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公開番号2024137422
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-10-07
出願番号2023048944
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H10B 12/00 20230101AFI20240927BHJP()
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、第1の領域と、第2の領域と、第1の領域と第2の領域との間に位置する第3の領域と、を含む酸化物半導体層と、第3の領域に対向するゲート電極と、第1の領域に対向する第1の絶縁層と、第2の領域に対向する第2の絶縁層と、ゲート電極と酸化物半導体層との間、第1の絶縁層と酸化物半導体層との間、及び、第2の絶縁層と酸化物半導体層との間に設けられ、Al、Hf、Zr、La、Y、Zn、In、Sn、及びGaから成る群から選ばれる少なくとも一つの金属元素と、酸素(O)とを含み、酸化物半導体層と異なる化学組成を有するゲート絶縁層と、を備える。
【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、第１の領域と、第２の領域と、前記第１の領域と前記第２の領域との間に位置する第３の領域と、を含む酸化物半導体層と、
前記第３の領域に対向するゲート電極と、
前記第１の領域に対向する第１の絶縁層と、
前記第２の領域に対向する第２の絶縁層と、
前記ゲート電極と前記酸化物半導体層との間、前記第１の絶縁層と前記酸化物半導体層との間、及び、前記第２の絶縁層と前記酸化物半導体層との間に設けられ、アルミニウム（Ａｌ）、ハフニウム（Ｈｆ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ランタン（Ｌａ）、イットリウム（Ｙ）、亜鉛（Ｚｎ）、インジウム（Ｉｎ）、スズ（Ｓｎ）、及びガリウム（Ｇａ）から成る群から選ばれる少なくとも一つの金属元素と、酸素（Ｏ）とを含み、前記酸化物半導体層と異なる化学組成を有するゲート絶縁層と、
を備える、半導体装置。
続きを表示（約 1,300 文字）【請求項２】
前記第１の領域及び前記第２の領域の少なくともいずれか一方は、前記第３の領域の電気抵抗よりも電気抵抗の高い高抵抗部分を含む、請求項１記載の半導体装置。
【請求項３】
前記第１の領域が前記高抵抗部分と前記第１の電極との間に設けられた低抵抗部分を含むか、又は、前記第２の領域が前記高抵抗部分と前記第２の電極との間に設けられた低抵抗部分を含み、
前記低抵抗部分の電気抵抗は、前記第３の領域の電気抵抗よりも低い、請求項２記載の半導体装置。
【請求項４】
前記ゲート絶縁層は、シリコン（Ｓｉ）を含む、請求項１記載の半導体装置。
【請求項５】
前記ゲート絶縁層は、シリコン（Ｓｉ）及び窒素（Ｎ）を含む、請求項１記載の半導体装置。
【請求項６】
前記第１の絶縁層と前記酸化物半導体層との間に設けられた前記ゲート絶縁層の中の窒素の原子濃度は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た前記ゲート絶縁層の中の窒素の原子濃度よりも低い、又は、
前記第２の絶縁層と前記酸化物半導体層との間に設けられた前記ゲート絶縁層の中の窒素の原子濃度は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た前記ゲート絶縁層の中の前記窒素の原子濃度よりも低い、請求項５記載の半導体装置。
【請求項７】
前記第１の絶縁層と前記酸化物半導体層との間に設けられた前記ゲート絶縁層の中の前記少なくとも一つの金属元素の原子濃度の窒素の原子濃度に対する比は、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た前記ゲート絶縁層の中の前記少なくとも一つの金属元素の原子濃度の窒素の原子濃度に対する比よりも高い、又は、
前記第２の絶縁層と前記酸化物半導体層との間に設けられた前記ゲート絶縁層の中の前記少なくとも一つの金属元素の原子濃度の窒素の原子濃度に対する比は、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た前記ゲート絶縁層の中の前記少なくとも一つの金属元素の原子濃度の窒素の原子濃度に対する比よりも高い、請求項５記載の半導体装置。
【請求項８】
前記ゲート絶縁層は、シリコン（Ｓｉ）及び酸素（Ｏ）を含む第１の部分と、シリコン（Ｓｉ）及び窒素（Ｎ）を含む第２の部分と、前記第１の部分と前記第２の部分との間に設けられ前記少なくとも一つの金属元素と酸素（Ｏ）を含む第３の部分を含み、
前記第１の部分は前記酸化物半導体層と前記第２の部分との間に設けられる、請求項１記載の半導体装置。
【請求項９】
前記第３の部分の前記少なくとも一つの金属元素の原子濃度は、前記第１の部分及び前記第２の部分の前記少なくとも一つの金属元素の原子濃度よりも高く、
前記第２の部分の窒素（Ｎ）の原子濃度は、前記第１の部分及び前記第３の部分の窒素（Ｎ）の原子濃度よりも高い、請求項８記載の半導体装置。
【請求項１０】
前記第３の部分の前記酸化物半導体層から前記ゲート電極に向かう方向の厚さは３ｎｍ以下である、請求項８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 2,500 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】
米国特許出願公開第２０２１／０４０８２９３明細書
特開２０２２－１４７８７２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、第１の領域と、第２の領域と、前記第１の領域と前記第２の領域との間に位置する第３の領域と、を含む酸化物半導体層と、前記第３の領域に対向するゲート電極と、前記第１の領域に対向する第１の絶縁層と、前記第２の領域に対向する第２の絶縁層と、前記ゲート電極と前記酸化物半導体層との間、前記第１の絶縁層と前記酸化物半導体層との間、及び、前記第２の絶縁層と前記酸化物半導体層との間に設けられ、アルミニウム（Ａｌ）、ハフニウム（Ｈｆ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ランタン（Ｌａ）、イットリウム（Ｙ）、亜鉛（Ｚｎ）、インジウム（Ｉｎ）、スズ（Ｓｎ）、及びガリウム（Ｇａ）から成る群から選ばれる少なくとも一つの金属元素と、酸素（Ｏ）とを含み、前記酸化物半導体層と異なる化学組成を有するゲート絶縁層と、を備える。
【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作用及び効果の説明図。
第１の実施形態の第１の変形例の半導体装置の模式断面図。
第１の実施形態の第２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記憶装置の等価回路図。
第２の実施形態の半導体記憶装置の模式断面図。
第３の実施形態の半導体装置の模式断面図。
第３の実施形態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」、又は、「下」という用語を用いる場合がある。「上」、又は、「下」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材料の同定は、例えば、Ｘ線光電子分光法（Ｘ－ｒａｙＰｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎＳｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ：ＸＰＳ）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、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電気抵抗の測定は、例えば、走査型拡がり抵抗顕微鏡法（ＳｃａｎｎｎｉｎｇＳｐｒｅａｄｉｎｇＲｅｓｉｓｔａｎｃｅＭｉｃｒｏｓｃｏｐｙ：ＳＳＲＭ）により行うことが可能である。
【００１０】
（第１の実施形態）
第１の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、第１の領域と、第２の領域と、第１の領域と第２の領域との間に位置する第３の領域と、を含む酸化物半導体層と、第３の領域に対向するゲート電極と、第１の領域に対向する第１の絶縁層と、第２の領域に対向する第２の絶縁層と、ゲート電極と酸化物半導体層との間、第１の絶縁層と酸化物半導体層との間、及び、第２の絶縁層と酸化物半導体層との間に設けられ、アルミニウム（Ａｌ）、ハフニウム（Ｈｆ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ランタン（Ｌａ）、イットリウム（Ｙ）、亜鉛（Ｚｎ）、インジウム（Ｉｎ）、スズ（Ｓｎ）、及びガリウム（Ｇａ）から成る群から選ばれる少なくとも一つの金属元素と、酸素（Ｏ）とを含み、酸化物半導体層と異なる化学組成を有するゲート絶縁層と、を備える。
（【００１１】以降は省略されています）

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