TW201611132A

TW201611132A - 半導體裝置及其製造方法

Info

Publication number: TW201611132A
Application number: TW104142484A
Authority: TW
Inventors: 山崎舜平; 遠藤佑太
Original assignee: 半導體能源研究所股份有限公司
Priority date: 2010-06-11
Filing date: 2011-06-09
Publication date: 2016-03-16
Also published as: US8884294B2; KR20190006092A; KR102110724B1; WO2011155502A1; CN102939659B; JP2016157953A; KR20130091667A; JP2012019207A; CN102939659A; JP6240698B2; US20130264567A1; US20110303913A1; DE112011101969T5; US20150123122A1; DE112011101969B4; TW201225181A; TWI524431B; TWI588909B; JP5908221B2; US9276129B2

Abstract

本發明的實施例的目的是製造可靠性高的半導體裝置，半導體裝置包括包含氧化物半導體的電晶體，其中，電特性的變化小。在包含氧化物半導體層的電晶體中，以氧過剩的氧化矽(SiOx(X>2))用於頂閘極結構的基底絕緣層或是用於底閘極結構的保護絕緣層。藉由使用氧過剩的氧化矽，氧從絕緣層放出，可以降低氧化物半導體層的氧缺陷以及基底絕緣層或保護絕緣層與氧化物半導體層之間的介面態密度，以致於可以製造電特性的變動小且可靠性高的半導體裝置。

Description

半導體裝置及其製造方法

所公開的發明關於一種半導體裝置及半導體裝置的製造方法。

本說明書中的半導體裝置指的是能藉由利用半導體特性而工作的所有裝置，因此電光裝置、半導體電路及電子設備都是半導體裝置。

近年來，藉由利用形成在具有絕緣表面的基板上的半導體薄膜來構成電晶體的技術受到矚目。該電晶體被廣泛地應用於如積體電路(IC)、影像顯示裝置(顯示裝置)等電子設備。作為可以應用於電晶體的半導體薄膜的材料，已知有矽類半導體材料。但是，關於其他材料，氧化物半導體受到矚目。

舉例而言，已經公開了，使用其電子載子濃度低於10¹⁸/cm³的包含銦(In)、鎵(Ga)、鋅(Zn)的非晶氧化物的電晶體(參照專利文獻1)，作為電晶體的主動層。

雖然使用氧化物半導體的電晶體的工作速度比使用非晶矽的電晶體的工作速度快，且與使用多晶矽的電晶體相比更容易製造，但是，已知使用氧化物半導體的電晶體具有電特性容易變動而導致其可靠性低的問題。例如，在光照射或偏壓-熱壓力試驗(BT試驗)的前後，電晶體的臨界值電壓變動。另外，在本說明書中，臨界值電壓是指為了使電晶體變為“導通狀態”所需要的閘極電壓。並且，閘電壓是指以源極電極的電位為基準時源極電極與閘極電極的電位的電位差。

[專利文獻1]日本專利申請公開第2006-165528號公報

使用氧化物半導體的電晶體的由於光照射或BT試驗的臨界值電壓的變動導致使用氧化物半導體的電晶體的可靠性大幅下降。於是，本發明的實施例的目的之一為提高包含氧化物半導體的半導體裝置的可靠性。

本發明的實施例是一種半導體裝置或半導體裝置的製造方法，其技術思想在於：在包含氧化物半導體的電晶體中，作為與氧化物半導體層接觸的基底絕緣層或保護絕緣層使用氧過剩的氧化矽(SiO_x(X>2))。氧過剩的氧化矽(SiO_x(X>2))是指單位體積的氧原子多於矽原子數的兩倍的氧化矽。單位體積的矽原子數及氧原子數為藉由盧瑟福背散射光譜學法測定的值。

另外，在先前的包含氧化物半導體的電晶體中，氧化物半導體層的純度較低，例如有時氧化物半導體層中的氫或水分等或氧化物半導體層中的氧缺陷使電特性不穩定。

在像這樣的電晶體中，在對閘極電極施加正電壓時，存在於氧化物半導體層中的具有正電荷的氫離子移動到背通道一側(與閘極絕緣層相反一側)並蓄積在氧化物半導體層與背通道一側的絕緣層之間的介面中的氧化物半導體層一側。由於正電荷從所蓄積的氫離子移動到絕緣層中的電荷俘獲中心(氫原子、水或污染物質等)，負電荷蓄積在氧化物半導體層的背通道一側。也就是說，在電晶體的背通道一側發生寄生通道，臨界值電壓向負一側漂移，而電晶體呈現常開(normally-on)的趨勢。

因此，為了抑制電晶體的電特性的變動，很重要的是在絕緣層中不存在成為上述電荷俘獲中心的雜質，或者使其含量極少。藉由在絕緣層中沒有存在成為電荷俘獲中心的雜質或電荷俘獲中心極少，不容易發生正電荷的移動，因此可以抑制電晶體的臨界值電壓的漂移，從而使電晶體成為常關閉(normally-off)型。

另外，在對閘極電極施加負電壓時，存在於氧化物半導體層中的氫離子移動到閘極絕緣層一側並蓄積在氧化物半導體層與閘極絕緣層之間的介面中的氧化物半導體層一側。結果，電晶體的臨界值電壓向負一側漂移。

注意，在停止將電壓施加到閘極電極並留下電晶體時，正電荷從電荷俘獲中心釋放，電晶體的臨界值電壓向正一側漂移而返回到初始狀態。或者，進一步漂移到初始狀態之外的正一側。該現象意味著在氧化物半導體層中存在有容易移動的離子，可以認為作為最小原子的氫為最容易移動的離子。

注意，在底閘極結構的電晶體中，藉由在閘極絕緣層上形成氧化物半導體層之後進行熱處理，可以去除包含在氧化物半導體層中的水或氫，並也可以去除包含在閘極絕緣層中的水或氫。因此，在閘極絕緣層中，電荷俘獲中心很少。

藉由對氧化物半導體層照射具有一定以上的光能的光，可以切斷氧化物半導體層中的金屬元素(M)與氫原子(H)的接合(也稱為M-H鍵)。注意，波長為400nm左右的光能和金屬元素與氫原子間的接合能大致相同。當對氧化物半導體層中的金屬元素與氫原子間的接合被切斷的電晶體施加負閘極偏壓時，從金屬元素脫離的氫離子吸引到閘極電極一側，因此電荷分佈發生變化，電晶體的臨界值電壓向負一側漂移而呈現常開(normally-on)的趨勢。

注意，當停止電壓的施加時，由於對電晶體施加的光照射和負閘極偏壓的施加而移動到閘極絕緣層介面的氫離子恢復到初始狀態。這是氧化物半導體層中的離子移動的典型例子。

為了減少這種因電壓施加而導致的電特性變動(BT劣化)或因光照射而導致的電特性變動(光劣化)，有效的是，從氧化物半導體層徹底去除氫原子或水等包含氫原子的雜質來使氧化物半導體層高純度化。

在氧化物半導體層中的電荷密度為1×10¹⁵cm^-3，或是單位面積的電荷為1×10¹⁰cm^-2的情況下，該電荷密度不影響到電晶體的特性，或者影響很小的。因此，電荷密度為1×10¹⁵cm^-3或以下較佳。

注意，藉由對氧化物半導體層中供給氧，氧原子(O)與氫原子(H)接合而穩定化。因此，較佳的是使用氧過剩的氧化矽(SiO_x(X>2))作為與氧化物半導體層在背通道一側接觸的基底絕緣層或保護絕緣層。利用氧過剩的氧化矽可以對氧化物半導體層中及其介面供給氧。氧過剩的氧化矽(SiO_x(X>2))是指單位體積的氧原子數多於矽原子數的兩倍的氧化矽。單位體積的矽原子數及氧原子數為藉由盧瑟福背散射光譜學法測定的值。

一般地，至於氧化矽，已知SiO_x(X=2)在化學上穩定。在SiO_x(X>2)的情況下，超過化學計量比的氧容易因熱等能量的施加而釋放到外部。

本發明的實施例是半導體裝置或半導體裝置的製造方法，其技術思想在於：在包含氧化物半導體的頂閘極結構電晶體中，使用氧過剩的氧化矽(SiO_x(X>2))作為基底絕緣層。

藉由使用氧過剩的氧化矽(SiO_x(X>2))作為基底絕緣層，可以充分地防止由於半導體裝置的工作等而產生的電荷等被基底絕緣層與氧化物半導體層之間的介面俘獲。這是由於基底絕緣層中的超過化學計量比的氧降低氧化物半導體層與基底絕緣層的介面態密度的緣故。

即，當在氧化物半導體層中產生氧缺陷時，難以抑制基底絕緣層與氧化物半導體層之間的介面的電荷俘獲，但是藉由使用氧過剩的氧化矽(SiO_x(X>2))作為基底絕緣層，超過化學計量比的氧降低氧化物半導體層中的介面態密度及氧缺陷，從而可以使氧化物半導體層與基底絕緣層之間的介面的電荷俘獲的影響小。

在某些情形中，由於氧化物半導體層的氧缺陷而產生電荷。一般來說，氧化物半導體層中的氧缺陷成為施主，而產生作為載子的電子。結果，電晶體的臨界值電壓漂移到負方向。但是，藉由從基底絕緣層對氧化物半導體層中的氧缺陷供給氧，可以抑制臨界值電壓漂移到負方向。

以此方式，根據本發明的實施例的效果是導因於使用氧過剩的氧化矽(SiO_x(X>2))作為基底絕緣層。

藉由抑制上述基底絕緣層與氧化物半導體層之間的介面的電荷俘獲，可以抑制使用氧化物半導體的電晶體的截止電流的增加及臨界值電壓的變動等的不良現象，並可以提高半導體裝置的可靠性。

注意，基底絕緣層與氧化物半導體層相比具有足夠的厚度較佳。這是由於以下原因：當基底絕緣層比氧化物半導體層薄時，有時不能充分地對氧化物半導體層供給氧。“具有足夠的厚度”是指氧化矽膜的厚度大於100nm。

本發明的實施例是半導體裝置，包括：基底絕緣層；氧化物半導體層；與氧化物半導體層電連接的源極電極及汲極電極；閘極絕緣層，其部份與氧化物半導體層接觸；以及閘極絕緣層上的閘極電極。使用氧過剩的氧化矽(SiO_x(X>2))作為基底絕緣層。

在上述結構中，包含覆蓋閘極絕緣層及閘極電極的保護絕緣層。另外，在氧化物半導體層的下方設置導電層。

本發明的實施例是半導體裝置或半導體裝置的製造方法，其技術思想在於：在包含氧化物半導體的底閘極結構電晶體中，使用氧過剩的氧化矽(SiO_x(X>2))作為保護絕緣層。

藉由使用氧過剩的氧化矽(SiO_x(X>2))作為保護絕緣層，可以充分地抑制由於半導體裝置的工作等而產生的電荷等在保護絕緣層與氧化物半導體層之間的介面被俘獲。這是由於保護絕緣層中的超過化學計量比的氧過量而降低氧化物半導體層與保護絕緣層之間的介面態密度的緣故。

即，雖然，當在氧化物半導體層中產生氧缺陷時，難以抑制保護絕緣層與氧化物半導體層之間的介面的電荷俘獲，但是藉由使用氧過剩的氧化矽(SiO_x(X>2))作為保護絕緣層，超過化學計量比的氧過量會降低氧化物半導體層的介面態密度及氧缺陷，以及，使氧化物半導體層與保護絕緣層之間的介面的電荷俘獲的影響降低。

依此方式，根據本發明的實施例的效果是導因於使用氧過剩的氧化矽(SiO_x(X>2))作為保護絕緣層。

藉由抑制上述保護絕緣層與氧化物半導體層之間的介面的電荷俘獲，可以抑制使用氧化物半導體的電晶體的截止電流的增加及臨界值電壓的變動等的不良現象，並可以提高半導體裝置的可靠性。

注意，保護絕緣層與氧化物半導體層相比具有足夠的厚度較佳。這是由於以下原因：當保護絕緣層比氧化物半導體層薄時，有時不能充分地對氧化物半導體層供給氧。

本發明的實施例是半導體裝置，包括：基底絕緣層；閘極電極；閘極絕緣層；隔著所述閘極絕緣層在所述閘極電極上的氧化物半導體層；與氧化物半導體層電連接的源極電極及汲極電極；以及所述源極電極及所述汲極電極上的與所述氧化物半導體層部分接觸的保護絕緣層。使用氧過剩的氧化矽(SiO_x(X>2))作為保護絕緣層。

在上述結構中，在氧化物半導體層的下方設有導電層。

在上述結構中，可以將由源極電極與汲極電極的間隔而決定的電晶體的通道長度L設定為大於或等於10nm且小於或等於10μm，設定為0.1μm至0.5μm較佳。當然，通道長度L也可以為10μm或以上。可以將通道寬度W設定為10μm或以上。

根據本發明的實施例，藉由使用氧過剩的氧化矽(SiO_x(X>2))作為頂閘極結構中的基底絕緣層或底閘極結構中的保護絕緣層，改善光照射或BT試驗前後的電特性的不穩定性。因此，提供具有穩定的電特性的電晶體。

100‧‧‧基板

102‧‧‧基底絕緣層

106‧‧‧氧化物半導體層

108a‧‧‧源極電極

108b‧‧‧汲極電極

112‧‧‧閘極絕緣層

114‧‧‧閘極電極

122a‧‧‧源極區

122b‧‧‧汲極區

124‧‧‧保護絕緣層

126‧‧‧通道區

151‧‧‧電晶體

152‧‧‧電晶體

153‧‧‧電晶體

154‧‧‧電晶體

155‧‧‧電晶體

201‧‧‧第一基板

202‧‧‧像素部

203‧‧‧信號線驅動電路

204‧‧‧掃描線驅動電路

205‧‧‧密封材料

206‧‧‧第二基板

208‧‧‧液晶層

210‧‧‧電晶體

211‧‧‧電晶體

213‧‧‧液晶元件

215‧‧‧連接端子電極

216‧‧‧端子電極

218‧‧‧撓性印刷電路

218a‧‧‧撓性印刷電路

218b‧‧‧撓性印刷電路

219‧‧‧各向異性導電層

221‧‧‧絕緣層

230‧‧‧第一電極層

231‧‧‧第二電極層

232‧‧‧絕緣層

233‧‧‧絕緣層

235‧‧‧間隔物

240‧‧‧分隔壁

241‧‧‧電致發光層

243‧‧‧發光元件

244‧‧‧填充物

252‧‧‧空洞

253‧‧‧球形粒子

254‧‧‧填充物

255a‧‧‧黑色區域

255b‧‧‧白色區域

301‧‧‧主體

302‧‧‧外殼

303‧‧‧顯示部

304‧‧‧鍵盤

311‧‧‧主體

312‧‧‧觸控筆

313‧‧‧顯示部

314‧‧‧操作按鈕

315‧‧‧外部介面

320‧‧‧電子書閱讀器

321‧‧‧外殼

322‧‧‧外殼

323‧‧‧顯示部

324‧‧‧顯示部

325‧‧‧軸部

326‧‧‧電源鍵

327‧‧‧操作鍵

328‧‧‧揚聲器

330‧‧‧外殼

331‧‧‧外殼

332‧‧‧顯示面板

333‧‧‧揚聲器

334‧‧‧麥克風

335‧‧‧操作鍵

336‧‧‧指向裝置

337‧‧‧像機鏡頭

338‧‧‧外部連接端子

340‧‧‧太陽能電池

341‧‧‧外部記憶體槽

351‧‧‧主體

353‧‧‧取景器

354‧‧‧操作開關

355‧‧‧顯示部B

356‧‧‧電池

357‧‧‧顯示部A

360‧‧‧電視裝置

361‧‧‧外殼

363‧‧‧顯示部

365‧‧‧支架

500‧‧‧基板

502‧‧‧基底絕緣層

506‧‧‧氧化物半導體層

508a‧‧‧源極電極

508b‧‧‧汲極電極

512‧‧‧閘極絕緣層

514‧‧‧閘極電極

516‧‧‧保護絕緣層

518a‧‧‧源極佈線

518b‧‧‧汲極佈線

522‧‧‧細線

524‧‧‧粗線

532‧‧‧細線

534‧‧‧粗線

542‧‧‧細線

544‧‧‧細線

在圖式中：圖1A至圖1C是示出本發明的實施例的半導體裝置的實施例的平面圖及剖面圖；圖2A至圖2D是示出本發明的實施例的半導體裝置的實施例的剖面圖；圖3A至圖3E是示出本發明的實施例的半導體裝置的製造製程的實施例的剖面圖；圖4A至圖4E是示出本發明的實施例的半導體裝置的製造製程的實施例的剖面圖；圖5A至圖5E是示出本發明的實施例的半導體裝置的製造製程的實施例的剖面圖；圖6A至圖6E是示出本發明的實施例的半導體裝置的製造製程的實施例的剖面圖；圖7A至圖7E是示出本發明的實施例的半導體裝置的製造製程的實施例的剖面圖；圖8A至圖8C是說明本發明的實施例的半導體裝置的一模式；圖9是說明本發明實施例的半導體裝置的一模式；圖10是說明本發明的實施例的半導體裝置的一模式；圖11是說明本發明的實施例的半導體裝置的一模式；圖12A至圖12F是示出本發明的實施例的半導體裝置的電子設備；圖13A和圖13B是示出本發明的實施例的半導體裝置的電晶體特性；圖14是示出本發明的實施例中使用的光源的發光光譜圖；圖15A和圖15B是示出作為本發明的實施例的半導體裝置的電晶體特性圖；圖16是對在本發明的實施例中使用的半導體裝置的結構。

於下，參照圖式，詳細說明本發明的實施方式。但是，本發明不侷限於以下說明，發明所屬之技術領域的普通技術人員可以很容易地理解一個事實，就是其方式和詳細內容可以被變換為各種各樣的形式。因此，本發明不應該被解釋為僅限於以下所示的實施例所記載的內容。注意，當參照附圖說明發明結構之際，在不同的圖式中也共同使用相同的代號來表示相同的部分。另外，也有如下情況：當表示相同的部分時使用相同的陰影線，而不特別附加代號。

注意，為方便起見，附加了第一、第二等序數詞，而這些序數詞並不表示製程順序或疊層順序。此外，這些序數詞在本說明書中不代表具體指明發明的特別名稱。

[實施例1]

在本實施例中，參照圖1A至1C、圖2A至2D、圖3A至3E、圖4A至4E、圖5A至5E、圖6A至6E、及圖7A至圖7E，說明半導體裝置及半導體裝置的製造方法模式。

圖1A至圖1C是平面圖及剖面圖，示出作為本發明的實施例的半導體裝置的實施例之頂閘極頂接觸型電晶體151。這裏，圖1A是平面圖，圖1B及圖1C分別是對應於圖1A中的A-B剖面及C-D剖面的剖面圖。注意，在圖1A中，為了簡潔而省略電晶體151的某些構件(例如，閘極絕緣層112)。

圖1A至圖1C所示的電晶體151包括基板100上的基底絕緣層102、氧化物半導體層106、源極電極108a、汲極電極108b、閘極絕緣層112、閘極電極114。

關於基底絕緣層102的材料，使用氧過剩的氧化矽(SiO_x(X>2))即可。在氧過剩的氧化矽(SiO_x(X>2))中，每單位體積的氧原子數多於矽原子數的兩倍的氧化矽。單位體積的矽原子數及氧原子數為藉由盧瑟福背散射光譜學法測定的值。還可以層疊使用氮化矽、氮氧化矽、氧化鋁、氮化鋁或它們的混合等材料之層，形成基底絕緣層102。舉例而言，當使用氮化矽層與氧化矽層的疊層結構作為基底絕緣層102時，可以防止水分從基板等混入到電晶體151。當採用疊層結構形成基底絕緣層102時，較佳地使用氧化矽等的氧化物層作為與氧化物半導體層106接觸的一側的層。注意，基底絕緣層102用作電晶體151的基底層。藉由使用氧過剩的氧化矽(SiO_x(X>2))作為基底絕緣層102，超過化學計量比的氧過量會降低氧化物半導體層106的介面態密度及氧缺陷，以及減小氧化物半導體層106與基底絕緣層102之間的介面的電荷俘獲的影響。

這裏，氮氧化矽是指在其組成上氮含量多於氧含量的物質，例如，包含5原子%至30原子%的氧、20原子%至55原子%的氮、25原子%至35原子%的矽以及10原子%至25原子%的氫的物質。注意，在本說明書中氧氮化矽是指在其組成上氧含量多於氮含量的物質，例如，包含大於或等於50原子%且小於或等於70原子%的氧、大於或等於0.5原子%且小於或等於15原子%的氮、大於或等於25原子%且小於或等於35原子%的矽以及大於或等於0.1原子%且小於或等於10原子%的氫的物質。注意，上述範圍是使用盧瑟福背散射分析(RBS：Rutherford Backscattering Spectrometry)或氫前方散射分析(HFS：Hydrogen Forward Scattering Spectrometry)來進行測量時取得的值。此外，構成元素的含有比率的總數不超過100原子%。

關於用於氧化物半導體層的材料，氧化物半導體包含選自In、Ga、Sn、Zn、Al、Mg、Hf和鑭系元素中的至少一種以上的元素。舉例而言，可以使用：四元金屬氧化物的In-Sn-Ga-Zn-O類材料；三元金屬氧化物的In-Ga-Zn-O類材料、In-Sn-Zn-O類材料、In-Al-Zn-O類材料、Sn-Ga-Zn-O類材料、Al-Ga-Zn-O類材料、Sn-Al-Zn-O類材料、In-Hf-Zn-O類材料、In-La-Zn-O類材料、In-Ce-Zn-O類材料、In-Pr-Zn-O類材料、In-Nb-Zn-O類材料、In-Pm-Zn-O類材料、In-Sm-Zn-O類材料、In-Eu-Zn-O類材料、In-Gd-Zn-O類材料、In-Er-Zn-O類材料、In-Tm-Zn-O類材料、In-Yb-Zn-O系類材料、In-Lu-Zn-O類材料；二元金屬氧化物的In-Zn-O類材料、Sn-Zn-O類材料、Al-Zn-O類材料、Zn-Mg-O類材料、Sn-Mg-O類材料、In-Mg-O類材料、In-Ga-O類材料；單元金屬氧化物的In-O類材料、Sn-O類材料、Zn-O類材料等。另外，還可以使上述材料含有SiO₂。在此，例如，In-Ga-Zn-O類材料是指含有銦(In)、鎵(Ga)、鋅(Zn)的氧化物層，對其組成比沒有特別的限制。另外，In-Ga-Zn-O為基礎的氧化物半導體可以含有In、Ga、Zn以外的元素。舉例而言，當使用In-Zn-O類材料時，將其原子數比設定為如下所述：In：Zn=0.5：1至50：1，較佳地In：Zn=1：1至20：1，又較佳地為In：Zn=3：2至30：2。Zn的原子比設定為上述範圍內，因此可以提高電晶體的場效應遷移率。這裏，當化合物的原子數比為In：Zn：O=X：Y：Z時，Z>1.5X+Y較佳。

可以採用由化學式InMO₃(ZnO)_m(m>0)表示的材料形成的薄膜，形成氧化物半導體層。這裏，M表示選自Ga、Al、Mn及Co中的一種或多種金屬元素。舉例而言，M可為Ga、Ga及Al、Ga及Mn、或Ga及Co等。

採用能帶隙大於或等於3eV的材料、採用能帶隙大於或等於3eV且小於3.6eV的材料，較佳地形成氧化物半導體層。另外，材料的電子親和力大於或等於4eV、又較佳地電子親和力為大於或等於4eV且小於4.9eV。在上述材料中，尤其採用起因於施主或受主的載子濃度為低於1×10¹⁴cm^-3的材料，較佳地採用起因於施主或受主的載子濃度為低於1×10¹¹cm^-3的材料更佳。此外，氧化物半導體層的氫濃度為低於1×10¹⁸cm^-3較佳，氧化物半導體層的氫濃度為低於1×10¹⁶cm^-3更佳。上述氧化物半導體層是藉由高純度化而成為i型(本質)的。在將上述氧化物半導體層用作主動層的薄膜電晶體中，可以具有極低的截止電流，即1zA(zeptoampere：介安培，10^-21A)(當轉換為電阻時，10²⁰Ω至10²¹Ω的極高值)。

當氧化物半導體層與基底絕緣層彼此接觸時，可以降低基底絕緣層102與氧化物半導體層106之間的介面態密度及氧化物半導體層106中的氧缺陷。藉由上述介面狀態密度的降低，可以使BT試驗前後的臨界值電壓變動小。

考慮到電晶體的閘極絕緣層的功能，採用例如氧化鉿或氧化鋁等具有高介電常數的材料作為閘極絕緣層112。另外，考慮到閘極耐壓或與氧化物半導體的介面狀態等，在氧化矽、氧氮化矽、或氮化矽上層疊例如氧化鉿或氧化鋁等具有高介電常數的材料。當使用氧化矽時，採用與基底絕緣層102相同的結構較佳。超過化學計量比的氧可以降低氧化物半導體層106的介面態密度及氧缺陷，降低氧化物半導體層106與閘極絕緣層112的介面中的電荷俘獲的影響。

此外，可以在電晶體151上還設置保護絕緣層。保護絕緣層可以採用與基底絕緣層102相同的結構。另外，為了使源極電極108a或汲極電極108b與佈線電連接，也可以在基底絕緣層102、閘極絕緣層112等中形成開口部。另外，可以在氧化物半導體層106的下方設置第二閘極電極。注意，氧化物半導體層106被加工為島狀較佳，但是也可以不被加工為島狀。

圖2A至圖2D示出具有與電晶體151不同的結構的電晶體的剖面結構。

圖2A所示的電晶體152與電晶體151相同之處在於包括基底絕緣層102、氧化物半導體層106、源極電極108a、汲極電極108b、閘極絕緣層112、以及閘極電極114。電晶體152與電晶體151的不同之處是氧化物半導體層106與源極電極108a和汲極電極108b連接的位置。即，在電晶體152中，氧化物半導體層106的下部接觸源極電極108a和汲極電極108b。其他構件與圖1A至圖1C的電晶體151相同。

圖2B所示的電晶體153與電晶體152相同之處在於包括基底絕緣層102、氧化物半導體層106、源極電極 108a、汲極電極108b、閘極絕緣層112、以及閘極電極114。電晶體153與電晶體152的不同之處是相對於氧化物半導體層106的閘極電極的位置。即，在電晶體153中，在氧化物半導體層106之下隔著閘極絕緣層112設置有閘極電極。另外，在電晶體153中，以覆蓋源極電極108a、汲極電極108b及氧化物半導體層106的方式設置有保護絕緣層124。其他構件與圖2A的電晶體152相同。在電晶體153中，與氧化物半導體層106接觸的保護絕緣層124可以具有與電晶體151的基底絕緣層102相同的結構，以及使用氧過剩的氧化矽(SiO_x(x>2))形成。

圖2C所示的電晶體154與電晶體151相同之處在於包括基底絕緣層102、氧化物半導體層106、源極電極108a、汲極電極108b、閘極絕緣層112、以及閘極電極114。電晶體154與電晶體151的不同之處是相對於氧化物半導體層106的閘極電極的位置。即，在電晶體154中，在氧化物半導體層106之下隔著閘極絕緣層112設有閘極電極。另外，在電晶體154中，以覆蓋源極電極108a、汲極電極108b及氧化物半導體層106的方式設置保護絕緣層124。其他構件與圖1A至圖1C的電晶體151類似。在電晶體154中，與氧化物半導體層106接觸的保護絕緣層124可以具有與電晶體151的基底絕緣層102相同的結構，以及使用氧過剩的氧化矽(SiO_x(x>2))形成。

圖2D所示的電晶體155與電晶體151及電晶體152相同之處在於包括基底絕緣層102、閘極絕緣層112、閘極電極114、源極電極108a、以及汲極電極108b。電晶體155與電晶體151及電晶體152不同之處在於在氧化物半導體層中的同一平坦表面上形成有通道區126、源極區122a、汲極區122b。源極區122a及汲極區122b藉由保護絕緣層124分別與源極電極108a及汲極電極108b連接。注意，在圖2D中，雖然閘極絕緣層112只設置在閘極電極114之下，但是本實施例不侷限於此。舉例而言，可以以覆蓋包括通道區126、源極區122a、汲極區122b的氧化物半導體層的方式設置閘極絕緣層112。

基底絕緣層102可以具有與電晶體151的基底絕緣層102相同的結構。

以下，使用圖3A至3E及圖4A至4E，說明圖1A至圖1C所示的電晶體151的製造製程的實施例。

首先，參考圖3A至圖3E，說明圖1A至圖1C所示的電晶體151的製造製程實施例。

在基板100上形成基底絕緣層102(參照圖3A)。本實施例的特點在於使用氧過剩的氧化矽(SiO_x(x>2))作為基底絕緣層102。

儘管對基板100的材質等沒有太大的限制，但是該基板至少需要具有能夠承受後面的熱處理程度的耐熱性。舉例而言，可以使用玻璃基板、陶瓷基板、石英基板、藍寶石基板等作為基板100。或者，也可以使用矽或碳化矽等製成的單晶半導體基板或多晶半導體基板、矽鍺等製成的化合物半導體基板、SOI基板等。又或者，使用又設置有半導體元件的這些基板作為基板100。

此外，也可以使用撓性基板作為基板100。在該情形中，可以直接在撓性基板上製造電晶體。注意，關於在撓性基板上設置電晶體的方法，可以舉出如下方法：使用不具有撓性的基板作為基板100，在其上形成電晶體，之後，將電晶體剝離並將該電晶體轉置到撓性基板上。在這種情況下，在基板100與電晶體之間設置分離層較佳。

關於基底絕緣層102的形成方法，舉例而言，可以採用電漿CVD法或濺射法等。使用濺射法較佳。使用氧過剩的氧化矽(SiO_x(X>2))作為基底絕緣層102。或者，還可以使用氮化矽、氮氧化矽、氧化鋁、氮化鋁或它們的混合材料等的疊層以形成基底絕緣層102。當採用疊層結構形成基底絕緣層102時，採用氧過剩的氧化矽(SiO_x(X>2))形成在一側與氧化物半導體層106接觸的層較佳。基底絕緣層102的總厚度超過100nm較佳，基底絕緣層102的總厚度為300nm或以上更佳。藉由具有大厚度的基底絕緣層102，可以增加基底絕緣層102釋放的氧量。

在利用濺射法形成氧過剩的氧化矽(SiO_x(X>2))時，使用氧或氧與稀有氣體(例如氦、氖、氬、氪、或氙)的混合氣體之情形中，提高氧與稀有氣體中的氧比例較佳。舉例而言，整個氣體中的氧濃度大於或等於20%且小於或等於100%。

舉例而言，使用石英(合成石英較佳)作為靶材，在如下條件下利用RF濺射法來形成氧化矽：基板溫度為大於或等於30℃且小於或等於450℃(大於或等於70℃且低於或等於200℃較佳)；基板與靶材之間的距離(T-S間距離)為大於或等於20mm且低於或等於400mm(大於或等於40mm且低於或等於200mm較佳)；壓力大於或等於0.1Pa且低於或等於4Pa(大於或等於0.2Pa且低於或等於1.2Pa較佳)；高頻電源為大於或等於0.5kW且低於或等於12kW(大於或等於1kW且低於或等於5kW較佳)；沈積氣體中的O₂/(O₂+Ar)的比例為大於20%且低於或等於100%(大於或等於50%且低於或等於100%較佳)。注意，可以使用矽靶材代替石英(合成石英較佳)靶材。注意，使用氧氣體或氧及氬的混合氣體作為沈積氣體。

接著，在基底絕緣層102上形成氧化物半導體層，然後對該氧化物半導體層進行處理來形成島狀氧化物半導體層106(參照圖3B)。

舉例而言，可以使用濺射法、真空蒸鍍法、脈衝雷射沉積法、CVD法等來形成氧化物半導體層。氧化物半導體層的厚度較佳地大於或等於3nm且小於或等於50nm。如果將氧化物半導體層太厚(例如，厚度為100nm或以上)，則短通道效應的影響變大，且尺寸小的電晶體有可能成為常開型。在此，“常開型”是指即使不對閘極電極施加電壓也有通道存在，且電流在電晶體中流動的狀態。注意，不接觸大氣且連續地沈積基底絕緣層102及氧化物半導體層較佳。

舉例而言，藉由使用In-Ga-Zn-O類氧化物靶材的濺射法來形成氧化物半導體層。

舉例而言，可以使用具有In₂O₃：Ga₂O₃：ZnO=1：1：1[莫耳數比]的組成比的氧化物靶材作為In-Ga-Zn-O類氧化物靶材。注意，靶材的材料及組成比不侷限於上述記載。舉例而言，還可以使用具有In₂O₃：Ga₂O₃：ZnO=1：1：2[莫耳數比]的組成比的氧化物靶材。

氧化物靶材的相對密度為大於或等於90%且小於或等於100%，氧化物靶材的相對密度為大於或等於95%且小於或等於99.9%較佳。藉由使用相對密度高的金屬氧化物靶材，可以形成緻密的氧化物半導體層。

在稀有氣體氛圍下、氧氛圍下或稀有氣體和氧的混合氣體氛圍等氛圍下，執行沈積。另外，為了防止在氧化物半導體層中混入氫、水、羥基或氫化物等，使用充分去除了氫、水、羥基及氫化物等雜質的高純度氣體的氛圍較佳。

可以對氧化物半導體層進行包含氧的電漿處理。藉由對氧化物半導體層進行包含氧的電漿處理，可以使氧化物半導體層中或者/及氧化物半導體層介面附近含有氧。在該情形中，含於氧化物半導體層中的氧數量大於氧化物半導體層的化學量比的程度，較佳地大於化學量比且小於化學量比的兩倍。或者，在氧化物半導體層的材料為單晶的情形中的氧量為Y時，氧量大於Y，較佳地大於Y且小於2Y。又或者，在不進行氧摻雜的情形中，絕緣膜中的氧量Z為基準時，氧量為大於Z，較佳地為大於Z且小於2Z。在上述較佳的範圍中存在有上限是因為在氧量太大時，氧化物半導體可能吸收氫，例如儲氫合金那。注意，在氧化物半導體層中，氧量大於氫含量。

舉例而言，可以採用如下方法形成的氧化物半導體層。

沈積條件的實施例如下：基板與靶材之間的距離為60mm；壓力為0.4Pa；直流(DC)電源為0.5kW；沈積氛圍為氬和氧的混合氛圍(氧流量比率為33%)。注意，當使用脈衝DC濺射法時，可以減少沈積時產生的粉狀物質(也稱為微粒、塵屑)，並且膜厚度也均勻，所以脈衝DC濺射法是較佳的。

首先，將基板100放置在保持為減壓狀態的沉積室內，並且將基板溫度設定為大於或等於100℃且小於或等於600℃，大於或等於200℃且小於或等於400℃較佳。藉由在加熱基板100的狀態下進行沈積，可以降低包含在氧化物半導體層中的過剩的氫(包括水或羥基)或其他雜質的濃度。另外，可以減輕由於濺射而發生的損傷。氧從基底絕緣層102放出，而可以降低氧化物半導體層中的氧缺陷以及基底絕緣層102與氧化物半導體層之間的介面態密度。

注意，在利用濺射法形成氧化物半導體層106之前，也可以進行藉由引入稀有氣體來產生電漿的反濺射來去除基底絕緣層102要被形成處的表面上的附著物。這裏，反濺射是指以下一種方法：通常的濺射是使離子碰撞濺射靶材，而反濺射與其相反，其藉由使離子碰撞要處理的表面來改變表面。作為使離子碰撞要處理的表面的方法，可為在氬氛圍下對要處理的表面施加高頻電壓來在被處理物附近產生電漿的方法等。注意，也可以使用氮、氦、氧等氛圍代替氬氛圍。

藉由在氧化物半導體層上形成所希望的形狀的掩罩，之後對該氧化物半導體層進行蝕刻，以此方式來進行氧化物半導體層106的形成製程。上述掩罩可以利用微影術等方法形成。或者，可以利用噴墨法等方法以形成掩罩。

注意，氧化物半導體層的蝕刻可以採用乾蝕刻或濕蝕刻。當然，也可以組合使用上述蝕刻。

然後，可以對氧化物半導體層進行熱處理(第一熱處理)。藉由第一熱處理，可以去除氧化物半導體層中的過量的氫(包括水及羥基)且使氧化物半導體層的結構有序。第一熱處理的溫度大於或等於100℃且小於或等於650℃或低於基板的應變點，大於或等於250℃且小於或等於600℃較佳。在氧化性氣體氛圍或惰性氣體氛圍中，執行熱處理。

注意，惰性氣體氛圍是指含氮或稀有氣體(氦、氖、或氬)為主要成分的氛圍，不包含水、氫等較佳。舉例而言，引入熱處理裝置中的氮或例如氦、氖、氬等稀有氣體的純度為6N(99.9999%)或以上，為7N(99.99999%)或以上較佳(即，雜質濃度為1ppm或以下，較佳的為0.1ppm或以下)。惰性氣體氛圍是指含有惰性氣體為主要成分的氛圍以及含有低於10ppm的比例之反應性氣體。反應性氣體是指與矽或金屬等起反應的氣體。

注意，氧化性氣體是指氧、臭氧或一氧化二氮等，不含有水、氫等較佳。舉例而言，引入熱處理裝置中的氧、臭氧或一氧化二氮的純度為6N(99.9999%)或以上，為7N(99.99999%)或以上較佳(即，雜質濃度為1ppm或以下，較佳的是0.1ppm或以下)。作為氧化性氣體氛圍，也可以將氧化性氣體和惰性氣體混合而作為氧化性氣體氛圍，其中至少包含比例為10ppm或以上的氧化性氣體。

藉由第一熱處理，氧從基底絕緣層102放出，而可以降低基底絕緣層102與氧化物半導體層106之間的介面態密度以及氧化物半導體層106中的氧缺陷。藉由上述介面態密度的降低，可以使BT試驗前後的臨界值電壓變動小。通常，已知氧化物半導體層中的氧缺陷成為施主，並造成作為載子的電子。如果在氧化物半導體層106中產生電子，則電晶體151的臨界值電壓向負方向漂移，電晶體151趨向於成為常開型。藉由補償氧化物半導體層106中的氧缺陷，可以降低臨界值電壓向負方向偏移量。

作為熱處理，舉例而，可以將被處理物放入使用電阻加熱元件等的電爐中，並在氮氛圍下以350℃加熱1小時。在熱處理期間，不使氧化物半導體層接觸大氣以防止水或氫的混入。

熱處理裝置不限於電爐，還可以使用利用例如被加熱的氣體等介質的熱傳導或熱輻射來加熱被處理物的裝置。舉例而言，可以使用GRTA(Gas Rapid Thermal Anneal：氣體快速熱退火)裝置、LRTA(Lamp Rapid Thermal Anneal：燈快速熱退火)裝置等的RTA(Rapid Thermal Anneal：快速熱退火)裝置。LRTA裝置是藉由從鹵素燈、金鹵燈、氙弧燈、碳弧燈、高壓鈉燈或高壓汞燈等燈發射的光(電磁波)輻射來加熱被處理物的裝置。GRTA裝置是利用高溫氣體進行熱處理的裝置。使用氬等稀有氣體或氮等即使藉由熱處理也不與被處理物起反應的惰性氣體，以作為氣體。

舉例而言，如下所述地執行GRTA處理以作為第一熱處理。將被處理物引入到被加熱的惰性氣體氛圍中，進行加熱幾分鐘，然後從該惰性氣體氛圍中取出被處理物。藉由使用GRTA處理，可以在短時間內進行高溫熱處理。另外，即使溫度超過被處理物的溫度上限時，仍然可以使用GRTA處理。注意，在處理期間，還可以將惰性氣體氛圍換為包含氧化性氣體的氛圍。這是因為如下緣故：藉由在包含氧化性氣體的氛圍中進行第一熱處理，可以補償氧化物半導體層106中的氧缺陷並降低由於氧缺陷而引起的能隙中的缺陷能階。

由於上述熱處理(第一熱處理)具有去除過剩的氫(包括水或羥基)等的效果，所以可以將該熱處理也稱為脫水化處理、脫氫化處理等。舉例而言，脫水化處理、脫氫化處理也可以在將氧化物半導體層處理成島狀之後執行。脫水化處理、脫氫化處理可以執行一次或多次。

注意，在此說明中，將氧化物半導體層106處理成島狀，之後執行第一熱處理。但是，本發明的實施例不侷限於此。在執行第一熱處理之後，處理氧化物半導體層106。

接著，在基底絕緣層102及氧化物半導體層106上形成用來形成源極電極及汲極電極(包括與該源極電極及汲極電極相同的層中形成的佈線)的導電層，並處理該導電層，以形成彼此有間隔的源極電極108a及汲極電極108b(參照圖3C)。由在此形成的源極電極108a的端部與汲極電極108b的端部之間的距離決定電晶體的通道長度L。

關於用於源極電極108a及汲極電極108b的導電層，舉例而言，可以使用含有選自Al、Cr、Cu、Ta、Ti、Mo、W中的元素的金屬層；含有任何上述元素作為成分的金屬氮化物層(例如，氮化鈦層、氮化鉬層、或氮化鎢層)；等等。可以採用在Al、Cu等低熔點且低電阻的金屬層的底側和頂側中之一或兩者上層疊Ti、Mo、W等高熔點金屬層或者任何這些元素的金屬氮化物層(氮化鈦層、氮化鉬層、氮化鎢層)的結構。

此外，用於源極電極108a及汲極電極108b的導電層可以使用導電金屬氧化物形成。可以使用氧化銦(In₂O₃)、氧化錫(SnO₂)、氧化鋅(ZnO)、氧化銦氧化錫合金(In₂O₃-SnO₂，縮寫為ITO)、氧化銦-氧化鋅合金(In₂O₃-ZnO)或含有矽或氧化矽的任何這些金屬氧化物材料，作為導電金屬氧化物。

可以藉由使用光阻掩罩的蝕刻來處理導電層。較佳地以紫外線、KrF雷射或ArF雷射等用於形成蝕刻使用的光阻掩罩的曝光。

舉例而言，為了使通道長度L短於25nm，在形成光阻掩罩時，使用具有幾nm至幾十nm的極短波長之超紫外線(Extreme Ultraviolet)，較佳地執行曝光。在利用超紫外線的曝光時，解析度高且聚焦深度大。因此，可以將後面形成的電晶體的通道長度L縮短，因而可以增加電路的工作速度。

使用所謂的多色調掩罩形成的光阻掩罩來進行蝕刻。由於使用多色調掩罩形成的光阻掩罩具有多種厚度，並且可以藉由灰化而進一步改變形狀；因此，在用於不同圖案的多個蝕刻步驟中可以使用此光阻掩罩。由此，可以使用一個多色調掩罩形成至少對應於兩種不同圖案的光阻掩罩。換言之，可以實現步驟的簡化。

注意，在導電層的蝕刻時，有時氧化物半導體層106的一部分被蝕刻，以致於形成具有槽部(凹部)的氧化物半導體層。

然後，使用例如氧、臭氧、一氧化二氮等氣體來執行電漿處理，以致於將露出的氧化物半導體層106的表面氧化，以及補償氧缺陷。在執行電漿處理的情況下，接續電漿處理而不曝露至大氣，較佳地形成與氧化物半導體層106的一部分接觸的閘極絕緣層112。

接著，形成閘極絕緣層112以覆蓋源極電極108a及汲極電極108b且與氧化物半導體層106的一部分接觸(參照圖3D)。

注意，考慮電晶體的閘極絕緣層的作用，閘極絕緣層112可以採用例如氧化鉿或氧化鋁等具有高介電常數的材料。或者，考慮閘極耐受電壓以及與氧化物半導體之間的介面狀態，在氧化矽、氧氮化矽或氮化矽上層疊例如氧化鉿或氧化鋁等具有高介電常數的材料。閘極絕緣層112的總厚度較佳地為大於或等於1nm且小於或等於300nm，大於或等於5nm且小於或等於50nm更佳。閘極絕緣層越厚，短通道效應越強，且臨界值電壓傾向於向負方向偏移。另一方面，已知當閘極絕緣層的厚度短於5nm時導因於穿隧電流的洩漏電流增大。當閘極絕緣層的厚度為大於或等於5nm且小於或等於50nm時，可以降低BT試驗後的臨界值電壓的變動。在使用氧化矽作為閘極絕緣層時，採用與基底絕緣層102相同的結構較佳。

在形成閘極絕緣層112之後，可以執行第二熱處理。第二熱處理的溫度大於或等於250℃且小於或等於700℃，大於或等於350℃且低於或等於600℃或低於基板的應變點較佳。

第二熱處理在氧化性氣體氛圍下或惰性氣體氛圍下進行，以及，氛圍較佳地不含有水、氫等較佳。另外，將引入到熱處理裝置中的氣體的純度設定為6N(99.9999%)或以上較佳，將其設定為7N(99.99999%)或以上更佳(即，雜質濃度為1ppm或以下，較佳的是0.1ppm或以下)。

第二熱處理可以減少閘極絕緣層112中的缺陷。

注意，對第二熱處理的時機並無特別限定，只要在形成閘極絕緣層112之後即可。舉例而言，可以在形成閘極電極114之後執行第二熱處理。

然後，形成閘極電極114(參照圖3E)。閘極電極114可以使用例如鉬、鈦、鉭、鎢、鋁、銅、釹、鈧等金屬材料；任何這些材料的氮化物；或含有任何這些金屬材料為主要成分的合金材料形成。注意，閘極電極114可以由單層結構或疊層結構形成。

藉由上述製程形成電晶體151。

接著，參考圖4A至圖4E，對圖2A所示的電晶體152的製造製程的實施例進行說明。注意，除非另外說明，否則，由與電晶體151相同的符號表示的層、電極，可以參照電晶體151的形成方法。

首先，在基板100上形成基底絕緣層102(參照圖4A)。使用氧過剩的氧化矽(SiO_x(X>2))，形成基底絕緣層102。

接著，在基底絕緣層102上形成用來形成源極電極及汲極電極(包括使與源極電極及汲極電極相同的層中形成的佈線)的導電層，並將導電層處理以形成彼此分開的源極電極108a及汲極電極108b(參照圖4B)。

接著，在基底絕緣層102上形成與源極電極108a及汲極電極108b接觸的氧化物半導體層，並且將氧化物半導體層處理以形成島狀氧化物半導體層106(參照圖4C)。然後，與電晶體151類似地進行第一熱處理。

接著，形成閘極絕緣層112以覆蓋源極電極108a及汲極電極108b且與氧化物半導體層106的一部分接觸(參照圖4D)。然後，也可以與電晶體151類似地進行第二熱處理。

然後，形成閘極電極114(參照圖4E)。

藉由上述製程形成電晶體152。

注意，電荷在氧化物半導體層的介面被俘獲，電晶體的臨界值電壓偏移。舉例而言，當正電荷被俘獲到背通道一側時，電晶體的臨界值電壓向負方向偏移。關於這些電荷俘獲的因素，可以假設陽離子(或造成陽離子的原子)的轉移及俘獲的模型。在本實施例中，使用氧過剩的氧化矽(SiO_x(X>2))作為基底絕緣層，因而可以降低氧化物半導體層與基底絕緣層之間的介面態密度。因此，在上述模型中，可以抑制設想的電荷俘獲，以及可以抑制電晶體的臨界值電壓的偏移。

接著，使用圖5A至圖5E，對圖2B所示的電晶體 153的製造製程的實施例進行說明。注意，除非另外指明，否則由與電晶體151相同的符號表示的層、電極，可以參照電晶體151的形成方法。

首先，在基板100上形成基底絕緣層102(參照圖5A)。在此，可以使用氧化矽、氧氮化矽、氮氧化矽、氮化矽、氧化鋁等之一或更多的單層或疊層，形成基底絕緣層102。

接著，在基底絕緣層102上形成閘極電極114(參照圖5B)。

接著，在閘極電極114上形成閘極絕緣層112(參照圖5C)。

接著，在閘極絕緣層112上形成源極電極108a及汲極電極108b。形成與所述源極電極108a及所述汲極電極108b連接的氧化物半導體層，並將氧化物半導體層處理以形成島狀氧化物半導體層106。然後，也可以進行與電晶體151類似的第一熱處理(參照圖5D)。

接著，形成保護絕緣層124以覆蓋氧化物半導體層106、源極電極108a及汲極電極108b(參照圖5E)。使用SiO_x(X>2)作為保護絕緣層124。然後，也可以與電晶體151類似地進行第二熱處理。

藉由上述製程形成電晶體153。

接著，使用圖6A至圖6E，對圖2C所示的電晶體154的製造製程的實施例進行說明。注意，除非另外指明，否則由與電晶體151相同的符號表示的層、電極，可以參照電晶體151的形成方法。

首先，在基板100上形成基底絕緣層102(參照圖6A)。在此，可以使用氧化矽、氧氮化矽、氮氧化矽、氮化矽、氧化鋁等之一或更多的單層或疊層，形成基底絕緣層102。

接著，在基底絕緣層102上形成閘極電極114(參照圖6B)。

接著，在閘極電極114上形成閘極絕緣層112(參照圖6C)。

接著，在閘極絕緣層112上形成氧化物半導體層，並將氧化物半導體層處理以形成島狀氧化物半導體層106。然後，也可以進行與電晶體151類似的第一熱處理。然後，形成源極電極108a及汲極電極108b以致與氧化物半導體層106連接(參照圖6D)。

接著，形成保護絕緣層124以覆蓋氧化物半導體層106、源極電極108a及汲極電極108b(參照圖6E)。使用SiO_x(X>2)作為保護絕緣層124。然後，也可以與電晶體151類似地進行第二熱處理。

藉由上述製程形成電晶體154。

使用圖7A至圖7E，對圖2D所示的電晶體155的製造製程的實施例進行說明。注意，除非另外指明，否則，由與電晶體151相同的符號表示的層、電極，可以參照電晶體151的形成方法。

首先，在基板100上形成基底絕緣層102(參照圖 7A)。使用氧過剩的氧化矽(SiO_x(X>2))作為基底絕緣層102。

接著，在基底絕緣層102上形成氧化物半導體層，並將氧化物半導體層處理以形成島狀氧化物半導體層106(參照圖7B)。然後，也可以與電晶體151類似地進行第一熱處理。

接著，形成閘極絕緣層112及閘極電極114，並藉由微影術而將閘極絕緣層112及閘極電極114處理成具有相同的圖案(參照圖7C)。在此步驟中，處理閘極電極114，然後以閘極電極114為掩罩而處理閘極絕緣層112。

接著，使用閘極電極114作為掩罩以降低氧化物半導體層106的低電阻，以致於形成源極區122a及汲極區122b。電阻未被降低的閘極電極下的區域作為通道區126(參照圖7D)。在此情形中，由閘極電極的寬度決定電晶體的通道長度L。依此方式，藉由使用閘極電極作為掩罩以執行圖案化，不產生閘極電極與源極區或汲極區的重疊，且在此區域中未產生寄生電容，以致於可以增加電晶體的工作速度。

接著，形成保護絕緣層124，並且在與源極區122a及汲極區122b重疊的保護絕緣層124的區域中形成開口部。接著，形成用來形成源極電極及汲極電極(包括與源極電極及汲極電極相同的層中形成的佈線)的導電層，並將導電層處理以形成彼此分離的源極電極108a及汲極電極108b(參照圖7E)。

藉由上述製程形成電晶體155。

作為本實施例中的電晶體的主動層的氧化物半導體層是以如下方式被高度純化而成為i型的(本質的)氧化物半導體層：藉由在形成氧化物半導體層的步驟中將基板加熱、或形成氧化物半導體層後的熱處理，從氧化物半導體排除例如氫(包括水及羥基)等雜質；以及，將氧化物半導體的主要成分且與移除雜質的步驟同時地降低的氧，供應至使用氧過剩的氧化矽(SiO_x(X>2))形成的基底絕緣層或保護絕緣層。包括以上述方式高純度化的氧化物半導體層的電晶體具有低的截止電流及受抑制的電特性變動、以及是電性上穩定的。

如上所述，可以提供包含具有穩定的電特性的氧化物半導體之半導體裝置。因此，可以提供具有高可靠性的半導體裝置。

本實施中所述的結構、方法可以與其他實施例中所述的任何結構、方法適當地組合。

[實施例2]

可以藉由使用在實施例1中所述的電晶體實施例製造具有顯示功能的半導體裝置(也稱為顯示裝置)。此外，在有像素部形成的基板上形成包括電晶體的電路的一部分或全部，因此可以取得面板上系統(system-on-panel)。

在圖8A中，設置密封材料205以圍繞設置在第一基板201上的像素部202，並且，將像素部202密封在第一基板201與第二基板206之間。在圖8A中，在第一基板201上的與由密封材料205圍繞的區域不同的區域中，安裝有使用單晶半導體層或多晶半導體層形成在另行準備的基板上的掃描線驅動電路204、及信號線驅動電路203。此外，各種信號及電位從FPC(Flexible printed circuit：撓性印刷電路)218a、218b供給到分別形成的信號線驅動電路203、及掃描線驅動電路204、及者像素部202。

在圖8B和圖8C中，設置密封材料205以圍繞設置在第一基板201上的像素部202和掃描線驅動電路204。在像素部202和掃描線驅動電路204上設置有第二基板206。結果，像素部202及掃描線驅動電路204與顯示元件一起由第一基板201、密封材料205以及第二基板206密封。在圖8B和圖8C中，在第一基板201上的與由密封材料205圍繞的區域不同的區域中，安裝有使用單晶半導體層或多晶半導體層形成在另行準備的基板上的信號線驅動電路203。在圖8B和圖8C中，各種信號及電位從FPC 218供給供給到分別形成的信號線驅動電路203、掃描線驅動電路204、及像素部202。

雖然，圖8B和圖8C均示出分別形成信號線驅動電路203並且將該信號線驅動電路203安裝到第一基板201的實施例，但是，本發明不侷限於此結構。可以分別形成掃描線驅動電路並進行安裝，或者可以分別僅形成信號線驅動電路的一部分或者掃描線驅動電路的一部分並進行安裝。

注意，對分別形成的驅動電路的連接方法沒有特別的限制，而可以採用COG(Chip On Glass；玻璃覆晶封裝)方法、引線接合方法或者TAB(Tape Automated Bonding；卷帶式自動接合)方法等。圖8A是藉由COG方法安裝信號線驅動電路203、掃描線驅動電路204的實施例，圖8B是藉由COG方法安裝信號線驅動電路203的實施例。圖8C顯示藉由TAB方法安裝信號線驅動電路203的實施例。

此外，顯示裝置包括密封有顯示元件的面板、和模組，在模組中，包括控制器的IC等的安裝於面板上。

注意，本說明書中的顯示裝置是指影像顯示裝置、顯示裝置或光源(包括照明裝置)。顯示裝置包括；安裝有連接器諸如FPC、TAB膠帶或TCP的模組；在TAB膠帶或TCP的端部上設置有印刷線路板的模組；藉由COG方式將IC(積體電路)直接安裝到顯示元件的模組。

設置在第一基板上的像素部及掃描線驅動電路包括多個電晶體，以及，可以應用實施例1中所示的任何電晶體。

可以使用液晶元件(也稱為液晶顯示元件)或發光元件(也稱為發光顯示元件)作為設置在顯示裝置中的顯示元件。發光元件在其類別中包含由電流或電壓控制亮度的元件，明確而言，包括無機EL(Electro Luminescence)元件、有機EL元件等等。此外，可以使用例如電子墨水等由於電作用而改變對比度的顯示媒體。

參照圖9、圖10、及圖11，說明半導體裝置的實施例。圖9、圖10及圖11相當於沿著圖8B的M-N的剖面圖。

如圖9至圖11所示，半導體裝置包括連接端子電極215及端子電極216。連接端子電極215及端子電極216藉由各向異性導電層219電連接到FPC 218所包括的端子。

連接端子電極215由與第一電極層230相同的導電層形成，並且，端子電極216由與電晶體210及電晶體211的源極電極及汲極電極相同的導電層形成。

設置在第一基板201上的像素部202、掃描線驅動電路204都包括多個電晶體。圖9、圖10、及圖11均顯示像素部202所包括的電晶體210、以及掃描線驅動電路204所包括的電晶體211。

在本實施例中，實施例1中示出的電晶體可以應用至電晶體210、及電晶體211。電晶體210及電晶體211的電特性變動被抑制，且電性上是穩定的。因此，圖9至圖11所示的半導體裝置可以提供可靠性高的半導體裝置。

設置在像素部202中的電晶體210電連接到顯示元件，以形成顯示面板。只要可以進行顯示就對顯示元件的種類沒有特別的限制，而可以使用各種各樣的顯示元件。

注意，圖9示出使用液晶元件作為顯示元件的液晶顯示裝置的實施例。在圖9中，作為顯示元件的液晶元件 213包括第一電極層230、第二電極層231以及液晶層208。注意，以夾持液晶層208的方式設置作為對齊層的絕緣層232和233。第二電極層231設置在第二基板206側上，並且，第一電極層230和第二電極層231夾著液晶層208而層疊。

間隔物235為藉由對絕緣層選擇性地進行蝕刻而獲得的柱狀間隔物，並且它是為了控制液晶層208的厚度(單元間隙)而設置的。另外，可以使用球狀間隔物。

在使用液晶元件作為顯示元件的情形中，可以使用熱致液晶、低分子液晶、高分子液晶、聚合物分散型液晶、鐵電液晶、反鐵電液晶等等。這些液晶材料根據條件而呈現膽固醇相、向列相、立方相、手徵向列相、均質相等等。

另外，還可以使用不需要對齊層的呈現藍相的液晶。藍相是液晶相的一種，是指當膽固醇相液晶的溫度上升時正好在膽固醇相轉變到均質相之前出現的相。由於藍相只出現在較窄的溫度範圍內，所以為了改善溫度範圍而將混合有手徵材料的液晶組成物用於液晶層。由於包含呈現藍相的液晶和手徵材料的液晶組成物的回應速度短，即為1msec以下，並且其具有光學各向同性，所以不需要對齊處理，並具有小的視角相依性。另外，由於不需要設置對齊層而不需要摩擦處理，因此可以防止由於摩擦處理而引起的靜電放電破壞，並可以降低製造製程中的液晶顯示裝置的不良、破損。因此，可以提高液晶顯示裝置的生產率。

此外，液晶材料的具體電阻率為1×10⁹Ω．cm或以上，較佳的為1×10¹¹Ω．cm或以上，又更佳的為1×10¹²Ω．cm或以上。本說明書中的具體電阻率的值為20℃時測量的值。

考慮到設置在像素部中的電晶體的洩漏電流等而設定形成在液晶顯示裝置中的儲存電容器的大小，以致於能夠將電荷保持一段預定時間。藉由使用包含高純度的氧化物半導體層的電晶體，足以提供電容小於或等於各像素的液晶電容的1/3、較佳地小於或等於各像素的液晶電容的1/5之儲存電容器。

在本實施例中使用的具有高純度化的氧化物半導體層的電晶體中，截止狀態中的電流值(截止電流值)小。因此，可以延長影像信號等電信號的保持時間，並且，還可以延長電源開啟狀態下的寫入操作之間的間隔。因此，可以降低更新工作的頻率，而得到抑制耗電量的效果。

在本實施例中使用的包含高純度化的氧化物半導體層的電晶體電場效應遷移率可以相當高，所以可以進行高速操作。因此，藉由將上述電晶體用於液晶顯示裝置的像素部，可以提供高影像品質的影像。此外，因為可以將上述電晶體分別設於同一基板上的驅動電路部與像素部，所以可以減少液晶顯示裝置的元件數目。

液晶顯示裝置可以採用TN(Twisted Nematic，扭曲向列)模式、IPS(In-Plane-Switching，平面內轉換)模式、FFS(Fringe Field Switching，邊緣電場轉換)模式、ASM(Axially Symmetric aligned Micro-cell，軸對稱對齊微單元)模式、OCB(Optical Compensated Birefringence，光學補償雙折射)模式、FLC(Ferroelectric Liquid Crystal，鐵電性液晶)模式、以及AFLC(Anti ferroelectric Liquid Crystal，反鐵電性液晶)模式等。

使用常黑型液晶顯示裝置是較佳的，例如採用垂直配向(VA)模式的透過型液晶顯示裝置。在此，垂直配向模式是指控制液晶顯示面板的液晶分子的對齊的方法，其中，當不施加電壓時液晶分子垂直於面板表面對齊。舉例而言，可為MVA(Multi-Domain Vertical Alignment：多象限垂直配向)模式、PVA(Patterned Vertical Alignment：垂直取向構型)模式、ASV模式等等。此外，能夠使用將像素(pixel)分成某些區域(子像素)，並且使分子在它們各別的區域中以不同方向對齊的稱為多疇化或者多域設計的方法。

在顯示裝置中，適當地設置黑基質(遮光層)、例如偏振構件、延遲構件、或抗反射構件等光學構件(光學基板)、等等。舉例而言，可以使用偏振基板以及延遲基板而取得圓偏振。此外，可以使用背光燈、側光燈等作為光源。

此外，也可以使手利用多個發光二極體(LED)作為背光燈的分時顯示方法(場序制驅動方式)。藉由使用場序制驅動方式，可以不使用濾光片而進行彩色顯示。

此外，可以採用逐行掃描方式或隔行掃描方式等作為像素部中的顯示方式。此外，當進行彩色顯示時在像素中受到控制的顏色元素不侷限於三顏色：R、G、及B(R對應於紅色，G對應於綠色，B對應於藍色)。舉例而言，可以採用R、G、B、W(W對應於白色)、及黃色、青色、品紅色等中的一種或更多顏色、等等。此外，顯示區域的大小在各別的顏色元素的點之間是不同的。本發明不侷限於彩色顯示的顯示裝置，而也可以應用於單色顯示的顯示裝置。

或者，可以使用利用EL的發光元件作為顯示裝置所包括的顯示元件。利用EL的發光元件根據其發光材料為有機化合物還是無機化合物而分類，一般來說，將前者稱為有機EL元件而將後者稱為無機EL元件。

在有機EL元件中，藉由對發光元件施加電壓，電子及電洞分別從一對電極注入到含有發光有機化合物的層，以致於電流流通。然後，這些載子(電子及電洞)復合使發光有機化合物形成激發狀態，以及當從激發狀態回到基態時發光。由於這種機制，這種發光元件被稱為電流激發型發光元件。

無機EL元件根據其元件結構而分類為分散型無機EL元件和薄膜型無機EL元件。分散型無機EL元件具有發光層，其中發光材料的微粒分散在黏合劑中，並且其發光機制是利用施主能階和受主能階的施主-受主複合型發光。薄膜型無機EL元件具有一種結構，其中，發光層夾在介電層之間，並且該夾著發光層的介電層由電極夾住，其發光機制是利用金屬離子的內殼層電子躍遷的區域類型發光。注意，這裏使用有機EL元件的實施例作為發光元件進行說明。

為了從發光元件取出發光，使發光元件的一對電極中的至少一個為透明即可。發光元件具有頂部發光結構，其中，從與基板相反的表面取出發光；底部發光結構，其中，從基板側上的表面取出發光；雙面發射結構的，其中，從基板側上的表面及與基板相反的表面取出發光，以及，使用具有任何這些發光結構的發光元件。

圖10示出使用發光元件作為顯示元件的發光裝置的實施例。作為顯示元件的發光元件243電連接到設置在像素部202中的電晶體210。注意，發光元件243的結構是包含第一電極層230、電致發光層241、第二電極層231的疊層結構，但是，不侷限於該結構。根據從發光元件243取出的光的方向等，可以適當地改變發光元件243的結構。

分隔壁240使用有機絕緣材料或者無機絕緣材料形成。特別較佳的是，使用感光樹脂材料，形成分隔壁240而在第一電極層230上具有開口部，以致於開口部的側壁形成為具有連續曲率的傾斜面。

電致發光層241可以使用單層構成，或是使用多個層的疊層構成。

為了防止氧、氫、水分、二氧化碳等侵入到發光元件243中，可以在第二電極層231及分隔壁240上形成保護層。可以形成氮化矽層、氮氧化矽層、類鑽石(DLC)層、氧化鋁層以及氮化鋁層等作為保護層。此外，在由第一基板201、第二基板206以及密封材料205形成的空間中，設置用於密封的填充物244。以此方式，使用氣密性高且脫氣少的保護薄膜(何黏合薄膜、或紫外線固化樹脂薄膜等)、覆蓋材料進行封裝(密封)較佳。

關於填充物244，除了氮或氬等惰性氣體以外，還可以使用紫外線固化樹脂、熱固化樹脂，並且，可以使用PVC(聚氯乙烯)、丙烯酸樹脂、聚醯亞胺、環氧樹脂、矽酮樹脂、PVB(聚乙烯醇縮丁醛)或者EVA(乙烯-醋酸乙烯酯)。舉例而，使用氮作為填充物。

如果需要，可以在發光元件的射光表面上適當地設置諸如偏光板、圓偏光板(包括橢圓偏光板)、延遲板(四分之一波板，半波板)、濾色片等光學膜。此外，也可以在偏光板、圓偏光板上設置防反射層。舉例而言，可以執行抗眩光處理，藉由此處理，反射光由表面的凹部及凸部散光而可以降低眩光。

此外，可以提供電子墨水受驅動的電子紙作為顯示裝置。電子紙也稱為電泳顯示裝置(電泳顯示器)，並且，具有如下優點：與紙同樣的易讀性、其耗電量比其他顯示裝置的耗電量低、以及形狀薄且輕。

電泳顯示裝置具有各種各樣的模式。電泳顯示裝置含有散佈在溶劑或溶質中的多個微囊，每一微囊含有帶正電荷的第一微粒和帶負電荷的第二微粒。藉由對微囊施加電場，使微囊中的微粒彼此移動到相對方向，以及，只顯示集合在一側上的微粒的顏色。注意，第一微粒或者第二微粒均包括染料，並且，當沒有電場時不移動。此外，第一微粒的顏色和第二微粒的顏色不同(可以是無色的)。

如此，電泳顯示裝置是利用介電常數高的物質移動到高電場區域之所謂的介電泳效應(dielectrophoretic effect)的顯示器。

散佈有上述微囊的溶劑被稱為電子墨水。此電子墨水可以印刷到玻璃、塑膠、布、紙等的表面上。另外，還可以藉由使用濾色片、或具有顏料的微粒，以取得彩色顯示。

注意，微囊中的第一微粒及第二微粒由選自導電材料、絕緣材料、半導體材料、磁性材料、液晶材料、鐵電性材料、電致發光材料、電致變色材料、及磁泳材料中的單一料或任何這些材料的複合材料即可。

可以使用利用對絞球顯示系統的顯示裝置。對絞球顯示系統意指一方法，其中，將分別塗為白色和黑色的球形微粒配置在用於顯示元件的電極層之第一電極層與第二電極層之間，在第一電極層與第二電極層之間產生電位差來控制球形微粒的方向，以進行顯示。

圖11示出半導體裝置的實施例的主動矩陣型電子紙。圖11所示的電子紙是使用對絞球顯示系統的顯示裝置的實施例。

在連接到電晶體210的第一電極層230與設置在第二基板206上的第二電極層231之間設置球形粒子253，球形粒子253包含黑色區域255a、白色區域255b、以及圍繞黑色區域255a及白色區域255b的周圍並填充有液體的空洞252。球形粒子253的周圍填充有例如樹脂等填充物254。第二電極層231相當於公共電極(對置電極)。第二電極層231電連接到公共電位線。

注意，在圖9至圖11中，作為第一基板201、第二基板206，除了玻璃基板以外，還可以使用具有撓性的基板。舉例而言，可以使用具有透光性的塑膠基板等。可以使用FRP(Fiberglass-Reinforced Plastics；纖維增強塑膠)板、PVF(聚氟乙烯)薄膜、聚酯薄膜或丙烯酸樹脂薄膜，作為塑膠基板。此外，也可以使用具有由PVF薄膜或聚酯薄膜夾住鋁箔的結構的薄片。

絕緣層221可以使用無機絕緣材料或者有機絕緣材料來形成。注意，使用例如丙烯酸樹脂、聚醯亞胺、苯並環丁烯樹脂、聚醯胺、或環氧樹脂等具有耐熱性的有機絕緣材料形成的絕緣層221適於用作平坦化絕緣層。此外，除了上述有機絕緣材料以外，還可以使用低介電常數材料(low-k材料)、矽氧烷類樹脂、PSG(磷矽玻璃)、BPSG(硼磷矽玻璃)等。注意，藉由層疊多個由任何這些材料形成的絕緣層，來形成絕緣層221。

對絕緣層221的形成方法沒有特別的限制，可以根據其材料利用濺射法、旋塗法、浸漬法、噴塗法、滴放法(噴墨法、網版印刷、或膠版印刷等)、輥塗法、幕式塗布法、刮刀式塗布法等。

顯示裝置藉由透過來自光源或顯示元件的光來進行顯示。因此，設置成用於透光的像素部的基板、及例如絕緣層和導電層等薄膜全都對可見光的波長範圍中的光具有透光性。

用於於對顯示元件施加電壓的第一電極層230及第二電極層231(可稱為像素電極層、公共電極層、對置電極層等)具有視取出光的方向、電極層設置的位置以及電極層的圖案結構而定的透光性、或反射性。

可以使用包括氧化鎢的氧化銦、包括氧化鎢的氧化銦鋅、包括氧化鈦的氧化銦、包括氧化鈦的氧化銦錫、氧了化銦錫(以下顯示為ITO)、氧化銦鋅、添加有氧化矽的氧化銦錫等具有透光性的導電材料，作為第一電極層230、及第二電極層231。

可以使用鎢(W)、鉬(Mo)、鋯(Zr)、鉿(Hf)、釩(V)、鈮(Nb)、鉭(Ta)、鉻(Cr)、鈷(Co)、鎳(Ni)、鈦(Ti)、鉑(Pt)、鋁(Al)、銅(Cu)、銀(Ag)等金屬；這些金屬的合金；及這些金屬的氮化物，形成第一電極層230、及第二電極層231。

此可以使用包括導電高分子(也稱為導電聚合體)的導電組成物來形成第一電極層230、及第二電極層231。可以使用所謂的π電子共軛類導電高分子作為導電高分子。舉例而言，可為聚苯胺或其衍生物、聚吡咯或其衍生物、聚噻吩或其衍生物、或者包含苯胺、吡咯和噻吩中的兩種以上的共聚物或其衍生物等。

由於電晶體容易被靜電等破壞，所以設置用於保護驅動電路的保護電路較佳。保護電路使用非線性元件形成較佳。

如上所述，藉由使用實施例1中所示的電晶體，可以提供可靠性高的半導體裝置。注意，實施例1所示的電晶體不但可以應用於上述具有顯示功能的半導體裝置，也可以應用於具有各種各樣的功能的半導體裝置，諸如安裝在電源電路中的功率裝置、例如LSI等半導體積體電路、及具有讀取物件物的資訊的影像感測器功能的半導體裝置等。

本實施例中所示的結構及方法可以與其他實施例中所示的任何結構及方法等適當地組合。

[實施例3]

本發明的實施例的半導體裝置可以應用於各種電子設備(包括遊戲機)。電子設備的實施例包含電視裝置(也稱為電視或電視接收機)、用於電腦等的監視器、例如數位相機或數位攝影機等影像拍攝裝置、數位相框、行動電話機(也稱為手機、或行動電話裝置)、可攜式遊戲機、可攜式資訊終端、聲音再生裝置、例如彈珠台等大型遊戲機、等等。以下，說明包含上述實施例中說明的半導體裝置的電子設備的實施例。

圖12A示出筆記型個人電腦，其包含主體301、外殼302、顯示部303以及鍵盤304等等。藉由應用實施例1或2中所示的半導體裝置，筆記型個人電腦可以具有高可靠性。

圖12B示出可攜式資訊終端(PDA)，其包含設置有顯示部313的主體311、外部介面315、操作按鈕314等。包含作為附件的觸控筆312。藉由應用實施例1或2中所示的半導體裝置，個人數位助理(PDA)可以具有更高的可靠度。

圖12C示出電子書閱讀器的實施例。舉例而言，電子書閱讀器320包含兩個外殼，外殼321及外殼322。外殼321及外殼322藉由軸部325而相結合，以致於以軸部325為軸來開啟及閉合電子書閱讀器320。藉由這種結構，電子書閱讀器320可以如紙書那樣的操作。

顯示部323併入於外殼321中，而顯示部324併入於外殼322中。顯示部323及顯示部324可以配置成顯示一影像、或是不同的影像。舉例而言，在顯示部323及顯示部324顯示不同的影像之情形中，舉例而言，在右邊的顯示部(圖12C中的顯示部323)可以顯示文字，而在左邊的顯示部(圖12C中的顯示部323)可以顯示圖形。應用實施例1或2所示的半導體裝置，可以提供高可靠性的電子書閱讀器。

圖12C中示出外殼321包含操作部等的情形。舉例而言，外殼321包含電源鍵326、操作鍵327、揚聲器328等。利用操作鍵327可以翻頁。注意，鍵盤、指向裝置等也可以設在有顯示部設於其上的表面上。另外，也可以在外殼的背面或側面設置外部連接端子(耳機端子、USB端子等)、記錄媒體插入部等。再者，電子書閱讀器320可以具有電子詞典的功能。

電子書閱讀器320可以以無線的方式收發資訊的。經由無線通訊，可以從電子書伺服器購買及下載所希望的書籍資料等。

圖12D示出可攜式資訊終端，其包含外殼330及外殼331等兩個外殼。外殼331包含顯示面板332、揚聲器333、麥克風334、指向裝置336、像機鏡頭337、外部連接端子338等。外殼330設有對可攜式資訊終端進行充電的太陽能電池340、外部記憶體槽341等。另外，天線併作在外殼331內。藉由應用實施例1或2中所示的半導體裝置，可攜式資訊終端可以具有高可靠性。

另外，顯示面板332設有觸控螢幕。圖12D使用虛線標示顯示出來的多個操作鍵335。注意，還包含升壓電路，用來將由太陽能電池340輸出的電壓升壓到高至足夠用於各電路。

顯示面板332的顯示方向根據應用方式而適當地改變。另外，像機鏡頭337與顯示面板332設在相同表面上，因此其可作為視訊電話。揚聲器333及麥克風334不侷限於音頻通話，還可以進行視訊通話、錄音、播放聲音等。如圖12D所示那樣的展開狀態之外殼330和外殼331可以滑動，以致於一外殼疊於另一外殼上。因此，可以降低行動電話的尺寸，使得行動電話適於四處攜帶。

外部連接端子338可以與AC配接器及例如USB纜線等各種纜線連接，並可以與個人電腦等進行充電及資料通訊。另外，藉由將記錄媒體插入外部記憶體槽341中，而可以儲存及移動更大量的資料。

另外，除了上述功能以外，還可以設有紅外線通信功能、電視接收功能、等等。

圖12E示出數位攝影機，其包含主體351、顯示部A 357、取景器353、操作開關354、顯示部B 355以及電池356等。藉由應用實施例1或2中所示的半導體裝置，數位攝影機具有高可靠性。

圖12F示出電視裝置的實施例。在電視裝置360中，顯示部363併入於外殼361中。影像可以顯示於顯示部363上。此處，支架365支撐外殼361。藉由應用實施例1或2中所示的半導體裝置，電視裝置360具有高可靠性。

可以藉由利用外殼361所具備的操作開關或另行提供的遙控器進行電視裝置360的操作。此外，遙控器可以設置顯示部，用於顯示從遙控器輸出的資料。

注意，電視裝置360設有接收器、數據機等。再者，當顯示裝置經由或未經由數據機而連接到通信網路時，也可以進行單向(從發送者到接收者)或雙向(在發送者和接收者之間或在接收者之間等)資訊通信。

本實施例中所示的結構及方法可以與其他實施例中所示的任何結構及方法適當地組合。

[實例1]

在本實例中，將說明對氧過剩的氧化矽層執行的RBS分析及HFS分析結果。氧過剩的氧化矽層是用於本發明實施例之半導體裝置中的基底絕緣層或保護絕緣層。

以下示出本實例中的RBS分析及HFS分析的條件。

●測量設備：NEC(National Electrostatics Corporation)製造的3S-R10，CEA(Charles Evans & Associates)製造的RBS-400

●入射離子：2.275MeV 4He²⁺(RBS及HFS)

●光束直徑：1mmΦ至2mmΦ

●RBS偵測角度

常角：160°

掠射角：113°或更低

●HFS偵測角度

掠射角30°

為了本實施例中的分析，在厚度為0.3mm的矽晶圓上形成氧化矽層。

以下示出在本實例中用於測量的樣品的條件。

以下示出樣品1的形成條件。

●膜：氧化矽

●沈積法：RF濺射法

●靶材：石英靶材

●沈積氣體：Ar(40sccm)，O₂(10sccm)

●功率：1.5kW(13.56MHz)

●壓力：0.4Pa

●T-S間距離：60mm

●沈積時的基板溫度：100℃

●厚度：150nm

樣品2的形成條件如下：

●膜：氧化矽

●沈積法：RF濺射法

●靶材：石英靶材

●沈積氣體：Ar(25sccm)，O₂(25sccm)

●功率：1.5kW(13.56MHz)

●壓力：0.4Pa

●T-S間距離：60mm

●沈積時的基板溫度：100℃

●厚度：200nm

表1示出樣品1和樣品2的利用RBS分析及HFS分析而獲得的氧化矽膜成分分析結果。

根據表1，為了取得氧過剩的氧化矽(SiO_x(X>2))，較佳的是沈積氣體流量中的O₂/(O₂+Ar)比率為超過20%。

[實例2]

在本實例中，將說明根據本發明的實施例製造的電晶體。

圖16示出本實例中的電晶體的結構。

圖16所示的電晶體包括：設置在基板500上的基底絕緣層502；氧化物半導體層506；源極電極508a及汲極電極508b；設置在源極電極508a及汲極電極508b上的閘極絕緣層512；設置在閘極絕緣層512上的閘極電極514；設置在閘極電極514上的保護絕緣層516；以及夾著保護絕緣層516分別電連接到源極電極508a及汲極電極508b的源極佈線518a及汲極佈線518b。

在本實例中，使用厚度為0.7mm的玻璃基板作為基板500；形成厚度為300nm的氧化矽層作為基底絕緣層502；形成厚度為30nm的In-Ga-Zn-O類非單晶層作為氧化物半導體層506；形成厚度為100nm的鎢層作為源極電極508a及汲極電極508b；形成厚度為15nm的氧氮化矽層作為閘極絕緣層512；層疊厚度分別為30nm的氮化鉭層及厚度為370nm的鎢層作為閘極電極514；形成厚度為300nm的氧化矽層作為保護絕緣層516；層疊厚度分別為50nm的鈦層、厚度為100nm的鋁層及厚度為5nm的鈦層作為源極電極佈線518a及汲極電極佈線518b。在本實例的電晶體中，使用氧過剩的氧化矽(SiO_x(X>2))作為基底絕緣層502，因而可以抑制BT試驗後及光偏壓試驗後的臨界值電壓的變動。

以下示出氧化矽層的其他形成條件。

．沈積法：RF濺射法

．靶材：石英靶材

．沈積氣體：Ar(25sccm)，0₂(25sccm)

．功率：1.5kW(13.56MHz)

．壓力：0.4Pa

．T-S間距離：60mm

．基板溫度：100℃

以下示出本實例的電晶體中的氧化物半導體層506的形成條件。

．沈積法：DC濺射法

．靶材：In-Ga-Zn-O(In₂O₃：Ga₂O₃：ZnO=1：1：2[莫耳數比])靶材

．沈積氣體：Ar(30sccm)，0₂(15sccm)

．功率：0.5kW(DC)

．壓力：0.4Pa

．T-S間距離：60mm

．基板溫度：200℃

形成氧化物半導體層506，然後使用電阻加熱爐，在氮氛圍下以350℃進行1小時的熱處理。

接著，對本實例中的BT試驗進行說明。用於BT試驗的電晶體具有的通道長度L為3μm，通道寬度W為50μm。在本實例中，將基板溫度設定為25℃，將源極電極和汲極電極之間的電壓Vds設定為3V，進行電晶體的Ids-Vgs的測量。

接著，將基板台溫度設定為150℃，將電晶體的源極電極設定為0V，將其汲極電極設定為0.1V。接下來，將正電壓保持施加到閘極電極1小時，以致於施加到閘極絕緣層的電場強度為2MV/cm的方式。然後，將閘極電極的電壓設定為0V。之後，將基板溫度設定為25℃，將源極電極和汲極電極之間的電壓Vds設定為3V，進行電晶體的Ids-Vgs測量。圖13A示出BT試驗前後的Ids-Vgs測量結果。

在圖13A中，細線522表示BT試驗前的電晶體的Ids-Vgs測量結果，粗線524表示BT試驗後取得的電晶體的Ids-Vgs測量結果。與BT試驗前取得的臨界值電壓相比，BT試驗後取得的臨界值電壓在正方向偏移0.10V。

同樣地，使用另一電晶體，將基板溫度設定為25℃，將源極電極和汲極電極之間的電壓Vds設定為3V，進行電晶體的Ids-Vgs測量。電晶體的通道長度L為3μm，通道寬度W為50μm。

接著，將基板台溫度設定為150℃，將電晶體的源極電極設定為0V，將汲極電極設定為0.1V。接下來，將負電壓保持施加到閘極電極1小時，以致於施加到閘極絕緣層的電場強度為2MV/cm。將閘極電極的電壓設定為0V。之後，將基板溫度設定為25℃，將源極電極和汲極電極之間的電壓Vds設定為3V，進行電晶體的Ids-Vgs測量。圖13B示出BT試驗前後取得的Ids-Vgs測量結果。

在圖13B中，細線532表示BT試驗前取得的電晶體的Ids-Vgs測量結果，粗線534表示BT試驗後的電晶體的Ids-Vgs測量結果。與BT試驗前取得的臨界值電壓相比，BT試驗後的臨界值電壓在負方向偏移0.07V。

接著，對本實例中的光偏壓試驗進行說明。在光偏壓試驗中，使用白光LED作為光源。圖14示出白光LED的發光光譜。

用於光偏壓試驗的電晶體的通道長度L為3μm，通道寬度W為50μm。在本實例中，將基板溫度設定為25℃，將源極電極和汲極電極之間的電壓Vds設定為3V，首先在暗狀態下進行電晶體的Ids-Vgs測量。

接著，使用白光LED，以36000lx強度的光，從基板背面側執行光照射，以及，將電晶體的源極電極設定為0V，將汲極電極設定為0.1V。接下來，將正電壓保持施加到閘極電極一給定時間，以致於施加到閘極絕緣層的電場強度為2MV/cm。閘極電極的電壓設定為0V。之後，在暗狀態下，將源極電極和汲極電極之間的電壓Vds設定為3V，進行電晶體的Ids-Vgs測量。圖15A示出光偏壓試驗的時間為100秒、300秒、600秒、1000秒、1800秒、3600秒時光偏壓試驗前後取得的Ids-Vgs測量結果。

圖15A中光偏壓試驗前後取得的Ids-Vgs測量結果顯示光偏壓試驗後臨界值電壓在向正方向上的最大偏移為0.02V。

同樣地，使用另一電晶體，將基板溫度設定為25℃，將源極電極和汲極電極之間的電壓Vds設定為3V，首先，在暗狀態下，進行電晶體的Ids-Vgs測量。電晶體的通道長度L為3μm，通道寬度W為50μm。

接著，使用白光LED，以36000lx強度的光，從基板背面側執行光照射，將電晶體的源極電極設定為0V，將汲極電極設定為0.1V。接下來，將負電壓保持施加到閘極電極一給定時間，以致於施加到閘極絕緣層的電場強度為2MV/cm。將閘極電極的電壓設定為0V。之後，在暗狀態下，將源極電極和汲極電極之間的電壓Vds設定為3V，進行電晶體的Ids-Vgs測量。圖15B示出光偏壓試驗的時間為100秒、300秒、600秒、1000秒、1800秒、3600秒時的光偏壓試驗前後取得的Ids-Vgs測量結果。

在圖15B中，細線542示出光偏壓試驗前取得的電晶體的Ids-Vgs測量結果，而細線544示出3600秒的光偏壓試驗後取得的電晶體的Ids-Vgs測量結果。與光偏壓試驗前取得的臨界值電壓相比，3600秒的光偏壓試驗後取得的臨界值電壓在負方向偏移0.11V。

如上所述，可知在BT試驗後、或光偏壓試驗後，本實例的電晶體的臨界值電壓的變動小。

本申請案是根據2010年6月11日向日本專利局申請的日本專利申請序號2010-134338申請案，其內容於此一併列入參考。