專利名稱：半導(dǎo)體器件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體器件，其中半導(dǎo)體元件形成在多層布線層中，以及用于制造該半導(dǎo)體器件的方法。
背景技術(shù)：
·
根據(jù)專利文獻(xiàn)1，半導(dǎo)體膜形成在布線層中，并且使用半導(dǎo)體膜和布線層的布線形成晶體管。在晶體管中，位于半導(dǎo)體膜下的布線用作柵電極，并且布線層之間的擴(kuò)散防止膜用作柵極絕緣膜。[專利文獻(xiàn)I]日本未審查專利公開2010-141230。

發(fā)明內(nèi)容
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(jù)在專利文獻(xiàn)I中描述的技術(shù)，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(jù)本發(fā)明，提供了一種半導(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)體層和第二布線耦合。根據(jù)本發(fā)明，使用半導(dǎo)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(dǎo)電材料形成。根據(jù)本發(fā)明，提供了一種用于制造半導(dǎo)體器件的方法，包括以下步驟在半導(dǎo)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(dǎo)體層；以及在第一布線層上和在半導(dǎo)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(dǎo)體層。根據(jù)本發(fā)明，使用半導(dǎo)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(dǎo)電材料形成。


圖I是示出根據(jù)第一實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的構(gòu)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(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)體器件的方法的橫截面圖；圖7是示出根據(jù)第二實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的構(gòu)造的橫截面圖；圖8是圖7中所示半導(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)體器件的方法的橫截面圖；圖11是根據(jù)第三實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的構(gòu)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(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)體器件的方法的橫截面圖；圖15是示出根據(jù)第四實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的構(gòu)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(dǎo)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(dǎo)體器件的方法的橫截面圖；圖18是示出根據(jù)第五實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的構(gòu)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(dǎo)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(dǎo)體器件的方法的橫截面圖；圖21是示出根據(jù)第六實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的構(gòu)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(dǎo)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(dǎo)體器件的方法的橫截面圖；圖24是示出根據(jù)第七實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的構(gòu)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(dǎo)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(dǎo)體器件的方法的橫截面圖；圖27是示出根據(jù)第八實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的構(gòu)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(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)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(jù)第九實(shí)施例的半導(dǎo)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(jù)第九實(shí)施例的半導(dǎo)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(jù)第九實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的方法的橫截面圖；圖35是示出根據(jù)第十實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的構(gòu)造的橫截面圖；圖36是圖35中所示的半導(dǎo)體器件的平面圖；圖37是示出根據(jù)第十一實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的構(gòu)造的橫截面圖；圖38是示出根據(jù)第十二實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的構(gòu)造的橫截面圖39是示出根據(jù)第十三實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的構(gòu)造的橫截面圖；圖40是圖39中所示的半導(dǎo)體器件的電路圖；圖41是示出圖39和40中所示的半導(dǎo)體器件的整體構(gòu)造的平面圖；以及圖42是示出圖39中所示的半導(dǎo)體器件的修改例的示意圖。
具體實(shí)施方式
以下將參考

本發(fā)明的實(shí)施例。在所有附圖中，類似的附圖標(biāo)記用于標(biāo)記類似組件部分并任意省略其說明。第一實(shí)施例圖I是示出根據(jù)第一實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的構(gòu)造的橫截面圖。半導(dǎo)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(dǎo)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(gòu)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(dǎo)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(dǎo)體襯底上。半導(dǎo)體襯底和晶體管將在下述另一實(shí)施例中說明。構(gòu)成第一布線層150的絕緣膜以及構(gòu)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(shù)絕緣層，其具有比氧化硅的介電常數(shù)低的介電常數(shù)(例如相對介電常數(shù)為2. 7或更小)。對于低介電常數(shù)絕緣層來說，例如可以使用諸如SiOC膜、SiOCH膜以及SiLK (注冊商標(biāo))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(kuò)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(kuò)散防止膜140。例如，擴(kuò)散防止膜140是SiN膜、SiCN膜或SiC膜。替代地，擴(kuò)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(jié)構(gòu)。擴(kuò)散防止膜140的厚度例如是IOnm或更大且150nm或更小。在構(gòu)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布線210的材料之外的材料形成柵電極218。柵電極218例如包括Ti、Ta、W、TiN, TaN和WN膜、包含Co或W的化合物、通過將C和0中的至少一種引入上述材料中的一種而制成的膜或通過堆疊這些膜中的兩種或更多種而制成的堆疊層。柵極絕緣膜219形成在柵電極218上。柵極絕緣膜219的厚度例如為0. 5nm或更大且50nm或更小。柵極絕緣膜219例如包括氧化硅膜、氮化硅膜或包含Hf、Zr、Al、Ti和Ta中的至少一種的氧化物膜。此外，可以通過將氮和碳加入上述絕緣膜或金屬硅酸鹽而制成柵極絕緣膜219。而且，柵極絕緣膜219可以是通過堆疊兩個或更多個這些膜而制成的堆置層。半導(dǎo)體層220形成在柵極絕緣膜219上。半導(dǎo)體層220的厚度例如是IOnm或更大且300nm或更小。半導(dǎo)體層220例如具有諸如InGaZnO (IGZ0)層、InZnO層、ZnO層、ZnAlO層、ZnCuO層、NiO層、SnO層、SnO2層、CuO層、Ta2O5層或TiO2層的氧化物+導(dǎo)體層。+導(dǎo)體層220可以是上述氧化物半導(dǎo)體層的單層結(jié)構(gòu)，或上述氧化物半導(dǎo)體層和其他層的堆疊結(jié)構(gòu)。作為后者情況的一個實(shí)例，存在IGZ0/A1203/IGZ0/A1303的堆疊結(jié)構(gòu)。而且，半導(dǎo)體層220可以是多晶硅層或非晶硅層。在半導(dǎo)體層220中設(shè)置源極和漏極。當(dāng)半導(dǎo)體層220是氧化物半導(dǎo)體層時(shí)，源極和漏極例如通過引入氧缺陷而形成。但是，其也可以通過引入雜質(zhì)而形成。替代地，其可以通過在形成接觸時(shí)調(diào)整半導(dǎo)體層220的性質(zhì)而形成。當(dāng)半導(dǎo)體層220是多晶硅層或非晶硅層時(shí)，通過引入雜質(zhì)形成源極和漏極。源極和漏極在柵極寬度方向(即與圖I的平面垂直的方向)上的寬度例如是50nm或更大且10微米或更小。半導(dǎo)體層220的夾在源極和漏極之間的區(qū)域成為溝道區(qū)。如平面圖所示，溝道區(qū)與柵電極218和柵極絕緣膜219重疊。
硬掩模膜230形成在半導(dǎo)體層220上。使用硬掩模膜230以允許通過蝕刻來選擇性保留半導(dǎo)體層220。為此，硬掩模膜230和半導(dǎo)體層220具有相同的平面形狀。用于硬掩模膜230的材料可以是能夠獲得相對于半導(dǎo)體層220的蝕刻選擇比的材料。第四布線188和兩個第二布線186形成在第二布線層170中。第四布線188通過通路189耦合至第三布線154，并且兩個第二布線186分別通過第一通路184耦合至半導(dǎo)體層220的源極/漏極。在平面圖中，第一通路184設(shè)置在通過柵電極218的中心彼此相對的側(cè)上。而且，兩個第一通路184不必布置為關(guān)于柵電極218的中心呈點(diǎn)對稱。例如，與將要耦合至半導(dǎo)體層220的源極的第一通路184相比，將要耦合至半導(dǎo)體層220的漏極的第一通路184可以設(shè)置在距柵電極218更遠(yuǎn)的位置處。通過相同工藝形成第二布線186和第四布線188。因此，使用相同材料形成第二布線186和第四布線188，諸如使用包含銅作為主要成分(95%或更大)的金屬材料。根據(jù)圖I中所示的實(shí)例，每個布線和通路都具有雙鑲嵌結(jié)構(gòu)。但是，在至少一層中的布線和通路可以具有單鑲嵌結(jié)構(gòu)。而且，第二布線層170可以具有諸如Al布線的結(jié)構(gòu)，該Al布線通過干法蝕刻來選擇性移除金屬而制成。而且，在第二布線層170中，阻擋金屬膜185和187分別形成在其中嵌入了布線和通路的槽或孔的側(cè)壁上。阻擋金屬膜185和187包括Ti、Ta、Ru、W及其氮化物或氧化物。此外，阻擋金屬膜185和187中的每一個可以是由這些材料組成的單層或通過堆疊兩個或更多個層而制成的堆疊層。堆疊層的實(shí)例包括諸如TiN (上層)/Ti (下層)或Ta (上層)/TaN (下層)的堆疊結(jié)構(gòu)。在第一布線層150中，阻擋金屬膜也形成在其中嵌入了布線和通路的槽或孔的側(cè)壁上。該阻擋金屬膜也具有與在第二布線層170中的阻擋金屬膜的構(gòu)造類似的構(gòu)造。此外，各個布線的材料和各個阻擋金屬膜的材料的組合不限于上述材料。例如，至少一個布線層可能包含Al。在上述結(jié)構(gòu)中，柵電極218、柵極絕緣膜219以及半導(dǎo)體層220構(gòu)成晶體管200(第二晶體管)。S卩，根據(jù)本發(fā)明，有源元件形成在多層布線層中。當(dāng)晶體管200是N溝道型晶體管時(shí)，半導(dǎo)體層 220 是 InGaZnO (IGZO)層、InZnO 層、ZnO 層、ZnAlO 層、ZnCuO 層、SnO2 層、Ta2O5層或TiO2層。此外，當(dāng)晶體管200是P溝道型晶體管時(shí)，半導(dǎo)體層220是NiO2層、SnO層、ZnO層、ZnAlO層、ZnCuO層或CuO層。而且，當(dāng)N溝道型晶體管200和P溝道型晶體管200形成在相同層中時(shí)，其可以使用與各個晶體管200的半導(dǎo)體層220的材料相同的材料來形成。在本實(shí)施例中，擴(kuò)散防止膜160形成在第一布線層150和第二布線層170之間。開口 162形成在擴(kuò)散防止膜160中。柵電極218形成在擴(kuò)散防止膜160上并位于開口 162內(nèi)及其周邊上。擴(kuò)散防止膜160具有與擴(kuò)散防止膜140的構(gòu)造類似的構(gòu)造。而且，柵極絕緣膜219、半導(dǎo)體層220以及硬掩模膜230也具有與柵電極218的平面形狀相同的平面形狀。在圖I所示實(shí)例中，柵電極218比擴(kuò)散防止膜160薄。但是，柵電極218也可以具有與擴(kuò)散防止膜160的厚度相同的或比擴(kuò)散防止膜160厚的厚度。此外，硬掩模膜230是例如與擴(kuò)散防止膜160的材料相同的材料并且具有與擴(kuò)散防止膜160的厚度相同的厚度的層。但是，也可以使用與擴(kuò)散防止膜160的材料不同的材 料來形成硬掩模膜230。而且，硬掩模膜230可以是堆疊結(jié)構(gòu)，該堆疊結(jié)構(gòu)包括包含與擴(kuò)散防止膜160的材料相同的材料的層和依次堆疊在其上的另一層(例如SiO2層或SiOCH層)。在此情況下，另一層的厚度例如是IOnm或更大且200nm或更小。 圖2是圖I中所示晶體管200的平面圖。在圖2所示的實(shí)例中，半導(dǎo)體層220的其中形成晶體管200的區(qū)域是矩形的。兩個第一通路184耦合至半導(dǎo)體層220的兩個短邊的周邊。圖3 (a)和3 (b)至圖6 (a)和6 (b)是示出用于制造圖I中所示的半導(dǎo)體器件的方法的橫截面圖。首先如圖3 (a)中所示，晶體管等形成在半導(dǎo)體襯底(未示出)上，并且下層布線層(未示出)形成在半導(dǎo)體襯底上。隨后，擴(kuò)散防止膜140形成在布線層上。隨后，構(gòu)成第一布線層150的絕緣膜形成在擴(kuò)散防止膜140上。隨后，通路孔(via hole)和布線槽形成在絕緣膜中。隨后，根據(jù)需要，阻擋金屬膜(未示出)形成在通路孔和布線槽的底表面和側(cè)壁上以及要成為第一布線層150的絕緣膜上。阻擋金屬膜例如通過濺射方法形成。隨后，例如通過鍍覆方法在通路孔和布線槽中以及在構(gòu)成第一布線層150的絕緣膜上形成金屬膜。隨后，例如通過CMP方法移除構(gòu)成第一布線層150的絕緣膜上的金屬膜和阻擋金屬膜。因此，形成第一布線層150。第一布線層150中包括第三布線154、通路152以及第一布線210。此外，雖然通路152和第三布線154可以通過單鑲嵌方法形成，但是它們也可以通過雙鑲嵌方法形成。隨后，擴(kuò)散防止膜160形成在第一布線層150上。擴(kuò)散防止膜160例如通過CVD方法形成。隨后，如圖3 (b)中所示，硬掩模膜240形成在擴(kuò)散防止膜160上。隨后，抗蝕劑圖案242形成在硬掩模膜240上。隨后，使用抗蝕劑圖案242作為掩模執(zhí)行對硬掩模膜240的蝕刻。因此，開口形成在硬掩模膜240中。該開口形成于擴(kuò)散防止膜160的形成的開口162的區(qū)域上。隨后，如圖4 (a)中所示，使用硬掩模膜240作為掩模執(zhí)行對擴(kuò)散防止膜160的蝕亥IJ。因此，開口 162形成在擴(kuò)散防止膜160中。在該階段中，在開口 162的底部處暴露第一布線210。隨后，如圖4 (b)中所示，移除硬掩模膜240。隨后，如圖5 (a)中所示，柵電極218形成在位于開口 162內(nèi)的第一布線210上以及擴(kuò)散防止膜160的整個表面上。雖然柵電極218可以例如通過濺射方法形成，但也可以通過CVD方法形成柵電極218。隨后，柵極絕緣膜219形成在柵電極218上。柵極絕緣膜219例如通過CVD方法或?yàn)R射方法形成。隨后，半導(dǎo)體層220形成在柵極絕緣膜219上。當(dāng)在半導(dǎo)體層220中使用諸如InGaZnO層、InZnO層、ZnO層、ZnAlO層、ZnCuO層、NiO層、SnO層或CuO層的氧化物半導(dǎo)體層時(shí)，半導(dǎo)體層220例如通過濺射方法形成。此時(shí)，在400° C或更低的溫度下加熱半導(dǎo)體襯底。而且，當(dāng)半導(dǎo)體層220是多晶硅層或非晶硅層時(shí)，半導(dǎo)體層220例如通過等離子體CVD方法形成。隨后，硬掩模膜230形成在半導(dǎo)體層220上。例如，當(dāng)硬掩模膜230具有與擴(kuò)散防止膜160相同的層時(shí)，該層可以通過與擴(kuò)散防止膜160的方法相同的方法來形成。而且，當(dāng)硬掩模膜230進(jìn)一步包括氧化硅層時(shí)，該氧化硅層例如通過CVD方法形成。·隨后，如圖5 (b)中所示，抗蝕劑圖案232形成在硬掩模膜230上。隨后，如圖6 (a)中所示，使用抗蝕劑圖案232作為掩模執(zhí)行對硬掩模膜230的蝕亥IJ。因此，將硬掩模膜230加工為預(yù)定圖案。隨后，如圖6 (b)中所示，移除抗蝕劑圖案232。隨后，使用硬掩模膜230作為掩模執(zhí)行對半導(dǎo)體層220、柵極絕緣膜219以及柵電極218的蝕刻。因此，將半導(dǎo)體層220、柵極絕緣膜219以及柵電極218加工為預(yù)定形狀。半導(dǎo)體層220也形成在柵極絕緣膜219上以及在位于柵極絕緣膜219周圍的擴(kuò)散防止膜160上。而且在本工藝中，移除位于第三布線154上的半導(dǎo)體層220、柵極絕緣膜219以及柵電極218。隨后，源極和漏極形成在半導(dǎo)體層220中。隨后，構(gòu)成第二布線層170的絕緣膜174形成在擴(kuò)散防止膜160上以及硬掩模膜230上。隨后，通路孔和布線槽形成在絕緣膜174中。在于絕緣膜174中形成通路孔的工藝中，硬掩模膜230和擴(kuò)散防止膜160也作為蝕刻停止層。特別地，當(dāng)硬掩模膜230具有與擴(kuò)散防止膜160的材料和厚度相同的材料和厚度的膜時(shí)，這將更容易提供用于穿透位于通路底部的硬掩模膜230和擴(kuò)散防止膜160的工藝的條件。此外，在此可以執(zhí)行用于在半導(dǎo)體層220中形成源極和漏極的工藝。例如，當(dāng)對半導(dǎo)體層220的暴露在通孔的底部的區(qū)域執(zhí)行還原等離子體(例如氫等離子體)處理或含氮等離子體(例如氨等離子體)處理時(shí)，在半導(dǎo)體層220中形成源極和漏極。隨后，阻擋金屬膜185和187形成在通路孔和布線槽的底表面和側(cè)壁上以及絕緣膜174上。阻擋金屬膜185和187例如通過濺射方法形成。隨后，例如通過鍍覆方法在通路孔和布線槽內(nèi)以及絕緣膜174上形成金屬膜。隨后，例如通過CMP方法移除在絕緣膜174上的金屬膜和阻擋金屬膜。因此形成第二布線層170。第二布線層170包括第二布線186、第四布線188、第一通路184以及通路189。此外，如上所述，第二布線層170可以包括Al布線。在該情況下，在第二布線層170中可以包含電極焊盤。因此形成了圖I中所示的半導(dǎo)體器件。接下來，將說明本實(shí)施例的操作和效果。根據(jù)本實(shí)施例，柵電極218形成在第一布線210上。為此，形成柵電極218的導(dǎo)電材料不同于第一布線210的導(dǎo)電材料。為此，通過選擇形成柵電極218的適當(dāng)?shù)膶?dǎo)電材料就可以調(diào)整柵電極218的功函數(shù)并且可以將晶體管200的閾值電壓設(shè)定為所需電壓。此外，可以選擇常關(guān)型晶體管或常開型晶體管作為晶體管200。此外，第一布線210的上表面被柵電極218覆蓋。因此，即使移除第一布線210上的擴(kuò)散防止膜160，也防止形成第一布線210的導(dǎo)電材料擴(kuò)散進(jìn)第二布線層170。此外，因?yàn)楠?dú)立于擴(kuò)散防止膜160而形成柵極絕緣膜219，因此柵極絕緣膜219的厚度可以與擴(kuò)散防止膜160的厚度不同。因此，可以使柵極絕緣膜219更薄，從而降低晶體管200的柵極電容。此外，因?yàn)闊o需柵極絕緣膜219作為第一布線210的阻擋膜，因此能夠用于柵極絕緣膜219的材料的選擇增加。第二實(shí)施例圖7是示出根據(jù)第二實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的構(gòu)造的橫截面圖。圖8是圖7中所示的半導(dǎo)體器件的平面圖。除了晶體管200的柵電極218的形狀，本實(shí)施例的半導(dǎo)體器件具
有與根據(jù)第一實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的構(gòu)造類似的構(gòu)造。在本實(shí)施例中，柵電極218僅位于開口 162中。柵電極218的上表面形成與擴(kuò)散防止膜160的上表面相同的表面(例如相同的平面)。柵極絕緣膜219以及半導(dǎo)體層220形成在柵電極218上以及在位于柵電極218周圍的擴(kuò)散防止膜160上。即，在平面圖中，半導(dǎo)體層220大于柵電極218。而且，在平面圖中，兩個第一通路184中任何一個的中心都不與柵電極218重疊。S卩，第一通路184偏離柵電極218。在圖7中所示實(shí)例中，兩個第一通路184的全部部分不與柵電極218重疊。圖9 (a)、9 (b)以及圖10 (a)和10 (b)是示出用于制造圖7中所示的半導(dǎo)體器件的方法的橫截面圖。首先，如圖9 (a)中所示，形成擴(kuò)散防止膜140、第一布線層150、通路152、第三布線154、第一布線210、擴(kuò)散防止膜160以及開口 162。用于形成這些的方法類似于第一實(shí)施例的方法。隨后，如圖9 (b)中所示，柵電極218形成在開口 162中以及擴(kuò)散防止膜160上。此時(shí)，柵電極218的厚度形成為比擴(kuò)散防止膜160厚。隨后，如圖10(a)中所示，通過CMP方法移除位于擴(kuò)散防止膜160上的柵電極218。因此，柵電極218僅位于開口 162中。此外,柵電極218的上表面與擴(kuò)散防止膜160的上表面形成相同的平面。隨后，如圖10(b)中所示，柵極絕緣膜219和半導(dǎo)體層220形成在柵電極218上以及擴(kuò)散防止膜160的整個表面上。隨后，硬掩模膜230形成在半導(dǎo)體層220上。隨后，抗蝕劑圖案(未示出)形成在硬掩模膜230上，并使用抗蝕劑圖案作為掩模執(zhí)行對硬掩模膜230的蝕刻。因此，硬掩模膜230具有預(yù)定圖案。隨后，根據(jù)需要移除抗蝕劑圖案。隨后，使用硬掩模膜230作為掩模執(zhí)行對半導(dǎo)體層220和柵極絕緣膜219的蝕刻。因此，僅在柵電極218及其周邊保留半導(dǎo)體層220和柵極絕緣膜219。隨后的工藝類似于第一實(shí)施例的工藝。根據(jù)本實(shí)施例，也能夠獲得與第一實(shí)施例的效果類似的效果。此外，柵極絕緣膜219和半導(dǎo)體層220的形狀以及柵電極218的形狀可以彼此不同。因此，可以保持柵電極218的端部遠(yuǎn)離半導(dǎo)體層220的端部，這可以降低從柵電極218流至半導(dǎo)體層220的泄漏電流。因此提高了柵電極218的可靠性。此外，可以通過改變開口 162的形狀將柵電極218的形狀設(shè)定為給定形狀。此外，可以通過改變硬掩模膜230的圖案將柵極絕緣膜219和半導(dǎo)體層220的形狀設(shè)定為給定形狀。因此，允許將要成為溝道的半導(dǎo)體層220的區(qū)域的與柵電極218重疊的區(qū)域具有期望的形狀和面積。因此，可以控制源極和漏極之間的耐壓。第三實(shí)施例圖11是示出根據(jù)第三實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的構(gòu)造的橫截面圖。除了以下幾點(diǎn)，本實(shí)施例的半導(dǎo)體器件具有與根據(jù)第二實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的構(gòu)造類似的構(gòu)造。首先，在擴(kuò)散防止膜160上形成保護(hù)絕緣膜165。例如使用與構(gòu)成第二布線層170的絕緣膜的材料相同的材料形成保護(hù)絕緣膜165。但是，其可以是不同的材料。例如，當(dāng)?shù)诙季€層170是低介電常數(shù)膜時(shí)，保護(hù)絕緣膜165可以是氧化硅膜。
開口 162形成在擴(kuò)散防止膜160以及保護(hù)絕緣膜165中。柵電極218的上表面形成與保護(hù)絕緣膜165的上表面相同的表面(例如相同的平面)。在柵電極218上以及在位于柵電極218周圍的保護(hù)絕緣膜165上形成柵極絕緣膜219、半導(dǎo)體層220以及硬掩模膜230的堆疊結(jié)構(gòu)。圖12 (a)和12 (b)至圖14 (a)和14 (b)是示出用于制造圖11中所示的半導(dǎo)體器件的方法的橫截面圖。首先，如圖12 (a)中所示，形成擴(kuò)散防止膜140、第一布線層150、通路152、第三布線154、第一布線210以及擴(kuò)散防止膜160。形成這些結(jié)構(gòu)的方法類似于第二實(shí)施例的方法。隨后，保護(hù)絕緣膜165形成在擴(kuò)散防止膜160上。隨后，如圖12 (b)中所示，抗蝕劑圖案242形成在保護(hù)絕緣膜165上。隨后，使用抗蝕劑242作為掩模執(zhí)行對保護(hù)絕緣膜165的蝕刻。因此，開口 162形成在保護(hù)絕緣膜165中。但是在該階段中，開口 162并未穿透擴(kuò)散防止膜160。隨后，如圖13 Ca)中所示，移除抗蝕劑圖案242。隨后，使用保護(hù)絕緣膜165作為掩模執(zhí)行對擴(kuò)散防止膜160的蝕刻。因此，開口 162穿透擴(kuò)散防止膜160并且在開口 162的底表面處暴露第一布線210。隨后，如圖13 (b)中所示，柵電極218形成在開口 162內(nèi)以及保護(hù)絕緣膜165上。此時(shí)，使柵電極218的厚度大于擴(kuò)散防止膜160和保護(hù)絕緣膜165的堆疊結(jié)構(gòu)的厚度。隨后，如圖14(a)中所示，通過CMP方法移除位于保護(hù)絕緣膜165上的柵電極218。因此，柵電極218僅位于開口 162內(nèi)。而且，柵電極218的上表面具有與保護(hù)絕緣膜165的上表面相同的平面。隨后，如圖14(b)中所示，在保護(hù)絕緣膜165上形成柵極絕緣膜219、半導(dǎo)體層220以及硬掩模膜230的堆疊結(jié)構(gòu)。用于形成這些結(jié)構(gòu)的方法類似于第二實(shí)施例的方法。隨后的工藝類似于第二實(shí)施例的工藝。根據(jù)本實(shí)施例，也能夠獲得與第二實(shí)施例的效果類似的效果。此外，擴(kuò)散防止膜160被保護(hù)絕緣膜165覆蓋。因此柵電極218的不需要的部分形成在保護(hù)絕緣膜165上。為此，當(dāng)通過CMP方法移除柵電極218的不需要的部分時(shí)，可以防止損壞擴(kuò)散防止膜160。為此，可以防止形成第三布線154的導(dǎo)電材料擴(kuò)散進(jìn)入第二布線層170。此外，開口 162形成在擴(kuò)散防止膜160和保護(hù)絕緣膜165的堆疊結(jié)構(gòu)中。因此，柵電極218可以比第二實(shí)施例中的柵電極218更厚。因此，可以保持半導(dǎo)體層220遠(yuǎn)離第一布線210。因此，可以抑制第一布線210對晶體管200的諸如閾值電壓和可靠性的晶體管特性的影響。第四實(shí)施例
圖15是示出根據(jù)第四實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的構(gòu)造的橫截面圖。除了以下幾點(diǎn)，本實(shí)施例的半導(dǎo)體器件具有與根據(jù)第二實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的構(gòu)造類似的構(gòu)造。首先，在擴(kuò)散防止膜160的開口 162中形成阻擋金屬膜216。阻擋金屬膜216包括例如Ti、Ta、W、TiN, TaN和WN膜、包含Co或W的化合物、通過將C和0中至少一種引入上述材料中的一種而制成的膜或通過堆疊這些膜中的兩種或更多種而制成的堆疊膜。阻擋金屬膜216例如具有與擴(kuò)散防止膜160的厚度相同的厚度。但是，其也可以比擴(kuò)散防止膜160 薄。柵電極218形成在阻擋膜216上以及在位于阻擋金屬膜216周圍的擴(kuò)散防止膜160上。即，根據(jù)本實(shí)施例，柵電極218通過阻擋金屬膜216耦合至第一布線210。柵極絕緣膜219、半導(dǎo)體層220以及硬掩模膜230的堆疊結(jié)構(gòu)具有與柵電極218相同的平面形狀。圖16 (a)、16 (b)以及圖17 (a)和17 (b)是示出用于制造圖15中所示的半導(dǎo)體器件的方法的橫截面圖。首先，如圖16 (a)中所示，形成擴(kuò)散防止膜140、第一布線層150、通路152、第三布線154、第一布線210、擴(kuò)散防止膜160以及開口 162。用于形成這些結(jié)構(gòu) 的方法類似于第二實(shí)施例的方法。隨后，如圖16 (b)中所示，阻擋金屬膜216形成在開口 162內(nèi)部以及擴(kuò)散防止膜160上。此時(shí)，使阻擋金屬膜216比擴(kuò)散防止膜160厚。隨后，如圖17 Ca)中所示，通過CMP方法移除位于擴(kuò)散防止膜160上的阻擋金屬膜216。因此,阻擋金屬膜216僅位于開口 162中。而且,阻擋金屬膜216的上表面與擴(kuò)散防止膜160的上表面形成相同的平面。隨后，柵電極218、柵極絕緣膜219以及半導(dǎo)體層220形成在阻擋金屬膜216上以及在擴(kuò)散防止膜160的整個表面上。隨后，硬掩模膜230形成在半導(dǎo)體層220上。隨后，抗蝕劑圖案(未示出)形成在硬掩模膜230上，并使用抗蝕劑圖案作為掩模執(zhí)行對硬掩模膜230的蝕刻。因此，硬掩模膜230具有預(yù)定圖案。隨后，根據(jù)需要移除抗蝕劑圖案。隨后，使用硬掩模膜230作為掩模執(zhí)行對半導(dǎo)體層220、柵極絕緣膜219以及柵電極218的蝕刻。因此，僅在阻擋金屬膜216上及其周圍保留半導(dǎo)體層220、柵極絕緣膜219以及柵電極218。隨后的工藝類似于第二實(shí)施例的工藝。根據(jù)本實(shí)施例，也能夠獲得與第一實(shí)施例的效果類似的效果。而且，阻擋金屬膜216形成在柵電極218和第一布線210之間。為此，進(jìn)一步防止形成第一布線210的導(dǎo)電材料擴(kuò)散進(jìn)第二布線層170是可能的。當(dāng)選擇用于柵電極218的材料時(shí)，無需考慮擴(kuò)散防止功能。因此，用于柵電極218的材料的選擇增加。此外，允許柵電極218變得更薄也是可能的。例如，可以使用Ti、Ta、Al、Hf、W、Ni、Co、Pt及其化合物(氮化物、碳化物、氧化合物、復(fù)合金屬以及硅化物)作為用于柵電極218的材料。第五實(shí)施例圖18是示出根據(jù)第五實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的構(gòu)造的橫截面圖。除了半導(dǎo)體器件具有保護(hù)絕緣膜165，本實(shí)施例的半導(dǎo)體器件具有與根據(jù)第四實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的構(gòu)造類似的構(gòu)造。保護(hù)絕緣膜165的構(gòu)造與第三實(shí)施例中的構(gòu)造相同。開口 162形成在擴(kuò)散防止膜160和保護(hù)絕緣膜165的堆疊結(jié)構(gòu)中。阻擋金屬膜216的上表面與保護(hù)絕緣膜165的上表面形成相同的平面。在阻擋金屬膜216上以及位于阻擋金屬膜216周圍的保護(hù)絕緣膜165上形成柵電極218、柵極絕緣膜219、半導(dǎo)體層220以及硬掩模膜230的堆疊結(jié)構(gòu)。圖19 (a)、19 (b)、圖20 (a)和20 (b)是示出用于制造圖18中所示的半導(dǎo)體器件的方法的橫截面圖。首先，如圖19 (a)中所示，形成擴(kuò)散防止膜140、第一布線層150、通路152、第三布線154、第一布線210、擴(kuò)散防止膜160、保護(hù)絕緣膜165以及開口 162。用于形成這些結(jié)構(gòu)的方法類似于第三實(shí)施例中所述方法。隨后，如圖19 (b)中所示，阻擋金屬膜216形成在開口 162中以及保護(hù)絕緣膜165上。此時(shí)，使阻擋金屬膜216比擴(kuò)散防止膜160和保護(hù)絕緣膜165的堆疊結(jié)構(gòu)厚。隨后，通過CMP方法移除位于保護(hù)絕緣膜165上的阻擋金屬膜216。因此，阻擋金屬膜216僅位于開口 162中。而且,阻擋金屬膜216的上表面和保護(hù)絕緣膜165的上表面形成相同的平面。隨后，如圖20中所示，在阻擋金屬膜216上以及阻擋金屬膜216周圍的保護(hù)絕緣膜165上形成柵電極218、柵極絕緣膜219、半導(dǎo)體層220以及硬掩模膜230。用于形成這些結(jié)構(gòu)的方法類似于第四實(shí)施例的方法。隨后的工藝類似于第四實(shí)施例的工藝。根據(jù)本實(shí)施例，也能夠獲得與第四實(shí)施例的效果類似的效果。而且，因?yàn)樾纬闪吮Ｗo(hù)絕緣膜165，因此也能夠獲得與第三實(shí)施例相同的效果。第六實(shí)施例圖21是示出根據(jù)第六實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的構(gòu)造的橫截面圖。除了以下幾點(diǎn)，本實(shí)施例的半導(dǎo)體器件具有與根據(jù)第五實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的構(gòu)造類似的構(gòu)造。首先，阻擋金屬膜216比擴(kuò)散防止膜160和保護(hù)絕緣膜165的堆疊結(jié)構(gòu)薄。而且，柵電極218嵌入開口 162中。柵電極218的上表面和保護(hù)絕緣膜165的上表面形成相同的平面。此外，在柵電極218上以及位于柵電極218周圍的保護(hù)絕緣膜165上形成柵極絕緣膜219、半導(dǎo)體層220以及硬掩模膜230的堆疊結(jié)構(gòu)。柵電極218的厚度以及阻擋金屬膜216的厚度基于需要其具有的相應(yīng)功能來設(shè)計(jì)。因此，擴(kuò)散防止膜160和保護(hù)絕緣膜165之間的邊界以及阻擋金屬膜216和柵電極218之間的邊界可以在相同高度的位置處或可以在不同高度的位置處。圖22 (a)、22 (b)、圖23 (a)和23 (b)是示出用于制造圖21中所示的半導(dǎo)體器件的方法的橫截面圖。首先，如圖22 (a)中所示，形成擴(kuò)散防止膜140、第一布線層150、通路152、第三布線154、第一布線210、擴(kuò)散防止膜160、保護(hù)絕緣膜165、開口 162以及阻擋金屬膜216。用于形成這些結(jié)構(gòu)的方法類似于第五實(shí)施例的方法。在該階段，阻擋金屬膜216的上表面與保護(hù)絕緣膜165的上表面形成相同的平面。隨后，如圖22 (b)中所示，執(zhí)行阻擋金屬膜216的回蝕。因此，阻擋金屬膜216的上表面變得低于保護(hù)絕緣膜165的上表面。隨后，如圖23 Ca)中所示，柵電極218形成在阻擋金屬膜216上以及保護(hù)絕緣膜165上。隨后，通過CMP方法移除位于阻擋金屬膜216上的柵電極218。因此，柵電極218嵌入開口 162的位于阻擋金屬膜216上的部分中。柵電極218的上表面與保護(hù)絕緣膜165的上表面形成相同的平面。隨后，如圖23 (b)中所示，在柵電極218上以及在位于柵電極218周圍的保護(hù)絕緣膜165上形成柵極絕緣膜219、半導(dǎo)體層220以及硬掩模膜230的堆疊結(jié)構(gòu)。用于形成這些結(jié)構(gòu)的方法類似于第三實(shí)施例的方法。隨后的工藝類似于第三實(shí)施例的工藝。根據(jù)本實(shí)施例，能夠獲得與第五實(shí)施例的效果類似的效果。而且，因?yàn)闁烹姌O218嵌入開口 162中，因此能夠獲得與第三實(shí)施例相同的效果。第七實(shí)施例圖24是示出根據(jù)第七實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的構(gòu)造的橫截面圖。除了該半導(dǎo)體器件具有晶體管201而不是晶體管200，本實(shí)施例的半導(dǎo)體器件具有與根據(jù)第四實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的構(gòu)造類似的構(gòu)造。
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晶體管201形成在與晶體管200相同的層中。除了用于柵電極218、柵極絕緣膜219以及半導(dǎo)體層220的材料組合，晶體管201具有與晶體管200的構(gòu)造相同的構(gòu)造。例如，當(dāng)晶體管200和晶體管201的溝道的導(dǎo)電類型相同時(shí)，可以通過允許用于柵電極218、柵極絕緣膜219以及半導(dǎo)體層220的材料組合在晶體管200和晶體管201之間不同來改變晶體管200和晶體管201的閾值電壓。而且，晶體管201也可以用作P溝道型晶體管并且晶體管200可以用作N溝道型晶體管。圖25 (a)、25 (b)、圖26 (a)和26 (b)是示出用于制造圖24中所示的半導(dǎo)體器件的方法的橫截面圖。首先，如圖25 (a)中所示，形成擴(kuò)散防止膜140、第一布線層150、通路152、第三布線154、第一布線210、擴(kuò)散防止膜160以及開口 162。除了在兩個位置形成第一布線210和開口 162，這些工藝類似于第四實(shí)施例的工藝。隨后，如圖25 (b)中所示，阻擋金屬膜216分別嵌入兩個開口 162中。用于形成這些結(jié)構(gòu)的方法類似于第四實(shí)施例的方法。隨后，如圖26 Ca)中所示，在擴(kuò)散防止膜160和阻擋金屬膜216上形成構(gòu)成晶體管200的柵電極218、柵極絕緣膜219以及半導(dǎo)體層220。隨后，構(gòu)成晶體管200的硬掩模膜230形成在半導(dǎo)體層220上。隨后，使用硬掩模膜230作為掩模，執(zhí)行對半導(dǎo)體層220、柵極絕緣膜219以及柵電極218的蝕刻。因此，形成了晶體管200的柵電極218、柵極絕緣膜219以及半導(dǎo)體層220。隨后，如圖26 (b)中所示，在擴(kuò)散防止膜160和其中形成晶體管201的阻擋金屬膜216上形成構(gòu)成晶體管201的柵電極218、柵極絕緣膜219以及半導(dǎo)體層220。隨后，形成晶體管201的硬掩模膜230形成在半導(dǎo)體層220上。隨后，使用硬掩模膜230作為掩模，執(zhí)行對半導(dǎo)體層220、柵極絕緣膜219以及柵電極218的蝕刻。因此，形成了晶體管201的柵電極218、柵極絕緣膜219以及半導(dǎo)體層220。隨后的工藝類似于第四實(shí)施例的工藝。根據(jù)本實(shí)施例，也能夠獲得與第四實(shí)施例的效果類似的效果。而且，可以在相同層中形成具有不同性質(zhì)的晶體管200和晶體管201。第八實(shí)施例圖27是示出根據(jù)第八實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的構(gòu)造的橫截面圖。除了晶體管200和201具有與根據(jù)第六實(shí)施例的晶體管200類似的構(gòu)造，本實(shí)施例的半導(dǎo)體器件具有與根據(jù)第七實(shí)施例的半導(dǎo)體器件類似的構(gòu)造。圖28 (a)和28 (b)至圖31 (a)和31 (b)是示出用于制造圖27中所示的半導(dǎo)體器件的方法的橫截面圖。首先，如圖28 (a)中所示，形成擴(kuò)散防止膜140、第一布線層150、通路152、第三布線154、第一布線210、擴(kuò)散防止膜160、保護(hù)絕緣膜165以及開口 162。除了在兩個位置形成第一布線210和開口 162，這些工藝類似于第六實(shí)施例的工藝。隨后，如圖28 (b)中所示，阻擋金屬膜216嵌入兩個開口 162中。該工藝也類似于第六實(shí)施例中所述工藝。在本步驟中，兩個阻擋金屬膜216的上表面與保護(hù)絕緣膜165的上表面形成相同的平面。隨后，如圖29 (a)中所示，抗蝕劑圖案50形成在保護(hù)絕緣膜165以及阻擋金屬膜216上?？刮g劑圖案50在其中形成晶體管200的阻擋金屬膜216中具有開口。隨后，使用抗蝕劑圖案50作為掩模，執(zhí)行阻擋金屬膜216的回蝕。因此，將其中形成晶體管200的阻擋金屬膜216的上表面形成為變得低于保護(hù)絕緣膜165的上表面。 隨后，如圖29 (b)中所示，移除抗蝕劑圖案50。隨后，晶體管200的柵電極218(218a)嵌入其中形成晶體管200的阻擋金屬膜216中。該工藝與第六實(shí)施例中的相同。隨后，如圖30 Ca)中所示，抗蝕劑圖案52形成在保護(hù)絕緣膜165上、晶體管200的柵電極218 (218a)上以及形成在晶體管201的阻擋金屬膜216上?？刮g劑圖案52在其中形成晶體管201的阻擋金屬膜216中具有開口。隨后，使用抗蝕劑圖案52作為掩模，執(zhí)行對阻擋金屬膜216的回蝕。因此，其中形成晶體管201的阻擋金屬膜216的上表面變得低于保護(hù)絕緣膜165的上表面。隨后，如圖30 (b)中所示，移除抗蝕劑圖案52。隨后，晶體管201的柵電極218(218b)嵌入其中形成晶體管201的阻擋金屬膜216中?？梢允褂貌煌牧闲纬删w管200的柵電極218a以及晶體管201的柵電極218b。該工藝類似于形成晶體管200的柵電極218(218a)的工藝。隨后，如圖31 (a)中所示，在擴(kuò)散防止膜160和柵電極218 (218a)上形成構(gòu)成晶體管200的柵極絕緣膜219以及半導(dǎo)體層220。隨后，構(gòu)成晶體管200的硬掩模膜230形成在半導(dǎo)體層220上。隨后，使用硬掩模膜230作為掩模，執(zhí)行半導(dǎo)體層220和柵極絕緣膜219的蝕刻。因此，形成了晶體管200的柵極絕緣膜219以及半導(dǎo)體層220。隨后，如圖31 (b)中所示，在擴(kuò)散防止膜上以及晶體管201的柵電極218 (218b)上形成構(gòu)成晶體管201的柵極絕緣膜219以及半導(dǎo)體層220。隨后，構(gòu)成晶體管201的硬掩模膜230形成在半導(dǎo)體層220上。隨后，使用硬掩模膜230作為掩模，執(zhí)行對半導(dǎo)體層220和柵極絕緣膜219的蝕刻。因此，形成了晶體管201的柵極絕緣膜219以及半導(dǎo)體層220。隨后的工藝類似于第六實(shí)施例的工藝。根據(jù)本實(shí)施例，也能夠獲得與第六實(shí)施例的效果類似的效果。此外，可以在相同層中形成具有不同性質(zhì)的晶體管200和晶體管201。而且，晶體管200和201中的每一個可以具有與第一至第三實(shí)施例和第五實(shí)施例中任何一個類似的構(gòu)造。第九實(shí)施例圖32 (a)和32 (b)至34 (a)和34 (b)是示出用于制造根據(jù)第九實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的方法的橫截面圖。根據(jù)本實(shí)施例制造的半導(dǎo)體器件具有與第八實(shí)施例中所示的半導(dǎo)體器件的構(gòu)造類似的構(gòu)造。首先，如圖32 (a)中所示，形成擴(kuò)散防止膜140、第一布線層150、通路152、第三布線154、第一布線210、擴(kuò)散防止膜160以及兩個開口 162。此外，阻擋金屬膜216分別嵌入兩個開口 162中。用于形成這些結(jié)構(gòu)的方法類似于第八實(shí)施例的方法。隨后，如圖32 (b)中所示，同時(shí)執(zhí)行兩個阻擋金屬膜216的回蝕工藝。因此，兩個阻擋金屬膜216的上表面中的任何一個都低于保護(hù)絕緣膜165的上表面。隨后，如圖33 (a)中所示，柵電極218 (218a)形成在兩個阻擋金屬膜216上以及保護(hù)絕緣膜165上。隨后，使用CMP方法移除位于保護(hù)絕緣膜165上的柵電極218(218a)。因此，柵電極218 (218a)分別嵌入兩個開口 162中。隨后，如圖33 (b)中所示，形成晶體管200的柵電極218 (218a)被抗蝕劑圖案54覆蓋。但是，抗蝕劑54并未形成在將成為晶體管201的阻擋金屬膜216上。隨后，使用抗蝕劑圖案54作為掩模，通過蝕刻移除形成在將成為晶體管201的阻擋金屬膜216上的柵電極 218 (218a)。 隨后，如圖34 (a)中所示，在將成為晶體管201的阻擋金屬膜216上、保護(hù)絕緣膜165上以及晶體管200的柵電極218 (218a)上形成柵電極218 (218b)。隨后，如圖34 (b)中所示，通過CMP方法移除位于保護(hù)絕緣膜165上以及晶體管200的柵電極218 (218a)上的柵電極218 (218b)。因此，阻擋金屬膜216以及柵電極218 (218b)嵌入將成為晶體管200的開口 162中，并且阻擋金屬膜216和柵電極218 (218b)嵌入將成為晶體管201的開口 162中。隨后的工藝類似于第八實(shí)施例的工藝。根據(jù)本實(shí)施例，也能夠獲得與第八實(shí)施例的效果類似的效果。而且，與第八實(shí)施例相比，可以減少形成抗蝕劑圖案的次數(shù)。因此可以減少用于制造半導(dǎo)體器件的工藝步驟。第十實(shí)施例圖35是示出根據(jù)第十實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的構(gòu)造的橫截面圖。圖36是圖35中所示半導(dǎo)體器件的平面圖。在半導(dǎo)體器件中，構(gòu)成晶體管200的各個層的堆疊結(jié)構(gòu)與第三實(shí)施例中的結(jié)構(gòu)相同。但是，柵電極218在平面圖中呈梳齒形(comb-shaped)。則將成為源極布線的第二布線186 (186b)以及將成為漏極布線的第二布線186 (186a)在半導(dǎo)體層220的由柵電極218夾持的部分上交替延伸。此外，為各個第二布線186形成兩個或更多個第一通路184。兩個第二布線186中的每一個在平面圖中都為梳齒形。即，根據(jù)本實(shí)施例的晶體管200在平面圖中為梳齒形。根據(jù)本實(shí)施例，也能夠獲得與第三實(shí)施例的效果類似的效果。此外，因?yàn)榫w管200在平面圖中為梳齒形，因此可以確保更寬的實(shí)際溝道寬度。因此，可以增加晶體管200的開態(tài)電流。此外，在本實(shí)施例中，構(gòu)成晶體管200的各個層的堆疊結(jié)構(gòu)可以是第一至第二實(shí)施例以及第四至第六實(shí)施例中所示結(jié)構(gòu)中的任何一種。第^^一實(shí)施例圖37是示出根據(jù)第十一實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的構(gòu)造的橫截面圖。除了半導(dǎo)體器件具有電容元件202以取代晶體管200，本實(shí)施例的半導(dǎo)體器件具有與根據(jù)第五實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的構(gòu)造類似的構(gòu)造。電容元件202是MIS型電容元件，并且構(gòu)造為使得分別耦合晶體管200的源極、溝道區(qū)以及漏極的第一通路184耦合至同一第二布線186。因此，可以通過與在晶體管200的情況下的相同方法形成電容元件202。根據(jù)本實(shí)施例，MIS型電容元件202可以形成在多層布線層中。此外，第五實(shí)施例中所示的晶體管200和根據(jù)本實(shí)施例的電容元件202可以通過相同工藝形成在同一層中。根據(jù)本實(shí)施例，構(gòu)成電容元件202的各個層的堆疊結(jié)構(gòu)可以是第一至第四實(shí)施例以及第六實(shí)施例中所示結(jié)構(gòu)中的任何一種。第十二實(shí)施例圖38是示出根據(jù)第十二實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的構(gòu)造的橫截面圖。除了半導(dǎo)體器件具有二極管204以取代晶體管200，半導(dǎo)體器件具有與根據(jù)第五實(shí)施例的半導(dǎo)體器件類似的構(gòu)造。二極管204具有如下構(gòu)造，其中第五實(shí)施例的晶體管200的柵極218通過通路183與耦合至半導(dǎo)體層220的源極的布線182短接。通路183通過與在通路181的情況下相同·的工藝形成。即，通路181、183以及布線182具有雙鑲嵌結(jié)構(gòu)。根據(jù)本實(shí)施例，二極管204可以形成在多層布線層中。此外，能夠通過相同工藝在同一層中形成第五實(shí)施例中所示的晶體管200以及第十一實(shí)施例中所示的電容元件202以及根據(jù)本實(shí)施例的二極管204中的至少一個。而且，在本實(shí)施例中，構(gòu)成二極管204的各個層的堆疊結(jié)構(gòu)可以是第一至第四以及第六實(shí)施例中的任何一個所示的結(jié)構(gòu)。第十三實(shí)施例圖39是示出根據(jù)第十三實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的構(gòu)造的橫截面圖。半導(dǎo)體器件包括半導(dǎo)體襯底10和多層布線層100。在半導(dǎo)體襯底10上形成元件隔離膜20以及晶體管12和14 (第一晶體管)。而且，在元件隔離膜20上形成無源元件(例如電阻元件)16。通過與晶體管12的柵電極的工藝相同的工藝形成無源元件16。在多層布線層100中，形成第一至第六實(shí)施例中所示的晶體管200、第十一實(shí)施例中所示的無源元件202以及第十二實(shí)施例中所示的二極管204中的至少一個。在圖39所示的實(shí)例中，形成第一實(shí)施例(圖I)中所示的晶體管200。平面圖中的晶體管200在尺寸上大于晶體管12和14。雖未示出，但半導(dǎo)體器件具有與晶體管200處于同一層中的二極管204。在圖39所示的實(shí)例中，第一布線層150位于局部布線層102的最上層中，該局部布線層102是形成電路的布線層。此外，第二布線層170位于全局布線層104的最下層中，該全局布線層104是用于布置電源布線和接地布線的布線層。而且，在第二布線層170上，穿過層間絕緣膜190形成布線194。布線194是Al布線并通過通路192耦合至第二布線層170的布線(例如第四布線188)。布線194具有形成在其上表面和下表面上的阻擋金屬膜。阻擋金屬膜是包含Ti作為主要成分的金屬膜、該金屬的氮化物膜或該金屬膜和該氮化物膜的堆疊結(jié)構(gòu)。此外，在與布線194相同的層中形成電極焊盤(用于下述信號的電源焊盤400、接地焊盤402以及I/O焊盤410)。此外，構(gòu)成局部布線層102的各個布線層比構(gòu)成全局布線層104的各個布線層薄。局部布線層102的各個布線也比全局布線層104的各個布線薄。晶體管12的漏極(或源極)通過形成在局部布線層102中的布線和通路耦合至第三布線154。晶體管14的漏極通過形成在局部布線層102中的布線和通路耦合至柵電極218。晶體管12和14構(gòu)成下述內(nèi)部電路300和302。此外，晶體管14在平面圖中與晶體管200的半導(dǎo)體層220重疊。圖40是圖39中所示的半導(dǎo)體器件的電路圖。在本實(shí)施例中，半導(dǎo)體器件具有電源焊盤400、接地焊盤402以及I/O焊盤410。電源焊盤400是用于將電源電壓(Vdd)提供給半導(dǎo)體器件的焊盤，并且接地焊盤402是用于將地電勢提供給半導(dǎo)體器件的焊盤。I/O焊盤410是用于將信號輸出到半導(dǎo)體器件并且從半導(dǎo)體器件輸入信號的焊盤。內(nèi)部電路300和302形成在半導(dǎo)體器件中。內(nèi)部電路300和內(nèi)部電路302中的任何一個通過晶體管200耦合至電源焊盤400。即，晶體管200構(gòu)成電源電路的一部分。根據(jù)本實(shí)施例，將不同的電源電壓提供給內(nèi)部電 路300和302。因此，內(nèi)部電路300和302通過不同的晶體管200耦合至不同的電源焊盤400。而且，內(nèi)部電路300和302耦合到I/O焊盤410，并通過I/O焊盤410將信號輸出到外部裝置并且從外部裝置輸入信號。內(nèi)部電路300或302中的任何一個耦合至接地焊盤402。二極管204設(shè)置在I/O焊盤410和接地焊盤402之間，以致從I/O焊盤410朝向接地焊盤402的方向?yàn)檎?。S卩，二極管204是用于保護(hù)內(nèi)部電路300免受ESD等的保護(hù)元件，并且都并聯(lián)耦合至內(nèi)部電路300。圖41是示出圖39和40中所示的半導(dǎo)體器件的總體構(gòu)造的平面圖。如圖41中所示，半導(dǎo)體器件是矩形的。此外，沿其側(cè)面布置兩個或更多個電源焊盤。電源焊盤是電源焊盤400、接地焊盤402以及I/O焊盤410中的任何焊盤。此外，在平面圖中，其中形成了內(nèi)部電路300、晶體管200以及電容元件202的區(qū)域內(nèi)部包括由電源焊盤400、接地焊盤402以及I/O焊盤410圍繞的區(qū)域。即，電源焊盤400、接地焊盤402以及I/O焊盤410與內(nèi)部電路300、晶體管200和電容元件202重疊。圖42示出圖39中所示的實(shí)例的一個修改例。在圖42中，第一布線層150和第二布線層170兩者都形成在全局布線層104中。此外，第四布線188和第二布線186包括Al布線。電源焊盤400、接地焊盤402以及I/O焊盤410形成在與第二布線186和188相同的層中。根據(jù)本實(shí)施例，晶體管構(gòu)成內(nèi)部電路300和302的電源電路。此外，二極管204用作內(nèi)部電路300和302的保護(hù)元件。因此，內(nèi)部電路300和302可以在平面圖中與電源電路和保護(hù)元件重疊。因此，可進(jìn)一步減小半導(dǎo)體器件的尺寸。雖然已經(jīng)參考

了本發(fā)明的實(shí)施例，但上述說明在所有方面都是說明性而非限制性的。因此可以理解的是，在不脫離本發(fā)明范圍的情況下可以得出多種修改和變型。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)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(dǎo)體層，所述半導(dǎo)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(dǎo)體層和所述第二布線耦合。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的半導(dǎo)體器件，包括兩個第二布線， 其中所述兩個第二布線通過彼此不同的所述第一通路耦合至所述半導(dǎo)體層，以及 其中在平面圖中，兩個第一通路設(shè)置在通過所述柵電極的中心而彼此相對的側(cè)上。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體器件， 其中所述半導(dǎo)體層在平面圖中大于所述柵電極，以及 其中所述兩個第一通路的中心與所述柵電極不重疊。
4.根據(jù)權(quán)利要求I至3中的任何一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體器件，包括 第三布線，所述第三布線形成在所述第一布線層中； 第四布線，所述第四布線形成在所述第二布線層中；以及 第二通路，所述第二通路嵌入在所述第二布線層中并且將所述第三布線和所述第四布線耦合。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的半導(dǎo)體器件， 其中所述第三布線具有與所述第一布線的構(gòu)造類似的構(gòu)造， 其中所述第四布線具有與所述第二布線的構(gòu)造類似的構(gòu)造，以及 其中所述第二通路具有與所述第一通路的構(gòu)造類似的構(gòu)造。
6.根據(jù)權(quán)利要求I至5中的任何一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體器件，包括 擴(kuò)散防止膜，所述擴(kuò)散防止膜形成在所述第一布線層上； 開口，所述開口形成在所述擴(kuò)散防止膜中并且位于所述第一布線上；以及 阻擋金屬膜，所述阻擋金屬膜位于所述開口內(nèi)部并且將所述柵電極和所述第一布線耦入口 ο
7.根據(jù)權(quán)利要求I至5中的任何一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體器件，包括 擴(kuò)散防止膜，所述擴(kuò)散防止膜形成在所述第一布線層和所述第二布線層之間；以及 開口，所述開口形成在所述擴(kuò)散防止膜中并且位于所述第一布線上， 其中所述柵電極至少形成在所述開口內(nèi)部。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的半導(dǎo)體器件，其中所述柵電極形成在所述開口內(nèi)部以及所述開口周圍的所述擴(kuò)散防止膜上。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的半導(dǎo)體器件，其中所述柵電極僅位于所述開口內(nèi)部。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的半導(dǎo)體器件，其中所述柵電極的上表面與所述擴(kuò)散防止膜的上表面形成相同的平面。
11.根據(jù)權(quán)利要求7至10中的任何一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體器件，包括阻擋金屬膜，所述阻擋金屬膜位于所述開口內(nèi)部并且將所述柵電極和所述第一布線耦合。
12.根據(jù)權(quán)利要求6至11中的任何一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體器件，包括保護(hù)絕緣膜，所述保護(hù)絕緣膜位于所述擴(kuò)散防止膜上， 其中所述開口形成在所述保護(hù)絕緣膜和所述擴(kuò)散防止膜中。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的半導(dǎo)體器件，其中所述保護(hù)絕緣膜使用介電常數(shù)低于氧化硅的介電常數(shù)的材料來形成或由這種材料的多孔膜來形成。
14.根據(jù)權(quán)利要求I至13中的任何一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體器件， 其中所述第一布線層和所述第二布線層形成在襯底上，以及 其中所述半導(dǎo)體器件包括形成在所述襯底上的第一晶體管。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的半導(dǎo)體器件，其中所述第一晶體管在平面圖中與所述半導(dǎo)體層重疊。
16.根據(jù)權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體器件，其中所述柵電極、所述柵極絕緣膜以及所述半導(dǎo)體層形成第二晶體管。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的半導(dǎo)體器件，包括至少兩個第二晶體管， 其中所述至少兩個晶體管具有用于所述柵電極、所述柵極絕緣膜以及所述半導(dǎo)體層的材料的不同組合。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的半導(dǎo)體器件，其中所述至少兩個第二晶體管具有相同的溝道導(dǎo)電類型并且具有彼此不同的閾值電壓。
19.根據(jù)權(quán)利要求16至18中的任何一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體器件，包括 內(nèi)部電路；以及 電源焊盤，所述電源焊盤形成在所述多層布線層的最上層布線層中并且將電源電壓提供給所述內(nèi)部電路， 其中所述內(nèi)部電路通過所述第二晶體管耦合至所述電源焊盤。
20.根據(jù)權(quán)利要求I至15中的任何一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體器件， 其中所述半導(dǎo)體層具有源極和漏極， 其中所述源極與所述柵電極短接，以及 其中所述源極、所述漏極、所述柵極絕緣膜以及所述柵電極形成二極管。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的半導(dǎo)體器件，包括 內(nèi)部電路； I/O焊盤，所述I/O焊盤形成在所述多層布線層的最上層中并且將信號提供給所述內(nèi)部電路；以及 接地焊盤，所述接地焊盤形成在所述最上層布線層中并且將地電勢提供給所述內(nèi)部電路， 其中所述二極管設(shè)置在所述I/o焊盤和所述接地焊盤之間，使得從所述I/O焊盤朝向所述接地焊盤的方向是正向。
22.根據(jù)權(quán)利要求I至15中的任何一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體器件，其中所述柵電極、所述柵極絕緣膜以及所述半導(dǎo)體層形成電容元件。
23.根據(jù)權(quán)利要求I至22中的任何一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體器件， 其中所述第一布線是Cu布線，以及其中所述柵電極包括Ti、Ta、W、TiN, TaN, WN膜、包含Co或W的化合物、通過將C和O中的至少一種引入上述之一而制成的膜、或通過堆疊這些膜中的兩種或更多種而制成的堆疊膜。
24.根據(jù)權(quán)利要求I至23中的任何一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體器件，其中所述柵極絕緣膜包括氧化硅膜、氮化硅膜或具有Hf、Zr、Al、Ti和Ta中的至少一種的氧化物膜。
25.根據(jù)權(quán)利要求I至24中的任何一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體器件，其中所述半導(dǎo)體層是氧化物半導(dǎo)體層。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的半導(dǎo)體器件，其中所述氧化物半導(dǎo)體層是InGaZnO層、InZnO 層、ZnO 層、ZnAlO 層、ZnCuO 層、NiO 層、NiO2 層、SnO 層或 CuO 層。
27.根據(jù)權(quán)利要求I至26中的任何一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體器件，包括硬掩模膜，所述硬掩模 膜形成在所述半導(dǎo)體層上并且具有與所述半導(dǎo)體層的平面形狀相同的平面形狀。
28.根據(jù)權(quán)利要求27所述的半導(dǎo)體器件，其中所述硬掩模膜由與所述擴(kuò)散防止膜的材料相同的材料構(gòu)成并且具有厚度與所述擴(kuò)散防止膜的厚度相同的層。
29.一種用于制造半導(dǎo)體器件的方法，包括如下步驟 在半導(dǎo)體襯底上形成具有第一布線的第一布線層； 在所述第一布線層上形成第一柵電極，位于所述第一柵電極上的第一柵極絕緣膜以及位于所述第一柵極絕緣膜上的第一半導(dǎo)體層；以及 在所述第一布線層上和在所述第一半導(dǎo)體層上形成具有第二布線的第二布線層， 其中所述第一柵電極耦合至所述第一布線并且所述第二布線耦合至所述第一半導(dǎo)體層。
30.根據(jù)權(quán)利要求29所述的用于制造半導(dǎo)體器件的方法，在形成所述第一布線層的步驟和形成所述第一柵電極、所述第一柵極絕緣膜以及所述第一半導(dǎo)體層的步驟之間包括如下步驟 在所述第一布線層上形成擴(kuò)散防止膜；以及 在所述擴(kuò)散防止膜中形成位于所述第一布線上的第一開口， 其中在形成所述第一柵電極的步驟中，通過使所述第一柵電極和所述第一開口在平面圖中重疊來使所述第一柵電極與所述第一布線耦合。
31.根據(jù)權(quán)利要求30所述的用于制造半導(dǎo)體器件的方法，在形成所述第一開口的步驟和形成所述第一柵電極的步驟之間包括如下步驟 在所述第一開口中形成阻擋金屬膜。
32.根據(jù)權(quán)利要求31所述的用于制造半導(dǎo)體器件的方法，其中將所述阻擋金屬膜嵌入在所述第一開口中的步驟包括如下步驟 在所述第一開口中以及在所述擴(kuò)散防止膜上形成阻擋金屬膜；以及 通過CMP方法移除位于所述擴(kuò)散防止膜上的所述阻擋金屬膜。
33.根據(jù)權(quán)利要求32所述的用于制造半導(dǎo)體器件的方法，包括以下步驟 在將所述阻擋金屬膜嵌入在所述第一開口中的步驟之后，通過對所述第一開口中的所述阻擋金屬膜執(zhí)行回蝕來允許所述阻擋金屬膜的上表面低于所述第一開口的上端；以及將所述第一柵電極嵌入在所述第一開口中。
34.根據(jù)權(quán)利要求33所述的用于制造半導(dǎo)體器件的方法，其中在形成所述第一布線層的步驟中形成多個第一布線， 其中在形成所述第一開口的步驟中，在所述布線上形成所述第一開口并且在所述擴(kuò)散防止膜中形成位于所述第二布線上的第二開口， 其中在將所述阻擋金屬膜嵌入在所述第一開口中的步驟中，也將所述阻擋金屬膜嵌入在所述第二開口中， 所述方法在將所述第一柵電極嵌入在所述第一開口中的步驟之后還包括以下步驟通過對所述第二開口中的所述阻擋金屬膜執(zhí)行回蝕來允許所述第二開口中的所述阻擋金屬膜的上表面低于所述第二開口的上端； 將第二柵電極嵌入在所述第二開口中；以及 在所述第二柵電極上形成第二柵極絕緣膜和第二半導(dǎo)體層。
35.根據(jù)權(quán)利要求33所述的用于制造半導(dǎo)體器件的方法， 其中在形成所述第一布線層的步驟中形成多個第一布線， 其中在形成所述第一開口的步驟中，在所述布線上形成所述第一開口并且在所述擴(kuò)散防止膜中形成位于所述第二布線上的第二開口， 其中在將所述阻擋金屬膜嵌入在所述第一開口中的步驟中，也將所述阻擋金屬膜嵌入在所述第二開口中， 其中在允許所述阻擋金屬膜的上表面低于所述第一開口的上端的步驟中，也通過對所述第二開口中的所述阻擋金屬膜執(zhí)行回蝕來使所述第二開口中的所述阻擋金屬膜的上表面也低于所述第二開口的上端，以及 其中在將所述第一柵電極嵌入在所述第一開口中的步驟中，在所述第二開口中嵌入與所述第一柵電極的材料相同的材料， 所述方法在將所述第一柵電極嵌入在所述第一開口中的步驟之后還包括如下步驟 移除所述第二開口中與所述第一柵電極的材料相同的材料； 在所述第二開口中嵌入第二柵電極；以及 在所述第二柵電極上形成第二柵極絕緣膜和第二半導(dǎo)體層。
36.根據(jù)權(quán)利要求30至35中的任何一項(xiàng)所述的用于制造半導(dǎo)體器件的方法，在形成所述擴(kuò)散防止膜的步驟和形成所述開口的步驟之間還包括以下步驟 在所述擴(kuò)散防止膜上形成保護(hù)絕緣膜， 其中在形成所述開口的步驟中，將所述開口形成在所述擴(kuò)散防止膜和所述保護(hù)絕緣膜中。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體器件及其制造方法。使用半導(dǎo)體層的元件形成在布線層之間，并且同時(shí)使用除用于布線的材料之外的導(dǎo)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(dǎo)體層。
文檔編號H01L23/485GK102956591SQ20121028495
公開日2013年3月6日 申請日期2012年8月10日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月10日
發(fā)明者砂村潤, 井上尚也, 金子貴昭 申請人:瑞薩電子株式會社