TWI720097B - 濺射靶材及濺射靶材的製造方法 - Google Patents

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TWI720097B
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山崎舜平
中島基
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Abstract

本發明提供一種新穎的金屬氧化物或新穎的濺射靶材。使用如下濺射靶材形成金屬氧化物膜。該濺射靶材包含導電材料及絕緣材料。絕緣材料包含含有元素M1(元素M1為選自Al、Ga、Si、Mg、Zr、Be和B中的一種或多種)的氧化物、氮化物或氧氮化物，導電材料包含含有銦及鋅的氧化物、氮化物或氧氮化物，導電材料和絕緣材料彼此分離。

Description

濺射靶材及濺射靶材的製造方法
本發明係關於一種物體、方法或製造方法。另外，本發明係關於一種製程(process)、機器(machine)、產品(manufacture)或組合物(composition of matter)。本發明的一個實施方式尤其係關於一種金屬氧化物、該金屬氧化物的製造方法、濺射靶材或者該濺射靶材的製造方法。另外，本發明的一個實施方式係關於一種半導體裝置、顯示裝置、液晶顯示裝置、發光裝置、蓄電裝置、記憶體裝置、它們的驅動方法或它們的製造方法。
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。電晶體等半導體元件、半導體電路、算術裝置及記憶體裝置是半導體裝置的一個實施方式。攝像裝置、顯示裝置、液晶顯示裝置、發光裝置、電光裝置、發電裝置(包括薄膜太陽能電池或有機薄膜太陽能電池等)及電子裝置有時包括半導體裝置。
作為可用於電晶體的半導體材料，氧化物受到關注。例如，專利文獻1公開了包括In-Zn-Ga-O類氧化物、In-Zn-Ga-Mg-O類氧化物、In-Zn-O類氧化物、In-Sn-O類氧化物、In-O類氧化物、In-Ga-O類氧化物和Sn-In-Zn-O類氧化物中的任一個非晶氧化物的場效應電晶體。
另外，在非專利文獻1中探討了作為電晶體的活性層包含In-Zn-O類氧化物和In-Ga-Zn-O類氧化物的兩層疊層的金屬氧化物的結構。
[專利文獻1]日本專利第5118810號公報
[非專利文獻1]John F. Wager, “Oxide TFTs：A Progress Report”, Information Display 1/16, SID 2016, Jan/Feb 2016, Vol.32, No.1, pp.16-21
在專利文獻1中使用In-Zn-Ga-O類氧化物、In-Zn-Ga-Mg-O類氧化物、In-Zn-O類氧化物、In-Sn-O類氧化物、In-O類氧化物、In-Ga-O類氧化物和Sn-In-Zn-O類氧化物中的任一個非晶氧化物形成電晶體的活性層。換言之，電晶體的活性層包括上述氧化物中的任一個非晶氧化物。在電晶體的活性層由上述非晶氧化物中的任一個構成的情況下，發生電晶體的電特性之一的通態電流(on-state current)變低的問題。或者，在電晶體的活性層由上述非晶氧化物中的任一個構成的情況下，發生電晶體的可靠性變低的問題。
另外，在非專利文獻1中，作為通道保護型的底閘極電晶體的活性層使用In-Zn氧化物和In-Ga-Zn氧化物的兩層疊層，並且將形成通道的In-Zn氧化物的厚度設定為10nm，由此實現高場效移動率(μ=62cm2V-1s-1)。另一方面，電晶體特性之一的S值(Subthreshold Swing，SS)較大，為0.41V/decade。另外，電晶體特性之一的臨界電壓(Vth)為-2.9V，示出所謂的常導通的電晶體特性。
鑒於上述問題，本發明的一個實施方式的目的之一是提供一種新穎的金屬氧化物。另外，本發明的一個實施方式的目的之一是提供一 種新穎的濺射靶材。另外，本發明的一個實施方式的目的之一是使半導體裝置具有良好的電特性。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具有新穎結構的半導體裝置。另外，本發明的一個實施方式的目的之一是提供一種具有新穎結構的顯示裝置。
注意，這些目的的記載不妨礙其他目的的存在。本發明的一個實施方式並不需要實現所有上述目的。另外，說明書、圖式以及申請專利範圍等的記載中顯然存在上述目的以外的目的，可以從說明書、圖式以及申請專利範圍等的記載中衍生上述目的以外的目的。
本發明的一個實施方式是一種包含導電材料及絕緣材料的濺射靶材。絕緣材料包含含有元素M1(元素M1為選自Al、Ga、Si、Mg、Zr、Be和B中的一種或多種)的氧化物、含有元素M1的氮化物或含有元素M1的氧氮化物，導電材料包含含有銦及鋅的氧化物、氮化物或氧氮化物，導電材料和絕緣材料彼此分離。
在上述結構中，元素M1較佳為Ga。
本發明的一個實施方式是一種包含導電材料及絕緣材料的濺射靶材。絕緣材料包含含有元素M1(元素M1為選自Al、Ga、Si、Mg、Zr、Be和B中的一種或多種)的氧化物、氮化物或氧氮化物，導電材料包含含有銦和鋅中的一個或兩個、元素M2(元素M2為選自Ti、Ge、Sn、V、Ni、Mo、W和Ta中的一種或多種)的氧化物、氮化物或氧氮化物，導電材料和絕緣材料彼此分離。
在上述結構中，較佳的是，元素M1為Ga且元素M2為Ti或Ge。
本發明的一個實施方式是一種包含導電材料及絕緣材料的濺射靶 材。絕緣材料包含含有元素M1(元素M1為選自Al、Ga、Si、Mg、Zr、Be和B中的任何兩種以上)的氧化物、氮化物或氧氮化物，導電材料包含含有銦和鋅中的一個或兩個，導電材料和絕緣材料彼此分離。
在上述結構中，元素M1較佳為Al、Ga和Si中的任何兩種以上。
在上述結構中，絕緣材料較佳為還包含鋅。
在上述結構中，包含在導電材料中的銦的原子個數比較佳為比包含在絕緣材料中的元素M1的原子個數比大。在上述結構中，導電材料及絕緣材料較佳為都是粒子狀。在上述結構中，導電材料及絕緣材料較佳為包括直徑小於10μm或其附近值的區域。
另外，本發明的其他一個實施方式是一種濺射靶材的製造方法，包括如下步驟：稱量作為絕緣材料的原料的元素M1(元素M1為選自Al、Ga、Si、Mg、Zr、Be和B中的一種或多種)氧化物及第一鋅氧化物、以及作為導電材料的原料的銦氧化物及第二鋅氧化物；混合元素M1氧化物及第一鋅氧化物形成第一混合物；對第一混合物進行成型及加壓形成第一成型體；對第一成型體進行焙燒形成第一焙燒體；使第一焙燒體粉末化形成第一粉體；混合銦氧化物和第二鋅氧化物形成第二混合物；對第二混合物進行成型及加壓形成第二成型體；對第二成型體進行焙燒形成第二焙燒體；使第二焙燒體粉末化形成第二粉體；混合第一粉體和第二粉體形成第三混合物；以及對第三混合物進行成型及加壓形成第三成型體，在形成第三成型體的製程之後，不進行第三成型體的焙燒。
另外，本發明的其他一個實施方式是一種濺射靶材的製造方法，包括如下步驟：稱量作為絕緣材料的原料的元素M1(元素M1為選自Al、Ga、Si、Mg、Zr、Be和B中的一種或多種)氧化物及第一鋅氧化 物、以及作為導電材料的原料的銦氧化物及第二鋅氧化物；混合元素M1氧化物及第一鋅氧化物形成第一混合物；對第一混合物進行成型及加壓形成第一成型體；對第一成型體進行焙燒形成第一焙燒體；使第一焙燒體粉末化形成第一粉體；混合銦氧化物和第二鋅氧化物形成第二混合物；對第二混合物進行成型及加壓形成第二成型體；對第二成型體進行焙燒形成第二焙燒體；使第二焙燒體粉末化形成第二粉體；混合第一粉體和第二粉體形成第三混合物；對第三混合物進行成型及加壓形成第三成型體；以及對第三成型體進行焙燒形成第三焙燒體，在導電材料的一部分和絕緣材料的一部分不化合的溫度下進行第三成型體的焙燒。
在上述結構中，較佳為在比第一成型體的焙燒溫度以及第二成型體的焙燒溫度低的溫度下進行第三成型體的焙燒。
另外，本發明的其他一個實施方式是一種濺射靶材的製造方法，包括如下步驟：稱量作為絕緣材料的原料的元素M1(元素M1為選自Al、Ga、Si、Mg、Zr、Be和B中的一種或多種)氧化物、以及作為導電材料的原料的銦氧化物、鋅氧化物及元素M2(元素M2為選自Ti、Ge、Sn、V、Ni、Mo、W和Ta中的一種或多種)氧化物；混合銦氧化物、鋅氧化物和元素M2氧化物形成第一混合物；對第一混合物進行成型及加壓形成第一成型體；對第一成型體進行焙燒形成第一焙燒體；使第一焙燒體粉末化形成第一粉體；混合第一粉體與元素M1氧化物形成第二混合物；以及對第二混合物進行成型及加壓形成第二成型體，在形成第二成型體的製程之後，不進行第二成型體的焙燒。
另外，本發明的其他一個實施方式是一種濺射靶材的製造方法，包括如下步驟：稱量作為絕緣材料的原料的元素M1(元素M1為選自Al、Ga、Si、Mg、Zr、Be和B中的一種或多種)氧化物、以及作為導電材料的原料的銦氧化物、鋅氧化物及元素M2(元素M2為選自Ti、 Ge、Sn、V、Ni、Mo、W和Ta中的一種或多種)氧化物；混合銦氧化物、鋅氧化物和元素M2氧化物形成第一混合物；對第一混合物進行成型及加壓形成第一成型體；對第一成型體進行焙燒形成第一焙燒體；使第一焙燒體粉末化形成第一粉體；混合第一粉體與元素M1氧化物形成第二混合物；對第二混合物進行成型及加壓形成第二成型體；以及對第二成型體進行焙燒形成第二焙燒體，在導電材料的一部分和絕緣材料的一部分不化合的溫度下進行第二成型體的焙燒。
另外，本發明的其他一個實施方式是一種濺射靶材的製造方法，包括如下步驟：稱量作為絕緣材料的原料的元素M1A(元素M1A為選自Al、Ga、Si、Mg、Zr、Be和B中的一種或多種)氧化物及元素M1B(元素M1B為選自Al、Ga、Si、Mg、Zr、Be和B中的一種或多種，並包含不同於元素M1A的種類的元素)氧化物、以及作為導電材料的原料的銦氧化物、鋅氧化物；混合元素M1A氧化物和元素M1B氧化物形成第一混合物；對第一混合物進行成型及加壓形成第一成型體；對第一成型體進行焙燒形成第一焙燒體；使第一焙燒體粉末化形成第一粉體；混合第一粉體、銦氧化物、鋅氧化物形成第二混合物；以及對第二混合物進行成型及加壓形成第二成型體，在形成第二成型體的製程之後，不進行第二成型體的焙燒。
另外，本發明的其他一個實施方式是一種濺射靶材的製造方法，包括如下步驟：稱量作為絕緣材料的原料的元素M1A(元素M1A為選自Al、Ga、Si、Mg、Zr、Be和B中的一種或多種)氧化物及元素M1B(元素M1B為選自Al、Ga、Si、Mg、Zr、Be和B中的一種或多種，包含不同於元素M1A的種類的元素)氧化物、以及作為導電材料的原料的銦氧化物、鋅氧化物；混合元素M1A氧化物和元素M1B氧化物形成第一混合物；對第一混合物進行成型及加壓形成第一成型體；對第一成型體進行焙燒形成第一焙燒體；使第一焙燒體粉末化形成第一粉體；混合第一粉體、銦氧化物、鋅氧化物形成第二混合物；對第二 混合物進行成型及加壓形成第二成型體；以及對第二成型體進行焙燒形成第二焙燒體，在導電材料的一部分和絕緣材料的一部分不化合的溫度下進行第二成型體的焙燒。
在上述結構中，第二成型體的焙燒溫度較佳為低於對第一成型體的焙燒溫度。
在上述結構中，作為絕緣材料較佳為還包含鋅氧化物。
藉由本發明的一個實施方式能夠提供一種新穎的金屬氧化物。另外，藉由本發明的一個實施方式能夠提供一種新穎的濺射靶材。另外，能夠使半導體裝置具有良好的電特性。另外，能夠提供一種可靠性高的半導體裝置。另外，能夠提供一種具有新穎結構的半導體裝置。另外，能夠提供一種具有新穎結構的顯示裝置。
注意，這些效果的記載不妨礙其他效果的存在。本發明的一個實施方式並不需要具有所有上述效果。另外，說明書、圖式以及申請專利範圍等的記載中顯然存在上述效果以外的效果，可以從說明書、圖式以及申請專利範圍等的記載中衍生上述效果以外的效果。
P1‧‧‧區域
P2‧‧‧區域
P3‧‧‧區域
P4‧‧‧區域
P5‧‧‧區域
P6‧‧‧區域
P7‧‧‧區域
P8‧‧‧區域
001‧‧‧區域
002‧‧‧區域
10‧‧‧濺射靶材
10a‧‧‧濺射靶材
10b‧‧‧濺射靶材
11‧‧‧區域
11a‧‧‧濺射粒子
12‧‧‧區域
12a‧‧‧濺射粒子
13‧‧‧析出部
20‧‧‧陽離子
30‧‧‧電漿
41‧‧‧成膜室
50a‧‧‧底板
50b‧‧‧底板
52‧‧‧靶材架
52a‧‧‧靶材架
52b‧‧‧靶材架
54a‧‧‧磁鐵單元
54b‧‧‧磁鐵單元
54N1‧‧‧磁鐵
54N2‧‧‧磁鐵
54S‧‧‧磁鐵
56‧‧‧磁鐵架
58‧‧‧構件
60‧‧‧基板
62‧‧‧基板架
64a‧‧‧磁力線
64b‧‧‧磁力線
100‧‧‧電晶體
100A‧‧‧電晶體
100B‧‧‧電晶體
100C‧‧‧電晶體
100D‧‧‧電晶體
102‧‧‧基板
104‧‧‧絕緣膜
106‧‧‧導電膜
108‧‧‧金屬氧化物
108_1‧‧‧金屬氧化物
108_2‧‧‧金屬氧化物
108_3‧‧‧金屬氧化物
112a‧‧‧導電膜
112b‧‧‧導電膜
112c‧‧‧導電膜
114‧‧‧絕緣膜
116‧‧‧絕緣膜
118‧‧‧絕緣膜
120a‧‧‧導電膜
120a_2‧‧‧導電膜
120b‧‧‧導電膜
120b_2‧‧‧導電膜
151‧‧‧開口
152a‧‧‧開口
152b‧‧‧開口
200A‧‧‧電晶體
200B‧‧‧電晶體
200C‧‧‧電晶體
200D‧‧‧電晶體
202‧‧‧基板
204‧‧‧絕緣膜
206‧‧‧導電膜
208_1a‧‧‧金屬氧化物
208_2a‧‧‧金屬氧化物
208_3a‧‧‧金屬氧化物
208‧‧‧金屬氧化物
208i‧‧‧區域
208i_1‧‧‧區域
208i_2‧‧‧區域
208i_3‧‧‧區域
208n‧‧‧區域
210‧‧‧絕緣膜
210_0‧‧‧絕緣膜
212‧‧‧導電膜
212_0‧‧‧導電膜
216‧‧‧絕緣膜
218‧‧‧絕緣膜
220a‧‧‧導電膜
220b‧‧‧導電膜
240‧‧‧遮罩
241a‧‧‧開口
241b‧‧‧開口
243‧‧‧開口
600‧‧‧顯示面板
601‧‧‧電晶體
604‧‧‧連接部
605‧‧‧電晶體
606‧‧‧電晶體
607‧‧‧連接部
612‧‧‧液晶層
613‧‧‧導電膜
617‧‧‧絕緣膜
620‧‧‧絕緣膜
621‧‧‧絕緣膜
623‧‧‧導電膜
631‧‧‧彩色層
632‧‧‧遮光膜
633a‧‧‧配向膜
633b‧‧‧配向膜
634‧‧‧彩色層
635‧‧‧導電膜
640‧‧‧液晶元件
641‧‧‧黏合層
642‧‧‧黏合層
643‧‧‧導電膜
644‧‧‧EL層
645a‧‧‧導電膜
645b‧‧‧導電膜
646‧‧‧絕緣膜
647‧‧‧絕緣膜
648‧‧‧導電膜
649‧‧‧連接層
651‧‧‧基板
652‧‧‧導電膜
653‧‧‧半導體膜
654‧‧‧導電膜
655‧‧‧開口
656‧‧‧偏光板
659‧‧‧電路
660‧‧‧發光元件
661‧‧‧基板
662‧‧‧顯示部
663‧‧‧導電膜
666‧‧‧佈線
672‧‧‧FPC
673‧‧‧IC
681‧‧‧絕緣膜
682‧‧‧絕緣膜
683‧‧‧絕緣膜
684‧‧‧絕緣膜
685‧‧‧絕緣膜
686‧‧‧連接器
687‧‧‧連接部
在圖式中：圖1A和圖1B是濺射靶材及使用該濺射靶材的成膜的示意圖；圖2是濺射靶材的製造方法的流程圖；圖3是濺射靶材的製造方法的流程圖；圖4是濺射靶材的製造方法的流程圖；圖5是濺射靶材的製造方法的流程圖；圖6A和圖6B是說明濺射裝置的示意圖； 圖7是使用本發明的一個實施方式的濺射靶材的成膜的示意圖；圖8是說明金屬氧化物的構成的概念圖；圖9A至圖9C是說明電晶體及該電晶體的能階分佈的示意圖；圖10A至圖10C示出電晶體的能帶圖的模型；圖11A至圖11C示出電晶體的能帶圖的模型；圖12A至圖12D是半導體裝置的一個實施方式的俯視圖、剖面圖及剖面概念圖；圖13A至圖13D是半導體裝置的一個實施方式的俯視圖、剖面圖及剖面概念圖；圖14A至圖14D是半導體裝置的一個實施方式的俯視圖、剖面圖及剖面概念圖；圖15A至圖15D是半導體裝置的一個實施方式的俯視圖、剖面圖及剖面概念圖；圖16A至圖16D是半導體裝置的一個實施方式的俯視圖、剖面圖及剖面概念圖；圖17A至圖17D是半導體裝置的一個實施方式的俯視圖、剖面圖及剖面概念圖；圖18A至圖18D是半導體裝置的一個實施方式的俯視圖、剖面圖及剖面概念圖；圖19A至圖19D是半導體裝置的一個實施方式的俯視圖、剖面圖及剖面概念圖；圖20A至圖20D是示出半導體裝置的製程的例子的剖面圖；圖21A至圖21C是示出半導體裝置的製程的例子的剖面圖；圖22A至圖22C是示出半導體裝置的製程的例子的剖面圖；圖23A和圖23B示出能帶結構；圖24示出顯示面板的結構實例；圖25示出顯示面板的結構實例。
下面，參照圖式對實施方式進行說明。注意，所屬技術領域的通常知識者可以很容易地理解一個事實，就是實施方式可以以多個不同形式來實施，其方式和詳細內容可以在不脫離本發明的精神及其範圍的條件下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定在以下所示的實施方式所記載的內容中。
在圖式中，為了方便起見，有時誇大表示大小、層的厚度或區域。因此，本發明並不一定限定於圖式中的尺寸。此外，在圖式中，示意性地示出理想的例子，因此本發明不侷限於圖式所示的形狀或數值等。
本說明書所使用的“第一”、“第二”、“第三”等序數詞是為了避免組件的混淆而附加的，而不是為了在數目方面上進行限定的。
在本說明書中，為了方便起見，使用“上”、“下”等表示配置的詞句以參照圖式說明組件的位置關係。另外，組件的位置關係根據描述各組件的方向適當地改變。因此，不侷限於本說明書中所說明的詞句，根據情況可以適當地更換。
在本說明書等中，電晶體是指至少包括閘極、汲極以及源極這三個端子的元件。電晶體在汲極(汲極端子、汲極區域或汲極電極)與源極(源極端子、源極區域或源極電極)之間具有通道區域，並且電流能夠流過汲極、通道區域以及源極。注意，在本說明書等中，通道區域是指電流主要流過的區域。
另外，在使用極性不同的電晶體的情況或電路工作中的電流方向變化的情況等下，源極及汲極的功能有時互相調換。因此，在本說明書等中，源極和汲極可以互相調換。
在本說明書等中，“電連接”包括藉由“具有某種電作用的元件”連接的情況。在此，“具有某種電作用的元件”只要可以進行連接目標間的電信號的授受，就對其沒有特別的限制。例如，“具有某種電作用的元件”不僅包括電極和佈線，而且還包括電晶體等的切換元件、電阻元件、電感器、電容器、其他具有各種功能的元件等。
在本說明書等中，“氧氮化矽膜”是指在其組成中含氧量多於含氮量的膜，而“氮氧化矽膜”是指在其組成中含氮量多於含氧量的膜。
注意，在本說明書等中，當利用圖式說明發明的結構時有時在不同的圖式中共同使用表示相同的部分的符號。
另外，在本說明書等中，根據情況，可以互相調換“膜”和“層”。例如，有時可以將“導電層”換稱為“導電膜”。此外，有時可以將“絕緣膜”換稱為“絕緣層”。
注意，例如當導電性充分低時，有時即使表示為“半導體”也具有“絕緣體”的特性。此外，“半導體”和“絕緣體”的邊境不太清楚，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”。
在本說明書等中，常導通是指在不從電源供應電位的情況(0V)下處於導通狀態的狀態。例如，常導通特性有時是指在對電晶體的閘極施加的電壓為0V的情況下臨界電壓為負值的電特性。
在本說明書等中，金屬氧化物(metal oxide)是指廣義上的金屬的 氧化物。金屬氧化物被分類為氧化物絕緣體、氧化物導電體(包括透明氧化物導電體)和氧化物半導體(Oxide Semiconductor，也可以簡稱為OS)等。例如，在將金屬氧化物用於電晶體的活性層的情況下，有時將該金屬氧化物稱為氧化物半導體。換言之，在金屬氧化物具有放大作用、整流作用和開關作用中的至少一個的情況下，可以將該金屬氧化物稱為金屬氧化物半導體(metal oxide semiconductor)，或者可以將其縮稱為OS。另外，可以將OS FET稱為包含金屬氧化物或氧化物半導體的電晶體。
在本說明書等中，有時將包含氮的金屬氧化物稱為金屬氧化物(metal oxide)。另外，也可以將包含氮的金屬氧化物稱為金屬氧氮化物(metal oxynitride)。
在本說明書等中，能隙是指能帶結構上的價帶頂能階(Ev端)與導帶底能階(Ec端)的能量差。另外，可以將能隙換稱為能帶間隙。
實施方式1
在本實施方式中，說明本發明的一個實施方式的金屬氧化物、用來形成該金屬氧化物的濺射靶材。
本實施方式所示的金屬氧化物較佳為至少包含銦。尤其是，較佳為包含銦及鋅。除此之外，還包含元素M1(元素M1為選自Al、Ga、Si、Mg、Zr、Be和B中的一種或多種)。並且，較佳為還包含元素M2(元素M2為選自Ti、Ge、Sn、V、Ni、Mo、W和Ta中的一種或多種)。
在此，考慮到金屬氧化物包含銦、元素M1、元素M2及鋅的情況。將金屬氧化物所包含的銦、元素M1、元素M2及鋅的原子個數比的項 分別記載為[In]、[M1]、[M2]及[Zn]。
〈濺射靶材〉
首先，使用圖1A和圖1B說明用來利用濺射法形成金屬氧化物的濺射靶材。圖1A示出用來利用濺射法形成金屬氧化物的濺射靶材10的剖面圖。圖1B示出使用濺射靶材10形成金屬氧化物時的樣子。
濺射靶材10包括包含絕緣材料(可以稱為介質材料)的第一區域11以及包含導電材料的第二區域12。第一區域11和第二區域12彼此分離。在此，第一區域11的電阻較佳為比第二區域12高。如此，濺射靶材10較佳為功能上分離為被用作絕緣區域(可以稱為誘導區域)的第一區域11、被用作導電區域的第二區域12。換言之，可以說：在濺射靶材10中，存在有被用作絕緣區域的第一區域11及被用作導電區域的第二區域12這兩個性質互不相同的相。
如圖1A和圖1B所示，第一區域11及第二區域12較佳為粒子狀。第一區域11及第二區域12的各直徑較佳為小於10μm。
濺射靶材10也可以在其一部分具有結晶結構。例如，可以具有微晶結構(有時稱為nc(nano-crystal)結構)或多晶結構。在第一區域11及/或第二區域12具有微晶結構時，其直徑較佳為0.5nm以上且3nm以下、1nm以上且2nm以下或其附近值。
第一區域11較佳為包含上述元素M1(元素M1為選自Al、Ga、Si、Mg、Zr、Be和B中的一種或多種)或者包含元素M1和鋅。另外，第一區域11也可以具有包含元素M1的氧化物或元素M1和鋅的氧化物的結構。例如，第一區域11有時包含M1氧化物、M1-Zn氧化物、In-M1-Zn氧化物或In-M1-M2-Zn氧化物等。第一區域11也可以包含元素M1的氮化物或氧氮化物或元素M1和鋅的氮化物或氧氮化物。例 如，第一區域11也可以包含氮化鋁或氮化矽。注意，包含在第一區域11中的In的原子個數比、元素M2的原子個數比分別較佳為比包含在第二區域12中的In的原子個數比、元素M2的原子個數比小。
第二區域12較佳為包含銦和鋅中的一個或兩個。第二區域12較佳為還包含上述元素M2(元素M2為選自Ti、Ge、Sn、V、Ni、Mo、W和Ta中的一種或多種)。第二區域12也可以具有包含含有銦和鋅中的一個或兩個的氧化物、氮化物及/或氧氮化物的結構。第二區域12也可以具有包含含有元素M2(元素M2為選自Ti、Ge、Sn、V、Ni、Mo、W和Ta中的一種或多種)的氧化物、氮化物及/或氧氮化物的結構。例如，第二區域12也可以包含氮化鉭。例如，第二區域12有時包含In氧化物、Zn氧化物、In-Zn氧化物、In-M2氧化物、Zn-M2氧化物或In-Zn-M2氧化物等。
在此，在濺射靶材10中，絕緣材料的一部分和導電材料的一部分較佳為不化合，例如，包含在第一區域11中的元素M1和包含在第二區域12中的銦較佳為不化合。
例如，在元素M1為Ga且元素M2為Ti的情況下，第一區域11較佳為包含Ga氧化物、Ga-Zn氧化物、In-Ga-Zn氧化物或In-Ga-Ti-Zn氧化物等，第二區域12較佳為包含In氧化物、Zn氧化物、In-Zn氧化物、In-Ti氧化物、Zn-Ti氧化物或In-Zn-Ti氧化物等。
例如，在元素M1為Ga且元素M2為Ge的情況下，第一區域11較佳為包含Ga氧化物、Ga-Zn氧化物、In-Ga-Zn氧化物或In-Ga-Ge-Zn氧化物等，第二區域12較佳為包含In氧化物、Zn氧化物、In-Zn氧化物、In-Ge氧化物、Zn-Ge氧化物或In-Zn-Ge氧化物等。
例如，在元素M1為Ga及Al且元素M2為Ti的情況下，第一區 域11較佳為包含Ga氧化物、Al氧化物、Ga-Al氧化物、Ga-Zn氧化物、Al-Zn氧化物、Ga-Al-Zn氧化物、In-Ga-Zn氧化物、In-Al-Zn氧化物、In-Ga-Al-Zn氧化物、In-Ga-Ti-Zn氧化物、In-Al-Ti-Zn氧化物或In-Ga-Al-Ti-Zn氧化物等，第二區域12較佳為包含In氧化物、Zn氧化物、In-Zn氧化物、In-Ti氧化物、Zn-Ti氧化物或In-Zn-Ti氧化物等。
例如，在元素M1為Ga且不包含元素M2的情況下，第一區域11較佳為包含Ga氧化物、Ga-Zn氧化物或In-Ga-Zn氧化物等，第二區域12較佳為包含In氧化物、Zn氧化物或In-Zn氧化物等。
當使用濺射靶材10形成的金屬氧化物包含比絕緣材料多的導電材料時，載子移動率可以進一步得到提高。為了形成這樣的金屬氧化物，較佳為使包含在濺射靶材10中的導電材料中的銦的原子個數比大於包含在絕緣材料中的元素M1的原子個數比。
在此，元素M2的化合價比In、Ga及Zn大。例如，在作為元素M2使用Ti時，Zn是二價的，In及Ga是三價的，Ti是四價的。藉由將其化合價比In、Ga及Zn大的元素M2(在此，Ti)用於金屬氧化物，該元素被用作載子供應源，因此可以提高使用濺射靶材10形成的金屬氧化物的包含元素M2的區域的載子密度。Ti的與氧的鍵合力比In、Ga及Zn強。因此，藉由採用金屬氧化物包含Ti的結構，可以抑制氧缺陷的生成。當將使用濺射靶材10形成的金屬氧化物用於電晶體的半導體層時，電晶體的場效移動率得到提高且抑制氧缺陷的生成，因此可以實現可靠性高的半導體裝置。
作為濺射靶材10，較佳為使用其組成例如為[In]：[M1]：[M2]：[Zn]=4：1：1：4[原子個數比]、[In]：[M1]：[M2]：[Zn]=5：0.5：0.5：7[原子個數比]或其附近值的原子個數比的 濺射靶材。例如，在元素M1為Ga且元素M2為Ti或Ge的情況下，較佳為使用具有In：Ga：Ti：Zn=4：1：1：4[原子個數比]、In：Ga：Ge：Zn=4：1：1：4[原子個數比]、In：Ga：Ti：Zn=5：0.5：0.5：7[原子個數比]、In：Ga：Ge：Zn=5：0.5：0.5：7[原子個數比]或其附近值的原子個數比的金屬氧化物靶材。另外，例如元素M2的原子個數比較佳為與元素M1的原子個數比相同或小於元素M1的原子個數比。注意，濺射靶材10的組成不侷限於此。
注意，所形成的金屬氧化物膜的原子個數比包括上述濺射靶材中的金屬元素的原子個數比的±40%的變動。
在本實施方式所示的濺射靶材10中，第一區域11也可以包含作為元素M1示出的元素中的兩種以上的元素。在本實施方式所示的濺射靶材10中，第二區域12也可以不包含元素M2。
當作為絕緣材料包含作為元素M1示出的元素中的兩種以上的元素時，有時可以使使用濺射靶材10形成的金屬氧化物的包含元素M1的區域的能隙大。
當第一區域11及第二區域12包含鋅時，可以使使用濺射靶材10形成的金屬氧化物膜的至少包含元素M1的第一成分的區域、以及至少包含In的第二成分的區域包含鋅。並且，在該金屬氧化物膜中，可以使在第一成分的區域與第二成分的區域之間包含鋅。如此，藉由使金屬氧化物膜包含鋅，鋅也被用作導電路徑而載子(電子)流過金屬氧化物膜。
〈濺射靶材的製造方法〉
接著，利用圖2至圖4所示的流程圖說明濺射靶材10的製造方法。
首先，使用圖2所示的流程圖說明濺射靶材10的製造方法。
首先，稱量上述導電材料的原料及上述絕緣材料的原料(步驟S101)。例如，在作為元素M2使用Ti時，作為導電材料的原料可以使用粉末狀銦氧化物、粉末狀鋅氧化物及粉末狀鈦氧化物等。注意，導電材料的原料不侷限於此，例如，可以適當地使用粉末狀元素M2氧化物等。例如，在作為元素M1使用Ga時，作為絕緣材料的原料可以使用粉末狀Ga氧化物等。注意，絕緣材料的原料不侷限於此，例如，可以適當地使用粉末狀元素M1氧化物等。以上，示出使用各元素的氧化物的例子，但是也可以使用氧氮化物、氮化物等。
例如，可以以粉末狀銦氧化物、粉末狀元素M1氧化物、粉末狀元素M2氧化物、粉末狀鋅氧化物中的銦、元素M1、元素M2、鋅的原子個數比為上述[In]：[M1]：[M2]：[Zn]=4：1：1：4[原子個數比]或[In]：[M1]：[M2]：[Zn]=5：0.5：0.5：7[原子個數比]等的方式稱量導電材料的原料及絕緣材料的原料。
藉由使用高純度的原料作為導電材料的原料及絕緣材料的原料，後面容易得到雜質濃度低的濺射靶材10。明確而言，可以將鹼金屬的濃度設定為低於10wtppm(重量百萬分率)，較佳為低於5wtppm，更佳為低於2wtppm。另外，可以將鹼土金屬的濃度設定為低於5wtppm，較佳為低於2wtppm，更佳為低於1wtppm。另外，可以將鹵素的濃度設定為低於10wtppm，較佳為低於5wtppm，更佳為低於2wtppm。可以利用二次離子質譜分析(SIMS：Secondary Ion Mass Spectrometry)、輝光放電質譜法(GDMS：Glow Discharge Mass Spectrometry)或者電感耦合電漿質譜(ICP-MS：Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry)等測量這些雜質濃度。
接著，混合所稱量的導電材料的原料形成混合物(步驟S102)。 例如，混合粉末狀銦氧化物、粉末狀鋅氧化物及粉末狀元素M2氧化物形成混合物。以下，有時將該混合物稱為導電材料的混合物。
藉由將導電材料的混合物攤鋪到成型模子中進行成型(步驟S103)。利用壓機等對攤鋪到成型模子中的混合物進行加壓，可以將其形成為成型體。以下，有時將該成型體稱為導電材料的成型體。
接著，對導電材料的成型體進行焙燒形成焙燒體(步驟S104)。在焙燒中，使用爐(也稱為焙燒爐或燒結爐)。可以在含有稀有氣體、氮氣體和氧氣體中的任何一種或多種氣體的氛圍下進行焙燒。以下，有時將該焙燒體稱為導電材料的焙燒體。
對導電材料的成型體進行焙燒時的溫度較佳為包含在導電材料中的銦、鋅、元素M2(例如，Ti、Ge等)化合而形成氧化物的程度的溫度，例如是銦、鋅、元素M2由於熱而互相起反應來變為不同於原料的化合物的溫度。導電材料的成型體的焙燒溫度為400℃以上且2500℃以下，較佳為900℃以上且1900℃以下。
如此，對導電材料的成型體進行焙燒，將包含在導電材料中的銦、鋅、元素M2化合來形成氧化物，由此可以使所製造的濺射靶材10的第二區域12包含較多的銦、鋅、元素M2。
在圖2所示的流程圖中，分別進行成型及加壓的步驟S103、焙燒的步驟S104，但是本實施方式所示的方法不侷限於此。例如，可以將混合物放到成型模子中，邊以低溫進行焙燒邊利用壓機進行加壓。
粉碎導電材料的焙燒體將其成粉末，由此形成粉體(步驟S105)。以下，有時將該粉體稱為導電材料的粉體。
混合導電材料的粉體與絕緣材料的粉體，由此形成混合物(步驟S106)。在此，絕緣材料的粉體是指在步驟S101中稱量的絕緣材料的原料。
將導電材料的粉體和絕緣材料的粉體的混合物攤鋪到成型模子中，進行成型(步驟S107)。利用壓機等對攤鋪到成型模子中的混合物進行加壓，可以將其形成為成型體。以下，有時將該成型體稱為導電材料和絕緣材料的成型體。
如圖2的流程圖所示，不進行焙燒等高溫的加熱處理而只進行加壓來形成導電材料和絕緣材料的成型體，由此可以防止上述導電材料和上述絕緣材料的化合。例如，可以防止銦和元素M1等的化合。因此，在濺射靶材10中，可以分離地設置被用作絕緣區域的第一區域11和被用作導電區域的第二區域12。
並且，在步驟S102至步驟S105中，預先藉由形成混合將成為導電材料的銦氧化物、鋅氧化物及元素M2氧化物而成的粉體，可以使包含在被用作導電區域的第二區域12中的元素M2之量。
如此，當使濺射靶材10的第二區域12包含其化合價比In及Zn大的元素M2時，該元素被用作載子供應源，因此使用濺射靶材10形成的金屬氧化物的載子密度可以得到提高。
藉由對所形成的導電材料和絕緣材料的成型體進行精加工，製造濺射靶材10。明確而言，進行分離或研磨以調節導電材料和絕緣材料的成型體的長度、寬度及厚度。另外，在成型體的表面存在微小凹凸時會發生不正常的放電，因此進行該表面的拋光處理。較佳為藉由化學機械拋光(CMP：Chemical Mechanical Polishing)進行拋光處理。
在步驟S106中混合導電材料的粉體與絕緣材料的粉體時，可以還混合水、有機物(分散劑及黏合劑)來使其漿料化。藉由使其漿料化並混合，可以進一步縮小包括在濺射靶材10中的第一區域11及第二區域12的直徑。另外，在步驟S102中的導電材料的原料的混合中，也可以藉由相同的方法進行漿料化。
此時，在步驟S103的成型中澆注漿料的成型模子的底部設置一個或多個吸取口實現水的吸引。另外，在成型模子的底部設置過濾器，不穿過導電材料的原料的粉末而透過水及有機物。明確而言，可以使用在織布或毛氈上附著多孔樹脂膜而成的過濾器等。
在步驟S103中，設置在成型模子的底部的過濾器從漿料吸引水等，從漿料去除水及有機物，由此形成成型體。
注意，在得到的成型體中稍微殘留水及有機物，因此進行乾燥處理及有機物的去除。較佳為藉由自然乾燥進行乾燥處理，以成型體不容易產生裂縫。
以上，對導電材料的粉體和絕緣材料的粉體的混合物進行加壓製造濺射靶材10，但是本實施方式不侷限於此。例如，可以以低溫對加壓而形成的成型體進行焙燒來形成焙燒體，將其用作濺射靶材10。在焙燒中，使用爐(也稱為焙燒爐或燒結爐)。可以在含有稀有氣體、氮氣體和氧氣體中的任何一種或多種氣體的氛圍下進行焙燒。
對導電材料和絕緣材料的成型體進行焙燒時的溫度較佳為上述導電材料和上述絕緣材料不化合的程度的溫度，例如是，銦和元素M1等不化合的程度的溫度，明確而言，導電材料和絕緣材料由於熱而互相起反應來不變為不同於原料的化合物的溫度。因此，例如，可以以比上述步驟S104的導電材料的成型體的焙燒低的溫度對導電材料和絕 緣材料的成型體進行焙燒。例如，對導電材料和絕緣材料的成型體進行焙燒時的溫度較佳為200℃以上且低於1000℃。
如此，以低溫對導電材料和絕緣材料的成型體進行焙燒製造濺射靶材10，由此可以進一步提高濺射靶材10的強度。
在進行以低溫對導電材料和絕緣材料的成型體進行焙燒的製程時，有時形成靶材的一部分包含上述導電材料及/或上述絕緣材料的合金。
另外，如上述那樣，在使混合物漿料化製造濺射靶材10時，以低溫進行焙燒，由此可以去除稍微殘留在導電材料和絕緣材料的成型體中的水及有機物。
低溫焙燒並不需要是與步驟S107的成型及加壓步驟不同的步驟。例如，可以將混合物放到成型模子中，邊以低溫進行焙燒邊利用壓機進行加壓。
接著，使用圖3所示的流程圖說明與圖2所示的流程圖不同的濺射靶材10的製造方法。在圖3所示的濺射靶材10的製造方法中，說明作為絕緣材料的原料使用作為元素M1可以選擇的Al、Ga、Si、Mg、Zr、Be和B中的兩種以上的元素的情況。以下，典型地，說明如下情況：作為絕緣材料的原料，使用元素M1A(元素M1A為選自Al、Ga、Si、Mg、Zr、Be和B中的一種或多種)的粉末狀氧化物及元素M1B(元素M1B為選自Al、Ga、Si、Mg、Zr、Be和B中的一種或多種，包含與元素M1A不同種類的元素)的粉末狀氧化物。
圖3所示的濺射靶材10的製造方法的與圖2所示的濺射靶材10的製造方法不同之處在於：在步驟S101之後進行步驟S202至步驟S205代替步驟S102至步驟S105。
在步驟S101中稱量導電材料的原料和絕緣材料的原料之後，混合所稱量的絕緣材料的原料形成混合物(步驟S202)。例如，混合元素M1A氧化物和元素M1B氧化物形成混合物。以下，有時將該混合物稱為絕緣材料的混合物。
藉由將絕緣材料的混合物攤鋪到成型模子中進行成型(步驟S203)。利用壓機等對攤鋪到成型模子中的混合物進行加壓，可以將其形成為成型體。以下，有時將該成型體稱為絕緣材料的成型體。
接著，對絕緣材料的成型體進行焙燒形成焙燒體(步驟S204)。在焙燒中，使用爐(也稱為焙燒爐或燒結爐)。可以在含有稀有氣體、氮氣體和氧氣體中的任何一種或多種氣體的氛圍下進行焙燒。以下，有時將該焙燒體稱為絕緣材料的焙燒體。
對絕緣材料的成型體進行焙燒時的溫度較佳為包含在絕緣材料中的元素M1A和元素M1B(例如，Al、Ga、Si等)化合而形成氧化物的程度的溫度，例如是由於熱而互相起反應來變為不同於原料的化合物的溫度。絕緣材料的成型體的焙燒溫度為400℃以上且2900℃以下，較佳為900℃以上且2100℃以下。
如此，對絕緣材料的成型體進行焙燒，將包含在絕緣材料中的元素M1A和元素M1B化合來形成氧化物，由此可以使所製造的濺射靶材10的第一區域11包含較多的元素M1A和元素M1B。
在圖3所示的流程圖中，分別進行成型及加壓的步驟S203、焙燒的步驟S204，但是本實施方式所示的方法不侷限於此。例如，可以將混合物放到成型模子中，邊以低溫進行焙燒邊利用壓機進行加壓。
粉碎絕緣材料的焙燒體將其成粉末，由此形成粉體(步驟S205)。以下，有時將該粉體稱為絕緣材料的粉體。
接著，在步驟S106中，混合導電材料的粉體(例如，粉末狀銦氧化物及粉末狀鋅氧化物)與在步驟S205中製造的絕緣材料的粉體來形成混合物。在此，導電材料的粉體是指在步驟S101中稱量的導電材料的原料。可以利用與圖2所示的流程圖相同的方法可以進行後面的製程。
如此，在步驟S202至步驟S205中，預先藉由形成混合將成為絕緣材料的元素M1A氧化物及元素M1B氧化物而成的粉體，可以製造在第一區域11中包含作為元素M1可以選擇的Al、Ga、Si、Mg、Zr、Be和B中的兩種以上的元素的濺射靶材。由此，有時在使用濺射靶材10形成的金屬氧化物膜中，可以使包含元素M1的區域的能隙大。
另外，如圖4所示，可以對圖2所示的濺射靶材10的製造方法併入圖3所示的步驟S202至步驟S205。就是說，在步驟S101之後，同時進行步驟S102至步驟S105與步驟S202至步驟S205。因此，可以利用與圖2所示的方法相同的方法進行步驟S101至步驟S107，利用與圖3所示的方法相同的方法進行步驟S202至步驟S205。可以先進行步驟S102至步驟S105或先進行步驟S202至步驟S205。
可以利用與圖4的流程圖所示的製造方法相同的方法製造在第一區域11及第二區域12中包含鋅的濺射靶材10。以下，使用圖5說明如下例子：製造作為元素M1使用Ga且其組成為[In]：[Ga]：[Zn]=4：2：4[原子個數比]的濺射靶材10。注意，以下的製造方法中的元素種類及組成不侷限於此，可以適當地設定元素種類及組成，利用相同的方法製造靶材。
可以準備粉末狀銦氧化物、粉末狀鎵氧化物及粉末狀鋅氧化物，利用與上述步驟S101相同的方法進行原料的稱量。注意，為了第一區域11及第二區域12包含鋅，以將包含在絕緣材料中的鋅氧化物為第一鋅氧化物，以將包含在導電材料中的鋅氧化物為第二鋅氧化物，分別進行稱量。
因此，可以以粉末狀銦氧化物、粉末狀鎵氧化物、粉末狀第一鋅氧化物及粉末狀第二鋅氧化物中的銦、鎵、第一鋅(以下，有時記載為Zn1)及第二鋅(以下，有時記載為Zn2)的原子個數比為[In]：[Ga]：[Zn1]：[Zn2]=4：2：2：2的方式進行稱量。
接著，可以使用在步驟S101中稱量的粉末狀銦氧化物和粉末狀第二鋅氧化物，以上述步驟S102至步驟S105相同的方法進行圖5所示的步驟S102至步驟S105。在步驟S102中，以[In]：[Zn2]=4：2的原子個數比混合粉末狀銦氧化物和粉末狀第二鋅氧化物形成混合物。
以上，示出作為導電材料的原料以[In]：[Zn2]=4：2的原子個數比混合粉末狀銦氧化物和粉末狀第二鋅氧化物的例子，但是本實施方式所示的製造方法不侷限於此，可以適當地設定粉末狀銦氧化物和粉末狀第二鋅氧化物的混合量。例如，較佳的是，藉由以[In]：[Zn2]=4：2的原子個數比混合粉末狀銦氧化物和粉末狀第二鋅氧化物，將從這些導電材料的原料形成的焙燒體的能隙調節為2.7eV至3.2eV左右。
另外，如圖2等所示，元素M2也可以包含在導電材料的原料中。例如，當作為元素M2使用Ti、W或Sn等時，可以使用粉末狀鈦氧化物、粉末狀鎢氧化物或粉末狀錫氧化物等。元素M2的含量較佳為元素M1(例如，Ga)的含量的0.01atomic%以上且2atomic%以下，更佳為0.1atomic%以上且0.5atomic%以下。如此，當作為雜質使元素M2包含在含有銦氧化物及第二鋅氧化物的導電材料的混合物中時，從該導電 材料的混合物形成的焙燒體的元素M2所引起的能量的變動量較佳為0.3eV以下。
步驟S103至步驟S105可以參照以上的記載。當在步驟S104中對銦氧化物和第二鋅氧化物的成型體進行焙燒時，可以將對成型體進行焙燒時的溫度設定為400℃以上且1700℃以下，較佳為900℃以上且1500℃以下。例如，可以將對成型體進行焙燒時的溫度設定為1400℃左右。
接著，可以使用在步驟S101中稱量的粉末狀鎵氧化物、粉末狀第一鋅氧化物，以與上述步驟S202至步驟S205相同的方法進行圖5所示的步驟S202至步驟S205。在步驟S202中，以[Ga]：[Zn1]=2：2的原子個數比混合粉末狀鎵氧化物和粉末狀第一鋅氧化物形成混合物。
以上，示出作為絕緣材料的原料以[Ga]：[Zn1]=2：2的原子個數比混合粉末狀鎵氧化物和粉末狀第一鋅氧化物的例子，但是本實施方式所示的製造方法不侷限於此。例如，Zn1的含量可以為Zn1和Ga的總含量的15atomic%以上且85atomic%以下。如此，混合其能隙為5eV左右的鎵氧化物與其能隙為3eV左右的鋅氧化物，可以調節從這些絕緣材料的原料形成的焙燒體的能隙。
步驟S203至步驟S205可以參照以上的記載。當在步驟S204中對鎵氧化物和第一鋅氧化物的成型體進行焙燒時，可以將對成型體進行焙燒時的溫度設定為400℃以上且1700℃以下，較佳為900℃以上且1500℃以下。例如，可以將對成型體進行焙燒時的溫度設定為1400℃左右。
接著，在圖5所示的步驟S106中，與上述步驟S106同樣地，混合在步驟S105中製造的導電材料的粉體與在步驟S205中製造的絕緣材料 的粉體形成混合物。
接著，在圖5所示的步驟S107中，與上述步驟S107同樣地，將導電材料和絕緣材料的混合物攤鋪到成型模子中，進行成型。
接著，作為圖5所示的步驟S108較佳為進行低溫焙燒。在焙燒中，使用爐(也稱為焙燒爐或燒結爐)。可以在含有稀有氣體、氮氣體和氧氣體中的任何一種或多種氣體的氛圍下進行焙燒。
對導電材料和絕緣材料的成型體進行焙燒時的溫度較佳為上述導電材料和上述絕緣材料不化合的程度的溫度，例如，銦和元素M1等不化合的程度的溫度，明確而言，導電材料和絕緣材料由於熱而互相起反應來不變為不同於原料的化合物的溫度。因此，例如，可以以比上述步驟S104及步驟S204的焙燒溫度低的溫度對導電材料和絕緣材料的成型體進行焙燒。例如，可以以比上述步驟S104及步驟S204的焙燒溫度低200℃至300℃左右的溫度對導電材料和絕緣材料的成型體進行焙燒。明確而言，對導電材料和絕緣材料的成型體進行焙燒時的溫度較佳為200℃以上且低於1200℃。
如此，以低溫對導電材料和絕緣材料的成型體進行焙燒製造濺射靶材10，由此可以進一步提高濺射靶材10的強度。
步驟S108的低溫焙燒並不需要是與步驟S107的成型及加壓步驟不同的步驟。例如，可以將混合物放到成型模子中，邊以低溫進行焙燒邊利用壓機進行加壓。
當步驟S107結束時的濺射靶材10的強度充分大時，可以不進行步驟S108而以步驟S107結束流程。
如圖5的流程圖所示，分別對導電材料的原料和絕緣材料的原料進行焙燒並使其粉末化，形成導電材料的粉體、絕緣材料的粉體，然後不進行焙燒等高溫的加熱處理而製造濺射靶材10。由此，可以以不使上述導電材料與上述絕緣材料化合的方式，例如以不使銦和元素M1等化合的方式製造濺射靶材10。在濺射靶材10中，可以分離地設置被用作絕緣區域的第一區域11和被用作導電區域的第二區域12。
並且，在步驟S102至步驟S105中，預先藉由形成混合將成為導電材料的銦氧化物和第二鋅氧化物而成的粉體，可以使包含在被用作導電區域的第二區域12中的銦及鋅的比例高。在步驟S202至步驟S205中，預先藉由形成混合將成為絕緣材料的鎵氧化物及第一鋅氧化物而成的粉體，可以使包含在被用作絕緣區域的第一區域11中的鎵及鋅的比例。如此，可以增高包含在濺射靶材10的第一區域11及第二區域12中的鋅的比例。
〈濺射裝置〉
接著，使用圖6A和圖6B說明可以使用濺射靶材10的濺射裝置。圖6A是說明濺射裝置所包括的成膜室41的剖面圖，圖6B是濺射裝置所包括的磁鐵單元54a及磁鐵單元54b的平面圖。
圖6A所示的成膜室41包括靶材架52a、靶材架52b、底板50a、底板50b、濺射靶材10a、濺射靶材10b、構件58、基板架62。濺射靶材10a配置在底板50a上。底板50a配置在靶材架52a上。磁鐵單元54a隔著底板50a配置在濺射靶材10a下。濺射靶材10b配置在底板50b上。底板50b配置在靶材架52b上。磁鐵單元54b隔著底板50b配置在濺射靶材10b下。
如圖6A及圖6B所示，磁鐵單元54a包括磁鐵54N1、磁鐵54N2、磁鐵54S及磁鐵架56。在磁鐵單元54a中，磁鐵54N1、磁鐵54N2及 磁鐵54S配置在磁鐵架56上。磁鐵54N1及磁鐵54N2以與磁鐵54S間隔開的方式配置。磁鐵單元54b具有與磁鐵單元54a相同的結構。在將基板60搬入成膜室41時，基板60與基板架62接觸。
濺射靶材10a、底板50a及靶材架52a與濺射靶材10b、底板50b及靶材架52b由構件58隔開。構件58較佳為絕緣體。注意，構件58也可以為導電體或半導體。此外，構件58也可以為由絕緣體覆蓋導電體或半導體表面的構件。
靶材架52a與底板50a被螺釘(螺栓等)固定，被施加相同電位。靶材架52a具有隔著底板50a支撐濺射靶材10a的功能。靶材架52b與底板50b被螺釘(螺栓等)固定，被施加相同電位。靶材架52b具有隔著底板50b支撐濺射靶材10b的功能。
底板50a具有固定濺射靶材10a的功能。底板50b具有固定濺射靶材10b的功能。
在圖6A中，示出由磁鐵單元54a形成的磁力線64a和磁力線64b。
如圖6B所示，磁鐵單元54a例如採用將方形或大致方形的磁鐵54N1、方形或大致方形的磁鐵54N2及方形或大致方形的磁鐵54S固定於磁鐵架56的結構。如圖6B的箭頭所示，可以在左右方向上擺動磁鐵單元54a。例如，以0.1Hz以上且1kHz以下的拍子(也可以說節奏、脈衝、頻率、週期或循環等)使磁鐵單元54a擺動即可。
濺射靶材10a上的磁場隨著磁鐵單元54a的擺動而變化。由於磁場強的區域成為高密度電漿區域，所以其附近容易發生濺射靶材10a的濺射現象。磁鐵單元54b也與此相同。
在圖6A和圖6B中，示出使用平行板型濺射裝置的例子，但是本實施方式所示的金屬氧化物的形成方法不侷限於此。例如，也可以使用對向靶材型濺射裝置形成金屬氧化物。
〈金屬氧化物的成膜流程〉
接著，分為第一製程至第四製程而說明使用濺射靶材10的金屬氧化物的形成方法。
第一製程包括將基板配置在成膜室中的製程。
作為第一製程，例如，將基板60配置在圖6A所示的成膜室41所包括的基板架62。
成膜時的基板60的溫度影響到金屬氧化物的電性質。基板溫度越高，越可以提高金屬氧化物的結晶性及可靠性。另一方面，基板溫度越低，越可以降低金屬氧化物的結晶性並提高載子移動率。尤其是，成膜時的基板溫度越低，包括金屬氧化物的電晶體的在閘極電壓低(例如，大於0V且為2V以下)時的場效移動率的提高越明顯。
基板60的溫度可以為室溫(25℃)以上且150℃以下，較佳為室溫以上且130℃以下。上述範圍內的基板溫度適合於使用大面積的玻璃基板(例如，第八世代至第十世代的玻璃基板)的情況。尤其是，當將形成金屬氧化物時的基板溫度設定為室溫時，換言之，當對基板不進行意圖性的加熱時，可以抑制基板的變形或彎曲，所以是較佳的。
可以利用設置在基板架62的冷卻機構等冷卻基板60。
另外，藉由將基板60的溫度設定為100℃以上且150℃以下，可以去除附著於金屬氧化物的水。如此，藉由去除作為雜質的水，可以同 時實現場效移動率的提高和可靠性的提高。
將基板60的溫度設定為100℃以上且150℃以下來去除水，由此可以防止過剩的熱所導致的濺射裝置的應變。例如，根據尺寸，G10等大型基板的基板溫度受到限制。因此，可以儘可能且適當地選擇高於水的汽化溫度(100℃)並提高裝置的可維護性及輸送量的溫度。由此，可以實現半導體裝置的生產性的提高。因此，生產性變得穩定且容易導入大規模生產裝置，因此可以容易製造使用大面積基板的大型顯示裝置。
藉由將基板60的溫度設定為室溫以上且150℃以下進行成膜，可以實現金屬氧化物的淺缺陷能階(也稱為sDOS)的降低。
第二製程包括對成膜室導入氣體的製程。
作為第二製程，例如，對圖6A所示的成膜室41導入氣體。作為該氣體，可以導入氬氣體、氧氣體和氮氣體中的任一種或多種。可以使用氦、氪以及氙等惰性氣體代替氬氣體。
當使用氧氣體形成金屬氧化物時，氧流量比越低，越可以提高載子移動率。尤其是，氧流量比越低，包括金屬氧化物的電晶體的在閘極電壓低(例如，大於0V且為2V以下)時的場效移動率的提高越明顯。
在0%以上且30%以下的範圍可以適當地設定氧流量比，以便得到對應金屬氧化物的用途的較佳特性。此時，例如，沉積氣體可以是氬氣體和氧氣體的混合氣體。並且，在沉積氣體包含氧氣體時，可以減少所形成的金屬氧化物的氧缺陷量。如此，藉由減少氧缺陷量，可以實現金屬氧化物的可靠性的提高。
例如，將金屬氧化物用於場效移動率高的電晶體的半導體層時，將形成金屬氧化物時的氧流量比設定為0%以上且30%以下，較佳為5%以上且20%以下。
當沉積氣體包含氮氣體且進行成膜時，即使濺射靶材10不包含氮也可以形成包含氮的金屬氧化物。當添加氮氣體形成包含氮的金屬氧化物時，藉由增高氮流量比使包含氮的金屬氧化物包含充分量的氮，可以提高載子移動率。
在10%以上且100%以下的範圍可以適當地設定氮流量比，以便得到對應包含氮的金屬氧化物的用途的較佳特性。此時，例如，沉積氣體可以是氮氣體和氬氣體的混合氣體。另外，沉積氣體既可以是氮氣體和氧氣體的混合氣體，又可以是氮氣體、氧氣體和氬氣體的混合氣體。
並且，當沉積氣體包含氮氣體時，由氮填補相當於所形成的包含氮的金屬氧化物的氧缺陷的位(site)，而可以減少包含氮的金屬氧化物的氧缺陷量。此時，當作為包含在濺射靶材10中的元素M1使用與氧的鍵合力強的元素(例如，矽、鋁等)時，由該元素M1填補相當於包含氮的金屬氧化物的氧缺陷的位。由此，即使降低沉積氣體中的氧或沉積氣體不包含氧，也可以減少包含氮的金屬氧化物的氧缺陷量。並且，藉由減少包含氮的金屬氧化物中的氧量且增加氮量，可以提高包含氮的金屬氧化物的載子移動率。
當作為濺射中的沉積氣體使用氧氣體時，有時該氧氣體負離子化而碰撞到形成中的金屬氧化物，該金屬氧化物受傷。對此，如上所述，藉由減少沉積氣體中的氧或不使氧包含在沉積氣體中，可以防止金屬氧化物受傷。
當作為濺射靶材10使用包含氮的靶材時，即使在形成包含氮的金屬氧化物的情況下，也可以作為沉積氣體不使用氮。
另外，需要進行濺射氣體的高度純化。例如，作為被用作濺射氣體的氧氣體、氮氣體和氬氣體，使用露點為-40℃以下、較佳為-80℃以下、更佳為-100℃以下、進一步較佳為-120℃以下的高純度的氣體，由此可以儘可能地防止水分等混入金屬氧化物中。
另外，在成膜室41中，較佳為使用低溫泵等吸附式真空抽氣泵對濺射裝置的處理室進行高真空抽氣(抽空到5×10-7Pa至1×10-4Pa左右)以儘可能地去除對金屬氧化物來說是雜質的水等。或者，較佳為組合渦輪分子泵和冷阱來防止氣體，尤其是包含碳或氫的氣體從抽氣系統倒流到處理室內。尤其是，在濺射裝置的待機時處理室內的相當於H2O的氣體分子(相當於m/z=18的氣體分子)的分壓較佳為1×10-4Pa以下，更佳為5×10-5Pa以下。另外，在濺射裝置的放電時的處理室內的相當於H2O的氣體分子(相當於m/z=18的氣體分子)的分壓較佳為5×10-5Pa以下，更佳為1×10-5Pa以下。如此，藉由減少混入金屬氧化物中的雜質，可以實現可靠性高的電晶體。
如此，在減少了水、氫等的金屬氧化物中，起因於氫的載子少，因此載子密度變低。注意，使用濺射靶材10的金屬氧化物具有包含被用作載子供應源的元素M2(例如，選自Ti、Ge、Sn、V、Ni、Mo、W、和Ta中的一種或多種)的結構，因此即使起因於氫的載子少也可以提高載子密度。因為以Ti為代表的元素M2具有對氫的吸雜效果，所以可以減少被用作載子的氫並提高電晶體的可靠性。
第三製程包括對濺射靶材10施加電壓的製程。
作為第三製程，例如，對圖6A所示的靶材架52a及靶材架52b施加電壓。例如，將施加到與靶材架52a連接的端子V1的電位設定為施加到與基板架62連接的端子V2的電位低的電位。例如，將施加到與靶材架52b連接的端子V4的電位設定為施加到與基板架62連接的端子V2的電位低的電位。將施加到與基板架62連接的端子V2的電位設定為接地電位。將施加到與磁鐵架56連接的端子V3的電位設定為接地電位。
注意，施加到端子V1、端子V2、端子V3及端子V4的電位不侷限於上述電位。可以不對靶材架52、基板架62、磁鐵架56中的全部施加電位。例如，基板架62也可以處於電浮動狀態。注意，端子V1與可以控制施加的電位的電源電連接。作為電源，可以使用DC電源、AC電源或RF電源。
第四製程包括在基板上從濺射靶材10沉積金屬氧化物的製程。
作為第四製程，例如，在圖6A所示的成膜室41中，氬氣體、氮氣體或氧氣體發生電離，分為陽離子和電子而形成電漿。然後，電漿中的陽離子因施加到靶材架52a、靶材架52b的電位而向濺射靶材10a、濺射靶材10b被加速。因為陽離子碰撞到濺射靶材10a、濺射靶材10b，所以生成濺射粒子而濺射粒子沉積在基板60上。
圖1B示出形成金屬氧化物膜時的濺射靶材10附近的示意圖。圖1B示出濺射靶材10、電漿30、陽離子20、第一濺射粒子11a及第二濺射粒子12a。
在圖1B中，氬氣體、氧氣體或氮氣體發生電離，分為陽離子20和電子(未圖示)而形成電漿30。然後，電漿30中的陽離子20向濺射靶材10被加速。因為陽離子20碰撞到濺射靶材10，所以生成第一 濺射粒子11a及第二濺射粒子12a，第一濺射粒子11a及第二濺射粒子12a從濺射靶材10被彈出。因為第一濺射粒子11a從第一區域11被彈出，所以有時形成包含很多元素M1(例如鎵、鋁、矽等)和鋅中的一種或多種的簇。因為第二濺射粒子12a從第二區域12被彈出，所以有時形成包含很多銦、鋅和元素M2中的一種或多種的簇。
從包含絕緣材料的第一區域11濺出來的第一濺射粒子11a和從包含導電材料的第二區域12濺出來的第二濺射粒子12a沉積在基板上。包含第一濺射粒子11a的導電性較低的區域、以及包含第二濺射粒子12a的導電性較高的區域不均勻地形成在基板上。
當作為元素M1使用鎵時，如圖7所示，有時析出部13形成在濺射靶材10的頂面上。析出部13是主要包含在第一區域11中的鎵析出而成的，有時因表面張力而形成為球狀或粒狀。因此，包含在析出部13中的鎵的原子個數比有時比包含在第一區域11中的鎵的原子個數比大。另外，有時以覆蓋析出部13的表面的方式形成鋅或鋅氧化物等。
當以氬離子等為代表的陽離子20碰撞到露出在濺射靶材10的頂面的第一區域11時，氧從第一區域11排出，而單質鎵、單質鋅等形成在濺射靶材10的表面上。單質鎵的熔點很低，為30℃左右，因此因濺射處理而產生的熱引起所形成的單質鎵的溶解。溶解的鎵因表面張力而聚集，形成球狀或粒狀的析出部13。
在此，在單質鎵的熔點附近，鋅的相對於鎵的固溶區域為1atomic%左右。因此，在析出部13內幾乎不存在鋅，有時以覆蓋析出部13的表面的方式形成鋅或鋅氧化物等。
從析出部13濺出來的第一濺射粒子11a的鎵含量有時比從第一區域11濺出來的第一濺射粒子11a多。因此，因濺射而形成在基板上的 包含第一濺射粒子11a的區域的鎵含量較多。如此，藉由增大包含第一濺射粒子11a的導電性較低的區域的鎵含量，其與包含第二濺射粒子12a的導電性較高的區域可以進一步離開。注意，鋅還存在於析出部13的表面上，因此鋅還存在於形成在基板上的包含第一濺射粒子11a的區域附近。
此時，施加到濺射裝置的成膜室的端子的功率較佳為高。例如，較佳為施加2.5kW以上的功率，具體地為施加4.5kW左右的功率。如此，藉由增加濺射功率，可以更大規模地形成析出部13，因此包含第一濺射粒子11a的導電性較低的區域與包含第二濺射粒子12a的導電性較高的區域可以進一步離開。藉由將這種金屬氧化物膜用於電晶體，可以實現場效移動率的提高。
接著，說明利用上述濺射靶材形成的金屬氧化物。
利用上述濺射靶材形成的金屬氧化物較佳為至少包含In。尤其較佳為包含In及Zn。另外，利用上述濺射靶材形成的金屬氧化物除了In及Zn以外較佳為還包含元素M1(元素M1為選自Al、Ga、Si、Mg、Zr、Be和B中的一種或多種)。利用上述濺射靶材形成的金屬氧化物較佳為還包含元素M2(元素M2為選自Ti、Ge、Sn、V、Ni、Mo、W和Ta中的一種或多種)。元素M1較佳為Ga。另外，元素M2較佳為Ti或Ge。
利用上述濺射靶材形成的金屬氧化物例如為In-Ga-Zn氧化物、In-Ga-Ti-Zn氧化物或者In-Ga-Ge-Zn氧化物等。
利用上述濺射靶材形成的金屬氧化物包含多個成分。
利用上述濺射靶材形成的金屬氧化物包含第一成分及第二成分， 第一成分包含M1(M1為選自Al、Ga、Si、Mg、Zr、Be和B中的一種或多種)氧化物、M1-Zn氧化物、In-M1-Zn氧化物或者In-M1-M2-Zn氧化物(M2為選自Ti、Ge、Sn、V、Ni、Mo、W和Ta中的一種或多種)，第二成分包含In氧化物、Zn氧化物、In-Zn氧化物、In-M2氧化物或者In-M2-Zn氧化物。
當M1為Al或Si時，可以將M1氧化物置換成M1氮化物。明確而言，可以將M1氧化物置換成氮化鋁或氮化矽。
另外，較佳為包括第一成分和第二成分混在一起的區域。金屬氧化物較佳為包含1atomic%至50atomic%的第一成分。金屬氧化物較佳為包含0.01atomic%至5atomic%的第二成分。
由於利用上述濺射靶材形成的金屬氧化物包含多個成分，因此具有多個能隙。明確而言，利用上述濺射靶材形成的金屬氧化物具有多個能隙的導帶底能階。根據情況，可以將多個成分換稱為多個區域。
換言之，利用上述濺射靶材形成的金屬氧化物包括能隙的導帶底能階高的第一區域及其能隙的導帶底能階比第一區域低的第二區域，第二區域包含比第一區域更多的載子，第一區域與第二區域的導帶底能階之差為0.2eV以上。
參照圖8對金屬氧化物包含In、元素M1、元素M2及Zn的結構進行說明。
〈金屬氧化物的構成〉
圖8為本發明的一個實施方式中的具有CAC(Cloud-Aligned Composite)構成的金屬氧化物的概念圖。在本說明書中，在本發明的一個實施方式的金屬氧化物具有半導體的功能的情況下，定義為CAC (Cloud-Aligned Composite)-OS(Oxide Semiconductor)或CAC-metal oxide。
有時將CAC-OS或CAC-metal oxide稱為基質複合材料(matrix composite)或金屬基質複合材料(metal matrix composite)。因此，可以將CAC-OS稱為Cloud-Aligned Composite-OS。
例如，如圖8所示，在CAC-OS中包含在金屬氧化物中的元素不均勻地分佈，以各元素為主要成分的區域001及區域002混合而成為馬賽克(mosaic)狀。換言之，CAC-OS是包含在金屬氧化物中的元素不均勻地分佈的構成，其中包含不均勻地分佈的元素的材料的尺寸為0.5nm以上且10nm以下，較佳為1nm以上且2nm以下或近似的尺寸。注意，在下面也將在金屬氧化物中一個或多個金屬元素不均勻地分佈且包含該金屬元素的區域混合的狀態稱為馬賽克狀或補丁(patch)狀，該區域的尺寸為0.5nm以上且10nm以下，較佳為1nm以上且2nm以下或近似的尺寸。
例如，具有CAC構成的In-M1-M2-Zn氧化物是材料分成In氧化物(以下，稱為InOX1(X1是大於0的實數))、In-Zn氧化物(以下，稱為InX2ZnY2OZ2(X2、Y2及Z2都是大於0的實數))或In-M2-Zn氧化物(以下，稱為InW3M2X3ZnY3OZ3(W3、X3、Y3及Z3都是大於0的實數))以及包含元素M1的氧化物而成為馬賽克狀，且馬賽克狀的InOX1、InX2ZnY2OZ2或者InW3M2X3ZnY3OZ3以及包含元素M1的氧化物分佈在膜中的構成(以下，也稱為雲狀)。
換言之，本發明的一個實施方式的金屬氧化物包含選自In氧化物、In-Zn氧化物、In-M1氧化物、In-M1-Zn氧化物、M1-Zn氧化物、M1-M2氧化物、M2氧化物、In-M2氧化物、In-M2-Zn氧化物、M2-Zn氧化物和In-M1-M2-Zn氧化物中的兩個以上的氧化物或者成分。作為兩個 以上的氧化物，尤其是，較佳為選擇包含In的氧化物或包含In和元素M2的氧化物以及包含元素M1的氧化物。
例如，在元素M1為Ga且元素M2為Ti的情況下，本發明的一個實施方式的金屬氧化物包含選自In氧化物、In-Zn氧化物、Ga-Ti氧化物、In-Ga氧化物、In-Ga-Zn氧化物、Ga-Zn氧化物、Ti氧化物、In-Ti氧化物、In-Ti-Zn氧化物、Ti-Zn氧化物和In-Ti-Ga-Zn氧化物中的兩個以上。尤其是，本發明的一個實施方式的金屬氧化物可以為組合上述氧化物中的包含Ga的氧化物、包含Ti的氧化物和包含Zn的氧化物的In-Ga-Ti-Zn氧化物。
例如，在元素M1為Ga且元素M2為Ge的情況下，本發明的一個實施方式的金屬氧化物包含In氧化物、In-Zn氧化物、Ga-Ge氧化物、In-Ga氧化物、In-Ga-Zn氧化物、Ga-Zn氧化物、Ge氧化物、In-Ge氧化物、In-Ge-Zn氧化物、Ge-Zn氧化物和In-Ga-Ge-Zn氧化物中的兩個以上。尤其是，本發明的一個實施方式的金屬氧化物可以為組合上述氧化物中的包含Ga的氧化物、包含Ge的氧化物和包含Zn的氧化物的In-Ga-Ge-Zn氧化物。
可以採用元素M1為Ga且不包含元素M2的結構。此時，本發明的一個實施方式的金屬氧化物包含選自In氧化物、In-Zn氧化物、Ga氧化物、In-Ga氧化物、In-Ga-Zn氧化物、Ga-Zn氧化物、Zn氧化物中的兩種以上。
換言之，可以將本發明的一個實施方式的金屬氧化物稱為包含多個材料或多個成分的複合材料(composite material)。
在此，假設圖8示出具有CAC構成的In-M1-M2-Zn氧化物的概念。此時，可以說：區域001為以包含元素M1的氧化物為主要成分的區域， 區域002為以InOX1、InX2ZnY2OZ2或InW3M2X3ZnY3OZ3為主要成分的區域。區域001及區域002的邊緣部不清楚(模糊)，因此有時觀察不到明確的邊界。
換言之，具有CAC構成的In-M1-M2-Zn氧化物為其中以包含元素M1的氧化物為主要成分的區域和以InOX1、InX2ZnY2OZ2或InW3M2X3ZnY3OZ3為主要成分的區域混在一起的金屬氧化物。因此，有時將金屬氧化物記為複合金屬氧化物。
另外，區域001較佳為還包含鋅。此時，區域001及區域002都包含鋅。並且，較佳的是，區域001和區域002之間的區域(例如，相當於圖8中的灰色區域，包括區域001和區域002的邊緣部的不清楚區域等)也包含鋅。因為鋅在金屬氧化物中以雲狀分佈，所以可以說區域001和區域002藉由包含鋅的區域連結。區域001和區域002之間的區域所包含的鋅的原子個數比有時比區域001或區域002所包含的鋅的原子個數比大。
在具有CAC構成的In-M1-M2-Zn氧化物中，對區域001及區域002的結晶結構沒有特別的限制。另外，區域001及區域002可以具有彼此不同的結晶結構。
例如，具有CAC構成的In-M1-M2-Zn氧化物較佳為具有非單晶結構的氧化物半導體。作為非單晶結構，例如可以舉出CAAC-OS、多晶氧化物半導體、nc-OS(nanocrystalline oxide semiconductor)、a-like OS(amorphous-like oxide semiconductor)及非晶氧化物半導體等。
CAAC-OS具有CAAC結構。CAAC結構為具有c軸配向性且多個奈米晶在a-b面方向上連結而具有畸變的結晶結構的氧化物半導體。畸變是指在多個奈米晶連結的區域中晶格排列一致的區域與其他晶格 排列一致的區域之間的晶格排列的方向變化的部分。
奈米晶基本上為六角形，但是不侷限於正六角形，有時為非正六角形。另外，奈米晶有時在畸變中具有五角形或七角形等晶格排列。因此，在CAAC-OS的畸變附近觀察不到明確的晶界。也就是說，晶格排列的畸變抑制晶界的形成。這可能是由於CAAC-OS可容許因如下原因而發生的畸變：a-b面方向上的原子排列的密度低或因金屬元素被取代而使原子間的鍵合距離產生變化等。
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在不同的奈米晶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a-like OS或非晶氧化物半導體沒有差別。
a-like OS是具有介於nc-OS與非晶氧化物半導體之間的結構的氧化物半導體。a-like OS包含空洞或低密度區域。換言之，a-like OS具有與nc-OS及CAAC-OS相比不穩定的結構。
在此，對本發明的一個實施方式的金屬氧化物為In-Ga-Ti-Zn氧化物的情況進行說明。材料分成InOX1、InX2ZnY2OZ2或InW3TiX3ZnY3OZ3以及InaGabTicZndOe(a、b、c、d、e都是大於0的實數)而成為馬賽克狀。
換言之，具有CAC-OS的In-Ga-Ti-Zn氧化物為具有以InaGabTicZndOe為主要成分的區域以及以InOX1、InX2ZnY2OZ2或InW3TiX3ZnY3OZ3為主要成分的區域混在一起的構成的複合金屬氧化物。另外，以InaGabTicZndOe為主要成分的區域以及以InOX1、InX2ZnY2OZ2或InW3TiX3ZnY3OZ3為主要成分的區域的邊緣部不清楚(模糊)，因此有時觀察不到明確的邊界。
例如，在圖8所示的概念圖中，區域001相當於以InaGabTicZndOe為主要成分的區域，區域002相當於以InOX1、InX2ZnY2OZ2或InW3TiX3ZnY3OZ3為主要成分的區域。可以將以InaGabTicZndOe為主要成分的區域及以InOX1、InX2ZnY2OZ2或InW3TiX3ZnY3OZ3為主要成分的區域稱為奈米粒子。該奈米粒子的粒徑為0.5nm以上且10nm以下，典型地為1nm以上且2nm以下。上述奈米粒子的邊緣部不清楚(模糊)，因此有時觀察不到明確的邊界。
區域001及區域002的尺寸可以利用藉由能量色散型X射線分析法(EDX：Energy Dispersive X-ray spectroscopy)取得的EDX面分析影像測定。例如，區域001的尺寸在剖面照片的EDX面分析影像中被觀察為0.5nm以上且10nm以下或者1nm以上且2nm以下。另外，主要成分的元素的密度從區域的中心部向邊緣部逐漸降低。例如，當在EDX面分析影像中可數的元素的個數(以下，也稱為存在量)從中心部向邊緣部逐漸變化時，在剖面照片的EDX面分析影像中，區域的邊緣部不清楚(模糊)。例如，在以InaGabTicZndOe為主要成分的區域中，Ga原子從中心部向邊緣部逐漸減少，而In原子、Ti原子及Zn原子逐漸增加，因此分階段地變為以InW3TiX3ZnY3OZ3為主要成分的區域。因此，在EDX面分析影像中，以InW3TiX3ZnY3OZ3為主要成分的區域的邊緣部不清楚(模糊)。
對具有CAC構成的In-Ga-Ti-Zn氧化物的結晶結構沒有特別的限制。區域001及區域002可以具有彼此不同的結晶結構。例如，具有CAC構成的In-Ga-Ti-Zn氧化物較佳為具有非單晶結構的氧化物半導體。
可以利用電子束繞射對具有CAC-OS的In-Ga-Ti-Zn氧化物的結晶性進行評價。例如，在利用電子束繞射對In-Ga-Ti-Zn氧化物進行分 析的情況下，在電子束繞射圖案中，有時觀察到環狀的亮度高的區域及環狀的亮度高的區域內的多個斑點。
在對CAC-OS的結晶性進行評價的情況下，根據電子束的束徑，亦即根據觀察區域的面積，有時確認到不同的圖案。例如，在對CAC-OS的結晶性進行評價的情況下，較佳為使用束徑為1nmΦ以上且100nmΦ以下的電子束進行測定的所謂的奈米束電子繞射(NBED：Nano Beam Electron Diffraction)。
以InOX1、InX2ZnY2OZ2或InW3TiX3ZnY3OZ3為主要成分的區域(圖8中的區域002)的載子密度比以InaGabTicZndOe為主要成分的區域(圖8中的區域001)高。換言之，當載子流過以InOX1、InX2ZnY2OZ2或InW3TiX3ZnY3OZ3為主要成分的區域時，呈現金屬氧化物的導電性。因此，當以InOX1、InX2ZnY2OZ2或InW3TiX3ZnY3OZ3為主要成分的區域在金屬氧化物中以雲狀分佈時，可以實現高場效移動率(μ)。可以說以InOX1、InX2ZnY2OZ2或InW3TiX3ZnY3OZ3等為主要成分的區域是具有近於導電體的性質的半導體區域。
另一方面，以InaGabTicZndOe等為主要成分的區域的載子密度比以InOX1、InX2ZnY2OZ2或InW3TiX3ZnY3OZ3為主要成分的區域低。換言之，當以InaGabTicZndOe等為主要成分的區域在金屬氧化物中分佈時，可以抑制洩漏電流而實現良好的切換工作。可以說以InaGabTicZndOe等為主要成分的區域是具有近於絕緣體的性質的半導體區域。
因此，當將具有CAC-OS的In-Ga-Ti-Zn氧化物用於半導體元件時，來源於InaGabTicZndOe等的性質及來源於InOX1、InX2ZnY2OZ2或InW3TiX3ZnY3OZ3的性質的互補作用可以實現高通態電流(Ion)、高場效移動率(μ)及低關態電流(off-state current，Ioff)。
如上所述，藉由使區域001、區域002以及區域001和區域002之間的區域包含鋅時，可以鋅被用作導電路徑而電連結區域001和區域002。如此，鋅被用作導電路徑而載子(電子)流過金屬氧化物膜。
另外，使用具有CAC-OS的In-Ga-Ti-Zn氧化物的半導體元件的可靠性高。因此，具有CAC-OS的In-Ga-Ti-Zn氧化物適用於以顯示器為代表的各種半導體裝置。
〈包含金屬氧化物的電晶體〉
接著，參照圖9A至圖9C對使用上述金屬氧化物作為電晶體的半導體的情況進行說明。
藉由使用上述金屬氧化物作為電晶體的半導體，可以實現場效移動率高且開關特性良好的電晶體。另外，可以實現可靠性高的電晶體。
圖9A為使用上述金屬氧化物作為通道區域的電晶體的示意圖。圖9A所示的電晶體包括源極、汲極、第一閘極、第二閘極、第一閘極絕緣部、第二閘極絕緣部及通道部。電晶體可以由施加到閘極的電位控制通道部的電阻。換言之，可以由施加到第一閘極或第二閘極的電位控制源極與汲極之間的導通(電晶體處於導通狀態)/非導通(電晶體處於關閉狀態)。
通道部包含其中具有第一能帶間隙的區域001及具有第二能帶間隙的區域002以雲狀分佈的CAC-OS。第一能帶間隙寬於第二能帶間隙。
例如，對作為通道部的CAC-OS使用具有CAC構成的In-Ga-Ti-Zn氧化物的情況進行說明。具有CAC構成的In-Ga-Ti-Zn氧化物為材料分成其Ga的濃度比區域002高的以InaGabTicZndOe為主要成分的區域001 以及其In的濃度比區域001高的以InOX1、InX2ZnY2OZ2或InW3TiX3ZnY3OZ3為主要成分的區域002而成為馬賽克狀，且InaGabTicZndOe及InOX1、InX2ZnY2OZ2或InW3TiX3ZnY3OZ3分佈在膜中的構成(雲狀)。注意，以InaGabTicZndOe為主要成分的區域001的能帶間隙寬於以InOX1、InX2ZnY2OZ2或InW3TiX3ZnY3OZ3為主要成分的區域002。
接著，參照圖9B對圖9A所示的電晶體的傳導模型進行說明。圖9B為說明圖9A所示的電晶體的源極與汲極之間的能階分佈的示意圖。圖9C為圖9A所示的電晶體的以X-X’表示的實線上的能帶圖。在各能帶圖中，實線表示導帶底的能量。點劃線表示電子的准費米能階的能量Ef。在此，假設作為第一閘極電壓對閘極與源極之間施加負電壓，對源極與汲極之間施加汲極電壓(Vd>0)的情況。在圖9A至圖9C中，導帶底的能量由CB表示。
當對圖9A所示的電晶體施加負值的閘極電壓時，如圖9B所示，在源極與汲極之間形成起因於區域001的導帶底能量CB001及起因於區域002的導帶底能量CB002。在此，第一能帶間隙寬於第二能帶間隙，因此導帶底能量CB001的能障大於導帶底能量CB002的能障。換言之，通道部的能障的最大值依賴於區域001的能障。因此，藉由將CAC-OS用於通道部，可以抑制洩漏電流，而可以實現開關特性良好的電晶體。
另外，如圖9C所示，具有第一能帶間隙的區域001的能帶間隙寬於具有第二能帶間隙的區域002，因此具有第一能帶間隙的區域001的Ec端有可能高於具有第二能帶間隙的區域002的Ec端。
在此，假設本發明的一個實施方式的金屬氧化物為In-Ga-Ti-Zn氧化物(In：Ga：Ti：Zn=5：0.5：0.5：7[原子個數比])的結構。
在In-Ga-Ti-Zn氧化物中，Ti的化合價大於In、Ga及Zn。明確而 言，Zn為二價的，In及Ga為三價的，Ti為四價的。當金屬氧化物包含其化合價比In、Ga及Zn大的元素(在此，為Ti)時，該元素成為載子供應源，可以提高金屬氧化物的載子密度。另外，Ti與氧的結合力比In、Ga及Zn與氧的結合力強。因此，當金屬氧化物包含Ti時，可以抑制氧缺陷的生成。因此，藉由將本發明的一個實施方式的金屬氧化物用於電晶體的半導體層，可以提高電晶體的場效移動率且抑制氧缺陷，由此可以提供可靠性高的半導體裝置。
在上述結構中，對使用Ti的情況進行說明，但是也可以使用Ge、Sn、V、Ni、Mo、W和Ta代替Ti。
另外，在上述結構中，有時具有第一能帶間隙的區域001的成分起因於In-Ga-Ti-Zn氧化物，具有第二能帶間隙的區域002的成分起因於In-Ti-Zn氧化物。此時，第一能帶間隙為3.3eV或其近似值，第二能帶間隙為2.4eV或其近似值。作為能帶間隙的值，可以使用對各材料的單膜利用橢圓偏光計進行測定而獲得的值。
在本發明的一個實施方式的金屬氧化物中，起因於區域001的導帶底能階與起因於區域002的導帶底能階之差較佳為0.2eV以上。注意，起因於區域001的價帶頂能量的位置與起因於區域002的價帶頂能量的位置有時不同，因此起因於區域001的導帶底能階與起因於區域002的導帶底能階之差較佳為0.3eV以上，更佳為0.4eV以上。
在上述假設下，當載子流過CAC-OS時，載子流動起因於具有第二能帶間隙，亦即窄能帶間隙的In氧化物、In-Zn氧化物或In-Ti-Zn氧化物。此時，載子從第二能帶間隙溢出到具有第一能帶間隙，亦即寬能帶間隙的In-Ga-Ti-Zn氧化物。換言之，具有窄能帶間隙的In氧化物、In-Zn氧化物或In-Ti-Zn氧化物更容易生成載子，該載子移動到具有寬能帶間隙的In-Ga-Ti-Zn氧化物。
在上述具有窄能帶間隙的In氧化物、In-Zn氧化物及In-Ti-Zn氧化物中，有時In-Ti-Zn氧化物的能帶間隙比In氧化物及In-Zn氧化物窄。因此，藉由使用In-Ti-Zn氧化物，可以實現比In氧化物或In-Zn氧化物更高的載子密度。
具有第一能帶間隙，亦即寬能帶間隙的區域的載子密度為1×1010cm-3以上且1×1016cm-3以下，較佳為1×1015cm-3左右。另外，具有第二能帶間隙，亦即窄能帶間隙的區域的載子密度較佳為1×1018cm-3以上且低於1×1021cm-3。
在形成通道的金屬氧化物中，區域001及區域002不均勻地分佈而成為馬賽克狀。因此，以X-X’表示的實線上的能帶圖是一個例子。
接著，圖10A至圖10C示出與圖9C不同的能帶圖。
本發明的一個實施方式的金屬氧化物基本上形成圖10A所示的區域002夾在區域001之間的能帶或者區域001夾在區域002之間的能帶即可。
在CAC-OS中，具有第一能帶間隙的區域001與具有第二能帶間隙的區域002的接合部有時產生區域的聚集方式或組成的不穩定。因此，如圖10B和圖10C所示，能帶有時連續地變化，而不是不連續地變化。換言之，當載子流過CAC-OS時，第一能帶間隙與第二能帶間隙聯動。
接著，圖11A至圖11C示出圖9A所示的電晶體的以X-X’表示的實線上的能帶圖的模型。注意，在對第一閘極施加電壓的情況下，也對第二閘極施加相同的電壓。
圖11A示出作為第一閘極電壓Vg對閘極與源極之間施加正電壓的狀態(Vg>0)(ON State)。圖11B示出不施加第一閘極電壓Vg的狀態(Vg=0)。圖11C示出作為第一閘極電壓Vg對閘極與源極之間施加負電壓的狀態(Vg<0)(OFF State)。在各能帶圖中，實線表示導帶底的能量。點劃線表示電子的准費米能階的能量Ef。
在其通道部包含CAC-OS的電晶體中具有第一能帶間隙的區域001及具有第二能帶間隙的區域002在電性上發生相互作用。換言之，具有第一能帶間隙的區域001及具有第二能帶間隙的區域002互補發揮作用。
如圖11A所示，當使電晶體成為導通狀態的電位(Vg>0)施加到第一閘極時，Ec端低的具有第二能帶間隙的區域002為主要傳導路徑，電子流過區域002，同時還流過具有第一能帶間隙的區域001。因此，可以實現導通狀態下的電晶體的高電流驅動力，亦即高通態電流及高場效移動率。
另外，如圖11B及圖11C所示，當對第一閘極施加低於臨界電壓的電壓(Vg
Figure 105142763-A0202-12-0046-66
0)時，具有第一能帶間隙的區域001起電介質(絕緣體)的作用，因此區域001中的傳導路徑被阻擋。另外，由於具有第二能帶間隙的區域002與具有第一能帶間隙的區域001接觸，因此具有第一能帶間隙的區域001與具有第二能帶間隙的區域002在電性上發生相互作用，還阻擋具有第二能帶間隙的區域002中的傳導路徑。於是，通道部整體成為非導通狀態，而使電晶體成為關閉狀態。
如此，藉由將CAC-OS用於電晶體，當電晶體進行工作時，例如，當在閘極與源極或汲極之間產生電位差時，可以降低或防止閘極與源極或汲極之間的洩漏電流。
另外，電晶體較佳為使用膜中的氫濃度得到降低的金屬氧化物。將膜中的氫濃度低的金屬氧化物稱為高純度本質或實質上高純度本質的金屬氧化物。由於高純度本質或實質上高純度本質的金屬氧化物起因於氫的載子(例如，氧缺陷中存在氫的VoH等)少，因此可以降低載子密度。另外，因為高純度本質或實質上高純度本質的金屬氧化物具有較低的缺陷態密度，所以有時具有較低的陷阱態密度。
另外，高純度本質或實質上高純度本質的金屬氧化物起因於氫的載子少，因此載子密度低。但是，本發明的一個實施方式的金屬氧化物包含被用作載子供應源的元素(例如，選自Ti、Ge、Sn、V、Ni、Mo、W和Ta中的一種或多種)，因此即使起因於氫的載子少，也可以提高載子密度。
此外，被金屬氧化物的陷阱能階俘獲的電荷到消失需要較長的時間，有時像固定電荷那樣動作。因此，有時在陷阱態密度高的金屬氧化物中形成有通道區域的電晶體的電特性不穩定。
因此，為了使電晶體的電特性穩定，降低金屬氧化物中的雜質濃度是有效的。為了降低金屬氧化物中的雜質濃度，較佳為還降低附近膜中的雜質濃度。作為雜質有氫、鹼金屬等。
在此，說明金屬氧化物中的各雜質的影響。
在金屬氧化物包含第14族元素之一的碳時，金屬氧化物中形成缺陷能階。因此，金屬氧化物中或金屬氧化物的介面附近的碳的濃度(藉由二次離子質譜分析法(SIMS：Secondary Ion Mass Spectrometry)測得的濃度)為2×1018atoms/cm3以下，較佳為2×1017atoms/cm3以下。
另外，當金屬氧化物包含鹼金屬時，有時形成缺陷能階而形成載子。因此，使用包含鹼金屬的金屬氧化物的電晶體容易具有常導通特性。由此，較佳為降低金屬氧化物中的鹼金屬的濃度。明確而言，利用SIMS分析測得的金屬氧化物中的鹼金屬的濃度為1×1018atoms/cm3以下，較佳為2×1016atoms/cm3以下。
包含在金屬氧化物中的氫與鍵合於金屬原子的氧起反應生成水，因此有時生成氧缺陷(Vo)。當氫進入該氧缺陷(Vo)時，有時產生作為載子的電子。另外，有時由於氫的一部分與鍵合於金屬原子的氧鍵合，產生作為載子的電子。因此，使用包含氫的金屬氧化物的電晶體容易具有常導通特性。由此，較佳為儘可能減少金屬氧化物中的氫。明確而言，利用SIMS分析測得的金屬氧化物中的氫濃度為1×1016atoms/cm3以上且低於3×1021atoms/cm3，較佳為1×1017atoms/cm3以上且低於3×1020atoms/cm3。
注意，藉由將氧引入金屬氧化物，可以降低金屬氧化物中的氧缺陷(Vo)。換言之，當用氧填補金屬氧化物中的氧缺陷(Vo)時，氧缺陷(Vo)消失。因此，藉由將氧擴散到金屬氧化物，可以減少電晶體的氧缺陷(Vo)，而可以提高可靠性。
作為將氧引入金屬氧化物的方法，例如有以與金屬氧化物接觸的方式設置包含超過化學計量組成的氧的氧化物的方法。就是說，在該氧化物中，較佳為形成有包含超過化學計量組成的氧的區域(以下，也稱為氧過量區域)。尤其是，當將金屬氧化物用於電晶體時，在電晶體附近的基底膜或層間膜等中設置具有氧過量區域的氧化物，可以降低電晶體的氧缺陷，而可以提高電晶體的可靠性。
藉由將雜質被充分降低的金屬氧化物用於電晶體的通道形成區域，可以使電晶體具有穩定的電特性。
本實施方式所示的結構可以與其他實施方式所示的結構適當地組合而實施。
實施方式2
在本實施方式中，參照圖12A至圖23B對包含本發明的一個實施方式的金屬氧化物的半導體裝置及該半導體裝置的製造方法進行說明。
〈2-1.半導體裝置的結構實例1〉
圖12A是作為本發明的一個實施方式的半導體裝置的電晶體100A的俯視圖，圖12B相當於沿著圖12A所示的點劃線X1-X2的剖面圖，圖12C相當於沿著圖12A所示的點劃線Y1-Y2的剖面圖。另外，圖12D為放大圖12B所示的區域P1的剖面概念圖。
注意，在圖12A中，為了方便起見，省略電晶體100A的組件的一部分(被用作閘極絕緣膜的絕緣膜等)。此外，有時將點劃線X1-X2方向稱為通道長度方向，將點劃線Y1-Y2方向稱為通道寬度方向。注意，有時在後面的電晶體的俯視圖中也與圖12A同樣地省略組件的一部分。
電晶體100A包括基板102上的導電膜106、基板102及導電膜106上的絕緣膜104、絕緣膜104上的金屬氧化物108、金屬氧化物108上的導電膜112a、金屬氧化物108上的導電膜112b、金屬氧化物108、導電膜112a及導電膜112b上的絕緣膜114、絕緣膜114上的絕緣膜116、絕緣膜116上的導電膜120a以及絕緣膜116上的導電膜120b。
絕緣膜104具有開口151，在絕緣膜104上形成有藉由開口151與 導電膜106電連接的導電膜112c。絕緣膜114及絕緣膜116具有到達導電膜112b的開口152a及到達導電膜112c的開口152b。
金屬氧化物108包括實施方式1所示的本發明的一個實施方式的金屬氧化物。在此，參照圖12D對本發明的一個實施方式的金屬氧化物與導電膜的連接進行說明。
如圖12D的區域P1所示，金屬氧化物108的頂面及側面與導電膜112a接觸，因此可以降低接觸電阻。另外，由於金屬氧化物108具有圖8所示的CAC構成，因此CAC構成所具有的區域002，亦即導電性高的區域與導電膜112a接觸，可以進一步降低接觸電阻。注意，雖然未圖示，但是金屬氧化物108與導電膜112b的連接也與區域P1同樣。
本發明的一個實施方式的金屬氧化物具有高導電性區域，且其與導電膜的接觸電阻低。因此，可以提高包含該金屬氧化物的電晶體的場效移動率。
例如，電晶體100A的場效移動率可以大於50cm2/Vs，較佳為大於100cm2/Vs。
例如，藉由將上述場效移動率高的電晶體用於顯示裝置所包括的生成閘極信號的閘極驅動器，可以提供邊框寬度窄(也稱為窄邊框)的顯示裝置。另外，藉由將上述場效移動率高的電晶體用於顯示裝置所包括的供應來自信號線的信號的源極驅動器(特別是，連接到源極驅動器所包括的移位暫存器的輸出端子的解多工器)，可以提供連接到顯示裝置的佈線數少的顯示裝置。
另外，混入金屬氧化物108的氫或水分等雜質對電晶體特性造成影響而引起問題。因此，在金屬氧化物108的通道區域中，氫或水分 等雜質越少越好。另外，形成在金屬氧化物108中的通道區域中的氧缺陷對電晶體特性造成影響而引起問題。例如，當在金屬氧化物108的通道區域中形成有氧缺陷時，該氧缺陷與氫鍵合，而成為載子供應源。當在金屬氧化物108的通道區域中產生載子供應源時，包括金屬氧化物108的電晶體100A的電特性發生變動，典型為臨界電壓的漂移。因此，在金屬氧化物108的通道區域中，氧缺陷越少越好。
導電膜112c與導電膜120a藉由開口152b電連接，導電膜112b與導電膜120b藉由開口152a電連接。導電膜120a與導電膜120b可以藉由對同一導電膜進行加工來形成。
在電晶體100A上設置有絕緣膜118。絕緣膜118以覆蓋絕緣膜116、導電膜120a及導電膜120b的方式形成。
在電晶體100A中，絕緣膜104具有電晶體100A的第一閘極絕緣膜的功能，絕緣膜114、116具有電晶體100A的第二閘極絕緣膜的功能，絕緣膜118具有電晶體100A的保護絕緣膜的功能。
此外，在電晶體100A中，導電膜106具有第一閘極電極的功能，導電膜120a具有第二閘極電極的功能，導電膜120b具有用於顯示裝置的像素電極的功能。此外，在電晶體100A中，導電膜112a具有源極電極的功能，導電膜112b具有汲極電極的功能。此外，在電晶體100A中，導電膜112c具有連接電極的功能。注意，在本說明書等中，有時將絕緣膜104稱為第一絕緣膜，將絕緣膜114、116稱為第二絕緣膜，將絕緣膜118稱為第三絕緣膜。
另外，如圖12C所示，被用作第二閘極電極的導電膜120a藉由被用作連接電極的導電膜112c與被用作第一閘極電極的導電膜106電連接。因此，相同電位被施加到導電膜106及導電膜120a。
如圖12C所示，金屬氧化物108位於與被用作第一閘極電極的導電膜106及被用作第二閘極電極的導電膜120a的每一個相對的位置，夾在兩個被用作閘極電極的膜之間。導電膜120a的通道長度方向上的長度及導電膜120a的通道寬度方向上的長度分別比金屬氧化物108的通道長度方向上的長度及金屬氧化物108的通道寬度方向上的長度長，並且導電膜120a隔著絕緣膜114、116覆蓋金屬氧化物108整體。
換言之，在電晶體100A的通道寬度方向上，被用作第一閘極電極的導電膜106及被用作第二閘極電極的導電膜120a隔著被用作第一閘極絕緣膜的絕緣膜104及被用作第二閘極絕緣膜的絕緣膜114、116圍繞金屬氧化物108。
藉由採用上述結構，可以利用被用作第一閘極電極的導電膜106及被用作第二閘極電極的導電膜120a的電場電圍繞電晶體100A所包括的金屬氧化物108。可以將如電晶體100A那樣利用第一閘極電極及第二閘極電極的電場電圍繞形成有通道區域的金屬氧化物的電晶體的裝置結構稱為Surrounded channel(S-channel：圍繞通道)結構。
因為電晶體100A具有S-channel結構，所以可以使用被用作第一閘極電極的導電膜106對金屬氧化物108有效地施加用來引起通道的電場。由此，電晶體100A的電流驅動能力得到提高，從而可以得到高通態電流特性。此外，由於可以提高通態電流，所以可以使電晶體100A微型化。另外，由於金屬氧化物108被用作第一閘極電極的導電膜106與用作第二閘極電極的導電膜120a圍繞，所以可以提高電晶體100A的機械強度。
〈2-2.半導體裝置的結構實例2〉
接著，參照圖13A至圖15D對圖12A至圖12D所示的電晶體100A 的變形例子進行說明。
首先，參照圖13A至圖13D進行說明。
圖13A至圖13C是圖12A至圖12C所示的電晶體100A的變形例子的電晶體100B的俯視圖及剖面圖。圖13D為放大圖13B所示的區域P2的剖面概念圖。
圖13A至圖13C所示的電晶體100B為將圖12A至圖12C所示的電晶體100A的金屬氧化物108變為兩層的疊層結構的電晶體。明確而言，電晶體100B的金屬氧化物108包括金屬氧化物108_2及金屬氧化物108_2上的金屬氧化物108_3。
例如，作為金屬氧化物108所包括的金屬氧化物108_2可以使用本發明的一個實施方式的金屬氧化物。
如圖13D的區域P2所示，金屬氧化物108的頂面及側面與導電膜112a接觸，因此可以降低接觸電阻。另外，由於金屬氧化物108所包括的金屬氧化物108_2具有圖8所示的CAC構成，因此CAC構成所具有的區域002，亦即導電性高的區域與導電膜112a接觸，可以進一步降低接觸電阻。另外，即使作為金屬氧化物108_3使用導電性低的金屬氧化物，例如，寬能帶間隙(例如，Eg為3.3eV以上)的氧化物，由於金屬氧化物108_2的側面與導電膜112a接觸，因此可以降低接觸電阻。注意，雖然未圖示，但是金屬氧化物108與導電膜112b的連接也與區域P2同樣。
接著，參照圖14A至圖14D進行說明。
圖14A至圖14C是圖12A至圖12C所示的電晶體100A的變形例 子的電晶體100C的俯視圖及剖面圖。圖14D為放大圖14B所示的區域P3的剖面概念圖。
圖14A至圖14C所示的電晶體100C為將圖12A至圖12C所示的電晶體100A的金屬氧化物108變為三層的疊層結構的電晶體。明確而言，電晶體100C的金屬氧化物108包括金屬氧化物108_1、金屬氧化物108_1上的金屬氧化物108_2及金屬氧化物108_2上的金屬氧化物108_3。
例如，作為金屬氧化物108所包括的金屬氧化物108_2可以使用本發明的一個實施方式的金屬氧化物。
如圖14D的區域P3所示，金屬氧化物108的頂面及側面與導電膜112a接觸，因此可以降低接觸電阻。另外，由於金屬氧化物108所包括的金屬氧化物108_2具有圖8所示的CAC構成，因此CAC構成所具有的區域002，亦即導電性高的區域與導電膜112a接觸，可以進一步降低接觸電阻。另外，即使作為金屬氧化物108_1及金屬氧化物108_3使用導電性低的金屬氧化物，例如，寬能帶間隙(例如，Eg為3.3eV以上)的氧化物，由於金屬氧化物108_2的側面與導電膜112a接觸，因此可以降低接觸電阻。注意，雖然未圖示，但是金屬氧化物108與導電膜112b的連接也與區域P3同樣。
接著，參照圖15A至圖15D進行說明。
圖15A至圖15C是圖12A至圖12C所示的電晶體100A的變形例子的電晶體100D的俯視圖及剖面圖。圖15D為放大圖15B所示的區域P4的剖面概念圖。
圖15A至圖15C所示的電晶體100D為將圖12A至圖12C所示的 電晶體100A的金屬氧化物108變為三層的疊層結構的電晶體。明確而言，電晶體100D的金屬氧化物108包括金屬氧化物108_1、金屬氧化物108_1上的金屬氧化物108_2及金屬氧化物108_2上的金屬氧化物108_3。
例如，作為金屬氧化物108所包括的金屬氧化物108_2可以使用本發明的一個實施方式的金屬氧化物。如圖15D的區域P4所示，金屬氧化物108的頂面及側面與導電膜112a接觸，因此可以降低接觸電阻。另外，由於金屬氧化物108所包括的金屬氧化物108_2具有圖8所示的CAC構成，因此CAC構成所具有的區域002，亦即載子密度高的區域與導電膜112a接觸，可以進一步降低接觸電阻。
電晶體100D與電晶體100C的不同之處在於金屬氧化物108_3的位置，電晶體100D所包括的金屬氧化物108_3形成在被用作源極電極及汲極電極的導電膜112a、112b上。藉由將金屬氧化物108_3形成在導電膜112a、112b上，可以進一步降低金屬氧化物108_2與導電膜112a、112b的接觸電阻。
如圖13A至圖15D所示，在本發明的一個實施方式的電晶體中，金屬氧化物較佳為具有疊層結構。
〈2-3.能帶結構〉
接著，參照圖23A和圖23B對金屬氧化物108具有疊層結構時的能帶結構進行說明。
圖23A和圖23B示出絕緣膜104、金屬氧化物108_1、108_2、108_3及絕緣膜114的能帶結構、絕緣膜104、金屬氧化物108_2、108_3及絕緣膜114的能帶結構。
圖23A是包括絕緣膜104、金屬氧化物108_1、108_2、108_3及絕緣膜114的疊層結構的膜厚度方向的能帶結構的例子。此外，圖23B是包括絕緣膜104、金屬氧化物108_2、108_3及絕緣膜114的疊層結構的膜厚度方向的能帶結構的例子。在能帶圖中，為了容易理解，示出絕緣膜104、金屬氧化物108_1、108_2、108_3及絕緣膜114的導帶底能階(Ec)。
如圖23A所示，在金屬氧化物108_1、108_2、108_3中，導帶底能階平緩地變化。此外，如圖23B所示，在金屬氧化物108_2、108_3中，導帶底能階平緩地變化。換言之，導帶底能階連續地變化或連續接合。為了實現這種能帶結構，使在金屬氧化物108_1與金屬氧化物108_2之間的介面處或金屬氧化物108_2與金屬氧化物108_3之間的介面處不存在形成陷阱中心或再結合中心等缺陷能階的雜質。
為了在金屬氧化物108_1、108_2、108_3中形成連續接合，需要使用具備負載鎖定室的多室方式的成膜裝置(濺射裝置)在不使各膜暴露於大氣的情況下連續地層疊。
藉由採用圖23A和圖23B所示的結構，金屬氧化物108_2成為井(well)，並且在使用上述疊層結構的電晶體中，通道區域形成在金屬氧化物108_2中。
作為金屬氧化物108_2可以使用本發明的一個實施方式的金屬氧化物。因此，在圖23A和圖23B中，金屬氧化物108_2的能帶結構具有平坦的形狀，但是金屬氧化物108_2有可能具有在實施方式1中說明的圖10A至圖10C所示的能帶結構。
藉由設置金屬氧化物108_1、108_3，可以使有可能形成在金屬氧化物108_2中的陷阱能階形成在金屬氧化物108_1或金屬氧化物108_3。 因此，在金屬氧化物108_2中不容易形成陷阱能階。
有時與用作通道區域的金屬氧化物108_2的導帶底能階(Ec)相比，陷阱能階離真空能階更遠，而電子容易積累在陷阱能階中。當電子積累在陷阱能階中時，成為負固定電荷，導致電晶體的臨界電壓向正方向漂移。因此，較佳為採用陷阱能階比金屬氧化物108_2的導帶底能階(Ec)更接近於真空能階的結構。藉由採用上述結構，電子不容易積累在陷阱能階，所以能夠提高電晶體的通態電流，並且還能夠提高場效移動率。
金屬氧化物108_1、108_3與金屬氧化物108_2相比導帶底的能階更接近於真空能階，典型的是，金屬氧化物108_2的導帶底能階與金屬氧化物108_1、108_3的導帶底能階之差為0.15eV以上或0.5eV以上，且為2eV以下或1eV以下。換言之，金屬氧化物108_1、108_3的電子親和力與金屬氧化物108_2的電子親和力之差為0.15eV以上或0.5eV以上，且為2eV以下或1eV以下。
藉由具有上述結構，金屬氧化物108_2成為主要電流路徑。就是說，金屬氧化物108_2被用作通道區域，金屬氧化物108_1、108_3被用作氧化物絕緣膜。此外，金屬氧化物108_1、108_3較佳為使用形成通道區域的金屬氧化物108_2所包含的金屬元素中的一種以上。藉由採用上述結構，在金屬氧化物108_1與金屬氧化物108_2之間的介面處或在金屬氧化物108_2與金屬氧化物108_3之間的介面處不容易產生介面散射。由此，在該介面處載子的移動不被阻礙，因此電晶體的場效移動率得到提高。
注意，為了防止金屬氧化物108_1、108_3被用作通道區域的一部分，金屬氧化物108_1、108_3使用導電率足夠低的材料。因此，根據其物性及/或功能可以將金屬氧化物108_1、108_3稱為氧化物絕緣膜。 或者，金屬氧化物108_1、108_3使用其電子親和力(真空能階與導帶底能階之差)低於金屬氧化物108_2且其導帶底能階與金屬氧化物108_2的導帶底能階有差異(能帶偏移(offset))的材料。此外，為了抑制產生起因於汲極電壓值的臨界電壓之間的差異，金屬氧化物108_1、108_3較佳為使用其導帶底能階比金屬氧化物108_2的導帶底能階更接近於真空能階的材料。例如，金屬氧化物108_2的導帶底能階與金屬氧化物108_1、108_3的導帶底能階之差較佳為0.2eV以上，更佳為0.5eV以上。
在金屬氧化物108_1、108_3中較佳為不具有尖晶石型結晶結構。在金屬氧化物108_1、108_3中具有尖晶石型結晶結構時，導電膜120a、120b的構成元素有時會在該尖晶石型結晶結構與其他區域之間的介面處擴散到金屬氧化物108_2中。注意，在金屬氧化物108_1、108_3為CAAC-OS的情況下，阻擋導電膜120a、120b的構成元素如銅元素的性質得到提高，所以是較佳的。
金屬氧化物108_1、108_3可以使用In：Ga：Zn=1：1：1[原子個數比]的金屬氧化物靶材、In：Ga：Zn=1：3：4[原子個數比]的金屬氧化物靶材或In：Ga：Zn=1：3：6[原子個數比]的金屬氧化物靶材等形成。
〈2-4.半導體裝置的結構實例3〉
接著，參照圖16A至圖16D對具有與在前面說明的電晶體不同結構的電晶體進行說明。
圖16A是作為本發明的一個實施方式的半導體裝置的電晶體200A的俯視圖，圖16B相當於沿著圖16A所示的點劃線X1-X2的剖面圖，圖16C相當於沿著圖16A所示的點劃線Y1-Y2的剖面圖。另外，圖16D為放大圖16B所示的區域P5的剖面概念圖。
圖16A至圖16C所示的電晶體200A為所謂的頂閘極結構的電晶體。
電晶體200A包括基板202上的導電膜206、基板202及導電膜206上的絕緣膜204、絕緣膜204上的金屬氧化物208、金屬氧化物208上的絕緣膜210、絕緣膜210上的導電膜212、絕緣膜204、金屬氧化物208以及導電膜212上的絕緣膜216。
作為金屬氧化物208較佳為使用本發明的一個實施方式的金屬氧化物。
金屬氧化物208與導電膜212重疊，且包括與絕緣膜210接觸的區域208i及與絕緣膜216重疊的區域208n。區域208n具有其載子密度比區域208i高的區域。換言之，金屬氧化物208具有載子密度不同的多個區域。可以將區域208n稱為源極區域或汲極區域。
在此，參照圖16D對區域208i與區域208n的連接進行說明。
如圖16D的區域P5所示，區域208i的側面與區域208n的側面接觸，因此可以降低接觸電阻。另外，由於金屬氧化物208所包括的區域208i具有圖8所示的CAC構成，因此CAC構成所具有的區域002，亦即導電性高的區域與區域208n(亦即源極區域)接觸，可以進一步降低接觸電阻。注意，雖然未圖示，但是區域208i的其他的側面與區域208n的側面的連接也與區域P5同樣。
本發明的一個實施方式的金屬氧化物具有高導電性區域，且其與源極區域或汲極區域的接觸電阻低。因此，可以提高包含該金屬氧化物的電晶體的場效移動率。
區域208n與絕緣膜216接觸。絕緣膜216包含氮或氫。因此，絕緣膜216中的氮或氫添加到區域208n中。當氮或氫從絕緣膜216添加到區域208n時，區域208n的載子密度得到提高。
電晶體200A也可以包括絕緣膜216上的絕緣膜218、藉由設置在絕緣膜216、218中的開口241a與區域208n電連接的導電膜220a、藉由設置在絕緣膜216、218中的開口241b與區域208n電連接的導電膜220b。
如圖16C所示，在絕緣膜204及絕緣膜210中設置有開口243。此外，導電膜206藉由開口243與導電膜212電連接。因此，相同電位被施加到導電膜206及導電膜212。此外，也可以不設置開口243，而對導電膜206、導電膜212施加不同電位。
導電膜206具有第一閘極電極(也稱為底閘極電極)的功能，且導電膜212具有第二閘極電極(也稱為頂閘極電極)的功能。此外，絕緣膜204具有第一閘極絕緣膜的功能，且絕緣膜210具有第二閘極絕緣膜的功能。
如此，圖16A至圖16C所示的電晶體200A具有在金屬氧化物208的上下包括被用作閘極電極的導電膜的結構。如電晶體200A所示，在本發明的一個實施方式的半導體裝置中，也可以設置兩個以上的閘極電極。
如圖16C所示，金屬氧化物208位於與被用作第一閘極電極的導電膜206及被用作第二閘極電極的導電膜212的每一個相對的位置，夾在兩個被用作閘極電極的導電膜之間。
在通道寬度方向上，導電膜212的長度比金屬氧化物208長，並且 導電膜212隔著絕緣膜210覆蓋金屬氧化物208整體。導電膜212和導電膜206藉由形成於絕緣膜204及絕緣膜210中的開口243連接，因此在通道寬度方向上，金屬氧化物208的一個側面隔著絕緣膜210與導電膜212相對。
換言之，在電晶體200A的通道寬度方向上，導電膜206及導電膜212藉由形成於絕緣膜204及絕緣膜210中的開口243連接，並隔著絕緣膜204及絕緣膜210圍繞金屬氧化物208。換言之，電晶體200A具有上述S-channel結構。
〈2-5.半導體裝置的結構實例4〉
接著，參照圖17A至圖19D對圖16A至圖16C所示的電晶體200A的變形例子進行說明。
首先，參照圖17A至圖17D進行說明。
圖17A至圖17C是圖16A至圖16C所示的電晶體200A的變形例子的電晶體200B的俯視圖及剖面圖。圖17D為放大圖17B所示的區域P6的剖面概念圖。
圖17A至圖17C所示的電晶體200B為將圖16A至圖16C所示的電晶體200A的金屬氧化物208變為兩層的疊層結構的電晶體。明確而言，電晶體200B的金屬氧化物208包括區域208i_1、區域208i_1上的區域208i_2及與絕緣膜216重疊的區域208n。
例如，作為金屬氧化物208所包括的區域208i_2可以使用本發明的一個實施方式的金屬氧化物。
如圖17D的區域P6所示，區域208i_2的側面與區域208n的側面 接觸，因此可以降低接觸電阻。另外，由於金屬氧化物208所包括的區域208i_2具有圖8所示的CAC構成，因此CAC構成所具有的區域002，亦即導電性高的區域與區域208n(亦即源極區域)接觸，可以進一步降低接觸電阻。注意，雖然未圖示，但是區域208i_2的其他的側面與區域208n的側面的連接也與區域P6同樣。
接著，參照圖18A至圖18D進行說明。
圖18A至圖18C是圖16A至圖16C所示的電晶體200A的變形例子的電晶體200C的俯視圖及剖面圖。圖18D為放大圖18B所示的區域P7的剖面概念圖。
圖18A至圖18C所示的電晶體200C為將圖16A至圖16C所示的電晶體200A的金屬氧化物208變為三層的疊層結構的電晶體。明確而言，電晶體200C的金屬氧化物208包括區域208i_1、區域208i_1上的區域208i_2、區域208i_2上的區域208i_3及與絕緣膜216重疊的區域208n。
例如，作為金屬氧化物208所包括的區域208i_2可以使用本發明的一個實施方式的金屬氧化物。
如圖18D的區域P7所示，區域208i_2的側面與區域208n的側面接觸，因此可以降低接觸電阻。另外，由於金屬氧化物208所包括的區域208i_2具有圖8所示的CAC構成，因此CAC構成所具有的區域002，亦即導電性高的區域與區域208n(亦即源極區域)接觸，可以進一步降低接觸電阻。注意，雖然未圖示，但是區域208i_2的其他的側面與區域208n的側面的連接也與區域P7同樣。
接著，參照圖19A至圖19D進行說明。
圖19A至圖19C是圖16A至圖16C所示的電晶體200A的變形例子的電晶體200D的俯視圖及剖面圖。圖19D為放大圖19B所示的區域P8的剖面概念圖。
圖19A至圖19C所示的電晶體200D為將圖16A至圖16C所示的電晶體200A的金屬氧化物208變為三層的疊層結構的電晶體。明確而言，電晶體200D的金屬氧化物208包括區域208i_1、區域208i_1上的區域208i_2、區域208i_2上的區域208i_3及與絕緣膜216重疊的區域208n。
例如，作為金屬氧化物208所包括的區域208i_2可以使用本發明的一個實施方式的金屬氧化物。注意，如區域P8所示，區域208i_2的側面與區域208n的側面接觸，因此可以降低接觸電阻。另外，由於金屬氧化物208所包括的區域208i_2具有圖8所示的CAC構成，因此CAC構成所具有的區域002，亦即載子密度高的區域與區域208n(亦即源極區域)接觸，可以進一步降低接觸電阻。注意，雖然未圖示，但是區域208i_2的其他的側面與區域208n的側面的連接也與區域P8同樣。
電晶體200D所包括的金屬氧化物208的區域208i_3的形狀與電晶體200C不同。明確而言，電晶體200D所包括的金屬氧化物208具有區域208i_1的側面及區域208i_2的側面被區域208i_3覆蓋的形狀。藉由採用該形狀，區域208i_1的側面及區域208i_2的側面不與絕緣膜210接觸。由此，可以抑制有可能進入區域208i_1及區域208i_2(尤其是區域208i_2)的雜質，所以可以提供可靠性高的半導體裝置。
如圖17A至圖19D所示，在本發明的一個實施方式的電晶體中，金屬氧化物較佳為具有疊層結構。關於金屬氧化物具有疊層結構時的能帶結構，可以參照〈2-3.能帶結構〉。
〈2-6.半導體裝置的組件〉
下面，對本實施方式的半導體裝置所包括的組件進行詳細說明。
[基板]
雖然對基板102、202的材料等沒有特別的限制，但是至少需要具有能夠承受後續的加熱處理的耐熱性。例如，作為基板102、202，可以使用玻璃基板、陶瓷基板、石英基板、藍寶石基板等。另外，還可以使用以矽或碳化矽為材料的單晶半導體基板或多晶半導體基板、以矽鍺等為材料的化合物半導體基板、SOI(Silicon On Insulator：絕緣層上覆矽)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102、202。當作為基板102、202使用玻璃基板時，藉由使用第6代(1500mm×1850mm)、第7代(1870mm×2200mm)、第8代(2200mm×2400mm)、第9代(2400mm×2800mm)、第10代(2950mm×3400mm)等大面積基板，可以製造大型顯示裝置。
作為基板102、202，也可以使用撓性基板，並且在撓性基板上直接形成電晶體。或者，也可以在基板102、202與電晶體之間設置剝離層。剝離層可以在如下情況下使用，亦即在剝離層上製造半導體裝置的一部分或全部，然後將其從基板102、202分離並轉置到其他基板上的情況。此時，也可以將電晶體轉置到耐熱性低的基板或撓性基板上。
[導電膜]
用作第一閘極電極的導電膜106、206、用作源極電極的導電膜112a、220a、用作汲極電極的導電膜112b、220b、用作連接電極的導電膜112c、用作第二閘極電極的導電膜120a、212及用作像素電極的導電膜120b都可以使用選自鉻(Cr)、銅(Cu)、鋁(Al)、金(Au)、銀(Ag)、鋅(Zn)、鉬(Mo)、鉭(Ta)、鈦(Ti)、鎢(W)、錳(Mn)、鎳(Ni)、鐵(Fe)、鈷(Co)中的金屬元素、以上述金屬元素為成 分的合金或者組合上述金屬元素的合金等形成。
此外，作為導電膜106、112a、112b、112c、120a、120b、206、220a、220b、212可以使用包含銦和錫的氧化物、包含鎢和銦的氧化物、包含鎢和銦和鋅的氧化物、包含鈦和銦的氧化物、包含鈦和銦和錫的氧化物、包含銦和鋅的氧化物、包含矽和銦和錫的氧化物、包含銦和鎵和鋅的氧化物等氧化物導電體。
尤其是，作為導電膜120a、212較佳為使用上述氧化物導電體。在本說明書等中，可以將氧化物導電體稱為OC(Oxide Conductor)。例如，當在氧化物半導體中形成氧缺陷且對該氧缺陷添加氫時，在導帶附近形成施體能階。其結果是，氧化物半導體的導電性增高，而成為導電體。可以將成為導電體的氧化物半導體稱為氧化物導電體。一般而言，由於氧化物半導體的能隙寬，因此對可見光具有透光性。另一方面，氧化物導電體是在導帶附近具有施體能階的氧化物半導體。因此，氧化物導電體起因於該施體能階的吸收的影響小，而對可見光具有與氧化物半導體大致相同的透光性。
另外，作為導電膜106、112a、112b、112c、120a、120b、206、220a、220b、212，也可以應用Cu-X合金膜(X為Mn、Ni、Cr、Fe、Co、Mo、Ta或Ti)。藉由使用Cu-X合金膜，可以藉由濕蝕刻製程進行加工，從而可以抑制製造成本。
尤其是，上述Cu-X合金膜適用於導電膜112a、112b、220a、220b。作為Cu-X合金膜，尤其較佳為使用Cu-Mn合金膜。
[用作第一閘極絕緣膜的絕緣膜]
作為用作電晶體的第一閘極絕緣膜的絕緣膜104、204，可以使用藉由電漿增強化學氣相沉積(PECVD：Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition)法、濺射法等形成的包括氧化矽膜、氧氮化矽膜、氮氧化矽膜、氮化矽膜、氧化鋁膜、氧化鉿膜、氧化釔膜、氧化鋯膜、氧化鎵膜、氧化鉭膜、氧化鎂膜、氧化鑭膜、氧化鈰膜和氧化釹膜中的一種以上的絕緣層。注意，絕緣膜104、204可以使用選自上述材料中的單層的絕緣膜或兩層以上的絕緣膜。
作為接觸於用作電晶體的通道區域的金屬氧化物108、208的絕緣膜較佳為使用氧化物絕緣膜，更佳為包括包含超過化學計量組成的氧的區域(氧過量區域)。
注意，不侷限於上述結構，作為接觸於金屬氧化物108、208的絕緣膜也可以使用氮化物絕緣膜。例如，可以舉出藉由形成氮化矽膜並對該氮化矽膜的表面進行氧電漿處理等來使氮化矽膜的表面氧化的結構。注意，在對氮化矽膜的表面進行氧電漿處理等的情況下，氮化矽膜的表面有可能在原子級上被氧化，因此有時藉由電晶體的剖面觀察等觀察不到氧化膜。換言之，當觀察電晶體的剖面時，有時觀察到氮化矽膜接觸於金屬氧化物。
與氧化矽膜相比，氮化矽膜的相對介電常數較高且為了得到與氧化矽膜相等的靜電容量所需要的厚度較大，因此，藉由使電晶體的閘極絕緣膜包括氮化矽膜，可以增加絕緣膜的厚度。因此，可以藉由抑制電晶體的絕緣耐壓的下降並提高絕緣耐壓來抑制電晶體的靜電破壞。
此外，當作為絕緣膜104、204使用氧化鉿時發揮如下效果。氧化鉿的相對介電常數比氧化矽或氧氮化矽高。因此，可以使絕緣膜104、204的厚度比使用氧化矽的情況大，由此，可以減少穿隧電流引起的洩漏電流。也就是說，可以實現關態電流低的電晶體。再者，與具有非晶結構的氧化鉿相比，具有結晶結構的氧化鉿的相對介電常數較高。 因此，為了形成關態電流低的電晶體，較佳為使用具有結晶結構的氧化鉿。作為結晶結構的例子，可以舉出單斜晶系或立方晶系等。注意，本發明的一個實施方式不侷限於此。
[金屬氧化物]
作為金屬氧化物108、208，可以使用實施方式1所示的本發明的一個實施方式的金屬氧化物。
金屬氧化物108、208的能隙為2eV以上，較佳為2.5eV以上，更佳為3eV以上。如此，藉由使用能隙較寬的金屬氧化物，可以降低電晶體的關態電流。
金屬氧化物108、208的厚度為3nm以上且200nm以下，較佳為3nm以上且100nm以下，更佳為3nm以上且50nm以下。
另外，較佳為適當地設定金屬氧化物108、208的載子密度、雜質濃度、缺陷密度、金屬元素與氧的原子個數比、密度等，以得到所需的電晶體的半導體特性。
[用作第二閘極絕緣膜的絕緣膜]
絕緣膜114、116、210被用作電晶體的第二閘極絕緣膜。另外，絕緣膜114、116、210具有對金屬氧化物108、208供應氧的功能。亦即，絕緣膜114、116、210包含氧。另外，絕緣膜114是能夠使氧透過的絕緣膜。注意，絕緣膜114還被用作在後面形成絕緣膜116時緩解金屬氧化物108受到的損傷的膜。
作為絕緣膜114，可以使用厚度為5nm以上且150nm以下，較佳為5nm以上且50nm以下的氧化矽、氧氮化矽等。
此外，較佳為使絕緣膜114中的缺陷量較少，典型的是，藉由電子自旋共振(ESR：Electron Spin Resonance)測量的起因於矽的懸空鍵的g=2.001處呈現的信號的自旋密度較佳為3×1017spins/cm3以下。這是因為若絕緣膜114的缺陷密度高，氧則與該缺陷鍵合，而使絕緣膜114中的氧透過量減少。
在絕緣膜114中，有時從外部進入絕緣膜114的氧不是全部移動到絕緣膜114的外部，而是其一部分殘留在絕緣膜114的內部。另外，有時在氧進入絕緣膜114的同時，絕緣膜114中含有的氧移動到絕緣膜114的外部，而在絕緣膜114中發生氧的移動。在形成能夠使氧透過的氧化物絕緣膜作為絕緣膜114時，可以使從設置在絕緣膜114上的絕緣膜116脫離的氧經由絕緣膜114移動到金屬氧化物108中。
此外，絕緣膜114可以使用起因於氮氧化物的態密度低的氧化物絕緣膜形成。注意，該起因於氮氧化物的態密度有時會形成在金屬氧化物的價帶頂的能量(Ev_os)與金屬氧化物的導帶底的能量(Ec_os)之間。作為上述氧化物絕緣膜，可以使用氮氧化物的釋放量少的氧氮化矽膜或氮氧化物的釋放量少的氧氮化鋁膜等。
此外，在熱脫附譜分析(TDS：Thermal Desorption Spectroscopy)中，氮氧化物的釋放量少的氧氮化矽膜是氨釋放量比氮氧化物的釋放量多的膜，典型的是氨釋放量為1×1018cm-3以上且5×1019cm-3以下。注意，該氨釋放量為在進行膜表面溫度為50℃以上且650℃以下，較佳為50℃以上且550℃以下的加熱處理時的釋放量。
氮氧化物(NOx，x大於0以上且為2以下，較佳為1以上且2以下)，典型的是NO2或NO，在絕緣膜114等中形成能階。該能階位於金屬氧化物108的能隙中。由此，當氮氧化物擴散到絕緣膜114與金屬氧化物108的介面時，有時該能階在絕緣膜114一側俘獲電子。其結果 是，被俘獲的電子留在絕緣膜114與金屬氧化物108的介面附近，由此使電晶體的臨界電壓向正方向漂移。
另外，當進行加熱處理時，氮氧化物與氨及氧起反應。當進行加熱處理時，絕緣膜114所包含的氮氧化物與絕緣膜116所包含的氨起反應，由此絕緣膜114所包含的氮氧化物減少。因此，在絕緣膜114與金屬氧化物108的介面中不容易俘獲電子。
藉由作為絕緣膜114使用上述氧化物絕緣膜，可以降低電晶體的臨界電壓的漂移，從而可以降低電晶體的電特性的變動。
藉由進行電晶體的製程的加熱處理，典型的是300℃以上且低於350℃的加熱處理，在對絕緣膜114利用100K以下的ESR測得的光譜中，觀察到g值為2.037以上且2.039以下的第一信號、g值為2.001以上且2.003以下的第二信號以及g值為1.964以上且1.966以下的第三信號。在X帶的ESR測定中，第一信號與第二信號之間的分割寬度(split width)及第二信號與第三信號之間的分割寬度大約為5mT。另外，g值為2.037以上且2.039以下的第一信號、g值為2.001以上且2.003以下的第二信號以及g值為1.964以上且1.966以下的第三信號的自旋密度的總和低於1×1018spins/cm3，典型為1×1017spins/cm3以上且低於1×1018spins/cm3。
在100K以下的ESR譜中，g值為2.037以上且2.039以下的第一信號、g值為2.001以上且2.003以下的第二信號以及g值為1.964以上且1.966以下的第三信號的自旋密度的總數相當於起因於氮氧化物(NOx，x大於0以上且為2以下，較佳為1以上且2以下)的信號的自旋密度的總數。作為氮氧化物的典型例子，有一氧化氮、二氧化氮等。就是說，g值為2.037以上且2.039以下的第一信號、g值為2.001以上且2.003以下的第二信號以及g值為1.964以上且1.966以下的第三信號的自旋 密度的總數越少，氧化物絕緣膜中的氮氧化物含量越少。
另外，上述氧化物絕緣膜的利用SIMS測得的氮濃度為6×1020atoms/cm3以下。
藉由在基板溫度為220℃以上且350℃以下的情況下利用使用矽烷及一氧化二氮的PECVD法形成上述氧化物絕緣膜，可以形成緻密且硬度高的膜。
絕緣膜116、210較佳為使用其氧含量超過化學計量組成的氧化物絕緣膜形成。其氧含量超過化學計量組成的氧化物絕緣膜由於被加熱而其一部分的氧脫離。藉由TDS分析，其氧含量超過化學計量組成的氧化物絕緣膜換算為氧原子的氧的脫離量為1.0×1019atoms/cm3以上，較佳為3.0×1020atoms/cm3以上。注意，上述TDS分析時的膜的表面溫度較佳為100℃以上且700℃以下或100℃以上且500℃以下。
作為絕緣膜116、210可以使用厚度為30nm以上且500nm以下，較佳為50nm以上且400nm以下的氧化矽膜、氧氮化矽膜等。
此外，較佳為使絕緣膜116、210中的缺陷量較少，典型的是，藉由ESR測量的起因於矽的懸空鍵的g=2.001處呈現的信號的自旋密度低於1.5×1018spins/cm3，更佳為1×1018spins/cm3以下。由於絕緣膜116與絕緣膜114相比離金屬氧化物108更遠，所以絕緣膜116的缺陷密度也可以高於絕緣膜114。
另外，因為絕緣膜114、116可以使用包括相同種類材料的絕緣膜形成，所以有時無法明確地確認到絕緣膜114與絕緣膜116之間的介面。因此，在本實施方式中，以虛線圖示出絕緣膜114與絕緣膜116之間的介面。注意，在本實施方式中，雖然說明絕緣膜114與絕緣膜116的兩 層結構，但是不侷限於此，例如，也可以採用絕緣膜114的單層結構、三層以上的疊層結構。
[用作保護絕緣膜的絕緣膜]
絕緣膜118、216被用作電晶體的保護絕緣膜。
絕緣膜118、216包含氫和氮中的一個或兩個。另外，絕緣膜118、216包含氮及矽。此外，絕緣膜118、216具有能夠阻擋氧、氫、水、鹼金屬、鹼土金屬等的功能。藉由設置絕緣膜118、216，能夠防止氧從金屬氧化物108、208擴散到外部，並且能夠防止絕緣膜114、116、210所包含的氧擴散到外部，還能夠防止氫、水等從外部侵入金屬氧化物108、208中。
作為絕緣膜118、216，例如可以使用氮化物絕緣膜。作為該氮化物絕緣膜，有氮化矽、氮氧化矽、氮化鋁、氮氧化鋁等。
雖然上述所記載的導電膜、絕緣膜、金屬氧化物及金屬膜等各種膜可以利用濺射法或PECVD法形成，但是也可以利用例如熱CVD(Chemical Vapor Deposition：有機金屬化學氣相沉積)法形成。作為熱CVD法的例子，可以舉出MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition：有機金屬化學氣相沉積)法或ALD(Atomic Layer Deposition：原子層沉積)法等。
由於熱CVD法是不使用電漿的成膜方法，因此具有不產生因電漿損傷引起的缺陷的優點。
可以以如下方法進行利用熱CVD法的成膜：將源氣體及氧化劑同時供應到処理室內，將処理室內的壓力設定為大氣壓或減壓，使其在基板附近或在基板上產生反應而沉積在基板上。
另外，也可以以如下方法進行利用ALD法的成膜：將処理室內的壓力設定為大氣壓或減壓，將用於反應的源氣體依次引入処理室，然後按該順序反復地引入氣體。
藉由MOCVD法、ALD法等的熱CVD法可以形成上述實施方式的導電膜、絕緣膜、金屬氧化物等各種膜。
〈2-7.半導體裝置的製造方法〉
接著，參照圖20A至圖22C對本發明的一個實施方式的半導體裝置的電晶體200C的製造方法進行說明。
圖20A至圖20D、圖21A至圖21C及圖22A至圖22C為說明半導體裝置的製造方法的剖面圖。在圖20A至圖20D、圖21A至圖21C及圖22A至圖22C中，左側示出通道長度方向上的剖面圖，右側示出通道寬度方向上的剖面圖。
首先，在基板202上形成導電膜206。接著，在基板202及導電膜206上形成絕緣膜204，在絕緣膜204上形成第一金屬氧化物、第二金屬氧化物及第三金屬氧化物。然後，藉由將第一金屬氧化物、第二金屬氧化物及第三金屬氧化物加工為島狀，來形成金屬氧化物208_1a、金屬氧化物208_2a及金屬氧化物208_3a(參照圖20A)。
導電膜206可以選擇上述材料形成。在本實施方式中，作為導電膜206，使用濺射裝置形成50nm厚的鎢膜和400nm厚的銅膜的疊層膜。
作為成為導電膜206的導電膜的加工方法，可以利用濕蝕刻法和/或乾蝕刻法。在本實施方式中，利用濕蝕刻法對銅膜進行蝕刻，然後利用乾蝕刻法對鎢膜進行蝕刻，對導電膜進行加工而形成導電膜206。
藉由適當地利用濺射法、CVD法、蒸鍍法、脈衝雷射沉積(PLD)法、印刷法及塗佈法等，可以形成絕緣膜204。在本實施方式中，作為絕緣膜204利用PECVD設備形成厚度為400nm的氮化矽膜及厚度為50nm的氧氮化矽膜。
此外，也可以在形成絕緣膜204之後，對絕緣膜204添加氧。作為對絕緣膜204添加的氧，有氧自由基、氧原子、氧原子離子、氧分子離子等。作為添加方法，有離子摻雜法、離子植入法、電漿處理等。另外，也可以在絕緣膜204上形成抑制氧脫離的膜之後，經過該膜對絕緣膜204添加氧。
上述抑制氧脫離的膜可以使用具有銦、鋅、鎵、錫、鋁、鉻、鉭、鈦、鉬、鎳、鐵、鈷和鎢中的一種以上的導電膜或半導體膜形成。
當利用電漿處理添加氧時，藉由利用微波使氧激發而產生高密度的氧電漿，可以增加對絕緣膜204添加的氧量。
金屬氧化物208_1a、金屬氧化物208_2a及金屬氧化物208_3a較佳為利用濺射裝置在真空中連續地形成。藉由利用濺射裝置在真空中連續地形成金屬氧化物208_1a、金屬氧化物208_2a及金屬氧化物208_3a，可以抑制有可能附著於各介面的雜質(例如，氫、水等)。
在此，可以藉由上述使用濺射靶材10的成膜方法形成將成為金屬氧化物208_2a的膜。
較佳為以比金屬氧化物208_1a和/或金屬氧化物208_3a低的氧分壓形成金屬氧化物208_2a。
另外，當形成金屬氧化物208_1a、金屬氧化物208_2a及金屬氧化物208_3a時，可以對氧氣體混合惰性氣體(例如，氦氣體、氬氣體、氙氣體等)。在金屬氧化物208_1a的沉積氣體整體中氧氣體所佔的比率(以下，也稱為氧流量比)為70%以上且100%以下，較佳為80%以上且100%以下，更佳為90%以上且100%以下。形成金屬氧化物208_2a時的氧流量比大於0%且為30%以下，較佳為5%以上且15%以下。另外，形成金屬氧化物208_3a時的氧流量比為70%以上且100%以下，較佳為80%以上且100%以下，更佳為90%以上且100%以下。
另外，也可以在比金屬氧化物208_1a和/或金屬氧化物208_3a低的基板溫度下形成金屬氧化物208_2a。
明確而言，將金屬氧化物208_2a的基板溫度設定為室溫以上且低於150℃，較佳為室溫以上且140℃以下即可。另外，將金屬氧化物208_1a及金屬氧化物208_3a的基板溫度設定為室溫以上且300℃以下，較佳為室溫以上且200℃以下即可。注意，當在相同的基板溫度下(例如，室溫以上且低於150℃)形成金屬氧化物208_1a、金屬氧化物208_2a及金屬氧化物208_3a時，生產率得到提高，所以是較佳的。
藉由採用上述形成條件，可以使金屬氧化物208_2a具有其結晶性比金屬氧化物208_1a及金屬氧化物208_3a低的區域。
金屬氧化物208_1a的厚度為1nm以上且小於20nm，較佳為5nm以上且10nm以下即可。金屬氧化物208_2a的厚度為20nm以上且100nm以下，較佳為20nm以上且50nm以下即可。金屬氧化物208_3a的厚度為1nm以上且小於20nm，較佳為5nm以上且15nm以下即可。
藉由在加熱的同時形成金屬氧化物208，可以提高金屬氧化物208的結晶性。另一方面，當作為基板202使用大型玻璃基板(例如，第 六代至第十代)時，在金屬氧化物208的成膜溫度為200℃以上且300℃以下的情況下，基板202有可能變形(應變或翹曲)。因此，在使用大型玻璃基板的情況下，藉由將金屬氧化物208的基板溫度設定為100℃以上且低於200℃，可以抑制玻璃基板的變形。
另外，需要進行濺射氣體的高度純化。例如，作為用作濺射氣體的氧氣體或氬氣體，使用露點為-40℃以下，較佳為-80℃以下，更佳為-100℃以下，進一步較佳為-120℃以下的高純度氣體，由此可以儘可能地防止水分等混入金屬氧化物。
另外，在藉由濺射法形成金屬氧化物的情況下，較佳為使用低溫泵等吸附式真空抽氣泵對濺射裝置的処理室進行高真空抽氣(抽空到5×10-7Pa至1×10-4Pa左右)以儘可能地去除對金屬氧化物來說是雜質的水等。尤其是，在濺射裝置的待機時処理室內的相當於H2O的氣體分子(相當於m/z=18的氣體分子)的分壓為1×10-4Pa以下，較佳為5×10-5Pa以下。
當將第一金屬氧化物、第二金屬氧化物及第三金屬氧化物加工為金屬氧化物208_1a、金屬氧化物208_2a及金屬氧化物208_3a時，使用濕蝕刻法和/或乾蝕刻法即可。
另外，也可以在形成金屬氧化物208_1a、金屬氧化物208_2a及金屬氧化物208_3a之後進行加熱處理來實現金屬氧化物208_1a、金屬氧化物208_2a及金屬氧化物208_3a的脫氫化或脫水化。作為加熱處理的溫度，典型地為150℃以上且低於基板的應變點、250℃以上且450℃以下或者300℃以上且450℃以下。
可以在包含氦、氖、氬、氙、氪等稀有氣體或包含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。處理時間可以是3分鐘以上且24小時以下。
該加熱處理可以使用電爐、RTA裝置等。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。由此，可以縮短加熱處理時間。
邊對金屬氧化物進行加熱邊形成該金屬氧化物，或者在形成金屬氧化物之後進行加熱處理，由此，利用SIMS測得的金屬氧化物中的氫濃度可以為5×1019atoms/cm3以下，1×1019atoms/cm3以下，5×1018atoms/cm3以下，1×1018atoms/cm3以下，5×1017atoms/cm3以下或者1×1016atoms/cm3以下。
接著，在絕緣膜204及金屬氧化物208上形成絕緣膜210_0(參照圖20B)。
作為絕緣膜210_0，可以藉由使用電漿增強化學氣相沉積裝置(也稱為PECVD設備或者電漿CVD設備)形成氧化矽膜、氧氮化矽膜或氮化矽膜。此時，作為源氣體，較佳為使用包含矽的沉積氣體及氧化性氣體。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。作為氧化性氣體，有氧、臭氧、一氧化二氮、二氧化氮等。
另外，作為絕緣膜210_0，可以在如下條件下利用PECVD設備形成缺陷量少的氧氮化矽膜：相對於沉積氣體流量的氧化性氣體流量大於20倍且小於100倍，或者為40倍以上且80倍以下；並且処理室內的壓力低於100Pa，或為50Pa以下。
此外，作為絕緣膜210_0，可以在如下條件下形成緻密的氧化矽膜 或氧氮化矽膜：將設置在PECVD設備的抽成真空的処理室內的基板保持在280℃以上且400℃以下的溫度，將源氣體引入処理室內而將処理室內的壓力設定為20Pa以上且250Pa以下，更佳為100Pa以上且250Pa以下，並對設置在処理室內的電極供應高頻功率。
另外，可以藉由使用微波的PECVD法形成絕緣膜210_0。微波是指300MHz至300GHz的頻率範圍。微波的電子溫度低，並且其電子能量小。此外，在被供應的電力中，用於加速電子的比例少，能夠用於更多分子的離解及電離，並且能夠使密度高的電漿(高密度電漿)激發。因此，電漿對被形成面及沉積物造成的損傷少，由此能夠形成缺陷少的絕緣膜210_0。
在本實施方式中，作為絕緣膜210_0，使用PECVD設備形成厚度為100nm的氧氮化矽膜。
接著，在利用光微影製程在絕緣膜210_0的所希望的位置上形成遮罩之後，對絕緣膜210_0的一部分及絕緣膜204的一部分進行蝕刻，由此形成到達導電膜206的開口243(參照圖20C)。
作為開口243的形成方法，可以使用濕蝕刻法和/或乾蝕刻法。在本實施方式中，利用乾蝕刻法形成開口243。
接著，以覆蓋開口243的方式在導電膜206及絕緣膜210_0上形成導電膜212_0。另外，例如在作為導電膜212_0使用金屬氧化膜的情況下，在形成導電膜212_0時有時氧被添加到絕緣膜210_0中(參照圖20D)。
在圖20D中，以箭頭示意性地示出被添加到絕緣膜210_0的氧。藉由以覆蓋開口243的方式形成導電膜212_0，使導電膜206與導電膜 212_0電連接。
當作為導電膜212_0使用金屬氧化膜時，較佳為在包含氧氣體的氛圍下利用濺射法形成導電膜212_0。藉由在包含氧氣體的氛圍下形成導電膜212_0，可以將氧適當地添加到絕緣膜210_0中。另外，作為導電膜212_0的形成方法，不侷限於濺射法，也可以利用其他方法，例如ALD法。
在本實施方式中，作為導電膜212_0，利用濺射法形成100nm厚的In-Ga-Zn氧化物(In：Ga：Zn=4：2：4.1(原子個數比))。另外，可以在形成導電膜212_0之前或之後對絕緣膜210_0進行氧添加處理。該氧添加處理可以與能夠在形成絕緣膜204之後進行的氧添加處理同樣地進行。
接著，在導電膜212_0的所希望的位置上藉由光微影製程形成遮罩240(參照圖21A)。
接著，藉由從遮罩240的上方進行蝕刻，對導電膜212_0及絕緣膜210_0進行加工。另外，在對導電膜212_0及絕緣膜210_0進行加工之後，去除遮罩240。藉由對導電膜212_0及絕緣膜210_0進行加工，形成島狀的導電膜212及島狀的絕緣膜210(參照圖21B)。
在本實施方式中，使用乾蝕刻法對導電膜212_0及絕緣膜210_0進行加工。
另外，當對導電膜212_0及絕緣膜210_0進行加工時，有時金屬氧化物208的不與導電膜212重疊的區域的厚度變小。另外，當對導電膜212_0及絕緣膜210_0進行加工時，有時絕緣膜204的不與金屬氧化物208重疊的區域的厚度變小。另外，當對導電膜212_0及絕緣膜210_0 進行加工時，有時蝕刻劑或蝕刻氣體(例如，氯等)被添加到金屬氧化物208中或者導電膜212_0及絕緣膜210_0的構成元素被添加到金屬氧化物208中。
接著，在絕緣膜204、金屬氧化物208及導電膜212上形成絕緣膜216。藉由形成絕緣膜216，金屬氧化物208的與絕緣膜216接觸的區域成為區域208n。另外，在金屬氧化物208的與導電膜212重疊的區域中形成區域208i_1、區域208i_2及區域208i_3。(參照圖21C)。
絕緣膜216可以選擇上述材料形成。在本實施方式中，作為絕緣膜216，使用PECVD設備形成100nm厚的氮氧化矽膜。另外，當形成該氮氧化矽膜時，以220℃進行電漿處理及成膜處理這兩個步驟。該電漿處理的條件為如下：在進行成膜之前將流量為100sccm的氬氣體及流量為1000sccm的氮氣體引入処理室內；將処理室內的壓力設定為40Pa；以RF電源(27.12MHz)供應1000W的功率。另外，該成膜處理的條件為如下：將流量為50sccm的矽烷氣體、流量為5000sccm的氮氣體以及流量為100sccm的氨氣體引入処理室內；將処理室內的壓力設定為100Pa；以RF電源(27.12MHz)供應1000W的功率。
藉由使用氮氧化矽膜作為絕緣膜216，可以對與絕緣膜216接觸的區域208n供應氮氧化矽膜中的氮或氫。另外，藉由以上述溫度形成絕緣膜216，可以抑制絕緣膜210所包含的過量氧釋放到外部。
接著，在絕緣膜216上形成絕緣膜218(參照圖22A)。
絕緣膜218可以選擇上述材料形成。在本實施方式中，作為絕緣膜218，使用PECVD設備形成300nm厚的氧氮化矽膜。
接著，在利用光微影製程在絕緣膜218的所希望的位置上形成遮 罩之後，對絕緣膜218的一部分及絕緣膜216的一部分進行蝕刻，由此形成到達區域208n的開口241a、241b(參照圖22B)。
作為絕緣膜218及絕緣膜216的蝕刻方法，可以利用濕蝕刻法和/或乾蝕刻法。在本實施方式中，利用乾蝕刻法對絕緣膜218及絕緣膜216進行加工。
接著，以覆蓋開口241a及241b的方式在區域208n及絕緣膜218上形成導電膜，且將該導電膜加工為所希望的形狀，來形成導電膜220a及220b(參照圖22C)。
導電膜220a及220b可以選擇上述材料形成。在本實施方式中，作為導電膜220a及220b，使用濺射裝置形成50nm厚的鎢膜和400nm厚的銅膜的疊層膜。
作為成為導電膜220a及220b的導電膜的加工方法，可以利用濕蝕刻法和/或乾蝕刻法。在本實施方式中，利用濕蝕刻法對銅膜進行蝕刻，然後利用乾蝕刻法對鎢膜進行蝕刻，對導電膜進行加工而形成導電膜220a及220b。
藉由上述製程可以製造圖18A至圖18C所示的電晶體200C。
作為構成電晶體的膜(絕緣膜、金屬氧化物、導電膜等)的方法，除了上述方法以外，可以藉由濺射法、化學氣相沉積(CVD)法、真空蒸鍍法、脈衝雷射沉積(PLD)法、ALD法形成。或者，可以藉由塗佈法或印刷法形成。作為成膜方法，典型的有濺射法、電漿增強化學氣相沉積(PECVD)法，但也可以使用熱CVD法。作為熱CVD法的例子，可以舉出有機金屬化學氣相沉積(MOCVD)法。
藉由熱CVD法進行的成膜可以以如下方式來執行：藉由將処理室內的壓力設定為大氣壓或減壓，將源氣體及氧化劑同時供應到処理室內，並使其在基板附近或基板上相互反應而沉積在基板上。如此，由於熱CVD法不產生電漿來形成膜，因此具有不產生起因於電漿損傷的缺陷的優點。
本實施方式所示的結構、方法可以與其他實施方式所示的結構、方法適當地組合而實施。
實施方式3
下面，參照圖24和圖25說明可以用於使用本發明的一個實施方式的半導體裝置的顯示裝置的顯示部等的顯示面板的例子。下面例示的顯示面板是包括反射型液晶元件及發光元件的兩種元件且能夠以透過模式和反射模式的兩種模式進行顯示的顯示面板。本發明的一個實施方式的金屬氧化物及包括該金屬氧化物的電晶體適用於顯示裝置的像素的電晶體、用來驅動顯示裝置的驅動器或者對顯示裝置供應資料的LSI等。
〈3-1.顯示面板的結構實例〉
圖24是本發明的一個實施方式的顯示面板600的透視示意圖。顯示面板600包括將基板651與基板661貼合在一起的結構。在圖24中，以虛線表示基板661。
顯示面板600包括顯示部662、電路659及佈線666等。基板651例如設置有電路659、佈線666及被用作像素電極的導電膜663等。另外，圖24示出在基板651上安裝有IC673及FPC672的例子。由此，圖24所示的結構可以說是包括顯示面板600、FPC672及IC673的顯示模組。
作為電路659，例如可以使用用作掃描線驅動電路的電路。
佈線666具有對顯示部662及電路659供應信號或電力的功能。該信號或電力從外部經由FPC672或者從IC673輸入到佈線666。
圖24示出利用COG(Chip On Glass：晶粒玻璃接合)方式等對基板651設置IC673的例子。例如，可以對IC673適用用作掃描線驅動電路或信號線驅動電路的IC。另外，當顯示面板600具備用作掃描線驅動電路或信號線驅動電路的電路，或者將用作掃描線驅動電路或信號線驅動電路的電路設置在外部且藉由FPC672輸入用來驅動顯示面板600的信號時，也可以不設置IC673。另外，也可以將IC673利用COF(Chip On Film：薄膜覆晶封裝)方式等安裝於FPC672。
圖24示出顯示部662的一部分的放大圖。在顯示部662中以矩陣狀配置有多個顯示元件所包括的導電膜663。在此，導電膜663具有反射可見光的功能且被用作下述液晶元件640的反射電極。
此外，如圖24所示，導電膜663包括開口。再者，在導電膜663的基板651一側包括發光元件660。來自發光元件660的光透過導電膜663的開口發射到基板661一側。
〈3-2.剖面結構實例〉
圖25示出圖24所例示的顯示面板中的包括FPC672的區域的一部分、包括電路659的區域的一部分及包括顯示部662的區域的一部分的剖面的例子。
顯示面板在基板651與基板661之間包括絕緣膜620。另外，在基板651與絕緣膜620之間包括發光元件660、電晶體601、電晶體605、 電晶體606及彩色層634等。另外，在絕緣膜620與基板661之間包括液晶元件640、彩色層631等。另外，基板661隔著黏合層641與絕緣膜620黏合，基板651隔著黏合層642與絕緣膜620黏合。
電晶體606與液晶元件640電連接，而電晶體605與發光元件660電連接。因為電晶體605和電晶體606都形成在絕緣膜620的基板651一側的面上，所以它們可以藉由同一製程製造。
基板661設置有彩色層631、遮光膜632、絕緣層621及被用作液晶元件640的共用電極的導電膜613、配向膜633b、絕緣層617等。絕緣層617被用作用來保持液晶元件640的單元間隙的間隔物。
在絕緣膜620的基板651一側設置有絕緣膜681、絕緣膜682、絕緣膜683、絕緣膜684、絕緣膜685等絕緣層。絕緣膜681的一部分被用作各電晶體的閘極絕緣層。絕緣膜682、絕緣膜683及絕緣膜684以覆蓋各電晶體等的方式設置。此外，絕緣膜685以覆蓋絕緣膜684的方式設置。絕緣膜684及絕緣膜685具有平坦化層的功能。此外，這裡示出作為覆蓋電晶體等的絕緣層包括絕緣膜682、絕緣膜683及絕緣膜684的三層的情況，但是絕緣層不侷限於此，也可以為四層以上、單層或兩層。如果不需要，則可以不設置用作平坦化層的絕緣膜684。
另外，電晶體601、電晶體605及電晶體606包括其一部分用作閘極的導電膜654、其一部分用作源極或汲極的導電層652、半導體膜653。在此，對經過同一導電膜的加工而得到的多個層附有相同的陰影線。
液晶元件640是反射型液晶元件。液晶元件640包括層疊有導電膜635、液晶層612及導電膜613的疊層結構。另外，設置有與導電膜635的基板651一側接觸的反射可見光的導電膜663。導電膜663包括開口655。另外，導電膜635及導電膜613包含使可見光透過的材料。此外， 在液晶層612和導電膜635之間設置有配向膜633a，並且在液晶層612和導電膜613之間設置有配向膜633b。此外，在基板661的外側的面上設置有偏光板656。
在液晶元件640中，導電膜663具有反射可見光的功能，導電膜613具有透過可見光的功能。從基板661一側入射的光被偏光板656偏振，透過導電膜613、液晶層612，且被導電膜663反射。而且，再次透過液晶層612及導電膜613而到達偏光板656。此時，由施加到導電膜663及導電膜635和導電膜613之間的電壓控制液晶的配向，從而可以控制光的光學調變。也就是說，可以控制經過偏光板656發射的光的強度。此外，由於特定的波長區域之外的光被彩色層631吸收，因此被提取的光例如呈現紅色。
發光元件660是底部發射型發光元件。發光元件660具有從絕緣膜620一側依次層疊有導電層643、EL層644及導電層645b的結構。另外，設置有覆蓋導電層645b的導電層645a。導電層645b包含反射可見光的材料，導電層643及導電層645a包含使可見光透過的材料。發光元件660所發射的光經過彩色層634、絕緣膜620、開口655及導電膜613等射出到基板661一側。
在此，如圖25所示，開口655較佳為設置有透過可見光的導電膜635。由此，液晶在與開口655重疊的區域中也與其他區域同樣地配向，從而可以抑制因在該區域的邊境部產生液晶的配向不良而產生非意圖的漏光。
在此，作為設置在基板661的外側的面的偏光板656，可以使用直線偏光板，也可以使用圓偏光板。作為圓偏光板，例如可以使用將直線偏光板和四分之一波相位差板層疊而成的偏光板。由此，可以抑制外光反射。此外，藉由根據偏光板的種類調整用於液晶元件640的液 晶元件的單元間隙、配向、驅動電壓等來實現所希望的對比度，即可。
在覆蓋導電層643的端部的絕緣膜646上設置有絕緣膜647。絕緣膜647具有抑制絕緣膜620與基板651之間的距離過近的間隙物的功能。另外，當使用遮蔽遮罩(金屬遮罩)形成EL層644及導電層645a時，絕緣膜647可以具有抑制該遮蔽遮罩接觸於被形成面的功能。另外，如果不需要則可以不設置絕緣膜647。
電晶體605的源極和汲極中的一個藉由導電層648與發光元件660的導電層643電連接。
電晶體606的源極和汲極中的一個藉由連接部607與導電膜663電連接。導電膜635與導電膜663接觸，它們彼此電連接。在此，連接部607是使設置在絕緣膜620的雙面上的導電層藉由形成在絕緣膜620中的開口彼此電連接的部分。
在基板651的不與基板661重疊的區域中設置有連接部604。連接部604藉由連接層649與FPC672電連接。連接部604具有與連接部607相同的結構。在連接部604的頂面上露出對與導電膜635同一的導電膜進行加工來獲得的導電層。因此，藉由連接層649可以使連接部604與FPC672電連接。
在設置有黏合層641的一部分的區域中設置有連接部687。在連接部687中，藉由連接器686使對與導電膜635同一的導電膜進行加工來獲得的導電層和導電膜613的一部分電連接。由此，可以將從連接於基板651一側的FPC672輸入的信號或電位藉由連接部687供應到形成在基板661一側的導電膜613。
例如，連接器686可以使用導電粒子。作為導電粒子，可以採用 表面覆蓋有金屬材料的有機樹脂或二氧化矽等的粒子。作為金屬材料，較佳為使用鎳或金，因為其可以降低接觸電阻。另外，較佳為使用由兩種以上的金屬材料以層狀覆蓋的粒子諸如由鎳以及金覆蓋的粒子。另外，連接器686較佳為採用能夠彈性變形或塑性變形的材料。此時，有時導電粒子的連接器686成為圖25所示那樣的在縱向上被壓扁的形狀。藉由具有該形狀，可以增大連接器686與電連接於該連接器的導電層的接觸面積，從而可以降低接觸電阻並抑制接觸不良等問題發生。
連接器686較佳為以由黏合層641覆蓋的方式配置。例如，可以將連接器686分散在固化之前的黏合層641。
在圖25中，作為電路659的例子，示出設置有電晶體601的例子。
在圖25中，作為電晶體601及電晶體605的例子，應用由兩個閘極夾著形成有通道的半導體膜653的結構。一個閘極由導電膜654構成，而另一個閘極由隔著絕緣膜682與半導體膜653重疊的導電膜623構成。藉由採用這種結構，可以控制電晶體的臨界電壓。此時，也可以藉由連接兩個閘極並對該兩個閘極供應同一信號來驅動電晶體。與其他電晶體相比，這種電晶體能夠提高場效移動率，而可以增大通態電流。其結果是，可以製造能夠進行高速驅動的電路。再者，能夠縮小電路部的佔有面積。藉由使用通態電流高的電晶體，即使在使顯示面板大型化或高清晰化時佈線數增多，也可以降低各佈線的信號延遲，並且可以抑制顯示的不均勻。
電路659所包括的電晶體與顯示部662所包括的電晶體也可以具有相同的結構。此外，電路659所包括的多個電晶體可以都具有相同的結構或不同的結構。另外，顯示部662所包括的多個電晶體可以都具有相同的結構或不同的結構。
覆蓋各電晶體的絕緣膜682和絕緣膜683中的至少一個較佳為使用水或氫等雜質不容易擴散的材料。亦即，可以將絕緣膜682或絕緣膜683用作障壁膜。藉由採用這種結構，可以有效地抑制雜質從外部擴散到電晶體中，從而能夠實現可靠性高的顯示面板。
在基板661一側設置有覆蓋彩色層631、遮光膜632的絕緣層621。絕緣層621可以具有平坦化層的功能。藉由使用絕緣層621可以使導電膜613的表面大致平坦，可以使液晶層612的配向狀態成為均勻。
對製造顯示面板600的方法的例子進行說明。例如，在包括剝離層的支撐基板上依次形成導電膜635、導電膜663及絕緣膜620，形成電晶體605、電晶體606及發光元件660等，然後使用黏合層642貼合基板651和支撐基板。之後，藉由在剝離層和絕緣膜620之間的介面及剝離層和導電膜635之間的介面進行剝離，去除支撐基板及剝離層。此外，另外準備預先形成有彩色層631、遮光膜632、導電膜613等的基板661。而且，對基板651或基板661滴下液晶，並由黏合層641貼合基板651和基板661，從而可以製造顯示面板600。
作為剝離層，可以適當地選擇在與絕緣膜620及導電膜635之間的介面產生剝離的材料。特別是，作為剝離層，使用包含鎢等的高熔點金屬材料的層和包含該金屬材料的氧化物的層的疊層，並且較佳為作為剝離層上的絕緣膜620使用層疊有多個氮化矽、氧氮化矽、氮氧化矽等的層。當將高熔點金屬材料用於剝離層時，可以提高在形成剝離層之後形成的層的形成溫度，從而可以降低雜質濃度並實現可靠性高的顯示面板。
作為導電膜635，較佳為使用金屬氧化物或金屬氮化物等氧化物或氮化物。在使用金屬氧化物時，將氫濃度、硼濃度、磷濃度、氮濃度 及其他雜質的濃度以及氧缺陷量中的至少一個比用於電晶體的半導體層高的材料用於導電膜635，即可。
〈3-3.各組件〉
下面，說明上述各組件。
[黏合層]
作為各黏合層，可以使用紫外線硬化型黏合劑等光硬化型黏合劑、反應硬化型黏合劑、熱固性黏合劑、厭氧黏合劑等各種硬化型黏合劑。作為這些黏合劑，可以舉出環氧樹脂、丙烯酸樹脂、矽酮樹脂、酚醛樹脂、聚醯亞胺樹脂、醯亞胺樹脂、PVC(聚氯乙烯)樹脂、PVB(聚乙烯醇縮丁醛)樹脂、EVA(乙烯-醋酸乙烯酯)樹脂等。尤其較佳為使用環氧樹脂等透濕性低的材料。另外，也可以使用兩液混合型樹脂。此外，也可以使用黏合薄片等。
另外，在上述樹脂中也可以包含乾燥劑。例如，可以使用鹼土金屬的氧化物(氧化鈣或氧化鋇等)那樣的藉由化學吸附吸附水分的物質。或者，也可以使用沸石或矽膠等藉由物理吸附來吸附水分的物質。當在樹脂中包含乾燥劑時，能夠抑制水分等雜質進入元件，從而顯示面板的可靠性得到提高，所以是較佳的。
此外，藉由在上述樹脂中混合折射率高的填料或光散射構件，可以提高光提取效率。例如，可以使用氧化鈦、氧化鋇、沸石、鋯等。
[連接層]
作為連接層，可以使用異方性導電膜(ACF：Anisotropic Conductive Film)、異方性導電膏(ACP：Anisotropic Conductive Paste)等。
[彩色層]
作為能夠用於彩色層的材料，可以舉出金屬材料、樹脂材料、包含顏料或染料的樹脂材料等。
[遮光層]
作為能夠用於遮光層的材料，可以舉出碳黑、鈦黑、金屬、金屬氧化物或包含多個金屬氧化物的固溶體的複合氧化物等。遮光層也可以為包含樹脂材料的膜或包含金屬等無機材料的薄膜。另外，也可以對遮光層使用包含彩色層的材料的膜的疊層膜。例如，可以採用包含用於使某個顏色的光透過的彩色層的材料的膜與包含用於使其他顏色的光透過的彩色層的材料的膜的疊層結構。藉由使彩色層與遮光層的材料相同，除了可以使用相同的裝置以外，還可以簡化製程，因此是較佳的。
以上是關於各組件的說明。
〈3-4.製造方法實例〉
在此，對使用具有撓性的基板的顯示面板的製造方法的例子進行說明。
在此，將包括顯示元件、電路、佈線、電極、彩色層及遮光層等光學構件以及絕緣層等的層總稱為元件層。例如，元件層包括顯示元件，除此以外還可以包括與顯示元件電連接的佈線、用於像素或電路的電晶體等元件。
另外，在此，將在顯示元件完成(製程結束)的階段中支撐元件層且具有撓性的構件稱為基板。例如，基板在其範圍中也包括其厚度為10nm以上且300μm以下的極薄的薄膜等。
作為在具有撓性且具備絕緣表面的基板上形成元件層的方法，典 型地有如下兩種方法。一個方法是在基板上直接形成元件層的方法。另一個方法是在與基板不同的支撐基板上形成元件層之後分離元件層與支撐基板而將元件層轉置於基板的方法。另外，在此沒有詳細的說明，但是除了上述兩個方法以外，還有如下方法：在沒有撓性的基板上形成元件層，藉由拋光等使該基板變薄而使該基板具有撓性的方法。
當構成基板的材料對元件層的形成製程中的加熱具有耐熱性時，若在基板上直接形成元件層，則可使製程簡化，所以是較佳的。此時，若在將基板固定於支撐基板的狀態下形成元件層，則可使裝置內及裝置之間的傳送變得容易，所以是較佳的。
另外，當採用在將元件層形成在支撐基板上後將其轉置於基板的方法時，首先在支撐基板上層疊剝離層和絕緣層，在該絕緣層上形成元件層。接著，將元件層與支撐基板之間進行剝離並將元件層轉置於基板。此時，選擇在支撐基板材料與剝離層的介面、剝離層與絕緣層的介面或剝離層中發生剝離的材料即可。在上述方法中，藉由將高耐熱性材料用於支撐基板及剝離層，可以提高形成元件層時所施加的溫度的上限，從而可以形成包括更高可靠性的元件的元件層，所以是較佳的。
例如，較佳的是，作為剝離層使用包含鎢等高熔點金屬材料的層與包含該金屬材料的氧化物的層的疊層，作為剝離層上的絕緣層使用層疊多個氧化矽層、氮化矽層、氧氮化矽層、氮氧化矽層等的層。
作為元件層與支撐基板之間進行剝離的方法，例如可以舉出如下方法：施加機械力量的方法；使液體滲透到剝離介面的方法；等。另外，可以藉由利用形成剝離介面的兩層的熱膨脹率的差異，對支撐基板進行加熱或冷卻而進行剝離。
另外，當能夠在支撐基板與絕緣層的介面進行剝離時，可以不設置剝離層。
例如，也可以作為支撐基板使用玻璃，作為絕緣層使用聚醯亞胺等有機樹脂。此時，也可以藉由使用雷射等對有機樹脂的一部分局部性地進行加熱，或者藉由使用銳利的構件物理性地切斷或打穿有機樹脂的一部分等來形成剝離的起點，由此在玻璃與有機樹脂的介面進行剝離。當作為上述有機樹脂使用感光材料時，容易形成開口等的形狀，所以是較佳的。上述雷射例如較佳為可見光線至紫外線的波長區域的光。例如，可以使用波長為200nm以上且400nm以下，較佳為250nm以上且350nm以下的光。尤其是，當使用波長為308nm的準分子雷射，生產率得到提高，所以是較佳的。另外，也可以使用作為Nd：YAG雷射的第三諧波的波長為355nm的UV雷射等固體UV雷射(也稱為半導體UV雷射)。
另外，也可以在支撐基板與由有機樹脂構成的絕緣層之間設置發熱層，藉由對該發熱層進行加熱，由此在該發熱層與絕緣層的介面進行剝離。作為發熱層，可以使用藉由電流流過發熱的材料、藉由吸收光發熱的材料、藉由施加磁場發熱的材料等各種材料。例如，作為發熱層的材料，可以使用選自半導體、金屬及絕緣體中的材料。
在上述方法中，可以在進行剝離之後將由有機樹脂構成的絕緣層用作基板。
以上是對撓性顯示面板的製造方法的說明。
本實施方式所示的結構、方法可以與其他實施方式所示的結構、方法適當地組合而實施。
10‧‧‧濺射靶材
11‧‧‧區域
11a‧‧‧濺射粒子
12‧‧‧區域
12a‧‧‧濺射粒子
20‧‧‧陽離子
30‧‧‧電漿

Claims (12)

  1. 一種濺射靶材，能夠將金屬氧化物形成為通道形成區域，該濺射靶材包括：包含銦、鋅和元素M1的第一區域；以及包含銦和鋅的第二區域，其中，該元素M1為選自Al、Si、Mg、Zr、Be和B中的一種或多種的元素，其中，包含在該第二區域中的銦的原子個數比比包含在該第一區域中的元素M1的原子個數比高，該第一區域的電阻比該第二區域高，並且，該第一區域或該第二區域具有微晶結構。
  2. 一種濺射靶材，能夠將金屬氧化物形成為通道形成區域，該濺射靶材包括：包含銦、鎵和鋅的第一區域；以及包含銦和鋅的第二區域，其中，包含在該第二區域中的銦的原子個數比比包含在該第一區域中的鎵的原子個數比高，該第一區域的電阻比該第二區域高，並且，該第一區域或該第二區域具有微晶結構。
  3. 一種濺射靶材，能夠將金屬氧化物形成為通道形成區域，該濺射靶材包括：包含銦、鎵和鋅的第一區域；以及包含銦和鋅的第二區域，其中，包含在該第二區域中的銦的原子個數比比包含在該第一區域中的鎵的原子個數比高，並且，該第一區域或該第二區域具有微晶結構。
  4. 一種濺射靶材，包括：包含銦、鎵和鋅的第一區域；以及 包含銦和鋅的第二區域，其中，包含在該第二區域中的銦的原子個數比比包含在該第一區域中的鎵的原子個數比高，並且，該第一區域或該第二區域具有微晶結構。
  5. 根據申請專利範圍第1至4項中任一項所述之濺射靶材，其中該第一區域及該第二區域都具有原子簇。
  6. 根據申請專利範圍第1至4項中任一項所述之濺射靶材，其中該微晶結構的大小為0.5nm以上且3nm以下。
  7. 根據申請專利範圍第1至4項中任一項之濺射靶材，其中該第一區域及該第二區域都是粒子狀。
  8. 根據申請專利範圍第1至4項中任一項之濺射靶材，其中該第一區域及該第二區域的直徑都小於10μm。
  9. 一種電晶體的製造方法，包括如下步驟：將濺射靶材配置在成膜室；以及藉由對該成膜室導入氬氣體及氧氣體，在基板上成膜作為通道形成區域的金屬氧化物，其中，該濺射靶材包括：包含銦、鋅和元素M1的第一區域；以及包含銦和鋅的第二區域，其中，該元素M1為選自Al、Si、Mg、Zr、Be和B中的一種或多種的元素，其中，包含在該第二區域中的銦的原子個數比比包含在該第一區域中的元素M1的原子個數比高，該第一區域的電阻比該第二區域高，並且，該第一區域或該第二區域具有微晶結構。
  10. 一種電晶體的製造方法，包括如下步驟：將濺射靶材配置在成膜室；以及藉由對該成膜室導入氬氣體及氧氣體，在基板上成膜作為通道形成區域的金屬氧化物， 其中，該濺射靶材包括：包含銦、鎵和鋅的第一區域；以及包含銦和鋅的第二區域，其中，包含在該第二區域中的銦的原子個數比比包含在該第一區域中的鎵的原子個數比高，該第一區域的電阻比該第二區域高，並且，該第一區域或該第二區域具有微晶結構。
  11. 一種電晶體的製造方法，包括如下步驟：將濺射靶材配置在成膜室；以及藉由對該成膜室導入氬氣體及氧氣體，在基板上成膜作為通道形成區域的金屬氧化物，其中，該濺射靶材包括：包含銦、鎵和鋅的第一區域；以及包含銦和鋅的第二區域，其中，包含在該第二區域中的銦的原子個數比比包含在該第一區域中的鎵的原子個數比高，並且，該第一區域或該第二區域具有微晶結構。
  12. 根據申請專利範圍第9至11項中任一項所述之電晶體的製造方法，其中該微晶結構的大小為0.5nm以上且3nm以下。
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