異的。具體地，在集成了多個(gè)電路并且復(fù)雜的電路中，即使每個(gè)電路的待機(jī)功率的量很小，但待機(jī)功率的總量也大。因此，當(dāng)電路是集成的以及復(fù)雜的時(shí)，降低待機(jī)功率的值到大體上為零的效果更顯著。
[0043]注意，在此描述使用CMOS反相器電路的半導(dǎo)體裝置的例子，但是所公開的發(fā)明不限于此。所公開的發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例可以用于具有當(dāng)電路不操作時(shí)的功率消耗問題的任何電路(集成電路)。
[0044]此外，盡管以上描述了使用η溝道開關(guān)晶體管SI的情況，但是很明顯P溝道晶體管可以用作開關(guān)晶體管SI。在此情況下，例如，優(yōu)選開關(guān)晶體管SI電連接到CMOS反相器電路中的P溝道晶體管。
[0045]<半導(dǎo)體裝置的平面結(jié)構(gòu)和截面結(jié)構(gòu)>
圖2A和2B是圖1A所示出的半導(dǎo)體裝置的結(jié)構(gòu)的例子。圖2A示出半導(dǎo)體裝置的截面以及圖2B示出半導(dǎo)體裝置的平面。此處，圖2A對(duì)應(yīng)于沿著圖2B中的線A1-A2-A3的截面。圖2A和2B所示出的半導(dǎo)體裝置包括在下部分使用除了氧化物半導(dǎo)體以外的材料的晶體管160 (包括于CMOS反相器電路Cl中的晶體管)，以及在上部分使用氧化物半導(dǎo)體的晶體管162 (作為開關(guān)晶體管SI起作用的晶體管)。注意，晶體管160和162均描述為η溝道晶體管。然而，當(dāng)然，P溝道晶體管和η溝道晶體管兩者均用于CMOS反相器電路。另外，所公開的發(fā)明的技術(shù)構(gòu)想是使用采用氧化物半導(dǎo)體的晶體管作為開關(guān)晶體管以降低功率消耗；從而半導(dǎo)體裝置的具體結(jié)構(gòu)不限于此處描述的結(jié)構(gòu)。
[0046]晶體管160包括在包括半導(dǎo)體材料的襯底100中提供的溝道形成區(qū)域116、以夾住溝道形成區(qū)域116的方式提供的雜質(zhì)區(qū)域114以及高濃度雜質(zhì)區(qū)域120 (這些區(qū)域可以總體地簡(jiǎn)稱作雜質(zhì)區(qū)域)、在溝道形成區(qū)域116上提供的柵極絕緣層108、在柵極絕緣層108上提供的柵電極110、以及兩者均電連接到雜質(zhì)區(qū)域114的源電極或漏電極130a和源電極或漏電極130b。
[0047]在柵電極110的側(cè)表面上提供側(cè)壁絕緣層118。此外，如平面圖所示出的，在沒有與側(cè)壁絕緣層118重疊的襯底100的區(qū)域中提供高濃度雜質(zhì)區(qū)域120，并且在高濃度雜質(zhì)區(qū)域120上呈現(xiàn)金屬化合物區(qū)域124。在襯底100上提供元件隔離絕緣層106以便圍繞晶體管160。提供層間絕緣層126和層間絕緣層128以便覆蓋晶體管160。源電極或漏電極130a和源電極或漏電極130b通過在層間絕緣層126和層間絕緣層128形成的開口而電連接到金屬化合物區(qū)域124。即，源電極或漏電極130a和源電極或漏電極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和雜質(zhì)區(qū)域114。
[0048]晶體管162包括在層間絕緣層128上提供的柵電極136c、在柵電極136c上提供的柵極絕緣層138、在柵極絕緣層138上提供的氧化物半導(dǎo)體層140、以及兩者均在氧化物半導(dǎo)體層140上提供并且電連接到氧化物半導(dǎo)體層140的源電極或漏電極142a和源電極或漏電極142b。
[0049]此處，柵電極136c形成為嵌入到在層間絕緣層128上提供的絕緣層132。類似于柵電極136c，分別形成與源電極或漏電極130a和源電極或漏電極130b接觸的電極136a和電極136b。
[0050]在晶體管162上提供保護(hù)絕緣層144以便與氧化物半導(dǎo)體層140的部分接觸。在保護(hù)絕緣層144上提供層間絕緣層146。此處，保護(hù)絕緣層144和層間絕緣層146配備有到達(dá)源電極或漏電極142a和源電極或漏電極142b的開口。電極150c和電極150d通過該開口與源電極或漏電極142a以及源電極或漏電極142b接觸。類似于電極150c和電極150d，分別形成通過柵極絕緣層138、保護(hù)絕緣層144以及層間絕緣層146中的開口與電極136a和電極136b接觸的電極150a和電極150b。
[0051 ] 此處，氧化物半導(dǎo)體層140優(yōu)選通過充分地移除雜質(zhì)(例如，氫)或充分地供應(yīng)氧的高度純化的氧化物半導(dǎo)體層。具體地，氧化物半導(dǎo)體層140的氫濃度是5X 119原子/cm3或更少，優(yōu)選為5 X 118原子/cm3或更少，以及更優(yōu)選5 X 10 17原子/cm3或更少。高度純化的、其氫濃度充分地降低并且通過充分地供應(yīng)氧而降低由于氧缺乏引起的能隙的缺陷水平的氧化物半導(dǎo)體層140的載流子濃度為如下外于^^^/^^優(yōu)選小于^^^/^^更優(yōu)選小于1.45X 11Vcm30例如，當(dāng)漏極電壓Vd是+IV或+1V并且柵極電壓Vg在-20V到-5V的范圍時(shí)，截止?fàn)顟B(tài)電流是1X10_13A或更少。此外，截止?fàn)顟B(tài)電阻率是1Χ109Ω.ι?或更多，優(yōu)選IX1kiQ.πι或更多。通過使用高度純化為本征(i型)或大體上本征(i型)的這樣的氧化物半導(dǎo)體可以獲得具有非常優(yōu)異的截止電流特性的晶體管162。注意，通過次級(jí)離子質(zhì)譜法(SIMS)測(cè)量氧化物半導(dǎo)體層140中的氫濃度。
[0052]此外，在層間絕緣層146上提供絕緣層152。電極154a、電極154b以及電極154c提供為嵌入在絕緣層152中。此處，電極154a與電極150a接觸，電極154b與電極150b和150c接觸、以及電極154c與電極150d接觸。
[0053]S卩，在圖2A和2B所示出的半導(dǎo)體裝置中，晶體管160的源電極或漏電極130b通過電極136b、電極150b、電極154b以及電極150c電連接到晶體管162的源電極或漏電極142a。
[0054]〈用于制造半導(dǎo)體裝置的方法〉
接下來，將描述以上半導(dǎo)體裝置的制造方法的例子。首先，將參照?qǐng)D3A到3H在以下描述用于制造下部分中的晶體管160的方法，然后將參照?qǐng)D4A到4G以及圖5A到描述用于制造上部分中的晶體管162的方法。
[0055]〈用于制造下部分中的晶體管的方法〉
首先，準(zhǔn)備包含半導(dǎo)體材料的襯底100(參照?qǐng)D3A)?？梢允褂冒?、碳化硅等的單晶半導(dǎo)體襯底或多晶半導(dǎo)體襯底、包含硅鍺等的化合物半導(dǎo)體襯底、SOI襯底等作為包含半導(dǎo)體材料的襯底100。此處，描述單晶硅襯底用作包含半導(dǎo)體材料的襯底100的例子。注意，一般而言，術(shù)語“SOI襯底”意味著在絕緣表面上具有硅半導(dǎo)體層的襯底。在本說明書中，術(shù)語“SOI襯底”也意味著在絕緣表面上具有使用除了硅以外的材料的半導(dǎo)體層的襯底。即，包括于“SOI襯底”的半導(dǎo)體層不限于硅半導(dǎo)體層。此外，SOI襯底包括在其絕緣襯底(例如玻璃襯底)上具有半導(dǎo)體層、在半導(dǎo)體層和絕緣襯底之間帶有絕緣層的襯底。
[0056]在襯底100上，形成作為用于形成元件隔離絕緣層的掩模起作用的保護(hù)層102(參照?qǐng)D3A)。例如，可以使用采用氧化硅、氮化硅、氧氮化硅等形成的絕緣層作為保護(hù)層102。注意，給出η型導(dǎo)電性的雜質(zhì)元素或給出P型導(dǎo)電性的雜質(zhì)元素可以在以上步驟之前或之后加到襯底100以控制晶體管的閾值電壓。當(dāng)半導(dǎo)體是硅時(shí)，可以使用磷、砷等作為給出η型導(dǎo)電性的雜質(zhì)。例如，可以使用硼、鋁、鎵等作為給出P型導(dǎo)電性的雜質(zhì)。
[0057]接下來，通過使用保護(hù)層102作為掩模的蝕刻來移除沒有用保護(hù)層102 (暴露區(qū)域)覆蓋的區(qū)域的襯底100的部分。從而形成單獨(dú)的半導(dǎo)體區(qū)域104 (參照?qǐng)D3Β)。對(duì)于蝕亥IJ，優(yōu)選進(jìn)行干蝕刻，但是也可以進(jìn)行濕蝕刻。取決于待蝕刻的對(duì)象的材料可以合適地選擇蝕刻氣體和蝕刻劑。
[0058]接下來，絕緣層形成為覆蓋半導(dǎo)體區(qū)域104以及在與半導(dǎo)體區(qū)域104重疊的區(qū)域選擇性地移除，由此形成元件隔離絕緣層106 (參照?qǐng)D3Β)。使用氧化硅、氮化硅、氧氮化硅等形成絕緣層?？梢圆捎梦g刻處理和拋光處理(例如，CMP)以及他們的任何作為用于移除絕緣層的方法。注意，在半導(dǎo)體區(qū)域104形成后或在元件隔離絕緣層106形成后移除保護(hù)層 102。
[0059]然后，在半導(dǎo)體區(qū)域104上形成絕緣層并且在絕緣層上形成包含導(dǎo)電材料的層。
[0060]絕緣層在后續(xù)起到柵極絕緣層的作用并且優(yōu)選具有通過使用CVD法、濺射法等獲得的包含氧化硅、氧氮化硅、氮化硅、氧化鉿、氧化鋁、氧化鉭等的膜的單層結(jié)構(gòu)或疊層結(jié)構(gòu)。備選地，以上絕緣層可以通過高密度等離子體處理或熱氧化處理來氧化或氮化半導(dǎo)體區(qū)域104的表面而獲得。可以使用例如稀有氣體(例如He、Ar、Kr或Xe)和氧、氧化氮、氨、氮或氫的混合氣體來進(jìn)行高密度等離子體處理。對(duì)絕緣層的厚度沒有特定的限制，但是該厚度可以是例如Inm或更多以及10nm或更少。
[0061]可以使用金屬材料(例如鋁、銅、鈦、鉭或鎢)形成包含導(dǎo)電材料的層。備選地，可以使用半導(dǎo)體材料(例如包含導(dǎo)電材料的多晶硅)形成包含導(dǎo)電材料的層。對(duì)于用于形成包含導(dǎo)電材料的層的方法也沒有特定的限制，并且可應(yīng)用任何的各種膜形成方法(例如蒸鍍法、CVD法、濺射法以及旋涂法)。注意，在本實(shí)施例中，描述使用金屬材料形成包含導(dǎo)電材料的層的情況的例子。
[0062]此后，通過選擇性地蝕刻絕緣層和包含導(dǎo)電材料的層，形成柵極絕緣層108和柵電極110 (參照?qǐng)D3C)。
[0063]接下來，形成覆蓋柵電極110的絕緣層112(參照?qǐng)D3C)。然后添加磷(P)、砷(As)等到半導(dǎo)體區(qū)域104，由此在襯底100中形成具有淺的結(jié)深度的雜質(zhì)區(qū)域114(參照?qǐng)D3C)。注意，盡管在此處添加磷或砷以便形成η溝道晶體管，但是在形成P溝道晶體管的情況下可以添加雜質(zhì)元素(例如硼(B)或鋁(Al))。通過雜質(zhì)區(qū)域114的形成在柵極絕緣層108下的半導(dǎo)體區(qū)域104中形成溝道形成區(qū)域116 (參照?qǐng)D3C)。此處，可以合適地設(shè)置添加的雜質(zhì)的濃度；在半導(dǎo)體元件高度微型化的情況下，優(yōu)選濃度設(shè)置為高。另外，可以采用在雜質(zhì)區(qū)域114的形成后形成絕緣層112的過程來代替此處采用的在絕緣層112的形成后形成雜質(zhì)區(qū)域114的過程。
[0064]然后，形成側(cè)壁絕緣層118 (參照?qǐng)D3D)。絕緣層形成為覆蓋絕緣層112并且然后經(jīng)受高度各向異性的蝕刻處理，由此可以以自對(duì)準(zhǔn)的方式形成側(cè)壁絕緣層118。優(yōu)選此時(shí)部分地蝕刻絕緣層112以便暴露柵電極110的上表面和雜質(zhì)區(qū)域114的上表面。
[0065]此后，絕緣層形成為覆蓋柵電極110、雜質(zhì)區(qū)域114、側(cè)壁絕緣層118等。然后添加磷(P)、砷(As)等到柵極絕緣層與雜質(zhì)區(qū)域114接觸的區(qū)域，由此形成高濃度雜質(zhì)區(qū)域120(參照?qǐng)D3Ε)。接下來，移除以上絕緣層并且形成金屬層122以便覆蓋柵電極110、側(cè)壁絕緣層118、高濃度雜質(zhì)區(qū)域120等(參照?qǐng)D3Ε)。任何各種膜形成方法(例如真空蒸鍍法、濺射法以及旋涂法)可應(yīng)用到金屬層122的形成。優(yōu)選地，使用與包括于半導(dǎo)體區(qū)域104的半導(dǎo)體材料反應(yīng)的金屬材料形成金屬層122以便形成具有低電阻的金屬化合物。此金屬材料的例子包括鈦、鉭、鎢、鎳、鈷以及鉬。
[0066]接下來，進(jìn)行熱處理，由此金屬層122與半導(dǎo)體材料反應(yīng)。因此，形成與高濃度雜質(zhì)區(qū)域120接觸的金屬化合物區(qū)域124 (參照?qǐng)D3F)。注意，在多晶硅用于柵電極110的情況下，與金屬層122接觸的柵電極110的部分也具有金屬化合物區(qū)域。
[0067]用閃光燈的照射可以用于熱處理。盡管不必說可以使用另一熱處理方法，但是優(yōu)選使用通過其可以實(shí)現(xiàn)極其短的時(shí)間的熱處理的方法以在金屬化合物的形成中改善化學(xué)反應(yīng)的可控性。注意，以上描述的金屬化合物區(qū)域通過金屬材料與半導(dǎo)體材料的反應(yīng)形成并且具有充分高的導(dǎo)電性。通過金屬化合物區(qū)域的形成，可以充分地降低電阻并且可以改善元件特性。金屬層122在金屬化合物區(qū)域124的形成后移除。
[0068]形成層間絕緣層126和128以便覆蓋在以上步驟中形成的部件(參照?qǐng)D3G)?？梢允褂冒瑹o機(jī)絕緣材料(例如氧化硅、氧氮化硅、氮化硅、氧化鉿、氧化鋁或氧化鉭)的材料形成層間絕緣層126和128。備選地，可以使用有機(jī)絕緣材料(例如聚酰亞胺或丙烯酸)。注意，盡管此處層間絕緣層126和層間絕緣層128已經(jīng)采用雙層結(jié)構(gòu)，但是層間絕緣層的結(jié)構(gòu)不限于此。層間絕緣層128的表面優(yōu)選經(jīng)受CMP、蝕刻處理等以便在層間絕緣層128形成后進(jìn)行平坦化。
[0069]然后，在層間絕緣層形成到達(dá)金屬化合物區(qū)域124的開口，然后在開口中形成源電極或漏電極130a和源電極或漏電極130b (參照?qǐng)D3H)。例如，可以源電極或漏電極130a和源電極或漏電極130b如下地形成:通過PVD法、CVD法等在包括開口的區(qū)域中形成導(dǎo)電層；然后，通過蝕刻處理、CMP等移除導(dǎo)電層的部分。
[0070]注意，在通過移除導(dǎo)電層的部分來形成源電極或漏電極130a和源電極或漏電極130b的情況下，優(yōu)選其表面處理為平坦。例如，在鈦膜、氮化鈦膜等在包括開口的區(qū)域形成為具有小的厚度并且然后形成鎢膜以便填充開口的情況下，在那之后進(jìn)行的CMP可以移除鎢膜、鈦膜、氮化鈦膜等的不必要的部分，并且改善表面的平坦度。如上所述，通過平坦化包括源電極或漏電極130a和源電極或漏電極130b的表面的表面，在后續(xù)步驟可以形成良好的電極、布線、絕緣層、半導(dǎo)體層等。
[0071]注意，盡管僅僅描述了與金屬化合物區(qū)域124接觸的源電極或漏電極130a和源電極或漏電極130b，但是可以用相同的步驟形成與柵電極110等接觸的電極。對(duì)于用于源電極或漏電極130a和源電極或漏電極130b的材料沒有特定的限制，并且可以使用任何各種導(dǎo)電材料。例如，可以使用導(dǎo)電材料如鑰、鈦、鉻、鉭、鎢、鋁、銅、釹或鈧。
[0072]通過以上過程，形成包括包含半導(dǎo)體材料的襯底100的晶體管160。注意，在進(jìn)行以上過程后，也可以形成電極、布線、絕緣層等。當(dāng)采用層疊有層間絕緣層和導(dǎo)電層的多層布線結(jié)構(gòu)作為布線結(jié)構(gòu)時(shí)，可以提供高度集成的半導(dǎo)體裝置。
[0073]〈用于制造上部分中的晶體管的方法〉
接下來，參照?qǐng)D4A到4G和圖5A到描述在層間絕緣層128上通過其制造晶體管162的過程。注意，在圖示在層間絕緣層128、晶體管162等上制造各種電極的過程的圖4A到4G和圖5A到中省略晶體管162下的晶體管160等。
[0074]首先，在層間絕緣層128、源電極或漏電極130a以及源電極或漏電極130b上形成絕緣層132 (參照?qǐng)D4A)。可以通過PVD法、CVD法等形成絕緣層132。包含無機(jī)絕緣材料(例如氧化硅、氧氮化硅、氮化硅、氧化鉿、氧化鋁或氧化鉭)的材料可以用于絕緣層132。
[0075]接下來，在絕緣層132中形成到達(dá)源電極或漏電極130a和源電極或漏電極130b的開口。此時(shí)，在待形成柵電極136c的區(qū)域中形成另一開口。形成導(dǎo)電層134以便填充開口(參照?qǐng)D4B)。例如，以上開口可以通過使用掩模的蝕刻而形成。例如，可以通過使用光掩模的曝光來形成掩模。對(duì)于蝕刻，可以進(jìn)行濕蝕刻或干蝕刻，但是考慮到精細(xì)的構(gòu)圖，干蝕刻是優(yōu)選的。可以通過膜形成方法(例如PVD法或CVD法)形成導(dǎo)電層134。用于導(dǎo)電層134材料的例子包括導(dǎo)電材料例如鑰、鈦、鉻、鉭、鎢、鋁、銅、釹和鈧、任何這些的合金、以及包含任何這些的化合物(例如,任何這些的氮化物)。
[0076]具體地，例如，可以如下地形成導(dǎo)電層134:在包括開口的區(qū)域通過PVD法將鈦膜形成為具有小的厚度并且然后通過CVD法將氮化鈦膜形成為具有小的厚度；然后，形成鎢膜以便填充開口。此處，通過PVD法形成的鈦膜具有降低在其上形成有鈦膜的表面上形成的氧化膜(例如，自然氧化膜)的功能，以降低與下電極(此處，源電極或漏電極130a、源電極或漏電極130b等)的接觸電阻。此外，然后形成的氮化鈦膜具有勢(shì)壘性質(zhì)以便防止導(dǎo)電材料的擴(kuò)散。另外，在使用鈦、氮化鈦等形成勢(shì)壘膜后，可以通過鍍敷法形成銅膜。
[0077]在形成導(dǎo)電層134后，通過蝕刻處理、CMP等移除導(dǎo)電層134的部分以便暴露絕緣層132并且形成電極136a、136b以及柵電極136c (參照?qǐng)D4C)。注意，當(dāng)通過移除以上導(dǎo)電層134的部分而形成電極136a、136b以及柵電極136c時(shí)，優(yōu)選進(jìn)行處理以便獲得平坦化的表面。通過平坦化絕緣層132、電極136a、136b以及柵電極136c的表面，可以在后續(xù)步驟形成良好的電極、布線、絕緣層、半導(dǎo)體層等。
[0078]此后，形成柵極絕緣層138以便覆蓋絕緣層132、電極136a、136b以及柵電極136c(參照?qǐng)D4D)?？梢酝ㄟ^濺射法、C