TWI655775B - 半導體裝置以及該半導體裝置的製造方法 - Google Patents
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Abstract
本發明的一個方式提高使用氧化物半導體的半導體裝置的電特性。此外，本發明的一個方式製造電特性的變動少的可靠性高的半導體裝置。本發明的一個方式是一種用作基底絕緣膜的氧氮化絕緣膜以及與該氧氮化絕緣膜接觸地設置的電晶體，其中，該電晶體包括與用作基底絕緣膜的氧氮化絕緣膜接觸的氧化物半導體膜。此外，質量電荷比32的氣體的釋放量的兩倍和氧氮化絕緣膜的藉由加熱處理釋放的質量電荷比30的氣體的釋放量的總和是5×1015/cm2以上且5×1016/cm2以下或5×1015/cm2以上且3×1016/cm2以下。
Description
本發明係關於一種包括場效應電晶體的半導體裝置及其製造方法。
用於以液晶顯示裝置或發光顯示裝置為典型的大部分的平板顯示器的電晶體由形成在玻璃基板上的非晶矽、單晶矽或多晶矽等矽半導體構成。另外，使用該矽半導體形成的電晶體被應用於積體電路(IC)等。
近年來，將呈現半導體特性的金屬氧化物用於電晶體代替矽半導體的技術受到矚目。注意，在本說明書中，將呈現半導體特性的金屬氧化物稱為氧化物半導體。
例如，已公開了如下技術，即製造作為氧化物半導體使用氧化鋅或In-Ga-Zn類氧化物的電晶體並將該電晶體用於顯示裝置的像素的切換元件等的技術(參照專利文獻1及專利文獻2)。
此外，還公開了如下技術，即為了減少作為
氧化物半導體膜中的雜質的水或氫，進行加熱處理減少氧化物半導體膜所包含的水分的技術(參照專利文獻3)。
另外，作為包含在氧化物半導體膜中的缺陷中之一，有氧缺損。由於氧化物半導體膜中的氧缺損而產生作為載子的電子。由此，使用含有氧缺損的氧化物半導體的電晶體具有產生電特性變動，典型的是臨界電壓的負向漂移的問題。此外，如果氧化物半導體膜包含氧缺損，則有如下問題：因經過時間或進行壓力測試(例如，偏壓溫度壓力測試，也稱為BT(Bias-Temperature：偏壓-溫度)壓力測試)而電晶體的電特性，典型的是臨界電壓的變動量增大，因此可靠性降低。
於是，還公開了如下技術，即作為與氧化物半導體膜接觸的絕緣膜，利用濺射法形成藉由加熱釋放氧的絕緣膜，並藉由加熱處理從該絕緣膜對氧化物半導體膜供應氧以填補氧化物半導體膜中的氧缺損的技術(參照專利文獻4)。
[專利文獻1]日本專利申請公開第2007-123861號公報
[專利文獻2]日本專利申請公開第2007-96055號公報
[專利文獻3]日本專利申請公開第2011-029630號公報
[專利文獻4]日本專利申請公開第2012-009836號公報
然而，因為在濺射法中，節拍時間長，所形成的膜的面內厚度分佈不均勻，且容易產生微粒，所以這導致生產率及良率降低。此外，當在絕緣膜的下層設置有佈線等而形成絕緣膜的表面為凹凸狀時，藉由濺射法形成的絕緣膜的覆蓋性降低，所以容易產生設置在下層的佈線和在後面形成在絕緣膜上的佈線之間的短路，其導致良率的降低。
因此，較佳為利用CVD(Chemical Vapor Deposition：化學氣相沉積)法形成藉由加熱釋放氧的絕緣膜，但是因為CVD法是利用活性種的化學反應沉積膜的方法，所以難以形成藉由加熱釋放氧的絕緣膜。
此外，藉由採用低溫CVD法可以使未反應的氧混入膜中，從而可以形成能夠藉由加熱釋放氧的絕緣膜，但是多量的缺陷會包含在絕緣膜中。其結果是，將藉由低溫CVD法形成並釋放氧的絕緣膜用作基底絕緣膜的電晶體具有如下問題：流在源極電極和汲極電極之間的電子被基底絕緣膜所包含的缺陷俘獲，因此電晶體的通態電流減小。此外，該電晶體還具有如下問題：在壓力測試時，電子被基底絕緣膜所包含的缺陷俘獲而臨界電壓的變動量增加，因此可靠性降低。
於是，本發明的一個方式的目的之一是提高使用氧化物半導體的半導體裝置的電特性。此外，本發明
的一個方式的目的之一是製造電特性變動少且可靠性高的半導體裝置。
本發明的一個方式是一種用作基底絕緣膜的氧氮化絕緣膜以及以與該氧氮化絕緣膜接觸的方式設置的電晶體，並且該電晶體包括與用作基底絕緣膜的氧氮化絕緣膜接觸的氧化物半導體膜。此外，氧氮化絕緣膜藉由加熱處理釋放的質量電荷比32的氣體的釋放量的兩倍和質量電荷比30的氣體的釋放量的總和為5×1015/cm2以上且5×1016/cm2以下或5×1015/cm2以上且3×1016/cm2以下。
此外，本發明的一個方式是一種用作基底絕緣膜的氧氮化絕緣膜以及以與該氧氮化絕緣膜接觸的方式設置的電晶體，並且該電晶體包括與用作基底絕緣膜的氧氮化絕緣膜接觸的氧化物半導體膜。此外，氧氮化絕緣膜藉由加熱處理釋放的質量電荷比32的氣體的釋放量的兩倍和質量電荷比30的氣體的釋放量的總和為1×1020/cm3以上且1×1021/cm3以下或1×1020/cm3以上且5×1020/cm3以下。
注意，作為質量電荷比30的氣體的典型例子有一氧化氮，而作為質量電荷比32的氣體的典型例子有氧。此外，質量電荷比32的氣體的釋放量的兩倍和質量電荷比30的氣體的釋放量的總和相當於來源於氧分子及一氧化氮的氧原子的釋放量。
藉由作為包含在用於CVD法的原料氣體的氧化氣體使用一氧化二氮或二氧化氮，使沉積的膜包含氧和氮。此外，藉由加熱釋放質量電荷比30的氣體，典型的
是一氧化氮。藉由在包括氧化物半導體膜的電晶體中，作為與氧化物半導體膜接觸的氧氮化絕緣膜設置包含多於化學計量組成的氧的氧氮化絕緣膜，可以從氧氮化絕緣膜對氧化物半導體膜供應氧降低氧氮化絕緣膜和氧化物半導體膜的介面能階，並可以減少包含在氧化物半導體膜中的氧缺損。其結果是，可以抑制因電晶體的工作等會產生的電荷等被俘獲到氧氮化絕緣膜和氧化物半導體膜的介面，從而可以得到通態電流大且電特性的變動少的電晶體。
此外，在本發明的一個方式中，藉由使用包含矽的沉積氣體及氧化氣體的CVD法在基板上形成包含多於化學計量組成的氧的氧氮化絕緣膜，將該氧氮化絕緣膜用作基底絕緣膜，來在基底絕緣膜上製造包括氧化物半導體膜的電晶體。
該基底絕緣膜利用CVD法藉由如下步驟形成在基板上：對處理室引入相對於包含矽的沉積氣體的氧化氣體的流量比大於50且10000以下或200以上且1500以下的原料氣體，將處理室中的壓力設定為100Pa以上且1500Pa以下或200Pa以上且1000Pa以下，並對設置在處理室中的電極供應高頻功率。
另外，較佳為將基板保持為200℃以上且低於450℃。作為包含矽的沉積氣體，有矽烷、乙矽烷、丙矽烷、氟化矽烷等。作為氧化氣體，有一氧化二氮、二氧化氮等。此外，較佳為對設置在處理室中的電極供應0.2W/cm2以上且5.0W/cm2以下或1.8W/cm2以上且
3.7W/cm2以下的高頻功率。
藉由在具有上述壓力的處理室中供應具有上述功率密度的高頻功率，電漿中的原料氣體的分解效率增高。此外，在作為氧化氣體使用一氧化二氮、二氧化氮等氮氧化物時，促進包含矽的沉積氣體的氧化反應。另外，藉由採用使相對於包含矽的沉積氣體的氧化氣體的流量比高的條件增加氧自由基而促進原料氣體的氧化。其結果是，可以使基底絕緣膜中的含氧量多於化學計量比。此外，藉由將基板溫度設定為上述溫度範圍內，可以減少基底絕緣膜中的含水量。
作為基底絕緣膜，藉由CVD法形成包含多於化學計量組成的氧的氧氮化絕緣膜，來在該基底絕緣膜上製造包括氧化物半導體膜的電晶體，從而可以提高電晶體的通態電流以及半導體裝置的電特性。此外，減少半導體裝置的因經過時間或進行壓力測試而產生的電特性的變動，來可以提高可靠性。
100‧‧‧電晶體
101‧‧‧基板
103‧‧‧基底絕緣膜
104‧‧‧氧化物半導體膜
104a‧‧‧氧化物半導體膜
104b‧‧‧氧化物半導體膜
104c‧‧‧氧化物半導體膜
105‧‧‧氧化物半導體膜
105a‧‧‧氧化物半導體膜
105b‧‧‧氧化物半導體膜
105c‧‧‧氧化物半導體膜
106‧‧‧多層膜
107‧‧‧電極
107c‧‧‧電極
108‧‧‧閘極絕緣膜
109‧‧‧閘極絕緣膜
109a‧‧‧閘極絕緣膜
110‧‧‧電晶體
111‧‧‧閘極電極
112‧‧‧開口部
113‧‧‧絕緣膜
114‧‧‧開口部
115‧‧‧佈線
116‧‧‧電極
117‧‧‧基底絕緣膜
118‧‧‧絕緣膜
119‧‧‧絕緣膜
130‧‧‧電晶體
150‧‧‧電晶體
153‧‧‧基底絕緣膜
153a‧‧‧絕緣膜
153b‧‧‧絕緣膜
191‧‧‧基板
231‧‧‧閘極電極
233‧‧‧絕緣膜
301‧‧‧半導體基板
303‧‧‧STI
304‧‧‧n井區域
305‧‧‧電晶體
306‧‧‧電晶體
307‧‧‧通道區域
308‧‧‧通道區域
309‧‧‧雜質區域
310‧‧‧雜質區域
311‧‧‧閘極絕緣膜
312‧‧‧閘極絕緣膜
313‧‧‧閘極電極
314‧‧‧閘極電極
315‧‧‧雜質區域
316‧‧‧雜質區域
317‧‧‧側壁
318‧‧‧側壁
321‧‧‧絕緣膜
323‧‧‧絕緣膜
325‧‧‧接觸插頭
327‧‧‧絕緣膜
329‧‧‧佈線
331‧‧‧絕緣膜
332‧‧‧障壁膜
333‧‧‧絕緣膜
335a‧‧‧佈線
335b‧‧‧佈線
335c‧‧‧佈線
342‧‧‧絕緣膜
343‧‧‧絕緣膜
345a‧‧‧接觸插頭
345b‧‧‧接觸插頭
349‧‧‧電晶體
351‧‧‧氧化物半導體膜
353‧‧‧電極
355‧‧‧電極
357‧‧‧閘極絕緣膜
359‧‧‧閘極電極
365‧‧‧絕緣膜
367‧‧‧絕緣膜
801‧‧‧電晶體
802‧‧‧電晶體
803‧‧‧電晶體
804‧‧‧電晶體
805‧‧‧電晶體
806‧‧‧電晶體
807‧‧‧X解碼器
808‧‧‧Y解碼器
811‧‧‧電晶體
812‧‧‧儲存電容器
813‧‧‧X解碼器
814‧‧‧Y解碼器
901‧‧‧RF電路
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903‧‧‧數位基帶電路
904‧‧‧電池
905‧‧‧電源電路
906‧‧‧應用處理器
907‧‧‧CPU
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912‧‧‧記憶體電路
913‧‧‧顯示器
914‧‧‧顯示部
915‧‧‧源極驅動器
916‧‧‧閘極驅動器
917‧‧‧聲頻電路
918‧‧‧鍵盤
919‧‧‧觸控感測器
950‧‧‧記憶體電路
951‧‧‧記憶體控制器
952‧‧‧記憶體
953‧‧‧記憶體
954‧‧‧開關
955‧‧‧開關
956‧‧‧顯示控制器
957‧‧‧顯示器
1001‧‧‧電池
1002‧‧‧電源電路
1003‧‧‧微處理器
1004‧‧‧快閃記憶體
1005‧‧‧聲頻電路
1006‧‧‧鍵盤
1007‧‧‧記憶體電路
1008‧‧‧觸控面板
1009‧‧‧顯示器
1010‧‧‧顯示控制器
在圖式中：圖1A至1C是說明電晶體的一個方式的俯視圖及剖面圖；圖2A至2D是說明電晶體的製造方法的一個方式的剖面圖；圖3A至3C是說明電晶體的一個方式的俯視圖及剖
面圖；圖4A至4D是說明電晶體的作製方法的一個方式的剖面圖；圖5A至5C是說明電晶體的一個方式的剖面圖；圖6是說明電晶體的一個方式的剖面圖；圖7是說明電晶體的一個方式的剖面圖；圖8是說明半導體裝置的一個方式的剖面圖；圖9A至9C是說明半導體裝置的製造方法的一個方式的剖面圖；圖10是說明nc-OS膜的圖；圖11A和11B是示出半導體裝置的一個方式的電路圖；圖12是示出半導體裝置的一個方式的塊圖；圖13是示出半導體裝置的一個方式的塊圖；圖14是示出半導體裝置的一個方式的塊圖；圖15A和15B是說明電晶體的電特性的圖；圖16A和16B是說明電晶體的電特性的圖。
下面，參照圖式對本發明的實施方式進行詳細說明。但是，本發明不侷限於以下說明，而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其方式及詳細內容在不脫離本發明的精神及其範圍的情況下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方式所記載的內容。另外，在下面所說明的實施方式及實施例中，在不同的圖式中使用相同的元件符號或相同的陰影線來表示相同部分或具有相同功能的部分，而省略反復說明。
另外，在本說明書所說明的每個圖式中，每個結構的大小、膜的厚度或區域為了清晰可見而有時被誇大。因此，本發明並不一定限定於尺寸。
另外，在本說明書中使用的“第一”、“第二”、“第三”等序數詞是為了避免構成要素的混同而附加的，而不是為了在數目方面上限定的。因此，例如可以將“第一”適當地替換為“第二”或“第三”等來進行說明。
另外，“源極”和“汲極”的功能在電路工作的電流方向產生變化的情況等下，有時互相調換。因此，在本說明書中，“源極”及“汲極”可以被互相調換而使用。
在本實施方式中，參照圖式說明本發明的一個方式的半導體裝置的製造方法以及根據該製造方法製造的半導體裝置。
圖1A至1C示出電晶體100的俯視圖及剖面圖。圖1A是電晶體100的俯視圖，圖1B是沿著圖1A的點劃線A-B的剖面圖，圖1C是沿著圖1A的點劃線C-D的剖面圖。另外，為了明確起見，在圖1A中省略基板101、基底絕緣膜103、閘極絕緣膜109以及絕緣膜113等。
圖1A至1C所示的電晶體100包括：設置在基板101上的基底絕緣膜103上的氧化物半導體膜105；與氧化物半導體膜105接觸的一對電極107；與基底絕緣膜103、氧化物半導體膜105及一對電極107接觸的閘極絕緣膜109；以及隔著閘極絕緣膜109與氧化物半導體膜105重疊的閘極電極111。此外，該電晶體100還包括覆蓋閘極絕緣膜109及閘極電極111的絕緣膜113。此外，也可以包括在閘極絕緣膜109及絕緣膜113的開口部112中與一對電極107接觸的佈線115。
在本實施方式所示的電晶體100中，一對電極107和閘極電極111隔著閘極絕緣膜109相互重疊。因此，在氧化物半導體膜105中，隔著閘極絕緣膜109與閘極電極111相對的區域用作通道區域，與一對電極107接觸的區域用作低電阻區域。也就是說，通道區域和低電阻區域接觸。因為在通道區域和低電阻區域之間沒有成為電阻的區域，所以可以增大通態電流且提高場效移動率。
本實施方式所示的電晶體100使用包含多於化學計量組成的氧的氧氮化絕緣膜作為基底絕緣膜103。由於包含多於化學計量組成的氧的氧氮化絕緣膜藉由加熱釋放其一部分的氧，因此可以使該氧移動到氧化物半導體膜。
典型地，包含多於化學計量組成的氧的氧氮
化絕緣膜的藉由加熱處理釋放的質量電荷比32的氣體的釋放量的兩倍和質量電荷比30的氣體的釋放量的總和為5×1015/cm2以上且5×1016/cm2以下或者5×1015/cm2以上且3×1016/cm2以下。或者，藉由加熱處理釋放的質量電荷比32的氣體的釋放量的兩倍和質量電荷比30的氣體的釋放量的總和為1×1020/cm3以上且1×1021/cm3以下或1×1020/cm3以上且5×1020/cm3以下。
注意，作為質量電荷比30的氣體的典型例子有一氧化氮，作為質量電荷比32的氣體的典型例子有氧。也就是說，藉由加熱處理釋放的來源於氧分子及一氧化氮的氧原子的釋放量為5×1015/cm2以上且5×1016/cm2以下或5×1015/cm2以上且3×1016/cm2以下。或者，藉由加熱處理釋放的來源於氧分子及一氧化氮的氧原子的釋放量為1×1020/cm3以上且1×1021/cm3以下或1×1020/cm3以上且5×1020/cm3以下。
此外，作為基底絕緣膜103的典型例子，有氧氮化矽膜。注意，在本說明書中，氧氮化矽膜是指在其組成中含氧量多於含氮量的膜，並且氮氧化矽膜是指在其組成中含氮量多於含氧量的膜。
基底絕緣膜103的厚度為50nm以上、100nm以上且3000nm以下或200nm以上且1000nm以下。藉由增加基底絕緣膜103的厚度，可以增加基底絕緣膜103的氧釋放量，而且還可以降低基底絕緣膜103和在後面形成的氧化物半導體膜的介面的介面能階密度以及包含在氧化
物半導體膜中的氧缺損。
作為測量藉由加熱處理的氣體釋放量的方法的一個例子，有熱脫附譜分析法(TDS(Thermal Desorption Spectroscopy))。在此，下面說明利用TDS分析的換算為氧原子的氧釋放量的測量方法。
進行TDS分析時的氣體的釋放量與藉由分析得到的質譜的積分值成比例。因此，可以根據絕緣膜的質譜的積分值和在標準樣本的基準值之間的比例計算出氣體的釋放量。標準樣本的標準值是相對於質譜的積分值的包含在樣本中的規定的原子的密度的比例。
例如，根據作為標準樣本的包含具有規定的密度的氫的矽晶片的TDS分析結果和絕緣膜的TDS分析結果，可以利用算式1求得絕緣膜的氧分子的釋放量(NO2)。在此，假定以藉由TDS分析得到的被檢出為質量電荷比32的質譜都來源於氧分子。雖然CH3OH的質量電荷比為32，但是CH3OH存在的可能性較低，所以這裡不考慮。此外，包含作為氧原子的同位素的質量電荷比17的氧原子及質量電荷比18的氧原子的氧分子也在自然界的存在比率極微量，所以也不考慮到該氧分子。
NO2=NH2/SH2×SO2×α (算式1)
NH2是以密度換算從標準樣本釋放的氫分子而
得到的值。SH2是對標準樣本進行TDS分析時的質譜的積分值。在此，將標準樣本的標準值設定為NH2/SH2。SO2是對絕緣膜進行TDS分析時的質譜的積分值。α是影響到TDS分析時的質譜強度的係數。注意，在TDS分析中，例如在說明氧分子時，從樣本釋放的氧分子的一部分在分析時離解而被檢出為質量電荷比16的氧原子。相對於被檢測出的氧分子的釋放量的藉由氧分子的離解被檢測出的氧原子的釋放量的比率成為大致一定的值。將該比率稱為圖形係數(pattern coefficient)。例如，在氧分子的模型係數為100時，氧原子的模型係數為11.4。此外，相對於藉由分析釋放的氧分子以及氧原子的氧分子的比率稱為破碎係數(fragmentation coefficient)。例如，氧分子的破碎係數為0.898。算式1的α包括破碎係數的倒數。也就是說，可以從算式1得到的氧分子的釋放量是包括氧分子以及離解為氧原子的氧分子的釋放量。注意，算式1的詳細內容參照日本專利申請公開平6-275697號公報。此外，上述絕緣膜的氧釋放量是使用由電子科學公司製造的熱脫附裝置EMD-WA1000S/W，並以包含9.62×1016atoms/cm2的氫原子的矽晶片為標準樣本而測量的。
此外，在TDS分析中，氧的一部分作被檢出為氧原子。氧分子與氧原子的比例可以從氧分子的離子化率算出。另外，因為上述α包括氧分子的離子化率，所以藉由對氧分子的釋放量進行評價，還能夠估計氧原子的釋放量。
注意，NO2是氧分子的釋放量。在絕緣膜中，換算為氧原子時的氧釋放量為氧分子的釋放量的兩倍。
另外，藉由在上述算式1中將對絕緣膜的一氧化氮的釋放量進行TDS分析時的質譜的積分值代入SO2中，可以求得一氧化氮的釋放量。
藉由從基底絕緣膜103對氧化物半導體膜105供應氧，可以減少氧化物半導體膜105所包含的氧缺損量。在氧化物半導體膜包含氧缺損時，因氧缺損而產生作為載子的電子，因此氧化物半導體膜低電阻化並電晶體的臨界電壓向負方向變動。然而，由於在本實施方式所示的電晶體所包括的氧化物半導體膜中減少了氧缺損，因此可以減少電晶體的臨界電壓的變動。此外，因為可以降低基底絕緣膜103和氧化物半導體膜105的介面能階，所以可以抑制因電晶體的工作等而會產生的電荷等被俘獲到上述基底絕緣膜103和氧化物半導體膜105之間的介面，從而可以得到通態電流大且電特性的變動少的電晶體。
下面說明電晶體100的其他構成要素的詳細內容。
只要具有承受至少以後進行的加熱處理的足夠高的耐熱性，就對基板101的材料等的性質沒有特別限制。例如，作為基板101，可以使用玻璃基板、陶瓷基板、石英基板、藍寶石基板等。此外，也可以利用由矽、碳化矽等構成的單晶半導體基板或多晶半導體基板、由矽鍺等構成的化合物半導體基板、SOI基板等，並且也可以
將在這些基板上設置有半導體元件的基板用作基板101。
另外，也可以作為基板101使用撓性基板，並且在撓性基板上直接形成基底絕緣膜103及電晶體100。或者，也可以在基板101和基底絕緣膜103之間設置剝離層。剝離層還可以用於如下情況，即在其上製造半導體裝置的一部分或完成半導體裝置的全部，然後將它從基板101分離，並轉置到其他基板上。此時，也可以將電晶體100轉置到耐熱性低的基板或撓性基板上。
氧化物半導體膜105典型地為In-Ga氧化物膜、In-Zn氧化物膜、In-M-Zn氧化物膜(M為Ga、Y、Zr、La、Cs或Nd)。此外，氧化物半導體膜105使用由InMO3(ZnO)m(M是Ga、Y、Zr、La、Cs或Nd，m是自然數)表示的同源化合物形成。
當氧化物半導體膜105是In-M-Zn氧化物膜(M是Ga、Y、Zr、La、Cs或Nd)時，在用來形成In-M-Zn氧化物膜的靶材中，假設金屬元素的原子數比為In：M：Zn=x1：y1：z1，x1/y1較佳為1/3以上且6以下，更佳為1以上且6以下，z1/y1較佳為1/3以上且6以下，更佳為1以上且6以下。注意，藉由使z1/y1為1以上且6以下，可以使用作氧化物半導體膜105的CAAC-OS(C Axis Aligned Crystalline Oxide Semiconductor：c軸配向結晶氧化物半導體)膜容易形成。作為靶材的金屬元素的原子數比的典型例子，可以舉出In：M：Zn=1：1：1、In：M：Zn=3：1：2、In：M：Zn=1：1：1.2等。另外，
所形成的氧化物半導體膜105的原子數比作為誤差分別包括上述靶材中的金屬元素的原子數比的±40%的變動。
另外，在氧化物半導體膜105是In-M-Zn氧化物膜的情況下，當In和M的總和為100atomic%時，In和M的原子百分比為如下：In為25atomic%以上，M低於75atomic%或者In為34atomic%以上，M低於66atomic%。
氧化物半導體膜105的能隙為2eV以上、2.5eV以上或3eV以上。像這樣，藉由使用能隙寬的氧化物半導體，可以減少電晶體的關態電流(off-state curent)。
氧化物半導體膜105的厚度為3nm以上且200nm以下、3nm以上且100nm以下或3nm以上且50nm以下。
此外，藉由作為氧化物半導體膜105使用雜質濃度低且缺陷態密度低的氧化物半導體膜，可以製造具有更優良的電特性的電晶體，所以是較佳的。這裡，將雜質濃度低且缺陷態密度低(氧缺損少)的狀態稱為“高純度本質”或“實質上高純度本質”。
高純度本質或實質上高純度本質的氧化物半導體的載子發生源較少，因此有時可以降低載子密度。因此，在該氧化物半導體膜中形成有通道區域的電晶體有時很少具有負臨界電壓的電特性(也稱為常開啟特性)。
此外，高純度本質或實質上高純度本質的氧
化物半導體膜具有較低的缺陷態密度，因此有時具有較低的陷阱態密度。
此外，高純度本質或實質上高純度本質的氧化物半導體膜的關態電流顯著小，即便是通道寬度為1×106μm，通道長度L為10μm的元件，當源極電極與汲極電極間的電壓(汲極電壓)在1V至10V的範圍內時，關態電流也可以為半導體參數分析儀的測量極限以下，即1×10-13A以下。
因此，在該氧化物半導體膜中形成有通道區域的電晶體的電特性變動小，因此該電晶體成為可靠性高的電晶體。另外，被氧化物半導體膜的陷阱能階俘獲的電荷到被釋放需要長時間，有時像固定電荷那樣動作。因此，有時在陷阱態密度高的氧化物半導體膜中形成有通道區域的電晶體的電特性不穩定。作為雜質有氫、氮、鹼金屬或鹼土金屬等。
此外，在作為氧化物半導體膜105使用具有與下述CAAC-OS膜同樣結構的氧化物半導體膜的電晶體中，可見光或紫外光的照射所導致的電特性的變動小。
氧化物半導體膜中所含的氫和與金屬原子鍵合的氧發生反應變成水，同時氧缺損形成在發生氧脫離的晶格(或氧脫離的部分)。當氫進入該氧缺損時，有時會生成作為載子的電子。另外，當氫的一部分和與金屬原子鍵合的氧鍵合時，有時會生成作為載子的電子。因此，使用了包含氫的氧化物半導體的電晶體容易具有常開啟特
性。
因此，較佳為儘量減少氧化物半導體膜105中的氫。明確而言，利用二次離子質譜分析法(SIMS：Secondary Ion Mass Spectrometry)而得到的氧化物半導體膜105中的氫濃度為5×1019atoms/cm3以下、1×1019atoms/cm3以下、5×1018atoms/cm3以下、1×1018atoms/cm3以下、5×1017atoms/cm3以下或1×1016atoms/cm3以下。
當氧化物半導體膜105包含第14族元素中之一的矽或碳時，氧化物半導體膜105中氧缺損增加，會導致氧化物半導體膜105的n型化。因此，將氧化物半導體膜105中的矽或碳的濃度或者基底絕緣膜103和氧化物半導體膜105之間的介面附近的矽或碳的濃度(藉由二次離子質譜分析法得到的濃度)設定為2×1018atoms/cm3以下或2×1017atoms/cm3以下。
此外，將藉由二次離子質譜分析法得到的氧化物半導體膜105的鹼金屬或鹼土金屬的濃度設定為1×1018atoms/cm3以下或2×1016atoms/cm3以下。鹼金屬和鹼土金屬有時與氧化物半導體鍵合而生成載子，導致電晶體的關態電流的增大。由此，較佳為降低氧化物半導體膜105的鹼金屬或鹼土金屬的濃度。
另外，當在氧化物半導體膜105中含有氮時生成作為載子的電子，載子密度增加而容易使氧化物半導體膜105n型化。其結果是，使用含有氮的氧化物半導體
膜的電晶體容易具有常開啟特性。因此，在該氧化物半導體膜中，較佳為盡可能地減少氮，例如，藉由二次離子質譜分析法得到的氮濃度較佳為5×1018atoms/cm3以下。
另外，氧化物半導體膜105例如也可以是非單晶結構。非單晶結構例如包括在下面說明的CAAC-OS、多晶結構、在下面說明的微晶結構或者非晶結構。在非單晶結構中，非晶結構的缺陷態密度最高，而在下面所述的CAAC-OS的缺陷態密度最低。
此外，氧化物半導體膜105也可以為具有非晶結構的區域、微晶結構的區域、多晶結構的區域、在下面說明的CAAC-OS的區域和單晶結構的區域中的兩種以上的混合膜。混合膜有時例如具有單層結構，該單層結構包括非晶結構的區域、微晶結構的區域、多晶結構的區域、在下面說明的CAAC-OS的區域和單晶結構的區域中的兩種以上的區域。另外，混合膜有時例如具有疊層結構，該疊層結構包括非晶結構的區域、微晶結構的區域、多晶結構的區域、在下面說明的CAAC-OS的區域和單晶結構的區域中的兩種以上的區域。
一對電極107作為導電材料使用由鋁、鈦、鉻、鎳、銅、釔、鋯、鉬、銀、釕、鉭或鎢構成的單個金屬或以上述金屬為主要成分的合金的單層結構或疊層結構。例如，可以舉出包含矽的鋁膜的單層結構、在鋁膜上層疊鈦膜的兩層結構、在鎢膜上層疊鈦膜的兩層結構、在銅-鎂-鋁合金膜上層疊銅膜的兩層結構、依次層疊鈦膜或
氮化鈦膜、該鈦膜或氮化鈦膜上的鋁膜或銅膜和其上的鈦膜或氮化鈦膜的三層結構以及依次層疊鉬膜或氮化鉬膜、該鉬膜或氮化鉬膜上的鋁膜或銅膜和其上的鉬膜或氮化鉬膜的三層結構等。另外，也可以使用包含氧化銦、氧化錫或氧化鋅的透明導電材料。
當將一對電極107的端部形成為錐形狀或步階形狀時，閘極絕緣膜109的覆蓋性得到提高，所以是較佳的。
閘極絕緣膜109例如可以使用厚度為5nm以上且400nm以下、10nm以上且300nm以下或者20nm以上且100nm以下的氧化矽膜或氧氮化矽膜等。
另外，如基底絕緣膜103那樣，作為閘極絕緣膜109也可以使用包含多於化學計量組成的氧的氧氮化絕緣膜。因為藉由作為閘極絕緣膜109使用包含多於化學計量組成的氧的氧氮化絕緣膜，在加熱處理時從閘極絕緣膜109對氧化物半導體膜105供應氧，所以可以降低閘極絕緣膜109和氧化物半導體膜105之間的介面能階。此外，還可以減少包含在氧化物半導體膜105中的氧缺損量。另外，在減少了含水量且包含多於化學計量組成的氧的氧氮化絕緣膜中，因為其所包含的成為氫的供應源的水的含量較少，所以可以抑制水從閘極絕緣膜109移動到氧化物半導體膜105中並在氧化物半導體膜105中產生載子，從而可以減少電晶體的電特性的變動。
閘極電極111可以使用選自鋁、鉻、銅、
鉭、鈦、鉬、釕和鎢中的金屬元素、以上述金屬元素為成分的合金或組合上述金屬元素的合金等形成。此外，也可以使用選自錳、鋯中的任一種或多種的金屬元素。此外，閘極電極111可以具有單層結構或兩層以上的疊層結構。例如，可以舉出包含矽的鋁膜的單層結構、在鋁膜上層疊鈦膜的兩層結構、在氮化鈦膜上層疊鈦膜的兩層結構、在氮化鈦膜上層疊鎢膜的兩層結構、在氮化鉭膜或氮化鎢膜上層疊鎢膜的兩層結構以及依次層疊鈦膜、該鈦膜上的鋁膜和其上的鈦膜的三層結構等。另外，也可以使用組合鋁與選自鈦、鉭、鎢、鉬、鉻、釹、鈧中的一種或多種元素的膜、合金膜或氮化膜。
另外，閘極電極111也可以應用銦錫氧化物、包含氧化鎢的銦氧化物、包含氧化鎢的銦鋅氧化物、包含氧化鈦的銦氧化物、包含氧化鈦的銦錫氧化物、銦鋅氧化物、添加有氧化矽的銦錫氧化物等透光導電材料。另外，也可以採用上述透光導電材料和上述金屬元素的疊層結構。
絕緣膜113可以使用厚度為30nm以上且500nm以下或100nm以上且400nm以下的氧化矽膜、氧氮化矽膜、氮氧化矽膜、氮化矽膜、氧化鋁膜、氧氮化鋁膜、氮氧化鋁膜、氮化鋁膜等的疊層或單層設置。
另外，如基底絕緣膜103那樣，作為絕緣膜113也可以採用包含多於化學計量組成的氧的氧氮化絕緣膜和具有對氫或水等的阻擋效果的絕緣膜的疊層結構。作
為具有對氧、氫、水等的阻擋效果的絕緣膜，有使用氧化鋁、氧氮化鋁、氧化鎵、氧氮化鎵、氧化釔、氧氮化釔、氧化鉿、氧氮化鉿或氮化矽等形成的膜。藉由採用該結構，因為在加熱處理時藉由閘極絕緣膜109和/或基底絕緣膜103對氧化物半導體膜105供應氧，所以可以降低基底絕緣膜103和/或閘極絕緣膜109和氧化物半導體膜105之間的介面能階。另外，可以減少氧化物半導體膜105所包括的氧缺損量。
佈線115可以適當地使用作為一對電極107列舉的材料。
在此說明其氧化物半導體膜和一對電極的結構與圖1A至1C所示的電晶體不同的電晶體。雖然在圖1B所示的電晶體中，將一對電極107設置在氧化物半導體膜105和閘極絕緣膜109之間，但是也可以將一對電極107設置在基底絕緣膜103和氧化物半導體膜105之間。在此情況下，為了提高氧化物半導體膜105的步階覆蓋性，較佳為減薄一對電極的厚度。
在該結構的電晶體中，在形成一對電極之後形成氧化物半導體膜105及閘極絕緣膜109。因此，以不使氧化物半導體膜105暴露於蝕刻氣體的方式在氧化物半導體膜105上形成閘極絕緣膜109，所以可以消除對氧化物半導體膜105的蝕刻損傷，從而可以提高電晶體的電特
性。
接著，參照圖2A至2D說明圖1B所示的電晶體的製造方法。
如圖2A所示，在基板101上形成基底絕緣膜103。接著，在基底絕緣膜103上形成氧化物半導體膜105。
當作為基底絕緣膜103形成氧氮化矽膜時，作為原料氣體較佳為使用包含矽的沉積氣體及氧化氣體。作為包含矽的沉積氣體的典型例子，有矽烷、乙矽烷、丙矽烷、氟化矽烷等。作為氧化氣體，有一氧化二氮、二氧化氮等。
作為基底絕緣膜103，典型地以下述條件形成氧氮化矽膜：在電漿CVD設備的進行真空排氣的處理室中引入相對於包含矽的沉積氣體的氧化氣體的流量比大於50且10000以下或200以上且1500以下的原料氣體；將處理室中的壓力設定為100Pa以上且1500Pa以下或200Pa以上且1000Pa以下；對設置在處理室中的電極供應高頻功率。另外，較佳為將設置在處理室中的電極上的基板溫度設定為200℃以上且低於450℃或200℃以上且350℃以下。此外，較佳為對設置在處理室中的電極供應0.2W/cm2以上且5.0W/cm2以下或1.8W/cm2以上且3.7W/cm2以下的高頻功率。當設置在處理室中的電極是平
行平板型時，對與基板相對的電極供應上述功率。此外，也可以對安裝基板的電極供應功率。
藉由在基底絕緣膜103的成膜條件中，在具有上述壓力的處理室中供應具有上述功率密度的高頻功率，提高電漿中的原料氣體的分解效率。此外，藉由採用使相對於包含矽的沉積氣體的氧化氣體的流量比高的條件增加氧自由基而促進原料氣體的氧化，因此基底絕緣膜103中的含氧量多於化學計量組成。此外，在作為氧化氣體使用一氧化二氮、二氧化氮等的氮氧化物時，與使用氧的情況相比，進一步促進包含矽的沉積氣體的氧化反應而基底絕緣膜103中的含氧量比化學計量組成更多。另外，雖然在作為氧化氣體使用氧時，產生微粒且降低良率，但是在作為氧化氣體使用一氧化二氮或二氧化氮等氮氧化物時，可以抑制產生微粒。另一方面，在作為氧化氣體使用一氧化二氮、二氧化氮等氮氧化物時，基底絕緣膜103成為使氧化絕緣膜包含氮的氧氮化絕緣膜。此外，藉由加熱處理，該氮成為一氧化氮而被釋放。因此，由藉由TDS分析檢測出NO的情況可知作為氧化氣體使用一氧化二氮或二氧化氮。此外，藉由將基板溫度設定為上述溫度範圍內，可以減少基底絕緣膜103的含水量。由此，作為基底絕緣膜103可以形成包含多於化學計量組成的氧的氧氮化絕緣膜。
注意，因為根據本實施方式形成的基底絕緣膜103包含多於化學計量組成的氧，所以不需要絕緣膜的
成膜製程之外的添加氧的製程。也就是說，根據本實施方式可以製程數少地形成能夠減少氧化物半導體膜105及與氧化物半導體膜105的介面中的缺陷以及包含在氧化物半導體膜中的氧缺損的基底絕緣膜。
在此，以如下條件作為基底絕緣膜103形成300nm厚的氧氮化矽膜：作為原料氣體對處理室供應流量為2sccm的矽烷及流量為4000sccm的一氧化二氮；將處理室中的壓力控制為700Pa；以及使用60MHz的高頻電源對平行平板型電極中的一個供應250W的功率。
藉由濺射法、塗佈法、脈衝雷射蒸鍍法、雷射燒蝕法等形成氧化物半導體膜105。
在藉由濺射法形成氧化物半導體膜105的情況下，作為用來產生電漿的電源裝置，可以適當地使用RF電源裝置、AC電源裝置、DC電源裝置等。
作為濺射氣體，適當地使用稀有氣體(典型的是氬)氛圍、氧氛圍、稀有氣體和氧的混合氣體。此外，當採用稀有氣體和氧的混合氣體時，較佳為增高相對於稀有氣體的氧氣體的比例。
另外，根據所形成的氧化物半導體膜105的組成而適當地選擇靶材，即可。
另外，藉由印刷法形成氧化物半導體膜105，可以直接形成被進行元件分離的氧化物半導體膜105。
在此，藉由使用金屬元素的原子數比為In：Ga：Zn=1：1：1的靶材的濺射法形成15nm厚的氧化物
半導體膜，然後在該氧化物半導體膜上形成遮罩，對氧化物半導體膜的一部分選擇性地進行蝕刻，由此形成氧化物半導體膜105。
接著，較佳為進行第一加熱處理。藉由進行該加熱處理，可以將基底絕緣膜103所包含的氧的一部分移動到基底絕緣膜103與氧化物半導體膜105的介面附近以及氧化物半導體膜105中。由此，可以降低基底絕緣膜103和氧化物半導體膜105之間的介面附近的介面能階並減少包含在氧化物半導體膜中的氧缺損。注意，當藉由在對氧化物半導體膜105進行加熱的同時將其設置在基底絕緣膜103上能夠使氧從基底絕緣膜103移動到氧化物半導體膜105時可以省略該加熱處理。此外，藉由將該加熱處理兼作在後面進行的加熱處理，可以縮減製程數。
第一加熱處理的溫度典型地為150℃以上且低於基板的應變點、250℃以上且450℃以下或300℃以上且450℃以下。
在包含氦、氖、氬、氙、氪等稀有氣體或氮的惰性氣體氛圍中進行加熱處理。或者，也可以在惰性氣體氛圍中進行加熱之後在氧氛圍中進行加熱。另外，上述惰性氣體氛圍及氧氛圍較佳為不包含氫、水等。處理時間是3分鐘至24小時。
在此，在包含氮的氛圍下以450℃進行1小時的加熱處理之後，在氮及氧氛圍下以450℃進行1小時的加熱處理。
另外，該加熱處理也可以在後面的製程中進行而不在該製程中進行。也就是說，也可以藉由在後面的製程中進行的加熱處理使包含在基底絕緣膜103中的氧的一部分移動到氧化物半導體膜105中。由此，可以縮減加熱製程數。
接著，如圖2B所示，形成一對電極107。
下面示出一對電極107的形成方法。首先，藉由濺射法、CVD法、蒸鍍法等形成成為一對電極107的導電膜。接著，藉由光微影製程在成為一對電極107的導電膜上形成遮罩。接著，使用該遮罩對成為一對電極107的導電膜進行蝕刻來形成一對電極107。然後，去除遮罩。
在此，藉由濺射法形成100nm厚的鎢膜。接著，藉由光微影製程在鎢膜上形成遮罩，使用該遮罩對鎢膜進行乾蝕刻來形成一對電極107。
另外，在形成一對電極107之後，為了去除蝕刻殘渣，較佳為進行洗滌處理。藉由進行該洗滌處理，可以抑制一對電極107的短路。該洗滌處理可以藉由使用TMAH(Tetramethylammonium Hydroxide：四甲基氫氧化銨)溶液等鹼性溶液、稀氫氟酸、草酸、磷酸等酸性的溶液進行。
另外，也可以藉由印刷法或噴墨法形成一對電極107。
接著，如圖2C所示，在形成閘極絕緣膜109之後在閘極絕緣膜109上形成閘極電極111。
使用CVD法、蒸鍍法等形成閘極絕緣膜109。
在作為閘極絕緣膜109形成氧化矽膜或氧氮化矽膜時，作為原料氣體較佳為使用包含矽的沉積氣體及氧化氣體。
此外，在作為閘極絕緣膜109形成氧化鎵膜時，可以使用MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition：有機金屬化學氣相沉積)法形成。
此外，在作為閘極絕緣膜109藉由CVD法形成氧化絕緣膜之後，使該氧化絕緣膜暴露於氧電漿來可以減少氧化絕緣膜的缺陷並提高氧化絕緣膜的密度。另外，可以利用高頻或微波的電場能量產生氧電漿。藉由將被進行氧電漿處理的氧化絕緣膜用作閘極絕緣膜109，可以減少電晶體的洩漏電流。
在此，藉由電漿CVD法形成20nm厚的氧氮化矽膜作為閘極絕緣膜109。
下面示出閘極電極111的形成方法。首先，藉由濺射法、CVD法、蒸鍍法等形成成為閘極電極111的導電膜，並且藉由光微影製程在成為閘極電極111的導電膜上形成遮罩。接著，使用該遮罩對成為閘極電極111的導電膜的一部分進行蝕刻來形成閘極電極111。然後，去除遮罩。
另外，也可以採用電鍍法、印刷法、噴墨法
等代替上述形成方法，來形成閘極電極111。
在此，藉由濺射法依次形成30nm厚的氮化鈦膜及135nm厚的鎢膜。接著，藉由光微影製程形成遮罩，使用該遮罩對氮化鈦膜及鎢膜進行乾蝕刻來形成閘極電極111。
接著，如圖2D所示，在閘極絕緣膜109及閘極電極111上形成絕緣膜113，然後形成與一對電極107連接的佈線115。
形成成為絕緣膜113的絕緣膜，進行第二加熱處理，然後在該絕緣膜中形成開口部，從而形成絕緣膜113。採用CVD法或濺射法形成成為絕緣膜113的絕緣膜。此外，作為成為絕緣膜113的絕緣膜，也可以以與基底絕緣膜103同樣條件形成包含多於化學計量組成的氧的氧氮化絕緣膜。
在此，藉由濺射法形成70nm厚的氧化鋁膜，藉由CVD法形成300nm厚的氧氮化矽膜，然後設置開口部，來形成絕緣膜113。
第二加熱處理的溫度典型地是150℃以上且低於基板應變點、250℃以上且450℃以下或300℃以上且450℃以下。
第二加熱處理可以使用電爐、RTA(Rapid Thermal Annealing：快速熱退火)裝置等進行。藉由使用RTA裝置，可以限定於短時間內在基板的應變點以上的溫度下進行加熱處理。因此，可以縮短氧從基底絕緣膜103
擴散到氧化物半導體膜105的時間。
第二加熱處理可以在氮、氧、超乾燥空氣(含水量為20ppm以下、1ppm以下或10ppb以下的空氣)或稀有氣體(氬、氦等)的氛圍下進行。
在此，在氧氛圍下以400℃進行1小時的加熱處理。
藉由在利用濺射法、CVD法、蒸鍍法等形成導電膜之後，在該導電膜上形成遮罩對導電膜進行蝕刻，來形成佈線115。在導電膜上形成的遮罩適當地使用印刷法、噴墨法、光微影法形成。然後去除遮罩。另外，也可以藉由雙鑲嵌法形成佈線115。
在此，藉由濺射法形成50nm厚的鈦膜、200nm厚的鋁膜和50nm厚的鈦膜的疊層膜。接著，藉由光微影製程形成遮罩，並使用該遮罩對疊層膜進行乾蝕刻，來形成佈線115。
可以藉由上述製程製造通態電流高且電特性提高了的電晶體。此外，還可以製造電特性的變動少且可靠性高的半導體裝置。
注意，本實施方式所示的結構及方法等可以適當地與其他實施方式及實施例所示的結構或方法等而使用。
在本實施方式中，參照圖3A至圖5C說明與實施方
式1不同的結構的電晶體及其製造方法。
圖3A至3C是電晶體110的俯視圖及剖面圖。圖3A是電晶體110的俯視圖，圖3B是沿著圖3A的點劃線A-B之間的剖面圖，圖3C是沿著圖3A的點劃線C-D之間的剖面圖。注意，為了明確起見，在圖3A中省略基板101、氧化物半導體膜105a、氧化物半導體膜105c、閘極絕緣膜109a、絕緣膜118、絕緣膜119等。
圖3A至3C所示的電晶體110包括：設置在基板101上的基底絕緣膜117上的氧化物半導體膜105a；設置在氧化物半導體膜105a上的氧化物半導體膜105b；與氧化物半導體膜105b接觸的一對電極116；與基底絕緣膜103、氧化物半導體膜105b及一對電極116接觸的氧化物半導體膜105c；與氧化物半導體膜105c接觸的閘極絕緣膜109a；隔著閘極絕緣膜109a與氧化物半導體膜105c重疊的閘極電極111。注意，將氧化物半導體膜105a、氧化物半導體膜105b和氧化物半導體膜105c稱為多層膜106。也可以包括覆蓋閘極絕緣膜109a、閘極電極111及一對電極116的絕緣膜118以及覆蓋絕緣膜118的絕緣膜119。此外，還可以包括在絕緣膜118及絕緣膜119的開口部114中與一對電極116接觸的佈線115。
基底絕緣膜117可以與實施方式1所示的基底絕緣膜103同樣地使用包含過剩氧的氧化絕緣膜形成。典型的是，藉由加熱處理釋放的質量電荷比32的氣體的
釋放量的兩倍和質量電荷比30的氣體的釋放量的總和為5×1015/cm2以上且5×1016/cm2以下或5×1015/cm2以上且3×1016/cm2以下。或者，藉由加熱處理釋放的質量電荷比32的氣體的釋放量的兩倍和質量電荷比30的氣體的釋放量的總和為1×1020/cm3以上且1×1021/cm3以下或1×1020/cm3以上且5×1020/cm3以下。
另外，作為質量電荷比30的氣體的典型例子有一氧化氮，質量電荷比32的氣體的典型例子有氧。也就是說，藉由加熱處理釋放的來源於氧分子及一氧化氮的氧原子的釋放量為5×1015/cm2以上且5×1016/cm2以下或5×1015/cm2以上且3×1016/cm2以下。或者，藉由加熱處理釋放的來源於氧分子及一氧化氮的氧原子的釋放量為1×1020/cm3以上且1×1021/cm3以下或1×1020/cm3以上且5×1020/cm3以下。
另外，本實施方式所示的基底絕緣膜117的一部分在對多層膜106進行蝕刻時被蝕刻，因此基底絕緣膜117在與多層膜106重疊的區域中包括凸部。
氧化物半導體膜105a、105b、105c典型地使用In-Ga氧化物膜、In-Zn氧化物膜或In-M-Zn氧化物膜(M是Ti、Ga、Y、Zr、La、Cs、Nd或Hf)形成，並且氧化物半導體膜105a、105c使用構成氧化物半導體膜105b的元素中的一種以上形成。因此，在氧化物半導體膜105a、105b、105c的介面上都不容易產生介面散射。因此，在該介面上載子的移動不被阻礙，所以電晶體的場
效移動率提高。
氧化物半導體膜105a、105c的導帶底的能量與氧化物半導體膜105b相比較近於真空能階，典型的是，氧化物半導體膜105a、105c的導帶底的能量和氧化物半導體膜105b的導帶底的能量之間的差異為0.05eV以上、0.07eV以上、0.1eV以上或0.15eV以上且2eV以下、1eV以下、0.5eV以下或0.4eV以下。也就是說，氧化物半導體膜105a、105c的電子親和力和氧化物半導體膜105b的電子親和力之間的差異為0.05eV以上、0.07eV以上、0.1eV以上或0.15eV以上且2eV以下、1eV以下、0.5eV以下或0.4eV以下。
在氧化物半導體膜105a、105c中的Ga、Y、Zr、La、Cs或Nd的原子數比高於In時，可能有下面的效果。(1)擴大氧化物半導體膜105a、105c的能隙。(2)減小氧化物半導體膜105a、105c的電子親和力。(3)減少來自外部的雜質的擴散。(4)絕緣性高於氧化物半導體膜105b。(5)因為Ga、Y、Zr、La、Cs或Nd是與氧的鍵合力較強的金屬元素，所以在Ga、Y、Zr、La、Cs或Nd的原子數比高於In時，氧缺損不容易產生。
在氧化物半導體膜105b是In-M-Zn氧化物膜(M是Ga、Y、Zr、La、Cs或Nd)的情況下，當在用來形成氧化物半導體膜105b的靶材中將金屬元素的原子數比設定為In：M：Zn=x1：y1：z1時，x1/y1較佳為1/3以上且6以下，更佳為1以上且6以下，z1/y1較佳為1/3以
上且6以下，更佳為1以上且6以下。另外，藉由將z1/y1設定為1以上且6以下，作為氧化物半導體膜105b容易形成在後面形成的CAAC-OS膜。作為靶材的金屬元素的原子數比的典型例子，有In：M：Zn=1：1：1、In：M：Zn=1：1：1.2、In：M：Zn=3：1：2等。
在氧化物半導體膜105a、105c是In-M-Zn氧化物膜(M是Ga、Y、Zr、La、Cs或Nd)的情況下，當在用來形成氧化物半導體膜105a、105c的靶材中將金屬元素的原子數比設定為In：M：Zn=x2：y2：z2時，x2/y2<x1/y1，z2/y2較佳為1/3以上且6以下，更佳為1以上且6以下。另外，藉由將z2/y2設定為1以上且6以下，作為氧化物半導體膜105a、105c容易形成在後面形成的CAAC-OS膜。作為靶材的金屬元素的原子數比的典型例子，有In：M：Zn=1：3：2、In：M：Zn=1：3：4、In：M：Zn=1：6：4等。
此外，作為氧化物半導體膜105a、105b、105c使用上述靶材形成的氧化物半導體膜105a、105b、105c所包含的M/In、Zn/In的原子數比小於包含在靶材中的M/In、Zn/In的原子數比。此外，在In-Ga-Zn氧化物膜中，相對於M的Zn的原子數比(Zn/M)為0.5以上。這種膜成為在下面描述的CAAC-OS膜。
在氧化物半導體膜105b是In-M-Zn氧化物膜的情況下，In和M的總和為100atomic%時的In及M的原子百分比為如下：In為25atomic%以上，M為低於
75atomic%或者In為34atomic%以上，M為低於66atomic%。
在氧化物半導體膜105a、105c是In-M-Zn氧化物膜的情況下，In和M的總和為100atomic%時的In及M的原子百分比為如下：In為低於50atomic%，M為50atomic%以上或者In為低於25atomic%，M為75atomic%以上。
此外，在氧化物半導體膜105a、105b、105c是In-M-Zn氧化物膜(M是Ti、Ga、Y、Zr、La、Cs、Nd或Hf)的情況下，氧化物半導體膜105a、105c所包含的M(Ga、Y、Zr、La、Cs或Nd)的原子數比大於氧化物半導體膜105b，典型的是，該M的原子數比比氧化物半導體膜105b所包含的M的原子數比高1.5倍以上、2倍以上或3倍以上。
此外，在氧化物半導體膜105a、105b、105c是In-M-Zn氧化物膜(M是Ga、Y、Zr、La、Cs或Nd)的情況下，當氧化物半導體膜105a、105c的原子數比為In：M：Zn=x1：y1：z1，氧化物半導體膜105b的原子數比為In：M：Zn=x2：y2：z2時，y1/x1大於y2/x2或y1/x1是y2/x2的1.5倍以上。或者，y1/x1是y2/x2的2倍以上或y1/x1是y2/x2的3倍以上。此時，在氧化物半導體膜105b中，如果y2是x2以上，則對使用該氧化物半導體膜105b的電晶體賦予穩定的電特性，所以是較佳的。
氧化物半導體膜105a、105b、105c可以適當
地使用與實施方式1所示的氧化物半導體膜105同樣的形成製程形成。
氧化物半導體膜105c還用作當在後面形成閘極絕緣膜109a時緩和氧化物半導體膜105b所受到的損傷的膜。其結果是，可以減少氧化物半導體膜105b所包含的氧缺損量。再者，藉由形成氧化物半導體膜105c，可以抑制形成在該氧化物半導體膜105b上的絕緣膜，例如氧化物絕緣膜的構成元素混入該氧化物半導體膜105b中。
氧化物半導體膜105b的厚度為3nm以上且200nm以下、3nm以上且100nm以下或3nm以上且50nm以下。
氧化物半導體膜105a、105c的厚度為0.3nm以上且200nm以下、3nm以上且100nm以下或3nm以上且50nm以下。
注意，氧化物半導體膜105a的厚度較佳為大於氧化物半導體膜105b。此外，氧化物半導體膜105c的厚度較佳為小於氧化物半導體膜105b。
在氧化物半導體膜105a的厚度過小時，電子在氧化物半導體膜105a和氧化物半導體膜105b的介面上被俘獲，電晶體的通態電流降低。另一方面，在氧化物半導體膜105a的厚度過大時，從基底絕緣膜117移動到氧化物半導體膜105b的氧量減少，因此難以減少氧化物半導體膜105b的氧缺損量及氫量。由此，較佳為使氧化物
半導體膜105a的厚度大於氧化物半導體膜105b，且將該厚度設定為20nm以上且200nm以下。
當多量電子被誘導在氧化物半導體膜105c時，氧化物半導體膜105c遮蔽閘極電極的電場，而施加到氧化物半導體膜105b的電場變弱。這導致電晶體的通態電流降低。因此，較佳為使氧化物半導體膜105c的厚度小於氧化物半導體膜105b，且設定為0.3nm以上且10nm以下。
此外，與氧化物半導體膜105b同樣地，氧化物半導體膜105a、105c可以適當地採用單晶結構、非單晶結構。非單晶結構例如包括在後面描述的CAAC-OS(C Axis Aligned Crystalline Oxide Semiconductor：c軸配向結晶氧化物半導體)、多晶結構、在後面描述的微晶結構或非晶結構。
另外，氧化物半導體膜105a、105b、105c可以分別構成具有非晶結構的區域、微晶結構的區域、多晶結構的區域、在後面描述的CAAC-OS的區域、單晶結構的區域中的兩種以上的混合膜。例如，混合膜有時是包括非晶結構的區域、微晶結構的區域、多晶結構的區域、在後面描述的CAAC-OS的區域、單晶結構的區域中的任何兩種以上的區域的單層結構。此外，例如，混合膜有時具有疊層結構，該疊層結構包括非晶結構的區域、微晶結構的區域、多晶結構的區域、在後面描述的CAAC-OS的區域、單晶結構的區域中的任何兩種以上的層。再者，氧化
物半導體膜105a、105b、105c也可以是依次層疊的結構，該結構具有微晶結構和在後面描述的CAAC-OS的結構。或者，氧化物半導體膜105a也可以是微晶結構和在後面描述的CAAC-OS的疊層結構，並且氧化物半導體膜105b、105c也可以是在後面描述的CAAC-OS。
如果氧化物半導體膜105a、105b、105c都是在後面描述的CAAC-OS，則可以提高氧化物半導體膜105a、105b、105c的各介面的結晶性，所以是較佳的。
注意，將在多層膜106中與閘極電極111重疊且夾在一對電極116之間的區域稱為通道形成區域。另外，將在通道形成區域中載子主要流過的區域稱為通道區域。在此，設置在一對電極116之間的氧化物半導體膜105b是通道區域。此外，將一對電極116之間的距離稱為通道長度。
在此，在氧化物半導體膜105b和閘極絕緣膜109a之間設置有氧化物半導體膜105c。因此，即使在氧化物半導體膜105c和閘極絕緣膜109a之間因雜質及缺陷而形成陷阱能階，也在該陷阱能階和氧化物半導體膜105b之間有距離。其結果是，流在氧化物半導體膜105b中的電子不容易被陷阱能階俘獲，所以可以增大電晶體的通態電流且提高場效移動率。此外，在電子被陷阱能階俘獲時，該電子成為固定電荷。其結果是，電晶體的臨界電壓變動。然而，由於在氧化物半導體膜105b和陷阱能階之間有距離，因此可以減少陷阱能階中的電子俘獲且減少
臨界電壓的變動。
此外，因為氧化物半導體膜105c可以減少來自外部的雜質的擴散，所以可以減少從外部移動到氧化物半導體膜105b的雜質量。另外，氧化物半導體膜105c不容易形成氧缺損。由此，可以降低氧化物半導體膜105b中的雜質濃度及氧缺損量。
另外，至少氧化物半導體膜105a、105b以形成連續接合(在此，特指在各膜之間導帶底的能量連續地變化的結構)的方式來形成，而不以簡單地層疊各膜的方式來形成。換言之，採用在各膜之間的介面形成俘獲中心或再結合中心等的缺陷能階的雜質不存在的疊層結構。如果雜質混入層疊有的氧化物半導體膜105a與105b之間，則能帶失去連續性，因此，載子在介面被俘獲或者因再結合而消失。
為了形成連續接合，需要使用具備負載鎖定室的多室成膜裝置以使各膜不暴露於大氣中的方式連續地進行層疊。
在本實施方式所示的電晶體中，因為在氧化物半導體膜105b和閘極絕緣膜109a之間設置有氧化物半導體膜105c，可以減少氧化物半導體膜105b中的矽或碳的濃度或者氧化物半導體膜105b和氧化物半導體膜105a、105c的介面附近的矽或碳的濃度。
在具有這種結構的電晶體110中，因為包括氧化物半導體膜105b的多層膜106中的缺陷極少，因
此，能夠提高電晶體的電特性，典型的是能夠實現通態電流的增大及場效移動率的提高。另外，當進行壓力測試的一個例子，即BT壓力測試及光BT壓力測試時，該電晶體的臨界電壓的變動量少，由此其可靠性較高。
閘極絕緣膜109a可以適當地使用實施方式1所示的電晶體100的閘極絕緣膜109的材料。另外，本實施方式所示的閘極絕緣膜109a的端部的位置與閘極電極111的端部的位置大致一致。
在本實施方式所示的電晶體110中，氧化物半導體膜105c及閘極絕緣膜109a的端部與閘極電極111的端部大致一致。
在電晶體110中，可以在形成氧化物半導體膜105c及閘極絕緣膜109a的製程中去除形成閘極電極111時的蝕刻殘渣，可以減少產生在閘極電極111和佈線115之間的洩漏電流。
一對電極116可以適當地使用與實施方式1所示的一對電極107相同的材料。另外，本實施方式所示的一對電極116之間的間隔小於實施方式1所示的一對電極107。
絕緣膜118及絕緣膜119可以分別使用氧化矽膜、氧氮化矽膜、氮氧化矽膜、氮化矽膜、氧化鋁膜、氧氮化鋁膜、氮氧化鋁膜、氮化鋁膜等，設置為疊層或單層。另外，絕緣膜118和絕緣膜119的總厚度為30nm以上且500nm以下或者100nm以上且400nm以下。
接著，參照圖4A至4D以及圖5A至5C說明半導體裝置的製造方法。
如圖4A所示，在基板101上形成基底絕緣膜103，在基底絕緣膜103上形成氧化物半導體膜104a及氧化物半導體膜104b。
在此，作為基板101使用矽晶片。
基底絕緣膜103與實施方式1同樣地形成含氧量比化學計量組成多的氧化絕緣膜。
在此，作為基底絕緣膜103，與實施方式1同樣地藉由CVD法形成300nm厚的氧氮化矽膜。
氧化物半導體膜104a及氧化物半導體膜104b可以藉由濺射法、塗佈法、脈衝蒸鍍法、雷射燒蝕法等形成。
在此，藉由使用金屬元素的原子數比為In：Ga：Zn=1：3：4的靶材的濺射法，作為氧化物半導體膜104a形成20nm厚的In-Ga-Zn氧化物膜。此外，藉由使用金屬元素的原子數比為In：Ga：Zn=1：1：1.2的靶材的濺射法，作為氧化物半導體膜104b形成15nm厚的In-Ga-Zn氧化物膜。
接著，較佳為藉由進行第一加熱處理使氧從基底絕緣膜103移動到氧化物半導體膜104a及氧化物半導體膜104b。此外，較佳為去除氧化物半導體膜104a及氧化物半導體膜104b所包含的雜質。
第一加熱處理可以適當地採用與實施方式1
所示的第一加熱處理相同的條件進行。
藉由進行該加熱處理，使基底絕緣膜103所包含的氧的一部分移動到氧化物半導體膜104a、104b來減少氧化物半導體膜104a、104b的氧缺損量。另外，基底絕緣膜103藉由該加熱處理減少了含氧量。
在此，在包含氮的氛圍中以450℃進行1小時的加熱處理，然後在氮及氧氣分中以450℃進行1小時的加熱處理。
可以藉由上述製程，可以降低氧化物半導體膜104a、104b的氧缺損以及基底絕緣膜103和氧化物半導體膜104a的介面能階。
另外，該加熱處理也可以在後面的製程中進行，而不在該製程中進行。也就是說，也可以藉由在後面的製程中進行的加熱製程使基底絕緣膜103所包含的氧的一部分移動到氧化物半導體膜104a、104b。由此，可以縮減加熱製程數。
接著，藉由光微影製程在氧化物半導體膜104b上形成遮罩，然後分別使用該遮罩對氧化物半導體膜104a及氧化物半導體膜104b的一部分進行蝕刻，如圖4B所示那樣形成氧化物半導體膜105a及氧化物半導體膜105b。然後，去除遮罩。另外，藉由該蝕刻製程中，有時基底絕緣膜103的一部分被蝕刻。在此，將其一部分被蝕刻的基底絕緣膜103表示為基底絕緣膜117。
接著，如圖4C所示，在氧化物半導體膜
105b上形成一對電極116。接著，在氧化物半導體膜105b及一對電極116上形成氧化物半導體膜104c，在氧化物半導體膜104c上形成閘極絕緣膜108。
一對電極116可以與實施方式1所示的一對電極107同樣地形成。
注意，當形成通道長度極短的電晶體時，至少對於分離成為一對電極107的導電膜的區域，採用電子束曝光等適應於細線加工的方法進行光阻遮罩加工並藉由蝕刻製程對該區域進行蝕刻，即可。另外，如果作為該光阻遮罩使用正型光阻劑，則可以使曝光區域縮減到最小限度，而可以提高處理量。藉由採用這種方法，可以形成通道長度為100nm以下，進一步為30nm以下的電晶體。或者，也可以藉由使用波長極短的光(例如，極端遠紫外光(EUV：Extreme Ultra-violet))或X射線等的曝光技術進行微細的加工。
在此，藉由濺射法層疊100nm厚的鎢膜。接著，在鎢膜上藉由光微影製程形成遮罩，使用該遮罩對鎢膜進行乾蝕刻來形成一對電極116。
另外，與實施方式1同樣，較佳為在形成一對電極116之後進行洗滌處理以去除蝕刻殘渣。
接著，如圖4D所示，在氧化物半導體膜105b及一對電極116上形成氧化物半導體膜104c，在氧化物半導體膜104c上形成閘極絕緣膜108。
可以與氧化物半導體膜105a同樣地形成氧化
物半導體膜104c。此外，可以與實施方式1所示的閘極絕緣膜109同樣地形成閘極絕緣膜108。
在此，藉由使用原子數比為In：Ga：Zn=1：3：4的靶材的濺射法，作為氧化物半導體膜104c形成5nm厚的In-Ga-Zn氧化物膜。此外，作為閘極絕緣膜108，藉由電漿CVD法形成20nm厚的氧氮化矽膜。
接著，如圖5A所示，在閘極絕緣膜108上的重疊於氧化物半導體膜105b的區域中與實施方式1同樣地形成閘極電極111。
在此，藉由濺射法依次形成30nm厚的氮化鈦膜及135nm厚的鎢膜。接著，藉由光微影製程形成遮罩，使用該遮罩對氮化鉭膜及鎢膜進行乾蝕刻來形成閘極電極111。
接著，如圖5B所示，以閘極電極111為遮罩對氧化物半導體膜104c及閘極絕緣膜108進行蝕刻，來形成氧化物半導體膜105c及閘極絕緣膜109a。由此，可以形成氧化物半導體膜105c及閘極絕緣膜109a而不增加光遮罩的數量。此外，氧化物半導體膜105c及閘極絕緣膜109a的端部與閘極電極111的端部大致一致。
另外，在電晶體110中，可以在氧化物半導體膜105c及閘極絕緣膜109a的形成製程中去除形成閘極電極111時的蝕刻殘渣，還可以減少在閘極電極111和在後面形成的佈線115之間產生的洩漏電流。
接著，如圖5C所示，在一對電極116及閘極
電極111上依次層疊形成絕緣膜118及絕緣膜119。接著，進行第二加熱處理。接著，在絕緣膜118及絕緣膜119中形成開口部，然後形成佈線115。
絕緣膜118及絕緣膜119可以適當地採用濺射法、CVD法等。藉由作為絕緣膜118使用氧障壁膜，可以在後面的加熱處理中減少從多層膜106脫離的氧，從而可以減少電晶體的電特性的不均勻並抑制臨界電壓的變動。
適當地使用實施方式1所示的第二加熱處理的條件進行第二加熱處理。
在此，作為絕緣膜118，藉由濺射法形成70nm厚的氧化鋁膜，作為絕緣膜119，藉由CVD法形成300nm厚的氧氮化矽膜。此外，在氧氣分中以450℃進行1小時的加熱處理。然後，藉由光微影製程形成遮罩，使用該遮罩並利用乾蝕刻法對絕緣膜118及絕緣膜119的一部分進行蝕刻來形成開口部。
可以與一對電極116同樣地形成佈線115。或者，也可以藉由鑲嵌法形成佈線115。
在此，藉由濺射法依次形成50nm厚的鈦膜、200nm厚的鋁膜及50nm厚的鈦膜。接著，藉由光微影製程形成遮罩，使用該遮罩對鈦膜、鋁膜及鈦膜進行乾蝕刻來形成佈線115。
可以藉由上述製程製造電晶體110。
藉由使用原子數比為In：Ga：Zn=1：3：4的
靶材的濺射法形成氧化物半導體膜105a，藉由使用原子數比為In：Ga：Zn=1：1：1或In：Ga：Zn=3：1：2的靶材的濺射法形成氧化物半導體膜105b，藉由使用原子數比為In：Ga：Zn=1：3：4的靶材的濺射法形成氧化物半導體膜105c，從而成為與氧化物半導體膜105a的導帶底及氧化物半導體膜105c的導帶底相比氧化物半導體膜105b的導帶底從真空能階最遠的井結構，且可以減少成為載子路徑的氧化物半導體膜105b中的矽或碳等的濃度。由此，可以提高電晶體的場效移動率並減少因經過時間或進行可靠性測試而產生的電晶體的臨界電壓的變動。
此外，在基底絕緣膜103、氧化物半導體膜105b及一對電極107上形成成為氧化物半導體膜105c的氧化物半導體膜、成為閘極絕緣膜109a的絕緣膜及成為閘極電極111的導電膜，然後藉由光微影製程在導電膜上形成遮罩，使用該遮罩對氧化物半導體膜、絕緣膜及導電膜進行蝕刻，從而同時形成氧化物半導體膜105c、閘極絕緣膜109a及閘極電極111。
可以藉由上述製程製造包括氧化物半導體膜的多層膜的局域能階密度低且具有優良的電特性的電晶體。此外，還可以製造因經過時間或進行壓力測試而產生的電特性的變動少的可靠性高的電晶體。
注意，本實施方式所示的結構及方法等可以與其他實施方式、其變形例子以及實施例所示的結構及方法等適當地組合而使用。
在本實施方式中，參照圖6說明與實施方式1至實施方式3不同的結構的電晶體。本實施方式所示的電晶體包括隔著氧化物半導體膜相對的多個閘極電極。另外，雖然在本實施方式中使用實施方式1所示的電晶體進行說明，但是可以與其他實施方式適當地組合。
圖6所示的電晶體130包括：設置在基板101上的閘極電極231；以及覆蓋閘極電極231的絕緣膜233。另外，圖6所示的電晶體130還包括：形成在絕緣膜233上的氧化物半導體膜105；與氧化物半導體膜105接觸的一對電極107；與絕緣膜233、氧化物半導體膜105及一對電極107接觸的閘極絕緣膜109；以及隔著閘極絕緣膜109重疊於氧化物半導體膜105的閘極電極111。另外，還包括覆蓋閘極絕緣膜109及閘極電極111的絕緣膜113。另外，在閘極絕緣膜109及絕緣膜113的開口部中也可以具有接觸於一對電極107的佈線115。
閘極電極231可以與實施方式1所示的閘極電極111同樣地形成。另外，為了提高在後面形成的絕緣膜233的覆蓋性，閘極電極231的側面較佳為錐形形狀，將基板101與閘極電極231的側面所形成的角度設定為20°以上且70°以下或30°以上且60°以下。
絕緣膜233可以與實施方式1所示的基底絕緣膜103同樣地形成。絕緣膜233的典型例子是如下氧化
絕緣膜，其中藉由加熱處理釋放的質量電荷比32的氣體的釋放量的兩倍和質量電荷比30的氣體的釋放量的總和為5×1015/cm2以上且5×1016/cm2以下或5×1015/cm2以上且3×1016/cm2以下，或者藉由加熱處理釋放的質量電荷比32的氣體的釋放量的兩倍和質量電荷比30的氣體的釋放量的總和為1×1020/cm3以上且1×1021/cm3以下或1×1020/cm3以上且5×1020/cm3以下。
另外，作為質量電荷比30的氣體的典型例子有一氧化氮，作為質量電荷比32的氣體的典型例子有氧。也就是說，藉由加熱處理釋放的來源於氧分子及一氧化氮的氧原子的釋放量為5×1015/cm2以上且5×1016/cm2以下或者5×1015/cm2以上且3×1016/cm2以下。或者，藉由加熱處理釋放的來源於氧分子及一氧化氮的氧原子的釋放量為1×1020/cm3以上且1×1021/cm3以下或1×1020/cm3以上且5×1020/cm3以下。
另外，因為在後面在絕緣膜233上形成氧化物半導體膜105，所以絕緣膜233的表面較佳為平坦。因此，將在後面成為絕緣膜233的絕緣膜形成在基板101及閘極電極231上，然後藉由CMP等對該絕緣膜進行平坦化處理來形成表面的凹凸少的絕緣膜233。
本實施方式所示的電晶體130包括隔著氧化物半導體膜105相對的閘極電極231及閘極電極111。藉由對閘極電極231及閘極電極111施加不同的電位，可以控制電晶體130的臨界電壓。或者，也可以對閘極電極
231及閘極電極111施加相同的電位。或者，也可以將閘極電極231的電位設定為恆電位或接地電位。
藉由上述製程，作為在其上形成氧化物半導體膜的基底絕緣膜形成如實施方式1所示的包含多於化學計量組成的氧的氧氮化絕緣膜，在該基底絕緣膜上製造包括氧化物半導體膜的電晶體，從而可以製造通態電流高且電特性得到提高的電晶體。此外，可以製造因經過時間或進行壓力測試而產生的電特性的變動少的可靠性高的半導體裝置。
此外，因為在本實施方式所示的電晶體中，兩個閘極電極隔著氧化物半導體膜相對，所以可以容易控制電晶體的電特性。
注意，本實施方式所示的結構及方法等可以與其他實施方式及實施例所示的結構及方法等適當地組合而使用。
在本實施方式中，參照圖7說明可以應用於實施方式1至實施方式3的基底絕緣膜103、基底絕緣膜117、絕緣膜113及絕緣膜233。在本實施方式中參照實施方式1所示的電晶體100說明進行說明，還可以適當地應用於其他實施方式所示的電晶體的基底絕緣膜103、基底絕緣膜117、絕緣膜113及絕緣膜233。
如圖7所示，本實施方式所示的電晶體150
與實施方式1至實施方式3的不同之處是在基板101和氧化物半導體膜105之間形成有包括以成膜溫度不同的條件形成的多個絕緣膜的基底絕緣膜的點。
在基底絕緣膜的成膜條件中，成膜溫度越低，典型的是300℃以下，藉由加熱的氧釋放量越多。然而，在該溫度下形成的基底絕緣膜包括缺陷，其成為電晶體的可靠性降低的原因。另一方面，在基底絕緣膜的成膜條件中，成膜溫度越高，典型的是350℃以上，所形成的基底絕緣膜所包括的缺陷量少，從而可以提高電晶體的可靠性。然而，在該溫度下形成的基底絕緣膜的藉由加熱的氧釋放量少。因此，在包括與該基底絕緣膜接觸的氧化物半導體膜的電晶體中，在通道長度短，典型的是1μm以下的情況下，藉由加熱處理從基底絕緣膜移動到氧化物半導體膜的氧量少，包括在氧化物半導體膜中的氧缺損量多。其結果是，臨界電壓成為負值。
因此，藉由作為基底絕緣膜153形成絕緣膜153a和絕緣膜153b的疊層膜，而且以不同的成膜溫度形成絕緣膜153a和絕緣膜153b，可以形成缺陷量及氧釋放量被控制的基底絕緣膜153。
此外，在形成在基底絕緣膜153上的氧化物半導體膜105中，根據包括在氧化物半導體膜105中的金屬元素的原子數比而氧缺損量不同。例如，當作為氧化物半導體膜105使用In-Ga-Zn氧化物膜時，Ga的金屬原子數比越少，氧化物半導體膜105中的氧缺損量越多。典型
的是，與使用In：Ga：Zn=1：1：1的靶材形成的氧化物半導體膜相比使用In：Ga：Zn=3：1：2的靶材形成的氧化物半導體膜的氧缺損量較多。由於包括使用In：Ga：Zn=3：1：2的靶材形成的氧化物半導體膜的電晶體的臨界電壓比包括使用In：Ga：Zn=1：1：1的靶材形成的氧化物半導體膜的電晶體容易負向漂移，因此較佳為使用藉由加熱的氧釋放量多的絕緣膜形成基底絕緣膜153。
因此，藉由根據包括在氧化物半導體膜105中的金屬元素的原子數比控制絕緣膜153a和絕緣膜153b的厚度及成膜溫度，可以減少氧化物半導體膜105的氧缺損，從而可以製造可靠性高的電晶體。
在本實施方式中，參照圖8以及圖9A至9C說明如下半導體裝置和其製造方法：在下部具有使用第一半導體材料的電晶體且在上部具有使用第二半導體材料的電晶體的半導體裝置，在該半導體裝置中，在使用第一半導體材料的電晶體中使用半導體基板。作為用於使用第一半導體材料的電晶體的半導體基板，可以使用由矽、碳化矽等構成的單晶半導體基板或多晶半導體基板、由矽鍺等構成的化合物半導體基板、SOI基板等。在此作為半導體基板使用單晶矽晶片。此外，作為使用第二半導體材料的電晶體，使用採用實施方式1至實施方式6所示的氧化物半導體的電晶體。
首先，參照圖8說明半導體裝置的結構。
使用半導體基板301形成的電晶體305是n通道型電晶體(NMOSFET)，而電晶體306是p通道型電晶體(PMOSFET)。電晶體305及電晶體306被STI(Shallow Trench Isolation：淺溝槽隔離)303與其他元件絕緣分離。藉由使用STI303，可以抑制在LOCOS元件分離法中發生的元件分離部的鳥嘴，由此可以實現元件分離部的縮小等。另一方面，對於不要求結構的微型化或小型化的半導體裝置不需要必須形成STI303，而可以使用LOCOS等的元件分離法。
電晶體305包括設置在半導體基板301中的通道區域307、夾著通道區域307地設置的雜質區域309(也稱為源極區域及汲極區域)、設置在通道區域307上的閘極絕緣膜311以及與通道區域重疊地設置在閘極絕緣膜311上的閘極電極313。閘極電極313可以採用單層或多層結構。另外，閘極電極313也可以採用由用來提高加工精度的第一材料構成的第一導電膜和由用來低電阻化的第二材料構成的第二導電膜的疊層結構。
此外，在雜質區域309與通道區域307之間設置有與雜質區域309不同的雜質區域315。該雜質區域315根據被導入的雜質的濃度而用作LDD區域或擴展區域來控制通道區域近旁的電場分佈。在閘極電極313的側面上具有側壁317。可以藉由使用側壁317形成雜質區域315。
電晶體306包括：設置在n井區域304中的通道區域308；夾著通道區域308地設置的雜質區域310(也稱為源極區域及汲極區域)；設置在通道區域308上的閘極絕緣膜312；與通道區域重疊地設置在閘極絕緣膜312上的閘極電極314。閘極電極314可以採用單層或多層結構。
此外，在雜質區域310與通道區域308之間設置有與雜質區域310不同的雜質區域316。該雜質區域316根據被導入的雜質的濃度而用作LDD區域或擴展區域來控制通道區域近旁的電場分佈。在閘極電極314的側面上有側壁318。藉由使用側壁318可以形成雜質區域310。
在電晶體305及電晶體306上設置絕緣膜321及絕緣膜323。此外，在絕緣膜321及絕緣膜323中設置開口部，且在該開口部中設置與雜質區域309及雜質區域310連接的接觸插頭325。接觸插頭325還用作電晶體305及電晶體306的源極電極及汲極電極。另外，接觸插頭325與絕緣膜323上的被埋入絕緣膜327中的佈線329連接。
絕緣膜321可以用作保護膜，由此可以防止雜質從外部侵入通道區域中。另外，當利用CVD法並使用氮化矽等材料形成絕緣膜321時，在作為通道區域使用單晶矽的情況下可以藉由加熱處理進行單晶矽的氫化。另外，藉由作為絕緣膜321使用具有拉伸應力或壓縮應力的
絕緣膜，可以對構成通道區域的半導體材料施加應變。藉由在採用n通道型電晶體的情況下對成為通道區域的矽材料施加拉伸應力，且在採用p通道型電晶體的情況下對成為通道區域的矽材料施加壓縮應力，可以提高各電晶體的移動率。
作為絕緣膜321及絕緣膜323，可以使用氧化矽、氧氮化矽、氮氧化矽、BPSG(Boron Phosphorus Silicate Glass：硼磷矽玻璃)、PSG(Phosphorus Silicate Glass：磷矽玻璃)、添加有碳的氧化矽(SiOC)、添加有氟的氧化矽(SiOF)、作為以Si(OC2H5)4為原料的氧化矽的TEOS(Tetraethyl orthosilicate：四乙氧基矽烷)、HSQ(Hydrogen Silsesquioxane：氫矽倍半環氧乙烷)、MSQ(Methyl Silsesquioxane：甲基矽倍半環氧乙烷)、OSG(Organo Silicate Glass：有機矽酸鹽玻璃)、有機聚合物類材料等的絕緣體。尤其是，當進行半導體裝置的微型化時，由於佈線之間的寄生電容變為明顯而信號延遲增大，所以氧化矽的相對介電常數(k=4.0至4.5)高，因此較佳為使用k為3.0以下的材料。另外，由於在絕緣膜設置開口部，在將導電膜埋入該開口部中之後進行CMP處理形成接觸插頭，所以要求絕緣膜具有機械強度。只要確保該機械強度，就可以使它們多孔(porous)化而實現低介電常數化。
接觸插頭325作為導電材料可以使用由鋁、鈦、鉻、鎳、銅、釔、鋯、鉬、銀、鉭或鎢構成的單個金
屬或以這些金屬為主要成分的合金的單層結構或疊層結構。例如，可以舉出如下結構：包含矽的鋁膜的單層結構；在鋁膜上層疊鈦膜的兩層結構；在鎢膜上層疊鈦膜的兩層結構；在銅-鎂-鋁合金膜上層疊銅膜的兩層結構；鈦膜或氮化鈦膜、該鈦膜或氮化鈦膜上的鋁膜或銅膜和其上的鈦膜或氮化鈦膜的三層結構；以及鉬膜或氮化鉬膜、該鉬膜或氮化鉬膜上的鋁膜或銅膜和其上的鉬膜或氮化鉬膜的三層結構等。
佈線329較佳為使用例如銅、鋁等低電阻導電材料。藉由使用低電阻導電材料，可以降低傳輸在佈線329的信號的佈線延遲。當將銅用於佈線329時，為了防止銅擴散到半導體基板301的通道區域，較佳為在絕緣膜323和佈線329之間形成障壁膜。作為障壁膜，例如可以使用氮化鉭膜、氮化鉭膜與鉭膜的疊層、氮化鈦膜或氮化鈦膜與鈦膜的疊層等，但是只要確保佈線材料的擴散防止功能以及與佈線材料或基底膜等的緊密性，就不侷限於由上述材料構成的膜。
在絕緣膜327及佈線329上層疊有絕緣膜331及障壁膜332，在障壁膜332上形成有絕緣膜333，佈線335a、335b、335c埋入絕緣膜333中。
佈線335a及佈線335b由被埋入絕緣膜331及障壁膜332中的接觸插頭(未圖示)與佈線329的任一個連接。
障壁膜332較佳為使用具有氫、水及氧的阻
擋效果的絕緣膜形成，典型地，可以使用氧化鋁、氧氮化鋁、氧化鎵、氧氮化鎵、氧化釔、氧氮化釔、氧化鉿、氧氮化鉿、氮化矽等形成。
另外，雖然在此在絕緣膜331上設置障壁膜332，但是只要在電晶體305及電晶體306和絕緣膜343之間就在任何地方都可以設置。
在絕緣膜333及佈線335a、335b、335c上設置絕緣膜343。此外，在絕緣膜343中設置開口部，在該開口部中設置與佈線335a連接的接觸插頭345a以及與佈線335b連接的接觸插頭345b。
在絕緣膜343、接觸插頭345a、345b上設置電晶體349。電晶體349可以適當地使用如實施方式1至實施方式6所示那樣的電晶體。在此，電晶體349包括氧化物半導體膜351、與氧化物半導體膜351接觸的一對電極353、355、覆蓋氧化物半導體膜351及一對電極353、355的閘極絕緣膜357以及隔著閘極絕緣膜357與氧化物半導體膜351重疊的閘極電極359。
此外，在電晶體349上層疊有絕緣膜365。另外，也可以在絕緣膜365上包括絕緣膜367。
絕緣膜343可以與實施方式1所示的基底絕緣膜103同樣地使用包含多於化學計量組成的氧的氧氮化絕緣膜。
接觸插頭345a、345b可以適當地使用與接觸插頭325同樣的材料及形成方法形成。另外，電晶體349
的電極353和佈線335a藉由接觸插頭345a連接，電極355和佈線335b藉由接觸插頭345b連接。
絕緣膜365可以適當地使用與實施方式1所示的絕緣膜113同樣的材料。
絕緣膜367可以適當地使用絕緣膜323的材料。
在本實施方式所示的半導體裝置中層疊有使用第一半導體材料的電晶體305、306和使用第二半導體材料的電晶體349，使用第二半導體材料的電晶體349接觸於與使用實施方式1所示的基底絕緣膜103同樣的條件形成的絕緣膜343。因此，藉由加熱處理從絕緣膜343對氧化物半導體膜351供應氧，可以降低絕緣膜343和氧化物半導體膜351的介面能階。此外，還可以減少氧化物半導體膜351所包含的氧缺損量。另外，因為包括在絕緣膜343中的成為氫的供應源的水量較少，所以可以抑制水從絕緣膜343移動到氧化物半導體膜351，並氧化物半導體膜351中的載子的產生，且可以減少電晶體的電特性的變動。
接著，參照圖9A至9C說明圖8所示的半導體裝置的製造方法。
如圖9A所示，使用已知的MOS電晶體的製造方法在半導體基板301上形成電晶體305及電晶體306。
接著，藉由濺射法或CVD法，在電晶體305
及電晶體306上形成成為絕緣膜321的絕緣膜，在成為絕緣膜321的絕緣膜上藉由濺射法、CVD法、包括旋塗法(Spin On Glass：SOG)的塗佈法等形成成為絕緣膜323的絕緣膜。另外，較佳為藉由CMP法等的平坦化處理等使成為絕緣膜323的絕緣膜的表面為平坦。
接著，在成為絕緣膜321的絕緣膜及成為絕緣膜323的絕緣膜中形成開口部來使雜質區域309及雜質區域310的一部分露出，且在形成絕緣膜321及絕緣膜323之後，以填充該開口部的方式形成接觸插頭325。可以在藉由濺射法、CVD法、電鍍法等形成導電膜之後，藉由CMP法、蝕刻法等進行平坦化處理，去除導電膜的表面上的不需要的部分來形成接觸插頭325。
接著，在絕緣膜323上形成絕緣膜327及佈線329。
下面示出絕緣膜327的形成方法。適當地使用絕緣膜321或絕緣膜323的材料，藉由濺射法、CVD法、包括旋塗法的塗佈法等形成成為絕緣膜327的絕緣膜。接著，去除成為絕緣膜327的絕緣膜的一部分，來形成使接觸插頭325的一部分露出的開口部並形成絕緣膜327。
可以在接觸插頭325及絕緣膜327上藉由濺射法、CVD法、電鍍法等形成導電膜之後，藉由CMP法、蝕刻法等進行平坦化處理，分割導電膜，來形成佈線329。
另外，也可以使用雙鑲嵌法同時形成接觸插頭325及佈線329。
接著，在絕緣膜327及佈線329上形成絕緣膜331，在絕緣膜331上形成障壁膜332。另外，雖然未圖示，但是在絕緣膜331及障壁膜332分別設置有開口部，並且形成填充該開口部的接觸插頭。
可以使用與絕緣膜323同樣的形成方法形成絕緣膜331。
可以藉由濺射法或CVD法形成障壁膜332。
接著，在障壁膜332上形成絕緣膜333及佈線335a、335b、335c。絕緣膜333及佈線335a、335b、335c分別可以與絕緣膜327及佈線329同樣地形成。
在絕緣膜333及佈線335a、335b、335c上形成絕緣膜342。絕緣膜342採用與實施方式1所示的基底絕緣膜103同樣的條件形成。另外，由於在本實施方式中形成的絕緣膜342的含水量少，因此不需要在形成氧化物半導體膜之前進行用來從絕緣膜342釋放水的加熱處理。此外，因為包含含氧量多於化學計量組成的氧，除了絕緣膜的成膜製程之外並不需要添加氧的製程。也就是說，根據本實施方式可以形成絕緣膜342，其中藉由較少的製程數能夠減少與氧化物半導體膜351的介面中的缺陷及包含在氧化物半導體膜中的氧缺損。
接著，藉由去除絕緣膜342的一部分形成開口部，來形成絕緣膜343。然後，形成填充開口部的接觸
插頭345a及接觸插頭345b(參照圖9B)。
可以與接觸插頭325同樣地形成接觸插頭345a及接觸插頭345b。
接著，在絕緣膜343、接觸插頭345a及接觸插頭345b上形成電晶體349。可以適當地使用實施方式1至實施方式6中任一個所示的製造方法形成電晶體349。
在電晶體349上形成絕緣膜365，且在絕緣膜365上形成絕緣膜367(參照圖9C)。
可以藉由濺射法、CVD法形成絕緣膜365。可以藉由塗佈法、印刷法等形成絕緣膜367。
如上所述，設置在半導體裝置的下部的使用第一半導體材料電晶體305或電晶體306藉由多個接觸插頭及多個佈線與設置在上部的使用第二半導體材料的電晶體349電連接。藉由使半導體裝置具有上述結構，組合具有高速工作性能的使用第一半導體材料的電晶體和關態電流極小的使用第二半導體材料的電晶體來可以製造包括能夠以低耗電量進行高速工作的邏輯電路的半導體裝置，諸如記憶體裝置、中央處理器(CPU)等。
上述半導體裝置不侷限於採用上述結構，可以在不脫離發明的精神的範圍內任意進行改變。例如，雖然說明了在使用第一半導體材料的電晶體與使用第二半導體材料的電晶體之間設置兩層的佈線層的結構，但是也可以設置一層或三層以上的佈線層，且也可以不使用佈線而只使用接觸插頭直接連接兩個電晶體。在此情況下，例如
也可以使用矽穿孔(Through Silicon Via：TSV)技術。另外，雖然說明了使用銅等材料以埋入在絕緣膜中的方式形成佈線的情況，但是例如也可以使用形成障壁膜、佈線材料層及障壁膜的三層結構並藉由光微影製程將其加工為佈線圖案而成的佈線。
尤其是，當在使用第一半導體材料的電晶體305及電晶體306與使用第二半導體材料的電晶體349之間的層中形成銅佈線時，需要充分考慮在使用第二半導體材料的電晶體349的製程中施加的加熱處理的影響。換言之，需要使在使用第二半導體材料的電晶體349的製程中施加的熱處理的溫度適合佈線材料的性質。這是因為如下緣故：例如，當以高溫對電晶體349的構成部件進行加熱處理時，在銅佈線中產生熱應力，因此產生應力遷移等問題。
在本實施方式所示的電晶體349所包括的氧化物半導體膜351中，從作為基底絕緣膜的絕緣膜343供應氧，從而可以降低絕緣膜343和氧化物半導體膜351的介面能階以及氧化物半導體膜351的氧缺損量。其結果是，可以製造通態電流大且具有優良的電特性的電晶體。此外，因為包括在絕緣膜343中的成為氫的供應源的水量較少，所以可以抑制水從絕緣膜343移動到氧化物半導體膜351，並氧化物半導體膜351中的載子的產生，由此可以製造電特性的變動少且可靠性高的半導體裝置。
注意，本實施方式所示的結構及方法等可以
與其他實施方式及實施例所示的結構及方法等適當地組合而使用。
在本實施方式中，說明在實施方式1至實施方式5所示的電晶體中可以用於氧化物半導體膜105、105a、105b、105c、351的結構的氧化物半導體膜。
氧化物半導體膜大致劃分為非單晶氧化物半導體膜和單晶氧化物半導體膜。非單晶氧化物半導體膜是指CAAC-OS膜、多晶氧化物半導體膜、微晶氧化物半導體膜、非晶氧化物半導體膜等。在此，說明CAAC-OS膜及微晶氧化物半導體膜。
首先，說明CAAC-OS膜。
CAAC-OS膜是一種包括多個結晶部的氧化物半導體膜。此外，CAAC-OS膜所包括的結晶部具有c軸配向性。在平面TEM影像中，CAAC-OS膜所包括的結晶部的面積是2500nm2以上、5μm2以上或1000μm2以上。此外，當在剖面TEM影像中該結晶部的比例為50%以上、80%以上或95%以上時，CAAC-OS膜成為具有接近於單晶的物性的薄膜。
在CAAC-OS膜的穿透式電子顯微鏡(TEM：Transmission Electron Microscope)影像中，難以觀察到結晶部與結晶部之間的明確的邊界，即晶界(grain boundary)。因此，在CAAC-OS膜中，不容易發生起因
於晶界的電子移動率的降低。
由從大致平行於樣本面的方向觀察的CAAC-OS膜的TEM影像(剖面TEM影像)可知在結晶部中金屬原子排列為層狀。各金屬原子層具有反映著被形成CAAC-OS膜的面(也稱為被形成面)或CAAC-OS膜的頂面的凸凹的形狀並以平行於CAAC-OS膜的被形成面或頂面的方式排列。注意，在本說明書中，“平行”是指兩條直線所形成的角度為-10°以上且10°以下，因此也包括角度為-5°以上且5°以下的情況。另外，“垂直”是指兩條直線所形成的角度為80°以上且100°以下，因此也包括角度為85°以上且95°以下的情況。
另一方面，根據從大致垂直於樣本面的方向觀察的CAAC-OS膜的TEM影像(平面TEM影像)可知在結晶部中金屬原子排列為三角形狀或六角形狀。但是，在不同的結晶部之間金屬原子的排列沒有規律性。
另外，在對CAAC-OS膜進行電子繞射時觀察到呈現配向性的斑點(亮點)。
由剖面TEM影像及平面TEM影像可知，CAAC-OS膜的結晶部具有配向性。
使用X射線繞射(XRD：X-Ray Diffraction)裝置對CAAC-OS膜進行結構分析。當利用out-of-plane法分析CAAC-OS膜時，在繞射角(2θ)為31°附近時常出現峰值。由於該峰值來源於InGaZn氧化物的結晶的(00x)面(x是整數)，由此可知CAAC-OS膜中的結晶
具有c軸配向性，並且c軸朝向大致垂直於CAAC-OS膜的被形成面或頂面的方向。
另一方面，當利用從大致垂直於c軸的方向使X線入射到樣本的in-plane法分析CAAC-OS膜時，在2θ為56°附近時常出現峰值。該峰值來源於InGaZn氧化物的結晶的(110)面。在此，將2θ固定為56°附近並在以樣本面的法線向量為軸(Φ軸)旋轉樣本的條件下進行分析(Φ掃描)。當該樣本是InGaZn氧化物的單晶氧化物半導體膜時，出現六個峰值。該六個峰值來源於相等於(110)面的晶面。另一方面，當該樣本是CAAC-OS膜時，即使在將2θ固定為56°附近的狀態下進行Φ掃描也不能觀察到明確的峰值。
由上述結果可知，在CAAC-OS膜中，雖然a軸及b軸的方向在結晶部之間不同，但是具有c軸配向性且結晶部的c軸都朝向平行於被形成面或頂面的法線向量的方向。因此，在上述剖面TEM影像中觀察到的排列為層狀的各金屬原子層相當於與結晶的a-b面平行的面。
注意，結晶部在形成CAAC-OS膜或進行加熱處理等晶化處理時形成。如上所述，結晶部的c軸朝向平行於CAAC-OS膜的被形成面或頂面的法線向量的方向。由此，例如，當CAAC-OS膜的形狀因蝕刻等而發生改變時，結晶部的c軸不一定平行於CAAC-OS膜的被形成面或頂面的法線向量。
此外，CAAC-OS膜中的結晶度不一定均勻。
例如，當CAAC-OS膜的結晶部是由CAAC-OS膜的頂面近旁的結晶成長而形成時，有時頂面附近的結晶度高於被形成面附近的結晶度。另外，當對CAAC-OS膜添加雜質時，被添加了雜質的區域的結晶度發生變化，所以有時CAAC-OS膜中的結晶度根據區域而不同。
注意，當利用out-of-plane法分析CAAC-OS膜時，除了在2θ為31°附近的峰值之外，有時還在2θ為36°附近觀察到峰值。2θ為36°附近的峰值意味著CAAC-OS膜的一部分中含有不具有c軸配向的結晶部。較佳的是，在CAAC-OS膜中在2θ為31°附近時出現峰值而在2θ為36°附近時不出現峰值。
CAAC-OS膜是雜質濃度低的氧化物半導體膜。雜質是指氫、碳、矽、過渡金屬元素等氧化物半導體膜的主要成分以外的元素。尤其是，矽等元素因為其與氧的結合力比構成氧化物半導體膜的金屬元素與氧的結合力更強而成為從氧化物半導體膜奪取氧來使氧化物半導體膜的原子排列雜亂使得結晶性降低的主要因素。此外，鐵或鎳等重金屬、氬、二氧化碳等因為其原子半徑(分子半徑)大而在包含在氧化物半導體膜內部時成為使氧化物半導體膜的原子排列雜亂使得結晶性降低的主要因素。注意，包含在氧化物半導體膜中的雜質有時成為載子陷阱或載子發生源。
此外，CAAC-OS膜是缺陷態密度低的氧化物半導體膜。例如，氧化物半導體膜中的氧缺損有時成為載
子陷阱或者藉由俘獲氫而成為載子發生源。
將雜質濃度低且缺陷態密度低(氧缺損的個數少)的狀態稱為“高純度本質”或“實質上高純度本質”。高純度本質或實質上高純度本質的氧化物半導體膜具有少載子發生源，因此可以具有較低的載子密度。因此，使用該氧化物半導體膜的電晶體很少具有負臨界電壓的電特性(也稱為常開啟特性)。此外，高純度本質或實質上高純度本質的氧化物半導體膜具有少載子陷阱。因此，使用該氧化物半導體膜的電晶體的電特性變動小，而具有高可靠性。此外，被氧化物半導體膜的載子陷阱俘獲的電荷到被釋放需要長時間，有時像固定電荷那樣動作。因此，使用雜質濃度高且缺陷態密度高的氧化物半導體膜的電晶體的電特性有時不穩定。
此外，在使用CAAC-OS膜的電晶體中，起因於可見光或紫外光的照射的電特性變動小。
接下來，說明微晶氧化物半導體膜。
在觀察微晶氧化物半導體膜時的TEM影像中，有時難以明確地確認到結晶部。微晶氧化物半導體膜所包含的結晶部的尺寸大多為1nm以上且100nm以下或1nm以上且10nm以下。尤其是，將具有尺寸為1nm以上且10nm以下或1nm以上且3nm以下的微晶的奈米晶(nc：nanocrystal)的氧化物半導體膜稱為nc-OS(nanocrystalline Oxide Semiconductor)膜。另外，例如在觀察nc-OS膜時的TEM影像時，有時難以明確地確認
到晶界。
nc-OS膜在微小區域(例如1nm以上且10nm以下的區域，特別是1nm以上且3nm以下的區域)中其原子排列具有週期性。另外，nc-OS膜在不同的結晶部之間觀察不到晶體配向的規律性。因此，在膜整體上觀察不到配向性。所以，有時nc-OS膜在某些分析方法中與非晶氧化物半導體膜沒有差別。例如，在藉由其中利用使用其直徑比結晶部大的X射線的XRD裝置的out-of-plane法對nc-OS膜進行結構分析時，檢測不出表示晶面的峰值。此外，在對nc-OS膜進行使用其直徑比結晶部大(例如，50nm以上)的電子射線的電子繞射(也稱為選區電子繞射)時，觀察到類似光暈圖案。另一方面，在對nc-OS膜進行使用其束徑近於結晶部或者比結晶部小(例如，1nm以上且30nm以下)的電子射線的電子繞射(也稱為奈米束電子繞射)時，觀察到斑點。另外，在nc-OS膜的奈米束電子繞射圖案中，有時觀察到如圓圈那樣的(環狀的)亮度高的區域。而且，在nc-OS膜的奈米束電子繞射圖案中，有時還觀察到環狀的區域內的多個斑點。
圖10示出對具有nc-OS膜的樣本以改變測量部分的方式進行了奈米束電子繞射的例子。在此，將樣本沿著垂直於nc-OS膜的被形成面的方向截斷，使其厚度減薄以使其厚度為10nm以下。此外，在此使直束徑為1nm的電子線從垂直於樣本的截斷面的方向入射。從圖10可知，藉由對具有nc-OS膜的樣本進行奈米束電子繞射，獲得表示晶面的繞射圖案，但是觀察不到特定方向上的晶面的配向性。
nc-OS膜是其規律性比非晶氧化物半導體膜高的氧化物半導體膜。因此，nc-OS膜的缺陷態密度比非晶氧化物半導體膜低。但是，nc-OS膜在不同的結晶部之間觀察不到晶體配向的規律性。所以，nc-OS膜的缺陷態密度比CAAC-OS膜高。
注意，氧化物半導體膜例如也可以是包括非晶氧化物半導體膜、微晶氧化物半導體膜和CAAC-OS膜中的兩種以上的疊層膜。
作為上述實施方式所示的半導體裝置的一個例子，可以舉出中央處理器、微處理器、微型電腦、記憶體裝置、影像感測器、電光裝置、發光顯示裝置等。另外，可以將該半導體裝置用於各種電子裝置。作為電子裝置，例如可以舉出顯示裝置、照明設備、個人電腦、文字處理器、影像再現裝置、可攜式CD播放機、收音機、磁帶錄音機、頭戴式耳機、音響、鐘錶、無繩電話子機、步話機、手機、智慧手機、電子書閱讀器、車載電話、可攜式遊戲機、計算器、可攜式資訊終端、電子筆記本、電子翻譯器、聲音輸入器、攝影機、數位靜態照相機、電動剃鬚刀、高頻加熱裝置、電鍋、洗衣機、吸塵器、熱水器、電扇、吹風機、空調器、加濕器、除濕器、空調設備、洗碗
機、烘碗機、乾衣機、烘被機、電冰箱、電冷凍箱、電冷藏冷凍箱、DNA保存用冰凍器、手電筒、電器工具、煙探測器、醫療設備、引導燈、信號機、傳送帶、電梯、自動扶梯、工業機器人、蓄電系統、電動汽車、混合動力汽車、插電式混合動力汽車、履帶式車輛、電動自行車、摩托車、電動輪椅、高爾夫球車、船舶、潛水艇、直升機、飛機、火箭、人造衛星、太空探測器、行星探測器、太空船等。在本實施方式中，參照圖11A至圖14對將上述實施方式所示的半導體裝置應用於手機、智慧手機、電子書閱讀器等移動設備的例子進行說明。
在手機、智慧手機、電子書閱讀器等移動設備中，為了暫時儲存影像資料等而使用SRAM或DRAM。使用SRAM或DRAM是因為快閃記憶體應答速度慢而不適於處理影像。另一方面，當將SRAM或DRAM用於影像資料的暫時儲存時，有如下特徵。
如圖11A所示，在一般的SRAM中，一個記憶單元包括電晶體801至電晶體806的六個電晶體，並且利用X解碼器807和Y解碼器808驅動該電晶體801至電晶體806。電晶體803和電晶體805以及電晶體804和電晶體806構成反相器，該反相器能夠實現高速驅動。然而，由於一個記憶單元包括六個電晶體，所以有單元面積大的缺點。在將設計規則的最小尺寸設定為F的情況下，SRAM的記憶單元面積一般為100F2至150F2。因此，SRAM是各種記憶體中每位元的單價最高的。
另一方面，在DRAM中，如圖11B所示，記憶單元包括電晶體811和儲存電容器812，並且利用X解碼器813和Y解碼器814驅動該電晶體811和儲存電容器812。由於一個單元包括一個電晶體和一個電容器，所以所占的面積小。DRAM的記憶單元面積一般為10F2以下。注意，DRAM需要一直進行更新工作，因此即使在不進行改寫的情況下也消耗電力。
相對於此，藉由將上述實施方式所說明的關態電流低的電晶體用作電晶體811，可以長時間地保持儲存電容器812的電荷，不需要頻繁的更新工作。因此，能夠降低耗電量。
圖12示出移動設備的塊圖。圖12所示的移動設備具有RF電路901、類比基帶電路902、數位基帶電路903、電池904、電源電路905、應用處理器906、快閃記憶體910、顯示控制器911、記憶體電路912、顯示器913、觸控感測器919、聲頻電路917以及鍵盤918等。顯示器913具有顯示部914、源極驅動器915以及閘極驅動器916。應用處理器906具有中央處理器(CPU)907、DSP(Digital Signal Processor：數位信號處理器)908以及介面(IF)909。記憶體電路912一般由SRAM或DRAM構成，藉由將上述實施方式所說明的半導體裝置用於該部分，能夠以高速進行資訊的寫入和讀出，能夠長期保持儲存資料，還能夠充分降低耗電量。另外，藉由將上述實施方式所說明的半導體裝置用於CPU907所包括的用
於儲存資料或指令的主記憶體以及能夠高速寫入和讀取的暫存器、快取記憶體(cache memory)等緩衝記憶體裝置，可以充分地降低CPU的耗電量。
圖13示出將上述實施方式所說明的半導體裝置用於顯示器的記憶體電路950的例子。圖13所示的記憶體電路950具有記憶體952、記憶體953、開關954、開關955以及記憶體控制器951。另外，記憶體電路連接於：讀出及控制從信號線輸入的影像資料(輸入影像資料)和儲存在記憶體952及記憶體953中的資料(儲存影像資料)的顯示控制器956；以及根據來自顯示控制器956的信號而進行顯示的顯示器957。
首先，藉由應用處理器(未圖示)形成某個影像資料(輸入影像資料A)。該輸入影像資料A藉由開關954被儲存在記憶體952中。然後，將儲存在記憶體952中的影像資料(儲存影像資料A)藉由開關955及顯示控制器956發送到顯示器957而進行顯示。
在輸入影像資料A沒有變化時，儲存影像資料A一般以30Hz至60Hz左右的週期從記憶體952藉由開關955由顯示控制器956讀出。
接著，例如在使用者進行了改寫畫面的操作時(即在輸入影像資料A有變化時)，應用處理器形成新的影像資料(輸入影像資料B)。該輸入影像資料B藉由開關954被儲存在記憶體953中。在該期間儲存影像資料A也繼續定期性地藉由開關955從記憶體952被讀出。當
在記憶體953中儲存完新的影像資料(儲存影像資料B)時，從顯示器957的下一個圖框開始讀出儲存影像資料B，並且將該儲存影像資料B藉由開關955及顯示控制器956發送到顯示器957而進行顯示。該讀出一直持續直到下一個新的影像資料儲存到記憶體952中。
如上所述，藉由交替進行對記憶體952及記憶體953的影像資料的寫入和從記憶體952及記憶體953的影像資料的讀出，來進行顯示器957的顯示。另外，記憶體952及記憶體953不侷限於兩個不同的記憶體，也可以將一個記憶體分割而使用。藉由將上述實施方式所說明的半導體裝置用於記憶體952及記憶體953，能夠以高速進行資訊的寫入和讀出，能夠長期保持儲存資料，還能夠充分降低耗電量。
圖14是電子書閱讀器的塊圖。圖14所示的電子書閱讀器具有電池1001、電源電路1002、微處理器1003、快閃記憶體1004、聲頻電路1005、鍵盤1006、記憶體電路1007、觸控面板1008、顯示器1009、顯示控制器1010。
在此，可以將上述實施方式所說明的半導體裝置用於圖14的記憶體電路1007。記憶體電路1007具有暫時保持書籍內容的功能。作為該功能的例子，有使用者使用高亮功能的情況等。使用者在看電子書閱讀器時，有時需要對某個部分做標記。該標記功能被稱為高亮功能，即藉由改變顯示顏色、劃底線、將文字改為粗體字、
改變文字的字體等，來使該部分與周圍不一樣而突出表示。高亮功能就是將使用者所指定的部分的資訊儲存而保持的功能。當將該資訊長期保持時，也可以將該資訊拷貝到快閃記憶體1004。即使在此情況下，也藉由採用上述實施方式所說明的半導體裝置，能夠以高速進行資訊的寫入和讀出，能夠長期保持儲存資料，還能夠充分降低耗電量。
如上所述，本實施方式所示的移動設備安裝有根據上述實施方式的半導體裝置。因此，能夠實現以高速進行資訊的寫入及讀出，能夠長期保持儲存資料且降低耗電量的移動設備。
本實施方式所示的結構及方法等可以適當地與其他實施方式所示的結構或方法等而使用。
在本實施例中說明對能夠應用於根據本發明的一個方式的基底絕緣膜的藉由CVD法形成的氧氮化矽膜進行評價而得的結果。詳細地說，說明藉由加熱的氧分子的釋放量及一氧化氮的釋放量進行評價而得的結果。
首先，說明進行評價的樣本的製造方法。所製造的樣本是樣本1至樣本4。
在矽晶片上以實施方式1所示的基底絕緣膜103的形成條件或比較條件藉由電漿CVD法形成100nm厚的氧氮化矽膜，來製造樣本1至樣本4。
關於樣本1，下面示出所形成的氧氮化矽膜的成膜條件。將矽晶片設置在電漿CVD設備的處理室中，作為原料氣體對處理室供應流量為2sccm的矽烷及流量為4000sccm的一氧化二氮，將處理室中的壓力控制為700Pa，利用60MHz的高頻電源對平行平板型電極中的一個供應250W的功率而不對平行平板型電極中的另一個(基板一側)供應功率，從而形成氧氮化矽膜。另外，相對於矽烷的一氧化二氮的流量比為2000。此外，基板溫度為350℃。此外，因為該電漿CVD設備使用面積為405cm2的平行平板型電極，所以供應到電極的功率的功率密度為0.62W/cm2。
關於樣本2，以用於樣本1的成膜條件將基板溫度設定為400℃來形成氧氮化矽膜。
關於樣本3，在藉由CVD法形成不藉由加熱釋放氧的氧氮化矽膜之後，將氧摻雜於該氧氮化矽膜，來形成藉由加熱釋放氧的氧氮化矽膜。另外，氧氮化矽膜的厚度為300nm。
在此，將矽晶片設置在電漿CVD設備的處理室中，作為原料氣體對處理室供應流量為2.3sccm的矽烷及流量為800sccm的一氧化二氮，將處理室中的壓力控制為40Pa，利用27.12MHz的高頻電源對平行平板型電極中的一個供應50W的功率而不對平行平板型電極中的另一個(基板一側)供應功率，從而形成氧氮化矽膜。另外，相對於矽烷的一氧化二氮的流量比為348。此外，基板溫
度為400℃。此外，因為該電漿CVD設備使用面積為615cm2的平行平板型電極，所以供應到電極的功率的功率密度為0.08W/cm2。接著，在真空氛圍下以450℃進行1小時的加熱處理，然後以2×1016ions/cm2的劑量將氧離子摻雜於氧氮化矽膜，從而形成藉由加熱釋放氧的氧氮化矽膜。
關於樣本4，下面示出所形成的氧氮化矽膜的成膜條件。將矽晶片設置在電漿CVD設備的處理室中，作為原料氣體對處理室供應流量為2sccm的矽烷、流量為3000sccm的氬及流量為1000sccm的一氧化二氮，將處理室中的壓力控制為700Pa，利用60MHz的高頻電源對平行平板型電極中的一個供應250W的功率而不對平行平板型電極中的另一個(基板一側)供應功率，從而形成氧氮化矽膜。另外，相對於矽烷的一氧化二氮的流量比為500。此外，基板溫度為350℃。此外，因為該電漿CVD設備使用面積為405cm2的平行平板型電極，所以供應到電極的功率的功率密度為0.62W/cm2。另外，在樣本4的成膜條件中，除了原料氣體之外還包含氬。包含氬促進利用電漿的原料氣體的分解。其結果是，鍵合矽和氧增加，且藉由加熱脫離的氧量減少。
接著，對樣本1至樣本4進行TDS分析。在此，在由黑色石英形成的載物台上設置樣本1至樣本4，並將載物台的溫度從50℃加熱到950℃(將各樣本的基板溫度從46℃加熱到530℃)進行TDS分析。表1示出釋
放到外部的氧分子的釋放量和來源於氧分子及一氧化氮的氧原子的釋放量(即，氧分子的釋放量的兩倍和一氧化氮的釋放量的總和)。另外，根據表示TDS分析的結果的曲線中的峰值的積分值估計各氣體的釋放量。
根據表1可以知道樣本1至樣本3中的來源於氧分子和一氧化氮的氧原子的釋放量為5×1015/cm2以上且5×1016/cm2以下。此外，因為氧氮化矽膜的厚度為100nm，所以來源於氧分子和一氧化氮的氧原子的釋放量為1×1020/cm3以上且1×1021/cm3以下。
接著，說明將樣本1至樣本4的氧氮化矽膜用作包括氧化物半導體膜的電晶體的基底絕緣膜時的電晶體的電特性。
首先，說明電晶體的製程。在本實施例中，參照圖4A至4D以及圖5A至5C進行說明。
如圖4A所示，在基板101上形成基底絕緣膜103。接著，在基底絕緣膜103上形成氧化物半導體膜104a、104b。
作為基板101使用矽晶片。
在包含氯化氫的氧氛圍中，以950℃對基板101進行加熱，在基板101表面上形成100nm厚的包含氯的氧化矽膜。接著，在包含氯的氧化矽膜上藉由CVD法形成300nm厚的氧氮化矽膜。注意，以樣本1至樣本4的條件形成的氧氮化矽膜分別為樣本5至樣本8。接著，對氧氮化矽膜的表面進行CMP處理來對氧氮化矽膜的表面進行拋光20nm左右。藉由上述製程，形成層疊有包含氯的氧化矽膜和氧氮化矽膜的基底絕緣膜103。
作為氧化物半導體膜104a，藉由濺射法形成20nm厚的In-Ga-Zn類氧化物膜。此時的濺射條件為如下：使用In：Ga：Zn=1：3：2的靶材；作為濺射氣體，將流量為30sccm的氬及流量為15sccm的氧引入壓力為0.4Pa的處理室中；基板溫度為200℃；供應功率為0.5kW。
作為氧化物半導體膜104b，藉由濺射法形成15nm厚的In-Ga-Zn類氧化物膜。此時的濺射條件為如下：使用In：Ga：Zn=1：1：1的靶材；作為濺射氣體將流量為30sccm的氬及流量為15sccm的氧引入壓力為0.4Pa的處理室中；基板溫度為300℃；供應功率為0.5kW。
接著，藉由進行加熱處理，使氧從基底絕緣膜103移動到In-Ga-Zn類氧化物膜中來減少氧缺損。此時的加熱處理的條件是：在450℃的處理室中，採用氮氛圍進行1小時的加熱，然後採用氧氛圍進行1小時的加熱。
接著，在氧化物半導體膜上藉由光微影製程形成遮罩，然後對氧化物半導體膜選擇性地進行蝕刻，如圖4B所示那樣形成氧化物半導體膜105a、105b(下面總稱為氧化物半導體膜105)。在此，使用ICP蝕刻裝置進行蝕刻。蝕刻條件為如下：對ICP電極供應450W的功率；對偏置電極供應100W的功率；將處理室的壓力設定為1.9Pa；將流量為60sccm的三氯化硼及流量為20sccm的氯用作蝕刻氣體。然後，去除遮罩。
接著，如圖4C所示，在氧化物半導體膜105上形成一對電極116。在此，在氧化物半導體膜105上藉由濺射法形成100nm厚的鎢膜，然後在鎢膜上藉由光微影製程形成遮罩，對鎢膜選擇性地進行蝕刻，來形成一對電極116。然後，去除遮罩。
另外，用於鎢膜的成膜的濺射條件為如下：使用鎢靶材；作為濺射氣體將流量為80sccm的加熱的氬引入壓力為0.8Pa的處理室中；基板溫度為200℃；供應功率為1kW。
此外，鎢膜的蝕刻條件為如下：對ICP電極供應3000W的功率，對偏置電極供應110W的功率，將處
理室的壓力設定為0.67Pa，將流量為45sccm的氯、流量為55sccm的四氯化碳及流量為55sccm的氧用作蝕刻氣體，來進行第一蝕刻，然後偏置電極的功率設定為0W，將氧引入處理室中代替蝕刻氣體並藉由灰化處理使光阻劑縮退，然後以與第一蝕刻相同的條件進行第二蝕刻。
接著，如圖4D所示，在氧化物半導體膜105及一對電極116上形成氧化物半導體膜104c及閘極絕緣膜108。
作為氧化物半導體膜104c，以與氧化物半導體膜104a相同的條件形成5nm厚的In-Ga-Zn類氧化物膜。
作為閘極絕緣膜108，藉由CVD法形成20nm厚的氧氮化矽膜。此時的電漿CVD法的成膜條件為如下：將流量為1sccm的矽烷、流量為800sccm的一氧化二氮用作原料氣體並將它們引入壓力為40Pa的處理室中；60MHz的高頻電源的功率為150W；基板溫度為350℃；電極間距離為28mm。
接著，如圖5A所示，在閘極絕緣膜108上形成閘極電極111。
閘極電極111是藉由如下步驟形成的：在閘極絕緣膜108上藉由濺射法層疊形成30nm厚的氮化鈦膜和135nm厚的鎢膜，然後在鎢膜上藉由光微影製程形成遮罩，對氮化鈦膜及鎢膜選擇性地進行蝕刻。
另外，用於氮化鈦膜的形成的濺射條件為如
下：使用鈦靶材；作為濺射氣體將流量為50sccm的氮引入壓力為0.2Pa的處理室中；基板溫度為25℃；供應功率為12kW。此外，作為用於鎢膜的形成的濺射條件，使用鎢靶材，作為濺射氣體將流量為100sccm的加熱的氬引入壓力2Pa的處理室中；基板溫度為200℃；供應功率為4kW。
鎢膜及氮化鈦膜的蝕刻條件為如下：對ICP電極供應3000W的功率，對偏置電極供應110W的功率，將處理室的壓力設定為0.67Pa，將流量為45sccm的氯、流量為55sccm的四氟化碳、流量為55sccm的氧用作蝕刻氣體進行第一蝕刻，然後對ICP電極供應2000W的功率，對偏置電極供應50W的功率，將處理室的壓力設定為0.67Pa，將流量為100sccm的氯用作蝕刻氣體進行第二蝕刻。
接著，將閘極電極111用作遮罩，以使濃度分佈的峰值位於基底絕緣膜117及氧化物半導體膜105a附近的方式摻雜磷。在此，將劑量為1×1015ions/cm2的磷摻雜於基底絕緣膜117及氧化物半導體膜105a。在將磷摻雜於基底絕緣膜117時，在基底絕緣膜117的表面附近氧和磷起反應。由此得到的反應生成物阻礙氧從基底絕緣膜117的表面脫離。因此，包含在基底絕緣膜117中的過剩的氧移動到沒有摻雜磷的區域，即，氧化物半導體膜105a中的與閘極電極111重疊的區域附近。其結果是，可以進一步減少氧化物半導體膜105a的氧缺損。
接著，如圖5B所示，形成氧化物半導體膜105c及閘極絕緣膜109a。
在此，對ICP電極供應450W的功率，對偏置電極供應100W的功率，將處理室的壓力設定為1Pa，將流量為80sccm的氯化硼用作蝕刻氣體進行蝕刻，從而形成氧化物半導體膜105c及閘極絕緣膜109a。
接著，如圖5C所示，形成絕緣膜118、119及佈線115。
在此，層疊70nm厚的氧化鋁膜和300nm厚的氧氮化矽膜來形成在後面成為絕緣膜118、119的絕緣膜。
接著，在400℃的氧氣分下進行1小時的加熱處理。
接著，在絕緣膜上藉由光微影製程形成遮罩，然後對氧化鋁膜及氧氮化矽膜選擇性地進行蝕刻，來在形成開口部的同時形成絕緣膜118、119。
在依次層疊形成50nm厚的鈦膜、200nm厚的鋁膜和50nm厚的鈦膜之後，藉由光微影製程形成遮罩，使用該遮罩選擇性地進行蝕刻來形成佈線115。然後，去除遮罩。
另外，用於鈦膜的形成的濺射條件為如下：使用鈦靶材；作為濺射氣體將流量為20sccm的氬引入壓力為0.1Pa的處理室中；基板溫度為室溫；供應功率為12kW。此外，用於鋁膜的形成的濺射條件為如下：使用
鋁靶材；作為濺射氣體將流量為50sccm的氬引入壓力為0.4Pa的處理室中；基板溫度為室溫；供應功率為1kW。
鈦膜、鋁膜及鈦膜的蝕刻條件為如下：對ICP電極供應450W的功率，對偏置電極供應100W的功率，將處理室的壓力設定為1.9Pa，將流量為60sccm的三氯化硼、流量為20sccm的氯用作蝕刻氣體進行第一蝕刻，然後對ICP電極供應500W的功率，對偏置電極供應50W的功率，將處理室的壓力設定為2.0Pa，將流量為80sccm的四氟化碳用作蝕刻氣體進行第二蝕刻。
接著，在絕緣膜119及佈線115上塗佈組成物，在進行曝光之後進行顯影來使佈線115露出，然後藉由進行加熱處理，形成由聚醯亞胺形成的絕緣膜。
藉由上述製程，製造電晶體。
接著，測量樣本5至樣本8的電特性。在此，測量將源極-汲極間電壓(下面稱為汲極電壓)設定為0.1V、3.0V且將源極-閘極間電壓(下面稱為閘極電壓)從-3V改變到+3V時的源極-汲極間電流(下面稱為汲極電流)的變化特性，即電流電壓特性。圖15A和15B以及圖16A和16B示出此時的電流電壓特性。注意，在圖15A和15B以及圖16A和16B中，橫軸表示閘極電壓，縱軸表示汲極電流。此外，電晶體的通道長度為0.49μm，而通道寬度為10μm。
圖15A所示的實線是樣本5的電流電壓特性，圖15B所示的實線是樣本6的電流電壓特性，圖16A
所示的實線是樣本7的電流電壓特性，圖16B所示的實線是樣本8的電流電壓特性。另外，圖15A和15B以及圖16A和16B所示的虛線是場效移動率。
此外，表2示出在樣本5至樣本8中，閘極電壓Vg為3V且汲極電壓Vd為3.3V時的通態電流(Ion)、汲極電壓Vd為3.3V時的臨界電壓(Vth)、汲極電壓Vd為0.1V時的場效移動率(μFE)、汲極電壓Vd為0.1V時的次臨界(S值)。
由圖15A、圖15B及圖16A可知將樣本1至樣本3的氧氮化矽膜用於基底絕緣膜的電晶體的電流電壓特性具有開關特性。另一方面，還可知將樣本4的氧氮化矽膜用於基底絕緣膜的電晶體沒有開關特性。由此可知，藉由作為包括氧化物半導體膜的電晶體的基底絕緣膜，使用來源於藉由加熱處理釋放的氧分子及一氧化氮的氧原子的釋放量為5×1015/cm2以上且5×1016/cm2以下的氧氮化矽膜，來可以製造具有優良的電特性的電晶體。此外，還可
以知道藉由作為包括氧化物半導體膜的電晶體的基底絕緣膜，使用來源於氧分子及一氧化氮的氧原子的釋放量為1×1020/cm3以上且1×1021/cm3以下的氧氮化矽膜，來可以製造具有優良的電特性的電晶體。
Claims (7)
- 一種半導體裝置，包括：氧氮化絕緣膜；該氧氮化絕緣膜上的與其接觸的氧化物半導體膜；與該氧化物半導體膜接觸的一對電極；與該氧化物半導體膜接觸的閘極絕緣膜；以及與該氧化物半導體膜重疊的閘極電極，其中，藉由加熱處理從該氧氮化絕緣膜釋放的質量電荷比32的氣體量的兩倍和藉由加熱處理從該氧氮化絕緣膜釋放的質量電荷比30的氣體量的總和為5×1015/cm2以上且5×1016/cm2以下。
- 一種半導體裝置，包括：氧氮化絕緣膜；該氧氮化絕緣膜上的與其接觸的氧化物半導體膜；與該氧化物半導體膜接觸的一對電極；與該氧化物半導體膜接觸的閘極絕緣膜；以及與該氧化物半導體膜重疊的閘極電極，其中，藉由加熱處理從該氧氮化絕緣膜釋放的質量電荷比32的氣體量的兩倍和藉由加熱處理從該氧氮化絕緣膜釋放的質量電荷比30的氣體量的總和為1×1020/cm3以上且1×1021/cm3以下。
- 根據申請專利範圍第1或2項之半導體裝置，其中該質量電荷比30的氣體是一氧化氮，且該質量電荷比32的氣體是氧。
- 根據申請專利範圍第1或2項之半導體裝置，其中該氧氮化絕緣膜包含多於化學計量組成的氧。
- 一種半導體裝置的製造方法，包括如下步驟：形成氧氮化絕緣膜；在該氧氮化絕緣膜上與其接觸地形成氧化物半導體膜；在形成該氧化物半導體膜之後進行加熱處理；形成與該氧化物半導體膜接觸的一對電極；形成與該氧化物半導體膜接觸的閘極絕緣膜；以及形成與該氧化物半導體膜重疊的閘極電極，其中，藉由該加熱處理從該氧氮化絕緣膜釋放的質量電荷比32的氣體量的兩倍和藉由該加熱處理從該氧氮化絕緣膜釋放的質量電荷比30的氣體量的總和為5×1015/cm2以上且5×1016/cm2以下，並且，該質量電荷比30的氣體是一氧化氮，且該質量電荷比32的氣體是氧。
- 一種半導體裝置的製造方法，包括如下步驟：形成氧氮化絕緣膜；在該氧氮化絕緣膜上與其接觸地形成氧化物半導體膜；在形成該氧化物半導體膜之後進行加熱處理；形成與該氧化物半導體膜接觸的一對電極；形成與該氧化物半導體膜接觸的閘極絕緣膜；以及形成與該氧化物半導體膜重疊的閘極電極， 其中，藉由該加熱處理從該氧氮化絕緣膜釋放的質量電荷比32的氣體量的兩倍和藉由該加熱處理從該氧氮化絕緣膜釋放的質量電荷比30的氣體量的總和為1×1020/cm3以上且1×1021/cm3以下，並且，該質量電荷比30的氣體是一氧化氮，且該質量電荷比32的氣體是氧。
- 根據申請專利範圍第5或6項之半導體裝置的製造方法，其中該氧氮化絕緣膜包含多於化學計量組成的氧。
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