半導(dǎo)體裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明的目的之一是提供一種具有新的結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體裝置，其中，在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)時(shí)間中即使沒有電力供給也能夠存儲(chǔ)存儲(chǔ)內(nèi)容并且對(duì)寫入次數(shù)也沒有限制。該半導(dǎo)體裝置包括：包括第一源電極以及第一漏電極、與第一源電極以及第一漏電極電連接且使用氧化物半導(dǎo)體材料的第一溝道形成區(qū)域、第一溝道形成區(qū)域上的第一柵極絕緣層以及第一柵極絕緣層上的第一柵電極的第一晶體管。第一晶體管的第一源電極和第一漏電極之一與電容器的一個(gè)電極彼此電連接。
【專利說(shuō)明】半導(dǎo)體裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]所公開的發(fā)明涉及一種使用半導(dǎo)體元件的半導(dǎo)體裝置及該半導(dǎo)體裝置的制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]使用半導(dǎo)體元件的存儲(chǔ)裝置可以粗分為兩類:當(dāng)停止電力供給時(shí)丟失存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的易失性存儲(chǔ)裝置和即使沒有電力供給也存儲(chǔ)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的非易失性存儲(chǔ)裝置。
[0003]易失性存儲(chǔ)裝置的典型例子是DRAM (動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器)。DRAM以以下這種方式來(lái)存儲(chǔ)數(shù)據(jù):選擇存儲(chǔ)元件中的晶體管并將電荷存儲(chǔ)在電容器中。
[0004]根據(jù)上述原理，當(dāng)從DRAM讀取數(shù)據(jù)時(shí)電容器的電荷丟失；因此無(wú)論何時(shí)讀出數(shù)據(jù)時(shí)另一寫入操作是必要的。另外，因?yàn)樵诖鎯?chǔ)元件中包括的晶體管具有漏電流，并且即使晶體管未被選擇電荷也流出或流入電容器，使得數(shù)據(jù)存儲(chǔ)時(shí)間較短。為此，按預(yù)定間隔進(jìn)行另一寫入操作(刷新操作)是必要的，并且難以充分降低功耗。另外，因?yàn)楫?dāng)停止電力供給時(shí)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)丟失，所以需要使用磁性材料或光學(xué)材料的附加存儲(chǔ)裝置以長(zhǎng)期間存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。
[0005]易失性存儲(chǔ)裝置的另一例子是SRAM(靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器)。SRAM通過使用如觸發(fā)器等電路來(lái)存儲(chǔ)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，并且因此不需要刷新操作。這意味著SRAM優(yōu)于DRAM。但是，因?yàn)槭褂萌缬|發(fā)器等電路，所以增加了每存儲(chǔ)容量的成本。另外，如在DRAM中一樣，當(dāng)停止電力供給時(shí)SRAM中的存儲(chǔ)數(shù)據(jù)丟失。
[0006]非易失性存儲(chǔ)裝置的典型例子是閃速存儲(chǔ)器。閃速存儲(chǔ)器在晶體管中的柵電極和溝道形成區(qū)域之間包括浮動(dòng)?xùn)艠O，并且通過在該浮動(dòng)?xùn)艠O中保持電荷來(lái)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。因此，閃速存儲(chǔ)器具有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)時(shí)間極長(zhǎng)(幾乎永久)以及不需要易失性存儲(chǔ)裝置中必要的刷新操作的優(yōu)點(diǎn)(例如，參照專利文獻(xiàn)I)。
[0007]但是，由于當(dāng)進(jìn)行寫入時(shí)流動(dòng)的隧道電流會(huì)引起存儲(chǔ)元件中包括的柵極絕緣層的劣化，使得在預(yù)定數(shù)量的寫入操作之后存儲(chǔ)元件停止其功能。為了降低這個(gè)問題的不利影響，例如，采用使存儲(chǔ)元件的寫入操作次數(shù)均衡的方法，但是，為了實(shí)現(xiàn)該方法，另外需要復(fù)雜的外圍電路。另外，即使采用這種方法，也不能從根本上解決壽命的問題。就是說(shuō)，閃速存儲(chǔ)器不合適于頻繁重寫數(shù)據(jù)的應(yīng)用。
[0008]另外，為了在浮動(dòng)?xùn)艠O中保持電荷或者去除電荷，高電壓是必要的，并且用于生成高電壓的電路也是必要的。再者，保持或去除電荷花費(fèi)較長(zhǎng)時(shí)間并且難以更高速執(zhí)行寫入和擦除。
[0009]【引用】
【專利文獻(xiàn)】
【專利文獻(xiàn)I】日本專利申請(qǐng)公開昭57-105889號(hào)公報(bào)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 鑒于上述問題，所公開的發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的目的是提供一種即使在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)時(shí)間中沒有電力供給也能夠存儲(chǔ)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)并且對(duì)寫入次數(shù)也沒有限制的半導(dǎo)體裝置。
[0011]在所公開的發(fā)明中，使用高純度化了的氧化物半導(dǎo)體來(lái)形成半導(dǎo)體裝置。因?yàn)槭褂酶呒兌然说难趸锇雽?dǎo)體來(lái)形成的晶體管具有極小漏電流；因此可以長(zhǎng)時(shí)間存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。
[0012]根據(jù)所公開的發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，一種半導(dǎo)體裝置，包括:包括第一源電極以及第一漏電極、與第一源電極以及第一漏電極電連接且使用氧化物半導(dǎo)體材料的第一溝道形成區(qū)域、第一溝道形成區(qū)域上的第一柵極絕緣層以及第一柵極絕緣層上的第一柵電極的第一晶體管；以及電容元件。第一晶體管的第一源電極和第一漏電極之一與電容元件的一個(gè)電極彼此電連接。
[0013]另外，在上述結(jié)構(gòu)中，電容器可以包括:第一源電極或第一漏電極、第一柵極絕緣層以及第一柵極絕緣層上的電容器用電極。
[0014]在上述結(jié)構(gòu)中，半導(dǎo)體裝置也可以包括:包括第二源電極以及第二漏電極、與第二源電極以及第二漏電極電連接且使用氧化物半導(dǎo)體材料的第二溝道形成區(qū)域、第二溝道形成區(qū)域上的第二柵極絕緣層、以及第二柵極絕緣層上的第二柵電極的第二晶體管；源極線；位線；字線；第一信號(hào)線；以及第二信號(hào)線。第二柵電極、第一源電極和第一漏電極之一以及電容器的一個(gè)電極可以彼此電連接。源極線與第二源電極可以彼此電連接。位線與第二漏電極可以彼此電連接。第一信號(hào)線與第一源電極和第一漏電極中的另一個(gè)可以彼此電連接。第二信號(hào)線與第一柵電極可以彼此電連接。字線與電容器的另一電極可以彼此電連接。
[0015]注意，在本說(shuō)明書等中，如“上”或“下”的術(shù)語(yǔ)不一定意味著構(gòu)成要素“直接放置在另一構(gòu)成要素之上”或“直接放置在另一構(gòu)成要素之下”。例如，表達(dá)“柵極絕緣層上的柵電極”不排除在柵極絕緣 層和柵電極之間放置構(gòu)成要素的情況。另外，如“上”或“下”的術(shù)語(yǔ)只是為了便于說(shuō)明而使用的，并且除非另外指定，其可以包括構(gòu)成要素的位置關(guān)系倒轉(zhuǎn)的情況。
[0016]另外，在本說(shuō)明書等中，如“電極”或“布線”的術(shù)語(yǔ)不限制構(gòu)成要素的功能。例如，有時(shí)將“電極”用作“布線”的一部分，反之亦然。再者，術(shù)語(yǔ)“電極”或“布線”可以包括以集成方式形成多個(gè)“電極”或“布線”的情況等。
[0017]例如，在使用相反極性的晶體管的情況或電路操作中電流方向變化的情況等下，“源極”和“漏極”的功能有時(shí)互相調(diào)換。因此，在本說(shuō)明書等中，術(shù)語(yǔ)“源極”和“漏極”可以互相調(diào)換。
[0018]注意，在本說(shuō)明書等中，術(shù)語(yǔ)“電連接”包括通過“具有任何電功能的對(duì)象”連接構(gòu)成要素的情況。這里，只要可以在通過“具有任何電功能的對(duì)象”連接的構(gòu)成要素間接收和傳送電信號(hào)，就對(duì)該對(duì)象沒有特別的限制。
[0019]“具有任何電功能的對(duì)象”的例子有開關(guān)元件，如晶體管、電阻器、電感器、電容器和具有各種功能的元件以及電極和布線。
[0020]本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例提供一種包括使用氧化物半導(dǎo)體的晶體管的半導(dǎo)體裝置。因?yàn)槭褂醚趸锇雽?dǎo)體的晶體管的截止電流極低，所以通過使用該晶體管而可以在極長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)存儲(chǔ)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。就是說(shuō)，因?yàn)樗⑿虏僮髯兊貌槐匾蛘?，刷新操作的頻度可以極低，所以可以充分降低功耗。另外，即使沒有電力供給，也可以在長(zhǎng)期間內(nèi)存儲(chǔ)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。
[0021]另外，根據(jù)所公開的發(fā)明的半導(dǎo)體裝置不需要高電壓用于數(shù)據(jù)的寫入，而且也沒有元件劣化的問題。例如，不像常規(guī)的非易失性存儲(chǔ)器的情況需要的那樣，不需要執(zhí)行對(duì)浮動(dòng)?xùn)抛⑷腚娮踊驈母?dòng)?xùn)懦槌鲭娮?，所以不?huì)發(fā)生柵極絕緣層的劣化。就是說(shuō)，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置對(duì)寫入次數(shù)沒有限制，這是常規(guī)的非易失性存儲(chǔ)器所存在的問題，并且顯著提高可靠性。再者，因?yàn)槭歉鶕?jù)晶體管的導(dǎo)通或截止而進(jìn)行數(shù)據(jù)的寫入，由此可以容易實(shí)現(xiàn)高速操作。另外，不需要用于擦除數(shù)據(jù)的操作，其是另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)。
[0022]如上所述，根據(jù)所公開的發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，可以提供一種在沒有電力供給是可以存儲(chǔ)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)且對(duì)寫入次數(shù)沒有限制的半導(dǎo)體裝置。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0023]在附圖中:
圖1A至圖1D是各示出半導(dǎo)體裝置的截面圖；
圖2A1、圖2A2和圖2B是半導(dǎo)體裝置的電路圖；
圖3A至圖3E是有關(guān)半導(dǎo)體裝置的制造步驟的截面圖；
圖4A至圖4E是有關(guān)半導(dǎo)體裝置的制造步驟的截面圖；
圖5A至圖5E是有關(guān)半導(dǎo)體裝置的制造步驟的截面圖；
圖6A至圖6E是有關(guān)半導(dǎo)體裝置的制造步驟的截面圖；
圖7A和圖7B是半導(dǎo)體裝置的電路圖；
圖8A至圖8C是半導(dǎo)體裝置的電路圖；
圖9A和圖9B是半導(dǎo)體裝置的電路圖；
圖1OA至圖1OF是各示出包括半導(dǎo)體裝置的電子設(shè)備的圖。
[0024]圖11是示出記憶窗口(MemoryWindow)的寬度的考察結(jié)果的圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025]下面，將參照附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例的例子進(jìn)行描述。注意，本發(fā)明不局限于以下說(shuō)明，并且本領(lǐng)域技術(shù)人員容易理解，在不脫離本發(fā)明的精神及范圍的情況下可以用各種各樣的方式來(lái)修改本文公開的模式及細(xì)節(jié)。因此，本發(fā)明不應(yīng)該被解釋為限于本文包括的實(shí)施例的內(nèi)容。
[0026]注意，為了容易理解，在一些情況中未準(zhǔn)確表示附圖等中所示的每個(gè)結(jié)構(gòu)的位置、大小、范圍等。因此，所公開的發(fā)明不一定限于附圖等中所公開的位置、大小、范圍等。
[0027]本說(shuō)明書等中，“第一”、“第二”以及“第三”等的序數(shù)詞是為了避免構(gòu)成要素之間的混淆而使用的，而術(shù)語(yǔ)不意味著構(gòu)成要素?cái)?shù)量的限制。
[0028](實(shí)施例1)
在本實(shí)施例中，參照?qǐng)D1A至圖1D和圖2A1、圖2A2以及圖2B對(duì)根據(jù)所公開的發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置的結(jié)構(gòu)及制造方法進(jìn)行描述。注意，在一些電路圖中，為了指示使用氧化物半導(dǎo)體的晶體管，在晶體管旁邊寫上“OS”。
[0029]圖1A至圖1D各示出半導(dǎo)體裝置的結(jié)構(gòu)的例子。圖1A至圖1D各示出半導(dǎo)體裝置的截面。圖1A至圖1D中所示的半導(dǎo)體裝置各包括使用氧化物半導(dǎo)體的晶體管162和電容器 164。
[0030]雖然這里將所有晶體管描述為η溝道型晶體管，但是不必說(shuō)可以使用P溝道型晶體管。因?yàn)樗_的發(fā)明的技術(shù)本質(zhì)在于:在晶體管162中使用氧化物半導(dǎo)體，使得可以存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，所以將半導(dǎo)體裝置的具體結(jié)構(gòu)局限于這里描述的結(jié)構(gòu)是不必要的。
[0031]圖1A中的晶體管162包括:隔著絕緣層138而在襯底200上的源電極或漏電極142a以及源電極或漏電極142b ;與源電極或漏電極142a以及源電極或漏電極142b電連接的氧化物半導(dǎo)體層144 ;覆蓋源電極或漏電極142a、源電極或漏電極142b和氧化物半導(dǎo)體層144的柵極絕緣層146 ;在柵極絕緣層146上設(shè)置為重疊于氧化物半導(dǎo)體層144的柵電極 148a。
[0032]在此，氧化物半導(dǎo)體層144優(yōu)選是通過從其充分地去除氫等的雜質(zhì)，或者通過向其供給充分量的氧而被高純度化的氧化物半導(dǎo)體層。具體地說(shuō)，氧化物半導(dǎo)體層144的氫濃度是5 X IO19個(gè)原子/cm3或更低，優(yōu)選是5 X IO18個(gè)原子/cm3或更低，更優(yōu)選是5 X IO17個(gè)原子/cm3或更低。注意，上述氧化物半導(dǎo)體層144中的氫濃度是通過二次離子質(zhì)譜分析技術(shù)(SIMS:Secondary 1n Mass Spectrometry)來(lái)測(cè)量的。在其中氫濃度被充分降低而被高純度化，并通過供給充分量的氧來(lái)降低起因于氧缺乏的能隙中的缺陷能級(jí)的氧化物半導(dǎo)體層144中，載流子濃度為低于I X IO1Vcm3，優(yōu)選為低于I X 10n/Cm3，更優(yōu)選為低于ljSXlO^Vcm3。例如，室溫下的截止電流密度(通過將截止電流除以晶體管的溝道寬度獲得的值)為 IOzA/ μπι 至 IOOzA/ μ m(lzA(zeptoampere)是 IXl(T21A)左右。通過使用使得成為i型(本征)氧化物半導(dǎo)體或基本上i型氧化物半導(dǎo)體的這種氧化物半導(dǎo)體，可以獲得截止電流特性極為優(yōu)良的晶體管162。
[0033]注意，因?yàn)樵趫D1A中的晶體管162中，不將氧化物半導(dǎo)體層144圖案化為島狀，所以防止圖案化的蝕刻污染氧化物半導(dǎo)體層144。
[0034]電容器164包括源電極或漏電極142a、氧化物半導(dǎo)體層144、柵極絕緣層146和電極148b。換言之,源電極或漏電極 142a用作電容器164的一個(gè)電極,并且電極148b用作電容器164的另一個(gè)電極。
[0035]注意，在圖1A中所示的電容器164中，通過層疊氧化物半導(dǎo)體層144和柵極絕緣層146，可以充分確保源電極或漏電極142a和電極148b之間的絕緣性。
[0036]注意，在晶體管162和電容器164中，優(yōu)選將源電極或漏電極142a、源電極或漏電極142b、以及絕緣層143的端部形成為錐形形狀。在此，錐形角例如為大于或等于30°且小于或等于60°。注意，“錐形角”是指當(dāng)從垂直于截面(與襯底的表面垂直的面)的方向觀察具有錐形形狀的層(例如，源電極或漏電極142a)時(shí)，該層的側(cè)面和底面所形成的傾斜角。當(dāng)將源電極或漏電極142a以及源電極或漏電極142b的端部形成為錐形形狀時(shí)，可以提高氧化物半導(dǎo)體層144的覆蓋性，并可以防止斷開的緣故。
[0037]另外，在晶體管162和電容元件164上設(shè)置有層間絕緣層150，在層間絕緣層150上設(shè)置有層間絕緣層152。
[0038]圖1B中所示的晶體管和電容器是圖1A中所示的晶體管和電容器的修改例子。
[0039]圖1B中所示的結(jié)構(gòu)和圖1A中所示的結(jié)構(gòu)的不同點(diǎn)在于前者包括形成具有島狀的氧化物半導(dǎo)體層。換言之，在圖1A中所示的結(jié)構(gòu)中，氧化物半導(dǎo)體層144完全覆蓋絕緣層138、源電極或漏電極142a以及源電極或漏電極142b ;另一方面，在圖1B中所示的結(jié)構(gòu)中，島狀的氧化物半導(dǎo)體層144部分地覆蓋絕緣層138、源電極或漏電極142a以及源電極或漏電極142b。在此，優(yōu)選將島狀的氧化物半導(dǎo)體層144的端部形成為錐形形狀。例如，錐形角優(yōu)選是大于或等于30°且小于或等于60°。
[0040]另外，在電容器164中，通過層疊氧化物半導(dǎo)體層144和柵極絕緣層146，可以充分確保源電極或漏電極142a和電極148b之間的絕緣性。
[0041]圖1C中所示的晶體管和電容器是圖1A中所示的晶體管和電容器的其它修改例子。
[0042]圖1C中所示的結(jié)構(gòu)和圖1A中所示的結(jié)構(gòu)的不同點(diǎn)在于:前者包括在源電極或漏電極142a和源電極或漏電極142b上形成的絕緣層143。另外，形成氧化物半導(dǎo)體層144以便覆蓋絕緣層143、源電極或漏電極142a以及源電極或漏電極142b。另外，在圖1C中所示的結(jié)構(gòu)中，氧化物半導(dǎo)體層144被設(shè)置為通過在絕緣層143中形成的開口與源電極或漏電極142a接觸。
[0043]當(dāng)設(shè)置絕緣層143時(shí)，降低在柵電極與源電極以及柵電極與漏電極之間形成的電容，并且可以實(shí)現(xiàn)晶體管的工作的高速操作。
[0044]圖1D中所示的晶體管和電容器與圖1B和圖1C中所示的晶體管和電容器部分不同。
[0045]圖1D中所示的結(jié)構(gòu)和圖1B中所示的結(jié)構(gòu)的不同點(diǎn)在于:前者包括在源電極或漏電極142a和源電極或漏電極142b上形成的絕緣層143。另外，形成氧化物半導(dǎo)體層144以便覆蓋絕緣層143、源電極或漏電極142a以及源電極或漏電極142b。另外，圖1D中所示的結(jié)構(gòu)和圖1C中所示的 結(jié)構(gòu)的不同點(diǎn)在于前者包括形成具有島狀的氧化物半導(dǎo)體層144。通過采用這種結(jié)構(gòu)，可以獲得圖1B中所示的結(jié)構(gòu)中的效果和圖1C中所示的結(jié)構(gòu)中的效果二者。
[0046](半導(dǎo)體裝置的電路配置及操作)
接著，對(duì)上述半導(dǎo)體裝置的電路配置的例子及其操作進(jìn)行描述。圖2A1、圖2A2以及圖2B示出使用圖1A、圖1B、圖1C或圖1D中所示的半導(dǎo)體裝置的電路配置的例子。
[0047]在圖2A1中所示的半導(dǎo)體裝置中，第一布線(也稱為源極線)與晶體管160的源電極彼此電連接，以及第二布線(也稱為位線)與晶體管160的漏電極彼此電連接。另外，第三布線(也稱為第一信號(hào)線)與晶體管162的源電極和漏電極之一彼此電連接，以及第四布線(也稱第二信號(hào)線)與晶體管162的柵電極彼此電連接。晶體管160的柵電極和晶體管162的源電極和漏電極中的另一個(gè)與電容器164的一個(gè)電極彼此電連接。另外,第五布線(也稱為字線)與電容器164的另一電極彼此電連接。
[0048]在此，將使用上述氧化物半導(dǎo)體的晶體管用作晶體管160和晶體管162。使用上述氧化物半導(dǎo)體的晶體管具有截止電流極低的特征。因此，當(dāng)使晶體管162截止時(shí)，可以極長(zhǎng)時(shí)間地保持晶體管160的柵電極的電位。提供電容元件164,有助于保持施加到晶體管160的柵電極的電荷，以及存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的讀取。注意，使用氧化物半導(dǎo)體的晶體管162的溝道長(zhǎng)度(L)是大于或等于IOnm且小于或等于lOOOnm，并且因此消耗小量的功率，并以極高速度操作。
[0049]在圖2A1中所示的半導(dǎo)體裝置利用可以保持晶體管160的柵電極的電位的特征，由此可以如下所示那樣執(zhí)行數(shù)據(jù)的寫入、保持以及讀取。
[0050]首先，將對(duì)數(shù)據(jù)的寫入和存儲(chǔ)進(jìn)行描述。首先，將第四布線的電位設(shè)定為允許晶體管162成為導(dǎo)通的電位，使晶體管162成為導(dǎo)通。由此，對(duì)晶體管160的柵電極和電容器164供給第三布線的電位。也就是說(shuō)，對(duì)晶體管160的柵電極施加預(yù)定的電荷(寫入)。在此，將施加供給電位電平的電荷或供給不同電位電平的電荷(以下稱為低電平電荷和高電平電荷)。然后，將第四布線的電位設(shè)定為允許晶體管162成為截止的電位，使晶體管162成為截止。因此，保持(存儲(chǔ))對(duì)晶體管160的柵電極施加的電荷。
[0051]因?yàn)榫w管162的截止電流極低，所以晶體管160的柵電極的電荷被長(zhǎng)時(shí)間地保持。
[0052]接著，將對(duì)數(shù)據(jù)的讀取進(jìn)行描述。通過對(duì)第一布線供給預(yù)定的電位(恒定電位)對(duì)第五布線施加適當(dāng)?shù)碾娢?讀 取電位)時(shí)，根據(jù)保持在晶體管160的柵電極中的電荷量，第二布線的電位變化。這是因?yàn)橐还啥?，在晶體管160為η溝道型的情況下，對(duì)晶體管160的柵電極施加高電平電荷情況中的外觀上的閾值電壓Vth H低于對(duì)晶體管160的柵電極施加低電平電荷情況中的外觀上的閾值Vthp在此，外觀上的閾值電壓是指為了使晶體管160成為導(dǎo)通所需要的第五布線的電位。從而，將第五布線的電位設(shè)定為Vth l^P VthJ的中間電位Vtl,由此可以確定對(duì)晶體管160的柵電極施加的電荷。例如，在寫入中施加高電平電荷的情況下，當(dāng)?shù)谖宀季€的電位設(shè)定為VtlO VthH)時(shí)，晶體管160成為導(dǎo)通。在寫入中施加低電平電荷的情況下，即使第五布線的電位設(shè)定為％( < Vth L)，晶體管160也一直處于截止?fàn)顟B(tài)。因此，通過第二布線的電位可以讀取存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。
[0053]注意，在將存儲(chǔ)單元配置為陣列狀而使用的情況下，只讀取所希望的存儲(chǔ)單元的數(shù)據(jù)是必要的。因此，為了讀取預(yù)定的存儲(chǔ)單元的數(shù)據(jù)，且不讀取其它存儲(chǔ)單元的數(shù)據(jù)，在存儲(chǔ)單元之間將晶體管160并聯(lián)連接的情況下，可對(duì)不讀取其數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)單元的第五布線供給不管柵電極的狀態(tài)怎么樣都允許晶體管160成為截止的電位，也就是低于Vth H的電位。在存儲(chǔ)單元之間將晶體管160串聯(lián)連接的情況下，可對(duì)第五布線供給不管柵電極的狀態(tài)怎么樣都允許晶體管160成為導(dǎo)通的電位，也就是高于Vtl^的電位。
[0054]接著，將對(duì)數(shù)據(jù)的改寫進(jìn)行描述。數(shù)據(jù)的改寫與上述數(shù)據(jù)的寫入和存儲(chǔ)類似地執(zhí)行。也就是說(shuō)，將第四布線的電位設(shè)定為允許晶體管162成為導(dǎo)通的電位，而使晶體管162成為導(dǎo)通。由此，對(duì)晶體管160的柵電極和電容器164供給第三布線的電位(有關(guān)新數(shù)據(jù)的電位)。然后，將第四布線的電位設(shè)定為允許晶體管162成為截止的電位，使晶體管162成為截止。相應(yīng)地，對(duì)晶體管160的柵電極施加有關(guān)新數(shù)據(jù)的電荷。
[0055]在根據(jù)所公開的發(fā)明的半導(dǎo)體裝置中，通過上述數(shù)據(jù)的另一寫入，可以直接改寫數(shù)據(jù)。因此，不需要對(duì)于閃速存儲(chǔ)器等必要的擦除操作，并且可以抑制起因于擦除操作的操作速度的降低。換言之，可以實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體裝置的高速操作。
[0056]注意，將晶體管162的源電極或漏電極與晶體管160的柵電極電連接，由此該源電極或漏電極具有與用于非易失性存儲(chǔ)元件的浮動(dòng)?xùn)判途w管的浮動(dòng)?xùn)蓬愃频男ЧＳ纱?，在一些情況中將附圖中的晶體管162的源電極或漏電極與晶體管160的柵電極彼此電連接的部分稱為浮動(dòng)?xùn)挪縁G。當(dāng)晶體管162處于截止時(shí)，可以認(rèn)為該浮動(dòng)?xùn)挪縁G被埋設(shè)在絕緣體中，并且因此在浮動(dòng)?xùn)挪縁G中保持有電荷。使用氧化物半導(dǎo)體的晶體管162的截止電流的量小于或等于使用硅等而形成的晶體管的截止電流的量的十萬(wàn)分之一；因此可以不考慮由于晶體管162的漏電流而在浮動(dòng)?xùn)挪縁G中累積的電荷的丟失。也就是說(shuō)，通過使用氧化物半導(dǎo)體的晶體管162，可以實(shí)現(xiàn)非易失性存儲(chǔ)裝置。
[0057]例如，當(dāng)室溫下的晶體管162的截止電流密度大約為IOzA(IzA(zeptoampere)等于I X 10_21A)，并且電容器164的電容值大約為IpF時(shí)，至少可以存儲(chǔ)數(shù)據(jù)IO6秒或更久。不必說(shuō)存儲(chǔ)時(shí)間取決于晶體管特性和電容值。
[0058]另外，在此情況下不存在在常規(guī)的浮動(dòng)?xùn)判途w管中被指出的柵極絕緣膜(隧道絕緣膜)的劣化的問題。也就是說(shuō)，可以解決以往被視為問題的由于將電子注入到浮動(dòng)?xùn)哦鴮?dǎo)致的柵極絕緣膜的劣化。這意味著在原理上不存在寫入次數(shù)的限制。另外，在常規(guī)的浮動(dòng)?xùn)判途w管中寫入或擦除數(shù)據(jù)所需要的高電壓是不必要的。
[0059]可以用圖2A2中所示的電路結(jié)構(gòu)代替圖2A1中所示的半導(dǎo)體裝置的電路結(jié)構(gòu)，其中，半導(dǎo)體裝置中的晶體管等的構(gòu)成要素包括電阻器和電容器。換言之，可以認(rèn)為在圖2A2中，晶體管160和電容器164各包括電阻器和電容器。Rl和Cl分別標(biāo)記電容器164的電阻值和電容值。電阻值Rl相當(dāng)于取決于電容器164中包括的絕緣層的電阻值。R2和C2分別標(biāo)記晶體管160的電阻值和電容值。電阻值R2相當(dāng)于取決于在晶體管160處于導(dǎo)通時(shí)晶體管160中包括的柵極絕緣層的電阻值。電容值C2相當(dāng)于所謂的柵極電容(在柵電極和源電極以及在柵電極和漏電極之間形成的電容)值。注意，電阻值R2僅標(biāo)記晶體管160的柵電極與溝道形成區(qū)域之間的電阻值，并且為了明確這一點(diǎn)，通過虛線來(lái)表示連接的一部分。
[0060]在晶體管162處于截止時(shí)源電極和漏電極之間的電阻值(也稱為有效電阻)為ROS的情況下，當(dāng)Rl和R2滿足Rl≥ROS (Rl為ROS以上)、R2≥ROS (R2為ROS以上)時(shí)，主要通過晶體管162的截止電流來(lái)確定電荷的保持時(shí)間(也可以稱為數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)時(shí)間)。
[0061]另一方面，當(dāng)上述關(guān)系不滿足時(shí)，即使晶體管162的截止電流充分低，也難以充分確保保持期間。這是因?yàn)樵诰w管162之外部分生成的漏電流的量是大的。由此，可以說(shuō)本實(shí)施方式中所公開的半導(dǎo)體裝置希望滿足上述關(guān)系。
[0062]希望Cl和C2滿足Cl≥C2(C1為C2以上)。如果Cl是大的，當(dāng)由第五布線控制浮動(dòng)?xùn)挪縁G的電位時(shí)(例如當(dāng)進(jìn)行讀取時(shí))，可以使得第五布線的電位的變化是小的。
[0063]當(dāng)滿足上述關(guān)系時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)更優(yōu)選的半導(dǎo)體裝置。注意，Rl和R2由晶體管160或晶體管162的柵極絕緣層來(lái)控制。Cl和C2類似地被控制。因此，希望適當(dāng)?shù)卦O(shè)定柵極絕緣層的材料或厚度等，使得滿足上述關(guān)系。
[0064]圖21B中所示的半導(dǎo)體裝置是具有不設(shè)置圖2A1中示出的晶體管160的結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體裝置。在圖2B中所示的半導(dǎo)體裝置中，第一布線(也稱為第一信號(hào)線)與晶體管162的源電極和漏電極之一彼此電連接。第二布線(也稱為第二信號(hào)線)與晶體管162的柵電極彼此電連接。再者，晶體管162的源電極和漏電極中的另一個(gè)與電容器164的一個(gè)電極彼此電連接。第三布線(也稱為電容線)與電容器164的另一電極彼此電連接。
[0065]在此，將使用上述氧化物半導(dǎo)體的晶體管用作晶體管162。使用上述氧化物半導(dǎo)體的晶體管具有截止電流極低的特征。因此，當(dāng)晶體管162成為截止時(shí)，可以極長(zhǎng)時(shí)間地保持對(duì)電容器164供給的電位。注意，使用氧化物半導(dǎo)體的晶體管162的溝道長(zhǎng)度(L)為大于或等于IOnm且小于或等于lOOOnm，并且因此消耗小量的功率，并以極高速操作。
[0066]在圖2B中所示的半導(dǎo)體裝置利用可以保持對(duì)電容器164供給的電位的特征，由此可以如以下所示那樣進(jìn)行數(shù) 據(jù)的寫入、存儲(chǔ)、讀取。
[0067]首先，將對(duì)數(shù)據(jù)的寫入和存儲(chǔ)進(jìn)行描述。在此，為了簡(jiǎn)單起見，固定第三布線的電位。首先，將第二布線的電位設(shè)定為允許晶體管162成為導(dǎo)通的電位，使晶體管162成為導(dǎo)通。由此，對(duì)電容器164的一個(gè)電極供給第一布線的電位。也就是說(shuō)，對(duì)電容器164施加預(yù)定的電荷(寫入)。然后，將第二布線的電位設(shè)定為允許晶體管162成為截止的電位，使晶體管162成為截止。由此保持對(duì)電容器164施加的電荷(存儲(chǔ))。如上述，晶體管162具有極低的截止電流，并且因此可以長(zhǎng)時(shí)間地保持電荷。
[0068]接著，將對(duì)數(shù)據(jù)的讀取進(jìn)行描述。通過在對(duì)第一布線供給預(yù)定的電位(恒定電位)時(shí)，將第二布線的電位設(shè)定為允許晶體管162成為導(dǎo)通的電位，根據(jù)保持在電容器164中的電荷量，第一布線的電位變化。因此，通過第一布線的電位，可以讀取所存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)。
[0069]由于在讀取數(shù)據(jù)的情況下電容器164的電荷丟失，所以要注意執(zhí)行另一寫入。
[0070]接著，將對(duì)數(shù)據(jù)的改寫進(jìn)行描述。數(shù)據(jù)的改寫與數(shù)據(jù)的寫入和保持類似地執(zhí)行。也就是說(shuō)，將第二布線的電位設(shè)定為允許晶體管162成為導(dǎo)通的電位，使晶體管162成為導(dǎo)通。由此，對(duì)電容器164的一個(gè)電極供給第一布線的電位(有關(guān)新數(shù)據(jù)的電位)。然后，通過將第二布線的電位設(shè)定為允許晶體管162成為截止的電位，使晶體管162成為截止。由此對(duì)電容器164施加有關(guān)新數(shù)據(jù)的電荷。
[0071]根據(jù)所公開的發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置中，通過上述數(shù)據(jù)的另一寫入，可以直接改寫數(shù)據(jù)。由此，可以實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體裝置的高速操作。
[0072]注意，上述描述中，使用以電子為多數(shù)載流子的η溝道型晶體管。但是不必說(shuō)可以使用以空穴為多數(shù)載流子的P型晶體管代替η型晶體管。
[0073](實(shí)施例2)
在本實(shí)施例中，將參照?qǐng)D3Α至圖3Ε對(duì)使用氧化物半導(dǎo)體的半導(dǎo)體裝置的制造方法，具體地說(shuō)，對(duì)晶體管162的制造方法進(jìn)行描述。
[0074]首先，在襯底200上形成絕緣層138。然后，在絕緣層138上形成導(dǎo)電層，并對(duì)該導(dǎo)電層進(jìn)行選擇性的蝕刻使得形成源電極或漏電極142a及源電極或漏電極142b (參照?qǐng)D3A)。
[0075]作為襯底200，例如可以使用玻璃襯底。備選地，作為襯底200，除了玻璃襯底之外，襯底200還可以使用:使用如陶瓷襯底、石英襯底、藍(lán)寶石襯底等絕緣體形成的絕緣襯底；使用硅等半導(dǎo)體材料形成的半導(dǎo)體襯底；使用金屬或不銹鋼等導(dǎo)電體形成的導(dǎo)電襯底；以及以絕緣材料覆蓋其表面的這些襯底中的任何襯底等。另外，雖然塑料等具有撓性的襯底一股趨于具有低溫度上限，但是只要能夠耐受后面的制造步驟中的處理溫度，則也可以將其用作襯底200。
[0076]絕緣層138用作基底，并且可以通過PVD法或CVD法等形成。絕緣層138可以使用含有如氧化硅、氧氮化硅、氮化硅、氧化鉿、氧化鋁、氧化鉭等無(wú)機(jī)絕緣材料的材料來(lái)形成。注意，優(yōu)選絕緣層138包含盡可能少的氫或水。此外，還可以采用不設(shè)置絕緣層138的結(jié)構(gòu)。
[0077] 可以通過如濺射法等的PVD法或如等離子體CVD法等的CVD法來(lái)形成導(dǎo)電層。作為導(dǎo)電層的材料，可以使用選自鋁、鉻、銅、鉭、鈦、鑰及鎢中的元素；包含這些元素中的任何元素作為成分的合金等。此外，還可以使用選自錳、鎂、鋯和鈹中的一種或多種材料。備選地，還可以使用鋁與選自鈦、鉭、鎢、鑰、鉻、釹、鈧中的一種或多種元素組合的材料。
[0078]導(dǎo)電層可以具有單層結(jié)構(gòu)或包括兩層以上的分層結(jié)構(gòu)。例如導(dǎo)電層可以具有:鈦膜或氮化鈦膜的單層結(jié)構(gòu)；包含硅的鋁膜的單層結(jié)構(gòu)；在鋁膜上層疊鈦膜的雙層結(jié)構(gòu)；在氮化鈦膜上層疊鈦膜的雙層結(jié)構(gòu)；或以鈦膜、鋁膜及鈦膜這個(gè)順序?qū)盈B的三層結(jié)構(gòu)。注意，在導(dǎo)電層具有鈦膜或氮化鈦膜的單層結(jié)構(gòu)時(shí)，具有易于將導(dǎo)電層處理為具有錐形形狀的源電極或漏電極142a及源電極或漏電極142b的優(yōu)點(diǎn)。
[0079]備選地，導(dǎo)電層還可以使用導(dǎo)電金屬氧化物來(lái)形成。作為導(dǎo)電金屬氧化物可以使用氧化銦(In2O3)、氧化錫(SnO2)、氧化鋅(ZnO)、氧化銦氧化錫合金(In2O3-SnO2,在一些情況中簡(jiǎn)稱為ΙΤ0)、氧化銦氧化鋅合金(In2O3-ZnO)或者包括硅或氧化硅的這些金屬氧化物中的任何。
[0080]優(yōu)選以使得源電極或漏電極142a及源電極或漏電極142b的端部成為錐形的方式對(duì)導(dǎo)電層進(jìn)行蝕刻。這里，錐形角例如優(yōu)選為大于或等于30°且小于或等于60°。注意，“錐形角”是指當(dāng)從垂直于具有錐形形狀的層的截面(垂直于襯底表面的面)方向觀察該具有錐形形狀的層(例如，源電極或漏電極142a)時(shí)，該層的側(cè)面與底面之間的傾斜角。通過以源電極或漏電極142a及源電極或漏電極142b的端部成為錐形的方式進(jìn)行蝕刻；相應(yīng)地，可以提高后面形成的柵極絕緣層146的覆蓋性，并防止斷開。
[0081]晶體管的溝道長(zhǎng)度(L)由源電極或漏電極142a的下端部與源電極或漏電極142b的下端部之間的距離確定。注意，在晶體管的溝道長(zhǎng)度(L)是25nm或更小的情況下，優(yōu)選用波長(zhǎng)不到幾納米至幾十納米的極紫外線(ExtremeUltraviolet)來(lái)執(zhí)行用來(lái)形成掩模的曝光。用極紫外線的曝光的分辨率高且聚焦深度大。由于這些原因，后面形成的晶體管的溝道長(zhǎng)度(L)可以在大于或等于IOnm且小于或等于1000nm(Iym)的范圍中，并且電路可以以更高速度操作。再者，通過微型化可以導(dǎo)致半導(dǎo)體裝置的功耗低。
[0082]注意，還可以在源電極或漏電極142a及源電極或漏電極142b上形成絕緣層。通過設(shè)置該絕緣層，可以降低后面形成的柵電極與源電極或漏電極142a及柵電極與源電極或漏電極142b之間形成的寄生電容。
[0083]接著，形成 氧化物半導(dǎo)體層144以覆蓋源電極或漏電極142a及源電極或漏電極142b (參照?qǐng)D3B)。
[0084]可以使用如下氧化物半導(dǎo)體中的任何來(lái)形成氧化物半導(dǎo)體層144:四元金屬氧化物，例如基于In-Sn-Ga-Zn-O的氧化物半導(dǎo)體；三元金屬氧化物，例如基于In-Ga-Zn-O的氧化物半導(dǎo)體、基于In-Sn-Zn-O的氧化物半導(dǎo)體、基于In-Al-Zn-O的氧化物半導(dǎo)體、基于Sn-Ga-Zn-O的氧化物半導(dǎo)體、基于Al-Ga-Zn-O的氧化物半導(dǎo)體以及基于Sn-Al-Zn-O的氧化物半導(dǎo)體；二元金屬氧化物，例如基于In-Zn-O的氧化物半導(dǎo)體、基于Sn-Zn-O的氧化物半導(dǎo)體、基于Al-Zn-O的氧化物半導(dǎo)體、基于Zn-Mg-O的氧化物半導(dǎo)體、基于Sn-Mg-O的氧化物半導(dǎo)體、基于In-Mg-O的氧化物半導(dǎo)體；一元金屬氧化物，例如基于In-O的氧化物半導(dǎo)體、基于Sn-O的氧化物半導(dǎo)體以及基于Zn-O的氧化物半導(dǎo)體。
[0085]尤其是基于In-Ga-Zn-O的氧化物半導(dǎo)體材料在無(wú)電場(chǎng)時(shí)具有充分高的電阻并且因此能夠充分地降低截止電流。另外，場(chǎng)效應(yīng)遷移率也高，所以基于In-Ga-Zn-O的氧化物半導(dǎo)體材料合適于半導(dǎo)體裝置中使用的半導(dǎo)體材料。
[0086]作為基于In-Ga-Zn-O的氧化物半導(dǎo)體材料的典型例子，給出表示為InGaO3(ZnO)m(m>0且m不限于自然數(shù))的氧化物半導(dǎo)體材料。使用M代替Ga，有表達(dá)為InMO3 (ZnO)>>0且m不限于自然數(shù))的氧化物半導(dǎo)體材料。在此，M標(biāo)記選自鎵(Ga)、鋁(Al)、鐵(Fe)、鎳(Ni)、錳(Mn)、鈷(Co)等中的一種金屬元素或多種金屬元素。例如，M可以是Ga、Ga及Al、Ga及Fe、Ga及N1、Ga及Mn、Ga及Co等。注意,上述組成是根據(jù)氧化物半導(dǎo)體可以具有的結(jié)晶結(jié)構(gòu)而導(dǎo)出的，并且僅是例子。[0087]作為用于以濺射法形成氧化物半導(dǎo)體層144的靶材，優(yōu)選使用具有In: Ga: Zn=I: X: y(X為O以上以及y為大于或等于0.5且小于或等于5)的組成比的靶材。例如，可以使用其組成比為In2O3: Ga2O3: ZnO=I: I: 2[摩爾數(shù)比]的祀材等。備選地，還可以使用組成比為In2O3: Ga2O3: ZnO = I: I: I [摩爾數(shù)比]的靶材、組成比為In2O3: Ga2O3: ZnO=1:1: 4[摩爾數(shù)比]的革巴材或組成比為In2O3: ZnO=1: 2[摩爾數(shù)比]的祀材。
[0088]在本實(shí)施例中，通過使用基于In-Ga-Zn-O的金屬氧化物靶材的濺射法形成非晶結(jié)構(gòu)的氧化物半導(dǎo)體層144。
[0089]優(yōu)選的是，金屬氧化物靶材中包含的金屬氧化物具有80%以上的相對(duì)密度，優(yōu)選是95%以上，更優(yōu)選是99 .9%以上。通過使用相對(duì)密度高的金屬氧化物靶材，可以形成具有致密結(jié)構(gòu)的氧化物半導(dǎo)體層144。
[0090]氧化物半導(dǎo)體層144的形成氣氛優(yōu)選為稀有氣體(典型為氬)氣氛、氧氣氛或稀有氣體(典型為氬)和氧的混合氣氛。具體地說(shuō)，例如，優(yōu)選使用去除氫、水、羥基或氫化物等的雜質(zhì)使得濃度是Ippm以下(優(yōu)選為IOppb以下)的高純度氣體氣氛。
[0091]當(dāng)形成氧化物半導(dǎo)體層144時(shí)，例如，將襯底放入保持為減壓狀態(tài)的處理室內(nèi)，并對(duì)襯底進(jìn)行加熱以使襯底溫度高于或等于100°c且低于550°C，優(yōu)選為高于或等于200°C且低于或等于400°C。備選地，形成氧化物半導(dǎo)體層144時(shí)的襯底溫度可以為室溫。然后，邊去除處理室內(nèi)的水分邊引入去除了氫或水等的濺射氣體，由此使用上述靶材形成氧化物半導(dǎo)體層144。邊加熱襯底邊形成氧化物半導(dǎo)體層144，使得可以減少氧化物半導(dǎo)體層144中包含的雜質(zhì)。另外，可以減輕因?yàn)R射而帶來(lái)的損傷。優(yōu)選使用吸附式真空泵以便去除在處理室中的水分。例如，可以使用低溫泵、離子泵或鈦升華泵。另外，還可以使用設(shè)置有冷阱的渦輪泵。通過使用低溫泵等進(jìn)行排氣，可以將氫或水等從處理室中去除，由此可以降低氧化物半導(dǎo)體層144中的雜質(zhì)濃度。
[0092]例如可以在以下條件下形成氧化物半導(dǎo)體層144:襯底與靶材之間的距離為170mm;壓力為0.4Pa;直流(DC)功率為0.5kW;以及氣氛為氧(氧流量比率100%)氣氛、氬(氬流量比率100%)氣氛或氧和氬的混合氣氛。注意，優(yōu)選使用脈沖直流(DC)電源，因?yàn)榭梢詼p少膜沉積時(shí)生成的粉狀物質(zhì)(也稱為微粒或塵屑)且厚度分布可以是均勻。氧化物半導(dǎo)體層144的厚度為大于或等于Inm且小于或等于50nm，優(yōu)選為大于或等于Inm且小于或等于30nm，更優(yōu)選為大于或等于Inm且小于或等于10nm。使用具有這種厚度的氧化物半導(dǎo)體層144，可以抑制由于微型化而導(dǎo)致的短溝道效應(yīng)。注意，根據(jù)使用的氧化物半導(dǎo)體材料及半導(dǎo)體裝置的用途等適當(dāng)?shù)暮穸纫膊煌灰虼丝梢愿鶕?jù)要使用的材料及用途來(lái)設(shè)定適當(dāng)?shù)暮穸取?br> [0093]注意，在通過濺射法形成氧化物半導(dǎo)體層144之前，優(yōu)選通過引入氬氣體并產(chǎn)生等離子體的反濺射來(lái)去除附著到表面(例如絕緣層138的表面)的材料，在該表面上形成氧化物半導(dǎo)體層144。這里，反濺射是指以下一種方法:通常的濺射是使離子碰撞濺射靶材，而反濺射與其相反，其通過使離子碰撞要處理的表面使得修改表面。使離子碰撞要處理的表面的方法，是在氬氣氛中對(duì)表面施加高頻電壓使得在襯底附近生成等離子體的方法。注意，也可以使用氮?dú)夥?、氦氣氛、氧氣氛等代替氬氣氛?br> [0094]然后，優(yōu)選對(duì)氧化物半導(dǎo)體層144執(zhí)行熱處理(第一熱處理)。通過該第一熱處理，可以去除氧化物半導(dǎo)體層144中包含的過量的氫(包括水及羥基)；因此，可以改善氧化物半導(dǎo)體層的結(jié)構(gòu)，并且可以降低能隙中的缺陷能級(jí)。例如，第一熱處理的溫度可以為高于或等于300°C且低于550°C，或者高于或等于400°C且低于或等于500°C。
[0095]例如，可以用以下這種方式來(lái)執(zhí)行熱處理:將對(duì)象放入使用電阻發(fā)熱元件等的電爐中，并在氮?dú)夥罩幸?50°C加熱I個(gè)小時(shí)。在熱處理期間，不使氧化物半導(dǎo)體層144暴露于大氣使得可以防止水或氫的混入。
[0096]熱處理裝置不限于電爐，并且還可以是通過來(lái)自被加熱的氣體等的介質(zhì)的熱傳導(dǎo)或熱福射來(lái)加熱對(duì)象的裝置。例如，可以使用燈快速熱退火(Lamp Rapid Thermal Anneal,LRTA)裝置、氣體快速熱退火(Gas Rapid Thermal Anneal, GRTA)裝置等的快速熱退火(RapidThermal Anneal, RTA)裝置。LRTA裝置是通過從鹵素?zé)?、金屬鹵化物燈、氙弧燈、碳弧燈、高壓鈉燈或者高壓汞燈等的燈發(fā)射的光(電磁波)輻射來(lái)加熱對(duì)象的裝置。GRTA裝置是使用高溫氣體執(zhí)行熱處理的裝置。作為氣體，使用如氬等的稀有氣體或氮等的即使進(jìn)行熱處理也不與對(duì)象產(chǎn)生反應(yīng)的惰性氣體。
[0097]例如，作為第一熱處理，可以如下執(zhí)行GRTA過程。將對(duì)象放入已經(jīng)被加熱的惰性氣體氣氛中，進(jìn)行幾分鐘的加熱，并且再將對(duì)象從該惰性氣體氣氛中取出。GRTA過程在短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)高溫?zé)崽幚?。另外，即使溫度超過對(duì)象的溫度上限，也可采用GRTA方法。注意，在過程期間，還可以將惰性氣體換為包含氧的氣體。這是由于以下緣故:通過在包含氧的氣氛中執(zhí)行第一熱處理，可以降低因氧缺乏而引起能隙中的缺陷能級(jí)。
[0098]注意，作為惰性氣體氣氛，優(yōu)選使用包含氮或稀有氣體(氦、氖、気等)為主要成分且不包含水、氫等的氣氛。例如，引入熱處理裝置中的氮或氦、氖、氬等的稀有氣體的純度為6Ν(99.9999% )以上， 優(yōu)選為7Ν(99.99999% )以上(即，雜質(zhì)濃度為Ippm以下，優(yōu)選為0.1ppm 以下)ο
[0099]總之，形成通過第一熱處理減少雜質(zhì)的i型(本征)或基本上i型的氧化物半導(dǎo)體層144，其使得具有極優(yōu)越的特性的晶體管能夠?qū)崿F(xiàn)。
[0100]上述熱處理(第一熱處理)可以稱為脫水化處理或脫氫化處理等因?yàn)槠渚哂腥コ龤浠蛩鹊男Ч??？梢栽谛纬裳趸锇雽?dǎo)體層之后、形成柵極絕緣層之后或形成柵電極之后執(zhí)行該脫水化處理或脫氫化處理。這種脫水處理、脫氫處理可執(zhí)行一次或多次。
[0101]接著，形成接觸氧化物半導(dǎo)體層144的柵極絕緣層146 (參照?qǐng)D3C)。柵極絕緣層146可以通過CVD法或?yàn)R射法等形成。柵極絕緣層146優(yōu)選以包含氧化硅、氮化硅、氧氮化硅、氧化鋁、氧化鉭、氧化鉿、氧化釔、硅酸鉿(HfSixOyU > O、y > O))、添加有氮的硅酸鉿(HfSixOyNz (X > 0、y > 0、z > O))、添加有氮的鋁酸鉿(HfAlxOyNz (x >0、y>0、z>0))等的方式形成。柵極絕緣層146可以具有單層結(jié)構(gòu)或疊層結(jié)構(gòu)。對(duì)厚度沒有特別的限制；但是在對(duì)半導(dǎo)體裝置進(jìn)行微型化的情況中，為了確保晶體管的操作厚度優(yōu)選是小的。例如，在使用氧化硅的情況中，厚度可以為大于或等于Inm且小于或等于lOOnm，優(yōu)選為大于或等于IOnm且小于或等于50nm。
[0102]如上述，當(dāng)柵極絕緣層146是薄的時(shí)，存在因隧道效應(yīng)等引起柵極泄漏的問題。為了解決柵極泄漏的問題，優(yōu)選使用如氧化鉿、氧化鉭、氧化釔、硅酸鉿(HfSixOyU > O、y >O))、添加有氮的硅酸鉿(HfSixOyNzU > 0、y > 0、z > O))或添加有氮的鋁酸鉿(HfAlxOyNzU>0、y>0、z>0))等的高介電常數(shù)(高k)材料用于柵極絕緣層146。通過將高k材料用于柵極絕緣層146，可以確保電特性，而且厚度可以是大的，以防止柵極泄漏。注意，還可以采用包含高k材料的膜與包含氧化硅、氮化硅、氧氮化硅、氮氧化硅、氧化鋁等中的任何材料的膜的疊層結(jié)構(gòu)。
[0103]在形成柵極絕緣層146之后，希望在惰性氣體氣氛或氧氣氛中執(zhí)行第二熱處理。熱處理的溫度設(shè)定為高于或等于200°C且低于或等于450°C，優(yōu)選高于或等于250°C且低于或等于350°C。例如，可以在氮?dú)夥罩幸?50°C執(zhí)行I個(gè)小時(shí)的熱處理。第二熱處理，可以降低晶體管的電特性中的變化。另外，在柵極絕緣層146包含氧的情況中，向氧化物半導(dǎo)體層144供給氧，以覆蓋該氧化物半導(dǎo)體層144中的氧缺陷，使得可以形成i型(本征半導(dǎo)體)或基本上i型的氧化物半導(dǎo)體層。
[0104]注意，在本實(shí)施例中，在形成柵極絕緣層146之后執(zhí)行第二熱處理；第二熱處理的時(shí)序不限定于此。例如，也可以在形成柵電極之后執(zhí)行第二熱處理。備選地，可以在第一熱處理之后執(zhí)行第二熱處理，第一熱處理可以兼作第二熱處理，或第二熱處理可以兼作第一熱處理。
[0105]接著，在柵極絕緣層146上在與氧化物半導(dǎo)體層144重疊的區(qū)域中形成柵電極148a (參照?qǐng)D3D)?？梢酝ㄟ^在柵極絕緣層146上形成導(dǎo)電層以及然后對(duì)該導(dǎo)電層進(jìn)行選擇性的蝕刻的方式來(lái)形成柵電極148a。要成為柵電極148a的導(dǎo)電層可以通過如濺射法等代表的PVD法或如等離子體CVD法等的CVD法來(lái)形成。詳細(xì)內(nèi)容與形成源電極或漏電極142a等的情況類似；因此可以參照其描述。注意，在形成柵電極148a時(shí)，還可以形成上述實(shí)施例中的電容器164的電極148b。
[0106]接著，在柵極絕緣層146及柵電極148a上形成層間絕緣層150及層間絕緣層152(參照?qǐng)D3E)。層間絕緣層150及層間絕緣層152可以通過PVD法或CVD法等形成。還可以使用包含氧化硅、氧氮化硅、氮化硅、氧化鉿、氧化鋁或氧化鉭等的無(wú)機(jī)絕緣材料的材料形成層間絕緣層150及層間絕緣層152。注意，在本實(shí)施例中使用層間絕緣層150與層間絕緣層152的疊層結(jié)構(gòu)，但是所公開的發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例不限定于此例子。還可以使用單層結(jié)構(gòu)或具有三層以上的疊層結(jié)構(gòu)。備選地，不一定設(shè)置層間絕緣層。
[0107]注意，希望將層間絕緣層152的表面形成得較為平坦。這是由于:例如即使在將半導(dǎo)體裝置微型化的情況中，也可以順利地在層間絕緣層152上形成電極或布線等?？梢允褂肅MP(化學(xué)機(jī)械拋光)等方法進(jìn)行層間絕緣層152的平坦化。
[0108]通過上述步驟完成使用被高純度化的氧化物半導(dǎo)體層144的晶體管162(參照?qǐng)D3E)。
[0109]圖3E中所示的晶體管162包括:氧化物半導(dǎo)體層144 ；電連接到氧化物半導(dǎo)體層144的源電極或漏電極142a及源電極或漏電極142b ;覆蓋氧化物半導(dǎo)體層144、源電極或漏電極142a及源電極或漏電極142b的柵極絕緣層146 ;柵極絕緣層146上的柵電極148a ；柵極絕緣層146和柵電極148a上的層間絕緣層150 ;以及層間絕緣層150上的層間絕緣層152。
[0110]在本實(shí)施例中所示的晶體管162中，由于氧化物半導(dǎo)體層144被高純度化，所以氫濃度為5 X IO19個(gè)原子/cm3以下，優(yōu)選為5 X IO18個(gè)原子/cm3以下，更優(yōu)選為5 X IO17個(gè)原子/cm3以下。另外，氧化物半導(dǎo)體層144的載流子濃度的值與通常的硅片中的載流子濃度(大約I X IO1Vem3)相比是充分小的(例如，低于I X 1012/cm3，更優(yōu)選為低于1.45X IO10/cm3)。因此，截止電流充分小。例如，晶體管162在室溫下的截止電流密度(通過將截止電流除以晶體管的溝道寬度獲得的值)為大約IOzA/ μπι至IOOzA/ μ m(IzA(zeptoampere)為I X I(T21A)。
[0111]通過使用被高純度化并且變得本征的氧化物半導(dǎo)體層144，可以充分地降低晶體管的截止電流。然后，通過使用該種晶體管，可以獲得能夠在極長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)存儲(chǔ)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的半導(dǎo)體裝置。
[0112]以上本實(shí)施例所描述的結(jié)構(gòu)和方法等可以與其它實(shí)施例所描述的任何結(jié)構(gòu)和方法等適當(dāng)?shù)亟M合。
[0113](實(shí)施例3)
在本實(shí)施例中，將參照?qǐng)D4A至4E對(duì)使用氧化物半導(dǎo)體(尤其是具有非晶結(jié)構(gòu)的氧化物半導(dǎo)體)的晶體管的制造方法進(jìn)行描述?？梢允褂迷摼w管代替任何上述實(shí)施例中的晶體管162等。根據(jù)本實(shí)施例的晶體管的結(jié)構(gòu)與根據(jù)任何上述實(shí)施例中的晶體管的結(jié)構(gòu)彼此部分相同。因此，以下主要對(duì)其不同之處進(jìn)行描述。下面以頂柵型晶體管為例進(jìn)行描述；但是晶體管的結(jié)構(gòu)不限于頂柵型結(jié)構(gòu)。
[0114]首先，在襯底200上形成絕緣層202。然后，在絕緣層202上形成氧化物半導(dǎo)體層206 (參照?qǐng)D4A)。
[0115]例如，任何上述實(shí)施例中的襯底200可以用于本實(shí)施例中的襯底200。
[0116]絕緣層202相當(dāng)于任何上述實(shí)施例中的絕緣層138，并用作基底。詳細(xì)內(nèi)容可以參照任何上述實(shí)施例。注意，還可以采用不設(shè)置絕緣層202的結(jié)構(gòu)。
[0117]氧化物半導(dǎo)體層206相當(dāng)于任何上述實(shí)施例中的氧化物半導(dǎo)體層144。至于可以使用的材料、制造方法等的詳細(xì)內(nèi)容可以參照任何上述實(shí)施例。
[0118]在本實(shí)施例中，通過使用基于In-Ga-Zn-O的金屬氧化物靶材的濺射法形成具有非晶結(jié)構(gòu)的氧化物半導(dǎo)體層206。
[0119]接著，通過使用掩模的蝕刻等的方法處理氧化物半導(dǎo)體層206，使得形成島狀的氧化物半導(dǎo)體層206a。
[0120]作為氧化物半導(dǎo)體層206的蝕刻方法，可以采用干蝕刻或濕蝕刻。不必說(shuō)，也可以組合干蝕刻和濕蝕刻而使用。根據(jù)材料適當(dāng)?shù)卦O(shè)定蝕刻條件(蝕刻氣體、蝕刻劑、蝕刻時(shí)間、溫度等)，使得可以將氧化物半導(dǎo)體層蝕刻成所希望的形狀。
[0121]用于干蝕刻的蝕刻氣體的例子有包含氯的氣體(基于氯的氣體，例如氯(Cl2)、三氯化硼(BCl3)、四氯化硅(SiCl4)、四氯化碳(CCl4)等)。另外，還可以使用包含氟的氣體(基于氟的氣體，例如四氟化碳(CF4)、六氟化硫(SF6)、三氟化氮(NF3)、三氟甲烷(CHF3)等)、溴化氫(HBt)、氧(O2)或添加了氦(He)或氬(Ar)等的稀有氣體的這些氣體中的任何等。[0122]作為干蝕刻法，可以使用平行平板型RIE (反應(yīng)性離子蝕刻)法或ICP (感應(yīng)耦合等離子體)蝕刻法。為了將氧化物半導(dǎo)體層蝕刻成所希望的形狀，適當(dāng)?shù)卦O(shè)定蝕刻條件(施加到線圈形電極的電功率的量、施加到對(duì)象側(cè)的電極的電功率的量以及對(duì)象側(cè)的電極溫度等。[0123]作為用于濕蝕刻的蝕刻劑，可以使用將磷酸、醋酸以及硝酸混合的溶液等。還可以使用(日本關(guān)東化學(xué)公司生產(chǎn)的ΠΤ0-07Ν等的蝕刻劑。[0124]優(yōu)選以其端部成為錐形形狀的方式對(duì)氧化物半導(dǎo)體層206a進(jìn)行蝕刻。這里，錐形角例如優(yōu)選為大于或等于30°且小于或等于60°。注意，“錐形角”是指:當(dāng)從垂直于具有錐形形狀的層的截面的方向(垂直于對(duì)象的表面的平面)觀察具有錐形形狀的層(例如氧化物半導(dǎo)體層206a)時(shí)該層的側(cè)面與底面之間形成的傾斜角。通過以氧化物半導(dǎo)體層206a的端部形成為錐形形狀的方式進(jìn)行蝕刻；相應(yīng)地，可以提高后面形成的源電極或漏電極208a、源電極或漏電極208b的覆蓋性，并可以防止斷開。
[0125]之后，優(yōu)選對(duì)氧化物半導(dǎo)體層206a執(zhí)行熱處理(第一熱處理)。通過該第一熱處理，可以去除氧化物半導(dǎo)體層206a中包含的過量的氫(包括水及羥基)；因此，可以改善氧化物半導(dǎo)體層的結(jié)構(gòu)，并可以降低能隙中的缺陷能級(jí)。詳細(xì)內(nèi)容可以參照上述實(shí)施例。在如這里所描述那樣地在蝕刻之后執(zhí)行熱處理(第一熱處理)的情況中，即便在使用濕蝕刻時(shí)，也可以在蝕刻速率高的狀態(tài)下執(zhí)行蝕刻；由此，有可以縮短蝕刻所要求的時(shí)間的優(yōu)點(diǎn)。
[0126]注意，也可以對(duì)未被處理為島狀的氧化物半導(dǎo)體層206a的氧化物半導(dǎo)體層206執(zhí)行第一熱處理。在該情況中，在第一熱處理之后，將襯底200從加熱裝置中取出并執(zhí)行光刻步驟。
[0127]上述熱處理(第一熱處理)還可以稱為脫水化處理或脫氫化處理等，因?yàn)槠渚哂腥コ龤浠蛩鹊男Ч?。例如，可以在形成氧化物半?dǎo)體層之后、在氧化物半導(dǎo)體層206a上形成源電極及漏電極之后或形成柵極絕緣層之后執(zhí)行該脫水化處理或脫氫化處理。這種脫水化處理、脫氫化處理可執(zhí)行一次或多次。
[0128]接著，以接觸氧化物半導(dǎo)體層206a的方式形成導(dǎo)電層。對(duì)導(dǎo)電層進(jìn)行選擇性的蝕刻以形成源電極或漏電極208a及源電極或漏電極208b (參照?qǐng)D4B)。至于導(dǎo)電層、源電極或漏電極208a及源電極或漏電極208b等的詳細(xì)內(nèi)容，可以參照任何上述實(shí)施例中關(guān)于導(dǎo)電層或源電極或漏電極等的描述。
[0129]接著，形成接觸于氧化物半導(dǎo)體層206a的一部分的柵極絕緣層212 (參照?qǐng)D4C)。至于柵極絕緣層212的詳細(xì)內(nèi)容，可以參照任何上述實(shí)施例中的關(guān)于柵極絕緣層等的描述。
[0130]在形成柵極絕緣層212之后，希望在惰性氣體氣氛或氧氣氛中執(zhí)行第二熱處理。至于第二熱處理的詳細(xì)內(nèi)容也可以參照上述實(shí)施例。
[0131]注意，在本實(shí)施例中，在形成柵極絕緣層212之后執(zhí)行第二熱處理；第二熱處理的時(shí)序不限定于此。例如，也可以在形成柵電極之后執(zhí)行第二熱處理。
[0132]接著，在柵極絕緣層212上在與氧化物半導(dǎo)體層206a重疊的區(qū)域中形成柵電極214(參照?qǐng)D4D)。可以通過在柵極絕緣層212上形成導(dǎo)電層以及然后對(duì)該導(dǎo)電層進(jìn)行選擇性地蝕刻的方式來(lái)形成柵電極214。至于柵電極214的詳細(xì)內(nèi)容，可以參照上述實(shí)施例。注意，在形成柵電極214時(shí)，還可以形成任何上述實(shí)施例中的電容器的電極。
[0133]接著，在柵極絕緣層212及柵電極214上形成層間絕緣層216及層間絕緣層218(參照?qǐng)D4E)。至于其詳細(xì)內(nèi)容，可以參照上述實(shí)施例。注意，不一定設(shè)置層間絕緣層。
[0134]通過上述步驟，完成使用具有非晶結(jié)構(gòu)的被高純度化的氧化物半導(dǎo)體層206a的晶體管250(參照?qǐng)D4E)。注意，根據(jù)熱處理的條件，在氧化物半導(dǎo)體層206a中可以存在極少量的結(jié)晶成分。
[0135]通過使用被高純度化并變得本征的氧化物半導(dǎo)體層206a，可以充分地降低晶體管的截止電流。然后，通過使用該種晶體管，可以獲得能夠在極長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)存儲(chǔ)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的半導(dǎo)體裝置。
[0136]注意，在本實(shí)施例中，對(duì)頂柵型的晶體管中源電極及漏電極的下部與氧化物半導(dǎo)體層的上部彼此接觸的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了描述；但是可以應(yīng)用本實(shí)施例的結(jié)構(gòu)的晶體管不限于此。例如，也可以將本實(shí)施例中的結(jié)構(gòu)的一部分應(yīng)用于頂柵型晶體管中源電極及漏電極的上部與氧化物半導(dǎo)體層的下部彼此接觸的結(jié)構(gòu)(圖1A、圖1B、圖1C、圖1D、圖3A至3E中所示的結(jié)構(gòu)等)。備選地，也可以將本實(shí)施例的一部分應(yīng)用于:底柵型晶體管中源電極及漏電極的下部與氧化物半導(dǎo)體層的上部彼此接收的結(jié)構(gòu)；底柵型晶體管中源電極及漏電極的上部與氧化物半導(dǎo)體層的下部彼此接觸的結(jié)構(gòu)等。也就是說(shuō)，根據(jù)本實(shí)施例，可以實(shí)現(xiàn)包括具有非晶結(jié)構(gòu)的氧化物半導(dǎo)體的各種各樣的晶體管。
[0137]本實(shí)施例中所描述的結(jié)構(gòu)、方法等可以與其它實(shí)施例中描述的任何結(jié)構(gòu)、方法等適當(dāng)?shù)亟M合。
[0138](實(shí)施例4)
在本實(shí)施例中，將參照?qǐng)D5A至5E來(lái)描述使用氧化物半導(dǎo)體的晶體管的制造方法。在本實(shí)施例中，對(duì)以下情況進(jìn)行詳細(xì)描述:使用包括結(jié)晶區(qū)域的第一氧化物半導(dǎo)體層及從第一氧化物半導(dǎo)體層的結(jié)晶區(qū)域進(jìn)行結(jié)晶成長(zhǎng)的第二氧化物半導(dǎo)體層作為氧化物半導(dǎo)體層。可以使用該晶體管代替任何上述實(shí)施例中的晶體管162等。另外，根據(jù)本實(shí)施例的晶體管的結(jié)構(gòu)與根據(jù)任何上述實(shí)施例中的晶體管的結(jié)構(gòu)彼此部分相同。所以，下面主要對(duì)其不同之處進(jìn)行描述。
[0139]注意，當(dāng)僅通過第一氧化物半導(dǎo)體層就能獲得所需要的厚度時(shí)，第二氧化物半導(dǎo)體層是不必要的。另外，下面描述頂柵型的晶體管的例子；但是晶體管的結(jié)構(gòu)不限于頂柵型。
[0140]首先，在襯底300上形成絕緣層302。然后，在絕緣層302上形成第一氧化物半導(dǎo)體層，并通過第一熱處理使至少包括第一氧化物半導(dǎo)體層表面的區(qū)域晶化，以形成第一氧化物半導(dǎo)體層304 (參照?qǐng)D5A)。
[0141]至于襯底300的詳細(xì)內(nèi)容，可以參照上述實(shí)施例。
[0142]絕緣層302用作基底。至于絕緣層302的詳細(xì)內(nèi)容，也可以參照任何上述實(shí)施例。注意，可以采用不設(shè)置絕緣層302的結(jié)構(gòu)。 [0143]第一氧化物半導(dǎo)體層可以用與任何上述實(shí)施例中的氧化物半導(dǎo)體層的形成方式類似的方式形成。所以，關(guān)于第一氧化物半導(dǎo)體層及其制造方法的詳細(xì)內(nèi)容，可以參照任何上述實(shí)施例。注意，在本實(shí)施例中，優(yōu)選使用易于晶化的氧化物半導(dǎo)體形成第一氧化物半導(dǎo)體層，以便有意通過第一熱處理意使第一氧化物半導(dǎo)體層晶化。作為這種氧化物半導(dǎo)體，例如給出ZnO等。在基于In-Ga-Zn-O的氧化物半導(dǎo)體中，例如Zn濃度高的易于晶化，所以為了實(shí)現(xiàn)上述目的，優(yōu)選使用金屬元素(In、Ga、Zn)中Zn所占的比率為原子占60%以上的基于In-Ga-Zn-O的氧化物半導(dǎo)體。第一氧化物半導(dǎo)體層的厚度優(yōu)選設(shè)定為大于或等于Inm且小于或等于10nm。在本實(shí)施例中，作為一個(gè)例子將厚度設(shè)定為3nm。注意，由于根據(jù)要使用的氧化物半導(dǎo)體材料及半導(dǎo)體裝置的用途等第一氧化物半導(dǎo)體層的適當(dāng)厚度也不同；所以可以根據(jù)材料及用途等適當(dāng)選擇厚度。
[0144]將第一熱處理的溫度設(shè)定為高于或等于550°C且低于或等于850°C，優(yōu)選設(shè)定為高于或等于600°C且低于或等于750°C。另外，熱處理的時(shí)間長(zhǎng)度優(yōu)選為大于或等于I分且小于或等于24小時(shí)。注意，根據(jù)氧化物半導(dǎo)體的種類等，熱處理的溫度及熱處理的時(shí)間長(zhǎng)度不同。
[0145]另外，第一熱處理的氣氛，優(yōu)選是不包含氫或水等的氣氛。例如，可以采用水被充分地去除了的氮?dú)夥?、氧氣氛、稀有氣體(氦、氖、氬等)氣氛。
[0146]作為可以使用的熱處理裝置，除了電爐之外，還有通過來(lái)自被加熱的氣體等的介質(zhì)的熱傳導(dǎo)或熱福射來(lái)加熱對(duì)象的裝置。例如，可以使用燈快速熱退火(LampRapidThermal Anneal:LRTA)裝置、氣體快速熱退火(Gas Rapid Thermal Anneal:GRTA)裝置等的快速熱退火(RapidThermal Anneal:RTA)裝置。LRTA裝置是通過從鹵素?zé)簟⒔饘冫u化物燈、氙弧燈、碳弧燈、高壓鈉燈或者高壓汞燈等的燈發(fā)射的光(電磁波)輻射來(lái)加熱對(duì)象的裝置。GRTA裝置是使用高溫氣體執(zhí)行熱處理的裝置。作為氣體，使用如氬等的稀有氣體或如氮等的即使進(jìn)行熱處理也不與對(duì)象產(chǎn)生反應(yīng)的惰性氣體。
[0147]通過上述第一熱處理，至少包括第一氧化物半導(dǎo)體層的表面的區(qū)域被晶化。用以下這種方式來(lái)形成該結(jié)晶區(qū)域:由第一氧化物半導(dǎo)體層表面向第一氧化物半導(dǎo)體層內(nèi)部進(jìn)行結(jié)晶成長(zhǎng)。注意，該結(jié)晶區(qū)域在一些情況中包含平均厚度為大于或等于Inm且小于或等于IOnm的板狀結(jié)晶。另外，該結(jié)晶區(qū)域在一些情況中包括其c軸在基本上垂直于氧化物半導(dǎo)體層的表面的方向上取向的結(jié)晶。這里，“基本上平行方向”是指從平行方向±10°以內(nèi)的方向，“基本上垂直方向”是指從垂直方向± 10度以內(nèi)的方向。
[0148]通過第一熱處理，優(yōu)選在形成結(jié)晶區(qū)域時(shí)去除第一氧化物半導(dǎo)體層中包含的氫(包括水及羥基)等。在去除氫等的情況中，優(yōu)選在純度為6N (99.9999%)以上(B卩，雜質(zhì)濃度為Ippm以下)的氮?dú)夥?、氧氣氛、稀有氣體(氦、氖、氬等)氣氛中執(zhí)行第一熱處理。更優(yōu)選使用純度為7N(99.99999%)以上(即，雜質(zhì)濃度為0.1ppm以下)的氣氛。另外，還可以在H2O濃度為20ppm以下的超干燥空氣中，優(yōu)選的是在H2O濃度為Ippm以下的超干燥空氣中執(zhí)行第一熱處理。
[0149]另外，通過第一熱處理，優(yōu)選在形成結(jié)晶區(qū)域時(shí)對(duì)第一氧化物半導(dǎo)體層供給氧。例如，通過將氧氣氛用作熱處理的氣氛，可以對(duì)第一氧化物半導(dǎo)體層供給氧。
[0150]在本實(shí)施例中，第一熱處理如下:通過在氮?dú)夥障乱?00°C進(jìn)行I個(gè)小時(shí)的熱處理去除氧化物半導(dǎo)體層中的氫等，以及然后將氮?dú)夥論Q為氧氣氛，以對(duì)第一氧化物半導(dǎo)體層內(nèi)部供給氧。注意，由于第一熱處理的主要目的是形成結(jié)晶區(qū)域，所以可以另行執(zhí)行用于去除氫等的處理及用于供給氧的處理。例如，可以在執(zhí)行用于去除氫等的熱處理或用于供給氧的處理之后執(zhí)行用于晶化的熱處理。
[0151]通過這種第一熱處理，可以獲得氫(包括水及羥基)等被去除且被供給有氧的包括結(jié)晶區(qū)域的第一氧化物半導(dǎo)體層。
[0152]接著，在至少包括表面的區(qū)域中包括結(jié)晶區(qū)域的第一氧化物半導(dǎo)體層304上形成第二氧化物半導(dǎo)體層305 (參照?qǐng)D5B)。注意，當(dāng)僅通過第一氧化物半導(dǎo)體層304就能獲得所需要的厚度時(shí)，第二氧化物半導(dǎo)體層305是不必要的。在此情況中，可以省略有關(guān)第二氧化物半導(dǎo)體層305的步驟。
[0153]第二氧化物半導(dǎo)體層305可以用與任何上述實(shí)施例中的氧化物半導(dǎo)體層的形成方式類似的方式來(lái)形成。所以，關(guān)于第二氧化物半導(dǎo)體層305及其制造方法的詳細(xì)內(nèi)容，可以參照任何上述實(shí)施例。注意，優(yōu)選將第二氧化物半導(dǎo)體層305形成為厚于第一氧化物半導(dǎo)體層304。優(yōu)選以第一氧化物半導(dǎo)體層304與第二氧化物半導(dǎo)體層305的總厚度為大于或等于Inm且小于或等于50nm,優(yōu)選為大于或等于Inm且小于或等于IOnm的方式形成第二氧化物半導(dǎo)體層305。在本實(shí)施例中，作為一個(gè)例子將厚度設(shè)定為7nm。注意，根據(jù)要使用的氧化物半導(dǎo)體材料及半導(dǎo)體裝置的用途等第二氧化物半導(dǎo)體的適當(dāng)厚度也不同；所以可以根據(jù)材料或用途等適當(dāng)?shù)卮_定厚度。
[0154]優(yōu)選使用其主要成分與第一氧化物半導(dǎo)體層304相同且晶化后的品格常數(shù)接近第一氧化物半導(dǎo)體層304的那些品格常數(shù)的材料(品格失配度為1%以下)來(lái)形成第二氧化物半導(dǎo)體層305。這是由于以下緣故:當(dāng)使用這樣的材料時(shí)，在第二氧化物半導(dǎo)體層305的晶化中，易于進(jìn)行使用第一氧化物半導(dǎo)體層304的結(jié)晶區(qū)域?yàn)榉N子的結(jié)晶成長(zhǎng)。再者，在使用包含相同主要成分的材料的情況中，也可以獲得良好界面性質(zhì)或電特性。
[0155]注意，當(dāng)能夠通過晶化獲得所希望的膜質(zhì)時(shí)，也可以使用包含不同主要成分的材料來(lái)形成第二氧化物半導(dǎo)體層305。
[0156]接著，對(duì)第二氧化物半導(dǎo)體層305執(zhí)行第二熱處理，來(lái)導(dǎo)致使用第一氧化物半導(dǎo)體層304的結(jié)晶區(qū)域?yàn)榉N子的結(jié)晶成長(zhǎng)以形成第二氧化物半導(dǎo)體層306 (參照?qǐng)D5C)。在不形成第二氧化物半導(dǎo)體層305的情況中可以省略該步驟。
[0157]將第二熱處理的溫度設(shè)定為高于或等于550°C且低于或等于850°C，優(yōu)選為高于或等于600°C且低于或等于750°C。第二熱處理的時(shí)間長(zhǎng)度是大于或等于I分且小于或等于100小時(shí)，優(yōu)選為大于或等于5小時(shí)且小于或等于20小時(shí)，典型的為10小時(shí)。注意，在第二熱處理中，也優(yōu)選在熱處理氣氛中不包含氫或水等。
[0158]至于氣氛的詳細(xì) 說(shuō)明及熱處理的效果與第一熱處理的那些類似。另外，可以使用的熱處理裝置也與第一熱處理中的裝置類似。例如，在增加第二熱處理中的溫度時(shí)將爐的內(nèi)部設(shè)定為氮?dú)夥?，而在?zhí)行冷卻時(shí)將爐的內(nèi)部+設(shè)定為氧氣氛，由此可以在氮?dú)夥罩腥コ龤涞炔⒖梢栽谘鯕夥罩羞M(jìn)行氧的供給。
[0159]通過執(zhí)行上述那樣的第二熱處理，可以使結(jié)晶成長(zhǎng)由形成于第一氧化物半導(dǎo)體層304中的結(jié)晶區(qū)域一直延伸至第二氧化物半導(dǎo)體層305整體，從而可以形成第二氧化物半導(dǎo)體層306。另外，可以形成去除了氫(包括水及羥基)等且被供給氧的第二氧化物半導(dǎo)體層306。此外，通過第二熱處理，可以改進(jìn)第一氧化物半導(dǎo)體層304的結(jié)晶區(qū)域的取向。
[0160]在將基于In-Ga-Zn-O的氧化物半導(dǎo)體材料用于第二氧化物半導(dǎo)體層306的情況中，第二氧化物半導(dǎo)體層306可以包括以InGa03(Zn0)m(m不限于自然數(shù))表示的結(jié)晶、以In2Ga2ZnO7(In: Ga: Zn: O = 2: 2:1: 7[原子比])表示的結(jié)晶等。通過第二熱處理，將這種結(jié)晶以其c軸處于基本上垂直于第二氧化物半導(dǎo)體層306的表面的方向的方式而取向。
[0161]在此,上述結(jié)晶具有與a軸(a-axis)以及b軸(b_axis)平行的層的疊層結(jié)構(gòu)。另外，每個(gè)層包含In、Ga或Zn。具體地說(shuō)，上述結(jié)晶具有將包含In的層、不包含In的層(含有Ga或Zn的層)在c軸方向上層疊的結(jié)構(gòu)。
[0162]在基于In-Ga-Zn-O的氧化物半導(dǎo)體結(jié)晶中，包含In的層在面內(nèi)(in-plane)方向，即與a軸以及b軸平行的方向的導(dǎo)電性是良好的。這是因?yàn)橐韵率聦?shí):在基于In-Ga-Zn-O的氧化物半導(dǎo)體結(jié)晶中，導(dǎo)電性主要由In控制，一個(gè)In原子的5s軌道與相鄰In原子的5s軌道重疊,從而形成載流子路徑(carrier path)等。
[0163]在第一氧化物半導(dǎo)體層304在第一氧化物半導(dǎo)體層304與絕緣層302的界面附近包括非晶體區(qū)域的情況中，第二熱處理在一些情況中可使得結(jié)晶成長(zhǎng)從形成在第一氧化物半導(dǎo)體層304的表面上的結(jié)晶區(qū)域向第一氧化物半導(dǎo)體層304的底面進(jìn)展，并可使該非晶體區(qū)域晶化。注意，根據(jù)形成絕緣層302的材料、熱處理的條件等，該非晶體區(qū)域也可殘留。
[0164]在使用包含相同主要成分的氧化物半導(dǎo)體材料來(lái)形成第一氧化物半導(dǎo)體層304和第二氧化物半導(dǎo)體層305的情況中，如圖5C中所示那樣，在一些情況中第一氧化物半導(dǎo)體層304和第二氧化物半導(dǎo)體層306具有相同結(jié)晶結(jié)構(gòu)。由此，雖然在圖5C中以虛線指示第一氧化物半導(dǎo)體層304和第二氧化物半導(dǎo)體層306的邊界，但是有時(shí)它不能夠被標(biāo)識(shí)，并且有時(shí)可以將第一氧化物半導(dǎo)體層304和第二氧化物半導(dǎo)體層306看作為一層。
[0165]接著，通過使用掩模的蝕刻等的方法來(lái)處理第一氧化物半導(dǎo)體層304和第二氧化物半導(dǎo)體層306 ;因此，形成島狀的第一氧化物半導(dǎo)體層304a和島狀的第二氧化物半導(dǎo)體層306a(參照?qǐng)D5D)。注意，這里在第二熱處理之后執(zhí)行形成島狀的氧化物半導(dǎo)體層的處理；但是也可以在形成島狀的氧化物半導(dǎo)體的處理之后執(zhí)行第二熱處理。在此情況中，即使使用濕蝕刻也可以在蝕刻速率高的狀態(tài)下執(zhí)行蝕刻；由此有可以縮短蝕刻所要求的時(shí)間的優(yōu)點(diǎn)。
[0166]作為蝕刻第一氧化物半導(dǎo)體層304和第二氧化物半導(dǎo)體層306的方法，可以采用干蝕刻或濕蝕刻。不必說(shuō)，也可以組合干蝕刻和濕蝕刻而使用。根據(jù)材料適當(dāng)?shù)卦O(shè)定蝕刻條件(蝕刻氣體、蝕刻劑、蝕刻時(shí)間以及溫度等)，以將氧化物半導(dǎo)體層蝕刻成所希望的形狀。第一氧化物半導(dǎo)體層304和第二氧化物半導(dǎo)體層306可以用與任何上述實(shí)施例中的氧化物半導(dǎo)體層的蝕刻方式類似的方式來(lái)蝕刻。對(duì)于詳細(xì)內(nèi)容，可以參照任何上述實(shí)施例。
[0167]注意，在氧化物半導(dǎo)體層中，要成為溝道形成區(qū)域的區(qū)域優(yōu)選具有平坦表面。例如，在與柵電極重疊的區(qū)域(溝道形成區(qū)域)中，第二氧化物半導(dǎo)體層306的表面的高度差(P-V)優(yōu)選為Inm以下(更優(yōu)選為0.5nm以下)。另外，上述高度差例如可以在10平方微米的區(qū)域中測(cè)量。
[0168]接著，以接觸第二氧化物半導(dǎo)體層306a的方式形成導(dǎo)電層。對(duì)該導(dǎo)電層進(jìn)行選擇性的蝕刻來(lái)形成源電極或漏電極308a及源電極或漏電極308b (參照?qǐng)D5D)。至于其詳細(xì)內(nèi)容，可以參照任何上述實(shí)施例。
[0169]注意，在圖中所示的步驟中，在一些情況中第一氧化物半導(dǎo)體層304a或第二氧化物半導(dǎo)體層306a中的接觸于源電極或漏電極308a、源電極或漏電極308b的結(jié)晶層變成非晶狀態(tài)。由此，第一氧化物半導(dǎo)體層304a和第二氧化物半導(dǎo)體層306a的所有區(qū)域不一定是結(jié)晶性的。
[0170]接著，形成接觸于第二氧化物半導(dǎo)體層306a的一部分的柵極絕緣層312。對(duì)于其詳細(xì)內(nèi)容，可以參照任何上述實(shí)施例。然后，在柵極絕緣層312上在與第一氧化物半導(dǎo)體層304a以及第二氧化物半導(dǎo)體層306a重疊的區(qū)域中形成柵電極314。接著，在柵極絕緣層312和柵電極314上形成層間絕緣層316和層間絕緣層318(參照?qǐng)D5E)。對(duì)于其詳細(xì)內(nèi)容，可以參照任何上述實(shí)施例。
[0171]在形成柵極絕緣層312之后，希望在惰性氣體氣氛中或氧氣氛中執(zhí)行第三熱處理。第三熱處理的溫度設(shè)定為高于或等于200°C且低于或等于450°C，優(yōu)選為高于或等于250°C且低于或等于350°C。例如，可以在包含氧的氣氛中以250°C進(jìn)行I個(gè)小時(shí)的熱處理。第三熱處理，可以降低晶體管的電特性中的變化。另外，在柵極絕緣層312是包含氧的絕緣層的情況中，也可以對(duì)第二氧化物半導(dǎo)體層306a供給氧。
[0172]注意，在本實(shí)施例中，在形成柵極絕緣層312之后執(zhí)行第三熱處理；第三熱處理的時(shí)序不局限于此。另外，在通過第二熱處理等的另一處理對(duì)第二氧化物半導(dǎo)體層306a供給氧的情況中，可以省略第三熱處理。
[0173]通過以上步驟來(lái)完成使用第一氧化物半導(dǎo)體層304a和第二氧化物半導(dǎo)體層306a的晶體管350 (參照?qǐng)D5E)。
[0174]通過使用被高純度化且變得本征的第一氧化物半導(dǎo)體層304a和第二氧化物半導(dǎo)體層306a，可以充分降低晶體管的截止電流。然后，通過使用這種晶體管，可以獲得可以極長(zhǎng)時(shí)間地存儲(chǔ)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的半導(dǎo)體裝置。
[0175]注意，在本實(shí)施例中，對(duì)頂柵型的晶體管中源電極及漏電極的下部與氧化物半導(dǎo)體層的上部彼此接觸的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了描述；但是可以應(yīng)用本實(shí)施例中的結(jié)構(gòu)的晶體管不局限于此。例如，也可 以將本實(shí)施例中的結(jié)構(gòu)的一部分應(yīng)用于頂柵型晶體管中源電極及漏電極的上部與氧化物半導(dǎo)體層的下部彼此接觸的結(jié)構(gòu)(圖1A、圖1B、圖1C、ID或圖3A至3E中所示的結(jié)構(gòu)等)。備選地，也可以將本實(shí)施例中的結(jié)構(gòu)的一部分應(yīng)用于:底柵型晶體管中源電極及漏電極的下部與氧化物半導(dǎo)體層的上部彼此接觸的結(jié)構(gòu)；底柵型晶體管中源電極及漏電極的上部與氧化物半導(dǎo)體層的下部彼此接觸的結(jié)構(gòu)等。也就是說(shuō)，根據(jù)本實(shí)施例，可以實(shí)現(xiàn)包括具有結(jié)晶區(qū)域的氧化物半導(dǎo)體層的各種各樣的晶體管。
[0176]再者，在本實(shí)施例中，使用包括結(jié)晶區(qū)域的第一氧化物半導(dǎo)體層304a和從第一氧化物半導(dǎo)體層304a的結(jié)晶區(qū)域進(jìn)行結(jié)晶成長(zhǎng)而形成的第二氧化物半導(dǎo)體層306a作為氧化物半導(dǎo)體層；所以可以提高場(chǎng)效應(yīng)遷移率，而可以實(shí)現(xiàn)具有良好的電特性的晶體管。例如，可以實(shí)現(xiàn)場(chǎng)效應(yīng)遷移率μ > IOOcmVV.S0由此，也可以將上述晶體管應(yīng)用于要求高速操作的各種邏輯電路。
[0177]本實(shí)施例中所描述的結(jié)構(gòu)、方法等可以與其它實(shí)施例中描述的任何結(jié)構(gòu)、方法等適當(dāng)?shù)亟M合。
[0178](實(shí)施例5)
在本實(shí)施例中，將參照?qǐng)D6Α至6Ε對(duì)使用氧化物半導(dǎo)體的晶體管的制造方法進(jìn)行描述?？梢允褂迷摼w管代替任何上述實(shí)施例中的晶體管162等。根據(jù)本實(shí)施例的晶體管的結(jié)構(gòu)與任何上述實(shí)施例中的晶體管的結(jié)構(gòu)彼此部分相同。所以，以下主要對(duì)其不同之處進(jìn)行描述。另外，下面以頂柵型晶體管為例子進(jìn)行描述；但是晶體管的結(jié)構(gòu)不局限于頂柵型結(jié)構(gòu)。
[0179]首先，在襯底400上形成絕緣層402。接著，在絕緣層402上形成氧化物半導(dǎo)體層406(參照?qǐng)D6Α)。對(duì)于其詳細(xì)內(nèi)容，可以參照任何上述實(shí)施例。
[0180]接著，通過使用掩模的蝕刻等的方法來(lái)處理氧化物半導(dǎo)體層406，使得形成島狀的氧化物半導(dǎo)體層406a。形成導(dǎo)電層408和絕緣層410以覆蓋該氧化物半導(dǎo)體層406a (參照?qǐng)D6B)。注意，絕緣層410不是必須要的構(gòu)成要素，但是其在對(duì)后面形成的源電極與漏電極的側(cè)面選擇性地進(jìn)行氧化的方面是有效的。另外，絕緣層410在降低柵電極和源電極之間以及柵電極和漏電極之間形成的電容的方面也是有效的。
[0181]對(duì)于島狀的氧化物半導(dǎo)體層406a的形成和熱處理等的詳細(xì)內(nèi)容，可以參照任何上述實(shí)施例。對(duì)于導(dǎo)電層408的詳細(xì)內(nèi)容，也可以參照任何上述實(shí)施例。
[0182]可以通過CVD法或?yàn)R射法等來(lái)形成絕緣層410。另外，優(yōu)選以包含氧化硅、氮化硅、氧氮化硅、氧化鋁、氧化鉿、氧化鉭等的方式形成絕緣層410。注意，絕緣層410可以具有單層結(jié)構(gòu)或疊層結(jié)構(gòu)。對(duì)絕緣層410的厚度沒有特別的限制。例如，可以將厚度設(shè)定為大于或等于IOnm且小于或等于200nm。
[0183]接著，對(duì)導(dǎo)電層408和絕緣層410進(jìn)行選擇性的蝕刻來(lái)形成源電極或漏電極408a、源電極或漏電極408b、絕緣層410a以及絕緣層410b (參照?qǐng)D6C)。詳細(xì)內(nèi)容與任何上述實(shí)施例中的源電極或漏電極的形成步驟的那些詳細(xì)內(nèi)容類似。注意，鋁、鈦、鑰或銅等的材料適合于后面執(zhí)行的等離子體氧化處理，并且適合用作源電極或漏電極408a、源電極或漏電極408b等的材料。
[0184]接著，執(zhí)行用于對(duì)氧化物半導(dǎo)體層406a供給氧的氧化處理(參照?qǐng)D6D)。通過該氧化處理，在源電極或漏電極408a的一部分(尤其是相當(dāng)于側(cè)面的部分)中形成氧化區(qū)域411a，以及在源電極或漏電極408b的一部分(尤其是相當(dāng)于側(cè)面的部分)中形成氧化區(qū)域411b(參照?qǐng)D6D)。另外，通過該氧化處理，在源電極或漏電極408a以及源電極或漏電極408b的外周部中也形成氧化區(qū)域。
[0185]優(yōu)選使用由微波(300MHz至300GHz)激發(fā)的氧等離子體來(lái)執(zhí)行氧化處理，其可稱為等離子體氧化處理。這是因?yàn)橥ㄟ^由微波激發(fā)等離子體，實(shí)現(xiàn)高密度等離子體，可以充分降低對(duì)氧化物半導(dǎo)體層406a的損傷的緣故。
[0186]具體地說(shuō)，例如可以將在300MHz至300GHz (典型為2.45GHz)的頻率，在50Pa至5000Pa(典型為500Pa)的壓力下，在對(duì)象溫度為200°C至400°C (典型為300°C )，并使用氧和氬的混合氣體，執(zhí)行上述處理。
[0187]通過上述氧化處理，對(duì)氧化物半導(dǎo)體 層406a供給氧。所以可以充分降低對(duì)氧化物半導(dǎo)體層406a的損傷，以及另外，可以降低起因于氧缺乏的能隙中的缺陷能級(jí)。換言之，可以進(jìn)一步改進(jìn)氧化物半導(dǎo)體層406a的特性。
[0188]注意，不局限于使用微波的等離子體氧化處理，而是可以使用實(shí)現(xiàn)充分降低對(duì)氧化物半導(dǎo)體層406a的損傷并對(duì)氧化物半導(dǎo)體層406a供給氧的任何其它方法。例如，也可以使用包含氧的氣氛中的熱處理等的方法。
[0189]結(jié)合氧化處理，還可以執(zhí)行從氧化物半導(dǎo)體層406a去除水、氫等的處理。在此情況中，例如可以使用利用氮、氬等的氣體的等離子體處理。
[0190]注意，當(dāng)晶體管450被微型化時(shí)(例如，當(dāng)溝道長(zhǎng)度為短于1000nm時(shí))，通過上述氧化處理來(lái)形成的氧化區(qū)域411a和氧化區(qū)域411b是特別有效的。隨著晶體管的微型化，柵極絕緣層需要具有更小的厚度。設(shè)置氧化區(qū)域的原因在于，氧化區(qū)域可以防止因柵極絕緣層的厚度降低或覆蓋不良等導(dǎo)致的柵電極和源電極或漏電極之間的短路。注意，該氧化區(qū)域當(dāng)具有5nm以上(優(yōu)選為IOnm以上)的厚度時(shí)，充分有效。
[0191]從改善絕緣層402的暴露部分的觀點(diǎn)來(lái)看，上述氧化處理也是有效的。
[0192]注意，絕緣層410a和絕緣層410b是重要的，因?yàn)檫@些絕緣層起防止源電極或漏電極408a以及源電極或漏電極408b的上部的氧化的作用。這是因?yàn)樵跉埩粲杏糜谖g刻的掩模時(shí)執(zhí)行上述等離子體處理有很大的困難的緣故。
[0193]接著，在不暴露于大氣的情況下，形成接觸于氧化物半導(dǎo)體層406a的一部分的柵極絕緣層412。然后，在柵極絕緣層412上在與氧化物半導(dǎo)體層406a重疊的區(qū)域中形成柵電極414，以及在柵極絕緣層412和柵電極414上形成層間絕緣層416和層間絕緣層418 (參照?qǐng)D6E)。對(duì)于其詳細(xì)內(nèi)容，可以參照任何上述實(shí)施例。
[0194]通過以上步驟，來(lái)完成使用氧化物半導(dǎo)體的晶體管450。
[0195]在本實(shí)施例中，對(duì)氧化物半導(dǎo)體層406a執(zhí)行氧等離子體處理，以便對(duì)氧化物半導(dǎo)體層406a供給氧。由此，晶體管450具有更佳的特性。另外，相當(dāng)于源電極或漏電極的側(cè)面的區(qū)域被氧化；所以可以防止因柵極絕緣層的厚度降低而導(dǎo)致的柵電極和源電極(或者漏電極)之間的短路。另外，可以由氧化區(qū)域411a和氧化區(qū)域411b形成適當(dāng)?shù)钠茀^(qū)域；所以也可以使得從氧化物半導(dǎo)體到與源電極(或者漏電極)的界面的電場(chǎng)中的改變是小的。
[0196]另外，通過將絕緣層設(shè)置在源電極和漏電極上，可以降低源電極和柵電極之間以及漏電極和柵電極之間形成的電容(寄生電容)，而可以實(shí)現(xiàn)更高速操作。
[0197]注意，在本實(shí)施例中，對(duì)頂柵型的晶體管中源電極及漏電極的下部與氧化物半導(dǎo)體層的上部彼此接觸的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了描述；但是可以應(yīng)用本實(shí)施例的結(jié)構(gòu)的晶體管不局限于此。例如，也可以將本實(shí)施例中的結(jié)構(gòu)的一部分應(yīng)用于底柵型晶體管中源電極及漏電極的下部與氧化物半導(dǎo)體層的上部彼此接觸的結(jié)構(gòu)。也就是說(shuō)，根據(jù)本實(shí)施例，可以實(shí)現(xiàn)包括被供給氧的氧化物半導(dǎo)體、包括氧化區(qū)域的電極等的各種各樣的晶體管。
[0198]本實(shí)施例中描述的結(jié)構(gòu)、方法等可以與其它實(shí)施例中描述的任何結(jié)構(gòu)、方法等適當(dāng)?shù)亟M合。
[0199](實(shí)施例 6)
在本實(shí)施例中，參照?qǐng)D7A和圖7B以及圖8A至圖8C對(duì)任何上述實(shí)施例中描述的半導(dǎo)體裝置的應(yīng)用進(jìn)行描述。
[0200]圖7A和圖7B是各包括圖2A1中所示的多個(gè)半導(dǎo)體裝置(以下也稱為存儲(chǔ)單元190)的半導(dǎo)體裝置的電路圖的例子。圖7A是存儲(chǔ)單元190串聯(lián)連接的所謂NAND型半導(dǎo)體裝置的電路圖，以及圖7B是存儲(chǔ)單元190并聯(lián)連接的所謂NOR型半導(dǎo)體裝置的電路圖。
[0201]圖7A中的半導(dǎo)體裝置包括源極線SL、位線BL、第一信號(hào)線Sl、m條第二信號(hào)線S2、m條字線WL以及布置在m(行)(在垂直方向上)Xl(列)(在水平方向上)矩陣中的多個(gè)存儲(chǔ)單元190(1，1)至190(m，l)。注意，圖7A中，在半導(dǎo)體裝置中設(shè)置一條源極線SL和一條位線BL ;但是所公開的發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例不局限于此。可以設(shè)置η條源極線SL和η條位線BL，使得形成存儲(chǔ)單元布置在m (行)(在垂直方向上)X η (列)(在水平方向上)矩陣中的存儲(chǔ)單元陣列。
[0202]在每個(gè)存儲(chǔ)單元190中，晶體管160的柵電極、晶體管162的源電極和漏電極之一與電容器164的一個(gè)電極彼此電連接。第一信號(hào)線SI與晶體管162的源電極和漏電極中的另一個(gè)彼此電連接，以及第二信號(hào)線S2與晶體管162的柵電極彼此電連接。字線WL與電容器164的另一電極彼此電連接。
[0203]另外，存儲(chǔ)單元190中包括的晶體管160的源電極與相鄰的存儲(chǔ)單元190中包括的晶體管160的漏電極彼此電連接。存儲(chǔ)單元190中包括的晶體管160的漏電極與相鄰的存儲(chǔ)單元190中包括的晶體管160的源電極彼此電連接。注意，串聯(lián)連接的多個(gè)存儲(chǔ)單元中的設(shè)置在一端的存儲(chǔ)單元190中包括的晶體管160的漏電極與位線彼此電連接。串聯(lián)連接的多個(gè)存儲(chǔ)單元中的設(shè)置在另一端的存儲(chǔ)單元190中包括的晶體管160的源電極與源極線彼此電連接。
[0204]圖7A中所示的半導(dǎo)體裝置中，按行執(zhí)行寫入操作和讀取工作。以如下執(zhí)行寫入操作。對(duì)執(zhí)行寫入的行中的第二信號(hào)線S2供給使晶體管162成為導(dǎo)通的電位，而使執(zhí)行寫入的行中的晶體管162成為導(dǎo)通。由此，對(duì)所指定的行中的晶體管160的柵電極供給第一信號(hào)線SI的電位，而對(duì)該柵電極施加預(yù)定的電荷。因此，可以對(duì)所指定的行中的存儲(chǔ)單元寫入數(shù)據(jù)。
[0205]另外，如下執(zhí)行讀取操作。首先，對(duì)執(zhí)行讀取的行之外的行中的字線WL供給不管晶體管160的柵電極的電荷如何都使晶體管160成為導(dǎo)通的電位，而使執(zhí)行讀取的行之外的行中的晶體管160成為導(dǎo)通。然后，對(duì)執(zhí)行讀取的行中的字線WL供給根據(jù)晶體管160的柵電極的電荷確定晶體管160的導(dǎo)通狀態(tài)或截止?fàn)顟B(tài)的電位(讀取電位)。然后，對(duì)源極線SL供給預(yù)定電位，使與位線BL連接的讀取電路(未示出)操作。這里，源極線SL與位線BL之間的多個(gè)晶體管160處于導(dǎo)通，除了執(zhí)行讀取的行中的晶體管160之外；所以通過執(zhí)行讀取的行中的晶體管160的狀態(tài)，確定源極線SL與位線BL之間的導(dǎo)電率(conductance)。就是說(shuō)，根據(jù)執(zhí)行讀取的行中的晶體管160的柵電極的電荷，讀取電路所讀取的位線BL的電位變化。像這樣，可以從所指定的行中的存儲(chǔ)單元讀取數(shù)據(jù)。
[0206]圖7B中所示的半導(dǎo)體裝置包括η條源極線SL、η條位線BL、η條第一信號(hào)線S1、m條第二信號(hào)線S2、m條字線WL以及包括布置在m (行)(在垂直方向上)和η (列)(在水平方向上)的矩陣中的多個(gè)存儲(chǔ)單元190(1，I)至190(m，n)的存儲(chǔ)單元陣列181。晶體管160的柵電極、晶體管162的源電極和漏電極之一與電容器164的一個(gè)電極彼此電連接。源極線SL與晶體管160的源電極彼此電連接。位線BL與晶體管160的漏電極彼此電連接。第一信號(hào)線SI與晶體管162的源電極和漏電極中的另一個(gè)彼此電連接，以及第二信號(hào)線S2與晶體管162的柵電極彼此電連接。字線WL與電容器164的另一電極彼此電連接。
[0207]圖7B中所示的半導(dǎo)體裝置中，在每個(gè)行中執(zhí)行寫入操作和讀取操作。以與圖7A中所示的半導(dǎo)體裝置中的方式類似的方式執(zhí)行寫入操作。如下執(zhí)行讀取操作。首先，對(duì)執(zhí)行讀取的行之外的行中的字線WL供給不管晶體管160的柵電極的電荷如何都使晶體管160成為截止的電位，而使執(zhí)行讀取的行之外的行中的晶體管160成為截止。然后，對(duì)執(zhí)行讀取的行中的字線WL供給根據(jù)晶體管160的柵電極的電荷確定晶體管160的導(dǎo)通狀態(tài)或截止?fàn)顟B(tài)的電位(讀取電位)。然后，對(duì)源極線SL供給預(yù)定電位，使與位線BL連接的讀取電路(未示出)操作。這里，通過執(zhí)行讀取的行中的晶體管160的狀態(tài)，確定源極線SL與位線BL之間的導(dǎo)電率。就是說(shuō)，根據(jù)執(zhí)行讀取的行中的晶體管160的柵電極的電荷，讀取電路所讀取的位線BL的電位變化。像這樣，可以從所指定的行中的存儲(chǔ)單元讀取數(shù)據(jù)。
[0208]接著，將參照?qǐng)D8A至圖8C對(duì)可以用于圖7A和圖7B中所示的半導(dǎo)體裝置等的讀取電路的例子進(jìn)行描述。
[0209]圖8A示出讀取電路的概況。該讀出電路包括晶體管和讀出放大器(senseamplifier)電路。
[0210]當(dāng)讀取數(shù)據(jù)時(shí)，端子A與連接到從其中讀取數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)單元的位線連接。另外，對(duì)晶體管的柵電極施加偏置電位Vila，來(lái)控制端子A的電位。
[0211]根據(jù)所存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)單元190的電阻值變化。具體地說(shuō)，當(dāng)所選擇的存儲(chǔ)單元190的晶體管160處于導(dǎo)通時(shí)，存儲(chǔ)單元190具有低電阻，而當(dāng)所選擇的存儲(chǔ)單元190的晶體管160處于截止時(shí)，存儲(chǔ)單元190具有高電阻。
[0212]當(dāng)存儲(chǔ)單元具有高電阻時(shí)，端子A的電位高于參考電位VMf，以及讀出放大器電路輸出對(duì)應(yīng)于端子A的電位的電位(數(shù)據(jù)“I”)。另一方面，當(dāng)存儲(chǔ)單元具有低電阻時(shí)，端子A的電位低于參考電位VMf，以及讀出放大器電路輸出對(duì)應(yīng)于端子A的電位的電位(數(shù)據(jù)“O，，)。
[0213]因此，通過使用讀取電路，可以從存儲(chǔ)單元讀取數(shù)據(jù)。注意，本實(shí)施例的讀取電路是一個(gè)例子。備選地，也可以使用另一已知的電路。讀取電路也可以包括預(yù)充電電路。不是參考電位VMf，而是參考位線連接到讀出放大器電流。
[0214]圖8B示出讀出放大器電路的一個(gè)例子的差動(dòng)型讀出放大器(differential senseamplifier)。差動(dòng)型讀出放大器包括輸入端子Vin(+)、Vin(_)以及輸出端子Vout，以及放大Vin(+)與Vin(-)之間的差。當(dāng)Vin(+) > Vin(-)時(shí)，Vout大約是高輸出，以及當(dāng)Vin(+)
<Vin (-)時(shí)，Vout大約是低輸出。
[0215]圖8C示出讀 出放大器電路的一個(gè)例子的鎖存型讀出放大器(latch senseamplifier)。鎖存型讀出放大器具有輸入/輸出端子Vl和V2以及控制信號(hào)Sp和Sn的輸入端子。首先，將控制信號(hào)Sp和Sn分別設(shè)定為信號(hào)高和信號(hào)低，并遮斷電源電位(Vdd)。然后，對(duì)Vl和V2供給用于比較的電位。之后，在將控制信號(hào)Sp和Sn分別設(shè)定為信號(hào)低和信號(hào)高，以及供給電源電位(Vdd)。如果用于比較的電位Vlin和V2in滿足VlinV2in，則來(lái)自Vl的輸出是信號(hào)高，以及來(lái)自V2的輸出是信號(hào)低,而如果用于比較的電位Vlin和V2in滿足Vlin
<V2in，則來(lái)自Vl的輸出是信號(hào)低，以及來(lái)自V2的輸出是信號(hào)高。通過利用這種關(guān)系，可以放大Vlin和V2in之間的差。
[0216]本實(shí)施例中描述的結(jié)構(gòu)、方法等可以與其它實(shí)施中描述的任何結(jié)構(gòu)、方法等適當(dāng)?shù)亟M合。
[0217](實(shí)施例7)
在本實(shí)施例中，參照?qǐng)D9A和圖9B對(duì)使用任何上述實(shí)施例中描述的晶體管的半導(dǎo)體裝置的例子進(jìn)行描述。
[0218]圖9A中，示出具有相當(dāng)于所謂的動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(DRAM)的結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體裝置的一個(gè)例子。圖9A中所示的存儲(chǔ)單元陣列620具有將多個(gè)存儲(chǔ)單元630布置在矩陣中的結(jié)構(gòu)。另外，存儲(chǔ)單元陣列620包括m條第一布線和η條第二布線。注意，存儲(chǔ)單元630相當(dāng)于圖2Β中所示的半導(dǎo)體裝置。還注意，在本實(shí)施例中，將圖2Β中的第一布線和第二布線分別稱為位線BL和字線WL。
[0219]存儲(chǔ)單元630包括晶體管631和電容器632。晶體管631的柵電極與第一布線(字線WL)連接。另外，晶體管631的源電極和漏電極之一與第二布線(位線BL)連接，晶體管631的源電極和漏電極中的另一個(gè)與電容器的一個(gè)電極連接。電容器的另一電極與電容器線CL連接，以及供給有預(yù)定電位?？梢詫?duì)晶體管631應(yīng)用任何上述實(shí)施例中描述的晶體管。
[0220]任何上述實(shí)施例中描述的晶體管具有極低的截止電流。因此，當(dāng)將該晶體管應(yīng)用于圖9Α中所示的半導(dǎo)體裝置(其被視為所謂的DRAM)時(shí)，可以獲得基本上非易失性存儲(chǔ)器。
[0221]圖9B中，示出具有相當(dāng)于所謂的靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(SRAM)的結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體裝置的一個(gè)例子。圖9B中所示的存儲(chǔ)單元陣列640具有將多個(gè)存儲(chǔ)單元650布置在矩陣中的結(jié)構(gòu)。另外，存儲(chǔ)單元陣列640包括多條第一布線(字線WL)、多條第二布線(位線BL)以及多條第三布線(反轉(zhuǎn)位線/BL)。
[0222]存儲(chǔ)單元650包括第一晶體管651至第六晶體管656。第一晶體管651和第二晶體管652用作選擇晶體管。另外，第三晶體管653和第四晶體管654之一(這里，是第四晶體管654)是η溝道型晶體管，以及另一個(gè)(這里，是第三晶體管653)是P溝道型晶體管。就是說(shuō)，用第三晶體管653和第四晶體管654形成CMOS電路。類似地，用第五晶體管655和第六晶體管656形成CMOS電路。
[0223]第一晶體管651、第二晶體管652、第四晶體管654以及第六晶體管656是η溝道型晶體管，以及可以對(duì)這些晶體管應(yīng)用任何上述實(shí)施例中描述的晶體管。第三晶體管653和第五晶體管655是P溝道型晶體管，并可以使用氧化物半導(dǎo)體或除了氧化物半導(dǎo)體之外的其它材料(例如，硅等)來(lái)形成。
[0224]本實(shí)施例中描述的結(jié)構(gòu)、方法等可以與其它實(shí)施例中描述的任何結(jié)構(gòu)、方法等適當(dāng)?shù)亟M合。
[0225](實(shí)施例8)
在本實(shí)施例中，參照?qǐng)D1OA至圖1OF對(duì)將任何上述實(shí)施例中描述的半導(dǎo)體裝置應(yīng)用于電子設(shè)備的情況進(jìn)行描述。在本實(shí)施例中，描述將上述半導(dǎo)體裝置應(yīng)用于計(jì)算機(jī)；蜂窩電話(也稱為移動(dòng)電話或移動(dòng)電話裝置)；便攜式信息終端(包括便攜式游戲機(jī)、音頻再現(xiàn)裝置等)；數(shù)字?jǐn)z像機(jī)或數(shù)字視頻攝像機(jī)等攝像機(jī)；電子紙；電視裝置(也稱為電視機(jī)或電視接收機(jī))等的電子裝置的情況。 [0226]圖1OA示出膝上型個(gè)人計(jì)算機(jī)，其包括框體(housing) 701、框體702、顯示部703以及鍵盤704等。在框體701和框體702中的每個(gè)中，設(shè)置任何上述實(shí)施例中描述的半導(dǎo)體裝置。任何上述實(shí)施例中描述的半導(dǎo)體裝置中，可以以高速執(zhí)行數(shù)據(jù)的寫入和讀取，可以在長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，并且充分地降低功耗。因此，可以實(shí)現(xiàn)一種以高速執(zhí)行寫入和讀取數(shù)據(jù)，可以在長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，并且充分地降低功耗的膝上型個(gè)人計(jì)算機(jī)。
[0227]圖1OB示出便攜式信息終端(個(gè)人數(shù)字助理(PDA))。在本體711中，設(shè)置顯示部713、外部接口 715以及操作按鈕714等。另外，還設(shè)置用于操作便攜式信息終端的觸屏筆(stylus) 712等。在本體711中，設(shè)置任何上述實(shí)施例中描述的半導(dǎo)體裝置。任何上述實(shí)施例中描述的半導(dǎo)體裝置中，可以以高速執(zhí)行寫入和讀取數(shù)據(jù)，可以在長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，并且充分地降低功耗。因此，可以實(shí)現(xiàn)一種以高速執(zhí)行寫入和讀取數(shù)據(jù)，可以在長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，并且充分地降低功耗的便攜式信息終端。
[0228]圖1OC示出安裝有電子紙的電子書閱讀器720，其包括兩個(gè)框體，框體721和框體723?？蝮w721和框體723分別設(shè)置有顯示部725和顯示部727?？蝮w721和框體723通過軸部(hingeportion)737相連接，且可以以該軸部737為軸進(jìn)行開閉?？蝮w721設(shè)置有電源731、操作鍵733以及揚(yáng)聲器735等。在框體721和框體723中的至少一個(gè)設(shè)置有任何上述實(shí)施例中描述的半導(dǎo)體裝置。任何上述實(shí)施例中描述的半導(dǎo)體裝置中，可以以高速執(zhí)行寫入和讀取數(shù)據(jù)，可以在長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，并且充分地降低功耗。因此，可以實(shí)現(xiàn)一種以高速執(zhí)行寫入和讀取數(shù)據(jù)，可以在長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，并且充分地降低功耗的電子書閱讀器。[0229]圖1OD示出蜂窩電話，其包括兩個(gè)框體，框體740和框體741。再者，圖1OD中所示展開的框體740和框體741可以通過滑動(dòng)而彼此重疊；所以可以減小蜂窩電話的大小，其使得蜂窩電話適合于攜帶?？蝮w741包括顯示面板742、揚(yáng)聲器743、麥克風(fēng)744、操作鍵745、定位裝置746、攝像機(jī)透鏡747以及外部連接端子748等?？蝮w740包括用于對(duì)蜂窩電話充電的太陽(yáng)電池(solar cell) 749和外部存儲(chǔ)器插槽750等。另外，天線內(nèi)置在框體741中?？蝮w740和框體741中的至少一個(gè)設(shè)置有任何上述實(shí)施例中描述的半導(dǎo)體裝置。任何上述實(shí)施例中描述的半導(dǎo)體裝置中，可以以高速執(zhí)行寫入和讀取數(shù)據(jù)，可以在長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，并且充分地降低功耗。因此，可以實(shí)現(xiàn)一種以高速執(zhí)行寫入和讀取數(shù)據(jù)，可以在長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，并且充分地降低功耗的蜂窩電話。
[0230]圖1OE示出數(shù)字?jǐn)z像機(jī)，其包括本體761、顯示部767、取景器(ey印iece) 763、操作開關(guān)764、顯示部765以及電池766等。在本體761中，設(shè)置任何上述實(shí)施例中描述的半導(dǎo)體裝置。任何上述實(shí)施例中描述的半導(dǎo)體裝置中，可以以高速執(zhí)行寫入和讀取數(shù)據(jù)，可以在長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，并且充分地降低功耗。因此，可以實(shí)現(xiàn)一種以高速執(zhí)行寫入和讀取數(shù)據(jù)，可以在長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，并且充分地降低功耗的數(shù)字?jǐn)z像機(jī)。
[0231]圖1OF示出電視裝置770，其包括框體771、顯示部773以及支架(stand) 775等。可以通過框體771的操作開關(guān)或遙控器780來(lái)操作電視裝置770?？蝮w771和遙控器780上安裝有任何上述實(shí)施例中描述的半導(dǎo)體裝置。任何上述實(shí)施例中描述的半導(dǎo)體裝置中，可以以高速執(zhí)行寫入和讀取數(shù)據(jù)，可以在長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，并且充分地降低功耗。因此，可以實(shí)現(xiàn)一種以高速執(zhí)行寫入和讀取數(shù)據(jù)，可以在長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，并且充分地降低功耗的電視裝置。
[0232]如上所述，本實(shí)施例中描述的每個(gè)電子裝置安裝上有任何上述實(shí)施例中描述的半導(dǎo)體裝置。所以，可以 實(shí)現(xiàn)降低功耗的電子裝置。
[0233]【例子I】
對(duì)根據(jù)所公開的發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置中能夠重寫數(shù)據(jù)的次數(shù)進(jìn)行考察。在本實(shí)施例中，參照?qǐng)D11對(duì)該考察結(jié)果進(jìn)行描述。
[0234]用于考察的半導(dǎo)體裝置是具有圖2A1中的電路配置的半導(dǎo)體裝置。這里，使用氧化物晶體管用于相當(dāng)于晶體管162的晶體管，使用電容值為0.33pF的電容器以及作為相當(dāng)于電容器164的電容器。
[0235]通過比較初期記憶窗口寬度和在反復(fù)進(jìn)行預(yù)定次數(shù)的數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和寫入之后的時(shí)間的記憶窗口寬度，來(lái)執(zhí)行考察。通過對(duì)相當(dāng)于圖2A1中的第三布線的布線施加OV或5V，以及對(duì)相當(dāng)于圖2A1中的第四布線的布線施加OV或5V，來(lái)存儲(chǔ)和寫入數(shù)據(jù)。當(dāng)相當(dāng)于第四布線的布線的電位為OV時(shí)，相當(dāng)于晶體管162的晶體管處于截止；因此保持對(duì)浮動(dòng)?xùn)挪縁G供給的電位。當(dāng)相當(dāng)于第四布線的布線的電位為5V時(shí)，相當(dāng)于晶體管162的晶體管處于導(dǎo)通；因此對(duì)浮動(dòng)?xùn)挪縁G供給相當(dāng)于第三布線的布線的電位。
[0236]記憶窗口寬度是存儲(chǔ)裝置的特性的指示符之一。在此，該記憶窗口寬度表示不同的存儲(chǔ)狀態(tài)之間的曲線(Veg-1d曲線)中的漂移量(shift amount)DVeg,其示出相當(dāng)于第五布線的布線的電位和相當(dāng)于晶體管160的晶體管的漏電流Id的關(guān)系。不同的存儲(chǔ)狀態(tài)是指對(duì)浮動(dòng)?xùn)挪縁G施加OV的狀態(tài)(以下稱為低狀態(tài))和對(duì)浮動(dòng)?xùn)挪縁G施加5V的狀態(tài)(以下稱為高狀態(tài))。就是說(shuō)，可以通過在低狀態(tài)中和高狀態(tài)中進(jìn)行電位Veg的掃描，來(lái)考察記憶窗口寬度。在任何情況下Vds設(shè)定為IV。
[0237]圖11示出在初期狀態(tài)的記憶窗口寬度和在執(zhí)行IX IO9次的寫入之后的時(shí)間的記憶窗口寬度的考察結(jié)果。注意，在圖11中，每個(gè)實(shí)線示出第一次的寫入，以及每個(gè)虛線示出第IX IO9次的寫入。另外，在實(shí)線和虛線的雙方中，左側(cè)的曲線示出高狀態(tài)中的寫入，以及右側(cè)的曲線示出低狀態(tài)中的寫入。橫軸示出KV)，以及縱軸示出Id(A)。根據(jù)圖11可以確認(rèn)到:在IX IO9次的寫入的前后，在高狀態(tài)和低狀態(tài)中掃描了電位Veg的記憶窗口寬度沒改變。在IXIO9次寫入數(shù)據(jù)后記憶窗口寬度沒改變意味著:至少在此時(shí)間段期間，半導(dǎo)體裝置的特性沒改變。
[0238]如上所述，根據(jù)所公開的發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置中，即使多次存儲(chǔ)和寫入數(shù)據(jù)，特性也沒改變。就是說(shuō)，可以說(shuō)，根據(jù)所公開的發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，可以實(shí)現(xiàn)可靠性極為高的半導(dǎo)體裝置。
[0239]本申請(qǐng)是基于2009年12月25日向日本專利局提交的日本專利申請(qǐng)序列號(hào)2009-296201，據(jù)此通過引用來(lái)并入其整體內(nèi)容。
【權(quán)利要求】
1.一種半導(dǎo)體裝置，包括: 第一晶體管，包括包含溝道形成區(qū)域的氧化物半導(dǎo)體層； 第二晶體管，包括包含溝道形成區(qū)域的氧化物半導(dǎo)體層；以及 電容器，包括第一電極和第二電極， 其中，所述第一晶體管的源電極和漏電極之一電連接到所述第二晶體管的柵電極以及所述電容器的第一電極和第二電極之一。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置， 其中，所述電容器包括氧化物半導(dǎo)體層。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，還包括: 源極線； 位線； 字線； 第一信號(hào)線；以及 第二信號(hào)線， 其中，所述源極線和所述第二晶體管的源電極彼此電連接， 其中，所述位線和所述第二晶體管的漏電極彼此電連接， 其中，所述第一信號(hào)線和所述第一晶體管的源電極和漏電極中的另一個(gè)彼此電連接， 其中，所述第二信號(hào)線和所述第一晶體管的柵電極彼此電連接，以及 其中，所述字線和所述電容器的第一電極和第二電極中的另一個(gè)彼此電連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置， 其中，所述第一晶體管的氧化物半導(dǎo)體層和所述第二晶體管的氧化物半導(dǎo)體層至少之一成為錐形形狀，以及 其中，錐形角大于或等于30度并且小于或等于60度。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置， 其中，所述半導(dǎo)體裝置包括非易失性存儲(chǔ)器裝置。
6.一種半導(dǎo)體裝置，包括: 第一晶體管； 第二晶體管； 其中，所述第一晶體管和所述第二晶體管中的每個(gè)晶體管包括: 第一氧化物半導(dǎo)體層； 所述第一氧化物半導(dǎo)體層上的第二氧化物半導(dǎo)體層； 所述第二氧化物半導(dǎo)體層上的柵極絕緣層；以及 所述柵極絕緣層上的柵電極，以及 包括第一電極和第二電極的電容器， 其中，所述第一晶體管的源電極和漏電極之一電連接到所述第二晶體管的柵電極和所述電容器的第一電極和第二電極之一。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的半導(dǎo)體裝置， 其中，所述電容器包括氧化物半導(dǎo)體層。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的半導(dǎo)體裝置，還包括:源極線； 位線； 字線； 第一信號(hào)線；以及 第二信號(hào)線， 其中，所述源極線和所述第二晶體管的源電極彼此電連接， 其中，所述位線和所述第二晶體管的漏電極彼此電連接， 其中，所述第一信號(hào)線和所述第一晶體管的源電極和漏電極中的另一個(gè)彼此電連接， 其中，所述第二信號(hào)線和所述第一晶體管的柵電極彼此電連接，以及 其中，所述字線和所述電容器的第一電極和第二電極中的另一個(gè)彼此電連接。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的半導(dǎo)體裝置， 其中，所述第一氧化物半導(dǎo)體層和所述第二氧化物半導(dǎo)體層至少之一成為錐形形狀，以及 其中，所述錐形角大于或等于30度并且小于或等于60度。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的半導(dǎo)體裝置， 其中，所述半導(dǎo)體裝置包括非易失性存儲(chǔ)器裝置。
【文檔編號(hào)】H01L27/108GK104022115SQ201410108335
【公開日】2014年9月3日 申請(qǐng)日期:2010年12月1日 優(yōu)先權(quán)日:2009年12月25日
【發(fā)明者】山崎舜平, 小山潤(rùn), 加藤清 申請(qǐng)人:株式會(huì)社半導(dǎo)體能源研究所