(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023140644
(43)【公開日】2023-10-05
(54)【発明の名称】半導体装置及びその製造方法
(51)【国際特許分類】
H10B 12/00 20230101AFI20230928BHJP
H10B 63/10 20230101ALI20230928BHJP
H10B 53/00 20230101ALI20230928BHJP
H01L 21/3205 20060101ALI20230928BHJP
H01L 29/786 20060101ALI20230928BHJP
H01L 21/285 20060101ALI20230928BHJP
H01L 21/28 20060101ALI20230928BHJP
【ＦＩ】
H01L27/108 671A
H01L27/105 449
H01L27/108 621C
H01L27/11502
H01L21/88 M
H01L29/78 618B
H01L29/78 626A
H01L21/285 S
H01L21/285 C
H01L21/28 301B
H01L21/28 301R
【審査請求】未請求
【請求項の数】14
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022046591
(22)【出願日】2022-03-23
(71)【出願人】
【識別番号】318010018
【氏名又は名称】キオクシア株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110001612
【氏名又は名称】弁理士法人きさらぎ国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】側瀬 聡文
(72)【発明者】
【氏名】劉 益民
【テーマコード（参考）】
4M104
5F033
5F083
5F110
【Ｆターム（参考）】
4M104AA03
4M104BB30
4M104BB36
4M104CC01
4M104CC05
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4M104FF18
4M104GG16
4M104HH01
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4M104HH15
5F033JJ19
5F033JJ33
5F033JJ38
5F033KK03
5F033KK08
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5F033KK19
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5F033KK33
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5F110FF02
5F110GG01
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5F110NN72
(57)【要約】
【課題】好適に動作する半導体装置及びその製造方法を提供する。
【解決手段】半導体装置は、第１方向及び第１方向と交差する第２方向に並び、又は、第１方向に並び第２方向に延伸し、第１方向の幅が第１幅である複数の第１導電層と、複数の第１導電層と第１方向又は第２方向に並び、第１方向の幅及び第２方向の幅のうちの小さい方が、第１幅よりも大きい第２幅である第２導電層と、複数の第１導電層の少なくとも一つの、第１方向及び第２方向と交差する第３方向の一端部に接する第３導電層と、第２導電層の第３方向の一端部に接する第４導電層とを備える。複数の第１導電層の少なくとも一つ及び第２導電層は、第１金属と、第１金属と異なる第２金属と、酸素（Ｏ）とを含む。複数の第１導電層の少なくとも一つの第１金属の濃度は、第２導電層の第１金属の濃度よりも高い。
【選択図】図１
【解決手段】半導体装置は、第１方向及び第１方向と交差する第２方向に並び、又は、第１方向に並び第２方向に延伸し、第１方向の幅が第１幅である複数の第１導電層と、複数の第１導電層と第１方向又は第２方向に並び、第１方向の幅及び第２方向の幅のうちの小さい方が、第１幅よりも大きい第２幅である第２導電層と、複数の第１導電層の少なくとも一つの、第１方向及び第２方向と交差する第３方向の一端部に接する第３導電層と、第２導電層の第３方向の一端部に接する第４導電層とを備える。複数の第１導電層の少なくとも一つ及び第２導電層は、第１金属と、第１金属と異なる第２金属と、酸素（Ｏ）とを含む。複数の第１導電層の少なくとも一つの第１金属の濃度は、第２導電層の第１金属の濃度よりも高い。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
第１方向及び前記第１方向と交差する第２方向に並び、又は、前記第１方向に並び前記第２方向に延伸し、前記第１方向の幅が第１幅である複数の第１導電層と、
前記複数の第１導電層と前記第１方向又は前記第２方向に並び、前記第１方向の幅及び前記第２方向の幅のうちの小さい方が、前記第１幅よりも大きい第２幅である第２導電層と、
前記複数の第１導電層の少なくとも一つの、前記第１方向及び前記第２方向と交差する第３方向の一端部に接する第３導電層と、
前記第２導電層の前記第３方向の一端部に接する第４導電層と
を備え、
前記複数の第１導電層の少なくとも一つ及び前記第２導電層は、第１金属と、前記第１金属と異なる第２金属と、酸素（Ｏ）とを含み、
前記複数の第１導電層の少なくとも一つの前記第１金属の濃度は、前記第２導電層の前記第１金属の濃度よりも高い
半導体装置。
前記複数の第１導電層と前記第１方向又は前記第２方向に並び、前記第１方向の幅及び前記第２方向の幅のうちの小さい方が、前記第１幅よりも大きい第２幅である第２導電層と、
前記複数の第１導電層の少なくとも一つの、前記第１方向及び前記第２方向と交差する第３方向の一端部に接する第３導電層と、
前記第２導電層の前記第３方向の一端部に接する第４導電層と
を備え、
前記複数の第１導電層の少なくとも一つ及び前記第２導電層は、第１金属と、前記第１金属と異なる第２金属と、酸素（Ｏ）とを含み、
前記複数の第１導電層の少なくとも一つの前記第１金属の濃度は、前記第２導電層の前記第１金属の濃度よりも高い
半導体装置。
【請求項2】
前記複数の第１導電層の少なくとも一つは、第１領域と、前記第１領域よりも前記第３導電層に近い第２領域とを備え、
前記第２領域の前記第１金属の濃度は、前記第１領域の前記第１金属の濃度よりも高い
請求項１記載の半導体装置。
前記第２領域の前記第１金属の濃度は、前記第１領域の前記第１金属の濃度よりも高い
請求項１記載の半導体装置。
【請求項3】
前記第１方向及び前記第２方向に延伸し、前記複数の第１導電層を含む第１断面において、前記第３導電層は、前記複数の第１導電層の少なくとも一つの外周面を囲い、前記複数の第１導電層の少なくとも一つの外周面に接する
請求項１又は２記載の半導体装置。
請求項１又は２記載の半導体装置。
【請求項4】
前記第１方向及び前記第２方向に延伸し、前記第２導電層を含む第２断面において、前記第４導電層は、前記第２導電層の外周面の少なくとも一部を囲い、前記第２導電層の少なくとも一部の外周面に接する
請求項１又は２記載の半導体装置。
請求項１又は２記載の半導体装置。
【請求項5】
前記第１金属は、スズ（Ｓｎ）、ニオブ（Ｎｂ）、チタン（Ｔｉ）、及び、タングステン（Ｗ）の少なくとも１つを含む
請求項１～４のいずれか１項記載の半導体装置。
請求項１～４のいずれか１項記載の半導体装置。
【請求項6】
前記第２金属は、インジウム（Ｉｎ）を含む
請求項１～５のいずれか１項記載の半導体装置。
請求項１～５のいずれか１項記載の半導体装置。
【請求項7】
前記第３導電層及び前記第４導電層は、それぞれ、タングステン（Ｗ）、アルミニウム（Ａｌ）、タンタル（Ｔａ）、チタン（Ｔｉ）、及び、シリコン（Ｓｉ）の少なくとも１つを含む
請求項１～６のいずれか１項記載の半導体装置。
請求項１～６のいずれか１項記載の半導体装置。
【請求項8】
前記複数の第１導電層のうちの一つと前記第３方向に並ぶ第７導電層と、
前記複数の第１導電層のうちの一つ及び前記第７導電層の間に設けられ、前記複数の第１導電層のうちの一つ及び前記第７導電層に接する酸化物半導体層と、
前記酸化物半導体層を囲む第８導電層と
を備える
請求項１～７のいずれか１項記載の半導体装置。
前記複数の第１導電層のうちの一つ及び前記第７導電層の間に設けられ、前記複数の第１導電層のうちの一つ及び前記第７導電層に接する酸化物半導体層と、
前記酸化物半導体層を囲む第８導電層と
を備える
請求項１～７のいずれか１項記載の半導体装置。
【請求項9】
第１方向及び前記第１方向と交差する第２方向に並び、又は、前記第１方向に並び前記第２方向に延伸し、前記第１方向の幅が第１幅である複数の第１導電層と、
前記複数の第１導電層と前記第１方向又は前記第２方向に並び、前記第１方向の幅及び前記第２方向のうちの小さい方が、前記第１幅よりも大きい第２幅である第２導電層と、
前記複数の第１導電層の少なくとも一つの、前記第１方向及び前記第２方向と交差する第３方向の一端部に接する第３導電層と、
前記第２導電層の前記第３方向の一端部に接する第４導電層と
を備え、
前記複数の第１導電層の少なくとも一つ及び前記第２導電層が、第１金属と、前記第１金属と異なる第２金属と、酸素（Ｏ）とを含み、
前記複数の第１導電層の少なくとも一つの前記第１金属の濃度が、前記第２導電層の前記第１金属の濃度よりも高い
半導体装置の製造方法であって、
第１絶縁層を形成し、
前記第１絶縁層の、前記複数の第１導電層に対応する位置に、複数の第１の開口を形成し、
前記複数の第１の開口の内部に、前記複数の第１導電層を形成し、
前記複数の第１導電層を形成した後で、前記第１絶縁層の、前記第２導電層に対応する位置に、第２の開口を形成し、
前記第２の開口の内部に、前記第２導電層を形成する
半導体装置の製造方法。
前記複数の第１導電層と前記第１方向又は前記第２方向に並び、前記第１方向の幅及び前記第２方向のうちの小さい方が、前記第１幅よりも大きい第２幅である第２導電層と、
前記複数の第１導電層の少なくとも一つの、前記第１方向及び前記第２方向と交差する第３方向の一端部に接する第３導電層と、
前記第２導電層の前記第３方向の一端部に接する第４導電層と
を備え、
前記複数の第１導電層の少なくとも一つ及び前記第２導電層が、第１金属と、前記第１金属と異なる第２金属と、酸素（Ｏ）とを含み、
前記複数の第１導電層の少なくとも一つの前記第１金属の濃度が、前記第２導電層の前記第１金属の濃度よりも高い
半導体装置の製造方法であって、
第１絶縁層を形成し、
前記第１絶縁層の、前記複数の第１導電層に対応する位置に、複数の第１の開口を形成し、
前記複数の第１の開口の内部に、前記複数の第１導電層を形成し、
前記複数の第１導電層を形成した後で、前記第１絶縁層の、前記第２導電層に対応する位置に、第２の開口を形成し、
前記第２の開口の内部に、前記第２導電層を形成する
半導体装置の製造方法。
【請求項10】
前記第１絶縁層を形成する前に前記第３導電層及び前記第４導電層を形成し、
前記複数の第１の開口は、前記第１絶縁層を貫通して前記第３導電層を露出させ、
前記第２の開口は、前記第１絶縁層を貫通して前記第４導電層を露出させる
請求項９記載の半導体装置の製造方法。
前記複数の第１の開口は、前記第１絶縁層を貫通して前記第３導電層を露出させ、
前記第２の開口は、前記第１絶縁層を貫通して前記第４導電層を露出させる
請求項９記載の半導体装置の製造方法。
【請求項11】
前記第３導電層は、前記複数の第１導電層を形成する前に、前記複数の第１の開口のうちの一つの内部に形成し、
前記第４導電層は、前記第２導電層を形成する前に、前記第２の開口の内部に形成する
請求項９記載の半導体装置の製造方法。
前記第４導電層は、前記第２導電層を形成する前に、前記第２の開口の内部に形成する
請求項９記載の半導体装置の製造方法。
【請求項12】
第１方向及び前記第１方向と交差する第２方向に並び、又は、前記第１方向に並び前記第２方向に延伸し、前記第１方向の幅が第１幅である複数の第１導電層と、
前記複数の第１導電層と前記第１方向又は前記第２方向に並び、前記第１方向の幅及び前記第２方向のうちの小さい方が、前記第１幅よりも大きい第２幅である第２導電層と、
前記複数の第１導電層の少なくとも一つの、前記第１方向及び前記第２方向と交差する第３方向の一端部に接する第３導電層と、
前記第２導電層の前記第３方向の一端部に接する第４導電層と
を備え、
前記複数の第１導電層の少なくとも一つ及び前記第２導電層が、第１金属と、前記第１金属と異なる第２金属と、酸素（Ｏ）とを含み、
前記複数の第１導電層の少なくとも一つの前記第１金属の濃度が、前記第２導電層の前記第１金属の濃度よりも高い
半導体装置の製造方法であって、
第１絶縁層を形成し、
前記第１絶縁層の、前記複数の第１導電層に対応する位置及び前記第２導電層に対応する位置に、それぞれ複数の第１の開口及び第２の開口を形成し、
前記複数の第１の開口及び前記第２の開口を形成した後で、前記複数の第１の開口の内部及び前記第２の開口の内部に、それぞれ前記複数の第１導電層及び前記第２導電層を形成する
半導体装置の製造方法。
前記複数の第１導電層と前記第１方向又は前記第２方向に並び、前記第１方向の幅及び前記第２方向のうちの小さい方が、前記第１幅よりも大きい第２幅である第２導電層と、
前記複数の第１導電層の少なくとも一つの、前記第１方向及び前記第２方向と交差する第３方向の一端部に接する第３導電層と、
前記第２導電層の前記第３方向の一端部に接する第４導電層と
を備え、
前記複数の第１導電層の少なくとも一つ及び前記第２導電層が、第１金属と、前記第１金属と異なる第２金属と、酸素（Ｏ）とを含み、
前記複数の第１導電層の少なくとも一つの前記第１金属の濃度が、前記第２導電層の前記第１金属の濃度よりも高い
半導体装置の製造方法であって、
第１絶縁層を形成し、
前記第１絶縁層の、前記複数の第１導電層に対応する位置及び前記第２導電層に対応する位置に、それぞれ複数の第１の開口及び第２の開口を形成し、
前記複数の第１の開口及び前記第２の開口を形成した後で、前記複数の第１の開口の内部及び前記第２の開口の内部に、それぞれ前記複数の第１導電層及び前記第２導電層を形成する
半導体装置の製造方法。
【請求項13】
前記第１導電層及び前記第２導電層を、スパッタリング法で形成する
請求項９～１２のいずれか１項記載の半導体装置の製造方法。
請求項９～１２のいずれか１項記載の半導体装置の製造方法。
【請求項14】
前記第１導電層及び前記第２導電層を、ＣＶＤ法で形成する
請求項９～１３のいずれか１項記載の半導体装置の製造方法。
請求項９～１３のいずれか１項記載の半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本実施形態は、半導体装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
第１金属と、第１金属と異なる第２金属と、酸素（Ｏ）とを含む導電層を備える半導体装置が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開２０２０－９９１１号公報
【特許文献2】特開２０１９－９６８５６号公報
【特許文献3】米国７９１９３６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
好適に動作する半導体装置及びその製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【0005】
一の実施形態に係る半導体装置は、第１方向及び第１方向と交差する第２方向に並び、又は、第１方向に並び第２方向に延伸し、第１方向の幅が第１幅である複数の第１導電層と、複数の第１導電層と第１方向又は第２方向に並び、第１方向の幅及び第２方向の幅のうちの小さい方が、第１幅よりも大きい第２幅である第２導電層と、複数の第１導電層の少なくとも一つの、第１方向及び第２方向と交差する第３方向の一端部に接する第３導電層と、第２導電層の第３方向の一端部に接する第４導電層とを備える。複数の第１導電層の少なくとも一つ及び第２導電層は、第１金属と、第１金属と異なる第２金属と、酸素（Ｏ）とを含む。複数の第１導電層の少なくとも一つの第１金属の濃度は、第２導電層の第１金属の濃度よりも高い。
【図面の簡単な説明】
【0006】
【図1】（ａ）は第１実施形態に係る半導体装置の一部の構成を示す模式的な断面図であり、（ｂ）及び（ｃ）は第１実施形態に係る半導体装置の一部の構成を示す模式的な平面図である。
【図2】第１実施形態に係る半導体装置の製造方法について説明するための模式的な断面図である。
【図3】同製造方法について説明するための模式的な断面図である。
【図4】同製造方法について説明するための模式的な断面図である。
【図5】同製造方法について説明するための模式的な断面図である。
【図6】同製造方法について説明するための模式的な断面図である。
【図7】同製造方法について説明するための模式的な断面図である。
【図8】同製造方法について説明するための模式的な断面図である。
【図9】同製造方法について説明するための模式的な断面図である。
【図10】同製造方法について説明するための模式的な断面図である。
【図11】同製造方法について説明するための模式的な断面図である。
【図12】第１実施形態に係る半導体装置について説明するための模式的なエネルギーバンド図である。
【図13】同半導体装置について説明するための模式的なエネルギーバンド図である。
【図14】同半導体装置の変形例１について説明するための模式的な断面図である。
【図15】（ａ）は、同半導体装置の変形例２について説明するための模式的な断面図であり、（ｂ）は、同半導体装置の変形例２について説明するための模式的な平面図である。
【図16】同半導体装置の変形例２の一部の構成を示す模式的な断面図である。
【図17】同半導体装置の変形例２の一部の構成を示す模式的な断面図である。
【図18】同半導体装置の変形例３の一部の構成を示す模式的な断面図である。
【図19】同半導体装置の変形例３の一部の構成を示す模式的な断面図である。
【図20】第２実施形態に係る半導体装置の製造方法について説明するための模式的な断面図である。
【図21】同製造方法について説明するための模式的な断面図である。
【図22】第３実施形態に係る半導体装置の一部の構成を示す模式的な回路図である。
【図23】（ａ）は、同半導体装置の一部の構成を示す模式的な断面図であり、（ｂ）は、同半導体装置の一部の構成を示す模式的な平面図である。
【発明を実施するための形態】
【0007】
次に、実施形態に係る半導体装置及びその製造方法を、図面を参照して詳細に説明する。尚、以下の実施形態はあくまでも一例であり、本発明を限定する意図で示されるものではない。また、以下の図面は模式的なものであり、説明の都合上、一部の構成等が省略される場合がある。また、複数の実施形態について共通する部分には同一の符号を付し、説明を省略する場合がある。
【0008】
また、本明細書において、第１の構成が第２の構成に「電気的に接続されている」と言った場合、第１の構成は第２の構成に直接接続されていても良いし、第１の構成が第２の構成に配線、半導体部材又はトランジスタ等を介して接続されていても良い。例えば、３つのトランジスタを直列に接続した場合には、２つ目のトランジスタがＯＦＦ状態であったとしても、１つ目のトランジスタは３つ目のトランジスタに「電気的に接続」されている。
【0009】
また、本明細書においては、基板の上面に対して平行な所定の方向をＸ方向、基板の上面に対して平行で、Ｘ方向と垂直な方向をＹ方向、基板の上面に対して垂直な方向をＺ方向と呼ぶ。
【0010】
また、本明細書においては、所定の面に沿った方向を第１方向、この所定の面に沿って第１方向と交差する方向を第２方向、この所定の面と交差する方向を第３方向と呼ぶことがある。これら第１方向、第２方向及び第３方向は、Ｘ方向、Ｙ方向及びＺ方向のいずれかと対応していても良いし、対応していなくても良い。
【0011】
また、本明細書において、「上」や「下」等の表現は、基板を基準とする。例えば、上記Ｚ方向に沿って基板から離れる向きを上と、Ｚ方向に沿って基板に近付く向きを下と呼ぶ。また、ある構成について下面や下端と言う場合には、この構成の基板側の面や端部を意味する事とし、上面や上端と言う場合には、この構成の基板と反対側の面や端部を意味する事とする。また、Ｘ方向又はＹ方向と交差する面を側面等と呼ぶ。
【0012】
［第１実施形態］
第１実施形態に係る半導体装置は、図１（ａ）及び図１（ｂ）に示す様な配線部Ｌ１０を備える。図１（ａ）は、配線部Ｌ１０の一部の構成を示す模式的なＸＺ断面図である。図１（ｂ）は、図１（ａ）に示す構成をＡ－Ａ´線に沿って切断し、矢印の方向に沿って見た模式的なＸＹ断面図である。
第１実施形態に係る半導体装置は、図１（ａ）及び図１（ｂ）に示す様な配線部Ｌ１０を備える。図１（ａ）は、配線部Ｌ１０の一部の構成を示す模式的なＸＺ断面図である。図１（ｂ）は、図１（ａ）に示す構成をＡ－Ａ´線に沿って切断し、矢印の方向に沿って見た模式的なＸＹ断面図である。
【0013】
［配線部Ｌ１０］
配線部Ｌ１０は、例えば図１（ａ）に示す様に、図示しない基板の上方に設けられた絶縁層１１０と、絶縁層１１０の上面に設けられた導電層１１１と、絶縁層１１０及び導電層１１１の上面に設けられた絶縁層１２０と、絶縁層１２０を貫通して導電層１１１に接する様に設けられた複数の導電層１２１及び導電層１２２と、を備える。絶縁層１１０及び絶縁層１２０は、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ２）等を含む。
配線部Ｌ１０は、例えば図１（ａ）に示す様に、図示しない基板の上方に設けられた絶縁層１１０と、絶縁層１１０の上面に設けられた導電層１１１と、絶縁層１１０及び導電層１１１の上面に設けられた絶縁層１２０と、絶縁層１２０を貫通して導電層１１１に接する様に設けられた複数の導電層１２１及び導電層１２２と、を備える。絶縁層１１０及び絶縁層１２０は、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ２）等を含む。
【0014】
導電層１１１は、例えば、配線部Ｌ１０の上方に設けられた半導体素子の下部配線として機能する。導電層１１１は、例えば図１（ａ）に示す様に、Ｘ方向に延伸する。導電層１１１は、例えば、タングステン（Ｗ）、アルミニウム（Ａｌ）、タンタル（Ｔａ）、チタン（Ｔｉ）、窒素（Ｎ）、及び、シリコン（Ｓｉ）の少なくとも１つを含む。導電層１１１は、例えば、アルミニウム（Ａｌ）、タンタル（Ｔａ）、チタン（Ｔｉ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化タンタル（ＴａＮ）、窒化チタン（ＴｉＮ）、窒化シリコンタングステン（ＷＳｉＮ）、窒化シリコンアルミニウム（ＡｉＳｉＮ）、窒化シリコンタンタル（ＴａＳｉＮ）、窒化シリコンチタン（ＴｉＳｉＮ）等であっても良い。
【0015】
複数の導電層１２１は、例えば、半導体素子の下部電極として機能する。複数の導電層１２１は、例えば図１（ｂ）に示す様に、Ｘ方向及びＹ方向に並んで設けられる。また、複数の導電層１２１は、それぞれＸＹ断面において略円形であり、プラグ形状を有していても良い。複数の導電層１２１のＺ方向の下面は、例えば図１（ａ）に示す様に、導電層１１１に接続されている。それぞれの導電層１２１のＸ方向の幅は、幅Ｘ１１である。尚、導電層１１１及び導電層１２１の接合の詳細については後述する。
【0016】
導電層１２２は、例えば、半導体素子と周辺回路とに電気的に接続された配線として機能する。導電層１２２は、例えば図１（ａ）及び（ｂ）に示す様に、Ｘ方向に導電層１２１と並んで設けられる。導電層１２２のＺ方向の下面は、例えば図１（ａ）に示す様に、導電層１１１に接続されている。導電層１２２のＸ方向の幅は、幅Ｘ１２である。導電層１２２のＹ方向の幅は、幅Ｙ１２である。幅Ｘ１２及び幅Ｙ１２のうち小さい方が、導電層１２１のＸ方向の幅Ｘ１１よりも大きい。尚、導電層１１１及び導電層１２２の接合の詳細については後述する。
【0017】
導電層１２１及び導電層１２２は、第１金属と、第１金属と異なる第２金属と、酸素（Ｏ）とを含む。導電層１２１の第１金属の濃度は、導電層１２２の第１金属の濃度よりも高い。
【0018】
第１金属は、例えば、スズ（Ｓｎ）、ニオブ（Ｎｂ）、チタン（Ｔｉ）、及び、タングステン（Ｗ）の少なくとも１つを含む。第２金属は、例えば、インジウム（Ｉｎ）を含む。導電層１２１及び導電層１２２は、例えば、酸化インジウムスズ（ＩｎＳｎＯ）等であっても良い。尚、以下、酸化インジウムスズをＩＴＯ（Indium Tin Oxide）と呼ぶことがある。
【0019】
尚、導電層１２１及び導電層１２２における第１金属の濃度が高いほど、第１金属、第２金属、及び酸素（Ｏ）を含む材料中の元素結合に生じる歪みが大きくなる場合がある。この第１金属の濃度と、結合の歪みとの関係については後述する。
【0020】
尚、以上の説明においては、図１（ｂ）に示す様に、複数の導電層１２１が、Ｘ方向及びＹ方向に並んで設けられる例を示した。しかしながら、複数の導電層１２１は、ＸＹ断面において、図１（ｂ）に示す例と異なる形状で設けられていても良い。例えば、図１（ｃ）は、図１（ａ）に示す構成をＡ－Ａ´線に沿って切断し、矢印の方向に沿って見た模式的なＸＹ断面図であり、図１（ｂ）とは異なる構成を示す図である。
【0021】
図１（ｃ）に示す様に、複数の導電層１２１は、Ｘ方向に並び、Ｙ方向に延伸して設けられていても良い。この様な場合も、図１（ｂ）に示す例と同様に、それぞれの導電層１２１のＸ方向の幅は幅Ｘ１１である。また、図１（ｂ）に示す例と同様に、図１（ｃ）に示す例においても、幅Ｘ１２及び幅Ｙ１２のうち小さい方が、幅Ｘ１１よりも大きい。
【0022】
また、以上の説明においては、図１（ａ）～（ｃ）において、導電層１２２が、導電層１２１とＸ方向に並ぶ例を図示した。しかしながら、導電層１２２は、導電層１２１とＹ方向に並んでいても良い。
【0023】
尚、導電層１２１及び導電層１２２における第１金属の濃度は、ＳＩＭＳ（Secondary Ion Mass Spectrometry）等によって測定可能である。
【0024】
［製造方法］
次に、図２～図１１を参照して、本実施形態に係る半導体装置の製造方法について説明する。図２～図１１は、第１実施形態に係る半導体装置の製造方法について説明するための模式的な断面図であり、図１（ａ）に示す部分に対応している。
次に、図２～図１１を参照して、本実施形態に係る半導体装置の製造方法について説明する。図２～図１１は、第１実施形態に係る半導体装置の製造方法について説明するための模式的な断面図であり、図１（ａ）に示す部分に対応している。
【0025】
同製造方法においては、例えば図２に示す様に、図示しない基板の上方に、絶縁層１１０を形成する。この工程は、例えば、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）等によって行う。
【0026】
次に、例えば図３に示す様に、絶縁層１１０の上側部分の導電層１１１に対応する位置に、Ｘ方向に延伸する開口ＯＰ１を形成する。この工程は、例えば、ＲＩＥ（Reactive Ion Etching）等によって行う。
【0027】
次に、例えば図４に示す様に、絶縁層１１０の上面及び開口ＯＰ１の内部に、導電層１１１´を形成する。導電層１１１´は、例え導電層１１１と同様の材料を含む。この工程は、例えば、スパッタリング、又はＣＶＤ等によって行う。
【0028】
次に、例えば図５に示す様に、開口ＯＰ１があった部分の外に形成された導電層１１１´の部分を除去平坦化し、導電層１１１を形成する。この工程は、例えば、ＣＭＰ（Chemical Mechanical Planarization）等によって行う。
【0029】
次に、例えば図６に示す様に、絶縁層１１０及び導電層１１１の上に、絶縁層１２０を形成する。この工程は、例えば、ＣＶＤ等によって行う。
【0030】
次に、例えば図７に示す様に、絶縁層１２０において導電層１２１に対応する位置に、複数の開口ＯＰ２を形成する。開口ＯＰ２は、Ｚ方向に延伸し、絶縁層１２０を貫通して導電層１１１を露出させる開口である。この工程は、例えば、ＲＩＥ等によって行う。
【0031】
次に、例えば図８に示す様に、絶縁層１２０の上面及び開口ＯＰ２の内部に、導電層１２１´を形成する。導電層１２１´は、例えば導電層１２１と同様の材料を含む。この工程は、例えば、スパッタリング、又はＣＶＤ等によって行う。尚、導電層１２１´を形成するこの工程の詳細については後述する。
【0032】
次に、例えば図９に示す様に、開口ＯＰ２があった部分の外に形成された導電層１２１´の部分を除去平坦化し、複数の導電層１２１を形成する。この工程は、例えば、ＣＭＰ（Chemical Mechanical Planarization）等によって行う。
【0033】
次に、例えば図１０に示す様に、絶縁層１２０において導電層１２２に対応する位置に、開口ＯＰ３を形成する。開口ＯＰ３は、Ｚ方向に延伸し、絶縁層１２０を貫通して導電層１１１を露出させる開口である。この工程は、例えば、ＲＩＥ等によって行う。
【0034】
次に、例えば図１１に示す様に、絶縁層１２０の上面及び開口ＯＰ３の内部に、導電層１２２´を形成する。導電層１２２´は、例えば導電層１２２と同様の材料を含む。この工程は、例えば、スパッタリング、又はＣＶＤ等によって行う。尚、導電層１２２´を形成するこの工程の詳細については後述する。
【0035】
次に、開口ＯＰ３があった部分の外に形成された導電層１２２´の部分を除去平坦化し、導電層１２２を形成し、図１を参照して説明した構造を形成する。この工程は、例えば、ＣＭＰ（Chemical Mechanical Planarization）等によって行う。
【0036】
［導電層１２１´及び導電層１２２´を形成する工程］
導電層１２１´を形成する工程（図８）、及び、導電層１２２´を形成する工程（図１１）の詳細について説明する。尚、ここでは、導電層１２１´及び導電層１２２´がＩＴＯを含む例、即ち、第１金属がスズ（Ｓｎ）であり、第２金属がインジウム（Ｉｎ）である例について説明する。
導電層１２１´を形成する工程（図８）、及び、導電層１２２´を形成する工程（図１１）の詳細について説明する。尚、ここでは、導電層１２１´及び導電層１２２´がＩＴＯを含む例、即ち、第１金属がスズ（Ｓｎ）であり、第２金属がインジウム（Ｉｎ）である例について説明する。
【0037】
まず、導電層１２１´及び導電層１２２´を形成する各工程を、スパッタリングによって行う場合の例について説明する。この様な場合、スパッタリングターゲットには、それぞれ酸化インジウムスズ（ＩｎＳｎＯ）を用いる。
【0038】
導電層１２１´を形成する際のスパッタリングターゲット中のＳｎ濃度を、導電層１２２´を形成する際のスパッタリングターゲット中のＳｎ濃度よりも高くする。これにより、導電層１２１´中のＳｎ濃度を、導電層１２２´中のＳｎ濃度よりも高くできる。
【0039】
尚、Ｓｎ濃度の異なる複数のスパッタリングターゲットを同時に用いて成膜し、それぞれスパッタリング条件（例えば印加電圧）を調整することでも、導電層１２１´中のＳｎ濃度を、導電層１２２´中のＳｎ濃度よりも高くできる。
【0040】
次に、導電層１２１´及び導電層１２２´を形成する各工程を、ＣＶＤによって行う場合の例について説明する。この様な場合、ＣＶＤに用いるソースガスとして、少なくともＩｎ化合物ガスと、Ｓｎ化合物ガスとを用いる。
【0041】
導電層１２１´を形成する際のＳｎ化合物ガス流量を、導電層１２２´を形成する際のＳｎ化合物ガス流量よりも高くする。これにより、導電層１２１´中のＳｎ濃度を、導電層１２２´中のＳｎ濃度よりも高くすることができる。
【0042】
尚、以上の説明においては、導電層１２１´及び導電層１２２´が含む第１金属がスズ（Ｓｎ）であり、第２金属がインジウム（Ｉｎ）である例について説明した。しかしながら、第１金属及び第２金属が、スズ（Ｓｎ）及びインジウム（Ｉｎ）以外の元素を含む場合においても、同様の工程を用いることができる。
【0043】
例えば、導電層１２１´及び導電層１２２´を形成する工程をスパッタリングによって行う場合、導電層１２１´を形成する際のスパッタリングターゲット中の第１金属の濃度を、導電層１２２´を形成する際のスパッタリングターゲット中の第１金属の濃度よりも高くすれば良い。
【0044】
また、例えば、導電層１２１´及び導電層１２２´を形成する工程をＣＶＤによって行う場合、導電層１２１´を形成する際の第１金属を含む化合物ガスの流量を、導電層１２２´を形成する際の第１金属を含む化合物ガスの流量よりも高くすれば良い。
【0045】
［導電層１１１及び導電層１２１、並びに、導電層１１１及び導電層１２２の接合］
次に、図１２及び図１３を参照して、導電層１１１及び導電層１２１、並びに、導電層１１１及び導電層１２２の接合について説明する。尚、図１２及び図１３には、導電層１１１が窒化チタン（ＴｉＮ）を含み、導電層１２１及び導電層１２２がＩＴＯを含む場合の例を示している。
次に、図１２及び図１３を参照して、導電層１１１及び導電層１２１、並びに、導電層１１１及び導電層１２２の接合について説明する。尚、図１２及び図１３には、導電層１１１が窒化チタン（ＴｉＮ）を含み、導電層１２１及び導電層１２２がＩＴＯを含む場合の例を示している。
【0046】
［導電層１１１と導電層１２１との接合］
図１２は、導電層１１１と導電層１２１との接合部近傍における、模式的なエネルギーバンド図である。図１２は、図１中の点線ＢＤ１に沿った構成のバンドギャップエネルギーを図示している。点線ＢＤ１は、導電層１１１及び導電層１２１を通って、Ｚ方向に延伸している。図１２の紙面縦方向は、電子のポテンシャルを表し、下へ向かうほど電子のポテンシャルは低くなる様図示している。
図１２は、導電層１１１と導電層１２１との接合部近傍における、模式的なエネルギーバンド図である。図１２は、図１中の点線ＢＤ１に沿った構成のバンドギャップエネルギーを図示している。点線ＢＤ１は、導電層１１１及び導電層１２１を通って、Ｚ方向に延伸している。図１２の紙面縦方向は、電子のポテンシャルを表し、下へ向かうほど電子のポテンシャルは低くなる様図示している。
【0047】
図１２に示す様に、ＩＴＯは、ｎ型半導体である酸化インジウム（ＩｎＯ）中のインジウム（Ｉｎ）の一部を、第１金属Ｍ１、ここではスズ（Ｓｎ）が置換することで、伝導体にキャリア電子が生じる材料である。ＩＴＯは、含有するスズ（Ｓｎ）の濃度が高いほど、キャリア電子密度が高くなる。
【0048】
また、図１２に示す様に、導電層１２１がＩＴＯであり、導電層１１１が窒化チタン（ＴｉＮ）を含み、窒化チタンがＩＴＯと接している場合、それらの接合界面はｎ型のショットキー接合となる。
【0049】
ここで、導電層１２１中の第１金属、ここではスズ（Ｓｎ）の濃度は、比較的高い。この様な場合、図１２に示す様に、導電層１１１に対する導電層１２１のバリア幅Ｄ１は比較的小さく、接合部近傍のＩＴＯのバンドの曲がりが急峻となる。この様な場合、導電層１１１と導電層１２１との界面抵抗率は、比較的小さくなる。
【0050】
［導電層１１１と導電層１２２との接合］
図１３は、導電層１１１と導電層１２２との接合部近傍における、模式的なエネルギーバンド図である。図１３は、図１中の点線ＢＤ２に沿った構成のバンドギャップエネルギーを図示している。点線ＢＤ２は、導電層１１１及び導電層１２２を通って、Ｚ方向に延伸している。図１３の紙面縦方向は、電子のポテンシャルを表し、下へ向かうほど電子のポテンシャルは低くなる様図示している。
図１３は、導電層１１１と導電層１２２との接合部近傍における、模式的なエネルギーバンド図である。図１３は、図１中の点線ＢＤ２に沿った構成のバンドギャップエネルギーを図示している。点線ＢＤ２は、導電層１１１及び導電層１２２を通って、Ｚ方向に延伸している。図１３の紙面縦方向は、電子のポテンシャルを表し、下へ向かうほど電子のポテンシャルは低くなる様図示している。
【0051】
【0052】
ここで、導電層１２２中の第１金属Ｍ１、ここではスズ（Ｓｎ）の濃度は、比較的低い。例えば、導電層１２２中のスズ（Ｓｎ）の濃度は、導電層１２１中のスズ（Ｓｎ）の濃度よりも低い。この様な場合、図１３に示す様に、導電層１１１に対する導電層１２２のバリア幅Ｄ２はバリア幅Ｄ１より大きく、接合部近傍のＩＴＯのバンドの曲がりが緩やかになる。この様な場合、導電層１１１と導電層１２２との界面抵抗率は、比較的高くなる。
【0053】
尚、以上の説明においては、導電層１２１及び導電層１２２が含む第１金属がスズ（Ｓｎ）であり、第２金属がインジウム（Ｉｎ）である例について説明した。しかしながら、第１金属及び第２金属が、スズ（Ｓｎ）及びインジウム（Ｉｎ）以外の元素である場合においても、同様である。
【0054】
例えば、導電層１２１中の第１金属Ｍ１の濃度が比較的高い場合、導電層１１１に対する導電層１２１のバリア幅は比較的小さく、導電層１１１と導電層１２１との界面抵抗率は、比較的小さくなる。また、例えば、導電層１２２中の第１金属Ｍ１の濃度が比較的低い場合、導電層１１１に対する導電層１２２のバリア幅は比較的大きく、導電層１１１と導電層１２２との界面抵抗率は、比較的大きくなる。
【0055】
［第１金属の濃度と結合の歪み］
次に、導電層１２１及び導電層１２２における第１金属の濃度が高いほど、第１金属、第２金属、及び酸素（Ｏ）を含む材料中の元素結合に生じる歪みが大きくなる例について説明する。ここでは、導電層１２１及び導電層１２２がＩＴＯを含む場合の例を示す。
次に、導電層１２１及び導電層１２２における第１金属の濃度が高いほど、第１金属、第２金属、及び酸素（Ｏ）を含む材料中の元素結合に生じる歪みが大きくなる例について説明する。ここでは、導電層１２１及び導電層１２２がＩＴＯを含む場合の例を示す。
【0056】
ＩＴＯが含むスズ（Ｓｎ）の濃度が比較的高い場合は、酸化インジウム（ＩｎＯ）の結合に生じる歪みが大きくなる。この様な歪みの総量は、形成されたＩＴＯの体積が大きいほど大きくなる。この様に結合の歪みが大きい場合、ＩＴＯへの熱処理によるストレスマイグレーションや、ＩＴＯ中の電気伝導によるエレクトロマイグレーションといった、不良が発生しやすくなってしまう。
【0057】
尚、以上の説明はＩＴＯに関するものであったが、その他の第１金属、第２金属、及び、酸素（Ｏ）を含む材料の場合も同様である。例えば、第１金属の濃度が大きいほど、第１金属、第２金属、及び、酸素（Ｏ）を含む材料中の結合の歪みは大きくなる。
【0058】
［効果］
【0059】
本実施形態に係る半導体装置は、導電層１２１の様な幅Ｘ１１が比較的小さい配線において、第１金属の濃度が高い。また、導電層１２２の様な幅Ｘ１２及び幅Ｙ１２が比較的大きい配線において、第１金属の濃度が低い。
【0060】
この様な構成では、導電層１２１と導電層１１１とのコンタクトの様に、コンタクト面積が比較的小さく、コンタクト抵抗が大きくなりやすい場合において、導電層１２１の第１金属の濃度を高くすることで、界面抵抗率を比較的小さくできる。よって、導電層１２１と導電層１１１との接合の様に比較的コンタクト面積が小さい場合においても、コンタクト抵抗を低くでき、良好な導通を確保できる。
【0061】
また、この様な構成では、導電層１２２と導電層１１１とのコンタクトの様に、コンタクト面積が比較的大きい場合において、導電層１２２の第１金属の濃度を低くすることで、材料中の結合の歪みを小さく抑えることができる。よって、体積が比較的大きい導電層１２２中においても、歪みの総量を比較的小さくし、ストレスマイグレーションや、エレクトロマイグレーション等の不良の発生を抑えることができる。また、この様に歪みの総量を比較的小さく抑えることで、導電層１２２と導電層１１１との密着強度を高め、特にＣＭＰ工程におけるパターン剥がれ等を抑止し、プロセス信頼性を高めることができる。
【0062】
【0063】
第１実施形態の変形例１に係る半導体装置は、例えば、図１４に示す様な配線部Ｌ１１を備える。
【0064】
［配線部Ｌ１１］
配線部Ｌ１１には、第１実施形態の配線部Ｌ１０の様な導電層１１１は設けられない。しかしながら、配線部Ｌ１１には、絶縁層１１０の上面に複数の導電層１１１ａ及び導電層１１１ｂが設けられる。
配線部Ｌ１１には、第１実施形態の配線部Ｌ１０の様な導電層１１１は設けられない。しかしながら、配線部Ｌ１１には、絶縁層１１０の上面に複数の導電層１１１ａ及び導電層１１１ｂが設けられる。
【0065】
複数の導電層１１１ａは、例えば、複数の半導体素子の複数の下部配線として機能する。複数の導電層１１１ａは、例えば、複数の導電層１２１と対応する位置にＸ方向に並び、Ｙ方向に延伸して設けられる。複数の導電層１１１ａは、複数の導電層１２１のＺ方向下面にそれぞれ接続される。複数の導電層１１１ａは、例えば、導電層１１１と同様の材料を含む。
【0066】
導電層１１１ｂは、例えば、ダミーパターン、又は、半導体素子に電気的に接続される周辺回路中の配線として機能する。導電層１１１ｂは、例えば、導電層１２２と対応する位置に設けられる。導電層１１１ｂは、導電層１２２のＺ方向下面に接続される。導電層１１１ｂは、例えば、導電層１１１と同様の材料を含む。
【0067】
尚、以上の説明においては、複数の導電層１１１ａが、Ｘ方向に並び、Ｙ方向に延伸して設けられる例を示した。しかしながら、複数の導電層１１１ａは、Ｘ方向及びＹ方向に並んで設けられていても良い。
［第１実施形態の変形例２］
次に、図１５～図１７を参照して、第１実施形態に係る半導体装置の変形例２について説明する。
［第１実施形態の変形例２］
次に、図１５～図１７を参照して、第１実施形態に係る半導体装置の変形例２について説明する。
【0068】
［配線部Ｌ１２］
第１実施形態の変形例２に係る半導体装置は、例えば、図１５（ａ）及び図１５（ｂ）に示す様な配線部Ｌ１２を備えていても良い。図１５（ａ）は、配線部Ｌ１２の一部の構成を示す模式的なＸＺ断面図である。図１５（ｂ）は、図１５（ａ）に示す構成をＢ－Ｂ´線に沿って切断し、矢印の方向に沿って見た模式的なＸＹ断面図である。
第１実施形態の変形例２に係る半導体装置は、例えば、図１５（ａ）及び図１５（ｂ）に示す様な配線部Ｌ１２を備えていても良い。図１５（ａ）は、配線部Ｌ１２の一部の構成を示す模式的なＸＺ断面図である。図１５（ｂ）は、図１５（ａ）に示す構成をＢ－Ｂ´線に沿って切断し、矢印の方向に沿って見た模式的なＸＹ断面図である。
【0069】
配線部Ｌ１２には、第１実施形態の配線部Ｌ１０の様な導電層１１１は設けられない。しかしながら、配線部Ｌ１２には、例えば図１５（ａ）及び１５（ｂ）に示す様に、導電層１２１の外周面に接する導電層１１２ａが設けられる。また、配線部Ｌ１２には、導電層１２２の外周面に接する導電層１１２ｂが設けられる。
【0070】
複数の導電層１１２ａは、例えば、導電層１２１から酸素（Ｏ）が抜けるのを防止する層、及びＣＭＰ工程における密着層として機能する。複数の導電層１１２ａは、それぞれ複数の導電層１２１のＸＹ断面における外周面及び導電層１２１のＺ方向の下端面を覆う。複数の導電層１１２ａは、複数の導電層１２１に対応してＸ方向及びＹ方向に並んで設けられる。複数の導電層１１２ａは、例えば、導電層１１１と同様の材料を含む。導電層１１２ａは、例えば、窒化チタン（ＴｉＮ）であり、導電層１１１は、例えば、タングステン（Ｗ）である。
【0071】
導電層１１２ｂは、例えば、導電層１２２から酸素（Ｏ）が抜けるのを防止する層、及びＣＭＰ工程における密着層として機能する。導電層１１２ｂは、導電層１２２のＸＹ断面における外周面及び導電層１２２のＺ方向の下端面を覆う様に設けられる。導電層１１２ｂは、例えば、導電層１１１と同様の材料を含む。
【0072】
尚、以上の説明においては、複数の導電層１１２ａが、Ｘ方向及びＹ方向に並んで設けられる複数の導電層１２１に対応して設けられる例を示した。しかしながら、複数の導電層１１２ａは、Ｘ方向に並び、Ｙ方向に延伸して設けられる複数の導電層１２１に対応し、導電層１２１のＸ方向の両端面及びＺ方向の下端面を覆っていても良い。
【0073】
【0074】
配線部Ｌ１３には、第１実施形態の配線部Ｌ１０の様な導電層１１１は設けられない。しかしながら、配線部Ｌ１３には、導電層１２１の外周面に接する前述した導電層１１２ａが設けられる。また、配線部Ｌ１３には、導電層１２２のＺ方向の下端面に接する、前述した導電層１１１ｂが設けられる。
【0075】
【0076】
配線部Ｌ１４には、第１実施形態の配線部Ｌ１０の様な導電層１１１は設けられない。しかしながら、配線部Ｌ１４には、複数の導電層１２１のＺ方向の下端面に接する、前述した複数の導電層１１１ａが設けられる。また、配線部Ｌ１４には、導電層１２２の外周面に接する、前述した導電層１１２ｂが設けられる。
【0077】
【0078】
【0079】
配線部Ｌ１５において、導電層１２１は、第１部分１２１ａと、第１部分１２１ａよりも導電層１１１に近い第２部分１２１ｂと、を備える。第２部分１２１ｂの第１金属の濃度は、第１部分１２１ａの第１金属の濃度よりも高い。
【0080】
【0081】
配線部Ｌ１６において、導電層１２１は、第１領域Ｒ１１と、第１領域Ｒ１１よりも導電層１１１に近い第２領域Ｒ１２と、を備える。第２領域Ｒ１２の第１金属の濃度は、第１領域Ｒ１１の第１金属の濃度よりも高い。尚、配線部Ｌ１６においては、導電層１２１において、導電層１１１に近くなるほど第１金属の濃度が高くなるよう、第１金属の濃度勾配を形成しても良い。
【0082】
［第１実施形態の変形例３の効果］
導電層１２１と導電層１１１との界面抵抗率を効率的に低減させるためには、特に導電層１２１のうち、導電層１１１に近い部分のキャリア密度を高めることが望ましい。よって、図１８及び図１９を参照して説明した構造の様に、導電層１２１のうち導電層１１１に近い部分の第１金属濃度を高めることで、効果的に界面抵抗率を低減できる。また、導電層１２１のうち、導電層１１１に近い部分のみ第１金属濃度を高めることで、導電層１２１全体としては、第１金属の濃度を低く抑えることができる。この様な場合、界面抵抗率を下げつつ、前述した様な第１金属濃度の増加に伴う結合の歪みも抑えることができ、ストレスマイグレーションや、エレクトロマイグレーション等の不良の発生を抑えることができる。
導電層１２１と導電層１１１との界面抵抗率を効率的に低減させるためには、特に導電層１２１のうち、導電層１１１に近い部分のキャリア密度を高めることが望ましい。よって、図１８及び図１９を参照して説明した構造の様に、導電層１２１のうち導電層１１１に近い部分の第１金属濃度を高めることで、効果的に界面抵抗率を低減できる。また、導電層１２１のうち、導電層１１１に近い部分のみ第１金属濃度を高めることで、導電層１２１全体としては、第１金属の濃度を低く抑えることができる。この様な場合、界面抵抗率を下げつつ、前述した様な第１金属濃度の増加に伴う結合の歪みも抑えることができ、ストレスマイグレーションや、エレクトロマイグレーション等の不良の発生を抑えることができる。
【0083】
［第２実施形態］
次に、図１、図２０、及び、図２１を用いて、第２実施形態に係る半導体装置とその製造方法について説明する。尚、以下の説明では、第１実施形態と同様の構成には同一の符号を付し、説明を省略する。
次に、図１、図２０、及び、図２１を用いて、第２実施形態に係る半導体装置とその製造方法について説明する。尚、以下の説明では、第１実施形態と同様の構成には同一の符号を付し、説明を省略する。
【0084】
［構成］
第２実施形態に係る半導体装置は、例えば、第１実施形態と同様の図１（ａ）及び図１（ｂ）に示す様な配線部Ｌ１０を備える。しかしながら、第２実施形態に係る半導体装置は、第１実施形態と異なる製造方法を用いて製造される。
第２実施形態に係る半導体装置は、例えば、第１実施形態と同様の図１（ａ）及び図１（ｂ）に示す様な配線部Ｌ１０を備える。しかしながら、第２実施形態に係る半導体装置は、第１実施形態と異なる製造方法を用いて製造される。
【0085】
［製造方法］
次に、図２０及び図２１を参照して、本実施形態に係る半導体装置の製造方法について説明する。図２０及び図２１は、第２実施形態に係る半導体装置の製造方法について説明するための模式的な断面図であり、図１（ａ）に示す部分に対応している。
次に、図２０及び図２１を参照して、本実施形態に係る半導体装置の製造方法について説明する。図２０及び図２１は、第２実施形態に係る半導体装置の製造方法について説明するための模式的な断面図であり、図１（ａ）に示す部分に対応している。
【0086】
【0087】
次に、例えば図２０に示す様に、絶縁層１２０において複数の導電層１２１及び導電層１２２に対応する位置に、それぞれ複数の開口ＯＰ４及び開口ＯＰ５を形成する。複数の開口ＯＰ４及び開口ＯＰ５は、Ｚ方向に延伸し、絶縁層１２０を貫通して導電層１１１を露出させる開口である。尚、開口ＯＰ５のＸ方向の幅及びＹ方向の幅のうち小さい方が、開口ＯＰ４のＸ方向の幅よりも大きくなるよう形成する。この工程は、例えば、ＲＩＥ等によって行う。
【0088】
次に、例えば図２１に示す様に、絶縁層１２０の上面及び複数の開口ＯＰ４及び開口ＯＰ５の内部に、導電層１３０を形成する。導電層１３０は、例えば導電層１２１及び導電層１２２と同様の材料を含む。この工程は、例えば、スパッタリング、又はＣＶＤ等によって行う。尚、この工程において、導電層１２１に対応する位置に形成された領域Ｒ２１の第１金属の濃度が、導電層１２２に対応する位置に形成された領域Ｒ２２の第１金属の濃度よりも高くなる様に形成する。尚、導電層１３０を形成するこの工程の詳細については後述する。
【0089】
次に、複数の開口ＯＰ４及び開口ＯＰ５があった部分の外に形成された導電層１３０の部分を除去平坦化し、導電層１２１及び導電層１２２を形成して、図１を参照して説明した構造を形成する。この工程は、例えば、ＣＭＰ（Chemical Mechanical Planarization）等によって行う。
【0090】
［導電層１３０を形成する工程］
導電層１３０を形成する工程について説明する。尚、ここでは、導電層１３０を形成する工程を、スパッタリングによって行う場合について説明する。
導電層１３０を形成する工程について説明する。尚、ここでは、導電層１３０を形成する工程を、スパッタリングによって行う場合について説明する。
【0091】
スパッタリングにおいて、第１金属と、第２金属と、酸素（Ｏ）と、を含むスパッタリングターゲットを用いる場合、元素ごとのスパッタリング効率の差異によって、スパッタリングターゲットの組成と、成膜された膜の組成と、が異なる場合がある。元素ごとのスパッタリング効率は、例えば元素ごとに、被成膜部に衝突する粒子数と、衝突によりはじき出される粒子数と、の差分として表す。この様なスパッタリング効率は、被成膜部の形状、成膜された膜の密度、及び、構成元素の原子量等によって変化する。
【0092】
図２０に示す様な、幅の小さい開口ＯＰ４と、幅の広い開口ＯＰ５と、に対し、スパッタリングによって導電層１３０を同時に埋め込む様な場合が、被成膜部の形状が異なる場合にあたる。この様な場合、開口部の幅によってスパッタリング効率が異なる条件（例えばスパッタリング時の基板バイアス電圧が高い条件等）によって成膜することで、幅の小さい開口ＯＰ４に埋め込まれた領域Ｒ２１における第１金属の濃度を高く、幅の大きい開口ＯＰ５に埋め込まれた領域Ｒ２２における第１金属の濃度を低くすることができる。
【0093】
［第３実施形態］
次に、図２２及び図２３を用いて、第３実施形態に係る半導体装置について説明する。図２２は、メモリセルアレイＭＣＡの一部の構成を示す模式的な回路図である。図２３（ａ）は、本実施形態に係る半導体装置の一部の構成を示す模式的なＸＺ断面図である。図２３（ｂ）は、図２３（ａ）に示す構成をＣ－Ｃ´線に沿って切断し、矢印の方向に沿って見た模式的なＸＹ断面図である。
次に、図２２及び図２３を用いて、第３実施形態に係る半導体装置について説明する。図２２は、メモリセルアレイＭＣＡの一部の構成を示す模式的な回路図である。図２３（ａ）は、本実施形態に係る半導体装置の一部の構成を示す模式的なＸＺ断面図である。図２３（ｂ）は、図２３（ａ）に示す構成をＣ－Ｃ´線に沿って切断し、矢印の方向に沿って見た模式的なＸＹ断面図である。
【0094】
［回路構成］
第３実施形態に係る半導体装置は、例えば、図２２に示す様なメモリセルアレイＭＣＡ及び周辺回路ＰＣを備える。
第３実施形態に係る半導体装置は、例えば、図２２に示す様なメモリセルアレイＭＣＡ及び周辺回路ＰＣを備える。
【0095】
メモリセルアレイＭＣＡは、複数のビット線ＢＬと、複数のワード線ＷＬと、複数のプレート線ＰＬと、これら複数のビット線ＢＬ、複数のワード線ＷＬ、及び、複数のプレート線ＰＬに接続された複数のメモリセルＭＣと、を備える。１のワード線ＷＬに接続された複数のメモリセルＭＣは、それぞれ、お互いに異なるビット線ＢＬに接続されている。また、１のビット線ＢＬに接続された複数のメモリセルＭＣは、それぞれ、お互いに異なるワード線ＷＬに接続されている。
【0096】
メモリセルＭＣは、それぞれ、ビット線ＢＬとプレート線ＰＬとの間に直列に接続された選択トランジスタＳＴ及びキャパシタＣａｐを備える。
【0097】
選択トランジスタＳＴは、チャネル領域として機能する半導体層、ゲート絶縁膜及びゲート電極を備える電界効果型のトランジスタである。選択トランジスタＳＴのゲート電極には、それぞれ、ワード線ＷＬが接続される。
【0098】
キャパシタＣａｐは、一対の電極、及び、メモリ部を含む絶縁膜を備えるキャパシタである。
【0099】
周辺回路ＰＣは、例えば、動作電圧を生成して電圧供給線に出力する電圧生成回路、所望の電圧供給線をメモリセルアレイＭＣＡ内の各配線（ビット線ＢＬ、ワード線ＷＬ、及び、プレート線ＰＬ）と導通させるデコード回路、ビット線ＢＬの電流又は電圧を検知するセンスアンプ回路等を備える。
【0100】
［構造］
次に、選択トランジスタＳＴを構成するトランジスタ構造Ｔｒと、キャパシタＣａｐを構成するキャパシタ構造ＣＰと、選択トランジスタＳＴ及びキャパシタＣａｐとの間に設けられ、それらを接続する配線部Ｌ２０について、図２３を参照して説明する。
次に、選択トランジスタＳＴを構成するトランジスタ構造Ｔｒと、キャパシタＣａｐを構成するキャパシタ構造ＣＰと、選択トランジスタＳＴ及びキャパシタＣａｐとの間に設けられ、それらを接続する配線部Ｌ２０について、図２３を参照して説明する。
【0101】
［トランジスタ構造Ｔｒ］
トランジスタ構造Ｔｒは、導電層２２１と、導電層２２１の上方に設けられた絶縁層２０３と、導電層２２１の上方に設けられた導電層２５１と、導電層２２１と導電層２５１との間に設けられ、導電層２２１及び導電層２５１に接続された半導体層２４２と、半導体層の外周面に設けられた絶縁層２４１と、絶縁層２４１の外周面の一部に設けられた導電層２３１と、導電層２５１の上面に設けられた導電層２６０ａと、を備える。絶縁層２０３は、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ２）等を含む。
トランジスタ構造Ｔｒは、導電層２２１と、導電層２２１の上方に設けられた絶縁層２０３と、導電層２２１の上方に設けられた導電層２５１と、導電層２２１と導電層２５１との間に設けられ、導電層２２１及び導電層２５１に接続された半導体層２４２と、半導体層の外周面に設けられた絶縁層２４１と、絶縁層２４１の外周面の一部に設けられた導電層２３１と、導電層２５１の上面に設けられた導電層２６０ａと、を備える。絶縁層２０３は、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ２）等を含む。
【0102】
導電層２２１は、例えば、選択トランジスタＳＴ（図２２）のドレイン電極として機能する。導電層２２１は、例えば、前述した導電層１２１と同様の、第１金属、第２金属、及び酸素（Ｏ）を含む。導電層２２１は、ＸＹ断面において略円形であり、プラグ形状を有していても良い。導電層２２１のＺ方向下面は、導電層２１０ａに接続されている。導電層２２１のＸ方向の幅は、幅Ｘ３１である。
【0103】
導電層２３１は、例えば、選択トランジスタＳＴ（図２２）のゲート電極として機能する。導電層２３１は、例えば、窒化チタン（ＴｉＮ）及びタングステン（Ｗ）の積層構造等を含む。
【0104】
絶縁層２４１は、例えば、選択トランジスタＳＴ（図２２）のゲート絶縁膜として機能する。絶縁層２４１は、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ２）等を含む。
【0105】
半導体層２４２は、例えば、選択トランジスタＳＴ（図２２）のチャネル領域として機能する。半導体層２４２は、例えば、ガリウム（Ｇａ）及びアルミニウム（Ａｌ）のうち少なくとも一つの元素と、インジウム（Ｉｎ）と、亜鉛（Ｚｎ）と、酸素（Ｏ）と、を含む半導体であっても良いし、その他の酸化物半導体であっても良い。
【0106】
導電層２５１は、例えば、選択トランジスタＳＴ（図２２）のソース電極として機能する。導電層２５１は、例えば、導電層２２１と同様に、第１金属、第２金属、及び酸素（Ｏ）を含む。導電層２５１のＸ方向の幅は、導電層２２１のＸ方向の幅と同程度である。
【0107】
尚、導電層２５１とＸ方向に並ぶ位置に、導電層２５２が設けられていても良い。導電層２５２は、例えば、導電層２５１と同様に、第１金属、第２金属、及び酸素（Ｏ）を含む。導電層２５２の第１金属の濃度は、導電層２５１の第１金属の濃度よりも高くても良いし、同程度でも良い。導電層２５２のＸ方向の幅は、後述する導電層２２２のＸ方向の幅と同程度である。
【0108】
導電層２６０ａは、例えば、メモリセルアレイＭＣＡのビット線ＢＬ（図２２）として機能する。導電層２６０ａは、Ｙ方向に延伸し、Ｙ方向に並ぶ複数の導電層２５１のＺ方向の上面に接続されていても良い。導電層２６０ａは、例えば、窒化チタン（ＴｉＮ）等の前述した導電層１１１と同様の材料を含む。
【0109】
尚、導電層２６０ａとＸ方向に並ぶ位置に、導電層２６０ｂが設けられていても良い。導電層２６０ｂのＺ方向の下面は、導電層２５２に接続されていても良い。導電層２６０ｂは、例えば、窒化チタン（ＴｉＮ）等の前述した導電層１１１と同様の材料を含む。
【0110】
［配線部Ｌ２０］
配線部Ｌ２０は、例えば図２３（ａ）に示す様に、絶縁層２０１及び絶縁層２０２と、絶縁層２０１中に設けられた導電層２１０ａ及び導電層２１０ｂと、絶縁層２０１、導電層２１０ａ、及び、導電層２１０ｂの上面に設けられた絶縁層２０２と、絶縁層２０２を貫通して導電層２１０ａに接する様に設けられた前述した導電層２２１と、絶縁層２０２を貫通して導電層２１０ｂに接する様に設けられた導電層２２２と、を備える。絶縁層２０１及び絶縁層２０２は、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ２）等を含む。
配線部Ｌ２０は、例えば図２３（ａ）に示す様に、絶縁層２０１及び絶縁層２０２と、絶縁層２０１中に設けられた導電層２１０ａ及び導電層２１０ｂと、絶縁層２０１、導電層２１０ａ、及び、導電層２１０ｂの上面に設けられた絶縁層２０２と、絶縁層２０２を貫通して導電層２１０ａに接する様に設けられた前述した導電層２２１と、絶縁層２０２を貫通して導電層２１０ｂに接する様に設けられた導電層２２２と、を備える。絶縁層２０１及び絶縁層２０２は、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ２）等を含む。
【0111】
導電層２１０ａは、例えば、導電層２２１とキャパシタ構造ＣＰとを接続する配線として機能する。導電層２１０ａは、例えば、窒化チタン（ＴｉＮ）等の前述した導電層１１１と同様の材料を含む。
【0112】
導電層２１０ｂは、例えば、ダミーパターン及び周辺回路の下部配線として機能する。導電層２１０ｂは、例えば、窒化チタン（ＴｉＮ）等の前述した導電層１１１と同様の材料を含む。
【0113】
導電層２２２は、例えば、ダミーパターンまたは周辺回路の配線として機能する。導電層２２２は、例えば図２３（ａ）及び図２３（ｂ）に示す様に、Ｘ方向に導電層２２１と並んで設けられる。導電層２２２のＺ方向の下面は、導電層２１０ｂに接続されている。導電層２２２のＸ方向の幅は、幅Ｘ３２である。導電層２２２のＹ方向の幅は、幅Ｙ３２である。幅Ｘ３２及び幅Ｙ３２のうち小さい方が、導電層２２１のＸ方向の幅Ｘ３１よりも大きい。
【0114】
導電層２２１及び導電層２２２は、第１実施形態と同様の、第１金属と、第２金属と、酸素（Ｏ）とを含む。導電層２２１の第１金属の濃度は、導電層２２２の第１金属の濃度よりも高い。
【0115】
［キャパシタ構造ＣＰ］
キャパシタ構造ＣＰは、例えば図２３（ａ）に示す様に、絶縁層２００と、絶縁層２００中に設けられた導電層３０１と、導電層３０１の上面、並びにＸ方向及びＹ方向の側面に設けられた絶縁層３０２と、絶縁層３０２の上面、並びにＸ方向及びＹ方向の側面に設けられた導電層３０３と、を備える。絶縁層２００は、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ２）等を含む。
キャパシタ構造ＣＰは、例えば図２３（ａ）に示す様に、絶縁層２００と、絶縁層２００中に設けられた導電層３０１と、導電層３０１の上面、並びにＸ方向及びＹ方向の側面に設けられた絶縁層３０２と、絶縁層３０２の上面、並びにＸ方向及びＹ方向の側面に設けられた導電層３０３と、を備える。絶縁層２００は、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ２）等を含む。
【0116】
導電層３０１は、キャパシタＣａｐ（図２２）の一方の電極として機能する。導電層３０１は、例えば、窒化チタン（ＴｉＮ）及びタングステン（Ｗ）の積層構造等を含む。導電層３０１は、図示しないプレート線ＰＬ（図２２）に電気的に接続されている。
【0117】
絶縁層３０２は、キャパシタ構造ＣＰの電極間の絶縁層として機能する。絶縁層３０２は、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ２）等を含む。絶縁層３０２は、例えば、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）又はその他の絶縁性の金属酸化物であっても良い。
【0118】
導電層３０３は、例えば、キャパシタＣａｐ（図２２）の他方の電極として機能する。導電層３０３は、例えば、窒化チタン（ＴｉＮ）及びタングステン（Ｗ）の積層構造等を含む。導電層３０３は、導電層２１０ａのＺ方向下側の端面に接続されている。
【0119】
［第３実施形態の効果］
近年、より移動度の高い酸化物半導体を用いた半導体装置の開発が進んでいる。移動度の高い酸化物半導体は、例えば、インジウム（Ｉｎ）、ガリウム（Ｇａ）、及び、亜鉛（Ｚｎ）を含む。
近年、より移動度の高い酸化物半導体を用いた半導体装置の開発が進んでいる。移動度の高い酸化物半導体は、例えば、インジウム（Ｉｎ）、ガリウム（Ｇａ）、及び、亜鉛（Ｚｎ）を含む。
【0120】
酸化物半導体を用いた半導体装置の特性は、酸化物半導体中に含まれる酸素欠損の量によって変動することが知られている。この様な酸化物半導体にコンタクトする電極材料として、一般的な金属材料を用いた場合、界面での酸化還元反応が生じる。この酸化還元反応によって、酸化物半導体中の酸素欠損量が増大し、トランジスタ特性が変動してしまう場合があった。
【0121】
この様な酸素欠損量の増大を防ぐため、本実施形態においては、図２３（ａ）に示す様に、酸化物半導体である半導体層２４２にコンタクトする導電層２２１及び導電層２５１には、第１金属、第２金属、及び、酸素（Ｏ）を含む酸化物導電体を用いている。これにより、半導体層２４２中の酸素欠損が増大することを抑制している。
【0122】
しかしながら、例えば、導電層２２１及び導電層２５１にそれぞれコンタクトする導電層２１０ａ及び導電層２６０ａに、一般的な金属材料を採用すると、界面で酸化還元反応が生じ、界面抵抗率が増大してしまう場合があった。
【0123】
よって、本実施形態に係る半導体装置は、導電層２２１及び導電層２５１の様に比較的幅が小さい場合は第１金属の濃度が高く、導電層２２２の様に比較的幅が大きい場合は第１金属の濃度を低くしている。
【0124】
この様な構成では、導電層２２１と導電層２１０ａとのコンタクト、及び、導電層２５１と導電層２６０ａとのコンタクトの様に、コンタクト面積が比較的小さく、コンタクト抵抗が大きくなりやすい場合においても、界面抵抗率を比較的小さくできる。よって、これら比較的面積の小さい接合においても、コンタクト抵抗を比較的小さくすることができる。
【0125】
また、この様な構成では、導電層２２２と導電層２１０ｂとのコンタクトの様に、コンタクト面積が比較的大きい場合においても、導電層２２２の第１金属の濃度を低くすることで、材料中の結合の歪みを小さく抑えることができる。よって、体積が比較的大きい導電層２２２中においても、歪みの総量を比較的小さくし、ストレスマイグレーションや、エレクトロマイグレーション等の不良の発生を抑えることができる。また、この様に歪みの総量を比較的小さく抑えることで、導電層２２２と導電層２１０ｂとの密着強度を高め、特にＣＭＰ工程におけるパターン剥がれ等を抑止し、プロセス信頼性を高めることができる。
【0126】
尚、以上の説明では、選択トランジスタＳＴに、キャパシタＣａｐが接続される例について説明した。この様な例において、キャパシタＣａｐの形状、構造等は、適宜調整可能である。
【0127】
また、以上の説明では、選択トランジスタＳＴに接続されるメモリ部として、キャパシタＣａｐが採用される例について説明した。しかしながら、メモリ部は、キャパシタＣａｐでなくても良い。例えば、メモリ部は、強誘電体、強磁性体、ＧｅＳｂＴｅ等のカルコゲン材料又はその他の材料を含み、これら材料の特性を利用してデータを記録するものであっても良い。例えば、以上において説明したいずれかの構造において、キャパシタＣａｐを形成する電極間の絶縁層に、これら材料のいずれかを含ませても良い。
【0128】
［その他の実施形態］
以上、第１実施形態～第３実施形態に係る半導体装置について説明した。しかしながら、これらの実施形態に係る半導体装置はあくまでも例示であり、具体的な構成、動作等は適宜調整可能である。
以上、第１実施形態～第３実施形態に係る半導体装置について説明した。しかしながら、これらの実施形態に係る半導体装置はあくまでも例示であり、具体的な構成、動作等は適宜調整可能である。
【0129】
［その他］
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことが出来る。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことが出来る。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【0130】
１１０…絶縁層、１１１…導電層、１２０…絶縁層、１２１…導電層、１２２…導電層、ＢＬ…ビット線、ＷＬ…ワード線、ＰＬ…プレート線、Ｃａｐ…キャパシタ、ＳＴ…選択トランジスタ。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】