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公開番号2025059041
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-04-09
出願番号2024166408
出願日2024-09-25
発明の名称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 30/01 20250101AFI20250402BHJP()
要約【課題】動作速度が速い半導体装置を提供する。
【解決手段】半導体装置において、トランジスタ200は、絶縁体222と、その上の酸化物半導体230と、酸化物半導体上及び絶縁体222上の導電体242a、242bと、酸化物半導体上の絶縁体250と、その上の導電体260と、を有する。導電体242a、242b上には、絶縁体275が設けられ、その上には絶縁体280が設けられている。絶縁体250及び導電体260は、絶縁体280及び絶縁体275に設けられた開口の内部に配置され、開口は酸化物半導体に達しており、開口内で絶縁体250は酸化物半導体に接する。酸化物半導体は、高アスペクト比の形状を有し、その上部、A1側及びA2側の側面それぞれがチャネル形成領域として機能し、トランジスタ200のチャネル幅が大きくなり、オン電流、相互コンダクタンス、周波数特性などを良好にすることができる。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
第１の絶縁体上に、柱状の第２の絶縁体を形成し、
前記第１の絶縁体の上面、前記第２の絶縁体の側面、及び前記第２の絶縁体の上面を覆って第１の酸化物半導体を形成し、
異方性エッチングを用いて、前記第１の酸化物半導体において前記第２の絶縁体の上面を覆う領域と前記第１の絶縁体の上面を覆う領域を除去することにより、第２の酸化物半導体を形成し、
前記第２の絶縁体を除去し、
前記第２の酸化物半導体及び前記第１の絶縁体を覆って第１の導電体を形成し、
前記第１の導電体上に、第３の絶縁体を形成し、
前記第３の絶縁体に、前記第１の導電体まで達する第１の開口部を設け、
前記第３の絶縁体に、前記第１の導電体まで達する第２の開口部を設け、前記第１の導電体において、前記第２の開口部と重なる領域を除去することにより、前記第２の酸化物半導体を露出させ、第２の導電体及び第３の導電体を形成し、
前記第２の酸化物半導体、前記第２の導電体、前記第３の導電体、及び前記第３の絶縁体を覆って第４の絶縁体を形成し、
前記第４の絶縁体上に、第４の導電体を形成し、
前記第４の導電体の一部を除去することにより、前記第１の開口部内に位置する第５の導電体と、前記第２の開口部内に位置する第６の導電体と、を形成し、
前記第４の絶縁体の一部を除去することにより、前記第１の開口部内に位置する第５の絶縁体と、前記第２の開口部内に位置する第６の絶縁体と、を形成し、
前記第３の導電体は、前記第１の開口部と重なるように設けられる半導体装置の作製方法。
続きを表示（約 1,600 文字）【請求項２】
請求項１において、前記第１の開口部は、前記第２の酸化物半導体と重なるように設けられる、半導体装置の作製方法。
【請求項３】
請求項１において、
前記第１の開口部と前記第２の開口部は重ならない、半導体装置の作製方法。
【請求項４】
請求項１において、
前記第５の導電体及び前記第６の導電体は、前記第４の導電体において前記第３の絶縁体の上面を覆う領域を除去する第１の処理により形成され、
前記第５の絶縁体及び前記第６の絶縁体は、前記第４の絶縁体において前記第３の絶縁体の上面を覆う領域を除去する第２の処理により形成され、
前記第１の処理と前記第２の処理は平坦化処理である、半導体装置の作製方法。
【請求項５】
請求項４において、
前記平坦化処理は、化学機械研磨法を用いて行われる、半導体装置の作製方法。
【請求項６】
第１の絶縁体上に、柱状の第２の絶縁体を形成し、
前記第１の絶縁体の上面、前記第２の絶縁体の側面、及び前記第２の絶縁体の上面を覆って第１の酸化物半導体を形成し、
異方性エッチングを用いて、前記第１の酸化物半導体において前記第２の絶縁体の上面を覆う領域と前記第１の絶縁体の上面を覆う領域を除去することにより、第２の酸化物半導体を形成し、
前記第２の絶縁体を除去し、
前記第２の酸化物半導体、及び前記第１の絶縁体を覆って、積層構造を有する導電体として、第１の導電体と、前記第１の導電体上の第２の導電体とを形成し、
前記第２の導電体上に第３の絶縁体を形成し、
前記第３の絶縁体に、前記第２の導電体まで達する第１の開口部と、前記第２の導電体まで達する第２の開口部と、を設け、
前記第２の導電体において、前記第１の開口部及び前記第２の開口部と重なる領域をそれぞれ除去することにより、第３の導電体及び第４の導電体を形成し、
前記第３の絶縁体上及び前記第１の導電体上に、第１のマスクを形成し、
前記第１のマスクを用いて、前記第１の導電体において、前記第２の開口部と重なる領域の一部を除去することにより、前記第２の酸化物半導体を露出させ、前記第３の導電体と重なる第５の導電体と、前記第４の導電体と重なる第６の導電体とを形成し、
前記第２の酸化物半導体、前記第５の導電体、前記第６の導電体、及び前記第３の絶縁体を覆って第４の絶縁体を形成し、
前記第４の絶縁体上に、第７の導電体を形成し、
前記第７の導電体の一部を除去することにより、前記第１の開口部内に位置する第８の導電体と、前記第２の開口部内に位置する第９の導電体と、を形成し、
前記第４の絶縁体の一部を除去することにより、前記第１の開口部内に位置する第５の絶縁体と、前記第２の開口部内に位置する第６の絶縁体と、を形成し、
前記第５の導電体は、前記第１の開口部と重なるように設けられる、半導体装置の作製方法。
【請求項７】
請求項６において、前記第１の開口部は、前記第２の酸化物半導体と重なるように設けられる、半導体装置の作製方法。
【請求項８】
請求項６において、
前記第１の導電体は、窒化タンタルであり、前記第２の導電体はタングステンである、半導体装置の作製方法。
【請求項９】
請求項６または請求項８において、
前記第１の導電体はスパッタリング法を用いて形成される、半導体装置の作製方法。
【請求項１０】
請求項６において、
前記第５の導電体及び前記第６の導電体はそれぞれ、前記第２の開口部の内側に端部が突き出る領域を有する、半導体装置の作製方法。
（【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、酸化物半導体層を用いた半導体装置、記憶装置、及び電子機器に関する。また、本発明の一態様は、上記半導体装置の作製方法に関する。
続きを表示（約 1,800 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、また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、電子機器などは、半導体装置を有するといえる場合がある。
【背景技術】
【０００４】
近年、半導体装置の開発が進められ、ＬＳＩ、ＣＰＵ、メモリなどが主に半導体装置に用いられている。ＣＰＵは、半導体ウエハを加工し、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、メモリなどの半導体回路（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）、画像表示装置（単に表示装置とも表記する）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酸化物半導体が注目されている。
【０００７】
また、酸化物半導体を用いたトランジスタは、非導通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、酸化物半導体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などが開示されている。また、例えば、特許文献２には、酸化物半導体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などが、開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
特開２０１２－２５７１８７号公報
特開２０１１－１５１３８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の一態様は、動作速度が速い半導体装置を提供することを課題の一とする。または、本発明の一態様は、微細化または高集積化が可能な半導体装置を提供することを課題の一とする。または、本発明の一態様は、良好な電気特性を有する半導体装置を提供することを課題の一とする。または、本発明の一態様は、トランジスタの電気特性のばらつきが少ない半導体装置を提供することを課題の一とする。または、本発明の一態様は、信頼性が高い半導体装置を提供することを課題の一とする。または、本発明の一態様は、オン電流が大きい半導体装置を提供することを課題の一とする。または、本発明の一態様は、消費電力が少ない半導体装置を提供することを課題の一とする。または、本発明の一態様は、新規の半導体装置を提供することを課題の一とする。または、本発明の一態様は、生産性の高い半導体装置の作製方法を提供することを課題の一とする。または、本発明の一態様は、新規の半導体装置の作製方法を提供することを課題の一とする。
【００１０】
または、本発明の一態様は、微細化または高集積化が可能な記憶装置を提供することを課題の一つとする。または、本発明の一態様は、記憶容量が大きい記憶装置を提供することを課題の一とする。または、本発明の一態様は、動作速度が速い記憶装置を提供することを課題の一とする。または、本発明の一態様は、消費電力が少ない記憶装置を提供することを課題の一とする。または、本発明の一態様は、新規な記憶装置を提供することを課題の一つとする。
（【００１１】以降は省略されています）

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