半导体器件及其制造方法技术

本发明专利技术涉及半导体器件及其制造方法。目的是提供一种新颖半导体器件，其中甚至在数据存储时间没有提供电力时也能够存储数据，并且没有对写操作数量的限制。该半导体器件包括晶体管和电容器。晶体管包括第一氧化物半导体层、与第一氧化物半导体层接触的源电极和漏电极、与第一氧化物半导体层重叠的栅电极以及第一氧化物半导体层与栅电极之间的栅绝缘层。电容器包括源电极或漏电极、与源电极或漏电极接触的第二氧化物半导体层以及与第二氧化物半导体层接触的电容器电极。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及使用半导体元件的半导体器件以及用于驱动半导体器件的方法。
技术介绍
使用半导体元件的存储装置广义地分为两类在电カ供应停止时丢失已存储数据的易失性装置以及在没有提供电カ时保持已存储数据的非易失性装置。易失性存储装置的ー个典型示例是DRAM (动态随机存取存储器)。DRAM采用选择包含在存储元件中的晶体管并且将电荷存储在电容器中的方式存储数据。在从DRAM读取数据时，根据上述原理，电容器中的电荷丢失；因而每次读取数据时需要另ー个写操作。此外，由于当晶体管处于关断状态时，泄漏电流(断态电流)在存储器元件中包含的晶体管的源极与漏极之间流动，即使没有选择晶体管，电荷也流入或流出， 这使数据保持期较短。为此，在预定间隔需要另ー个写操作(刷新操作)，并且难以充分降低功率消耗。此外，由于已存储数据在电カ供应停止时丢失，所以需要使用磁性材料或光学材料的附加存储装置，以便将数据保持长时间。易失性存储装置的另ー个示例是SRAM(静态随机存取存储器)。SRAM通过使用诸如触发器之类的电路来保持已存储数据，并且因而无需刷新操作。这表示SRAM具有优于 DRAM的优点。但是，因为使用诸如触发器之类的电路，所以每存储容量的成本増加。此外， 如同DRAM中那样，SRAM中的已存储数据在电カ供应停止时丢失。非易失性存储装置的ー个典型示例是闪速存储器。闪速存储器包括晶体管中的栅电极与沟道形成区之间的浮柵，并且通过将电荷保持在浮栅中来存储数据。因此，闪速存储器的优点在干，数据保持时间极长(几乎永久)，并且不需要易失性存储装置中所需的刷新操作(例如參见专利文献1)。但是，存储元件中包含的栅绝缘层通过使写入时生成的电流隧穿而退化，使得存储元件在预定数量的写操作之后停止其功能。为了降低这个问题的不利影响，例如采用ー 种均衡存储元件的写操作的数量的方法。但是，需要复杂的外围电路来实现这种方法。此外，采用这种方法没有解决使用寿命的基本问题。換言之，闪速存储器不适合频繁重写数据的应用。另外，需要高电压用于保持浮栅中的电荷或者去除电荷，并且还需要用于生成高电压的电路。此外，需要较长时间来保持或去除电荷，并且不容易以较高速度来执行写入以及擦除。日本公开的专利申请No.S57-105889
技术实现思路
鉴于上述问题，本专利技术的一个实施例的目的是提供一种新颖半导体器件，其中甚至在数据存储时间没有提供电カ时也能够保持数据，并且没有对写操作数量的限制。在本专利技术中，半导体器件使用允许晶体管的断态电流的充分降低的材料来形成； 例如，使用作为宽能隙半导体的氧化物半导体材料。允许晶体管的断态电流的充分降低的半导体材料的使用使得有可能将数据保持长时间。此外，氧化物半导体材料具有高电容率； 因此，氧化物半导体材料用于电容器的电介质实现每単位面积电容的増加。本专利技术的ー个实施例是包括晶体管和电容器的半导体器件。晶体管包括栅电扱、 栅电极之上的栅绝缘层、栅绝缘层之上与栅电极重叠的第一氧化物半导体层以及第ー氧化物半导体层之上并且与其电连接的源电极和漏电极。电容器包括由与源电极或漏电极相同的导电层所形成的第一电极、与第一电极接触的第二氧化物半导体层以及与第二氧化物半导体层接触的第二电极。本专利技术的另ー个实施例是包括晶体管和电容器的半导体器件。晶体管包括栅电扱、栅电极之上的栅绝缘层、栅绝缘层之上与栅电极重叠的第一氧化物半导体层、第一氧化物半导体层之上并且与其电连接的源电极和漏电极、在第一氧化物半导体层、源电极和漏电极之上的绝缘层以及绝缘层之上与第一氧化物半导体层重叠的电扱。电容器包括第一电极、与第一电极接触的第二氧化物半导体层以及与第二氧化物半导体层接触并且由与源电极或漏电极相同的导电层所形成的第二电极。本专利技术的另ー个实施例是包括晶体管和电容器的半导体器件。晶体管包括源电极和漏电极、源电极和漏电极之上并且与其电连接的第一氧化物半导体层、第一氧化物半导体层之上的栅绝缘层以及栅绝缘层之上与第一氧化物半导体层重叠的栅电极。电容器包括由与源电极或漏电极相同的导电层所形成的第一电极、与第一电极接触的第二氧化物半导体层以及与第二氧化物半导体层接触的第二电极。金属氧化物层可在第一电极与第二氧化物半导体层之间形成。此外，金属氧化物层可在第二电极与第二氧化物半导体层之间形成。栅电极可包括h-Ga-ai-0-Ν基化合物导体。第二氧化物半导体层可包括浓度高于或等于lXKTatoms/cm3的硅、锗、铈、钛、 钨、铝、铜、钇、镧和钒中的ー个或多个元素。第一氧化物半导体层和第二氧化物半导体层可包括作为非单晶体并且包括从a_b 平面观看时的三角形或六边形原子排列以及沿c轴方向金属原子按照分层方式来排列或者金属原子和氧原子按照分层方式来排列的相的氧化物半导体，或者可包括作为非单晶体并且包括从a_b平面观看时的三角形或六边形原子排列以及沿c轴方向金属原子按照分层方式来排列或者金属原子和氧原子按照分层方式来排列的氧氮化物半导体。此外，半导体器件可包括使用与氧化物半导体不同的材料所形成的晶体管、电容器和驱动器电路。注意，虽然晶体管可使用上述氧化物半导体来形成，但是本专利技术并不局限于此。可使用具有与氧化物半导体相当的断态电流特性的材料，例如，其能隙も超过；3バ的半导体材料(具体来说，例如宽能隙材料，如碳化硅)。注意，本说明书等等中的诸如“之上”或“之下”之类的术语不一定表示部件放置干“直接在”另ー个部件“上面”或“下面”。例如，表达“栅绝缘层之上的栅电极”能够表示栅绝缘层与栅电极之间存在附加部件的情況。另外，本说明书等等中诸如“电极”或“布线”之类的术语并没有限制部件的功能。 例如，“电极”有时用作“布线”的一部分，反过来也是一祥。此外，术语“电极”或“布线”能够包括多个“电扱”或“布线”按照集成方式来形成的情況。例如，当使用相反极性的晶体管时或者当电流流动方向在电路操作中改变吋， “源”和“漏”的功能有时相互替换。因此，在本说明书等等中，术语“源”和“漏”能够相互替换。注意，在本说明书等等中的术语“电连接”包括部件通过具有任何电功能的物体来连接的情況。对于具有任何电功能的物体没有具体限制，只要电信号能够在通过该物体连接的部件之间传送和接收。“具有任何电功能的物体”的示例是诸如晶体管、电阻器、电感器、电容器之类的开关元件和具有各种功能的元件以及电极和布线。包括氧化物半导体的晶体管的断态电流极小，并且因而已存储数据能够通过使用晶体管来存储极长时间。換言之，功率消耗能够降低，因为刷新操作变得不需要或者刷新操作的频率能够极低。此外，已存储数据甚至在没有提供电カ时也能够保持长时间，但是要注意，电位优选地是固定的。氧化物半导体材料具有高电容率；因此，氧化物半导体材料用于电容器的电介质实现每単位面积电容的増加。因此，电容器的面积能够降低，使得高度集成是可能的，并且能够使半导体器件小型化。另外，刷新操作的频率能够进一歩降低，并且因而功率消耗能够进ー步降低。此外，按照本专利技术的一个实施例的半导体器件不需要用于数据写入的高电压，并且不存在元件退化的问题。例如，与常规非易失性存储器不同，不需要向浮栅注入以及从浮栅抽取电子，并且因而诸如栅绝缘层的退化之类的问题完全不会出现。換言之，按照本专利技术的一个实施例的半导体器件对于作为常本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：山崎舜平，
申请(专利权)人：株式会社半导体能源研究所，
类型：发明
国别省市：