專利名稱：制造半導(dǎo)體裝置的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及包括作為元件包含晶體管等至少一個(gè)半導(dǎo)體元件的電路的半導(dǎo)體裝置及其制造方法。例如，本發(fā)明涉及作為部件包括安裝在電源電路中的功率器件、包括存儲器、閘流晶體管、轉(zhuǎn)換器、圖像傳感器等的半導(dǎo)體集成電路、以液晶顯示面板為代表的電光學(xué)裝置和包括發(fā)光元件的發(fā)光顯示裝置中的任何一種的電子裝置。在本說明書中，半導(dǎo)體 裝置一般是指能夠通過利用半導(dǎo)體特性而工作的裝置，因此電光裝置、半導(dǎo)體電路及電子裝置都是半導(dǎo)體裝置。
背景技術(shù)：
如通常在液晶顯示裝置中所見到的那樣，使用非晶硅、多晶硅等來制造在玻璃襯底等上形成的晶體管。雖然使用非晶硅制造的晶體管具有低場效應(yīng)遷移率，但是它具有能夠在更大玻璃襯底上形成的優(yōu)點(diǎn)。另外，雖然使用多晶硅制造的晶體管具有高場效應(yīng)遷移率，但是它具有不合適于更大玻璃襯底的缺點(diǎn)。與使用硅制造的晶體管不同，使用氧化物半導(dǎo)體制造晶體管，并將其應(yīng)用于電子裝置或光裝置的技術(shù)受到注目。例如，專利文獻(xiàn)I和專利文獻(xiàn)2公開了使用氧化鋅或基于In-Ga-Zn-O的氧化物作為氧化物半導(dǎo)體來制造晶體管并將這種晶體管用作顯示裝置的像素的開關(guān)元件等的技術(shù)。參考
專利文獻(xiàn)
專利文獻(xiàn)I日本專利申請公開2007-123861號公報(bào) 專利文獻(xiàn)2日本專利申請公開2007-96055號公報(bào)。

發(fā)明內(nèi)容
另外，大型顯示裝置已經(jīng)變得越來越普及。顯示屏幕的對角為40英寸至50英寸的家庭用電視機(jī)也已開始廣泛使用。使用常規(guī)氧化物半導(dǎo)體制造的晶體管的場效應(yīng)遷移率為10 cm2/Vs至20cm2/Vs。因?yàn)槭褂醚趸锇雽?dǎo)體制造的晶體管的場效應(yīng)遷移率是使用非晶硅制造的晶體管的的場效應(yīng)遷移率10倍以上，所以即使在大型顯示裝置中使用氧化物半導(dǎo)體制造的晶體管也能夠提供作為像素的開關(guān)元件充分的性能。但是，將使用氧化物半導(dǎo)體制造的晶體管用作半導(dǎo)體裝置的驅(qū)動器件，例如大型顯示裝置等的驅(qū)動電路中的開關(guān)元件時(shí)，有一定的限制。本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的目的在于通過形成具有高結(jié)晶性的程度的氧化物半導(dǎo)體層來實(shí)現(xiàn)更大襯底和制造具有所希望的高場效應(yīng)遷移率的晶體管，并且還實(shí)現(xiàn)大型顯示裝置或高性能的半導(dǎo)體裝置等的實(shí)用化。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，在襯底上形成第一多元氧化物半導(dǎo)體層以及在第一多元氧化物半導(dǎo)體層上形成單元氧化物半導(dǎo)體層；然后，通過在500°C以上且1000°C以下的溫度下，優(yōu)選在550°C以上且750°C以下的溫度下進(jìn)行加熱處理，從表面向內(nèi)部進(jìn)行結(jié)晶生長，以形成包含單晶區(qū)域的第一多元氧化物半導(dǎo)體層及包含單晶區(qū)域的單元氧化物半導(dǎo)體層；以及在包含單晶區(qū)域的單元氧化物半導(dǎo)體層上層疊包含單晶區(qū)域的第二多元氧化物半導(dǎo)體層。注意，包含單晶區(qū)域的第一多元氧化物半導(dǎo)體層、包含單晶區(qū)域的單元氧化物半導(dǎo)體層以及包含單晶區(qū)域的第二多元氧化物半導(dǎo)體層中的每個(gè)層的單晶區(qū)域是在其表面晶體取向一致的平板狀單晶區(qū)域。平板狀單晶區(qū)域具有平行于其表面的a-b面，并且在垂直于包含單晶區(qū)域的第一多元氧化物半導(dǎo)體層、包含單晶區(qū)域的單元氧化物半導(dǎo)體層以及包含單晶區(qū)域的第二多元氧化物半導(dǎo)體層的表面的方向上具有c軸。另外，包含單晶區(qū)域的第一多元氧化物半導(dǎo)體層、包含單晶區(qū)域的單元氧化物半導(dǎo)體層以及包含單晶區(qū)域的第二多元氧化物半導(dǎo)體層的c軸方向?qū)?yīng)于深度方向。以如下方式形成包含單晶區(qū)域的單元氧化物半導(dǎo)體層在第一多元氧化物半導(dǎo)體層上形成單元氧化物半導(dǎo)體層，以及然后，通過在500°C以上且1000°C以下的溫度下，優(yōu)選在550°C以上且750°C以下的溫度下進(jìn)行加熱處理，使得從表面向內(nèi)部進(jìn)行結(jié)晶生長。以從 表面沿深度方向進(jìn)行結(jié)晶生長的方式形成在包含單晶區(qū)域的單元氧化物半導(dǎo)體層的表面的并且在相同晶體方向上取向晶體的單晶區(qū)域；所以可以以不受到單元氧化物半導(dǎo)體層的基底部件的影響的方式形成單晶區(qū)域。另外，通過使用該包含單晶區(qū)域的單元氧化物半導(dǎo)體層作為晶種從第一多元氧化物半導(dǎo)體層的表面進(jìn)行外延生長或軸向生長，以進(jìn)行第一多元氧化物半導(dǎo)體層的結(jié)晶生長，使得可以以不受到第一多元氧化物半導(dǎo)體層的基底部件的影響的方式形成單晶區(qū)域。包含單晶區(qū)域的第二多元氧化物半導(dǎo)體層可以通過如下方式而形成在包含單晶區(qū)域的單元氧化物半導(dǎo)體層上形成第二多元氧化物半導(dǎo)體層，以及然后，通過在100°C以上且500°C以下的溫度下，優(yōu)選在150°C以上且400°C以下的溫度下進(jìn)行加熱處理，使得從包含單晶區(qū)域的單元氧化物半導(dǎo)體層的表面向上方的第二多元氧化物半導(dǎo)體層的表面進(jìn)行結(jié)晶生長。就是說，包含單晶區(qū)域的單元氧化物半導(dǎo)體層對于第二多元氧化物半導(dǎo)體層來說相當(dāng)于晶種。另外，包含單晶區(qū)域的第二多元氧化物半導(dǎo)體層可以通過如下方式而形成通過在200°C以上且600°C以下的溫度下，優(yōu)選在200°C以上且550°C以下的溫度下加熱的同時(shí)通常通過濺射法在包含單晶區(qū)域的單元氧化物半導(dǎo)體層上沉積第二多元氧化物半導(dǎo)體層，使得從包含單晶區(qū)域的單元氧化物半導(dǎo)體層的表面進(jìn)行外延生長或軸向生長，以及可以形成包含單晶區(qū)域的第二多元氧化物半導(dǎo)體層。就是說，包含單晶區(qū)域的單元氧化物半導(dǎo)體層對于包含單晶區(qū)域的第二多元氧化物半導(dǎo)體層來說相當(dāng)于晶種。因?yàn)橥ㄟ^使用包含單晶區(qū)域的單元氧化物半導(dǎo)體層作為晶種而進(jìn)行結(jié)晶生長，所以包含單晶區(qū)域的第一多元氧化物半導(dǎo)體層及包含單晶區(qū)域的第二多元氧化物半導(dǎo)體層具有與包含單晶區(qū)域的單元氧化物半導(dǎo)體層基本上相同的晶體方向。然后，將包含單晶區(qū)域的第一多元氧化物半導(dǎo)體層、包含單晶區(qū)域的單元氧化物半導(dǎo)體層以及包含單晶區(qū)域的第二多元氧化物半導(dǎo)體層蝕刻為島狀；在具有島狀的包含單晶區(qū)域的第二多元氧化物半導(dǎo)體層上形成源電極及漏電極；形成柵極絕緣層和柵電極，由此可以制造頂柵型晶體管。備選地，在襯底上形成柵電極及柵極絕緣層，在柵極絕緣層上形成包含單晶區(qū)域的第一多元氧化物半導(dǎo)體層、包含單晶區(qū)域的單元氧化物半導(dǎo)體層以及包含單晶區(qū)域的第二多元氧化物半導(dǎo)體層，將該包含單晶區(qū)域的第一多元氧化物半導(dǎo)體層、包含單晶區(qū)域的單元氧化物半導(dǎo)體層以及包含單晶區(qū)域的第二多元氧化物半導(dǎo)體層蝕刻為島狀，以及形成源電極及漏電極，由此可以制造底柵型晶體管。另外，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，一種包括薄膜晶體管的半導(dǎo)體裝置，該薄膜晶體管具有具有包含單晶區(qū)域的第一多元氧化物半導(dǎo)體層、包含單晶區(qū)域的單元氧化物半導(dǎo)體層以及包含單晶區(qū)域的第二多元氧化物半導(dǎo)體層的氧化物半導(dǎo)體疊層體，柵電極，設(shè)置在氧化物半導(dǎo)體疊層體與柵電極之間的柵極絕緣層，以及電連接于氧化物半導(dǎo)體疊層體的布線。優(yōu)選在幾乎不包含氫及水分的氣氛(氮?dú)夥铡⒀鯕夥栈蚋稍锟諝鈿夥盏?進(jìn)行用來形成包含單晶區(qū)域的第一多元氧化物半導(dǎo)體層及包含單晶區(qū)域的單元氧化物半導(dǎo)體層的加熱處理及用來形成包含單晶區(qū)域的第二多元氧化物半導(dǎo)體層的加熱處理。通過進(jìn)行該加熱處理，可以進(jìn)行用來使氫、水、羥基或氫化物等從單元氧化物半導(dǎo)體層及多元氧化物半導(dǎo) 體層中脫離的脫水化或脫氫化，而可以使得包含單晶區(qū)域的第一多元氧化物半導(dǎo)體層、包含單晶區(qū)域的單元氧化物半導(dǎo)體層以及包含單晶區(qū)域的第二多元氧化物半導(dǎo)體層高純度化。可以用以下方式來進(jìn)行加熱處理在惰性氣氛中進(jìn)行增加溫度，以及然后在過程期間氣氛轉(zhuǎn)換成包含氧的氣氛。在氧氣氛中進(jìn)行加熱處理的情況下，使氧化物半導(dǎo)體層氧化，由此可以修復(fù)氧缺陷。即使在高達(dá)450°C時(shí)對被進(jìn)行了該加熱處理的具有單晶區(qū)域的氧化物半導(dǎo)體層進(jìn)行使用熱脫附譜檢測法(Thermal Desorption Spectroscopy TDS)的測量,也未檢測水的兩個(gè)峰值中在300 V附近的水的至少一個(gè)峰值。在包含單晶區(qū)域的第一多元氧化物半導(dǎo)體層及包含單晶區(qū)域的第二多元氧化物半導(dǎo)體層各包含In時(shí)，在平板狀的單晶區(qū)域中，In的電子云相互重疊以相互連接，由此使得導(dǎo)電率σ增加。因此，可以增加晶體管的場效應(yīng)遷移率。被高純度化的包含單晶區(qū)域的第一多元氧化物半導(dǎo)體層、被高純度化的包含單晶區(qū)域的單元氧化物半導(dǎo)體層以及被高純度化的包含單晶區(qū)域的第二多元氧化物半導(dǎo)體層中，氫濃度為I X IO18CnT3以下，優(yōu)選為I X IO16CnT3以下，更優(yōu)選基本上是O ;載流子密度可以低于I X IO14CnT3，優(yōu)選低于I X 1012cnT3，更優(yōu)選低于測量下限以下的I. 45 X IOiciCnT3 ;以及能帶隙為2eV以上，優(yōu)選為2. 5eV以上，更優(yōu)選為3eV以上。注意，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的晶體管包含絕緣柵極場效應(yīng)晶體管(insulated-gate field-effect transistor (IGFET))和在其類別中的薄膜晶體管(TFT)0即使用作基底的襯底的材料為氧化物、氮化物和金屬等的任一材料，也可以制造具有高場效應(yīng)遷移率的晶體管，而實(shí)現(xiàn)大型顯示裝置和高性能半導(dǎo)體裝置等。


圖I是示出本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的截面 圖2A至2E是示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的制造半導(dǎo)體裝置的過程的截面 圖3是示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的制造過程的截面 圖4是示出氧化物半導(dǎo)體層的結(jié)晶生長的過程的圖；圖5A至5C是各示出氧化物半導(dǎo)體層的結(jié)晶生長的過程的 圖6A和6B是各示出氧化物半導(dǎo)體層的結(jié)晶生長的過程的 圖7A至7C是各示出氧化物半導(dǎo)體層的結(jié)晶結(jié)構(gòu)的 圖8A至SE是示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的制造過程的截面 圖9A至9D是示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的制造過程的截面 圖IOA和IOB是示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí) 施方式的半導(dǎo)體裝置的執(zhí)照過程的截面圖； 圖IlA至IlD是示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的制造過程的截面圖； 圖12A至12D是示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的制造過程的截面圖； 圖13A和13B是示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的制造過程的截面圖； 圖14A至14E是示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的制造過程的截面圖； 圖15A和15B是示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的制造過程的截面圖； 圖16是示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的制造過程的截面 圖17是示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的截面 圖18是示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的截面 圖19是示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的等效電路 圖20A和20B是示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的俯視圖及截面 圖21A和21B是示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的俯視圖及截面 圖22是示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的截面 圖23A至23E是各示出電子裝置的一個(gè)實(shí)施方式的 圖24是示出電子裝置的一個(gè)實(shí)施方式的圖。
具體實(shí)施例方式將參照附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的實(shí)施方式。注意，本發(fā)明不局限于以下說明，以及本領(lǐng)域技術(shù)人員可以很容易地理解在不脫離本發(fā)明的宗旨及范圍的情況下可以用各種各樣的方式來改變其模式及詳細(xì)內(nèi)容。因此，本發(fā)明不應(yīng)該被解釋為僅限于以下實(shí)施方式的說明。注意，在以下說明的本發(fā)明的結(jié)構(gòu)中，在不同附圖之間通過相同的附圖標(biāo)記表示相同部分或具有類似功能的部分，而不反復(fù)其說明。注意，在本說明書中所說明的每一個(gè)附圖中，每一個(gè)部件的大小或每一個(gè)層的厚度或區(qū)域在某些情況下為了清楚而被夸大。因此，本發(fā)明的實(shí)施方式不是一直限于這類尺度。注意，在本說明書中使用“第一”、“第二”以及“第三”等術(shù)語是為了避免部件之間的混同，而不是為了在數(shù)目上進(jìn)行限制的。因此，例如，可以適當(dāng)?shù)厥褂谩暗诙被颉暗谌钡却妗暗谝弧边M(jìn)行說明。注意，“電壓”是指兩個(gè)點(diǎn)之間的電位差，“電位”是指在靜電場中的某一點(diǎn)的單位電荷的靜電能(電位能量)。注意，一般來說，將某一點(diǎn)的電位與參考電位(例如接地電位)之間的電位差簡單地稱為電位或電壓，以及在很多情況下使用電位和電壓作為同義詞。因此，在本說明書中，除了另外指定，否則可將電位改述為電壓，以及可將電壓改述為電位。(實(shí)施方式I)
圖I是示出作為半導(dǎo)體裝置的結(jié)構(gòu)的一個(gè)實(shí)施方式的晶體管150的截面圖。注意，雖然這里說明的晶體管150是載流子為電子的η溝道型IGFET(Insulated Gate Field EffectTransistor :絕緣柵極場效應(yīng)晶體管)，但是晶體管150也可以是p溝道型IGFET。在本實(shí)施方式中，，將說明具有頂柵結(jié)構(gòu)的晶體管150。在圖I中所示的晶體管150中，在襯底100上，層疊包含單晶區(qū)域的第一多元氧化物半導(dǎo)體層103a、包含單晶區(qū)域的單元氧化物半導(dǎo)體層105a以及包含單晶區(qū)域的第二多元氧化物半導(dǎo)體層107a (氧化物半導(dǎo)體疊層體)，且在其上形成用作源電極及漏電極的布線108a、108b。另外，在包含單晶區(qū)域的第二多元氧化物半導(dǎo)體層107a及布線108a、108b上形成柵極絕緣層112，在柵極絕緣層112上形成柵電極114以便在柵極絕緣層112設(shè)置在其間的情況下面對包含單晶區(qū)域的第一多元氧化物半導(dǎo)體層103a、包含單晶區(qū)域的單元氧化物半導(dǎo)體層105a以及包含單晶區(qū)域的第二多元氧化物半導(dǎo)體層107a。此外，也可以在柵極絕緣層112及柵電極114上有絕緣層116。接著，將參照圖2A至2E、圖3、圖4、圖5A至圖5C、圖6A以及圖6B以及圖7A至7C 說明具有單晶區(qū)域的氧化物半導(dǎo)體疊層體的制造方法及使用該氧化物半導(dǎo)體疊層體而形成的薄膜晶體管。在襯底100上形成第一多元氧化物半導(dǎo)體層102，并且在第一多元氧化物半導(dǎo)體層102上形成單元氧化物半導(dǎo)體層104 (參照圖2A)。襯底100至少需要具有能夠承受后面進(jìn)行的加熱處理的足夠耐熱性。當(dāng)使用玻璃襯底作為襯底100時(shí)，優(yōu)選使用應(yīng)變點(diǎn)為730°C以上的玻璃襯底。至于玻璃襯底，例如可以使用如鋁硅酸鹽玻璃、鋁硼硅酸鹽玻璃或鋇硼硅酸鹽玻璃等的玻璃材料。注意，優(yōu)選使用包含BaO和B2O3使得B2O3量大于BaO量的玻璃襯底。可以使用如陶瓷襯底、石英襯底或藍(lán)寶石襯底等的使用絕緣體而形成的襯底代替上述玻璃襯底。備選地，也可以使用晶化玻璃等。還備選地，還可以使用通過在如硅片等的半導(dǎo)體襯底的表面或由金屬材料形成的導(dǎo)電襯底的表面上形成絕緣層獲得的襯底。如后面將所述的，根據(jù)本實(shí)施方式，因?yàn)樵O(shè)置在襯底100上的第一多元氧化物半導(dǎo)體層102及單元氧化物半導(dǎo)體層104的結(jié)晶化不取決于用作基底的襯底的材質(zhì)。所以如上所述那樣可以使用各種材料作為襯底100。通過濺射法等形成第一多元氧化物半導(dǎo)體層102及單元氧化物半導(dǎo)體層104。第一多元氧化物半導(dǎo)體層102通過加熱而可以具有成為六方晶結(jié)構(gòu)的非纖鋅礦型結(jié)晶結(jié)構(gòu)。六方晶結(jié)構(gòu)的非纖鋅礦型結(jié)晶結(jié)構(gòu)也被稱為同系結(jié)構(gòu)(homologous structure)。注意,非纖鋅礦型結(jié)晶結(jié)構(gòu)是指不是纖鋅礦型的結(jié)晶結(jié)構(gòu)。作為第一多元氧化物半導(dǎo)體層102，可以使用任何如下氧化物半導(dǎo)體層四元金屬氧化物的基于In-Sn-Ga-Zn-O的氧化物半導(dǎo)體層；三元金屬氧化物的基于In-Ga-Zn-O的氧化物半導(dǎo)體層、基于In-Sn-Zn-O的氧化物半導(dǎo)體層、基于In-Al-Zn-O的氧化物半導(dǎo)體層、基于Sn-Ga-Zn-O的氧化物半導(dǎo)體層、基于Al-Ga-Zn-O的氧化物半導(dǎo)體層、基于Sn-Al-Zn-O的氧化物半導(dǎo)體層；二元金屬氧化物的基于In-Zn-O的氧化物半導(dǎo)體層、基于Sn-Zn-O的氧化物半導(dǎo)體層、基于Al-Zn-O的氧化物半導(dǎo)體層、基于Zn-Mg-O的氧化物半導(dǎo)體層、基于Sn-Mg-O的氧化物半導(dǎo)體層、基于In-Mg-O的氧化物半導(dǎo)體層等。在本說明書中，多元氧化物半導(dǎo)體包含多種金屬氧化物，以及η元金屬氧化物包含η種金屬氧化物。注意，多元氧化物半導(dǎo)體，可以含有1%，優(yōu)選為0. 1%的主要成分的金屬氧化物之外的元素作為雜質(zhì)。第一多元氧化物半導(dǎo)體層102可以使用三元金屬氧化物來形成，以及可以使用由InMxZnyOz (Y=O. 5至5)表示的氧化物半導(dǎo)體材料。這里，M表示選自鎵(Ga)、鋁(Al)或硼(B)等第13族元素中的一種或多種元素。注意，In、M、Zn及O的含有量可以自由設(shè)定，其中包含M的含有量為O (S卩，x=0)的情況。但是，In及Zn的含有量不為O。也就是說，上述表達(dá)包含基于In-Ga-Zn-O的氧化物半導(dǎo)體或基于In-Zn-O的氧化物半導(dǎo)體等。濺射法的例子包含使用高頻電源作為濺射電源的RF濺射法·DC濺射法以及以脈沖方式施加偏壓的脈沖DC濺射法。RF濺射法主要用于形成絕緣層的情況中，而DC濺射法主要用于形成金屬層的情況中。作為用于通過濺射法形成第一多元氧化物半導(dǎo)體層102的靶材，可以使用含有鋅的金屬氧化物的祀材。例如，將含有In、Ga及Zn的金屬氧化物祀材具有In:Ga:Zn=l :x:y(x為O以上以及y為O. 5以上5以下)的組成比。具體地，可以使用組成比為In:Ga:Zn=I: 1:0. 5[原子比]的革巴材、組成比為In:Ga:Zn=I: I: I [原子比]的革巴材、組成比為In:Ga:Zn=I: 1:2[原子比]的祀材或組成比為In:Ga:Zn=I:O. 5:2[原子比]的祀材。在本實(shí)施方式中，因?yàn)橐鈭D性地通過在后面步驟中進(jìn)行加熱處理來造成晶化，所以優(yōu)選使用易于晶化的金屬氧化物靶材。單元氧化物半導(dǎo)體層104優(yōu)選使用通過加熱而有可能具有成為六方晶結(jié)構(gòu)的纖鋅礦型結(jié)晶結(jié)構(gòu)的單元氧化物半導(dǎo)體形成，典型的有氧化鋅。這里，單元氧化物半導(dǎo)體是指包含一種金屬氧化物的氧化物半導(dǎo)體。注意，單元氧化物半導(dǎo)體，可以含有1%，優(yōu)選為O. 1%的金屬氧化物之外的元素，作為雜質(zhì)。單元氧化物半導(dǎo)體比多元氧化物半導(dǎo)體更易晶化且結(jié)晶性的程度可以是高的。單元氧化物半導(dǎo)體層104可以用作第一多元氧化物半導(dǎo)體層102及后面形成的第二多元氧化物半導(dǎo)體層106的結(jié)晶生長的晶種。所以將單元氧化物半導(dǎo)體層104可以具有結(jié)晶生長可能的厚度，典型的是單原子層厚度以上IOnm以下，優(yōu)選的是2nm以上5nm以下。當(dāng)單元氧化物半導(dǎo)體層104是薄的時(shí),可以提高形成處理及加熱處理中的處理量。單元氧化物半導(dǎo)體層104可以在稀有氣體(典型的為氬)氣氛、氧氣氛或含有稀有氣體(典型的為氬)及氧的氣氛中通過濺射法來形成。另外，用與第一多元氧化物半導(dǎo)體層102的方式類似的方式，金屬氧化物靶材中的氧化物半導(dǎo)體的相對密度為80%以上，優(yōu)選為95%以上，更優(yōu)選為99. 9%以上。另外，用與第一多元氧化物半導(dǎo)體層102的方式類似的方式，通過一邊加熱襯底，一邊形成單元氧化物半導(dǎo)體層104，可以在之后進(jìn)行第一加熱處理時(shí)促進(jìn)結(jié)晶生長。接著，進(jìn)行第一加熱處理。第一加熱處理的溫度為500°C以上1000°C以下，優(yōu)選為600°C以上850°C以下。另外，加熱時(shí)間為I分以上24小時(shí)以下。優(yōu)選在稀有氣體(典型的為氬)氣氛、氧氣氛、氮?dú)夥铡⒏稍锟諝鈿夥?、含有稀有氣體(典型的為気)和氧的氣氛或含有稀有氣體和氮的氣氛中進(jìn)行第一加熱處理。在本實(shí)施方式中，作為第一加熱處理，在干燥空氣氣氛中以700°C進(jìn)行I個(gè)小時(shí)的加熱處理。也可以在一邊逐漸增加單元氧化物半導(dǎo)體層104的溫度一邊加熱單元氧化物半導(dǎo)體層104之后，可在一定的溫度下加熱第一多元氧化物半導(dǎo)體層102。當(dāng)將500°C以上的溫度增加的速度為O. 5°C /h以上3°C /h以下時(shí)，單元氧化物半導(dǎo)體層104的結(jié)晶生長逐漸進(jìn)行；因此可以進(jìn)一步增強(qiáng)結(jié)晶性。用于第一加熱處理的加熱處理設(shè)備不限于具體設(shè)備，以及該設(shè)備也可以設(shè)置有通過來自電阻發(fā)熱元件等的發(fā)熱元件的熱傳導(dǎo)或熱輻射對對象進(jìn)行加熱的裝置。例如，可以使用電爐或如氣體快速熱退火(Gas Rapid Thermal Anneal :GRTA)設(shè)備、燈快速熱退火(Lamp Rapid Thermal Anneal :LRTA)設(shè)備等的快速熱退火(Rapid Thermal Anneal RTA)設(shè)備。LRTA設(shè)備是通過從如鹵素?zé)?、金屬鹵化物燈、氙弧燈、碳弧燈、高壓鈉燈或高壓汞燈等的燈發(fā)出的光(電磁波)的輻射對對象進(jìn)行加熱的設(shè)備。GRTA設(shè)備是使用高溫的氣體進(jìn)行加熱處理的設(shè)備。通過第一加熱處理，如圖2A中的箭頭所示從單元氧化物半導(dǎo)體層104的表面向第一多元氧化物半導(dǎo)體層102開始結(jié)晶生長。由于單元氧化物半導(dǎo)體層104易于晶化，所以整 個(gè)單元氧化物半導(dǎo)體層104晶化而使得形成包含單晶區(qū)域的單元氧化物半導(dǎo)體層105。注意，包含單晶區(qū)域的單元氧化物半導(dǎo)體層105具有為六方晶結(jié)構(gòu)的纖鋅礦型結(jié)晶結(jié)構(gòu)(參照圖2B)。通過第一加熱處理，從單元氧化物半導(dǎo)體層104的表面進(jìn)行結(jié)晶生長以形成單晶區(qū)域。每個(gè)單晶區(qū)域是通過從表面向內(nèi)部進(jìn)行結(jié)晶生長獲得的并且平均厚度為單原子層厚度以上IOnm以下，優(yōu)選的是2nm以上5nm以下的板狀的結(jié)晶區(qū)域。每個(gè)單晶區(qū)域具有平行于其表面的a-b面，并具有垂直于其表面的c軸。在本實(shí)施方式中，通過第一加熱處理，使得單元氧化物半導(dǎo)體層104的大部分含有結(jié)晶(也稱為共同生長(Co-growing，CG)結(jié)晶)。由于從表面向深度方向進(jìn)行結(jié)晶生長，所以可以不受基底部件的影響地形成具有關(guān)于單元氧化物半導(dǎo)體層104的表面的比較整齊晶體取向的單晶區(qū)域。通過繼續(xù)進(jìn)行第一加熱處理，使用包含單晶區(qū)域的單元氧化物半導(dǎo)體層105作為晶種，第一多元氧化物半導(dǎo)體層102的結(jié)晶生長如箭頭所示那樣向襯底100進(jìn)展。包含單晶區(qū)域的單元氧化物半導(dǎo)體層105在垂直于其表面的方向上具有c軸取向。通過使用包含單晶區(qū)域的單元氧化物半導(dǎo)體層105作為晶種，第一多元氧化物半導(dǎo)體層102的結(jié)晶生長(也稱為外延生長或軸向生長)可以進(jìn)行使得獲得與包含單晶區(qū)域的單元氧化物半導(dǎo)體層105基本上相同的結(jié)晶軸。也就是說，可以邊使第一多元氧化物半導(dǎo)體層102邊具有c軸取向邊進(jìn)行結(jié)晶生長。結(jié)果，可以形成具有c軸取向的包含單晶區(qū)域的第一多元氧化物半導(dǎo)體層103。包含單晶區(qū)域的第一多元氧化物半導(dǎo)體層103具有不是纖鋅礦型結(jié)晶結(jié)構(gòu)的六方晶結(jié)構(gòu)(參照圖2C)。例如，在使用基于In-Ga-Zn-O的氧化物半導(dǎo)體材料用于包含單晶區(qū)域的第一多元氧化物半導(dǎo)體層的情況中，包含單晶區(qū)域的第一多元氧化物半導(dǎo)體層可以包含由InGaO3(ZnO)m (m :整數(shù))表示的結(jié)晶(InGaZn04、InGaZn5O8等)或由In2Ga2ZnO7表示的結(jié)晶等。這種結(jié)晶具有六方晶結(jié)構(gòu)，并且通過第一加熱處理其c軸基本上垂直于單元氧化物半導(dǎo)體層的表面。接著，如圖2D中所示，在包含單晶區(qū)域的單元氧化物半導(dǎo)體層105上形成第二多元氧化物半導(dǎo)體層106。第二多元氧化物半導(dǎo)體層106通過加熱可以具有六方晶結(jié)構(gòu)的非纖鋅礦型結(jié)晶結(jié)構(gòu)。第二多元氧化物半導(dǎo)體層106可以通過與單元氧化物半導(dǎo)體層104的方法類似的方法來形成。注意，實(shí)施者可以根據(jù)所制造的裝置而適當(dāng)?shù)貨Q定第二多元氧化物半導(dǎo)體層106的厚度。例如，第一多元氧化物半導(dǎo)體層102、單元氧化物半導(dǎo)體層104以及第二多元氧化物半導(dǎo)體層106的總厚度為IOnm以上200nm以下。第二多元氧化物半導(dǎo)體層106可以適當(dāng)?shù)厥褂门c第一多元氧化物半導(dǎo)體層102的那些類似的材料及方法來形成。
接著，進(jìn)行第二加熱處理。第二加熱處理的溫度為100°C以上500°C以下，優(yōu)選為150°C以上400°C以下。將加熱時(shí)間設(shè)定為I分以上100小時(shí)以下，優(yōu)選為5小時(shí)以上20小時(shí)以下，典型的為10小時(shí)。注意，可以在與第一加熱處理的氣氛類似的氣氛中進(jìn)行第二加熱處理。另外，對于第二加熱處理，可以適當(dāng)?shù)厥褂门c第一加熱處理的加熱設(shè)備類似的加熱設(shè)備。通過進(jìn)行第二加熱處理，如圖2D中的箭頭所示從包含單晶區(qū)域的單元氧化物半導(dǎo)體層105向第二多元氧化物半導(dǎo)體層106的表面開始結(jié)晶生長。包含單晶區(qū)域的單元氧化物半導(dǎo)體層105在垂直于其表面的方向上具有c軸取向。通過使用包含單晶區(qū)域的單元氧化物半導(dǎo)體層105作為晶種，與第一多元氧化物半導(dǎo)體層102同樣，第二多元氧化物半導(dǎo)體層106的結(jié)晶生長(也稱為外延生長或軸向生長)可以進(jìn)行使得與包含單晶區(qū)域的單元氧化物半導(dǎo)體層105的結(jié)晶軸基本上相同，以與第一多元氧化物半導(dǎo)體層102的方式類似的方式。也就是說，可以邊使第二多元氧化物半導(dǎo)體層106邊具有c軸取向邊進(jìn)行結(jié)晶生長。通過上述過程，可以形成包含單晶區(qū)域的第二多元氧化物半導(dǎo)體層107。包含單晶區(qū)域的第二多元氧化物半導(dǎo)體層107具有不是纖鋅礦型結(jié)晶結(jié)構(gòu)的六方晶結(jié)構(gòu)(參照圖2E)。例如，在使用基于In-Ga-Zn-O的氧化物半導(dǎo)體材料用于包含單晶區(qū)域的第二多元氧化物半導(dǎo)體層的情況中，包含單晶區(qū)域的第二多元氧化物半導(dǎo)體層可以包含由InGaO3(ZnO)m (m :整數(shù))(InGaZn04、InGaZn508等)表示的結(jié)晶或由In2Ga2ZnO7表示的結(jié)晶等。這種結(jié)晶具有六方晶結(jié)構(gòu)，并且通過第二加熱處理其c軸基本垂直于第二多元氧化物半導(dǎo)體層的表面。這里，c軸基本上垂直于第一多元氧化物半導(dǎo)體層102及第二多元氧化物半導(dǎo)體層106的表面的結(jié)晶具有含有In、Ga、Zn中的任一種的平行于a軸(a_axis)及b軸(b-axis)的層的疊層結(jié)構(gòu)。具體而言，In2Ga2ZnO7^ InGaZnO4^ InGaZn5O8的結(jié)晶具有以下結(jié)構(gòu)含有In的層與不含有In的層(含有Ga或Zn的層)在c軸方向上層疊。在基于In-Ga-Zn-O的氧化物半導(dǎo)體中，含有In的層在a_b面內(nèi)方向上的導(dǎo)電性良好。這是因?yàn)槿缦戮壒蕦?dǎo)電性主要受基于In-Ga-Zn-O的氧化物半導(dǎo)體中的In控制，并且一個(gè)In原子的5s軌道與相鄰的In原子的5s軌道重疊,從而形成載流子通道(carrierpath)。再者，由于本實(shí)施方式所述的晶體管包含被高度晶化的包含單晶區(qū)域的第一多元氧化物半導(dǎo)體層、包含單晶區(qū)域的單元氧化物半導(dǎo)體層以及包含單晶區(qū)域的第二多元氧化物半導(dǎo)體層，所以與包含非晶、微晶或多晶狀態(tài)的氧化物半導(dǎo)體層的晶體管相比，該晶體管具有較少雜質(zhì)和缺陷。如上所述，包含單晶區(qū)域的第一多元氧化物半導(dǎo)體層、包含單晶區(qū)域的單元氧化物半導(dǎo)體層以及包含單晶區(qū)域的第二多元氧化物半導(dǎo)體層的載流子遷移率可以提高，從而可以增強(qiáng)晶體管的導(dǎo)通電流及場效應(yīng)遷移率。這里，以虛線標(biāo)記包含單晶區(qū)域的第一多元氧化物半導(dǎo)體層103、包含單晶區(qū)域的單元氧化物半導(dǎo)體層105以及包含單晶區(qū)域的單元氧化物半導(dǎo)體層105和包含單晶區(qū)域的第二多元氧化物半導(dǎo)體層107之間的界面。但是，當(dāng)包含單晶區(qū)域的單元氧化物半導(dǎo)體層105為ZnO，以及包含單晶區(qū)域的第一多元氧化物半導(dǎo)體層103及包含單晶區(qū)域的第二多元氧化物半導(dǎo)體層107時(shí)基于In-Ga-Zn-O的氧化物半導(dǎo)體時(shí)，由于加熱處理的壓力及溫度，ZnO或基于In-Ga-Zn-O的氧化物半導(dǎo)體中含有的鋅發(fā)生擴(kuò)散。由以下現(xiàn)象可以確認(rèn)到鋅的擴(kuò)散在高達(dá)450°C的溫度進(jìn)行TDS時(shí)，沒有檢測到In或Ga的峰，但是，在真空加熱條件下，尤其是300°C附近檢測到鋅的峰值。注意，在真空中進(jìn)行TDS且發(fā)現(xiàn)從200°C附近檢測到鋅。因此，如圖3中所示，包含單晶區(qū)域的第一多元氧化物半導(dǎo)體層和包含單晶區(qū)域的單元氧化物半導(dǎo)體層之間的界線以及包含單晶區(qū)域的第二多元氧化物半導(dǎo)體層和包含單晶區(qū)域的單元氧化物半導(dǎo)體層的界線不清楚，以及可以將這些層看作一個(gè)層，即層109。通過上述過程，可以形成包含單晶區(qū)域的第一多元氧化物半導(dǎo)體層103、包含單晶區(qū)域的單元氧化物半導(dǎo)體層105以及包含單晶區(qū)域的第二多元氧化物半導(dǎo)體層107?，F(xiàn)在，將參照圖4、圖5A至圖5C以及圖6A和6B對通過第一加熱處理在單元氧化物半導(dǎo)體層104中形成板狀的結(jié)晶區(qū)域的機(jī)制進(jìn)行說明。 通過經(jīng)典分子動力學(xué)法驗(yàn)證了第一加熱處理中的原子的運(yùn)動。在經(jīng)典分子動力學(xué)法中，通過對成為原子間相互作用的特征的經(jīng)驗(yàn)勢進(jìn)行定義使得可以對作用于每個(gè)原子的力量進(jìn)行評價(jià)。這里，通過對每個(gè)原子應(yīng)用經(jīng)典力學(xué)(classical mechanics),并且以數(shù)值的方式解答牛頓運(yùn)動方程，由此驗(yàn)證每個(gè)原子的運(yùn)動(時(shí)間有關(guān)改變(time-dependentchange))。在本計(jì)算中，使用Born-Mayer-Huggins勢作為經(jīng)驗(yàn)勢。如圖4中所示，形成在非晶氧化鋅(以下稱為a-ZnO)中以等間距設(shè)置是寬度為Inm的單晶氧化鋅的晶核160 (以下稱為c-ZnO)的模型。注意，a-ZnO及c-ΖηΟ的密度為5. 5g/cm3。垂直方向?yàn)閏軸方向。接著，在將c-ΖηΟ固定在三維周期邊界條件下時(shí)，圖4中的模型遭受以700°C進(jìn)行IOOpsec (O. 2fsec X 500000步(st印))的經(jīng)典分子動力學(xué)模擬。圖5A至5C及圖6A和6B
中不出其結(jié)果。圖5A、圖5B、圖5C分別不出20psec、40psec以及60psec之后的原子位置的改變。圖6A、圖6B分別示出在80psec以及IOOpsec之后的原子位置的改變。在每個(gè)圖中，通過箭頭的長度及指向來標(biāo)記結(jié)晶生長的距離及方向。表I示出垂直方向(c軸
)及與垂直方向垂直的水平方向上的結(jié)晶生長速度。[表 I]__
方向結(jié)晶生長速度(nm/psec)
垂直 6. IXlCT3 水平|3· OXlCT2
在圖5A至5C中，與垂直方向(c軸方向)上的箭頭162、166及170相比，水平方向(垂直于c軸方向的方向)上的箭頭164a、164b、168a、168b、172a及172b更長。因此，發(fā)現(xiàn)在水平方向上的結(jié)晶生長被優(yōu)先進(jìn)行，并且圖5C中，在相鄰的晶核之間，結(jié)晶生長結(jié)束。圖6A和6B中，發(fā)現(xiàn)使用形成在表面的結(jié)晶區(qū)域作為晶種如箭頭174和176所示那樣在垂直方向(c軸方向)上進(jìn)行結(jié)晶生長。另外，根據(jù)表1，發(fā)現(xiàn)與垂直方向垂直的水平方向上的結(jié)晶生長速度是垂直方向(c軸
)上的結(jié)晶生長速度大約4. 9倍高。由此可知，在ZnO中，首先在與表面(a-b面)平行的方向上進(jìn)行結(jié)晶生長。此時(shí)，在a-b面上，在水平方向上進(jìn)行結(jié)晶生長而形成板狀的單晶區(qū)域。接著，使用形成在表面(a-b面)的板狀單晶區(qū)域作為晶種，在垂直于表面(a-b面)的c軸方向上進(jìn)行結(jié)晶生長。由此，可以認(rèn)為ZnO可能c軸取向。如上所述，通過優(yōu)先地在與表面(a-b面)平行的方向上進(jìn)行結(jié)晶生長之后，再在垂直于表面的c軸方向上進(jìn)行結(jié)晶生長(也稱為外延生長或軸向生長)，由此形成板狀的單晶區(qū)域。接著，參照圖7A至7C對以使包含單晶區(qū)域的第一多元氧化物半導(dǎo)體層103及包含單晶區(qū)域的第二多元氧化物半導(dǎo)體層107的結(jié)晶軸與包含單晶區(qū)域的單元氧化物半導(dǎo)體層105的結(jié)晶軸成為基本上相等的方式進(jìn)行結(jié)晶生長的機(jī)制進(jìn)行說明。圖7A示出從c軸方向觀察到單元氧化物半導(dǎo)體層的典型例的具有六方晶結(jié)構(gòu)的氧化鋅(ZnO)的a-b面中的單位晶格(unit cell)結(jié)構(gòu)。圖7B示出c軸方向?yàn)榇怪狈较虻慕Y(jié)晶結(jié)構(gòu)。圖7C示出從c軸方向觀察到第一多元氧化物半導(dǎo)體層及第二多元氧化物半導(dǎo)體層的典型例的InGaZnO4的a_b面中的結(jié)構(gòu)。
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根據(jù)圖7A及7C，ZnO及InGaZnO4的晶格常數(shù)基本相同，而可以說a_b面中的ZnO及InGaZnO4的一致性高。另外，InGaZnO4及ZnO具有六方晶結(jié)構(gòu)且ZnO具有與c軸方向平行的鍵；所以第一多元氧化物半導(dǎo)體層及第二多元氧化物半導(dǎo)體層的典型例的InGaZnO4中可以在c軸方向上一致性高地進(jìn)行結(jié)晶生長。因此，進(jìn)行結(jié)晶生長使得包含單晶區(qū)域的第一多元氧化物半導(dǎo)體層103及包含單晶區(qū)域的第二多元氧化物半導(dǎo)體層107的結(jié)晶軸與包含單晶區(qū)域的單元氧化物半導(dǎo)體層105的結(jié)晶軸成為大致相等。通過上述步驟，可以不受用作基底的襯底的材料的影響地形成具有包含單晶區(qū)域的第一多元氧化物半導(dǎo)體層、包含單晶區(qū)域的單元氧化物半導(dǎo)體層以及包含單晶區(qū)域的第二多元氧化物半導(dǎo)體層的疊層體。然后，在圖2E中所示的包含單晶區(qū)域的第二多元氧化物半導(dǎo)體層107上通過光刻步驟形成抗蝕劑掩模。然后，通過使用該抗蝕劑掩模對包含單晶區(qū)域的第一多元氧化物半導(dǎo)體層103、包含單晶區(qū)域的單元氧化物半導(dǎo)體層105以及包含單晶區(qū)域的第二多元氧化物半導(dǎo)體層107進(jìn)行蝕刻，由此形成島狀的包含單晶區(qū)域的第一多元氧化物半導(dǎo)體層103a、島狀的包含單晶區(qū)域的單元氧化物半導(dǎo)體層105a以及島狀的包含單晶區(qū)域的第二多元氧化物半導(dǎo)體層107a。也將包含單晶區(qū)域的第一多元氧化物半導(dǎo)體層103a、包含單晶區(qū)域的單元氧化物半導(dǎo)體層105a以及包含單晶區(qū)域的第二多元氧化物半導(dǎo)體層107a稱為氧化物半導(dǎo)體疊層體110 (參照圖I)。接著，在氧化物半導(dǎo)體疊層體110上形成導(dǎo)電層后，將導(dǎo)電層蝕刻為希望的形狀，由此形成布線108a及108b。布線108a及108b可以使用選自鋁、鉻、銅、鉭、鈦、鑰、鎢的金屬元素、含有任何這些金屬元素為成分的合金或以組合含有任何這些金屬元素的合金等而形成。備選地，也可以使用選自錳、鎂、鋯、鈹?shù)囊环N或多種的金屬元素。此外，布線108a及108b可以具有單層結(jié)構(gòu)或者兩層以上的疊層結(jié)構(gòu)。例如，含有硅的鋁層的單層結(jié)構(gòu)、在鋁層上層疊有鈦層的兩層結(jié)構(gòu)、在氮化鈦層上層疊有鈦層的兩層結(jié)構(gòu)、在氮化鈦層上層疊有鎢層的兩層結(jié)構(gòu)、在氮化鉭層上層疊有鎢層的兩層結(jié)構(gòu)以及以鈦層、鋁層和鈦層順序?qū)盈B的三層結(jié)構(gòu)等。備選地，也可以使用含有鋁與選自鈦、鉭、鎢、鑰、鉻、釹和鈧的一種或多種元素的層、合金層或氮化物層。
備選地,作為布線108a及108b,也可以使用氧化銦錫、含有氧化鶴的氧化銦、含有氧化鎢的氧化銦鋅、含有氧化鈦的氧化銦、哈有氧化鈦的氧化銦錫、氧化銦鋅、添加有氧化硅的氧化銦錫等透光導(dǎo)電材料。另外，也可能具有上述透光導(dǎo)電材料和上述金屬元素形成
的疊層結(jié)構(gòu)。
接著，在氧化物半導(dǎo)體疊層體110和布線108a及108b上形成柵極絕緣層112。柵極絕緣層112可以用使用氧化硅層、氮化硅層、氧氮化硅層、氮氧化硅層或氧化鋁層中的一個(gè)或多個(gè)層的疊層或單層而形成。接觸氧化物半導(dǎo)體疊層體110的柵極絕緣層112的部分優(yōu)選含有氧，特別優(yōu)選使用氧化硅層而形成該柵極絕緣層112的部分。通過使用氧化硅層，可以將氧供給氧化物半導(dǎo)體疊層體110 ;因此可以獲得優(yōu)良的特性。當(dāng)使用硅酸鉿(HfSiOx)、添加有氮的硅酸鉿(HfSix0yNz)、添加有氮的鋁酸鉿(HfAlx0yNz)、氧化鉿或氧化釔等高k材料來形成柵極絕緣層112，可以降低柵極泄漏。再者，可以使用高k材料與氧化硅層、氮化硅層、氧氮化硅層、氮氧化硅層和氧化鋁層中的一個(gè)以上層層疊的疊層結(jié)構(gòu)。柵極絕緣層112的厚度可以為50nm以上且500nm以下。當(dāng)柵極絕緣層112的厚度是大的時(shí)，可以降低柵極泄漏電流。接著，在柵極絕緣層112上在重疊于氧化物半導(dǎo)體疊層體110的區(qū)域中形成柵電極 114。柵電極114可以使用選自鋁、鉻、銅、鉭、鈦、鑰、鎢的金屬元素、含有任何這些金屬元素為成分的合金或以組合含有任何這些金屬元素的合金等而形成。備選地，也可以使用選自錳、鎂、鋯、鈹?shù)囊环N或多種的金屬元素。此外，柵電極114可以具有單層結(jié)構(gòu)或者兩層以上的疊層結(jié)構(gòu)。例如，可以給出含有硅的鋁層的單層結(jié)構(gòu)、在鋁層上層疊有鈦層的兩層結(jié)構(gòu)、在氮化鈦層上層疊有鈦層的兩層結(jié)構(gòu)、在氮化鈦層上層疊有鎢層的兩層結(jié)構(gòu)、在氮化鉭層上層疊有鎢層的兩層結(jié)構(gòu)以及以鈦層、鋁層和鈦層順序?qū)盈B的三層結(jié)構(gòu)等。備選地，也可以使用含有鋁與選自鈦、鉭、鎢、鑰、鉻、釹和鈧的一種或多種元素的層、合金層或氮化物層。備選地，也可以使用氧化銦錫、含有氧化鎢的氧化銦、含有氧化鎢的氧化銦鋅、含有氧化鈦的氧化銦、含有氧化鈦的氧化銦錫、氧化銦鋅、添加有氧化硅的氧化銦錫等透光導(dǎo)電材料作為柵電極114。另外，也可能使用上述透光導(dǎo)電材料和上述金屬元素形成的疊層結(jié)構(gòu)。然后，也可以形成絕緣層116作為保護(hù)層。通過上述步驟，可以形成在溝道形成區(qū)域中有包含單晶區(qū)域的氧化物半導(dǎo)體疊層體的晶體管150。雖然已知的金屬氧化物處于非晶狀態(tài)或多晶狀態(tài)中，或者，僅能夠通過在1400°C左右的高溫下進(jìn)行處理而處于單晶狀態(tài)中，但是，通過形成包括平板狀的單晶區(qū)域的單元氧化物半導(dǎo)體層以及然后使用該單晶區(qū)域作為晶種進(jìn)行結(jié)晶生長的上述方法，可以在比較低溫下使用大面積襯底來形成在溝道形成區(qū)域有包含單晶區(qū)域的氧化物半導(dǎo)體的晶體管。(實(shí)施方式2)
在本實(shí)施方式中，作為根據(jù)本文所公開的發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的制造方法，參照圖8A至圖8E、圖9A至圖9D以及圖IOA和圖IOB說明包括被高純度化的氧化物半導(dǎo)體疊層體的晶體管的制造方法。在襯底100上形成絕緣層101。然后，與與實(shí)施方式I的方式類似的方式，在絕緣層101上形成第一多元氧化物半導(dǎo)體層102，并且在第一多元氧化物半導(dǎo)體層102上形成單元氧化物半導(dǎo)體層104 (參照圖8A)。作為襯底100，可以適當(dāng)?shù)厥褂脤?shí)施方式I中所述的襯底100。設(shè)置絕緣層101以降低雜質(zhì)進(jìn)入到形成在襯底100上的層中并增強(qiáng)形成在襯底100上的層的粘合性。使用如下層形成絕緣層101 :如氧化硅層、氧氮化硅層等的氧化物絕緣層；如氮化硅層、氮氧化硅層、氮化鋁層或氮氧化鋁層等的氮化物絕緣層。另外，絕緣層101也可以具有疊層結(jié)構(gòu)，例如，在襯底100上以上述氮化物絕緣層中的一個(gè)以上層及上述氧化物絕緣層中的一個(gè)以上層順序?qū)盈B的疊層結(jié)構(gòu)。對絕緣層101的厚度沒有具體限制；例如絕緣層101可以具有IOnm以上500nm以下的厚度。注意，絕緣層101不是必需的構(gòu)成要素；所以也可能不設(shè)置絕緣層101。 絕緣層101可以通過濺射法、CVD法、涂敷法或印刷法等形成。注意，當(dāng)通過濺射法形成絕緣層101時(shí)，優(yōu)選邊去除殘留在處理室中的氫、水、羥基或氫化物等邊形成絕緣層101。這是為了防止氫、水、羥基或氫化物等殘留在絕緣層101中。優(yōu)選使用吸附型真空泵以便去除殘留在處理室中的氫、水、羥基或氫化物等。作為吸附型真空泵，例如，優(yōu)選使用低溫泵、離子泵或鈦升華泵。另外,排氣單元(evacuation unit),可以是設(shè)置有冷阱(cold trap)的渦輪泵。由于用低溫泵對處理室排氣以去除其中的氫、水、羥基或氫化物等；所以在該處理室中形成絕緣層101時(shí)，可以降低絕緣層101中含有的雜質(zhì)濃度。另外，優(yōu)選使用氫、水、羥基或氫化物等的雜質(zhì)被去除到其濃度成為幾ppm或幾PPb的高純度氣體作為形成絕緣層101時(shí)的濺射氣體。在本實(shí)施方式中，將襯底100搬送到處理室，并在處理室中引入去除了氫、水、羥基或氫化物等的含有高純度氧的濺射氣體，并使用硅靶材在襯底100上作為絕緣層101形成氧化硅層。注意，當(dāng)形成絕緣層101時(shí)，也可以對襯底100進(jìn)行加熱。當(dāng)通過濺射法形成第一多元氧化物半導(dǎo)體層102及單元氧化物半導(dǎo)體層104時(shí)，通過加熱襯底，可以減少第一多元氧化物半導(dǎo)體層102及單元氧化物半導(dǎo)體層104中含有的氫、水、羥基或氫化物等的雜質(zhì)并促進(jìn)后面進(jìn)行的第一加熱處理中的結(jié)晶生長。金屬氧化物靶材中的金屬氧化物的相對密度為80%以上，優(yōu)選為95%以上，更優(yōu)選為99. 9%以上。通過使用相對密度高的靶材，可以降低形成的第一多元氧化物半導(dǎo)體層102及單元氧化物半導(dǎo)體層104中的雜質(zhì)濃度，從而可以獲得具有極好電特性或高可靠性的晶體管。優(yōu)選在形成第一多元氧化物半導(dǎo)體層102及單元氧化物半導(dǎo)體層104之前進(jìn)行預(yù)加熱處理，以去除殘留在濺射設(shè)備內(nèi)壁上、靶材表面上或靶材材料內(nèi)部的氫、水、羥基或氫化物等。作為預(yù)加熱處理，可以給出在減壓下將處理室內(nèi)加熱到200°C至600°C的方法或反復(fù)進(jìn)行氮或惰性氣體的引入和去除的方法等。在預(yù)加熱處理結(jié)束之后，使襯底或?yàn)R射設(shè)備冷卻。然后以不暴露于大氣的方式形成第一多元氧化物半導(dǎo)體層102及單元氧化物半導(dǎo)體層104。在此情況中，作為靶材冷卻液，優(yōu)選使用油脂等而不使用水。雖然在不進(jìn)行加熱的狀態(tài)下反復(fù)地進(jìn)行氮或惰性氣體的引入及去除時(shí)也能夠獲得某一級別的效果，但是更優(yōu)選邊加熱邊進(jìn)行上述處理。此外，用與絕緣層101的方式類似的方式，優(yōu)選在形成第一多元氧化物半導(dǎo)體層102及單元氧化物半導(dǎo)體層104之前、形成中或形成后去除殘留在濺射設(shè)備中的氫、水、羥基或氫化物等。為了從濺射設(shè)備中去除殘留水分，優(yōu)選使用吸附型真空泵。由此，去除氫、水、羥基或氫化物等使得可以降低第一多元氧化物半導(dǎo)體層102及單元氧化物半導(dǎo)體層104中含有的雜質(zhì)濃度。接著，以與實(shí)施方式I中的方式類似的方式，進(jìn)行第一加熱處理。第一加熱處理的溫度為500°C以上1000°C以下，優(yōu)選為600°C以上850°C以下。另外，加熱時(shí)間為I分以上24小時(shí)以下。通過第一加熱處理，可以形成包含單晶區(qū)域的第一多元氧化物半導(dǎo)體層103及包含單晶區(qū)域的單元氧化物半導(dǎo)體層105 (參照圖SB)。在第一加熱處理中，不但在第一多元氧化物半導(dǎo)體層102及單元氧化物半導(dǎo)體層104中進(jìn)行結(jié)晶生長而且去除氧化物半導(dǎo)體的主要成分以外的雜質(zhì)，典型的有氫、水、羥基或氫化物，使得可以使氧化物半導(dǎo)體層高純度化。
優(yōu)選再稀有氣體(典型的為氬)氣氛、氧氣氛、氮?dú)夥铡⒏稍锟諝鈿夥?、含有稀有氣體(典型的為氬)和氧的氣氛、含有稀有氣體和氮的氣氛中進(jìn)行第一加熱處理。具體而言，優(yōu)選使用氫、水、羥基或氫化物等的雜質(zhì)濃度被降低到幾PPm或幾ppb的高純度氣體氣氛。在本實(shí)施方式中，作為第一加熱處理，在干燥空氣氣氛中以700°C進(jìn)行I個(gè)小時(shí)的加熱處理。接著，以與實(shí)施方式I中的方式類似的方式，在包含單晶區(qū)域的單元氧化物半導(dǎo)體層105上形成第二多元氧化物半導(dǎo)體層106。接著，以與實(shí)施方式I中的方式類似的方式，進(jìn)行第二加熱處理。通過第二加熱處理，可以形成包含單晶區(qū)域的第二多元氧化物半導(dǎo)體層107 (參照圖SC)。在第二加熱處理中，不僅在第二多元氧化物半導(dǎo)體層106中進(jìn)行結(jié)晶生長而且去除氧化物半導(dǎo)體的主要成分以外的雜質(zhì)，典型的有氫、水、羥基或氫化物，可以使氧化物半導(dǎo)體層高純度化。在第一加熱處理及第二加熱處理中，在增加溫度時(shí)爐內(nèi)的氣氛可以為氮?dú)夥眨诶鋮s時(shí)將氣氛換為氧氣氛。在進(jìn)行脫水化或脫氫化之后，通過將在其中進(jìn)行脫水化或脫氫化的氮?dú)夥論Q為氧氣氛可以對第一多元氧化物半導(dǎo)體層102、單元氧化物半導(dǎo)體層104以及第二多元氧化物半導(dǎo)體層106內(nèi)部供給氧以使其成為i型氧化物半導(dǎo)體層。通過上述過程，可以形成包含單晶區(qū)域的第一多元氧化物半導(dǎo)體層103、包含單晶區(qū)域的單元氧化物半導(dǎo)體層105以及包含單晶區(qū)域的第二多元氧化物半導(dǎo)體層107 (參照圖 8C)。然后，在包含單晶區(qū)域的第二多元氧化物半導(dǎo)體層107上通過光刻步驟形成抗蝕劑掩模。然后，通過使用該抗蝕劑掩模對包含單晶區(qū)域的第一多元氧化物半導(dǎo)體層103、包含單晶區(qū)域的單元氧化物半導(dǎo)體層105以及包含單晶區(qū)域的第二多元氧化物半導(dǎo)體層107進(jìn)行蝕刻，由此形成島狀的包含單晶區(qū)域的第一多元氧化物半導(dǎo)體層103a、包含單晶區(qū)域的單元氧化物半導(dǎo)體層105a以及包含單晶區(qū)域的第二多元氧化物半導(dǎo)體層107a (參照圖8D)。還可以通過噴墨法形成抗蝕劑掩模。通過噴墨法形成抗蝕劑掩模不需要光掩模；由此可以降低制造成本。以下，也將包含單晶區(qū)域的第一多元氧化物半導(dǎo)體層103a、包含單晶區(qū)域的單元氧化物半導(dǎo)體層105a以及包含單晶區(qū)域的第二多元氧化物半導(dǎo)體層107a稱為氧化物半導(dǎo)體疊層體110。在蝕刻中，可以使用濕法蝕刻法或干法蝕刻法。作為用于濕法蝕刻的蝕刻液，可以使用將磷酸、醋酸及硝酸混合而成的溶液、過氧化氫氨水(ammonia hydrogen peroxide)(31wt%的過氧化氫水28wt%的氨水7jC =5 2 2)等。另外，可以使用IT0-07N (由日本關(guān)東化學(xué)株式會社生產(chǎn))。濕法蝕刻后的蝕刻液與被蝕刻掉的材料一起通過清洗而被去除。也可以精制含有該被蝕刻掉的材料和蝕刻液的廢液而再利用該材料。通過從蝕刻后的廢液回收銦等材料而再利用該材料，可以有效使用資源并可以降低成本。
作為用于干法蝕刻的蝕刻氣體，優(yōu)選地使用含氯的氣體(諸如氯氣(Cl2 )、三氯化硼(BC13)、四氯化硅(SiCl4)或四氯化碳(CCl4)之類的基于氯的氣體)。備選地，還可以使用含有氟的氣體(基于氟的氣體，例如四氟化碳(CF4)、六氟化硫(SF6)、三氟化氮(NF3)、三氟甲烷(CHF3)等)、溴化氫(HBr)、氧(02)、或添加了氦(He)或氬(Ar)等的稀有氣體的任何這些氣體等。作為干法蝕刻法，可以使用平行平板型RIE (反應(yīng)性離子蝕刻)法或ICP (感應(yīng)耦合等離子體)蝕刻法。為了將層蝕刻為所希望的形狀，適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)蝕刻條件(施加到線圈形電極的電力量、施加到襯底一側(cè)的電極的電力量、襯底一側(cè)的電極溫度等)。接著，在絕緣層101和島狀氧化物半導(dǎo)體層上形成導(dǎo)電層108 (參照圖SE)。導(dǎo)電層108之后成為布線108a及108b。導(dǎo)電層108可以通過適當(dāng)?shù)厥褂脤?shí)施方式I所述的用于布線108a及108b的材料而形成。通過濺射法、CVD法或真空蒸鍍法，形成導(dǎo)電層108。在本實(shí)施方式中，作為導(dǎo)電層108，使用包含50nm厚的鈦層、IOOnm厚的鋁層以及50nm厚的鈦層的三層的金屬層，每個(gè)層通過濺射法而形成。接著，在導(dǎo)電層108上通過光刻步驟而形成抗蝕劑掩模，并且使用該抗蝕劑掩模蝕刻導(dǎo)電層108，以形成用作源電極及漏電極的布線108a及108b(參照圖9A)。備選地，在通過印刷法或噴墨法而未使用光刻步驟來形成布線108a及108b時(shí)，可以減少步驟數(shù)。進(jìn)行用來形成蝕刻中使用的抗蝕劑掩模的抗蝕劑的曝光中，優(yōu)選使用紫外線或KrF激光束或ArF激光束。尤其是，當(dāng)進(jìn)行溝道長度(L)小于25nm的曝光時(shí)，優(yōu)選使用波長為幾納米至幾十納米的波長極短的極紫外線(Extreme Ultraviolet)進(jìn)行抗蝕劑的曝光。在使用極紫外線的曝光中，分辨率高且聚焦深度大。由此，之后形成的晶體管的溝道長度(L)可以為IOnm以上且IOOOnm (Iym)以下。通過采用這種方法減小溝道長度，可以提高晶體管的工作速度。另外，包含上述氧化物半導(dǎo)體的晶體管的截止?fàn)顟B(tài)電流非常??；所以可以抑制因晶體管的微細(xì)化導(dǎo)致的耗電量的增加。當(dāng)蝕刻導(dǎo)電層108時(shí)，以氧化物半導(dǎo)體疊層體110不被去除的方式適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)氧化物半導(dǎo)體疊層體Iio的材料和導(dǎo)電層108的材料及蝕刻條件。注意，在一些情況中，根據(jù)材料及蝕刻條件，在該蝕刻步驟中氧化物半導(dǎo)體疊層體110被部分蝕刻因而具有槽部(凹部)。另外，在一些情況中在氧化物半導(dǎo)體疊層體110的側(cè)面上接觸布線108a及108b的結(jié)晶區(qū)域處于非晶狀態(tài)中。注意，可以使用干法蝕刻或濕法蝕刻，也可以使用干法蝕刻和濕法蝕刻二者來進(jìn)行導(dǎo)電層108的蝕刻。為了形成具有所希望的形狀的布線108a及108b，根據(jù)材料而適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)蝕刻條件(蝕刻液、蝕刻時(shí)間、溫度等)。
在本實(shí)施方式中，作為蝕刻劑使用過氧化氫氨水(氨、水以及過氧化氫水的混合液)以及蝕刻導(dǎo)電層108，以形成布線108a及108b。接著，如圖9B中所示，在絕緣層101、氧化物半導(dǎo)體疊層體110以及布線108a及108b上以與實(shí)施方式I中的方式類似的方式形成柵極絕緣層112。通過去除雜質(zhì)獲得i型或基本上i型的氧化物半導(dǎo)體層(氫濃度被降低而被高純度化的氧化物半導(dǎo)體層)對于界面態(tài)(interface state)或界面電荷極敏感；因此氧化物半導(dǎo)體疊層體與柵極絕緣層112之間的界面是很重要的。由此，與被高純度化的氧化物半導(dǎo)體疊層體110接觸的柵極絕緣層112需要具有高質(zhì)量。例如，優(yōu)選采納使用微波(例如，頻率為2. 45GHz)的高密度等離子體CVD，因?yàn)樾纬傻慕^緣層可以是致密的且具有高耐壓和高質(zhì)量。氫濃度被降低而被高純度化的氧化物半導(dǎo)體層和高質(zhì)量的柵極絕緣層彼此密接，可以降低界面態(tài)以及界面特性可以是良好的。另夕卜，因?yàn)槭褂酶呙芏鹊入x子體CVD形成的絕緣層可以具有統(tǒng)一厚度，所以絕緣層具有極好·臺階覆蓋性(step coverage)ο另外,可以準(zhǔn)確地控制使用高密度等離子體CVD形成的絕緣層的厚度。當(dāng)然，只要能夠作為柵極絕緣層形成高質(zhì)量的絕緣層，就可以采用其他的膜形成方法諸如濺射法或等離子體CVD法等。當(dāng)通過濺射法形成氧化硅層時(shí)，將硅靶材或石英靶材用作靶材，并且將氧或氧與氬的混合氣體用作濺射氣體。另外，作為絕緣層，也可以使用，在形成柵極絕緣層之后進(jìn)行加熱處理，其膜質(zhì)量、與氧化物半導(dǎo)體疊層體110的界面特性被改進(jìn)的絕緣層?？傊€可以使用，除了具有作為柵極絕緣層的良好性質(zhì)以外可以減少與氧化物半導(dǎo)體疊層體110的界面態(tài)密度并形成良好的界面的絕緣層。例如，在85°C、2X 106V/cm、12小時(shí)的柵極偏壓_溫度應(yīng)力測試(BT測試)中，當(dāng)向氧化物半導(dǎo)體疊層體Iio添加有雜質(zhì)時(shí)，雜質(zhì)和氧化物半導(dǎo)體疊層體110的主要成分之間的鍵因強(qiáng)電場(B :偏壓)和高溫(T :溫度)被截?cái)啵宜傻膽铱真I引發(fā)閾值電壓(Vth)的漂移。另一方面，通過盡量去除氧化物半導(dǎo)體疊層體110的雜質(zhì)，特別是氫、水、羥基、氫化物等而如上所述使氧化物半導(dǎo)體疊層體與柵極絕緣層之間的界面特性改進(jìn)時(shí)，可以獲得對于BT測試穩(wěn)定的晶體管。注意，也可以通過使以接觸氧化物半導(dǎo)體疊層體110的方式設(shè)置的絕緣層含有鹵素(例如，氟或氯)或者在氧化物半導(dǎo)體疊層體110露出的狀態(tài)下在含有鹵素的氣體氣氛中進(jìn)行等離子體處理，使氧化物半導(dǎo)體疊層體110含有鹵素，由此可去除存在于氧化物半導(dǎo)體疊層體110中或在以接觸該氧化物半導(dǎo)體疊層體110的方式設(shè)置的絕緣層和氧化物半導(dǎo)體疊層體110之間的界面的氫、水、羥基、氫化物等雜質(zhì)。在使絕緣層含有鹵素時(shí)，該絕緣層中的鹵素濃度可以為5 X IO17CnT3至I X102°cm_3左右。如上所述，在氧化物半導(dǎo)體疊層體110中或在氧化物半導(dǎo)體疊層體110與接觸氧化物半導(dǎo)體疊層體Iio的絕緣層的界面含有鹵素且以接觸氧化物半導(dǎo)體疊層體110的方式設(shè)置的絕緣層為氧化物絕緣層的情況下，優(yōu)選使用氮化物絕緣層覆蓋氧化物絕緣層的不接觸氧化物半導(dǎo)體疊層體Iio的一側(cè)。就是說，可以在接觸氧化物半導(dǎo)體疊層體110的氧化物絕緣層上且以接觸該氧化物絕緣層的方式設(shè)置氮化硅層等。通過采用這種結(jié)構(gòu)，可以減少氫、水、羥基、氫化物等雜質(zhì)向氧化物半導(dǎo)體疊層體110的進(jìn)入。
另外，在形成柵極絕緣層112之前，優(yōu)選進(jìn)行預(yù)加熱處理，以去除殘留在濺射設(shè)備內(nèi)壁、靶材表面上或靶材材料內(nèi)部的水分或氫。在預(yù)加熱處理之后，在冷卻襯底或?yàn)R射設(shè)備。然后，以不暴露于大氣的方式形成柵極絕緣層112。接 著，在柵極絕緣層112上在重疊于氧化物半導(dǎo)體疊層體110的區(qū)域中形成柵電極114 (參照圖9C)?？梢杂靡韵逻@種方式來形成柵電極114:通過在柵極絕緣層112上使用濺射法、CVD法或真空蒸鍍法形成導(dǎo)電層，在該導(dǎo)電層上通過光刻步驟形成抗蝕劑掩模，并且使用該抗蝕劑掩模蝕刻導(dǎo)電層。接著，可以在惰性氣體氣氛中或者氧氣體氣氛中進(jìn)行第三加熱處理(優(yōu)選為200°C以上且450°C以下，例如為250°C以上且350°C以下)。通過該加熱處理，將氧供給因第一加熱處理及第二加熱處理產(chǎn)生的氧缺陷，使得可能進(jìn)一步降低成為施主的氧缺陷，滿足化學(xué)計(jì)量比，以及進(jìn)一步使氧化物半導(dǎo)體疊層體110更接近i型氧化物半導(dǎo)體或者基本上i型氧化物半導(dǎo)體。注意，也可以在形成柵電極114之前進(jìn)行該第三加熱處理，或者，也可以在之后形成的絕緣層116形成之后進(jìn)行該第三加熱處理。接著，在柵極絕緣層112及柵電極114上形成絕緣層116(參照圖9D)。絕緣層116也可以含有氫。可以通過濺射法或CVD法等形成絕緣層116。在本實(shí)施方式中，使用通過CVD法獲得的氮化物絕緣層之一的氮化硅層。在氮?dú)夥罩校?50°C以上且450°C以下，優(yōu)選為250°C以上且440°C以下的溫度下進(jìn)行第三加熱處理。另外，可以在氧氣氛、稀有氣體氣氛或干燥空氣氣氛中進(jìn)行第三加熱處理，而不局限于氮?dú)夥?。通過進(jìn)行上述過程，可以形成具有氫濃度被降低而被高純度化且具有單晶區(qū)域的氧化物半導(dǎo)體疊層體的晶體管150。根據(jù)蝕刻條件，在圖8C中的步驟之后，在將包含單晶區(qū)域的第二多元氧化物半導(dǎo)體層107蝕刻為島狀，在一些情況中如圖IOA中所示那樣在絕緣層101的整個(gè)表面上殘留包含單晶區(qū)域的第一多元氧化物半導(dǎo)體層103及包含單晶區(qū)域的單元氧化物半導(dǎo)體層105，而不將包含單晶區(qū)域的單元氧化物半導(dǎo)體層105蝕刻為島狀。這是因?yàn)槿缦戮壒试诘谝患訜崽幚淼臏囟缺鹊诙訜崽幚淼臏囟雀邥r(shí)，包含單晶區(qū)域的第一多元氧化物半導(dǎo)體層103及包含單晶區(qū)域的單元氧化物半導(dǎo)體層105的結(jié)晶性的程度高于與包含單晶區(qū)域的第二多元氧化物半導(dǎo)體層107的結(jié)晶性的程度；由此單晶區(qū)域的第一多元氧化物半導(dǎo)體層103及包含單晶區(qū)域的單元氧化物半導(dǎo)體層105的蝕刻速度變低。然后，通過圖8E和圖9A至9D中所示的步驟，獲得如圖IOB中所示的晶體管152，其中，在絕緣層101上形成包含單晶區(qū)域的第一多元氧化物半導(dǎo)體層103及包含單晶區(qū)域的單元氧化物半導(dǎo)體層105 ;在包含單晶區(qū)域的單元氧化物半導(dǎo)體層105上形成島狀的包含單晶區(qū)域的第二多元氧化物半導(dǎo)體層107a、布線108a及108b和柵極絕緣層112 ;以及在柵極絕緣層112上形成柵電極114。常規(guī)氧化物半導(dǎo)體為η型半導(dǎo)體，以及即使使用常規(guī)氧化物半導(dǎo)體的晶體管中的柵極電壓為OV時(shí)，電流也趨于在源電極與漏電極之間流動。在晶體管為常開啟(normally-on)的情況下，即使場效應(yīng)遷移率高,也難以控制電路。已知，氫是氧化物半導(dǎo)體中的施主且是使得氧化物半導(dǎo)體是η型氧化物半導(dǎo)體的一個(gè)因素。另外，氧缺陷也被認(rèn)為是使得氧化物半導(dǎo)體是η型氧化物半導(dǎo)體的一個(gè)因素。
因此，為了使得氧化物半導(dǎo)體是(i型)氧化物半導(dǎo)體，在第一加熱處理及第二加熱處理中，連同結(jié)晶生長而去除η型雜質(zhì)的氫、水、羥基或氫化物等來高純度化氧化物半導(dǎo)體，以盡量不含有氧化物半導(dǎo)體的主要成分以外的雜質(zhì)，并且通過在第三加熱處理中，去除氧缺陷，使得其成為本征氧化物半導(dǎo)體。就是說，本實(shí)施方式具有以下特征通過盡量去除氫、水、羥基或氫化物等雜質(zhì)或氧缺陷而不以添加雜質(zhì)的方式來使得氧化物半導(dǎo)體是被高純度化的i型(本征)氧化物半導(dǎo)體或者接近被高純度化的i型(本征)氧化物半導(dǎo)體。尤其是，因?yàn)閷Ρ緦?shí)施方式中所述的氧化物半導(dǎo)體進(jìn)行了高度的結(jié)晶化，所以具有與非晶、微晶或多晶氧化物半導(dǎo)體相比其雜質(zhì)或缺陷少的特征。通過上述對氧化物半導(dǎo)體進(jìn)行高純度化，晶體管的閾值電壓可以為正，使得可以實(shí)現(xiàn)所謂常關(guān)閉型(normally off)的開關(guān)元件。此時(shí)的氧化物半導(dǎo)體的氫濃度為lX1018cm_3以下，優(yōu)選為lX1016cm_3以下，更優(yōu)選在基本上為O。另外，氧化物半導(dǎo)體的載流子密度低于lX1014cm_3，優(yōu)選為低于I X 1012cnT3，更優(yōu)選為低于I. 45 X ΙΟ'πΓ3。就是說，氧化物半導(dǎo)體的載流子密度盡量接近O。 另外，氧化物半導(dǎo)體的帶隙為2eV以上，優(yōu)選為2. 5eV以上，更優(yōu)選為3eV以上。通過二次離子質(zhì)譜分析技術(shù)(secondday ion mass spectroscopy, SIMS)測量氧化物半導(dǎo)體中的氫濃度。通過霍爾效應(yīng)測量(Hall Effect Measurement)測量載流子密度。可以使用電容-電壓(CV)測量的測量結(jié)果來計(jì)算更低的載流子密度。氧化物半導(dǎo)體中，載流子密度比通常的硅片中的最小載流子密度(I X IO1Vcm3左右)小得多(例如，低于lX1012/cm3，優(yōu)選為低于I. 45 X IOicVcm3)。另外，在溝道長度為3μπι且溝道寬度為1Χ104μπι的晶體管中，在漏極電壓在IV至10V范圍內(nèi)時(shí)，截止?fàn)顟B(tài)電流(在柵極與源極間的電壓為OV以下時(shí)源極與漏極之間流動的電流)在室溫下可以為測量下限以下，以及亞閾值擺幅值(S值)為0. lV/dec (柵極絕緣層的厚度100nm)。通過如上述對氧化物半導(dǎo)體進(jìn)行高純度化，也可以將截止?fàn)顟B(tài)電流降低到IX 10_2°A (IOzA (仄普托安培))至I X IO^19A (IOOzA)左右。截止?fàn)顟B(tài)電流因由直接復(fù)合或間接復(fù)合引起的空穴和電子的生成-復(fù)合而流動；但是，因?yàn)檠趸锇雽?dǎo)體的帶隙寬而需要較大熱能量以激發(fā)電子，所以不容易發(fā)生直接復(fù)合或間接復(fù)合。由此，在將負(fù)的電位施加到柵電極的狀態(tài)(截止?fàn)顟B(tài))中，因?yàn)樯贁?shù)載流子的空穴基本上為0，所以不容易發(fā)生直接復(fù)合及間接復(fù)合，以及電流量極小。注意，可以根據(jù)截止?fàn)顟B(tài)電流和漏極電壓使用歐姆定律來計(jì)算晶體管處于截止?fàn)顟B(tài)時(shí)的電阻值(截止?fàn)顟B(tài)電阻R)，以及可以根據(jù)溝道形成區(qū)域的截面積A和溝道長度L，使用P =RA/L的公式(R為截止?fàn)顟B(tài)電阻)而計(jì)算截止?fàn)顟B(tài)電阻率P。截止?fàn)顟B(tài)電阻率優(yōu)選SlXlO9Q ·πι以上(或者1Χ101 Ω · m)。這里，可以根據(jù)A=dW公式而獲得截面積A (d 溝道形成區(qū)域的厚度，W :溝道寬度)。包含非晶硅的晶體管的截止電流的截止?fàn)顟B(tài)電流是10_12A左右，而包含氧化物半導(dǎo)體的晶體管的截止?fàn)顟B(tài)電流比10_12a低得多。如上所述，通過使用這種i型或基本上i型的氧化物半導(dǎo)體，可以獲得具有極好截止?fàn)顟B(tài)電流特性的晶體管150。再者，在晶體管中，通過降低或優(yōu)選消除氧化物半導(dǎo)體的載流子，使得氧化物半導(dǎo)體用作載流子流經(jīng)的通道。因此，氧化物半導(dǎo)體為被高純度化的i型(本征)氧化物半導(dǎo)體，以及沒有包含載流子或者包含極少載流子，從而可以在晶體管處于截止?fàn)顟B(tài)中的狀態(tài)中使截止?fàn)顟B(tài)電流極小，這就是本實(shí)施方式的技術(shù)思想。另外，在將氧化物半導(dǎo)體用作通道，并且以氧化物半導(dǎo)體不包含載流子或者包含極少載流子的方式進(jìn)行高純度化而使得氧化物半導(dǎo)體本身成為i型(本征)氧化物半導(dǎo)體時(shí)，由源電極或漏電極供給載流子。通過適當(dāng)?shù)剡x擇氧化物半導(dǎo)體的電子親和勢(X )和費(fèi)米能級(其理想的是與本征費(fèi)米能級對應(yīng))、源電極及漏電極的功函數(shù)，可以從源電極及漏電極注入載流子，使得可以適當(dāng)?shù)刂圃歃切途w管及P型晶體管。如上所述， 通過以盡量不含有氧化物半導(dǎo)體的主要成分以外的雜質(zhì)，典型為氫、水、羥基或氫化物等的方式進(jìn)行高純度化氧化物半導(dǎo)體且使氧化物半導(dǎo)體包含單晶區(qū)域時(shí)，可以獲得晶體管的良好工作。尤其是，可以提高開關(guān)比。另外，可以抑制BT測試前后的晶體管的閾值電壓的變化量，由此可以獲得高可靠性。另外，可以抑制電特性的溫度依賴性。雖然已知的任何金屬氧化物處于非晶狀態(tài)或多晶狀態(tài)中，或者，僅可以通過在1400°C左右的高溫下進(jìn)行處理而處于單晶狀態(tài)中，但是，通過形成包含平板狀的單晶區(qū)域的單元氧化物半導(dǎo)體層以及然后使用該單晶區(qū)域作為晶種進(jìn)行結(jié)晶生長的上述方法，可以在比較低溫下使用大面積襯底形成包含單晶區(qū)域的氧化物半導(dǎo)體層。本實(shí)施方式可以與其他實(shí)施方式中所說明的任何結(jié)構(gòu)適當(dāng)?shù)亟M合而實(shí)現(xiàn)。(實(shí)施方式3)
在本實(shí)施方式中，將參照圖IlA至IlD說明與實(shí)施方式I及實(shí)施方式2中的那些方法不同的形成氧化物半導(dǎo)體疊層體110的方法。以與實(shí)施方式2中的方式類似的方式，如圖IlA中所示，在襯底100上形成絕緣層101。接著，在絕緣層101上形成第一多元氧化物半導(dǎo)體層102，并且在第一多元氧化物半導(dǎo)體層102上形成單元氧化物半導(dǎo)體層104。接著，以與實(shí)施方式I中的方式類似的方式，進(jìn)行第一加熱處理，使得形成包含單晶區(qū)域的第一多元氧化物半導(dǎo)體層103及包含單晶區(qū)域的單元氧化物半導(dǎo)體層105，如圖IlB中所示。接著，在包含單晶區(qū)域的單元氧化物半導(dǎo)體層105上形成第二多元氧化物半導(dǎo)體層106。接著，在第二多元氧化物半導(dǎo)體層106上通過光刻步驟形成抗蝕劑掩模，以及使用該抗蝕劑掩模蝕刻包含單晶區(qū)域的第一多元氧化物半導(dǎo)體層103、包含單晶區(qū)域的單元氧化物半導(dǎo)體層105以及第二多元氧化物半導(dǎo)體層106，由此形成島狀的包含單晶區(qū)域的第一多元氧化物半導(dǎo)體層103a、島狀的包含單晶區(qū)域的單元氧化物半導(dǎo)體層105a以及島狀的第二多元氧化物半導(dǎo)體層106a。然后，去除抗蝕劑掩模(參照圖11C)。接著，通過第二加熱處理，使用包含單晶區(qū)域的單元氧化物半導(dǎo)體層105a作為晶種來進(jìn)行第二多元氧化物半導(dǎo)體層106a的結(jié)晶生長，使得形成包含單晶區(qū)域的第二多元氧化物半導(dǎo)體層107a。通過上述步驟，可以形成具有包含單晶區(qū)域的第一多元氧化物半導(dǎo)體層103a、包含單晶區(qū)域的單元氧化物半導(dǎo)體層105a以及包含單晶區(qū)域的第二多元氧化物半導(dǎo)體層107a的氧化物半導(dǎo)體疊層體110。然后，通過圖8E及圖9A至9D中所示的工序，可以形成如圖I中所示的晶體管150。包含單晶區(qū)域的第二多元氧化物半導(dǎo)體層具有高結(jié)晶性程度；因此，包含單晶區(qū)域的第二多元氧化物半導(dǎo)體層得蝕刻速度根據(jù)蝕刻條件而比被結(jié)晶化前的第二多元氧化物半導(dǎo)體層的蝕刻速度低。因此，通過在第二加熱處理之前將第二多元氧化物半導(dǎo)體層蝕亥IJ為島狀，可以縮短蝕刻時(shí)間。本實(shí)施方式可以與其他實(shí)施方式所說明的任何結(jié)構(gòu)適當(dāng)?shù)亟M合而實(shí)現(xiàn)。
(實(shí)施方式4)
在本實(shí)施方式中，將參照圖12A至12D說明與實(shí)施方式I至實(shí)施方式3中的那些方法不同的形成氧化物半導(dǎo)體疊層體110的方法。以與實(shí)施方式2中的方式類似的方式，在襯底100上形成絕緣層101。接著，在絕緣層101上形成第一多元氧化物半導(dǎo)體層，并且在第一多元氧化物半導(dǎo)體層上形成單元氧化物半導(dǎo)體層。然后，以與實(shí)施方式I中的方式類似的方式，進(jìn)行第一加熱處理，使得形成包含單晶區(qū)域的第一多元氧化物半導(dǎo)體層103及包含單晶區(qū)域的單元氧化物半導(dǎo)體層105(參照圖12A)。
接著，在包含單晶區(qū)域的單元氧化物半導(dǎo)體層105上通過光刻步驟形成抗蝕劑掩模，以及使用該抗蝕劑掩模蝕刻包含單晶區(qū)域的第一多元氧化物半導(dǎo)體層103及包含單晶區(qū)域的單元氧化物半導(dǎo)體層105，由此如圖12B中所示那樣形成島狀的包含單晶區(qū)域的第一多元氧化物半導(dǎo)體層103b及島狀的包含單晶區(qū)域的單元氧化物半導(dǎo)體層105b。然后，去除抗蝕劑掩模。然后，在包含單晶區(qū)域的單元氧化物半導(dǎo)體層105b和絕緣層101上形成第二多元氧化物半導(dǎo)體層106。接著，在第二多元氧化物半導(dǎo)體層106上通過光刻步驟形成抗蝕劑掩模，以及使用該抗蝕劑掩模蝕刻包含單晶區(qū)域的第一多元氧化物半導(dǎo)體層103b、包含單晶區(qū)域的單元氧化物半導(dǎo)體層105b以及第二多元氧化物半導(dǎo)體層106，由此形成島狀的包含單晶區(qū)域的第一多元氧化物半導(dǎo)體層103a、島狀的包含單晶區(qū)域的單元氧化物半導(dǎo)體層105a以及島狀的第二多元氧化物半導(dǎo)體層106a。然后，去除抗蝕劑掩模(參照圖12C)。然后，通過第二加熱處理，使用包含單晶區(qū)域的單元氧化物半導(dǎo)體層105a作為晶種來進(jìn)行第二多元氧化物半導(dǎo)體層106a的結(jié)晶生長，由此形成包含單晶區(qū)域的第二多元氧化物半導(dǎo)體層107a。通過上述步驟，可以形成具有包含單晶區(qū)域的第一多元氧化物半導(dǎo)體層103a、包含單晶區(qū)域的單元氧化物半導(dǎo)體層105a以及包含單晶區(qū)域的第二多元氧化物半導(dǎo)體層107a的氧化物半導(dǎo)體疊層體110(參照圖12D)。然后，通過圖8E及圖9A至9D中所示的步驟，可以形成如圖I中所示的晶體管150。包含單晶區(qū)域的第二多元氧化物半導(dǎo)體層具有高結(jié)晶性程度；因此，包含單晶區(qū)域的第二多元氧化物半導(dǎo)體層的蝕刻速度根據(jù)蝕刻條件而比被結(jié)晶化前的第二多元氧化物半導(dǎo)體層的蝕刻速度低。因此，通過在第二加熱處理之前將第二多元氧化物半導(dǎo)體層蝕亥IJ為島狀，可以縮短蝕刻時(shí)間。本實(shí)施方式可以與其他實(shí)施方式所說明的任何結(jié)構(gòu)適當(dāng)?shù)亟M合而實(shí)現(xiàn)。(實(shí)施方式5)
在本實(shí)施方式中，將參照圖8A至8E及圖13A和13B說明與實(shí)施方式I中的方法不同的形成包含單晶區(qū)域的第二多元氧化物半導(dǎo)體層的方法的方式。以與實(shí)施方式2中的方式類似的方式，如圖8A中所示，在襯底100上形成絕緣層101。接著，在絕緣層101上形成第一多元氧化物半導(dǎo)體層102，并且在第一多元氧化物半導(dǎo)體層102上形成單元氧化物半導(dǎo)體層104。然后，以與實(shí)施方式I中的方式類似的方式，進(jìn)行第一加熱處理，如圖13A中所示那樣形成包含單晶區(qū)域的第一多元氧化物半導(dǎo)體層103及包含單晶區(qū)域的單元氧化物半導(dǎo)體層105。接著，如圖13B中所示，一邊在200°C以上且600°C以下，優(yōu)選為200°C以上且550°C以下的溫度下加熱，一邊在包含單晶區(qū)域的單元氧化物半導(dǎo)體層105上通過濺射法形成包含單晶區(qū)域的第二多元氧化物半導(dǎo)體層107。包含單晶區(qū)域的第二多元氧化物半導(dǎo)體層107具有六方晶結(jié)構(gòu)的非纖鋅礦型結(jié)晶結(jié)構(gòu)。這里，一邊加熱一邊沉積第二多元氧化物半導(dǎo)體層。使用在包含單晶區(qū)域的單元氧化物半導(dǎo)體層105的表面的單晶區(qū)域作為晶種進(jìn)行結(jié)晶生長(也稱為外延生長或軸向生長)，所以可以形成包含單晶區(qū)域的第二多元氧化物半導(dǎo)體層107，以便具有與包含單晶區(qū)域的單元氧化物半導(dǎo)體層105相同的結(jié)晶軸，尤其是相同的c軸方向。因此，即使不進(jìn)行第二加熱處理，也可以形成其c軸方向與包含單晶區(qū)域的單元氧化物半導(dǎo)體層105相同的被結(jié)晶化的包含單晶區(qū)域的第二多元氧化物半導(dǎo)體層 107。然后，經(jīng)過實(shí)施方式I中所述的步驟，可以制造晶體管150。
在本實(shí)施方式中，因?yàn)榭梢詼p小加熱處理次數(shù)，由此可以增加產(chǎn)率。本實(shí)施方式可以與其他實(shí)施方式所說明的任何結(jié)構(gòu)適當(dāng)?shù)亟M合而實(shí)現(xiàn)。(實(shí)施方式6)
雖然在實(shí)施方式I至實(shí)施方式5中，說明頂柵型的晶體管的制造過程，但是在本實(shí)施方式中，將參照圖14A至14E說明底柵型的晶體管的制造過程。在本實(shí)施方式中，使用玻璃襯底作為襯底100，以及預(yù)先在650°C對襯底100進(jìn)行6分鐘的加熱處理兩次。通過在形成晶體管之前對襯底進(jìn)行加熱，可以抑制由襯底收縮產(chǎn)生的膜剝離或掩模的位置偏差。接著，在具有絕緣表面的襯底100上形成導(dǎo)電層，以及然后使用光掩模通過光刻步驟而設(shè)置柵電極400。另外，也可以在襯底100與柵電極400之間設(shè)置實(shí)施方式2中所述的絕緣層101。通過絕緣層101，可以增加襯底100與柵電極400之間的粘合性。對于柵電極400，可以適當(dāng)?shù)夭捎脤?shí)施方式I中所述的柵電極114的材料及制造方法。當(dāng)柵電極400的端部優(yōu)選具有錐形，因?yàn)榭梢蕴岣咧笮纬傻慕^緣層、半導(dǎo)體層以及導(dǎo)
電層的覆蓋度。然后，在柵電極400上形成柵極絕緣層401。對于柵極絕緣層401，可以適當(dāng)?shù)厥褂脤?shí)施方式I中所述的柵極絕緣層112的材料及制造方法。接著，以與實(shí)施方式I中的方式類似的方式，在柵極絕緣層401上，形成第一多元氧化物半導(dǎo)體層，并且在第一多元氧化物半導(dǎo)體層上形成單元氧化物半導(dǎo)體層之后，進(jìn)行第一加熱處理，使得形成包含單晶區(qū)域的第一多元氧化物半導(dǎo)體層403及包含單晶區(qū)域的單元氧化物半導(dǎo)體層405 (參照圖14A)。然后，在包含單晶區(qū)域的單元氧化物半導(dǎo)體層405上，以與實(shí)施方式I中的方式類似的方式形成第二多元氧化物半導(dǎo)體層之后，進(jìn)行第二加熱處理，使得形成包含單晶區(qū)域的第二多元氧化物半導(dǎo)體層407 (參照圖14B)。在包含單晶區(qū)域的第二多元氧化物半導(dǎo)體層407上，通過光刻步驟形成抗蝕劑掩模之后，進(jìn)行蝕刻，使得形成島狀的包含單晶區(qū)域的第一多元氧化物半導(dǎo)體層403a、島狀的包含單晶區(qū)域的單元氧化物半導(dǎo)體層405a以及島狀的包含單晶區(qū)域的第二多元氧化物半導(dǎo)體層407a。
在柵極絕緣層401、島狀的包含單晶區(qū)域的第一多元氧化物半導(dǎo)體層403a、島狀的包含單晶區(qū)域的單元氧化物半導(dǎo)體層405a以及島狀的包含單晶區(qū)域的第二多元氧化物半導(dǎo)體層407a上形成用作源電極及漏電極的布線408a及408b。布線408a及408b可以以與實(shí)施方式I中所述的布線108a及108b的方式類似的方式形成。接 著，在形成接觸氧化物半導(dǎo)體層的一部分的成為保護(hù)絕緣層的氧化物絕緣層412之后，也可以進(jìn)行第三加熱處理(參照圖14C)。在本實(shí)施方式中，作為氧化物絕緣層412，通過濺射法形成厚度為300nm的氧化硅層。形成時(shí)的襯底溫度可以為室溫以上且300°C以下，在本實(shí)施方式中為100°C。可以在稀有氣體(典型為氬)氣氛中、在氧氣氛中或者在含有稀有氣體(典型為氬)和氧的氣氛中通過濺射法形成氧化硅層。作為靶材可以使用氧化硅靶材或硅靶材。例如，可以使用硅靶材，在含有氧及氮的氣氛中通過濺射法形成氧化硅層。接觸結(jié)晶化的島狀的包含單晶區(qū)域的第一多元氧化物半導(dǎo)體層403a、結(jié)晶化的島狀的包含單晶區(qū)域的單元氧化物半導(dǎo)體層405a以及結(jié)晶化的島狀的包含單晶區(qū)域的第二多元氧化物半導(dǎo)體層407a而形成的氧化物絕緣層412具有IOnm以上且500nm以下的厚度，以及典型地使用氧化硅層、氮氧化硅層、氧化鋁層或氧氮鋁層等來形成。另外，第三加熱處理的溫度設(shè)定為200°C以上且450°C以下，優(yōu)選為250°C以上且350°C以下的范圍中。通過該加熱處理，將氧供給因第一加熱處理及第二加熱處理產(chǎn)生的氧缺陷，使得可能進(jìn)一步降低成為施主的氧缺陷，滿足化學(xué)計(jì)量比，以及使包含單晶區(qū)域的第一多元氧化物半導(dǎo)體層403a、包含單晶區(qū)域的單元氧化物半導(dǎo)體層405a以及包含單晶區(qū)域的第二多元氧化物半導(dǎo)體層407a更接近i型的氧化物半導(dǎo)體或者基本上i型的氧化物半導(dǎo)體。接著，在氧化物絕緣層412上形成絕緣層416。然后，也可以進(jìn)行第四加熱處理(參照圖14D)。絕緣層416可以以與實(shí)施方式2中所述的絕緣層116的方式類似的方式來形成。在氮?dú)夥罩?，并且?50°C以上且450°C以下，優(yōu)選為250°C以上且440°C以下的溫度下進(jìn)行第四加熱處理。另外，可以在氧氣氛、稀有氣體氣氛或干燥空氣氣氛中進(jìn)行第四加熱處理，而不局限于氮?dú)夥铡Ｍㄟ^上述步驟，完成晶體管450，其包含通過從包含單晶區(qū)域的單元氧化物半導(dǎo)體層405a的結(jié)晶區(qū)域結(jié)晶生長獲得的包含單晶區(qū)域的第一多元氧化物半導(dǎo)體層403a及包含單晶區(qū)域的第二多元氧化物半導(dǎo)體層407a。接著，也可以在絕緣層416上形成層間絕緣層418(參照圖14E)。層間絕緣層418使用通過濺射法或CVD法等而獲得的氧化硅層、氮氧化硅層、氮化硅層、氧化鉿層、氧化鋁層、氧化鉭層等的含有無機(jī)絕緣材料的材料而形成。備選地，對于層間絕緣層418的材料，也可以使用丙烯酸樹脂、聚酰亞胺、環(huán)氧樹脂等有機(jī)樹脂。注意，在本實(shí)施方式中，使用包含氧化物絕緣層412、絕緣層416以及層間絕緣層418的疊層結(jié)構(gòu)，但是本文所公開的發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式不局限于此例?？梢允褂脝螌咏Y(jié)構(gòu)、包含兩層或四層以上的疊層結(jié)構(gòu)。另外，本實(shí)施方式中所述的晶體管的一個(gè)特征在于如圖14E中所示，柵電極400包含與布線408a及408b重疊的區(qū)域。柵電極400包含布線408a的端部與柵極絕緣層401的臺階之間的區(qū)域，即在截面圖中布線408a的端部與柵極絕緣層的從平坦面變成錐面的點(diǎn)之間的區(qū)域(這里，圖14E中的Lw區(qū)域)。鑒于防止載流子流過在由柵電極的端部的臺階產(chǎn)生的氧化物半導(dǎo)體的晶粒邊界，Lov區(qū)域是重要的。另外，也可以在氧化物絕緣層412上形成背柵電極。圖15A和15B示出這種情況中的制造過程。在獲得圖14C的狀態(tài)之后，形成到達(dá)柵電極400的接觸孔，并且在氧化物絕緣層412上形成背柵電極414(參照圖15A)。然后，在背柵電極414和氧化物絕緣層412上形成絕緣層416之后，可進(jìn)行第四加熱處理。通過上述步驟，可以形成圖15B中所示的晶體管451。當(dāng)將背柵電極414設(shè)置在重疊于包含單晶區(qū)域的第一多元氧化物半導(dǎo)體層、包含單晶區(qū)域的單元氧化物半導(dǎo)體層以及包含單晶區(qū)域的第二多元氧化物半導(dǎo)體層中形成的溝道形成區(qū)域的位置時(shí)，背柵極用作鈍化層而可以防止氫從外部進(jìn)入到溝道形成區(qū)域中，使得可以降低BT測試(偏壓-溫度應(yīng)力測試)前后的晶體管451的閾值電壓的改變量。背柵電極414的電位也可以與晶體管451的柵電極400的電位不同。另外，背柵電極414的電位可以是GND、0V或背柵電極414的電位可以處于浮動狀態(tài)中。在這種情況下，不在形成背柵電極414之前形成到達(dá)柵電極400的接觸孔，由此可以使柵電極400的電位與背柵電極414的電位不同。·
接著，在絕緣層416上形成用來進(jìn)行平坦化的層間絕緣層418，使得可以獲得圖15B中所示的截面結(jié)構(gòu)。本實(shí)施方式可以與其他實(shí)施方式所說明的任何結(jié)構(gòu)適當(dāng)?shù)亟M合而實(shí)現(xiàn)。(實(shí)施方式7)
在本實(shí)施方式中，將參照圖16說明溝道停止晶體管的結(jié)構(gòu)。因?yàn)楸緦?shí)施方式只是部分與實(shí)施方式6不同，所以這里省略詳細(xì)的說明。以下將說明過程。以與實(shí)施方式6中的方式類似的方式，在襯底100上形成柵電極400和柵極絕緣層402。接著，以與實(shí)施方式6中的方式類似的方式，在柵極絕緣層402上形成第一多元氧化物半導(dǎo)體層，在第一多元氧化物半導(dǎo)體層上形成單元氧化物半導(dǎo)體層，以及進(jìn)行第一加熱處理以使第一多元氧化物半導(dǎo)體層及單元氧化物半導(dǎo)體層結(jié)晶化，由此形成包含單晶區(qū)域的第一多元氧化物半導(dǎo)體層及包含單晶區(qū)域的單元氧化物半導(dǎo)體層。然后，以與實(shí)施方式6中的方式類似的方式，形成第二多元氧化物半導(dǎo)體層，以及進(jìn)行第二加熱處理以使第二多元氧化物半導(dǎo)體層結(jié)晶化，由此形成包含單晶區(qū)域的第二多元氧化物半導(dǎo)體層。接著，形成氧化物絕緣層，以及進(jìn)行第三加熱處理。氧化物絕緣層使用與實(shí)施方式6中所述的氧化物絕緣層412相同的材料來形成。另外，第三加熱處理的條件與實(shí)施方式6中所述的第三加熱處理相同，以及將氧供給包含單晶區(qū)域的第一多元氧化物半導(dǎo)體層、包含單晶區(qū)域的單元氧化物半導(dǎo)體層以及包含單晶區(qū)域的第二多元氧化物半導(dǎo)體層，來減少包含單晶區(qū)域的第一多元氧化物半導(dǎo)體層、包含單晶區(qū)域的單元氧化物半導(dǎo)體層以及包含單晶區(qū)域的第二多元氧化物半導(dǎo)體層中的氧缺陷。接著，通過光刻步驟在氧化物絕緣層上形成抗蝕劑掩模，以及選擇性地進(jìn)行蝕刻，以形成島狀的包含單晶區(qū)域的第一多元氧化物半導(dǎo)體層403a、島狀的包含單晶區(qū)域的單元氧化物半導(dǎo)體層405a以及島狀的包含單晶區(qū)域的第二多元氧化物半導(dǎo)體層407a。與此同時(shí),還蝕刻氧化物絕緣層。接著，去除抗蝕劑掩模，以及銅鼓光刻步驟形成抗蝕劑掩模，并且選擇性地進(jìn)行蝕亥IJ，以形成島狀的氧化物絕緣層420。然后，在島狀得氧化物絕緣層420、島狀的包含單晶區(qū)域的第一多元氧化物半導(dǎo)體層403a、島狀的包含單晶區(qū)域的單元氧化物半導(dǎo)體層405a以及島狀的包含單晶區(qū)域的第二多元氧化物半導(dǎo)體層407a上，以與實(shí)施方式I中的方式類似的方式形成布線408a及408b ο接著，在布線408a及408b和島狀的氧化物絕緣層420上形成絕緣層416。然后，也可以進(jìn)行第四加熱處理。第四加熱處理的條件也與實(shí)施方式6中所述的第四加熱處理相同。通過上述步驟，完成包括包含單晶區(qū)域的第一多元氧化物半導(dǎo)體層、包含單晶區(qū)域的單元氧化物半導(dǎo)體層以及包含單晶區(qū)域的第二多元氧化物半導(dǎo)體層的溝道停止型晶 體管452。接著，在絕緣層416上形成用來平坦化的層間絕緣層418，使得可以獲得圖16中所示的截面結(jié)構(gòu)。本實(shí)施方式可以與其他實(shí)施方式所說明的任何結(jié)構(gòu)適當(dāng)?shù)亟M合而實(shí)現(xiàn)。(實(shí)施方式8)
在本實(shí)施方式中，將參照圖17說明可以應(yīng)用于實(shí)施方式6及實(shí)施方式7的結(jié)構(gòu)。在本實(shí)施方式中，包含單晶區(qū)域的第一多元氧化物半導(dǎo)體層403b、包含單晶區(qū)域的單元氧化物半導(dǎo)體層405b以及包含單晶區(qū)域的第二多元氧化物半導(dǎo)體層407b各具有小于柵電極400的面積的面積，并且完全重疊于柵電極400。因此，當(dāng)使用具有遮光性的金屬元素或合金形成柵電極400時(shí)，可以減少來自外部通過襯底100并向包含單晶區(qū)域的第一多元氧化物半導(dǎo)體層403b、包含單晶區(qū)域的單元氧化物半導(dǎo)體層405b以及包含單晶區(qū)域的第二多元氧化物半導(dǎo)體層407b照射的光。另外，包含單晶區(qū)域的第一多元氧化物半導(dǎo)體層403b、包含單晶區(qū)域的單元氧化物半導(dǎo)體層405b以及包含單晶區(qū)域的第二多元氧化物半導(dǎo)體層407b只重疊于柵電極400的平坦部分，其不包含端部以及因此具有平坦形狀。因此，垂直于表面的所有c軸方向都彼此平行，使得不容易形成晶粒邊界，以及可以基本上獲得具有高結(jié)晶性程度的單晶結(jié)構(gòu)。經(jīng)過上述步驟，可以獲得包含基本上具有單晶結(jié)構(gòu)的第一多元氧化物半導(dǎo)體層、單元氧化物半導(dǎo)體層以及第二多元氧化物半導(dǎo)體層的晶體管。本實(shí)施方式可以與其他實(shí)施方式所說明的任何結(jié)構(gòu)適當(dāng)?shù)亟M合而實(shí)現(xiàn)。(實(shí)施方式9)
在本實(shí)施方式中，作為將在任何上述實(shí)施方式中說明的半導(dǎo)體裝置用于半導(dǎo)體集成電路的情況的例子，將參照圖18說明具有與使用另一半導(dǎo)體材料的半導(dǎo)體裝置的疊層結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體裝置。圖18是示出根據(jù)本實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的結(jié)構(gòu)的一個(gè)實(shí)施方式的截面圖。圖18中所示的半導(dǎo)體裝置在下部中包含使用氧化物半導(dǎo)體以外的材料(例如，硅)的晶體管250并且在上部中包含使用氧化物半導(dǎo)體的晶體管150。使用氧化物半導(dǎo)體的晶體管150是圖I中所示的晶體管150。雖然這里晶體管250及晶體管150都是η型晶體管,但是也可以使用P型晶體管。尤其是，容易使用P型晶體管作為晶體管250。晶體管250包含設(shè)置在含有半導(dǎo)體材料的襯底200中的溝道形成區(qū)域216 ;其間夾有溝道形成區(qū)域216的雜質(zhì)區(qū)域214及其間夾有溝道形成區(qū)域216的高濃度雜質(zhì)區(qū)域220 (它們也總稱為雜質(zhì)區(qū)域)；設(shè)置在溝道形成區(qū)域216上的柵極絕緣層208a ;設(shè)置在柵極絕緣層208a上的柵電極210a ；電連接于雜質(zhì)區(qū)域214的且用作源電極及漏電極的布線230a 及 230b (參照圖 18)。
這里，在柵電極210a的側(cè)面上設(shè)置有側(cè)壁絕緣層218。在從垂直于襯底200的主平面的方向來看時(shí)襯底200的不重疊于側(cè)壁絕緣層218的區(qū)域中設(shè)置高濃度雜質(zhì)區(qū)域220以及設(shè)置接觸高濃度雜質(zhì)區(qū)域220的金屬化合物區(qū)域224。在襯底200上，設(shè)置有元件分離絕緣層206以便圍繞晶體管250。設(shè)置有層間絕緣層226及層間絕緣層228以便覆蓋晶體管250。布線230a及230b通過形成在層間絕緣層226、層間絕緣層228以及絕緣層234中的開口電連接于金屬化合物區(qū)域224。就是說，布線230a及230b通過金屬化合物區(qū)域224電連接于聞濃度雜質(zhì)區(qū)域220及雜質(zhì)區(qū)域214。晶體管150包含設(shè)置在絕緣層101上的包含單晶區(qū)域的第一多元氧化物半導(dǎo)體層103a、包含單晶區(qū)域的單元氧化物半導(dǎo)體層105a以及包含單晶區(qū)域的第二多元氧化物半導(dǎo)體層107a ;用作源電極及漏電極的布線108a及108b，該布線108a及108b設(shè)置在包含單晶區(qū)域的第一多元氧化物半導(dǎo)體層103a、包含單晶區(qū)域的單元氧化物半導(dǎo)體層105a以及包含單晶區(qū)域的第二多元氧化物半導(dǎo)體層107a上，并電連接于包含單晶區(qū)域的第一多元氧化物半導(dǎo)體層103a、包含單晶區(qū)域的單元氧化物半導(dǎo)體層105a以及包含單晶區(qū)域的第二多元氧化物半導(dǎo)體層107a ;柵極絕緣層112，該柵極絕緣層112設(shè)置為覆蓋包含單晶區(qū)域的第一多元氧化物半導(dǎo)體層103a、包含單晶區(qū)域的單元氧化物半導(dǎo)體層105a以及包含單晶區(qū)域的第二多元氧化物半導(dǎo)體層107a和布線108a及108b ;以及柵電極114，該柵電極114設(shè)置在柵極絕緣層112上在重疊于包含單晶區(qū)域的第二多元氧化物半導(dǎo)體層107a的區(qū)域中。另外，在晶體管150上設(shè)置有絕緣層116及層間絕緣層118。這里，在柵極絕緣層112、絕緣層116以及層間絕緣層118中設(shè)置有到達(dá)布線108a及108b的開口。通過開口，布線254d及254e分別形成為接觸布線108a及108b。以與布線254d及254e的方式類似的方式，布線254a、254b以及254c分別形成為通過設(shè)置在柵極絕緣層112、絕緣層116以及層間絕緣層118中的開口接觸布線236a、236b以及236c。另外，在層間絕緣層118上設(shè)置有絕緣層256。布線258a、258b、258c以及258d設(shè)置為埋入該絕緣層256中。這里，布線258a接觸布線254a ;布線258b接觸布線254b ;布線258c接觸布線254c及布線254d ;并且布線258d接觸布線254e。就是說，晶體管150的布線108a通過布線230c、布線236c、布線254c、布線258c以及布線254d電連接于另一元件(使用氧化物半導(dǎo)體以外的材料的晶體管等)。再者，晶體管150的布線108b通過布線254e及布線258d電連接于另一元件。注意，連接的布線(布線230c、布線236c、布線254c、布線258c以及布線254d等)的結(jié)構(gòu)不局限于上述結(jié)構(gòu)，而適當(dāng)?shù)奶砑踊蚴÷缘仁强赡艿?。注意，?yōu)選將含有銅的材料用于各種布線(例如，布線258a、布線258b、布線258c以及布線258d等)的一部分。當(dāng)將含有銅的材料用于它們的一部分時(shí)，可以提高導(dǎo)電性。含有銅的電極或布線可以通過所謂的鑲嵌過程等而形成。如上所述，在本實(shí)施方式中，說明了具有疊層結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體裝置的一個(gè)典型實(shí)施方式；但是本文所公開的發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式不局限于此。例如，可以適當(dāng)?shù)馗淖兙w管的結(jié)構(gòu)、絕緣層的個(gè)數(shù)或其布置、電極以及布線的個(gè)數(shù)或其之間的連接關(guān)系等。作為電極之間的連接關(guān)系的一個(gè)例子，可以采用晶體管250的柵電極210a與晶體管150的布線108a或108b彼此電連接的結(jié)構(gòu)。通過組合使用氧化物半導(dǎo)體以外的材料的晶體管和使用氧化物半導(dǎo)體的晶體管，可以實(shí)現(xiàn)具有與使用氧化物半導(dǎo)體的晶體管的那些電特性不同的電特性的半導(dǎo)體裝置。本實(shí)施方式中所述的結(jié)構(gòu)、方法等可以與其他的實(shí)施方式中所述的任何結(jié)構(gòu)、方法等適當(dāng)?shù)亟M合。(實(shí)施方式10)
在本實(shí)施方式中，作為根據(jù)所公開的發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的具體方式， 將說明用作存儲裝置的半導(dǎo)體裝置的結(jié)構(gòu)。注意，這里說明包含如下兩種晶體管的半導(dǎo)體 裝置一是使用包含單晶區(qū)域的第一多元氧化物半導(dǎo)體層、包含單晶區(qū)域的單元氧化物半導(dǎo)體層以及包含單晶區(qū)域的第二多元氧化物半導(dǎo)體層(以下稱為氧化物半導(dǎo)體疊層體)的晶體管；二是使用氧化物半導(dǎo)體疊層體以外的材料(例如，硅)的晶體管。在圖19中所示的半導(dǎo)體裝置中，晶體管300的柵電極與晶體管302的源電極和漏電極中的一方彼此電連接。另外，第一布線(第一線，也稱為源極線)和晶體管300的源電極電連接。第二布線(第二線，也稱為位線)和晶體管300的漏電極電連接。第三布線(第三線，也稱為第一信號線)與晶體管302的源電極和漏電極中的另一方電連接。第四布線(第四線，也稱為第二信號線)和晶體管302的柵電極電連接。這里，使用氧化物半導(dǎo)體疊層體以外的材料(例如，硅)用于晶體管300，而使用氧化物半導(dǎo)體疊層體用于晶體管302。在圖19中，用“OS tr”標(biāo)記晶體管302。使用氧化物半導(dǎo)體疊層體以外的材料形成的晶體管300可以以充分的高速來工作。因此通過使用晶體管300，高速讀出存儲內(nèi)容等是可能的。另外，使用氧化物半導(dǎo)體疊層體形成的晶體管302具有極小的截止?fàn)顟B(tài)電流。因此，通過使晶體管302成為截止?fàn)顟B(tài)，可以在極長時(shí)間內(nèi)保持晶體管300的柵電極的電位。當(dāng)晶體管302的源電極或漏電極電連接于晶體管300的柵電極時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)與用作非易失性存儲元件的浮動?xùn)艠O型晶體管的浮動?xùn)艠O類似的效果。因此，在本實(shí)施方式中，將晶體管302的源電極或漏電極與晶體管300的柵電極電連接的部分稱為浮動?xùn)艠O部FG。該浮動?xùn)艠O部FG可以被看作設(shè)置在絕緣物中(所謂的浮動狀態(tài))，因此在浮動?xùn)艠O部FG中保持電荷。晶體管302的截止?fàn)顟B(tài)電流為使用硅半導(dǎo)體而形成的晶體管300的截止?fàn)顟B(tài)電流的十萬分之一以下，使得可以忽略存儲在浮動?xùn)艠O部FG中的電荷因晶體管302的泄漏而消失的問題。通過采用這種結(jié)構(gòu)，可以避免在常規(guī)浮動?xùn)艠O型晶體管中存在的由將電子注入到浮動?xùn)艠O中時(shí)流動的隧道電流而使柵極絕緣層(隧道絕緣層)退化的問題。因此，在圖19中所示的半導(dǎo)體裝置中，在理論上可以忽略寫入次數(shù)的限制。注意，也可以將電容器添加到浮動?xùn)艠O部FG。通過將電容器添加到浮動?xùn)艠O部FG有助于保持電荷以及抑制起因于各布線的電位改變的浮動?xùn)艠O部FG的電位改變。在圖19中所示的半導(dǎo)體裝置中，通過使用可以保持晶體管300的柵電極的電位的優(yōu)點(diǎn)，可以用以下方式進(jìn)行數(shù)據(jù)的寫入、保持和讀出。
首先，將說明數(shù)據(jù)的寫入及保持。首先，將第四布線的電位設(shè)定為使晶體管302成為導(dǎo)通狀態(tài)的電位，以及使晶體管302成為導(dǎo)通狀態(tài)。由此，將第三布線的電位施加到晶體管300的柵電極(寫入)。然后，將第四布線的電位設(shè)定為使晶體管302成為截止?fàn)顟B(tài)的電位，以及使晶體管302成為截止?fàn)顟B(tài)，由此保持晶體管300的柵電極的電位(保持)。因?yàn)榫w管302的截止?fàn)顟B(tài)電流極小，所以在長時(shí)間內(nèi)保持晶體管300的柵電極的電位。例如，在晶體管300的柵電極的電位為使晶體管300成為導(dǎo)通狀態(tài)的電位時(shí)，在長時(shí)間內(nèi)維持晶體管300的導(dǎo)通狀態(tài)。另外，在晶體管300的柵電極的電位為使晶體管300成為截止?fàn)顟B(tài)的電位時(shí)，在長時(shí)間內(nèi)維持晶體管300的截止?fàn)顟B(tài)。接著，將說明數(shù)據(jù)的讀出。如上所述，當(dāng)在維持晶體管300的導(dǎo)通狀態(tài)或截止?fàn)顟B(tài)的狀態(tài)下將預(yù)定的電位(固定電位)供給到第一布線時(shí)，第二布線的電位根據(jù)晶體管300的導(dǎo)通狀態(tài)或截止?fàn)顟B(tài)而不同。以此方式，通過在保持?jǐn)?shù)據(jù)的狀態(tài)下對第一布線的電位和第二布線的電位進(jìn)行比 較，可以讀出信息。然后，將說明數(shù)據(jù)的重寫。與數(shù)據(jù)的寫入及保持的方式類似的方式，進(jìn)行數(shù)據(jù)的重寫。就是說，將第四布線的電位設(shè)定為使晶體管302成為導(dǎo)通狀態(tài)的電位，以及使晶體管302成為導(dǎo)通狀態(tài)。由此，將第三布線的電位(與新的數(shù)據(jù)有關(guān)的電位)施加到晶體管300的柵電極。然后，將第四布線的電位設(shè)定為使晶體管302成為截止?fàn)顟B(tài)的電位，以及使晶體管302成為截止?fàn)顟B(tài)；因此，保持新的數(shù)據(jù)。如上所述，在根據(jù)本文所公開的發(fā)明的半導(dǎo)體裝置中，可以通過再次進(jìn)行數(shù)據(jù)的寫入而直接重寫信息。由此，不需要快閃存儲器等所需要的擦除工作，而可以抑制起因于擦除工作的工作速度的降低。就是說，可以實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體裝置的高速工作。另外，根據(jù)本實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置因晶體管302具有低截止?fàn)顟B(tài)電流而可以在極長時(shí)間內(nèi)保持信息。就是說，不需要進(jìn)行DRAM等所需要的刷新工作，使得可以抑制耗電量。另外，可以將該半導(dǎo)體裝置用作基本上非易失性半導(dǎo)體裝置。因?yàn)橛镁w管302的開關(guān)工作而進(jìn)行數(shù)據(jù)的寫入等，所以不需要高電壓，元件退化也不是問題。再者，根據(jù)晶體管的導(dǎo)通或截止而進(jìn)行數(shù)據(jù)寫入或擦除，由此也可以容易實(shí)現(xiàn)高速工作。因?yàn)榘趸锇雽?dǎo)體以外的材料的晶體管可以以充分的高速來工作，因此，通過使用這種晶體管，可以以高速來讀出存儲數(shù)據(jù)。雖然上述說明中使用以電子為載流子的η溝道型晶體管，但是，當(dāng)然可以使用以空穴為載流子的P溝道型晶體管代替η溝道型晶體管。根據(jù)本實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置例如可以使用上述實(shí)施方式中所述的晶體管的疊層結(jié)構(gòu)而形成。當(dāng)然，晶體管的疊層結(jié)構(gòu)不一定局限于上述實(shí)施方式中所述的晶體管的結(jié)構(gòu)。例如，也可以在相同面上形成晶體管300和晶體管302。另外，因?yàn)楦鶕?jù)本實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置利用晶體管302的低截止?fàn)顟B(tài)電流，所以對晶體管300沒有具體限制。例如，在本實(shí)施方式中，使用氧化物半導(dǎo)體以外的材料形成晶體管300;但是也可以使用氧化物半導(dǎo)體。在本實(shí)施方式中，說明了最小單位的半導(dǎo)體裝置；但是半導(dǎo)體裝置的結(jié)構(gòu)不局限于此。通過適當(dāng)?shù)剡B接多個(gè)半導(dǎo)體裝置，可以形成更高度的半導(dǎo)體裝置。例如，通過使用上述多個(gè)半導(dǎo)體裝置，可以形成用作存儲裝置的NAND型或NOR型半導(dǎo)體裝置。布線的結(jié)構(gòu)也不局限于圖19中的結(jié)構(gòu)，而可以適當(dāng)?shù)馗淖?。本?shí)施方式中所述的結(jié)構(gòu)、方法等可以與其他的實(shí)施方式中所述的任何結(jié)構(gòu)、方法等適當(dāng)?shù)亟M合。(實(shí)施方式11)
在本實(shí)施方式中，制造包含在垂直于表面的方向上具有c軸取向的氧化物半導(dǎo)體疊層體的晶體管并且將該晶體管用于像素部以及驅(qū)動電路來制造具有顯示功能的半導(dǎo)體裝置 軸取向的氧化物半導(dǎo)體疊層體的晶體管并且通過將該晶體管用于像素部以及驅(qū)動電路來制造具有顯示功能的半導(dǎo)體裝置(也稱為顯示裝置)。另外，在將驅(qū)動電路的一部分或全部一體地形成在與像素部相同的襯底上時(shí)，可以形成系統(tǒng)整合型面板(system-on-panel )。在本實(shí)施方式中，作為本發(fā)明的一個(gè)模式的半導(dǎo)體裝置，說明液晶顯示裝置。首先，將參照圖20A和20B說明相當(dāng)于半導(dǎo)體裝置的一個(gè)模式的液晶顯示面板的外觀及截面。圖20A是面板的俯視圖，其中利用密封材料4005將各包含在垂直于表面的方向上具有c軸取向的氧化物半導(dǎo)體疊層體的晶體管軸取向的氧化物半導(dǎo)體疊層體的晶體管4010、4011及液晶元件4013密封在第一襯底4001與第二襯底4006之間。圖20B是沿著圖20A的線M-N的截面圖。形成密封材料4005以便圍繞設(shè)置于第一襯底4001上的像素部4002、信號線驅(qū)動電路4003及掃描線驅(qū)動電路4004。將第二襯底4006設(shè)置于像素部4002、信號線驅(qū)動電路4003及掃描線驅(qū)動電路4004之上。因而，像素部4002、信號線驅(qū)動電路4003及掃描線驅(qū)動電路4004與液晶層4008通過第一襯底4001、密封材料4005及第二襯底4006密封在一起。設(shè)置在第一襯底4001上的像素部4002、信號線驅(qū)動電路4003和掃描線驅(qū)動電路4004各包含多個(gè)晶體管。圖20B示出像素部4002中所包含的晶體管4010和掃描線驅(qū)動電路4004中所包含的晶體管4011。在晶體管4010、4011上設(shè)置有絕緣層4014、4020和4021。可以將實(shí)施方式6中所述的包含在垂直于表面的方向上具有c軸取向的氧化物半導(dǎo)體疊層體的晶體管用于晶體管軸取向的氧化物半導(dǎo)體疊層體的晶體管用作晶體管4010、4011。在本實(shí)施方式中，晶體管4010、4011是η溝道型晶體管。在絕緣層4021的重疊于驅(qū)動電路用晶體管4011的在垂直于表面的方向上具有c軸取向的氧化物半導(dǎo)體疊層體的溝道形成區(qū)的部分上設(shè)置有導(dǎo)電層4040。設(shè)置導(dǎo)電層4040以便與在垂直于表面的方向上具有c軸取向的氧化物半導(dǎo)體疊層體的溝道形成區(qū)重疊，由此作為效果之一，導(dǎo)電層4040用作鈍化層而可以防止氫從外部進(jìn)入到溝道形成區(qū)域中，以及因此可以減小BT測試前后晶體管4011的閾值電壓的改變量。導(dǎo)電層4040的電位既可以與晶體管4011的柵電極的電位相同，又可以與晶體管4011的柵電極的電位不同?？梢詫?dǎo)電層4040用作第二柵電極。此外，導(dǎo)電層4040的電位也可以為GND、0V或?qū)щ妼?040的電位也可以處于浮動狀態(tài)中。液晶元件4013中所包含的像素電極4030與晶體管4010電連接。液晶元件4013的對置電極4031形成在第二襯底4006上。液晶元件4013對應(yīng)于其中像素電極4030、對置電極4031、以及液晶層4008相互重疊的區(qū)域。注意，像素電極4030和對置電極4031分別設(shè)置有起取向膜作用的絕緣層4032和絕緣層4033。液晶層4008被夾在像素電極4030與對置電極4031之間，之間還插入有絕緣層4032和4033。作為液晶層4008,使用熱致液晶、低分子液晶、聞分子液晶、聞分子分散型液晶、鐵電液晶或反鐵電液晶等的液晶材料。這種液晶材料根據(jù)條件呈現(xiàn)出膽留相、近晶相、立方相、手性向列相、均質(zhì)相等。注意，作為第二襯底4006，可以使用玻璃、塑料。通過對絕緣層選擇性地進(jìn)行蝕刻而獲得的柱狀間隔物4035是為控制像素電極4030和對置電極4031之間的距離(單元間隙)而設(shè)置的。備選地，還可以使用球狀間隔物。對置電極4031與設(shè)置在與晶體管4010相同絕緣襯底上的共同電位線電連接。另外，使用共同連接部，可以通過布置在一對襯底間的導(dǎo)電粒子，使對置電極4031與共同電位線彼此電連接。注意，導(dǎo)電粒子被包含在密封材料4005中。
備選地，還可以使用不需要取向膜的顯示藍(lán)相的液晶。藍(lán)相是液晶相的一種，是指當(dāng)使膽留相液晶的溫度增加時(shí)即將從膽留相改變到均質(zhì)相之前產(chǎn)生的相。由于藍(lán)相只在較窄的溫度范圍內(nèi)產(chǎn)生，所以為了改善溫度范圍而優(yōu)選將包含有5wt%以上的手性試劑的液晶組成物用于液晶層4008。包含呈現(xiàn)監(jiān)相的液晶和手性試劑的液晶組成物具有Imsec以下的短響應(yīng)時(shí)間，并且具有光學(xué)各向同性，所以不需要取向處理，從而具有低視角依賴性。當(dāng)使用顯示藍(lán)相的液晶時(shí)，不需要對取向膜進(jìn)行摩擦處理；因此可以防止由于摩擦處理而引起的靜電放電損傷(electrostatic discharge damage),并可以降低制造過程中的液晶顯示裝置的缺陷及損傷。從而，可以增加液晶顯示裝置的生產(chǎn)率。包含氧化物半導(dǎo)體疊層體的晶體管特別具有晶體管的電特性可由于靜電的影響而明顯波動并且偏離設(shè)計(jì)范圍的可能性。由此，將藍(lán)相的液晶材料用于具有包含氧化物半導(dǎo)體疊層體的晶體管的液晶顯示裝置更為有效。雖然本實(shí)施方式中說明透射型液晶顯示裝置，但是本發(fā)明的實(shí)施方式也可以應(yīng)用于反射型液晶顯示裝置或半透射型液晶顯示裝置。在本實(shí)施方式中，說明以下液晶顯示裝置的結(jié)構(gòu)其中，在襯底的外表面上(可見一側(cè))設(shè)置偏振片，以及在襯底的內(nèi)表面上按順序設(shè)置著色層、用于顯示元件的電極；但是也可以將偏振片設(shè)置在襯底的內(nèi)表面上。偏振片和著色層的疊層結(jié)構(gòu)不局限于本實(shí)施方式中的結(jié)構(gòu)，而可以根據(jù)偏振片及著色層的材料或制造過程得條件適當(dāng)?shù)卦O(shè)定。此外，根據(jù)需要可設(shè)置起黑矩陣作用的擋光層。在本實(shí)施方式中，為了減少晶體管的表面凹凸并且提高晶體管的可靠性，使用保護(hù)層或用作平坦化絕緣層的絕緣層(絕緣層4020、絕緣層4014以及絕緣層4021)覆蓋晶體管。注意，設(shè)置保護(hù)層是為了防止大氣中含有的有機(jī)物或金屬物或水蒸氣等污染雜質(zhì)的進(jìn)入，因而優(yōu)選是致密的膜?？梢酝ㄟ^濺射法并用使用氧化硅層、氮化硅層、氧氮化硅層、氮氧化硅層、氧化鋁層、氮化鋁層、氧氮化鋁層或氮氧化鋁層中的一層或多層的單層或疊層而形成保護(hù)層。這里，作為保護(hù)層，形成絕緣層的疊層。作為第一層的絕緣層4020，通過濺射法形成氧化硅層。黨使用氧化硅層作為保護(hù)層時(shí)，將氧添加到接觸保護(hù)層的氧化物半導(dǎo)體層，使得可以減少氧缺陷。作為保護(hù)層的第二層，形成絕緣層4014。這里，作為第二層的絕緣層4014，通過等離子體CVD法形成氮化物絕緣層之一的氮化硅層，然后，進(jìn)行熱處理。通過使用氮化硅層作為保護(hù)層，可以防止鈉離子等的離子進(jìn)入到半導(dǎo)體區(qū)中，由此抑制晶體管的電特性的變化。形成絕緣層4021作為平坦化絕緣層?？梢允褂帽┧針渲鹊挠袡C(jī)材料形成絕緣層4021。除了這類有機(jī)材料之外，還可能使用低介電常數(shù)材料(低k材料)、硅氧烷基樹脂、PSG (磷硅玻璃)、BPSG (硼磷硅玻璃)等。注意，也可以通過層疊多個(gè)由這些材料形成的絕緣層，來形成絕緣層4021。像素電極4030和對置電極4031可以由透光導(dǎo)電材料諸如含氧化鎢的氧化銦、含氧化鎢的氧化銦鋅、含氧化鈦的氧化銦、含氧化鈦的氧化銦錫、氧化銦錫、氧化銦鋅、或添加了氧化硅的氧化銦錫等形成。此外，從FPC4018向形成在一個(gè)襯底上的信號線驅(qū)動電路4003、掃描線驅(qū)動電路4004以及像素部4002供給各種信號及電位。
·
在本實(shí)施方式中，使用與液晶元件4013中所包含的像素電極4030相同的導(dǎo)電層形成連接端子電極4015。使用與晶體管4010、4011中包含的源電極及漏電極相同的導(dǎo)電層形成端子電極4016。連接端子電極4015通過各向異性導(dǎo)電層4019與FPC4018所包含的端子電連接。另外，根據(jù)需要，在各像素中設(shè)置有濾色片。另外，在第一襯底4001和第二襯底4006的外側(cè)設(shè)置偏振片或擴(kuò)散板。另外，使用冷陰極管或LED形成背光燈的光源。因此獲得液晶顯不模塊。液晶顯示模塊可以采用TN(Twisted Nematic :扭曲向列)模式、IPS(In-Plane-Switching :平面內(nèi)轉(zhuǎn)換)模式、FFS(Fringe Field Switching :邊緣電場轉(zhuǎn)換)模式、MVA(Multi-domain Vertical Alignment :多疇垂直取向)模式、PVA(PatternedVertical Alignment :垂直取向構(gòu)型)模式、ASM (Axially Symmetric alignedMicro — cell :軸對稱排列微胞)模式、OCB(Optical Compensated Birefringence 光學(xué)補(bǔ)償雙折射)模式、FLC(Ferroelectric Liquid Crystal :鐵電液晶)模式、AFLC(AntiFerroelectric Liquid Crystal :反鐵電液晶)模式等。通過上述過程，可以制造液晶顯示裝置。雖然圖20A和20B示出透射型液晶顯示裝置，但是本發(fā)明也可以應(yīng)用于半透射型液晶顯示裝置或反射型液晶顯示裝置。因?yàn)槭褂脤?shí)施方式6中所述的包含在垂直于表面的方向上具有c軸取向的氧化物半導(dǎo)體疊層體的晶體管具有高場效應(yīng)遷移率；所以使用如本實(shí)施方式所述的晶體管制造液晶顯示裝置時(shí)，實(shí)現(xiàn)顯示特性優(yōu)良的液晶顯示裝置。再者，在本實(shí)施方式中，通過在進(jìn)行靜態(tài)圖像顯示時(shí)以停止供給給信號線或掃描線的信號的輸出的方式使驅(qū)動電路部工作時(shí)，不僅可以降低像素部的耗電量而且還可以降低驅(qū)動電路部的耗電量。本實(shí)施方式可以與其他實(shí)施方式中所述的任何結(jié)構(gòu)適當(dāng)?shù)亟M合而實(shí)現(xiàn)。(實(shí)施方式12)
將參照圖21A和21B說明相當(dāng)于半導(dǎo)體裝置的一個(gè)模式的發(fā)光顯示面板(也稱為發(fā)光面板)的外觀及截面。圖21A是面板的平面圖，其中利用密封材料在第一襯底與第二襯底之間密封形成在第一襯底上的包含在垂直于表面的方向上具有c軸取向的氧化物半導(dǎo)體疊層體的晶體管及電致發(fā)光元件(也稱為EL元件)。圖21B是沿著圖21A的H-I取的截面圖。以圍繞設(shè)置在第一襯底4501上的像素部4502、信號線驅(qū)動電路4503a、4503b及掃描線驅(qū)動電路4504a、4504b的方式設(shè)置有密封材料4505。此外，在像素部4502、信號線驅(qū)動電路4503a、4503b及掃描線驅(qū)動電路4504a、4504b上設(shè)置有第二襯底4506。因此，像素部4502、信號線驅(qū)動電路4503a、4503b、以及掃描線驅(qū)動電路4504a、4504b通過第一襯底4501、密封材料4505和第二襯底4506密封與填料4507 —起。以此方式，用氣密性高和排氣少的保護(hù)膜或覆蓋材料包裝(密封)顯示器件，以便使顯示器件不暴露于外部空氣是優(yōu)選的。在第一襯底4501上形成的像素部4502、信號線驅(qū)動電路4503a、4503b及掃描線驅(qū)動電路4504a、4504b各包含多個(gè)晶體管，在圖21B中，作為例子示出在像素部4502中包含的晶體管4510和在信號線驅(qū)動電路4503a中包含的晶體管4509。對于晶體管4509以及4510，可以采用實(shí)施方式6中所述的包含在垂直于表面的方向上具有c軸取向的氧化物半導(dǎo)體疊層體的遷移率高的晶體管。在本實(shí)施方式中，晶體管4509和4510是η溝道型晶體管。
在絕緣層4544上，設(shè)置有導(dǎo)電層4540，以便與用于驅(qū)動電路的晶體管4509中的氧化物半導(dǎo)體疊層體的溝道形成區(qū)域重疊。導(dǎo)電層4540的電位可以與晶體管4509的柵電極的電位相同或不同。也可以將導(dǎo)電層4540用作第二柵電極。導(dǎo)電層4540的電位可以是GND、OV或?qū)щ妼?540的電位可以處于浮動狀態(tài)中。在晶體管4509中，作為保護(hù)絕緣層，形成有接觸包含溝道形成區(qū)域的氧化物半導(dǎo)體疊層體的絕緣層4541。絕緣層4541可以使用與實(shí)施方式6中所述的氧化物絕緣層412的那些材料及方法類似的材料及方法形成。在絕緣層4541上形成有保護(hù)絕緣層4514。保護(hù)絕緣層4514可以使用與實(shí)施方式6中所述的絕緣層416的那些材料及方法類似的材料及方法形成。這里，通過PCVD法形成氮化硅層作為保護(hù)絕緣層4514。為了降低晶體管的表面凹凸，在保護(hù)絕緣層4514上形成用作平坦化絕緣層的絕緣層4544?？梢允褂门c實(shí)施方式11中所述的絕緣層4021的那些材料及方法類似的材料及方法形成絕緣層4544。在此，使用丙烯酸樹脂用于絕緣層4544。作為發(fā)光兀件4511的像素電極的第一電極4517電連接于晶體管4510的源電極或漏電極。注意，發(fā)光兀件4511具有第一電極4517、EL層4512、第二電極4513的疊層結(jié)構(gòu)，但是對于結(jié)構(gòu)沒有具體限制?？梢愿鶕?jù)從發(fā)光元件4511取出光的方向等適當(dāng)?shù)馗淖儼l(fā)光元件4511的結(jié)構(gòu)。分隔壁4520使用有機(jī)樹脂層或無機(jī)絕緣層而形成。特別優(yōu)選的是，以如下條件形成分隔壁4520 :使用感光性的材料，并在第一電極4517上形成開口部，使該開口部的側(cè)壁形成為具有連續(xù)曲率的傾斜面。可以使用單層或通過疊層多個(gè)層形成EL層4512?？梢栽诘诙姌O4513及分隔壁4520上形成保護(hù)層，以防止氧、氫、水分、二氧化碳等進(jìn)入到發(fā)光元件4511中。作為保護(hù)層，可以形成氮化硅層、氮氧化硅層、DLC層等。另外，從FPC4518a、4518b供給各種信號及電位到信號線驅(qū)動電路4503a、4503b、掃描線驅(qū)動電路4504a、4504b、或像素部4502。使用與發(fā)光元件4511中所包含的第一電極4517相同的導(dǎo)電層形成連接端子電極
4515,而使用與晶體管4509和4510中包含的源電極和漏電極相同的導(dǎo)電層形成端子電極
4516。連接端子電極4515通過各向異性導(dǎo)電層4519電連接到FPC4518a中所包含的端子。位于從發(fā)光兀件4511取出光的方向上的第二襯底4506需要具有透光性。在該情況下，使用透光材料，如玻璃板、塑料板、聚酯膜或丙烯酸樹脂膜用于第二襯底4506。作為填料4507，除了氮或氬等惰性氣體之外，還可以使用紫外線固化樹脂或熱固化樹脂，可以使用丙烯酸樹脂、環(huán)氧樹脂等。例如，使用氮作為填料。另外，如果需要，可以在發(fā)光元件的發(fā)光表面上適當(dāng)?shù)卦O(shè)置諸如偏振片、圓偏振片(包含橢圓偏振片)、相位差板(四分之一波長板，二分之一波長板)或?yàn)V色片等的光學(xué)膜。通過上述過程，可以制造發(fā)光顯示裝置(顯示面板)。 因?yàn)閷?shí)施方式6中所述的包含在垂直于表面的方向上具有c軸取向的氧化物半導(dǎo)體疊層體的晶體管具有高場效應(yīng)遷移率；所以使用如本實(shí)施方式中所述的晶體管制造發(fā)光顯示裝置時(shí)，實(shí)現(xiàn)顯示特性優(yōu)良的發(fā)光顯示裝置。再者，在本實(shí)施方式中，通過在進(jìn)行靜態(tài)圖像顯示時(shí)以停止供給給信號線或掃描線的信號的輸出的方式使驅(qū)動電路部工作，不僅可以降低像素部的耗電量而且還可以降低驅(qū)動電路部的耗電量。本實(shí)施方式可以與其他實(shí)施方式中所述的任何結(jié)構(gòu)適當(dāng)?shù)亟M合而實(shí)現(xiàn)。(實(shí)施方式13)
在本實(shí)施方式中，作為半導(dǎo)體裝置的一個(gè)模式，將說明電子紙。通過實(shí)施方式6中所述的方法而獲得的包含在垂直于表面的方向上具有c軸取向的氧化物半導(dǎo)體疊層體的晶體管可以用于通過電連接于開關(guān)元件的元件驅(qū)動電子墨水的電子紙。電子紙也被稱為電泳顯示裝置(電泳顯示器)，并具有如下優(yōu)點(diǎn)它具有與普通紙相同等級的易讀性，它具有比其他的顯示裝置小的耗電量，以及它可形成為薄且輕的形狀。有各種電泳顯示器模式。例如，電泳顯示器可以具有如下結(jié)構(gòu)在溶劑或溶質(zhì)中分散有各包含具有正電荷的第一粒子和具有負(fù)電荷的第二粒子的多個(gè)微膠囊，并且對微膠囊施加電場使微膠囊中的粒子向相互相反的方向移動，以及以僅顯示集中在一側(cè)的粒子的顏色。注意，第一粒子和第二粒子各含有色素，并且在沒有電場的情況下不移動。此外，第一粒子和第二粒子彼此具有不同顏色(其可以是無色)。因此，電泳顯示器是利用所謂介電電泳效應(yīng)的顯示器，通過該介電電泳效應(yīng)，介電常數(shù)高的物質(zhì)移動到高電場區(qū)域。在溶劑中分散有上述微膠囊的溶液被稱作電子墨水。此電子墨水可以印刷到玻璃、塑料、布、紙等的表面上。另外，通過使用濾色片或具有色素的粒子，可以實(shí)現(xiàn)彩色顯示。此外，如果在有源矩陣襯底上適當(dāng)?shù)夭贾枚鄠€(gè)上述微膠囊以使微膠囊插入在兩個(gè)電極之間，則可以完成有源矩陣型顯示裝置，并且可以通過對微膠囊施加電場來進(jìn)行顯示。例如，可以使用利用實(shí)施方式6中所述的包含在垂直于表面的方向上具有c軸取向的氧化物半導(dǎo)體疊層體的晶體管而形成的有源矩陣襯底。注意，微膠囊中的第一粒子及第二粒子，可以使用選自導(dǎo)體材料、絕緣體材料、半導(dǎo)體材料、磁性材料、液晶材料、鐵電性材料、電致發(fā)光材料、電致變色材料以及磁泳材料中的單個(gè)材料來形成或使用包含這些材料中的任何材料的組合材料而形成。圖22示出有源矩陣型電子紙作為半導(dǎo)體裝置的一個(gè)實(shí)施方式。用于半導(dǎo)體裝置的晶體管581可以以與實(shí)施方式6中所述的晶體管的方式類似的方式制造，并且該晶體管581是包含在垂直于表面的方向上具有c軸取向的氧化物半導(dǎo)體疊層體的遷移率高的晶體管。另外，絕緣層584是氮化物絕緣層。圖22中所示的電子紙是使用扭轉(zhuǎn)球顯示系統(tǒng)的顯示裝置的一個(gè)實(shí)施方式。在扭轉(zhuǎn)球顯示系統(tǒng)中，各個(gè)著色為黑色和白色的球狀粒子被布置在作為用于顯示元件的電極的第一電極與第二電極之間，而且在第一電極與第二電極之間產(chǎn)生電位差以控制球狀粒子取向從而進(jìn)行顯示。形成在第一襯底580上的晶體管581是具有底柵結(jié)構(gòu)的晶體管，并覆蓋有接觸半導(dǎo)體層的絕緣層583。晶體管581的源電極或漏電極通過形成于絕緣層583、584和585中的開口電連接于第一電極587。在第一電極587和第二電極588之間存在有空腔594?？涨?94充滿著具有黑色區(qū)590a及白色區(qū)590b的球形粒子和液體?？涨?94的周圍空間被樹脂等的填料595填充(參照圖22)。另外，第一電極587相當(dāng)于像素電極，以及第二電極588相當(dāng)于共用電極。設(shè)置在 第二襯底596上的第二電極588與設(shè)置在與晶體管581相同絕緣襯底上的共同電位線電連接。通過使用共同連接部，第二電極588和共同電位線可以通過布置在一對襯底之間的導(dǎo)電性粒子來彼此電連接。此外，還可以使用電泳元件，而不是扭轉(zhuǎn)球。使用直徑為ΙΟμπι至200μπι左右的封裝透明液體、帶正電白色微粒和帶負(fù)電黑色微粒的微膠囊。在設(shè)置于第一電極和第二電極之間的微膠囊中，通過第一電極和第二電極施加電場時(shí)，白色微粒和黑色微粒朝著彼此相反的方向移動，使得能夠顯示白色或黑色。使用這種原理的顯示元件就是一種電泳顯示元件，以及通常被稱為電子紙?？梢允褂肦、G和B (R表示紅色，G表示綠色，B表示藍(lán)色)中的任一顏色的微粒代替黑色微粒，使得可以進(jìn)行彩色顯示。通過上述步驟，可以制造電子紙。在本實(shí)施方式中，通過使用實(shí)施方式6中所述的包含在垂直于表面的方向上具有c軸取向的氧化物半導(dǎo)體疊層體的晶體管，制造所謂的電子紙。因?yàn)樵摼w管具有高場效應(yīng)遷移率，所以在使用該晶體管制造電子紙時(shí)，電子紙可以具有優(yōu)良的顯示特性。本實(shí)施方式可以與其他實(shí)施方式中所述的任何結(jié)構(gòu)適當(dāng)?shù)亟M合而實(shí)現(xiàn)。(實(shí)施方式14)
本說明書中所公開的半導(dǎo)體裝置可以應(yīng)用于各種電子裝置(包含游戲機(jī))。電子裝置的例子有，電視裝置(也稱為電視機(jī)或電視接收機(jī))、計(jì)算機(jī)等的監(jiān)視器、數(shù)碼相機(jī)、數(shù)碼攝像機(jī)、數(shù)碼相框、移動電話機(jī)(也稱為移動電話、移動電話裝置)、便攜式游戲機(jī)、便攜式信息終端、音頻再現(xiàn)裝置、彈珠機(jī)等的大型游戲機(jī)等。在本實(shí)施方式中，參照圖23Α至23Ε和圖24說明安裝有實(shí)施方式11至13中的任一實(shí)施方式中獲得的顯示裝置的電子裝置的實(shí)施方式。圖23Α示出通過至少安裝有顯示裝置作為一個(gè)部件而制造的膝上型個(gè)人計(jì)算機(jī)，其包含主體3001、框體3002、顯示部3003以及鍵盤3004等。注意,此膝上型個(gè)人計(jì)算機(jī)包含實(shí)施方式11中所述的液晶顯示裝置。圖23Β示出通過至少安裝有顯示裝置作為一個(gè)部件而制造的便攜式信息終端(也成為個(gè)人數(shù)字助理(PDA))。主體3021設(shè)置有顯示部3023、外部接口 3025以及操作按鈕3024等。另外，便攜式信息終端具有觸屏筆(stylus)3022作為操作用附屬部件。注意，此便攜式信息終端包含實(shí)施方式12中所述的發(fā)光顯示裝置。
圖23C示出通過安裝有實(shí)施方式13中所述的電子紙作為一個(gè)部件而制造的電子書閱讀器。圖23C示出電子書閱讀器的一個(gè)實(shí)施方式。例如，電子書閱讀器2700包含兩個(gè)框體，即框體2701及框體2703。用軸部2711組合框體2701及框體2703，使得可以以該軸部2711為軸進(jìn)行開閉動作。用這種結(jié)構(gòu)，可以像紙書那樣操作電子書閱讀器270?？蝮w2701和框體2703中分別組裝有顯示部2705和顯示部2707。顯示部2705及顯示部2707可以顯示一個(gè)圖像或不同圖像。在顯示部2705及顯示部2707上顯示不同的圖像的結(jié)構(gòu)中，例如在右邊的顯示部(圖23C中的顯示部2705)可以顯示文本，而在左邊的顯示部(圖23C中的顯示部2707)可以顯示圖像。
在圖23C示出框體2701設(shè)置有操作部等的一個(gè)實(shí)施方式。例如，框體2701設(shè)置有電源開關(guān)2721、操作鍵2723、揚(yáng)聲器2725等。利用操作鍵2723，可以翻頁。注意，在框體的設(shè)置顯示部的表面上可以設(shè)置鍵盤、定位裝置(pointing device)等。另外，也可以在框體的背面或側(cè)面上設(shè)置外部連接端子(耳機(jī)端子、USB端子等)、記錄介質(zhì)插入部等。再者，電子書閱讀器2700也可以具有電子詞典的功能。電子書閱讀器2700也可以具有能夠無線地收發(fā)數(shù)據(jù)的配置。通過無線通信，還可以從電子書服務(wù)器購買并下載所希望的書籍?dāng)?shù)據(jù)等。圖23D示出通過至少安裝有顯示裝置作為一個(gè)部件而制造的移動電話，其包含兩個(gè)框體，框體2800和框體2801?？蝮w2801設(shè)置有顯示面板2802、揚(yáng)聲器2803、麥克風(fēng)2804、定位裝置2806、攝像機(jī)透鏡2807、外部連接端子2808等。框體2800設(shè)置有對移動電話充電的太陽電池元件(solar cell) 2810、外部存儲器插槽2811等。另外，在框體2801中組
裝有天線。另外，顯示面板2802設(shè)置有觸摸屏。圖23D中通過虛線示出被顯示為圖像的多個(gè)操作鍵2805。注意，還包含用來使從太陽電池元件2810輸出的電壓增加到各電路所需要的電壓的升壓電路(boosting circuit)。在顯示面板2802中，顯示方向根據(jù)應(yīng)用模式而適當(dāng)?shù)馗淖?。另外，在與顯示面板2802相同的面上設(shè)置攝像機(jī)透鏡2807，所以它可以用作視頻電話。揚(yáng)聲器2803及麥克風(fēng)2804不局限于語音呼叫，還可以用于視頻電話、記錄、再生等。再者，處于如圖23D那樣的展開狀態(tài)中的框體2800和框體2801可以通過滑動而處于彼此重疊的狀態(tài)；因此可以減少移動電話的尺寸，其使得該移動電話便于攜帶。外部連接端子2808可以與AC適配器及各種類型的電纜如USB電纜等連接，并且進(jìn)行充電及與個(gè)人計(jì)算機(jī)等的數(shù)據(jù)通信是可能的。另外，通過將存儲媒體插入到外部存儲器插槽2811中，可以進(jìn)行更大量數(shù)據(jù)的保存及移動。另外，除了上述功能以外，還可以設(shè)置紅外通信功能、電視接收功能等。圖23E示出通過至少安裝有顯示裝置作為一個(gè)部件而制造的數(shù)碼相機(jī)，其包含主體3051、顯示部(A) 3057、目鏡(ey印iece)部3053、操作開關(guān)3054、顯示部(B) 3055、電池3056 等。圖24示出電視裝置的一個(gè)實(shí)施方式。在電視裝置9600中，框體9601中組裝有顯示部9603。顯示部9603可以顯示圖像。這里，通過支架9605支撐框體9601。可以利用框體9601的操作開關(guān)或分開的遙控器9610進(jìn)行電視裝置9600的操作?？梢岳眠b控器9610的操作鍵9609來控制頻道及音量，使得可以控制在顯示部9603上顯示的圖像。此外，遙控器9610可以設(shè)置有用于顯示從該遙控器9610輸出的數(shù)據(jù)的顯示部9607。注意，電視裝置9600設(shè)置有接收器及調(diào)制解調(diào)器等?？梢允褂媒邮掌?，可以接收通常的電視廣播。另外，當(dāng)經(jīng)由調(diào)制解調(diào)器將電視裝置9600有線或無線地連接到通信網(wǎng)絡(luò)時(shí)，可以進(jìn)行單向的(從發(fā)送者到接收者)或者雙向的(發(fā)送者和接收者之間或接收者之間)數(shù)據(jù)通信。
在顯示部9603中，設(shè)置實(shí)施方式6中所述的多個(gè)晶體管作為像素的開關(guān)元件。作為形成在與該顯示部9603相同絕緣襯底上的驅(qū)動電路，設(shè)置實(shí)施方式6中所述的遷移率高的晶體管。本實(shí)施方式可以與實(shí)施方式I至13中的任一實(shí)施方式自由地組合。本申請是基于2009年12月28日向日本專利局提交的日本專利申請序列號2009-296825，在此通過弓I用并入其整體內(nèi)容。
權(quán)利要求
1.一種制造半導(dǎo)體裝置的方法，包括 在襯底上形成第一多元氧化物半導(dǎo)體層； 在所述第一多元氧化物半導(dǎo)體層上形成單元氧化物半導(dǎo)體層； 在所述單元氧化物半導(dǎo)體層上形成第二多元氧化物半導(dǎo)體層；以及進(jìn)行加熱處理，以在所述單元氧化物半導(dǎo)體層中形成單晶區(qū)域，并且從所述單元氧化物半導(dǎo)體層中的單晶區(qū)域進(jìn)行結(jié)晶生長。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的制造半導(dǎo)體裝置的方法，其中在500°C以上且1000°C以下進(jìn)行所述加熱處理。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的制造半導(dǎo)體裝置的方法，其中使用所述包含單晶區(qū)域的單元氧化物半導(dǎo)體層作為晶種進(jìn)行所述第一多元氧化物半導(dǎo)體層的結(jié)晶生長，以形成所述第一多元氧化物半導(dǎo)體層中的單晶區(qū)域。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的制造半導(dǎo)體裝置的方法，其中使用所述包含單晶區(qū)域的單元氧化物半導(dǎo)體層作為晶種進(jìn)行所述第二多元氧化物半導(dǎo)體層的結(jié)晶生長，以形成所述第二多元氧化物半導(dǎo)體層中的單晶區(qū)域。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的制造半導(dǎo)體裝置的方法，其中所述包含單晶區(qū)域的單元氧化物半導(dǎo)體層具有平行于表面的a-b面和垂直于所述表面的c軸。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制造半導(dǎo)體裝置的方法，其中所述包含單晶區(qū)域的第一多元氧化物半導(dǎo)體層具有平行于表面的a-b面和垂直于所述表面的c軸。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制造半導(dǎo)體裝置的方法，其中所述包含單晶區(qū)域的第二多元氧化物半導(dǎo)體層具有平行于表面的a-b面和垂直于所述表面的c軸。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的制造半導(dǎo)體裝置的方法，其中所述單元氧化物半導(dǎo)體層具有六方晶結(jié)構(gòu)。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的制造半導(dǎo)體裝置的方法，其中所述單元氧化物半導(dǎo)體層包含氧化鋅。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的制造半導(dǎo)體裝置的方法，其中所述第一多元氧化物半導(dǎo)體層、所述單元氧化物半導(dǎo)體層以及所述第二多元氧化物半導(dǎo)體層中的每個(gè)被脫水化或脫氫化。
11.根據(jù)權(quán)利要求I所述的制造半導(dǎo)體裝置的方法，其中所述第一多元氧化物半導(dǎo)體層、所述單元氧化物半導(dǎo)體層以及所述第二多元氧化物半導(dǎo)體層中的每個(gè)為本征半導(dǎo)體。
12.一種制造半導(dǎo)體裝置的方法，包括 在襯底上形成第一多元氧化物半導(dǎo)體層； 在所述第一多元氧化物半導(dǎo)體層上形成單元氧化物半導(dǎo)體層； 進(jìn)行第一加熱處理，以形成包含單晶區(qū)域的單元氧化物半導(dǎo)體層，并且從所述包含單晶區(qū)域的單元氧化物半導(dǎo)體層進(jìn)行所述第一多元氧化物半導(dǎo)體層的結(jié)晶生長，以形成包含單晶區(qū)域的第一多元氧化物半導(dǎo)體層； 在所述包含單晶區(qū)域的單元氧化物半導(dǎo)體層上形成第二多元氧化物半導(dǎo)體層；以及 進(jìn)行第二加熱處理，以形成包含單晶區(qū)域的第二多元氧化物半導(dǎo)體層。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的制造半導(dǎo)體裝置的方法，還包括 將所述第一多元氧化物半導(dǎo)體層、所述單元氧化物半導(dǎo)體層以及所述第二多元氧化物半導(dǎo)體層的疊層體蝕刻為島狀； 在所述疊層體上形成源電極及漏電極； 在所述源電極及所述漏電極上形成柵極絕緣層；以及 在所述柵極絕緣層上形成柵電極。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的制造半導(dǎo)體裝置的方法，還包括 在形成所述第一多元氧化物半導(dǎo)體層之前，在所述襯底上形成柵電極和柵極絕緣層； 將所述第一多元氧化物半導(dǎo)體層、所述單元氧化物半導(dǎo)體層以及所述第二多元氧化物半導(dǎo)體層的疊層體蝕刻為島狀；以及 在所述疊層體上形成源電極及漏電極。
15.根據(jù)權(quán)利要求12所述的制造半導(dǎo)體裝置的方法，其中在500°C以上且1000°C以下進(jìn)行所述第一加熱處理和所述第二加熱處理中的每個(gè)。
16.根據(jù)權(quán)利要求12所述的制造半導(dǎo)體裝置的方法，其中使用所述包含單晶區(qū)域的單元氧化物半導(dǎo)體層作為晶種進(jìn)行所述第一多元氧化物半導(dǎo)體層的結(jié)晶生長，以形成所述第一多元氧化物半導(dǎo)體層中的單晶區(qū)域。
17.根據(jù)權(quán)利要求12所述的制造半導(dǎo)體裝置的方法，其中使用所述包含單晶區(qū)域的單元氧化物半導(dǎo)體層作為晶種進(jìn)行所述第二多元氧化物半導(dǎo)體層的結(jié)晶生長，以形成所述第二多元氧化物半導(dǎo)體層中的單晶區(qū)域。
18.根據(jù)權(quán)利要求12所述的制造半導(dǎo)體裝置的方法，其中所述包含單晶區(qū)域的單元氧化物半導(dǎo)體層、所述包含單晶區(qū)域的第一多元氧化物半導(dǎo)體層以及所述包含單晶區(qū)域的第二多元氧化物半導(dǎo)體層中的每個(gè)具有平行于表面的a-b面和垂直于所述表面的c軸。
19.根據(jù)權(quán)利要求12所述的制造半導(dǎo)體裝置的方法，其中所述單元氧化物半導(dǎo)體層具有六方晶結(jié)構(gòu)。
20.根據(jù)權(quán)利要求12所述的制造半導(dǎo)體裝置的方法，其中所述單元氧化物半導(dǎo)體層包含氧化鋅。
21.根據(jù)權(quán)利要求12所述的制造半導(dǎo)體裝置的方法，其中所述包含單晶區(qū)域的單元氧化物半導(dǎo)體層、所述包含單晶區(qū)域的第一多元氧化物半導(dǎo)體層以及所述包含單晶區(qū)域的第二多元氧化物半導(dǎo)體層中的每個(gè)被脫水化或脫氫化。
22.根據(jù)權(quán)利要求12所述的制造半導(dǎo)體裝置的方法，其中所述包含單晶區(qū)域的單元氧化物半導(dǎo)體層、所述包含單晶區(qū)域的第一多元氧化物半導(dǎo)體層以及所述包含單晶區(qū)域的第二多元氧化物半導(dǎo)體層中的每個(gè)的載流子密度低于IX 1014cnT3。
23.根據(jù)權(quán)利要求12所述的制造半導(dǎo)體裝置的方法，其中所述包含單晶區(qū)域的單元氧化物半導(dǎo)體層、所述包含單晶區(qū)域的第一多元氧化物半導(dǎo)體層以及所述包含單晶區(qū)域的第二多元氧化物半導(dǎo)體層中的每個(gè)的載流子密度低于I. 45X 10lclcm_3。
24.根據(jù)權(quán)利要求12所述的制造半導(dǎo)體裝置的方法，其中所述包含單晶區(qū)域的單元氧化物半導(dǎo)體層、所述包含單晶區(qū)域的第一多元氧化物半導(dǎo)體層以及所述包含單晶區(qū)域的第二多元氧化物半導(dǎo)體層中的每個(gè)為本征半導(dǎo)體。
25.一種制造半導(dǎo)體裝置的方法，包括 在襯底上形成第一多元氧化物半導(dǎo)體層； 在所述第一多元氧化物半導(dǎo)體層上形成單元氧化物半導(dǎo)體層；進(jìn)行加熱處理，以形成包含單晶區(qū)域的單元氧化物半導(dǎo)體層，并且從所述單元氧化物半導(dǎo)體層進(jìn)行所述第一多元氧化物半導(dǎo)體層的結(jié)晶生長，以形成包含單晶區(qū)域的第一多元氧化物半導(dǎo)體層；以及 在所述單元氧化物半導(dǎo)體層上，一邊進(jìn)行加熱，一邊通過濺射法形成包含單晶區(qū)域的第二多元氧化物半導(dǎo)體層。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的制造半導(dǎo)體裝置的方法，還包括 將所述第一多元氧化物半導(dǎo)體層、所述單元氧化物半導(dǎo)體層以及所述第二多元氧化物半導(dǎo)體層的疊層體蝕刻為島狀； 在所述疊層體上形成源電極及漏電極； 在所述源電極及所述漏電極上形成柵極絕緣層；以及 在所述柵極絕緣層上形成柵電極。
27.根據(jù)權(quán)利要求25所述的制造半導(dǎo)體裝置的方法，還包括 在形成所述第一多元氧化物半導(dǎo)體層之前，在所述襯底上形成柵電極和柵極絕緣層；將所述第一多元氧化物半導(dǎo)體層、所述單元氧化物半導(dǎo)體層以及所述第二多元氧化物半導(dǎo)體層的疊層體蝕刻為島狀；以及 在所述疊層體上形成源電極及漏電極。
28.一種半導(dǎo)體裝置，包括 包括包含單晶區(qū)域的第一多元氧化物半導(dǎo)體層、包含單晶區(qū)域的單元氧化物半導(dǎo)體層以及包含單晶區(qū)域的第二多元氧化物半導(dǎo)體層的氧化物半導(dǎo)體疊層體； 柵電極； 設(shè)置在所述氧化物半導(dǎo)體疊層體與所述柵電極之間的柵極絕緣層；以及 電連接于所述氧化物半導(dǎo)體疊層體的布線。
29.根據(jù)權(quán)利要求28所述的半導(dǎo)體裝置，其中所述包含單晶區(qū)域的第一多元氧化物半導(dǎo)體層、所述包含單晶區(qū)域的單元氧化物半導(dǎo)體層以及所述包含單晶區(qū)域的第二多元氧化物半導(dǎo)體層中的每個(gè)具有垂直于表面的c軸。
30.根據(jù)權(quán)利要求28所述的半導(dǎo)體裝置，其中所述柵電極重疊于所述氧化物半導(dǎo)體疊層體，其中間設(shè)置有所述柵極絕緣層。
31.根據(jù)權(quán)利要求28所述的半導(dǎo)體裝置，其中所述氧化物半導(dǎo)體疊層體重疊于所述柵 電極，其中間設(shè)置有所述柵極絕緣層。
32.根據(jù)權(quán)利要求28所述的半導(dǎo)體裝置，其中所述布線設(shè)置在所述氧化物半導(dǎo)體疊層體與所述柵極絕緣層之間。
33.根據(jù)權(quán)利要求28所述的半導(dǎo)體裝置，其中所述氧化物半導(dǎo)體疊層體設(shè)置在所述柵極絕緣層與所述布線之間。
全文摘要
可以使用更大的襯底，并且通過形成具有高結(jié)晶性程度的氧化物半導(dǎo)體層，可以制造具有所希望的高場效應(yīng)遷移率的晶體管，由此可以實(shí)現(xiàn)大型顯示裝置或高性能半導(dǎo)體裝置等的實(shí)用化。在襯底上形成第一多元氧化物半導(dǎo)體層，以及在第一多元氧化物半導(dǎo)體層上形成單元氧化物半導(dǎo)體層；然后，通過在500℃以上1000℃以下，優(yōu)選為550℃以上750℃以下進(jìn)行加熱處理從表面向內(nèi)部進(jìn)行結(jié)晶生長，使得形成包含單晶區(qū)域的第一多元氧化物半導(dǎo)體層及包含單晶區(qū)域的單元氧化物半導(dǎo)體層；以及在包含單晶區(qū)域的單元氧化物半導(dǎo)體層上層疊包含單晶區(qū)域的第二多元氧化物半導(dǎo)體層。
文檔編號H01L21/20GK102668098SQ20108005983
公開日2012年9月12日 申請日期2010年12月7日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月28日
發(fā)明者山崎舜平, 島津貴志, 廣橋拓也, 高橋正弘 申請人:株式會社半導(dǎo)體能源研究所