半導體器件及其制造方法技術

本發明專利技術涉及一種半導體器件及其制造方法。使用半導體層的元件形成在布線層之間，并且同時使用除用于布線的材料之外的導電材料形成柵電極。第一布線嵌入第一布線層的表面中。柵電極形成在第一布線上。柵電極耦合至第一布線。通過與用于第一布線的工藝不同的工藝形成柵電極。因此，使用除用于第一布線的材料之外的材料形成柵電極。而且，在柵電極上形成柵極絕緣膜和半導體層。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種半導體器件，其中半導體元件形成在多層布線層中，以及用于制造該半導體器件的方法。
技術介紹
·根據專利文獻1，半導體膜形成在布線層中，并且使用半導體膜和布線層的布線形成晶體管。在晶體管中，位于半導體膜下的布線用作柵電極，并且布線層之間的擴散防止膜用作柵極絕緣膜。日本未審查專利公開2010-141230。
技術實現思路
要求晶體管的特性之一是閾值電壓。除柵極絕緣膜的膜厚之外，閾值電壓還由柵電極以及柵極絕緣膜的材料控制。但是，根據在專利文獻I中描述的技術，包括在多層布線層中的布線用作柵電極。因此，不能改變柵電極的材料。根據本專利技術，提供了一種半導體器件，包括第一布線層，其具有第一布線；第二布線層，其形成在第一布線層上并且具有第二布線；柵電極，其在厚度方向上位于第一布線和第二布線之間，包含與第一布線的材料不同的材料，并且耦合至第一布線；柵極絕緣膜，其位于柵電極上；半導體層，其位于柵極絕緣膜上；以及第一通路(via)，其嵌入第二布線層并且將半導體層和第二布線耦合。根據本專利技術，使用半導體層的元件可以形成在布線層之間。而且，可以通過與用于布線層中的布線的工藝不同的工藝形成柵電極。因此，柵電極可以使用除用于布線的材料之外的導電材料形成。根據本專利技術，提供了一種用于制造半導體器件的方法，包括以下步驟在半導體襯底上形成具有第一布線的第一布線層；在第一布線層上形成柵電極、位于柵電極上的柵極絕緣膜以及位于柵極絕緣膜上的半導體層；以及在第一布線層上和在半導體層上形成具有第二布線的第二布線層。柵電極耦合至第一布線并且第二布線耦合至半導體層。根據本專利技術，使用半導體層的元件可以形成在布線層之間，并且柵電極可以使用除用于布線的材料之外的導電材料形成。附圖說明圖I是示出根據第一實施例的半導體器件的構造的橫截面圖；圖2是圖I中所示晶體管的平面圖3 (a)和3 (b)是示出用于制造圖I所示的半導體器件的方法的橫截面圖；圖4 Ca)和4 (b)是示出用于制造圖I所示的半導體器件的方法的橫截面圖；圖5 Ca)和5 (b)是示出用于制造圖I所示的半導體器件的方法的橫截面圖；圖6 Ca)和6 (b)是示出用于制造圖I所示的半導體器件的方法的橫截面圖；圖7是示出根據第二實施例的半導體器件的構造的橫截面圖；圖8是圖7中所示半導體器件的平面圖；圖9 Ca)和9 (b)是示出用于制造圖7所示的半導體器件的方法的橫截面圖；圖10 Ca)和10 (b)是示出用于制造圖7所示的半導體器件的方法的橫截面圖；圖11是根據第三實施例的半導體器件的構造的橫截面圖；圖12 (a)和12 (b)是示出用于制造圖11所示的半導體器件的方法的橫截面圖；圖13 (a)和13 (b)是示出用于制造圖11所示的半導體器件的方法的橫截面圖；圖14 (a)和14 (b)是示出用于制造圖11所示的半導體器件的方法的橫截面圖；圖15是示出根據第四實施例的半導體器件的構造的橫截面圖；圖16 (a)和16 (b)是示出用于制造圖15所示的半導體器件的方法的橫截面圖；圖17 (a)和17 (b)是示出用于制造圖15所示的半導體器件的方法的橫截面圖；圖18是示出根據第五實施例的半導體器件的構造的橫截面圖；圖19 (a)和19 (b)是示出用于制造圖18所示的半導體器件的方法的橫截面圖；圖20是示出用于制造圖18所示的半導體器件的方法的橫截面圖；圖21是示出根據第六實施例的半導體器件的構造的橫截面圖；圖22 (a)和22 (b)是示出用于制造圖21所示的半導體器件的方法的橫截面圖；圖23 (a)和23 (b)是示出用于制造圖21所示的半導體器件的方法的橫截面圖；圖24是示出根據第七實施例的半導體器件的構造的橫截面圖；圖25 (a)和25 (b)是示出用于制造圖24所示的半導體器件的方法的橫截面圖；圖26 (a)和26 (b)是示出用于制造圖24所示的半導體器件的方法的橫截面圖；圖27是示出根據第八實施例的半導體器件的構造的橫截面圖；圖28 (a)和28 (b)是示出用于制造圖27所示的半導體器件的方法的橫截面圖；圖29 (a)和29 (b)是示出用于制造圖27所示的半導體器件的方法的橫截面圖；圖30 (a)和30 (b)是示出用于制造圖27所示的半導體器件的方法的橫截面圖；圖31 (a)和31 (b)是示出用于制造圖27所示的半導體器件的方法的橫截面圖；圖32 (a)和32 (b)是示出用于制造根據第九實施例的半導體器件的方法的橫截面圖；圖33 (a)和33 (b)是示出用于制造根據第九實施例的半導體器件的方法的橫截面圖；圖34 (a)和34 (b)是示出用于制造根據第九實施例的半導體器件的方法的橫截面圖；圖35是示出根據第十實施例的半導體器件的構造的橫截面圖；圖36是圖35中所示的半導體器件的平面圖；圖37是示出根據第十一實施例的半導體器件的構造的橫截面圖；圖38是示出根據第十二實施例的半導體器件的構造的橫截面圖39是示出根據第十三實施例的半導體器件的構造的橫截面圖；圖40是圖39中所示的半導體器件的電路圖；圖41是示出圖39和40中所示的半導體器件的整體構造的平面圖；以及圖42是示出圖39中所示的半導體器件的修改例的示意圖。具體實施方式 以下將參考附圖說明本專利技術的實施例。在所有附圖中，類似的附圖標記用于標記類似組件部分并任意省略其說明。第一實施例圖I是示出根據第一實施例的半導體器件的構造的橫截面圖。半導體器件包括第一布線層150 ;第二布線層170 ;第一布線210 ;柵電極218 ;柵極絕緣膜219 ;半導體層220 ;第一通路184 ；以及第二布線186。第二布線層170位于第一布線層150上。第一布線層150和第二布線層170構成多層布線層的至少一部分。多層布線層例如形成在諸如硅襯底的半導體襯底(圖I中未示出)上。諸如晶體管的元件例如形成在半導體襯底上。半導體襯底和晶體管將在下述另一實施例中說明。構成第一布線層150的絕緣膜以及構成第二布線層170的絕緣膜174中的每一個例如為低介電常數絕緣層，其具有比氧化硅的介電常數低的介電常數(例如相對介電常數為2. 7或更小)。對于低介電常數絕緣層來說，例如可以使用諸如SiOC膜、SiOCH膜以及SiLK (注冊商標)的含碳膜、HSQ (氫倍半硅氧烷)膜、MHSQ (甲基化氫倍半硅氧烷)膜、MSQ(甲基倍半硅氧烷)膜或其多孔膜。第一布線層150形成在擴散防止膜140上。使用包含Si、C和N中的至少兩種或更多種元素的絕緣材料形成擴散防止膜140。例如，擴散防止膜140是SiN膜、SiCN膜或SiC膜。替代地，擴散防止膜140可以是通過堆疊了兩個或更多個上述膜制成的堆疊結構。擴散防止膜140的厚度例如是IOnm或更大且150nm或更小。在構成第一布線層150的絕緣層的表面中嵌入第三布線154和第一布線210。第三布線154和第一布線210通過相同工藝形成。因此，第三布線154和第一布線210具有相同深度并使用相同材料形成，諸如使用金屬材料，例如包含銅作為主要成分(95%或更大)的金屬。柵電極218形成在第一布線210上。柵電極218耦合至第一布線210。柵電極218通過與用于第一布線210的工藝不同的工藝形成。因此，可以使用除用于第一本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種半導體器件，包括：第一布線層，所述第一布線層具有第一布線；第二布線層，所述第二布線層形成在所述第一布線層上并且具有第二布線；柵電極，所述柵電極在厚度方向上位于所述第一布線和所述第二布線之間，包含與所述第一布線的材料不同的材料，并且耦合至所述第一布線；柵極絕緣膜，所述柵極絕緣膜位于所述柵電極上；半導體層，所述半導體層位于所述柵極絕緣膜上；以及第一通路，所述第一通路嵌入在所述第二布線層中并且將所述半導體層和所述第二布線耦合。

【技術特征摘要】
...

【專利技術屬性】
技術研發人員：砂村潤，井上尚也，金子貴昭，
申請(專利權)人：瑞薩電子株式會社，
類型：發明
國別省市：