半导体装置及电子设备制造方法及图纸

在具有新颖结构的包括具有铁电电容器的存储单元的半导体装置中，包括第一晶体管(500A)、第二晶体管(500B)、第一电容(600A)、第二电容(600B)以及布线(401)。第一晶体管与第一电容电连接。第二晶体管与第二电容电连接。布线位于第一晶体管及第二晶体管的下方并与第一晶体管或第二晶体管电连接。第一电容及第二电容都包括铁电层(630)。第一电容、第二电容配置在同一平面上。第一电容和第二电容也可以具有彼此重叠的区域。优选第一晶体管和第二晶体管都在沟道中包含氧化物半导体。铁电层优选包含选自铪、锆和III

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】半导体装置及电子设备


[0001]本专利技术的一个方式涉及一种半导体装置或半导体装置的驱动方法等。另外，本专利技术的一个方式涉及一种包括上述半导体装置的电子设备。
[0002]注意，本专利技术的一个方式不局限于上述
作为本说明书等所公开的本专利技术的一个方式的
的例子，可以举出半导体装置、摄像装置、显示装置、发光装置、蓄电装置、存储装置、显示系统、电子设备、照明装置、输入装置、输入输出装置、其驱动方法或者其制造方法。注意，半导体装置是指利用半导体特性的所有装置，存储装置是半导体装置。

技术介绍

[0003]近年来，已对半导体装置进行开发，LSI、CPU、存储器等主要用于半导体装置。CPU是包括将半导体晶片加工为芯片的半导体集成电路(至少包括晶体管及存储器)且形成有作为连接端子的电极的半导体元件的集合体。
[0004]LSI、CPU、存储器等的半导体电路(IC芯片)安装在例如印刷线路板等电路板上，并用作各种电子设备的部件之一。
[0005]此外，通过使用形成在具有绝缘表面的衬底上的半导体薄膜构成晶体管的技术受到注目。该晶体管被广泛地应用于集成电路(IC)、图像显示装置(简单地记载为显示装置)等电子设备。作为可以应用于晶体管的半导体薄膜，硅类半导体材料及氧化物半导体等被广泛地周知。
[0006]另外，如非专利文献1所示，使用铁电体(ferroelectric)的存储单元的研究开发非常活跃。另外，关于氧化铪的研究诸如基于铁电HfO2的材料的研究(非专利文献2)、关于铪氧化物薄膜的铁电性的研究(非专利文献3)以及HfO2薄膜的铁电性(非专利文献4)等也非常活跃，以开发下一代的铁电性存储器。[先行技术文献][非专利文献][0007][非专利文献1]T.S.Boescke，et al，“Ferroelectricity in hafnium oxide thin films”，APL99，2011[非专利文献2]Zhen Fan，et al，“Ferroelectric HfO2
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based materials for next
‑
generation ferroelectric memories”，JOURNAL OF ADVANCED DIELECTRICS，Vol.6，No.2，2016[非专利文献3]Jun Okuno，et al，“SoC compatible 1T1C FeRAM memory array based on ferroelectric Hf0.5Zr0.5O2”，VLSI 2020[非专利文献4]鸟海明，“HfO2薄膜的铁电性”，日本应用物理学会，第88卷，第9号，2019

技术实现思路

专利技术所要解决的技术问题
[0008]在使用铁电体的存储单元中，铁电体的电特性很重要。因此，需要形成包括电特性良好的铁电体的层(铁电层)。
[0009]或者，在使用铁电体的存储单元中，根据铁电体的极化反转的有无进行数据的读出工作。此时，随着数据的读出工作，保持在存储单元中的数据反转。就是说，使用铁电体的存储单元中进行破坏性读出。在进行破坏性读出的使用铁电体的存储单元中，每次读出数据都需要数据写回工作。在数据写回时的工作中，需要将高电压施加到铁电体，因此有导致功耗增加等的担扰。
[0010]本专利技术的一个方式的目的之一是提供一种新颖半导体装置以及其驱动方法。本专利技术的一个方式的目的之一是提供一种可以在不破坏数据的状态下读出数据的半导体装置以及其驱动方法。另外，本专利技术的一个方式的目的之一是提供一种功耗低的半导体装置以及其驱动方法。另外，本专利技术的一个方式的目的之一是提供一种可靠性高的半导体装置以及其驱动方法。
[0011]注意，本专利技术的一个方式的目的不局限于上述目的。上述目的并不妨碍其他目的的存在。其他目的是指将在下面的记载中描述的上述以外的目的。本领域技术人员可以从说明书或附图等的记载中导出并适当抽出上述以外的目的。本专利技术的一个方式实现上述目的及/或其他目的中的至少一个目的。解决技术问题的手段
[0012]本专利技术的一个方式是一种半导体装置，该半导体装置包括：第一晶体管、第二晶体管、第一电容、第二电容以及布线，第一晶体管与第一电容电连接，第二晶体管与第二电容电连接，布线位于第一晶体管及第二晶体管的下方并与第一晶体管或第二晶体管电连接，第一电容及第二电容都包括铁电层，第一电容及第二电容配置在同一平面上。
[0013]本专利技术的一个方式是一种半导体装置，该半导体装置包括：第一晶体管、第二晶体管、第一电容、第二电容以及布线，第一晶体管与第一电容电连接，第二晶体管与第二电容电连接，布线位于第一晶体管及第二晶体管的下方并与第一晶体管或第二晶体管电连接，第一电容及第二电容都包括铁电层，第一电容和第二电容具有彼此重叠的区域。
[0014]在本专利技术的一个方式的半导体装置中，优选的是，第一晶体管和第二晶体管都在沟道中包含氧化物半导体。
[0015]在本专利技术的一个方式的半导体装置中，优选的是，铁电层包含选自铪、锆和第13族
‑
第15族元素中的一个或多个。
[0016]另外，本专利技术的一个方式是一种包括上述导体装置及CPU的电子设备。
[0017]注意，其他本专利技术的一个方式记载于下面所述的实施方式中的说明及附图中。专利技术效果
[0018]本专利技术的一个方式可以提供一种新颖半导体装置以及其驱动方法。本专利技术的一个方式可以提供一种可以在不破坏数据的状态下读出数据的半导体装置以及其驱动方法。另外，本专利技术的一个方式可以提供一种功耗低的半导体装置以及其驱动方法。另外，本专利技术的一个方式可以提供一种可靠性高的半导体装置以及其驱动方法。
[0019]注意，本专利技术的一个方式的效果不局限于上述效果。上述效果并不妨碍其他效果
的存在。其他效果是指将在下面的记载中描述的上述以外的效果。本领域技术人员可以从说明书或附图等的记载中导出并适当抽出上述以外的效果。此外，本专利技术的一个方式具有上述效果及/或其他效果中的至少一个效果。因此，本专利技术的一个方式根据情况而有时不具有上述效果。附图简要说明
[0020]图1A、图1B是示出半导体装置的结构例子的图。图2A、图2B是示出半导体装置的结构例子的图。图3A、图3B是示出半导体装置的结构例子的图。图4A、图4B、图4C是示出半导体装置的结构例子的图。图5A、图5B是示出半导体装置的结构例子的图。图6是示出半导体装置的结构例子的图。图7A、图7B是示出半导体装置的结构例子的图。图8是示出半导体装置的时序图的图。图9是示出半导体装置的时序图的图。图10是示出半导体装置的结构例子的图。图11是示出半导体装置的时序图的图。图12是示出半导体装置的时序图的图。图13是示出半导体装置的结构例子的图。图14A、图14B是示出半导体装置的结构例子的图。图15A、图15B是示出半导体装置的结构例子的图。图16A是说明结晶结构的分类的图，图16B是说明结晶性IGZO的XRD谱的图，图16C本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种半导体装置，包括：第一晶体管；第二晶体管；第一电容；第二电容；以及布线，其中，所述第一晶体管与所述第一电容电连接，所述第二晶体管与所述第二电容电连接，所述布线位于所述第一晶体管及所述第二晶体管的下方并与所述第一晶体管或所述第二晶体管电连接，所述第一电容及所述第二电容都包括铁电层，并且，所述第一电容及所述第二电容配置在同一平面上。2.一种半导体装置，包括：第一晶体管；第二晶体管；第一电容；第二电容；以及布线，其中，所述第一晶体管与所述第一电容电连接，所述第二晶体管与所述第二电容电连接，所述布...

【专利技术属性】
技术研发人员：山崎舜平，池田隆之，国武宽司，大贯达也，
申请(专利权)人：株式会社半导体能源研究所，
类型：发明
国别省市：