JP-2026077721-A - 半導体装置

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Abstract

【課題】オン電流が大きい半導体装置を提供する。【解決手段】第１の酸化物と、第１の酸化物上の第２の酸化物と、第２の酸化物上の第３の酸化物と、第３の酸化物上の第１の絶縁体と、第１の絶縁体上の導電体と、第２の酸化物、および第３の酸化物と接する第２の絶縁体と、第２の絶縁体上の第３の絶縁体と、を有し、第２の酸化物は、第１乃至第５の領域を有し、第１の領域、および第２の領域の抵抗は、第３の領域の抵抗より低く、第４の領域、および第５の領域の抵抗は、第３の領域の抵抗より低く、かつ第１の領域、および第２の領域の抵抗より高く、導電体は、第３の領域、第４の領域、および第５の領域と重畳するように、第３の領域、第４の領域、および第５の領域の上方に設けられる半導体装置。【選択図】図１

Inventors

畑勇気
栃林克明
菅尾惇平
山崎舜平

Assignees

株式会社半導体エネルギー研究所

Dates

Publication Date: 20260513
Application Date: 20260210
Priority Date: 20180228

Claims (1)

第１の酸化物と、前記第１の酸化物上の第２の酸化物と、前記第２の酸化物上の第３の酸化物と、前記第３の酸化物上の第１の絶縁体と、前記第１の絶縁体上の導電体と、前記第２の酸化物の上面の一部、前記第２の酸化物の側面の一部、および前記第３の酸化物の側面の一部と接する第２の絶縁体と、前記第２の絶縁体上の第３の絶縁体と、前記第３の酸化物の上面、前記第１の絶縁体の上面、前記導電体の上面、および前記第３の絶縁体の上面と接する第４の絶縁体と、を有し、前記第２の酸化物は、第１の領域、第２の領域、前記第１の領域と前記第２の領域間に位置する第３の領域、前記第１の領域と前記第３の領域の間に位置する第４の領域、および前記第２の領域と前記第３の領域の間に位置する第５の領域を有し、前記第１の領域、および前記第２の領域の抵抗は、前記第３の領域の抵抗より低く、前記第４の領域、および前記第５の領域の抵抗は、前記第３の領域の抵抗より低く、かつ前記第１の領域、および前記第２の領域の抵抗より高く、前記導電体は、前記第３の領域、前記第４の領域、および前記第５の領域と重畳するように、前記第３の領域、前記第４の領域、および前記第５の領域の上方に設けられ、前記第３の酸化物の一部、および前記第１の絶縁体の一部は、前記導電体の側面と、前記第３の絶縁体の側面の間に設けられ、前記第２の絶縁体は、前記第１の領域、および前記第２の領域と接する半導体装置。

Description

本発明の一態様は、半導体装置、ならびに半導体装置の作製方法に関する。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。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得る装置全般を指す。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。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。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。酸化物半導体としては、例えば、酸化インジウム、酸化亜鉛などの一元系金属の酸化物のみでなく、多元系金属の酸化物も知られている。多元系金属の酸化物の中でも、特に、Ｉｎ－Ｇａ－Ｚｎ酸化物（以下、ＩＧＺＯとも呼ぶ。）に関する研究が盛んに行われている。ＩＧＺＯに関する研究により、酸化物半導体において、単結晶でも非晶質でもない、ＣＡＡＣ（ｃ－ａｘｉｓａｌｉｇｎｅｄｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ）構造およびｎｃ（ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ）構造が見出された（非特許文献１乃至非特許文献３参照。）。非特許文献１および非特許文献２では、ＣＡＡＣ構造を有する酸化物半導体を用いてトランジスタを作製する技術も開示されている。さらに、ＣＡＡＣ構造およびｎｃ構造よりも結晶性の低い酸化物半導体でさえも、微小な結晶を有することが、非特許文献４および非特許文献５に示されている。さらに、ＩＧＺＯを活性層として用いたトランジスタは極めて低いオフ電流を持ち（非特許文献６参照。）、その特性を利用したＬＳＩおよびディスプレイが報告されている（非特許文献７および非特許文献８参照。）。Ｓ．Ｙａｍａｚａｋｉｅｔａｌ．， “ＳＩＤＳｙｍｐｏｓｉｕｍＤｉｇｅｓｔｏｆＴｅｃｈｎｉｃａｌＰａｐｅｒｓ”，２０１２，ｖｏｌｕｍｅ４３，ｉｓｓｕｅ１，ｐｐ．１８３－１８６Ｓ．Ｙａｍａｚａｋｉｅｔａｌ．， “ＪａｐａｎｅｓｅＪｏｕｒｎａｌｏｆＡｐｐｌｉｅｄＰｈｙｓｉｃｓ”，２０１４，ｖｏｌｕｍｅ５３，Ｎｕｍｂｅｒ４Ｓ，ｐ．０４ＥＤ１８－１－０４ＥＤ１８－１０Ｓ．Ｉｔｏｅｔａｌ．， “ＴｈｅＰｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓｏｆＡＭ－ＦＰＤ’１３ＤｉｇｅｓｔｏｆＴｅｃｈｎｉｃａｌＰａｐｅｒｓ”，２０１３，ｐｐ．１５１－１５４Ｓ．Ｙａｍａｚａｋｉｅｔａｌ．， “ＥＣＳＪｏｕｒｎａｌｏｆＳｏｌｉｄＳｔａｔｅＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ”，２０１４，ｖｏｌｕｍｅ３，ｉｓｓｕｅ９，ｐ．Ｑ３０１２－Ｑ３０２２Ｓ．Ｙａｍａｚａｋｉ， “ＥＣＳＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ”，２０１４，ｖｏｌｕｍｅ６４，ｉｓｓｕｅ１０，ｐｐ．１５５－１６４Ｋ．Ｋａｔｏｅｔａｌ．， “ＪａｐａｎｅｓｅＪｏｕｒｎａｌｏｆＡｐｐｌｉｅｄＰｈｙｓｉｃｓ”，２０１２，ｖｏｌｕｍｅ５１，ｐ．０２１２０１－１－０２１２０１－７Ｓ．Ｍａｔｓｕｄａｅｔａｌ．， “２０１５ＳｙｍｐｏｓｉｕｍｏｎＶＬＳＩＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＤｉｇｅｓｔｏｆＴｅｃｈｎｉｃａｌＰａｐｅｒｓ”，２０１５，ｐ．Ｔ２１６－Ｔ２１７Ｓ．Ａｍａｎｏｅｔａｌ．， “ＳＩＤＳｙｍｐｏｓｉｕｍＤｉｇｅｓｔｏｆＴｅｃｈｎｉｃａｌＰａｐｅｒｓ”，２０１０，ｖｏｌｕｍｅ４１，ｉｓｓｕｅ１，ｐｐ．６２６－６２９本発明の一態様に係る半導体装置の上面図および断面図。本発明の一態様に係る半導体装置の断面図。本発明の一態様に係る半導体装置の断面図。本発明の一態様に係る半導体装置の上面図および断面図。本発明の一態様に係る半導体装置の作製方法を示す上面図および断面図。本発明の一態様に係る半導体装置の作製方法を示す上面図および断面図。本発明の一態様に係る半導体装置の作製方法を示す上面図および断面図。本発明の一態様に係る半導体装置の作製方法を示す上面図および断面図。本発明の一態様に係る半導体装置の作製方法を示す上面図および断面図。本発明の一態様に係る半導体装置の作製方法を示す上面図および断面図。本発明の一態様に係る半導体装置の作製方法を示す上面図および断面図。本発明の一態様に係る半導体装置の作製方法を示す上面図および断面図。本発明の一態様に係る半導体装置の作製方法を示す上面図および断面図。本発明の一態様に係る半導体装置の作製方法を示す上面図および断面図。本発明の一態様に係る半導体装置の上面図および断面図。本発明の一態様に係る半導体装置の作製方法を示す上面図および断面図。本発明の一態様に係る半導体装置の作製方法を示す上面図および断面図。本発明の一態様に係る半導体装置の作製方法を示す上面図および断面図。本発明の一態様に係る半導体装置の上面図および断面図。本発明の一態様に係る記憶装置の構成を示す断面図。本発明の一態様に係る記憶装置の構成を示す断面図。本発明の一態様に係る記憶装置の構成例を示すブロック図および斜視図。本発明の一態様に係る記憶装置の構成例を示す回路図。本発明の一態様に係る半導体装置の模式図。本発明の一態様に係る記憶装置の模式図。本発明の一態様に係る電子機器を示す図。以下、実施の形態について図面を参照しながら説明する。ただし、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。したがって、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。また、図面において、大きさ、層の厚さ、または領域は、明瞭化のために誇張されている場合がある。よって、必ずしもそのスケールに限定されない。なお、図面は、理想的な例を模式的に示したものであり、図面に示す形状また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、図に反映させないことがある。また、図面において、同一部分また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。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。また、本明細書等において、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、工程順また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」または「第３の」などと適宜置き換えて説明することができる。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。また、本明細書等において、「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。したがって、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。例えば、本明細書等において、ＸとＹとが接続されている、と明示的に記載されている場合は、ＸとＹとが電気的に接続されている場合と、ＸとＹとが機能的に接続されている場合と、ＸとＹとが直接的に接続されている場合とが、本明細書等に開示されているものとする。したがって、所定の接続関係、例えば、図または文章に示された接続関係に限定されず、図または文章に示された接続関係以外のものも、図または文章に開示されているものとする。ここで、Ｘ、Ｙは、対象物（例えば、装置、素子、回路、配線、電極、端子、導電膜、層、など）であるとする。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。なお、本明細書等において、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。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。本明細書では、単にチャネル幅と記載した場合には、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。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（ＤｅｎｓｉｔｙｏｆＳｔａｔｅｓ）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。なお、本明細書等において、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ものである。また、窒化酸化シリコンとは、その組成と