[发明专利]半导体装置

说明书

技术领域

本文所公开的发明涉及包含半导体元件的半导体装置以及制造半导体装置的方法。

背景技术

使用半导体元件的存储装置广义上分为两个类别：当电力供应停止时已存储的数据丢失的易失性装置，以及即使当不供应电力时也保留已存储的数据的非易失性装置。

易失性存储装置的典型例子是DRAM（动态随机存取存储器）。DRAM以选择包含于存储元件中的晶体管并且在电容器中存储电荷的方式存储数据。

当从DRAM读取数据时，按照上述的原理电容器中的电荷丢失；从而每次读出数据时另一写入操作是必要的。此外，即使当不选择晶体管时，包含于存储元件中的晶体管也具有漏电流并且电荷流入或流出电容器，使得数据保留时间很短。由于此原因，在预定的间隔另一写入操作（刷新操作）是必要的，从而难以充分地减小功率消耗。此外，由于当电力供应停止时已存储的数据丢失，所以为了长时间保留数据，需要使用磁性材料或光学材料的额外的存储装置。

易失性存储装置的另一例子是SRAM（静态随机存取存储器）。SRAM通过使用例如触发器等电路来保留已存储的数据从而无需刷新操作。这意味着SRAM优于DRAM。然而，由于使用例如触发器等电路，所以每存储容量的成本增加。此外，如在DRAM中那样，当电力供应停止时SRAM中已存储的数据丢失。

非易失性存储装置的典型例子是闪存。闪存包含在晶体管中的栅电极和沟道形成区域之间的浮栅并且通过保留浮栅中的电荷来存储数据。因此，闪存在以下方面具有优势：数据保留时间极其长（几乎永久）并且不需要易失性存储装置中必要的刷新操作（例如，参照专利文献1）。

然而，包含于存储元件中的栅极绝缘层通过在写入中产生的隧道电流而退化，使得存储元件在预定数量的写入操作之后停止其功能。为了减小这一问题的不利影响，例如，采用对于每个存储元件的写入操作数量均等化的方法。然而，需要复杂的外围电路来实现这一方法。此外，采用这样的方法并不解决寿命的基本问题。换句话说，闪存不合适于频繁重写数据的应用。

此外，对保留浮栅中的电荷或移除该电荷，高压是必要的，并且因此也需要电路。另外，需要相对长的时间来保留或移除电荷，并且不容易以更高速度进行写入和擦除。

[参照]

[专利文献]

[专利文献1]日本专利申请公开第S57-105889号。

发明内容

考虑到上述问题，本公开的发明的一个实施例的目标是提供具有新颖结构的半导体装置，其中即使当不供应电力时也可以保留已存储的数据，并且对写入次数没有限制。

在所公开的本发明中，使用高度纯化的氧化物半导体形成半导体装置。由于其漏电流极其小，所以使用高度纯化的氧化物半导体形成的晶体管可以长时间地保留数据。

所公开的发明的实施例是一种半导体装置，包括：第一晶体管，包含沟道形成区域、在其间提供有沟道形成区域的杂质区域、在沟道形成区域之上提供的第一栅极绝缘层、在第一栅极绝缘层之上提供的第一栅电极、以及电连接到杂质区域的第一源电极和第一漏电极；第二晶体管，包含氧化物半导体层、电连接到氧化物半导体层的第二源电极和第二漏电极、覆盖氧化物半导体层、第二源电极以及第二漏电极的第二栅极绝缘层、以及在第二栅极绝缘层之上与氧化物半导体层重叠的第二栅电极；以及电容器，包含第二源电极和第二漏电极中的一个、第二栅极绝缘层、以及提供为在第二栅极绝缘层之上与第二源电极和第二漏电极中的一个重叠的电极。第一栅电极以及第二源电极和第二漏电极中的一个彼此电连接。

所公开的发明的实施例是一种半导体装置，包括：第一晶体管，包含沟道形成区域、在其间提供有沟道形成区域的杂质区域、在沟道形成区域之上提供的第一栅极绝缘层、在第一栅极绝缘层之上提供的第一栅电极、以及电连接到杂质区域的第一源电极和第一漏电极；第二晶体管，包含氧化物半导体层、电连接到氧化物半导体层的第二源电极和第二漏电极、与第二源电极和第二漏电极接触的绝缘层、提供为覆盖氧化物半导体层、第二源电极、第二漏电极以及绝缘层的第二栅极绝缘层、以及提供为在第二栅极绝缘层之上与氧化物半导体层重叠的第二栅电极；以及电容器，包含第二源电极和第二漏电极中的一个、第二栅极绝缘层、以及提供为在第二栅极绝缘层之上与第二源电极和第二漏电极中的一个重叠的电极。第二源电极和第二漏电极中的一个以及第一栅电极彼此电连接。

在以上描述中，氧化物半导体层优选与第二源电极和第二漏电极的侧面或顶面接触。此外，在以上描述中，第二晶体管和电容器优选提供于第一晶体管之上。