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公開番号2025008716
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-01-20
出願番号2023111132
出願日2023-07-06
発明の名称半導体装置、および半導体装置の作製方法
出願人株式会社半導体エネルギー研究所
代理人
主分類H10B 51/20 20230101AFI20250109BHJP()
要約【課題】高集積化が可能な記憶装置、及び当該記憶装置を備える半導体装置を提供する。
【解決手段】記憶装置は第1の配線、第2の配線、メモリセルを有する。メモリセルは第1の絶縁層、第2の絶縁層、半導体層、第1の導電層、第2の導電層、及び機能層を有する。メモリセルは第1の配線上に位置し、かつ第2の配線の下方に位置する。第1の絶縁層を中心に半導体層、第2の絶縁層、第1の導電層、機能層、及び第2の導電層が、同心円状にこの順に設けられる。また断面視において、機能層は第2の導電層の上面、側面及び底面に接して設けられる。半導体層は、第1の配線及び第2の配線と接する。さらに機能層は、強誘電体を含む。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項１】
第１の配線と、第２の配線と、メモリセルと、を有し、
前記メモリセルは、第１の絶縁層、第２の絶縁層、半導体層、第１の導電層、第２の導電層、及び機能層を有し、
前記メモリセルは、前記第１の配線上に位置し、かつ、前記第２の配線の下方に位置し、
前記第１の絶縁層を中心に、前記半導体層、前記第２の絶縁層、前記第１の導電層、前記機能層、及び前記第２の導電層が、同心円状にこの順に設けられ、
断面視において、前記機能層は前記第２の導電層の上面、側面及び底面に接して設けられ、
前記半導体層は、前記第１の配線及び前記第２の配線と接し、
前記機能層は、強誘電体を含む、
半導体装置。
続きを表示（約 1,400 文字）【請求項２】
第１の配線と、第２の配線と、メモリセルと、を有し、
前記メモリセルは、第１の絶縁層、第２の絶縁層、半導体層、第１の導電層、第２の導電層、第３の導電層、及び機能層を有し、
前記メモリセルは、前記第１の配線上に位置し、かつ、前記第２の配線の下方に位置し、
前記第３の導電層を中心に、前記第１の絶縁層、前記半導体層、前記第２の絶縁層、前記第１の導電層、前記機能層、及び前記第２の導電層が、同心円状にこの順に設けられ、
断面視において、前記機能層は前記第２の導電層の上面、側面及び底面に接して設けられ、
前記半導体層は、前記第１の配線及び前記第２の配線と接し、
前記機能層は、強誘電体を含む、
半導体装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２において、
前記半導体層は、インジウムを含む酸化物膜を含む、
半導体装置。
【請求項４】
請求項１または請求項２において、
前記機能層は、ハフニウム及びジルコニウムを含む酸化物を含む、
半導体装置。
【請求項５】
請求項４において、
前記機能層は、さらにスカンジウム、イットリウム、ランタンから選ばれる一以上を含む、
半導体装置。
【請求項６】
第１の層間絶縁層と、第２の層間絶縁層と、第１のダミー層をこの順で積層した積層体を形成し、
前記積層体に円筒状の開口を形成し、当該開口を埋める第２のダミー層を形成し、
前記積層体の他の一部をエッチングして前記第１の層間絶縁層の側面、前記第２の層間絶縁層の側面、及び前記第１のダミー層の側面を露出させ、
前記第１のダミー層を除去して、前記第２のダミー層、前記第１の層間絶縁層の上面及び前記第２の層間絶縁層の下面に囲まれた凹部を形成し、
前記凹部に沿って機能層を形成し、続けて前記凹部を埋めるように第２の導電層を形成し、
前記第２のダミー層を除去して前記開口を再度形成して前記機能層の一部を露出させ、
前記機能層の露出した表面に接して第１の導電層を形成し、
加熱処理を行い、
前記開口内に、前記第１の導電層に接して第１の絶縁層と、前記第１の絶縁層に接して半導体層と、を形成する、
半導体装置の作製方法。
【請求項７】
請求項６において、
前記機能層は、原子層堆積法により、ハフニウム及びジルコニウムを含む酸化物膜を形成する、
半導体装置の作製方法。
【請求項８】
請求項６において、
前記機能層は、原子層堆積法により、ハフニウム及びジルコニウムに加えて、スカンジウム、イットリウム、またはランタンから選ばれる一以上を含む酸化物膜を形成する、
半導体装置の作製方法。
【請求項９】
請求項７または請求項８において、
前記加熱処理は、ＲＴＡ装置により３００℃以上７５０℃以下の温度で行う、
半導体装置の作製方法。
【請求項１０】
請求項６において、
前記半導体層は、原子層堆積法により、インジウムを含む酸化物膜を形成する、
半導体装置の作製方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明の一態様は、記憶装置に関する。本発明の一態様は、記憶装置を備える半導体装置に関する。
続きを表示（約 1,600 文字）【０００２】
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本発明の一態様の技術分野としては、半導体装置、表示装置、発光装置、蓄電装置、記憶装置、電子機器、照明装置、入力装置、入出力装置、それらの駆動方法、又はそれらの製造方法、を一例として挙げることができる。半導体装置は、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。
【背景技術】
【０００３】
スマートフォン及びタブレット端末をはじめ、腕時計型の端末、ＡＲ（ＡｕｇｍｅｎｔｅｄＲｅａｌｉｔｙ）またはＶＲ（ＶｉｒｔｕａｌＲｅａｌｉｔｙ）向けのウェアラブル端末など、様々な携帯機器に、不揮発性の記憶装置が組み込まれている。これまで不揮発性の記憶装置としてはハードディスクドライブが主に用いられてきたが、上述した携帯機器には、衝撃に強い、小型化が可能、軽量、物理的な動作を要さないなどの理由から、フラッシュメモリが多く用いられる。
【０００４】
一方、トランジスタのチャネル形成領域に酸化物半導体または金属酸化物を有するトランジスタ（酸化物半導体トランジスタ、ＯＳ（ＯｘｉｄｅＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）トランジスタ、ともいう）が知られている。ＯＳトランジスタは、トランジスタがオフ状態にあるときのドレイン電流（オフ電流、ともいう）が非常に小さい特性を有する。特許文献１には、ＯＳトランジスタが適用されたＮＡＮＤ型の記憶装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
国際公開第２０２２／００６８９６７号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ストレージとして用いられる不揮発性の記憶装置は、記憶容量が大きいほど好ましく、高集積化が望まれる。不揮発性の記憶装置に用いられる記憶素子としては、高い書き換え耐性、低電圧駆動が可能であること、などが望まれる。
【０００７】
本発明の一態様は、高集積化が可能な記憶装置、及び当該記憶装置を備える半導体装置を提供することを課題の一とする。本発明の一態様は、高い書き換え耐性を有する記憶素子、及び当該記憶素子を備える半導体装置を提供することを課題の一とする。本発明の一態様は、低電圧駆動が可能な記憶素子、及び当該記憶素子を備える半導体装置を提供することを課題の一とする。
【０００８】
本発明の一態様は、信頼性の高い記憶装置または半導体装置を提供することを課題の一とする。本発明の一態様は、新規の構成を有する記憶装置または半導体装置を提供することを課題の一とする。本発明の一態様は、先行技術の問題点の少なくとも一を、少なくとも軽減することを課題の一とする。
【０００９】
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抽出することが可能である。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の一態様は、第１の配線と、第２の配線と、メモリセルと、を有する半導体装置である。メモリセルは、第１の絶縁層、第２の絶縁層、半導体層、第１の導電層、第２の導電層、及び機能層を有する。メモリセルは、第１の配線上に位置し、かつ、第２の配線の下方に位置する。第１の絶縁層を中心に半導体層、第２の絶縁層、第１の導電層、機能層、及び第２の導電層が、同心円状にこの順に設けられる。また断面視において、機能層は第２の導電層の上面、側面及び底面に接して設けられる。半導体層は、第１の配線及び第２の配線と接する。さらに機能層は、強誘電体を含む。
（【００１１】以降は省略されています）

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