JP6250883B2 - 半導体装置 - Google Patents
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- 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
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-
- H—ELECTRICITY
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- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
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- H01L29/66227—Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials the devices being controllable only by the electric current supplied or the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched, e.g. three-terminal devices
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- H01L29/66477—Unipolar field-effect transistors with an insulated gate, i.e. MISFET
- H01L29/66742—Thin film unipolar transistors
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a 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
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Description
本実施の形態では、本発明の一態様の半導体装置であるトランジスタについて図面を用いて説明する。
図1は、本発明の一態様のトランジスタ150の上面図および断面図である。図1(A)は、上面図であり、図1(A)に示す一点鎖線A1−A2の断面が図1(B)に相当し、図1(A)に示す一点鎖線B1−B2の断面が図1(C)に相当する。なお、図1(A)の上面図では、図の明瞭化のために一部の要素を省いて図示している。
酸化物半導体膜104は、少なくともインジウムを含む酸化物半導体膜である。例えば、インジウムの他に亜鉛を含んでいてもよい。
本発明の一形態では下地絶縁膜に溝を設けるが、下地絶縁膜が単膜であるとレジストパターン形成の精度上、線幅の小さい溝をエッチング等によって下地絶縁膜に設けることが困難である。
基板100に大きな制限はない。例えば、ガラス基板、セラミック基板、石英基板、サファイア基板などを、基板100として用いてもよい。また、シリコンや炭化シリコンなどの単結晶半導体基板、多結晶半導体基板、シリコンゲルマニウムなどの化合物半導体基板、SOI(Silicon On Insulator)基板などを適用することも可能であり、これらの基板上に半導体素子が設けられたものを、基板100として用いてもよい。
ソース電極106aおよびドレイン電極106bは、酸素と結合しやすい導電材料を用いることができる。例えば、Al、Cr、Cu、Ta、Mo、W、Tiなどを用いることができる。後のプロセス温度が比較的高くできることなどから、融点の高いWを用いることが特に好ましい。なお、酸素と結合しやすい導電材料には、酸素が拡散しやすい材料も含まれる。また、W上にCuなど上記材料を積層してもよい。
ゲート絶縁膜108は、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコン、窒化シリコン、酸化ガリウム、酸化ゲルマニウム、酸化イットリウム、酸化ジルコニウム、酸化ランタン、酸化ネオジム、酸化ハフニウムおよび酸化タンタルを一種以上含む絶縁膜を、単層で、または積層で用いればよい。
ゲート電極110は、Al、Ti、Cr、Co、Ni、Cu、Y、Zr、Mo、Ru、Ag、TaおよびWなどの導電膜を用いることができる。また、ゲート電極110は、上記材料の積層であってもよい。
絶縁膜112は、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコン、窒化シリコン、酸化ガリウム、酸化ゲルマニウム、酸化イットリウム、酸化ジルコニウム、酸化ランタン、酸化ネオジム、酸化ハフニウムおよび酸化タンタルを一種以上含む絶縁膜を、単層で、または積層で用いればよい。
ここで、トランジスタの作製方法について図2乃至図4を用いて説明する。
本実施の形態では、実施の形態1で説明したトランジスタとは異なる構造のトランジスタについて説明する。
図5は、本発明の一態様のトランジスタ160の上面図および断面図である。図5(A)は、上面図であり、図5(A)に示す一点鎖線A1−A2の断面が図5(B)に相当し、図5(A)に示す一点鎖線B1−B2の断面が図5(C)に相当する。なお、図5(A)の上面図では、図の明瞭化のために一部の要素を省いて図示している。
第1の酸化物膜114、酸化物半導体膜104および第2の酸化物膜116は、InもしくはGaの一方、または両方を含む。代表的には、In−Ga酸化物(InとGaを含む酸化物)、In−Zn酸化物(InとZnを含む酸化物)、In−M−Zn酸化物(Inと、元素Mと、Znを含む酸化物。元素Mは、Al、Ti、Ga、Y、Zr、La、Ce、NdまたはHfから選ばれた1種類以上の元素)がある。
ここで、トランジスタの作製方法について図6乃至図8を用いて説明する。
本実施の形態では、実施の形態2で説明したトランジスタとは異なる構造のトランジスタについて説明する。
図10に示すトランジスタ170は、基板100上の下地絶縁膜102と、底面および側面が下地絶縁膜102中に設けられ、上面が露出した第1の酸化物膜114と、底面および側面が第1の酸化物膜114中に設けられ、上面が露出した酸化物半導体膜104と、下地絶縁膜102(第2の下地絶縁膜102b)、第1の酸化物膜114および酸化物半導体膜104上のソース電極106aおよびドレイン電極106bと、酸化物半導体膜104、ソース電極106aおよびドレイン電極106b上の第2の酸化物膜116と、第2の酸化物膜116上のゲート絶縁膜108と、ゲート絶縁膜108上のゲート電極110と、ソース電極106a、ドレイン電極106bおよびゲート電極110上の絶縁膜112と、を有する。
ここで、トランジスタの作製方法について図11および図12を用いて説明する。
本実施の形態では、本発明の一態様であるトランジスタを使用し、電力が供給されない状況でも記憶内容の保持が可能で、かつ、書き込み回数にも制限が無い半導体装置(記憶装置)の一例を、図面を用いて説明する。
本実施の形態では、本発明の一態様であるトランジスタを使用し、電力が供給されない状況でも記憶内容の保持が可能で、かつ、書き込み回数にも制限が無い半導体装置について、実施の形態4に示した構成と異なる半導体装置の説明を行う。
本実施の形態では、実施の形態1乃至実施の形態3で説明したトランジスタを用いることのできる電子機器の例について説明する。
102 下地絶縁膜
102a 第1の下地絶縁膜
102b 第2の下地絶縁膜
103 酸化物半導体膜
104 酸化物半導体膜
106a ソース電極
106b ドレイン電極
107 絶縁膜
108 ゲート絶縁膜
110 ゲート電極
112 絶縁膜
113 第1の酸化物膜
113a 第1の酸化物膜
114 第1の酸化物膜
115 第2の酸化物膜
116 第2の酸化物膜
120 レジストマスク
126a 第1のソース電極
126b 第2のソース電極
126c 第3のソース電極
126d 第1のドレイン電極
126e 第2のドレイン電極
126f 第3のドレイン電極
150 トランジスタ
160 トランジスタ
165 トランジスタ
170 トランジスタ
500 マイクロコンピュータ
501 直流電源
502 バスライン
503 パワーゲートコントローラ
504 パワーゲート
505 CPU
506 揮発性記憶部
507 不揮発性記憶部
508 インターフェース
509 検出部
511 光センサ
512 アンプ
513 ADコンバータ
530 発光素子
601 半導体基板
603 素子分離領域
604 酸化物半導体膜
607 ゲート絶縁膜
609 ゲート電極
610 ゲート電極
611a 不純物領域
611b 不純物領域
612 ゲート絶縁膜
615 絶縁膜
616a ソース電極
616b ドレイン電極
616c 電極
617 絶縁膜
618 絶縁膜
619a コンタクトプラグ
619b コンタクトプラグ
620 絶縁膜
621 絶縁膜
622 絶縁膜
623a 配線
623b 配線
625 絶縁膜
645 絶縁膜
649 配線
656 配線
660 半導体膜
714 光電変換素子
717 トランジスタ
719 トランジスタ
1141 スイッチング素子
1142 メモリセル
1143 メモリセル群
1189 ROMインターフェース
1190 基板
1191 ALU
1192 ALUコントローラ
1193 インストラクションデコーダ
1194 インタラプトコントローラ
1195 タイミングコントローラ
1196 レジスタ
1197 レジスタコントローラ
1198 バスインターフェース
1199 ROM
3000 基板
3106 素子分離絶縁層
3200 トランジスタ
3202 トランジスタ
3204 容量素子
3220 絶縁膜
4162 トランジスタ
4250 メモリセル
4251 メモリセルアレイ
4251a メモリセルアレイ
4251b メモリセルアレイ
4253 周辺回路
4254 容量素子
8001 筐体
8100 警報装置
8101 マイクロコンピュータ
8200 室内機
8201 筐体
8202 送風口
8203 CPU
8204 室外機
8300 電気冷凍冷蔵庫
8301 筐体
8302 冷蔵室用扉
8303 冷凍室用扉
8304 CPU
9700 電気自動車
9701 二次電池
9702 制御回路
9703 駆動装置
9704 処理装置
Claims (4)
- 酸化物絶縁膜と、
底面および側面が前記酸化物絶縁膜中に設けられ、上面が前記酸化物絶縁膜の上面とそろうように設けられた第1の酸化物膜と、
前記第1の酸化物膜上の酸化物半導体膜と、
前記酸化物半導体膜と電気的に接続されたソース電極およびドレイン電極と、
前記酸化物半導体膜上の第2の酸化物膜と、
前記第2の酸化物膜上のゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜上の、前記酸化物半導体膜と重畳する領域を有するゲート電極と、を有し、
前記ソース電極は、第1のソース電極と、第2のソース電極と、第3のソース電極を有し、
前記ドレイン電極は、第1のドレイン電極と、第2のドレイン電極と、第3のドレイン電極を有し、
前記第1のソース電極および前記第1のドレイン電極は、前記酸化物半導体膜の上面に接して設けられ、
前記第2のソース電極は、前記酸化物絶縁膜上面および前記第1のソース電極の上面に接して設けられ、
前記第2のドレイン電極は、前記酸化物絶縁膜上面および前記第1のドレイン電極の上面に接して設けられ、
前記第3のソース電極は、前記第2のソース電極の上面に接して設けられ、
前記第3のドレイン電極は、前記第2のドレイン電極の上面に接して設けられ、
前記第1のソース電極および前記第1のドレイン電極は、Cr、Ta、Mo、WまたはTiのいずれか一を有し、
前記第2のソース電極および前記第2のドレイン電極は、窒化チタン、窒化タンタルまたは窒化タングステンのいずれか一を有し、
前記第3のソース電極および前記第3のドレイン電極は、AlまたはCuのいずれか一を有することを特徴とする半導体装置。 - 酸化物絶縁膜と、
底面および側面が前記酸化物絶縁膜中に設けられ、上面が前記酸化物絶縁膜の上面とそろうように設けられた第1の酸化物膜と、
前記第1の酸化物膜上の酸化物半導体膜と、
前記酸化物半導体膜と電気的に接続されたソース電極およびドレイン電極と、
前記酸化物半導体膜上の第2の酸化物膜と、
前記第2の酸化物膜上のゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜上の、前記酸化物半導体膜と重畳する領域を有するゲート電極と、を有し、
前記ソース電極は、第1のソース電極と、第2のソース電極と、第3のソース電極を有し、
前記ドレイン電極は、第1のドレイン電極と、第2のドレイン電極と、第3のドレイン電極を有し、
前記第1のソース電極および前記第1のドレイン電極は、前記酸化物半導体膜の上面に接して設けられ、
前記第2のソース電極は、前記酸化物絶縁膜上面および前記第1のソース電極の上面に接して設けられ、
前記第2のドレイン電極は、前記酸化物絶縁膜上面および前記第1のドレイン電極の上面に接して設けられ、
前記第3のソース電極は、前記第2のソース電極の上面に接して設けられ、
前記第3のドレイン電極は、前記第2のドレイン電極の上面に接して設けられ、
前記第1のソース電極および前記第1のドレイン電極は、前記酸化物半導体膜より酸素と結合しやすい導電材料を有し、
前記第2のソース電極および前記第2のドレイン電極は、前記酸化物絶縁膜からの酸素の引き抜きを抑制する導電材料を有し、
前記第3のソース電極および前記第3のドレイン電極は、それぞれ、前記第2のソース電極および前記第2のドレイン電極より抵抗率が低い導電材料を有することを特徴とする半導体装置。 - 請求項1または請求項2において、
前記第1の酸化物膜および前記第2の酸化物膜は、前記酸化物半導体膜よりも伝導帯下端のエネルギーが0.05eV以上2eV以下の範囲で真空準位に近いことを特徴とする半導体装置。 - 請求項1乃至請求項3のいずれか一において、
前記第1の酸化物膜および前記第2の酸化物膜は、前記酸化物半導体膜が有する金属元素と同じ金属元素を含むことを特徴とする半導体装置。
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