半導(dǎo)體裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明的一個實(shí)施例的目的在于提供一種在數(shù)據(jù)存儲期間中即使當(dāng)沒有電力供給時也可以存儲所存儲數(shù)據(jù)且對寫入次數(shù)沒有制限的新穎結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體裝置。該半導(dǎo)體裝置包括：包含使用氧化物半導(dǎo)體以外的半導(dǎo)體材料的第一溝道形成區(qū)域的第一晶體管；包含使用氧化物半導(dǎo)體材料的第二溝道形成區(qū)域的第二晶體管；以及電容器，其中，第二晶體管的第二源電極和第二漏電極中的一個與電容器的一個電極電連接。
【專利說明】半導(dǎo)體裝置【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]所公開的發(fā)明涉及一種利用半導(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]利用半導(dǎo)體元件的存儲裝置可以粗分為兩個類別:當(dāng)電力供給停止時，所存儲的數(shù)據(jù)消失的易失性存儲裝置，和即使沒有電力供給也存儲所存儲的數(shù)據(jù)的非易失性存儲裝置。
[0003]易失性存儲裝置的典型例子是DRAM (Dynamic Random Access Memory:動態(tài)隨機(jī)存取存儲器)。DRAM以選擇包含于存儲元件的晶體管并將電荷存儲在電容器中的方式存儲數(shù)據(jù)。
[0004]根據(jù)上述原理，因?yàn)楫?dāng)從DRAM讀出數(shù)據(jù)時電容器的電荷消失，所以每次讀出數(shù)據(jù)時都需要進(jìn)行另一寫入操作。另外，因?yàn)榘诖鎯υ木w管存在泄漏電流，而當(dāng)晶體管未被選擇時電荷也流出 或流入電容器，使得數(shù)據(jù)的存儲時間較短。為此，需要按預(yù)定的間隔進(jìn)行另一寫入操作(刷新操作)，由此，難以充分降低耗電量。另外，因?yàn)楫?dāng)電力供給停止時所存儲的數(shù)據(jù)消失，所以需要利用磁性材料或光學(xué)材料的其他存儲裝置以實(shí)現(xiàn)較長期間的存儲數(shù)據(jù)。
[0005]易失性存儲裝置的另一例子是SRAM (Static Random Access Memory:靜態(tài)隨機(jī)存取存儲器)。SRAM使用觸發(fā)器等電路存儲所存儲的數(shù)據(jù)，從而不需要進(jìn)行刷新操作。這意味著SRAM優(yōu)越于DRAM。但是，因?yàn)镾RAM使用觸發(fā)器等電路，所以存儲容量的單價變高。另外，如DRAM那樣，在當(dāng)電力供給停止時SRAM中所存儲的數(shù)據(jù)消失。
[0006]非易失性存儲裝置的典型例子是快閃存儲器。快閃存儲器在晶體管的柵電極與溝道形成區(qū)域之間包含浮動?xùn)?，在該浮動?xùn)疟３蛛姾啥鎯?shù)據(jù)。因此，快閃存儲器具有數(shù)據(jù)存儲時間極長(幾乎永久)、不需要進(jìn)行易失性存儲裝置所需要的刷新操作的優(yōu)點(diǎn)(例如，參照專利文獻(xiàn)I)。
[0007]但是，由于在寫入時流動的隧道電流會引起包含于存儲元件的柵極絕緣層的退化，使得在預(yù)定次數(shù)的寫入操作后存儲元件停止其功能。為了緩和上述問題的負(fù)面影響，例如，使用使各存儲元件的寫入操作的次數(shù)均等的方法。但是，為了使用該方法，另外需要復(fù)雜的外圍電路。另外，即使使用了上述方法，也不能解決使用壽命的根本問題。就是說，快閃存儲器不合適于數(shù)據(jù)頻繁重寫的應(yīng)用。
[0008]另外，為了在浮動?xùn)疟３蛛姾苫蛘呷コ撾姾?，需要高電壓，還需要用于產(chǎn)生高電壓的電路。再者，電荷的保持或去除需要較長時間，并且難以以更高速度進(jìn)行寫入和擦除。
[0009][參照]
[專利文獻(xiàn)]
專利文獻(xiàn)1:日本專利申請公開S57-105889號。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]鑒于上述問題，所公開的發(fā)明的一個實(shí)施方式的目的之一就是提供一種即使在數(shù)據(jù)存儲期間中沒有電力供給時也能夠存儲所存儲的數(shù)據(jù)并且對寫入次數(shù)也沒有限制的新穎結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體裝置。
[0011]在所公開的發(fā)明中，使用高純度化的氧化物半導(dǎo)體形成半導(dǎo)體裝置。由于使用高純度化的氧化物半導(dǎo)體形成的晶體管的泄漏電流非常小，所以可以長時間地存儲數(shù)據(jù)。
[0012]所公開的發(fā)明的一個實(shí)施方式是一種半導(dǎo)體裝置，該半導(dǎo)體裝置包括:第一晶體管，該第一晶體管包括:使用氧化物半導(dǎo)體以外的半導(dǎo)體材料的第一溝道形成區(qū)域、以夾著第一溝道形成區(qū)域的方式設(shè)置的雜質(zhì)區(qū)域、第一溝道形成區(qū)域上的第一柵極絕緣層、第一柵極絕緣層上的第一柵電極、以及與雜質(zhì)區(qū)域電連接的第一源電極及第一漏電極；第二晶體管，該第二晶體管包括:第一晶體管上第二源電極及第二漏電極、與第二源電極及第二漏電極電連接并且使用氧化物半導(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；以及電容器。第二晶體管的第二源電極和第二漏電極中的一個與電容器的一個電極彼此電連接。
[0013]在上述結(jié)構(gòu)中，電容器可以包含第二源電極或第二漏電極、第二柵極絕緣層及第二柵極絕緣層上的用于電容器的電極。
[0014]另外，上述半導(dǎo)體裝置還可以包括:第三晶體管，該第三晶體管包括第一晶體管上的第三源電極及第三漏電極、與第三源電極及第三漏電極電連接并且使用氧化物半導(dǎo)體材料的第三溝道形成區(qū)域、第三溝道形成區(qū)域上的第三棚極絕緣層、以及第三棚極絕緣層上的第三柵電極；源極線；位線；字線；第一信號線以及第二信號線。第三柵電極與第二源電極和第二漏電極中的一個及電容器的一個電極彼此電連接，源極線與第三源電極可以彼此電連接，位線與第三漏電極可以彼此電連接，第一信號線與第二源電極和第二漏電極中的另一個可以彼此電連接，第二信號線與第二柵電極可以彼此電連接，并且字線與電容器的另一個電極可以彼此電連接。
[0015]另外，在上述結(jié)構(gòu)中，邏輯電路(算術(shù)電路)或驅(qū)動電路可以包含第一晶體管。
[0016]注意，在本說明書等中，“上”或“下”等術(shù)語不必意味著部件放置在另一部件的“直接之上”或“直接之下”。例如，“柵極絕緣層上的柵電極”的表達(dá)不排除在柵極絕緣層和柵電極之間包含部件的情況。另外，“上”和“下”等術(shù)語只是為了便于描述而使用的，在沒有特別的說明時，其可以包括部件的位置關(guān)系倒轉(zhuǎn)的情況。
[0017]另外，在本說明書等中，“電極”或“線”等術(shù)語不限定部件的功能。例如，有時將“電極”用作“線”的一部分，反之亦然。再者，術(shù)語“電極”或“線”還包括以集成方式形成多個“電極”或“線”的情況。
[0018]“源極”和“漏極”的功能在使用極性相反的晶體管或電路操作的電流流動方向變化時，有時互相調(diào)換。因此，在本說明書等中，術(shù)語“源極”和“漏極”可以互相調(diào)換。
[0019]注意，在本說明書等中，術(shù)語“電連接”包括通過“具有任何電功能的對象”連接的情況?！熬哂腥魏坞姽δ艿膶ο蟆敝灰梢赃M(jìn)行通過該對象連接的部件之間的電信號的傳送和接收，就對其沒有特別的限制。
[0020]“具有任何電功能的對象”的例子不僅包括電極和線，而且還包括晶體管等開關(guān)元件、電阻器、電感器、電容器、以及具有各種功能的元件等。[0021]在本發(fā)明的一個實(shí)施方式中，提供一種具有使用氧化物半導(dǎo)體以外的材料的晶體管及使用氧化物半導(dǎo)體的晶體管的分層結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體裝置。
[0022]因?yàn)槭褂醚趸锇雽?dǎo)體的晶體管的截止電流極小，所以通過使用該晶體管而可以在極長期間內(nèi)存儲所存儲的數(shù)據(jù)。就是說，因?yàn)椴辉傩枰M(jìn)行刷新操作，或者，可以將刷新操作的頻率降低到極低，所以可以充分降低耗電量。另外，即使當(dāng)電力供給停止時，也可以在較長期間內(nèi)存儲所存儲的數(shù)據(jù)。
[0023]另外，在根據(jù)所公開的發(fā)明的一個實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置中，數(shù)據(jù)的寫入不需要高電壓，而且也沒有元件退化的問題。例如，不像現(xiàn)有的非易失性存儲器的情況那樣，不需要對浮動?xùn)抛⑷腚娮踊驈母訓(xùn)懦槌鲭娮?，所以不會發(fā)生棚極絕緣層的退化等的問題。就是說，根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置一個實(shí)施方式對寫入次數(shù)沒有限制，這是現(xiàn)有的非易失性存儲器所存在的問題，所以可以顯著提高其可靠性。再者，因?yàn)槭歉鶕?jù)晶體管的導(dǎo)通狀態(tài)或截止?fàn)顟B(tài)而進(jìn)行數(shù)據(jù)的寫入，所以容易實(shí)現(xiàn)高速操作。另外，還有不需要用于擦除數(shù)據(jù)的操作的另一優(yōu)點(diǎn)。
[0024]另外，由于包含氧化物半導(dǎo)體以外的材料的晶體管能夠以非常高的速度操作，因此，通過利用該晶體管可以順利地實(shí)現(xiàn)要求高速操作的各種電路(例如，邏輯電路或驅(qū)動電路)。
[0025]通過包含使用氧化物半導(dǎo)體以外的材料的晶體管和使用氧化物半導(dǎo)體的晶體管，可以實(shí)現(xiàn)具有新穎的特征的半導(dǎo)體裝置。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0026]在附圖中:
圖1是半導(dǎo)體裝置的示意圖；
圖2A和2B是半導(dǎo)體裝置的截面圖；
圖3A和3B是半導(dǎo)體裝置的截面圖；
圖4A至4C是半導(dǎo)體裝置的截面圖；
圖5A1、5A2及5B是半導(dǎo)體裝置的電路圖；
圖6A至6E是有關(guān)半導(dǎo)體裝置的制造工序的截面圖；
圖7A至7E是有關(guān)半導(dǎo)體裝置的制造工序的截面圖；
圖8A至SE是有關(guān)半導(dǎo)體裝置的制造工序的截面圖；
圖9A至9E是有關(guān)半導(dǎo)體裝置的制造工序的截面圖；
圖1OA至IOH是有關(guān)半導(dǎo)體裝置的制造工序的截面圖；
圖1lA至IlH是有關(guān)SOI襯底的制造工序的截面圖；
圖12A至12H是有關(guān)半導(dǎo)體裝置的制造工序的截面圖；
圖13A和13B是半導(dǎo)體裝置的電路圖；
圖14A至14C是半導(dǎo)體裝置的電路圖；
圖15A和15B是半導(dǎo)體裝置的電路圖；
圖16A至16F是每個圖示包含半導(dǎo)體裝置的電子設(shè)備的圖；
圖17是示出存儲器窗口寬度(memory window width)的調(diào)查結(jié)果的圖?！揪唧w實(shí)施方式】
[0027]下面，參照附圖將對本發(fā)明的實(shí)施方式的例子進(jìn)行描述。注意，本發(fā)明不局限于下面的描述，并且所屬【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員可以很容易地理解本文公開的方式及詳細(xì)內(nèi)容在不脫離本發(fā)明的宗旨及其范圍的情況下可以以各種各樣的方式修改。因此，本發(fā)明不應(yīng)該被解釋為僅限定在本文所包含的實(shí)施方式的內(nèi)容。
[0028]注意，附圖等所不的每個結(jié)構(gòu)的位置、大小、范圍等為了容易理解而有時不精確表示。因此，所公開的發(fā)明不一定局限于附圖等所公開的位置、大小、范圍等。
[0029]另外，本說明書等中的“第一”、“第二”、“第三”等的序數(shù)詞是為了避免部件之間的混淆而使用的，該術(shù)語不是用于在數(shù)目方面上限制部件。
[0030]實(shí)施方式I
在本實(shí)施方式中，參照圖1、圖2A和2B、圖3A和3B、圖4A至4C、以及圖5A1、5A2和5B將對根據(jù)所公開的發(fā)明的一個實(shí)施方式的半導(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，為了表示使用氧化物半導(dǎo)體的晶體管，有時在晶體管旁寫上“OS”。
[0031]〈半導(dǎo)體裝置的結(jié)構(gòu)的概略〉
圖1是圖示半導(dǎo)體裝置的結(jié)構(gòu)的例子的示意圖。根據(jù)所公開的發(fā)明的一個實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置典型地是在上部包含存儲電路且在下部包含需要高速操作的邏輯電路(算術(shù)電路)和驅(qū)動電路的分層結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體裝置。
[0032]圖1所示的半導(dǎo)體裝置是在上部包含存儲單元陣列10，在下部包含包含于驅(qū)動電路的列解碼器20、行解碼器30、IO控制器40、IO緩沖器50、命令緩沖器60、地址緩沖器70、控制器80等的半導(dǎo)體裝置(存儲裝置)。在下部中，還可以包含CPU等算術(shù)電路。注意，雖然在這里作為半導(dǎo)體裝置的一個例子圖示存儲裝置，但是所公開的發(fā)明的一個實(shí)施方式不局限于此。
[0033]<半導(dǎo)體裝置的截面結(jié)構(gòu)>
圖2A和2B是每個圖示半導(dǎo)體裝置的具體結(jié)構(gòu)的例子的截面圖。圖2A和圖2B分別是有關(guān)第一例的半導(dǎo)體裝置的截面圖和有關(guān)第二例的半導(dǎo)體裝置的截面圖。圖2A和2B所示的半導(dǎo)體裝置每個在下部包含使用氧化物半導(dǎo)體以外的材料的晶體管(晶體管170或晶體管570)，并且在上部包含每個使用氧化物半導(dǎo)體的晶體管162以及電容器164。使用氧化物半導(dǎo)體以外的材料的晶體管易于高速操作，并且用于邏輯電路(也稱為算術(shù)電路)等。另一方面，使用氧化物半導(dǎo)體的晶體管用于利用該晶體管的特性的存儲電路等。
[0034]另外，雖然這里所有晶體管都描述為η溝道型晶體管，但是當(dāng)然也可以使用P溝道型晶體管。另外，所公開的發(fā)明的技術(shù)本質(zhì)在于:為了存儲數(shù)據(jù)，將氧化物半導(dǎo)體用于晶體管162，所以，半導(dǎo)體裝置的具體結(jié)構(gòu)不必局限于這里所述的結(jié)構(gòu)。
[0035]圖2Α中所示的晶體管170包括:設(shè)置在含有半導(dǎo)體材料(例如，硅等)的襯底100中的溝道形成區(qū)域116 ;以夾著溝道形成區(qū)域116的方式設(shè)置的雜質(zhì)區(qū)域114及高濃度雜質(zhì)區(qū)域120(將它們總稱為雜質(zhì)區(qū)域)；設(shè)置在溝道形成區(qū)域116上的柵極絕緣層108 ;設(shè)置在柵極絕緣層108上的柵電極110 ;以及與雜質(zhì)區(qū)域電連接的源電極或漏電極130a及源電極或漏電極130b。
[0036]在柵電極110的側(cè)面上設(shè)置有側(cè)壁絕緣層118。另外，在襯底100的從垂直于襯底100的表面的方向觀看時不與側(cè)壁絕緣層118重疊的區(qū)域中，設(shè)置高濃度雜質(zhì)區(qū)域120。接觸于高濃度雜質(zhì)區(qū)域120放置金屬化合物區(qū)域124。在襯底100上以圍繞晶體管170的方式設(shè)置有元件分離絕緣層106。以覆蓋晶體管170的方式設(shè)置有層間絕緣層126及層間絕緣層128。源電極或漏電極130a及源電極或漏電極130b通過形成在層間絕緣層126及層間絕緣層128中的開口電連接到金屬化合物區(qū)域124。也就是說，源電極或漏電極130a及源電極或漏電極130b通過金屬化合物區(qū)域124電連接到高濃度雜質(zhì)區(qū)域120及雜質(zhì)區(qū)域114。注意，有時為了實(shí)現(xiàn)晶體管170的集成化等而不設(shè)置側(cè)壁絕緣層118。
[0037]圖2B中所示的晶體管570包括:設(shè)置在含有氮的層502及氧化膜512上的含有半導(dǎo)體材料(例如硅等)的層中的溝道形成區(qū)域534 ;以夾著溝道形成區(qū)域534的方式設(shè)置的低濃度雜質(zhì)區(qū)域532及高濃度雜質(zhì)區(qū)域530 (可以將這些區(qū)域簡單地總稱為雜質(zhì)區(qū)域)；設(shè)置在溝道形成區(qū)域534上的柵極絕緣層522a ;設(shè)置在柵極絕緣層522a上的柵電極524 ；以及電連接到雜質(zhì)區(qū)域的源電極或漏電極540a及源電極或漏電極540b。
[0038]在柵電極524的側(cè)面上設(shè)置有側(cè)壁絕緣層528。在基底襯底500的從垂直于基底襯底500的表面的方向觀看時不重疊于側(cè)壁絕緣層528的區(qū)域中設(shè)置有高濃度雜質(zhì)區(qū)域530。以覆蓋晶體管570的方式設(shè)置有層間絕緣層536及層間絕緣層538。源電極或漏電極540a及源電極或漏電極540b的每個通過形成在層間絕緣層536及層間絕緣層538中的開口電連接到高濃度雜質(zhì)區(qū)域530。注意，有時為了實(shí)現(xiàn)晶體管570的集成化等而不設(shè)置側(cè)壁絕緣層528。
[0039]圖2A及圖2B的每個中的晶體管162包括:設(shè)置在絕緣層138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。
[0040]在此，氧化物半導(dǎo)體層144優(yōu)選通過充分地去除氫等的雜質(zhì)或者向其供給充分的量的氧而高純度化。具體地說，例如氧化物半導(dǎo)體層144的氧濃度為5X1019atoms/cm3以下，優(yōu)選為5X 1018atoms/cm3以下，更優(yōu)選為5X 1017atoms/cm3以下。另外，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 MassSpectrometry)來測量的。在其中的氫濃度被充分降低而高純度化，并其中通過供給充分量的氧來降低起因于氧缺乏的能隙中的缺陷能級的氧化物半導(dǎo)體層144中，載流子濃度為低于I X IO1Vcm3，優(yōu)選為低于I XlO1Vcm3,更優(yōu)選為低于1.45 X IO1Vcm30例如，室溫下的截止電流密度(將截止電流除以晶體管的溝道寬度所得的值)為ΙΟζΑ/μπι至IOOzA/μ m(lzA(zeptoampere)等于IXl(T21A)左右。如此，通過使用被作成i型化(本征化)或?qū)嵸|(zhì)上被i型化的氧化物半導(dǎo)體，可以得到截止電流特性極為優(yōu)良的晶體管162。
[0041]注意，由于在圖2A和2B中的晶體管162中，不將氧化物半導(dǎo)體層144圖案化為具有島狀，因此可以防止用于圖案化的蝕刻導(dǎo)致的氧化物半導(dǎo)體層144的污染。
[0042]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的一個電極，電極148b用作電容器164的另一個電極。
[0043]注意，在圖2A和2B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。[0044]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的端部形成為錐形形狀。在此，將錐形角例如設(shè)定為30度以上且60度以下。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)時該層的側(cè)面和底面所形成的傾斜角。當(dāng)源電極或漏電極142a和源電極或漏電極142b的端部為錐形形狀時，可以提高氧化物半導(dǎo)體層144的覆蓋性并可以防止斷裂。
[0045]另外，在晶體管162和電容器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。
[0046]<半導(dǎo)體裝置的變形例>
圖3A和3B是圖示半導(dǎo)體裝置的結(jié)構(gòu)的變形例的截面圖。圖3A和圖3B分別圖示有關(guān)第一例的半導(dǎo)體裝置的截面圖和有關(guān)第二例的半導(dǎo)體裝置的截面圖。注意，圖3A和3B所示的每個半導(dǎo)體裝置都對應(yīng)于圖2A所示的結(jié)構(gòu)的變形例。
[0047]圖3A所示的半導(dǎo)體裝置與圖2A所示的半導(dǎo)體裝置的不同之處在于在層間絕緣層128與絕緣層138之間前者包含絕緣層132及絕緣層134。這里，絕緣層132使用添加有氫的氮化硅，并且絕緣層134使用不添加氧的氮化硅。另外，絕緣層138優(yōu)選使用氧化硅形成。
[0048]通過采用包含由添加有氫的氮化硅形成的絕緣層132作為下層，由不添加氫的氮化硅形成的絕緣層134作為上層的上述結(jié)構(gòu)，可以對晶體管170的溝道形成區(qū)域116的材料(例如硅)供給氫，從而能夠提高晶體管170的特性并可以防止氫進(jìn)入氧化物半導(dǎo)體層144，其中氫是導(dǎo)致使用氧化物半導(dǎo)體的晶體管162特性惡化的原因。注意，使用添加有氫的氮化硅形成的絕緣層132可以利用等離子體CVD法等形成。另外，使用不添加氫的氮化硅形成的絕緣層134可以利用濺射法等形成。在利用濺射法的情況下，例如，可以使用氮?dú)夥栈虻蜌宓幕旌蠚夥兆鳛槌练e氣氛，并使用不含有氫的硅作為濺射靶材。
[0049]圖3B所示的半導(dǎo)體裝置與圖2A所示的半導(dǎo)體裝置的不同之處在于前者在層間絕緣層128與絕緣層138之間具有絕緣層134。這里，絕緣層134使用不添加氫的氮化硅形成。層間絕緣層126使用添加有氫的氮化硅形成。層間絕緣層128及絕緣層138優(yōu)選使用氧化硅形成。
[0050]通過采用包含使用添加有氫的氮化硅形成的層間絕緣層126以及使用不添加氫的氮化硅形成的絕緣層134的上述結(jié)構(gòu)，可以對晶體管170的溝道形成區(qū)域116的材料(例如硅)供給氫，從而提高晶體管170的特性并防止氫進(jìn)入氧化物半導(dǎo)體層144，其中氫是導(dǎo)致使用氧化物半導(dǎo)體的晶體管162特性惡化的原因。注意，使用添加有氫的氮化硅形成的層間絕緣層126可以利用等離子體CVD法等形成。使用不添加氫的氮化硅形成的絕緣層134可以利用濺射法等形成。在利用濺射法的情況下，例如，可以使用氮?dú)夥栈虻蜌宓幕旌蠚夥兆鳛槌练e氣氛，并使用不含有氫的硅作為濺射靶材。
[0051]<上部的晶體管及電容器的變形例>
接著，在圖4A、圖4B和圖4C圖示圖2A和2B所示的上部中的晶體管162及電容器164的變形例。
[0052]圖4A所示的晶體管和電容器是圖2A和2B所示的半導(dǎo)體裝置的上部中的晶體管和電容器的變形例。
[0053]圖4A所示的結(jié)構(gòu)和圖2A和2B所示的結(jié)構(gòu)的不同之處在于前者包含形成為具有島狀的氧化物半導(dǎo)體層。換言之，在圖2A和2B所示的結(jié)構(gòu)中，氧化物半導(dǎo)體層144覆蓋絕緣層138、源電極或漏電極142a以及源電極或漏電極142b的整體；另一方面，在圖4A所示的結(jié)構(gòu)中，島狀的氧化物半導(dǎo)體層144覆蓋絕緣層138、源電極或漏電極142a以及源電極或漏電極142b的一部分。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。優(yōu)選錐形角例如為30度以上且60度以下。
[0054]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。
[0055]圖4B所示的晶體管和電容器是圖2A和2B所示的半導(dǎo)體裝置的上部中的晶體管和電容器的其他變形例子。
[0056]圖4B所示的結(jié)構(gòu)和圖2A和2B所示的結(jié)構(gòu)的不同之處在于，前者包含形成在源電極或漏電極142a和源電極或漏電極142b上的絕緣層143。另外，氧化物半導(dǎo)體層144形成為覆蓋絕緣層143、源電極或漏電極142a以及源電極或漏電極142b。另外，在圖4B所示的結(jié)構(gòu)中，氧化物半導(dǎo)體層144設(shè)置為通過形成于絕緣層143中的開口與源電極或漏電極142a接觸。
[0057]當(dāng)設(shè)置有絕緣層143時，降低形成在柵電極與源電極之間或棚電極與漏電極之間的電容，而可以實(shí)現(xiàn)晶體管的操作的高速化。
[0058]圖4C所示的晶體管和電容器與圖4A及圖4B所示的晶體管和電容器部分不同。
[0059]圖4C所示的結(jié)構(gòu)與圖4A所示的結(jié)構(gòu)的不同之處在于:前者包含形成在源電極或漏電極142a和源電極或漏電極142b上的絕緣層143。另外，氧化物半導(dǎo)體層144形成為覆蓋絕緣層143、源電極或漏電極142a以及源電極或漏電極142b。另外，圖4C所示的結(jié)構(gòu)與圖4B所示的結(jié)構(gòu)的不同之處在于前者包含形成為具有島狀的氧化物半導(dǎo)體層144。通過采用該結(jié)構(gòu)，可以兼得圖4A所示的結(jié)構(gòu)中可以獲得的效果和圖4B所示的結(jié)構(gòu)中可以獲得的效果。
[0060]<半導(dǎo)體裝置的電路配置及操作>
接著，對上述半導(dǎo)體裝置的電路配置的例子及其操作進(jìn)行描述。圖5A1、5A2及5B圖示使用圖2A和2B所示的半導(dǎo)體裝置的電路配置的例子。
[0061]在圖5A1所示的半導(dǎo)體裝置中，第一線(也稱為源極線)與晶體管160的源電極彼此電連接，第二線(也稱為位線)與晶體管160的漏電極彼此電連接。另外，第三線(也稱為第一信號線)與晶體管162的源電極和漏電極中的一個彼此電連接，第四線(也稱第二信號線)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與電容器164的一個電極彼此電連接，第五線(也稱為字線)與電容器164的另一個電極彼此電連接。
[0062]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為小的特征。因此，當(dāng)晶體管162關(guān)閉時，可以極長時間地保持晶體管160的柵電極的電位。再者，通過設(shè)置電容器164，便于保持施加到晶體管160的柵電極的電荷，另外，也便于讀出所存儲的數(shù)據(jù)。注意，使用氧化物半導(dǎo)體的晶體管162的溝道長度(L)為IOnm以上且IOOOnm以下，所以該晶體管162耗電量小，并且操作速度極快。
[0063]在圖5A1所示的半導(dǎo)體裝置中，通過利用可以保持晶體管160的柵電極的電位的特征，可以如以下那樣進(jìn)行數(shù)據(jù)的寫入、存儲以及讀出。
[0064]首先，對數(shù)據(jù)的寫入和保持進(jìn)行描述。首先，將第四線的電位設(shè)定為允許晶體管162打開的電位，使晶體管162打開。由此，對晶體管160的棚電極和電容器164供給第三線的電位。也就是說，對晶體管160的柵電極施加預(yù)定的電荷(寫入)。在此，施加用于供給電位電平的電荷或用于供給不同的電位電平的電荷(以下稱為Low電平電荷、High電平電荷)。然后，通過將第四線的電位設(shè)定為允許晶體管162關(guān)閉的電位，使晶體管162關(guān)閉。從而保持對晶體管160的柵電極施加的電荷(存儲)。
[0065]因?yàn)榫w管162的截止電流極為小，所以晶體管160的棚電極的電荷被長時間地保持。
[0066]接著，對數(shù)據(jù)的讀出進(jìn)行描述。當(dāng)在對第一線施加預(yù)定的電位(定電位)的狀態(tài)下，對第五線施加適當(dāng)?shù)碾娢?讀出電位)時，根據(jù)保持在晶體管160的柵電極中的電荷量，第二線的電位變化。這是因?yàn)橐话愣?，?dāng)晶體管160為η溝道型時，對晶體管160的柵電極施加High電平電荷時的外觀上的閾值電壓Vth H低于對晶體管160的柵電極施加Low電平電荷時的外觀上的閾值電壓Vg的緣故。在此，外觀上的閾值電壓是指為了打開晶體管160所需要的第五線的電位。從而，通過將第五線的電應(yīng)設(shè)定為Vth H和VthJ之間的中間電位Vtl，可以確定對晶體管160的柵電極施加的電荷。例如，在寫入中施加High電平電荷的情況下，當(dāng)?shù)谖?線的電位設(shè)為VtlO Vthj)時，晶體管160打開。在寫入中施加Low電平電荷的情況下，即使第五線的電位設(shè)為K < Vth L)時，晶體管160也一直處于截止?fàn)顟B(tài)。因此，通過第二線的電位可以讀出所存儲的數(shù)據(jù)。
[0067]注意，在將存儲單元配置為陣列狀而使用的情況下，需要只讀出所希望的存儲單元的數(shù)據(jù)。從而，為了讀出預(yù)定的存儲單元的數(shù)據(jù)，且不讀出其他的存儲單元的數(shù)據(jù)，在存儲單元之間將晶體管160并聯(lián)連接的情況下，對不讀出數(shù)據(jù)的存儲單元的第五線可以供給不管柵電極的狀態(tài)怎么樣都允許晶體管160關(guān)閉的電位，也就是小于Vth H的電位。在存儲單元之間將晶體管160串聯(lián)連接的情況下，對該第五線供給不管柵電極的狀態(tài)怎么樣都允許晶體管160打開的電位，也就是大于Vtl^的電位。
[0068]接著，對數(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)的寫入和存儲類似地進(jìn)行。也就是說，將第四線的電位設(shè)定為允許晶體管162打開的電位，從而使晶體管162打開。由此，對晶體管160的柵電極和電容器164供給第三線的電位(有關(guān)新的數(shù)據(jù)的電位)。然后，通過將第四線的電位設(shè)定為使晶體管162關(guān)閉的電位，使晶體管162關(guān)閉。從而向晶體管160的柵電極施加有關(guān)新的數(shù)據(jù)的電荷。
[0069]在根據(jù)所公開的發(fā)明的半導(dǎo)體裝置中，通過進(jìn)行另一如上所述的數(shù)據(jù)的寫入，可以直接改寫數(shù)據(jù)。因此，不需要快閃存儲器等所需要的擦除操作，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。
[0070]注意，通過將晶體管162的源電極或漏電極與晶體管160的棚電極電連接，該源電極或漏電極具有與用作非易失性存儲元件的浮動?xùn)判途w管的浮動?xùn)诺男Ч愃频男Ч?。由此，有時將附圖中的晶體管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?xùn)挪縁G。當(dāng)晶體管162截止時，可以認(rèn)為該浮動?xùn)挪縁G被埋設(shè)在絕緣體中，從而在浮動?xùn)挪縁G中保持有電荷。因?yàn)槭褂醚趸锇雽?dǎo)體的晶體管162的截止電流量為使用硅等而形成的晶體管的截止電流量的十萬分之一以下，所以可以不考慮由于晶體管162的泄漏電流的積累在浮動?xùn)挪縁G中的電荷的消失。也就是說，通過使用氧化物半導(dǎo)體的晶體管162，可以實(shí)現(xiàn)非易失性存儲裝置。
[0071]例如，當(dāng)室溫下的晶體管162的截止電流密度為IOzA(IzA(zeptoampere)等于IXl(T21A)左右，并且電容器164的電容值為IpF左右時，至少可以存儲數(shù)據(jù)IO6秒以上。當(dāng)然該保持時間取決于晶體管特性和電容值。
[0072]另外，在此情況下，不存在在現(xiàn)有的浮動棚型晶體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，可以避免以往的由于電子注入到浮動棚引起的柵極絕緣膜的劣化的問題。這意味著在原理上不存在寫入次數(shù)的限制。另外，也不需要在現(xiàn)有的浮動?xùn)判途w管中寫入或擦除數(shù)據(jù)所需要的高電壓。
[0073]在其中半導(dǎo)體裝置的晶體管等部件包括電阻器和電容器的圖5A1所示的半導(dǎo)體裝置電路結(jié)構(gòu)可以用圖5A2所示的電路結(jié)構(gòu)代替。換言之，可以認(rèn)為在圖5A2中，晶體管160和電容器164每個包括電阻器和電容器。Rl和Cl分別指代電容器164的電阻值和電容值。電阻值Rl對應(yīng)于取決于電容器164的絕緣層的電阻值。R2和C2分別指代晶體管160的電阻值和電容值。電阻值R2對應(yīng)于取決于晶體管160處于導(dǎo)通時的晶體管160包含的柵極絕緣層的電阻值。電容值C2對應(yīng)于所謂的柵極電容(形成在柵電極和源電極之間或柵電極和漏電極之間的電容)值。注意，因?yàn)殡娮柚礡2不過是用于指代晶體管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)，使用虛線表示連接的一部分。
[0074]在晶體管162處于截止時的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，在Rl和R2滿足Rl≥ROS (Rl為ROS以上)并且R2≥ROS (R2為ROS以上)的情況下，主要根據(jù)晶體管162的截止電流來確定電荷的保持期間(也可以說成數(shù)據(jù)的存儲期間)。
[0075]與此相反，當(dāng)不滿足上述關(guān)系時，即使晶體管162的截止電流充分小，難以充分確保保持期間。這是因?yàn)樵诰w管162之外的部分產(chǎn)生的泄漏電流量大的緣故。由此，可以說本實(shí)施方式所公開的半導(dǎo)體裝置優(yōu)選滿足上述關(guān)系。
[0076]Cl和C2優(yōu)選滿足Cl≥C2 (Cl為C2以上)的關(guān)系。這是因?yàn)槿绻鸆l大，當(dāng)由第五線控制浮動?xùn)挪縁G的電位時(例如在讀出時)，可以降低第五線的電位的變動的緣故。
[0077]當(dāng)滿足上述關(guān)系時，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和晶體管162的柵極絕緣層來控制。Cl和C2也是同樣地控制。因此，優(yōu)選適當(dāng)?shù)卦O(shè)定柵極絕緣層的材料或厚度等，從而滿足上述關(guān)系。
[0078]圖5B所示的半導(dǎo)體裝置是具有不設(shè)置圖5A1所示的晶體管160的結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體裝置。在圖5B所示的半導(dǎo)體裝置中，第一線(電稱為第一信號線)與晶體管162的源電極和漏電極中的一個彼此電連接。第二線(電稱為第二信號線)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與電容器164的一個電極彼此電連接。第三線(也稱為電容線)與電容器164的另一個電極彼此電連接。
[0079]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小的特性。因此，將晶體管162關(guān)閉時，可以極長時間地保持對電容器164供給的電位。注意，使用氧化物半導(dǎo)體的晶體管162的溝道長度(L)為IOnm以上且1000nm以下，所以該晶體管162耗電量小，并且操作速度極快。
[0080]在圖5B所示的半導(dǎo)體裝置中，通過利用可以保持對電容器164供給的電位的特性，可以如以下那樣進(jìn)行數(shù)據(jù)的寫入、存儲和讀出。
[0081]首先，對數(shù)據(jù)的寫入和存儲進(jìn)行描述。為了簡單起見，此處第三線的電位是固定的。首先，將第二線的電位設(shè)定為允許晶體管162打開的電位，從而使晶體管162打開。由此方式，對電容器164的一個電極供給第一線的電位。也就是說，對電容器164供給預(yù)定的電荷(寫入)。然后，通過將第二線的電位設(shè)定為允許晶體管162關(guān)閉的電位，從而使晶體管162關(guān)閉。由此保持對電容器164施加的電荷(存儲)。如上述那樣，因?yàn)榫w管162的截止電流極小，所以可以極長時間地保持電荷。
[0082]接著，將對數(shù)據(jù)的讀出進(jìn)行描述。當(dāng)在對第一線供給預(yù)定的電位(定電位)時，將第二線的電位設(shè)定為允許晶體管162打開的電位時，根據(jù)保持在電容器164中的電荷量，第一線的電位變化。因此，通過第一線的電位，可以讀出所存儲的數(shù)據(jù)。
[0083]必須注意:由于在讀出數(shù)據(jù)的情況下，電容器164中的電荷消失，所以進(jìn)行另一寫入操作。
[0084]接著，對數(shù)據(jù)的改寫進(jìn)行描述。數(shù)據(jù)的改寫與數(shù)據(jù)的寫入和存儲同樣地進(jìn)行。也就是說，將第二線的電位設(shè)定為允許晶體管162打開的電位，從而使晶體管162打開。由此，對電容器164的一個電極供給第一線的電位(有關(guān)新的數(shù)據(jù)的電位)。然后，通過將第二線的電位設(shè)定為允許晶體管162關(guān)閉的電位，從而使晶體管162關(guān)閉。由此電容器164施加有有關(guān)新的數(shù)據(jù)的電荷。
[0085]在根據(jù)所公開的發(fā)明的一個實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置中，通過如上所述地進(jìn)行另一數(shù)據(jù)的寫入，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。
[0086]注意，在上述描述中，使用以電子為多數(shù)載流子的η溝道型晶體管。但是當(dāng)然可以使用以空穴為多數(shù)載流子的P溝道型晶體管代替η溝道型晶體管。
[0087]以上本實(shí)施方式所述的結(jié)構(gòu)和方法等可以與其他實(shí)施方式所述的任何結(jié)構(gòu)和方法等適當(dāng)?shù)亟M合而使用。
[0088]實(shí)施方式2
在本實(shí)施方式中，參照圖6Α至6Ε對使用氧化物半導(dǎo)體的半導(dǎo)體裝置的制造方法，具體地說，對圖2Α和2Β的上部的晶體管162的制造方法進(jìn)行描述。注意，由于圖6Α至6Ε主要圖不晶體管162的制造工序等，所以省略對晶體管162下的晶體管170等的詳細(xì)描述。
[0089]首先，在層間絕緣層128上形成絕緣層138。然后，在絕緣層138上形成導(dǎo)電層，并對該導(dǎo)電層進(jìn)行選擇性蝕刻，從而形成源電極或漏電極142a及源電極或漏電極142b(參照圖 6A)。
[0090]絕緣層138用作基底，并且可以利用PVD法或CVD法等形成。另外，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、或氧化鉭等無機(jī)絕緣材料的材料來形成。注意，優(yōu)選以盡量不含有氫或水的方式形成絕緣層138?？梢圆捎貌辉O(shè)置絕緣層138的結(jié)構(gòu)。
[0091]可以利用如濺射法等的PVD法或如等離子體CVD法等的CVD法來形成導(dǎo)電層。另夕卜，作為用于導(dǎo)電層的材料，可以使用選自鋁、鉻、銅、鉭、鈦、鑰、及鎢中的元素；或包含任何這些元素作為成分的合金等。另外，可以使用選自錳、鎂、鋯、鈹中的一種或多種材料。備選地，還可以采用組合鋁與選自鈦、鉭、鎢、鑰、鉻、釹、鈧中的一種或多種元素。
[0092]導(dǎo)電層既可以采用單層結(jié)構(gòu)也可以采用包含兩層以上的分層結(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)；含有硅的鋁膜的單層結(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)；或者以該順序?qū)盈B鈦膜、鋁膜及鈦膜的三層結(jié)構(gòu)等。注意，在導(dǎo)電層具有鈦膜或氮化鈦膜的單層結(jié)構(gòu)時，具有易于將導(dǎo)電膜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)。
[0093]備選地，導(dǎo)電層還可以使用導(dǎo)電金屬氧化物來形成。作為導(dǎo)電金屬氧化物，可以采用氧化銦(In2O3)、氧化錫(SnO2)、氧化鋅(ZnO)、氧化銦氧化錫合金(In2O3-SnO2,有時簡稱為ΙΤ0)、氧化銦氧化鋅合金(In2O3-ZnO)或者使任何這些金屬氧化物材料中含有硅或氧化硅的金屬氧化物材料。
[0094]優(yōu)選以源電極或漏電極142a及源電極或漏電極142b的端部成為錐形形狀的方式對導(dǎo)電層進(jìn)行蝕刻。這里，錐形角例如優(yōu)選為30度以上60度以下。以源電極或漏電極142a及源電極或漏電極142b的端部成為錐形形狀的方式進(jìn)行蝕刻，由此可以提高后面形成的柵極絕緣層146的覆蓋性，并可以防止斷裂。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)方向觀察時，由該具有錐形形狀的層(例如，源電極或漏電極142a)的側(cè)面與底面形成的傾斜角。
[0095]晶體管的溝道長度(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。另外，在晶體管的溝道長度(L)為25nm以下的情況下，優(yōu)選使用波長小到幾nm至幾十nm的極紫外線(Extreme Ultraviolet ray)進(jìn)行用來形成掩模的曝光。利用極紫外線的曝光的分辨率高且聚焦深度大。由此，后面形成的晶體管的溝道長度(L)可以處于IOnm以及IOOOnm(Iym)以下，并且電路的可以以更高速度操作。再者，通過微型化可以降低半導(dǎo)體裝置的耗電量。
[0096]另外，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，可以降低之后形成的柵電極與源電極或漏電極142a之間以及柵電極與源電極或漏電極142b之間的寄生電容。
[0097]接著，以覆蓋源電極或漏電極142a及源電極或漏電極142b的方式形成氧化物半導(dǎo)體層144 (參照圖6B)。
[0098]氧化物半導(dǎo)體層144可以使用如下氧化物半導(dǎo)體來形成:四元金屬氧化物例如In-Sn-Ga-Zn-O類氧化物半導(dǎo)體；三元金屬氧化物例如In-Ga-Zn-O類氧化物半導(dǎo)體、In-Sn-Zn-O類氧化物半導(dǎo)體、In-Al-Zn-O類氧化物半導(dǎo)體、Sn-Ga-Zn-O類氧化物半導(dǎo)體、Al-Ga-Zn-O類氧化物半導(dǎo)體、Sn-Al-Zn-O類氧化物半導(dǎo)體；二元金屬氧化物例如In-Zn-O類氧化物半導(dǎo)體、Sn-Zn-O類氧化物半導(dǎo)體、Al-Zn-O類氧化物半導(dǎo)體、Zn-Mg-O類氧化物半導(dǎo)體、Sn-Mg-O類氧化物半導(dǎo)體、以及In-Mg-O類氧化物半導(dǎo)體；以及一元金屬氧化物例如In-O類氧化物半導(dǎo)體、Sn-O類氧化物半導(dǎo)體、Zn-O類氧化物半導(dǎo)體等。
[0099]特別地，In-Ga-Zn-O類的氧化物半導(dǎo)體材料在無電場時具有充分高的電阻并且能夠充分地降低截止電流。此外，場效應(yīng)遷移率高，In-Ga-Zn-O類的氧化物半導(dǎo)體材料適合于用于半導(dǎo)體裝置的半導(dǎo)體材料。
[0100]作為In-Ga-Zn-O類的氧化物半導(dǎo)體材料的典型例子，給出表示為InGaO3(ZnO)m(m>0并且m不限于自然數(shù))的氧化物半導(dǎo)體材料。此外，還有使用M代替Ga的表示為InMO3 (ZnO) m (m > O、并且m不限于自然數(shù))的氧化物半導(dǎo)體材料。在此，M指代選自鎵(Ga)、招(Al)、鐵(Fe)、鎳(Ni)、猛(Mn)、鈷(Co)等中的一種金屬元素或多種金屬元素。例如，M可以采用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)導(dǎo)出的，并且僅是例子。
[0101]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、y為0.5以上且5以下)的組成比的靶材。例如，可以使用其組成比為In2O3: Ga2O3: ZnO=1:1: 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]的靶材或組成比為In2O3: ZnO= I: 2[摩爾數(shù)比]的靶材。
[0102]在本實(shí)施方式中，由使用In-Ga-Zn-O類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。
[0103]優(yōu)選金屬氧化物靶材中包含的金屬氧化物的相對密度為80%以上，優(yōu)選為95%以上，更優(yōu)選為99.9%以上。通過使用相對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。
[0104]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，例如，優(yōu)選使用從其中去除氫、水、羥基或氫化物等的雜質(zhì)，以便濃度降低到Ippm以下(優(yōu)選為IOppb以下)的高純度氣體氣氛。
[0105]當(dāng)形成氧化物半導(dǎo)體層144時，例如，將對象保持在維持為減壓的處理室內(nèi)并進(jìn)行加熱，以使對象的溫度為100°c以上且低于550°C，優(yōu)選為200°C以上并且400°C以下。或者，形成氧化物半導(dǎo)體層144時的對象的溫度也可以為室溫。然后，去除處理室內(nèi)的水分并且引入去除了氫和水等的濺射氣體，由此使用上述靶材形成氧化物半導(dǎo)體層144。通過加熱對象而形成氧化物半導(dǎo)體層144，可以減少氧化物半導(dǎo)體層144中含有的雜質(zhì)。另外，可以減輕因?yàn)R射而帶來的損傷。優(yōu)選使用吸附式真空泵來去除處理室內(nèi)的水分。例如，可以使用低溫泵、離子泵、或鈦升華泵等。另外，還可以使用裝備有冷阱的渦輪泵。由于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。
[0106]氧化物半導(dǎo)體層144例如可以在以下條件下形成:對象與靶材之間的距離為170mm、壓力為0.4Pa、直流(DC)電力為0.5kW、并且氣氛為氧(氧流量比率為100%)氣氛、氬(氬流量比率100% )氣氛、或氧和氬的混合氣氛。另外，當(dāng)利用脈沖直流(DC)電源時，可以減少膜沉積時產(chǎn)生的粉狀物質(zhì)(也稱為微粒、塵屑等)且厚度分布也可以均勻，所以是優(yōu)選的。氧化物半導(dǎo)體層144的厚度為Inm以上50nm以下,優(yōu)選為Inm以上30nm以下，更優(yōu)選為Inm以上IOnm以下。通過采用該厚度的氧化物半導(dǎo)體層144,可以抑制由于微型化引起的短溝道效應(yīng)。注意，根據(jù)使用的氧化物半導(dǎo)體材料及半導(dǎo)體裝置的用途等合適的厚度不同，因此還可以根據(jù)使用的材料及用途等設(shè)定合適的厚度。
[0107]注意，在利用濺射法形成氧化物半導(dǎo)體層144之前，優(yōu)選進(jìn)行通過引入氬氣體并且產(chǎn)生等離子體的反濺射來去除在形成氧化物半導(dǎo)體層144的表面(例如層間絕緣層128的表面)上的附加的材料。這里，反濺射是指這樣的一種方法:通常的濺射是使粒子碰撞濺射靶材，而反濺射與其相反，其通過使離子碰撞待處理表面來改變表面的性質(zhì)。使粒子碰撞待處理表面的方法的例子是在氬氣氛下對該表面施加高頻電壓以在對象附近生成等離子體的方法。注意，可以使用氮?dú)夥?、氦氣氛、氧氣氛等代替氬氣氛?br> [0108]然后，優(yōu)選對氧化物半導(dǎo)體層144進(jìn)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)，從而改善氧化物半導(dǎo)體層的結(jié)構(gòu)，并且降低能隙中的缺陷能級。例如，第一熱處理的溫度為300°C以上且低于550°C，或者400°C以上500°C以下。
[0109]可以以這樣的方式進(jìn)行熱處理，例如，可以將對象放入使用電阻加熱元件等的電爐中，并在氮?dú)夥障乱?50°C加熱I個小時。在熱處理期間，不使氧化物半導(dǎo)體層144暴露于大氣從而可以防止水和氫的進(jìn)入。
[0110]熱處理裝置不限于電爐，還可以為利用被加熱的氣體等的介質(zhì)的熱傳導(dǎo)或熱輻射來加熱對象的裝置。例如，可以使用GRTA(Gas Rapid Thermal Anneal:氣體快速熱退火)裝置、LRTA(Lamp Rapid Thermal Anneal:燈快速熱退火)裝置等的 RTA(Rapid ThermalAnneal:快速熱退火)裝置。LRTA裝置是用于通過鹵素?zé)簟⒔瘥u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)輻射來加熱對象的裝置。GRTA裝置是使用高溫氣體進(jìn)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通過加熱不與對象產(chǎn)生反應(yīng)的惰性氣體。
[0111]例如，作為第一熱處理，可以如下地進(jìn)行GRTA處理。將對象放入加熱的惰性氣體氣氛中，進(jìn)行幾分鐘的加熱，并且從該惰性氣體氣氛中取出。GRTA處理使在短時間內(nèi)能進(jìn)行高溫?zé)崽幚怼Ａ硗?，即使溫度超過對象的溫度上限時，也可以采用GRTA處理。注意，在處理期間，還可以將惰性氣體換為含有氧的氣體。這是由于以下緣故:通過在含有氧的氣氛中進(jìn)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。
[0112]注意，作為惰性氣體氣氛，優(yōu)選采用包含氮或稀有氣體(例如氦、氖、気)作為其主要成分且不含有水、氫等的氣氛。例如，引入熱處理裝置中的氮或如氦、氖、氬等的稀有氣體的純度為6N(99.9999% )以上，優(yōu)選為7N(99.99999% )以上(即，雜質(zhì)濃度為Ippm以下，優(yōu)選為0.1ppm以下)。
[0113]總之，通過利用第一熱處理減少雜質(zhì)以形成i型(本征)或?qū)嵸|(zhì)上i型的氧化物半導(dǎo)體層144，可以實(shí)現(xiàn)具有極優(yōu)的特性的晶體管。
[0114]因?yàn)樯鲜鰺崽幚?第一熱處理)的去除氫或水等的效果，所以也可以將該熱處理稱為脫水化處理或脫氫化處理等。可以例如在形成氧化物半導(dǎo)體層之后、形成柵極絕緣層之后或形成柵電極之后等進(jìn)行該脫水化處理或脫氫化處理。另外，該脫水化處理、脫氫化處理可以進(jìn)行一次或多次。
[0115]接著，形成接觸氧化物半導(dǎo)體層144的柵極絕緣層146(參照圖6C)。柵極絕緣層146可以利用CVD法或?yàn)R射法等形成。另外，柵極絕緣層146優(yōu)選以含有氧化硅、氮化硅、氧氮化硅、氧化鋁、氧化鉭、氧化鉿、氧化釔、硅酸鉿(HfSixOyU > 0、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 > O))等的方式形成。柵極絕緣層146可以具有單層結(jié)構(gòu)或分層結(jié)構(gòu)。另外，對厚度沒有特別的限定，但是在半導(dǎo)體裝置微型化的情況下，為了確保晶體管的操作而優(yōu)選厚度較薄。例如，在使用氧化娃的情況下，厚度可以設(shè)定為Inm以上IOOnm以下,優(yōu)選為IOnm以上50nm以下。
[0116]如上所述，當(dāng)柵極絕緣層146較薄時，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 > O、y > O、z > O))、或添加有氮的鋁酸鉿(HfAlxOyNz(x > 0、y > 0、z > O))等的高介電常數(shù)(high_k)材料作為柵極絕緣層146。通過將high-k材料用于柵極絕緣層146，不但可以確保電特性，而且可以將厚度設(shè)定得大以防止柵極泄漏。注意，還可以采用含有high-k材料的膜與含有氧化硅、氮化硅、氧氮化硅、氮氧化硅和氧化鋁等的膜的分層結(jié)構(gòu)。
[0117]優(yōu)選在形成柵極絕緣層146之后，在惰性氣體氣氛下或氧氣氛下進(jìn)行第二熱處理。熱處理的溫度設(shè)定為200°C以上450°C以下，優(yōu)選為250°C以上350°C以下。例如，可以在氮?dú)夥障乱?50°C進(jìn)行I個小時的熱處理。第二熱處理可以降低晶體管的電特性的變動。另外，在柵極絕緣層146含有氧的情況下，其向氧化物半導(dǎo)體層144供給氧，以覆蓋氧化物半導(dǎo)體層144中的氧缺陷，從而可以形成i型(本征半導(dǎo)體)或?qū)嵸|(zhì)上i型的氧化物半導(dǎo)體層。
[0118]注意，在本實(shí)施方式中，在形成柵極絕緣層146之后進(jìn)行第二熱處理，第二熱處理的時機(jī)不限定于此。例如，也可以在形成柵電極之后進(jìn)行第二熱處理。另外，既可以在第一熱處理之后進(jìn)行第二熱處理，第一熱處理可以兼并為第二熱處理，或第二熱處理可以兼并為第一熱處理。
[0119]接著，在柵極絕緣層146上的與氧化物半導(dǎo)體層144重疊的區(qū)域形成柵電極148a (參照圖6D)。通過在柵極絕緣層146上形成導(dǎo)電層之后，對該導(dǎo)電層進(jìn)行選擇性蝕刻的方式可以形成柵電極148a。待成為柵電極148a的導(dǎo)電層可以利用以濺射法為代表的PVD法或以等離子體CVD法為代表的CVD法來形成。其詳細(xì)內(nèi)容與源電極或漏電極142a等的情況類似因而可以參照其描述。注意，在形成柵電極148a時，可以形成上述實(shí)施方式中的電容器164的電極148b。
[0120]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(參照圖6E)。層間絕緣層150及層間絕緣層152可以利用PVD法或CVD法等形成。另夕卜，層間絕緣層150及層間絕緣層152可以使用含有如氧化硅、氧氮化硅、氮化硅、氧化鉿、氧化鋁、氧化鉭等的無機(jī)絕緣材料的材料形成。注意，在本實(shí)施方式中，采用層間絕緣層150與層間絕緣層152的分層結(jié)構(gòu)，但是所公開的發(fā)明的一個實(shí)施方式不限定于此例子。還可以采用單層結(jié)構(gòu)或包含三層以上的分層結(jié)構(gòu)。備選地，也可以采用不設(shè)置層間絕緣層的結(jié)構(gòu)。
[0121]注意，優(yōu)選將層間絕緣層152形成為具有平坦化的表面。這是由于:例如，即使在半導(dǎo)體裝置微型化等情況下，也可以順利地在層間絕緣層152上形成電極或線等。另外，可以利用CMP(化學(xué)機(jī)械拋光)等方法進(jìn)行層間絕緣層152的平坦化。
[0122]通過上述工序，完成使用高純度化的氧化物半導(dǎo)體層144的晶體管162(參照圖6E)。
[0123]圖6E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。
[0124]在本實(shí)施方式所示的晶體管162中，由于氧化物半導(dǎo)體層144被高純度化，所以氫濃度為 5X 1019atoms/cm3 以下，優(yōu)選為 5X 1018atoms/cm3 以下，更優(yōu)選為 5X 1017atoms/cm3以下。另外，氧化物半導(dǎo)體層144的載流子密度與通常的硅片中的載流子密度(IXlO1Vcm3左右)相比充分小(例如，低于1父1012/0113、優(yōu)選為低于1.45\101°/0113)。由此截止電流極小。例如，晶體管162在室溫下的截止電流密度(截止電流除以晶體管的溝道寬度所獲得的值)為 IOzA/ μ m 至 IOOzA/ μ m (IzA (zeptoampere)為 I X 10 21A)左右。
[0125]如此，通過使用被高純度化而變?yōu)楸菊鞯难趸锇雽?dǎo)體層144，可以充分地降低晶體管的截止電流。并且，通過使用這種晶體管，可以獲得能夠在極長期間內(nèi)存儲所存儲的數(shù)據(jù)的半導(dǎo)體裝置。
[0126]本實(shí)施方式所述的結(jié)構(gòu)和方法等可以與其他實(shí)施方式所述的任何結(jié)構(gòu)和方法等適當(dāng)?shù)亟M合。
[0127]實(shí)施方式3
在本實(shí)施方式中，參照圖7A至7E對使用氧化物半導(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管代替上述的任何實(shí)施方式中的晶體管162等。根據(jù)本實(shí)施方式的晶體管的結(jié)構(gòu)與根據(jù)上述的實(shí)施方式的任一個的晶體管的結(jié)構(gòu)部分彼此相同。因此，以下主要對其不同之處進(jìn)行描述。另外，以下雖然以頂柵型晶體管為例進(jìn)行描述，但是晶體管的結(jié)構(gòu)不局限于頂柵型結(jié)構(gòu)。
[0128]首先，在對象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 (參照圖7A)。
[0129]例如，對象200為上述任何實(shí)施方式中的層間絕緣層128。優(yōu)選對象200表面的算術(shù)平均粗糙度(Ra)為Inm以下，更優(yōu)選為0.5nm以下。雖然對用于圖案化的掩模的曝光條件的要求提高，但是當(dāng)表面具有較高的平坦性時，能夠容易地滿足曝光條件的高的要求。注意，上述算術(shù)平均粗糙度例如可以在10平方微米的區(qū)域中進(jìn)行測量。
[0130]絕緣層202對應(yīng)于上述任何實(shí)施方式中的絕緣層138，并且用作基底。其詳細(xì)內(nèi)容可以參照任何上述實(shí)施方式。注意，還可以采用不設(shè)置絕緣層202的結(jié)構(gòu)。
[0131]氧化物半導(dǎo)體層206對應(yīng)于任何上述實(shí)施方式中的氧化物半導(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)施方式。
[0132]在本實(shí)施方式中，利用使用In-Ga-Zn-O類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。
[0133]接著，利用使用掩模的蝕刻等的方法處理氧化物半導(dǎo)體層206，以形成島狀的氧化物半導(dǎo)體層206a。
[0134]作為氧化物半導(dǎo)體層206的蝕刻方法，既可以使用干蝕刻也可以使用濕蝕刻。當(dāng)然，電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、蝕刻液、蝕刻時間、以及溫度等)，以將氧化物半導(dǎo)體層蝕刻成所希望的形狀。
[0135]干蝕刻所使用的蝕刻氣體的例子是含有氯的氣體(氯類氣體，例如氯(Cl2)、三氯化硼(BC13)、四氯化硅(SiCl4)、或四氯化碳(CCl4)等)。另外，還可以使用含有氟的氣體(氟類氣體，例如四氟化碳(CF4)、六氟化硫(SF6)、三氟化氮(NF3)、或三氟甲烷(CHF3)等)、溴化氫(HBr)、氧(O2)或?qū)θ魏芜@些氣體添加了氦(He)或氬(Ar)等的氣體等。
[0136]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。適當(dāng)?shù)卦O(shè)定蝕刻條件(例如，施加到線圈形電極的電力的量、施加到對象側(cè)的電極的電力的量、對象側(cè)的電極溫度等)，以將氧化物半導(dǎo)體層蝕刻成所希望的形狀。
[0137]作為用于濕蝕刻的蝕刻劑，可以使用磷酸、醋酸以及硝酸等的混合溶液。另外，還可以使用IT007N(日本關(guān)東化學(xué)公司制造)等的蝕刻液。
[0138]優(yōu)選以氧化物半導(dǎo)體層206a的端部成為錐形形狀的方式對氧化物半導(dǎo)體層206a進(jìn)行蝕刻。這里，錐形角例如優(yōu)選為30度以上60度以下。注意，“錐形角”是指:當(dāng)從垂直于具有錐形形狀的層的截面(垂直于對象的表面的面)的方向觀察時，該具有錐形形狀的層(例如氧化物半導(dǎo)體層206a)的側(cè)面與底面形成的傾斜角。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，由此可以提高之后形成的源電極或漏電極208a和源電極或漏電極208b的覆蓋性，并防止斷裂。
[0139]之后，優(yōu)選對氧化物半導(dǎo)體層206a進(jìn)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)從而改善氧化物半導(dǎo)體層的結(jié)構(gòu)，并且降低能隙中的缺陷能級。其詳細(xì)內(nèi)容可以參照上述實(shí)施方式。另外，在如這里所述那樣在蝕刻之后進(jìn)行熱處理(第一熱處理)的情況下，即便當(dāng)使用濕蝕刻時，也可以在蝕刻速率高的狀態(tài)下進(jìn)行蝕刻，由此具有可以縮短蝕刻所需要的時間的優(yōu)勢。
[0140]注意，也可以對未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進(jìn)行第一熱處理。在此情況下，在第一熱處理之后，將對象200從加熱裝置中取出并進(jìn)行光刻工序。
[0141]上述熱處理(第一熱處理)由于具有去除氫、水等的效果，所以也可以將該熱處理稱為脫水化處理或脫氫化處理等。例如，可以在形成氧化物半導(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等進(jìn)行該脫水化處理或脫氫化處理。該脫水化處理或脫氫化處理可以進(jìn)行一次或多次。
[0142]接著，以接觸氧化物半導(dǎo)體層206a的方式形成導(dǎo)電層。對導(dǎo)電層進(jìn)行選擇性蝕刻以形成源電極或漏電極208a及源電極或漏電極208b (參照圖7B)。對于導(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)施方式中關(guān)于導(dǎo)電層、源電極或漏電極等的描述。
[0143]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 (參照圖7C)。對于柵極絕緣層212的詳細(xì)內(nèi)容，可以參照任何上述實(shí)施方式中的關(guān)于柵極絕緣層等的描述。
[0144]在形成柵極絕緣層212之后，優(yōu)選在惰性氣體氣氛下或氧氣氛下進(jìn)行第二熱處理。對于第二熱處理的詳細(xì)內(nèi)容可以參照上述實(shí)施方式。
[0145]注意，在本實(shí)施方式中，在形成柵極絕緣層212之后進(jìn)行第二熱處理，第二熱處理的時機(jī)不限定于此。例如，也可以在形成柵電極之后進(jìn)行第二熱處理。
[0146]接著，在柵極絕緣層212上的與氧化物半導(dǎo)體層206a重疊的區(qū)域形成柵電極214(參照圖7D)。通過在柵極絕緣層212上形成導(dǎo)電層之后，對該導(dǎo)電層進(jìn)行選擇性蝕刻的方式，可以形成柵電極214。對于柵電極214的詳細(xì)內(nèi)容，可以參照上述實(shí)施方式。注意，還可以在形成柵電極214時形成任何上述實(shí)施方式中的電容器的電極。
[0147]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(參照圖7E)。對于其詳細(xì)內(nèi)容，可以參照上述實(shí)施方式。此外，也可以使用不設(shè)置層間絕緣層的結(jié)構(gòu)。
[0148]通過上述工序，完成使用高純度化的具有非晶結(jié)構(gòu)的氧化物半導(dǎo)體層206a的晶體管250(參照圖7E)。注意，根據(jù)熱處理的條件，有時在氧化物半導(dǎo)體層206a中可以存在極少量的結(jié)晶成分。
[0149]通過使用高純度化而變?yōu)楸菊鞯难趸锇雽?dǎo)體層206a，可以充分地降低晶體管的截止電流。并且，通過使用這種晶體管，可以獲得能夠在極長期間內(nèi)存儲所存儲的數(shù)據(jù)的半導(dǎo)體裝置。
[0150]注意，在本實(shí)施方式中，對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頂柵型的晶體管進(jìn)行了描述，但是可以應(yīng)用本實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)的晶體管不局限于此。例如，也可以將本實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)的一部分應(yīng)用于頂棚型晶體管中的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2A和2B、或者圖4A、圖4B和圖4C所示的結(jié)構(gòu)等)。備選地，也可以將本實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)的一部分應(yīng)用于:底柵型晶體管中的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)；或底柵型晶體管中的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，根據(jù)本實(shí)施方式，可以實(shí)現(xiàn)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。
[0151]本實(shí)施方式所述的結(jié)構(gòu)、方法等可以與其他實(shí)施方式中所述的任何結(jié)構(gòu)、方法等適當(dāng)?shù)亟M合。
[0152]實(shí)施方式4
在本實(shí)施方式中，將參照圖8A至SE描述使用氧化物半導(dǎo)體的晶體管的制造方法。在本實(shí)施方式中，對如下情況進(jìn)行詳細(xì)說明:作為氧化物半導(dǎo)體層，使用包含結(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)晶成長的第二氧化物半導(dǎo)體層?？梢允褂迷摼w管代替任何上述實(shí)施方式中的晶體管162等。根據(jù)本實(shí)施方式的晶體管的結(jié)構(gòu)與根據(jù)任何上述實(shí)施方式中的晶體管的結(jié)構(gòu)部分彼此相同。因此，在以下主要對其不同之處進(jìn)行描述。
[0153]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，不需要第二氧化物半導(dǎo)體層。另外，在以下描述頂柵型的晶體管的例子，但是晶體管的結(jié)構(gòu)不局限于頂柵型結(jié)構(gòu)。
[0154]首先，在對象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，并利用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 (參照圖8A)。
[0155]對于對象300的詳細(xì)內(nèi)容(對象的表面等的詳細(xì)說明)，可以參照上述實(shí)施方式。
[0156]絕緣層302用作基底。對于絕緣層302的詳細(xì)內(nèi)容，可以參照任何上述實(shí)施方式。注意，可以采用不設(shè)置絕緣層302的結(jié)構(gòu)。
[0157]第一氧化物半導(dǎo)體層可以與上述實(shí)施方式中的氧化物半導(dǎo)體層類似的方式形成。所以，對于第一氧化物半導(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)施方式。注意，在本實(shí)施方式中，為了利用第一熱處理有意地使第一氧化物半導(dǎo)體層晶化，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。作為這樣的氧化物半導(dǎo)體，例如給出ZnO等。作為In-Ga-Zn-O類氧化物半導(dǎo)體，例如Zn濃度高的易于晶化，對于此目的，優(yōu)選使用金屬元素(In、Ga及Zn)中Zn的比例為SOatom1^以上的In-Ga-Zn-O類氧化物半導(dǎo)體。另外，第一氧化物半導(dǎo)體層的厚度優(yōu)選設(shè)定為Inm以上IOnm以下。在本實(shí)施方式中作為一個例子將厚度設(shè)定為3nm。注意，由于根據(jù)使用的氧化物半導(dǎo)體材料及半導(dǎo)體裝置的用途等第一氧化物半導(dǎo)體層的合適的厚度不同，所以可以根據(jù)材料、用途等確定合適的厚度。[0158]將第一熱處理的溫度設(shè)定為550°C以上850°C以下，優(yōu)選設(shè)定為600°C以上750°C以下。另外，熱處理的時間長度優(yōu)選為I分鐘以上24小時以下。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間長度不同。
[0159]另外，第一熱處理的氣氛優(yōu)選為不含有氫或水等的氣氛。例如，可以采用水被充分地去除的氮?dú)夥?、氧氣氛、或稀有氣體(氦、氖、氬等)氣氛。
[0160]作為可使用的熱處理裝置，除了電爐之外，還可以使用利用被加熱的氣體等的介質(zhì)的熱傳導(dǎo)或熱福射來加熱對象的裝置。例如，可以使用LRTA(Lamp Rapid ThermalAnneal:燈快速熱退火)裝置或GRTA (Gas Rapid Thermal Anneal:氣體快速熱退火)裝置等的RTA(Rapid Thermal Anneal:快速熱退火)裝置。LRTA裝置是用于通過齒素?zé)?、金齒燈、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)輻射來加熱對象的裝置。GRTA裝置是用于使用高溫氣體進(jìn)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通過熱處理不與對象產(chǎn)生反應(yīng)的惰性氣體。
[0161]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。該結(jié)晶區(qū)域以從第一氧化物半導(dǎo)體層的表面向第一氧化物半導(dǎo)體層的內(nèi)部進(jìn)行結(jié)晶成長的方式形成。注意，該結(jié)晶區(qū)域有時含有平均厚度為Inm以上IOnm以下的板狀結(jié)晶。另外，該結(jié)晶區(qū)域有時含有其c軸在大致垂直于氧化物半導(dǎo)體層的表面的方向上取向的結(jié)晶。這里，“大致平行的方向”是指在平行方向±10度以內(nèi)的方向，“大致垂直的方向”是指在垂直方向±10度以內(nèi)的方向。
[0162]另外，優(yōu)選在形成結(jié)晶區(qū)域時利用第一熱處理去除第一氧化物半導(dǎo)體層中含有的氫(包括水及羥基)等。在進(jìn)行氫等的去除的情況下，優(yōu)選在純度為6Ν(99.9999%)以上(即，雜質(zhì)濃度為Ippm以下)的氮?dú)夥?、氧氣氛、或稀有氣體(氦、氖、氬等)氣氛下進(jìn)行第一熱處理。更優(yōu)選采用純度為7Ν(99.99999% )以上(即，雜質(zhì)濃度為0.1ppm以下)的氣氛?？梢栽贖2O濃度為20ppm以下的超干燥空氣中，優(yōu)選在H2O濃度為Ippm以下的超干燥空氣中進(jìn)行第一熱處理。
[0163]另外，優(yōu)選在形成結(jié)晶區(qū)域時利用第一熱處理對第一氧化物半導(dǎo)體層供給氧。例如，通過使用氧氣氛作為熱處理的氣氛，可以對第一氧化物半導(dǎo)體層供給氧。
[0164]在本實(shí)施方式中，第一熱處理如下進(jìn)行:通過在氮?dú)夥障乱?00°C進(jìn)行I個小時的熱處理從氧化物半導(dǎo)體層中去除氫等之后，再將氮?dú)夥論Q為氧氣氛，以對第一氧化物半導(dǎo)體層的內(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，所以可以單獨(dú)進(jìn)行用于去除氫等的處理及用于供給氧的處理。例如，在執(zhí)行用于去除氫等的熱處理及用于供給氧的處理之后，進(jìn)行用于晶化的熱處理。
[0165]通過該第一熱處理，可以獲得從其中氫(包括水及羥基)等被去除且向其供給氧的包含結(jié)晶區(qū)域的第一氧化物半導(dǎo)體層。
[0166]接著，在至少包括表面的區(qū)域中包含結(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 (參照圖SB)。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，不需要第二氧化物半導(dǎo)體層305。在這種情況下，可以省略有關(guān)第二氧化物半導(dǎo)體層305的工序。
[0167]第二氧化物半導(dǎo)體層305可以以與任何上述實(shí)施方式中的氧化物半導(dǎo)體層同樣的方式形成。所以，對于第二氧化物半導(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)施方式。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Inm以上50nm以下，優(yōu)選為Inm以上IOnm以下的方式形成第二氧化物半導(dǎo)體層305。在本實(shí)施方式中，作為一個例子將厚度設(shè)定為7nm。注意，由于根據(jù)所使用的氧化物半導(dǎo)體材料及半導(dǎo)體裝置的用途等第二氧化物半導(dǎo)體層的合適的厚度不同，所以可以根據(jù)材料、用途等選擇合適地確定該厚度。
[0168]作為第二氧化物半導(dǎo)體層305，優(yōu)選采用其主要成分與第一氧化物半導(dǎo)體層304相同且晶化后其晶格常數(shù)接近第一氧化物半導(dǎo)體層304的晶格常數(shù)的材料(晶格失配度為1%以下)。這是由于以下緣故:當(dāng)使用這樣的材料時，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)榫ХN的結(jié)晶成長。再者，在使用包含相同主要成分的材料的情況下，能獲得良好的界面性質(zhì)或電特性。
[0169]注意，當(dāng)能夠通過晶化獲得所希望的膜質(zhì)時，也可以使用包含不同的主要成分的材料形成第二氧化物半導(dǎo)體層305。
[0170]接著，對第二氧化物半導(dǎo)體層305進(jìn)行第二熱處理，來引起使用第一氧化物半導(dǎo)體層304的結(jié)晶區(qū)域作為晶種的結(jié)晶成長以形成第二氧化物半導(dǎo)體層306 (參照圖SC)。在不形成第二氧化物半導(dǎo)體層305的情況下可以省略該工序。
[0171]將第二熱處理的溫度設(shè)定為550°C以上850°C以下，優(yōu)選為600°C以上750°C以下。第二熱處理的時間長度為I分鐘以上100小時以下，優(yōu)選為5小時以上20小時以下，典型
地為10小時。注意，在第二熱處理中，也優(yōu)選熱處理氣氛中不含有氫或水等。
[0172]熱處理的氣氛的詳細(xì)說明及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，通過在第二熱處理的升溫時將爐的內(nèi)部設(shè)定為氮?dú)夥眨谶M(jìn)行冷卻時將爐的內(nèi)部設(shè)定為氧氣氛，從而可以在氮?dú)夥障氯コ龤涞炔⒃谘鯕夥障逻M(jìn)行氧的供給。
[0173]通過進(jìn)行如上述那樣的第二熱處理，可以使結(jié)晶成長由形成于第一氧化物半導(dǎo)體層304中的結(jié)晶區(qū)域一直進(jìn)行至第二氧化物半導(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，可以形成從其中去除了氫(包括水及羥基)等且向其供給氧的第二氧化物半導(dǎo)體層306。此外，通過第二熱處理，可以提高第一氧化物半導(dǎo)體層304的結(jié)晶區(qū)域的取向。
[0174]在將In-Ga-Zn-O類氧化物半導(dǎo)體材料用于第二氧化物半導(dǎo)體層306的情況下，第二氧化物半導(dǎo)體層306可以包含以InGaO3(ZnO)mOii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軸處于大致垂直于第二氧化物半導(dǎo)體層306的表面的方向的方式取向。
[0175]在此,上述結(jié)晶具有與a軸(a-axis)以及b軸(b_axis)平行的層的分層結(jié)構(gòu)。另外，每個層含有In、Ga、或Zn。具體地說，上述結(jié)晶具有將含有In的層和不含有In的層(含有Ga或Zn的層)在c軸方向上層疊的結(jié)構(gòu)。
[0176]在In-Ga-Zn-O類氧化物半導(dǎo)體結(jié)晶中，含有In的層的面內(nèi)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)樵贗n-Ga-Zn-O類氧化物半導(dǎo)體結(jié)晶中導(dǎo)電性主要由In控制的事實(shí)，一個In原子的5s軌道與相鄰的In原子的5s軌道重疊的事實(shí)，從而形成載流子路徑(carrier path)等的緣故。
[0177]另外，當(dāng)在第一氧化物半導(dǎo)體層304與絕緣層302之間的界面附近中包含非晶區(qū)域的情況下，第二熱處理有時可以引起結(jié)晶成長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)行，而使該非晶區(qū)域晶化。注意，根據(jù)用于形成絕緣層302的材料、熱處理的條件等，可以保留該非晶區(qū)域。
[0178]在使用包含相同的主要成分的氧化物半導(dǎo)體材料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的情況下，如圖SC所示，有時第一氧化物半導(dǎo)體層304和第二氧化物半導(dǎo)體層306具有同一結(jié)晶結(jié)構(gòu)。由此，雖然在圖SC中以虛線表示第一氧化物半導(dǎo)體層304和第二氧化物半導(dǎo)體層306之間的邊界，但是有時由于不能辨別，所以有時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看作為同一層。
[0179]接著，通過使用掩模的蝕刻等的方法來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，從而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(參照圖8D)。注意，這里在第二熱處理之后進(jìn)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)體的處理之后進(jìn)行第二熱處理。在這種情況下，即使當(dāng)使用濕蝕刻使，也可以在蝕刻速率高的狀態(tài)下進(jìn)行蝕刻，由此具有可以縮短蝕刻所需要的時間的優(yōu)勢。
[0180]作為用于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，既可以使用干蝕刻也可以使用濕蝕刻。當(dāng)然，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(例如，蝕刻氣體、蝕刻液、蝕刻時間、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的蝕刻可以與任何上述實(shí)施方式中的氧化物半導(dǎo)體層的蝕刻同樣地進(jìn)行。對于其詳細(xì)內(nèi)容，可以參照任何上述實(shí)施方式。
[0181]注意，優(yōu)選氧化物半導(dǎo)體層中的待成為溝道形成區(qū)域的區(qū)域具有平坦化表面。例如，在第二氧化物半導(dǎo)體層306中的與柵電極重疊的區(qū)域(溝道形成區(qū)域)中，第二氧化物半導(dǎo)體層306的表面的高低差(P-V)為Inm以下(優(yōu)選為0.5nm以下)。注意,上述高低差例如可以在10平方微米的區(qū)域中進(jìn)行測量。
[0182]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。然后，對該導(dǎo)電層進(jìn)行選擇性蝕刻來形成源電極或漏電極308a及源電極或漏電極308b (參照圖8D)。對于其詳細(xì)內(nèi)容，可以參照任何上述實(shí)施方式。
[0183]注意，在圖8D所示的工序中，有時第一氧化物半導(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和源電極或漏電極308b的結(jié)晶區(qū)域成為非晶。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)域不一定都晶化。
[0184]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。對于其詳細(xì)內(nèi)容，可以參照任何上述實(shí)施方式。然后，在柵極絕緣層312上的與第一氧化物半導(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 (參照圖SE)。對于其詳細(xì)內(nèi)容，可以參照任何上述實(shí)施方式。
[0185]優(yōu)選在形成柵極絕緣層312之后，在惰性氣體氣氛下或氧氣氛下進(jìn)行第三熱處理。第三熱處理的溫度設(shè)定為200°C以上且450°C以下，優(yōu)選為250°C以上且350°C以下。例如，可以在包含氧的氣氛下以250°C進(jìn)行I個小時的熱處理。第三熱處理可以降低晶體管的電特性的變動。另外，在柵極絕緣層312是包含氧的絕緣層的情況下，電可以對第二氧化物半導(dǎo)體層306a供給氧。
[0186]注意，在本實(shí)施方式中，在形成柵極絕緣層312之后進(jìn)行第三熱處理，但是第三熱處理的時機(jī)不局限于此。另外，在通過例如第二熱處理等的另一處理對第二氧化物半導(dǎo)體層306a供給氧的情況下，可以省略第三熱處理。
[0187]通過以上工序，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 (參照圖8E)。
[0188]通過使用被高純度化而變?yōu)楸菊鞯牡谝谎趸锇雽?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。并且，通過使用這種晶體管，可以得到可以極長時間地存儲所存儲的數(shù)據(jù)的半導(dǎo)體裝置。
[0189]注意，在本實(shí)施方式中，描述了頂棚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)行描述，但是可以應(yīng)用本實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)的晶體管不局限于此。例如，也可以將本實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)的一部分應(yīng)用于頂柵型晶體管中的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2A和2B、圖4A、圖4B和圖4C所示的結(jié)構(gòu)等)。備選地，也可以將本實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)的一部分應(yīng)用于:底柵型晶體管中的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)；底柵型晶體管中的源電極及漏電極的上部與氧化物半導(dǎo)體層的下部的彼此接觸的結(jié)構(gòu)等。也就是說，根據(jù)本實(shí)施方式，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。
[0190]再者，在本實(shí)施方式中，作為氧化物半導(dǎo)體層，使用包含結(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)域的結(jié)晶成長形成的第二氧化物半導(dǎo)體層306a，所以可以提高場效應(yīng)遷移率，并且可以實(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)用于要求高操作速度的各種邏輯電路。
[0191 ] 本實(shí)施方式所述的結(jié)構(gòu)、方法等可以與其他實(shí)施方式所述的任何結(jié)構(gòu)、方法等適當(dāng)?shù)亟M合。
[0192]實(shí)施方式5
在本實(shí)施方式中，將參照圖9Α至9Ε對使用氧化物半導(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)施方式中的晶體管162等。根據(jù)本實(shí)施方式的晶體管的結(jié)構(gòu)與根據(jù)任何上述實(shí)施方式中的晶體管的結(jié)構(gòu)彼此部分相同。所以，以下主要對其不同之處進(jìn)行描述。另外，在以下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)。
[0193]首先，在對象400上形成絕緣層402。然后，在絕緣層402上形成氧化物半導(dǎo)體層406(參照圖9Α)。對于其詳細(xì)內(nèi)容，可以參照任何上述實(shí)施方式。
[0194]接著，通過例如使用掩模的蝕刻等的方法來處理氧化物半導(dǎo)體層406，以形成島狀的氧化物半導(dǎo)體層406a。以覆蓋該氧化物半導(dǎo)體層406a的方式形成導(dǎo)電層408和絕緣層410 (參照圖9B)。注意，絕緣層410不是必要的部件，但是其在對后面形成的源電極和漏電極的側(cè)面選擇性進(jìn)行氧化方面是有效的。另外，絕緣層410在降低形成于柵電極和源電極之間以及柵電極和漏電極之間的電容方面也是有效的。[0195]對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)施方式。對于導(dǎo)電層408的詳細(xì)內(nèi)容,可以參照任何上述實(shí)施方式。
[0196]可以通過CVD法或?yàn)R射法等來形成絕緣層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)或分層結(jié)構(gòu)。對絕緣層410的厚度沒有特別的限制。例如可以將厚度設(shè)定為IOnm以上且200nm以下。
[0197]接著，對導(dǎo)電層408和絕緣層410進(jìn)行選擇性蝕刻來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 (參照圖9C)。詳細(xì)內(nèi)容與任何上述實(shí)施方式中的源電極或漏電極的形成工序類似。注意，例如鋁、鈦、鑰以及銅等的材料適合于后面進(jìn)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。
[0198]接著，進(jìn)行用于對氧化物半導(dǎo)體層406a供給氧的氧化處理(參照圖9D)。通過該氧化處理，在源電極或漏電極408a的一部分(尤其是對應(yīng)于其側(cè)面的部分)中形成氧化區(qū)域411a，并且在源電極或漏電極408b的一部分(尤其是對應(yīng)于其側(cè)面的部分)中形成氧化區(qū)域41 Ib (參照圖9D)。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的外圍部中也形成氧化區(qū)域。
[0199]優(yōu)選進(jìn)行使用由微波(300MHz至300GHz)激發(fā)的使用氧等離子體的氧化處理，其可以稱作等離子體氧化處理。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，并且可以充分降低對氧化物半導(dǎo)體層406a的損傷的緣故。
[0200]具體地說，例如可以在300MHz至300GHz (典型為2.45GHz)的頻率，在50Pa至5000Pa(典型為500Pa)的壓力下，在對象的溫度為200°C至400°C (典型為300°C )下，使用氧和氬的混合氣體，進(jìn)行上述處理。
[0201]通過上述氧化處理，對氧化物半導(dǎo)體層406a供給氧。所以可以充分降低對氧化物半導(dǎo)體層406a的損傷，并且可以降低起因于氧缺乏的能隙中的缺陷能級。換言之，可以進(jìn)一步提高氧化物半導(dǎo)體層406a的特性。
[0202]注意，不局限于使用微波的等離子體氧化處理，可以使用任何其他使能充分降低對氧化物半導(dǎo)體層406a的損傷，并且對氧化物半導(dǎo)體層406a供給氧的方法。例如，可以使用包含氧的氣氛下的例如熱處理等的方法。
[0203]可以與氧化處理組合進(jìn)行用于從氧化物半導(dǎo)體層406a去除水、氫等的處理。在這種情況下，例如可以進(jìn)行使用氮、氬等的氣體的等離子體處理。
[0204]注意，當(dāng)晶體管450被微型化時(例如，當(dāng)溝道長度小于IOOOnm時)，通過該氧化處理形成的氧化區(qū)域411a和氧化區(qū)域411b特別有效。隨著晶體管的微型化，柵極絕緣層要求具有更小厚度。設(shè)置該氧化區(qū)域的原因是，氧化區(qū)域可以防止因柵極絕緣層的厚度降低、覆蓋缺陷等而可能發(fā)生的柵電極和源電極或漏電極之間的短路。注意，氧化區(qū)域在具有5nm以上(優(yōu)選為IOnm以上)的厚度時充分有效。
[0205]從改善絕緣層402的露出部分的膜質(zhì)的觀點(diǎn)來看，該氧化處理也是有效的。
[0206]注意，在絕緣層410a和絕緣層410b具有防止源電極或漏電極408a和源電極或漏電極408b的上部的氧化的作用上來看，絕緣層410a和絕緣層410b是重要的。這是因?yàn)樵跉埩粲糜谖g刻的掩模的情況下進(jìn)行上述等離子體處理有很大的困難的緣故。[0207]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上的與氧化物半導(dǎo)體層406a重疊的區(qū)域中形成柵電極414，并且在柵極絕緣層412和柵電極414上形成層間絕緣層416和層間絕緣層418 (參照圖9E)。對于其詳細(xì)內(nèi)容，可以參照任何上述實(shí)施方式。
[0208]通過以上工序，完成使用氧化物半導(dǎo)體的晶體管450。
[0209]在本實(shí)施方式中，通過對氧化物半導(dǎo)體層406a進(jìn)行氧等離子體處理，來對氧化物半導(dǎo)體層406a供給氧。由此，晶體管450的具有更好特性。另外，對應(yīng)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可能發(fā)生的柵電極和源電極(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，所以也可以使從氧化物半導(dǎo)體到與源電極(或者漏電極)的界面的電場的改變。
[0210]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)，并且可以實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步的高速操作。
[0211]注意，在本實(shí)施方式中，雖然對在頂棚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)施方式的結(jié)構(gòu)的晶體管不局限于此。例如，也可以將本實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)的一部分應(yīng)用于底棚型晶體管中的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，根據(jù)本實(shí)施方式，可以實(shí)現(xiàn)包括被供給氧的氧化物半導(dǎo)體、包含氧化區(qū)域的電極等的各種各樣的晶體管。
[0212]本實(shí)施方式所述的結(jié)構(gòu)、方法等可以與其他實(shí)施方式中所述的任何結(jié)構(gòu)、方法等適當(dāng)?shù)亟M合。
[0213]實(shí)施方式6
在本實(shí)施方式中，參照圖1OA至IOH及圖2A對使用氧化物半導(dǎo)體以外的半導(dǎo)體材料的半導(dǎo)體裝置的制造方法，具體而言，對圖2A的下部的晶體管170的制造方法進(jìn)行描述。
[0214]首先，準(zhǔn)備包含半導(dǎo)體材料的襯底100 (參照圖10A)。作為包含半導(dǎo)體材料的襯底100可以使用硅或碳化硅等形成的單晶半導(dǎo)體襯底或多晶半導(dǎo)體襯底、使用硅鍺等形成的化合物半導(dǎo)體襯底、或SOI襯底等。這里，描述了使用單晶硅襯底作為包含半導(dǎo)體材料的襯底100的例子。注意，一般來說，術(shù)語“SOI襯底”是指在絕緣表面上設(shè)置有硅層的襯底。在本說明書等中，術(shù)語“SOI襯底”在其類別中還包含在絕緣表面上設(shè)置有使用硅以外的材料形成的半導(dǎo)體層的襯底。也就是說，“SOI襯底”所包含的半導(dǎo)體層不局限于硅層。SOI襯底的例子包括在玻璃襯底等絕緣襯底上具有半導(dǎo)體層的襯底，其中在半導(dǎo)體層和絕緣襯底之間有絕緣層。
[0215]在襯底100上形成保護(hù)層102，該保護(hù)膜102成為用來形成元件分離絕緣層的掩模(參照圖10A)。作為保護(hù)層102，例如可以使用以氧化硅、氮化硅、氧氮化硅等形成的絕緣層。注意，在該工序的前后，為了控制晶體管的閾值電壓，也可以對襯底100添加賦予η型導(dǎo)電性的雜質(zhì)元素或賦予P型導(dǎo)電性的雜質(zhì)元素。當(dāng)襯底100中含有的半導(dǎo)體材料為硅時，作為賦予η型導(dǎo)電性的雜質(zhì)，可以使用磷或砷等。此外，作為賦予P型導(dǎo)電性的雜質(zhì)，例如可以使用硼、鋁、鎵等。
[0216]接著，將上述保護(hù)層102用作掩模來進(jìn)行蝕刻，以去除不被保護(hù)層102覆蓋的區(qū)域(即露出的區(qū)域)的襯底100的一部分。由此，形成與其他的半導(dǎo)體區(qū)域分離的半導(dǎo)體區(qū)域104(參照圖10Β)。作為該蝕刻，優(yōu)選使用干蝕刻，但是也可以進(jìn)行濕蝕刻。可以根據(jù)待蝕刻的層的材料適當(dāng)?shù)剡x擇蝕刻氣體及蝕刻液。
[0217]接著，以覆蓋半導(dǎo)體區(qū)域104的方式形成絕緣層，并通過選擇性地去除與半導(dǎo)體區(qū)域104重疊的區(qū)域的絕緣層，來形成元件分離絕緣層106 (參照圖10B)。該絕緣層使用氧化硅、氮化硅、氧氮化硅等形成。作為去除絕緣層的方法，可以使用如CMP等拋光處理和蝕刻處理的任一種。注意，在形成半導(dǎo)體區(qū)域104之后或在形成元件分離絕緣層106之后，去除上述保護(hù)層102。
[0218]接著，在半導(dǎo)體區(qū)域104上形成絕緣層，并在該絕緣層上形成包含導(dǎo)電材料的層。
[0219]絕緣層待成為后面的柵極絕緣層，其優(yōu)選采用通過CVD法或?yàn)R射法等獲得的使用包含氧化硅、氧氮化硅、氮化硅、氧化鉿、氧化鋁、氧化鉭、氧化釔、硅酸鉿(HfSix0y(x >
O、y > O))、添加有氮的硅酸鉿(HfSixOyNzU > O、y > O、z > O))、添加有氮的鋁酸鉿(HfAlxOyNz(x > O、y > O、z > O))等的膜的單層結(jié)構(gòu)或分層結(jié)構(gòu)。備選地，也可以用通過高密度等離子體處理或熱氧化處理使半導(dǎo)體區(qū)域104的表面氧化或氮化的方式，來形成上述絕緣層。例如，可以使用如He、Ar、Kr、Xe等稀有氣體、氧、氧化氮、氨、氮、或氫等的混合氣體來進(jìn)行高密度等離子體處理。絕緣層的厚度，例如可以為Inm以上且IOOnm以下，優(yōu)選為IOnm以上50nm以下。
[0220]可以使用鋁、銅、鈦、鉭、鎢等的金屬材料形成包含導(dǎo)電材料的層。另外，可以通過使用如多晶硅等的半導(dǎo)體材料形成包含導(dǎo)電材料的層。對用于包含導(dǎo)電材料的層的形成方法也沒有特別的限制，可以使用蒸鍍法、CVD法、濺射法和旋涂法等各種成膜方法。注意，在本實(shí)施方式中，描述了使用金屬材料形成包含導(dǎo)電材料的層的情況的例子。
[0221]然后，通過對絕緣層及包含導(dǎo)電材料的層進(jìn)行選擇性的蝕刻，來形成柵極絕緣層108及柵電極110 (參照圖10C)。
[0222]接著，形成覆蓋柵電極110的絕緣層112(參照圖10C)。然后，對半導(dǎo)體區(qū)域104添加磷(P)或砷(As)等，以形成具有淺的結(jié)深的雜質(zhì)區(qū)域114(參照圖10C)。注意，這里，為了形成η溝道型晶體管而添加了磷或砷，但是，在形成P溝道型晶體管的情況下，可以添加硼(B)或鋁(Al)等雜質(zhì)元素。由于上述雜質(zhì)區(qū)域114的形成，在半導(dǎo)體區(qū)域104中的柵極絕緣層108下形成了溝道形成區(qū)域116 (參照圖10C)。這里，可以適當(dāng)?shù)卦O(shè)定添加雜質(zhì)的濃度，當(dāng)半導(dǎo)體元件被高度微型化時，優(yōu)選提高該濃度。這里采用在形成絕緣層112之后形成雜質(zhì)區(qū)域114的工序，備選地也可以在形成雜質(zhì)區(qū)域114之后形成絕緣層112。
[0223]接著，形成側(cè)壁絕緣層118(參照圖10D)。以覆蓋絕緣層112的方式形成絕緣層，然后通過對該絕緣層進(jìn)行各向異性高的蝕刻，由此可以以自對準(zhǔn)的方式形成側(cè)壁絕緣層118。此時，優(yōu)選對絕緣層112進(jìn)行部分蝕刻以使柵電極110的頂面及雜質(zhì)區(qū)域114的頂面露出。注意，有時為了實(shí)現(xiàn)高集成化等而不設(shè)置側(cè)壁絕緣層118。
[0224]接著，以覆蓋柵電極110、雜質(zhì)區(qū)域114和側(cè)壁絕緣層118等的方式形成絕緣層。然后，通過將磷(P)或砷(As)等添加到接觸于雜質(zhì)區(qū)域114的區(qū)域，來形成高濃度雜質(zhì)區(qū)域120 (參照圖10Ε)。然后，去除上述絕緣層，并以覆蓋柵電極110、側(cè)壁絕緣層118及高濃度雜質(zhì)區(qū)域120等的方式形成金屬層122 (參照圖10Ε)。該金屬層122可以使用真空蒸鍍法、濺射法和旋涂法等的各種成膜方法形成。優(yōu)選使用能夠通過與包含于半導(dǎo)體區(qū)域104的半導(dǎo)體材料起反應(yīng)而成為低電阻的金屬化合物的金屬材料形成金屬層122。上述金屬材料的例子有鈦、鉭、鎢、鎳、鈷、鉬等。[0225]接著，進(jìn)行熱處理，使上述金屬層122與半導(dǎo)體材料發(fā)生反應(yīng)。由此，形成接觸于高濃度雜質(zhì)區(qū)域120的金屬化合物區(qū)域124 (參照圖10F)。注意，當(dāng)使用多晶硅等形成柵電極110時，在柵電極110中的與金屬層122接觸的部分也形成金屬化合物區(qū)域。
[0226]作為上述熱處理，例如可以使用利用閃光燈的照射。盡管當(dāng)然電可以使用其他熱處理方法，但是為了提高形成金屬化合物時的化學(xué)反應(yīng)的可控制性，優(yōu)選使用可以實(shí)現(xiàn)在極短的時間內(nèi)進(jìn)行熱處理的方法。注意，金屬化合物區(qū)域通過金屬材料與半導(dǎo)體材料的反應(yīng)形成并具有充分高的導(dǎo)電性。通過形成該金屬化合物區(qū)域，可以充分降低電阻，并可以提高元件特性。注意，在形成金屬化合物區(qū)域124之后，去除金屬層122。
[0227]接著，以覆蓋通過上述工序形成的各部件的方式形成層間絕緣層126及層間絕緣層128(參照圖10G)。層間絕緣層126和層間絕緣層128可以使用包含如氧化硅、氧氮化硅、氮化硅、氧化鉿、氧化鋁、氧化鉭等的無機(jī)絕緣材料的材料形成。此外，也可以使用聚酰亞胺或丙烯酸樹脂等有機(jī)絕緣材料形成層間絕緣層126及層間絕緣層128。注意，雖然這里采用層間絕緣層126與層間絕緣層128的分層結(jié)構(gòu)，但是所公開的發(fā)明的一個實(shí)施方式不局限于此。還可以采用單層結(jié)構(gòu)或三層以上的疊層結(jié)構(gòu)。在形成層間絕緣層128之后，優(yōu)選通過CMP或蝕刻等以使層間絕緣層128的表面平坦化。
[0228]然后，在上述層間絕緣層126、128中形成到達(dá)金屬化合物區(qū)域124的開口，并在該開口中形成源電極或漏電極130a及源電極或漏電極130b(參照圖10H)。例如，可以用在包括開口的區(qū)域中利用PVD法或CVD法等形成導(dǎo)電層等，然后利用蝕刻或CMP等去除上述導(dǎo)電層的一部分的方式，來形成源電極或漏電極130a及源電極或漏電極130b。
[0229]具體而言，例如可以采用以下方法，其中:在包括開口的區(qū)域中利用PVD法形成薄的鈦膜，并且利用CVD法形成薄的氮化鈦膜，之后以嵌入開口的方式形成鎢膜。這里，利用PVD法形成的鈦膜具有使在其上形成有鈦膜的表面上形成的氧化膜(自然氧化膜等)還原而降低與下部電極(這里為金屬化合物區(qū)域124)的接觸電阻的功能。在形成鈦膜之后形成的氮化鈦膜具有抑制導(dǎo)電材料擴(kuò)散的阻擋功能。還可以在鈦或氮化鈦等形成阻擋膜之后，利用鍍法形成銅膜。
[0230]注意，在通過去除上述導(dǎo)電層的一部分形成源電極或漏電極130a及源電極或漏電極130b的情況下，優(yōu)選以源電極或漏電極130a及源電極或漏電極130b的表面平坦化的方式進(jìn)行該工序。例如，當(dāng)在包含開口的區(qū)域中形成薄的鈦膜或薄的氮化鈦膜，然后以嵌入開口的方式形成鎢膜時，通過之后的CMP可以去除多余的鎢膜、多余的鈦膜或多余的氮化鈦膜等并且提高其表面的平坦性。以此方式，對包含源電極或漏電極130a及源電極或漏電極130b的表面進(jìn)行平坦化，以便可以在之后的工序中形成優(yōu)良的電極、線、絕緣層及半導(dǎo)體層等。
[0231]注意，雖然在這里僅示出接觸于金屬化合物區(qū)域124的源電極或漏電極130a及源電極或漏電極130b，但是也可以在該工序中形成接觸于柵電極110的電極等。對可以用作源電極或漏電極130a及源電極或漏電極130b的材料沒有特別的限制，可以使用各種導(dǎo)電材料。例如，可以使用鑰、鈦、鉻、鉭、鎢、鋁、銅、釹或鈧等導(dǎo)電材料。注意，考慮到之后進(jìn)行的熱處理，優(yōu)選使用具有足夠高的耐熱性以耐受熱處理的材料形成源電極或漏電極130a及源電極或漏電極130b。
[0232]通過上述工序，形成使用包含半導(dǎo)體材料的襯底100的晶體管170 (參照圖10H)。由于使用氧化物半導(dǎo)體以外的材料的晶體管170能夠進(jìn)行以高速操作，所以可以使用該晶體管形成邏輯電路(也稱為算術(shù)電路)等。此外，還可以將該晶體管用于用來驅(qū)動上述實(shí)施方式所述的存儲電路的驅(qū)動電路等。
[0233]注意，還可以在上述工序之后形成電極、線或絕緣層等。當(dāng)線具有包含層間絕緣層及導(dǎo)電層的分層結(jié)構(gòu)的多層結(jié)構(gòu)時，可以提供高集成化的半導(dǎo)體裝置。
[0234]例如，可以在上述工序之后形成絕緣層138并在絕緣層138中形成開口。再者，還可以在該開口中形成與源電極或漏電極130a連接的電極142c及與源電極或漏電極130b連接的電極142d(參照圖2A)。
[0235]本實(shí)施方式所述的結(jié)構(gòu)和方法等可以與其他實(shí)施方式所述的任何結(jié)構(gòu)和方法等適當(dāng)?shù)亟M合。
[0236]實(shí)施方式7
在本實(shí)施方式中，參照圖1lA至IlH及圖12A至12H對使用氧化物半導(dǎo)體以外的半導(dǎo)體材料的半導(dǎo)體裝置的制造方法，具體而言，對圖2B的下部的晶體管570的制造方法進(jìn)行描述。以下，首先參照圖1lA至IlH對在基底襯底上設(shè)置有單晶半導(dǎo)體層的SOI襯底的制造方法進(jìn)行描述，然后，參照圖12A至12H對使用該SOI襯底的晶體管的制造方法進(jìn)行描述。
[0237]〈SOI襯底的制造方法>
首先，準(zhǔn)備基底襯底500 (參照圖11A)。作為基底襯底500可以使用由絕緣體形成的襯底。其具體例子如下:如鋁硅酸鹽玻璃襯底、鋁硼硅酸鹽玻璃襯底、鋇硼硅酸鹽玻璃襯底等用于電子工業(yè)的各種玻璃襯底、石英襯底、陶瓷襯底、藍(lán)寶石襯底。另外，也可以使用包含氮化硅和氧化鋁為其主要成分的熱膨脹系數(shù)接近于硅的陶瓷襯底。
[0238]備選地，作為基底襯底500可以使用單晶娃襯底、單晶錯襯底等半導(dǎo)體襯底。由于與使用玻璃襯底等的情況相比，使用這樣的半導(dǎo)體襯底作為基底襯底500的情況下的熱處理的溫度上限可以提高，所以更容易獲得優(yōu)質(zhì)的SOI襯底。這里，作為半導(dǎo)體襯底，可以使用太陽能級娃(SOG-Si:Solar Grade Silicon)襯底等。備選地，還可以使用多晶半導(dǎo)體襯底。與使用單晶硅襯底等的情況相比，使用SOG-Si襯底或多晶半導(dǎo)體襯底等的情況可以抑制制造成本。
[0239]注意，在本實(shí)施方式中，對使用玻璃襯底作為基底襯底500的情況進(jìn)行描述。當(dāng)使用廉價的能夠具有較大的尺寸的玻璃襯底作為基底襯底500時，可以實(shí)現(xiàn)成本降低。
[0240]優(yōu)選預(yù)先對基底襯底500的表面進(jìn)行清洗。具體而言，使用鹽酸/過氧化氫混合液(HPM)、硫酸/過氧化氫混合液(SPM)、氨水過氧化氫混合液(APM)、稀氫氟酸(DHF)、FPM(氫氟酸和過氧化氫水以及純水的混合液)等對基底襯底500進(jìn)行超聲波清洗。通過進(jìn)行該清洗處理，可以提高基底襯底500的表面平坦性并可以去除殘留在基底襯底500表面上的研磨粒子等。
[0241]接著，在基底襯底500的表面上形成含有氮的層502 (例如，含有氮化硅(SiNx)膜或氮氧化硅膜(SiNx0y(x > y)膜)等的含有氮的絕緣膜的層)(參照圖11B)。含有氮的層502可以使用CVD法、濺射法等形成。
[0242]在本實(shí)施方式中形成的含有氮的層502對應(yīng)于后面用來接合單晶半導(dǎo)體層的層(接合層)。另外，含有氮的層502還用作防止基底襯底中含有的鈉(Na)等雜質(zhì)擴(kuò)散到單晶半導(dǎo)體層中的阻擋層。[0243]如上所述，由于在本實(shí)施方式中將含有氮的層502用作接合層，所以優(yōu)選以具有特定水平的表面平坦性的方式形成含有氮的層502。具體而言，將含有氮的層502形成為:其具有0.5nm以下的平均表面粗糙度(Ra，也稱為算術(shù)平均粗糙度)，0.60nm以下的均方根表面粗糙度(Rms)，更優(yōu)選的是，0.35nm以下的平均表面粗糙度，以及0.45nm以下的均方根表面粗糙度。注意，上述平均表面粗糙度可以在例如10平方微米的區(qū)域中進(jìn)行測量。厚度處于IOnm以上至200nm以下的范圍內(nèi)，優(yōu)選為50nm以上至IOOnm以下的范圍內(nèi)。如上所述，通過提高表面的平坦性，可以防止單晶半導(dǎo)體層的接合缺陷。
[0244]接著，準(zhǔn)備接合襯底。這里作為接合襯底使用單晶半導(dǎo)體襯底510(參照圖11C)。注意，雖然在這里使用結(jié)晶性為單晶的襯底作為接合襯底，但是接合襯底的結(jié)晶性不必局限于單晶。
[0245]作為單晶半導(dǎo)體襯底510，例如可以使用如單晶硅襯底、單晶鍺襯底、或單晶硅鍺襯底等的使用第14族元素形成的單晶半導(dǎo)體襯底。此外，還可以使用用如砷化鎵、磷化銦等的化合物半導(dǎo)體襯底。作為在市場上出售的硅襯底典型例子，有直徑5英寸(125mm)，直徑6英寸(150mm),直徑8英寸(200mm),直徑12英寸(300mm),以及直徑16英寸(400mm)的圓形硅襯底。注意，單晶半導(dǎo)體襯底510的形狀不局限于圓形，以及單晶半導(dǎo)體襯底510還可以是處理為矩形等的襯底。另外，單晶半導(dǎo)體襯底510可以利用CZ(提拉)法或FZ(浮區(qū))法形成。
[0246]在單晶半導(dǎo)體襯底510的表面上形成氧化膜512 (參照圖11D)。另外，從去除污染物的觀點(diǎn)來看，優(yōu)選在形成氧化膜512之前使用鹽酸/過氧化氫混合液(HPM)、硫酸/過氧化氫混合液(SPM)、氨水過氧化氫混合液(APM)、稀氫氟酸(DHF)、FPM(氫氟酸和過氧化氫水以及純水的混合液)等對單晶半導(dǎo)體襯底510的表面進(jìn)行清洗。備選地，也可以通過交替噴出稀釋的氫氟酸和臭氧水來清洗單晶半導(dǎo)體襯底510的表面。
[0247]例如，可以用氧化硅膜、氧氮化硅膜等的單層或疊層形成氧化膜512。作為用于氧化膜512的形成方法，可以使用熱氧化法、CVD法或?yàn)R射法等。當(dāng)使用CVD法形成氧化膜512時，優(yōu)選使用四乙氧基硅烷(簡稱TEOS:化學(xué)式Si (OC2H5)4)等的有機(jī)硅烷形成氧化硅膜，以實(shí)現(xiàn)良好的接合。
[0248]在本實(shí)施方式中，通過對單晶半導(dǎo)體襯底510進(jìn)行熱氧化處理來形成氧化膜512 (這里為SiOx膜)。熱氧化處理優(yōu)選在氧化氣氛中添加鹵素來進(jìn)行。
[0249]例如，通過在添加有氯(Cl)的氧化氣氛中對單晶半導(dǎo)體襯底510進(jìn)行熱氧化處理，由此可以形成通過氯氧化的氧化膜512。在這種情況下，氧化膜512成為含有氯原子的膜。通過利用該氯氧化，俘獲外來雜質(zhì)的重金屬(例如，F(xiàn)e、Cr、N1、或Mo等)并且形成金屬氯化物然后再將該金屬氯化物去除到外部，由此可以降低單晶半導(dǎo)體襯底510的污染。此夕卜，在與基底襯底500接合之后，來自基底襯底的Na等雜質(zhì)被固定，由此可以防止單晶半導(dǎo)體襯底510的污染。
[0250]注意，氧化膜512所包含的鹵素原子不局限于氯原子。也可以使氧化膜512中包含氟原子。作為使單晶半導(dǎo)體襯底510表面氟氧化的方法，例如可以使用以下方法:在將單晶半導(dǎo)體襯底510浸潰在HF溶液中之后在氧化氣氛中經(jīng)受熱氧化處理；或者將NF3添加到氧化氣氛中而進(jìn)行熱氧化處理；等等。
[0251]接著，由電場加速離子，對單晶半導(dǎo)體襯底510照射并進(jìn)行添加這些離子，由此在單晶半導(dǎo)體襯底510的預(yù)定的深度中形成結(jié)晶結(jié)構(gòu)受到損傷的脆化區(qū)域514(參照圖11E)。
[0252]可以根據(jù)離子的動能、質(zhì)量、電荷、或入射角等來控制形成脆化區(qū)域514的形成的深度。脆化區(qū)域514形成在與離子的平均侵入深度基本相同的深度的區(qū)域中。由此，可以根據(jù)離子的添加深度來調(diào)整從單晶半導(dǎo)體襯底510分離的單晶半導(dǎo)體層的厚度。例如，可以以使單晶半導(dǎo)體層的厚度大致成為IOnm以上500nm以下,優(yōu)選為50nm以上200nm以下的方式控制平均侵入深度。
[0253]可以用離子摻雜裝置或離子注入裝置進(jìn)行上述離子照射處理。作為離子摻雜裝置的代表例，有進(jìn)行工藝氣體的等離子體激發(fā)、并且用產(chǎn)生的所有離子種照射對象的非質(zhì)量分離型裝置。在該裝置中，不對等離子體中的離子種進(jìn)行質(zhì)量分離而將其照射到對象。相對于此，離子注入裝置是質(zhì)量分離型裝置。在離子注入裝置中，對等離子體中的離子種進(jìn)行質(zhì)量分離，并用具有預(yù)定質(zhì)量的離子種照射對象。
[0254]在本實(shí)施方式中，對使用離子摻雜裝置將氫添加到單晶半導(dǎo)體襯底510的例子進(jìn)行描述。作為源氣體，使用包含氫的氣體。至于用于照射的離子，優(yōu)選將H3+的比例設(shè)定為高。具體而言，相對于H+、H2+、H3+的總量，優(yōu)選將H3+的比例設(shè)定為50%以上(更優(yōu)選為80%以上)。通過高的H3+的比例，可以使離子照射的效率得到提高。
[0255]注意，添加的離子不局限于氫離子。也可以添加氦等的離子。此外，添加的離子不局限于一種離子，也可以添加多種離子。例如，在使用離子摻雜裝置同時照射氫和氦的情況下，與在單獨(dú)的工序中進(jìn)行氫和氦的照射的情況相比可以減少工序數(shù)，并且可以抑制后面形成的單晶半導(dǎo)體層的表面粗糙度的增加。
[0256]注意，當(dāng)使用離子摻雜裝置形成脆化區(qū)域514時，也可以添加重金屬，但是通過含有鹵素原子的氧化膜512進(jìn)行離子照射，可以防止由于這些重金屬導(dǎo)致的對單晶半導(dǎo)體襯底510的污染。
[0257]接著，使基底襯底500和單晶半導(dǎo)體襯底510彼此對置，并使含有氮的層502的表面與氧化膜512彼此緊密接觸。由此，可以彼此接合基底襯底500和單晶半導(dǎo)體襯底510 (參照圖11F) ο
[0258]當(dāng)進(jìn)行接合時，優(yōu)選對基底襯底500的一部分或單晶半導(dǎo)體襯底510的一部分施加0.ΟΟΙΝ/cm2以上ΙΟΟΝ/cm2以下，例如lN/cm2以上20N/cm2以下的壓力。通過施加壓力使接合面彼此接近而彼此緊密接觸地放置時，在緊密接觸的部分中產(chǎn)生含有氮的層502與氧化膜512之間的接合，并且接合自發(fā)性地擴(kuò)展至幾乎整個區(qū)。該接合在范德華力或氫鍵的作用下進(jìn)行，并可以在室溫下進(jìn)行。
[0259]注意，在單晶半導(dǎo)體襯底510與基底襯底500彼此接合之前，優(yōu)選彼此接合的表面經(jīng)受表面處理。表面處理可以提高單晶半導(dǎo)體襯底510和基底襯底500之間的界面的接合強(qiáng)度。
[0260]作為表面處理，可以使用濕處理、干處理或濕處理與干處理的組合。備選地，可以使用濕處理與不同的濕處理的組合或可以使用干處理與不同的干處理的組合。
[0261]注意，在接合之后，可以進(jìn)行熱處理以增高接合強(qiáng)度。熱處理在不使脆化區(qū)域514發(fā)生分離的溫度(例如，室溫以上且低于400°C的溫度)進(jìn)行。備選地，也可以在該范圍內(nèi)的溫度加熱含有氮的層502及氧化膜512并進(jìn)行接合。可以使用如電阻加熱爐等的加熱爐、擴(kuò)散爐RTA(快速熱退火:Rapid Thermal Anneal)裝置、微波加熱裝置等進(jìn)行上述熱處理。另外，上述溫度條件只是一個例子，并且所公開的發(fā)明的一個實(shí)施方式不應(yīng)被解釋為限定于此例子。
[0262]接著，進(jìn)行熱處理用于使單晶半導(dǎo)體襯底510在脆化區(qū)域進(jìn)行分離，從而在基底襯底500上形成單晶半導(dǎo)體層516，其中含有氮的層502及氧化膜512置于其間(參照圖1IG)。
[0263]注意，優(yōu)選使進(jìn)行上述分離時的熱處理的溫度盡可能地低。這是因?yàn)檫M(jìn)行分離時的溫度低，則能夠抑制單晶半導(dǎo)體層516的表面上的粗糙度的產(chǎn)生的緣故。具體而言，進(jìn)行上述分離時的熱處理的溫度可以為300°C以上600°C以下，當(dāng)溫度為400°C以上500°C以下時熱處理更有效。
[0264]注意，也可以在使單晶半導(dǎo)體襯底510分離之后，單晶半導(dǎo)體層516可以經(jīng)受500°C以上熱處理，以降低殘留在單晶半導(dǎo)體層516中的氫的濃度。
[0265]接著，對單晶半導(dǎo)體層516的表面照射激光，由此形成表面平坦性的平整提高且缺陷的數(shù)量減少的單晶半導(dǎo)體層518。注意，可以進(jìn)行熱處理來替代激光照射處理。
[0266]在本實(shí)施方式中，雖然在緊接進(jìn)行了用來分離單晶半導(dǎo)體層516的熱處理之后進(jìn)行了激光照射處理，但是所公開的發(fā)明的一個實(shí)施方式不應(yīng)被解釋為限定于此。還可以在用來分離單晶半導(dǎo)體層516的熱處理之后進(jìn)行蝕刻處理，來去除單晶半導(dǎo)體層516的表面上的缺陷多的區(qū)域，然后再進(jìn)行激光照射處理。備選地，可以在提高單晶半導(dǎo)體層516的表面平坦性之后，進(jìn)行激光照射處理。注意，上述蝕刻處理可以為濕蝕刻或干蝕刻。另外，在本實(shí)施方式中，在激光照射之后可以進(jìn)行減薄單晶半導(dǎo)體層516的厚度的工序。為了減薄單晶半導(dǎo)體層516的厚度，可以使用干蝕刻和濕蝕刻中的任一種或兩者。
[0267]通過上述工序，可以獲得具有良好特性的單晶半導(dǎo)體層518的SOI襯底(參照圖1IH)。
[0268]<晶體管的制造方法>
接著，參照圖12A至12H對包含上述SOI襯底的晶體管570的制造方法進(jìn)行描述。
[0269]圖12A是圖示由圖1lA至IlH所示的方法制造的SOI襯底的一部分的截面圖。
[0270]首先，將單晶半導(dǎo)體層518圖案化為具有島狀以形成半導(dǎo)體層520(參照圖12B)。注意，在該工序前后，為了控制晶體管的閾值電壓，可以對半導(dǎo)體層添加賦予η型導(dǎo)電性的雜質(zhì)元素或賦予P型導(dǎo)電性的雜質(zhì)元素。當(dāng)半導(dǎo)體材料是硅時，作為賦予η型導(dǎo)電性的雜質(zhì)元素，可以使用磷或砷等。另外，作為賦予P型導(dǎo)電性的雜質(zhì)元素，可以使用硼、鋁、鎵等。
[0271]接著，以覆蓋半導(dǎo)體層520的方式形成絕緣層522 (參照圖12C)。絕緣層522成為后面的柵極絕緣層。這里，通過等離子體CVD法形成氧化硅膜的單層。對于用于形成絕緣層522的材料及方法可以參照任何上述實(shí)施方式中的關(guān)于柵極絕緣層(例如柵極絕緣層108等)的描述。
[0272]接著，在絕緣層522上形成導(dǎo)電層，然后，對該導(dǎo)電層進(jìn)行選擇性蝕刻，從而在半導(dǎo)體層520上形成柵電極524(參照圖12D)。對于用于形成柵電極524的材料及方法可以參照任何上述實(shí)施方式中的關(guān)于柵電極(例如柵電極110等)的描述。
[0273]接著，將柵電極524用作掩模，并且對半導(dǎo)體層520添加賦予一種導(dǎo)電型的雜質(zhì)以形成雜質(zhì)區(qū)域526(參照圖12Ε)。注意，雖然這里為了形成η溝道型晶體管而添加磷(P)或砷(As)，但是在形成P溝道型晶體管等情況下，可以添加硼(B)或鋁(Al)等的雜質(zhì)元素。這里，可以適當(dāng)?shù)卦O(shè)定添加的雜質(zhì)的濃度。
[0274]接著，在柵電極524的側(cè)面形成側(cè)壁絕緣層528。以覆蓋絕緣層522及柵電極524的方式形成絕緣層，然后該絕緣層經(jīng)受各向異性高的蝕刻，由此可以以自對準(zhǔn)的方式形成側(cè)壁絕緣層528。另外，此時，優(yōu)選對絕緣層522的一部分進(jìn)行蝕刻來形成柵極絕緣層522a并使雜質(zhì)區(qū)域526露出。
[0275]接著，將柵電極524及側(cè)壁絕緣層528用作掩模，對雜質(zhì)區(qū)域526添加賦予一種導(dǎo)電型的雜質(zhì)元素。注意，對雜質(zhì)區(qū)域526添加的雜質(zhì)元素是與之前的工序中添加的雜質(zhì)元素賦予相同導(dǎo)電型的雜質(zhì)元素。并且，對雜質(zhì)區(qū)域526添加的雜質(zhì)元素的濃度高于之前的工序中的雜質(zhì)元素的濃度。通過添加該雜質(zhì)元素，在半導(dǎo)體層520中形成一對高濃度雜質(zhì)區(qū)域530、一對低濃度雜質(zhì)區(qū)域532及溝道形成區(qū)域534(參照圖12G)。高濃度雜質(zhì)區(qū)域530用作源區(qū)或漏區(qū)。
[0276]注意，當(dāng)半導(dǎo)體層520使用含有硅的材料形成時，為了進(jìn)一步降低源區(qū)及漏區(qū)的電阻，可以通過在半導(dǎo)體層520的一部分形成硅化物而形成硅化物區(qū)?？梢岳靡韵路绞竭M(jìn)行硅化，即:使半導(dǎo)體層接觸金屬并通過加熱處理(例如，GRTA法、或LRTA法等)使半導(dǎo)體層中的硅與金屬起反應(yīng)。對于硅化物區(qū)，可以使用鈷硅化物或鎳硅化物等。在半導(dǎo)體層520較薄的情況下，硅化反應(yīng)可以進(jìn)行到半導(dǎo)體層520的底部。作為用于形成硅化物的金屬材料，可以舉出鈦、鎳、鎢、鑰、鈷、鋯、鉿、鉭、釩、釹、鉻、鉬、鈀等。另外，還可以利用激光照射等形成硅化物區(qū)。
[0277]接著，以覆蓋通過上述工序形成的各部件的方式形成層間絕緣層536和層間絕緣層538(參照圖12H)。層間絕緣層536和層間絕緣層538可以使用包含如氧化硅、氧氮化硅、氮化硅、氧化鉿、氧化鋁、氧化鉭等無機(jī)絕緣材料的材料形成。此外，可以使用聚酰亞胺、丙烯酸樹脂等有機(jī)絕緣材料形成層間絕緣層536及層間絕緣層538。注意，雖然此處使用層間絕緣層536與層間絕緣層538的分層結(jié)構(gòu)，但是所公開的發(fā)明的一個實(shí)施方式不局限于此。還可以采用單層結(jié)構(gòu)或包含三層以上的分層結(jié)構(gòu)。在形成層間絕緣層538之后，優(yōu)選通過CMP或蝕刻等使層間絕緣層538的表面平坦化。
[0278]接著，在上述層間絕緣層536、538中形成到達(dá)高濃度雜質(zhì)區(qū)域530的開口，并且在該開口中形成源電極或漏電極540a及源電極或漏電極540b (參照圖12H)。對于用于源電極或漏電極540a及源電極或漏電極540b的材料和制造方法，可以參照有關(guān)源電極或漏電極130a及源電極或漏電極130b的描述。
[0279]通過上述工序，形成包含SOI襯底的晶體管570 (參照圖12H)。因?yàn)槭褂醚趸锇雽?dǎo)體以外的材料的晶體管570能夠以高速進(jìn)行操作，所以可以使用該晶體管形成邏輯電路(也稱為算術(shù)電路)等。另外，該晶體管可以用于驅(qū)動上述實(shí)施方式所述的存儲電路的驅(qū)動電路。
[0280]注意，在上述工序之后，還可以形成電極、線或絕緣層等。當(dāng)線具有包含層間絕緣層及導(dǎo)電層的分層結(jié)構(gòu)的多層結(jié)構(gòu)時，可以提供高集成化的半導(dǎo)體裝置。
[0281]本實(shí)施方式所述的結(jié)構(gòu)和方法等可以與其他實(shí)施方式所述的任何結(jié)構(gòu)和方法等適當(dāng)?shù)亟M合。
[0282]實(shí)施方式8
在本實(shí)施方式中，參照圖13A和13B以及圖14A至14C對任何上述實(shí)施方式所述的半導(dǎo)體裝置的應(yīng)用進(jìn)行描述。
[0283]圖13A和13B是每個包含多個圖5A1所示的半導(dǎo)體裝置(以下也稱為存儲單元190)的半導(dǎo)體裝置的電路圖的例子。圖13A是存儲單元190串聯(lián)連接的所謂NAND型半導(dǎo)體裝置的電路圖。圖13B是存儲單元190并聯(lián)連接的所謂NOR型半導(dǎo)體裝置的電路圖。
[0284]圖13A中的半導(dǎo)體裝置包括源極線SL、位線BL、第一信號線S1、m條第二信號線S2、m條字線WL、配置為m個(行)(在縱向)Xl個(列)(在橫向)的多個存儲單元190(1，I)至190 (m，I)。注意，圖13A中，半導(dǎo)體裝置中設(shè)置有一條源極線SL和一條位線BL，但是所公開的發(fā)明的一個實(shí)施方式不局限于此?？梢栽O(shè)置η條源極線SL和η條位線BL，從而形成存儲單元安排為m個(行)(在縱向)Xn個(列)(在橫向)的存儲單元陣列。
[0285]在每個存儲單元190中，晶體管160的柵電極、晶體管162的源電極和漏電極中的一個與電容器164的一個電極彼此電連接。第一信號線SI與晶體管162的源電極和漏電極中的另一個彼此電連接，以及第二信號線S2與晶體管162的柵電極彼此電連接。再者，字線WL與電容器164的另一個電極彼此電連接。
[0286]另外，存儲單元190所包含的晶體管160的源電極與相鄰的存儲單元190所包含的晶體管160的漏電極彼此電連接。存儲單元190所包含的晶體管160的漏電極與相鄰的存儲單元190所包含的晶體管160的源電極彼此電連接。注意，串聯(lián)連接的多個存儲單元的設(shè)置在一端的存儲單元190所包含的晶體管160的漏電極與位線彼此電連接。串聯(lián)連接的多個存儲單元的設(shè)置在另一端的存儲單元190所包含的晶體管160的源電極與源極線彼此電連接。
[0287]圖13A所示的半導(dǎo)體裝置按每行進(jìn)行寫入操作和讀出操作。以如下方式進(jìn)行寫入操作。對進(jìn)行寫入的行的第二信號線S2供給使晶體管162打開的電位，從而使進(jìn)行寫入的行的晶體管162打開。由此，對所指定的行的晶體管160的柵電極供給第一信號線SI的電位，從而對該柵電極施加預(yù)定的電荷。由此，可以對所指定的行的存儲單元寫入數(shù)據(jù)。
[0288]另外，以如下方式進(jìn)行讀出操作。首先，對進(jìn)行讀出的行之外的行的字線WL供給不管晶體管160的柵電極的電荷如何都使晶體管160打開的電位，從而使進(jìn)行讀出的行之外的行的晶體管160打開。然后，對進(jìn)行讀出的行的字線WL施加根據(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(讀出電位)。然后，對源極線SL施加預(yù)定電位，從而使與位線BL連接的讀出電路(未圖示)操作。這里，源極線SL和位線BL之間的多個晶體管160除了進(jìn)行讀出的行之外中的晶體管160之外處于導(dǎo)通，所以根據(jù)進(jìn)行讀出的行的晶體管160的狀態(tài)，確定源極線SL和位線BL之間的導(dǎo)電率。就是說，根據(jù)進(jìn)行讀出的行的晶體管160的柵電極的電荷，讀出電路所讀出的位線BL的電位變化。以此方式，可以從所指定的行的存儲單元讀出數(shù)據(jù)。
[0289]圖13B所示的半導(dǎo)體裝置具有η條源極線SL、η條位線BL、以及η條第一信號線SI ；m條第二信號線S2以及m條字線WL ；以及包含安排為m個(行)(在縱向)X η個(列)(在橫向)的矩陣的多個存儲單元190(1，I)至190 (m，η)的存儲單元陣列181。晶體管160的柵電極、晶體管162的源電極和漏電極中的一個與電容器164的一個電極彼此電連接。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。第一信號線SI與晶體管162的源電極和漏電極中的另一個彼此電連接，并且第二信號線S2與晶體管162的柵電極彼此電連接。字線WL與電容器164的另一個電極彼此電連接。[0290]圖13B所示的半導(dǎo)體裝置中，按每行進(jìn)行寫入操作和讀出操作。寫入操作以與圖13A所示的半導(dǎo)體裝置相似的方法進(jìn)行。讀出操作以如下方式進(jìn)行。首先，對進(jìn)行讀出的行之外的行的字線WL施加不管晶體管160的柵電極的電荷如何都使晶體管160關(guān)閉的電位，從而使進(jìn)行讀出的行之外行的的晶體管160關(guān)閉。然后，對進(jìn)行讀出的行的字線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(讀出電位)。然后，對源極線SL供給預(yù)定電位，從而使與位線BL連接的讀出電路(未圖示)操作。這里，根據(jù)進(jìn)行讀出的行的晶體管160的狀態(tài)，確定源極線SL和位線BL之間的導(dǎo)電率。就是說，根據(jù)進(jìn)行讀出的行的晶體管160的柵電極的電荷，讀出電路所讀出的位線BL的電位變化。以此方式，可以從所指定的行的存儲單元讀出數(shù)據(jù)。
[0291]接著，將參照圖14A至14C對可以用于圖13A和13B所示的半導(dǎo)體裝置的讀出電路的例子進(jìn)行描述。
[0292]圖14A圖示讀出電路的概況。該讀出電路包含晶體管和讀出放大器電路(senseamplifier circuit)。
[0293]當(dāng)進(jìn)行數(shù)據(jù)的讀出時，端子A與連接到從其中讀出數(shù)據(jù)的存儲單元的位線連接。另外，對晶體管的柵電極施加偏電位Vbias，來控制端子A的電位。
[0294]根據(jù)所存儲的數(shù)據(jù)，存儲單元190的電阻值變化。具體地說，當(dāng)所選擇的存儲單元190的晶體管160處于導(dǎo)通時，存儲單元190具有低電阻，而當(dāng)所選擇的存儲單元190的晶體管160處于截止時，存儲單元190具有高電阻。
[0295]當(dāng)存儲單元具有高電阻時，端子A的電位高于參考電位VMf，并且讀出放大器電路輸出與端子A的電位對應(yīng)的電位(數(shù)據(jù)“I”)。另一方面，當(dāng)存儲單元具有低電阻時，端子A的電位低于參考電位VMf，并且讀出放大器電路輸出與端子A的電位對應(yīng)的電位(數(shù)據(jù)“O，，)。
[0296]從而，通過使用讀出電路，可以從存儲單元讀出數(shù)據(jù)。注意，本實(shí)施方式的讀出電路是一個例子。備選地，可以使用其他已知的電路。讀出電路還可以包含預(yù)充電電路。參照位線可以連接到讀出放大器電路來代替參考電位VMf。
[0297]圖14B圖示讀出放大器電路的一個例子的差分讀出放大器。差分讀出放大器包含輸入端子Vin(+)、Vin(_)以及輸出端子Vout，并且放大Vin (+)與Vin(-)的差。當(dāng)Vin(+)> Vin (-)時，Vout近似為High輸出，當(dāng)Vin (+) < Vin (-)時，Vout近似為Low輸出。
[0298]圖14C圖示讀出放大器電路的一個例子的鎖存型讀出放大器。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Sp和Sn的輸入端子。首先，將控制信號Sp和Sn分別設(shè)定為信號High和信號Low，并且切斷電源電位(Vdd)。然后，對Vl和V2供給用于比較的電位。之后，將控制信號Sp和Sn分別設(shè)定為信號Low和信號High，并且供給電源電位(Vdd)。如果對于用于比較的電位Vlin和V2in滿足Vlin > V2in，則從Vl的輸出為信號High，并且從V2的輸出為信號Low;而如果滿足Vlin < V2in，則從Vl的輸出為信號Low，并且從V2的輸出為信號High。通過利用這種關(guān)系，可以放大Vlin和V2in之間的差。
[0299]本實(shí)施方式所述的結(jié)構(gòu)、方法等可以與其他實(shí)施方式所述的任何結(jié)構(gòu)、方法等適當(dāng)?shù)亟M合。
[0300]實(shí)施方式9
在本實(shí)施方式中，參照圖15A和15B對使用任何上述實(shí)施方式所述的晶體管的半導(dǎo)體裝置的例子進(jìn)行描述。
[0301]圖15A圖不具有對應(yīng)于所謂的DRAM (Dynamic Random Access Memory:動態(tài)隨機(jī)存取存儲器)的結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體裝置的一個例子。圖15A所示的存儲單元陣列620具有將多個存儲單元630排列為矩陣的結(jié)構(gòu)。另外，存儲單元陣列620包含m條第一線和η條第二線。注意，存儲單元630對應(yīng)于圖5Β所示的半導(dǎo)體裝置。還注意，在本實(shí)施方式中，將圖5Β中的第一線和第二線分別稱為位線BL和字線WL。
[0302]存儲單元630包括晶體管631和電容器632。晶體管631的棚電極與第一線(字線WL)連接。另外，晶體管631的源電極和漏電極中的一個與第二線(位線BL)連接。晶體管631的源電極和漏電極中的另一個與電容器的一個電極連接。電容器的另一個電極與電容線CL連接，并且被供給預(yù)定電位。上述任何實(shí)施方式中所述的晶體管應(yīng)用于晶體管631。
[0303]任何上述實(shí)施方式所述的晶體管具有極小的截止電流。因此，當(dāng)將該晶體管應(yīng)用于視為所謂的DRAM的圖15Α所示的半導(dǎo)體裝置時，可以得到實(shí)際上的非易失性存儲器。
[0304]圖15Β圖不具有對應(yīng)于所謂的SRAM (Static Random Access Memory:靜態(tài)隨機(jī)存取存儲器)的結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體裝置的一個例子。圖15B所示的存儲單元陣列640具有將多個存儲單元650安排為矩陣的結(jié)構(gòu)。另外，存儲單元陣列640包含多條第一線(字線WL)、多條第二線(位線BL)以及多條第三線(反轉(zhuǎn)位線/BL)。
[0305]存儲單元650包含第一至第六晶體管651至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之中的一個是η溝道型晶體管(這里，是第四晶體管654)，另一個是P溝道型晶體管(這里，是第三晶體管653)。就是說，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。
[0306]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，并且任何上述實(shí)施方式所述的晶體管可以應(yīng)用到這些晶體管。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)體或除氧化物半導(dǎo)體以外的材料(例如，硅等)來形成。
[0307]本實(shí)施方式所述的結(jié)構(gòu)、方法等可以與任何其他實(shí)施方式所述的結(jié)構(gòu)、方法等適當(dāng)?shù)亟M合。
[0308]實(shí)施方式10
在本實(shí)施方式中，參照圖16Α至16F對將任何上述實(shí)施方式所描述的半導(dǎo)體裝置的應(yīng)用于電子設(shè)備的情況進(jìn)行說明。在本實(shí)施方式中，描述了將上述半導(dǎo)體裝置應(yīng)用于如計算機(jī)、移動電話(也稱為移動電話機(jī)、移動電話裝置)、便攜式信息終端(包括便攜式游戲機(jī)、聲音再現(xiàn)裝置等)、如數(shù)碼相機(jī)或數(shù)碼攝像機(jī)等的相機(jī)、電子紙、電視裝置(也稱為電視或電視接收機(jī))等的電子設(shè)備。
[0309]圖16Α圖示筆記本型個人計算機(jī),包括框體701、框體702、顯示部703以及鍵盤704等。任何上述實(shí)施方式所述的半導(dǎo)體裝置設(shè)置在框體701和框體702中。任何上述實(shí)施方式所述的半導(dǎo)體裝置的可以以高速進(jìn)行寫入和讀出數(shù)據(jù)，可以在較長期間內(nèi)存儲數(shù)據(jù)，并且耗電量被充分地降低。因此，可以實(shí)現(xiàn)一種以高速進(jìn)行寫入和讀出數(shù)據(jù)，在較長期間內(nèi)存儲數(shù)據(jù)，并且耗電量被充分地降低的筆記本型個人計算機(jī)。
[0310]圖16Β圖示便攜式信息終端(便攜式數(shù)據(jù)助理(PDA))。在主體711中設(shè)置顯示部713、外部接口 715以及操作按鈕714等。另外，設(shè)置有用于操作便攜式信息終端的操作的觸屏筆712等。任何上述實(shí)施方式所述的半導(dǎo)體裝置設(shè)置在主體711中。任何上述實(shí)施方式所述的半導(dǎo)體裝置可以以高速進(jìn)行寫入和讀出數(shù)據(jù)，可以在較長期間內(nèi)存儲數(shù)據(jù)，并且耗電量被充分地降低。因此，可以實(shí)現(xiàn)一種以高速進(jìn)行寫入和讀出數(shù)據(jù)，在較長期間內(nèi)存儲數(shù)據(jù)，并且耗電量被充分地降低的便攜式信息終端。
[0311]圖16C圖示安裝有電子紙的電子書閱讀器720，包括框體721和框體723這兩個框體?？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由軸部737相連接，且可以用該軸部737進(jìn)行開閉。框體721配備有電源731、操作鍵733以及揚(yáng)聲器735等。任何上述實(shí)施方式所述的半導(dǎo)體裝置設(shè)置在框體721和框體723中的至少一個。任何上述實(shí)施方式所示的半導(dǎo)體裝置可以以高速進(jìn)行寫入和讀出數(shù)據(jù)，可以在較長期間內(nèi)存儲數(shù)據(jù)，并且耗電量被充分地降低。因此，可以實(shí)現(xiàn)一種以高速進(jìn)行寫入和讀出數(shù)據(jù)，在較長期間內(nèi)存儲數(shù)據(jù)，并且耗電量被充分地降低的電子書閱讀器。
[0312]圖16D圖示移動電話，包括框體740和框體741這兩個框體。再者，框體740和框體741通過滑動而可以從如圖16D所示的展開狀態(tài)彼此重疊，所以可以減小移動電話的，這使得移動電話適于攜帶?？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、照相機(jī)透鏡747以及外部連接端子748等?？蝮w740包括用于進(jìn)行移動電話的充電的太陽能電池749和外部存儲器插槽750等。另外，天線并入在框體741中。任何上述實(shí)施方式所述的半導(dǎo)體裝置設(shè)置在框體740和框體741中的至少一個。任何上述實(shí)施方式所述的半導(dǎo)體裝置可以以高速進(jìn)行寫入和讀出數(shù)據(jù)，可以在較長期間內(nèi)存儲數(shù)據(jù)，并且耗電量被充分地降低。因此，可以實(shí)現(xiàn)一種以高速進(jìn)行寫入和讀出數(shù)據(jù)，在較長期間內(nèi)存儲數(shù)據(jù)，并且耗電量被充分地降低的移動電話。
[0313]圖16E圖示數(shù)碼相機(jī)，其包括主體761、顯示部767、取景器763、操作開關(guān)764、顯示部765以及電池766等。任何上述實(shí)施方式所述的半導(dǎo)體裝置設(shè)置在主體761中。任何上述實(shí)施方式所述的半導(dǎo)體裝置可以以高速進(jìn)行寫入和讀出數(shù)據(jù)，可以在較長期間內(nèi)存儲數(shù)據(jù)，并且耗電量被充分地降低。因此，可以實(shí)現(xiàn)一種以高速進(jìn)行寫入和讀出數(shù)據(jù)，在較長期間內(nèi)存儲數(shù)據(jù)，并且耗電量被充分地降低的數(shù)碼相機(jī)。
[0314]圖16F圖示電視裝置770，包括框體771、顯示部773以及支架775等?？梢酝ㄟ^框體771的操作開關(guān)或遙控操作機(jī)780來進(jìn)行電視裝置770的操作。在框體771和遙控操作機(jī)780上安裝有任何上述實(shí)施方式所述的半導(dǎo)體裝置。任何上述實(shí)施方式所述的半導(dǎo)體裝置可以以高速進(jìn)行寫入和讀出數(shù)據(jù)，可以在較長期間內(nèi)存儲數(shù)據(jù)，并且耗電量被充分地降低。因此，可以實(shí)現(xiàn)一種以高速進(jìn)行寫入和讀出數(shù)據(jù)，在較長期間內(nèi)存儲數(shù)據(jù)，并且耗電量被充分地降低的電視裝置。
[0315]如上所述，本實(shí)施方式所述的電子設(shè)備的每個安裝有任何上述實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置。所以，可以實(shí)現(xiàn)耗電量被降低的電子設(shè)備。
[0316]例子I
對根據(jù)所公開的發(fā)明的一個實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的能夠重寫數(shù)據(jù)的次數(shù)進(jìn)行考察。在本例子中，將參照圖17對該考察結(jié)果進(jìn)行描述。
[0317]用于考察的半導(dǎo)體裝置是具有圖5A1中的電路結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體裝置。這里，氧化物半導(dǎo)體用于對應(yīng)于晶體管162的晶體管，并且作為對應(yīng)于電容器164的電容器，使用電容值為0.33pF的電容器。
[0318]通過比較初期存儲器窗口寬度和重復(fù)進(jìn)行預(yù)定次數(shù)的數(shù)據(jù)的存儲和寫入之后的存儲器窗口寬度來進(jìn)行考察。通過對對應(yīng)于圖5A1中的第三線的線施加OV或5V，并且對對應(yīng)于第四線的線施加OV或5V，進(jìn)行數(shù)據(jù)的存儲和寫入。當(dāng)對應(yīng)于第四線的線的電位為OV時，對應(yīng)于晶體管162的晶體管處于截止，因此保持對浮動?xùn)挪縁G供給的電位。當(dāng)對應(yīng)于第四線的線的電位為5V時，對應(yīng)于晶體管162的晶體管處于導(dǎo)通，因此對浮動?xùn)挪縁G供給對應(yīng)于第三線的線的電位。
[0319]存儲器窗口寬度是存儲裝置的特性的指標(biāo)之一。在此，該存儲器窗口寬度表示不同的存儲狀態(tài)之間的曲線(Vc^-1d曲線)的漂移量DVeg，其示出對應(yīng)于第五線的線的電位Vcig和對應(yīng)于晶體管160的晶體管的漏極電流Id的關(guān)系。不同的存儲狀態(tài)是指對浮動?xùn)挪縁G施加OV的狀態(tài)(以下稱為Low狀態(tài))和對浮動?xùn)挪縁G施加5V的狀態(tài)(以下稱為High狀態(tài))。就是說，可以通過在Low狀態(tài)和High狀態(tài)進(jìn)行電位Vcig的掃描，來檢查存儲器窗口寬度。在任何情況下Vds設(shè)定為IV。
[0320]圖17示出初期狀態(tài)的存儲器窗口寬度和進(jìn)行I X IO9次的寫入之后的存儲器窗口寬度的考察結(jié)果。在圖17中，每個實(shí)線示出第一次寫入，每個虛線示出第IXlO9次寫入。另外，在實(shí)線和虛線的雙方中，左邊的曲線示出High狀態(tài)的寫入，右邊的曲線示出Low狀態(tài)的寫入。橫軸示出Veg(V)，縱軸示出Id(A)。根據(jù)圖17可以確認(rèn)在第I X IO9次的數(shù)據(jù)寫入的前后，在High狀態(tài)和Low狀態(tài)掃描了電位Veg的存儲器窗口寬度沒有變化。在第I X IO9次的數(shù)據(jù)寫入后存儲器窗口寬度沒有變化意味著至少在此期間，半導(dǎo)體裝置的特性沒有變化。 [0321]如上所述，根據(jù)所公開的發(fā)明的一個實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置即使反復(fù)進(jìn)行多次數(shù)據(jù)存儲和寫入其特性電沒有變化。就是說，可以說，可以根據(jù)所公開的發(fā)明的一個實(shí)施方式來實(shí)現(xiàn)可靠性極為高的半導(dǎo)體裝置。
[0322]本申請基于2009年12月25日向日本專利局提交的日本專利申請第2009-296202號，其全部內(nèi)容通過參照而并入與此。
【權(quán)利要求】
1.一種半導(dǎo)體裝置，包括: 晶體管，包括: 在襯底上的第一氧化物半導(dǎo)體層； 在所述第一氧化物半導(dǎo)體層上的第二氧化物半導(dǎo)體層； 在所述第二氧化物半導(dǎo)體層上并且與所述第二氧化物半導(dǎo)體層接觸的源電極和漏電極； 在所述源電極和所述漏電極上的柵極絕緣層；和 在所述柵極絕緣層上的柵電極， 其中，所述源電極和所述漏電極中的每一個的端部形成為錐形形狀。
2.—種半導(dǎo)體裝置，包括: 第一晶體管，包括: 在襯底上的半導(dǎo)體層； 在所述半導(dǎo)體層上的第一柵極絕緣層；和 在所述第一柵極絕緣層上的第一柵電極， 在所述第一晶體管上的層間絕緣膜；以及 在所述層間絕緣膜上的第二晶體管，所述第二晶體管包括: 在所述層間絕緣膜上的第一氧化物半導(dǎo)體層； 在所述第一氧化物半導(dǎo)體層上的第二氧化物半導(dǎo)體層； 在所述第二氧化物半導(dǎo)體層上并且與所述第二氧化物半導(dǎo)體層接觸的源電極和漏電極； 在所述源電極和所述漏電極上的柵極絕緣層；和 在所述柵極絕緣層上的柵電極， 其中，所述源電極和所述漏電極中的每一個的端部形成為錐形形狀。
3.如權(quán)利要求1或2所述的半導(dǎo)體裝置，還包括: 與所述源電極的側(cè)面接觸的第一氧化物區(qū)域；以及 與所述漏電極的側(cè)面接觸的第二氧化物區(qū)域。
4.如權(quán)利要求1或2所述的半導(dǎo)體裝置，還包括: 在所述源電極和所述柵極絕緣層之間的第一絕緣層；以及 在所述漏電極和所述柵極絕緣層之間的第二絕緣層。
5.如權(quán)利要求1或2所述的半導(dǎo)體裝置，其中，所述第二氧化物半導(dǎo)體層比所述第一氧化物半導(dǎo)體層厚。
6.如權(quán)利要求1或2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)體層中的每一個包括相同成分。
7.如權(quán)利要求1或2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)體層中的每一個包括銦、鎵、鋅和氧。
8.如權(quán)利要求1或2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)體層中的每一個是本征的。
9.如權(quán)利要求1或2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)體層中的每一個包括結(jié)晶區(qū)域。
10.一種半導(dǎo)體裝置，包括: 包括第一晶體管的驅(qū)動電路，所述第一晶體管包括含有單晶硅的溝道形成區(qū)域； 在所述第一晶體管上的第一絕緣層；以及 在所述第一絕緣層上的存儲單元，所述存儲單元包括: 在所述第一絕緣層上的第二晶體管；和 在所述第一絕緣層上的第三晶體管， 其中，所述第二晶體管包括含有氧化物半導(dǎo)體的溝道形成區(qū)域， 其中，所述第三晶體管包括含有所述氧化物半導(dǎo)體的溝道形成區(qū)域， 其中，所述第二晶體管的柵極電連接到所述第三晶體管的源極或漏極中之一，并且 其中，所述驅(qū)動電路配置成驅(qū)動所述存儲單元。
11.如權(quán)利要求10所述的半導(dǎo)體裝置，其中，所述氧化物半導(dǎo)體包括銦。
12.如權(quán)利要求10所述的半導(dǎo)體裝置，還包括:在所述存儲單元中的電容器， 其中，所述電容器中的一個電極電連接到所述第二晶體管的所述柵極。
13.如權(quán)利要求10所述的半導(dǎo)體裝置，其中，所述氧化物半導(dǎo)體包括結(jié)晶區(qū)域。
14.如權(quán)利要求10所述的半導(dǎo)體裝置，其中，所述第一晶體管的所述溝道形成區(qū)域設(shè)置在SOI襯底中。
15.一種電子設(shè)備，包括如權(quán)利要求10所述的半導(dǎo)體裝置。
【文檔編號】H01L27/105GK103985760SQ201410239460
【公開日】2014年8月13日 申請日期:2010年12月3日 優(yōu)先權(quán)日:2009年12月25日
【發(fā)明者】山崎舜平, 小山潤, 加藤清 申請人:株式會社半導(dǎo)體能源研究所