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公開番号2025012733
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-01-24
出願番号2023115800
出願日2023-07-14
発明の名称半導体装置、及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H10D 30/67 20250101AFI20250117BHJP()
要約【課題】高速に駆動する半導体装置を提供する。
【解決手段】所定の断面視において、ゲート電極が金属酸化物層の上面、下面、及び側面を囲むトランジスタを有する半導体装置。金属酸化物層は、ゲート電極と重なる層を1つ以上有し、所定の断面視において、当該層の下面、上面、及び側面がそれぞれ、金属酸化物層と重なる層を複数有するゲート電極に囲まれる。金属酸化物層は、ゲート電極と重なる上記層を複数有することができ、この場合、ゲート電極が有する上記層と、金属酸化物層が有しゲート電極と重なる層と、は交互に設けられる。また、金属酸化物層は、平面視においてゲート電極と重ならない領域を有する。当該領域より外側に、トランジスタのソース電極、及びドレイン電極が設けられる。ソース電極とドレイン電極は、ゲート電極が有する上記層を挟んで対向するように設けられる。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
第１の導電層と、第２の導電層と、第３の導電層と、第４の導電層と、第５の導電層と、第６の導電層と、絶縁層と、第１の金属酸化物層と、を有し、
前記第２の導電層は、前記第１の導電層上に設けられ、
前記第３の導電層は、前記第１の導電層の第１の側面、及び前記第２の導電層の第２の側面と接する領域を有し、
前記第４の導電層は、前記第１の導電層の、前記第１の側面と対向する第３の側面、及び前記第２の導電層の、前記第２の側面と対向する第４の側面と接する領域を有し、
前記絶縁層は、前記第１の導電層と前記第２の導電層の間の領域において、前記第１の導電層の上面と接する領域、前記第２の導電層の下面と接する領域、前記第３の導電層の側面と接する領域、及び前記第４の導電層の側面と接する領域を有し、
前記絶縁層は、前記第１の導電層の第５の側面と接する領域、前記第５の側面と対向する第６の側面と接する領域、前記第２の導電層の第７の側面と接する領域、及び前記第７の側面と対向する第８の側面と接する領域を有し、
前記第１の金属酸化物層は、前記絶縁層を挟んで前記第１乃至第４の導電層に囲まれる第１の領域と、前記絶縁層を挟んで前記第７の側面と対向する第２の領域と、前記絶縁層を挟んで前記第８の側面と対向する第３の領域と、を有し、
前記第５の導電層は、前記第２の領域、及び前記絶縁層を挟んで前記第７の側面と対向する領域を有し、且つ前記第１の金属酸化物層と電気的に接続されるように設けられ、
前記第６の導電層は、前記第３の領域、及び前記絶縁層を挟んで前記第８の側面と対向する領域を有し、且つ前記第１の金属酸化物層と電気的に接続されるように設けられる半導体装置。
続きを表示（約 2,200 文字）【請求項２】
請求項１において、
前記第５の導電層は、前記第１の金属酸化物層の、前記第２の領域を含む側面に沿った形状を有し、
前記第６の導電層は、前記第１の金属酸化物層の、前記第３の領域を含む側面に沿った形状を有する半導体装置。
【請求項３】
請求項２において、
第２の金属酸化物層と、第３の金属酸化物層と、を有し、
前記第２の金属酸化物層は、前記第１の金属酸化物層と、前記第５の導電層と、の間に設けられ、
前記第３の金属酸化物層は、前記第１の金属酸化物層と、前記第６の導電層と、の間に設けられ、
前記第２の金属酸化物層は、前記第１の金属酸化物層の、前記第２の領域を含む側面に沿った形状を有し、
前記第３の金属酸化物層は、前記第１の金属酸化物層の、前記第３の領域を含む側面に沿った形状を有し、
前記第２の金属酸化物層は、前記第５の導電層と接する領域を有し、
前記第３の金属酸化物層は、前記第６の導電層と接する領域を有する半導体装置。
【請求項４】
請求項１において、
第７の導電層を有し、
前記第７の導電層は、前記第２の導電層上に設けられ、
前記第７の導電層の第９の側面は、前記第３の導電層と接する領域を有し、
前記第７の導電層の、前記第９の側面と対向する第１０の側面は、前記第４の導電層と接する領域を有し、
前記第２の導電層の上面、前記第７の導電層の下面、前記第３の導電層の側面、及び前記第４の導電層の側面は、前記第２の導電層と前記第７の導電層の間の領域において、それぞれ前記絶縁層と接する領域を有し、
前記第７の導電層の第１１の側面、及び前記第１１の側面と対向する第１２の側面は、それぞれ前記絶縁層と接する領域を有し、
前記第１の金属酸化物層は、前記絶縁層を挟んで前記第２乃至第４の導電層、及び前記第７の導電層に囲まれる第４の領域と、前記絶縁層を挟んで前記第１１の側面と対向する第５の領域と、前記絶縁層を挟んで前記第１２の側面と対向する第６の領域と、を有し、
前記第５の導電層は、前記第５の領域、及び前記絶縁層を挟んで前記第１１の側面と対向する領域を有し、
前記第６の導電層は、前記第６の領域、及び前記絶縁層を挟んで前記第１２の側面と対向する領域を有する半導体装置。
【請求項５】
請求項４において、
前記第５の導電層は、前記第１の金属酸化物層の、前記第２の領域を含む側面に沿った形状、及び前記第５の領域を含む側面に沿った形状を有し、
前記第６の導電層は、前記第１の金属酸化物層の、前記第３の領域を含む側面に沿った形状、及び前記第６の領域を含む側面に沿った形状を有する半導体装置。
【請求項６】
請求項５において、
第２の金属酸化物層と、第３の金属酸化物層と、を有し、
前記第２の金属酸化物層は、前記第１の金属酸化物層と、前記第５の導電層と、の間に設けられ、
前記第３の金属酸化物層は、前記第１の金属酸化物層と、前記第６の導電層と、の間に設けられ、
前記第２の金属酸化物層は、前記第１の金属酸化物層の、前記第２の領域を含む側面、及び前記第５の領域を含む側面に沿った形状を有し、
前記第３の金属酸化物層は、前記第１の金属酸化物層の、前記第３の領域を含む側面、及び前記第６の領域を含む側面に沿った形状を有し、
前記第２の金属酸化物層は、前記第５の導電層と接する領域を有し、
前記第３の金属酸化物層は、前記第６の導電層と接する領域を有する半導体装置。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか一項において、
前記第３の導電層、及び前記第４の導電層は、それぞれ前記第２の導電層と同一の材料を有する半導体装置。
【請求項８】
請求項１乃至６のいずれか一項において、
前記第３の導電層の膜厚、及び前記第４の導電層の膜厚は、それぞれ前記第１の導電層、及び前記第２の導電層のうち少なくとも一方の膜厚以上である半導体装置。
【請求項９】
請求項１乃至６のいずれか一項において、
前記第３の導電層は、前記第２の側面と接する領域を有する第１の層と、前記第１の層より外側に設けられる第２の層と、を有し、
前記第４の導電層は、前記第４の側面と接する領域を有する第３の層と、前記第３の層より外側に設けられる第４の層と、を有し、
前記第１の層、及び前記第３の層は、それぞれ前記第２の導電層と同一の材料を有する半導体装置。
【請求項１０】
請求項１乃至６のいずれか一項において、
前記第１の金属酸化物層は、インジウム、亜鉛、及び元素Ｍから選ばれる一又は複数を有し、
前記元素Ｍは、アルミニウム、ガリウム、スズ、イットリウム、チタン、バナジウム、クロム、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、ジルコニウム、モリブデン、ハフニウム、タンタル、タングステン、ランタン、セリウム、ネオジム、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、ホウ素、シリコン、ゲルマニウム、及びアンチモンから選ばれる一又は複数である半導体装置。
（【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】
本発明の一態様は、半導体装置、記憶装置、表示装置、及び電子機器に関する。また、本発明の一態様は、半導体装置の作製方法に関する。
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（例えば、タッチセンサ）、入出力装置（例えば、タッチパネル）、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。
【０００３】
なお、本明細書等において、半導体装置とは、半導体特性を利用した装置であり、半導体素子（トランジスタ、ダイオード、フォトダイオード等）を含む回路、同回路を有する装置等をいう。また、半導体特性を利用することで機能しうる装置全般をいう。例えば、集積回路、集積回路を備えたチップ、パッケージにチップを収納した電子部品は半導体装置の一例である。また、記憶装置、表示装置、発光装置、照明装置、及び電子機器は、それ自体が半導体装置であり、且つ、それぞれが半導体装置を有している場合がある。
【背景技術】
【０００４】
近年、半導体装置の開発が進められ、ＬＳＩ（ＬａｒｇｅＳｃａｌｅＩｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）、ＣＰＵ（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）、メモリ等が主に半導体装置に用いられている。ＣＰＵは、半導体ウェハを加工し、チップ化された半導体集積回路（少なくともトランジスタ及びメモリ）を有し、接続端子である電極が形成された半導体素子の集合体である。
【０００５】
ＬＳＩ、ＣＰＵ、メモリ等の半導体回路（ＩＣチップ）は、回路基板、例えばプリント配線基板に実装され、様々な電子機器の部品の一つとして用いられる。
【０００６】
また、絶縁表面を有する基板上に形成された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）、表示装置のような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金属酸化物が注目されている。
【０００７】
また、金属酸化物を用いたトランジスタは、オフ状態において極めてリーク電流が小さいことが知られている。例えば、特許文献１には、金属酸化物を用いたトランジスタのリーク電流が小さいという特性を応用した低消費電力のＣＰＵ等が開示されている。また、例えば、特許文献２には、金属酸化物を用いたトランジスタのリーク電流が小さいという特性を応用して、長期にわたり記憶内容を保持することができる記憶装置等が、開示されている。
【０００８】
また、近年では電子機器の小型化、軽量化に伴い、集積回路のさらなる高密度化への要求が高まっている。また、集積回路を含む半導体装置の生産性の向上が求められている。例えば、特許文献３及び非特許文献１では、金属酸化物膜を用いる第１のトランジスタと、金属酸化物膜を用いる第２のトランジスタとを積層させることで、メモリセルを複数重畳して設けることにより、集積回路の高密度化を図る技術が開示されている。また、特許文献４では、金属酸化物膜を用いるトランジスタのチャネルを縦方向に配置し、集積回路の高密度化を図る技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
特開２０１２－２５７１８７号公報
特開２０１１－１５１３８３号公報
国際公開第２０２１／０５３４７３号
特開２０１３－２１１５３７号公報
【非特許文献】
【００１０】
Ｍ．Ｏｏｔａｅｔ．ａｌ．，“３Ｄ－ＳｔａｃｋｅｄＣＡＡＣ－Ｉｎ－Ｇａ－ＺｎＯｘｉｄｅＦＥＴｓｗｉｔｈＧａｔｅＬｅｎｇｔｈｏｆ７２ｎｍ”，ＩＥＤＭＴｅｃｈ．Ｄｉｇ．，２０１９，ｐｐ．５０－５３
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
（【００１１】以降は省略されています）

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