JP2018073995A - Semiconductor device and semiconductor device manufacturing method - Google Patents
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- Thin Film Transistor (AREA)
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Abstract
Description
本発明の一態様は、半導体装置、ならびに半導体装置の駆動方法に関する。または、本発明の一態様は、半導体ウエハ、モジュールおよび電子機器に関する。 One embodiment of the present invention relates to a semiconductor device and a method for driving the semiconductor device. One embodiment of the present invention relates to a semiconductor wafer, a module, and an electronic device.
なお、本明細書等において半導体装置とは、半導体特性を利用することで機能しうる装置全般を指す。トランジスタなどの半導体素子をはじめ、半導体回路、演算装置、記憶装置は、半導体装置の一態様である。表示装置(液晶表示装置、発光表示装置など)、投影装置、照明装置、電気光学装置、蓄電装置、記憶装置、半導体回路、撮像装置および電子機器などは、半導体装置を有すると言える場合がある。 Note that in this specification and the like, a semiconductor device refers to any device that can function by utilizing semiconductor characteristics. A semiconductor element such as a transistor, a semiconductor circuit, an arithmetic device, and a memory device are one embodiment of the semiconductor device. A display device (a liquid crystal display device, a light-emitting display device, or the like), a projection device, a lighting device, an electro-optical device, a power storage device, a memory device, a semiconductor circuit, an imaging device, an electronic device, or the like may include a semiconductor device.
なお、本発明の一態様は、上記の技術分野に限定されない。本明細書等で開示する発明の一態様は、物、方法、または、製造方法に関するものである。または、本発明の一態様は、プロセス、マシン、マニュファクチャ、または、組成物(コンポジション・オブ・マター)に関するものである。 Note that one embodiment of the present invention is not limited to the above technical field. One embodiment of the invention disclosed in this specification and the like relates to an object, a method, or a manufacturing method. Alternatively, one embodiment of the present invention relates to a process, a machine, a manufacture, or a composition (composition of matter).
半導体薄膜を用いてトランジスタを構成する技術が注目されている。該トランジスタは集積回路(IC)や画像表示装置(単に表示装置とも表記する)等の電子デバイスに広く応用されている。トランジスタに適用可能な半導体薄膜としてシリコン系半導体材料が広く知られているが、その他の材料として酸化物半導体が注目されている。 A technique for forming a transistor using a semiconductor thin film has attracted attention. The transistor is widely applied to electronic devices such as an integrated circuit (IC) and an image display device (also simply referred to as a display device). A silicon-based semiconductor material is widely known as a semiconductor thin film applicable to a transistor, but an oxide semiconductor has attracted attention as another material.
例えば、酸化物半導体として、酸化亜鉛、又はIn−Ga−Zn系酸化物を活性層とするトランジスタを用いて、表示装置を作製する技術が開示されている(特許文献1及び特許文献2参照)。 For example, a technique for manufacturing a display device using a transistor including zinc oxide or an In—Ga—Zn-based oxide as an active layer as an oxide semiconductor is disclosed (see Patent Documents 1 and 2). .
さらに近年、酸化物半導体を有するトランジスタを用いて、記憶装置の集積回路を作製する技術が公開されている(特許文献3参照)。また、記憶装置だけでなく、演算装置等も、酸化物半導体を有するトランジスタによって作製されてきている。 In recent years, a technique for manufacturing an integrated circuit of a memory device using a transistor including an oxide semiconductor has been disclosed (see Patent Document 3). In addition to memory devices, arithmetic devices and the like have been manufactured using transistors including oxide semiconductors.
ところで、電子機器の高性能化、小型化、軽量化に伴い、集積回路は高集積化され、トランジスタのサイズは微細化している。これに従って、トランジスタ作製のプロセスルールも、45nm、32nm、22nmと年々小さくなっている。これに伴い、酸化物半導体を有するトランジスタも、微細な構造において、設計通り良好な電気特性を有するものが求められている。 By the way, with the increase in performance, size, and weight of electronic devices, integrated circuits are highly integrated and transistors are miniaturized. In accordance with this, process rules for manufacturing transistors are also decreasing year by year, such as 45 nm, 32 nm, and 22 nm. Accordingly, a transistor including an oxide semiconductor is required to have a fine structure and good electrical characteristics as designed.
本発明の一態様は、微細化または高集積化が可能な半導体装置を提供することを課題の一つとする。または、本発明の一態様は、良好な電気特性を有する半導体装置を提供することを課題の一つとする。または、本発明の一態様は、オフ電流の小さい半導体装置を提供することを課題の一とする。または、本発明の一態様は、オン電流の大きいトランジスタを提供することを課題の一とする。または、本発明の一態様は、信頼性の高い半導体装置を提供することを課題の一つとする。または、本発明の一態様は、消費電力が低減された半導体装置を提供することを課題の一つとする。または、本発明の一態様は、生産性の高い半導体装置を提供することを課題の一つとする。 An object of one embodiment of the present invention is to provide a semiconductor device that can be miniaturized or highly integrated. Another object of one embodiment of the present invention is to provide a semiconductor device having favorable electrical characteristics. Another object of one embodiment of the present invention is to provide a semiconductor device with low off-state current. Another object of one embodiment of the present invention is to provide a transistor with high on-state current. Another object of one embodiment of the present invention is to provide a highly reliable semiconductor device. Another object of one embodiment of the present invention is to provide a semiconductor device with reduced power consumption. Another object of one embodiment of the present invention is to provide a semiconductor device with high productivity.
本発明の一態様は、長期間においてデータの保持が可能な半導体装置を提供することを課題の一つとする。本発明の一態様には、情報の書き込み速度が速い半導体装置を提供することを課題の一つとする。本発明の一態様は、設計自由度が高い半導体装置を提供することを課題の一つとする。本発明の一態様は、消費電力を抑えることができる半導体装置を提供することを課題の一つとする。本発明の一態様は、新規な半導体装置を提供することを課題の一つとする。 An object of one embodiment of the present invention is to provide a semiconductor device capable of holding data for a long period of time. An object of one embodiment of the present invention is to provide a semiconductor device with high information writing speed. An object of one embodiment of the present invention is to provide a semiconductor device with high design freedom. An object of one embodiment of the present invention is to provide a semiconductor device capable of suppressing power consumption. An object of one embodiment of the present invention is to provide a novel semiconductor device.
なお、これらの課題の記載は、他の課題の存在を妨げるものではない。なお、本発明の一態様は、これらの課題の全てを解決する必要はないものとする。なお、これら以外の課題は、明細書、図面、請求項などの記載から、自ずと明らかとなるものであり、明細書、図面、請求項などの記載から、これら以外の課題を抽出することが可能である。 Note that the description of these problems does not disturb the existence of other problems. Note that one embodiment of the present invention does not have to solve all of these problems. Issues other than these will be apparent from the description of the specification, drawings, claims, etc., and other issues can be extracted from the descriptions of the specification, drawings, claims, etc. It is.
本発明の一態様は、酸化物半導体を用いたトランジスタであり、ゲート電極およびゲート絶縁体の側面に接して、サイドウォール絶縁体が配置されている。なお、該サイドウォール絶縁体は、原子層堆積(ALD:Atomic Layer Deposition)法で成膜されると好ましい。サイドウォール絶縁体をALD法で成膜することで被覆性が良好な膜、あるいは緻密な膜からなるサイドウォール絶縁体が得られる。ゲート絶縁膜の側面に接してこのような絶縁体を設けることで、ゲート絶縁膜中の酸素が外部に拡散することを防ぎ、水または水素などの不純物がゲート絶縁膜中に混入することを防ぐことができる。 One embodiment of the present invention is a transistor including an oxide semiconductor, in which a sidewall insulator is provided in contact with a side surface of a gate electrode and a gate insulator. Note that the sidewall insulator is preferably formed by an atomic layer deposition (ALD) method. By forming the sidewall insulator by the ALD method, a sidewall insulator made of a film with good coverage or a dense film can be obtained. By providing such an insulator in contact with the side surface of the gate insulating film, oxygen in the gate insulating film is prevented from diffusing to the outside, and impurities such as water or hydrogen are prevented from entering the gate insulating film. be able to.
また、該トランジスタのソース領域およびドレイン領域を形成する際に、該サイドウォール絶縁体を形成しておくことにより、酸化物半導体の該ゲート電極と重畳する領域は低抵抗化されにくくなる。これにより、微細化されたトランジスタにおいても、ソース領域およびドレイン領域が必要以上にゲート側に拡張することを防ぎ、該トランジスタに良好な電気特性を与えることができる。 In addition, when the source region and the drain region of the transistor are formed, the sidewall insulator is formed, so that a region overlapping with the gate electrode of the oxide semiconductor is hardly lowered. Accordingly, even in a miniaturized transistor, the source region and the drain region can be prevented from extending more than necessary to the gate side, and favorable electrical characteristics can be given to the transistor.
本発明の一態様は、基板上に配置された第1の絶縁体と、第1の絶縁体の上に配置された第1の酸化物と、第1の酸化物の上面の少なくとも一部に接して配置された第2の酸化物と、第2の酸化物の上に配置された第2の絶縁体と、第2の絶縁体の上に配置された第1の導電体と、第1の導電体の上に配置された第2の導電体と、第2の絶縁体、第1の導電体、および第2の導電体の側面に接して配置されたサイドウォール絶縁体と、第2の酸化物の上面に接し、かつサイドウォール絶縁体の側面に接して配置された第3の絶縁体と、を有し、サイドウォール絶縁体の上面および第3の絶縁体の最上面は、第2の導電体の最上面と略一致する、ことを特徴とする半導体装置である。 One embodiment of the present invention includes a first insulator disposed over a substrate, a first oxide disposed over the first insulator, and at least a part of an upper surface of the first oxide. A second oxide disposed in contact with the second oxide; a second insulator disposed on the second oxide; a first conductor disposed on the second insulator; A second conductor disposed on the second conductor, a second insulator, the first conductor, and a sidewall insulator disposed in contact with a side surface of the second conductor; A third insulator disposed in contact with an upper surface of the oxide and in contact with a side surface of the sidewall insulator, and the upper surface of the sidewall insulator and the uppermost surface of the third insulator are This is a semiconductor device characterized in that it substantially coincides with the uppermost surface of the two conductors.
上記において、第1の酸化物および第2の酸化物は、それぞれ、Inと、元素M(MはAl、Ga、Y、またはSn)と、Znと、を含むことが好ましい。 In the above, it is preferable that the first oxide and the second oxide each include In, an element M (M is Al, Ga, Y, or Sn), and Zn.
本発明の他の一態様は、基板上に配置された第1の絶縁体と、第1の絶縁体の上に配置された第1の酸化物と、第1の酸化物の上面の少なくとも一部に接して配置された第2の酸化物と、第2の酸化物の上に配置された第3の酸化物と、第3の酸化物の上に配置された第2の絶縁体と、第2の絶縁体の上に配置された第1の導電体と、第1の導電体の上に配置された第2の導電体と、第2の絶縁体、第1の導電体、および第2の導電体の側面に接して配置されたサイドウォール絶縁体と、第2の酸化物の上に位置し、かつサイドウォール絶縁体の側面に接して配置された第3の絶縁体と、を有し、サイドウォール絶縁体の上面および第3の絶縁体の最上面は、第2の導電体の最上面と略一致する、ことを特徴とする半導体装置である。 In another embodiment of the present invention, at least one of the first insulator disposed on the substrate, the first oxide disposed on the first insulator, and the top surface of the first oxide. A second oxide disposed in contact with the portion, a third oxide disposed on the second oxide, a second insulator disposed on the third oxide, A first conductor disposed on the second insulator; a second conductor disposed on the first conductor; a second insulator; a first conductor; A sidewall insulator disposed in contact with the side surface of the second conductor, and a third insulator disposed on the second oxide and in contact with the side surface of the sidewall insulator; And the upper surface of the sidewall insulator and the uppermost surface of the third insulator substantially coincide with the uppermost surface of the second conductor.
上記において、第3の酸化物の側面がサイドウォール絶縁体に接し、第3の絶縁体が第2の酸化物の上面に接する構成にしてもよい。 In the above structure, the side surface of the third oxide may be in contact with the sidewall insulator, and the third insulator may be in contact with the upper surface of the second oxide.
また、上記において、第3の酸化物の側面が第2の酸化物の側面と略一致し、第3の絶縁体が第3の酸化物の上面に接する構成にしてもよい。 In the above structure, the side surface of the third oxide may substantially coincide with the side surface of the second oxide, and the third insulator may be in contact with the upper surface of the third oxide.
また、上記において、第1の酸化物乃至第3の酸化物は、それぞれ、Inと、元素M(MはAl、Ga、Y、またはSn)と、Znと、を含むことが好ましい。 In the above, it is preferable that each of the first to third oxides contains In, an element M (M is Al, Ga, Y, or Sn), and Zn.
また、上記において、第2の酸化物の第3の絶縁体と重なる領域は、第2の酸化物の第2の絶縁体と重なる領域の中央近傍より、水素および窒素の少なくとも一方の濃度が大きい構成にしてもよい。 In the above, the region overlapping the third insulator of the second oxide has a higher concentration of at least one of hydrogen and nitrogen than the vicinity of the center of the region overlapping the second insulator of the second oxide. It may be configured.
また、上記において、第2の酸化物の第3の絶縁体およびサイドウォール絶縁体と重なる領域は、第2の酸化物の第2の絶縁体と重なる領域の中央近傍より、水素および窒素の少なくとも一方の濃度が大きい構成にしてもよい。 In the above, the region overlapping the third insulator and the sidewall insulator of the second oxide has at least hydrogen and nitrogen from the vicinity of the center of the region overlapping the second insulator of the second oxide. One density may be large.
また、上記において、第2の酸化物の第3の絶縁体、サイドウォール絶縁体、および第2の絶縁体の両端部近傍と重なる領域は、第2の酸化物の第2の絶縁体と重なる領域の中央近傍より、水素および窒素の少なくとも一方の濃度が大きい構成にしてもよい。 In addition, in the above, the third insulator of the second oxide, the sidewall insulator, and the region overlapping with the vicinity of both ends of the second insulator overlap with the second insulator of the second oxide. A configuration in which the concentration of at least one of hydrogen and nitrogen is higher than the vicinity of the center of the region may be adopted.
また、上記において、サイドウォール絶縁体は、ALD法を用いて成膜されたものが好ましい。また、上記において、サイドウォール絶縁体は、酸化アルミニウムまたは酸化ハフニウムのいずれかを有することが好ましい。 In the above, the sidewall insulator is preferably formed using the ALD method. In the above, the sidewall insulator preferably contains either aluminum oxide or hafnium oxide.
また、上記において、第1の導電体は、導電性酸化物を有することが好ましい。また、上記において、第3の絶縁体は、水素および窒素のいずれか一方または両方を有することが好ましい。また、上記において、第1の絶縁体の下に、第2の酸化物、第1の導電体、および第2の導電体と重なる領域を有するように配置された第3の導電体を有することが好ましい。 In the above, the first conductor preferably includes a conductive oxide. In the above, it is preferable that the third insulator includes one or both of hydrogen and nitrogen. In addition, in the above, the second conductor, the first conductor, and the third conductor disposed so as to have a region overlapping with the second conductor are provided below the first insulator. Is preferred.
また、上記において、さらに、第2の導電体の少なくとも一部の上に配置されたバッファ層を有し、バッファ層は、第2の酸化物と重なる領域の少なくとも一部において、第2の導電体と重ならず、バッファ層の側面は、サイドウォール絶縁体に接し、バッファ層の上面は、第2の導電体の最上面と略一致する、構成にしてもよい。 In the above, the semiconductor device further includes a buffer layer disposed on at least a part of the second conductor, and the buffer layer includes the second conductive in at least a part of the region overlapping with the second oxide. The side surface of the buffer layer may be in contact with the sidewall insulator without overlapping the body, and the upper surface of the buffer layer may be substantially coincident with the uppermost surface of the second conductor.
また、上記において、バッファ層は、絶縁体を有する構成にしてもよい。また、上記において、バッファ層は、導電体を有する構成にしてもよい。 In the above, the buffer layer may include an insulator. In the above, the buffer layer may include a conductor.
本発明の他の一態様は、基板上に第1の絶縁体を成膜し、第1の絶縁体の上に、第1の酸化膜、および第2の酸化膜を順に成膜し、第1の酸化膜および第2の酸化膜を島状に加工して、第1の酸化物および第2の酸化物を形成し、第2の酸化物の上に、第1の絶縁膜、第1の導電膜、第2の導電膜、および第1のバッファ層を順に成膜し、第1の絶縁膜、第1の導電膜、第2の導電膜、および第1のバッファ層をエッチングして、第2の絶縁体、第1の導電体、第2の導電体、および第2のバッファ層を形成し、第1の絶縁体、第1の酸化物、第2の酸化物、第2の絶縁体、第1の導電体、第2の導電体、および第2のバッファ層を覆って、ALD法を用いて第3の絶縁膜を成膜し、第3の絶縁膜にドライエッチング処理を行って、第2の絶縁体、第1の導電体、第2の導電体、第2のバッファ層の側面に接して、第1のサイドウォール絶縁体を形成し、第1の絶縁体、第1の酸化物、第2の酸化物、第1のサイドウォール絶縁体、および第2のバッファ層を覆って、PECVD法を用いて第4の絶縁膜を成膜し、第4の絶縁膜の上に第5の絶縁膜を成膜し、第2のバッファ層、第1のサイドウォール絶縁体、第4の絶縁膜、および第5の絶縁膜の一部を、第2の導電体の一部が露出するまで除去して、第3のバッファ層、第2のサイドウォール絶縁体、第3の絶縁体、および第4の絶縁体を形成する、ことを特徴とする半導体装置の作製方法である。 In another embodiment of the present invention, a first insulator is formed over a substrate, a first oxide film and a second oxide film are sequentially formed over the first insulator, The first oxide film and the second oxide film are processed into an island shape to form a first oxide and a second oxide, and the first insulating film and the first oxide are formed on the second oxide. The conductive film, the second conductive film, and the first buffer layer are sequentially formed, and the first insulating film, the first conductive film, the second conductive film, and the first buffer layer are etched. , Forming a second insulator, a first conductor, a second conductor, and a second buffer layer, the first insulator, the first oxide, the second oxide, the second A third insulating film is formed using the ALD method so as to cover the insulator, the first conductor, the second conductor, and the second buffer layer, and dry etching treatment is performed on the third insulating film. Go to the second absolute A first sidewall insulator is formed in contact with a side surface of the body, the first conductor, the second conductor, and the second buffer layer, and the first insulator, the first oxide, A fourth insulating film is formed by PECVD, covering the oxide, the first sidewall insulator, and the second buffer layer, and the fifth insulating film is formed on the fourth insulating film. And the second buffer layer, the first sidewall insulator, the fourth insulating film, and a part of the fifth insulating film are removed until a part of the second conductor is exposed. Then, a third buffer layer, a second sidewall insulator, a third insulator, and a fourth insulator are formed.
また、上記において、第1のバッファ層の膜厚が10nm以上100nm以下であることが好ましい。また、上記において、第4の絶縁膜の成膜を、窒素を含む雰囲気で行う、ことが好ましい。また、上記において、第3のバッファ層、第2のサイドウォール絶縁体、第3の絶縁体、および第4の絶縁体の形成をCMP処理によって行うことが好ましい。また、上記において、第1の導電膜の成膜を、酸素を含む雰囲気で、スパッタリング処理を用いて行うことが好ましい。 In the above, the thickness of the first buffer layer is preferably 10 nm or more and 100 nm or less. In the above, it is preferable that the fourth insulating film be formed in an atmosphere containing nitrogen. In the above, it is preferable that the third buffer layer, the second sidewall insulator, the third insulator, and the fourth insulator are formed by CMP treatment. In the above, it is preferable to form the first conductive film using a sputtering treatment in an atmosphere containing oxygen.
本発明の一態様により、微細化または高集積化が可能な半導体装置を提供することができる。または、本発明の一態様により、良好な電気特性を有する半導体装置を提供することができる。または、本発明の一態様により、オフ電流の小さい半導体装置を提供することができる。または、本発明の一態様により、オン電流の大きいトランジスタを提供することができる。または、本発明の一態様により、信頼性の高い半導体装置を提供することができる。または、本発明の一態様により、消費電力が低減された半導体装置を提供することができる。または、本発明の一態様により、生産性の高い半導体装置を提供することができる。 According to one embodiment of the present invention, a semiconductor device that can be miniaturized or highly integrated can be provided. Alternatively, according to one embodiment of the present invention, a semiconductor device having favorable electrical characteristics can be provided. Alternatively, according to one embodiment of the present invention, a semiconductor device with low off-state current can be provided. Alternatively, according to one embodiment of the present invention, a transistor with high on-state current can be provided. Alternatively, according to one embodiment of the present invention, a highly reliable semiconductor device can be provided. Alternatively, according to one embodiment of the present invention, a semiconductor device with reduced power consumption can be provided. Alternatively, according to one embodiment of the present invention, a highly productive semiconductor device can be provided.
または、長期間においてデータの保持が可能な半導体装置を提供することができる。または、情報の書き込み速度が速い半導体装置を提供することができる。または、設計自由度が高い半導体装置を提供することができる。または、消費電力を抑えることができる半導体装置を提供することができる。または、新規な半導体装置を提供することができる。 Alternatively, a semiconductor device capable of holding data for a long period can be provided. Alternatively, a semiconductor device with high information writing speed can be provided. Alternatively, a semiconductor device with a high degree of design freedom can be provided. Alternatively, a semiconductor device that can reduce power consumption can be provided. Alternatively, a novel semiconductor device can be provided.
なお、これらの効果の記載は、他の効果の存在を妨げるものではない。なお、本発明の一態様は、これらの効果の全てを有する必要はない。なお、これら以外の効果は、明細書、図面、請求項などの記載から、自ずと明らかとなるものであり、明細書、図面、請求項などの記載から、これら以外の効果を抽出することが可能である。 Note that the description of these effects does not disturb the existence of other effects. Note that one embodiment of the present invention need not have all of these effects. It should be noted that the effects other than these are naturally obvious from the description of the specification, drawings, claims, etc., and it is possible to extract the other effects from the descriptions of the specification, drawings, claims, etc. It is.
以下、実施の形態について図面を参照しながら説明する。但し、実施の形態は多くの異なる態様で実施することが可能であり、趣旨およびその範囲から逸脱することなくその形態および詳細を様々に変更し得ることは当業者であれば容易に理解される。従って、本発明は、以下の実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。 Hereinafter, embodiments will be described with reference to the drawings. However, the embodiments can be implemented in many different modes, and it is easily understood by those skilled in the art that the modes and details can be variously changed without departing from the spirit and scope thereof. . Therefore, the present invention should not be construed as being limited to the description of the following embodiments.
また、図面において、大きさ、層の厚さ、又は領域は、明瞭化のために誇張されている場合がある。よって、必ずしもそのスケールに限定されない。なお図面は、理想的な例を模式的に示したものであり、図面に示す形状又は値などに限定されない。例えば、実際の製造工程において、エッチングなどの処理により層やレジストマスクなどが意図せずに目減りすることがあるが、理解を容易とするために省略して示すことがある。また、図面において、同一部分又は同様な機能を有する部分には同一の符号を異なる図面間で共通して用い、その繰り返しの説明は省略する場合がある。また、同様の機能を指す場合には、ハッチパターンを同じくし、特に符号を付さない場合がある。 In the drawings, the size, the layer thickness, or the region is exaggerated for simplicity in some cases. Therefore, it is not necessarily limited to the scale. The drawings schematically show an ideal example, and are not limited to the shapes or values shown in the drawings. For example, in an actual manufacturing process, a layer or a resist mask may be lost unintentionally by a process such as etching, but may be omitted for easy understanding. In the drawings, the same portions or portions having similar functions are denoted by the same reference numerals in different drawings, and description thereof is not repeated. In addition, in the case where the same function is indicated, the hatch pattern is the same, and there is a case where no reference numeral is given.
また、特に上面図(「平面図」ともいう。)や斜視図などにおいて、発明の理解を容易とするため、一部の構成要素の記載を省略する場合がある。また、一部の隠れ線などの記載を省略する場合がある。 In particular, in a top view (also referred to as a “plan view”), a perspective view, and the like, some components may not be described in order to facilitate understanding of the invention. Moreover, description of some hidden lines may be omitted.
また、本明細書などにおいて、第1、第2等として付される序数詞は便宜上用いるものであり、工程順又は積層順を示すものではない。そのため、例えば、「第1の」を「第2の」又は「第3の」などと適宜置き換えて説明することができる。また、本明細書等に記載されている序数詞と、本発明の一態様を特定するために用いられる序数詞は一致しない場合がある。 In this specification and the like, the ordinal numbers attached as the first, second, etc. are used for convenience and do not indicate the order of steps or the order of lamination. Therefore, for example, the description can be made by appropriately replacing “first” with “second” or “third”. In addition, the ordinal numbers described in this specification and the like may not match the ordinal numbers used to specify one embodiment of the present invention.
また、本明細書において、「上に」、「下に」などの配置を示す語句は、構成同士の位置関係を、図面を参照して説明するために、便宜上用いている。また、構成同士の位置関係は、各構成を描写する方向に応じて適宜変化するものである。従って、明細書で説明した語句に限定されず、状況に応じて適切に言い換えることができる。 In addition, in this specification, terms indicating arrangement such as “above” and “below” are used for convenience to describe the positional relationship between components with reference to the drawings. Moreover, the positional relationship between components changes suitably according to the direction which draws each structure. Therefore, the present invention is not limited to the words and phrases described in the specification, and can be appropriately rephrased depending on the situation.
また、本明細書等において、トランジスタとは、ゲートと、ドレインと、ソースとを含む少なくとも三つの端子を有する素子である。そして、ドレイン(ドレイン端子、ドレイン領域またはドレイン電極)とソース(ソース端子、ソース領域またはソース電極)の間にチャネル領域を有しており、ドレインとチャネル領域とソースとを介して電流を流すことができるものである。なお、本明細書等において、チャネル領域とは、電流が主として流れる領域をいう。 In this specification and the like, a transistor is an element having at least three terminals including a gate, a drain, and a source. A channel region is provided between the drain (drain terminal, drain region or drain electrode) and the source (source terminal, source region or source electrode), and a current flows through the drain, channel region, and source. It is something that can be done. Note that in this specification and the like, a channel region refers to a region through which a current mainly flows.
また、ソースやドレインの機能は、異なる極性のトランジスタを採用する場合や、回路動作において電流の方向が変化する場合などには入れ替わることがある。このため、本明細書等においては、ソースやドレインの用語は、入れ替えて用いることができる場合がある。 In addition, the functions of the source and drain may be switched when transistors having different polarities are employed or when the direction of current changes during circuit operation. Therefore, in this specification and the like, the terms “source” and “drain” may be used interchangeably.
なお、チャネル長とは、例えば、トランジスタの上面図において、半導体(またはトランジスタがオン状態のときに半導体の中で電流の流れる部分)とゲート電極とが互いに重なる領域、またはチャネルが形成される領域における、ソース(ソース領域またはソース電極)とドレイン(ドレイン領域またはドレイン電極)との間の距離をいう。なお、一つのトランジスタにおいて、チャネル長が全ての領域で同じ値をとるとは限らない。即ち、一つのトランジスタのチャネル長は、一つの値に定まらない場合がある。そのため、本明細書では、チャネル長は、チャネルの形成される領域における、いずれか一の値、最大値、最小値または平均値とする。 Note that the channel length refers to, for example, a region where a semiconductor (or a portion where current flows in the semiconductor when the transistor is on) and a gate electrode overlap with each other in a top view of the transistor, or a region where a channel is formed The distance between the source (source region or source electrode) and the drain (drain region or drain electrode) in FIG. Note that in one transistor, the channel length is not necessarily the same in all regions. That is, the channel length of one transistor may not be fixed to one value. Therefore, in this specification, the channel length is any one of values, the maximum value, the minimum value, or the average value in a region where a channel is formed.
チャネル幅とは、例えば、半導体(またはトランジスタがオン状態のときに半導体の中で電流の流れる部分)とゲート電極とが互いに重なる領域、またはチャネルが形成される領域における、ソースとドレインとが向かい合っている部分の長さをいう。なお、一つのトランジスタにおいて、チャネル幅がすべての領域で同じ値をとるとは限らない。即ち、一つのトランジスタのチャネル幅は、一つの値に定まらない場合がある。そのため、本明細書では、チャネル幅は、チャネルの形成される領域における、いずれか一の値、最大値、最小値または平均値とする。 The channel width is, for example, a region in which a semiconductor (or a portion in which a current flows in the semiconductor when the transistor is on) and a gate electrode overlap each other, or a source and a drain in a region where a channel is formed. This is the length of the part. Note that in one transistor, the channel width is not necessarily the same in all regions. That is, the channel width of one transistor may not be fixed to one value. Therefore, in this specification, the channel width is any one of values, the maximum value, the minimum value, or the average value in a region where a channel is formed.
なお、トランジスタの構造によっては、実際にチャネルの形成される領域におけるチャネル幅(以下、「実効的なチャネル幅」ともいう。)と、トランジスタの上面図において示されるチャネル幅(以下、「見かけ上のチャネル幅」ともいう。)と、が異なる場合がある。例えば、ゲート電極が半導体の側面を覆う場合、実効的なチャネル幅が、見かけ上のチャネル幅よりも大きくなり、その影響が無視できなくなる場合がある。例えば、微細かつゲート電極が半導体の側面を覆うトランジスタでは、半導体の側面に形成されるチャネル形成領域の割合が大きくなる場合がある。その場合は、見かけ上のチャネル幅よりも、実効的なチャネル幅の方が大きくなる。 Note that depending on the structure of the transistor, the channel width in a region where a channel is actually formed (hereinafter also referred to as “effective channel width”) and the channel width (hereinafter “apparently” shown in the top view of the transistor). Sometimes referred to as “channel width”). For example, when the gate electrode covers the side surface of the semiconductor, the effective channel width may be larger than the apparent channel width, and the influence may not be negligible. For example, in a fine transistor whose gate electrode covers a side surface of a semiconductor, the ratio of a channel formation region formed on the side surface of the semiconductor may increase. In that case, the effective channel width is larger than the apparent channel width.
このような場合、実効的なチャネル幅の、実測による見積もりが困難となる場合がある。例えば、設計値から実効的なチャネル幅を見積もるためには、半導体の形状が既知という仮定が必要である。したがって、半導体の形状が正確にわからない場合には、実効的なチャネル幅を正確に測定することは困難である。 In such a case, it may be difficult to estimate the effective channel width by actual measurement. For example, in order to estimate the effective channel width from the design value, it is necessary to assume that the shape of the semiconductor is known. Therefore, it is difficult to accurately measure the effective channel width when the shape of the semiconductor is not accurately known.
そこで、本明細書では、見かけ上のチャネル幅を、「囲い込みチャネル幅(SCW:Surrounded Channel Width)」と呼ぶ場合がある。また、本明細書では、単にチャネル幅と記載した場合には、囲い込みチャネル幅または見かけ上のチャネル幅を指す場合がある。または、本明細書では、単にチャネル幅と記載した場合には、実効的なチャネル幅を指す場合がある。なお、チャネル長、チャネル幅、実効的なチャネル幅、見かけ上のチャネル幅、囲い込みチャネル幅などは、断面TEM像などを解析することなどによって、値を決定することができる。 Therefore, in this specification, the apparent channel width may be referred to as “surrounded channel width (SCW)”. In this specification, in the case where the term “channel width” is simply used, it may denote an enclosed channel width or an apparent channel width. Alternatively, in this specification, in the case where the term “channel width” is simply used, it may denote an effective channel width. Note that the channel length, channel width, effective channel width, apparent channel width, enclosed channel width, and the like can be determined by analyzing a cross-sectional TEM image or the like.
なお、半導体の不純物とは、例えば、半導体を構成する主成分以外をいう。例えば、濃度が0.1原子%未満の元素は不純物と言える。不純物が含まれることにより、例えば、半導体のDOS(Density of States)が高くなることや、結晶性が低下することなどが起こる場合がある。半導体が酸化物半導体である場合、半導体の特性を変化させる不純物としては、例えば、第1族元素、第2族元素、第13族元素、第14族元素、第15族元素、および酸化物半導体の主成分以外の遷移金属などがあり、例えば、水素、リチウム、ナトリウム、シリコン、ホウ素、リン、炭素、窒素などがある。酸化物半導体の場合、水も不純物として機能する場合がある。また、酸化物半導体の場合、例えば不純物の混入によって酸素欠損を形成する場合がある。また、半導体がシリコンである場合、半導体の特性を変化させる不純物としては、例えば、酸素、水素を除く第1族元素、第2族元素、第13族元素、第15族元素などがある。 Note that the impurity of the semiconductor means, for example, a component other than the main component constituting the semiconductor. For example, an element having a concentration of less than 0.1 atomic% can be said to be an impurity. By including impurities, for example, DOS (Density of States) of a semiconductor may increase or crystallinity may decrease. In the case where the semiconductor is an oxide semiconductor, examples of the impurity that changes the characteristics of the semiconductor include a Group 1 element, a Group 2 element, a Group 13 element, a Group 14 element, a Group 15 element, and an oxide semiconductor. There are transition metals other than the main components of, for example, hydrogen, lithium, sodium, silicon, boron, phosphorus, carbon, nitrogen and the like. In the case of an oxide semiconductor, water may also function as an impurity. In the case of an oxide semiconductor, oxygen vacancies may be formed, for example, by mixing impurities. In the case where the semiconductor is silicon, examples of impurities that change the characteristics of the semiconductor include group 1 elements, group 2 elements, group 13 elements, and group 15 elements excluding oxygen and hydrogen.
なお、本明細書等において、酸化窒化シリコン膜とは、その組成として、窒素よりも酸素の含有量が多いものである。例えば、好ましくは酸素が55原子%以上65原子%以下、窒素が1原子%以上20原子%以下、シリコンが25原子%以上35原子%以下、水素が0.1原子%以上10原子%以下の濃度範囲で含まれるものをいう。また、窒化酸化シリコン膜とは、その組成として、酸素よりも窒素の含有量が多いものでる。例えば、好ましくは窒素が55原子%以上65原子%以下、酸素が1原子%以上20原子%以下、シリコンが25原子%以上35原子%以下、水素が0.1原子%以上10原子%以下の濃度範囲で含まれるものをいう。 Note that in this specification and the like, a silicon oxynitride film has a higher oxygen content than nitrogen in its composition. For example, preferably oxygen is 55 atomic% to 65 atomic%, nitrogen is 1 atomic% to 20 atomic%, silicon is 25 atomic% to 35 atomic%, and hydrogen is 0.1 atomic% to 10 atomic%. It is included in the concentration range. The silicon nitride oxide film has a nitrogen content higher than that of oxygen. For example, preferably, nitrogen is 55 atomic% to 65 atomic%, oxygen is 1 atomic% to 20 atomic%, silicon is 25 atomic% to 35 atomic%, and hydrogen is 0.1 atomic% to 10 atomic%. It is included in the concentration range.
また、本明細書等において、「膜」という用語と、「層」という用語とは、互いに入れ替えることが可能である。例えば、「導電層」という用語を、「導電膜」という用語に変更することが可能な場合がある。または、例えば、「絶縁膜」という用語を、「絶縁層」という用語に変更することが可能な場合がある。 In this specification and the like, the terms “film” and “layer” can be interchanged with each other. For example, the term “conductive layer” may be changed to the term “conductive film”. Alternatively, for example, the term “insulating film” may be changed to the term “insulating layer” in some cases.
また、本明細書等において、「絶縁体」という用語を、絶縁膜または絶縁層と言い換えることができる。また、「導電体」という用語を、導電膜または導電層と言い換えることができる。また、「半導体」という用語を、半導体膜または半導体層と言い換えることができる。 In this specification and the like, the term “insulator” can be restated as an insulating film or an insulating layer. In addition, the term “conductor” can be restated as a conductive film or a conductive layer. In addition, the term “semiconductor” can be restated as a semiconductor film or a semiconductor layer.
また、本明細書等に示すトランジスタは、明示されている場合を除き、電界効果トランジスタとする。また、本明細書等に示すトランジスタは、明示されている場合を除き、nチャネル型のトランジスタとする。よって、そのしきい値電圧(「Vth」ともいう。)は、明示されている場合を除き、0Vよりも大きいものとする。 The transistors described in this specification and the like are field-effect transistors unless otherwise specified. The transistors described in this specification and the like are n-channel transistors unless otherwise specified. Therefore, the threshold voltage (also referred to as “Vth”) is assumed to be greater than 0 V unless otherwise specified.
また、本明細書等において、「平行」とは、二つの直線が−10°以上10°以下の角度で配置されている状態をいう。したがって、−5°以上5°以下の場合も含まれる。また、「略平行」とは、二つの直線が−30°以上30°以下の角度で配置されている状態をいう。また、「垂直」とは、二つの直線が80°以上100°以下の角度で配置されている状態をいう。したがって、85°以上95°以下の場合も含まれる。また、「略垂直」とは、二つの直線が60°以上120°以下の角度で配置されている状態をいう。 Further, in this specification and the like, “parallel” means a state in which two straight lines are arranged at an angle of −10 ° to 10 °. Therefore, the case of −5 ° to 5 ° is also included. Further, “substantially parallel” means a state in which two straight lines are arranged at an angle of −30 ° to 30 °. “Vertical” refers to a state in which two straight lines are arranged at an angle of 80 ° to 100 °. Therefore, the case of 85 ° to 95 ° is also included. Further, “substantially vertical” means a state in which two straight lines are arranged at an angle of 60 ° to 120 °.
また、本明細書において、結晶が三方晶または菱面体晶である場合、六方晶系として表す。 In this specification, when a crystal is trigonal or rhombohedral, it is represented as a hexagonal system.
なお、本明細書において、バリア膜とは、水素などの不純物および酸素の透過を抑制する機能を有する膜のことであり、該バリア膜に導電性を有する場合は、導電性バリア膜と呼ぶことがある。 Note that in this specification, a barrier film is a film having a function of suppressing permeation of impurities such as hydrogen and oxygen, and when the barrier film has conductivity, the barrier film is referred to as a conductive barrier film. There is.
本明細書等において、金属酸化物(metal oxide)とは、広い表現での金属の酸化物である。金属酸化物は、酸化物絶縁体、酸化物導電体(透明酸化物導電体を含む)、酸化物半導体(Oxide Semiconductorまたは単にOSともいう)などに分類される。例えば、トランジスタの活性層に金属酸化物を用いた場合、当該金属酸化物を酸化物半導体と呼称する場合がある。つまり、OS FETと記載する場合においては、酸化物または酸化物半導体を有するトランジスタと換言することができる。 In this specification and the like, a metal oxide is a metal oxide in a broad expression. Metal oxides are classified into oxide insulators, oxide conductors (including transparent oxide conductors), oxide semiconductors (also referred to as oxide semiconductors or simply OS), and the like. For example, when a metal oxide is used for an active layer of a transistor, the metal oxide may be referred to as an oxide semiconductor. That is, in the case of describing as an OS FET, it can be said to be a transistor including an oxide or an oxide semiconductor.
(実施の形態1)
<半導体装置の構成例1>
以下では、本発明の一態様に係るトランジスタ1000を有する半導体装置の一例について説明する。
(Embodiment 1)
<Configuration Example 1 of Semiconductor Device>
An example of a semiconductor device including the transistor 1000 according to one embodiment of the present invention is described below.
図1(A)は、トランジスタ1000を有する半導体装置の上面図である。また、図1(B)は、図1(A)にA1−A2の一点鎖線で示す部位の断面図であり、トランジスタ1000のチャネル長方向の断面図でもある。また、図1(C)は、図1(A)にA3−A4の一点鎖線で示す部位の断面図であり、トランジスタ1000のチャネル幅方向の断面図でもある。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。 FIG. 1A is a top view of a semiconductor device including a transistor 1000. FIG. FIG. 1B is a cross-sectional view taken along dashed-dotted line A1-A2 in FIG. 1A and is a cross-sectional view in the channel length direction of the transistor 1000. 1C is a cross-sectional view taken along dashed-dotted line A3-A4 in FIG. 1A and is a cross-sectional view in the channel width direction of the transistor 1000. FIG. In the top view of FIG. 1A, some elements are omitted for clarity.
図1(A)から(C)に示すように、トランジスタ1000は、基板400の上に配置された絶縁体402と、絶縁体402の上に配置された酸化物406aと、酸化物406aの上面の少なくとも一部に接して配置された酸化物406bと、酸化物406bの上に配置された絶縁体412と、絶縁体412の上に配置された導電体404aと、導電体404aの上に配置された導電体404bと、絶縁体412、導電体404a、および導電体404bの側面に接して配置されたサイドウォール絶縁体418と、酸化物406bの上面に接し、かつサイドウォール絶縁体418の側面に接して配置された絶縁体409と、を有する。ここで、図1(B)に示すように、サイドウォール絶縁体418の上面および絶縁体409の最上面は、導電体404bの最上面と略一致することが好ましい。 As shown in FIGS. 1A to 1C, the transistor 1000 includes an insulator 402 disposed over a substrate 400, an oxide 406a disposed over the insulator 402, and an upper surface of the oxide 406a. An oxide 406b disposed in contact with at least a portion of the oxide, an insulator 412 disposed over the oxide 406b, a conductor 404a disposed over the insulator 412, and a conductor 404a. Conductor 404b, insulator 412, conductor 404a, and sidewall insulator 418 disposed in contact with the side surface of conductor 404b, and in contact with the top surface of oxide 406b and side surface of sidewall insulator 418 And an insulator 409 disposed in contact with the substrate. Here, as shown in FIG. 1B, it is preferable that the upper surface of the sidewall insulator 418 and the uppermost surface of the insulator 409 substantially coincide with the uppermost surface of the conductor 404b.
以下において、酸化物406aと酸化物406bをまとめて酸化物406という場合がある。なお、トランジスタ1000では、酸化物406aおよび酸化物406bを積層する構成について示しているが、本発明はこれに限られるものではない。例えば、酸化物406bのみを設ける構成にしてもよい。また、導電体404aと導電体404bをまとめて導電体404という場合がある。なお、トランジスタ1000では、導電体404aおよび導電体404bを積層する構成について示しているが、本発明はこれに限られるものではない。例えば、導電体404bのみを設ける構成にしてもよい。 Hereinafter, the oxide 406a and the oxide 406b may be collectively referred to as an oxide 406. Note that although the transistor 1000 has a structure in which the oxide 406a and the oxide 406b are stacked, the present invention is not limited to this. For example, only the oxide 406b may be provided. The conductor 404a and the conductor 404b may be collectively referred to as the conductor 404. Note that although the transistor 1000 has a structure in which the conductor 404a and the conductor 404b are stacked, the present invention is not limited to this. For example, only the conductor 404b may be provided.
また、トランジスタ1000は、基板400の上に絶縁体401を配置する構成にしてもよい。また、絶縁体401の上に配置された絶縁体301と、絶縁体301に埋め込まれるように配置された導電体310と、を有する構成にしてもよい。また、導電体310は、酸化物406および導電体404と重なるように配置されることが好ましい。また、絶縁体301と導電体310の上に配置された絶縁体302と、絶縁体302の上に配置された絶縁体303と、を有し、絶縁体303の上に絶縁体402を配置する構成にしてもよい。 The transistor 1000 may have a structure in which the insulator 401 is provided over the substrate 400. Further, the structure may include the insulator 301 disposed on the insulator 401 and the conductor 310 disposed so as to be embedded in the insulator 301. The conductor 310 is preferably arranged so as to overlap with the oxide 406 and the conductor 404. In addition, the semiconductor device includes the insulator 301 and the insulator 302 disposed over the conductor 310 and the insulator 303 disposed over the insulator 302, and the insulator 402 is disposed over the insulator 303. It may be configured.
導電体310は、絶縁体301の開口の内壁に接して導電体310aが形成され、さらに内側に導電体310bが形成されている。ここで、導電体310aおよび導電体310bの上面の高さと、絶縁体301の上面の高さは同程度にできる。なお、トランジスタ1000では、導電体310aおよび導電体310bを積層する構成について示しているが、本発明はこれに限られるものではない。例えば、導電体310bのみを設ける構成にしてもよい。 In the conductor 310, a conductor 310a is formed in contact with the inner wall of the opening of the insulator 301, and a conductor 310b is formed further inside. Here, the heights of the upper surfaces of the conductors 310a and 310b and the height of the upper surface of the insulator 301 can be approximately the same. Note that although the transistor 1000 has a structure in which the conductor 310a and the conductor 310b are stacked, the present invention is not limited to this. For example, only the conductor 310b may be provided.
導電体404は、トップゲートとして機能でき、導電体310は、バックゲートとして機能できる。バックゲートの電位は、トップゲートと同電位としてもよいし、接地電位や、任意の電位としてもよい。また、バックゲートの電位をトップゲートと連動させず独立して変化させることで、トランジスタのしきい値電圧を変化させることができる。 The conductor 404 can function as a top gate, and the conductor 310 can function as a back gate. The potential of the back gate may be the same as that of the top gate, or may be a ground potential or an arbitrary potential. Further, the threshold voltage of the transistor can be changed by changing the potential of the back gate independently without interlocking with the top gate.
ここで、導電体310aは、水または水素などの不純物の透過を抑制する機能を有する(透過しにくい)導電性材料(水または水素などの不純物の透過を抑制する機能を有する導電性材料ということもできる。)を用いることが好ましい。例えば、タンタル、窒化タンタル、ルテニウムまたは酸化ルテニウムなどを用いることが好ましく、単層または積層とすればよい。これにより、絶縁体401より下層から水素、水などの不純物が導電体310を通じて上層に拡散するのを抑制することができる。なお、導電体310aは、水素原子、水素分子、水分子、酸素原子、酸素分子、窒素原子、窒素分子、酸化窒素分子(N2O、NO、NO2など)、銅原子などの不純物または、酸素(例えば、酸素原子、酸素分子など)の少なくとも一の透過を抑制する機能を有することが好ましい。また、以下において、不純物の透過を抑制する機能を有する導電性材料について記載する場合も同様である。導電体310aが酸素の透過を抑制する機能を持つことにより、導電体310bが酸化して導電率が低下することを防ぐことができる。 Here, the conductor 310a is a conductive material having a function of suppressing the transmission of impurities such as water or hydrogen (difficult to transmit) (a conductive material having a function of suppressing the transmission of impurities such as water or hydrogen). Can also be used). For example, tantalum, tantalum nitride, ruthenium, ruthenium oxide, or the like is preferably used, and a single layer or a stacked layer may be used. Thus, impurities such as hydrogen and water from the lower layer than the insulator 401 can be prevented from diffusing to the upper layer through the conductor 310. Note that the conductor 310a includes impurities such as a hydrogen atom, a hydrogen molecule, a water molecule, an oxygen atom, an oxygen molecule, a nitrogen atom, a nitrogen molecule, a nitrogen oxide molecule (N 2 O, NO, NO 2, and the like), a copper atom, It preferably has a function of suppressing permeation of at least one of oxygen (for example, oxygen atoms and oxygen molecules). The same applies to the case where a conductive material having a function of suppressing the permeation of impurities is described below. When the conductor 310a has a function of suppressing the permeation of oxygen, the conductor 310b can be prevented from being oxidized to lower the conductivity.
また、導電体310bは、タングステン、銅、またはアルミニウムを主成分とする導電性材料を用いることが好ましい。また、図示しないが、導電体310bは積層構造としても良く、例えば、チタン、窒化チタンと上記導電性材料との積層としてもよい。 The conductor 310b is preferably formed using a conductive material containing tungsten, copper, or aluminum as a main component. Although not illustrated, the conductor 310b may have a stacked structure, for example, a stack of titanium, titanium nitride, and the above conductive material.
絶縁体401は、下層から水または水素などの不純物がトランジスタに混入するのを防ぐバリア絶縁膜として機能できる。絶縁体401は、水または水素などの不純物の透過を抑制する機能を有する絶縁性材料を用いることが好ましく、例えば、酸化アルミニウムなどを用いることが好ましい。これにより、水素、水などの不純物が絶縁体401より上層に拡散するのを抑制することができる。なお、絶縁体401は、水素原子、水素分子、水分子、窒素原子、窒素分子、酸化窒素分子(N2O、NO、NO2など)、銅原子などの不純物の少なくとも一の透過を抑制する機能を有することが好ましい。また、以下において、不純物の透過を抑制する機能を有する絶縁性材料について記載する場合も同様である。 The insulator 401 can function as a barrier insulating film which prevents impurities such as water or hydrogen from entering the transistor from below. For the insulator 401, an insulating material having a function of suppressing permeation of impurities such as water or hydrogen is preferably used. For example, aluminum oxide or the like is preferably used. Thus, impurities such as hydrogen and water can be prevented from diffusing into the upper layer than the insulator 401. Note that the insulator 401 suppresses at least one permeation of impurities such as a hydrogen atom, a hydrogen molecule, a water molecule, a nitrogen atom, a nitrogen molecule, a nitric oxide molecule (such as N 2 O, NO, and NO 2 ), and a copper atom. It preferably has a function. The same applies to the case where an insulating material having a function of suppressing the permeation of impurities is described below.
また、絶縁体401は、酸素(例えば、酸素原子または酸素分子など)の透過を抑制する機能を有する絶縁性材料を用いることが好ましい。これにより、絶縁体402などに含まれる酸素が下方拡散するのを抑制することができる。 The insulator 401 is preferably formed using an insulating material having a function of suppressing permeation of oxygen (eg, oxygen atoms or oxygen molecules). Thus, downward diffusion of oxygen contained in the insulator 402 and the like can be suppressed.
また、絶縁体303は、水または水素などの不純物、および酸素の透過を抑制する機能を有する絶縁性材料を用いることが好ましく、例えば、酸化アルミニウムまたは酸化ハフニウムなどを用いることが好ましい。これにより、絶縁体303より下層から水素、水などの不純物が絶縁体303より上層に拡散するのを抑制することができる。さらに、絶縁体402などに含まれる酸素が下方拡散するのを抑制することができる。 The insulator 303 is preferably formed using an insulating material having a function of suppressing permeation of impurities such as water or hydrogen and oxygen, for example, aluminum oxide or hafnium oxide. Thus, impurities such as hydrogen and water from a lower layer than the insulator 303 can be prevented from diffusing from the insulator 303 to an upper layer. Furthermore, downward diffusion of oxygen contained in the insulator 402 and the like can be suppressed.
また、絶縁体402中の水、水素または窒素酸化物などの不純物濃度が低減されていることが好ましい。例えば、絶縁体402の水素の脱離量は、昇温脱離ガス分析法(TDS(Thermal Desorption Spectroscopy))において、50℃から500℃の範囲において、水素分子に換算した脱離量が、絶縁体402の面積当たりに換算して、2×1015molecules/cm2以下、好ましくは1×1015molecules/cm2以下、より好ましくは5×1014molecules/cm2以下であればよい。また、絶縁体402は、加熱により酸素が放出される絶縁体を用いて形成することが好ましい。 In addition, the concentration of impurities such as water, hydrogen, or nitrogen oxide in the insulator 402 is preferably reduced. For example, the amount of hydrogen desorbed from the insulator 402 is determined according to the temperature programmed desorption gas analysis method (TDS (Thermal Desorption Spectroscopy)) in the range of 50 ° C. to 500 ° C. It may be 2 × 10 15 molecules / cm 2 or less, preferably 1 × 10 15 molecules / cm 2 or less, more preferably 5 × 10 14 molecules / cm 2 or less in terms of the area of the body 402. The insulator 402 is preferably formed using an insulator from which oxygen is released by heating.
絶縁体412は、第1のゲート絶縁膜として機能でき、絶縁体302、絶縁体303、および絶縁体402は、第2のゲート絶縁膜として機能できる。なお、トランジスタ1000では、絶縁体302、絶縁体303、および絶縁体402を積層する構成について示しているが、本発明はこれに限られるものではない。例えば、絶縁体302、絶縁体303、および絶縁体402のうちいずれか2層を積層した構造にしてもよいし、いずれか1層を用いる構造にしてもよい。 The insulator 412 can function as a first gate insulating film, and the insulator 302, the insulator 303, and the insulator 402 can function as a second gate insulating film. Note that although the transistor 1000 has a structure in which the insulator 302, the insulator 303, and the insulator 402 are stacked, the present invention is not limited to this. For example, any two layers of the insulator 302, the insulator 303, and the insulator 402 may be stacked, or any one layer may be used.
酸化物406は、酸化物半導体として機能する金属酸化物(以下、酸化物半導体ともいう)を用いることが好ましい。金属酸化物としては、エネルギーギャップが2eV以上、好ましくは2.5eV以上のものを用いることが好ましい。このように、エネルギーギャップの広い金属酸化物を用いることで、トランジスタのオフ電流を低減することができる。 As the oxide 406, a metal oxide functioning as an oxide semiconductor (hereinafter also referred to as an oxide semiconductor) is preferably used. As the metal oxide, it is preferable to use one having an energy gap of 2 eV or more, preferably 2.5 eV or more. In this manner, off-state current of a transistor can be reduced by using a metal oxide having a wide energy gap.
酸化物半導体を用いたトランジスタは、非導通状態において極めてリーク電流が小さいため、低消費電力の半導体装置が提供できる。また、酸化物半導体は、スパッタリング法などを用いて成膜できるため、高集積型の半導体装置を構成するトランジスタに用いることができる。 Since a transistor including an oxide semiconductor has extremely low leakage current in a non-conduction state, a semiconductor device with low power consumption can be provided. An oxide semiconductor can be formed by a sputtering method or the like, and thus can be used for a transistor included in a highly integrated semiconductor device.
酸化物半導体は、少なくともインジウムまたは亜鉛を含むことが好ましい。特にインジウムおよび亜鉛を含むことが好ましい。また、それらに加えて、アルミニウム、ガリウム、イットリウムまたはスズなどが含まれていることが好ましい。また、ホウ素、シリコン、チタン、鉄、ニッケル、ゲルマニウム、ジルコニウム、モリブデン、ランタン、セリウム、ネオジム、ハフニウム、タンタル、タングステン、またはマグネシウムなどから選ばれた一種、または複数種が含まれていてもよい。 The oxide semiconductor preferably contains at least indium or zinc. In particular, it is preferable to contain indium and zinc. In addition to these, it is preferable that aluminum, gallium, yttrium, tin, or the like is contained. Further, one or more selected from boron, silicon, titanium, iron, nickel, germanium, zirconium, molybdenum, lanthanum, cerium, neodymium, hafnium, tantalum, tungsten, magnesium, or the like may be included.
ここでは、酸化物半導体が、インジウム、元素Mおよび亜鉛を有するIn−M−Zn酸化物である場合を考える。なお、元素Mは、アルミニウム、ガリウム、イットリウムまたはスズなどとする。そのほかの元素Mに適用可能な元素としては、ホウ素、シリコン、チタン、鉄、ニッケル、ゲルマニウム、ジルコニウム、モリブデン、ランタン、セリウム、ネオジム、ハフニウム、タンタル、タングステン、マグネシウムなどがある。ただし、元素Mとして、前述の元素を複数組み合わせても構わない場合がある。 Here, a case where the oxide semiconductor is an In-M-Zn oxide containing indium, the element M, and zinc is considered. The element M is aluminum, gallium, yttrium, tin, or the like. Other elements applicable to the element M include boron, silicon, titanium, iron, nickel, germanium, zirconium, molybdenum, lanthanum, cerium, neodymium, hafnium, tantalum, tungsten, and magnesium. However, the element M may be a combination of a plurality of the aforementioned elements.
なお、本明細書等において、窒素を有する金属酸化物も金属酸化物(metal oxide)と総称する場合がある。また、窒素を有する金属酸化物を、金属酸窒化物(metal oxynitride)と呼称してもよい。 Note that in this specification and the like, metal oxides containing nitrogen may be collectively referred to as metal oxides. Further, a metal oxide containing nitrogen may be referred to as a metal oxynitride.
ここで、酸化物406aに用いる金属酸化物において、構成元素中の元素Mの原子数比が、酸化物406bに用いる金属酸化物における、構成元素中の元素Mの原子数比より大きいことが好ましい。また、酸化物406aに用いる金属酸化物において、Inに対する元素Mの原子数比が、酸化物406bに用いる金属酸化物における、Inに対する元素Mの原子数比より大きいことが好ましい。 Here, in the metal oxide used for the oxide 406a, the atomic ratio of the element M in the constituent element is preferably larger than the atomic ratio of the element M in the constituent element in the metal oxide used for the oxide 406b. . In the metal oxide used for the oxide 406a, the atomic ratio of the element M to In is preferably larger than the atomic ratio of the element M to In in the metal oxide used for the oxide 406b.
以上のような金属酸化物を酸化物406aとして用いて、酸化物406aの伝導帯下端のエネルギーが、酸化物406bの伝導帯下端のエネルギーが低い領域における、伝導帯下端のエネルギーより高くなることが好ましい。また、言い換えると、酸化物406aの電子親和力が、酸化物406bの伝導帯下端のエネルギーが低い領域における電子親和力より小さいことが好ましい。 When the metal oxide as described above is used as the oxide 406a, the energy at the lower end of the conduction band of the oxide 406a may be higher than the energy at the lower end of the conduction band in the region where the energy at the lower end of the conduction band of the oxide 406b is low. preferable. In other words, the electron affinity of the oxide 406a is preferably smaller than the electron affinity in a region where the energy at the lower end of the conduction band of the oxide 406b is low.
ここで、酸化物406aおよび酸化物406bにおいて、伝導帯下端のエネルギー準位はなだらかに変化する。換言すると、連続的に変化または連続接合するともいうことができる。このようにするためには、酸化物406aと酸化物406bとの界面において形成される混合層の欠陥準位密度を低くするとよい。 Here, in the oxide 406a and the oxide 406b, the energy level at the lower end of the conduction band changes gently. In other words, it can be said that it is continuously changed or continuously joined. In order to achieve this, the density of defect states in the mixed layer formed at the interface between the oxide 406a and the oxide 406b is preferably reduced.
具体的には、酸化物406aと酸化物406bが、酸素以外に共通の元素を有する(主成分とする)ことで、欠陥準位密度が低い混合層を形成することができる。例えば、酸化物406bがIn−Ga−Zn酸化物の場合、酸化物406aとして、In−Ga−Zn酸化物、Ga−Zn酸化物、酸化ガリウムなどを用いるとよい。 Specifically, when the oxide 406a and the oxide 406b have a common element (main component) in addition to oxygen, a mixed layer with a low density of defect states can be formed. For example, in the case where the oxide 406b is an In—Ga—Zn oxide, an In—Ga—Zn oxide, a Ga—Zn oxide, a gallium oxide, or the like may be used as the oxide 406a.
このとき、キャリアの主たる経路は酸化物406bに形成されるナローギャップ部分となる。酸化物406aと酸化物406bとの界面における欠陥準位密度を低くすることができるため、界面散乱によるキャリア伝導への影響が小さく、高いオン電流が得られる。 At this time, the main path of carriers is a narrow gap portion formed in the oxide 406b. Since the density of defect states at the interface between the oxide 406a and the oxide 406b can be reduced, influence on carrier conduction due to interface scattering is small, and a high on-state current can be obtained.
また、酸化物406は、領域426a、領域426b、および領域426cを有する。領域426aは、図1(B)に示すように、領域426bと領域426cに挟まれる。領域426bおよび領域426cは、絶縁体409の成膜により低抵抗化された領域であり、領域426aより導電性が高い領域となる。領域426bおよび領域426cは、絶縁体409の成膜雰囲気に含まれる、水素または窒素などの不純物元素が添加される。これにより、酸化物406bの絶縁体409と重なる領域を中心に、添加された不純物元素により酸素欠損が形成され、さらに当該不純物元素が酸素欠損に入り込むことで、キャリア密度が高くなり、低抵抗化される。 The oxide 406 includes a region 426a, a region 426b, and a region 426c. As illustrated in FIG. 1B, the region 426a is sandwiched between the region 426b and the region 426c. The region 426b and the region 426c are regions whose resistance is reduced by the formation of the insulator 409, and are regions having higher conductivity than the region 426a. The region 426b and the region 426c are added with an impurity element such as hydrogen or nitrogen included in the deposition atmosphere of the insulator 409. Accordingly, oxygen vacancies are formed by the added impurity element around the region overlapping with the insulator 409 of the oxide 406b, and the impurity element further enters the oxygen vacancies, whereby the carrier density is increased and the resistance is reduced. Is done.
よって、領域426bおよび領域426cは、領域426aより、水素および窒素の少なくとも一方の濃度が大きくなることが好ましい。水素または窒素の濃度は、二次イオン質量分析法(SIMS:Secondary Ion Mass Spectrometry)などを用いて測定すればよい。ここで、領域426aの水素または窒素の濃度としては、酸化物406bの絶縁体412と重なる領域の中央近傍(例えば、酸化物406bの絶縁体412のチャネル長方向の両側面からの距離が概略等しい部分)の水素または窒素の濃度を測定すればよい。 Therefore, the region 426b and the region 426c preferably have a higher concentration of at least one of hydrogen and nitrogen than the region 426a. The concentration of hydrogen or nitrogen may be measured using secondary ion mass spectrometry (SIMS) or the like. Here, the concentration of hydrogen or nitrogen in the region 426a is approximately equal to the center of the region overlapping with the insulator 412 of the oxide 406b (for example, the distance from both side surfaces in the channel length direction of the insulator 412 of the oxide 406b). The concentration of hydrogen or nitrogen in (part) may be measured.
なお、領域426bおよび領域426cは、酸素欠損を形成する元素、または酸素欠損と結合する元素を添加されることで低抵抗化される。このような元素としては、代表的には水素、ホウ素、炭素、窒素、フッ素、リン、硫黄、塩素、チタン、希ガス等が挙げられる。また、希ガス元素の代表例としては、ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、及びキセノン等がある。よって、領域426bおよび領域426cは、上記元素の一つまたは複数を含む構成にすればよい。 Note that the resistance of the region 426b and the region 426c is reduced by adding an element that forms oxygen vacancies or an element that combines with oxygen vacancies. Examples of such elements typically include hydrogen, boron, carbon, nitrogen, fluorine, phosphorus, sulfur, chlorine, titanium, and rare gases. Typical examples of rare gas elements include helium, neon, argon, krypton, and xenon. Thus, the region 426b and the region 426c may include one or more of the above elements.
図1(B)に示す領域426a近傍の拡大図を、図2(A)に示す。図2(A)に示すように、領域426bおよび領域426cは、酸化物406の少なくとも絶縁体409と重なる領域に形成される。ここで、酸化物406bの領域426bおよび領域426cの一方は、ソース領域として機能でき、他方はドレイン領域として機能できる。また、酸化物406bの領域426aはチャネル形成領域として機能できる。 An enlarged view of the vicinity of the region 426a illustrated in FIG. 1B is illustrated in FIG. As shown in FIG. 2A, the region 426b and the region 426c are formed in a region overlapping with at least the insulator 409 of the oxide 406. Here, one of the region 426b and the region 426c of the oxide 406b can function as a source region, and the other can function as a drain region. The region 426a of the oxide 406b can function as a channel formation region.
なお、図1(B)および図2(A)では、領域426a、領域426b、および領域426cが、酸化物406bおよび酸化物406aに形成されているが、これらの領域は少なくとも酸化物406bに形成されていればよい。また、図1(B)などでは、領域426aと領域426bの境界、および領域426aと領域426cの境界を酸化物406の上面に対して略垂直に表示しているが、本実施の形態はこれに限られるものではない。例えば、領域426bおよび領域426cが酸化物406bの表面近傍では導電体404側に張り出し、酸化物406aの下面近傍では、絶縁体409側に後退する形状になる場合がある。 Note that in FIGS. 1B and 2A, the region 426a, the region 426b, and the region 426c are formed in the oxide 406b and the oxide 406a, but these regions are formed in at least the oxide 406b. It only has to be done. In FIG. 1B and the like, the boundary between the region 426a and the region 426b and the boundary between the region 426a and the region 426c are displayed substantially perpendicular to the top surface of the oxide 406. It is not limited to. For example, the region 426b and the region 426c may protrude to the conductor 404 side near the surface of the oxide 406b and recede to the insulator 409 side near the lower surface of the oxide 406a.
トランジスタ1000では、図2(A)に示すように、領域426bおよび領域426cが、酸化物406の絶縁体409およびサイドウォール絶縁体418と重なる領域に形成される。しかし、本実施の形態に示す半導体装置はこれに限られるものではない。 In the transistor 1000, as illustrated in FIG. 2A, the region 426b and the region 426c are formed in a region overlapping with the insulator 409 and the sidewall insulator 418 of the oxide 406. However, the semiconductor device described in this embodiment is not limited to this.
例えば、図2(B)に示すように、領域426bおよび領域426cが、酸化物406の絶縁体409、サイドウォール絶縁体418、および絶縁体412の両端部近傍と重なる領域に形成される構成にしてもよい。このとき、領域426bおよび領域426cの導電体404と重なる部分は、所謂オーバーラップ領域(Lov領域ともいう)として機能する。Lov領域を有する構造とすることで、酸化物406のチャネル形成領域と、ソース領域およびドレイン領域との間に高抵抗領域が形成されないため、トランジスタのオン電流を大きくすることができる。 For example, as illustrated in FIG. 2B, the region 426b and the region 426c are formed in regions overlapping with the vicinity of both ends of the insulator 409, the sidewall insulator 418, and the insulator 412 of the oxide 406. May be. At this time, a portion of the region 426b and the region 426c overlapping with the conductor 404 functions as a so-called overlap region (also referred to as a Lov region). With the structure having the Lov region, a high-resistance region is not formed between the channel formation region of the oxide 406 and the source and drain regions, so that the on-state current of the transistor can be increased.
また、例えば、図2(C)に示すように、領域426bおよび領域426cが、酸化物406の絶縁体409と重なる領域に形成される構成にしてもよい。このとき、領域426aの導電体404と重ならない部分は、所謂オフセット領域(Loff領域ともいう)として機能する。Loff領域を有する構造とすることで、酸化物406のチャネル形成領域と、ソース領域およびドレイン領域との間に高抵抗領域が形成されるため、トランジスタのオフ電流を小さくすることができる。 For example, as illustrated in FIG. 2C, the region 426 b and the region 426 c may be formed in a region overlapping with the insulator 409 of the oxide 406. At this time, a portion of the region 426a that does not overlap with the conductor 404 functions as a so-called offset region (also referred to as a Loff region). With the structure having the Loff region, a high-resistance region is formed between the channel formation region of the oxide 406 and the source and drain regions; thus, the off-state current of the transistor can be reduced.
このように、領域426bおよび領域426cの範囲を適宜選択することにより、回路設計に合わせて、要求に見合う電気特性を有するトランジスタを容易に提供することができる。 In this manner, by appropriately selecting the range of the region 426b and the region 426c, a transistor having electrical characteristics that meet requirements can be easily provided in accordance with circuit design.
絶縁体412は、酸化物406bの上面に接して配置されることが好ましい。絶縁体412は、加熱により酸素が放出される絶縁体を用いて形成することが好ましい。このような絶縁体412を酸化物406bの上面に接して設けることにより、酸化物406bに効果的に酸素を供給することができる。また、絶縁体402と同様に、絶縁体412中の水または水素などの不純物濃度が低減されていることが好ましい。絶縁体412の膜厚は、1nm以上20nm以下とするのが好ましく、例えば、1nm程度の膜厚にすればよい。 The insulator 412 is preferably provided in contact with the upper surface of the oxide 406b. The insulator 412 is preferably formed using an insulator from which oxygen is released by heating. By providing such an insulator 412 in contact with the top surface of the oxide 406b, oxygen can be effectively supplied to the oxide 406b. Similarly to the insulator 402, the concentration of impurities such as water or hydrogen in the insulator 412 is preferably reduced. The thickness of the insulator 412 is preferably greater than or equal to 1 nm and less than or equal to 20 nm, and may be, for example, about 1 nm.
絶縁体412は酸素を含むことが好ましい。例えば、昇温脱離ガス分光法分析(TDS分析)にて、100℃以上700℃以下または100℃以上500℃以下の表面温度の範囲で、酸素分子の脱離量を絶縁体412の面積当たりに換算して、1×1014molecules/cm2以上、好ましくは2×1014molecules/cm2以上、より好ましくは4×1014molecules/cm2以上であればよい。 The insulator 412 preferably contains oxygen. For example, in the temperature-programmed desorption gas spectroscopy analysis (TDS analysis), the amount of desorption of oxygen molecules per area of the insulator 412 is within the range of the surface temperature of 100 ° C. to 700 ° C. or 100 ° C. to 500 ° C. 1 × 10 14 molecules / cm 2 or more, preferably 2 × 10 14 molecules / cm 2 or more, more preferably 4 × 10 14 molecules / cm 2 or more.
絶縁体412および導電体404は、酸化物406bと重なる領域を有する。また、絶縁体412、導電体404a、および導電体404bの側面は略一致することが好ましい。 The insulator 412 and the conductor 404 have a region overlapping with the oxide 406b. The side surfaces of the insulator 412, the conductor 404a, and the conductor 404b are preferably substantially matched.
導電体404aとして、導電性酸化物を用いることが好ましい。例えば、酸化物406aまたは酸化物406bとして用いることができる金属酸化物を用いることができる。特に、In−Ga−Zn系酸化物のうち、導電性が高い、金属の原子数比が[In]:[Ga]:[Zn]=4:2:3から4.1、およびその近傍値のものを用いることが好ましい。このような導電体404aを設けることで、導電体404bへの酸素の透過を抑制し、酸化によって導電体404bの電気抵抗値が増加することを防ぐことができる。 As the conductor 404a, a conductive oxide is preferably used. For example, a metal oxide that can be used as the oxide 406a or the oxide 406b can be used. In particular, among In—Ga—Zn-based oxides, the metal atomic ratio is high from [In]: [Ga]: [Zn] = 4: 2: 3 to 4.1, and the vicinity thereof. It is preferable to use those. By providing such a conductor 404a, permeation of oxygen to the conductor 404b can be suppressed, and an increase in the electrical resistance value of the conductor 404b due to oxidation can be prevented.
また、このような導電性酸化物を、スパッタリング法を用いて成膜することで、絶縁体412に酸素を添加し、酸化物406bに酸素を供給することが可能となる。これにより、酸化物406の領域426aの酸素欠損を低減することができる。 Further, by forming such a conductive oxide by a sputtering method, oxygen can be added to the insulator 412 and oxygen can be supplied to the oxide 406b. Accordingly, oxygen vacancies in the region 426a of the oxide 406 can be reduced.
導電体404bは、例えばタングステンなどの金属を用いることができる。また、導電体404bとして、導電体404aに窒素などの不純物を添加して導電体404aの導電性を向上できる導電体を用いてもよい。例えば導電体404bは、窒化チタンなどを用いることが好ましい。また、導電体404bを、窒化チタンなどの金属窒化物と、その上にタングステンなどの金属を積層した構造にしてもよい。 For the conductor 404b, a metal such as tungsten can be used, for example. Alternatively, a conductor that can improve conductivity of the conductor 404a by adding an impurity such as nitrogen to the conductor 404a may be used as the conductor 404b. For example, the conductor 404b is preferably formed using titanium nitride or the like. Alternatively, the conductor 404b may have a structure in which a metal nitride such as titanium nitride and a metal such as tungsten are stacked thereover.
ここで、ゲート電極の機能を有する導電体404が、絶縁体412を介して、酸化物406bの領域426a近傍の上面及びチャネル幅方向の側面を覆うように設けられる。従って、ゲート電極としての機能を有する導電体404の電界によって、酸化物406bの領域426a近傍の上面及びチャネル幅方向の側面を電気的に取り囲むことができる。導電体404の電界によって、チャネル形成領域を電気的に取り囲むトランジスタの構造を、surrounded channel(s−channel)構造とよぶ。そのため、酸化物406bの領域426a近傍の上面及びチャネル幅方向の側面にチャネルを形成することができるので、ソース−ドレイン間に大電流を流すことができ、導通時の電流(オン電流)を大きくすることができる。また、酸化物406bの領域426a近傍の上面及びチャネル幅方向の側面が、導電体404の電界によって取り囲まれていることから、非導通時のリーク電流(オフ電流)を小さくすることができる。 Here, the conductor 404 functioning as a gate electrode is provided so as to cover the upper surface and the side surface in the channel width direction of the oxide 406b in the vicinity of the region 426a with the insulator 412 interposed therebetween. Therefore, the upper surface of the oxide 406b in the vicinity of the region 426a and the side surface in the channel width direction can be electrically surrounded by the electric field of the conductor 404 functioning as a gate electrode. A structure of a transistor that electrically surrounds a channel formation region with an electric field of the conductor 404 is referred to as a surrounded channel (s-channel) structure. Therefore, a channel can be formed on the top surface in the vicinity of the region 426a and the side surface in the channel width direction of the oxide 406b, so that a large current can flow between the source and the drain, and the current during conduction (on current) is increased. can do. In addition, since the upper surface of the oxide 406b in the vicinity of the region 426a and the side surface in the channel width direction are surrounded by the electric field of the conductor 404, leakage current (off-state current) during non-conduction can be reduced.
サイドウォール絶縁体418は、絶縁体412および導電体404の側面に接して設けられる。サイドウォール絶縁体418は、原子層堆積(ALD:Atomic Layer Deposition)法を用いて成膜することが好ましい。これにより、サイドウォール絶縁体の膜厚を1nm以上20nm以下程度、例えば1nmで成膜することができる。なお、ALD法で用いるプリカーサには炭素などの不純物を含むものが多い。このため、サイドウォール絶縁体418は、炭素などの不純物を含む場合がある。例えば、サイドウォール絶縁体418と絶縁体401を酸化アルミニウムで成膜しても、サイドウォール絶縁体418に含まれる炭素などの不純物が絶縁体401より多い場合がある。なお、不純物の定量は、X線光電子分光法(XPS:X−ray Photoelectron Spectroscopy)を用いて行うことができる。 The sidewall insulator 418 is provided in contact with the side surfaces of the insulator 412 and the conductor 404. The sidewall insulator 418 is preferably formed using an atomic layer deposition (ALD) method. As a result, the sidewall insulator can be formed to a thickness of about 1 nm to 20 nm, for example, 1 nm. Many precursors used in the ALD method contain impurities such as carbon. Therefore, the sidewall insulator 418 may contain an impurity such as carbon. For example, even when the sidewall insulator 418 and the insulator 401 are formed using aluminum oxide, the sidewall insulator 418 may contain more impurities such as carbon than the insulator 401. Note that the quantification of impurities can be performed using X-ray photoelectron spectroscopy (XPS: X-ray Photoelectron Spectroscopy).
上記の通り、酸化物406の領域426bおよび領域426cは、絶縁体409の成膜で添加された不純物元素によって形成される。トランジスタが微細化され、チャネル長が10nm〜30nm程度に形成されている場合、ソース領域またはドレイン領域に含まれる不純物元素が拡散し、ソース領域とドレイン領域が電気的に導通する恐れがある。これに対して、本実施の形態に示すように、サイドウォール絶縁体418を形成することにより、酸化物406の絶縁体409と接する領域どうしの間の距離を大きくすることができるので、ソース領域とドレイン領域が電気的に導通することを防ぐことができる。さらに、ALD法を用いて、サイドウォール絶縁体418を形成することで、微細化されたチャネル長と同程度以下の膜厚にし、必要以上にソース領域とドレイン領域の距離が広がって、抵抗が増大することをふせぐことができる。 As described above, the region 426 b and the region 426 c of the oxide 406 are formed using the impurity element added in the formation of the insulator 409. In the case where the transistor is miniaturized and the channel length is formed to be about 10 nm to 30 nm, an impurity element contained in the source region or the drain region may diffuse and the source region and the drain region may be electrically connected. On the other hand, as shown in this embodiment, by forming the sidewall insulator 418, the distance between the regions in contact with the insulator 409 of the oxide 406 can be increased, so that the source region And the drain region can be prevented from conducting electrically. Further, by forming the sidewall insulator 418 by using the ALD method, the film thickness is approximately equal to or smaller than the miniaturized channel length, the distance between the source region and the drain region is increased more than necessary, and resistance is increased. Can be increased.
また、ALD法を用いて、サイドウォール絶縁体418の膜厚を調整することにより、領域426b及び領域426cの範囲を選択することができる。サイドウォール絶縁体418の膜厚を厚くすることで、図2(A)などに示すように、導電体404と領域426bおよび領域426cが重ならないようにして、オフ電流の低減を図ることができる。また、サイドウォール絶縁体418の膜厚を薄くすることで、図2(B)などに示すように、導電体404と領域426bおよび領域426cが重なるようにして、オン電流の増大を図ることができる。 In addition, the range of the region 426b and the region 426c can be selected by adjusting the film thickness of the sidewall insulator 418 by using the ALD method. By increasing the thickness of the sidewall insulator 418, the off-state current can be reduced by preventing the conductor 404 from overlapping with the region 426 b and the region 426 c as illustrated in FIG. 2A and the like. . Further, by reducing the thickness of the sidewall insulator 418, as shown in FIG. 2B and the like, the conductor 404 overlaps with the region 426b and the region 426c, so that the on-state current can be increased. it can.
また、サイドウォール絶縁体418は、水または水素などの不純物、および酸素の透過を抑制する機能を有する絶縁性材料を用いることが好ましく、例えば、酸化アルミニウムまたは酸化ハフニウムなどを用いることが好ましい。これにより、絶縁体412中の酸素が外部に拡散することを防ぐことができる。また、絶縁体412の端部などから酸化物406に水素、水などの不純物が浸入するのを抑制することができる。 The sidewall insulator 418 is preferably formed using an insulating material having a function of suppressing permeation of impurities such as water or hydrogen and oxygen, for example, aluminum oxide or hafnium oxide. Thereby, oxygen in the insulator 412 can be prevented from diffusing outside. In addition, entry of impurities such as hydrogen and water into the oxide 406 from an end portion of the insulator 412 can be suppressed.
サイドウォール絶縁体418は、ALD法を用いて絶縁膜を成膜してから、異方性エッチングを行って、当該絶縁膜のうち、絶縁体412および導電体404に接する部分を残存させて形成する。このとき、導電体404の上に、絶縁体または導電体の層を設けることで、当該異方性エッチングで当該絶縁膜が一部除去されても、絶縁体412および導電体404に接する部分を十分残存させることができる。以下、本明細書等において、サイドウォール絶縁体418を形成するために導電体404の上に設ける層のことを、バッファ層とよぶ。バッファ層の上部は、導電体404の高さに合わせて、化学的機械研磨(Chemical Mechanical Polishing:CMP)処理などを用いて除去されることが好ましい。 The sidewall insulator 418 is formed by forming an insulating film using the ALD method and then performing anisotropic etching so that portions of the insulating film in contact with the insulator 412 and the conductor 404 remain. To do. At this time, by providing an insulator or a layer of a conductor over the conductor 404, a portion in contact with the insulator 412 and the conductor 404 can be formed even if the insulating film is partially removed by the anisotropic etching. Sufficiently remain. Hereinafter, in this specification and the like, a layer provided over the conductor 404 in order to form the sidewall insulator 418 is referred to as a buffer layer. The upper portion of the buffer layer is preferably removed using a chemical mechanical polishing (CMP) process or the like in accordance with the height of the conductor 404.
残存したバッファ層の一部は、図1(C)に示すバッファ層405のように、導電体404bの少なくとも一部の上に形成される場合がある。図1(C)に示すように、バッファ層405は、酸化物406bと重なる領域の少なくとも一部において、導電体404bと重ならない。また、バッファ層405の上面は、導電体404bの最上面と略一致することが好ましい。ここで、導電体404bの最上面とは、基板400からの距離が最も大きくなる導電体404bの上面のことを指す。また、バッファ層405の側面はサイドウォール絶縁体418に接する。 A part of the remaining buffer layer may be formed over at least a part of the conductor 404b like a buffer layer 405 illustrated in FIG. As illustrated in FIG. 1C, the buffer layer 405 does not overlap with the conductor 404b in at least part of a region overlapping with the oxide 406b. In addition, the upper surface of the buffer layer 405 is preferably substantially coincident with the uppermost surface of the conductor 404b. Here, the uppermost surface of the conductor 404b refers to the upper surface of the conductor 404b having the largest distance from the substrate 400. Further, the side surface of the buffer layer 405 is in contact with the sidewall insulator 418.
バッファ層405は、絶縁体を用いてもよいし、導電体を用いてもよい。バッファ層405に用いる絶縁体としては、例えば、酸化窒化シリコンまたは窒化シリコンなど、絶縁体301などに用いることができる絶縁体を用いてもよい。また、バッファ層405として、ポリイミド、アクリルなどの有機樹脂、または、フォトレジストとして用いることができる感光性樹脂などを用いてもよい。また、バッファ層405に用いる導電体としては、例えば、導電体310に用いることができる材料を用いればよい。ただし、バッファ層405は、導電体404bと異なる材料を用いることが好ましい。 The buffer layer 405 may use an insulator or a conductor. As the insulator used for the buffer layer 405, an insulator that can be used for the insulator 301, such as silicon oxynitride or silicon nitride, may be used, for example. As the buffer layer 405, an organic resin such as polyimide or acrylic, or a photosensitive resin that can be used as a photoresist may be used. As a conductor used for the buffer layer 405, for example, a material that can be used for the conductor 310 may be used. Note that the buffer layer 405 is preferably formed using a material different from that of the conductor 404b.
絶縁体409は、酸化物406および絶縁体402を覆って設けられる。また、絶縁体409は、サイドウォール絶縁体418の側面に接して設けられる。絶縁体409は、上述の通り、水素または窒素などの不純物を酸化物406に添加して、領域426bおよび領域426cを形成する。このため、絶縁体409は、水素および窒素の少なくとも一方を有することが好ましい。 The insulator 409 is provided so as to cover the oxide 406 and the insulator 402. The insulator 409 is provided in contact with the side surface of the sidewall insulator 418. As described above, the insulator 409 is formed by adding an impurity such as hydrogen or nitrogen to the oxide 406 to form the region 426b and the region 426c. Therefore, the insulator 409 preferably includes at least one of hydrogen and nitrogen.
また、絶縁体409は、水または水素などの不純物、および酸素の透過を抑制する機能を有する絶縁性材料を用いることが好ましい。例えば、絶縁体409として、窒化シリコン、窒化酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化アルミニウム、窒化酸化アルミニウムなどを用いることが好ましい。このような絶縁体409を形成することで、絶縁体409を透過して酸素が浸入し、領域426bおよび領域426cの酸素欠損に酸素を供給して、キャリア密度が低下するのを防ぐことができる。また、絶縁体409を透過して水または水素などの不純物が浸入し、領域426bおよび領域426cが過剰に領域426a側に拡張するのを防ぐことができる。 The insulator 409 is preferably formed using an insulating material having a function of suppressing permeation of impurities such as water or hydrogen and oxygen. For example, the insulator 409 is preferably formed using silicon nitride, silicon nitride oxide, silicon oxynitride, aluminum nitride, aluminum nitride oxide, or the like. By forming such an insulator 409, oxygen can penetrate through the insulator 409 and oxygen can be supplied to oxygen vacancies in the regions 426b and 426c, so that the carrier density can be prevented from decreasing. . Further, impurities such as water or hydrogen can permeate through the insulator 409 and the region 426b and the region 426c can be prevented from being excessively expanded toward the region 426a.
絶縁体409の上に絶縁体410が設けられていることが好ましい。絶縁体410、絶縁体409、サイドウォール絶縁体418、バッファ層405、および導電体404bは、同じ工程(例えば、CMP処理など)で研磨して上面を平坦化するので、これらの最上面は略一致する。また、絶縁体410の上に絶縁体415を設けることが好ましい。また、絶縁体410および絶縁体415は、絶縁体402などと同様に、膜中の水または水素などの不純物濃度が低減されていることが好ましい。 An insulator 410 is preferably provided over the insulator 409. The insulator 410, the insulator 409, the sidewall insulator 418, the buffer layer 405, and the conductor 404b are polished in the same process (for example, CMP treatment) to planarize the upper surface, so that their uppermost surfaces are substantially omitted. Match. Further, the insulator 415 is preferably provided over the insulator 410. The insulator 410 and the insulator 415 preferably have a reduced concentration of impurities such as water or hydrogen in the film, like the insulator 402 and the like.
さらに、絶縁体415の上に絶縁体420が設けられていることが好ましい。絶縁体420は、上層から水または水素などの不純物がトランジスタなどに混入するのを防ぐバリア絶縁膜として機能できる。絶縁体420は、絶縁体301と同様に、水、水素などの不純物、および酸素の透過を抑制する機能を有する絶縁性材料、例えば酸化アルミニウムなどを用いることが好ましい。 Further, the insulator 420 is preferably provided over the insulator 415. The insulator 420 can function as a barrier insulating film that prevents impurities such as water or hydrogen from entering the transistor or the like from an upper layer. The insulator 420 is preferably formed using an insulating material having a function of suppressing permeation of impurities such as water and hydrogen and oxygen, for example, aluminum oxide, like the insulator 301.
また、絶縁体420の上または下に積層して、サイドウォール絶縁体418と同様の、ALD法を用いて成膜された酸化物絶縁体を設けてもよい。 Alternatively, an oxide insulator formed using an ALD method, which is similar to the sidewall insulator 418, may be provided over or below the insulator 420.
次に、トランジスタ1000の構成材料について説明する。 Next, constituent materials of the transistor 1000 are described.
<基板>
基板400としては、例えば、絶縁体基板、半導体基板または導電体基板を用いればよい。絶縁体基板としては、例えば、ガラス基板、石英基板、サファイア基板、安定化ジルコニア基板(イットリア安定化ジルコニア基板など)、樹脂基板などがある。また、半導体基板としては、例えば、シリコン、ゲルマニウムなどの単体半導体基板、または炭化シリコン、シリコンゲルマニウム、ヒ化ガリウム、リン化インジウム、酸化亜鉛、酸化ガリウムからなる化合物半導体基板などがある。さらには、前述の半導体基板内部に絶縁体領域を有する半導体基板、例えばSOI(Silicon On Insulator)基板などがある。導電体基板としては、黒鉛基板、金属基板、合金基板、導電性樹脂基板などがある。または、金属の窒化物を有する基板、金属の酸化物を有する基板などがある。さらには、絶縁体基板に導電体または半導体が設けられた基板、半導体基板に導電体または絶縁体が設けられた基板、導電体基板に半導体または絶縁体が設けられた基板などがある。または、これらの基板に素子が設けられたものを用いてもよい。基板に設けられる素子としては、容量素子、抵抗素子、スイッチ素子、発光素子、記憶素子などがある。
<Board>
As the substrate 400, for example, an insulator substrate, a semiconductor substrate, or a conductor substrate may be used. Examples of the insulator substrate include a glass substrate, a quartz substrate, a sapphire substrate, a stabilized zirconia substrate (such as a yttria stabilized zirconia substrate), and a resin substrate. Examples of the semiconductor substrate include a single semiconductor substrate such as silicon or germanium, or a compound semiconductor substrate made of silicon carbide, silicon germanium, gallium arsenide, indium phosphide, zinc oxide, or gallium oxide. Furthermore, there is a semiconductor substrate having an insulator region inside the semiconductor substrate, for example, an SOI (Silicon On Insulator) substrate. Examples of the conductor substrate include a graphite substrate, a metal substrate, an alloy substrate, and a conductive resin substrate. Alternatively, there are a substrate having a metal nitride, a substrate having a metal oxide, and the like. Further, there are a substrate in which a conductor or a semiconductor is provided on an insulator substrate, a substrate in which a conductor or an insulator is provided on a semiconductor substrate, a substrate in which a semiconductor or an insulator is provided on a conductor substrate, and the like. Alternatively, a substrate in which an element is provided may be used. Examples of the element provided on the substrate include a capacitor element, a resistor element, a switch element, a light emitting element, and a memory element.
また、基板400として、可とう性基板を用いてもよい。なお、可とう性基板上にトランジスタを設ける方法としては、非可とう性の基板上にトランジスタを作製した後、トランジスタを剥離し、可とう性基板である基板400に転置する方法もある。その場合には、非可とう性基板とトランジスタとの間に剥離層を設けるとよい。なお、基板400として、繊維を編みこんだシート、フィルムまたは箔などを用いてもよい。また、基板400が伸縮性を有してもよい。また、基板400は、折り曲げや引っ張りをやめた際に、元の形状に戻る性質を有してもよい。または、元の形状に戻らない性質を有してもよい。基板400は、例えば、5μm以上700μm以下、好ましくは10μm以上500μm以下、さらに好ましくは15μm以上300μm以下の厚さとなる領域を有する。基板400を薄くすると、トランジスタを有する半導体装置を軽量化することができる。また、基板400を薄くすることで、ガラスなどを用いた場合にも伸縮性を有する場合や、折り曲げや引っ張りをやめた際に、元の形状に戻る性質を有する場合がある。そのため、落下などによって基板400上の半導体装置に加わる衝撃などを緩和することができる。即ち、丈夫な半導体装置を提供することができる。 Further, a flexible substrate may be used as the substrate 400. Note that as a method for providing a transistor over a flexible substrate, there is a method in which after a transistor is manufactured over a non-flexible substrate, the transistor is peeled off and transferred to the substrate 400 which is a flexible substrate. In that case, a separation layer is preferably provided between the non-flexible substrate and the transistor. Note that a sheet, a film, a foil, or the like in which fibers are knitted may be used as the substrate 400. Further, the substrate 400 may have elasticity. Further, the substrate 400 may have a property of returning to the original shape when bending or pulling is stopped. Or you may have a property which does not return to an original shape. The substrate 400 has a region having a thickness of, for example, 5 μm to 700 μm, preferably 10 μm to 500 μm, and more preferably 15 μm to 300 μm. When the substrate 400 is thinned, a semiconductor device including a transistor can be reduced in weight. Further, by making the substrate 400 thin, it may have elasticity even when glass or the like is used, or may have a property of returning to its original shape when bending or pulling is stopped. Therefore, an impact applied to the semiconductor device on the substrate 400 due to a drop or the like can be reduced. That is, a durable semiconductor device can be provided.
可とう性基板である基板400としては、例えば、金属、合金、樹脂もしくはガラス、またはそれらの繊維などを用いることができる。可とう性基板である基板400は、線膨張率が低いほど環境による変形が抑制されて好ましい。可とう性基板である基板400としては、例えば、線膨張率が1×10−3/K以下、5×10−5/K以下、または1×10−5/K以下である材質を用いればよい。樹脂としては、例えば、ポリエステル、ポリオレフィン、ポリアミド(ナイロン、アラミドなど)、ポリイミド、ポリカーボネート、アクリルなどがある。特に、アラミドは、線膨張率が低いため、可とう性基板である基板400として好適である。 As the substrate 400 which is a flexible substrate, for example, a metal, an alloy, a resin, glass, or fiber thereof can be used. The substrate 400, which is a flexible substrate, is preferable as the linear expansion coefficient is lower because deformation due to the environment is suppressed. For example, a material having a linear expansion coefficient of 1 × 10 −3 / K or less, 5 × 10 −5 / K or less, or 1 × 10 −5 / K or less is used as the substrate 400 that is a flexible substrate. Good. Examples of the resin include polyester, polyolefin, polyamide (such as nylon and aramid), polyimide, polycarbonate, and acrylic. In particular, since aramid has a low coefficient of linear expansion, it is suitable as the substrate 400 that is a flexible substrate.
<絶縁体>
絶縁体としては、絶縁性を有する酸化物、窒化物、酸化窒化物、窒化酸化物、金属酸化物、金属酸化窒化物、金属窒化酸化物などがある。
<Insulator>
Examples of the insulator include an insulating oxide, nitride, oxynitride, nitride oxide, metal oxide, metal oxynitride, and metal nitride oxide.
トランジスタを、水素などの不純物および酸素の透過を抑制する機能を有する絶縁体で囲うことによって、トランジスタの電気特性を安定にすることができる。例えば、絶縁体303、絶縁体401、および絶縁体420として、水素などの不純物および酸素の透過を抑制する機能を有する絶縁体を用いればよい。 By surrounding the transistor with an insulator having a function of suppressing permeation of impurities such as hydrogen and oxygen, electrical characteristics of the transistor can be stabilized. For example, as the insulator 303, the insulator 401, and the insulator 420, an insulator having a function of suppressing transmission of impurities such as hydrogen and oxygen can be used.
水素などの不純物および酸素の透過を抑制する機能を有する絶縁体としては、例えば、ホウ素、炭素、窒素、酸素、フッ素、マグネシウム、アルミニウム、シリコン、リン、塩素、アルゴン、ガリウム、ゲルマニウム、イットリウム、ジルコニウム、ランタン、ネオジム、ハフニウムまたはタンタルを含む絶縁体を、単層で、または積層で用いればよい。 Examples of the insulator having a function of suppressing permeation of impurities such as hydrogen and oxygen include boron, carbon, nitrogen, oxygen, fluorine, magnesium, aluminum, silicon, phosphorus, chlorine, argon, gallium, germanium, yttrium, and zirconium. An insulator containing lanthanum, neodymium, hafnium, or tantalum may be used as a single layer or a stacked layer.
また、例えば、絶縁体303、絶縁体401、および絶縁体420としては、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、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、酸化ハフニウムまたは酸化タンタルなどの金属酸化物、窒化酸化シリコンまたは窒化シリコンなどを用いればよい。なお、絶縁体303、絶縁体401、および絶縁体420は、酸化アルミニウムまたは酸化ハフニウムなどを有することが好ましい。 For example, the insulator 303, the insulator 401, and the insulator 420 include aluminum oxide, magnesium oxide, gallium oxide, germanium oxide, yttrium oxide, zirconium oxide, lanthanum oxide, neodymium oxide, hafnium oxide, or tantalum oxide. Metal oxide, silicon nitride oxide, silicon nitride, or the like may be used. Note that the insulator 303, the insulator 401, and the insulator 420 preferably include aluminum oxide, hafnium oxide, or the like.
また、例えば、絶縁体420をスパッタリング法によって、酸素を含むプラズマを用いて成膜すると該酸化物の下地層となる絶縁体へ酸素を添加することができる。 Further, for example, when the insulator 420 is formed by a sputtering method using plasma containing oxygen, oxygen can be added to the insulator serving as a base layer of the oxide.
絶縁体301、絶縁体302、絶縁体402および絶縁体412としては、例えば、ホウ素、炭素、窒素、酸素、フッ素、マグネシウム、アルミニウム、シリコン、リン、塩素、アルゴン、ガリウム、ゲルマニウム、イットリウム、ジルコニウム、ランタン、ネオジム、ハフニウムまたはタンタルを含む絶縁体を、単層で、または積層で用いればよい。例えば、絶縁体301、絶縁体302、絶縁体402および絶縁体412としては、酸化シリコン、酸化窒化シリコンまたは、窒化シリコンを有することが好ましい。 Examples of the insulator 301, the insulator 302, the insulator 402, and the insulator 412 include boron, carbon, nitrogen, oxygen, fluorine, magnesium, aluminum, silicon, phosphorus, chlorine, argon, gallium, germanium, yttrium, zirconium, An insulator containing lanthanum, neodymium, hafnium, or tantalum may be used as a single layer or a stacked layer. For example, the insulator 301, the insulator 302, the insulator 402, and the insulator 412 preferably include silicon oxide, silicon oxynitride, or silicon nitride.
絶縁体302、絶縁体303、絶縁体402、および/または絶縁体412は、比誘電率の高い絶縁体を有することが好ましい。例えば、絶縁体302、絶縁体303、絶縁体402、および/または絶縁体412は、酸化ガリウム、酸化ハフニウム、酸化ジルコニウム、アルミニウムおよびハフニウムを有する酸化物、アルミニウムおよびハフニウムを有する酸化窒化物、シリコンおよびハフニウムを有する酸化物、シリコンおよびハフニウムを有する酸化窒化物またはシリコンおよびハフニウムを有する窒化物などを有することが好ましい。または、絶縁体302、絶縁体303、絶縁体402、および/または絶縁体412は、酸化シリコンまたは酸化窒化シリコンと、比誘電率の高い絶縁体と、の積層構造を有することが好ましい。酸化シリコンおよび酸化窒化シリコンは、熱的に安定であるため、比誘電率の高い絶縁体と組み合わせることで、熱的に安定かつ比誘電率の高い積層構造とすることができる。例えば、絶縁体402および絶縁体412において、酸化アルミニウム、酸化ガリウムまたは酸化ハフニウムを酸化物406と接する構造とすることで、酸化シリコンまたは酸化窒化シリコンに含まれるシリコンが、酸化物406に混入することを抑制することができる。また、例えば、絶縁体402および絶縁体412において、酸化シリコンまたは酸化窒化シリコンを酸化物406と接する構造とすることで、酸化アルミニウム、酸化ガリウムまたは酸化ハフニウムと、酸化シリコンまたは酸化窒化シリコンと、の界面にトラップセンターが形成される場合がある。該トラップセンターは、電子を捕獲することでトランジスタのしきい値電圧をプラス方向に変動させることができる場合がある。 The insulator 302, the insulator 303, the insulator 402, and / or the insulator 412 preferably includes an insulator with a high relative dielectric constant. For example, the insulator 302, the insulator 303, the insulator 402, and / or the insulator 412 include gallium oxide, hafnium oxide, zirconium oxide, an oxide including aluminum and hafnium, an oxynitride including aluminum and hafnium, silicon, and It is preferable to include an oxide containing hafnium, an oxynitride containing silicon and hafnium, or a nitride containing silicon and hafnium. Alternatively, the insulator 302, the insulator 303, the insulator 402, and / or the insulator 412 preferably has a stacked structure of silicon oxide or silicon oxynitride and an insulator with a high relative dielectric constant. Since silicon oxide and silicon oxynitride are thermally stable, a stacked structure having high thermal stability and high relative dielectric constant can be obtained by combining with an insulator having high relative dielectric constant. For example, when the insulator 402 and the insulator 412 have a structure in which aluminum oxide, gallium oxide, or hafnium oxide is in contact with the oxide 406, silicon contained in silicon oxide or silicon oxynitride is mixed into the oxide 406. Can be suppressed. For example, in the insulator 402 and the insulator 412, by using silicon oxide or silicon oxynitride in contact with the oxide 406, aluminum oxide, gallium oxide, or hafnium oxide, and silicon oxide or silicon oxynitride can be used. A trap center may be formed at the interface. In some cases, the trap center can change the threshold voltage of the transistor in the positive direction by capturing electrons.
絶縁体410および絶縁体415は、比誘電率の低い絶縁体を有することが好ましい。例えば、絶縁体410および絶縁体415は、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコン、窒化シリコン、フッ素を添加した酸化シリコン、炭素を添加した酸化シリコン、炭素および窒素を添加した酸化シリコン、空孔を有する酸化シリコンまたは樹脂などを有することが好ましい。または、絶縁体410および絶縁体415は、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコン、窒化シリコン、フッ素を添加した酸化シリコン、炭素を添加した酸化シリコン、炭素および窒素を添加した酸化シリコンまたは空孔を有する酸化シリコンと、樹脂と、の積層構造を有することが好ましい。酸化シリコンおよび酸化窒化シリコンは、熱的に安定であるため、樹脂と組み合わせることで、熱的に安定かつ比誘電率の低い積層構造とすることができる。樹脂としては、例えば、ポリエステル、ポリオレフィン、ポリアミド(ナイロン、アラミドなど)、ポリイミド、ポリカーボネートまたはアクリルなどがある。 The insulator 410 and the insulator 415 preferably include an insulator with a low relative dielectric constant. For example, the insulator 410 and the insulator 415 include silicon oxide, silicon oxynitride, silicon nitride oxide, silicon nitride, silicon oxide to which fluorine is added, silicon oxide to which carbon is added, silicon oxide to which carbon and nitrogen are added, and holes It is preferable to have silicon oxide or resin having Alternatively, the insulator 410 and the insulator 415 include silicon oxide, silicon oxynitride, silicon nitride oxide, silicon nitride, silicon oxide to which fluorine is added, silicon oxide to which carbon is added, silicon oxide to which carbon and nitrogen are added, or holes It is preferable to have a laminated structure of a silicon oxide having a resin and a resin. Since silicon oxide and silicon oxynitride are thermally stable, a laminated structure having a low thermal stability and a low relative dielectric constant can be obtained by combining with silicon. Examples of the resin include polyester, polyolefin, polyamide (such as nylon and aramid), polyimide, polycarbonate, and acrylic.
サイドウォール絶縁体418としては、水素などの不純物および酸素の透過を抑制する機能を有する絶縁体を用いればよい。サイドウォール絶縁体418としては、例えば、酸化アルミニウム、酸化ハフニウム、酸化マグネシウム、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、酸化ネオジムまたは酸化タンタルなどの金属酸化物、窒化酸化シリコンまたは窒化シリコンなどを用いればよい。 As the sidewall insulator 418, an insulator having a function of suppressing permeation of impurities such as hydrogen and oxygen may be used. As the sidewall insulator 418, for example, aluminum oxide, hafnium oxide, magnesium oxide, gallium oxide, germanium oxide, yttrium oxide, zirconium oxide, lanthanum oxide, neodymium oxide, tantalum oxide, or the like, silicon nitride oxide, or nitride Silicon or the like may be used.
<導電体>
導電体404a、導電体404b、導電体310a、および導電体310bとしては、アルミニウム、クロム、銅、銀、金、白金、タンタル、ニッケル、チタン、モリブデン、タングステン、ハフニウム、バナジウム、ニオブ、マンガン、マグネシウム、ジルコニウム、ベリリウム、インジウム、ルテニウムなどから選ばれた金属元素を1種以上含む材料を用いることができる。また、リン等の不純物元素を含有させた多結晶シリコンに代表される、電気伝導度が高い半導体、ニッケルシリサイドなどのシリサイドを用いてもよい。
<Conductor>
As the conductor 404a, the conductor 404b, the conductor 310a, and the conductor 310b, aluminum, chromium, copper, silver, gold, platinum, tantalum, nickel, titanium, molybdenum, tungsten, hafnium, vanadium, niobium, manganese, magnesium A material containing one or more metal elements selected from zirconium, beryllium, indium, ruthenium, and the like can be used. Alternatively, a semiconductor with high electrical conductivity typified by polycrystalline silicon containing an impurity element such as phosphorus, or silicide such as nickel silicide may be used.
また、上記導電体、特に導電体404aおよび導電体310aとして、酸化物406に適用可能な金属酸化物に含まれる金属元素および酸素を含む導電性材料を用いてもよい。また、前述した金属元素および窒素を含む導電性材料を用いてもよい。例えば、窒化チタン、窒化タンタルなどの窒素を含む導電性材料を用いてもよい。また、インジウム錫酸化物、酸化タングステンを含むインジウム酸化物、酸化タングステンを含むインジウム亜鉛酸化物、酸化チタンを含むインジウム酸化物、酸化チタンを含むインジウム錫酸化物、インジウム亜鉛酸化物、シリコンを添加したインジウム錫酸化物を用いてもよい。また、窒素を含むインジウムガリウム亜鉛酸化物を用いてもよい。このような材料を用いることで、酸化物406に含まれる水素を捕獲することができる場合がある。または、外方の絶縁体などから混入する水素を捕獲することができる場合がある。 Alternatively, a conductive material containing oxygen and a metal element contained in a metal oxide that can be used for the oxide 406 may be used as the conductor, particularly the conductor 404a and the conductor 310a. Alternatively, the above-described conductive material containing a metal element and nitrogen may be used. For example, a conductive material containing nitrogen such as titanium nitride or tantalum nitride may be used. In addition, indium tin oxide, indium oxide containing tungsten oxide, indium zinc oxide containing tungsten oxide, indium oxide containing titanium oxide, indium tin oxide containing titanium oxide, indium zinc oxide, silicon were added Indium tin oxide may be used. Alternatively, indium gallium zinc oxide containing nitrogen may be used. In some cases, hydrogen contained in the oxide 406 can be captured by using such a material. Alternatively, hydrogen mixed from an external insulator or the like may be captured.
また、上記の材料で形成される導電層を複数積層して用いてもよい。例えば、前述した金属元素を含む材料と、酸素を含む導電性材料と、を組み合わせた積層構造としてもよい。また、前述した金属元素を含む材料と、窒素を含む導電性材料と、を組み合わせた積層構造としてもよい。また、前述した金属元素を含む材料と、酸素を含む導電性材料と、窒素を含む導電性材料と、を組み合わせた積層構造としてもよい。 A plurality of conductive layers formed using the above materials may be stacked. For example, a stacked structure in which the above-described material containing a metal element and a conductive material containing oxygen may be combined. Alternatively, a stacked structure in which the above-described material containing a metal element and a conductive material containing nitrogen are combined may be employed. Alternatively, a stacked structure of a combination of the above-described material containing a metal element, a conductive material containing oxygen, and a conductive material containing nitrogen may be employed.
なお、トランジスタのチャネル形成領域に酸化物を用いる場合は、ゲート電極として前述した金属元素を含む材料と、酸素を含む導電性材料と、を組み合わせた積層構造を用いることが好ましい。この場合は、酸素を含む導電性材料をチャネル形成領域側に設けるとよい。酸素を含む導電性材料をチャネル形成領域側に設けることで、当該導電性材料から離脱した酸素がチャネル形成領域に供給されやすくなる。 Note that in the case where an oxide is used for a channel formation region of the transistor, a stacked structure in which the above-described material containing a metal element and a conductive material containing oxygen are combined as the gate electrode is preferably used. In this case, a conductive material containing oxygen is preferably provided on the channel formation region side. By providing a conductive material containing oxygen on the channel formation region side, oxygen released from the conductive material can be easily supplied to the channel formation region.
<酸化物406に適用可能な金属酸化物>
以下に、本発明に係る酸化物406について説明する。酸化物406として、酸化物半導体として機能する金属酸化物(以下、酸化物半導体ともいう)を用いることが好ましい。
<Metal oxide applicable to oxide 406>
Hereinafter, the oxide 406 according to the present invention will be described. As the oxide 406, a metal oxide functioning as an oxide semiconductor (hereinafter also referred to as an oxide semiconductor) is preferably used.
酸化物半導体は、少なくともインジウムまたは亜鉛を含むことが好ましい。特にインジウムおよび亜鉛を含むことが好ましい。また、それらに加えて、アルミニウム、ガリウム、イットリウムまたはスズなどが含まれていることが好ましい。また、ホウ素、シリコン、チタン、鉄、ニッケル、ゲルマニウム、ジルコニウム、モリブデン、ランタン、セリウム、ネオジム、ハフニウム、タンタル、タングステン、またはマグネシウムなどから選ばれた一種、または複数種が含まれていてもよい。 The oxide semiconductor preferably contains at least indium or zinc. In particular, it is preferable to contain indium and zinc. In addition to these, it is preferable that aluminum, gallium, yttrium, tin, or the like is contained. Further, one or more selected from boron, silicon, titanium, iron, nickel, germanium, zirconium, molybdenum, lanthanum, cerium, neodymium, hafnium, tantalum, tungsten, magnesium, or the like may be included.
ここでは、酸化物半導体が、インジウム、元素Mおよび亜鉛を有するInMZnOである場合を考える。なお、元素Mは、アルミニウム、ガリウム、イットリウムまたはスズなどとする。そのほかの元素Mに適用可能な元素としては、ホウ素、シリコン、チタン、鉄、ニッケル、ゲルマニウム、ジルコニウム、モリブデン、ランタン、セリウム、ネオジム、ハフニウム、タンタル、タングステン、マグネシウムなどがある。ただし、元素Mとして、前述の元素を複数組み合わせても構わない場合がある。 Here, a case where the oxide semiconductor is InMZnO containing indium, the element M, and zinc is considered. The element M is aluminum, gallium, yttrium, tin, or the like. Other elements applicable to the element M include boron, silicon, titanium, iron, nickel, germanium, zirconium, molybdenum, lanthanum, cerium, neodymium, hafnium, tantalum, tungsten, and magnesium. However, the element M may be a combination of a plurality of the aforementioned elements.
なお、本明細書等において、窒素を有する金属酸化物も金属酸化物(metal oxide)と総称する場合がある。また、窒素を有する金属酸化物を、金属酸窒化物(metal oxynitride)と呼称してもよい。 Note that in this specification and the like, metal oxides containing nitrogen may be collectively referred to as metal oxides. Further, a metal oxide containing nitrogen may be referred to as a metal oxynitride.
ここで、金属酸化物が、インジウム、元素M及び亜鉛を有する場合を考える。なお、金属酸化物が有するインジウム、元素M、及び亜鉛の原子数比のそれぞれの項を[In]、[M]、および[Zn]とする。 Here, a case where the metal oxide includes indium, the element M, and zinc is considered. Note that the terms of the atomic ratio of indium, element M, and zinc of the metal oxide are [In], [M], and [Zn].
以下に、図19(A)、図19(B)、および図19(C)を用いて、酸化物406aおよび酸化物406bに用いることができる金属酸化物が有するインジウム、元素Mおよび亜鉛の原子数比の好ましい範囲について説明する。なお、図19(A)、図19(B)、および図19(C)には、酸素の原子数比については記載しない。また、金属酸化物が有するインジウム、元素M、および亜鉛の原子数比のそれぞれの項を[In]、[M]、および[Zn]とする。 The atoms of indium, element M, and zinc included in the metal oxide that can be used for the oxide 406a and the oxide 406b are described below with reference to FIGS. 19A, 19B, and 19C. A preferable range of the number ratio will be described. Note that FIG. 19A, FIG. 19B, and FIG. 19C do not describe the atomic ratio of oxygen. The terms of the atomic ratio of indium, element M, and zinc of the metal oxide are [In], [M], and [Zn].
図19(A)、図19(B)、および図19(C)において、破線は、[In]:[M]:[Zn]=(1+α):(1−α):1の原子数比(−1≦α≦1)となるライン、[In]:[M]:[Zn]=(1+α):(1−α):2の原子数比となるライン、[In]:[M]:[Zn]=(1+α):(1−α):3の原子数比となるライン、[In]:[M]:[Zn]=(1+α):(1−α):4の原子数比となるライン、および[In]:[M]:[Zn]=(1+α):(1−α):5の原子数比となるラインを表す。 In FIG. 19A, FIG. 19B, and FIG. 19C, a broken line indicates an atomic ratio of [In]: [M]: [Zn] = (1 + α) :( 1-α): 1. Line that satisfies (−1 ≦ α ≦ 1), [In]: [M]: [Zn] = (1 + α) :( 1-α): line that has an atomic ratio of 2 [In]: [M] : [Zn] = (1 + α): (1-α): a line having an atomic ratio of 3; [In]: [M]: [Zn] = (1 + α): (1-α): number of atoms of 4 A line to be a ratio and a line to have an atomic ratio of [In]: [M]: [Zn] = (1 + α) :( 1−α): 5.
また、一点鎖線は、[In]:[M]:[Zn]=5:1:βの原子数比(β≧0)となるライン、[In]:[M]:[Zn]=2:1:βの原子数比となるライン、[In]:[M]:[Zn]=1:1:βの原子数比となるライン、[In]:[M]:[Zn]=1:2:βの原子数比となるライン、[In]:[M]:[Zn]=1:3:βの原子数比となるライン、および[In]:[M]:[Zn]=1:4:βの原子数比となるラインを表す。 The one-dot chain line is a line having an atomic ratio of [In]: [M]: [Zn] = 5: 1: β (β ≧ 0), and [In]: [M]: [Zn] = 2: A line with an atomic ratio of 1: β, [In]: [M]: [Zn] = 1: 1: a line with an atomic ratio of β, [In]: [M]: [Zn] = 1 2: Line with an atomic ratio of β, [In]: [M]: [Zn] = 1: 3: Line with an atomic ratio of β, and [In]: [M]: [Zn] = 1 : 4: represents a line having an atomic ratio of β.
また、図19(A)、図19(B)、および図19(C)に示す、[In]:[M]:[Zn]=0:2:1の原子数比、およびその近傍値の金属酸化物は、スピネル型の結晶構造をとりやすい。 Further, the atomic ratio of [In]: [M]: [Zn] = 0: 2: 1 shown in FIG. 19 (A), FIG. 19 (B), and FIG. Metal oxides tend to have a spinel crystal structure.
また、金属酸化物中に複数の相が共存する場合がある(二相共存、三相共存など)。例えば、原子数比が[In]:[M]:[Zn]=0:2:1の近傍値である場合、スピネル型の結晶構造と層状の結晶構造との二相が共存しやすい。また、原子数比が[In]:[M]:[Zn]=1:0:0の近傍値である場合、ビックスバイト型の結晶構造と層状の結晶構造との二相が共存しやすい。金属酸化物中に複数の相が共存する場合、異なる結晶構造の間において、結晶粒界が形成される場合がある。 In addition, a plurality of phases may coexist in the metal oxide (two-phase coexistence, three-phase coexistence, etc.). For example, when the atomic ratio is a value close to [In]: [M]: [Zn] = 0: 2: 1, two phases of a spinel crystal structure and a layered crystal structure tend to coexist. Further, when the atomic ratio is a value close to [In]: [M]: [Zn] = 1: 0: 0, two phases of a bixbite type crystal structure and a layered crystal structure tend to coexist. When a plurality of phases coexist in a metal oxide, a crystal grain boundary may be formed between different crystal structures.
図19(A)に示す領域Aは、金属酸化物が有する、インジウム、元素M、および亜鉛の原子数比の好ましい範囲の一例について示している。 A region A illustrated in FIG. 19A illustrates an example of a preferable range of the atomic ratio of indium, the element M, and zinc included in the metal oxide.
金属酸化物は、インジウムの含有率を高くすることで、金属酸化物のキャリア移動度(電子移動度)を高くすることができる。従って、インジウムの含有率が高い金属酸化物はインジウムの含有率が低い金属酸化物と比較してキャリア移動度が高くなる。 The metal oxide can increase the carrier mobility (electron mobility) of the metal oxide by increasing the indium content. Therefore, a metal oxide having a high indium content has higher carrier mobility than a metal oxide having a low indium content.
一方、金属酸化物中のインジウムおよび亜鉛の含有率が低くなると、キャリア移動度が低くなる。従って、原子数比が[In]:[M]:[Zn]=0:1:0、およびその近傍値である場合(例えば図19(C)に示す領域C)は、絶縁性が高くなる。 On the other hand, when the content of indium and zinc in the metal oxide is lowered, the carrier mobility is lowered. Therefore, when the atomic ratio is [In]: [M]: [Zn] = 0: 1: 0 and its vicinity (for example, the region C shown in FIG. 19C), the insulating property becomes high. .
例えば、酸化物406bに用いる金属酸化物は、キャリア移動度が高い、図19(A)の領域Aで示される原子数比を有することが好ましい。一方、酸化物406aに用いる金属酸化物は、絶縁性が比較的高い、図19(C)の領域Cで示される原子数比を有することが好ましい。 For example, the metal oxide used for the oxide 406b preferably has a high carrier mobility and an atomic ratio represented by the region A in FIG. On the other hand, the metal oxide used for the oxide 406a preferably has an atomic ratio, which is relatively high, which is represented by a region C in FIG.
特に、図19(B)に示す領域Bでは、領域Aの中でも、キャリア移動度が高く、信頼性が高い優れた金属酸化物が得られる。 In particular, in the region B illustrated in FIG. 19B, an excellent metal oxide with high carrier mobility and high reliability can be obtained among the regions A.
なお、領域Bは、[In]:[M]:[Zn]=4:2:3から4.1、およびその近傍値を含む。近傍値には、例えば、[In]:[M]:[Zn]=5:3:4が含まれる。また、領域Bは、[In]:[M]:[Zn]=5:1:6、およびその近傍値、および[In]:[M]:[Zn]=5:1:7、およびその近傍値を含む。 Note that the region B includes [In]: [M]: [Zn] = 4: 2: 3 to 4.1 and the vicinity thereof. The neighborhood value includes, for example, [In]: [M]: [Zn] = 5: 3: 4. The region B includes [In]: [M]: [Zn] = 5: 1: 6 and its neighboring values, and [In]: [M]: [Zn] = 5: 1: 7, and Includes neighborhood values.
また、金属酸化物として、In−M−Zn酸化物を用いる場合、スパッタリングターゲットとしては、多結晶のIn−M−Zn酸化物を含むターゲットを用いると好ましい。なお、成膜される金属酸化物の原子数比は、上記のスパッタリングターゲットに含まれる金属元素の原子数比のプラスマイナス40%の変動を含む。例えば、金属酸化物に用いるスパッタリングターゲットの組成がIn:Ga:Zn=4:2:4.1[原子数比]の場合、成膜される金属酸化物の組成は、In:Ga:Zn=4:2:3[原子数比]の近傍となる場合がある。また、金属酸化物に用いるスパッタリングターゲットの組成がIn:Ga:Zn=5:1:7[原子数比]の場合、成膜される金属酸化物の組成は、In:Ga:Zn=5:1:6[原子数比]の近傍となる場合がある。 In the case where an In-M-Zn oxide is used as the metal oxide, a target including a polycrystalline In-M-Zn oxide is preferably used as the sputtering target. Note that the atomic ratio of the metal oxide film to be formed includes a variation of plus or minus 40% of the atomic ratio of the metal element contained in the sputtering target. For example, when the composition of the sputtering target used for the metal oxide is In: Ga: Zn = 4: 2: 4.1 [atomic ratio], the composition of the metal oxide formed is In: Ga: Zn = It may be in the vicinity of 4: 2: 3 [atomic ratio]. In addition, when the composition of the sputtering target used for the metal oxide is In: Ga: Zn = 5: 1: 7 [atomic ratio], the composition of the metal oxide formed is In: Ga: Zn = 5: It may be in the vicinity of 1: 6 [atomic ratio].
なお、金属酸化物が有する性質は、原子数比によって一義的に定まらない。同じ原子数比であっても、形成条件により、金属酸化物の性質が異なる場合がある。例えば、金属酸化物をスパッタリング装置にて成膜する場合、ターゲットの原子数比からずれた原子数比の膜が形成される。また、成膜時の基板温度によっては、ターゲットの[Zn]よりも、膜の[Zn]が小さくなる場合がある。従って、図示する領域は、金属酸化物が特定の特性を有する傾向がある原子数比を示す領域であり、領域A乃至領域Cの境界は厳密ではない。 Note that the properties of metal oxides are not uniquely determined by the atomic ratio. Even if the atomic ratio is the same, the properties of the metal oxide may differ depending on the formation conditions. For example, when a metal oxide film is formed using a sputtering apparatus, a film having an atomic ratio that deviates from the atomic ratio of the target is formed. Further, depending on the substrate temperature during film formation, [Zn] of the film may be smaller than [Zn] of the target. Therefore, the illustrated region is a region that exhibits an atomic ratio in which the metal oxide tends to have specific characteristics, and the boundaries of the regions A to C are not strict.
<金属酸化物の構成>
以下では、本発明の一態様で開示されるトランジスタに用いることができるCAC(Cloud−Aligned Composite)−OSの構成について説明する。
<Composition of metal oxide>
A structure of a CAC (Cloud-Aligned Composite) -OS that can be used for the transistor disclosed in one embodiment of the present invention is described below.
なお、本明細書等において、CAAC(c−axis aligned crystal)、及びCAC(Cloud−Aligned Composite)と記載する場合がある。なお、CAACは結晶構造の一例を表し、CACは機能、または材料の構成の一例を表す。 Note that in this specification and the like, they may be described as CAAC (c-axis aligned crystal) and CAC (Cloud-aligned Composite). Note that CAAC represents an example of a crystal structure, and CAC represents an example of a function or a material structure.
CAC−OSまたはCAC−metal oxideとは、材料の一部では導電性の機能と、材料の一部では絶縁性の機能とを有し、材料の全体では半導体としての機能を有する。なお、CAC−OSまたはCAC−metal oxideを、トランジスタの活性層に用いる場合、導電性の機能は、キャリアとなる電子(またはホール)を流す機能であり、絶縁性の機能は、キャリアとなる電子を流さない機能である。導電性の機能と、絶縁性の機能とを、それぞれ相補的に作用させることで、スイッチングさせる機能(On/Offさせる機能)をCAC−OSまたはCAC−metal oxideに付与することができる。CAC−OSまたはCAC−metal oxideにおいて、それぞれの機能を分離させることで、双方の機能を最大限に高めることができる。 The CAC-OS or the CAC-metal oxide has a conductive function in part of the material and an insulating function in part of the material, and the whole material has a function as a semiconductor. Note that in the case where a CAC-OS or a CAC-metal oxide is used for an active layer of a transistor, the conductive function is a function of flowing electrons (or holes) serving as carriers, and the insulating function is an electron serving as carriers. It is a function that does not flow. By performing the conductive function and the insulating function in a complementary manner, a switching function (function to turn on / off) can be given to the CAC-OS or the CAC-metal oxide. In CAC-OS or CAC-metal oxide, by separating each function, both functions can be maximized.
また、CAC−OSまたはCAC−metal oxideは、導電性領域、及び絶縁性領域を有する。導電性領域は、上述の導電性の機能を有し、絶縁性領域は、上述の絶縁性の機能を有する。また、材料中において、導電性領域と、絶縁性領域とは、ナノ粒子レベルで分離している場合がある。また、導電性領域と、絶縁性領域とは、それぞれ材料中に偏在する場合がある。また、導電性領域は、周辺がぼけてクラウド状に連結して観察される場合がある。 Further, the CAC-OS or the CAC-metal oxide has a conductive region and an insulating region. The conductive region has the above-described conductive function, and the insulating region has the above-described insulating function. In the material, the conductive region and the insulating region may be separated at the nanoparticle level. In addition, the conductive region and the insulating region may be unevenly distributed in the material, respectively. In addition, the conductive region may be observed with the periphery blurred and connected in a cloud shape.
また、CAC−OSまたはCAC−metal oxideにおいて、導電性領域と、絶縁性領域とは、それぞれ0.5nm以上10nm以下、好ましくは0.5nm以上3nm以下のサイズで材料中に分散している場合がある。 In CAC-OS or CAC-metal oxide, the conductive region and the insulating region are each dispersed in a material with a size of 0.5 nm to 10 nm, preferably 0.5 nm to 3 nm. There is.
また、CAC−OSまたはCAC−metal oxideは、異なるバンドギャップを有する成分により構成される。例えば、CAC−OSまたはCAC−metal oxideは、絶縁性領域に起因するワイドギャップを有する成分と、導電性領域に起因するナローギャップを有する成分と、により構成される。当該構成の場合、キャリアを流す際に、ナローギャップを有する成分において、主にキャリアが流れる。また、ナローギャップを有する成分が、ワイドギャップを有する成分に相補的に作用し、ナローギャップを有する成分に連動してワイドギャップを有する成分にもキャリアが流れる。このため、上記CAC−OSまたはCAC−metal oxideをトランジスタのチャネル領域に用いる場合、トランジスタのオン状態において高い電流駆動力、つまり大きなオン電流、及び高い電界効果移動度を得ることができる。 Further, CAC-OS or CAC-metal oxide is composed of components having different band gaps. For example, CAC-OS or CAC-metal oxide includes a component having a wide gap caused by an insulating region and a component having a narrow gap caused by a conductive region. In the case of the configuration, when the carrier flows, the carrier mainly flows in the component having the narrow gap. In addition, the component having a narrow gap acts in a complementary manner to the component having a wide gap, and the carrier flows through the component having the wide gap in conjunction with the component having the narrow gap. Therefore, when the CAC-OS or the CAC-metal oxide is used for a channel region of a transistor, high current driving capability, that is, high on-state current and high field-effect mobility can be obtained in the on-state of the transistor.
すなわち、CAC−OSまたはCAC−metal oxideは、マトリックス複合材(matrix composite)、または金属マトリックス複合材(metal matrix composite)と呼称することもできる。 That is, CAC-OS or CAC-metal oxide can also be referred to as a matrix composite or a metal matrix composite.
<金属酸化物の構造>
酸化物半導体は、単結晶酸化物半導体と、それ以外の非単結晶酸化物半導体と、に分けられる。非単結晶酸化物半導体としては、例えば、CAAC−OS(c−axis aligned crystalline oxide semiconductor)、多結晶酸化物半導体、nc−OS(nanocrystalline oxide semiconductor)、擬似非晶質酸化物半導体(a−like OS:amorphous−like oxide semiconductor)および非晶質酸化物半導体などがある。
<Structure of metal oxide>
An oxide semiconductor is classified into a single crystal oxide semiconductor and a non-single-crystal oxide semiconductor. Examples of the non-single-crystal oxide semiconductor include a CAAC-OS (c-axis aligned crystal oxide semiconductor), a polycrystalline oxide semiconductor, an nc-OS (nanocrystalline oxide semiconductor), and a pseudo-amorphous oxide semiconductor (a-like oxide semiconductor). OS: amorphous-like oxide semiconductor) and amorphous oxide semiconductor.
CAAC−OSは、c軸配向性を有し、かつa−b面方向において複数のナノ結晶が連結し、歪みを有した結晶構造となっている。なお、歪みとは、複数のナノ結晶が連結する領域において、格子配列の揃った領域と、別の格子配列の揃った領域と、の間で格子配列の向きが変化している箇所を指す。 The CAAC-OS has a c-axis orientation and a crystal structure in which a plurality of nanocrystals are connected in the ab plane direction and have a strain. Note that the strain refers to a portion where the orientation of the lattice arrangement changes between a region where the lattice arrangement is aligned and a region where another lattice arrangement is aligned in a region where a plurality of nanocrystals are connected.
ナノ結晶は、六角形を基本とするが、正六角形状とは限らず、非正六角形状である場合がある。また、歪みにおいて、五角形、および七角形などの格子配列を有する場合がある。なお、CAAC−OSにおいて、歪み近傍においても、明確な結晶粒界(グレインバウンダリーともいう)を確認することはできない。即ち、格子配列の歪みによって、結晶粒界の形成が抑制されていることがわかる。これは、CAAC−OSが、a−b面方向において原子配列が稠密でないことや、金属元素が置換することで原子間の結合距離が変化することなどによって、歪みを許容することができるためと考えられる。 Nanocrystals are based on hexagons, but are not limited to regular hexagons and may be non-regular hexagons. In addition, there may be a lattice arrangement such as a pentagon and a heptagon in the distortion. Note that in the CAAC-OS, a clear crystal grain boundary (also referred to as a grain boundary) cannot be confirmed even in the vicinity of strain. That is, it can be seen that the formation of crystal grain boundaries is suppressed by the distortion of the lattice arrangement. This is because the CAAC-OS can tolerate distortion due to the fact that the atomic arrangement is not dense in the ab plane direction and the bond distance between atoms changes due to substitution of metal elements. Conceivable.
また、CAAC−OSは、インジウム、および酸素を有する層(以下、In層)と、元素M、亜鉛、および酸素を有する層(以下、(M,Zn)層)とが積層した、層状の結晶構造(層状構造ともいう)を有する傾向がある。なお、インジウムと元素Mは、互いに置換可能であり、(M,Zn)層の元素Mがインジウムと置換した場合、(In,M,Zn)層と表すこともできる。また、In層のインジウムが元素Mと置換した場合、(In,M)層と表すこともできる。 The CAAC-OS includes a layered crystal in which a layer containing indium and oxygen (hereinafter referred to as In layer) and a layer including elements M, zinc, and oxygen (hereinafter referred to as (M, Zn) layers) are stacked. There is a tendency to have a structure (also called a layered structure). Note that indium and the element M can be replaced with each other, and when the element M in the (M, Zn) layer is replaced with indium, it can also be expressed as an (In, M, Zn) layer. Further, when indium in the In layer is replaced with the element M, it can also be expressed as an (In, M) layer.
CAAC−OSは結晶性の高い酸化物半導体である。一方、CAAC−OSは、明確な結晶粒界を確認することはできないため、結晶粒界に起因する電子移動度の低下が起こりにくいといえる。また、酸化物半導体の結晶性は不純物の混入や欠陥の生成などによって低下する場合があるため、CAAC−OSは不純物や欠陥(酸素欠損など)の少ない酸化物半導体ともいえる。従って、CAAC−OSを有する酸化物半導体は、物理的性質が安定する。そのため、CAAC−OSを有する酸化物半導体は熱に強く、信頼性が高い。 The CAAC-OS is an oxide semiconductor with high crystallinity. On the other hand, since CAAC-OS cannot confirm a clear crystal grain boundary, it can be said that a decrease in electron mobility due to the crystal grain boundary hardly occurs. In addition, since the crystallinity of an oxide semiconductor may be deteriorated due to entry of impurities, generation of defects, or the like, the CAAC-OS can be said to be an oxide semiconductor with few impurities and defects (such as oxygen vacancies). Therefore, the physical properties of the oxide semiconductor including a CAAC-OS are stable. Therefore, an oxide semiconductor including a CAAC-OS is resistant to heat and has high reliability.
nc−OSは、微小な領域(例えば、1nm以上10nm以下の領域、特に1nm以上3nm以下の領域)において原子配列に周期性を有する。また、nc−OSは、異なるナノ結晶間で結晶方位に規則性が見られない。そのため、膜全体で配向性が見られない。したがって、nc−OSは、分析方法によっては、a−like OSや非晶質酸化物半導体と区別が付かない場合がある。 The nc-OS has periodicity in atomic arrangement in a minute region (for example, a region of 1 nm to 10 nm, particularly a region of 1 nm to 3 nm). In addition, the nc-OS has no regularity in crystal orientation between different nanocrystals. Therefore, orientation is not seen in the whole film. Therefore, the nc-OS may not be distinguished from an a-like OS or an amorphous oxide semiconductor depending on an analysis method.
a−like OSは、nc−OSと非晶質酸化物半導体との間の構造を有する酸化物半導体である。a−like OSは、鬆または低密度領域を有する。即ち、a−like OSは、nc−OSおよびCAAC−OSと比べて、結晶性が低い。 The a-like OS is an oxide semiconductor having a structure between the nc-OS and an amorphous oxide semiconductor. The a-like OS has a void or a low density region. That is, the a-like OS has lower crystallinity than the nc-OS and the CAAC-OS.
酸化物半導体は、多様な構造をとり、それぞれが異なる特性を有する。本発明の一態様の酸化物半導体は、非晶質酸化物半導体、多結晶酸化物半導体、a−like OS、nc−OS、CAAC−OSのうち、二種以上を有していてもよい。 Oxide semiconductors have various structures and different properties. The oxide semiconductor of one embodiment of the present invention may include two or more of an amorphous oxide semiconductor, a polycrystalline oxide semiconductor, an a-like OS, an nc-OS, and a CAAC-OS.
<酸化物半導体を有するトランジスタ>
続いて、上記酸化物半導体をトランジスタに用いる場合について説明する。
<Transistor with oxide semiconductor>
Next, the case where the above oxide semiconductor is used for a transistor is described.
なお、上記酸化物半導体をトランジスタに用いることで、高い電界効果移動度のトランジスタを実現することができる。また、信頼性の高いトランジスタを実現することができる。 Note that by using the oxide semiconductor for a transistor, a transistor with high field-effect mobility can be realized. In addition, a highly reliable transistor can be realized.
また、トランジスタには、酸化物406bの領域426aにおけるキャリア密度の低いことが好ましい。酸化物半導体膜のキャリア密度を低くする場合においては、酸化物半導体膜中の不純物濃度を低くし、欠陥準位密度を低くすればよい。本明細書等において、不純物濃度が低く、欠陥準位密度の低いことを高純度真性または実質的に高純度真性と言う。例えば、酸化物406bの領域426aにおけるキャリア密度が8×1011/cm3未満、好ましくは1×1011/cm3未満、さらに好ましくは1×1010/cm3未満であり、1×10−9/cm3以上とすればよい。 In the transistor, the carrier density in the region 426a of the oxide 406b is preferably low. In the case where the carrier density of the oxide semiconductor film is decreased, the impurity concentration in the oxide semiconductor film may be decreased and the defect level density may be decreased. In this specification and the like, a low impurity concentration and a low density of defect states are referred to as high purity intrinsic or substantially high purity intrinsic. For example, the carrier density in the region 426a of the oxide 406b is less than 8 × 10 11 / cm 3 , preferably less than 1 × 10 11 / cm 3 , more preferably less than 1 × 10 10 / cm 3 , and 1 × 10 − It may be 9 / cm 3 or more.
また、高純度真性または実質的に高純度真性である酸化物半導体膜は、欠陥準位密度が低いため、トラップ準位密度も低くなる場合がある。 In addition, a highly purified intrinsic or substantially highly purified intrinsic oxide semiconductor film has a low density of defect states, and thus may have a low density of trap states.
また、酸化物半導体のトラップ準位に捕獲された電荷は、消失するまでに要する時間が長く、あたかも固定電荷のように振る舞うことがある。そのため、トラップ準位密度の高い酸化物半導体にチャネル領域が形成されるトランジスタは、電気特性が不安定となる場合がある。 In addition, the charge trapped in the trap level of the oxide semiconductor takes a long time to disappear, and may behave as if it were a fixed charge. Therefore, a transistor in which a channel region is formed in an oxide semiconductor with a high trap state density may have unstable electrical characteristics.
従って、トランジスタの電気特性を安定にするためには、酸化物406bの領域426a中の不純物濃度を低減することが有効である。また、酸化物406bの領域426a中の不純物濃度を低減するためには、近接する膜中の不純物濃度も低減することが好ましい。不純物としては、水素、窒素、アルカリ金属、アルカリ土類金属、鉄、ニッケル、シリコン等がある。 Therefore, in order to stabilize the electrical characteristics of the transistor, it is effective to reduce the impurity concentration in the region 426a of the oxide 406b. In order to reduce the impurity concentration in the region 426a of the oxide 406b, it is preferable to reduce the impurity concentration in the adjacent film. Impurities include hydrogen, nitrogen, alkali metal, alkaline earth metal, iron, nickel, silicon, and the like.
<不純物>
ここで、酸化物半導体中における各不純物の影響について説明する。
<Impurity>
Here, the influence of each impurity in the oxide semiconductor is described.
酸化物半導体において、第14族元素の一つであるシリコンや炭素が含まれると、酸化物半導体において欠陥準位が形成される。このため、酸化物406bの領域426aにおけるシリコンや炭素の濃度(SIMSにより得られる濃度)を、2×1018atoms/cm3以下、好ましくは2×1017atoms/cm3以下とする。 In the oxide semiconductor, when silicon or carbon which is one of Group 14 elements is included, a defect level is formed in the oxide semiconductor. Therefore, the concentration of silicon or carbon (concentration obtained by SIMS) in the region 426a of the oxide 406b is 2 × 10 18 atoms / cm 3 or less, preferably 2 × 10 17 atoms / cm 3 or less.
また、酸化物半導体にアルカリ金属またはアルカリ土類金属が含まれると、欠陥準位を形成し、キャリアを生成する場合がある。従って、アルカリ金属またはアルカリ土類金属が含まれている酸化物半導体を用いたトランジスタはノーマリーオン特性となりやすい。このため、酸化物406bの領域426aにおいて、アルカリ金属またはアルカリ土類金属の濃度を低減することが好ましい。具体的には、SIMSにより得られる酸化物406bの領域426a中のアルカリ金属またはアルカリ土類金属の濃度を、1×1018atoms/cm3以下、好ましくは2×1016atoms/cm3以下にする。 In addition, when the oxide semiconductor contains an alkali metal or an alkaline earth metal, a defect level is formed and carriers may be generated in some cases. Therefore, a transistor including an oxide semiconductor containing an alkali metal or an alkaline earth metal is likely to be normally on. Therefore, it is preferable to reduce the concentration of alkali metal or alkaline earth metal in the region 426a of the oxide 406b. Specifically, the concentration of alkali metal or alkaline earth metal in the region 426a of the oxide 406b obtained by SIMS is 1 × 10 18 atoms / cm 3 or less, preferably 2 × 10 16 atoms / cm 3 or less. To do.
また、酸化物半導体において、窒素が含まれると、キャリアである電子が生じ、キャリア密度が増加し、n型化しやすい。この結果、酸化物406bの領域426aに窒素が含まれているトランジスタはノーマリーオン特性となりやすい。従って、酸化物406bの領域426aにおいて、窒素はできる限り低減されていることが好ましい、例えば、酸化物406bの領域426a中の窒素濃度は、SIMSにおいて、5×1019atoms/cm3未満、好ましくは5×1018atoms/cm3以下、より好ましくは1×1018atoms/cm3以下、さらに好ましくは5×1017atoms/cm3以下とする。 In addition, when nitrogen is contained in an oxide semiconductor, electrons serving as carriers are generated, the carrier density is increased, and the oxide semiconductor is likely to be n-type. As a result, a transistor in which nitrogen is contained in the region 426a of the oxide 406b is likely to be normally on. Therefore, it is preferable that nitrogen is reduced as much as possible in the region 426a of the oxide 406b. For example, the nitrogen concentration in the region 426a of the oxide 406b is less than 5 × 10 19 atoms / cm 3 in SIMS, preferably Is 5 × 10 18 atoms / cm 3 or less, more preferably 1 × 10 18 atoms / cm 3 or less, and even more preferably 5 × 10 17 atoms / cm 3 or less.
また、酸化物半導体に含まれる水素は、金属原子と結合する酸素と反応して水になるため、酸素欠損を形成する場合がある。該酸素欠損に水素が入ることで、キャリアである電子が生成される場合がある。また、水素の一部が金属原子と結合する酸素と結合して、キャリアである電子を生成することがある。従って、酸化物406bの領域426aに水素が多く含まれているトランジスタはノーマリーオン特性となりやすい。このため、酸化物406bの領域426a中の水素はできる限り低減されていることが好ましい。具体的には、酸化物半導体において、SIMSにより得られる水素濃度を、1×1020atoms/cm3未満、好ましくは1×1019atoms/cm3未満、より好ましくは5×1018atoms/cm3未満、さらに好ましくは1×1018atoms/cm3未満とする。 In addition, hydrogen contained in the oxide semiconductor reacts with oxygen bonded to a metal atom to become water, so that an oxygen vacancy may be formed in some cases. When hydrogen enters the oxygen vacancies, electrons serving as carriers may be generated. In addition, a part of hydrogen may be combined with oxygen bonded to a metal atom to generate electrons as carriers. Therefore, a transistor in which a large amount of hydrogen is contained in the region 426a of the oxide 406b is likely to be normally on. Therefore, hydrogen in the region 426a of the oxide 406b is preferably reduced as much as possible. Specifically, in an oxide semiconductor, the hydrogen concentration obtained by SIMS is less than 1 × 10 20 atoms / cm 3 , preferably less than 1 × 10 19 atoms / cm 3 , more preferably 5 × 10 18 atoms / cm 3. Less than 3 , more preferably less than 1 × 10 18 atoms / cm 3 .
酸化物406bの領域426a中の不純物を十分に低減することで、トランジスタに安定した電気特性を付与することができる。 By sufficiently reducing impurities in the region 426a of the oxide 406b, stable electrical characteristics can be given to the transistor.
<半導体装置の作製方法>
次に、本発明に係るトランジスタ1000を有する半導体装置の作製方法を図1および図3から図12を用いて説明する。また、図1および図3から図10において、各図の(A)は、上面図である。各図の(B)は各図の(A)にA1−A2の一点鎖線で示す部位の断面図である。また、各図の(C)は、各図の(A)にA3−A4の一点鎖線で示す部位の断面図である。
<Method for Manufacturing Semiconductor Device>
Next, a method for manufacturing a semiconductor device including the transistor 1000 according to the present invention will be described with reference to FIGS. Further, in FIGS. 1 and 3 to 10, (A) in each figure is a top view. (B) of each figure is a cross-sectional view of a portion indicated by a one-dot chain line of A1-A2 in (A) of each figure. Moreover, (C) of each figure is sectional drawing of the site | part shown with the dashed-dotted line of A3-A4 in (A) of each figure.
まず、基板400を準備する。 First, the substrate 400 is prepared.
次に、絶縁体401を成膜する。絶縁体401の成膜は、スパッタリング法、化学気相成長(CVD:Chemical Vapor Deposition)法、分子線エピタキシー(MBE:Molecular Beam Epitaxy)法、パルスレーザ堆積(PLD:Pulsed Laser Deposition)法またはALD法などを用いて行うことができる。 Next, the insulator 401 is formed. The insulator 401 is formed by a sputtering method, a chemical vapor deposition (CVD) method, a molecular beam epitaxy (MBE) method, a pulsed laser deposition (PLD) method, or an ALD method. Etc. can be used.
なお、CVD法は、プラズマを利用するプラズマCVD(PECVD:Plasma Enhanced CVD)法、熱を利用する熱CVD(TCVD:Thermal CVD)法、光を利用する光CVD(Photo CVD)法などに分類できる。さらに用いる原料ガスによって金属CVD(MCVD:Metal CVD)法、有機金属CVD(MOCVD:Metal Organic CVD)法に分けることができる。 The CVD method can be classified into a plasma CVD (PECVD: Plasma Enhanced CVD) method using plasma, a thermal CVD (TCVD: Thermal CVD) method using heat, a photo CVD (Photo CVD) method using light, and the like. . Further, it can be classified into a metal CVD (MCVD: Metal CVD) method and an organic metal CVD (MOCVD: Metal Organic CVD) method depending on the source gas used.
プラズマCVD法は、比較的低温で高品質の膜が得られる。また、熱CVD法は、プラズマを用いないため、被処理物へのプラズマダメージを小さくすることが可能な成膜方法である。例えば、半導体装置に含まれる配線、電極、素子(トランジスタ、容量素子など)などは、プラズマから電荷を受け取ることでチャージアップする場合がある。このとき、蓄積した電荷によって、半導体装置に含まれる配線、電極、素子などが破壊される場合がある。一方、プラズマを用いない熱CVD法の場合、こういったプラズマダメージが生じないため、半導体装置の歩留まりを高くすることができる。また、熱CVD法では、成膜中のプラズマダメージが生じないため、欠陥の少ない膜が得られる。 In the plasma CVD method, a high-quality film can be obtained at a relatively low temperature. Further, the thermal CVD method is a film formation method that can reduce plasma damage to an object to be processed because plasma is not used. For example, a wiring, an electrode, an element (a transistor, a capacitor, or the like) included in the semiconductor device may be charged up by receiving electric charge from plasma. At this time, a wiring, an electrode, an element, or the like included in the semiconductor device may be destroyed by the accumulated charge. On the other hand, in the case of a thermal CVD method without using plasma, such plasma damage does not occur, so that the yield of semiconductor devices can be increased. In addition, in the thermal CVD method, plasma damage during film formation does not occur, so that a film with few defects can be obtained.
また、ALD法も、被処理物へのプラズマダメージを小さくすることが可能な成膜方法である。また、ALD法も、成膜中のプラズマダメージが生じないため、欠陥の少ない膜が得られる。 The ALD method is also a film forming method that can reduce plasma damage to an object to be processed. In addition, since the ALD method does not cause plasma damage during film formation, a film with few defects can be obtained.
CVD法およびALD法は、ターゲットなどから放出される粒子が堆積する成膜方法とは異なり、被処理物の表面における反応により膜が形成される成膜方法である。したがって、被処理物の形状の影響を受けにくく、良好な段差被覆性を有する成膜方法である。特に、ALD法は、優れた段差被覆性と、優れた厚さの均一性を有するため、アスペクト比の高い開口部の表面を被覆する場合などに好適である。ただし、ALD法は、比較的成膜速度が遅いため、成膜速度の速いCVD法などの他の成膜方法と組み合わせて用いることが好ましい場合もある。 The CVD method and the ALD method are film forming methods in which a film is formed by a reaction on the surface of an object to be processed, unlike a film forming method in which particles emitted from a target or the like are deposited. Therefore, it is a film forming method that is not easily affected by the shape of the object to be processed and has good step coverage. In particular, the ALD method has excellent step coverage and excellent thickness uniformity, and thus is suitable for covering the surface of an opening having a high aspect ratio. However, since the ALD method has a relatively low film formation rate, it may be preferable to use it in combination with another film formation method such as a CVD method with a high film formation rate.
CVD法およびALD法は、原料ガスの流量比によって、得られる膜の組成を制御することができる。例えば、CVD法およびALD法では、原料ガスの流量比によって、任意の組成の膜を成膜することができる。また、例えば、CVD法およびALD法では、成膜しながら原料ガスの流量比を変化させることによって、組成が連続的に変化した膜を成膜することができる。原料ガスの流量比を変化させながら成膜する場合、複数の成膜室を用いて成膜する場合と比べて、搬送や圧力調整に掛かる時間の分、成膜に掛かる時間を短くすることができる。したがって、半導体装置の生産性を高めることができる場合がある。 In the CVD method and the ALD method, the composition of the obtained film can be controlled by the flow rate ratio of the source gases. For example, in the CVD method and the ALD method, a film having an arbitrary composition can be formed depending on the flow rate ratio of the source gases. Further, for example, in the CVD method and the ALD method, a film whose composition is continuously changed can be formed by changing the flow rate ratio of the source gas while forming the film. When film formation is performed while changing the flow rate ratio of the source gas, the time required for film formation can be shortened by the time required for conveyance and pressure adjustment compared to the case where film formation is performed using a plurality of film formation chambers. it can. Therefore, the productivity of the semiconductor device may be increased.
絶縁体401は、多層構造としてもよい。例えばスパッタリング法によって酸化アルミニウムを成膜し、該酸化アルミニウム上にALD法によって酸化アルミニウムを成膜する構造としてもよい。または、ALD法によって酸化アルミニウムを成膜し、該酸化アルミニウム上に、スパッタリング法によって酸化アルミニウムを成膜する構造としてもよい。 The insulator 401 may have a multilayer structure. For example, an aluminum oxide film may be formed by a sputtering method, and an aluminum oxide film may be formed on the aluminum oxide by an ALD method. Alternatively, a structure in which an aluminum oxide film is formed by an ALD method and an aluminum oxide film is formed on the aluminum oxide by a sputtering method may be employed.
次に絶縁体401上に絶縁体301を成膜する。絶縁体301の成膜は、スパッタリング法、CVD法、MBE法、PLD法またはALD法などを用いて行うことができる。 Next, the insulator 301 is formed over the insulator 401. The insulator 301 can be formed by a sputtering method, a CVD method, an MBE method, a PLD method, an ALD method, or the like.
次に、絶縁体301に絶縁体401に達する溝を形成する。溝とは、たとえば穴や開口部なども含まれる。溝の形成はウェットエッチングを用いてもよいが、ドライエッチングを用いるほうが微細加工には好ましい。また、絶縁体401は、絶縁体301をエッチングして溝を形成する際のエッチングストッパ膜として機能する絶縁体を選択することが好ましい。例えば、溝を形成する絶縁体301に酸化シリコン膜を用いた場合は、絶縁体401は窒化シリコン膜、酸化アルミニウム膜、酸化ハフニウム膜を用いるとよい。 Next, a groove reaching the insulator 401 is formed in the insulator 301. The groove includes, for example, a hole and an opening. The groove may be formed by wet etching, but dry etching is preferable for fine processing. As the insulator 401, an insulator that functions as an etching stopper film when the insulator 301 is etched to form a groove is preferably selected. For example, in the case where a silicon oxide film is used for the insulator 301 that forms the groove, the insulator 401 may be a silicon nitride film, an aluminum oxide film, or a hafnium oxide film.
本実施の形態では、絶縁体401として、スパッタリング法によって酸化アルミニウムを成膜し、該酸化アルミニウム上に、ALD法によって酸化アルミニウムを成膜する。また、絶縁体301として、CVD法によって酸化シリコンを成膜する。 In this embodiment, an aluminum oxide film is formed as the insulator 401 by a sputtering method, and an aluminum oxide film is formed over the aluminum oxide by an ALD method. Further, a silicon oxide film is formed as the insulator 301 by a CVD method.
溝の形成後に、導電体310aとなる導電体を成膜する。導電体310aとなる導電体は、酸素の透過を抑制する機能を有する導電体を含むことが望ましい。たとえば、窒化タンタル、窒化タングステン、窒化チタンなどを用いることができる。またはタンタル、タングステン、チタン、モリブデン、アルミニウム、銅、モリブデンタングステン合金との積層膜とすることができる。導電体310となる導電体の成膜は、スパッタリング法、CVD法、MBE法、PLD法またはALD法などを用いて行うことができる。 After forming the groove, a conductor to be the conductor 310a is formed. The conductor serving as the conductor 310a preferably includes a conductor having a function of suppressing permeation of oxygen. For example, tantalum nitride, tungsten nitride, titanium nitride, or the like can be used. Alternatively, a stacked film of tantalum, tungsten, titanium, molybdenum, aluminum, copper, or molybdenum tungsten alloy can be used. The conductor to be the conductor 310 can be formed by a sputtering method, a CVD method, an MBE method, a PLD method, an ALD method, or the like.
本実施の形態では、導電体310aとなる導電体として、スパッタリング法によって窒化タンタルを成膜する。 In this embodiment, tantalum nitride is formed by a sputtering method as the conductor to be the conductor 310a.
次に、導電体310aとなる導電体上に、導電体310bとなる導電体を成膜する。導電体310bとなる導電体の成膜は、スパッタリング法、CVD法、MBE法、PLD法またはALD法などを用いて行うことができる。 Next, a conductor to be the conductor 310b is formed over the conductor to be the conductor 310a. The conductor to be the conductor 310b can be formed by a sputtering method, a CVD method, an MBE method, a PLD method, an ALD method, or the like.
本実施の形態では、導電体310bとなる導電体として、CVD法によって窒化チタンを成膜し、該窒化チタン上にCVD法によってタングステンを成膜する。 In this embodiment, as a conductor to be the conductor 310b, titanium nitride is formed by a CVD method, and tungsten is formed over the titanium nitride by a CVD method.
次に、CMP処理を行うことで、絶縁体301上の導電体310aとなる導電体および導電体310bとなる導電体を除去する。その結果、溝部のみに、導電体310aとなる導電体および導電体310bとなる導電体が残存することで上面が平坦な導電体310aおよび導電体310bを含む導電体310を形成することができる(図3(A)、(B)および(C)参照。)。 Next, by performing CMP treatment, the conductor to be the conductor 310a and the conductor to be the conductor 310b on the insulator 301 are removed. As a result, the conductor 310a and the conductor 310b including the conductor 310b having a flat upper surface can be formed by leaving the conductor to be the conductor 310a and the conductor to be the conductor 310b remaining only in the groove portion ( (See FIGS. 3A, 3B, and 3C.)
次に、絶縁体301上および導電体310上に絶縁体302を成膜する。絶縁体302の成膜は、スパッタリング法、CVD法、MBE法、PLD法またはALD法などを用いて行うことができる。 Next, the insulator 302 is formed over the insulator 301 and the conductor 310. The insulator 302 can be formed by a sputtering method, a CVD method, an MBE method, a PLD method, an ALD method, or the like.
次に、絶縁体302上に絶縁体303を成膜する。絶縁体303の成膜は、スパッタリング法、CVD法、MBE法、PLD法またはALD法などを用いて行うことができる。 Next, the insulator 303 is formed over the insulator 302. The insulator 303 can be formed by a sputtering method, a CVD method, an MBE method, a PLD method, an ALD method, or the like.
次に、絶縁体303上に絶縁体402を成膜する。絶縁体402の成膜は、スパッタリング法、CVD法、MBE法、PLD法またはALD法などを用いて行うことができる。 Next, the insulator 402 is formed over the insulator 303. The insulator 402 can be formed by a sputtering method, a CVD method, an MBE method, a PLD method, an ALD method, or the like.
次に、第1の加熱処理を行うと好ましい。第1の加熱処理は、250℃以上650℃以下、好ましくは300℃以上500℃以下、さらに好ましくは320℃以上450℃以下で行えばよい。第1の加熱処理は、窒素または不活性ガス雰囲気、または酸化性ガスを10ppm以上、1%以上もしくは10%以上含む雰囲気で行う。第1の加熱処理は減圧状態で行ってもよい。または、第1の加熱処理は、窒素または不活性ガス雰囲気で加熱処理した後に、脱離した酸素を補うために酸化性ガスを10ppm以上、1%以上または10%以上含む雰囲気で加熱処理を行ってもよい。第1の加熱処理によって、絶縁体402に含まれる水素や水などの不純物を除去することなどができる。または、第1の加熱処理において、減圧状態で酸素を含むプラズマ処理を行ってもよい。酸素を含むプラズマ処理は、例えばマイクロ波を用いた高密度プラズマを発生させる電源を有する装置を用いることが好ましい。または、基板側にRF(Radio Frequency)を印加する電源を有してもよい。高密度プラズマを用いることより高密度の酸素ラジカルを生成することができ、基板側にRFを印加することで高密度プラズマによって生成された酸素ラジカルを効率よく絶縁体402内に導くことができる。または、この装置を用いて不活性ガスを含むプラズマ処理を行った後に脱離した酸素を補うために酸素を含むプラズマ処理を行ってもよい。尚、第1の加熱処理は行わなくても良い場合がある。 Next, it is preferable to perform a first heat treatment. The first heat treatment may be performed at 250 ° C to 650 ° C, preferably 300 ° C to 500 ° C, more preferably 320 ° C to 450 ° C. The first heat treatment is performed in a nitrogen or inert gas atmosphere or an atmosphere containing an oxidizing gas of 10 ppm or more, 1% or more, or 10% or more. The first heat treatment may be performed in a reduced pressure state. Alternatively, in the first heat treatment, after heat treatment in a nitrogen or inert gas atmosphere, heat treatment is performed in an atmosphere containing an oxidizing gas of 10 ppm or more, 1% or more, or 10% or more in order to supplement the desorbed oxygen. May be. By the first heat treatment, impurities such as hydrogen and water contained in the insulator 402 can be removed. Alternatively, in the first heat treatment, plasma treatment containing oxygen may be performed in a reduced pressure state. For the plasma treatment including oxygen, it is preferable to use an apparatus having a power source that generates high-density plasma using microwaves, for example. Alternatively, a power supply for applying RF (Radio Frequency) may be provided on the substrate side. High-density oxygen radicals can be generated by using high-density plasma, and oxygen radicals generated by high-density plasma can be efficiently guided into the insulator 402 by applying RF to the substrate side. Alternatively, plasma treatment containing oxygen may be performed to supplement oxygen that has been desorbed after performing plasma treatment containing an inert gas using this apparatus. Note that the first heat treatment may not be performed.
また、該加熱処理は、絶縁体302成膜後、絶縁体303の成膜後および絶縁体402の成膜後それぞれに行うこともできる。該加熱処理は、第1の加熱処理条件を用いることができるが、絶縁体302成膜後の加熱処理は、窒素を含む雰囲気中で行うことが好ましい。 The heat treatment can also be performed after the insulator 302 is formed, after the insulator 303 is formed, and after the insulator 402 is formed. Although the first heat treatment condition can be used for the heat treatment, the heat treatment after the formation of the insulator 302 is preferably performed in an atmosphere containing nitrogen.
本実施の形態では、第1の加熱処理として、絶縁体402成膜後に窒素雰囲気にて400℃の温度で1時間の処理を行なった後に、連続して酸素雰囲気にて400℃の温度で1時間の処理を行う。 In this embodiment, as the first heat treatment, after the insulator 402 is formed, a treatment is performed in a nitrogen atmosphere at a temperature of 400 ° C. for 1 hour, and then continuously in an oxygen atmosphere at a temperature of 400 ° C. Do time processing.
次に、絶縁体402上に酸化膜406aAと酸化膜406bAを順に成膜する(図3(A)、(B)および(C)参照。)。なお、酸化膜406aAと酸化膜406bAは、大気環境にさらさずに連続して成膜することが好ましい。この様に成膜することで、酸化膜406aA上に大気環境からの不純物または水分が付着することを防ぐことができ、酸化膜406aAと、酸化膜406bA、との界面近傍を清浄に保つことができる。 Next, an oxide film 406aA and an oxide film 406bA are formed in this order over the insulator 402 (see FIGS. 3A, 3B, and 3C). Note that the oxide film 406aA and the oxide film 406bA are preferably formed successively without being exposed to the air environment. By forming the film in this manner, impurities or moisture from the atmospheric environment can be prevented from adhering to the oxide film 406aA, and the vicinity of the interface between the oxide film 406aA and the oxide film 406bA can be kept clean. it can.
酸化膜406aAと酸化膜406bAの成膜はスパッタリング法、CVD法、MBE法、PLD法またはALD法などを用いて行うことができる。 The oxide film 406aA and the oxide film 406bA can be formed by a sputtering method, a CVD method, an MBE method, a PLD method, an ALD method, or the like.
例えば、酸化膜406aAと酸化膜406bAの成膜をスパッタリング法によって成膜する場合は、スパッタリングガスとして酸素、または、酸素と希ガスの混合ガスを用いる。スパッタリングガスに含まれる酸素の割合を高めることで、成膜される酸化膜中の過剰酸素を増やすことができる。また、酸化膜406aAと酸化膜406bAの成膜をスパッタリング法によって成膜する場合は、上記のIn−M−Zn酸化物ターゲットを用いることができる。 For example, when the oxide film 406aA and the oxide film 406bA are formed by a sputtering method, oxygen or a mixed gas of oxygen and a rare gas is used as a sputtering gas. By increasing the proportion of oxygen contained in the sputtering gas, excess oxygen in the oxide film to be formed can be increased. In the case where the oxide film 406aA and the oxide film 406bA are formed by a sputtering method, the above-described In-M-Zn oxide target can be used.
特に、酸化膜406aAの成膜時に、スパッタリングガスに含まれる酸素の一部が絶縁体402に供給される場合がある。 In particular, part of oxygen contained in the sputtering gas may be supplied to the insulator 402 when the oxide film 406aA is formed.
なお、酸化膜406aAのスパッタリングガスに含まれる酸素の割合は70%以上、好ましくは80%以上、より好ましくは100%とすればよい。 Note that the ratio of oxygen contained in the sputtering gas of the oxide film 406aA is 70% or more, preferably 80% or more, and more preferably 100%.
続いて、酸化膜406bAをスパッタリング法で形成する。この時、スパッタリングガスに含まれる酸素の割合を1%以上30%以下、好ましくは5%以上20%以下として成膜すると、酸素欠乏型の酸化物半導体が形成される。酸素欠乏型の酸化物半導体を用いたトランジスタは、比較的高い電界効果移動度が得られる。 Subsequently, an oxide film 406bA is formed by a sputtering method. At this time, when the film is formed so that the proportion of oxygen contained in the sputtering gas is 1% to 30%, preferably 5% to 20%, an oxygen-deficient oxide semiconductor is formed. A transistor including an oxygen-deficient oxide semiconductor can have a relatively high field-effect mobility.
酸化膜406bAに酸素欠乏型の酸化物半導体を用いる場合は、酸化膜406aAに過剰酸素を含む酸化膜を用いることが好ましい。また、酸化膜406bAの成膜後に酸素ドープ処理を行ってもよい。 In the case where an oxygen-deficient oxide semiconductor is used for the oxide film 406bA, an oxide film containing excess oxygen is preferably used for the oxide film 406aA. Alternatively, oxygen doping treatment may be performed after the oxide film 406bA is formed.
本実施の形態では、酸化膜406aAとして、スパッタリング法によって、In:Ga:Zn=1:3:4[原子数比]のターゲットを用いて成膜し、酸化膜406bAとして、スパッタリング法によって、In:Ga:Zn=4:2:4.1[原子数比]のターゲットを用いて成膜する。 In this embodiment, the oxide film 406aA is formed by a sputtering method using a target of In: Ga: Zn = 1: 3: 4 [atomic ratio], and the oxide film 406bA is formed by an sputtering method using In. : Ga: Zn = 4: 2: 4.1 [atomic ratio] Target is used for film formation.
次に、第2の加熱処理を行ってもよい。第2の加熱処理は、第1の加熱処理条件を用いることができる。第2の加熱処理によって、酸化膜406aAおよび酸化膜406bA中の水素や水などの不純物を除去することなどができる。本実施の形態では、窒素雰囲気にて400℃の温度で1時間の処理を行なった後に、連続して酸素雰囲気にて400℃の温度で1時間の処理を行う。 Next, second heat treatment may be performed. For the second heat treatment, first heat treatment conditions can be used. By the second heat treatment, impurities such as hydrogen and water in the oxide film 406aA and the oxide film 406bA can be removed. In this embodiment mode, after processing for one hour at a temperature of 400 ° C. in a nitrogen atmosphere, the processing is continuously performed for one hour at a temperature of 400 ° C. in an oxygen atmosphere.
次に、酸化膜406aAおよび酸化膜406bAを島状に加工して、酸化物406aおよび酸化物406bを形成する(図4(A)、(B)および(C)参照。)。ここで、酸化物406aおよび酸化物406bは、少なくとも一部が導電体310と重なるように形成する。酸化膜406aAおよび酸化膜406bAの加工はリソグラフィー法を用いて行えばよい。該加工においては、酸化物406aおよび酸化物406bの断面形状がテーパー形状を有することが好ましい。該テーパー角度は、基板底面と平行な面に対して、30度以上75度未満、好ましくは30度以上70度未満とする。このようなテーパー角度を有することによって、以降の成膜工程における膜の被覆性が向上する。また、該加工はドライエッチング法やウェットエッチング法を用いることができる。ドライエッチング法による加工は微細加工および上述のテーパー形状の加工に適している。 Next, the oxide film 406aA and the oxide film 406bA are processed into island shapes, so that the oxide 406a and the oxide 406b are formed (see FIGS. 4A, 4B, and 4C). Here, the oxide 406 a and the oxide 406 b are formed so that at least part of them overlaps with the conductor 310. The oxide film 406aA and the oxide film 406bA may be processed using a lithography method. In the processing, it is preferable that the cross-sectional shapes of the oxide 406a and the oxide 406b have a tapered shape. The taper angle is 30 degrees or more and less than 75 degrees, preferably 30 degrees or more and less than 70 degrees with respect to a plane parallel to the bottom surface of the substrate. By having such a taper angle, the coverage of the film in the subsequent film formation process is improved. In addition, a dry etching method or a wet etching method can be used for the processing. Processing by the dry etching method is suitable for fine processing and the above-described tapered processing.
なお、リソグラフィー法では、まず、マスクを介してレジストを露光する。次に、露光された領域を、現像液を用いて除去または残存させてレジストマスクを形成する。次に、当該レジストマスクを介してエッチング処理することで導電体、半導体または絶縁体などを所望の形状に加工することができる。例えば、KrFエキシマレーザ光、ArFエキシマレーザ光、EUV(Extreme Ultraviolet)光などを用いて、レジストを露光することでレジストマスクを形成すればよい。また、基板と投影レンズとの間に液体(例えば水)を満たして露光する、液浸技術を用いてもよい。また、前述した光に代えて、電子ビームやイオンビームを用いてもよい。なお、電子ビームやイオンビームを用いる場合には、マスクは不要となる。なお、レジストマスクの除去には、アッシングなどのドライエッチング処理を行う、ウェットエッチング処理を行う、ドライエッチング処理後にウェットエッチング処理を行う、またはウェットエッチング処理後にドライエッチング処理を行うことができる。 In the lithography method, first, a resist is exposed through a mask. Next, a resist mask is formed by removing or leaving the exposed region using a developer. Next, a conductor, a semiconductor, an insulator, or the like can be processed into a desired shape by etching through the resist mask. For example, the resist mask may be formed by exposing the resist using KrF excimer laser light, ArF excimer laser light, EUV (Extreme Ultraviolet) light, or the like. Further, an immersion technique may be used in which exposure is performed by filling a liquid (for example, water) between the substrate and the projection lens. Further, instead of the light described above, an electron beam or an ion beam may be used. Note that a mask is not necessary when an electron beam or an ion beam is used. Note that the resist mask can be removed by performing a dry etching process such as ashing, performing a wet etching process, performing a wet etching process after the dry etching process, or performing a dry etching process after the wet etching process.
また、レジストマスクの代わりに絶縁体や導電体からなるハードマスクを用いてもよい。ハードマスクを用いる場合、酸化膜406bA上にハードマスク材料となる絶縁膜や導電膜を形成し、その上にレジストマスクを形成し、ハードマスク材料をエッチングすることで所望の形状のハードマスクを形成することができる。酸化膜406aAおよび酸化膜406bAのエッチングは、レジストマスクを除去してから行っても良いし、レジストマスクを残したまま行っても良い。後者の場合、エッチング中にレジストマスクが消失することがある。酸化膜406aAおよび酸化膜406bAのエッチング後にハードマスクをエッチングにより除去しても良い。一方、ハードマスクの材料が後工程に影響が無い、あるいは後工程で利用できる場合、必ずしもハードマスクを除去する必要は無い。 Further, a hard mask made of an insulator or a conductor may be used instead of the resist mask. In the case of using a hard mask, an insulating film or a conductive film to be a hard mask material is formed over the oxide film 406bA, a resist mask is formed thereon, and the hard mask material is etched to form a hard mask having a desired shape. can do. The etching of the oxide film 406aA and the oxide film 406bA may be performed after the resist mask is removed, or may be performed while leaving the resist mask. In the latter case, the resist mask may disappear during etching. The hard mask may be removed by etching after the oxide film 406aA and the oxide film 406bA are etched. On the other hand, when the material of the hard mask does not affect the subsequent process or can be used in the subsequent process, it is not always necessary to remove the hard mask.
ドライエッチング装置としては、平行平板型電極を有する容量結合型プラズマ(CCP:Capacitively Coupled Plasma)エッチング装置を用いることができる。平行平板型電極を有する容量結合型プラズマエッチング装置は、平行平板型電極の一方の電極に高周波電源を印加する構成でもよい。または平行平板型電極の一方の電極に複数の異なった高周波電源を印加する構成でもよい。または平行平板型電極それぞれに同じ周波数の高周波電源を印加する構成でもよい。または平行平板型電極それぞれに周波数の異なる高周波電源を印加する構成でもよい。または高密度プラズマ源を有するドライエッチング装置を用いることができる。高密度プラズマ源を有するドライエッチング装置は、例えば、誘導結合型プラズマ(ICP:Inductively Coupled Plasma)エッチング装置などを用いることができる。 As the dry etching apparatus, a capacitively coupled plasma (CCP) etching apparatus having parallel plate electrodes can be used. The capacitively coupled plasma etching apparatus having parallel plate electrodes may be configured to apply a high frequency power source to one of the parallel plate electrodes. Alternatively, a configuration in which a plurality of different high-frequency power sources are applied to one electrode of the parallel plate electrode may be employed. Or the structure which applies the high frequency power supply of the same frequency to each parallel plate type | mold electrode may be sufficient. Or the structure which applies the high frequency power source from which a frequency differs to each parallel plate type | mold electrode may be sufficient. Alternatively, a dry etching apparatus having a high-density plasma source can be used. As a dry etching apparatus having a high-density plasma source, for example, an inductively coupled plasma (ICP) etching apparatus or the like can be used.
これまでのドライエッチングなどの処理を行うことによって、エッチングガスなどに起因した不純物が酸化物406aおよび酸化物406bなどの表面または内部に付着または拡散することがある。不純物としては、例えば、フッ素または塩素などがある。 By performing a process such as conventional dry etching, impurities due to an etching gas or the like may adhere or diffuse to the surface or inside of the oxide 406a and the oxide 406b. Examples of impurities include fluorine and chlorine.
上記の不純物などを除去するために、洗浄を行う。洗浄方法としては、洗浄液など用いたウェット洗浄、プラズマを用いたプラズマ処理または、熱処理による洗浄などがあり、上記洗浄を適宜組み合わせて行ってもよい。 Cleaning is performed in order to remove the impurities and the like. Examples of the cleaning method include wet cleaning using a cleaning liquid, plasma processing using plasma, cleaning by heat treatment, and the like, and the above cleaning may be performed in combination as appropriate.
ウェット洗浄としては、シュウ酸、リン酸またはフッ化水素酸などを炭酸水または純水で希釈した水溶液を用いて洗浄処理を行ってもよい。または、純水または炭酸水を用いた超音波洗浄を行ってもよい。本実施の形態では、純水または炭酸水を用いた超音波洗浄を行う。 As the wet cleaning, a cleaning process may be performed using an aqueous solution obtained by diluting oxalic acid, phosphoric acid, hydrofluoric acid, or the like with carbonated water or pure water. Alternatively, ultrasonic cleaning using pure water or carbonated water may be performed. In this embodiment, ultrasonic cleaning using pure water or carbonated water is performed.
次に、第3の加熱処理を行っても良い。加熱処理の条件は、上述の第1の加熱処理の条件を用いることができる。なお、第3の加熱処理は行わなくてもよい場合がある。本実施の形態では、第3の加熱処理は行わない。 Next, third heat treatment may be performed. The first heat treatment condition described above can be used as the heat treatment condition. Note that the third heat treatment may not be performed. In this embodiment, the third heat treatment is not performed.
次に、絶縁体402および酸化物406の上に、絶縁膜412A、導電膜404aA、導電膜404bA、およびバッファ層405Aを、順に成膜する(図5(A)、(B)および(C)参照。)。 Next, the insulating film 412A, the conductive film 404aA, the conductive film 404bA, and the buffer layer 405A are sequentially formed over the insulator 402 and the oxide 406 (FIGS. 5A, 5B, and 5C). reference.).
絶縁膜412Aの成膜は、スパッタリング法、CVD法、MBE法、PLD法またはALD法などを用いて行うことができる。 The insulating film 412A can be formed by a sputtering method, a CVD method, an MBE method, a PLD method, an ALD method, or the like.
ここで、第4の加熱処理を行うことができる。加熱処理は、第1の加熱処理条件を用いることができる。該加熱処理によって、絶縁膜412A中の水分濃度および水素濃度を低減させることができる。なお、第4の加熱処理は行わなくてもよい場合がある。 Here, fourth heat treatment can be performed. The first heat treatment condition can be used for the heat treatment. By the heat treatment, the moisture concentration and the hydrogen concentration in the insulating film 412A can be reduced. Note that the fourth heat treatment may not be performed.
導電膜404aAの成膜は、スパッタリング法、CVD法、MBE法、PLD法またはALD法などを用いて行うことができる。導電膜404aAとして上記の導電体404aとして用いることができる導電性酸化物を、スパッタリング法を用いて酸素を含む雰囲気で成膜することで、絶縁体412に酸素を添加し、酸化物406bに酸素を供給することが可能となる。 The conductive film 404aA can be formed by a sputtering method, a CVD method, an MBE method, a PLD method, an ALD method, or the like. A conductive oxide that can be used as the above-described conductor 404a is formed as the conductive film 404aA in an atmosphere containing oxygen by a sputtering method, so that oxygen is added to the insulator 412 and oxygen is added to the oxide 406b. Can be supplied.
導電膜404bAの成膜は、スパッタリング法、CVD法、MBE法、PLD法またはALD法などを用いて行うことができる。導電膜404bAの成膜をスパッタリング法で行うことで、導電膜404aAの電気抵抗値を低下させて導電体とすることができる。これをOC(Oxide Conductor)電極と呼ぶことができる。該OC電極上の導電体上に、さらに導電体をスパッタリング法などによって成膜してもよい。 The conductive film 404bA can be formed by a sputtering method, a CVD method, an MBE method, a PLD method, an ALD method, or the like. When the conductive film 404bA is formed by a sputtering method, the electrical resistance value of the conductive film 404aA can be reduced to obtain a conductor. This can be called an OC (Oxide Conductor) electrode. A conductor may be further formed on the conductor on the OC electrode by sputtering or the like.
バッファ層405Aの成膜は、スパッタリング法、CVD法、MBE法、PLD法またはALD法などを用いて行うことができる。上述の通り、バッファ層405Aは、導電体を用いてもよいし、絶縁体を用いてもよい。ここで、バッファ層405Aの膜厚は、酸化物406の膜厚より厚くすることが好ましい。例えば、バッファ層405Aの膜厚を10nm以上100nm以下とすることが好ましい。これにより、後の工程でサイドウォール絶縁体418を形成する際、サイドウォール絶縁体418を残存させやすくなる。 The buffer layer 405A can be formed by a sputtering method, a CVD method, an MBE method, a PLD method, an ALD method, or the like. As described above, the buffer layer 405A may use a conductor or an insulator. Here, the thickness of the buffer layer 405 </ b> A is preferably larger than the thickness of the oxide 406. For example, the thickness of the buffer layer 405A is preferably 10 nm to 100 nm. Accordingly, when the sidewall insulator 418 is formed in a later process, the sidewall insulator 418 is easily left.
ここで、第5の加熱処理を行うことができる。加熱処理は、第1の加熱処理条件を用いることができる。なお、第5の加熱処理は行わなくてもよい場合がある。 Here, fifth heat treatment can be performed. The first heat treatment condition can be used for the heat treatment. Note that the fifth heat treatment may not be performed.
次に、絶縁膜412A、導電膜404aA、導電膜404bA、およびバッファ層405Aを、エッチングして、絶縁体412、導電体404a、導電体404b、およびバッファ層405Bを形成する(図6(A)、(B)および(C)参照。)。絶縁体412、導電体404a、導電体404b、およびバッファ層405Bは、少なくとも一部が、導電体310および酸化物406を重なるように形成する。 Next, the insulating film 412A, the conductive film 404aA, the conductive film 404bA, and the buffer layer 405A are etched to form the insulator 412, the conductor 404a, the conductor 404b, and the buffer layer 405B (FIG. 6A). (See (B) and (C).) The insulator 412, the conductor 404a, the conductor 404b, and the buffer layer 405B are formed so that at least a part thereof overlaps with the conductor 310 and the oxide 406.
ここで、絶縁体412、導電体404a、導電体404b、およびバッファ層405Bの断面形状が、可能な限りテーパー形状を有しないことが好ましい。これにより、後の工程でサイドウォール絶縁体418を形成する際、サイドウォール絶縁体418を残存させやすくなる。 Here, it is preferable that the cross-sectional shapes of the insulator 412, the conductor 404a, the conductor 404b, and the buffer layer 405B have a tapered shape as much as possible. Accordingly, when the sidewall insulator 418 is formed in a later process, the sidewall insulator 418 is easily left.
また、該エッチングにより、酸化物406bの絶縁体412と重ならない領域の上部がエッチングされる場合がある。この場合、酸化物406bの絶縁体412と重なる領域の膜厚が、絶縁体412と重ならない領域の膜厚より厚くなる。 In addition, the etching may etch an upper portion of a region of the oxide 406b that does not overlap with the insulator 412. In this case, the thickness of the region overlapping with the insulator 412 of the oxide 406b is larger than the thickness of the region not overlapping with the insulator 412.
次に、絶縁体402、酸化物406、絶縁体412、導電体404、およびバッファ層405Bを覆って、ALD法を用いて、絶縁膜418Aを成膜する(図7(A)、(B)および(C)参照。)。絶縁膜418Aを、ALD法を用いて成膜することで、膜厚を1nm以上20nm以下程度、例えば1nm程度にすることができる。さらに、絶縁体412、導電体404、およびバッファ層405Bからなる構造体のアスペクト比が非常に大きくても、該構造体の上面および側面に、ピンホールが少なく、かつ膜厚が均一に成膜することができる。本実施の形態では、絶縁膜418Aとして、ALD法によって酸化アルミニウムを成膜する。 Next, the insulating film 418A is formed by an ALD method so as to cover the insulator 402, the oxide 406, the insulator 412, the conductor 404, and the buffer layer 405B (FIGS. 7A and 7B). And (C).) By forming the insulating film 418A using the ALD method, the thickness can be set to about 1 nm to 20 nm, for example, about 1 nm. Further, even when the structure including the insulator 412, the conductor 404, and the buffer layer 405B has a very high aspect ratio, the structure has a uniform film thickness with few pinholes on the top and side surfaces of the structure. can do. In this embodiment, aluminum oxide is formed by an ALD method as the insulating film 418A.
次に、絶縁膜418Aに異方性のエッチング処理を行って、絶縁体412、導電体404、およびバッファ層405Bの側面に接して、サイドウォール絶縁体418Bを形成する(図8(A)、(B)および(C)参照。)。異方性のエッチング処理としては、ドライエッチング処理を行うことが好ましい。これにより、基板400に略平行な面に成膜された絶縁膜418Aを除去して、サイドウォール絶縁体418Bを自己整合的に形成することができる。 Next, anisotropic etching is performed on the insulating film 418A to form sidewall insulators 418B in contact with the side surfaces of the insulator 412, the conductor 404, and the buffer layer 405B (FIG. 8A). (See (B) and (C).) As an anisotropic etching process, it is preferable to perform a dry etching process. Thus, the insulating film 418A formed on the surface substantially parallel to the substrate 400 can be removed, and the sidewall insulator 418B can be formed in a self-aligning manner.
ここで、バッファ層405Bの膜厚を酸化物406の膜厚より厚くし、例えば、10nm以上100nm以下にしておくことで、該エッチング処理でサイドウォール絶縁体418Bの上部が除去されても、サイドウォール絶縁体418Bの絶縁体412および導電体404と接する部分は残存させることができる。さらに、酸化物406の端部をテーパー形状とすることにより、酸化物406の側面に接して成膜された絶縁膜418Aを除去するための時間が短縮され、より容易にサイドウォール絶縁体418Bを形成することができる。 Here, by setting the thickness of the buffer layer 405B to be larger than that of the oxide 406, for example, 10 nm or more and 100 nm or less, even if the upper portion of the sidewall insulator 418B is removed by the etching treatment, The portions of the wall insulator 418B that are in contact with the insulator 412 and the conductor 404 can remain. Further, by forming the end portion of the oxide 406 in a tapered shape, the time for removing the insulating film 418A formed in contact with the side surface of the oxide 406 is shortened, and the sidewall insulator 418B can be more easily formed. Can be formed.
また、酸化物406の側面に接してサイドウォール絶縁体が残存する場合もある。当該サイドウォール絶縁体を酸化物406の側面に接して設けることで、酸化物406に混入する水または水素などの不純物を低減し、酸化物406から酸素が外方拡散するのを防ぐことができる場合がある。 In some cases, the sidewall insulator remains in contact with the side surface of the oxide 406. By providing the sidewall insulator in contact with the side surface of the oxide 406, impurities such as water or hydrogen mixed in the oxide 406 can be reduced and oxygen can be prevented from diffusing outward from the oxide 406. There is a case.
次に、絶縁体402、酸化物406、サイドウォール絶縁体418B、およびバッファ層405Bを覆って、絶縁膜409Aを成膜する(図9(A)、(B)および(C)参照。)。絶縁膜409Aの成膜は、スパッタリング法、CVD法、MBE法、PLD法またはALD法などを用いて行うことができ、例えば、PECVD法を用いることが好ましい。 Next, an insulating film 409A is formed to cover the insulator 402, the oxide 406, the sidewall insulator 418B, and the buffer layer 405B (see FIGS. 9A, 9B, and 9C). The insulating film 409A can be formed by a sputtering method, a CVD method, an MBE method, a PLD method, an ALD method, or the like. For example, a PECVD method is preferably used.
絶縁膜409Aの成膜は、窒素または水素の少なくとも一方を含む雰囲気で行うことが好ましい。このような雰囲気で成膜を行うことで、酸化物406bの絶縁体412と重ならない領域を中心に、酸素欠損を形成し、当該酸素欠損と窒素または水素などの不純物元素を結合させて、キャリア密度を高くすることができる。このようにして、低抵抗化された、領域426b及び領域426cを形成することができる。絶縁膜409Aとして、例えばCVD法を用いて、窒化シリコン、窒化酸化シリコン、酸化窒化シリコンを用いることができる。本実施の形態では、絶縁膜409Aとして、窒化酸化シリコンを用いる。 The insulating film 409A is preferably formed in an atmosphere containing at least one of nitrogen and hydrogen. By performing deposition in such an atmosphere, oxygen vacancies are formed around a region of the oxide 406b that does not overlap with the insulator 412 and the oxygen vacancies are bonded to an impurity element such as nitrogen or hydrogen, so that carriers The density can be increased. In this manner, the region 426b and the region 426c with reduced resistance can be formed. As the insulating film 409A, for example, silicon nitride, silicon nitride oxide, or silicon oxynitride can be used by a CVD method. In this embodiment, silicon nitride oxide is used as the insulating film 409A.
このように、本実施の形態に示す半導体装置の作製方法では、チャネル長が10nmから30nm程度に微細化されたトランジスタでも、絶縁膜409Aの成膜により、ソース領域およびドレイン領域を自己整合的に形成することができる。よって、微細化または高集積化された半導体装置も、歩留まり良く製造することができる。 As described above, in the method for manufacturing the semiconductor device described in this embodiment, the source region and the drain region are formed in a self-aligned manner by forming the insulating film 409A even in a transistor whose channel length is reduced to about 10 nm to 30 nm. Can be formed. Therefore, a miniaturized or highly integrated semiconductor device can also be manufactured with high yield.
また、絶縁膜409Aを成膜する前にプラズマ処理を行ってもよい。当該プラズマ処理は、例えば、上述の酸素欠損を形成する元素、または酸素欠損と結合する元素を含む雰囲気で行えばよい。 Alternatively, plasma treatment may be performed before the insulating film 409A is formed. The plasma treatment may be performed in an atmosphere containing an element that forms oxygen vacancies or an element that combines with oxygen vacancies, for example.
なお、プラズマ処理のみで酸化物406に領域426bおよび領域426を形成する構成にしてもよい。ただし、酸化物406に領域426bおよび領域426cを形成した後で、絶縁体409などと同様の、水または水素などの不純物、および酸素の透過を抑制する機能を有する絶縁性材料を用いることが好ましい。領域426bおよび領域426cの上にこのような絶縁体を設けることにより、水または水素などの不純物、や酸素が領域426bおよび領域426cに混入して、キャリア密度が変化することを防ぐことができる。 Note that the region 426b and the region 426 may be formed in the oxide 406 only by plasma treatment. Note that after the regions 426b and 426c are formed in the oxide 406, it is preferable to use an insulating material having a function of suppressing transmission of impurities such as water or hydrogen and oxygen, which is similar to the insulator 409 and the like. . By providing such an insulator over the region 426b and the region 426c, it is possible to prevent impurities such as water or hydrogen and oxygen from entering the region 426b and the region 426c and changing the carrier density.
次に、絶縁膜409Aの上に、絶縁体410となる絶縁膜を成膜する。絶縁体410となる絶縁膜の成膜は、スパッタリング法、CVD法、MBE法、PLD法またはALD法などを用いて行うことができる。 Next, an insulating film to be the insulator 410 is formed over the insulating film 409A. The insulating film to be the insulator 410 can be formed by a sputtering method, a CVD method, an MBE method, a PLD method, an ALD method, or the like.
次に、絶縁体410となる絶縁膜、バッファ層405B、サイドウォール絶縁体418B、および絶縁膜409Aの一部を、導電体404bの一部が露出するまで除去して、絶縁体410、バッファ層405、サイドウォール絶縁体418、および絶縁体409を形成する(図10(A)、(B)および(C)参照。)。絶縁体410、バッファ層405、サイドウォール絶縁体418、および絶縁体409の形成にはCMP処理を用いることが好ましい。 Next, the insulating film to be the insulator 410, the buffer layer 405B, the sidewall insulator 418B, and a part of the insulating film 409A are removed until part of the conductor 404b is exposed. 405, a sidewall insulator 418, and an insulator 409 are formed (see FIGS. 10A, 10B, and 10C). A CMP treatment is preferably used for forming the insulator 410, the buffer layer 405, the sidewall insulator 418, and the insulator 409.
図10(B)(C)に示すように、導電体404bの上部が露出するまでCMP処理を行うことで、導電体404bの最上面と、サイドウォール絶縁体418、絶縁体409、絶縁体410、およびバッファ層405の最上面が略一致する。 As shown in FIGS. 10B and 10C, the top surface of the conductor 404b, the sidewall insulator 418, the insulator 409, and the insulator 410 are subjected to CMP until the upper portion of the conductor 404b is exposed. , And the uppermost surface of the buffer layer 405 substantially coincide.
次に、絶縁体415を成膜する。絶縁体415の成膜は、スパッタリング法、CVD法、MBE法、PLD法またはALD法などを用いて行うことができる。または、スピンコート法、ディップ法、液滴吐出法(インクジェット法など)、印刷法(スクリーン印刷、オフセット印刷など)、ドクターナイフ法、ロールコーター法またはカーテンコーター法などを用いて行うことができる。 Next, an insulator 415 is formed. The insulator 415 can be formed by a sputtering method, a CVD method, an MBE method, a PLD method, an ALD method, or the like. Alternatively, a spin coating method, a dip method, a droplet discharge method (such as an ink jet method), a printing method (such as screen printing or offset printing), a doctor knife method, a roll coater method, or a curtain coater method can be used.
絶縁体415は、上面が平坦性を有するように形成してもよい。例えば、絶縁体415は、成膜直後に上面が平坦性を有していてもよい。または、例えば、絶縁体415は、成膜後に基板裏面などの基準面と平行になるよう絶縁体などを上面から除去していくことで平坦性を有してもよい。このような処理を、平坦化処理と呼ぶ。平坦化処理としては、CMP処理、ドライエッチング処理などがある。ただし、絶縁体415の上面が平坦性を有さなくても構わない。 The insulator 415 may be formed so that an upper surface thereof is flat. For example, the insulator 415 may have a flat upper surface immediately after film formation. Alternatively, for example, the insulator 415 may have flatness by removing the insulator and the like from the upper surface so as to be parallel to a reference surface such as the back surface of the substrate after film formation. Such a process is called a flattening process. Examples of the planarization process include a CMP process and a dry etching process. However, the top surface of the insulator 415 may not have flatness.
次に。絶縁体415上に、絶縁体420を成膜する。絶縁体420の成膜は、金属酸化物を用いることが好ましく、スパッタリング法、CVD法、MBE法、PLD法またはALD法などを用いて行うことができる。 next. An insulator 420 is formed over the insulator 415. The insulator 420 is preferably formed using a metal oxide, and can be formed by a sputtering method, a CVD method, an MBE method, a PLD method, an ALD method, or the like.
絶縁体420としては、酸素プラズマを用いたスパッタリング法によって酸化アルミニウムを成膜することで、酸素を絶縁体410に添加することができる。添加された酸素は絶縁体410中で過剰酸素となる。 As the insulator 420, oxygen can be added to the insulator 410 by forming an aluminum oxide film by a sputtering method using oxygen plasma. The added oxygen becomes excess oxygen in the insulator 410.
絶縁体420は、多層構造としてもよい。例えばスパッタリング法によって酸化アルミニウムを成膜し、該酸化アルミニウム上にALD法によって酸化アルミニウムを成膜する構造としてもよい。または、ALD法によって酸化アルミニウムを成膜し、該酸化アルミニウム上に、スパッタリング法によって酸化アルミニウムを成膜する構造としてもよい。 The insulator 420 may have a multilayer structure. For example, an aluminum oxide film may be formed by a sputtering method, and an aluminum oxide film may be formed on the aluminum oxide by an ALD method. Alternatively, a structure in which an aluminum oxide film is formed by an ALD method and an aluminum oxide film is formed on the aluminum oxide by a sputtering method may be employed.
ここで、第6の加熱処理を行うことができる。加熱処理は、第1の加熱処理条件を用いることができる。なお、第6の加熱処理は行わなくてもよい場合がある。 Here, sixth heat treatment can be performed. The first heat treatment condition can be used for the heat treatment. Note that the sixth heat treatment may not be performed.
以上により、トランジスタ1000を有する半導体装置を作製することができる(図1参照。)。 Through the above steps, a semiconductor device including the transistor 1000 can be manufactured (see FIG. 1).
上記の半導体装置の作製方法においては、酸化物406に接して絶縁膜409Aを成膜することにより、領域426bおよび領域426cを形成したが、本実施の形態に係る半導体装置の作製方法はこれに限られるものではない。例えば、図11(A)に示すように、ドーパントを添加することで、領域426bおよび領域426cを形成してもよい。 In the above manufacturing method of the semiconductor device, the region 426b and the region 426c are formed by forming the insulating film 409A in contact with the oxide 406. However, the manufacturing method of the semiconductor device according to this embodiment is not limited thereto. It is not limited. For example, as illustrated in FIG. 11A, the region 426b and the region 426c may be formed by adding a dopant.
図11(A)に示す工程は、図8に示すサイドウォール絶縁体418Bの形成の次に行う。図11(A)に示すように、絶縁体412、導電体404、バッファ層405B、およびサイドウォール絶縁体418Bをマスクとして、酸化物406にドーパント422を添加する。 The step shown in FIG. 11A is performed after the formation of the sidewall insulator 418B shown in FIG. As shown in FIG. 11A, a dopant 422 is added to the oxide 406 using the insulator 412, the conductor 404, the buffer layer 405B, and the sidewall insulator 418B as masks.
ドーパント422の添加方法としては、イオン化された原料ガスを質量分離して添加するイオン注入法、イオン化された原料ガスを質量分離せずに添加するイオンドーピング法、プラズマイマージョンイオンインプランテーション法などを用いることができる。質量分離を行う場合、添加するイオン種およびその濃度を厳密に制御することができる。一方、質量分離を行わない場合、短時間で高濃度のイオンを添加することができる。また、原子または分子のクラスターを生成してイオン化するイオンドーピング法を用いてもよい。なお、ドーパントを、イオン、ドナー、アクセプター、不純物または元素などと言い換えてもよい。 As a method for adding the dopant 422, an ion implantation method in which an ionized source gas is added by mass separation, an ion doping method in which an ionized source gas is added without mass separation, a plasma immersion ion implantation method, or the like is used. be able to. When mass separation is performed, the ionic species to be added and the concentration thereof can be strictly controlled. On the other hand, when mass separation is not performed, high-concentration ions can be added in a short time. Alternatively, an ion doping method in which atomic or molecular clusters are generated and ionized may be used. Note that the dopant may be referred to as an ion, a donor, an acceptor, an impurity, an element, or the like.
ドーパント422としては、上述の酸素欠損を形成する元素、または酸素欠損と結合する元素などを用いればよい。 As the dopant 422, an element that forms oxygen vacancies or an element that combines with oxygen vacancies may be used.
また、図11(A)では、ドーパント422を基板400の上面に略垂直に添加しているが、これに限られず、ドーパント422の添加を基板400の上面に対して傾斜させて行ってもよい。 In FIG. 11A, the dopant 422 is added substantially perpendicularly to the top surface of the substrate 400; however, the present invention is not limited to this, and the dopant 422 may be added while being inclined with respect to the top surface of the substrate 400. .
このようにして、酸化物406に領域426bおよび領域426cを形成した後で、絶縁体409などと同様の、水または水素などの不純物、および酸素の透過を抑制する機能を有する絶縁性材料を用いることが好ましい。領域426bおよび領域426cの上にこのような絶縁体を設けることにより、水または水素などの不純物、や酸素が領域426bおよび領域426cに混入して、キャリア密度が変化することを防ぐことができる。 In this manner, after the region 426b and the region 426c are formed in the oxide 406, an insulating material having a function of suppressing transmission of impurities such as water or hydrogen and oxygen, which is similar to the insulator 409 and the like, is used. It is preferable. By providing such an insulator over the region 426b and the region 426c, it is possible to prevent impurities such as water or hydrogen and oxygen from entering the region 426b and the region 426c and changing the carrier density.
また、図9に示す絶縁膜409Aの成膜を行った後で、図11(B)に示すように、さらにドーパント422を添加する構成にしてもよい。 Alternatively, after the insulating film 409A illustrated in FIG. 9 is formed, a dopant 422 may be further added as illustrated in FIG. 11B.
また、上記の半導体装置の作製方法においては、領域426bおよび領域426cを形成した後で、バッファ層405Bの上部を除去したが、本実施の形態に係る半導体装置の作製方法はこれに限られるものではない。例えば、図12(A)から図12(C)に示すように、バッファ層405Bを除去した後で、領域426bおよび領域426cを形成してもよい。 In the above method for manufacturing a semiconductor device, the upper portion of the buffer layer 405B is removed after forming the region 426b and the region 426c. However, the method for manufacturing the semiconductor device according to this embodiment is limited to this. is not. For example, as illustrated in FIGS. 12A to 12C, the region 426b and the region 426c may be formed after the buffer layer 405B is removed.
図12(A)に示す工程は、図8に示すサイドウォール絶縁体の形成の次に行う。このとき、サイドウォール絶縁体は、最終的に形成されるサイドウォール絶縁体418より膜厚を厚くしておくことが好ましい(以下、サイドウォール絶縁体418Cとよぶ。)。 The step shown in FIG. 12A is performed after the formation of the sidewall insulator shown in FIG. At this time, the sidewall insulator is preferably thicker than the finally formed sidewall insulator 418 (hereinafter referred to as a sidewall insulator 418C).
まず、サイドウォール絶縁体418Cの内側のバッファ層405Bを除去する(図12(A)参照。)。バッファ層405Bの除去は、例えば、ドライエッチングまたはウェットエッチングを用いて行えばよい。このとき、バッファ層405Bのエッチングレートに対して、導電体404、サイドウォール絶縁体418C、酸化物406、絶縁体412などのエッチングレートが小さくなるようにする。 First, the buffer layer 405B inside the sidewall insulator 418C is removed (see FIG. 12A). The removal of the buffer layer 405B may be performed using, for example, dry etching or wet etching. At this time, the etching rate of the conductor 404, the sidewall insulator 418C, the oxide 406, the insulator 412, and the like is set lower than the etching rate of the buffer layer 405B.
次に、等方性のエッチング処理を行い、サイドウォール絶縁体418Cの一部を除去し、サイドウォール絶縁体418を形成する(図12(B)参照。)。ここで等方性のエッチング処理としてはウェットエッチングを用いればよい。このとき、サイドウォール絶縁体418Cのエッチングレートに対して、導電体404、酸化物406、絶縁体412などのエッチングレートが小さくなるようにする。 Next, isotropic etching is performed to remove part of the sidewall insulator 418C, so that the sidewall insulator 418 is formed (see FIG. 12B). Here, wet etching may be used as the isotropic etching process. At this time, the etching rate of the conductor 404, the oxide 406, the insulator 412, and the like is set lower than the etching rate of the sidewall insulator 418C.
ここで、サイドウォール絶縁体418Cの導電体404bより上の部分は、両方の側面からエッチングされるのに対して、サイドウォール絶縁体418Cの404bより下の部分は、片方の側面からしかエッチングされない。これにより、サイドウォール絶縁体418Cの一部を除去してサイドウォール絶縁体418を形成することができる。 Here, the portion of the sidewall insulator 418C above the conductor 404b is etched from both sides, while the portion of the sidewall insulator 418C below 404b is etched from only one side. . Accordingly, the sidewall insulator 418 can be formed by removing part of the sidewall insulator 418C.
次に、絶縁体402、酸化物406、サイドウォール絶縁体418、および導電体404を覆って、絶縁体409を成膜する(図12(C)参照。)。これにより、領域426bおよび領域426cを形成することができる。 Next, the insulator 409 is formed so as to cover the insulator 402, the oxide 406, the sidewall insulator 418, and the conductor 404 (see FIG. 12C). Accordingly, the region 426b and the region 426c can be formed.
<変形例>
本実施の形態に示す半導体装置は図1に示すものに限られるものではない。以下では、図13から図18を用いて、本実施の形態に示すトランジスタの変形例について説明する。
<Modification>
The semiconductor device described in this embodiment is not limited to that illustrated in FIG. Hereinafter, modified examples of the transistor described in this embodiment will be described with reference to FIGS.
まず、図13に示すトランジスタ1000aについて説明する。図13(A)は、トランジスタ1000aを有する半導体装置の上面図である。また、図13(B)は、図13(A)にA1−A2の一点鎖線で示す部位の断面図であり、トランジスタ1000aのチャネル長方向の断面図でもある。また、図13(C)は、図13(A)にA3−A4の一点鎖線で示す部位の断面図であり、トランジスタ1000aのチャネル幅方向の断面図でもある。図13(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。以下、図14から図18についても同様に、上面図および断面図を示す。 First, the transistor 1000a illustrated in FIG. 13 is described. FIG. 13A is a top view of a semiconductor device including a transistor 1000a. FIG. 13B is a cross-sectional view taken along the dashed-dotted line A1-A2 in FIG. 13A and also a cross-sectional view in the channel length direction of the transistor 1000a. FIG. 13C is a cross-sectional view taken along the dashed-dotted line A3-A4 in FIG. 13A and also a cross-sectional view in the channel width direction of the transistor 1000a. In the top view of FIG. 13A, some elements are omitted for clarity. Hereinafter, similarly, FIGS. 14 to 18 are a top view and a cross-sectional view.
トランジスタ1000aは、酸化物406bの上に酸化物406cが配置されている点において、トランジスタ1000と異なる。その他の構成については、トランジスタ1000の記載を参酌することができる。酸化物406cの上に絶縁体412が配置され、酸化物406cの側面はサイドウォール絶縁体418に接する。酸化物406cは、絶縁体412および導電体404と重ねて形成されており、酸化物406cの側面は、絶縁体412および導電体404の側面と略一致する。ここで、絶縁体409は、酸化物406bの上面に接しており、酸化物406cとは接しない。なお、以下において、酸化物406aと酸化物406bと酸化物406cをまとめて酸化物406という場合がある。 The transistor 1000a differs from the transistor 1000 in that the oxide 406c is disposed over the oxide 406b. The description of the transistor 1000 can be referred to for other structures. An insulator 412 is provided over the oxide 406c, and a side surface of the oxide 406c is in contact with the sidewall insulator 418. The oxide 406 c is formed so as to overlap with the insulator 412 and the conductor 404, and the side surface of the oxide 406 c substantially matches the side surface of the insulator 412 and the conductor 404. Here, the insulator 409 is in contact with the upper surface of the oxide 406b and is not in contact with the oxide 406c. Note that in the following, the oxide 406a, the oxide 406b, and the oxide 406c may be collectively referred to as an oxide 406.
酸化物406cは、酸化物406aまたは酸化物406bに用いることができる金属酸化物を、用いることができる。 As the oxide 406c, a metal oxide that can be used for the oxide 406a or the oxide 406b can be used.
酸化物406cとして酸化物406aに用いることができる金属酸化物を用いる場合、酸化物406cの伝導帯下端のエネルギーが、酸化物406bの伝導帯下端のエネルギーが低い領域における、伝導帯下端のエネルギーより高くなることが好ましい。また、言い換えると、酸化物406cの電子親和力が、酸化物406bの伝導帯下端のエネルギーが低い領域における電子親和力より小さいことが好ましい。 When a metal oxide that can be used for the oxide 406a is used as the oxide 406c, the energy at the lower end of the conduction band of the oxide 406c is lower than the energy at the lower end of the conduction band in the region where the energy at the lower end of the conduction band of the oxide 406b is low. It is preferable to be high. In other words, the electron affinity of the oxide 406c is preferably smaller than the electron affinity in a region where the energy at the lower end of the conduction band of the oxide 406b is low.
ここで、酸化物406a、酸化物406b及び酸化物406cにおいて、伝導帯下端のエネルギー準位はなだらかに変化する。換言すると、連続的に変化または連続接合するともいうことができる。このようにするためには、酸化物406aと酸化物406bとの界面、または酸化物406bと酸化物406cとの界面において形成される混合層の欠陥準位密度を低くするとよい。 Here, in the oxide 406a, the oxide 406b, and the oxide 406c, the energy level at the lower end of the conduction band changes gently. In other words, it can be said that it is continuously changed or continuously joined. In order to achieve this, the density of defect states in the mixed layer formed at the interface between the oxide 406a and the oxide 406b or the interface between the oxide 406b and the oxide 406c is preferably low.
具体的には、酸化物406aと酸化物406b、酸化物406bと酸化物406cが、酸素以外に共通の元素を有する(主成分とする)ことで、欠陥準位密度が低い混合層を形成することができる。例えば、酸化物406bがIn−Ga−Zn酸化物の場合、酸化物406a、酸化物406cとして、In−Ga−Zn酸化物、Ga−Zn酸化物、酸化ガリウムなどを用いるとよい。 Specifically, the oxide 406a and the oxide 406b and the oxide 406b and the oxide 406c have a common element (main component) in addition to oxygen, so that a mixed layer with a low density of defect states is formed. be able to. For example, in the case where the oxide 406b is an In—Ga—Zn oxide, an In—Ga—Zn oxide, a Ga—Zn oxide, a gallium oxide, or the like may be used as the oxide 406a and the oxide 406c.
このとき、キャリアの主たる経路は酸化物406bに形成されるナローギャップ部分となる。酸化物406aと酸化物406bとの界面、および酸化物406bと酸化物406cとの界面における欠陥準位密度を低くすることができるため、界面散乱によるキャリア伝導への影響が小さく、高いオン電流が得られる。 At this time, the main path of carriers is a narrow gap portion formed in the oxide 406b. Since the density of defect states at the interface between the oxide 406a and the oxide 406b and the interface between the oxide 406b and the oxide 406c can be reduced, the influence on the carrier conduction due to interface scattering is small, and a high on-current is obtained. can get.
トランジスタ1000aを作製する場合、図5に示す絶縁膜412Aを成膜する工程の前に、酸化物406cとなる酸化膜を成膜すればよい。以降の工程では、該酸化膜を絶縁膜412Aと同様にパターン形成していけばよい。 In the case of manufacturing the transistor 1000a, an oxide film to be the oxide 406c may be formed before the step of forming the insulating film 412A illustrated in FIGS. In the subsequent steps, the oxide film may be patterned similarly to the insulating film 412A.
次に、図14(A)、(B)、および(C)に示すトランジスタ1000bについて説明する。トランジスタ1000bは、酸化物406bの上に酸化物406cが配置されている点において、トランジスタ1000と異なる。その他の構成については、トランジスタ1000の記載を参酌することができる。酸化物406cの下に酸化物406bが配置され、酸化物406cの側面は酸化物406bの側面と略一致する。酸化物406cは、酸化物406aおよび酸化物406bと重ねて形成されている。ここで、絶縁体409は、酸化物406cの上面に接しているため、酸化物406cも酸化物406bと同様に領域426a、領域426b、および領域426cが形成される。なお、以下において、酸化物406aと酸化物406bと酸化物406cをまとめて酸化物406という場合がある。 Next, the transistor 1000b illustrated in FIGS. 14A, 14B, and 14C is described. Transistor 1000b differs from transistor 1000 in that oxide 406c is disposed over oxide 406b. The description of the transistor 1000 can be referred to for other structures. An oxide 406b is disposed under the oxide 406c, and a side surface of the oxide 406c substantially matches a side surface of the oxide 406b. The oxide 406c is formed so as to overlap with the oxide 406a and the oxide 406b. Here, since the insulator 409 is in contact with the top surface of the oxide 406c, a region 426a, a region 426b, and a region 426c are formed in the oxide 406c similarly to the oxide 406b. Note that in the following, the oxide 406a, the oxide 406b, and the oxide 406c may be collectively referred to as an oxide 406.
トランジスタ1000aと同様に、トランジスタ1000bの酸化物406cは、酸化物406aまたは酸化物406bに用いることができる金属酸化物を、用いることができる。 As in the transistor 1000a, the oxide 406c of the transistor 1000b can be formed using a metal oxide that can be used for the oxide 406a or the oxide 406b.
トランジスタ1000bを作製する場合、図3に示す酸化膜406bAを成膜する工程の後で、酸化物406cとなる酸化膜を成膜すればよい。以降の工程では、該酸化膜を酸化膜406bAと同様にパターン形成していけばよい。 In the case of manufacturing the transistor 1000b, an oxide film to be the oxide 406c may be formed after the step of forming the oxide film 406bA illustrated in FIGS. In the subsequent steps, the oxide film may be patterned similarly to the oxide film 406bA.
次に、図15(A)、(B)、および(C)に示すトランジスタ1000cについて説明する。トランジスタ1000cは、導電体404bの上に絶縁体419が配置されている点において、トランジスタ1000と異なる。その他の構成については、トランジスタ1000の記載を参酌することができる。ここで、絶縁体419は、サイドウォール絶縁体418と同様に、水または水素などの不純物、および酸素の透過を抑制する機能を有する絶縁性材料を用いることが好ましく、例えば、酸化アルミニウムまたは酸化ハフニウムなどを用いることが好ましい。 Next, the transistor 1000c illustrated in FIGS. 15A, 15B, and 15C is described. The transistor 1000c is different from the transistor 1000 in that an insulator 419 is provided over the conductor 404b. The description of the transistor 1000 can be referred to for other structures. Here, like the sidewall insulator 418, the insulator 419 is preferably formed using an insulating material having a function of suppressing permeation of impurities such as water or hydrogen and oxygen, for example, aluminum oxide or hafnium oxide. Etc. are preferably used.
このような絶縁体419を設けることにより、酸素の透過を抑制する機能を有する絶縁体419とサイドウォール絶縁体418で導電体404の上面と側面を覆うことができる。これにより、導電体404の酸化に周囲の過剰酸素が用いられることを防ぐことができる。このように、サイドウォール絶縁体418と絶縁体419はゲートを保護するゲートキャップとしての機能を有する。 By providing such an insulator 419, the upper surface and the side surface of the conductor 404 can be covered with the insulator 419 having a function of suppressing permeation of oxygen and the sidewall insulator 418. Thereby, surrounding excess oxygen can be prevented from being used for the oxidation of the conductor 404. As described above, the sidewall insulator 418 and the insulator 419 function as a gate cap for protecting the gate.
トランジスタ1000cを作製する場合、図5に示す導電膜404bAを成膜する工程の後で、絶縁体419となる絶縁膜を成膜すればよい。以降の工程では、該絶縁膜を導電膜404bAと同様にパターン形成していけばよい。なお、図10に示すバッファ層405Bの上部を除去する工程でCMP処理を行う場合、絶縁体419が露出するまでCMP処理を行えばよい。 In the case of manufacturing the transistor 1000c, an insulating film serving as the insulator 419 may be formed after the step of forming the conductive film 404bA illustrated in FIGS. In the subsequent steps, the insulating film may be patterned similarly to the conductive film 404bA. Note that in the case where the CMP process is performed in the step of removing the upper portion of the buffer layer 405B illustrated in FIG. 10, the CMP process may be performed until the insulator 419 is exposed.
次に、図16(A)、(B)、および(C)に示すトランジスタ1000dについて説明する。トランジスタ1000dは、バッファ層405の形状がトランジスタ1000と異なる。その他の構成については、トランジスタ1000の記載を参酌することができる。 Next, the transistor 1000d illustrated in FIGS. 16A, 16B, and 16C will be described. The transistor 1000 d is different from the transistor 1000 in the shape of the buffer layer 405. The description of the transistor 1000 can be referred to for other structures.
図16(B)および(C)に示すように、トランジスタ1000dでは、バッファ層405は、酸化物406と重なる領域においても、導電体404と重なる。バッファ層405の上面は、サイドウォール絶縁体418、絶縁体409、および絶縁体410の最上面と略一致する。また、導電体404bはバッファ層405に覆われているため、導電体404の最上面は、バッファ層405、サイドウォール絶縁体418、絶縁体409、および絶縁体410の最上面より位置が低くなる。 As shown in FIGS. 16B and 16C, in the transistor 1000d, the buffer layer 405 overlaps with the conductor 404 even in a region overlapping with the oxide 406. The upper surface of the buffer layer 405 substantially coincides with the uppermost surfaces of the sidewall insulator 418, the insulator 409, and the insulator 410. In addition, since the conductor 404b is covered with the buffer layer 405, the position of the uppermost surface of the conductor 404 is lower than the uppermost surfaces of the buffer layer 405, the sidewall insulator 418, the insulator 409, and the insulator 410. .
トランジスタ1000dを作製する場合、図10に示す絶縁体410となる絶縁膜、バッファ層405B、サイドウォール絶縁体418B、および絶縁膜409Aの一部を除去する工程において、導電体404がバッファ層405に覆われた状態で、すなわち導電体404が露出する前に、CMP処理などを終了させればよい。 In the case of manufacturing the transistor 1000d, the conductor 404 is formed into the buffer layer 405 in the step of removing part of the insulating film to be the insulator 410 illustrated in FIG. 10, the buffer layer 405B, the sidewall insulator 418B, and the insulating film 409A. The CMP process or the like may be terminated in a covered state, that is, before the conductor 404 is exposed.
次に、図17(A)、(B)、および(C)に示すトランジスタ2000について説明する。トランジスタ2000は、上記のトランジスタ1000、トランジスタ1000a、トランジスタ1000b、およびトランジスタ1000cなどと並行して作製することができるトランジスタである。特にトランジスタ1000aと並行してトランジスタ2000を作製する場合、余計な工程を増やすことなく、作製することができる。 Next, the transistor 2000 illustrated in FIGS. 17A to 17C will be described. The transistor 2000 is a transistor that can be manufactured in parallel with the transistor 1000, the transistor 1000a, the transistor 1000b, the transistor 1000c, and the like. In particular, when the transistor 2000 is manufactured in parallel with the transistor 1000a, the transistor 2000 can be manufactured without increasing unnecessary steps.
トランジスタ2000は、基板400の上に配置された絶縁体401と、絶縁体401の上に配置された絶縁体301と、絶縁体301の開口に埋め込まれた導電体310aおよび導電体310bと、絶縁体301および導電体310の上に配置された絶縁体302と、絶縁体302の上に配置された絶縁体303と、絶縁体303の上に配置された絶縁体402と、絶縁体402の上に互いに離間して配置された酸化物406a1および酸化物406a2と、酸化物406a1の上面に接して配置された酸化物406b1と、酸化物406a2の上面に接して配置された酸化物406b2と、絶縁体402の上面、酸化物406a1および酸化物406a2の側面、並びに酸化物406b1および酸化物406b2の側面と上面に接して配置された酸化物406cと、酸化物406cの上に配置された絶縁体412と、絶縁体412の上に配置された導電体404aと、導電体404aの上に配置された導電体404bと、酸化物406c、絶縁体412、導電体404a、および導電体404bの側面に接して配置されたサイドウォール絶縁体418と、酸化物406b1および酸化物406b2の上面と側面に接し、かつサイドウォール絶縁体418の側面に接して配置された絶縁体409と、を有する。 The transistor 2000 includes an insulator 401 disposed on the substrate 400, an insulator 301 disposed on the insulator 401, the conductors 310a and 310b embedded in the openings of the insulator 301, An insulator 302 disposed over the body 301 and the conductor 310; an insulator 303 disposed over the insulator 302; an insulator 402 disposed over the insulator 303; The oxide 406a1 and the oxide 406a2 that are spaced apart from each other, the oxide 406b1 that is disposed in contact with the top surface of the oxide 406a1, and the oxide 406b2 that is disposed in contact with the top surface of the oxide 406a2. The upper surface of the body 402, the side surfaces of the oxide 406a1 and the oxide 406a2, and the side surface and the upper surface of the oxide 406b1 and the oxide 406b2. Oxide 406c, insulator 412 disposed over oxide 406c, conductor 404a disposed over insulator 412; conductor 404b disposed over conductor 404a; 406c, insulator 412, conductor 404a, and sidewall insulator 418 disposed in contact with the side surfaces of conductor 404b, and in contact with the top and side surfaces of oxide 406b1 and oxide 406b2, and sidewall insulator 418 And an insulator 409 which is disposed in contact with the side surface.
図17(B)に示すように、酸化物406c、絶縁体412、導電体404の一部は、酸化物406a1および酸化物406a2、または酸化物406b1および酸化物406b2に重なる。よって、トランジスタ2000では、導電体404bの最上面が、酸化物406a1および酸化物406a2、または酸化物406b1および酸化物406b2に重なる部分になる。このため、導電体404bの上の、酸化物406a1および酸化物406a2、または酸化物406b1および酸化物406b2と重ならない領域にバッファ層405が形成される場合がある。 As illustrated in FIG. 17B, part of the oxide 406c, the insulator 412, and the conductor 404 overlaps with the oxide 406a1 and the oxide 406a2 or the oxide 406b1 and the oxide 406b2. Thus, in the transistor 2000, the top surface of the conductor 404b is a portion overlapping with the oxide 406a1 and the oxide 406a2 or the oxide 406b1 and the oxide 406b2. Therefore, the buffer layer 405 may be formed over the conductor 404b in a region that does not overlap with the oxide 406a1 and the oxide 406a2 or the oxide 406b1 and the oxide 406b2.
また、絶縁体409の上に絶縁体410を配置し、絶縁体410の上に絶縁体415を配置し、絶縁体415の上に絶縁体420を配置することが好ましい。 The insulator 410 is preferably provided over the insulator 409, the insulator 415 is provided over the insulator 410, and the insulator 420 is preferably provided over the insulator 415.
なお、トランジスタ1000aと同一の符号を付した構成については、トランジスタ1000aの記載を参酌することができる。 Note that the description of the transistor 1000a can be referred to for structures having the same reference numerals as those of the transistor 1000a.
酸化物406a1および酸化物406a2、ならびに酸化物406b1および酸化物406b2は、それぞれ、トランジスタ1000aの酸化物406a、および酸化物406bと同様の材料を用いて形成することができる。酸化物406a1および酸化物406b1と、酸化物406a2および酸化物406b2は、導電体310、酸化物406c、絶縁体412、および導電体404を挟んで対向して形成される。 The oxide 406a1 and the oxide 406a2, and the oxide 406b1 and the oxide 406b2 can be formed using materials similar to the oxide 406a and the oxide 406b of the transistor 1000a, respectively. The oxide 406a1 and the oxide 406b1, the oxide 406a2, and the oxide 406b2 are formed to face each other with the conductor 310, the oxide 406c, the insulator 412, and the conductor 404 interposed therebetween.
酸化物406a1および酸化物406b1、ならびに酸化物406a2および酸化物406b2は、絶縁体409と重なる領域を有し、該領域およびその近傍は、トランジスタ1000aの領域426bおよび領域426cと同様に、低抵抗化されている。よって、酸化物406a1および酸化物406b1、または酸化物406a2および酸化物406b2は、トランジスタ2000のソース領域またはドレイン領域のいずれかとして機能できる。 The oxide 406a1 and the oxide 406b1, and the oxide 406a2 and the oxide 406b2 each have a region overlapping with the insulator 409, and the region and its vicinity have a low resistance as in the region 426b and the region 426c of the transistor 1000a. Has been. Thus, the oxide 406a1 and the oxide 406b1 or the oxide 406a2 and the oxide 406b2 can function as either the source region or the drain region of the transistor 2000.
トランジスタ2000の酸化物406cは、トランジスタ1000aの酸化物406cと同様の材料を用いて形成することができる。酸化物406cの、酸化物406a1および酸化物406a2と、酸化物406b1および酸化物406b2に挟まれる領域は、チャネル形成領域として機能する。 The oxide 406c of the transistor 2000 can be formed using a material similar to that of the oxide 406c of the transistor 1000a. A region between the oxide 406a1 and the oxide 406a2 and the oxide 406b1 and the oxide 406b2 in the oxide 406c functions as a channel formation region.
トランジスタ2000の活性層として機能する酸化物406cは、トランジスタ1000aの酸化物406cなどと同様に、酸素欠損が低減され、水素または水などの不純物が低減されている。これにより、トランジスタ2000のしきい値電圧を0Vより大きくし、オフ電流を低減し、Icutを非常に小さくすることができる。ここで、Icutとは、バックゲート電圧及びトップゲート電圧が0Vのときのドレイン電流のことを指す。 As in the oxide 406c of the transistor 1000a, the oxide 406c functioning as the active layer of the transistor 2000 has reduced oxygen vacancies and impurities such as hydrogen or water. Accordingly, the threshold voltage of the transistor 2000 can be made higher than 0 V, the off current can be reduced, and Icut can be made extremely small. Here, Icut refers to the drain current when the back gate voltage and the top gate voltage are 0V.
トランジスタ2000は、トランジスタ1000aなどのバックゲート電圧を制御することができる。例えば、トランジスタ2000のトップゲート及びバックゲートをソースとダイオード接続し、トランジスタ2000のソースとトランジスタ1000aのバックゲートを接続する構成とする。この構成でトランジスタ1000aのバックゲートの負電位を保持するとき、トランジスタ2000のトップゲート−ソース間の電圧、およびバックゲート−ソース間の電圧は、0Vになる。トランジスタ2000のIcutは非常に小さいので、この構成とすることにより、トランジスタ1000aおよびトランジスタ2000に電源供給をしなくてもトランジスタ1000aのバックゲートの負電位を長時間維持することができる。 The transistor 2000 can control the back gate voltage of the transistor 1000a and the like. For example, the top gate and the back gate of the transistor 2000 are diode-connected to the source, and the source of the transistor 2000 and the back gate of the transistor 1000a are connected. In this configuration, when the negative potential of the back gate of the transistor 1000a is held, the voltage between the top gate and the source of the transistor 2000 and the voltage between the back gate and the source are 0V. Since Icut of the transistor 2000 is very small, this structure allows the negative potential of the back gate of the transistor 1000a to be maintained for a long time without supplying power to the transistor 1000a and the transistor 2000.
次に、図18(A)、(B)、および(C)に示すトランジスタ2000aについて説明する。トランジスタ2000aは、導電体310と同じ層に導電体308および導電体309が配置されており、絶縁体302、絶縁体303、および絶縁体402に形成された開口を介して酸化物406cが導電体308および導電体309と接しており、酸化物406a1、酸化物406a2、酸化物406b1、および酸化物406b2、が設けられていない点において、トランジスタ2000と異なる。その他の構成については、トランジスタ2000の記載を参酌することができる。 Next, the transistor 2000a illustrated in FIGS. 18A, 18B, and 18C will be described. In the transistor 2000a, the conductor 308 and the conductor 309 are provided in the same layer as the conductor 310, and the oxide 406c is formed in the conductor through the openings formed in the insulator 302, the insulator 303, and the insulator 402. 308 and the conductor 309 are different from the transistor 2000 in that the oxide 406a1, the oxide 406a2, the oxide 406b1, and the oxide 406b2 are not provided. The description of the transistor 2000 can be referred to for other structures.
導電体308および導電体309は、導電体310を挟んで対向して設けられる。導電体308または導電体309は、ソース電極又はドレイン電極のいずれかとして機能できる。 The conductor 308 and the conductor 309 are provided to face each other with the conductor 310 interposed therebetween. The conductor 308 or the conductor 309 can function as either a source electrode or a drain electrode.
導電体308は、導電体310と同様に、絶縁体301の開口の内壁に接して導電体308aが形成され、さらに内側に導電体308bが形成されている。また、導電体309も、導電体310および導電体308と同様に、導電体309aおよび導電体309bが形成されている。酸化物406cは、導電体308bおよび導電体309bと接することが好ましい。導電体308aおよび導電体309aは、導電体310aと同様の導電体を用いることができ、導電体308bおよび導電体309bは、導電体310bと同様の導電体を用いることができる。 As in the case of the conductor 310, the conductor 308 is in contact with the inner wall of the opening of the insulator 301, a conductor 308a is formed, and a conductor 308b is further formed inside. The conductor 309 is also formed with a conductor 309a and a conductor 309b, similarly to the conductor 310 and the conductor 308. The oxide 406c is preferably in contact with the conductor 308b and the conductor 309b. The conductor 308a and the conductor 309a can be the same conductor as the conductor 310a, and the conductor 308b and the conductor 309b can be the same conductor as the conductor 310b.
トランジスタ2000aの活性層として機能する酸化物406cは、トランジスタ1000aの酸化物406cなどと同様に、酸素欠損が低減され、水素または水などの不純物が低減されている。これにより、トランジスタ2000aのしきい値電圧を0Vより大きくし、オフ電流を低減し、Icutを非常に小さくすることができる。 As in the oxide 406c of the transistor 1000a, the oxide 406c functioning as the active layer of the transistor 2000a has reduced oxygen vacancies and impurities such as hydrogen or water. Accordingly, the threshold voltage of the transistor 2000a can be made higher than 0V, the off current can be reduced, and Icut can be made extremely small.
トランジスタ2000aは、トランジスタ2000と同様に、トランジスタ1000aなどのバックゲート電圧を制御することができる。例えば、トランジスタ2000aのトップゲート及びバックゲートをソースとダイオード接続し、トランジスタ2000aのソースとトランジスタ1000aのバックゲートを接続する構成とする。この構成でトランジスタ1000aのバックゲートの負電位を保持するとき、トランジスタ2000aのトップゲート−ソース間の電圧、およびバックゲート−ソース間の電圧は、0Vになる。トランジスタ2000aのIcutは非常に小さいので、この構成とすることにより、トランジスタ1000aおよびトランジスタ2000aに電源供給をしなくてもトランジスタ1000aのバックゲートの負電位を長時間維持することができる。 Similar to the transistor 2000, the transistor 2000a can control the back gate voltage of the transistor 1000a and the like. For example, the top gate and the back gate of the transistor 2000a are diode-connected to the source, and the source of the transistor 2000a and the back gate of the transistor 1000a are connected. When the negative potential of the back gate of the transistor 1000a is held with this configuration, the voltage between the top gate and the source of the transistor 2000a and the voltage between the back gate and the source are 0V. Since the Icut of the transistor 2000a is very small, this structure allows the negative potential of the back gate of the transistor 1000a to be maintained for a long time without supplying power to the transistor 1000a and the transistor 2000a.
また、トランジスタ2000aは、トランジスタ2000と同様に、トランジスタ1000aとほぼ並行して作製することができるトランジスタである。 Similarly to the transistor 2000, the transistor 2000a can be manufactured almost in parallel with the transistor 1000a.
以上のように、本発明の一態様により、微細化または高集積化が可能な半導体装置を提供することができる。または、本発明の一態様により、良好な電気特性を有する半導体装置を提供することができる。または、本発明の一態様により、オフ電流の小さい半導体装置を提供することができる。または、本発明の一態様により、オン電流の大きいトランジスタを提供することができる。または、本発明の一態様により、信頼性の高い半導体装置を提供することができる。または、本発明の一態様により、消費電力が低減された半導体装置を提供することができる。または、本発明の一態様により、生産性の高い半導体装置を提供することができる。 As described above, according to one embodiment of the present invention, a semiconductor device that can be miniaturized or highly integrated can be provided. Alternatively, according to one embodiment of the present invention, a semiconductor device having favorable electrical characteristics can be provided. Alternatively, according to one embodiment of the present invention, a semiconductor device with low off-state current can be provided. Alternatively, according to one embodiment of the present invention, a transistor with high on-state current can be provided. Alternatively, according to one embodiment of the present invention, a highly reliable semiconductor device can be provided. Alternatively, according to one embodiment of the present invention, a semiconductor device with reduced power consumption can be provided. Alternatively, according to one embodiment of the present invention, a highly productive semiconductor device can be provided.
以上、本実施の形態に示す構成、方法などは、他の実施の形態に示す構成、方法などと適宜組み合わせて用いることができる。 The structures, methods, and the like described in this embodiment can be combined as appropriate with any of the structures, methods, and the like described in the other embodiments.
(実施の形態2)
本実施の形態では、半導体装置の一形態を、図20乃至図25を用いて説明する。
(Embodiment 2)
In this embodiment, one embodiment of a semiconductor device is described with reference to FIGS.
[記憶装置1]
図20および図21に示す半導体装置は、トランジスタ300と、トランジスタ200、および容量素子100を有している。
[Storage device 1]
The semiconductor device illustrated in FIGS. 20 and 21 includes a transistor 300, a transistor 200, and a capacitor 100.
トランジスタ200は、酸化物半導体を有する半導体層にチャネルが形成されるトランジスタであり、上記実施の形態に示すトランジスタを用いることができる。上記実施の形態に示すトランジスタは、微細化しても歩留まり良く形成できるので、トランジスタ200の微細化を図ることができる。このようなトランジスタを記憶装置に用いることで、記憶装置の微細化または高集積化を図ることができる。上記実施の形態に示すトランジスタは、オフ電流が小さいため、これを記憶装置に用いることにより長期にわたり記憶内容を保持することが可能である。つまり、リフレッシュ動作を必要としない、あるいは、リフレッシュ動作の頻度が極めて少ないため、記憶装置の消費電力を十分に低減することができる。 The transistor 200 is a transistor in which a channel is formed in a semiconductor layer including an oxide semiconductor, and any of the transistors described in the above embodiments can be used. Since the transistor described in any of the above embodiments can be formed with high yield even when miniaturized, the transistor 200 can be miniaturized. By using such a transistor for a memory device, the memory device can be miniaturized or highly integrated. Since the off-state current of the transistor described in any of the above embodiments is small, stored data can be held for a long time by using it for a memory device. That is, the refresh operation is not required or the frequency of the refresh operation is extremely low, so that the power consumption of the storage device can be sufficiently reduced.
図20および図21に示すにおいて、配線3001はトランジスタ300のソースと電気的に接続され、配線3002はトランジスタ300のドレインと電気的に接続されている。また、配線3003はトランジスタ200のソースおよびドレインの一方と電気的に接続され、配線3004はトランジスタ200の第1のゲートと電気的に接続され、配線3006はトランジスタ200の第2のゲートと電気的に接続されている。そして、トランジスタ300のゲート、およびトランジスタ200のソースおよびドレインの他方は、容量素子100の電極の一方と電気的に接続され、配線3005は容量素子100の電極の他方と電気的に接続されている。 20 and 21, the wiring 3001 is electrically connected to the source of the transistor 300, and the wiring 3002 is electrically connected to the drain of the transistor 300. The wiring 3003 is electrically connected to one of a source and a drain of the transistor 200, the wiring 3004 is electrically connected to the first gate of the transistor 200, and the wiring 3006 is electrically connected to the second gate of the transistor 200. It is connected to the. The gate of the transistor 300 and the other of the source and the drain of the transistor 200 are electrically connected to one of the electrodes of the capacitor 100, and the wiring 3005 is electrically connected to the other of the electrodes of the capacitor 100. .
図20および図21に示す半導体装置は、トランジスタ300のゲートの電位が保持可能という特性を有することで、以下に示すように、情報の書き込み、保持、読み出しが可能である。 The semiconductor device illustrated in FIGS. 20 and 21 has the characteristic that the potential of the gate of the transistor 300 can be held, so that data can be written, held, and read as described below.
情報の書き込みおよび保持について説明する。まず、第4の配線3004の電位を、トランジスタ200が導通状態となる電位にして、トランジスタ200を導通状態とする。これにより、第3の配線3003の電位が、トランジスタ300のゲート、および容量素子100の電極の一方と電気的に接続するノードFGに与えられる。即ち、トランジスタ300のゲートには、所定の電荷が与えられる(書き込み)。ここでは、異なる二つの電位レベルを与える電荷(以下Lowレベル電荷、Highレベル電荷という。)のどちらかが与えられるものとする。その後、第4の配線3004の電位を、トランジスタ200が非導通状態となる電位にして、トランジスタ200を非導通状態とすることにより、ノードFGに電荷が保持される(保持)。 Information writing and holding will be described. First, the potential of the fourth wiring 3004 is set to a potential at which the transistor 200 is turned on, so that the transistor 200 is turned on. Accordingly, the potential of the third wiring 3003 is supplied to the node FG that is electrically connected to one of the gate of the transistor 300 and the electrode of the capacitor 100. That is, predetermined charge is given to the gate of the transistor 300 (writing). Here, it is assumed that one of two charges that give two different potential levels (hereinafter referred to as a Low level charge and a High level charge) is given. After that, the potential of the fourth wiring 3004 is set to a potential at which the transistor 200 is turned off and the transistor 200 is turned off, so that charge is held at the node FG (holding).
トランジスタ200のオフ電流が小さい場合、ノードFGの電荷は長期間にわたって保持される。 When the off-state current of the transistor 200 is small, the charge of the node FG is held for a long time.
次に情報の読み出しについて説明する。第1の配線3001に所定の電位(定電位)を与えた状態で、第5の配線3005に適切な電位(読み出し電位)を与えると、第2の配線3002は、ノードFGに保持された電荷量に応じた電位をとる。これは、トランジスタ300をnチャネル型とすると、トランジスタ300のゲートにHighレベル電荷が与えられている場合の見かけ上のしきい値電圧Vth_Hは、トランジスタ300のゲートにLowレベル電荷が与えられている場合の見かけ上のしきい値電圧Vth_Lより低くなるためである。ここで、見かけ上のしきい値電圧とは、トランジスタ300を「導通状態」とするために必要な第5の配線3005の電位をいうものとする。したがって、第5の配線3005の電位をVth_HとVth_Lの間の電位V0とすることにより、ノードFGに与えられた電荷を判別できる。例えば、書き込みにおいて、ノードFGにHighレベル電荷が与えられていた場合には、第5の配線3005の電位がV0(>Vth_H)となれば、トランジスタ300は「導通状態」となる。一方、ノードFGにLowレベル電荷が与えられていた場合には、第5の配線3005の電位がV0(<Vth_L)となっても、トランジスタ300は「非導通状態」のままである。このため、第2の配線3002の電位を判別することで、ノードFGに保持されている情報を読み出すことができる。 Next, reading of information will be described. When an appropriate potential (reading potential) is applied to the fifth wiring 3005 in a state where a predetermined potential (constant potential) is applied to the first wiring 3001, the second wiring 3002 has a charge held in the node FG. Take a potential according to the amount. This is because, when the transistor 300 is an n-channel type, the apparent threshold voltage V th_H when the gate of the transistor 300 is supplied with a high level charge is the low level charge applied to the gate of the transistor 300. This is because it becomes lower than the apparent threshold voltage V th_L in the case of being present. Here, the apparent threshold voltage refers to the potential of the fifth wiring 3005 necessary for bringing the transistor 300 into a “conductive state”. Therefore, by setting the potential of the fifth wiring 3005 to a potential V 0 between V th_H and V th_L , the charge given to the node FG can be determined. For example, in writing, when a high-level charge is applied to the node FG, the transistor 300 is turned “on” when the potential of the fifth wiring 3005 is V 0 (> V th_H ). On the other hand, when a low-level charge is supplied to the node FG, the transistor 300 remains in a “non-conduction state” even when the potential of the fifth wiring 3005 becomes V 0 (<V th_L ). Therefore, by determining the potential of the second wiring 3002, information held in the node FG can be read.
<半導体装置1の構造>
本発明の一態様の半導体装置は、図20に示すようにトランジスタ300、トランジスタ200、容量素子100を有する。トランジスタ200はトランジスタ300の上方に設けられ、容量素子100はトランジスタ300、およびトランジスタ200の上方に設けられている。
<Structure of Semiconductor Device 1>
The semiconductor device of one embodiment of the present invention includes a transistor 300, a transistor 200, and a capacitor 100 as illustrated in FIG. The transistor 200 is provided above the transistor 300, and the capacitor 100 is provided above the transistor 300 and the transistor 200.
トランジスタ300は、基板311上に設けられ、導電体316、絶縁体315、基板311の一部からなる半導体領域313、およびソース領域またはドレイン領域として機能する低抵抗領域314a、および低抵抗領域314bを有する。 The transistor 300 includes a conductor 316, an insulator 315, a semiconductor region 313 including a part of the substrate 311, a low resistance region 314a which functions as a source region or a drain region, and a low resistance region 314b. Have.
トランジスタ300は、pチャネル型、あるいはnチャネル型のいずれでもよい。 The transistor 300 may be either a p-channel type or an n-channel type.
半導体領域313のチャネルが形成される領域、その近傍の領域、ソース領域、またはドレイン領域となる低抵抗領域314a、および低抵抗領域314bなどにおいて、シリコン系半導体などの半導体を含むことが好ましく、単結晶シリコンを含むことが好ましい。または、Ge(ゲルマニウム)、SiGe(シリコンゲルマニウム)、GaAs(ガリウムヒ素)、GaAlAs(ガリウムアルミニウムヒ素)などを有する材料で形成してもよい。結晶格子に応力を与え、格子間隔を変化させることで有効質量を制御したシリコンを用いた構成としてもよい。またはGaAsとGaAlAs等を用いることで、トランジスタ300をHEMT(High Electron Mobility Transistor)としてもよい。 The region in which the channel of the semiconductor region 313 is formed, the region in the vicinity thereof, the low resistance region 314a that serves as the source region or the drain region, the low resistance region 314b, and the like preferably include a semiconductor such as a silicon-based semiconductor. It preferably contains crystalline silicon. Alternatively, a material containing Ge (germanium), SiGe (silicon germanium), GaAs (gallium arsenide), GaAlAs (gallium aluminum arsenide), or the like may be used. A structure using silicon in which effective mass is controlled by applying stress to the crystal lattice and changing the lattice spacing may be employed. Alternatively, the transistor 300 may be a HEMT (High Electron Mobility Transistor) by using GaAs, GaAlAs, or the like.
低抵抗領域314a、および低抵抗領域314bは、半導体領域313に適用される半導体材料に加え、ヒ素、リンなどのn型の導電性を付与する元素、またはホウ素などのp型の導電性を付与する元素を含む。 The low-resistance region 314a and the low-resistance region 314b provide an n-type conductivity element such as arsenic or phosphorus, or a p-type conductivity property such as boron, in addition to the semiconductor material used for the semiconductor region 313. Containing elements.
ゲート電極として機能する導電体316は、ヒ素、リンなどのn型の導電性を付与する元素、もしくはホウ素などのp型の導電性を付与する元素を含むシリコンなどの半導体材料、金属材料、合金材料、または金属酸化物材料などの導電性材料を用いることができる。 The conductor 316 functioning as a gate electrode includes a semiconductor material such as silicon, a metal material, an alloy containing an element imparting n-type conductivity such as arsenic or phosphorus, or an element imparting p-type conductivity such as boron. A conductive material such as a material or a metal oxide material can be used.
なお、導電体の材料により、仕事関数を定めることで、しきい値電圧を調整することができる。具体的には、導電体に窒化チタンや窒化タンタルなどの材料を用いることが好ましい。さらに導電性と埋め込み性を両立するために導電体にタングステンやアルミニウムなどの金属材料を積層として用いることが好ましく、特にタングステンを用いることが耐熱性の点で好ましい。 Note that the threshold voltage can be adjusted by determining the work function depending on the material of the conductor. Specifically, it is preferable to use a material such as titanium nitride or tantalum nitride for the conductor. Further, in order to achieve both conductivity and embeddability, it is preferable to use a metal material such as tungsten or aluminum as a laminate for the conductor, and tungsten is particularly preferable from the viewpoint of heat resistance.
なお、図20に示すトランジスタ300は一例であり、その構造に限定されず、回路構成や駆動方法に応じて適切なトランジスタを用いればよい。 Note that the transistor 300 illustrated in FIGS. 20A and 20B is an example and is not limited to the structure, and an appropriate transistor may be used depending on a circuit configuration or a driving method.
トランジスタ300を覆って、絶縁体320、絶縁体322、絶縁体324、および絶縁体326が順に積層して設けられている。 An insulator 320, an insulator 322, an insulator 324, and an insulator 326 are sequentially stacked so as to cover the transistor 300.
絶縁体320、絶縁体322、絶縁体324、および絶縁体326として、例えば、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、酸化アルミニウム、酸化窒化アルミニウム、窒化酸化アルミニウム、窒化アルミニウムなどを用いればよい。 As the insulator 320, the insulator 322, the insulator 324, and the insulator 326, for example, silicon oxide, silicon oxynitride, silicon nitride oxide, silicon nitride, aluminum oxide, aluminum oxynitride, aluminum nitride oxide, aluminum nitride, or the like is used. That's fine.
絶縁体322は、その下方に設けられるトランジスタ300などによって生じる段差を平坦化する平坦化膜として機能を有していてもよい。例えば、絶縁体322の上面は、平坦性を高めるために化学機械研磨(CMP)法等を用いた平坦化処理により平坦化されていてもよい。 The insulator 322 may function as a planarization film that planarizes a step generated by the transistor 300 or the like provided thereunder. For example, the upper surface of the insulator 322 may be planarized by a planarization process using a chemical mechanical polishing (CMP) method or the like to improve planarity.
また、絶縁体324には、基板311、またはトランジスタ300などから、トランジスタ200が設けられる領域に、水素や不純物が拡散しないようなバリア性を有する膜を用いることが好ましい。 The insulator 324 is preferably formed using a film having a barrier property so that hydrogen and impurities do not diffuse from the substrate 311 or the transistor 300 to a region where the transistor 200 is provided.
水素に対するバリア性を有する膜の一例として、例えば、CVD法で形成した窒化シリコンを用いることができる。ここで、トランジスタ200等の酸化物半導体を有する半導体素子に、水素が拡散することで、該半導体素子の特性が低下する場合がある。従って、トランジスタ200と、トランジスタ300との間に、水素の拡散を抑制する膜を用いることが好ましい。水素の拡散を抑制する膜とは、具体的には、水素の脱離量が少ない膜とする。 As an example of a film having a barrier property against hydrogen, for example, silicon nitride formed by a CVD method can be used. Here, when hydrogen diffuses into a semiconductor element including an oxide semiconductor such as the transistor 200, characteristics of the semiconductor element may be reduced. Therefore, a film for suppressing hydrogen diffusion is preferably used between the transistor 200 and the transistor 300. Specifically, the film that suppresses the diffusion of hydrogen is a film with a small amount of hydrogen desorption.
水素の脱離量は、例えば、昇温脱離ガス分析法(TDS)などを用いて分析することができる。例えば、絶縁体324の水素の脱離量は、TDS分析において、50℃から500℃の範囲において、水素原子に換算した脱離量が、絶縁体324の面積当たりに換算して、10×1015atoms/cm2以下、好ましくは5×1015atoms/cm2以下であればよい。 The amount of desorption of hydrogen can be analyzed using, for example, a temperature programmed desorption gas analysis method (TDS). For example, the amount of hydrogen desorbed from the insulator 324 is 10 × 10 5 in terms of the amount of desorbed hydrogen atoms converted to hydrogen atoms per area of the insulator 324 in the range of 50 ° C. to 500 ° C. in TDS analysis. It may be 15 atoms / cm 2 or less, preferably 5 × 10 15 atoms / cm 2 or less.
なお、絶縁体326は、絶縁体324よりも誘電率が低いことが好ましい。例えば、絶縁体326の比誘電率は4未満が好ましく、3未満がより好ましい。また例えば、絶縁体324の比誘電率は、絶縁体326の比誘電率の0.7倍以下が好ましく、0.6倍以下がより好ましい。誘電率が低い材料を層間膜とすることで、配線間に生じる寄生容量を低減することができる。 Note that the insulator 326 preferably has a lower dielectric constant than the insulator 324. For example, the dielectric constant of the insulator 326 is preferably less than 4, and more preferably less than 3. For example, the relative dielectric constant of the insulator 324 is preferably equal to or less than 0.7 times that of the insulator 326, and more preferably equal to or less than 0.6 times. By using a material having a low dielectric constant as the interlayer film, parasitic capacitance generated between the wirings can be reduced.
また、絶縁体320、絶縁体322、絶縁体324、および絶縁体326には容量素子100、またはトランジスタ200と電気的に接続する導電体328、および導電体330等が埋め込まれている。なお、導電体328、および導電体330はプラグ、または配線として機能を有する。また、プラグまたは配線として機能を有する導電体は、複数の構造をまとめて同一の符号を付与する場合がある。また、本明細書等において、配線と、配線と電気的に接続するプラグとが一体物であってもよい。すなわち、導電体の一部が配線として機能する場合、および導電体の一部がプラグとして機能する場合もある。 The insulator 320, the insulator 322, the insulator 324, and the insulator 326 are embedded with a conductor 328 that is electrically connected to the capacitor 100 or the transistor 200, the conductor 330, and the like. Note that the conductor 328 and the conductor 330 function as plugs or wirings. In addition, a conductor having a function as a plug or a wiring may be given the same reference numeral by collecting a plurality of structures. In this specification and the like, the wiring and the plug electrically connected to the wiring may be integrated. That is, a part of the conductor may function as a wiring, and a part of the conductor may function as a plug.
各プラグ、および配線(導電体328、および導電体330等)の材料としては、金属材料、合金材料、金属窒化物材料、または金属酸化物材料などの導電性材料を、単層または積層して用いることができる。耐熱性と導電性を両立するタングステンやモリブデンなどの高融点材料を用いることが好ましく、タングステンを用いることが好ましい。または、アルミニウムや銅などの低抵抗導電性材料で形成することが好ましい。低抵抗導電性材料を用いることで配線抵抗を低くすることができる。 As a material of each plug and wiring (conductor 328, conductor 330, etc.), a conductive material such as a metal material, an alloy material, a metal nitride material, or a metal oxide material is used as a single layer or a stacked layer. Can be used. It is preferable to use a high melting point material such as tungsten or molybdenum that has both heat resistance and conductivity, and it is preferable to use tungsten. Alternatively, it is preferably formed using a low-resistance conductive material such as aluminum or copper. Wiring resistance can be lowered by using a low-resistance conductive material.
絶縁体326、および導電体330上に、配線層を設けてもよい。例えば、図20において、絶縁体350、絶縁体352、及び絶縁体354が順に積層して設けられている。また、絶縁体350、絶縁体352、及び絶縁体354には、導電体356が形成されている。導電体356は、プラグ、または配線として機能を有する。なお導電体356は、導電体328、および導電体330と同様の材料を用いて設けることができる。 A wiring layer may be provided over the insulator 326 and the conductor 330. For example, in FIG. 20, an insulator 350, an insulator 352, and an insulator 354 are sequentially stacked. A conductor 356 is formed in the insulator 350, the insulator 352, and the insulator 354. The conductor 356 functions as a plug or a wiring. Note that the conductor 356 can be provided using a material similar to that of the conductor 328 and the conductor 330.
なお、例えば、絶縁体350は、絶縁体324と同様に、水素に対するバリア性を有する絶縁体を用いることが好ましい。また、導電体356は、水素に対するバリア性を有する導電体を含むことが好ましい。特に、水素に対するバリア性を有する絶縁体350が有する開口部に、水素に対するバリア性を有する導電体が形成される。当該構成により、トランジスタ300とトランジスタ200とは、バリア層により分離することができ、トランジスタ300からトランジスタ200への水素の拡散を抑制することができる。 For example, as the insulator 350, an insulator having a barrier property against hydrogen is preferably used as in the case of the insulator 324. The conductor 356 preferably includes a conductor having a barrier property against hydrogen. In particular, a conductor having a barrier property against hydrogen is formed in an opening portion of the insulator 350 having a barrier property against hydrogen. With this structure, the transistor 300 and the transistor 200 can be separated by a barrier layer, and hydrogen diffusion from the transistor 300 to the transistor 200 can be suppressed.
なお、水素に対するバリア性を有する導電体としては、例えば、窒化タンタル等を用いるとよい。また、窒化タンタルと導電性が高いタングステンを積層することで、配線としての導電性を保持したまま、トランジスタ300からの水素の拡散を抑制することができる。この場合、水素に対するバリア性を有する窒化タンタル層が、水素に対するバリア性を有する絶縁体350と接する構造であることが好ましい。 For example, tantalum nitride may be used as the conductor having a barrier property against hydrogen. Further, by stacking tantalum nitride and tungsten having high conductivity, diffusion of hydrogen from the transistor 300 can be suppressed while maintaining conductivity as a wiring. In this case, it is preferable that the tantalum nitride layer having a barrier property against hydrogen be in contact with the insulator 350 having a barrier property against hydrogen.
絶縁体354、および導電体356上に、配線層を設けてもよい。例えば、図20において、絶縁体360、絶縁体362、及び絶縁体364が順に積層して設けられている。また、絶縁体360、絶縁体362、及び絶縁体364には、導電体366が形成されている。導電体366は、プラグ、または配線として機能を有する。なお導電体366は、導電体328、および導電体330と同様の材料を用いて設けることができる。 A wiring layer may be provided over the insulator 354 and the conductor 356. For example, in FIG. 20, an insulator 360, an insulator 362, and an insulator 364 are sequentially stacked. Further, a conductor 366 is formed in the insulator 360, the insulator 362, and the insulator 364. The conductor 366 functions as a plug or a wiring. Note that the conductor 366 can be provided using a material similar to that of the conductor 328 and the conductor 330.
なお、例えば、絶縁体360は、絶縁体324と同様に、水素に対するバリア性を有する絶縁体を用いることが好ましい。また、導電体366は、水素に対するバリア性を有する導電体を含むことが好ましい。特に、水素に対するバリア性を有する絶縁体360が有する開口部に、水素に対するバリア性を有する導電体が形成される。当該構成により、トランジスタ300とトランジスタ200とは、バリア層により分離することができ、トランジスタ300からトランジスタ200への水素の拡散を抑制することができる。 Note that for example, the insulator 360 is preferably an insulator having a barrier property against hydrogen, similarly to the insulator 324. The conductor 366 preferably includes a conductor having a barrier property against hydrogen. In particular, a conductor having a barrier property against hydrogen is formed in an opening of the insulator 360 having a barrier property against hydrogen. With this structure, the transistor 300 and the transistor 200 can be separated by a barrier layer, and hydrogen diffusion from the transistor 300 to the transistor 200 can be suppressed.
絶縁体364、および導電体366上に、配線層を設けてもよい。例えば、図20において、絶縁体370、絶縁体372、及び絶縁体374が順に積層して設けられている。また、絶縁体370、絶縁体372、及び絶縁体374には、導電体376が形成されている。導電体376は、プラグ、または配線として機能を有する。なお導電体376は、導電体328、および導電体330と同様の材料を用いて設けることができる。 A wiring layer may be provided over the insulator 364 and the conductor 366. For example, in FIG. 20, an insulator 370, an insulator 372, and an insulator 374 are sequentially stacked. A conductor 376 is formed in the insulator 370, the insulator 372, and the insulator 374. The conductor 376 functions as a plug or a wiring. Note that the conductor 376 can be provided using a material similar to that of the conductor 328 and the conductor 330.
なお、例えば、絶縁体370は、絶縁体324と同様に、水素に対するバリア性を有する絶縁体を用いることが好ましい。また、導電体376は、水素に対するバリア性を有する導電体を含むことが好ましい。特に、水素に対するバリア性を有する絶縁体370が有する開口部に、水素に対するバリア性を有する導電体が形成される。当該構成により、トランジスタ300とトランジスタ200とは、バリア層により分離することができ、トランジスタ300からトランジスタ200への水素の拡散を抑制することができる。 Note that for example, as the insulator 324, an insulator having a barrier property against hydrogen is preferably used as the insulator 370. The conductor 376 preferably includes a conductor having a barrier property against hydrogen. In particular, a conductor having a barrier property against hydrogen is formed in an opening portion of the insulator 370 having a barrier property against hydrogen. With this structure, the transistor 300 and the transistor 200 can be separated by a barrier layer, and hydrogen diffusion from the transistor 300 to the transistor 200 can be suppressed.
絶縁体374、および導電体376上に、配線層を設けてもよい。例えば、図20において、絶縁体380、絶縁体382、及び絶縁体384が順に積層して設けられている。また、絶縁体380、絶縁体382、及び絶縁体384には、導電体386が形成されている。導電体386は、プラグ、または配線として機能を有する。なお導電体386は、導電体328、および導電体330と同様の材料を用いて設けることができる。 A wiring layer may be provided over the insulator 374 and the conductor 376. For example, in FIG. 20, an insulator 380, an insulator 382, and an insulator 384 are sequentially stacked. A conductor 386 is formed over the insulator 380, the insulator 382, and the insulator 384. The conductor 386 functions as a plug or a wiring. Note that the conductor 386 can be provided using a material similar to that of the conductor 328 and the conductor 330.
なお、例えば、絶縁体380は、絶縁体324と同様に、水素に対するバリア性を有する絶縁体を用いることが好ましい。また、導電体386は、水素に対するバリア性を有する導電体を含むことが好ましい。特に、水素に対するバリア性を有する絶縁体380が有する開口部に、水素に対するバリア性を有する導電体が形成される。当該構成により、トランジスタ300とトランジスタ200とは、バリア層により分離することができ、トランジスタ300からトランジスタ200への水素の拡散を抑制することができる。 Note that for example, as the insulator 324, an insulator having a barrier property against hydrogen is preferably used as the insulator 380. The conductor 386 preferably includes a conductor having a barrier property against hydrogen. In particular, a conductor having a barrier property against hydrogen is formed in an opening portion of the insulator 380 having a barrier property against hydrogen. With this structure, the transistor 300 and the transistor 200 can be separated by a barrier layer, and hydrogen diffusion from the transistor 300 to the transistor 200 can be suppressed.
絶縁体384上には絶縁体210、絶縁体212、絶縁体214、および絶縁体216が、順に積層して設けられている。絶縁体210、絶縁体212、絶縁体214、および絶縁体216のいずれかは、酸素や水素に対してバリア性のある物質を用いることが好ましい。 An insulator 210, an insulator 212, an insulator 214, and an insulator 216 are sequentially stacked over the insulator 384. Any of the insulator 210, the insulator 212, the insulator 214, and the insulator 216 is preferably formed using a substance having a barrier property against oxygen or hydrogen.
例えば、絶縁体210、および絶縁体214には、例えば、基板311、またはトランジスタ300を設ける領域などから、トランジスタ200を設ける領域に、水素や不純物が拡散しないようなバリア性を有する膜を用いることが好ましい。従って、絶縁体324と同様の材料を用いることができる。 For example, the insulator 210 and the insulator 214 are each formed using a film having a barrier property such that hydrogen or an impurity does not diffuse from a region where the substrate 311 or the transistor 300 is provided to a region where the transistor 200 is provided. Is preferred. Therefore, a material similar to that of the insulator 324 can be used.
水素に対するバリア性を有する膜の一例として、CVD法で形成した窒化シリコンを用いることができる。ここで、トランジスタ200等の酸化物半導体を有する半導体素子に、水素が拡散することで、該半導体素子の特性が低下する場合がある。従って、トランジスタ200と、トランジスタ300との間に、水素の拡散を抑制する膜を用いることが好ましい。水素の拡散を抑制する膜とは、具体的には、水素の脱離量が少ない膜とする。 As an example of a film having a barrier property against hydrogen, silicon nitride formed by a CVD method can be used. Here, when hydrogen diffuses into a semiconductor element including an oxide semiconductor such as the transistor 200, characteristics of the semiconductor element may be reduced. Therefore, a film for suppressing hydrogen diffusion is preferably used between the transistor 200 and the transistor 300. Specifically, the film that suppresses the diffusion of hydrogen is a film with a small amount of hydrogen desorption.
また、水素に対するバリア性を有する膜として、例えば、絶縁体210、および絶縁体214には、酸化アルミニウム、酸化ハフニウム、酸化タンタルなどの金属酸化物を用いることが好ましい。 As the film having a barrier property against hydrogen, for example, a metal oxide such as aluminum oxide, hafnium oxide, or tantalum oxide is preferably used for the insulator 210 and the insulator 214.
特に、酸化アルミニウムは、酸素、およびトランジスタの電気特性の変動要因となる水素、水分などの不純物、の両方に対して膜を透過させない遮断効果が高い。したがって、酸化アルミニウムは、トランジスタの作製工程中および作製後において、水素、水分などの不純物のトランジスタ200への混入を防止することができる。また、トランジスタ200を構成する酸化物からの酸素の放出を抑制することができる。そのため、トランジスタ200に対する保護膜として用いることに適している。 In particular, aluminum oxide has a high blocking effect that prevents the film from permeating both oxygen and impurities such as hydrogen and moisture, which cause variation in electrical characteristics of the transistor. Therefore, aluminum oxide can prevent impurities such as hydrogen and moisture from entering the transistor 200 during and after the manufacturing process of the transistor. In addition, release of oxygen from the oxide included in the transistor 200 can be suppressed. Therefore, it is suitable for use as a protective film for the transistor 200.
また、例えば、絶縁体212、および絶縁体216には、絶縁体320と同様の材料を用いることができる。また、当該絶縁膜に、比較的誘電率が低い材料を層間膜とすることで、配線間に生じる寄生容量を低減することができる。例えば、絶縁体212、および絶縁体216として、酸化シリコン膜や酸化窒化シリコン膜などを用いることができる。 For example, the insulator 212 and the insulator 216 can be formed using a material similar to that of the insulator 320. In addition, by using a material having a relatively low dielectric constant for the insulating film as an interlayer film, parasitic capacitance generated between wirings can be reduced. For example, as the insulator 212 and the insulator 216, a silicon oxide film, a silicon oxynitride film, or the like can be used.
また、絶縁体210、絶縁体212、絶縁体214、および絶縁体216には、導電体218、及びトランジスタ200を構成する導電体(導電体205)等が埋め込まれている。なお、導電体218は、容量素子100、またはトランジスタ300と電気的に接続するプラグ、または配線としての機能を有する。導電体218は、導電体328、および導電体330と同様の材料を用いて設けることができる。 The insulator 210, the insulator 212, the insulator 214, and the insulator 216 are embedded with a conductor 218, a conductor (conductor 205) included in the transistor 200, and the like. Note that the conductor 218 functions as a plug or a wiring electrically connected to the capacitor 100 or the transistor 300. The conductor 218 can be provided using a material similar to that of the conductor 328 and the conductor 330.
特に、絶縁体210、および絶縁体214と接する領域の導電体218は、酸素、水素、および水に対するバリア性を有する導電体であることが好ましい。当該構成により、トランジスタ300とトランジスタ200とは、酸素、水素、および水に対するバリア性を有する層で、完全により分離することができ、トランジスタ300からトランジスタ200への水素の拡散を抑制することができる。 In particular, the insulator 210 and the conductor 218 in a region in contact with the insulator 214 are preferably conductors having a barrier property against oxygen, hydrogen, and water. With this structure, the transistor 300 and the transistor 200 are layers having a barrier property against oxygen, hydrogen, and water and can be completely separated from each other, so that diffusion of hydrogen from the transistor 300 to the transistor 200 can be suppressed. .
絶縁体216の上方には、トランジスタ200が設けられている。なお、トランジスタ200としては、先の実施の形態で説明した半導体装置が有するトランジスタを用いればよい。例えば、トランジスタ200としては、トランジスタ1000、トランジスタ1000a、およびトランジスタ1000bなどを用いることができる。図20では、トランジスタ200としてトランジスタ1000aを用いる例を示している。また、図20に示すトランジスタ200は一例であり、その構造に限定されず、回路構成や駆動方法に応じて適切なトランジスタを用いればよい。 A transistor 200 is provided above the insulator 216. Note that as the transistor 200, a transistor included in the semiconductor device described in the above embodiment may be used. For example, as the transistor 200, a transistor 1000, a transistor 1000a, a transistor 1000b, or the like can be used. 20 illustrates an example in which a transistor 1000a is used as the transistor 200. In addition, the transistor 200 illustrated in FIGS. 20A and 20B is an example, and is not limited to the structure, and an appropriate transistor may be used depending on a circuit configuration or a driving method.
トランジスタ200の上方には、絶縁体280を設ける。絶縁体280には、過剰酸素領域が形成されていることが好ましい。特に、トランジスタ200に酸化物半導体を用いる場合、トランジスタ200近傍の層間膜などに、過剰酸素領域を有する絶縁体を設けることで、トランジスタ200が有する酸化物230の酸素欠損を低減することで、信頼性を向上させることができる。また、トランジスタ200を覆う絶縁体280は、その下方の凹凸形状を被覆する平坦化膜として機能してもよい。なお、絶縁体280は、トランジスタ200の上部に形成される絶縁体281と絶縁体225に接して設けられる。 An insulator 280 is provided above the transistor 200. It is preferable that an excess oxygen region be formed in the insulator 280. In particular, in the case where an oxide semiconductor is used for the transistor 200, an insulator having an excess oxygen region is provided in an interlayer film or the like in the vicinity of the transistor 200, so that oxygen vacancies in the oxide 230 included in the transistor 200 are reduced. Can be improved. Further, the insulator 280 that covers the transistor 200 may function as a planarization film that covers the uneven shape below the transistor 200. Note that the insulator 280 is provided in contact with the insulator 281 and the insulator 225 which are formed over the transistor 200.
過剰酸素領域を有する絶縁体として、具体的には、加熱により一部の酸素が脱離する酸化物材料を用いることが好ましい。加熱により酸素を脱離する酸化物とは、TDS分析にて、酸素原子に換算しての酸素の脱離量が1.0×1018atoms/cm3以上、好ましくは3.0×1020atoms/cm3以上である酸化物膜である。なお、上記TDS分析時における膜の表面温度としては100℃以上700℃以下、または100℃以上500℃以下の範囲が好ましい。 Specifically, an oxide material from which part of oxygen is released by heating is preferably used as the insulator having an excess oxygen region. The oxide which desorbs oxygen by heating means that the amount of desorbed oxygen converted to oxygen atoms is 1.0 × 10 18 atoms / cm 3 or more, preferably 3.0 × 10 20 in TDS analysis. An oxide film having atoms / cm 3 or more. The surface temperature of the film at the time of TDS analysis is preferably in the range of 100 ° C. to 700 ° C., or 100 ° C. to 500 ° C.
例えばこのような材料として、酸化シリコンまたは酸化窒化シリコンを含む材料を用いることが好ましい。または、金属酸化物を用いることもできる。なお、本明細書中において、酸化窒化シリコンとは、その組成として窒素よりも酸素の含有量が多い材料を指し、窒化酸化シリコンとは、その組成として、酸素よりも窒素の含有量が多い材料を示す。 For example, as such a material, a material containing silicon oxide or silicon oxynitride is preferably used. Alternatively, a metal oxide can be used. Note that in this specification, silicon oxynitride refers to a material having a higher oxygen content than nitrogen as its composition, and silicon nitride oxide refers to a material having a higher nitrogen content than oxygen as its composition. Indicates.
絶縁体280上には、絶縁体282が設けられている。絶縁体282は、酸素や水素に対してバリア性のある物質を用いることが好ましい。従って、絶縁体282には、絶縁体214と同様の材料を用いることができる。例えば、絶縁体282には、酸化アルミニウム、酸化ハフニウム、酸化タンタルなどの金属酸化物を用いることが好ましい。 An insulator 282 is provided over the insulator 280. The insulator 282 is preferably formed using a substance having a barrier property against oxygen or hydrogen. Therefore, the insulator 282 can be formed using a material similar to that of the insulator 214. For example, the insulator 282 is preferably formed using a metal oxide such as aluminum oxide, hafnium oxide, or tantalum oxide.
特に、酸化アルミニウムは、酸素、およびトランジスタの電気特性の変動要因となる水素、水分などの不純物、の両方に対して膜を透過させない遮断効果が高い。したがって、酸化アルミニウムは、トランジスタの作製工程中および作製後において、水素、水分などの不純物のトランジスタ200への混入を防止することができる。また、トランジスタ200を構成する酸化物からの酸素の放出を抑制することができる。そのため、トランジスタ200に対する保護膜として用いることに適している。 In particular, aluminum oxide has a high blocking effect that prevents the film from permeating both oxygen and impurities such as hydrogen and moisture, which cause variation in electrical characteristics of the transistor. Therefore, aluminum oxide can prevent impurities such as hydrogen and moisture from entering the transistor 200 during and after the manufacturing process of the transistor. In addition, release of oxygen from the oxide included in the transistor 200 can be suppressed. Therefore, it is suitable for use as a protective film for the transistor 200.
なお、トランジスタ200としてトランジスタ1000aを設ける場合、絶縁体214は絶縁体301に、導電体218は導電体310に、絶縁体216は絶縁体301に、絶縁体220は絶縁体302に、絶縁体222は絶縁体303に、絶縁体224は絶縁体402に、絶縁体225は絶縁体409に、絶縁体281は絶縁体410に、絶縁体280は絶縁体415に、絶縁体282は絶縁体420に対応する。よって、先の実施の形態に示す、対応する構成の記載を参酌することができる。 Note that in the case where the transistor 1000a is provided as the transistor 200, the insulator 214 is the insulator 301, the conductor 218 is the conductor 310, the insulator 216 is the insulator 301, the insulator 220 is the insulator 302, and the insulator 222. Is the insulator 303, the insulator 224 is the insulator 402, the insulator 225 is the insulator 409, the insulator 281 is the insulator 410, the insulator 280 is the insulator 415, and the insulator 282 is the insulator 420. Correspond. Therefore, description of a corresponding structure shown in the above embodiment can be referred to.
また、絶縁体282上には、絶縁体286が設けられている。絶縁体286は、絶縁体320と同様の材料を用いることができる。また、当該絶縁膜に、比較的誘電率が低い材料を層間膜とすることで、配線間に生じる寄生容量を低減することができる。例えば、絶縁体286として、酸化シリコン膜や酸化窒化シリコン膜などを用いることができる。 An insulator 286 is provided over the insulator 282. The insulator 286 can be formed using a material similar to that of the insulator 320. In addition, by using a material having a relatively low dielectric constant for the insulating film as an interlayer film, parasitic capacitance generated between wirings can be reduced. For example, as the insulator 286, a silicon oxide film, a silicon oxynitride film, or the like can be used.
また、絶縁体220、絶縁体222、絶縁体224、絶縁体280絶縁体282、および絶縁体286には、導電体246、および導電体248等が埋め込まれている。 A conductor 246, a conductor 248, and the like are embedded in the insulator 220, the insulator 222, the insulator 224, the insulator 280, the insulator 282, and the insulator 286.
導電体246、および導電体248は、容量素子100、トランジスタ200、またはトランジスタ300と電気的に接続するプラグ、または配線として機能を有する。導電体246、および導電体248は、導電体328、および導電体330と同様の材料を用いて設けることができる。 The conductor 246 and the conductor 248 function as plugs or wirings that are electrically connected to the capacitor 100, the transistor 200, or the transistor 300. The conductor 246 and the conductor 248 can be provided using a material similar to that of the conductor 328 and the conductor 330.
続いて、トランジスタ200の上方には、容量素子100が設けられている。容量素子100は、導電体110と、導電体120、および絶縁体130とを有する。 Subsequently, the capacitor element 100 is provided above the transistor 200. The capacitor 100 includes a conductor 110, a conductor 120, and an insulator 130.
また、導電体246、および導電体248上に、導電体112を設けてもよい。導電体112は、容量素子100、トランジスタ200、またはトランジスタ300と電気的に接続するプラグ、または配線として機能を有する。導電体110は、容量素子100の電極として機能を有する。なお、導電体112、および導電体110は、同時に形成することができる。 Further, the conductor 112 may be provided over the conductor 246 and the conductor 248. The conductor 112 functions as a plug or a wiring electrically connected to the capacitor 100, the transistor 200, or the transistor 300. The conductor 110 functions as an electrode of the capacitor 100. Note that the conductor 112 and the conductor 110 can be formed at the same time.
導電体112、および導電体110には、モリブデン、チタン、タンタル、タングステン、アルミニウム、銅、クロム、ネオジム、スカンジウムから選ばれた元素を含む金属膜、または上述した元素を成分とする金属窒化物膜(窒化タンタル、窒化チタン膜、窒化モリブデン膜、窒化タングステン膜)等を用いることができる。又は、インジウム錫酸化物、酸化タングステンを含むインジウム酸化物、酸化タングステンを含むインジウム亜鉛酸化物、酸化チタンを含むインジウム酸化物、酸化チタンを含むインジウム錫酸化物、インジウム亜鉛酸化物、酸化ケイ素を添加したインジウム錫酸化物などの導電性材料を適用することもできる。 The conductor 112 and the conductor 110 include a metal film containing an element selected from molybdenum, titanium, tantalum, tungsten, aluminum, copper, chromium, neodymium, and scandium, or a metal nitride film containing the above-described element as a component. (Tantalum nitride, titanium nitride film, molybdenum nitride film, tungsten nitride film) or the like can be used. Or indium tin oxide, indium oxide containing tungsten oxide, indium zinc oxide containing tungsten oxide, indium oxide containing titanium oxide, indium tin oxide containing titanium oxide, indium zinc oxide, silicon oxide added It is also possible to apply a conductive material such as indium tin oxide.
図20では、導電体112、および導電体110は単層構造を示したが、当該構成に限定されず、2層以上の積層構造でもよい。例えば、バリア性を有する導電体と導電性が高い導電体との間に、バリア性を有する導電体、および導電性が高い導電体に対して密着性が高い導電体を形成してもよい。 In FIG. 20, the conductor 112 and the conductor 110 have a single-layer structure; however, the structure is not limited thereto, and a stacked structure of two or more layers may be used. For example, a conductor having a high barrier property and a conductor having a high barrier property may be formed between a conductor having a barrier property and a conductor having a high conductivity.
また、導電体112、および導電体110上に、容量素子100の誘電体として、絶縁体130を設ける。絶縁体130は、例えば、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、酸化アルミニウム、酸化窒化アルミニウム、窒化酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸化ハフニウム、酸化窒化ハフニウム、窒化酸化ハフニウム、窒化ハフニウムなどを用いればよく、積層または単層で設けることができる。 An insulator 130 is provided over the conductor 112 and the conductor 110 as a dielectric of the capacitor 100. Examples of the insulator 130 include silicon oxide, silicon oxynitride, silicon nitride oxide, silicon nitride, aluminum oxide, aluminum oxynitride, aluminum nitride oxide, aluminum nitride, hafnium oxide, hafnium oxynitride, hafnium nitride oxide, and hafnium nitride. What is necessary is just to use, and it can provide by lamination | stacking or single layer.
例えば、絶縁体130には、酸化窒化シリコンなどの絶縁耐力が大きい材料を用いるとよい。当該構成により、容量素子100は、絶縁体130を有することで、絶縁耐力が向上し、容量素子100の静電破壊を抑制することができる。 For example, the insulator 130 may be formed using a material having high dielectric strength such as silicon oxynitride. With this configuration, the capacitor 100 includes the insulator 130, whereby the dielectric strength is improved and electrostatic breakdown of the capacitor 100 can be suppressed.
絶縁体130上に、導電体110と重畳するように、導電体120を設ける。なお、導電体120は、金属材料、合金材料、または金属酸化物材料などの導電性材料を用いることができる。耐熱性と導電性を両立するタングステンやモリブデンなどの高融点材料を用いることが好ましく、特にタングステンを用いることが好ましい。また、導電体などの他の構造と同時に形成する場合は、低抵抗金属材料であるCu(銅)やAl(アルミニウム)等を用いればよい。 A conductor 120 is provided over the insulator 130 so as to overlap with the conductor 110. Note that the conductor 120 can be formed using a conductive material such as a metal material, an alloy material, or a metal oxide material. It is preferable to use a high-melting-point material such as tungsten or molybdenum that has both heat resistance and conductivity, and it is particularly preferable to use tungsten. In the case of forming simultaneously with other structures such as a conductor, Cu (copper), Al (aluminum), or the like, which is a low resistance metal material, may be used.
導電体120、および絶縁体130上には、絶縁体150が設けられている。絶縁体150は、絶縁体320と同様の材料を用いて設けることができる。また、絶縁体150は、その下方の凹凸形状を被覆する平坦化膜として機能してもよい。 An insulator 150 is provided over the conductor 120 and the insulator 130. The insulator 150 can be provided using a material similar to that of the insulator 320. Further, the insulator 150 may function as a planarization film that covers the concave and convex shapes below the insulator 150.
以上が構成例についての説明である。本構成を用いることで、酸化物半導体を有するトランジスタを用いた半導体装置において、電気特性の変動を抑制すると共に、信頼性を向上させることができる。または、酸化物半導体を有するトランジスタを用いた半導体装置において、消費電力を低減することができる。または、酸化物半導体を有するトランジスタを用いた半導体装置において、微細化または高集積化を図ることができる。または、微細化または高集積化された半導体装置を生産性良く提供することができる。 The above is the description of the configuration example. By using this structure, in a semiconductor device using a transistor including an oxide semiconductor, variation in electrical characteristics can be suppressed and reliability can be improved. Alternatively, power consumption can be reduced in a semiconductor device including a transistor including an oxide semiconductor. Alternatively, miniaturization or high integration can be achieved in a semiconductor device including a transistor including an oxide semiconductor. Alternatively, a miniaturized or highly integrated semiconductor device can be provided with high productivity.
<記憶装置1の変形例1>
また、本実施の形態の変形例の一例を、図21に示す。図21は、図20と、トランジスタ300の構成が異なる。
<Variation 1 of Storage Device 1>
An example of a modification of the present embodiment is shown in FIG. FIG. 21 is different from FIG. 20 in the configuration of the transistor 300.
図9に示すトランジスタ300はチャネルが形成される半導体領域313(基板311の一部)が凸形状を有する。また、半導体領域313の側面および上面を、絶縁体315を介して、導電体316が覆うように設けられている。なお、導電体316は仕事関数を調整する材料を用いてもよい。このようなトランジスタ300は半導体基板の凸部を利用していることからFIN型トランジスタとも呼ばれる。なお、凸部の上部に接して、凸部を形成するためのマスクとして機能する絶縁体を有していてもよい。また、ここでは半導体基板の一部を加工して凸部を形成する場合を示したが、SOI基板を加工して凸形状を有する半導体膜を形成してもよい。 In the transistor 300 illustrated in FIG. 9, a semiconductor region 313 where a channel is formed (a part of the substrate 311) has a convex shape. In addition, a conductor 316 is provided so as to cover a side surface and an upper surface of the semiconductor region 313 with an insulator 315 interposed therebetween. Note that the conductor 316 may be formed using a material that adjusts a work function. Such a transistor 300 is also called a FIN-type transistor because it uses a convex portion of a semiconductor substrate. Note that an insulator functioning as a mask for forming the convex portion may be provided in contact with the upper portion of the convex portion. Although the case where a part of the semiconductor substrate is processed to form the convex portion is described here, the SOI substrate may be processed to form a semiconductor film having a convex shape.
以上が変形例についての説明である。本構成を用いることで、酸化物半導体を有するトランジスタを用いた半導体装置において、電気特性の変動を抑制すると共に、信頼性を向上させることができる。または、酸化物半導体を有するトランジスタを用いた半導体装置において、消費電力を低減することができる。または、酸化物半導体を有するトランジスタを用いた半導体装置において、微細化または高集積化を図ることができる。または、微細化または高集積化された半導体装置を生産性良く提供することができる。 The above is the description of the modified example. By using this structure, in a semiconductor device using a transistor including an oxide semiconductor, variation in electrical characteristics can be suppressed and reliability can be improved. Alternatively, power consumption can be reduced in a semiconductor device including a transistor including an oxide semiconductor. Alternatively, miniaturization or high integration can be achieved in a semiconductor device including a transistor including an oxide semiconductor. Alternatively, a miniaturized or highly integrated semiconductor device can be provided with high productivity.
<記憶装置1の変形例2>
また、本実施の形態の変形例の一例を、図22に示す。図22は、図20と、容量素子100の構成が異なる。
<Modification 2 of storage device 1>
An example of a modification of the present embodiment is shown in FIG. FIG. 22 is different from FIG. 20 in the configuration of the capacitive element 100.
図22に示す記憶装置では、絶縁体286の上に絶縁体287が設けられ、導電体112が絶縁体287に埋め込まれ、絶縁体287の上に絶縁体155が設けられ、絶縁体155に形成された複数の開口に導電体110が設けられ、導電体110の上に絶縁体130が設けられ、絶縁体130の上に、導電体110と重なるように導電体120が設けられる。また、トランジスタ200と電気的に接続される導電体248と、トランジスタ300と電気的に接続される導電体248と、を接続するように導電体112を設け、当該導電体112に接して導電体110を設ければよい。また、絶縁体287、絶縁体155は、絶縁体320と同様の材料を用いることができる。 In the memory device illustrated in FIG. 22, the insulator 287 is provided over the insulator 286, the conductor 112 is embedded in the insulator 287, the insulator 155 is provided over the insulator 287, and the insulator 155 is formed. The conductor 110 is provided in the plurality of openings, the insulator 130 is provided on the conductor 110, and the conductor 120 is provided on the insulator 130 so as to overlap the conductor 110. The conductor 112 is provided so as to connect the conductor 248 electrically connected to the transistor 200 and the conductor 248 electrically connected to the transistor 300, and the conductor 112 is in contact with the conductor 112. 110 may be provided. The insulator 287 and the insulator 155 can be formed using a material similar to that of the insulator 320.
図22に示す容量素子100において、絶縁体155に形成された開口の中で、導電体110と、絶縁体130と、導電体120が重なるので、導電体110、絶縁体130、および導電体120は被覆性の良好な膜にすることが好ましい。このため、導電体110、絶縁体130、および導電体120は、CVD法、ALD法などの良好な段差被覆性を有する成膜方法を用いて成膜することが好ましい。 In the capacitor 100 illustrated in FIG. 22, the conductor 110, the insulator 130, and the conductor 120 overlap in the opening formed in the insulator 155, so that the conductor 110, the insulator 130, and the conductor 120 are overlapped. Is preferably a film having good coverage. Therefore, the conductor 110, the insulator 130, and the conductor 120 are preferably formed using a film formation method having good step coverage such as a CVD method or an ALD method.
容量素子100は、絶縁体155に設けられた開口の形状に沿って形成されるため、当該開口が深く形成されるほど静電容量を増加させることができる。また、当該開口の数を増やすほど静電容量を増加させることができる。このような容量素子100を形成することにより、容量素子100の上面積を増やすことなく、静電容量を増加させることができる。 Since the capacitor 100 is formed along the shape of the opening provided in the insulator 155, the capacitance can be increased as the opening is formed deeper. Further, the capacitance can be increased as the number of the openings is increased. By forming such a capacitive element 100, the capacitance can be increased without increasing the upper area of the capacitive element 100.
以上が変形例についての説明である。本構成を用いることで、酸化物半導体を有するトランジスタを用いた半導体装置において、電気特性の変動を抑制すると共に、信頼性を向上させることができる。または、酸化物半導体を有するトランジスタを用いた半導体装置において、消費電力を低減することができる。または、酸化物半導体を有するトランジスタを用いた半導体装置において、微細化または高集積化を図ることができる。または、微細化または高集積化された半導体装置を生産性良く提供することができる。 The above is the description of the modified example. By using this structure, in a semiconductor device using a transistor including an oxide semiconductor, variation in electrical characteristics can be suppressed and reliability can be improved. Alternatively, power consumption can be reduced in a semiconductor device including a transistor including an oxide semiconductor. Alternatively, miniaturization or high integration can be achieved in a semiconductor device including a transistor including an oxide semiconductor. Alternatively, a miniaturized or highly integrated semiconductor device can be provided with high productivity.
<メモリセルアレイの構造>
本実施の形態のメモリセルアレイの一例を、図23に示す。図20および図21に示す記憶装置をメモリセルとして、マトリクス状に配置することで、メモリセルアレイを構成することができる。図23は、図20に示す記憶装置を、マトリクス状に配置した場合における、行の一部を抜き出した断面図である。
<Structure of memory cell array>
An example of the memory cell array of this embodiment is illustrated in FIG. A memory cell array can be formed by arranging the memory devices shown in FIGS. 20 and 21 as memory cells in a matrix. FIG. 23 is a cross-sectional view of a part of a row extracted from the storage device shown in FIG. 20 arranged in a matrix.
図23に示す記憶装置では、メモリセル600aとメモリセル600bが隣接して配置されている。メモリセル600aおよびメモリセル600bは、図20に示す記憶装置と同様に、トランジスタ300、トランジスタ200、および容量素子100を有し、配線3001、配線3002、配線3003、配線3004、配線3005、および配線3006と電気的に接続される。また、メモリセル600aおよびメモリセル600bにおいても、同様にトランジスタ300のゲートと、容量素子100の電極の一方と、が電気的に接続するノードを、ノードFGとする。なお、配線3002は隣接するメモリセル600aとメモリセル600bで共通の配線である。 In the memory device illustrated in FIG. 23, the memory cell 600a and the memory cell 600b are arranged adjacent to each other. Similarly to the memory device illustrated in FIG. 20, the memory cell 600a and the memory cell 600b each include the transistor 300, the transistor 200, and the capacitor 100, and include the wiring 3001, the wiring 3002, the wiring 3003, the wiring 3004, the wiring 3005, and the wiring 3006 is electrically connected. Similarly, in the memory cell 600a and the memory cell 600b, a node where the gate of the transistor 300 and one of the electrodes of the capacitor 100 are electrically connected is a node FG. Note that the wiring 3002 is a wiring common to the adjacent memory cells 600a and 600b.
メモリセルをアレイ状に配置する場合、読み出し時には、所望のメモリセルの情報を読み出さなくてはならない。例えば、メモリセルアレイがNOR型の構成の場合、情報を読み出さないメモリセルのトランジスタ300を非導通状態にすることで、所望のメモリセルの情報のみを読み出すことができる。この場合、ノードFGに与えられた電荷によらずトランジスタ300が「非導通状態」となるような電位、つまり、Vth_Hより低い電位を、情報を読み出さないメモリセルと接続される第5の配線3005に与えればよい。または、例えば、メモリセルアレイがNAND型の構成の場合、情報を読み出さないメモリセルのトランジスタ300を導通状態にすることで、所望のメモリセルの情報をのみ読み出すことができる。この場合、ノードFGに与えられた電荷によらずトランジスタ300が「導通状態」となるような電位、つまり、Vth_Lより高い電位を、情報を読み出さないメモリセルと接続される第5の配線3005に与えればよい。 When memory cells are arranged in an array, information of a desired memory cell must be read at the time of reading. For example, when the memory cell array has a NOR structure, only information on a desired memory cell can be read by turning off the transistor 300 of the memory cell from which information is not read. In this case, a fifth wiring which is connected to a memory cell from which information is not read with a potential at which the transistor 300 becomes “non-conductive” regardless of the charge applied to the node FG, that is, a potential lower than V th_H. It may be given to 3005. Alternatively, for example, when the memory cell array has a NAND configuration, information on a desired memory cell can be read only by turning on the transistor 300 of the memory cell from which information is not read. In this case, a fifth wiring 3005 connected to a memory cell from which information is not read with a potential at which the transistor 300 is in a “conducting state” regardless of the charge applied to the node FG, that is, a potential higher than V th_L. To give.
[記憶装置2]
本発明の一態様である半導体装置を使用した、記憶装置の一例を図24に示す。
[Storage device 2]
FIG. 24 illustrates an example of a memory device using the semiconductor device which is one embodiment of the present invention.
図24に示す記憶装置は、図20で示したトランジスタ200、トランジスタ300、および容量素子100を有する半導体装置に加え、トランジスタ345を有している。 A memory device illustrated in FIG. 24 includes a transistor 345 in addition to the semiconductor device including the transistor 200, the transistor 300, and the capacitor 100 illustrated in FIG.
トランジスタ345としては、先の実施の形態で説明した半導体装置が有するトランジスタを用いればよい。例えば、トランジスタ345としては、トランジスタ2000およびトランジスタ2000aなどを用いることができる。図24では、トランジスタ200としてトランジスタ2000を用いる例を示している。また、図24に示すトランジスタ345は一例であり、その構造に限定されず、回路構成や駆動方法に応じて適切なトランジスタを用いればよい。 As the transistor 345, a transistor included in the semiconductor device described in the above embodiment may be used. For example, the transistor 345 can be the transistor 2000, the transistor 2000a, or the like. FIG. 24 illustrates an example in which a transistor 2000 is used as the transistor 200. In addition, the transistor 345 illustrated in FIG. 24 is an example and is not limited to the structure, and an appropriate transistor may be used depending on a circuit configuration or a driving method.
トランジスタ345として、トランジスタ2000またはトランジスタ2000aを用いることで、トランジスタ345は、トランジスタ200の第2のゲート電圧を制御することができる。例えば、トランジスタ345の第1のゲート及び第2のゲートをソースとダイオード接続し、トランジスタ345のソースと、トランジスタ200の第2のゲートを接続する構成とする。当該構成でトランジスタ200の第2のゲートの負電位を保持するとき、トランジスタ345の第1のゲートーソース間の電圧および、第2のゲートーソース間の電圧は、0Vになる。トランジスタ345において、第2のゲート電圧及び第1のゲート電圧が0Vのときのドレイン電流が非常に小さいため、トランジスタ200およびトランジスタ345に電源供給をしなくても、トランジスタ200の第2のゲートの負電位を長時間維持することができる。これにより、トランジスタ200、およびトランジスタ345を有する記憶装置は、長期にわたり記憶内容を保持することが可能である。 By using the transistor 2000 or the transistor 2000a as the transistor 345, the transistor 345 can control the second gate voltage of the transistor 200. For example, the first gate and the second gate of the transistor 345 are diode-connected to the source, and the source of the transistor 345 is connected to the second gate of the transistor 200. When the negative potential of the second gate of the transistor 200 is held with this structure, the voltage between the first gate and the source of the transistor 345 and the voltage between the second gate and the source are 0V. In the transistor 345, since the drain current when the second gate voltage and the first gate voltage are 0 V is very small, the power supply to the transistor 200 and the transistor 345 is not supplied, so that the second gate voltage of the transistor 200 Negative potential can be maintained for a long time. Thus, the memory device including the transistor 200 and the transistor 345 can hold stored data for a long time.
従って、図24において、配線3001はトランジスタ300のソースと電気的に接続され、配線3002はトランジスタ300のドレインと電気的に接続されている。また、配線3003はトランジスタ200のソースおよびドレインの一方と電気的に接続され、配線3004はトランジスタ200のゲートと電気的に接続され、配線3006はトランジスタ200のバックゲートと電気的に接続されている。そして、トランジスタ300のゲート、およびトランジスタ200のソースおよびドレインの他方は、容量素子100の電極の一方と電気的に接続され、配線3005は容量素子100の電極の他方と電気的に接続されている。配線3007はトランジスタ345のソースと電気的に接続され、配線3008はトランジスタ345のゲートと電気的に接続され、配線3009はトランジスタ345のバックゲートと電気的に接続され、配線3010はトランジスタ345のドレインと電気的に接続されている。ここで、配線3006、配線3007、配線3008、及び配線3009が電気的に接続されている。 Accordingly, in FIG. 24, the wiring 3001 is electrically connected to the source of the transistor 300, and the wiring 3002 is electrically connected to the drain of the transistor 300. The wiring 3003 is electrically connected to one of a source and a drain of the transistor 200, the wiring 3004 is electrically connected to the gate of the transistor 200, and the wiring 3006 is electrically connected to the back gate of the transistor 200. . The gate of the transistor 300 and the other of the source and the drain of the transistor 200 are electrically connected to one of the electrodes of the capacitor 100, and the wiring 3005 is electrically connected to the other of the electrodes of the capacitor 100. . The wiring 3007 is electrically connected to the source of the transistor 345, the wiring 3008 is electrically connected to the gate of the transistor 345, the wiring 3009 is electrically connected to the back gate of the transistor 345, and the wiring 3010 is connected to the drain of the transistor 345. And are electrically connected. Here, the wiring 3006, the wiring 3007, the wiring 3008, and the wiring 3009 are electrically connected.
図24に示す記憶装置は、トランジスタ300のゲートの電位が保持可能という特性を有することで、上述のように、情報の書き込み、保持、読み出しが可能である。 The memory device illustrated in FIG. 24 has a characteristic that the potential of the gate of the transistor 300 can be held, so that information can be written, held, and read as described above.
また、図24に示す記憶装置は、図20に示す記憶装置と同様に、マトリクス状に配置することで、メモリセルアレイを構成することができる。なお、1個のトランジスタ345は、複数のトランジスタ200の第2のゲート電圧を制御することができる。そのため、トランジスタ345は、トランジスタ200よりも、少ない個数を設けるとよい。 In addition, the memory device illustrated in FIG. 24 can form a memory cell array by being arranged in a matrix like the memory device illustrated in FIG. Note that one transistor 345 can control the second gate voltage of the plurality of transistors 200. Therefore, the transistor 345 may be provided in a smaller number than the transistor 200.
<記憶装置2の構造>
トランジスタ345は、トランジスタ200と同じ層に形成されており、並行して作製することができるトランジスタである。例えばトランジスタ345としてトランジスタ2000を用い、トランジスタ200としてトランジスタ1000aを用いた場合は、図24に示すように、図13に示すトランジスタ1000aと図15に示すトランジスタ2000の同一の符号の構成を同じ層に形成することができる。なお、トランジスタ2000の酸化物406a1および酸化物406a2はトランジスタ1000aの酸化物406aと同じ層に配置され、トランジスタ2000の酸化物406b1および酸化物406b2はトランジスタ1000aの酸化物406bと同じ層に配置される。
<Structure of storage device 2>
The transistor 345 is formed in the same layer as the transistor 200 and can be manufactured in parallel. For example, in the case where the transistor 2000 is used as the transistor 345 and the transistor 1000a is used as the transistor 200, as illustrated in FIG. 24, the same reference numerals of the transistor 1000a illustrated in FIG. 13 and the transistor 2000 illustrated in FIG. Can be formed. Note that the oxide 406a1 and the oxide 406a2 of the transistor 2000 are arranged in the same layer as the oxide 406a of the transistor 1000a, and the oxide 406b1 and the oxide 406b2 of the transistor 2000 are arranged in the same layer as the oxide 406b of the transistor 1000a. .
また、大面積基板を半導体素子ごとに分断することによって、複数の半導体装置をチップ状で取り出す場合に設けられるダイシングライン(スクライブライン、分断ライン、又は切断ラインと呼ぶ場合がある)について説明する。分断方法としては、例えば、まず、基板に半導体素子を分断するための溝(ダイシングライン)を形成した後、ダイシングラインにおいて切断し、複数の半導体装置に分断(分割)する場合がある。例えば、図24に示す構造500は、ダイシングライン近傍の断面図を示している。 A dicing line (which may be referred to as a scribe line, a dividing line, or a cutting line) provided when a plurality of semiconductor devices are taken out in a chip shape by dividing the large-area substrate into semiconductor elements will be described. As a dividing method, for example, a groove (dicing line) for dividing a semiconductor element may first be formed on a substrate, and then cut in the dicing line to be divided (divided) into a plurality of semiconductor devices. For example, the structure 500 shown in FIG. 24 shows a cross-sectional view near the dicing line.
例えば、構造500に示すように、トランジスタ200、またはトランジスタ345を有するメモリセルの外縁に設けられるダイシングラインと重なる領域近傍において、絶縁体280、絶縁体281、絶縁体225、絶縁体224、絶縁体222、絶縁体220、及び絶縁体216に開口を設ける。また、絶縁体280、絶縁体281、絶縁体225、絶縁体224、絶縁体222、絶縁体220、及び絶縁体216の側面を覆うように、絶縁体282を設ける。 For example, as illustrated in the structure 500, an insulator 280, an insulator 281, an insulator 225, an insulator 224, an insulator in the vicinity of a region overlapping with a dicing line provided on the outer edge of the memory cell including the transistor 200 or the transistor 345 222, the insulator 220, and the insulator 216 are provided with openings. The insulator 282 is provided so as to cover the side surfaces of the insulator 280, the insulator 281, the insulator 225, the insulator 224, the insulator 222, the insulator 220, and the insulator 216.
つまり、該開口部において、絶縁体222、および絶縁体214と、絶縁体282とが接する。このとき、絶縁体222、絶縁体214の少なくとも一と、絶縁体282とを同材料及び同方法を用いて形成することで、密着性を高めることができる。例えば、酸化アルミニウムを用いることができる。 That is, the insulator 222, the insulator 214, and the insulator 282 are in contact with each other in the opening. At this time, adhesion can be improved by forming at least one of the insulator 222 and the insulator 214 and the insulator 282 using the same material and the same method. For example, aluminum oxide can be used.
当該構造により、絶縁体214、絶縁体222、絶縁体282で、絶縁体280、トランジスタ200、およびトランジスタ345を包み込むことができる。絶縁体210、絶縁体222、絶縁体282は、酸素、水素、及び水の拡散を抑制する機能を有しているため、本実施の形態に示す半導体素子が形成された基板を複数有する回路領域ごとに、分断することにより、複数のチップに加工しても、分断した基板の側面方向から、水素又は水などの不純物が混入し、トランジスタ200、またはトランジスタ345に拡散することを防ぐことができる。 With this structure, the insulator 214, the insulator 222, and the insulator 282 can enclose the insulator 280, the transistor 200, and the transistor 345. Since the insulator 210, the insulator 222, and the insulator 282 have a function of suppressing diffusion of oxygen, hydrogen, and water, a circuit region including a plurality of substrates over which the semiconductor element described in this embodiment is formed By dividing each of them, even when processed into a plurality of chips, impurities such as hydrogen or water can be prevented from being mixed into the transistor 200 or the transistor 345 from the side surface direction of the divided substrate. .
また、当該構造により、絶縁体280の過剰酸素が絶縁体282、および絶縁体222の外部に拡散することを防ぐことができる。従って、絶縁体280の過剰酸素は、効率的にトランジスタ200、またはトランジスタ345におけるチャネルが形成される酸化物に供給される。当該酸素により、トランジスタ200、またはトランジスタ345におけるチャネルが形成される酸化物の酸素欠損を低減することができる。これにより、トランジスタ200、またはトランジスタ345におけるチャネルが形成される酸化物を欠陥準位密度が低い、安定な特性を有する酸化物半導体とすることができる。つまり、トランジスタ200、またはトランジスタ345の電気特性の変動を抑制すると共に、信頼性を向上させることができる。 Further, with this structure, excess oxygen in the insulator 280 can be prevented from diffusing outside the insulator 282 and the insulator 222. Accordingly, excess oxygen in the insulator 280 is efficiently supplied to the oxide in which the channel in the transistor 200 or the transistor 345 is formed. With the oxygen, oxygen vacancies in the oxide in which a channel in the transistor 200 or the transistor 345 is formed can be reduced. Accordingly, an oxide in which a channel is formed in the transistor 200 or the transistor 345 can be an oxide semiconductor having a low defect level density and stable characteristics. That is, variation in electrical characteristics of the transistor 200 or the transistor 345 can be suppressed and reliability can be improved.
また、図25に示すように、トランジスタ345として、上記実施の形態に示すトランジスタ2000aを設ける構成にしてもよい。 As illustrated in FIG. 25, the transistor 345 described in the above embodiment may be provided as the transistor 345.
また、図25に示すように、容量素子100の上部電極として機能する導電体120が、容量素子100の下部電極として機能する導電体112の側面まで回り込むように設けてもよい。これにより、導電体112の側面も容量素子として機能するため、容量素子100の静電容量を増加させることができる。また、容量素子100を形成する誘電体膜を絶縁体130aと絶縁体130bの積層膜にしてもよい。例えば、絶縁体130aとして酸化アルミニウム、絶縁体130bとして酸化窒化シリコンなどを用いることができる。 In addition, as illustrated in FIG. 25, the conductor 120 that functions as the upper electrode of the capacitor 100 may be provided so as to go around to the side surface of the conductor 112 that functions as the lower electrode of the capacitor 100. Accordingly, the side surface of the conductor 112 also functions as a capacitor element, so that the capacitance of the capacitor element 100 can be increased. Alternatively, the dielectric film forming the capacitor element 100 may be a stacked film of the insulator 130a and the insulator 130b. For example, aluminum oxide can be used as the insulator 130a, and silicon oxynitride or the like can be used as the insulator 130b.
以上が構成例についての説明である。本構成を用いることで、酸化物半導体を有するトランジスタを用いた半導体装置において、電気特性の変動を抑制すると共に、信頼性を向上させることができる。または、酸化物半導体を有するトランジスタを用いた半導体装置において、消費電力を低減することができる。または、酸化物半導体を有するトランジスタを用いた半導体装置において、微細化または高集積化を図ることができる。または、微細化または高集積化された半導体装置を生産性良く提供することができる。 The above is the description of the configuration example. By using this structure, in a semiconductor device using a transistor including an oxide semiconductor, variation in electrical characteristics can be suppressed and reliability can be improved. Alternatively, power consumption can be reduced in a semiconductor device including a transistor including an oxide semiconductor. Alternatively, miniaturization or high integration can be achieved in a semiconductor device including a transistor including an oxide semiconductor. Alternatively, a miniaturized or highly integrated semiconductor device can be provided with high productivity.
以上、本実施の形態に示す構成、方法などは、他の実施の形態に示す構成、方法などと適宜組み合わせて用いることができる。 The structures, methods, and the like described in this embodiment can be combined as appropriate with any of the structures, methods, and the like described in the other embodiments.
(実施の形態3)
本実施の形態では、半導体装置の一形態を、図26、および図27を用いて説明する。
(Embodiment 3)
In this embodiment, one embodiment of a semiconductor device is described with reference to FIGS.
<半導体ウエハ、チップ>
図14(A)は、ダイシング処理が行なわれる前の基板711の上面図を示している。基板711としては、例えば、半導体基板(「半導体ウエハ」ともいう。)を用いることができる。基板711上には、複数の回路領域712が設けられている。回路領域712には、本発明の一態様に係る半導体装置などを設けることができる。
<Semiconductor wafer, chip>
FIG. 14A shows a top view of the substrate 711 before the dicing process is performed. As the substrate 711, for example, a semiconductor substrate (also referred to as a “semiconductor wafer”) can be used. A plurality of circuit regions 712 are provided on the substrate 711. The circuit region 712 can be provided with a semiconductor device according to one embodiment of the present invention.
複数の回路領域712は、それぞれが分離領域713に囲まれている。分離領域713と重なる位置に分離線(「ダイシングライン」ともいう。)714が設定される。分離線714に沿って基板711を切断することで、回路領域712を含むチップ715を基板711から切り出すことができる。図26(B)にチップ715の拡大図を示す。 Each of the plurality of circuit regions 712 is surrounded by the isolation region 713. A separation line (also referred to as “dicing line”) 714 is set at a position overlapping with the separation region 713. By cutting the substrate 711 along the separation line 714, the chip 715 including the circuit region 712 can be cut out from the substrate 711. FIG. 26B shows an enlarged view of the chip 715.
また、分離領域713に導電層、半導体層などを設けてもよい。分離領域713に導電層、半導体層などを設けることで、ダイシング工程時に生じうるESDを緩和し、ダイシング工程に起因する歩留まりの低下を防ぐことができる。また、一般にダイシング工程は、基板の冷却、削りくずの除去、帯電防止などを目的として、炭酸ガスなどを溶解させて比抵抗を下げた純水を切削部に供給しながら行なう。分離領域713に導電層、半導体層などを設けることで、当該純水の使用量を削減することができる。よって、半導体装置の生産コストを低減することができる。また、半導体装置の生産性を高めることができる。 Further, a conductive layer, a semiconductor layer, or the like may be provided in the separation region 713. By providing a conductive layer, a semiconductor layer, or the like in the separation region 713, ESD that may occur in the dicing process can be reduced, and a reduction in yield due to the dicing process can be prevented. In general, the dicing step is performed while supplying pure water having a specific resistance lowered by dissolving carbon dioxide gas or the like for the purpose of cooling the substrate, removing shavings, and preventing charging. By providing a conductive layer, a semiconductor layer, or the like in the separation region 713, the amount of pure water used can be reduced. Thus, the production cost of the semiconductor device can be reduced. In addition, productivity of the semiconductor device can be increased.
<電子部品>
チップ715を用いた電子部品の一例について、図27(A)および図27(B)を用いて説明する。なお、電子部品は、半導体パッケージ、またはIC用パッケージともいう。電子部品は、端子取り出し方向、端子の形状などに応じて、複数の規格、名称などが存在する。
<Electronic parts>
An example of an electronic component using the chip 715 will be described with reference to FIGS. Note that the electronic component is also referred to as a semiconductor package or an IC package. Electronic parts have a plurality of standards, names, and the like depending on the terminal take-out direction, the terminal shape, and the like.
電子部品は、組み立て工程(後工程)において、上記実施の形態に示した半導体装置と該半導体装置以外の部品が組み合わされて完成する。 Electronic components are completed by combining the semiconductor device described in the above embodiment and components other than the semiconductor device in an assembly process (post-process).
図27(A)に示すフローチャートを用いて、後工程について説明する。前工程において基板711に本発明の一態様に係る半導体装置などを形成した後、基板711の裏面(半導体装置などが形成されていない面)を研削する「裏面研削工程」を行なう(ステップS721)。研削により基板711を薄くすることで、電子部品の小型化を図ることができる。 The post-process will be described with reference to the flowchart shown in FIG. After the semiconductor device or the like according to one embodiment of the present invention is formed over the substrate 711 in the previous step, a “back surface grinding step” of grinding the back surface (the surface where the semiconductor device or the like is not formed) of the substrate 711 is performed (step S721). . By reducing the thickness of the substrate 711 by grinding, the electronic component can be downsized.
次に、基板711を複数のチップ715に分離する「ダイシング工程」を行う(ステップS722)。そして、分離したチップ715を個々のリードフレーム上に接合する「ダイボンディング工程」を行う(ステップS723)。ダイボンディング工程におけるチップ715とリードフレームとの接合は、樹脂による接合、またはテープによる接合など、適宜製品に応じて適した方法を選択する。なお、リードフレームに代えてインターポーザ基板上にチップ715を接合してもよい。 Next, a “dicing process” for separating the substrate 711 into a plurality of chips 715 is performed (step S722). Then, a “die bonding step” is performed in which the separated chip 715 is bonded onto each lead frame (step S723). For the bonding of the chip 715 and the lead frame in the die bonding step, a suitable method is appropriately selected according to the product, such as bonding with a resin or bonding with a tape. Note that the chip 715 may be bonded on the interposer substrate instead of the lead frame.
次いで、リードフレームのリードとチップ715上の電極とを、金属の細線(ワイヤー)で電気的に接続する「ワイヤーボンディング工程」を行う(ステップS724)。金属の細線には、銀線、金線などを用いることができる。また、ワイヤーボンディングは、例えば、ボールボンディング、またはウェッジボンディングを用いることができる。 Next, a “wire bonding process” is performed in which the lead of the lead frame and the electrode on the chip 715 are electrically connected with a thin metal wire (step S724). A silver wire, a gold wire, etc. can be used for a metal fine wire. For wire bonding, for example, ball bonding or wedge bonding can be used.
ワイヤーボンディングされたチップ715は、エポキシ樹脂などで封止される「封止工程(モールド工程)」が施される(ステップS725)。封止工程を行うことで電子部品の内部が樹脂で充填され、チップ715とリードを接続するワイヤーを機械的な外力から保護することができ、また水分、埃などによる特性の劣化(信頼性の低下)を低減することができる。 The chip 715 that has been wire bonded is subjected to a “sealing process (molding process)” that is sealed with an epoxy resin or the like (step S725). By performing the sealing process, the inside of the electronic component is filled with resin, the wire connecting the chip 715 and the lead can be protected from mechanical external force, and deterioration of characteristics due to moisture, dust, etc. (reliability Reduction) can be reduced.
次いで、リードフレームのリードをめっき処理する「リードめっき工程」を行なう(ステップS726)。めっき処理によりリードの錆を防止し、後にプリント基板に実装する際のはんだ付けをより確実に行うことができる。次いで、リードを切断および成形加工する「成形工程」を行なう(ステップS727)。 Next, a “lead plating process” for plating the leads of the lead frame is performed (step S726). The plating process prevents rusting of the lead, and soldering when mounted on a printed circuit board later can be performed more reliably. Next, a “molding process” for cutting and molding the lead is performed (step S727).
次いで、パッケージの表面に印字処理(マーキング)を施す「マーキング工程」を行なう(ステップS728)。そして外観形状の良否、動作不良の有無などを調べる「検査工程」(ステップS729)を経て、電子部品が完成する。 Next, a “marking process” is performed in which a printing process (marking) is performed on the surface of the package (step S728). An electronic component is completed through an “inspection process” (step S729) for checking whether the external shape is good or not, and whether there is a malfunction.
また、完成した電子部品の斜視模式図を図27(B)に示す。図27(B)では、電子部品の一例として、QFP(Quad Flat Package)の斜視模式図を示している。図27(B)に示す電子部品750は、リード755およびチップ715を有する。電子部品750は、チップ715を複数有していてもよい。 FIG. 27B shows a schematic perspective view of the completed electronic component. FIG. 27B shows a schematic perspective view of a QFP (Quad Flat Package) as an example of an electronic component. An electronic component 750 illustrated in FIG. 27B includes a lead 755 and a chip 715. The electronic component 750 may have a plurality of chips 715.
図27(B)に示す電子部品750は、例えばプリント基板752に実装される。このような電子部品750が複数組み合わされて、それぞれがプリント基板752上で電気的に接続されることで電子部品が実装された基板(実装基板754)が完成する。完成した実装基板754は、電子機器などに用いられる。 An electronic component 750 illustrated in FIG. 27B is mounted on a printed board 752, for example. A plurality of such electronic components 750 are combined and each is electrically connected on the printed circuit board 752 to complete a substrate (mounting substrate 754) on which the electronic components are mounted. The completed mounting board 754 is used for an electronic device or the like.
(実施の形態4)
<電子機器>
本発明の一態様に係る半導体装置は、様々な電子機器に用いることができる。図28に、本発明の一態様に係る半導体装置を用いた電子機器の具体例を示す。
(Embodiment 4)
<Electronic equipment>
The semiconductor device according to one embodiment of the present invention can be used for various electronic devices. FIG. 28 illustrates specific examples of electronic devices using the semiconductor device according to one embodiment of the present invention.
図28(A)は、自動車の一例を示す外観図である。自動車2980は、車体2981、車輪2982、ダッシュボード2983、およびライト2984等を有する。また、自動車2980は、アンテナ、バッテリなどを備える。 FIG. 28A is an external view illustrating an example of an automobile. The automobile 2980 includes a vehicle body 2981, wheels 2982, a dashboard 2983, lights 2984, and the like. The automobile 2980 includes an antenna, a battery, and the like.
図28(B)に示す情報端末2910は、筐体2911に、表示部2912、マイク2917、スピーカ部2914、カメラ2913、外部接続部2916、および操作スイッチ2915等を有する。表示部2912には、可撓性基板が用いられた表示パネルおよびタッチスクリーンを備える。また、情報端末2910は、筐体2911の内側にアンテナ、バッテリなどを備える。情報端末2910は、例えば、スマートフォン、携帯電話、タブレット型情報端末、タブレット型パーソナルコンピュータ、電子書籍端末等として用いることができる。 An information terminal 2910 illustrated in FIG. 28B includes a housing 2911 including a display portion 2912, a microphone 2917, a speaker portion 2914, a camera 2913, an external connection portion 2916, an operation switch 2915, and the like. The display portion 2912 includes a display panel using a flexible substrate and a touch screen. In addition, the information terminal 2910 includes an antenna, a battery, and the like inside the housing 2911. The information terminal 2910 can be used as, for example, a smartphone, a mobile phone, a tablet information terminal, a tablet personal computer, an electronic book terminal, or the like.
図28(C)に示すノート型パーソナルコンピュータ2920は、筐体2921、表示部2922、キーボード2923、およびポインティングデバイス2924等を有する。また、ノート型パーソナルコンピュータ2920は、筐体2921の内側にアンテナ、バッテリなどを備える。 A laptop personal computer 2920 illustrated in FIG. 28C includes a housing 2921, a display portion 2922, a keyboard 2923, a pointing device 2924, and the like. The laptop personal computer 2920 includes an antenna, a battery, and the like inside the housing 2921.
図28(D)に示すビデオカメラ2940は、筐体2941、筐体2942、表示部2943、操作スイッチ2944、レンズ2945、および接続部2946等を有する。操作スイッチ2944およびレンズ2945は筐体2941に設けられており、表示部2943は筐体2942に設けられている。また、ビデオカメラ2940は、筐体2941の内側にアンテナ、バッテリなどを備える。そして、筐体2941と筐体2942は、接続部2946により接続されており、筐体2941と筐体2942の間の角度は、接続部2946により変えることが可能な構造となっている。筐体2941に対する筐体2942の角度によって、表示部2943に表示される画像の向きの変更や、画像の表示/非表示の切り換えを行うことができる。 A video camera 2940 illustrated in FIG. 28D includes a housing 2941, a housing 2942, a display portion 2944, operation switches 2944, a lens 2945, a connection portion 2946, and the like. The operation switch 2944 and the lens 2945 are provided on the housing 2941, and the display portion 2944 is provided on the housing 2942. In addition, the video camera 2940 includes an antenna, a battery, and the like inside the housing 2941. The housing 2941 and the housing 2942 are connected to each other by a connection portion 2946. The angle between the housing 2941 and the housing 2942 can be changed by the connection portion 2946. Depending on the angle of the housing 2942 with respect to the housing 2941, the orientation of the image displayed on the display portion 2943 can be changed, and display / non-display of the image can be switched.
図28(E)にバングル型の情報端末の一例を示す。情報端末2950は、筐体2951、および表示部2952等を有する。また、情報端末2950、筐体2951の内側にアンテナ、バッテリなどを備える。表示部2952は、曲面を有する筐体2951に支持されている。表示部2952には、可撓性基板を用いた表示パネルを備えているため、フレキシブルかつ軽くて使い勝手の良い情報端末2950を提供することができる。 FIG. 28E illustrates an example of a bangle information terminal. The information terminal 2950 includes a housing 2951, a display portion 2952, and the like. In addition, an antenna, a battery, and the like are provided inside the information terminal 2950 and the housing 2951. The display portion 2952 is supported by a housing 2951 having a curved surface. Since the display portion 2952 includes a display panel using a flexible substrate, an information terminal 2950 that is flexible, light, and easy to use can be provided.
図28(F)に腕時計型の情報端末の一例を示す。情報端末2960は、筐体2961、表示部2962、バンド2963、バックル2964、操作スイッチ2965、入出力端子2966などを備える。また、情報端末2960、筐体2961の内側にアンテナ、バッテリなどを備える。情報端末2960は、移動電話、電子メール、文章閲覧及び作成、音楽再生、インターネット通信、コンピュータゲームなどの種々のアプリケーションを実行することができる。 FIG. 28F illustrates an example of a wristwatch type information terminal. The information terminal 2960 includes a housing 2961, a display portion 2962, a band 2963, a buckle 2964, an operation switch 2965, an input / output terminal 2966, and the like. Further, an antenna, a battery, and the like are provided inside the information terminal 2960 and the housing 2961. The information terminal 2960 can execute various applications such as mobile phone, e-mail, text browsing and creation, music playback, Internet communication, and computer games.
表示部2962の表示面は湾曲しており、湾曲した表示面に沿って表示を行うことができる。また、表示部2962はタッチセンサを備え、指やスタイラスなどで画面に触れることで操作することができる。例えば、表示部2962に表示されたアイコン2967に触れることで、アプリケーションを起動することができる。操作スイッチ2965は、時刻設定のほか、電源のオン、オフ動作、無線通信のオン、オフ動作、マナーモードの実行及び解除、省電力モードの実行及び解除など、様々な機能を持たせることができる。例えば、情報端末2960に組み込まれたオペレーティングシステムにより、操作スイッチ2965の機能を設定することもできる。 The display surface of the display portion 2962 is curved, and display can be performed along the curved display surface. The display portion 2962 includes a touch sensor and can be operated by touching the screen with a finger, a stylus, or the like. For example, an application can be started by touching an icon 2967 displayed on the display unit 2962. The operation switch 2965 can have various functions such as time setting, power on / off operation, wireless communication on / off operation, manner mode execution and release, and power saving mode execution and release. . For example, the function of the operation switch 2965 can be set by an operating system incorporated in the information terminal 2960.
また、情報端末2960は、通信規格された近距離無線通信を実行することが可能である。例えば無線通信可能なヘッドセットと相互通信することによって、ハンズフリーで通話することもできる。また、情報端末2960は入出力端子2966を備え、他の情報端末とコネクターを介して直接データのやりとりを行うことができる。また入出力端子2966を介して充電を行うこともできる。なお、充電動作は入出力端子2966を介さずに無線給電により行ってもよい。 In addition, the information terminal 2960 can execute short-range wireless communication that is a communication standard. For example, it is possible to talk hands-free by communicating with a headset capable of wireless communication. Further, the information terminal 2960 includes an input / output terminal 2966, and can directly exchange data with other information terminals via a connector. Charging can also be performed via the input / output terminal 2966. Note that the charging operation may be performed by wireless power feeding without using the input / output terminal 2966.
例えば、本発明の一態様の半導体装置を用いた記憶装置は、上述した電子機器の制御情報や、制御プログラムなどを長期間保持することができる。本発明の一態様に係る半導体装置を用いることで、信頼性の高い電子機器を実現することができる。 For example, a memory device including the semiconductor device of one embodiment of the present invention can hold control information, a control program, and the like of the above electronic devices for a long period. With the use of the semiconductor device according to one embodiment of the present invention, a highly reliable electronic device can be realized.
本実施の形態は、他の実施の形態や実施例などに記載した構成と適宜組み合わせて実施することが可能である。 This embodiment can be implemented in appropriate combination with the structures described in the other embodiments and examples.
100 容量素子
110 導電体
112 導電体
120 導電体
130 絶縁体
130a 絶縁体
130b 絶縁体
150 絶縁体
155 絶縁体
200 トランジスタ
205 導電体
210 絶縁体
212 絶縁体
214 絶縁体
216 絶縁体
218 導電体
220 絶縁体
222 絶縁体
224 絶縁体
225 絶縁体
230 酸化物
246 導電体
248 導電体
280 絶縁体
281 絶縁体
282 絶縁体
286 絶縁体
287 絶縁体
300 トランジスタ
301 絶縁体
302 絶縁体
303 絶縁体
308 導電体
308a 導電体
308b 導電体
309 導電体
309a 導電体
309b 導電体
310 導電体
310a 導電体
310b 導電体
311 基板
313 半導体領域
314a 低抵抗領域
314b 低抵抗領域
315 絶縁体
316 導電体
320 絶縁体
322 絶縁体
324 絶縁体
326 絶縁体
328 導電体
330 導電体
345 トランジスタ
350 絶縁体
352 絶縁体
354 絶縁体
356 導電体
360 絶縁体
362 絶縁体
364 絶縁体
366 導電体
370 絶縁体
372 絶縁体
374 絶縁体
376 導電体
380 絶縁体
382 絶縁体
384 絶縁体
386 導電体
400 基板
401 絶縁体
402 絶縁体
404 導電体
404a 導電体
404aA 導電膜
404b 導電体
404bA 導電膜
405 バッファ層
405A バッファ層
405B バッファ層
406 酸化物
406a 酸化物
406a1 酸化物
406a2 酸化物
406aA 酸化膜
406b 酸化物
406b1 酸化物
406b2 酸化物
406bA 酸化膜
406c 酸化物
409 絶縁体
409A 絶縁膜
410 絶縁体
412 絶縁体
412A 絶縁膜
415 絶縁体
418 サイドウォール絶縁体
418A 絶縁膜
418B サイドウォール絶縁体
418C サイドウォール絶縁体
419 絶縁体
420 絶縁体
422 ドーパント
426 領域
426a 領域
426b 領域
426c 領域
500 構造
711 基板
712 回路領域
713 分離領域
714 分離線
715 チップ
750 電子部品
752 プリント基板
754 実装基板
755 リード
1000 トランジスタ
1000a トランジスタ
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1000c トランジスタ
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2000 トランジスタ
2000a トランジスタ
2910 情報端末
2911 筐体
2912 表示部
2913 カメラ
2914 スピーカ部
2915 操作スイッチ
2916 外部接続部
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2920 ノート型パーソナルコンピュータ
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2924 ポインティングデバイス
2940 ビデオカメラ
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2961 筐体
2962 表示部
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2965 操作スイッチ
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3001 配線
3002 配線
3003 配線
3004 配線
3005 配線
3006 配線
3007 配線
3008 配線
3009 配線
3010 配線
100 Capacitor Element 110 Conductor 112 Conductor 120 Conductor 130 Insulator 130a Insulator 130b Insulator 150 Insulator 155 Insulator 200 Transistor 205 Conductor 210 Insulator 212 Insulator 214 Insulator 216 Insulator 218 Conductor 220 Insulator 222 insulator 224 insulator 225 insulator 230 oxide 246 conductor 248 conductor 280 insulator 281 insulator 282 insulator 286 insulator 287 insulator 300 transistor 301 insulator 302 insulator 303 insulator 308 conductor 308a conductor 308b conductor 309 conductor 309a conductor 309b conductor 310 conductor 310a conductor 310b conductor 311 substrate 313 semiconductor region 314a low resistance region 314b low resistance region 315 insulator 316 conductor 320 insulator 322 insulator 3 24 insulator 326 insulator 328 conductor 330 conductor 345 transistor 350 insulator 352 insulator 354 insulator 356 conductor 360 insulator 362 insulator 364 insulator 366 conductor 370 insulator 372 insulator 374 insulator 376 conductor 380 insulator 382 insulator 384 insulator 386 conductor 400 substrate 401 insulator 402 insulator 404 conductor 404a conductor 404aA conductor 404b conductor 404bA conductor 405 buffer layer 405A buffer layer 405B buffer layer 406 oxide 406a oxide 406a1 Oxide 406a2 Oxide 406aA Oxide film 406b Oxide 406b1 Oxide 406b2 Oxide film 406bA Oxide film 406c Oxide 409 Insulator 409A Insulator film 410 Insulator 412 Insulator 412A Insulator film 415 Edge body 418 Side wall insulator 418A Insulating film 418B Side wall insulator 418C Side wall insulator 419 Insulator 420 Insulator 422 Dopant 426 Region 426a Region 426b Region 426c Region 500 Structure 711 Substrate 712 Circuit region 713 Separation region 714 Separation line 715 Chip 750 Electronic component 752 Printed circuit board 754 Mounting board 755 Lead 1000 Transistor 1000a Transistor 1000b Transistor 1000c Transistor 1000d Transistor 2000 Transistor 2000a Transistor 2910 Information terminal 2911 Housing 2912 Display unit 2913 Camera 2914 Speaker unit 2915 Operation switch 2916 External connection unit 2917 Microphone 2920 Notebook type personal computer 2921 Body 2922 Display unit 2923 Keyboard 2924 Pointing device 2940 Video camera 2941 Case 2294 Case 2944 Display unit 2944 Operation switch 2945 Lens 2946 Connection unit 2950 Information terminal 2951 Case 2952 Display unit 2960 Information terminal 2961 Case 2962 Display unit 2963 Band 2964 Buckle 2965 Operation switch 2966 Input / output terminal 2967 Icon 2980 Car 2981 Car body 2982 Wheel 2983 Dashboard 2984 Light 3001 Wiring 3002 Wiring 3003 Wiring 3004 Wiring 3005 Wiring 3006 Wiring 3007 Wiring 3008 Wiring 3009 Wiring 3010 Wiring
Claims (22)
前記第1の絶縁体の上に配置された第1の酸化物と、
前記第1の酸化物の上面の少なくとも一部に接して配置された第2の酸化物と、
前記第2の酸化物の上に配置された第2の絶縁体と、
前記第2の絶縁体の上に配置された第1の導電体と、
前記第1の導電体の上に配置された第2の導電体と、
前記第2の絶縁体、前記第1の導電体、および前記第2の導電体の側面に接して配置されたサイドウォール絶縁体と、
前記第2の酸化物の上面に接し、かつ前記サイドウォール絶縁体の側面に接して配置された第3の絶縁体と、を有し、
前記サイドウォール絶縁体の上面および前記第3の絶縁体の最上面は、前記第2の導電体の最上面と略一致する、ことを特徴とする半導体装置。 A first insulator disposed on the substrate;
A first oxide disposed on the first insulator;
A second oxide disposed in contact with at least a portion of the top surface of the first oxide;
A second insulator disposed on the second oxide;
A first conductor disposed on the second insulator;
A second conductor disposed on the first conductor;
A sidewall insulator disposed in contact with a side surface of the second insulator, the first conductor, and the second conductor;
A third insulator disposed in contact with an upper surface of the second oxide and in contact with a side surface of the sidewall insulator;
The semiconductor device according to claim 1, wherein an upper surface of the sidewall insulator and an uppermost surface of the third insulator substantially coincide with an uppermost surface of the second conductor.
前記第1の酸化物および前記第2の酸化物は、それぞれ、Inと、元素M(MはAl、Ga、Y、またはSn)と、Znと、を含む、ことを特徴とする半導体装置。 In claim 1,
The first oxide and the second oxide each include In, an element M (M is Al, Ga, Y, or Sn), and Zn.
前記第1の絶縁体の上に配置された第1の酸化物と、
前記第1の酸化物の上面の少なくとも一部に接して配置された第2の酸化物と、
前記第2の酸化物の上に配置された第3の酸化物と、
前記第3の酸化物の上に配置された第2の絶縁体と、
前記第2の絶縁体の上に配置された第1の導電体と、
前記第1の導電体の上に配置された第2の導電体と、
前記第2の絶縁体、前記第1の導電体、および前記第2の導電体の側面に接して配置されたサイドウォール絶縁体と、
前記第2の酸化物の上に位置し、かつ前記サイドウォール絶縁体の側面に接して配置された第3の絶縁体と、を有し、
前記サイドウォール絶縁体の上面および前記第3の絶縁体の最上面は、前記第2の導電体の最上面と略一致する、ことを特徴とする半導体装置。 A first insulator disposed on the substrate;
A first oxide disposed on the first insulator;
A second oxide disposed in contact with at least a portion of the top surface of the first oxide;
A third oxide disposed on the second oxide;
A second insulator disposed on the third oxide;
A first conductor disposed on the second insulator;
A second conductor disposed on the first conductor;
A sidewall insulator disposed in contact with a side surface of the second insulator, the first conductor, and the second conductor;
A third insulator positioned on the second oxide and disposed in contact with a side surface of the sidewall insulator;
The semiconductor device according to claim 1, wherein an upper surface of the sidewall insulator and an uppermost surface of the third insulator substantially coincide with an uppermost surface of the second conductor.
前記第3の酸化物の側面がサイドウォール絶縁体に接し、
前記第3の絶縁体が前記第2の酸化物の上面に接する、ことを特徴とする半導体装置。 In claim 3,
A side surface of the third oxide is in contact with a sidewall insulator;
The semiconductor device, wherein the third insulator is in contact with an upper surface of the second oxide.
前記第3の酸化物の側面が前記第2の酸化物の側面と略一致し、
前記第3の絶縁体が前記第3の酸化物の上面に接する、ことを特徴とする半導体装置。 In claim 3,
A side surface of the third oxide substantially coincides with a side surface of the second oxide;
The semiconductor device, wherein the third insulator is in contact with an upper surface of the third oxide.
前記第1の酸化物乃至前記第3の酸化物は、それぞれ、Inと、元素M(MはAl、Ga、Y、またはSn)と、Znと、を含む、ことを特徴とする半導体装置。 In any one of Claim 3 thru | or 5,
Each of the first oxide to the third oxide includes In, an element M (M is Al, Ga, Y, or Sn), and Zn.
前記第2の酸化物の前記第3の絶縁体と重なる領域は、前記第2の酸化物の前記第2の絶縁体と重なる領域の中央近傍より、水素および窒素の少なくとも一方の濃度が大きい、ことを特徴とする半導体装置。 In any one of Claims 1 thru | or 6,
The region of the second oxide overlapping the third insulator has a concentration of at least one of hydrogen and nitrogen higher than the vicinity of the center of the region of the second oxide overlapping the second insulator. A semiconductor device.
前記第2の酸化物の前記第3の絶縁体および前記サイドウォール絶縁体と重なる領域は、前記第2の酸化物の前記第2の絶縁体と重なる領域の中央近傍より、水素および窒素の少なくとも一方の濃度が大きい、ことを特徴とする半導体装置。 In any one of Claims 1 thru | or 6,
The region of the second oxide that overlaps the third insulator and the sidewall insulator has at least hydrogen and nitrogen from the vicinity of the center of the region of the second oxide that overlaps the second insulator. A semiconductor device characterized in that one of the concentrations is high.
前記第2の酸化物の前記第3の絶縁体、前記サイドウォール絶縁体、および前記第2の絶縁体の両端部近傍と重なる領域は、前記第2の酸化物の前記第2の絶縁体と重なる領域の中央近傍より、水素および窒素の少なくとも一方の濃度が大きい、ことを特徴とする半導体装置。 In any one of Claims 1 thru | or 6,
The region of the third insulator of the second oxide, the sidewall insulator, and the vicinity of both ends of the second insulator overlap with the second insulator of the second oxide. A semiconductor device characterized in that the concentration of at least one of hydrogen and nitrogen is higher than the vicinity of the center of the overlapping region.
前記サイドウォール絶縁体は、ALD法を用いて成膜されたものである、ことを特徴とする半導体装置。 In any one of Claims 1 thru | or 9,
The semiconductor device according to claim 1, wherein the sidewall insulator is formed using an ALD method.
前記サイドウォール絶縁体は、酸化アルミニウムまたは酸化ハフニウムのいずれかを有する、ことを特徴とする半導体装置。 In any one of Claims 1 to 10,
The semiconductor device according to claim 1, wherein the sidewall insulator includes either aluminum oxide or hafnium oxide.
前記第1の導電体は、導電性酸化物を有する、ことを特徴とする半導体装置。 In any one of Claims 1 to 11,
The semiconductor device, wherein the first conductor includes a conductive oxide.
前記第3の絶縁体は、水素および窒素のいずれか一方または両方を有する、ことを特徴とする半導体装置。 In any one of Claims 1 to 12,
The semiconductor device, wherein the third insulator includes one or both of hydrogen and nitrogen.
前記第1の絶縁体の下に、前記第2の酸化物、前記第1の導電体、および前記第2の導電体と重なる領域を有するように配置された第3の導電体を有する、ことを特徴とする半導体装置。 In any one of Claims 1 thru / or Claim 13,
A third conductor disposed under the first insulator so as to have a region overlapping the second oxide, the first conductor, and the second conductor; A semiconductor device characterized by the above.
さらに、前記第2の導電体の少なくとも一部の上に配置されたバッファ層を有し、
前記バッファ層は、前記第2の酸化物と重なる領域の少なくとも一部において、前記第2の導電体と重ならず、
前記バッファ層の側面は、前記サイドウォール絶縁体に接し、
前記バッファ層の上面は、前記第2の導電体の最上面と略一致する、ことを特徴とする半導体装置。 In any one of Claims 1 thru | or 14,
A buffer layer disposed on at least a portion of the second conductor;
The buffer layer does not overlap the second conductor in at least a part of the region overlapping the second oxide,
The side surface of the buffer layer is in contact with the sidewall insulator,
The semiconductor device according to claim 1, wherein an upper surface of the buffer layer substantially coincides with an uppermost surface of the second conductor.
前記バッファ層は、絶縁体を有する、ことを特徴とする半導体装置。 In any one of Claims 1 to 15,
The semiconductor device, wherein the buffer layer includes an insulator.
前記バッファ層は、導電体を有する、ことを特徴とする半導体装置。 In any one of Claims 1 to 15,
The semiconductor device, wherein the buffer layer has a conductor.
前記第1の絶縁体の上に、第1の酸化膜、および第2の酸化膜を順に成膜し、
前記第1の酸化膜および前記第2の酸化膜を島状に加工して、第1の酸化物および第2の酸化物を形成し、
前記第2の酸化物の上に、第1の絶縁膜、第1の導電膜、第2の導電膜、および第1のバッファ層を順に成膜し、
前記第1の絶縁膜、前記第1の導電膜、前記第2の導電膜、および前記第1のバッファ層をエッチングして、第2の絶縁体、第1の導電体、第2の導電体、および第2のバッファ層を形成し、
前記第1の絶縁体、前記第1の酸化物、前記第2の酸化物、前記第2の絶縁体、前記第1の導電体、前記第2の導電体、および前記第2のバッファ層を覆って、ALD法を用いて第3の絶縁膜を成膜し、
前記第3の絶縁膜にドライエッチング処理を行って、前記第2の絶縁体、前記第1の導電体、前記第2の導電体、前記第2のバッファ層の側面に接して、第1のサイドウォール絶縁体を形成し、
前記第1の絶縁体、前記第1の酸化物、前記第2の酸化物、前記第1のサイドウォール絶縁体、および前記第2のバッファ層を覆って、PECVD法を用いて第4の絶縁膜を成膜し、
前記第4の絶縁膜の上に第5の絶縁膜を成膜し、
前記第2のバッファ層、前記第1のサイドウォール絶縁体、前記第4の絶縁膜、および前記第5の絶縁膜の一部を、前記第2の導電体の一部が露出するまで除去して、第3のバッファ層、第2のサイドウォール絶縁体、第3の絶縁体、および第4の絶縁体を形成する、ことを特徴とする半導体装置の作製方法。 Depositing a first insulator on the substrate;
A first oxide film and a second oxide film are sequentially formed on the first insulator,
Processing the first oxide film and the second oxide film into an island shape to form a first oxide and a second oxide;
A first insulating film, a first conductive film, a second conductive film, and a first buffer layer are sequentially formed on the second oxide;
Etching the first insulating film, the first conductive film, the second conductive film, and the first buffer layer to form a second insulator, a first conductor, and a second conductor And a second buffer layer;
The first insulator, the first oxide, the second oxide, the second insulator, the first conductor, the second conductor, and the second buffer layer. Covering, forming a third insulating film using the ALD method,
A dry etching process is performed on the third insulating film to contact the side surfaces of the second insulator, the first conductor, the second conductor, and the second buffer layer. Forming sidewall insulators,
Covering the first insulator, the first oxide, the second oxide, the first sidewall insulator, and the second buffer layer, a fourth insulation is performed using a PECVD method. Deposit a film,
Forming a fifth insulating film on the fourth insulating film;
Part of the second buffer layer, the first sidewall insulator, the fourth insulating film, and the fifth insulating film is removed until a part of the second conductor is exposed. And forming a third buffer layer, a second sidewall insulator, a third insulator, and a fourth insulator.
前記第1のバッファ層の膜厚が10nm以上100nm以下である、ことを特徴とする半導体装置の作製方法。 In claim 18,
A method for manufacturing a semiconductor device, wherein the thickness of the first buffer layer is greater than or equal to 10 nm and less than or equal to 100 nm.
前記第4の絶縁膜の成膜を、窒素を含む雰囲気で行う、ことを特徴とする半導体装置の作製方法。 In claim 18 or claim 19,
A method for manufacturing a semiconductor device, characterized in that the fourth insulating film is formed in an atmosphere containing nitrogen.
前記第3のバッファ層、前記第2のサイドウォール絶縁体、前記第3の絶縁体、および前記第4の絶縁体の形成をCMP処理によって行う、ことを特徴とする半導体装置の作製方法。 In any one of claims 18 to 20,
A method for manufacturing a semiconductor device, wherein the third buffer layer, the second sidewall insulator, the third insulator, and the fourth insulator are formed by CMP treatment.
前記第1の導電膜の成膜を、酸素を含む雰囲気で、スパッタリング処理を用いて行う、ことを特徴とする半導体装置の作製方法。 In any one of Claims 18 to 21,
A method for manufacturing a semiconductor device is characterized in that the first conductive film is formed by sputtering in an atmosphere containing oxygen.
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