TWI753899B - 半導體裝置及包括該半導體裝置的顯示裝置 - Google Patents
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Abstract
本發明提高具有氧化物半導體膜的電晶體的場效移動率及可靠性。本發明是一種具有氧化物半導體膜的半導體裝置，該半導體裝置包括：閘極電極；閘極電極上的絕緣膜；絕緣膜上的氧化物半導體膜；以及氧化物半導體膜上的一對電極，其中，氧化物半導體膜包括第一氧化物半導體膜及第一氧化物半導體膜上的第二氧化物半導體膜，第一氧化物半導體膜及第二氧化物半導體膜都包含相同的元素，並且，第一氧化物半導體膜具有其結晶性低於第二氧化物半導體膜的區域。
Description
本發明的一個實施方式係關於一種具有氧化物半導體膜的半導體裝置。此外，本發明的一個實施方式係關於一種包括上述半導體裝置的顯示裝置。
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。另外，本發明的一個實施方式係關於一種製程(process)、機器(machine)、產品(manufacture)或組合物(composition of matter)。本發明的一個實施方式尤其係關於一種半導體裝置、顯示裝置、發光裝置、蓄電裝置、記憶體裝置、其驅動方法或其製造方法。
注意，本說明書等中的半導體裝置是指藉由利用半導體特性而能夠工作的所有裝置。除了電晶體等半導體元件之外，半導體電路、算術裝置或記憶體裝置也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，氧化物半導體受到矚目。例如，專利文獻1公開了如下半導體裝置：層疊有多個氧化物半導體層，在該多個氧化物半導體層中，被用作通道的氧化物半導體層包含銦及鎵，並且使銦的比率比鎵的比率高，而場效移動率(有時，簡單地稱為移動率或μFE)得到提高的半導體裝置。
另外，非專利文獻1公開了如下內容：包含銦、鎵及鋅的氧化物半導體具有以In1-xGa1+xO3(ZnO)m(-1
x
1，m為自然數)表示的同系物相(homologous phase)。此外，非專利文獻1公開了同系物相的固溶區域(solid solution range)。例如，m=1的情況下的同系物相的固溶區域在x為-0.33至0.08的範圍內，並且m=2的情況下的同系物相的固溶區域在x為-0.68至0.32的範圍內。
[專利文獻1]日本專利申請公開第2014-7399號公報
[非專利文獻1]M. Nakamura，N. Kimizuka，and T. Mohri，“The Phase Relations in the In2O3-Ga2ZnO4-ZnO System at 1350℃”，J. Solid State Chem.，1991，Vol. 93，pp. 298-315
將氧化物半導體膜用於通道區域的電晶體的場效移動率越高越佳。然而，有如下問題：當電晶體的場效移動率得到提高時，電晶體的特性容易具有常開啟特性。注意，“常開啟”是指即使對閘極電極不施加電壓也有通道，而電流流過電晶體的狀態。
此外，在將氧化物半導體膜用於通道區域的電晶體中，形成在氧
化物半導體膜中的氧缺陷對電晶體特性造成負面影響，所以會成為問題。例如，當在氧化物半導體膜中形成有氧缺陷時，該氧缺陷與氫鍵合以成為載子供應源。當在氧化物半導體膜中形成有載子供應源時，產生具有氧化物半導體膜的電晶體的電特性變動，典型的是，產生臨界電壓的漂移。
例如，在氧化物半導體膜中的氧缺陷量過多時，電晶體的臨界電壓向負方向漂移而電晶體具有常開啟特性。因此，在氧化物半導體膜中，尤其是在通道區域中，氧缺陷量較佳為少，或者氧缺陷量較佳為少得不使電晶體具有常開啟特性。
鑒於上述問題，本發明的一個實施方式的目的之一是提高具有氧化物半導體膜的電晶體的場效移動率及可靠性。此外，本發明的一個實施方式的目的之一是抑制具有氧化物半導體膜的電晶體的電特性變動並提高該電晶體的可靠性。此外，本發明的一個實施方式的目的之一是提供一種功耗得到降低的半導體裝置。此外，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。此外，本發明的一個實施方式的目的之一是提供一種新穎的顯示裝置。
注意，上述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。上述目的以外的目的從說明書等的記載看來是顯而易見的，並可以從說明書等中抽取上述目的以外的目的。
本發明的第一方式是一種具有氧化物半導體膜的半導體裝置，該半導體裝置包括：閘極電極；閘極電極上的絕緣膜；絕緣膜上的氧化物半導體膜；以及氧化物半導體膜上的一對電極，其中，氧化物半導體膜包括第一氧化物半導體膜及第一氧化物半導體膜上的第二氧化物半導體膜，第一氧化物半導體膜及第二氧化物半導體膜都包含相同的
元素，並且，第一氧化物半導體膜具有其結晶性低於第二氧化物半導體膜的區域。
在上述第一方式中，較佳的是，第一氧化物半導體膜及第二氧化物半導體膜分別獨立地包含In、M(M為Al、Ga、Y或Sn)和Zn。
此外，在上述第一方式中，較佳的是，在In的原子個數比為4的情況下，對於In、M和Zn的總和的M的原子個數比為1.5以上且2.5以下，並且在In的原子個數比為4的情況下，對於In、M和Zn的總和的Zn的原子個數比為2以上且4以下。此外，在上述方式中，In、M和Zn的原子個數比較佳為In：M：Zn=4：2：3或其附近。
此外，在上述第一方式中，較佳的是，在In的原子個數比為5的情況下，對於In、M和Zn的總和的M的原子個數比為0.5以上且1.5以下，並且在In的原子個數比為5的情況下，對於In、M和Zn的總和的Zn的原子個數比為5以上且7以下。此外，在上述方式中，In、M和Zn的原子個數比較佳為In：M：Zn=5：1：6或其附近。
此外，本發明的第二方式是一種具有氧化物半導體膜的半導體裝置，該半導體裝置包括：閘極電極；閘極電極上的絕緣膜；絕緣膜上的氧化物半導體膜；以及氧化物半導體膜上的一對電極，其中，氧化物半導體膜包括第一氧化物半導體膜及第一氧化物半導體膜上的第二氧化物半導體膜，第一氧化物半導體膜及第二氧化物半導體膜都包含相同的元素，第一氧化物半導體膜的電子親和力大於第二氧化物半導體膜，第一氧化物半導體膜的電子親和力與第二氧化物半導體膜的電子親和力的差為0.15eV以上且2.0eV以下，並且，第一氧化物半導體膜具有其結晶性低於第二氧化物半導體膜的區域。
此外，本發明的第三方式是一種具有氧化物半導體膜的半導體裝
置，該半導體裝置包括：閘極電極；閘極電極上的絕緣膜；絕緣膜上的氧化物半導體膜；以及氧化物半導體膜上的一對電極，其中，氧化物半導體膜包括第一氧化物半導體膜及第一氧化物半導體膜上的第二氧化物半導體膜，第一氧化物半導體膜及第二氧化物半導體膜分別獨立地包含In、M(M為Al、Ga、Y或Sn)和Zn，第一氧化物半導體膜中的對於Zn的In的原子個數比大於第二氧化物半導體膜中的對於Zn的In的原子個數比，並且，第一氧化物半導體膜具有其結晶性低於第二氧化物半導體膜的區域。
在上述第二方式及第三方式中，較佳的是，第一氧化物半導體膜及第二氧化物半導體膜分別獨立地包含In、M(M為Al、Ga、Y或Sn)和Zn。
在上述第二方式及第三方式中，較佳的是，在In的原子個數比為4的情況下，第一氧化物半導體膜中的對於In、M和Zn的總和的M的原子個數比為1.5以上且2.5以下，並且在In的原子個數比為4的情況下，對於In、M和Zn的總和的所述Zn的原子個數比為2以上且4以下。此外，在上述方式中，所述In、所述M及所述Zn的原子個數比較佳為In：M：Zn=4：2：3或其附近。此外，較佳的是，在In的原子個數比為1的情況下，第二氧化物半導體膜中的對於In、M和Zn的總和的M的原子個數比為0.5以上且1.5以下，並且在In的原子個數比為1的情況下，對於In、M和Zn的總和的所述Zn的原子個數比為0.1以上且2以下。此外，在上述方式中，In、M和Zn的原子個數比較佳為In：M：Zn=1：1：1或其附近。
此外，在上述第二方式及第三方式中，較佳的是，在In的原子個數比為4的情況下，第一氧化物半導體膜中的對於In、M和Zn的總和的M的原子個數比為1.5以上且2.5以下，並且在In的原子個數比為4的情況下，對於In、M和Zn的總和的所述Zn的原子個數比為2以
上且4以下。此外，在上述方式中，所述In、所述M及所述Zn的原子個數比較佳為In：M：Zn=4：2：3或其附近。此外，較佳的是，在In的原子個數比為5的情況下，第二氧化物半導體膜中的對於In、M和Zn的總和的M的原子個數比為0.5以上且1.5以下，並且在In的原子個數比為5的情況下，對於In、M和Zn的總和的所述Zn的原子個數比為5以上且7以下。此外，在上述方式中，In、M和Zn的原子個數比較佳為In：M：Zn=5：1：6或其附近。
此外，在上述第一方式至第三方式中，較佳的是，第一氧化物半導體膜包括混合第一區域和第二區域的複合氧化物半導體，第一區域包含以選自銦、鋅和氧中的任一個或多個為主要成分的多個第一簇，第二區域包含以選自銦、元素M(M為Al、Ga、Y或Sn)、鋅和氧中的任一個或多個為主要成分的多個第二簇，多個第一簇具有彼此連接的部分，多個第二簇具有彼此連接的部分。
在上述第一方式至第三方式中，較佳的是，第二氧化物半導體膜包括結晶部，該結晶部具有c軸配向性。
本發明的其他實施方式是一種顯示裝置，該顯示裝置包括上述方式中任一個所述的半導體裝置以及顯示元件。本發明的其他實施方式是一種顯示模組，該顯示模組包括該顯示裝置以及觸控感測器。本發明的其他實施方式是一種電子裝置，該電子裝置包括上述方式中任一個所述的半導體裝置、顯示裝置或顯示模組以及操作鍵或電池。
藉由本發明的一個實施方式，可以提高具有氧化物半導體膜的電晶體的場效移動率及可靠性。此外，藉由本發明的一個實施方式，可以抑制具有氧化物半導體膜的電晶體的電特性變動並提高該電晶體的可靠性。此外，藉由本發明的一個實施方式，可以提供一種功耗得到降低的半導體裝置。此外，藉由本發明的一個實施方式，可以提供一
種新穎的半導體裝置。此外，藉由本發明的一個實施方式，可以提供一種新穎的顯示裝置。
注意，上述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實現所有上述效果。另外，從說明書、圖式、申請專利範圍等的記載中可明顯得知上述以外的效果，而可以從說明書、圖式、申請專利範圍等的記載中衍生上述以外的效果。
100:電晶體
100A:電晶體
100B:電晶體
100C:電晶體
100D:電晶體
100E:電晶體
102:基板
104:導電膜
106:絕緣膜
108:氧化物半導體膜
108_1:氧化物半導體膜
108_1_0:氧化物半導體膜
108_2:氧化物半導體膜
108_2_0:氧化物半導體膜
109_2:氧化物半導體膜
112:導電膜
112a:導電膜
112a_1:導電膜
112a_2:導電膜
112a_3:導電膜
112b:導電膜
112b_1:導電膜
112b_2:導電膜
112b_3:導電膜
114:絕緣膜
116:絕緣膜
118:絕緣膜
120:導電膜
120a:導電膜
120b:導電膜
122a:導電膜
122b:導電膜
122c:導電膜
124:絕緣膜
126:絕緣膜
128:氧化物半導體膜
130:導電膜
134:絕緣膜
136:絕緣膜
138:導電膜
140:絕緣膜
141a:開口部
141b:開口部
142a:開口部
142b:開口部
144:導電膜
150:EL層
160:發光元件
181:開口部
182:開口部
184:開口部
190:半導體裝置
191:靶材
192:電漿
193:靶材
194:電漿
501:像素電路
502:像素部
504:驅動電路部
504a:閘極驅動器
504b:源極驅動器
506:保護電路
507:端子部
550:電晶體
552:電晶體
554:電晶體
560:電容器
562:電容器
570:液晶元件
572:發光元件
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
664:電極
665:電極
666:佈線
667:電極
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
700:顯示裝置
701:基板
702:像素部
704:源極驅動電路部
705:基板
706:閘極驅動電路部
708:FPC端子部
710:信號線
711:佈線部
712:密封劑
716:FPC
730:絕緣膜
732:密封膜
734:絕緣膜
736:彩色膜
738:遮光膜
750:電晶體
752:電晶體
760:連接電極
770:平坦化絕緣膜
772:導電膜
773:絕緣膜
774:導電膜
775:液晶元件
776:液晶層
777:導電膜
778:結構體
780:異方性導電膜
782:發光元件
786:EL層
788:導電膜
790:電容器
791:觸控面板
792:絕緣膜
793:電極
794:電極
795:絕緣膜
796:電極
797:絕緣膜
2190:電漿
2192:陽離子
2501:成膜室
2502a:靶材
2502b:靶材
2504:偏析區域
2504a:濺射粒子
2506:偏析區域
2506a:濺射粒子
2510a:底板
2510b:底板
2520:靶材架
2520a:靶材架
2520b:靶材架
2530a:磁鐵單元
2530b:磁鐵單元
2530N1:磁鐵
2530N2:磁鐵
2530S:磁鐵
2532:磁鐵架
2542:構件
2560:基板
2570:基板架
2580a:磁力線
2580b:磁力線
6651:基板
7000:顯示模組
7001:上蓋
7002:下蓋
7003:FPC
7004:觸控面板
7005:FPC
7006:顯示面板
7007:背光
7008:光源
7009:框架
7010:印刷電路板
7011:電池
8000:照相機
8001:外殼
8002:顯示部
8003:操作按鈕
8004:快門按鈕
8006:鏡頭
8100:取景器
8101:外殼
8102:顯示部
8103:按鈕
8200:頭戴顯示器
8201:安裝部
8202:鏡頭
8203:主體
8204:顯示部
8205:電纜
8206:電池
8300:頭戴顯示器
8301:外殼
8302:顯示部
8304:固定工具
8305:鏡頭
9000:外殼
9001:顯示部
9003:揚聲器
9005:操作鍵
9006:連接端子
9007:感測器
9008:麥克風
9050:操作按鈕
9051:資訊
9052:資訊
9053:資訊
9054:資訊
9055:鉸鏈
9100:電視機
9101:可攜式資訊終端
9102:可攜式資訊終端
9200:可攜式資訊終端
9201:可攜式資訊終端
9500:顯示裝置
9501:顯示面板
9502:顯示區域
9503:區域
9511:軸部
9512:軸承部
在圖式中：圖1A至圖1C是說明半導體裝置的俯視圖及剖面圖；圖2A至圖2C是說明半導體裝置的俯視圖及剖面圖；圖3A至圖3C是說明半導體裝置的俯視圖及剖面圖；圖4A至圖4C是說明半導體裝置的俯視圖及剖面圖；圖5A至圖5C是說明半導體裝置的俯視圖及剖面圖；圖6A至圖6C是說明半導體裝置的俯視圖及剖面圖；圖7A至圖7C是說明半導體裝置的製造方法的剖面圖；圖8A至圖8C是說明半導體裝置的製造方法的剖面圖；圖9A至圖9C是說明半導體裝置的製造方法的剖面圖；圖10A至圖10C是說明半導體裝置的製造方法的剖面圖；圖11A和圖11B是示出擴散到氧化物半導體膜中的氧或過量氧的擴散路徑的示意圖；圖12A和圖12B是說明複合氧化物半導體的俯視示意圖及剖面示意圖；圖13A和圖13B是說明複合氧化物半導體的俯視示意圖及剖面示意圖；圖14A和圖14B是說明複合氧化物半導體的俯視示意圖及剖面示意圖；
圖15是說明複合氧化物半導體的原子個數比的圖；圖16A和圖16B是說明濺射裝置的圖；圖17是說明複合氧化物半導體的製造方法的製程流程圖；圖18A至圖18C是說明靶材附近的剖面的圖；圖19是示出顯示裝置的一個實施方式的俯視圖；圖20是示出顯示裝置的一個實施方式的剖面圖；圖21是示出顯示裝置的一個實施方式的剖面圖；圖22是示出顯示裝置的一個實施方式的剖面圖；圖23是示出顯示裝置的一個實施方式的剖面圖；圖24是示出顯示裝置的一個實施方式的剖面圖；圖25是示出顯示裝置的一個實施方式的剖面圖；圖26A和圖26B是說明半導體裝置的頂面及剖面的圖；圖27是說明半導體裝置的剖面的圖；圖28是說明顯示面板的結構實例的圖；圖29是示出顯示面板的結構實例的圖；圖30A至圖30C是說明顯示裝置的方塊圖及電路圖；圖31是說明顯示模組的圖；圖32A至圖32E是說明電子裝置的圖；圖33A至圖33G是說明電子裝置的圖；圖34A和圖34B是說明顯示裝置的立體圖；圖35A和圖35B是說明電晶體的Id-Vg特性的圖；圖36是說明電晶體的GBT測試結果的圖；圖37A和圖37B是說明電晶體的Id-Vg特性的圖；圖38是說明電晶體的GBT測試結果的圖。
下面，參照圖式對實施方式進行說明。但是，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下面的實施方式所記載的內容中。
在圖式中，為便於清楚地說明，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上述尺寸。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，為方便起見，使用了“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，可以根據情況適當地更換。
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，並且電流能夠藉由通道區域流過汲極與源極之間。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相互調換。因此，在本說明書等中，源極和汲極可以相互調換。
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收，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，“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，“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85°以上且95°以下的角度的狀態。
另外，在本說明書等中，可以將“膜”和“層”相互調換。例如，有時可以將“導電層”變換為“導電膜”。此外，例如，有時可以將“絕緣膜”變換為“絕緣層”。
在本說明書等中，在沒有特別的說明的情況下，關態電流(off-state current)是指電晶體處於關閉狀態(也稱為非導通狀態、遮斷狀態)的汲極電流。在沒有特別的說明的情況下，在n通道電晶體中，關閉狀態是指閘極與源極間的電壓Vgs低於臨界電壓Vth的狀態，在p通道電晶體中，關閉狀態是指閘極與源極間的電壓Vgs高於臨界電壓Vth的狀態。例如，n通道電晶體的關態電流有時是指閘極與源極間的電壓Vgs低於臨界電壓Vth時的汲極電流。
電晶體的關態電流有時取決於Vgs。因此，“電晶體的關態電流為I以下”有時是指存在使電晶體的關態電流成為I以下的Vgs的值。電晶體的關態電流有時是指：當Vgs為預定的值時的關閉狀態；當Vgs為預定的範圍內的值時的關閉狀態；或者當Vgs為能夠獲得充分低的關態電流的值時的關閉狀態等。
作為一個例子，設想一種n通道電晶體，該n通道電晶體的臨界電壓Vth為0.5V，Vgs為0.5V時的汲極電流為1×10-9A，Vgs為0.1V
時的汲極電流為1×10-13A，Vgs為-0.5V時的汲極電流為1×10-19A，Vgs為-0.8V時的汲極電流為1×10-22A。在Vgs為-0.5V時或在Vgs為-0.5V至-0.8V的範圍內，該電晶體的汲極電流為1×10-19A以下，所以有時稱該電晶體的關態電流為1×10-19A以下。由於存在使該電晶體的汲極電流成為1×10-22A以下的Vgs，因此有時稱該電晶體的關態電流為1×10-22A以下。
在本說明書等中，有時以每通道寬度W的電流值表示具有通道寬度W的電晶體的關態電流。另外，有時以每預定的通道寬度(例如1μm)的電流值表示具有通道寬度W的電晶體的關態電流。在為後者時，關態電流的單位有時以具有電流/長度的次元的單位(例如，A/μm)表示。
電晶體的關態電流有時取決於溫度。在本說明書中，在沒有特別的說明的情況下，關態電流有時表示在室溫、60℃、85℃、95℃或125℃下的關態電流。或者，有時表示在保證包括該電晶體的半導體裝置等的可靠性的溫度下或者在包括該電晶體的半導體裝置等被使用的溫度(例如，5℃至35℃中的任一溫度)下的關態電流。“電晶體的關態電流為I以下”有時是指在室溫、60℃、85℃、95℃、125℃、保證包括該電晶體的半導體裝置的可靠性的溫度下或者在包括該電晶體的半導體裝置等被使用的溫度(例如，5℃至35℃中的任一溫度)下存在使電晶體的關態電流成為I以下的Vgs的值。
電晶體的關態電流有時取決於汲極與源極間的電壓Vds。在本說明書中，在沒有特別的說明的情況下，關態電流有時表示Vds為0.1V、0.8V、1V、1.2V、1.8V、2.5V、3V、3.3V、10V、12V、16V或20V時的關態電流。或者，有時表示保證包括該電晶體的半導體裝置等的可靠性的Vds時或者包括該電晶體的半導體裝置等所使用的Vds時的關態電流。“電晶體的關態電流為I以下”有時是指：在Vds為0.1V、
0.8V、1V、1.2V、1.8V、2.5V、3V、3.3V、10V、12V、16V、20V、保證包括該電晶體的半導體裝置的可靠性的Vds或包括該電晶體的半導體裝置等被使用的Vds下存在使電晶體的關態電流成為I以下的Vgs的值。
在上述關態電流的說明中，可以將汲極換稱為源極。也就是說，關態電流有時指電晶體處於關閉狀態時流過源極的電流。
在本說明書等中，有時將關態電流記作洩漏電流。在本說明書等中，關態電流例如有時指在電晶體處於關閉狀態時流在源極與汲極間的電流。
在本說明書等中，電晶體的臨界電壓是指在電晶體中形成通道時的閘極電壓(Vg)。明確而言，電晶體的臨界電壓有時是指：在以橫軸表示閘極電壓(Vg)且以縱軸表示汲極電流(Id)的平方根，而標繪出的曲線(Vg-
Id特性)中，在將具有最大傾斜度的切線外推時的直線與汲極電流(Id)的平方根為0(Id為0A)處的交叉點的閘極電壓(Vg)。或者，電晶體的臨界電壓有時是指在以L為通道長度且以W為通道寬度，Id[A]×L[μm]/W[μm]的值為1×10-9[A]時的閘極電壓(Vg)。
注意，在本說明書等中，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等所記載的“半導體”換稱為“絕緣體”。同樣地，有時可以將本說明書等所記載的“絕緣體”換稱為“半導體”。或者，有時可以將本說明書等所記載的“絕緣體”換稱為“半絕緣體”。
另外，在本說明書等中，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，在本說明書等中，半導體的雜質是指構成半導體膜的主要成分之外的元素。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 States：態密度)，載子移動率有可能降低或結晶性有可能降低。在半導體包含氧化物半導體時，作為改變半導體特性的雜質，例如有第1族元素、第2族元素、第13族元素、第14族元素、第15族元素或主要成分之外的過渡金屬等，尤其是，有氫(包含於水中)、鋰、鈉、矽、硼、磷、碳、氮等。在是氧化物半導體的情況下，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1族元素、第2族元素、第13族元素、第15族元素等。
實施方式1
在本實施方式中，參照圖1A至圖11B說明本發明的一個實施方式的半導體裝置以及半導體裝置的製造方法。
〈1-1.半導體裝置的結構例子1〉
圖1A是作為本發明的一個實施方式的半導體裝置的電晶體100的俯視圖，圖1B相當於沿著圖1A所示的點劃線X1-X2的剖面圖，圖1C相當於沿著圖1A所示的點劃線Y1-Y2的剖面圖。注意，在圖1A中，為了方便起見，省略電晶體100的組件的一部分(被用作閘極絕緣膜的絕緣膜等)而進行圖示。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1A同樣地省略組件的一部分。
電晶體100包括：基板102上的導電膜104；基板102及導電膜104上的絕緣膜106；絕緣膜106上的氧化物半導體膜108；氧化物半導體膜108上的導電膜112a；以及氧化物半導體膜108上的導電膜112b。此外，在電晶體100上，明確而言，在氧化物半導體膜108、導電膜112a及導電膜112b上形成有絕緣膜114、絕緣膜114上的絕緣膜116以及絕緣膜116上的絕緣膜118。
另外，電晶體100是所謂通道蝕刻型電晶體。
此外，氧化物半導體膜108包括：絕緣膜106上的氧化物半導體膜108_1：以及氧化物半導體膜108_1上的氧化物半導體膜108_2。此外，氧化物半導體膜108_1及氧化物半導體膜108_2都包含相同的元素。例如，氧化物半導體膜108_1及氧化物半導體膜108_2較佳為分別獨立地包含In、M(M為Al、Ga、Y或Sn)和Zn。
此外，氧化物半導體膜108_1及氧化物半導體膜108_2較佳為分別獨立地包括In的原子個數比大於M的原子個數比的區域。作為一個例子，較佳為將氧化物半導體膜108_1的In、M和Zn的原子個數比設定為In：M：Zn=4：2：3或其附近。此外，較佳為將氧化物半導體膜108_2的In、M和Zn的原子個數比設定為In：M：Zn=4：2：3或其附近。在此，“附近”包括：當In為4時，M為1.5以上且2.5以下，並且Zn為2以上且4以下的情況。如此，當氧化物半導體膜108_1及氧化物半導體膜108_2的組成大致相同時，可以使用相同的濺射靶材，所以可以抑制製造成本。另外，在使用相同的濺射靶材的情況下，可以在同一處理室中在真空中連續地形成氧化物半導體膜108_1及氧化物半導體膜108_2，所以可以抑制雜質混入氧化物半導體膜108_1與氧化物半導體膜108_2的介面。
藉由使氧化物半導體膜108_1及氧化物半導體膜108_2分別獨立地包括其In的原子個數比大於M的原子個數比的區域，可以提高電晶體100的場效移動率。明確而言，電晶體100的場效移動率可以超過50cm2/Vs，較佳的是，電晶體100的場效移動率可以超過100cm2/Vs。
例如，藉由將上述場效移動率高的電晶體用於生成閘極信號的閘極驅動器，可以提供一種邊框寬度窄(也稱為窄邊框)的顯示裝置。此外，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(尤其是，與源極驅動器所包括的移位暫存器的輸出端子連接的解多工器)，可以提供一種與顯示裝置連接的佈線數較少的顯示裝置。
另一方面，即使氧化物半導體膜108_1及氧化物半導體膜108_2分別獨立地包括In的原子個數比大於M的原子個數比的區域，在氧化物半導體膜108_1及氧化物半導體膜108_2的結晶性都高的情況下，場效移動率有時下降。
但是，在本發明的一個實施方式的半導體裝置中，氧化物半導體膜108_2包括其結晶性低於氧化物半導體膜108_1的區域。此外，氧化物半導體膜108的結晶性例如可以藉由X射線繞射(XRD：X-Ray Diffraction)或穿透式電子顯微鏡(TEM：Transmission Electron Microscope)進行分析。
在氧化物半導體膜108_1包括結晶性低的區域的情況下，發揮如下優異的效果。
首先，對在氧化物半導體膜108中可能形成的氧缺陷進行說明。
另外，形成在氧化物半導體膜108中的氧缺陷對電晶體特性造成影響而引起問題。例如，當在氧化物半導體膜108中形成有氧缺陷時，該氧缺陷與氫鍵合，而成為載子供應源。當在氧化物半導體膜108中產生載子供應源時，具有氧化物半導體膜108的電晶體100的電特性發生變動，典型為臨界電壓的漂移。因此，在氧化物半導體膜108中，氧缺陷越少越好。
於是，在本發明的一個實施方式中，位於氧化物半導體膜108附近的絕緣膜，明確而言，形成在氧化物半導體膜108上方的絕緣膜114、116包含過量氧。藉由使氧或過量氧從絕緣膜114、116移動到氧化物半導體膜108，能夠減少氧化物半導體膜中的氧缺陷。
在此，參照圖11A和圖11B對擴散到氧化物半導體膜108中的氧或過量氧的路徑進行說明。圖11A和圖11B是表示擴散到氧化物半導體膜108中的氧或過量氧的擴散路徑的示意圖，圖11A是通道長度方向上的示意圖，圖11B是通道寬度方向上的示意圖。
絕緣膜114、116所包含的氧或過量氧從上方，亦即經過氧化物半導體膜108_2而擴散到氧化物半導體膜108_1中(圖11A和圖11B所示的Route 1)。
或者，絕緣膜114、116所包含的氧或過量氧從氧化物半導體膜108_1及氧化物半導體膜108_2的每個側面擴散到氧化物半導體膜108中(圖11B所示的Route 2)。
例如，在圖11A和圖11B所示的Route 1中，在氧化物半導體膜108_2的結晶性高時，有時妨礙氧或過量氧的擴散。另一方面，在圖11B所示的Route 2中，可以將氧或過量氧從氧化物半導體膜108_1及氧化物半導體膜108_2的每個側面擴散到氧化物半導體膜108_1及氧化物半
導體膜108_2中。
此外，在圖11B所示的Route 2中，包括氧化物半導體膜108_1的結晶性比氧化物半導體膜108_2的結晶性低的區域，所以該區域成為過量氧的擴散路徑，可以將過量氧擴散到其結晶性高於氧化物半導體膜108_1的氧化物半導體膜108_2中。此外，雖然圖11A和圖11B未圖示，但是在絕緣膜106包含氧或過量氧的情況下，氧或過量氧有可能從絕緣膜106還擴散到氧化物半導體膜108中。
如此，在本發明的一個實施方式的半導體裝置中，採用結晶結構不同的氧化物半導體膜的疊層結構，將結晶性低的區域用作過量氧的擴散路徑，由此可以提供一種可靠性高的半導體裝置。
此外，在只使用結晶性低的氧化物半導體膜構成氧化物半導體膜108的情況下，雜質(例如，氫或水分等)附著於或者混入到背後通道一側，亦即相當於氧化物半導體膜108_2的區域中，有時導致可靠性的下降。
混入到氧化物半導體膜108中的氫或水分等雜質影響到電晶體特性，所以成為問題。因此，在氧化物半導體膜108中，氫或水分等雜質越少越佳。
於是，在本發明的一個實施方式中，藉由提高氧化物半導體膜的上層的氧化物半導體膜的結晶性，可以抑制可能混入到氧化物半導體膜108中的雜質。尤其是，藉由提高氧化物半導體膜108_2的結晶性，可以抑制對導電膜112a、112b進行加工時的損傷。當對導電膜112a、112b進行加工時，氧化物半導體膜108的表面，亦即氧化物半導體膜108_2的表面暴露於蝕刻劑或蝕刻氣體。但是，因為氧化物半導體膜108_2包括結晶性高的區域，所以其蝕刻耐性高於結晶性低的氧化物半
導體膜108_1。因此，氧化物半導體膜108_2被用作蝕刻停止膜。
藉由作為氧化物半導體膜108使用雜質濃度低且缺陷態密度低的氧化物半導體膜，可以製造具有優良的電特性的電晶體，所以是較佳的。這裡，將雜質濃度低且缺陷態密度低(氧缺陷少)的狀態稱為“高純度本質”或“實質上高純度本質”。作為氧化物半導體膜中的雜質，典型地可以舉出水、氫等。在本說明書等中，有時將降低或去除氧化物半導體膜中的水及氫的處理稱為脫水化、脫氫化。另外，有時將對氧化物半導體膜或氧化物絕緣膜添加氧的處理稱為加氧化，有時將被加氧化且包含超過化學計量組成的氧的狀態稱為過氧化狀態。
因為高純度本質或實質上高純度本質的氧化物半導體膜的載子發生源較少，所以可以降低載子密度。因此，在該氧化物半導體膜中形成有通道區域的電晶體很少具有負臨界電壓的電特性(也稱為常開啟特性)。因為高純度本質或實質上高純度本質的氧化物半導體膜具有較低的缺陷態密度，所以有可能具有較低的陷阱態密度。高純度本質或實質上高純度本質的氧化物半導體膜的關態電流顯著小，即便是通道寬度為1×106μm、通道長度L為10μm的元件，當源極電極與汲極電極間的電壓(汲極電壓)在1V至10V的範圍時，關態電流也可以為半導體參數分析儀的測量極限以下，亦即1×10-13A以下。
此外，在氧化物半導體膜108_1具有其結晶性低於氧化物半導體膜108_2的區域時，載子密度有時得到提高。
此外，當氧化物半導體膜108_1的載子密度較高時，費米能階有時相對地高於氧化物半導體膜108_1的導帶。由此，氧化物半導體膜108_1的導帶底變低，氧化物半導體膜108_1的導帶底與可能形成在閘極絕緣膜(在此，絕緣膜106)中的陷阱能階的能量差有時變大。當該能量差變大時，在閘極絕緣膜中被俘獲的電荷變少，有時可以減少電
晶體的臨界電壓變動。此外，當氧化物半導體膜108_1的載子密度得到提高時，可以提高氧化物半導體膜108的場效移動率。
此外，氧化物半導體膜108_1較佳為複合氧化物半導體。關於該複合氧化物半導體，將在實施方式2中進行詳細說明。
另外，在圖1A至圖1C所示的電晶體100中，絕緣膜106具有電晶體100的閘極絕緣膜的功能，絕緣膜114、116、118具有電晶體100的保護絕緣膜的功能。此外，在電晶體100中，導電膜104具有閘極電極的功能，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。注意，在本說明書等中，有時將絕緣膜106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。
〈1-2.半導體裝置的組件〉
以下，對本實施方式的半導體裝置所包括的組件進行詳細的說明。
[基板]
雖然對基板102的材料等沒有特別的限制，但是至少需要能夠承受後續的加熱處理的耐熱性。例如，作為基板102，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，並且也可以將設置有半導體元件的上述基板用作基板102。當作為基板102使用玻璃基板時，藉由使用第六代(1500mm×1850mm)、第七代(1870mm×2200mm)、第八代(2200mm×2400mm)、第九代(2400mm×2800mm)、第十代(2950mm×3400mm)等的大面積基板，可以製造大型顯示裝置。
作為基板102，也可以使用撓性基板，並且在撓性基板上直接形成電晶體100。或者，也可以在基板102與電晶體100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分離並轉置到其他基板上的情況。此時，也可以將電晶體100轉置到耐熱性低的基板或撓性基板上。
[導電膜]
被用作閘極電極的導電膜104、被用作源極電極的導電膜112a及被用作汲極電極的導電膜112b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。
另外，作為導電膜104、112a、112b，也可以使用包含銦和錫的氧化物(In-Sn氧化物)、包含銦和鎢的氧化物(In-W氧化物)、包含銦、鎢及鋅的氧化物(In-W-Zn氧化物)、包含銦和鈦的氧化物(In-Ti氧化物)、包含銦、鈦及錫的氧化物(In-Ti-Sn氧化物)、包含銦和鋅的氧化物(In-Zn氧化物)、包含銦、錫及矽的氧化物(In-Sn-Si氧化物)、包含銦、鎵及鋅的氧化物(In-Ga-Zn氧化物)等氧化物導電體或氧化物半導體。
在此，說明氧化物導電體。在本說明書等中，也可以將氧化物導電體稱為OC(Oxide Conductor)。例如，在氧化物半導體中形成氧缺陷，對該氧缺陷添加氫而在導帶附近形成施體能階。其結果，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大，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，在氧化物導電體中，起因於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104、112a、112b，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，可以以濕蝕刻製程進行加工，從而可以抑制製造成本。
此外，導電膜112a、112b尤其較佳為包含上述金屬元素中的銅、鈦、鎢、鉭和鉬中的一個或多個。尤其是，作為導電膜112a、112b，較佳為使用氮化鉭膜。該氮化鉭膜具有導電性且具有對銅或氫的高阻擋性。此外，因為從氮化鉭膜本身釋放的氫少，所以可以作為與氧化物半導體膜108接觸的導電膜或氧化物半導體膜108的附近的導電膜最適合地使用氮化鉭膜。此外，當作為導電膜112a、112b使用銅膜時，可以降低導電膜112a、112b的電阻，所以是較佳的。
可以藉由無電鍍法形成導電膜112a、112b。作為藉由該無電鍍法可形成的材料，例如可以使用選自Cu、Ni、Al、Au、Sn、Co、Ag和Pd中的一個或多個。尤其是，由於在使用Cu或Ag時，可以降低導電膜的電阻，所以是較佳的。
[被用作閘極絕緣膜的絕緣膜]
作為被用作電晶體100的閘極絕緣膜的絕緣膜106，可以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106也可以具有疊層結構或三層以上的疊層結構。
此外，較佳的是，與被用作電晶體100的通道區域的氧化物半導體膜108接觸的絕緣膜106為氧化物絕緣膜，更佳的是，該氧化物絕緣膜具有氧含量超過化學計量組成的區域(過量氧區域)。換言之，絕緣
膜106能夠釋放氧。為了在絕緣膜106中形成過量氧區域，例如可以採用如下方法：在氧氛圍下形成絕緣膜106；或者在氧氛圍下對成膜之後的絕緣膜106進行加熱處理。
此外，當絕緣膜106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，藉由使用氧化鉿，與使用氧化矽的情況相比，可以使絕緣膜106的厚度變大，由此，可以減少穿隧電流引起的洩漏電流。亦即，可以實現關態電流小的電晶體。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具有高相對介電常數。因此，為了形成關態電流小的電晶體，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。
注意，在本實施方式中，作為絕緣膜106形成氮化矽膜和氧化矽膜的疊層膜。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100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100的絕緣耐壓的下降並提高絕緣耐壓來抑制電晶體100的靜電破壞。
[氧化物半導體膜]
作為氧化物半導體膜108可以使用上述材料。
當氧化物半導體膜108為In-M-Zn氧化物時，用來形成In-M-Zn氧化物的濺射靶材的金屬元素的原子個數比較佳為滿足In>M。作為這種濺射靶材的金屬元素的原子個數比，可以舉出In：M：Zn=2：1：3、In：M：Zn=3：1：2、In：M：Zn=4：2：4.1、In：M：Zn=5：1：6、In：M：Zn=5：1：7、In：M：Zn=5：1：8、In：M：Zn=6：1：6、In：M：Zn=5：2：5等。
此外，在上述〈1-1-2.半導體裝置的結構實例2〉中，在氧化物半導體膜108_2為In-M-Zn氧化物的情況下，用來形成In-M-Zn氧化物的濺射靶材的金屬元素的原子個數比較佳為滿足In
M或Zn
M。作為這種濺射靶材的金屬元素的原子個數比，可以舉出In：M：Zn=1：1：1、In：M：Zn=1：1：1.2、In：M：Zn=1：3：2、In：M：Zn=1：3：4、In：M：Zn=1：3：6等。
另外，當氧化物半導體膜108為In-M-Zn氧化物時，作為濺射靶材較佳為使用包含多晶的In-M-Zn氧化物的靶材。藉由使用包含多晶的In-M-Zn氧化物的靶材，容易形成具有結晶性的氧化物半導體膜108。注意，所形成的氧化物半導體膜108的原子個數比分別包含上述濺射靶材中的金屬元素的原子個數比的±40%的範圍內。例如，在被用於氧化物半導體膜108的濺射靶材的組成為In：Ga：Zn=4：2：4.1[原子個數比]時，所形成的氧化物半導體膜108的組成有時為In：Ga：Zn=4：2：3[原子個數比]或其附近。
氧化物半導體膜108的能隙為2eV以上，較佳為2.5eV以上。如此，藉由使用能隙較寬的氧化物半導體，可以降低電晶體100的關態電流。
氧化物半導體膜108較佳為具有非單晶結構。非單晶結構例如包括下述CAAC-OS(C Axis Aligned Crystalline Oxide Semiconductor：c軸配向結晶氧化物半導體)、多晶結構、微晶結構或非晶結構。在非單晶結構中，非晶結構的缺陷態密度最高，而CAAC-OS的缺陷態密度最低。
[被用作保護絕緣膜的絕緣膜1]
絕緣膜114、116被用作電晶體100的保護絕緣膜。另外，絕緣膜
114、116具有對氧化物半導體膜108供應氧的功能。亦即，絕緣膜114、116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時緩解對氧化物半導體膜108造成的損傷的膜。
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以下的氧化矽膜、氧氮化矽膜等。
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)測得的起因於矽懸空鍵且在g=2.001處出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中的氧的透過性減少的緣故。
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內部。另外，有時在氧從外部進入絕緣膜114的同時，絕緣膜114所含有的氧移動到絕緣膜114的外部，由此在絕緣膜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脫離的氧經過絕緣膜114而移動到氧化物半導體膜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氧化物半導體膜的價帶頂的能量(EV_OS)與氧化物半導體膜的導帶底的能量(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，在熱脫附譜分析法(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，典型的是氨的釋放量為1×1018/cm3以上且5×1019/cm3以下。注意，該氨釋放量是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。該能階位於氧化物半導體膜108的能隙中。由此，當氮氧化物擴散到絕緣膜114與氧化物半導體膜108的介面時，有時該能階在絕緣膜114一側俘獲電子。其結果，被俘獲的電子留在絕緣膜114與氧化物半導體膜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與氧化物半導體膜108的介面處不容易俘獲電子。
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變動。
藉由電晶體的製程中的加熱處理，典型的是300℃以上且低於350℃的加熱處理，在利用100K以下的ESR對絕緣膜114進行測量而得到的ESR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測量中，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為5mT左右。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。亦即，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為氧含量超過化學計量組成的氧化物絕緣膜。上述氧化物絕緣膜由於被加熱而其一部分的氧脫離。另外，在TDS中，上述氧化物絕緣膜包括氧釋放量為1.0×1019atoms/cm3以上，較佳為3.0×1020atoms/cm3以上的區域。注意，上述氧釋放量是在TDS中的加熱處理的溫度為50℃以上且650℃以下或者50℃以上且550℃以下的範圍內被釋放的氧的總量。此外，上述氧釋放量為在TDS中換算為氧原子的總量。
作為絕緣膜116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中的缺陷量較少，典型的是，藉由ESR
測得的起因於矽懸空鍵且在g=2.001處出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相比離氧化物半導體膜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可以使用相同種類材料形成，所以有時無法明確地確認到絕緣膜114與絕緣膜116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的單層結構或三層以上的疊層結構。
[被用作保護絕緣膜的絕緣膜2]
絕緣膜118被用作電晶體100的保護絕緣膜。
絕緣膜118包含氫和氮中的一者或兩者。或者，絕緣膜118包含氮及矽。絕緣膜118具有阻擋氧、氫、水、鹼金屬、鹼土金屬等的功能。藉由設置絕緣膜118，能夠防止氧從氧化物半導體膜108擴散到外部並能夠防止絕緣膜114、116所包含的氧擴散到外部，還能夠抑制氫、水等從外部侵入氧化物半導體膜108中。
作為絕緣膜118，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、氧化物半導體膜及金屬膜等各種膜可以利用濺射法或PECVD法形成，但是例如也可以利用其它方法，例如熱CVD(Chemical Vapor Deposition：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。此外，可以以如下方法進行熱CVD法：將源氣體供應到處理室內，將處理室內的壓力設定為大氣壓或減壓而在基板上沉積膜。
此外，可以以如下方法進行ALD法：將源氣體供應到處理室內，將處理室內的壓力設定為大氣壓或減壓而在基板上沉積膜。
〈1-3.半導體裝置的結構例子2〉
接著，使用圖2A至圖6C說明與圖1A至圖1C所示的電晶體100的變形例子。
圖2A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2B相當於沿著圖2A所示的點劃線X1-X2的剖面圖，圖2C相當於沿著圖2A所示的點劃線Y1-Y2的剖面圖。
圖2A和圖2B所示的電晶體100A具有所謂通道保護型電晶體結構。如此，本發明的一個實施方式的半導體裝置可以具有通道蝕刻型電晶體結構或通道保護型電晶體結構。
此外，在電晶體100A中，絕緣膜114、116包括開口部141a、141b。此外，氧化物半導體膜108藉由開口部141a、141b與導電膜112a、112b連接。此外，在導電膜112a、112b上形成有絕緣膜118。此外，絕緣膜114、116具有所謂通道保護膜的功能。此外，電晶體100A的其他結構與上述電晶體100同樣，發揮同樣的效果。
此外，圖3A是本發明的一個實施方式的半導體裝置的電晶體100B
的俯視圖，圖3B相當於沿著圖3A所示的點劃線X1-X2的切剖面的剖面圖，圖3C相當於沿著圖3A所示的點劃線Y1-Y2的切剖面的剖面圖。
電晶體100B包括：基板102上的導電膜104；基板102及導電膜104上的絕緣膜106；絕緣膜106上的氧化物半導體膜108；氧化物半導體膜108上的導電膜112a；氧化物半導體膜108上的導電膜112b；氧化物半導體膜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；絕緣膜116上的導電膜120b；以及絕緣膜116、導電膜120a及導電膜120b上的絕緣膜118。
此外，絕緣膜114、116包括開口部142a。此外，絕緣膜106、114、116包括開口部142b。導電膜120a藉由開口部142b與導電膜104電連接。此外，導電膜120b藉由開口部142a與導電膜112b電連接。
另外，在電晶體100B中，絕緣膜106具有電晶體100B的第一閘極絕緣膜的功能，絕緣膜114、116具有電晶體100B的第二閘極絕緣膜的功能，絕緣膜118具有電晶體100B的保護絕緣膜的功能。此外，在電晶體100B中，導電膜104具有第一閘極電極的功能，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100B中，導電膜120a具有第二閘極電極的功能，導電膜120b具有顯示裝置的像素電極的功能。
此外，如圖3C所示，導電膜120a藉由開口部142b與導電膜104電連接。因此，導電膜104和導電膜120a被施加相同的電位。
此外，如圖3C所示，氧化物半導體膜108位於與導電膜104及導電膜120a相對的位置，且夾在被用作閘極電極的兩個導電膜之間。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
長度都大於氧化物半導體膜108的通道長度方向上的長度及氧化物半導體膜108的通道寬度方向上的長度，氧化物半導體膜108的整體隔著絕緣膜114、116被導電膜120a覆蓋。
換言之，導電膜104與導電膜120a在形成於絕緣膜106、114、116中的開口部連接，並且導電膜104及導電膜120a都包括位於氧化物半導體膜108的側端部的外側的區域。
藉由採用上述結構，利用導電膜104及導電膜120a的電場電圍繞電晶體100B所包括的氧化物半導體膜108。可以將如電晶體100B那樣的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氧化物半導體膜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100B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104對氧化物半導體膜108有效地施加用來引起通道的電場，由此，電晶體100B的電流驅動能力得到提高，從而可以得到較大的通態電流(on-state current)特性。此外，由於可以增加通態電流，所以可以使電晶體100B微型化。另外，由於電晶體100B具有氧化物半導體膜108被用作第一閘極電極的導電膜104及被用作第二閘極電極的導電膜120a圍繞的結構，所以可以提高電晶體100B的機械強度。
此外，作為導電膜120a、120b，可以使用與上述導電膜104、112a、112b的材料同樣的材料。尤其是，作為導電膜120a、120b，較佳為使用氧化物導電膜(OC)。藉由作為導電膜120a、120b使用氧化物導電膜，可以對絕緣膜114，116中添加氧。
此外，電晶體100B的其他結構與上述電晶體100同樣，發揮同樣的效果。
此外，圖4A是本發明的一個實施方式的半導體裝置的電晶體100C的俯視圖，圖4B相當於沿著圖4A所示的點劃線X1-X2的切剖面的剖面圖，圖4C相當於沿著圖4A所示的點劃線Y1-Y2的切剖面的剖面圖。
電晶體100C與上述電晶體100B之間的不同之處在於：在電晶體100C中，導電膜112a、112b都具有三層結構。
電晶體100C的導電膜112a包括：導電膜112a_1；導電膜112a_1上的導電膜112a_2；以及導電膜112a_2上的導電膜112a_3。此外，電晶體100C的導電膜112b包括：導電膜112b_1；導電膜112b_1上的導電膜112b_2；以及導電膜112b_2上的導電膜112b_3。
例如，導電膜112a_1、導電膜112b_1、導電膜112a_3及導電膜112b_3較佳為包含鈦、鎢、鉭、鉬、銦、鎵、錫和鋅中的一個或多個。此外，導電膜112a_2及導電膜112b_2較佳為包含銅、鋁和銀中的一個或多個。
明確而言，作為導電膜112a_1、導電膜112b_1、導電膜112a_3及導電膜112b_3可以使用In-Sn氧化物或In-Zn氧化物，作為導電膜112a_2及導電膜112b_2可以使用銅。
藉由採用上述結構，可以降低導電膜112a、112b的佈線電阻，且抑制對氧化物半導體膜108的銅的擴散，所以是較佳的。此外，藉由採用上述結構，可以降低導電膜112b與導電膜120b的接觸電阻，所以是較佳的。另外，電晶體100C的其他結構與上述電晶體100同樣，發揮同樣的效果。
此外，圖5A是本發明的一個實施方式的半導體裝置的電晶體100D
的俯視圖，圖5B相當於沿著圖5A所示的點劃線X1-X2的切剖面的剖面圖，圖5C相當於沿著圖5A所示的點劃線Y1-Y2的切剖面的剖面圖。
電晶體100D與上述電晶體100B之間的不同之處在於：在電晶體100D中，導電膜112a、112b都具有三層結構。此外，電晶體100D與上述電晶體100C之間的不同之處在於導電膜112a、112b的形狀。
電晶體100D的導電膜112a包括：導電膜112a_1；導電膜112a_1上的導電膜112a_2；以及導電膜112a_2上的導電膜112a_3。此外，電晶體100C的導電膜112b包括：導電膜112b_1；導電膜112b_1上的導電膜112b_2；以及導電膜112b_2上的導電膜112b_3。此外，作為導電膜112a_1、導電膜112a_2、導電膜112a_3、導電膜112b_1、導電膜112b_2及導電膜112b_3，可以使用上述材料。
此外，導電膜112a_1的端部具有位於導電膜112a_2的端部的外側的區域，導電膜112a_3覆蓋導電膜112a_2的頂面及側面且包括與導電膜112a_1接觸的區域。此外，導電膜112b_1的端部具有位於導電膜112b_2的端部的外側的區域，導電膜112b_3覆蓋導電膜112b_2的頂面及側面且包括與導電膜112b_1接觸的區域。
藉由採用上述結構，可以降低導電膜112a、112b的佈線電阻，且抑制對氧化物半導體膜108的銅的擴散，所以是較佳的。另外，從適當地抑制銅的擴散的方面來看，與上述電晶體100C相比，電晶體100D所示的結構是更佳的。此外，藉由採用上述結構，可以降低導電膜112b與導電膜120b的接觸電阻，所以是較佳的。此外，電晶體100D的其他結構與上述電晶體100同樣，發揮同樣的效果。
此外，圖6A是本發明的一個實施方式的半導體裝置的電晶體100E的俯視圖，圖6B相當於沿著圖6A所示的點劃線X1-X2的切剖面的剖
面圖，圖6C相當於沿著圖6A所示的點劃線Y1-Y2的切剖面的剖面圖。
電晶體100E與上述電晶體100D之間的不同之處在於導電膜120a、120b的位置。明確而言，電晶體100E的導電膜120a、120b位於絕緣膜118上。此外，電晶體100E的其他結構與上述電晶體100D同樣，並發揮同樣的效果。
此外，根據本實施方式的電晶體可以自由地組合上述結構的電晶體。
〈1-4.半導體裝置的結構實例3〉
對圖1A至圖6C所示的電晶體100、100A、100B、100C、100D及100E的其他實施方式進行說明。
在上述電晶體100、100A、100B、100C、100D及100E中，氧化物半導體膜108_1中的對於Zn的In的原子個數比可以大於氧化物半導體膜108_2中的對於Zn的In的原子個數比。以下，對滿足這種條件的氧化物半導體膜108_1及氧化物半導體膜108_2的金屬元素的原子個數比進行說明。
作為一個例子，氧化物半導體膜108_1的In、M和Zn的原子個數比較佳為In：M：Zn=4：2：3或其附近。氧化物半導體膜108_2的In、M和Zn的原子個數比較佳為In：M：Zn=1：1：1或其附近。在此，“附近”包括如下情況：當In為1時，M為0.5以上且1.5以下，並且Zn為0.1以上且2以下。或者，氧化物半導體膜108_2的In、M和Zn的原子個數比較佳為In：M：Zn=5：1：6或其附近。在此，“附近”包括如下情況：當In為5時，M為0.5以上且1.5以下，並且Zn為5以上且7以下。
此外，較佳的是，氧化物半導體膜108_1的電子親和力大於氧化物半導體膜108_2，氧化物半導體膜108_1的電子親和力與氧化物半導體膜108_2的電子親和力的差為0.15eV以上或0.5eV以上且2eV以下或1eV以下。就是說，氧化物半導體膜108_2的導帶底端的能階比氧化物半導體膜108_1更靠近真空能階，典型的是，氧化物半導體膜108_1的導帶底端的能階與氧化物半導體膜108_2的導帶底端的能階的差為0.15eV以上或0.5eV以上且2eV以下或1eV以下。
藉由採用這種結構，在電晶體100中，氧化物半導體膜108_1成為主要電流路徑。就是說，氧化物半導體膜108_1具有通道區域的功能。此外，氧化物半導體膜108_2使用由與構成形成通道區域的氧化物半導體膜108_1的金屬元素相同的金屬元素構成的氧化物半導體膜形成。藉由採用這種結構，在氧化物半導體膜108_1與氧化物半導體膜108_2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。
此外，藉由具有這種結構，在電晶體100中，可以抑制起因於汲極電壓值的臨界電壓的變動，可以提高電晶體的可靠性。
藉由使氧化物半導體膜108_1及氧化物半導體膜108_2分別獨立地包括其In的原子個數比大於M的原子個數比的區域，可以提高電晶體100的場效移動率。明確而言，電晶體100的場效移動率可以超過50cm2/Vs，較佳的是，電晶體100的場效移動率可以超過100cm2/Vs。此外，藉由將對於Zn的In的原子個數比大於氧化物半導體膜108_2的氧化物半導體用於氧化物半導體膜108_1，氧化物半導體膜108_1被用作通道，並成為主要電流路徑。因為可以使背後通道從電流路徑離開，所以可以降低通道區域中的電子陷阱。其結果是，可以降低電晶體的電特性變動。
藉由提高對於In、M和Zn的總和的Zn的原子個數比，可以提高氧化物半導體膜的結晶性。雜質諸如氫或水、或者用於導電膜112a、112b的構成元素不容易擴散到結晶性高的氧化物半導體膜中。後面說明的CAAC-OS具有優良的上述功能。藉由將包含在氧化物半導體膜108_2中的金屬元素的原子個數比設定為上述範圍，可以降低氧化物半導體膜108_1及氧化物半導體膜108_2的雜質量。此外，因為可以將氧化物半導體膜108_2用作蝕刻停止膜，所以可以抑制對導電膜122a、112b進行蝕刻導致的不同的電晶體之間的氧化物半導體膜108的厚度不均勻。如此，藉由使氧化物半導體膜108_1及氧化物半導體膜108_2的每一個所包含的金屬元素的原子個數比(至少In和Zn的原子個數比)不同，可以提高電晶體100的場效移動率，並且提高電晶體100的可靠性。
〈1-5-1.半導體裝置的製造方法1〉
下面，參照圖7A至圖10C對本發明的一個實施方式的半導體裝置的電晶體100B的製造方法進行說明。
此外，圖7A至圖7C、圖8A至圖8C、圖9A至圖9C及圖10A至圖10C是說明半導體裝置的製造方法的剖面圖。此外，在圖7A至圖7C、圖8A至圖8C、圖9A至圖9C及圖10A至圖10C中，左側是通道長度方向上的剖面圖，右側是通道寬度方向上的剖面圖。
首先，在基板102上形成導電膜，藉由光微影製程及蝕刻製程對該導電膜進行加工，來形成用作第一閘極電極的導電膜104。接著，在導電膜104上形成用作第一閘極絕緣膜的絕緣膜106(參照圖7A)。
在本實施方式中，作為基板102使用玻璃基板。作為被用作第一閘極電極的導電膜104，藉由濺射法形成厚度為50nm的鈦膜和厚度為200nm的銅膜。作為絕緣膜106，藉由PECVD法形成厚度為400nm的
氮化矽膜和厚度為50nm的氧氮化矽膜。
另外，上述氮化矽膜具有包括第一氮化矽膜、第二氮化矽膜及第三氮化矽膜的三層結構。該三層結構例如可以如下所示那樣形成。
可以在如下條件下形成厚度為50nm的第一氮化矽膜：例如，作為源氣體使用流量為200sccm的矽烷、流量為2000sccm的氮以及流量為100sccm的氨氣體，向PECVD設備的反應室內供應該源氣體，將反應室內的壓力控制為100Pa，使用27.12MHz的高頻電源供應2000W的功率。
可以在如下條件下形成厚度為300nm的第二氮化矽膜：作為源氣體使用流量為200sccm的矽烷、流量為2000sccm的氮以及流量為2000sccm的氨氣體，向PECVD設備的反應室內供應該源氣體，將反應室內的壓力控制為100Pa，使用27.12MHz的高頻電源供應2000W的功率。
可以在如下條件下形成厚度為50nm的第三氮化矽膜：作為源氣體使用流量為200sccm的矽烷以及流量為5000sccm的氮，向PECVD設備的反應室內供應該源氣體，將反應室內的壓力控制為100Pa，使用27.12MHz的高頻電源供應2000W的功率。
另外，可以將形成上述第一氮化矽膜、第二氮化矽膜及第三氮化矽膜時的基板溫度設定為350℃以下。
藉由作為氮化矽膜採用上述三層結構，例如在作為導電膜104使用包含銅的導電膜的情況下，能夠發揮如下效果。
第一氮化矽膜可以抑制銅元素從導電膜104擴散。第二氮化矽膜
具有釋放氫的功能，可以提高被用作閘極絕緣膜的絕緣膜的耐壓。第三氮化矽膜是氫的釋放量少且可以抑制從第二氮化矽膜釋放的氫擴散的膜。
接著，在絕緣膜106上形成氧化物半導體膜108_1_0及氧化物半導體膜108_2_0(參照圖7B和圖7C)。
圖7B是在絕緣膜106上形成氧化物半導體膜108_1_0及氧化物半導體膜108_2_0時的成膜裝置內的剖面示意圖。圖7B示意性地示出：作為成膜裝置的濺射裝置；在該濺射裝置中設置的靶材191；在靶材191的下方形成的電漿192。
此外，在圖7B中，以虛線的箭頭示意性地表示添加到絕緣膜106的氧或過量氧。例如，在形成氧化物半導體膜108_1_0時使用氧氣體的情況下，可以適當地對絕緣膜106添加氧。
首先，在絕緣膜106上形成氧化物半導體膜108_1_0。氧化物半導體膜108_1_0的厚度可以為1nm以上且25nm以下，較佳為5nm以上且20nm以下。此外，氧化物半導體膜108_1_0使用惰性氣體(典型的是，Ar氣體)和氧氣體中的任一個或兩個形成。此外，形成氧化物半導體膜108_1_0時的沉積氣體整體中所佔的氧氣體的比率(以下，也稱為氧流量比)為0%以上且低於30%，較佳為5%以上且15%以下。
藉由以上述範圍的氧流量比形成氧化物半導體膜108_1_0，可以使氧化物半導體膜108_1_0的結晶性低於氧化物半導體膜108_2_0的結晶性。
接著，在氧化物半導體膜108_1_0上形成氧化物半導體膜108_2_0。此外，當形成氧化物半導體膜108_2_0時，在包含氧氣體的
氛圍下進行電漿放電。此時，對成為氧化物半導體膜108_2_0的被形成面的氧化物半導體膜108_1_0添加氧。此外，形成氧化物半導體膜108_2_0時的氧流量比為30%以上且100%以下，較佳為50%以上且100%以下，更佳為70%以上且100%以下。
此外，氧化物半導體膜108_2_0的厚度為20nm以上且100nm以下，較佳為20nm以上且50nm以下。
此外，如上所述，用來形成氧化物半導體膜108_2_0的氧流量比較佳為高於用來形成氧化物半導體膜108_1_0的氧流量比。換言之，氧化物半導體膜108_1_0較佳為在比氧化物半導體膜108_2_0低的氧分壓下形成。
此外，形成氧化物半導體膜108_1_0及氧化物半導體膜108_2_0時的基板溫度可以為室溫(25℃)以上且200℃以下，較佳為室溫以上且130℃以下。將基板溫度設定為上述範圍內是適合用於使用大面積的玻璃基板(例如，上述第8世代至第10世代的玻璃基板)的情況。尤其是，藉由將氧化物半導體膜108_1_0及氧化物半導體膜108_2_0的成膜時的基板溫度設定為室溫，可以抑制基板的變形或彎曲。此外，在想要提高氧化物半導體膜108_2_0的結晶性的情況下，較佳為提高形成氧化物半導體膜108_2_0時的基板溫度。
此外，藉由在真空中連續地形成氧化物半導體膜108_1_0及氧化物半導體膜108_2_0，可以防止雜質混入到各介面，所以是更佳的。
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氧化物半導體膜。
另外，在藉由濺射法形成氧化物半導體膜的情況下，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)以儘可能地去除對氧化物半導體膜來說是雜質的水等。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)的分壓為1×10-4Pa以下，較佳為5×10-5Pa以下。
在本實施方式中，氧化物半導體膜108_1_0使用In-Ga-Zn金屬氧化物靶材(In：Ga：Zn=4：2：4.1[原子個數比])並利用濺射法形成。此外，將形成氧化物半導體膜108_1_0時的基板溫度設定為室溫，作為沉積氣體使用流量為180sccm的氬氣體及流量為20sccm的氧氣體(氧流量比為10%)。
此外，氧化物半導體膜108_2_0使用In-Ga-Zn金屬氧化物靶材(In：Ga：Zn=4：2：4.1[原子個數比])並利用濺射法形成。此外，將形成氧化物半導體膜108_2_0時的基板溫度設定為室溫，作為沉積氣體使用流量為200sccm的氧氣體(氧流量比為100%)。
藉由使氧化物半導體膜108_1_0的成膜時的氧流量比與氧化物半導體膜108_2_0的成膜時的氧流量比不同，可以形成結晶性不同的疊層膜。
接著，藉由將氧化物半導體膜108_1_0及氧化物半導體膜108_2_0加工為所希望的形狀，形成島狀的氧化物半導體膜108_1及島狀的氧化物半導體膜108_2。此外，在本實施方式中，由氧化物半導體膜108_1、氧化物半導體膜108_2構成島狀的氧化物半導體膜108(參照圖8A)。
此外，較佳的是，在形成氧化物半導體膜108之後進行加熱處理(以下，稱為第一加熱處理)。藉由進行第一加熱處理，可以降低包含在氧化物半導體膜108中的氫、水等。另外，以氫、水等的降低為目的的加熱處理也可以在將氧化物半導體膜108加工為島狀之前進行。注意，第一加熱處理是氧化物半導體膜的高度純化處理之一。
第一加熱處理的溫度例如為150℃以上且小於基板的應變點，較佳為200℃以上且450℃以下，更佳為250℃以上且350℃以下。
此外，第一加熱處理可以使用電爐、RTA裝置等。藉由使用RTA裝置，可只在短時間內以基板的應變點以上的溫度進行加熱處理。由此，可以縮短加熱時間。第一加熱處理可以在氮、氧、超乾燥空氣(含水量為20ppm以下，較佳為1ppm以下，更佳為10ppb以下的空氣)或稀有氣體(氬、氦等)的氛圍下進行。上述氮、氧、超乾燥空氣或稀有氣體較佳為不含有氫、水等。此外，在氮或稀有氣體氛圍下進行加熱處理之後，也可以在氧或超乾燥空氣氛圍下進行加熱。其結果是，在可以使氧化物半導體膜中的氫、水等脫離的同時，可以將氧供應到氧化物半導體膜中。其結果是，可以減少氧化物半導體膜中的氧缺陷。
接著，在絕緣膜106及氧化物半導體膜108上形成導電膜112(參照圖8B)。
在本實施方式中，作為導電膜112，藉由濺射法依次形成厚度為30nm的鈦膜、厚度為200nm的銅膜、厚度為10nm的鈦膜。
接著，藉由將導電膜112加工為所希望的形狀，形成島狀的導電膜112a、島狀的導電膜112b(參照圖8C)。
此外，在本實施方式中，使用濕蝕刻裝置對導電膜112進行加工。
但是，導電膜112的加工方法不侷限於此，例如也可以使用乾蝕刻裝置。
此外，也可以在形成導電膜112a、112b後洗滌氧化物半導體膜108(更明確而言，氧化物半導體膜108_2)的表面(背後通道一側)。作為洗滌方法，例如可以舉出使用磷酸等化學溶液的洗滌。藉由使用磷酸等化學溶液進行洗滌，可以去除附著於氧化物半導體膜108_2表面的雜質(例如，包含在導電膜112a、112b中的元素等)。注意，不一定必須進行該洗滌，根據情況可以不進行該洗滌。
另外，在導電膜112a、112b的形成過程和/或上述洗滌製程中，有時氧化物半導體膜108的從導電膜112a、112b露出的區域有時變薄。
此外，在本發明的一個實施方式的半導體裝置中，從導電膜112a、112b露出的區域，就是說，氧化物半導體膜108_2是其結晶性得到提高的氧化物半導體膜。結晶性高的氧化物半導體膜具有雜質，尤其是用於導電膜112a、112b的構成元素不容易擴散到膜中的結構。因此，可以提供一種可靠性高的半導體裝置。
此外，在圖8C中，雖然示出從導電膜112a、112b露出的氧化物半導體膜108的表面，亦即氧化物半導體膜108_2的表面具有凹部的情況，但是不侷限於此，從導電膜112a、112b露出的氧化物半導體膜108的表面也可以不具有凹部。
接著，在氧化物半導體膜108及導電膜112a、112b上形成絕緣膜114及絕緣膜116(參照圖9A)。
在此，較佳為在形成絕緣膜114之後以不暴露於大氣的方式連續地形成絕緣膜116。藉由在形成絕緣膜114之後以不暴露於大氣的方式
調整源氣體的流量、壓力、高頻功率和基板溫度中的一個以上來連續地形成絕緣膜116，可以降低絕緣膜114與絕緣膜116的介面處的來自大氣成分的雜質濃度。
例如，作為絕緣膜114，藉由PECVD法可以形成氧氮化矽膜。此時，作為源氣體，較佳為使用含有矽的沉積氣體及氧化性氣體。含有矽的沉積氣體的典型例子為矽烷、乙矽烷、丙矽烷、氟化矽烷等。作為氧化性氣體，有一氧化二氮、二氧化氮等。另外，在相對於上述沉積氣體流量的氧化性氣體流量為20倍以上且500倍以下，較佳為40倍以上且100倍以下。
在本實施方式中，作為絕緣膜114，在如下條件下利用PECVD法形成氧氮化矽膜：保持基板102的溫度為220℃，作為源氣體使用流量為50sccm的矽烷及流量為2000sccm的一氧化二氮，處理室內的壓力為20Pa，並且，供應到平行板電極的高頻功率為13.56MHz、100W(功率密度為1.6×10-2W/cm2)。
作為絕緣膜116，在如下條件下形成氧化矽膜或氧氮化矽膜：將設置於進行了真空抽氣的PECVD設備的處理室內的基板溫度保持為180℃以上且350℃以下，將源氣體導入處理室中並將處理室內的壓力設定為100Pa以上且250Pa以下，較佳為100Pa以上且200Pa以下，並且，對設置於處理室內的電極供應0.17W/cm2以上且0.5W/cm2以下，較佳為0.25W/cm2以上且0.35W/cm2以下的高頻功率。
在絕緣膜116的成膜條件中，對具有上述壓力的反應室中供應具有上述功率密度的高頻功率，由此在電漿中源氣體的分解效率得到提高，氧自由基增加，且促進源氣體的氧化，使得絕緣膜116中的氧含量超過化學計量組成。另一方面，在以上述溫度範圍內的基板溫度形成的膜中，由於矽與氧的鍵合力較弱，因此，藉由後面製程的加熱處
理而使膜中的氧的一部分脫離。其結果，可以形成氧含量超過化學計量組成且由於被加熱而其一部分的氧脫離的氧化物絕緣膜。
在絕緣膜116的形成製程中，絕緣膜114被用作氧化物半導體膜108的保護膜。因此，可以在減少對氧化物半導體膜108造成的損傷的同時使用功率密度高的高頻功率形成絕緣膜116。
另外，在絕緣膜116的成膜條件中，藉由增加相對於氧化性氣體的包含矽的沉積氣體的流量，可以減少絕緣膜116中的缺陷量。典型的是，能夠形成缺陷量較少的氧化物絕緣膜，其中藉由ESR測得的起因於矽懸空鍵且在g=2.001處出現的信號的自旋密度低於6×1017spins/cm3，較佳為3×1017spins/cm3以下，更佳為1.5×1017spins/cm3以下。其結果，能夠提高電晶體100的可靠性。
較佳為在形成絕緣膜114、116之後進行加熱處理(以下，稱為第二加熱處理)。藉由第二加熱處理，可以降低包含於絕緣膜114、116中的氮氧化物。藉由第二加熱處理，可以將絕緣膜114、116中的氧的一部分移動到氧化物半導體膜108中以降低氧化物半導體膜108中的氧缺陷的量。
將第二加熱處理的溫度典型地設定為低於400℃，較佳為低於375℃，進一步較佳為150℃以上且350℃以下。第二加熱處理可以在氮、氧、超乾燥空氣(含水量為20ppm以下，較佳為1ppm以下，較佳為10ppb以下的空氣)或稀有氣體(氬、氦等)的氛圍下進行。在該加熱處理中，較佳為在上述氮、氧、超乾燥空氣或稀有氣體中不含有氫、水等。在該加熱處理中，可以使用電爐、RTA(Rapid Thermal Anneal：快速熱退火)裝置等進行該加熱處理。
接著，在絕緣膜114、116中的所希望的區域中形成開口部142a、
142b(參照圖9B)。
在本實施方式中，開口部142a、142b使用乾蝕刻裝置形成。開口部142a到達導電膜112b，開口部142b到達導電膜104。
接著，在絕緣膜116上形成導電膜120(參照圖9C和圖10A)。
圖9C是在絕緣膜116上形成導電膜120時的成膜裝置內的剖面示意圖。圖9C示意性地示出：作為成膜裝置的濺射裝置；在該濺射裝置中設置的靶材193；形成在靶材193的下方形成的電漿194。
首先，在形成導電膜120時，在包含氧氣體的氛圍下進行電漿放電。此時，對被形成導電膜120的絕緣膜116添加氧。形成導電膜120時的氛圍除了氧氣體以外還可以混有惰性氣體(例如，氦氣體、氬氣體、氙氣體等)。
氧氣體至少包含在形成導電膜120時的沉積氣體中即可，在形成導電膜120時的沉積氣體整體中，氧氣體所佔的比率高於0%且為100%以下，較佳為10%以上且100%以下，更佳為30%以上且100%以下。
在圖9C中，以虛線箭頭示意性地示出添加到絕緣膜116中的氧或過量氧。
在本實施方式中，藉由濺射法利用In-Ga-Zn金屬氧化物靶材(In：Ga：Zn=4：2：4.1[原子個數比])形成導電膜120。
注意，雖然本實施方式示出在形成導電膜120時對絕緣膜116添加氧的方法，但是不侷限於此。例如，也可以在形成導電膜120之後還對絕緣膜116添加氧。
作為對絕緣膜116添加氧的方法，例如可以使用包含銦、錫、矽的氧化物(In-Sn-Si氧化物，也稱為ITSO)靶材(In2O3：SnO2：SiO2=85：10：5[重量%])形成厚度為5nm的ITSO膜。此時，當ITSO膜的厚度為1nm以上且20nm以下，或者2nm以上且10nm以下時，可以適當地透過氧且抑制氧的釋放，所以是較佳的。然後，使氧透過ITSO膜，對絕緣膜116添加氧。作為氧的添加方法，可以舉出離子摻雜法、離子植入法、電漿處理法等。此外，當添加氧時，藉由對基板一側施加偏壓，可以有效地將氧添加到絕緣膜116中。當施加偏壓時，例如使用灰化裝置，可以將施加到該灰化裝置的基板一側的偏壓的功率密度設定為1W/cm2以上且5W/cm2以下。此外，藉由將添加氧時的基板溫度設定為室溫以上且300℃以下，較佳為100℃以上且250℃以下，可以高效地對絕緣膜116添加氧。
接著，藉由將導電膜120加工為所希望的形狀，形成島狀的導電膜120a、島狀的導電膜120b(參照圖10B)。
在本實施方式中，使用濕蝕刻裝置對導電膜120進行加工。
接著，在絕緣膜116、導電膜120a及導電膜120b上形成絕緣膜118(參照圖10C)。
絕緣膜118包含氫和氮中的一者或兩者。作為絕緣膜118，例如較佳為使用氮化矽膜。絕緣膜118例如可以藉由濺射法或PECVD法形成。例如，當藉由PECVD法形成絕緣膜118時，使基板溫度低於400℃，較佳為低於375℃，進一步較佳為180℃以上且350℃以下。藉由將絕緣膜118的成膜時的基板溫度設定為上述範圍，可以形成緻密的膜，所以是較佳的。另外，藉由將絕緣膜118的成膜時的基板溫度設定為上述範圍，可以將絕緣膜114、116中的氧或者過量氧移動到氧化
物半導體膜108。
例如，當作為絕緣膜118利用PECVD法形成氮化矽膜時，作為源氣體較佳為使用包含矽的沉積氣體、氮及氨。藉由使用少於氮的氨，在電漿中氨離解而產生活性種。該活性種將包括在包含矽的沉積氣體中的矽與氫之間的鍵合及氮分子之間的三鍵切斷。其結果，可以促進矽與氮的鍵合，而可以形成矽與氫的鍵合少、缺陷少且緻密的氮化矽膜。另一方面，在氨量比氮量多時，包含矽的沉積氣體及氮的分解不進展，矽與氫的鍵合會殘留下來，而導致形成缺陷增加且不緻密的氮化矽膜。由此，在源氣體中，將相對於氨的氮流量比設定為5倍以上且50倍以下，較佳為10倍以上且50倍以下。
在本實施方式中，作為絕緣膜118，藉由利用PECVD設備並使用矽烷、氮及氨作為源氣體，形成厚度為50nm的氮化矽膜。矽烷的流量為50sccm，氮的流量為5000sccm，氨的流量為100sccm。將處理室的壓力設定為100Pa，將基板溫度設定為350℃，用27.12MHz的高頻電源對平行板電極供應1000W的高頻功率。PECVD設備是電極面積為6000cm2的平行板型PECVD設備，並且，將所供應的功率的換算為每單位面積的功率(功率密度)為1.7×10-1W/cm2。
此外，在作為導電膜120a、120b使用In-Ga-Zn金屬氧化物靶材(In：Ga：Zn=4：2：4.1[原子個數比])形成導電膜的情況下，藉由形成絕緣膜118，絕緣膜118所包含的氫和氮中的一者或兩者有時進入導電膜120a、120b中。此時，在氫和氮中的一者或兩者連接於導電膜120a、120b中的氧缺陷時，導電膜120a、120b的電阻有時下降。
此外，也可以在形成絕緣膜118之後進行與上述第一加熱處理及第二加熱處理同等的加熱處理(以下，稱為第三加熱處理)。
藉由進行第三加熱處理，絕緣膜116所包含的氧移動到氧化物半導體膜108中，填補氧化物半導體膜108中的氧缺陷。
藉由上述製程，可以製造圖3A至圖3C所示的電晶體100B。
此外，圖1A至圖1C所示的電晶體100可以藉由在進行圖9A所示的製程之後形成絕緣膜118來製造。此外，圖2A至圖2C所示的電晶體100A可以藉由改變導電膜112a、112b、絕緣膜114、116的形成順序且追加在絕緣膜114、116中形成開口部141a、141b的製程來製造。
〈1-5-2.半導體裝置的製造方法2〉
對本發明的一個實施方式的半導體裝置的電晶體100B的其他製造方法進行說明。在此，氧化物半導體膜的結構及製造方法與上述半導體裝置不同。在此，對上述〈1-4.半導體裝置的結構實例3〉所示的氧化物半導體膜108_1中的對於Zn的In的原子個數比大於氧化物半導體膜108_2中的對於Zn的In的原子個數比的電晶體100B的製程進行說明。
氧化物半導體膜108_1_0使用In-Ga-Zn金屬氧化物靶材(In：Ga：Zn=4：2：4.1[原子個數比])並利用濺射法形成。此外，將形成氧化物半導體膜108_1_0時的基板溫度設定為室溫，作為沉積氣體使用流量為180sccm的氬氣體及流量為20sccm的氧氣體(氧流量比為10%)。
此外，氧化物半導體膜108_2_0使用In-Ga-Zn金屬氧化物靶材(In：Ga：Zn=1：1：1[原子個數比])並利用濺射法形成。此外，將形成氧化物半導體膜108_2_0時的基板溫度設定為170℃，作為沉積氣體使用流量為100sccm的氬氣體和流量為100sccm的氧氣體(氧流量比為50%)。
藉由使氧化物半導體膜108_1_0的成膜時的氧流量比與氧化物半
導體膜108_2_0的成膜時的氧流量比不同，可以形成結晶性不同的疊層膜。此外，藉由使氧化物半導體膜108_1_0的成膜時的溫度與氧化物半導體膜108_2_0的成膜時的溫度不同，可以形成結晶性不同的疊層膜。
此外，在想要使氧化物半導體膜108_2_0的結晶性高於氧化物半導體膜108_1_0的情況下，使較佳為形成氧化物半導體膜108_2_0時的基板溫度高於氧化物半導體膜108_1_0是較佳的。
作為其他製程，可以適當地使用上述〈1-5-1.半導體裝置的製造方法1〉。
藉由上述製程，可以製造〈1-4.半導體裝置的結構實例3〉所示的電晶體。
本實施方式的至少一部分可以與本說明書所記載的其他實施方式適當地組合而實施。
實施方式2
在本實施方式中，參照圖12A至圖18C對本發明的一個實施方式的氧化物半導體膜進行說明。
〈2-1.氧化物半導體膜〉
氧化物半導體膜較佳為至少包含銦。尤其較佳為包含銦及鋅。另外，較佳的是，除此之外，還包含鋁、鎵、釔或錫等。另外，也可以包含硼、矽、鈦、鐵、鎳、鍺、鋯、鉬、鑭、鈰、釹、鉿、鉭、鎢或鎂等中的一種或多種。
在此考慮氧化物半導體膜包含銦、元素M及鋅的情況。注意，元
素M為鋁、鎵、釔或錫等。作為其他的可用於元素M的元素，除了上述元素以外，還有硼、矽、鈦、鐵、鎳、鍺、鋯、鉬、鑭、鈰、釹、鉿、鉭、鎢、鎂等。注意，作為元素M也可以組合多個上述元素。注意，在以下說明中，有時將氧化物半導體膜所包含的銦、元素M及鋅的原子個數比的各項分別稱為[In]、[M]及[Zn]。
〈2-2.氧化物半導體膜的結構〉
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例如有CAAC-OS(c-axis aligned crystalline oxide semiconductor)、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c軸配向性，其多個奈米晶在a-b面方向上連結而結晶結構具有畸變。注意，CAAC-OS中的畸變是指晶格排列一致的區域與其他晶格排列-致的區域之間的晶格排列的方向變化的部分。
雖然奈米晶基本上是六角形，但是並不侷限於正六角形，有不是正六角形的情況。此外，在畸變中有時具有五角形及七角形等多角形的奈米晶。另外，在CAAC-OS的畸變附近觀察不到明確的晶界。亦即，可知藉由使晶格排列畸變，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：在a-b面方向上的氧原子的排列的低密度或因金屬元素被取代而使原子間的鍵合距離產生變化等。
CAAC-OS有具有層狀結晶結構(也稱為層狀結構)的傾向，在該層狀結晶結構中層疊有包含銦及氧的層(下面稱為In層)和包含元素M、鋅及氧的層(下面稱為(M，Zn)層)。另外，銦和元素M彼此可以取代，在用銦取代(M，Zn)層中的元素M的情況下，也可以將該層表示為(In，M，Zn)層。另外，在用元素M取代In層中的銦的情
況下，也可以將該層表示為(In，M)層。
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。也就是說，a-like OS具有與nc-OS及CAAC-OS相比不穩定的結構。
氧化物半導體具有各種結構及各種特性。本發明的-個實施方式的氧化物半導體也可以包括非晶氧化物半導體、多晶氧化物半導體、a-like OS、nc-OS、CAAC-OS中的兩種以上。
此外，本發明的一個實施方式的氧化物半導體膜包含複合氧化物半導體。因此，在以下說明中，有時將氧化物半導體膜稱為複合氧化物半導體。藉由使用複合氧化物半導體，可以得到場效移動率高的電晶體。圖12A至圖14B示出包含複合氧化物半導體的氧化物半導體膜的示意圖。
圖12A是氧化物半導體膜的頂面(這裡稱為a-b面方向)的示意圖，圖12B是形成於基板Sub.上的氧化物半導體膜的剖面(這裡稱為c軸方向)的示意圖。
雖然圖12A和圖12B示出基板上形成有氧化物半導體膜時的例子，但是不侷限於此，基板與氧化物半導體膜之間也可以形成有基底膜或層間膜等絕緣膜或者氧化物半導體膜等其他的半導體膜。
如圖12A和圖12B所示，本發明的一個實施方式的氧化物半導體膜是具有區域A1與區域B1混合的結構的複合氧化物半導體。
圖12A和圖12B所示的區域A1是[In]：[M]：[Zn]=x：y：z(x>0、y
0、z
0)的In較多的區域。區域B1是[In]：[M]：[Zn]=a：b：c(a>0、b>0、c>0)的In較少的區域。
在本說明書中，將區域A1中的In與元素M的原子個數比大於區域B1中的In與元素M的原子個數比的情況稱為區域A1比區域B1的In濃度高。因此，在本說明書中，也將區域A1稱為In-rich區域，將區域B1稱為In-poor區域。
例如，區域A1的In濃度是區域B1的In濃度的1.1倍以上，較佳為2倍以上至10倍以下。區域A1是至少含有In的氧化物，不需要必須含有元素M及Zn。
在本發明的一個實施方式的氧化物半導體膜中，區域A1和區域B1形成複合體。也就是說，在區域A1中容易發生載子移動，在區域B1中不容易發生載子移動。因此，可以將本發明的一個實施方式的氧化物半導體用作載子移動率高且開關特性高的半導體特性良好的材料。
換言之，區域A1是其半導體性低於區域B1且其導電性高於區域B1的區域。另一方面，區域B1是其半導體性高於區域A1且其導電性低於區域A1的區域。在此，“半導體性高”意味著能帶間隙寬、開關特性良好、近於i型半導體等。
例如，如圖12A和圖12B所示，多個區域A1在a-b面方向及c軸
方向上以粒狀(也被稱為簇)存在。此外，簇也可以不均勻地分佈。多個簇有時成為重疊或連接的狀態。例如，有時一個簇與其他簇重疊的形狀連接，觀察到以雲狀展開的狀態的區域A1。
換言之，包括在區域A1中的簇(也被稱為第一簇)的半導體性低於包括在區域B1中的簇(也被稱為第二簇)，並且其導電性高於包括在區域B1中的簇。另一方面，包括在區域B1中的簇的半導體性高於包括在區域A1中的簇，並且其導電性低於包括在區域A1中的簇。在上述結構中，區域B1包括多個第二簇，並包括多個第二簇彼此連接的部分。換言之，區域A1所包括的多個第一簇包括以雲狀彼此連接的部分，區域B1所包括的多個第二簇包括以雲狀彼此連接的部分。
如此，本發明的一個實施方式的複合氧化物半導體包括In的濃度高的第一區域(區域A1)和In的濃度低的第二區域(區域B1)，第一區域與第二區域以雲狀連接。此外，本發明的一個實施方式的複合氧化物半導體包括In以高濃度展開的第一區域及In沒有以高濃度展開的第二區域，第一區域與第二區域以雲狀連接。
如圖12A和圖12B所示，藉由區域A1在a-b面方向上彼此連接，區域A1可能成為電流路徑。由此，可以提高氧化物半導體膜的導電性，而可以提高使用該氧化物半導體膜的電晶體的場效移動率。
換言之，圖12A和圖12B所示的區域B1在區域A1中散佈。因此，區域B1可能在被區域A1以立體的方式被夾持的狀態下存在。也就是說，區域B1可能在由區域A1圍繞的狀態下存在。換言之，區域B1包含在區域A1中。
此外，區域A1散佈的比率可以根據複合氧化物半導體的形成條件或組成調節。例如，可以形成區域A1的比率少的複合氧化物半導體、
或者區域A1的比率多的複合氧化物半導體。此外，本發明的一個實施方式的複合氧化物半導體中的對於區域B1的區域A1的比率不侷限於低。在區域A1的比率非常高的複合氧化物半導體中，根據觀察的範圍，有時在區域A1中形成有區域B1。此外，例如，區域A1所形成的粒狀區域的尺寸可以根據複合氧化物半導體的形成條件或組成適當地調節。
圖13A和圖13B示出區域A1的比率低於圖12A和圖12B且區域B1的比率高於圖12A和圖12B的複合氧化物半導體。
此外，根據複合氧化物半導體的形成條件或組成，也可以形成區域A1的比率高於圖12A和圖12B且區域B1的比率低於圖12A和圖12B的複合氧化物半導體。
在此，在所有區域A1在a-b面方向上連接的情況下，可能導致電晶體的開關特性惡化，例如電晶體的關態電流有時會上升。因此，如圖13A和圖13B所示，區域A1較佳為在區域B1中散佈。因此，區域A1可能在被區域B1以立體的方式被夾持的狀態下存在。也就是說，區域A1可能在由區域B1圍繞的狀態下存在。換言之，區域A1包含在區域B1中。由此，可以降低電晶體的開關特性，尤其降低關態電流。
此外，有時觀察不到區域A1與區域B1的明確的邊界。此外，區域A1及區域B1的尺寸可以使用利用能量色散型X射線分析法(EDX：Energy Dispersive X-ray spectroscopy)的EDX面分析影像進行評價。例如，在剖面照片或平面照片的EDX面分析中，區域A1的簇的直徑有時為0.1nm以上且2.5nm以下。此外，簇的直徑較佳為0.5nm以上且1.5nm以下。
如此，本發明的一個實施方式的氧化物半導體為複合氧化物半導
體，其中區域A1和區域B1混在一起且具有互補發揮作用的不同的功能。例如，在以元素M為Ga的In-Ga-Zn氧化物(以下，稱為IGZO)的情況下，可以將本發明的一個實施方式的氧化物半導體稱為Complementary IGZO(簡稱：C/IGZO)。
另一方面，例如，在區域A1和區域B1以層狀層疊的情況下，在區域A1與區域B1之間沒有相互作用，或者不容易產生相互作用，因此區域A1的功能與區域B1的功能有時分別獨立地發揮作用。此時，即使由於層狀的區域A1可以提高載子移動率，電晶體的關態電流也有時增大。因此，藉由使用上述複合氧化物半導體或C/IGZO，可以同時實現載子移動率高的功能以及開關特性良好的功能。這是在本發明的一個實施方式的複合氧化物半導體中獲得的優良的效果。
此外，區域B1也可以是具有結晶性的區域。例如，區域B1具有CAAC-OS或多個奈米晶。
圖14A以虛線示意性地示出包含在區域B1中的多個奈米晶。奈米晶以六角形為基準，但是不侷限於正六角形狀，有時為非正六角形狀。此外，在六角形的結晶產生畸變時，有時具有五角形及七角形等多角形的奈米晶。
此外，圖14B示意性地示出奈米晶具有c軸配向性，c軸朝向與形成CAAC-OS的膜的面(也被稱為被形成面)或頂面大致垂直的方向的情況。CAAC-OS具有呈現c軸配向性的層狀結晶結構(也被稱為層狀結構)，並具有層疊有包含銦及氧的層(以下，被稱為In層)以及包含元素M、鋅及氧的層(以下，被稱為(M，Zn)層)的結構。
注意，銦和元素M有時相互取代。因此，當以銦取代(M，Zn)層的元素M時，可以表示為(In，M，Zn)層。此時，成為層疊有In
層、(In，M，Zn)層的層狀結構。
〈2-3.複合氧化物半導體的原子個數比〉
下面，說明本發明的一個實施方式的複合氧化物半導體中的元素的原子個數比。
例如，當複合氧化物半導體中的區域A1含有In、元素M及Zn時，各元素的原子個數比可以以圖15的相圖表示。以x、y及z將In、元素M及Zn的原子個數比表示為x：y：z。這裡，可以將原子個數比作為座標(x：y：z)在圖中表示。圖15中沒有示出氧的原子個數比。
在圖15中，虛線表示[In]：[M]：[Zn]=(1+α)：(1-α)：1的原子個數比(-1
α
1)的線、[In]：[M]：[Zn]=(1+α)：(1-α)：2的原子個數比的線、[In]：[M]：[Zn]=(1+α)：(1-α)：3的原子個數比的線、[In]：[M]：[Zn]=(1+α)：(1-α)：4的原子個數比的線及[In]：[M]：[Zn]=(1+α)：(1-α)：5的原子個數比的線。
點劃線表示[In]：[M]：[Zn]=1：1：β的原子個數比的(β
0)的線、[In]：[M]：[Zn]=1：2：β的原子個數比的線、[In]：[M]：[Zn]=1：3：β的原子個數比的線、[In]：[M]：[Zn]=1：4：β的原子個數比的線、[In]：[M]：[Zn]=1：7：β的原子個數比的線、[In]：[M]：[Zn]=2：1：β的原子個數比的線及[In]：[M]：[Zn]=5：1：β的原子個數比的線。
此外，圖15所示的具有[In]：[M]：[Zn]=0：2：1的原子個數比或其附近的值的氧化物半導體具有易於變為尖晶石型結晶結構的傾向。
圖15所示的區域A2示出區域A1所包含的銦、元素M及鋅的原子個數比的較佳為範圍的一個例子。另外，區域A2還包括[In]：[M]：[Zn]=(1+γ)：0：(1-γ)(-1
γ 
1)的線上的原子個數比。
圖15所示的區域B2示出區域B1所包含的銦、元素M及鋅的原子個數比的較佳為範圍的一個例子。區域B2包含[In]：[M]：[Zn]=4：2：3至4.1及其附近的值。附近的值例如包含原子個數比為[In]：[M]：[Zn]=5：3：4。區域B2包含[In]：[M]：[Zn]=5：1：6及其附近的值。
由於區域A2的In濃度高所以比區域B2的導電性高，因而具有提高載子移動率(場效移動率)的功能。因此，使用具有區域A1的氧化物半導體膜的電晶體的通態電流及載子移動率高。
由於區域B2的In濃度低所以比區域A2的導電性低，因而具有降低洩漏電流的功能。因此，使用具有區域B1的氧化物半導體膜的電晶體的關態電流低。
例如，區域A1較佳為非單晶。此外，在區域A1具有結晶性的情況下，當區域A1由銦形成時，容易具有正方晶結構。此外，在區域A1為氧化銦([In]：[M]：[Zn]=x：0：0(x>0))的情況下，容易具有方鐵錳礦型結晶結構。此外，在區域A1為In-Zn氧化物([In]：[M]：[Zn]=x：0：z(x>0，z>0))的情況下，容易具有層狀結晶結構。
此外，例如，區域B1較佳為非單晶。此外，區域B1較佳為包含CAAC-OS。但是，區域B1不一定必須只由CAAC-OS構成，也可以具有多晶氧化物半導體及nc-OS等的區域。
CAAC-OS是結晶性高的氧化物半導體。另一方面，在CAAC-OS中無法確認到明確的晶界，所以可以說不容易發生起因於晶界的電子移動率的降低。此外，氧化物半導體的結晶性有時因雜質的混入或缺
陷的生成等而降低，因此可以說CAAC-OS是雜質或缺陷(氧缺陷等)少的氧化物半導體。因此，藉由具有CAAC-OS，作為複合氧化物半導體的物理性質穩定，所以可以提供一種具有耐熱性及高可靠性的複合氧化物半導體。
當利用濺射裝置形成氧化物半導體膜時，膜與靶材的原子個數比稍微不同。尤其是，根據成膜時的基板溫度，膜中的[Zn]的原子個數比有可能小於靶材中的[Zn]的原子個數比。
本發明的一個實施方式的複合氧化物半導體的特性不是僅由原子個數比而決定的。因此，圖示的區域是示出複合氧化物半導體的區域A1及區域B1較佳為具有的原子個數比的區域，其界線不明確。
〈2-4.複合氧化物半導體的製造方法〉
在此，對圖12A和圖12B等所示的複合氧化物半導體的製造方法的一個例子進行說明。本發明的一個實施方式的複合氧化物半導體可以使用濺射裝置形成。
[濺射裝置]
圖16A是說明濺射裝置所包括的成膜室2501的剖面圖，圖16B是濺射裝置所包括的磁鐵單元2530a及磁鐵單元2530b的平面圖。
圖16A所示的成膜室2501包括靶材架2520a、靶材架2520b、底板2510a、底板2510b、靶材2502a、靶材2502b、構件2542、基板架2570。靶材2502a配置在底板2510a上。底板2510a配置在靶材架2520a上。磁鐵單元2530a隔著底板2510a配置在靶材2502a下。靶材2502b配置在底板2510b上。底板2510b配置在靶材架2520b上。磁鐵單元2530b隔著底板2510b配置在靶材2502b下。
如圖16A及圖16B所示，磁鐵單元2530a包括磁鐵2530N1、磁鐵2530N2、磁鐵2530S及磁鐵架2532。在磁鐵單元2530a中，磁鐵2530N1、磁鐵2530N2及磁鐵2530S配置在磁鐵架2532上。磁鐵2530N1及磁鐵2530N2以與磁鐵2530S間隔開的方式配置。磁鐵單元2530b具有與磁鐵單元2530a相同的結構。在將基板2560搬入成膜室2501時，基板2560與基板架2570接觸。
靶材2502a、底板2510a及靶材架2520a與靶材2502b、底板2510b及靶材架2520b由構件2542隔開。構件2542較佳為絕緣體。注意，構件2542也可以為導電體或半導體。此外，構件2542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2520a與底板2510a被螺釘(螺栓等)固定，被施加相同電位。靶材架2520a具有隔著底板2510a支撐靶材2502a的功能。靶材架2520b與底板2510b被螺釘(螺栓等)固定，被施加相同電位。靶材架2520b具有隔著底板2510b支撐靶材2502b的功能。
底板2510a具有固定靶材2502a的功能。底板2510b具有固定靶材2502b的功能。
在圖16A中，示出由磁鐵單元2530a形成的磁力線2580a和磁力線2580b。
如圖16B所示，磁鐵單元2530a例如採用將方形或大致方形的磁鐵2530N1、方形或大致方形的磁鐵2530N2及方形或大致方形的磁鐵2530S固定於磁鐵架2532的結構。如圖16B的箭頭所示，可以在左右方向上擺動磁鐵單元2530a。例如，以0.1Hz以上且1kHz以下的拍子使磁鐵單元2530a擺動即可。
靶材2502a上的磁場隨著磁鐵單元2530a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靶材2502a的濺射現象。磁鐵單元2530b也與此相同。
〈2-5.複合氧化物半導體的製造流程〉
接著，對複合氧化物半導體的製造方法進行說明。圖17是說明複合氧化物半導體的製造方法的製程流程圖。
圖12A和圖12B等所示的複合氧化物半導體至少經過圖17所示的第一至第四製程而製造。
[第一製程：在成膜室中配置基板的製程]
第一製程具有在成膜室中配置基板的製程(參照圖17中的步驟S101)。
作為第一製程，例如，將基板2560配置在圖16A所示的成膜室2501所包括的基板架2570。
成膜時的基板2560的溫度影響到複合氧化物半導體的電性質。基板溫度越高，越可以提高複合氧化物半導體的結晶性及可靠性。另一方面，基板溫度越低，越可以降低複合氧化物半導體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，包括複合氧化物半導體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2560的溫度可以為室溫(25℃)以上且200℃以下，較佳為室溫以上且170℃以下，更佳為室溫以上且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，上述第8世代至第10世代的玻璃基板)的情況。尤其是，當將形成複合氧化物半導體時的
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2570的冷卻機構等冷卻基板2560。
另外，藉由將基板2560的溫度設定為100℃以上且130℃以下，可以去除複合氧化物半導體中的水。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2560的溫度設定為100℃以上且130℃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。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。
此外，藉由提高基板2560的溫度，不但更有效地去除複合氧化物半導體中的水，而且可以提高複合氧化物半導體的結晶性。例如，藉由將基板2560的溫度設定為80℃以上且200℃以下，較佳為100℃以上且170℃以下的溫度，可以形成結晶性高的複合氧化物半導體。
[第二製程：對成膜室導入氣體的製程]
第二製程具有對成膜室導入氣體的製程(參照圖17中的步驟S201)。
作為第二製程，例如，對圖16A所示的成膜室2501導入氣體。作為該氣體，可以導入氬氣體和氧氣體中的任一種或兩種。可以使用氦、氪以及氙等惰性氣體代替氬氣體。
使用氧氣體形成複合氧化物半導體時的氧流量比具有以下傾向。氧流量比越大，複合氧化物半導體的結晶性越高且可靠性越高。另一
方面，氧流量比越低，越可以降低複合氧化物半導體的結晶性，而提高載子移動率。尤其是，氧流量比越低，包含複合氧化物半導體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100%以下的範圍可以適當地設定氧流量比，以便得到對應複合氧化物半導體的用途的較佳特性。
例如，將複合氧化物半導體用於場效移動率高的電晶體的半導體層時，將形成複合氧化物半導體時的氧流量比設定為0%以上且30%以下，較佳為5%以上且30%以下，更佳為7%以上且15%以下。
此外，為了得到具有高場效移動率及高可靠性的電晶體，將形成複合氧化物半導體時的氧流量比設定為大於30%且小於70%，較佳為大於30%且50%以下。另外，將形成複合氧化物半導體時的氧流量比設定為10%以上且50%以下，較佳為30%以上且50%以下。
此外，為了得到具有高可靠性的電晶體，將形成複合氧化物半導體時的氧流量比設定為70%以上且100%以下。
如此，藉由控制成膜時的基板溫度和氧流量比，可以形成實現所希望的電特性的複合氧化物半導體。例如，降低(提高)基板溫度以及降低(提高)氧流量比的對於場效移動率的貢獻有時同等。因此，例如，即使因裝置的限制而不能充分提高基板溫度，藉由提高氧流量比，也可以實現具有與提高基板溫度的電晶體的場效移動率同等的場效移動率的電晶體。
此外，藉由利用實施方式1所示的方法降低氧化物半導體膜中的氧缺陷或雜質，可以實現可靠性高的電晶體。
另外，需要進行成膜時的氣體的高度純化。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複合氧化物半導體中。
另外，在成膜室2501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)以儘可能地去除對複合氧化物半導體來說是雜質的水等。尤其是，在濺射裝置的待機時成膜室2501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。
[第三製程：對靶材施加電壓的製程]
第三製程具有對靶材施加電壓的製程(參照圖17中的步驟S301)。
作為第三製程，例如，對圖16A所示的靶材架2520a及靶材架2520b施加電壓。例如，將施加到與靶材架2520a連接的端子V1的電位設定為施加到與基板架2570連接的端子V2的電位低的電位。例如，將施加到與靶材架2520b連接的端子V4的電位設定為施加到與基板架2570連接的端子V2的電位低的電位。將施加到與基板架2570連接的端子V2的電位設定為接地電位。將施加到與磁鐵架2532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2520、基板架2570、磁鐵架2532中的全部施加電位。例如，基板架2570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。
此外，作為靶材2502a及靶材2502b，較佳為使用包含銦、元素M(M為Al、Ga、Y或Sn)、鋅及氧的靶材。作為靶材2502a及靶材2502b的一個例子，可以使用In-Ga-Zn金屬氧化物靶材(In：Ga：Zn=4：2：4.1[原子個數比])、In-Ga-Zn金屬氧化物靶材(In：Ga：Zn=5：1：7[原子個數比])等。以下，對使用In-Ga-Zn金屬氧化物靶材(In：Ga：Zn=4：2：4.1[原子個數比])的情況進行說明。
[第四製程：在基板上沉積複合氧化物半導體的製程]
第四製程包括在基板上從靶材沉積複合氧化物半導體的製程(參照圖17中的步驟S401)。
作為第四製程，例如，在圖16A所示的成膜室2501中，氬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2520a、靶材架2520b的電位而向靶材2502a、靶材2502b被加速。因為陽離子碰撞到In-Ga-Zn金屬氧化物靶材，所以生成濺射粒子而濺射粒子沉積在基板2560上。
此外，當作為靶材2502a、2502b使用原子個數比為In：Ga：Zn=4：2：4.1或In：Ga：Zn=5：1：7的In-Ga-Zn金屬氧化物靶材時，有時在靶材中包含組成不同的多個晶粒。例如，在很多情況下，該多個晶粒的直徑為10μm以下。此外，例如，在In-Ga-Zn金屬氧化物靶材中包含In的比率多的晶粒的情況下，形成上述區域A1的比率有時增大。
〈2-6.成膜模型〉
接著，在第四製程中，可以考慮圖18A至圖18C所示的成膜模型。
圖18A至圖18C是圖16A所示的靶材2502a附近的剖面示意圖。
此外，圖18A示出使用之前的靶材的狀態，圖18B示出成膜之前的靶材的狀態，圖18C示出成膜中的靶材的狀態。此外，圖18A至圖18C示出靶材2502a、電漿2190、陽離子2192、濺射粒子2504a、2506a等。
在圖18A中，靶材2502a的表面較平坦，並且組成(例如，In、Ga及Zn的組成)均勻。另一方面，在圖18B中，藉由預先進行的濺射處理等在靶材2502a的表面形成凹凸，且組成產生偏析。該凹凸及該偏析可能由於預先進行的濺射處理中的電漿(例如，Ar電漿等)而產生。此外，圖18B示出偏析區域2504及偏析區域2506。在此，偏析區域2504為包含多量的Ga及Zn的區域(Ga、Zn-Rich區域)，偏析區域2506為包含多量的In的區域(In-Rich區域)。此外，作為形成包含多量的Ga的偏析區域2504的理由，可以舉出如下理由：因為Ga的熔點低於In，在電漿處理中靶材2502a被施加熱，而Ga的一部分溶解並凝集，由此形成偏析區域2504。
[第一步驟]
在圖18C中，氬氣體或氧氣體發生電離，分為陽離子2192和電子(未圖示)而形成電漿2190。然後，電漿2190中的陽離子2192向靶材2502a(在此，In-Ga-Zn氧化物靶材)被加速。因為陽離子2192碰撞到In-Ga-Zn氧化物靶材，所以生成濺射粒子2504a、2506a，濺射粒子2504a、2506a從In-Ga-Zn氧化物靶材被彈出。此外，因為濺射粒子2504a從偏析區域2504被彈出，所以有時形成Ga、Zn-Rich的簇。此外，因為濺射粒子2506a從偏析區域2506被彈出，所以有時形成In-Rich的簇。
此外，在In-Ga-Zn氧化物靶材中，首先，從偏析區域2504優先地濺射濺射粒子2504a。這是因為如下緣故：因為陽離子2192碰撞到In-Ga-Zn氧化物靶材，所以從In-Ga-Zn氧化物靶材優先地被彈出其相對原子質量輕於In的Ga及Zn。藉由被彈出的濺射粒子2504a沉積在
基板上，形成圖12A和圖12B等所示的區域B1。
[第二步驟]
接著，如圖18C所示，從偏析區域2506濺射濺射粒子2506a。濺射粒子2506a碰撞到預先形成在基板上的區域B1，由此形成圖12A和圖12B等所示的區域A1。
此外，如圖18C所示，靶材2502a在成膜中繼續被濺射，所以間斷地發生偏析區域2504的生成和偏析區域2504的消失。
藉由反復進行上述成膜模型的第一步驟和第二步驟，可以得到圖12A和圖12B等所示的本發明的一個實施方式的複合氧化物半導體。
就是說，濺射粒子(2504a及2506a)分別從In-Rich的偏析區域2506和Ga、Zn-Rich的偏析區域2504被彈出而沉積在基板上。在基板上，In-Rich的區域以雲狀彼此連接，由此可能形成如圖12A和圖12B所示的本發明的一個實施方式的複合氧化物半導體。藉由在複合氧化物半導體的膜中In-Rich的區域以雲狀彼此連接，使用該複合氧化物半導體的電晶體具有高通態電流(Ion)及高場效移動率(μFE)。
如此，在滿足高通態電流(Ion)及高場效移動率(μFE)的電晶體中，In是重要的，不一定必須要其他金屬(例如，Ga等)。
此外，上述說明示出使用氬氣體來形成本發明的一個實施方式的複合氧化物半導體的模型。此時，可能在複合氧化物半導體中包含多量的氧缺陷。在複合氧化物半導體中包含多量的氧缺陷時，有時在該複合氧化物半導體中形成淺的缺陷能階(也被稱為sDOS)。當複合氧化物半導體中形成sDOS時，該sDOS成為載子陷阱，導致通態電流及場效移動率的下降。
因此，在使用氬氣體形成複合氧化物半導體的情況下，較佳的是，藉由在形成複合氧化物半導體之後將氧供應到複合氧化物半導體中，填補複合氧化物半導體中的氧缺陷而降低sDOS。
作為上述氧的供應方法，例如可以舉出如下方法：在形成複合氧化物半導體之後，在包含氧的氛圍下進行加熱處理；或者在包含氧的氛圍下進行電漿處理等。此外，也可以採用在與本發明的一個實施方式的複合氧化物半導體接觸的絕緣膜或複合氧化物半導體附近的絕緣膜中包含過量氧的結構。絕緣膜包含過量氧的結構可以參照實施方式1。
但是，雖然在此說明利用濺射法的製造方法，但是不侷限於此，例如可以舉出脈衝雷射沉積(PLD)法、電漿增強化學氣相沉積(PECVD)法、熱CVD(Chemical Vapor Deposition)法、ALD(Atomic Layer Deposition)法、真空蒸鍍法等。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。
〈2-7.具有氧化物半導體膜的電晶體〉
下面，說明將上述氧化物半導體膜用於電晶體的情況。
藉由將上述複合氧化物半導體用於電晶體可以實現載子移動率高且開關特性高的電晶體。另外，可以實現可靠性高的電晶體。
另外，較佳為將載子密度低的氧化物半導體膜用於電晶體。例如，氧化物半導體膜的載子密度可以低於8×1011/cm3，較佳為低於1×1011/cm3，更佳為低於1×1010/cm3且為1×10-9/cm3以上。
在降低氧化物半導體膜的載子密度的情況下，降低氧化物半導體
膜中的雜質濃度而降低缺陷態密度。在本說明書等中，將雜質濃度低且缺陷態密度低的狀態稱為“高純度本質”或“實質上高純度本質”。因為高純度本質或實質上高純度本質的氧化物半導體膜的載子發生源較少，所以有可能降低載子密度。另外，因為高純度本質或實質上高純度本質的氧化物半導體膜具有較低的缺陷態密度，所以有可能具有較低的陷阱態密度。
此外，被氧化物半導體膜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氧化物半導體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，降低氧化物半導體膜中的雜質濃度是有效的。為了降低氧化物半導體膜中的雜質濃度，較佳為還降低附近膜中的雜質濃度。作為雜質有氫、氮、鹼金屬、鹼土金屬、鐵、鎳、矽等。
在此，說明氧化物半導體膜中的各雜質的影響。
在氧化物半導體膜包含第14族元素之一的矽或碳時，氧化物半導體中形成缺陷能階。因此，氧化物半導體中或氧化物半導體的介面附近的矽或碳的濃度(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，當氧化物半導體膜包含鹼金屬或鹼土金屬時，有時形成缺陷能階而形成載子。因此，使用包含鹼金屬或鹼土金屬的氧化物半導體膜的電晶體容易具有常開啟特性。由此，較佳為降低氧化物半導體膜中的鹼金屬或鹼土金屬的濃度。明確而言，利用SIMS分析測得的氧化物半導體膜中的鹼金屬或鹼土金屬的濃度為1×1018atoms/cm3以下，
較佳為2×1016atoms/cm3以下。
當氧化物半導體膜包含氮時，產生作為載子的電子，並載子密度增加，而氧化物半導體容易被n型化。其結果，將含有氮的氧化物半導體用於半導體的電晶體容易具有常開啟型特性。因此，較佳為儘可能地減少氧化物半導體中的氮，例如，利用SIMS分析測得的氧化物半導體中的氮濃度為小於5×1019atoms/cm3，較佳為5×1018atoms/cm3以下，更佳為1×1018atoms/cm3以下，進一步較佳為5×1017atoms/cm3以下。
包含在氧化物半導體膜中的氫與鍵合於金屬原子的氧起反應生成水，因此有時形成氧缺陷(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，使用包含氫的氧化物半導體的電晶體容易具有常開啟特性。由此，較佳為儘可能減少氧化物半導體中的氫。明確而言，利用SIMS分析測得氧化物半導體中的氫濃度為低於1×1020atoms/cm3，較佳為低於1×1019atoms/cm3，更佳為低於5×1018atoms/cm3，進一步較佳為低於1×1018atoms/cm3。
藉由將氧引入氧化物半導體膜中，可以降低氧化物半導體膜中的氧缺陷(Vo)。換言之，當氧化物半導體膜中的氧缺陷(Vo)被氧填補時，氧缺陷(Vo)消失。因此，藉由使氧擴散到氧化物半導體膜中，可以減少電晶體的氧缺陷(Vo)，從而可以提高電晶體的可靠性。
作為將氧引入氧化物半導體膜的方法，例如，可以以與氧化物半導體接觸的方式設置包含超過化學計量組成的氧的氧化物。也就是說，較佳為在上述氧化物中形成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，當將氧化物半導體膜用於電晶體時，藉由對電晶體附近的基底膜或層間膜等設置具有氧過量區域的氧化物，可以降低電晶體的氧缺陷，由此可以提高電晶體的可靠性。
藉由將雜質被充分降低的氧化物半導體膜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。
本實施方式的至少一部分可以與本說明書所記載的其他實施方式適當地組合而實施。
實施方式3
在本實施方式中，使用圖19至圖25說明包括在前面的實施方式中例示的電晶體的顯示裝置的一個例子。
圖19是示出顯示裝置的一個例子的俯視圖。圖19所示的顯示裝置700包括：設置在第一基板701上的像素部702；設置在第一基板701上的源極驅動電路部704及閘極驅動電路部706；以圍繞像素部702、源極驅動電路部704及閘極驅動電路部706的方式設置的密封劑712；以及以與第一基板701對置的方式設置的第二基板705。注意，由密封劑712密封第一基板701及第二基板705。也就是說，像素部702、源極驅動電路部704及閘極驅動電路部706被第一基板701、密封劑712及第二基板705密封。注意，雖然在圖19中未圖示，但是在第一基板701與第二基板705之間設置有顯示元件。
另外，在顯示裝置700中，在第一基板701上的不由密封劑712圍繞的區域中設置有分別電連接於像素部702、源極驅動電路部704及閘極驅動電路部706的FPC(Flexible printed circuit：軟性印刷電路板)端子部708。另外，FPC端子部708連接於FPC716，並且藉由FPC716對像素部702、源極驅動電路部704及閘極驅動電路部706供應各種信號等。另外，像素部702、源極驅動電路部704、閘極驅動電路部706以及FPC端子部708各與信號線710連接。由FPC716供應的各種信號
等是藉由信號線710供應到像素部702、源極驅動電路部704、閘極驅動電路部706以及FPC端子部708的。
另外，也可以在顯示裝置700中設置多個閘極驅動電路部706。另外，作為顯示裝置700，雖然示出將源極驅動電路部704及閘極驅動電路部706形成在與像素部702相同的第一基板701上的例子，但是並不侷限於該結構。例如，可以只將閘極驅動電路部706形成在第一基板701上，或者可以只將源極驅動電路部704形成在第一基板701上。此時，也可以採用將形成有源極驅動電路或閘極驅動電路等的基板(例如，由單晶半導體膜、多晶半導體膜形成的驅動電路基板)形成於第一基板701的結構。另外，對另行形成的驅動電路基板的連接方法沒有特別的限制，而可以採用COG(Chip On Glass：晶粒玻璃接合)方法、打線接合方法等。
另外，顯示裝置700所包括的像素部702、源極驅動電路部704及閘極驅動電路部706包括多個電晶體，作為該電晶體可以適用本發明的一個實施方式的半導體裝置的電晶體。
另外，顯示裝置700可以包括各種元件。作為該元件，例如可以舉出電致發光(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、LED等)、發光電晶體元件(根據電流發光的電晶體)、電子發射元件、液晶元件、電子墨水元件、電泳元件、電濕潤(electrowetting)元件、電漿顯示面板(PDP)、MEMS(微機電系統)、顯示器(例如柵光閥(GLV)、數位微鏡裝置(DMD)、數位微快門(DMS)元件、干涉調變(IMOD)元件等)、壓電陶瓷顯示器等。
此外，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。作為使用電子墨水元件或電泳元件的顯示裝置的一個例子，有電子紙等。注意，當實現半透射式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。
作為顯示裝置700的顯示方式，可以採用逐行掃描方式或隔行掃描方式等。另外，作為當進行彩色顯示時在像素中控制的顏色要素，不侷限於RGB(R表示紅色，G表示綠色，B表示藍色)這三種顏色。例如，可以由R像素、G像素、B像素及W(白色)像素的四個像素構成。或者，如PenTile排列，也可以由RGB中的兩個顏色構成一個顏色要素，並根據顏色要素選擇不同的兩個顏色來構成。或者可以對RGB追加黃色(yellow)、青色(cyan)、洋紅色(magenta)等中的一種以上的顏色。另外，各個顏色要素的點的顯示區域的大小可以不同。但是，所公開的發明不侷限於彩色顯示的顯示裝置，而也可以應用於黑白顯示的顯示裝置。
另外，為了將白色光(W)用於背光(有機EL元件、無機EL元件、LED、螢光燈等)使顯示裝置進行全彩色顯示，也可以使用彩色層(也稱為濾光片)。作為彩色層，例如可以適當地組合紅色(R)、綠色(G)、藍色(B)、黃色(Y)等而使用。藉由使用彩色層，可以與不使用彩色層的情況相比進一步提高顏色再現性。此時，也可以藉由設置包括彩色層的區域和不包括彩色層的區域，將不包括彩色層的區域中的白色光直接用於顯示。藉由部分地設置不包括彩色層的區域，在顯示明亮的影像時，有時可以減少彩色層所引起的亮度降低而減少功
耗兩成至三成左右。但是，在使用有機EL元件或無機EL元件等自發光元件進行全彩色顯示時，也可以從具有各發光顏色的元件發射R、G、B、Y、W。藉由使用自發光元件，有時與使用彩色層的情況相比進一步減少功耗。
此外，作為彩色化的方式，除了經過濾色片將來自上述白色光的發光的一部分轉換為紅色、綠色及藍色的方式(濾色片方式)之外，還可以使用分別使用紅色、綠色及藍色的發光的方式(三色方式)以及將來自藍色光的發光的一部分轉換為紅色或綠色的方式(顏色轉換方式或量子點方式)。
在本實施方式中，使用圖20至圖22說明作為顯示元件使用液晶元件及EL元件的結構。圖20是沿著圖19所示的點劃線Q-R的剖面圖，作為顯示元件使用液晶元件的結構。另外，圖22是沿著圖19所示的點劃線Q-R的剖面圖，作為顯示元件使用EL元件的結構。
下面，首先說明圖20至圖22所示的共同部分，接著說明不同的部分。
〈3-1.顯示裝置的共同部分的說明〉
圖20至圖22所示的顯示裝置700包括：引線配線部711；像素部702；源極驅動電路部704；以及FPC端子部708。另外，引線配線部711包括信號線710。另外，像素部702包括電晶體750及電容器790。另外，源極驅動電路部704包括電晶體752。
電晶體750及電晶體752具有與上述電晶體100D同樣的結構。電晶體750及電晶體752也可以採用使用上述實施方式所示的其他電晶體的結構。
在本實施方式中使用的電晶體包括高度純化且氧缺陷的形成被抑制的氧化物半導體膜。該電晶體可以降低關態電流。因此，可以延長影像信號等電信號的保持時間，在開啟電源的狀態下也可以延長寫入間隔。因此，可以降低更新工作的頻率，由此可以發揮抑制功耗的效果。
另外，在本實施方式中使用的電晶體能夠得到較高的場效移動率，因此能夠進行高速驅動。例如，藉由將這種能夠進行高速驅動的電晶體用於液晶顯示裝置，可以在同一基板上形成像素部的切換電晶體及用於驅動電路部的驅動電晶體。也就是說，因為作為驅動電路不需要另行使用由矽晶圓等形成的半導體裝置，所以可以縮減半導體裝置的構件數。另外，在像素部中也可以藉由使用能夠進行高速驅動的電晶體提供高品質的影像。
電容器790包括：藉由對與電晶體750所包括的被用作第一閘極電極的導電膜相同的導電膜進行加工而形成的下部電極；以及藉由對與電晶體750所包括的被用作源極電極及汲極電極的導電膜或被用作第二閘極電極的導電膜相同的導電膜進行加工而形成的上部電極。另外，在下部電極與上部電極之間設置有：藉由形成與電晶體750所包括的被用作第一閘極絕緣膜的絕緣膜相同的絕緣膜而形成的絕緣膜；以及藉由形成與電晶體750上的被用作保護絕緣膜的絕緣膜相同的絕緣膜而形成的絕緣膜。就是說，電容器790具有將被用作電介質膜的絕緣膜夾在一對電極之間的疊層型結構。
另外，在圖20至圖22中，在電晶體750、電晶體752及電容器790上設置有平坦化絕緣膜770。
作為平坦化絕緣膜770，可以使用聚醯亞胺樹脂、丙烯酸樹脂、聚醯亞胺醯胺樹脂、苯并環丁烯樹脂、聚醯胺樹脂、環氧樹脂等具有耐
熱性的有機材料。此外，也可以藉由層疊多個使用上述材料形成的絕緣膜形成平坦化絕緣膜770。此外，也可以採用不設置平坦化絕緣膜770的結構。
在圖20至圖22中示出像素部702所包括的電晶體750及源極驅動電路部704所包括的電晶體752使用相同的結構的電晶體的結構，但是不侷限於此。例如，像素部702及源極驅動電路部704也可以使用不同電晶體。明確而言，可以舉出像素部702使用交錯型電晶體，且源極驅動電路部704使用實施方式1所示的反交錯型電晶體的結構，或者像素部702使用實施方式1所示的反交錯型電晶體，且源極驅動電路部704使用交錯型電晶體的結構等。此外，也可以將上述源極驅動電路部704換稱為閘極驅動電路部。
信號線710與被用作電晶體750、752的源極電極及汲極電極的導電膜在同一製程中形成。作為信號線710，例如，當使用包含銅元素的材料時，起因於佈線電阻的信號延遲等較少，而可以實現大螢幕的顯示。
另外，FPC端子部708包括連接電極760、異方性導電膜780及FPC716。連接電極760與被用作電晶體750、752的源極電極及汲極電極的導電膜在同一製程中形成。另外，連接電極760與FPC716所包括的端子藉由異方性導電膜780電連接。
另外，作為第一基板701及第二基板705，例如可以使用玻璃基板。另外，作為第一基板701及第二基板705，也可以使用具有撓性的基板。作為該具有撓性的基板，例如可以舉出塑膠基板等。
另外，在第一基板701與第二基板705之間設置有結構體778。結構體778是藉由選擇性地對絕緣膜進行蝕刻而得到的柱狀的間隔物，
用來控制第一基板701與第二基板705之間的距離(液晶盒厚(cell gap))。另外，作為結構體778，也可以使用球狀的間隔物。
另外，在第二基板705一側，設置有被用作黑矩陣的遮光膜738、被用作濾色片的彩色膜736、與遮光膜738及彩色膜736接觸的絕緣膜734。
〈3-2.使用液晶元件的顯示裝置的結構例子)
圖20所示的顯示裝置700包括液晶元件775。液晶元件775包括導電膜772、導電膜774及液晶層776。導電膜774設置在第二基板705一側並被用作相對電極。圖20所示的顯示裝置700可以藉由由施加到導電膜772與導電膜774之間的電壓改變液晶層776的配向狀態，由此控制光的透過及非透過而顯示影像。
導電膜772電連接到電晶體750所具有的被用作源極電極及汲極電極的導電膜。導電膜772形成在平坦化絕緣膜770上並被用作像素電極，亦即顯示元件的一個電極。此外，導電膜772被用作反射電極。圖20所示的顯示裝置700是由導電膜772反射外光並經過彩色膜736進行顯示的所謂反射型彩色液晶顯示裝置。
另外，作為導電膜772，可以使用對可見光具有透光性的導電膜或對可見光具有反射性的導電膜。作為對可見光具有透光性的導電膜，例如，較佳為使用包含選自銦(In)、鋅(Zn)、錫(Sn)中的一種的材料。作為對可見光具有反射性的導電膜，例如，較佳為使用包含鋁或銀的材料。在本實施方式中，作為導電膜772使用對可見光具有反射性的導電膜。
此外，雖然圖20示出將導電膜772與被用作電晶體750的汲極電極的導電膜連接的結構，但是不侷限於此。例如，如圖21所示，也可
以採用將導電膜772藉由被用作連接電極的導電膜777與被用作電晶體750的汲極電極的導電膜電連接的結構。此外，導電膜777經過對與被用作電晶體750的第二閘極電極的導電膜相同的導電膜進行加工的製程而形成，所以可以在不增加製程的情況下形成導電膜777。
此外，圖20所示的顯示裝置700示出反射型彩色液晶顯示裝置，但是不侷限於此。例如，作為導電膜772使用對可見光具有透光性的導電膜，可以實現透過型彩色液晶顯示裝置。另外，可以實現組合反射型彩色液晶顯示裝置和透過型彩色液晶顯示裝置的所謂半透過型彩色液晶顯示裝置。
在此，圖23示出透過型彩色液晶顯示裝置。圖23是沿著圖19所示的點劃線Q-R的剖面圖，且圖23示出作為顯示元件使用液晶元件的結構。此外，圖23所示的顯示裝置700是作為液晶元件的驅動方式使用水平電場方式(例如，FFS模式)的結構的一個例子。在圖23所示的結構的情況下，被用作像素電極的導電膜772上設置有絕緣膜773，絕緣膜773上設置有導電膜774。此時，導電膜774具有共用電極的功能，可以由隔著絕緣膜773在導電膜772與導電膜774之間產生的電場控制液晶層776的配向狀態。
注意，雖然在圖20及圖23中未圖示，但是也可以分別在導電膜772和導電膜774中的一個或兩個與液晶層776接觸的一側設置配向膜。此外，雖然在圖20及圖23中未圖示，但是也可以適當地設置偏振構件、相位差構件、抗反射構件等光學構件(光學基板)等。例如，也可以使用利用偏振基板及相位差基板的圓偏振。此外，作為光源，也可以使用背光、側光等。
在作為顯示元件使用液晶元件的情況下，可以使用熱致液晶、低分子液晶、高分子液晶、高分子分散型液晶、鐵電液晶、反鐵電液晶
等。這些液晶材料根據條件呈現出膽固醇相、層列相、立方相、手性向列相、均質相等。
此外，在採用橫向電場方式的情況下，也可以使用不使用配向膜的呈現藍相的液晶。藍相是液晶相的一種，是指當使膽固醇型液晶的溫度上升時即將從膽固醇相轉變到均質相之前出現的相。因為藍相只在較窄的溫度範圍內出現，所以將其中混合了幾wt%以上的手性試劑的液晶組合物用於液晶層，以擴大溫度範圍。由於包含呈現藍相的液晶和手性試劑的液晶組成物的回應速度快，並且其具有光學各向同性。由此，包含呈現藍相的液晶和手性試劑的液晶組成物不需要配向處理。另外，因不需要設置配向膜而不需要摩擦處理，因此可以防止由於摩擦處理而引起的靜電破壞，由此可以降低製程中的液晶顯示裝置的不良和破損。此外，呈現藍相的液晶材料的視角依賴性小。
另外，當作為顯示元件使用液晶元件時，可以使用：TN(Twisted Nematic：扭曲向列)模式、IPS(In-Plane-Switching：平面內切換)模式、FFS(Fringe Field Switching：邊緣電場切換)模式、ASM(Axially Symmetric aligned Micro-cell：軸對稱排列微單元)模式、OCB(Optical Compensated Birefringence：光學補償彎曲)模式、FLC(Ferroelectric Liquid Crystal：鐵電性液晶)模式以及AFLC(AntiFerroelectric Liquid Crystal：反鐵電性液晶)模式等。
另外，顯示裝置700也可以使用常黑型液晶顯示裝置，例如採用垂直配向(VA)模式的透過型液晶顯示裝置。作為垂直配向模式，可以舉出幾個例子，例如可以使用MVA(Multi-Domain Vertical Alignment：多域垂直配向)模式、PVA(Patterned Vertical Alignment：垂直配向構型)模式、ASV(Advanced Super View：超視覺)模式等。
〈3-3.使用發光元件的顯示裝置〉
圖22所示的顯示裝置700包括發光元件782。發光元件782包括導電膜772、EL層786及導電膜788。圖22所示的顯示裝置700藉由發光元件782所包括的EL層786發光，可以顯示影像。此外，EL層786具有有機化合物或量子點等無機化合物。
作為可以用於有機化合物的材料，可以舉出螢光性材料或磷光性材料等。此外，作為可以用於量子點的材料，可以舉出膠狀量子點、合金型量子點、核殼(Core Shell)型量子點、核型量子點等。另外，也可以使用包含第12族與第16族、第13族與第15族或第14族與第16族的元素群的材料。或者，可以使用包含鎘(Cd)、硒(Se)、鋅(Zn)、硫(S)、磷(P)、銦(In)、碲(Te)、鉛(Pb)、鎵(Ga)、砷(As)、鋁(Al)等元素的量子點材料。
在圖22所示的顯示裝置700中，在平坦化絕緣膜770及導電膜772上設置有絕緣膜730。絕緣膜730覆蓋導電膜772的一部分。發光元件782採用頂部發射結構。因此，導電膜788具有透光性且使EL層786發射的光透過。注意，雖然在本實施方式中例示出頂部發射結構，但是不侷限於此。例如，也可以應用於向導電膜772一側發射光的底部發射結構或向導電膜772一側及導電膜788一側的兩者發射光的雙面發射結構。
另外，在與發光元件782重疊的位置上設置有彩色膜736，並在與絕緣膜730重疊的位置、引線配線部711及源極驅動電路部704中設置有遮光膜738。彩色膜736及遮光膜738被絕緣膜734覆蓋。由密封膜732填充發光元件782與絕緣膜734之間。注意，雖然例示出在圖22所示的顯示裝置700中設置彩色膜736的結構，但是並不侷限於此。例如，在藉由分別塗布來形成EL層786時，也可以採用不設置彩色膜736的結構。
〈3-4.在顯示裝置中設置輸入輸出裝置的結構例子〉
也可以在圖22及圖23所示的顯示裝置700中設置輸入輸出裝置。作為該輸入輸出裝置例如可以舉出觸控面板等。
圖24示出對圖22所示的顯示裝置700設置觸控面板791的結構。圖25示出對圖23所示的顯示裝置700設置觸控面板791的結構。
圖24是在圖22所示的顯示裝置700中設置觸控面板791的剖面圖，圖25是在圖23所示的顯示裝置700中設置觸控面板791的剖面圖。
首先，以下說明圖24及圖25所示的觸控面板791。
圖24及圖25所示的觸控面板791是設置在第二基板705與彩色膜736之間的所謂In-Cell型觸控面板。觸控面板791在形成彩色膜736之前形成在第二基板705一側即可。
觸控面板791包括遮光膜738、絕緣膜792、電極793、電極794、絕緣膜795、電極796、絕緣膜797。例如，藉由接近手指或觸控筆等檢測物件，可以檢測出電極793與電極794之間的電容的變化。
此外，在圖24及圖25所示的電晶體750的上方示出電極793、電極794的交叉部。電極796藉由設置在絕緣膜795中的開口部與夾住電極794的兩個電極793電連接。此外，在圖24及圖25中示出設置有電極796的區域設置在像素部702中的結構，但是不侷限於此，例如也可以形成在源極驅動電路部704中。
電極793及電極794設置在與遮光膜738重疊的區域。此外，如圖24所示，電極793較佳為以不與發光元件782重疊的方式設置。此外，如圖25所示，電極793較佳為以不與液晶元件775重疊的方式設置。
換言之，電極793在與發光元件782及液晶元件775重疊的區域具有開口部。也就是說，電極793具有網格形狀。藉由採用這種結構，電極793可以具有不遮斷發光元件782所發射的光的結構。或者，電極793也可以具有不遮斷透過液晶元件775的光的結構。因此，由於因配置觸控面板791而導致的亮度下降極少，所以可以實現可見度高且功耗得到降低的顯示裝置。此外，電極794也可以具有相同的結構。
電極793及電極794由於不與發光元件782重疊，所以電極793及電極794可以使用可見光的穿透率低的金屬材料。或者，電極793及電極794由於不與液晶元件775重疊，所以電極793及電極794可以使用可見光的穿透率低的金屬材料。
因此，與使用可見光的穿透率高的氧化物材料的電極相比，可以降低電極793及電極794的電阻，由此可以提高觸控面板的感測器靈敏度。
例如，電極793、794、796也可以使用導電奈米線。該奈米線的直徑平均值可以為1nm以上且100nm以下，較佳為5nm以上且50nm以下，更佳為5nm以上且25nm以下。此外，作為上述奈米線可以使用Ag奈米線、Cu奈米線、Al奈米線等金屬奈米線或碳奈米管等。例如，在作為電極793、794、796中的任一個或全部使用Ag奈米線的情況下，能夠實現89%以上的可見光穿透率及40Ω/平方以上且100Ω/平方以下的片電阻值。
雖然在圖24及圖25中示出In-Cell型觸控面板的結構，但是不侷限於此。例如，也可以採用形成在顯示裝置700上的所謂On-Cell型觸控面板或貼合於顯示裝置700而使用的所謂Out-Cell型觸控面板。
如此，本發明的一個實施方式的顯示裝置可以與各種方式的觸控
面板組合而使用。
本實施方式的至少一部分可以與本說明書所記載的其他實施方式適當地組合而實施。
實施方式4
在本實施方式中，參照圖26A和圖26B及圖27對本發明的一個實施方式的半導體裝置進行說明。
〈4-1.半導體裝置的結構實例〉
圖26A是本發明的一個實施方式的半導體裝置190的俯視圖，圖26B相當於圖26A所示的點劃線A1-A2的切剖面的剖面圖。此外，圖26B包括電晶體Tr1的通道長度(L)方向上的剖面以及電晶體Tr2的通道長度(L)方向上的剖面。圖27相當於沿著圖26A所示的點劃線B1-B2的切剖面的剖面圖。此外，圖27包括電晶體Tr1的通道寬度(W)方向上的剖面。
此外，在圖26A中，為了方便起見，省略半導體裝置190的組件的一部分(被用作閘極絕緣膜的絕緣膜等)及組件的符號的一部分。注意，在後面的半導體裝置的俯視圖中也有時與圖26A同樣地省略組件的一部分及組件的符號的一部分。
圖26A和圖26B所示的半導體裝置190包括：電晶體Tr1；以及其至少一部分與電晶體Tr1重疊的電晶體Tr2。此外，電晶體Tr1及電晶體Tr2都是底閘極結構的電晶體。
藉由設置電晶體Tr1與電晶體Tr2的至少一部分彼此重疊的區域，可以縮小電晶體的配置面積。
電晶體Tr1包括：基板102上的導電膜104；基板102及導電膜104上的絕緣膜106；絕緣膜106上的氧化物半導體膜108；氧化物半導體膜108上的導電膜112a；氧化物半導體膜108上的導電膜112b；氧化物半導體膜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；以及絕緣膜116上的導電膜122c。
此外，電晶體Tr2包括：導電膜112b；導電膜112b上的絕緣膜114；絕緣膜114上的絕緣膜116；絕緣膜116上的氧化物半導體膜128；氧化物半導體膜128上的導電膜122a；氧化物半導體膜128上的導電膜122b；氧化物半導體膜128、導電膜122a及導電膜122b上的絕緣膜124；絕緣膜124上的絕緣膜126；以及絕緣膜126上的導電膜130。此外，導電膜130藉由形成在絕緣膜124、126中的開口部182與導電膜122a連接。
此外，如圖26A和圖26B所示，氧化物半導體膜108與氧化物半導體膜128部分地彼此重疊。另外，如圖26A和圖26B所示，較佳的是，形成在電晶體Tr1的氧化物半導體膜108中的通道區域不與形成在電晶體Tr2的氧化物半導體膜128中的通道區域彼此重疊。
在電晶體Tr1的通道區域與電晶體Tr2的通道區域彼此重疊的情況下，在任一個電晶體工作時，有時影響到另一個電晶體。為了避免該影響，可以採用增大電晶體Tr1與電晶體Tr2之間的間隔的結構、或者在電晶體Tr1與電晶體Tr2之間設置導電膜的結構等。但是，在採用前者的結構的情況下，半導體裝置的厚度變大，因此，例如在將半導體裝置190形成在撓性基板等上時，有時影響彎曲性等。此外，在採用後者的結構的情況下，有時產生形成導電膜的製程數的增加以及與採用前者的結構的情況同樣的半導體裝置的厚度變大的問題。
另一方面，在本發明的一個實施方式的半導體裝置190中，將電晶體Tr1與電晶體Tr2重疊地配置，並且不將各電晶體的通道區域重疊地設置。此外，藉由將形成通道區域的各氧化物半導體膜的一部分彼此重疊地配置，可以適當地縮小電晶體的配置面積。
此外，氧化物半導體膜108及氧化物半導體膜128都包含In、M(M為Al、Ga、Y或Sn)和Zn。例如，氧化物半導體膜108及氧化物半導體膜128較佳為都具有In的原子個數比大於M的原子個數比的區域。但是，本發明的一個實施方式的半導體裝置不侷限於此，也可以採用具有In的原子個數比小於M的原子個數比的區域的結構、或者具有In的原子個數比等於M的原子個數比的區域的結構。
此外，較佳的是，氧化物半導體膜108的組成與氧化物半導體膜128的組成相同或者大致相同。在氧化物半導體膜108的組成與氧化物半導體膜128的組成相同時，可以降低製造成本。但是，本發明的一個實施方式的半導體裝置不侷限於此，氧化物半導體膜108的組成可以與氧化物半導體膜128的組成不同。
藉由使氧化物半導體膜108及氧化物半導體膜128具有In的原子個數比大於M的原子個數比的區域，可以提高電晶體Tr1及電晶體Tr2的場效移動率。
此外，圖26A和圖26B所示的半導體裝置190可以適當地用於顯示裝置的像素電路，藉由採用圖26A和圖26B所示的配置，可以提高顯示裝置的像素密度。例如，即使顯示裝置的像素密度超過1000ppi(pixel per inch)或2000ppi，藉由採用圖26A和圖26B所示的配置，也可以提高像素的開口率。注意，ppi是指表示每英寸的像素數的單位。
此外，在將圖26A和圖26B所示的半導體裝置190用於顯示裝置
的像素的情況下，例如可以使電晶體的通道長度(L)及通道寬度(W)、或者與電晶體連接的佈線及電極的線寬度等較大。例如，藉由如圖26A和圖26B所示那樣將電晶體Tr1和電晶體Tr2的至少一部分重疊地配置，與將電晶體Tr1和電晶體Tr2設置在相同的平面上的情況相比，可以增大線寬度等，所以可以降低特徵尺寸的不均勻。
此外，可以在電晶體Tr1與電晶體Tr2之間共同使用導電膜和絕緣膜中的任一個或兩個，所以可以減少遮罩個數或製程數。
例如，在電晶體Tr1中，導電膜104被用作第一閘極電極，導電膜112a被用作源極電極，導電膜112b被用作汲極電極，導電膜122c被用作第二閘極電極。此外，在電晶體Tr1中，絕緣膜106被用作第一閘極絕緣膜，絕緣膜114、116被用作第二閘極絕緣膜。此外，在電晶體Tr2中，導電膜112b被用作第一閘極電極，導電膜122a被用作源極電極，導電膜122b被用作汲極電極，導電膜130被用作第二閘極電極。此外，在電晶體Tr2中，絕緣膜114、116被用作第一閘極絕緣膜，絕緣膜124、126被用作第二閘極絕緣膜。
注意，在本說明書等中，有時將絕緣膜106稱為第一絕緣膜，將絕緣膜114、116稱為第二絕緣膜，將絕緣膜124、126稱為第三絕緣膜。
此外，在導電膜130上設置絕緣膜134，在絕緣膜134上設置絕緣膜136。另外，在絕緣膜134、136中形成到達導電膜130的開口部184。此外，在絕緣膜136上設置導電膜138。另外，導電膜138藉由開口部184與導電膜130連接。
此外，在導電膜138上設置絕緣膜140、EL層150、導電膜144。絕緣膜140覆蓋導電膜138的側端部的一部分，並具有防止導電膜138在相鄰的像素之間產生短路的功能。此外，EL層150具有發射光的功
能。此外，由導電膜138、EL層150、導電膜144構成發光元件160。導電膜138被用作發光元件160的一個電極，導電膜144被用作發光元件160的另一個電極。
如上所述，本發明的一個實施方式的半導體裝置具有多個電晶體的疊層結構，縮小電晶體的配置面積。此外，藉由在多個電晶體之間共同使用絕緣膜和導電膜中的任一個或兩個，可以減少遮罩個數或製程數。
此外，如圖26A和圖26B所示，電晶體Tr1及電晶體Tr2都包括兩個閘極電極。
在此，圖26A和圖26B以及圖27對包括兩個閘極電極的結構的效果進行說明。
如圖27所示，被用作第二閘極電極的導電膜122c藉由開口部181與被用作第一閘極電極的導電膜104電連接。因此，導電膜104和導電膜122c被供應相同的電位。此外，如圖27所示，氧化物半導體膜108位於與導電膜104及導電膜122c相對的位置，且夾在被用作閘極電極的兩個導電膜之間。導電膜104及導電膜122c的通道寬度方向上的長度都大於氧化物半導體膜108的通道寬度方向上的長度，氧化物半導體膜108的整體隔著絕緣膜106、114、116被導電膜104和導電膜122c覆蓋。
換言之，導電膜104與導電膜122c在形成於絕緣膜106、114、116中的開口部181中連接，並具有位於氧化物半導體膜108的側端部的外側的區域。藉由採用上述結構，可以利用導電膜104及導電膜122c的電場電圍繞電晶體Tr1所包括的氧化物半導體膜108。換言之，電晶體Tr1具有S-Channel結構。
注意，雖然在上面說明使第一閘極電極與第二閘極電極連接的結構，但是電晶體的結構不侷限於此。例如，如圖26B所示的電晶體Tr2那樣，也可以採用使被用作第二閘極電極的導電膜130與被用作電晶體Tr2的源極電極或汲極電極的導電膜122a電連接的結構。
〈4-2.半導體裝置的組件〉
下面，對本實施方式的半導體裝置所包含的組件進行詳細說明。注意，與實施方式1所示的結構同樣的結構由相同的元件符號表示而省略詳細的說明。
[導電膜]
作為導電膜122a、導電膜122b、導電膜122c、導電膜130、導電膜138及導電膜144，可以使用與導電膜104、導電膜112a、112b及導電膜120a、120b同樣的材料。
導電膜122a、導電膜122b、導電膜122c、導電膜130、導電膜138及導電膜144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(OC)形成。
尤其是，上述氧化物導電體(OC)適用於導電膜130。
[絕緣膜]
作為絕緣膜124、絕緣膜126及絕緣膜134，可以使用與絕緣膜106、絕緣膜114及絕緣膜116同樣的材料。
此外，較佳的是，與氧化物半導體膜108和氧化物半導體膜128
中的任一個或兩個接觸的絕緣膜為氧化物絕緣膜，並且該氧化物絕緣膜具有氧含量超過化學計量組成的區域(過量氧區域)。換言之，具有過量氧區域的氧化物絕緣膜能夠釋放氧。
例如，上述具有過量氧區域的氧化物絕緣膜可以藉由如下步驟形成：在氧氛圍下形成絕緣膜；在氧氛圍下對成膜之後的絕緣膜進行加熱處理；或者對成膜之後的絕緣膜添加氧。作為對成膜之後的絕緣膜添加氧的方法，較佳為利用電漿處理。
此外，被用作電晶體Tr1及電晶體Tr2的閘極絕緣膜的絕緣膜可以使用氮化矽形成。在被用作閘極絕緣膜的絕緣膜使用氮化矽形成的情況下，發揮如下效果。與氧化矽相比，氮化矽的相對介電常數較高且為了獲得與氧化矽相等的靜電容量所需要的厚度較大，因此，可以增加絕緣膜的厚度。因此，可以藉由抑制電晶體Tr1及電晶體Tr2的絕緣耐壓的下降並提高絕緣耐壓來抑制電晶體Tr1及電晶體Tr2的靜電破壞。
另外，絕緣膜114、116、124、126具有對氧化物半導體膜108和氧化物半導體膜128中的任一個或兩個供應氧的功能。亦即，絕緣膜114、116、124、126包含氧。另外，絕緣膜114、124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時緩解對氧化物半導體膜108造成的損傷的膜，絕緣膜124還被用作在後面形成絕緣膜126時緩解對氧化物半導體膜128造成的損傷的膜。
作為絕緣膜114、124，可以使用厚度為5nm以上且150nm以下，較佳為5nm以上且50nm以下的氧化矽膜、氧氮化矽膜等。
此外，較佳為使絕緣膜114、124中的缺陷量較少，典型的是，藉由電子自旋共振(ESR：Electron Spin Resonance)測得的起因於矽懸空
鍵且在g=2.001處出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、124的缺陷密度高，氧則與該缺陷鍵合，而使絕緣膜114中的氧的透過量減少。
此外，絕緣膜114、124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氧化物半導體膜的價帶頂的能量(EV_OS)與氧化物半導體膜的導帶底的能量(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，在熱脫附譜分析法(TDS)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，典型的是氨的釋放量為1×1018/cm3以上且5×1019/cm3以下。注意，上述氨釋放量為在TDS中的加熱處理的溫度為50℃以上且650℃以下或者50℃以上且550℃以下的範圍內被釋放的氨的總量。此外，上述氨釋放量為在TDS中換算為氨分子的總量。
絕緣膜134具有電晶體Tr1及電晶體Tr2的保護絕緣膜的功能。
絕緣膜134包含氫和氮中的任一個或兩個。另外，絕緣膜134包含氮及矽。此外，絕緣膜134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134，能夠防止氧從氧化物半導體膜108及氧化物半導體膜128擴散到外部，並且能夠防止絕緣膜114、116、124、126所包含的氧擴散到外部，還能夠防止氫、水等從外部侵入氧化物半導體膜108、128中。
作為絕緣膜134，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。
絕緣膜136及絕緣膜140具有使起因於電晶體等的凹凸等平坦的功能。絕緣膜136及絕緣膜140只要具有絕緣性即可，使用無機材料或有機材料形成。作為該無機材料，可以舉出氧化矽膜、氧氮化矽膜、氮氧化矽膜、氮化矽膜、氧化鋁膜、氮化鋁膜等。作為該有機材料，例如可以舉出丙烯酸樹脂或聚醯亞胺樹脂等感光性樹脂材料。
[氧化物半導體膜]
作為氧化物半導體膜128，可以使用與氧化物半導體膜108同樣的材料。
[EL層]
EL層150具有發光功能，並至少包括發光層。此外，除了該發光層之外，EL層150還包括電洞注入層、電洞傳輸層、電子傳輸層及電子注入層等功能層。EL層150可以使用低分子化合物及高分子化合物。
本實施方式的至少一部分可以與本說明書所記載的其他實施方式適當地組合而實施。
實施方式5
下面，參照圖28和圖29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。
〈5-1.顯示面板的結構實例〉
圖28是本發明的一個實施方式的顯示面板600的立體示意圖。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28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28示出在基板651上安裝有IC673及FPC672的例子。由此，圖28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28示出利用COG(Chip On Glass：晶粒玻璃接合)方式等對基板6651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28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28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。
〈5-2.剖面結構實例〉
圖29示出圖28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、其一部分被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29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，當使用陰影遮罩(金屬遮罩)形成EL層644及導電層645a時，絕緣膜647可以具有抑制該陰影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的雙面上的導電膜藉由形成在絕緣膜620中的開口彼此電連接的部分。
在基板651與基板661不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膜。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膜和導電膜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29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膜的接觸面積，從而可以降低接觸電阻並抑制接觸不良等間題發生。
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29中，作為電路659的例子，示出設置有電晶體601的例子。
在圖29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
面板大型化或高解析度化時佈線數增多，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材上依次形成導電膜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和支撐基材。之後，藉由在剝離層與絕緣膜620的介面及剝離層與導電膜635的介面進行剝離，去除支撐基材及剝離層。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與導電膜635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。
〈5-3.各組件〉
下面，說明上述各組件。此外，省略具有與上述實施方式所示的功能同樣的功能的結構的說明。
[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。
〈5-4.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材上形成元件層之後分離元件層與支撐基材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材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材上後將其轉置於基板的方法時，首先在支撐基材上層疊剝離層和絕緣層，在該絕緣層上形成元件層。接著，將元件層與支撐基材之間進行剝離並將元件層轉置於基板。此時，選擇在支撐基材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材及剝離層，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材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係數的差異，對支撐基材進行加熱或冷卻而進行剝離。
另外，當能夠在支撐基材與絕緣層的介面進行剝離時，可以不設置剝離層。
例如，也可以作為支撐基材使用玻璃，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，也可以在支撐基材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。
本實施方式的至少一部分可以與本說明書所記載的其他實施方式適當地組合而實施。
實施方式6
在本實施方式中，使用圖30A至圖30C說明包括本發明的一個實施方式的半導體裝置的顯示裝置。
〈6.顯示裝置的電路結構〉
圖30A所示的顯示裝置包括：具有顯示元件的像素的區域(以下稱為像素部502)；配置在像素部502外側並具有用來驅動像素的電路的電路部(以下稱為驅動電路部504)；具有保護元件的功能的電路(以下稱為保護電路506)；以及端子部507。此外，也可以不設置保護電路506。
驅動電路部504的一部分或全部與像素部502較佳為形成在同一基板上。由此，可以減少構件的數量及端子的數量。當驅動電路部504的一部分或全部與像素部502不形成在同一基板上時，驅動電路部504的一部分或全部可以藉由COG或TAB(Tape Automated Bonding：捲帶自動接合)安裝。
像素部502包括用來驅動配置為X行(X為2以上的自然數)Y列(Y為2以上的自然數)的多個顯示元件的電路(以下稱為像素電路501)，驅動電路部504包括輸出用來選擇像素的信號(掃描信號)
的電路(以下稱為閘極驅動器504a)以及供應用來驅動像素中的顯示元件的信號(資料信號)的電路(以下稱為源極驅動器504b)等驅動電路。
閘極驅動器504a具有移位暫存器等。閘極驅動器504a藉由端子部507接收用來驅動移位暫存器的信號並輸出信號。例如，閘極驅動器504a被輸入啟動脈衝信號、時脈信號等並輸出脈衝信號。閘極驅動器504a具有控制被供應掃描信號的佈線(以下稱為掃描線GL_1至GL_X)的電位的功能。另外，也可以設置多個閘極驅動器504a，並藉由多個閘極驅動器504a各別控制掃描線GL_1至GL_X。或者，閘極驅動器504a具有供應初始化信號的功能。但是，不侷限於此，閘極驅動器504a也可以供應其他信號。
源極驅動器504b具有移位暫存器等。源極驅動器504b藉由端子部507接收用來驅動移位暫存器的信號和從其中得出資料信號的信號(影像信號)。源極驅動器504b具有根據影像信號生成寫入到像素電路501的資料信號的功能。另外，源極驅動器504b具有依照由於啟動脈衝信號、時脈信號等的輸入產生的脈衝信號來控制資料信號的輸出的功能。另外，源極驅動器504b具有控制被供應資料信號的佈線(以下稱為資料線DL_1至DL_Y)的電位的功能。或者，源極驅動器504b具有供應初始化信號的功能。但是，不侷限於此，源極驅動器504b可以供應其他信號。
源極驅動器504b例如使用多個類比開關等來構成。源極驅動器504b藉由依次使多個類比開關開啟而可以輸出對影像信號進行時間分割所得到的信號作為資料信號。此外，也可以使用移位暫存器等構成源極驅動器504b。
脈衝信號及資料信號分別藉由被供應掃描信號的多個掃描線GL
之一及被供應資料信號的多個資料線DL之一被輸入到多個像素電路501的每一個。另外，閘極驅動器504a控制多個像素電路501的每一個中的資料信號的寫入及保持。例如，脈衝信號藉由掃描線GL_m(m是X以下的自然數)從閘極驅動器504a被輸入到第m行第n列的像素電路501，資料信號根據掃描線GL_m的電位藉由資料線DL_n(n是Y以下的自然數)從源極驅動器504b被輸入到第m行第n列的像素電路501。
圖30A所示的保護電路506例如連接於作為閘極驅動器504a和像素電路501之間的佈線的掃描線GL。或者，保護電路506連接於作為源極驅動器504b和像素電路501之間的佈線的資料線DL。或者，保護電路506可以連接於閘極驅動器504a和端子部507之間的佈線。或者，保護電路506可以連接於源極驅動器504b和端子部507之間的佈線。此外，端子部507是指設置有用來從外部的電路對顯示裝置輸入電力、控制信號及影像信號的端子的部分。
保護電路506是在對與其連接的佈線供應一定範圍之外的電位時使該佈線與其他佈線之間導通的電路。
如圖30A所示，藉由對像素部502和驅動電路部504設置保護電路506，可以提高顯示裝置對因ESD(Electro Static Discharge：靜電放電)等而產生的過電流的耐性。但是，保護電路506的結構不侷限於此，例如，也可以採用將閘極驅動器504a與保護電路506連接的結構或將源極驅動器504b與保護電路506連接的結構。或者，也可以採用將端子部507與保護電路506連接的結構。
另外，雖然在圖30A中示出由閘極驅動器504a和源極驅動器504b形成驅動電路部504的例子，但不侷限於此。例如，也可以只形成閘極驅動器504a並安裝形成有另外準備的源極驅動電路的基板(例如，
由單晶半導體膜或多晶半導體膜形成的驅動電路基板)。
另外，圖30A所示的多個像素電路501例如可以採用圖30B所示的結構。
圖30B所示的像素電路501包括液晶元件570、電晶體550以及電容器560。可以將前面的實施方式所示的電晶體適用於電晶體550。
根據像素電路501的規格適當地設定液晶元件570的一對電極中的一個的電位。根據被寫入的資料設定液晶元件570的配向狀態。此外，也可以對多個像素電路501的每一個所具有的液晶元件570的一對電極中的一個供應共用電位。此外，對一個行內的像素電路501所具有的液晶元件570的一對電極之一供應的電位可以不同於對另一行內的像素電路501所具有的液晶元件570的一對電極之一供應的電位。
例如，作為包括液晶元件570的顯示裝置的驅動方法也可以使用如下模式：TN模式；STN模式；VA模式；ASM(Axially Symmetric aligned Micro-cell：軸對稱排列微單元)模式；OCB(Optically Compensated Birefringence：光學補償彎曲)模式；FLC(Ferroelectric Liquid Crystal：鐵電性液晶)模式；AFLC(AntiFerroelectric Liquid Crystal：反鐵電液晶)模式；MVA模式；PVA(Patterned Vertical Alignment：垂直配向構型)模式；IPS模式；FFS模式或TBA(Transverse Bend Alignment：橫向彎曲配向)模式等。另外，作為顯示裝置的驅動方法，除了上述驅動方法之外，還有ECB(Electrically Controlled Birefringence：電控雙折射)模式、PDLC(Polymer Dispersed Liquid Crystal：聚合物分散液晶)模式、PNLC(Polymer Network Liquid Crystal：聚合物網路液晶)模式、賓主模式等。但是，不侷限於此，作為液晶元件及其驅動方式可以使用各種液晶元件及驅動方式。
在第m行第n列的像素電路501中，電晶體550的源極電極和汲極電極中的一個與資料線DL_n電連接，源極電極和汲極電極中的另一個與液晶元件570的一對電極中的另一個電極電連接。電晶體550的閘極電極與掃描線GL_m電連接。電晶體550具有控制資料信號的寫入的功能。
電容器560的一對電極中的一個電極與被供應電位的佈線(以下，稱為電位供應線VL)電連接，另一個電極與液晶元件570的一對電極中的另一個電極電連接。此外，根據像素電路501的規格適當地設定電位供應線VL的電位。電容器560具有儲存被寫入的資料的儲存電容器的功能。
例如，在包括圖30B所示的像素電路501的顯示裝置中，藉由圖30A所示的閘極驅動器504a依次選擇各行的像素電路501，並使電晶體550開啟而寫入資料信號。
當電晶體550被關閉時，被寫入資料的像素電路501成為保持狀態。藉由按行依次進行上述步驟，可以顯示影像。
圖30A所示的多個像素電路501例如可以採用圖30C所示的結構。
圖30C所示的像素電路501包括電晶體552、554、電容器562以及發光元件572。可以將前面的實施方式所示的電晶體應用於電晶體552和/或電晶體554。
電晶體552的源極電極和汲極電極中的一個電連接於被供應資料信號的佈線(以下，稱為信號線DL_n)。並且，電晶體552的閘極電極電連接於被供應閘極信號的佈線(以下，稱為掃描線GL_m)。
電晶體552具有控制資料信號的寫入的功能。
電容器562的一對電極中的一個電極電連接於被供應電位的佈線(以下，稱為電位供應線VL_a)，另一個電極電連接於電晶體552的源極電極和汲極電極中的另一個。
電容器562具有儲存被寫入的資料的儲存電容器的功能。
電晶體554的源極電極和汲極電極中的一個電連接於電位供應線VL_a。並且，電晶體554的閘極電極電連接於電晶體552的源極電極和汲極電極中的另一個。
發光元件572的陽極和陰極中的一個電連接於電位供應線VL_b，另一個電連接於電晶體554的源極電極和汲極電極中的另一個。
作為發光元件572，例如可以使用有機電致發光元件(也稱為有機EL元件)等。注意，發光元件572並不侷限於有機EL元件，也可以使用由無機材料構成的無機EL元件。
此外，電位供應線VL_a和電位供應線VL_b中的一個被供應高電源電位VDD，另一個被供應低電源電位VSS。
例如，在包括圖30C所示的像素電路501的顯示裝置中，藉由圖30A所示的閘極驅動器504a依次選擇各行的像素電路501，並使電晶體552開啟而寫入資料信號。
當電晶體552被關閉時，被寫入資料的像素電路501成為保持狀態。並且，流過電晶體554的源極電極與汲極電極之間的電流量根據寫入的資料信號的電位被控制，發光元件572以對應於流過的電流量
的亮度發光。藉由按行依次進行上述步驟，可以顯示影像。
本實施方式的至少一部分可以與本說明書所記載的其他實施方式適當地組合而實施。
實施方式7
在本實施方式中，參照圖31至圖34B對包括本發明的一個實施方式的半導體裝置的顯示模組、電子裝置進行說明。
〈7-1.顯示模組〉
圖31所示的顯示模組7000在上蓋7001與下蓋7002之間包括連接於FPC7003的觸控面板7004、連接於FPC7005的顯示面板7006、背光7007、框架7009、印刷電路板7010、電池7011。
例如可以將本發明的一個實施方式的半導體裝置用於顯示面板7006。
上蓋7001及下蓋7002可以根據觸控面板7004及顯示面板7006的尺寸可以適當地改變形狀或尺寸。
觸控面板7004能夠是電阻膜式觸控面板或電容式觸控面板，並且能夠被形成為與顯示面板7006重疊。此外，也可以使顯示面板7006的相對基板(密封基板)具有觸控面板的功能。另外，也可以在顯示面板7006的各像素內設置光感測器，而形成光學觸控面板。
背光7007具有光源7008。注意，雖然在圖31中例示出在背光7007上配置光源7008的結構，但是不侷限於此。例如，可以在背光7007的端部設置光源7008，並使用光擴散板。當使用有機EL元件等自發光
型發光元件時，或者當使用反射型面板等時，可以採用不設置背光7007的結構。
框架7009除了具有保護顯示面板7006的功能以外還具有用來遮斷因印刷電路板7010的工作而產生的電磁波的電磁屏蔽的功能。此外，框架7009也可以具有散熱板的功能。
印刷電路板7010具有電源電路以及用來輸出視訊信號及時脈信號的信號處理電路。作為對電源電路供應電力的電源，既可以採用外部的商業電源，又可以採用利用另行設置的電池7011的電源。當使用商業電源時，可以省略電池7011。
此外，在顯示模組7000中還可以設置偏光板、相位差板、稜鏡片等構件。
〈7-2.電子裝置1〉
此外，圖32A至圖32E示出電子裝置的一個例子。
圖32A是安裝有取景器8100的照相機8000的外觀圖。
照相機8000包括外殼8001、顯示部8002、操作按鈕8003、快門按鈕8004等。另外，照相機8000安裝有可裝卸的鏡頭8006。
在此，照相機8000具有能夠從外殼8001拆卸下鏡頭8006而交換的結構，鏡頭8006和外殼也可以被形成為一體。
藉由按下快門按鈕8004，照相機8000可以進行成像。另外，顯示部8002被用作觸控面板，也可以藉由觸摸顯示部8002進行成像。
照相機8000的外殼8001包括具有電極的嵌入器，除了可以與取景器8100連接以外，還可以與閃光燈裝置等連接。
取景器8100包括外殼8101、顯示部8102以及按鈕8103等。
外殼8101包括嵌合到照相機8000的嵌入器的嵌入器，可以將取景器8100安裝到照相機8000。另外，該嵌入器包括電極，可以將從照相機8000經過該電極接收的影像等顯示到顯示部8102上。
按鈕8103被用作電源按鈕。藉由利用按鈕8103，可以切換顯示部8102的顯示或非顯示。
本發明的一個實施方式的顯示裝置可以適用於照相機8000的顯示部8002及取景器8100的顯示部8102。
另外，在圖32A中，照相機8000與取景器8100是分開且可拆卸的電子裝置，但是也可以在照相機8000的外殼8001中內置有具備顯示裝置的取景器。
此外，圖32B是示出頭戴顯示器8200的外觀的圖。
頭戴顯示器8200包括安裝部8201、鏡頭8202、主體8203、顯示部8204以及電纜8205等。另外，在安裝部8201中內置有電池8206。
藉由電纜8205，將電力從電池8206供應到主體8203。主體8203具備無線接收器等，能夠將所接收的影像資料等的影像資訊顯示到顯示部8204上。另外，藉由利用設置在主體8203中的相機捕捉使用者的眼球及眼瞼的動作，並根據該資訊算出使用者的視點的座標，可以利用使用者的視點作為輸入方法。
另外，也可以對安裝部8201的被使用者接觸的位置設置多個電極。主體8203也可以具有藉由檢測出根據使用者的眼球的動作而流過電極的電流，識別使用者的視點的功能。此外，主體8203可以具有藉由檢測出流過該電極的電流來監視使用者的脈搏的功能。安裝部8201可以具有溫度感測器、壓力感測器、加速度感測器等各種感測器，也可以具有將使用者的生物資訊顯示在顯示部8204上的功能。另外，主體8203也可以檢測出使用者的頭部的動作等，並與使用者的頭部的動作等同步地使顯示在顯示部8204上的影像變化。
可以對顯示部8204適用本發明的一個實施方式的顯示裝置。
圖32C、圖32D及圖32E是示出頭戴顯示器8300的外觀的圖。頭戴顯示器8300包括外殼8301、顯示部8302、帶狀的固定工具8304以及一對鏡頭8305。
使用者可以藉由鏡頭8305看到顯示部8302上的顯示。較佳的是，彎曲配置顯示部8302。藉由彎曲配置顯示部8302，使用者可以感受高真實感。注意，在本實施方式中，例示出設置一個顯示部8302的結構，但是不侷限於此，例如也可以採用設置兩個顯示部8302的結構。此時，在將每個顯示部配置在使用者的每個眼睛一側時，可以進行利用視差的三維顯示等。
可以將本發明的一個實施方式的顯示裝置適用於顯示部8302。因為包括本發明的一個實施方式的半導體裝置的顯示裝置具有極高的解析度，所以即使如圖32E那樣地使用鏡頭8305放大，也可以不使使用者看到像素而可以顯示現實感更高的影像。
〈7-3.電子裝置2〉
接著，圖33A至圖33G示出與圖32A至圖32E所示的電子裝置不同的電子裝置的例子。
圖33A至圖33G所示的電子裝置包括外殼9000、顯示部9001、揚聲器9003、操作鍵9005(包括電源開關或操作開關)、連接端子9006、感測器9007(該感測器具有測量如下因素的功能：力、位移、位置、速度、加速度、角速度、轉速、距離、光、液、磁、溫度、化學物質、聲音、時間、硬度、電場、電流、電壓、電力、輻射線、流量、濕度、傾斜度、振動、氣味或紅外線)、麥克風9008等。
圖33A至圖33G所示的電子裝置具有各種功能。例如，可以具有如下功能：將各種資訊(靜態影像、動態影像、文字影像等)顯示在顯示部上的功能；觸控面板的功能；顯示日曆、日期或時間等的功能；藉由利用各種軟體(程式)控制處理的功能；進行無線通訊的功能；藉由利用無線通訊功能來連接到各種電腦網路的功能；藉由利用無線通訊功能，進行各種資料的發送或接收的功能；讀出儲存在存儲介質中的程式或資料來將其顯示在顯示部上的功能；等。注意，圖33A至圖33G所示的電子裝置可具有的功能不侷限於上述功能，而可以具有各種功能。另外，雖然在圖33A至圖33G中未圖示，但是電子裝置可以包括多個顯示部。此外，也可以在該電子裝置中設置照相機等而使其具有如下功能：拍攝靜態影像的功能；拍攝動態影像的功能；將所拍攝的影像儲存在存儲介質(外部存儲介質或內置於照相機的存儲介質)中的功能；將所拍攝的影像顯示在顯示部上的功能；等。
下面，詳細地說明圖33A至圖33G所示的電子裝置。
圖33A是示出電視機9100的立體圖。可以將例如是50英寸以上或100英寸以上的大型的顯示部9001組裝到電視機9100。
圖33B是示出可攜式資訊終端9101的立體圖。可攜式資訊終端9101例如具有電話機、電子筆記本和資訊閱讀裝置等中的一種或多種的功能。明確而言，可以將其用作智慧手機。另外，可攜式資訊終端9101可以設置有揚聲器、連接端子、感測器等。另外，可攜式資訊終端9101可以將文字及影像資訊顯示在其多個面上。例如，可以將三個操作按鈕9050(還稱為操作圖示或只稱為圖示)顯示在顯示部9001的一個面上。另外，可以將由虛線矩形表示的資訊9051顯示在顯示部9001的另一個面上。此外，作為資訊9051的例子，可以舉出提示收到來自電子郵件、SNS(Social Networking Services：社交網路服務)或電話等的資訊的顯示；電子郵件或SNS等的標題；電子郵件或SNS等的發送者姓名；日期；時間；電量；以及天線接收強度等。或者，可以在顯示有資訊9051的位置上顯示操作按鈕9050等代替資訊9051。
圖33C是示出可攜式資訊終端9102的立體圖。可攜式資訊終端9102具有將資訊顯示在顯示部9001的三個以上的面上的功能。在此，示出資訊9052、資訊9053、資訊9054分別顯示於不同的面上的例子。例如，可攜式資訊終端9102的使用者能夠在將可攜式資訊終端9102放在上衣口袋裡的狀態下確認其顯示(這裡是資訊9053)。明確而言，將打來電話的人的電話號碼或姓名等顯示在能夠從可攜式資訊終端9102的上方觀看這些資訊的位置。使用者可以確認到該顯示而無需從口袋裡拿出可攜式資訊終端9102，由此能夠判斷是否接電話。
圖33D是示出手錶型可攜式資訊終端9200的立體圖。可攜式資訊終端9200可以執行行動電話、電子郵件、文章的閱讀及編輯、音樂播放、網路通訊、電腦遊戲等各種應用程式。此外，顯示部9001的顯示面被彎曲，能夠在所彎曲的顯示面上進行顯示。另外，可攜式資訊終端9200可以進行被通訊標準化的近距離無線通訊。例如，藉由與可進行無線通訊的耳麥相互通訊，可以進行免提通話。此外，可攜式資訊終端9200包括連接端子9006，可以藉由連接器直接與其他資訊終端進
行資料的交換。另外，也可以藉由連接端子9006進行充電。此外，充電工作也可以利用無線供電進行，而不藉由連接端子9006。
圖33E、圖33F和圖33G是示出能夠折疊的可攜式資訊終端9201的立體圖。另外，圖33E是展開狀態的可攜式資訊終端9201的立體圖，圖33F是從展開狀態和折疊狀態中的一個狀態變為另一個狀態的中途的狀態的可攜式資訊終端9201的立體圖，圖33G是折疊狀態的可攜式資訊終端9201的立體圖。可攜式資訊終端9201在折疊狀態下可攜性好，在展開狀態下因為具有無縫拼接的較大的顯示區域而其顯示的一覽性強。可攜式資訊終端9201所包括的顯示部9001由鉸鏈9055所連接的三個外殼9000來支撐。藉由鉸鏈9055使兩個外殼9000之間彎折，可以從可攜式資訊終端9201的展開狀態可逆性地變為折疊狀態。例如，可以以1mm以上且150mm以下的曲率半徑使可攜式資訊終端9201彎曲。
接著，圖34A和圖34B示出與圖32A至圖32E、圖33A至圖33G所示的電子裝置不同的電子裝置的例子。圖34A和圖34B是包括多個顯示面板的顯示裝置的立體圖。圖34A是多個顯示面板被捲繞時的立體圖，圖34B是展開多個顯示面板時的立體圖。
圖34A和圖34B所示的顯示裝置9500包括多個顯示面板9501、軸部9511、軸承部9512。多個顯示面板9501都包括顯示區域9502、具有透光性的區域9503。
多個顯示面板9501具有撓性。以其一部分互相重疊的方式設置相鄰的兩個顯示面板9501。例如，可以重疊相鄰的兩個顯示面板9501的各具有透光性的區域9503。藉由使用多個顯示面板9501，可以實現螢幕大的顯示裝置。另外，根據使用情況可以捲繞顯示面板9501，所以可以實現通用性高的顯示裝置。
圖34A和圖34B示出相鄰的顯示面板9501的顯示區域9502彼此分開的情況，但是不侷限於此，例如，也可以藉由沒有間隙地重疊相鄰的顯示面板9501的顯示區域9502，實現連續的顯示區域9502。
本實施方式所示的電子裝置具有包括用來顯示某些資訊的顯示部的特徵。注意，本發明的一個實施方式的半導體裝置也可以應用於不包括顯示部的電子裝置。
本實施方式的至少一部分可以與本說明書所記載的其他實施方式適當地組合而實施。
實施例1
在本實施例中，製造本發明的一個實施方式的電晶體。此外，對電晶體的Id-Vg特性進行測量，且進行GBT測試。
[電晶體的製造]
下面，製造相當於上述電晶體100E的電晶體，對該電晶體的電特性進行評價。在本實施例中，製造以下樣本A1及樣本A2。
此外，樣本A1及樣本A2是形成有電晶體的樣本，各電晶體的通道長度L分別為3μm及6μm，通道寬度W都為50μm。
[樣本A1及樣本A2的製造方法]
首先，使用濺射裝置在玻璃基板上形成厚度為100nm的鎢膜。接著，利用光微影法對該導電膜進行加工，形成被用作第一閘極電極的導電膜104。
接著，在基板及導電膜上層疊四層的絕緣膜，形成被用作第一閘極絕緣膜的絕緣膜106(參照圖7A)。絕緣膜106使用電漿增強化學氣相沉積(PECVD)裝置在真空中連續地形成。作為絕緣膜106，從下層形成厚度為50nm的氮化矽膜、厚度為300nm的氮化矽膜、厚度為50nm的氮化矽膜、厚度為50nm的氧氮化矽膜。
接著，在絕緣膜106上依次形成氧化物半導體膜108_1_0及氧化物半導體膜108_2_0(參照圖7C)。下面，藉由將該層疊的氧化物半導體膜加工為島狀，形成氧化物半導體膜108(參照圖8A)。氧化物半導體膜108_1_0使用厚度為20nm的In-Ga-Zn膜，氧化物半導體膜108_2_0使用厚度為25nm的In-Ga-Zn膜。
氧化物半導體膜108_1_0在如下條件下形成：基板溫度為130℃，將流量為180sccm的氬氣體和流量為20sccm的氧氣體導入到濺射裝置的處理室內，壓力為0.6Pa，對包含銦、鎵和鋅的金屬氧化物靶材(In：Ga：Zn=4：2：4.1[原子個數比])施加2.5kW的交流電力。注意，有時將沉積氣體整體中所佔的氧的比率稱為“氧流量比”。形成氧化物半導體膜108_1_0時的氧流量比為10%。
氧化物半導體膜108_2_0在氧化物半導體膜108_1_0的成膜條件中不同的濺射氣體的流量的條件下形成。明確而言，停止對處理室導入氧氣體，將流量為200sccm的氧氣體導入到濺射裝置的處理室內來形成。此外，形成氧化物半導體膜108_2_0時的氧流量比為100%。
接著，進行加熱處理。將加熱溫度設定為350℃，在氮氛圍下進行1小時的加熱處理，然後在氮和氧的混合氣體氛圍下進行1小時的加熱處理。
接著，在絕緣膜106及氧化物半導體膜108上形成導電膜，對該導
電膜進行加工，由此形成導電膜112a、112b。在此，作為導電膜，使用濺射裝置依次形成厚度為30nm的第一鈦膜和厚度為200nm的銅膜(參照圖8C)。接著，藉由光微影法對銅膜進行蝕刻，然後使用濺射裝置形成厚度為50nm的第二鈦膜。接著，藉由光微影法，對第一鈦膜及第二鈦膜進行蝕刻，由此形成具有圖8C所示的形狀的導電膜112a、112b。
接著，使用磷酸對氧化物半導體膜108的表面(背後通道一側)進行洗滌。
接著，在絕緣膜106、氧化物半導體膜108及導電膜112a、112b上形成絕緣膜114，在絕緣膜114上形成絕緣膜116(參照圖9A)。絕緣膜114及絕緣膜116使用電漿增強化學氣相沉積(PECVD)裝置在真空中連續地形成。作為絕緣膜114使用厚度為30nm的氧氮化矽膜，作為絕緣膜116使用厚度為400nm的氧氮化矽膜。
接著，進行加熱處理。將加熱溫度設定為350℃，在氮氛圍下進行1小時的加熱處理。
接著，在絕緣膜116上形成導電膜(未圖示)。作為導電膜，使用濺射裝置形成厚度為6nm的ITSO膜。
接著，藉由電漿處理法使氧經由導電膜，對絕緣膜116添加氧。在電漿處理法中，在包含氧氣體的氛圍下進行電漿放電。
接著，對導電膜進行蝕刻。
接著，在絕緣膜116上形成絕緣膜。絕緣膜使用電漿增強化學氣相沉積(PECVD)裝置，形成厚度為100nm的氮化矽膜。
接著，在絕緣膜的所希望的區域中形成開口部。作為開口部的形成方法，利用乾蝕刻法。
接著，以填充開口部的方式形成導電膜，將該導電膜加工為島狀，由此形成被用作第二閘極電極的導電膜。作為該導電膜，使用濺射裝置形成厚度為100nm的ITSO膜。
接著，在絕緣膜及導電膜上形成絕緣膜。作為絕緣膜，使用厚度為1.5μm的丙烯酸類感光性樹脂。
如上所述，製造樣本A1及樣本A2。
[電晶體的Id-Vg特性]
接著，測量上面製造的樣本A1及樣本A2的電晶體的Id-Vg特性。作為電晶體的Id-Vg特性的測量條件，施加到被用作第一閘極電極的導電膜的電壓(以下，也稱為閘極電壓(Vg))以及施加到被用作第二閘極電極的導電膜的電壓(以下，也稱為Vbg)從-10V每隔0.25V變化到+10V。另外，將對被用作源極電極的導電膜施加的電壓(以下，也稱為源極電壓(Vs))設定為0V(comm)，將對被用作汲極電極的導電膜施加的電壓(以下，也稱為汲極電壓(Vd))設定為0.1V和20V。
圖35A和圖35B分別示出樣本A1及樣本A2的Id-Vg特性結果。在圖35A和圖35B中，第一縱軸表示Id(A)，第二縱軸表示場效移動率(μFE(cm2/Vs))，橫軸表示Vg(V)。注意，場效移動率是指在Vd為20V時測量的值。
從圖35A和圖35B可知，可以製造場效移動率高且具有優良的開關特性的電晶體。
[閘極偏壓-熱應力測試(GBT測試)]
接著，對上述樣本A2進行可靠性評價。作為可靠性評價，利用GBT(Gate Bias Temperature)測試。
本實施例的GBT測試條件為如下：將施加到被用作第一閘極電極的導電膜及被用作第二閘極電極的導電膜的電壓(以下，稱為閘極電壓(Vg))設定為±30V；將施加到被用作源極電極及汲極電極的導電膜的電壓(以下，分別被稱為汲極電壓(Vd)、源極電壓(Vs))設定為0V(COMMON)；施壓溫度為60℃；以及施壓時間為1小時，並且在黑暗環境及光照射環境(使用白色LED照射10000lx左右的光)的兩種環境。就是說，將電晶體的源極電極和汲極電極的電位設定為相同的電位，並且在固定時間內(這裡，1小時)對第一閘極電極及第二閘極電極施加與源極電極及汲極電極不同的電位。
另外，將施加到第一閘極電極及第二閘極電極的電位比源極電極及汲極電極的電位高的情況稱為正應力，而將施加到第一閘極電極及第二閘極電極的電位比源極電極及汲極電極的電位低的情況稱為負應力。因此，與測量環境組合而在正GBT(黑暗)、負GBT(黑暗)、正GBT(光照射)以及負GBT(光照射)的四種條件下進行可靠性評價。另外，下面將正GBT(黑暗)表示為PBTS(Positive Bias Temperature Stress)，將負GBT(黑暗)表示為NBTS(Negative Bias Temperature Stress)，將正GBT(光照射)表示為PBITS(Positive Bias Illumination Temperature Stress)，將負GBT(光照射)表示為NBITS(Negative Bias Illumination Temperature Stress)。
圖36示出樣本A2的GBT測試結果。此外，在圖36中，左側表示電晶體的臨界電壓的變化量(△Vth)，右側表示Shift值的變化量(△Shift)。
注意，漂移值是指在電晶體的汲極電流(Id)-閘極電壓(Vg)特性中，以對數表示的汲極電流(Id)的最大傾斜度的切線與1×10-12A的軸的交點上的閘極電壓(Vg)。△Shift是指漂移值的變化量。
從圖36所示的結果可知，樣本A2所包括的電晶體的在GBT測試中臨界電壓的變化量(△Vth)及漂移值的變化量(△Shift)為±2V以內。由此可知樣本A2所包括的電晶體具有高可靠性。
實施例2
在本實施例中，利用本發明的一個實施方式製造電晶體。此外，對電晶體的Id-Vg特性進行測量，且進行GBT測試。
[電晶體的製造]
下面，製造相當於上述電晶體100E的電晶體，對該電晶體的電特性進行評價。在本實施例中，製造以下樣本B1及樣本B2。此外，樣本B1及樣本B2與樣本A1及樣本A2之間的不同之處在於：在樣本B1及樣本B2中，氧化物半導體膜108_1中的對於Zn的In的原子個數比大於氧化物半導體膜108_2中的對於Zn的In的原子個數比。
此外，樣本B1及樣本B2是形成有電晶體的樣本，各電晶體的通道長度L分別為3μm及6μm，通道寬度W都為50μm。
[樣本B1及B2的製造方法]
樣本B1及樣本B2所包括的氧化物半導體膜的製造方法與樣本A1及樣本A2所包括的氧化物半導體膜的製造方法不同。明確而言，用來形成氧化物半導體膜108_1_0的靶材的原子個數比與用來形成氧化物半導體膜108_2_0的靶材的原子個數比不同。
氧化物半導體膜108_1_0在如下條件下形成：基板溫度為130℃，將流量為180sccm的氬氣體和流量為20sccm的氧氣體導入到濺射裝置的處理室內，壓力為0.6Pa，對包含銦、鎵和鋅的金屬氧化物靶材(In：Ga：Zn=4：2：4.1[原子個數比])施加2.5kW的交流電力。注意，有時將沉積氣體整體中所佔的氧的比率稱為“氧流量比”。形成氧化物半導體膜108_1_0時的氧流量比為10%。此外，在使用原子個數比為In：Ga：Zn=4：2：4.1的靶材形成的In-Ga-Zn氧化物膜中，能隙大約為3.0eV，電子親和力大約為4.4eV。
氧化物半導體膜108_2_0在如下條件下形成：基板溫度為170℃，將流量為100sccm的氬氣體和流量為100sccm的氧氣體導入到濺射裝置的處理室內，壓力為0.6Pa，對包含銦、鎵和鋅的金屬氧化物靶材(In：Ga：Zn=1：1：1[原子個數比])施加0.5kW的交流電力。注意，有時將沉積氣體整體中所佔的氧的比率稱為“氧流量比”。形成氧化物半導體膜108_2_0時的氧流量比為50%。此外，在使用原子個數比為In：Ga：Zn=1：1：1的靶材形成的In-Ga-Zn氧化物膜中，能隙大約為3.2eV，電子親和力大約為4.7eV。
[電晶體的Id-Vg特性]
接著，對上述製造的樣本B1及樣本B2的電晶體的Id-Vg特性進行測量。此外，作為電晶體的Id-Vg特性的測量條件，採用與樣本A1及樣本A2同樣的測量條件。
圖37A和圖37B分別示出樣本B1及樣本B2的Id-Vg特性結果。在圖37A和圖37B中，第一縱軸表示Id(A)，第二縱軸表示場效移動率(μFE(cm2/Vs))，橫軸表示Vg(V)。注意，場效移動率是指在Vd為20V時測量的值。
從圖37A和圖37B可知，可以製造場效移動率高且具有優良的開關特性的電晶體。
[閘極偏壓一熱應力測試(GBT測試)]
接著，對上述樣本B2進行可靠性評價。作為可靠性評價，利用GBT測試。此外，作為GBT測試條件，採用與樣本A1及樣本A2同樣的測量條件。
圖38示出樣本B2的GBT測試結果。此外，在圖38中，左側表示電晶體的臨界電壓的變化量(△Vth)，右側表示Shift值的變化量(△Shift)。
注意，漂移值是指在電晶體的汲極電流(Id)一閘極電壓(Vg)特性中，以對數表示的汲極電流(Id)的最大傾斜度的切線與1×10-12A的軸的交點上的閘極電壓(Vg)。△Shift是指漂移值的變化量。
從圖38所示的結果可知，樣本B2所包括的電晶體的在GBT測試中臨界電壓的變化量(△Vth)及漂移值的變化量(△Shift)為±3V以內。由此可知樣本B2所包括的電晶體具有高可靠性。
本實施例的至少一部分可以與本說明書所記載的其他實施方式適當地組合而實施。
100‧‧‧電晶體
102‧‧‧基板
104‧‧‧導電膜
106‧‧‧絕緣膜
108‧‧‧氧化物半導體膜
108_1‧‧‧氧化物半導體膜
108_2‧‧‧氧化物半導體膜
112a‧‧‧導電膜
112b‧‧‧導電膜
114‧‧‧絕緣膜
116‧‧‧絕緣膜
118‧‧‧絕緣膜
Claims (9)
- 一種半導體裝置的製造方法，包括如下步驟：形成閘極電極；在該閘極電極上形成閘極絕緣膜；在該絕閘極緣膜上形成第一氧化物半導體膜；在該第一氧化物半導體膜上形成第二氧化物半導體膜；以及在該第二氧化物半導體膜上形成與其接觸的氧化物絕緣膜；其中，形成該第二氧化物半導體膜時的沉積氣體整體流量中所佔的氧氣體流量的比率高於形成該第一氧化物半導體膜時的沉積氣體整體流量中所佔的氧氣體流量的比率，並且，該第一氧化物半導體膜具有其結晶性低於該第二氧化物半導體膜的區域。
- 一種半導體裝置的製造方法，包括如下步驟：形成閘極電極；在該閘極電極上形成閘極絕緣膜；在該絕閘極緣膜上形成第一氧化物半導體膜；在該第一氧化物半導體膜上形成第二氧化物半導體膜；以及在該第二氧化物半導體膜上形成與其接觸的氧化物絕緣膜；其中，形成該第一氧化物半導體膜時的沉積氣體整體流量中所佔的氧氣體流量的比率為5%以上且15%以下，形成該第二氧化物半導體膜時的沉積氣體整體流量中所佔的氧氣體流量的比率為70%以上且100%以下，並且，該第一氧化物半導體膜具有其結晶性低於該第二氧化物半導體膜的區域。
- 一種半導體裝置的製造方法，包括如下步驟：形成閘極電極；在該閘極電極上形成閘極絕緣膜； 在該絕閘極緣膜上形成第一氧化物半導體膜；在該第一氧化物半導體膜上形成第二氧化物半導體膜；以及在該第二氧化物半導體膜上形成與其接觸的氧化物絕緣膜；其中，形成該第一氧化物半導體膜時的沉積氣體整體流量中所佔的氧氣體流量的比率為10%，形成該第二氧化物半導體膜時的沉積氣體整體流量中所佔的氧氣體流量的比率為100%，並且，該第一氧化物半導體膜具有其結晶性低於該第二氧化物半導體膜的區域。
- 根據申請專利範圍第1、2、3項中任一項之半導體裝置的製造方法，其中該第一氧化物半導體膜是利用濺射靶材形成，並且該第二氧化物半導體膜是利用該濺射靶材形成。
- 根據申請專利範圍第1、2、3項中任一項之半導體裝置的製造方法，其中該第一氧化物半導體膜及該第二氧化物半導體膜各自包含In、M和Zn，該M為Al、Ga、Y或Sn，並且在該In的比率為4的情況下，該M的比率為1.5以上且2.5以下，該Zn的比率為2以上且4以下。
- 根據申請專利範圍第1、2、3項中任一項之半導體裝置的製造方法，其中該第二氧化物半導體膜的厚度大於該第一氧化物半導體膜的厚度。
- 根據申請專利範圍第1、2、3項中任一項之半導體裝置的製造方法，其中該二氧化物半導體膜包括結晶部，並且該結晶部具有c軸配向性。
- 根據申請專利範圍第1、2、3項中任一項之半導體裝置的製造方法，其中形成該第二氧化物半導體膜時的基板溫度高於形成該第一 氧化物半導體膜時的基板溫度。
- 根據申請專利範圍第1、2、3項中任一項之半導體裝置的製造方法，其中該第一氧化物半導體膜及該第二氧化物半導體膜的每一個包含銦、元素M及鋅，該元素M為鋁、鎵、釔或錫，在該第一氧化物半導體膜中銦的比率高於該元素M的比率，並且，在該第二氧化物半導體膜中銦的比率高於該元素M的比率。
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