TWI525709B - 半導體裝置的製造方法 - Google Patents

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Description

半導體裝置的製造方法
本發明係關於一種半導體裝置及半導體裝置的製造方法。
另外，在本說明書中半導體裝置是指能夠藉由利用半導體特性而工作的所有裝置，因此電光裝置、半導體電路以及電子設備都是半導體裝置。
使用形成在具有絕緣表面的基板上的半導體薄膜構成電晶體的技術受到關注。該電晶體被廣泛地應用於如積體電路(IC)及影像顯示裝置(顯示裝置)等的電子設備。作為可以應用於電晶體的半導體薄膜，矽類半導體材料被廣泛地周知。但是，作為其他材料，氧化物半導體受到關注。
例如，已經公開了，作為電晶體的啟動層使用電子載子濃度低於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)。
[專利文獻1]　日本專利申請公開2006-165528號公報
但是，當在裝置製造製程中氧化物半導體中混入用於形成電子給體的氫或水時，有可能導致導電率變化。該現象是導致使用氧化物半導體的電晶體的電特性變動的主要原因。
鑒於上述問題，本發明的目的之一是使使用氧化物半導體的半導體裝置具有穩定的電特性，以實現高可靠性。
在具有氧化物半導體膜的電晶體的製造製程中，進行利用熱處理的脫水化或脫氫化處理、鹵素摻雜處理以及氧摻雜處理。
所公開的發明的一個實施例是一種半導體裝置的製造方法，包括如下步驟：形成閘極電極；在閘極電極上形成第一絕緣膜；對第一絕緣膜進行鹵素摻雜處理以對第一絕緣膜供給鹵素原子；在第一絕緣膜上，與閘極電極重疊地形成氧化物半導體膜；對氧化物半導體膜進行第一熱處理以去除氧化物半導體膜中的氫原子；對去除了氫原子的氧化物半導體膜進行氧摻雜處理來對氧化物半導體膜中供給氧原子；對被供給有氧原子的氧化物半導體膜進行第二熱處理；在氧化物半導體膜上，與氧化物半導體膜接觸地形成源極電極和汲極電極；在氧化物半導體膜上，與氧化物半導體膜接觸地形成第二絕緣膜。另外，在上述半導體裝置的製造方法中，有時覆蓋第二絕緣膜地形成含有氮的第三絕緣膜。
所公開的發明的另一個實施例是一種半導體裝置的製造方法，包括如下步驟：形成第一絕緣膜；對第一絕緣膜進行鹵素摻雜處理以對第一絕緣膜供給鹵素原子；在第一絕緣膜上形成氧化物半導體膜；對氧化物半導體膜進行熱處理以去除氧化物半導體膜中的氫原子；對去除了氫原子的氧化物半導體膜進行氧摻雜處理來對氧化物半導體膜中供給氧原子；對被供給有氧原子的氧化物半導體膜進行熱處理；在氧化物半導體膜上，與氧化物半導體膜接觸地形成源極電極和汲極電極；在氧化物半導體膜上，與氧化物半導體膜接觸地形成第二絕緣膜；在第二絕緣膜上的與氧化物半導體膜重疊的區域中形成閘極電極。另外，在上述半導體裝置的製造方法中，有時覆蓋閘極電極地形成含有氮的第三絕緣膜。
另外，在上述半導體裝置的製造方法中，有時在形成氧化物半導體膜之後，將氧化物半導體膜處理為島狀。另外，有時在將氧化物半導體膜處理為島狀的製程中，至少將第一絕緣膜的一部分也處理為島狀。另外，有時與第一絕緣膜接觸地形成第二絕緣膜。
另外，有時作為第一絕緣膜或第二絕緣膜，形成包含氧化物半導體膜的構成元素的絕緣膜。另外，有時作為第一絕緣膜或第二絕緣膜，形成包含氧化物半導體膜的構成元素的絕緣膜以及包含與氧化物半導體膜的構成元素不同的元素的絕緣膜的疊層。另外，有時代替形成第一絕緣膜並且對第一絕緣膜進行鹵素摻雜處理以對第一絕緣膜供給鹵素原子的製程，而採用如下製程：作為第一絕緣膜形成包含與氧化物半導體膜的構成元素不同的元素的絕緣膜；對包含與氧化物半導體膜的構成元素不同的元素的絕緣膜進行鹵素摻雜處理，以對包含與氧化物半導體膜的構成元素不同的元素的絕緣膜供給鹵素原子；作為第一絕緣膜，在包含與氧化物半導體膜的構成元素不同的元素的絕緣膜上形成包含氧化物半導體膜的構成元素的絕緣膜。
另外，有時作為第一絕緣膜或第二絕緣膜，形成包含鎵的絕緣膜。另外，有時作為第一絕緣膜或第二絕緣膜，形成包含鎵的絕緣膜以及包含與鎵不同的材料的絕緣膜。另外，有時代替形成第一絕緣膜並且對第一絕緣膜進行鹵素摻雜處理以對第一絕緣膜供給鹵素原子的製程，而採用如下製程：作為第一絕緣膜形成包含與鎵不同的材料的絕緣膜；對包含與鎵不同的材料的絕緣膜進行鹵素摻雜處理，以對包含與鎵不同的材料的絕緣膜供給鹵素原子；作為第一絕緣膜，在包含與鎵不同的材料的絕緣膜上形成包含鎵的絕緣膜。
另外，在上述鹵素摻雜處理中，較佳使用氯。
注意，在本說明書中，“氧化鎵”這一用語在沒有特殊說明的情況下表示作為構成元素的氧和鎵，並不用來限定氧化鎵的方式。例如，也可以將“含有氧化鎵的絕緣膜”讀為“含有氧和鎵的絕緣膜”。
另外，在上述半導體裝置的製造方法中，有時以覆蓋閘極電極的方式形成包含氮的絕緣膜。像這樣，當在上方形成不包含氫或氫含量極少的氮化矽等的絕緣膜時，可以防止被添加的氧放出到外部並可以防止從外部混入氫或水。從這一點上來看可以說該絕緣膜的重要性較高。
另外，上述“鹵素摻雜”是指將以氯或氟為代表的鹵素添加到塊中的處理。例如，當作為鹵素使用氯時，至少將氯自由基、氯原子、氯離子中的任一種添加到塊中。注意，“塊”這一用語是為了表明不僅將鹵素添加到薄膜的表面還將鹵素添加到薄膜的內部。另外，“鹵素摻雜”包括將電漿化的鹵素添加到塊中的“鹵素電漿摻雜”。
另外，上述“氧摻雜”是指將氧(至少包含氧自由基、氧原子、氧離子中的任一種)添加到塊中的處理。注意，“塊”這一用語是為了表明不僅將氧添加到薄膜的表面還將氧添加到薄膜的內部。另外，“氧摻雜”包括將電漿化的氧添加到塊中的“氧電漿摻雜”。
藉由上述氧摻雜處理，氧化物半導體膜的膜中(塊中)、絕緣膜的膜中(塊中)、氧化物半導體膜與絕緣膜的介面中的至少一處以上存在超過化學計量比的含量的氧。氧的含量較佳為化學計量比的1倍至4倍(小於4倍)，更佳為1倍至2倍(小於2倍)。這裏，超過化學計量比的氧過剩的氧化物是指例如在表示為InaGabZncSidAleMgfOg(a，b，c，d，e，f，g≧0)時，滿足2g>3a+3b+2c+4d+3e+2f的氧化物。另外，藉由氧摻雜處理添加的氧有可能存在於氧化物半導體的晶格間。
另外，至少使脫水化、脫氫化之後的氧化物半導體膜中的氧的含量多於氫的含量。只要至少上述結構中的任何一個中的氧的含量多，氧即可以擴散而與其他的導致不穩定的原因的氫發生反應而將氫固定(非可動離子化)。即，可以降低或充分地降低可靠性的不穩定性。另外，藉由使氧過剩，可以在降低起因於氧缺損的臨界值電壓Vth的不均勻的同時降低臨界值電壓的偏移量ΔVth。
另外，更佳的是，氧化物半導體膜的膜中(塊中)、絕緣膜的膜中(塊中)、氧化物半導體膜與絕緣膜的介面中的至少兩處以上存在上述量的氧。
另外，在沒有缺陷(氧缺損)的氧化物半導體中，只要包含與化學計量比一致的量的氧即可，但是為了確保如抑制電晶體的臨界值電壓的變動等的可靠性，較佳使氧化物半導體包含超過化學計量比的量的氧。同樣地，在沒有缺陷(氧缺損)的氧化物半導體中，不需要使用氧過剩的絕緣膜作為基底膜，但是為了確保如抑制電晶體的臨界值電壓的變動等的可靠性，考慮到在氧化物半導體層中可能產生氧缺損狀態的情況較佳使用氧過剩的絕緣膜作為基底膜。
在此，示出利用上述“氧電漿摻雜”處理對塊中添加氧的樣子。注意，通常在對作為成分之一包含氧的氧化物半導體膜中進行氧摻雜處理時，很難確認氧濃度的增減。所以，這裏使用矽晶圓對氧摻雜處理的效果進行了確認。
氧摻雜處理藉由利用感應耦合電漿(ICP：Inductively Coupled Plasma)方式來進行。其條件如下：ICP功率為800W、RF偏置功率為300W或0W、壓力為1.5Pa、氣體流量為75sccm、基板溫度為70℃。圖15表示根據SIMS(Secondary Ion Mass Spectrometry：二次離子質譜)分析的矽晶圓的深度方向的氧濃度分佈。在圖15中，縱軸表示氧濃度，橫軸表示距離矽晶圓表面的深度。
根據圖15可知：當RF偏置功率為0W時及當RF偏置功率為300W時都可以確認出氧的添加。與此相比，當不進行電漿處理時，氧添加量少。另外，可以確認出與RF偏置為0W的情況相比，當RF偏置為300W時氧被添加到更深的深度中。
接著，在圖16A和圖16B中示出利用STEM(Scanning Transmission Electron Microscopy；掃描電子顯微鏡)對進行氧摻雜處理之前的矽晶圓與進行了氧摻雜處理之後的矽晶圓的截面進行觀察的結果。圖16A是進行氧摻雜處理之前的STEM圖像，圖16B是在RF偏置功率為300W的條件下進行氧摻雜處理之後的STEM圖像。如圖16B所示，可以確認出藉由進行氧摻雜處理矽晶圓中形成有氧高摻雜區域。
如上所示，藉由對矽晶圓進行氧摻雜，可以在矽晶圓中添加氧。由此可以認為，藉由對氧化物半導體膜進行氧摻雜可以對氧化物半導體膜中添加氧。
至於所公開的發明的一個實施例的上述結構的效果，按照下述考察就很容易理解。但是，以下說明只不過是一個考察而已。
當對閘極電極施加正電壓時，從氧化物半導體膜的閘極電極一側到背通道一側(與閘極絕緣膜相反一側)產生電場，由此存在於氧化物半導體膜中的具有正電荷的氫離子移動到背通道一側並蓄積在氧化物半導體膜與絕緣膜的介面中的氧化物半導體膜一側。由於正電荷從所蓄積的氫離子移動到絕緣膜中的電荷俘獲中心(氫原子、水或污染物質等)，在氧化物半導體膜的背通道一側蓄積有負電荷。也就是說，在電晶體的背通道一側發生寄生通道，臨界值電壓向負值一側偏移，從而電晶體趨於常通(normally-on)。
如上所述，由於絕緣膜中的氫或水等的電荷俘獲中心捕獲正電荷而使正電荷移動到絕緣膜中導致電晶體的電特性變化，所以為了抑制電晶體的電特性的變動，不使絕緣膜中存在上述電荷俘獲中心或者電荷俘獲中心的含量少尤為重要。所以，較佳利用成膜時的氫含量少的濺射法形成絕緣膜。利用濺射法形成的絕緣膜的膜中不存在電荷俘獲中心或電荷俘獲中心少，與利用CVD法等成膜的情況相比，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偏移，並可以使電晶體成為常關閉(normally-off)型。
另外，在頂閘型的電晶體中，藉由在成為基底的絕緣膜上形成氧化物半導體膜之後進行熱處理，可以在去除包含在氧化物半導體膜中的水或氫的同時去除包含在絕緣膜中的水或氫。因此，在絕緣膜中，捕獲由氧化物半導體膜移動而來的正電荷的電荷俘獲中心很少。像這樣，由於用來對氧化物半導體膜進行脫水化或脫氫化的熱處理不僅對氧化物半導體膜進行，還對存在於氧化物半導體膜的下層的絕緣膜進行，所以在頂閘型電晶體中，也可以利用電漿CVD法等的CVD法形成成為基底的絕緣膜。
另外，在底閘型的電晶體中，藉由在閘極絕緣膜上形成氧化物半導體膜之後進行熱處理，可以在去除包含在氧化物半導體膜中的水或氫的同時去除包含在閘極絕緣膜中的水或氫。因此，在閘極絕緣膜中，俘獲由氧化物半導體膜移動而來的正電荷的電荷俘獲中心很少。像這樣，由於不僅對氧化物半導體膜而且還對位於氧化物半導體膜的下層的閘極絕緣膜進行用來對氧化物半導體膜進行脫水化或脫氫化的熱處理，所以在底閘型電晶體中，也可以利用電漿CVD法等的CVD法形成閘極絕緣膜。
另外，當對閘極電極施加負電壓時，從背通道一側到閘極電極一側產生電場，由此存在於氧化物半導體膜中的氫離子移動到閘極絕緣膜一側並蓄積在氧化物半導體膜與閘極絕緣膜的介面中的氧化物半導體膜一側。由此，電晶體的臨界值電壓向負值一側偏移。
另外，在閘極電壓0的條件下放置時，從電荷俘獲中心正電荷被釋放，電晶體的臨界值電壓向正值一側偏移而回到初始狀態，或者有時與初始狀態相比進一步向正值一側偏移。該現象說明氧化物半導體膜中存在容易移動的離子，並可以認為最容易移動的離子是最小原子的氫被離子化了的氫離子。
另外，由於氧化物半導體膜吸收光，由於光能氧化物在半導體膜中的金屬元素(M)與氫原子(H)間的接合(也稱為M-H鍵)斷開。這裏，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。當對氧化物半導體膜中的金屬元素與氫元素間的接合斷開的電晶體施加負閘極偏壓時，從金屬元素脫離的氫離子被引到閘極一側，因此電荷分佈發生變化，電晶體的臨界值電壓向負值一側偏移而趨於常通。
另外，當停止施加電壓時，因為對電晶體的光照射和負閘極偏壓的施加而移動到閘極絕緣膜介面的氫離子回到初始狀態。該現象被認為是氧化物半導體膜中的離子移動的典型例子。
作為對於這種因電壓施加導致的電特性的變動(BT退化)或因光照射導致的電特性的變動(光退化)的對策，最重要的是，從氧化物半導體膜徹底去除氫原子或水等包含氫原子的雜質，來使氧化物半導體膜高純度化。當電荷密度為1015cm-3，即單位面積的電荷為1010cm-2時，該電荷不對電晶體的特性造成影響，或者即使有影響也是極小的。因此，電荷密度較佳為1015cm-3以下。當假設氧化物半導體膜中包含的氫的10%的氫在氧化物半導體膜中移動時，較佳包含在氧化物半導體膜中的氫濃度為1016cm-3以下。並且，為了防止在完成裝置後氫從外部侵入，較佳使用利用濺射法形成的氮化矽膜作為鈍化膜覆蓋電晶體。
並且，藉由對包含在氧化物半導體膜中的氫摻雜過剩的氧((氫原子數)<<(氧自由基數)或(氧離子數))，可以從氧化物半導體膜中去除氫或水。具體來說，利用高頻(RF)使氧電漿化，並加大基板偏壓，將氧自由基、氧離子摻雜或添加到基板上的氧化物半導體膜中，以使氧化物半導體膜中的氧多於殘留氫。由於氧的電負性為3.0而高於電負性為2.0左右的氧化物半導體膜中的金屬(Zn、Ga、In)，藉由與氫相比包含過剩的氧，奪取M-H鍵中的氫原子而形成OH基。另外，該OH基也可能與M接合而形成M-O-H基。
另外，較佳以與化學計量比相比氧化物半導體膜的氧含量過剩的方式進行氧摻雜。例如，當作為氧化物半導體膜使用In-Ga-Zn-O類氧化物半導體膜時，較佳藉由氧摻雜等使氧的比率為化學計量比的1倍至2倍(小於2倍)。例如，當將In-Ga-Zn-O類氧化物半導體的單晶的化學計量比設定為In：Ga：Zn：O=1：1：1：4時，在以InGaZnOx表示的氧化物半導體膜中，較佳X超過4且小於8。由此，氧化物半導體膜中氧含量大於氫含量。
由於光能或BT應力，氫離子從M-H鍵脫離而成為退化的原因，但是，在藉由上述摻雜注入氧的情況下，所注入的氧與氫離子接合而成為OH基。由於該OH基的接合能較大，因此即使對電晶體進行光照射或施加BT應力也不放出氫離子，而且，由於其質量也比氫離子大，所以不容易在氧化物半導體膜中移動。因此，藉由氧摻雜而形成的OH基不會成為電晶體退化的原因，或可以減小退化的原因。
另外，已經確認到如下傾向，即：氧化物半導體膜的膜厚度越厚電晶體的臨界值電壓越不均勻。可以推測這是由於如下緣故：氧化物半導體膜中的氧缺陷是臨界值電壓變動的一個原因，而氧化物半導體膜的厚度越厚該氧缺陷越多。在根據所公開的發明的一個實施例的電晶體中，對氧化物半導體膜摻雜氧的製程不僅能過去除氧化物半導體膜中的氫或水，而且能夠填補膜中的氧缺陷。由此，根據本發明的一個實施例的電晶體可以控制臨界值電壓的不均勻。
另外，夾著氧化物半導體膜設置由與氧化物半導體膜相同種類的成分構成的金屬氧化物膜的結構，也對防止電特性的變動是很有效的。作為由與氧化物半導體膜相同種類的成分構成的金屬氧化物膜，具體來說，較佳使用包含從氧化物半導體膜的構成元素中選擇的一種或多種金屬元素的氧化物的膜。這種材料與氧化物半導體膜的搭配良好，藉由夾著氧化物半導體膜設置該金屬氧化物膜，可以保持與氧化物半導體膜的介面的良好狀態。也就是說，藉由將使用上述材料的金屬氧化物膜設置為與氧化物半導體膜接觸的絕緣膜，可以抑制或防止氫離子蓄積在該金屬氧化物膜與氧化物半導體膜的介面及其附近。從而，與夾著氧化物半導體膜設置如氧化矽膜等的由與氧化物半導體膜不同的成分構成的絕緣膜的情況相比，可以充分降低影響電晶體的臨界值電壓的氧化物半導體膜介面的氫濃度。
另外，作為該金屬氧化物膜，較佳使用氧化鎵膜。氧化鎵的帶隙(Eg)較大，因此藉由以氧化鎵膜夾著氧化物半導體膜，在氧化物半導體膜與金屬氧化物膜的介面形成有能壘，該能壘妨礙該介面的載子的移動。因此，載子不從氧化物半導體移動到金屬氧化物，而在氧化物半導體膜中移動。另一方面，氫離子穿過氧化物半導體與金屬氧化物的介面，蓄積在金屬氧化物與絕緣膜的介面附近。即使氫離子蓄積在與絕緣膜的介面附近，由於用作金屬氧化物膜的氧化鎵膜中不形成有可能發生載子流動的寄生通道，所以不會影響到電晶體的臨界值電壓或者影響極小。另外，在使氧化鎵與In-Ga-Zn-O類材料接觸時，能壘在導帶一側為0.8eV左右而在價電子帶一側為0.9eV左右。
根據所公開的本發明的一個實施例的電晶體的技術思想在於：藉由氧摻雜處理至少增大與氧化物半導體膜接觸的絕緣膜中、氧化物半導體膜中或這些膜的介面附近中的一處的氧含量。
並且，藉由在形成氧化物半導體膜之前，對其上形成氧化物半導體膜的絕緣膜進行鹵素摻雜處理，可以從該氧化物半導體膜進一步去除氫。例如，當使用氯作為鹵素時，利用高頻(RF)使氯等離子化，並將氯自由基、氯離子添加到基板上的絕緣膜中。此時，較佳對其上形成絕緣膜的基板施加偏壓。藉由增大對基板施加的偏壓，可以更深地添加氯。另外，也可以藉由照射由電場加速的鹵素離子來添加鹵素。此外，還可以在添加鹵素的同時還添加氧。
由於氯或氟等鹵素的電負性比氧化物半導體膜中的金屬(Zn、Ga、In)的電負性大，因此可以從氧化物半導體膜中的M-H鍵奪取氫原子。像這樣，添加到氧化物半導體膜與絕緣膜的介面的氯或氟等鹵素可以俘獲成為電晶體的退化原因的從氧化物半導體膜中的M-H鍵脫離的氫離子。並且，在絕緣膜中的氯或氟等鹵素可以使該絕緣膜中的氫固定化，來防止氫從該絕緣膜中擴散到氧化物半導體膜中。因此，即使對電晶體進行光照射或對電晶體施加BT應力，也可以抑制或減輕電晶體特性的退化。
根據所公開的發明的一個實施例的電晶體的技術思想在於：藉由進行鹵素摻雜處理，對與氧化物半導體膜接觸的絕緣膜中或該絕緣膜與氧化物半導體膜的介面附近中的至少一處添加以氯為代表的鹵素。
具有經過利用熱處理的脫水化或脫氫化處理、鹵素摻雜處理以及氧摻雜處理的氧化物半導體膜的電晶體，在偏壓-熱應力(BT)試驗前後的電晶體的臨界值電壓的變化量得到降低，從而可以實現具有穩定的電特性且可靠性高的電晶體。
此外，根據所公開的發明的一個實施例可以製造各種各樣的具有電特性良好且可靠性高的電晶體的半導體裝置。
下面，參照附圖詳細地說明本說明書所公開的發明的實施例。但是，所屬技術領域的普通技術人員可以很容易地理解一個事實，就是本說明書所公開的發明的方式及詳細內容可以被變換為各種各樣的形式而不侷限於以下說明。並且，本說明書所公開的發明不應被看作僅限定於以下實施例的描述內容。
另外，本說明書等中使用的“第一”、“第二”、“第三”等序數詞用來避免構成要素的混同，而不是用來在數目方面上進行限定的。
實施例1
在本實施例中，參照圖1A至圖3F對半導體裝置及半導體裝置的製造方法進行說明。
〈半導體裝置的結構例〉
圖1A至1C示出電晶體120的結構例。在此，圖1A是平面圖，而圖1B及圖1C分別是沿著圖1A中的A-B截面及C-D截面的截面圖。注意，在圖1A中為了避免複雜，而省略電晶體120的構成要素的一部分(例如，絕緣膜110a、絕緣膜110b等)。
圖1A至1C所示的電晶體120包括：基板100上的閘極電極112、閘極絕緣膜102a、閘極絕緣膜102b、氧化物半導體膜108、源極電極104a、汲極電極104b、絕緣膜110a、絕緣膜110b。
在圖1A至1C所示的電晶體120中，氧化物半導體膜108是經過氧摻雜處理的氧化物半導體膜。藉由進行氧摻雜處理，可以實現可靠性高的電晶體120。
並且，在圖1A至1C所示的電晶體120中，對閘極絕緣膜102a進行鹵素摻雜處理。藉由進行這樣的鹵素摻雜處理，可以實現可靠性更高的電晶體120。
〈半導體裝置的製造製程例〉
以下，參照圖2A至2F對圖1A至1C所示的半導體裝置的製造製程的一個例子進行說明。
首先，在具有絕緣表面的基板100上形成導電膜之後，藉由光微影製程形成閘極電極112(參照圖2A)。可以利用噴墨法形成抗蝕劑掩模。由於當利用噴墨法形成抗蝕劑掩模時不使用光掩模，所以可以降低製造成本。
雖然對基板100的材質等沒有很大的限制，但是至少需要具有能夠承受後面的熱處理程度的耐熱性。例如，基板100可以使用玻璃基板、陶瓷基板、石英基板、藍寶石基板等。另外，作為基板100，也可以應用矽或碳化矽等的單晶半導體基板、多晶半導體基板、矽鍺等的化合物半導體基板、SOI基板等，並且也可以使用在這些基板上設置有半導體元件的基板。
另外，作為基板100，也可以使用撓性基板。在撓性基板上設置電晶體時，可以在撓性基板上直接形成電晶體。此外，也可以在其他基板上形成電晶體之後，剝離其並轉置到撓性基板。注意，為了剝離電晶體並轉置到撓性基板，較佳在上述其他基板與電晶體之間形成分離層。
也可以將用作基底膜的絕緣膜設置在基板100與閘極電極112之間。基底膜具有防止雜質元素從基板100擴散的作用，並且可以由選自氮化矽膜、氧化矽膜、氮氧化矽膜或氧氮化矽膜中的一種或多種膜的疊層結構來形成。
另外，閘極電極112可以藉由電漿CVD法或濺射法等並使用鉬、鈦、鉭、鎢、鋁、銅、釹、鈧等金屬材料或以該金屬材料為主要成分的合金材料的單層或疊層形成。
接著，在閘極電極112上形成閘極絕緣膜102a(參照圖2A)。
作為閘極絕緣膜102a，較佳使用包含與後面形成的氧化物半導體膜不同的材料的絕緣材料。閘極絕緣膜102a可以使用電漿CVD法或濺射法等並使用氧化矽、氮化矽、氧氮化矽、氮氧化矽、氧化鋁、氮化鋁、氧氮化鋁、氮氧化鋁、氧化鉿或這些材料的混合材料的單層或疊層形成。但是，考慮到用作電晶體的閘極絕緣膜，也可以採用相對介電常數高的材料，例如氧化鉿、氧化鉭、氧化釔、矽酸鉿(HfSixOy(x>0、y>0))、鋁酸鉿(HfAlxOy(x>0、y>0))、添加有氮的矽酸鉿、添加有氮的鋁酸鉿等。此外，從氫或水等不容易混入這一點來看，較佳利用濺射法。
接著，對閘極絕緣膜102a進行利用鹵素180的處理(也稱為鹵素摻雜處理或鹵素電漿摻雜處理)，以使閘極絕緣膜102a中含有鹵素(參照圖2B)。作為鹵素180，可以使用氯或氟等。氯或氟等的鹵素的電負性大，由此可以俘獲成為電晶體的退化原因的氫離子。此外，藉由使在其上形成氧化物半導體膜108的閘極絕緣膜102a中包含氯等鹵素，可以使閘極絕緣膜102a中的氫固定化，並防止氫從閘極絕緣膜102a中擴散到氧化物半導體膜108中。因此，即使對電晶體進行光照射或對電晶體施加BT應力，也可以抑制或減輕電晶體特性的退化。
這裏，與氟相比，氯的原子半徑大且擴散係數小，因此氯容易將氫離子固定到閘極絕緣膜102a中。尤其是，在後面進行的加熱處理中，氯比氟更不容易移動，因此可以更有效地維持俘獲氫離子。由此，作為鹵素180較佳使用氯。在本實施例中，作為鹵素180使用氯。當作為鹵素180使用氯時，在鹵素180中至少包含氯自由基、氯原子、氯離子中的任一種。
上述鹵素180可以利用電漿產生裝置或臭氧產生裝置而產生。更具體來說，例如，可以藉由利用能夠對半導體裝置進行蝕刻處理的裝置或對抗蝕劑掩模進行灰化處理的裝置等產生鹵素180，並對閘極絕緣膜102a進行處理。這裏，較佳在對閘極絕緣膜102a表面的損傷成為最小的條件下添加鹵素。
另外，為了更好地添加鹵素，較佳對基板施加電偏壓。藉由增大對基板施加的偏壓，可以更深地添加鹵素。
在利用ICP(Inductively Coupled Plasma：感應耦合電漿)裝置添加氯的情況下，較佳對電漿產生源的ICP線圈施加1kW以上10kW以下的高頻電源，並將發生電漿的狀態維持一定時間(30秒以上600秒以下)。例如，在如下條件下進行氯摻雜處理：ICP功率為6000W、偏壓功率為250W、氯氣體流量為500sccm、處理室內的壓力為1.3Pa、處理時間為60秒。
另外，也可以藉由照射由電場加速的鹵素離子來添加鹵素。
另外，可以與以氯為代表的鹵素一起添加氧。
接著，在閘極絕緣膜102a上形成閘極絕緣膜102b(參照圖2C)。
作為閘極絕緣膜102b，尤其較佳使用由與後面形成的氧化物半導體膜相同種類的成分構成的絕緣材料。這是因為，這種材料與氧化物半導體膜的搭配良好，由此藉由將其用作閘極絕緣膜102b，可以保持與氧化物半導體膜之間的介面的良好狀態。這裏，“與氧化物半導體膜相同種類的成分”是指包含選自氧化物半導體膜的構成金屬元素中的一種或多種元素。例如，在氧化物半導體膜由In-Ga-Zn-O類的氧化物半導體材料構成的情況下，作為由與其相同種類的成分構成的絕緣材料，可以舉出氧化鎵等。
另外，如圖2C所示，作為閘極絕緣膜最好採用包含與氧化物半導體膜不同的材料的閘極絕緣膜102a和由與氧化物半導體膜相同種類的成分的絕緣材料構成的閘極絕緣膜102b的疊層結構。這是因為如下緣故：藉由採用按順序層疊閘極絕緣膜102a、閘極絕緣膜102b、氧化物半導體膜的結構，與氧化物半導體膜和閘極絕緣膜102b的介面相比，閘極絕緣膜102a和閘極絕緣膜102b的介面的電荷俘獲中心優先地俘獲電荷，因此，可以充分抑制氧化物半導體膜介面的電荷俘獲，從而可以提高半導體裝置的可靠性。另外，藉由對閘極絕緣膜102a進行上述鹵素摻雜處理，閘極絕緣膜102a和閘極絕緣膜102b的介面的電荷俘獲中心可以更優先地俘獲電荷。
另外，作為上述閘極絕緣膜102a和閘極絕緣膜102b的疊層結構，可以使用氧化鎵膜和氧化矽膜的疊層結構、氧化鎵膜和氮化矽膜的疊層結構等。
另外，在圖1所示的電晶體120中，作為閘極絕緣膜，採用包含與氧化物半導體膜不同的材料的閘極絕緣膜102a和由與氧化物半導體膜相同種類的成分的絕緣材料構成的閘極絕緣膜102b的疊層結構，但不侷限於此。例如，也可以採用包含與氧化物半導體膜不同的材料的閘極絕緣膜102a和由與氧化物半導體膜相同種類的成分的絕緣材料構成的閘極絕緣膜102b中的任一種來形成閘極絕緣膜。
另外，使用微波(例如，頻率為2.45GHz)的高密度電漿CVD可以形成緻密且絕緣耐壓高的高品質絕緣層，所以在形成閘極絕緣膜102a、閘極絕緣膜102b時利用該方法是較佳的。這是由於藉由使高純度化的氧化物半導體與高品質閘極絕緣膜密接可以降低介面態而形成良好的介面特性的緣故。
接著，在閘極絕緣膜102b上，與閘極電極112重疊地形成氧化物半導體膜108(參照圖2C)。
氧化物半導體膜較佳利用不容易混合氫或水等的方法形成。例如，可以利用濺射法等形成氧化物半導體膜。此外，氧化物半導體膜的厚度較佳為3nm以上且30nm以下。這是因為若使氧化物半導體膜的厚度過厚(例如，厚度為50nm以上)，則有電晶體成為常導通狀態的擔憂。
作為用於氧化物半導體膜的材料，例如有含有銦的氧化物半導體材料、含有銦及鎵的氧化物半導體材料等。
另外，作為用於氧化物半導體膜的材料，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；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；或者單元金屬氧化物的In-O類材料、Sn-O類材料、Zn-O類材料等。另外，也可以使上述材料包含SiO2。在此，例如，In-Ga-Zn-O類材料是指具有銦(In)、鎵(Ga)、鋅(Zn)的氧化物膜，並對其組成比並沒有限制。另外，也可以使In-Ga-Zn-O類材料包含In、Ga、Zn以外的元素。
另外，氧化物半導體膜也可以使用以化學式InMO3(ZnO)m(m>0)表示的材料的薄膜。在此，M表示選自Ga、Al、Mn和Co中的一種或多種金屬元素。例如，作為M，可以利用Ga、Ga及Al、Ga及Mn或Ga及Co等。
在本實施例中，藉由濺射法並使用In-Ga-Zn-O類氧化物半導體成膜用靶材形成氧化物半導體膜。
作為In-Ga-Zn-O類氧化物半導體成膜用靶材，例如可以使用具有In2O3:Ga2O3:ZnO=1:1:1[摩爾數比]的組成比的氧化物半導體成膜用靶材。注意，不侷限於上述靶材的材料及組成。例如還可以使用具有In2O3:Ga2O3:ZnO=1:1:2[摩爾數比]的組成比的氧化物半導體成膜用靶材。
另外，當作為氧化物半導體使用In-Zn-O類材料時，將所使用的靶材的組成比設定為原子數比為In:Zn=50:1至1:2(換算為摩爾數比則為In2O3:ZnO=25:1至1:4)，較佳為In:Zn=20:1至1:1(換算為摩爾數比則為In2O3:ZnO=10:1至1:2)，更較佳為In:Zn=15:1至1.5:1(換算為摩爾數比則為In2O3:ZnO=15:2至3:4)。例如，作為用於形成In-Zn-O類氧化物半導體的靶材，當原子數比為In:Zn:O=X:Y:Z時，將其設定為Z>1.5X+Y。
氧化物半導體成膜用靶材的填充率為90%以上且100%以下，較佳為95%以上且99.9%以下。藉由使用高填充率的氧化物半導體成膜用靶材，可以使所形成的氧化物半導體膜成為緻密的膜。
作為成膜的氣圍，採用稀有氣體(典型的是氬)氣圍下、氧氣圍下或稀有氣體和氧的混合氣圍下等即可。另外，為了防止氧化物半導體膜中混入氫、水、羥基、氫化物等，最好採用使用充分去除了氫、水、羥基、氫化物等的含氫原子的雜質的高純度氣體的氣圍。
更明確而言，例如可以採用如下方法形成氧化物半導體膜。
首先，在保持為減壓狀態的沉積室內保持基板100，並且將基板溫度設定為100℃以上且600℃以下，較佳為200℃以上且400℃以下。藉由邊加熱基板100邊進行成膜，可以降低氧化物半導體膜中含有的雜質濃度。另外，可以減輕由於濺射帶來的損傷。
接著，邊去除殘留在沉積室內的水分邊引入去除了氫及水等的含氫原子的雜質的高純度氣體並使用上述靶材在基板100上形成氧化物半導體膜。為了去除殘留在沉積室內的水分，作為排氣單元，較佳使用吸附型真空泵，例如，低溫泵、離子泵、鈦昇華泵等。另外，作為排氣單元，也可以使用配備有冷阱的渦輪分子泵。由於利用低溫泵進行了排氣的沉積室中，如氫分子、水(H2O)等的包含氫原子的化合物(較佳還包括包含碳原子的化合物)等被去除，由此可以降低利用該沉積室形成的氧化物半導體膜中含有的雜質濃度。
作為成膜條件的一個例子，可以採用如下條件：基板與靶材之間的距離為100mm；壓力為0.6Pa；直流(DC)電源為0.5kW；成膜氣圍為氧(氧流量比率為100%)氣圍。另外，當使用脈衝直流電源時，可以減少成膜時產生的粉狀物質(也稱為微粒、塵屑)，並且膜厚度分佈也均勻，所以是較佳的。
然後，對氧化物半導體膜108進行熱處理。藉由該熱處理，可以去除氧化物半導體膜108中的過量的氫(包括水及羥基)而改善氧化物半導體膜的結構，從而降低能隙中的缺陷能級。將上述熱處理的溫度設定為250℃以上且650℃以下，較佳為450℃以上且600℃以下，或低於基板的應變點。
作為熱處理，例如，可以將被處理物放入使用電阻發熱體等的電爐中，並在氮氣圍下以450℃加熱1個小時。在此期間，不使氧化物半導體膜108接觸大氣以防止水或氫的混入。
熱處理裝置不限於電爐，還可以使用利用被加熱的氣體等的介質的熱傳導或熱輻射來加熱被處理物的裝置。例如，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。GRTA裝置是利用高溫氣體進行熱處理的裝置。作為氣體，使用如氬等的稀有氣體或氮等的即使進行熱處理也不與被處理物產生反應的惰性氣體。LRTA裝置是藉由從鹵素燈、金鹵燈、氙弧燈、碳弧燈、高壓鈉燈或者高壓汞燈等的燈發射的光(電磁波)輻射來加熱被處理物的裝置。
例如，作為上述熱處理，也可以進行如下GRTA處理，即將被處理物引入到被加熱的惰性氣體氣圍中，進行加熱幾分鐘，然後從該惰性氣體氣圍中抽出被處理物。藉由使用GRTA處理，可以短時間進行高溫熱處理。另外，即使溫度條件超過被處理物的耐熱溫度，也可以應用該方法。另外，在處理中，還可以將惰性氣體換為含有氧的氣體。這是因為如下緣故：藉由在含有氧的氣圍中進行熱處理，可以降低由於氧缺損而引起的能隙中的缺陷能級。
另外，作為惰性氣體氣圍，最好採用以氮或稀有氣體(氦、氖、氬等)為主要成分且不含有水、氫等的氣圍。例如，較佳引入熱處理裝置中的氮或氦、氖、氬等的稀有氣體的純度為6N(99.9999%)以上，更佳為7N(99.99999%)以上(即，雜質濃度為1ppm以下，較佳為0.1ppm以下)。
此外，由於上述熱處理具有去除氫或水等的效果，所以可以將該熱處理也稱為脫水化處理、脫氫化處理等。該脫水化處理、脫氫化處理例如也可以在將氧化物半導體膜處理為島狀之前的時序進行。另外，這樣的脫水化處理、脫氫化處理不侷限於進行一次，而也可以進行多次。另外，藉由該熱處理也可以去除上述鹵素摻雜處理中混入到閘極絕緣膜102a等中的氫等。
接著，對上述氧化物半導體膜108進行處理，來形成島狀的氧化物半導體膜108(參照圖2D)。
作為氧化物半導體膜108的處理，先在氧化物半導體膜上形成所希望的形狀的掩模，然後對該氧化物半導體膜進行蝕刻。上述掩模可以利用光微影製程等的方法形成。或者，也可以利用噴墨法等的方法形成掩模。
另外，此時也可以與蝕刻氧化物半導體膜108一起，對使用由與氧化物半導體膜108相同種類的成分構成的絕緣材料的閘極絕緣膜102b進行蝕刻，來將閘極絕緣膜102b處理為島狀。
此外，對氧化物半導體膜108以及閘極絕緣膜102b的蝕刻可以採用乾蝕刻或濕蝕刻。當然，也可以組合上述蝕刻使用。
另外，不一定必須要將氧化物半導體膜108處理為島狀。
接著，對氧化物半導體膜108進行利用氧182的處理(也稱為氧摻雜處理或氧電漿摻雜處理)(參照圖2E)。這裏，在氧182中至少包含氧自由基、氧原子和氧離子中的一種。藉由對氧化物半導體膜108進行氧摻雜處理，可以使氧化物半導體膜108中、氧化物半導體膜108的介面附近或氧化物半導體膜108中及該介面附近含有氧。在此情況下，將氧的含量設定為超過氧化物半導體膜108的化學計量比的程度，較佳為超過化學計量比的1倍至2倍(大於1倍且小於2倍)。或者，當以單晶中的氧量為Y時，可以將氧含量設定為超過Y的程度，較佳為超過Y至2Y。或者，當以不進行氧摻雜處理時的氧化物半導體膜中的氧量Z為基準時，可以將氧含量設定為超過Z的程度，較佳為超過Z至2Z。另外，之所以在上述較佳的範圍中存在上限是因為在氧含量過多時，如氫吸收合金(氫吸藏合金)那樣，氧化物半導體膜108會吸收氫的緣故。此外，在氧化物半導體膜中的氧含量大於氫含量。
當使用其結晶結構由InGaO3(ZnO)m(m>0)表示的材料時，例如在以m=1(InGaZnO4)的結晶結構為基準時，在InGaZnOx中x可以超過4至8，而在以m=2(InGaZn2O5)的結晶結構為基準時，在InGaZn2Ox中x可以超過5至10。這裏，只要在氧化物半導體的一部分(包括介面)存在有這樣的氧過剩區域即可。
此外，在氧化物半導體膜中，氧是主要成分材料之一。因此，難以藉由SIMS(Secondary Ion Mass Spectroscopy：二次離子質譜測定技術)等的方法準確估計氧化物半導體膜中的氧濃度。也就是說，難以判斷是否有意地對氧化物半導體膜添加氧。
另外，氧有17O和18O等同位素，並且，一般認為在自然界的17O和18O的存在比率分別是氧原子整體的0.037%和0.204%左右。也就是說，在氧化物半導體膜中的上述同位素的濃度為藉由SIMS等的方法可估計的程度，因此有時可以藉由測量這些濃度進一步準確地估計氧化物半導體膜中的氧濃度。由此，可以藉由測量這些濃度判斷是否有意地對氧化物半導體膜添加氧。
例如，當以18O的濃度為基準時，在氧化物半導體膜中，添加了氧的區域中的氧同位素的濃度D1(18O)和沒有添加氧的區域中的氧同位素的濃度D2(18O)之間的關係為D1(18O)>D2(18O)。
另外，添加到氧化物半導體膜的氧182的至少一部分較佳在氧化物半導體中具有懸空鍵。這是因為，懸空鍵可以與有可能殘留在膜中的氫接合而使氫固定化(不動離子化)的緣故。
上述氧182可以利用電漿產生裝置或臭氧產生裝置而產生。更具體來說，例如，可以藉由利用能夠對半導體裝置進行蝕刻處理的裝置或對抗蝕劑掩模進行灰化處理的裝置等產生氧182，並對氧化物半導體膜108進行處理。此外，也可以藉由照射由電場加速的氧離子來添加氧。
另外，為了更好地進行氧添加，較佳對基板施加電偏壓。
另外，較佳對進行了氧摻雜處理的氧化物半導體膜108進行熱處理。將該熱處理的溫度設定為250℃以上且700℃以下，較佳為400℃以上且600℃以下或低於基板的應變點。
藉由該熱處理，可以從氧化物半導體膜去除因氫與氧化物半導體材料的反應而產生的水、氫氧化物(OH)等。另外，藉由該熱處理也可以去除上述氧摻雜處理中混入到氧化物半導體膜108等中的氫等。可以在水、氫等被充分降低的氮、氧、超乾燥空氣(使用CRDS(cavity ring-down laser spectroscopy：光腔衰蕩雷射光譜法)方式的露點儀來測定時的水分量為20ppm(露點換算為-55℃)以下，較佳為1ppm以下，更佳為10ppb以下的空氣)、稀有氣體(氬、氦等)等氣圍下進行熱處理，尤其是，較佳在包含氧的氣圍下進行熱處理。此外，較佳將引入熱處理裝置中的氮、氧、稀有氣體的純度設定為6N(99.9999%)以上(即，雜質濃度為1ppm以下)，更佳為7N(99.99999%)以上(即，雜質濃度為0.1ppm以下)。
此外，也可以重複進行氧摻雜處理和熱處理。藉由重複進行該處理，可以進一步提高電晶體的可靠性。此外，可以適當地設定重複次數。
在根據本實施例的上述熱處理中，較佳在含氧的氣圍下加熱氧化物半導體膜108。由此，可以向氧化物半導體膜108供給因上述脫水化(或脫氫化)處理而有可能減少的氧。在這種意思上也可以將該熱處理稱為加氧化。
另外，以加氧化為目的的熱處理的時序只要在形成氧化物半導體膜108之後就沒有特別的限制。例如，可以在形成後述的絕緣膜110a之後進行以加氧化為目的的熱處理。或者，也可以在形成閘極電極之後進行以加氧化為目的的熱處理。或者，也可以在進行以脫水化等為目的的熱處理之後繼續進行以加氧化為目的的熱處理，也可以將以脫水化等為目的的熱處理兼作以加氧化為目的的熱處理，也可以將以加氧化為目的的熱處理兼作以脫水化等為目的的熱處理。
如上那樣，藉由應用以脫水化等為目的的熱處理和氧摻雜處理或以加氧化為目的的熱處理，可以以儘量不包含其主要成分以外的雜質的方式使氧化物半導體膜108實現高純度化。被高純度化的氧化物半導體膜108中的源自施體的載子極少(近零)。藉由利用上述熱處理減少雜質以形成i型(本徵半導體)或無限接近於i型的氧化物半導體膜，可以實現具有極優越的特性的電晶體。
注意，在本實施例中，進行以脫水化等為目的的熱處理，將氧化物半導體膜108處理為島狀，進行氧摻雜處理，並進行以加氧化為目的的熱處理，但是這些製程不侷限於該順序。
接著，在閘極絕緣膜102a、閘極絕緣膜102b及氧化物半導體膜108上形成用來形成源極電極及汲極電極(包括使用與源極電極及汲極電極相同的層形成的佈線)的導電膜，對該導電膜進行處理，形成源極電極104a及汲極電極104b(參照圖2F)。注意，根據這裏形成的源極電極104a的端部與汲極電極104b的端部之間的距離決定電晶體的通道長度L。
作為用作源極電極104a及汲極電極104b的導電膜，例如有含有選自Al、Cr、Cu、Ta、Ti、Mo、W中的元素的金屬膜或以上述元素為成分的金屬氮化物膜(氮化鈦膜、氮化鉬膜、氮化鎢膜)等。另外，還可以使用在Al、Cu等的金屬膜的下側或上側的一方或兩者層疊Ti、Mo、W等的高熔點金屬膜或它們的金屬氮化物膜(氮化鈦膜、氮化鉬膜、氮化鎢膜)的導電膜。
此外，用於源極電極104a及汲極電極104b的導電膜也可以使用導電金屬氧化物形成。作為導電金屬氧化物，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)或使這些金屬氧化物材料包含氧化矽的材料。
可以藉由使用抗蝕劑掩模的蝕刻對導電膜進行處理。作為利用該蝕刻形成抗蝕劑掩模時的曝光，可以使用紫外線、KrF雷射或ArF雷射等。
另外，在當通道長度L短於25nm時進行曝光的情況下，例如使用波長極短，即幾nm至幾十nm的超紫外線(Extreme Ultraviolet)進行形成抗蝕劑掩模時的曝光即可。使用超紫外線的曝光的解析度高且其聚焦深度也大。從而，可以使後面形成的電晶體的通道長度L微型化，而可以提高電路的工作速度。
此外，也可以使用由所謂的多色調掩模形成的抗蝕劑掩模進行蝕刻製程。由於使用多色調掩模形成的抗蝕劑掩模成為具有多種膜厚度的形狀，並且藉由進行灰化可以進一步改變形狀，因此可以用於處理為不同圖案的多個蝕刻製程。由此，藉由使用一個多色調掩模，可以形成至少對應於兩種以上的不同圖案的抗蝕劑掩模。就是說，可以實現製程的簡化。
接著，形成與氧化物半導體膜108的一部分接觸且覆蓋源極電極104a及汲極電極104b的絕緣膜110a、絕緣膜110b(參照圖2F)。
絕緣膜110a可以與閘極絕緣膜102b同樣地形成。也就是說，作為絕緣膜110a，尤其較佳使用由與氧化物半導體膜108相同種類的成分構成的絕緣材料。這是因為，這種材料與氧化物半導體膜的搭配良好，由此藉由將其用作絕緣膜110a，可以保持與氧化物半導體膜108之間的介面的良好狀態。例如，在氧化物半導體膜108由In-Ga-Zn-O類的氧化物半導體材料構成的情況下，作為由與其相同種類的成分構成的絕緣材料，可以舉出氧化鎵等。
另外，絕緣膜110a較佳含有氧，即較佳含有超過化學計量比的程度，更佳超過化學計量比的1倍至2倍(大於1倍且小於2倍)的氧。如此，藉由使絕緣膜110a具有過剩的氧，可以向氧化物半導體膜108以及與氧化物半導體膜108的介面供應氧而降低氧缺損。
絕緣膜110b可以與閘極絕緣膜102a同樣地形成。也就是說，絕緣膜110b可以使用氧化矽、氮化矽、氧氮化矽、氮氧化矽、氧化鋁、氮化鋁、氧氮化鋁、氮氧化鋁、氧化鉿或這些材料的混合材料的單層或疊層形成。
另外，絕緣膜110b較佳含有氧，即較佳含有超過化學計量比的程度，更佳超過化學計量比的1倍至2倍(大於1倍且小於2倍)的氧。如此，藉由使絕緣膜110b具有過剩的氧，可以向氧化物半導體膜108以及與氧化物半導體膜108的介面供應氧而降低氧缺損。
這裏，最好採用由與氧化物半導體膜相同種類的成分的絕緣材料構成的絕緣膜110a和包含與氧化物半導體膜不同的材料的絕緣膜110b的疊層結構。這是因為如下緣故：藉由採用按順序層疊氧化物半導體膜108、絕緣膜110b、絕緣膜110a的結構，與氧化物半導體膜和絕緣膜110a的介面相比，絕緣膜110a和絕緣膜110b的介面的電荷俘獲中心優先地俘獲電荷，因此，可以充分抑制氧化物半導體膜介面的電荷俘獲，從而可以提高半導體裝置的可靠性。
另外，作為上述絕緣膜110a和絕緣膜110b的疊層結構，可以使用氧化鎵膜和氧化矽膜的疊層結構、氧化鎵膜和氮化矽膜的疊層結構等。
另外，在圖1所示的電晶體120中，作為絕緣膜採用由與氧化物半導體膜相同種類的成分的絕緣材料構成的絕緣膜110a和包含與氧化物半導體膜不同的材料的絕緣膜110b的疊層結構，但不侷限於此。例如，也可以採用由與氧化物半導體膜相同種類的成分的絕緣材料構成的絕緣膜110a和包含與氧化物半導體膜不同的材料的絕緣膜110b中的任一種來形成絕緣膜。
另外，較佳以與閘極絕緣膜102a或閘極絕緣膜102b接觸的方式形成絕緣膜110a或絕緣膜110b。藉由這樣的方式形成絕緣膜110a或絕緣膜110b，可以覆蓋氧化物半導體膜108整體，由此可以藉由氧化物半導體膜108以及與氧化物半導體膜108的介面有效地供給氧，而可以減小氧缺損。
藉由上述製程，形成電晶體120。
注意，上述說明是對被處理為島狀並被高純度化的氧化物半導體膜108進行氧摻雜處理的例子，但是所公開的發明的一個實施例不侷限於此。例如，既可以在進行高純度化處理及氧摻雜處理之後，將氧化物半導體膜處理為島狀，又可以在形成源極電極104a及汲極電極104b之後進行氧摻雜處理。
〈半導體裝置的變形例〉
在圖3A至3F中，作為圖1A至1C所示的電晶體120的變形例示出電晶體130、電晶體140、電晶體150、電晶體125、電晶體135以及電晶體145的截面圖。
圖3A所示的電晶體130與電晶體120的共同點在於包括基板100上的閘極電極112、閘極絕緣膜102a、閘極絕緣膜102b、氧化物半導體膜108、源極電極104a、汲極電極104b、絕緣膜110a、絕緣膜110b。電晶體130與電晶體120的不同點在於有沒有覆蓋上述構成要素的絕緣膜114。就是說，電晶體130具有絕緣膜114。其他構成要素與圖1A至1C中的電晶體120同樣，所以詳細內容可以參考關於圖1A至1C的記載。
這裏，絕緣膜114例如可以使用氧化矽、氮化矽、氧化鋁、氮化鋁、氧化鎵、這些材料的混合材料等形成。尤其是在作為絕緣膜114使用氮化矽膜時，可以在防止所添加的氧放出到外部的同時，有效地抑制從外部氫等混入到氧化物半導體膜108中，因此是較佳的。尤其是，在絕緣膜114中，將氫含量設定為氮含量的十分之一以下，較佳為小於1×1020cm-3，更佳為小於5×1018cm-3。此外，還可以在絕緣膜114中形成與源極電極104a、汲極電極104b、閘極電極112等連接的佈線。
圖3B所示的電晶體140與電晶體120的共同點在於包括基板100上的閘極電極112、閘極絕緣膜102b、氧化物半導體膜108、源極電極104a、汲極電極104b、絕緣膜110a。電晶體140與電晶體120的不同點在於在閘極絕緣膜及氧化物半導體膜108上的絕緣膜。就是說，在電晶體140中，僅利用由與氧化物半導體膜相同種類的成分的絕緣材料構成的閘極絕緣膜102b形成閘極絕緣膜，並僅利用由與氧化物半導體膜相同種類的成分的絕緣材料構成的絕緣膜110a形成處於氧化物半導體膜108上的絕緣膜。其他構成要素與圖1A至1C中的電晶體120同樣，所以詳細內容可以參考關於圖1A至1C的記載。
另外，在形成電晶體140時，與圖2A、2B所示的製程不同，在閘極電極112上形成閘極絕緣膜102b，然後對閘極絕緣膜102b進行鹵素摻雜處理，來使閘極絕緣膜102b包含鹵素。由於氯或氟等鹵素的電負性比氧化物半導體膜108中的金屬(Zn、Ga、In)的電負性大，因此藉由使閘極絕緣膜102b包含鹵素，可以從氧化物半導體膜108中的M-H鍵奪取氫原子。像這樣，添加到氧化物半導體膜108與閘極絕緣膜102b的介面的氯或氟等鹵素可以俘獲成為電晶體的退化原因的從氧化物半導體膜108中的M-H鍵脫離的氫離子。
圖3C所示的電晶體150與圖1A至1C所示的電晶體120的共同點在於包括上述各構成要素。電晶體150與電晶體120的不同點在於是否將閘極絕緣膜102b處理為島狀。也就是說，在電晶體120中，將閘極絕緣膜102b處理為島狀，而在電晶體140中，不將閘極絕緣膜102b處理為島狀。另外，根據氧化物半導體膜108和閘極絕緣膜102b的蝕刻選擇比，閘極絕緣膜102b的不與氧化物半導體膜108重疊的區域的厚度有時薄於閘極絕緣膜102b的與氧化物半導體膜108重疊的區域的厚度。其他構成要素與圖1A至1C同樣。
圖3D所示的電晶體125與圖1A至1C所示的電晶體120的共同點在於包括上述各構成要素。電晶體125與電晶體120的不同點在於源極電極104a及汲極電極104b和氧化物半導體膜108的疊層順序。就是說，在電晶體120中先形成氧化物半導體膜108，而在電晶體125中先形成源極電極104a及汲極電極104b。其他構成要素與圖1A至1C同樣。
圖3E所示的電晶體135具有在圖3D所示的電晶體125的基礎上提供如電晶體130那樣的絕緣膜114的結構。
圖3F所示的電晶體145具有如下結構：在圖3D所示的電晶體125的基礎上，如電晶體140那樣，僅利用由與氧化物半導體膜相同種類的成分的絕緣材料構成的閘極絕緣膜102b形成閘極絕緣膜，並僅利用由與氧化物半導體膜相同種類的成分的絕緣材料構成的絕緣膜110a形成處於氧化物半導體膜108上的絕緣膜。
此外，上述各個電晶體的結構可以適當地相互組合而使用。
根據本實施例的電晶體採用如下氧化物半導體膜：即，藉由進行熱處理，從氧化物半導體排除氫、水、羥基或氫化物(也稱為氫化合物)等的含氫原子的雜質，且藉由供應在雜質排除製程中有可能減少的氧，來實現高純度化及i型(本徵)化的氧化物半導體膜。包括上述那樣被高純度化的氧化物半導體膜的電晶體的臨界值電壓等電特性變動被抑制，由此該電晶體在電性能上穩定。
尤其是，藉由利用氧摻雜處理增大氧化物半導體膜中的氧含量，可以抑制由電偏壓應力或熱應力所引起的退化，並可以降低由光導致的退化。
並且，藉由利用鹵素摻雜處理對在其上形成氧化物半導體膜的閘極絕緣膜添加以氯為代表的鹵素，可以進一步抑制由電偏壓應力或熱應力所引起的退化，並可以進一步降低由光導致的退化。
如上所述，根據所公開的發明的一個實施例可以提供高可靠性的電晶體。
本實施例所示的結構、方法等可以與其他實施例所示的結構、方法等適當地組合而使用。
實施例2
在本實施例中，參照圖4A至圖6F對半導體裝置及半導體裝置的製造方法進行說明。
〈半導體裝置的結構例〉
圖4A至4C示出電晶體320的結構例。在此，圖4A是平面圖，而圖4B及圖4C分別是沿著圖4A中的A-B截面及C-D截面的截面圖。注意，在圖4A中為了避免成為複雜，而省略電晶體320的構成要素的一部分(例如，閘極絕緣膜310a、閘極絕緣膜310b等)。
圖4A至4C所示的電晶體320包括：基板300上的絕緣膜302a；絕緣膜302b；氧化物半導體膜308；源極電極304a；汲極電極304b；閘極絕緣膜310a；閘極絕緣膜310b；閘極電極312。
在圖4A至4C所示的電晶體320中，氧化物半導體膜308是被進行了氧摻雜處理的氧化物半導體膜。藉由進行氧摻雜處理，可以實現可靠性高的電晶體320。
並且，在圖4A至4C所示的電晶體320中，對絕緣膜302a進行鹵素摻雜處理。藉由進行這樣的鹵素摻雜處理，可以實現可靠性更高的電晶體320。
〈半導體裝置的製造製程例〉
以下，參照圖5A至5F對圖4A至4C所示的半導體裝置的製造製程的一個例子進行說明。
首先，在基板300上形成絕緣膜302a(參照圖5A)。
雖然對基板300的材質等沒有很大的限制，但是至少需要具有能夠承受後面的熱處理程度的耐熱性。例如，基板300可以使用玻璃基板、陶瓷基板、石英基板、藍寶石基板等。另外，作為基板300，也可以應用矽或碳化矽等的單晶半導體基板、多晶半導體基板、矽鍺等的化合物半導體基板、SOI基板等，並且也可以使用在這些基板上設置有半導體元件的基板。
另外，作為基板300，也可以使用撓性基板。在撓性基板上設置電晶體時，可以在撓性基板上直接形成電晶體。此外，也可以在其他基板上形成電晶體之後，剝離其並轉置到撓性基板。注意，為了剝離電晶體並轉置到撓性基板，較佳在上述其他基板與電晶體之間形成分離層。
絕緣膜302a是用作基底的絕緣膜，並較佳使用包含與後面形成的氧化物半導體膜不同的材料的絕緣材料。絕緣膜302a可以使用電漿CVD法或濺射法等並使用氧化矽、氮化矽、氧氮化矽、氮氧化矽、氧化鋁、氮化鋁、氧氮化鋁、氮氧化鋁、氧化鉿或這些材料的混合材料的單層或疊層形成。此外，從氫或水等不容易混入這一點來看，較佳利用濺射法。
接著，對絕緣膜302a進行利用鹵素380的處理(也稱為鹵素摻雜處理或鹵素電漿摻雜處理)，以使絕緣膜302a中含有鹵素(參照圖5B)。作為鹵素380，可以使用氯或氟等。氯或氟等的鹵素的電負性大，由此可以俘獲成為電晶體的退化原因的氫離子。此外，藉由使在其上形成氧化物半導體膜308的絕緣膜302a中包含氯等鹵素，可以使絕緣膜302a中的氫固定化，並防止氫從絕緣膜302a中擴散到氧化物半導體膜308中。因此，即使對電晶體進行光照射或對電晶體施加BT應力，也可以抑制電晶體特性的退化，或可以減輕退化。
這裏，與氟相比，氯的原子半徑大且擴散係數小，因此氯容易將氫離子固定到絕緣膜302a中。尤其是，在後面進行的加熱處理中，氯比氟更不容易移動，因此可以更有效地維持俘獲氫離子。由此，作為鹵素380較佳使用氯。在本實施例中，作為鹵素380使用氯。當作為鹵素380使用氯時，在鹵素380中至少包含氯自由基、氯原子、氯離子中的任一種。
上述鹵素380可以利用電漿產生裝置或臭氧產生裝置而產生。更具體來說，例如，可以藉由利用能夠對半導體裝置進行蝕刻處理的裝置或對抗蝕劑掩模進行灰化處理的裝置等產生鹵素380，並對絕緣膜302a進行處理。這裏，較佳在對絕緣膜302a表面的損壞成為最小的條件下添加鹵素。
另外，為了更好地添加鹵素，較佳對基板施加電偏壓。藉由增大對基板施加的偏壓，可以更深地添加鹵素。
在利用ICP(Inductively Coupled Plasma：感應耦合電漿)裝置添加氯的情況下，較佳對電漿產生源的ICP線圈施加1kW以上10kW以下的高頻電源，並將發生電漿的狀態維持一定時間(30秒以上600秒以下)。例如，在如下條件下進行氯摻雜處理：ICP功率為6000W、偏壓功率為250W、氯氣體流量為500sccm、處理室內的壓力為1.3Pa、處理時間為60秒。
另外，也可以藉由照射由電場加速的鹵素離子來添加鹵素。
另外，可以與以氯為代表的鹵素同時添加氧。
接著，在絕緣膜302a上形成用作基底的絕緣膜302b(參照圖5C)。
作為絕緣膜302b，較佳使用由與後面形成的氧化物半導體膜相同種類的成分構成的絕緣材料。這是因為，這種材料與氧化物半導體膜的搭配良好，由此藉由將其用作絕緣膜302b，可以保持與氧化物半導體膜之間的介面的良好狀態。這裏，“與氧化物半導體膜相同種類的成分”是指包含選自氧化物半導體膜的構成金屬元素中的一種或多種元素。例如，在氧化物半導體膜由In-Ga-Zn-O類的氧化物半導體材料構成的情況下，作為由與其相同種類的成分構成的絕緣材料，可以舉出氧化鎵等。
另外，如圖5C所示，作為用作基底的絕緣膜，最好採用包含與氧化物半導體膜不同的材料的絕緣膜302a和由與氧化物半導體膜相同種類的成分的絕緣材料構成的絕緣膜302b的疊層結構。這是因為如下緣故：藉由採用按順序層疊絕緣膜302a、絕緣膜302b、氧化物半導體膜的結構，與氧化物半導體膜和絕緣膜302b的介面相比，絕緣膜302a和絕緣膜302b的介面的電荷俘獲中心優先地俘獲電荷，因此，可以充分抑制氧化物半導體膜介面的電荷俘獲，從而可以提高半導體裝置的可靠性。另外，藉由對絕緣膜302a進行上述鹵素摻雜處理，絕緣膜302a和絕緣膜302b的介面的電荷俘獲中心可以更優先地俘獲電荷。
另外，作為上述絕緣膜302a和絕緣膜302b的疊層結構，可以使用氧化鎵膜和氧化矽膜的疊層結構、氧化鎵膜和氮化矽膜的疊層結構等。
另外，在圖4所示的電晶體320中，作為用作基底的絕緣膜，採用包含與氧化物半導體膜不同的材料的絕緣膜302a和由與氧化物半導體膜相同種類的成分的絕緣材料構成的絕緣膜302b的疊層結構，但不侷限於此。例如，也可以採用包含與氧化物半導體膜不同的材料的絕緣膜302a和由與氧化物半導體膜相同種類的成分的絕緣材料構成的絕緣膜302b中的任一種來形成用作基底的絕緣膜。
接著，在絕緣膜302b上形成氧化物半導體膜308(參照圖5C)。
氧化物半導體膜較佳利用不容易混合氫或水等的方法形成。例如，可以利用濺射法等形成氧化物半導體膜。此外，氧化物半導體膜的厚度較佳為3nm以上且30nm以下。這是因為若使氧化物半導體膜的厚度過厚(例如，厚度為50nm以上)，則有電晶體成為常導通狀態的擔憂。
作為用於氧化物半導體膜的材料，例如有含有銦的氧化物半導體材料、含有銦及鎵的氧化物半導體材料等。
另外，作為用於氧化物半導體膜的材料，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；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；或者單元金屬氧化物的In-O類材料、Sn-O類材料、Zn-O類材料等。另外，也可以使上述材料包含SiO2。在此，例如，In-Ga-Zn-O類材料是指具有銦(In)、鎵(Ga)、鋅(Zn)的氧化物膜，並對其組成比並沒有限制。另外，也可以使In-Ga-Zn-O類材料包含In、Ga、Zn以外的元素。
另外，氧化物半導體膜也可以使用以化學式InMO3(ZnO)m(m>0)表示的材料的薄膜。在此，M表示選自Ga、Al、Mn和Co中的一種或多種金屬元素。例如，作為M，可以利用Ga、Ga及Al、Ga及Mn或Ga及Co等。
在本實施例中，藉由濺射法並使用In-Ga-Zn-O類氧化物半導體成膜用靶材形成氧化物半導體膜。
作為In-Ga-Zn-O類氧化物半導體成膜用靶材，例如可以使用具有In2O3:Ga2O3:ZnO=1:1:1[摩爾數比]的組成比的氧化物半導體成膜用靶材。注意，不侷限於上述靶材的材料及組成。例如還可以使用具有In2O3:Ga2O3:ZnO=1:1:2[摩爾數比]的組成比的氧化物半導體成膜用靶材。
另外，當作為氧化物半導體使用In-Zn-O類材料時，將所使用的靶材的組成比設定為原子數比為In:Zn=50:1至1:2(換算為摩爾數比則為In2O3:ZnO=25:1至1:4)，較佳為In:Zn=20:1至1:1(換算為摩爾數比則為In2O3:ZnO=10:1至1:2)，更佳為In:Zn=15:1至1.5:1(換算為摩爾數比則為In2O3:ZnO=15:2至3:4)。例如，作為用於形成In-Zn-O類氧化物半導體的靶材，當原子數比為In:Zn:O=X:Y:Z時，將其設定為Z>1.5X+Y。
氧化物半導體成膜用靶材的填充率為90%以上且100%以下，較佳為95%以上且99.9%以下。藉由使用高填充率的氧化物半導體成膜用靶材，可以使所形成的氧化物半導體膜成為緻密的膜。
作為成膜的氣圍，採用稀有氣體(典型的是氬)氣圍下、氧氣圍下或稀有氣體和氧的混合氣圍下等即可。另外，為了防止在氧化物半導體膜中混入氫、水、羥基、氫化物等，最好採用使用充分去除了氫、水、羥基、氫化物等的含氫原子的雜質的高純度氣體的氣圍。
更明確而言，例如可以採用如下方法形成氧化物半導體膜。
首先，在保持為減壓狀態的沉積室內保持基板300，並且將基板溫度設定為100℃以上且600℃以下，較佳為200℃以上且400℃以下。藉由邊加熱基板300邊進行成膜，可以降低在氧化物半導體膜中含有的雜質濃度。另外，可以減輕由於濺射帶來的損傷。
接著，邊去除殘留在沉積室內的水分邊引入去除了氫及水等的含氫原子的雜質的高純度氣體並使用上述靶材在基板300上形成氧化物半導體膜。為了去除殘留在沉積室內的水分，作為排氣單元，較佳使用吸附型真空泵，例如，低溫泵、離子泵、鈦昇華泵等。另外，作為排氣單元，也可以使用配備有冷阱的渦輪分子泵。由於利用低溫泵進行了排氣的沉積室中，如氫分子、水(H2O)等的包含氫原子的化合物(較佳還包括包含碳原子的化合物)等被去除，由此可以降低利用該沉積室形成的氧化物半導體膜中含有的雜質濃度。
作為成膜條件的一個例子，可以採用如下條件：基板與靶材之間的距離為100mm；壓力為0.6Pa；直流(DC)電源為0.5kW；成膜氣圍為氧(氧流量比率為100%)氣圍。另外，當使用脈衝直流電源時，可以減少成膜時產生的粉狀物質(也稱為微粒、塵屑)，並且膜厚度分佈也均勻，所以是較佳的。
然後，對氧化物半導體膜308進行熱處理。藉由該熱處理，可以去除氧化物半導體膜308中的過量的氫(包括水及羥基)而改善氧化物半導體膜的結構，從而降低能隙中的缺陷能級。將上述熱處理的溫度設定為250℃以上且650℃以下，較佳為450℃以上且600℃以下，或低於基板的應變點。
作為熱處理，例如，可以將被處理物放入使用電阻發熱體等的電爐中，並在氮氣圍下以450℃加熱1個小時。在此期間，不使氧化物半導體膜308接觸大氣以防止水或氫的混入。
熱處理裝置不限於電爐，還可以使用利用被加熱的氣體等的介質的熱傳導或熱輻射來加熱被處理物的裝置。例如，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、或者高壓汞燈等的燈發射的光(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。作為氣體，使用如氬等的稀有氣體或氮等的即使進行熱處理也不與被處理物產生反應的惰性氣體。
例如，作為上述熱處理，也可以進行如下GRTA處理，即將被處理物引入到被加熱的惰性氣體氣圍中，進行加熱幾分鐘，然後從該惰性氣體氣圍中抽出被處理物。藉由使用GRTA處理，可以短時間進行高溫熱處理。另外，即使溫度條件超過被處理物的耐熱溫度，也可以應用該方法。另外，在處理中，還可以將惰性氣體換為含有氧的氣體。這是因為如下緣故：藉由在含有氧的氣圍中進行熱處理，可以降低由於氧缺損而引起的能隙中的缺陷能級。
另外，作為惰性氣體氣圍，最好採用以氮或稀有氣體(氦、氖、氬等)為主要成分且不含有水、氫等的氣圍。例如，較佳引入熱處理裝置中的氮或氦、氖、氬等的稀有氣體的純度為6N(99.9999%)以上，更佳為7N(99.99999%)以上(即，雜質濃度為1ppm以下，較佳為0.1ppm以下)。
此外，由於上述熱處理具有去除氫或水等的效果，所以可以將該熱處理也稱為脫水化處理、脫氫化處理等。該脫水化處理、脫氫化處理例如也可以在將氧化物半導體膜處理為島狀之前的時序進行。另外，這樣的脫水化處理、脫氫化處理不侷限於進行一次，而也可以進行多次。另外，藉由該熱處理也可以去除上述鹵素摻雜處理中混入到絕緣膜302a等中的氫等。
接著，對上述氧化物半導體膜308進行處理，來形成島狀的氧化物半導體膜308(參照圖5D)。
藉由在氧化物半導體膜上形成所希望的形狀的掩模之後對該氧化物半導體膜進行蝕刻可以進行氧化物半導體膜308的處理。上述掩模可以利用光微影製程等的方法形成。或者，也可以利用噴墨法等的方法形成掩模。
另外，也可以與蝕刻氧化物半導體膜308的同時，對使用由與氧化物半導體膜308相同種類的成分構成的絕緣材料的絕緣膜302b進行蝕刻，來將絕緣膜302b處理為島狀。
此外，對氧化物半導體膜308以及絕緣膜302b的蝕刻可以採用乾蝕刻或濕蝕刻。當然，也可以組合上述蝕刻使用。
另外，不一定必須要將氧化物半導體膜308處理為島狀。
接著，對氧化物半導體膜308進行利用氧382的處理(也稱為氧摻雜處理或氧電漿摻雜處理)(參照圖5E)。這裏，在氧382中至少包含氧自由基、氧原子和氧離子中的一種。藉由對氧化物半導體膜308進行氧摻雜處理，可以使在氧化物半導體膜308中、氧化物半導體膜308的介面附近或在氧化物半導體膜308中及該介面附近含有氧。在此情況下，將氧的含量設定為超過氧化物半導體膜308的化學計量比的程度，較佳為超過化學計量比的1倍至2倍(大於1倍且小於2倍)。或者，當以單晶中的氧量為Y時，可以將氧含量設定為超過Y的程度，較佳為超過Y至2Y。或者，當以不進行氧摻雜處理時的氧化物半導體膜中的氧量Z為基準時，可以將氧含量設定為超過Z的程度，較佳為超過Z至2Z。另外，在上述較佳的範圍中存在有上限是因為在氧含量過多時，如氫吸收合金(氫吸藏合金)那樣，氧化物半導體膜308會吸收氫的緣故。此外，在氧化物半導體膜中的氧含量大於氫含量。
當使用其結晶結構由InGaO3(ZnO)m(m>0)表示的材料時，例如在以m=1(InGaZnO4)的結晶結構為基準時，在InGaZnOx中x可以超過4至8，而在以m=2(InGaZn2O5)的結晶結構為基準時，在InGaZn2Ox中x可以超過5至10。這裏，只要在氧化物半導體的一部分(包括介面)存在有這樣的氧過剩區域即可。
此外，在氧化物半導體膜中，氧是主要成分材料之一。因此，難以藉由SIMS等的方法準確估計氧化物半導體膜中的氧濃度。也就是說，難以判斷是否有意地對氧化物半導體膜添加氧。
另外，氧有17O和18O等同位素，並且，一般認為在自然界的17O和O18的存在比率分別是氧原子整體的0.037%和0.204%左右。也就是說，在氧化物半導體膜中的上述同位素的濃度為藉由SIMS等的方法可估計的程度，因此藉由測量這些濃度，有時可以進一步準確地估計氧化物半導體膜中的氧濃度。由此，可以藉由測量這些濃度判斷是否有意地對氧化物半導體膜添加氧。
例如，當以18O的濃度為基準時，在氧化物半導體膜中，添加有氧的區域中的氧同位素的濃度D1(18O)和不添加有氧的區域中的氧同位素的濃度D2(18O)之間的關係為D1(18O)>D2(18O)。
另外，添加到氧化物半導體膜的氧382的至少一部分較佳在氧化物半導體中具有懸空鍵。這是因為，具有懸空鍵可以與有可能殘留在膜中的氫接合而使氫固定化(不動離子化)的緣故。
上述氧382可以利用電漿產生裝置或臭氧產生裝置而產生。更具體來說，例如，可以藉由利用能夠對半導體裝置進行蝕刻處理的裝置或對抗蝕劑掩模進行灰化處理的裝置等產生氧382，並對氧化物半導體膜308進行處理。此外，也可以藉由照射由電場加速的氧離子來添加氧。
另外，為了更好地進行氧添加，較佳對基板施加電偏壓。
另外，較佳對進行了氧摻雜處理的氧化物半導體膜308進行熱處理。將該熱處理的溫度設定為250℃以上且700℃以下，較佳為400℃以上且600℃以下或低於基板的應變點。
藉由該熱處理，可以從氧化物半導體膜去除因氧與氧化物半導體材料的反應而產生的水、氫氧化物(OH)等。另外，藉由該熱處理也可以去除上述氧摻雜處理中混入到氧化物半導體膜308等中的氫等。可以在水、氫等被充分降低的氮、氧、超乾燥空氣(使用CRDS(cavity ring-down laser spectroscopy：光腔衰蕩雷射光譜法)方式的露點儀來測定時的水分量為20ppm(露點換算為-55℃)以下，較佳為1ppm以下，更佳為10ppb以下的空氣)、稀有氣體(氬、氦等)等氣圍下進行熱處理，尤其是，較佳在包含氧的氣圍下進行熱處理。此外，較佳將引入熱處理裝置中的氮、氧、稀有氣體的純度設定為6N(99.9999%)以上(即，雜質濃度為1ppm以下)，更佳為7N(99.99999%)以上(即，雜質濃度為0.1ppm以下)。
此外，也可以重複進行氧摻雜處理和熱處理。藉由重複進行該處理，可以進一步提高電晶體的可靠性。此外，可以適當地設定重複次數。
在根據本實施例的上述熱處理中，較佳在含氧的氣圍下加熱氧化物半導體膜308。因此，雖然由上述脫水化(或脫氫化)處理有可能減少氧，但可以向氧化物半導體膜308供應氧。在這意思上也可以將該熱處理稱為加氧化。
另外，以加氧化為目的的熱處理的時序只要在形成氧化物半導體膜308之後就沒有特別的限制。例如，可以在形成後述的閘極絕緣膜310a之後進行以加氧化為目的的熱處理。或者，也可以在形成閘極電極之後進行以加氧化為目的的熱處理。或者，也可以在進行以脫水化等為目的的熱處理之後繼續進行以加氧化為目的的熱處理，也可以將以脫水化等為目的的熱處理兼作以加氧化為目的的熱處理，也可以將以加氧化為目的的熱處理兼作以脫水化等為目的的熱處理。
如上那樣，藉由應用以脫水化等為目的的熱處理和氧摻雜處理或以加氧化為目的的熱處理，可以以儘量不包含其主要成分以外的雜質的方式使氧化物半導體膜308實現高純度化。被高純度化的氧化物半導體膜308中的源自施體的載子極少(近零)。藉由利用上述熱處理減少雜質以形成i型(本徵半導體)或無限接近於i型的氧化物半導體膜，可以實現具有極優越的特性的電晶體。
注意，在本實施例中，進行以脫水化等為目的的熱處理，將氧化物半導體膜308處理為島狀，進行氧摻雜處理，並進行以加氧化為目的的熱處理，但是這些製程不侷限於該順序。
接著，在絕緣膜302a、絕緣膜302b及氧化物半導體膜308上形成用來形成源極電極及汲極電極(包括使用與源極電極及汲極電極相同的層形成的佈線)的導電膜，對該導電膜進行處理，形成源極電極304a及汲極電極304b(參照圖5F)。注意，根據這裏形成的源極電極304a的端部與汲極電極304b的端部之間的距離決定電晶體的通道長度L。
作為用作源極電極304a及汲極電極304b的導電膜，例如有含有選自Al、Cr、Cu、Ta、Ti、Mo、W中的元素的金屬膜或以上述元素為成分的金屬氮化物膜(氮化鈦膜、氮化鉬膜、氮化鎢膜)等。另外，還可以使用在Al、Cu等的金屬膜的下側或上側的一方或兩者層疊Ti、Mo、W等的高熔點金屬膜或它們的金屬氮化物膜(氮化鈦膜、氮化鉬膜、氮化鎢膜)的導電膜。
此外，用於源極電極304a及汲極電極304b的導電膜也可以使用導電金屬氧化物形成。作為導電金屬氧化物，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)或使這些金屬氧化物材料包含氧化矽的材料。
可以藉由使用抗蝕劑掩模的蝕刻對導電膜進行處理。作為利用該蝕刻形成抗蝕劑掩模時的曝光，可以使用紫外線、KrF雷射或ArF雷射等。
另外，在當通道長度L短於25nm時進行曝光的情況下，例如使用波長極短，即幾nm至幾十nm的超紫外線(Extreme Ultraviolet)進行形成抗蝕劑掩模時的曝光即可。使用超紫外線的曝光的解析度高且其聚焦深度也大。從而，可以使後面形成的電晶體的通道長度L微型化，而可以提高電路的工作速度。
此外，也可以使用所謂多色調掩模形成的抗蝕劑掩模進行蝕刻製程。由於使用多色調掩模形成的抗蝕劑掩模成為具有多種膜厚度的形狀，並且藉由進行灰化可以進一步改變形狀，因此可以用於處理為不同圖案的多個蝕刻製程。由此，藉由使用一個多色調掩模，可以形成至少對應於兩種以上的不同圖案的抗蝕劑掩模。就是說，可以實現製程的簡化。
接著，形成與氧化物半導體膜308的一部分且覆蓋源極電極304a及汲極電極304b的閘極絕緣膜310a、閘極絕緣膜310b(參照圖5F)。
閘極絕緣膜310a可以與絕緣膜302b同樣地形成。也就是說，作為閘極絕緣膜310a，較佳使用由與氧化物半導體膜308相同種類的成分構成的絕緣材料。這是因為，這種材料與氧化物半導體膜的搭配良好，由此藉由將其用作閘極絕緣膜310a，可以保持與氧化物半導體膜308之間的介面的良好狀態。例如，在氧化物半導體膜308由In-Ga-Zn-O類的氧化物半導體材料構成的情況下，作為由與其相同種類的成分構成的絕緣材料，可以舉出氧化鎵等。
另外，閘極絕緣膜310a較佳含有氧，即較佳含有超過化學計量比的程度，更佳超過化學計量比的1倍至2倍(大於1倍且小於2倍)的氧。如此，藉由使閘極絕緣膜310a具有過剩的氧，可以向氧化物半導體膜308以及與氧化物半導體膜308的介面供應氧而降低氧缺損。
閘極絕緣膜310b可以與絕緣膜302a同樣地形成。也就是說，閘極絕緣膜310b可以使用氧化矽、氮化矽、氧氮化矽、氮氧化矽、氧化鋁、氮化鋁、氧氮化鋁、氮氧化鋁、氧化鉿或這些材料的混合材料的單層或疊層形成。但是，考慮到用作電晶體的閘極絕緣膜，也可以採用相對介電常數高的材料，例如氧化鉿、氧化鉭、氧化釔、矽酸鉿(HfSixOy(x>0、y>0))、鋁酸鉿(HfAlxOy(x>0、y>0))、添加有氮的矽酸鉿、添加有氮的鋁酸鉿等。
另外，閘極絕緣膜310b較佳含有氧，即較佳含有超過化學計量比的程度，更較佳超過化學計量比的1倍至2倍(大於1倍且小於2倍)的氧。如此，藉由使閘極絕緣膜310b具有過剩的氧，可以向氧化物半導體膜308以及與氧化物半導體膜308的介面供應氧而降低氧缺損。
這裏，最好採用由與氧化物半導體膜相同種類的成分的絕緣材料構成的閘極絕緣膜310a和包含與氧化物半導體膜不同的材料的閘極絕緣膜310b的疊層結構。這是因為如下緣故：藉由採用按順序層疊氧化物半導體膜308、閘極絕緣膜310b、閘極絕緣膜310a的結構，與氧化物半導體膜和閘極絕緣膜310a的介面相比，閘極絕緣膜310a和閘極絕緣膜310b的介面的電荷俘獲中心優先地俘獲電荷，因此，可以充分抑制氧化物半導體膜介面的電荷俘獲，從而可以提高半導體裝置的可靠性。
另外，作為上述閘極絕緣膜310a和閘極絕緣膜310b的疊層結構，可以使用氧化鎵膜和氧化矽膜的疊層結構、氧化鎵膜和氮化矽膜的疊層結構等。
另外，在圖4所示的電晶體320中，作為絕緣膜採用由與氧化物半導體膜相同種類的成分的絕緣材料構成的閘極絕緣膜310a和包含與氧化物半導體膜不同的材料的閘極絕緣膜310b的疊層結構，但不侷限於此。例如，也可以採用由與氧化物半導體膜相同種類的成分的絕緣材料構成的閘極絕緣膜310a和包含與氧化物半導體膜不同的材料的閘極絕緣膜310b中的任一種來形成絕緣膜。
另外，較佳以與絕緣膜302a或絕緣膜302b接觸的方式形成閘極絕緣膜310a或閘極絕緣膜310b。藉由這樣的方式形成閘極絕緣膜310a或閘極絕緣膜310b，可以覆蓋氧化物半導體膜308整體，由此可以藉由氧化物半導體膜308以及與氧化物半導體膜308的介面有效地供給氧，而可以減小氧缺損。
另外，使用微波(例如，頻率為2.45GHz)的高密度電漿CVD可以形成緻密且絕緣耐壓高的高品質絕緣層，所以在形成閘極絕緣膜310a、閘極絕緣膜310b時利用該方法是較佳的。這是由於藉由使高純度化的氧化物半導體與高品質閘極絕緣膜密接可以降低介面態而形成良好的介面特性的緣故。
接著，在閘極絕緣膜310b上的與氧化物半導體膜308重疊的區域中形成閘極電極312(參照圖5F)。閘極電極312可以藉由電漿CVD法或濺射法等並使用鉬、鈦、鉭、鎢、鋁、銅、釹、鈧等金屬材料或以該金屬材料為主要成分的合金材料形成。另外，閘極電極312可以採用單層結構或疊層結構。
藉由上述製程，形成電晶體320。
注意，上述說明是對被處理為島狀並被高純度化的氧化物半導體膜308進行氧摻雜處理的例子，但是所公開的發明的一個實施例不侷限於此。例如，既可以在進行高純度化處理及氧摻雜處理之後，將氧化物半導體膜處理為島狀，又可以在形成源極電極304a及汲極電極304b之後進行氧摻雜處理。
〈半導體裝置的變形例〉
在圖6A至6F中，作為圖4A至4C所示的電晶體320的變形例示出電晶體330、電晶體340、電晶體350、電晶體325、電晶體335以及電晶體345的截面圖。
圖6A所示的電晶體330與電晶體320的共同點在於包括基板300上的絕緣膜302a、絕緣膜302b、氧化物半導體膜308、源極電極304a、汲極電極304b、閘極絕緣膜310a、閘極絕緣膜310b、閘極電極312。電晶體330與電晶體320的不同點在於有沒有覆蓋上述構成要素的絕緣膜314。就是說，電晶體330具有絕緣膜314。其他構成要素與圖4A至4C中的電晶體320同樣，所以詳細內容可以參考關於圖4A至4C的記載。
這裏，絕緣膜314例如可以使用氧化矽、氮化矽、氧化鋁、氮化鋁、氧化鎵、這些材料的混合材料等形成。尤其是在作為絕緣膜314使用氮化矽膜時，在可以防止所添加的氧放出到外部的同時，可以有效地抑制從外部氫等混入到氧化物半導體膜308中，因此是較佳的。尤其是，在絕緣膜314中，將氫含量設定為氮含量的十分之一以下，較佳為小於1×1020cm-3，更佳為小於5×1018cm-3。此外，還可以在絕緣膜314中形成與源極電極304a、汲極電極304b、閘極電極312等連接的佈線。
圖6B所示的電晶體340與電晶體320的共同點在於包括基板300上的絕緣膜302b、氧化物半導體膜308、源極電極304a、汲極電極304b、閘極絕緣膜310a、閘極電極312。電晶體340與電晶體320的不同點在於用作基底的絕緣膜以及閘極絕緣膜。就是說，在電晶體340中，僅利用由與氧化物半導體膜相同種類的成分的絕緣材料構成的絕緣膜302b形成用作基底的絕緣膜，並僅利用由與氧化物半導體膜相同種類的成分的絕緣材料構成的閘極絕緣膜310a形成閘極絕緣膜。其他構成要素與圖4A至4C中的電晶體320同樣，所以詳細內容可以參考關於圖4A至4C的記載。
另外，在形成電晶體340時，與圖5A、5B所示的製程不同，在基板300上形成絕緣膜302b，然後對絕緣膜302b進行鹵素摻雜處理，來使絕緣膜302b包含鹵素。由於氯或氟等鹵素的電負性比氧化物半導體膜308中的金屬(Zn、Ga、In)的電負性大，因此藉由使絕緣膜302b包含鹵素，可以從氧化物半導體膜308中的M-H鍵奪取氫原子。像這樣，添加到氧化物半導體膜308與絕緣膜302b的介面的氯或氟等鹵素可以俘獲成為電晶體的退化原因的從氧化物半導體膜308中的M-H鍵脫離的氫離子。
圖6C所示的電晶體350與圖4A至4C所示的電晶體320的共同點在於包括上述各構成要素。電晶體350與電晶體320的不同點在於是否將絕緣膜302b處理為島狀。也就是說，在電晶體320中，將絕緣膜302b處理為島狀，而在電晶體340中，不將絕緣膜302b處理為島狀。另外，根據氧化物半導體膜308和絕緣膜302b的蝕刻選擇比，絕緣膜302b的不與氧化物半導體膜308重疊的區域的厚度有時薄於絕緣膜302b的與氧化物半導體膜308重疊的區域的厚度。其他構成要素與圖4A至4C同樣。
圖6D所示的電晶體325與圖4A至4C所示的電晶體320的共同點在於包括上述各構成要素。電晶體325與電晶體320的不同點在於源極電極304a及汲極電極304b和氧化物半導體膜308的疊層順序。就是說，在電晶體320中先形成氧化物半導體膜308，而在電晶體325中先形成源極電極304a及汲極電極304b。其他構成要素與圖4A至4C同樣。
圖6E所示的電晶體335具有在圖6D所示的電晶體325的基礎上提供如電晶體330那樣的絕緣膜314的結構。
圖6F所示的電晶體345具有如下結構：在圖6D所示的電晶體325的基礎上，如電晶體340那樣，僅利用由與氧化物半導體膜相同種類的成分的絕緣材料構成的絕緣膜302b形成用作基底的絕緣膜，並僅利用由與氧化物半導體膜相同種類的成分的絕緣材料構成的閘極絕緣膜310a形成閘極絕緣膜。
此外，上述各個電晶體的結構可以適當地相互組合而使用。
根據本實施例的電晶體採用如下氧化物半導體膜：即，藉由進行熱處理，從氧化物半導體排除氫、水、羥基或氫化物(也稱為氫化合物)等的含氫原子的雜質，且藉由供應在雜質排除製程中有可能減少的氧，來實現高純度化及i型(本徵)化的氧化物半導體膜。包括上述那樣被高純度化的氧化物半導體膜的電晶體的臨界值電壓等電特性變動被抑制，由此該電晶體在電性能上穩定。
尤其是，藉由利用氧摻雜處理增大氧化物半導體膜中的氧含量，可以抑制由電偏壓應力或熱應力所引起的退化，並可以降低由光導致的退化。
並且，藉由利用鹵素摻雜處理對在其上形成氧化物半導體膜的絕緣膜添加以氯為代表的鹵素，可以進一步抑制由電偏壓應力或熱應力所引起的退化，並可以進一步降低由光導致的退化。
如上所述，根據所公開的發明的一個實施例可以提供高可靠性的電晶體。
本實施例所示的結構、方法等可以與其他實施例所示的結構、方法等適當地組合而使用。
實施例3
在本實施例中，對可以用於氧摻雜處理或鹵素摻雜處理的電漿裝置(也稱為灰化裝置)的例子進行說明。另外，由於該裝置可以對應例如第五代以後的大型玻璃基板，所以比起離子植入裝置等更適於工業化。
圖17A示出板料送進方式多室設備的俯視圖的一個例子。圖17B示出進行氧電漿摻雜的電漿裝置(也稱為灰化裝置)的截面圖的一個例子。
圖17A所示的板料送進方式多室設備包括：三個圖17B所示的電漿裝置10、具有三個收納被處理基板的盒式介面(cassette port)14的基板供給室11、裝載閉鎖室12及傳送室13等。被供給到基板供給室的基板藉由裝載閉鎖室12及傳送室13被傳送到電漿裝置內的真空處理室15進行氧電漿摻雜。進行完氧電漿摻雜的基板從電漿裝置經過裝載閉鎖室及傳送室被傳送到基板供給室。另外，基板供給室11及傳送室13分別配置有用來搬送被處理基板的傳送機械。
參照圖17B可知電漿裝置10備有真空處理室15。真空處理室15的上部配置有多個氣體吹出口及電漿發生源ICP線圈16(感應耦合電漿線圈)。
從電漿裝置10的上面看在其中央部分設置有12個氣體吹出口。各個氣體吹出口藉由氣體流道17與供給氧氣的氣體供給源連接，氣體供給源備有質量流量控制器等而可以對氣體流道17供給所希望的流量(大於0sccm且1000sccm以下)的氧氣。由氣體供給源供給的氧氣從氣體流道17藉由12個氣體吹出口供給到真空處理室15內。
ICP線圈16是由多個帶狀的導體以螺旋狀配置而成。各導體的一端藉由用來進行高阻抗調整的匹配電路電連接到第一高頻電源18(13.56MHz)，另一端接地。
真空處理室的下部配置有用作下部電極的基板工作臺19。利用設置在基板工作臺19上的靜電吸盤等，基板工作臺上的被處理基板20被保持為能夠裝卸。基板工作臺19備有作為加熱結構的加熱器及作為冷卻機構的He氣體流道。基板工作臺連接於、用來施加基板偏壓電壓的第二高頻電源21(3.2MHz)。
另外，真空處理室15設置有排氣口並備有自動壓力控制閥22(Automatic Pressure Control Valve，也稱為APC)。APC連接於渦輪分子泵23，並且藉由渦輪分子泵23連接於乾燥泵24。APC進行真空處理室內的壓力控制，渦輪分子泵23及乾燥泵24對真空處理室15內進行減壓。
接著，在圖17B中示出在真空處理室15內生成電漿來對設置在被處理基板20上的氧化物半導體膜、基底絕緣膜或閘極絕緣膜進行氧電漿摻雜的一個例子。
首先，利用渦輪分子泵23及乾燥泵24等使真空處理室15內保持所希望的壓力，然後將被處理基板20設置在真空處理室15內的基板工作臺上。注意，被保持在基板工作臺上的被處理基板20至少具有氧化物半導體膜或基底絕緣膜。在本實施例中，將真空處理室15內的壓力保持為1.33Pa。另外，將從氣體吹出口供給到真空處理室15內的氧氣流量設定為250sccm。
接著，由第一高頻電源18對ICP線圈16施加高頻電力來生成電漿。並且，將生成電漿的狀態維持一定時間(30秒以上600秒以下)。另外，將對ICP線圈16施加的高頻電力設定為1kW以上10kW以下。在本實施例中設定為6000W。此時，也可以由第二高頻電源21向基板工作臺施加基板偏壓電壓。在本實施例中將用於施加基板偏壓電壓的電力設置為1000W。
在本實施例中，將生成電漿的狀態維持60秒，然後將被處理基板20從真空處理室15中搬出。由此，可以對設置在被處理基板20上的氧化物半導體膜、基底絕緣膜或閘極絕緣膜進行氧電漿摻雜。
此外，藉由使用同樣的裝置並使用氯氣體或氟氣體等鹵素氣體可以進行鹵素摻雜處理。
上述本實施例所示的結構或方法等可以與其他的實施例所示的結構或方法等適當地組合而使用。
實施例4
在本實施例中作為半導體裝置的一個例子示出儲存媒體(記憶元件)。在本實施例中，將實施例1或2等所示的使用氧化物半導體的電晶體與使用氧化物半導體以外的材料的電晶體形成在同一基板上。
圖7A和圖7B是半導體裝置的結構的一個例子。圖7A示出半導體裝置的截面，而圖7B示出半導體裝置的平面。這裏，圖7A相當於圖7B的C1-C2及D1-D2的截面。另外，圖7C示出將上述半導體裝置作為記憶元件而使用時的電路圖的一個例子。圖7A及圖7B所示的半導體裝置的下部具有使用第一半導體材料的電晶體240，上部具有實施例2所示的電晶體345。另外，在電晶體345中，作為第二半導體材料使用氧化物半導體。在本實施例中，將氧化物半導體材料以外的半導體材料作為第一半導體材料。作為氧化物半導體以外的半導體材料，例如可以使用矽、鍺、矽鍺、碳化矽或鎵砷等，並且，較佳使用單晶半導體。另外，還可以使用有機半導體材料。使用這樣的半導體材料的電晶體可以容易地進行高速工作。另一方面，使用氧化物半導體的電晶體利用其特性而可以長時間地保持電荷。
另外，在本實施例中，雖然示出使用電晶體345構成儲存媒體的例子，但是也可以使用實施例1或2示出的電晶體代替電晶體345。
圖7中的電晶體240包括：設置在含有半導體材料(例如矽等)的基板200上的通道形成區216；以夾著通道形成區216的方式設置的雜質區域220；接觸於雜質區域220的金屬化合物區域224；設置在通道形成區216上的閘極絕緣膜208；以及設置在閘極絕緣膜208上的閘極電極210。
作為含有半導體材料的基板200，可以採用矽或碳化矽等的單晶半導體基板、多晶半導體基板、矽鍺等的化合物半導體基板或SOI基板等。注意，一般來說，“SOI基板”是指在絕緣表面上設置有矽半導體膜的基板，但是在本說明書等中，還包括在絕緣表面上設置有由矽以外的材料構成的半導體膜的基板。也就是說，“SOI基板”所具有的半導體膜不侷限於矽半導體膜。此外，SOI基板還包括在玻璃基板等絕緣基板上隔著絕緣層設置有半導體膜的基板。
另外，在基板200上，以圍繞電晶體240的方式設置有元件分離絕緣膜206，以覆蓋電晶體240的方式設置有絕緣膜228及絕緣膜230。此外，為了實現高整合化，如圖7A所示電晶體240最好採用不設置側壁絕緣膜的結構。另一方面，當重視電晶體240的特性時，可以在閘極電極210的側面設置側壁絕緣膜而形成包含雜質濃度不同區域的雜質區域220。
電晶體240可以使用矽、鍺、矽鍺、碳化矽或鎵砷等形成。該種電晶體240具有能夠高速工作的特點。為此，藉由將該電晶體用作讀出用的電晶體，可以高速地進行資訊的讀出。
在形成電晶體240之後，作為電晶體345及電容元件164的形成前的處理，對絕緣膜228、絕緣膜230進行CMP處理來使閘極電極210的上表面露出。作為使閘極電極210的上表面露出的處理，除了CMP處理之外還可以使用蝕刻處理等。但是，為了提高電晶體345的特性，較佳使絕緣膜228、絕緣膜230的表面盡可能地平坦。
接著，形成與氧化物半導體膜308接觸且用作基底的絕緣膜302。絕緣膜302可以藉由利用實施例2所示的絕緣膜302a、絕緣膜302b或這些的疊層結構並使用實施例2所示的材料及形成製程而形成。
接著，在閘極電極210、絕緣膜228、絕緣膜230等上形成導電膜，對該導電膜進行選擇性的蝕刻來形成源極電極304a及汲極電極304b。
可以利用如濺射法等的PVD法或如電漿CVD法等的CVD法來形成導電膜。另外，作為導電膜的材料，可以使用選自Al、Cr、Cu、Ta、Ti、Mo、W中的元素或以上述元素為成分的合金等。也可以使用選自Mn、Mg、Zr、Be、Nd、Sc中的一種或多種的材料。
導電膜既可以採用單層結構也可以採用兩層以上的疊層結構。例如可以舉出：鈦膜或氮化鈦膜的單層結構；含有矽的鋁膜的單層結構；在鋁膜上層疊鈦膜的雙層結構；在氮化鈦膜上層疊鈦膜的雙層結構；層疊鈦膜、鋁膜及鈦膜的三層結構等。另外，當作為導電膜採用鈦膜或氮化鈦膜的單層結構時，具有易於將源極電極304a及汲極電極304b處理為錐形形狀的優點。
上部的電晶體345的通道長度(L)由源極電極304a及汲極電極304b的下端部的間隔決定。另外，當形成通道長度(L)短於25nm的電晶體時，較佳使用波長短即幾nm至幾十nm的超紫外線進行形成掩模時的曝光。
接著，在以覆蓋源極電極304a及汲極電極304b的方式形成氧化物半導體膜之後，對該氧化物半導體膜進行選擇性的蝕刻以形成氧化物半導體膜308。使用實施例2所示的材料及形成製程形成氧化物半導體膜。
接下來，形成接觸與氧化物半導體膜308的閘極絕緣膜310。閘極絕緣膜310使用實施例2所示的閘極絕緣膜310a、閘極絕緣膜310b或這些的疊層結構並使用實施例2所示的材料及形成製程來形成。
接著，在閘極絕緣膜310上的與氧化物半導體膜308重疊的區域上形成閘極電極312a，並在與源極電極304a重疊的區域上形成電極312b。
較佳在形成閘極絕緣膜310之後，在惰性氣體氣圍或者氧氣圍下進行熱處理(也稱為加氧化等)。加熱處理的溫度為200℃以上450℃以下，較佳為250℃以上350℃以下。例如，在氮氣圍下以250℃進行1小時的加熱處理即可。藉由進行熱處理，可以降低電晶體的電特性的不均勻。
另外，以加氧化為目的的熱處理的時序不侷限於此。例如，也可以在形成閘極電極之後進行以加氧化為目的的熱處理。另外，可以接著以脫水化等為目的的熱處理進行以加氧化為目的的熱處理，也可以在以脫水化等為目的的熱處理中兼併以加氧化為目的的熱處理，還可以在以加氧化為目的的熱處理中兼併以脫水化等為目的的熱處理。
如上所述，藉由進行以脫水化等為目的的熱處理、氧摻雜處理或以加氧化為目的的熱處理，可以使氧化物半導體膜308儘量地不包含其主要成分以外的雜質而使其高純度化。
藉由在閘極絕緣膜310上形成導電膜之後，對該導電膜進行選擇性的蝕刻來形成閘極電極312a及電極312b。
接著，在閘極絕緣膜310、閘極電極312a及電極312b上形成絕緣膜151及絕緣膜152。絕緣膜151及絕緣膜152可以利用濺射法或CVD法等形成。另外，還可以使用含有如氧化矽、氧氮化矽、氮化矽、氧化鉿、氧化鋁、氧化鎵等的無機絕緣材料的材料形成。
接下來，在閘極絕緣膜310、絕緣膜151及絕緣膜152中形成到達汲極電極304b的開口。該開口藉由進行使用掩模等的選擇性的蝕刻而形成。
然後，在上述開口中形成電極154，並在絕緣膜152上形成接觸於電極154的佈線156。
電極154例如可以在利用PVD法或CVD法等在包括開口的區域中形成導電膜後，利用蝕刻處理或CMP等的方法去除上述導電膜的一部分來形成。
佈線156是藉由利用如濺射法等的PVD法或如電漿CVD法等的CVD法形成導電膜之後對該導電膜進行構圖而形成的。另外，作為導電膜的材料，可以使用選自Al、Cr、Cu、Ta、Ti、Mo、W中的元素或以上述元素為成分的合金等。也可以使用選自Mn、Mg、Zr、Be、Nd、Sc中的一種或多種的材料。詳細內容與源極電極304a或汲極電極304b等相同。
藉由上述方法可以形成使用被高純度化的氧化物半導體膜308的電晶體345及電容元件164。電容元件164由源極電極304a、氧化物半導體膜308、閘極絕緣膜310及電極312b構成。
另外，在圖7所示的電容元件164中，藉由層疊氧化物半導體膜308和絕緣膜310，可以充分確保源極電極304a與電極312b之間的絕緣性。當然，為了確保足夠的電容，也可以採用不具有氧化物半導體膜308的結構的電容元件164。再者，當不需要電容時，也可以採用不設置電容元件164的結構。
圖7C示出將上述半導體裝置用作記憶元件時的電路圖的一個例子。在圖7C中，電晶體345的源極電極和汲極電極中的一方與電容元件164的電極的一方及電晶體240的閘極電極電連接。另外，第一佈線(1st Line：也稱為源極線)與電晶體240的源極電極電連接，第二佈線(2nd Line：也稱為位元線)與電晶體240的汲極電極電連接，第三佈線(3rd Line：也稱為第一信號線)與電晶體345的源極電極和汲極電極中的另一方電連接，第四佈線(4th Line：也稱為第二信號線)與電晶體345的閘極電極電連接，並且，第五佈線(5th Line：也稱為字線)與電容元件164的電極中的另一方電連接。
由於使用氧化物半導體的電晶體345的截止電流極小，藉由使電晶體345成為截止狀態，可以極長時間地保持與電晶體345的源極電極和汲極電極中的一方、電容元件164的電極的一方以及電晶體240的閘極電極電連接的節點(以下，節點FG)的電位。此外，藉由具有電容元件164，可以容易地保持施加到節點FG的電荷，並且，可以容易地讀出所保持的資訊。
在對半導體裝置儲存資訊時(寫入)，首先，將第四佈線的電位設定為使電晶體345成為導通狀態的電位，而使電晶體345成為導通狀態。由此，第三佈線的電位被供給到節點FG，由此節點FG積蓄預定量的電荷。這裏，施加賦予兩種不同電位位準的電荷(以下，稱為低(Low)位準電荷、高(High)位準電荷)中的任一種。然後，藉由使第四佈線的電位成為使電晶體345成為截止狀態的電位來使電晶體345成為截止狀態，由於節點FG變為浮動狀態，節點FG保持預定的電荷的狀態。如上所述，藉由使節點FG積蓄並保持預定量的電荷，可以使儲存單元儲存資料。
因為電晶體345的截止電流極小，所以供給到節點FG的電荷被保持很長時間。因此，不需要刷新工作或者可以使刷新工作的頻度變為極低，從而可以充分降低耗電量。此外，即使沒有電力供給，也可以在較長期間內保持儲存內容。
在讀出儲存於儲存單元的資料的情況(讀出)下，當在對第一佈線供給預定電位(恆定電位)的情況下，對第五佈線供給適當的電位(讀出電位)時，對應於保持於節點FG的電荷量電晶體240成為不同的狀態。這是因為如下原因：通常，當電晶體240是n通道型時，節點FG保持High位準電荷的情況下的電晶體240的表觀臨界值Vth_H低於節點FG保持Low位準電荷的情況下的電晶體240的表觀臨界值Vth_L。在此，表觀臨界值是指為使電晶體240成為“導通狀態”而需要的第五佈線的電位。所以，藉由將第五佈線的電位設定為Vth_H與Vth_L之間的電位V0，可以辨別節點FG所保持的電荷。例如，在寫入中，在被施加High位準電荷的情況下，當第五佈線的電位成為V0(>Vth_H)時，電晶體240成為“導通狀態”。在被施加Low位準電荷的情況下，即使第五佈線的電位成為V0(<Vth_L)，電晶體240也保持“截止狀態”。由此，藉由控制第五佈線的電位來讀出電晶體240的導通狀態或截止狀態(讀出第二佈線的電位)，可以讀出所儲存資料(讀出模式)。
此外，當重寫儲存於儲存單元的資料時，藉由對利用上述寫入而保持有預定量的電荷的節點FG供給新電位，使節點FG保持新資料的電荷。明確而言，將第四佈線的電位設定為使電晶體345成為導通狀態的電位，來使電晶體345成為導通狀態。由此，第三佈線的電位(新資料的電位)供給到節點FG，節點FG被積蓄預定量的電荷。然後，藉由將第四佈線的電位成為使電晶體345成為截止狀態的電位，來使電晶體345成為截止狀態，由此節點FG成為保持新資料的電荷的狀態。也就是說，藉由在利用第一寫入使節點FG保持預定量的電荷的狀態下，進行與第一寫入相同的工作(第二寫入)，可以對儲存的資料進行重寫。
本實施例所示的電晶體345藉由使用被高純度化、本徵化的氧化物半導體膜308，可以充分地降低電晶體345的截止電流。此外，藉由使氧化物半導體膜308成為氧過剩的層，可以抑制電晶體345的電特性變動從而可以形成電特性穩定的電晶體。並且，藉由鹵素摻雜處理對在其上形成氧化物半導體膜的閘極絕緣膜添加以氯為代表的鹵素，可以抑制起因於電偏壓應力或熱應力的劣化，並可以減少由光引起的劣化。並且，藉由使用這種電晶體，可以得到可以極長時間地保持儲存內容的可靠性高的半導體裝置。此外，儲存多值資料的半導體裝置要求臨界值變動很小。電晶體345適合用於這種半導體裝置。
另外，在本實施例所示的半導體裝置中，藉由使電晶體240與電晶體345重疊，可以實現整合度得到充分提高的半導體裝置。
本實施例所示的結構或方法等可以與其他實施例所示的結構或方法等適當地組合而使用。
實施例5
可以藉由使用在實施例1或2中例示的電晶體來製造具有顯示功能的半導體裝置(也稱為顯示裝置)。此外，藉由將包括電晶體的驅動電路的一部分或全部與像素部一起形成在與該像素部相同的基板上，可以形成系統整合型面板(system-on-panel)。
在圖8A中，以圍繞設置在第一基板4001上的像素部4002的方式設置密封材料4005，並且，使用第二基板4006進行密封。在圖8A中，在第一基板4001上的與由密封材料4005圍繞的區域不同的區域中安裝有使用單晶半導體膜或多晶半導體膜形成在另行準備的基板上的掃描線驅動電路4004、信號線驅動電路4003。此外，供給到另行形成的信號線驅動電路4003、掃描線驅動電路4004或者像素部4002的各種信號及電位從FPC(撓性印刷電路Flexible printed circuit)4018a、4018b供給。
在圖8B和8C中，以圍繞設置在第一基板4001上的像素部4002和掃描線驅動電路4004的方式設置密封材料4005。此外，在像素部4002和掃描線驅動電路4004上設置有第二基板4006。因此，像素部4002、掃描線驅動電路4004與顯示元件一起由第一基板4001、密封材料4005以及第二基板4006密封。在圖8B和8C中，在第一基板4001上的與由密封材料4005圍繞的區域不同的區域中安裝有使用單晶半導體膜或多晶半導體膜形成在另行準備的基板上的信號線驅動電路4003。在圖8B和8C中，供給到另行形成的信號線驅動電路4003、掃描線驅動電路4004或者像素部4002的各種信號及電位從FPC4018供給。
此外，圖8B和8C示出另行形成信號線驅動電路4003並且將該信號線驅動電路4003安裝到第一基板4001的實例，但是不侷限於該結構。既可以另行形成掃描線驅動電路並進行安裝，又可以另行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，對另行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，玻璃上晶片)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4003、掃描線驅動電路4004的例子，圖8B是藉由COG方法安裝信號線驅動電路4003的例子，而圖8C是藉由TAB方法安裝信號線驅動電路4003的例子。
此外，顯示裝置包括密封有顯示元件的面板和在該面板中安裝有包括控制器的IC等的模組。
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)。另外，顯示裝置還包括：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。
此外，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，並且，可以應用在實施例1或2中例示的電晶體。
作為設置在顯示裝置中的顯示元件，可以使用液晶元件(也稱為液晶顯示元件)、發光元件(也稱為發光顯示元件)。發光元件將由電流或電壓控制亮度的元件包括在其範疇內，明確而言，包括無機EL(Electro Luminescence，電致發光)、有機EL等。此外，也可以應用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至圖11而說明半導體裝置的一種實施例。圖9至圖11相當於沿著圖8B的M-N線的截面圖。
如圖9至圖11所示，半導體裝置包括連接端子電極4015及端子電極4016，並且，連接端子電極4015及端子電極4016藉由各向異性導電膜4019電連接到FPC4018所包括的端子。
連接端子電極4015由與第一電極層4030相同的導電膜形成，並且，端子電極4016由與電晶體4010、4011的源極電極及汲極電極相同的導電膜形成。
此外，設置在第一基板4001上的像素部4002、掃描線驅動電路4004包括多個電晶體，並且，在圖9至圖11中例示像素部4002所包括的電晶體4010、掃描線驅動電路4004所包括的電晶體4011。在圖10及圖11中，在電晶體4010、4011上設置有絕緣層4021。
在本實施例中，作為電晶體4010、電晶體4011，可以應用在實施例1或2中示出的電晶體。電晶體4010、電晶體4011的電特性變動被抑制，所以在電性上是穩定的。因此，作為圖9至圖11所示的本實施例的半導體裝置，可以提供可靠性高的半導體裝置。
此外，在本實施例中，可以在絕緣層上的與驅動電路用電晶體4011的氧化物半導體膜的通道形成區域重疊的位置設置有導電層。藉由將導電層設置在與氧化物半導體膜的通道形成區域重疊的位置，可以進一步降低BT試驗前後的電晶體4011的臨界值電壓的變化量。此外，導電層的電位既可以與電晶體4011的閘極電極的電位相同，又可以不同，並且，還可以用作第二閘極電極。此外，導電層的電位也可以為GND、0V或者浮動狀態。
此外，該導電層還具有遮蔽外部的電場，即不使外部的電場作用到內部(包括電晶體的電路部)的功能(尤其是，遮蔽靜電的靜電遮蔽功能)。利用導電層的遮蔽功能，可以防止由於靜電等外部的電場的影響而使電晶體的電特性變動。
設置在像素部4002中的電晶體4010電連接到顯示元件，構成顯示面板。只要可以進行顯示就對顯示元件沒有特別的限制，而可以使用各種各樣的顯示元件。
圖9示出作為顯示元件使用液晶元件的液晶顯示裝置的例子。在圖9中，作為顯示元件的液晶元件4013包括第一電極層4030、第二電極層4031以及液晶層4008。注意，以夾持液晶層4008的方式設置有用作取向膜的絕緣膜4032、4033。第二電極層4031設置在第二基板4006一側，並且，第一電極層4030和第二電極層4031夾著液晶層4008而層疊。
此外，間隔物4035是藉由對絕緣膜選擇性地進行蝕刻而獲得的柱狀間隔物，並且它是為控制液晶層4008的厚度(單元間隙)而設置的。另外，間隔物4035的形狀不侷限於柱狀，例如還可以使用球狀間隔物。
當作為顯示元件使用液晶元件時，可以使用熱致液晶、低分子液晶、高分子液晶、高分子分散型液晶、鐵電液晶、反鐵電液晶等。上述液晶材料根據條件而呈現膽固醇相、近晶相、立方相、手征向列相、均質相等。
另外，還可以使用不使用取向膜的呈現藍相的液晶。藍相是液晶相的一種，是指當使膽固醇相液晶的溫度上升時即將從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5wt%以上的手性試劑的液晶組成物用於液晶層。由於包含呈現藍相的液晶和手性試劑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，所以不需要取向處理，從而視角依賴性小。另外，由於不需要設置取向膜而不需要摩擦處理，因此可以防止由於摩擦處理而引起的靜電破壞，並可以降低製造製程中的液晶顯示裝置的不良、破損。從而，可以提高液晶顯示裝置的生產率。
此外，液晶材料的固有電阻率為1×109Ω‧cm以上，較佳為1×1011Ω‧cm以上，更佳為1×1012Ω‧cm以上。注意，本說明書中的固有電阻率的值為以20℃測量的值。
考慮到配置在像素部中的電晶體的汲極電流等而以能夠在指定期間中保持電荷的方式設定設置在液晶顯示裝置中的儲存電容器的大小。藉由使用具有高純度的氧化物半導體膜的電晶體，設置具有各像素中的液晶電容的三分之一以下，較佳為五分之一以下的電容的大小的儲存電容器，就足夠了。
在本實施例中使用的具有高純度化的氧化物半導體膜的電晶體可以降低截止狀態下的電流值(截止電流值)。因此，可以延長視頻信號等的電信號的保持時間，並且，還可以延長電源導通狀態下的寫入間隔。因此，可以降低刷新工作的頻度，所以可以得到抑制耗電量的效果。
此外，在本實施例中使用的具有高純度化的氧化物半導體膜的電晶體可以得到較高的電場效應遷移率，所以可以進行高速驅動。因此，藉由將上述電晶體用於液晶顯示裝置的像素部，可以提供高圖像品質的圖像。此外，由於上述電晶體可以在同一基板上分別製造驅動電路部、像素部，所以可以削減液晶顯示裝置的零部件數。
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，軸對稱排列微單元)模式、OCB(Optical Compensated Birefringence，光學補償彎曲)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。
此外，也可以使用常黑型液晶顯示裝置，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排列的方式的一種，是當不施加電壓時液晶分子朝向垂直於面板表面的方向的方式。作為垂直配向模式，例如可以使用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(Advanced Super View)模式等。此外，也可以使用將像素(pixel)分成幾個區域(子像素)，並且使分子分別倒向不同方向的稱為多疇化或者多域設計的方法。
此外，在顯示裝置中，適當地設置黑矩陣(遮光層)、偏振構件、相位差構件、抗反射構件等的光學構件(光學基板)等。例如，也可以使用利用偏振基板以及相位差基板的圓偏振。此外，作為光源，也可以使用背光燈、側光燈等。
此外，也可以作為背光燈利用多個發光二極體(LED)來進行分時顯示方式(場序制驅動方式)。藉由應用場序制驅動方式，可以不使用濾光片地進行彩色顯示。
此外，作為像素部中的顯示方式，可以採用逐行掃描方式或隔行掃描方式等。此外，當進行彩色顯示時在像素中受到控制的顏色因素不侷限於RGB(R顯示紅色，G顯示綠色，B顯示藍色)的三種顏色。例如，也可以採用RGBW(W顯示白色)、或者對RGB追加黃色(yellow)、青色(cyan)、紫紅色(magenta)等中的一種顏色以上的顏色。注意，也可以按每個顏色因素的點使其顯示區域的大小不同。但是，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。
此外，作為顯示裝置所包括的顯示元件，可以應用利用電致發光的發光元件。利用電致發光的發光元件根據發光材料是有機化合物還是無機化合物被區別，一般地，前者被稱為有機EL元件，而後者被稱為無機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包括具有發光性的有機化合物的層，以流過電流。並且，這些載子(電子及電洞)重新結合，具有發光性的有機化合物形成激發狀態，當從該激發狀態回到基態時發光。由於這種機理，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，其中發光材料的粒子分散在黏合劑中，並且其發光機理是利用施主能級和受主能級的施主-受主重新結合型發光。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，其發光機理是利用金屬離子的內殼層電子躍遷的定域型發光。注意，這裏作為發光元件使用有機EL元件進行說明。
為了取出發光，使發光元件的一對電極中的至少一個為透明即可。並且，在基板上形成電晶體及發光元件，作為發光元件，有從與基板相反一側的表面取出發光的頂部發射；從基板一側的表面取出發光的底部發射；從基板一側及與基板相反一側的表面取出發光的雙面發射結構的發光元件，可以應用上述任一種發射結構的發光元件。
圖10示出作為顯示元件使用發光元件的發光裝置的例子。作為顯示元件的發光元件4513電連接到設置在像素部4002中的電晶體4010。注意，發光元件4513的結構是由第一電極層4030、電致發光層4511、第二電極層4031構成的疊層結構，但是，不侷限於該結構。根據從發光元件4513取出的光的方向等，可以適當地改變發光元件4513的結構。在產生電流激發型發光時，由電晶體的汲極電流控制發光強度。但是，當電晶體的臨界值變動時，汲極電流顯著地變化，因此需要臨界值變動小的電晶體。實施例1或2所示的電晶體適合於該用途。
分隔壁4510使用有機絕緣材料或者無機絕緣材料形成。尤其是，使用感光樹脂材料，在第一電極層4030上形成開口部，並且較佳將該開口部的側壁形成為具有連續曲率的傾斜面。
電致發光層4511可以使用一個層構成，也可以使用多個層的疊層構成。
為了防止氧、氫、水分、二氧碳等侵入發光元件4513中，而也可以在第二電極層4031及分隔壁4510上形成保護膜。作為保護膜，可以形成氮化矽膜、氮氧化矽膜、DLC(Diamond-Like Carbon，類金鋼石碳)膜等。此外，在由第一基板4001、第二基板4006以及密封材料4005密封的空間中設置有填充材料4514並被密封。如此，為了不暴露於外氣，而較佳使用氣密性高且脫氣少的保護薄膜(黏合薄膜、紫外線固化樹脂薄膜等)、覆蓋材料進行封裝(封入)。
作為填充材料4514，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)。例如，作為填充材料而使用氮，即可。
另外，如果需要，則可以在發光元件的射出表面上適當地設置諸如偏光板、圓偏光板(包括橢圓偏光板)、相位差板(λ/4板，λ/2板)、濾色片等的光學薄膜。此外，也可以在偏光板、圓偏光板上設置防反射膜。例如，可以進行抗眩光處理，該處理是利用表面的凹凸來擴散反射光而可以降低眩光的處理。
此外，作為顯示裝置，也可以提供使電子墨水驅動的電子紙。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；形狀薄且輕。
作為電泳顯示裝置，有各種各樣的形式，但是它是多個包括具有正電荷的第一粒子和具有負電荷的第二粒子的微膠囊分散在溶劑或溶質中，並且，藉由對微膠囊施加電場，使微膠囊中的粒子彼此移動到相對方向，以只顯示集合在一方側的粒子的顏色的裝置。注意，第一粒子或者第二粒子包括染料，並且，當沒有電場時不移動。此外，第一粒子的顏色和第二粒子的顏色不同(包括無色)。
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，即所謂的介電泳效應(dielectrophoretic effect)的顯示器。
分散有上述微囊的溶劑被稱為電子墨水，並且該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、具有色素的粒子來進行彩色顯示。
此外，作為微囊中的第一粒子及第二粒子，使用選自導電材料、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、磁泳材料中的一種材料或這些的材料的複合材料即可。
此外，作為電子紙，還可以應用使用旋轉球顯示方式的顯示裝置。旋轉球顯示方式是如下方法，即將分別塗為白色和黑色的球形粒子配置在用於顯示元件的電極層的第一電極層與第二電極層之間，使第一電極層與第二電極層之間產生電位差來控制球形粒子的方向，以進行顯示。
圖11示出半導體裝置的一個實施例的主動矩陣型電子紙。圖11所示的電子紙是使用旋轉球顯示方式的顯示裝置的例子。
在連接到電晶體4010的第一電極層4030與設置在第二基板4006上的第二電極層4031之間設置有具有黑色區域4615a及白色區域4615b並且在該黑色區域4615a及白色區域4615b的周圍包括填充有液體的空洞4612的球形粒子4613，並且，球形粒子4613的周圍填充有樹脂等填充材料4614。第二電極層4031相當於公共電極(對置電極)。第二電極層4031電連接到公共電位線。
注意，在圖9至圖11中，作為第一基板4001、第二基板4006，除了玻璃基板以外，還可以使用具有撓性的基板。例如，可以使用具有透光性的塑膠基板等。作為塑膠基板，可以使用FRP(Fiberglass-Reinforced Plastics；玻璃纖維強化塑膠)板、PVF(聚氟乙烯)薄膜、聚酯薄膜或丙烯酸樹脂薄膜。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4021可以使用無機絕緣材料或者有機絕緣材料來形成。注意，當使用丙烯酸樹脂、聚醯亞胺、苯並環丁烯類樹脂、聚醯胺、環氧樹脂等具有耐熱性的有機絕緣材料時，適於用作平坦化絕緣膜。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，可以藉由層疊多個由這些材料形成的絕緣膜，來形成絕緣層。
對絕緣層4021的形成方法沒有特別的限制，可以根據其材料而利用濺射法、旋塗法、浸漬法、噴塗法、液滴噴射法(噴墨法、絲網印刷、膠版印刷等)、輥塗機、幕式塗佈機、刮刀式塗佈機等。
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，設置在透過光的像素部中的基板、絕緣膜、導電膜等的薄膜全都對可見光的波長區域的光具有透光性。
關於對顯示元件施加電壓的第一電極層及第二電極層(也稱為像素電極層、公共電極層、對置電極層等)，根據取出光的方向、設置電極層的地方以及電極層的圖案結構而選擇其透光性、反射性，即可。
作為第一電極層4030、第二電極層4031，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、氧化銦錫(以下表示為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。
此外，第一電極層4030、第二電極層4031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)等的金屬、其合金或者其氮化物中的一種或多種來形成。
此外，由於電晶體容易受到靜電等的破壞，所以較佳設置驅動電路保護用的保護電路。保護電路較佳使用非線性元件構成。
如上所述，藉由應用在實施例1或2中例示的電晶體，可以提供可靠性高的半導體裝置。
本實施例可以與其他實施例所示的結構適當地組合而實施。
實施例6
藉由使用由實施例1或2中的任何一個示出的作為一例的電晶體，可以製造具有讀取物件的資料的圖像感測器功能的半導體裝置。
圖12A示出具有圖像感測器功能的半導體裝置的一例。圖12A示出光電感測器的等效電路，而圖12B示出光電感測器的一部分的截面圖。
光電二極體602的一個電極電連接到光電二極體重設信號線658，而光電二極體602的另一個電極電連接到電晶體640的閘極。電晶體640的源極和汲極電極中的一個電連接到光電感測器參考信號線672，而電晶體640的源極和汲極電極中的另一個電連接到電晶體656的源極和汲極電極中的一個。電晶體656的閘極電連接到閘極信號線659，電晶體656的源極和汲極電極中的另一個電連接到光電感測器輸出信號線671。
注意，在本說明書的電路圖中，為了使使用氧化物半導體膜的電晶體一目了然，將使用氧化物半導體膜的電晶體的符號表示為“OS”。在圖12A中，電晶體640和電晶體656是使用氧化物半導體膜的電晶體。
圖12B是示出光電感測器中的光電二極體602和電晶體640的截面圖，其中在具有絕緣表面的基板601(TFT基板)上設置有用作感測器的光電二極體602和電晶體640。藉由使用黏合層608，在光電二極體602和電晶體640上設置有基板613。另外，在電晶體640上設置有第一層間絕緣層633以及第二層間絕緣層634。
光電二極體602設置在第一層間絕緣層633上，並且光電二極體602具有如下結構：在形成在第一層間絕緣層633上的電極層641和設置在第二層間絕緣層634上的電極層642之間從第一層間絕緣層633一側按順序層疊有第一半導體層606a、第二半導體層606b及第三半導體層606c。
另外，以與電晶體640的閘極電極電連接的方式在與該閘極電極相同的層中設置閘極電極645。閘極電極645藉由設置在第一層間絕緣層633、電晶體640的保護絕緣膜以及電晶體640的閘極絕緣膜中的開口電連接到設置在第一層間絕緣層633中的電極層644。由於與第三半導體層606c電連接的電極層642藉由電極層644與閘極電極645電連接，所以光電二極體602與電晶體640電連接。此外，與第一半導體層606a電連接的電極層641與形成在第二層間絕緣層634的導電層643電連接。
在本實施例中，作為電晶體640可以使用實施例1或2中任一個所示的電晶體。由於電晶體640、電晶體656的電特性變動得到抑制而在電方面穩定，所以作為圖12A和12B所示的本實施例的半導體裝置可以提供可靠性高的半導體裝置。
在此，例示一種pin型的光電二極體，其中層疊用作第一半導體層606a的具有p型的導電型的半導體層、用作第二半導體層606b的高電阻的半導體層(i型半導體層)、用作第三半導體層606c的具有n型的導電型的半導體層。
第一半導體層606a是p型半導體層，而可以由包含賦予p型的雜質元素的非晶矽膜形成。使用包含屬於週期表中的第13族的雜質元素(例如，硼(B))的半導體材料氣體藉由電漿CVD法形成第一半導體層606a。作為半導體材料氣體，可以使用矽烷(SiH4)。替代地，可以使用Si2H6、SiH2Cl2、SiHCl3、SiCl4或SiF4等。進一步替代地，可以使用如下方法：在形成不包含雜質元素的非晶矽膜之後，使用擴散方法或離子植入方法將雜質元素引入到該非晶矽膜。較佳在使用離子植入方法等引入雜質元素之後進行加熱等來使雜質元素擴散。在此情況下，作為形成非晶矽膜的方法，可以使用LPCVD方法、氣相沉積方法或濺射方法等。較佳將第一半導體層606a的厚度設定為10nm以上且50nm以下。
第二半導體層606b是i型半導體層(本徵半導體層)，而可以由非晶矽膜形成。為了形成第二半導體層606b，藉由電漿CVD法，使用半導體材料氣體形成非晶矽膜。作為半導體材料氣體，可以使用矽烷(SiH4)。替代地，可以使用Si2H6、SiH2Cl2、SiHCl3、SiCl4或SiF4等。也可以藉由LPCVD法、氣相沉積法、濺射法等形成第二半導體層606b。較佳將第二半導體層606b的厚度設定為200nm以上且1000nm以下。
第三半導體層606c是n型半導體層，而可以由包含賦予n型的雜質元素的非晶矽膜形成。使用包含屬於週期表中的第15族的雜質元素(例如，磷(P))的半導體材料氣體藉由電漿CVD法形成第三半導體層606c。作為半導體材料氣體，可以使用矽烷(SiH4)。替代地，可以使用Si2H6、SiH2Cl2、SiHCl3、SiCl4或SiF4等。進一步替代地，可以使用如下方法：在形成不包含雜質元素的非晶矽膜之後，使用擴散方法或離子植入方法將雜質元素引入到該非晶矽膜。較佳在使用離子植入方法等引入雜質元素之後進行加熱等來使雜質元素擴散。在此情況下，作為形成非晶矽膜的方法，可以使用LPCVD方法、氣相沉積方法或濺射方法等。較佳將第三半導體層606c的厚度設定為20nm以上且200nm以下。
此外，第一半導體層606a、第二半導體層606b以及第三半導體層606c可以不使用非晶半導體形成，而使用多晶半導體或微晶半導體(半非晶半導體，Semi Amorphous Semiconductor：SAS)形成。
在考慮吉布斯自由能時，微晶半導體屬於介於非晶和單晶之間的中間亞穩態。即，微晶半導體處於自由能穩定的第三態，且具有短程有序和晶格畸變。此外，柱狀或針狀晶體在相對於基板表面的法線方向上生長。作為微晶半導體的典型例子的微晶矽，其拉曼光譜向表示單晶矽的520cm-1的低波數一側偏移。亦即，微晶矽的拉曼光譜的峰值位於表示單晶矽的520cm-1和表示非晶矽的480cm-1之間。另外，包含至少1at.%或其以上的氫或鹵素，以終結懸空鍵。還有，藉由包含氦、氬、氪、氖等的稀有氣體元素來進一步促進晶格畸變，提高穩定性而得到優良的微晶半導體膜。
該微晶半導體膜可以藉由頻率為幾十MHz至幾百MHz的高頻電漿CVD法或頻率為1GHz以上的微波電漿CVD設備形成。典型地，可利用用氫氣稀釋的含有矽的氣體(例如SiH4、Si2H6、SiH2Cl2、SiHCl3、SiCl4或SiF4等)形成該微晶半導體膜。此外，除了氫化矽和氫之外，還可以使用選自氦、氬、氪、氖中的一種或多種稀有氣體元素進行稀釋來形成微晶半導體膜。在上述情況下，將氫的流量比設定為氫化矽的5倍以上且200倍以下，較佳設定為50倍以上且150倍以下，更佳設定為100倍。再者，也可以在含矽的氣體中混入CH4、C2H6等的碳化物氣體、GeH4、GeF4等的含有鍺的氣體、F2等。
此外，由於光電效應生成的電洞的遷移率低於電子的遷移率，因此當p型半導體層側上的表面用作光接收面時，pin光電二極體具有較好的特性。這裏示出將光電二極體602從形成有pin型的光電二極體的基板601的面接收的光622轉換為電信號的例子。此外，來自其導電型與用作光接收面的半導體層一側相反的半導體層一側的光是干擾光，因此，電極層較佳由具有遮光性的導電膜形成。注意，替代地，可以使用n型半導體層側的表面作為光接收面。
作為第一層間絕緣層633、第二層間絕緣層634，最好採用用作減少表面凹凸的平坦化絕緣膜的絕緣層。作為第一層間絕緣層633、第二層間絕緣層634，例如可以使用聚醯亞胺、丙烯酸樹脂、苯並環丁烯類樹脂、聚醯胺或環氧樹脂等的有機絕緣材料。除了上述有機絕緣材料之外，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)等的單層或疊層。
可以使用絕緣材料，且根據該材料使用濺射法、旋塗法、浸漬法、噴塗法、液滴噴出法(噴墨法、絲網印刷、膠版印刷等)、輥塗法、簾塗法、刮刀塗佈法等來形成第一層間絕緣層633及第二層間絕緣層634。
藉由檢測入射到光電二極體602的光，可以讀取檢測物件的資訊。另外，在讀取檢測物件的資訊時，可以使用背光燈等的光源。
作為電晶體640，可以使用實施例1或2所示的電晶體。包含如下氧化物半導體膜的電晶體的電特性變動得到抑制而在電方面穩定，該氧化物半導體膜是藉由意圖性地去除氫、水分、羥基或氫化物(也稱為氫化合物)等雜質而被高純度化並藉由氧摻雜處理含有過剩的氧的氧化物半導體膜。因此，可以提供高可靠性的半導體裝置。
以上，本實施例所示的結構、方法等可以與其他實施例所示的結構、方法等適當地組合使用。
實施例7
可將本說明書中公開的半導體裝置應用於多種電子設備(包括遊戲機)。作為電子設備，例如可以舉出電視裝置(也稱為電視或電視接收機)、用於電腦等的監視器、數位相機、數位攝像機等影像拍攝裝置、數位相框、行動電話機(也稱為手機、行動電話裝置)、可攜式遊戲機、移動資訊終端、聲音再現裝置、彈子機等大型遊戲機等。以下，對具備在上述其他實施例中說明的液晶顯示裝置的電子設備的例子進行說明。
圖13A示出電子書閱讀器(也稱為E-book)，可以具有框體9630、顯示部9631、操作鍵9632、太陽能電池9633以及充放電控制電路9634。圖13A所示的電子書閱讀器可以具有如下功能：顯示各種各樣的資訊(靜態圖像、動態圖像、文字圖像等)；將日曆、日期或時刻等顯示在顯示部上；對顯示在顯示部上的資訊進行操作或編輯；藉由各種各樣的軟體(程式)控制處理等。另外，在圖13A中，作為充放電控制電路9634的一例，示出具有電池9635和DCDC轉換器(以下簡稱為轉換器)9636的結構。藉由將之前的實施例所示的半導體裝置應用於顯示部9631，可以提供高可靠性電子書閱讀器。
藉由採用圖13A所示的結構，當將半透過型液晶顯示裝置或反射型液晶顯示裝置用於顯示部9631時，可以預料電子書閱讀器在較明亮的情況下也被使用，所以可以高效地進行利用太陽能電池9633的發電以及利用電池9635的充電，所以是較佳的。另外，太陽能電池9633是較佳的，因為它可以適當地設置在框體9630的空餘空間(表面或背面)而高效地進行電池9635的充電。另外，當作為電池9635使用鋰離子電池時，有可以謀求實現小型化等的優點。
此外，參照圖13B所示的方塊圖而說明圖13A所示的充放電控制電路9634的結構及工作。圖13B示出太陽能電池9633、電池9635、轉換器9636、轉換器9637、開關SW1至SW3、顯示部9631，並且，電池9635、轉換器9636、轉換器9637、開關SW1至SW3相當於充放電控制電路9634。
首先，說明在利用外光使太陽能電池9633發電時的工作的實例。利用轉換器9636對太陽能電池所發的電力進行升壓或降壓，以得到用來對電池9635進行充電的電壓。並且，當利用來自太陽能電池9633的電力使顯示部9631工作時使開關SW1導通，並且，利用轉換器9637將其升壓或降壓到顯示部9631所需要的電壓。此外，當不進行顯示部9631上的顯示時，使SW1截止並使SW2導通，以對電池9635進行充電，即可。
接著，說明在不利用外光使太陽能電池9633發電時的工作的實例。藉由使SW3導通並且利用轉換器9637對電池9635所蓄的電力進行升壓或降壓。並且，當使顯示部9631工作時，利用來自電池9635的電力。
注意，雖然作為充電方法的一例而示出太陽能電池9633，但是也可以利用其他方法對電池9635進行充電。此外，也可以組合其他充電方法進行充電。
圖14A示出筆記本個人電腦，由主體3001、框體3002、顯示部3003以及鍵盤3004等構成。藉由將之前的實施例所示的半導體裝置應用於顯示部3003，可以提供高可靠性筆記本個人電腦。
圖14B示出可攜式資訊終端(PDA)，在主體3021中設置有顯示部3023、外部介面3025以及操作按鈕3024等。另外，還具備操作可攜式資訊終端的觸屏筆3022。藉由將之前的實施例所示的半導體裝置應用於顯示部3023，可以提供高可靠性可攜式資訊終端(PDA)。
圖14C示出電子書閱讀器的一個例子。例如，電子書閱讀器2700由兩個框體，即框體2701及框體2703構成。框體2701及框體2703由軸部2711形成為一體，且可以以該軸部2711為軸進行開閉工作。藉由採用這種結構，可以進行如紙的書籍那樣的工作。
框體2701組裝有顯示部2705，而框體2703組裝有顯示部2707。顯示部2705及顯示部2707的結構既可以是顯示連屏畫面的結構，又可以是顯示不同的畫面的結構。藉由採用顯示不同的畫面的結構，例如在右邊的顯示部(圖14C中的顯示部2705)中可以顯示文章，而在左邊的顯示部(圖14C中的顯示部2707)中可以顯示圖像。藉由將之前的實施例所示的半導體裝置應用於顯示部2705和顯示部2707，可以提供高可靠性電子書閱讀器2700。
此外，在圖14C中示出框體2701具備操作部等的例子。例如，在框體2701中具備電源2721、操作鍵2723、揚聲器2725等。利用操作鍵2723可以翻頁。注意，在與框體的顯示部相同的平面上可以設置鍵盤、定位裝置等。另外，也可以採用在框體的背面或側面具備外部連接端子(耳機端子、USB端子等)、記錄媒體插入部等的結構。再者，電子書閱讀器2700也可以具有電子詞典的功能。
此外，電子書閱讀器2700也可以採用能夠以無線的方式收發資訊的結構。還可以採用以無線的方式從電子書閱讀器伺服器購買所希望的書籍資料等，然後下載的結構。
圖14D示出行動電話，由框體2800及框體2801的兩個框體構成。框體2801具備顯示面板2802、揚聲器2803、麥克風2804、定位裝置2806、影像拍攝用透鏡2807、外部連接端子2808等。此外，框體2800具備對行動電話進行充電的太陽能電池單元2810、外部儲存槽2811等。另外，在框體2801內組裝有天線。藉由將之前的實施例所示的半導體裝置應用於顯示面板2802，可以提供高可靠性行動電話。
另外，顯示面板2802具備觸摸螢幕，圖14D使用虛線示出作為映射而被顯示出來的多個操作鍵2805。另外，還安裝有用來將由太陽能電池單元2810輸出的電壓升壓到各電路所需的電壓的升壓電路。
顯示面板2802根據使用方式適當地改變顯示的方向。另外，由於在與顯示面板2802同一面上設置影像拍攝用透鏡2807，所以可以實現視頻電話。揚聲器2803及麥克風2804不侷限於音頻通話，還可以進行視頻通話、錄音、再生等。再者，滑動框體2800和框體2801而可以處於如圖14D那樣的展開狀態和重疊狀態，所以可以實現適於攜帶的小型化。
外部連接端子2808可以與AC適配器及各種電纜如USB電纜等連接，並可以進行充電及與個人電腦等的資料通訊。另外，藉由將記錄媒體插入外部儲存槽2811中，可以對應於更大量資料的保存及移動。
另外，也可以是除了上述功能以外還具有紅外線通信功能、電視接收功能等的行動電話。
圖14E示出數位攝像機，其由主體3051、顯示部A 3057、取景器3053、操作開關3054、顯示部B 3055以及電池3056等構成。藉由將之前的實施例所示的半導體裝置應用於顯示部A 3057及顯示部B 3055，可以提供高可靠性數位攝像機。
圖14F示出電視裝置的一例。在電視裝置9600中，框體9601組裝有顯示部9603。利用顯示部9603可以顯示映射。此外，在此示出利用支架9605支撐框體9601的結構。藉由將之前的實施例所示的半導體裝置應用於顯示部9603，可以提供高可靠性電視裝置9600。
可以藉由利用框體9601所具備的操作開關或另行提供的遙控操作機進行電視裝置9600的操作。或者，也可以採用在遙控操作機中設置顯示部的結構，該顯示部顯示從該遙控操作機輸出的資訊。
另外，電視裝置9600採用具備接收機、數據機等的結構。可以藉由利用接收機接收一般的電視廣播。再者，藉由數據機連接到有線或無線方式的通信網路，從而也可以進行單向(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)的資訊通信。
以上，本實施例所示的結構、方法等可以與其他實施例所示的結構、方法等適當地組合使用。
10．．．電漿裝置
11．．．基板供給室
12．．．裝載閉鎖室
13．．．傳送室
14．．．盒式介面
15．．．真空處理室
16．．．ICP線圈
17．．．氣體流道
18．．．第一高頻電源
19．．．基板工作臺
20．．．被處理基板
21．．．第二高頻電源
22．．．自動壓力控制閥
23．．．渦輪分子泵
24．．．乾燥泵
100．．．基板
102a．．．閘極絕緣膜
102b．．．閘極絕緣膜
104a．．．源極電極
104b．．．汲極電極
106．．．氧化物半導體膜
108．．．氧化物半導體膜
110a．．．絕緣膜
110b．．．絕緣膜
112．．．閘極電極
112a．．．閘極電極
112b．．．電極
114．．．絕緣膜
120．．．電晶體
125．．．電晶體
130．．．電晶體
135．．．電晶體
140．．．電晶體
145．．．電晶體
150．．．電晶體
151．．．絕緣膜
152．．．絕緣膜
154．．．電極
156．．．佈線
160．．．電晶體
164．．．電容元件
180．．．鹵素
182．．．氧
200．．．基板
206．．．元件分離絕緣膜
208．．．閘極絕緣膜
210．．．閘極電極
216．．．通道形成區
220．．．雜質區域
224．．．金屬化合物區域
228．．．絕緣膜
230．．．絕緣膜
240．．．電晶體
300．．．基板
302．．．絕緣膜
302a．．．絕緣膜
302b．．．絕緣膜
304a．．．源極電極
304b．．．汲極電極
308．．．氧化物半導體膜
310．．．閘極絕緣膜
310a．．．閘極絕緣膜
310b．．．閘極絕緣膜
312．．．閘極電極
312a．．．閘極電極
312b．．．電極
314．．．絕緣膜
320．．．電晶體
325．．．電晶體
330．．．電晶體
335．．．電晶體
340．．．電晶體
345．．．電晶體
350．．．電晶體
380．．．鹵素
382．．．氧
601．．．基板
602．．．光電二極體
606a．．．半導體層
606b．．．半導體層
606c．．．半導體層
608．．．黏合層
613．．．基板
622．．．光
631．．．絕緣膜
633．．．層間絕緣層
634．．．層間絕緣層
640．．．電晶體
641．．．電極層
642．．．電極層
643．．．導電層
644．．．電極層
645．．．閘極電極
656．．．電晶體
658．．．光電二極體重設信號線
659．．．閘極信號線
671．．．光電感測器輸出信號線
672．．．光電感測器參考信號線
2700．．．電子書閱讀器
2701．．．框體
2703．．．框體
2705．．．顯示部
2707．．．顯示部
2711．．．軸部
2721．．．電源
2723．．．操作鍵
2725．．．揚聲器
2800．．．框體
2801．．．框體
2802．．．顯示面板
2803．．．揚聲器
2804．．．麥克風
2805．．．操作鍵
2806．．．定位裝置
2807．．．影像拍攝用透鏡
2808．．．外部連接端子
2810．．．太陽能電池單元
2811．．．外部儲存槽
3001．．．主體
3002．．．框體
3003．．．顯示部
3004．．．鍵盤
3021．．．主體
3022．．．觸屏筆
3023．．．顯示部
3024．．．操作鍵
3025．．．外部介面
3051．．．主體
3053．．．取景器
3054．．．操作開關
3055．．．顯示部(B)
3056．．．電池
3057．．．顯示部(A)
4001．．．基板
4002．．．像素部
4003．．．信號線驅動電路
4004．．．掃描線驅動電路
4005．．．密封材料
4006．．．基板
4008．．．液晶層
4010．．．電晶體
4011．．．電晶體
4013．．．液晶元件
4015．．．連接端子電極
4016．．．端子電極
4018．．．FPC
4019．．．各向異性導電膜
4021．．．絕緣層
4030．．．電極層
4031．．．電極層
4032．．．絕緣膜
4035．．．間隔物
4510．．．分隔壁
4511．．．電致發光層
4513．．．發光元件
4514．．．填充材料
4612．．．空洞
4613．．．球形粒子
4614．．．填充材料
4615a．．．黑色區域
4615b．．．白色區域
9600．．．電視裝置
9601．．．框體
9603．．．顯示部
9605．．．支架
9630．．．框體
9631．．．顯示部
9632．．．操作鍵
9633．．．太陽能電池
9634．．．充放電控制電路
9635．．．電池
9636．．．轉換器
9637．．．轉換器
圖1A至圖1C是說明半導體裝置的一個實施例的圖；
圖2A至圖2F是說明半導體裝置的製造方法的一個實施例的圖；
圖3A至圖3F是說明半導體裝置的一個實施例的圖；
圖4A至圖4C是說明半導體裝置的一個實施例的圖；
圖5A至圖5F是說明半導體裝置的製造方法的一個實施例的圖；
圖6A至圖6F是說明半導體裝置的一個實施例的圖；
圖7A至圖7C是半導體裝置的截面圖、俯視圖及電路圖；
圖8A至圖8C是說明半導體裝置的一個實施例的圖；
圖9是說明半導體裝置的一個實施例的圖；
圖10是說明半導體裝置的一個實施例的圖；
圖11是說明半導體裝置的一個實施例的圖；
圖12A和圖12B是說明半導體裝置的一個實施例的圖；
圖13A和圖13B是表示電子設備的圖；
圖14A至14F是表示電子設備的圖；
圖15是表示SIMS測試的結果的圖；
圖16A和圖16B是說明截面STEM圖像的圖；以及
圖17A和圖17B是電漿裝置的俯視圖以及截面圖。
100．．．基板
102a．．．閘極絕緣膜
102b．．．閘極絕緣膜
104a．．．源極電極
104b．．．汲極電極
108．．．氧化物半導體膜
110a．．．絕緣膜
110b．．．絕緣膜
112．．．閘極電極
120．．．電晶體
180．．．鹵素
182．．．氧

Claims (15)

  1. 一種半導體裝置的製造方法，包含如下步驟：形成閘極電極；在該閘極電極上形成第一絕緣膜；對該第一絕緣膜進行鹵素摻雜處理以對該第一絕緣膜供給鹵素原子；在該第一絕緣膜上形成氧化物半導體膜，以使該氧化物半導體膜與該閘極電極重疊；對該氧化物半導體膜進行第一熱處理，以去除該氧化物半導體膜中的氫原子；對該去除了氫原子的氧化物半導體膜進行氧摻雜處理來對該氧化物半導體膜中供給氧原子；對該被供給有氧原子的氧化物半導體膜進行第二熱處理；在該氧化物半導體膜上，與該氧化物半導體膜接觸地形成源極電極和汲極電極；以及在該氧化物半導體膜上，與該氧化物半導體膜接觸地形成第二絕緣膜。
  2. 根據申請專利範圍第1項之半導體裝置的製造方法，還包含如下步驟：形成含有氮的第三絕緣膜，以使含有氮的第三絕緣膜覆蓋該第二絕緣膜。
  3. 一種半導體裝置的製造方法，包含如下步驟：形成第一絕緣膜；對該第一絕緣膜進行鹵素摻雜處理以對該第一絕緣膜 供給鹵素原子；在該第一絕緣膜上形成氧化物半導體膜；對該氧化物半導體膜進行第一熱處理，以去除該氧化物半導體膜中的氫原子；對該去除了氫原子的氧化物半導體膜進行氧摻雜處理來對該氧化物半導體膜中供給氧原子；對該被供給有氧原子的氧化物半導體膜進行第二熱處理；在該氧化物半導體膜上，與該氧化物半導體膜接觸地形成源極電極和汲極電極；在該氧化物半導體膜上，與該氧化物半導體膜接觸地形成第二絕緣膜；以及在該第二絕緣膜上形成閘極電極，以使該閘極電極與該氧化物半導體膜重疊。
  4. 根據申請專利範圍第3項之半導體裝置的製造方法，還包含如下步驟：形成含有氮的第三絕緣膜，以使含有氮的第三絕緣膜覆蓋該閘極電極。
  5. 根據申請專利範圍第1或3項之半導體裝置的製造方法，還包含如下步驟：將該氧化物半導體膜處理為島狀氧化物半導體膜。
  6. 根據申請專利範圍第5項之半導體裝置的製造方法，其中在將該氧化物半導體膜處理為島狀氧化物半導體膜的該製程中，至少對該第一絕緣膜的一部分也處理為島狀第一絕緣膜。
  7. 根據申請專利範圍第5項之半導體裝置的製造方法，其中該第二絕緣膜接觸於該第一絕緣膜。
  8. 根據申請專利範圍第1或3項之半導體裝置的製造方法，其中該第一絕緣膜和該第二絕緣膜中的至少一方含有該氧化物半導體膜的構成元素。
  9. 根據申請專利範圍第1或3項之半導體裝置的製造方法，其中該第一絕緣膜和該第二絕緣膜中的至少一方具有疊層結構，該疊層結構包含含有該氧化物半導體膜的構成元素的第三絕緣膜以及含有與該氧化物半導體膜的構成元素不同的元素的第四絕緣膜。
  10. 根據申請專利範圍第1或3項之半導體裝置的製造方法，其中該第一絕緣膜和該第二絕緣膜中的至少一方含有鎵。
  11. 根據申請專利範圍第1或3項之半導體裝置的製造方法，其中該第一絕緣膜和該第二絕緣膜中的至少一方具有疊層結構，該疊層結構包含含有鎵的第三絕緣膜以及含有與鎵不同的材料的第四絕緣膜。
  12. 根據申請專利範圍第1或3項之半導體裝置的製造方法，其中在該鹵素摻雜處理中使用氯。
  13. 根據申請專利範圍第1或3項之半導體裝置的製造方法，還包含如下步驟：在該第一絕緣膜上形成第三絕緣膜。
  14. 根據申請專利範圍第13項之半導體裝置的製造方法， 其中該第一絕緣膜含有與該氧化物半導體膜的構成元素不同的元素，以及其中該第三絕緣膜含有該氧化物半導體膜的構成元素。
  15. 根據申請專利範圍第13項之半導體裝置的製造方法，其中該第一絕緣膜含有與鎵不同的材料，以及其中該第三絕緣膜含有鎵。
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