線310は、それぞれの一部が、一点破線A1−A2上で重畳するように配置する。つまり、一点破線A1−A2、一点破線B1−B2、および一点破線C1−C2を外縁とする領域(空間)において、トランジスタ200、およびトランジスタ100のそれぞれ一部または全部が重なる配置とすることが可能である。Further, the
nチャネル型トランジスタをpチャネル型トランジスタの上方に作ることで半導体装置の集積度を高くすることができる。さらに、nチャネル型トランジスタをpチャネル型トランジスタの上方に作ることで配線引き回し距離を短くすることができ、寄生容量の低減、抵抗の低減により高速動作が実現できる。By making the n-channel transistor above the p-channel transistor, the degree of integration of the semiconductor device can be increased. Further, by forming the n-channel transistor above the p-channel transistor, the wiring routing distance can be shortened, and high-speed operation can be realized by reducing parasitic capacitance and resistance.
さらに、pチャネル型のトランジスタと、nチャネル型のトランジスタが異なる層に形成されている。このため、トランジスタの電気特性が向上するように、トランジスタの導電型にあわせて、ゲート導電体、ゲート絶縁膜の材料として、それぞれ異なる材料を選択することが可能である。Further, the p-channel transistor and the n-channel transistor are formed in different layers. Therefore, different materials can be selected as materials for the gate conductor and the gate insulating film in accordance with the conductivity type of the transistor so that the electrical characteristics of the transistor are improved.
≪階層299≫
図3に示すように、階層299は、トランジスタ200と、領域210と、導電体313と、導電体333と、導電体353と、絶縁体280と、を有する。なお、トランジスタ200は、領域210などによって隣接するトランジスタと分離される。領域210は、絶縁性を有する領域である。また、トランジスタ200は、導電体313、導電体333、または導電体353を介し、トランジスタ100、配線310、または配線330と電気的に接続する。<< Level 299 >>
As illustrated in FIG. 3, the
また、階層299に設けられたトランジスタ200は、半導体基板201を用いたトランジスタである。トランジスタ200は、半導体基板201中の領域240aと、半導体基板201中の領域240bと、絶縁体250、絶縁体255、および絶縁体280と、導電体260と、を有する。Further, the
トランジスタ200において、領域240aおよび領域240bは、ソース領域およびドレイン領域としての機能を有する。また、絶縁体250は、ゲート絶縁体としての機能を有する。また、導電体260は、ゲート電極としての機能を有する。したがって、導電体260に印加する電位によって、チャネル形成領域の抵抗を制御することができる。即ち、導電体260に印加する電位によって、領域240aと領域240bとの間の導通・非導通を制御することができる。In the
半導体基板201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。好ましくは、半導体基板201として単結晶シリコン基板を用いる。As the
半導体基板201は、n型の導電型を付与する不純物を有する半導体基板を用いる。ただし、半導体基板201として、p型の導電型を付与する不純物を有する半導体基板を用いても構わない。その場合、トランジスタ200となる領域には、n型の導電型を付与する不純物を有するウェルを配置すればよい。または、半導体基板201がi型であっても構わない。As the
半導体基板201の上面は、(110)面を有することが好ましい。こうすることで、トランジスタ200のオン特性を向上させることができる。The upper surface of the
領域240aおよび領域240bは、p型の導電型を付与する不純物を有する領域である。このようにして、トランジスタ200はpチャネル型トランジスタを構成する。なお、トランジスタ200はpチャネル型トランジスタであれば、どのような構造を用いてもよい。The
また、図3に示すように、階層299上に、絶縁体281および絶縁体282が設けられている。絶縁体281および絶縁体282は、導電体313と導電体311に達する導電体312が埋め込まれている。また、導電体165に達する配線340が埋め込まれている。また、導電体333と導電体331に達する導電体332が埋め込まれている。さらに、導電体353と導電体351に達する導電体352が埋め込まれている。Further, as illustrated in FIG. 3, an
絶縁体281、および絶縁体282としては、例えば、ホウ素、炭素、窒素、酸素、フッ素、マグネシウム、アルミニウム、シリコン、リン、塩素、アルゴン、ガリウム、ゲルマニウム、イットリウム、ジルコニウム、ランタン、ネオジム、ハフニウムまたはタンタルを含む絶縁体を、単層で、または積層で用いればよい。Examples of the
また、絶縁体281、および絶縁体282の一以上は、水素などの不純物および酸素をブロックする機能を有する絶縁体を有することが好ましい。トランジスタ100の近傍に、水素などの不純物および酸素をブロックする機能を有する絶縁体を配置することによって、トランジスタ100の電気特性を安定にすることができる。One or more of the
水素などの不純物および酸素をブロックする機能を有する絶縁体としては、例えば、ホウ素、炭素、窒素、酸素、フッ素、マグネシウム、アルミニウム、シリコン、リン、塩素、アルゴン、ガリウム、ゲルマニウム、イットリウム、ジルコニウム、ランタン、ネオジム、ハフニウムまたはタンタルを含む絶縁体を、単層で、または積層で用いればよい。Examples of the insulator having a function of blocking impurities such as hydrogen and oxygen include boron, carbon, nitrogen, oxygen, fluorine, magnesium, aluminum, silicon, phosphorus, chlorine, argon, gallium, germanium, yttrium, zirconium, and lanthanum. An insulator containing neodymium, hafnium, or tantalum may be used as a single layer or a stacked layer.
導電体312、配線340、および導電体332としては、例えば、ホウ素、窒素、酸素、フッ素、シリコン、リン、アルミニウム、チタン、クロム、マンガン、コバルト、ニッケル、銅、亜鉛、ガリウム、イットリウム、ジルコニウム、モリブデン、ルテニウム、銀、インジウム、スズ、タンタルおよびタングステンを一種以上含む導電体を、単層で、または積層で用いればよい。例えば、合金や化合物であってもよく、アルミニウムを含む導電体、銅およびチタンを含む導電体、銅およびマンガンを含む導電体、インジウム、スズおよび酸素を含む導電体、チタンおよび窒素を含む導電体などを用いてもよい。Examples of the
≪階層199≫
図3に示すように、絶縁体282上に、階層199が設けられている。階層199は、トランジスタ100と、導電体311と、および導電体331とを有する。なお、トランジスタ100は、導電体331、導電体351を介し、トランジスタ200と電気的に接続する。<< Level 199 >>
As shown in FIG. 3, a
階層199に設けられたトランジスタ100は、導電体165が埋め込まれた絶縁体110と、ゲート電極として機能する導電体165と、ゲート絶縁体として機能する絶縁体111、絶縁体112、および絶縁体120と、チャネルが形成される領域を有する酸化物130と、ソースまたはドレインの一方として機能する導電体140aと、ソースまたはドレインの他方として機能する導電体140bと、ゲート電極として機能する導電体160と、ゲート絶縁体として機能する絶縁体150と、絶縁体180と、を有する。The
なお、導電体165は、例えば、配線340を介して、導電体165に一定の電位を印加することで、トランジスタ100のしきい値電圧などの電気特性を制御する。または、例えば、導電体165を、導電体351等と電気的に接続させることで、導電体165とトランジスタ100のゲート電極としての機能を有する導電体160とを電気的に接続しても構わない。こうすることで、トランジスタ100のオン電流を大きくすることができる。また、パンチスルー現象を抑制することができるため、トランジスタ100の飽和領域における電気特性を安定にすることができる。その場合、配線340は必ずしも形成しなくてもよい。Note that the
また、絶縁体111、絶縁体112、絶縁体120には、トランジスタ100のソースまたはドレインの一方である導電体140bを通って、導電体331に達する配線330と、導電体311に達する配線310と、導電体351に達する配線350と、が貫通している。なお、例えば、絶縁体111において、導電体331に達する開口部に配線330が埋め込まれている状態、つまり、配線330の底面と、絶縁体111の底面とで、基板からの高さが等しい状態においても、貫通しているとする。また、導電体321に達する開口部、導電体311に達する開口部、および導電体351に達する開口部に、おいても同様とする。The
絶縁体111、絶縁体112、絶縁体120は、酸化シリコン膜や酸化窒化シリコン膜などの、酸素を含む絶縁体であることが好ましい。なお、絶縁体120として過剰酸素を含む(化学量論的組成よりも過剰に酸素を含む)絶縁体を用いることが好ましい。このような過剰酸素を含む絶縁体を酸化物130に接して設けることにより、酸化物130中の酸素欠損を補償することができる。The
また、酸化物130は、酸化物130aと、酸化物130a上の酸化物130bと、酸化物130b上の酸化物130cと、を有する。The
なお、酸化物130を構成する酸化物は、エネルギーギャップが3.0eV以上と大きく、酸化物を適切な条件で加工し、そのキャリア密度を十分に低減して得られた酸化物膜が適用されたトランジスタにおいては、オフ状態でのソースとドレイン間のリーク電流(オフ電流)を、従来のシリコンを用いたトランジスタと比較して極めて低いものとすることができる。Note that the oxide constituting the
また、適用可能な酸化物としては、少なくともインジウム(In)あるいは亜鉛(Zn)を含むことが好ましい。特にInとZnを含むことが好ましい。また、該酸化物を用いたトランジスタの電気特性のばらつきを減らすためのスタビライザとして、それらに加えてガリウム(Ga)、スズ(Sn)、ハフニウム(Hf)、ジルコニウム(Zr)、チタン(Ti)、スカンジウム(Sc)、イットリウム(Y)、ランタノイド(例えば、セリウム(Ce)、ネオジム(Nd)、ガドリニウム(Gd))から選ばれた一種、または複数種が含まれていることが好ましい。An applicable oxide preferably contains at least indium (In) or zinc (Zn). In particular, In and Zn are preferably included. Further, as a stabilizer for reducing variation in electrical characteristics of transistors using the oxide, in addition to them, gallium (Ga), tin (Sn), hafnium (Hf), zirconium (Zr), titanium (Ti), It is preferable that one or more kinds selected from scandium (Sc), yttrium (Y), and lanthanoid (for example, cerium (Ce), neodymium (Nd), and gadolinium (Gd)) are included.
ここで、酸化物130が、インジウム、元素M及び亜鉛を有する場合を考える。ここで、元素Mは、好ましくは、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、シリコン、チタン、鉄、ニッケル、ゲルマニウム、ジルコニウム、モリブデン、ランタン、セリウム、ネオジム、ハフニウム、タンタル、タングステン、マグネシウムなどがある。ただし、元素Mとして、前述の元素を複数組み合わせても構わない場合がある。酸化物130が有するインジウム、元素M及び亜鉛の原子数の比、x:y:zの好ましい範囲について、図32(A)および図32(B)を用いて説明する。Here, a case where the
図32(A)および図32(B)は、酸化物130が有するインジウム、元素M及び亜鉛の原子数の比の範囲について示している。ここで図32(A)および図32(B)では、元素MがGaの例を示している。なお、酸素の原子数比については図32(A)および図32(B)には記載しない。32A and 32B illustrate the range of the ratio of the number of atoms of indium, the element M, and zinc included in the
例えば、インジウム、元素M及び亜鉛を有する酸化物では、InMO3(ZnO)m(mは自然数)で表されるホモロガス相(ホモロガスシリーズ)が存在することが知られている。ここで、例として元素MがGaである場合を考える。図32に太い直線で示した領域は、例えばIn2O3、Ga2O3、及びZnOの粉末を混合し、1350℃で焼成した場合に、単一相の固溶域をとり得ることが知られている組成である。また、図32に四角のシンボルで示す座標は、スピネル型の結晶構造が混在しやすいことが知られている組成である。For example, an oxide containing indium, element M, and zinc is known to have a homologous phase (homologus series) represented by InMO 3 (ZnO) m (m is a natural number). Here, a case where the element M is Ga is considered as an example. The region shown by a thick straight line in FIG. 32 can be a single-phase solid solution region when, for example, powders of In 2 O 3 , Ga 2 O 3 , and ZnO are mixed and fired at 1350 ° C. It is a known composition. Further, the coordinates indicated by the square symbols in FIG. 32 are compositions that are known to have a mixture of spinel crystal structures.
例えば、スピネル型の結晶構造を有する化合物として、ZnGa2O4などのZnM2O4で表される化合物が知られている。また、図32(A)および図32(B)に示すようにZnGa2O4の近傍の組成、つまりx,y及びzが(x:y:z)=(0:2:1)に近い値を有する場合には、スピネル型の結晶構造が形成、あるいは混在しやすい。For example, a compound represented by ZnM 2 O 4 such as ZnGa 2 O 4 is known as a compound having a spinel crystal structure. Further, as shown in FIGS. 32A and 32B, the composition in the vicinity of ZnGa 2 O 4 , that is, x, y, and z are close to (x: y: z) = (0: 2: 1). If it has a value, a spinel crystal structure is likely to be formed or mixed.
ここで、酸化物130はCAAC−OS(c−axis−aligned crystalline oxide semiconductor)膜であることが好ましい。また、CAAC−OS膜は、特にスピネル型の結晶構造が含まれないことが好ましい。また、キャリア移動度を高めるためにはInの含有率を高めることが好ましい。インジウム、元素M及び亜鉛を有する酸化物130では主として重金属のs軌道がキャリア伝導に寄与しており、インジウムの含有率を多くすることにより、より多くのs軌道が重なるため、インジウムの含有率が多い酸化物はインジウムの含有率が少ない酸化物と比較して移動度が高くなる。そのため、酸化物130にインジウムの含有量が多い酸化物を用いることで、キャリア移動度を高めることができる。Here, the
よって、酸化物130の有するインジウム、元素M及び亜鉛の原子数の比、x:y:zは、例えば図32(B)に示す領域11の範囲であることが好ましい。ここで、領域11は、第1の座標K(x:y:z=8:14:7)と、第2の座標L(x:y:z=2:5:7)と、第3の座標M(x:y:z=51:149:300)と、第4の座標N(x:y:z=46:288:833)と、第5の座標O(x:y:z=0:2:11)と、第6の座標P(x:y:z=0:0:1)と、第7の座標Q(x:y:z=1:0:0)とを、順番に線分で結んだ範囲内の原子数の比を有する領域である。なお、領域11には、直線上の座標も含む。Therefore, the ratio of the number of atoms of indium, the element M, and zinc included in the
x:y:zを図32(B)に示す領域11とすることにより、ナノビーム解析においてスピネル型の結晶構造が観測される割合をなくすことができる、または極めて低くすることができる。よって、優れたCAAC−OS膜を得ることができる。また、CAAC構造とスピネル型の結晶構造の境界におけるキャリア散乱等を減少させることができるため、酸化物130をトランジスタに用いた場合に、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。By setting x: y: z to the
また、酸化物130中における不純物の影響について説明する。なお、トランジスタの電気特性を安定にするためには、酸化物130中の不純物濃度を低減し、低キャリア密度化および高純度化することが有効である。なお、酸化物130のキャリア密度は、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以上のキャリア密度の酸化物とすることが好ましい。また、酸化物130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。In addition, the influence of impurities in the
また、酸化物130中に窒素が含まれると、キャリア密度を増大させてしまう場合がある。酸化物130の窒素濃度は、SIMSにおいて、5×1019atoms/cm3未満、好ましくは5×1018atoms/cm3以下、より好ましくは1×1018atoms/cm3以下、さらに好ましくは5×1017atoms/cm3以下とする。In addition, when nitrogen is contained in the
また、酸化物130中に水素が含まれると、キャリア密度を増大させてしまう場合がある。さらに、酸化物130おいて、不純物として含まれる水素は、酸化物表面に移動すると、表面近くの酸素と結合し、水分子となって脱離することがある。その際、水分子として脱離したOの位置に酸素欠損VOが形成される。そのため、酸化物130の水素濃度は十分に低減されていることが望ましい。したがって、酸化物130は、TDS分析(Thermal Desorption Spectrometry:昇温脱離ガス分光法)の水分子数換算にて、100℃以上700℃以下または100℃以上500℃以下の表面温度の範囲で、1.0×1021個/cm3(1.0個/nm3)以下、好ましくは1.0×1020個/cm3(0.1個/nm3)以下の水分子として観測できるものとする。In addition, when hydrogen is contained in the
ここで、TDS分析を用いた水の放出量の測定方法について、以下に説明する。Here, a method for measuring the amount of water discharge using TDS analysis will be described below.
測定試料をTDS分析したときの気体の全放出量は、放出ガスのイオン強度の積分値に比例する。そして標準試料との比較により、気体の全放出量を計算することができる。The total amount of gas released when the measurement sample is subjected to TDS analysis is proportional to the integrated value of the ionic strength of the released gas. The total amount of gas released can be calculated by comparison with a standard sample.
例えば、標準試料である所定の密度の水素を含むシリコン基板のTDS分析結果、および測定試料のTDS分析結果から、測定試料の酸素分子の放出量(NH2O)は、下に示す式で求めることができる。ここでは、TDS分析で得られる質量電荷比18で検出されるガスの全てが水分子由来と仮定する。CH4の質量電荷比は18であるが、存在する可能性が低いものとしてここでは考慮しない。また、水素の同位体である質量数2および質量数3の水素分子を含む水分子と、酸素原子の同位体である質量数17の酸素原子および質量数18の酸素原子を含む水分子とについても、自然界における存在比率が極微量であるため考慮しない。For example, from the TDS analysis result of a silicon substrate containing hydrogen of a predetermined density as a standard sample and the TDS analysis result of the measurement sample, the amount of released oxygen molecules (N H2O ) of the measurement sample is obtained by the following formula Can do. Here, it is assumed that all of the gases detected at a mass to charge ratio of 18 obtained by TDS analysis are derived from water molecules. The mass to charge ratio of CH 4 is 18, but is not considered here as it is unlikely to exist. Further, a water molecule containing hydrogen molecules of
NH2は、標準試料から脱離した水素分子を密度で換算した値である。SH2は、標準試料をTDS分析したときのイオン強度の積分値である。ここで、標準試料の基準値を、NH2/SH2とする。SH2Oは、測定試料をTDS分析したときのイオン強度の積分値である。αは、TDS分析におけるイオン強度に影響する係数である。上記式の詳細に関しては、特開平6−275697公報を参照する。なお、上記酸素の放出量は、電子科学株式会社製の昇温脱離分析装置EMD−WA1000S/Wを用い、標準試料として一定量の水素原子を含むシリコン基板を用いて測定した。N H2 is a value obtained by converting hydrogen molecules desorbed from the standard sample by density. SH2 is an integral value of ion intensity when the standard sample is subjected to TDS analysis. Here, the reference value of the standard sample is N H2 / SH 2 . SH 2 O is an integral value of ion intensity when the measurement sample is subjected to TDS analysis. α is a coefficient that affects the ionic strength in the TDS analysis. For details of the above formula, refer to JP-A-6-275697. The amount of released oxygen was measured using a thermal desorption analyzer EMD-WA1000S / W manufactured by Electronic Science Co., Ltd. and using a silicon substrate containing a certain amount of hydrogen atoms as a standard sample.
なお、NH2Oは水分子の放出量である。水素原子に換算したときの放出量は、水分子の放出量の2倍となる。N H2O is the amount of water molecules released. The release amount when converted to hydrogen atoms is twice the release amount of water molecules.
なお、酸化物中の不純物としての水素は、水素原子、水素イオン、水素分子、ヒドロキシ基、水酸化物イオンなどの状態となっており、水分子として存在することは難しい。Note that hydrogen as an impurity in the oxide is in a state of a hydrogen atom, a hydrogen ion, a hydrogen molecule, a hydroxy group, a hydroxide ion, or the like, and is difficult to exist as a water molecule.
水素濃度が十分に低減された結晶を有する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、安定した電気特性を付与することができる。つまり、電気特性の変動を抑制すると共に、信頼性を向上させることができる。また、消費電力が低減された半導体装置を提供することができる。By using an oxide including a crystal whose hydrogen concentration is sufficiently reduced for a channel formation region of a transistor, stable electrical characteristics can be imparted. That is, it is possible to suppress fluctuations in electrical characteristics and improve reliability. In addition, a semiconductor device with reduced power consumption can be provided.
また、図2に示す半導体装置において、酸化物130と導電体160の間に、絶縁体150の他にバリア膜を設けてもよい。もしくは、酸化物130cにバリア性があるものを用いてよい。In the semiconductor device illustrated in FIG. 2, a barrier film may be provided between the
なお、バリア膜としては、酸素や水素に対してバリア性のある絶縁膜を用いることが望ましい。このような絶縁体としては、例えば、酸化アルミニウム、酸化窒化アルミニウム、酸化ガリウム、酸化窒化ガリウム、酸化イットリウム、酸化窒化イットリウム、酸化ハフニウム、酸化窒化ハフニウム、窒化シリコンなどを用いることができる。このような材料を用いて形成した場合、バリア膜は酸化物130からの酸素の放出や絶縁体120から酸化物130以外への酸素の拡散を抑え、また、外部からの水素等の不純物の侵入を防ぐ層として機能する。Note that an insulating film having a barrier property against oxygen or hydrogen is preferably used as the barrier film. As such an insulator, for example, aluminum oxide, aluminum oxynitride, gallium oxide, gallium oxynitride, yttrium oxide, yttrium oxynitride, hafnium oxide, hafnium oxynitride, silicon nitride, or the like can be used. When formed using such a material, the barrier film suppresses the release of oxygen from the
過剰酸素を含む絶縁膜を酸化物130に接して設け、さらにバリア膜で包み込むことで、酸化物を化学量論比組成とほぼ一致するような状態、または化学量論的組成より酸素が多い過飽和の状態とすることができる。また、酸化物130への水素等の不純物の侵入を防ぐことができる。An insulating film containing excess oxygen is provided in contact with the
また、導電体140aおよび導電体140bは、モリブデン、チタン、タンタル、タングステン、アルミニウム、銅、クロム、ネオジム、スカンジウムから選ばれた元素を含む金属膜、または上述した元素を成分とする金属窒化物膜(窒化チタン膜、窒化モリブデン膜、窒化タングステン膜)等である。又は、インジウム錫酸化物、酸化タングステンを含むインジウム酸化物、酸化タングステンを含むインジウム亜鉛酸化物、酸化チタンを含むインジウム酸化物、酸化チタンを含むインジウム錫酸化物、インジウム亜鉛酸化物、酸化ケイ素を添加したインジウム錫酸化物などの導電性材料を適用することもできる。また、上記導電性材料と、上記金属材料の積層構造とすることもできる。In addition, the
また、導電体160、導電体165は、モリブデン、チタン、タンタル、タングステン、アルミニウム、銅、クロム、ネオジム、スカンジウムから選ばれた元素を含む金属膜、または上述した元素を成分とする金属窒化物膜(窒化チタン膜、窒化モリブデン膜、窒化タングステン膜)等を用いるとよい。又は、インジウム錫酸化物、酸化タングステンを含むインジウム酸化物、酸化タングステンを含むインジウム亜鉛酸化物、酸化チタンを含むインジウム酸化物、酸化チタンを含むインジウム錫酸化物、インジウム亜鉛酸化物、酸化ケイ素を添加したインジウム錫酸化物などの導電性材料を適用することもできる。また、上記導電性材料と、上記金属材料の積層構造とすることもできる。Further, the
なお、導電体165を形成するさいに、導電体311、導電体331、および導電体351を同時に形成するとよい。従って、導電体311、導電体331、および導電体351は導電体160および導電体165と同様の材料を用いることができる。Note that the
また、絶縁体180には、トランジスタ100のソースまたはドレインの一方である導電体140bを通って、導電体331に達する配線330と、トランジスタ100のソースまたはドレインの他方である導電体104aに達する配線320と、導電体351に達する配線350と、が貫通している。また、絶縁体180には、トランジスタ100のゲート電極である導電体160、ゲート絶縁体である絶縁体150、酸化物130が埋め込まれている。The
なお、絶縁体120として過剰酸素を含む(化学量論的組成よりも過剰に酸素を含む)絶縁体を用いることが好ましい。このような過剰酸素を含む絶縁体を酸化物130に接して設けることにより、酸化物130中の酸素欠損を補償することができる。Note that an insulator containing excess oxygen (containing oxygen in excess of the stoichiometric composition) is preferably used as the
また、図3に示すように、階層199上に、絶縁体181、および絶縁体182が設けられている。また、絶縁体181、および絶縁体182には、配線310、配線320、および配線330が貫通している。Further, as illustrated in FIG. 3, an
絶縁体181、および絶縁体182としては、例えば、ホウ素、炭素、窒素、酸素、フッ素、マグネシウム、アルミニウム、シリコン、リン、塩素、アルゴン、ガリウム、ゲルマニウム、イットリウム、ジルコニウム、ランタン、ネオジム、ハフニウムまたはタンタルを含む絶縁体を、単層で、または積層で用いればよい。Examples of the
また、絶縁体181、および絶縁体182の一以上は、水素などの不純物および酸素をブロックする機能を有する絶縁体を有することが好ましい。トランジスタ100の近傍に、水素などの不純物および酸素をブロックする機能を有する絶縁体を配置することによって、トランジスタ100の電気特性を安定にすることができる。One or more of the
水素などの不純物および酸素をブロックする機能を有する絶縁体としては、例えば、ホウ素、炭素、窒素、酸素、フッ素、マグネシウム、アルミニウム、シリコン、リン、塩素、アルゴン、ガリウム、ゲルマニウム、イットリウム、ジルコニウム、ランタン、ネオジム、ハフニウムまたはタンタルを含む絶縁体を、単層で、または積層で用いればよい。Examples of the insulator having a function of blocking impurities such as hydrogen and oxygen include boron, carbon, nitrogen, oxygen, fluorine, magnesium, aluminum, silicon, phosphorus, chlorine, argon, gallium, germanium, yttrium, zirconium, and lanthanum. An insulator containing neodymium, hafnium, or tantalum may be used as a single layer or a stacked layer.
≪階層399≫
図3に示すように、絶縁体182上に、階層399が設けられている。階層399は、配線310、配線320、および配線330と、配線310、配線320、および配線330が埋め込まれた絶縁体360を有する。<< Level 399 >>
As shown in FIG. 3, a
また、絶縁体360は、導電体311に達する配線310と、導電体140aに達する配線320と、導電体331に達する配線330と、導電体351に達する配線350とが貫通している。In addition, the
絶縁体360としては、例えば、ホウ素、炭素、窒素、酸素、フッ素、マグネシウム、アルミニウム、シリコン、リン、塩素、アルゴン、ガリウム、ゲルマニウム、イットリウム、ジルコニウム、ランタン、ネオジム、ハフニウムまたはタンタルを含む絶縁体を、単層で、または積層で用いればよい。As the
配線310、配線320、および配線330としては、例えば、ホウ素、窒素、酸素、フッ素、シリコン、リン、アルミニウム、チタン、クロム、マンガン、コバルト、ニッケル、銅、亜鉛、ガリウム、イットリウム、ジルコニウム、モリブデン、ルテニウム、銀、インジウム、スズ、タンタルおよびタングステンを一種以上含む導電体を、単層で、または積層で用いればよい。例えば、合金や化合物であってもよく、アルミニウムを含む導電体、銅およびチタンを含む導電体、銅およびマンガンを含む導電体、インジウム、スズおよび酸素を含む導電体、チタンおよび窒素を含む導電体などを用いてもよい。Examples of the
<半導体装置の構造2>
なお、図4に示す半導体装置は、図1、図2、図3に示した半導体装置のトランジスタ200の構造のみが異なる半導体装置である。よって、図4に示す半導体装置については、図1、図2、図3に示した半導体装置の記載を参酌する。具体的には、図4に示す半導体装置は、トランジスタ200がFin型である場合を示している。トランジスタ200をFin型とすることにより、実効上のチャネル幅が増大することによりトランジスタ200のオン特性を向上させることができる。また、ゲート導電体の電界の寄与を高くすることができるため、トランジスタ200のオフ特性を向上させることができる。<
Note that the semiconductor device illustrated in FIG. 4 is a semiconductor device in which only the structure of the
本実施の形態により、nチャネル型Siトランジスタを、複雑なドープ工程がない酸化物半導体トランジスタに置き換える事で、少ないマスク枚数でCMOSインバータを作製することができる。従って、生産性、歩留まりを高くすることができる。また、nチャネル型トランジスタをpチャネル型トランジスタの上方に作ることで半導体装置の集積度を高くすることができる。さらに、nチャネル型トランジスタをpチャネル型トランジスタの上方に作ることで配線引き回し距離を短くすることができ、寄生容量の低減、抵抗の低減により高速動作が実現できる。According to this embodiment, a CMOS inverter can be manufactured with a small number of masks by replacing an n-channel Si transistor with an oxide semiconductor transistor without a complicated doping process. Therefore, productivity and yield can be increased. In addition, the degree of integration of the semiconductor device can be increased by forming the n-channel transistor above the p-channel transistor. Further, by forming the n-channel transistor above the p-channel transistor, the wiring routing distance can be shortened, and high-speed operation can be realized by reducing parasitic capacitance and resistance.
さらに、pチャネル型のトランジスタと、nチャネル型のトランジスタが異なる層に形成されている。このため、トランジスタの電気特性が向上するように、トランジスタの導電型にあわせて、ゲート導電体、ゲート絶縁膜の材料として、それぞれ異なる材料を選択することが可能である。Further, the p-channel transistor and the n-channel transistor are formed in different layers. Therefore, different materials can be selected as materials for the gate conductor and the gate insulating film in accordance with the conductivity type of the transistor so that the electrical characteristics of the transistor are improved.
(実施の形態2)
本実施の形態では、トランジスタ100の変形例について、図5を用いて説明する。なお、実施の形態1に示す構造と同符号を付記した構成要素は、実施の形態1に示す半導体装置を参酌することができる。特に、階層299、階層299と階層199の間の積層構造は実施の形態1と同様の構造であるため、実施の形態1に示す半導体装置を参酌することができる。(Embodiment 2)
In this embodiment, a modification of the
<半導体装置の構造3>
図5は、実施の形態1とは異なる半導体装置の断面図を示す。図5に示す半導体装置は、階層299と、階層199と、階層399とを有する。なお、図5に示す半導体装置は、実施の形態1に示す半導体装置とは、階層299および階層399の構成が異なる。図5に示す半導体装置は、階層299に設けられたトランジスタ200と、階層199に設けられたトランジスタ100、構造体101、および構造体102と、階層399に設けられた配線310、配線320、および配線330を有する。また、トランジスタ100は、トランジスタ200の上方に配置する。また、階層と階層の間には、配線を含む積層構造を有していてもよい。<
FIG. 5 is a cross-sectional view of a semiconductor device different from that in the first embodiment. The semiconductor device illustrated in FIG. 5 includes a
トランジスタ200と、トランジスタ100との構成の一部は、導電体により接続される。ここで、導電体333、導電体332、導電体331、導電体336、および配線330は一点破線B1−B2上に重畳して配置する。そのため、導電体336が、絶縁体182、絶縁体181、絶縁体180、絶縁体120、絶縁体112、絶縁体111、絶縁体110、およびトランジスタ100の構成要素である酸化物130a、酸化物130b、および導電体140bを貫通して形成する。Part of the structure of the
また、導電体353、導電体352、導電体351、構造体102、および配線350は一点破線C1−C2上に重畳して配置する。さらに、導電体313、導電体312、導電体311、構造体101および配線310は、それぞれの一部が、一点破線A1−A2上で重畳するように配置する。つまり、一点破線A1−A2、一点破線B1−B2、および一点破線C1−C2を外縁とする領域(空間)において、トランジスタ200、およびトランジスタ100のそれぞれ一部または全部が重なる配置とすることが可能である。In addition, the
nチャネル型トランジスタをpチャネル型トランジスタの上方に作ることで半導体装置の集積度を高くすることができる。さらに、nチャネル型トランジスタをpチャネル型トランジスタの上方に作ることで配線引き回し距離を短くすることができ、寄生容量の低減、抵抗の低減により高速動作が実現できる。By making the n-channel transistor above the p-channel transistor, the degree of integration of the semiconductor device can be increased. Further, by forming the n-channel transistor above the p-channel transistor, the wiring routing distance can be shortened, and high-speed operation can be realized by reducing parasitic capacitance and resistance.
さらに、pチャネル型のトランジスタと、nチャネル型のトランジスタが異なる層に形成されている。このため、トランジスタの電気特性が向上するように、トランジスタの導電型にあわせて、ゲート導電体、ゲート絶縁膜の材料として、それぞれ異なる材料を選択することが可能である。Further, the p-channel transistor and the n-channel transistor are formed in different layers. Therefore, different materials can be selected as materials for the gate conductor and the gate insulating film in accordance with the conductivity type of the transistor so that the electrical characteristics of the transistor are improved.
≪階層199≫
図5に示すように、絶縁体282上に、階層199が設けられている。階層199は、トランジスタ100と、導電体311、および導電体331と、構造体101、および構造体102と、を有する。なお、トランジスタ100は、構造体101、および導電体331を介し、トランジスタ200と電気的に接続する。また、トランジスタ100は、構造体102、および導電体351を介し、トランジスタ200と電気的に接続する。<< Level 199 >>
As illustrated in FIG. 5, a
階層199に設けられたトランジスタ100は、導電体165が埋め込まれた絶縁体110と、ゲート電極として機能する導電体165と、ゲート絶縁体として機能する絶縁体111、絶縁体112、および絶縁体120と、チャネルが形成される領域を有する酸化物130と、ソースまたはドレインの一方として機能する導電体140aと、ソースまたはドレインの他方として機能する導電体140bと、ゲート電極として機能する導電体160と、ゲート絶縁体として機能する絶縁体150と、絶縁体180と、を有する。The
なお、導電体165は、例えば、配線340を介して、導電体165に一定の電位を印加することで、トランジスタ100のしきい値電圧などの電気特性を制御する。または、例えば、導電体165を、導電体351等と電気的に接続させることで、導電体165とトランジスタ100のゲート電極としての機能を有する導電体160とを電気的に接続しても構わない。こうすることで、トランジスタ100のオン電流を大きくすることができる。また、パンチスルー現象を抑制することができるため、トランジスタ100の飽和領域における電気特性を安定にすることができる。その場合、配線340は必ずしも形成しなくてもよい。Note that the
階層199に設けられた構造体101は、酸化物131a、酸化物131b、導電体141の積層構造を有する。また、構造体101には、導電体311に達する導電体316が貫通している。The
また、階層199に設けられた構造体102は、酸化物132a、酸化物132b、導電体142の積層構造を有する。また、構造体101には、導電体311に達する導電体356が貫通している。The
また、絶縁体111、絶縁体112、絶縁体120には、トランジスタ100のソースまたはドレインの一方である導電体140bを通って、導電体331に達する導電体336と、導電体351に達する導電体356と、導電体311に達する導電体316とが貫通している。The
また、絶縁体180には、トランジスタ100のソースまたはドレインの一方である導電体140bを通って、導電体331に達する導電体336と、トランジスタ100のソースまたはドレインの他方である導電体104aに達する配線320と、導電体351に達する導電体356と、が貫通している。また、絶縁体180には、トランジスタ100のゲート電極である導電体160、ゲート絶縁体である絶縁体150、酸化物130が埋め込まれている。The
また、導電体336は、絶縁体180、トランジスタ100のソースまたはドレインの一方である導電体140b、酸化物130、絶縁体120、絶縁体112、および絶縁体111を貫通し、配線330と導電体331とを、接続している。本構成において、導電体336は、トランジスタ100のソースまたはドレインの一方である導電体140bと、側面だけでなく、上面とも接する。従って、導電体336と導電体140bとの接触面積を十分に確保し、導電体140bに安定した電圧を印加できるため、電気特性の高い半導体装置を提供することができる。The
また、本構成は、導電体336の上面の面積が、導電体336と配線330と接する面積よりも大きいため、後に形成する配線330との位置合わせも容易となる。従って、生産性の高い半導体装置を提供することができる。または、歩留まりの高い半導体装置を提供することができる。Further, in this configuration, since the area of the upper surface of the
また、導電体316は、および導電体356は、構造体101、および構造体102を貫通し、配線310、および配線350とそれぞれ接続している。従って、導電体316の上面、および導電体356の上面が、導電体316と配線310との接する面、導電体356と配線350とが接する面よりも、大きくできるため、後に形成する配線310、および配線350との位置合わせも容易である。従って、生産性の高い半導体装置を提供することができる。または、歩留まりの高い半導体装置を提供することができる。The
また、図5に示すように、階層199上に、開口部を有する絶縁体181、および絶縁体182が設けられている。また、開口部にはそれぞれ配線310、配線320、および配線330の一部が埋め込まれている。Further, as illustrated in FIG. 5, an
≪階層399≫
図5に示すように、絶縁体182上に、階層399が設けられている。階層399は、配線310、配線320、および配線330と、配線310、配線320、および配線330が埋め込まれた絶縁体360を有する。<< Level 399 >>
As illustrated in FIG. 5, a
また、絶縁体360は、導電体311に達する配線310と、導電体140aに達する配線320と、導電体331に達する配線330と、導電体351に達する配線350とが貫通している。In addition, the
<半導体装置の構造4>
なお、図6に示す半導体装置は、図5に示した半導体装置のトランジスタ200の構造のみが異なる半導体装置である。よって、図6に示す半導体装置については、図5に示した半導体装置の記載を参酌する。具体的には、図6に示す半導体装置は、トランジスタ200がFin型である場合を示している。トランジスタ200をFin型とすることにより、実効上のチャネル幅が増大することによりトランジスタ200のオン特性を向上させることができる。また、ゲート導電体の電界の寄与を高くすることができるため、トランジスタ200のオフ特性を向上させることができる。<
Note that the semiconductor device illustrated in FIG. 6 is a semiconductor device in which only the structure of the
nチャネル型トランジスタをpチャネル型トランジスタの上方に作ることで半導体装置の集積度を高くすることができる。さらに、nチャネル型トランジスタをpチャネル型トランジスタの上方に作ることで配線引き回し距離を短くすることができ、寄生容量の低減、抵抗の低減により高速動作が実現できる。By making the n-channel transistor above the p-channel transistor, the degree of integration of the semiconductor device can be increased. Further, by forming the n-channel transistor above the p-channel transistor, the wiring routing distance can be shortened, and high-speed operation can be realized by reducing parasitic capacitance and resistance.
さらに、pチャネル型のトランジスタと、nチャネル型のトランジスタが異なる層に形成されている。このため、トランジスタの電気特性が向上するように、トランジスタの導電型にあわせて、ゲート導電体、ゲート絶縁膜の材料として、それぞれ異なる材料を選択することが可能である。Further, the p-channel transistor and the n-channel transistor are formed in different layers. Therefore, different materials can be selected as materials for the gate conductor and the gate insulating film in accordance with the conductivity type of the transistor so that the electrical characteristics of the transistor are improved.
(実施の形態3)
本実施の形態では、トランジスタ100の変形例について、図7を用いて説明する。なお、実施の形態1に示す構造と同符号を付記した構成要素は、実施の形態1に示す半導体装置を参酌することができる。特に、階層299、階層299と階層199の間の積層構造は実施の形態1と同様の構造であるため、実施の形態1に示す半導体装置を参酌することができる。(Embodiment 3)
In this embodiment, a modification of the
<半導体装置の構造5>
図7は、実施の形態1とは異なる半導体装置の断面図である。図7に示す半導体装置は、階層299と、階層199と、階層399とを有する。図7に示す半導体装置は、実施の形態1とは半導体装置とは、階層299および階層399の構成が異なる。図7示す半導体装置は、階層299に設けられたトランジスタ200と、階層199に設けられたトランジスタ100、構造体101、および構造体102と、階層399に設けられた配線310、配線320、および配線330を有する。また、トランジスタ100は、トランジスタ200の上方に配置する。<
FIG. 7 is a cross-sectional view of a semiconductor device different from that of the first embodiment. The semiconductor device illustrated in FIG. 7 includes a
また、階層と階層の間には、配線を含む積層構造を有していてもよい。例えば、図7に示すように、階層299と階層199の間には、絶縁体281、および絶縁体282と、導電体312、配線340、および導電体332、を有する積層構造が設けられている。また、階層199と階層399の間には、絶縁体181が設けられている。Further, a layered structure including a wiring may be provided between the layers. For example, as illustrated in FIG. 7, a stacked structure including an
トランジスタ200と、トランジスタ100との構成の一部は、導電体により接続される。ここで、導電体333、導電体332、導電体331、導電体336、および配線330は一点破線B1−B2上に重畳して配置する。そのため、導電体336が、絶縁体181、絶縁体180、絶縁体120、絶縁体112、絶縁体111、絶縁体110、およびトランジスタ100の構成要素である酸化物130a、酸化物130b、および導電体140bを貫通して形成する。Part of the structure of the
また、導電体353、導電体352、導電体351、構造体102、および配線350は一点破線C1−C2上に重畳して配置する。さらに、導電体313、導電体312、導電体311、構造体101および配線310は、それぞれの一部が、一点破線A1−A2上で重畳するように配置する。つまり、一点破線A1−A2、一点破線B1−B2、および一点破線C1−C2を外縁とする領域(空間)において、トランジスタ200、およびトランジスタ100のそれぞれ一部または全部が重なる配置とすることが可能である。In addition, the
nチャネル型トランジスタをpチャネル型トランジスタの上方に作ることで半導体装置の集積度を高くすることができる。さらに、nチャネル型トランジスタをpチャネル型トランジスタの上方に作ることで配線引き回し距離を短くすることができ、寄生容量の低減、抵抗の低減により高速動作が実現できる。By making the n-channel transistor above the p-channel transistor, the degree of integration of the semiconductor device can be increased. Further, by forming the n-channel transistor above the p-channel transistor, the wiring routing distance can be shortened, and high-speed operation can be realized by reducing parasitic capacitance and resistance.
さらに、pチャネル型のトランジスタと、nチャネル型のトランジスタが異なる層に形成されている。このため、トランジスタの電気特性が向上するように、トランジスタの導電型にあわせて、ゲート導電体、ゲート絶縁膜の材料として、それぞれ異なる材料を選択することが可能である。Further, the p-channel transistor and the n-channel transistor are formed in different layers. Therefore, different materials can be selected as materials for the gate conductor and the gate insulating film in accordance with the conductivity type of the transistor so that the electrical characteristics of the transistor are improved.
≪階層199≫
図7に示すように、絶縁体282上に、階層199が設けられている。階層199は、トランジスタ100と、導電体311、および導電体331と、構造体101、および構造体102と、を有する。なお、トランジスタ100は、構造体101、および導電体331を介し、トランジスタ200と電気的に接続する。また、トランジスタ100は、構造体102、および導電体351を介し、トランジスタ200と電気的に接続する。<< Level 199 >>
As shown in FIG. 7, a
階層199に設けられたトランジスタ100は、導電体165が埋め込まれた絶縁体110と、ゲート電極として機能する導電体165と、ゲート絶縁体として機能する絶縁体111、絶縁体112、および絶縁体120と、チャネルが形成される領域を有する酸化物130と、ソースまたはドレインの一方として機能する導電体140aと、ソースまたはドレインの他方として機能する導電体140bと、ゲート電極として機能する導電体160と、ゲート絶縁体として機能する絶縁体150と、絶縁体180と、を有する。The
なお、導電体165は、例えば、配線340を介して、導電体165に一定の電位を印加することで、トランジスタ100のしきい値電圧などの電気特性を制御する。または、例えば、導電体165を、導電体351等と電気的に接続させることで、導電体165とトランジスタ100のゲート電極としての機能を有する導電体160とを電気的に接続しても構わない。こうすることで、トランジスタ100のオン電流を大きくすることができる。また、パンチスルー現象を抑制することができるため、トランジスタ100の飽和領域における電気特性を安定にすることができる。その場合、配線340は必ずしも形成しなくてもよい。Note that the
階層199に設けられた構造体101は、酸化物131a、酸化物131b、導電体141の積層構造を有する。また、構造体101には、導電体311に達する導電体316が貫通している。The
また、階層199に設けられた構造体102は、酸化物132a、酸化物132b、導電体142の積層構造を有する。また、構造体101には、導電体311に達する導電体156が貫通している。The
また、絶縁体111、絶縁体112、絶縁体120には、トランジスタ100のソースまたはドレインの一方である導電体140bを通って、導電体331に達する導電体336と、導電体311に達する導電体316と、導電体351に達する導電体356とが貫通している。The
また、絶縁体180には、トランジスタ100のソースまたはドレインの一方である導電体140bを通って、導電体331に達する導電体336と、トランジスタ100のソースまたはドレインの他方である導電体104aに達する配線320と、導電体351に達する導電体356と、が貫通している。また、絶縁体180には、トランジスタ100のゲート電極である導電体160、ゲート絶縁体である絶縁体150、酸化物130が埋め込まれている。The
また、導電体336は、絶縁体180、トランジスタ100のソースまたはドレインの一方である導電体140b、酸化物130、絶縁体120、絶縁体112、および絶縁体111を貫通し、配線330と導電体331とを、接続している。本構成において、配線330は、導電体140aの上面とも接するため、導電体104aと配線330との接触面積を十分に確保できる従って、導電体140bに安定した電圧を印加できるため、電気特性の高い半導体装置を提供することができる。The
また、図7に示すように、階層199上に、開口部を有する絶縁体181が設けられている。また、開口部にはそれぞれ配線310、配線320、および配線330の一部が埋め込まれている。Further, as illustrated in FIG. 7, an
≪階層399≫
図7に示すように、絶縁体181上に、階層399が設けられている。階層399は、配線310、配線320、および配線330と、配線310、配線320、および配線330が埋め込まれた絶縁体360を有する。<< Level 399 >>
As illustrated in FIG. 7, a
また、絶縁体360は、導電体311に達する配線310と、導電体140aに達する配線320と、導電体331に達する配線330と、導電体351に達する配線350とが貫通している。In addition, the
<半導体装置の構造6>
なお、図8に示す半導体装置は、図7に示した半導体装置のトランジスタ200の構造のみが異なる半導体装置である。よって、図8に示す半導体装置については、図7に示した半導体装置の記載を参酌する。具体的には、図8に示す半導体装置は、トランジスタ200がFin型である場合を示している。トランジスタ200をFin型とすることにより、実効上のチャネル幅が増大することによりトランジスタ200のオン特性を向上させることができる。また、ゲート導電体の電界の寄与を高くすることができるため、トランジスタ200のオフ特性を向上させることができる。<
Note that the semiconductor device illustrated in FIG. 8 is a semiconductor device in which only the structure of the
本実施の形態により、nチャネル型Siトランジスタを、複雑なドープ工程がない酸化物半導体トランジスタに置き換える事で、少ないマスク枚数でCMOSインバータを作製することができる。従って、生産性、歩留まりを高くすることができる。また、nチャネル型トランジスタをpチャネル型トランジスタの上方に作ることで半導体装置の集積度を高くすることができる。さらに、nチャネル型トランジスタをpチャネル型トランジスタの上方に作ることで配線引き回し距離を短くすることができ、寄生容量の低減、抵抗の低減により高速動作が実現できる。According to this embodiment, a CMOS inverter can be manufactured with a small number of masks by replacing an n-channel Si transistor with an oxide semiconductor transistor without a complicated doping process. Therefore, productivity and yield can be increased. In addition, the degree of integration of the semiconductor device can be increased by forming the n-channel transistor above the p-channel transistor. Further, by forming the n-channel transistor above the p-channel transistor, the wiring routing distance can be shortened, and high-speed operation can be realized by reducing parasitic capacitance and resistance.
さらに、pチャネル型のトランジスタと、nチャネル型のトランジスタが異なる層に形成されている。このため、トランジスタの電気特性が向上するように、トランジスタの導電型にあわせて、ゲート導電体、ゲート絶縁膜の材料として、それぞれ異なる材料を選択することが可能である。Further, the p-channel transistor and the n-channel transistor are formed in different layers. Therefore, different materials can be selected as materials for the gate conductor and the gate insulating film in accordance with the conductivity type of the transistor so that the electrical characteristics of the transistor are improved.
(実施の形態4)
本実施の形態では、本発明の一態様の半導体装置の作製方法について、図9乃至図18を用いて説明する。なお、実施の形態1に示す構造と同符号を付記した構成要素は、実施の形態1に示す半導体装置を参酌することができる。(Embodiment 4)
In this embodiment, a method for manufacturing a semiconductor device of one embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. Note that the component denoted by the same reference numeral as the structure described in
図3に示す半導体装置の作製方法について、図9乃至図18を用いて説明する。ここでは階層299よりも上方の階層の作製方法について説明する。A method for manufacturing the semiconductor device illustrated in FIG. 3 is described with reference to FIGS. Here, a method for manufacturing a hierarchy above the
まず、Pチャネル型のトランジスタ200上に絶縁体280を成膜する。なお、本実施の形態において、絶縁体280は単層構造としたが、2層以上の積層構造としてもよい。First, the
絶縁体280は、スパッタリング法、化学気相堆積(CVD:Chemical Vapor Deposition)法(熱CVD法、有機金属CVD(MOCVD:Metal Organic Chemical Vapor Deposition)法、プラズマ励起CVD(PECVD:Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition)法等を含む)、分子エピキタシー(MBE:Molecular Beam Epitaxy)法、原子層堆積(ALD:Atomic Layer Deposition)法またはパルスレーザ堆積(PLD:Pulsed Laser Deposition)法などを用いて形成することができる。特に、当該絶縁体をCVD法、好ましくはALD法等によって成膜すると、被覆性を向上させることができるため好ましい。また、プラズマによるダメージを減らすには、熱CVD法、MOCVD法またはALD法が好ましい。また、TEOS(Tetra−Ethyl−Ortho−Silicate)若しくはシラン等と、酸素若しくは亜酸化窒素等とを反応させて形成した段差被覆性のよい酸化シリコン膜を用いることもできる。The
続いて、絶縁体280上にマスク291を形成する(図9(A)参照)。マスク291は、例えばレジストを用いてリソグラフィ法により作製してもよい。また、無機膜または金属膜からなるハードマスクを形成してもよい。Subsequently, a
次に、マスク291を用いて絶縁体280の一部をエッチングし、開口部を形成する(図9(B)参照。)。次に、マスク291を除去し、その後、該開口部内および絶縁体280上に導電体301および導電体302を成膜する(図9(C)参照。)。Next, part of the
次に、導電体301および導電体302を、平坦化処理(図中矢印)により、部分的に除去し、絶縁体280を露出することで、導電体311、導電体331、および導電体351を形成する(図9(D)参照。)。導電体301および導電体302の除去には、例えば化学的機械研磨(Chemical Mechanical Polishing:CMP)法などの研磨法を用いることが好ましい。あるいは、ドライエッチングを用いてもよい。例えば、エッチバックなどの手法を用いればよい。CMP法などの研磨法を用いる場合には、導電体301および導電体302の研磨速度は、試料の面内で分布を有する場合がある。この場合に、研磨速度が速い箇所においては、絶縁体280の露出時間が長くなる場合がある。従って、導電体301および導電体302の研磨速度と比較して絶縁体280の研磨速度は遅いことが好ましい。絶縁体280の研磨速度が遅いことにより、導電体301および導電体302の研磨工程において、絶縁体280は、研磨のストッパー膜としての役割を果たすことができる。また、絶縁体280の表面の平坦性を高めることができる。Next, the
ここで、CMP法とは、被加工物の表面を化学的・機械的な複合作用により、平坦化する手法である。一般的に研磨ステージの上に研磨布を貼り付け、被加工物と研磨布との間にスラリー(研磨剤)を供給しながら研磨ステージと被加工物とを各々回転または揺動させて、スラリーと被加工物表面との間での化学反応と、研磨布と被加工物との機械的研磨の作用により、被加工物の表面を研磨する方法である。Here, the CMP method is a method of planarizing the surface of a workpiece by a combined chemical and mechanical action. Generally, a polishing cloth is attached on a polishing stage, and a slurry (abrasive) is supplied between the work piece and the polishing cloth while rotating or swinging the polishing stage and the work piece to slurry. The surface of the workpiece is polished by a chemical reaction between the surface of the workpiece and the surface of the workpiece and by mechanical polishing between the polishing cloth and the workpiece.
CMP法において、研磨布としては、例えば発砲ポリウレタン、不織布、スウェード等を用いることができる。また、砥粒としては、例えばシリカ(酸化シリコン)や、酸化セリウム、酸化マンガン、酸化アルミニウム等を用いることができる。また、シリカとして例えばフュームドシリカや、コロイダルシリカを用いることができる。In the CMP method, for example, foamed polyurethane, non-woven fabric, suede or the like can be used as the polishing cloth. As the abrasive grains, for example, silica (silicon oxide), cerium oxide, manganese oxide, aluminum oxide, or the like can be used. Further, for example, fumed silica or colloidal silica can be used as silica.
CMP法に用いるスラリーは、被加工物の除去しやすさや、スラリー溶液の安定性の観点で、pHの調整を行う場合がある。例えば、酸性のスラリーを用いる場合には、ストッパー膜となる絶縁体280は酸に対する耐性が高いことが好ましい。また、アルカリ性のスラリーを用いる場合には、絶縁体280はアルカリに対する耐性が高いことが好ましい。The slurry used in the CMP method may be adjusted in pH from the viewpoint of easy removal of the workpiece and the stability of the slurry solution. For example, when an acidic slurry is used, it is preferable that the
また、スラリーに酸化剤として、例えば過酸化水素などを用いてもよい。Further, for example, hydrogen peroxide or the like may be used as an oxidizing agent in the slurry.
ここで一例として、導電体301および導電体302の少なくともどちらか一方が、タングステンを有し、絶縁体280が酸化シリコンを有する場合について説明する。スラリーとしては、例えば砥粒にフュームドシリカや、コロイダルシリカを用いることが好ましい。また、例えば酸性のスラリーを用いることが好ましく、例えば酸化剤として過酸化水素水を用いることが好ましい。Here, as an example, a case where at least one of the
次に、絶縁体280、導電体311、導電体331、および導電体351上に絶縁体281を成膜し、配線340、導電体312、導電体332、および導電体352を形成する(図10(A)参照。)。なお、絶縁体281の作製方法は、絶縁体280を参照することができる。また、配線340、導電体312、導電体332、および導電体352の作製方法は、導電体311、導電体331、および導電体351を参照することができる。Next, the
次に、絶縁体281、配線340、導電体312、導電体332、および導電体352上に絶縁体282、絶縁体110を成膜する。続いて、絶縁体110上にマスク191を形成する(図10(B)参照。)。Next, the
次に、絶縁体282、および絶縁体110および絶縁体120に開口部を形成する(図10(C)参照。)。その後、マスク191を除去した後、マスク192を形成する(図11(A))。マスク192を用いて、絶縁体110の開口部を広げる(図11(B))。続いて、導電体303および導電体304を成膜する(図11(C))。次に、該導電体の表面を平坦化するように除去し、導電体165、導電体313、導電体333、導電体353を形成する(図12(A)参照。)。ここで一例として、導電体303、導電体304等としてタングステンを有する層を用い、絶縁体110として酸化シリコンを有する層を用いることにより、CMP法を用いて導電体303、導電体304を除去する際に、絶縁体110のエッチング速度を小さく抑えることができる場合がある。よって、絶縁体110の表面の平坦性を向上できる場合がある。また、導電体313の高さのばらつきを小さくすることができる場合がある。Next, an opening is formed in the
次に、絶縁体120上にトランジスタ100を形成する。まず、絶縁体111、絶縁体112、および絶縁体120を成膜する。なお、絶縁体120は、過剰酸素を含む絶縁体であることが好ましい。過剰酸素を含む絶縁体を形成する方法としては、CVD法やスパッタリング法における成膜条件を適宜設定して膜中に酸素を多く含ませた酸化シリコン膜や酸化窒化シリコン膜を形成することができる。また、酸化シリコン膜や酸化窒化シリコン膜を形成した後、イオン注入法やイオンドーピング法やプラズマ処理によって酸素を添加してもよい。Next, the
続いて、酸化物130Aおよび酸化物130Bを成膜する。また、本実施例において、酸化物130A、および酸化物130Bの2層構造としたが、単一層であってもよい。また、n層(nは3以上)からなる積層構造によって形成されていてもよい。Subsequently, an
例えば、不純物を低減した第1の半導体上に、第2の半導体を形成することで、第2の半導体は、第1の半導体よりもさらに不純物が少なく形成され、かつ、下層からの不純物の拡散を防止ことができる。また、後の工程で、酸化物半導体上にさらに積層を行う場合、第2の半導体上に第3の半導体を薄く形成しておくことで、酸化物半導体の上層から、第2の半導体への不純物拡散も抑制することができる。不純物が低減された第2の半導体をチャネル領域となるようにトランジスタを形成することで、信頼性の高い半導体装置を提供することができる。For example, by forming the second semiconductor over the first semiconductor with reduced impurities, the second semiconductor is formed with less impurities than the first semiconductor, and diffusion of impurities from the lower layer Can be prevented. In the case where stacking is performed over the oxide semiconductor in a later step, the third semiconductor is thinly formed over the second semiconductor, so that the upper layer of the oxide semiconductor can be transferred from the upper layer to the second semiconductor. Impurity diffusion can also be suppressed. By forming the transistor so that the second semiconductor with reduced impurities serves as a channel region, a highly reliable semiconductor device can be provided.
また、酸化物半導体の厚さは、例えば1nm以上500nm以下、好ましくは1nm以上、300nm以下とするとよい。The thickness of the oxide semiconductor is, for example, 1 nm to 500 nm, preferably 1 nm to 300 nm.
酸化物130A、および酸化物130Bを成膜後、熱処理を行うことが好ましい。熱処理は、250℃以上650℃以下、好ましくは300℃以上500℃以下の温度で、不活性ガス雰囲気、酸化性ガスを10ppm以上含む雰囲気、又は減圧雰囲気で行えばよい。また、熱処理は、不活性ガス雰囲気で熱処理を行った後に、脱離した酸素を補うために酸化性ガスを10ppm以上含む雰囲気で行ってもよい。ここでの加熱処理によって、酸化物130A、および酸化物130Bから水素や水などの不純物を除去することができる。また、この加熱処理により絶縁体120から酸化物130A、および酸化物130Bに酸素を供給することができる。この際、絶縁体120が過剰酸素を含んでいると酸化物半導体に効率よく酸素を供給することができるので好適である。Heat treatment is preferably performed after the
続いて、酸化物130B上に導電体140Aを形成する。なお、ここでは単層構造を示しているが、導電体140Aは、単層構造としてもよいし、2層以上の積層構造としてもよい。Subsequently, a
導電体140Aには、モリブデン、チタン、タンタル、タングステン、アルミニウム、銅、クロム、ネオジム、スカンジウムから選ばれた元素を含む金属膜、または上述した元素を成分とする金属窒化物膜(窒化チタン膜、窒化モリブデン膜、窒化タングステン膜)等を用いることができる。また、導電体140Aとしてリン等の不純物元素をドーピングした多結晶シリコンに代表される半導体、ニッケルシリサイドなどのシリサイド膜を用いてもよい。又は、インジウム錫酸化物、酸化タングステンを含むインジウム酸化物、酸化タングステンを含むインジウム亜鉛酸化物、酸化チタンを含むインジウム酸化物、酸化チタンを含むインジウム錫酸化物、インジウム亜鉛酸化物、酸化シリコン膜を添加したインジウム錫酸化物などの導電性材料を適用することもできる。また、上記導電性材料と、上記金属材料の積層構造とすることもできる。例えば、チタン膜5nmと窒化チタン膜10nm、タングステン膜100nmの積層とすることができる。The
導電体140Aは、スパッタリング法、蒸着法、CVD法(熱CVD法、MOCVD法、PECVD法等を含む)などにより成膜することができる。また、プラズマによるダメージを減らすには、熱CVD法、MOCVD法またはALD法が好ましい。The
続いて、マスク193を形成し、導電体140Aを加工し、導電体140Bを形成する。その後、導電体140Bをハードマスクとして用いて酸化物130Aおよび酸化物130Bを加工し、酸化物130a、および酸化物130bを形成する(図13(A)、図13(B))。加工には例えばドライエッチング等を用いればよい。Subsequently, a
次に、絶縁体180を成膜し、マスク194を形成する(図14(A))。続いて、絶縁体180に開口部を形成する。加工には例えばドライエッチング等を用いればよい。なお、絶縁体180Aは、過剰酸素を含む絶縁体であることが好ましい。過剰酸素を含む絶縁体を形成する方法としては、CVD法やスパッタリング法における成膜条件を適宜設定して膜中に酸素を多く含ませた酸化シリコン膜や酸化窒化シリコン膜を形成することができる。また、酸化シリコン膜や酸化窒化シリコン膜を形成した後、イオン注入法やイオンドーピング法やプラズマ処理によって酸素を添加してもよい。Next, an
続いて、絶縁体180をマスクとして、導電体140の一部を除去することで導電体140a、および導電体140bを形成すると同時に、開口部を形成する(図14(B))。Subsequently, the
次に、酸化物130C、絶縁体150A、および導電体160Aを成膜する(図15(A))。Next, the
酸化物130Cは、酸化物130A、および酸化物130Bと同様に形成することができる。なお、トランジスタのオン電流を高くするためには、酸化物130Cの厚さは小さいほど好ましい。例えば、20nm未満、好ましくは10nm以下、さらに好ましくは5nm以下の領域を有する酸化物130Cとすればよい。一方、酸化物130Cは、チャネルの形成される酸化物130bへ、隣接する絶縁体を構成する酸素以外の元素(水素、シリコンなど)が入り込まないようブロックする機能を有する。そのため、酸化物130Cは、ある程度の厚さを有することが好ましい。例えば、0.3nm以上、好ましくは1nm以上、さらに好ましくは2nm以上の厚さの領域を有する酸化物130Cとすればよい。また、酸化物130Cは、絶縁体110、または絶縁体110と酸化物130Bとの間に介在する絶縁体などから放出される酸素の外方拡散を抑制するために、酸素をブロックする性質を有すると好ましい。The
また、絶縁体150Aの膜厚は、例えば1nm以上20nm以下とし、スパッタリング法、MBE法、CVD法、パルスレーザ堆積法、ALD法等を適宜用いることができる。また、絶縁体150Aは、スパッタリングターゲット表面に対し、概略垂直に複数の基板表面がセットされた状態で成膜を行うスパッタ装置を用いて成膜してもよい。また、MOCVD法を用いてもよい。例えば、MOCVD法を用いて成膜した酸化ガリウム膜を、絶縁体150Aとして用いることができる。The thickness of the
絶縁体150Aの材料としては、酸化シリコン膜、酸化ガリウム膜、酸化ガリウム亜鉛膜、酸化亜鉛膜、酸化アルミニウム膜、窒化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜、酸化窒化アルミニウム膜、または窒化酸化シリコン膜を用いて形成することができる。絶縁体150Aは、酸化物130Bと接する部分において酸素を含むことが好ましい。特に、絶縁体150Aは、膜中(バルク中)に少なくとも化学量論的組成を超える量の酸素(過剰酸素)が存在することが好ましく、本実施の形態では、絶縁体150AとしてCVD法で形成する酸化窒化シリコン膜を用いる。過剰酸素を含む酸化窒化シリコン膜を絶縁体150Aして用いると、酸化物130Bに酸素を供給することができ、特性を良好にすることができる。さらに、絶縁体150Aは、後の工程で絶縁体150に加工されることから、作製するトランジスタのサイズなどを考慮して形成することが好ましい。As a material of the
さらに、絶縁体150Aの材料として酸化ハフニウム、酸化イットリウム、ハフニウムシリケート(HfSixOy(x>0、y>0))、窒素が添加されたハフニウムシリケート(HfSixOyNZ(x>0、y>0、z>0))、ハフニウムアルミネート(HfAlxOy(x>0、y>0))、酸化ランタンなどのhigh−k材料を用いることもできる。なお、絶縁体150Aは、単層構造としてもよいし、積層構造としてもよい。Further, as the material of the
また、導電体160Aは、スパッタリング法、蒸着法、CVD法などを用いて形成する。なお、導電体160Aは、モリブデン、チタン、タンタル、タングステン、アルミニウム、銅、クロム、ネオジム、スカンジウムから選ばれた元素を含む金属膜、または上述した元素を成分とする金属窒化物膜(窒化チタン膜、窒化モリブデン膜、窒化タングステン膜)等を用いることができる。また、導電体160Aとしてリン等の不純物元素をドーピングした多結晶シリコンに代表される半導体、ニッケルシリサイドなどのシリサイドを用いてもよい。又は、インジウム錫酸化物、酸化タングステンを含むインジウム酸化物、酸化タングステンを含むインジウム亜鉛酸化物、酸化チタンを含むインジウム酸化物、酸化チタンを含むインジウム錫酸化物、インジウム亜鉛酸化物、シリコン酸化物を添加したインジウム錫酸化物などの導電性材料を適用することもできる。また、上記導電性材料と、上記金属材料の積層構造とすることもできる。例えば、チタン膜5nmと窒化チタン膜10nm、タングステン膜100nmの積層とすることができる。The
続いて、CMP処理などにより、絶縁体180が露出するまで、導電体160A、絶縁体150A、酸化物130Cの一部を除去し、酸化物130c、絶縁体150、導電体160を形成する(図15(B))。この際、絶縁体180をストッパー層として使用することもでき、絶縁体180の厚さが減少する場合がある。Subsequently, part of the
なお、CMP処理は、1回のみ行ってもよいし、複数回行ってもよい。複数回に分けてCMP処理を行う場合は、高い研磨レートの一次研磨を行った後、低い研磨レートの仕上げ研磨を行うのが好ましい。このように研磨レートの異なる研磨を組み合わせることによって、研磨表面の平坦性をさらに向上させることができる。The CMP process may be performed only once or a plurality of times. When performing the CMP process in a plurality of times, it is preferable to perform primary polishing at a low polishing rate after performing primary polishing at a high polishing rate. By combining polishing with different polishing rates in this way, the flatness of the polishing surface can be further improved.
次に、トランジスタ100上に絶縁体181、絶縁体182、絶縁体360を成膜する。絶縁体181、絶縁体182、絶縁体360の作製方法は、絶縁体280を参照することができる。Next, the
次に、絶縁体360上にマスク195を形成する(図16(A)。)。その後、絶縁体360、絶縁体182、絶縁体181、絶縁体180、絶縁体120、絶縁体112および絶縁体111に開口部を設ける(図16(B)。)。続いて、マスク195を除去した後、マスク196を形成する(図17(A)。)。マスク196を用いて、絶縁体360に開口部を設ける(図17(B))。Next, a
次に、導電体307および導電体308を成膜する(図18(A))。導電体307および導電体308の作製方法は、導電体301および導電体302を参照することができる。Next, a
次に、該導電体の表面を平坦化するように除去し、配線310、配線320、配線330、配線350を形成する(図18(B)参照。)。ここで一例として、導電体307、および導電体308としてタングステンを有する層を用い、絶縁体360として酸化シリコンを有する層を用いることにより、CMP法を用い導電体307、および導電体308を除去する際に、絶縁体360のエッチング速度を小さく抑えることができる場合がある。よって、絶縁体360の表面の平坦性を向上できる場合がある。また、配線310等の高さのばらつきを小さくすることができる場合がある。Next, the surface of the conductor is removed so as to be planarized, so that the
本実施の形態により、nチャネル型Siトランジスタを、複雑なドープ工程がない酸化物半導体トランジスタに置き換える事で、少ないマスク枚数でCMOSインバータを作製することができる。従って、生産性、歩留まりを高くすることができる。また、nチャネル型トランジスタをpチャネル型トランジスタの上方に作ることで半導体装置の集積度を高くすることができる。さらに、nチャネル型トランジスタをpチャネル型トランジスタの上方に作ることで配線引き回し距離を短くすることができ、寄生容量の低減、抵抗の低減により高速動作が実現できる。According to this embodiment, a CMOS inverter can be manufactured with a small number of masks by replacing an n-channel Si transistor with an oxide semiconductor transistor without a complicated doping process. Therefore, productivity and yield can be increased. In addition, the degree of integration of the semiconductor device can be increased by forming the n-channel transistor above the p-channel transistor. Further, by forming the n-channel transistor above the p-channel transistor, the wiring routing distance can be shortened, and high-speed operation can be realized by reducing parasitic capacitance and resistance.
以上より、微細な構造であっても、安定した電気特性を有し、動作速度の高いトランジスタを提供することができる。また、該トランジスタを用いることで、トランジスタ間のばらつきが小さく、集積度の高い半導体装置を提供することができる。As described above, a transistor having stable electric characteristics and high operation speed can be provided even with a fine structure. Further, by using the transistor, a semiconductor device with high integration can be provided with less variation between transistors.
以上、本実施の形態に示す構成、方法などは、他の実施の形態に示す構成、方法などと適宜組み合わせて用いることができる。The structures, methods, and the like described in this embodiment can be combined as appropriate with any of the structures, methods, and the like described in the other embodiments.
(実施の形態5)
本実施の形態では、本発明の一態様の半導体装置の作製方法について、図19乃至図25を用いて説明する。なお、実施の形態1に示す構造と同符号を付記した構成要素は、実施の形態1に示す半導体装置を参酌することができる。(Embodiment 5)
In this embodiment, a method for manufacturing a semiconductor device of one embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. Note that the component denoted by the same reference numeral as the structure described in
図5に示す半導体装置の作製方法について、図19乃至図25を用いて説明する。ここでは階層199以上の階層の作製方法について説明する。A method for manufacturing the semiconductor device illustrated in FIG. 5 is described with reference to FIGS. Here, a method for creating a hierarchy of
まず、導電体140Aを成膜する工程まで、実施の形態4を参照することができる。その後、マスク193を形成する(図19(A))。続いて、マスク193を用いて、導電体140Aを加工し、導電体141、導電体142、および導電体140Bを形成する。その後、導電体141、導電体142、および導電体140Bをハードマスクとして用いて酸化物130Aおよび酸化物130Bを加工し、酸化物130a、酸化物131a、および酸化物132a、および酸化物130b、酸化物131b、および酸化物132bを形成する(図19(B))。加工には例えばドライエッチング等を用いればよい。First,
次に、絶縁体180を成膜し、マスク194を形成する(図20(A))。続いて、絶縁体180に開口部を形成する。加工には例えばドライエッチング等を用いればよい。Next, an
続いて、絶縁体180をマスクとして、導電体140の一部を除去することで導電体140a、および導電体140bを形成すると同時に、開口部を形成する(図20(B))。Subsequently, using the
次に、酸化物130C、絶縁体150A、および導電体160Aを成膜する(図21(A))。続いて、CMP処理などにより、絶縁体180が露出するまで、導電体160A、絶縁体150A、酸化物130Cの一部を除去し、酸化物130c、絶縁体150、導電体160を形成する(図21(B))。この際、絶縁体180をストッパー層として使用することもでき、絶縁体180の厚さが減少する場合がある。Next, the
次に、マスク195を形成する(図22(A))。続いて、絶縁体180、導電体141、導電体142、酸化物131a、酸化物132a、酸化物131b、および酸化物132bに開口部を形成し、導電体313、導電体333、導電体353を露出する(図22(B))。加工には例えばドライエッチング等を用いればよい。Next, a
その後、マスク195を除去した後、マスク196を形成する(図23(A))。マスク196を用いて、絶縁体180の開口部を広げる(図23(B))。続いて、導電体307および導電体308を成膜する(図24(A))。次に、該導電体の表面を平坦化するように除去し、導電体316、導電体336、および導電体356を形成する(図24(B)参照。)。After that, after removing the
次に、トランジスタ100上に絶縁体181、絶縁体182、絶縁体360を成膜した後、マスク197を形成する(図25(A)。)。絶縁体181、絶縁体182、絶縁体360の作製方法は、絶縁体280を参照することができる。Next, after an
次に、マスク197を用いて、絶縁体360、絶縁体182、および絶縁体181に開口部を設ける。続いて、マスク197を除去した後、別途マスクを形成し、該マスクを用いて、絶縁体360に開口部を設ける。次に、導電体を成膜し、該導電体の表面を平坦化するように除去することで、配線310、配線320、配線330、配線350を形成する(図25(B)参照。)。Next, an opening is provided in the
本実施の形態により、nチャネル型Siトランジスタを、複雑なドープ工程がない酸化物半導体トランジスタに置き換える事で、少ないマスク枚数でCMOSインバータを作製することができる。従って、生産性、歩留まりを高くすることができる。また、nチャネル型トランジスタをpチャネル型トランジスタの上方に作ることで半導体装置の集積度を高くすることができる。さらに、nチャネル型トランジスタをpチャネル型トランジスタの上方に作ることで配線引き回し距離を短くすることができ、寄生容量の低減、抵抗の低減により高速動作が実現できる。According to this embodiment, a CMOS inverter can be manufactured with a small number of masks by replacing an n-channel Si transistor with an oxide semiconductor transistor without a complicated doping process. Therefore, productivity and yield can be increased. In addition, the degree of integration of the semiconductor device can be increased by forming the n-channel transistor above the p-channel transistor. Further, by forming the n-channel transistor above the p-channel transistor, the wiring routing distance can be shortened, and high-speed operation can be realized by reducing parasitic capacitance and resistance.
以上より、微細な構造であっても、安定した電気特性を有し、動作速度の高いトランジスタを提供することができる。また、該トランジスタを用いることで、トランジスタ間のばらつきが小さく、集積度の高い半導体装置を提供することができる。As described above, a transistor having stable electric characteristics and high operation speed can be provided even with a fine structure. Further, by using the transistor, a semiconductor device with high integration can be provided with less variation between transistors.
以上、本実施の形態に示す構成、方法などは、他の実施の形態に示す構成、方法などと適宜組み合わせて用いることができる。The structures, methods, and the like described in this embodiment can be combined as appropriate with any of the structures, methods, and the like described in the other embodiments.
(実施の形態6)
本実施の形態では、本発明の一態様の半導体装置の作製方法について、図26乃至図31を用いて説明する。なお、実施の形態1に示す構造と同符号を付記した構成要素は、実施の形態1に示す半導体装置を参酌することができる。(Embodiment 6)
In this embodiment, a method for manufacturing a semiconductor device of one embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. Note that the component denoted by the same reference numeral as the structure described in
図5に示す半導体装置の作製方法について、図26乃至図31を用いて説明する。ここでは階層199以上の階層の作製方法について説明する。A method for manufacturing the semiconductor device illustrated in FIG. 5 is described with reference to FIGS. Here, a method for creating a hierarchy of
まず、導電体140Aを成膜する工程まで、実施の形態4を参照することができる。その後、マスク193を形成する(図26(A))。続いて、マスク193を用いて、導電体140Aを加工し、導電体141、導電体142、および導電体140Bを形成する。その後、導電体141、導電体142、および導電体140Bをハードマスクとして用いて酸化物130Aおよび酸化物130Bを加工し、酸化物130a、酸化物131a、および酸化物132a、および酸化物130b、酸化物131b、および酸化物132bを形成する(図26(B))。加工には例えばドライエッチング等を用いればよい。First,
次に、絶縁体180を成膜し、マスク194を形成する(図27(A))。続いて、絶縁体180に開口部を形成する。加工には例えばドライエッチング等を用いればよい。Next, the
続いて、絶縁体180をマスクとして、導電体140、および導電体142の一部を除去することで導電体140a、および導電体140bを形成すると同時に、開口部を形成する(図27(B))。Subsequently, using the
次に、酸化物130C、絶縁体150A、および導電体160Aを成膜する(図28(A))。続いて、CMP処理などにより、絶縁体180が露出するまで、導電体160A、絶縁体150A、酸化物130Cの一部を除去し、酸化物130c、絶縁体150、導電体160を形成する(図28(B))。この際、絶縁体180をストッパー層として使用することもでき、絶縁体180の厚さが減少する場合がある。Next, the
次に、マスク195を形成する(図29(A))。続いて、絶縁体180、導電体141、導電体142、酸化物131a、酸化物132a、酸化物131b、および酸化物132bに開口部を形成し、導電体313、導電体333、導電体353を露出する(図29(B))。加工には例えばドライエッチング等を用いればよい。Next, a
続いて、次に、導電体316、導電体336、および導電体356となる導電体を成膜し、該導電体の表面を平坦化するように除去することで、導電体316、導電体336、および導電体356を形成する(図30(A)参照。)。Next, a
次に、トランジスタ100上に絶縁体181、絶縁体360を成膜した後、マスク196を形成する(図30(B)。)。絶縁体181、絶縁体360の作製方法は、絶縁体280を参照することができる。Next, after an
次に、マスク196を用いて、絶縁体360、絶縁体181、および絶縁体180に開口部を設ける。ここで絶縁体360、絶縁体181、および絶縁体180に開口部を形成する際に、ドライエッチングやウェットエッチング等を用いることができる。また、同時に、絶縁体150の一部を除去してもよい。さらに、エッチング後に洗浄などを用いて、酸化物130cの一部を除去してもよい。Next, openings are provided in the
なお、開口部の形成の際に、絶縁体180のエッチング速度と比較して導電体316、導電体336、および導電体356のエッチング速度が遅い場合には、図31(A)に示すように、導電体316、導電体336、および導電体356は、開口部内に凸部を形成する。Note that in the formation of the opening, when the etching rates of the
次に、マスク196を除去した後、配線310、配線320、および配線350となる導電体を成膜し、該導電体の表面を平坦化するように除去し、配線310、配線320、および配線350を形成する(図31(B)参照。)。Next, after the
本実施の形態により、マスク枚数を増やすことなく、コンタクト特性の良い半導体装置を作成することができる。従って、生産性の高い半導体装置を提供することができる。According to this embodiment mode, a semiconductor device with good contact characteristics can be manufactured without increasing the number of masks. Therefore, a highly productive semiconductor device can be provided.
また、nチャネル型Siトランジスタを、複雑なドープ工程がない酸化物半導体トランジスタに置き換える事で、少ないマスク枚数でCMOSインバータを作製することができる。従って、生産性、歩留まりを高くすることができる。また、nチャネル型トランジスタをpチャネル型トランジスタの上方に作ることで半導体装置の集積度を高くすることができる。さらに、nチャネル型トランジスタをpチャネル型トランジスタの上方に作ることで配線引き回し距離を短くすることができ、寄生容量の低減、抵抗の低減により高速動作が実現できる。Further, the CMOS inverter can be manufactured with a small number of masks by replacing the n-channel Si transistor with an oxide semiconductor transistor without a complicated doping process. Therefore, productivity and yield can be increased. In addition, the degree of integration of the semiconductor device can be increased by forming the n-channel transistor above the p-channel transistor. Further, by forming the n-channel transistor above the p-channel transistor, the wiring routing distance can be shortened, and high-speed operation can be realized by reducing parasitic capacitance and resistance.
以上より、微細な構造であっても、安定した電気特性を有し、動作速度の高いトランジスタを提供することができる。また、該トランジスタを用いることで、トランジスタ間のばらつきが小さく、集積度の高い半導体装置を提供することができる。As described above, a transistor having stable electric characteristics and high operation speed can be provided even with a fine structure. Further, by using the transistor, a semiconductor device with high integration can be provided with less variation between transistors.
以上、本実施の形態に示す構成、方法などは、他の実施の形態に示す構成、方法などと適宜組み合わせて用いることができる。The structures, methods, and the like described in this embodiment can be combined as appropriate with any of the structures, methods, and the like described in the other embodiments.
(実施の形態7)
<酸化物半導体の構造>
以下では、酸化物半導体の構造について説明する。(Embodiment 7)
<Structure of oxide semiconductor>
Hereinafter, the structure of the oxide semiconductor is described.
酸化物半導体は、単結晶酸化物半導体と、それ以外の非単結晶酸化物半導体と、に分けられる。非単結晶酸化物半導体としては、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。An oxide semiconductor is classified into a single crystal oxide semiconductor and a non-single-crystal oxide semiconductor. As the non-single-crystal oxide semiconductor, a CAAC-OS (c-axis-aligned crystal oxide semiconductor), a polycrystalline oxide semiconductor, an nc-OS (nanocrystalline oxide semiconductor), a pseudo-amorphous oxide semiconductor (a-like oxide semiconductor) : Amorphous-like oxide semiconductor) and amorphous oxide semiconductors.
また別の観点では、酸化物半導体は、非晶質酸化物半導体と、それ以外の結晶性酸化物半導体と、に分けられる。結晶性酸化物半導体としては、単結晶酸化物半導体、CAAC−OS、多結晶酸化物半導体およびnc−OSなどがある。From another point of view, oxide semiconductors are classified into amorphous oxide semiconductors and other crystalline oxide semiconductors. Examples of a crystalline oxide semiconductor include a single crystal oxide semiconductor, a CAAC-OS, a polycrystalline oxide semiconductor, and an nc-OS.
非晶質構造は、一般に、等方的であって不均質構造を持たない、準安定状態で原子の配置が固定化していない、結合角度が柔軟である、短距離秩序は有するが長距離秩序を有さない、などといわれている。Amorphous structures are generally isotropic, have no heterogeneous structure, are metastable, have no fixed atomic arrangement, have a flexible bond angle, have short-range order, but long-range order It is said that it does not have.
即ち、安定な酸化物半導体を完全な非晶質(completely amorphous)酸化物半導体とは呼べない。また、等方的でない(例えば、微小な領域において周期構造を有する)酸化物半導体を、完全な非晶質酸化物半導体とは呼べない。一方、a−like OSは、等方的でないが、鬆(ボイドともいう。)を有する不安定な構造である。不安定であるという点では、a−like OSは、物性的に非晶質酸化物半導体に近い。That is, a stable oxide semiconductor cannot be called a complete amorphous oxide semiconductor. In addition, an oxide semiconductor that is not isotropic (for example, has a periodic structure in a minute region) cannot be called a complete amorphous oxide semiconductor. On the other hand, an a-like OS is not isotropic but has an unstable structure having a void (also referred to as a void). In terms of being unstable, a-like OS is physically close to an amorphous oxide semiconductor.
<CAAC−OS>
まずは、CAAC−OSについて説明する。<CAAC-OS>
First, the CAAC-OS will be described.
CAAC−OSは、c軸配向した複数の結晶部(ペレットともいう。)を有する酸化物半導体の一種である。A CAAC-OS is a kind of oxide semiconductor having a plurality of c-axis aligned crystal parts (also referred to as pellets).
CAAC−OSをX線回折(XRD:X−Ray Diffraction)によって解析した場合について説明する。例えば、空間群R−3mに分類されるInGaZnO4の結晶を有するCAAC−OSに対し、out−of−plane法による構造解析を行うと、図33(A)に示すように回折角(2θ)が31°近傍にピークが現れる。このピークは、InGaZnO4の結晶の(009)面に帰属されることから、CAAC−OSでは、結晶がc軸配向性を有し、c軸がCAAC−OSの膜を形成する面(被形成面ともいう。)、または上面に略垂直な方向を向いていることが確認できる。なお、2θが31°近傍のピークの他に、2θが36°近傍にもピークが現れる場合がある。2θが36°近傍のピークは、空間群Fd−3mに分類される結晶構造に起因する。そのため、CAAC−OSは、該ピークを示さないことが好ましい。A case where the CAAC-OS is analyzed by X-ray diffraction (XRD: X-Ray Diffraction) is described. For example, when CAAC-OS having an InGaZnO 4 crystal classified into the space group R-3m is subjected to structural analysis by an out-of-plane method, a diffraction angle (2θ) as illustrated in FIG. Shows a peak near 31 °. Since this peak is attributed to the (009) plane of the InGaZnO 4 crystal, in CAAC-OS, the crystal has a c-axis orientation, and the plane on which the c-axis forms a CAAC-OS film (formation target) It can also be confirmed that it faces a direction substantially perpendicular to the upper surface. In addition to the peak where 2θ is around 31 °, a peak may also appear when 2θ is around 36 °. The peak where 2θ is around 36 ° is attributed to the crystal structure classified into the space group Fd-3m. Therefore, the CAAC-OS preferably does not show the peak.
一方、CAAC−OSに対し、被形成面に平行な方向からX線を入射させるin−plane法による構造解析を行うと、2θが56°近傍にピークが現れる。このピークは、InGaZnO4の結晶の(110)面に帰属される。そして、2θを56°近傍に固定し、試料面の法線ベクトルを軸(φ軸)として試料を回転させながら分析(φスキャン)を行っても、図33(B)に示すように明瞭なピークは現れない。一方、単結晶InGaZnO4に対し、2θを56°近傍に固定してφスキャンした場合、図33(C)に示すように(110)面と等価な結晶面に帰属されるピークが6本観察される。したがって、XRDを用いた構造解析から、CAAC−OSは、a軸およびb軸の配向が不規則であることが確認できる。On the other hand, when structural analysis is performed on the CAAC-OS by an in-plane method in which X-rays are incident from a direction parallel to a formation surface, a peak appears at 2θ of around 56 °. This peak is attributed to the (110) plane of the InGaZnO 4 crystal. Even when 2θ is fixed in the vicinity of 56 ° and the analysis (φ scan) is performed while rotating the sample with the normal vector of the sample surface as the axis (φ axis), as shown in FIG. No peak appears. On the other hand, when φ scan is performed with 2θ fixed at around 56 ° with respect to single crystal InGaZnO 4 , six peaks attributed to a crystal plane equivalent to the (110) plane are observed as shown in FIG. Is done. Therefore, structural analysis using XRD can confirm that the CAAC-OS has irregular orientations in the a-axis and the b-axis.
次に、電子回折によって解析したCAAC−OSについて説明する。例えば、InGaZnO4の結晶を有するCAAC−OSに対し、CAAC−OSの被形成面に平行にプローブ径が300nmの電子線を入射させると、図33(D)に示すような回折パターン(制限視野電子回折パターンともいう。)が現れる場合がある。この回折パターンには、InGaZnO4の結晶の(009)面に起因するスポットが含まれる。したがって、電子回折によっても、CAAC−OSに含まれるペレットがc軸配向性を有し、c軸が被形成面または上面に略垂直な方向を向いていることがわかる。一方、同じ試料に対し、試料面に垂直にプローブ径が300nmの電子線を入射させたときの回折パターンを図33(E)に示す。図33(E)より、リング状の回折パターンが確認される。したがって、プローブ径が300nmの電子線を用いた電子回折によっても、CAAC−OSに含まれるペレットのa軸およびb軸は配向性を有さないことがわかる。なお、図33(E)における第1リングは、InGaZnO4の結晶の(010)面および(100)面などに起因すると考えられる。また、図33(E)における第2リングは(110)面などに起因すると考えられる。Next, a CAAC-OS analyzed by electron diffraction will be described. For example, when an electron beam with a probe diameter of 300 nm is incident on a CAAC-OS including an InGaZnO 4 crystal in parallel with a formation surface of the CAAC-OS, a diffraction pattern (restricted field of view) illustrated in FIG. Sometimes referred to as an electron diffraction pattern). This diffraction pattern includes spots caused by the (009) plane of the InGaZnO 4 crystal. Therefore, electron diffraction shows that the pellets included in the CAAC-OS have c-axis alignment, and the c-axis is in a direction substantially perpendicular to the formation surface or the top surface. On the other hand, FIG. 33E shows a diffraction pattern obtained when an electron beam with a probe diameter of 300 nm is incident on the same sample in a direction perpendicular to the sample surface. A ring-shaped diffraction pattern is confirmed from FIG. Therefore, it can be seen that the a-axis and the b-axis of the pellet included in the CAAC-OS have no orientation even by electron diffraction using an electron beam with a probe diameter of 300 nm. Note that the first ring in FIG. 33E is considered to be caused by the (010) plane and the (100) plane of the InGaZnO 4 crystal. In addition, the second ring in FIG. 33E is considered to be due to the (110) plane and the like.
また、透過型電子顕微鏡(TEM:Transmission Electron Microscope)によって、CAAC−OSの明視野像と回折パターンとの複合解析像(高分解能TEM像ともいう。)を観察すると、複数のペレットを確認することができる。一方、高分解能TEM像であってもペレット同士の境界、即ち結晶粒界(グレインバウンダリーともいう。)を明確に確認することができない場合がある。そのため、CAAC−OSは、結晶粒界に起因する電子移動度の低下が起こりにくいといえる。In addition, when a composite analysis image (also referred to as a high-resolution TEM image) of a bright field image and a diffraction pattern of a CAAC-OS is observed with a transmission electron microscope (TEM), a plurality of pellets are confirmed. Can do. On the other hand, even in a high-resolution TEM image, the boundary between pellets, that is, a crystal grain boundary (also referred to as a grain boundary) may not be clearly confirmed. Therefore, it can be said that the CAAC-OS does not easily lower the electron mobility due to the crystal grain boundary.
図34(A)に、試料面と略平行な方向から観察したCAAC−OSの断面の高分解能TEM像を示す。高分解能TEM像の観察には、球面収差補正(Spherical Aberration Corrector)機能を用いた。球面収差補正機能を用いた高分解能TEM像を、特にCs補正高分解能TEM像と呼ぶ。Cs補正高分解能TEM像は、例えば、日本電子株式会社製原子分解能分析電子顕微鏡JEM−ARM200Fなどによって観察することができる。FIG. 34A shows a high-resolution TEM image of a cross section of the CAAC-OS observed from a direction substantially parallel to the sample surface. For observation of the high-resolution TEM image, a spherical aberration correction function was used. A high-resolution TEM image using the spherical aberration correction function is particularly referred to as a Cs-corrected high-resolution TEM image. The Cs-corrected high resolution TEM image can be observed, for example, with an atomic resolution analytical electron microscope JEM-ARM200F manufactured by JEOL Ltd.
図34(A)より、金属原子が層状に配列している領域であるペレットを確認することができる。ペレット一つの大きさは1nm以上のものや、3nm以上のものがあることがわかる。したがって、ペレットを、ナノ結晶(nc:nanocrystal)と呼ぶこともできる。また、CAAC−OSを、CANC(C−Axis Aligned nanocrystals)を有する酸化物半導体と呼ぶこともできる。ペレットは、CAAC−OSの膜を被形成面または上面の凹凸を反映しており、CAAC−OSの被形成面または上面と平行となる。FIG. 34A shows a pellet that is a region where metal atoms are arranged in a layered manner. It can be seen that the size of one pellet is 1 nm or more and 3 nm or more. Therefore, the pellet can also be referred to as a nanocrystal (nc). In addition, the CAAC-OS can be referred to as an oxide semiconductor including CANC (C-Axis aligned nanocrystals). The pellet reflects the unevenness of the surface or top surface of the CAAC-OS film, and is parallel to the surface or top surface of the CAAC-OS.
また、図34(B)および図34(C)に、試料面と略垂直な方向から観察したCAAC−OSの平面のCs補正高分解能TEM像を示す。図34(D)および図34(E)は、それぞれ図34(B)および図34(C)を画像処理した像である。以下では、画像処理の方法について説明する。まず、図34(B)を高速フーリエ変換(FFT:Fast Fourier Transform)処理することでFFT像を取得する。次に、取得したFFT像において原点を基準に、2.8nm−1から5.0nm−1の間の範囲を残すマスク処理する。次に、マスク処理したFFT像を、逆高速フーリエ変換(IFFT:Inverse Fast Fourier Transform)処理することで画像処理した像を取得する。こうして取得した像をFFTフィルタリング像と呼ぶ。FFTフィルタリング像は、Cs補正高分解能TEM像から周期成分を抜き出した像であり、格子配列を示している。34B and 34C show Cs-corrected high-resolution TEM images of the plane of the CAAC-OS observed from the direction substantially perpendicular to the sample surface. FIGS. 34D and 34E are images obtained by performing image processing on FIGS. 34B and 34C, respectively. Hereinafter, an image processing method will be described. First, an FFT image is obtained by performing Fast Fourier Transform (FFT) processing on FIG. Then, relative to the origin in the FFT image acquired, for masking leaves a range between 5.0 nm -1 from 2.8 nm -1. Next, the FFT-processed mask image is subjected to an inverse fast Fourier transform (IFFT) process to obtain an image-processed image. The image acquired in this way is called an FFT filtered image. The FFT filtered image is an image obtained by extracting periodic components from the Cs-corrected high-resolution TEM image, and shows a lattice arrangement.
図34(D)では、格子配列の乱れた箇所を破線で示している。破線で囲まれた領域が、一つのペレットである。そして、破線で示した箇所がペレットとペレットとの連結部である。破線は、六角形状であるため、ペレットが六角形状であることがわかる。なお、ペレットの形状は、正六角形状とは限らず、非正六角形状である場合が多い。In FIG. 34D, the portion where the lattice arrangement is disturbed is indicated by a broken line. A region surrounded by a broken line is one pellet. And the location shown with the broken line is the connection part of a pellet and a pellet. Since the broken line has a hexagonal shape, it can be seen that the pellet has a hexagonal shape. In addition, the shape of a pellet is not necessarily a regular hexagonal shape, and is often a non-regular hexagonal shape.
図34(E)では、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点線で示し、格子配列の向きの変化を破線で示している。点線近傍においても、明確な結晶粒界を確認することはできない。点線近傍の格子点を中心に周囲の格子点を繋ぐと、歪んだ六角形が形成できる。即ち、格子配列を歪ませることによって結晶粒界の形成を抑制していることがわかる。これは、CAAC−OSが、a−b面方向において原子配列が稠密でないことや、金属元素が置換することで原子間の結合距離が変化することなどによって、歪みを許容することができるためと考えられる。In FIG. 34 (E), a portion where the orientation of the lattice arrangement changes between a region where the lattice arrangement is aligned and a region where another lattice arrangement is aligned is indicated by a dotted line, and the change in the orientation of the lattice arrangement is shown. It is indicated by a broken line. A clear crystal grain boundary cannot be confirmed even in the vicinity of the dotted line. A distorted hexagon can be formed by connecting the surrounding lattice points around the lattice points near the dotted line. That is, it can be seen that the formation of crystal grain boundaries is suppressed by distorting the lattice arrangement. This is because the CAAC-OS can tolerate distortion due to the fact that the atomic arrangement is not dense in the ab plane direction and the bond distance between atoms changes due to substitution of metal elements. Conceivable.
以上に示すように、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ペレット(ナノ結晶)が連結し、歪みを有した結晶構造となっている。よって、CAAC−OSを、CAAcrystal(c−axis−aligned a−b−plane−anchored crystal)と称することもできる。As described above, the CAAC-OS has a c-axis alignment and a crystal structure in which a plurality of pellets (nanocrystals) are connected in the ab plane direction to have a strain. Therefore, the CAAC-OS can also be referred to as CAAcrystal (c-axis-aligned a-b-plane-anchored crystal).
CAAC−OSは結晶性の高い酸化物半導体である。酸化物半導体の結晶性は不純物の混入や欠陥の生成などによって低下する場合があるため、CAAC−OSは不純物や欠陥(酸素欠損など)の少ない酸化物半導体ともいえる。The CAAC-OS is an oxide semiconductor with high crystallinity. Since the crystallinity of an oxide semiconductor may be deteriorated by entry of impurities, generation of defects, or the like, the CAAC-OS can be said to be an oxide semiconductor with few impurities and defects (such as oxygen vacancies).
なお、不純物は、酸化物半導体の主成分以外の元素で、水素、炭素、シリコン、遷移金属元素などがある。例えば、シリコンなどの、酸化物半導体を構成する金属元素よりも酸素との結合力の強い元素は、酸化物半導体から酸素を奪うことで酸化物半導体の原子配列を乱し、結晶性を低下させる要因となる。また、鉄やニッケルなどの重金属、アルゴン、二酸化炭素などは、原子半径(または分子半径)が大きいため、酸化物半導体の原子配列を乱し、結晶性を低下させる要因となる。Note that the impurity means an element other than the main components of the oxide semiconductor, such as hydrogen, carbon, silicon, or a transition metal element. For example, an element such as silicon, which has a stronger bonding force with oxygen than a metal element included in an oxide semiconductor, disturbs the atomic arrangement of the oxide semiconductor by depriving the oxide semiconductor of oxygen, thereby reducing crystallinity. It becomes a factor. In addition, heavy metals such as iron and nickel, argon, carbon dioxide, and the like have large atomic radii (or molecular radii), which disturbs the atomic arrangement of the oxide semiconductor and decreases crystallinity.
酸化物半導体が不純物や欠陥を有する場合、光や熱などによって特性が変動する場合がある。例えば、酸化物半導体に含まれる不純物は、キャリアトラップとなる場合や、キャリア発生源となる場合がある。例えば、酸化物半導体中の酸素欠損は、キャリアトラップとなる場合や、水素を捕獲することによってキャリア発生源となる場合がある。In the case where an oxide semiconductor has impurities or defects, characteristics may fluctuate due to light, heat, or the like. For example, an impurity contained in the oxide semiconductor might serve as a carrier trap or a carrier generation source. For example, oxygen vacancies in the oxide semiconductor may serve as carrier traps or may serve as carrier generation sources by capturing hydrogen.
不純物および酸素欠損の少ないCAAC−OSは、キャリア密度の低い酸化物半導体である。具体的には、8×1011個/cm3未満、好ましくは1×1011/cm3未満、さらに好ましくは1×1010個/cm3未満であり、1×10−9個/cm3以上のキャリア密度の酸化物半導体とすることができる。そのような酸化物半導体を、高純度真性または実質的に高純度真性な酸化物半導体と呼ぶ。CAAC−OSは、不純物濃度が低く、欠陥準位密度が低い。即ち、安定な特性を有する酸化物半導体であるといえる。A CAAC-OS with few impurities and oxygen vacancies is an oxide semiconductor with low carrier density. Specifically, less than 8 × 10 11 atoms / cm 3, preferably 1 × 10 11 / cm less than 3, more preferably less than 1 × 10 10 atoms /
<nc−OS>
次に、nc−OSについて説明する。<Nc-OS>
Next, the nc-OS will be described.
nc−OSをXRDによって解析した場合について説明する。例えば、nc−OSに対し、out−of−plane法による構造解析を行うと、配向性を示すピークが現れない。即ち、nc−OSの結晶は配向性を有さない。A case where the nc-OS is analyzed by XRD will be described. For example, when structural analysis is performed on the nc-OS by an out-of-plane method, a peak indicating orientation does not appear. That is, the nc-OS crystal has no orientation.
また、例えば、InGaZnO4の結晶を有するnc−OSを薄片化し、厚さが34nmの領域に対し、被形成面に平行にプローブ径が50nmの電子線を入射させると、図35(A)に示すようなリング状の回折パターン(ナノビーム電子回折パターン)が観測される。また、同じ試料にプローブ径が1nmの電子線を入射させたときの回折パターン(ナノビーム電子回折パターン)を図35(B)に示す。図35(B)より、リング状の領域内に複数のスポットが観測される。したがって、nc−OSは、プローブ径が50nmの電子線を入射させることでは秩序性が確認されないが、プローブ径が1nmの電子線を入射させることでは秩序性が確認される。For example, when an nc-OS including an InGaZnO 4 crystal is thinned and an electron beam with a probe diameter of 50 nm is incident on a region with a thickness of 34 nm parallel to the surface to be formed, FIG. A ring-shaped diffraction pattern (nanobeam electron diffraction pattern) as shown is observed. FIG. 35B shows a diffraction pattern (nanobeam electron diffraction pattern) obtained when an electron beam with a probe diameter of 1 nm is incident on the same sample. From FIG. 35B, a plurality of spots are observed in the ring-shaped region. Therefore, nc-OS does not confirm order when an electron beam with a probe diameter of 50 nm is incident, but confirms order when an electron beam with a probe diameter of 1 nm is incident.
また、厚さが10nm未満の領域に対し、プローブ径が1nmの電子線を入射させると、図35(C)に示すように、スポットが略正六角状に配置された電子回折パターンを観測される場合がある。したがって、厚さが10nm未満の範囲において、nc−OSが秩序性の高い領域、即ち結晶を有することがわかる。なお、結晶が様々な方向を向いているため、規則的な電子回折パターンが観測されない領域もある。Further, when an electron beam having a probe diameter of 1 nm is incident on a region having a thickness of less than 10 nm, an electron diffraction pattern in which spots are arranged in a substantially regular hexagonal shape is observed as shown in FIG. There is a case. Therefore, it can be seen that the nc-OS has a highly ordered region, that is, a crystal in a thickness range of less than 10 nm. Note that there are some regions where a regular electron diffraction pattern is not observed because the crystal faces in various directions.
図35(D)に、被形成面と略平行な方向から観察したnc−OSの断面のCs補正高分解能TEM像を示す。nc−OSは、高分解能TEM像において、補助線で示す箇所などのように結晶部を確認することのできる領域と、明確な結晶部を確認することのできない領域と、を有する。nc−OSに含まれる結晶部は、1nm以上10nm以下の大きさであり、特に1nm以上3nm以下の大きさであることが多い。なお、結晶部の大きさが10nmより大きく100nm以下である酸化物半導体を微結晶酸化物半導体(micro crystalline oxide semiconductor)と呼ぶことがある。nc−OSは、例えば、高分解能TEM像では、結晶粒界を明確に確認できない場合がある。なお、ナノ結晶は、CAAC−OSにおけるペレットと起源を同じくする可能性がある。そのため、以下ではnc−OSの結晶部をペレットと呼ぶ場合がある。FIG. 35D shows a Cs-corrected high-resolution TEM image of a cross section of the nc-OS observed from a direction substantially parallel to the formation surface. The nc-OS has a region in which a crystal part can be confirmed, such as a portion indicated by an auxiliary line, and a region in which a clear crystal part cannot be confirmed in a high-resolution TEM image. A crystal part included in the nc-OS has a size of 1 nm to 10 nm, particularly a size of 1 nm to 3 nm in many cases. Note that an oxide semiconductor in which the size of a crystal part is greater than 10 nm and less than or equal to 100 nm is sometimes referred to as a microcrystalline oxide semiconductor. For example, the nc-OS may not be able to clearly confirm a crystal grain boundary in a high-resolution TEM image. Note that the nanocrystal may have the same origin as the pellet in the CAAC-OS. Therefore, the crystal part of nc-OS is sometimes referred to as a pellet below.
このように、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、異なるペレット間で結晶方位に規則性が見られない。そのため、膜全体で配向性が見られない。したがって、nc−OSは、分析方法によっては、a−like OSや非晶質酸化物半導体と区別が付かない場合がある。Thus, the nc-OS has a periodicity in atomic arrangement in a minute region (for example, a region of 1 nm to 10 nm, particularly a region of 1 nm to 3 nm). In addition, the nc-OS has no regularity in crystal orientation between different pellets. Therefore, orientation is not seen in the whole film. Therefore, the nc-OS may not be distinguished from an a-like OS or an amorphous oxide semiconductor depending on an analysis method.
なお、ペレット(ナノ結晶)間で結晶方位が規則性を有さないことから、nc−OSを、RANC(Random Aligned nanocrystals)を有する酸化物半導体、またはNANC(Non−Aligned nanocrystals)を有する酸化物半導体と呼ぶこともできる。Note that since the crystal orientation is not regular between pellets (nanocrystals), nc-OS is an oxide semiconductor having RANC (Random Aligned Nanocrystals), or an oxide having NANC (Non-Aligned nanocrystals). It can also be called a semiconductor.
nc−OSは、非晶質酸化物半導体よりも規則性の高い酸化物半導体である。そのため、nc−OSは、a−like OSや非晶質酸化物半導体よりも欠陥準位密度が低くなる。ただし、nc−OSは、異なるペレット間で結晶方位に規則性が見られない。そのため、nc−OSは、CAAC−OSと比べて欠陥準位密度が高くなる。The nc-OS is an oxide semiconductor that has higher regularity than an amorphous oxide semiconductor. Therefore, the nc-OS has a lower density of defect states than an a-like OS or an amorphous oxide semiconductor. Note that the nc-OS does not have regularity in crystal orientation between different pellets. Therefore, the nc-OS has a higher density of defect states than the CAAC-OS.
<a−like OS>
a−like OSは、nc−OSと非晶質酸化物半導体との間の構造を有する酸化物半導体である。<A-like OS>
The a-like OS is an oxide semiconductor having a structure between the nc-OS and an amorphous oxide semiconductor.
図36に、a−like OSの高分解能断面TEM像を示す。ここで、図36(A)は電子照射開始時におけるa−like OSの高分解能断面TEM像である。図36(B)は4.3×108e−/nm2の電子(e−)照射後におけるa−like OSの高分解能断面TEM像である。図36(A)および図36(B)より、a−like OSは電子照射開始時から、縦方向に延伸する縞状の明領域が観察されることがわかる。また、明領域は、電子照射後に形状が変化することがわかる。なお、明領域は、鬆または低密度領域と推測される。FIG. 36 shows a high-resolution cross-sectional TEM image of the a-like OS. Here, FIG. 36A is a high-resolution cross-sectional TEM image of the a-like OS at the start of electron irradiation. FIG. 36B is a high-resolution cross-sectional TEM image of the a-like OS after irradiation with electrons (e − ) of 4.3 × 10 8 e − / nm 2 . From FIG. 36A and FIG. 36B, it can be seen that the a-like OS observes a striped bright region extending in the vertical direction from the start of electron irradiation. It can also be seen that the shape of the bright region changes after electron irradiation. The bright region is assumed to be a void or a low density region.
鬆を有するため、a−like OSは、不安定な構造である。以下では、a−like OSが、CAAC−OSおよびnc−OSと比べて不安定な構造であることを示すため、電子照射による構造の変化を示す。Since it has a void, the a-like OS has an unstable structure. Hereinafter, in order to show that the a-like OS has an unstable structure as compared with the CAAC-OS and the nc-OS, changes in the structure due to electron irradiation are shown.
試料として、a−like OS、nc−OSおよびCAAC−OSを準備する。いずれの試料もIn−Ga−Zn酸化物である。As samples, a-like OS, nc-OS, and CAAC-OS are prepared. Each sample is an In—Ga—Zn oxide.
まず、各試料の高分解能断面TEM像を取得する。高分解能断面TEM像により、各試料は、いずれも結晶部を有する。First, a high-resolution cross-sectional TEM image of each sample is acquired. Each sample has a crystal part by a high-resolution cross-sectional TEM image.
なお、InGaZnO4の結晶の単位格子は、In−O層を3層有し、またGa−Zn−O層を6層有する、計9層がc軸方向に層状に重なった構造を有することが知られている。これらの近接する層同士の間隔は、(009)面の格子面間隔(d値ともいう。)と同程度であり、結晶構造解析からその値は0.29nmと求められている。したがって、以下では、格子縞の間隔が0.28nm以上0.30nm以下である箇所を、InGaZnO4の結晶部と見なした。なお、格子縞は、InGaZnO4の結晶のa−b面に対応する。Note that a unit cell of an InGaZnO 4 crystal has a structure in which three In—O layers and six Ga—Zn—O layers have a total of nine layers stacked in the c-axis direction. Are known. The spacing between these adjacent layers is about the same as the lattice spacing (also referred to as d value) of the (009) plane, and the value is determined to be 0.29 nm from crystal structure analysis. Therefore, in the following, a portion where the interval between lattice fringes is 0.28 nm or more and 0.30 nm or less is regarded as a crystal part of InGaZnO 4 . Note that the lattice fringes correspond to the ab plane of the InGaZnO 4 crystal.
図37は、各試料の結晶部(22箇所から30箇所)の平均の大きさを調査した例である。なお、上述した格子縞の長さを結晶部の大きさとしている。図37より、a−like OSは、TEM像の取得などに係る電子の累積照射量に応じて結晶部が大きくなっていくことがわかる。図37より、TEMによる観察初期においては1.2nm程度の大きさだった結晶部(初期核ともいう。)が、電子(e−)の累積照射量が4.2×108e−/nm2においては1.9nm程度の大きさまで成長していることがわかる。一方、nc−OSおよびCAAC−OSは、電子照射開始時から電子の累積照射量が4.2×108e−/nm2までの範囲で、結晶部の大きさに変化が見られないことがわかる。図37より、電子の累積照射量によらず、nc−OSおよびCAAC−OSの結晶部の大きさは、それぞれ1.3nm程度および1.8nm程度であることがわかる。なお、電子線照射およびTEMの観察は、日立透過電子顕微鏡H−9000NARを用いた。電子線照射条件は、加速電圧を300kV、電流密度を6.7×105e−/(nm2・s)、照射領域の直径を230nmとした。FIG. 37 shows an example in which the average size of the crystal parts (22 to 30 locations) of each sample was investigated. Note that the length of the lattice stripes described above is the size of the crystal part. From FIG. 37, it can be seen that in the a-like OS, the crystal part becomes larger in accordance with the cumulative dose of electrons related to the acquisition of the TEM image and the like. From FIG. 37, the crystal part (also referred to as the initial nucleus), which was about 1.2 nm in the initial observation by TEM, has a cumulative electron (e − ) irradiation dose of 4.2 × 10 8 e − / nm. In FIG. 2 , it can be seen that the crystal has grown to a size of about 1.9 nm. On the other hand, in the nc-OS and the CAAC-OS, there is no change in the size of the crystal part in the range of the cumulative electron dose from the start of electron irradiation to 4.2 × 10 8 e − / nm 2. I understand. FIG. 37 indicates that the crystal part sizes of the nc-OS and the CAAC-OS are approximately 1.3 nm and 1.8 nm, respectively, regardless of the cumulative electron dose. Note that a Hitachi transmission electron microscope H-9000NAR was used for electron beam irradiation and TEM observation. The electron beam irradiation conditions were an acceleration voltage of 300 kV, a current density of 6.7 × 10 5 e − / (nm 2 · s), and an irradiation region diameter of 230 nm.
このように、a−like OSは、電子照射によって結晶部の成長が見られる場合がある。一方、nc−OSおよびCAAC−OSは、電子照射による結晶部の成長がほとんど見られない。即ち、a−like OSは、nc−OSおよびCAAC−OSと比べて、不安定な構造であることがわかる。As described above, in the a-like OS, a crystal part may be grown by electron irradiation. On the other hand, in the nc-OS and the CAAC-OS, the crystal part is hardly grown by electron irradiation. That is, it can be seen that the a-like OS has an unstable structure compared to the nc-OS and the CAAC-OS.
また、鬆を有するため、a−like OSは、nc−OSおよびCAAC−OSと比べて密度の低い構造である。具体的には、a−like OSの密度は、同じ組成の単結晶の密度の78.6%以上92.3%未満である。また、nc−OSの密度およびCAAC−OSの密度は、同じ組成の単結晶の密度の92.3%以上100%未満である。単結晶の密度の78%未満である酸化物半導体は、成膜すること自体が困難である。In addition, since it has a void, the a-like OS has a lower density than the nc-OS and the CAAC-OS. Specifically, the density of the a-like OS is 78.6% or more and less than 92.3% of the density of the single crystal having the same composition. Further, the density of the nc-OS and the density of the CAAC-OS are 92.3% or more and less than 100% of the density of the single crystal having the same composition. An oxide semiconductor having a density of less than 78% of the single crystal is difficult to form.
例えば、In:Ga:Zn=1:1:1[原子数比]を満たす酸化物半導体において、菱面体晶構造を有する単結晶InGaZnO4の密度は6.357g/cm3である。よって、例えば、In:Ga:Zn=1:1:1[原子数比]を満たす酸化物半導体において、a−like OSの密度は5.0g/cm3以上5.9g/cm3未満である。また、例えば、In:Ga:Zn=1:1:1[原子数比]を満たす酸化物半導体において、nc−OSの密度およびCAAC−OSの密度は5.9g/cm3以上6.3g/cm3未満である。For example, in an oxide semiconductor satisfying In: Ga: Zn = 1: 1: 1 [atomic ratio], the density of single crystal InGaZnO 4 having a rhombohedral structure is 6.357 g / cm 3 . Thus, for example, in an oxide semiconductor that satisfies In: Ga: Zn = 1: 1: 1 [atomic ratio], the density of a-like OS is 5.0 g / cm 3 or more and less than 5.9 g / cm 3. . For example, in the oxide semiconductor satisfying In: Ga: Zn = 1: 1: 1 [atomic ratio], the density of the nc-OS and the density of the CAAC-OS is 5.9 g / cm 3 or more and 6.3 g / less than cm 3 .
なお、同じ組成の単結晶が存在しない場合、任意の割合で組成の異なる単結晶を組み合わせることにより、所望の組成における単結晶に相当する密度を見積もることができる。所望の組成の単結晶に相当する密度は、組成の異なる単結晶を組み合わせる割合に対して、加重平均を用いて見積もればよい。ただし、密度は、可能な限り少ない種類の単結晶を組み合わせて見積もることが好ましい。Note that when single crystals having the same composition do not exist, it is possible to estimate a density corresponding to a single crystal having a desired composition by combining single crystals having different compositions at an arbitrary ratio. What is necessary is just to estimate the density corresponding to the single crystal of a desired composition using a weighted average with respect to the ratio which combines the single crystal from which a composition differs. However, the density is preferably estimated by combining as few kinds of single crystals as possible.
以上のように、酸化物半導体は、様々な構造をとり、それぞれが様々な特性を有する。なお、酸化物半導体は、例えば、非晶質酸化物半導体、a−like OS、nc−OS、CAAC−OSのうち、二種以上を有する積層膜であってもよい。As described above, oxide semiconductors have various structures and various properties. Note that the oxide semiconductor may be a stacked film including two or more of an amorphous oxide semiconductor, an a-like OS, an nc-OS, and a CAAC-OS, for example.
(実施の形態8)
本実施の形態においては、本発明の一態様に係るトランジスタや上述した記憶装置などの半導体装置を含むCPUの一例について説明する。(Embodiment 8)
In this embodiment, an example of a CPU including a transistor according to one embodiment of the present invention and a semiconductor device such as the memory device described above will be described.
<CPUの構成>
図38は、上述したトランジスタを一部に用いたCPUの一例の構成を示すブロック図である。<Configuration of CPU>
FIG. 38 is a block diagram illustrating a configuration example of a CPU in which some of the transistors described above are used.
図38に示すCPUは、基板1190上に、ALU1191(ALU:Arithmetic logic unit、演算回路)、ALUコントローラ1192、インストラクションデコーダ1193、インタラプトコントローラ1194、タイミングコントローラ1195、レジスタ1196、レジスタコントローラ1197、バスインターフェース1198、書き換え可能なROM1199、およびROMインターフェース1189を有している。基板1190は、半導体基板、SOI基板、ガラス基板などを用いる。ROM1199およびROMインターフェース1189は、別チップに設けてもよい。もちろん、図38に示すCPUは、その構成を簡略化して示した一例にすぎず、実際のCPUはその用途によって多種多様な構成を有している。例えば、図38に示すCPUまたは演算回路を含む構成を一つのコアとし、当該コアを複数含み、それぞれのコアが並列で動作するような構成としてもよい。また、CPUが内部演算回路やデータバスで扱えるビット数は、例えば8ビット、16ビット、32ビット、64ビットなどとすることができる。38 includes an ALU 1191 (ALU: arithmetic logic unit), an
バスインターフェース1198を介してCPUに入力された命令は、インストラクションデコーダ1193に入力され、デコードされた後、ALUコントローラ1192、インタラプトコントローラ1194、レジスタコントローラ1197、タイミングコントローラ1195に入力される。Instructions input to the CPU via the
ALUコントローラ1192、インタラプトコントローラ1194、レジスタコントローラ1197、タイミングコントローラ1195は、デコードされた命令に基づき、各種制御を行なう。具体的にALUコントローラ1192は、ALU1191の動作を制御するための信号を生成する。また、インタラプトコントローラ1194は、CPUのプログラム実行中に、外部の入出力装置や、周辺回路からの割り込み要求を、その優先度やマスク状態から判断し、処理する。レジスタコントローラ1197は、レジスタ1196のアドレスを生成し、CPUの状態に応じてレジスタ1196の読み出しや書き込みを行なう。The
また、タイミングコントローラ1195は、ALU1191、ALUコントローラ1192、インストラクションデコーダ1193、インタラプトコントローラ1194、およびレジスタコントローラ1197の動作のタイミングを制御する信号を生成する。例えばタイミングコントローラ1195は、基準クロック信号を元に、内部クロック信号を生成する内部クロック生成部を備えており、内部クロック信号を上記各種回路に供給する。In addition, the
図38に示すCPUでは、レジスタ1196に、メモリセルが設けられている。レジスタ1196のメモリセルとして、上述したトランジスタや記憶装置などを用いることができる。In the CPU illustrated in FIG. 38, a memory cell is provided in the
図38に示すCPUにおいて、レジスタコントローラ1197は、ALU1191からの指示に従い、レジスタ1196における保持動作の選択を行う。即ち、レジスタ1196が有するメモリセルにおいて、フリップフロップによるデータの保持を行うか、容量素子によるデータの保持を行うかを、選択する。フリップフロップによるデータの保持が選択されている場合、レジスタ1196内のメモリセルへの、電源電圧の供給が行われる。容量素子におけるデータの保持が選択されている場合、容量素子へのデータの書き換えが行われ、レジスタ1196内のメモリセルへの電源電圧の供給を停止することができる。In the CPU shown in FIG. 38, the
図39は、レジスタ1196として用いることのできる記憶素子1200の回路図の一例である。記憶素子1200は、電源遮断で記憶データが揮発する回路1201と、電源遮断で記憶データが揮発しない回路1202と、スイッチ1203と、スイッチ1204と、論理素子1206と、容量素子1207と、選択機能を有する回路1220と、を有する。回路1202は、容量素子1208と、トランジスタ1209と、トランジスタ1210と、を有する。なお、記憶素子1200は、必要に応じて、ダイオード、抵抗素子、インダクタなどのその他の素子をさらに有していてもよい。FIG. 39 is an example of a circuit diagram of a
ここで、回路1202には、上述した記憶装置を用いることができる。記憶素子1200への電源電圧の供給が停止した際、回路1202のトランジスタ1209のゲートにはGND(0V)、またはトランジスタ1209がオフする電位が入力され続ける構成とする。例えば、トランジスタ1209のゲートが抵抗等の負荷を介して接地される構成とする。Here, the memory device described above can be used for the
スイッチ1203は、一導電型(例えば、nチャネル型)のトランジスタ1213を用いて構成され、スイッチ1204は、一導電型とは逆の導電型(例えば、pチャネル型)のトランジスタ1214を用いて構成した例を示す。ここで、スイッチ1203の第1の端子はトランジスタ1213のソースとドレインの一方に対応し、スイッチ1203の第2の端子はトランジスタ1213のソースとドレインの他方に対応し、スイッチ1203はトランジスタ1213のゲートに入力される制御信号RDによって、第1の端子と第2の端子の間の導通または非導通(つまり、トランジスタ1213の導通状態または非導通状態)が選択される。スイッチ1204の第1の端子はトランジスタ1214のソースとドレインの一方に対応し、スイッチ1204の第2の端子はトランジスタ1214のソースとドレインの他方に対応し、スイッチ1204はトランジスタ1214のゲートに入力される制御信号RDによって、第1の端子と第2の端子の間の導通または非導通(つまり、トランジスタ1214の導通状態または非導通状態)が選択される。The
トランジスタ1209のソースとドレインの一方は、容量素子1208の一対の電極のうちの一方、およびトランジスタ1210のゲートと電気的に接続される。ここで、接続部分をノードM2とする。トランジスタ1210のソースとドレインの一方は、低電源電位を供給することのできる配線(例えばGND線)に電気的に接続され、他方は、スイッチ1203の第1の端子(トランジスタ1213のソースとドレインの一方)と電気的に接続される。スイッチ1203の第2の端子(トランジスタ1213のソースとドレインの他方)はスイッチ1204の第1の端子(トランジスタ1214のソースとドレインの一方)と電気的に接続される。スイッチ1204の第2の端子(トランジスタ1214のソースとドレインの他方)は電源電位VDDを供給することのできる配線と電気的に接続される。スイッチ1203の第2の端子(トランジスタ1213のソースとドレインの他方)と、スイッチ1204の第1の端子(トランジスタ1214のソースとドレインの一方)と、論理素子1206の入力端子と、容量素子1207の一対の電極のうちの一方と、は電気的に接続される。ここで、接続部分をノードM1とする。容量素子1207の一対の電極のうちの他方は、一定の電位が入力される構成とすることができる。例えば、低電源電位(GND等)または高電源電位(VDD等)が入力される構成とすることができる。容量素子1207の一対の電極のうちの他方は、低電源電位を供給することのできる配線(例えばGND線)と電気的に接続される。容量素子1208の一対の電極のうちの他方は、一定の電位が入力される構成とすることができる。例えば、低電源電位(GND等)または高電源電位(VDD等)が入力される構成とすることができる。容量素子1208の一対の電極のうちの他方は、低電源電位を供給することのできる配線(例えばGND線)と電気的に接続される。One of a source and a drain of the
なお、容量素子1207および容量素子1208は、トランジスタや配線の寄生容量等を積極的に利用することによって省略することも可能である。Note that the
トランジスタ1209のゲートには、制御信号WEが入力される。スイッチ1203およびスイッチ1204は、制御信号WEとは異なる制御信号RDによって第1の端子と第2の端子の間の導通状態または非導通状態を選択され、一方のスイッチの第1の端子と第2の端子の間が導通状態のとき他方のスイッチの第1の端子と第2の端子の間は非導通状態となる。A control signal WE is input to the gate of the
トランジスタ1209のソースとドレインの他方には、回路1201に保持されたデータに対応する信号が入力される。図39では、回路1201から出力された信号が、トランジスタ1209のソースとドレインの他方に入力される例を示した。スイッチ1203の第2の端子(トランジスタ1213のソースとドレインの他方)から出力される信号は、論理素子1206によってその論理値が反転された反転信号となり、回路1220を介して回路1201に入力される。A signal corresponding to data held in the
なお、図39では、スイッチ1203の第2の端子(トランジスタ1213のソースとドレインの他方)から出力される信号は、論理素子1206および回路1220を介して回路1201に入力する例を示したがこれに限定されない。スイッチ1203の第2の端子(トランジスタ1213のソースとドレインの他方)から出力される信号が、論理値を反転させられることなく、回路1201に入力されてもよい。例えば、回路1201内に、入力端子から入力された信号の論理値が反転した信号が保持されるノードが存在する場合に、スイッチ1203の第2の端子(トランジスタ1213のソースとドレインの他方)から出力される信号を当該ノードに入力することができる。Note that FIG. 39 illustrates an example in which a signal output from the second terminal of the switch 1203 (the other of the source and the drain of the transistor 1213) is input to the
また、図39において、記憶素子1200に用いられるトランジスタのうち、トランジスタ1209以外のトランジスタは、酸化物半導体以外の半導体でなる膜または基板1190にチャネルが形成されるトランジスタとすることができる。例えば、シリコン膜またはシリコン基板にチャネルが形成されるトランジスタとすることができる。また、記憶素子1200に用いられるトランジスタ全てを、チャネルが酸化物半導体で形成されるトランジスタとすることもできる。または、記憶素子1200は、トランジスタ1209以外にも、チャネルが酸化物半導体で形成されるトランジスタを含んでいてもよく、残りのトランジスタは酸化物半導体以外の半導体でなる層または基板1190にチャネルが形成されるトランジスタとすることもできる。In FIG. 39, among the transistors used for the
図39における回路1201には、例えばフリップフロップ回路を用いることができる。また、論理素子1206としては、例えばインバータやクロックドインバータ等を用いることができる。As the
本発明の一態様に係る半導体装置では、記憶素子1200に電源電圧が供給されない間は、回路1201に記憶されていたデータを、回路1202に設けられた容量素子1208によって保持することができる。In the semiconductor device according to one embodiment of the present invention, data stored in the
また、酸化物半導体にチャネルが形成されるトランジスタはオフ電流が極めて小さい。例えば、酸化物半導体にチャネルが形成されるトランジスタのオフ電流は、結晶性を有するシリコンにチャネルが形成されるトランジスタのオフ電流に比べて著しく低い。そのため、当該トランジスタをトランジスタ1209として用いることによって、記憶素子1200に電源電圧が供給されない間も容量素子1208に保持された信号は長期間にわたり保たれる。こうして、記憶素子1200は電源電圧の供給が停止した間も記憶内容(データ)を保持することが可能である。In addition, a transistor in which a channel is formed in an oxide semiconductor has extremely low off-state current. For example, the off-state current of a transistor in which a channel is formed in an oxide semiconductor is significantly lower than the off-state current of a transistor in which a channel is formed in crystalline silicon. Therefore, by using the transistor as the
また、スイッチ1203およびスイッチ1204を設けることによって、プリチャージ動作を行うことを特徴とする記憶素子であるため、電源電圧供給再開後に、回路1201が元のデータを保持しなおすまでの時間を短くすることができる。Further, by providing the
また、回路1202において、容量素子1208によって保持された信号はトランジスタ1210のゲートに入力される。そのため、記憶素子1200への電源電圧の供給が再開された後、容量素子1208によって保持された信号を、トランジスタ1210の状態(導通状態、または非導通状態)に変換して、回路1202から読み出すことができる。それ故、容量素子1208に保持された信号に対応する電位が多少変動していても、元の信号を正確に読み出すことが可能である。In the
このような記憶素子1200を、プロセッサが有するレジスタやキャッシュメモリなどの記憶装置に用いることで、電源電圧の供給停止による記憶装置内のデータの消失を防ぐことができる。また、電源電圧の供給を再開した後、短時間で電源供給停止前の状態に復帰することができる。よって、プロセッサ全体、もしくはプロセッサを構成する一つ、または複数の論理回路において、短い時間でも電源停止を行うことができるため、消費電力を抑えることができる。By using such a
記憶素子1200をCPUに用いる例として説明したが、記憶素子1200は、DSP(Digital Signal Processor)、カスタムLSI等のLSI、RF(Radio Frequency)デバイスにも応用可能である。また、FPGA(Field Programmable Gate Array)やCPLD(Complex PLD)などのプログラマブル論理回路(PLD:Programmable Logic Device)等のLSI、RF(Radio Frequency)デバイスにも応用可能である。Although the
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 described in this embodiment can be combined as appropriate with any of the structures described in the other embodiments.
(実施の形態9)
本実施の形態においては、本発明の一態様に係るトランジスタなどを利用した電子機器について説明する。(Embodiment 9)
In this embodiment, electronic devices using a transistor or the like according to one embodiment of the present invention will be described.
<電子機器>
本発明の一態様に係る半導体装置は、表示機器、パーソナルコンピュータ、記録媒体を備えた画像再生装置(代表的にはDVD:Digital Versatile Disc等の記録媒体を再生し、その画像を表示しうるディスプレイを有する装置)に用いることができる。その他に、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電子機器として、携帯電話、携帯型を含むゲーム機、携帯データ端末、電子書籍端末、ビデオカメラ、デジタルスチルカメラ等のカメラ、ゴーグル型ディスプレイ(ヘッドマウントディスプレイ)、ナビゲーションシステム、音響再生装置(カーオーディオ、デジタルオーディオプレイヤー等)、複写機、ファクシミリ、プリンタ、プリンタ複合機、現金自動預け入れ払い機(ATM)、自動販売機などが挙げられる。これら電子機器の具体例を図40に示す。<Electronic equipment>
A semiconductor device according to one embodiment of the present invention includes a display device, a personal computer, and an image reproducing device including a recording medium (typically a display that can reproduce a recording medium such as a DVD: Digital Versatile Disc and display the image) Device). In addition, as an electronic device in which the semiconductor device according to one embodiment of the present invention can be used, a mobile phone, a game machine including a portable type, a portable data terminal, an electronic book terminal, a video camera, a digital still camera, or the like, goggles Type displays (head-mounted displays), navigation systems, sound playback devices (car audio, digital audio players, etc.), copiers, facsimiles, printers, multifunction printers, automated teller machines (ATMs), vending machines, etc. It is done. Specific examples of these electronic devices are shown in FIGS.
図40(A)は携帯型ゲーム機であり、筐体901、筐体902、表示部903、表示部904、マイクロフォン905、スピーカー906、操作キー907、スタイラス908等を有する。なお、図40(A)に示した携帯型ゲーム機は、2つの表示部903と表示部904とを有しているが、携帯型ゲーム機が有する表示部の数は、これに限定されない。FIG. 40A illustrates a portable game machine including a
図40(B)は携帯データ端末であり、第1筐体911、第2筐体912、第1表示部913、第2表示部914、接続部915、操作キー916等を有する。第1表示部913は第1筐体911に設けられており、第2表示部914は第2筐体912に設けられている。そして、第1筐体911と第2筐体912とは、接続部915により接続されており、第1筐体911と第2筐体912の間の角度は、接続部915により変更が可能である。第1表示部913における映像を、接続部915における第1筐体911と第2筐体912との間の角度にしたがって、切り替える構成としてもよい。また、第1表示部913および第2表示部914の少なくとも一方に、位置入力装置としての機能が付加された表示装置を用いるようにしてもよい。なお、位置入力装置としての機能は、表示装置にタッチパネルを設けることで付加することができる。または、位置入力装置としての機能は、フォトセンサとも呼ばれる光電変換素子を表示装置の画素部に設けることでも、付加することができる。FIG. 40B illustrates a portable data terminal, which includes a
図40(C)はノート型パーソナルコンピュータであり、筐体921、表示部922、キーボード923、ポインティングデバイス924等を有する。FIG. 40C illustrates a laptop personal computer, which includes a
図40(D)は電気冷凍冷蔵庫であり、筐体931、冷蔵室用扉932、冷凍室用扉933等を有する。FIG. 40D illustrates an electric refrigerator-freezer, which includes a
図40(E)はビデオカメラであり、第1筐体941、第2筐体942、表示部943、操作キー944、レンズ945、接続部946等を有する。操作キー944およびレンズ945は第1筐体941に設けられており、表示部943は第2筐体942に設けられている。そして、第1筐体941と第2筐体942とは、接続部946により接続されており、第1筐体941と第2筐体942の間の角度は、接続部946により変更が可能である。表示部943における映像を、接続部946における第1筐体941と第2筐体942との間の角度にしたがって切り替える構成としてもよい。FIG. 40E illustrates a video camera, which includes a
図40(F)は乗用車であり、車体951、車輪952、ダッシュボード953、ライト954等を有する。FIG. 40F illustrates a passenger car that includes a
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 described in this embodiment can be combined as appropriate with any of the structures described in the other embodiments.
なお、以上の実施の形態において、本発明の一態様について述べた。ただし、本発明の一態様は、これらに限定されない。つまり、本実施の形態などでは、様々な発明の態様が記載されているため、本発明の一態様は、特定の態様に限定されない。例えば、本発明の一態様として、トランジスタのチャネル形成領域、ソース領域、ドレイン領域などが、酸化物半導体を有する場合の例を示したが、本発明の一態様は、これに限定されない。場合によっては、または、状況に応じて、本発明の一態様における様々なトランジスタ、トランジスタのチャネル形成領域、または、トランジスタのソース領域、ドレイン領域などは、様々な半導体を有していてもよい。場合によっては、または、状況に応じて、本発明の一態様における様々なトランジスタ、トランジスタのチャネル形成領域、または、トランジスタのソース領域、ドレイン領域などは、例えば、シリコン、ゲルマニウム、シリコンゲルマニウム、炭化シリコン、ガリウムヒ素、アルミニウムガリウムヒ素、インジウムリン、窒化ガリウム、または、有機半導体などの少なくとも一つを有していてもよい。または例えば、場合によっては、または、状況に応じて、本発明の一態様における様々なトランジスタ、トランジスタのチャネル形成領域、または、トランジスタのソース領域、ドレイン領域などは、酸化物半導体を有していなくてもよい。Note that one embodiment of the present invention has been described in the above embodiment. Note that one embodiment of the present invention is not limited thereto. In other words, in the present embodiment and the like, various aspects of the invention are described, and thus one embodiment of the present invention is not limited to a particular embodiment. For example, although an example in which the channel formation region, the source region, the drain region, and the like of the transistor include an oxide semiconductor is described as one embodiment of the present invention, one embodiment of the present invention is not limited thereto. In some cases or depending on circumstances, various transistors in one embodiment of the present invention, a channel formation region of the transistor, a source region, a drain region, and the like of the transistor may include various semiconductors. Depending on circumstances or circumstances, various transistors in one embodiment of the present invention, a channel formation region of the transistor, a source region, a drain region, and the like of the transistor can be formed using, for example, silicon, germanium, silicon germanium, or silicon carbide. Gallium arsenide, aluminum gallium arsenide, indium phosphide, gallium nitride, or an organic semiconductor may be included. Alternatively, for example, depending on circumstances or circumstances, various transistors, channel formation regions of the transistors, source regions and drain regions of the transistors do not include an oxide semiconductor in one embodiment of the present invention. May be.
1 構造
2 構造
3 構造
4 構造
5 構造
6 構造
9 計
11 領域
100 トランジスタ
101 構造体
102 構造体
104a 導電体
110 絶縁体
111 絶縁体
112 絶縁体
120 絶縁体
130 酸化物
130a 酸化物
130A 酸化物
130b 酸化物
130B 酸化物
130c 酸化物
130C 酸化物
131a 酸化物
131b 酸化物
132a 酸化物
132b 酸化物
140 導電体
140a 導電体
140A 導電体
140b 導電体
140B 導電体
141 導電体
142 導電体
150 絶縁体
150A 絶縁体
156 導電体
160 導電体
160A 導電体
165 導電体
180 絶縁体
180A 絶縁体
181 絶縁体
182 絶縁体
191 マスク
192 マスク
193 マスク
194 マスク
195 マスク
196 マスク
197 マスク
199 階層
200 トランジスタ
201 半導体基板
210 領域
240a 領域
240b 領域
250 絶縁体
255 絶縁体
260 導電体
280 絶縁体
281 絶縁体
282 絶縁体
291 マスク
299 階層
301 導電体
302 導電体
303 導電体
304 導電体
307 導電体
308 導電体
310 配線
311 導電体
312 導電体
313 導電体
316 導電体
320 配線
321 導電体
330 配線
331 導電体
332 導電体
333 導電体
336 導電体
340 配線
350 配線
351 導電体
352 導電体
353 導電体
356 導電体
360 絶縁体
399 階層
901 筐体
902 筐体
903 表示部
904 表示部
905 マイクロフォン
906 スピーカー
907 操作キー
908 スタイラス
911 筐体
912 筐体
913 表示部
914 表示部
915 接続部
916 操作キー
921 筐体
922 表示部
923 キーボード
924 ポインティングデバイス
931 筐体
932 冷蔵室用扉
933 冷凍室用扉
941 筐体
942 筐体
943 表示部
944 操作キー
945 レンズ
946 接続部
951 車体
952 車輪
953 ダッシュボード
954 ライト
1189 ROMインターフェース
1190 基板
1191 ALU
1192 ALUコントローラ
1193 インストラクションデコーダ
1194 インタラプトコントローラ
1195 タイミングコントローラ
1196 レジスタ
1197 レジスタコントローラ
1198 バスインターフェース
1199 ROM
1200 記憶素子
1201 回路
1202 回路
1203 スイッチ
1204 スイッチ
1206 論理素子
1207 容量素子
1208 容量素子
1209 トランジスタ
1210 トランジスタ
1213 トランジスタ
1214 トランジスタ
1220 回路1 Structure 2 Structure 3 Structure 4 Structure 5 Structure 6 Structure 9 Total 11 Region 100 Transistor 101 Structure 102 Structure 104a Conductor 110 Insulator 111 Insulator 112 Insulator 120 Insulator 130 Oxide 130a Oxide 130A Oxide 130b Oxidation 130b Oxidation 130B oxide 130c oxide 130C oxide 131a oxide 131b oxide 132a oxide 132b oxide 140 conductor 140a conductor 140A conductor 140b conductor 140B conductor 141 conductor 142 conductor 150 insulator 150A insulator 156 Conductor 160 Conductor 160A Conductor 165 Conductor 180 Insulator 180A Insulator 181 Insulator 182 Insulator 191 Mask 192 Mask 193 Mask 194 Mask 195 Mask 196 Mask 197 Mask 199 Layer 200 Transition 201 Semiconductor substrate 210 Region 240a Region 240b Region 250 Insulator 255 Insulator 260 Conductor 280 Insulator 281 Insulator 282 Insulator 291 Mask 299 Hierarchy 301 Conductor 302 Conductor 303 Conductor 304 Conductor 307 Conductor 308 Conductor 310 wiring 311 conductor 312 conductor 313 conductor 316 conductor 320 wiring 321 conductor 330 wiring 331 conductor 332 conductor 333 conductor 336 conductor 340 wiring 350 wiring 351 conductor 352 conductor 353 conductor 356 conductor 360 Insulator 399 Hierarchy 901 Case 902 Case 903 Display portion 904 Display portion 905 Microphone 906 Speaker 907 Operation key 908 Stylus 911 Case 912 Case 913 Display portion 914 Display portion 915 Connection portion 916 Operation key 92 Enclosure 922 Display unit 923 Keyboard 924 Pointing device 931 Enclosure 932 Refrigeration room door 933 Freezer compartment door 941 Enclosure 942 Enclosure 943 Display unit 944 Operation key 945 Lens 946 Connection unit 951 Car body 952 Wheel 953 Dashboard 954 Light 1189 ROM interface 1190 board 1191 ALU
1192
1200
Claims (6)
前記第1のトランジスタは、第1の端子、第2の端子、および第1のゲート端子を有し、
前記第2のトランジスタは、第3の端子、第4の端子、および第2のゲート端子を有し、
前記第1の端子は、前記第1の導電体、前記第3の端子、および前記第4の導電体を介して、前記第1の配線と電気的に接続し、
前記第2の端子は、前記第2の導電体、および前記第5の導電体を介して、前記第2の配線と電気的に接続し、
前記第1のゲート端子は、前記第3の導電体、前記第6の導電体、および前記第3の配線を介して、前記第2のゲート端子と電気的に接続し、
前記第1の導電体は、前記第1の端子上に配置され、
前記第3の端子は、前記第1の導電体上に配置され、
前記第4の導電体は、前記第3の端子を貫通し、前記第1の導電体上に配置され、
前記第1の配線は、前記第4の導電体上に配置され、
前記第2の導電体は、前記第2の端子上に配置され、
前記第5の導電体は、前記第2の導電体上に配置され、
前記第2の配線は、前記第5の導電体上に配置され、
前記第3の導電体は、前記第1のゲート配線上に配置され、
前記第6の導電体は、前記第3の導電体上に配置され、
前記第3の配線は、前記第6の導電体上に配置されていることを特徴とする半導体装置。A first transistor, a second transistor, a first wiring, a second wiring, a third wiring, a first conductor, a second conductor, and a third conductor; , A fourth conductor, a fifth conductor, and a sixth conductor,
The first transistor has a first terminal, a second terminal, and a first gate terminal;
The second transistor has a third terminal, a fourth terminal, and a second gate terminal;
The first terminal is electrically connected to the first wiring through the first conductor, the third terminal, and the fourth conductor;
The second terminal is electrically connected to the second wiring through the second conductor and the fifth conductor,
The first gate terminal is electrically connected to the second gate terminal via the third conductor, the sixth conductor, and the third wiring;
The first conductor is disposed on the first terminal;
The third terminal is disposed on the first conductor;
The fourth conductor passes through the third terminal and is disposed on the first conductor;
The first wiring is disposed on the fourth conductor;
The second conductor is disposed on the second terminal;
The fifth conductor is disposed on the second conductor;
The second wiring is disposed on the fifth conductor;
The third conductor is disposed on the first gate wiring;
The sixth conductor is disposed on the third conductor;
The semiconductor device, wherein the third wiring is disposed on the sixth conductor.
前記第1のトランジスタは、第1の端子、第2の端子、および第1のゲート端子を有し、
前記第2のトランジスタは、第3の端子、第4の端子、および第2のゲート端子を有し、
前記第1の端子は、前記第1の導電体、前記第3の端子、および前記第4の導電体を介して、前記第1の配線と電気的に接続し、
前記第2の端子は、前記第2の導電体、および前記第5の導電体を介して、前記第2の配線と電気的に接続し、
前記第1のゲート端子は、前記第3の導電体、前記第6の導電体、および前記第3の配線を介して、前記第2のゲート端子と電気的に接続し、
前記第1の導電体は、前記第1の端子上に配置され、
前記第3の端子は、前記第1の導電体上に配置され、
前記第4の導電体は、前記第3の端子を貫通し、前記第1の導電体上に配置され、
前記第1の配線は、前記第4の導電体上に配置され、
前記第2の導電体は、前記第2の端子上に配置され、
前記第5の導電体は、前記第1の構造体を貫通し、前記第2の導電体上に配置され、
前記第2の配線は、前記第5の導電体および前記第1の構造体上に配置され、
前記第3の導電体は、前記第1のゲート配線上に配置され、
前記第6の導電体は、前記第2の構造体を貫通し、前記第3の導電体上に配置され、
前記第3の配線は、前記第6の導電体および前記第2の構造体上に配置されていることを特徴とする半導体装置。A first transistor, a second transistor, a first wiring, a second wiring, a third wiring, a first conductor, a second conductor, and a third conductor; , A fourth conductor, a fifth conductor, a sixth conductor, a first structure, and a second structure,
The first transistor has a first terminal, a second terminal, and a first gate terminal;
The second transistor has a third terminal, a fourth terminal, and a second gate terminal;
The first terminal is electrically connected to the first wiring through the first conductor, the third terminal, and the fourth conductor;
The second terminal is electrically connected to the second wiring through the second conductor and the fifth conductor,
The first gate terminal is electrically connected to the second gate terminal via the third conductor, the sixth conductor, and the third wiring;
The first conductor is disposed on the first terminal;
The third terminal is disposed on the first conductor;
The fourth conductor passes through the third terminal and is disposed on the first conductor;
The first wiring is disposed on the fourth conductor;
The second conductor is disposed on the second terminal;
The fifth conductor penetrates the first structure and is disposed on the second conductor;
The second wiring is disposed on the fifth conductor and the first structure,
The third conductor is disposed on the first gate wiring;
The sixth conductor penetrates the second structure and is disposed on the third conductor;
The semiconductor device, wherein the third wiring is disposed on the sixth conductor and the second structure.
前記第1のトランジスタは、第1の端子、第2の端子、および第1のゲート端子を有し、
前記第2のトランジスタは、第3の端子、第4の端子、および第2のゲート端子を有し、
前記第1の端子は、前記第1の導電体、前記第3の端子、および前記第4の導電体を介して、前記第1の配線と電気的に接続し、
前記第2の端子は、前記第2の導電体、および前記第5の導電体を介して、前記第2の配線と電気的に接続し、
前記第1のゲート端子は、前記第3の導電体、前記第6の導電体、および前記第3の配線を介して、前記第2のゲート端子と電気的に接続し、
前記第1の導電体は、前記第1の端子上に配置され、
前記第4の導電体は、前記第3の端子を貫通し、前記第1の導電体上に配置され、
前記第1の配線は、前記第4の導電体の側面と接し、
前記第2の導電体は、前記第2の端子上に配置され、
前記第5の導電体は、前記第1の構造体を貫通し、前記第2の導電体上に配置され、
前記第2の配線は、前記第5の導電体の側面と接し、
前記第2の配線は、前記第1の構造体上に配置され、
前記第3の導電体は、前記第1のゲート配線上に配置され、
前記第6の導電体は、前記第2の構造体を貫通し、前記第3の導電体上に配置され、
前記第3の配線は、前記第6の導電体の側面と接し、
前記第2の配線は、前記第2の構造体上に配置されていることを特徴とする半導体装置。A first transistor, a second transistor, a first wiring, a second wiring, a third wiring, a first conductor, a second conductor, and a third conductor; , A fourth conductor, a fifth conductor, a sixth conductor, a first structure, and a second structure,
The first transistor has a first terminal, a second terminal, and a first gate terminal;
The second transistor has a third terminal, a fourth terminal, and a second gate terminal;
The first terminal is electrically connected to the first wiring through the first conductor, the third terminal, and the fourth conductor;
The second terminal is electrically connected to the second wiring through the second conductor and the fifth conductor,
The first gate terminal is electrically connected to the second gate terminal via the third conductor, the sixth conductor, and the third wiring;
The first conductor is disposed on the first terminal;
The fourth conductor passes through the third terminal and is disposed on the first conductor;
The first wiring is in contact with a side surface of the fourth conductor;
The second conductor is disposed on the second terminal;
The fifth conductor penetrates the first structure and is disposed on the second conductor;
The second wiring is in contact with a side surface of the fifth conductor;
The second wiring is disposed on the first structure,
The third conductor is disposed on the first gate wiring;
The sixth conductor penetrates the second structure and is disposed on the third conductor;
The third wiring is in contact with a side surface of the sixth conductor;
The semiconductor device, wherein the second wiring is disposed on the second structure.
前記第1の構造体は、第1の酸化物と、第6の導電体を有し、
前記第2の構造体は、第2の酸化物と、第7の導電体を有していることを特徴とする半導体装置。In claim 2 or claim 3,
The first structure has a first oxide and a sixth conductor,
The semiconductor device, wherein the second structure body includes a second oxide and a seventh conductor.
前記第2のトランジスタは、酸化物半導体を有していることを特徴とする半導体装置。In any one of Claim 1 thru | or 3,
The semiconductor device, wherein the second transistor includes an oxide semiconductor.
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