[发明专利]半导体装置

说明书

半导体装置包括存储晶体管(10A)，该存储晶体管(10A)是能够从漏极电流Ids依赖于栅极电压Vg的半导体状态不可逆地变化到漏极电流Ids不依赖于栅极电压Vg的电阻体状态的存储晶体管，存储晶体管(10A)具有栅极电极(3)、金属氧化物层(7)、栅极绝缘膜(5)、源极和漏极电极，漏极电极(9d)具有包含由熔点为1200℃以上的第一金属形成的第一漏极金属层(9d1)和由熔点低于第一金属的第二金属形成的第二漏极金属层(9d2)的层叠结构，在从衬底的表面的法线方向观察时，漏极电极9d的一部分P与金属氧化物层(7)和栅极电极(3)这两者都重叠，漏极电极(9d)的一部分(P)包含第一漏极金属层(9d1)且不包含第二漏极金属层(9d2)。

技术领域

本发明涉及具有存储晶体管的半导体装置。

背景技术

作为可用作ROM(只读存储器)的存储元件，一直以来，人们提出了具有晶体管结构的元件(以下称“存储晶体管”)。

例如，专利文献1公开了具有MOS晶体管结构的非易失性的存储晶体管。该存储晶体管通过对栅极绝缘膜施加高电场将其绝缘击穿来进行写入。另外，专利文献2公开了一种存储晶体管，其中利用了由于对栅极施加规定的写入电压而产生的阈值电压的变化。

对此，本申请人的专利文献3提出了一种相对于现有技术能够减小耗电的新型的非易失性存储晶体管。该存储晶体管中使用金属氧化物半导体作为活性层(沟道)，能够利用因漏极电流而产生的焦耳热，不可逆地变化为与栅极电压无关地表现出欧姆电阻特性的电阻体状态。通过使用这样的存储晶体管，能够使写入用电压低于专利文献1、2中的电压。另外，在本说明书中，将使该存储晶体管的氧化物半导体变化为电阻体状态的动作称作“写入”。此外，在写入后由于金属氧化物半导体成为电阻体，该存储晶体管不作为晶体管动作，但本说明书中在变化为电阻体后仍将其称作“存储晶体管”。同样地，在变化为电阻体后，仍然使用构成晶体管结构的栅极电极、源极电极、漏极电极、活性层、沟道区域等称呼。专利文献3中记载了将存储晶体管例如形成在液晶显示装置的有源矩阵衬底上的技术。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：美国专利第6775171号说明书

专利文献2：日本特开平11-97556号公报

专利文献3：国际公开第2013/080784号

发明内容

发明要解决的技术问题

本申请的发明人对包括含金属氧化物的活性层的存储晶体管的结构从各种角度进行了研究。结果发现，若试图进一步缩短存储晶体管的写入时间，则在现有的电极结构下，可能无法获得高可靠性。针对该问题将在后文详述。

本发明的实施方式的目的在于相比现有技术提高具有存储晶体管的半导体装置的可靠性。

解决技术问题的技术手段

本发明一实施方式的半导体装置，包括衬底和被支承在所述衬底上的至少一个存储晶体管，所述至少一个存储晶体管是能够从漏极电流Ids依赖于栅极电压Vg的半导体状态不可逆地变化到漏极电流Ids不依赖于栅极电压Vg的电阻体状态的存储晶体管，所述至少一个存储晶体管包括栅极电极、金属氧化物层、配置在所述栅极电极与所述金属氧化物层之间的栅极绝缘膜和与所述金属氧化物层电连接的源极电极和漏极电极，所述漏极电极具有包含第一漏极金属层和第二漏极金属层的层叠结构，所述第一漏极金属层由熔点为1200℃以上的第一金属形成，所述第二漏极金属层由熔点低于所述第一金属的第二金属形成，在从所述衬底的表面的法线方向观察时，所述漏极电极的一部分与所述金属氧化物层和所述栅极电极这两者都重叠，所述漏极电极的所述一部分包含所述第一漏极金属层且不包含所述第二漏极金属层。