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JP2020009960A - Semiconductor device and method of manufacturing the same - Google Patents

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JP2020009960A
JP2020009960A JP2018131267A JP2018131267A JP2020009960A JP 2020009960 A JP2020009960 A JP 2020009960A JP 2018131267 A JP2018131267 A JP 2018131267A JP 2018131267 A JP2018131267 A JP 2018131267A JP 2020009960 A JP2020009960 A JP 2020009960A
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oxide
transistor
film
conductor
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JP2018131267A
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山崎 舜平
Shunpei Yamazaki
舜平 山崎
亮 徳丸
Ryo Tokumaru
亮 徳丸
哲弥 掛端
Tetsuya Kakehata
哲弥 掛端
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Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
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Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
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Abstract

To provide a semiconductor device having favorable electric characteristics.SOLUTION: A transistor including an oxide semiconductor in a channel formation region, has a gate, a source, and a drain. A first insulator is formed below the oxide semiconductor. A second insulator is formed between the gate and the oxide semiconductor. One or both of the first insulator and the second insulator have a layer containing silicon and a layer containing gallium.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明の一態様は、半導体装置、ならびに半導体装置の作製方法に関する。または、本発明の一態様は、半導体ウエハ、モジュール、および電子機器に関する。   One embodiment of the present invention relates to a semiconductor device and a method for manufacturing the semiconductor device. Alternatively, one embodiment of the present invention relates to a semiconductor wafer, a module, and an electronic device.

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、および電子機器などは、半導体装置を有すると言える場合がある。   Note that a semiconductor device in this specification and the like refers to any device that can function by utilizing semiconductor characteristics. A semiconductor device such as a transistor, a semiconductor circuit, an arithmetic device, and a memory device are one embodiment of a semiconductor device. A display device (a liquid crystal display device, a light-emitting display device, or the like), a projection device, a lighting device, an electro-optical device, a power storage device, a storage device, a semiconductor circuit, an imaging device, an electronic device, or the like sometimes includes a semiconductor device. .

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発明の一態様は、物、方法、または、製造方法に関するものである。または、本発明の一態様は、プロセス、マシン、マニュファクチャ、または、組成物(コンポジション・オブ・マター)に関するものである。   Note that one embodiment of the present invention is not limited to the above technical field. One embodiment of the invention disclosed in this specification and the like relates to an object, a method, or a manufacturing method. Alternatively, one embodiment of the present invention relates to a process, a machine, a manufacture, or a composition (composition of matter).

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。酸化物半導体としては、例えば、酸化インジウム、酸化亜鉛などの一元系金属の酸化物のみでなく、多元系金属の酸化物も知られている。多元系金属の酸化物の中でも、特に、In−Ga−Zn酸化物(以下、IGZOとも呼ぶ。)に関する研究が盛んに行われている。   As a semiconductor thin film applicable to a transistor, a silicon-based semiconductor material is widely known, but an oxide semiconductor is attracting attention as another material. As an oxide semiconductor, for example, not only a single metal oxide such as indium oxide and zinc oxide but also a multimetal oxide is known. Among oxides of multi-component metals, research on In-Ga-Zn oxide (hereinafter also referred to as IGZO) has been actively conducted.

IGZOに関する研究により、酸化物半導体において、単結晶でも非晶質でもない、CAAC(c−axis aligned crystalline)構造およびnc(nanocrystalline)構造が見出された(非特許文献1乃至非特許文献3参照。)。非特許文献1および非特許文献2では、CAAC構造を有する酸化物半導体を用いてトランジスタを作製する技術も開示されている。さらに、CAAC構造およびnc構造よりも結晶性の低い酸化物半導体でさえも、微小な結晶を有することが、非特許文献4および非特許文献5に示されている。   Through research on IGZO, a CAAC (c-axis aligned crystalline) structure and an nc (nanocrystalline) structure that are neither single crystal nor amorphous in an oxide semiconductor have been found (see Non-Patent Documents 1 to 3). .). Non-Patent Documents 1 and 2 also disclose techniques for manufacturing a transistor using an oxide semiconductor having a CAAC structure. Further, Non-Patent Documents 4 and 5 show that even an oxide semiconductor having lower crystallinity than the CAAC structure and the nc structure has minute crystals.

さらに、IGZOを活性層として用いたトランジスタは極めて低いオフ電流を持ち(非特許文献6参照。)、その特性を利用したLSIおよびディスプレイが報告されている(非特許文献7および非特許文献8参照。)。   Further, a transistor using IGZO as an active layer has an extremely low off-state current (see Non-Patent Document 6), and an LSI and a display utilizing the characteristics have been reported (see Non-Patent Documents 7 and 8). .).

S. Yamazaki et al., “SID Symposium Digest of Technical Papers”, 2012, volume 43, issue 1, p.183−186S. Yamazaki et al. , "SID Symposium Digest of Technical Papers", 2012, volume 43, issue 1, p. 183-186 S. Yamazaki et al., “Japanese Journal of Applied Physics”, 2014, volume 53, Number 4S, p.04ED18−1−04ED18−10S. Yamazaki et al. , "Japanese Journal of Applied Physics", 2014, volume 53, Number 4S, p. 04ED18-1-04ED18-10 S. Ito et al., “The Proceedings of AM−FPD’13 Digest of Technical Papers”, 2013, p.151−154S. Ito et al. , “The Proceedings of AM-FPD'13 Digest of Technical Papers”, 2013, p. 151-154 S. Yamazaki et al., “ECS Journal of Solid State Science and Technology”, 2014, volume 3, issue 9, p.Q3012−Q3022S. Yamazaki et al. , "ECS Journal of Solid State Science and Technology", 2014, volume 3, issue 9, p. Q3012-Q3022 S. Yamazaki, “ECS Transactions”,2014, volume 64, issue 10, p.155−164S. Yamazaki, "ECS Transactions", 2014, volume 64, issue 10, p. 155-164 K. Kato et al., “Japanese Journal of Applied Physics”, 2012, volume 51, p.021201−1−021201−7K. Kato et al. , “Japanese Journal of Applied Physics”, 2012, volume 51, p. 021201-1-021201-7 S. Matsuda et al., “2015 Symposium on VLSI Technology Digest of Technical Papers”, 2015, p.T216−T217S. Matsuda et al. , “2015 Symposium on VLSI Technology Digest of Technical Papers”, 2015, p. T216-T217 S. Amano et al., “SID Symposium Digest of Technical Papers”, 2010, volume 41, issue 1, p.626−629S. Amano et al. , "SID Symposium Digest of Technical Papers", 2010, volume 41, issue 1, p. 626-629

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つとする。または、本発明の一態様は、信頼性が良好な半導体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、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つとする。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つとする。または、本発明の一態様は、高い周波数特性を有する半導体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、生産性の高い半導体装置を提供することを課題の一つとする。   An object of one embodiment of the present invention is to provide a semiconductor device having favorable electric characteristics. Another object of one embodiment of the present invention is to provide a semiconductor device with high reliability. Another object of one embodiment of the present invention is to provide a semiconductor device which can be miniaturized or highly integrated. Another object of one embodiment of the present invention is to provide a semiconductor device with high on-state current. Another object of one embodiment of the present invention is to provide a semiconductor device having high frequency characteristics. Another object of one embodiment of the present invention is to provide a semiconductor device with high productivity.

本発明の一態様は、長期間においてデータの保持が可能な半導体装置を提供することを課題の一つとする。本発明の一態様は、データの書き込み速度が速い半導体装置を提供することを課題の一つとする。本発明の一態様は、設計自由度が高い半導体装置を提供することを課題の一つとする。本発明の一態様は、消費電力を抑えることができる半導体装置を提供することを課題の一つとする。本発明の一態様は、新規な半導体装置を提供することを課題の一つとする。   An object of one embodiment of the present invention is to provide a semiconductor device which can hold data for a long time. An object of one embodiment of the present invention is to provide a semiconductor device with high data writing speed. An object of one embodiment of the present invention is to provide a semiconductor device with high design flexibility. An object of one embodiment of the present invention is to provide a semiconductor device that can reduce power consumption. An object of one embodiment of the present invention is to provide a novel semiconductor device.

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、自ずと明らかとなるものであり、明細書、図面、請求項などの記載から、これら以外の課題を抽出することが可能である。   Note that the description of these objects does not disturb the existence of other objects. Note that one embodiment of the present invention does not need to solve all of these problems. It should be noted that issues other than these are obvious from the description of the specification, drawings, claims, etc., and that other issues can be extracted from the description of the description, drawings, claims, etc. It is.

本発明の一態様は、チャネル形成領域に酸化物半導体を有するトランジスタであって、トランジスタは、ゲート、ソース、及びドレインを有し、酸化物半導体の下方には、第1の絶縁体が形成され、ゲートと、酸化物半導体との間には、第2の絶縁体が形成され、第1の絶縁体、及び第2の絶縁体のいずれか一方または双方は、シリコンを含む層と、ガリウムを含む層と、を有する。   One embodiment of the present invention is a transistor including an oxide semiconductor in a channel formation region; the transistor has a gate, a source, and a drain, and a first insulator is formed below the oxide semiconductor. , A second insulator is formed between the gate and the oxide semiconductor, and one or both of the first insulator and the second insulator include a layer containing silicon and gallium. And a layer containing the same.

本発明の一態様は、チャネル形成領域に酸化物半導体を有するトランジスタであって、トランジスタは、第1のゲート、第2のゲート、ソース、及びドレインを有し、第2のゲートと、酸化物半導体との間には、第1の絶縁体が形成され、第1のゲートと、酸化物半導体との間には、第2の絶縁体が形成され、第1の絶縁体、及び第2の絶縁体のいずれか一方または双方は、シリコンを含む層と、ガリウムを含む層と、を有する。   One embodiment of the present invention is a transistor including an oxide semiconductor in a channel formation region, the transistor including a first gate, a second gate, a source, and a drain; A first insulator is formed between the semiconductor and the semiconductor, a second insulator is formed between the first gate and the oxide semiconductor, and the first insulator and the second insulator are formed. Either or both of the insulators include a layer containing silicon and a layer containing gallium.

上記発明において、酸化物半導体は、インジウム、亜鉛、およびガリウムを含む。   In the above invention, the oxide semiconductor contains indium, zinc, and gallium.

上記発明において、酸化物半導体、およびガリウムを含む層は、結晶構造を有している。   In the above invention, the layer containing an oxide semiconductor and gallium has a crystal structure.

上記発明において、容量素子と、を有する半導体装置であって、容量素子は、トランジスタに含まれるシリコンを含む層と、ガリウムを含む層と、を有する。   In the above invention, a semiconductor device including a capacitor, wherein the capacitor includes a layer containing silicon and a layer containing gallium included in the transistor.

上記発明において、容量素子は、トランジスタの上方に形成される。   In the above invention, the capacitor is formed above the transistor.

上記発明において、容量素子は、トランジスタの下方に形成される。   In the above invention, the capacitor is formed below the transistor.

上記記載のトランジスタと、第3の絶縁体と、第4の絶縁体と、を有する半導体装置であって、第3の絶縁体は、アルミニウムと、酸素と、を有し、第4の絶縁体は、シリコンと、窒素と、を有し、トランジスタの上面、下面、及び側面のいずれか一または複数は、第3の絶縁体、及び第4の絶縁体によって覆われている。   A semiconductor device including the transistor described above, a third insulator, and a fourth insulator, wherein the third insulator includes aluminum and oxygen, and the fourth insulator Has silicon and nitrogen, and one or more of an upper surface, a lower surface, and side surfaces of the transistor are covered with a third insulator and a fourth insulator.

上記発明において、第4の絶縁体よりも内側に位置する。   In the above invention, it is located inside the fourth insulator.

本発明の一態様は、チャネル形成領域に酸化物半導体を有するトランジスタの作製方法であって、トランジスタは、酸化物半導体、第1の絶縁体、ゲート、ソース、及びドレインを有し、第1の絶縁体は、ガリウムを含む層と、シリコンを含む層と、を有し、トランジスタの作製方法は、少なくとも、酸化物半導体を形成するステップと、酸化物半導体上にソース、及びドレインを形成するステップと、酸化物半導体の上面、並びにソース、及びドレインの側面に第1の絶縁体を形成するステップと、第1の絶縁体上にゲートを形成するステップと、を有し、第1の絶縁体を形成するステップにおいて、ガリウムを含む層と、シリコンを含む層とを、減圧下において、連続で成膜する。   One embodiment of the present invention is a method for manufacturing a transistor including an oxide semiconductor in a channel formation region, wherein the transistor includes an oxide semiconductor, a first insulator, a gate, a source, and a drain; The insulator includes a layer containing gallium and a layer containing silicon, and the method for manufacturing the transistor includes, at least, a step of forming an oxide semiconductor and a step of forming a source and a drain over the oxide semiconductor. Forming a first insulator on the top surface of the oxide semiconductor and side surfaces of the source and the drain; and forming a gate on the first insulator. In the step of forming a layer, a layer containing gallium and a layer containing silicon are continuously formed under reduced pressure.

本発明の一態様は、トランジスタは、さらに、第2の絶縁体、及び第2のゲートを有し、トランジスタの作製方法は、少なくとも、第2のゲートを形成するステップと、第2のゲート上に第2の絶縁体を形成するステップと、酸化物半導体を形成するステップと、酸化物半導体上にソース、及びドレインを形成するステップと、酸化物半導体の上面、並びにソース、及びドレインの側面に第1の絶縁体を形成するステップと、第1の絶縁体上にゲートを形成するステップと、を有し、第1の絶縁体を形成するステップにおいて、ガリウムを含む層と、シリコンを含む層とを、減圧下において、連続で成膜する。   According to one embodiment of the present invention, the transistor further includes a second insulator and a second gate; the method for manufacturing the transistor includes at least a step of forming a second gate; Forming a second insulator, forming an oxide semiconductor, forming a source and a drain over the oxide semiconductor, forming a top surface of the oxide semiconductor, and a side surface of the source and the drain. Forming a first insulator; and forming a gate on the first insulator, wherein the step of forming the first insulator includes a layer containing gallium and a layer containing silicon. Are continuously formed under reduced pressure.

上記発明において、酸化物半導体は、インジウム、亜鉛、およびガリウムを含み、酸化物半導体は、スパッタリング法により形成される。   In the above invention, the oxide semiconductor contains indium, zinc, and gallium, and the oxide semiconductor is formed by a sputtering method.

上記発明において、酸化物半導体、およびガリウムを含む層は、結晶性を有するように形成される。   In the above invention, the layer containing an oxide semiconductor and gallium is formed to have crystallinity.

上記発明において、酸化物半導体、およびガリウムを含む層は、100℃以上の温度で加熱して形成される。   In the above invention, the layer containing an oxide semiconductor and gallium is formed by heating at a temperature of 100 ° C or higher.

上記発明において、第1の絶縁体は、ALD法により形成される。   In the above invention, the first insulator is formed by an ALD method.

本発明の一態様により、良好な電気特性を有する半導体装置を提供することができる。または、本発明の一態様により、信頼性が良好な半導体装置を提供することができる。または、本発明の一態様により、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ができる。または、本発明の一態様により、オン電流が大きい半導体装置を提供することができる。または、本発明の一態様により、高い周波数特性を有する半導体装置を提供することができる。または、本発明の一態様により、生産性の高い半導体装置を提供することができる。   According to one embodiment of the present invention, a semiconductor device having favorable electric characteristics can be provided. Alternatively, according to one embodiment of the present invention, a highly reliable semiconductor device can be provided. Alternatively, according to one embodiment of the present invention, a semiconductor device which can be miniaturized or highly integrated can be provided. Alternatively, according to one embodiment of the present invention, a semiconductor device with high on-state current can be provided. Alternatively, according to one embodiment of the present invention, a semiconductor device having high frequency characteristics can be provided. Alternatively, according to one embodiment of the present invention, a semiconductor device with high productivity can be provided.

または、長期間においてデータの保持が可能な半導体装置を提供することができる。または、データの書き込み速度が速い半導体装置を提供することができる。または、設計自由度が高い半導体装置を提供することができる。または、消費電力を抑えることができる半導体装置を提供することができる。または、新規な半導体装置を提供することができる。   Alternatively, a semiconductor device capable of holding data for a long period can be provided. Alternatively, a semiconductor device with high data writing speed can be provided. Alternatively, a semiconductor device with high design flexibility can be provided. Alternatively, a semiconductor device that can reduce power consumption can be provided. Alternatively, a novel semiconductor device can be provided.

なお、これらの効果の記載は、他の効果の存在を妨げるものではない。なお、本発明の一態様は、これらの効果の全てを有する必要はない。なお、これら以外の効果は、明細書、図面、請求項などの記載から、自ずと明らかとなるものであり、明細書、図面、請求項などの記載から、これら以外の効果を抽出することが可能である。   Note that the description of these effects does not disturb the existence of other effects. Note that one embodiment of the present invention does not need to have all of these effects. It should be noted that effects other than these are obvious from the description of the specification, drawings, claims, and the like, and other effects can be extracted from the description of the specification, drawings, claims, and the like. It is.

本発明の一態様に係る半導体装置の上面図および断面図。4A and 4B are a top view and a cross-sectional view of a semiconductor device according to one embodiment of the present invention. 本発明の一態様に係る半導体装置の上面図および断面図。4A and 4B are a top view and a cross-sectional view of a semiconductor device according to one embodiment of the present invention. 本発明の一態様に係る半導体装置の上面図および断面図。4A and 4B are a top view and a cross-sectional view of a semiconductor device according to one embodiment of the present invention. 本発明の一態様に係る半導体装置の作製方法を示す上面図および断面図。7A to 7C are a top view and cross-sectional views illustrating a method for manufacturing a semiconductor device according to one embodiment of the present invention. 本発明の一態様に係る半導体装置の作製方法を示す上面図および断面図。7A to 7C are a top view and cross-sectional views illustrating a method for manufacturing a semiconductor device according to one embodiment of the present invention. 本発明の一態様に係る半導体装置の作製方法を示す上面図および断面図。7A to 7C are a top view and cross-sectional views illustrating a method for manufacturing a semiconductor device according to one embodiment of the present invention. 本発明の一態様に係る半導体装置の作製方法を示す上面図および断面図。7A to 7C are a top view and cross-sectional views illustrating a method for manufacturing a semiconductor device according to one embodiment of the present invention. 本発明の一態様に係る半導体装置の作製方法を示す上面図および断面図。7A to 7C are a top view and cross-sectional views illustrating a method for manufacturing a semiconductor device according to one embodiment of the present invention. 本発明の一態様に係る半導体装置の作製方法を示す上面図および断面図。7A to 7C are a top view and cross-sectional views illustrating a method for manufacturing a semiconductor device according to one embodiment of the present invention. 本発明の一態様に係る半導体装置の上面図および断面図。4A and 4B are a top view and a cross-sectional view of a semiconductor device according to one embodiment of the present invention. 本発明の一態様に係る成膜方法を説明する断面図。FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating a film formation method according to one embodiment of the present invention. 本発明の一態様に係る金属酸化物の断面図。FIG. 3 is a cross-sectional view of a metal oxide according to one embodiment of the present invention. 本発明の一態様に係る成膜方法を説明する断面図。FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating a film formation method according to one embodiment of the present invention. 本発明の一態様に係る成膜装置を説明する上面図および断面図。4A and 4B are a top view and a cross-sectional view illustrating a film formation apparatus according to one embodiment of the present invention. 本発明の一態様に係る成膜装置を説明する断面図。FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a film formation apparatus according to one embodiment of the present invention. 本発明の一態様に係る成膜方法を説明する図。4A and 4B illustrate a film formation method according to one embodiment of the present invention. 本発明の一態様に係る金属酸化物の原子数比の範囲を説明する図。FIG. 4 illustrates a range of an atomic ratio of a metal oxide according to one embodiment of the present invention. 本発明の一態様に係る記憶装置の構成を示す断面図。FIG. 13 is a cross-sectional view illustrating a structure of a memory device according to one embodiment of the present invention. 本発明の一態様に係る記憶装置の構成を示す断面図。FIG. 13 is a cross-sectional view illustrating a structure of a memory device according to one embodiment of the present invention. 本発明の一態様に係る記憶装置の構成を示す断面図。FIG. 13 is a cross-sectional view illustrating a structure of a memory device according to one embodiment of the present invention. 本発明の一態様に係る記憶装置の構成を示す断面図。FIG. 13 is a cross-sectional view illustrating a structure of a memory device according to one embodiment of the present invention. 本発明の一態様に係る記憶装置の構成を示す断面図。FIG. 13 is a cross-sectional view illustrating a structure of a memory device according to one embodiment of the present invention. 本発明の一態様に係る記憶装置の構成を示す断面図。FIG. 13 is a cross-sectional view illustrating a structure of a memory device according to one embodiment of the present invention. 本発明の一態様に係る記憶装置の構成例を示すブロック図。FIG. 3 is a block diagram illustrating a configuration example of a storage device according to one embodiment of the present invention. 本発明の一態様に係る記憶装置の構成例を示す回路図。FIG. 3 is a circuit diagram illustrating a configuration example of a memory device according to one embodiment of the present invention. 本発明の一態様に係る半導体装置の模式図。FIG. 3 is a schematic view of a semiconductor device according to one embodiment of the present invention. 本発明の一態様に係る記憶装置の模式図。FIG. 13 is a schematic diagram of a storage device according to one embodiment of the present invention. 本発明の一態様に係る電子機器を示す図。FIG. 13 illustrates an electronic device according to one embodiment of the present invention. 実施例のΔVshのストレス時間依存性を説明する図。FIG. 4 is a diagram for explaining stress time dependency of ΔVsh in the example. 実施例の書き換え耐性を説明する図。FIG. 4 is a diagram for explaining rewriting endurance of the embodiment.

以下、実施の形態について図面を参照しながら説明する。ただし、実施の形態は多くの異なる態様で実施することが可能であり、趣旨およびその範囲から逸脱することなくその形態および詳細を様々に変更し得ることは、当業者であれば容易に理解される。したがって、本発明は、以下の実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。   Hereinafter, embodiments will be described with reference to the drawings. However, it is easily understood by those skilled in the art that the embodiment can be implemented in many different modes, and that the mode and details can be variously changed without departing from the spirit and scope. You. Therefore, the present invention is not construed as being limited to the description of the following embodiments.

また、図面において、大きさ、層の厚さ、または領域は、明瞭化のために誇張されている場合がある。よって、必ずしもそのスケールに限定されない。なお、図面は、理想的な例を模式的に示したものであり、図面に示す形状または値などに限定されない。例えば、実際の製造工程において、エッチングなどの処理により層やレジストマスクなどが意図せずに目減りすることがあるが、理解を容易とするために図に反映しないことがある。また、図面において、同一部分または同様な機能を有する部分には同一の符号を異なる図面間で共通して用い、その繰り返しの説明は省略する場合がある。また、同様の機能を指す場合には、ハッチパターンを同じくし、特に符号を付さない場合がある。   In the drawings, the size, the layer thickness, or the region is exaggerated for clarity in some cases. Therefore, it is not necessarily limited to the scale. The drawings schematically show ideal examples, and are not limited to the shapes and values shown in the drawings. For example, in an actual manufacturing process, a layer or a resist mask may be unintentionally reduced due to processing such as etching, but may not be reflected in the drawings for easy understanding. In the drawings, the same portions or portions having similar functions are denoted by the same reference numerals in different drawings, and description of such portions is not repeated in some cases. Further, when referring to the same function, the hatch pattern is the same, and there is a case where no particular reference numeral is given.

また、特に上面図(「平面図」ともいう。)や斜視図などにおいて、発明の理解を容易とするため、一部の構成要素の記載を省略する場合がある。また、一部の隠れ線などの記載を省略する場合がある。   In addition, in some cases, particularly in a top view (also referred to as a “plan view”) or a perspective view, description of some components is omitted in order to facilitate understanding of the invention. In addition, some hidden lines and the like may be omitted.

また、本明細書等において、第1、第2等として付される序数詞は便宜上用いるものであり、工程順または積層順を示すものではない。そのため、例えば、「第1の」を「第2の」または「第3の」などと適宜置き換えて説明することができる。また、本明細書等に記載されている序数詞と、本発明の一態様を特定するために用いられる序数詞は一致しない場合がある。   In this specification and the like, ordinal numbers given as first, second, and the like are used for convenience, and do not indicate the order of steps or the order of lamination. Therefore, for example, the description can be made by appropriately replacing “first” with “second” or “third”. In addition, ordinal numbers described in this specification and the like do not always coincide with ordinal numbers used for specifying one embodiment of the present invention.

また、本明細書等において、「上に」、「下に」などの配置を示す語句は、構成同士の位置関係を、図面を参照して説明するために、便宜上用いている。また、構成同士の位置関係は、各構成を描写する方向に応じて適宜変化するものである。したがって、明細書で説明した語句に限定されず、状況に応じて適切に言い換えることができる。   Further, in this specification and the like, words indicating an arrangement such as "over" and "under" are used for convenience in describing the positional relationship between components with reference to drawings. Further, the positional relationship between the components changes as appropriate according to the direction in which each component is described. Therefore, the present invention is not limited to the words and phrases described in the specification, and can be appropriately paraphrased according to the situation.

例えば、本明細書等において、XとYとが接続されている、と明示的に記載されている場合は、XとYとが電気的に接続されている場合と、XとYとが機能的に接続されている場合と、XとYとが直接的に接続されている場合と、が、本明細書等に開示されているものとする。したがって、所定の接続関係、例えば、図または文章に示された接続関係に限定されず、図または文章に示された接続関係以外のものも、図または文章に記載されているものとする。   For example, in this specification and the like, when it is explicitly described that X and Y are connected, the case where X and Y are electrically connected, and the case where X and Y function It is assumed that the case where X and Y are directly connected and the case where X and Y are directly connected are disclosed in this specification and the like. Therefore, the connection relation is not limited to the predetermined connection relation, for example, the connection relation shown in the figure or the text, and it is assumed that anything other than the connection relation shown in the figure or the text is also described in the figure or the text.

ここで、X、Yは、対象物(例えば、装置、素子、回路、配線、電極、端子、導電膜、層、など)であるとする。   Here, X and Y are objects (for example, an apparatus, an element, a circuit, a wiring, an electrode, a terminal, a conductive film, a layer, and the like).

また、ソースやドレインの機能は、異なる極性のトランジスタを採用する場合や、回路動作において電流の方向が変化する場合などには入れ替わることがある。このため、本明細書等においては、ソースやドレインの用語は、入れ替えて用いることができる場合がある。   In addition, the functions of the source and the drain may be switched when transistors with different polarities are used or when the direction of current changes in circuit operation. For this reason, in this specification and the like, the terms of source and drain may be used interchangeably.

なお、本明細書等において、トランジスタの構造によっては、実際にチャネルの形成される領域におけるチャネル幅(以下、「実効的なチャネル幅」ともいう。)と、トランジスタの上面図において示されるチャネル幅(以下、「見かけ上のチャネル幅」ともいう。)と、が異なる場合がある。例えば、ゲート電極が半導体の側面を覆う場合、実効的なチャネル幅が、見かけ上のチャネル幅よりも大きくなり、その影響が無視できなくなる場合がある。例えば、微細かつゲート電極が半導体の側面を覆うトランジスタでは、半導体の側面に形成されるチャネル形成領域の割合が大きくなる場合がある。その場合は、見かけ上のチャネル幅よりも、実効的なチャネル幅の方が大きくなる。   Note that in this specification and the like, depending on a structure of a transistor, a channel width in a region where a channel is actually formed (hereinafter, also referred to as an “effective channel width”) corresponds to a channel width illustrated in a top view of the transistor. (Hereinafter, also referred to as “apparent channel width”). For example, when the gate electrode covers the side surface of the semiconductor, the effective channel width becomes larger than the apparent channel width, and the effect may not be ignored. For example, in a transistor which is minute and has a gate electrode covering a side surface of a semiconductor, the proportion of a channel formation region formed on the side surface of the semiconductor may be large. In that case, the effective channel width is larger than the apparent channel width.

このような場合、実効的なチャネル幅の、実測による見積もりが困難となる場合がある。例えば、設計値から実効的なチャネル幅を見積もるためには、半導体の形状が既知という仮定が必要である。したがって、半導体の形状が正確にわからない場合には、実効的なチャネル幅を正確に測定することは困難である。   In such a case, it may be difficult to estimate the effective channel width by actual measurement. For example, in order to estimate an effective channel width from a design value, it is necessary to assume that the shape of a semiconductor is known. Therefore, when the shape of the semiconductor is not known accurately, it is difficult to accurately measure the effective channel width.

本明細書では、単にチャネル幅と記載した場合には、見かけ上のチャネル幅を指す場合がある。または、本明細書では、単にチャネル幅と記載した場合には、実効的なチャネル幅を指す場合がある。なお、チャネル長、チャネル幅、実効的なチャネル幅、見かけ上のチャネル幅などは、断面TEM像などを解析することなどによって、値を決定することができる。   In this specification, a simple term "channel width" may refer to an apparent channel width. Alternatively, in this specification, a simple term "channel width" may refer to an effective channel width. The values of the channel length, the channel width, the effective channel width, the apparent channel width, and the like can be determined by analyzing a cross-sectional TEM image or the like.

なお、半導体の不純物とは、例えば、半導体を構成する主成分以外をいう。例えば、濃度が0.1原子%未満の元素は不純物と言える。不純物が含まれることにより、例えば、半導体のDOS(Density of States)が高くなることや、結晶性が低下することなどが起こる場合がある。半導体が酸化物半導体である場合、半導体の特性を変化させる不純物としては、例えば、第1族元素、第2族元素、第13族元素、第14族元素、第15族元素、および酸化物半導体の主成分以外の遷移金属などがあり、例えば、水素、リチウム、ナトリウム、シリコン、ホウ素、リン、炭素、窒素などがある。酸化物半導体の場合、水も不純物として機能する場合がある。また、酸化物半導体の場合、例えば不純物の混入によって酸素欠損を形成する場合がある。また、半導体がシリコンである場合、半導体の特性を変化させる不純物としては、例えば、酸素、水素を除く第1族元素、第2族元素、第13族元素、第15族元素などがある。   Note that a semiconductor impurity refers to, for example, elements other than the main components of the semiconductor. For example, an element having a concentration of less than 0.1 atomic% can be regarded as an impurity. When the impurity is contained, for example, the DOS (Density of States) of the semiconductor may be increased, or the crystallinity may be reduced. In the case where the semiconductor is an oxide semiconductor, examples of the impurity that changes the characteristics of the semiconductor include a Group 1 element, a Group 2 element, a Group 13 element, a Group 14 element, a Group 15 element, and an oxide semiconductor. And transition metals other than the main components such as hydrogen, lithium, sodium, silicon, boron, phosphorus, carbon, and nitrogen. In the case of an oxide semiconductor, water may function as an impurity in some cases. In the case of an oxide semiconductor, oxygen vacancies may be formed by entry of impurities, for example. In the case where the semiconductor is silicon, examples of the impurity that changes the characteristics of the semiconductor include a Group 1 element, a Group 2 element, a Group 13 element, and a Group 15 element other than oxygen and hydrogen.

なお、本明細書等において、酸化窒化シリコンとは、その組成として、窒素よりも酸素の含有量が多いものである。また、窒化酸化シリコンとは、その組成として、酸素よりも窒素の含有量が多いものである。   Note that in this specification and the like, silicon oxynitride has a higher oxygen content than nitrogen as its composition. In addition, silicon nitride oxide has a higher nitrogen content than oxygen as its composition.

また、本明細書等において、「絶縁体」という用語を、絶縁膜または絶縁層と言い換えることができる。また、「導電体」という用語を、導電膜または導電層と言い換えることができる。また、「半導体」という用語を、半導体膜または半導体層と言い換えることができる。   In this specification and the like, the term "insulator" can be referred to as an insulating film or an insulating layer. Further, the term “conductor” can be referred to as a conductive film or a conductive layer. Further, the term “semiconductor” can be referred to as a semiconductor film or a semiconductor layer.

また、本明細書等において、「平行」とは、二つの直線が−10度以上10度以下の角度で配置されている状態をいう。したがって、−5度以上5度以下の場合も含まれる。また、「略平行」とは、二つの直線が−30度以上30度以下の角度で配置されている状態をいう。また、「垂直」とは、二つの直線が80度以上100度以下の角度で配置されている状態をいう。したがって、85度以上95度以下の場合も含まれる。また、「略垂直」とは、二つの直線が60度以上120度以下の角度で配置されている状態をいう。   In this specification and the like, “parallel” refers to a state where two straight lines are arranged at an angle of −10 degrees or more and 10 degrees or less. Therefore, a case where the angle is −5 degrees or more and 5 degrees or less is also included. The term “substantially parallel” refers to a state in which two straight lines are arranged at an angle of −30 degrees or more and 30 degrees or less. “Vertical” means a state in which two straight lines are arranged at an angle of 80 degrees or more and 100 degrees or less. Therefore, a case where the angle is 85 degrees or more and 95 degrees or less is also included. Further, “substantially perpendicular” refers to a state in which two straight lines are arranged at an angle of 60 degrees or more and 120 degrees or less.

なお、本明細書において、バリア膜とは、水、水素などの不純物および酸素の透過を抑制する機能を有する膜のことであり、当該バリア膜に導電性を有する場合は、導電性バリア膜と呼ぶことがある。   Note that in this specification, a barrier film refers to a film having a function of suppressing transmission of impurities such as water and hydrogen and oxygen, and when the barrier film has conductivity, the barrier film is referred to as a conductive barrier film. May be called.

本明細書等において、金属酸化物(metal oxide)とは、広い意味での金属の酸化物である。金属酸化物は、酸化物絶縁体、酸化物導電体(透明酸化物導電体を含む。)、酸化物半導体(Oxide Semiconductorまたは単にOSともいう。)などに分類される。例えば、トランジスタの半導体層に金属酸化物を用いた場合、当該金属酸化物を酸化物半導体と呼称する場合がある。つまり、OS FETあるいはOSトランジスタと記載する場合においては、酸化物または酸化物半導体を有するトランジスタと換言することができる。   In this specification and the like, a metal oxide is a metal oxide in a broad sense. Metal oxides are classified into oxide insulators, oxide conductors (including transparent oxide conductors), oxide semiconductors (also referred to as oxide semiconductors, or simply OSs). For example, in the case where a metal oxide is used for a semiconductor layer of a transistor, the metal oxide may be referred to as an oxide semiconductor in some cases. That is, the term “OS FET” or “OS transistor” can be referred to as a transistor including an oxide or an oxide semiconductor.

また、本明細書等において、ノーマリーオフとは、ゲートに電位を印加しない、またはゲートに接地電位を与えたときに、トランジスタに流れるチャネル幅1μmあたりの電流が、室温において1×10−20A以下、85℃において1×10−18A以下、または125℃において1×10−16A以下であることをいう。 In this specification and the like, normally-off means that when a potential is not applied to a gate or a ground potential is applied to a gate, a current per 1 μm of a channel width flowing through a transistor is 1 × 10 −20 at room temperature. A or lower, 1 × 10 −18 A or lower at 85 ° C., or 1 × 10 −16 A or lower at 125 ° C.

(実施の形態1)
本実施の形態では、半導体装置の一形態を、図1乃至図10を用いて説明する。
(Embodiment 1)
In this embodiment, one embodiment of a semiconductor device is described with reference to FIGS.

<トランジスタの構造1>
以下では、本発明の一態様に係るトランジスタ200を有する半導体装置の一例について説明する。図1(A)、図1(B)、および図1(C)は、本発明の一態様に係るトランジスタ200、およびトランジスタ200周辺の上面図および断面図である。図1(A)は上面図であり、図1(B)は、図1(A)に示す一点鎖線A1−A2、図1(C)は、一点鎖線A3−A4に対応する断面図である。なお、図1(A)の上面図では、図の明瞭化のために一部の要素を省いて図示している。
<Transistor structure 1>
Hereinafter, an example of a semiconductor device including the transistor 200 according to one embodiment of the present invention will be described. FIGS. 1A, 1B, and 1C are a top view and a cross-sectional view of a transistor 200 according to one embodiment of the present invention and the periphery of the transistor 200. FIG. 1A is a top view, FIG. 1B is a cross-sectional view taken along a dashed-dotted line A1-A2 shown in FIG. 1A, and FIG. 1C is a cross-sectional view taken along a dashed-dotted line A3-A4. . Note that for simplification of the drawing, some components are not illustrated in the top view in FIG.

本発明の一態様の半導体装置は、トランジスタ200と、層間膜として機能する絶縁体212、絶縁体214、絶縁体216、絶縁体280、絶縁体282、絶縁体284、および絶縁体284と、を有する。   The semiconductor device of one embodiment of the present invention includes the transistor 200 and the insulator 212, the insulator 214, the insulator 216, the insulator 280, the insulator 282, the insulator 284, and the insulator 284 each functioning as an interlayer film. Have.

[トランジスタ200]
図1に示すように、トランジスタ200は、基板(図示せず。)の上に配置され、絶縁体216に埋め込まれるように配置された導電体205と、絶縁体216の上および導電体205の上に配置された絶縁体222と、絶縁体222の上に配置された絶縁体224と、絶縁体224の上に配置された酸化物230(酸化物230a、酸化物230b、および酸化物230c)と、酸化物230の上に配置された絶縁体250と、絶縁体250上に配置された絶縁体252と、絶縁体252上に配置された導電体260(導電体260a、および導電体260b)と、酸化物230bの上面の一部と接する導電体240aおよび導電体240bと、絶縁体224の上面の一部、酸化物230aの側面、酸化物230bの側面、導電体240aの側面、導電体240aの上面、導電体240bの側面、および導電体240bの上面に接して配置された絶縁体274と、を有する。
[Transistor 200]
As shown in FIG. 1, the transistor 200 includes a conductor 205 which is provided over a substrate (not shown) and is embedded in the insulator 216, and a transistor 205 over the insulator 216 and the conductor 205. An insulator 222 provided thereon, an insulator 224 provided over the insulator 222, and an oxide 230 provided over the insulator 224 (an oxide 230a, an oxide 230b, and an oxide 230c) , An insulator 250 disposed on the oxide 230, an insulator 252 disposed on the insulator 250, and a conductor 260 (conductor 260a and conductor 260b) disposed on the insulator 252 Conductor 240a and conductor 240b in contact with part of the top surface of oxide 230b; part of the top surface of insulator 224; the side surface of oxide 230a; the side surface of oxide 230b; Side, has the upper surface of the conductor 240a, the side surface of the conductor 240b, and an insulator 274 which is arranged in contact with the upper surface of the conductor 240b, a.

トランジスタ200において、酸化物230は、半導体として機能する金属酸化物(以下、酸化物半導体ともいう)を用いることが好ましい。チャネル形成領域に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(オフ電流)が小さいため、低消費電力の半導体装置が提供できる。また、酸化物半導体は、スパッタリング法、ALD(Atomic Layer Deposition)法などを用いて成膜できるため、高集積型の半導体装置を構成するトランジスタ200に用いることができる。   In the transistor 200, the oxide 230 is preferably formed using a metal oxide that functions as a semiconductor (hereinafter, also referred to as an oxide semiconductor). A transistor including an oxide semiconductor in a channel formation region has extremely low leakage current (off current) in a non-conduction state; thus, a semiconductor device with low power consumption can be provided. Further, an oxide semiconductor can be formed by a sputtering method, an ALD (Atomic Layer Deposition) method, or the like; therefore, the oxide semiconductor can be used for the transistor 200 included in a highly integrated semiconductor device.

例えば、酸化物230に用いることができる酸化物半導体として、In−M−Zn酸化物(元素Mは、アルミニウム、ガリウム、イットリウム、錫、銅、バナジウム、ベリリウム、ホウ素、チタン、鉄、ニッケル、ゲルマニウム、ジルコニウム、モリブデン、ランタン、セリウム、ネオジム、ハフニウム、タンタル、タングステン、マグネシウムなどから選ばれた一種、または複数種)等がある。特に、元素Mは、アルミニウム、ガリウム、イットリウム、または錫を用いるとよい。また、酸化物230に用いることができる酸化物半導体として、In−M酸化物、In−Zn酸化物、またはM−Zn酸化物を用いてもよい。   For example, as an oxide semiconductor that can be used for the oxide 230, an In-M-Zn oxide (the element M is aluminum, gallium, yttrium, tin, copper, vanadium, beryllium, boron, titanium, iron, nickel, or germanium , Zirconium, molybdenum, lanthanum, cerium, neodymium, hafnium, tantalum, tungsten, magnesium, or a plurality thereof). In particular, as the element M, aluminum, gallium, yttrium, or tin is preferably used. As an oxide semiconductor that can be used for the oxide 230, an In-M oxide, an In-Zn oxide, or an M-Zn oxide may be used.

一方で、酸化物半導体を用いたトランジスタは、酸化物半導体中の水素、窒素、金属元素などの不純物、および酸素欠損によって、その電気特性が変動しやすく、信頼性が悪くなる場合がある。   On the other hand, in a transistor including an oxide semiconductor, its electrical characteristics are likely to change and reliability may be poor due to impurities such as hydrogen, nitrogen, and a metal element in the oxide semiconductor, and oxygen vacancies.

例えば、酸化物半導体に含まれる水素は、金属原子と結合する酸素と反応して水になるため、酸素欠損を形成する場合がある。該酸素欠損に水素が入ることで、キャリアである電子が生成される場合がある。従って、酸素欠損が含まれている酸化物半導体を用いたトランジスタはノーマリーオン特性となりやすい。このため、酸化物半導体中の酸素欠損はできる限り低減されていることが好ましい。   For example, hydrogen contained in an oxide semiconductor reacts with oxygen bonded to a metal atom to become water, which may form oxygen vacancies. When hydrogen enters the oxygen vacancy, an electron serving as a carrier may be generated. Therefore, a transistor including an oxide semiconductor containing oxygen vacancies tends to have normally-on characteristics. Therefore, it is preferable that oxygen vacancies in the oxide semiconductor be reduced as much as possible.

また、酸化物半導体中の酸素欠損は、例えば、酸化物半導体に近接して設けられる構造体に金属を用いる場合に、該金属に酸化物半導体の酸素原子が吸収されることで、生じる場合がある。また、酸素原子を吸収した金属が、酸化し、高抵抗化する場合がある。また、酸化物半導体に近接して設けられる構造体中の水素が、酸化物半導体中に拡散することで、酸素欠損を生じる場合がある。   In addition, oxygen vacancies in an oxide semiconductor may be caused by, for example, absorption of an oxygen atom of the oxide semiconductor into a metal when a metal is used for a structure provided in the vicinity of the oxide semiconductor. is there. Further, a metal that has absorbed an oxygen atom may be oxidized to increase resistance. In addition, oxygen in a structure provided in close proximity to the oxide semiconductor may diffuse into the oxide semiconductor and cause oxygen vacancies in some cases.

酸化物半導体中の酸素欠損を低減するためには、酸化物半導体の近傍に、化学量論的組成を満たす酸素よりも多くの酸素を含む酸化物を配置するとよい。例えば、絶縁体250、および絶縁体280には、化学量論的組成よりも酸素が過剰に存在する領域(以下、過剰酸素領域ともいう)が形成されていることが好ましい。当該過剰酸素が、酸化物半導体へと拡散することで、酸素欠損を補償することができる。   In order to reduce oxygen vacancies in the oxide semiconductor, an oxide containing oxygen at a higher proportion than the stoichiometric composition is preferably provided in the vicinity of the oxide semiconductor. For example, it is preferable that a region in which oxygen is present in excess of the stoichiometric composition (hereinafter, also referred to as an excess oxygen region) be formed in the insulator 250 and the insulator 280. Oxygen vacancies can be compensated by diffusion of the excess oxygen into the oxide semiconductor.

例えば、図1に示すトランジスタ200において、ソース電極、およびドレイン電極として機能する導電体240と、酸化物230bが接する。例えば、導電体240に用いた導電性材料が、酸化物230の酸素を吸収する性質を有する場合、または酸化物230に水素、窒素、金属元素などの不純物を供給する性質を有する場合、酸化物230の導電体240と接する領域、または当該領域の近傍において、酸素が欠乏する、または不純物が拡散することにより、部分的に低抵抗化される。従って、酸化物230と導電体240とのコンタクト抵抗を低減することができる。   For example, in the transistor 200 illustrated in FIG. 1, the oxide 230b is in contact with the conductor 240 functioning as a source electrode and a drain electrode. For example, when the conductive material used for the conductor 240 has a property of absorbing oxygen of the oxide 230 or has a property of supplying impurities such as hydrogen, nitrogen, or a metal element to the oxide 230, Oxygen deficiency or diffusion of impurities in a region in contact with the conductor 240 or in the vicinity of the region 230 partially reduces the resistance. Therefore, contact resistance between oxide 230 and conductor 240 can be reduced.

一方で、図1に示すトランジスタ200において、ゲート電極として機能する導電体260は、ゲート絶縁体として機能する絶縁体250、および絶縁体252を介して、酸化物230と重畳する。例えば、導電体260が、酸化物230の酸素を吸収する性質を有する場合、または酸化物230に水素、窒素、金属元素などの不純物を供給する性質を有する場合、ゲート絶縁体を介して、酸化物230の酸素を奪う、または不純物が拡散する蓋然性が高い。   On the other hand, in the transistor 200 illustrated in FIG. 1, the conductor 260 functioning as a gate electrode overlaps with the oxide 230 through the insulator 250 functioning as a gate insulator and the insulator 252. For example, in the case where the conductor 260 has a property of absorbing oxygen of the oxide 230 or has a property of supplying impurities such as hydrogen, nitrogen, or a metal element to the oxide 230, It is highly probable that the substance 230 deprives oxygen or diffuses impurities.

酸化物230の導電体260と重畳する領域は、チャネルが形成される領域を有するため、低抵抗化することで、トランジスタのノーマリーオン化、リーク電流の増大、またはストレス印加によるしきい値電圧のシフト等、トランジスタの電気特性の不良が生じる場合がある。特に、トランジスタ200が微細化した場合、ソースとドレインとの間が短絡する蓋然性が高くなる。   Since the region of the oxide 230 which overlaps with the conductor 260 has a region where a channel is formed, the transistor is normally on, a leakage current is increased, or a threshold voltage is increased by application of stress by reduction in resistance. In some cases, the transistor may have poor electrical characteristics such as a shift. In particular, when the transistor 200 is miniaturized, the probability that a short circuit occurs between the source and the drain increases.

つまり、酸化物半導体を用いたトランジスタは、酸化物半導体中のチャネルが形成される領域に不純物および酸素欠損が存在すると、電気特性が変動しやすく、信頼性が悪くなる場合がある。また、酸化物半導体中のチャネルが形成される領域に酸素欠損が含まれていると、トランジスタはノーマリーオン特性となりやすい。従って、酸化物230のチャネルが形成される領域中の不純物、および酸素欠損はできる限り低減されていることが好ましい。   That is, in a transistor including an oxide semiconductor, when impurities and oxygen vacancies exist in a region where a channel is formed in the oxide semiconductor, electric characteristics are likely to be changed and reliability may be deteriorated. Further, when oxygen vacancies are included in a region where a channel is formed in the oxide semiconductor, the transistor is likely to have normally-on characteristics. Therefore, it is preferable that impurities and oxygen vacancies in the region where the channel of the oxide 230 is formed be reduced as much as possible.

そこで、ゲート絶縁体は、酸素、水素、または不純物に対してバリア性を有する膜を含むことが好ましい。具体的には、図1に示すトランジスタ200は、少なくともゲート絶縁体として機能する絶縁体250、および絶縁体252を有する。ここで、導電体260と接する絶縁体252は、酸素、水素、または不純物に対しバリア性を有する膜を用いるとよい。   Therefore, it is preferable that the gate insulator include a film having a barrier property to oxygen, hydrogen, or an impurity. Specifically, the transistor 200 illustrated in FIG. 1 includes an insulator 250 and an insulator 252 that function at least as gate insulators. Here, as the insulator 252 in contact with the conductor 260, a film having a barrier property against oxygen, hydrogen, or an impurity is preferably used.

なお、本明細書において、不純物の拡散を抑制する機能を有する膜を、不純物が透過しにくい膜、不純物の透過性が低い膜、不純物に対してバリア性を有する膜、不純物に対するバリア膜などと呼ぶ場合がある。同様に、水素または酸素の拡散を抑制する機能を有する膜を、水素または酸素が透過しにくい膜、水素または酸素の透過性が低い膜、水素または酸素に対してバリア性を有する膜、水素または酸素に対するバリア膜などと呼ぶ場合がある。   Note that in this specification, a film having a function of suppressing impurity diffusion is referred to as a film through which impurities are hardly transmitted, a film with low impurity permeability, a film having a barrier property against impurities, a barrier film with respect to impurities, or the like. May be called. Similarly, a film having a function of suppressing hydrogen or oxygen diffusion, a film having low hydrogen or oxygen permeability, a film having low hydrogen or oxygen permeability, a film having a barrier property against hydrogen or oxygen, hydrogen or It may be called a barrier film against oxygen or the like.

特に、酸化物230としてIn−Ga−Zn酸化物を用いる場合、絶縁体252としてガリウム酸化物、酸化物230bよりもガリウムの含有量が多い、またはIn−Ga−Zn酸化物の中で酸化物230bよりも絶縁性が高い材料を用いることが好ましい。絶縁体252を構成する元素と、酸化物230を構成する元素が共通であるため、例えば、絶縁体252を構成する元素が、酸化物230へと拡散したとしても、酸化物230の低抵抗化の要因とならない。   In particular, in the case where an In-Ga-Zn oxide is used as the oxide 230, the insulator 252 has a higher gallium content than the gallium oxide and the oxide 230b, or an oxide among the In-Ga-Zn oxides. It is preferable to use a material having higher insulating properties than 230b. Since the element included in the insulator 252 and the element included in the oxide 230 are common, for example, even if the element included in the insulator 252 diffuses into the oxide 230, the resistance of the oxide 230 is reduced. Is not a factor.

具体的には、酸化物230bとして、In:Ga:Zn=4:2:3[原子数比]のIn−Ga−Zn酸化物を用いた場合、絶縁体252は、In:Ga:Zn=1:3:4[原子数比]、またはIn:Ga:Zn=1:3:4[原子数比]近傍のIn−Ga−Zn酸化物を用いることができる。なお、上記In:Ga:Zn=1:3:4[原子数比]近傍のIn−Ga−Zn酸化物としては、例えば、In:Ga:Zn=1:2.97:2.61[原子数比]のIn−Ga−Zn酸化物などが挙げられる。   Specifically, when an In—Ga—Zn oxide with an In: Ga: Zn = 4: 2: 3 [atomic ratio] is used as the oxide 230b, the insulator 252 becomes In: Ga: Zn = An In—Ga—Zn oxide with a ratio of 1: 3: 4 [atomic ratio] or In: Ga: Zn = 1: 3: 4 [atomic ratio] can be used. Note that as the In—Ga—Zn oxide near In: Ga: Zn = 1: 3: 4 [atomic ratio], for example, In: Ga: Zn = 1: 2.97: 2.61 [atom Number ratio] of In—Ga—Zn oxide.

特に、酸化ガリウムは、窒化シリコンよりも誘電率が高い高誘電率絶縁材料であり、いわゆるhigh−k材料である。トランジスタの微細化、および高集積化が進むと、ゲート絶縁体の薄膜化により、リーク電流などの問題が生じる場合がある。ゲート絶縁体として機能する絶縁体にhigh−k材料を用いることで、物理膜厚を保持したまま、ゲート絶縁体の等価酸化膜厚(EOT)の薄膜化が可能となる。従って、トランジスタ動作時のゲート電位の低減が可能となる。   In particular, gallium oxide is a high dielectric constant insulating material having a higher dielectric constant than silicon nitride, and is a so-called high-k material. When a transistor is miniaturized and highly integrated, a problem such as a leak current may occur due to thinning of a gate insulator. By using a high-k material for an insulator functioning as a gate insulator, the equivalent oxide thickness (EOT) of the gate insulator can be reduced while the physical thickness is maintained. Therefore, the gate potential during the operation of the transistor can be reduced.

なお、絶縁体252は、酸化物230のチャネルが形成される領域上に形成される。後述するが、チャネル形成領域は、結晶性を有することが好ましい。そこで、絶縁体252の形成では、酸化物230への成膜ダメージが生じにくい成膜方法を用いることが好ましい。例えば、ALD法は、被成膜面へのダメージが生じにくい成膜方法である。よって、絶縁体252をALD法によって成膜することで、被成膜面である酸化物230への成膜ダメージを低減し、酸化物230の結晶性を保持することができる。   Note that the insulator 252 is formed over a region where the channel of the oxide 230 is formed. As described later, the channel formation region preferably has crystallinity. Therefore, in the formation of the insulator 252, a film formation method in which film formation damage to the oxide 230 is less likely to occur is preferably used. For example, the ALD method is a film formation method in which damage to a film formation surface hardly occurs. Therefore, by forming the insulator 252 by an ALD method, damage to the oxide 230 that is a deposition target surface can be reduced and crystallinity of the oxide 230 can be maintained.

また、絶縁体252は、絶縁体280などに形成された開口の底部および側面に形成される。また、ゲート絶縁体として機能する絶縁体252の膜厚は、当該開口の底部で均一であることが好ましい。ALD法は、段差や凹凸を有する構造体に対して被覆性に優れた成膜方法である。よって、絶縁体252をALD法によって成膜することで、当該開口の底部で絶縁体252の膜厚を均一にすることができる。   The insulator 252 is formed at the bottom and side surfaces of an opening formed in the insulator 280 or the like. It is preferable that the thickness of the insulator 252 functioning as a gate insulator be uniform at the bottom of the opening. The ALD method is a film forming method that is excellent in covering properties for a structure having steps and unevenness. Therefore, by forming the insulator 252 by an ALD method, the thickness of the insulator 252 can be uniform at the bottom of the opening.

なお、酸化物230と絶縁体252との間に、絶縁体250を有していてもよい。酸化物230と近接する絶縁体250は、加熱により脱離する酸素(過剰酸素ともいう。)を含むことが好ましい。または、絶縁体250は、水素濃度が低く、化学量論的組成よりも酸素が過剰に存在する領域(以下、過剰酸素領域ともいう。)を有することが好ましい。絶縁体250が有する過剰酸素は、生産工程における加熱処理、または加熱を伴う処理により、酸化物230へと拡散し、酸化物230の酸素欠損を低減し、トランジスタのノーマリーオン化を抑制することができる。   Note that the insulator 250 may be provided between the oxide 230 and the insulator 252. The insulator 250 close to the oxide 230 preferably contains oxygen released by heating (also referred to as excess oxygen). Alternatively, the insulator 250 preferably has a region where the hydrogen concentration is low and oxygen is present in excess of the stoichiometric composition (hereinafter, also referred to as an excess oxygen region). Excess oxygen included in the insulator 250 is diffused into the oxide 230 by heat treatment or heat treatment in a production process, which reduces oxygen vacancies in the oxide 230 and suppresses normally on transistors. Can be.

例えば、水素濃度が低く、過剰酸素領域を有する絶縁体として、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコン、窒化シリコンなどを用いることができる。特に、酸化シリコン、および酸化窒化シリコンは熱に対して安定であるため好ましい。具体的に、水素濃度が低く、過剰酸素領域または過剰酸素を有する絶縁体は、SIMSにより得られる水素濃度が、5×1020atoms/cm未満、好ましくは1×1020atoms/cm未満、より好ましくは5×1019atoms/cm未満とする。また、TDS(Thermal Desorption Spectroscopy)分析にて、酸素分子に換算しての酸素の脱離量が2.0×1014molecules/cm以上、好ましくは1.0×1015molecules/cm以上である。なお、当該TDS分析時における膜の表面温度としては100℃以上700℃以下、または100℃以上500℃以下の範囲が好ましい。 For example, as the insulator having a low hydrogen concentration and an excess oxygen region, silicon oxide, silicon oxynitride, silicon nitride oxide, silicon nitride, or the like can be used. In particular, silicon oxide and silicon oxynitride are preferable because they are stable against heat. Specifically, an insulator having a low hydrogen concentration and an excess oxygen region or excess oxygen has a hydrogen concentration obtained by SIMS of less than 5 × 10 20 atoms / cm 3 , preferably less than 1 × 10 20 atoms / cm 3. , More preferably less than 5 × 10 19 atoms / cm 3 . Further, in TDS (Thermal Desorption Spectroscopy) analysis, the amount of desorbed oxygen in terms of oxygen molecules is 2.0 × 10 14 molecules / cm 2 or more, preferably 1.0 × 10 15 molecules / cm 2 or more. It is. Note that the surface temperature of the film at the time of the TDS analysis is preferably in the range of 100 ° C to 700 ° C, or 100 ° C to 500 ° C.

ゲート絶縁体として機能する絶縁体を、high−k材料と、熱的に安定している材料との積層構造とすることで、物理膜厚を保ちながら、トランジスタ動作時のゲート電位の低減が可能となる。また、熱的に安定かつ比誘電率の高い積層構造とすることができる。   By forming the insulator that functions as a gate insulator into a stacked structure of a high-k material and a thermally stable material, the gate potential during transistor operation can be reduced while maintaining the physical thickness. Becomes Further, a laminated structure which is thermally stable and has a high relative dielectric constant can be obtained.

なお、絶縁体250は、絶縁体252と同様に、酸化物230のチャネルが形成される領域上に形成される。従って、絶縁体250の形成も、酸化物230への成膜ダメージが生じにくい成膜方法を用いることが好ましい。つまり、絶縁体250をALD法によって成膜することで、被成膜面である酸化物230への成膜ダメージを低減し、酸化物230の結晶性を保持することができる。   Note that the insulator 250 is formed over a region where a channel of the oxide 230 is formed, similarly to the insulator 252. Therefore, it is preferable that the insulator 250 be formed by a film formation method in which film formation damage to the oxide 230 does not easily occur. That is, by forming the insulator 250 by an ALD method, damage to the oxide 230 which is a deposition surface is reduced, and the crystallinity of the oxide 230 can be maintained.

また、ゲート絶縁体として機能する絶縁体250の膜厚は、当該開口の底部で均一であることが好ましい。よって、絶縁体250をALD法によって成膜することで、当該開口の底部で絶縁体250の膜厚を均一にすることができる。   Further, the thickness of the insulator 250 functioning as a gate insulator is preferably uniform at the bottom of the opening. Therefore, by forming the insulator 250 by an ALD method, the thickness of the insulator 250 can be uniform at the bottom of the opening.

さらに、絶縁体250と、絶縁体252は、大気環境にさらさずに、減圧状態を維持したまま、連続して成膜することが好ましい。大気開放せずに成膜することで、絶縁体250、および絶縁体252上に大気環境からの不純物または水分が付着することを防ぐことができ、絶縁体250と絶縁体252との界面または界面近傍を清浄に保つことができる。   Further, it is preferable that the insulator 250 and the insulator 252 be successively formed without exposure to an air environment while maintaining a reduced pressure state. When the film is formed without being exposed to the air, impurities or moisture from an atmospheric environment can be prevented from being attached to the insulator 250 and the insulator 252, and the interface or the interface between the insulator 250 and the insulator 252 can be prevented. The vicinity can be kept clean.

また、酸化物230c、絶縁体250、および絶縁体252を、大気環境にさらさずに、減圧状態を維持したまま、連続して成膜してもよい。大気開放せずに成膜することで、酸化物230c、絶縁体250、および絶縁体252上に大気環境からの不純物または水分が付着することを防ぐことができ、酸化物230cと絶縁体250との界面または界面近傍、および絶縁体250と絶縁体252との界面または界面近傍を清浄に保つことができる。   Alternatively, the oxide 230c, the insulator 250, and the insulator 252 may be successively formed without being exposed to an atmospheric environment while maintaining a reduced pressure. When the oxide 230c, the insulator 250, and the insulator 250 can be prevented from being attached to the oxide 230c, the insulator 250, and the insulator 252, the oxide 230c, the insulator 250, At the interface or near the interface and between the insulator 250 and the insulator 252 or near the interface can be kept clean.

上記構造と同様に、酸化物230と、ゲート電極として機能する導電体205との間に配置された、ゲート絶縁体として機能する絶縁体は、酸素、水素、または不純物に対してバリア性を有する膜を含むことが好ましい。具体的には、図1に示すトランジスタ200は、少なくともゲート絶縁体として機能する絶縁体222、および絶縁体224を有する。   As in the above structure, the insulator serving as a gate insulator, which is provided between the oxide 230 and the conductor 205 serving as a gate electrode, has a barrier property to oxygen, hydrogen, or an impurity. Preferably, a membrane is included. Specifically, the transistor 200 illustrated in FIG. 1 includes an insulator 222 and an insulator 224 that function at least as a gate insulator.

従って、導電体205と接する絶縁体222は、酸素、水素、または不純物に対しバリア性を有する膜を用いるとよい。一方、酸化物230と接する絶縁体224は、加熱により脱離する酸素(過剰酸素ともいう。)を含むことが好ましい。または、絶縁体250は、水素濃度が低く、化学量論的組成よりも酸素が過剰に存在する領域(以下、過剰酸素領域ともいう。)を有することが好ましい。また、熱的に安定している材料を用いるとよい。   Therefore, as the insulator 222 in contact with the conductor 205, a film having a barrier property against oxygen, hydrogen, or an impurity is preferably used. On the other hand, the insulator 224 in contact with the oxide 230 preferably contains oxygen released by heating (also referred to as excess oxygen). Alternatively, the insulator 250 preferably has a region where the hydrogen concentration is low and oxygen is present in excess of the stoichiometric composition (hereinafter, also referred to as an excess oxygen region). Further, a material that is thermally stable may be used.

ゲート絶縁体として機能する絶縁体を、high−k材料と、熱的に安定している材料との積層構造とすることで、物理膜厚を保ちながら、トランジスタ動作時のゲート電位の低減が可能となる。また、熱的に安定かつ比誘電率の高い積層構造とすることができる。   By forming the insulator that functions as a gate insulator into a stacked structure of a high-k material and a thermally stable material, the gate potential during transistor operation can be reduced while maintaining the physical thickness. Becomes Further, a laminated structure which is thermally stable and has a high relative dielectric constant can be obtained.

以上より、安定した電気特性を有する半導体装置を提供することができる。また、信頼性が高い半導体装置を提供することができる。また、消費電力が小さい半導体装置を提供することができる。   As described above, a semiconductor device having stable electric characteristics can be provided. Further, a highly reliable semiconductor device can be provided. Further, a semiconductor device with low power consumption can be provided.

以下では、本発明の一態様に係るトランジスタ200を有する半導体装置の詳細な構成について説明する。   Hereinafter, a detailed structure of a semiconductor device including the transistor 200 according to one embodiment of the present invention will be described.

まず、チャネル形成領域として機能する領域を有する酸化物230は、酸化物230a、酸化物230b、および酸化物230cを有することが好ましい。具体的には、酸化物230bと絶縁体224との間には、酸化物230aを配置する。また、酸化物230bと絶縁体250との間には、酸化物230cを配置する。   First, the oxide 230 having a region functioning as a channel formation region preferably includes an oxide 230a, an oxide 230b, and an oxide 230c. Specifically, the oxide 230a is provided between the oxide 230b and the insulator 224. The oxide 230c is provided between the oxide 230b and the insulator 250.

酸化物230b下に酸化物230aを有することで、酸化物230aよりも下方に形成された構造物から、酸化物230bへの不純物の拡散を抑制することができる。また、酸化物230b上に酸化物230cを有することで、酸化物230cよりも上方に形成された構造物から、酸化物230bへの不純物の拡散を抑制することができる。   When the oxide 230a is provided below the oxide 230b, diffusion of impurities from the structure formed below the oxide 230a to the oxide 230b can be suppressed. In addition, when the oxide 230c is provided over the oxide 230b, diffusion of impurities into the oxide 230b from a structure formed above the oxide 230c can be suppressed.

酸化物230は、酸化物半導体として機能する金属酸化物を用いることが好ましい。例えば、チャネルが形成される領域の金属酸化物としては、バンドギャップが2eV以上、好ましくは2.5eV以上のものを用いることが好ましい。このように、バンドギャップの大きい金属酸化物を用いることで、トランジスタのオフ電流を低減することができる。   As the oxide 230, a metal oxide functioning as an oxide semiconductor is preferably used. For example, as a metal oxide in a region where a channel is formed, a metal oxide having a band gap of 2 eV or more, preferably 2.5 eV or more is preferably used. With the use of a metal oxide having a large band gap as described above, the off-state current of the transistor can be reduced.

なお、図では酸化物230a、酸化物230b、および酸化物230cを単層で示したが、本発明はこれに限られるものではない。例えば、酸化物230a、酸化物230b、および酸化物230cを2層以上の積層構造として設ける構成にしてもよい。特に、酸化物230cは、酸化物230bと接する第1の層と、絶縁体250と接する第2の層を有することが好ましい。   Note that although the oxide 230a, the oxide 230b, and the oxide 230c are illustrated as a single layer in the drawing, the present invention is not limited to this. For example, a structure in which the oxide 230a, the oxide 230b, and the oxide 230c are provided as a stacked structure of two or more layers may be employed. In particular, the oxide 230c preferably includes a first layer in contact with the oxide 230b and a second layer in contact with the insulator 250.

例えば、酸化物230cの第1の層に、酸化物230bと同じ組成の酸化物を用いる。一方、酸化物230cの第2の層には、第1の層よりも、不純物に対してバリア性が高い組成の酸化物を用いることが好ましい。酸化物230の第1の層に、酸化物230bと同じ組成の酸化物を用いることで、生産工程により、酸化物230bの表面に生じた欠損を補償することができる。また、第2の層に不純物に対してバリア性を有する膜を用いることで、酸化物230bに不純物が拡散することを抑制することができる。   For example, an oxide having the same composition as the oxide 230b is used for the first layer of the oxide 230c. On the other hand, the second layer of the oxide 230c is preferably formed using an oxide having a higher barrier property against impurities than the first layer. When an oxide having the same composition as the oxide 230b is used for the first layer of the oxide 230, defects generated on the surface of the oxide 230b can be compensated by a production process. In addition, by using a film having a barrier property against impurities for the second layer, diffusion of impurities into the oxide 230b can be suppressed.

さらに、酸化物230cを上記積層構造とすることで、詳細は後述するが、絶縁体280が有する過剰酸素領域の酸素が、酸化物230cの第1の層を介し、酸化物230のチャネルが形成される領域に生じた酸素欠損を低減することができる。一方で、酸化物230cの第2の層により、絶縁体280が有する過剰酸素領域の酸素が、導電体260へ拡散することを抑制することができる。   Further, when the oxide 230c has the above-described stacked structure, oxygen in an excess oxygen region included in the insulator 280 is formed through the first layer of the oxide 230c so that a channel of the oxide 230 Oxygen deficiency generated in the region to be formed can be reduced. On the other hand, the second layer of the oxide 230c can prevent oxygen in an excess oxygen region included in the insulator 280 from diffusing into the conductor 260.

なお、トランジスタ200では、チャネル形成領域およびその近傍において、酸化物230が、酸化物230a、酸化物230b、および酸化物230cの3層の積層構造を有する構成について示しているが、本発明はこれに限られるものではない。例えば、酸化物230は、酸化物230bの単層、酸化物230aと酸化物230bの2層構造、酸化物230bと酸化物230cの2層構造、または4層以上の積層構造を設ける構成としてもよい。   Note that the transistor 200 has a structure in which the oxide 230 has a three-layer structure of an oxide 230a, an oxide 230b, and an oxide 230c in the channel formation region and in the vicinity thereof; It is not limited to. For example, the oxide 230 may have a single-layer structure of the oxide 230b, a two-layer structure of the oxide 230a and the oxide 230b, a two-layer structure of the oxide 230b and the oxide 230c, or a stacked structure of four or more layers. Good.

次に、導電体260は、第1のゲート(トップゲートともいう。)電極として機能する場合がある。また、導電体205は、第2のゲート(ボトムゲートともいう。)電極として機能する場合がある。   Next, the conductor 260 may function as a first gate (also referred to as a top gate) electrode in some cases. In some cases, the conductor 205 functions as a second gate (also referred to as a bottom gate) electrode.

また、導電体205に印加する電位は、導電体260に印加する電位と、連動させず、独立して変化させてもよい。具体的には、導電体205に印加する電位により、トランジスタ200の閾値電圧を制御することができる。特に、導電体205に負の電位を印加することにより、トランジスタ200の閾値電圧を0Vより大きくし、オフ電流を低減することが可能となる。したがって、導電体205に負の電位を印加したほうが、印加しない場合よりも、導電体260に印加する電位が0Vのときのドレイン電流を小さくすることができる。   Further, the potential applied to the conductor 205 may be changed independently of the potential applied to the conductor 260 without being linked. Specifically, the threshold voltage of the transistor 200 can be controlled by the potential applied to the conductor 205. In particular, by applying a negative potential to the conductor 205, the threshold voltage of the transistor 200 can be higher than 0 V and the off-state current can be reduced. Therefore, when a negative potential is applied to the conductor 205, the drain current when the potential applied to the conductor 260 is 0 V can be smaller than when no negative potential is applied.

また、例えば、図1(A)、および図1(C)に示すように、導電体205と、導電体260とを重畳して設けることで、導電体260、および導電体205に電位を印加した場合、導電体260から生じる電界と、導電体205から生じる電界と、がつながり、酸化物230に形成されるチャネル形成領域を覆うことができる。   In addition, for example, as illustrated in FIGS. 1A and 1C, when the conductor 205 and the conductor 260 are provided so as to overlap with each other, a potential is applied to the conductor 260 and the conductor 205. In that case, an electric field generated from the conductor 260 and an electric field generated from the conductor 205 are connected to each other, so that a channel formation region formed in the oxide 230 can be covered.

つまり、第1のゲート電極としての機能を有する導電体260の電界と、第2のゲート電極としての機能を有する導電体205の電界によって、チャネル形成領域を電気的に取り囲むことができる。本明細書において、第1のゲート電極、および第2のゲート電極の電界によって、チャネル形成領域を電気的に取り囲むトランジスタの構造を、surrounded channel(S−channel)構造とよぶ。   That is, the channel formation region can be electrically surrounded by the electric field of the conductor 260 functioning as the first gate electrode and the electric field of the conductor 205 functioning as the second gate electrode. In this specification, a structure of a transistor which electrically surrounds a channel formation region by an electric field of a first gate electrode and a second gate electrode is referred to as a surrounded channel (S-channel) structure.

なお、図1では、導電体205の第1の導電体および導電体205の第2の導電体を積層する構成について示しているが、本発明はこれに限られるものではない。例えば、導電体205を単層、または3層以上の積層構造として設ける構成にしてもよい。構造体が積層構造を有する場合、形成順に序数を付与し、区別する場合がある。   Note that FIG. 1 illustrates a structure in which the first conductor of the conductor 205 and the second conductor of the conductor 205 are stacked, but the present invention is not limited to this. For example, a structure in which the conductor 205 is provided as a single layer or a stacked structure of three or more layers may be employed. When the structure has a laminated structure, ordinal numbers may be given in the order of formation to distinguish them.

一例として、図1では、第2のゲートとして機能する導電体205は、絶縁体214および絶縁体216の開口の内壁に接して第1の導電体が形成され、さらに内側に第2の導電体が形成されている。ここで、第1の導電体および第2の導電体の上面の高さと、絶縁体216の上面の高さは同程度にすることが好ましい。   As an example, in FIG. 1, the conductor 205 functioning as a second gate is formed by forming a first conductor in contact with the inner walls of the openings of the insulator 214 and the insulator 216, and further inside the second conductor, Are formed. Here, it is preferable that the height of the upper surface of the first conductor and the height of the upper surface of the second conductor be approximately the same.

また、導電体205の第1の導電体は、水、酸素、または金属元素などの不純物の拡散を抑制する機能を有する導電性材料を用いることが好ましい。または、酸素の少なくとも一の拡散を抑制する機能を有する導電性材料を用いることが好ましい。   For the first conductor of the conductor 205, a conductive material having a function of suppressing diffusion of impurities such as water, oxygen, and a metal element is preferably used. Alternatively, it is preferable to use a conductive material having a function of suppressing at least one diffusion of oxygen.

導電体205の第1の導電体が酸素の拡散を抑制する機能を持つことにより、導電体205の第2の導電体が酸化して導電率が低下することを抑制することができる。   When the first conductor of the conductor 205 has a function of suppressing diffusion of oxygen, the second conductor of the conductor 205 can be prevented from being oxidized to lower the conductivity.

また、導電体205が配線の機能を兼ねる場合、導電体205の第2の導電体は、タングステン、銅、またはアルミニウムを主成分とする、導電性が高い導電性材料を用いることが好ましい。なお、導電体205の第2の導電体を単層で図示したが、積層構造としてもよく、例えば、チタン、窒化チタンと上記導電性材料との積層としてもよい。   In the case where the conductor 205 also functions as a wiring, the second conductor of the conductor 205 is preferably formed using a conductive material having high conductivity, mainly containing tungsten, copper, or aluminum. Although the second conductor of the conductor 205 is illustrated as a single layer, the conductor 205 may have a stacked structure, for example, a stack of titanium, titanium nitride, and the above conductive material.

また、第1のゲート電極として機能する導電体260は、導電体260a、および導電体260a上の導電体260bを有する。導電体260aは、導電体205の第1の導電体と同様に、水素原子、水素分子、水分子、窒素原子、窒素分子、酸化窒素分子(NO、NO、NOなど)、銅原子などの不純物の拡散を抑制する機能を有する導電性材料を用いることが好ましい。または、酸素(例えば、酸素原子、酸素分子などの少なくとも一)の拡散を抑制する機能を有する導電性材料を用いることが好ましい。 The conductor 260 functioning as a first gate electrode includes a conductor 260a and a conductor 260b over the conductor 260a. Like the first conductor of the conductor 205, the conductor 260a includes a hydrogen atom, a hydrogen molecule, a water molecule, a nitrogen atom, a nitrogen molecule, a nitrogen oxide molecule (such as N 2 O, NO, or NO 2 ), or a copper atom. It is preferable to use a conductive material having a function of suppressing diffusion of impurities such as impurities. Alternatively, it is preferable to use a conductive material having a function of suppressing diffusion of oxygen (for example, at least one of an oxygen atom and an oxygen molecule).

導電体260aが酸素の拡散を抑制する機能を持つことにより、酸化物230、および絶縁体250から導電体260bへの過剰酸素の拡散が抑制される。従って、絶縁体250が有する過剰酸素による導電体260bの酸化が抑制され、導電率が低下することを防止することができる。また、酸化物230へ供給する過剰酸素量の減少を抑制することができる。   When the conductor 260a has a function of suppressing diffusion of oxygen, diffusion of excess oxygen from the oxide 230 and the insulator 250 to the conductor 260b is suppressed. Therefore, oxidation of the conductor 260b due to excess oxygen included in the insulator 250 is suppressed, and a decrease in conductivity can be prevented. Further, a decrease in the amount of excess oxygen supplied to the oxide 230 can be suppressed.

酸素の拡散を抑制する機能を有する導電性材料としては、例えば、タンタル、窒化タンタル、ルテニウムまたは酸化ルテニウムなどを用いることが好ましい。また、導電体260aとして、酸化物230として用いることができる酸化物半導体を用いることができる。その場合、導電体260bをスパッタリング法で成膜することで、導電体260aの電気抵抗値を低下させて導電体とすることができる。これをOC(Oxide Conductor)電極と呼ぶことができる。   As the conductive material having a function of suppressing diffusion of oxygen, for example, tantalum, tantalum nitride, ruthenium, ruthenium oxide, or the like is preferably used. Further, as the conductor 260a, an oxide semiconductor that can be used as the oxide 230 can be used. In that case, by forming the conductor 260b by a sputtering method, the electric resistance of the conductor 260a can be reduced and the conductor 260b can be formed as a conductor. This can be called an OC (Oxide Conductor) electrode.

導電体260bは、タングステン、銅、またはアルミニウムを主成分とする導電性材料を用いることが好ましい。また、導電体260は、配線として機能するため、導電性が高い導電体を用いることが好ましい。例えば、タングステン、銅、またはアルミニウムを主成分とする導電性材料を用いることができる。また、導電体260bは積層構造としてもよく、例えば、チタン、窒化チタンと上記導電性材料との積層としてもよい。   The conductor 260b is preferably formed using a conductive material mainly containing tungsten, copper, or aluminum. In addition, since the conductor 260 functions as a wiring, a conductor with high conductivity is preferably used. For example, a conductive material containing tungsten, copper, or aluminum as a main component can be used. Further, the conductor 260b may have a stacked structure, for example, a stacked structure of titanium, titanium nitride, and the above conductive material.

続いて、絶縁体250、および絶縁体252は、第1のゲート絶縁体として機能する。また、絶縁体222、および絶縁体224は、第2のゲート絶縁体としての機能を有する。詳細は前述の記載を参照することができる。   Subsequently, the insulator 250 and the insulator 252 function as a first gate insulator. In addition, the insulator 222 and the insulator 224 function as a second gate insulator. Details can be referred to the above description.

次に、導電体240(導電体240a、および導電体240b)は、一方がソース電極として機能し、他方がドレイン電極として機能する場合がある。   Next, in some cases, one of the conductors 240 (the conductor 240a and the conductor 240b) functions as a source electrode and the other functions as a drain electrode.

導電体240aと、導電体240bとは、アルミニウム、チタン、クロム、ニッケル、銅、イットリウム、ジルコニウム、モリブデン、銀、タンタル、またはタングステンなどの金属、またはこれを主成分とする合金を用いることができる。特に、窒化タンタルなどの金属窒化物膜は、水素または酸素に対するバリア性があり、また、耐酸化性が高いため、好ましい。   As the conductor 240a and the conductor 240b, a metal such as aluminum, titanium, chromium, nickel, copper, yttrium, zirconium, molybdenum, silver, tantalum, or tungsten, or an alloy containing this as a main component can be used. . In particular, a metal nitride film such as tantalum nitride is preferable because it has a barrier property against hydrogen or oxygen and has high oxidation resistance.

また、図では単層構造を示したが、2層以上の積層構造としてもよい。例えば、窒化タンタルとタングステン膜を積層するとよい。また、チタン膜とアルミニウム膜を積層してもよい。また、タングステン膜上にアルミニウム膜を積層する二層構造、銅−マグネシウム−アルミニウム合金膜上に銅膜を積層する二層構造、チタン膜上に銅膜を積層する二層構造、タングステン膜上に銅膜を積層する二層構造としてもよい。   Although a single-layer structure is shown in the drawing, a stacked structure of two or more layers may be used. For example, tantalum nitride and a tungsten film may be stacked. Further, a titanium film and an aluminum film may be stacked. In addition, a two-layer structure in which an aluminum film is stacked on a tungsten film, a two-layer structure in which a copper film is stacked on a copper-magnesium-aluminum alloy film, a two-layer structure in which a copper film is stacked on a titanium film, and A two-layer structure in which copper films are stacked may be employed.

また、チタン膜または窒化チタン膜と、そのチタン膜または窒化チタン膜上に重ねてアルミニウム膜または銅膜を積層し、さらにその上にチタン膜または窒化チタン膜を形成する三層構造、モリブデン膜または窒化モリブデン膜と、そのモリブデン膜または窒化モリブデン膜上に重ねてアルミニウム膜または銅膜を積層し、さらにその上にモリブデン膜または窒化モリブデン膜を形成する三層構造等がある。なお、酸化インジウム、酸化錫または酸化亜鉛を含む透明導電材料を用いてもよい。   Further, a titanium film or a titanium nitride film, a three-layer structure in which an aluminum film or a copper film is stacked over the titanium film or the titanium nitride film, and a titanium film or a titanium nitride film is further formed thereon, a molybdenum film or There is a three-layer structure in which a molybdenum nitride film, an aluminum film or a copper film are stacked over the molybdenum film or the molybdenum nitride film, and a molybdenum film or a molybdenum nitride film is formed thereover. Note that a transparent conductive material containing indium oxide, tin oxide, or zinc oxide may be used.

また、導電体240上に、バリア性を有する絶縁体274を設けてもよい。絶縁体274は、酸素、または水素に対してバリア性を有する物質を用いることが好ましい。当該構成により、詳細は後述するが、絶縁体280が有する過剰酸素領域の酸素が、導電体240と反応し、酸化することを防止することができる。   Further, an insulator 274 having a barrier property may be provided over the conductor 240. It is preferable that the insulator 274 be formed using a substance having a barrier property to oxygen or hydrogen. With this structure, the oxygen in the excess oxygen region of the insulator 280 can be prevented from reacting with the conductor 240 and being oxidized, which will be described later in detail.

絶縁体274には、例えば、窒化シリコンや金属酸化物を用いることができる。特に、酸化アルミニウム、酸化ハフニウム、酸化ガリウムなどの、酸素や水素に対してバリア性のある絶縁膜を用いることが好ましい。また、CVD法で形成した窒化シリコンを用いてもよい。   For the insulator 274, for example, silicon nitride or a metal oxide can be used. In particular, it is preferable to use an insulating film having a barrier property to oxygen and hydrogen, such as aluminum oxide, hafnium oxide, and gallium oxide. Alternatively, silicon nitride formed by a CVD method may be used.

絶縁体274を有することで、導電体240の材料選択の幅を広げることができる。例えば、導電体240に、タングステンや、アルミニウムなどの耐酸化性が低い一方で導電性が高い材料を用いることができる。また、例えば、成膜、または加工がしやすい導電体を用いることができる。   With the insulator 274, the range of material selection for the conductor 240 can be increased. For example, a material having low oxidation resistance and high conductivity such as tungsten or aluminum can be used for the conductor 240. Alternatively, for example, a conductor which can be easily formed or processed can be used.

また、導電体240の酸化を抑制し、絶縁体224、および絶縁体280から、脱離した酸素を効率的に酸化物230へと供給することができる。また、導電体240に導電性が高い導電体を用いることで、消費電力が小さいトランジスタ200を提供することができる。   Further, oxidation of the conductor 240 can be suppressed, and oxygen released from the insulator 224 and the insulator 280 can be efficiently supplied to the oxide 230. In addition, by using a conductor with high conductivity as the conductor 240, the transistor 200 with low power consumption can be provided.

続いて、絶縁体212、絶縁体214、絶縁体216、絶縁体280、絶縁体282、絶縁体283、および絶縁体284は、層間膜として機能する。   Subsequently, the insulator 212, the insulator 214, the insulator 216, the insulator 280, the insulator 282, the insulator 283, and the insulator 284 function as an interlayer film.

層間膜としては、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコン、酸化アルミニウム、酸化ハフニウム、酸化タンタル、酸化ジルコニウム、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)、チタン酸ストロンチウム(SrTiO)または(Ba,Sr)TiO(BST)などの絶縁体を単層または積層で用いることができる。またはこれらの絶縁体に、例えば、酸化アルミニウム、酸化ビスマス、酸化ゲルマニウム、酸化ニオブ、酸化シリコン、酸化チタン、酸化タングステン、酸化イットリウム、酸化ジルコニウムを添加してもよい。またはこれらの絶縁体を窒化処理してもよい。上記の絶縁体に酸化シリコン、酸化窒化シリコンまたは窒化シリコンを積層して用いてもよい。 As the interlayer film, silicon oxide, silicon oxynitride, silicon nitride oxide, aluminum oxide, hafnium oxide, tantalum oxide, zirconium oxide, lead zirconate titanate (PZT), strontium titanate (SrTiO 3 ) or (Ba, Sr) An insulator such as TiO 3 (BST) can be used in a single layer or a stacked layer. Alternatively, to these insulators, for example, aluminum oxide, bismuth oxide, germanium oxide, niobium oxide, silicon oxide, titanium oxide, tungsten oxide, yttrium oxide, or zirconium oxide may be added. Alternatively, these insulators may be nitrided. Silicon oxide, silicon oxynitride, or silicon nitride may be stacked over the above insulator.

例えば、絶縁体216は、比誘電率が低い、いわゆるLow−k材料を用いることが好ましい。誘電率が低い材料を層間膜とすることで、配線間に生じる寄生容量を低減することができる。   For example, the insulator 216 is preferably formed using a so-called Low-k material having a low relative dielectric constant. By using a material having a low dielectric constant as an interlayer film, parasitic capacitance generated between wirings can be reduced.

また、絶縁体280、および絶縁体284は、絶縁体216と同様に、比誘電率が低い、いわゆるLow−k材料であること好ましい。誘電率が低い材料を層間膜とすることで、配線間に生じる寄生容量を低減することができる。   In addition, the insulator 280 and the insulator 284 are preferably low-k materials having a low relative dielectric constant, like the insulator 216. By using a material having a low dielectric constant as an interlayer film, parasitic capacitance generated between wirings can be reduced.

特に、絶縁体280には、化学量論的組成を満たす酸素よりも多くの酸素を含む酸化物を用いることが好ましい。絶縁体280は、トランジスタ200の酸化物230cと接するため、酸化物230cを介して、酸化物230においてチャネルが形成される領域に生じた酸素欠損を低減することができる。つまり、トランジスタ200近傍の層間膜に、過剰酸素領域を有する絶縁体を設けることで、トランジスタ200が有する酸化物230の酸素欠損を低減することで、信頼性を向上させることができる。   In particular, for the insulator 280, an oxide containing oxygen at a higher proportion than the stoichiometric composition is preferably used. Since the insulator 280 is in contact with the oxide 230c of the transistor 200, oxygen vacancies generated in a region where a channel is formed in the oxide 230 can be reduced through the oxide 230c. That is, by providing an insulator having an excess oxygen region in an interlayer film in the vicinity of the transistor 200, oxygen vacancies in the oxide 230 included in the transistor 200 can be reduced; thus, reliability can be improved.

絶縁体282は、酸素、水素、および水に対するバリア性を有することが好ましい。絶縁体282が、酸素に対するバリア性を有することで、過剰酸素領域の酸素は、絶縁体284側へ拡散することなく、効率よく酸化物230へ供給することができる。   The insulator 282 preferably has a barrier property against oxygen, hydrogen, and water. When the insulator 282 has a barrier property to oxygen, oxygen in an excess oxygen region can be efficiently supplied to the oxide 230 without diffusing to the insulator 284 side.

また、絶縁体212、絶縁体214、絶縁体282、および絶縁体283は、水または水素などの不純物、および酸素の拡散を抑制する機能を有する絶縁性材料を用い、トランジスタ200と、過剰酸素領域を有する絶縁体280とを、封止する(取り囲む)構造を有する。   In addition, the insulator 212, the insulator 214, the insulator 282, and the insulator 283 are formed using an insulating material having a function of suppressing diffusion of impurities such as water or hydrogen and oxygen; With the insulator 280 having the above structure.

例えば、図10(A)、および図10(B)に示す。図10(A)は、本発明の一態様に係る基板10上に設けられたトランジスタ200、およびトランジスタ200周辺の上面図である。また、図10(B)は、図10(A)に示す一点鎖線A1−A2に対応する断面図である。なお、図10では、図の明瞭化のために一部の要素を省いて図示している。   For example, FIG. 10A and FIG. FIG. 10A is a top view of the transistor 200 provided over the substrate 10 according to one embodiment of the present invention and the periphery of the transistor 200. FIG. 10B is a cross-sectional view corresponding to a dashed-dotted line A1-A2 shown in FIG. In FIG. 10, some elements are omitted for clarity.

図10(A)、および図10(B)に示す半導体装置は、基板10上に設けられたトランジスタ200、およびトランジスタ200を包む構造を有する絶縁体12、絶縁体12のさらに外側に絶縁体14を有する。   The semiconductor device illustrated in FIGS. 10A and 10B includes a transistor 200 provided over a substrate 10, an insulator 12 having a structure surrounding the transistor 200, and an insulator 14 further outside the insulator 12. Having.

トランジスタ200が有する酸化物230は、水素、水、または金属酸化物などの不純物により電気特性が変動する蓋然性が高くなるため、外部から不純物の侵入を遮断することが好ましい。そこで、バリア性を有する絶縁体を用いて、絶縁体12、および絶縁体14で示す積層構造により、トランジスタ200を封止することが好ましい。   The oxide 230 included in the transistor 200 has a high possibility of change in electric characteristics due to impurities such as hydrogen, water, or a metal oxide; therefore, entry of impurities from the outside is preferably blocked. Therefore, it is preferable that the transistor 200 be sealed with a stacked structure of the insulator 12 and the insulator 14 using an insulator having a barrier property.

絶縁体12、および絶縁体14として、例えば、酸化アルミニウムまたは酸化ハフニウムなどを用いることができる。また、他にも、例えば、酸化マグネシウム、酸化ガリウム、酸化ゲルマニウム、酸化イットリウム、酸化ジルコニウム、酸化ランタン、酸化ネオジムまたは酸化タンタルなどの金属酸化物、窒化酸化シリコンまたは窒化シリコンなどを用いることができる。   As the insulator 12 and the insulator 14, for example, aluminum oxide, hafnium oxide, or the like can be used. In addition, for example, a metal oxide such as magnesium oxide, gallium oxide, germanium oxide, yttrium oxide, zirconium oxide, lanthanum oxide, neodymium oxide, or tantalum oxide, silicon nitride oxide, or silicon nitride can be used.

なお、絶縁体12、および絶縁体14は、異なる膜種を用いることが好ましい。異なる膜種を積層することで、外部から侵入する不純物に対し、より多くの種類の不純物の拡散を抑制することができる。具体的には、絶縁体12には、酸化アルミニウムを用い、絶縁体14には、窒化シリコンを用いるとよい。   Note that the insulator 12 and the insulator 14 preferably use different kinds of films. By stacking different types of films, diffusion of more types of impurities can be suppressed with respect to impurities that enter from the outside. Specifically, it is preferable that aluminum oxide be used for the insulator 12 and silicon nitride be used for the insulator 14.

また、絶縁体12、および絶縁体14は、同じ膜種を異なる成膜方法を用いて形成してもよい。例えば、絶縁体12をスパッタリング法で成膜し、絶縁体14をALD法により成膜してもよい。本構造とすることで、絶縁体14よりも厚く成膜した絶縁体12を、緻密な膜である絶縁体14で被膜することで、歩留まりよく封止することが可能となる。   In addition, the insulator 12 and the insulator 14 may be formed using the same kind of film using different film formation methods. For example, the insulator 12 may be formed by a sputtering method, and the insulator 14 may be formed by an ALD method. With this structure, the insulator 12 formed thicker than the insulator 14 is covered with the insulator 14 which is a dense film, so that sealing can be performed with high yield.

また、図10(C)、および図10(D)に示すように、複数のトランジスタ200を一括して包囲してもよい。また、トランジスタ200の密度が異なる領域ごとに、包囲してもよい。   Further, as illustrated in FIGS. 10C and 10D, a plurality of transistors 200 may be surrounded in a lump. Alternatively, each region where the density of the transistor 200 is different may be surrounded.

具体的には、図10(C)、および図10(D)に示す半導体装置は、基板10上にトランジスタ200の密度が高い領域20と、密度が低い領域30を有する。トランジスタ密度が高い領域20において、絶縁体22、および絶縁体24は、複数のトランジスタ200の四方を取り囲む。また、トランジスタ密度が低い領域30においては、絶縁体32、および絶縁体34が、トランジスタ200の四方を取り囲む。ここで、絶縁体22、および絶縁体24が、取り囲むトランジスタ200の個数は、絶縁体32、および絶縁体34が、取り囲むトランジスタ200の個数よりも、多い。   Specifically, the semiconductor device illustrated in FIGS. 10C and 10D includes a region 20 where the density of the transistor 200 is high and a region 30 where the density is low on the substrate 10. In the region 20 where the transistor density is high, the insulators 22 and 24 surround four sides of the plurality of transistors 200. In the region 30 where the transistor density is low, the insulator 32 and the insulator 34 surround four sides of the transistor 200. Here, the number of transistors 200 surrounded by the insulators 22 and 24 is larger than the number of transistors 200 surrounded by the insulators 32 and 34.

従って、基板10上のトランジスタ密度が異なる領域ごとに、バリア性を有する絶縁体により封止することで、トランジスタ200への不純物の拡散を抑制することができる。また、トランジスタ200へ拡散する過剰酸素量のばらつきを低減することができる。従って、複数のトランジスタ200間において、電気特性のバラツキを低減することができる。   Accordingly, by sealing regions having different transistor densities on the substrate 10 with an insulator having a barrier property, diffusion of impurities into the transistor 200 can be suppressed. Further, variation in the amount of excess oxygen diffused into the transistor 200 can be reduced. Therefore, variation in electric characteristics among the plurality of transistors 200 can be reduced.

ここで、図10に示す絶縁体12、絶縁体14、絶縁体22、絶縁体24、絶縁体32、および絶縁体34に対応する絶縁体として、絶縁体212、絶縁体214、絶縁体282、および絶縁体283を用いることができる。   Here, as insulators corresponding to the insulator 12, the insulator 14, the insulator 22, the insulator 24, the insulator 32, and the insulator 34 illustrated in FIG. 10, an insulator 212, an insulator 214, an insulator 282, And an insulator 283 can be used.

例えば、絶縁体12、絶縁体22、および絶縁体32として、絶縁体212、絶縁体283を配置することができる。また、絶縁体14、絶縁体24、および絶縁体34として、絶縁体214、絶縁体282を配置することができる。また、絶縁体214と絶縁体216の積層構造は、絶縁体282と絶縁体283の積層構造帯と、基板上で接する領域を有する。   For example, an insulator 212 and an insulator 283 can be provided as the insulator 12, the insulator 22, and the insulator 32. Further, an insulator 214 and an insulator 282 can be provided as the insulator 14, the insulator 24, and the insulator 34. Further, the stacked structure of the insulator 214 and the insulator 216 includes a region where the stacked structure of the insulator 282 and the insulator 283 is in contact with the substrate.

従って、絶縁体212、絶縁体214、絶縁体282、および絶縁体283は、水または水素などの不純物が、基板側からトランジスタ200に混入するのを抑制するバリア膜として機能する。具体的には、絶縁体212、絶縁体214、絶縁体282、および絶縁体283は、水素原子、水素分子、水分子、窒素原子、窒素分子、酸化窒素分子(NO、NO、NOなど)、銅原子などの不純物の拡散を抑制する機能を有する(上記不純物が透過しにくい。)絶縁性材料を用いることが好ましい。または、酸素(例えば、酸素原子、酸素分子などの少なくとも一)の拡散を抑制する機能を有する(上記酸素が透過しにくい。)絶縁性材料を用いることが好ましい。また、例えば、絶縁体212、絶縁体214、絶縁体282、および絶縁体283として酸化アルミニウムや窒化シリコンなどを用いてもよい。当該構成により、水素、水などの不純物が、基板、基板端、または絶縁体284よりも上方からトランジスタ200側に拡散するのを抑制することができる。 Therefore, the insulator 212, the insulator 214, the insulator 282, and the insulator 283 function as barrier films that prevent impurities such as water or hydrogen from entering the transistor 200 from the substrate side. Specifically, the insulator 212, the insulator 214, the insulator 282, and the insulator 283 are formed using a hydrogen atom, a hydrogen molecule, a water molecule, a nitrogen atom, a nitrogen molecule, a nitrogen oxide molecule (N 2 O, NO, NO 2 It is preferable to use an insulating material which has a function of suppressing diffusion of impurities such as copper atoms (the impurities are hardly transmitted). Alternatively, it is preferable to use an insulating material which has a function of suppressing diffusion of oxygen (for example, at least one of an oxygen atom and an oxygen molecule) (the oxygen is hardly permeated). Alternatively, for example, the insulator 212, the insulator 214, the insulator 282, and the insulator 283 may be formed using aluminum oxide, silicon nitride, or the like. With such a structure, diffusion of impurities such as hydrogen and water to the transistor 200 side from above the substrate, the end of the substrate, or the insulator 284 can be suppressed.

また、トランジスタ200を覆う絶縁体280は、その下方の凹凸形状を被覆する平坦化膜として機能してもよい。本構造とすることで、絶縁体280よりも上方に配置する膜の被膜性が向上する。従って、絶縁体282が、断膜することなく、トランジスタ200と絶縁体280とを封止することができる。   In addition, the insulator 280 that covers the transistor 200 may function as a planarizing film that covers the uneven shape below the transistor 280. With this structure, the coating property of a film provided above the insulator 280 is improved. Therefore, the transistor 200 and the insulator 280 can be sealed without the insulator 282 being disconnected.

上記構造を有することで、オン電流が大きい酸化物半導体を有するトランジスタを有する半導体装置を提供することができる。または、オフ電流が小さい酸化物半導体を有するトランジスタを有する半導体装置を提供することができる。または、電気特性の変動を抑制し、安定した電気特性を有すると共に、信頼性を向上させた半導体装置を提供することができる。   With the above structure, a semiconductor device including a transistor including an oxide semiconductor with high on-state current can be provided. Alternatively, a semiconductor device including a transistor including an oxide semiconductor with low off-state current can be provided. Alternatively, it is possible to provide a semiconductor device in which fluctuations in electric characteristics are suppressed, stable electric characteristics are improved, and reliability is improved.

<トランジスタの構造2>
図2には、トランジスタ200を有する半導体装置の一例を示す。図2(A)は半導体装置の上面を示す。なお、図の明瞭化のため、図2(A)において一部の膜は省略されている。また、図2(B)は、図2(A)に示す一点鎖線A1−A2に対応する断面図であり、図2(C)はA3−A4に対応する断面図である。
<Transistor structure 2>
FIG. 2 illustrates an example of a semiconductor device including the transistor 200. FIG. 2A illustrates the top surface of the semiconductor device. Note that some films are omitted in FIG. 2A for simplicity of the drawing. 2B is a cross-sectional view corresponding to the dashed-dotted line A1-A2 shown in FIG. 2A, and FIG. 2C is a cross-sectional view corresponding to A3-A4.

なお、図2に示す半導体装置において、図1に示した半導体装置を構成する構造と同機能を有する構造には、同符号を付記する。   In the semiconductor device shown in FIG. 2, structures having the same functions as those of the semiconductor device shown in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals.

図2に示すトランジスタ200は、導電体260と絶縁体252との間に、絶縁体254を設けた構造である。また、絶縁体250は、必ずしも設ける必要はない。同様に、導電体205と絶縁体224との間に、絶縁体220を設けた構造である。また、絶縁体250、および絶縁体222は、必ずしも設ける必要はない。   The transistor 200 illustrated in FIG. 2 has a structure in which an insulator 254 is provided between a conductor 260 and an insulator 252. Further, the insulator 250 does not necessarily need to be provided. Similarly, a structure in which an insulator 220 is provided between the conductor 205 and the insulator 224 is provided. Further, the insulator 250 and the insulator 222 are not necessarily provided.

絶縁体254は、例えば、水素濃度が低く、熱に強い絶縁体であることが好ましい。絶縁体254として、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコン、窒化シリコンなどを用いることができる。特に、酸化シリコン、および酸化窒化シリコンは熱に対して安定であるため好ましい。具体的に、水素濃度が低く、過剰酸素領域または過剰酸素を有する絶縁体は、SIMSにより得られる水素濃度が、5×1020atoms/cm未満、好ましくは1×1020atoms/cm未満、より好ましくは5×1019atoms/cm未満とする。 It is preferable that the insulator 254 be an insulator having a low hydrogen concentration and being resistant to heat, for example. As the insulator 254, silicon oxide, silicon oxynitride, silicon nitride oxide, silicon nitride, or the like can be used. In particular, silicon oxide and silicon oxynitride are preferable because they are stable against heat. Specifically, an insulator having a low hydrogen concentration and an excess oxygen region or excess oxygen has a hydrogen concentration obtained by SIMS of less than 5 × 10 20 atoms / cm 3 , preferably less than 1 × 10 20 atoms / cm 3. , More preferably less than 5 × 10 19 atoms / cm 3 .

また、絶縁膜254Aとして、ALD法により酸化シリコン膜を成膜することが好ましい。なお、絶縁体252と、絶縁体254と、をALD法により大気解放せずにALD装置で連続して成膜するとよい。絶縁体252と、絶縁体254とを大気解放せずにALD装置で連続して成膜することで、界面、または界面近傍に取り込まれる不純物(代表的には水分など)を低減することができる。また、ALD法を用いて、絶縁体252と、絶縁体254とを形成することで、被覆性が高くカバレッジの良い膜を形成することができる。   Further, as the insulating film 254A, a silicon oxide film is preferably formed by an ALD method. Note that the insulator 252 and the insulator 254 may be continuously formed by an ALD apparatus without being released to the atmosphere by an ALD method. By continuously forming the insulator 252 and the insulator 254 with an ALD apparatus without exposing the insulator to the atmosphere, impurities (typically, moisture or the like) taken in at or near the interface can be reduced. . In addition, when the insulator 252 and the insulator 254 are formed by an ALD method, a film with high coverage and high coverage can be formed.

ゲート絶縁体として機能する絶縁体を、high−k材料と、熱的に安定している材料との積層構造とすることで、物理膜厚を保ちながら、トランジスタ動作時のゲート電位の低減が可能となる。また、熱的に安定かつ比誘電率の高い積層構造とすることができる。   By forming the insulator that functions as a gate insulator into a stacked structure of a high-k material and a thermally stable material, the gate potential during transistor operation can be reduced while maintaining the physical thickness. Becomes Further, a laminated structure which is thermally stable and has a high relative dielectric constant can be obtained.

また、酸化物230としてIn−Ga−Zn酸化物を用い、絶縁体252としてガリウム酸化物など、酸化物230よりもガリウムの含有量が多い絶縁材料を用いる場合、酸化物230と絶縁体252とが接する構造とすることで、酸化物230と絶縁体252との界面における欠陥準位密度を低くすることができる。そのため、界面散乱によるキャリア伝導への影響が小さくなり、トランジスタ200は高いオン電流、および高い周波数特性を得ることができる。   In the case where an In-Ga-Zn oxide is used as the oxide 230 and an insulating material containing more gallium than the oxide 230, such as gallium oxide, is used as the insulator 252, the oxide 230 and the insulator 252 may be used. Are in contact with each other, the density of defect states at the interface between the oxide 230 and the insulator 252 can be reduced. Therefore, the influence of carrier scattering due to interface scattering is small, and the transistor 200 can have high on-state current and high frequency characteristics.

また、絶縁体274上に、絶縁体275を配置してもよい。絶縁体275は、バリア性を有することが好ましい。絶縁体275を設ける場合、絶縁体274は、異なる膜種を用いるとよい。異なる膜種を積層することで、外部から侵入する不純物に対し、より多くの種類の不純物の拡散を抑制することができる。   Further, the insulator 275 may be provided over the insulator 274. The insulator 275 preferably has a barrier property. In the case where the insulator 275 is provided, a different kind of film may be used for the insulator 274. By stacking different types of films, diffusion of more types of impurities can be suppressed with respect to impurities that enter from the outside.

また、絶縁体275は、絶縁体274と、同じ膜種を異なる成膜方法を用いて形成してもよい。例えば、絶縁体274をスパッタリング法で成膜し、絶縁体275をALD法により成膜してもよい。本構造とすることで、絶縁体275よりも厚く成膜した絶縁体274を、緻密な膜である絶縁体275で被膜することで、歩留まりよく封止することが可能となる。   Alternatively, the insulator 275 may be formed using the same kind of film as the insulator 274 by using a different deposition method. For example, the insulator 274 may be formed by a sputtering method and the insulator 275 may be formed by an ALD method. With this structure, the insulator 274 which is formed to be thicker than the insulator 275 is covered with the insulator 275 which is a dense film, so that sealing can be performed with high yield.

上記構造を有することで、オン電流が大きい酸化物半導体を有するトランジスタを有する半導体装置を提供することができる。または、オフ電流が小さい酸化物半導体を有するトランジスタを有する半導体装置を提供することができる。または、電気特性の変動を抑制し、安定した電気特性を有すると共に、信頼性を向上させた半導体装置を提供することができる。   With the above structure, a semiconductor device including a transistor including an oxide semiconductor with high on-state current can be provided. Alternatively, a semiconductor device including a transistor including an oxide semiconductor with low off-state current can be provided. Alternatively, it is possible to provide a semiconductor device in which fluctuations in electric characteristics are suppressed, stable electric characteristics are improved, and reliability is improved.

<トランジスタの構造3>
図3には、トランジスタ200を有する半導体装置の一例を示す。図3(A)は半導体装置の上面を示す。なお、図の明瞭化のため、図3(A)において一部の膜は省略されている。また、図3(B)は、図3(A)に示す一点鎖線A1−A2に対応する断面図であり、図3(C)はA3−A4に対応する断面図である。
<Transistor structure 3>
FIG. 3 illustrates an example of a semiconductor device including the transistor 200. FIG. 3A illustrates the top surface of the semiconductor device. Note that some films are omitted in FIG. 3A for simplification of the drawing. 3B is a cross-sectional view corresponding to a dashed-dotted line A1-A2 shown in FIG. 3A, and FIG. 3C is a cross-sectional view corresponding to A3-A4.

なお、図3に示す半導体装置において、図1、または図2に示した半導体装置を構成する構造と同機能を有する構造には、同符号を付記する。   Note that, in the semiconductor device illustrated in FIG. 3, a structure having the same function as the structure included in the semiconductor device illustrated in FIG. 1 or FIG.

図3に示すトランジスタ200は、第1のゲート絶縁体と、第2のゲート絶縁体の積層構造が異なる。特に、第1のゲート電極として機能する導電体260と、第2のゲート電極として機能する導電体205に異なる電位が印加される場合、第1のゲート絶縁体の構造、および第2のゲート絶縁体の構造は、各電位に対し適宜選択すればよい。   The transistor 200 illustrated in FIGS. 3A and 3B has a stacked structure of a first gate insulator and a second gate insulator. In particular, when different potentials are applied to the conductor 260 functioning as a first gate electrode and the conductor 205 functioning as a second gate electrode, the structure of the first gate insulator and the second gate insulating The body structure may be appropriately selected for each potential.

例えば、図3に示すように、第1のゲート絶縁体は、絶縁体250、絶縁体252、および絶縁体254の積層構造を用いることができる。一方、第2のゲート絶縁体は、絶縁体221、絶縁体223、絶縁体225の積層構造を用いることができる。   For example, as illustrated in FIG. 3, a stacked structure of the insulator 250, the insulator 252, and the insulator 254 can be used for the first gate insulator. On the other hand, as the second gate insulator, a stacked structure of the insulator 221, the insulator 223, and the insulator 225 can be used.

例えば、絶縁体221、および絶縁体225は、酸素、水素、または不純物に対してバリア性を有する膜を用いることが好ましい。   For example, as the insulator 221 and the insulator 225, a film having a barrier property against oxygen, hydrogen, or an impurity is preferably used.

特に、酸化物230としてIn−Ga−Zn酸化物を用いる場合、絶縁体221、および絶縁体225としてガリウム酸化物など、酸化物230よりもガリウムの含有量が多い絶縁材料を用いることが好ましい。絶縁体221、および絶縁体225を構成する元素と、酸化物230を構成する元素が共通であるため、例えば、絶縁体221、および絶縁体225を構成する元素が、酸化物230へと拡散したとしても、酸化物230の低抵抗化の要因とならない。   In particular, in the case where an In-Ga-Zn oxide is used as the oxide 230, an insulating material containing more gallium than the oxide 230, such as gallium oxide, is preferably used for the insulator 221 and the insulator 225. Since the element included in the insulator 221 and the insulator 225 and the element included in the oxide 230 are common, for example, the element included in the insulator 221 and the element included in the insulator 225 diffused into the oxide 230. This does not cause the oxide 230 to have a low resistance.

また、酸化ガリウムは、窒化シリコンよりも誘電率が高い高誘電率絶縁材料であり、いわゆるhigh−k材料である。トランジスタの微細化、および高集積化が進むと、ゲート絶縁体の薄膜化により、リーク電流などの問題が生じる場合がある。ゲート絶縁体として機能する絶縁体にhigh−k材料を用いることで、物理膜厚を保持したまま、ゲート絶縁体の等価酸化膜厚(EOT)の薄膜化が可能となる。従って、トランジスタ動作時のゲート電位の低減が可能となる。   Gallium oxide is a high dielectric constant insulating material having a higher dielectric constant than silicon nitride, and is a so-called high-k material. When a transistor is miniaturized and highly integrated, a problem such as a leak current may occur due to thinning of a gate insulator. By using a high-k material for an insulator functioning as a gate insulator, the equivalent oxide thickness (EOT) of the gate insulator can be reduced while the physical thickness is maintained. Therefore, the gate potential during the operation of the transistor can be reduced.

一方で、酸化ガリウムなどいわゆるhigh−k材料は、結晶化しやすい傾向がある。また、ゲート絶縁体の結晶性が高いと、リーク電流が生じる蓋然性が高くなる。そこで、絶縁体221と絶縁体225との間に、非晶質である絶縁体223を配置することが好ましい。絶縁体223を有することで、絶縁体221と絶縁体225の結晶率が高い場合でも、リーク電流の発生を抑制することができる。   On the other hand, so-called high-k materials such as gallium oxide tend to be easily crystallized. In addition, when the crystallinity of the gate insulator is high, the probability that a leak current is generated increases. Therefore, it is preferable to dispose an amorphous insulator 223 between the insulator 221 and the insulator 225. With the use of the insulator 223, generation of a leak current can be suppressed even when the insulator 221 and the insulator 225 have a high crystallinity.

上記構造を有することで、オン電流が大きい酸化物半導体を有するトランジスタを有する半導体装置を提供することができる。または、オフ電流が小さい酸化物半導体を有するトランジスタを有する半導体装置を提供することができる。または、電気特性の変動を抑制し、安定した電気特性を有すると共に、信頼性を向上させた半導体装置を提供することができる。   With the above structure, a semiconductor device including a transistor including an oxide semiconductor with high on-state current can be provided. Alternatively, a semiconductor device including a transistor including an oxide semiconductor with low off-state current can be provided. Alternatively, it is possible to provide a semiconductor device in which fluctuations in electric characteristics are suppressed, stable electric characteristics are improved, and reliability is improved.

<半導体装置の構成材料>
以下では、半導体装置に用いることができる構成材料について説明する。
<Structural materials for semiconductor devices>
Hereinafter, constituent materials that can be used for a semiconductor device will be described.

<<基板>>
トランジスタ200を形成する基板としては、例えば、絶縁体基板、半導体基板、または導電体基板を用いればよい。絶縁体基板としては、例えば、ガラス基板、石英基板、サファイア基板、安定化ジルコニア基板(イットリア安定化ジルコニア基板など)、樹脂基板などがある。また、半導体基板としては、例えば、シリコン、ゲルマニウムなどの半導体基板、または炭化シリコン、シリコンゲルマニウム、ヒ化ガリウム、リン化インジウム、酸化亜鉛、酸化ガリウムからなる化合物半導体基板などがある。さらには、前述の半導体基板内部に絶縁体領域を有する半導体基板、例えば、SOI(Silicon On Insulator)基板などがある。導電体基板としては、黒鉛基板、金属基板、合金基板、導電性樹脂基板などがある。または、金属の窒化物を有する基板、金属の酸化物を有する基板などがある。さらには、絶縁体基板に導電体または半導体が設けられた基板、半導体基板に導電体または絶縁体が設けられた基板、導電体基板に半導体または絶縁体が設けられた基板などがある。または、これらの基板に素子が設けられたものを用いてもよい。基板に設けられる素子としては、容量素子、抵抗素子、スイッチ素子、発光素子、記憶素子などがある。
<< Substrate >>
As a substrate over which the transistor 200 is formed, an insulator substrate, a semiconductor substrate, or a conductor substrate may be used, for example. Examples of the insulator substrate include a glass substrate, a quartz substrate, a sapphire substrate, a stabilized zirconia substrate (such as a yttria-stabilized zirconia substrate), and a resin substrate. Examples of the semiconductor substrate include a semiconductor substrate of silicon, germanium, or the like, or a compound semiconductor substrate of silicon carbide, silicon germanium, gallium arsenide, indium phosphide, zinc oxide, or gallium oxide. Further, there is a semiconductor substrate having an insulator region inside the above-described semiconductor substrate, for example, an SOI (Silicon On Insulator) substrate. Examples of the conductor substrate include a graphite substrate, a metal substrate, an alloy substrate, and a conductive resin substrate. Alternatively, a substrate including a metal nitride, a substrate including a metal oxide, and the like are given. Further, there are a substrate provided with a conductor or a semiconductor on an insulator substrate, a substrate provided with a conductor or an insulator on a semiconductor substrate, a substrate provided with a semiconductor or an insulator on a conductor substrate, and the like. Alternatively, a substrate in which an element is provided may be used. Elements provided on the substrate include a capacitor, a resistor, a switch, a light-emitting element, a storage element, and the like.

<<絶縁体>>
絶縁体としては、絶縁性を有する酸化物、窒化物、酸化窒化物、窒化酸化物、金属酸化物、金属酸化窒化物、金属窒化酸化物などがある。
<< Insulator >>
Examples of the insulator include oxides, nitrides, oxynitrides, nitrided oxides, metal oxides, metal oxynitrides, and metal nitrided oxides having insulating properties.

例えば、トランジスタの微細化、および高集積化が進むと、ゲート絶縁体の薄膜化により、リーク電流などの問題が生じる場合がある。ゲート絶縁体として機能する絶縁体に、high−k材料を用いることで物理膜厚を保ちながら、トランジスタ動作時の低電圧化が可能となる。一方、層間膜として機能する絶縁体には、比誘電率が低い材料を用いることで、配線間に生じる寄生容量を低減することができる。したがって、絶縁体の機能に応じて、材料を選択するとよい。   For example, when transistors are miniaturized and highly integrated, problems such as leakage current may occur due to thinning of a gate insulator. When a high-k material is used for an insulator functioning as a gate insulator, a voltage can be reduced during operation of a transistor while a physical thickness is maintained. On the other hand, by using a material having a low relative dielectric constant for an insulator functioning as an interlayer film, parasitic capacitance generated between wirings can be reduced. Therefore, a material may be selected according to the function of the insulator.

また、比誘電率の高い絶縁体としては、酸化ガリウム、酸化ハフニウム、酸化ジルコニウム、アルミニウムおよびハフニウムを有する酸化物、アルミニウムおよびハフニウムを有する酸化窒化物、シリコンおよびハフニウムを有する酸化物、シリコンおよびハフニウムを有する酸化窒化物、またはシリコンおよびハフニウムを有する窒化物などがある。   Examples of the insulator having a high relative dielectric constant include gallium oxide, hafnium oxide, zirconium oxide, an oxide containing aluminum and hafnium, an oxynitride containing aluminum and hafnium, an oxide containing silicon and hafnium, and silicon and hafnium. Oxynitride or nitride containing silicon and hafnium.

また、比誘電率が低い絶縁体としては、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、フッ素を添加した酸化シリコン、炭素を添加した酸化シリコン、炭素および窒素を添加した酸化シリコン、空孔を有する酸化シリコン、または樹脂などがある。   Insulators having a low relative dielectric constant include silicon oxide, silicon oxynitride, silicon nitride oxide, silicon nitride, silicon oxide added with fluorine, silicon oxide added with carbon, silicon oxide added with carbon and nitrogen, and voids. There is silicon oxide having a hole, resin, or the like.

また、酸化物半導体を用いたトランジスタは、水素などの不純物および酸素の透過を抑制する機能を有する絶縁体(絶縁体214、絶縁体222、絶縁体82、および絶縁体283など)で囲うことによって、トランジスタの電気特性を安定にすることができる。水素などの不純物および酸素の透過を抑制する機能を有する絶縁体としては、例えば、ホウ素、炭素、窒素、酸素、フッ素、マグネシウム、アルミニウム、シリコン、リン、塩素、アルゴン、ガリウム、ゲルマニウム、イットリウム、ジルコニウム、ランタン、ネオジム、ハフニウム、またはタンタルを含む絶縁体を、単層で、または積層で用いればよい。具体的には、水素などの不純物および酸素の透過を抑制する機能を有する絶縁体として、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化ガリウム、酸化ゲルマニウム、酸化イットリウム、酸化ジルコニウム、酸化ランタン、酸化ネオジム、酸化ハフニウム、酸化タンタルなどの金属酸化物、窒化アルミニウム、窒化アルミニウムチタン、窒化チタン、窒化酸化シリコン、窒化シリコンなどの金属窒化物を用いることができる。   A transistor including an oxide semiconductor is surrounded by an insulator having a function of suppressing transmission of impurities such as hydrogen and oxygen (such as the insulator 214, the insulator 222, the insulator 82, and the insulator 283). In addition, the electrical characteristics of the transistor can be stabilized. Examples of the insulator having a function of suppressing the transmission of impurities such as hydrogen and oxygen include boron, carbon, nitrogen, oxygen, fluorine, magnesium, aluminum, silicon, phosphorus, chlorine, argon, gallium, germanium, yttrium, and zirconium. , Lanthanum, neodymium, hafnium, or an insulator containing tantalum may be used as a single layer or a stacked layer. Specifically, as an insulator having a function of suppressing transmission of impurities such as hydrogen and oxygen, aluminum oxide, magnesium oxide, gallium oxide, germanium oxide, yttrium oxide, zirconium oxide, lanthanum oxide, neodymium oxide, hafnium oxide, A metal oxide such as tantalum oxide, a metal nitride such as aluminum nitride, aluminum titanium nitride, titanium nitride, silicon nitride oxide, or silicon nitride can be used.

また、ゲート絶縁体として機能する絶縁体は、加熱により脱離する酸素を含む領域を有する絶縁体であることが好ましい。例えば、加熱により脱離する酸素を含む領域を有する酸化シリコンまたは酸化窒化シリコンを酸化物230と接する構造とすることで、酸化物230が有する酸素欠損を補償することができる。   The insulator functioning as a gate insulator is preferably an insulator having a region containing oxygen which is released by heating. For example, with a structure in which silicon oxide or silicon oxynitride having a region containing oxygen released by heating is in contact with the oxide 230, oxygen vacancies in the oxide 230 can be compensated.

<<導電体>>
導電体としては、アルミニウム、クロム、銅、銀、金、白金、タンタル、ニッケル、チタン、モリブデン、タングステン、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、ランタンなどから選ばれた金属元素、または上述した金属元素を成分とする合金か、上述した金属元素を組み合わせた合金等を用いることが好ましい。例えば、窒化タンタル、窒化チタン、タングステン、チタンとアルミニウムを含む窒化物、タンタルとアルミニウムを含む窒化物、酸化ルテニウム、窒化ルテニウム、ストロンチウムとルテニウムを含む酸化物、ランタンとニッケルを含む酸化物などを用いることが好ましい。また、窒化タンタル、窒化チタン、チタンとアルミニウムを含む窒化物、タンタルとアルミニウムを含む窒化物、酸化ルテニウム、窒化ルテニウム、ストロンチウムとルテニウムを含む酸化物、ランタンとニッケルを含む酸化物は、酸化しにくい導電性材料、または、酸素を吸収しても導電性を維持する材料であるため、好ましい。また、リン等の不純物元素を含有させた多結晶シリコンに代表される、電気伝導度が高い半導体、ニッケルシリサイドなどのシリサイドを用いてもよい。
<< Conductor >>
Conductors include aluminum, chromium, copper, silver, gold, platinum, tantalum, nickel, titanium, molybdenum, tungsten, hafnium, vanadium, niobium, manganese, magnesium, zirconium, beryllium, indium, ruthenium, iridium, strontium, and lanthanum. It is preferable to use a metal element selected from the above, an alloy containing the above-described metal element as a component, an alloy in which the above-described metal elements are combined, or the like. For example, tantalum nitride, titanium nitride, tungsten, a nitride containing titanium and aluminum, a nitride containing tantalum and aluminum, ruthenium oxide, ruthenium nitride, an oxide containing strontium and ruthenium, an oxide containing lanthanum and nickel, and the like are used. Is preferred. In addition, tantalum nitride, titanium nitride, nitride containing titanium and aluminum, nitride containing tantalum and aluminum, ruthenium oxide, ruthenium nitride, oxide containing strontium and ruthenium, and oxide containing lanthanum and nickel are not easily oxidized. A conductive material or a material which maintains conductivity even when oxygen is absorbed is preferable. Alternatively, a semiconductor having high electric conductivity, represented by polycrystalline silicon containing an impurity element such as phosphorus, or a silicide such as nickel silicide may be used.

また、上記の材料で形成される導電層を複数積層して用いてもよい。例えば、前述した金属元素を含む材料と、酸素を含む導電性材料と、を組み合わせた積層構造としてもよい。また、前述した金属元素を含む材料と、窒素を含む導電性材料と、を組み合わせた積層構造としてもよい。また、前述した金属元素を含む材料と、酸素を含む導電性材料と、窒素を含む導電性材料と、を組み合わせた積層構造としてもよい。   Alternatively, a plurality of conductive layers formed using the above materials may be stacked. For example, a stacked structure in which the above-described material containing a metal element and a conductive material containing oxygen are combined may be employed. Further, a stacked structure in which the above-described material containing a metal element and a conductive material containing nitrogen are combined may be employed. Further, a stacked structure of a combination of the above-described material containing a metal element, a conductive material containing oxygen, and a conductive material containing nitrogen may be used.

なお、トランジスタのチャネル形成領域に酸化物を用いる場合において、ゲート電極として機能する導電体には、前述した金属元素を含む材料と、酸素を含む導電性材料と、を組み合わせた積層構造を用いることが好ましい。この場合は、酸素を含む導電性材料をチャネル形成領域側に設けるとよい。酸素を含む導電性材料をチャネル形成領域側に設けることで、当該導電性材料から離脱した酸素がチャネル形成領域に供給されやすくなる。   Note that in the case where an oxide is used for a channel formation region of the transistor, a stacked structure in which the above-described material containing a metal element and a conductive material containing oxygen are used for a conductor functioning as a gate electrode is used. Is preferred. In this case, a conductive material containing oxygen is preferably provided on the channel formation region side. By providing a conductive material containing oxygen on the channel formation region side, oxygen released from the conductive material is easily supplied to the channel formation region.

特に、ゲート電極として機能する導電体として、チャネルが形成される金属酸化物に含まれる金属元素および酸素を含む導電性材料を用いることが好ましい。また、前述した金属元素および窒素を含む導電性材料を用いてもよい。例えば、窒化チタン、窒化タンタルなどの窒素を含む導電性材料を用いてもよい。また、インジウム錫酸化物、酸化タングステンを含むインジウム酸化物、酸化タングステンを含むインジウム亜鉛酸化物、酸化チタンを含むインジウム酸化物、酸化チタンを含むインジウム錫酸化物、インジウム亜鉛酸化物、シリコンを添加したインジウム錫酸化物を用いてもよい。また、窒素を含むインジウムガリウム亜鉛酸化物を用いてもよい。このような材料を用いることで、チャネルが形成される金属酸化物に含まれる水素を捕獲することができる場合がある。または、外方の絶縁体などから混入する水素を捕獲することができる場合がある。   In particular, as a conductor functioning as a gate electrode, a conductive material containing oxygen and a metal element contained in a metal oxide in which a channel is formed is preferably used. Further, a conductive material containing the above-described metal element and nitrogen may be used. For example, a conductive material containing nitrogen such as titanium nitride or tantalum nitride may be used. In addition, indium tin oxide, indium oxide containing tungsten oxide, indium zinc oxide containing tungsten oxide, indium oxide containing titanium oxide, indium tin oxide containing titanium oxide, indium zinc oxide, and silicon were added. Indium tin oxide may be used. Alternatively, indium gallium zinc oxide containing nitrogen may be used. By using such a material, hydrogen contained in a metal oxide in which a channel is formed may be captured in some cases. Alternatively, in some cases, hydrogen mixed in from an outer insulator or the like can be captured.

<半導体装置の作製方法>
次に、図1に示す、本発明の一態様に係るトランジスタ200を有する半導体装置の作製方法を、図4乃至図9を用いて説明する。
<Method for Manufacturing Semiconductor Device>
Next, a method for manufacturing the semiconductor device including the transistor 200 according to one embodiment of the present invention, which is illustrated in FIGS.

図4乃至図9において、各図の(A)は上面図を示す。また、各図の(B)は、(A)に示すA1−A2の一点鎖線で示す部位に対応する断面図であり、トランジスタ200のチャネル長方向の断面図でもある。また、各図の(C)は、(A)にA3−A4の一点鎖線で示す部位に対応する断面図であり、トランジスタ200のチャネル幅方向の断面図でもある。なお、各図の(A)の上面図では、図の明瞭化のために一部の要素を省いて図示している。   4 to 9, (A) in each drawing shows a top view. FIG. 2B is a cross-sectional view corresponding to a portion indicated by a dashed-dotted line A1-A2 in FIG. 1A, and is also a cross-sectional view of the transistor 200 in the channel length direction. Further, (C) of each drawing is a cross-sectional view corresponding to a portion indicated by a dashed line A3-A4 in (A), and is also a cross-sectional view of the transistor 200 in the channel width direction. Note that some components are not illustrated in the top view of FIG. 1A for clarity of the drawings.

まず、基板(図示しない。)を準備し、当該基板上に絶縁体212、および絶縁体214を成膜する。絶縁体212、および絶縁体214の成膜は、スパッタリング法、化学気相成長(CVD:Chemical Vapor Deposition)法、分子線エピタキシー(MBE:Molecular Beam Epitaxy)法、パルスレーザ堆積(PLD:Pulsed Laser Deposition)法、ALD法などを用いて行うことができる。   First, a substrate (not illustrated) is prepared, and the insulator 212 and the insulator 214 are formed over the substrate. The insulator 212 and the insulator 214 are formed by a sputtering method, a chemical vapor deposition (CVD) method, a molecular beam epitaxy (MBE) method, and a pulsed laser deposition (PLD: Pulsed Laser Deposition). ) Method, ALD method and the like.

なお、CVD法は、プラズマを利用するプラズマCVD(PECVD:Plasma Enhanced CVD)法、熱を利用する熱CVD(TCVD:Thermal CVD)法、光を利用する光CVD(Photo CVD)法などに分類できる。さらに用いる原料ガスによって金属CVD(MCVD:Metal CVD)法、有機金属CVD(MOCVD:Metal Organic CVD)法に分けることができる。   Note that the CVD method can be classified into a plasma enhanced CVD (PECVD) method using plasma, a thermal CVD (TCVD) method using heat, an optical CVD (Photo CVD) method using light, and the like. . Further, the method can be classified into a metal CVD (MCVD: Metal CVD) method and an organic metal CVD (MOCVD: Metal Organic CVD) method depending on a used raw material gas.

プラズマCVD法は、比較的低温で高品質の膜が得られる。また、熱CVD法は、プラズマを用いないため、被処理物へのプラズマダメージを小さくすることが可能な成膜方法である。例えば、半導体装置に含まれる配線、電極、素子(トランジスタ、容量素子など)などは、プラズマから電荷を受け取ることでチャージアップする場合がある。このとき、蓄積した電荷によって、半導体装置に含まれる配線、電極、素子などが破壊される場合がある。一方、プラズマを用いない熱CVD法の場合、こういったプラズマダメージが生じないため、半導体装置の歩留まりを高くすることができる。また、熱CVD法では、成膜中のプラズマダメージが生じないため、欠陥の少ない膜が得られる。   In the plasma CVD method, a high-quality film can be obtained at a relatively low temperature. Further, the thermal CVD method is a film formation method capable of reducing plasma damage to an object to be processed because plasma is not used. For example, a wiring, an electrode, an element (eg, a transistor or a capacitor) included in a semiconductor device may be charged up by receiving charge from plasma. At this time, the accumulated charges may destroy wirings, electrodes, elements, and the like included in the semiconductor device. On the other hand, in the case of a thermal CVD method that does not use plasma, such plasma damage does not occur, so that the yield of semiconductor devices can be increased. Further, in the thermal CVD method, a plasma film having few defects can be obtained because plasma damage does not occur during film formation.

CVD法は、ターゲットなどから放出される粒子が堆積する成膜方法とは異なり、被処理物の表面における反応により膜が形成される成膜方法である。したがって、被処理物の形状の影響を受けにくく、良好な段差被覆性を有する成膜方法である。   The CVD method is different from a film formation method in which particles emitted from a target or the like are deposited, and is a film formation method in which a film is formed by a reaction on the surface of an object to be processed. Therefore, the film forming method is less affected by the shape of the object to be processed and has good step coverage.

CVD法は、原料ガスの流量比によって、得られる膜の組成を制御することができる。例えば、CVD法では、原料ガスの流量比によって、任意の組成の膜を成膜することができる。また、例えば、CVD法では、成膜しながら原料ガスの流量比を変化させることによって、組成が連続的に変化した膜を成膜することができる。原料ガスの流量比を変化させながら成膜する場合、複数の成膜室を用いて成膜する場合と比べて、搬送や圧力調整に掛かる時間を要さない分、成膜に掛かる時間を短くすることができる。したがって、半導体装置の生産性を高めることができる場合がある。   In the CVD method, the composition of the obtained film can be controlled by the flow ratio of the source gas. For example, in the CVD method, a film having an arbitrary composition can be formed depending on a flow rate ratio of a source gas. Further, for example, in the CVD method, a film whose composition is continuously changed can be formed by changing the flow rate ratio of the source gas while forming the film. When film formation is performed while changing the flow ratio of the source gas, the time required for film formation is shortened because the time required for transport and pressure adjustment is not required as compared with the case where film formation is performed using a plurality of film formation chambers. can do. Therefore, the productivity of the semiconductor device may be improved in some cases.

本実施の形態では、絶縁体212として、スパッタリング法、またはCVD法を用いて、窒化シリコンを成膜する。また、絶縁体214は、スパッタリング法、またはCVD法を用いて、酸化アルミニウムを成膜する。また、例えば、絶縁体212として、スパッタリング法によって酸化アルミニウムを成膜し、絶縁体214として、ALD法によって酸化アルミニウムを成膜する構造としてもよい。または、絶縁体212として、ALD法によって酸化アルミニウムを成膜し、絶縁体214として、スパッタリング法によって酸化アルミニウムを成膜する構造としてもよい。   In this embodiment, a silicon nitride film is formed as the insulator 212 by a sputtering method or a CVD method. Further, as the insulator 214, an aluminum oxide film is formed by a sputtering method or a CVD method. Further, for example, a structure in which aluminum oxide is formed by a sputtering method as the insulator 212 and aluminum oxide is formed by an ALD method as the insulator 214 may be employed. Alternatively, a structure in which aluminum oxide is formed by an ALD method as the insulator 212 and aluminum oxide is formed by a sputtering method as the insulator 214 may be employed.

次に、絶縁体214上に絶縁体216を成膜する。絶縁体216の成膜は、スパッタリング法、CVD法、MBE法、PLD法、ALD法などを用いて行うことができる。本実施の形態では、絶縁体216となる絶縁膜として、CVD法によって酸化シリコンを成膜する。   Next, the insulator 216 is formed over the insulator 214. The insulator 216 can be formed by a sputtering method, a CVD method, an MBE method, a PLD method, an ALD method, or the like. In this embodiment, as the insulating film to be the insulator 216, silicon oxide is formed by a CVD method.

次に、絶縁体216に絶縁体214に達する開口を形成する。開口とは、例えば、溝やスリットなども含まれる。また、開口が形成された領域を指して開口部とする場合がある。開口の形成はウェットエッチングを用いてもよいが、ドライエッチングを用いるほうが微細加工には好ましい。また、絶縁体214は、絶縁体216をエッチングして溝を形成する際のエッチングストッパ膜として機能する絶縁体を選択することが好ましい。例えば、溝を形成する絶縁体216に酸化シリコン膜を用いた場合は、絶縁体214は窒化シリコン膜、酸化アルミニウム膜、酸化ハフニウム膜を用いるとよい。   Next, an opening reaching the insulator 214 is formed in the insulator 216. The opening includes, for example, a groove and a slit. In some cases, a region where an opening is formed is referred to as an opening. The opening may be formed by wet etching, but dry etching is more preferable for fine processing. Further, as the insulator 214, an insulator which functions as an etching stopper film when the insulator 216 is etched to form a groove is preferably selected. For example, when a silicon oxide film is used for the insulator 216 that forms the groove, the insulator 214 may be a silicon nitride film, an aluminum oxide film, or a hafnium oxide film.

ドライエッチング装置としては、平行平板型電極を有する容量結合型プラズマ(CCP:Capacitively Coupled Plasma)エッチング装置を用いることができる。平行平板型電極を有する容量結合型プラズマエッチング装置は、平行平板型電極の一方の電極に高周波電圧を印加する構成でもよい。または平行平板型電極の一方の電極に複数の異なった高周波電圧を印加する構成でもよい。または平行平板型電極それぞれに同じ周波数の高周波電圧を印加する構成でもよい。または平行平板型電極それぞれに周波数の異なる高周波電圧を印加する構成でもよい。または高密度プラズマ源を有するドライエッチング装置を用いることができる。高密度プラズマ源を有するドライエッチング装置は、例えば、誘導結合型プラズマ(ICP:Inductively Coupled Plasma)エッチング装置などを用いることができる。   As the dry etching apparatus, a capacitively coupled plasma (CCP) etching apparatus having parallel plate electrodes can be used. The capacitively coupled plasma etching apparatus having the parallel plate type electrode may be configured to apply a high frequency voltage to one of the parallel plate type electrodes. Alternatively, a configuration in which a plurality of different high-frequency voltages are applied to one of the parallel plate electrodes may be employed. Alternatively, a configuration in which a high-frequency voltage having the same frequency is applied to each of the parallel plate electrodes may be employed. Alternatively, a configuration in which high-frequency voltages having different frequencies are applied to the respective parallel plate electrodes may be employed. Alternatively, a dry etching apparatus having a high-density plasma source can be used. As a dry etching apparatus having a high-density plasma source, for example, an inductively coupled plasma (ICP) etching apparatus or the like can be used.

開口の形成後に、導電体205の第1の導電体となる導電膜を成膜する。該導電膜は、酸素の透過を抑制する機能を有する導電体を含むことが望ましい。たとえば、窒化タンタル、窒化タングステン、窒化チタンなどを用いることができる。または、酸素の透過を抑制する機能を有する導電体と、タンタル、タングステン、チタン、モリブデン、アルミニウム、銅、モリブデンタングステン合金との積層膜とすることができる。導電体205の第1の導電体となる導電膜の成膜は、スパッタリング法、CVD法、MBE法、PLD法、ALD法などを用いて行うことができる。   After the formation of the opening, a conductive film serving as a first conductor of the conductor 205 is formed. The conductive film preferably includes a conductor having a function of suppressing transmission of oxygen. For example, tantalum nitride, tungsten nitride, titanium nitride, or the like can be used. Alternatively, a stacked film of a conductor having a function of suppressing oxygen transmission and tantalum, tungsten, titanium, molybdenum, aluminum, copper, or a molybdenum tungsten alloy can be used. The conductive film serving as the first conductor of the conductor 205 can be formed by a sputtering method, a CVD method, an MBE method, a PLD method, an ALD method, or the like.

本実施の形態では、導電体205の第1の導電体となる導電膜として、スパッタリング法によって窒化タンタル膜、または、窒化タンタルの上に窒化チタンを積層した膜を成膜する。導電体205の第1の導電体として金属窒化物を用いることにより、後述する導電体205の第2の導電体として銅などの拡散しやすい金属を用いても、当該金属が導電体205の第1の導電体から外に拡散するのを防ぐことができる。   In this embodiment, a tantalum nitride film or a film in which titanium nitride is stacked over tantalum nitride is formed by a sputtering method as a conductive film serving as a first conductor of the conductor 205. By using a metal nitride as the first conductor of the conductor 205, even if a metal such as copper which is easily diffused is used as a second conductor of the conductor 205 described later, It can be prevented from diffusing out of the one conductor.

次に、導電体205の第1の導電体となる導電膜上に、導電体205の第2の導電体となる導電膜を成膜する。該導電膜の成膜は、メッキ法、スパッタリング法、CVD法、MBE法、PLD法、ALD法などを用いて行うことができる。本実施の形態では、導電体205の第2の導電体となる導電膜として、タングステンを成膜する。   Next, a conductive film serving as the second conductor of the conductor 205 is formed over the conductive film serving as the first conductor of the conductor 205. The conductive film can be formed by a plating method, a sputtering method, a CVD method, an MBE method, a PLD method, an ALD method, or the like. In this embodiment, tungsten is formed as a conductive film serving as a second conductor of the conductor 205.

次に、CMP(Chemical Mechanical Polishing)処理を行うことで、導電体205の第1の導電体となる導電膜、および導電体205の第2の導電体となる導電膜の一部を除去し、絶縁体216を露出する。その結果、開口部のみに、導電体205の第1の導電体となる導電膜、および導電体205の第2の導電体となる導電膜が残存する。これにより、上面が平坦な、導電体205の第1の導電体および導電体205の第2の導電体を含む導電体205を形成することができる(図4参照。)。なお、当該CMP処理により、絶縁体216の一部が除去される場合がある。   Next, by performing a CMP (Chemical Mechanical Polishing) process, part of the conductive film serving as the first conductor of the conductor 205 and part of the conductive film serving as the second conductor of the conductor 205 is removed, The insulator 216 is exposed. As a result, the conductive film serving as the first conductor of the conductor 205 and the conductive film serving as the second conductor of the conductor 205 remain only in the opening. Thus, the conductor 205 including the first conductor of the conductor 205 and the second conductor of the conductor 205 with a flat top surface can be formed (see FIG. 4). Note that part of the insulator 216 may be removed by the CMP treatment.

なお、導電体205を形成した後に、導電体205の第2の導電体の一部を除去し、導電体205および絶縁体216上に導電膜を成膜し、CMP処理を行う工程を行ってもよい。当該CMP処理により、当該導電膜の一部を除去し、絶縁体216を露出する。なお、導電体205の第2の導電体の一部は、ドライエッチング法などを用いて除去するとよい。また、当該導電膜には、導電体205の第1の導電体または導電体205の第2の導電体と同様の材料を用いるとよい。   Note that after forming the conductor 205, a part of the second conductor of the conductor 205 is removed, a conductive film is formed over the conductor 205 and the insulator 216, and a step of performing CMP treatment is performed. Is also good. By the CMP treatment, part of the conductive film is removed, and the insulator 216 is exposed. Note that part of the second conductor of the conductor 205 is preferably removed by a dry etching method or the like. For the conductive film, a material similar to that of the first conductor of the conductor 205 or the second conductor of the conductor 205 is preferably used.

上記工程により、上面が平坦な、上記導電膜を含む導電体205を形成することができる。絶縁体216と導電体205の上面の平坦性を向上させることにより、酸化物230b、酸化物230cを形成するCAAC−OSの結晶性を向上させることができる。   Through the above steps, the conductor 205 including the conductive film and having a flat top surface can be formed. By improving the planarity of the upper surfaces of the insulator 216 and the conductor 205, the crystallinity of the CAAC-OS forming the oxides 230b and 230c can be improved.

ここからは、上記と異なる導電体205の形成方法について以下に説明する。   Hereinafter, a method for forming the conductor 205 which is different from the above will be described below.

絶縁体214上に、導電体205となる導電膜を成膜する。該導電膜の成膜は、スパッタリング法、CVD法、MBE法、PLD法、ALD法などを用いて行うことができる。また、該導電膜は、多層膜とすることができる。本実施の形態では、該導電膜としてタングステンを成膜する。   A conductive film to be the conductor 205 is formed over the insulator 214. The conductive film can be formed by a sputtering method, a CVD method, an MBE method, a PLD method, an ALD method, or the like. Further, the conductive film can be a multilayer film. In this embodiment, tungsten is formed as the conductive film.

次に、リソグラフィー法を用いて、上記導電膜を加工し、導電体205を形成する。   Next, the conductive film is processed by a lithography method to form a conductor 205.

なお、リソグラフィー法では、まず、マスクを介してレジストを露光する。次に、露光された領域を、現像液を用いて除去または残存させてレジストマスクを形成する。次に、当該レジストマスクを介してエッチング処理することで導電体、半導体、絶縁体などを所望の形状に加工することができる。例えば、KrFエキシマレーザ光、ArFエキシマレーザ光、EUV(Extreme Ultraviolet)光などを用いて、レジストを露光することでレジストマスクを形成すればよい。また、基板と投影レンズとの間に液体(例えば水)を満たして露光する、液浸技術を用いてもよい。また、前述した光に代えて、電子ビームやイオンビームを用いてもよい。なお、電子ビームやイオンビームを用いる場合には、マスクは不要となる。なお、レジストマスクは、アッシングなどのドライエッチング処理を行う、ウェットエッチング処理を行う、ドライエッチング処理後にウェットエッチング処理を行う、またはウェットエッチング処理後にドライエッチング処理を行うことで、除去することができる。   In the lithography method, first, a resist is exposed through a mask. Next, a resist mask is formed by removing or leaving the exposed region using a developing solution. Next, by performing an etching treatment through the resist mask, a conductor, a semiconductor, an insulator, or the like can be processed into a desired shape. For example, a resist mask may be formed by exposing the resist using KrF excimer laser light, ArF excimer laser light, EUV (Extreme Ultraviolet) light, or the like. Further, a liquid immersion technique may be used in which a liquid (for example, water) is filled between the substrate and the projection lens to perform exposure. Further, an electron beam or an ion beam may be used instead of the above-described light. When an electron beam or an ion beam is used, a mask is not required. Note that the resist mask can be removed by performing dry etching such as ashing, performing wet etching, performing wet etching after dry etching, or performing dry etching after wet etching.

また、レジストマスクの代わりに絶縁体や導電体からなるハードマスクを用いてもよい。ハードマスクを用いる場合、導電体205となる導電膜上にハードマスク材料となる絶縁膜や導電膜を形成し、その上にレジストマスクを形成し、ハードマスク材料をエッチングすることで所望の形状のハードマスクを形成することができる。導電体205となる導電膜のエッチングは、レジストマスクを除去してから行っても良いし、レジストマスクを残したまま行っても良い。後者の場合、エッチング中にレジストマスクが消失することがある。導電体205となる導電膜のエッチング後にハードマスクをエッチングにより除去しても良い。一方、ハードマスクの材料が後工程に影響が無い、あるいは後工程で利用できる場合、必ずしもハードマスクを除去する必要は無い。   Further, a hard mask made of an insulator or a conductor may be used instead of the resist mask. In the case of using a hard mask, an insulating film or a conductive film serving as a hard mask material is formed over the conductive film serving as the conductor 205, a resist mask is formed thereover, and the hard mask material is etched to have a desired shape. A hard mask can be formed. The etching of the conductive film to be the conductor 205 may be performed after removing the resist mask, or may be performed with the resist mask left. In the latter case, the resist mask may disappear during the etching. After etching the conductive film to be the conductor 205, the hard mask may be removed by etching. On the other hand, if the material of the hard mask does not affect the post-process or can be used in the post-process, it is not always necessary to remove the hard mask.

次に、絶縁体214、および導電体205上に絶縁体216となる絶縁膜を成膜する。当該絶縁膜は、導電体205の上面、および側面と接するように形成する。当該絶縁膜の成膜は、スパッタリング法、CVD法、MBE法、PLD法、ALD法などを用いて行うことができる。   Next, an insulating film to be the insulator 216 is formed over the insulator 214 and the conductor 205. The insulating film is formed so as to be in contact with the upper surface and the side surface of the conductor 205. The insulating film can be formed by a sputtering method, a CVD method, an MBE method, a PLD method, an ALD method, or the like.

ここで、絶縁体216となる絶縁膜の膜厚は、導電体205の膜厚以上とすることが好ましい。例えば、導電体205の膜厚を1とすると、絶縁体216となる絶縁膜の膜厚は、1以上3以下とする。   Here, the thickness of the insulating film to be the insulator 216 is preferably greater than or equal to the thickness of the conductor 205. For example, when the thickness of the conductor 205 is 1, the thickness of the insulating film to be the insulator 216 is 1 or more and 3 or less.

次に、絶縁体216となる絶縁膜にCMP処理を行うことで、絶縁体216となる絶縁膜の一部を除去し、導電体205の表面を露出させる。これにより、上面が平坦な、導電体205と、導電体205の側面と接する絶縁体216と、を形成することができる。以上が、導電体205の異なる形成方法である。   Next, CMP treatment is performed on the insulating film to be the insulator 216, so that part of the insulating film to be the insulator 216 is removed and the surface of the conductor 205 is exposed. Thus, the conductor 205 having a flat top surface and the insulator 216 in contact with the side surface of the conductor 205 can be formed. The above is a different method for forming the conductor 205.

次に、絶縁体216、および導電体205上に絶縁体222を成膜する。絶縁体222は、水素および水に対してバリア性を有する。絶縁体222が、水素および水に対してバリア性を有することで、トランジスタ200の周辺に設けられた構造体に含まれる水素および水が、絶縁体222を通じてトランジスタ200の内側へ拡散することが抑制され、酸化物230中の酸素欠損の生成を抑制することができる。   Next, the insulator 222 is formed over the insulator 216 and the conductor 205. The insulator 222 has a barrier property to hydrogen and water. Since the insulator 222 has a barrier property against hydrogen and water, diffusion of hydrogen and water contained in a structure provided around the transistor 200 through the insulator 222 to the inside of the transistor 200 is suppressed. Thus, generation of oxygen vacancies in the oxide 230 can be suppressed.

また、絶縁体222として、酸化物230に含まれる元素と共通の金属元素を有する酸化物を含む絶縁体を成膜するとよい。   In addition, as the insulator 222, an insulator including an oxide having a metal element common to the element included in the oxide 230 may be formed.

特に、酸化物230としてIn−Ga−Zn酸化物を用いる場合、絶縁体222としてガリウム酸化物など、酸化物230よりもガリウムの含有量が多い絶縁材料を用いることが好ましい。絶縁体222を構成する元素と、酸化物230を構成する元素が共通であるため、例えば、絶縁体222を構成する元素が、酸化物230へと拡散したとしても、酸化物230の低抵抗化の要因とならない。   In particular, in the case where an In-Ga-Zn oxide is used as the oxide 230, it is preferable to use an insulating material having a higher gallium content than the oxide 230, such as gallium oxide, as the insulator 222. Since the element included in the insulator 222 and the element included in the oxide 230 are common, for example, even if the element included in the insulator 222 is diffused into the oxide 230, the resistance of the oxide 230 is reduced. Is not a factor.

絶縁体222の成膜は、スパッタリング法、CVD法、MBE法、PLD法、ALD法などを用いて行うことができる。   The insulator 222 can be formed by a sputtering method, a CVD method, an MBE method, a PLD method, an ALD method, or the like.

なお、絶縁体222は、後述するALD法によって成膜することが好ましい。   Note that the insulator 222 is preferably formed by an ALD method described later.

例えば、絶縁体222として、ALD法によって、酸化ガリウム膜を成膜する場合、ガリウムのプリカーサとして、トリメチルガリウム、トリエチルガリウム、三塩化ガリウム、トリス(ジメチルアミド)ガリウム、ガリウム(III)アセチルアセトナート、トリス(2、2、6、6−テトラメチル−3、5−ヘプタンジオン酸)ガリウム、ジメチルクロロガリウム、ジエチルクロロガリウムなどを用いることができる。   For example, when a gallium oxide film is formed by an ALD method as the insulator 222, a precursor of gallium is trimethylgallium, triethylgallium, gallium trichloride, tris (dimethylamido) gallium, gallium (III) acetylacetonate, Tris (2,2,6,6-tetramethyl-3,5-heptanedioic acid) gallium, dimethylchlorogallium, diethylchlorogallium and the like can be used.

なお、上記プリカーサには、金属元素の他に、炭素および塩素の一方または両方を含むものがある。炭素を含むプリカーサを用いて形成された酸化膜には炭素が含まれる場合がある。また、塩素を含むプリカーサを用いて形成された酸化膜には塩素が含まれる場合がある。   Some precursors include one or both of carbon and chlorine in addition to the metal element. An oxide film formed using a precursor containing carbon may contain carbon in some cases. Further, an oxide film formed using a precursor containing chlorine may contain chlorine in some cases.

続いて、加熱処理を行ってもよい。加熱処理は、250℃以上650℃以下、好ましくは300℃以上500℃以下、さらに好ましくは320℃以上450℃以下で行えばよい。なお、加熱処理は、窒素ガスもしくは不活性ガスの雰囲気、または酸化性ガスを10ppm以上、1%以上、もしくは10%以上含む雰囲気で行う。また、加熱処理は減圧状態で行ってもよい。または、加熱処理は、窒素ガスもしくは不活性ガスの雰囲気で加熱処理した後に、脱離した酸素を補うために酸化性ガスを10ppm以上、1%以上、または10%以上含む雰囲気で加熱処理を行ってもよい。   Subsequently, heat treatment may be performed. The heat treatment may be performed at a temperature of 250 ° C to 650 ° C, preferably 300 ° C to 500 ° C, more preferably 320 ° C to 450 ° C. Note that the heat treatment is performed in an atmosphere of a nitrogen gas or an inert gas, or an atmosphere containing an oxidizing gas at 10 ppm or more, 1% or more, or 10% or more. The heat treatment may be performed in a reduced pressure state. Alternatively, in the heat treatment, heat treatment is performed in an atmosphere of nitrogen gas or an inert gas, and then heat treatment is performed in an atmosphere containing 10 ppm or more, 1% or more, or 10% or more of an oxidizing gas to supplement desorbed oxygen. You may.

本実施の形態では、加熱処理として、絶縁体222の成膜後に窒素雰囲気にて400℃の温度で1時間の処理を行った後に、連続して酸素雰囲気にて400℃の温度で1時間の処理を行う。当該加熱処理によって、絶縁体222に含まれる水、水素などの不純物を除去することなどができる。また、加熱処理は、絶縁体224の成膜後などのタイミングで行うこともできる。   In this embodiment, as the heat treatment, the film is formed in a nitrogen atmosphere at a temperature of 400 ° C. for one hour after the formation of the insulator 222, and then continuously performed in an oxygen atmosphere at a temperature of 400 ° C. for one hour. Perform processing. By the heat treatment, impurities such as water and hydrogen contained in the insulator 222 can be removed. Further, heat treatment can be performed at a timing after the insulator 224 is formed.

次に、絶縁体222上に絶縁体224を成膜する。絶縁体224の成膜は、スパッタリング法、CVD法、MBE法、PLD法、ALD法などを用いて行うことができる。本実施の形態では、絶縁体224として、CVD法によって酸化シリコンを成膜する。   Next, an insulator 224 is formed over the insulator 222. The insulator 224 can be formed by a sputtering method, a CVD method, an MBE method, a PLD method, an ALD method, or the like. In this embodiment, a silicon oxide film is formed as the insulator 224 by a CVD method.

ここで、絶縁体224に過剰酸素領域を形成するために、減圧状態で酸素を含むプラズマ処理を行ってもよい。酸素を含むプラズマ処理は、例えばマイクロ波を用いた高密度プラズマを発生させる電源を有する装置を用いることが好ましい。または、基板側にRF(Radio Frequency)を印加する電源を有してもよい。高密度プラズマを用いることより、高密度の酸素ラジカルを生成することができ、基板側にRFを印加することで、高密度プラズマによって生成された酸素ラジカルを効率よく絶縁体224内に導くことができる。または、この装置を用いて不活性ガスを含むプラズマ処理を行った後に、脱離した酸素を補うために酸素を含むプラズマ処理を行ってもよい。なお、当該プラズマ処理の条件を適宜選択することにより、絶縁体224に含まれる水、水素などの不純物を除去することができる。その場合、加熱処理は行わなくてもよい。   Here, in order to form an excess oxygen region in the insulator 224, plasma treatment including oxygen may be performed under reduced pressure. For the plasma treatment containing oxygen, it is preferable to use an apparatus having a power supply for generating high-density plasma using microwaves, for example. Alternatively, a power supply for applying RF (Radio Frequency) may be provided on the substrate side. By using high-density plasma, high-density oxygen radicals can be generated. By applying RF to the substrate side, oxygen radicals generated by high-density plasma can be efficiently guided into the insulator 224. it can. Alternatively, after performing plasma treatment including an inert gas using this apparatus, plasma treatment including oxygen may be performed to supplement desorbed oxygen. Note that by appropriately selecting the conditions of the plasma treatment, impurities such as water and hydrogen contained in the insulator 224 can be removed. In that case, the heat treatment may not be performed.

ここで、絶縁体224上に、例えば、スパッタリング法によって、酸化アルミニウムを成膜し、該酸化アルミニウムを絶縁体224に達するまで、CMP処理を行ってもよい。当該CMP処理を行うことで絶縁体224表面の平坦化および平滑化を行うことができる。当該酸化アルミニウムを絶縁体224上に配置してCMP処理を行うことで、CMP処理の終点検出が容易となる。また、CMP処理によって、絶縁体224の一部が研磨されて、絶縁体224の膜厚が薄くなることがあるが、絶縁体224の成膜時に膜厚を調整すればよい。絶縁体224表面の平坦化および平滑化を行うことで、後に成膜する酸化物の被覆率の悪化を防止し、半導体装置の歩留りの低下を防ぐことができる場合がある。また、絶縁体224上に、スパッタリング法によって、酸化アルミニウムを成膜することにより、絶縁体224に酸素を添加することができるので好ましい。   Here, an aluminum oxide film may be formed over the insulator 224 by, for example, a sputtering method, and CMP treatment may be performed on the aluminum oxide until the aluminum oxide reaches the insulator 224. By performing the CMP treatment, the surface of the insulator 224 can be planarized and smoothed. By arranging the aluminum oxide on the insulator 224 and performing the CMP treatment, the end point of the CMP treatment can be easily detected. In addition, in some cases, the insulator 224 is polished by the CMP treatment so that the thickness of the insulator 224 is reduced; however, the thickness of the insulator 224 may be adjusted when the insulator 224 is formed. By performing planarization and smoothing of the surface of the insulator 224, deterioration of the coverage of an oxide to be formed later can be prevented, and reduction in the yield of a semiconductor device can be prevented in some cases. It is preferable that aluminum oxide be formed over the insulator 224 by a sputtering method because oxygen can be added to the insulator 224.

次に、絶縁体224上に、酸化膜230A、酸化膜230Bを順に成膜する(図4参照。)。なお、酸化膜230Aおよび酸化膜230Bは、大気環境にさらさずに連続して成膜することが好ましい。大気開放せずに成膜することで、酸化膜230A、および酸化膜230B上に大気環境からの不純物または水分が付着することを防ぐことができ、酸化膜230Aと酸化膜230Bとの界面近傍を清浄に保つことができる。   Next, an oxide film 230A and an oxide film 230B are sequentially formed over the insulator 224 (see FIG. 4). Note that the oxide films 230A and 230B are preferably formed continuously without being exposed to the air environment. When the oxide film 230A and the oxide film 230B are formed without being exposed to the atmosphere, impurities or moisture from the atmospheric environment can be prevented from being attached to the oxide films 230A and 230B, and the vicinity of the interface between the oxide films 230A and 230B can be reduced. Can be kept clean.

酸化膜230A、および酸化膜230Bの成膜はスパッタリング法、CVD法、MBE法、PLD法、ALD法などを用いて行うことができる。なお、酸化膜230A、および酸化膜230BをALD法によって成膜する場合、先の実施の形態で説明した内容を参酌することができる。   The oxide films 230A and 230B can be formed by a sputtering method, a CVD method, an MBE method, a PLD method, an ALD method, or the like. Note that in the case where the oxide films 230A and 230B are formed by an ALD method, the contents described in the above embodiment can be referred to.

例えば、酸化膜230A、および酸化膜230Bとして、ALD法によって、In−Ga−Zn酸化膜を成膜する場合、インジウムのプリカーサとして、トリメチルインジウム、トリス(2、2、6、6−テトラメチル−3、5−ヘプタンジオン酸)インジウム、シクロペンタジエニルインジウムなどを用いる。また、ガリウムのプリカーサとして、トリメチルガリウム、トリエチルガリウム、三塩化ガリウム、トリス(ジメチルアミド)ガリウム、ガリウム(III)アセチルアセトナート、トリス(2、2、6、6−テトラメチル−3、5−ヘプタンジオン酸)ガリウム、ジメチルクロロガリウム、ジエチルクロロガリウムなどを用いる。また、亜鉛のプリカーサとして、ジメチル亜鉛、ジエチル亜鉛、ビス(2、2、6、6−テトラメチル−3、5−ヘプタンジオン酸)亜鉛などを用いる。酸化物230aおよび酸化物230bに求める特性に合わせて、In−Ga−Zn酸化膜の成膜に用いるプリカーサの種類、導入量などを適宜組み合わせるとよい。   For example, when an In—Ga—Zn oxide film is formed by an ALD method as the oxide films 230A and 230B, trimethyl indium and tris (2, 2, 6, 6-tetramethyl-) are used as indium precursors. Indium 3,5-heptanedioate), cyclopentadienyl indium, or the like is used. As a precursor of gallium, trimethylgallium, triethylgallium, gallium trichloride, tris (dimethylamido) gallium, gallium (III) acetylacetonate, tris (2,2,6,6-tetramethyl-3,5-heptane) Gallium, dimethylchlorogallium, diethylchlorogallium and the like are used. In addition, dimethyl zinc, diethyl zinc, bis (2,2,6,6-tetramethyl-3,5-heptanedioic acid) zinc, or the like is used as a precursor of zinc. In accordance with the characteristics required for the oxide 230a and the oxide 230b, the type and the amount of the precursor used for forming the In-Ga-Zn oxide film may be appropriately combined.

なお、上記プリカーサには、金属元素の他に、炭素および塩素の一方または両方を含むものがある。炭素を含むプリカーサを用いて形成された酸化膜には炭素が含まれる場合がある。また、塩素を含むプリカーサを用いて形成された酸化膜には塩素が含まれる場合がある。   Some precursors include one or both of carbon and chlorine in addition to the metal element. An oxide film formed using a precursor containing carbon may contain carbon in some cases. Further, an oxide film formed using a precursor containing chlorine may contain chlorine in some cases.

また、例えば、酸化膜230A、および酸化膜230Bをスパッタリング法によって成膜する場合は、スパッタリングガスとして酸素、または、酸素と希ガスの混合ガスを用いる。スパッタリングガスに含まれる酸素の割合を高めることで、成膜される酸化膜中の過剰酸素を増やすことができる。また、上記の酸化膜をスパッタリング法によって成膜する場合は、上記のIn−M−Zn酸化物ターゲットなどを用いることができる。また、ターゲットには、直流(DC)電源または、高周波(RF)電源などの交流(AC)電源が接続され、ターゲットの電気伝導度に応じて、必要な電力を印加することができる。   For example, when the oxide films 230A and 230B are formed by a sputtering method, oxygen or a mixed gas of oxygen and a rare gas is used as a sputtering gas. By increasing the proportion of oxygen contained in the sputtering gas, excess oxygen in the oxide film to be formed can be increased. In the case where the above oxide film is formed by a sputtering method, the above-described In-M-Zn oxide target or the like can be used. In addition, an alternating current (AC) power source such as a direct current (DC) power source or a high frequency (RF) power source is connected to the target, and necessary power can be applied according to the electrical conductivity of the target.

特に、酸化膜230Aの成膜時に、スパッタリングガスに含まれる酸素の一部が絶縁体224に供給される場合がある。したがって、当該スパッタリングガスに含まれる酸素の割合は70%以上、好ましくは80%以上、より好ましくは100%とすればよい。   In particular, when the oxide film 230A is formed, part of oxygen contained in the sputtering gas may be supplied to the insulator 224 in some cases. Therefore, the proportion of oxygen contained in the sputtering gas may be 70% or more, preferably 80% or more, and more preferably 100%.

また、酸化膜230Bをスパッタリング法で形成する場合、スパッタリングガスに含まれる酸素の割合を、30%を超えて100%以下、好ましくは70%以上100%以下として成膜すると、酸素過剰型の酸化物半導体が形成される。酸素過剰型の酸化物半導体をチャネル形成領域に用いたトランジスタは、比較的高い信頼性が得られる。ただし、本発明の一態様はこれに限定されない。酸化膜230Bをスパッタリング法で形成する場合、スパッタリングガスに含まれる酸素の割合を1%以上30%以下、好ましくは5%以上20%以下として成膜すると、酸素欠乏型の酸化物半導体が形成される。酸素欠乏型の酸化物半導体をチャネル形成領域に用いたトランジスタは、比較的高い電界効果移動度が得られる。また、基板を加熱しながら成膜を行うことによって、当該酸化膜の結晶性を向上させることができる。   In the case where the oxide film 230B is formed by a sputtering method, the proportion of oxygen contained in a sputtering gas is more than 30% and 100% or less, preferably 70% or more and 100% or less. An object semiconductor is formed. A transistor using an oxygen-excess oxide semiconductor for a channel formation region has relatively high reliability. Note that one embodiment of the present invention is not limited to this. In the case where the oxide film 230B is formed by a sputtering method, when the proportion of oxygen contained in a sputtering gas is greater than or equal to 1% and less than or equal to 30%, preferably greater than or equal to 5% and less than or equal to 20%, an oxygen-deficient oxide semiconductor is formed. You. A transistor using an oxygen-deficient oxide semiconductor for a channel formation region can have relatively high field-effect mobility. In addition, by forming a film while heating the substrate, the crystallinity of the oxide film can be improved.

本実施の形態では、酸化膜230Aとして、スパッタリング法によって、In:Ga:Zn=1:3:4[原子数比]のIn−Ga−Zn酸化物ターゲットを用いて成膜する。また、酸化膜230Bとして、スパッタリング法によって、In:Ga:Zn=4:2:4.1[原子数比]のIn−Ga−Zn酸化物ターゲットを用いて成膜する。なお、各酸化膜は、成膜条件、および原子数比を適宜選択することで、酸化物230に求める特性に合わせて形成するとよい。   In this embodiment, the oxide film 230A is formed by a sputtering method with the use of an In-Ga-Zn oxide target with an atomic ratio of In: Ga: Zn = 1: 3: 4. The oxide film 230B is formed by a sputtering method with the use of an In-Ga-Zn oxide target with an In: Ga: Zn ratio of 4: 2: 4.1 [atomic ratio]. Note that each oxide film may be formed in accordance with characteristics required for the oxide 230 by appropriately selecting a deposition condition and an atomic ratio.

ここで、絶縁体222、絶縁体224、酸化膜230A、および酸化膜230Bを、大気に暴露することなく成膜することが好ましい。例えば、マルチチャンバー方式の成膜装置を用いればよい。   Here, the insulator 222, the insulator 224, the oxide film 230A, and the oxide film 230B are preferably formed without exposure to the air. For example, a multi-chamber deposition apparatus may be used.

次に、加熱処理を行ってもよい。当該加熱処理は、上述した加熱処理条件を用いることができる。当該加熱処理によって、酸化膜230A、および酸化膜230B中の水、水素などの不純物を除去することなどができる。本実施の形態では、窒素雰囲気にて400℃の温度で1時間の処理を行った後に、連続して酸素雰囲気にて400℃の温度で1時間の処理を行う。   Next, heat treatment may be performed. For the heat treatment, the above-described heat treatment conditions can be used. By the heat treatment, impurities such as water and hydrogen in the oxide films 230A and 230B can be removed. In this embodiment mode, after the treatment is performed at 400 ° C. for one hour in a nitrogen atmosphere, the treatment is continuously performed at 400 ° C. for one hour in an oxygen atmosphere.

次に、酸化膜230B上に導電膜240Aを成膜する。導電膜240Aの成膜はスパッタリング法、CVD法、MBE法、PLD法、ALD法などを用いて行うことができる(図4参照。)。なお、導電膜240Aの成膜前に、加熱処理を行ってもよい。加熱処理は、減圧下で行い、大気に暴露することなく、連続して導電膜240Aを成膜してもよい。このような処理を行うことによって、酸化膜230Bの表面などに表面に吸着している水分および水素を除去し、さらに酸化膜230Aおよび酸化膜230B中の水分濃度および水素濃度を低減させることができる。加熱処理の温度は、100℃以上400℃以下が好ましい。本実施の形態では、加熱処理の温度を200℃とする。   Next, a conductive film 240A is formed over the oxide film 230B. The conductive film 240A can be formed by a sputtering method, a CVD method, an MBE method, a PLD method, an ALD method, or the like (see FIG. 4). Note that heat treatment may be performed before the formation of the conductive film 240A. The heat treatment may be performed under reduced pressure, and the conductive film 240A may be formed continuously without exposure to the air. By performing such a treatment, moisture and hydrogen adsorbed on the surface of the oxide film 230B and the like can be removed, and the moisture concentration and the hydrogen concentration in the oxide films 230A and 230B can be further reduced. . The temperature of the heat treatment is preferably from 100 ° C to 400 ° C. In this embodiment, the temperature of the heat treatment is set to 200 ° C.

次に、酸化膜230A、酸化膜230B、および導電膜240Aを島状に加工して、酸化物230a、酸化物230b、および導電層240Bを形成する(図5参照。)。なお、当該工程において、絶縁体224の酸化物230aと重ならない領域の膜厚が薄くなることがある。   Next, the oxide film 230A, the oxide film 230B, and the conductive film 240A are processed into an island shape to form the oxide 230a, the oxide 230b, and the conductive layer 240B (see FIG. 5). Note that in this step, the thickness of a region of the insulator 224 which does not overlap with the oxide 230a may be small.

ここで、酸化物230a、酸化物230b、および導電層240Bは、少なくとも一部が導電体205と重なるように形成する。また、酸化物230a、酸化物230b、および導電層240Bの側面は、絶縁体224の上面に対し、概略垂直であることが好ましい。酸化物230a、酸化物230b、および導電層240Bの側面が、絶縁体224の上面に対し、概略垂直であることで、複数のトランジスタ200を設ける際に、小面積化、高密度化が可能となる。または、酸化物230a、酸化物230b、および導電層240Bの側面と、絶縁体224の上面とのなす角が低い角度になる構成にしてもよい。その場合、酸化物230a、酸化物230b、および導電層240Bの側面と、絶縁体224の上面とのなす角は60°以上70°未満が好ましい。この様な形状とすることで、これより後の工程において、絶縁体274などの被覆性が向上し、鬆などの欠陥を低減することができる。   Here, the oxide 230a, the oxide 230b, and the conductive layer 240B are formed so that at least part thereof overlaps with the conductor 205. It is preferable that side surfaces of the oxide 230a, the oxide 230b, and the conductive layer 240B be substantially perpendicular to the top surface of the insulator 224. When the side surfaces of the oxide 230a, the oxide 230b, and the conductive layer 240B are substantially perpendicular to the top surface of the insulator 224, the area and the density can be reduced when the plurality of transistors 200 are provided. Become. Alternatively, the angle formed between the side surfaces of the oxide 230a, the oxide 230b, and the conductive layer 240B and the top surface of the insulator 224 may be low. In that case, the angle formed between the side surfaces of the oxide 230a, the oxide 230b, and the conductive layer 240B and the top surface of the insulator 224 is preferably greater than or equal to 60 ° and less than 70 °. By adopting such a shape, covering properties of the insulator 274 and the like can be improved in a subsequent step, and defects such as voids can be reduced.

なお、導電層240Bの側面と導電層240Bの上面との間に、湾曲面を有することが好ましい。つまり、当該側面の端部と当該上面の端部は、湾曲していることが好ましい。湾曲面は、例えば、導電層240Bの端部において、曲率半径が、3nm以上10nm以下、好ましくは、5nm以上6nm以下とする。端部に角を有さないことで、以降の成膜工程における膜の被覆性が向上する。   Note that a curved surface is preferably provided between a side surface of the conductive layer 240B and an upper surface of the conductive layer 240B. That is, the end of the side surface and the end of the upper surface are preferably curved. The curved surface has a radius of curvature of 3 nm or more and 10 nm or less, preferably 5 nm or more and 6 nm or less, for example, at the end of the conductive layer 240B. By not having a corner at the end, coverage of the film in the subsequent film forming process is improved.

なお、酸化膜230A、酸化膜230B、および導電膜240Aの加工はリソグラフィー法を用いて行えばよい。また、当該加工はドライエッチング法やウェットエッチング法を用いることができる。ドライエッチング法による加工は微細加工に適している。また、酸化膜230A、酸化膜230B、および導電膜240Aの加工は、それぞれ異なる条件で加工してもよい。   Note that the oxide film 230A, the oxide film 230B, and the conductive film 240A may be processed by a lithography method. In addition, the processing can use a dry etching method or a wet etching method. Processing by dry etching is suitable for fine processing. The processing of the oxide film 230A, the oxide film 230B, and the conductive film 240A may be performed under different conditions.

次に、絶縁体224、酸化物230a、酸化物230b、および導電層240Bの上に、絶縁体274となる絶縁膜274Aを成膜する(図6参照)。   Next, an insulating film 274A to be the insulator 274 is formed over the insulator 224, the oxide 230a, the oxide 230b, and the conductive layer 240B (see FIG. 6).

絶縁膜274Aの成膜は、スパッタリング法、CVD法、MBE法、PLD法、ALD法などを用いて行うことができる。絶縁膜274Aは、酸素の透過を抑制する機能を有する絶縁膜を用いることが好ましい。例えば、スパッタリング法によって、窒化シリコン、酸化シリコン、または酸化アルミニウムを成膜する。また、絶縁体274として、酸化物230a、および酸化物230cに用いることができる材料を用いることができる。例えば、絶縁体274として、In:Ga:Zn=1:3:4[原子数比]の金属酸化物を用いてもよい。   The insulating film 274A can be formed by a sputtering method, a CVD method, an MBE method, a PLD method, an ALD method, or the like. As the insulating film 274A, an insulating film having a function of suppressing transmission of oxygen is preferably used. For example, silicon nitride, silicon oxide, or aluminum oxide is formed by a sputtering method. For the insulator 274, a material that can be used for the oxide 230a and the oxide 230c can be used. For example, as the insulator 274, a metal oxide of In: Ga: Zn = 1: 3: 4 [atomic ratio] may be used.

また、絶縁膜274Aは、2層の積層構造としてもよい。絶縁膜274Aの下層、および絶縁膜274Aの上層の成膜には、上記方法を用いて行うことができ、絶縁膜274Aの下層、および絶縁膜274Aの上層の成膜は、同じ方法を用いてもよいし、それぞれ異なる方法を用いてもよい。また、絶縁膜274Aの下層、および絶縁膜274Aの上層には上記材料を用いることができ、絶縁膜274Aの下層、および絶縁膜274Aの上層は同じ材料としてもよいし、それぞれ異なる材料としてもよい。例えば、絶縁膜274Aの下層として、スパッタリング法によって、酸化アルミニウム膜を成膜し、絶縁膜274Aの上層として、ALD法によって、酸化アルミニウム膜を成膜してもよい。または、絶縁膜274Aの下層として、スパッタリング法によって、酸化アルミニウム膜を成膜し、絶縁膜274Aの上層として、ALD法によって、窒化シリコン膜を成膜してもよい。   The insulating film 274A may have a two-layer structure. The lower layer of the insulating film 274A and the upper layer of the insulating film 274A can be formed by the above method. The lower layer of the insulating film 274A and the upper layer of the insulating film 274A can be formed by the same method. Or different methods may be used. The above material can be used for the lower layer of the insulating film 274A and the upper layer of the insulating film 274A. The lower layer of the insulating film 274A and the upper layer of the insulating film 274A may be the same material or different materials. . For example, an aluminum oxide film may be formed by a sputtering method as a lower layer of the insulating film 274A, and an aluminum oxide film may be formed by an ALD method as an upper layer of the insulating film 274A. Alternatively, an aluminum oxide film may be formed by a sputtering method as a lower layer of the insulating film 274A, and a silicon nitride film may be formed by an ALD method as an upper layer of the insulating film 274A.

次に、絶縁膜274A上に、絶縁膜280Aを成膜する。絶縁膜280Aは同種の層を異なる成膜方法により、設けてもよい。具体的には、まず絶縁膜280Aの第1の膜として、スパッタリング法、CVD法、MBE法、PLD法、ALD法などを用いて行うことができる。本実施の形態では、絶縁膜280Aの第1の膜として、スパッタリング法によって酸化シリコン膜を成膜し、絶縁膜280Aの第2の膜として、CVD法によって酸化シリコン膜を成膜する。なお、絶縁膜280Aの成膜前に、加熱処理を行ってもよい。加熱処理は、減圧下で行い、大気に暴露することなく、連続して当該絶縁膜を成膜してもよい。このような処理を行うことによって、絶縁膜274Aの表面などに吸着している水分および水素を除去し、さらに酸化物230a、酸化物230b、および絶縁膜274A中の水分濃度および水素濃度を低減させることができる。上述した加熱処理条件を用いることができる。   Next, an insulating film 280A is formed over the insulating film 274A. The insulating film 280A may be provided with the same kind of layer by a different film formation method. Specifically, the first film of the insulating film 280A can be formed by a sputtering method, a CVD method, an MBE method, a PLD method, an ALD method, or the like. In this embodiment, a silicon oxide film is formed by a sputtering method as a first film of the insulating film 280A, and a silicon oxide film is formed by a CVD method as a second film of the insulating film 280A. Note that heat treatment may be performed before the formation of the insulating film 280A. The heat treatment may be performed under reduced pressure and the insulating film may be formed continuously without exposure to the air. By performing such treatment, moisture and hydrogen adsorbed on the surface of the insulating film 274A and the like are removed, and further, the moisture concentration and the hydrogen concentration in the oxide 230a, the oxide 230b, and the insulating film 274A are reduced. be able to. The above heat treatment conditions can be used.

次に、絶縁膜280AにCMP処理を行い、絶縁膜280Aの上面を平坦化する(図6参照。)。   Next, a CMP process is performed on the insulating film 280A to planarize the upper surface of the insulating film 280A (see FIG. 6).

次に、絶縁膜280Aの一部、絶縁膜274Aの一部、および導電層240Bの一部を加工して、酸化物230bに達する開口を形成する。当該開口は、導電体205と重なるように形成することが好ましい。当該開口によって、導電体240a、導電体240b、絶縁体274、絶縁体280を形成する(図7参照。)。   Next, part of the insulating film 280A, part of the insulating film 274A, and part of the conductive layer 240B are processed to form openings reaching the oxide 230b. The opening is preferably formed so as to overlap with the conductor 205. With the openings, the conductor 240a, the conductor 240b, the insulator 274, and the insulator 280 are formed (see FIG. 7).

また、絶縁膜280Aの一部、絶縁膜274Aの一部、および導電層240Bの一部の加工は、それぞれ異なる条件で加工してもよい。例えば、絶縁体280の一部をドライエッチング法で加工し、絶縁膜274Aの一部をウェットエッチング法で加工し、導電層240Bの一部をドライエッチング法で加工してもよい。   Processing of part of the insulating film 280A, part of the insulating film 274A, and part of the conductive layer 240B may be performed under different conditions. For example, part of the insulator 280 may be processed by a dry etching method, part of the insulating film 274A may be processed by a wet etching method, and part of the conductive layer 240B may be processed by a dry etching method.

ここで、酸化物230a、酸化物230bなどの表面に付着または内部に拡散した不純物を除去することが好ましい。当該不純物としては、絶縁体280、絶縁膜274A、および導電層240Bに含まれる成分、上記開口を形成する際に用いられる装置に使われている部材に含まれる成分、エッチングに使用するガスまたは液体に含まれる成分などに起因したものが挙げられる。当該不純物としては、例えば、アルミニウム、シリコン、タンタル、フッ素、塩素などがある。   Here, it is preferable to remove impurities attached to or diffused into the surface of the oxide 230a, the oxide 230b, and the like. As the impurities, components included in the insulator 280, the insulating film 274A, and the conductive layer 240B, components included in a member used in a device used for forming the opening, a gas or liquid used for etching, And those caused by the components contained in. Examples of the impurities include aluminum, silicon, tantalum, fluorine, and chlorine.

上記の不純物などを除去するために、洗浄処理を行う。洗浄方法としては、洗浄液など用いたウェット洗浄、プラズマを用いたプラズマ処理、熱処理による洗浄などがあり、上記洗浄を適宜組み合わせて行ってもよい。   A cleaning process is performed to remove the above impurities and the like. Examples of the cleaning method include wet cleaning using a cleaning liquid, plasma treatment using plasma, cleaning by heat treatment, and the like, and the above cleaning may be appropriately combined.

ウェット洗浄としては、アンモニア水、シュウ酸、リン酸、フッ化水素酸などを炭酸水または純水で希釈した水溶液、純水、炭酸水などを用いて洗浄処理を行ってもよい。または、これらの水溶液、純水、または炭酸水を用いた超音波洗浄を行ってもよい。または、これらの洗浄を適宜組み合わせて行ってもよい。なお、超音波洗浄には、200kHz以上、好ましくは900kHz以上の周波数を用いることが好ましい。当該周波数を用いることで、酸化物230bなどへのダメージを低減することができる。   As the wet cleaning, a cleaning treatment may be performed using an aqueous solution of ammonia water, oxalic acid, phosphoric acid, hydrofluoric acid, or the like diluted with carbonated water or pure water, pure water, carbonated water, or the like. Alternatively, ultrasonic cleaning using an aqueous solution, pure water, or carbonated water may be performed. Alternatively, these washings may be appropriately combined and performed. Note that it is preferable to use a frequency of 200 kHz or more, preferably 900 kHz or more for the ultrasonic cleaning. By using the frequency, damage to the oxide 230b and the like can be reduced.

上記洗浄処理として、本実施の形態では、希釈フッ化水素酸または希釈アンモニア水を用いてウェット洗浄を行い、続いて純水、または炭酸水を用いてウェット洗浄を行う。当該洗浄処理を行うことで、酸化物230a、酸化物230bなどの表面に付着または内部に拡散した不純物を除去することができる。または、酸化物230b上の酸化物230cの結晶性を高めることができる。   In the present embodiment, as the above-described cleaning treatment, wet cleaning is performed using diluted hydrofluoric acid or diluted ammonia water, and then wet cleaning is performed using pure water or carbonated water. By performing the cleaning treatment, impurities attached to the surface of the oxide 230a or the oxide 230b or diffused into the inside can be removed. Alternatively, the crystallinity of the oxide 230c over the oxide 230b can be increased.

次に加熱処理を行ってもよい。加熱処理は、減圧下で行い、大気に暴露することなく、連続して酸化膜230Cを成膜してもよい。なお、酸化膜230Cは、単層構造、または複数の積層構造(例えばの第1の膜、および第2の膜との積層構造)としてもよい。本工程により、酸化物230bの表面などに吸着している水分および水素を除去し、さらに酸化物230aおよび酸化物230b中の水分濃度および水素濃度を低減させることができる。加熱処理の温度は、100℃以上400℃以下が好ましい。本実施の形態では、加熱処理の温度を200℃とする。   Next, heat treatment may be performed. The heat treatment may be performed under reduced pressure, and the oxide film 230C may be formed continuously without exposure to the air. Note that the oxide film 230C may have a single-layer structure or a stacked structure of a plurality of layers (eg, a stacked structure of a first film and a second film). Through this step, moisture and hydrogen adsorbed on the surface of the oxide 230b and the like can be removed, and the moisture concentration and the hydrogen concentration in the oxide 230a and the oxide 230b can be further reduced. The temperature of the heat treatment is preferably from 100 ° C to 400 ° C. In this embodiment, the temperature of the heat treatment is set to 200 ° C.

酸化膜230Cの成膜はスパッタリング法、CVD法、MBE法、PLD法、ALD法などを用いて行うことができる。酸化膜230Cの成膜は、酸化膜230A、または酸化膜230Bと同様の成膜方法を用いて行ってもよいし、異なる成膜方法を用いて行ってもよい。なお、酸化膜230CをALD法によって成膜する場合、先の実施の形態で説明した内容を参酌することができる。   The oxide film 230C can be formed by a sputtering method, a CVD method, an MBE method, a PLD method, an ALD method, or the like. The oxide film 230C may be formed using the same film formation method as the oxide film 230A or the oxide film 230B, or may be formed using a different film formation method. Note that in the case where the oxide film 230C is formed by an ALD method, the contents described in the above embodiment can be referred to.

例えば、本実施の形態では、酸化膜230Cの第1の膜として、ALD法によって、In:Ga:Zn=4:2:3[原子数比]のIn−Ga−Zn酸化膜を成膜し、酸化膜230Cの第2の膜として、ALD法によって、In:Ga:Zn=1:3:4[原子数比]のIn−Ga−Zn酸化膜を成膜する。または、酸化膜230Cを単層構造とする場合、酸化膜230Cとしては、酸化物230Bよりも、ガリウムの割合が高い酸化物をALD法により形成すると好適である。   For example, in this embodiment, an In—Ga—Zn oxide film of In: Ga: Zn = 4: 2: 3 [atomic ratio] is formed by an ALD method as a first film of the oxide film 230C. As the second film of the oxide film 230C, an In—Ga—Zn oxide film of In: Ga: Zn = 1: 3: 4 [atomic ratio] is formed by an ALD method. Alternatively, in the case where the oxide film 230C has a single-layer structure, it is preferable that an oxide having a higher proportion of gallium than the oxide 230B be formed by an ALD method as the oxide film 230C.

酸化膜230Cの第1の膜および酸化膜230Cの第2の膜を、ALD法を用いて形成することで、開口の底面、および側面で膜厚がほぼ等しい酸化膜を形成することができる。例えば、当該開口の底部における酸化膜230Cの第1の膜の膜厚に対する、当該開口の側面における酸化膜230Cの第1の膜の膜厚の比を0.5以上1以下、好ましくは0.7以上1以下、より好ましくは、0.9以上1以下とすることができる。また、当該開口の底部における酸化膜230Cの第2の膜の膜厚に対する、当該開口の側面における酸化膜230Cの第2の膜の膜厚の比を0.5以上1以下、好ましくは0.7以上1以下、より好ましくは、0.9以上1以下とすることができる。また、酸化物230bの上面における酸化膜230Cの第1の膜の膜厚に対する、酸化物230bの側面における酸化膜230Cの第1の膜の膜厚の比を0.5以上1以下、好ましくは0.7以上1以下、より好ましくは、0.9以上1以下とすることができる。また、酸化物230bの上面における酸化膜230Cの第2の膜の膜厚に対する、酸化物230bの側面における酸化膜230Cの第2の膜の膜厚の比を0.5以上1以下、好ましくは0.7以上1以下、より好ましくは、0.9以上1以下とすることができる。また、ALD法を用いて形成された酸化膜が結晶構造を有する場合、そのc軸は、被成膜面の法線方向と概略平行とすることができる。   By forming the first film of the oxide film 230C and the second film of the oxide film 230C by the ALD method, an oxide film having substantially the same thickness at the bottom surface and the side surface of the opening can be formed. For example, the ratio of the thickness of the first film of the oxide film 230C at the side surface of the opening to the thickness of the first film of the oxide film 230C at the bottom of the opening is 0.5 or more, and preferably 0.1 or less. It can be 7 or more and 1 or less, more preferably 0.9 or more and 1 or less. Further, the ratio of the thickness of the second film of the oxide film 230C at the side surface of the opening to the thickness of the second film of the oxide film 230C at the bottom of the opening is 0.5 or more, and preferably 0.1 or less. It can be 7 or more and 1 or less, more preferably 0.9 or more and 1 or less. Further, the ratio of the thickness of the first film of the oxide film 230C on the side surface of the oxide 230b to the thickness of the first film of the oxide film 230C on the upper surface of the oxide 230b is preferably 0.5 or more and 1 or less, more preferably It can be 0.7 or more and 1 or less, more preferably 0.9 or more and 1 or less. Further, the ratio of the thickness of the second film of the oxide film 230C on the side surface of the oxide 230b to the thickness of the second film of the oxide film 230C on the upper surface of the oxide 230b is preferably 0.5 or more and 1 or less, more preferably It can be 0.7 or more and 1 or less, more preferably 0.9 or more and 1 or less. In the case where the oxide film formed by using the ALD method has a crystal structure, its c-axis can be substantially parallel to the normal direction of the film formation surface.

酸化膜230Cの第1の膜および酸化膜230Cの第2の膜をスパッタリング法によって成膜する場合、酸化膜230Cの第1の膜および酸化膜230Cの第2の膜の成膜時に、スパッタリングガスに含まれる酸素の一部が酸化物230aおよび酸化物230bに供給される場合がある。したがって、酸化膜230Cの第1の膜および酸化膜230Cの第2の膜のスパッタリングガスに含まれる酸素の割合は70%以上、好ましくは80%以上、より好ましくは100%とすればよい。   In the case where the first film of the oxide film 230C and the second film of the oxide film 230C are formed by a sputtering method, a sputtering gas is used when forming the first film of the oxide film 230C and the second film of the oxide film 230C. May be supplied to the oxide 230a and the oxide 230b in some cases. Therefore, the proportion of oxygen contained in the sputtering gas of the first film of the oxide film 230C and the second film of the oxide film 230C may be 70% or more, preferably 80% or more, more preferably 100%.

次に加熱処理を行ってもよい。加熱処理は、減圧下で行い、大気に暴露することなく、連続して絶縁膜250Aを成膜してもよい。このような処理を行うことによって、酸化膜230Cの表面などに表面に吸着している水分および水素を除去し、さらに酸化物230a、酸化物230b、および酸化膜230C中の水分濃度および水素濃度を低減させることができる。加熱処理の温度は、100℃以上400℃以下が好ましい。   Next, heat treatment may be performed. The heat treatment may be performed under reduced pressure, and the insulating film 250A may be formed continuously without exposure to the air. By performing such a treatment, moisture and hydrogen adsorbed on the surface of the oxide film 230C and the like are removed, and the moisture concentration and the hydrogen concentration in the oxide 230a, the oxide 230b, and the oxide film 230C are reduced. Can be reduced. The temperature of the heat treatment is preferably from 100 ° C to 400 ° C.

絶縁膜250Aは、スパッタリング法、CVD法、MBE法、PLD法、ALD法などを用いて成膜することができる。本実施の形態では、絶縁膜250Aとして、CVD法により、酸化窒化シリコンを成膜する。なお、絶縁膜250Aを成膜する際の成膜温度は、350℃以上450℃未満、特に400℃前後とすることが好ましい。絶縁膜250Aを、400℃で成膜することで、不純物が少ない絶縁膜を成膜することができる。   The insulating film 250A can be formed by a sputtering method, a CVD method, an MBE method, a PLD method, an ALD method, or the like. In this embodiment, silicon oxynitride is formed as the insulating film 250A by a CVD method. Note that the temperature at which the insulating film 250A is formed is preferably 350 ° C. or more and less than 450 ° C., and particularly preferably about 400 ° C. By forming the insulating film 250A at 400 ° C., an insulating film with few impurities can be formed.

次に、絶縁膜250A上に絶縁膜252Aを成膜する。絶縁膜252Aは、水素および水に対してバリア性を有する。絶縁膜252Aが、水素および水に対してバリア性を有することで、トランジスタ200の周辺に設けられた構造体に含まれる水素および水が、絶縁膜252Aを通じてトランジスタ200の内側へ拡散することが抑制され、酸化物230中の酸素欠損の生成を抑制することができる。   Next, an insulating film 252A is formed over the insulating film 250A. The insulating film 252A has a barrier property against hydrogen and water. Since the insulating film 252A has a barrier property against hydrogen and water, diffusion of hydrogen and water contained in a structure provided around the transistor 200 to the inside of the transistor 200 through the insulating film 252A is suppressed. Thus, generation of oxygen vacancies in the oxide 230 can be suppressed.

また、絶縁膜252Aとして、酸化物230に含まれる元素と共通の金属元素を有する酸化物を含む絶縁体を成膜するとよい。特に、酸化物230としてIn−Ga−Zn酸化物を用いる場合、絶縁膜252Aとしてガリウム酸化物など、酸化物230よりもガリウムの含有量が多い絶縁材料を用いることが好ましい。絶縁膜252Aを構成する元素と、酸化物230を構成する元素が共通であるため、例えば、絶縁膜252Aを構成する元素が、酸化物230へと拡散したとしても、酸化物230の低抵抗化の要因とならない。   Further, as the insulating film 252A, an insulator containing an oxide having a common metal element with an element included in the oxide 230 may be formed. In particular, in the case where an In-Ga-Zn oxide is used as the oxide 230, an insulating material containing more gallium than the oxide 230, such as gallium oxide, is preferably used for the insulating film 252A. Since the element forming the insulating film 252A and the element forming the oxide 230 are common, for example, even if the element forming the insulating film 252A diffuses into the oxide 230, the resistance of the oxide 230 is reduced. Is not a factor.

絶縁膜252Aの成膜は、スパッタリング法、CVD法、MBE法、PLD法、ALD法などを用いて行うことができる。なお、絶縁膜252Aは、絶縁体222と同様、ALD法によって成膜することが好ましい。   The insulating film 252A can be formed by a sputtering method, a CVD method, an MBE method, a PLD method, an ALD method, or the like. Note that the insulating film 252A is preferably formed by an ALD method, similarly to the insulator 222.

例えば、絶縁膜252Aとして、ALD法によって、酸化ガリウム膜を成膜する場合、ガリウムのプリカーサとして、トリメチルガリウム、トリエチルガリウム、三塩化ガリウム、トリス(ジメチルアミド)ガリウム、ガリウム(III)アセチルアセトナート、トリス(2、2、6、6−テトラメチル−3、5−ヘプタンジオン酸)ガリウム、ジメチルクロロガリウム、ジエチルクロロガリウムなどを用いることができる。   For example, when a gallium oxide film is formed by an ALD method as the insulating film 252A, as a gallium precursor, trimethylgallium, triethylgallium, gallium trichloride, tris (dimethylamide) gallium, gallium (III) acetylacetonate, Tris (2,2,6,6-tetramethyl-3,5-heptanedioic acid) gallium, dimethylchlorogallium, diethylchlorogallium and the like can be used.

なお、上記プリカーサには、金属元素の他に、炭素および塩素の一方または両方を含むものがある。炭素を含むプリカーサを用いて形成された酸化膜には炭素が含まれる場合がある。また、塩素を含むプリカーサを用いて形成された酸化膜には塩素が含まれる場合がある。   Some precursors include one or both of carbon and chlorine in addition to the metal element. An oxide film formed using a precursor containing carbon may contain carbon in some cases. Further, an oxide film formed using a precursor containing chlorine may contain chlorine in some cases.

次に、導電膜260A、導電膜260Bを順に成膜する。導電膜260Aおよび導電膜260Bの成膜は、スパッタリング法、CVD法、MBE法、PLD法、ALD法などを用いて行うことができる。例えば、CVD法を用いることが好ましい。本実施の形態では、ALD法を用いて、導電膜260Aを成膜し、CVD法を用いて導電膜260Bを成膜する(図8参照。)。   Next, a conductive film 260A and a conductive film 260B are sequentially formed. The conductive films 260A and 260B can be formed by a sputtering method, a CVD method, an MBE method, a PLD method, an ALD method, or the like. For example, it is preferable to use a CVD method. In this embodiment, the conductive film 260A is formed by an ALD method, and the conductive film 260B is formed by a CVD method (see FIG. 8).

次に、CMP処理によって、酸化膜230Cの第1の膜および酸化膜230Cの第2の膜、絶縁膜250A、絶縁膜252A、導電膜260A、および導電膜260Bを絶縁体280が露出するまで研磨することによって、酸化物230c、絶縁体250、絶縁体252、および導電体260(導電体260a、および導電体260b)を形成する(図9参照。)。これにより、酸化物230cは、酸化物230bに達する開口の内壁(側壁、および底面)を覆うように配置される。また、絶縁体250、および絶縁体252は、酸化物230cを介して、上記開口の内壁を覆うように配置される。また、導電体260は、酸化物230c、絶縁体250、および絶縁体252を介して、上記開口を埋め込むように配置される。   Next, the first film of the oxide film 230C and the second film of the oxide film 230C, the insulating film 250A, the insulating film 252A, the conductive film 260A, and the conductive film 260B are polished by CMP until the insulator 280 is exposed. Thus, the oxide 230c, the insulator 250, the insulator 252, and the conductor 260 (the conductor 260a and the conductor 260b) are formed (see FIG. 9). Thus, the oxide 230c is arranged to cover the inner wall (side wall and bottom surface) of the opening reaching the oxide 230b. Further, the insulator 250 and the insulator 252 are provided so as to cover the inner wall of the opening with the oxide 230c interposed therebetween. Further, the conductor 260 is provided so as to fill the opening with the oxide 230c, the insulator 250, and the insulator 252 interposed therebetween.

次に、加熱処理を行ってもよい。本実施の形態では、窒素雰囲気にて400℃の温度で1時間の処理を行う。該加熱処理によって、絶縁体250、絶縁体252、および絶縁体280中の水分濃度および水素濃度を低減させることができる。   Next, heat treatment may be performed. In this embodiment mode, treatment is performed at 400 ° C. for one hour in a nitrogen atmosphere. By the heat treatment, the moisture concentration and the hydrogen concentration in the insulator 250, the insulator 252, and the insulator 280 can be reduced.

次に、酸化物230c、絶縁体250、絶縁体252、導電体260、および絶縁体280上に、絶縁体282、および絶縁体283を成膜する。絶縁体282、および絶縁体283の成膜は、絶縁体212、および絶縁体214と同様に、スパッタリング法、CVD法、MBE法、PLD法、ALD法などを用いて行うことができる。絶縁体282、および絶縁体283としては、例えば、スパッタリング法によって、酸化アルミニウム膜、または窒化シリコン膜を成膜することが好ましい。スパッタリング法によって、酸化アルミニウム膜、または窒化シリコン膜を成膜することによって、絶縁体282、および絶縁体283が有する水素を酸化物230へ拡散することを抑制することができる。また、導電体260と接するように絶縁体282を形成することで、導電体260の酸化を抑制することができ、好ましい。   Next, the insulator 282 and the insulator 283 are formed over the oxide 230c, the insulator 250, the insulator 252, the conductor 260, and the insulator 280. The insulator 282 and the insulator 283 can be formed by a sputtering method, a CVD method, an MBE method, a PLD method, an ALD method, or the like, similarly to the insulators 212 and 214. As the insulator 282 and the insulator 283, for example, an aluminum oxide film or a silicon nitride film is preferably formed by a sputtering method. By forming an aluminum oxide film or a silicon nitride film by a sputtering method, diffusion of hydrogen of the insulator 282 and the insulator 283 into the oxide 230 can be suppressed. Further, by forming the insulator 282 so as to be in contact with the conductor 260, oxidation of the conductor 260 can be suppressed, which is preferable.

また、絶縁体282として、スパッタリング法によって、酸化アルミニウム膜を形成することで、絶縁体280に酸素を供給することができる。絶縁体280に供給された酸素は、酸化物230cを介して、酸化物230bが有するチャネル形成領域に供給される場合がある。また、絶縁体280に酸素が供給されることで、絶縁体282の形成前に絶縁体280に含まれていた酸素が、酸化物230cを介して、酸化物230bが有するチャネル形成領域に供給される場合がある。   Further, oxygen can be supplied to the insulator 280 by forming an aluminum oxide film as the insulator 282 by a sputtering method. Oxygen supplied to the insulator 280 may be supplied to the channel formation region included in the oxide 230b through the oxide 230c. Further, when oxygen is supplied to the insulator 280, oxygen contained in the insulator 280 before the formation of the insulator 282 is supplied to the channel formation region included in the oxide 230b through the oxide 230c. In some cases.

また、絶縁体282として、スパッタリング法によって酸化アルミニウム膜を成膜し、絶縁体283として、当該酸化アルミニウム膜上に、スパッタリング法によって窒化シリコンを成膜する構造としてもよい。   Alternatively, a structure may be employed in which an aluminum oxide film is formed by a sputtering method as the insulator 282 and silicon nitride is formed by a sputtering method on the aluminum oxide film as the insulator 283.

次に、加熱処理を行ってもよい。加熱処理は、前述の加熱処理条件を用いることができる。当該加熱処理によって、絶縁体280の水分濃度および水素濃度を低減させることができる。また、絶縁体282が有する酸素を絶縁体280に注入することができる。   Next, heat treatment may be performed. For the heat treatment, the above-described heat treatment conditions can be used. By the heat treatment, the moisture concentration and the hydrogen concentration of the insulator 280 can be reduced. Further, oxygen included in the insulator 282 can be injected into the insulator 280.

なお、絶縁体282、および絶縁体283を成膜する方法として、はじめに、酸化物230c、絶縁体250、絶縁体252、導電体260、および絶縁体280上に、スパッタリング法によって酸化アルミニウム膜を成膜し、次に、上述した加熱処理条件を用いて加熱処理を行い、次に、CMP処理によって、当該酸化アルミニウム膜を除去し、次に、絶縁体282、および絶縁体283を成膜してもよい。当該方法により、絶縁体280に過剰酸素領域をより多く形成することができる。なお、当該酸化アルミニウム膜を除去する工程において、絶縁体280の一部、導電体260の一部、絶縁体250の一部、絶縁体252の一部、および酸化物230cの一部が除去される場合がある。   Note that as a method for forming the insulator 282 and the insulator 283, first, an aluminum oxide film is formed over the oxide 230c, the insulator 250, the insulator 252, the conductor 260, and the insulator 280 by a sputtering method. Then, heat treatment is performed using the above heat treatment conditions, the aluminum oxide film is removed by CMP treatment, and then insulators 282 and 283 are formed. Is also good. With this method, an excess oxygen region can be formed in the insulator 280 more. Note that in the step of removing the aluminum oxide film, part of the insulator 280, part of the conductor 260, part of the insulator 250, part of the insulator 252, and part of the oxide 230c are removed. In some cases.

また、絶縁体280と絶縁体282との間に、絶縁体を設けてもよい。当該絶縁体として、例えば、スパッタリング法を用いて成膜した酸化シリコンを用いればよい。当該絶縁体を設けることで、絶縁体280に過剰酸素領域を形成することができる。   Further, an insulator may be provided between the insulator 280 and the insulator 282. As the insulator, for example, silicon oxide formed by a sputtering method may be used. With the provision of the insulator, an excess oxygen region can be formed in the insulator 280.

次に絶縁体282上に、絶縁体284を成膜してもよい。絶縁体284の成膜は、スパッタリング法、CVD法、MBE法、PLD法、ALD法などを用いて行うことができる(図1参照。)。   Next, the insulator 284 may be formed over the insulator 282. The insulator 284 can be formed by a sputtering method, a CVD method, an MBE method, a PLD method, an ALD method, or the like (see FIG. 1).

本発明の一態様により、信頼性が良好な半導体装置を提供することができる。または、本発明の一態様により、良好な電気特性を有する半導体装置を提供することができる。または、本発明の一態様により、オン電流の大きい半導体装置を提供することができる。または、本発明の一態様により、高い周波数特性を有する半導体装置を提供することができる。または、本発明の一態様により、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ができる。または、本発明の一態様により、オフ電流の小さい半導体装置を提供することができる。または、本発明の一態様により、消費電力が低減された半導体装置を提供することができる。または、本発明の一態様により、生産性の高い半導体装置を提供することができる。   According to one embodiment of the present invention, a highly reliable semiconductor device can be provided. Alternatively, according to one embodiment of the present invention, a semiconductor device having favorable electric characteristics can be provided. Alternatively, according to one embodiment of the present invention, a semiconductor device with high on-state current can be provided. Alternatively, according to one embodiment of the present invention, a semiconductor device having high frequency characteristics can be provided. Alternatively, according to one embodiment of the present invention, a semiconductor device which can be miniaturized or highly integrated can be provided. Alternatively, according to one embodiment of the present invention, a semiconductor device with low off-state current can be provided. Alternatively, according to one embodiment of the present invention, a semiconductor device with reduced power consumption can be provided. Alternatively, according to one embodiment of the present invention, a semiconductor device with high productivity can be provided.

以上、本実施の形態に示す構成、方法などは、他の実施の形態に示す構成、方法などと適宜組み合わせて用いることができる。   As described above, the structures, methods, and the like described in this embodiment can be combined as appropriate with any of the structures, methods, and the like described in the other embodiments.

(実施の形態2)
本発明の一態様は、先の実施の形態で説明した半導体装置の作製方法に用いることができる作成方法、およびその作製装置に関する。
(Embodiment 2)
One embodiment of the present invention relates to a manufacturing method which can be used for the method for manufacturing the semiconductor device described in the above embodiment, and an apparatus for manufacturing the semiconductor device.

<酸化物半導体、およびゲート絶縁体に適用可能な金属酸化物>
以下に、本発明に係る金属酸化物について説明する。
<Metal oxide applicable to oxide semiconductors and gate insulators>
Hereinafter, the metal oxide according to the present invention will be described.

酸化物半導体は、少なくともインジウムまたは亜鉛を含むことが好ましい。特にインジウムおよび亜鉛を含むことが好ましい。また、それらに加えて、アルミニウム、ガリウム、イットリウムまたはスズなどが含まれていることが好ましい。また、ホウ素、シリコン、チタン、鉄、ニッケル、ゲルマニウム、ジルコニウム、モリブデン、ランタン、セリウム、ネオジム、ハフニウム、タンタル、タングステン、またはマグネシウムなどから選ばれた一種、または複数種が含まれていてもよい。   The oxide semiconductor preferably contains at least indium or zinc. In particular, it preferably contains indium and zinc. In addition, it is preferable that aluminum, gallium, yttrium, tin, or the like be contained in addition thereto. Further, one or more kinds selected from boron, silicon, titanium, iron, nickel, germanium, zirconium, molybdenum, lanthanum, cerium, neodymium, hafnium, tantalum, tungsten, magnesium, and the like may be included.

ここでは、酸化物半導体が、インジウム、元素Mおよび亜鉛を有するInMZnOである場合を考える。なお、元素Mは、アルミニウム、ガリウム、イットリウムまたはスズなどとする。そのほかの元素Mに適用可能な元素としては、ホウ素、シリコン、チタン、鉄、ニッケル、ゲルマニウム、ジルコニウム、モリブデン、ランタン、セリウム、ネオジム、ハフニウム、タンタル、タングステン、マグネシウムなどがある。ただし、元素Mとして、前述の元素を複数組み合わせても構わない場合がある。   Here, the case where the oxide semiconductor is InMZnO containing indium, the element M, and zinc is considered. Note that the element M is aluminum, gallium, yttrium, tin, or the like. Other elements applicable to the element M include boron, silicon, titanium, iron, nickel, germanium, zirconium, molybdenum, lanthanum, cerium, neodymium, hafnium, tantalum, tungsten, and magnesium. However, in some cases, a combination of a plurality of the aforementioned elements may be used as the element M.

一方、ゲート絶縁体は、少なくとも元素Iを含む酸化物であることが好ましい。元素Iとしては、ガリウム、アルミニウム、ハフニウム、ホウ素、チタン、シリコン、ゲルマニウム、ジルコニウム、イットリウム、セリウム、またはマグネシウムなどから選ばれた一種、または複数種が含まれていてもよい。なお、酸化物半導体がInMZnOである場合、元素Iは、元素Mと同種であることが好ましい。   On the other hand, the gate insulator is preferably an oxide containing at least the element I. The element I may include one or more selected from gallium, aluminum, hafnium, boron, titanium, silicon, germanium, zirconium, yttrium, cerium, magnesium, or the like. Note that when the oxide semiconductor is InMZnO, the element I is preferably the same as the element M.

なお、本明細書等において、窒素を有する金属酸化物も金属酸化物(metal oxide)と総称する場合がある。また、窒素を有する金属酸化物を、金属酸窒化物(metal oxynitride)と呼称してもよい。   Note that in this specification and the like, a metal oxide containing nitrogen may be collectively referred to as a metal oxide. Further, a metal oxide containing nitrogen may be referred to as metal oxynitride.

ここで、金属酸化物が、インジウム、元素M及び亜鉛を有する場合を考える。なお、金属酸化物が有するインジウム、元素M、及び亜鉛の原子数比のそれぞれの項を[In]、[M]、および[Zn]とする。   Here, the case where the metal oxide contains indium, the element M, and zinc is considered. Note that the terms of the atomic ratio of indium, element M, and zinc included in the metal oxide are [In], [M], and [Zn].

以下に、図17(A)、図17(B)、および図17(C)を用いて、本発明の一態様に示す酸化物に用いることができる金属酸化物が有するインジウム、元素Mおよび亜鉛の原子数比の好ましい範囲について説明する。なお、図17(A)、図17(B)、および図17(C)には、酸素の原子数比については記載しない。また、金属酸化物が有するインジウム、元素M、および亜鉛の原子数比のそれぞれの項を[In]、[M]、および[Zn]とする。   17A, 17B, and 17C illustrate indium, an element M, and zinc included in a metal oxide that can be used for the oxide of one embodiment of the present invention. The preferred range of the atomic ratio of the above will be described. Note that FIGS. 17A, 17B, and 17C do not describe the atomic ratio of oxygen. The terms of the atomic ratios of indium, element M, and zinc included in the metal oxide are [In], [M], and [Zn].

図17(A)、図17(B)、および図17(C)において、破線は、[In]:[M]:[Zn]=(1+α):(1−α):1の原子数比(−1≦α≦1)となるライン、[In]:[M]:[Zn]=(1+α):(1−α):2の原子数比となるライン、[In]:[M]:[Zn]=(1+α):(1−α):3の原子数比となるライン、[In]:[M]:[Zn]=(1+α):(1−α):4の原子数比となるライン、および[In]:[M]:[Zn]=(1+α):(1−α):5の原子数比となるラインを表す。   In FIGS. 17A, 17B, and 17C, a broken line indicates an atomic ratio of [In]: [M]: [Zn] = (1 + α) :( 1-α): 1. (-1 ≦ α ≦ 1) line, [In]: [M]: [Zn] = (1 + α) :( 1-α): 2 line with atomic ratio, [In]: [M] : [Zn] = (1 + α) :( 1-α): Line having an atomic ratio of 3: 3, [In]: [M]: [Zn] = (1 + α) :( 1-α): 4 atomic number A line representing a ratio and a line representing an atomic ratio of [In]: [M]: [Zn] = (1 + α) :( 1-α): 5 are shown.

また、一点鎖線は、[In]:[M]:[Zn]=5:1:βの原子数比(β≧0)となるライン、[In]:[M]:[Zn]=2:1:βの原子数比となるライン、[In]:[M]:[Zn]=1:1:βの原子数比となるライン、[In]:[M]:[Zn]=1:2:βの原子数比となるライン、[In]:[M]:[Zn]=1:3:βの原子数比となるライン、および[In]:[M]:[Zn]=1:4:βの原子数比となるラインを表す。   The dash-dot line is a line having an atomic ratio of [In]: [M]: [Zn] = 5: 1: β (β ≧ 0), [In]: [M]: [Zn] = 2: Line with an atomic ratio of 1: β, [In]: [M]: [Zn] = 1: 1: Line with an atomic ratio of β, [In]: [M]: [Zn] = 1: A line having an atomic ratio of 2: β, a line having an atomic ratio of [In]: [M]: [Zn] = 1: 3: β, and a line having an atomic ratio of [In]: [M]: [Zn] = 1 : 4: represents a line that represents the atomic ratio of β.

また、図17(A)、図17(B)、および図17(C)に示す、[In]:[M]:[Zn]=0:2:1の原子数比、およびその近傍値の金属酸化物は、スピネル型の結晶構造をとりやすい。   The atomic ratio [In]: [M]: [Zn] = 0: 2: 1 shown in FIG. 17A, FIG. 17B, and FIG. Metal oxides easily have a spinel-type crystal structure.

また、金属酸化物中に複数の相が共存する場合がある(二相共存、三相共存など)。例えば、原子数比が[In]:[M]:[Zn]=0:2:1の近傍値である場合、スピネル型の結晶構造と層状の結晶構造との二相が共存しやすい。また、原子数比が[In]:[M]:[Zn]=1:0:0の近傍値である場合、ビックスバイト型の結晶構造と層状の結晶構造との二相が共存しやすい。金属酸化物中に複数の相が共存する場合、異なる結晶構造の間において、結晶粒界が形成される場合がある。   In addition, a plurality of phases may coexist in the metal oxide (such as coexistence of two phases and coexistence of three phases). For example, when the atomic ratio is in the vicinity of [In]: [M]: [Zn] = 0: 2: 1, two phases of a spinel type crystal structure and a layered crystal structure are likely to coexist. When the atomic ratio is in the vicinity of [In]: [M]: [Zn] = 1: 0: 0, two phases of a bixbite type crystal structure and a layered crystal structure are likely to coexist. When a plurality of phases coexist in a metal oxide, a crystal grain boundary may be formed between different crystal structures.

図17(A)に示す領域Aは、金属酸化物が有する、インジウム、元素M、および亜鉛の原子数比の好ましい範囲の一例について示している。   A region A illustrated in FIG. 17A illustrates an example of a preferable range of the atomic ratio of indium, the element M, and zinc included in the metal oxide.

金属酸化物は、インジウムの含有率を高くすることで、金属酸化物のキャリア移動度(電子移動度)を高くすることができる。従って、インジウムの含有率が高い金属酸化物はインジウムの含有率が低い金属酸化物と比較してキャリア移動度が高くなる。   By increasing the indium content of the metal oxide, the carrier mobility (electron mobility) of the metal oxide can be increased. Therefore, a metal oxide having a high indium content has a higher carrier mobility than a metal oxide having a low indium content.

一方、金属酸化物中のインジウムおよび亜鉛の含有率が低くなると、キャリア移動度が低くなる。従って、原子数比が[In]:[M]:[Zn]=0:1:0、およびその近傍値である場合(例えば図17(C)に示す領域C)は、絶縁性が高くなる。   On the other hand, when the content of indium and zinc in the metal oxide is low, the carrier mobility is low. Therefore, when the atomic ratio is [In]: [M]: [Zn] = 0: 1: 0 and its vicinity (for example, the region C shown in FIG. 17C), the insulating property is high. .

例えば、チャネル形成領域や、低抵抗領域に用いる金属酸化物は、キャリア移動度が高い、図17(A)の領域Aで示される原子数比を有することが好ましい。チャネル形成領域や、低抵抗領域に用いる金属酸化物は、例えばIn:Ga:Zn=4:2:3から4.1、およびその近傍値程度になるようにすればよい。一方、チャネル形成領域や、低抵抗領域を取り囲むように金属酸化物を設ける場合、絶縁性が比較的高い、図17(C)の領域Cで示される原子数比を有することが好ましい。チャネル形成領域や、低抵抗領域を取り囲むように設けられる金属酸化物は、例えばIn:Ga:Zn=1:3:4程度、あるいはIn:Ga:Zn=1:3:2程度になるようにすればよい。または、チャネル形成領域や、低抵抗領域を取り囲むように設けられる金属酸化物は、チャネル形成領域や、低抵抗領域に用いる金属酸化物と同等の金属酸化物を用いてもよい。   For example, the metal oxide used for the channel formation region and the low-resistance region preferably has a high carrier mobility and an atomic ratio shown in a region A in FIG. The metal oxide used for the channel formation region and the low-resistance region may be, for example, In: Ga: Zn = 4: 2: 3 to 4.1 or a value close to 4.1. On the other hand, in the case where a metal oxide is provided so as to surround the channel formation region or the low-resistance region, it is preferable that the metal oxide have a relatively high insulating property and an atomic ratio shown in a region C in FIG. The metal oxide provided to surround the channel formation region and the low-resistance region is, for example, In: Ga: Zn = 1: 3: 4 or In: Ga: Zn = 1: 3: 2. do it. Alternatively, as a metal oxide provided to surround the channel formation region and the low-resistance region, a metal oxide equivalent to the metal oxide used for the channel formation region and the low-resistance region may be used.

特に、図17(B)に示す領域Bでは、領域Aの中でも、キャリア移動度が高く、信頼性が高い優れた金属酸化物が得られる。   In particular, in the region B shown in FIG. 17B, an excellent metal oxide having high carrier mobility and high reliability can be obtained even in the region A.

なお、領域Bは、[In]:[M]:[Zn]=4:2:3から4.1、およびその近傍値を含む。近傍値には、例えば、[In]:[M]:[Zn]=5:3:4が含まれる。また、領域Bは、[In]:[M]:[Zn]=5:1:6、およびその近傍値、および[In]:[M]:[Zn]=5:1:7、およびその近傍値を含む。   Note that the region B includes [In]: [M]: [Zn] = 4: 2: 3 to 4.1 and values in the vicinity thereof. The nearby values include, for example, [In]: [M]: [Zn] = 5: 3: 4. In addition, the region B has [In]: [M]: [Zn] = 5: 1: 6 and its vicinity, and [In]: [M]: [Zn] = 5: 1: 7 and its vicinity. Includes nearby values.

また、金属酸化物の原子数比は、金属酸化物中の酸素の拡散のしやすさ、あるいは透過のしやすさにも影響を与える。   Further, the atomic ratio of the metal oxide also affects the ease of diffusion or permeation of oxygen in the metal oxide.

インジウム含有率の高い領域A、特に領域Bの金属酸化物(第1の金属酸化物とする)において、酸素は拡散しやすく、第1の金属酸化物に隣接する材料に含まれる酸素の吸収や、第1の金属酸化物に隣接する材料への酸素の放出が容易に行われる。すなわち、酸素を含む第1の材料と、第1の材料よりも酸素の含有量が少ない第2の材料の間に、第1の金属酸化物を設けた場合、第1の材料に含まれる酸素が、第1の金属酸化物を透過して、第2の材料に供給される場合がある。一方、領域Cの金属酸化物(第2の金属酸化物とする)では、酸素の拡散は起こりにくいため、第2の金属酸化物は、酸素の透過を抑制し、酸素に対するブロック層として機能する場合がある。すなわち、酸素を含む第3の材料と、第3の材料よりも酸素の含有量が少ない第4の材料の間に、第2の金属酸化物を設けることで、第3の材料に含まれる酸素は、第2の金属酸化物により拡散が抑制され、第4の材料への供給が抑制される場合がある。   In the region A having a high indium content, particularly in the metal oxide in the region B (hereinafter referred to as a first metal oxide), oxygen is easily diffused, and oxygen absorbed in a material adjacent to the first metal oxide can be absorbed or absorbed. The release of oxygen to the material adjacent to the first metal oxide is easily performed. That is, when the first metal oxide is provided between the first material containing oxygen and the second material having a lower oxygen content than the first material, the oxygen contained in the first material May be supplied to the second material through the first metal oxide. On the other hand, in the metal oxide in the region C (referred to as the second metal oxide), diffusion of oxygen hardly occurs. Therefore, the second metal oxide suppresses the transmission of oxygen and functions as a blocking layer for oxygen. There are cases. That is, by providing the second metal oxide between the third material containing oxygen and the fourth material having a lower oxygen content than the third material, the oxygen contained in the third material can be obtained. In some cases, diffusion may be suppressed by the second metal oxide, and supply to the fourth material may be suppressed.

以上のように、金属酸化物における原子数比は、電気伝導特性の観点、および酸素拡散特性の観点から重要であり、金属酸化物に求められる特性に応じて制御されるべきである。   As described above, the atomic ratio in the metal oxide is important from the viewpoint of the electric conduction characteristics and the oxygen diffusion characteristics, and should be controlled according to the characteristics required for the metal oxide.

金属酸化物をスパッタリング法により形成する場合、スパッタリングターゲットの原子数比が膜の原子数比に依存する。金属酸化物として、In−M−Zn酸化物を用いる場合、スパッタリングターゲットとしては、多結晶のIn−M−Zn酸化物を含むターゲットを用いると好ましい。なお、成膜される金属酸化物の原子数比は、上記のスパッタリングターゲットに含まれる金属元素の原子数比のプラスマイナス40%の変動を含む。例えば、金属酸化物に用いるスパッタリングターゲットの組成がIn:Ga:Zn=4:2:4.1[原子数比]の場合、成膜される金属酸化物の組成は、In:Ga:Zn=4:2:3[原子数比]の近傍となる場合がある。また、金属酸化物に用いるスパッタリングターゲットの組成がIn:Ga:Zn=5:1:7[原子数比]の場合、成膜される金属酸化物の組成は、In:Ga:Zn=5:1:6[原子数比]の近傍となる場合がある。   When a metal oxide is formed by a sputtering method, the atomic ratio of a sputtering target depends on the atomic ratio of a film. In the case where an In-M-Zn oxide is used as the metal oxide, it is preferable to use a target including a polycrystalline In-M-Zn oxide as the sputtering target. Note that the atomic ratio of the metal oxide to be formed includes a variation of ± 40% of the atomic ratio of the metal element contained in the sputtering target. For example, when the composition of the sputtering target used for the metal oxide is In: Ga: Zn = 4: 2: 4.1 [atomic ratio], the composition of the formed metal oxide is In: Ga: Zn = It may be in the vicinity of 4: 2: 3 [atomic ratio]. When the composition of the sputtering target used for the metal oxide is In: Ga: Zn = 5: 1: 7 [atomic ratio], the composition of the metal oxide to be formed is In: Ga: Zn = 5: It may be in the vicinity of 1: 6 [atomic ratio].

なお、金属酸化物が有する性質は、原子数比によって一義的に定まらない。同じ原子数比であっても、形成条件により、金属酸化物の性質が異なる場合がある。例えば、金属酸化物をスパッタリング装置にて成膜する場合、ターゲットの原子数比からずれた原子数比の膜が形成される。また、成膜時の基板温度によっては、ターゲットの[Zn]よりも、膜の[Zn]が小さくなる場合がある。従って、図示する領域は、金属酸化物が特定の特性を有する傾向がある原子数比を示す領域であり、領域A乃至領域Cの境界は厳密ではない。   Note that the properties of the metal oxide are not uniquely determined by the atomic ratio. Even with the same atomic ratio, the properties of the metal oxide may be different depending on the formation conditions. For example, when a metal oxide is formed by a sputtering apparatus, a film having an atomic ratio deviated from the atomic ratio of the target is formed. [Zn] of the film may be smaller than [Zn] of the target depending on the substrate temperature at the time of film formation. Therefore, the illustrated region is a region having an atomic ratio in which the metal oxide tends to have specific characteristics, and the boundaries between the regions A to C are not strict.

ここで、原子数比が異なる金属酸化物を複数積層する場合、それぞれの原子数比に対応する複数のスパッタリングターゲット、およびこれらを設置する複数のチャンバーが必要となる。   Here, when a plurality of metal oxides having different atomic ratios are stacked, a plurality of sputtering targets corresponding to the respective atomic ratios and a plurality of chambers in which these are installed are required.

また、スパッタリング法を用いた成膜では、成膜中の粒子が、被成膜面に入射するため、被成膜面に別途膜が形成されている場合、該膜に成膜ダメージを与える恐れがある。ここで、成膜ダメージとは、成膜中の粒子の該膜内への入射による、混合層の形成や、該膜が結晶を有する場合、該膜の結晶化率の低下などを含む。   In addition, in the case of film formation using a sputtering method, particles during film formation are incident on a surface on which a film is to be formed. There is. Here, the film formation damage includes formation of a mixed layer due to the incidence of particles during film formation into the film, and reduction of the crystallization rate of the film when the film has crystals.

スパッタリング法を用いた成膜における上記課題を鑑みると、金属酸化物の原子数比は、金属酸化物の成膜条件で調整できることが好ましい。また、金属酸化物の形成には、成膜ダメージが低減された成膜方法を用いることが好ましい。   In view of the above problem in film formation using a sputtering method, it is preferable that the atomic ratio of the metal oxide can be adjusted by film formation conditions of the metal oxide. In addition, it is preferable to use a film formation method with reduced film formation damage for forming a metal oxide.

上記課題に対し、金属酸化物の形成方法として、ALD法を用いることができる。   To solve the above problem, an ALD method can be used as a method for forming a metal oxide.

ALD法は、プリカーサ分子、あるいはプリカーサに含まれる原子の自己制御性を利用し、一層ずつ原子を堆積することができるので、極薄の成膜が可能、アスペクト比の高い構造への成膜が可能、ピンホールなどの欠陥の少ない成膜が可能、被覆性に優れた成膜が可能、および低温での成膜が可能、などの効果がある。また、ALD法には、プラズマを利用した成膜方法プラズマALD(PEALD:Plasma Enhanced ALD)法も含まれる。プラズマを利用することで、より低温での成膜が可能となり好ましい場合がある。なお、ALD法で用いるプリカーサには炭素や塩素などの元素を含むものがある。このため、ALD法により設けられた膜は、他の成膜法により設けられた膜と比較して、炭素や塩素などの元素を多く含む場合がある。なお、これらの元素の定量は、X線光電子分光法(XPS:X−ray Photoelectron Spectroscopy)を用いて行うことができる。   The ALD method enables the deposition of atoms one by one by utilizing the self-controllability of the precursor molecules or the atoms contained in the precursor, so that an extremely thin film can be formed, and a film having a high aspect ratio can be formed. It is possible to form a film with few defects such as pinholes, to form a film with excellent coverage, and to form a film at a low temperature. The ALD method also includes a plasma-enhanced ALD (PEALD: Plasma Enhanced ALD) method using a plasma. The use of plasma enables a film formation at a lower temperature, which is preferable in some cases. Some precursors used in the ALD method include elements such as carbon and chlorine. For this reason, a film formed by an ALD method may contain more elements such as carbon and chlorine than a film formed by another film formation method. In addition, the quantification of these elements can be performed using X-ray photoelectron spectroscopy (XPS: X-ray Photoelectron Spectroscopy).

ALD法は、ターゲットなどから放出される粒子が堆積する成膜方法とは異なり、被処理物の表面における反応により膜が形成される成膜方法である。したがって、被処理物の形状の影響を受けにくく、良好な段差被覆性を有する成膜方法である。特に、ALD法は、優れた段差被覆性と、優れた厚さの均一性を有するため、アスペクト比の高い開口部の表面を被覆する場合などに好適である。ただし、ALD法は、比較的成膜速度が遅いため、成膜速度の速いCVD法などの他の成膜方法と組み合わせて用いることが好ましい場合もある。   The ALD method is different from a film formation method in which particles emitted from a target or the like are deposited, and is a film formation method in which a film is formed by a reaction on the surface of an object to be processed. Therefore, the film forming method is less affected by the shape of the object to be processed and has good step coverage. In particular, since the ALD method has excellent step coverage and excellent thickness uniformity, it is suitable for covering the surface of an opening having a high aspect ratio. However, since the ALD method has a relatively low deposition rate, it may be preferable to use the ALD method in combination with another deposition method such as a CVD method with a high deposition rate.

ALD法は、原料ガスの導入量によって、得られる膜の組成を制御することができる。例えば、ALD法では、原料ガスの導入量や導入回数(パルス回数ともいう)によって、任意の組成の膜を成膜することができる。また、例えば、ALD法では、成膜しながら原料ガスを変化させることによって、組成が連続的に変化した膜を成膜することができる。原料ガスを変化させながら成膜する場合、複数の成膜室を用いて成膜する場合と比べて、搬送や圧力調整に掛かる時間を要さない分、成膜に掛かる時間を短くすることができる。したがって、半導体装置の生産性を高めることができる場合がある。   In the ALD method, the composition of the obtained film can be controlled by the amount of the source gas introduced. For example, in the ALD method, a film having an arbitrary composition can be formed depending on the amount of introduced source gas and the number of introductions (also referred to as the number of pulses). Further, for example, in the ALD method, a film whose composition is continuously changed can be formed by changing the source gas while forming the film. When film formation is performed while changing the source gas, the time required for film formation can be shortened as compared with the case of film formation using a plurality of film formation chambers, because the time required for transport and pressure adjustment is not required. it can. Therefore, the productivity of the semiconductor device may be improved in some cases.

<ALD装置およびALD法を用いた成膜方法>
ここで、本発明の一態様の金属酸化物の形成に用いることができるALD装置、およびALD法を用いた成膜方法について説明する。
<ALD apparatus and film formation method using ALD method>
Here, an ALD apparatus that can be used for forming the metal oxide of one embodiment of the present invention and a film formation method using the ALD method are described.

ALD法を利用した成膜装置は、反応のための第1の原料ガス(前駆体、プリカーサ、金属プリカーサとも呼ぶ)と第2の原料ガス(反応剤、リアクタント、非金属プリカーサとも呼ぶ)を交互にチャンバーに導入し、これらの原料ガスの導入を繰り返すことで成膜を行う。なお、原料ガスの導入の切り替えは、例えば、それぞれのスイッチングバルブ(高速バルブとも呼ぶ)を切り替えて行うことができる。また、原料ガス導入の際、窒素(N)やアルゴン(Ar)などの不活性ガスをキャリアガスとして原料ガスと一緒にチャンバーに導入してもよい。キャリアガスを用いることで、原料ガスの揮発性が低い、あるいは蒸気圧が低い場合でも、原料ガスが配管内部やバルブ内部に吸着することを抑制し、原料ガスをチャンバーに導入することが可能になる。また、形成される膜の均一性も向上し、好ましい。 A film forming apparatus using the ALD method alternates a first source gas (also called a precursor, a precursor, or a metal precursor) and a second source gas (also called a reactant, a reactant, or a non-metal precursor) for a reaction. Then, the film is formed by repeating the introduction of these source gases. The switching of the introduction of the source gas can be performed, for example, by switching the respective switching valves (also referred to as high-speed valves). In addition, when introducing the source gas, an inert gas such as nitrogen (N 2 ) or argon (Ar) may be introduced into the chamber together with the source gas as a carrier gas. By using a carrier gas, even when the volatility of the raw material gas is low or the vapor pressure is low, it is possible to prevent the raw material gas from being adsorbed inside the piping or the valve and to introduce the raw material gas into the chamber. Become. Further, the uniformity of the formed film is also improved, which is preferable.

ALD法を用いた成膜方法の一例を、図11を用いて説明する。まず、第1の原料ガスをチャンバーに導入し(図11(A)参照)、基板表面にプリカーサ601を吸着させる(第1ステップ)。ここで、プリカーサ601が基板表面に吸着することにより、表面化学反応の自己停止機構が作用し、基板上のプリカーサの層の上にさらにプリカーサが吸着することはない(図11(B)参照)。なお、表面化学反応の自己停止機構が作用する基板温度の適正範囲をALD Windowとも呼ぶ。ALD Windowは、プリカーサの温度特性、蒸気圧、分解温度などによって決まるが、100℃以上500℃以下、好ましくは、200℃以上400℃以下とする。次に、真空排気によって、余剰なプリカーサや反応生成物などをチャンバーから排出する(第2ステップ)。また、真空排気を行う代わりに不活性ガス(アルゴン、或いは窒素など)などをチャンバーに導入し、余剰なプリカーサや反応生成物などをチャンバーから排出してもよい。このステップは、パージとも呼ばれる。次に、第2の原料ガスとして、リアクタント602(例えば、酸化剤(オゾン(O)、酸素(O)、水(HO)、およびこれらのプラズマ、ラジカル、イオンなど))をチャンバーに導入し(図11(C)参照)、基板表面に吸着したプリカーサ601と反応させて、膜の構成分子を基板に吸着させたままプリカーサ601に含まれる成分の一部を離脱させる(第3ステップ)(図11(D)参照)。次に、真空排気または不活性ガスの導入によって、余剰なリアクタント602や反応生成物などをチャンバーから排出する(第4ステップ)。 An example of a film formation method using the ALD method will be described with reference to FIGS. First, a first source gas is introduced into the chamber (see FIG. 11A), and the precursor 601 is adsorbed on the substrate surface (first step). Here, when the precursor 601 is adsorbed on the substrate surface, a self-stopping mechanism of the surface chemical reaction is activated, and the precursor is not further adsorbed on the precursor layer on the substrate (see FIG. 11B). . Note that the appropriate range of the substrate temperature at which the self-stop mechanism of the surface chemical reaction acts is also referred to as ALD Window. The ALD window is determined by the temperature characteristics, vapor pressure, decomposition temperature, and the like of the precursor, and is set to 100 ° C. to 500 ° C., preferably 200 ° C. to 400 ° C. Next, excess precursors, reaction products, and the like are discharged from the chamber by vacuum evacuation (second step). Instead of vacuum evacuation, an inert gas (eg, argon or nitrogen) or the like may be introduced into the chamber, and surplus precursor or reaction products may be exhausted from the chamber. This step is also called purging. Next, a reactant 602 (for example, an oxidant (ozone (O 3 ), oxygen (O 2 ), water (H 2 O), and plasma, radicals, ions, and the like thereof)) is supplied as a second source gas to the chamber. (See FIG. 11C), and reacts with the precursor 601 adsorbed on the substrate surface to release some of the components contained in the precursor 601 while adsorbing the constituent molecules of the film on the substrate (third). Step) (see FIG. 11D). Next, excess reactants 602, reaction products, and the like are exhausted from the chamber by evacuation or introduction of an inert gas (fourth step).

なお、以降の本明細書の記載において、特段の記載がない限り、リアクタント、または酸化剤としてオゾン、酸素、水を用いる場合、これらは、ガスや分子の状態に限らず、プラズマ状態、ラジカル状態、およびイオン状態のものも含むものとする。プラズマ状態、ラジカル状態、あるいはイオン状態の酸化剤を用いて成膜する場合、後述するラジカルALD装置や、プラズマALD装置を用いれば良い。   In the following description of the present specification, unless otherwise specified, when ozone, oxygen, or water is used as a reactant or an oxidizing agent, these are not limited to a gas or molecular state, but a plasma state or a radical state. , And in the ionic state. When a film is formed using an oxidizing agent in a plasma state, a radical state, or an ion state, a radical ALD apparatus or a plasma ALD apparatus described later may be used.

酸化剤として、プリカーサに含まれる炭素を除去するには水を用いることが好ましい。水に含まれる水素が、プリカーサに含まれる炭素と反応して、炭素を効率よくプリカーサから離脱させることができる。一方、形成される膜中に含まれる水素を極力減らしたい場合は、酸化剤として、水素を含まないオゾンや酸素を用いることが好ましい。また、第1の酸化剤として、水をチャンバーに導入することで、プリカーサに含まれる炭素を除去した後、真空排気を行い、第2の酸化剤として水素を含まないオゾンや酸素をチャンバーに導入して水素を除去し、真空排気を行ってもよい。その後、所望の膜厚が得られるまで第1ステップから第4ステップを繰り返し行う。   As the oxidizing agent, water is preferably used to remove carbon contained in the precursor. Hydrogen contained in water reacts with carbon contained in the precursor, so that carbon can be efficiently released from the precursor. On the other hand, when it is desired to reduce hydrogen contained in the formed film as much as possible, it is preferable to use ozone or oxygen containing no hydrogen as the oxidizing agent. Further, water is introduced into the chamber as a first oxidizing agent to remove carbon contained in the precursor, and then evacuated, and ozone and oxygen containing no hydrogen are introduced into the chamber as a second oxidizing agent. To remove hydrogen and then perform evacuation. After that, the first to fourth steps are repeated until a desired film thickness is obtained.

なお、上記の説明では、第1の原料ガスをチャンバーに導入してから、第2の原料ガスをチャンバーに導入する例を示したが、本発明はこれに限らない。第2の原料ガスをチャンバーに導入してから、第1の原料ガスをチャンバーに導入してもよい。つまり、初めに上記第3ステップ、および第4ステップの後に、第1ステップ、第2ステップ、第3ステップ、および第4ステップを行い、以降第1ステップ乃至第4ステップを繰り返し行うことで成膜を行ってもよい。さらに、上記第3ステップ、および第4ステップを複数回繰り返してから、第1ステップ乃至第4ステップを繰り返し行うことで成膜を行ってもよい。   In the above description, an example is shown in which the first source gas is introduced into the chamber and then the second source gas is introduced into the chamber, but the present invention is not limited to this. The first source gas may be introduced into the chamber after the second source gas is introduced into the chamber. That is, first, after the third step and the fourth step, the first step, the second step, the third step, and the fourth step are performed, and thereafter, the first step to the fourth step are repeatedly performed. May be performed. Further, the third step and the fourth step may be repeated a plurality of times, and then the first to fourth steps may be repeatedly performed to form a film.

このように、第1のステップの前に、第3のステップ、および第4のステップを1回ずつ、あるいは複数回行うことは、チャンバー内の成膜雰囲気を制御できるため好ましい。例えば、第3のステップとして、酸化剤を導入することで、チャンバー内は酸素雰囲気とすることができる。酸素雰囲気で成膜を開始すると、形成される膜中の酸素濃度を高くでき、好ましい。さらに、当該膜の下地となる絶縁体や酸化物にも酸素を供給できる。このような方法を用いて形成された半導体装置は、良好な特性を有し、高い信頼性を得ることができる。   As described above, it is preferable that the third step and the fourth step be performed once or plural times before the first step because the film formation atmosphere in the chamber can be controlled. For example, as a third step, by introducing an oxidizing agent, the inside of the chamber can be made to have an oxygen atmosphere. Starting film formation in an oxygen atmosphere can increase the oxygen concentration in the formed film, which is preferable. Further, oxygen can be supplied to an insulator or an oxide which is a base of the film. A semiconductor device formed using such a method has favorable characteristics and high reliability can be obtained.

また、第1ステップ、および第2ステップの後に、第3ステップにおける第2の原料ガスの導入と、第4ステップにおける真空排気または不活性ガスの導入を複数回繰り返し行ってもよい。つまり、第1ステップ、第2ステップ、第3ステップ、第4ステップ、第3ステップ、第4ステップ、と第3ステップと第4ステップを繰り返し行った後に、第1ステップ、および第2ステップを行ってもよい。   Further, after the first step and the second step, the introduction of the second source gas in the third step and the evacuation or introduction of the inert gas in the fourth step may be repeated a plurality of times. That is, the first step, the second step, the third step, the fourth step, the third step, the fourth step, and the third step and the fourth step are repeatedly performed, and then the first step and the second step are performed. You may.

例えば、第3ステップで酸化剤としてO、およびOを導入し、第4ステップで真空排気を行い、この工程を複数回繰り返してもよい。 For example, O 3 and O 2 may be introduced as oxidizing agents in the third step, and evacuation may be performed in the fourth step, and this step may be repeated a plurality of times.

また、第3ステップと第4ステップを繰り返す場合、必ずしも同じ種類の原料ガスの導入を繰り返す必要はない。例えば、1回目の第3ステップで酸化剤としてHOを用い、2回目以降の第3ステップで酸化剤としてOを用いてもよい。 When the third step and the fourth step are repeated, it is not always necessary to repeat the introduction of the same type of source gas. For example, H 2 O may be used as the oxidizing agent in the first third step, and O 3 may be used as the oxidizing agent in the second and subsequent third steps.

このようにして、チャンバー内で酸化剤の導入と真空排気(または不活性ガスの導入)を短時間で複数回繰り返すことで、基板表面に吸着したプリカーサから、余分な水素原子、炭素原子、塩素原子などをより確実に取り除き、チャンバーの外に排除することができる。また、酸化剤の種類を2種類に増やすことにより、基板表面に吸着したプリカーサから、余分な水素原子などをより多く取り除くことができる。このように、成膜中に水素原子が膜中に取り込まれないようにすることにより形成した膜に含まれる水、水素などを低減することができる。   In this way, the introduction of the oxidizing agent and the evacuation (or the introduction of the inert gas) in the chamber are repeated a plurality of times in a short period of time, so that extra hydrogen atoms, carbon atoms, and chlorine are removed from the precursor adsorbed on the substrate surface. Atoms can be more reliably removed and removed outside the chamber. In addition, by increasing the number of types of the oxidizing agents to two, it is possible to remove excess hydrogen atoms and the like from the precursor adsorbed on the substrate surface. In this manner, water and hydrogen contained in the formed film can be reduced by preventing hydrogen atoms from being taken into the film during the film formation.

このような方法を用いることにより、TDS分析にて100℃以上700℃以下または100℃以上500℃以下の表面温度の範囲で、水分子の脱離量が1.0×1013molecule/cm以上1.0×1016molecule/cm以下、さらに好ましくは1.0×1013molecule/cm以上3.0×1015molecule/cm以下となる膜を形成することができる。 By using such a method, the desorption amount of water molecules is 1.0 × 10 13 molecular / cm 2 in the surface temperature range of 100 ° C. to 700 ° C. or 100 ° C. to 500 ° C. by TDS analysis. A film having a thickness of 1.0 × 10 16 molecular / cm 2 or less, more preferably 1.0 × 10 13 molecular / cm 2 or more and 3.0 × 10 15 molecular / cm 2 or less can be formed.

このようにして、基板表面に第1の単一層を成膜することができ、第1ステップ乃至第4ステップを再び行うことで、第1の単一層の上に第2の単一層を積層することができる。第1ステップ乃至第4ステップを、ガス導入を制御しつつ、膜が所望の厚さになるまで複数回繰り返すことで、段差被覆性に優れた薄膜を形成することができる。薄膜の厚さは、繰り返す回数によって調節することができるため、精密な膜厚調節が可能であり、微細なトランジスタを作製する場合に適している。   In this manner, the first single layer can be formed on the surface of the substrate, and the first to fourth steps are performed again, whereby the second single layer is stacked on the first single layer. be able to. By repeating the first to fourth steps a plurality of times while controlling the gas introduction until the film has a desired thickness, a thin film having excellent step coverage can be formed. Since the thickness of the thin film can be adjusted by the number of repetitions, precise film thickness adjustment is possible, which is suitable for manufacturing a fine transistor.

また、上記方法で形成された膜は層状の構造を有する場合がある。さらに、上記方法で形成された膜が結晶構造を有する場合、該膜のc軸は、被成膜面の法線方向と概略平行な方向に配向する。すなわち、該膜のc軸は、被成膜面に対して垂直に配向する。詳細は後述するが、本明細書では、このような結晶構造をCAAC構造と称し、CAAC構造を有する酸化物半導体(金属酸化物)を、CAAC−OSと称する場合がある。ALD法を用いることで、CAAC構造を有する金属酸化物を形成することが可能である。   Further, the film formed by the above method may have a layered structure. Further, when the film formed by the above method has a crystal structure, the c-axis of the film is oriented in a direction substantially parallel to the normal direction of the surface on which the film is to be formed. That is, the c-axis of the film is oriented perpendicular to the film formation surface. Although details are described later, such a crystal structure is referred to as a CAAC structure in this specification, and an oxide semiconductor (metal oxide) having the CAAC structure is referred to as a CAAC-OS in some cases. By using the ALD method, a metal oxide having a CAAC structure can be formed.

ALD法は、熱エネルギーを用いてプリカーサ、およびリアクタントを反応させて行う成膜方法である。プリカーサ、およびリアクタントの反応に必要な温度は、それらの温度特性、蒸気圧、分解温度などによって決まるが、100℃以上500℃以下、好ましくは、200℃以上400℃以下とする。さらに、上記のプリカーサ、およびリアクタントの反応に加え、第3の原料ガスとして、プラズマ励起されたリアクタントもチャンバーに導入することで処理を行うALD法をプラズマALD法と呼ぶことがある。この場合、第3の原料ガスの導入部には、プラズマ生成装置が設けられる。プラズマの生成には、誘導結合プラズマ(Inductively Coupled Plasma: ICP)を用いることができる。またこれに対して、プリカーサ及びリアクタントの反応を熱エネルギーで行うALD法を熱ALD法と呼ぶことがある。   The ALD method is a film formation method performed by reacting a precursor and a reactant using thermal energy. The temperature required for the reaction of the precursor and the reactant is determined by their temperature characteristics, vapor pressure, decomposition temperature, etc., and is set to 100 ° C to 500 ° C, preferably 200 ° C to 400 ° C. Further, in addition to the above-described reaction of the precursor and the reactant, the ALD method in which the plasma-excited reactant is introduced into the chamber as the third source gas to perform the treatment may be referred to as a plasma ALD method. In this case, a plasma generating device is provided at the introduction portion of the third source gas. For generation of plasma, inductively coupled plasma (ICP) can be used. On the other hand, the ALD method in which the reaction between the precursor and the reactant is performed with thermal energy may be referred to as a thermal ALD method.

プラズマALD法では、第3ステップにおいてプラズマ励起されたリアクタントを導入して成膜を行う。あるいは、上記第1ステップ乃至第4ステップを繰り返し行うと同時に、プラズマ励起されたリアクタント(第2のリアクタント)を導入することで、成膜が行われる。この場合、第3ステップで導入されるリアクタントを第1のリアクタントと呼ぶ。プラズマALD法において、第3の原料ガスに用いる第2のリアクタントは、上記酸化剤と同様の材料を用いることができる。すなわち、第2のリアクタントとして、プラズマ励起されたオゾン、酸素、および水を用いることができる。また、第2のリアクタントとして、酸化剤の他に、窒化剤を用いてもよい。窒化剤としては、窒素(N)やアンモニア(NH)を用いることができる。また、窒素(N)と水素(H)の混合ガスを窒化剤として用いることができる。例えば、窒素(N)5%、水素(H)95%の混合ガスを窒化剤として用いることができる。プラズマ励起された窒素やアンモニアを導入しながら成膜を行うことで、金属窒化膜などの窒化膜を形成することができる。 In the plasma ALD method, a reactant excited by plasma in the third step is introduced to form a film. Alternatively, the film formation is performed by introducing the plasma-excited reactant (second reactant) at the same time as repeating the first to fourth steps. In this case, the reactant introduced in the third step is called a first reactant. In the plasma ALD method, the second reactant used for the third source gas can use the same material as the oxidizing agent. That is, plasma-excited ozone, oxygen, and water can be used as the second reactant. Further, a nitriding agent may be used as the second reactant in addition to the oxidizing agent. Nitrogen (N 2 ) or ammonia (NH 3 ) can be used as the nitriding agent. Further, a mixed gas of nitrogen (N 2 ) and hydrogen (H 2 ) can be used as a nitriding agent. For example, a mixed gas of nitrogen (N 2 ) 5% and hydrogen (H 2 ) 95% can be used as a nitriding agent. By forming a film while introducing plasma-excited nitrogen or ammonia, a nitride film such as a metal nitride film can be formed.

また、第2のリアクタントのキャリアガスとして、アルゴン(Ar)や窒素(N)を用いてもよい。アルゴンや窒素などのキャリアガスを用いることで、プラズマの放電が容易になり、プラズマ励起された第2のリアクタントが容易に生成されるため、好ましい。なお、プラズマALD法を用いて金属酸化膜などの酸化膜を形成する場合、キャリアガスに窒素を用いると、膜中に窒素が混入し、所望の膜質が得られない場合がある。この場合キャリアガスとして、アルゴンを用いることが好ましい。 Further, argon (Ar) or nitrogen (N 2 ) may be used as a carrier gas of the second reactant. Use of a carrier gas such as argon or nitrogen is preferable because plasma discharge is facilitated and a plasma-excited second reactant is easily generated. Note that in the case where an oxide film such as a metal oxide film is formed by a plasma ALD method, when nitrogen is used as a carrier gas, nitrogen is mixed into the film and a desired film quality may not be obtained. In this case, it is preferable to use argon as the carrier gas.

ALD法は、極めて薄い膜を均一な膜厚で成膜することができる。また、凹凸を有する面に対しても、表面被覆率が高い。   The ALD method can form an extremely thin film with a uniform thickness. Further, the surface coverage is high even on a surface having irregularities.

また、プラズマALD法により成膜することで、熱ALD法に比べてさらに低温での成膜が可能となる。プラズマALD法は、例えば、100℃以下でも成膜速度を低下させずに成膜することができる。また、プラズマALD法では、酸化剤だけでなく、窒化剤など多くのリアクタントを用いることができるので、酸化物だけでなく、窒化物、フッ化物、金属など多くの種類の膜を成膜することができる。   Further, by forming a film by the plasma ALD method, a film can be formed at a lower temperature as compared with the thermal ALD method. In the plasma ALD method, for example, a film can be formed at a temperature of 100 ° C. or lower without lowering the film formation rate. In addition, in the plasma ALD method, not only an oxidizing agent but also many reactants such as a nitriding agent can be used, so that not only oxides but also many types of films such as nitrides, fluorides, and metals can be formed. Can be.

また、プラズマALD法を行う場合には、ICP(Inductively Coupled Plasma)などのように基板から離れた状態でプラズマを発生させることもできる。このようにプラズマを発生させることにより、プラズマダメージを抑えることができる。   In the case where the plasma ALD method is performed, plasma can be generated in a state separated from the substrate, such as inductively coupled plasma (ICP). By generating plasma in this way, plasma damage can be suppressed.

以上の方法により、第1の原料ガスに含まれる原子を一成分とする膜、酸化膜、または窒化膜を形成することができる。   Through the above method, a film, an oxide film, or a nitride film containing atoms contained in the first source gas as one component can be formed.

一方、金属酸化物として、複数の金属を含む膜を形成する場合、金属毎に複数のプリカーサを用意し、チャンバーに順次導入すればよい。   On the other hand, when a film containing a plurality of metals is formed as the metal oxide, a plurality of precursors may be prepared for each metal and introduced into the chamber sequentially.

金属酸化物として、In−M−Zn酸化物を形成する場合、インジウムを含む第1のプリカーサを含む原料ガスをチャンバーに導入し、余分な原料ガスを排気(パージ)する。次に、リアクタントとして、酸化剤をチャンバーに導入し、余分なリアクタントを排気する。次に、元素Mを含む第2のプリカーサを含む原料ガスをチャンバーに導入し、余分な原料ガスを排気(パージ)する。次に、リアクタントとして、酸化剤をチャンバーに導入し、余分なリアクタントを排気する。次に、亜鉛を含む第3のプリカーサを含む原料ガスをチャンバーに導入し、余分な原料ガスを排気(パージ)する。次に、リアクタントとして、酸化剤をチャンバーに導入し、余分なリアクタントを排気する。以上の工程を繰り返すことで、インジウムを含む単一層と、元素Mを含む単一層と、亜鉛を含む単一層を含む金属酸化物を形成することができる。なお、原料ガスの導入順序は、上記に限定されない。第1のプリカーサを含む原料ガスの導入後に、第3のプリカーサを含む原料ガスを導入し、その後第2のプリカーサを含む原料ガスを導入してもよく、求められる膜の性質に応じて実施者が適宜決めることができる。また、各原料ガスの導入後に、余分な原料ガスの排気、リアクタントの導入、および排気を適宜行うことができる。なお、金属酸化物は、In−M−Zn酸化物に限らない。上述した通り、金属酸化物は、少なくともインジウムまたは亜鉛を含むことが好ましく、特にインジウムおよび亜鉛を含むことが好ましい。また、金属酸化物に含まれる金属の種類は2種類でもよいし、4種類以上でもよい。   When an In-M-Zn oxide is formed as a metal oxide, a source gas including a first precursor including indium is introduced into a chamber, and excess source gas is exhausted (purged). Next, as a reactant, an oxidant is introduced into the chamber, and excess reactant is exhausted. Next, a source gas containing a second precursor containing the element M is introduced into the chamber, and excess source gas is exhausted (purged). Next, as a reactant, an oxidant is introduced into the chamber, and excess reactant is exhausted. Next, a source gas containing a third precursor containing zinc is introduced into the chamber, and excess source gas is exhausted (purged). Next, as a reactant, an oxidant is introduced into the chamber, and excess reactant is exhausted. By repeating the above steps, a metal oxide including a single layer containing indium, a single layer containing element M, and a single layer containing zinc can be formed. Note that the order of introducing the source gases is not limited to the above. After the introduction of the source gas containing the first precursor, the source gas containing the third precursor may be introduced, and then the source gas containing the second precursor may be introduced. Can be appropriately determined. Further, after the introduction of each source gas, the exhaust of the extra source gas, the introduction of the reactant, and the exhaust can be appropriately performed. Note that the metal oxide is not limited to the In-M-Zn oxide. As described above, the metal oxide preferably contains at least indium or zinc, and particularly preferably contains indium and zinc. Further, the number of types of metals contained in the metal oxide may be two or four or more.

また、金属酸化物に含まれる金属の原子数比は、所望の金属を含むプリカーサを含む原料ガスのチャンバーへの導入回数や、成膜温度の調整により制御できる。例えば、インジウムや亜鉛に対して、元素Mの原子数比を大きくしたい場合は、元素Mを含む第2のプリカーサを含む原料ガスをチャンバーに導入し、余分な原料ガスを排気し、リアクタントとして、酸化剤をチャンバーに導入し、余分なリアクタントを排気した後、再度元素Mを含む第2のプリカーサを含む原料ガスをチャンバーに導入し、余分な原料ガスを排気し、リアクタントとして、酸化剤をチャンバーに導入し、余分なリアクタントを排気すればよい。   The atomic ratio of the metal contained in the metal oxide can be controlled by adjusting the number of introductions of the source gas containing the precursor containing the desired metal into the chamber and adjusting the film formation temperature. For example, when it is desired to increase the atomic ratio of the element M with respect to indium or zinc, a source gas including the second precursor including the element M is introduced into the chamber, an excess source gas is exhausted, and as a reactant, After introducing the oxidizing agent into the chamber and exhausting the excess reactant, the source gas containing the second precursor containing the element M is introduced again into the chamber, and the excess source gas is exhausted. And then exhaust the excess reactants.

また、複数のプリカーサをチャンバーに導入してもよく、例えば、第1のプリカーサを含む原料ガスをチャンバーに導入し、余分な原料ガスを排気し、リアクタントをチャンバーに導入し、余分なリアクタントを排気し、第2のプリカーサ、および第3のプリカーサを含む原料ガスをチャンバーに導入し、余分な原料ガスを排気し、リアクタントをチャンバーに導入し、余分なリアクタントを排気することで、In−M−Zn酸化物を含む金属酸化物を形成してもよい。なお、チャンバーに導入するプリカーサの組み合わせは上記に限定されない。第1のプリカーサ、および第2のプリカーサを含む原料ガスをチャンバーに導入してもよいし、第1のプリカーサ、および第3のプリカーサを含む原料ガスをチャンバーに導入してもよいし、第1のプリカーサ、第2のプリカーサ、および第3のプリカーサを含む原料ガスをチャンバーに導入してもよい。求められる膜の性質に応じて実施者が適宜決めることができる。   Further, a plurality of precursors may be introduced into the chamber. For example, a source gas including the first precursor is introduced into the chamber, an excess source gas is exhausted, a reactant is introduced into the chamber, and an extra reactant is exhausted. Then, the source gas including the second precursor and the third precursor is introduced into the chamber, the excess source gas is exhausted, the reactant is introduced into the chamber, and the extra reactant is exhausted, so that the In-M- A metal oxide containing a Zn oxide may be formed. The combination of the precursors introduced into the chamber is not limited to the above. A source gas including the first precursor and the second precursor may be introduced into the chamber, a source gas including the first precursor and the third precursor may be introduced into the chamber, and the first precursor and the third precursor may be introduced into the chamber. May be introduced into the chamber including the precursor of the second precursor, the second precursor, and the third precursor. The practitioner can appropriately determine the properties of the film required.

また、異なるプリカーサを含む原料ガスを連続してチャンバーに導入してもよい。例えば、第1のプリカーサを含む原料ガスをチャンバーに導入し、余分な原料ガスを排気し、リアクタントをチャンバーに導入し、余分なリアクタントを排気し、第2のプリカーサを含む原料ガスをチャンバーに導入し、余分な原料ガスを排気した後、チャンバーへリアクタントの導入を行わず、続けて第3のプリカーサを含む原料ガスをチャンバーに導入し、余分な原料ガスを排気し、リアクタントをチャンバーに導入し、余分なリアクタントを排気することで、In−M−Zn酸化物を含む金属酸化物を形成してもよい。なお、チャンバーに連続して導入するプリカーサの順序、および組み合わせは上記に限定されない。第3のプリカーサを含む原料ガスをチャンバーに導入した後、第2のプリカーサを含む原料ガスをチャンバーに導入してもよいし、第1のプリカーサを含む原料ガスをチャンバーに導入した後、リアクタントの導入を行わずに、第2のプリカーサを含む原料ガスをチャンバーに導入してもよい。求められる膜の性質に応じて実施者が適宜決めることができる。   Further, source gases containing different precursors may be continuously introduced into the chamber. For example, a source gas containing a first precursor is introduced into a chamber, an excess source gas is exhausted, a reactant is introduced into the chamber, an extra reactant is exhausted, and a source gas containing a second precursor is introduced into the chamber. Then, after exhausting the excess source gas, the reactant is not introduced into the chamber, the source gas including the third precursor is continuously introduced into the chamber, the excess source gas is exhausted, and the reactant is introduced into the chamber. Alternatively, a metal oxide containing an In-M-Zn oxide may be formed by exhausting excess reactants. The order and combination of the precursors continuously introduced into the chamber are not limited to the above. After the source gas containing the third precursor is introduced into the chamber, the source gas containing the second precursor may be introduced into the chamber, or after the source gas containing the first precursor is introduced into the chamber, the reactant gas The source gas containing the second precursor may be introduced into the chamber without being introduced. The practitioner can appropriately determine the properties of the film required.

また、複数の金属を含むプリカーサを用いて金属酸化物を形成してもよい。例えば、1分子中にインジウムと元素Mを含むプリカーサ、1分子中にインジウムと亜鉛を含むプリカーサ、1分子中に元素Mと亜鉛を含むプリカーサなどを用いて金属酸化物を形成してもよい。   Alternatively, a metal oxide may be formed using a precursor containing a plurality of metals. For example, a metal oxide may be formed using a precursor containing indium and element M in one molecule, a precursor containing indium and zinc in one molecule, a precursor containing element M and zinc in one molecule, or the like.

<金属酸化物の構成>
以下では、本発明の一態様で開示されるトランジスタに用いることができるCAC(Cloud−Aligned Composite)−OSの構成について説明する。
<Structure of metal oxide>
The structure of a Cloud-Aligned Composite (CAC) -OS that can be used for the transistor disclosed in one embodiment of the present invention is described below.

なお、本明細書等において、CAAC(c−axis aligned crystal)、及びCAC(Cloud−Aligned Composite)と記載する場合がある。なお、CAACは結晶構造の一例を表し、CACは機能、または材料の構成の一例を表す。   Note that in this specification and the like, CAAC (c-axis aligned crystal) and CAC (Cloud-Aligned Composite) may be used. Note that CAAC represents an example of a crystal structure, and CAC represents an example of a function or structure of a material.

CAC−OSまたはCAC−metal oxideとは、材料の一部では導電性の機能と、材料の一部では絶縁性の機能とを有し、材料の全体では半導体としての機能を有する。なお、CAC−OSまたはCAC−metal oxideを、トランジスタの活性層に用いる場合、導電性の機能は、キャリアとなる電子(またはホール)を流す機能であり、絶縁性の機能は、キャリアとなる電子を流さない機能である。導電性の機能と、絶縁性の機能とを、それぞれ相補的に作用させることで、スイッチングさせる機能(On/Offさせる機能)をCAC−OSまたはCAC−metal oxideに付与することができる。CAC−OSまたはCAC−metal oxideにおいて、それぞれの機能を分離させることで、双方の機能を最大限に高めることができる。   The CAC-OS or CAC-metal oxide has a conductive function in part of a material, an insulating function in part of the material, and a semiconductor function as a whole of the material. Note that in the case where CAC-OS or CAC-metal oxide is used for an active layer of a transistor, a conductive function is a function of flowing electrons (or holes) serving as carriers and an insulating function is a function of flowing electrons (carriers). It is a function that does not flow. A switching function (on / off function) can be given to the CAC-OS or CAC-metal oxide by causing the conductive function and the insulating function to act complementarily. In the CAC-OS or CAC-metal oxide, by separating the respective functions, both functions can be maximized.

また、CAC−OSまたはCAC−metal oxideは、導電性領域、及び絶縁性領域を有する。導電性領域は、上述の導電性の機能を有し、絶縁性領域は、上述の絶縁性の機能を有する。また、材料中において、導電性領域と、絶縁性領域とは、ナノ粒子レベルで分離している場合がある。また、導電性領域と、絶縁性領域とは、それぞれ材料中に偏在する場合がある。また、導電性領域は、周辺がぼけてクラウド状に連結して観察される場合がある。   Further, the CAC-OS or CAC-metal oxide has a conductive region and an insulating region. The conductive region has the above-described conductive function, and the insulating region has the above-described insulating function. In some cases, a conductive region and an insulating region are separated at a nanoparticle level in a material. Further, the conductive region and the insulating region may be unevenly distributed in the material. In some cases, the conductive region is blurred at the periphery and observed in a cloud shape.

また、CAC−OSまたはCAC−metal oxideにおいて、導電性領域と、絶縁性領域とは、それぞれ0.5nm以上10nm以下、好ましくは0.5nm以上3nm以下のサイズで材料中に分散している場合がある。   In the CAC-OS or CAC-metal oxide, the conductive region and the insulating region are each dispersed in a material in a size of 0.5 nm to 10 nm, preferably 0.5 nm to 3 nm. There is.

また、CAC−OSまたはCAC−metal oxideは、異なるバンドギャップを有する成分により構成される。例えば、CAC−OSまたはCAC−metal oxideは、絶縁性領域に起因するワイドギャップを有する成分と、導電性領域に起因するナローギャップを有する成分と、により構成される。当該構成の場合、キャリアを流す際に、ナローギャップを有する成分において、主にキャリアが流れる。また、ナローギャップを有する成分が、ワイドギャップを有する成分に相補的に作用し、ナローギャップを有する成分に連動してワイドギャップを有する成分にもキャリアが流れる。このため、上記CAC−OSまたはCAC−metal oxideをトランジスタのチャネル形成領域に用いる場合、トランジスタのオン状態において高い電流駆動力、つまり大きなオン電流、及び高い電界効果移動度を得ることができる。   Further, CAC-OS or CAC-metal oxide includes components having different band gaps. For example, a CAC-OS or a CAC-metal oxide includes a component having a wide gap due to an insulating region and a component having a narrow gap due to a conductive region. In the case of this configuration, when the carrier flows, the carrier mainly flows in the component having the narrow gap. Further, the component having the narrow gap acts complementarily to the component having the wide gap, and the carrier also flows to the component having the wide gap in conjunction with the component having the narrow gap. Therefore, in the case where the CAC-OS or the CAC-metal oxide is used for a channel formation region of a transistor, high current driving capability, that is, high on-state current and high field-effect mobility can be obtained when the transistor is on.

すなわち、CAC−OSまたはCAC−metal oxideは、マトリックス複合材(matrix composite)、または金属マトリックス複合材(metal matrix composite)と呼称することもできる。   That is, the CAC-OS or the CAC-metal oxide may be referred to as a matrix composite or a metal matrix composite.

[金属酸化物の構造]
酸化物半導体(金属酸化物)は、単結晶酸化物半導体と、それ以外の非単結晶酸化物半導体と、に分けられる。非単結晶酸化物半導体としては、例えば、CAAC−OS、多結晶酸化物半導体、nc−OS、擬似非晶質酸化物半導体(a−like OS:amorphous−like oxide semiconductor)、および非晶質酸化物半導体などがある。
[Structure of metal oxide]
An oxide semiconductor (metal oxide) is classified into a single crystal oxide semiconductor and a non-single-crystal oxide semiconductor. Examples of the non-single-crystal oxide semiconductor include a CAAC-OS, a polycrystalline oxide semiconductor, an nc-OS, a pseudo-amorphous oxide semiconductor (a-like OS), and an amorphous oxide semiconductor. Semiconductors.

CAAC−OSは、c軸配向性を有し、かつa−b面方向において複数のナノ結晶が連結し、歪みを有した結晶構造となっている。なお、歪みとは、複数のナノ結晶が連結する領域において、格子配列の揃った領域と、別の格子配列の揃った領域と、の間で格子配列の向きが変化している箇所を指す。   The CAAC-OS has a c-axis orientation and a crystal structure in which a plurality of nanocrystals are connected in an ab plane direction and has a strain. Note that the strain refers to a region where the orientation of the lattice arrangement changes between a region where the lattice arrangement is uniform and a region where another lattice arrangement is uniform in a region where a plurality of nanocrystals are connected.

ナノ結晶は、六角形を基本とするが、正六角形状とは限らず、非正六角形状である場合がある。また、歪みにおいて、五角形、および七角形などの格子配列を有する場合がある。なお、CAAC−OSにおいて、歪み近傍においても、明確な結晶粒界(グレインバウンダリーともいう。)を確認することは難しい。すなわち、格子配列の歪みによって、結晶粒界の形成が抑制されていることがわかる。これは、CAAC−OSが、a−b面方向において酸素原子の配列が稠密でないことや、金属元素が置換することで原子間の結合距離が変化することなどによって、歪みを許容することができるためである。   The nanocrystal is based on a hexagon, but is not limited to a regular hexagon and may be a non-regular hexagon. In addition, distortion may have a lattice arrangement such as a pentagon and a heptagon. Note that in the CAAC-OS, it is difficult to confirm a clear crystal grain boundary (also referred to as a grain boundary) even in the vicinity of distortion. That is, it is understood that the formation of crystal grain boundaries is suppressed by the distortion of the lattice arrangement. This is because the CAAC-OS can tolerate distortion because the arrangement of oxygen atoms is not dense in the ab plane direction, or the substitution distance of a metal element changes the bonding distance between atoms. That's why.

また、CAAC−OSは、インジウム、および酸素を有する層(以下、In層)と、元素M、亜鉛、および酸素を有する層(以下、(M,Zn)層)とが積層した、層状の結晶構造(層状構造ともいう)を有する傾向がある。なお、インジウムと元素Mは、互いに置換可能であり、(M,Zn)層の元素Mがインジウムと置換した場合、(In,M,Zn)層と表すこともできる。また、In層のインジウムが元素Mと置換した場合、(In,M)層と表すこともできる。   Further, the CAAC-OS is a layered crystal in which a layer containing indium and oxygen (hereinafter, an In layer) and a layer containing elements M, zinc, and oxygen (hereinafter, an (M, Zn) layer) are stacked. It tends to have a structure (also called a layered structure). Note that indium and the element M can be replaced with each other, and when the element M in the (M, Zn) layer is replaced with indium, it can also be referred to as an (In, M, Zn) layer. Further, when indium in the In layer is replaced with the element M, it can also be referred to as an (In, M) layer.

CAAC−OSは結晶性の高い金属酸化物である。一方、CAAC−OSは、明確な結晶粒界を確認することが難しいため、結晶粒界に起因する電子移動度の低下が起こりにくいといえる。また、金属酸化物の結晶性は不純物の混入や欠陥の生成などによって低下する場合があるため、CAAC−OSは不純物や欠陥(酸素欠損(V:oxygen vacancyともいう。)など)の少ない金属酸化物ともいえる。したがって、CAAC−OSを有する金属酸化物は、物理的性質が安定する。そのため、CAAC−OSを有する金属酸化物は熱に強く、信頼性が高い。 CAAC-OS is a metal oxide with high crystallinity. On the other hand, in the CAAC-OS, it is difficult to confirm a clear crystal grain boundary; thus, it can be said that electron mobility due to the crystal grain boundary is not easily reduced. Moreover, since the crystallinity of the metal oxide that may be reduced by such generation of contamination and defects impurities, CAAC-OS impurities and defects (oxygen deficiency (V O:. Oxygen vacancy also referred) etc.) with less metal It can also be called an oxide. Therefore, a metal oxide having a CAAC-OS has stable physical properties. Therefore, the metal oxide including the CAAC-OS is resistant to heat and has high reliability.

nc−OSは、微小な領域(例えば、1nm以上10nm以下の領域、特に1nm以上3nm以下の領域)において原子配列に周期性を有する。また、nc−OSは、異なるナノ結晶間で結晶方位に規則性が見られない。そのため、膜全体で配向性が見られない。したがって、nc−OSは、分析方法によっては、a−like OSや非晶質酸化物半導体と区別が付かない場合がある。   The nc-OS has a periodic atomic arrangement in a minute region (for example, a region with a thickness of 1 nm to 10 nm, particularly a region with a size of 1 nm to 3 nm). In the nc-OS, there is no regularity in crystal orientation between different nanocrystals. Therefore, no orientation is observed in the entire film. Therefore, the nc-OS may not be distinguished from an a-like OS or an amorphous oxide semiconductor depending on an analysis method.

なお、インジウムと、ガリウムと、亜鉛と、を有する金属酸化物の一種である、インジウム−ガリウム−亜鉛酸化物(以下、IGZO)は、上述のナノ結晶とすることで安定な構造をとる場合がある。特に、IGZOは、大気中では結晶成長がし難い傾向があるため、大きな結晶(ここでは、数mmの結晶、または数cmの結晶)よりも小さな結晶(例えば、上述のナノ結晶)とする方が、構造的に安定となる場合がある。   Note that indium-gallium-zinc oxide (hereinafter, referred to as IGZO), which is a kind of metal oxide including indium, gallium, and zinc, may have a stable structure by being formed using the above-described nanocrystal. is there. In particular, since IGZO tends to be difficult to grow in the air, it is preferable to use a smaller crystal (for example, the above-described nanocrystal) than a large crystal (here, a crystal of several mm or a crystal of several cm). However, it may be structurally stable.

a−like OSは、nc−OSと非晶質酸化物半導体との間の構造を有する金属酸化物である。a−like OSは、鬆または低密度領域を有する。すなわち、a−like OSは、nc−OSおよびCAAC−OSと比べて、結晶性が低い。   The a-like OS is a metal oxide having a structure between the nc-OS and an amorphous oxide semiconductor. The a-like OS has a void or a low-density region. That is, the a-like OS has lower crystallinity than the nc-OS and the CAAC-OS.

酸化物半導体(金属酸化物)は、多様な構造をとり、それぞれが異なる特性を有する。本発明の一態様の酸化物半導体は、非晶質酸化物半導体、多結晶酸化物半導体、a−like OS、nc−OS、CAAC−OSのうち、二種以上を有していてもよい。   Oxide semiconductors (metal oxides) have various structures, and each has different characteristics. The oxide semiconductor of one embodiment of the present invention may include two or more of an amorphous oxide semiconductor, a polycrystalline oxide semiconductor, an a-like OS, an nc-OS, and a CAAC-OS.

なお、本発明の一態様の半導体装置においては、酸化物半導体(金属酸化物)の構造に特に限定はないが、好ましくは結晶性を有すると好ましい。例えば、酸化物230をCAAC−OS構造とし、酸化物243を六方晶の結晶構造とすることが出来る。酸化物230、及び酸化物243を上記の結晶構造とすることで、高い信頼性を有する半導体装置とすることができる。   Note that in the semiconductor device of one embodiment of the present invention, the structure of the oxide semiconductor (metal oxide) is not particularly limited, but preferably has crystallinity. For example, the oxide 230 can have a CAAC-OS structure and the oxide 243 can have a hexagonal crystal structure. When the oxide 230 and the oxide 243 have the above crystal structure, a highly reliable semiconductor device can be obtained.

[不純物]
ここで、金属酸化物中における各不純物の影響について説明する。
[impurities]
Here, the influence of each impurity in the metal oxide will be described.

また、金属酸化物にアルカリ金属またはアルカリ土類金属が含まれると、欠陥準位を形成し、キャリアを生成する場合がある。したがって、アルカリ金属またはアルカリ土類金属が含まれている金属酸化物をチャネル形成領域に用いたトランジスタはノーマリーオン特性となりやすい。このため、金属酸化物中のアルカリ金属またはアルカリ土類金属の濃度を低減することが好ましい。具体的には、SIMSにより得られる金属酸化物中のアルカリ金属またはアルカリ土類金属の濃度(二次イオン質量分析法(SIMS:Secondary Ion Mass Spectrometry)により得られる濃度)を、1×1018atoms/cm以下、好ましくは2×1016atoms/cm以下にする。 In addition, when an alkali metal or an alkaline earth metal is contained in a metal oxide, a defect level may be formed and carriers may be generated. Therefore, a transistor in which a metal oxide containing an alkali metal or an alkaline earth metal is used for a channel formation region is likely to have normally-on characteristics. Therefore, it is preferable to reduce the concentration of the alkali metal or the alkaline earth metal in the metal oxide. Specifically, the concentration of an alkali metal or an alkaline earth metal in a metal oxide obtained by SIMS (the concentration obtained by Secondary Ion Mass Spectrometry (SIMS)) is set to 1 × 10 18 atoms. / Cm 3 or less, preferably 2 × 10 16 atoms / cm 3 or less.

また、金属酸化物に含まれる水素は、金属原子と結合する酸素と反応して水になるため、酸素欠損を形成する場合がある。当該酸素欠損に水素が入ることで、キャリアである電子が生成される場合がある。また、水素の一部が金属原子と結合する酸素と結合して、キャリアである電子を生成することがある。従って、水素が含まれている金属酸化物を用いたトランジスタは、ノーマリーオン特性となりやすい。   In addition, hydrogen contained in a metal oxide reacts with oxygen bonded to a metal atom to become water, which may form an oxygen vacancy. When hydrogen enters the oxygen vacancy, electrons serving as carriers are generated in some cases. In addition, part of hydrogen may be bonded to oxygen which is bonded to a metal atom to generate an electron serving as a carrier. Therefore, a transistor including a metal oxide containing hydrogen is likely to have normally-on characteristics.

このため、金属酸化物中の水素はできる限り低減されていることが好ましい。具体的には、金属酸化物において、SIMSにより得られる水素濃度を、1×1020atoms/cm未満、好ましくは1×1019atoms/cm未満、より好ましくは5×1018atoms/cm未満、さらに好ましくは1×1018atoms/cm未満とする。不純物が十分に低減された金属酸化物をトランジスタのチャネル形成領域に用いることで、安定した電気特性を付与することができる。 Therefore, it is preferable that hydrogen in the metal oxide is reduced as much as possible. Specifically, in the metal oxide, the hydrogen concentration obtained by SIMS is less than 1 × 10 20 atoms / cm 3 , preferably less than 1 × 10 19 atoms / cm 3 , and more preferably 5 × 10 18 atoms / cm 3. It is less than 3 and more preferably less than 1 × 10 18 atoms / cm 3 . When a metal oxide with sufficiently reduced impurities is used for a channel formation region of a transistor, stable electric characteristics can be provided.

トランジスタの半導体に用いる金属酸化物として、結晶性の高い薄膜を用いることが好ましい。該薄膜を用いることで、トランジスタの安定性または信頼性を向上させることができる。該薄膜として、例えば、単結晶金属酸化物の薄膜または多結晶金属酸化物の薄膜が挙げられる。しかしながら、単結晶金属酸化物の薄膜または多結晶金属酸化物の薄膜を基板上に形成するには、高温またはレーザー加熱の工程が必要とされる。よって、製造工程のコストが増加し、さらに、スループットも低下してしまう。   It is preferable to use a thin film with high crystallinity as the metal oxide used for the semiconductor of the transistor. With the use of the thin film, stability or reliability of the transistor can be improved. Examples of the thin film include a single crystal metal oxide thin film and a polycrystalline metal oxide thin film. However, forming a thin film of a single crystal metal oxide or a thin film of a polycrystalline metal oxide on a substrate requires a high-temperature or laser heating step. Therefore, the cost of the manufacturing process increases, and the throughput also decreases.

2009年に、CAAC構造を有するIn−Ga−Zn酸化物(CAAC−IGZOと呼ぶ。)が発見されたことが、非特許文献1および非特許文献2で報告されている。ここでは、CAAC−IGZOは、c軸配向性を有する、結晶粒界が明確に確認されない、低温で基板上に形成可能である、ことが報告されている。さらに、CAAC−IGZOを用いたトランジスタは、優れた電気特性および信頼性を有することが報告されている。   It was reported in Non-Patent Documents 1 and 2 that an In-Ga-Zn oxide having a CAAC structure (referred to as CAAC-IGZO) was discovered in 2009. Here, it is reported that CAAC-IGZO has c-axis orientation, crystal grain boundaries are not clearly observed, and can be formed on a substrate at a low temperature. Further, it is reported that a transistor using CAAC-IGZO has excellent electric characteristics and reliability.

また、2013年には、nc構造を有するIn−Ga−Zn酸化物(nc−IGZOと呼ぶ。)が発見された(非特許文献3参照。)。ここでは、nc−IGZOは、微小な領域(例えば、1nm以上3nm以下の領域)において原子配列に周期性を有し、異なる該領域間で結晶方位に規則性が見られないことが報告されている。   In 2013, an In-Ga-Zn oxide having an nc structure (referred to as nc-IGZO) was discovered (see Non-Patent Document 3). Here, it has been reported that nc-IGZO has periodicity in the atomic arrangement in a minute region (for example, a region of 1 nm or more and 3 nm or less) and that there is no regularity in crystal orientation between different regions. I have.

非特許文献4および非特許文献5では、上記のCAAC−IGZO、nc−IGZO、および結晶性の低いIGZOのそれぞれの薄膜に対する電子線の照射による平均結晶サイズの推移が示されている。結晶性の低いIGZOの薄膜において、電子線が照射される前でさえ、1nm程度の結晶性IGZOが観察されている。よって、ここでは、IGZOにおいて、完全な非晶質構造(completely amorphous structure)の存在を確認できなかった、と報告されている。さらに、結晶性の低いIGZOの薄膜と比べて、CAAC−IGZOの薄膜およびnc−IGZOの薄膜は電子線照射に対する安定性が高いことが示されている。よって、トランジスタの半導体として、CAAC−IGZOの薄膜またはnc−IGZOの薄膜を用いることが好ましい。   Non-Patent Documents 4 and 5 show changes in the average crystal size due to the irradiation of an electron beam to each of the thin films of CAAC-IGZO, nc-IGZO, and IGZO having low crystallinity. In an IGZO thin film having low crystallinity, crystalline IGZO of about 1 nm has been observed even before irradiation with an electron beam. Therefore, it is reported here that the existence of a completely amorphous structure in IGZO could not be confirmed. Furthermore, it is shown that the CAAC-IGZO thin film and the nc-IGZO thin film have higher stability to electron beam irradiation than the IGZO thin film having low crystallinity. Therefore, it is preferable to use a thin film of CAAC-IGZO or a thin film of nc-IGZO as a semiconductor of the transistor.

金属酸化物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、具体的には、トランジスタのチャネル幅1μmあたりのオフ電流がyA/μm(10−24A/μm)オーダである、ことが非特許文献6に示されている。例えば、金属酸化物を用いたトランジスタのリーク電流が低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(非特許文献7参照。)。 A transistor including a metal oxide has extremely low leakage current in a non-conducting state. Specifically, the off-state current per 1 μm of channel width of the transistor is in the order of yA / μm (10 −24 A / μm). Is shown in Non-Patent Document 6. For example, a low-power-consumption CPU utilizing the characteristic of low leakage current of a transistor including a metal oxide is disclosed (see Non-Patent Document 7).

また、金属酸化物を用いたトランジスタのリーク電流が低いという特性を利用した、該トランジスタの表示装置への応用が報告されている(非特許文献8参照。)。表示装置では、表示される画像が1秒間に数十回切り換っている。1秒間あたりの画像の切り換え回数はリフレッシュレートと呼ばれている。また、リフレッシュレートを駆動周波数と呼ぶこともある。このような人の目で知覚が困難である高速の画面の切り換えが、目の疲労の原因として考えられている。そこで、表示装置のリフレッシュレートを低下させて、画像の書き換え回数を減らすことが提案されている。また、リフレッシュレートを低下させた駆動により、表示装置の消費電力を低減することが可能である。このような駆動方法を、アイドリング・ストップ(IDS)駆動と呼ぶ。   In addition, an application of a transistor using a metal oxide to a display device, which utilizes a characteristic of a transistor having low leakage current, has been reported (see Non-Patent Document 8). In the display device, the displayed image is switched several tens of times per second. The number of times the image is switched per second is called a refresh rate. Also, the refresh rate may be called a drive frequency. Such high-speed switching of screens, which is difficult to perceive with human eyes, is considered as a cause of eye fatigue. Therefore, it has been proposed to reduce the refresh rate of the display device to reduce the number of times of rewriting the image. Further, power consumption of the display device can be reduced by driving with a reduced refresh rate. Such a driving method is called idling stop (IDS) driving.

CAAC構造およびnc構造の発見は、CAAC構造またはnc構造を有する金属酸化物を用いたトランジスタの電気特性および信頼性の向上、ならびに、製造工程のコスト低下およびスループットの向上に貢献している。また、該トランジスタのリーク電流が低いという特性を利用した、該トランジスタの表示装置およびLSIへの応用研究が進められている。   The discovery of the CAAC structure and the nc structure contributes to improvement in electrical characteristics and reliability of a transistor including a metal oxide having a CAAC structure or an nc structure, reduction in cost of a manufacturing process, and improvement in throughput. In addition, research on application of the transistor to a display device and an LSI utilizing the characteristic of the transistor having a low leak current has been advanced.

前述したとおり、ALD法では、アスペクト比の高い構造への成膜が可能であり、構造体の側面に対しても被覆性に優れた成膜が可能である。ALD法を用いることで、被成膜面の向きによらず、容易にCAAC構造の金属酸化物を形成することができる。例えば、構造体が凸型形状や、凹型形状を有しているとしても、構造体の上面、底面、側面、および傾斜を有する面に対して被覆性よく金属酸化物を形成することができる。すなわち、それぞれの被成膜面において、法線方向に概略一定の膜厚を有する金属酸化物を形成することができる。構造体の上面、底面、側面、および傾斜を有する面それぞれに形成された金属酸化物において、最大膜厚に対する最小膜厚の比を0.5以上1以下、好ましくは0.7以上1以下、より好ましくは、0.9以上1以下とすることができる。このとき、金属酸化物が結晶構造を有する場合、そのc軸は、それぞれの被成膜面の法線方向と概略平行な方向に配向する。すなわち、c軸は、それぞれの被成膜面に対して垂直に配向する。   As described above, the ALD method can form a film on a structure having a high aspect ratio, and can form a film with excellent coverage even on the side surface of the structure. By using the ALD method, a metal oxide having a CAAC structure can be easily formed regardless of the direction of a deposition surface. For example, even when the structure has a convex shape or a concave shape, a metal oxide can be formed with good coverage on the top surface, the bottom surface, the side surface, and the inclined surface of the structure. That is, a metal oxide having a substantially constant thickness in the normal direction can be formed on each of the deposition surfaces. In the metal oxide formed on the top surface, the bottom surface, the side surfaces, and the inclined surface of the structure, the ratio of the minimum thickness to the maximum thickness is 0.5 or more and 1 or less, preferably 0.7 or more and 1 or less More preferably, it can be set to 0.9 or more and 1 or less. At this time, when the metal oxide has a crystal structure, its c-axis is oriented in a direction substantially parallel to a normal direction of each film formation surface. That is, the c-axis is oriented perpendicular to the respective deposition surfaces.

図12は、構造体50に形成されたIn−M−Zn酸化物を有する金属酸化物51を示す図である。ここで、構造体とは、トランジスタなどの半導体装置を構成する要素を指す。構造体50として、基板、ゲート電極、ソース電極、およびドレイン電極などの導電体、ゲート絶縁膜、層間絶縁膜、下地絶縁膜等の絶縁体、金属酸化物やシリコンなどの半導体、などが含まれる。図12(A)では、構造体50の被成膜面が基板(あるいは基体、図示しない。)に対して平行に配置される場合を示している。図12(B)は、図12(A)における金属酸化物51の一部である領域53の拡大図である。図12(B)では、構造体50の上面、あるいは底面にインジウムを含む層と、元素Mおよび亜鉛を含む層が積層されている様子を示している。Inを含む層は、構造体50の被成膜面に平行に配置され、その上に元素Mおよび亜鉛を含む層が、構造体50の被成膜面に平行に配置されている。すなわち、金属酸化物51のa−b面は、構造体50の被成膜面に対して概略平行であり、金属酸化物51のc軸は、構造体50の被成膜面の法線方向と概略平行である。   FIG. 12 is a diagram illustrating a metal oxide 51 including an In-M-Zn oxide formed in the structure 50. Here, the structure refers to an element included in a semiconductor device such as a transistor. The structure 50 includes conductors such as a substrate, a gate electrode, a source electrode, and a drain electrode; insulators such as a gate insulating film, an interlayer insulating film and a base insulating film; and semiconductors such as metal oxide and silicon. . FIG. 12A illustrates a case where the deposition surface of the structure body 50 is arranged in parallel with a substrate (or a base, not shown). FIG. 12B is an enlarged view of a region 53 which is a part of the metal oxide 51 in FIG. FIG. 12B illustrates a state in which a layer containing indium and a layer containing element M and zinc are stacked on the top surface or the bottom surface of the structure 50. The layer containing In is arranged in parallel with the film formation surface of the structure 50, and a layer containing the element M and zinc is arranged thereon in parallel with the film formation surface of the structure 50. That is, the a-b plane of the metal oxide 51 is substantially parallel to the film formation surface of the structure 50, and the c-axis of the metal oxide 51 is the normal direction of the film formation surface of the structure 50. And approximately parallel.

図12(C)では、構造体50の被成膜面が基板(あるいは基体、図示しない。)に対して垂直に配置される場合を示している。図12(D)は、図12(C)における金属酸化物51の一部である領域54の拡大図である。図12(D)では、構造体50の側面にインジウムを含む層と、元素Mおよび亜鉛を含む層が積層されている様子を示している。Inを含む層は、構造体50の被成膜面に平行に配置され、その上に元素Mおよび亜鉛を含む層が、構造体50の被成膜面に平行に配置されている。すなわち、金属酸化物51のa−b面は、構造体50の被成膜面に対して概略平行であり、金属酸化物51のc軸は、構造体50の被成膜面の法線方向と概略平行である。   FIG. 12C illustrates a case where the deposition surface of the structure body 50 is arranged perpendicular to a substrate (or a base, not illustrated). FIG. 12D is an enlarged view of a region 54 which is a part of the metal oxide 51 in FIG. FIG. 12D illustrates a state where a layer containing indium and a layer containing element M and zinc are stacked on the side surface of the structure 50. The layer containing In is arranged in parallel with the film formation surface of the structure 50, and a layer containing the element M and zinc is arranged thereon in parallel with the film formation surface of the structure 50. That is, the a-b plane of the metal oxide 51 is substantially parallel to the film formation surface of the structure 50, and the c-axis of the metal oxide 51 is the normal direction of the film formation surface of the structure 50. And approximately parallel.

ここで図13を用いて、In−M−Zn酸化物を有する金属酸化物51の形成方法の詳細を示す。なお、図13では、インジウムを含む層としてInO層を形成し、その上に元素Mおよび亜鉛を含む層として(M,Zn)O層を形成する例を示すが、本実施の形態はこれに限らない。まず、(M,Zn)O層を形成し、その上にInO層を形成してもよい。また、InO層の上に、元素Mを含む層と亜鉛を含む層の一方を形成し、その上に元素Mを含む層と亜鉛を含む層の他方を形成してもよい。   Here, a method for forming the metal oxide 51 including an In-M-Zn oxide is described in detail with reference to FIGS. Note that FIG. 13 illustrates an example in which an InO layer is formed as a layer containing indium, and an (M, Zn) O layer is formed thereover as a layer containing an element M and zinc. In this embodiment, Not exclusively. First, an (M, Zn) O layer may be formed, and an InO layer may be formed thereon. Alternatively, one of a layer containing element M and a layer containing zinc may be formed over the InO layer, and the other of the layer containing element M and the layer containing zinc may be formed thereover.

まず、インジウムを含むプリカーサを含む原料ガスをチャンバーに導入し、構造体50の表面にプリカーサを吸着させる(図13(A)参照。)。ここで、原料ガスには、プリカーサの他に、アルゴンや窒素などのキャリアガスが含まれる。インジウムを含むプリカーサとして、トリエチルインジウム、トリス(2,2,6,6−テトラメチル−3,5−ヘプタンジオン酸)インジウム、シクロペンタジエニルインジウムなどを用いることができる。次に、チャンバー内をパージして、余剰なプリカーサや反応生成物などをチャンバーから排出する。次に、リアクタントとして、酸化剤をチャンバーに導入し、吸着したプリカーサと反応させて、インジウムを基板に吸着させたままインジウム以外の成分を離脱させることで、インジウムと酸素が結合したInO層を形成する(図13(B)参照。)。酸化剤として、オゾン、酸素、水などを用いることができる。次に、チャンバー内をパージして、余分なリアクタントや反応生成物などをチャンバーから排出する。   First, a source gas containing a precursor containing indium is introduced into the chamber, and the precursor is adsorbed on the surface of the structure 50 (see FIG. 13A). Here, the source gas includes a carrier gas such as argon and nitrogen in addition to the precursor. As a precursor containing indium, triethylindium, tris (2,2,6,6-tetramethyl-3,5-heptanedioic acid) indium, cyclopentadienylindium, or the like can be used. Next, the inside of the chamber is purged, and surplus precursors, reaction products, and the like are discharged from the chamber. Next, as a reactant, an oxidizing agent is introduced into the chamber, and reacted with the adsorbed precursor to remove components other than indium while adsorbing the indium on the substrate, thereby forming an InO layer in which indium and oxygen are combined. (See FIG. 13B). Ozone, oxygen, water, and the like can be used as the oxidizing agent. Next, the inside of the chamber is purged, and excess reactants and reaction products are discharged from the chamber.

次に、元素Mを含むプリカーサ、および亜鉛を含むプリカーサを含む原料ガスをチャンバーに導入し、InO層上にプリカーサを吸着させる(図13(C)参照。)。原料ガスには、プリカーサの他に、アルゴンや窒素などのキャリアガスが含まれる。元素Mとしてガリウムを用いる場合、ガリウムを含むプリカーサとして、トリメチルガリウム、トリエチルガリウム、三塩化ガリウム、トリス(ジメチルアミド)ガリウム、ガリウム(III)アセチルアセトナート、トリス(2,2,6,6−テトラメチル−3,5−ヘプタンジオン酸)ガリウム、ジメチルクロロガリウム、ジエチルクロロガリウムなどを用いることができる。また、亜鉛を含むプリカーサとして、ジメチル亜鉛、ジエチル亜鉛、ビス(2,2,6,6−テトラメチル−3,5−ヘプタンジオン酸)亜鉛などを用いることができる。次に、チャンバー内をパージして、余剰なプリカーサや反応生成物などをチャンバーから排出する。次に、リアクタントとして、酸化剤をチャンバーに導入し、吸着したプリカーサと反応させて、元素Mや亜鉛を基板に吸着させたまま元素Mおよび亜鉛以外の成分を離脱させることで、元素Mと酸素が結合した層、および亜鉛と酸素が結合した層(M,Zn)O層を形成する。次に、チャンバー内をパージして、余分なリアクタントや反応生成物などをチャンバーから排出する。(M,Zn)O層の形成を複数回繰り返すことで、所望の原子数、層数、および厚さを有する(M,Zn)O層を形成してもよい(図13(D)参照。)。   Next, a source gas containing a precursor containing the element M and a precursor containing zinc is introduced into the chamber, and the precursor is adsorbed on the InO layer (see FIG. 13C). The source gas includes a carrier gas such as argon and nitrogen in addition to the precursor. When gallium is used as the element M, precursors containing gallium include trimethylgallium, triethylgallium, gallium trichloride, tris (dimethylamide) gallium, gallium (III) acetylacetonate, and tris (2,2,6,6-tetra Gallium methyl-3,5-heptanedionate, dimethylchlorogallium, diethylchlorogallium and the like can be used. Further, as a precursor containing zinc, dimethyl zinc, diethyl zinc, zinc bis (2,2,6,6-tetramethyl-3,5-heptanedioic acid), or the like can be used. Next, the inside of the chamber is purged, and surplus precursors, reaction products, and the like are discharged from the chamber. Next, as a reactant, an oxidizing agent is introduced into the chamber, reacted with the adsorbed precursor, and the elements other than the element M and zinc are desorbed while the element M and zinc are adsorbed on the substrate. Are formed, and a layer (M, Zn) O layer in which zinc and oxygen are combined is formed. Next, the inside of the chamber is purged, and excess reactants and reaction products are discharged from the chamber. By repeating the formation of the (M, Zn) O layer a plurality of times, a (M, Zn) O layer having a desired number of atoms, number of layers, and thickness may be formed (see FIG. 13D). ).

次に、(M,Zn)O層上に再度、上述した方法でInO層を形成する(図13(E)参照。)。以上の方法を繰り返すことで、基板、あるいは構造体上に金属酸化物51を形成することができる。   Next, an InO layer is formed again over the (M, Zn) O layer by the above-described method (see FIG. 13E). By repeating the above method, the metal oxide 51 can be formed on the substrate or the structure.

なお、上記プリカーサには、金属元素の他に、炭素および塩素の一方または両方を含むものがある。炭素を含むプリカーサを用いて形成された膜には炭素が含まれる場合がある。また、塩素を含むプリカーサを用いて形成された膜には塩素が含まれる場合がある。   Some precursors include one or both of carbon and chlorine in addition to the metal element. A film formed using a precursor containing carbon may contain carbon in some cases. Further, a film formed using a precursor containing chlorine may contain chlorine in some cases.

以上のように、ALD法を用いて金属酸化物51を形成することで、被成膜面の法線方向と概略平行にc軸が配向したCAAC構造の金属酸化物を形成することができる。   As described above, by forming the metal oxide 51 using the ALD method, a metal oxide having a CAAC structure in which the c-axis is oriented substantially in parallel to the normal direction of the deposition surface can be formed.

ここで、ALD法を用いて成膜することが可能な装置の一例として、成膜装置4000の構成について、図14(A)及び図14(B)を用いて説明する。図14(A)は、マルチチャンバー型の成膜装置4000の模式図であり、図14(B)は、成膜装置4000に用いることができるALD装置の断面図である。   Here, as an example of an apparatus capable of forming a film by using the ALD method, a structure of a film formation apparatus 4000 will be described with reference to FIGS. FIG. 14A is a schematic view of a multi-chamber type film forming apparatus 4000, and FIG. 14B is a cross-sectional view of an ALD apparatus that can be used for the film forming apparatus 4000.

<成膜装置の構成例>
成膜装置4000は、搬入搬出室4002と、搬入搬出室4004と、搬送室4006と、成膜室4008と、成膜室4009と、成膜室4010と、搬送アーム4014と、を有する。ここで、搬入搬出室4002、搬入搬出室4004、及び成膜室4008乃至4010は、搬送室4006とそれぞれ独立に接続されている。これにより、成膜室4008乃至4010において大気に曝すことなく、連続成膜を行うことができ、膜中に不純物が混入するのを防ぐことができる。また、基板と膜の界面、および各膜の界面の汚染は低減され、清浄な界面が得られる。
<Configuration example of film forming apparatus>
The film formation apparatus 4000 includes a loading / unloading chamber 4002, a loading / unloading chamber 4004, a transfer chamber 4006, a film formation chamber 4008, a film formation chamber 4009, a film formation chamber 4010, and a transfer arm 4014. Here, the loading / unloading chamber 4002, the loading / unloading chamber 4004, and the film forming chambers 4008 to 4010 are independently connected to the transfer chamber 4006. Thus, continuous film formation can be performed without exposure to the air in the film formation chambers 4008 to 4010, and entry of impurities into the film can be prevented. Further, contamination at the interface between the substrate and the film and at the interface between the films is reduced, and a clean interface is obtained.

なお、搬入搬出室4002、搬入搬出室4004、搬送室4006、及び成膜室4008乃至4010は、水分の付着などを防ぐため、露点が管理された不活性ガス(窒素ガス等)を充填させておくことが好ましく、減圧を維持させることが望ましい。   Note that the loading / unloading chamber 4002, the loading / unloading chamber 4004, the transfer chamber 4006, and the film formation chambers 4008 to 4010 are filled with an inert gas (nitrogen gas or the like) whose dew point is controlled in order to prevent adhesion of moisture. It is preferable to keep the pressure, and it is desirable to maintain the reduced pressure.

また、成膜室4008乃至4010には、ALD装置を用いることができる。また、成膜室4008乃至4010のいずれかにALD装置以外の成膜装置を用いる構成としてもよい。成膜室4008乃至4010に用いることができる成膜装置としては、例えば、スパッタリング装置、プラズマCVD(PECVD:Plasma Enhanced CVD)装置、熱CVD(TCVD:Thermal CVD)装置、光CVD(Photo CVD)装置、金属CVD(MCVD:Metal CVD)装置、有機金属CVD(MOCVD:Metal Organic CVD)装置などがある。また、成膜室4008乃至4010のいずれか1つまたは複数に、成膜装置以外の機能を有する装置を設けても構わない。当該装置としては、例えば、加熱装置(代表的には、真空加熱装置)、プラズマ発生装置(代表的には、μ波プラズマ発生装置)などが挙げられる。   Further, an ALD apparatus can be used for the film formation chambers 4008 to 4010. Further, a film formation apparatus other than the ALD apparatus may be used in any of the film formation chambers 4008 to 4010. As a film formation apparatus which can be used for the film formation chambers 4008 to 4010, for example, a sputtering apparatus, a plasma enhanced (PECVD) apparatus, a thermal CVD (TCVD: Thermal CVD) apparatus, an optical CVD (Photo CVD) apparatus , A metal CVD (MCVD: Metal CVD) device, an organic metal CVD (MOCVD: Metal Organic CVD) device, and the like. Further, an apparatus having a function other than the film formation apparatus may be provided in one or more of the film formation chambers 4008 to 4010. Examples of the device include a heating device (typically, a vacuum heating device) and a plasma generator (typically, a microwave plasma generator).

例えば、成膜室4008をALD装置とし、成膜室4009をPECVD装置とし、成膜室4010を金属CVD装置とした場合、成膜室4008で金属酸化物、成膜室4009でゲート絶縁膜として機能する絶縁膜、成膜室4010でゲート電極として機能する導電膜を形成することができる。このとき、金属酸化物と、その上の絶縁膜と、その上の導電膜を、大気に曝すことなく、連続で形成することができる。   For example, in the case where the deposition chamber 4008 is an ALD apparatus, the deposition chamber 4009 is a PECVD apparatus, and the deposition chamber 4010 is a metal CVD apparatus, a metal oxide is used in the deposition chamber 4008 and a gate insulating film is used in the deposition chamber 4009. A functional insulating film and a conductive film functioning as a gate electrode in the deposition chamber 4010 can be formed. At this time, the metal oxide, the insulating film thereon, and the conductive film thereover can be formed continuously without exposing to the atmosphere.

また、成膜装置4000は、搬入搬出室4002、搬入搬出室4004、成膜室4008乃至4010を有する構成としているが、本発明はこれに限られるものではない。成膜装置4000の成膜室を4個以上にする構成としてもよい。また、成膜装置4000は枚葉式としてもよいし、複数の基板を一括で成膜するバッチ式にしてもよい。   Further, the film formation apparatus 4000 has a structure including the carry-in / out chamber 4002, the carry-in / out chamber 4004, and the film formation chambers 4008 to 4010; however, the present invention is not limited to this. The number of film forming chambers of the film forming apparatus 4000 may be four or more. In addition, the film formation apparatus 4000 may be a single-wafer type or may be a batch type in which a plurality of substrates are formed at one time.

<ALD装置>
次に、成膜装置4000に用いることができるALD装置の構成について、図14(B)を用いて説明する。ALD装置は、成膜室(チャンバー4020)と、原料供給部4021(原料供給部4021a、および4021b)、原料供給部4031と、導入量制御器である高速バルブ4022a、4022bと、原料導入口4023(原料導入口4023a、および4023b)、原料導入口4033と、原料排出口4024と、排気装置4025を有する。チャンバー4020内に設置される原料導入口4023a、4023b、および4033は供給管やバルブを介して原料供給部4021a、4021b、および4031とそれぞれ接続されており、原料排出口4024は、排出管やバルブや圧力調整器を介して排気装置4025と接続されている。
<ALD device>
Next, a structure of an ALD apparatus that can be used for the film formation apparatus 4000 will be described with reference to FIG. The ALD apparatus includes a film formation chamber (chamber 4020), a raw material supply unit 4021 (raw material supply units 4021a and 4021b), a raw material supply unit 4031, high-speed valves 4022a and 4022b that are introduction amount controllers, and a raw material introduction port 4023. (Source inlets 4023a and 4023b), a source inlet 4033, a source outlet 4024, and an exhaust device 4025. The raw material introduction ports 4023a, 4023b, and 4033 installed in the chamber 4020 are connected to the raw material supply units 4021a, 4021b, and 4031 via supply pipes and valves, respectively, and the raw material discharge port 4024 is connected to a discharge pipe and a valve. It is connected to the exhaust device 4025 via a pressure regulator.

また、図14(B)に示すようにチャンバー4020にプラズマ発生装置4028を接続することにより、熱ALD法に加えて、プラズマALD法で成膜を行うことができる。プラズマ発生装置4028は、高周波電源に接続されたコイル4029を用いるICP型のプラズマ発生装置とするのが好ましい。高周波電源は、10kHz以上100MHz以下、好ましくは1MHz以上60MHz以下、より好ましくは10MHz以上60MHz以下の周波数を持った電力を出力することができる。例えば、13.56MHz、60MHzの周波数を持った電力を出力することができる。プラズマALD法では、低温でも成膜レートを落とさず成膜ができるので、成膜効率の低い枚葉式の成膜装置で用いるとよい。   In addition, by connecting a plasma generation device 4028 to the chamber 4020 as illustrated in FIG. 14B, deposition can be performed by a plasma ALD method in addition to a thermal ALD method. The plasma generator 4028 is preferably an ICP type plasma generator using a coil 4029 connected to a high frequency power supply. The high-frequency power supply can output power having a frequency of 10 kHz to 100 MHz, preferably 1 MHz to 60 MHz, more preferably 10 MHz to 60 MHz. For example, power having a frequency of 13.56 MHz or 60 MHz can be output. In the plasma ALD method, a film can be formed without lowering the film formation rate even at a low temperature. Therefore, it is preferable to use a single-wafer film formation apparatus with low film formation efficiency.

チャンバー内部には基板ホルダ4026があり、その基板ホルダ4026上に基板4030を配置する。基板ホルダ4026には、一定の電位、または高周波が印加される機構が設けられていてもよい。あるいは、基板ホルダ4026は、フローティングでもよいし、接地されていてもよい。また、チャンバー外壁には、ヒータ4027が設けられており、チャンバー4020内部、基板ホルダ4026、および基板4030表面などの温度を制御することができる。ヒータ4027は、基板4030表面の温度を100℃以上500℃以下、好ましくは、200℃以上400℃以下に制御できることが好ましく、ヒータ4027自体の温度は100℃以上500℃以下に設定できることが好ましい。   A substrate holder 4026 is provided inside the chamber, and the substrate 4030 is arranged on the substrate holder 4026. The substrate holder 4026 may be provided with a mechanism for applying a constant potential or a high frequency. Alternatively, the substrate holder 4026 may be floating or grounded. Further, a heater 4027 is provided on the outer wall of the chamber, and the temperature of the inside of the chamber 4020, the substrate holder 4026, the surface of the substrate 4030, and the like can be controlled. The heater 4027 can control the temperature of the surface of the substrate 4030 at 100 ° C. or more and 500 ° C. or less, preferably 200 ° C. or more and 400 ° C. or less, and can preferably set the temperature of the heater 4027 itself at 100 ° C. or more and 500 ° C. or less.

原料供給部4021a、4021b、および4031では、気化器や加熱手段などによって固体の原料や液体の原料から原料ガスを形成する。または、原料供給部4021a、4021b、および4031は、気体の原料ガスを供給する構成としてもよい。   In the raw material supply units 4021a, 4021b, and 4031, a raw material gas is formed from a solid raw material or a liquid raw material by a vaporizer, a heating unit, or the like. Alternatively, the raw material supply units 4021a, 4021b, and 4031 may be configured to supply a gaseous raw material gas.

また、図14(B)では、原料供給部4021を2つ、原料供給部4031を1つ設けている例を示しているが本実施の形態はこれに限定されない。原料供給部4021を1つ、または3つ以上設けてもよい。また原料供給部4031を2つ以上設けてもよい。また、高速バルブ4022a、4022bは時間で精密に制御することができ、原料供給部4021aから供給される原料ガスと原料供給部4021bから供給される原料ガスの供給を制御する構成となっている。   FIG. 14B illustrates an example in which two source supply sections 4021 and one source supply section 4031 are provided; however, this embodiment is not limited thereto. One or three or more raw material supply units 4021 may be provided. Further, two or more raw material supply units 4031 may be provided. Further, the high-speed valves 4022a and 4022b can be precisely controlled with time, and are configured to control supply of the source gas supplied from the source supply unit 4021a and the source gas supplied from the source supply unit 4021b.

図14(B)に示す成膜装置では、基板4030を基板ホルダ4026上に搬入し、チャンバー4020を密閉状態とした後、ヒータ4027により基板4030を所望の温度(例えば、100℃以上500℃以下、好ましくは200℃以上400℃以下)とし、原料供給部4021aから供給される原料ガスの供給と、排気装置4025による排気と、原料供給部4031から供給される原料ガスの供給と、排気装置4025による排気とを繰り返すことで薄膜を基板表面に形成する。また、該薄膜の形成において、さらに原料供給部4021bから供給される原料ガスの供給と、排気装置4025による排気を行ってもよい。ヒータ4027の温度は、形成される膜種、原料ガス、所望の膜質、基板や、そこの設けられている膜や素子の耐熱性に応じて適宜決定すればよい。例えば、ヒータ4027の温度を200℃以上300℃以下に設定して成膜してもよいし、300℃以上500℃以下に設定して成膜してもよい。   In the film formation apparatus illustrated in FIG. 14B, the substrate 4030 is carried over the substrate holder 4026, the chamber 4020 is sealed, and then the substrate 4030 is heated to a desired temperature (for example, 100 ° C. or higher and 500 ° C. or lower) by the heater 4027. (Preferably 200 ° C. or more and 400 ° C. or less), supply of the source gas supplied from the source supply unit 4021a, exhaustion by the exhaust unit 4025, supply of the source gas supplied from the source supply unit 4031, and exhaust unit 4025. Is repeated to form a thin film on the substrate surface. In forming the thin film, the supply of the source gas supplied from the source supply unit 4021b and the exhaust by the exhaust device 4025 may be performed. The temperature of the heater 4027 may be appropriately determined according to the type of film to be formed, the source gas, the desired film quality, the substrate, and the heat resistance of the film or element provided therein. For example, the film may be formed by setting the temperature of the heater 4027 to 200 to 300 ° C., or may be set to 300 to 500 ° C.

ヒータ4027を用いて基板4030を加熱しながら成膜することで、後工程で必要な基板4030の加熱処理を省略することができる。すなわち、ヒータ4027が設けられたチャンバー4020、または成膜装置4000を用いることで、基板4030上の膜の形成と、基板4030の加熱処理を兼ねることができる。   By forming a film while heating the substrate 4030 using the heater 4027, heat treatment of the substrate 4030 required in a later step can be omitted. That is, by using the chamber 4020 provided with the heater 4027 or the film formation apparatus 4000, formation of a film over the substrate 4030 and heat treatment of the substrate 4030 can be performed.

図14(B)に示す成膜装置では、原料供給部4021、および原料供給部4031で用いる原料(揮発性有機金属化合物など)を適宜選択することにより、金属酸化物を形成することができる。金属酸化物として、インジウム、ガリウム、亜鉛を含むIn−Ga−Zn酸化物を形成する場合、少なくとも3つの原料供給部4021と、少なくとも1つの原料供給部4031が設けられた成膜装置を用いることが好ましい。第1の原料供給部4021からインジウムを含むプリカーサが供給され、第2の原料供給部4021からガリウムを含むプリカーサが供給され、第3の原料供給部4021から亜鉛を含むプリカーサが供給されることが好ましい。金属酸化物の形成に、ガリウムおよび亜鉛を含むプリカーサを用いる場合、原料供給部4021は、少なくとも2つ設けられればよい。インジウムを含むプリカーサ、ガリウムを含むプリカーサ、および亜鉛を含むプリカーサとして、それぞれ前述したプリカーサを用いることができる。   In the film formation apparatus illustrated in FIG. 14B, a metal oxide can be formed by appropriately selecting a raw material supply portion 4021 and a raw material (a volatile organic metal compound or the like) used in the raw material supply portion 4031. In the case where an In—Ga—Zn oxide containing indium, gallium, and zinc is formed as a metal oxide, a film formation apparatus provided with at least three source supply units 4021 and at least one source supply unit 4031 is used. Is preferred. A precursor containing indium is supplied from the first material supply unit 4021, a precursor containing gallium is supplied from the second material supply unit 4021, and a precursor containing zinc is supplied from the third material supply unit 4021. preferable. In the case where a precursor containing gallium and zinc is used for forming the metal oxide, at least two material supply units 4021 may be provided. The precursors described above can be used as a precursor containing indium, a precursor containing gallium, and a precursor containing zinc.

また、原料供給部4031からは、リアクタントが供給される。リアクタントとして、オゾン、酸素、水の少なくとも1つを含む酸化剤を用いることができる。   Also, a reactant is supplied from the raw material supply unit 4031. As the reactant, an oxidizing agent containing at least one of ozone, oxygen, and water can be used.

また、原料供給部4021a、4021b、および4031で用いる原料(揮発性有機金属化合物など)を適宜選択することにより、ハフニウム、アルミニウム、タンタル、ジルコニウム等から選択された一種以上の元素を含む酸化物(複合酸化物も含む)を含んで構成される絶縁層を成膜することができる。具体的には、酸化ハフニウムを含んで構成される絶縁層、酸化アルミニウムを含んで構成される絶縁層、ハフニウムシリケートを含んで構成される絶縁層、またはアルミニウムシリケートを含んで構成される絶縁層などを成膜することができる。また、原料供給部4021a、4021b、および4031で用いる原料(揮発性有機金属化合物など)を適宜選択することにより、タングステン層、チタン層などの金属層や、窒化チタン層などの窒化物層などの薄膜を成膜することもできる。   In addition, by appropriately selecting a raw material (a volatile organic metal compound or the like) used in the raw material supply units 4021a, 4021b, and 4031, an oxide containing one or more elements selected from hafnium, aluminum, tantalum, zirconium, and the like ( (Including a composite oxide). Specifically, an insulating layer containing hafnium oxide, an insulating layer containing aluminum oxide, an insulating layer containing hafnium silicate, an insulating layer containing aluminum silicate, or the like. Can be formed. In addition, by appropriately selecting a raw material (a volatile organic metal compound or the like) used in the raw material supply units 4021a, 4021b, and 4031, a metal layer such as a tungsten layer and a titanium layer, and a nitride layer such as a titanium nitride layer can be formed. A thin film can also be formed.

例えば、ALD装置により酸化ハフニウム層を形成する場合には、溶媒とハフニウム前駆体化合物を含む液体(ハフニウムアルコキシドや、テトラキスジメチルアミドハフニウム(TDMAHf)などのハフニウムアミド)を気化させた第1の原料ガスと、酸化剤としてオゾン(O)および酸素(O)の第2の原料ガスを用いる。この場合、原料供給部4021aから供給する第1の原料ガスがTDMAHfであり、原料供給部4031から供給する第2の原料ガスがオゾンおよび酸素となる。なお、テトラキスジメチルアミドハフニウムの化学式はHf[N(CHである。また、他の材料液としては、テトラキス(エチルメチルアミド)ハフニウムなどがある。また、第2の原料ガスとして、水を用いることができる。 For example, when a hafnium oxide layer is formed by an ALD apparatus, a first raw material gas obtained by vaporizing a liquid containing a solvent and a hafnium precursor compound (hafnium amide such as hafnium alkoxide or tetrakisdimethylamide hafnium (TDMAHf)). And a second source gas of ozone (O 3 ) and oxygen (O 2 ) as an oxidizing agent. In this case, the first source gas supplied from the source supply unit 4021a is TDMAHf, and the second source gas supplied from the source supply unit 4031 is ozone and oxygen. The chemical formula of tetrakisdimethylamidohafnium is Hf [N (CH 3 ) 2 ] 4 . Another material liquid includes tetrakis (ethylmethylamide) hafnium. Further, water can be used as the second source gas.

ALD装置により酸化アルミニウム層を形成する場合には、溶媒とアルミニウム前駆体化合物(TMA:トリメチルアルミニウムなど)を含む液体を気化させた第1の原料ガスと、酸化剤としてオゾン(O)および酸素(O)を含む第2の原料ガスを用いる。この場合、原料供給部4021aから供給する第1の原料ガスがTMAであり、原料供給部4031から供給する第2の原料ガスがオゾンおよび酸素となる。なお、トリメチルアルミニウムの化学式はAl(CHである。また、他の材料液としては、トリス(ジメチルアミド)アルミニウム、トリイソブチルアルミニウム、アルミニウムトリス(2,2,6,6−テトラメチル−3,5−ヘプタンジオナート)などがある。また、第2の原料ガスとして、水を用いることができる。 When an aluminum oxide layer is formed by an ALD apparatus, a first source gas obtained by vaporizing a liquid containing a solvent and an aluminum precursor compound (TMA: trimethylaluminum, etc.), ozone (O 3 ) and oxygen as oxidizing agents A second source gas containing (O 2 ) is used. In this case, the first source gas supplied from the source supply unit 4021a is TMA, and the second source gas supplied from the source supply unit 4031 is ozone and oxygen. The chemical formula of trimethylaluminum is Al (CH 3 ) 3 . Other material liquids include tris (dimethylamido) aluminum, triisobutylaluminum, aluminum tris (2,2,6,6-tetramethyl-3,5-heptanedionate) and the like. Further, water can be used as the second source gas.

図15は、成膜装置4000に用いることができるALD装置の異なる構成について説明する。なお、図14(B)に示したALD装置と同様の構成や、その機能については詳細な説明を省略する場合がある。   FIG. 15 illustrates a different structure of an ALD apparatus that can be used for the film formation apparatus 4000. Note that a detailed description of the same configuration and functions of the ALD device illustrated in FIG. 14B may be omitted in some cases.

図15(A)はプラズマALD装置の一態様を示す模式図である。プラズマALD装置4100は、反応室4120と反応室4120上部に、プラズマ生成室4111が設けられている。反応室4120は、チャンバーと呼ぶことができる。または、反応室4120とプラズマ生成室4111を合わせてチャンバーと呼ぶことができる。反応室4120は、原料導入口4123と、原料排出口4124を有し、プラズマ生成室4111は、原料導入口4133を有する。また、プラズマ生成装置4128によりRF等の高周波や、マイクロ波をプラズマ生成室4111に導入されたガスに印加し、プラズマ生成室4111内にプラズマ4131を生成することができる。マイクロ波を用いてプラズマ4131を生成する場合、代表的には周波数2.45GHzのマイクロ波が用いられる。このようなマイクロ波を用いて生成されたプラズマをECR(Electron Cyclotron Resonance)プラズマと呼ぶ場合がある。また、反応室4120は、基板ホルダ4126を有し、その上に基板4130が配置される。原料導入口4123から導入された原料ガスは、反応室4120に設けられたヒータからの熱により分解され、基板4130上に堆積する。また、原料導入口4133から導入された原料ガスは、プラズマ生成装置4128によりプラズマ状態となる。プラズマ状態となった原料ガスは、基板4130表面に到達するまでに電子や他の分子と再結合し、ラジカル状態となり基板4130に到達する。このように、ラジカルを利用して成膜を行うALD装置を、ラジカルALD(Radical−Enhanced ALD)装置と呼ぶ場合もある。また、プラズマALD装置4100では、プラズマ生成室4111を反応室4120の上部に設ける構成を示しているが、本実施の形態はこれに限定されない。プラズマ生成室4111を反応室4120の側面に隣接して設けてもよい。   FIG. 15A is a schematic diagram illustrating one embodiment of a plasma ALD apparatus. In the plasma ALD apparatus 4100, a reaction chamber 4120 and a plasma generation chamber 4111 are provided above the reaction chamber 4120. Reaction chamber 4120 can be referred to as a chamber. Alternatively, the reaction chamber 4120 and the plasma generation chamber 4111 can be collectively called a chamber. The reaction chamber 4120 has a material inlet 4123 and a material outlet 4124, and the plasma generation chamber 4111 has a material inlet 4133. Further, a plasma 4131 can be generated in the plasma generation chamber 4111 by applying a high frequency such as RF or a microwave to the gas introduced into the plasma generation chamber 4111 by the plasma generation device 4128. When the plasma 4131 is generated using a microwave, a microwave having a frequency of 2.45 GHz is typically used. Plasma generated using such a microwave may be referred to as ECR (Electron Cyclotron Resonance) plasma. The reaction chamber 4120 has a substrate holder 4126, on which the substrate 4130 is arranged. The source gas introduced from the source inlet 4123 is decomposed by heat from a heater provided in the reaction chamber 4120, and is deposited on the substrate 4130. The source gas introduced from the source inlet 4133 is brought into a plasma state by the plasma generator 4128. The source gas in a plasma state is recombined with electrons and other molecules before reaching the surface of the substrate 4130, and reaches a substrate 4130 in a radical state. Such an ALD apparatus that forms a film using radicals may be referred to as a radical ALD (Radical-Enhanced ALD) apparatus. In the plasma ALD apparatus 4100, the plasma generation chamber 4111 is provided above the reaction chamber 4120; however, this embodiment is not limited to this. The plasma generation chamber 4111 may be provided adjacent to a side surface of the reaction chamber 4120.

図15(B)はプラズマALD装置の一態様を示す模式図である。プラズマALD装置4200は、チャンバー4220を有している。チャンバー4220は、電極4213、原料排出口4224、基板ホルダ4226を有し、その上に基板4230が配置される。電極4213は、原料導入口4223と、導入された原料ガスをチャンバー4220内に供給するシャワーヘッド4214を有している。また、電極4213には、コンデンサ4217を介して高周波を印加できる電源4215が接続されている。基板ホルダ4226には、一定の電位、または高周波が印加される機構が設けられていてもよい。あるいは、基板ホルダ4226は、フローティングでもよいし、接地されていてもよい。電極4213、および基板ホルダ4226は、それぞれプラズマ4231を生成するための上部電極、および下部電極として機能する。原料導入口4223から導入された原料ガスは、チャンバー4220に設けられたヒータからの熱により分解され、基板4230上に堆積する。または、原料導入口4223から導入された原料ガスは、電極4213、および基板ホルダ4226の間でプラズマ状態となる。プラズマ状態となった原料ガスは、プラズマ4231と基板4230の間に生じる電位差(イオンシースともいう)により基板4230に入射する。   FIG. 15B is a schematic view illustrating one embodiment of a plasma ALD apparatus. The plasma ALD apparatus 4200 has a chamber 4220. The chamber 4220 has an electrode 4213, a material outlet 4224, and a substrate holder 4226, on which the substrate 4230 is arranged. The electrode 4213 has a material introduction port 4223 and a shower head 4214 for supplying the introduced material gas into the chamber 4220. A power supply 4215 to which a high frequency can be applied is connected to the electrode 4213 via a capacitor 4217. The substrate holder 4226 may be provided with a mechanism for applying a constant potential or a high frequency. Alternatively, the substrate holder 4226 may be floating or grounded. The electrode 4213 and the substrate holder 4226 function as an upper electrode and a lower electrode for generating the plasma 4231, respectively. The raw material gas introduced from the raw material introduction port 4223 is decomposed by heat from a heater provided in the chamber 4220 and is deposited on the substrate 4230. Alternatively, the source gas introduced from the source inlet 4223 is in a plasma state between the electrode 4213 and the substrate holder 4226. The source gas in a plasma state enters the substrate 4230 due to a potential difference (also referred to as an ion sheath) generated between the plasma 4231 and the substrate 4230.

図15(C)は、図15(B)とは異なるプラズマALD装置の一態様を示す模式図である。プラズマALD装置4300は、チャンバー4320を有している。チャンバー4320は、電極4313、原料排出口4324、基板ホルダ4326を有し、その上に基板4330が配置される。電極4313は、原料導入口4323と、導入された原料ガスをチャンバー4320内に供給するシャワーヘッド4314を有している。また、電極4313には、コンデンサ4317を介して高周波を印加できる電源4315が接続されている。基板ホルダ4326には、一定の電位、または高周波が印加される機構が設けられていてもよい。あるいは、基板ホルダ4326は、フローティングでもよいし、接地されていてもよい。電極4313、および基板ホルダ4326は、それぞれプラズマ4331を生成するための上部電極、および下部電極として機能する。プラズマALD装置4300は、電極4313と基板ホルダ4326の間に、コンデンサ4322を介して高周波を印加できる電源4321が接続されたメッシュ4319を有している点で、プラズマALD装置4200と異なる。メッシュ4319を設けることで、基板4130からプラズマ4231を離すことができる。原料導入口4323から導入された原料ガスは、チャンバー4320に設けられたヒータからの熱により分解され、基板4330上に堆積する。または、原料導入口4323から導入された原料ガスは、電極4313、および基板ホルダ4326の間でプラズマ状態となる。プラズマ状態となった原料ガスは、メッシュ4319により電荷が除去され、ラジカルなどの電気的に中性な状態で基板4130に到達する。このため、イオンの入射やプラズマによる損傷が抑制された成膜を行うことができる。   FIG. 15C is a schematic diagram illustrating one embodiment of a plasma ALD device different from that of FIG. The plasma ALD apparatus 4300 has a chamber 4320. The chamber 4320 has an electrode 4313, a material outlet 4324, and a substrate holder 4326, on which the substrate 4330 is arranged. The electrode 4313 has a raw material introduction port 4323 and a shower head 4314 for supplying the introduced raw material gas into the chamber 4320. A power supply 4315 to which a high frequency can be applied is connected to the electrode 4313 via a capacitor 4317. The substrate holder 4326 may be provided with a mechanism to apply a constant potential or a high frequency. Alternatively, the substrate holder 4326 may be floating or grounded. The electrode 4313 and the substrate holder 4326 function as an upper electrode and a lower electrode for generating the plasma 4331, respectively. The plasma ALD apparatus 4300 is different from the plasma ALD apparatus 4200 in that a mesh 4319 to which a power supply 4321 capable of applying a high frequency is connected via a capacitor 4322 is provided between the electrode 4313 and the substrate holder 4326. By providing the mesh 4319, the plasma 4231 can be separated from the substrate 4130. The raw material gas introduced from the raw material introduction port 4323 is decomposed by heat from a heater provided in the chamber 4320, and is deposited on the substrate 4330. Alternatively, the source gas introduced from the source inlet 4323 enters a plasma state between the electrode 4313 and the substrate holder 4326. The source gas in the plasma state is charged by the mesh 4319, and reaches the substrate 4130 in an electrically neutral state such as radicals. Therefore, a film can be formed in which the incidence of ions and the damage due to plasma are suppressed.

<成膜シーケンス>
図16(A)に、図14(B)に示すALD装置を用いた成膜シーケンスを示す。まず、チャンバー4020内の基板ホルダ4026に基板4030をセットする(S101)。次に、ヒータ4027の温度調節を行う(S102)。次に、基板4030の温度が基板面内で一様になるように基板4030を基板ホルダ4026上で保持する(S103)。次に、前述の第1ステップ乃至第4ステップにより、成膜を行う。すなわち、チャンバー4020に第1の原料ガス、および第2の原料ガスを交互に導入し、基板4030上に成膜を行う(S104)。また、S103とS104の間に、チャンバー4020内部を酸素雰囲気にする処理を行ってもよい。基板4030のセット、および保持後に、チャンバー4020内部を酸素雰囲気とすることで、基板4030および基板4030上に設けられた膜に酸素を添加できる場合がある。また、成膜前の基板4030および基板4030上に設けられた膜から水素を脱離できる場合がある。基板4030中、または膜中の水素が、基板4030中、または膜中に添加された酸素と反応し、水(HO)となって基板4030、または膜から離脱する場合がある。
<Deposition sequence>
FIG. 16A shows a film formation sequence using the ALD apparatus shown in FIG. First, the substrate 4030 is set on the substrate holder 4026 in the chamber 4020 (S101). Next, the temperature of the heater 4027 is adjusted (S102). Next, the substrate 4030 is held on the substrate holder 4026 so that the temperature of the substrate 4030 becomes uniform in the plane of the substrate (S103). Next, a film is formed by the above-described first to fourth steps. That is, the first source gas and the second source gas are alternately introduced into the chamber 4020, and a film is formed on the substrate 4030 (S104). Further, between S103 and S104, a process of setting the inside of the chamber 4020 to an oxygen atmosphere may be performed. By setting the inside of the chamber 4020 to an oxygen atmosphere after setting and holding the substrate 4030, oxygen may be added to the substrate 4030 and a film provided over the substrate 4030 in some cases. Further, in some cases, hydrogen can be eliminated from the substrate 4030 before film formation and the film provided over the substrate 4030. In some cases, hydrogen in the substrate 4030 or the film reacts with oxygen added to the substrate 4030 or the film to become water (H 2 O) and is separated from the substrate 4030 or the film.

図16(B)は、上記成膜シーケンスの具体例を示している。上記S101乃至S103に従って、基板4030を基板ホルダ4026にセットし、ヒータ4027の温度調整、および基板4030の保持を行う。   FIG. 16B shows a specific example of the film forming sequence. According to S101 to S103, the substrate 4030 is set on the substrate holder 4026, and the temperature of the heater 4027 is adjusted and the substrate 4030 is held.

次に、第1の原料ガス、および第2の原料ガスを交互に導入し、基板4030上に成膜を行う(S104)。第1の原料ガス、および第2の原料ガスの導入は、それぞれパルス状に行われる。図16(B)では、第1の原料ガス、および第2の原料ガスの導入をそれぞれONで示し、原料ガスが導入されていない期間をOFFで示している。第1の原料ガス、および第2の原料ガスが、いずれも導入されていない期間では、チャンバー4020内を排気する。チャンバー4020に第1の原料ガスを導入するパルス時間は、0.1秒以上1秒以下、好ましくは、0.1秒以上0.5秒以下とするのが好ましい。また、第1の原料ガスが導入されていない期間、すなわちチャンバー4020内を排気する時間は、1秒以上15秒以下、好ましくは、1秒以上5秒以下とする。チャンバー4020に第2の原料ガスを導入するパルス時間は、0.1秒以上30秒以下、好ましくは、0.3秒以上15秒以下とするのが好ましい。また、第2の原料ガスが導入されていない期間、すなわちチャンバー4020内を排気する時間は、1秒以上15秒以下、好ましくは、1秒以上5秒以下とする。   Next, a first source gas and a second source gas are alternately introduced to form a film on the substrate 4030 (S104). The introduction of the first source gas and the second source gas is performed in a pulsed manner. In FIG. 16B, the introduction of the first source gas and the introduction of the second source gas are each indicated by ON, and the period in which the source gas is not introduced is indicated by OFF. During a period in which neither the first source gas nor the second source gas is introduced, the inside of the chamber 4020 is exhausted. The pulse time for introducing the first source gas into the chamber 4020 is preferably 0.1 seconds or more and 1 second or less, and more preferably 0.1 seconds or more and 0.5 seconds or less. Further, a period during which the first source gas is not introduced, that is, a time period during which the inside of the chamber 4020 is evacuated is set to 1 second to 15 seconds, preferably 1 second to 5 seconds. The pulse time for introducing the second source gas into the chamber 4020 is preferably from 0.1 to 30 seconds, more preferably from 0.3 to 15 seconds. Further, a period during which the second source gas is not introduced, that is, a time period during which the inside of the chamber 4020 is exhausted is set to be 1 second to 15 seconds, preferably 1 second to 5 seconds.

成膜は、第1の原料ガスの導入(上記第1ステップ)、第1の原料ガスの排気(上記第2ステップ)、第2の原料ガスの導入(上記第3ステップ)、第2の原料ガスの排気(上記第4ステップ)を1サイクルとし、これを繰り返すことで、所望の膜厚を有する膜が形成される。   The film formation is performed by introducing a first source gas (the first step), exhausting the first source gas (the second step), introducing a second source gas (the third step), The gas exhaustion (the fourth step) is defined as one cycle, and by repeating this, a film having a desired film thickness is formed.

また、S103とS104の間に、チャンバー4020内部を酸素雰囲気にする処理を行う場合、チャンバー4020に第2の原料ガスを導入してもよい。第2の原料ガスとして、酸化剤として機能する、オゾン(O)、酸素(O)、および水(HO)から選ばれた一、または複数を導入するのが好ましい。本実施の形態では、第2の原料ガスとして、オゾン(O)、および酸素(O)を用いる。このとき、第2の原料ガスは、S104に示す方法と同様にパルス状に導入されることが好ましいが、本発明はこれに限らない。第2の原料ガスは、連続的に導入されてもよい。第2の原料ガスが導入されていない期間では、チャンバー4020内を排気する。チャンバー4020に第2の原料ガスを導入するパルス時間は、0.1秒以上30秒以下、好ましくは、0.3秒以上15秒以下とするのが好ましい。また、第2の原料ガスが導入されていない期間、すなわちチャンバー4020内を排気する時間は、1秒以上15秒以下、好ましくは、1秒以上5秒以下とする。チャンバー4020に酸化剤などの第2の原料ガスを導入することで、基板4030、または基板4030上に設けられた膜は、酸化剤などの第2の原料ガスに曝される。 Further, in the case where the inside of the chamber 4020 is subjected to a treatment between the steps S103 and S104 in an oxygen atmosphere, a second source gas may be introduced into the chamber 4020. As the second source gas, it is preferable to introduce one or more selected from ozone (O 3 ), oxygen (O 2 ), and water (H 2 O), which function as an oxidizing agent. In this embodiment mode, ozone (O 3 ) and oxygen (O 2 ) are used as the second source gas. At this time, the second source gas is preferably introduced in a pulsed manner as in the method shown in S104, but the present invention is not limited to this. The second source gas may be introduced continuously. During a period in which the second source gas is not introduced, the inside of the chamber 4020 is exhausted. The pulse time for introducing the second source gas into the chamber 4020 is preferably from 0.1 to 30 seconds, more preferably from 0.3 to 15 seconds. Further, a period during which the second source gas is not introduced, that is, a time period during which the inside of the chamber 4020 is exhausted is set to be 1 second to 15 seconds, preferably 1 second to 5 seconds. When the second source gas such as an oxidant is introduced into the chamber 4020, the substrate 4030 or a film provided over the substrate 4030 is exposed to the second source gas such as an oxidant.

なお、基板4030のセット(S101)後に、ヒータ4027の温度調節が不要な場合は省略してもよい。また、基板4030の保持(S103)後に、チャンバー4020内部を酸素雰囲気にする必要が無い場合は、省略してもよい。   If the temperature adjustment of the heater 4027 is not necessary after the setting of the substrate 4030 (S101), it may be omitted. In addition, after the holding of the substrate 4030 (S103), if it is not necessary to make the inside of the chamber 4020 an oxygen atmosphere, it may be omitted.

図16(C)は、プリカーサを含む原料ガスを複数種類用いて成膜する場合のシーケンスの例を示す。図16(C)では、プリカーサを含む原料ガスを、第1の原料ガス、第3の原料ガス、および第4の原料ガスとし、酸化剤を含む原料ガスを第2の原料ガスとしている。上記S101乃至S103に従って、基板4030を基板ホルダ4026にセットし、ヒータ4027の温度調整、および基板4030の保持を行う。   FIG. 16C illustrates an example of a sequence in the case of forming a film using a plurality of types of source gases including a precursor. In FIG. 16C, a source gas including a precursor is referred to as a first source gas, a third source gas, and a fourth source gas, and a source gas including an oxidizing agent is referred to as a second source gas. According to S101 to S103, the substrate 4030 is set on the substrate holder 4026, and the temperature of the heater 4027 is adjusted and the substrate 4030 is held.

次に、第1の原料ガス、第2の原料ガス、第3の原料ガス、第2の原料ガス、第4の原料ガス、および第2の原料ガスを順次導入して、基板4030上に成膜を行う(S104)。第1の原料ガス乃至第4の原料ガスの導入は、それぞれパルス状に行われる。図16(C)では、第1の原料ガス乃至第4の原料ガスの導入をそれぞれONで示し、原料ガスが導入されていない期間をOFFで示している。第1の原料ガス乃至第4の原料ガスが、いずれも導入されていない期間では、チャンバー4020内を排気する。チャンバー4020に第1の原料ガス、第3の原料ガス、および第4の原料ガスを導入するパルス時間は、0.1秒以上1秒以下、好ましくは、0.1秒以上0.5秒以下とするのが好ましい。また、第1の原料ガス、第3の原料ガス、および第4の原料ガスが導入されていない期間、すなわちチャンバー4020内を排気する時間は、1秒以上15秒以下、好ましくは、1秒以上5秒以下とする。チャンバー4020に第2の原料ガスを導入するパルス時間は、0.1秒以上30秒以下、好ましくは、0.3秒以上15秒以下とするのが好ましい。また、第2の原料ガスが導入されていない期間、すなわちチャンバー4020内を排気する時間は、1秒以上15秒以下、好ましくは、1秒以上5秒以下とする。   Next, a first source gas, a second source gas, a third source gas, a second source gas, a fourth source gas, and a second source gas are sequentially introduced, and formed on the substrate 4030. A film is formed (S104). The introduction of the first to fourth source gases is performed in a pulsed manner. In FIG. 16C, the introduction of the first to fourth source gases is indicated by ON, and the period in which the source gas is not introduced is indicated by OFF. During a period in which none of the first to fourth source gases is introduced, the inside of the chamber 4020 is exhausted. A pulse time for introducing the first source gas, the third source gas, and the fourth source gas into the chamber 4020 is 0.1 seconds to 1 second, preferably 0.1 seconds to 0.5 seconds. It is preferred that Further, a period during which the first source gas, the third source gas, and the fourth source gas are not introduced, that is, a time during which the inside of the chamber 4020 is exhausted is 1 second to 15 seconds, preferably 1 second or more. 5 seconds or less. The pulse time for introducing the second source gas into the chamber 4020 is preferably from 0.1 to 30 seconds, more preferably from 0.3 to 15 seconds. Further, a period during which the second source gas is not introduced, that is, a time period during which the inside of the chamber 4020 is exhausted is set to be 1 second to 15 seconds, preferably 1 second to 5 seconds.

成膜は、第1の原料ガスの導入、第1の原料ガスの排気、第2の原料ガスの導入、第2の原料ガスの排気、第3の原料ガスの導入、第3の原料ガスの排気、第2の原料ガスの導入、第2の原料ガスの排気、第4の原料ガスの導入、第4の原料ガスの排気、第2の原料ガスの導入、第2の原料ガスの排気を1サイクルとし、これを繰り返すことで、所望の膜厚を有する膜が形成される。   The film formation is performed by introducing the first source gas, exhausting the first source gas, introducing the second source gas, exhausting the second source gas, introducing the third source gas, and introducing the third source gas. Exhaust, introduction of the second source gas, exhaust of the second source gas, introduction of the fourth source gas, exhaust of the fourth source gas, introduction of the second source gas, and exhaust of the second source gas One cycle is repeated, and a film having a desired film thickness is formed.

例えば、第1の原料ガスがインジウムを含むプリカーサを含み、第3の原料ガスがガリウムを含むプリカーサを含み、第4の原料ガスが亜鉛を含むプリカーサを含む場合、図16(C)に示すシーケンスによりIn−Ga−Zn酸化物を形成することができる。   For example, in the case where the first source gas includes a precursor including indium, the third source gas includes a precursor including gallium, and the fourth source gas includes a precursor including zinc, a sequence illustrated in FIG. Thus, an In—Ga—Zn oxide can be formed.

なお、図16(C)に示すシーケンスにおいて、第1の原料ガス、第3の原料ガス、および第4の原料ガスの導入順序は、これに限定されない。また、1サイクル中の第1の原料ガス、第3の原料ガス、および第4の原料ガスの導入回数は1回とは限らない。ある原料ガスを、1サイクル中に複数回導入することで、その原料ガスに含まれる金属元素の濃度が高い膜を形成することができる。すなわち、それぞれのガスの導入回数を変えることで、形成される膜の原子数比を制御することができる。また、第1の原料ガス、第3の原料ガス、および第4の原料ガス、あるいはこれら原料ガスから選ばれた2種類の原料ガスを同時にチャンバー4020に導入してもよい。   Note that in the sequence illustrated in FIG. 16C, the introduction order of the first source gas, the third source gas, and the fourth source gas is not limited to this. In addition, the number of introductions of the first source gas, the third source gas, and the fourth source gas in one cycle is not limited to one. By introducing a certain source gas a plurality of times during one cycle, a film in which the concentration of the metal element contained in the source gas is high can be formed. That is, by changing the number of times of introduction of each gas, the atomic ratio of the formed film can be controlled. Further, a first source gas, a third source gas, a fourth source gas, or two types of source gases selected from these source gases may be simultaneously introduced into the chamber 4020.

本実施の形態は、他の実施の形態および実施例などに記載した構成と適宜組み合わせて実施することが可能である。   This embodiment can be implemented in appropriate combination with the structures described in the other embodiments, examples, and the like.

(実施の形態3)
本実施の形態では、半導体装置の一形態を、図18乃至図23を用いて説明する。
(Embodiment 3)
In this embodiment, one embodiment of a semiconductor device is described with reference to FIGS.

[記憶装置1]
本発明の一態様である容量素子を使用した、半導体装置(記憶装置)の一例を図18に示す。本発明の一態様の半導体装置は、トランジスタ200はトランジスタ300の上方に設けられ、容量素子100はトランジスタ200の上方に設けられている。容量素子100、またはトランジスタ300は、少なくとも一部がトランジスタ200と重畳することが好ましい。これにより、容量素子100、トランジスタ200、およびトランジスタ300の上面視における占有面積を低減することができるので、本実施の形態に係る半導体装置を微細化または高集積化させることができる。なお、本実施の形態に係る半導体装置は、例えば、CPU(Central Processing Unit)またはGPU(Graphics Processing Unit)に代表されるロジック回路、あるいはDRAM(Dynamic Random Access Memory)またはNVM(Non−Volatile Memory)に代表されるメモリ回路に適用することができる。
[Storage device 1]
FIG. 18 illustrates an example of a semiconductor device (memory device) using the capacitor which is one embodiment of the present invention. In the semiconductor device of one embodiment of the present invention, the transistor 200 is provided above the transistor 300 and the capacitor 100 is provided above the transistor 200. It is preferable that at least part of the capacitor 100 or the transistor 300 overlap with the transistor 200. Accordingly, the area occupied by the capacitor 100, the transistor 200, and the transistor 300 in a top view can be reduced, so that the semiconductor device according to this embodiment can be miniaturized or highly integrated. Note that the semiconductor device according to this embodiment includes, for example, a logic circuit represented by a CPU (Central Processing Unit) or a GPU (Graphics Processing Unit), a DRAM (Dynamic Random Access Memory), or an NVM (Non-Volatile Memory). The present invention can be applied to a memory circuit represented by

なお、トランジスタ200として、先の実施の形態で説明したトランジスタ200を用いることができる。よって、トランジスタ200、およびトランジスタ200を含む層については、先の実施の形態の記載を参酌することができる。   Note that as the transistor 200, the transistor 200 described in the above embodiment can be used. Thus, the description in the above embodiment can be referred to for the transistor 200 and the layer including the transistor 200.

トランジスタ200は、酸化物半導体を有する半導体層にチャネルが形成されるトランジスタである。トランジスタ200は、オフ電流が小さいため、これを記憶装置に用いることにより長期にわたり記憶内容を保持することが可能である。つまり、リフレッシュ動作を必要としない、あるいは、リフレッシュ動作の頻度が極めて少ないため、記憶装置の消費電力を十分に低減することができる。また、半導体層にシリコンを用いるトランジスタと比較して、トランジスタ200は、高温における電気特性が良好である。例えば、トランジスタ200は、125℃乃至150℃の温度範囲においても良好な電気特性を示す。また、125℃乃至150℃の温度範囲において、トランジスタ200は、トランジスタのオン/オフ比が10桁以上を有する。別言すると、半導体層にシリコンを用いるトランジスタと比較して、トランジスタ200は、トランジスタ特性の一例であるオン電流、周波数特性などが高温になるほど優れた特性を有する。   The transistor 200 is a transistor in which a channel is formed in a semiconductor layer including an oxide semiconductor. Since the off-state current of the transistor 200 is small, stored data can be held for a long time by using the transistor 200 in a memory device. That is, since the refresh operation is not required or the frequency of the refresh operation is extremely low, the power consumption of the storage device can be sufficiently reduced. In addition, the transistor 200 has favorable electrical characteristics at high temperature as compared with a transistor using silicon for the semiconductor layer. For example, the transistor 200 has favorable electrical characteristics even in a temperature range of 125 ° C. to 150 ° C. In the temperature range of 125 ° C. to 150 ° C., the transistor 200 has an on / off ratio of the transistor of 10 digits or more. In other words, as compared with a transistor using silicon for the semiconductor layer, the transistor 200 has more excellent characteristics such as on-state current and frequency characteristics which are examples of transistor characteristics as the temperature increases.

図18に示す半導体装置において、配線1001はトランジスタ300のソースと電気的に接続され、配線1002はトランジスタ300のドレインと電気的に接続され、配線1007はトランジスタ300のゲートと電気的に接続されている。また、配線1003はトランジスタ200のソースおよびドレインの一方と電気的に接続され、配線1004はトランジスタ200の第1のゲートと電気的に接続され、配線1006はトランジスタ200の第2のゲートと電気的に接続されている。そして、トランジスタ200のソースおよびドレインの他方は、容量素子100の電極の一方と電気的に接続され、配線1005は容量素子100の電極の他方と電気的に接続されている。   In the semiconductor device illustrated in FIG. 18, the wiring 1001 is electrically connected to the source of the transistor 300, the wiring 1002 is electrically connected to the drain of the transistor 300, and the wiring 1007 is electrically connected to the gate of the transistor 300. I have. Further, the wiring 1003 is electrically connected to one of the source and the drain of the transistor 200, the wiring 1004 is electrically connected to the first gate of the transistor 200, and the wiring 1006 is electrically connected to the second gate of the transistor 200. It is connected to the. The other of the source and the drain of the transistor 200 is electrically connected to one of the electrodes of the capacitor 100, and the wiring 1005 is electrically connected to the other of the electrodes of the capacitor 100.

図18に示す半導体装置は、トランジスタ200のスイッチングによって、容量素子100の電極の一方に充電された電荷が保持可能という特性を有することで、情報の書き込み、保持、読み出しが可能である。また、トランジスタ200は、ソース、第1のゲート、ドレインに加え、第2のゲートが設けられた素子である。すなわち、4端子素子であるため、MTJ(Magnetic Tunnel Junction)特性を利用したMRAM(Magnetoresistive Random Access Memory)、ReRAM(Resistive Random Access Memory)、相変化メモリ(Phase−change memory)などに代表される2端子素子と比較して、入出力の独立制御が簡便に行うことができるといった特徴を有する。また、MRAM、ReRAM、相変化メモリは、情報の書き換えの際に、原子レベルで構造変化が生じる場合がある。一方で図18に示す半導体装置は、情報の書き換えの際にトランジスタ及び容量素子を利用した電子のチャージ、またはディスチャージにより動作するため、繰り返し書き換え耐性に優れ、構造変化も少ないといった特徴を有する。   The semiconductor device illustrated in FIGS. 18A and 18B can write, hold, and read data because the switching of the transistor 200 has a characteristic in which electric charge charged in one of the electrodes of the capacitor 100 can be held. The transistor 200 is an element provided with a second gate in addition to a source, a first gate, and a drain. That is, since it is a four-terminal element, a magnetoresistive random access memory (MRAM) utilizing a magnetic tunnel junction (MTJ) characteristic, a random change access memory (ReRAM, a resistive random access memory) such as a ReRAM (Resistant Random Access Memory), and a phase-change memory such as a phase-change memory (Phase change memory). It has a feature that independent control of input and output can be easily performed as compared with the terminal element. Further, in the MRAM, the ReRAM, and the phase change memory, a structural change may occur at an atomic level when information is rewritten. On the other hand, the semiconductor device illustrated in FIGS. 18A and 18B operates by charge or discharge of electrons using a transistor and a capacitor at the time of rewriting information, and thus has features of excellent repetition rewriting resistance and little structural change.

また、図18に示す半導体装置は、マトリクス状に配置することで、メモリセルアレイを構成することができる。この場合、トランジスタ300は、当該メモリセルアレイに接続される読み出し回路、または駆動回路などとして用いることができる。また、図18に示す半導体装置は、上述のようにメモリセルアレイを構成している。図18に示す半導体装置をメモリ素子として用いた場合、例えば、駆動電圧が2.5V、評価環境温度が−40℃乃至85℃の範囲において、200MHz以上の動作周波数を実現することができる。   The semiconductor device illustrated in FIG. 18 can form a memory cell array by being arranged in a matrix. In that case, the transistor 300 can be used as a reading circuit, a driver circuit, or the like connected to the memory cell array. The semiconductor device illustrated in FIG. 18 forms a memory cell array as described above. When the semiconductor device illustrated in FIG. 18 is used as a memory element, for example, an operating frequency of 200 MHz or more can be realized in a driving voltage of 2.5 V and an evaluation environment temperature in a range of −40 ° C. to 85 ° C.

<トランジスタ300>
トランジスタ300は、基板311上に設けられ、ゲート電極として機能する導電体316、ゲート絶縁体として機能する絶縁体315、基板311の一部からなる半導体領域313、ならびにソース領域またはドレイン領域として機能する低抵抗領域314a、および低抵抗領域314bを有する。
<Transistor 300>
The transistor 300 is provided over the substrate 311 and functions as a conductor 316 functioning as a gate electrode, an insulator 315 functioning as a gate insulator, a semiconductor region 313 which is part of the substrate 311, and functions as a source or drain region. The low resistance region 314a and the low resistance region 314b are provided.

ここで、半導体領域313の上に絶縁体315が配置され、絶縁体315の上に導電体316が配置される。また、同じ層に形成されるトランジスタ300は、素子分離絶縁層として機能する絶縁体312によって、電気的に分離されている。絶縁体312は、後述する絶縁体326などと同様の絶縁体を用いることができる。トランジスタ300は、pチャネル型、あるいはnチャネル型のいずれでもよい。   Here, the insulator 315 is provided over the semiconductor region 313, and the conductor 316 is provided over the insulator 315. The transistors 300 formed in the same layer are electrically separated by an insulator 312 functioning as an element isolation insulating layer. As the insulator 312, an insulator similar to an insulator 326 described later or the like can be used. The transistor 300 may be either a p-channel transistor or an n-channel transistor.

基板311は、半導体領域313のチャネルが形成される領域、その近傍の領域、ソース領域、またはドレイン領域となる低抵抗領域314a、および低抵抗領域314bなどにおいて、シリコン系半導体などの半導体を含むことが好ましく、単結晶シリコンを含むことが好ましい。または、Ge(ゲルマニウム)、SiGe(シリコンゲルマニウム)、GaAs(ガリウムヒ素)、GaAlAs(ガリウムアルミニウムヒ素)などを有する材料で形成してもよい。結晶格子に応力を与え、格子間隔を変化させることで有効質量を制御したシリコンを用いた構成としてもよい。またはGaAsとGaAlAs等を用いることで、トランジスタ300をHEMT(High Electron Mobility Transistor)としてもよい。   The substrate 311 includes a semiconductor such as a silicon-based semiconductor in a region where a channel of the semiconductor region 313 is formed, a region near the channel, a low-resistance region 314a serving as a source region or a drain region, a low-resistance region 314b, or the like. And preferably contains single crystal silicon. Alternatively, a material including Ge (germanium), SiGe (silicon germanium), GaAs (gallium arsenide), GaAlAs (gallium aluminum arsenide), or the like may be used. A structure using silicon whose effective mass is controlled by applying stress to the crystal lattice and changing the lattice spacing may be employed. Alternatively, the transistor 300 may be formed using HEMT (High Electron Mobility Transistor) by using GaAs and GaAlAs.

低抵抗領域314a、および低抵抗領域314bは、半導体領域313に適用される半導体材料に加え、ヒ素、リンなどのn型の導電性を付与する元素、またはホウ素などのp型の導電性を付与する元素を含む。   The low-resistance regions 314a and 314b have an n-type conductivity element such as arsenic or phosphorus, or a p-type conductivity such as boron, in addition to the semiconductor material applied to the semiconductor region 313. Containing elements.

ゲート電極として機能する導電体316は、ヒ素、リンなどのn型の導電性を付与する元素、もしくはホウ素などのp型の導電性を付与する元素を含むシリコンなどの半導体材料、金属材料、合金材料、または金属酸化物材料などの導電性材料を用いることができる。   The conductor 316 functioning as a gate electrode includes a semiconductor material such as silicon, a metal material, or an alloy including an element imparting n-type conductivity such as arsenic or phosphorus, or an element imparting p-type conductivity such as boron. A conductive material such as a material or a metal oxide material can be used.

なお、導電体の材料により、仕事関数が定まるため、導電体の材料を変更することで、しきい値電圧を調整することができる。具体的には、導電体に窒化チタンや窒化タンタルなどの材料を用いることが好ましい。さらに導電性と埋め込み性を両立するために導電体にタングステンやアルミニウムなどの金属材料を積層として用いることが好ましく、特にタングステンを用いることが耐熱性の点で好ましい。   Note that since the work function is determined by the material of the conductor, the threshold voltage can be adjusted by changing the material of the conductor. Specifically, it is preferable to use a material such as titanium nitride or tantalum nitride for the conductor. Further, in order to achieve both conductivity and burying property, it is preferable to use a metal material such as tungsten or aluminum as a laminate for the conductor, and it is particularly preferable to use tungsten from the viewpoint of heat resistance.

ここで、図18に示すトランジスタ300はチャネルが形成される半導体領域313(基板311の一部)が凸形状を有する。また、半導体領域313の側面および上面を、絶縁体315を介して、導電体316が覆うように設けられている。このようなトランジスタ300は半導体基板の凸部を利用していることからFIN型トランジスタとも呼ばれる。なお、凸部の上部に接して、凸部を形成するためのマスクとして機能する絶縁体を有していてもよい。また、ここでは半導体基板の一部を加工して凸部を形成する場合を示したが、SOI基板を加工して凸形状を有する半導体膜を形成してもよい。   Here, in the transistor 300 illustrated in FIG. 18, a semiconductor region 313 (a part of the substrate 311) in which a channel is formed has a convex shape. The conductor 316 is provided so as to cover the side surface and the top surface of the semiconductor region 313 with the insulator 315 interposed therebetween. Such a transistor 300 is also called a FIN transistor because it utilizes a projection of a semiconductor substrate. Note that an insulator may be provided in contact with an upper portion of the projection and functioning as a mask for forming the projection. Although a case where a part of a semiconductor substrate is processed to form a convex portion is described here, a semiconductor film having a convex shape may be formed by processing an SOI substrate.

なお、図18に示すトランジスタ300は一例であり、その構造に限定されず、回路構成や駆動方法に応じて適切なトランジスタを用いればよい。   Note that the transistor 300 illustrated in FIG. 18 is an example, and there is no limitation on the structure, and an appropriate transistor may be used depending on a circuit configuration and a driving method.

また、図18に示すように半導体装置は、トランジスタ300と、トランジスタ200とを、積層して設けている。例えば、トランジスタ300をシリコン系半導体材料で形成し、トランジスタ200を酸化物半導体で形成することができる。このように、図18に示す半導体装置は、シリコン系半導体材料と、酸化物半導体とを、異なるレイヤーに混載して形成することが可能である。また、図18に示す半導体装置は、シリコン系半導体材料で用いる製造装置と同様のプロセスで作製することが可能であり、高集積化することも可能である。   As illustrated in FIG. 18, the semiconductor device includes a transistor 300 and a transistor 200 which are stacked. For example, the transistor 300 can be formed using a silicon-based semiconductor material and the transistor 200 can be formed using an oxide semiconductor. As described above, the semiconductor device illustrated in FIG. 18 can be formed by mixing a silicon-based semiconductor material and an oxide semiconductor in different layers. The semiconductor device illustrated in FIGS. 18A and 18B can be manufactured by a process similar to that of a manufacturing device using a silicon-based semiconductor material, and can be highly integrated.

<容量素子>
容量素子100は、絶縁体160上の絶縁体114と、絶縁体114上の絶縁体140と、絶縁体114および絶縁体140に形成された開口の中に配置された導電体110と、導電体110および絶縁体140上の絶縁体130と、絶縁体130上の導電体120と、導電体120および絶縁体130上の絶縁体150と、を有する。ここで、絶縁体114および絶縁体140に形成された開口の中に導電体110、絶縁体130、および導電体120の少なくとも一部が配置される。
<Capacitive element>
The capacitor 100 includes an insulator 114 over the insulator 160, an insulator 140 over the insulator 114, a conductor 110 disposed in the insulator 114 and an opening formed in the insulator 140, An insulator 130 over the insulator 110 and the insulator 140, a conductor 120 over the insulator 130, and an insulator 150 over the conductor 120 and the insulator 130 are provided. Here, at least part of the conductor 110, the insulator 130, and the conductor 120 are arranged in openings formed in the insulator 114 and the insulator 140.

導電体110は容量素子100の下部電極として機能し、導電体120は容量素子100の上部電極として機能し、絶縁体130は、容量素子100の誘電体として機能する。容量素子100は、絶縁体114および絶縁体140の開口において、底面だけでなく、側面においても上部電極と下部電極とが誘電体を挟んで対向する構成となっており、単位面積当たりの静電容量を大きくすることができる。よって、当該開口の深さを深くするほど、容量素子100の静電容量を大きくすることができる。このように容量素子100の単位面積当たりの静電容量を大きくすることにより、半導体装置の微細化または高集積化を推し進めることができる。   The conductor 110 functions as a lower electrode of the capacitor 100, the conductor 120 functions as an upper electrode of the capacitor 100, and the insulator 130 functions as a dielectric of the capacitor 100. In the capacitor 100, the upper electrode and the lower electrode are opposed to each other not only on the bottom surface but also on the side surfaces of the opening of the insulator 114 and the insulator 140 with a dielectric material interposed therebetween. The capacity can be increased. Therefore, the capacitance of the capacitor 100 can be increased as the depth of the opening is increased. By increasing the capacitance per unit area of the capacitor 100 in this manner, miniaturization or high integration of a semiconductor device can be promoted.

絶縁体114、および絶縁体150は、絶縁体280に用いることができる絶縁体を用いればよい。また、絶縁体140は、絶縁体114の開口を形成するときのエッチングストッパとして機能することが好ましく、絶縁体212に用いることができる絶縁体を用いればよい。   As the insulator 114 and the insulator 150, an insulator that can be used for the insulator 280 may be used. The insulator 140 preferably functions as an etching stopper when the opening of the insulator 114 is formed, and an insulator that can be used for the insulator 212 may be used.

絶縁体114および絶縁体140に形成された開口を上面から見た形状は、四角形としてもよいし、四角形以外の多角形状としてもよいし、多角形状において角部を湾曲させた形状としてもよいし、楕円を含む円形状としてもよい。ここで、上面視において、当該開口とトランジスタ200の重なる面積が多い方が好ましい。このような構成にすることにより、容量素子100とトランジスタ200を有する半導体装置の占有面積を低減することができる。   The shape of the opening formed in the insulator 114 and the insulator 140 as viewed from above may be a quadrangle, a polygon other than a quadrangle, or a shape in which a corner is curved in a polygon. And a circular shape including an ellipse. Here, it is preferable that the area where the opening and the transistor 200 overlap with each other be large in a top view. With such a structure, the area occupied by the semiconductor device including the capacitor 100 and the transistor 200 can be reduced.

導電体110は、絶縁体140、および絶縁体114に形成された開口に接して配置される。導電体110の上面は、絶縁体140の上面と略一致することが好ましい。また、導電体110の下面には、絶縁体160上に設けられた導電体152が接する。導電体110は、ALD法またはCVD法などを用いて成膜することが好ましく、例えば、導電体205に用いることができる導電体を用いればよい。   The conductor 110 is provided in contact with the insulator 140 and an opening formed in the insulator 114. It is preferable that the upper surface of the conductor 110 substantially coincides with the upper surface of the insulator 140. In addition, a conductor 152 provided over the insulator 160 is in contact with the lower surface of the conductor 110. The conductor 110 is preferably formed by an ALD method, a CVD method, or the like; for example, a conductor that can be used for the conductor 205 may be used.

絶縁体130は、導電体110および絶縁体140を覆うように配置される。例えば、ALD法またはCVD法などを用いて絶縁体130を成膜することが好ましい。絶縁体130は、例えば、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、酸化ジルコニウム、酸化アルミニウム、酸化窒化アルミニウム、窒化酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸化ハフニウム、酸化窒化ハフニウム、窒化酸化ハフニウム、窒化ハフニウムなどを用いればよく、積層または単層で設けることができる。例えば、絶縁体130として、酸化ジルコニウム、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウムの順番で積層された絶縁膜を用いることができる。   The insulator 130 is provided so as to cover the conductor 110 and the insulator 140. For example, the insulator 130 is preferably formed by an ALD method, a CVD method, or the like. The insulator 130 is formed using, for example, silicon oxide, silicon oxynitride, silicon nitride oxide, silicon nitride, zirconium oxide, aluminum oxide, aluminum oxynitride, aluminum nitride oxide, aluminum nitride, hafnium oxide, hafnium oxynitride, hafnium nitride oxide, or nitrided nitride. Hafnium or the like may be used; For example, as the insulator 130, an insulating film stacked in the order of zirconium oxide, aluminum oxide, and zirconium oxide can be used.

また、絶縁体130には、酸化窒化シリコンなどの絶縁耐力が大きい材料、または高誘電率(high−k)材料を用いることが好ましい。または、絶縁耐力が大きい材料と高誘電率(high−k)材料の積層構造を用いてもよい。   It is preferable that the insulator 130 be formed using a material with high dielectric strength, such as silicon oxynitride, or a high dielectric constant (high-k) material. Alternatively, a stacked structure of a material having a high dielectric strength and a high dielectric constant (high-k) material may be used.

なお、高誘電率(high−k)材料(高い比誘電率の材料)の絶縁体としては、酸化ガリウム、酸化ハフニウム、酸化ジルコニウム、アルミニウムおよびハフニウムを有する酸化物、アルミニウムおよびハフニウムを有する酸化窒化物、シリコンおよびハフニウムを有する酸化物、シリコンおよびハフニウムを有する酸化窒化物、シリコンおよびハフニウムを有する窒化物などがある。このようなhigh−k材料を用いることで、絶縁体130を厚くしても容量素子100の静電容量を十分確保することができる。絶縁体130を厚くすることにより、導電体110と導電体120の間に生じるリーク電流を抑制することができる。   Gallium oxide, hafnium oxide, zirconium oxide, oxides containing aluminum and hafnium, oxynitrides containing aluminum and hafnium are given as insulators of a high dielectric constant (high-k) material (a material having a high relative dielectric constant). , An oxide containing silicon and hafnium, an oxynitride containing silicon and hafnium, a nitride containing silicon and hafnium, and the like. By using such a high-k material, the capacitance of the capacitor 100 can be sufficiently ensured even when the thickness of the insulator 130 is increased. By increasing the thickness of the insulator 130, leakage current generated between the conductor 110 and the conductor 120 can be suppressed.

一方、絶縁耐力が大きい材料としては、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、フッ素を添加した酸化シリコン、炭素を添加した酸化シリコン、炭素および窒素を添加した酸化シリコン、空孔を有する酸化シリコン、樹脂などがある。例えば、ALD法を用いて成膜した窒化シリコン(SiN)、プラズマALD法を用いて成膜した酸化シリコン(SiO)、ALD法を用いて成膜した窒化シリコン(SiN)の順番で積層された絶縁膜を用いることができる。このような、絶縁耐力が大きい絶縁体を用いることで、絶縁耐力が向上し、容量素子100の静電破壊を抑制することができる。 On the other hand, materials having high dielectric strength include silicon oxide, silicon oxynitride, silicon nitride oxide, silicon nitride, silicon oxide added with fluorine, silicon oxide added with carbon, silicon oxide added with carbon and nitrogen, and holes. Silicon oxide, resin, and the like. For example, silicon nitride was deposited using ALD (SiN x), in the order of the plasma ALD method the formed silicon oxide with (SiO x), silicon nitride was deposited using ALD (SiN x) A stacked insulating film can be used. By using such an insulator having a large dielectric strength, the dielectric strength is improved, and electrostatic breakdown of the capacitor 100 can be suppressed.

また、絶縁体130に、先の実施の形態で説明した第1のゲート絶縁体、または第2のゲート絶縁体と同様の構造を用いてもよい。   In addition, the insulator 130 may have a structure similar to that of the first gate insulator or the second gate insulator described in the above embodiment.

具体的には、酸化物230としてIn−Ga−Zn酸化物を用いる場合、絶縁体130としてガリウム酸化物、またはIn−Ga−Zn酸化物の中で酸化物230bよりも絶縁性が高い材料を含むことが好ましい。絶縁体130を構成する元素と、酸化物230を構成する元素が共通であるため、万が一、絶縁体130を構成する元素が、酸化物230へと拡散したとしても、酸化物230の低抵抗化の要因とならない。   Specifically, in the case where an In-Ga-Zn oxide is used as the oxide 230, a material having higher insulating property than the oxide 230b in the gallium oxide or the In-Ga-Zn oxide is used as the insulator 130. It is preferred to include. Since the element included in the insulator 130 and the element included in the oxide 230 are common, even if the element included in the insulator 130 is diffused into the oxide 230, the resistance of the oxide 230 is reduced. Is not a factor.

特に、酸化ガリウムは、窒化シリコンよりも誘電率が高い高誘電率絶縁材料であり、いわゆるhigh−k材料である。半導体装置の微細化、および高集積化が進むと、誘電体の薄膜化により、リーク電流などの問題が生じる場合がある。誘電体として機能する絶縁体にhigh−k材料を用いることで、物理膜厚を保持したまま、誘電体の等価酸化膜厚(EOT)の薄膜化が可能となる。   In particular, gallium oxide is a high dielectric constant insulating material having a higher dielectric constant than silicon nitride, and is a so-called high-k material. As the miniaturization and high integration of a semiconductor device progress, problems such as leakage current may occur due to thinning of a dielectric. By using a high-k material for the insulator functioning as a dielectric, the equivalent oxide thickness (EOT) of the dielectric can be reduced while maintaining the physical thickness.

また、絶縁体130は、絶縁体114などに形成された開口の底部および側面に形成される。また、誘電体として機能する絶縁体130の膜厚は、当該開口の底部、および属面で均一であることが好ましい。ALD法は、段差や凹凸を有する構造体に対して被覆性に優れた成膜方法である。よって、絶縁体130をALD法によって成膜することで、当該開口の底部、および側面で絶縁体130の膜厚を均一にすることができる。   The insulator 130 is formed at the bottom and side surfaces of an opening formed in the insulator 114 or the like. It is preferable that the thickness of the insulator 130 functioning as a dielectric be uniform at the bottom of the opening and at the attachment surface. The ALD method is a film forming method that is excellent in covering properties for a structure having steps and unevenness. Therefore, when the insulator 130 is formed by an ALD method, the thickness of the insulator 130 can be uniform at the bottom and side surfaces of the opening.

導電体120は、絶縁体140および絶縁体114に形成された開口を埋めるように配置される。また、導電体120は、導電体112、および導電体153を介して配線1005と電気的に接続している。導電体120は、ALD法またはCVD法などを用いて成膜することが好ましく、例えば、導電体205に用いることができる導電体を用いればよい。   The conductor 120 is provided so as to fill openings formed in the insulator 140 and the insulator 114. The conductor 120 is electrically connected to the wiring 1005 through the conductor 112 and the conductor 153. The conductor 120 is preferably formed by an ALD method, a CVD method, or the like; for example, a conductor that can be used for the conductor 205 may be used.

また、トランジスタ200は、酸化物半導体を用いる構成であるため、容量素子100との相性が優れている。具体的には、酸化物半導体を用いるトランジスタ200は、オフ電流が小さいため、容量素子100と組み合わせて用いることで長期にわたり記憶内容を保持することが可能である。   Further, since the transistor 200 has a structure using an oxide semiconductor, it has excellent compatibility with the capacitor 100. Specifically, the transistor 200 including an oxide semiconductor has low off-state current; therefore, when it is used in combination with the capacitor 100, stored data can be held for a long time.

<配線層>
各構造体の間には、層間膜、配線、およびプラグ等が設けられた配線層が設けられていてもよい。また、配線層は、設計に応じて複数層設けることができる。ここで、プラグまたは配線として機能する導電体は、複数の構造をまとめて同一の符号を付与する場合がある。また、本明細書等において、配線と、配線と電気的に接続するプラグとが一体物であってもよい。すなわち、導電体の一部が配線として機能する場合、および導電体の一部がプラグとして機能する場合もある。
<Wiring layer>
A wiring layer provided with an interlayer film, a wiring, a plug, and the like may be provided between the structures. Further, a plurality of wiring layers can be provided depending on the design. Here, the conductor functioning as a plug or a wiring may be provided with the same reference numeral collectively for a plurality of structures. Further, in this specification and the like, a wiring and a plug that is electrically connected to the wiring may be integrated. That is, a part of the conductor functions as a wiring and a part of the conductor functions as a plug in some cases.

例えば、トランジスタ300上には、層間膜として、絶縁体320、絶縁体322、絶縁体324、および絶縁体326が順に積層して設けられている。また、絶縁体320、絶縁体322、絶縁体324、および絶縁体326には、端子として機能する導電体153と電気的に接続する導電体328、および導電体330等が埋め込まれている。なお、導電体328、および導電体330はプラグ、または配線として機能する。   For example, over the transistor 300, an insulator 320, an insulator 322, an insulator 324, and an insulator 326 are sequentially stacked as interlayer films. In the insulator 320, the insulator 322, the insulator 324, and the insulator 326, a conductor 328 electrically connected to the conductor 153 functioning as a terminal, a conductor 330, and the like are embedded. Note that the conductor 328 and the conductor 330 function as plugs or wirings.

また、層間膜として機能する絶縁体は、その下方の凹凸形状を被覆する平坦化膜として機能してもよい。例えば、絶縁体322の上面は、平坦性を高めるために化学機械研磨(CMP)法等を用いた平坦化処理により平坦化されていてもよい。   Further, the insulator functioning as an interlayer film may function as a flattening film that covers the uneven shape below the insulator. For example, the upper surface of the insulator 322 may be planarized by a planarization process using a chemical mechanical polishing (CMP) method or the like to improve planarity.

絶縁体326、および導電体330上に、配線層を設けてもよい。例えば、図18において、絶縁体350、絶縁体352、および絶縁体354が順に積層して設けられている。また、絶縁体350、絶縁体352、および絶縁体354には、導電体356が形成されている。導電体356は、プラグ、または配線として機能する。   A wiring layer may be provided over the insulator 326 and the conductor 330. For example, in FIG. 18, an insulator 350, an insulator 352, and an insulator 354 are sequentially stacked. A conductor 356 is formed over the insulator 350, the insulator 352, and the insulator 354. The conductor 356 functions as a plug or a wiring.

絶縁体354、および導電体356上には、絶縁体360、絶縁体362、絶縁体212、および絶縁体216が順に積層して設けられている。また、絶縁体360、絶縁体362、絶縁体212、および絶縁体216には、導電体366、及びトランジスタ200を構成する導電体(導電体205)等が埋め込まれている。なお、導電体366は、トランジスタ300と電気的に接続するプラグ、または配線として機能する。   The insulator 360, the insulator 362, the insulator 212, and the insulator 216 are provided over the insulator 354 and the conductor 356 in that order. In the insulator 360, the insulator 362, the insulator 212, and the insulator 216, a conductor 366, a conductor included in the transistor 200 (the conductor 205), or the like is embedded. Note that the conductor 366 functions as a plug or a wiring which is electrically connected to the transistor 300.

また、絶縁体114、絶縁体140、絶縁体130、絶縁体150、および絶縁体154には、導電体112、および容量素子100を構成する導電体(導電体120、導電体110)等が埋め込まれている。なお、導電体112は、容量素子100、トランジスタ200、またはトランジスタ300と、端子として機能する導電体153と、を電気的に接続するプラグ、または配線として機能する。   In addition, the conductor 112, a conductor (the conductor 120, the conductor 110) included in the capacitor 100, and the like are embedded in the insulator 114, the insulator 140, the insulator 130, the insulator 150, and the insulator 154. Have been. Note that the conductor 112 functions as a plug or a wiring which electrically connects the capacitor 100, the transistor 200, or the transistor 300 to the conductor 153 functioning as a terminal.

また、絶縁体154上に導電体153が設けられ、導電体153は、絶縁体156に覆われている。ここで、導電体153は導電体112の上面に接しており、容量素子100、トランジスタ200、またはトランジスタ300の端子として機能する。   The conductor 153 is provided over the insulator 154, and the conductor 153 is covered with the insulator 156. Here, the conductor 153 is in contact with the upper surface of the conductor 112 and functions as a terminal of the capacitor 100, the transistor 200, or the transistor 300.

なお、層間膜として用いることができる絶縁体としては、絶縁性を有する酸化物、窒化物、酸化窒化物、窒化酸化物、金属酸化物、金属酸化窒化物、金属窒化酸化物などがある。例えば、層間膜として機能する絶縁体は、比誘電率が低い材料を用いることで、配線間に生じる寄生容量を低減することができる。したがって、絶縁体の機能に応じて、材料を選択するとよい。   Note that examples of an insulator that can be used as an interlayer film include an oxide, a nitride, an oxynitride, a nitride oxide, a metal oxide, a metal oxynitride, and a metal nitride oxide having insulating properties. For example, by using a material having a low relative dielectric constant for an insulator functioning as an interlayer film, parasitic capacitance generated between wirings can be reduced. Therefore, a material may be selected according to the function of the insulator.

例えば、絶縁体320、絶縁体322、絶縁体326、絶縁体352、絶縁体354、絶縁体362、絶縁体114、絶縁体150、絶縁体156等は、比誘電率の低い絶縁体を有することが好ましい。例えば、当該絶縁体は、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、フッ素を添加した酸化シリコン、炭素を添加した酸化シリコン、炭素および窒素を添加した酸化シリコン、空孔を有する酸化シリコン、樹脂などを有することが好ましい。または、当該絶縁体は、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、フッ素を添加した酸化シリコン、炭素を添加した酸化シリコン、炭素および窒素を添加した酸化シリコンまたは空孔を有する酸化シリコンと、樹脂と、の積層構造を有することが好ましい。酸化シリコンおよび酸化窒化シリコンは、熱的に安定であるため、樹脂と組み合わせることで、熱的に安定かつ比誘電率の低い積層構造とすることができる。樹脂としては、例えば、ポリエステル、ポリオレフィン、ポリアミド(ナイロン、アラミドなど)、ポリイミド、ポリカーボネート、アクリルなどがある。   For example, the insulator 320, the insulator 322, the insulator 326, the insulator 352, the insulator 354, the insulator 362, the insulator 114, the insulator 150, the insulator 156, or the like includes an insulator with a low relative dielectric constant. Is preferred. For example, the insulator includes silicon oxide, silicon oxynitride, silicon nitride oxide, silicon nitride, silicon oxide to which fluorine is added, silicon oxide to which carbon is added, silicon oxide to which carbon and nitrogen are added, and silicon oxide having holes. , A resin or the like. Alternatively, the insulator is silicon oxide, silicon oxynitride, silicon nitride oxide, silicon nitride, silicon oxide to which fluorine is added, silicon oxide to which carbon is added, silicon oxide to which carbon and nitrogen are added, or silicon oxide having holes. And a resin. Since silicon oxide and silicon oxynitride are thermally stable, they can be combined with a resin to have a stacked structure that is thermally stable and has a low relative dielectric constant. Examples of the resin include polyester, polyolefin, polyamide (eg, nylon and aramid), polyimide, polycarbonate, and acrylic.

また、導電体152または導電体153の上または下に設けられる絶縁体の抵抗率が1.0×1012Ωcm以上1.0×1015Ωcm以下、好ましくは5.0×1012Ωcm以上1.0×1014Ωcm以下、より好ましくは1.0×1013Ωcm以上5.0×1013Ωcm以下であることが好ましい。導電体152または導電体153の上または下に設けられる絶縁体の抵抗率を上記の範囲にすることで、当該絶縁体は、絶縁性を維持しつつ、トランジスタ200、トランジスタ300、容量素子100、および導電体152等の配線間に蓄積される電荷を分散し、該電荷によるトランジスタ、該トランジスタを有する半導体装置の特性不良や静電破壊を抑制することができ、好ましい。このような絶縁体として、窒化シリコン、または窒化酸化シリコンを用いることができる。例えば、絶縁体160または絶縁体154の抵抗率を上記の範囲にすればよい。 In addition, the resistivity of an insulator provided above or below the conductor 152 or the conductor 153 is 1.0 × 10 12 Ωcm to 1.0 × 10 15 Ωcm, preferably 5.0 × 10 12 Ωcm or more. 0.0 × 10 14 Ωcm or less, more preferably 1.0 × 10 13 Ωcm or more and 5.0 × 10 13 Ωcm or less. By setting the resistivity of the insulator provided above or below the conductor 152 or the conductor 153 to be in the above range, the insulator maintains the insulating property and the transistor 200, the transistor 300, the capacitor 100, In addition, electric charge accumulated between wirings such as the conductor 152 can be dispersed, which can suppress defective characteristics and electrostatic breakdown of a transistor and a semiconductor device including the transistor due to the electric charge, which is preferable. As such an insulator, silicon nitride or silicon nitride oxide can be used. For example, the resistivity of the insulator 160 or the insulator 154 may be set in the above range.

また、酸化物半導体を用いたトランジスタは、水素などの不純物および酸素の透過を抑制する機能を有する絶縁体で囲うことによって、トランジスタの電気特性を安定にすることができる。従って、絶縁体324、絶縁体350、絶縁体360等には、水素などの不純物および酸素の透過を抑制する機能を有する絶縁体を用いればよい。   In addition, a transistor including an oxide semiconductor can have stable electrical characteristics by being surrounded by an insulator having a function of suppressing transmission of impurities such as hydrogen and oxygen. Therefore, as the insulator 324, the insulator 350, the insulator 360, and the like, an insulator having a function of suppressing transmission of impurities such as hydrogen and oxygen can be used.

水素などの不純物および酸素の透過を抑制する機能を有する絶縁体としては、例えば、ホウ素、炭素、窒素、酸素、フッ素、マグネシウム、アルミニウム、シリコン、リン、塩素、アルゴン、ガリウム、ゲルマニウム、イットリウム、ジルコニウム、ランタン、ネオジム、ハフニウムまたはタンタルを含む絶縁体を、単層で、または積層で用いればよい。具体的には、水素などの不純物および酸素の透過を抑制する機能を有する絶縁体として、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化ガリウム、酸化ゲルマニウム、酸化イットリウム、酸化ジルコニウム、酸化ランタン、酸化ネオジム、酸化ハフニウムまたは酸化タンタルなどの金属酸化物、窒化酸化シリコンまたは窒化シリコンなどを用いることができる。   Examples of the insulator having a function of suppressing transmission of impurities such as hydrogen and oxygen include boron, carbon, nitrogen, oxygen, fluorine, magnesium, aluminum, silicon, phosphorus, chlorine, argon, gallium, germanium, yttrium, and zirconium. , Lanthanum, neodymium, hafnium, or an insulator containing tantalum may be used as a single layer or a stacked layer. Specifically, as an insulator having a function of suppressing transmission of impurities such as hydrogen and oxygen, aluminum oxide, magnesium oxide, gallium oxide, germanium oxide, yttrium oxide, zirconium oxide, lanthanum oxide, neodymium oxide, hafnium oxide, or A metal oxide such as tantalum oxide, silicon nitride oxide, silicon nitride, or the like can be used.

配線、プラグに用いることができる導電体としては、アルミニウム、クロム、銅、銀、金、白金、タンタル、ニッケル、チタン、モリブデン、タングステン、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、ルテニウムなどから選ばれた金属元素を1種以上含む材料を用いることができる。また、リン等の不純物元素を含有させた多結晶シリコンに代表される、電気伝導度が高い半導体、ニッケルシリサイドなどのシリサイドを用いてもよい。   Conductors that can be used for wiring and plugs include aluminum, chromium, copper, silver, gold, platinum, tantalum, nickel, titanium, molybdenum, tungsten, hafnium, vanadium, niobium, manganese, magnesium, zirconium, beryllium, and indium. A material containing at least one metal element selected from ruthenium and the like can be used. Alternatively, a semiconductor having high electric conductivity, represented by polycrystalline silicon containing an impurity element such as phosphorus, or a silicide such as nickel silicide may be used.

例えば、導電体328、導電体330、導電体356、導電体366、導電体112、導電体152、導電体153等としては、上記の材料で形成される金属材料、合金材料、金属窒化物材料、または金属酸化物材料などの導電性材料を、単層または積層して用いることができる。耐熱性と導電性を両立するタングステンやモリブデンなどの高融点材料を用いることが好ましく、タングステンを用いることが好ましい。または、アルミニウムや銅などの低抵抗導電性材料で形成することが好ましい。低抵抗導電性材料を用いることで配線抵抗を低くすることができる。   For example, as the conductor 328, the conductor 330, the conductor 356, the conductor 366, the conductor 112, the conductor 152, the conductor 153, and the like, a metal material, an alloy material, a metal nitride material formed using the above materials. Or a conductive material such as a metal oxide material can be used as a single layer or a stacked layer. It is preferable to use a high melting point material such as tungsten or molybdenum, which has both heat resistance and conductivity, and it is preferable to use tungsten. Alternatively, it is preferable to use a low-resistance conductive material such as aluminum or copper. By using a low-resistance conductive material, wiring resistance can be reduced.

<酸化物半導体が設けられた層の配線、またはプラグ>
なお、トランジスタ200に、酸化物半導体を用いる場合、酸化物半導体の近傍に過剰酸素領域を有する絶縁体が設けられることがある。その場合、該過剰酸素領域を有する絶縁体と、該過剰酸素領域を有する絶縁体近傍に設ける導電体との間に、バリア性を有する絶縁体を設けることが好ましい。
<Wiring or plug in a layer provided with an oxide semiconductor>
Note that in the case where an oxide semiconductor is used for the transistor 200, an insulator having an excess oxygen region may be provided in the vicinity of the oxide semiconductor in some cases. In that case, an insulator having a barrier property is preferably provided between the insulator having the excess oxygen region and a conductor provided in the vicinity of the insulator having the excess oxygen region.

例えば、図18では、過剰酸素を有する絶縁体280(絶縁体280aおよび絶縁体280b)と、導電体246との間に、絶縁体278を設けるとよい。また、絶縁体278と、絶縁体274とが接して設けるとよい。導電体246、およびトランジスタ200が、バリア性を有する絶縁体278よび絶縁体274によって、封止される構造とすることができる。   For example, in FIG. 18, an insulator 278 may be provided between the insulator 280 containing excess oxygen (the insulator 280a and the insulator 280b) and the conductor 246. Further, the insulator 278 and the insulator 274 are preferably provided in contact with each other. The conductor 246 and the transistor 200 can be sealed with an insulator 278 having a barrier property and an insulator 274.

つまり、絶縁体278を設けることで、絶縁体280が有する過剰酸素が、導電体246に吸収されることを抑制することができる。また、絶縁体278を有することで、不純物である水素が、導電体246を介して、トランジスタ200へ拡散することを抑制することができる。   In other words, by providing the insulator 278, excess oxygen included in the insulator 280 can be suppressed from being absorbed by the conductor 246. In addition, with the use of the insulator 278, diffusion of hydrogen which is an impurity into the transistor 200 through the conductor 246 can be suppressed.

ここで、導電体246は、トランジスタ200、またはトランジスタ300と電気的に接続するプラグ、または配線としての機能を有する。   Here, the conductor 246 has a function as a plug or a wiring which is electrically connected to the transistor 200 or the transistor 300.

以上が構成例についての説明である。本構成を用いることで、酸化物半導体を有するトランジスタを用いた半導体装置を微細化または高集積化させることができる。または、酸化物半導体を有するトランジスタを用いた半導体装置において、電気特性の変動を抑制すると共に、信頼性を向上させることができる。または、オン電流が大きい酸化物半導体を有するトランジスタを提供することができる。または、オフ電流が小さい酸化物半導体を有するトランジスタを提供することができる。または、消費電力が低減された半導体装置を提供することができる。   The above is the description of the configuration example. With the use of this structure, a semiconductor device including a transistor including an oxide semiconductor can be miniaturized or highly integrated. Alternatively, in a semiconductor device including a transistor including an oxide semiconductor, change in electric characteristics can be suppressed and reliability can be improved. Alternatively, a transistor including an oxide semiconductor with high on-state current can be provided. Alternatively, a transistor including an oxide semiconductor with low off-state current can be provided. Alternatively, a semiconductor device with reduced power consumption can be provided.

なお、図18において、容量素子100をトランジスタ200の上に設ける例について示しが、本実施の形態に示す半導体装置はこれに限られるものではない。例えば、図19に示すように、隣接するメモリセルにおいて、容量素子100aがトランジスタ200aの上に配置され、容量素子100bがトランジスタ200bの下に配置される構成にしてもよい。   Note that FIG. 18 illustrates an example in which the capacitor 100 is provided over the transistor 200; however, the semiconductor device described in this embodiment is not limited to this. For example, as shown in FIG. 19, in an adjacent memory cell, the capacitor 100a may be provided over the transistor 200a and the capacitor 100b may be provided under the transistor 200b.

図19に示す記憶装置において、配線1001はトランジスタ300のソースと電気的に接続され、配線1002はトランジスタ300のドレインと電気的に接続されている。また、配線1003aはトランジスタ200aのソースおよびドレインの一方と電気的に接続されている。また、トランジスタ200aのソースおよびドレインの他方は、容量素子100aの電極の一方と電気的に接続され、配線1005aは容量素子100aの電極の他方と電気的に接続されている。また、配線1003bはトランジスタ200bのソースおよびドレインの一方と電気的に接続されている。また、トランジスタ200bのソースおよびドレインの他方は、容量素子100bの電極の一方と電気的に接続され、配線1005bは容量素子100bの電極の他方と電気的に接続されている。   In the memory device illustrated in FIG. 19, the wiring 1001 is electrically connected to the source of the transistor 300, and the wiring 1002 is electrically connected to the drain of the transistor 300. The wiring 1003a is electrically connected to one of the source and the drain of the transistor 200a. The other of the source and the drain of the transistor 200a is electrically connected to one of the electrodes of the capacitor 100a, and the wiring 1005a is electrically connected to the other of the electrodes of the capacitor 100a. The wiring 1003b is electrically connected to one of the source and the drain of the transistor 200b. The other of the source and the drain of the transistor 200b is electrically connected to one of the electrodes of the capacitor 100b, and the wiring 1005b is electrically connected to the other of the electrodes of the capacitor 100b.

図19では、互いに隣接するメモリセルに含まれる、トランジスタ200aおよび容量素子100aと、トランジスタ200bおよび容量素子100bと、を示す。トランジスタ200aおよびトランジスタ200bは、トランジスタ200と同様の構成を有する。なお、トランジスタ200bは、導電体240cが、開口248を介して、導電体247の上面の少なくとも一部と接する点が、トランジスタ200と異なる。以下では、トランジスタ200と異なる点について説明する。   FIG. 19 illustrates a transistor 200a and a capacitor 100a and a transistor 200b and a capacitor 100b included in memory cells adjacent to each other. The transistors 200a and 200b have a structure similar to that of the transistor 200. Note that the transistor 200b is different from the transistor 200 in that the conductor 240c is in contact with at least part of the top surface of the conductor 247 through the opening 248. Hereinafter, points different from the transistor 200 will be described.

トランジスタ200bは、導電体240dと、開口248と、開口248の内部に配置された導電体240cを有する。また、導電体240cは、開口248を介して、導電体247の上面の少なくとも一部と接している。導電体240cと導電体247が接続することで、トランジスタ200bのソースおよびドレインの他方と導電体247との間の電気抵抗を低減することができる。   The transistor 200b includes a conductor 240d, an opening 248, and a conductor 240c disposed inside the opening 248. Further, the conductor 240c is in contact with at least a part of the upper surface of the conductor 247 through the opening 248. With the connection between the conductor 240c and the conductor 247, electric resistance between the other of the source and the drain of the transistor 200b and the conductor 247 can be reduced.

導電体247は、絶縁体150、絶縁体362、絶縁体212、絶縁体214および絶縁体216に形成された開口の中に配置されている。導電体247の上面の少なくとも一部は、絶縁体216から露出しており、導電体247の上面と絶縁体216の上面がほぼ一致することが好ましい。   The conductor 247 is provided in an opening formed in the insulator 150, the insulator 362, the insulator 212, the insulator 214, and the insulator 216. At least a part of the upper surface of the conductor 247 is exposed from the insulator 216, and the upper surface of the conductor 247 and the upper surface of the insulator 216 preferably substantially coincide with each other.

ここで、導電体247は、絶縁体362より下層に設けられた容量素子100bの電極の一方と電気的に接続するためのプラグとして機能する。なお、導電体247は、絶縁体362より下層に設けられたトランジスタのゲートと電気的に接続する構成にしてもよいし、絶縁体362より下層に設けられた配線と電気的に接続する構成にしてもよい。なお、導電体247は延伸させて、配線としても機能してもよい。   Here, the conductor 247 functions as a plug for electrically connecting to one of the electrodes of the capacitor 100b provided below the insulator 362. Note that the conductor 247 may be electrically connected to a gate of a transistor provided below the insulator 362 or electrically connected to a wiring provided below the insulator 362. You may. Note that the conductor 247 may be extended to function as a wiring.

また、絶縁体222、絶縁体224、酸化物230a、および酸化物230bには、導電体247の少なくとも一部を露出する開口248が形成されている。   In the insulator 222, the insulator 224, the oxide 230a, and the oxide 230b, an opening 248 exposing at least a part of the conductor 247 is formed.

また、図19においては、導電体240cの下に導電体247を設ける構成にしたが、本実施の形態に示す半導体装置はこれに限られるものではない。例えば、導電体240dの下に導電体247を設ける構成にしてもよいし、導電体240cと導電体240dの両方の下に導電体247を設ける構成にしてもよい。   In FIG. 19, the conductor 247 is provided below the conductor 240c; however, the semiconductor device described in this embodiment is not limited to this. For example, a structure in which the conductor 247 is provided below the conductor 240d may be employed, or a structure in which the conductor 247 is provided under both the conductor 240c and the conductor 240d.

また、容量素子100aおよび容量素子100bは、容量素子100と同様の構成を有する。つまり、容量素子100aは、導電体110a、絶縁体130a、および導電体120aを有し、容量素子100bは、導電体110b、絶縁体130b、および導電体120bを有する。導電体110aおよび導電体110bは、導電体110と同様の構成を有する。絶縁体130aおよび絶縁体130bは、絶縁体130と同様の構成を有する。導電体120aおよび導電体120bは、導電体120と同様の構成を有する。   The capacitor 100a and the capacitor 100b have a structure similar to that of the capacitor 100. That is, the capacitor 100a includes the conductor 110a, the insulator 130a, and the conductor 120a, and the capacitor 100b includes the conductor 110b, the insulator 130b, and the conductor 120b. The conductor 110a and the conductor 110b have the same configuration as the conductor 110. The insulator 130a and the insulator 130b have a structure similar to that of the insulator 130. The conductor 120a and the conductor 120b have the same configuration as the conductor 120.

ここで、容量素子100aは、トランジスタ200aおよびトランジスタ200bと重畳することが好ましく、例えば、容量素子100aは、トランジスタ200aのチャネル形成領域、およびトランジスタ200bのチャネル形成領域と重なることが好ましい。また、容量素子100bは、トランジスタ200aおよびトランジスタ200bと重畳することが好ましく、例えば、容量素子100bは、トランジスタ200aのチャネル形成領域、およびトランジスタ200bのチャネル形成領域と重なることが好ましい。   Here, the capacitor 100a preferably overlaps with the transistor 200a and the transistor 200b. For example, the capacitor 100a preferably overlaps with a channel formation region of the transistor 200a and a channel formation region of the transistor 200b. Further, the capacitor 100b preferably overlaps with the transistor 200a and the transistor 200b; for example, the capacitor 100b preferably overlaps with a channel formation region of the transistor 200a and a channel formation region of the transistor 200b.

このように、容量素子100aおよび容量素子100bを配置することで、容量素子100a、容量素子100b、トランジスタ200a、およびトランジスタ200bの上面視における占有面積を増加させずに、容量素子100aおよび容量素子100bの静電容量を大きくすることができる。よって、本実施の形態に係る半導体装置を微細化または高集積化させることができる。   By arranging the capacitor 100a and the capacitor 100b in this manner, without increasing the occupied area of the capacitor 100a, the capacitor 100b, the transistor 200a, and the transistor 200b in a top view, the capacitor 100a and the capacitor 100b Can be increased. Therefore, the semiconductor device according to this embodiment can be miniaturized or highly integrated.

また、図20に示すように、容量素子100aおよび容量素子100bを設ける開口を複数設けてもよい。ここで、導電体110aは、各開口で分離して設けてもよい。同様に、導電体110bは、各開口で分離して設けてもよい。これにより、各開口の側面において、容量素子100aおよび容量素子100bを形成することができる。よって、図20に示す容量素子100aおよび容量素子100bは、図19に示す容量素子100aおよび容量素子100bと同程度の占有面積で、より静電容量を大きくすることができる。   Further, as illustrated in FIG. 20, a plurality of openings for providing the capacitor 100a and the capacitor 100b may be provided. Here, the conductor 110a may be provided separately at each opening. Similarly, the conductor 110b may be provided separately at each opening. Accordingly, the capacitor 100a and the capacitor 100b can be formed on the side surface of each opening. Therefore, the capacitances of the capacitor 100a and the capacitor 100b illustrated in FIG. 20 can be further increased with the same occupied area as the capacitor 100a and the capacitor 100b illustrated in FIG.

なお、図19および図20において、容量素子100aおよび容量素子100bを、それぞれトランジスタ200aおよびトランジスタ200bの上下に設ける例について示したが、本実施の形態に示す半導体装置はこれに限られるものではない。例えば、容量素子100aおよびトランジスタ200aを設けず、容量素子100bおよびトランジスタ200bを設ける構成にしてもよい。なお、容量素子100b、またはトランジスタ300は、少なくとも一部がトランジスタ200bと重畳することが好ましい。これにより、容量素子100b、トランジスタ200b、およびトランジスタ300の上面視における占有面積を低減することができるので、本実施の形態に係る半導体装置を微細化または高集積化させることができる。   Note that FIGS. 19 and 20 show examples in which the capacitor 100a and the capacitor 100b are provided above and below the transistor 200a and the transistor 200b, respectively; however, the semiconductor device described in this embodiment is not limited thereto. . For example, a structure in which the capacitor 100b and the transistor 200b are provided without providing the capacitor 100a and the transistor 200a may be employed. Note that at least part of the capacitor 100b or the transistor 300 preferably overlaps with the transistor 200b. Accordingly, the area occupied by the capacitor 100b, the transistor 200b, and the transistor 300 in a top view can be reduced, so that the semiconductor device according to this embodiment can be miniaturized or highly integrated.

なお、上記の容量素子100bは作製工程において、700℃を超える高温の熱処理が必要となる場合がある。このような高温の熱処理を、トランジスタ200bの形成後に行うと、水素または水等の不純物、あるいは酸素の拡散によって、酸化物230が影響を受け、トランジスタ200bの電気特性が劣化する恐れがある。   Note that in some cases, high temperature heat treatment exceeding 700 ° C. is required in the manufacturing process of the capacitor 100b. When such high-temperature heat treatment is performed after formation of the transistor 200b, diffusion of impurities such as hydrogen or water or oxygen diffuses into the oxide 230, which may deteriorate electrical characteristics of the transistor 200b.

しかしながら、本変形例に示すように、容量素子100bの上にトランジスタ200bを形成することにより、容量素子100bの作製工程における熱履歴はトランジスタ200bに影響しない。これにより、トランジスタ200bの電気特性の劣化を防ぎ、安定した電気特性を有する半導体装置を提供することができる。   However, as shown in this modification, by forming the transistor 200b over the capacitor 100b, the heat history in the manufacturing process of the capacitor 100b does not affect the transistor 200b. Accordingly, deterioration of electric characteristics of the transistor 200b can be prevented and a semiconductor device having stable electric characteristics can be provided.

[記憶装置2]
本発明の一態様である半導体装置を使用した、半導体装置(記憶装置)の一例を図21に示す。図21に示す半導体装置は、図18で示した半導体装置と同様に、トランジスタ200、トランジスタ300、および容量素子100を有する。ただし、図21に示す半導体装置は、容量素子100がプレーナ型である点、およびトランジスタ200とトランジスタ300が電気的に接続されている点において、図18に示す半導体装置と異なる。
[Storage device 2]
FIG. 21 illustrates an example of a semiconductor device (memory device) using the semiconductor device of one embodiment of the present invention. The semiconductor device illustrated in FIG. 21 includes a transistor 200, a transistor 300, and a capacitor 100, similarly to the semiconductor device illustrated in FIG. Note that the semiconductor device illustrated in FIG. 21 is different from the semiconductor device illustrated in FIG. 18 in that the capacitor 100 is planar and that the transistor 200 and the transistor 300 are electrically connected to each other.

本発明の一態様の半導体装置は、トランジスタ200はトランジスタ300の上方に設けられ、容量素子100はトランジスタ300、およびトランジスタ200の上方に設けられている。容量素子100、またはトランジスタ300は、少なくとも一部がトランジスタ200と重畳することが好ましい。これにより、容量素子100、トランジスタ200、およびトランジスタ300の上面視における占有面積を低減することができるので、本実施の形態に係る半導体装置を微細化または高集積化させることができる。   In the semiconductor device of one embodiment of the present invention, the transistor 200 is provided above the transistor 300, and the capacitor 100 is provided above the transistor 300 and the transistor 200. It is preferable that at least part of the capacitor 100 or the transistor 300 overlap with the transistor 200. Accordingly, the area occupied by the capacitor 100, the transistor 200, and the transistor 300 in a top view can be reduced, so that the semiconductor device according to this embodiment can be miniaturized or highly integrated.

なお、トランジスタ200およびトランジスタ300として、上記のトランジスタ200およびトランジスタ300を用いることができる。よって、トランジスタ200、トランジスタ300、およびこれらを含む層については、上記の記載を参酌することができる。   Note that the above transistors 200 and 300 can be used as the transistors 200 and 300. Therefore, the above description can be referred to for the transistor 200, the transistor 300, and a layer including these.

図21に示す半導体装置において、配線2001はトランジスタ300のソースと電気的に接続され、配線2002はトランジスタ300のドレインと電気的に接続されている。また、配線2003はトランジスタ200のソースおよびドレインの一方と電気的に接続され、配線2004はトランジスタ200の第1のゲートと電気的に接続され、配線2006はトランジスタ200の第2のゲートと電気的に接続されている。そして、トランジスタ300のゲート、およびトランジスタ200のソースおよびドレインの他方は、容量素子100の電極の一方と電気的に接続され、配線2005は容量素子100の電極の他方と電気的に接続されている。なお、以下において、トランジスタ300のゲートと、トランジスタ200のソースおよびドレインの他方と、容量素子100の電極の一方と、が接続されたノードをノードFGと呼ぶ場合がある。   In the semiconductor device illustrated in FIG. 21, the wiring 2001 is electrically connected to the source of the transistor 300, and the wiring 2002 is electrically connected to the drain of the transistor 300. Further, the wiring 2003 is electrically connected to one of the source and the drain of the transistor 200, the wiring 2004 is electrically connected to the first gate of the transistor 200, and the wiring 2006 is electrically connected to the second gate of the transistor 200. It is connected to the. Further, the gate of the transistor 300 and the other of the source and the drain of the transistor 200 are electrically connected to one of the electrodes of the capacitor 100, and the wiring 2005 is electrically connected to the other of the electrodes of the capacitor 100. . Note that a node where the gate of the transistor 300, the other of the source and the drain of the transistor 200, and one of the electrodes of the capacitor 100 are connected may be referred to as a node FG hereinafter.

図21に示す半導体装置は、トランジスタ200のスイッチングによって、トランジスタ300のゲート(ノードFG)の電位が保持可能という特性を有することで、情報の書き込み、保持、読み出しが可能である。   The semiconductor device illustrated in FIG. 21 has a characteristic in which the potential of the gate (node FG) of the transistor 300 can be held by switching of the transistor 200, so that writing, holding, and reading of data can be performed.

また、図21に示す半導体装置は、マトリクス状に配置することで、メモリセルアレイを構成することができる。   In addition, by arranging the semiconductor devices illustrated in FIG. 21 in a matrix, a memory cell array can be formed.

トランジスタ300を含む層は、図18に示す半導体装置と同様の構造を有するので、絶縁体354より下の構造は、上記の記載を参酌することができる。   The layer including the transistor 300 has a structure similar to that of the semiconductor device illustrated in FIG. 18; thus, the above description can be referred to for a structure below the insulator 354.

絶縁体354の上に、絶縁体360、絶縁体362、絶縁体212、絶縁体214および絶縁体216が配置される。ここで、絶縁体360は、絶縁体350などと同様に、水素などの不純物および酸素の透過を抑制する機能を有する絶縁体を用いればよい。   The insulator 360, the insulator 362, the insulator 212, the insulator 214, and the insulator 216 are provided over the insulator 354. Here, as the insulator 360, an insulator having a function of suppressing transmission of impurities such as hydrogen and oxygen can be used, like the insulator 350 and the like.

絶縁体360、絶縁体362、絶縁体212、絶縁体214および絶縁体216には、導電体366が埋め込まれている。導電体366は、容量素子100、トランジスタ200、またはトランジスタ300と電気的に接続するプラグ、または配線として機能する。例えば、導電体366は、トランジスタ300のゲート電極として機能する導電体316と電気的に接続されている。   A conductor 366 is embedded in the insulator 360, the insulator 362, the insulator 212, the insulator 214, and the insulator 216. The conductor 366 functions as a plug or a wiring that is electrically connected to the capacitor 100, the transistor 200, or the transistor 300. For example, the conductor 366 is electrically connected to the conductor 316 functioning as a gate electrode of the transistor 300.

また、導電体246は、トランジスタ200、またはトランジスタ300と電気的に接続するプラグ、または配線として機能する。例えば、導電体246は、トランジスタ200のソースおよびドレインの他方として機能する導電体246bと、容量素子100の電極の一方として機能する導電体110を、導電体246を介して電気的に接続している。   The conductor 246 functions as a plug or a wiring which is electrically connected to the transistor 200 or the transistor 300. For example, the conductor 246 is formed by electrically connecting the conductor 246b functioning as the other of the source and the drain of the transistor 200 and the conductor 110 functioning as one of the electrodes of the capacitor 100 through the conductor 246. I have.

また、プレーナ型の容量素子100は、トランジスタ200の上方に設けられる。容量素子100は、第1の電極として機能する導電体110、第2の電極として機能する導電体120、および誘電体として機能する絶縁体130を有する。なお、導電体110、導電体120、および絶縁体130は、上述の記憶装置1で記載したものを用いることができる。   In addition, the planar capacitor 100 is provided above the transistor 200. The capacitor 100 includes a conductor 110 functioning as a first electrode, a conductor 120 functioning as a second electrode, and an insulator 130 functioning as a dielectric. Note that for the conductor 110, the conductor 120, and the insulator 130, those described in the above storage device 1 can be used.

導電体246の上面に接して導電体153および導電体110が設けられる。導電体153は、導電体246の上面に接しており、トランジスタ200またはトランジスタ300の端子として機能する。   The conductor 153 and the conductor 110 are provided in contact with the upper surface of the conductor 246. The conductor 153 is in contact with the upper surface of the conductor 246 and functions as a terminal of the transistor 200 or the transistor 300.

導電体153および導電体110は絶縁体130に覆われており、絶縁体130を介して導電体110と重なるように導電体120が配置される。さらに、導電体120、および絶縁体130上には、絶縁体114が配置されている。   The conductor 153 and the conductor 110 are covered with the insulator 130, and the conductor 120 is provided so as to overlap with the conductor 110 with the insulator 130 interposed therebetween. Further, an insulator 114 is provided over the conductor 120 and the insulator 130.

また、図21において、容量素子100として、プレーナ型の容量素子を用いる例について示したが、本実施の形態に示す半導体装置はこれに限られるものではない。例えば、図22に示すように、容量素子100として、図18に示すようなシリンダ型の容量素子100を用いてもよい。   FIG. 21 illustrates an example in which a planar capacitor is used as the capacitor 100; however, the semiconductor device described in this embodiment is not limited to this. For example, as shown in FIG. 22, a cylindrical capacitor 100 as shown in FIG. 18 may be used as the capacitor 100.

ここで、容量素子100の詳細については、図18に係る記載を参酌することができる。ただし、図22に示すように、導電体246の上に導電体152を配置し、導電体152の上に導電体112を配置する構成が好ましい。このような構成にすることで、導電体246と導電体112の電気的な接続をより確実にすることができる。   Here, for the details of the capacitor 100, the description of FIG. 18 can be referred to. However, as illustrated in FIG. 22, a structure in which the conductor 152 is provided over the conductor 246 and the conductor 112 is provided over the conductor 152 is preferable. With such a structure, electrical connection between the conductor 246 and the conductor 112 can be further ensured.

また、絶縁体150の上に絶縁体154を配置することが好ましい。絶縁体154は、絶縁体160に用いることができる絶縁体を用いればよい。また、導電体112の上面に接して導電体153が設けられる。導電体153は、導電体112の上面に接しており、容量素子100、トランジスタ200またはトランジスタ300の端子として機能する。さらに、導電体153、および絶縁体154上には、絶縁体156が配置されている。   Further, the insulator 154 is preferably provided over the insulator 150. As the insulator 154, an insulator which can be used for the insulator 160 may be used. Further, a conductor 153 is provided in contact with the upper surface of the conductor 112. The conductor 153 is in contact with the upper surface of the conductor 112 and functions as a terminal of the capacitor 100, the transistor 200, or the transistor 300. Further, an insulator 156 is provided over the conductor 153 and the insulator 154.

また、図22において、トランジスタ300のゲートが、容量素子100の電極の一方を介して、トランジスタ200のソースおよびドレインの他方と電気的に接続されている例について示したが、本実施の形態に示す半導体装置はこれに限られるものではない。例えば、図23に示すように、トランジスタ300のゲートが、トランジスタ200のソースおよびドレインの他方を介して、容量素子100の電極の一方と電気的に接続してもよい。これにより、容量素子100、トランジスタ200、およびトランジスタ300の上面視における占有面積を低減することができるので、本実施の形態に係る半導体装置を微細化または高集積化させることができる。   FIG. 22 illustrates an example in which the gate of the transistor 300 is electrically connected to the other of the source and the drain of the transistor 200 through one of the electrodes of the capacitor 100; The semiconductor device shown is not limited to this. For example, as illustrated in FIG. 23, the gate of the transistor 300 may be electrically connected to one of the electrodes of the capacitor 100 through the other of the source and the drain of the transistor 200. Accordingly, the area occupied by the capacitor 100, the transistor 200, and the transistor 300 in a top view can be reduced, so that the semiconductor device according to this embodiment can be miniaturized or highly integrated.

本実施の形態は、他の実施の形態などに記載した構成と適宜組み合わせて実施することが可能である。   This embodiment can be implemented in appropriate combination with the structures described in the other embodiments and the like.

(実施の形態4)
本実施の形態では、図24および図25を用いて、本発明の一態様に係る、酸化物を半導体に用いたトランジスタ(以下、OSトランジスタと呼ぶ場合がある。)、および容量素子が適用されている記憶装置(以下、OSメモリ装置と呼ぶ場合がある。)について説明する。OSメモリ装置は、少なくとも容量素子と、容量素子の充放電を制御するOSトランジスタを有する記憶装置である。OSトランジスタのオフ電流は極めて小さいので、OSメモリ装置は優れた保持特性をもち、不揮発性メモリとして機能させることができる。
(Embodiment 4)
In this embodiment, a transistor including an oxide as a semiconductor (hereinafter, may be referred to as an OS transistor) and a capacitor according to one embodiment of the present invention are used with reference to FIGS. Storage device (hereinafter, may be referred to as an OS memory device) will be described. An OS memory device is a storage device including at least a capacitor and an OS transistor that controls charging and discharging of the capacitor. Since the off-state current of the OS transistor is extremely small, the OS memory device has excellent holding characteristics and can function as a nonvolatile memory.

<記憶装置の構成例>
図24(A)にOSメモリ装置の構成の一例を示す。記憶装置1400は、周辺回路1411、およびメモリセルアレイ1470を有する。周辺回路1411は、行回路1420、列回路1430、出力回路1440、およびコントロールロジック回路1460を有する。
<Configuration example of storage device>
FIG. 24A illustrates an example of a configuration of an OS memory device. The storage device 1400 includes a peripheral circuit 1411 and a memory cell array 1470. The peripheral circuit 1411 includes a row circuit 1420, a column circuit 1430, an output circuit 1440, and a control logic circuit 1460.

列回路1430は、例えば、列デコーダ、プリチャージ回路、センスアンプ、書き込み回路等を有する。プリチャージ回路は、配線をプリチャージする機能を有する。センスアンプは、メモリセルから読み出されたデータ信号を増幅する機能を有する。なお、上記配線は、メモリセルアレイ1470が有するメモリセルに接続されている配線であり、詳しくは後述する。増幅されたデータ信号は、出力回路1440を介して、データ信号RDATAとして記憶装置1400の外部に出力される。また、行回路1420は、例えば、行デコーダ、ワード線ドライバ回路等を有し、アクセスする行を選択することができる。   The column circuit 1430 includes, for example, a column decoder, a precharge circuit, a sense amplifier, a write circuit, and the like. The precharge circuit has a function of precharging a wiring. The sense amplifier has a function of amplifying a data signal read from a memory cell. Note that the above wiring is a wiring connected to a memory cell included in the memory cell array 1470, and will be described later in detail. The amplified data signal is output to the outside of the storage device 1400 as a data signal RDATA via the output circuit 1440. The row circuit 1420 includes, for example, a row decoder, a word line driver circuit, and the like, and can select a row to be accessed.

記憶装置1400には、外部から電源電圧として低電源電圧(VSS)、周辺回路1411用の高電源電圧(VDD)、メモリセルアレイ1470用の高電源電圧(VIL)が供給される。また、記憶装置1400には、制御信号(CE、WE、RE)、アドレス信号ADDR、データ信号WDATAが外部から入力される。アドレス信号ADDRは、行デコーダおよび列デコーダに入力され、WDATAは書き込み回路に入力される。   A low power supply voltage (VSS), a high power supply voltage (VDD) for the peripheral circuit 1411, and a high power supply voltage (VIL) for the memory cell array 1470 are externally supplied to the storage device 1400. Further, a control signal (CE, WE, RE), an address signal ADDR, and a data signal WDATA are externally input to the storage device 1400. The address signal ADDR is input to a row decoder and a column decoder, and WDATA is input to a write circuit.

コントロールロジック回路1460は、外部からの入力信号(CE、WE、RE)を処理して、行デコーダ、列デコーダの制御信号を生成する。CEは、チップイネーブル信号であり、WEは、書き込みイネーブル信号であり、REは、読み出しイネーブル信号である。コントロールロジック回路1460が処理する信号は、これに限定されるものではなく、必要に応じて、他の制御信号を入力すればよい。   The control logic circuit 1460 processes an external input signal (CE, WE, RE) to generate a control signal for a row decoder and a column decoder. CE is a chip enable signal, WE is a write enable signal, and RE is a read enable signal. The signal processed by the control logic circuit 1460 is not limited to this, and another control signal may be input as needed.

メモリセルアレイ1470は、行列状に配置された、複数個のメモリセルMCと、複数の配線を有する。なお、メモリセルアレイ1470と行回路1420とを接続している配線の数は、メモリセルMCの構成、一列に有するメモリセルMCの数などによって決まる。また、メモリセルアレイ1470と列回路1430とを接続している配線の数は、メモリセルMCの構成、一行に有するメモリセルMCの数などによって決まる。   The memory cell array 1470 has a plurality of memory cells MC and a plurality of wirings arranged in a matrix. Note that the number of wirings connecting the memory cell array 1470 and the row circuit 1420 is determined by the configuration of the memory cells MC, the number of memory cells MC in one column, and the like. Further, the number of wirings connecting the memory cell array 1470 and the column circuit 1430 is determined by the configuration of the memory cells MC, the number of memory cells MC included in one row, and the like.

なお、図24(A)において、周辺回路1411とメモリセルアレイ1470を同一平面上に形成する例について示したが、本実施の形態はこれに限られるものではない。例えば、図24(B)に示すように、周辺回路1411の一部の上に、メモリセルアレイ1470が重なるように設けられてもよい。例えば、メモリセルアレイ1470の下に重なるように、センスアンプを設ける構成にしてもよい。   Note that FIG. 24A illustrates an example in which the peripheral circuit 1411 and the memory cell array 1470 are formed on the same plane; however, this embodiment is not limited to this. For example, as illustrated in FIG. 24B, a memory cell array 1470 may be provided so as to overlap part of the peripheral circuit 1411. For example, a structure in which a sense amplifier is provided so as to overlap below the memory cell array 1470 may be employed.

図25に上述のメモリセルMCに適用できるメモリセルの構成例について説明する。   FIG. 25 illustrates a configuration example of a memory cell applicable to the above-described memory cell MC.

[DOSRAM]
図25(A)乃至(C)に、DRAMのメモリセルの回路構成例を示す。本明細書等において、1OSトランジスタ1容量素子型のメモリセルを用いたDRAMを、DOSRAM(Dynamic Oxide Semiconductor Random Access Memory)と呼ぶ場合がある。図25(A)に示す、メモリセル1471は、トランジスタM1と、容量素子CAと、を有する。なお、トランジスタM1は、ゲート(トップゲートと呼ぶ場合がある。)、及びバックゲートを有する。
[DOSRAM]
FIGS. 25A to 25C show circuit configuration examples of a memory cell of a DRAM. In this specification and the like, a DRAM including a memory cell of one OS transistor and one capacitor may be referred to as a DOSRAM (Dynamic Oxide Semiconductor Random Access Memory). A memory cell 1471 illustrated in FIG. 25A includes a transistor M1 and a capacitor CA. Note that the transistor M1 has a gate (sometimes called a top gate) and a back gate.

トランジスタM1の第1端子は、容量素子CAの第1端子と接続され、トランジスタM1の第2端子は、配線BILと接続され、トランジスタM1のゲートは、配線WOLと接続され、トランジスタM1のバックゲートは、配線BGLと接続されている。容量素子CAの第2端子は、配線CALと接続されている。   A first terminal of the transistor M1 is connected to a first terminal of the capacitor CA, a second terminal of the transistor M1 is connected to a wiring BIL, a gate of the transistor M1 is connected to a wiring WOL, and a back gate of the transistor M1. Are connected to the wiring BGL. The second terminal of the capacitor CA is connected to the wiring CAL.

配線BILは、ビット線として機能し、配線WOLは、ワード線として機能する。配線CALは、容量素子CAの第2端子に所定の電位を印加するための配線として機能する。データの書き込み時、及び読み出し時において、配線CALには、低レベル電位を印加するのが好ましい。配線BGLは、トランジスタM1のバックゲートに電位を印加するための配線として機能する。配線BGLに任意の電位を印加することによって、トランジスタM1のしきい値電圧を増減することができる。   The wiring BIL functions as a bit line, and the wiring WOL functions as a word line. The wiring CAL functions as a wiring for applying a predetermined potential to the second terminal of the capacitor CA. It is preferable that a low-level potential be applied to the wiring CAL during data writing and data reading. The wiring BGL functions as a wiring for applying a potential to the back gate of the transistor M1. By applying an arbitrary potential to the wiring BGL, the threshold voltage of the transistor M1 can be increased or decreased.

ここで、図25(A)に示すメモリセル1471は、図18に示す記憶装置に対応している。つまり、トランジスタM1はトランジスタ200に、容量素子CAは容量素子100に、配線BILは配線1003に、配線WOLは配線1004に、配線BGLは配線1006に、配線CALは配線1005に対応している。なお、図18に記載のトランジスタ300は、図24(B)に示す記憶装置1400の周辺回路1411に設けられるトランジスタに対応する。   Here, the memory cell 1471 illustrated in FIG. 25A corresponds to the storage device illustrated in FIG. That is, the transistor M1 corresponds to the transistor 200, the capacitor CA corresponds to the capacitor 100, the wiring BIL corresponds to the wiring 1003, the wiring WOL corresponds to the wiring 1004, the wiring BGL corresponds to the wiring 1006, and the wiring CAL corresponds to the wiring 1005. Note that the transistor 300 illustrated in FIG. 18 corresponds to the transistor provided in the peripheral circuit 1411 of the memory device 1400 illustrated in FIG.

また、メモリセルMCは、メモリセル1471に限定されず、回路構成の変更を行うことができる。例えば、メモリセルMCは、図25(B)に示すメモリセル1472のように、トランジスタM1のバックゲートが、配線BGLでなく、配線WOLと接続される構成にしてもよい。また、例えば、メモリセルMCは、図25(C)に示すメモリセル1473ように、シングルゲート構造のトランジスタ、つまりバックゲートを有さないトランジスタM1で構成されたメモリセルとしてもよい。   Further, the memory cell MC is not limited to the memory cell 1471, and the circuit configuration can be changed. For example, the memory cell MC may have a structure in which the back gate of the transistor M1 is connected to the wiring WOL instead of the wiring BGL as in a memory cell 1472 illustrated in FIG. Further, for example, the memory cell MC may be a single-gate transistor, that is, a memory cell including a transistor M1 having no back gate, like the memory cell 1473 illustrated in FIG.

上記実施の形態に示す半導体装置をメモリセル1471等に用いる場合、トランジスタM1としてトランジスタ200を用い、容量素子CAとして容量素子100を用いることができる。トランジスタM1としてOSトランジスタを用いることによって、トランジスタM1のリーク電流を非常に低くすることができる。つまり、書き込んだデータをトランジスタM1によって長時間保持することができるため、メモリセルのリフレッシュの頻度を少なくすることができる。また、メモリセルのリフレッシュ動作を不要にすることができる。また、リーク電流が非常に低いため、メモリセル1471、メモリセル1472、メモリセル1473に対して多値データ、又はアナログデータを保持することができる。   In the case where the semiconductor device described in the above embodiment is used for the memory cell 1471 or the like, the transistor 200 can be used as the transistor M1 and the capacitor 100 can be used as the capacitor CA. By using an OS transistor as the transistor M1, the leakage current of the transistor M1 can be extremely low. That is, the written data can be held for a long time by the transistor M1, so that the frequency of refreshing the memory cell can be reduced. Further, the refresh operation of the memory cell can be made unnecessary. Further, since the leak current is extremely low, multi-valued data or analog data can be held in the memory cell 1471, the memory cell 1472, and the memory cell 1473.

また、DOSRAMにおいて、上記のように、メモリセルアレイ1470の下に重なるように、センスアンプを設ける構成にすると、ビット線を短くすることができる。これにより、ビット線容量が小さくなり、メモリセルの保持容量を低減することができる。   In the DOSRAM, as described above, when the sense amplifier is provided so as to overlap below the memory cell array 1470, the bit line can be shortened. As a result, the bit line capacity is reduced, and the storage capacity of the memory cell can be reduced.

[NOSRAM]
図25(D)乃至(G)に、2トランジスタ1容量素子のゲインセル型のメモリセルの回路構成例を示す。図25(D)に示す、メモリセル1474は、トランジスタM2と、トランジスタM3と、容量素子CBと、を有する。なお、トランジスタM2は、トップゲート(単にゲートと呼ぶ場合がある。)、及びバックゲートを有する。本明細書等において、トランジスタM2にOSトランジスタを用いたゲインセル型のメモリセルを有する記憶装置を、NOSRAM(Nonvolatile Oxide Semiconductor RAM)と呼ぶ場合がある。
[NOSRAM]
FIGS. 25D to 25G show circuit configuration examples of a gain cell memory cell having two transistors and one capacitor. A memory cell 1474 illustrated in FIG. 25D includes a transistor M2, a transistor M3, and a capacitor CB. Note that the transistor M2 has a top gate (which may be simply referred to as a gate) and a back gate. In this specification and the like, a storage device including a gain cell memory cell including an OS transistor as the transistor M2 may be referred to as a NOSRAM (Nonvolatile Oxide Semiconductor RAM).

トランジスタM2の第1端子は、容量素子CBの第1端子と接続され、トランジスタM2の第2端子は、配線WBLと接続され、トランジスタM2のゲートは、配線WOLと接続され、トランジスタM2のバックゲートは、配線BGLと接続されている。容量素子CBの第2端子は、配線CALと接続されている。トランジスタM3の第1端子は、配線RBLと接続され、トランジスタM3の第2端子は、配線SLと接続され、トランジスタM3のゲートは、容量素子CBの第1端子と接続されている。   A first terminal of the transistor M2 is connected to a first terminal of the capacitor CB, a second terminal of the transistor M2 is connected to a wiring WBL, a gate of the transistor M2 is connected to a wiring WOL, and a back gate of the transistor M2. Are connected to the wiring BGL. The second terminal of the capacitor CB is connected to the wiring CAL. A first terminal of the transistor M3 is connected to the wiring RBL, a second terminal of the transistor M3 is connected to the wiring SL, and a gate of the transistor M3 is connected to a first terminal of the capacitor CB.

配線WBLは、書き込みビット線として機能し、配線RBLは、読み出しビット線として機能し、配線WOLは、ワード線として機能する。配線CALは、容量素子CBの第2端子に所定の電位を印加するための配線として機能する。データの書き込み時、データ保持の最中、データの読み出し時において、配線CALには、低レベル電位を印加するのが好ましい。配線BGLは、トランジスタM2のバックゲートに電位を印加するための配線として機能する。配線BGLに任意の電位を印加することによって、トランジスタM2のしきい値電圧を増減することができる。   The wiring WBL functions as a write bit line, the wiring RBL functions as a read bit line, and the wiring WOL functions as a word line. The wiring CAL functions as a wiring for applying a predetermined potential to the second terminal of the capacitor CB. It is preferable that a low-level potential be applied to the wiring CAL during data writing, data holding, and data reading. The wiring BGL functions as a wiring for applying a potential to the back gate of the transistor M2. By applying an arbitrary potential to the wiring BGL, the threshold voltage of the transistor M2 can be increased or decreased.

ここで、図25(D)に示すメモリセル1474は、図21に示す記憶装置に対応している。つまり、トランジスタM2はトランジスタ200に、容量素子CBは容量素子100に、トランジスタM3はトランジスタ300に、配線WBLは配線2003に、配線WOLは配線2004に、配線BGLは配線2006に、配線CALは配線2005に、配線RBLは配線2002に、配線SLは配線2001に対応している。   Here, the memory cell 1474 illustrated in FIG. 25D corresponds to the storage device illustrated in FIG. That is, the transistor M2 is the transistor 200, the capacitor CB is the capacitor 100, the transistor M3 is the transistor 300, the wiring WBL is the wiring 2003, the wiring WOL is the wiring 2004, the wiring BGL is the wiring 2006, and the wiring CAL is the wiring CAL. In 2005, the wiring RBL corresponds to the wiring 2002, and the wiring SL corresponds to the wiring 2001.

また、メモリセルMCは、メモリセル1474に限定されず、回路の構成を適宜変更することができる。例えば、メモリセルMCは、図25(E)に示すメモリセル1475のように、トランジスタM2のバックゲートが、配線BGLでなく、配線WOLと接続される構成にしてもよい。また、例えば、メモリセルMCは、図25(F)に示すメモリセル1476のように、シングルゲート構造のトランジスタ、つまりバックゲートを有さないトランジスタM2で構成されたメモリセルとしてもよい。また、例えば、メモリセルMCは、図25(G)に示すメモリセル1477のように、配線WBLと配線RBLを一本の配線BILとしてまとめた構成であってもよい。   Further, the memory cell MC is not limited to the memory cell 1474, and the circuit configuration can be changed as appropriate. For example, the memory cell MC may have a structure in which the back gate of the transistor M2 is connected to the wiring WOL instead of the wiring BGL as in a memory cell 1475 illustrated in FIG. For example, the memory cell MC may be a memory cell including a transistor with a single-gate structure, that is, a transistor M2 without a back gate, like the memory cell 1476 illustrated in FIG. For example, the memory cell MC may have a structure in which the wiring WBL and the wiring RBL are combined as one wiring BIL as in a memory cell 1477 illustrated in FIG.

上記実施の形態に示す半導体装置をメモリセル1474等に用いる場合、トランジスタM2としてトランジスタ200を用い、トランジスタM3としてトランジスタ300を用い、容量素子CBとして容量素子100を用いることができる。トランジスタM2としてOSトランジスタを用いることによって、トランジスタM2のリーク電流を非常に低くすることができる。これにより、書き込んだデータをトランジスタM2によって長時間保持することができるため、メモリセルのリフレッシュの頻度を少なくすることができる。また、メモリセルのリフレッシュ動作を不要にすることができる。また、リーク電流が非常に低いため、メモリセル1474に多値データ、又はアナログデータを保持することができる。メモリセル1475乃至メモリセル1477も同様である。   In the case where the semiconductor device described in the above embodiment is used for the memory cell 1474 or the like, the transistor 200 can be used as the transistor M2, the transistor 300 can be used as the transistor M3, and the capacitor 100 can be used as the capacitor CB. By using an OS transistor as the transistor M2, the leakage current of the transistor M2 can be extremely low. Thus, the written data can be held for a long time by the transistor M2, so that the frequency of refreshing the memory cell can be reduced. Further, the refresh operation of the memory cell can be made unnecessary. Further, since the leakage current is extremely low, multi-valued data or analog data can be held in the memory cell 1474. The same applies to the memory cells 1475 to 1477.

なお、トランジスタM3は、チャネル形成領域にシリコンを有するトランジスタ(以下、Siトランジスタと呼ぶ場合がある)であってもよい。Siトランジスタの導電型は、nチャネル型としてもよいし、pチャネル型としてもよい。Siトランジスタは、OSトランジスタよりも電界効果移動度が高くなる場合がある。よって、読み出しトランジスタとして機能するトランジスタM3として、Siトランジスタを用いてもよい。また、トランジスタM3にSiトランジスタを用いることで、トランジスタM3の上に積層してトランジスタM2を設けることができるので、メモリセルの占有面積を低減し、記憶装置の高集積化を図ることができる。   Note that the transistor M3 may be a transistor including silicon in a channel formation region (hereinafter, may be referred to as a Si transistor). The conductivity type of the Si transistor may be an n-channel type or a p-channel type. The Si transistor may have higher field-effect mobility than the OS transistor. Therefore, a Si transistor may be used as the transistor M3 functioning as a reading transistor. In addition, by using a Si transistor as the transistor M3, the transistor M2 can be provided over the transistor M3, so that the area occupied by the memory cell can be reduced and the memory device can be highly integrated.

また、トランジスタM3はOSトランジスタであってもよい。トランジスタM2およびトランジスタM3にOSトランジスタを用いた場合、メモリセルアレイ1470をn型トランジスタのみを用いて回路を構成することができる。   Further, the transistor M3 may be an OS transistor. In the case where OS transistors are used for the transistors M2 and M3, a circuit can be formed using the memory cell array 1470 using only n-type transistors.

また、図25(H)に3トランジスタ1容量素子のゲインセル型のメモリセルの一例を示す。図25(H)に示すメモリセル1478は、トランジスタM4乃至トランジスタM6、および容量素子CCを有する。容量素子CCは適宜設けられる。メモリセル1478は、配線BIL、配線RWL、配線WWL、配線BGL、および配線GNDLに電気的に接続されている。配線GNDLは低レベル電位を与える配線である。なお、メモリセル1478を、配線BILに代えて、配線RBL、配線WBLに電気的に接続してもよい。   FIG. 25H illustrates an example of a gain cell memory cell including three transistors and one capacitor. The memory cell 1478 illustrated in FIG. 25H includes the transistors M4 to M6 and the capacitor CC. The capacitor CC is provided as appropriate. The memory cell 1478 is electrically connected to the wiring BIL, the wiring RWL, the wiring WWL, the wiring BGL, and the wiring GNDL. The wiring GNDL is a wiring that applies a low-level potential. Note that the memory cell 1478 may be electrically connected to the wiring RBL and the wiring WBL instead of the wiring BIL.

トランジスタM4は、バックゲートを有するOSトランジスタであり、バックゲートは配線BGLに電気的に接続されている。なお、トランジスタM4のバックゲートとゲートとを互いに電気的に接続してもよい。あるいは、トランジスタM4はバックゲートを有さなくてもよい。   The transistor M4 is an OS transistor having a back gate, and the back gate is electrically connected to the wiring BGL. Note that the back gate and the gate of the transistor M4 may be electrically connected to each other. Alternatively, the transistor M4 may not have a back gate.

なお、トランジスタM5、トランジスタM6はそれぞれ、nチャネル型Siトランジスタまたはpチャネル型Siトランジスタでもよい。或いは、トランジスタM4乃至トランジスタM6がOSトランジスタでもよい、この場合、メモリセルアレイ1470をn型トランジスタのみを用いて回路を構成することができる。   Note that each of the transistor M5 and the transistor M6 may be an n-channel Si transistor or a p-channel Si transistor. Alternatively, the transistors M4 to M6 may be OS transistors. In this case, the memory cell array 1470 can be formed using only n-type transistors.

上記実施の形態に示す半導体装置をメモリセル1478に用いる場合、トランジスタM4としてトランジスタ200を用い、トランジスタM5、トランジスタM6としてトランジスタ300を用い、容量素子CCとして容量素子100を用いることができる。トランジスタM4としてOSトランジスタを用いることによって、トランジスタM4のリーク電流を非常に低くすることができる。   In the case where the semiconductor device described in the above embodiment is used for the memory cell 1478, the transistor 200 can be used as the transistor M4, the transistor 300 can be used as the transistors M5 and M6, and the capacitor 100 can be used as the capacitor CC. When an OS transistor is used as the transistor M4, the leakage current of the transistor M4 can be extremely low.

なお、本実施の形態に示す、周辺回路1411、メモリセルアレイ1470等の構成は、上記に限定されるものではない。これらの回路、および当該回路に接続される配線、回路素子等の、配置または機能は、必要に応じて、変更、削除、または追加してもよい。   Note that the structures of the peripheral circuit 1411, the memory cell array 1470, and the like described in this embodiment are not limited to the above. Arrangement or function of these circuits and wirings, circuit elements, and the like connected to the circuits may be changed, deleted, or added as necessary.

本実施の形態に示す構成は、他の実施の形態などに示す構成と適宜組み合わせて用いることができる。   The structure described in this embodiment can be used in appropriate combination with any of the structures described in the other embodiments and the like.

(実施の形態5)
本実施の形態では、図26を用いて、本発明の半導体装置が実装されたチップ1200の一例を示す。チップ1200には、複数の回路(システム)が実装されている。このように、複数の回路(システム)を一つのチップに集積する技術を、システムオンチップ(System on Chip:SoC)と呼ぶ場合がある。
(Embodiment 5)
In this embodiment, an example of a chip 1200 in which the semiconductor device of the present invention is mounted is described with reference to FIGS. A plurality of circuits (systems) are mounted on the chip 1200. Such a technique of integrating a plurality of circuits (systems) on a single chip may be referred to as a system-on-chip (SoC).

図26(A)に示すように、チップ1200は、CPU1211、GPU1212、一または複数のアナログ演算部1213、一または複数のメモリコントローラ1214、一または複数のインターフェース1215、一または複数のネットワーク回路1216等を有する。   As shown in FIG. 26A, a chip 1200 includes a CPU 1211, a GPU 1212, one or a plurality of analog operation units 1213, one or a plurality of memory controllers 1214, one or a plurality of interfaces 1215, one or a plurality of network circuits 1216, and the like. Having.

チップ1200には、バンプ(図示しない)が設けられ、図26(B)に示すように、プリント基板(Printed Circuit Board:PCB)1201の第1の面と接続する。また、PCB1201の第1の面の裏面には、複数のバンプ1202が設けられており、マザーボード1203と接続する。   The chip 1200 is provided with bumps (not shown), and is connected to a first surface of a printed circuit board (PCB) 1201 as shown in FIG. In addition, a plurality of bumps 1202 are provided on the back surface of the first surface of the PCB 1201, and are connected to the motherboard 1203.

マザーボード1203には、DRAM1221、フラッシュメモリ1222等の記憶装置が設けられていてもよい。例えば、DRAM1221に先の実施の形態に示すDOSRAMを用いることができる。また、例えば、フラッシュメモリ1222に先の実施の形態に示すNOSRAMを用いることができる。   The motherboard 1203 may be provided with storage devices such as a DRAM 1221 and a flash memory 1222. For example, the DOSRAM described in the above embodiment can be used as the DRAM 1221. For example, the NOSRAM described in the above embodiment can be used for the flash memory 1222.

CPU1211は、複数のCPUコアを有することが好ましい。また、GPU1212は、複数のGPUコアを有することが好ましい。また、CPU1211、およびGPU1212は、それぞれ一時的にデータを格納するメモリを有していてもよい。または、CPU1211、およびGPU1212に共通のメモリが、チップ1200に設けられていてもよい。該メモリには、前述したNOSRAMや、DOSRAMを用いることができる。また、GPU1212は、多数のデータの並列計算に適しており、画像処理や積和演算に用いることができる。GPU1212に、本発明の酸化物半導体を用いた画像処理回路や、積和演算回路を設けることで、画像処理、および積和演算を低消費電力で実行することが可能になる。   The CPU 1211 preferably has a plurality of CPU cores. Further, the GPU 1212 preferably has a plurality of GPU cores. Further, the CPU 1211 and the GPU 1212 may each have a memory for temporarily storing data. Alternatively, a memory common to the CPU 1211 and the GPU 1212 may be provided in the chip 1200. As the memory, the above-described NOSRAM or DOSRAM can be used. In addition, the GPU 1212 is suitable for parallel calculation of a large number of data, and can be used for image processing and product-sum operation. By providing the GPU 1212 with an image processing circuit or a product-sum operation circuit using the oxide semiconductor of the present invention, image processing and product-sum operation can be performed with low power consumption.

また、CPU1211、およびGPU1212が同一チップに設けられていることで、CPU1211およびGPU1212間の配線を短くすることができ、CPU1211からGPU1212へのデータ転送、CPU1211、およびGPU1212が有するメモリ間のデータ転送、およびGPU1212での演算後に、GPU1212からCPU1211への演算結果の転送を高速に行うことができる。   In addition, since the CPU 1211 and the GPU 1212 are provided on the same chip, wiring between the CPU 1211 and the GPU 1212 can be shortened, data transfer from the CPU 1211 to the GPU 1212, data transfer between the memories of the CPU 1211 and the GPU 1212, After the calculation by the GPU 1212, the calculation result can be transferred from the GPU 1212 to the CPU 1211 at high speed.

アナログ演算部1213はA/D(アナログ/デジタル)変換回路、およびD/A(デジタル/アナログ)変換回路の一、または両方を有する。また、アナログ演算部1213に上記積和演算回路を設けてもよい。   The analog operation unit 1213 includes one or both of an A / D (analog / digital) conversion circuit and a D / A (digital / analog) conversion circuit. Further, the above-described product-sum operation circuit may be provided in the analog operation unit 1213.

メモリコントローラ1214は、DRAM1221のコントローラとして機能する回路、およびフラッシュメモリ1222のインターフェースとして機能する回路を有する。   The memory controller 1214 includes a circuit functioning as a controller of the DRAM 1221 and a circuit functioning as an interface of the flash memory 1222.

インターフェース1215は、表示装置、スピーカー、マイクロフォン、カメラ、コントローラなどの外部接続機器とのインターフェース回路を有する。コントローラとは、マウス、キーボード、ゲーム用コントローラなどを含む。このようなインターフェースとして、USB(Universal Serial Bus)、HDMI(登録商標)(High−Definition Multimedia Interface)などを用いることができる。   The interface 1215 has an interface circuit with an external device such as a display device, a speaker, a microphone, a camera, or a controller. The controller includes a mouse, a keyboard, a game controller, and the like. USB (Universal Serial Bus), HDMI (registered trademark) (High-Definition Multimedia Interface), or the like can be used as such an interface.

ネットワーク回路1216は、LAN(Local Area Network)などのネットワーク回路を有する。また、ネットワークセキュリティー用の回路を有してもよい。   The network circuit 1216 includes a network circuit such as a LAN (Local Area Network). Further, a circuit for network security may be provided.

チップ1200には、上記回路(システム)を同一の製造プロセスで形成することが可能である。そのため、チップ1200に必要な回路の数が増えても、製造プロセスを増やす必要が無く、チップ1200を低コストで作製することができる。   The circuit (system) can be formed on the chip 1200 by the same manufacturing process. Therefore, even if the number of circuits required for the chip 1200 increases, the number of manufacturing processes does not need to be increased, and the chip 1200 can be manufactured at low cost.

GPU1212を有するチップ1200が設けられたPCB1201、DRAM1221、およびフラッシュメモリ1222が設けられたマザーボード1203は、GPUモジュール1204と呼ぶことができる。   The PCB 1201 provided with the chip 1200 having the GPU 1212, the DRAM 1221, and the motherboard 1203 provided with the flash memory 1222 can be referred to as a GPU module 1204.

GPUモジュール1204は、SoC技術を用いたチップ1200を有しているため、そのサイズを小さくすることができる。また、画像処理に優れていることから、スマートフォン、タブレット端末、ラップトップPC、携帯型(持ち出し可能な)ゲーム機などの携帯型電子機器に用いることが好適である。また、GPU1212を用いた積和演算回路により、ディープニューラルネットワーク(DNN)、畳み込みニューラルネットワーク(CNN)、再帰型ニューラルネットワーク(RNN)、自己符号化器、深層ボルツマンマシン(DBM)、深層信念ネットワーク(DBN)などの手法を実行することができるため、チップ1200をAIチップ、またはGPUモジュール1204をAIシステムモジュールとして用いることができる。   Since the GPU module 1204 has the chip 1200 using the SoC technology, the size can be reduced. In addition, since it is excellent in image processing, it is preferably used for portable electronic devices such as smartphones, tablet terminals, laptop PCs, and portable (portable) game machines. In addition, a product-sum operation circuit using the GPU 1212 allows a deep neural network (DNN), a convolutional neural network (CNN), a recursive neural network (RNN), a self-encoder, a deep Boltzmann machine (DBM), a deep belief network ( Since a technique such as DBN) can be executed, the chip 1200 can be used as an AI chip or the GPU module 1204 can be used as an AI system module.

本実施の形態に示す構成は、他の実施の形態などに示す構成と適宜組み合わせて用いることができる。   The structure described in this embodiment can be used in appropriate combination with any of the structures described in the other embodiments and the like.

(実施の形態6)
本実施の形態では、先の実施の形態に示す半導体装置を用いた記憶装置の応用例について説明する。先の実施の形態に示す半導体装置は、例えば、各種電子機器(例えば、情報端末、コンピュータ、スマートフォン、電子書籍端末、デジタルカメラ(ビデオカメラも含む)、録画再生装置、ナビゲーションシステムなど)の記憶装置に適用できる。なお、ここで、コンピュータとは、タブレット型のコンピュータ、ノート型のコンピュータ、デスクトップ型のコンピュータの他、サーバシステムのような大型のコンピュータを含むものである。または、先の実施の形態に示す半導体装置は、メモリカード(例えば、SDカード)、USBメモリ、SSD(ソリッド・ステート・ドライブ)等の各種のリムーバブル記憶装置に適用される。図27にリムーバブル記憶装置の幾つかの構成例を模式的に示す。例えば、先の実施の形態に示す半導体装置は、パッケージングされたメモリチップに加工され、様々なストレージ装置、リムーバブルメモリに用いられる。
(Embodiment 6)
In this embodiment, an application example of a memory device including the semiconductor device described in the above embodiment will be described. The semiconductor device described in the above embodiment is, for example, a storage device of various electronic devices (for example, an information terminal, a computer, a smartphone, an electronic book terminal, a digital camera (including a video camera), a recording and playback device, a navigation system, and the like). Applicable to Here, the computer includes a tablet computer, a notebook computer, a desktop computer, and a large computer such as a server system. Alternatively, the semiconductor device described in the above embodiment is applied to various types of removable storage devices such as a memory card (for example, an SD card), a USB memory, and an SSD (solid state drive). FIG. 27 schematically shows some configuration examples of the removable storage device. For example, the semiconductor device described in any of the above embodiments is processed into a packaged memory chip, and used for various storage devices and removable memories.

図27(A)はUSBメモリの模式図である。USBメモリ1100は、筐体1101、キャップ1102、USBコネクタ1103および基板1104を有する。基板1104は、筐体1101に収納されている。例えば、基板1104には、メモリチップ1105、コントローラチップ1106が取り付けられている。基板1104のメモリチップ1105などに先の実施の形態に示す半導体装置を組み込むことができる。   FIG. 27A is a schematic diagram of a USB memory. The USB memory 1100 includes a housing 1101, a cap 1102, a USB connector 1103, and a board 1104. The substrate 1104 is housed in the housing 1101. For example, a memory chip 1105 and a controller chip 1106 are attached to the substrate 1104. The semiconductor device described in the above embodiment can be incorporated in the memory chip 1105 or the like of the substrate 1104.

図27(B)はSDカードの外観の模式図であり、図27(C)は、SDカードの内部構造の模式図である。SDカード1110は、筐体1111、コネクタ1112および基板1113を有する。基板1113は筐体1111に収納されている。例えば、基板1113には、メモリチップ1114、コントローラチップ1115が取り付けられている。基板1113の裏面側にもメモリチップ1114を設けることで、SDカード1110の容量を増やすことができる。また、無線通信機能を備えた無線チップを基板1113に設けてもよい。これによって、ホスト装置とSDカード1110間の無線通信によって、メモリチップ1114のデータの読み出し、書き込みが可能となる。基板1113のメモリチップ1114などに先の実施の形態に示す半導体装置を組み込むことができる。   FIG. 27B is a schematic diagram of the external appearance of the SD card, and FIG. 27C is a schematic diagram of the internal structure of the SD card. The SD card 1110 has a housing 1111, a connector 1112, and a board 1113. The substrate 1113 is housed in the housing 1111. For example, a memory chip 1114 and a controller chip 1115 are attached to the substrate 1113. By providing the memory chip 1114 also on the back side of the substrate 1113, the capacity of the SD card 1110 can be increased. Further, a wireless chip having a wireless communication function may be provided over the substrate 1113. Thus, data can be read from and written to the memory chip 1114 by wireless communication between the host device and the SD card 1110. The semiconductor device described in the above embodiment can be incorporated in the memory chip 1114 or the like of the substrate 1113.

図27(D)はSSDの外観の模式図であり、図27(E)は、SSDの内部構造の模式図である。SSD1150は、筐体1151、コネクタ1152および基板1153を有する。基板1153は筐体1151に収納されている。例えば、基板1153には、メモリチップ1154、メモリチップ1155、コントローラチップ1156が取り付けられている。メモリチップ1155はコントローラチップ1156のワークメモリであり、例えばDOSRAMチップを用いればよい。基板1153の裏面側にもメモリチップ1154を設けることで、SSD1150の容量を増やすことができる。基板1153のメモリチップ1154などに先の実施の形態に示す半導体装置を組み込むことができる。   FIG. 27D is a schematic diagram of the appearance of the SSD, and FIG. 27E is a schematic diagram of the internal structure of the SSD. The SSD 1150 includes a housing 1151, a connector 1152, and a board 1153. The substrate 1153 is housed in the housing 1151. For example, a memory chip 1154, a memory chip 1155, and a controller chip 1156 are attached to the substrate 1153. The memory chip 1155 is a work memory of the controller chip 1156, and for example, a DOSRAM chip may be used. By providing the memory chip 1154 also on the back surface side of the substrate 1153, the capacity of the SSD 1150 can be increased. The semiconductor device described in the above embodiment can be incorporated in the memory chip 1154 or the like of the substrate 1153.

本実施の形態は、他の実施の形態などに記載した構成と適宜組み合わせて実施することが可能である。   This embodiment can be implemented in appropriate combination with the structures described in the other embodiments and the like.

(実施の形態7)
本発明の一態様に係る半導体装置は、CPUやGPUなどのプロセッサ、またはチップに用いることができる。図28に、本発明の一態様に係るCPUやGPUなどのプロセッサ、またはチップを備えた電子機器の具体例を示す。
(Embodiment 7)
The semiconductor device according to one embodiment of the present invention can be used for a processor such as a CPU or a GPU or a chip. FIG. 28 illustrates a specific example of an electronic device including a processor or a chip such as a CPU or a GPU according to one embodiment of the present invention.

<電子機器・システム>
本発明の一態様に係るGPUまたはチップは、様々な電子機器に搭載することができる。電子機器の例としては、例えば、テレビジョン装置、デスクトップ型またはノート型の情報端末用などのモニタ、デジタルサイネージ(Digital Signage:電子看板)、パチンコ機などの大型ゲーム機、などの比較的大きな画面を備える電子機器の他、デジタルカメラ、デジタルビデオカメラ、デジタルフォトフレーム、電子ブックリーダー、携帯電話機、携帯型ゲーム機、携帯情報端末、音響再生装置、などが挙げられる。また、本発明の一態様に係るGPUまたはチップを電子機器に設けることにより、電子機器に人工知能を搭載することができる。
<Electronic equipment and systems>
The GPU or the chip according to one embodiment of the present invention can be mounted on various electronic devices. Examples of the electronic device include a relatively large screen such as a television device, a monitor for a desktop or notebook type information terminal, a digital signage (digital signage), and a large game machine such as a pachinko machine. Digital cameras, digital video cameras, digital photo frames, electronic book readers, mobile phones, portable game machines, personal digital assistants, sound reproducers, and the like. In addition, by providing a GPU or a chip according to one embodiment of the present invention in an electronic device, artificial intelligence can be mounted on the electronic device.

本発明の一態様の電子機器は、アンテナを有していてもよい。アンテナで信号を受信することで、表示部で映像や情報等の表示を行うことができる。また、電子機器がアンテナ及び二次電池を有する場合、アンテナを、非接触電力伝送に用いてもよい。   The electronic device of one embodiment of the present invention may include an antenna. By receiving a signal with the antenna, display of images, information, and the like can be performed on the display portion. When the electronic device includes an antenna and a secondary battery, the antenna may be used for wireless power transmission.

本発明の一態様の電子機器は、センサ(力、変位、位置、速度、加速度、角速度、回転数、距離、光、液、磁気、温度、化学物質、音声、時間、硬度、電場、電流、電圧、電力、放射線、流量、湿度、傾度、振動、においまたは赤外線を測定する機能を含むもの)を有していてもよい。   The electronic device of one embodiment of the present invention includes sensors (force, displacement, position, speed, acceleration, angular velocity, rotation speed, distance, light, liquid, magnetism, temperature, chemical substance, sound, time, hardness, electric field, current, (Including a function of measuring voltage, power, radiation, flow rate, humidity, gradient, vibration, odor, or infrared light).

本発明の一態様の電子機器は、様々な機能を有することができる。例えば、様々な情報(静止画、動画、テキスト画像など)を表示部に表示する機能、タッチパネル機能、カレンダー、日付または時刻などを表示する機能、様々なソフトウェア(プログラム)を実行する機能、無線通信機能、記録媒体に記録されているプログラムまたはデータを読み出す機能等を有することができる。図28に、電子機器の例を示す。   The electronic device of one embodiment of the present invention can have various functions. For example, a function of displaying various information (still images, moving images, text images, etc.) on the display unit, a touch panel function, a function of displaying a calendar, date or time, a function of executing various software (programs), a wireless communication It can have a function, a function of reading a program or data recorded on a recording medium, and the like. FIG. 28 illustrates an example of an electronic device.

[情報端末]
図28(A)には、情報端末の一種である携帯電話(スマートフォン)が図示されている。情報端末5100は、筐体5101と、表示部5102と、を有しており、入力用インターフェースとして、タッチパネルが表示部5102に備えられ、ボタンが筐体5101に備えられている。
[Information terminal]
FIG. 28A illustrates a mobile phone (smartphone) which is a kind of information terminal. The information terminal 5100 includes a housing 5101 and a display portion 5102. A touch panel is provided in the display portion 5102 as an input interface, and buttons are provided in the housing 5101.

情報端末5100は、本発明の一態様のチップを適用することで、人工知能を利用したアプリケーションを実行することができる。人工知能を利用したアプリケーションとしては、例えば、会話を認識してその会話内容を表示部5102に表示するアプリケーション、表示部5102に備えるタッチパネルに対してユーザが入力した文字、図形などを認識して、表示部5102に表示するアプリケーション、指紋や声紋などの生体認証を行うアプリケーションなどが挙げられる。   The information terminal 5100 can execute an application using artificial intelligence by applying the chip of one embodiment of the present invention. Examples of the application using artificial intelligence include an application that recognizes a conversation and displays the content of the conversation on a display unit 5102, and recognizes a character, a graphic, and the like input by a user on a touch panel provided in the display unit 5102. An application displayed on the display portion 5102, an application for performing biometric authentication such as a fingerprint or a voiceprint, and the like can be given.

図28(B)には、ノート型情報端末5200が図示されている。ノート型情報端末5200は、情報端末の本体5201と、表示部5202と、キーボード5203と、を有する。   FIG. 28B illustrates a notebook information terminal 5200. The notebook information terminal 5200 includes a main body 5201 of the information terminal, a display portion 5202, and a keyboard 5203.

ノート型情報端末5200は、先述した情報端末5100と同様に、本発明の一態様のチップを適用することで、人工知能を利用したアプリケーションを実行することができる。人工知能を利用したアプリケーションとしては、例えば、設計支援ソフトウェア、文章添削ソフトウェア、献立自動生成ソフトウェアなどが挙げられる。また、ノート型情報端末5200を用いることで、新規の人工知能の開発を行うことができる。   The notebook information terminal 5200 can execute an application utilizing artificial intelligence by applying the chip of one embodiment of the present invention, similarly to the information terminal 5100 described above. Examples of applications using artificial intelligence include design support software, text correction software, menu automatic generation software, and the like. In addition, by using the notebook-type information terminal 5200, a new artificial intelligence can be developed.

なお、上述では、電子機器としてスマートフォン、およびノート型情報端末を例として、それぞれ図28(A)、図28(B)に図示したが、スマートフォン、およびノート型情報端末以外の情報端末を適用することができる。スマートフォン、およびノート型情報端末以外の情報端末としては、例えば、PDA(Personal Digital Assistant)、デスクトップ型情報端末、ワークステーションなどが挙げられる。   Note that, in the above description, a smartphone and a notebook-type information terminal are illustrated as examples in FIGS. 28A and 28B, respectively, but an information terminal other than the smartphone and the notebook-type information terminal is applied. be able to. Examples of the information terminal other than the smartphone and the notebook information terminal include a PDA (Personal Digital Assistant), a desktop information terminal, and a workstation.

[ゲーム機]
図28(C)は、ゲーム機の一例である携帯ゲーム機5300を示している。携帯ゲーム機5300は、筐体5301、筐体5302、筐体5303、表示部5304、接続部5305、操作キー5306等を有する。筐体5302、および筐体5303は、筐体5301から取り外すことが可能である。筐体5301に設けられている接続部5305を別の筐体(図示せず)に取り付けることで、表示部5304に出力される映像を、別の映像機器(図示せず)に出力することができる。このとき、筐体5302、および筐体5303は、それぞれ操作部として機能することができる。これにより、複数のプレイヤーが同時にゲームを行うことができる。筐体5301、筐体5302、および筐体5303の基板に設けられているチップなどに先の実施の形態に示すチップを組み込むことができる。
[game machine]
FIG. 28C illustrates a portable game machine 5300 which is an example of a game machine. The portable game machine 5300 includes a housing 5301, a housing 5302, a housing 5303, a display portion 5304, a connection portion 5305, operation keys 5306, and the like. The housing 5302 and the housing 5303 can be removed from the housing 5301. By attaching the connection portion 5305 provided in the housing 5301 to another housing (not shown), an image output to the display portion 5304 can be output to another video device (not shown). it can. At this time, the housing 5302 and the housing 5303 can each function as an operation portion. Thereby, a plurality of players can play the game at the same time. The chip described in the above embodiment can be incorporated in a chip or the like provided over the substrate of the housing 5301, the housing 5302, and the housing 5303.

また、図28(D)は、ゲーム機の一例である据え置き型ゲーム機5400を示している。据え置き型ゲーム機5400には、無線または有線でコントローラ5402が接続されている。   FIG. 28D illustrates a stationary game machine 5400 which is an example of a game machine. A controller 5402 is connected to the stationary game machine 5400 wirelessly or by wire.

携帯ゲーム機5300、据え置き型ゲーム機5400などのゲーム機に本発明の一態様のGPUまたはチップを適用することによって、低消費電力のゲーム機を実現することができる。また、低消費電力により、回路からの発熱を低減することができるため、発熱によるその回路自体、周辺回路、およびモジュールへの影響を少なくすることができる。   By applying the GPU or the chip of one embodiment of the present invention to a game machine such as the portable game machine 5300 or the stationary game machine 5400, a game machine with low power consumption can be realized. In addition, heat generation from a circuit can be reduced by low power consumption, so that influence of the heat generation on the circuit itself, peripheral circuits, and modules can be reduced.

更に、携帯ゲーム機5300に本発明の一態様のGPUまたはチップを適用することによって、人工知能を有する携帯ゲーム機5300を実現することができる。   Further, by applying the GPU or the chip of one embodiment of the present invention to the portable game machine 5300, the portable game machine 5300 having artificial intelligence can be realized.

本来、ゲームの進行、ゲーム上に登場する生物の言動、ゲーム上で発生する現象などの表現は、そのゲームが有するプログラムによって定められているが、携帯ゲーム機5300に人工知能を適用することにより、ゲームのプログラムに限定されない表現が可能になる。例えば、プレイヤーが問いかける内容、ゲームの進行状況、時刻、ゲーム上に登場する人物の言動が変化するといった表現が可能となる。   Originally, the expression of the progress of the game, the behavior of the creature appearing in the game, the phenomenon occurring in the game, etc. is determined by the program of the game, but by applying artificial intelligence to the portable game machine 5300, Thus, expressions that are not limited to game programs are possible. For example, it is possible to express such a content that a player asks a question, a progress of a game, a time, a behavior of a person appearing in the game changes.

また、携帯ゲーム機5300で複数のプレイヤーが必要なゲームを行う場合、人工知能によって擬人的にゲームプレイヤーを構成することができるため、対戦相手を人工知能によるゲームプレイヤーとすることによって、1人でもゲームを行うことができる。   In addition, when playing a game that requires a plurality of players on the portable game machine 5300, the game player can be configured as an anthropomorphic person by artificial intelligence. Can play games.

図28(C)、図28(D)では、ゲーム機の一例として携帯ゲーム機、および据え置き型ゲーム機を図示しているが、本発明の一態様のGPUまたはチップを適用するゲーム機はこれに限定されない。本発明の一態様のGPUまたはチップを適用するゲーム機としては、例えば、娯楽施設(ゲームセンター、遊園地など)に設置されるアーケードゲーム機、スポーツ施設に設置されるバッティング練習用の投球マシンなどが挙げられる。   28C and 28D illustrate a portable game machine and a stationary game machine as an example of the game machine, but a game machine to which the GPU or the chip of one embodiment of the present invention is applied is not shown. It is not limited to. As a game machine to which the GPU or the chip of one embodiment of the present invention is applied, for example, an arcade game machine installed in an entertainment facility (a game center, an amusement park, or the like), a pitching machine installed in a sports facility for batting practice, or the like Is mentioned.

[大型コンピュータ]
本発明の一態様のGPUまたはチップは、大型コンピュータに適用することができる。
[Large computer]
The GPU or chip of one embodiment of the present invention can be applied to a large computer.

図28(E)は、大型コンピュータの一例である、スーパーコンピュータ5500を示す図である。図28(F)は、スーパーコンピュータ5500が有するラックマウント型の計算機5502を示す図である。   FIG. 28E illustrates a supercomputer 5500 which is an example of a large-sized computer. FIG. 28F illustrates a rack-mounted computer 5502 included in the supercomputer 5500.

スーパーコンピュータ5500は、ラック5501と、複数のラックマウント型の計算機5502と、を有する。なお、複数の計算機5502は、ラック5501に格納されている。また、計算機5502には、複数の基板5504が設けられ、当該基板上に上記実施の形態で説明したGPUまたはチップを搭載することができる。   The supercomputer 5500 includes a rack 5501 and a plurality of rack-mounted computers 5502. Note that the plurality of computers 5502 are stored in a rack 5501. The computer 5502 is provided with a plurality of substrates 5504, and the GPU or the chip described in the above embodiment can be mounted on the substrates.

スーパーコンピュータ5500は、主に科学技術計算に利用される大型コンピュータである。科学技術計算では、膨大な演算を高速に処理する必要があるため、消費電力が高く、チップの発熱が大きい。スーパーコンピュータ5500に本発明の一態様のGPUまたはチップを適用することによって、低消費電力のスーパーコンピュータを実現することができる。また、低消費電力により、回路からの発熱を低減することができるため、発熱によるその回路自体、周辺回路、およびモジュールへの影響を少なくすることができる。   The supercomputer 5500 is a large computer mainly used for scientific and technical calculations. In scientific calculations, enormous calculations must be processed at high speed, so that power consumption is high and chip heat generation is large. By applying the GPU or the chip of one embodiment of the present invention to the supercomputer 5500, a supercomputer with low power consumption can be realized. In addition, heat generation from a circuit can be reduced by low power consumption, so that influence of the heat generation on the circuit itself, peripheral circuits, and modules can be reduced.

図28(E)、図28(F)では、大型コンピュータの一例としてスーパーコンピュータを図示しているが、本発明の一態様のGPUまたはチップを適用する大型コンピュータはこれに限定されない。本発明の一態様のGPUまたはチップを適用する大型コンピュータとしては、例えば、サービスを提供するコンピュータ(サーバー)、大型汎用コンピュータ(メインフレーム)などが挙げられる。   28E and 28F illustrate a supercomputer as an example of a large computer; however, a large computer to which the GPU or the chip of one embodiment of the present invention is applied is not limited thereto. Examples of a large-sized computer to which the GPU or the chip of one embodiment of the present invention is applied include a computer (server) that provides a service, a large-sized general-purpose computer (mainframe), and the like.

[移動体]
本発明の一態様のGPUまたはチップは、移動体である自動車、および自動車の運転席周辺に適用することができる。
[Mobile]
The GPU or the chip of one embodiment of the present invention can be applied to an automobile which is a mobile object and a periphery of a driver's seat of the automobile.

図28(G)は、移動体の一例である自動車の室内におけるフロントガラス周辺を示す図である。図28(G)では、ダッシュボードに取り付けられた表示パネル5701、表示パネル5702、表示パネル5703の他、ピラーに取り付けられた表示パネル5704を図示している。   FIG. 28G is a diagram illustrating the vicinity of a windshield in a vehicle, which is an example of a moving object. FIG. 28G illustrates a display panel 5701 attached to a pillar in addition to a display panel 5701, a display panel 5702, and a display panel 5703 attached to a dashboard.

表示パネル5701乃至表示パネル5703は、スピードメーターやタコメーター、走行距離、給油量、ギア状態、エアコンの設定など、その他様々な情報を提供することができる。また、表示パネルに表示される表示項目やレイアウトなどは、ユーザの好みに合わせて適宜変更することができ、デザイン性を高めることが可能である。表示パネル5701乃至表示パネル5703は、照明装置として用いることも可能である。   The display panels 5701 to 5703 can provide various kinds of information such as a speedometer, a tachometer, a traveling distance, a refueling amount, a gear state, and setting of an air conditioner. Further, display items, layout, and the like displayed on the display panel can be appropriately changed according to the user's preference, so that design can be improved. The display panels 5701 to 5703 can also be used as lighting devices.

表示パネル5704には、自動車に設けられた撮像装置(図示しない。)からの映像を映し出すことによって、ピラーで遮られた視界(死角)を補完することができる。すなわち、自動車の外側に設けられた撮像装置からの画像を表示することによって、死角を補い、安全性を高めることができる。また、見えない部分を補完する映像を映すことによって、より自然に違和感なく安全確認を行うことができる。表示パネル5704は、照明装置として用いることもできる。   By displaying an image from an imaging device (not shown) provided in a car on the display panel 5704, a field of view (blind spot) blocked by the pillar can be complemented. That is, by displaying an image from the imaging device provided outside the automobile, blind spots can be compensated for and safety can be improved. In addition, by displaying an image that complements the invisible part, it is possible to more naturally confirm safety without a sense of incongruity. The display panel 5704 can be used as a lighting device.

本発明の一態様のGPUまたはチップは人工知能の構成要素として適用できるため、例えば、当該チップを自動車の自動運転システムに用いることができる。また、当該チップを道路案内、危険予測などを行うシステムに用いることができる。表示パネル5701乃至表示パネル5704には、道路案内、危険予測などの情報を表示する構成としてもよい。   Since the GPU or the chip of one embodiment of the present invention can be applied as a component of artificial intelligence, the chip or the chip can be used for an automatic driving system of an automobile, for example. Further, the chip can be used in a system for performing road guidance, danger prediction, and the like. The display panels 5701 to 5704 may be configured to display information such as road guidance and danger prediction.

なお、上述では、移動体の一例として自動車について説明しているが、移動体は自動車に限定されない。例えば、移動体としては、電車、モノレール、船、飛行体(ヘリコプター、無人航空機(ドローン)、飛行機、ロケット)なども挙げることができ、これらの移動体に本発明の一態様のチップを適用して、人工知能を利用したシステムを付与することができる。   In the above description, a car is described as an example of a moving body, but the moving body is not limited to a car. For example, a moving object includes a train, a monorail, a ship, a flying object (a helicopter, an unmanned aerial vehicle (drone), an airplane, a rocket), and the like. The chip of one embodiment of the present invention is applied to these moving objects. Thus, a system using artificial intelligence can be provided.

[電化製品]
図28(H)は、電化製品の一例である電気冷凍冷蔵庫5800を示している。電気冷凍冷蔵庫5800は、筐体5801、冷蔵室用扉5802、冷凍室用扉5803等を有する。
[Electric appliances]
FIG. 28H illustrates an electric refrigerator-freezer 5800 which is an example of an electric appliance. The electric refrigerator-freezer 5800 includes a housing 5801, a refrigerator door 5802, a refrigerator door 5803, and the like.

電気冷凍冷蔵庫5800に本発明の一態様のチップを適用することによって、人工知能を有する電気冷凍冷蔵庫5800を実現することができる。人工知能を利用することによって電気冷凍冷蔵庫5800は、電気冷凍冷蔵庫5800に保存されている食材、その食材の消費期限などを基に献立を自動生成する機能や、電気冷凍冷蔵庫5800に保存されている食材に合わせた温度に自動的に調節する機能などを有することができる。   By applying the chip of one embodiment of the present invention to the electric refrigerator-freezer 5800, the electric refrigerator-freezer 5800 having artificial intelligence can be realized. By utilizing artificial intelligence, the electric refrigerator-freezer 5800 has a function of automatically generating menus based on the ingredients stored in the electric refrigerator-freezer 5800, the expiration date of the ingredients, and the like, and is stored in the electric refrigerator-freezer 5800. It can have a function of automatically adjusting the temperature to the food material.

電化製品の一例として電気冷凍冷蔵庫について説明したが、その他の電化製品としては、例えば、掃除機、電子レンジ、電子オーブン、炊飯器、湯沸かし器、IH調理器、ウォーターサーバ、エアーコンディショナーを含む冷暖房器具、洗濯機、乾燥機、オーディオビジュアル機器などが挙げられる。   Although an electric refrigerator-freezer has been described as an example of the electric appliances, other electric appliances include, for example, a vacuum cleaner, a microwave oven, an electronic oven, a rice cooker, a water heater, an IH cooker, a water server, a heating and cooling appliance including an air conditioner, Examples include a washing machine, a dryer, and an audiovisual device.

本実施の形態で説明した電子機器、その電子機器の機能、人工知能の応用例、その効果などは、他の電子機器の記載と適宜組み合わせることができる。   The electronic device described in this embodiment, functions of the electronic device, application examples of artificial intelligence, effects thereof, and the like can be combined with descriptions of other electronic devices as appropriate.

本実施の形態は、他の実施の形態などに記載した構成と適宜組み合わせて実施することが可能である。   This embodiment can be implemented in appropriate combination with the structures described in the other embodiments and the like.

本実施例では、試料1Aとして、本発明の一態様である、図2に示すトランジスタ200を有する半導体装置を作製し、トランジスタ200の信頼性試験を行った。   In this example, a semiconductor device including the transistor 200 illustrated in FIG. 2, which is one embodiment of the present invention, was manufactured as the sample 1A, and a reliability test of the transistor 200 was performed.

<試料の作製方法>
以下に、試料1Aの作製方法を説明する。
<Sample preparation method>
Hereinafter, a method for manufacturing the sample 1A will be described.

まず、トランジスタ200のチャネル長は60nm、チャネル幅は60nmとなるように設計した。また、試料1Aは、同一工程にて、複数個のトランジスタ200を形成した。なお、トランジスタの密度は2.0個/μmとした。 First, the transistor 200 was designed to have a channel length of 60 nm and a channel width of 60 nm. In Sample 1A, a plurality of transistors 200 was formed in the same step. Note that the transistor density was 2.0 transistors / μm 2 .

なお、酸化物230a、酸化物230b、および酸化物230cとして、スパッタリング法によって、In−Ga−Zn酸化物を成膜した。酸化物230aは、In:Ga:Zn=1:3:4[原子数比]のターゲットを用いて、5nm成膜した。酸化物230bは、In:Ga:Zn=4:2:4.1[原子数比]のターゲットを用いて、15nm成膜した。酸化物230cは、In:Ga:Zn=4:2:4.1[原子数比]のターゲットを用いて、8nm成膜した。   Note that as the oxides 230a, 230b, and 230c, In—Ga—Zn oxide films were formed by a sputtering method. The oxide 230a was formed to a thickness of 5 nm with the use of a target having an atomic ratio of In: Ga: Zn = 1: 3: 4. The oxide 230b was formed to a thickness of 15 nm with the use of a target of In: Ga: Zn = 4: 2: 4.1 [atomic ratio]. The oxide 230c was formed to a thickness of 8 nm with the use of a target of In: Ga: Zn = 4: 2: 4.1 [atomic ratio].

続いて、絶縁体252として、スパッタリング法によって、In−Ga−Zn酸化物を成膜した。絶縁体252は、In:Ga:Zn=1:3:4[原子数比]のターゲットを用いて、8nm成膜した。   Subsequently, an In-Ga-Zn oxide was formed as the insulator 252 by a sputtering method. The insulator 252 was formed to a thickness of 8 nm with the use of a target of In: Ga: Zn = 1: 3: 4 [atomic ratio].

以上より、試料1Aを作製した。   Thus, Sample 1A was produced.

<トランジスタの信頼性>
次に、トランジスタの信頼性を調べるために、試料1Aに対し、1個のトランジスタに対し、GBT(Gate Bias Temperature)ストレス試験を行った。GBTストレス試験は信頼性試験の一種であり、長期間の使用によって起こるトランジスタの特性変化を、評価することができる。
<Transistor reliability>
Next, a GBT (Gate Bias Temperature) stress test was performed on one sample of the sample 1A in order to examine the reliability of the transistor. The GBT stress test is a kind of reliability test and can evaluate a change in transistor characteristics caused by long-term use.

まず、試料1Aの電気特性として、Id−Vg特性を測定した。なお、Id−Vg特性の測定では、トランジスタ200の第1のゲート電極として機能する導電体260に印加する電位(以下、ゲート電位(Vg)ともいう)を、第1の値から第2の値まで変化させたときの、ソース電極として機能する導電体240aとドレイン電極として機能する導電体240bとの間の電流(以下、ドレイン電流(Id)ともいう)の変化を測定する。   First, Id-Vg characteristics were measured as electrical characteristics of Sample 1A. Note that in the measurement of the Id-Vg characteristics, a potential (hereinafter, also referred to as a gate potential (Vg)) applied to the conductor 260 functioning as a first gate electrode of the transistor 200 is changed from a first value to a second value. The change in current (hereinafter, also referred to as drain current (Id)) between the conductor 240a functioning as a source electrode and the conductor 240b functioning as a drain electrode when the change is made is measured.

ここでは、導電体240aと導電体240bとの間の電位(以下、ドレイン電位Vdともいう)を+0.1V、+3.3Vとし、導電体240aと導電体260との間の電位を−3.3Vから+3.3Vまで変化させたときのドレイン電流(Id)の変化を測定した。   Here, the potential between the conductor 240a and the conductor 240b (hereinafter, also referred to as drain potential Vd) is +0.1 V and +3.3 V, and the potential between the conductor 240a and the conductor 260 is -3. The change in drain current (Id) when changing from 3V to + 3.3V was measured.

なお、本測定においては、第2のゲート電極(バックゲート電極)として機能する導電体205の電位(以下、バックゲート電位(Vbg)ともいう)を、0.00V、−1.00V、または−3.00Vに設定し、それぞれの場合を測定した。   Note that in this measurement, the potential of the conductor 205 functioning as a second gate electrode (back gate electrode) (hereinafter, also referred to as a back gate potential (Vbg)) is 0.00 V, -1.00 V, or- The voltage was set to 3.00 V, and each case was measured.

GBTストレス試験では、トランジスタが形成されている基板を一定の温度に維持し、トランジスタのソース電位とドレイン電位を同電位とし、第1のゲート電位にはソース電位及びドレイン電位とは異なる電位を一定時間与える。本実施例では、試料1A、および試料1Bが形成されている基板の温度を150度に維持することで、加速試験とした。また、トランジスタのソース電位とドレイン電位を0.00Vとし、第1のゲート電位を+3.63Vとした。   In the GBT stress test, the substrate on which the transistor is formed is kept at a constant temperature, the source potential and the drain potential of the transistor are the same, and the first gate potential is a potential different from the source potential and the drain potential. Give time. In this example, the acceleration test was performed by maintaining the temperature of the substrate on which the samples 1A and 1B were formed at 150 ° C. Further, the source potential and the drain potential of the transistor were set to 0.00 V, and the first gate potential was set to +3.63 V.

なお、GBTストレス試験において、任意の時間が経過した際に、上述の条件にて、Id−Vg特性を測定した。なお、バックゲート電位は、0.00Vに設定した。   In the GBT stress test, the Id-Vg characteristics were measured under the above-described conditions when an arbitrary time had elapsed. Note that the back gate potential was set to 0.00V.

本実施例でのGBTストレス試験の結果を図29に示す。   FIG. 29 shows the result of the GBT stress test in this example.

なお、トランジスタの電気特性の変動量の指標として、トランジスタのしきい値電圧(以下、Vshともいう)の経時変化(以下、ΔVshともいう)を用いた。なお、Vshとは、Id−Vg特性において、Id=1.0×10−12[A]の時のVgの値と定義する。ここで、ΔVshは、例えば、ストレス開始時のVshが+0.50Vであり、ストレス100sec経過時のVshが、−0.55Vであったとすると、ストレス100sec経過時のΔVshは、−1.05Vとなる。 Note that a temporal change (hereinafter, also referred to as ΔVsh) of a threshold voltage (hereinafter, also referred to as Vsh) of the transistor was used as an index of a variation in electric characteristics of the transistor. Note that Vsh is defined as the value of Vg when Id = 1.0 × 10 −12 [A] in the Id-Vg characteristics. Here, for example, assuming that Vsh at the start of stress is +0.50 V and Vsh at the time of 100 seconds of stress is −0.55 V, ΔVsh at the time of 100 seconds of stress is −1.05 V. Become.

図29より、試料1Aのトランジスタのしきい値電圧の変化量|ΔVsh|は、336時間まで100mV以下を達成した。   According to FIG. 29, the change amount | ΔVsh | of the threshold voltage of the transistor of Sample 1A achieved 100 mV or less until 336 hours.

以上より、本発明の一態様を用いたトランジスタは、優れた信頼性を有するトランジスタを有する半導体装置であることが確認できた。   From the above, it was confirmed that the transistor using one embodiment of the present invention was a semiconductor device including a transistor having excellent reliability.

本実施例は、少なくともその一部を本明細書中に記載する他の実施の形態と適宜組み合わせて実施することができる。   This embodiment can be implemented in combination with at least part of the embodiments as appropriate in another embodiment described in this specification.

本実施例では、試料2Aとして、本発明の一態様にかかる酸化物半導体を有するトランジスタ200、シリコンを有するトランジスタ300、および容量素子100を有する半導体装置を作製し、当該半導体装置の書き換え可能回数(以下、書き換え耐性ともいう)を測定した。以下では、当該測定方法、および結果について、図30を参照して説明する。   In this example, as the sample 2A, a transistor 200 including an oxide semiconductor according to one embodiment of the present invention, a transistor 300 including silicon, and a semiconductor device including the capacitor 100 are manufactured. Hereinafter, it is also referred to as rewriting endurance). Hereinafter, the measurement method and the result will be described with reference to FIG.

<試料の作製方法>
以下に、試料2Aにおけるトランジスタ200の作製方法を説明する。
<Sample preparation method>
Hereinafter, a method for manufacturing the transistor 200 in the sample 2A is described.

まず、トランジスタ200のチャネル長は60nm、チャネル幅は60nmとなるように設計した。また、試料2Aは、同一工程にて、複数個のトランジスタ200を形成した。   First, the transistor 200 was designed to have a channel length of 60 nm and a channel width of 60 nm. In Sample 2A, a plurality of transistors 200 was formed in the same step.

なお、酸化物230a、酸化物230b、および酸化物230cとして、スパッタリング法によって、In−Ga−Zn酸化物を成膜した。酸化物230aは、In:Ga:Zn=1:3:4[原子数比]のターゲットを用いて、5nm成膜した。酸化物230bは、In:Ga:Zn=4:2:4.1[原子数比]のターゲットを用いて、15nm成膜した。酸化物230cは、In:Ga:Zn=4:2:4.1[原子数比]のターゲットを用いて、8nm成膜した。   Note that as the oxides 230a, 230b, and 230c, In—Ga—Zn oxide films were formed by a sputtering method. The oxide 230a was formed to a thickness of 5 nm with the use of a target having an atomic ratio of In: Ga: Zn = 1: 3: 4. The oxide 230b was formed to a thickness of 15 nm with the use of a target of In: Ga: Zn = 4: 2: 4.1 [atomic ratio]. The oxide 230c was formed to a thickness of 8 nm with the use of a target of In: Ga: Zn = 4: 2: 4.1 [atomic ratio].

続いて、絶縁体252として、スパッタリング法によって、In−Ga−Zn酸化物を成膜した。絶縁体252は、In:Ga:Zn=1:3:4[原子数比]のターゲットを用いて、8nm成膜した。   Subsequently, an In-Ga-Zn oxide was formed as the insulator 252 by a sputtering method. The insulator 252 was formed to a thickness of 8 nm with the use of a target of In: Ga: Zn = 1: 3: 4 [atomic ratio].

以上より、試料2Aを作製した。   Thus, Sample 2A was produced.

<試料の回路構成および測定方法>
また、試料2Aは、図30(A)に示す回路構成の半導体装置である。なお、容量値が2fFである容量素子100を用いた。
<Circuit configuration and measurement method of sample>
The sample 2A is a semiconductor device having a circuit configuration illustrated in FIG. Note that a capacitor 100 having a capacitance value of 2 fF was used.

情報の保持および情報の書き込みを所定回数繰り返した際のノードSNの電位(VSN)の変化を調べることにより、試料2Aの書き換え耐性を測定した。また、試料2Aの基板の温度を85度に維持することで、加速試験とした。 By examining a change in the potential (V SN ) of the node SN when information retention and information writing were repeated a predetermined number of times, the rewriting durability of the sample 2A was measured. Further, an acceleration test was performed by maintaining the temperature of the substrate of Sample 2A at 85 ° C.

まず、初期特性として、IRBL−VSN(VWBL)特性を測定した。配線WWLに2.5Vの電圧、配線BG1に−3Vの電圧を印加し、トランジスタ200を導通状態とし、配線WBLの電位を、トランジスタ300のゲートに相当するノードSNに与えた。続いて、配線SLに1.2Vの電圧、および配線RBLに0Vの電圧を印加した。そこで、配線WBLの電位を−0.3Vから+1.5Vまで掃引したときのトランジスタ300のドレイン電流(IRBL)の変化を測定することにより、IRBL−VSN(VWBL)特性を得た。 First, I RBL −V SN (V WBL ) characteristics were measured as initial characteristics. A voltage of 2.5 V was applied to the wiring WWL and a voltage of −3 V was applied to the wiring BG1 to make the transistor 200 conductive, and the potential of the wiring WBL was supplied to a node SN corresponding to the gate of the transistor 300. Subsequently, a voltage of 1.2 V was applied to the wiring SL and a voltage of 0 V was applied to the wiring RBL. Therefore, by measuring the change in the drain current (I RBL) of the transistor 300 when the potential of the wiring WBL was swept from -0.3V to + 1.5V, to obtain a I RBL -V SN (V WBL) properties .

続いて、図30(B)に示す入力信号パターンに従い、ノードSNにdata0、またはdata1を、繰り返し書き込んだ。   Subsequently, data0 or data1 was repeatedly written to the node SN in accordance with the input signal pattern shown in FIG.

なお、data0、またはdata1の書き込みは、図30(A)に示す配線WBLに0V、または1.2Vを、10nsec毎に印加し、配線WWLに、−0.8V、または2.5Vを、5nsec毎に印加することにより行った。配線WWLに−0.8Vの電圧を印加した場合、トランジスタ200は非導通状態であるため、ノードSNに与えられた電位を保持する。また、配線WWLの電位が2.5Vの場合には、トランジスタ200は導通状態であるため、配線WBLの電位がノードSNに与えられる。   Note that data 0 or data 1 is written by applying 0 V or 1.2 V to the wiring WBL shown in FIG. 30A every 10 nsec and applying -0.8 V or 2.5 V to the wiring WWL for 5 nsec. The test was performed by applying each time. When a voltage of -0.8 V is applied to the wiring WWL, the transistor 200 is off and thus holds the potential applied to the node SN. In addition, when the potential of the wiring WWL is 2.5 V, the transistor 200 is on, so that the potential of the wiring WBL is supplied to the node SN.

ここで、data0、またはdata1の書き込み時に、ノードSNの電位VSNとして保持されている状態で、電流IRBLを測定した。当該測定した電流IRBLを用い、先に測定したIRBL−VSN(VWBL)特性カーブにより、ノードSNの電位VSNを求めた。 Here, data0 or data1 when writing, in the state held as the potential V SN node SN,, the current was measured I RBL. Using the measured current I RBL , the potential V SN of the node SN was determined from the previously measured I RBL −V SN (V WBL ) characteristic curve.

図30(C)に、書き換え回数に対するノードSNの電位VSNを示す。図30(C)に示すグラフは、縦軸にノードSNの電位VSN[V]、横軸に書き換え回数[回数]とした。図30(C)から、試料2Aは、1×1013回の書き込みを行うことが可能であることがわかった。従って、1×1013回の書き込み前後において、半導体装置が劣化しないと推測できる。 FIG. 30C illustrates the potential V SN of the node SN with respect to the number of times of rewriting. In the graph illustrated in FIG. 30C, the vertical axis represents the potential V SN [V] of the node SN, and the horizontal axis represents the number of rewrites [number of times]. FIG. 30C shows that the sample 2A can be written 1 × 10 13 times. Therefore, it can be inferred that the semiconductor device does not deteriorate before and after writing 1 × 10 13 times.

上述のように、開示する発明の一態様に係る半導体装置は、保持および書き込みを1×1013回もの多数回繰り返しても特性が変化せず、書き換え耐性が極めて高いことがわかった。従って、本発明の一態様によって、極めて信頼性の高い半導体装置が実現できる。 As described above, it has been found that the characteristics of the semiconductor device according to one embodiment of the disclosed invention are not changed even when holding and writing are repeated as many as 1 × 10 13 times, and the rewriting durability is extremely high. Thus, according to one embodiment of the present invention, a highly reliable semiconductor device can be realized.

本実施例は、少なくともその一部を本明細書中に記載する他の実施の形態と適宜組み合わせて実施することができる。   This embodiment can be implemented in combination with at least part of the embodiments as appropriate in another embodiment described in this specification.

10 基板、12 絶縁体、14 絶縁体、20 領域、22 絶縁体、24 絶縁体、30 領域、32 絶縁体、34 絶縁体、200 トランジスタ、205 導電体、212 絶縁体、214 絶縁体、216 絶縁体、220 絶縁体、221 絶縁体、222 絶縁体、223 絶縁体、224 絶縁体、225 絶縁体、230 酸化物、230a 酸化物、230A 酸化膜、230b 酸化物、230B 酸化膜、230c 酸化物、230C 酸化膜、240 導電体、240a 導電体、240A 導電膜、240b 導電体、240B 導電層、250 絶縁体、250A 絶縁膜、252 絶縁体、252A 絶縁膜、260 導電体、260a 導電体、260A 導電膜、260b 導電体、260B 導電膜、274 絶縁体、274A 絶縁膜、275 絶縁体、280 絶縁体、280A 絶縁膜、282 絶縁体、283 絶縁体、284 絶縁体   10 substrate, 12 insulators, 14 insulators, 20 regions, 22 insulators, 24 insulators, 30 regions, 32 insulators, 34 insulators, 200 transistors, 205 conductors, 212 insulators, 214 insulators, 216 insulators Body, 220 insulator, 221 insulator, 222 insulator, 223 insulator, 224 insulator, 225 insulator, 230 oxide, 230a oxide, 230A oxide film, 230b oxide, 230B oxide film, 230c oxide, 230C oxide film, 240 conductor, 240a conductor, 240A conductive film, 240b conductor, 240B conductive layer, 250 insulator, 250A insulating film, 252 insulator, 252A insulating film, 260 conductor, 260a conductor, 260A conductor Film, 260b conductor, 260B conductive film, 274 insulator, 274A Insulating film, 275 insulator, 280 insulator, 280A insulating film, 282 insulator, 283 insulator, 284 insulator

Claims (15)

チャネル形成領域に酸化物半導体を有するトランジスタであって、
前記トランジスタは、ゲート、ソース、及びドレインを有し、
前記酸化物半導体の下方には、第1の絶縁体が形成され、
前記ゲートと、前記酸化物半導体との間には、第2の絶縁体が形成され、
前記第1の絶縁体、及び前記第2の絶縁体のいずれか一方または双方は、
シリコンを含む層と、ガリウムを含む層と、を有する、
ことを特徴とするトランジスタ。
A transistor including an oxide semiconductor in a channel formation region,
The transistor has a gate, a source, and a drain,
A first insulator is formed below the oxide semiconductor;
A second insulator is formed between the gate and the oxide semiconductor;
One or both of the first insulator and the second insulator are:
Having a layer containing silicon and a layer containing gallium,
A transistor characterized by the above-mentioned.
チャネル形成領域に酸化物半導体を有するトランジスタであって、
前記トランジスタは、第1のゲート、第2のゲート、ソース、及びドレインを有し、
前記第2のゲートと、前記酸化物半導体との間には、第1の絶縁体が形成され、
前記第1のゲートと、前記酸化物半導体との間には、第2の絶縁体が形成され、
前記第1の絶縁体、及び前記第2の絶縁体のいずれか一方または双方は、
シリコンを含む層と、ガリウムを含む層と、を有する、
ことを特徴とするトランジスタ。
A transistor including an oxide semiconductor in a channel formation region,
The transistor has a first gate, a second gate, a source, and a drain,
A first insulator is formed between the second gate and the oxide semiconductor;
A second insulator is formed between the first gate and the oxide semiconductor;
One or both of the first insulator and the second insulator are:
Having a layer containing silicon and a layer containing gallium,
A transistor characterized by the above-mentioned.
請求項1または請求項2のいずれか一項において、
前記酸化物半導体は、インジウム、亜鉛、およびガリウムを含むことを特徴とする半導体装置の作製方法。
In any one of claim 1 or claim 2,
The method for manufacturing a semiconductor device, wherein the oxide semiconductor contains indium, zinc, and gallium.
請求項1乃至請求項8のいずれか一項において、
前記酸化物半導体、およびガリウムを含む層は、結晶構造を有していることを特徴とする半導体装置の作製方法。
In any one of claims 1 to 8,
The method for manufacturing a semiconductor device, wherein the oxide semiconductor and the layer containing gallium have a crystal structure.
請求項1乃至4のいずれか一項に記載のトランジスタと、
容量素子と、を有する半導体装置であって、
前記容量素子は、
前記トランジスタに含まれる前記シリコンを含む層と、前記ガリウムを含む層と、を有する、ことを特徴とする半導体装置。
A transistor according to claim 1,
And a capacitor element,
The capacitance element is
A semiconductor device having a layer containing silicon and a layer containing gallium included in the transistor.
請求項5において、
前記容量素子は、前記トランジスタの上方に形成される、
ことを特徴とする半導体装置。
In claim 5,
The capacitive element is formed above the transistor;
A semiconductor device characterized by the above-mentioned.
請求項5において、
前記容量素子は、前記トランジスタの下方に形成される、
ことを特徴とする半導体装置。
In claim 5,
The capacitor is formed below the transistor.
A semiconductor device characterized by the above-mentioned.
請求項1乃至7のいずれか一項に記載のトランジスタと、
第3の絶縁体と、第4の絶縁体と、を有する半導体装置であって、
前記第3の絶縁体は、アルミニウムと、酸素と、を有し、
前記第4の絶縁体は、シリコンと、窒素と、を有し、
前記トランジスタの上面、下面、及び側面のいずれか一または複数は、
前記第3の絶縁体、及び前記第4の絶縁体によって覆われている、
ことを特徴とする半導体装置。
A transistor according to any one of claims 1 to 7,
A semiconductor device having a third insulator and a fourth insulator,
The third insulator has aluminum and oxygen,
The fourth insulator has silicon and nitrogen,
Any one or more of an upper surface, a lower surface, and a side surface of the transistor,
Covered by the third insulator, and the fourth insulator,
A semiconductor device characterized by the above-mentioned.
請求項8において、
前記第3の絶縁体は、前記第4の絶縁体よりも内側に位置する、
ことを特徴とする半導体装置。
In claim 8,
The third insulator is located inside the fourth insulator.
A semiconductor device characterized by the above-mentioned.
チャネル形成領域に酸化物半導体を有するトランジスタの作製方法であって、
前記トランジスタは、前記酸化物半導体、第1の絶縁体、ゲート、ソース、及びドレインを有し、
前記第1の絶縁体は、ガリウムを含む層と、シリコンを含む層と、を有し、
前記トランジスタの作製方法は、少なくとも、
前記酸化物半導体を形成するステップと、
前記酸化物半導体上に前記ソース、及び前記ドレインを形成するステップと、
前記酸化物半導体の上面、並びに前記ソース、及び前記ドレインの側面に前記第1の絶縁体を形成するステップと、
前記第1の絶縁体上に前記ゲートを形成するステップと、を有し、
前記第1の絶縁体を形成するステップにおいて、
前記ガリウムを含む層と、前記シリコンを含む層とを、減圧下において、連続で成膜することを特徴とするトランジスタの作製方法。
A method for manufacturing a transistor including an oxide semiconductor in a channel formation region,
The transistor includes the oxide semiconductor, a first insulator, a gate, a source, and a drain,
The first insulator has a layer containing gallium and a layer containing silicon,
The method for manufacturing the transistor is at least
Forming the oxide semiconductor;
Forming the source and the drain on the oxide semiconductor;
Forming the first insulator on the top surface of the oxide semiconductor, and the side surfaces of the source and the drain;
Forming the gate on the first insulator;
In the step of forming the first insulator,
A method for manufacturing a transistor, wherein the layer containing gallium and the layer containing silicon are continuously formed under reduced pressure.
請求項10において、
前記トランジスタは、さらに、第2の絶縁体、及び第2のゲートを有し、
前記トランジスタの作製方法は、少なくとも、
前記第2のゲートを形成するステップと、
前記第2のゲート上に前記第2の絶縁体を形成するステップと、
前記酸化物半導体を形成するステップと、
前記酸化物半導体上に前記ソース、及び前記ドレインを形成するステップと、
前記酸化物半導体の上面、並びに前記ソース、及び前記ドレインの側面に前記第1の絶縁体を形成するステップと、
前記第1の絶縁体上に前記ゲートを形成するステップと、を有し、
前記第1の絶縁体を形成するステップにおいて、
前記ガリウムを含む層と、前記シリコンを含む層とを、減圧下において、連続で成膜することを特徴とするトランジスタの作製方法。
In claim 10,
The transistor further has a second insulator and a second gate,
The method for manufacturing the transistor is at least
Forming the second gate;
Forming the second insulator on the second gate;
Forming the oxide semiconductor;
Forming the source and the drain on the oxide semiconductor;
Forming the first insulator on the top surface of the oxide semiconductor, and the side surfaces of the source and the drain;
Forming the gate on the first insulator;
In the step of forming the first insulator,
A method for manufacturing a transistor, wherein the layer containing gallium and the layer containing silicon are continuously formed under reduced pressure.
請求項10または請求項11のいずれか一項において、
前記酸化物半導体は、インジウム、亜鉛、およびガリウムを含み、
前記酸化物半導体は、スパッタリング法により形成される、
ことを特徴とするトランジスタの作製方法。
In any one of claim 10 or claim 11,
The oxide semiconductor includes indium, zinc, and gallium,
The oxide semiconductor is formed by a sputtering method;
A method for manufacturing a transistor, comprising:
請求項10乃至請求項12のいずれか一項において、
前記酸化物半導体、および前記ガリウムを含む層は、
結晶性を有するように形成される、
ことを特徴とするトランジスタの作製方法。
In any one of claims 10 to 12,
The oxide semiconductor, and the layer containing gallium,
Formed to have crystallinity,
A method for manufacturing a transistor, comprising:
請求項10乃至請求項13のいずれか一項において、
前記酸化物半導体、および前記ガリウムを含む層は、
100℃以上の温度で加熱して形成される、
ことを特徴とするトランジスタの作製方法。
In any one of claims 10 to 13,
The oxide semiconductor, and the layer containing gallium,
Formed by heating at a temperature of 100 ° C. or higher,
A method for manufacturing a transistor, comprising:
請求項10乃至請求項14のいずれか一項において、
前記第1の絶縁体は、ALD法により形成される、
ことを特徴とする半導体装置の作製方法。
In any one of claims 10 to 14,
The first insulator is formed by an ALD method;
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022043824A1 (en) * 2020-08-26 2022-03-03 株式会社半導体エネルギー研究所 Method for forming film of metal oxide, and method for manufacturing storage device
JP2022039096A (en) * 2020-08-27 2022-03-10 株式会社半導体エネルギー研究所 Semiconductor device and manufacturing method for the same
US20220208525A1 (en) * 2020-12-29 2022-06-30 Semes Co., Ltd. Substrate treating apparatus and substrate treating method
WO2022266449A1 (en) * 2021-06-18 2022-12-22 L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude Gallium precursors for deposition of gallium-containing oxide films
JP2023522043A (en) * 2020-04-16 2023-05-26 ハンソル ケミカル カンパニー リミテッド Semiconductor layer, manufacturing method thereof, and transistor including the same
WO2025017441A1 (en) * 2023-07-20 2025-01-23 株式会社半導体エネルギー研究所 Manufacturing device and method for producing semiconductor device

Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014103390A (en) * 2012-10-24 2014-06-05 Semiconductor Energy Lab Co Ltd Semiconductor device and manufacturing method of the same
WO2016125052A1 (en) * 2015-02-06 2016-08-11 株式会社半導体エネルギー研究所 Semiconductor device and method for manufacturing same
JP2016149548A (en) * 2015-02-09 2016-08-18 株式会社半導体エネルギー研究所 Transistor, semiconductor device, and electronic device
JP2017045989A (en) * 2015-08-26 2017-03-02 株式会社半導体エネルギー研究所 Semiconductor device and manufacturing method thereof
JP2017112374A (en) * 2015-12-16 2017-06-22 株式会社半導体エネルギー研究所 Transistor, semiconductor device, and electronic device
JP2017120681A (en) * 2015-12-28 2017-07-06 株式会社半導体エネルギー研究所 Semiconductor device and memory device having the semiconductor device
JP2017120896A (en) * 2015-12-25 2017-07-06 株式会社半導体エネルギー研究所 Semiconductor device and manufacturing method thereof
JP2017120905A (en) * 2015-12-29 2017-07-06 株式会社半導体エネルギー研究所 Transistor and semiconductor device
JP2017147445A (en) * 2016-02-17 2017-08-24 株式会社半導体エネルギー研究所 Semiconductor device and electronic apparatus
JP2017146968A (en) * 2016-02-12 2017-08-24 株式会社半導体エネルギー研究所 Semiconductor device and electronic device
JP2018019074A (en) * 2016-06-27 2018-02-01 株式会社半導体エネルギー研究所 Transistor and semiconductor device

Patent Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014103390A (en) * 2012-10-24 2014-06-05 Semiconductor Energy Lab Co Ltd Semiconductor device and manufacturing method of the same
WO2016125052A1 (en) * 2015-02-06 2016-08-11 株式会社半導体エネルギー研究所 Semiconductor device and method for manufacturing same
JP2016149548A (en) * 2015-02-09 2016-08-18 株式会社半導体エネルギー研究所 Transistor, semiconductor device, and electronic device
JP2017045989A (en) * 2015-08-26 2017-03-02 株式会社半導体エネルギー研究所 Semiconductor device and manufacturing method thereof
JP2017112374A (en) * 2015-12-16 2017-06-22 株式会社半導体エネルギー研究所 Transistor, semiconductor device, and electronic device
JP2017120896A (en) * 2015-12-25 2017-07-06 株式会社半導体エネルギー研究所 Semiconductor device and manufacturing method thereof
JP2017120681A (en) * 2015-12-28 2017-07-06 株式会社半導体エネルギー研究所 Semiconductor device and memory device having the semiconductor device
JP2017120905A (en) * 2015-12-29 2017-07-06 株式会社半導体エネルギー研究所 Transistor and semiconductor device
JP2017146968A (en) * 2016-02-12 2017-08-24 株式会社半導体エネルギー研究所 Semiconductor device and electronic device
JP2017147445A (en) * 2016-02-17 2017-08-24 株式会社半導体エネルギー研究所 Semiconductor device and electronic apparatus
JP2018019074A (en) * 2016-06-27 2018-02-01 株式会社半導体エネルギー研究所 Transistor and semiconductor device

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2023522043A (en) * 2020-04-16 2023-05-26 ハンソル ケミカル カンパニー リミテッド Semiconductor layer, manufacturing method thereof, and transistor including the same
JP7515613B2 (en) 2020-04-16 2024-07-12 ハンソル ケミカル カンパニー リミテッド Semiconductor layer, method for producing same, and transistor including same
WO2022043824A1 (en) * 2020-08-26 2022-03-03 株式会社半導体エネルギー研究所 Method for forming film of metal oxide, and method for manufacturing storage device
JP2022039096A (en) * 2020-08-27 2022-03-10 株式会社半導体エネルギー研究所 Semiconductor device and manufacturing method for the same
US20220208525A1 (en) * 2020-12-29 2022-06-30 Semes Co., Ltd. Substrate treating apparatus and substrate treating method
US12125682B2 (en) * 2020-12-29 2024-10-22 Semes Co., Ltd. Substrate treating apparatus and substrate treating method
WO2022266449A1 (en) * 2021-06-18 2022-12-22 L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude Gallium precursors for deposition of gallium-containing oxide films
TWI831250B (en) * 2021-06-18 2024-02-01 法商液態空氣喬治斯克勞帝方法研究開發股份有限公司 Gallium precursors for deposition of gallium-containing oxide films
JP2024521583A (en) * 2021-06-18 2024-06-03 レール・リキード-ソシエテ・アノニム・プール・レテュード・エ・レクスプロワタシオン・デ・プロセデ・ジョルジュ・クロード Gallium precursors for the deposition of gallium-containing oxide films
WO2025017441A1 (en) * 2023-07-20 2025-01-23 株式会社半導体エネルギー研究所 Manufacturing device and method for producing semiconductor device

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