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公開番号2025077014
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-05-16
出願番号2024190582
出願日2024-10-30
発明の名称半導体装置
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 20250101AFI20250509BHJP()
要約【課題】記憶容量の大きい半導体装置、微細化または高集積化が可能な半導体装置、信頼性の高い半導体装置、消費電力の低い半導体装置、または動作速度が速い半導体装置を提供する。
【解決手段】第1の導電層上に順に設けられた第1の絶縁層、第2の導電層、第2の絶縁層、及び第3の導電層に、第1の導電層に達する開口部が設けられ、第2の導電層の開口部内には、当該開口部の側壁から近い順に、第3の絶縁層、第1の電荷蓄積層、第4の絶縁層、酸化物半導体層、第5の絶縁層、第2の電荷蓄積層、第6の絶縁層及び第4の導電層が設けられ、第1の導電層及び第3の導電層はそれぞれ、トランジスタのソース電極及びドレイン電極の一方及び他方として機能し、第4の導電層は第1のコントロールゲートとして機能し、第2の導電層は第2のコントロールゲートとして機能する半導体装置である。
【選択図】図4
特許請求の範囲【請求項１】
第１の導電層と、前記第１の導電層上の第１の絶縁層と、前記第１の絶縁層上の第２の導電層と、前記第２の導電層上の第２の絶縁層と、前記第２の絶縁層上の第３の導電層と、酸化物半導体層と、第４の導電層と、第３の絶縁層と、第４の絶縁層と、第５の絶縁層と、第６の絶縁層と、第１の電荷蓄積層と、第２の電荷蓄積層と、を有し、
前記第１の絶縁層、前記第２の導電層、前記第２の絶縁層、及び前記第３の導電層はそれぞれ、前記第１の導電層に達する開口部を有し、
前記第３の絶縁層は、前記第１の絶縁層の前記開口部の側壁に接する領域と、前記第２の導電層の前記開口部の側壁に接する領域と、前記第１の導電層の上面に接する領域とを有し、
前記第１の電荷蓄積層は、前記第３の絶縁層を間に挟んで前記第２の導電層の前記開口部の側壁を覆う領域を有し、
前記第４の絶縁層は、前記第３の絶縁層及び前記第１の電荷蓄積層を間に挟んで前記第２の導電層の前記開口部の側壁を覆う領域を有し、
前記第４の絶縁層は、前記酸化物半導体層と前記第１の電荷蓄積層の間に挟まれる領域を有し、
前記酸化物半導体層は、前記第１の導電層の上面と接する領域と、前記第３の絶縁層、前記第１の電荷蓄積層、及び前記第４の絶縁層を間に挟んで前記第２の導電層の前記開口部の側壁を覆う領域と、前記第３の導電層と接する領域と、を有し、
前記第４の導電層は、前記第２の導電層の前記開口部内に位置する領域を有し、
前記第２の電荷蓄積層は、前記酸化物半導体層と前記第４の導電層の間に挟まれる領域を有し、
前記第５の絶縁層は、前記酸化物半導体層と前記第２の電荷蓄積層の間に挟まれる領域を有し、
前記第６の絶縁層は、前記第２の電荷蓄積層と前記第４の導電層の間に挟まれる領域を有する半導体装置。
続きを表示（約 850 文字）【請求項２】
請求項１において、
前記第４の絶縁層及び前記第５の絶縁層は、それぞれ、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコン、窒化シリコン、及び酸化アルミニウムから選ばれる一以上を有する、半導体装置。
【請求項３】
請求項１において、
前記第１の電荷蓄積層及び前記第２の電荷蓄積層の少なくとも一は、タングステン、銅、アルミニウム、クロム、銀、金、白金、亜鉛、タンタル、ニッケル、チタン、鉄、コバルト、モリブデン、ハフニウム、バナジウム、ニオブ、マンガン、マグネシウム、ジルコニウム、ベリリウム、インジウム、ルテニウム、イリジウム、ストロンチウム、及びランタンから選ばれる一以上の金属元素、またはこれら金属元素を成分とする合金、またはこれら金属元素を組み合わせた合金を有する、半導体装置。
【請求項４】
請求項１において、
前記第１の電荷蓄積層及び前記第２の電荷蓄積層の少なくとも一は、金属窒化物または金属酸化物を有する、半導体装置。
【請求項５】
請求項１において、
前記第１の電荷蓄積層及び前記第２の電荷蓄積層の少なくとも一は、シリコン及びゲルマニウムから選ばれる一以上を有する半導体装置。
【請求項６】
請求項１において、
前記第１の電荷蓄積層及び前記第２の電荷蓄積層の少なくとも一は、窒化シリコン及び窒化酸化シリコンから選ばれる一以上を有する半導体装置。
【請求項７】
請求項１において、
前記第１の導電層はトランジスタのソース電極及びドレイン電極の一方として機能し、
前記第３の導電層は前記トランジスタのソース電極及びドレイン電極の他方として機能し、
前記第４の導電層は前記トランジスタの第１のコントロールゲートとして機能し、
前記第２の導電層は前記トランジスタの第２のコントロールゲートとして機能する半導体装置。

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、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、記憶装置の作製方法に関する。
続きを表示（約 1,700 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、表示装置、発光装置、蓄電装置、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、かつ、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、ＣＰＵ（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）、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。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。
【０００５】
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酸化物半導体が注目されている。
【０００６】
また、酸化物半導体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、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。
【０００７】
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、酸化物半導体膜を用いる第１のトランジスタと、酸化物半導体膜を用いる第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、酸化物半導体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。
【０００８】
また、非特許文献２では、結晶性酸化物半導体として、ＣＡＡＣ－ＩＧＺＯが開示されている。また、非特許文献２では、ＣＡＡＣ－ＩＧＺＯの成長メカニズムなども開示されている。
【０００９】
また、特許文献５には、フローティングゲートを用いた不揮発性メモリが開示されている。また、特許文献６には、酸化物半導体層を有する不揮発性メモリが開示されている。また、特許文献７に示すように、不揮発性半導体記憶装置において、メモリトランジスタを３次元に配置することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
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
特開２００９－２９５９７１号公報
特開２０１１－１２４５６３号公報
特開２００７－２６６１４３号公報
【非特許文献】
（【００１１】以降は省略されています）

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