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公開番号2025079263
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-05-21
出願番号2023191850
出願日2023-11-09
発明の名称酸化物半導体薄膜、半導体デバイス及びメモリ
出願人株式会社アルバック
代理人個人,個人
主分類H10D 30/67 20250101AFI20250514BHJP()
要約【課題】今までにない特性を有する酸化物半導体を提供し、また、このような新規な酸化物半導体を用いて新規な半導体デバイスを実現し、さらには、高集積化が可能な1トランジスタメモリを実現する半導体デバイスを提供する。
【解決手段】
Sbと、Inと、Znとを含むアモルファスな酸化物半導体薄膜であって、さらに、元素Xを含み、10%≦Zn+X≦70%,30%≦In+Sb≦90%である、酸化物半導体薄膜。
【選択図】なし
特許請求の範囲【請求項１】
Ｓｂと、Ｉｎと、Ｚｎとを含むアモルファスな酸化物半導体薄膜であって、さらに、元素Ｘを含み、１０％≦Ｚｎ＋Ｘ≦７０％，３０％≦Ｉｎ＋Ｓｂ≦９０％である、酸化物半導体薄膜。
続きを表示（約 740 文字）【請求項２】
前記元素Ｘとして、Ａｌ、Ｇａ、Ｓｎ、Ｇｅ、Ｔｉ、Ｗ、Ｈｆ、Ｗ、及びＺｒからなる群から選択される少なくとも１種を含有する酸化物半導体で構成される、
請求項１記載の酸化物半導体薄膜。
【請求項３】
前記酸化物半導体が、Ｓｂと、Ｉｎと、Ｚｎと、ＡｌおよびＧａの少なくとも一方とを含み、１０％≦Ｚｎ＋（Ａｌ、Ｇａ)≦７０％，３０％≦Ｉｎ＋Ｓｂ≦９０％である、
請求項２記載の酸化物半導体薄膜。
【請求項４】
波長５００ｎｍにおける光透過率が７０％以上である
請求項１記載の酸化物半導体薄膜。
【請求項５】
請求項１～４の何れか一項に記載の酸化物半導体薄膜を活性層とするトランジスタであり、前記活性層にゲート絶縁膜を介して設けられたゲート電極と、前記活性層に接続するソース電極及びドレイン電極と、を具備する
半導体デバイス。
【請求項６】
ゲート電圧の掃引を往復行った際に、Ｖｇの差が０．５Ｖ以上のヒステリシスカーブを形成する、
請求項５記載の半導体デバイス。
【請求項７】
請求項５に記載の半導体デバイスを用いた、
メモリ。
【請求項８】
請求項５に記載の半導体デバイスをメモリセルとして用いたメモリであって、
相対的に低い第１電圧をゲート電極に印加して書込む状態Ａと、相対的に高い第２電圧をゲート電極に印加して書き込む状態Ｂとを保持し、
ソースドレイン間に電圧を印加してソースドレイン間に流れる電流を検出する読込みで、電流値の大きさで、状態Ａの書込か、状態Ｂの書込かを区別できる、
メモリ。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、酸化物半導体薄膜、半導体デバイス及びメモリに関する。
続きを表示（約 1,700 文字）【背景技術】
【０００２】
近年、データ容量の増加、処理速度の向上などにより、種々の半導体メモリが開発されている。
例えば、酸化物半導体は、比較的低温で成膜が可能なため、従来のＳｉ半導体による回路の上に３次元的に積層したり、酸化物半導体の回路を３Ｄ化した回路を実現することができ、また、ＩＧＺＯはワイドバンドバンドギャップのため、トランジスタのＯｆｆのリーク電流が小さいという利点があるので、このような利点を生かし、２トランジスタ０キャパシタというＤＲＡＭが提案されている（非特許文献１参照）。
【０００３】
また、近年、ビッグデータを有効に利活用するには、クラウドサーバだけに頼らず、ＩｏＴ機器でも大量のデータを蓄積し、端末側でＡＩ処理を行うことが求められているので、これを実現するには、より大容量で消費電力の極めて小さいストレージメモリが必要とされているので、ＩＧＺＯなどの酸化物半導体をチャネルとする強誘電体トランジスタ（ＦｅＦＥＴ）メモリが提案されている。
【０００４】
さらに、将来のＡＩ技術としては、高密度の３次元積層（メモリ）技術や、秒オーダ以上の超長時定数を実現するデバイスなどが必要」とされており、３次元化・高集積化・ある程度の保持時間を持ったメモリが要望されている（非特許文献２）。
【０００５】
ここで、高集積化を目指して１トランジスタのみで構成されるメモリとして、ＩＧＺＯのチャージトラップメモリがある（非特許文献３）。しかしながら、このチャージトラップメモリは、ゲート絶縁膜にPtを添加したり、追加の絶縁層が必要となる。
【０００６】
また、１トランジスタ型メモリとしては、強誘電体を利用した１トランジスタ型ＦｅＲＡＭなどがある（非特許文献４）。このＦｅＲＡＭは、強誘電体をゲート絶縁膜に使用するものであるが、強誘電体は一般的に薄膜化すると強誘電性が低下するので薄膜化に限界があり、ゲート絶縁膜を薄くするとリーク電流の問題があるため、微細化に限界がある。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００７】
Belmonte et al. - 2020 - Capacitor-less, long-retention (400s) DRAM cell paving the way towards low-power and high-density monolithic 3D.pdf
応用物理第88巻第7号pp481-485（2019）、「ニューロモルフィックシステムと物理デバイス」
AIP Advances 5, 127203 (2015)
Jpn. J. Appl. Phys., Vol. 44, No. 25 (2005)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述したように、低温プロセス（４００℃以下）で製造可能なメモリとして期待できる、ＩＧＺＯなどの酸化物半導体を使用したメモリは、１つのメモリセルに２つのトランジスタや、１つのトランジスタと１つのキャパシタとが必要であり、また、強誘電体をゲート絶縁膜に使用する必要があり、何れにしても、高集積化に課題がある。
【０００９】
以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、今までにない特性を有する酸化物半導体を提供することにある。また、このような新規な酸化物半導体を用いて新規な半導体デバイスを実現することを課題とする。さらには、高集積化が可能な１トランジスタメモリを実現する半導体デバイスを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記目的を達成するために種々研究を重ねた結果、Ｓｂ含有酸化物半導体は、これを半導体デバイスの活性層とした場合、Ｖｇの順方向（マイナス→プラス）掃引と、逆方向（プラス→マイナス）掃引で閾値電圧Ｖｏｎが大きく異なることを知見し、本発明を完成させた。
かかる本発明は、以下のとおりである。
（【００１１】以降は省略されています）

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