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公開番号2025098163
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-07-01
出願番号2025051252,2021555900
出願日2025-03-26,2020-11-05
発明の名称半導体装置
出願人株式会社半導体エネルギー研究所
代理人
主分類H10B 12/00 20230101AFI20250624BHJP()
要約【課題】新規な構成の半導体装置を提供すること。
【解決手段】第1トランジスタと、第2トランジスタと、を有するメモリ回路を有する。第1トランジスタは、シリコン基板上に設けられる。第2トランジスタは、第1トランジスタが設けられる層の上層に設けられる。第1トランジスタは、第1ゲート電極と、第1チャネル形成領域を間に挟んで設けられた第1バックゲート電極と、を有する。第1ゲート電極は、第2トランジスタのソースまたはドレインの一方に電気的に接続される。1バックゲート電極は、シリコン基板において導電性を付与する不純物元素が選択的に導入された領域を用いて構成される。第2トランジスタは、第2チャネル形成領域を有する。第2チャネル形成領域は、金属酸化物を有する。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
第１及び第２のトランジスタと、容量素子と、を有し、
前記第１のトランジスタは、第１のゲートと、第２のゲートと、を有し、
前記第１のトランジスタの第１のゲートは、前記第２のトランジスタのソースまたはドレインの一方と電気的に接続され、
前記第１のトランジスタの第１のゲートは、前記容量素子の第１の端子と電気的に接続され、
前記第１のトランジスタの第２のゲートは、シリコン基板内に形成され、
前記第１のトランジスタと前記第２のトランジスタは、異なる層に形成されている半導体装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本明細書は、半導体装置等について説明する。
続きを表示（約 2,300 文字）【０００２】
なお、本発明の一態様は、上記の技術分野に限定されない。本明細書等で開示する本発明の一態様の技術分野としては、半導体装置、撮像装置、表示装置、発光装置、蓄電装置、記憶装置、表示システム、電子機器、照明装置、入力装置、入出力装置、それらの駆動方法、又はそれらの製造方法、を一例として挙げることができる。
【背景技術】
【０００３】
トランジスタに適用可能な半導体として金属酸化物が注目されている。“ＩＧＺＯ”、“イグゾー”などと呼ばれるＩｎ－Ｇａ－Ｚｎ酸化物は、多元系金属酸化物の代表的なものである。ＩＧＺＯに関する研究において、単結晶でも非晶質でもない、ＣＡＡＣ（ｃ－ａｘｉｓａｌｉｇｎｅｄｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ）構造、およびｎｃ（ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ）構造が見出された（例えば、非特許文献１）。
【０００４】
チャネル形成領域に金属酸化物半導体を有するトランジスタ（以下、「酸化物半導体トランジスタ」、または「ＯＳトランジスタ」と呼ぶ場合がある。）は、極小オフ電流であることが報告されている（例えば、非特許文献１、２）。ＯＳトランジスタが用いられた様々な半導体装置が作製されている（例えば、非特許文献３、４）。
【０００５】
また、ＯＳトランジスタの極小オフ電流を利用したメモリ（ＯＳメモリと呼ぶ場合がある）が提案されている。例えば特許文献１では、ＮＯＳＲＡＭの回路構成について開示している。なお「ＮＯＳＲＡＭ（登録商標）」とは、「ＮｏｎｖｏｌａｔｉｌｅＯｘｉｄｅＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒＲＡＭ」の略称である。ＮＯＳＲＡＭは、メモリセルが２トランジスタ型（２Ｔ）、又は３トランジスタ型（３Ｔ）ゲインセルであり、アクセストランジスタがＯＳトランジスタであるメモリのことをいう。ＯＳトランジスタはオフ状態でソースとドレインとの間を流れる電流、つまりリーク電流が極めて小さい。ＮＯＳＲＡＭは、リーク電流が極めて小さい特性を用いてデータに応じた電荷をメモリ回路内に保持することで、不揮発性メモリとして用いることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
米国特許出願公開第２０１１／０１７６３４８号明細書
【非特許文献】
【０００７】
Ｓ．Ｙａｍａｚａｋｉｅｔａｌ．，“ＰｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅＩｎ－Ｇａ－Ｚｎ－ｏｘｉｄｅｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒａｎｄｉｔｓｔｒａｎｓｉｓｔｏｒｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ，” Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，ｖｏｌ．５３，０４ＥＤ１８（２０１４）．
Ｋ．Ｋａｔｏｅｔａｌ．，“ＥｖａｌｕａｔｉｏｎｏｆＯｆｆ－ＳｔａｔｅＣｕｒｒｅｎｔＣｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆＴｒａｎｓｉｓｔｏｒＵｓｉｎｇＯｘｉｄｅＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒＭａｔｅｒｉａｌ，Ｉｎｄｉｕｍ－Ｇａｌｌｉｕｍ－ＺｉｎｃＯｘｉｄｅ，”Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，ｖｏｌ．５１，０２１２０１（２０１２）．
Ｓ．Ａｍａｎｏｅｔａｌ．，“ＬｏｗＰｏｗｅｒＬＣＤｉｓｐｌａｙＵｓｉｎｇＩｎ－Ｇａ－Ｚｎ－ＯｘｉｄｅＴＦＴｓＢａｓｅｄｏｎＶａｒｉａｂｌｅＦｒａｍｅＦｒｅｑｕｅｎｃｙ，“ＳＩＤＳｙｍｐ．Ｄｉｇ．Ｐａｐｅｒｓ，ｖｏｌ．４１，ｐｐ．６２６－６２９（２０１０）．
Ｔ．Ｉｓｈｉｚｕｅｔａｌ．，“ＥｍｂｅｄｄｅｄＯｘｉｄｅＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒＭｅｍｏｒｉｅｓ：ＡＫｅｙＥｎａｂｌｅｒｆｏｒＬｏｗ－ＰｏｗｅｒＵＬＳＩ，”ＥＣＳＴｒａｎ．，ｖｏｌ．７９，ｐｐ．１４９－１５６（２０１７）．
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ＮＯＳＲＡＭにおけるデータの読み出しは、ＯＳトランジスタをオフ状態として保持された電位を、チャネル形成領域にシリコンを有するトランジスタ（Ｓｉトランジスタ）のゲートに与えることで行われる。ＮＯＳＲＡＭにおいて、データを読み出すための消費電力の削減のためには、各配線に与える信号を低電圧化することが有効である。しかしながら、Ｓｉトランジスタのしきい値電圧がトランジスタサイズの微細化に伴ってばらつきが大きくなるため、各配線に与える信号を低電圧化することが難しい。
【０００９】
Ｓｉトランジスタは、オン状態とした際に流れる電流（オン電流）がＯＳトランジスタのオン電流より非常に大きい。しかしながら、ＯＳメモリを駆動するための周辺回路のように間欠的な動作を行う場合、Ｓｉトランジスタをオフにした際に流れる電流（リーク電流）が大きくなる、あるいはトランジスタの集積化に伴って、スタンバイ電力（待機電力）が大きくなる、といった虞がある。
【００１０】
本発明の一態様は、低消費電力化に優れた半導体装置を提供することを課題の一とする。または、本発明の一態様は、リーク電流が低減され、スタンバイ電力の低減に優れた半導体装置を提供することを課題の一とする。または、新規な構成の半導体装置を提供することを課題の一とする。
（【００１１】以降は省略されています）

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