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公開番号2024136412
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-10-04
出願番号2023047522
出願日2023-03-24
発明の名称半導体装置及び半導体記憶装置
出願人キオクシア株式会社
代理人個人,個人,個人
主分類H01L 29/786 20060101AFI20240927BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】トランジスタ特性の優れた半導体装置を提供する。
【解決手段】実施形態の半導体装置は、第1の電極と、第2の電極と、第1の電極と第2の電極との間に設けられた酸化物半導体層と、酸化物半導体層を囲むゲート電極と、ゲート電極と酸化物半導体層との間に設けられ、第1の電極と離隔したゲート絶縁層と、第1の電極とゲート電極との間に設けられ、酸化物半導体層との間にゲート絶縁層が設けられた第1の絶縁層と、第1の電極と第1の絶縁層との間に設けられ、第1の領域と、第1の領域と第1の絶縁層との間に設けられた第2の領域と、を含み、第1の電極の化学組成と異なる化学組成の中間層と、を備える。第1の領域は第1の金属元素と酸素(O)を含み、第2の領域は第2の金属元素を含み、第2の領域の酸素濃度は、第1の領域の酸素濃度より低い。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
第１の電極と、
第２の電極と、
前記第１の電極と前記第２の電極との間に設けられた酸化物半導体層と、
前記酸化物半導体層を囲むゲート電極と、
前記ゲート電極と前記酸化物半導体層との間に設けられ、前記第１の電極と離隔したゲート絶縁層と、
前記第１の電極と前記ゲート電極との間に設けられ、前記酸化物半導体層との間に前記ゲート絶縁層が設けられた第１の絶縁層と、
前記第１の電極と前記第１の絶縁層との間に設けられ、第１の領域と、前記第１の領域と前記第１の絶縁層との間の第２の領域と、を含み、前記第１の電極の化学組成と異なる化学組成の中間層と、
を備え、
前記第１の領域は第１の金属元素と酸素（Ｏ）を含み、
前記第２の領域は第２の金属元素を含み、
前記第２の領域の酸素濃度は、前記第１の領域の酸素濃度より低い、半導体装置。
続きを表示（約 1,400 文字）【請求項２】
前記第１の絶縁層は前記酸化物半導体層の一部を囲み、前記中間層は前記酸化物半導体層の別の一部を囲む、請求項１記載の半導体装置。
【請求項３】
前記酸化物半導体層は前記第１の電極に接する、請求項２記載の半導体装置。
【請求項４】
前記第１の電極から前記第２の電極に向かう第１の方向に平行で、前記酸化物半導体層、前記第１の絶縁層、前記中間層、及び前記ゲート絶縁層を含む第１の断面において、
前記第１の絶縁層は第１の部分と第２の部分を含み、前記中間層は第３の部分と第４の部分を含み、前記ゲート絶縁層は第５の部分と第６の部分を含み、
前記第１の部分と前記第２の部分との間に前記酸化物半導体層が設けられ、前記第３の部分と前記第４の部分との間に前記酸化物半導体層が設けられ、前記第１の部分と前記酸化物半導体層との間に前記第５の部分が設けられ、前記第２の部分と前記酸化物半導体層との間に前記第６の部分が設けられ、
前記第３の部分と前記第４の部分との間の第１の最小距離は、前記第５の部分と前記第６の部分との間の第２の最小距離よりも大きい、請求項１記載の半導体装置。
【請求項５】
前記第１の最小距離は、前記第１の部分と前記第２の部分との間の第３の最小距離よりも大きい、請求項４記載の半導体装置。
【請求項６】
前記第２の電極と前記ゲート電極との間に設けられた第２の絶縁層を、更に備え、
前記第１の断面は、前記第２の絶縁層を含み、
前記第２の絶縁層は第７の部分と第８の部分を含み、前記ゲート絶縁層は第９の部分と第１０の部分とを更に含み、
前記第７の部分と前記第８の部分との間に前記酸化物半導体層が設けられ、前記第７の部分と前記酸化物半導体層との間に前記第９の部分が設けられ、前記第８の部分と前記酸化物半導体層との間に前記第１０の部分が設けられ、
前記第１の最小距離は、前記第９の部分と前記第１０の部分との間の最大距離よりも大きい、請求項４記載の半導体装置。
【請求項７】
前記第２の電極と前記ゲート電極との間に設けられた第２の絶縁層を、更に備え、
前記第１の断面は、前記第２の絶縁層を含み、
前記第２の絶縁層は第７の部分と第８の部分を含み、前記ゲート絶縁層は第９の部分と第１０の部分とを更に含み、
前記第７の部分と前記第８の部分との間に前記酸化物半導体層が設けられ、前記第７の部分と前記酸化物半導体層との間に前記第９の部分が設けられ、前記第８の部分と前記酸化物半導体層との間に前記第１０の部分が設けられ、
前記第２の最小距離は、前記第９の部分と前記第１０の部分との間の最大距離よりも小さい、請求項４記載の半導体装置。
【請求項８】
前記中間層の前記第１の電極から前記第２の電極に向かう第１の方向の厚さは、前記第１の絶縁層の前記第１の方向の厚さよりも薄い、請求項１記載の半導体装置。
【請求項９】
前記ゲート絶縁層は前記第２の電極と接する、請求項１記載の半導体装置。
【請求項１０】
前記第３の部分は前記酸化物半導体層と接し、前記第４の部分は前記酸化物半導体層と接する、請求項４記載の半導体装置。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、半導体装置及び半導体記憶装置に関する。
続きを表示（約 2,400 文字）【背景技術】
【０００２】
酸化物半導体層にチャネルを形成する酸化物半導体トランジスタは、オフ動作時のチャネルリーク電流が極めて小さいという優れた特性を備える。このため、例えば、酸化物半導体トランジスタを、ＤｙｎａｍｉｃＲａｎｄｏｍＡｃｃｅｓｓＭｅｍｏｒｙ（ＤＲＡＭ）のメモリセルのスイッチングトランジスタに適用することが可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２０１９－１６９４９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明が解決しようとする課題は、トランジスタ特性の優れた半導体装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
実施形態の半導体装置は、第１の電極と、第２の電極と、前記第１の電極と前記第２の電極との間に設けられた酸化物半導体層と、前記酸化物半導体層を囲むゲート電極と、前記ゲート電極と前記酸化物半導体層との間に設けられ、前記第１の電極と離隔したゲート絶縁層と、前記第１の電極と前記ゲート電極との間に設けられ、前記酸化物半導体層との間に前記ゲート絶縁層が設けられた第１の絶縁層と、前記第１の電極と前記第１の絶縁層との間に設けられ、第１の領域と、前記第１の領域と前記第１の絶縁層との間の第２の領域と、を含み、前記第１の電極の化学組成と異なる化学組成の中間層と、を備え、前記第１の領域は第１の金属元素と酸素（Ｏ）を含み、前記第２の領域は第２の金属元素を含み、前記第２の領域の酸素濃度は、前記第１の領域の酸素濃度より低い。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
第１の実施形態の半導体装置の模式断面図。
第１の実施形態の半導体装置の模式断面図。
第１の実施形態の半導体装置の模式断面図。
第１の実施形態の半導体装置の模式断面図。
第１の実施形態の半導体装置の製造方法の一例を示す模式断面図。
第１の実施形態の半導体装置の製造方法の一例を示す模式断面図。
第１の実施形態の半導体装置の製造方法の一例を示す模式断面図。
第１の実施形態の半導体装置の製造方法の一例を示す模式断面図。
第１の実施形態の半導体装置の製造方法の一例を示す模式断面図。
第１の実施形態の半導体装置の製造方法の一例を示す模式断面図。
第１の実施形態の半導体装置の製造方法の一例を示す模式断面図。
第１の実施形態の半導体装置の製造方法の一例を示す模式断面図。
比較例の半導体装置の模式断面図。
比較例の半導体装置の製造方法の一例を示す模式断面図。
比較例の半導体装置の製造方法の一例を示す模式断面図。
比較例の半導体装置の製造方法の一例を示す模式断面図。
比較例の半導体装置の製造方法の一例を示す模式断面図。
比較例の半導体装置の製造方法の一例を示す模式断面図。
比較例の半導体装置の製造方法の一例を示す模式断面図。
比較例の半導体装置の製造方法の一例を示す模式断面図。
第１の実施形態の変形例の半導体装置の模式断面図。
第２の実施形態の半導体装置の模式断面図。
第２の実施形態の変形例の半導体装置の模式断面図。
第３の実施形態の半導体装置の模式断面図。
第４の実施形態の半導体記憶装置の等価回路図。
第４の実施形態の半導体記憶装置の模式断面図。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施形態を説明する。なお、以下の説明では、同一又は類似の部材などには同一の符号を付し、一度説明した部材などについては適宜その説明を省略する場合がある。
【０００８】
また、本明細書中、便宜上「上」、「下」、「上部」、又は「下部」という用語を用いる場合がある。「上」、「下」、「上部」、又は「下部」とはあくまで図面内での相対的位置関係を示す用語であり、重力に対する位置関係を規定する用語ではない。
【０００９】
本明細書中の半導体装置及び半導体記憶装置を構成する部材の化学組成の定性分析及び定量分析は、例えば、二次イオン質量分析法（ＳｅｃｏｎｄａｒｙＩｏｎＭａｓｓＳｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ：ＳＩＭＳ）、エネルギー分散型Ｘ線分光法（ＥｎｅｒｇｙＤｉｓｐｅｒｓｉｖｅＸ－ｒａｙＳｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ：ＥＤＸ）、ラザフォード後方散乱分析法（ＲｕｔｈｅｒｆｏｒｄＢａｃｋ－ＳｃａｔｔｅｒｉｎｇＳｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ：ＲＢＳ）により行うことが可能である。また、半導体装置及び半導体記憶装置を構成する部材の厚さ、部材間の距離、結晶粒径等の測定には、例えば、透過型電子顕微鏡（ＴｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎＥｌｅｃｔｒｏｎＭｉｃｒｏｓｃｏｐｅ：ＴＥＭ）を用いることが可能である。また、半導体装置及び半導体記憶装置を構成する部材の構成物質の同定、構成物質の存在割合の計測には、例えば、Ｘ線光電子分光法（Ｘ－ｒａｙＰｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎＳｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ：ＸＰＳ）、硬Ｘ線光電子分光法（ＨａｒｄＸ－ｒａｙＰｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎＳｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ：ＨＡＸＰＥＳ）、電子エネルギー損失分光法（ＥｌｅｃｔｒｏｎＥｎｅｒｇｙＬｏｓｓＳｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ：ＥＥＬＳ）を用いることが可能である。
【００１０】
本明細書中「金属」とは、金属的性質を示す物質の総称であり、例えば、金属的性質を示す金属窒化物や金属炭化物などの金属化合物も「金属」の範囲に含めるものとする。
（【００１１】以降は省略されています）

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