TWI667787B - 半導體裝置及其製造方法、模組以及電子裝置 - Google Patents
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-
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- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
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- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
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Abstract
本發明的一個實施方式的目的之一是提供一種具有穩定的電特性的電晶體。另外，本發明的一個實施方式的目的之一是提供一種具有常關閉的電特性的電晶體。本發明的一個實施方式是一種半導體裝置，包括導電體、半導體、第一絕緣體及第二絕緣體，其中，半導體被配置在第一絕緣體上，導電體被配置在半導體上，第二絕緣體被配置在導電體與半導體之間，第一絕緣體包含氟及氫，第一絕緣體中的氟濃度高於第一絕緣體中的氫濃度。
Description
本發明例如係關於一種電晶體及半導體裝置。另外，本發明例如係關於一種電晶體及半導體裝置的製造方法。另外，本發明例如係關於一種顯示裝置、發光裝置、照明設備、蓄電裝置、記憶體裝置、處理器、電子裝置。另外，本發明係關於一種顯示裝置、液晶顯示裝置、發光裝置、記憶體裝置、電子裝置的製造方法。另外，本發明係關於一種顯示裝置、液晶顯示裝置、發光裝置、記憶體裝置、電子裝置的驅動方法。
注意，本發明的一個實施方式不侷限於上述技術領域。本說明書等所公開的發明的一個實施方式的技術領域係關於一種物體、方法或製造方法。或者，本發明的一個實施方式係關於一種製程(process)、機器(machine)、產品(manufacture)或者組合物(composition of matter)。
注意，在本說明書等中，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。顯示裝置、發光裝置、照明設備、電光裝置、半導體電路以及電子裝置有時包括半導體裝置。
使用在具有絕緣表面的基板上的半導體來形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或顯示裝置等的半導體裝置。作為可以應用於電晶體的半導體，已知有矽。
作為用於電晶體的半導體的矽，根據用途適當地使用非晶矽或多晶矽。例如，當應用於構成大型顯示裝置的電晶體時，較佳為使用在大面積基板
上進行成膜的技術已得到確立的非晶矽。另一方面，當應用於構成在同一基板上形成有驅動電路及像素電路的高功能的顯示裝置的電晶體時，較佳為使用可以製造具有高場效移動率的電晶體的多晶矽。作為多晶矽的形成方法，已知藉由對非晶矽進行高溫的加熱處理或雷射處理來形成的方法。
近年來，對使用氧化物半導體(典型的是In-Ga-Zn氧化物)的電晶體積極地進行了開發。
氧化物半導體自早期就已開始被研究，於1988年公開了可應用於半導體元件的結晶In-Ga-Zn氧化物(參照專利文獻1)。此外，於1995年發明了使用氧化物半導體的電晶體，並公開了其電特性(參照專利文獻2)。
使用氧化物半導體的電晶體具有與使用非晶矽的電晶體及使用多晶矽的電晶體不同的特徵。例如，已知應用了使用氧化物半導體的電晶體的顯示裝置的功耗低。氧化物半導體可以利用濺射法等形成，所以可以被用於構成大型顯示裝置的電晶體。另外，使用氧化物半導體的電晶體具有高場效移動率，所以可以實現在同一基板上形成有驅動電路及像素電路的高功能的顯示裝置。此外，因為可以將使用非晶矽的電晶體的生產設備的一部分改良而利用，所以還具有可以抑制設備投資的優點。
為了大量生產顯示裝置等半導體裝置，使用氧化物半導體的電晶體的電特性需穩定。例如，進入氧化物半導體的氫成為電晶體的電特性變動的因素。專利文獻3公開了藉由包含鹵素的絕緣體捕獲氧化物半導體中的氫的情況。
[專利文獻1]日本專利申請公開昭63-239117
[專利文獻2]日本PCT國際申請翻譯平11-505377
[專利文獻3]日本專利申請公開第2011-109078
本發明的一個實施方式的目的之一是提供一種具有穩定的電特性的電
晶體。另外，本發明的一個實施方式的目的之一是提供一種具有常關閉(normally-off)的電特性的電晶體。另外，本發明的一個實施方式的目的之一是提供一種次臨界擺幅值小的電晶體。另外，本發明的一個實施方式的目的之一是提供一種短通道效果小的電晶體。另外，本發明的一個實施方式的目的之一是提供一種關閉狀態(off-state)時的洩漏電流小的電晶體。另外，本發明的一個實施方式的目的之一是提供一種電特性優異的電晶體。另外，本發明的一個實施方式的目的之一是提供一種可靠性高的電晶體。另外，本發明的一個實施方式的目的之一是提供一種具有高頻率特性的電晶體。
另外，本發明的一個實施方式的目的之一是提供一種包括上述電晶體的半導體裝置。另外，本發明的一個實施方式的目的之一是提供一種包括上述半導體裝置的模組。另外，本發明的一個實施方式的目的之一是提供一種包括該半導體裝置或該模組的電子裝置。另外，本發明的一個實施方式的目的之一是提供一種新穎的半導體裝置。另外，本發明的一個實施方式的目的之一是提供一種新穎的模組。另外，本發明的一個實施方式的目的之一是提供一種新穎的電子裝置。
注意，上述目的的記載不妨礙其他目的的存在。此外，本發明的一個實施方式並不需要實現上述所有目的。可以從說明書、圖式、申請專利範圍等的記載得知並衍生上述以外的目的。
(1)
本發明的一個實施方式是一種半導體裝置，包括導電體、半導體、第一絕緣體及第二絕緣體，其中，半導體被配置在第一絕緣體上，導電體被配置在半導體上，第二絕緣體被配置在導電體與半導體之間，第一絕緣體包含氟及氫，第一絕緣體中的氟濃度高於第一絕緣體中的氫濃度。
(2)
本發明的一個實施方式是一種半導體裝置，包括導電體、半導體、第一絕緣體及第二絕緣體，其中，半導體被配置在導電體上，第一絕緣體被配置在導電體與半導體之間，第二絕緣體被配置在半導體上，第二絕緣體
包含氟及氫，第二絕緣體中的氟濃度高於第二絕緣體中的氫濃度。
(3)
本發明的一個實施方式是一種半導體裝置，包括導電體、半導體、第一絕緣體及第二絕緣體，其中，半導體被配置在第一絕緣體上，導電體被配置在半導體上，第二絕緣體被配置在導電體與半導體之間，第二絕緣體包含氟及氫，第二絕緣體中的氟濃度高於第二絕緣體中的氫濃度。
(4)
本發明的一個實施方式是一種半導體裝置，包括導電體、半導體、第一絕緣體及第二絕緣體，其中，半導體被配置在導電體上，第一絕緣體被配置在導電體與半導體之間，第二絕緣體被配置在半導體上，第一絕緣體包含氟及氫，第一絕緣體中的氟濃度高於第一絕緣體中的氫濃度。
(5)
本發明的一個實施方式是根據(1)至(4)中任一項所述的半導體裝置，其中第一絕緣體是包含氧及矽的絕緣體。
(6)
本發明的一個實施方式是根據(1)至(5)中任一項所述的半導體裝置，其中第二絕緣體是包含氧及矽的絕緣體。
(7)
本發明的一個實施方式是根據(1)至(6)中任一項所述的半導體裝置，其中半導體包括第一半導體及第二半導體，並且第二半導體的電子親和力大於第一半導體的電子親和力。
(8)
本發明的一個實施方式是根據(1)至(6)中任一項所述的半導體裝置，其中半導體包括第一半導體及第二半導體，並且第二半導體的能隙大於第一半導體的能隙。
(9)
本發明的一個實施方式是根據(1)至(6)中任一項所述的半導體裝置，其中半導體包含銦、元素M(鋁、鎵、釔或錫)、鋅及氧。
(10)
本發明的一個實施方式是一種模組，包括：(1)至(9)中任一項所記載的半導體裝置；以及印刷電路板。
(11)
本發明的一個實施方式是一種電子裝置，包括：(1)至(9)中任一項所記載的半導體裝置或者(10)所記載的模組；以及揚聲器、操作鍵或者電池。
(12)
本發明的一個實施方式是一種半導體裝置的製造方法，包括如下步驟：形成導電體；在導電體上形成第一絕緣體；隔著第一絕緣體在導電體上形成半導體；在半導體上形成第二絕緣體；在第二絕緣體上形成第三絕緣體；以及透過第三絕緣體對第二絕緣體添加氟。
(13)
本發明的一個實施方式是根據(12)所述的半導體裝置的製造方法，其中第二絕緣體是包含氧及矽的絕緣體。
(14)
本發明的一個實施方式是根據(12)或(13)所述的半導體裝置的製造方法，其中第三絕緣體是包含氮及矽的絕緣體。
(15)
本發明的一個實施方式是一種半導體裝置的製造方法，包括如下步驟：形成半導體；在半導體上形成第一絕緣體；在第一絕緣體上形成第二絕緣體；以及在透過第二絕緣體對第一絕緣體添加氟之後，隔著第一絕緣體及第二絕緣體在半導體上形成導電體。
(16)
本發明的一個實施方式是一種半導體裝置的製造方法，包括如下步驟：形成第一絕緣體；在第一絕緣體上形成第二絕緣體；在透過第二絕緣體對第一絕緣體添加氟之後，形成半導體；在半導體上形成第三絕緣體；以及隔著第三絕緣體在半導體上形成導電體。
(17)
本發明的一個實施方式是一種半導體裝置的製造方法，包括如下步驟：形成第一導電體；在第一導電體上形成第一絕緣體；在第一絕緣體上形成第二絕緣體；在透過第二絕緣體對第一絕緣體添加氟之後，隔著第一絕緣體及第二絕緣體在第一導電體上形成半導體；在半導體上形成第三絕緣體；在第三絕緣體上形成第四絕緣體；並在透過第四絕緣體對第三絕緣體添加氟之後，隔著第三絕緣體及第四絕緣體在半導體上形成第二導電體。
(18)
本發明的一個實施方式是根據(12)至(17)中任一項所述的半導體裝置的製造方法，其中半導體包括第一半導體及第二半導體，並且第二半導體的電子親和力大於第一半導體的電子親和力。
(19)
本發明的一個實施方式是根據(12)至(17)中任一項所述的半導體裝置的製造方法，其中半導體包括第一半導體及第二半導體，並且第二半導體的能隙大於第一半導體的能隙。
(20)
本發明的一個實施方式是根據(12)至(17)中任一項所述的半導體裝置的製造方法，其中半導體包含銦、元素M(鋁、鎵、釔或錫)鋅及氧。
本發明的一個實施方式可以提供一種具有穩定的電特性的電晶體。另外，本發明的一個實施方式可以提供一種具有常關閉的電特性的電晶體。另外，本發明的一個實施方式可以提供一種次臨界擺幅值小的電晶體。另外，本發明的一個實施方式可以提供一種短通道效果小的電晶體。另外，
本發明的一個實施方式可以提供一種關閉狀態時的洩漏電流小的電晶體。另外，本發明的一個實施方式可以提供一種電特性優異的電晶體。另外，本發明的一個實施方式可以提供一種可靠性高的電晶體。另外，本發明的一個實施方式可以提供一種具有高頻率特性的電晶體。
另外，本發明的一個實施方式可以提供一種包括上述電晶體的半導體裝置。另外，本發明的一個實施方式可以提供一種包括上述半導體裝置的模組。另外，本發明的一個實施方式可以提供一種包括該半導體裝置或該模組的電子裝置。另外，本發明的一個實施方式可以提供一種新穎的半導體裝置。另外，本發明的一個實施方式可以提供一種新穎的模組。另外，本發明的一個實施方式可以提供一種新穎的電子裝置。
注意，上述效果的記載不妨礙其他效果的存在。此外，本發明的一個實施方式並不需要具有上述所有效果。可以從說明書、圖式、申請專利範圍等的記載得知並衍生上述以外的效果。
200‧‧‧攝像裝置
201‧‧‧開關
202‧‧‧開關
203‧‧‧開關
210‧‧‧像素部
211‧‧‧像素
212‧‧‧子像素
212B‧‧‧子像素
212G‧‧‧子像素
212R‧‧‧子像素
220‧‧‧光電轉換元件
230‧‧‧像素電路
231‧‧‧佈線
247‧‧‧佈線
248‧‧‧佈線
249‧‧‧佈線
250‧‧‧佈線
253‧‧‧佈線
254‧‧‧濾光片
254B‧‧‧濾光片
254G‧‧‧濾光片
254R‧‧‧濾光片
255‧‧‧透鏡
256‧‧‧光
257‧‧‧佈線
260‧‧‧週邊電路
270‧‧‧週邊電路
280‧‧‧週邊電路
290‧‧‧週邊電路
291‧‧‧光源
300‧‧‧矽基板
310‧‧‧層
320‧‧‧層
330‧‧‧層
340‧‧‧層
351‧‧‧電晶體
352‧‧‧電晶體
353‧‧‧電晶體
360‧‧‧光電二極體
361‧‧‧陽極
363‧‧‧低電阻區域
370‧‧‧插頭
371‧‧‧佈線
372‧‧‧佈線
373‧‧‧佈線
380‧‧‧絕緣體
400‧‧‧基板
401‧‧‧絕緣體
402‧‧‧絕緣體
404‧‧‧導電體
406‧‧‧半導體
406a‧‧‧半導體
406b‧‧‧半導體
406c‧‧‧半導體
412‧‧‧絕緣體
413‧‧‧導電體
416a‧‧‧導電體
416b‧‧‧導電體
422‧‧‧絕緣體
434‧‧‧導電體
436c‧‧‧半導體
442‧‧‧絕緣體
450‧‧‧半導體基板
452‧‧‧絕緣體
454‧‧‧導電體
456‧‧‧區域
460‧‧‧區域
462‧‧‧絕緣體
464‧‧‧絕緣體
466‧‧‧絕緣體
468‧‧‧絕緣體
472a‧‧‧區域
472b‧‧‧區域
474a‧‧‧導電體
474b‧‧‧導電體
474c‧‧‧導電體
476a‧‧‧導電體
476b‧‧‧導電體
478a‧‧‧導電體
478b‧‧‧導電體
478c‧‧‧導電體
480a‧‧‧導電體
480b‧‧‧導電體
480c‧‧‧導電體
490‧‧‧絕緣體
492‧‧‧絕緣體
494‧‧‧絕緣體
496a‧‧‧導電體
496b‧‧‧導電體
496c‧‧‧導電體
496d‧‧‧導電體
498a‧‧‧導電體
498b‧‧‧導電體
498c‧‧‧導電體
498d‧‧‧導電體
500‧‧‧基板
502‧‧‧絕緣體
503‧‧‧絕緣體
504‧‧‧導電體
506a‧‧‧半導體
506b‧‧‧半導體
506c‧‧‧半導體
511‧‧‧絕緣體
512‧‧‧絕緣體
513‧‧‧導電體
514‧‧‧導電體
516‧‧‧導電體
516a‧‧‧導電體
516b‧‧‧導電體
522‧‧‧絕緣體
534‧‧‧導電體
536a‧‧‧半導體
536b‧‧‧半導體
536c‧‧‧半導體
542‧‧‧絕緣體
700‧‧‧基板
704a‧‧‧導電體
704b‧‧‧導電體
706‧‧‧半導體
706a‧‧‧半導體
706b‧‧‧半導體
712a‧‧‧絕緣體
712b‧‧‧絕緣體
714a‧‧‧導電體
714b‧‧‧導電體
716a‧‧‧導電體
716b‧‧‧導電體
718a‧‧‧絕緣體
718b‧‧‧絕緣體
718c‧‧‧絕緣體
719‧‧‧發光元件
720‧‧‧絕緣體
721‧‧‧絕緣體
731‧‧‧端子
732‧‧‧FPC
733a‧‧‧佈線
734‧‧‧密封材料
735‧‧‧驅動電路
736‧‧‧驅動電路
737‧‧‧像素
741‧‧‧電晶體
742‧‧‧電容元件
743‧‧‧切換元件
744‧‧‧信號線
750‧‧‧基板
751‧‧‧電晶體
752‧‧‧電容元件
753‧‧‧液晶元件
754‧‧‧掃描線
755‧‧‧信號線
781‧‧‧導電體
782‧‧‧發光層
783‧‧‧導電體
784‧‧‧分隔壁
791‧‧‧導電體
792‧‧‧絕緣體
793‧‧‧液晶層
794‧‧‧絕緣體
795‧‧‧間隔物
796‧‧‧導電體
797‧‧‧基板
901‧‧‧外殼
902‧‧‧外殼
903‧‧‧顯示部
904‧‧‧顯示部
905‧‧‧麥克風
906‧‧‧揚聲器
907‧‧‧操作鍵
908‧‧‧觸控筆
911‧‧‧外殼
912‧‧‧外殼
913‧‧‧顯示部
914‧‧‧顯示部
915‧‧‧連接部
916‧‧‧操作鍵
921‧‧‧外殼
922‧‧‧顯示部
923‧‧‧鍵盤
924‧‧‧指向裝置
931‧‧‧外殼
932‧‧‧冷藏室門
933‧‧‧冷凍室門
941‧‧‧外殼
942‧‧‧外殼
943‧‧‧顯示部
944‧‧‧操作鍵
945‧‧‧透鏡
946‧‧‧連接部
951‧‧‧車體
952‧‧‧車輪
953‧‧‧儀表板
954‧‧‧燈
1189‧‧‧ROM介面
1190‧‧‧基板
1191‧‧‧ALU
1192‧‧‧ALU控制器
1193‧‧‧指令解碼器
1194‧‧‧中斷控制器
1195‧‧‧時序控制器
1196‧‧‧暫存器
1197‧‧‧暫存器控制器
1198‧‧‧匯流排介面
1199‧‧‧ROM
1200‧‧‧記憶元件
1201‧‧‧電路
1202‧‧‧電路
1203‧‧‧開關
1204‧‧‧開關
1206‧‧‧邏輯元件
1207‧‧‧電容元件
1208‧‧‧電容元件
1209‧‧‧電晶體
1210‧‧‧電晶體
1213‧‧‧電晶體
1214‧‧‧電晶體
1220‧‧‧電路
2100‧‧‧電晶體
2200‧‧‧電晶體
3001‧‧‧佈線
3002‧‧‧佈線
3003‧‧‧佈線
3004‧‧‧佈線
3005‧‧‧佈線
3200‧‧‧電晶體
3300‧‧‧電晶體
3400‧‧‧電容元件
5100‧‧‧顆粒
5100a‧‧‧顆粒
5100b‧‧‧顆粒
5101‧‧‧離子
5102‧‧‧氧化鋅層
5103‧‧‧粒子
5105a‧‧‧顆粒
5105a1‧‧‧區域
5105a2‧‧‧顆粒
5105b‧‧‧顆粒
5105c‧‧‧顆粒
5105d‧‧‧顆粒
5105d1‧‧‧區域
5105e‧‧‧顆粒
5120‧‧‧基板
5130‧‧‧靶材
5161‧‧‧區域
在圖式中：圖1A至圖1C是說明氧化矽的鍵合狀態的圖；圖2A和圖2B是說明根據本發明的一個實施方式的電晶體的製造方法的俯視圖及剖面圖；圖3A和圖3B是說明根據本發明的一個實施方式的電晶體的製造方法的俯視圖及剖面圖；圖4A和圖4B是說明根據本發明的一個實施方式的電晶體的製造方法的俯視圖及剖面圖；圖5A和圖5B是說明根據本發明的一個實施方式的電晶體的製造方法的俯視圖及剖面圖；圖6A和圖6B是說明根據本發明的一個實施方式的電晶體的製造方法的俯視圖及剖面圖；圖7A至圖7C是說明根據本發明的一個實施方式的電晶體的剖面圖；圖8A至圖8C是說明根據本發明的一個實施方式的電晶體的剖面圖；
圖9是根據本發明的一個實施方式的帶圖；圖10A和圖10B是說明根據本發明的一個實施方式的電晶體的製造方法的俯視圖及剖面圖；圖11A和圖11B是說明根據本發明的一個實施方式的電晶體的製造方法的俯視圖及剖面圖；圖12A和圖12B是說明根據本發明的一個實施方式的電晶體的製造方法的俯視圖及剖面圖；圖13A和圖13B是說明根據本發明的一個實施方式的電晶體的製造方法的俯視圖及剖面圖；圖14A和圖14B是說明根據本發明的一個實施方式的電晶體的製造方法的俯視圖及剖面圖；圖15A至圖15C是說明根據本發明的一個實施方式的電晶體的剖面圖；圖16A至圖16C是說明根據本發明的一個實施方式的電晶體的剖面圖；圖17A和圖17B是根據本發明的一個實施方式的帶圖；圖18A和圖18B是說明根據本發明的一個實施方式的電晶體的製造方法的俯視圖及剖面圖；圖19A和圖19B是說明根據本發明的一個實施方式的電晶體的製造方法的俯視圖及剖面圖；圖20A和圖20B是說明根據本發明的一個實施方式的電晶體的製造方法的俯視圖及剖面圖；圖21A和圖21B是說明根據本發明的一個實施方式的電晶體的製造方法的俯視圖及剖面圖；圖22A和圖22B是說明根據本發明的一個實施方式的電晶體的製造方法的俯視圖及剖面圖；圖23A和圖23B是說明根據本發明的一個實施方式的電晶體的製造方法的俯視圖及剖面圖；圖24A和圖24B是說明根據本發明的一個實施方式的電晶體的製造方法的俯視圖及剖面圖；圖25A至圖25C是說明根據本發明的一個實施方式的電晶體的剖面圖；
圖26A至圖26C是說明根據本發明的一個實施方式的電晶體的剖面圖；圖27A和圖27B是說明根據本發明的一個實施方式的電晶體的製造方法的俯視圖及剖面圖；圖28A和圖28B是說明根據本發明的一個實施方式的電晶體的製造方法的俯視圖及剖面圖；圖29A和圖29B是說明根據本發明的一個實施方式的電晶體的製造方法的俯視圖及剖面圖；圖30A和圖30B是說明根據本發明的一個實施方式的電晶體的製造方法的俯視圖及剖面圖；圖31A和圖31B是說明根據本發明的一個實施方式的電晶體的製造方法的俯視圖及剖面圖；圖32A和圖32B是說明根據本發明的一個實施方式的電晶體的製造方法的俯視圖及剖面圖；圖33A和圖33B是說明根據本發明的一個實施方式的電晶體的製造方法的俯視圖及剖面圖；圖34A至圖34C是說明根據本發明的一個實施方式的電晶體的剖面圖；圖35A至圖35C是說明根據本發明的一個實施方式的電晶體的剖面圖；圖36A和圖36B是示出根據本發明的一個實施方式的半導體裝置的電路圖；圖37是示出根據本發明的一個實施方式的半導體裝置的剖面圖；圖38是示出根據本發明的一個實施方式的半導體裝置的剖面圖；圖39是示出根據本發明的一個實施方式的半導體裝置的剖面圖；圖40是示出根據本發明的一個實施方式的半導體裝置的剖面圖；圖41是示出根據本發明的一個實施方式的半導體裝置的剖面圖；圖42是示出根據本發明的一個實施方式的半導體裝置的剖面圖；圖43A和圖43B是示出根據本發明的一個實施方式的記憶體裝置的電路圖；圖44是示出根據本發明的一個實施方式的半導體裝置的剖面圖；圖45是示出根據本發明的一個實施方式的半導體裝置的剖面圖；
圖46是示出根據本發明的一個實施方式的半導體裝置的剖面圖；圖47是示出根據本發明的一個實施方式的半導體裝置的剖面圖；圖48是示出根據本發明的一個實施方式的半導體裝置的剖面圖；圖49是示出根據本發明的一個實施方式的半導體裝置的剖面圖；圖50A和圖50B是示出根據本發明的一個實施方式的半導體裝置的俯視圖；圖51A和圖51B是示出根據本發明的一個實施方式的半導體裝置的方塊圖；圖52A和圖52B是示出根據本發明的一個實施方式的半導體裝置的剖面圖；圖53A和圖53B是示出根據本發明的一個實施方式的半導體裝置的剖面圖；圖54A1、圖54A2、圖54A3、圖54B1、圖54B2以及圖54B3是示出根據本發明的一個實施方式的半導體裝置的透視圖及剖面圖；圖55是示出根據本發明的一個實施方式的半導體裝置的方塊圖；圖56是示出根據本發明的一個實施方式的半導體裝置的電路圖；圖57A至圖57C是示出根據本發明的一個實施方式的半導體裝置的電路圖、俯視圖及剖面圖；圖58A和圖58B是示出根據本發明的一個實施方式的半導體裝置的電路圖及剖面圖；圖59A至圖59F是示出根據本發明的一個實施方式的電子裝置的透視圖；圖60A至圖60D是CAAC-OS的剖面的Cs校正高解析度TEM影像及CAAC-OS的剖面示意圖；圖61A至圖61D是CAAC-OS的平面的Cs校正高解析度TEM影像；圖62A至圖62C是說明藉由XRD得到的CAAC-OS以及單晶氧化物半導體的結構分析的圖；圖63A和圖63B是示出CAAC-OS的電子繞射圖案的圖；圖64是示出照射電子時的In-Ga-Zn氧化物的結晶部的變化的圖；圖65A和圖65B是說明CAAC-OS以及nc-OS的成膜模型的示意圖；圖66A至圖66C是說明InGaZnO4的結晶及顆粒的圖；圖67A至圖67D是說明CAAC-OS的成膜模型的示意圖；
圖68A至圖68C是說明加熱處理的圖；圖69是說明氟的深度方向上的添加量的圖；圖70是示出樣本的深度方向上的氟濃度的圖；圖71是示出從樣本脫離的氣體的圖；圖72A和圖72B是示出利用ESR對不成對電子進行評價的結果的圖；圖73A和圖73B是示出樣本的剖面STEM影像的圖。
將參照圖式對本發明的實施方式進行詳細的說明。注意，本發明不侷限於以下說明，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和詳細內容可以被變換為各種形式。此外，本發明不應該被解釋為僅限定在下面的實施方式所記載的內容中。注意，當利用圖式說明發明結構時，表示相同物件的元件符號在不同的圖式中共同使用。另外，有時使用相同的陰影圖案表示相同的部分，而不特別附加元件符號。
在圖式中，有時為了便於理解而誇大尺寸、膜(層)的厚度或區域。
在本說明書中，可以互相調換“膜”和“層”。
此外，電壓大多指某個電位與參考電位(例如，接地電位(GND)或源極電位)之間的電位差。由此，可以將電壓換稱為電位。一般而言，電位(電壓)是相對的，根據與參考電位之差決定。因此，在記載為“接地電位”等的情況下，電位也不侷限於0V。例如，也有電路中的最低電位為“接地電位”的情況。或者，也有電路中的實質上的中間電位為“接地電位”的情況。在該情況下，以該電位為基準規定正電位及負電位。
另外，為方便起見，附加了第一、第二等序數詞，而其並不表示製程順序或疊層順序。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。此外，在本說明書等中記載的序數詞與用於特定本發明的一個實施方式的序數詞有時不一致。
注意，例如在導電性充分低時，有時即便在表示為“半導體”時也具有“絕緣體”的特性。此外，“半導體”與“絕緣體”的境界不清楚，因此有時不能精確地區別。由此，有時可以將本說明書所記載的“半導體”換稱為“絕緣體”。同樣地，有時可以將本說明書所記載的“絕緣體”換稱為“半導體”。
另外，例如在導電性充分高時，有時即便在表示為“半導體”時也具有“導電體”的特性。此外，“半導體”和“導電體”的境界不清楚，因此有時不能精確地區別。由此，有時可以將本說明書所記載的“半導體”換稱為“導電體”。同樣地，有時可以將本說明書所記載的“導電體”換稱為“半導體”。
注意，半導體的雜質例如是指構成半導體的主要成分之外的物質。例如，濃度低於0.1atomic%的元素是雜質。當包含雜質時，例如，有可能在半導體中形成DOS(Density of State：態密度)，載子移動率有可能降低或結晶性有可能降低。在半導體是氧化物半導體時，作為改變半導體特性的雜質，例如有第一族元素、第二族元素、第十四族元素、第十五族元素或主要成分之外的過渡金屬等，尤其是，例如有氫(包含於水中)、鋰、鈉、矽、硼、磷、碳、氮等。當半導體是氧化物半導體時，有時例如由於氫等雜質的混入導致氧缺陷的產生。此外，當半導體是矽時，作為改變半導體特性的雜質，例如有氧、除氫之外的第一族元素、第二族元素、第十三族元素、第十五族元素等。
另外，在本說明書中，在記載為“A具有濃度B的區域”時，例如包括：A的某區域在深度方向上整體的濃度為B的情況；A的某區域在深度方向上的濃度的平均值為B的情況；A的某區域在深度方向上的濃度的中值為B的情況；A的某區域在深度方向上的濃度的最大值為B的情況；A的某區域在深度方向上的濃度的最小值為B的情況；A的某區域在深度方向上的濃度的收斂值為B的情況；以及A中的在測量中能夠得到有可能準確的值的區域的濃度為B的情況等。
此外，在本說明書中，在記載為“A具有大小B、長度B、厚度B、寬
度B或距離B的區域”時，例如包括：A的某區域整體的大小、長度、厚度、寬度或距離為B的情況；A的某區域的大小、長度、厚度、寬度或距離的平均值為B的情況；A的某區域的大小、長度、厚度、寬度或距離的中值為B的情況；A的某區域的大小、長度、厚度、寬度或距離的最大值為B的情況；A的某區域的大小、長度、厚度、寬度或距離的最小值為B的情況；A的某區域的大小、長度、厚度、寬度或距離的收斂值為B的情況；以及A中的在測量中能夠得到有可能準確的值的區域的大小、長度、厚度、寬度或距離為B的情況等。
注意，通道長度例如指電晶體的俯視圖中的半導體(或在電晶體導通時，在半導體中電流流動的部分)與閘極電極相互重疊的區域或形成有通道的區域中的源極(源極區域或源極電極)與汲極(汲極區域或汲極電極)之間的距離。另外，在一個電晶體中，通道長度不一定在所有的區域中為相同的值。換言之，一個電晶體的通道長度有時不侷限於一個值。因此，在本說明書中，通道長度是形成有通道的區域中的任一個值、最大值、最小值或平均值。
通道寬度例如指半導體(或在電晶體導通時，在半導體中電流流動的部分)與閘極電極相互重疊的區域或形成有通道的區域中的源極與汲極相對的部分的長度。另外，在一個電晶體中，通道寬度不一定在所有區域中為相同的值。換言之，一個電晶體的通道寬度有時不侷限於一個值。因此，在本說明書中，通道寬度是形成有通道的區域中的任一個值、最大值、最小值或平均值。
另外，根據電晶體的結構，有時實際上形成有通道的區域中的通道寬度(下面稱為實效的通道寬度)不同於電晶體的俯視圖所示的通道寬度(下面稱為視在通道寬度)。例如，在具有立體結構的電晶體中，有時因為實效的通道寬度大於電晶體的俯視圖所示的視在通道寬度，所以不能忽略其影響。例如，在具有微型且立體結構的電晶體中，有時形成在半導體側面的通道區域的比例大。在此情況下，實際上形成有通道的實效的通道寬度大於俯視圖所示的視在通道寬度。
在具有立體結構的電晶體中，有時難以藉由實測來估計實效的通道寬度。例如，為了根據設計值估計實效的通道寬度，需要假設半導體的形狀是已知的。因此，當不確定半導體的形狀時，難以正確地測定實效的通道寬度。
於是，在本說明書中，有時在電晶體的俯視圖中將作為半導體與閘極電極相互重疊的區域中的源極與汲極相對的部分的長度的視在通道寬度稱為“圍繞通道寬度(SCW：Surrounded Channel Width)”。此外，在本說明書中，在簡單地表示“通道寬度”時，有時是指圍繞通道寬度或視在通道寬度。或者，在本說明書中，在簡單地表示“通道寬度”時，有時表示實效的通道寬度。注意，藉由取得剖面TEM影像等並對該影像進行分析等，可以決定通道長度、通道寬度、實效的通道寬度、視在通道寬度、圍繞通道寬度等的值。
另外，在藉由計算求得電晶體的場效移動率或每個通道寬度的電流值等時，有時使用圍繞通道寬度計算。在此情況下，該求得的值有時不同於使用實效的通道寬度計算求得的值。
在本說明書中，“A具有其端部比B的端部突出的形狀”有時指在俯視圖或剖面圖中A的至少一個端部位於B的至少一個端部的外側。因此，例如可以將“A具有其端部比B的端部突出的形狀”的記載解釋為在俯視圖中A的一個端部位於B的一個端部的外側。
在本說明書中，“平行”是指兩條直線形成的角度為-10°以上且10°以下的狀態。因此也包括該角度為-5°以上且5°以下的狀態。另外，“大致平行”是指兩條直線形成的角度為-30°以上且30°以下的狀態。另外，“垂直”是指兩條直線形成的角度為80°以上且100°以下的狀態。因此也包括該角度為85°以上且95°以下的狀態。“大致垂直”是指兩條直線形成的角度為60°以上且120°以下的狀態。
另外，在本說明書中，六方晶系包括三方晶系和菱方晶系。
注意，在本說明書中，當記載為半導體時，可以換稱為氧化物半導體。作為半導體，還可以使用：矽或鍺等第14族半導體；碳化矽、矽化鍺、砷化鎵、磷化銦、硒化鋅或硫化鎘等化合物半導體；以及有機半導體。
下面，對本發明的一個實施方式的電晶體進行說明。
圖2A、圖3A、圖4A、圖5A及圖6A是說明電晶體的製造方法的俯視圖。在各俯視圖中記載有點劃線A1-A2及點劃線A3-A4，並且圖2B、圖3B、圖4B、圖5B及圖6B示出對應於該點劃線的剖面圖。
首先，準備基板400。
作為基板400例如可以使用絕緣體基板、半導體基板或導電體基板。作為絕緣體基板，例如可以舉出玻璃基板、石英基板、藍寶石基板、安定氧化鋯基板(釔安定氧化鋯基板等)、樹脂基板等。例如，作為半導體基板，可以舉出由矽或鍺等構成的單一材料的半導體基板、或者由碳化矽、矽鍺、砷化鎵、磷化銦、氧化鋅或氧化鎵等構成的化合物半導體基板等。並且，還可以舉出在上述半導體基板內部具有絕緣體區域的半導體基板，例如為SOI(Silicon On Insulator：絕緣層上覆矽)基板等。作為導電體基板，可以舉出石墨基板、金屬基板、合金基板、導電樹脂基板等。或者，可以舉出包含金屬的氮化物的基板、包含金屬的氧化物的基板等。再者，還可以舉出設置有導電體或半導體的絕緣體基板、設置有導電體或絕緣體的半導體基板、設置有半導體或絕緣體的導電體基板等。或者，也可以使用在這些基板上設置有元件的基板。作為設置在基板上的元件，可以舉出電容元件、電阻元件、切換元件、發光元件、記憶元件等。
此外，作為基板400也可以使用撓性基板。另外，作為在撓性基板上設置電晶體的方法，也可以舉出如下方法：在不具有撓性的基板上形成電晶體之後，剝離電晶體而將該電晶體轉置到撓性基板的基板400上。在此情況下，較佳為在不具有撓性的基板與電晶體之間設置剝離層。此外，作為基板400，也可以使用包含纖維的薄片、薄膜或箔等。另外，基板400也
可以具有伸縮性。此外，基板400可以具有在停止彎曲或拉伸時恢復為原來的形狀的性質。或者，也可以具有不恢復為原來的形狀的性質。基板400的厚度例如為5μm以上且700μm以下，較佳為10μm以上且500μm以下，更佳為15μm以上且300μm以下。藉由將基板400形成得薄，可以實現半導體裝置的輕量化。另外，藉由將基板400形成得薄，即便在使用玻璃等的情況下，基板400有時也會具有伸縮性，或者具有在停止彎曲或拉伸時恢復為原來的形狀的性質。因此，可以緩和因掉落等而基板400上的半導體裝置受到的衝擊等。也就是說，能夠提供一種耐久性高的半導體裝置。
撓性基板的基板400例如可以使用金屬、合金、樹脂、玻璃或其纖維等。撓性基板的基板400的線膨脹係數越低，因環境而發生的變形越得到抑制，所以是較佳的。撓性基板的基板400例如使用線膨脹係數為1×10-3/K以下、5×10-5/K以下或1×10-5/K以下的材料即可。作為樹脂，例如可以舉出聚酯、聚烯烴、聚醯胺(尼龍、芳族聚醯胺等)、聚醯亞胺、聚碳酸酯、丙烯酸樹脂等。尤其是芳族聚醯胺的線膨脹係數較低，因此撓性基板的基板400較佳為使用芳族聚醯胺。
接著，形成導電體。導電體可以藉由濺射法、化學氣相沉積(CVD：Chemical Vapor Deposition)法、分子束磊晶(MBE：Molecular BeamEpitaxy)法、脈衝雷射沉積(PLD：Pulsed Laser Deposition)法、原子層沉積(ALD：Atomic Layer Deposition)法等形成。
注意，CVD法可以分為利用電漿的電漿CVD(PECVD：Plasma Enhanced CVD)法、利用熱量的熱CVD(TCVD：Thermal CVD)法及利用光的光CVD(Photo CVD)法等。再者，CVD法可以根據使用的源氣體被分為金屬CVD(MCVD：Metal CVD)法及有機金屬CVD(MOCVD：Metal Organic CVD)法。
藉由利用PECVD法，可以以較低的溫度得到高品質的膜。另外，因為在TCVD法中不使用電漿，所以能夠減少對被處理物造成的電漿損傷。例如，包括在半導體裝置中的佈線、電極、元件(電晶體、電容元件等)等有時因從電漿接收電荷而會產生電荷積聚(charge up)。此時，有時由於所累積的電荷而使包括在半導體裝置中的佈線、電極、元件等受損傷。另一方
面，因為在不使用電漿的TCVD法的情況下不會產生這種電漿損傷，所以能夠提高半導體裝置的良率。另外，在TCVD法中，不會產生成膜時的電漿損傷，因此能夠得到缺陷較少的膜。
另外，ALD法也是能夠減少對被處理物造成的電漿損傷的成膜方法。此外，在利用ALD法的成膜時不會產生電漿損傷，所以能夠得到缺陷較少的膜。
不同於從靶材等中被釋放的粒子沉積的成膜方法，CVD法及ALD法是由被處理物表面的反應而形成膜的形成方法。因此，藉由CVD法及ALD法形成的膜不易受被處理物的形狀的影響而具有良好的步階覆蓋性。尤其是，藉由ALD法形成的膜具有良好的步階覆蓋性和厚度均勻性，所以ALD法適合用於形成覆蓋縱橫比高的開口部的表面的膜。但是，ALD法的沉積速度比較慢，所以有時較佳為與沉積速度快的CVD法等其他成膜方法組合而使用。
CVD法或ALD法可以藉由調整源氣體的流量比控制所得到的膜的組成。例如，當使用CVD法或ALD法時，可以藉由調整源氣體的流量比形成任意組成的膜。此外，例如，當使用CVD法或ALD法時，可以藉由一邊形成膜一邊改變源氣體的流量比來形成其組成連續變化的膜。在一邊改變源氣體的流量比一邊形成膜時，因為可以省略傳送及調整壓力所需的時間，所以與使用多個沉積室進行成膜的情況相比可以使其成膜時所需的時間縮短。因此，有時可以提高半導體裝置的生產率。
接著，在導電體上形成光阻劑等，並利用該光阻劑進行加工，由此形成導電體413。注意，在只記載為形成光阻劑的情況下，也包括在光阻劑下形成防反射層的情況。
在利用蝕刻等對物件進行加工後去除光阻劑。利用電漿處理及/或濕蝕刻來去除光阻劑。作為電漿處理，較佳為使用電漿灰化。在光阻遮罩等的去除不徹底的情況下，也可以使用0.001volume%以上且1volume%以下的濃度的氫氟酸和/或臭氧水等去除剩下的光阻遮罩等。
作為成為導電體413的導電體，例如可以使用包含硼、氮、氧、氟、矽、磷、鋁、鈦、鉻、錳、鈷、鎳、銅、鋅、鎵、釔、鋯、鉬、釕、銀、銦、錫、鉭和鎢中的一種以上的導電體的單層或疊層。例如，也可以使用包含上述元素的合金或化合物，還可以使用包含鋁的導電體、包含銅及鈦的導電體、包含銅及錳的導電體、包含銦、錫及氧的導電體、包含鈦及氮的導電體等。
接著，形成絕緣體402(參照圖2A及圖2B)。絕緣體402可以使用濺射法、CVD法、MBE法、PLD法或ALD法等形成。
作為絕緣體402，例如可以使用包含硼、碳、氮、氧、氟、鎂、鋁、矽、磷、氯、氬、鎵、鍺、釔、鋯、鑭、釹、鉿或鉭的絕緣體的單層或疊層。例如，作為絕緣體402，可以使用氧化鋁、氧化鎂、氧化矽、氧氮化矽、氮氧化矽、氮化矽、氧化鎵、氧化鍺、氧化釔、氧化鋯、氧化鑭、氧化釹、氧化鉿或氧化鉭形成。
另外，絕緣體402較佳為包含過量氧或/及氫陷阱的絕緣體。
包含過量氧的絕緣體有時在熱脫附譜(TDS：Thermal Desorption Spectroscopy)分析中，在表面溫度為100℃以上且700℃以下或者100℃以上且500℃以下的範圍內釋放1×1018atoms/cm3以上、1×1019atoms/cm3以上或1×1020atoms/cm3以上的氧(換算為氧原子個數)。
下面說明利用TDS分析來測量氧釋放量的方法。
對測量樣本進行TDS分析時的氣體的總釋放量與釋放氣體的離子強度的積分值成正比。並且，藉由對該測量樣本與標準樣本進行比較，可以計算出氣體的總釋放量。
例如，根據作為標準樣本的含有指定密度的氫的矽基板的TDS分析結果以及測量樣本的TDS分析結果，可以藉由下面所示的公式求出測量樣本中的氧分子的釋放量(NO2)。在此，假設藉由TDS分析而得到的質荷比32
的氣體都來源於氧分子。雖然CH3OH的質荷比為32，但因為CH3OH存在的可能性較低，所以在這裡不考慮。此外，包含作為氧原子的同位素的質量數17的氧原子及質量數18的氧原子的氧分子也在自然界的存在比率極低，所以不考慮。
NO2=NH2/SH2×SO2×α
NH2是以密度換算從標準樣本脫離的氫分子的值。SH2是對標準樣本進行TDS分析而得到的離子強度的積分值。在此，將標準樣本的基準值設定為NH2/SH2。SO2是對測量樣本進行TDS分析而得到的離子強度的積分值。α是在TDS分析中影響到離子強度的係數。關於上面所示的公式的詳細內容，可以參照日本專利申請公開平6-275697公報。注意，上述氧的釋放量是使用由日本電子科學公司(ESCO Ltd.)製造的熱脫附裝置EMD-WA1000S/W，並以包含一定量的氫原子的矽基板為標準樣本而測量的。
此外，在TDS分析中，氧的一部分作為氧原子被檢測出。氧分子與氧原子的比例可以從氧分子的電離率算出。另外，因為上述α包括氧分子的電離率，所以藉由評估氧分子的釋放量，可以估算出氧原子的釋放量。
注意，NO2是氧分子的釋放量。換算為氧原子時的釋放量是氧分子的釋放量的2倍。
或者，藉由加熱處理釋放氧的絕緣體有時包含過氧化自由基。明確而言，起因於過氧化自由基的自旋密度為5×1017spins/cm3以上。另外，包含過氧化自由基的絕緣體有時在電子自旋共振法(ESR：Electron Spin Resonance)中在g值為2.01近旁時具有非對稱的信號。
另外，絕緣體402也可以具有防止雜質從基板400擴散的功能。
接著，也可以藉由對絕緣體402添加氟離子使絕緣體402包含過量氧及氫陷阱。氟離子的添加導致過量氧及氫陷阱形成的理由將在後面說明。氟離子的添加例如可以藉由離子植入法以如下條件進行：加速電壓為2kV
以上且100kV以下，較佳為5kV以上且50kV以下，劑量為1×1014ions/cm2以上且5×1016ions/cm2以下，較佳為5×1014ions/cm2以上且1×1016ions/cm2以下。
接著，形成成為半導體406a的半導體。成為半導體406a的半導體可以使用濺射法、CVD法、MBE法、PLD法或ALD法等形成。
接著，也可以藉由添加氧離子使成為半導體406a的半導體包含過量氧。例如，利用離子植入法並採用2kV以上且10kV以下的加速電壓及5×1014ions/cm2以上且5×1016ions/cm2以下的劑量進行氧的添加，即可。
接著，也可以藉由添加氟離子使絕緣體402包含過量氧及氫陷阱。氟離子的添加例如可以藉由離子植入法以如下條件進行：加速電壓為5kV以上且200kV以下，較佳為20kV以上且100kV以下，劑量為1×1014ions/cm2以上且5×1016ions/cm2以下，較佳為5×1014ions/cm2以上且1×1016ions/cm2以下。注意，對成為半導體406a的半導體的氧離子的添加與對絕緣體402的氟離子的添加也可以調換順序來進行。
接著，形成成為半導體406b的半導體。成為半導體406b的半導體可以使用濺射法、CVD法、MBE法、PLD法或ALD法等形成。注意，藉由以不暴露於大氣的方式連續形成成為半導體406a的半導體和成為半導體406b的半導體，可以減少雜質向膜中及介面的混入。
接著，較佳為進行加熱處理。藉由進行加熱處理，有時可以降低成為半導體406a的半導體及成為半導體406b的半導體的氫濃度。另外，有時可以減少成為半導體406a的半導體及成為半導體406b的半導體的氧缺陷。加熱處理以250℃以上且650℃以下的溫度，較佳為以450℃以上且600℃以下的溫度，更佳為以520℃以上且570℃以下的溫度進行即可。加熱處理在惰性氣體氛圍或者包含10ppm以上、1%以上或10%以上的氧化性氣體的氛圍下進行。加熱處理也可以在減壓狀態下進行。或者，也可以以如下方法進行加熱處理：在惰性氣體氛圍下進行加熱處理之後，為了填補脫離了的氧而在包含10ppm以上、1%以上或10%以上的氧化性氣體的氛圍下進行
另一個加熱處理。藉由進行加熱處理，可以提高成為半導體406a的半導體及成為半導體406b的半導體的結晶性，並可以去除氫或水等雜質。
接著，在成為半導體406b的半導體上形成光阻劑等，並利用該光阻劑進行加工，由此形成半導體406b及半導體406a(參照圖3A及圖3B)。
接著，形成導電體。導電體可以使用濺射法、CVD法、MBE法、PLD法或ALD法等形成。
作為導電體，例如可以使用包含硼、氮、氧、氟、矽、磷、鋁、鈦、鉻、錳、鈷、鎳、銅、鋅、鎵、釔、鋯、鉬、釕、銀、銦、錫、鉭和鎢中的一種以上的導電體的單層或疊層。例如，也可以使用包含上述元素的合金或化合物，還可以使用包含鋁的導電體、包含銅及鈦的導電體、包含銅及錳的導電體、包含銦、錫及氧的導電體、包含鈦及氮的導電體等。
接著，在導電體上形成光阻劑等，並利用該光阻劑進行加工，由此形成導電體416a及導電體416b(參照圖4A及圖4B)。
例如，當將導電體413用作閘極電極、將絕緣體402用作閘極絕緣體、將導電體416a用作源極電極、將導電體416b用作汲極電極時，藉由完成至圖4A及圖4B所示的步驟，可以獲得底閘極結構的電晶體。
接著，形成半導體436c。半導體436c可以使用濺射法、CVD法、MBE法、PLD法或ALD法等形成。在形成半導體436c前，也可以對半導體406a的表面、半導體406b的表面、導電體416a的表面及導電體416b的表面進行蝕刻。例如，可以利用含有稀有氣體的電漿進行蝕刻。然後，藉由以不暴露於大氣的方式連續形成半導體436c，可以減少雜質向半導體406a、半導體406b、導電體416a、導電體416b與半導體436c的介面的混入。存在於膜與膜的介面等的雜質有時比膜中的雜質更容易擴散。因此，藉由減少該雜質的混入，可以使電晶體具有穩定的電特性。
接著，形成絕緣體442。絕緣體442可以使用濺射法、CVD法、MBE法、
PLD法或ALD法等形成。注意，藉由以不暴露於大氣的方式連續形成半導體436c和絕緣體442，可以減少雜質向膜中及介面的混入。
作為絕緣體442，例如可以使用包含硼、碳、氮、氧、氟、鎂、鋁、矽、磷、氯、氬、鎵、鍺、釔、鋯、鑭、釹、鉿或鉭的絕緣體的單層或疊層。例如，作為絕緣體442，可以使用氧化鋁、氧化鎂、氧化矽、氧氮化矽、氮氧化矽、氮化矽、氧化鎵、氧化鍺、氧化釔、氧化鋯、氧化鑭、氧化釹、氧化鉿或氧化鉭形成。
接著，也可以藉由添加氟離子使絕緣體442包含過量氧及氫陷阱。氟離子的添加例如可以藉由離子植入法以如下條件進行：加速電壓為5kV以上且200kV以下，較佳為20kV以上且100kV以下，劑量為1×1014ions/cm2以上且5×1016ions/cm2以下，較佳為5×1014ions/cm2以上且1×1016ions/cm2以下。
接著，形成導電體434(參照圖5A及圖5B)。導電體434可以使用濺射法、CVD法、MBE法、PLD法或ALD法等形成。注意，藉由以不暴露於大氣的方式連續形成絕緣體442和導電體434，可以減少雜質向膜中及介面的混入。
作為導電體434，例如可以使用包含硼、氮、氧、氟、矽、磷、鋁、鈦、鉻、錳、鈷、鎳、銅、鋅、鎵、釔、鋯、鉬、釕、銀、銦、錫、鉭和鎢中的一種以上的導電體的單層或疊層。例如，也可以使用包含上述元素的合金或化合物，還可以使用包含鋁的導電體、包含銅及鈦的導電體、包含銅及錳的導電體、包含銦、錫及氧的導電體、包含鈦及氮的導電體等。
接著，在導電體434上形成光阻劑等，並利用該光阻劑進行加工，由此形成導電體404。另外，利用該光阻劑或導電體404對絕緣體442進行加工，由此形成絕緣體412。另外，利用該光阻劑、導電體404、絕緣體412對半導體436c進行加工，由此形成半導體406c(參照圖6A及圖6B)。雖然半導體406c、絕緣體412及導電體404的頂面形狀是同樣的，但是本發明的一個實施方式的電晶體並不侷限於該形狀。例如，也可以利用不同的
光阻劑對半導體406c、絕緣體412及導電體404進行加工。例如，既可以在形成絕緣體412後形成成為導電體404的導電體，又可以在形成導電體404後，在成為絕緣體412的絕緣體上另外形成光阻劑等。另外，例如，半導體406c也可以被鄰接的電晶體等共同使用。
接著，可以形成絕緣體。絕緣體可以使用濺射法、CVD法、MBE法、PLD法或ALD法等形成。
作為上述絕緣體，例如可以使用包含硼、碳、氮、氧、氟、鎂、鋁、矽、磷、氯、氬、鎵、鍺、釔、鋯、鑭、釹、鉿或鉭的絕緣體的單層或疊層。該絕緣體較佳為使用包含氧化鋁、氮氧化矽、氮化矽、氧化鎵、氧化釔、氧化鋯、氧化鑭、氧化釹、氧化鉿或氧化鉭的絕緣體的單層或疊層。
上述絕緣體較佳為具有阻擋層的功能。該絕緣體例如具有遮擋氧或/及氫的功能。或者，例如，該絕緣體的遮擋氧或/及氫的功能較佳為高於絕緣體402或絕緣體412。
接著，也可以藉由添加氟離子使上述絕緣體包含過量氧及氫陷阱。氟離子的添加例如可以藉由離子植入法以如下條件進行：加速電壓為5kV以上且200kV以下，較佳為20kV以上且100kV以下，劑量為1×1014ions/cm2以上且5×1016ions/cm2以下，較佳為5×1014ions/cm2以上且1×1016ions/cm2以下。
藉由上述製程，可以製造本發明的一個實施方式的電晶體。
圖6B所示的電晶體中的絕緣體402或/及絕緣體442等包含過量氧及氫陷阱。利用這些作用可以減少半導體406a、半導體406b或半導體406c的氧缺陷或氫。換言之，可以提供一種具有優異的電特性的電晶體。
如圖6B所示，可以由導電體404及導電體413的電場電圍繞半導體406b(將由導電體的電場電圍繞半導體的電晶體結構稱為surrounded channel (s-channel)結構)。由此，在整個半導體406中(頂面、底面及側面)
形成通道。在s-channel結構中可以使大的電流流過電晶體的源極與汲極之間，從而可以提高導通時的電流(通態電流：on-state current)。
注意，當電晶體具有s-channel結構時，在半導體406b的側面也形成有通道。因此，半導體406b的厚度越大，通道區域越大。也就是說，半導體406b越厚，越能夠提高電晶體的通態電流。另外，半導體406b越厚，載子控制性高的區域的比例越高，因此可以使次臨界擺幅值變小。例如，半導體406b具有厚度為20nm以上，較佳為40nm以上，更佳為60nm以上，進一步較佳為100nm以上的區域即可。注意，半導體裝置的生產率有時會下降，因此，例如，半導體406b具有厚度為300nm以下，較佳為200nm以下，更佳為150nm以下的區域即可。
由於可以得到高通態電流，因此s-channel結構可以說是適合於微型電晶體的結構。包括微型電晶體的半導體裝置可以具有高集成度及高密度。例如，電晶體具有其通道長度較佳為40nm以下，更佳為30nm以下，進一步較佳為20nm以下的區域，並且電晶體具有其通道寬度較佳為40nm以下，更佳為30nm以下，進一步較佳為20nm以下的區域。
注意，也可以不形成導電體413(參照圖7A)。另外，絕緣體412及半導體406c也可以是比導電體404突出的形狀(參照圖7B)。另外，也可以不對絕緣體442及半導體436c進行加工(參照圖7C)。A1-A2剖面中的導電體413的寬度也可以大於半導體406b(參照圖8A)。導電體413與導電體404也可以藉由開口部接觸(參照圖8B)。另外，也可以不設置導電體404(參照圖8C)。
藉由在半導體406b的上下配置半導體406a及半導體406c，有時可以提高電晶體的電特性。
半導體406b例如是包含銦的氧化物半導體。例如，在半導體406b包含銦時，其載子移動率(電子移動率)得到提高。此外，半導體406b較佳為包含元素M。元素M較佳是鋁、鎵、釔或錫等。作為可用作元素M的其他
元素，有硼、矽、鈦、鐵、鎳、鍺、鋯、鉬、鑭、鈰、釹、鉿、鉭、鎢等。注意，作為元素M有時也可以組合多個上述元素。元素M例如是與氧的鍵能高的元素。元素M例如是與氧的鍵能高於銦的元素。或者，元素M例如是具有增大氧化物半導體的能隙的功能的元素。此外，半導體406b較佳為包含鋅。當氧化物半導體包含鋅時，有時容易晶化。
注意，半導體406b不侷限於包含銦的氧化物半導體。半導體406b例如也可以是鋅錫氧化物或鎵錫氧化物等不包含銦且包含鋅、鎵或錫的氧化物半導體等。
作為半導體406b例如使用能隙大的氧化物。半導體406b的能隙例如是2.5eV以上且4.2eV以下，較佳為2.8eV以上且3.8eV以下，更佳為3eV以上且3.5eV以下。
例如，半導體406a及半導體406c是包含一種以上或兩種以上構成半導體406b的除了氧之外的元素的氧化物半導體。因為半導體406a及半導體406c包含一種以上或兩種以上構成半導體406b的除了氧之外的元素，所以不容易在半導體406a與半導體406b的介面以及半導體406b與半導體406c的介面處形成缺陷能階。
半導體406a、半導體406b及半導體406c較佳為至少包含銦。另外，在半導體406a是In-M-Zn氧化物的情況下，在In和M的總和為100atomic%時，較佳的是：In低於50atomic%，M高於50atomic%，更佳的是：In低於25atomic%，M高於75atomic%。此外，在半導體406b是In-M-Zn氧化物的情況下，在In和M的總和為100atomic%時，較佳的是：In高於25atomic%，M低於75atomic%，更佳的是：In高於34atomic%，M低於66atomic%。此外，在半導體406c是In-M-Zn氧化物的情況下，在In和M的總和為100atomic%時，較佳的是：In低於50atomic%，M高於50atomic%，更佳的是：In低於25atomic%，M高於75atomic%。另外，半導體406c也可以使用與半導體406a相同的種類的氧化物。注意，半導體406a或/及半導體406c有時也可以不包含銦。例如，半導體406a或/及半導體406c也可以包含氧化鎵。注意，半導體406a、半導體406b及半導體406c所含的
各元素的原子個數也可以不是簡單的整數比。
作為半導體406b使用其電子親和力大於半導體406a及半導體406c的氧化物。例如，作為半導體406b使用如下氧化物，該氧化物的電子親和力比半導體406a及半導體406c大0.07eV以上且1.3eV以下，較佳為大0.1eV以上且0.7eV以下，更佳為大0.15eV以上且0.4eV以下。注意，電子親和力是真空能階和導帶底之間的能量差。
注意，銦鎵氧化物的電子親和力小，其氧阻擋性高。因此，半導體406c較佳為包含銦鎵氧化物。鎵原子的比率[Ga/(In+Ga)]例如為70%以上，較佳為80%以上，更佳為90%以上。
此時，若施加閘極電壓，通道則形成在半導體406a、半導體406b和半導體406c當中的電子親和力最大的半導體406b中。
在此，有時在半導體406a與半導體406b之間具有半導體406a和半導體406b的混合區域。另外，有時在半導體406b與半導體406c之間具有半導體406b和半導體406c的混合區域。混合區域的缺陷態密度較低。因此，在半導體406a、半導體406b和半導體406c的疊層體的能帶結構中，各層之間的介面及介面附近的能量連續地變化(也稱為連續接合)(參照圖9)。注意，有時不能明確地分辨半導體406a、半導體406b及半導體406c的介面。
此時，電子不在半導體406a及半導體406c中而主要在半導體406b中移動。如上所述，藉由降低半導體406a與半導體406b的介面處的缺陷態密度、半導體406b與半導體406c的介面處的缺陷態密度，在半導體406b中電子移動受到妨礙的情況減少，從而可以提高電晶體的通態電流。
越減少妨礙電子移動的要素，越能夠提高電晶體的通態電流。例如，在沒有妨礙電子移動的要素的情況下，可以推測電子會高效率地移動。例如，在通道形成區域中的物理性凹凸較大的情況下電子的移動也會被妨礙。
為了提高電晶體的通態電流，例如，半導體406b的頂面或底面(被形成面，在此為半導體406a)的1μm×1μm的範圍內的均方根(RMS：Root-Mean-Square)粗糙度低於1nm，較佳為低於0.6nm，更佳為低於0.5nm，進一步較佳為低於0.4nm，即可。另外，其1μm×1μm的範圍內的平均表面粗糙度(也稱為Ra)低於1nm，較佳為低於0.6nm，更佳為低於0.5nm，進一步較佳為低於0.4nm，即可。其1μm×1μm的範圍內的最大高低差(也稱為P-V)低於10nm，較佳為低於9nm，更佳為低於8nm，進一步較佳為低於7nm。RMS粗糙度、Ra以及P-V可以藉由使用由精工電子奈米科技(SII Nano Technology)有限公司製造的掃描探針顯微鏡SPA-500等測定。
此外，為了提高電晶體的通態電流，半導體406c的厚度越小越好。例如，半導體406c具有厚度低於10nm，較佳為5nm以下，更佳為3nm以下的區域即可。另一方面，半導體406c具有阻擋構成相鄰的絕緣體的氧之外的元素(氫、矽等)侵入形成有通道的半導體406b中的功能。因此，半導體406c較佳為具有一定程度的厚度。例如，半導體406c具有厚度為0.3nm以上，較佳為1nm以上，更佳為2nm以上的區域即可。另外，為了抑制從絕緣體402等釋放的氧向外擴散，半導體406c較佳為具有阻擋氧的性質。
此外，為了提高可靠性，較佳為使半導體406a變厚並使半導體406c變薄。例如，半導體406a具有厚度例如為10nm以上，較佳為20nm以上，更佳為40nm以上，進一步較佳為60nm以上的區域即可。藉由將半導體406a形成得厚，可以拉開從鄰接的絕緣體與半導體406a的介面到形成有通道的半導體406b的距離。注意，因為半導體裝置的生產率可能會下降，所以半導體406a具有厚度例如為200nm以下，較佳為120nm以下，更佳為80nm以下的區域即可。
例如在半導體406b與半導體406a之間具有藉由二次離子質譜分析法(SIMS：Secondary Ion Mass Spectrometry)得到的矽濃度為1×1016atoms/cm3以上且1×1019atoms/cm3以下，較佳為1×1016atoms/cm3以上且5×1018atoms/cm3以下，更佳為1×1016atoms/cm3以上且2×1018atoms/cm3以下的區域。另外，在半導體406b與半導體406c之間具有藉由SIMS得到的
矽濃度為1×1016atoms/cm3以上且1×1019atoms/cm3以下，較佳為1×1016atoms/cm3以上且5×1018atoms/cm3以下，更佳為1×1016atoms/cm3以上且2×1018atoms/cm3以下的區域。
另外，半導體406b具有藉由SIMS得到的氫濃度為1×1016atoms/cm3以上且2×1020atoms/cm3以下，較佳為1×1016atoms/cm3以上且5×1019atoms/cm3以下，更佳為1×1016atoms/cm3以上且1×1019atoms/cm3以下，進一步較佳為1×1016atoms/cm3以上且5×1018atoms/cm3以下的區域。此外，為了降低半導體406b的氫濃度，較佳為降低半導體406a及半導體406c的氫濃度。半導體406a及半導體406c具有藉由SIMS得到的氫濃度為1×1016atoms/cm3以上且2×1020atoms/cm3以下，較佳為1×1016atoms/cm3以上且5×1019atoms/cm3以下，更佳為1×1016atoms/cm3以上且1×1019atoms/cm3以下，進一步較佳為1×1016atoms/cm3以上且5×1018atoms/cm3以下的區域。另外，半導體406b具有藉由SIMS得到的氮濃度為1×1015atoms/cm3以上且5×1019atoms/cm3以下，較佳為1×1015atoms/cm3以上且5×1018atoms/cm3以下，更佳為1×1015atoms/cm3以上且1×1018atoms/cm3以下，進一步較佳為1×1015atoms/cm3以上且5×1017atoms/cm3以下的區域。此外，為了降低半導體406b的氮濃度，較佳為降低半導體406a及半導體406c的氮濃度。半導體406a及半導體406c具有藉由SIMS得到的氮濃度為1×1015atoms/cm3以上且5×1019atoms/cm3以下，較佳為1×1015atoms/cm3以上且5×1018atoms/cm3以下，更佳為1×1015atoms/cm3以上且1×1018atoms/cm3以下，進一步較佳為1×1015atoms/cm3以上且5×1017atoms/cm3以下的區域。
上述三層結構是一個例子。例如，也可以採用不設置半導體406a或半導體406c的雙層結構。或者，也可以採用在半導體406a上或下、或者在半導體406c上或下設置作為半導體406a、半導體406b和半導體406c例示的半導體中的任何一個半導體的四層結構。或者，也可以採用在半導體406a上、半導體406a下、半導體406c上、半導體406c下中的任何兩個以上的位置設置作為半導體406a、半導體406b和半導體406c例示的半導體中的任一個以上的半導體的n層結構(n為5以上的整數)。
下面說明氧化物半導體的結構。
氧化物半導體被分為單晶氧化物半導體和非單晶氧化物半導體。作為非單晶氧化物半導體有CAAC-OS(C-Axis Aligned Crystalline Oxide Semiconductor：c軸配向結晶氧化物半導體)、多晶氧化物半導體、微晶氧化物半導體以及非晶氧化物半導體等。
從其他觀點看來，氧化物半導體被分為非晶氧化物半導體和結晶氧化物半導體。作為結晶氧化物半導體有單晶氧化物半導體、CAAC-OS、多晶氧化物半導體以及微晶氧化物半導體等。
首先，對CAAC-OS進行說明。注意，也可以將CAAC-OS稱為具有CANC(C-Axis Aligned nanocrystals：c軸配向奈米晶)的氧化物半導體。
CAAC-OS是包含多個c軸配向的結晶部(也稱為顆粒)的氧化物半導體之一。
在利用穿透式電子顯微鏡(TEM：Transmission Electron Microscope)觀察所得到的CAAC-OS的明視野影像與繞射圖案的複合分析影像(也稱為高解析度TEM影像)中，觀察到多個顆粒。然而，在高解析度TEM影像中，觀察不到顆粒與顆粒之間的明確的邊界，亦即晶界(grain boundary)。因此，可以說在CAAC-OS中，不容易發生起因於晶界的電子移動率的降低。
下面，對利用TEM觀察的CAAC-OS進行說明。圖60A示出從大致平行於樣本面的方向觀察所得到的CAAC-OS的剖面的高解析度TEM影像。利用球面像差校正(Spherical Aberration Corrector)功能得到高解析度TEM影像。將利用球面像差校正功能所得到的高解析度TEM影像特別稱為Cs校正高解析度TEM影像。例如可以使用日本電子株式會社製造的原子解析度分析型電子顯微鏡JEM-ARM200F等得到Cs校正高解析度TEM影像。
圖60B示出將圖60A中的區域(1)放大的Cs校正高解析度TEM影像。
由圖60B可以確認到在顆粒中金屬原子排列為層狀。各金屬原子層具有反映了形成CAAC-OS膜的面(也稱為被形成面)或CAAC-OS膜的頂面的凸凹的配置並以平行於CAAC-OS的被形成面或頂面的方式排列。
如圖60B所示，CAAC-OS具有特有的原子排列。圖60C是以輔助線示出特有的原子排列的圖。由圖60B和圖60C可知，一個顆粒的尺寸為1nm以上且3nm以下左右，由顆粒與顆粒之間的傾斜產生的空隙的尺寸為0.8nm左右。因此，也可以將顆粒稱為奈米晶(nc：nanocrystal)。
在此，根據Cs校正高解析度TEM影像，將基板5120上的CAAC-OS的顆粒5100的配置示意性地表示為堆積磚塊或塊體的結構(參照圖60D)。在圖60C中觀察到的在顆粒與顆粒之間產生傾斜的部分相當於圖60D所示的區域5161。
圖61A示出從大致垂直於樣本面的方向觀察所得到的CAAC-OS的平面的Cs校正高解析度TEM影像。圖61B、圖61C和圖61D分別示出將圖61A中的區域(1)、區域(2)和區域(3)放大的Cs校正高解析度TEM影像。由圖61B、圖61C和圖61D可知在顆粒中金屬原子排列為三角形狀、四角形狀或六角形狀。但是，在不同的顆粒之間金屬原子的排列沒有規律性。
接著，說明使用X射線繞射(XRD：X-Ray Diffraction)裝置進行分析的CAAC-OS。例如，當利用out-of-plane法分析包含InGaZnO4結晶的CAAC-OS的結構時，如圖62A所示，在繞射角(2θ)為31°附近時常出現峰值。由於該峰值來源於InGaZnO4結晶的(009)面，由此可知CAAC-OS中的結晶具有c軸配向性，並且c軸朝向大致垂直於被形成面或頂面的方向。
注意，當利用out-of-plane法分析CAAC-OS的結構時，除了2θ為31°附近的峰值以外，有時在2θ為36°附近時也出現峰值。2θ為36°附近的峰值表示CAAC-OS中的一部分包含不具有c軸配向性的結晶。較佳的是，在利用out-of-plane法分析的CAAC-OS的結構中，在2θ為31°附近時出現峰值而在2θ為36°附近時不出現峰值。
另一方面，當利用從大致垂直於c軸的方向使X射線入射到樣本的in-plane法分析CAAC-OS的結構時，在2θ為56°附近時出現峰值。該峰值來源於InGaZnO4結晶的(110)面。在CAAC-OS中，即使將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)，也如圖62B所示的那樣觀察不到明確的峰值。相比之下，在InGaZnO4的單晶氧化物半導體中，在將2θ固定為56°附近來進行Φ掃描時，如圖62C所示的那樣觀察到來源於相等於(110)面的結晶面的六個峰值。因此，由使用XRD的結構分析可以確認到CAAC-OS中的a軸和b軸的配向沒有規律性。
接著，說明利用電子繞射進行分析的CAAC-OS。例如，當對包含InGaZnO4結晶的CAAC-OS在平行於樣本面的方向上入射束徑為300nm的電子線時，可能會獲得圖63A所示的繞射圖案(也稱為選區穿透式電子繞射圖案)。在該繞射圖案中包含起因於InGaZnO4結晶的(009)面的斑點。因此，由電子繞射也可知CAAC-OS所包含的顆粒具有c軸配向性，並且c軸朝向大致垂直於被形成面或頂面的方向。另一方面，圖63B示出對相同的樣本在垂直於樣本面的方向上入射束徑為300nm的電子線時的繞射圖案。由圖63B觀察到環狀的繞射圖案。因此，由電子繞射也可知CAAC-OS所包含的顆粒的a軸和b軸不具有配向性。可以認為圖63B中的第一環起因於InGaZnO4結晶的(010)面和(100)面等。另外，可以認為圖63B中的第二環起因於(110)面等。
另外，CAAC-OS是缺陷態密度低的氧化物半導體。氧化物半導體的缺陷例如有起因於雜質的缺陷、氧缺陷等。因此，可以將CAAC-OS稱為雜質濃度低的氧化物半導體或者氧缺陷少的氧化物半導體。
包含於氧化物半導體的雜質有時會成為載子陷阱或載子發生源。另外，氧化物半導體中的氧缺陷有時會成為載子陷阱或因俘獲氫而成為載子發生源。
此外，雜質是指氧化物半導體的主要成分以外的元素，諸如氫、碳、矽和過渡金屬元素等。例如，與氧的鍵合力比構成氧化物半導體的金屬元
素強的矽等元素會奪取氧化物半導體中的氧，由此打亂氧化物半導體的原子排列，導致結晶性下降。另外，由於鐵或鎳等的重金屬、氬、二氧化碳等的原子半徑(或分子半徑)大，所以會打亂氧化物半導體的原子排列，導致結晶性下降。
缺陷態密度低(氧缺陷少)的氧化物半導體可以具有低載子密度。將這樣的氧化物半導體稱為高純度本質或實質上高純度本質的氧化物半導體。CAAC-OS的雜質濃度和缺陷態密度低。也就是說，CAAC-OS容易成為高純度本質或實質上高純度本質的氧化物半導體。因此，使用CAAC-OS的電晶體很少具有負臨界電壓的電特性(很少成為常開啟)。高純度本質或實質上高純度本質的氧化物半導體的載子陷阱少。被氧化物半導體的載子陷阱俘獲的電荷需要很長時間才能被釋放，並且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的電晶體有時電特性不穩定。但是，使用CAAC-OS的電晶體電特性變動小且可靠性高。
由於CAAC-OS的缺陷態密度低，所以因光照射等而生成的載子很少被缺陷能階俘獲。因此，在使用CAAC-OS的電晶體中，起因於可見光或紫外光的照射的電特性的變動小。
接著說明微晶氧化物半導體。
在微晶氧化物半導體的高解析度TEM影像中有能夠觀察到結晶部的區域和觀察不到明確的結晶部的區域。微晶氧化物半導體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，將包含尺寸為1nm以上且10nm以下或1nm以上且3nm以下的微晶的奈米晶的氧化物半導體稱為nc-OS(nanocrystalline Oxide Semiconductor：奈米晶氧化物半導體)。例如，在nc-OS的高解析度TEM影像中，有時無法明確地觀察到晶界。注意，奈米晶的來源有可能與CAAC-OS中的顆粒相同。因此，下面有時將nc-OS的結晶部稱為顆粒。
在nc-OS中，微小的區域(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)中的原子排列具有週期性。另外，nc-OS在不同的顆粒之間觀察不到結晶定向的規律性。因此，在膜整體中觀察不到配向性。所以，有時nc-OS在某些分析方法中與非晶氧化物半導體沒有差別。例如，當利用使用其束徑比顆粒大的X射線的XRD裝置藉由out-of-plane法對nc-OS進行結構分析時，檢測不到表示結晶面的峰值。在使用其束徑比顆粒大(例如，50nm以上)的電子射線對nc-OS進行電子繞射(選區電子繞射)時，觀察到類似光暈圖案的繞射圖案。另一方面，在使用其束徑近於顆粒或者比顆粒小的電子射線對nc-OS進行奈米束電子繞射時，觀察到斑點。另外，在nc-OS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。
如此，由於在顆粒(奈米晶)之間結晶定向都沒有規律性，所以也可以將nc-OS稱為包含RANC(Random Aligned nanocrystals：無規配向奈米晶)的氧化物半導體或包含NANC(Non-Aligned nanocrystals：無配向奈米晶)的氧化物半導體。
nc-OS是規律性比非晶氧化物半導體高的氧化物半導體。因此，nc-OS的缺陷態密度比非晶氧化物半導體低。但是，在nc-OS中的不同的顆粒之間觀察不到晶體配向的規律性。所以，nc-OS的缺陷態密度比CAAC-OS高。
接著，說明非晶氧化物半導體。
非晶氧化物半導體是膜中的原子排列沒有規律且不具有結晶部的氧化物半導體。其一個例子為具有如石英那樣的無定形態的氧化物半導體。
在非晶氧化物半導體的高解析度TEM影像中無法發現結晶部。
在使用XRD裝置藉由out-of-plane法對非晶氧化物半導體進行結構分析時，檢測不到表示結晶面的峰值。在對非晶氧化物半導體進行電子繞射時，觀察到光暈圖案。在對非晶氧化物半導體進行奈米束電子繞射時，觀
察不到斑點而只觀察到光暈圖案。
關於非晶結構有各種見解。例如，有時將原子排列完全沒有規律性的結構稱為完全的非晶結構(completely amorphous structure)。同時，有時也將不具有長程有序性但可以在從某個原子到最接近原子或到第二接近原子的範圍內具有規律性的結構稱為非晶結構。因此，根據最嚴格的定義，即使是略微具有原子排列的規律性的氧化物半導體也不能被稱為非晶氧化物半導體。至少不能將長程有序的氧化物半導體稱為非晶氧化物半導體。因此，由於具有結晶部，例如不能將CAAC-OS和nc-OS稱為非晶氧化物半導體或完全的非晶氧化物半導體。
注意，氧化物半導體有時具有介於nc-OS與非晶氧化物半導體之間的結構。將具有這樣的結構的氧化物半導體特別稱為amorphous-like氧化物半導體(a-like OS：amorphous-like Oxide Semiconductor)。
在a-like OS的高解析度TEM影像中有時觀察到空洞(void)。另外，在高解析度TEM影像中，有能夠明確地觀察到結晶部的區域和不能觀察到結晶部的區域。
由於a-like OS包含空洞，所以其結構不穩定。為了證明與CAAC-OS及nc-OS相比a-like OS具有不穩定的結構，下面示出電子照射所導致的結構變化。
作為進行電子照射的樣本，準備a-like OS(樣本A)、nc-OS(樣本B)和CAAC-OS(樣本C)。每個樣本都是In-Ga-Zn氧化物。
首先，取得各樣本的高解析度剖面TEM影像。由高解析度剖面TEM影像可知，每個樣本都具有結晶部。
注意，如下那樣決定將哪個部分作為一個結晶部。例如，已知InGaZnO4結晶的單位晶格具有包括三個In-O層和六個Ga-Zn-O層的9個層在c軸方
向上以層狀層疊的結構。這些彼此靠近的層的間隔與(009)面的晶格表面間隔(也稱為d值)是幾乎相等的，由結晶結構分析求出其值為0.29nm。由此，可以將晶格條紋的間隔為0.28nm以上且0.30nm以下的部分作為InGaZnO4結晶部。每個晶格條紋對應於InGaZnO4結晶的a-b面。
圖64示出調查了各樣本的結晶部(22個部分至45個部分)的平均尺寸的例子。注意，結晶部尺寸對應於上述晶格條紋的長度。由圖64可知，在a-like OS中，結晶部根據電子的累積照射量逐漸變大。明確而言，如圖64中的(1)所示，可知在利用TEM的觀察初期尺寸為1.2nm左右的結晶部(也稱為初始晶核)在累積照射量為4.2×108e-/nm2時生長到2.6nm左右。另一方面，可知nc-OS和CAAC-OS在開始電子照射時到電子的累積照射量為4.2×108e-/nm2的範圍內，結晶部的尺寸都沒有變化。明確而言，如圖64中的(2)及(3)所示，可知無論電子的累積照射量如何，nc-OS及CAAC-OS的平均結晶部尺寸都分別為1.4nm左右及2.1nm左右。
如此，有時電子照射引起a-like OS中的結晶部的生長。另一方面，可知在nc-OS和CAAC-OS中，幾乎沒有電子照射所引起的結晶部的生長。也就是說，a-like OS與CAAC-OS及nc-OS相比具有不穩定的結構。
此外，由於a-like OS包含空洞，所以其密度比nc-OS及CAAC-OS低。具體地，a-like OS的密度為具有相同組成的單晶氧化物半導體的78.6%以上且小於92.3%。nc-OS的密度及CAAC-OS的密度為具有相同組成的單晶氧化物半導體的92.3%以上且小於100%。注意，難以形成其密度小於單晶氧化物半導體的密度的78%的氧化物半導體。
例如，在原子個數比滿足In：Ga：Zn=1：1：1的氧化物半導體中，具有菱方晶系結構的單晶InGaZnO4的密度為6.357g/cm3。因此，例如，在原子個數比滿足In：Ga：Zn=1：1：1的氧化物半導體中，a-like OS的密度為5.0g/cm3以上且小於5.9g/cm3。另外，例如，在原子個數比滿足In：Ga：Zn=1：1：1的氧化物半導體中，nc-OS的密度和CAAC-OS的密度為5.9g/cm3以上且小於6.3g/cm3。
注意，有時不存在相同組成的單晶。此時，藉由以任意比例組合組成不同的單晶氧化物半導體，可以估計出相當於所希望的組成的單晶氧化物半導體的密度。根據組成不同的單晶的組合比例使用加權平均計算出相當於所希望的組成的單晶氧化物半導體的密度即可。注意，較佳為儘可能減少所組合的單晶氧化物半導體的種類來計算密度。
如上所述，氧化物半導體具有各種結構及各種特性。注意，氧化物半導體例如可以是包括非晶氧化物半導體、a-like OS、微晶氧化物半導體和CAAC-OS中的兩種以上的疊層膜。
下面對CAAC-OS和nc-OS的成膜模型的一個例子進行說明。
圖65A是示出利用濺射法形成CAAC-OS的狀況的沉積室內的示意圖。
靶材5130被黏合到底板上。在隔著底板與靶材5130相對的位置配置多個磁鐵。由該多個磁鐵產生磁場。利用磁鐵的磁場提高沉積速度的濺射法被稱為磁控濺射法。
基板5120以與靶材5130相對的方式配置，其距離d(也稱為靶材與基板之間的距離(T-S間距離))為0.01m以上且1m以下，較佳為0.02m以上且0.5m以下。沉積室內幾乎被沉積氣體(例如，氧、氬或包含5vol%以上的氧的混合氣體)充滿，並且沉積室內的壓力被控制為0.01Pa以上且100Pa以下，較佳為0.1Pa以上且10Pa以下。在此，藉由對靶材5130施加一定程度以上的電壓，開始放電且確認到電漿。由磁場在靶材5130附近形成高密度電漿區域。在高密度電漿區域中，因沉積氣體的離子化而產生離子5101。離子5101例如是氧的陽離子(O+)或氬的陽離子(Ar+)等。
這裡，靶材5130具有包括多個晶粒的多晶結構，其中至少一個晶粒包括劈開面。作為一個例子，圖66A示出靶材5130所包含的InGaZnO4結晶的結構。注意，圖66A示出從平行於b軸的方向觀察InGaZnO4結晶時的結構。由圖66A可知，在靠近的兩個Ga-Zn-O層中，每個層中的氧原子彼此配置
得很近。並且，藉由氧原子具有負電荷，在靠近的兩個Ga-Zn-O層之間產生斥力。其結果是，InGaZnO4結晶在靠近的兩個Ga-Zn-O層之間具有劈開面。
在高密度電漿區域產生的離子5101由電場向靶材5130一側被加速而碰撞到靶材5130。此時，平板狀或顆粒狀的濺射粒子的顆粒5100a和顆粒5100b從劈開面剝離而濺出。注意，顆粒5100a和顆粒5100b的結構有時會因離子5101碰撞的衝擊而產生畸變。
顆粒5100a是具有三角形(例如正三角形)的平面的平板狀或顆粒狀的濺射粒子。顆粒5100b是具有六角形(例如正六角形)的平面的平板狀或顆粒狀的濺射粒子。注意，將顆粒5100a和顆粒5100b等平板狀或顆粒狀的濺射粒子總稱為顆粒5100。顆粒5100的平面的形狀不侷限於三角形或六角形。例如，有時為組合多個三角形的形狀。例如，還有時為組合兩個三角形(例如正三角形)的四角形(例如菱形)。
根據沉積氣體的種類等決定顆粒5100的厚度。顆粒5100的厚度較佳為均勻的，其理由在後面說明。另外，與厚度大的骰子狀相比，濺射粒子較佳為厚度小的顆粒狀。例如，顆粒5100的厚度為0.4nm以上且1nm以下，較佳為0.6nm以上且0.8nm以下。另外，例如，顆粒5100的寬度為1nm以上且3nm以下，較佳為1.2nm以上且2.5nm以下。顆粒5100相當於在上述圖64中的(1)所說明的初始晶核。例如，在使離子5101碰撞包含In-Ga-Zn氧化物的靶材5130的情況下，如圖66B所示，包含Ga-Zn-O層、In-O層和Ga-Zn-O層的三個層的顆粒5100剝離。圖66C示出從平行於c軸的方向觀察剝離的顆粒5100時的結構。可以將顆粒5100的結構稱為包含兩個Ga-Zn-O層(麵包片)和In-O層(餡)的奈米尺寸的三明治結構。
有時顆粒5100在穿過電漿時，其側面帶負電或帶正電。例如，在顆粒5100中，位於其側面的氧原子有可能帶負電。因側面帶相同極性的電荷而電荷相互排斥，從而可以維持平板形狀或顆粒形狀。當CAAC-OS是In-Ga-Zn氧化物時，與銦原子鍵合的氧原子有可能帶負電。或者，與銦原子、鎵原子或鋅原子鍵合的氧原子有可能帶負電。另外，有時顆粒5100在穿過電漿
時與電漿中的銦原子、鎵原子、鋅原子和氧原子等鍵合而生長。上述圖64中的(2)和(1)的尺寸的差異相當於電漿中的生長程度。在此，當基板5120的溫度為室溫左右時，不容易產生基板5120上的顆粒5100的生長，因此成為nc-OS(參照圖65B)。由於能夠在室溫左右的溫度下進行成膜，即使基板5120的面積大也能夠形成nc-OS。注意，為了使顆粒5100在電漿中生長，提高濺射法中的成膜功率是有效的。藉由提高成膜功率，可以使顆粒5100的結構穩定。
如圖65A和圖65B所示，例如顆粒5100像風箏那樣在電漿中飛著，並輕飄飄地飛到基板5120上。由於顆粒5100帶有電荷，所以在它靠近其他顆粒5100已沉積的區域時產生斥力。在此，在基板5120的頂面產生平行於基板5120頂面的磁場(也稱為水平磁場)。另外，由於在基板5120與靶材5130之間有電位差，所以電流從基板5120向靶材5130流過。因此，顆粒5100在基板5120頂面受到由磁場和電流的作用引起的力量(勞侖茲力)。這可以由弗萊明左手定則得到解釋。
顆粒5100的質量比一個原子大。因此，為了在基板5120頂面移動，重要的是從外部施加某些力量。該力量之一有可能是由磁場和電流的作用產生的力量。為了對顆粒5100施加充分的力量以便顆粒5100在基板5120頂面移動，較佳為在基板5120頂面設置平行於基板5120頂面的磁場為10G以上，較佳為20G以上，更佳為30G以上，進一步較佳為50G以上的區域。或者，較佳為在基板5120頂面設置平行於基板5120頂面的磁場為垂直於基板5120頂面的磁場的1.5倍以上，較佳為2倍以上，更佳為3倍以上，進一步較佳為5倍以上的區域。
此時，藉由磁鐵與基板5120相對地移動或旋轉，基板5120頂面的水平磁場的方向不斷地變化。因此，在基板5120頂面，顆粒5100受到各種方向的力量而可以向各種方向移動。
另外，如圖65A所示，當基板5120被加熱時，顆粒5100與基板5120之間的由摩擦等引起的電阻小。其結果是，顆粒5100在基板5120頂面下滑。顆粒5100的移動發生在使其平板面朝向基板5120的狀態下。然後，
當顆粒5100到達已沉積的其他顆粒5100的側面時，它們的側面彼此鍵合。此時，顆粒5100的側面的氧原子脫離。CAAC-OS中的氧缺陷有時被所脫離的氧原子填補，因此形成缺陷態密度低的CAAC-OS。注意，基板5120的頂面溫度例如為100℃以上且小於500℃、150℃以上且小於450℃或170℃以上且小於400℃即可。因此，即使基板5120的面積大也能夠形成CAAC-OS。
另外，藉由在基板5120上加熱顆粒5100，原子重新排列，從而離子5101的碰撞所引起的結構畸變得到緩和。畸變得到緩和的顆粒5100幾乎成為單晶。由於顆粒5100幾乎成為單晶，即使顆粒5100在彼此鍵合之後被加熱也幾乎不會發生顆粒5100本身的伸縮。因此，不會發生顆粒5100之間的空隙擴大導致晶界等缺陷的形成而成為裂縫(crevasse)的情況。
CAAC-OS不是如一張平板的單晶氧化物半導體，而是具有如磚塊或塊體堆積起來那樣的顆粒5100(奈米晶)的集合體的排列的結構。另外，顆粒5100之間沒有晶界。因此，即使因成膜時的加熱、成膜後的加熱或彎曲等而發生CAAC-OS的收縮等變形，也能夠緩和局部應力或解除畸變。因此，這是適合用於具有撓性的半導體裝置的結構。注意，nc-OS具有顆粒5100(奈米晶)無序地堆積起來那樣的排列。
當使離子5101碰撞靶材5130時，有時不僅是顆粒5100，氧化鋅等也剝離。氧化鋅比顆粒5100輕，因此先到達基板5120的頂面。並且形成0.1nm以上且10nm以下、0.2nm以上且5nm以下或0.5nm以上且2nm以下的氧化鋅層5102。圖67A至圖67D示出剖面示意圖。
如圖67A所示，在氧化鋅層5102上沉積顆粒5105a和顆粒5105b。在此，顆粒5105a和顆粒5105b的側面彼此接觸。另外，顆粒5105c在沉積到顆粒5105b上後，在顆粒5105b上滑動。此外，在顆粒5105a的其他側面上，與氧化鋅一起從靶材剝離的多個粒子5103因來自基板5120的熱量而晶化，由此形成區域5105a1。注意，多個粒子5103有可能包含氧、鋅、銦和鎵等。
然後，如圖67B所示，區域5105a1與顆粒5105a變為一體而成為顆粒
5105a2。另外，顆粒5105c的側面與顆粒5105b的其他側面接觸。
接著，如圖67C所示，顆粒5105d在沉積到顆粒5105a2上和顆粒5105b上後，在顆粒5105a2上和顆粒5105b上滑動。另外，顆粒5105e在氧化鋅層5102上向顆粒5105c的其他側面滑動。
然後，如圖67D所示，顆粒5105d的側面與顆粒5105a2的側面接觸。另外，顆粒5105e的側面與顆粒5105c的其他側面接觸。此外，在顆粒5105d的其他側面上，與氧化鋅一起從靶材5130剝離的多個粒子5103因來自基板5120的熱量而晶化，由此形成區域5105d1。
如上所述，藉由所沉積的顆粒彼此接觸，並且在顆粒的側面發生生長，在基板5120上形成CAAC-OS。因此，CAAC-OS的顆粒的每一個都比nc-OS的顆粒大。上述圖64中的(3)和(2)的尺寸的差異相當於沉積之後的生長程度。
當顆粒彼此之間的空隙極小時，有時形成有一個大顆粒。一個大顆粒具有單晶結構。例如，從頂面看來顆粒的尺寸有時為10nm以上且200nm以下、15nm以上且100nm以下或20nm以上且50nm以下。此時，有時在用於微細的電晶體的氧化物半導體中，通道形成區域容納在一個大顆粒中。也就是說，可以將具有單晶結構的區域用作通道形成區域。另外，當顆粒變大時，有時可以將具有單晶結構的區域用作電晶體的通道形成區域、源極區域和汲極區域。
如此，藉由電晶體的通道形成區域等形成在具有單晶結構的區域中，有時可以提高電晶體的頻率特性。
如上述模型那樣，可以認為顆粒5100沉積到基板5120上。因此，可知即使被形成面不具有結晶結構，也能夠形成CAAC-OS，這是與磊晶生長不同的。此外，CAAC-OS不需要雷射晶化，並且在大面積的玻璃基板等上也能夠均勻地進行成膜。例如，即使基板5120的頂面(被形成面)結構為非晶結構(例如非晶氧化矽)，也能夠形成CAAC-OS。
另外，可知即使作為被形成面的基板5120頂面具有凹凸，在CAAC-OS中顆粒5100也根據基板5120頂面的形狀排列。例如，當基板5120的頂面在原子級別上平坦時，顆粒5100以使其平行於a-b面的平板面朝下的方式排列。當顆粒5100的厚度均勻時，形成厚度均勻、平坦且結晶性高的層。並且，藉由層疊n個(n是自然數)該層，可以得到CAAC-OS。
另一方面，在基板5120的頂面具有凹凸的情況下，CAAC-OS也具有顆粒5100沿凹凸排列的層層疊為n個(n是自然數)層的結構。由於基板5120具有凹凸，在CAAC-OS中有時容易在顆粒5100之間產生空隙。注意，此時，由於在顆粒5100之間產生分子間力，所以即使有凹凸，顆粒也以儘可能地減小它們之間的空隙的方式排列。因此，即使有凹凸也可以得到結晶性高的CAAC-OS。
因為根據這樣的模型形成CAAC-OS，所以濺射粒子較佳為厚度小的顆粒狀。注意，當濺射粒子為厚度大的骰子狀時，朝向基板5120上的面不固定，所以有時不能使厚度或結晶的配向均勻。
根據上述成膜模型，即使在具有非晶結構的被形成面上也可以形成結晶性高的CAAC-OS。
下面，參照圖1A至圖1C說明作為包含過量氧或/及氫陷阱的絕緣體的一個例子的包含氟的氧化矽。
假定相對於一個矽原子具有兩個氧原子的氧化矽(SiO2)。如圖1A所示，一個矽原子與四個氧原子鍵合。另外，一個氧原子與兩個矽原子鍵合。
當兩個氟原子進入氧化矽中時，與兩個矽原子鍵合的一個氧原子的鍵合斷開(…Si-O-Si…+2F→…Si- -O- -Si…+2F)。於是，該與氧原子的鍵合斷開的矽原子鍵合於氟原子(…Si- -O- -Si…+2F→…Si-F F-Si…+O)。此時，鍵合斷開的氧原子成為過量氧(參照圖1B)。
氧化矽所包含的過量氧能夠降低氧化物半導體的氧缺陷。氧化物半導體的氧缺陷成為電洞陷阱等。因此，在氧化矽包含過量氧時，電晶體可以具有穩定的電特性。
此外，當一個氟原子及一個氫原子進入氧化矽中時，與一個矽原子鍵合的四個氧原子中的一個氧原子的鍵合斷開(…Si-O-Si…+F+H→…Si- -O-Si…+F+H)。於是，與氧原子的鍵合斷開的矽原子鍵合於氟原子(…Si- -O-Si…+F+H→…Si-F -O-Si…+H)。再者，與矽原子鍵合的氧原子鍵合於氫原子而終止(…Si-F -O-Si…+H→…Si-F H-O-Si…，參照圖1C)。
藉由使氧化矽包括氫陷阱，能夠降低氧化物半導體的氫濃度。注意，氧化物半導體中的氫成為雜質。例如，當氫進入氧化物半導體中的氧缺陷部時，有時會產生作為載子的電子。因此，藉由使氧化矽包括氫陷阱，能夠降低通道形成區域中的載子密度。其結果是，可以使電晶體的臨界電壓向正方向漂移相當於載子密度的減少的量。亦即，可以使電晶體的電特性接近於常關閉特性。注意，在被氧化矽俘獲的氫中，脫離所需的能量較高。因此，不容易發生被氧化矽俘獲的氫的脫離。
如此，當氟進入氧化矽中時，會產生過量氧或/及氫陷阱。注意，在藉由降低氧化物半導體中的氧缺陷而使過量氧被消耗的情況下，氧化矽中的氧的量比氟進入之前減少。另外，當俘獲氧化物半導體中的氫時，氧化矽中的氫的量比氟進入之前增多。
為了使電晶體具有穩定的電特性並使其特性接近於常關閉的電特性，使氧化矽充分地包含過量氧及氫陷阱即可。為此，例如，使氧化矽中的氟濃度高於氫濃度，即可。氧化矽中的氟濃度及氫濃度例如可以利用SIMS、拉塞福背散射光譜學法(RBS：Rutherford Backscattering Spectrometry)及氫前方散射法(HFS：Hydrogen Forward Scattering Spectrometry)等進行比較。
在此，參照圖68A至圖68C說明在進行加熱處理時能夠使用的爐的控制方法。用於說明的加熱處理的氛圍只是一個例子，所以可以適當地改變。
圖68A是切換氛圍而進行兩次加熱處理的例子。首先，將被處理物放入爐中。接著，對爐中添加氮氣體，將爐中的溫度設定為第一溫度。接著，以1小時升溫到第二溫度。接著，保持第二溫度1小時。接著，以1小時降溫到第三溫度。接著，對爐中添加氮氣體及氧氣體。接著，保持第三溫度1小時。接著，以1小時升溫到第四溫度。接著，保持第四溫度1小時。接著，以1小時降溫到第五溫度。接著，從爐中取出被處理物。
注意，第一溫度、第三溫度及第五溫度在能夠放入及取出被處理物的溫度範圍(例如，50℃以上且200℃以下)內。若第一溫度、第三溫度及第五溫度過低，用於降溫的時間則變長而有時生產率降低。若第一溫度及第五溫度過高，則在放入及取出被處理物時有時使被處理物受損。第二溫度及第四溫度是各氛圍中的加熱處理的最高溫度(例如，250℃以上且650℃以下)。在本說明書中，當記載為“進行加熱處理的時間”時，指在各氛圍中保持最高溫度的時間。
在圖68A所示的方法中，可知當在兩種氛圍中各進行1小時的加熱處理時，總共需要7小時。
圖68B是不切換氛圍而進行一次加熱處理的例子。首先，將被處理物放入爐中。接著，對爐中添加清潔乾燥空氣(CDA：Clean Dry Air)，將爐中的溫度設定為第六溫度。CDA是含水量為20ppm以下、1ppm以下或10ppb以下的空氣。接著，以1小時升溫到第七溫度。接著，保持第七溫度2小時。接著，以1小時降溫到第八溫度。接著，從爐中取出被處理物。
注意，第六溫度及第八溫度在能夠放入及取出被處理物的溫度範圍內。第七溫度是加熱處理的最高溫度。
在圖68B所示的方法中，可知當在一種氛圍中進行2小時的加熱處理
時，總共需要4小時。
圖68C是切換氛圍而進行一次加熱處理的例子。首先，將被處理物放入爐中。接著，對爐中添加氮氣體，將爐中的溫度設定為第九溫度。接著，以1小時升溫到第十溫度。接著，對爐中添加CDA。接著，保持第十溫度1小時。接著，以1小時降溫到第十一溫度。接著，從爐中取出被處理物。
注意，第九溫度及第十一溫度在能夠放入及取出被處理物的溫度範圍內。第十溫度是各氛圍中的加熱處理的最高溫度。
在圖68C所示的方法中，可知當在兩種氛圍中進行2小時的加熱處理時，總共需要4小時。
藉由以圖68B及圖68C所示的方法進行加熱處理，可以使加熱處理的時間比以圖68A所示的方法進行加熱處理的時間短。其結果是，可以提高半導體裝置的生產率。
下面，對本發明的一個實施方式的電晶體進行說明。
圖10A、圖11A、圖12A、圖13A及圖14A是說明電晶體的製造方法的俯視圖。在各俯視圖中記載有點劃線B1-B2及點劃線B3-B4，並且圖10B、圖11B、圖12B、圖13B及圖14B示出對應於該點劃線的剖面圖。
首先，準備基板400。
接著，形成導電體。導電體可以使用濺射法、CVD法、MBE法、PLD法或ALD法等形成。
接著，在導電體上形成光阻劑等，並利用該光阻劑進行加工，由此形成導電體413。注意，在只記載為形成光阻劑的情況下，也包括在光阻劑下形成防反射層的情況。
接著，形成絕緣體402(參照圖10A及圖10B)。絕緣體402可以使用濺射法、CVD法、MBE法、PLD法或ALD法等形成。
接著，也可以藉由對絕緣體402添加氟離子使絕緣體402包含過量氧及氫陷阱。氟離子的添加例如可以藉由離子植入法以如下條件進行：加速電壓為2kV以上且100kV以下，較佳為5kV以上且50kV以下，劑量為1×1014ions/cm2以上且5×1016ions/cm2以下，較佳為5×1014ions/cm2以上且1×1016ions/cm2以下。
在此，當絕緣體402具有依次形成第一絕緣體及第二絕緣體的疊層結構時，較佳為以第一絕緣體中的濃度高於第二絕緣體中的濃度的方式進行氟離子的添加。換言之，較佳為以第二絕緣體中的濃度低於第一絕緣體中的濃度的方式進行氟離子的添加。由此，可以抑制所添加的氟混入到後面形成的半導體中的情況。例如，有時可以抑制起因於半導體中的氟的載子密度的増加。另外，第二絕緣體較佳為具有氧透過性。例如，較佳為具有高於後面形成的半導體406a的氧透過性。
另外，絕緣體402較佳為具有氫阻擋性。例如，絕緣體402較佳為具有高於後面形成的絕緣體412的氫阻擋性。藉由使絕緣體402具有氫阻擋性，可以抑制氫混入到後面形成的半導體406a及半導體406b等中的情況。因此，可以提供一種電特性優異的電晶體。
接著，形成成為半導體406a的半導體。成為半導體406a的半導體可以使用濺射法、CVD法、MBE法、PLD法或ALD法等形成。
接著，也可以藉由添加氧離子使成為半導體406a的半導體包含過量氧。例如，利用離子植入法並採用2kV以上且10kV以下的加速電壓及5×1014ions/cm2以上且5×1016ions/cm2以下的劑量進行氧的添加，即可。
接著，也可以藉由添加氟離子使絕緣體402包含過量氧及氫陷阱。氟離子的添加例如可以藉由離子植入法以如下條件進行：加速電壓為5kV以
上且200kV以下，較佳為20kV以上且100kV以下，劑量為1×1014ions/cm2以上且5×1016ions/cm2以下，較佳為5×1014ions/cm2以上且1×1016ions/cm2以下。注意，對成為半導體406a的半導體的氧離子的添加與對絕緣體402的氟離子的添加也可以調換順序來進行。
接著，形成成為半導體406b的半導體。成為半導體406b的半導體可以使用濺射法、CVD法、MBE法、PLD法或ALD法等形成。注意，藉由以不暴露於大氣的方式連續形成成為半導體406a的半導體和成為半導體406b的半導體，可以減少雜質向膜中及介面的混入。
接著，較佳為進行加熱處理。藉由進行加熱處理，有時可以降低成為半導體406a的半導體及成為半導體406b的半導體中的氫濃度。另外，有時可以減少成為半導體406a的半導體及成為半導體406b的半導體的氧缺陷。加熱處理以250℃以上且650℃以下的溫度，較佳為以450℃以上且600℃以下的溫度，更佳為以520℃以上且570℃以下的溫度進行即可。加熱處理在惰性氣體氛圍或者包含10ppm以上、1%以上或10%以上的氧化性氣體的氛圍下進行。加熱處理也可以在減壓狀態下進行。或者，也可以以如下方法進行加熱處理：在惰性氣體氛圍下進行加熱處理之後，為了填補脫離了的氧而在包含10ppm以上、1%以上或10%以上的氧化性氣體的氛圍下進行另一個加熱處理。藉由進行加熱處理，可以提高成為半導體406a的半導體及成為半導體406b的半導體的結晶性，並可以去除氫或水等雜質。
接著，在成為半導體406b的半導體上形成光阻劑等，並利用該光阻劑進行加工，由此形成半導體406b及半導體406a(參照圖11A及圖11B)。
接著，形成導電體。導電體可以使用濺射法、CVD法、MBE法、PLD法或ALD法等形成。
接著，在導電體上形成光阻劑等，並利用該光阻劑進行加工，由此形成導電體416a及導電體416b(參照圖12A及圖12B)。
例如，當將導電體413用作閘極電極、將絕緣體402用作閘極絕緣體、
將導電體416a用作源極電極、將導電體416b用作汲極電極時，藉由完成至圖12A及圖12B所示的步驟，可以獲得底閘極結構的電晶體。
接著，形成絕緣體412。絕緣體412可以使用濺射法、CVD法、MBE法、PLD法或ALD法等形成。在形成絕緣體412前，也可以對半導體406a的表面、半導體406b的表面、導電體416a的表面及導電體416b的表面進行蝕刻。例如，可以利用含有稀有氣體的電漿進行蝕刻。然後，藉由以不暴露於大氣的方式連續形成絕緣體412，可以減少雜質向半導體406a、半導體406b、導電體416a、導電體416b與絕緣體412的介面的混入。存在於膜與膜的介面等的雜質有時比膜中的雜質更容易擴散。因此，藉由減少該雜質的混入，可以使電晶體具有穩定的電特性。
接著，形成絕緣體422(參照圖13A及圖13B)。絕緣體422可以使用濺射法、CVD法、MBE法、PLD法或ALD法等形成。注意，藉由以不暴露於大氣的方式連續形成絕緣體412和絕緣體422，可以減少雜質向膜中及介面的混入。
作為絕緣體422，例如可以使用包含硼、碳、氮、氧、氟、鎂、鋁、矽、磷、氯、氬、鎵、鍺、釔、鋯、鑭、釹、鉿或鉭的絕緣體的單層或疊層。例如，作為絕緣體422，可以使用氧化鋁、氧化鎂、氧化矽、氧氮化矽、氮氧化矽、氮化矽、氧化鎵、氧化鍺、氧化釔、氧化鋯、氧化鑭、氧化釹、氧化鉿或氧化鉭形成。
接著，也可以添加氟。氟離子的添加例如可以藉由離子植入法以如下條件進行：加速電壓為5kV以上且200kV以下，較佳為20kV以上且100kV以下，劑量為1×1014ions/cm2以上且5×1016ions/cm2以下，較佳為5×1014ions/cm2以上且1×1016ions/cm2以下。
較佳為以絕緣體412中的濃度高於絕緣體422中的濃度的方式進行氟離子的添加。換言之，較佳為以絕緣體422的濃度低於絕緣體412的濃度的方式進行氟離子的添加。另外，絕緣體422較佳為具有氧阻擋性。例如，較佳為具有高於絕緣體412的氧阻擋性。例如，作為絕緣體422，可以使用
包含氧化鋁、氧化鎂、氮氧化矽、氮化矽、氧化鎵、氧化鍺、氧化釔、氧化鋯、氧化鑭、氧化釹、氧化鉿及氧化鉭中的一種以上的絕緣體。尤其較佳為使用氮化矽及氮氧化矽。
接著，形成導電體。導電體可以使用濺射法、CVD法、MBE法、PLD法或ALD法等形成。
接著，在導電體上形成光阻劑等，並利用該光阻劑對導電體進行加工，由此形成導電體404(參照圖14A及圖14B)。另外，也可以使用該光阻劑或導電體404對絕緣體412或/及絕緣體422進行加工。
接著，可以形成絕緣體。絕緣體可以使用濺射法、CVD法、MBE法、PLD法或ALD法等形成。
作為上述絕緣體，例如可以使用包含硼、碳、氮、氧、氟、鎂、鋁、矽、磷、氯、氬、鎵、鍺、釔、鋯、鑭、釹、鉿或鉭的絕緣體的單層或疊層。該絕緣體較佳為使用包含氧化鋁、氮氧化矽、氮化矽、氧化鎵、氧化釔、氧化鋯、氧化鑭、氧化釹、氧化鉿或氧化鉭的絕緣體的單層或疊層。
接著，也可以藉由添加氟離子使上述絕緣體包含過量氧及氫陷阱。氟離子的添加例如可以藉由離子植入法以如下條件進行：加速電壓為5kV以上且200kV以下，較佳為20kV以上且100kV以下，劑量為1×1014ions/cm2以上且5×1016ions/cm2以下，較佳為5×1014ions/cm2以上且1×1016ions/cm2以下。
在此，當上述絕緣體具有依次形成第一絕緣體及第二絕緣體的疊層結構時，較佳為以第一絕緣體中的濃度高於第二絕緣體中的濃度的方式進行氟離子的添加。換言之，較佳為以第二絕緣體中的濃度低於第一絕緣體中的濃度的方式進行氟離子的添加。另外，第二絕緣體較佳為具有氧阻擋性。例如，較佳為具有高於第一絕緣體的氧阻擋性。
另外，絕緣體較佳為具有氫阻擋性。例如，絕緣體例如較佳為具有高
於絕緣體402或絕緣體412的氫阻擋性。藉由使絕緣體具有氫阻擋性，可以抑制氫混入到半導體406a及半導體406b等中的情況。因此，可以提供一種電特性優異的電晶體。
藉由上述製程，可以製造本發明的一個實施方式的電晶體。
圖14A及圖14B所示的電晶體中的絕緣體402或/及絕緣體412等包含過量氧及氫陷阱。利用這些作用可以減少半導體406a或/及半導體406b的氧缺陷或氫。換言之，可以獲得一種具有優異的電特性的電晶體。
如圖14B所示，電晶體具有s-channel結構。
注意，也可以不形成導電體413(參照圖15A)。另外，也可以將絕緣體412及絕緣體422加工成大於導電體404的形狀，亦即，絕緣體412的端部及絕緣體422的端部比導電體404的端部突出(參照圖15B)。在對導電體404進行加工時，也可以對絕緣體412及絕緣體422進行加工(參照圖15C)。B1-B2剖面中的導電體413的寬度也可以大於半導體406b(參照圖16A)。導電體413與導電體404也可以藉由開口部接觸(參照圖16B)。另外，也可以不設置導電體404(參照圖16C)。
在此，有時在半導體406a與半導體406b之間具有半導體406a和半導體406b的混合區域。混合區域的缺陷態密度較低。因此，在半導體406a和半導體406b的疊層體的能帶結構中，各層之間的介面及介面附近的能量連續地變化(也稱為連續接合)(參照圖17A)。注意，有時不能明確地分辨半導體406a及半導體406b的介面。
此時，電子不在半導體406a中而主要在半導體406b中移動。如上所述，藉由降低半導體406a與半導體406b的介面處的缺陷態密度，在半導體406b中妨礙電子移動的情況減少，從而可以提高電晶體的通態電流。注意，也可以將半導體406a與半導體406b的特性調換。在該情況下，成為圖17B所示的帶圖。
越減少妨礙電子移動的要素，越能夠提高電晶體的通態電流。例如，在沒有妨礙電子移動的要素的情況下，可以推測電子會高效率地移動。例如，在通道形成區域中的物理性凹凸較大的情況下電子的移動也會被妨礙。
上述雙層結構是一個例子。例如，也可以採用不設置半導體406a的結構。或者，也可以採用在半導體406b上設置作為半導體406a例示的半導體中的任何一個半導體的結構。或者，也可以採用在半導體406a上或下設置作為半導體406a和半導體406b例示的半導體中的任何一個半導體的三層結構。或者，也可以採用在半導體406a上、半導體406a下、半導體406b上、半導體406b下中的任何兩個以上的位置設置作為半導體406a和半導體406b例示的半導體中的任一個以上的半導體的n層結構(n為5以上的整數)。
接著，說明其一部分的形狀不同的電晶體的製造方法。圖18A、圖19A、圖20A、圖21A、圖22A、圖23A及圖24A是說明電晶體的製造方法的俯視圖。各俯視圖中記載有點劃線F1-F2及點劃線F3-F4，並且圖18B、圖19B、圖20B、圖21B、圖22B、圖23B及圖24B示出對應於該點劃線的剖面圖。
首先，準備基板500。基板500參照關於基板400的記載。
接著，形成導電體。導電體可以使用濺射法、CVD法、MBE法、PLD法或ALD法等形成。
接著，在導電體上形成光阻劑等，並對該光阻劑進行加工，由此形成導電體513。導電體513參照導電體413的記載。
接著，形成絕緣體。絕緣體可以使用濺射法、CVD法、MBE法、PLD法或ALD法等形成。
接著，藉由以成為與基板500的底面平行的形狀的方式從絕緣體的頂
面向底面進行蝕刻，使導電體513露出，由此形成絕緣體503(參照圖18A及圖18B)。藉由以這樣的方法形成絕緣體503，可以使導電體513的頂面高度與絕緣體503的頂面高度大致相同。因此，可以抑制後面的製程中的形狀不良。
接著，形成絕緣體502(參照圖19A及圖19B)。絕緣體502可以使用濺射法、CVD法、MBE法、PLD法或ALD法等形成。絕緣體502參照關於絕緣體402的記載。
接著，也可以藉由對絕緣體502添加氟離子使絕緣體502包含過量氧及氫陷阱。氟離子的添加例如可以藉由離子植入法以如下條件進行：加速電壓為2kV以上且100kV以下，較佳為5kV以上且50kV以下，劑量為1×1014ions/cm2以上且5×1016ions/cm2以下，較佳為5×1014ions/cm2以上且1×1016ions/cm2以下。
接著，形成半導體536a。半導體536a可以使用濺射法、CVD法、MBE法、PLD法或ALD法等形成。半導體536a參照關於成為半導體406a的半導體的記載。
接著，形成半導體536b。半導體536b可以使用濺射法、CVD法、MBE法、PLD法或ALD法等形成。半導體536b參照關於成為半導體406b的半導體的記載。注意，藉由以不暴露於大氣的方式連續形成半導體536a和半導體536b，可以減少雜質向膜中及介面的混入。
接著，較佳為進行加熱處理。加熱處理以250℃以上且650℃以下的溫度，較佳為以450℃以上且600℃以下的溫度，更佳為以520℃以上且570℃以下的溫度進行即可。加熱處理在惰性氣體氛圍或者包含10ppm以上、1%以上或10%以上的氧化性氣體的氛圍下進行。加熱處理也可以在減壓狀態下進行。或者，也可以以如下方法進行加熱處理：在惰性氣體氛圍下進行加熱處理之後，為了填補脫離了的氧而在包含10ppm以上、1%以上或10%以上的氧化性氣體的氛圍下進行另一個加熱處理。藉由進行加熱處理，可以提高半導體536a及半導體536b的結晶性，並可以去除氫或水等雜質。
接著，形成導電體。導電體可以使用濺射法、CVD法、MBE法、PLD法或ALD法等形成。該導電體參照關於成為導電體416a及導電體416b的導電體的記載。
接著，在導電體上形成光阻劑等，並利用該光阻劑進行加工，由此形成導電體516a及導電體516b(參照圖20A及圖20B)。
接著，在半導體536b上形成光阻劑等，並利用該光阻劑、導電體516a及導電體516b進行加工，由此形成半導體506b及半導體506a(參照圖21A及圖21B)。
注意，也可以在形成導電體後，以下面所示的方法形成導電體516a、導電體516b、半導體506a及半導體506b。
首先，在導電體上形成光阻劑等，並利用該光阻劑進行加工，由此形成導電體516、半導體506b及半導體506a(參照圖24A及圖24B)。此時，也可以先去除光阻劑，再利用導電體516進行加工來形成半導體506b及半導體506a。
接著，在導電體516上形成光阻劑等，並利用該光阻劑進行加工，由此形成導電體516a及導電體516b(參照圖21A及圖21B)。
接著，形成半導體536c。半導體536c可以使用濺射法、CVD法、MBE法、PLD法或ALD法等形成。半導體536c參照關於半導體436c的記載。
接著，形成絕緣體542。絕緣體542可以使用濺射法、CVD法、MBE法、PLD法或ALD法等形成。絕緣體542參照關於絕緣體442的記載。
接著，也可以藉由添加氟離子使絕緣體542包含過量氧及氫陷阱。氟離子的添加例如可以藉由離子植入法以如下條件進行：加速電壓為5kV以上且200kV以下，較佳為20kV以上且100kV以下，劑量為1×1014ions/cm2
以上且5×1016ions/cm2以下，較佳為5×1014ions/cm2以上且1×1016ions/cm2以下。
接著，形成導電體534(參照圖22A及圖22B)。導電體534可以使用濺射法、CVD法、MBE法、PLD法或ALD法等形成。導電體534參照關於導電體434的記載。
接著，在導電體534上形成光阻劑等，並利用該光阻劑進行加工，由此形成導電體504。另外，利用該光阻劑或導電體504對絕緣體542進行加工，由此形成絕緣體512。另外，利用該光阻劑、導電體504或絕緣體542對半導體536c進行加工，由此形成半導體506c(參照圖23A及圖23B)。注意，雖然在此以半導體506c、絕緣體512及導電體504的頂面形狀相同的方式進行加工，但是並不侷限於該形狀。例如，也可以利用不同的光阻劑對絕緣體512及導電體504進行加工。例如，既可以在形成絕緣體512後形成成為導電體504的導電體，又可以在形成導電體504後，在成為絕緣體512的絕緣體上另外形成光阻劑等。另外，例如，半導體506c也可以被鄰接的電晶體等共同使用。
接著，可以形成絕緣體。絕緣體可以使用濺射法、CVD法、MBE法、PLD法或ALD法等形成。
作為上述絕緣體，例如可以使用包含硼、碳、氮、氧、氟、鎂、鋁、矽、磷、氯、氬、鎵、鍺、釔、鋯、鑭、釹、鉿或鉭的絕緣體的單層或疊層。該絕緣體較佳為使用包含氧化鋁、氮氧化矽、氮化矽、氧化鎵、氧化釔、氧化鋯、氧化鑭、氧化釹、氧化鉿或氧化鉭的絕緣體的單層或疊層。
上述絕緣體較佳為具有阻擋層的功能。該絕緣體例如具有遮擋氧或/及氫的功能。或者，例如，該絕緣體的遮擋氧或/及氫的功能較佳為高於絕緣體502或絕緣體512。
接著，也可以藉由添加氟離子使上述絕緣體包含過量氧及氫陷阱。氟離子的添加例如可以藉由離子植入法以如下條件進行：加速電壓為5kV以
上且200kV以下，較佳為20kV以上且100kV以下，劑量為1×1014ions/cm2以上且5×1016ions/cm2以下，較佳為5×1014ions/cm2以上且1×1016ions/cm2以下。
藉由上述製程，可以製造本發明的一個實施方式的電晶體。
圖23B所示的電晶體中的絕緣體502或/及絕緣體512等包含過量氧及氫陷阱。利用這些作用可以減少半導體506a、半導體506b或半導體506c的氧缺陷或氫。換言之，可以提供一種具有優異的電特性的電晶體。
如圖23B所示，電晶體具有s-channel結構。另外，在該結構中，來自導電體504及導電體513的電場不容易在半導體506b的側面被導電體516a及導電體516b等阻礙。
注意，也可以不形成導電體513(參照圖25A)。另外，絕緣體512、半導體506c也可以是比導電體504突出的形狀(參照圖25B)。另外，也可以不對絕緣體542、半導體536c進行加工(參照圖25C)。F1-F2剖面中的導電體513的寬度也可以大於半導體506b(參照圖26A)。導電體513與導電體504也可以藉由開口部接觸(參照圖26B)。另外，也可以不設置導電體504(參照圖26C)。
接著，說明其一部分的形狀與上述電晶體不同的電晶體的製造方法。圖27A、圖28A、圖29A、圖30A、圖31A、圖32A及圖33A是說明電晶體的製造方法的俯視圖。各俯視圖中記載有點劃線G1-G2及點劃線G3-G4，並且圖27B、圖28B、圖29B、圖30B、圖31B、圖32B及圖33B示出對應於該點劃線的剖面圖。
首先，準備基板500。
接著，形成導電體。導電體可以使用濺射法、CVD法、MBE法、PLD法或ALD法等形成。
接著，在導電體上形成光阻劑等，並對該光阻劑進行加工，由此形成導電體513。
接著，形成絕緣體。絕緣體可以使用濺射法、CVD法、MBE法、PLD法或ALD法等形成。
接著，藉由以成為與基板500的底面平行的形狀的方式從絕緣體的頂面向底面進行蝕刻，使導電體513露出，由此形成絕緣體503(參照圖27A及圖27B)。藉由以這樣的方法形成絕緣體503，可以使導電體513的頂面高度與絕緣體503的頂面高度大致相同。因此，可以抑制後面的製程中的形狀不良。
接著，形成絕緣體502(參照圖28A及圖28B)。絕緣體502可以使用濺射法、CVD法、MBE法、PLD法或ALD法等形成。
接著，也可以藉由對絕緣體502添加氟離子使絕緣體502包含過量氧及氫陷阱。氟離子的添加例如可以藉由離子植入法以如下條件進行：加速電壓為2kV以上且100kV以下，較佳為5kV以上且50kV以下，劑量為1×1014ions/cm2以上且5×1016ions/cm2以下，較佳為5×1014ions/cm2以上且1×1016ions/cm2以下。
在此，當絕緣體502具有依次形成第一絕緣體及第二絕緣體的疊層結構時，較佳為以第一絕緣體中的濃度高於第二絕緣體中的濃度的方式進行氟離子的添加。換言之，較佳為以第二絕緣體中的濃度低於第一絕緣體中的濃度的方式進行氟離子的添加。由此，可以抑制所添加的氟混入到後面形成的半導體中的情況。例如，有時可以抑制起因於半導體中的氟的載子密度的増加。另外，第二絕緣體較佳為具有氧透過性。例如，較佳為具有高於後面形成的半導體506a的氧透過性。
另外，絕緣體502較佳為具有氫阻擋性。例如，絕緣體502較佳為具有高於後面形成的絕緣體512的氫阻擋性。藉由使絕緣體502具有氫阻擋
性，可以抑制氫混入到後面形成的半導體506a及半導體506b等中的情況。因此，可以提供一種電特性優異的電晶體。
接著，形成半導體536a。半導體536a可以使用濺射法、CVD法、MBE法、PLD法或ALD法等形成。
接著，形成半導體536b。半導體536b可以使用濺射法、CVD法、MBE法、PLD法或ALD法等形成。注意，藉由以不暴露於大氣的方式連續形成半導體536a和半導體536b，可以減少雜質向膜中及介面的混入。
接著，較佳為進行加熱處理。加熱處理以250℃以上且650℃以下的溫度，較佳為以450℃以上且600℃以下的溫度，更佳為以520℃以上且570℃以下的溫度進行即可。加熱處理在惰性氣體氛圍或者包含10ppm以上、1%以上或10%以上的氧化性氣體的氛圍下進行。加熱處理也可以在減壓狀態下進行。或者，也可以以如下方法進行加熱處理：在惰性氣體氛圍下進行加熱處理之後，為了填補脫離了的氧而在包含10ppm以上、1%以上或10%以上的氧化性氣體的氛圍下進行另一個加熱處理。藉由進行加熱處理，可以提高半導體536a及半導體536b的結晶性，並可以去除氫或水等雜質。
接著，形成導電體。導電體可以使用濺射法、CVD法、MBE法、PLD法或ALD法等形成。
接著，在導電體上形成光阻劑等，並利用該光阻劑進行加工，由此形成導電體516a及導電體516b(參照圖29A及圖29B)。
接著，在半導體536b上形成光阻劑等，並利用該光阻劑、導電體516a及導電體516b進行加工，由此形成半導體506b及半導體506a(參照圖30A及圖30B)。
注意，也可以在形成導電體後，以下面所示的方法形成導電體516a、導電體516b、半導體506a及半導體506b。
首先，在導電體上形成光阻劑等，並利用該光阻劑進行加工，由此形成導電體516、半導體506b及半導體506a(參照圖33A及圖33B)。此時，也可以先去除光阻劑，再利用導電體516進行加工來形成半導體506b及半導體506a。
接著，在導電體516上形成光阻劑等，並利用該光阻劑進行加工，由此形成導電體516a及導電體516b(參照圖30A及圖30B)。
接著，形成絕緣體512。絕緣體512可以使用濺射法、CVD法、MBE法、PLD法或ALD法等形成。
接著，形成絕緣體522(參照圖31A及圖31B)。絕緣體522可以使用濺射法、CVD法、MBE法、PLD法或ALD法等形成。絕緣體522參照關於絕緣體422的記載。
接著，也可以添加氟離子。氟離子的添加例如可以藉由離子植入法以如下條件進行：加速電壓為5kV以上且200kV以下，較佳為20kV以上且100kV以下，劑量為1×1014ions/cm2以上且5×1016ions/cm2以下，較佳為5×1014ions/cm2以上且1×1016ions/cm2以下。
較佳為以絕緣體512中的濃度高於絕緣體522中的濃度的方式進行氟離子的添加。換言之，較佳為以絕緣體522的濃度低於絕緣體512的濃度的方式進行氟離子的添加。另外，絕緣體522較佳為具有氧阻擋性。例如，較佳為具有高於絕緣體512的氧阻擋性。例如，作為絕緣體522，可以使用包含氧化鋁、氧化鎂、氮氧化矽、氮化矽、氧化鎵、氧化鍺、氧化釔、氧化鋯、氧化鑭、氧化釹、氧化鉿及氧化鉭中的一種以上的絕緣體。尤其較佳為使用氮化矽及氮氧化矽。
接著，形成導電體。導電體可以使用濺射法、CVD法、MBE法、PLD法或ALD法等形成。該導電體參照關於成為導電體404的導電體的記載。
接著，在導電體上形成光阻劑等，並利用該光阻劑進行加工，由此形
成導電體504(參照圖32A及圖32B)。另外，也可以利用該光阻劑或導電體504對絕緣體512或/及絕緣體522進行加工。
接著，可以形成絕緣體。絕緣體可以使用濺射法、CVD法、MBE法、PLD法或ALD法等形成。
作為上述絕緣體，例如可以使用包含硼、碳、氮、氧、氟、鎂、鋁、矽、磷、氯、氬、鎵、鍺、釔、鋯、鑭、釹、鉿或鉭的絕緣體的單層或疊層。該絕緣體較佳為使用包含氧化鋁、氮氧化矽、氮化矽、氧化鎵、氧化釔、氧化鋯、氧化鑭、氧化釹、氧化鉿或氧化鉭的絕緣體的單層或疊層。
接著，也可以藉由添加氟離子使上述絕緣體包含過量氧及氫陷阱。氟離子的添加例如可以藉由離子植入法以如下條件進行：加速電壓為5kV以上且200kV以下，較佳為20kV以上且100kV以下，劑量為1×1014ions/cm2以上且5×1016ions/cm2以下，較佳為5×1014ions/cm2以上且1×1016ions/cm2以下。
在此，當絕緣體具有依次形成第一絕緣體及第二絕緣體的疊層結構時，較佳為以第一絕緣體中的濃度高於第二絕緣體中的濃度的方式進行氟離子的添加。換言之，較佳為以第二絕緣體中的濃度低於第一絕緣體中的濃度的方式進行氟離子的添加。另外，第二絕緣體較佳為具有氧阻擋性。例如，較佳為具有高於第一絕緣體的氧阻擋性。
另外，絕緣體較佳為具有氫阻擋性。例如，絕緣體較佳為具有高於絕緣體402或絕緣體412的氫阻擋性。藉由使絕緣體具有氫阻擋性，可以抑制氫混入到半導體406a及半導體406b等中的情況。因此，可以提供一種電特性優異的電晶體。
藉由上述製程，可以製造本發明的一個實施方式的電晶體。
圖32A和圖32B所示的電晶體中的絕緣體502或/及絕緣體512等包含過量氧及氫陷阱。利用這些作用可以減少半導體506a或/及半導體506b的
氧缺陷或氫。換言之，可以獲得一種具有優異的電特性的電晶體。
如圖32B所示，電晶體具有s-channel結構。另外，在該結構中，來自導電體504及導電體513的電場不容易在半導體506b的側面被導電體516a及導電體516b等阻礙。
注意，也可以不形成導電體513(參照圖34A)。另外，也可以將絕緣體512及絕緣體522加工成大於導電體504的形狀，亦即，絕緣體512的端部及絕緣體522的端部比導電體504的端部突出(參照圖34B)。在對導電體504進行加工時，也可以對絕緣體512及絕緣體522進行加工(參照圖34C)。G1-G2剖面中的導電體513的寬度也可以大於半導體506b(參照圖35A)。導電體513與導電體504也可以藉由開口部接觸(參照圖35B)。另外，也可以不設置導電體504(參照圖35C)。
下面，說明利用本發明的一個實施方式的電晶體等的半導體裝置的電路的一個例子。
圖36A所示的電路圖示出所謂的CMOS反相器的結構，其中使p通道電晶體2200與n通道電晶體2100串聯連接，並使其閘極互相連接。
圖37是對應於圖36A的半導體裝置的剖面圖。圖37所示的半導體裝置包括電晶體2200以及電晶體2100。電晶體2100配置於電晶體2200的上方。注意，雖然這裡示出作為電晶體2100使用圖23A和圖23B所示的電晶體的例子，但是本發明的一個實施方式的半導體裝置不侷限於此。例如，也可以使用圖6A和圖6B、圖7A至圖7C、圖8A至圖8C、圖25A至圖25C或圖26A至圖26C所示的電晶體等作為電晶體2100。因此，關於電晶體2100，適當地參照上述電晶體的記載。
圖37所示的電晶體2200是使用半導體基板450的電晶體。電晶體2200
包括半導體基板450中的區域472a、半導體基板450中的區域472b、絕緣體462以及導電體454。
在電晶體2200中，區域472a及區域472b具有源極區域及汲極區域的功能。另外，絕緣體462具有閘極絕緣體的功能。另外，導電體454具有閘極電極的功能。因此，能夠由施加到導電體454的電位控制通道形成區域的電阻。亦即，能夠由施加到導電體454的電位控制區域472a與區域472b之間的導通或非導通。
作為半導體基板450，例如可以使用由矽或鍺等構成的單一材料半導體基板、或者由碳化矽、矽鍺、砷化鎵、磷化銦、氧化鋅或氧化鎵等構成的化合物半導體基板等。較佳的是，作為半導體基板450使用單晶矽基板。
作為半導體基板450使用包含賦予n型導電性的雜質的半導體基板。注意，作為半導體基板450，也可以使用包含賦予p型導電性的雜質的半導體基板。此時，在形成電晶體2200的區域中配置包含賦予n型導電性的雜質的井即可。或者，半導體基板450也可以為i型。
半導體基板450的頂面較佳為具有(110)面。由此，能夠提高電晶體2200的通態特性。
區域472a及區域472b是包含賦予p型導電性的雜質的區域。由此，電晶體2200具有p通道型電晶體的結構。
注意，電晶體2200與鄰接的電晶體被區域460等隔開。區域460具有絕緣性。
圖37所示的半導體裝置包括絕緣體464、絕緣體466、絕緣體468、導電體480a、導電體480b、導電體480c、導電體478a、導電體478b、導電體478c、導電體476a、導電體476b、導電體474a、導電體474b、導電體474c、導電體496a、導電體496b、導電體496c、導電體496d、導電體498a、導電體498b、導電體498c、絕緣體490、絕緣體492以及絕緣體494。
絕緣體464配置於電晶體2200上。絕緣體466配置於絕緣體464上。絕緣體468配置於絕緣體466上。絕緣體490配置於絕緣體468上。電晶體2100配置於絕緣體490上。絕緣體492配置於電晶體2100上。絕緣體494配置於絕緣體492上。
絕緣體464包括到達區域472a的開口部、到達區域472b的開口部以及到達導電體454的開口部。導電體480a、導電體480b或導電體480c分別填埋於各開口部中。
絕緣體466包括到達導電體480a的開口部、到達導電體480b的開口部以及到達導電體480c的開口部。導電體478a、導電體478b或導電體478c分別填埋於各開口部中。
絕緣體468包括到達導電體478b的開口部以及到達導電體478c的開口部。導電體476a或導電體476b分別填埋於各開口部中。
絕緣體490包括與電晶體2100的通道形成區域重疊的開口部、到達導電體476a的開口部以及到達導電體476b的開口部。導電體474a、導電體474b或導電體474c分別填埋於各開口部中。
導電體474a也可以具有電晶體2100的閘極電極的功能。或者，例如，也可以藉由對導電體474a施加預定的電位，來控制電晶體2100的臨界電壓等的電特性。或者，例如，也可以將導電體474a與具有電晶體2100的閘極電極的功能的導電體404電連接。由此，可以增加電晶體2100的通態電流。此外，由於可以抑制穿通現象，因此可以使電晶體2100的飽和區中的電特性穩定。
絕緣體492包括穿過電晶體2100的源極電極和汲極電極中的一個的導電體516b到達導電體474b的開口部、到達電晶體2100的源極電極和汲極電極中的另一個的導電體516a的開口部、到達電晶體2100的閘極電極的導電體504的開口部以及到達導電體474c的開口部。導電體496a、導電體
496b、導電體496c或導電體496d分別填埋於各開口部中。注意，各開口部有時穿過電晶體2100等的構成要素。
絕緣體494包括到達導電體496a的開口部、到達導電體496b及導電體496d的開口部以及到達導電體496c的開口部。導電體498a、導電體498b或導電體498c分別填埋於各開口部中。
作為絕緣體464、絕緣體466、絕緣體468、絕緣體490、絕緣體492及絕緣體494，例如可以使用包含硼、碳、氮、氧、氟、鎂、鋁、矽、磷、氯、氬、鎵、鍺、釔、鋯、鑭、釹、鉿或鉭的絕緣體的單層或疊層。作為絕緣體401，例如可以使用氧化鋁、氧化鎂、氧化矽、氧氮化矽、氮氧化矽、氮化矽、氧化鎵、氧化鍺、氧化釔、氧化鋯、氧化鑭、氧化釹、氧化鉿或氧化鉭。
絕緣體464、絕緣體466、絕緣體468、絕緣體490、絕緣體492和絕緣體494中的一個以上較佳為具有阻擋氫等雜質及氧的功能。藉由在電晶體2100的附近配置具有阻擋氫等雜質及氧的功能的絕緣體，可以使電晶體2100的電特性穩定。
作為具有阻擋氫等雜質及氧的功能的絕緣體，例如可以使用包含硼、碳、氮、氧、氟、鎂、鋁、矽、磷、氯、氬、鎵、鍺、釔、鋯、鑭、釹、鉿或鉭的絕緣體的單層或疊層。
作為導電體480a、導電體480b、導電體480c、導電體478a、導電體478b、導電體478c、導電體476a、導電體476b、導電體474a、導電體474b、導電體474c、導電體496a、導電體496b、導電體496c、導電體496d、導電體498a、導電體498b及導電體498c，例如可以使用包含硼、氮、氧、氟、矽、磷、鋁、鈦、鉻、錳、鈷、鎳、銅、鋅、鎵、釔、鋯、鉬、釕、銀、銦、錫、鉭和鎢中的一種以上的導電體的單層或疊層。例如，也可以使用合金或化合物，還可以使用包含鋁的導電體、包含銅及鈦的導電體、包含銅及錳的導電體、包含銦、錫及氧的導電體、包含鈦及氮的導電體等。
注意，圖38所示的半導體裝置與圖37所示的半導體裝置的不同之處只在於電晶體2200的結構。因此，關於圖38所示的半導體裝置，參照圖37所示的半導體裝置的記載。明確而言，在圖38所示的半導體裝置中，電晶體2200為Fin型。藉由使電晶體2200成為Fin型，實效的通道寬度得到增大，從而能夠提高電晶體2200的通態特性。另外，由於可以增大閘極電極的電場的影響，所以能夠提高電晶體2200的關態特性。
另外，圖39所示的半導體裝置與圖37所示的半導體裝置的不同之處只在於電晶體2200的結構。因此，關於圖39所示的半導體裝置，參照圖37所示的半導體裝置的記載。明確而言，在圖39所示的半導體裝置中，電晶體2200設置在SOI基板上。圖39示出區域456與半導體基板450被絕緣體452隔開的結構。藉由使用SOI基板，可以抑制穿通現象等，所以能夠提高電晶體2200的關態特性。注意，絕緣體452可以藉由使半導體基板450的一部分絕緣體化形成。例如，作為絕緣體452可以使用氧化矽。
另外，圖40、圖41及圖42所示的半導體裝置分別與圖37、圖38及圖39所示的半導體裝置只在電晶體2100的結構上不同。作為圖40、圖41及圖42所示的電晶體2100，例如，可以參照圖14A和圖14B所示的電晶體的記載。
在圖37至圖42所示的半導體裝置中，使用半導體基板形成p通道電晶體並在其上方形成n通道電晶體，因此能夠減少元件所占的面積。亦即，可以提高半導體裝置的集成度。另外，與使用同一半導體基板形成n通道電晶體及p通道電晶體的情況相比，可以簡化製程，所以能夠提高半導體裝置的生產率。另外，能夠提高半導體裝置的良率。另外，p通道電晶體有時可以省略LDD(Lightly Doped Drain)區域的形成、淺溝槽(Shallow Trench)結構的形成或變形設計等複雜的製程。因此，與使用半導體基板形成n通道電晶體的半導體裝置相比，圖37至圖42所示的半導體裝置有時能夠提高生產率和良率。
此外，圖36B所示的電路圖示出使電晶體2100和電晶體2200的源極
互相連接且汲極互相連接的結構。藉由採用這種結構，可以將該電晶體用作所謂的CMOS類比開關。
圖43A和圖43B示出半導體裝置(記憶體裝置)的一個例子，該半導體裝置(記憶體裝置)使用本發明的一個實施方式的電晶體，即便在沒有電力供應的情況下也能夠保持儲存內容，並且對寫入次數也沒有限制。
圖43A所示的半導體裝置包括使用第一半導體的電晶體3200、使用第二半導體的電晶體3300以及電容元件3400。另外，作為電晶體3300可以使用上述電晶體。
電晶體3300較佳為使用關態電流(off-state current)小的電晶體。電晶體3300例如可以使用包含氧化物半導體的電晶體。由於電晶體3300的關態電流小，所以可以長期間使半導體裝置的特定的節點保持儲存內容。亦即，因為不需要更新工作或可以使更新工作的頻率極低，所以能夠實現低功耗的半導體裝置。
在圖43A中，第一佈線3001與電晶體3200的源極電連接，第二佈線3002與電晶體3200的汲極電連接。此外，第三佈線3003與電晶體3300的源極和汲極中的一個電連接，第四佈線3004與電晶體3300的閘極電連接。並且，電晶體3200的閘極及電晶體3300的源極和汲極中的另一個與電容元件3400的一個電極電連接，第五佈線3005與電容元件3400的另一個電極電連接。
圖43A所示的半導體裝置藉由具有能夠保持電晶體3200的閘極的電位的特徵，可以如下所示進行資訊的寫入、保持以及讀出。
對資訊的寫入及保持進行說明。首先，將第四佈線3004的電位設定為使電晶體3300導通的電位，而使電晶體3300導通。由此，第三佈線3003的電位施加到與電晶體3200的閘極及電容元件3400的一個電極電連接的節點FG。換言之，對電晶體3200的閘極施加規定的電荷(寫入)。這裡，
施加賦予兩種不同電位位準的電荷(以下，稱為低位準電荷、高位準電荷)中的任一個。然後，藉由將第四佈線3004的電位設定為使電晶體3300關閉的電位而使電晶體3300關閉，使電荷保持在節點FG(保持)。
因為電晶體3300的關態電流較小，所以節點FG的電荷被長時間保持。
接著，對資訊的讀出進行說明。當在對第一佈線3001施加規定的電位(恆電位)的狀態下對第五佈線3005施加適當的電位(讀出電位)時，第二佈線3002具有對應於保持在節點FG中的電荷量的電位。這是因為：在電晶體3200為n通道電晶體的情況下，對電晶體3200的閘極施加高位準電荷時的視在臨界電壓Vth_H低於對電晶體3200的閘極施加低位準電荷時的視在臨界電壓Vth_L。在此，視在臨界電壓是指為了使電晶體3200成為“導通狀態”而需要的第五佈線3005的電位。由此，藉由將第五佈線3005的電位設定為Vth_H與Vth_L之間的電位V0，可以辨別施加到節點FG的電荷。例如，在寫入時節點FG被供應高位準電荷的情況下，若第五佈線3005的電位為V0(>Vth_H)，電晶體3200則成為“導通狀態”。另一方面，當節點FG被供應低位準電荷時，即便第五佈線3005的電位為V0(<Vth_L)，電晶體3200也保持“關閉狀態”。因此，藉由辨別第二佈線3002的電位，可以讀出節點FG所保持的資訊。
注意，當將記憶單元設置為陣列狀時，在讀出時必須讀出所希望的記憶單元的資訊。為了不讀出其他記憶單元的資訊，對第五佈線3005施加不管施加到節點FG的電荷如何都使電晶體3200成為“‘關閉狀態”的電位，亦即低於Vth_H的電位，即可。或者，對第五佈線3005施加不管施加到節點FG的電荷如何都使電晶體3200成為“導通狀態”的電位，亦即高於Vth_L的電位，即可。
圖44是對應於圖43A的半導體裝置的剖面圖。圖44所示的半導體裝置包括電晶體3200、電晶體3300以及電容元件3400。電晶體3300及電容元件3400配置於電晶體3200的上方。電晶體3300參照關於上述電晶體2100的記載。電晶體3200參照關於圖37所示的電晶體2200的記載。在圖37
中，對電晶體2200為p通道電晶體的情況進行說明，但是電晶體3200也可以為n通道電晶體。
圖44所示的電晶體3200是使用半導體基板450的電晶體。電晶體3200包括半導體基板450中的區域472a、半導體基板450中的區域472b、絕緣體462以及導電體454。
圖44所示的半導體裝置包括絕緣體464、絕緣體466、絕緣體468、導電體480a、導電體480b、導電體480c、導電體478a、導電體478b、導電體478c、導電體476a、導電體476b、導電體474a、導電體474b、導電體474c、導電體496a、導電體496b、導電體496c、導電體496d、導電體498a、導電體498b、導電體498c、導電體498d、絕緣體490、絕緣體492以及絕緣體494。
絕緣體464配置於電晶體3200上。絕緣體466配置於絕緣體464上。絕緣體468配置於絕緣體466上。絕緣體490配置於絕緣體468上。電晶體3300配置於絕緣體490上。絕緣體492配置於電晶體3300上。絕緣體494配置於絕緣體492上。
絕緣體464包括到達區域472a的開口部、到達區域472b的開口部以及到達導電體454的開口部。另外，導電體480a、導電體480b或導電體480c分別填埋於各開口部中。
絕緣體466包括到達導電體480a的開口部、到達導電體480b的開口部以及到達導電體480c的開口部。導電體478a、導電體478b或導電體478c分別填埋於各開口部中。
絕緣體468包括到達導電體478b的開口部以及到達導電體478c的開口部。導電體476a或導電體476b分別填埋於各開口部中。
絕緣體490包括與電晶體3300的通道形成區域重疊的開口部、到達導電體476a的開口部以及到達導電體476b的開口部。導電體474a、導電體
474b或導電體474c分別填埋於各開口部中。
導電體474a也可以具有電晶體3300的底閘極電極的功能。或者，例如，也可以藉由對導電體474a施加預定的電位，來控制電晶體3300的臨界電壓等的電特性。或者，例如，也可以將導電體474a與電晶體3300的頂閘極電極的導電體404電連接。由此，可以增加電晶體3300的通態電流。此外，由於可以抑制穿通現象，因此可以使電晶體3300的飽和區中的電特性穩定。
絕緣體492包括：穿過電晶體3300的源極電極和汲極電極中的一個的導電體516b到達導電體474b的開口部；到達隔著絕緣體511與電晶體3300的源極電極和汲極電極中的另一個的導電體516a重疊的導電體514的開口部；到達電晶體3300的閘極電極的導電體504的開口部；以及穿過電晶體3300的源極電極和汲極電極中的另一個的導電體516a到達導電體474c的開口部。導電體496a、導電體496b、導電體496c或導電體496d分別填埋於各開口部中。注意，各開口部有時穿過電晶體3300等的構成要素。
絕緣體494包括到達導電體496a的開口部、到達導電體496b的開口部、到達導電體496c的開口部以及到達導電體496d的開口部。導電體498a、導電體498b、導電體498c或導電體498d分別填埋於各開口部中。
絕緣體464、絕緣體466、絕緣體468、絕緣體490、絕緣體492和絕緣體494中的一個以上較佳為具有阻擋氫等雜質及氧的功能。藉由在電晶體3300附近配置具有阻擋氫等雜質及氧的功能的絕緣體，可以使電晶體3300的電特性穩定。
作為導電體498d，例如可以使用包含硼、氮、氧、氟、矽、磷、鋁、鈦、鉻、錳、鈷、鎳、銅、鋅、鎵、釔、鋯、鉬、釕、銀、銦、錫、鉭和鎢中的一種以上的導電體的單層或疊層。例如，也可以使用合金或化合物，還可以使用包含鋁的導電體、包含銅及鈦的導電體、包含銅及錳的導電體、包含銦、錫及氧的導電體、包含鈦及氮的導電體等。
電晶體3200的源極和汲極藉由導電體480b、導電體478b、導電體476a、導電體474b以及導電體496c電連接到電晶體3300的源極電極和汲極電極中的一個的導電體516b。電晶體3200的閘極電極的導電體454藉由導電體480c、導電體478c、導電體476b、導電體474c以及導電體496d電連接到電晶體3300的源極電極和汲極電極中的另一個的導電體516a。
電容元件3400包括與電晶體3300的源極電極和汲極電極中的另一個電連接的電極、導電體514以及絕緣體511。注意，絕緣體511可以藉由與用作電晶體3300的閘極絕緣體的絕緣體512同一製程形成，而可以提高生產率。另外，當作為導電體514藉由與用作電晶體3300的閘極電極的導電體504同一製程形成的層，可以提高生產率。
其他構成要素的結構可以適當地參照關於圖37等的記載。
注意，圖45所示的半導體裝置與圖44所示的半導體裝置的不同之處只在於電晶體3200的結構。因此，關於圖45所示的半導體裝置，參照圖44所示的半導體裝置的記載。明確而言，在圖45所示的半導體裝置中，電晶體3200為Fin型。關於Fin型電晶體3200，參照圖38所示的電晶體2200的記載。在圖38中，對電晶體2200為p通道電晶體的情況進行說明，但是電晶體3200也可以為n通道電晶體。
另外，圖46所示的半導體裝置與圖44所示的半導體裝置的不同之處只在於電晶體3200的結構。因此，關於圖46所示的半導體裝置，參照圖44所示的半導體裝置的記載。明確而言，在圖46所示的半導體裝置中，電晶體3200設置在作為SOI基板的半導體基板450上。關於設置在作為SOI基板的半導體基板450上的電晶體3200，參照圖39所示的電晶體2200的記載。在圖39中，對電晶體2200為p通道電晶體的情況進行說明，但是電晶體3200也可以為n通道電晶體。
另外，圖47、圖48及圖49所示的半導體裝置分別與圖44、圖45及圖46所示的半導體裝置只在電晶體3300的結構上不同。作為圖47、圖48及圖49所示的電晶體3300，例如，可以參照圖14A和圖14B所示的電晶體
的記載。
圖43B所示的半導體裝置在不包括電晶體3200之處與圖43A所示的半導體裝置不同。在此情況下也可以藉由與圖43A所示的半導體裝置同樣的工作進行資訊的寫入及保持工作。
說明圖43B所示的半導體裝置中的資訊讀出。在電晶體3300成為導通狀態時，處於浮動狀態的第三佈線3003和電容元件3400導通，且在第三佈線3003和電容元件3400之間再次分配電荷。其結果是，第三佈線3003的電位產生變化。第三佈線3003的電位的變化量根據電容元件3400的一個電極的電位(或積累在電容元件3400中的電荷)而具有不同的值。
例如，在電容元件3400的一個電極的電位為V，電容元件3400的電容為C，第三佈線3003所具有的電容成分為CB，再次分配電荷之前的第三佈線3003的電位為VB0時，再次分配電荷之後的第三佈線3003的電位為(CB×VB0+C×V)/(CB+C)。因此，在假定記憶單元處於其電容元件3400的一個電極的電位為兩種的狀態，亦即V1和V0(V1>V0)時，可以得知保持電位V1時的第三佈線3003的電位(=(CB×VB0+C×V1)/(CB+C))高於保持電位V0時的第三佈線3003的電位(=(CB×VB0+C×V0)/(CB+C))。
並且，藉由對第三佈線3003的電位和規定的電位進行比較，可以讀出資訊。
在此情況下，可以將上述使用第一半導體的電晶體用於用來驅動記憶單元的驅動電路，且將作為電晶體3300的使用第二半導體的電晶體層疊在該驅動電路上。
上述半導體裝置可以應用使用氧化物半導體的關態電流較小的電晶體來長期間保持儲存內容。亦即，因為不需要更新工作或可以使更新工作的頻率極低，所以能夠實現低功耗的半導體裝置。此外，在沒有電力供應時(但較佳為固定電位)也可以長期間保持儲存內容。
此外，因為該半導體裝置在寫入資訊時不需要高電壓，所以其中不容易產生元件的劣化。例如，不同於習知的非揮發性記憶體，不需要對浮動閘極注入電子或從浮動閘極抽出電子，因此不會發生絕緣體劣化等問題。換言之，在本發明的一個實施方式的半導體裝置中，在現有非揮發性記憶體中成為問題的重寫次數不受到限制，並且其可靠性得到極大的提高。並且，根據電晶體的導通狀態/關閉狀態進行資訊的寫入，所以能夠高速工作。
以下對根據本發明的一個實施方式的攝像裝置進行說明。
圖50A是示出根據本發明的一個實施方式的攝像裝置200的例子的平面圖。攝像裝置200包括像素部210、用來驅動像素部210的週邊電路260、週邊電路270、週邊電路280及週邊電路290。像素部210包括配置為p行q列(p及q為2以上的整數)的矩陣狀的多個像素211。週邊電路260、週邊電路270、週邊電路280及週邊電路290分別與多個像素211連接，並具有供應用來驅動多個像素211的信號的功能。此外，在本說明書等中，有時將週邊電路260、週邊電路270、週邊電路280及週邊電路290等總稱為“週邊電路”或“驅動電路”。例如，週邊電路260也可以說是週邊電路的一部分。
攝像裝置200較佳為包括光源291。光源291能夠發射檢測光P1。
週邊電路至少包括邏輯電路、開關、緩衝器、放大電路或轉換電路中的一個。此外，也可以在形成像素部210的基板上製造週邊電路。另外，也可以將IC晶片等半導體裝置用於週邊電路的一部分或全部。注意，也可以省略週邊電路260、週邊電路270、週邊電路280和週邊電路290中的一個以上。
如圖50B所示，在攝像裝置200所包括的像素部210中，也可以以像素211傾斜的方式配置。藉由以像素211傾斜的方式配置，可以縮短在行
方向上及列方向上的像素間隔(間距)。由此，可以提高攝像裝置200的攝像品質。
藉由使攝像裝置200所包括的一個像素211由多個子像素212構成，且使每個子像素212與使特定的波長區域的光透過的濾光片(濾色片)組合，可以獲得用來實現彩色影像顯示的資訊。
圖51A是示出用來取得彩色影像的像素211的一個例子的平面圖。圖51A所示的像素211包括設置有使紅色(R)的波長區域透過的濾色片的子像素212(以下也稱為“子像素212R”)、設置有使綠色(G)的波長區域透過的濾色片的子像素212(以下也稱為“子像素212G”)及設置有使藍色(B)的波長區域透過的濾色片的子像素212(以下也稱為“子像素212B”)。子像素212可以被用作光感測器。
子像素212(子像素212R、子像素212G及子像素212B)與佈線231、佈線247、佈線248、佈線249、佈線250電連接。此外，子像素212R、子像素212G及子像素212B分別獨立地連接於佈線253。在本說明書等中，例如將與第n行(n為1以上且p以下的整數)的像素211連接的佈線248及佈線249分別稱為佈線248[n]及佈線249[n]。此外，例如，將與第m列(m為1以上且q以下的整數)的像素211連接的佈線253稱為佈線253[m]。此外，在圖51A中，與第m列的像素211所包括的子像素212R連接的佈線253稱為佈線253[m]R，將與子像素212G連接的佈線253稱為佈線253[m]G，將與子像素212B連接的佈線253稱為佈線253[m]B。子像素212藉由上述佈線與週邊電路電連接。
攝像裝置200具有相鄰的像素211的設置有使相同的波長區域的光透過的濾色片的子像素212藉由開關彼此電連接的結構。圖51B示出配置在第n行第m列的像素211所包括的子像素212與相鄰於該像素211的配置在第n+1行第m列的像素211所包括的子像素212的連接例子。在圖51B中，配置在第n行第m列的子像素212R與配置在第n+1行第m列的子像素212R藉由開關201連接。此外，配置在第n行第m列的子像素212G與配置
在第n+1行第m列的子像素212G藉由開關202連接。此外，配置在第n行第m列的子像素212B與配置在第n+1行第m列的子像素212B藉由開關203連接。
用於子像素212的濾色片的顏色不侷限於紅色(R)、綠色(G)、藍色(B)，也可以使用使青色(C)、黃色(Y)及洋紅色(M)的光透過的濾色片。藉由在一個像素211中設置檢測三種不同波長區域的光的子像素212，可以獲得全彩色影像。
或者，像素211除了包括分別設置有使紅色(R)、綠色(G)及藍色(B)的光透過的濾色片的各子像素212以外，還可以包括設置有使黃色(Y)的光透過的濾色片的子像素212。或者，像素211除了包括分別設置有使青色(C)、黃色(Y)及洋紅色(M)的光透過的濾色片的各子像素212以外，還可以包括設置有使藍色(B)的光透過的濾色片的子像素212。藉由在一個像素211中設置檢測四種不同波長區域的光的子像素212，可以進一步提高所獲得的像素的顏色再現性。
例如，在圖51A中，檢測紅色的波長區域的子像素212、檢測綠色的波長區域的子像素212及檢測藍色的波長區域的子像素212的像素數比(或受光面積比)不侷限於1：1：1。例如，也可以採用像素數比(受光面積比)為紅色：綠色：藍色=1：2：1的Bayer排列。或者，像素數比(受光面積比)也可以為紅色：綠色：藍色=1：6：1。
設置在像素211中的子像素212的數量可以為一個，但較佳為兩個以上。例如，藉由設置兩個以上的檢測相同的波長區域的子像素212，可以提高冗餘性，由此可以提高攝像裝置200的可靠性。
此外，藉由使用反射或吸收可見光且使紅外光透過的IR(IR：Infrared)濾光片，可以實現檢測紅外光的攝像裝置200。
藉由使用ND(ND：Neutral Density)濾光片(減光濾光片)，可以防止大光量光入射光電轉換元件(受光元件)時產生的輸出飽和。藉由組合
使用減光量不同的ND濾光片，可以增大攝像裝置的動態範圍。
除了上述濾光片以外，還可以在像素211中設置透鏡。這裡，參照圖52A及圖52B的剖面圖說明像素211、濾光片254、透鏡255的配置例子。藉由設置透鏡255，可以使光電轉換元件高效地受光。明確而言，如圖52A所示，可以使光256穿過形成在像素211中的透鏡255、濾光片254(濾光片254R、濾光片254G及濾光片254B)及像素電路230等而入射到光電轉換元件220。
注意，如由點劃線圍繞的區域所示，有時箭頭所示的光256的一部分被佈線257的一部分遮蔽。因此，如圖52B所示，較佳為採用在光電轉換元件220一側配置透鏡255及濾光片254，而使光電轉換元件220高效地接收光256的結構。藉由從光電轉換元件220一側將光256入射到光電轉換元件220，可以提供檢測靈敏度高的攝像裝置200。
作為圖52A及圖52B所示的光電轉換元件220，也可以使用形成有pn接面或pin接面的光電轉換元件。
光電轉換元件220也可以使用具有吸收輻射產生電荷的功能的物質形成。作為具有吸收輻射產生電荷的功能的物質，可舉出硒、碘化鉛、碘化汞、砷化鎵、碲化鎘、鎘鋅合金等。
例如，在將硒用於光電轉換元件220時，可以實現對可見光、紫外光、紅外光、X射線、伽瑪射線等較寬的波長區域具有光吸收係數的光電轉換元件220。
在此，攝像裝置200所包括的一個像素211除了圖51A及圖51B所示的子像素212以外，還可以包括具有第一濾光片的子像素212。
下面，對包括使用矽的電晶體及使用氧化物半導體的電晶體的像素的一個例子進行說明。
圖53A及圖53B是構成攝像裝置的元件的剖面圖。圖53A所示的攝像裝置包括設置在矽基板300上的使用矽形成的電晶體351、在電晶體351上層疊配置的使用氧化物半導體形成的電晶體352及電晶體353以及設置在矽基板300中的光電二極體360。各電晶體及光電二極體360與各種插頭370及佈線371電連接。此外，光電二極體360的陽極361藉由低電阻區域363與插頭370電連接。
攝像裝置包括：包括設置在矽基板300上的電晶體351及光電二極體360的層310、以與層310接觸的方式設置且包括佈線371的層320、以與層320接觸的方式設置且包括電晶體352及電晶體353的層330、以與層330接觸的方式設置且包括佈線372及佈線373的層340。
在圖53A的剖面圖的一個例子中，在矽基板300中，在與形成有電晶體351的面相反一側設置有光電二極體360的受光面。藉由採用該結構，可以確保光路而不受各種電晶體或佈線等的影響。因此，可以形成高開口率的像素。此外，光電二極體360的受光面也可以是與形成有電晶體351的面相同的面。
在像素包括使用氧化物半導體的電晶體時，層310為包括使用氧化物半導體的電晶體的層，即可。或者，像素也可以只包括使用氧化物半導體的電晶體而省略層310。
在像素包括使用矽的電晶體時，也可以省略層330。圖53B示出省略層330的剖面圖的一個例子。在省略層330時，還可以省略層340的佈線372。
矽基板300也可以是SOI基板。此外，也可以使用包含鍺、矽鍺、碳化矽、砷化鎵、砷化鋁鎵、磷化銦、氮化鎵、有機半導體的基板代替矽基板300。
這裡，在包括電晶體351及光電二極體360的層310與包括電晶體352及電晶體353的層330之間設置有絕緣體380。注意，絕緣體330的位置不
侷限於此。
設置在電晶體351的通道形成區域附近的絕緣體中的氫使矽的懸空鍵終結，由此可以提高電晶體351的可靠性。另一方面，設置在電晶體352及電晶體353等附近的絕緣體中的氫有可能成為在氧化物半導體中生成載子的原因之一。因此，有時引起電晶體352及電晶體353等的可靠性的下降。因此，當在使用矽類半導體的電晶體上層疊設置使用氧化物半導體的電晶體時，較佳為在它們之間設置具有阻擋氫的功能的絕緣體380。藉由將氫封閉在絕緣體380下，可以提高電晶體351的可靠性。再者，由於可以抑制氫從絕緣體380下擴散至絕緣體380上，所以可以提高電晶體352及電晶體353等的可靠性。
作為絕緣體380例如使用具有阻擋氧或氫的功能的絕緣體。
在圖53A的剖面圖中，可以以設置在層310中的光電二極體360與設置在層330中的電晶體重疊的方式形成。因此，可以提高像素的集成度。就是說，可以提高攝像裝置的解析度。
如圖54A1及圖54B1所示，可以使攝像裝置的一部分或全部彎曲。圖54A1示出使攝像裝置在該圖式中的點劃線X1-X2的方向上彎曲的狀態。圖54A2是沿著圖54A1中的點劃線X1-X2所示的部分的剖面圖。圖54A3是沿著圖54A1中的點劃線Y1-Y2所示的部分的剖面圖。
圖54B1示出使攝像裝置在該圖式中的點劃線X3-X4的方向上彎曲且在該圖式中的點劃線Y3-Y4的方向上彎曲的狀態。圖54B2是沿著圖54B1中的點劃線X3-X4所示的部分的剖面圖。圖54B3是沿著圖54B1中的點劃線Y3-Y4所示的部分的剖面圖。
藉由使攝像裝置彎曲，可以降低像場彎曲或像散(astigmatism)。因此，可以促進與攝像裝置組合使用的透鏡等的光學設計。例如，由於可以減少用於像差校正的透鏡的數量，因此可以實現使用攝像裝置的電子裝置等的小型化或輕量化。此外，可以提高成像影像的品質。
下面說明包括上述電晶體或上述記憶體裝置等半導體裝置的CPU。
圖55是示出其一部分使用上述電晶體的CPU的一個例子的結構的塊圖。
圖55所示的CPU在基板1190上具有：ALU1191(ALU：Arithmetic logic unit：算術電路)、ALU控制器1192、指令解碼器1193、中斷控制器1194、時序控制器1195、暫存器1196、暫存器控制器1197、匯流排介面1198、能夠重寫的ROM1199以及ROM介面1189。作為基板1190使用半導體基板、SOI基板、玻璃基板等。ROM1199及ROM介面1189也可以設置在不同的晶片上。當然，圖55所示的CPU只是簡化其結構而示的一個例子而已，所以實際上的CPU根據其用途具有各種各樣的結構。例如，也可以以包括圖55所示的CPU或算術電路的結構為核心，設置多個該核心並使其同時工作。另外，在CPU的內部算術電路或資料匯流排中能夠處理的位數例如可以為8位、16位、32位、64位等。
藉由匯流排介面1198輸入到CPU的指令在輸入到指令解碼器1193並被解碼後輸入到ALU控制器1192、中斷控制器1194、暫存器控制器1197、時序控制器1195。
ALU控制器1192、中斷控制器1194、暫存器控制器1197、時序控制器1195根據被解碼的指令進行各種控制。明確而言，ALU控制器1192生成用來控制ALU1191的工作的信號。另外，中斷控制器1194在執行CPU的程式時，根據其優先度或遮罩狀態來判斷來自外部的輸入/輸出裝置或週邊電路的中斷要求而對該要求進行處理。暫存器控制器1197生成暫存器1196的位址，並根據CPU的狀態進行暫存器1196的讀出或寫入。
另外，時序控制器1195生成用來控制ALU1191、ALU控制器1192、指令解碼器1193、中斷控制器1194以及暫存器控制器1197的工作時序的信號。例如，時序控制器1195具有根據基準時脈信號來生成內部時脈信號的
內部時脈生成器，並將內部時脈信號供應到上述各種電路。
在圖55所示的CPU中，在暫存器1196中設置有記憶單元。可以將上述電晶體或記憶體裝置等用於暫存器1196的記憶單元。
在圖55所示的CPU中，暫存器控制器1197根據來自ALU1191的指令進行暫存器1196中的保持工作的選擇。換言之，暫存器控制器1197在暫存器1196所具有的記憶單元中選擇是由正反器保持資料還是由電容元件保持資料。在選擇由正反器保持資料的情況下，對暫存器1196中的記憶單元供應電源電壓。在選擇由電容元件保持資料的情況下，對電容元件進行資料的重寫，而可以停止對暫存器1196中的記憶單元供應電源電壓。
圖56是可以用作暫存器1196的記憶元件1200的電路圖的一個例子。記憶元件1200包括在電源關閉時失去儲存資料的電路1201、在電源關閉時不失去儲存資料的電路1202、開關1203、開關1204、邏輯元件1206、電容元件1207以及具有選擇功能的電路1220。電路1202包括電容元件1208、電晶體1209及電晶體1210。另外，記憶元件1200根據需要還可以包括其他元件諸如二極體、電阻元件或電感器等。
在此，電路1202可以使用上述記憶體裝置。在停止對記憶元件1200供應電源電壓時，GND(0V)或使電晶體1209關閉的電位持續被輸入到電路1202中的電晶體1209的閘極。例如，電晶體1209的閘極藉由電阻器等負載接地。
在此示出開關1203為具有一導電型(例如，n通道型)的電晶體1213，而開關1204為具有與此相反的導電型(例如，p通道型)的電晶體1214的例子。這裡，開關1203的第一端子對應於電晶體1213的源極和汲極中的一個，開關1203的第二端子對應於電晶體1213的源極和汲極中的另一個，並且開關1203的第一端子與第二端子之間的導通或非導通(亦即，電晶體1213的導通狀態/關閉狀態)由輸入到電晶體1213的閘極中的控制信號RD選擇。開關1204的第一端子對應於電晶體1214的源極和汲極中的一個，開關1204的第二端子對應於電晶體1214的源極和汲極中的另一個，並且
開關1204的第一端子與第二端子之間的導通或非導通(亦即，電晶體1214的導通狀態/關閉狀態)由輸入到電晶體1214的閘極中的控制信號RD選擇。
電晶體1209的源極和汲極中的一個電連接到電容元件1208的一對電極的一個及電晶體1210的閘極。在此，將連接部分稱為節點M2。電晶體1210的源極和汲極中的一個電連接到能夠供應低電源電位的佈線(例如，GND線)，而另一個電連接到開關1203的第一端子(電晶體1213的源極和汲極中的一個)。開關1203的第二端子(電晶體1213的源極和汲極中的另一個)電連接到開關1204的第一端子(電晶體1214的源極和汲極中的一個)。開關1204的第二端子(電晶體1214的源極和汲極中的另一個)電連接到能夠供應電源電位VDD的佈線。開關1203的第二端子(電晶體1213的源極和汲極中的另一個)、開關1204的第一端子(電晶體1214的源極和汲極中的一個)、邏輯元件1206的輸入端子和電容元件1207的一對電極的一個互相電連接。在此，將連接部分稱為節點M1。可以對電容元件1207的一對電極的另一個輸入固定電位。例如，可以對其輸入低電源電位(GND等)或高電源電位(VDD等)。電容元件1207的一對電極的另一個電連接到能夠供應低電源電位的佈線(例如，GND線)。可以對電容元件1208的一對電極的另一個輸入固定電位。例如，可以對其輸入低電源電位(GND等)或高電源電位(VDD等)。電容元件1208的一對電極的另一個電連接到能夠供應低電源電位的佈線(例如，GND線)。
另外，當積極地利用電晶體或佈線的寄生電容等時，可以不設置電容元件1207及電容元件1208。
控制信號WE輸入到電晶體1209的閘極。開關1203及開關1204的第一端子與第二端子之間的導通狀態或非導通狀態由與控制信號WE不同的控制信號RD選擇，當一個開關的第一端子與第二端子之間處於導通狀態時，另一個開關的第一端子與第二端子之間處於非導通狀態。
對應於保持在電路1201中的資料的信號被輸入到電晶體1209的源極和汲極中的另一個。圖56示出從電路1201輸出的信號輸入到電晶體1209
的源極和汲極中的另一個的例子。由邏輯元件1206使從開關1203的第二端子(電晶體1213的源極和汲極中的另一個)輸出的信號的邏輯值反轉而成為反轉信號，將其經由電路1220輸入到電路1201。
另外，雖然圖56示出從開關1203的第二端子(電晶體1213的源極和汲極中的另一個)輸出的信號藉由邏輯元件1206及電路1220輸入到電路1201的例子，但是不侷限於此。從開關1203的第二端子(電晶體1213的源極和汲極中的另一個)輸出的信號也可以以其邏輯值不被反轉的方式輸入到電路1201。例如，當電路1201包括其中保持使從輸入端子輸入的信號的邏輯值反轉的信號的節點時，可以將從開關1203的第二端子(電晶體1213的源極和汲極中的另一個)輸出的信號輸入到該節點。
在圖56所示的用於記憶元件1200的電晶體中，電晶體1209以外的電晶體也可以使用其通道形成在由氧化物半導體以外的半導體構成的膜或基板1190中的電晶體。例如，可以使用其通道形成在矽膜或矽基板中的電晶體。此外，記憶元件1200中的所有電晶體都可以是其通道由氧化物半導體形成的電晶體。或者，記憶元件1200除了電晶體1209以外還可以包括其通道由氧化物半導體形成的電晶體，並且作為其餘的電晶體可以使用其通道形成在由氧化物半導體以外的半導體構成的膜或基板1190中的電晶體。
圖56所示的電路1201例如可以使用正反器電路。另外，作為邏輯元件1206例如可以使用反相器或時脈反相器等。
在本發明的一個實施方式的半導體裝置中，在不向記憶元件1200供應電源電壓的期間，可以由設置在電路1202中的電容元件1208保持儲存在電路1201中的資料。
另外，其通道形成在氧化物半導體中的電晶體的關態電流極小。例如，其通道形成在氧化物半導體中的電晶體的關態電流比其通道形成在具有結晶性的矽中的電晶體的關態電流小得多。因此，藉由將該電晶體用作電晶體1209，即便在不向記憶元件1200供應電源電壓的期間也可以長期間儲存電容元件1208所保持的信號。因此，記憶元件1200在停止供應電源電壓
的期間也可以保持儲存內容(資料)。
另外，由於該記憶元件藉由設置開關1203及開關1204進行預充電工作，因此可以縮短在再次開始供應電源電壓之後直到電路1201重新保持原來的資料為止所需要的時間。
另外，在電路1202中，電容元件1208所保持的信號被輸入到電晶體1210的閘極。因此，在再次開始向記憶元件1200供應電源電壓之後，可以根據保持在電容元件1208的信號使電晶體1210處於導通狀態或關閉狀態，並從電路1202讀出對應於該狀態的信號。因此，即便對應於保持在電容元件1208中的信號的電位稍有變動，也可以準確地讀出原來的信號。
藉由將這種記憶元件1200用於處理器所具有的暫存器或快取記憶體等記憶體裝置，可以防止記憶體裝置內的資料因停止電源電壓的供應而消失。另外，可以在再次開始供應電源電壓之後在短時間內恢復到停止供應電源之前的狀態。因此，可以在處理器整體中或構成處理器的一個或多個邏輯電路中在短時間內停止電源，從而可以抑制功耗。
雖然說明了將記憶元件1200用於CPU的例子，但也可以將記憶元件1200應用於LSI諸如DSP(Digital Signal Processor：數位信號處理器)、定製LSI、PLD(Programmable Logic Device：可程式邏輯裝置)等以及RF(Radio Frequency：射頻)裝置。
以下參照圖57A至圖58B說明根據本發明的一個實施方式的顯示裝置。
作為用於顯示裝置的顯示元件，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)等。發光元件在其範疇內包括其亮度由電流或電壓控制的元件，明確而言，包括無機EL(Electroluminescence：電致發光)元件、有機EL元件等。下面，作為顯示裝置的一個例子對使用EL元件的顯示裝置(EL顯示裝置)及使用液晶
元件的顯示裝置(液晶顯示裝置)進行說明。
另外，下面示出的顯示裝置包括密封有顯示元件的面板及在該面板中安裝有包括控制器的IC等的模組。
另外，下面示出的顯示裝置是指影像顯示裝置或光源(包括照明設備)。此外，顯示裝置還包括：安裝有連接器諸如FPC或TCP的模組；在TCP的端部設置有印刷線路板的模組；或者藉由COG方式將IC(積體電路)直接安裝到顯示元件的模組。
圖57A至圖57C是根據本發明的一個實施方式的EL顯示裝置的一個例子。圖57A示出EL顯示裝置的像素的電路圖。圖57B是示出EL顯示裝置整體的俯視圖。
圖57A是用於EL顯示裝置的像素的電路圖的一個例子。
在本說明書等中，有時即使不指定主動元件(電晶體、二極體等)、被動元件(電容元件、電阻元件等)等所具有的所有端子的連接位置，所屬技術領域的普通技術人員也能夠構成發明的一個實施方式。就是說，即使未指定連接位置，也可以說發明的一個實施方式是明確的，並且，當在本說明書等記載有指定連接位置的內容時，有時可以判斷為在本說明書等中記載有該方式。尤其是，在端子的連接位置有多個的情況下，不一定必須要將該端子的連接位置限於指定的部分。因此，有時藉由僅指定主動元件(電晶體、二極體等)、被動元件(電容元件、電阻元件等)等所具有的一部分的端子的連接位置，就能夠構成發明的一個實施方式。
在本說明書等中，當至少指定某個電路的連接位置時，有時所屬技術領域的普通技術人員能夠指定發明。或者，當至少指定某個電路的功能時，有時所屬技術領域的普通技術人員能夠指定發明。也就是說，只要指定功能，就可以說是發明的一個實施方式是明確的，而判斷為在本說明書等中記載有該方式。因此，即使只指定某個電路的連接位置而不指定其功能時，也可以判斷為該電路作為發明的一個實施方式公開而構成發明的一個實施
方式。或者，即使只指定某個電路的功能而不指定其連接位置時，也可以判斷為該電路作為發明的一個實施方式公開而構成發明的一個實施方式。
圖57A所示的EL顯示裝置包含切換元件743、電晶體741、電容元件742、發光元件719。
另外，由於圖57A等是電路結構的一個例子，所以還可以追加設置電晶體。與此相反，在圖57A的各節點中，也可以不追加電晶體、開關、被動元件等。
電晶體741的閘極與切換元件743的一個端子及電容元件742的一個電極電連接。電晶體741的源極與電容元件742的另一個電極及發光元件719的一個電極電連接。電晶體741的汲極被供應電源電位VDD。切換元件743的另一個端子與信號線744電連接。發光元件719的另一個電極被供應恆電位。另外，恆電位為等於或低於接地電位GND的電位。
作為切換元件743，較佳為使用電晶體。藉由使用電晶體，可以減小像素的面積，由此可以提供解析度高的EL顯示裝置。作為切換元件743，使用藉由與電晶體741同一製程形成的電晶體，由此可以提高EL顯示裝置的生產率。作為電晶體741或/及切換元件743，例如可以適用上述電晶體。
圖57B是EL顯示裝置的俯視圖。EL顯示裝置包括基板700、基板750、密封材料734、驅動電路735、驅動電路736、像素737以及FPC732。密封材料734以包圍像素737、驅動電路735以及驅動電路736的方式配置在基板700與基板750之間。另外，驅動電路735或/及驅動電路736也可以配置在密封材料734的外側。
圖57C是對應於圖57B的點劃線M-N的一部分的EL顯示裝置的剖面圖。
圖57C示出電晶體741，該電晶體741包括：基板700上的導電體704a；導電體704a上的絕緣體712a；絕緣體712a上的絕緣體712b；在絕緣體712b
上並與導電體704a重疊的半導體706a及半導體706b；與半導體706a及半導體706b接觸的導電體716a及導電體716b；半導體706b、導電體716a及導電體716b上的絕緣體718a；絕緣體718a上的絕緣體718b；絕緣體718b上的絕緣體718c；以及在絕緣體718c上並與半導體706b重疊的導電體714a。注意，電晶體741的結構只是一個例子，也可以採用與圖57C所示的結構不同的結構。
因此，在圖57C所示的電晶體741中，導電體704a具有閘極電極的功能，絕緣體712a及絕緣體712b具有閘極絕緣體的功能，導電體716a具有源極電極的功能，導電體716b具有汲極電極的功能，絕緣體718a、絕緣體718b及絕緣體718c具有閘極絕緣體的功能，並且導電體714a具有閘極電極的功能。注意，半導體706a及半導體706b有時因光照射而其電特性發生變動。因此，較佳的是導電體704a、導電體716a、導電體716b和導電體714a中的任何一個以上具有遮光性。
注意，以虛線表示絕緣體718a和絕緣體718b之間的介面，這意味著它們的邊界有時不明確。例如，當作為絕緣體718a及絕緣體718b使用同種絕緣體時，根據觀察方法有時無法區分它們。
圖57C示出電容元件742，該電容元件742包括：基板上的導電體704b；導電體704b上的絕緣體712a；絕緣體712a上的絕緣體712b；在絕緣體712b上並與導電體704b重疊的導電體716a；導電體716a上的絕緣體718a；絕緣體718a上的絕緣體718b；絕緣體718b上的絕緣體718c；以及在絕緣體718c上並與導電體716a重疊的導電體714b，並且，電容元件742具有在導電體716a與導電體714b重疊的區域中絕緣體718a的一部分及絕緣體718b的一部分被去除的結構。
在電容元件742中，將導電體704b及導電體714b用作一個電極，將導電體716a用作另一個電極。
因此，可以使用與電晶體741相同的膜製造電容元件742。導電體704a及導電體704b較佳為使用同種導電體。此時，可以藉由同一製程形成導電
體704a及導電體704b。另外，導電體714a及導電體714b較佳為使用同種導電體。此時，可以藉由同一製程形成導電體714a及導電體714b。
圖57C所示的電容元件742是相對於佔有面積的電容大的電容元件。因此，圖57C是顯示品質高的EL顯示裝置。注意，雖然圖57C所示的電容元件742具有絕緣體718a的一部分及絕緣體718b的一部分被去除以便減薄導電體716a與導電體714b重疊的區域的結構，但是根據本發明的一個實施方式的電容元件的結構不侷限於此。例如，也可以具有絕緣體718c的一部分被去除以便減薄導電體716a與導電體714b重疊的區域的結構。
在電晶體741及電容元件742上配置有絕緣體720。在此，絕緣體720也可以具有到達用作電晶體741的源極電極的導電體716a的開口部。在絕緣體720上配置有導電體781。導電體781也可以藉由絕緣體720中的開口部與電晶體741電連接。
在導電體781上配置有到達導電體781的開口部的分隔壁784。在分隔壁784上配置有在分隔壁784的開口部中與導電體781接觸的發光層782。在發光層782上配置有導電體783。導電體781、發光層782和導電體783重疊的區域被用作發光元件719。
至此，說明了EL顯示裝置的例子。接著，將說明液晶顯示裝置的例子。
圖58A是示出液晶顯示裝置的像素的結構例子的電路圖。圖58A和圖58B所示的像素包括電晶體751、電容元件752、在一對電極之間填充有液晶的元件(液晶元件)753。
電晶體751的源極和汲極中的一個與信號線755電連接，電晶體751的閘極與掃描線754電連接。
電容元件752的一個電極與電晶體751的源極和汲極中的另一個電連接，電容元件752的另一個電極與供應共用電位的佈線電連接。
液晶元件753的一個電極與電晶體751的源極和汲極中的另一個電連接，液晶元件753的另一個電極與供應共用電位的佈線電連接。此外，供應到與上述電容元件752的另一個電極電連接的佈線的共用電位與供應到液晶元件753的另一個電極的共用電位可以不同。
假設液晶顯示裝置的俯視圖與EL顯示裝置相同來進行說明。圖58B示出對應於沿著圖57B的點劃線M-N的液晶顯示裝置的剖面圖。在圖58B中，FPC732藉由端子731與佈線733a連接。佈線733a也可以使用與構成電晶體751的導電體或半導體同種的導電體或半導體。
電晶體751參照關於電晶體741的記載。電容元件752參照關於電容元件742的記載。注意，圖58B示出具有對應於圖57C所示的電容元件742之結構的電容元件752之結構，但是電容元件752之結構不侷限於此。
當將氧化物半導體用於電晶體751的半導體時，可以實現關態電流極小的電晶體。因此，保持在電容元件752中的電荷不容易洩漏，而可以長期間保持施加到液晶元件753的電壓。因此，當顯示動作少的動態影像、靜態影像時，藉由使電晶體751處於關閉狀態，不需要用來使電晶體751工作的電力，由此可以實現低功耗的液晶顯示裝置。另外，因為可以縮小電容元件752的佔有面積，所以可以提供一種開口率高的液晶顯示裝置或高解析度液晶顯示裝置。
在電晶體751及電容元件752上配置有絕緣體721。在此，絕緣體721具有到達電晶體751的開口部。在絕緣體721上配置有導電體791。導電體791藉由絕緣體721中的開口部與電晶體751電連接。
在導電體791上配置有用作配向膜的絕緣體792。在絕緣體792上配置有液晶層793。在液晶層793上配置有用作配向膜的絕緣體794。在絕緣體794上配置有隔離物795。在隔離物795及絕緣體794上配置有導電體796。在導電體796上配置有基板797。
藉由採用上述結構，可以提供一種包括佔有面積小的電容元件的顯示
裝置。或者，可以提供一種顯示品質高的顯示裝置。或者，可以提供一種高解析度顯示裝置。
例如，在本說明書等中，顯示元件、作為包括顯示元件的裝置的顯示裝置、發光元件以及作為包括發光元件的裝置的發光裝置可以採用各種方式或者包括各種元件。顯示元件、顯示裝置、發光元件或發光裝置例如包括EL元件(包含有機物及無機物的EL元件、有機EL元件、無機EL元件)、白色、紅色、綠色或藍色等的發光二極體(LED：Light Emitting Diode)、電晶體(根據電流而發光的電晶體)、電子發射元件、液晶元件、電子墨水、電泳元件、柵光閥(GLV)、電漿顯示器(PDP)、使用微機電系統(MEMS)的顯示元件、數位微鏡裝置(DMD)、數位微快門(DMS)、IMOD(干涉測量調節)元件、快門方式的MEMS顯示元件、光干涉方式的MEMS顯示元件、電潤濕(electrowetting)元件、壓電陶瓷顯示器或使用碳奈米管的顯示元件等中的至少一個。除此之外，還可以包括其對比度、亮度、反射率、透射率等因電或磁作用而變化的顯示媒體。
作為使用EL元件的顯示裝置的一個例子，有EL顯示器等。作為使用電子發射元件的顯示裝置的一個例子，有場致發射顯示器(FED)或SED方式平面型顯示器(SED：Surface-conduction Electron-emitter Display：表面傳導電子發射顯示器)等。作為使用液晶元件的顯示裝置的一個例子，有液晶顯示器(透射式液晶顯示器、半透射式液晶顯示器、反射式液晶顯示器、直觀式液晶顯示器、投射式液晶顯示器)等。作為使用電子墨水或電泳元件的顯示裝置的一個例子，有電子紙等。注意，當實現半透射型液晶顯示器或反射式液晶顯示器時，使像素電極的一部分或全部具有作為反射電極的功能即可。例如，使像素電極的一部分或全部包含鋁、銀等即可。並且，此時也可以將SRAM等記憶體電路設置在反射電極下。由此，可以進一步降低功耗。
注意，當使用LED時，也可以在LED的電極或氮化物半導體下配置石墨烯或石墨。石墨烯或石墨也可以為層疊有多個層的多層膜。如此，藉由設置石墨烯或石墨，可以更容易地在其上形成氮化物半導體，如具有結晶的n型GaN半導體等。並且，在其上設置具有結晶的p型GaN半導體等，
能夠構成LED。此外，也可以在石墨烯或石墨與具有晶體的n型GaN半導體之間設置AlN層。可以利用MOCVD形成LED所包括的GaN半導體。注意，當設置石墨烯時，可以以濺射法形成LED所包括的GaN半導體。
本發明的一個實施方式的半導體裝置可以用於顯示裝置、個人電腦或具備儲存介質的影像再現裝置(典型的是，能夠播放儲存介質如數位影音光碟(DVD：Digital Versatile Disc)等並具有可以顯示該影像的顯示器的裝置)中。另外，作為可以使用本發明的一個實施方式的半導體裝置的電子裝置，可以舉出行動電話、包括可攜式的遊戲機、可攜式資料終端、電子書閱讀器終端、拍攝裝置諸如視頻攝影機或數位相機等、護目鏡型顯示器(頭戴式顯示器)、導航系統、音頻再生裝置(汽車音響系統、數位聲訊播放機等)、影印機、傳真機、印表機、多功能印表機、自動櫃員機(ATM)以及自動販賣機等。圖59A至圖59F示出這些電子裝置的具體例子。
圖59A是可攜式遊戲機，其包括外殼901、外殼902、顯示部903、顯示部904、麥克風905、揚聲器906、操作鍵907以及觸控筆908等。注意，雖然圖59A所示的可攜式遊戲機包括兩個顯示部903和顯示部904，但是可攜式遊戲機所包括的顯示部的個數不限於此。
圖59B是可攜式資料終端，其包括第一外殼911、第二外殼912、第一顯示部913、第二顯示部914、連接部915、操作鍵916等。第一顯示部913設置在第一外殼911中，而第二顯示部914設置在第二外殼912中。而且，第一外殼911和第二外殼912由連接部915連接，可以藉由連接部915改變第一外殼911和第二外殼912之間的角度。第一顯示部913的影像也可以根據連接部915所形成的第一外殼911和第二外殼912之間的角度切換。另外，也可以對第一顯示部913和第二顯示部914中的至少一個使用附加有位置輸入功能的顯示裝置。另外，可以藉由在顯示裝置中設置觸控面板來附加位置輸入功能。或者，也可以藉由在顯示裝置的像素部中設置還稱為光感測器的光電轉換元件來附加位置輸入功能。
圖59C是膝上型個人電腦，其包括外殼921、顯示部922、鍵盤923以
及指向裝置924等。
圖59D是電冷藏冷凍箱，其包括外殼931、冷藏室門932、冷凍室門933等。
圖59E是視頻攝影機，其包括第一外殼941、第二外殼942、顯示部943、操作鍵944、透鏡945、連接部946等。操作鍵944及透鏡945設置在第一外殼941中，而顯示部943設置在第二外殼942中。並且，第一外殼941和第二外殼942由連接部946連接，可以藉由連接部946改變第一外殼941和第二外殼942之間的角度。顯示部943的影像也可以根據連接部946所形成的第一外殼941和第二外殼942之間的角度切換。
圖59F是汽車，其包括車體951、車輪952、儀表板953及燈954等。
如上所述，在實施方式中說明了本發明的一個實施方式。但是，本發明的一個實施方式並不侷限於此。例如，雖然示出絕緣體402等絕緣體包含氟或氫的情況的例子，但是並不侷限於此。絕緣體402等絕緣體根據情況也可以包含氟以外的元素或氫以外的元素。或者，絕緣體402等絕緣體根據情況也可以不包含氟或氫。
在本實施例中，確認到藉由對氧化矽添加氟，形成過量氧。
作為樣本，在矽基板上藉由熱氧化法形成厚度為100nm的氧化矽膜。
對所製造的樣本藉由離子植入法以1.0×1016ions/cm2的劑量添加19F+離子。加速電壓為10kV。圖69示出此時的氟的深度方向上的添加量的計算值。圖69作為參考還示出加速電壓為15kV或20kV時的氟的深度方向上的添加量。使用SRIM(The Stopping and Range of Ions in Matter)進行計算。另外，氧化矽相對於一個矽原子具有兩個氧原子。另外，氧化矽的密度為2.2g/cm3。
圖70示出添加了氟的樣本(記作實施例樣本)以及為了作比較而製造的沒有添加氟的樣本(記作比較例子樣本1)的深度方向上的氟濃度的變化。圖70中的虛線示出本測定中的測定下限。氟濃度使用ULVAC-PHI公司製造的四極二次離子質譜分析儀PHI ADEPT1010進行測定。藉由比較圖69與圖70，可知氟大致按計算被添加。
接著，在樣本的表面溫度為50℃至500℃左右的範圍內進行TDS分析。TDS分析使用日本電子科學公司(ESCO Ltd.)製造的熱脫附裝置EMD-WA1000S/W。在此，對所製造的樣本藉由離子植入法以1.0×1016ions/cm2的劑量添加40Ar+離子，來製造樣本(記作比較例子樣本2)，並進行上述同樣的評價。
圖71示出質量電荷比19(F等)的氣體脫離量及質量電荷比32(O2等)的氣體脫離量。可知與沒有添加氟的樣本(比較例子樣本1及比較例子樣本2)相比，實施例樣本以質量電荷比32檢測出的氣體脫離量增加。明確而言，實施例樣本釋放2.1×1015分子/cm2的氧分子。這說明氟的添加造成氧化矽中的過量氧的形成。另外，在實施例樣本中，質量電荷比19的氣體脫離量也增加。
接著，藉由ESR對實施例樣本及比較例子樣本1所包括的不成對電子進行評價。ESR的評價使用日本電子株式會社製造的電子自旋共振譜儀JES-FA300。注意，在測定中，溫度為10K，9.56GHz的微波功率為0.1mW，並以磁場的方向與基板表面平行的方式設置樣本。各樣本分別使用兩個2mm×10mm的矩形的氧化矽。
圖72A示出實施例樣本的結果，圖72B示出比較例子樣本1的結果。在比較例子樣本1中，檢測出微弱的對稱信號。另一方面，在實施例樣本中，檢測出較強的非對稱信號。在實施例樣本中檢測出的非對稱信號表示氧化矽的過氧化自由基的可能性大。
圖73A和圖73B分別示出利用掃描穿透式電子顯微鏡(STEM：Scanning
Transmission Electron Microscope)觀察實施例樣本及比較例子樣本1的剖面圖。作為STEM，使用日本日立高新技術公司製造的日立超薄薄膜評價系統HD-2300。從圖73A和圖73B可知，藉由STEM幾乎觀察不到實施例樣本與比較例子樣本1的差異。另外，還確認到有時因氟的添加而不形成空洞。
藉由本實施例，可知氟的添加造成氧化矽中的過量氧的形成。另外，在氧化矽中，過量氧作為過氧化自由基存在。另外，藉由STEM觀察的氧化矽的狀態在添加氟與沒有添加氟的情況下並沒有太大的差異。
Claims (31)
- 一種半導體裝置，包括：第一絕緣體；第二絕緣體；該第一絕緣體上且直接接觸的第三絕緣體；導電體；以及該第一絕緣體與該第二絕緣體之間的半導體，其中，該第二絕緣體在該半導體與該導電體之間，該第一絕緣體包括氟及氫，該第一絕緣體的氟濃度高於該第一絕緣體的氫濃度，並且，該第一絕緣體的氟濃度高於該第三絕緣體的氟濃度。
- 一種半導體裝置，包括：導電體；第一絕緣體；第二絕緣體；該第二絕緣體上且直接接觸的第三絕緣體；以及該第一絕緣體與該第二絕緣體之間的半導體，其中，該第二絕緣體在該半導體與該導電體之間，該第二絕緣體包括氟及氫，該第二絕緣體的氟濃度高於該第二絕緣體的氫濃度，並且，該第二絕緣體的氟濃度高於該第三絕緣體的氟濃度。
- 根據申請專利範圍第1項之半導體裝置，其中該半導體在該導電體上，並且該第一絕緣體在該半導體上。
- 根據申請專利範圍第3項之半導體裝置，其中該第三絕緣體具有比該第一絕緣體高的氧阻擋性。
- 根據申請專利範圍第1項之半導體裝置，其中該第一絕緣體包括氧及 矽。
- 根據申請專利範圍第5項之半導體裝置，其中該第二絕緣體包括氟。
- 根據申請專利範圍第2項之半導體裝置，其中該半導體在該第一絕緣體上，並且該導電體在該半導體上。
- 根據申請專利範圍第7項之半導體裝置，其中該第三絕緣體具有比該第二絕緣體高的氧阻擋性。
- 根據申請專利範圍第2項之半導體裝置，其中該第一絕緣體包括氧及矽。
- 根據申請專利範圍第2項之半導體裝置，其中該第一絕緣體包括氟。
- 根據申請專利範圍第1項之半導體裝置，其中該半導體在該第一絕緣體上，並且該導電體在該半導體上。
- 根據申請專利範圍第2項之半導體裝置，其中該半導體在該導電體上，並且該第一絕緣體在該半導體上。
- 根據申請專利範圍第11項及第12項中任一項之半導體裝置，其中該第三絕緣體具有比該半導體高的氧透過性。
- 根據申請專利範圍第1項及第2項中任一項之半導體裝置，其中該半導體包括第一半導體及第二半導體，並且該第二半導體具有比該第一半導體大的電子親和力。
- 根據申請專利範圍第14項之半導體裝置，其中該第二半導體具有比該第一半導體大的能隙。
- 根據申請專利範圍第1項及第2項中任一項之半導體裝置，其中該半導體包括銦、鋅、氧以及鋁、鎵、釔及錫中的至少任一個。
- 一種模組，包括：申請專利範圍第1項及第2項中任一項之半導體裝置；以及印刷電路板。
- 一種電子裝置，包括：申請專利範圍第17項之模組；以及揚聲器、操作鍵及電池中的至少一個。
- 一種電子裝置，包括：申請專利範圍第1項及第2項中任一項之半導體裝置；以及揚聲器、操作鍵及電池中的至少一個。
- 一種半導體裝置的製造方法，包括如下步驟：形成導電體；在該導電體上形成第一絕緣體；隔著該第一絕緣體在該導電體上形成半導體；在該半導體上形成第二絕緣體；在該第二絕緣體上形成第三絕緣體；以及透過該第三絕緣體對該第二絕緣體添加氟。
- 根據申請專利範圍第20項之半導體裝置的製造方法，其中該第二絕緣體包括氧及矽。
- 根據申請專利範圍第20項之半導體裝置的製造方法，其中該第三絕緣體包括氮及矽。
- 一種半導體裝置的製造方法，包括如下步驟：形成半導體；在該半導體上形成第一絕緣體；在該第一絕緣體上形成第二絕緣體；透過該第二絕緣體對該第一絕緣體添加氟；以及隔著該第一絕緣體及該第二絕緣體在該半導體上形成導電體。
- 一種半導體裝置的製造方法，包括如下步驟：形成第一絕緣體；在該第一絕緣體上形成第二絕緣體；透過該第二絕緣體對該第一絕緣體添加氟；形成半導體；在該半導體上形成第三絕緣體；以及隔著該第三絕緣體在該半導體上形成第一導電體。
- 根據申請專利範圍第24項之半導體裝置的製造方法，還包括如下步驟：在該第三絕緣體上形成第四絕緣體；透過該第四絕緣體對該第三絕緣體添加氟；以及隔著該第三絕緣體及該第四絕緣體在該半導體上形成第二導電體。
- 根據申請專利範圍第25項之半導體裝置的製造方法，其中該第三絕緣體包括氧及矽。
- 根據申請專利範圍第20項及第23項中任一項之半導體裝置的製造方法，其中該半導體包括第一半導體及第二半導體，並且該第二半導體具有比該第一半導體大的電子親和力。
- 根據申請專利範圍第27項之半導體裝置的製造方法，其中該第二半導體具有比該第一半導體大的能隙。
- 根據申請專利範圍第20項及第23項中任一項之半導體裝置的製造方法，其中該半導體包括銦、鋅、氧以及鋁、鎵、釔及錫中的至少任一個。
- 根據申請專利範圍第23項及第24項中任一項之半導體裝置的製造方法，其中該第一絕緣體包括氧及矽。
- 根據申請專利範圍第23項及第24項中任一項之半導體裝置的製造方法，其中該第二絕緣體包括氮及矽。
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