半導體裝置制造方法及圖紙

本發明專利技術提供一種具有新結構的半導體裝置，其中甚至在沒有提供電力時也能夠保存已存儲數據，并且寫入次數不受限制。該半導體包括第一晶體管之上的第二晶體管和電容器。電容器包括第二晶體管的源或漏電極和柵絕緣層以及覆蓋第二晶體管的絕緣層之上的電容器電極。第二晶體管的柵電極和電容器電極隔著絕緣層至少部分相互重疊。通過使用不同層來形成第二晶體管的柵電極和電容器電極，半導體裝置的集成度能夠得到提高。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】
所公開的本專利技術涉及包括半導體元件的半導體裝置及其制造方法。
技術介紹
包括半導體元件的存儲器裝置廣義地分為兩類在未加電時丟失已存儲數據的易失性存儲器裝置以及甚至在未加電時也保存已存儲數據的非易失性存儲器裝置。易失性存儲器裝置的一個典型示例是動態隨機存取存儲器(DRAM)。DRAM按照如下方式來存儲數據使得選擇存儲器元件中包括的晶體管，并且電荷在電容器中積聚。從DRAM讀取數據時，由于上述原理，電容器中的電荷丟失；因而每次讀出數據時 必需寫入。此外，由于當晶體管處于截止狀態時，泄漏電流(斷態電流)在存儲器元件中包括的晶體管的源極與漏極之間流動，所以甚至在沒有選擇晶體管時，電荷也流入或流出，這使數據保存期較短。為此，在預定間隔必需寫入操作(刷新操作)，并且難以充分降低功率消耗。此外，由于已存儲數據在電力供應停止時丟失，所以需要利用磁性材料或光學材料的另一種存儲器裝置，以便將數據保存長時間。易失性存儲器裝置的另一個示例是靜態隨機存取存儲器(SRAM)。SRAM通過使用諸如觸發器之類的電路來保存已存儲數據，并且因而無需刷新操作，這是優于DRAM的優點。但是，因為使用諸如觸發器之類的電路，所以每存儲器容量的成本增力卩。此外，如同DRAM中那樣，SRAM中的已存儲數據在電力供應停止時丟失。非易失性存儲器裝置的一個典型示例是閃速存儲器。閃速存儲器包括晶體管中的柵電極與溝道形成區之間的浮柵，并且通過將電荷保存在浮柵中來存儲數據。因此，閃速存儲器的優點在于，數據保存周極長(半永久)，并且不需要在易失性存儲器裝置中是必需的刷新操作(例如參見專利文獻I)。但是，閃速存儲器中存在的問題在于，存儲器元件在預定寫入次數之后變得無法起作用，因為存儲器元件中包括的柵絕緣層因寫入中生成的隧道電流而退化。為了降低這個問題的影響，例如，能夠采用一種在存儲器元件之間均衡寫入次數的方法，但是需要復雜的外圍電路以采用這種方法。此外，甚至當采用這種方法時，也沒有解決有關使用壽命的基本問題。換言之，閃速存儲器不適合頻繁改寫數據的應用。另外，需要高電壓以將電荷注入浮柵或者去除電荷，并且要求用于這個方面的電路。此外，需要較長時間來注入或去除電荷，并且不容易提高寫入和擦除數據的速度。 日本已公開專利申請No. S57-105889。
技術實現思路
鑒于上述問題，所公開的本專利技術的一個實施例的目的是提供一種具有新結構的半導體裝置，其中甚至在沒有提供電力時也能夠保存已存儲數據，并且寫入次數不受限制。在所公開的本專利技術中，半導體裝置使用純化氧化物半導體來形成。使用純化氧化物半導體所形成的晶體管能夠長時間保存數據，因為其泄漏電流極小。本專利技術的一個實施例包括各包括第一晶體管、第二晶體管和電容器的多個存儲器單元。第一晶體管包括第一溝道形成區；第一溝道形成區之上的第一柵絕緣層；第一柵電極，與第一溝道形成區重疊，并且在第一柵絕緣層之上；以及第一源電極和第一漏電極，電連接到第一溝道形成區。第二晶體管包括第二溝道形成區；第二源電極和第二漏電極，電連接到第二溝道形成區；第二柵電極，與第二溝道形成區重疊；以及第二溝道形成區與第二柵電極之間的第二柵絕緣層。電容器包括第二源電極或第二漏電極、覆蓋第二晶體管的絕緣層以及絕緣層之上的電容器電極。第一溝道形成區和第二溝道形成區包括不同的半導體材料。第一柵電極和第二源電極或第二漏電極相互電連接。第一晶體管和第二晶體管至少部分相互重疊。在上述結構中，電容器電極隔著絕緣層與第二柵電極的至少一部分重疊。另外，電容器電極與第一柵電極的至少一部分重疊。 在上述結構中，電容器電極與第二溝道形成區的至少一部分重疊。在上述結構中，第一晶體管包括夾合第一溝道形成區的雜質區。另外，第二晶體管的第二溝道形成區包括氧化物半導體。在上述結構中，電容器包括氧化物半導體。注意，在本說明書等中，諸如“之上”或“之下”之類的術語不一定表示組件放置于“直接在”另一個組件“之上”或“之下”。例如，表述“柵絕緣層之上的柵電極”并不排除組件設置在柵絕緣層與柵電極之間的情況。另外，在本說明書等中，諸如“電極”或“布線”之類的術語并沒有限制組件的功能。例如，“電極”有時用作“布線”的一部分，反過來也是一樣。此外，術語“電極”或“布線”能夠包括多個“電極”或“布線”按照集成方式來形成的情況。此外，例如，當使用相反極性的晶體管時或者當電流流動方向在電路操作中改變時，“源”和“漏”的功能有時相互交換。因此，在本說明書中，術語“源”和“漏”能夠相互交換。注意，在本說明書等中，術語“電連接”包括組件通過具有任何電功能的對象來連接的情況。對于具有任何電功能的對象沒有具體限制，只要電信號能夠在通過該對象連接的組件之間傳送和接收就可。具有任何電功能的對象的示例包括諸如晶體管、電阻器、電感器、電容器之類的開關元件和具有各種功能的元件以及電極和布線。由于包括氧化物半導體的晶體管的斷態電流極小，所以通過使用晶體管能夠保存已存儲數據極長時期。換言之，刷新操作變得不是必需，或者刷新操作的頻率能夠極低，這引起功率消耗的充分降低。此外，已存儲數據甚至在沒有提供電力時也能夠長時期保存。此外，按照本專利技術的一個實施例的半導體裝置不需要用于寫入數據的高電壓，并且元件降級不成問題。例如，與常規非易失性存儲器不同，向浮柵注入以及從浮柵抽取電子不是必需；因此，諸如柵絕緣層的降級之類的問題完全不會出現。也就是說，按照本專利技術的一個實施例的半導體裝置對改寫次數沒有限制，這一直是常規非易失性存儲器的問題，并且因而具有顯著提高的可靠性。此外，由于通過使晶體管導通和截止來寫入數據，所以能夠易于實現高速操作。另外一個優點在于，不需要用于擦除數據的操作。由于包括不是氧化物半導體的材料的晶體管能夠以充分高的速度進行操作，所以當它與包括氧化物半導體的晶體管相結合時，半導體裝置能夠以充分高的速度執行操作(例如讀取數據)。此外，通過包括不是氧化物半導體的材料的晶體管，能夠適當地實現需要以高速度進行操作的各種電路(例如，邏輯電路或驅動器電路)。因此，能夠通過提供包括不是氧化物 半導體的材料的晶體管(更廣義來說，能夠以充分高的速度進行操作的晶體管)以及包括氧化物半導體的晶體管(更廣義來說，其斷態電流充分小的晶體管)，來實現具有新特征的半導體裝置。此外，在本專利技術的一個實施例中，包括氧化物半導體材料的晶體管的柵電極和電容器電極使用不同導電層來形成，并且覆蓋晶體管的絕緣層在柵電極之上形成。因此，柵電極與電容器電極之間的距離能夠充分減小，并且這些電極能夠部分相互重疊。相應地，能夠提供具有更高集成密度的半導體裝置。附圖說明圖IA和圖IB是半導體裝置的截面圖和平面圖。圖2A至圖2D是示出半導體裝置的制造過程的截面圖。圖3A至圖3D是示出半導體裝置的制造過程的截面圖。圖4A至圖4D是示出半導體裝置的制造過程的截面圖。圖5A至圖5C是示出半導體裝置的制造過程的截面圖。圖6A和圖6B是半導體裝置的截面圖和平面圖。圖7A和圖7B是半導體裝置的截面圖和平面圖。圖8A至圖8H是示出用于制造半導體裝置的半導體襯底的制造過程的截面圖。圖9A至圖9E是示出半導體裝置的制造過程的截面圖。圖IOA和圖IOB是半導體裝置的截面圖和平面圖。圖IlA和圖IlB是半導體裝置的截面圖和平面本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】...

【專利技術屬性】
技術研發人員：加藤清，長塚修平，
申請(專利權)人：株式會社半導體能源研究所，
類型：發明
國別省市：