KR102222344B1 - 반도체 장치 - Google Patents
반도체 장치 Download PDFInfo
- Publication number
- KR102222344B1 KR102222344B1 KR1020140044979A KR20140044979A KR102222344B1 KR 102222344 B1 KR102222344 B1 KR 102222344B1 KR 1020140044979 A KR1020140044979 A KR 1020140044979A KR 20140044979 A KR20140044979 A KR 20140044979A KR 102222344 B1 KR102222344 B1 KR 102222344B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- oxide semiconductor
- semiconductor layer
- layer
- electrode layer
- oxide
- Prior art date
Links
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims abstract description 570
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims abstract description 34
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 claims abstract description 11
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 63
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims description 50
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 229910052684 Cerium Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 229910052746 lanthanum Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 239000012212 insulator Substances 0.000 claims description 4
- 229910052779 Neodymium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052735 hafnium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 abstract description 10
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 611
- 239000010408 film Substances 0.000 description 218
- 239000011701 zinc Substances 0.000 description 86
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 69
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 54
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 52
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 52
- 239000000463 material Substances 0.000 description 45
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 29
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 26
- 125000004429 atom Chemical group 0.000 description 24
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 21
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 20
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 20
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 19
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 18
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 18
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 16
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 15
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 15
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 15
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 14
- 230000006870 function Effects 0.000 description 14
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 description 14
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 12
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 11
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 11
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 11
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 11
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 11
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 10
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 description 10
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 10
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 9
- 230000008569 process Effects 0.000 description 9
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 9
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 description 8
- MRELNEQAGSRDBK-UHFFFAOYSA-N lanthanum(3+);oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[La+3].[La+3] MRELNEQAGSRDBK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- PLDDOISOJJCEMH-UHFFFAOYSA-N neodymium(3+);oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Nd+3].[Nd+3] PLDDOISOJJCEMH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- -1 polyethylene terephthalate Polymers 0.000 description 8
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 8
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 7
- 238000000231 atomic layer deposition Methods 0.000 description 7
- APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N indium atom Chemical compound [In] APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 7
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 7
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N Zinc monoxide Chemical compound [Zn]=O XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 6
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 6
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 6
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 6
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 description 5
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 5
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 5
- 238000002003 electron diffraction Methods 0.000 description 5
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 5
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 5
- 238000005477 sputtering target Methods 0.000 description 5
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 4
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 4
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 4
- AJNVQOSZGJRYEI-UHFFFAOYSA-N digallium;oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Ga+3].[Ga+3] AJNVQOSZGJRYEI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910001195 gallium oxide Inorganic materials 0.000 description 4
- YBMRDBCBODYGJE-UHFFFAOYSA-N germanium oxide Inorganic materials O=[Ge]=O YBMRDBCBODYGJE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910000449 hafnium oxide Inorganic materials 0.000 description 4
- WIHZLLGSGQNAGK-UHFFFAOYSA-N hafnium(4+);oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[O-2].[Hf+4] WIHZLLGSGQNAGK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000005468 ion implantation Methods 0.000 description 4
- 238000010030 laminating Methods 0.000 description 4
- CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N magnesium oxide Inorganic materials [Mg]=O CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000000395 magnesium oxide Substances 0.000 description 4
- AXZKOIWUVFPNLO-UHFFFAOYSA-N magnesium;oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[Mg+2] AXZKOIWUVFPNLO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 4
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N nickel Substances [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- SIWVEOZUMHYXCS-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoyttriooxy)yttrium Chemical compound O=[Y]O[Y]=O SIWVEOZUMHYXCS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- PVADDRMAFCOOPC-UHFFFAOYSA-N oxogermanium Chemical compound [Ge]=O PVADDRMAFCOOPC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- BPUBBGLMJRNUCC-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);tantalum(5+) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[Ta+5].[Ta+5] BPUBBGLMJRNUCC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);zirconium(4+) Chemical compound [O-2].[O-2].[Zr+4] RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229920000728 polyester Polymers 0.000 description 4
- 238000005057 refrigeration Methods 0.000 description 4
- 229910001936 tantalum oxide Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000002230 thermal chemical vapour deposition Methods 0.000 description 4
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052727 yttrium Inorganic materials 0.000 description 4
- 229910001928 zirconium oxide Inorganic materials 0.000 description 4
- 229910018137 Al-Zn Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910018573 Al—Zn Inorganic materials 0.000 description 3
- GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N Gallium Chemical compound [Ga] GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 3
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 230000005669 field effect Effects 0.000 description 3
- 238000007667 floating Methods 0.000 description 3
- 229910052732 germanium Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 3
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 3
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 description 3
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 3
- 229910052707 ruthenium Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000003381 stabilizer Substances 0.000 description 3
- 229910052718 tin Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000011787 zinc oxide Substances 0.000 description 3
- 229910018120 Al-Ga-Zn Inorganic materials 0.000 description 2
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N Palladium Chemical compound [Pd] KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 241000156302 Porcine hemagglutinating encephalomyelitis virus Species 0.000 description 2
- 229910000577 Silicon-germanium Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910020833 Sn-Al-Zn Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910020868 Sn-Ga-Zn Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910020994 Sn-Zn Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910009069 Sn—Zn Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 2
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- LEVVHYCKPQWKOP-UHFFFAOYSA-N [Si].[Ge] Chemical compound [Si].[Ge] LEVVHYCKPQWKOP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 2
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 2
- PMHQVHHXPFUNSP-UHFFFAOYSA-M copper(1+);methylsulfanylmethane;bromide Chemical compound Br[Cu].CSC PMHQVHHXPFUNSP-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 229910021419 crystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 2
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 2
- 230000005685 electric field effect Effects 0.000 description 2
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 2
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 2
- 229910001385 heavy metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 2
- 238000007654 immersion Methods 0.000 description 2
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 2
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 description 2
- 239000002159 nanocrystal Substances 0.000 description 2
- 230000001151 other effect Effects 0.000 description 2
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 2
- 239000008188 pellet Substances 0.000 description 2
- 238000005268 plasma chemical vapour deposition Methods 0.000 description 2
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 2
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 2
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229920000139 polyethylene terephthalate Polymers 0.000 description 2
- 239000005020 polyethylene terephthalate Substances 0.000 description 2
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 2
- 238000001004 secondary ion mass spectrometry Methods 0.000 description 2
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 2
- 239000000779 smoke Substances 0.000 description 2
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 2
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 2
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 description 2
- JBQYATWDVHIOAR-UHFFFAOYSA-N tellanylidenegermanium Chemical compound [Te]=[Ge] JBQYATWDVHIOAR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000004402 ultra-violet photoelectron spectroscopy Methods 0.000 description 2
- QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-M Acetate Chemical compound CC([O-])=O QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N AsGa Chemical compound [As]#[Ga] JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- FIPWRIJSWJWJAI-UHFFFAOYSA-N Butyl carbitol 6-propylpiperonyl ether Chemical compound C1=C(CCC)C(COCCOCCOCCCC)=CC2=C1OCO2 FIPWRIJSWJWJAI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 244000025254 Cannabis sativa Species 0.000 description 1
- 235000012766 Cannabis sativa ssp. sativa var. sativa Nutrition 0.000 description 1
- 235000012765 Cannabis sativa ssp. sativa var. spontanea Nutrition 0.000 description 1
- 229920000298 Cellophane Polymers 0.000 description 1
- 229920000742 Cotton Polymers 0.000 description 1
- MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N Dioxygen Chemical compound O=O MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052692 Dysprosium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052691 Erbium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052693 Europium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052688 Gadolinium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052689 Holmium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052765 Lutetium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004677 Nylon Substances 0.000 description 1
- 240000007594 Oryza sativa Species 0.000 description 1
- 235000007164 Oryza sativa Nutrition 0.000 description 1
- 229920012266 Poly(ether sulfone) PES Polymers 0.000 description 1
- 239000004952 Polyamide Substances 0.000 description 1
- 239000004642 Polyimide Substances 0.000 description 1
- 239000004743 Polypropylene Substances 0.000 description 1
- 229910052777 Praseodymium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920000297 Rayon Polymers 0.000 description 1
- KJTLSVCANCCWHF-UHFFFAOYSA-N Ruthenium Chemical compound [Ru] KJTLSVCANCCWHF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052772 Samarium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910020944 Sn-Mg Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052771 Terbium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052775 Thulium Inorganic materials 0.000 description 1
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- NRTOMJZYCJJWKI-UHFFFAOYSA-N Titanium nitride Chemical compound [Ti]#N NRTOMJZYCJJWKI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052769 Ytterbium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910009369 Zn Mg Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910007573 Zn-Mg Inorganic materials 0.000 description 1
- AFCIMSXHQSIHQW-UHFFFAOYSA-N [O].[P] Chemical compound [O].[P] AFCIMSXHQSIHQW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 1
- NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-N acrylic acid group Chemical group C(C=C)(=O)O NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004378 air conditioning Methods 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000005407 aluminoborosilicate glass Substances 0.000 description 1
- 229910052788 barium Inorganic materials 0.000 description 1
- DSAJWYNOEDNPEQ-UHFFFAOYSA-N barium atom Chemical compound [Ba] DSAJWYNOEDNPEQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 239000005388 borosilicate glass Substances 0.000 description 1
- 235000009120 camo Nutrition 0.000 description 1
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 1
- 239000012159 carrier gas Substances 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- GWXLDORMOJMVQZ-UHFFFAOYSA-N cerium Chemical compound [Ce] GWXLDORMOJMVQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 235000005607 chanvre indien Nutrition 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 1
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 1
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 1
- 230000007123 defense Effects 0.000 description 1
- 238000003795 desorption Methods 0.000 description 1
- 238000003745 diagnosis Methods 0.000 description 1
- 238000000502 dialysis Methods 0.000 description 1
- 239000003989 dielectric material Substances 0.000 description 1
- 229910001882 dioxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000001312 dry etching Methods 0.000 description 1
- 230000009977 dual effect Effects 0.000 description 1
- KBQHZAAAGSGFKK-UHFFFAOYSA-N dysprosium atom Chemical compound [Dy] KBQHZAAAGSGFKK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920001971 elastomer Polymers 0.000 description 1
- UYAHIZSMUZPPFV-UHFFFAOYSA-N erbium Chemical compound [Er] UYAHIZSMUZPPFV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OGPBJKLSAFTDLK-UHFFFAOYSA-N europium atom Chemical compound [Eu] OGPBJKLSAFTDLK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000284 extract Substances 0.000 description 1
- 239000004744 fabric Substances 0.000 description 1
- 239000002657 fibrous material Substances 0.000 description 1
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 1
- UIWYJDYFSGRHKR-UHFFFAOYSA-N gadolinium atom Chemical compound [Gd] UIWYJDYFSGRHKR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000007274 generation of a signal involved in cell-cell signaling Effects 0.000 description 1
- GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N germanium atom Chemical compound [Ge] GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 1
- VBJZVLUMGGDVMO-UHFFFAOYSA-N hafnium atom Chemical compound [Hf] VBJZVLUMGGDVMO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 125000005843 halogen group Chemical group 0.000 description 1
- 239000011487 hemp Substances 0.000 description 1
- KJZYNXUDTRRSPN-UHFFFAOYSA-N holmium atom Chemical compound [Ho] KJZYNXUDTRRSPN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 1
- 229910003437 indium oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- PJXISJQVUVHSOJ-UHFFFAOYSA-N indium(iii) oxide Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[In+3].[In+3] PJXISJQVUVHSOJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 description 1
- 229910000765 intermetallic Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000001788 irregular Effects 0.000 description 1
- 238000003475 lamination Methods 0.000 description 1
- 229910052747 lanthanoid Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002602 lanthanoids Chemical class 0.000 description 1
- FZLIPJUXYLNCLC-UHFFFAOYSA-N lanthanum atom Chemical compound [La] FZLIPJUXYLNCLC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000010985 leather Substances 0.000 description 1
- OHSVLFRHMCKCQY-UHFFFAOYSA-N lutetium atom Chemical compound [Lu] OHSVLFRHMCKCQY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- QEFYFXOXNSNQGX-UHFFFAOYSA-N neodymium atom Chemical compound [Nd] QEFYFXOXNSNQGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 1
- 229920001778 nylon Polymers 0.000 description 1
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 125000004430 oxygen atom Chemical group O* 0.000 description 1
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012466 permeate Substances 0.000 description 1
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 1
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 1
- 229920002647 polyamide Polymers 0.000 description 1
- 239000011112 polyethylene naphthalate Substances 0.000 description 1
- 229920001721 polyimide Polymers 0.000 description 1
- 229920001155 polypropylene Polymers 0.000 description 1
- 229920002635 polyurethane Polymers 0.000 description 1
- 239000004814 polyurethane Substances 0.000 description 1
- 239000004800 polyvinyl chloride Substances 0.000 description 1
- 229920000915 polyvinyl chloride Polymers 0.000 description 1
- 229920002620 polyvinyl fluoride Polymers 0.000 description 1
- PUDIUYLPXJFUGB-UHFFFAOYSA-N praseodymium atom Chemical compound [Pr] PUDIUYLPXJFUGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004321 preservation Methods 0.000 description 1
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 238000001552 radio frequency sputter deposition Methods 0.000 description 1
- 239000002964 rayon Substances 0.000 description 1
- 230000006798 recombination Effects 0.000 description 1
- 238000005215 recombination Methods 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 230000000717 retained effect Effects 0.000 description 1
- 235000009566 rice Nutrition 0.000 description 1
- KZUNJOHGWZRPMI-UHFFFAOYSA-N samarium atom Chemical compound [Sm] KZUNJOHGWZRPMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010980 sapphire Substances 0.000 description 1
- VSZWPYCFIRKVQL-UHFFFAOYSA-N selanylidenegallium;selenium Chemical compound [Se].[Se]=[Ga].[Se]=[Ga] VSZWPYCFIRKVQL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000005361 soda-lime glass Substances 0.000 description 1
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 1
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 1
- 238000004611 spectroscopical analysis Methods 0.000 description 1
- 239000004575 stone Substances 0.000 description 1
- 238000012916 structural analysis Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 229920002994 synthetic fiber Polymers 0.000 description 1
- 239000012209 synthetic fiber Substances 0.000 description 1
- 229920003002 synthetic resin Polymers 0.000 description 1
- 239000000057 synthetic resin Substances 0.000 description 1
- MZLGASXMSKOWSE-UHFFFAOYSA-N tantalum nitride Chemical compound [Ta]#N MZLGASXMSKOWSE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- GZCRRIHWUXGPOV-UHFFFAOYSA-N terbium atom Chemical compound [Tb] GZCRRIHWUXGPOV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- FRNOGLGSGLTDKL-UHFFFAOYSA-N thulium atom Chemical compound [Tm] FRNOGLGSGLTDKL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N tin dioxide Chemical compound O=[Sn]=O XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001887 tin oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052723 transition metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000007740 vapor deposition Methods 0.000 description 1
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 1
- 238000001039 wet etching Methods 0.000 description 1
- 239000002023 wood Substances 0.000 description 1
- NAWDYIZEMPQZHO-UHFFFAOYSA-N ytterbium Chemical compound [Yb] NAWDYIZEMPQZHO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
- H01L29/76—Unipolar devices, e.g. field effect transistors
- H01L29/772—Field effect transistors
- H01L29/78—Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate
- H01L29/786—Thin film transistors, i.e. transistors with a channel being at least partly a thin film
- H01L29/7869—Thin film transistors, i.e. transistors with a channel being at least partly a thin film having a semiconductor body comprising an oxide semiconductor material, e.g. zinc oxide, copper aluminium oxide, cadmium stannate
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/40—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/41—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape, relative sizes or dispositions
- H01L29/417—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape, relative sizes or dispositions carrying the current to be rectified, amplified or switched
- H01L29/41725—Source or drain electrodes for field effect devices
- H01L29/41733—Source or drain electrodes for field effect devices for thin film transistors with insulated gate
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
- H01L29/76—Unipolar devices, e.g. field effect transistors
- H01L29/772—Field effect transistors
- H01L29/78—Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate
- H01L29/786—Thin film transistors, i.e. transistors with a channel being at least partly a thin film
- H01L29/78606—Thin film transistors, i.e. transistors with a channel being at least partly a thin film with supplementary region or layer in the thin film or in the insulated bulk substrate supporting it for controlling or increasing the safety of the device
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
- H01L29/76—Unipolar devices, e.g. field effect transistors
- H01L29/772—Field effect transistors
- H01L29/78—Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate
- H01L29/786—Thin film transistors, i.e. transistors with a channel being at least partly a thin film
- H01L29/78696—Thin film transistors, i.e. transistors with a channel being at least partly a thin film characterised by the structure of the channel, e.g. multichannel, transverse or longitudinal shape, length or width, doping structure, or the overlap or alignment between the channel and the gate, the source or the drain, or the contacting structure of the channel
Abstract
본 발명은 미세화하더라도 용이하게 제작할 수 있는 구조를 가지고 미세화에 따른 전기 특성 저하를 억제할 수 있는 반도체 장치를 제공한다.
산화물 반도체층과, 산화물 반도체층과 접촉하여 제공된 제 1 도전물과, 제 1 도전물과 접촉하여 제공된 절연물을 가지고, 산화물 반도체층, 제 1 도전물, 및 절연물에 개구부가 제공되고, 개구부에 있어서, 산화물 반도체층, 제 1 도전물, 및 절연물의 측면이 연속되고, 산화물 반도체층 및 제 1 도전물이 사이드 콘택트에 의하여 제 2 도전물과 전기적으로 접속되는 구성으로 한다.
산화물 반도체층과, 산화물 반도체층과 접촉하여 제공된 제 1 도전물과, 제 1 도전물과 접촉하여 제공된 절연물을 가지고, 산화물 반도체층, 제 1 도전물, 및 절연물에 개구부가 제공되고, 개구부에 있어서, 산화물 반도체층, 제 1 도전물, 및 절연물의 측면이 연속되고, 산화물 반도체층 및 제 1 도전물이 사이드 콘택트에 의하여 제 2 도전물과 전기적으로 접속되는 구성으로 한다.
Description
본 발명은 물건, 방법, 또는 제작 방법에 관한 것이다. 또는, 본 발명은 공정(process), 기계(machine), 제품(manufacture), 또는 조성물(composition of matter)에 관한 것이다. 특히 본 발명의 일 형태는 반도체 장치, 표시 장치, 발광 장치, 기억 장치, 연산 장치, 촬상 장치, 이들의 구동 방법, 또는 이들의 제작 방법에 관한 것이다.
또한, 본 명세서 등에서 반도체 장치란, 반도체 특성을 이용하여 기능할 수 있는 장치 전반을 가리킨다. 트랜지스터나 반도체 회로는 반도체 장치의 일 형태이다. 또한, 기억 장치, 표시 장치, 전자 기기는 반도체 장치를 가질 수 있다.
절연 표면을 가진 기판 위에 형성된 반도체 박막을 이용하여 트랜지스터(박막 트랜지스터(TFT)라고도 함)를 구성하는 기술이 주목을 받고 있다. 이와 같은 트랜지스터는 집적 회로(IC)나 화상 표시 장치(표시 장치) 등 전자 디바이스에 널리 응용되고 있다. 트랜지스터에 적용될 수 있는 반도체 박막의 재료로서는 실리콘계 반도체 재료가 널리 알려져 있는데, 이 외의 재료로서 산화물 반도체가 주목되고 있다.
예를 들어, 트랜지스터의 활성층에 인듐(In), 갈륨(Ga), 및 아연(Zn)을 포함한 비정질 산화물 반도체를 사용한 트랜지스터가 특허문헌 1에 개시(開示)되어 있다.
집적 회로의 고밀도화를 위해서는 트랜지스터의 미세화는 필수 기술이다. 한편, 트랜지스터의 미세화에 따라 제작 공정 난이도는 상승되며 온 전류, 문턱 전압, S값(subthreshold value) 등 트랜지스터의 전기 특성이 악화되는 것이 알려져 있다. 즉, 트랜지스터의 미세화에 따라 집적 회로의 수율은 저하되기 쉬워진다.
따라서, 본 발명의 일 형태는 미세화하더라도 간단한 공정으로 제작할 수 있는 구조를 가진 반도체 장치를 제공하는 것을 목적 중 하나로 한다. 또는, 미세화에 따른 수율 저하를 억제할 수 있는 구조를 가진 반도체 장치를 제공하는 것을 목적 중 하나로 한다. 또는, 미세화로 현저해지는 전기 특성의 저하를 억제할 수 있는 구성을 가진 반도체 장치를 제공하는 것을 목적 중 하나로 한다. 또는, 집적도가 높은 반도체 장치를 제공하는 것을 목적 중 하나로 한다. 또는, 온 전류 특성의 악화가 저감된 반도체 장치를 제공하는 것을 목적 중 하나로 한다. 또는, 저소비 전력의 반도체 장치를 제공하는 것을 목적 중 하나로 한다. 또는, 신뢰성이 높은 반도체 장치를 제공하는 것을 목적 중 하나로 한다. 또는, 전원이 차단되더라도 데이터가 유지되는 반도체 장치를 제공하는 것을 목적 중 하나로 한다.
또한, 이들 과제의 기재는 다른 과제의 존재를 방해하는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 일 형태는 상술한 과제 모두를 해결할 필요는 없는 것으로 한다. 또한, 이들 외의 과제는 명세서, 도면, 청구항 등의 기재로부터 저절로 명확해지는 것으로 명세서, 도면, 청구항 등의 기재로부터 이들 외의 과제가 만들어질 수 있다.
본 발명의 일 형태는 산화물 반도체층, 게이트 전극층, 소스 전극층, 또는 드레인 전극층이 사이드 콘택트에 의하여 배선층과 전기적으로 접속된 반도체 장치에 관한 것이다.
또한, 본 명세서에서 사이드 콘택트란, 한 요소에 형성된 개구부에서의 측벽이 상기 개구부에 형성되는 다른 요소의 일부와 접촉됨으로써 한 요소와 다른 요소가 전기적으로 접속되는 상태를 말한다.
본 발명의 일 형태는 절연면 위의 산화물 반도체층과, 산화물 반도체층과 접촉하여 제공된 제 1 도전물과, 제 1 도전물과 접촉하여 제공된 절연물을 가지고, 산화물 반도체층, 제 1 도전물, 및 절연물에 개구부가 제공되고, 개구부에 있어서, 산화물 반도체층, 제 1 도전물, 및 절연물의 측면이 연속(aligned)되고, 산화물 반도체층 및 제 1 도전물은 제 2 도전물과 전기적으로 접속되고, 제 2 도전물은 절연면과 접촉되는 것을 특징으로 하는 반도체 장치이다. 또한, 개구부는 바닥을 향하여 직경이 작아지는 원뿔대형이다.
또한, 본 명세서 등에서 "제 1", "제 2" 등의 서수사는 구성 요소의 혼동을 피하기 위하여 붙인 것에 불과하고 수적으로 한정하는 것이 아님을 부기한다.
상기 절연물은 산화 알루미늄을 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 다른 일 형태는 절연 표면 위에 순차적으로 형성된 제 1 산화물 반도체층, 제 2 산화물 반도체층의 적층과, 적층의 일부와 접촉되는 소스 전극층 및 드레인 전극층과, 절연 표면 및 적층과 접촉하도록 형성되고 소스 전극층 및 드레인 전극층 각각과 일부가 접촉되는 제 3 산화물 반도체층과, 제 3 산화물 반도체층 위에 형성된 게이트 절연막과, 게이트 절연막 위에 형성된 게이트 전극층과, 소스 전극층, 드레인 전극층, 및 게이트 전극층 위에 형성된 절연층을 가지고, 적층, 소스 전극층, 및 절연층에 제 1 개구부가 제공되고, 적층, 드레인 전극층, 및 절연층에 제 2 개구부가 제공되고, 게이트 전극층 및 절연층에 제 3 개구부가 제공되고, 제 1 개구부에 있어서, 적층, 소스 전극층, 및 절연층의 측면이 연속되고, 제 2 산화물 반도체층 및 소스 전극층은 제 1 배선과 전기적으로 접속되고, 제 2 개구부에 있어서, 적층, 드레인 전극층, 및 절연층의 측면이 연속되고, 제 2 산화물 반도체층 및 드레인 전극층은 제 2 배선과 전기적으로 접속되고, 제 3 개구부에 있어서, 게이트 전극층 및 절연층의 측면이 연속되고, 게이트 전극층이 제 3 배선과 전기적으로 접속되는 것을 특징으로 하는 반도체 장치이다. 또한, 제 1 개구부, 제 2 개구부, 및 제 3 개구부는 각각 바닥을 향하여 직경이 작아지는 원뿔대형이어도 좋다.
상기 제 2 산화물 반도체층의 상면 면적은 제 1 산화물 반도체층의 상면 면적보다 작아도 좋다.
또한, 제 1 산화물 반도체층에서, 제 2 산화물 반도체층, 소스 전극층, 및 드레인 전극층과 중첩되지 않은 영역이 제 3 산화물 반도체층과 접촉되는 구조로 하는 것이 바람직하다.
또한, 제 1 산화물 반도체층 및 제 3 산화물 반도체층은 제 2 산화물 반도체층보다 전도대 하단의 에너지가 0.05eV 이상 2eV 이하만큼 진공 준위에 가까운 것이 바람직하다.
또한, 제 1 산화물 반도체층, 제 2 산화물 반도체층, 및 제 3 산화물 반도체층은 In-M-Zn 산화물층(M은 Al, Ti, Ga, Y, Zr, La, Ce, Nd, 또는 Hf)이고, 제 1 산화물 반도체층 및 제 3 산화물 반도체층은 제 2 산화물 반도체층에 비하여 In에 대한 M의 원자수비가 높은 것이 바람직하다.
또한, 제 1 산화물 반도체층, 제 2 산화물 반도체층, 및 제 3 산화물 반도체층은 c축이 배향된 결정을 가지는 것이 바람직하다.
또한, 상기 절연층은 산화 알루미늄을 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 형태를 사용함으로써 미세화하더라도 간단한 공정으로 제작할 수 있는 구조를 가진 반도체 장치를 제공할 수 있다. 또는, 미세화에 따른 수율 저하를 억제할 수 있는 구조를 가진 반도체 장치를 제공할 수 있다. 또는, 미세화로 현저해지는 전기 특성의 저하를 억제할 수 있는 구성을 가진 반도체 장치를 제공할 수 있다. 또는, 집적도가 높은 반도체 장치를 제공할 수 있다. 또는, 온 전류 특성의 악화가 저감된 반도체 장치를 제공할 수 있다. 또는, 저소비 전력의 반도체 장치를 제공할 수 있다. 또는, 신뢰성이 높은 반도체 장치를 제공할 수 있다. 또는, 전원이 차단되더라도 데이터가 유지되는 반도체 장치를 제공할 수 있다.
또한, 이들 효과의 기재는 다른 효과의 존재를 방해하는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 일 형태는 반드시 상술한 효과 모두를 가질 필요는 없다. 또한, 이들 외의 효과는 명세서, 도면, 청구항 등의 기재로부터 저절로 명확해지는 것으로 명세서, 도면, 청구항 등의 기재로부터 이들 외의 효과가 만들어질 수 있다.
도 1은 트랜지스터의 상면도 및 단면도.
도 2는 트랜지스터의 단면도.
도 3은 트랜지스터의 단면도.
도 4는 트랜지스터의 상면도 및 단면도.
도 5는 산화물 반도체층의 밴드 구조를 설명하는 도면.
도 6은 트랜지스터의 확대 단면도.
도 7은 트랜지스터의 단면도.
도 8은 트랜지스터의 단면도.
도 9는 트랜지스터의 제작 방법을 설명하는 도면.
도 10은 트랜지스터의 제작 방법을 설명하는 도면.
도 11은 트랜지스터의 제작 방법을 설명하는 도면.
도 12는 반도체 장치의 단면도 및 회로도.
도 13은 반도체 장치의 회로도.
도 14는 반도체 장치를 적용할 수 있는 전자 기기를 설명하는 도면.
도 15는 트랜지스터의 단면도.
도 16은 트랜지스터의 상면도 및 단면도.
도 2는 트랜지스터의 단면도.
도 3은 트랜지스터의 단면도.
도 4는 트랜지스터의 상면도 및 단면도.
도 5는 산화물 반도체층의 밴드 구조를 설명하는 도면.
도 6은 트랜지스터의 확대 단면도.
도 7은 트랜지스터의 단면도.
도 8은 트랜지스터의 단면도.
도 9는 트랜지스터의 제작 방법을 설명하는 도면.
도 10은 트랜지스터의 제작 방법을 설명하는 도면.
도 11은 트랜지스터의 제작 방법을 설명하는 도면.
도 12는 반도체 장치의 단면도 및 회로도.
도 13은 반도체 장치의 회로도.
도 14는 반도체 장치를 적용할 수 있는 전자 기기를 설명하는 도면.
도 15는 트랜지스터의 단면도.
도 16은 트랜지스터의 상면도 및 단면도.
실시형태에 대하여 도면을 사용하여 자세히 설명한다. 다만, 본 발명은 이하의 설명에 한정되지 않고, 본 발명의 취지 및 그 범위에서 벗어남이 없이 그 형태 및 자세한 사항을 다양하게 변경할 수 있는 것은 당업자라면 용이하게 이해할 수 있다. 따라서, 본 발명은 이하에 기재된 실시형태의 내용에 한정하여 해석되는 것은 아니다. 또한, 이하에서 발명의 구성을 설명함에 있어서, 동일한 부분 또는 같은 기능을 가진 부분에는 동일한 부호를 다른 도면들간에서 공통적으로 사용하고 그 반복 설명은 생략하는 경우가 있다.
또한, 본 명세서 등에서 "X와 Y가 접속된다"라고 명시적으로 기재된 경우는 X와 Y가 전기적으로 접속되는 경우와, X와 Y가 기능적으로 접속되는 경우와, X와 Y가 직접 접속되는 경우를 포함하는 것으로 한다. 여기서, X, Y는 대상물(예를 들어 장치, 소자, 회로, 배선, 전극, 단자, 도전막, 층 등)인 것으로 한다. 따라서, 소정의 접속 관계, 예를 들어 도면 또는 문장으로 나타낸 접속 관계에 한정되지 않고 도면 또는 문장으로 나타낸 접속 관계 이외의 것도 포함하는 것으로 한다.
X와 Y가 전기적으로 접속되어 있는 경우의 일례로서는, X와 Y의 전기적인 접속을 가능하게 하는 소자(예를 들어, 스위치, 트랜지스터, 용량 소자, 인덕터, 저항 소자, 다이오드, 표시 소자, 발광 소자, 부하 등)가 X와 Y 사이에 하나 이상 접속되는 경우를 들 수 있다. 또한, 스위치는 온 상태와 오프 상태가 제어될 수 있다. 즉, 스위치는 도통 상태(온 상태) 또는 비도통 상태(오프 상태)가 되어 전류를 흘릴지 여부를 제어하는 기능을 가진다. 또는, 스위치는 전류를 흘리는 경로를 선택하고 전환하는 기능을 가진다.
X와 Y가 기능적으로 접속되어 있는 경우의 일례로서는, X와 Y의 기능적인 접속을 가능하게 하는 회로(예를 들어, 논리 회로(인버터, NAND 회로, NOR 회로 등), 신호 변환 회로(DA 변환 회로, AD 변환 회로, 감마 보정 회로 등), 전위 레벨 변환 회로(전원 회로(승압 회로, 강압 회로 등), 신호의 전위 레벨을 바꾸는 레벨 시프터 회로 등), 전압원, 전류원, 전환 회로, 증폭 회로(신호 진폭 또는 전류량 등을 증가시킬 수 있는 회로, 연산 증폭기, 차동 증폭 회로, 소스 폴로어 회로, 버퍼 회로 등), 신호 생성 회로, 기억 회로, 제어 회로 등)가 X와 Y 사이에 하나 이상 접속되는 경우를 들 수 있다. 또한, 일례로서, X와 Y 사이에 다른 회로가 존재하더라도 X로부터 출력된 신호가 Y로 전달된다면 X와 Y는 기능적으로 접속되어 있는 것으로 한다.
또한, "X와 Y가 접속된다"라고 명시적으로 기재된 경우는, X와 Y가 전기적으로 접속되는 경우(즉, X와 Y가, 사이에 다른 소자 또는 다른 회로를 개재(介在)하여 접속되는 경우)와, X와 Y가 기능적으로 접속되는 경우(즉, X와 Y가, 사이에 다른 회로를 개재하여 기능적으로 접속되는 경우)와, X와 Y가 직접 접속되는 경우(즉, X와 Y가, 사이에 다른 소자 또는 다른 회로를 개재하지 않고 접속되는 경우)를 포함하는 것으로 한다. 즉, "전기적으로 접속된다"라고 명시적으로 기재된 경우는, 단순히 "접속된다"라고 명시적으로 기재된 경우와 같은 것으로 한다.
또한, 회로도상에서 독립된 구성 요소들끼리가 전기적으로 접속된 것처럼 도시되더라도, 하나의 구성 요소가 복수의 구성 요소의 기능을 함께 가지고 있는 경우도 있다. 예를 들어, 배선의 일부가 전극으로서도 기능하는 경우, 하나의 도전막은 배선과 전극 양쪽의 구성 요소의 기능을 가진다. 따라서, 본 명세서에서의 "전기적으로 접속"이라는 표현은, 이와 같이 하나의 도전막이 복수의 구성 요소의 기능을 가지는 경우도 그 범주에 포함된다.
또한, 본 명세서 등에서 트랜지스터는 다양한 기판을 사용하여 형성될 수 있다. 기판의 종류는 특정한 것에 한정되지 않는다. 기판의 일례로서는, 반도체 기판(예를 들어, 단결정 기판 또는 실리콘 기판), SOI 기판, 유리 기판, 석영 기판, 플라스틱 기판, 금속 기판, 스테인리스 스틸 기판, 스테인리스 스틸 포일을 가진 기판, 텅스텐 기판, 텅스텐 포일을 가진 기판, 가요성 기판, 접합 필름, 섬유상 재료를 포함한 종이, 또는 기재 필름 등이 있다. 유리 기판의 일례로서는, 바륨보로실리케이트 유리, 알루미노보로실리케이트 유리, 또는 소다석회 유리 등이 있다. 가요성 기판의 일례로서는, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 폴리에테르설폰(PES)으로 대표되는 플라스틱, 또는 아크릴 등의 가요성을 가진 합성 수지 등이 있다. 접합 필름의 일례로서는, 폴리프로필렌, 폴리에스테르, 폴리 불화 비닐, 또는 폴리 염화 비닐 등이 있다. 기재 필름의 일례로서는, 폴리에스테르, 폴리아마이드, 폴리이미드, 무기 증착 필름, 또는 종이류 등이 있다. 특히, 반도체 기판, 단결정 기판, 또는 SOI 기판 등을 사용하여 트랜지스터를 제작함으로써, 특성, 사이즈, 또는 형상 등의 편차가 적고 전류 능력이 높으며 사이즈가 작은 트랜지스터를 제작할 수 있다. 이러한 트랜지스터를 사용하여 회로를 구성하면, 회로의 저소비 전력화, 또는 회로의 고집적화를 도모할 수 있다.
또한, 한 기판을 사용하여 트랜지스터를 형성한 후에 다른 기판에 트랜지스터를 전치(轉置)함으로써, 그 다른 기판 위에 트랜지스터를 배치하여도 좋다. 트랜지스터가 전치되는 기판의 일례로서는, 상술한 트랜지스터를 형성할 수 있는 기판뿐만 아니라 종이 기판, 셀로판 기판, 석재 기판, 목재 기판, 천 기판(천연 섬유(견, 면, 마), 합성 섬유(나일론, 폴리우레탄, 폴리에스테르), 또는 재생 섬유(아세테이트, 큐프라, 레이온, 재생 폴리에스테르) 등을 포함함), 피혁 기판, 또는 고무 기판 등이 있다. 이들 기판을 사용함으로써, 특성이 양호한 트랜지스터의 형성, 소비 전력이 작은 트랜지스터의 형성, 내구성이 높은 장치의 제작, 내열성의 부여, 경량화, 또는 박형화를 도모할 수 있다.
(실시형태 1)
본 실시형태에서는 본 발명의 일 형태에 따른 반도체 장치에 대하여 도면을 사용하여 설명한다.
도 1의 (A) 및 (B)는 본 발명의 일 형태에 따른 트랜지스터의 상면도 및 단면도이다. 도 1의 (A)는 상면도이고, 도 1의 (B)는 도 1의 (A)를 일점 쇄선 A1-A2에서 절단한 단면도에 상당한다. 또한, 도 2는 도 1의 (A)를 일점 쇄선 A3-A4에서 절단한 단면도이다. 또한, 도 1의 (A)에 도시된 상면도에서는 도면의 명료화를 위하여 일부의 요소를 생략하여 도시하였다. 또한, 일점 쇄선 A1-A2 방향을 채널 길이 방향, 일점 쇄선 A3-A4 방향을 채널 폭 방향이라고 부르는 경우가 있다.
도 1의 (A), (B), 및 도 2에 도시된 트랜지스터(100)는 기판(110) 위에 형성된 하지 절연막(120)과, 상기 하지 절연막 위에 순차적으로 형성된 제 1 산화물 반도체층(131), 제 2 산화물 반도체층(132)의 적층과, 상기 적층의 일부와 접촉하여 형성된 소스 전극층(140) 및 드레인 전극층(150)과, 하지 절연막(120) 및 상기 적층 위에 형성되고 소스 전극층(140) 및 드레인 전극층(150) 각각과 일부가 접촉되는 제 3 산화물 반도체층(133)과, 상기 제 3 산화물 반도체층 위에 형성된 게이트 절연막(160)과, 상기 게이트 절연막 위에 형성된 게이트 전극층(170)과, 소스 전극층(140), 드레인 전극층(150), 및 게이트 전극층(170) 위에 형성된 절연층(180)을 가진다.
또한, 절연층(180) 위에 산화물로 형성된 절연층(185)이 형성되어도 좋다. 절연층(185)은 필요에 따라 제공하면 좋고 그 위에 다른 절연층을 더 형성하여도 좋다. 또한, 제 1 산화물 반도체층(131), 제 2 산화물 반도체층(132), 및 제 3 산화물 반도체층(133)을 총칭하여 산화물 반도체층(130)이라고 부른다.
상기 적층, 소스 전극층(140), 및 절연층(180)에 제 1 개구부(147)가 제공되고, 제 1 개구부(147)에서 상기 적층, 소스 전극층(140), 및 절연층(180)의 측면이 연속된다. 또한, 상기 적층, 드레인 전극층(150), 및 절연층(180)에 제 2 개구부(157)가 제공되고, 제 2 개구부(157)에서 상기 적층, 드레인 전극층(150), 및 절연층(180)의 측면이 연속된다. 또한, 게이트 전극층(170) 및 절연층(180)에 제 3 개구부(177)가 제공되고, 제 3 개구부(177)에서 게이트 전극층(170) 및 절연층(180)의 측면이 연속된다. 또한, 제 1 개구부(147), 제 2 개구부(157), 및 제 3 개구부(177)는 각각 바닥을 향하여 직경이 작아지는 원뿔대형이어도 좋다.
그리고, 제 1 개구부(147)에서 제 2 산화물 반도체층(132) 및 소스 전극층(140)은 사이드 콘택트에 의하여 제 1 배선(145)과 전기적으로 접속된다. 또한, 제 2 개구부(157)에서 제 2 산화물 반도체층(132) 및 드레인 전극층(150)은 사이드 콘택트에 의하여 제 2 배선(155)과 전기적으로 접속된다. 또한, 제 3 개구부(177)에서 게이트 전극층(170)은 사이드 콘택트에 의하여 제 3 배선(175)과 전기적으로 접속된다.
또한, 트랜지스터의 "소스"나 "드레인"의 기능은 상이한 극성을 가진 트랜지스터를 사용하는 경우나, 회로 동작에서 전류 방향이 변화하는 경우 등에 서로 바뀔 수 있다. 그러므로, 본 명세서에서는 "소스"나 "드레인"의 용어는 교체하여 사용할 수 있는 것으로 한다.
상술한 바와 같이 소스 전극층(140) 등 전극층과, 제 1 배선(145) 등 배선은 사이드 콘택트에 의하여 전기적으로 접속된다. 종래에는 전극층을 관통하는 개구부를 제공하지는 않고, 전극층 위에 형성된 절연층 등에 개구부를 제공하고 이 개구부에 형성되는 배선의 일부와 전극층의 일부를 접촉시킴으로써 이들을 전기적으로 접속시켰다.
그러나, 트랜지스터의 미세화가 진행되면서 제작 공정의 난이도는 상승되어, 상기 절연층 등에 제공되는 개구부의 개구 불량이나 개구부의 깊이 편차 등이 발생되기 쉬워졌다. 이로 인하여 소자간에서 전극층과 배선의 접촉 저항에 편차가 발생되기 쉬웠다. 즉, 트랜지스터의 미세화에 따른 제작 공정의 난이도 상승은 트랜지스터의 전기 특성에 편차가 발생되는 한 요인이었다.
한편, 본 발명의 일 형태는 전극층을 관통하는 개구부를 제공하고, 이 개구부에서의 전극층의 측벽과 개구부에 형성되는 배선의 일부를 접촉시킴으로써 이들을 전기적으로 접속시키기 때문에 전극층과 배선의 접촉 면적에 편차가 발생되기 어렵게 할 수 있다. 즉, 소자간에서의 전극층과 배선의 접촉 저항의 편차를 억제할 수 있기 때문에 상기 편차에 기인하는 트랜지스터의 전기 특성 편차도 억제할 수 있다.
또한, 전극층 위에 형성된 절연층 등에 개구부를 제공할 때 에칭 조건을 엄밀히 제어하여 전극층을 관통하지 않게 개구부를 형성하는 것보다 전극층을 관통하는 개구부를 형성하는 것이 제작 공정의 난이도가 더 낮다. 예를 들어, 에칭 공정에서 전극층의 에칭 레이트가 절연층의 에칭 레이트보다 충분히 낮더라도, 개구부 형성 시에 전극층이 과도하게 에칭되는 것을 허용한다면 높은 자유도로 에칭 조건을 설정할 수 있다. 따라서, 트랜지스터의 수율을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 일 형태에서는 도 1의 (B)에 도시된 바와 같이 전극층뿐만 아니라 제 2 산화물 반도체층(132) 및 제 1 산화물 반도체층(131)을 관통하도록 개구부를 형성하는 것이 바람직하다. 자세한 사항은 후술하지만 제 2 산화물 반도체층(132) 및 제 1 산화물 반도체층(131)을 관통하는 개구부에 배선층의 일부가 형성됨으로써 상기 배선층은 전극층의 일부가 되기 때문에 제 2 산화물 반도체층(132)의 소스 또는 드레인으로서 기능하는 n형화 영역을 확대시킬 수 있다.
또한, 게이트 전극층(170)과 제 3 배선(175)을 도 2에 도시된 바와 같이 사이드 콘택트에 의하여 접속시킴으로써, 전극층과 배선의 접촉 면적에 편차가 발생되기 어렵게 할 수 있고 접촉 저항의 편차를 억제할 수 있다.
또한, 제 1 개구부(147) 및 제 2 개구부(157)의 구성은 도 1의 (B)에 도시된 예에 한정되지 않는다. 예를 들어, 도 3의 (A)에 도시된 바와 같이 제 2 산화물 반도체층(132)을 관통하지 않는 구성으로 하여도 좋다. 또한, 도 3의 (B)에 도시된 바와 같이 제 2 산화물 반도체층(132)을 관통하고 제 1 산화물 반도체층(131)을 관통하지 않는 구성으로 하여도 좋다. 또한, 제 1 개구부(147) 및 제 2 개구부(157)의 바닥이 제 1 산화물 반도체층(131) 내 또는 제 2 산화물 반도체층(132) 내에 위치하는 구성으로 하여도 좋다. 또한, 도 3의 (C)에 도시된 바와 같이 제 1 개구부(147) 및 제 2 개구부(157)의 바닥이 하지 절연막(120)에 도달되는 구성으로 하여도 좋다. 또한, 도 2에 도시된 예에 한정되지 않고 제 3 개구부(177)의 바닥은 게이트 절연막(160) 내, 제 3 산화물 반도체층(133) 내, 또는 하지 절연막(120) 내에 위치하는 구성으로 하여도 좋다.
또한, 본 발명의 일 형태에 따른 트랜지스터는 도 4의 (A), (B), 및 (C)에 도시된 구성을 가져도 좋다. 도 4의 (A)는 상면도이고, 도 4의 (B)는 도 4의 (A)를 일점 쇄선 B1-B2에서 절단한 단면도에 상당한다. 또한, 도 4의 (C)는 도 4의 (A)를 일점 쇄선 B3-B4에서 절단한 단면도에 상당한다.
도 4의 (A), (B), 및 (C)에 도시된 트랜지스터(101)는 기판(110) 위에 형성된 하지 절연막(120), 상기 하지 절연막 위에 형성된 제 1 산화물 반도체층(131), 상기 제 1 산화물 반도체층 위에 형성된, 상면 면적이 제 1 산화물 반도체층(131)보다 작고 전체가 제 1 산화물 반도체층(131)과 중첩되는 제 2 산화물 반도체층(132), 제 1 산화물 반도체층(131) 및 제 2 산화물 반도체층(132)의 일부와 각각 접촉되는 소스 전극층(140) 및 드레인 전극층(150), 제 1 산화물 반도체층(131) 및 제 2 산화물 반도체층(132) 위에 형성되고 소스 전극층(140) 및 드레인 전극층(150)과 일부가 접촉되는 제 3 산화물 반도체층(133), 상기 제 3 산화물 반도체층 위에 형성된 게이트 절연막(160), 상기 게이트 절연막 위에 형성된 게이트 전극층(170)을 가진다.
또한, 제 1 산화물 반도체층(131)에서 소스 전극층(140)과 접촉되는 영역 및 드레인 전극층(150)과 접촉되는 영역의 막 두께는 제 1 산화물 반도체층(131)에서 제 2 산화물 반도체층(132)과 중첩되는 영역의 막 두께보다 얇은 구성으로 한다.
또한, 본 발명의 일 형태에 따른 트랜지스터는 도 16의 (A) 및 (B)에 도시된 구성을 가져도 좋다. 도 16의 (A)는 상면도이고, 도 16의 (B)는 도 16의 (A)를 일점 쇄선 A1-A2에서 절단한 단면도에 상당한다. 도 1에 도시된 트랜지스터에서는 게이트 전극층(170), 게이트 절연막(160), 및 제 3 산화물 반도체층(133) 각각의 상면 형상이 대략 동일하지만, 도 16에 도시된 트랜지스터에서는 게이트 전극층(170), 게이트 절연막(160), 및 제 3 산화물 반도체층(133)의 상면 형상이 상이하다. 이와 같은 구성으로 함으로써 게이트 누설 전류를 적게 할 수 있다. 또한, 게이트 전극층(170)의 상면 면적은 게이트 절연막(160) 및 제 3 산화물 반도체층(133)의 상면 면적보다 작다.
트랜지스터(101)는 제 1 산화물 반도체층(131)의 상면 형상을 제외하고는 트랜지스터(100)와 같다. 트랜지스터(101)에서는 제 1 산화물 반도체층(131)이 게이트 전극층(170)의 형성 공정까지 기판 전체면에 있기 때문에, 고온의 처리가 수행되는 트랜지스터(101)의 제작 공정 중에 하지 절연막(120)으로부터 산소가 쓸데없이 방출되는 것을 억제할 수 있다. 따라서, 하지 절연막(120)으로부터 채널이 형성되는 제 2 산화물 반도체층(132)에 산소를 효과적으로 공급할 수 있어 트랜지스터의 전기 특성을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 일 형태에 따른 트랜지스터의 산화물 반도체층(제 1 산화물 반도체층(131) 및 제 2 산화물 반도체층(132))과 중첩되는 소스 전극층(140) 또는 드레인 전극층(150)에 관하여, 도 1의 (A) 및 도 16의 (A)의 상면도로 도시된 산화물 반도체층 단부에서 소스 전극층(140) 또는 드레인 전극층(150) 단부까지의 거리(△W)는 50nm 이하, 바람직하게는 25nm 이하로 한다. △W를 작게 함으로써, 하지 절연막(120)에 포함되는 산소의, 소스 전극층(140) 및 드레인 전극층(150)의 구성 재료인 금속 재료로의 확산량을 억제할 수 있다. 따라서, 하지 절연막(120)에 포함되는 산소, 특히 과잉으로 포함된 산소가 쓸데없이 방출되는 것을 억제할 수 있어, 하지 절연막(120)으로부터 산화물 반도체층에 산소를 효율적으로 공급할 수 있다.
다음에, 본 발명의 일 형태에 따른 트랜지스터(100)의 구성 요소에 대하여 자세히 설명한다. 또한, 이들 구성 요소는 트랜지스터(101)에도 적용될 수 있다.
기판(110)으로서는 단순한 지지 재료에 한정되지 않고 트랜지스터 등 다른 디바이스가 형성된 기판을 사용하여도 좋다. 이 경우, 트랜지스터(100)의 게이트 전극층(170), 소스 전극층(140), 및 드레인 전극층(150) 중 적어도 하나는 상기 다른 디바이스와 전기적으로 접속되어도 좋다.
하지 절연막(120)은 기판(110)으로부터 불순물이 확산되는 것을 방지하는 역할뿐만 아니라, 산화물 반도체층(130)에 산소를 공급하는 역할도 할 수 있다. 그러므로, 하지 절연막(120)은 산소를 포함한 절연막인 것이 바람직하고, 화학량론적 조성보다 많은 산소를 포함한 절연막인 것이 더 바람직하다. 또한, 상술한 바와 같이 기판(110)으로서 다른 디바이스가 형성된 기판을 사용하는 경우, 하지 절연막(120)은 층간 절연막으로서도 기능한다. 이 경우에는 표면이 평탄해지도록 CMP(Chemical Mechanical Polishing)법 등으로 평탄화 처리를 수행하는 것이 바람직하다.
또한, 트랜지스터(100)의 채널이 형성되는 영역에 있어서, 산화물 반도체층(130)은 기판(110) 측에서부터 제 1 산화물 반도체층(131), 제 2 산화물 반도체층(132), 제 3 산화물 반도체층(133)이 적층된 구조를 가진다. 또한, 제 1 산화물 반도체층(131)에서, 제 2 산화물 반도체층(132), 소스 전극층(140), 및 드레인 전극층(150)과 중첩되지 않은 영역은 제 3 산화물 반도체층(133)과 접촉되기 때문에, 제 2 산화물 반도체층(132)은 제 1 산화물 반도체층(131) 및 제 3 산화물 반도체층(133)으로 둘러싸인 구조가 된다.
여기서 일례로서 제 2 산화물 반도체층(132)에는 제 1 산화물 반도체층(131) 및 제 3 산화물 반도체층(133)보다 전자 친화력(진공 준위에서 전도대 하단까지의 에너지)이 큰 산화물 반도체를 사용한다. 전자 친화력은 진공 준위와 가전자대 상단의 에너지 차(이온화 퍼텐셜)로부터 전도대 하단과 가전자대 상단의 에너지 차(에너지 갭)를 뺌으로써 산출할 수 있다.
또한, 본 실시형태에서는 산화물 반도체층(130)이 3층으로 이루어진 적층인 경우에 대하여 설명하지만 산화물 반도체층(130)은 단일층이어도 좋고 2층으로 이루어져도 좋고 4층 이상으로 이루어져도 좋다. 도 15의 (A)에 도시된 바와 같이 산화물 반도체층(130)이 단일층인 경우에는 예를 들어, 제 2 산화물 반도체층(132)에 상당하는 층을 사용하면 좋다. 또한, 도 15의 (B)에 도시된 바와 같이 산화물 반도체층(130)이 2층으로 이루어지는 경우에는 예를 들어, 제 3 산화물 반도체층(133)을 제공하지 않는 구성으로 하면 좋다. 이 구성의 경우, 제 2 산화물 반도체층(132)과 제 1 산화물 반도체층(131)은 서로 교체될 수도 있다. 또한, 도 15의 (C)에 도시된 바와 같이 산화물 반도체층(130)이 3층으로 이루어지더라도 도 1과는 다른 구성으로 할 수 있다. 또한, 산화물 반도체층(130)이 4층 이상으로 이루어지는 경우에는 예를 들어, 본 실시형태에서 설명하는 3층 구조의 적층 위에 다른 산화물 반도체층을 적층하는 구성이나, 상기 3층 구조에서의 어느 계면에 다른 산화물 반도체층을 삽입하는 구성으로 할 수 있다.
제 1 산화물 반도체층(131) 및 제 3 산화물 반도체층(133)은, 제 2 산화물 반도체층(132)을 구성하는 금속 원소를 하나 이상 포함하고 예를 들어, 전도대 하단의 에너지가 제 2 산화물 반도체층(132)보다 0.05eV, 0.07eV, 0.1eV, 0.15eV 중 어느 값 이상이고 2eV, 1eV, 0.5eV, 0.4eV 중 어느 값 이하만큼 진공 준위에 가까운 산화물 반도체로 형성하는 것이 바람직하다.
이와 같은 구조에서, 게이트 전극층(170)에 전계를 인가하면, 산화물 반도체층(130) 중 전도대 하단의 에너지가 가장 작은 제 2 산화물 반도체층(132)에 채널이 형성된다. 즉, 제 2 산화물 반도체층(132)과 게이트 절연막(160) 사이에 제 3 산화물 반도체층(133)이 형성되어 있음으로써, 트랜지스터의 채널이 게이트 절연막과 접촉되지 않는 구조가 된다.
또한, 제 1 산화물 반도체층(131)은 제 2 산화물 반도체층(132)을 구성하는 금속 원소를 하나 이상 포함하여 구성되기 때문에 제 2 산화물 반도체층(132)과 하지 절연막(120)이 접촉되는 경우의 그 계면과 비교하여, 제 2 산화물 반도체층(132)과 제 1 산화물 반도체층(131) 계면에는 계면 준위가 형성되기 어렵다. 상기 계면 준위는 채널을 형성하는 경우가 있으며 트랜지스터의 문턱 전압이 변동될 수 있다. 따라서 제 1 산화물 반도체층(131)을 제공함으로써 트랜지스터의 문턱 전압 등 전기 특성의 편차를 저감시킬 수 있다. 또한, 상기 트랜지스터의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
또한, 제 3 산화물 반도체층(133)은 제 2 산화물 반도체층(132)을 구성하는 금속 원소를 하나 이상 포함하여 구성되기 때문에 제 2 산화물 반도체층(132)과 게이트 절연막(160)이 접촉되는 경우의 그 계면과 비교하여, 제 2 산화물 반도체층(132)과 제 3 산화물 반도체층(133) 계면에는 캐리어 산란이 일어나기 어렵다. 따라서 제 3 산화물 반도체층(133)을 제공함으로써 트랜지스터의 전계 효과 이동도를 높게 할 수 있다.
제 1 산화물 반도체층(131) 및 제 3 산화물 반도체층(133)에는 예를 들어, Al, Ti, Ga, Ge, Y, Zr, Sn, La, Ce, 또는 Hf를 제 2 산화물 반도체층(132)의 재료보다 높은 원자수비로 포함하는 재료를 사용할 수 있다. 구체적으로는 상기 원자수비를 1.5배 이상, 바람직하게는 2배 이상, 더 바람직하게는 3배 이상으로 한다. 상술한 원소는 산소와 강하게 결합되므로 산화물 반도체층에 산소 결손이 생기는 것을 억제하는 기능을 가진다. 즉, 제 1 산화물 반도체층(131) 및 제 3 산화물 반도체층(133)은 제 2 산화물 반도체층(132)보다 산소 결손이 생기기 어렵다고 할 수 있다.
또한, 제 1 산화물 반도체층(131), 제 2 산화물 반도체층(132), 및 제 3 산화물 반도체층(133)이 적어도 인듐, 아연, 및 M(Al, Ti, Ga, Ge, Y, Zr, Sn, La, Ce, 또는 Hf 등의 금속)을 포함한 In-M-Zn 산화물층인 경우, 제 1 산화물 반도체층(131)의 원자수비가 In:M:Zn=x1:y1:z1, 제 2 산화물 반도체층(132)의 원자수비가 In:M:Zn=x2:y2:z2, 제 3 산화물 반도체층(133)의 원자수비가 In:M:Zn=x3:y3:z3일 때 y1/x1 및 y3/x3이 y2/x2보다 큰 것이 바람직하다. y1/x1 및 y3/x3은 y2/x2보다 1.5배 이상, 바람직하게는 2배 이상, 더 바람직하게는 3배 이상이다. 이 때 제 2 산화물 반도체층(132)에서 y2가 x2 이상이면 트랜지스터의 전기 특성을 안정화시킬 수 있다. 다만, y2가 x2의 3배 이상인 경우, 트랜지스터의 전계 효과 이동도가 저하되기 때문에 y2는 x2의 3배 미만인 것이 바람직하다.
또한, 본 명세서에서 산화물 반도체층의 조성을 나타내는 원자수비에는 모재(base material)의 원자수비를 나타내는 의미도 있다. 산화물 반도체 재료를 타깃으로 사용하여 스퍼터링법으로 막을 형성한 경우, 스퍼터링 가스의 종류나 그 비율, 타깃의 밀도, 및 성막 조건에 따라서, 형성되는 산화물 반도체막의 조성이 모재의 타깃과는 다르게 될 수 있다. 따라서, 본 명세서에서는 산화물 반도체층의 조성을 나타내는 원자수비에는 모재의 원자수비가 포함되는 것으로 한다. 예를 들어, 성막 방법으로서 스퍼터링법을 채용한 경우, 원자수비가 1:1:1인 In-Ga-Zn 산화물막은 원자수비가 1:1:1인 In-Ga-Zn 산화물 재료를 타깃으로 사용하여 형성한 In-Ga-Zn 산화물막이라고 바꿔 말할 수 있다.
제 1 산화물 반도체층(131) 및 제 3 산화물 반도체층(133)에서의 Zn과 O를 제외한 In과 M의 원자수비는 바람직하게는 In을 50atomic% 미만으로 하고 M을 50atomic% 이상, 더 바람직하게는 In을 25atomic% 미만으로 하고 M을 75atomic% 이상으로 한다. 또한, 제 2 산화물 반도체층(132)에서의 Zn 및 O를 제외한 In과 M의 원자수비는 바람직하게는 In을 25atomic% 이상으로 하고 M을 75atomic% 미만, 더 바람직하게는 In을 34atomic% 이상으로 하고 M을 66atomic% 미만으로 한다.
제 1 산화물 반도체층(131) 및 제 3 산화물 반도체층(133)의 막 두께는 1nm 이상 100nm 이하, 바람직하게는 3nm 이상 50nm 이하로 한다. 또한, 제 2 산화물 반도체층(132)의 막 두께는 1nm 이상 200nm 이하, 바람직하게는 3nm 이상 100nm 이하, 더 바람직하게는 10nm 이상 50nm 이하로 한다.
제 1 산화물 반도체층(131), 제 2 산화물 반도체층(132), 및 제 3 산화물 반도체층(133)에는 예를 들어, 인듐, 아연, 및 갈륨을 포함한 산화물 반도체를 사용할 수 있다. 특히, 제 2 산화물 반도체층(132)에 인듐을 포함시키면 캐리어 이동도가 높게 되므로 바람직하다.
또한, 산화물 반도체층에 채널이 형성되는 트랜지스터에 안정된 전기 특성을 부여하기 위해서는, 산화물 반도체층 내의 불순물 농도를 저감시켜 산화물 반도체층을 진성 또는 실질적으로 진성으로 하는 것이 유효하다. 여기서, 실질적으로 진성이란, 산화물 반도체층의 캐리어 밀도가 1×1017/cm3 미만, 바람직하게는 1×1015/cm3 미만, 더 바람직하게는 1×1013/cm3 미만인 것을 말한다.
또한, 산화물 반도체층에 있어서 수소, 질소, 탄소, 실리콘, 및 주성분 이외의 금속 원소는 불순물이다. 예를 들어, 수소 및 질소는 도너 준위의 형성에 기여하고 캐리어 밀도를 증대시킨다. 또한, 실리콘은 산화물 반도체층 내에서 불순물 준위의 형성에 기여한다. 상기 불순물 준위는 트랩이 되어, 트랜지스터의 전기 특성을 열화시키는 경우가 있다. 따라서 제 1 산화물 반도체층(131), 제 2 산화물 반도체층(132), 및 제 3 산화물 반도체층(133)의 층 내나 각각의 계면에서 불순물 농도를 저감시키는 것이 바람직하다.
산화물 반도체층을 진성 또는 실질적으로 진성으로 하기 위해서는 예를 들어, 산화물 반도체층 내 어느 깊이에서 또는 산화물 반도체층 내 어느 영역에서 SIMS(Secondary Ion Mass Spectrometry) 분석으로 측정한 실리콘 농도가 1×1019atoms/cm3 미만, 바람직하게는 5×1018atoms/cm3 미만, 더 바람직하게는 1×1018atoms/cm3 미만인 부분을 가지는 것이 바람직하다. 또한, 예를 들어, 산화물 반도체층 내 어느 깊이에서 또는 산화물 반도체층 내 어느 영역에서 수소 농도가 2×1020atoms/cm3 이하, 바람직하게는 5×1019atoms/cm3 이하, 더 바람직하게는 1×1019atoms/cm3 이하, 더욱 바람직하게는 5×1018atoms/cm3 이하인 부분을 가지는 것이 바람직하다. 또한, 예를 들어, 산화물 반도체층 내 어느 깊이에서 또는 산화물 반도체층 내 어느 영역에서 질소 농도가 5×1019atoms/cm3 미만, 바람직하게는 5×1018atoms/cm3 이하, 더 바람직하게는 1×1018atoms/cm3 이하, 더욱 바람직하게는 5×1017atoms/cm3 이하인 부분을 가지는 것이 바람직하다.
또한, 산화물 반도체층이 결정을 포함하는 경우, 실리콘이나 탄소가 높은 농도로 포함되면 산화물 반도체층의 결정성이 저하될 수 있다. 산화물 반도체층의 결정성을 저하시키지 않기 위해서는 예를 들어, 산화물 반도체층 내 어느 깊이에서 또는 산화물 반도체층 내 어느 영역에서 실리콘 농도가 1×1019atoms/cm3 미만, 바람직하게는 5×1018atoms/cm3 미만, 더 바람직하게는 1×1018atoms/cm3 미만인 부분을 가지면 좋다. 또한, 예를 들어, 산화물 반도체층 내 어느 깊이에서 또는 산화물 반도체층 내 어느 영역에서 탄소 농도가 1×1019atoms/cm3 미만, 바람직하게는 5×1018atoms/cm3 미만, 더 바람직하게는 1×1018atoms/cm3 미만인 부분을 가지면 좋다.
또한, 상술한 바와 같이 고순도화된 산화물 반도체층을 채널 형성 영역에 사용한 트랜지스터의 오프 전류는 매우 작다. 예를 들어, 소스와 드레인 사이의 전압이 0.1V, 5V, 또는 10V일 때의 트랜지스터의 채널 폭으로 규격화된 오프 전류를, 수yA/μm 내지 수zA/μm까지 저감시킬 수 있다.
트랜지스터의 게이트 절연막으로서는 실리콘을 포함한 절연막이 사용되는 경우가 많아, 이 이유로부터 본 발명의 일 형태에 따른 트랜지스터처럼 산화물 반도체층의 채널이 되는 영역이, 게이트 절연막과 접촉되지 않는 구조가 바람직하다고 할 수 있다. 또한, 게이트 절연막과 산화물 반도체층의 계면에 채널이 형성되는 경우, 이 계면에서 캐리어가 산란되어 트랜지스터의 전계 효과 이동도가 낮아질 수 있다. 이러한 관점에서도 산화물 반도체층의 채널이 되는 영역은 게이트 절연막에서 떨어지게 하는 것이 바람직하다고 할 수 있다.
따라서 산화물 반도체층(130)을 제 1 산화물 반도체층(131), 제 2 산화물 반도체층(132), 제 3 산화물 반도체층(133)으로 이루어진 적층 구조로 함으로써 제 2 산화물 반도체층(132)에 채널이 형성되게 할 수 있으며, 전계 효과 이동도가 높고 안정된 전기 특성을 가진 트랜지스터를 형성할 수 있다.
다음에, 산화물 반도체층(130)의 밴드 구조에 대하여 설명한다. 제 1 산화물 반도체층(131) 및 제 3 산화물 반도체층(133)에 상당하는 층으로서 에너지 갭이 3.5eV인 In-Ga-Zn 산화물, 제 2 산화물 반도체층(132)에 상당하는 층으로서 에너지 갭이 3.15eV인 In-Ga-Zn 산화물을 사용하여 산화물 반도체층(130)에 상당하는 적층을 제작하고 밴드 구조를 해석하였다.
제 1 산화물 반도체층(131), 제 2 산화물 반도체층(132), 및 제 3 산화물 반도체층(133)의 막 두께는 각각 10nm로 하고, 에너지 갭은 분광 엘립소미터(HORIBA JOBIN YVON 제조 UT-300)를 사용하여 측정하였다. 또한, 진공 준위와 가전자대 상단의 에너지 차는 자외선 광전자 분광 분석(UPS: Ultraviolet Photoelectron Spectroscopy) 장치(PHI 제조 VersaProbe)를 사용하여 측정하였다.
도 5의 (A)는 진공 준위와 가전자대 상단의 에너지 차로부터 에너지 갭을 뺀 값으로서 산출되는 각 층의 진공 준위와 전도대 하단의 에너지 차(전자 친화력)를 모식적으로 나타낸 밴드 구조의 일부를 도시한 것이다. 도 5의 (A)는 제 1 산화물 반도체층(131) 및 제 3 산화물 반도체층(133)과 접촉하도록 산화 실리콘막을 제공한 경우의 밴드도이다. 여기서, Evac는 진공 준위의 에너지, EcI1 및 EcI2는 산화 실리콘막의 전도대 하단의 에너지, EcS1은 제 1 산화물 반도체층(131)의 전도대 하단의 에너지, EcS2는 제 2 산화물 반도체층(132)의 전도대 하단의 에너지, EcS3은 제 3 산화물 반도체층(133)의 전도대 하단의 에너지를 나타낸다.
도 5의 (A)에 도시된 바와 같이, 제 1 산화물 반도체층(131), 제 2 산화물 반도체층(132), 및 제 3 산화물 반도체층(133)의 전도대 하단의 에너지는 연속적으로 변화된다. 이것은 제 1 산화물 반도체층(131), 제 2 산화물 반도체층(132), 및 제 3 산화물 반도체층(133)의 조성이 근사하여 산소가 상호적으로 확산되기 쉬운 점에서도 이해된다. 따라서 제 1 산화물 반도체층(131), 제 2 산화물 반도체층(132), 및 제 3 산화물 반도체층(133)은 조성이 상이한 층으로 이루어진 적층체이면서 연속적인 물리적 성질(continuous physical property)을 가진다고 할 수도 있다. 또한, 도면에서는 상기 적층체에서의 각 계면을 점선으로 나타내었다.
공통의 주성분을 포함한 층의 적층으로 이루어진 산화물 반도체층(130)은 각 층을 단순히 적층하는 것이 아니라 연속 접합(여기서는 특히 전도대 하단의 에너지가 각 층 사이에서 연속적으로 변화되는 U자형 웰 구조(U Shape Well))이 형성되도록 제작한다. 즉, 각 층의 계면에 트랩 중심이나 재결합 중심과 같은 결함 준위를 형성하는 불순물이 존재하지 않도록 적층 구조를 형성한다. 만약 적층된 산화물 반도체층의 층간에 불순물이 혼재되면 에너지 밴드의 연속성이 없어져 계면에서 캐리어가 포획되거나 또는 재결합하여 소멸된다.
또한, 도 5의 (A)에는 EcS1과 EcS3이 같은 경우를 도시하였지만, 각각 상이하여도 좋다. 예를 들어, EcS3보다 EcS1이 높은 에너지를 가지는 경우, 밴드 구조의 일부는 도 5의 (B)와 같이 도시된다.
예를 들어, EcS1=EcS3인 경우에는 제 1 산화물 반도체층(131) 및 제 3 산화물 반도체층(133)에 In:Ga:Zn=1:3:2, 1:3:3, 1:3:4, 1:3:6, 1:6:4, 또는 1:9:6[원자수비]의 In-Ga-Zn 산화물, 제 2 산화물 반도체층(132)에 In:Ga:Zn=1:1:1, 5:5:6, 또는 3:1:2[원자수비]의 In-Ga-Zn 산화물 등을 사용할 수 있다. 또한, EcS1>EcS3인 경우에는 제 1 산화물 반도체층(131)에 In:Ga:Zn=1:6:4 또는 1:9:6[원자수비]의 In-Ga-Zn 산화물, 제 2 산화물 반도체층(132)에 In:Ga:Zn=1:1:1 5:5:6, 또는 3:1:2[원자수비]의 In-Ga-Zn 산화물, 제 3 산화물 반도체층(133)에 In:Ga:Zn=1:3:2, 1:3:3, 1:3:4, 또는 1:3:6[원자수비]의 In-Ga-Zn 산화물 등을 사용할 수 있다.
도 5의 (A) 및 (B)를 보면 알 수 있듯이, 산화물 반도체층(130)에서의 제 2 산화물 반도체층(132)이 웰(우물)이 되어, 산화물 반도체층(130)을 사용한 트랜지스터에서는 채널이 제 2 산화물 반도체층(132)에 형성된다. 또한, 산화물 반도체층(130)은 전도대 하단의 에너지가 연속적으로 변화되기 때문에, U자형 웰이라고 부를 수도 있다. 또한, 이와 같은 구성으로 형성된 채널을 매몰 채널이라고 할 수도 있다.
또한, 제 1 산화물 반도체층(131) 및 제 3 산화물 반도체층(133)과, 산화 실리콘막 등 절연막과의 계면 근방에는 불순물이나 결함에 기인한 트랩 준위가 형성될 수 있다. 제 1 산화물 반도체층(131) 및 제 3 산화물 반도체층(133)이 있음으로써 제 2 산화물 반도체층(132)과 상기 트랩 준위를 떨어지게 할 수 있다. 다만, EcS1과 EcS2 사이의 에너지 차 또는 EcS3과 EcS2 사이의 에너지 차가 작은 경우에는 제 2 산화물 반도체층(132)의 전자가 상기 에너지 차를 넘어 트랩 준위에 도달될 수 있다. 전자가 트랩 준위에 포획됨으로써 절연막과의 계면에 음의 고정 전하가 생겨 트랜지스터의 문턱 전압은 양 방향으로 시프트된다.
따라서, 트랜지스터의 문턱 전압의 변동을 저감시키기 위해서는 EcS1과 EcS2 사이 및 EcS3과 EcS2 사이에 에너지 차가 필요하다. 상기 에너지 차는 각각 0.1eV 이상이 바람직하고 0.15eV 이상이 더 바람직하다.
또한, 제 1 산화물 반도체층(131), 제 2 산화물 반도체층(132), 및 제 3 산화물 반도체층(133)에는 결정부가 포함되는 것이 바람직하다. 특히 c축이 배향된 결정을 사용함으로써 트랜지스터에 안정된 전기 특성을 부여할 수 있다.
또한, 산화물 반도체층(130)에 In-Ga-Zn 산화물을 사용하는 경우에는 In이 게이트 절연막으로 확산되는 것을 방지하기 위하여, 제 3 산화물 반도체층(133)을 제 2 산화물 반도체층(132)보다 In이 적은 조성으로 하는 것이 바람작하다.
소스 전극층(140), 드레인 전극층(150), 제 1 배선(145), 제 2 배선(155), 및 제 3 배선(175)에는 산소와 결합되기 쉬운 도전 재료를 사용하는 것이 바람직하다. 예를 들어, Al, Cr, Cu, Ta, Ti, Mo, W 등을 사용할 수 있다. 상술한 재료 중에서 특히 산소와 결합되기 쉬운 Ti이나, 나중의 프로세스 온도를 비교적 높게 할 수 있는 등의 이유로 융점이 높은 W을 사용하는 것이 더 바람직하다. 또한, 산소가 확산되기 쉬운 재료도, 산소와 결합하기 쉬운 도전 재료의 범주에 포함된다. 또한, 제 1 배선(145), 제 2 배선(155), 및 제 3 배선(175)은 Ti/Al/Ti 등의 적층 구조이어도 좋다.
산소와 결합되기 쉬운 도전 재료와 산화물 반도체층이 접촉되면, 산화물 반도체층 내의 산소가, 산소와 결합되기 쉬운 도전 재료 측에 확산되는 현상이 일어난다. 이 현상은 온도가 높을수록 현저하게 일어난다. 트랜지스터의 제작 공정에는 몇 번의 가열 공정이 있기 때문에, 이 현상에 의하여, 산화물 반도체층에서 소스 전극층 또는 드레인 전극층과 접촉한 영역 근방에 산소 결손이 발생되고, 막 내에 미미하게 포함된 수소와 상기 산소 결손이 결합됨으로써 상기 영역은 n형화된다. 따라서, n형화된 상기 영역은 트랜지스터의 소스 또는 드레인으로서 작용할 수 있다.
상기 n형화된 영역을 도 6의 트랜지스터의 확대 단면도(채널 길이 방향의 단면의 일부, 소스 전극층(140) 근방)에 도시하였다. 제 1 산화물 반도체층(131) 내 및 제 2 산화물 반도체층(132) 내에 점선으로 나타낸 경계(135)는 진성 반도체 영역과 n형 반도체 영역의 경계이다. 제 1 산화물 반도체층(131) 및 제 2 산화물 반도체층(132)에서 소스 전극층(140) 및 제 1 배선(145)과 접촉한 영역 근방이 n형화된 영역이다. 또한, 경계(135)는 모식적으로 나타낸 것이고 실제로는 명료하지 않은 경우가 있다. 또한, 도 6에는 경계(135)의 일부가 제 2 산화물 반도체층(132) 내에서 가로 방향으로 연장되어 위치하는 상태를 도시하였지만, 제 1 산화물 반도체층(131) 및 제 2 산화물 반도체층(132)에서 소스 전극층(140)과 하지 절연막(120) 사이의 영역의 막 두께 방향 전체가 n형화될 수도 있다.
또한, 본 발명의 일 형태에서는 제 1 배선(145) 및 제 2 배선(155)이 제 1 산화물 반도체층(131) 내 및 제 2 산화물 반도체층(132) 내에 매설되기 때문에 제 1 산화물 반도체층(131) 내 및 제 2 산화물 반도체층(132) 내에 형성되는 n형화 영역을 확대시킬 수 있다. 상기 n형화 영역은 트랜지스터의 소스(또는 드레인)로서 기능하는 영역이며 상기 n형화 영역을 확대시킴으로써 채널 형성 영역과 소스 전극(또는 드레인 전극), 또는 채널 형성 영역과 제 1 배선(145)(또는 제 2 배선(155)) 사이의 직렬 저항 성분을 저감시킬 수 있고 트랜지스터의 전기 특성을 향상시킬 수 있다.
또한, 채널 길이가 매우 짧은 트랜지스터를 형성하는 경우, 상기 산소 결손의 발생으로 인하여 n형화된 영역이 트랜지스터의 채널 길이 방향으로 연장되어 존재할 수 있다. 이 경우, 트랜지스터의 전기 특성은 변화되고, 예를 들어 문턱 전압이 시프트되거나, 게이트 전압으로 트랜지스터의 온/오프 상태를 제어하기 어려운 상태(도통 상태)가 된다. 그러므로, 채널 길이가 매우 짧은 트랜지스터를 형성하는 경우에는 소스 전극층 및 드레인 전극층에 산소와 결합되기 쉬운 도전 재료를 사용하는 것이 바람직하다고 할 수 없는 경우도 있다.
이러한 경우에는 소스 전극층(140) 및 드레인 전극층(150)에 상술한 재료에 비하여 산소와 결합되기 어려운 도전 재료를 사용할 수도 있다. 이와 같은 도전 재료로서는 예를 들어, 질화 탄탈, 질화 티타늄, 금, 백금, 팔라듐, 또는 루테늄을 포함한 재료 등을 사용할 수 있다. 또한, 상기 도전 재료가 제 2 산화물 반도체층(132)과 접촉되는 경우, 소스 전극층(140) 및 드레인 전극층(150)은, 상기 산소와 결합되기 어려운 도전 재료와 상기 산소와 결합되기 쉬운 도전 재료를 적층한 구성을 가져도 좋다.
게이트 절연막(160)에는 산화 알루미늄, 산화 마그네슘, 산화 실리콘, 산화 질화 실리콘, 질화 산화 실리콘, 질화 실리콘, 산화 갈륨, 산화 게르마늄, 산화 이트륨, 산화 지르코늄, 산화 란탄, 산화 네오디뮴, 산화 하프늄, 및 산화 탄탈 중 하나 이상을 포함한 절연막을 사용할 수 있다. 또한, 게이트 절연막(160)은 상술한 재료를 적층한 것이라도 좋다.
게이트 전극층(170)으로서는 Al, Ti, Cr, Co, Ni, Cu, Y, Zr, Mo, Ru, Ag, Ta, 및 W 등으로 이루어진 도전막을 사용할 수 있다. 또한, 상기 게이트 전극층은 상술한 재료를 적층한 것이라도 좋다. 또한, 상기 게이트 전극층으로서 질소를 포함한 도전막을 사용하여도 좋다.
게이트 절연막(160) 및 게이트 전극층(170) 위에는 절연층(180)이 형성되는 것이 바람직하다. 이 절연층에는 산화 알루미늄을 사용하는 것이 바람직하다. 산화 알루미늄막은 수소, 수분 등 불순물과 산소의 양쪽 모두에 대하여 막을 투과시키지 않는 차단 효과가 높다. 따라서, 산화 알루미늄막은 트랜지스터의 제작 공정 중 및 제작 후에, 트랜지스터의 전기 특성의 변동 요인이 되는 수소, 수분 등 불순물이 산화물 반도체층(130)에 혼입하거나, 산화물 반도체층(130)을 구성하는 주성분 재료인 산소가 산화물 반도체층으로부터 방출되거나, 하지 절연막(120)으로부터 산소가 쓸데없이 방출되는 것을 방지하는 효과를 가진 보호막으로서 사용하기에 적합하다. 또한, 산화 알루미늄막에 포함된 산소를 산화물 반도체층 내에 확산시키는 것도 가능하다.
또한, 절연층(180) 위에는 절연층(185)이 형성되는 것이 바람직하다. 절연층(185)에는 산화 마그네슘, 산화 실리콘, 산화 질화 실리콘, 질화 산화 실리콘, 질화 실리콘, 산화 갈륨, 산화 게르마늄, 산화 이트륨, 산화 지르코늄, 산화 란탄, 산화 네오디뮴, 산화 하프늄, 및 산화 탄탈 중 하나 이상을 포함한 절연막을 사용할 수 있다. 또한, 절연층(185)은 상술한 재료를 적층한 것이라도 좋다.
여기서 절연층(185)은 과잉 산소를 포함하는 것이 바람직하다. 과잉 산소를 포함한 절연층이란, 가열 처리 등에 의하여 산소를 방출할 수 있는 절연층을 말한다. 바람직하게는, 승온 탈리 가스 분광법(thermal desorption spectroscopy)에 의한 분석에서, 산소 원자로 환산한 산소의 방출량이 1.0×1019atoms/cm3 이상인 막을 말한다. 상기 절연층으로부터 방출되는 산소는 게이트 절연막(160)을 경유하여 산화물 반도체층(130)의 채널 형성 영역으로 확산될 수 있기 때문에, 채널 형성 영역에 산소 결손이 형성된 경우에도 산소를 보전할 수 있다. 따라서, 안정된 트랜지스터의 전기 특성을 얻을 수 있다.
반도체 장치의 고집적화에는 트랜지스터의 미세화가 필수적이다. 한편, 트랜지스터의 미세화로 인하여 트랜지스터의 전기 특성이 악화되는 것이 알려져 있으며 특히 채널 폭의 축소에 직접 기인하는 온 전류는 현저히 저하된다.
하지만, 본 발명의 일 형태에 따른 트랜지스터는 상술한 바와 같이 채널이 형성되는 제 2 산화물 반도체층(132)과 게이트 절연막(160) 사이에 제 3 산화물 반도체층(133)이 형성된 구조를 가진다. 그러므로, 채널이 형성되는 제 2 산화물 반도체층(132)과 게이트 절연막의 계면에서 발생되는 캐리어 산란을 억제할 수 있고, 트랜지스터의 전계 효과 이동도를 높게 할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 형태에 따른 트랜지스터에서는 채널이 형성되는 제 2 산화물 반도체층(132)을 덮도록 제 3 산화물 반도체층(133)이 형성되기 때문에 제 2 산화물 반도체층(132) 측면에서도 상면과 마찬가지로 캐리어 산란을 억제할 수 있다.
따라서, 본 발명의 일 형태에 따른 트랜지스터는 도 7의 채널 폭 방향의 단면도로 도시된 바와 같은, 채널 폭 방향의 제 2 산화물 반도체층(132) 상면의 길이(WT)가 상기 산화물 반도체층의 막 두께와 같은 정도이거나 또는 그 이하까지 축소된 구조를 가지는 경우에 전기 특성이 현저하게 향상된다.
예를 들어, 도 7에 도시된 바와 같은 트랜지스터에서 WT가 상술한 바와 같이 충분히 작은 경우에는 게이트 전극층(170)에서 제 2 산화물 반도체층(132) 측면에 인가되는 전계는 제 2 산화물 반도체층(132) 전체에 가해지기 때문에 제 2 산화물 반도체층(132) 측면에도 상면에 형성되는 채널과 같은 정도의 채널이 형성된다. 즉, 본 발명의 일 형태에 따른 트랜지스터는 종래의 트랜지스터보다 온 전류를 높일 수 있다.
도 7에 도시된 것과 같은 채널 영역(137)이 트랜지스터에 형성되는 경우에는 채널 폭은 WT와 채널 폭 방향의 제 2 산화물 반도체층(132) 측면의 길이(WS1, WS2)의 합(WT+WS1+WS2)으로 정의될 수 있고 상기 트랜지스터에는 상기 채널 폭에 따른 온 전류가 흐른다. 또한, WT가 충분히 작은 경우에는 제 2 산화물 반도체층(132) 전체에 전류가 흐르게 된다.
또한, WS1=WS2=WS일 때 트랜지스터의 온 전류를 효율적으로 향상시키기 위해서는 0.3WS≤WT≤3WS(WT는 0.3WS 이상 3WS 이하)로 한다. 또한, 바람직하게는 WT/WS=0.5 이상 1.5 이하로 하고 더 바람직하게는 WT/WS=0.7 이상 1.3 이하로 한다. WT/WS>3의 경우 S값이나 오프 전류가 증가될 수 있다.
따라서, 본 발명의 일 형태에 따른 트랜지스터는 트랜지스터가 미세화되더라도 충분히 높은 온 전류를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명의 일 형태에 따른 트랜지스터는 제 2 산화물 반도체층(132)이 제 1 산화물 반도체층(131) 위에 형성되어 있음으로써 계면 준위가 형성되기 어렵다는 효과나, 제 2 산화물 반도체층(132)이 3층 구조에서의 중간층임으로써 상하에서의 불순물 혼입의 영향을 배제된다는 효과 등을 가진다. 또한, 제 2 산화물 반도체층(132)은 제 1 산화물 반도체층(131)과 제 3 산화물 반도체층(133)으로 둘러싸인 구조이기 때문에, 상술한 트랜지스터의 온 전류 향상뿐만 아니라 문턱 전압의 안정화나 S값 저감을 도모할 수 있다. 따라서, Icut(게이트 전압 VG가 0V일 때의 전류)를 낮출 수 있고 소비 전력을 저감시킬 수 있다. 또한, 트랜지스터의 문턱 전압이 안정화되기 때문에 반도체 장치의 장기 신뢰성이 향상될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 형태에 따른 트랜지스터는 도 8에 도시된 바와 같이 산화물 반도체층(130)과 기판(110) 사이에 도전막(172)을 가져도 좋다. 상기 도전막을 제 2 게이트 전극으로서 사용함으로써 온 전류를 더 증가시킬 수 있거나 문턱 전압을 제어할 수 있다. 온 전류를 증가시키기 위해서는 예를 들어, 게이트 전극층(170)과 도전막(172)의 전위를 동일하게 하여 듀얼 게이트 트랜지스터로서 구동시키면 좋다. 또한, 문턱 전압을 제어하기 위해서는 게이트 전극층(170)과는 다른 정전위를 도전막(172)에 공급하면 좋다.
또한, 본 실시형태는 본 명세서에서 기재된 다른 실시형태와 적절히 조합할 수 있다.
(실시형태 2)
본 실시형태에서는 실시형태 1에서 설명한 도 1에 도시된 트랜지스터(100)의 제작 방법에 대하여 도 9 내지 도 11을 사용하여 설명한다.
기판(110)에는 유리 기판, 세라믹 기판, 석영 기판, 사파이어 기판 등을 사용할 수 있다. 또한, 실리콘이나 탄화 실리콘 등으로 이루어진 단결정 반도체 기판이나 다결정 반도체 기판, 실리콘 게르마늄 등으로 이루어진 화합물 반도체 기판, SOI(Silicon On Insulator) 기판 등을 사용할 수도 있으며 이와 같은 기판 위에 반도체 소자가 제공된 것을 기판으로서 사용하여도 좋다.
하지 절연막(120)으로서는 플라즈마 CVD(Chemical Vapor Deposition)법 또는 스퍼터링법 등에 의하여 산화 알루미늄, 산화 마그네슘, 산화 실리콘, 산화 질화 실리콘, 산화 갈륨, 산화 게르마늄, 산화 이트륨, 산화 지르코늄, 산화 란탄, 산화 네오디뮴, 산화 하프늄, 및 산화 탄탈 등으로 이루어진 산화물 절연막, 질화 실리콘, 질화 산화 실리콘, 질화 알루미늄, 질화 산화 알루미늄 등으로 이루어진 질화물 절연막, 또는 상술한 재료를 혼합한 막을 사용하여 형성할 수 있다. 또한, 상술한 재료가 적층된 것이어도 좋고 이 경우, 적어도 산화물 반도체층(130)과 접촉되는 상층은 산화물 반도체층(130)에 대한 산소 공급원이 될 수 있게 과잉 산소를 포함한 재료로 형성하는 것이 바람직하다.
또한, 이온 주입법, 이온 도핑법, 플라즈마 잠입 이온 주입법 등으로 하지 절연막(120)에 산소를 첨가하여도 좋다. 산소를 첨가함으로써 하지 절연막(120)으로부터 산화물 반도체층(130)으로의 산소 공급을 더 용이하게 할 수 있다.
또한, 기판(110) 표면이 절연체이고 나중에 제공되는 산화물 반도체층(130)으로 불순물이 확산되는 영향이 없는 경우에는 하지 절연막(120)을 제공하지 않는 구성으로 할 수 있다.
다음에, 하지 절연막(120) 위에 제 1 산화물 반도체층(131)이 되는 제 1 산화물 반도체막(331) 및 제 2 산화물 반도체층(132)이 되는 제 2 산화물 반도체막(332)을 스퍼터링법, CVD법, MBE법, ALD(Atomic Layer Deposition)법, 또는 PLD법으로 형성한다(도 9의 (A) 참조).
다음에, 제 1 산화물 반도체막(331) 및 제 2 산화물 반도체막(332)을 선택적으로 에칭함으로써 제 1 산화물 반도체층(131) 및 제 2 산화물 반도체층(132)을 형성한다(도 9의 (B) 참조).
제 1 산화물 반도체층(131)과 제 2 산화물 반도체층(132)의 적층에서 연속 접합을 형성하기 위해서는, 로드록실(load lock chamber)을 구비한 멀티 챔버 방식의 성막 장치(예를 들어 스퍼터링 장치)를 사용하여 각 층을 대기에 노출시키지 않고 연속적으로 적층하는 것이 바람직하다. 스퍼터링 장치의 각 챔버는 산화물 반도체에 있어서 불순물이 되는 물 등을 가능한 한 제거하기 위하여 크라이오 펌프와 같은 흡착식 진공 배기 펌프를 사용하여 고진공 배기(5×10-7Pa 내지 1×10-4Pa 정도까지)할 수 있고, 또한 막이 형성되는 기판을 100℃ 이상, 바람직하게는 500℃ 이상으로 가열할 수 있는 것이 바람직하다. 또는, 터보 분자 펌프와 콜드 트랩을 조합하여, 탄소 성분이나 수분 등을 포함한 가스가 배기계로부터 챔버 내로 역류되지 않도록 하는 것이 바람직하다.
고순도 진성 산화물 반도체를 얻기 위해서는 챔버 내의 고진공 배기뿐만 아니라 스퍼터링 가스의 고순도화도 필요하다. 스퍼터링 가스로서 이슬점이 -40℃ 이하, 바람직하게는 -80℃ 이하, 더 바람직하게는 -100℃ 이하까지 고순도화된 산소 가스나 아르곤 가스를 사용함으로써 산화물 반도체층에 수분 등이 침입되는 것을 가능한 한 방지할 수 있다.
제 1 산화물 반도체층(131), 제 2 산화물 반도체층(132), 및 나중의 공정으로 형성되는 제 3 산화물 반도체층(133)에는 실시형태 1에서 설명한 재료를 사용할 수 있다. 예를 들어, 제 1 산화물 반도체층(131)에 In:Ga:Zn=1:3:6, 1:3:4, 1:3:3, 또는 1:3:2[원자수비]의 In-Ga-Zn 산화물, 제 2 산화물 반도체층(132)에 In:Ga:Zn=1:1:1 또는 5:5:6[원자수비]의 In-Ga-Zn 산화물, 제 3 산화물 반도체층(133)에 In:Ga:Zn=1:3:6, 1:3:4, 1:3:3, 또는 1:3:2[원자수비]의 In-Ga-Zn 산화물을 사용할 수 있다.
또한, 제 1 산화물 반도체층(131), 제 2 산화물 반도체층(132), 및 제 3 산화물 반도체층(133)으로서 사용할 수 있는 산화물 반도체는 적어도 인듐(In) 또는 아연(Zn)을 포함하는 것이 바람직하다. 또는 In과 Zn의 양쪽을 포함하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 산화물 반도체를 사용한 트랜지스터의 전기 특성의 편차를 저감시키기 위해서, 이들과 함께 스테빌라이저(stabilizer)를 포함하는 것이 바람직하다.
스테빌라이저로서는 갈륨(Ga), 주석(Sn), 하프늄(Hf), 알루미늄(Al), 또는 지르코늄(Zr) 등이 있다. 또한, 스테빌라이저로서는 이 외에 란타노이드인 란탄(La), 세륨(Ce), 프라세오디뮴(Pr), 네오디뮴(Nd), 사마륨(Sm), 유로퓸(Eu), 가돌리늄(Gd), 테르븀(Tb), 디스프로슘(Dy), 홀뮴(Ho), 에르븀(Er), 툴륨(Tm), 이테르븀(Yb), 루테튬(Lu) 등이 있다.
예를 들어, 산화물 반도체로서 산화 인듐, 산화 주석, 산화 아연, In-Zn 산화물, Sn-Zn 산화물, Al-Zn 산화물, Zn-Mg 산화물, Sn-Mg 산화물, In-Mg 산화물, In-Ga 산화물, In-Ga-Zn 산화물, In-Al-Zn 산화물, In-Sn-Zn 산화물, Sn-Ga-Zn 산화물, Al-Ga-Zn 산화물, Sn-Al-Zn 산화물, In-Hf-Zn 산화물, In-La-Zn 산화물, In-Ce-Zn 산화물, In-Pr-Zn 산화물, In-Nd-Zn 산화물, In-Sm-Zn 산화물, In-Eu-Zn 산화물, In-Gd-Zn 산화물, In-Tb-Zn 산화물, In-Dy-Zn 산화물, In-Ho-Zn 산화물, In-Er-Zn 산화물, In-Tm-Zn 산화물, In-Yb-Zn 산화물, In-Lu-Zn 산화물, In-Sn-Ga-Zn 산화물, In-Hf-Ga-Zn 산화물, In-Al-Ga-Zn 산화물, In-Sn-Al-Zn 산화물, In-Sn-Hf-Zn 산화물, In-Hf-Al-Zn 산화물을 사용할 수 있다.
또한, 여기서 예를 들어 In-Ga-Zn 산화물이란, In과 Ga와 Zn을 주성분으로서 가진 산화물을 말한다. 또한, In과 Ga와 Zn 외의 금속 원소가 들어 있어도 좋다. 또한, 본 명세서에 있어서 In-Ga-Zn 산화물로 구성된 막을 IGZO막이라고도 부른다.
또한, InMO3(ZnO)m(m>0, 또 m은 정수가 아님)으로 표기되는 재료를 사용하여도 좋다. 또한, M은 Ga, Y, Zr, La, Ce, 또는 Nd 중에서 선택된 하나의 금속 원소 또는 복수의 금속 원소를 가리킨다. 또한, In2SnO5(ZnO)n(n>0, 또 n은 정수임)으로 표기되는 재료를 사용하여도 좋다.
다만, 실시형태 1에서 자세히 설명한 바와 같이, 제 2 산화물 반도체층(132)은 제 1 산화물 반도체층(131) 및 제 3 산화물 반도체층(133)보다 전자 친화력이 크게 되도록 형성한다.
또한, 산화물 반도체층은 스퍼터링법으로 형성하는 것이 바람직하다. 스퍼터링법으로서는 RF 스퍼터링법, DC 스퍼터링법, AC 스퍼터링법 등을 사용할 수 있다.
제 1 산화물 반도체층(131), 제 2 산화물 반도체층(132), 및 제 3 산화물 반도체층(133)으로서 In-Ga-Zn 산화물을 사용하는 경우, 예를 들어 In, Ga, 및 Zn의 원자수비가 In:Ga:Zn=1:1:1, In:Ga:Zn=2:2:1, In:Ga:Zn=3:1:2, In:Ga:Zn=5:5:6, In:Ga:Zn=1:3:2, In:Ga:Zn=1:3:3, In:Ga:Zn=1:3:4, In:Ga:Zn=1:3:6, In:Ga:Zn=1:4:3, In:Ga:Zn=1:5:4, In:Ga:Zn=1:6:6, In:Ga:Zn=1:6:4, In:Ga:Zn=1:9:6, In:Ga:Zn=1:1:4, In:Ga:Zn=1:1:2 중 어느 것인 재료를 사용할 수 있다.
또한 예를 들어, In, Ga, 및 Zn의 원자수비가 In:Ga:Zn=a:b:c(a＋b＋c=1)인 산화물의 조성이, 원자수비가 In:Ga:Zn=A:B:C(A＋B＋C=1)인 산화물의 조성의 근방이라는 것은 a, b, c가 (a-A)2＋(b-B)2＋(c-C)2≤r2를 만족시키는 것을 말한다. r은 예를 들어, 0.05로 하면 좋다. 다른 산화물의 경우도 마찬가지이다.
또한, 제 2 산화물 반도체층(132)은 제 1 산화물 반도체층(131) 및 제 3 산화물 반도체층(133)보다 인듐의 함유량이 많으면 좋다. 산화물 반도체에서는 주로 중금속의 s궤도가 캐리어 전도에 기여하고 있고, In의 함유율을 많게 함으로써 더 많은 s궤도가 중첩되기 때문에 In이 Ga보다 많은 조성을 가진 산화물은 In이 Ga와 동등하거나 또는 In이 Ga보다 적은 조성을 가진 산화물에 비하여 이동도가 높게 된다. 그러므로 제 2 산화물 반도체층(132)에 인듐의 함유량이 많은 산화물을 사용함으로써 이동도가 높은 트랜지스터를 구현할 수 있다.
이하에서는, 산화물 반도체막의 구조에 대하여 설명한다.
또한, 본 명세서에서 '평행'이란, 2개의 직선이 -10° 이상 10° 이하의 각도로 배치된 상태를 말한다. 따라서, -5° 이상 5° 이하의 경우도 그 범주에 포함된다. 또한 '수직'이란, 2개의 직선이 80° 이상 100° 이하의 각도로 배치된 상태를 말한다. 따라서, 85° 이상 95° 이하의 경우도 그 범주에 포함된다.
또한, 본 명세서에서 삼방정 또는 능면체정(rhombohedral crystal)은 육방정계에 포함된다.
산화물 반도체막은 비단결정 산화물 반도체막과 단결정 산화물 반도체막으로 대별된다. 비단결정 산화물 반도체막이란, CAAC-OS(C-Axis Aligned Crystalline Oxide Semiconductor)막, 다결정 산화물 반도체막, 미결정 산화물 반도체막, 비정질 산화물 반도체막 등을 말한다.
우선, CAAC-OS막에 대하여 설명한다.
CAAC-OS막은 복수의 결정부를 가지는 산화물 반도체막 중 하나이며 결정부의 대부분은 한 변이 100nm 미만인 입방체 내에 들어가는 크기이다. 따라서, CAAC-OS막에 포함되는 결정부는 한 변이 10nm 미만, 5nm 미만, 또는 3nm 미만인 입방체 내에 들어가는 크기인 경우도 포함된다.
CAAC-OS막을 투과형 전자 현미경(TEM: Transmission Electron Microscope)에 의하여 관찰하면, 명확한 결정부들끼리의 경계 즉, 결정 입계(그레인 바운더리라고도 함)는 확인되지 않는다. 따라서, CAAC-OS막은 결정 입계에 기인하는 전자 이동도의 저하가 일어나기 어렵다고 할 수 있다.
CAAC-OS막을 시료면에 대략 평행한 방향으로부터 TEM에 의하여 관찰(단면 TEM 관찰)하면, 결정부에서 금속 원자가 층상으로 배열되어 있는 것을 확인할 수 있다. 금속 원자의 각 층은 CAAC-OS막이 형성되는 면(피형성면이라고도 함) 또는 CAAC-OS막의 상면의 요철이 반영된 형상이며 CAAC-OS막의 피형성면 또는 상면에 평행하게 배열된다.
한편, CAAC-OS막을 시료면에 대략 수직인 방향으로부터 TEM에 의하여 관찰(평면 TEM 관찰)하면, 결정부에서 금속 원자가 삼각형 또는 육각형으로 배열되어 있는 것을 확인할 수 있다. 그러나, 상이한 결정부들간에서 금속 원자의 배열에는 규칙성은 없다.
단면 TEM 관찰 및 평면 TEM 관찰로부터, CAAC-OS막의 결정부가 배향성을 가짐을 알 수 있다.
CAAC-OS막에 대하여 X선 회절(XRD: X-Ray Diffraction) 장치를 사용하여 구조 해석을 수행하면, 예를 들어, InGaZnO4의 결정을 가진 CAAC-OS막의 out-of-plane법에 의한 해석에서는, 회절각(2θ)이 31° 근방일 때 피크가 나타나는 경우가 있다. 이 피크는, InGaZnO4의 결정의 (009)면에 귀속되기 때문에, CAAC-OS막의 결정이 c축 배향성을 가지고, c축이 피형성면 또는 상면에 대략 수직인 방향으로 배향되는 것을 확인할 수 있다.
한편, CAAC-OS막에 대하여 c축에 대략 수직인 방향으로부터 X선을 입사시키는 in-plane법에 의한 해석을 수행하면, 2θ가 56° 근방일 때 피크가 나타나는 경우가 있다. 이 피크는 InGaZnO4의 결정의 (110)면에 귀속된다. InGaZnO4의 단결정 산화물 반도체막의 경우에는, 2θ를 56° 근방에 고정시키고, 시료면의 법선 벡터를 축(φ축)으로 하여 시료를 회전시키면서 분석(φ 스캔)을 수행하면, (110)면과 등가인 결정면에 귀속되는 6개의 피크가 관찰된다. 한편, CAAC-OS막의 경우에는, 2θ를 56° 근방에 고정시키고 φ 스캔을 수행하여도 명료한 피크가 나타나지 않는다.
상술한 것으로부터, CAAC-OS막에서는, 상이한 결정부들간에서 a축 및 b축의 배향이 불규칙하지만, c축 배향성을 가지며 c축이 피형성면 또는 상면의 법선 벡터에 평행한 방향으로 배향되는 것을 알 수 있다. 따라서, 상술한 단면 TEM 관찰로 확인된 층상으로 배열된 금속 원자의 각 층은, 결정의 a-b면에 평행한 면이다.
또한, 결정부는 CAAC-OS막을 형성하였을 때, 또는 가열 처리 등의 결정화 처리를 수행하였을 때 형성된다. 상술한 바와 같이, 결정의 c축은 CAAC-OS막의 피형성면 또는 상면의 법선 벡터에 평행한 방향으로 배향된다. 따라서, 예를 들어 CAAC-OS막의 형상을 에칭 등에 의하여 변화시킨 경우, 결정의 c축이 CAAC-OS막의 피형성면 또는 상면의 법선 벡터에 평행한 방향으로 배향되지 않을 수도 있다.
또한, CAAC-OS막 내의 결정화도는 균일하지 않아도 된다. 예를 들어, CAAC-OS막의 결정부가 CAAC-OS막의 상면 근방으로부터의 결정 성장에 의하여 형성되는 경우에는, 상면 근방의 영역은 피형성면 근방의 영역보다 결정화도가 높게 될 수 있다. 또한, CAAC-OS막에 불순물을 첨가하는 경우에는, 불순물이 첨가된 영역의 결정화도가 변화되어, 부분적으로 결정화도가 다른 영역이 형성될 수도 있다.
또한, InGaZnO4의 결정을 가진 CAAC-OS막의 out-of-plane법에 의한 해석에서는, 2θ가 31° 근방일 때 나타나는 피크에 더하여, 2θ가 36° 근방일 때도 피크가 나타나는 경우가 있다. 2θ가 36° 근방일 때 나타나는 피크는 CAAC-OS막 내의 일부에, c축 배향성을 가지지 않는 결정이 포함되는 것을 가리킨다. CAAC-OS막은 2θ가 31° 근방일 때 피크가 나타나고, 2θ가 36° 근방일 때 피크가 나타나지 않는 것이 바람직하다.
CAAC-OS막은 불순물 농도가 낮은 산화물 반도체막이다. 불순물은 수소, 탄소, 실리콘, 전이 금속 원소 등, 산화물 반도체막의 주성분 이외의 원소이다. 특히 실리콘 등, 산화물 반도체막을 구성하는 금속 원소보다 산소와의 결합력이 강한 원소는, 산화물 반도체막으로부터 산소를 빼앗음으로써 산화물 반도체막의 원자 배열을 흐트러지게 하여 결정성을 저하시키는 요인이 된다. 또한, 철이나 니켈 등의 중금속, 아르곤, 이산화탄소 등은, 원자 반경(또는 분자 반경)이 크기 때문에 산화물 반도체막 내부에 포함되면 산화물 반도체막의 원자 배열을 흐트러지게 하여 결정성을 저하시키는 요인이 된다. 또한, 산화물 반도체막에 포함되는 불순물은 캐리어 트랩이나 캐리어 발생원이 되는 경우가 있다.
또한, CAAC-OS막은 결함 준위 밀도가 낮은 산화물 반도체막이다. 예를 들어 산화물 반도체막 내의 산소 결손은 캐리어 트랩이 되거나 또는 수소를 포획함으로써 캐리어 발생원이 되는 경우가 있다.
불순물 농도가 낮고 결함 준위 밀도가 낮은(산소 결손이 적은) 것을 고순도 진성 또는 실질적으로 고순도 진성이라고 부른다. 고순도 진성 또는 실질적으로 고순도 진성인 산화물 반도체막은 캐리어 발생원이 적기 때문에 캐리어 밀도를 낮게 할 수 있다. 따라서, 이 산화물 반도체막을 사용한 트랜지스터는 문턱 전압이 음이 되는 전기 특성(노멀리 온이라고도 함)이 되는 일이 적다. 또한, 고순도 진성 또는 실질적으로 고순도 진성인 산화물 반도체막은 캐리어 트랩이 적다. 따라서, 상기 산화물 반도체막을 사용하면 트랜지스터는 전기 특성의 변동이 작고 신뢰성이 높은 트랜지스터가 된다. 또한, 산화물 반도체막의 캐리어 트랩에 포획된 전하는 방출될 때까지 걸리는 시간이 길어 마치 고정 전하처럼 행동하는 경우가 있다. 그러므로 불순물 농도가 높고 결함 준위 밀도가 높은 산화물 반도체막을 사용한 트랜지스터는 전기 특성이 불안정하게 되는 경우가 있다.
또한 CAAC-OS막을 사용한 트랜지스터는 가시광이나 자외광의 조사로 인한 전기 특성의 변동이 작다.
다음에, 미결정 산화물 반도체막에 대하여 설명한다.
미결정 산화물 반도체막은 TEM에 의한 관찰상에서 결정부가 명확히 확인되지 않는 경우가 있다. 미결정 산화물 반도체막에 포함되는 결정부는 크기가 1nm 이상 100nm 이하, 또는 1nm 이상 10nm 이하인 경우가 많다. 특히, 1nm 이상 10nm 이하, 또는 1nm 이상 3nm 이하의 미결정인 나노 결정(nc: nanocrystal)을 가진 산화물 반도체막을 nc-OS(nanocrystalline Oxide Semiconductor)막이라고 부른다. 또한, nc-OS막은 예를 들어, TEM에 의한 관찰상에서는 결정 입계가 명확히 확인되지 않는 경우가 있다.
nc-OS막은 미소 영역(예를 들어 1nm 이상 10nm 이하의 영역, 특히 1nm 이상 3nm 이하의 영역)에서 원자 배열에 주기성이 있다. 또한, nc-OS막은 상이한 결정부들간에서 결정 방위에 규칙성이 없다. 그러므로, 막 전체에서 배향성이 확인되지 않는다. 따라서, nc-OS막은 분석 방법에 따라서는 비정질 산화물 반도체막과 구별할 수 없는 경우가 있다. 예를 들어 결정부보다 직경이 큰 X선을 사용하는 XRD 장치를 사용하여 nc-OS막의 구조를 해석하면, out-of-plane법에 의한 해석에서는 결정면을 가리키는 피크가 검출되지 않는다. 또한, nc-OS막에 대하여, 프로브 직경이 결정부보다 큰(예를 들어 50nm 이상) 전자선을 사용하는 전자선 회절(제한 시야 전자선 회절이라고도 함)을 수행하면, 할로 패턴(halo pattern)과 같은 회절 패턴이 관측된다. 한편, nc-OS막에 대하여, 프로브 직경이 결정부의 크기와 가깝거나 결정부의 크기보다 작은(예를 들어 1nm 이상 30nm 이하) 전자선을 사용한 전자선 회절(나노 빔 전자선 회절이라고도 함)을 수행하면, 스폿이 관측된다. 또한, nc-OS막에 대하여 나노 빔 전자선 회절을 수행하면, 휘도가 높은 원형(환(環)형) 영역이 관측되는 경우가 있다. 또한, nc-OS막에 대하여 나노 빔 전자선 회절을 수행하면, 환형 영역 내에 복수의 스폿이 관측되는 경우가 있다.
nc-OS막은 비정질 산화물 반도체막보다 규칙성이 높은 산화물 반도체막이다. 그러므로, nc-OS막은 비정질 산화물 반도체막보다 결함 준위 밀도가 낮다. 다만, nc-OS막은 상이한 결정부들간에서 결정 방위에 규칙성이 없다. 따라서, nc-OS막은 CAAC-OS막보다 결함 준위 밀도가 높다.
또한, 산화물 반도체막은, 예를 들어 비정질 산화물 반도체막, 미결정 산화물 반도체막, CAAC-OS막 중 2개 이상을 가진 적층막이어도 좋다.
CAAC-OS막은 예를 들어, 다결정인 산화물 반도체 스퍼터링용 타깃을 사용하여 스퍼터링법으로 형성할 수 있다. 상기 스퍼터링용 타깃에 이온이 충돌되면, 스퍼터링용 타깃에 포함되는 결정 영역이 a-b면으로부터 벽개(劈開)되어 a-b면에 평행한 면을 가진 평판 형상, 또는 펠릿(pellet) 형상의 스퍼터링 입자로서 박리될 수 있다. 이 때 상기 평판 형상 또는 펠릿 형상의 스퍼터링 입자는 대전되기 때문에 플라즈마 중에서 응집되지 않고 결정 상태를 유지하면서 기판에 도달된다. 이에 의하여 CAAC-OS막을 형성할 수 있다.
제 2 산화물 반도체층(132)이 In-M-Zn 산화물(M은 Ga, Y, Zr, La, Ce, 또는 Nd)로 형성되는 경우, 제 2 산화물 반도체층(132)을 형성하기 위하여 사용하는 스퍼터링용 타깃의 금속 원소의 원자수비가 In:M:Zn=a1:b1:c1일 때 a1/b1은 1/3 이상 6 이하, 바람직하게는 1 이상 6 이하, c1/b1은 1/3 이상 6 이하, 바람직하게는 1 이상 6 이하이다. 또한, c1/b1이 1 이상 6 이하일 때 제 2 산화물 반도체층(132)으로서 CAAC-OS막이 형성되기 쉬워진다. 타깃의 금속 원소의 원자수비의 대표적인 예로서는 In:M:Zn=1:1:1, In:M:Zn=3:1:2, In:M:Zn=5:5:6 등이 있다.
제 1 산화물 반도체층(131) 및 제 3 산화물 반도체층(133)이 In-M-Zn 산화물(M은 Ga, Y, Zr, La, Ce, 또는 Nd)로 형성되는 경우, 제 1 산화물 반도체층(131) 및 제 3 산화물 반도체층(133)을 형성하기 위하여 사용하는 스퍼터링용 타깃의 금속 원소의 원자수비는 In:M:Zn=a2:b2:c2일 때 a2/b2<a1/b1이고, c2/b2는 1/3 이상 6 이하, 바람직하게는 1 이상 6 이하이다. 또한, c2/b2가 1 이상 6 이하일 때 제 1 산화물 반도체층(131) 및 제 3 산화물 반도체층(133)으로서 CAAC-OS막이 형성되기 쉬워진다. 타깃의 금속 원소의 원자수비의 대표적인 예로서는 In:M:Zn=1:3:2, In:M:Zn=1:3:3, In:M:Zn=1:3:4, In:M:Zn=1:3:6 등이 있다.
또한, 제 2 산화물 반도체층(132)의 형성 후에, 제 1 가열 처리를 수행하여도 좋다. 제 1 가열 처리는 250℃ 이상 650℃ 이하, 바람직하게는 300℃ 이상 500℃ 이하의 온도로, 불활성 가스 분위기, 산화성 가스를 10ppm 이상 포함한 분위기, 또는 감압 상태에서 수행하면 좋다. 또한, 제 1 가열 처리는, 불활성 가스 분위기에서 가열 처리를 수행한 후에, 탈리된 산소를 보전하기 위하여 산화성 가스를 10ppm 이상 포함한 분위기에서 가열 처리를 수행하여도 좋다. 제 1 가열 처리에 의하여 제 2 산화물 반도체층(132)의 결정성을 높이고, 하지 절연막(120) 및 제 1 산화물 반도체층(131)으로부터 수소나 물 등 불순물을 제거할 수 있다. 또한, 제 2 산화물 반도체층(132)을 형성하는 에칭 전에 제 1 가열 처리를 수행하여도 좋다.
다음에, 제 1 산화물 반도체층(131) 및 제 2 산화물 반도체층(132) 위에 소스 전극층(140) 및 드레인 전극층(150)이 되는 제 1 도전막을 형성한다. 제 1 도전막으로서는 Al, Cr, Cu, Ta, Ti, Mo, W, 또는 이들을 주성분으로 하는 합금 재료를 사용할 수 있다. 예를 들어, 두께 100nm의 티타늄막을 스퍼터링법 등으로 형성한다. 또는, CVD법으로 텅스텐막을 형성하여도 좋다.
다음에, 제 1 도전막을 제 2 산화물 반도체층(132) 위에서 분단하도록 에칭하여, 소스 전극층(140) 및 드레인 전극층(150)을 형성한다(도 9의 (C) 참조). 이 때 제 1 도전막의 오버 에칭에 의하여 제 2 산화물 반도체층(132)의 일부가 에칭된 형상이 되어도 좋다.
다음에, 제 1 산화물 반도체층(131), 제 2 산화물 반도체층(132), 소스 전극층(140), 및 드레인 전극층(150) 위에 제 3 산화물 반도체층(133)이 되는 제 3 산화물 반도체막(333)을 형성한다.
또한, 제 3 산화물 반도체막(333)의 형성 후에, 제 2 가열 처리를 수행하여도 좋다. 제 2 가열 처리는 제 1 가열 처리와 같은 조건으로 수행할 수 있다. 제 2 가열 처리에 의하여, 제 3 산화물 반도체막(333)으로부터 수소나 물 등 불순물을 제거할 수 있다. 또한, 제 1 산화물 반도체층(131) 및 제 2 산화물 반도체층(132)으로부터 수소나 물 등 불순물을 더 제거할 수 있다.
다음에, 제 3 산화물 반도체막(333) 위에 게이트 절연막(160)이 되는 절연막(360)을 형성한다. 절연막(360)에는 산화 알루미늄, 산화 마그네슘, 산화 실리콘, 산화 질화 실리콘, 질화 산화 실리콘, 질화 실리콘, 산화 갈륨, 산화 게르마늄, 산화 이트륨, 산화 지르코늄, 산화 란탄, 산화 네오디뮴, 산화 하프늄, 또는 산화 탄탈 등을 사용할 수 있다. 또한, 절연막(360)은 상술한 재료를 적층한 것이라도 좋다. 절연막(360)은 스퍼터링법, CVD법, MBE법, ALD법, 또는 PLD법 등을 사용하여 형성할 수 있다.
다음에, 절연막(360) 위에 게이트 전극층(170)이 되는 제 2 도전막(370)을 형성한다(도 10의 (A) 참조). 제 2 도전막(370)으로서는 Al, Ti, Cr, Co, Ni, Cu, Y, Zr, Mo, Ru, Ag, Ta, W, 또는 이들을 주성분으로 하는 합금 재료를 사용할 수 있다. 제 2 도전막(370)은 예를 들어, 스퍼터링법이나 CVD법 등으로 형성할 수 있다. 또한, 제 2 도전막(370)으로서는 질소를 포함한 도전막을 사용하여도 좋고, 상술한 재료를 포함한 도전막과 질소를 포함한 도전막의 적층을 사용하여도 좋다.
다음에, 게이트 전극층(170)을 형성하기 위한 레지스트 마스크를 사용하여 제 2 도전막(370)을 선택적으로 에칭함으로써 게이트 전극층(170)을 형성한다.
이어서, 상기 레지스트 마스크 또는 게이트 전극층(170)을 마스크로서 이용하여 절연막(360)을 선택적으로 에칭함으로써 게이트 절연막(160)을 형성한다.
다음에, 상기 레지스트 마스크 또는 게이트 전극층(170)을 마스크로서 이용하여 제 3 산화물 반도체막(333)을 에칭함으로써 제 3 산화물 반도체층(133)을 형성한다(도 10의 (B) 참조).
상술한 제 2 도전막(370), 절연막(360), 및 제 3 산화물 반도체막(333)의 에칭은 각 층마다 수행하여도 좋고 연속적으로 수행하여도 좋다.
다음에, 소스 전극층(140), 드레인 전극층(150), 및 게이트 전극층(170) 위에 절연층(180) 및 절연층(185)을 형성한다(도 10의 (C) 참조). 절연층(180) 및 절연층(185)은 하지 절연막(120)과 같은 재료 및 방법을 사용하여 형성할 수 있다. 또한, 절연층(180)에는 산화 알루미늄을 사용하는 것이 특히 바람직하다.
또한, 이온 주입법, 이온 도핑법, 플라즈마 잠입 이온 주입법 등으로 절연층(180)에 산소를 첨가하여도 좋다. 산소를 첨가함으로써 절연층(180)으로부터 산화물 반도체층(130)으로의 산소 공급을 더 용이하게 할 수 있다.
다음에, 제 3 가열 처리를 수행하여도 좋다. 제 3 가열 처리는 제 1 가열 처리와 같은 조건으로 수행할 수 있다. 제 3 가열 처리에 의하여 하지 절연막(120), 게이트 절연막(160), 절연층(180)으로부터 과잉 산소가 방출되기 쉬워져 산화물 반도체층(130)의 산소 결손을 저감시킬 수 있다.
다음에, 개구부를 가진 레지스트 마스크를 사용하여 절연층(185), 절연층(180), 소스 전극층(140), 드레인 전극층(150), 제 2 산화물 반도체층(132), 및 제 1 산화물 반도체층(131)을 선택적으로 에칭함으로써 개구부(147) 및 개구부(157)를 형성한다(도 11의 (A) 참조). 이 때 도 2에 도시된 개구부(177)도 마찬가지로 형성한다.
또한, 절연층(185), 절연층(180), 소스 전극층(140), 드레인 전극층(150), 제 2 산화물 반도체층(132), 및 제 1 산화물 반도체층(131)의 에칭은 각 층마다 수행하여도 좋고 연속적으로 수행하여도 좋다. 또한, 에칭 방법으로서는 드라이 에칭, 웨트 에칭 중 어느 쪽을 사용하여도 좋고, 각 층마다 다른 에칭 방법으로 에칭하여도 좋다.
그리고, 개구부(147) 및 개구부(157)를 덮도록 제 1 배선(145) 및 제 2 배선(155)을 형성하고, 제 1 배선(145)에 제 2 산화물 반도체층(132) 및 소스 전극층(140)을 전기적으로 접속하고, 제 2 배선(155)에 제 2 산화물 반도체층(132) 및 드레인 전극층(150)을 전기적으로 접속한다(도 11의 (B) 참조). 또한, 이 때 도 2에 도시된 개구부(177)를 덮도록 제 3 배선(175)을 형성하고, 제 3 배선(175)과 게이트 전극층(170)을 전기적으로 접속한다.
또한, 제 1 배선(145), 제 2 배선(155), 및 제 3 배선(175)은 소스 전극층(140), 드레인 전극층(150), 또는 게이트 전극층(170)과 같은 재료 및 방법을 사용하여 형성할 수 있다.
상술한 공정으로 도 1에 도시된 트랜지스터(100)를 제작할 수 있다.
또한, 본 실시형태에서 설명한 금속막 등은 대표적으로는 스퍼터링법이나 플라즈마 CVD법에 의하여 형성할 수 있지만 예를 들어, 열CVD법 등 다른 방법으로 형성하여도 좋다. 열CVD법의 예로서는 MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)법이나 ALD법 등이 있다.
열CVD법은 플라즈마를 사용하지 않는 성막 방법이기 때문에 플라즈마 대미지로 인하여 결함이 생성되지 않는다는 장점이 있다.
또한, 열CVD법을 채용하는 경우에는 원료 가스와 산화제를 챔버 내에 동시에 도입하고, 챔버 내를 대기압 또는 감압하로 하고, 기판 근방 또는 기판 위에서 반응시켜 기판 위에 퇴적시킴으로써 막을 형성하여도 좋다.
또한, ALD법을 채용하는 경우에는 챔버 내를 대기압하 또는 감압하로 하고 반응시키기 위한 원료 가스를 순차적으로 챔버 내에 도입하고, 이 가스 도입 절차를 반복함으로써 막을 형성하여도 좋다. 예를 들어, 각 스위칭 밸브(고속 밸브라고도 부름)를 전환하여 2종류 이상의 원료 가스를 순차적으로 챔버에 공급한다. 즉, 복수 종류의 원료 가스가 혼합되지 않도록 제 1 원료 가스와 동시에, 또는 제 1 원료 가스를 도입한 후에 불활성 가스(아르곤 또는 질소 등) 등을 도입하고 나서 제 2 원료 가스를 도입한다. 또한, 불활성 가스를 동시에 도입하는 경우 불활성 가스는 캐리어 가스가 된다. 또한 제 2 원료 가스를 도입할 때도 불활성 가스를 동시에 도입하여도 좋다. 또한, 불활성 가스의 도입 대신에 진공 배기에 의하여 제 1 원료 가스를 배출시킨 후, 제 2 원료 가스를 도입하여도 좋다. 제 1 원료 가스가 기판 표면에 흡착됨으로써 제 1 층이 형성되고, 나중에 도입되는 제 2 원료 가스와 제 1 층이 반응함으로써 제 1 층 위에 제 2 층이 적층되어, 박막이 형성된다. 이 가스 도입 절차를 제어하면서 원하는 두께가 될 때까지 여러 번 반복함으로써 스텝 커버리지가 우수한 박막을 형성할 수 있다. 박막의 두께는 가스 도입 절차의 반복 횟수에 따라 조절이 가능하기 때문에 막 두께를 정밀하게 조절할 수 있어 ALD법은 미세한 FET를 제작하는 경우에 적합하다.
예를 들어, ALD를 이용하는 성막 장치에 의하여 텅스텐막을 형성하는 경우에는 WF6가스와 B2H6가스를 순차적으로 반복하여 도입함으로써 초기 텅스텐막을 형성한 후에, WF6가스와 H2가스를 동시에 도입하여 텅스텐막을 형성한다. 또한, B2H6가스 대신에 SiH4가스를 사용하여도 좋다.
또한, 본 실시형태는 본 명세서에서 기재된 다른 실시형태와 적절히 조합할 수 있다.
(실시형태 3)
본 실시형태에서는 본 발명의 일 형태인 트랜지스터가 사용되어 있으며, 전력이 공급되지 않는 상황에서도 기억 내용의 유지가 가능하고, 기록 횟수에 대한 제한도 없는 반도체 장치(기억 장치)의 일례를 도면을 사용하여 설명한다.
도 12의 (A)는 반도체 장치의 단면도, (B)는 반도체 장치의 회로도이다.
도 12의 (A) 및 (B)에 도시된 반도체 장치는 하부에 제 1 반도체 재료를 사용한 트랜지스터(3200)를 가지고, 상부에 제 2 반도체 재료를 사용한 트랜지스터(3300), 및 용량 소자(3400)를 가진다. 또한, 트랜지스터(3300)로서는 실시형태 1에서 설명한 트랜지스터(101)를 사용할 수 있다.
또한, 용량 소자(3400)는 한쪽 전극에는 트랜지스터(3300)의 소스 전극층 또는 드레인 전극층과 전기적으로 접속되는 배선층과 같은 재료를, 다른 쪽 전극에는 트랜지스터(3300)의 게이트 전극층과 같은 재료를, 유전체에는 트랜지스터(3300)의 절연층(180) 및 절연층(185)과 같은 재료를 사용하는 구조로 함으로써, 트랜지스터(3300)와 동시에 형성하는 것이 가능하다.
여기서, 제 1 반도체 재료와 제 2 반도체 재료는 서로 에너지 갭이 다른 재료로 하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 제 1 반도체 재료를 산화물 반도체 이외의 반도체 재료(실리콘 등)로 하고, 제 2 반도체 재료는 실시형태 1에서 설명한 산화물 반도체로 할 수 있다. 산화물 반도체 이외의 재료를 사용한 트랜지스터는 고속 동작이 용이하다. 한편, 산화물 반도체를 사용한 트랜지스터는 오프 전류가 낮다는 전기 특성 때문에 장시간의 전하 유지를 가능하게 한다.
또한, 상술한 트랜지스터는 모두 n채널형 트랜지스터인 것으로 하여 설명하지만, p채널형 트랜지스터를 사용할 수 있음은 물론이다. 또한, 정보 유지를 위하여 산화물 반도체를 사용한 실시형태 1에 기재된 것과 같은 트랜지스터를 사용하는 것을 제외하고는, 반도체 장치에 사용하는 재료나 반도체 장치의 구조 등, 반도체 장치의 구체적인 구성을 여기서 기재된 것에 한정할 필요는 없다.
도 12의 (A)에 도시된 트랜지스터(3200)는 반도체 재료(예를 들어, 결정성 실리콘 등)를 포함한 기판(3000)에 제공된 채널 형성 영역과, 채널 형성 영역을 끼우도록 제공된 불순물 영역과, 불순물 영역과 접촉하는 금속간 화합물 영역과, 채널 형성 영역 위에 제공된 게이트 절연막과, 게이트 절연막 위에 제공된 게이트 전극층을 가진다. 또한, 도면에 있어서 소스 전극층이나 드레인 전극층을 명시적으로는 도시하지 않은 경우가 있지만, 편의상 이러한 상태를 포함하여 트랜지스터라고 칭하는 경우가 있다. 또한 이 경우, 트랜지스터의 접속 관계를 설명하기 위하여, 소스 영역이나 드레인 영역을 포함하여 소스 전극층이나 드레인 전극층이라고 표현하는 경우가 있다. 즉, 본 명세서에 있어서 소스 전극층이라는 기재의 의미에는, 소스 영역이 포함될 수 있다.
기판(3000) 위에는 트랜지스터(3200)를 둘러싸도록 소자 분리 절연층(3100)이 제공되고, 트랜지스터(3200)를 덮도록 절연층(3150)이 제공된다. 또한, 소자 분리 절연층(3100)은 LOCOS(Local Oxidation of Silicon)나 STI(Shallow Trench Isolation) 등의 소자 분리 기술을 사용하여 형성할 수 있다.
예를 들어, 결정성 실리콘 기판을 사용한 경우, 트랜지스터(3200)는 고속 동작이 가능하게 된다. 그러므로, 상기 트랜지스터를 판독 트랜지스터로서 사용함으로써 정보가 고속으로 판독될 수 있다.
절연층(3150) 위에는 트랜지스터(3300)가 제공되고, 트랜지스터(3300)의 소스 전극층 또는 드레인 전극층과 전기적으로 접속되는 배선은 용량 소자(3400)의 한쪽 전극으로서 기능한다. 또한, 용량 소자(3400)의 상기 한쪽 전극은 트랜지스터(3200)의 게이트 전극층과 전기적으로 접속된다.
도 12의 (A)에 도시된 트랜지스터(3300)는 산화물 반도체층에 채널이 형성되는 톱 게이트형 트랜지스터이다. 트랜지스터(3300)는 오프 전류가 작기 때문에 이것을 사용함으로써 장기간에 걸쳐 기억 내용이 유지될 수 있다. 즉, 리프레시 동작이 불필요하거나, 또는 리프레시 동작의 빈도가 매우 적은 반도체 기억 장치로 할 수 있어 소비 전력을 충분히 저감시킬 수 있다.
또한, 절연층(3150)을 개재하여 트랜지스터(3300)와 중첩되도록 전극(3250)이 제공된다. 이 전극을 제 2 게이트 전극으로서 사용하고 이 전극에 적절한 전위를 공급함으로써, 트랜지스터(3300)의 문턱 전압을 제어할 수 있다. 또한, 트랜지스터(3300)의 장기 신뢰성을 높일 수 있다. 또한, 상기 전극을 트랜지스터(3300)의 게이트 전극과 같은 전위로 하여 동작시킴으로써, 온 전류를 증가시킬 수 있다. 또한, 전극(3250)을 제공하지 않는 구성으로 할 수도 있다.
도 12의 (A)에 도시된 바와 같이 트랜지스터(3200)가 형성되는 기판 위에 트랜지스터(3300) 및 용량 소자(3400)를 형성할 수 있기 때문에 반도체 장치의 집적도를 높일 수 있다.
도 12(B)는 도 12의 (A)에 대응하는 회로 구성의 일례를 도시한 것이다.
도 12의 (B)에서 제 1 배선(3001)은 트랜지스터(3200)의 소스 전극층과 전기적으로 접속되고, 제 2 배선(3002)은 트랜지스터(3200)의 드레인 전극층과 전기적으로 접속된다. 또한, 제 3 배선(3003)은 트랜지스터(3300)의 소스 전극층 및 드레인 전극층 중 한쪽과 전기적으로 접속되고, 제 4 배선(3004)은 트랜지스터(3300)의 게이트 전극층과 전기적으로 접속된다. 그리고, 트랜지스터(3300)의 소스 전극층 및 드레인 전극층 중 다른 쪽과 트랜지스터(3200)의 게이트 전극층은 용량 소자(3400)의 한쪽 전극과 전기적으로 접속되고, 제 5 배선(3005)은 용량 소자(3400)의 다른 쪽 전극과 전기적으로 접속된다. 또한, 전극(3250)에 상당하는 요소는 도시하지 않았다.
도 12의 (B)에 도시된 반도체 장치에서는 트랜지스터(3200)의 게이트 전극층의 전위가 유지될 수 있다는 특징을 살림으로써, 다음과 같이 정보의 기록, 유지, 및 판독이 가능하다.
정보의 기록 및 유지에 대하여 설명한다. 먼저, 제 4 배선(3004)의 전위를 트랜지스터(3300)가 온 상태가 되는 전위로 하여 트랜지스터(3300)를 온 상태로 한다. 이로써, 제 3 배선(3003)의 전위가 트랜지스터(3200)의 게이트 전극층 및 용량 소자(3400)에 공급된다. 즉, 트랜지스터(3200)의 게이트 전극층에는 소정의 전하가 공급된다(기록). 여기서는, 상이한 두 가지 전위 레벨 중 어느 하나를 부여하는 전하(이하 각각 Low 레벨 전하, High 레벨 전하라고 함)가 공급되는 것으로 한다. 그 후, 제 4 배선(3004)의 전위를 트랜지스터(3300)가 오프 상태가 되는 전위로 하여 트랜지스터(3300)를 오프 상태로 함으로써, 트랜지스터(3200)의 게이트 전극층에 공급된 전하는 유지된다(유지).
트랜지스터(3300)의 오프 전류는 매우 낮기 때문에, 트랜지스터(3200)의 게이트 전극층의 전하는 장시간에 걸쳐 유지된다.
다음에, 정보의 판독에 대하여 설명한다. 제 1 배선(3001)에 소정의 전위(정전위)를 공급한 상태로 제 5 배선(3005)에 적절한 전위(판독 전위)를 공급하면 트랜지스터(3200)의 게이트 전극층에 유지된 전하량에 따라 제 2 배선(3002)의 전위가 달라진다. 이것은 일반적으로 트랜지스터(3200)를 n채널형 트랜지스터로 하면, 트랜지스터(3200)의 게이트 전극층에 High 레벨 전하가 공급되는 경우의 외견상 문턱 전압(apparent threshold voltage)(Vth _H)은, 트랜지스터(3200)의 게이트 전극층에 Low 레벨 전하가 공급되는 경우의 외견상 문턱 전압(Vth _L)보다 낮게 되기 때문이다. 여기서, 외견상 문턱 전압이란, 트랜지스터(3200)를 "온 상태"로 하는 데 필요한 제 5 배선(3005)의 전위를 말한다. 따라서 제 5 배선(3005)의 전위를 Vth _H와 Vth _L 사이의 전위(V0)로 함으로써 트랜지스터(3200)의 게이트 전극층에 공급된 전하를 판별할 수 있다. 예를 들어, 기록 시에 High 레벨 전하가 공급된 경우에는 제 5 배선(3005)의 전위가 V0(>Vth _H)이 되면 트랜지스터(3200)는 "온 상태"가 된다. 또한, Low 레벨 전하가 공급된 경우에는 제 5 배선(3005)의 전위가 V0(<Vth _L)이 되더라도 트랜지스터(3200)는 "오프 상태"를 유지한다. 그러므로 제 2 배선(3002)의 전위를 판별함으로써, 유지되고 있는 정보를 판독할 수 있다.
또한, 메모리 셀을 어레이 형태로 배치하여 사용하는 경우에는 원하는 메모리 셀의 정보만을 판독할 수 있어야 한다. 정보를 판독하지 않는 경우에는, 게이트 전극층의 상태에 상관없이 트랜지스터(3200)가 "오프 상태"가 되는 전위, 즉 Vth _H보다 작은 전위를 제 5 배선(3005)에 공급하면 좋다. 또는, 게이트 전극층의 상태에 상관없이 트랜지스터(3200)가 "온 상태"가 되는 전위, 즉 Vth _L보다 큰 전위를 제 5 배선(3005)에 공급하면 좋다.
본 실시형태에 기재된 반도체 장치는 채널 형성 영역에 산화물 반도체를 사용한, 오프 전류가 매우 낮은 트랜지스터가 적용되어 있기 때문에 기억 내용을 매우 장기간에 걸쳐 유지할 수 있다. 즉, 리프레시 동작을 수행할 필요가 없어지거나, 또는 리프레시 동작의 빈도를 매우 적게 할 수 있기 때문에, 소비 전력을 충분히 저감할 수 있다. 또한, 전력이 공급되지 않는 경우(다만, 전위는 고정되어 있는 것이 바람직함)에도 기억 내용을 장기간에 걸쳐 유지할 수 있다.
또한, 본 실시형태에 기재된 반도체 장치는, 정보 기록에 높은 전압을 필요로 하지 않고, 소자의 열화 문제도 없다. 예를 들어, 종래의 비휘발성 메모리와 같이, 플로팅 게이트에 전자를 주입하거나, 플로팅 게이트로부터 전자를 추출할 필요가 없기 때문에, 게이트 절연막의 열화 등의 문제가 생기기 어렵다. 즉, 개시된 발명에 따른 반도체 장치는 종래의 비휘발성 메모리에서 문제가 되고 있는 재기록 가능 횟수에 대한 제한이 없고, 신뢰성이 비약적으로 향상된다. 또한, 트랜지스터의 온 상태, 오프 상태에 따라 정보가 기록되기 때문에, 고속 동작을 쉽게 실현할 수도 있다.
상술한 바와 같이, 미세화 및 고집적화가 실현되고 높은 전기 특성을 가지는 반도체 장치를 제공할 수 있다.
또한, 본 실시형태는 본 명세서에 기재된 다른 실시형태와 적절히 조합할 수 있다.
(실시형태 4)
본 실시형태에서는 본 발명의 일 형태에 따른 트랜지스터가 사용되어 있고 전력이 공급되지 않는 상황에서도 기억 내용의 유지가 가능하며 기록 횟수에도 제한이 없는, 실시형태 3에 기재된 구성과는 다른 구성을 가지는 반도체 장치에 대하여 설명한다.
도 13은 반도체 장치의 회로 구성의 일례이다. 상기 반도체 장치에 있어서 제 1 배선(4500)과 트랜지스터(4300)의 소스 전극층은 전기적으로 접속되고, 제 2 배선(4600)과 트랜지스터(4300)의 게이트 전극층은 전기적으로 접속되고, 트랜지스터(4300)의 드레인 전극층과 용량 소자(4400)의 제 1 단자는 전기적으로 접속된다. 또한, 상기 반도체 장치에 포함되는 트랜지스터(4300)로서 실시형태 1에서 설명한 트랜지스터(100)를 사용할 수 있다. 또한, 제 1 배선(4500)은 비트선, 제 2 배선(4600)은 워드선으로서 기능할 수 있다.
상기 반도체 장치(메모리 셀(4250))는 도 12에 도시된 트랜지스터(3300) 및 용량 소자(3400)와 같은 접속 형태로 할 수 있다. 따라서, 용량 소자(4400)는 실시형태 3에서 설명한 용량 소자(3400)와 마찬가지로 트랜지스터(4300)의 제작 공정에서 동시에 제작할 수 있다.
다음에, 도 13에 도시된 반도체 장치(메모리 셀(4250))에 정보의 기록 및 유지를 수행하는 경우에 대하여 설명한다.
먼저, 제 2 배선(4600)에 트랜지스터(4300)가 온 상태가 되는 전위를 공급하여 트랜지스터(4300)를 온 상태로 한다. 이로써 제 1 배선(4500)의 전위가 용량 소자(4400)의 제 1 단자에 공급된다(기록). 그 후, 제 2 배선(4600)의 전위를 트랜지스터(4300)가 오프 상태가 되는 전위로 하여, 트랜지스터(4300)를 오프 상태로 함으로써 용량 소자(4400)의 제 1 단자의 전위가 유지된다(유지).
산화물 반도체를 사용한 트랜지스터(4300)는 오프 전류가 매우 작다는 특징을 가진다. 이 때문에, 트랜지스터(4300)를 오프 상태로 함으로써, 용량 소자(4400)의 제 1 단자의 전위(또는 용량 소자(4400)에 축적된 전하)를 매우 장시간에 걸쳐 유지할 수 있다.
다음에, 정보의 판독에 대하여 설명한다. 트랜지스터(4300)가 온 상태가 되면 부유 상태인 제 1 배선(4500)과 용량 소자(4400)가 도통되고, 제 1 배선(4500)과 용량 소자(4400) 사이에서 전하가 재분배된다. 이 결과, 제 1 배선(4500)의 전위가 변화된다. 제 1 배선(4500)의 전위의 변화량은 용량 소자(4400)의 제 1 단자의 전위(또는 용량 소자(4400)에 축적된 전하)에 따라 달라진다.
예를 들어, 용량 소자(4400)의 제 1 단자의 전위를 V, 용량 소자(4400)의 용량을 C, 제 1 배선(4500)이 가지는 용량 성분을 CB, 전하가 재분배되기 전의 제 1 배선(4500)의 전위를 VB0으로 하면, 전하가 재분배된 후의 제 1 배선(4500)의 전위는 (CB×VB0＋C×V)/(CB＋C)가 된다. 따라서, 메모리 셀(4250)의 상태로서 용량 소자(4400)의 제 1 단자의 전위가 V1과 V0(V1＞V0)의 두 가지 상태를 취한다면, 전위(V1)를 유지하는 경우의 제 1 배선(4500)의 전위(=(CB×VB0＋C×V1)/(CB＋C))는, 전위(V0)를 유지하는 경우의 제 1 배선(4500)의 전위(=(CB×VB0＋C×V0)/(CB＋C))보다 높게 되는 것을 알 수 있다.
그리고, 제 1 배선(4500)의 전위를 소정의 전위와 비교함으로써 정보를 판독할 수 있다.
이와 같이, 도 13에 도시된 반도체 장치(메모리 셀(4250))는 트랜지스터(4300)의 오프 전류가 매우 작다는 특징 때문에, 용량 소자(4400)에 축적된 전하가 장시간에 걸쳐 유지될 수 있다. 즉, 리프레시 동작을 수행할 필요가 없어지거나, 또는 리프레시 동작의 빈도를 매우 적게 할 수 있기 때문에, 소비 전력을 충분히 저감할 수 있다. 또한, 전력이 공급되지 않는 상황에서도 장기간에 걸쳐 기억 내용이 유지될 수 있다.
메모리 셀(4250)을 구동시키기 위한 구동 회로가 형성된 기판과, 도 13에 도시된 메모리 셀(4250)은 적층되는 것이 바람직하다. 메모리 셀(4250)과 구동 회로를 적층함으로써 반도체 장치의 소형화를 도모할 수 있다. 또한, 적층하는 메모리 셀(4250) 및 구동 회로의 수는 한정되지 않는다.
구동 회로에 포함되는 트랜지스터로서는 트랜지스터(4300)와 다른 반도체 재료를 사용하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 실리콘, 게르마늄, 실리콘 게르마늄, 탄소화 실리콘, 또는 갈륨 비소 등을 사용할 수 있고, 단결정 반도체를 사용하는 것이 더 바람직하다. 이와 같은 반도체 재료를 사용한 트랜지스터는 산화물 반도체를 사용한 트랜지스터보다 고속 동작이 가능하고 메모리 셀(4250)의 구동 회로의 구성에 사용하기에 적합하다.
상술한 바와 같이, 미세화 및 고집적화가 실현되고 높은 전기 특성을 가지는 반도체 장치를 제공할 수 있다.
또한, 본 실시형태는 본 명세서에 기재된 다른 실시형태와 적절히 조합할 수 있다.
(실시형태 5)
실시형태 1에서 설명한 트랜지스터는 표시 장치, 기억 장치, CPU, DSP(Digital Signal Processor), 커스텀 LSI, PLD(Programmable Logic Device) 등의 LSI, RF-ID(Radio Frequency Identification) 등의 반도체 장치에 응용될 수 있다. 본 실시형태에서는 상기 반도체 장치를 가지는 전자 기기의 예에 대하여 설명한다.
상기 반도체 장치를 가지는 전자 기기로서는 텔레비전이나 모니터 등의 표시 장치, 조명 장치, 퍼스널 컴퓨터, 워드 프로세서, 화상 재생 장치, 포터블 오디오 플레이어, 라디오, 테이프 리코더, 스테레오, 전화, 코드리스 전화, 휴대 전화, 자동차 전화, 트랜시버, 무선기, 게임기, 계산기, 휴대 정보 단말, 전자 수첩, 전자 서적, 전자 번역기, 음성 입력 기기, 비디오 카메라나 디지털 스틸 카메라 등의 카메라, 전기 면도기, IC칩, 전자 레인지 등의 고주파 가열 장치, 전기 밥솥, 전기 세탁기, 전기 청소기, 에어컨디셔너 등의 공기 조절 설비, 식기 세척기, 식기 건조기, 의류 건조기, 이불 건조기, 전기 냉장고, 전기 냉동고, 전기 냉동 냉장고, DNA 보존용 냉동고, 방사선 측정기, 투석 장치, X선 진단 장치 등의 의료 기기 등을 들 수 있다. 또한, 연기 감지기, 열 감지기, 가스 경보 장치나 방범 경보 장치 등의 경보 장치도 들 수 있다. 또한, 유도등, 신호기, 벨트 컨베이어, 엘리베이터, 에스컬레이터, 산업용 로봇, 전력 저장 시스템 등의 산업 기기도 들 수 있다. 또한, 연료를 사용한 엔진이나, 비수계 이차 전지로부터의 전력을 이용하여 전동기에 의하여 추진하는 이동체 등도 전자 기기의 범주에 포함되는 것으로 한다. 상기 이동체로서, 예를 들어 전기 자동차(EV), 내연 기관과 전동기를 둘 다 가진 하이브리드 차(HEV), 플러그인 하이브리드 차(PHEV), 이들의 타이어 차륜을 무한궤도로 바꾼 궤도 장착 차량, 전동 어시스트 자전거를 포함하는 원동기가 달린 자전거, 자동 이륜차, 전동 휠체어, 골프용 카트, 소형 또는 대형 선박, 잠수함, 헬리콥터, 항공기, 로켓, 인공 위성, 우주 탐사기나 혹성 탐사기, 우주선을 들 수 있다. 이들 전자 기기의 일부의 구체적인 예를 도 14에 도시하였다.
도 14의 (A)에 도시된 텔레비전 장치(8000)는 하우징(8001)에 표시부(8002)가 제공되어 있으며 표시부(8002)에 영상을 표시하고 스피커부(8003)로부터 음성을 출력할 수 있다. 본 발명의 일 형태에 따른 트랜지스터를 가진 기억 장치는 표시부(8002)를 동작시키기 위한 구동 회로에 사용될 수 있다.
또한, 텔레비전 장치(8000)는 정보 통신을 위한 CPU(8004)나, 메모리를 구비하여도 좋다. CPU(8004)나 메모리에 본 발명의 일 형태에 따른 트랜지스터를 가진 CPU나 기억 장치를 사용할 수 있다.
도 14의 (A)에 도시된 경보 장치(8100)는 주택용 화재 경보기이며 연기 또는 열 검출부(8102)와 마이크로컴퓨터(8101)를 사용한 전자 기기의 일례이다. 마이크로컴퓨터(8101)는 본 발명의 일 형태에 따른 트랜지스터를 가지는 기억 장치, CPU를 포함한다.
도 14의 (A)에 도시된 실내기(8200) 및 실외기(8204)를 가진 에어컨디셔너는 상술한 실시형태에 제시된 트랜지스터, 기억 장치, 또는 CPU 등을 포함한 전자 기기의 일례이다. 구체적으로, 실내기(8200)는 하우징(8201), 송풍구(8202), CPU(8203) 등을 가진다. 도 14의 (A)는 CPU(8203)가 실내기(8200)에 제공되는 경우를 예시한 것이지만, CPU(8203)는 실외기(8204)에 제공되어도 좋다. 또는, 실내기(8200)와 실외기(8204) 양쪽 모두에 CPU(8203)가 제공되어도 좋다. 본 발명의 일 형태에 따른 트랜지스터를 에어컨디셔너의 CPU에 사용함으로써 전력 절감을 도모할 수 있다.
도 14의 (A)에 도시된 전기 냉동 냉장고(8300)는 상술한 실시형태에 제시된 트랜지스터, 기억 장치, 또는 CPU 등을 포함한 전자 기기의 일례이다. 구체적으로 전기 냉동 냉장고(8300)는 하우징(8301), 냉장실용 도어(8302), 냉동실용 도어(8303), CPU(8304) 등을 가진다. 도 14의 (A)에서는 CPU(8304)가 하우징(8301) 내부에 제공되어 있다. 본 발명의 일 형태에 따른 트랜지스터를 전기 냉동 냉장고(8300)의 CPU(8304)에 사용함으로써 전력 절감을 도모할 수 있다.
도 14의 (B) 및 (C)에는 전자 기기의 일례인 전기 자동차의 예를 도시하였다. 전기 자동차(9700)에는, 이차 전지(9701)가 탑재되어 있다. 이차 전지(9701)의 전력은 회로(9702)에 의하여 출력이 조정되고 구동 장치(9703)에 공급된다. 회로(9702)는, 도시되어 있지 않은 ROM, RAM, CPU 등을 가진 처리 장치(9704)에 의하여 제어된다. 본 발명의 일 형태에 따른 트랜지스터를 전기 자동차(9700)의 CPU에 사용함으로써 전력 절감을 도모할 수 있다.
구동 장치(9703)는 직류 전동기 또는 교류 전동기 단독으로 구성되거나, 또는 전동기와 내연 기관이 조합되어 구성된다. 처리 장치(9704)는 전기 자동차(9700)의 운전자의 조작 정보(가속, 감속, 정지 등)나 주행 시의 정보(오르막길인지 내리막길인지 등의 정보, 구동륜에 가해지는 부하 정보 등)의 입력 정보에 따라 회로(9702)에 제어 신호를 출력한다. 회로(9702)는 처리 장치(9704)의 제어 신호에 따라 이차 전지(9701)로부터 공급되는 전기 에너지를 조정하여 구동 장치(9703)의 출력을 제어한다. 교류 전동기가 탑재되어 있는 경우에는, 도시되어 있지 않지만 직류를 교류로 변환시키는 인버터도 내장된다.
또한, 본 실시형태는 본 명세서에 기재된 다른 실시형태와 적절히 조합할 수 있다.
100: 트랜지스터
101: 트랜지스터
110: 기판
120: 하지 절연막
130: 산화물 반도체층
131: 제 1 산화물 반도체층
132: 제 2 산화물 반도체층
133: 제 3 산화물 반도체층
135: 경계
137: 채널 영역
140: 소스 전극층
145: 제 1 배선
147: 개구부
150: 드레인 전극층
155: 제 2 배선
157: 개구부
160: 게이트 절연막
170: 게이트 전극층
172: 도전막
175: 제 3 배선
177: 개구부
180: 절연층
185: 절연층
331: 제 1 산화물 반도체막
332: 제 2 산화물 반도체막
333: 제 3 산화물 반도체막
360: 절연막
370: 제 2 도전막
3000: 기판
3001: 제 1 배선
3002: 제 2 배선
3003: 제 3 배선
3004: 제 4 배선
3005: 제 5 배선
3100: 소자 분리 절연층
3150: 절연층
3200: 트랜지스터
3250: 전극
3300: 트랜지스터
3400: 용량 소자
4250: 메모리 셀
4300: 트랜지스터
4400: 용량 소자
4500: 제 1 배선
4600: 제 2 배선
8000: 텔레비전 장치
8001: 하우징
8002: 표시부
8003: 스피커부
8004: CPU
8100: 경보 장치
8101: 마이크로컴퓨터
8102: 검출부
8200: 실내기
8201: 하우징
8202: 송풍구
8203: CPU
8204: 실외기
8300: 전기 냉동 냉장고
8301: 하우징
8302: 냉장실용 도어
8303: 냉동실용 도어
8304: CPU
9700: 전기 자동차
9701: 이차 전지
9702: 회로
9703: 구동 장치
9704: 처리 장치
101: 트랜지스터
110: 기판
120: 하지 절연막
130: 산화물 반도체층
131: 제 1 산화물 반도체층
132: 제 2 산화물 반도체층
133: 제 3 산화물 반도체층
135: 경계
137: 채널 영역
140: 소스 전극층
145: 제 1 배선
147: 개구부
150: 드레인 전극층
155: 제 2 배선
157: 개구부
160: 게이트 절연막
170: 게이트 전극층
172: 도전막
175: 제 3 배선
177: 개구부
180: 절연층
185: 절연층
331: 제 1 산화물 반도체막
332: 제 2 산화물 반도체막
333: 제 3 산화물 반도체막
360: 절연막
370: 제 2 도전막
3000: 기판
3001: 제 1 배선
3002: 제 2 배선
3003: 제 3 배선
3004: 제 4 배선
3005: 제 5 배선
3100: 소자 분리 절연층
3150: 절연층
3200: 트랜지스터
3250: 전극
3300: 트랜지스터
3400: 용량 소자
4250: 메모리 셀
4300: 트랜지스터
4400: 용량 소자
4500: 제 1 배선
4600: 제 2 배선
8000: 텔레비전 장치
8001: 하우징
8002: 표시부
8003: 스피커부
8004: CPU
8100: 경보 장치
8101: 마이크로컴퓨터
8102: 검출부
8200: 실내기
8201: 하우징
8202: 송풍구
8203: CPU
8204: 실외기
8300: 전기 냉동 냉장고
8301: 하우징
8302: 냉장실용 도어
8303: 냉동실용 도어
8304: CPU
9700: 전기 자동차
9701: 이차 전지
9702: 회로
9703: 구동 장치
9704: 처리 장치
Claims (22)
- 반도체 장치에 있어서,
제 1 도전물과;
상기 제 1 도전물 위의 제1 절연물과;
상기 제 1 절연물 위의 산화물 반도체층과;
상기 산화물 반도체층과 접촉되는 제 2 도전물과;
상기 산화물 반도체층 위의 제 3 도전물과;
상기 제 3 도전물과 접촉되는 제 2 절연물과;
상기 산화물 반도체층, 상기 제 2 도전물, 및 상기 제 2 절연물 내의 개구부와;
상기 개구부에서 상기 산화물 반도체층 및 상기 제 2 도전물과 전기적으로 접속된 제 4 도전물을 포함하고,
상기 산화물 반도체층의 채널 길이 방향에서 상기 제 1 도전물의 폭은 상기 제 3 도전물의 폭보다 크고,
상기 제 4 도전물은 상기 제 1 절연물과 접촉되는, 반도체 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 2 절연물은 산화 알루미늄을 포함하는, 반도체 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 산화물 반도체층은 제 1 산화물 반도체층, 상기 제 1 산화물 반도체층 위의 제 2 산화물 반도체층, 상기 제 2 산화물 반도체층 위의 제 3 산화물 반도체층을 포함하는, 반도체 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 산화물 반도체층 아래의 제 2 산화물 반도체층을 더 포함하는, 반도체 장치. - 반도체 장치에 있어서,
절연면 위의 제 1 산화물 반도체층과;
상기 제 1 산화물 반도체층 위의 제 2 산화물 반도체층과;
상기 제 1 산화물 반도체층 및 상기 제 2 산화물 반도체층과 각각 접촉되는 소스 전극층 및 드레인 전극층과;
상기 절연면, 상기 제 1 산화물 반도체층, 상기 제 2 산화물 반도체층, 상기 소스 전극층, 및 상기 드레인 전극층과 접촉되는 제 3 산화물 반도체층과;
상기 제 3 산화물 반도체층 위의 게이트 절연막과;
상기 게이트 절연막 위의 게이트 전극층과;
상기 소스 전극층, 상기 드레인 전극층, 및 상기 게이트 전극층 위의 절연층과;
상기 제 1 산화물 반도체층, 상기 제 2 산화물 반도체층, 상기 소스 전극층, 및 상기 절연층 내의 제 1 개구부와;
상기 제 1 산화물 반도체층, 상기 제 2 산화물 반도체층, 상기 드레인 전극층, 및 상기 절연층 내의 제 2 개구부와;
상기 게이트 전극층 및 상기 절연층 내의 제 3 개구부를 포함하는, 반도체 장치. - 제 5 항에 있어서,
상기 제 2 산화물 반도체층 및 상기 소스 전극층과 전기적으로 접속되는, 상기 제 1 개구부 내의 제 1 배선과;
상기 제 2 산화물 반도체층 및 상기 드레인 전극층과 전기적으로 접속되는, 상기 제 2 개구부 내의 제 2 배선과;
상기 게이트 전극층과 전기적으로 접속되는, 상기 제 3 개구부 내의 제 3 배선을 더 포함하는, 반도체 장치. - 제 5 항에 있어서,
상기 제 3 산화물 반도체층은 상기 소스 전극층 및 상기 드레인 전극층 위에 위치하는, 반도체 장치. - 제 5 항에 있어서,
상기 제 1 산화물 반도체층 아래의 제 2 절연층을 더 포함하고,
상기 제 2 절연층은 상기 절연면을 포함하고,
상기 제 1 개구부의 바닥 및 상기 제 2 개구부의 바닥은 상기 제 2 절연층 내에 위치하는, 반도체 장치. - 제 5 항에 있어서,
상기 게이트 전극층의 상면 면적은 상기 게이트 절연막의 상면 면적보다 작은, 반도체 장치. - 제 5 항에 있어서,
상기 제 1 개구부는 상기 게이트 절연막에 제공되고,
상기 제 2 개구부는 상기 게이트 절연막에 제공되는, 반도체 장치. - 제 5 항에 있어서,
상기 제 1 산화물 반도체층 아래의 도전막을 더 포함하고,
상기 도전막은 상기 제 1 산화물 반도체층과 중첩되는, 반도체 장치. - 반도체 장치에 있어서,
제 1 게이트 전극층과;
상기 제 1 게이트 전극층 위의 하지 절연막과;
상기 하지 절연막 위의 제 1 산화물 반도체층과;
상기 제 1 산화물 반도체층 위의 제 2 산화물 반도체층과;
상기 제 1 산화물 반도체층 및 상기 제 2 산화물 반도체층과 각각 접촉되는 소스 전극층 및 드레인 전극층과;
상기 제 1 산화물 반도체층, 상기 제 2 산화물 반도체층, 상기 소스 전극층, 및 상기 드레인 전극층과 접촉되는 제 3 산화물 반도체층과;
상기 제 3 산화물 반도체층 위의 게이트 절연막과;
상기 게이트 절연막 위의 제 2 게이트 전극층과;
상기 소스 전극층, 상기 드레인 전극층, 및 상기 제 2 게이트 전극층 위의 절연층과;
상기 제 1 산화물 반도체층, 상기 제 2 산화물 반도체층, 상기 소스 전극층, 및 상기 절연층 내의 제 1 개구부와;
상기 제 1 산화물 반도체층, 상기 제 2 산화물 반도체층, 상기 드레인 전극층, 및 상기 절연층 내의 제 2 개구부와;
상기 제 2 게이트 전극층 및 상기 절연층 내의 제 3 개구부를 포함하고,
상기 제 2 산화물 반도체층의 채널 길이 방향에서 상기 제 1 게이트 전극층의 폭은 상기 제 2 게이트 전극층의 폭보다 크고,
상기 제 2 산화물 반도체층의 상면 면적은 상기 제 1 산화물 반도체층의 상면 면적보다 작은, 반도체 장치. - 제 12 항에 있어서,
상기 제 1 개구부에서 상기 제 2 산화물 반도체층 및 상기 소스 전극층과 전기적으로 접속되는 제 1 배선과;
상기 제 2 개구부에서 상기 제 2 산화물 반도체층 및 상기 드레인 전극층과 전기적으로 접속되는 제 2 배선과;
상기 제 3 개구부에서 상기 제 2 게이트 전극층과 전기적으로 접속되는 제 3 배선을 더 포함하는, 반도체 장치. - 제 12 항에 있어서,
상기 제 1 산화물 반도체층은, 상기 제 2 산화물 반도체층, 상기 소스 전극층, 및 상기 드레인 전극층과 중첩되지 않은 영역에서 상기 제 3 산화물 반도체층과 접촉되는, 반도체 장치. - 제 5 항 또는 제 12 항에 있어서,
상기 절연층은 산화 알루미늄을 포함하는, 반도체 장치. - 제 5 항 또는 제 12 항에 있어서,
상기 제 1 산화물 반도체층의 전도대 하단의 에너지 및 상기 제 3 산화물 반도체층의 전도대 하단의 에너지는 상기 제 2 산화물 반도체층의 전도대 하단의 에너지보다 0.05eV 이상 2eV 이하만큼 진공 준위에 가까운, 반도체 장치. - 제 5 항 또는 제 12 항에 있어서,
상기 제 1 산화물 반도체층, 상기 제 2 산화물 반도체층, 및 상기 제 3 산화물 반도체층은 In-M-Zn 산화물층이고,
M은 Al, Ti, Ga, Y, Zr, La, Ce, Nd, 및 Hf 중 적어도 하나이고,
상기 제 1 산화물 반도체층 및 상기 제 3 산화물 반도체층 각각의 In에 대한 M의 원자수비는 상기 제 2 산화물 반도체층의 In에 대한 M의 원자수비보다 높은, 반도체 장치. - 제 5 항 또는 제 12 항에 있어서,
상기 제 1 산화물 반도체층, 상기 제 2 산화물 반도체층, 상기 제 3 산화물 반도체층은 각각 c축이 배향된 결정을 포함하는, 반도체 장치. - 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JPJP-P-2013-096910 | 2013-05-02 | ||
| JP2013096910 | 2013-05-02 |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020210020614A Division KR20210020970A (ko) | 2013-05-02 | 2021-02-16 | 반도체 장치 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20140131264A KR20140131264A (ko) | 2014-11-12 |
| KR102222344B1 true KR102222344B1 (ko) | 2021-03-02 |
Family
ID=51840995
Family Applications (4)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020140044979A KR102222344B1 (ko) | 2013-05-02 | 2014-04-15 | 반도체 장치 |
| KR1020210020614A KR20210020970A (ko) | 2013-05-02 | 2021-02-16 | 반도체 장치 |
| KR1020220105536A KR102642676B1 (ko) | 2013-05-02 | 2022-08-23 | 반도체 장치 |
| KR1020240027164A KR20240028409A (ko) | 2013-05-02 | 2024-02-26 | 반도체 장치 |
Family Applications After (3)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020210020614A KR20210020970A (ko) | 2013-05-02 | 2021-02-16 | 반도체 장치 |
| KR1020220105536A KR102642676B1 (ko) | 2013-05-02 | 2022-08-23 | 반도체 장치 |
| KR1020240027164A KR20240028409A (ko) | 2013-05-02 | 2024-02-26 | 반도체 장치 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US9837551B2 (ko) |
| JP (5) | JP6410461B2 (ko) |
| KR (4) | KR102222344B1 (ko) |
| TW (1) | TWI620325B (ko) |
Families Citing this family (51)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9853053B2 (en) | 2012-09-10 | 2017-12-26 | 3B Technologies, Inc. | Three dimension integrated circuits employing thin film transistors |
| US9368636B2 (en) | 2013-04-01 | 2016-06-14 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Method for manufacturing a semiconductor device comprising a plurality of oxide semiconductor layers |
| US10304859B2 (en) * | 2013-04-12 | 2019-05-28 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Semiconductor device having an oxide film on an oxide semiconductor film |
| CN105190902B (zh) | 2013-05-09 | 2019-01-29 | 株式会社半导体能源研究所 | 半导体装置及其制造方法 |
| TWI664731B (zh) * | 2013-05-20 | 2019-07-01 | 半導體能源研究所股份有限公司 | 半導體裝置 |
| US9590109B2 (en) | 2013-08-30 | 2017-03-07 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Semiconductor device and method for manufacturing the same |
| KR20220163502A (ko) | 2013-12-26 | 2022-12-09 | 가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼 | 반도체 장치 |
| KR20230065379A (ko) | 2013-12-27 | 2023-05-11 | 가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼 | 반도체 장치 |
| WO2015182000A1 (en) | 2014-05-30 | 2015-12-03 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Semiconductor device, manufacturing method thereof, and electronic device |
| US9831238B2 (en) | 2014-05-30 | 2017-11-28 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Semiconductor device including insulating film having opening portion and conductive film in the opening portion |
| WO2015181997A1 (en) | 2014-05-30 | 2015-12-03 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Semiconductor device and method for manufacturing the same |
| US9455337B2 (en) | 2014-06-18 | 2016-09-27 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Method for manufacturing semiconductor device |
| JP6417125B2 (ja) | 2014-06-25 | 2018-10-31 | 株式会社ジャパンディスプレイ | 半導体装置 |
| TWI669819B (zh) | 2014-11-28 | 2019-08-21 | 日商半導體能源研究所股份有限公司 | 半導體裝置、模組以及電子裝置 |
| CN107004722A (zh) * | 2014-12-10 | 2017-08-01 | 株式会社半导体能源研究所 | 半导体装置及其制造方法 |
| WO2016099580A2 (en) | 2014-12-23 | 2016-06-23 | Lupino James John | Three dimensional integrated circuits employing thin film transistors |
| US9954112B2 (en) * | 2015-01-26 | 2018-04-24 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Semiconductor device and manufacturing method thereof |
| TWI683365B (zh) | 2015-02-06 | 2020-01-21 | 日商半導體能源研究所股份有限公司 | 裝置及其製造方法以及電子裝置 |
| US9660100B2 (en) | 2015-02-06 | 2017-05-23 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Semiconductor device and method for manufacturing the same |
| US9954113B2 (en) * | 2015-02-09 | 2018-04-24 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Transistor including oxide semiconductor, semiconductor device including the transistor, and electronic device including the transistor |
| TWI718125B (zh) | 2015-03-03 | 2021-02-11 | 日商半導體能源研究所股份有限公司 | 半導體裝置及其製造方法 |
| KR102582523B1 (ko) | 2015-03-19 | 2023-09-26 | 가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼 | 반도체 장치 및 전자 기기 |
| KR102546189B1 (ko) * | 2015-04-13 | 2023-06-22 | 가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼 | 반도체 장치 |
| US10056497B2 (en) | 2015-04-15 | 2018-08-21 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Semiconductor device and manufacturing method thereof |
| KR102548001B1 (ko) * | 2015-07-08 | 2023-06-28 | 가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼 | 반도체 장치 및 그 제작 방법 |
| US10985278B2 (en) * | 2015-07-21 | 2021-04-20 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Method for manufacturing semiconductor device |
| US10978489B2 (en) | 2015-07-24 | 2021-04-13 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Semiconductor device, display panel, method for manufacturing semiconductor device, method for manufacturing display panel, and information processing device |
| US9825177B2 (en) | 2015-07-30 | 2017-11-21 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Manufacturing method of a semiconductor device using multiple etching mask |
| CN105261638A (zh) * | 2015-08-04 | 2016-01-20 | 广东顺德中山大学卡内基梅隆大学国际联合研究院 | 一种具有鳍型沟道结构的薄膜晶体管及其制备方法 |
| SG10201608814YA (en) | 2015-10-29 | 2017-05-30 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | Semiconductor device and method for manufacturing the semiconductor device |
| WO2017081579A1 (en) | 2015-11-13 | 2017-05-18 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Semiconductor device and method for manufacturing the same |
| WO2017103737A1 (en) | 2015-12-18 | 2017-06-22 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Display panel, input/output device, data processing device, and method for manufacturing display panel |
| JP6851814B2 (ja) | 2015-12-29 | 2021-03-31 | 株式会社半導体エネルギー研究所 | トランジスタ |
| US10096720B2 (en) * | 2016-03-25 | 2018-10-09 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Transistor, semiconductor device, and electronic device |
| JP6462035B2 (ja) * | 2016-04-29 | 2019-01-30 | エルジー ディスプレイ カンパニー リミテッド | バックプレーン基板及びそれを用いた有機発光表示装置 |
| KR20170124065A (ko) | 2016-04-29 | 2017-11-09 | 엘지디스플레이 주식회사 | 백플레인 기판 및 이를 이용한 유기 발광 표시 장치 |
| TWI737664B (zh) * | 2016-07-11 | 2021-09-01 | 日商半導體能源硏究所股份有限公司 | 金屬氧化物及半導體裝置 |
| TW201804613A (zh) * | 2016-07-26 | 2018-02-01 | 聯華電子股份有限公司 | 氧化物半導體裝置 |
| US10411003B2 (en) | 2016-10-14 | 2019-09-10 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Semiconductor device and method for manufacturing the same |
| WO2018073689A1 (en) * | 2016-10-21 | 2018-04-26 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Semiconductor device |
| JP2018148145A (ja) * | 2017-03-08 | 2018-09-20 | 株式会社リコー | 電界効果型トランジスタ、表示素子、表示装置、システム |
| CN107425073A (zh) * | 2017-05-08 | 2017-12-01 | 京东方科技集团股份有限公司 | 一种薄膜晶体管及制备方法、阵列基板 |
| KR102344003B1 (ko) * | 2017-05-31 | 2021-12-28 | 엘지디스플레이 주식회사 | 이중층 산화물 반도체 물질을 구비한 박막 트랜지스터 기판 |
| CN114975635A (zh) * | 2017-05-31 | 2022-08-30 | 乐金显示有限公司 | 薄膜晶体管、包括其的栅极驱动器、以及包括该栅极驱动器的显示装置 |
| CN109148592B (zh) | 2017-06-27 | 2022-03-11 | 乐金显示有限公司 | 包括氧化物半导体层的薄膜晶体管，其制造方法和包括其的显示设备 |
| JP2019091794A (ja) * | 2017-11-14 | 2019-06-13 | シャープ株式会社 | 半導体装置 |
| JP7293190B2 (ja) | 2018-03-16 | 2023-06-19 | 株式会社半導体エネルギー研究所 | 半導体装置 |
| JP2020136400A (ja) * | 2019-02-15 | 2020-08-31 | 株式会社Ｊｏｌｅｄ | 半導体装置および表示装置 |
| CN110289083A (zh) * | 2019-06-26 | 2019-09-27 | 苏州泓迅生物科技股份有限公司 | 一种图像重构方法及装置 |
| KR20210009000A (ko) * | 2019-07-16 | 2021-01-26 | 삼성전자주식회사 | 반도체 장치 |
| JP7026717B2 (ja) * | 2020-04-01 | 2022-02-28 | 株式会社半導体エネルギー研究所 | 半導体装置 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008270759A (ja) * | 2007-03-26 | 2008-11-06 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | 半導体装置及びその作製方法 |
| JP2013021317A (ja) * | 2011-06-17 | 2013-01-31 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | 半導体装置およびその作製方法 |
| JP2013038402A (ja) * | 2011-07-08 | 2013-02-21 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | 半導体装置 |
Family Cites Families (147)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60198861A (ja) | 1984-03-23 | 1985-10-08 | Fujitsu Ltd | 薄膜トランジスタ |
| JPH0244256B2 (ja) | 1987-01-28 | 1990-10-03 | Kagaku Gijutsucho Mukizaishitsu Kenkyushocho | Ingazn2o5deshimesarerurotsuhoshokeinosojokozoojusurukagobutsuoyobisonoseizoho |
| JPS63210023A (ja) | 1987-02-24 | 1988-08-31 | Natl Inst For Res In Inorg Mater | ＩｎＧａＺｎ↓４Ｏ↓７で示される六方晶系の層状構造を有する化合物およびその製造法 |
| JPH0244258B2 (ja) | 1987-02-24 | 1990-10-03 | Kagaku Gijutsucho Mukizaishitsu Kenkyushocho | Ingazn3o6deshimesarerurotsuhoshokeinosojokozoojusurukagobutsuoyobisonoseizoho |
| JPH0244260B2 (ja) | 1987-02-24 | 1990-10-03 | Kagaku Gijutsucho Mukizaishitsu Kenkyushocho | Ingazn5o8deshimesarerurotsuhoshokeinosojokozoojusurukagobutsuoyobisonoseizoho |
| JPH0244262B2 (ja) | 1987-02-27 | 1990-10-03 | Kagaku Gijutsucho Mukizaishitsu Kenkyushocho | Ingazn6o9deshimesarerurotsuhoshokeinosojokozoojusurukagobutsuoyobisonoseizoho |
| JPH0244263B2 (ja) | 1987-04-22 | 1990-10-03 | Kagaku Gijutsucho Mukizaishitsu Kenkyushocho | Ingazn7o10deshimesarerurotsuhoshokeinosojokozoojusurukagobutsuoyobisonoseizoho |
| JPH0783127B2 (ja) * | 1989-04-20 | 1995-09-06 | 三菱電機株式会社 | 半導体装置 |
| JPH04275436A (ja) * | 1991-03-04 | 1992-10-01 | Nec Corp | Ｓｏｉｍｏｓトランジスタ |
| JPH05251705A (ja) | 1992-03-04 | 1993-09-28 | Fuji Xerox Co Ltd | 薄膜トランジスタ |
| KR0138307B1 (ko) | 1994-12-14 | 1998-06-01 | 김광호 | 반도체 장치의 측면콘택 형성방법 |
| JP3540044B2 (ja) * | 1995-01-26 | 2004-07-07 | 株式会社半導体エネルギー研究所 | エッチング方法および半導体装置の作製方法 |
| JP3479375B2 (ja) | 1995-03-27 | 2003-12-15 | 科学技術振興事業団 | 亜酸化銅等の金属酸化物半導体による薄膜トランジスタとｐｎ接合を形成した金属酸化物半導体装置およびそれらの製造方法 |
| JPH11505377A (ja) | 1995-08-03 | 1999-05-18 | フィリップス エレクトロニクス ネムローゼ フェンノートシャップ | 半導体装置 |
| JP3625598B2 (ja) | 1995-12-30 | 2005-03-02 | 三星電子株式会社 | 液晶表示装置の製造方法 |
| US6362027B1 (en) * | 1998-07-08 | 2002-03-26 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Semiconductor device, active matrix substrate, method of manufacturing the semiconductor device and method of manufacturing the active matrix substrate |
| JP4170454B2 (ja) | 1998-07-24 | 2008-10-22 | Ｈｏｙａ株式会社 | 透明導電性酸化物薄膜を有する物品及びその製造方法 |
| JP2000150861A (ja) | 1998-11-16 | 2000-05-30 | Tdk Corp | 酸化物薄膜 |
| JP3276930B2 (ja) | 1998-11-17 | 2002-04-22 | 科学技術振興事業団 | トランジスタ及び半導体装置 |
| TW460731B (en) | 1999-09-03 | 2001-10-21 | Ind Tech Res Inst | Electrode structure and production method of wide viewing angle LCD |
| JP5112577B2 (ja) | 1999-10-13 | 2013-01-09 | ソニー株式会社 | 半導体装置の製造方法 |
| JP4089858B2 (ja) | 2000-09-01 | 2008-05-28 | 国立大学法人東北大学 | 半導体デバイス |
| KR20020038482A (ko) | 2000-11-15 | 2002-05-23 | 모리시타 요이찌 | 박막 트랜지스터 어레이, 그 제조방법 및 그것을 이용한표시패널 |
| JP3997731B2 (ja) | 2001-03-19 | 2007-10-24 | 富士ゼロックス株式会社 | 基材上に結晶性半導体薄膜を形成する方法 |
| JP2002289859A (ja) | 2001-03-23 | 2002-10-04 | Minolta Co Ltd | 薄膜トランジスタ |
| JP4090716B2 (ja) | 2001-09-10 | 2008-05-28 | 雅司 川崎 | 薄膜トランジスタおよびマトリクス表示装置 |
| JP3925839B2 (ja) | 2001-09-10 | 2007-06-06 | シャープ株式会社 | 半導体記憶装置およびその試験方法 |
| WO2003040441A1 (en) | 2001-11-05 | 2003-05-15 | Japan Science And Technology Agency | Natural superlattice homologous single crystal thin film, method for preparation thereof, and device using said single crystal thin film |
| JP4164562B2 (ja) | 2002-09-11 | 2008-10-15 | 独立行政法人科学技術振興機構 | ホモロガス薄膜を活性層として用いる透明薄膜電界効果型トランジスタ |
| JP4083486B2 (ja) | 2002-02-21 | 2008-04-30 | 独立行政法人科学技術振興機構 | ＬｎＣｕＯ（Ｓ，Ｓｅ，Ｔｅ）単結晶薄膜の製造方法 |
| US7049190B2 (en) | 2002-03-15 | 2006-05-23 | Sanyo Electric Co., Ltd. | Method for forming ZnO film, method for forming ZnO semiconductor layer, method for fabricating semiconductor device, and semiconductor device |
| JP3933591B2 (ja) | 2002-03-26 | 2007-06-20 | 淳二 城戸 | 有機エレクトロルミネッセント素子 |
| US7339187B2 (en) | 2002-05-21 | 2008-03-04 | State Of Oregon Acting By And Through The Oregon State Board Of Higher Education On Behalf Of Oregon State University | Transistor structures |
| JP2004022625A (ja) | 2002-06-13 | 2004-01-22 | Murata Mfg Co Ltd | 半導体デバイス及び該半導体デバイスの製造方法 |
| US7105868B2 (en) | 2002-06-24 | 2006-09-12 | Cermet, Inc. | High-electron mobility transistor with zinc oxide |
| US7067843B2 (en) | 2002-10-11 | 2006-06-27 | E. I. Du Pont De Nemours And Company | Transparent oxide semiconductor thin film transistors |
| JP4166105B2 (ja) | 2003-03-06 | 2008-10-15 | シャープ株式会社 | 半導体装置およびその製造方法 |
| JP2004273732A (ja) | 2003-03-07 | 2004-09-30 | Sharp Corp | アクティブマトリクス基板およびその製造方法 |
| JP4108633B2 (ja) | 2003-06-20 | 2008-06-25 | シャープ株式会社 | 薄膜トランジスタおよびその製造方法ならびに電子デバイス |
| US7262463B2 (en) | 2003-07-25 | 2007-08-28 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Transistor including a deposited channel region having a doped portion |
| JP4118209B2 (ja) * | 2003-08-26 | 2008-07-16 | 三菱電機株式会社 | 半導体装置、その製造方法および回路の製造方法 |
| JP2005109347A (ja) * | 2003-10-01 | 2005-04-21 | Seiko Epson Corp | 半導体装置および半導体装置の製造方法 |
| US7282782B2 (en) | 2004-03-12 | 2007-10-16 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Combined binary oxide semiconductor device |
| US7297977B2 (en) | 2004-03-12 | 2007-11-20 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Semiconductor device |
| KR20070116889A (ko) | 2004-03-12 | 2007-12-11 | 도꾸리쯔교세이호징 가가꾸 기쥬쯔 신꼬 기꼬 | 아몰퍼스 산화물 박막의 기상성막방법 |
| US7145174B2 (en) | 2004-03-12 | 2006-12-05 | Hewlett-Packard Development Company, Lp. | Semiconductor device |
| US7211825B2 (en) | 2004-06-14 | 2007-05-01 | Yi-Chi Shih | Indium oxide-based thin film transistors and circuits |
| JP2006100760A (ja) | 2004-09-02 | 2006-04-13 | Casio Comput Co Ltd | 薄膜トランジスタおよびその製造方法 |
| US7285501B2 (en) | 2004-09-17 | 2007-10-23 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Method of forming a solution processed device |
| US7298084B2 (en) | 2004-11-02 | 2007-11-20 | 3M Innovative Properties Company | Methods and displays utilizing integrated zinc oxide row and column drivers in conjunction with organic light emitting diodes |
| CN101057333B (zh) | 2004-11-10 | 2011-11-16 | 佳能株式会社 | 发光器件 |
| BRPI0517568B8 (pt) | 2004-11-10 | 2022-03-03 | Canon Kk | Transistor de efeito de campo |
| JP5126729B2 (ja) | 2004-11-10 | 2013-01-23 | キヤノン株式会社 | 画像表示装置 |
| US7829444B2 (en) | 2004-11-10 | 2010-11-09 | Canon Kabushiki Kaisha | Field effect transistor manufacturing method |
| US7791072B2 (en) | 2004-11-10 | 2010-09-07 | Canon Kabushiki Kaisha | Display |
| US7863611B2 (en) | 2004-11-10 | 2011-01-04 | Canon Kabushiki Kaisha | Integrated circuits utilizing amorphous oxides |
| US7453065B2 (en) | 2004-11-10 | 2008-11-18 | Canon Kabushiki Kaisha | Sensor and image pickup device |
| KR100889796B1 (ko) | 2004-11-10 | 2009-03-20 | 캐논 가부시끼가이샤 | 비정질 산화물을 사용한 전계 효과 트랜지스터 |
| US7579224B2 (en) | 2005-01-21 | 2009-08-25 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Method for manufacturing a thin film semiconductor device |
| TWI562380B (en) | 2005-01-28 | 2016-12-11 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | Semiconductor device, electronic device, and method of manufacturing semiconductor device |
| TWI569441B (zh) | 2005-01-28 | 2017-02-01 | 半導體能源研究所股份有限公司 | 半導體裝置，電子裝置，和半導體裝置的製造方法 |
| US7858451B2 (en) | 2005-02-03 | 2010-12-28 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Electronic device, semiconductor device and manufacturing method thereof |
| US7948171B2 (en) | 2005-02-18 | 2011-05-24 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Light emitting device |
| US20060197092A1 (en) | 2005-03-03 | 2006-09-07 | Randy Hoffman | System and method for forming conductive material on a substrate |
| US8681077B2 (en) | 2005-03-18 | 2014-03-25 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Semiconductor device, and display device, driving method and electronic apparatus thereof |
| US7544967B2 (en) | 2005-03-28 | 2009-06-09 | Massachusetts Institute Of Technology | Low voltage flexible organic/transparent transistor for selective gas sensing, photodetecting and CMOS device applications |
| US7645478B2 (en) | 2005-03-31 | 2010-01-12 | 3M Innovative Properties Company | Methods of making displays |
| US8300031B2 (en) | 2005-04-20 | 2012-10-30 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Semiconductor device comprising transistor having gate and drain connected through a current-voltage conversion element |
| JP2007013091A (ja) * | 2005-05-31 | 2007-01-18 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体装置およびその製造方法 |
| JP2006344849A (ja) | 2005-06-10 | 2006-12-21 | Casio Comput Co Ltd | 薄膜トランジスタ |
| US7691666B2 (en) | 2005-06-16 | 2010-04-06 | Eastman Kodak Company | Methods of making thin film transistors comprising zinc-oxide-based semiconductor materials and transistors made thereby |
| US7402506B2 (en) | 2005-06-16 | 2008-07-22 | Eastman Kodak Company | Methods of making thin film transistors comprising zinc-oxide-based semiconductor materials and transistors made thereby |
| US7507618B2 (en) | 2005-06-27 | 2009-03-24 | 3M Innovative Properties Company | Method for making electronic devices using metal oxide nanoparticles |
| KR100711890B1 (ko) | 2005-07-28 | 2007-04-25 | 삼성에스디아이 주식회사 | 유기 발광표시장치 및 그의 제조방법 |
| JP2007059128A (ja) | 2005-08-23 | 2007-03-08 | Canon Inc | 有機ｅｌ表示装置およびその製造方法 |
| JP5116225B2 (ja) | 2005-09-06 | 2013-01-09 | キヤノン株式会社 | 酸化物半導体デバイスの製造方法 |
| JP2007073705A (ja) | 2005-09-06 | 2007-03-22 | Canon Inc | 酸化物半導体チャネル薄膜トランジスタおよびその製造方法 |
| JP4850457B2 (ja) | 2005-09-06 | 2012-01-11 | キヤノン株式会社 | 薄膜トランジスタ及び薄膜ダイオード |
| JP4280736B2 (ja) | 2005-09-06 | 2009-06-17 | キヤノン株式会社 | 半導体素子 |
| EP3614442A3 (en) | 2005-09-29 | 2020-03-25 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Semiconductor device having oxide semiconductor layer and manufactoring method thereof |
| JP5037808B2 (ja) | 2005-10-20 | 2012-10-03 | キヤノン株式会社 | アモルファス酸化物を用いた電界効果型トランジスタ、及び該トランジスタを用いた表示装置 |
| KR101397571B1 (ko) | 2005-11-15 | 2014-05-22 | 가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼 | 반도체장치 및 그의 제조방법 |
| KR20070070382A (ko) | 2005-12-29 | 2007-07-04 | 엘지.필립스 엘시디 주식회사 | 액정 표시 장치용 어레이 기판 및 그 제조 방법 |
| TWI292281B (en) | 2005-12-29 | 2008-01-01 | Ind Tech Res Inst | Pixel structure of active organic light emitting diode and method of fabricating the same |
| US7867636B2 (en) | 2006-01-11 | 2011-01-11 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Transparent conductive film and method for manufacturing the same |
| JP4977478B2 (ja) | 2006-01-21 | 2012-07-18 | 三星電子株式会社 | ＺｎＯフィルム及びこれを用いたＴＦＴの製造方法 |
| US7576394B2 (en) | 2006-02-02 | 2009-08-18 | Kochi Industrial Promotion Center | Thin film transistor including low resistance conductive thin films and manufacturing method thereof |
| US7977169B2 (en) | 2006-02-15 | 2011-07-12 | Kochi Industrial Promotion Center | Semiconductor device including active layer made of zinc oxide with controlled orientations and manufacturing method thereof |
| JP5110803B2 (ja) * | 2006-03-17 | 2012-12-26 | キヤノン株式会社 | 酸化物膜をチャネルに用いた電界効果型トランジスタ及びその製造方法 |
| KR20070101595A (ko) | 2006-04-11 | 2007-10-17 | 삼성전자주식회사 | ＺｎＯ ＴＦＴ |
| US20070252928A1 (en) | 2006-04-28 | 2007-11-01 | Toppan Printing Co., Ltd. | Structure, transmission type liquid crystal display, reflection type display and manufacturing method thereof |
| JP5028033B2 (ja) | 2006-06-13 | 2012-09-19 | キヤノン株式会社 | 酸化物半導体膜のドライエッチング方法 |
| JP4609797B2 (ja) | 2006-08-09 | 2011-01-12 | Ｎｅｃ液晶テクノロジー株式会社 | 薄膜デバイス及びその製造方法 |
| JP4999400B2 (ja) | 2006-08-09 | 2012-08-15 | キヤノン株式会社 | 酸化物半導体膜のドライエッチング方法 |
| JP4332545B2 (ja) | 2006-09-15 | 2009-09-16 | キヤノン株式会社 | 電界効果型トランジスタ及びその製造方法 |
| JP5164357B2 (ja) | 2006-09-27 | 2013-03-21 | キヤノン株式会社 | 半導体装置及び半導体装置の製造方法 |
| JP4274219B2 (ja) | 2006-09-27 | 2009-06-03 | セイコーエプソン株式会社 | 電子デバイス、有機エレクトロルミネッセンス装置、有機薄膜半導体装置 |
| US7622371B2 (en) | 2006-10-10 | 2009-11-24 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Fused nanocrystal thin film semiconductor and method |
| US7772021B2 (en) | 2006-11-29 | 2010-08-10 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Flat panel displays comprising a thin-film transistor having a semiconductive oxide in its channel and methods of fabricating the same for use in flat panel displays |
| JP2008140684A (ja) | 2006-12-04 | 2008-06-19 | Toppan Printing Co Ltd | カラーｅｌディスプレイおよびその製造方法 |
| KR101303578B1 (ko) | 2007-01-05 | 2013-09-09 | 삼성전자주식회사 | 박막 식각 방법 |
| US8207063B2 (en) | 2007-01-26 | 2012-06-26 | Eastman Kodak Company | Process for atomic layer deposition |
| US7569886B2 (en) * | 2007-03-08 | 2009-08-04 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Semiconductor device and manufacture method thereof |
| KR100851215B1 (ko) | 2007-03-14 | 2008-08-07 | 삼성에스디아이 주식회사 | 박막 트랜지스터 및 이를 이용한 유기 전계 발광표시장치 |
| US7795613B2 (en) | 2007-04-17 | 2010-09-14 | Toppan Printing Co., Ltd. | Structure with transistor |
| KR101325053B1 (ko) | 2007-04-18 | 2013-11-05 | 삼성디스플레이 주식회사 | 박막 트랜지스터 기판 및 이의 제조 방법 |
| KR20080094300A (ko) | 2007-04-19 | 2008-10-23 | 삼성전자주식회사 | 박막 트랜지스터 및 그 제조 방법과 박막 트랜지스터를포함하는 평판 디스플레이 |
| KR101334181B1 (ko) | 2007-04-20 | 2013-11-28 | 삼성전자주식회사 | 선택적으로 결정화된 채널층을 갖는 박막 트랜지스터 및 그제조 방법 |
| WO2008133345A1 (en) | 2007-04-25 | 2008-11-06 | Canon Kabushiki Kaisha | Oxynitride semiconductor |
| KR101345376B1 (ko) | 2007-05-29 | 2013-12-24 | 삼성전자주식회사 | ＺｎＯ 계 박막 트랜지스터 및 그 제조방법 |
| JP5215158B2 (ja) | 2007-12-17 | 2013-06-19 | 富士フイルム株式会社 | 無機結晶性配向膜及びその製造方法、半導体デバイス |
| JP4555358B2 (ja) | 2008-03-24 | 2010-09-29 | 富士フイルム株式会社 | 薄膜電界効果型トランジスタおよび表示装置 |
| KR100941850B1 (ko) | 2008-04-03 | 2010-02-11 | 삼성모바일디스플레이주식회사 | 박막 트랜지스터, 그의 제조 방법 및 박막 트랜지스터를구비하는 평판 표시 장치 |
| KR100963026B1 (ko) | 2008-06-30 | 2010-06-10 | 삼성모바일디스플레이주식회사 | 박막 트랜지스터, 그의 제조 방법 및 박막 트랜지스터를구비하는 평판 표시 장치 |
| KR100963027B1 (ko) | 2008-06-30 | 2010-06-10 | 삼성모바일디스플레이주식회사 | 박막 트랜지스터, 그의 제조 방법 및 박막 트랜지스터를구비하는 평판 표시 장치 |
| JP5345456B2 (ja) | 2008-08-14 | 2013-11-20 | 富士フイルム株式会社 | 薄膜電界効果型トランジスタ |
| JP4623179B2 (ja) | 2008-09-18 | 2011-02-02 | ソニー株式会社 | 薄膜トランジスタおよびその製造方法 |
| JP5451280B2 (ja) | 2008-10-09 | 2014-03-26 | キヤノン株式会社 | ウルツ鉱型結晶成長用基板およびその製造方法ならびに半導体装置 |
| US8106400B2 (en) * | 2008-10-24 | 2012-01-31 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Semiconductor device and method for manufacturing the same |
| JP5606682B2 (ja) | 2009-01-29 | 2014-10-15 | 富士フイルム株式会社 | 薄膜トランジスタ、多結晶酸化物半導体薄膜の製造方法、及び薄膜トランジスタの製造方法 |
| JP4571221B1 (ja) | 2009-06-22 | 2010-10-27 | 富士フイルム株式会社 | Ｉｇｚｏ系酸化物材料及びｉｇｚｏ系酸化物材料の製造方法 |
| JP4415062B1 (ja) | 2009-06-22 | 2010-02-17 | 富士フイルム株式会社 | 薄膜トランジスタ及び薄膜トランジスタの製造方法 |
| JP5497417B2 (ja) | 2009-12-10 | 2014-05-21 | 富士フイルム株式会社 | 薄膜トランジスタおよびその製造方法、並びにその薄膜トランジスタを備えた装置 |
| CN109390215B (zh) | 2009-12-28 | 2023-08-15 | 株式会社半导体能源研究所 | 制造半导体装置的方法 |
| JP2011138934A (ja) | 2009-12-28 | 2011-07-14 | Sony Corp | 薄膜トランジスタ、表示装置および電子機器 |
| JP2011187506A (ja) | 2010-03-04 | 2011-09-22 | Sony Corp | 薄膜トランジスタおよびその製造方法、並びに表示装置 |
| CN105810752B (zh) | 2010-04-02 | 2019-11-19 | 株式会社半导体能源研究所 | 半导体装置 |
| KR102141064B1 (ko) | 2010-04-02 | 2020-08-04 | 가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼 | 반도체 장치 |
| JP2011253898A (ja) | 2010-06-01 | 2011-12-15 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 半導体装置及び製造方法 |
| JP2012033836A (ja) * | 2010-08-03 | 2012-02-16 | Canon Inc | トップゲート型薄膜トランジスタ及びこれを備えた表示装置 |
| KR102637010B1 (ko) * | 2010-12-03 | 2024-02-16 | 가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼 | 산화물 반도체막 및 반도체 장치 |
| WO2012090973A1 (en) * | 2010-12-28 | 2012-07-05 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Semiconductor device and manufacturing method thereof |
| US9443984B2 (en) * | 2010-12-28 | 2016-09-13 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Semiconductor device and manufacturing method thereof |
| JP2012155076A (ja) | 2011-01-25 | 2012-08-16 | Sony Corp | 半導体装置、表示装置、及び、電子機器 |
| JP2012160679A (ja) | 2011-02-03 | 2012-08-23 | Sony Corp | 薄膜トランジスタ、表示装置および電子機器 |
| US8797303B2 (en) * | 2011-03-21 | 2014-08-05 | Qualcomm Mems Technologies, Inc. | Amorphous oxide semiconductor thin film transistor fabrication method |
| US8946066B2 (en) * | 2011-05-11 | 2015-02-03 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Method of manufacturing semiconductor device |
| JP6104522B2 (ja) * | 2011-06-10 | 2017-03-29 | 株式会社半導体エネルギー研究所 | 半導体装置 |
| US9112036B2 (en) * | 2011-06-10 | 2015-08-18 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Manufacturing method of semiconductor device |
| US9240491B2 (en) | 2011-07-07 | 2016-01-19 | Sharp Kabushiki Kaisha | Semiconductor device and method for manufacturing same |
| KR102108572B1 (ko) * | 2011-09-26 | 2020-05-07 | 가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼 | 반도체 장치 및 반도체 장치의 제작 방법 |
| US8981367B2 (en) | 2011-12-01 | 2015-03-17 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Semiconductor device |
| TWI569446B (zh) | 2011-12-23 | 2017-02-01 | 半導體能源研究所股份有限公司 | 半導體元件、半導體元件的製造方法、及包含半導體元件的半導體裝置 |
| WO2013180040A1 (en) | 2012-05-31 | 2013-12-05 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Semiconductor device |
| KR102119914B1 (ko) | 2012-05-31 | 2020-06-05 | 가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼 | 반도체 장치 및 그 제작 방법 |
| TWI620324B (zh) | 2013-04-12 | 2018-04-01 | 半導體能源研究所股份有限公司 | 半導體裝置 |
| CN105190902B (zh) | 2013-05-09 | 2019-01-29 | 株式会社半导体能源研究所 | 半导体装置及其制造方法 |
-
2014
- 2014-04-15 KR KR1020140044979A patent/KR102222344B1/ko active IP Right Grant
- 2014-04-16 TW TW103113868A patent/TWI620325B/zh not_active IP Right Cessation
- 2014-04-22 US US14/258,528 patent/US9837551B2/en not_active Expired - Fee Related
- 2014-05-01 JP JP2014094655A patent/JP6410461B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
2018
- 2018-09-25 JP JP2018178632A patent/JP6648229B2/ja active Active
-
2020
- 2020-01-07 JP JP2020000980A patent/JP2020057818A/ja not_active Withdrawn
-
2021
- 2021-02-16 KR KR1020210020614A patent/KR20210020970A/ko active Application Filing
-
2022
- 2022-08-23 KR KR1020220105536A patent/KR102642676B1/ko active IP Right Grant
- 2022-08-30 JP JP2022136687A patent/JP7397137B2/ja active Active
-
2023
- 2023-07-19 JP JP2023117309A patent/JP2023126558A/ja active Pending
-
2024
- 2024-02-26 KR KR1020240027164A patent/KR20240028409A/ko active Application Filing
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008270759A (ja) * | 2007-03-26 | 2008-11-06 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | 半導体装置及びその作製方法 |
| JP2013021317A (ja) * | 2011-06-17 | 2013-01-31 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | 半導体装置およびその作製方法 |
| JP2013038402A (ja) * | 2011-07-08 | 2013-02-21 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | 半導体装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR102642676B1 (ko) | 2024-02-29 |
| KR20140131264A (ko) | 2014-11-12 |
| TWI620325B (zh) | 2018-04-01 |
| JP2014232870A (ja) | 2014-12-11 |
| JP2022164769A (ja) | 2022-10-27 |
| JP2023126558A (ja) | 2023-09-07 |
| KR20220119593A (ko) | 2022-08-30 |
| JP6410461B2 (ja) | 2018-10-24 |
| US20140326992A1 (en) | 2014-11-06 |
| US9837551B2 (en) | 2017-12-05 |
| TW201501311A (zh) | 2015-01-01 |
| JP2020057818A (ja) | 2020-04-09 |
| KR20210020970A (ko) | 2021-02-24 |
| KR20240028409A (ko) | 2024-03-05 |
| JP6648229B2 (ja) | 2020-02-14 |
| JP7397137B2 (ja) | 2023-12-12 |
| JP2018198343A (ja) | 2018-12-13 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR102642676B1 (ko) | 반도체 장치 | |
| KR102415287B1 (ko) | 트랜지스터 | |
| KR102210298B1 (ko) | 반도체 장치 및 그 제작 방법 | |
| KR102220002B1 (ko) | 반도체 장치 | |
| KR102248765B1 (ko) | 반도체 장치 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| A107 | Divisional application of patent | ||
| GRNT | Written decision to grant |