專利名稱：半導(dǎo)體裝置的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的一個實施方式涉及ー種半導(dǎo)體裝置及半導(dǎo)體裝置的制造方法。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)體電路以及電子裝置都是半導(dǎo)體裝置。
背景技術(shù)：
通過利用形成在具有絕緣表面的襯底上的半導(dǎo)體薄膜來構(gòu)成晶體管(也稱為薄膜晶體管(TFT))的技術(shù)引人注目。這種晶體管應(yīng)用在諸如集成電路(IC)或圖像顯示裝置(顯示裝置)等各式各樣的電子裝置。作為可以應(yīng)用于晶體管的半導(dǎo)體薄膜，硅類半導(dǎo)體材料是公知的；但是，作為其他材料，氧化物半導(dǎo)體受到關(guān)注。
例如，公開其有源層具有包括銦(In)、鎵(Ga)和鋅(Zn)并且其電子載流子濃度低于IO18 / cm3的非晶氧化物的晶體管(參照專利文獻I)。[參考]
[專利文獻]
[專利文獻I]日本專利申請公開2006-165528。

發(fā)明內(nèi)容
然而，當在形成薄膜的步驟中發(fā)生由于氧的過多或過少而引起的與化學計量組成的偏離或者形成電子施主的氫或水分進入氧化物半導(dǎo)體時，氧化物半導(dǎo)體的導(dǎo)電率變化。這種現(xiàn)象成為包括氧化物半導(dǎo)體的晶體管的電特性變動的ー個因素。鑒于上述問題，本發(fā)明的目的之ー是提供包括氧化物半導(dǎo)體的半導(dǎo)體裝置，其具有穩(wěn)定的電特性和高的可靠性。此外，本發(fā)明的目的之ー是防止在氧化物半導(dǎo)體膜的背溝道側(cè)產(chǎn)生寄生溝道。為了抑制包括氧化物半導(dǎo)體膜的晶體管的電特性變動而有意地從氧化物半導(dǎo)體膜中去除引起變動的諸如氫、水分、羥基或者氫化物(也稱為氫化合物)等雜質(zhì)。此外，供給在去除雜質(zhì)的步驟中減少且作為氧化物半導(dǎo)體的主要成分的氧。因此使氧化物半導(dǎo)體膜高度純化且在電性上成為I型(本征)。I型(本征)的氧化物半導(dǎo)體是如下ー種氧化物半導(dǎo)體，即通過以從氧化物半導(dǎo)體中去除作為n型雜質(zhì)的氫以便盡可能少地包含氧化物半導(dǎo)體的主要成分以外的雜質(zhì)的方式來進行高度純化，實現(xiàn)I型(本征)或?qū)嵸|(zhì)上I型(本征)。換而言之，特征是不通過添加雜質(zhì)，而是通過盡可能多地去除諸如氫或水等雜質(zhì)來獲得高度純化的I型(本征)氧化物半導(dǎo)體或與其接近的氧化物半導(dǎo)體。這使費密能級(Ef)能夠在與本征費密能級(Ei)相同的能級。在包括氧化物半導(dǎo)體膜的晶體管中，在氧化物半導(dǎo)體膜上以與該氧化物半導(dǎo)體膜接觸的方式形成用來防止在氧化物半導(dǎo)體膜的背溝道側(cè)產(chǎn)生帶電的氧化物層，通過氧化物層引入(添加)氧，在氧化物層之上形成絕緣層并且進行熱處理。該熱處理也可以在氧化物層上形成絕緣層之前進行。具有防止帶電的功能的氧化物層設(shè)置在氧化物半導(dǎo)體膜、優(yōu)選為高度純化的氧化物半導(dǎo)體膜的背溝道側(cè)(與柵極絕緣膜側(cè)相反的ー側(cè))上，并且，該氧化物層的介電常數(shù)優(yōu)選小于氧化物半導(dǎo)體的介電常數(shù)。例如，使用介電常數(shù)為8以上且20以下的氧化物層。該氧化物層比氧化物半導(dǎo)體膜更厚。例如，優(yōu)選的是，如果氧化物半導(dǎo)體膜的厚度為3nm以上且30nm以下，則該氧化物層的厚度優(yōu)選為大于IOnm并且大于或等于氧化物半導(dǎo)體膜的厚度。金屬氧化物可以用于該氧化物層。作為金屬氧化物，例如可以使用氧化鎵或者添加有0. 01原子百分比至5 atoms %的銦或鋅的氧化鎵。通過上述氧引入及熱處理，有意地從氧化物半導(dǎo)體膜中去除氫、水分、羥基或者氫化物(也稱為氫化合物)等雜質(zhì)，由此高度純化氧化物半導(dǎo)體膜。通過引入氧，切斷包含在氧化物半導(dǎo)體中的金屬與氫之間的鍵或者該金屬與羥基之間的鍵，并且氫或羥基與氧起反應(yīng) 來生成水；這使得可以容易地通過后面進行的熱處理使作為雜質(zhì)的氫或羥基以水的形式被消除。通過在氧化物半導(dǎo)體膜上層疊金屬氧化物膜將氧引入到氧化物半導(dǎo)體膜中，以便可以控制氧的引入深度(引入?yún)^(qū)域)，并且，可以高效地將氧引入到氧化物半導(dǎo)體膜中。此外，包含氧的金屬氧化物膜與氧化物半導(dǎo)體膜在經(jīng)受熱處理時處于接觸的狀態(tài)，所以可以從包含氧的金屬氧化物膜中將作為氧化物半導(dǎo)體的主要成分材料之一旦在去除雜質(zhì)的步驟中減少的氧供給到氧化物半導(dǎo)體膜。因此，氧化物半導(dǎo)體膜被高度純化，從而在電性上成為I型(本征)。為了防止諸如水分或氫等雜質(zhì)在熱處理后進入氧化物半導(dǎo)體膜，可以在絕緣層上還形成阻擋它們從外部進入的保護絕緣層。包括高度純化的氧化物半導(dǎo)體膜的晶體管的電特性、諸如閾值電壓和截止態(tài)電流幾乎不具有溫度相關(guān)性。此外，晶體管特性幾乎不因為光劣化而發(fā)生改變。如上所述，具有高度純化且在電性上是I型(本征)的氧化物半導(dǎo)體膜的晶體管的電特性變動被抑制，并且該晶體管在電性上穩(wěn)定。因此，可以提供包括電特性穩(wěn)定且可靠性高的氧化物半導(dǎo)體的半導(dǎo)體裝置。在250°C以上且650°C以下、450°C以上且600°C以下或者低于襯底的應(yīng)變點的溫度進行熱處理。可在氮、氧、超干燥空氣(水的含量為20ppm以下，優(yōu)選為Ippm以下，更優(yōu)選為IOppb以下的空氣)、或者稀有氣體(氬、氦等)的氣氛下進行熱處理。本說明書所公開的發(fā)明的結(jié)構(gòu)的一個實施方式是ー種半導(dǎo)體裝置的制造方法，包括如下步驟在襯底之上形成柵電極；形成覆蓋柵電極的柵極絕緣膜；在與柵電極重疊的區(qū)域中形成氧化物半導(dǎo)體膜，其中在氧化物半導(dǎo)體膜與柵電極之間插入柵極絕緣膜；在氧化物半導(dǎo)體膜之上形成源電極及漏電極；形成與氧化物半導(dǎo)體膜接觸并覆蓋源電極及漏電極的金屬氧化物膜；將氧引入到氧化物半導(dǎo)體膜、金屬氧化物膜以及氧化物半導(dǎo)體膜和金屬氧化物膜的界面至少之ー；形成覆蓋金屬氧化物膜的絕緣膜；以及進行熱處理。本說明書中公開的發(fā)明的結(jié)構(gòu)的另ー實施方式是ー種半導(dǎo)體裝置的制造方法，包括如下步驟在襯底之上形成柵電極；形成覆蓋柵電極的柵極絕緣膜；在與柵電極重疊的區(qū)域中形成氧化物半導(dǎo)體膜，其中在柵電極與氧化物半導(dǎo)體膜之間插入柵極絕緣膜；在氧化物半導(dǎo)體膜之上形成源電極及漏電極；形成與氧化物半導(dǎo)體膜接觸并覆蓋源電極及漏電極的金屬氧化物膜；形成覆蓋金屬氧化物膜的絕緣膜；將氧引入到氧化物半導(dǎo)體膜、金屬氧化物膜以及氧化物半導(dǎo)體膜和金屬氧化物膜的界面至少之ー；以及進行熱處理。此外，本說明書中公開的發(fā)明的結(jié)構(gòu)的另ー實施方式是ー種半導(dǎo)體裝置的制造方法，包括如下步驟在襯底之上形成柵電極；形成覆蓋柵電極的柵極絕緣膜；在與柵電極重疊的區(qū)域中形成氧化物半導(dǎo)體膜，其中在柵電極與氧化物半導(dǎo)體膜之間插入柵極絕緣膜；對氧化物半導(dǎo)體膜進行第一熱處理，第一熱處理包括惰性氣氛下的加熱和氧氣氛下的冷卻；在氧化物半導(dǎo)體膜之上形成源電極及漏電極；形成與氧化物半導(dǎo)體膜接觸井覆蓋源電極及漏電極的金屬氧化物膜；將氧引入到氧化物半導(dǎo)體膜、金屬氧化物膜以及氧化物半導(dǎo)體膜和金屬氧化物膜的界面至少之ー；形成覆蓋金屬氧化物膜的絕緣膜；以及進行第二熱處理。此外，本說明書中公開的發(fā)明的結(jié)構(gòu)的另ー實施方式是ー種半導(dǎo)體裝置的制造方法，包括如下步驟在襯底之上形成柵電極；形成覆蓋柵電極的柵極絕緣膜；在與柵電極重疊的區(qū)域中形成氧化物半導(dǎo)體膜，其中在柵電極與氧化物半導(dǎo)體膜之間插入柵極絕緣膜； 對氧化物半導(dǎo)體膜進行第一熱處理，第一熱處理包括惰性氣氛下的加熱和氧氣氛下的冷卻；在氧化物半導(dǎo)體膜之上形成源電極及漏電極；形成與氧化物半導(dǎo)體膜接觸井覆蓋源電極及漏電極的金屬氧化物膜；形成覆蓋金屬氧化物膜的絕緣膜；將氧引入到氧化物半導(dǎo)體膜、金屬氧化物膜以及氧化物半導(dǎo)體膜和金屬氧化物膜的界面至少之ー；以及進行第二熱處理。在半導(dǎo)體裝置的上述制造方法中，優(yōu)選作為金屬氧化物膜形成包含氧化鎵的膜。備選地，在半導(dǎo)體裝置的上述制造方法中，優(yōu)選作為金屬氧化物膜形成包含0. 01原子百分比至5原子百分比的銦或鋅的氧化鎵膜。在半導(dǎo)體裝置的上述制造方法中，熱處理的溫度優(yōu)選為450°C至600°C。在半導(dǎo)體裝置的上述制造方法中，優(yōu)選作為氧化物半導(dǎo)體膜形成包含銦及鎵的膜。在上述結(jié)構(gòu)中，優(yōu)選將氧化鎵膜用作金屬氧化物膜。可以通過濺射法、CVD法、蒸鍍法等來形成氧化鎵膜。氧化鎵膜具有大約4. 9eV的能隙，并且，在可見光波長范圍內(nèi)具有透光屬性，但這取決于氧和鎵的組成比。在本說明書中，有時將氧化鎵表示為GaOx (X > O)。例如，當GaOx具有晶體結(jié)構(gòu)時，已知其中X為I. 5的Ga2O3O在上述結(jié)構(gòu)中，可以在氧化物半導(dǎo)體膜之上形成金屬氧化物膜之前，對氧化物半導(dǎo)體膜進行熱處理。此外，可以通過離子注入法或離子摻雜法來進行氧的引入。在氧化物半導(dǎo)體膜之上且以與該氧化物半導(dǎo)體膜接觸的方式形成金屬氧化物膜，通過金屬氧化物膜引入氧，然后進行熱處理。通過氧引入及熱處理的這些步驟，有意地從氧化物半導(dǎo)體膜中去除諸如氫、水分、羥基或者氫化物等雜質(zhì)，由此能夠高度純化氧化物半導(dǎo)體膜。包括高度純化且在電性上I型(本征)的氧化物半導(dǎo)體膜的晶體管的電特性變動被抑制，并且該晶體管在電性上穩(wěn)定。因此，根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式，可以制造具有穩(wěn)定電特性的晶體管。此外，根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式，可以制造具有電特性良好且可靠性高的晶體管的半導(dǎo)體裝置。


圖IA至IE是示出半導(dǎo)體裝置及半導(dǎo)體裝置的制造方法的一個實施方式的 圖2A至2C是各示出半導(dǎo)體裝置的一個實施方式的 圖3是示出半導(dǎo)體裝置的一個實施方式的 圖4是示出半導(dǎo)體裝置的一個實施方式的 圖5是示出半導(dǎo)體裝置的一個實施方式的 圖6A和6B是示出半導(dǎo)體裝置的一個實施方式的圖； 圖7A和7B是示出電子裝置的 圖8A至8F是各示出電子裝置的 圖9A是示出電介質(zhì)的疊層結(jié)構(gòu)的模型圖，而圖9B是等效電路圖。
具體實施例方式下面，將參照附圖詳細描述本發(fā)明的實施例。但是，本發(fā)明不限于以下描述，并且所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以很容易地理解，本文公開的模式及細節(jié)可以各種形式修改。此外，本發(fā)明不被解釋為限于在下面對實施例的描述。注意，說明書中諸如“第一”和“第二”等序數(shù)詞是為了方便起見使用的，而不表示步驟順序或疊層順序。另外，這些序數(shù)詞在本說明書中不表示規(guī)定本發(fā)明的特定名稱。實施方式I
在本實施方式中，參照圖IA至IE描述半導(dǎo)體裝置及半導(dǎo)體裝置的制造方法的ー個實施方式。在本實施方式中，作為半導(dǎo)體裝置的示例描述包括氧化物半導(dǎo)體膜的晶體管。如圖IE所示，晶體管410包括柵電極401、柵極絕緣膜402、氧化物半導(dǎo)體膜403、源電極405a以及漏電極405b，它們在具有絕緣表面的襯底400之上形成。在氧化物半導(dǎo)體膜403之上依次層疊有用來防止在氧化物半導(dǎo)體膜403的背溝道側(cè)帶電的金屬氧化物膜407及絕緣膜409。圖IA至IE示出晶體管410的制造方法的一例。首先，在具有絕緣表面的襯底400之上形成導(dǎo)電膜，然后通過第一光刻步驟形成柵電極401。注意，可以利用噴墨法形成抗蝕劑掩模。利用噴墨法形成抗蝕劑掩模不需要光掩模，所以可以降低制造成本。雖然對于可用作具有絕緣表面的襯底400的襯底沒有具體限制，但是需要襯底至少對于后面進行的熱處理具有足夠的耐熱性。例如，可以使用諸如玻璃襯底、陶瓷襯底、石英襯底、藍寶石襯底等襯底。備選地，可以使用硅、碳化硅等的多晶半導(dǎo)體襯底或單晶半導(dǎo)體襯底、硅鍺等的化合物半導(dǎo)體襯底、SOI襯底等(只要該襯底具有絕緣表面)。另外，也可以在這些襯底之上設(shè)置半導(dǎo)體元件。柔性襯底可用作襯底400。當使用柔性襯底時，可以直接在柔性襯底之上形成包括氧化物半導(dǎo)體膜403的晶體管410。備選地，可以在制造襯底之上形成包括氧化物半導(dǎo)體膜403的晶體管410，然后可將該晶體管410分離并轉(zhuǎn)移到柔性襯底。注意，為了從制造襯底中分離晶體管并將它轉(zhuǎn)移到柔性襯底，可以在制造襯底和包括氧化物半導(dǎo)體膜的晶體管之間設(shè)置分離層。可以將用作基底膜的絕緣膜設(shè)置在襯底400和柵電極401之間?；啄ぞ哂蟹乐闺s質(zhì)元素從襯底400擴散的功能，并且，可以使用氮化硅膜、氧化硅膜、氮氧化硅膜和氧氮化硅膜中的ー個或者多個、以單層結(jié)構(gòu)或者疊層結(jié)構(gòu)來形成該基底膜?？梢允褂弥T如鑰、鈦、鉭、鎢、鋁、銅、釹或鈧等金屬材料或者包含這些材料中的任一種作為主要成分的合金材料形成具有單層結(jié)構(gòu)或疊層結(jié)構(gòu)的柵電極401。接著，在柵電極401之上形成柵極絕緣膜402。可以通過等離子體CVD法、濺射法或類似方法使用氧化硅層、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、氮氧化鋁層或氧化鉿層形成具有單層結(jié)構(gòu)或疊層結(jié)構(gòu)的柵極絕緣膜402。在本實施方式中，將如下本征(I型)或者實質(zhì)上本征(I型)的氧化物半導(dǎo)體用作氧化物半導(dǎo)體膜403 :從其中去除雜質(zhì)并且被高度純化以便盡可能少地包含用作載流子施主且是氧化物半導(dǎo)體的主要成分以外的物質(zhì)的雜質(zhì)。 這種高度純化的氧化物半導(dǎo)體對界面狀態(tài)或者界面電荷極為敏感，所以氧化物半導(dǎo)體膜和柵極絕緣膜的界面是重要的。因此，與高度純化的氧化物半導(dǎo)體接觸的柵極絕緣膜要求具有高質(zhì)量。對于柵極絕緣膜的制造方法，優(yōu)選采用使用微波(例如，頻率為2. 45GHz)的高密度等離子體CVD法，這是因為形成的絕緣層可以是密實的，且能夠具有高擊穿電壓和高質(zhì)量。這是因為當高度純化的氧化物半導(dǎo)體和高質(zhì)量的柵極絕緣膜密切接觸時，可以降低界面狀態(tài)，且界面特性能夠是良好的。當然，可以使用不同的成膜方法，諸如濺射法或等離子體CVD法，只要能夠?qū)⒏哔|(zhì)量絕緣層形成為柵極絕緣膜即可。另外，可以形成如下絕緣層，該絕緣層的膜質(zhì)量和與氧化物半導(dǎo)體的界面特性通過成膜后進行的熱處理得到改進。在任一種情況下，能夠使用任何柵極絕緣膜，只要作為柵極絕緣膜的膜質(zhì)量高、與氧化物半導(dǎo)體的界面狀態(tài)密度得到降低并且可以形成良好的界面即可。為使柵極絕緣膜402和氧化物半導(dǎo)體膜中盡可能少地包含氫、羥基及水分，優(yōu)選作為氧化物半導(dǎo)體膜的成膜的預(yù)處理，在濺射裝置的預(yù)熱室中對其之上形成柵電極401的襯底400、或者其之上形成到柵極絕緣膜402的襯底400進行預(yù)熱，以便使吸附在襯底400上的諸如氫和水分等雜質(zhì)被消除且去除。作為設(shè)置在預(yù)熱室內(nèi)的排空單元，低溫泵是優(yōu)選的。注意，可以省略該預(yù)熱處理。類似地，該預(yù)熱處理也可以在后面的步驟中對之上形成直到源電極405a及漏電極405b的膜的襯底400 (形成金屬氧化物膜407之前)進行。接著，通過濺射法在柵極絕緣膜402之上形成厚度為3nm以上且30nm以下的氧化物半導(dǎo)體膜。當氧化物半導(dǎo)體膜的厚度過厚(例如，厚度為50nm以上)吋，晶體管有可能會成為常開啟型，所以優(yōu)選采用上述厚度。另外，優(yōu)選在利用濺射法形成氧化物半導(dǎo)體膜之前，通過引入氬氣且生成等離子體的反濺射來去除附著在柵極絕緣膜402表面的粉狀物質(zhì)(也稱為微?；驂m屑)。反濺射是指不對祀材ー側(cè)施加電壓而使用RF電源在??！氣氛中對襯底一側(cè)施加電壓來在襯底附近產(chǎn)生等離子體以改變表面的方法。注意，也可以使用氮氣氛、氦氣氛、氧氣氛或類似的來代替風氣訊。作為用于氧化物半導(dǎo)體膜的氧化物半導(dǎo)體，可以使用如下氧化物半導(dǎo)體諸如In-Sn-Ga-Zn-O類氧化物半導(dǎo)體等四元金屬氧化物；諸如In-Ga-Zn-O類氧化物半導(dǎo)體、In-Sn-Zn-O類氧化物半導(dǎo)體、In-Al-Zn-O類氧化物半導(dǎo)體、Sn-Ga-Zn-O類氧化物半導(dǎo)體、Al-Ga-Zn-O類氧化物半導(dǎo)體或Sn-Al-Zn-O類氧化物半導(dǎo)體等三元金屬氧化物；諸如In-Zn-O類氧化物半導(dǎo)體、Sn-Zn-O類氧化物半導(dǎo)體、Al-Zn-O類氧化物半導(dǎo)體、Zn-Mg-O類氧化物半導(dǎo)體、Sn-Mg-O類氧化物半導(dǎo)體、In-Mg-O類氧化物半導(dǎo)體或In-Ga-O類氧化物半導(dǎo)體等ニ元金屬氧化物；In-0類氧化物半導(dǎo)體；Sn-0類氧化物半導(dǎo)體；Zn-0類氧化物半導(dǎo)體等。另外，上述氧化物半導(dǎo)體中可以包含Si02。注意，這里例如In-Ga-Zn-O類氧化物半導(dǎo)體是指包含銦(In)、鎵(Ga)和鋅(Zn)的氧化物膜，并且，對組成比沒有具體限制。In-Ga-Zn-O類氧化物半導(dǎo)體可以包含In、Ga和Zn以外的兀素。另外，作為氧化物半導(dǎo)體膜，可以使用以化學式InMO3 (ZnO) JmX))表示的材料制成的薄膜。這里，M表不選自Ga、Al、Mn及Co中的一種或多種金屬兀素。例如，M可以是Ga、Ga 及 Al、Ga 及 Mn、Ga 及 Co 等。當將In-Ga-Zn-O類材料用于氧化物半導(dǎo)體時，例如，可以將組成比為In2O3 =Ga2O3 ZnO=I 1 :1[摩爾比]的氧化物靶材用作靶材。另外，不局限于該靶材及組成，例如，可以使用In2O3 =Ga2O3 ZnO= I 1 :2[摩爾比]的氧化物靶材。當將In-Zn-O類材料用作氧化物半導(dǎo)體時，因此，靶材的組成比設(shè)定為原子比為In:Zn = 50:1 至 1:2 (換算為摩爾比則為 In2O3:Zn0=25:1 至 1:4),優(yōu)選為 In:Zn=20:1 至1:1 (換算為摩爾比則為In2O3 = ZnO=IO: I至1:2)，更優(yōu)選為In:Zn=15:l至I. 5:1 (換算為摩爾比則為In203:Zn0=15:2至3:4)。例如，在用于形成原子比為In:Zn:0=X:Y:Z的In-Zn-O類氧化物半導(dǎo)體的靶材中，滿足關(guān)系式a > I. 5X+Y。另外，靶材的填充率為90%以上且100%以下，優(yōu)選為95%以上且99. 9%以下。通
過采用填充率高的靶材，可以形成致密的氧化物半導(dǎo)體膜。在本實施方式中，通過使用In-Ga-Zn-O類氧化物靶材的濺射法形成氧化物半導(dǎo)體膜。另外，氧化物半導(dǎo)體膜可以在稀有氣體(典型為氬)氣氛下、氧氣氛下或稀有氣體和氧的混合氣氛下利用濺射法形成。優(yōu)選使用氫、水、羥基或氫化物等雜質(zhì)被去除了的高純度氣體作為用于形成氧化物半導(dǎo)體膜的濺射氣體。在減壓狀態(tài)的成膜室內(nèi)保持襯底400，并且襯底溫度優(yōu)選設(shè)定在100°C以上且6000C以下，優(yōu)選為200°C以上且400°C以下。通過在加熱襯底400的同時進行成膜，可以降低形成了的氧化物半導(dǎo)體膜中含有的雜質(zhì)濃度。另外，可以減輕濺射帶來的損傷。然后，去除殘留在成膜室內(nèi)的水分、引入去除了氫及水分的濺射氣體并使用上述靶材，以便在襯底400之上形成氧化物半導(dǎo)體膜。優(yōu)選使用捕集真空泵，例如，低溫泵、離子泵、鈦升華泵。另夕卜，排空單元可以是配備有冷阱的渦輪泵。在利用低溫泵進行了排空的成膜室中，去除氫原子、包含氫原子的化合物(諸如水(H2O))(更優(yōu)選地，還有包含碳原子的化合物)等，由此可以降低該成膜室形成的氧化物半導(dǎo)體膜中含有的雜質(zhì)濃度。作為成膜條件的ー個例子，可以采用如下條件襯底與靶材之間的距離為IOOmm ；壓カ為0. 6Pa ;直流(DC)功率為0. 5kW并且氣氛是氧氣氛(氧流量比率為100%)。注意，優(yōu)選使用脈沖直流電源，在這種情況下，可以減少成膜時產(chǎn)生的粉狀物質(zhì)(也稱為微?；驂m屑)，并且膜厚度分布可以是均勻的。
接著，利用第二光刻步驟將氧化物半導(dǎo)體膜加工為島狀的氧化物半導(dǎo)體膜441(參照圖1A)?？梢岳脟娔ㄐ纬捎脕硇纬蓫u狀氧化物半導(dǎo)體膜441的抗蝕劑掩模。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。注意，氧化物半導(dǎo)體膜的蝕刻可以是干蝕刻、濕蝕刻或者干蝕刻和濕蝕刻兩者。例如，作為用于氧化物半導(dǎo)體膜的濕蝕刻的蝕刻劑，可以使用磷酸、醋酸和硝酸的混合溶液等。此外，還可以使用IT0-07N (由日本關(guān)東化學株式會社制造)。接著，在柵極絕緣膜402及氧化物半導(dǎo)體膜441之上形成用來形成源電極及漏電極(包括在與該源電極及漏電極相同的層中形成的布線)的導(dǎo)電膜。作為用于源電極及漏電極的導(dǎo)電膜，例如可以使用包括選自Al、Cr、Cu、Ta、Ti、Mo和W中的元素的金屬膜、包含上述元素的任一種作為其成分的金屬氮化物膜(例如氮化鈦膜、氮化鑰膜或氮化鎢膜)等。備選地，可以在諸如Al膜或Cu膜等金屬膜之上和/或之下形成諸如Ti、Mo或W等高熔點金屬的膜或者金屬氮化物膜(例如氮化鈦膜、氮化鑰膜或氮化鎢膜)。此外，可以使用導(dǎo)電金屬氧化物形成用于源電極及漏電極的導(dǎo)電膜。作為導(dǎo)電金屬氧化物，可以使用氧化銦(ln203)、 氧化錫(SnO2)、氧化鋅(ZnO)、氧化銦-氧化錫合金(In2O3-SnO2,縮寫為IT0)、氧化銦-氧化鋅合金(In2O3-ZnO)或包含氧化娃的這些金屬氧化物材料的任ー種。注意，源電極及漏電極的材料優(yōu)選根據(jù)氧化物半導(dǎo)體的電子親和性和金屬氧化物膜的電子親和性來選擇。就是說，當源電極及漏電極的材料的功函數(shù)為W[eV]，氧化物半導(dǎo)體的電子親和性為^^[eV]，并且金屬氧化物膜的電子親和性為ct2[eV]吋，優(yōu)選滿足如下不等式^ + 0.4(1(((^ + 0. 5)，優(yōu)選(小2 + 0. 9) < W < (牝 + 0. 4)。例如，如果分別將電子親和性為4. 5eV的材料和電子親和性為3. 5eV的材料用于氧化物半導(dǎo)體和金屬氧化物膜，則優(yōu)選將其功函數(shù)在3. 9eV以上且在5. OeV以下、優(yōu)選在4. 4eV以上且在4. 9eV以下的金屬或金屬化合物用于源電極及漏電極的材料。因此，在晶體管410中，可以防止電子從源電極405a及漏電極405b注入到金屬氧化物膜407中，并且可以抑制泄露電流的產(chǎn)生。此外，在氧化物半導(dǎo)體膜和源電極及漏電極的結(jié)處可以得到良好的電特性。對于具有這種功函數(shù)的材料，例如可以舉出氮化鑰、氮化鎢或類似的。這些材料是優(yōu)選的，因為它們在耐熱性方面上也是優(yōu)秀的。注意，根據(jù)上述不等式，推導(dǎo)出不等式七<(^+ 0.1)，優(yōu)選為不等式小2 < ( (J)1 — 0. 5),但是,更優(yōu)選的是,滿足不等式4)2 <( (J)1 — 0. 9)。利用第三光刻步驟在導(dǎo)電膜之上形成抗蝕劑掩模。選擇性地進行蝕刻，以便形成源電極405a和漏電極405b。然后，去除抗蝕劑掩模(參照圖1B)?？梢允褂米贤饩€、KrF激光或ArF激光在第三光刻步驟中形成抗蝕劑掩模時進行曝光。由在氧化物半導(dǎo)體膜441之上相鄰的源電極的下端部與漏電極的下端部之間的距離決定要在以后的步驟中形成的晶體管的每個溝道長度し在對于短于25nm的溝道長度L進行曝光的情況下，可使用具有幾nm至幾十nm的極短波長的超紫外線(ExtremeUltraviolet)進行第三光刻步驟中形成抗蝕劑掩模時的曝光。在通過超紫外線曝光時，分辨率高且聚焦深度大。由于這些原因，以后形成的晶體管的溝道長度L的范圍可以在IOnm以上且IOOOnm以下，并且可以實現(xiàn)電路的工作速度的高速化。為了減少用于光刻步驟的光掩模數(shù)量并減少光刻步驟數(shù)量，可以使用作為通過其透光以具有多個強度的曝光掩模的多級灰度掩模進行蝕刻步驟。通過使用多級灰度掩模形成的抗蝕劑掩模具有多個厚度并且還可以通過蝕刻而改變形狀，因此可以在多個蝕刻步驟中使用抗蝕劑掩模以便加工成不同圖案。由此，可以使用一個多級灰度掩模形成至少對應(yīng)于兩種以上的不同圖案的抗蝕劑掩模。從而，可以減少曝光掩模數(shù)量，還可以減少對應(yīng)的光刻步驟數(shù)量，所以，可以實現(xiàn)過程的簡化。注意，當對導(dǎo)電膜進行蝕刻時，優(yōu)選優(yōu)化蝕刻條件以防止氧化物半導(dǎo)體膜441被蝕刻而斷開。但是，難以得到其中僅蝕刻導(dǎo)電膜而完全不蝕刻氧化物半導(dǎo)體膜441的蝕刻條件。在一些情況下，當對導(dǎo)電膜進行蝕刻時，只有氧化物半導(dǎo)體膜441的一部分被蝕刻，而成為具有槽部(凹部)的氧化物半導(dǎo)體膜。在本實施方式中，由于使用Ti膜作為導(dǎo)電膜，并使用In-Ga-Zn-O類氧化物半導(dǎo)體作為氧化物半導(dǎo)體膜441，所以將過氧化氫氨水(氨、水以及過氧化氫的混合)用作蝕刻劑。接著，可以通過使用諸如N20、N2或Ar等氣體的等離子體處理，來去除附著在氧化物半導(dǎo)體膜的露出部分的表面上的水等。在進行等離子體處理的情況下，在不暴露于空氣的情況下，優(yōu)選在該等離子體處理之后形成與氧化物半導(dǎo)體膜441的一部分接觸的金屬氧 化物膜407。接著,形成覆蓋源電極405a及漏電極405b并且與氧化物半導(dǎo)體膜441的一部分接觸的金屬氧化物膜407。注意，將金屬氧化膜407的厚度設(shè)定得厚于氧化物半導(dǎo)體膜441的厚度。金屬氧化物膜407與氧化物半導(dǎo)體膜441的背溝道側(cè)接觸、即與源電極405a和漏電極405b之間的氧化物半導(dǎo)體膜441的部分接觸。金屬氧化物膜407是去除了蓄積在與該氧化物半導(dǎo)體膜441的界面處的電荷的膜。由于蓄積在源電極405a或漏電極405b中的電位(電荷)，正電荷從源電極405a或漏電極405b移動到氧化物半導(dǎo)體膜，因而可能使氧化物半導(dǎo)體膜的背溝道側(cè)的界面帶電。尤其是，當氧化物半導(dǎo)體膜的導(dǎo)電率和與氧化物半導(dǎo)體膜的背溝道側(cè)接觸的材料層的導(dǎo)電率不同時，電荷流向氧化物半導(dǎo)體膜，電荷在界面處被俘獲，并且，電荷與氧化物半導(dǎo)體膜中的氫結(jié)合，而成為界面的施主中心。由此，存在晶體管的特性變動的問題。從而，減少氧化物半導(dǎo)體膜中的氫以及防止帶電都是重要的。氧化物半導(dǎo)體膜的物理性質(zhì)值和金屬氧化物膜的物理性質(zhì)值之差優(yōu)選小。這里，物理值是指功函數(shù)、電子親和性、介電常數(shù)、帶隙等。具體而言，氧化物半導(dǎo)體膜的帶隙和金屬氧化物膜的帶隙之差優(yōu)選小于3eV。例如，在將In — Ga — Zn — 0類氧化物半導(dǎo)體用作氧化物半導(dǎo)體膜并且將氧化硅或氧化鋁用作金屬氧化物膜的情況下，因為In — Ga — Zn —0類氧化物半導(dǎo)體的帶隙為3. 15eV，并且氧化硅或氧化鋁的帶隙為8eV，所以有可能會產(chǎn)生上述問題。此外，當使用包括氮化物的膜(例如，氮化硅膜)代替金屬氧化物膜吋，由于包括氮化物的膜和氧化物半導(dǎo)體膜接觸，所以氧化物半導(dǎo)體膜的導(dǎo)電率有可能改變。金屬氧化物膜407是具有當背溝道側(cè)帶正電荷時立即去除正電荷的性質(zhì)的膜。注意，作為用于金屬氧化物膜407的材料，優(yōu)選采用如下的材料其氫含量小于或等于氧化物半導(dǎo)體膜的氫含量或者不比氧化物半導(dǎo)體膜的氫含量大ー個數(shù)量級或更多，并且其能隙大于或等于氧化物半導(dǎo)體膜的材料的能隙。如上所述，通過使用具有帶電防止功能的金屬氧化物膜407，可以抑制電荷從與氧化物半導(dǎo)體膜接觸403的背溝道側(cè)接觸的材料層流到氧化物半導(dǎo)體膜403。此外，通過在氧化物半導(dǎo)體膜的上表面之上形成金屬氧化物膜407，即使氧化物半導(dǎo)體膜403的背溝道側(cè)帶正電荷，也可以立即去除正電荷。此外，通過使用金屬氧化物膜407，可以防止在氧化物半導(dǎo)體膜403的背溝道側(cè)產(chǎn)生寄生溝道。由此，可以抑制氧化物半導(dǎo)體膜403的電特性(諸如導(dǎo)電率和閾值電壓等)的變動，因此可以提高晶體管410的可靠性。在本實施方式中，作為金屬氧化物膜407，使用通過利用脈沖直流(DC)電源的濺射法得到的氧化鎵膜。注意，作為用于濺射法的靶材，優(yōu)選使用氧化鎵靶材。根據(jù)所使用的氧化物半導(dǎo)體膜的導(dǎo)電率，可適當?shù)赝ㄟ^將In或Zn添加到金屬氧化物膜407，調(diào)整金屬氧化物膜407的導(dǎo)電率。例如，通過利用通過向氧化鎵添加銦或鋅得到的靶材的濺射法，來形成包括0. 01原子百分比至5原子百分比的銦或鋅的膜。當通過添加銦或鋅提高金屬氧化物膜407的導(dǎo)電率并使該導(dǎo)電率接近氧化物半導(dǎo)體膜403的導(dǎo)電率時，可以進一歩減少蓄積的電荷。氧化鎵的帶隙為3. OeV至5. 2eV (例如為4. 9eV)，其介電常數(shù)為10至12，并且其電子親和性為3. 5eV。In — Ga — Zn 一 0類氧化物半導(dǎo)體的帶隙為3. 15eV，介電常數(shù)為15，并且電子親和性為3. 5eV。因此，氧化鎵膜的物理性質(zhì)值與氧化物半導(dǎo)體膜的物理性質(zhì)值之間的差異小，這是優(yōu)選的。因為氧化鎵具有大約4. 9eV的寬帶隙，所以在可見光波長區(qū)域中，它具有透光性。此外，優(yōu)選的是，將氧化鎵用作金屬氧化物膜，這是因為可以降低In — Ga — Zn — 0類氧化物半導(dǎo)體膜和氧化鎵膜之間的接觸電阻。當作為金屬氧化物膜使用氧化鎵時，除了 In — Ga — Zn — 0類氧化物半導(dǎo)體以外,還可以將In — Ga — 0類氧化物半導(dǎo)體或Ga — Zn — 0類氧化物半導(dǎo)體用作氧化物半導(dǎo)體材料。尤其是，當作為氧化物半導(dǎo)體膜而使用In — Ga — Zn — 0膜時，由于In — Ga —Zn 一 0膜包含對于用作氧化物半導(dǎo)體膜407的GaOx共同的鎵元素，所以氧化物半導(dǎo)體膜的材料與金屬氧化物膜的材料彼此匹配。優(yōu)選通過利用諸如水和氫等雜質(zhì)不進入金屬氧化物膜的方法形成金屬氧化物膜407。當金屬氧化物膜407中包括氫時，氫進入氧化物半導(dǎo)體膜，或者該氫提取氧化物半導(dǎo)體膜中的氧，因此，氧化物半導(dǎo)體膜的背溝道可能具有低電阻(N型導(dǎo)電)，并且可能形成寄生溝道。因此，為了使金屬氧化物膜407盡可能少地包括氫，在成膜方法中不使用氫是重要的。在本實施方式中，通過濺射法形成其厚度超過IOnm并為氧化物半導(dǎo)體膜441的厚度以上的氧化鎵膜作為金屬氧化物膜407。這是因為通過増大金屬氧化物膜407的厚度，金屬氧化物膜407可以高效地放出電荷的緣故。成膜時的襯底溫度范圍可在室溫以上且300°C以下的范圍?？赏ㄟ^濺射法在稀有氣體(典型為氬)氣氛下、氧氣氛下或者包含稀有氣體和氧的混合氣氛下形成氧化鎵膜。為了與氧化物半導(dǎo)體膜的成膜時類似地從金屬氧化物膜407的成膜室中去除殘留水分，優(yōu)選使用捕集真空泵(諸如低溫泵)。當使用低溫泵來對其中形成金屬氧化物膜407的成膜室進行排空時可以降低金屬氧化物膜407的雜質(zhì)濃度。此外，作為用來從金屬氧化物膜407的成膜室中去除殘留水分的排空單元，也可以采用配備有冷阱的渦輪泵。作為當形成金屬氧化物膜407時使用的濺射氣體，優(yōu)選使用從中去除了氫、水、羥基或者氫化物等雜質(zhì)的高純度氣體。金屬氧化物膜407可至少覆蓋氧化物半導(dǎo)體膜的溝道形成區(qū)域、源電極405a和漏電極405b。如果有需要，可以選擇性地去除金屬氧化物膜407。注意，對于在本實施方式中使用的氧化鎵膜的蝕刻，可以采用已知的濕蝕刻或已知的干蝕刻。例如，進行使用氟酸溶液或硝酸溶液的濕蝕刻。接著，通過金屬氧化物膜407，將氧421引入到氧化物半導(dǎo)體膜441、金屬氧化物膜407以及氧化物半導(dǎo)體膜441和金屬氧化物膜407的界面中的至少ー個(參照圖1C)。作為引入氧421的方法，可以采用離子注入法、離子摻雜法等。離子注入法中，使源氣體成為等離子體，提取該等離子體中包括的離子種，進行質(zhì)量分離，使具有預(yù)定質(zhì)量的離子種加速，并且注入要作為離子束來被處理的對象中。在離子摻雜法中，使源氣體成為等離子體，通過預(yù)定電場的工作來從該等離子體中提取離子種并且在沒有質(zhì)量分離的情況下使提取的離子種加速，并將提取的離子種注入要作為離子束來被處理的對象中。當使用涉及質(zhì)量分離的離子注入法弓I入氧時，可以防止諸如金屬元素等的雜質(zhì)與氧一起被添加在氧化物半導(dǎo)體膜中。另外，離子摻雜法與離子注入法相比使離子束能夠照射到更大面積，所以當使用離子摻雜法添加氧時，可以縮短節(jié)拍時間(tact time)。
由于通過層疊在氧化物半導(dǎo)體膜441之上的金屬氧化物膜407將氧引入氧化物半導(dǎo)體膜441，所以可以控制氧的引入深度(引入?yún)^(qū)域)，因此，可以高效地將氧引入氧化物半導(dǎo)體膜441中。通過適當?shù)卦O(shè)定加速電壓和劑量等引入條件或者使氧通過的金屬氧化物膜407的厚度，來控制氧的引入深度。接著，在金屬氧化物膜407之上形成絕緣膜409(參照圖1D)。作為絕緣膜409，使用無機絕緣膜，并且，可以使用利用氧化硅膜、氧氮化硅膜、氧化鋁膜以及氧氮化鋁膜等氧化物絕緣膜或者諸如氮化硅膜、氮氧化硅膜、氮化鋁膜和氮氧化鋁膜等氮化物絕緣膜的單層或者疊層。例如，通過濺射法在金屬氧化物膜407之上依次層疊氧化硅膜及氮化硅膜。注意，上述氧的引入處理可以在金屬氧化物膜407之上形成絕緣膜409后進行。接著，在氧化物半導(dǎo)體膜441的一部分(溝道形成區(qū)域)和金屬氧化物膜407接觸的同時對引入氧的氧化物半導(dǎo)體膜441進行熱處理(參照圖1E)。在250°C以上且650°C以下，優(yōu)選為450°C以上且600°C以下，或者低于襯底的應(yīng)變點進行熱處理。例如，將襯底放入作為ー種熱處理裝置的電爐之后，在氮氣氛下以450°C對氧化物半導(dǎo)體膜進行ー個小時的熱處理。注意，熱處理裝置不局限于電爐，還可以使用利用從諸如電阻發(fā)熱元件等的發(fā)熱元件的熱傳導(dǎo)或熱輻射對被處理物進行加熱的裝置。例如，可以使用GRTA (Gas RapidThermal Anneal :氣體快速熱退火)裝置或 LRTA (Lamp Rapid Thermal Anneal :燈快速熱退火)裝置等的RTA (Rapid Thermal Anneal :快速熱退火)裝置。LRTA裝置是利用從燈(如鹵素燈、金鹵燈、氙弧燈、碳弧燈、高壓鈉燈或高壓汞燈等)發(fā)出的光(電磁波)的輻射加熱被處理對象的裝置。GRTA裝置是使用高溫的氣體進行熱處理的裝置。作為高溫的氣體，使用諸如氬等的稀有氣體或氮那樣的與被處理物不產(chǎn)生反應(yīng)的惰性氣體。注意，在作為熱處理裝置使用GRTA裝置的情況下，因為熱處理時間短，所以可以在加熱到650°C至700°C的高溫的惰性氣體中加熱襯底?？稍诘⒀酢⒊稍锟諝?水的含量為20ppm以下，優(yōu)選為Ippm以下，更優(yōu)選為IOppb以下的空氣)、或者稀有氣體(氬、氦等)的氣氛下進行熱處理。但是，在氮、氧、超干燥空氣或稀有氣體的氣氛下優(yōu)選不包括水、氫等。優(yōu)選將引入熱處理裝置中的氮、氧或稀有氣體的純度設(shè)定為6N (99.9999%)以上，優(yōu)選為7N (99.99999%)以上(即，雜質(zhì)濃度為Ippm以下，優(yōu)選為0. Ippm以下)。
如上所述，將氧引入到氧化物半導(dǎo)體膜441、金屬氧化物膜407以及氧化物半導(dǎo)體膜441和金屬氧化物膜407之間的界面中的至少ー個，然后進行熱處理，因此，可以利用氧終結(jié)存在于氧化物半導(dǎo)體膜441中、金屬氧化物膜407中或者氧化物半導(dǎo)體膜441和金屬氧化物膜407之間的界面中的懸空鍵。當懸空鍵存在于氧化物半導(dǎo)體膜441中、金屬氧化物膜407中或者氧化物半導(dǎo)體膜441和金屬氧化物膜407之間的界面時，氫有可能會擴散并且可能形成鍵，但是，通過利用氧終結(jié)懸空鍵，可以防止鍵的形成。通過氧引入，切斷氧化物半導(dǎo)體中包含的金屬與氫之間的鍵、或者該金屬與羥基之間的鍵，并且使這些氫或羥基與氧起反應(yīng)來生成水。從而，可以容易地利用熱處理使作為雜質(zhì)的氫或輕基作為水被消除。如此，可以防止鍵的形成，可以進行氧化物半導(dǎo)體膜的脫水或脫氫，并且通過氧引入及熱處理可以從氧化物半導(dǎo)體膜中去除氫、水分、羥基或者氫化物等雜質(zhì)。此外，因為在進行熱處理時氧化物半導(dǎo)體膜和包括氧的金屬氧化物膜407接觸，所以可以從包括氧的金屬氧化物膜407中將作為氧化物半導(dǎo)體的主要成分之ー且在雜質(zhì) 的去除步驟中減少的氧供給到氧化物半導(dǎo)體膜。由此，可以降低氧化物半導(dǎo)體膜中的電荷俘獲中心。通過上述步驟，得到高度純化且在電性上成為I型(本征)的氧化物半導(dǎo)體膜403。此外，通過該熱處理，同時從金屬氧化物膜407中去除雜質(zhì)，并且可高度純化金屬氧化物膜407。高度純化的氧化物半導(dǎo)體膜403包括源自施主的極少載流子(接近零)。氧化物半導(dǎo)體膜403的載流子濃度低于I X IO14 / cm3，優(yōu)選低于I X IO12 / cm3，更優(yōu)選低于I X IO11 /
3
cm o借助于通過金屬氧化物膜407添加氧，產(chǎn)生氧化物半導(dǎo)體膜441和金屬氧化物膜407之間的界面附近的原子排列應(yīng)變。此后，通過熱處理，進行氧化物半導(dǎo)體膜403和金屬氧化物膜407之間的界面附近的原子的再排列。此時，在氧化物半導(dǎo)體膜403和金屬氧化物膜407的原子結(jié)合在一起，所以可以降低氧化物半導(dǎo)體膜403的導(dǎo)電率和金屬氧化物膜407的導(dǎo)電率等物理性質(zhì)值之差，并且，可以抑制氧化物半導(dǎo)體膜的背溝道側(cè)上的帶電。由此，可以抑制氧化物半導(dǎo)體膜的閾值電壓等電特性的變動，所以可以提高晶體管的可靠性。通過上述步驟形成晶體管410 (參照圖1E)。晶體管410是包括從氧化物半導(dǎo)體膜有意地去除氫、水分、羥基或者氫化物(也稱為氫化合物)等雜質(zhì)且被高度純化的氧化物半導(dǎo)體膜403的晶體管。因此，晶體管410的電特性的變動被抑制，而晶體管410在電性上是穩(wěn)定的。注意，引入氧后的熱處理可以在形成絕緣膜409之前進行。在此情況下，熱處理后在金屬氧化物膜407之上形成絕緣膜409。除了上述熱處理以外，還可以進行其他熱處理。例如，可以在形成氧化物半導(dǎo)體膜441后進行熱處理(第一熱處理)，并可在形成金屬氧化物膜407之后再次進行熱處理(第二熱處理)。在此情況下，第一熱處理例如可以是其中在惰性氣體氣氛下進行加熱并且在氧氣氛下(至少包括氧的氣氛下)進行冷卻的處理。在應(yīng)用這種第一熱處理時，可以有利地對氧化物半導(dǎo)體膜進行脫水及供氧。在圖IE的步驟后，還可以再次進行熱處理。例如，可以在空氣中以100°C以上且2000C以下進行I個小時以上且30個小時以下的熱處理。該熱處理可以在一定的加熱溫度的情況下進行。備選地，可以將加熱溫度的如下改變反復(fù)進行多次加熱溫度從室溫升溫到IOO0C以上且200°C以下的溫度，然后下降到室溫。包括氧化物半導(dǎo)體膜403的晶體管410可具有較高的場效應(yīng)遷移率，所以可能進行高速操作。因此，當將上述晶體管用于像素部時，可以提供高質(zhì)量圖像。此外，可以在ー個襯底之上形成具有包括高度純化的氧化物半導(dǎo)體膜的晶體管的驅(qū)動電路部和像素部，所以可以減少半導(dǎo)體裝置的零部件數(shù)量。在包括金屬氧化物膜407的晶體管410中，可以防止在氧化物半導(dǎo)體膜403的背溝道側(cè)產(chǎn)生寄生溝道。再者，通過防止在晶體管410中的氧化物半導(dǎo)體膜403的背溝道側(cè)產(chǎn)生寄生溝道，可以抑制閾值電壓的變動，所以可以提高晶體管的可靠性。在圖IE所示的晶體管410中，將兩層電介質(zhì)、即氧化物半導(dǎo)體膜403和金屬氧化物膜407彼此接觸地設(shè)置。在層疊有不同的兩層電介質(zhì)的情況下，當將第一層(晶體管410中的氧化物半導(dǎo)體膜403)的介電常數(shù)設(shè)定為S1，將導(dǎo)電率設(shè)定為O1，并且將厚度設(shè)定為 Cl1，而將第二層(晶體管410中的金屬氧化物膜407)的介電常數(shù)設(shè)定為S2，將導(dǎo)電率設(shè)定為O2，并且將厚度設(shè)定為(12時，可以將層疊的兩個層表示于圖9A的模型圖中。注意，在圖9A中，S表示面積。圖9A所示的模型圖可以替換為圖9B所示的等效電路。附圖中的C1表不第一層的電容值，G1表不第一層的電阻值,C2表不第二層的電容值,G2表不第二層的電阻值。在此考慮，當對兩個層施加電壓V時，在t秒后在兩個層之間的界面處蓄積由下面的算式(I)表示的電荷Q。[算式I]
,Cd；,.....c；ci,I f a + (L'
(■>: ...........................-.........:.1 .バ I ......CKpl ......................................>(I)
('>, ~ C f':I 、C+ C ；. J
在圖IE所示的晶體管410中，其上蓄積電荷Q的界面對應(yīng)于氧化物半導(dǎo)體膜403的背溝道側(cè)。通過適當?shù)卦O(shè)定金屬氧化物膜407的介電常數(shù)、導(dǎo)電率或者厚度，可以降低蓄積于背溝道側(cè)的界面處的電荷Q。在此，將算式(I)修改成算式(2 )及算式(3 )。
(j \ \ ( t \1
Q = I - —- JC2F2 xj'1-cxp -I(2)
K= ニ」TT ドP)
+Cr，(注意O 丑S，C =^S , G1 = , G1, T aZi , - ^ ,
rf,*d.,d2ぴIA
. C1 +C2 -
根據(jù)算式(2)及算式(3)，為了降低電荷Q，可以設(shè)想四個條件(A)至(D)。條件(A) = Ti非常大。條件(B) :V2接近零，即，G2比G1大很多。
條件(C) :C2接近零。條件(D)= T1接近 t2。在條件(A)下，為了使h非常大，由于Ti = CC1+ C2) / (G1 + G2),可以使(C1 +C2)相比(G1+ G2)非常大。因為C1和G1是氧化物半導(dǎo)體膜403的參數(shù)，所以為了利用金屬氧化物膜407來降低電荷Q，需要使C2増大。然而，當根據(jù)G = ^/も,通過使e2増大而使C2增大時，根據(jù)算式(2)Q變大，于是產(chǎn)生矛盾。就是說，不能通過h調(diào)整電荷Q。在條件(B)下，為了使V2接近零，根據(jù)算式(3)可滿足G2 Cil 0 G1是氧化物半導(dǎo)體膜403的參數(shù)，所以為了利用金屬氧化物膜407來降低電荷Q，需要使G2増大。具體而目，由于(#、= (3H.V / Jj ,所以使d2變小或者選擇O 2大的材料。然而，根據(jù)I1J = f；jS / t/:.,,如果d2減小，則C2變大，這樣就會與條件(A)同樣地使Q變大并且不能采用使d2變小。此外，如果O 2大，則金屬氧化物膜407的導(dǎo)電率高于氧化物半導(dǎo)體膜403的導(dǎo)電率，這引起發(fā)生泄露電流以及短路的可能性高，所以不能采用O 2大的材料。
在條件(C)下，為了使C2成為極小，根據(jù) =が/ん需要使d2増大，或者選擇e 2小的材料。在條件(D)下，為了使T i接近T 2，由于n =負/ (J1、r2 ニ句/ CT2.,所以可選擇滿足Si (Tl i S2 I CF的膜。這相當于 < V < “ * ( 。從而，為了高效地防止電荷Q的蓄積，優(yōu)選使金屬氧化物膜407的厚度(d2)増大，或者，選擇介電常數(shù)(e2)小的材料，優(yōu)選選擇其介電常數(shù)小于氧化物半導(dǎo)體膜403的介電常數(shù)的材料(例如，介電常數(shù)e為8以上且20以下的材料)作為金屬氧化物膜407的材料。備選，優(yōu)選選擇其物理性質(zhì)值接近氧化物半導(dǎo)體膜的物理性質(zhì)值的材料作為金屬氧化物膜，以滿足￡丨/為氧化物半導(dǎo)體的介電常數(shù)，且0丨為氧化物半導(dǎo)體的導(dǎo)電率)。如上所述，可以提供包括氧化物半導(dǎo)體且具有穩(wěn)定電特性的半導(dǎo)體裝置。由此，可以提供可靠性高的半導(dǎo)體裝置。如上所述，本實施方式所示的結(jié)構(gòu)、方法等可以與其他實施方式所示的任一結(jié)構(gòu)、方法等適當?shù)亟M合。
(實施方式2)
在本實施方式中，將說明半導(dǎo)體裝置的制造方法的另ー種實施方式。可如上述實施方式中那樣形成與上述實施方式相同的部分或者具有與上述實施方式類似功能的部分，并且可如上述實施方式中那樣進行與上述實施方式中步驟相同的步驟或者與上述實施方式中步驟類似的步驟，因此，省略重復(fù)說明。此外，未重復(fù)對相同部分的詳細說明。在本實施方式中，描述了在實施方式I中晶體管410的制造方法中，在形成與氧化物半導(dǎo)體膜接觸的金屬氧化物膜407之前對氧化物半導(dǎo)體膜進行熱處理的實例。只要該熱處理在形成氧化物半導(dǎo)體膜后并且在形成金屬氧化物膜407之前進行，就可以在氧化物半導(dǎo)體膜被加工成島狀氧化物半導(dǎo)體膜之前對氧化物半導(dǎo)體膜進行該熱處理，而且，也可以在形成源電極405a及漏電極405b之前或者在形成源電極405a及漏電極405b之后進行該熱處理。
在250°C以上且650°C以下、優(yōu)選為450°C以上且600°C以下的溫度進行熱處理。例如，將襯底引入作為熱處理裝置之一的電爐，并且在氮氣氛下以450°C對氧化物半導(dǎo)體膜進行I個小時的熱處理。在熱處理后，優(yōu)選在不使襯底暴露于空氣的情況下形成金屬氧化物膜，以便能夠防止水或氫進入氧化物半導(dǎo)體膜中。此外，熱處理裝置不局限于電爐，還可以使用用于利用來自電阻發(fā)熱元件等發(fā)熱元件的熱傳導(dǎo)或熱輻射對物進行加熱的裝置。例如，可以使用諸如GRTA裝置或LRTA裝置等RTA裝置。注意，當作為熱處理裝置使用GRTA裝置時，因為熱處理時間短，所以，可以在加熱到650°C至700°C的高溫的惰性氣體中加熱襯底。可以在氮、氧、超干燥空氣(水含量為20ppm以下，優(yōu)選為Ippm以下，更優(yōu)選為IOppb以下的空氣)、或者稀有氣體(氬、氦等)的氣氛下進行熱處理。但是，在上述氮、氧、超干燥空氣或稀有氣體的氣氛中優(yōu)選不包括水、氫等。備選地，引入熱處理裝置中的氮、氧或稀有氣體的純度為6N (99. 9999%)以上，優(yōu)選為7N (99. 99999%)以上(S卩，雜質(zhì)濃度為Ippm以下，優(yōu)選為0. Ippm以下)。 通過該熱處理，可以降低氧化物半導(dǎo)體膜中諸如水分或氫等雜質(zhì)。再者，在氧化物半導(dǎo)體膜之上形成金屬氧化物膜，通過作為氧化物絕緣層的金屬氧化物膜將氧引入氧化物半導(dǎo)體膜，以便切斷氧化物半導(dǎo)體中包含的金屬與氫之間的鍵或者該金屬與羥基之間的鍵，并且，使這些氫或羥基與氧起反應(yīng)來生成水。在引入氧后，形成絕緣層，還進行熱處理，從而可以容易地作為水來消除牢固殘存的雜質(zhì)，諸如氫或羥基。氧化物半導(dǎo)體膜和包括氧的金屬氧化物膜在進行熱處理時處于相互接觸的狀態(tài)，所以，可以將作為氧化物半導(dǎo)體的主要成分之ー且在雜質(zhì)去除步驟中減少的氧從包括氧的金屬氧化物膜供給到氧化物半導(dǎo)體膜。從而，如果在形成金屬氧化物膜之前對氧化物半導(dǎo)體膜進行熱處理并且在形成金屬氧化物膜并引入氧之后對氧化物半導(dǎo)體膜進行熱處理，就可以得到從中進一歩消除了諸如水分或氫等雜質(zhì)的I型(本征)的氧化物半導(dǎo)體膜或者實質(zhì)上I型的氧化物半導(dǎo)體膜。從而，包括高度純化的氧化物半導(dǎo)體膜的晶體管已經(jīng)控制了電特性變動，且在電性上穩(wěn)定。在包括用來防止帶電的金屬氧化物膜的晶體管中，可以防止在氧化物半導(dǎo)體膜的背溝道側(cè)產(chǎn)生寄生溝道。再者，通過在晶體管中防止在氧化物半導(dǎo)體膜的背溝道側(cè)產(chǎn)生寄生溝道，可以抑制閾值電壓的變動。如上所述，可以提供包括電特性穩(wěn)定的氧化物半導(dǎo)體的半導(dǎo)體裝置。由此，可以提供可靠性高的半導(dǎo)體裝置。如上所述，本實施方式所示的結(jié)構(gòu)、方法等可以與其他實施方式所示的任一結(jié)構(gòu)、方法等適當?shù)亟M合。(實施方式3)
可以使用在實施方式I或?qū)嵤┓绞?中示出其示例的晶體管制造具有顯示功能的半導(dǎo)體裝置(也稱為顯示裝置)。此外，可將包括晶體管的驅(qū)動電路的一部分或全部形成在其中形成了像素部的襯底之上，因此可以得到面板上系統(tǒng)(system-on-panel)。在圖2A中，設(shè)置密封劑4005，以便圍繞設(shè)置在第一襯底4001之上的像素部4002，并且，通過使用第二襯底4006來密封像素部4002。在圖2A中，在第一襯底4001之上與由密封劑4005圍繞的區(qū)域不同的區(qū)域中安裝有使用單晶半導(dǎo)體膜或多晶半導(dǎo)體膜形成在分開制備的襯底上的掃描線驅(qū)動電路4004和信號線驅(qū)動電路4003。此外，供給到分開形成的信號線驅(qū)動電路4003和掃描線驅(qū)動電路4004以及像素部4002的各種信號及電位從FPC(柔性印刷電路板)4018a和4018b供給。在圖2B和2C中，設(shè)置密封劑4005，以便圍繞設(shè)置在第一襯底4001之上的像素部4002和掃描線驅(qū)動電路4004。在像素部4002和掃描線驅(qū)動電路4004之上設(shè)置有第二襯底4006。因此，像素部4002和掃描線驅(qū)動電路4004與顯示元件一起由第一襯底4001、密封劑4005以及第ニ襯底4006密封。在圖2B和2C中，在第一襯底4001之上與由密封劑4005圍繞的區(qū)域不同的區(qū)域中安裝有使用單晶半導(dǎo)體膜或多晶半導(dǎo)體膜形成在分開制備的襯底之上的信號線驅(qū)動電路4003。在圖2B和2C中，供給到單獨形成的信號線驅(qū)動電路4003、掃描線驅(qū)動電路4004或者像素部4002的各種信號及電位從FPC 4018供給。雖然圖2B和2C各示出分開形成信號線驅(qū)動電路4003并且將該信號線驅(qū)動電路 4003安裝到第一襯底4001上的實例，但是本發(fā)明并不局限于該結(jié)構(gòu)。可以分開形成掃描線驅(qū)動電路然后進行安裝，或者可以僅分開形成信號線驅(qū)動電路的一部分或者掃描線驅(qū)動電路的一部分，然后進行安裝。注意，對分開形成的驅(qū)動電路的連接方法沒有特別的限制，而可以采用COG (玻璃覆晶封裝)方法、引線接合方法、TAB (卷帶式自動接合)方法等。圖2A示出通過COG方法安裝信號線驅(qū)動電路4003和掃描線驅(qū)動電路4004的例子。圖2B示出通過COG方法安裝信號線驅(qū)動電路4003的例子。圖2C示出通過TAB方法安裝信號線驅(qū)動電路4003的例子。此外，顯示裝置包括密封了顯示元件的面板和在該面板上安裝有包括控制器的IC等的ホ吳塊。注意，本說明書中的顯示裝置是指圖像顯示裝置、顯示裝置或光源(包括照明裝置)。另外，顯示裝置在其范疇內(nèi)還包括以下模塊附接有諸如FPC、TAB帶或TCP等連接器的模塊；在所具有的TAB帶或TCP的端部上設(shè)置有印刷線路板的模塊；以及通過COG方式將IC (集成電路)直接安裝到顯示元件上的模塊。此外，設(shè)置在第一襯底之上的像素部及掃描線驅(qū)動電路包括多個晶體管，可以應(yīng)用實施方式I或?qū)嵤┓绞?中描述了其示例的晶體管。作為設(shè)置在顯示裝置中的顯示元件，可以使用液晶元件(也稱為液晶顯示元件)或發(fā)光元件(也稱為發(fā)光顯示元件)。發(fā)光元件在其范疇內(nèi)包括將由電流或電壓控制亮度的元件，具體而言，在其范疇內(nèi)包括無機EL (電致發(fā)光)元件、有機EL元件等。此外，也可以使用諸如電子墨水等通過電作用而改變對比度的顯示介質(zhì)。參照圖3至圖5而說明半導(dǎo)體裝置的一種實施方式。圖3至圖5相當于沿圖2B中線條M-N的截面圖。如圖3至圖5所示，半導(dǎo)體裝置包括連接端子電極4015及端子電極4016，并且，連接端子電極4015及端子電極4016通過各向異性導(dǎo)電膜4019電連接到FPC 4018所包括的端子。使用與第一電極層4030相同的導(dǎo)電膜形成連接端子電極4015，并且，使用與晶體管4010和4011的源電極及漏電極相同的導(dǎo)電膜形成端子電極4016。設(shè)置在第一襯底4001之上的像素部4002和掃描線驅(qū)動電路4004各包括多個晶體管。在圖3至圖5中，例示像素部4002所包括的晶體管4010和掃描線驅(qū)動電路4004所包括的晶體管4011。在圖3中，在晶體管4010和4011之上設(shè)置有用來防止帶電的金屬氧化物膜4020和絕緣膜4024。在圖4及圖5中還設(shè)置有絕緣層4021。注意，絕緣膜4023是用作基底膜的絕緣膜。在本實施方式中，作為晶體管4010和晶體管4011，可以應(yīng)用實施方式I或?qū)嵤┓绞?中示出的晶體管。在晶體管4010及晶體管4011中，氧化物半導(dǎo)體膜是從該氧化物半導(dǎo)體膜中有意地去除氫、水分、羥基或者氫化物(也稱為氫化合物)等雜質(zhì)而實現(xiàn)高度純化的氧化物半導(dǎo)體膜。通過在引入氧通過金屬氧化物膜4020并形成層疊于金屬氧化物膜4020之上的絕緣膜4024之后，進行熱處理來得到這種氧化物半導(dǎo)體膜。通過氧引入，切斷氧化物半導(dǎo)體中包含的金屬與氫之間的鍵或者該金屬與羥基之間的鍵，并且使這些氫或羥基與氧起反應(yīng)來生成水；這使得可以容易地利用后面進行的熱處理使作為雜質(zhì)的氫或羥基以水的形式被消除。
因為在氧化物半導(dǎo)體膜之上通過所層疊的金屬氧化物膜4020進行對氧化物半導(dǎo)體膜的氧引入，所以可以控制氧的引入深度(引入?yún)^(qū)域)，并且，可以高效地對氧化物半導(dǎo)體膜引入氧。此外，氧化物半導(dǎo)體膜與包含氧的金屬氧化物膜4020在進行熱處理時處于彼此接觸的狀態(tài)，所以，可以從包含氧的金屬氧化物膜4020將作為氧化物半導(dǎo)體的主要成分之一且在去除雜質(zhì)的步驟中減少的氧供給到氧化物半導(dǎo)體膜。因此，氧化物半導(dǎo)體膜更高度純化，以在電性上成為I型(本征)。因此，各包括高度純化的氧化物半導(dǎo)體膜的晶體管4010及晶體管4011的電特性變動被抑制，所以晶體管4010及晶體管4011在電性上是穩(wěn)定的。如上所述，作為圖3至圖5所示的本實施方式的半導(dǎo)體裝置，可以提供可靠性高的半導(dǎo)體裝置。此外，在包括用來防止帶電的金屬氧化物膜的晶體管中，可以防止在氧化物半導(dǎo)體膜的背溝道側(cè)產(chǎn)生寄生溝道。再者，通過在晶體管中防止在氧化物半導(dǎo)體膜的背溝道側(cè)產(chǎn)生寄生溝道，可以抑制閾值電壓的變動。此外，在本實施方式中，在絕緣膜4024之上設(shè)置有導(dǎo)電層，以便與驅(qū)動電路用晶體管4011中氧化物半導(dǎo)體膜的溝道形成區(qū)域重疊。通過設(shè)置導(dǎo)電層以便與氧化物半導(dǎo)體膜的溝道形成區(qū)域重疊，可以進一歩降低BT測試前后晶體管4011的閾值電壓的變化量。導(dǎo)電層的電位既可以與晶體管4011的柵電極的電位相同，又可以不同。導(dǎo)電層還可以用作第ニ柵電極。導(dǎo)電層的電位可以為GND、OV或者處于浮動狀態(tài)。此外，該導(dǎo)電層還具有遮蔽外部的電場，即防止外部的電場(尤其是，遮蔽靜電)作用到內(nèi)部(包括薄膜晶體管的電路部)的功能。導(dǎo)電層的遮蔽功能可以防止由于諸如靜電等外部電場的影響而使晶體管的電特性變動。在像素部4002中包括的晶體管4010電連接到顯示元件，構(gòu)成顯示面板。可將多種顯示元件用作該顯示元件，只要可以進行顯示即可。注意，圖3示出將液晶元件用作顯示元件的液晶顯示裝置的實例。在圖3中，作為顯示元件的液晶元件4013包括第一電極層4030、第二電極層4031以及液晶層4008。設(shè)置用作配向膜的絕緣膜4032和4033，以便在它們之間插入液晶層4008。第二電極層4031設(shè)置在第二襯底4006 —側(cè)，并且，層疊第一電極層4030和第二電極層4031，其中在它們之間插入液晶層4008。通過對絕緣膜選擇性地進行蝕刻獲得附圖標記4035表示的柱狀間隔物，并且柱狀間隔物是為控制液晶層4008的厚度(単元間隙)而設(shè)置的。備選，可以使用球狀間隔物。當將液晶元件用作顯示元件時，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。上述液晶材料根據(jù)條件而呈現(xiàn)膽留相、近晶相、立方相、手性向列相(chiral nematic phase)、均質(zhì)相等。備選，可以使用不需要配向膜的呈現(xiàn)藍相的液晶。藍相是液晶相的ー種，是恰在使膽甾相液晶的溫度上升的同時從膽甾相轉(zhuǎn)變到均質(zhì)相之前出現(xiàn)的相。由于藍相只出現(xiàn)在窄溫度范圍內(nèi)，所以為了改善溫度范圍而將混合有5wt%以上的手性試劑的液晶組成物用于液晶層。包含呈現(xiàn)藍相的液晶和手性試劑的液晶組成物的響應(yīng)時間短，為Imsec以下，具有
光學各向同性(這使配向處理不必要)并且視角依賴性小。另外，由于不需要設(shè)置配向膜且因此不需要摩擦處理，因此可以防止由于摩擦處理而引起的靜電放電破壞，并可以降低制造步驟中的液晶顯示裝置的缺陷和破損。從而，可以提高液晶顯示裝置的生產(chǎn)率。包含氧化物半導(dǎo)體膜的晶體管有由于靜電的影響而使晶體管的電特性明顯變動而偏離設(shè)計范圍的可能性。由此，將呈現(xiàn)藍相的液晶材料用于包括其中具有氧化物半導(dǎo)體膜的晶體管的液晶顯示裝置是更為高效的。液晶材料的特定電阻率為IXlO9Q cm以上，優(yōu)選為lX10nQ*cm以上，更優(yōu)選為I X IO12 Q 以上。本說明書中的特定電阻率的值是在20°C測量的值?？紤]到設(shè)置在像素部中的晶體管的泄露電流等而以能夠在預(yù)定時段中保持電荷的方式設(shè)定形成在液晶顯示裝置中的存儲電容器的大小。通過使用具有高純度氧化物半導(dǎo)體膜的晶體管，設(shè)置具有各像素中的液晶電容的三分之一以下，優(yōu)選為五分之一以下的電容的存儲電容器，就足夠了。在本實施方式中使用的具有高度純化的氧化物半導(dǎo)體膜的晶體管中，可以使截止狀態(tài)下的電流(截止態(tài)電流)小。因此，可以將諸如圖像信號等電信號保持更長時間，并且，在導(dǎo)通狀態(tài)下，可以將寫入間隔設(shè)定為長。因此，可以降低刷新工作的頻度，這得到抑制功耗的效果。此外，在本實施方式中使用的具有高度純化的氧化物半導(dǎo)體膜的晶體管可以具有較高的電場效應(yīng)遷移率，所以可以高速操作。因此，通過將上述晶體管用于液晶顯示裝置的像素部，可以提供高質(zhì)量圖像。此外，因為可以在一個襯底之上形成具有上述晶體管的驅(qū)動電路部和像素部，所以可以減小液晶顯示裝置的零部件數(shù)量。對于液晶顯示裝置，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、ASM (Axially Symmetric aligned Micro — cell,軸對稱配向微單元)模式、OCB (Optical Compensated Birefringence,光學補償雙折射)模式、FLC (FerroelectricLiquid Crystal,鐵電液晶)模式、以及 AFLC (Anti ferroelectric Liquid Crystal,反鐵電液晶)ホ吳式等。可以使用常黑型液晶顯示裝置，例如采用垂直配向(VA)模式的透過型液晶顯示裝置。垂直配向模式是指控制液晶顯示面板的液晶分子的配向方式之一，其中當不施加電壓時液晶分子配向成垂直于面板表面。作為垂直配向模式，給出ー些示例。例如可以給出MVA (Multi-Domain Vertical Alignment :多域垂直配向)模式、PVA (Patterned VerticalAlignment :圖案化垂直配向)模式、ASV模式等。此外，有可能使用稱為多域化或者多域設(shè)計(domain multiplication or multi-domain design)的方法，其中將像素(pixel)分成ー些區(qū)域(子像素)并且使分子在不同區(qū)域中沿不同方向配向。此外，在顯示裝置中，適當?shù)卦O(shè)置黑基底(遮光層)、諸如偏振構(gòu)件、遲滯構(gòu)件(retardation member)、抗反射構(gòu)件等光學構(gòu)件(光學襯底)等。例如,可以使用偏振襯底以及遲滯襯底(retardation substrate)獲得圓偏振。此外，作為光源，也可以使用背光、側(cè)光等。此外，也可以作為背光利用多個發(fā)光二極管(LED)來采用分時顯示方式(場序驅(qū)動方式)。通過應(yīng)用場序驅(qū)動方式，可以不使用濾色器而進行彩色顯示。作為像素部的顯示方式，可以采用逐行掃描方式或隔行掃描方式等。此外，當進行彩色顯示時在像素中受到控制的顔色要素不局限于如下三種顏色R、G和B (R、G和B分別 對應(yīng)于紅色、綠色和藍色)。例如，也可以采用R、G、B和W (W對應(yīng)于白色)；或者R、G、B還有黃色、青色、品紅色等中的ー種或多種顏色。此外，在相應(yīng)顏色要素的點之間，顯示區(qū)域的大小可以不同。本實施方式不局限于應(yīng)用于彩色顯示的顯示裝置，而是也可以應(yīng)用于單色顯示的顯示裝置。備選，作為顯示裝置所包括的顯示元件，可以應(yīng)用利用電致發(fā)光的發(fā)光元件。利用電致發(fā)光的發(fā)光元件根據(jù)發(fā)光材料是有機化合物還是無機化合物被分類，一般地，前者被稱為有機EL元件，而后者被稱為無機EL元件。在有機EL元件中，通過對發(fā)光元件施加電壓，電子及空穴単獨地從ー對電極注入到包括發(fā)光性的有機化合物的層并且流過電流。這些載流子(電子及空穴)重新結(jié)合，發(fā)光性的有機化合物因此被激發(fā)。發(fā)光性的有機化合物從該激發(fā)狀態(tài)回到基態(tài)，因而發(fā)光。由于這種機理，這種發(fā)光元件被稱為電流激發(fā)型發(fā)光元件。無機EL元件根據(jù)其元件結(jié)構(gòu)而分類為分散型無機EL元件和薄膜型無機EL元件。分散型無機EL元件具有發(fā)光層，其中發(fā)光材料的微粒分散在粘合劑中，并且其發(fā)光機理是利用施主能級和受主能級的施主-受主復(fù)合型發(fā)光。薄膜型無機EL元件具有如下結(jié)構(gòu)，其中，發(fā)光層夾在介電層之間，并且該介電層又夾在電極之間，并且其發(fā)光機理是利用金屬離子的內(nèi)殼電子躍遷的定域類型發(fā)光。注意，這里對使用有機EL元件作為發(fā)光元件的示例進行說明。為了提取從發(fā)光元件發(fā)出的光，只要一對電極中的至少ー個為透明的即可。在襯底之上形成晶體管及發(fā)光元件。發(fā)光元件可以具有其中通過與襯底相反的表面提取光發(fā)射的頂部發(fā)射結(jié)構(gòu)；其中通過在襯底ー側(cè)的表面提取光發(fā)射的底部發(fā)射結(jié)構(gòu)；或者其中通過襯底ー側(cè)的表面及與襯底相反的表面提取光發(fā)射的雙發(fā)射結(jié)構(gòu)?？梢跃哂猩鲜鋈惟`種發(fā)射結(jié)構(gòu)的發(fā)光元件。圖4示出作為顯示元件使用發(fā)光元件的發(fā)光裝置的實例。作為顯示元件的發(fā)光元件4513電連接到設(shè)置在像素部4002中的晶體管4010。發(fā)光元件4513的結(jié)構(gòu)包括第一電極層4030、電致發(fā)光層4511和第二電極層4031的疊層結(jié)構(gòu)，如圖4所示。根據(jù)從發(fā)光元件4513提取的光的方向等，可以適當?shù)馗淖儼l(fā)光元件4513的結(jié)構(gòu)。
分隔壁4510使用有機絕緣材料或者無機絕緣材料形成。特別優(yōu)選的是，使用感光樹脂材料形成分隔壁4510，在第一電極層4030之上形成開ロ部，并且將該開ロ部的側(cè)壁形成為具有連續(xù)曲率的傾斜面。場致發(fā)光層4511可以使用單個層構(gòu)成，也可以使用層疊的多個層構(gòu)成。為了防止氧、氫、水分、ニ氧化碳等進入發(fā)光元件4513中，可以在第二電極層4031及分隔壁4510之上形成保護膜。作為保護膜，可以形成氮化硅膜、氮氧化硅膜、DLC膜等。此外，在由第一襯底4001、第二襯底4006以及密封劑4005形成的空間中設(shè)置有填充材料4514用于密封。如此，為了不暴露于外部空氣，優(yōu)選使用氣密性高且脫氣少的保護膜(諸如層壓膜或紫外線固化樹脂膜等)對發(fā)光裝置進行封裝(密封)。作為填充材料4514，除了氮或氬等惰性氣體以外，還可以使用紫外線固化樹脂或熱固化樹脂，并且，可以使用聚氯こ烯(PVC)、丙烯、聚酰亞胺、環(huán)氧樹脂、硅酮樹脂、聚こ烯 醇縮丁醛(PVB)或者こ烯-醋酸こ烯酯(EVA)。例如，作為填充材料而使用氮。另外，如果需要，則可以在發(fā)光元件的發(fā)光面上適當?shù)卦O(shè)置諸如偏振片、圓偏振片(包括橢圓偏振片)、遲滯板(retardation plate) (1/4波長板或半波長板)或濾色器等的光學膜。此外，也可以在偏振片、圓偏振片上設(shè)置防反射膜。例如，可以進行抗眩光處理，通過該處理，表面上的凹凸能夠散射反射光從而降低眩光。此外，作為顯示裝置，也可以提供驅(qū)動電子墨水的電子紙。電子紙也稱為電泳顯示裝置(電泳顯示器)，并且，具有如下優(yōu)點與常規(guī)紙同樣的易讀性；其耗電量比其他顯示裝置的耗電量低；并且能夠設(shè)定成具有薄且輕的形狀。電泳顯示裝置可具有各種各樣的模式。電泳顯示裝置包括多個分散在溶劑或溶質(zhì)中的微膠囊，每個微膠囊包括具有正電荷的第一微粒和具有負電荷的第二微粒。通過對微膠囊施加電場，使微膠囊中的微粒以相對方向朝向彼此移動，并且只顯示聚集在一側(cè)的微粒的顔色。注意，第一微粒和第二微粒各包括色素，并且，當沒有電場時不移動。此外，第一微粒的顔色和第二微粒的顔色不同(可以是無色)。如此，電泳顯示裝置是利用介電常數(shù)高的物質(zhì)移動到高電場區(qū)域，即所謂的介電泳效應(yīng)(dielectrophoretic effect)的顯不器。其中上述微膠囊分散在溶劑中的溶液被稱為電子墨水。該電子墨水可以印刷到玻璃、塑料、布、紙等的表面上。另外，還可以通過使用濾色器或具有色素的微粒來進行彩色顯
/Jn o此外，微膠囊中的第一微粒及第ニ微?？筛魇褂眠x自導(dǎo)電材料、絕緣材料、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一種材料或這些的材料的復(fù)合材料形成。作為電子紙，可以應(yīng)用使用旋轉(zhuǎn)球顯示方式的顯示裝置。旋轉(zhuǎn)球顯示方式是如下方法，即將分別涂為白色和黒色的球形微粒布置在用于顯示元件的電極層的第一電極層與第二電極層之間，使第一電極層與第二電極層之間產(chǎn)生電位差來控制球形微粒的方向，以進行顯示。圖5示出半導(dǎo)體裝置的一個實施方式的有源矩陣電子紙。圖5所示的電子紙是使用旋轉(zhuǎn)球顯示方式的顯示裝置的實例。在連接到晶體管4010的第一電極層4030與設(shè)置在第二襯底4006上的第二電極層4031之間設(shè)置有各具有黑色區(qū)域4615a、白色區(qū)域4615b并且在該黑色區(qū)域4615a及白色區(qū)域4615b的周圍包括填充有液體的空穴4612的球形微粒4613。球形微粒4613周圍的空間填充有樹脂等填充材料4614。第二電極層4031相當于公共電極(對置電極)。第二電極層4031電連接到公共電位線。在圖3至圖5中，作為第一襯底4001和第二襯底4006，除了玻璃襯底以外，還可以使用柔性的襯底，例如，可以使用具有透光性的塑料襯底等。作為塑料襯底，可以使用FRP(Fiberglass-Reinforced Plastics ;纖維增強塑料)板、PVF (聚氟こ烯)膜、聚酯膜或丙烯酸樹脂膜。此外，也可以使用具有由PVF膜或聚酯膜夾住鋁箔的結(jié)構(gòu)的膜。絕緣膜4024用作晶體管的保護膜。此外，金屬氧化物膜4020具有如下功能在去除氫、水分、羥基或者氫化物等雜質(zhì)的步驟中向氧化物半導(dǎo)體膜供給減少的氧，還具有防止在氧化物半導(dǎo)體膜的背溝道側(cè)產(chǎn)生寄生溝道的功能。 可使用通過濺射法形成的氧化鎵膜來形成金屬氧化物膜4020。備選,金屬氧化物膜4020可以是通過對氧化鎵添加銦或鋅得到的膜，例如，可以使用包括0. 01原子百分比至5原子百分比的銦或鋅的氧化鎵膜。通過添加銦或鋅，可以提高金屬氧化物膜4020的導(dǎo)電率，從而可以進一歩減少電荷的蓄積?？梢允褂猛ㄟ^濺射法的氮化硅膜、氮氧化硅膜、氧化鋁膜、氮化鋁膜、氧氮化鋁膜和氮氧化鋁膜以單層結(jié)構(gòu)或者疊層結(jié)構(gòu)形成絕緣膜4024?？梢允褂脽o機絕緣材料或者有機絕緣材料來形成絕緣層4021。注意，優(yōu)選將使用丙烯酸樹脂、聚酰亞胺、苯并環(huán)丁烯樹脂、聚酰胺、環(huán)氧樹脂等具有耐熱性的有機絕緣材料形成的絕緣層4021用作平坦化絕緣膜。除了上述有機絕緣材料以外，還可以使用低介電常數(shù)材料(低k材料)、硅氧烷類樹脂、磷硅酸鹽玻璃(PSG)、硼磷硅酸鹽玻璃(BPSG)等?？赏ㄟ^層疊多個由這些材料形成的絕緣膜，來形成絕緣層。對絕緣層4021的形成方法沒有特別的限制，可以根據(jù)材料而利用濺射法、旋涂法、浸潰法、噴涂、液滴噴射法(噴墨法、絲網(wǎng)印刷或膠版印刷等)、輥涂、幕涂、刮涂等來形成絕緣層4021。顯示裝置通過透過來自光源或顯示元件的光來顯示圖像。因此，設(shè)置用于透光的像素部中的襯底和(諸如絕緣膜和導(dǎo)電膜等的)薄膜對可見光的波長范圍的光具有透光性。用于對顯示元件施加電壓的第一電極層4030及第ニ電極層4031 (其中每個也稱為像素電極層、公共電極層、對置電極層等)可具有透光性或反光性，這取決于提取光的方向、設(shè)置電極層的地方、電極層的圖案結(jié)構(gòu)等?？梢允褂弥T如包括氧化鶴的氧化銦、包括氧化鶴的氧化銦鋅、包括氧化鈦的氧化銦、包括氧化鈦的氧化銦錫、氧化銦錫、IT0、氧化銦鋅或者添加有氧化娃的氧化銦錫等透光的導(dǎo)電材料來形成第一電極層4030和第二電極層4031。第一電極層4030和第二電極層4031可以使用選自諸如鎢(W)、鑰(Mo)、鋯(Zr)、鉿(Hf)、釩(V)、鈮(Nb)、鉭(Ta)、鉻(Cr)、鈷(Co)、鎳(Ni)、鈦(Ti)、鉬(Pt)、鋁(Al)、銅(Cu)和銀(Ag)等金屬、這些金屬的合金以及這些金屬的氮化物中的ー種或多種材料來形成。第一電極層4030和第二電極層4031可以使用包括導(dǎo)電高分子(也稱為導(dǎo)電聚合體)的導(dǎo)電組成物來形成。作為導(dǎo)電高分子，可以使用所謂的n電子共軛類導(dǎo)電高分子。例如，可以舉出聚苯胺或其衍生物、聚吡咯或其衍生物、聚噻吩或其衍生物、或者由苯胺、批咯及噻吩中的兩種以上構(gòu)成的共聚物或者其衍生物等。由于晶體管容易受到靜電等的破壞，所以優(yōu)選設(shè)置驅(qū)動電路保護用的保護電路。保護電路優(yōu)選使用非線性元件構(gòu)成。如上所述，通過應(yīng)用在實施方式I或2中示出的任一種晶體管，半導(dǎo)體裝置可以具有各種各樣的功能。(實施方式4)
通過使用實施方式I或?qū)嵤┓绞?中示出其示例的晶體管，可以制造具有用于讀取物的數(shù)據(jù)的圖像傳感器功能的半導(dǎo)體裝置。
圖6A示出具有圖像傳感器功能的半導(dǎo)體裝置的一例。圖6A示出光電傳感器的等效電路，而圖6B不出光電傳感器的一部分的截面圖。光電ニ極管602的一個電極電連接到光電ニ極管復(fù)位信號線658,而光電ニ極管602的另ー個電極電連接到晶體管640的柵極。晶體管640的源極和漏極中的一個電連接到光電傳感器參考信號線672，而晶體管640的源極和漏極中的另ー個電連接到晶體管656的源極和漏極中的ー個。晶體管656的柵極電連接到柵極信號線659，晶體管656的源極和漏極中的另ー個電連接到光電傳感器輸出信號線671。注意，在本說明書的電路圖中，將包括氧化物半導(dǎo)體膜的晶體管表示為符號“ OS”，以便能夠?qū)⑺R別為包括氧化物半導(dǎo)體膜的晶體管。在圖6A中，晶體管640和晶體管656是各包括氧化物半導(dǎo)體膜的晶體管。圖6B是示出光電傳感器中的光電ニ極管602和晶體管640的截面圖。在具有絕緣表面的襯底601 (TFT襯底)之上設(shè)置有用作傳感器的光電ニ極管602和晶體管640。通過使用粘合層608，在光電ニ極管602和晶體管640之上設(shè)置有襯底613。在晶體管640之上設(shè)置有用來防止帶電的金屬氧化物膜631、絕緣膜632、層間絕緣層633以及層間絕緣層634。光電ニ極管602設(shè)置在層間絕緣層633之上。在光電ニ極管602中，在形成在層間絕緣層633之上的電極層641和形成在層間絕緣層634之上的電極層642之間，在層間絕緣層633之上按順序?qū)盈B有第一半導(dǎo)體層606a、第二半導(dǎo)體層606b及第三半導(dǎo)體層606c。在晶體管640中，氧化物半導(dǎo)體膜是如下氧化物半導(dǎo)體膜該氧化物半導(dǎo)體膜被高度純化并且從中有意地去除氫、水分、羥基或氫化物(也稱為氫化合物)等雜質(zhì)。通過在層疊在該氧化物半導(dǎo)體膜之上的金屬氧化物膜631而引入氧并在金屬氧化物膜631之上形成絕緣膜632之后進行熱處理，來得到這種氧化物半導(dǎo)體膜。通過引入氧，切斷包含在氧化物半導(dǎo)體中的金屬與氫之間的鍵或該金屬與羥基之間的鍵，并且使該氫或羥基與氧起反應(yīng)來產(chǎn)生水，這使得通過在之后進行熱處理而容易使作為雜質(zhì)的氫或羥基以水的形式被消除。通過層疊在氧化物半導(dǎo)體膜之上的金屬氧化物膜631而將氧引入到氧化物半導(dǎo)體膜，所以可以控制氧的引入深度(引入?yún)^(qū)域)，并且可以高效地將氧引入到氧化物半導(dǎo)體膜中。氧化物半導(dǎo)體膜與包含氧的金屬氧化物膜631在接觸的狀態(tài)下進行熱處理，所以可以將作為氧化物半導(dǎo)體的主要成分之一并且在雜質(zhì)去除步驟中減少的氧從包含氧的金屬氧化物膜631供給給氧化物半導(dǎo)體膜。因此，更高度純化氧化物半導(dǎo)體膜以便在電性上成為I型(本征)。因此，包含高度純化的氧化物半導(dǎo)體膜的晶體管640的電特性變動得到抑制，而晶體管640在電性上穩(wěn)定。因此，作為本實施方式中的半導(dǎo)體裝置，可以提供高可靠性半導(dǎo)體裝置。電極層641電連接到形成在層間絕緣層634中的導(dǎo)電層643，且電極層642通過電極層644電連接到柵電極645。柵電極645電連接到晶體管640的柵電極，且光電ニ極管602電連接到晶體管640。在此，例示ー種pin型的光電ニ極管，其中層疊用作第一半導(dǎo)體層606a的具有p型的導(dǎo)電型的半導(dǎo)體層、用作第二半導(dǎo)體層606b的高電阻的半導(dǎo)體層(I型半導(dǎo)體層)以及用作第三半導(dǎo)體層606c的具有n型的導(dǎo)電的半導(dǎo)體層。 第一半導(dǎo)體層606a是p型半導(dǎo)體層，且可以由包含賦予p型導(dǎo)電的雜質(zhì)元素的非晶硅膜形成。使用包含屬于周期表中的第13族的雜質(zhì)元素(例如，硼(B))的半導(dǎo)體源氣體通過等離子體CVD法形成第一半導(dǎo)體層606a。作為半導(dǎo)體源氣體，可以使用硅烷(SiH4)。替代地，可以使用Si2H6、S%C12、SiHCl3、SiCl4, SiF4或類似的。進ー步替代地，可以形成不包含雜質(zhì)元素的非晶硅膜，然后可以使用擴散方法或離子注入方法將雜質(zhì)元素引入到該非晶硅膜。可以在使用離子注入方法等引入雜質(zhì)元素之后進行加熱等來使雜質(zhì)元素擴散。在此情況下，作為形成非晶硅膜的方法，可以使用LPCVD方法、汽相沉積方法或濺射方法等。優(yōu)選形成厚度為IOnm以上且50nm以下的第一半導(dǎo)體層606a。第二半導(dǎo)體層606b是I型半導(dǎo)體層(本征半導(dǎo)體層)并且由非晶硅膜形成。為了形成第二半導(dǎo)體層606b，通過等離子體CVD法，使用半導(dǎo)體源氣體形成非晶硅膜。作為半導(dǎo)體源氣體，可以使用硅烷(SiH4)。替代地，可以使用Si2H6、SiH2Cl2、SiHCl3、SiCl4或SiF4等?？梢酝ㄟ^LPCVD法、汽相沉積法、濺射法等形成第二半導(dǎo)體層606b。優(yōu)選形成厚度為200nm以上且IOOOnm以下的第二半導(dǎo)體層606b。第三半導(dǎo)體層606c是n型半導(dǎo)體層，且由包含賦予n型的雜質(zhì)元素的非晶硅膜形成。使用包含屬于周期表中的第15族的雜質(zhì)元素(例如，磷(P))的半導(dǎo)體源氣體通過等離子體CVD法形成第三半導(dǎo)體層606c。作為半導(dǎo)體源氣體，可以使用硅烷(SiH4)。替代地，可以使用Si2H6、SiH2Cl2, SiHCl3、SiCl4或SiF4等。進ー步替代地，可以形成不包含雜質(zhì)元素的非晶硅膜，然后使用擴散方法或離子注入方法將雜質(zhì)元素引入到該非晶硅膜。可以在使用離子注入方法等引入雜質(zhì)元素之后進行加熱等來使雜質(zhì)元素擴散。在此情況下，作為形成非晶硅膜的方法，可以使用LPCVD方法、汽相沉積方法或濺射方法等。優(yōu)選形成厚度為20nm以上且200nm以下的第三半導(dǎo)體層606c。此外,第一半導(dǎo)體層606a、第二半導(dǎo)體層606b以及第三半導(dǎo)體層606c可以不使用非晶半導(dǎo)體形成，它們可以使用多晶半導(dǎo)體或微晶(半非晶半導(dǎo)體SAS)半導(dǎo)體形成。在考慮吉布斯自由能時，微晶半導(dǎo)體屬于介于非晶狀態(tài)和單晶狀態(tài)之間的中間亞穩(wěn)態(tài)。即，微晶半導(dǎo)體處于自由能穩(wěn)定的第三態(tài)，且具有短程有序和晶格畸變。柱狀或針狀晶體在相對于襯底表面的法線方向上生長。作為微晶半導(dǎo)體的典型例子的微晶硅的拉曼譜相比表示單晶硅的拉曼譜峰值的520CHT1位于較低波數(shù)。亦即，微晶硅的拉曼譜的峰值位于表示單晶硅的520CHT1和表示非晶硅的480CHT1之間。半導(dǎo)體包含至少Iat. %的氫或鹵素，以終結(jié)懸空鍵。還有，微晶硅包含諸如氦、氬、氪或氖等稀有氣體元素來進ー步促進晶格畸變，從而能夠提高穩(wěn)定性并能夠得到優(yōu)良的微晶半導(dǎo)體膜。該微晶半導(dǎo)體膜可以通過頻率為幾十MHz至幾百MHz的高頻等離子體CVD法或使用頻率為IGHz以上的微波等離子體CVD裝置形成。典型地，可利用用氫稀釋的含硅氣體(例如SiH4、Si2H6, SiH2Cl2, SiHCl3、SiCl4或SiF4等)形成該微晶半導(dǎo)體膜。此外，可以通過除了氫之外還使用選自氦、気、氪和氖中的一種或多種稀有氣體兀素稀釋的含娃氣體來形成微晶半導(dǎo)體膜。在上述情況下，氫與含硅氣體的流量比為5:1以上且200:1以下，優(yōu)選為50 1以上且150 1以下，更優(yōu)選為100 :1。再者，也可以在含硅氣體中混入諸如CH4或C2H6等的碳化物氣體、諸如GeH4或GeF4等含鍺氣體、F2等。此外，由于光電效應(yīng)生成的空穴的遷移率低于電子的遷移率，因此當p型半導(dǎo)體層側(cè)上的表面用作光接收面吋，pin光電ニ極管具有較好的特性。這里示出將光電ニ極管602從之上形成有pin型的光電ニ極管的襯底601的面接收的光622轉(zhuǎn)換為電信號的例子。 此外，來自其導(dǎo)電型與光接收面上的半導(dǎo)體層的導(dǎo)電型相反的半導(dǎo)體層的光是干擾光，因此，其導(dǎo)電型與光接收面上的半導(dǎo)體層的導(dǎo)電型相反的半導(dǎo)體層上的電極層優(yōu)選由具有遮光性的導(dǎo)電膜形成。注意，替代地，可以使用n型半導(dǎo)體層側(cè)的表面作為光接收面。作為金屬氧化膜631，可以使用通過濺射法而形成的氧化鎵膜。另外，金屬氧化物膜631可以是通過將銦或鋅添加到氧化鎵得到的膜，例如，可以使用包含0. 01至5at. %的銦或鋅的氧化鎵膜。通過添加銦或鋅，可以提高金屬氧化物膜631的電導(dǎo)率，從而可以進ー步減少電荷的畜積?？梢允褂弥T如氧化硅層、氧氮化硅層、氧化鋁層和氧氮化鋁層之類的氧化物絕緣層以及諸如氮化硅層、氮氧化硅層、氮化鋁層和氮氧化鋁層之類的氮化物絕緣層以單層或疊層結(jié)構(gòu)來形成絕緣膜632。為了減少表面粗糙度，作為層間絕緣層633和634，優(yōu)選采用用作平坦化絕緣膜的絕緣層。例如可以使用諸如聚酰亞胺、丙烯酸樹脂、苯并環(huán)丁烯樹脂、聚酰胺或環(huán)氧樹脂等有機絕緣材料，來形成層間絕緣層633和634。除了上述有機絕緣材料之外，還可以使用利用低介電常數(shù)材料(低k材料)、硅氧烷類樹脂、磷硅酸鹽玻璃(PSG)、硼磷硅酸鹽玻璃(BPSG)等的單層或疊層結(jié)構(gòu)。可以使用絕緣材料，且根據(jù)該材料使用濺射法、旋涂法、浸潰法、噴涂法、液滴噴出法(例如噴墨法、絲網(wǎng)印刷或膠版印刷等)、輥涂、幕涂、刮涂等來形成絕緣膜632、層間絕緣層633和層間絕緣層634。通過檢測入射到光電ニ極管602的光622，可以讀取關(guān)于檢測物的數(shù)據(jù)。另外，在讀取關(guān)于檢測物的數(shù)據(jù)時，可以使用諸如背光等光源。作為晶體管640，可以使用實施方式I或?qū)嵤┓绞?示出其示例的晶體管。包含通過從中有意地去除諸如氫、水分、羥基或氫化物(也稱為氫化合物)等雜質(zhì)而高度純化的氧化物半導(dǎo)體膜的晶體管的電特性變動得到抑制，而在電性上穩(wěn)定。另外，在具有用來防止帶電的金屬氧化物膜的晶體管中，可以防止在氧化物半導(dǎo)體膜的背溝道ー側(cè)產(chǎn)生寄生溝道。通過防止在晶體管中的氧化物半導(dǎo)體膜的背溝道ー側(cè)產(chǎn)生寄生溝道，可以抑制閾值電壓的變動。因此，可以提供高可靠性的半導(dǎo)體裝置。本實施方式可以與其他實施方式所示的結(jié)構(gòu)適當?shù)亟M合而實施。
(實施方式5)
可將本說明書中公開的液晶顯示裝置應(yīng)用于多種電子裝置(包括游戲機)。電子裝置的例子是電視機(也稱為電視或電視接收機)、用于計算機等的監(jiān)視器、諸如數(shù)碼相機或數(shù)碼攝像機等拍攝裝置、數(shù)碼相框、移動電話機(也稱為手機或移動電話裝置)、便攜式游戲機、個人數(shù)字助理、音頻再現(xiàn)裝置、諸如彈子機等大型游戲機等。對各包括上述實施方式中說明的液晶顯示裝置的電子裝置的例子進行說明。圖7A示出電子書閱讀器(也稱為E-book)，它可以具有外殼9630、顯示部9631、操作鍵9632、太陽能電池9633以及充放電控制電路9634。圖7A所示的電子書閱讀器具有如下功能在顯示部上顯示各種各樣的數(shù)據(jù)(例如靜態(tài)圖像、移動圖像以及文本圖像等)；將日歷、日期、時刻等顯示在顯示部上；對顯示在顯示部上的數(shù)據(jù)進行操作或編輯；通過各種各樣的軟件(程序)控制處理等。另外，在圖7A中，作為充放電控制電路9634的一例，示出具有電池9635和D⑶C轉(zhuǎn)換器(以下簡稱為轉(zhuǎn)換器)9636作為示例。能夠?qū)嵤┓绞絀至4中的任何一個所示的半導(dǎo)體裝置應(yīng)用于顯示部9631，因此可以提供高可靠性電子書閱讀器。 在圖7A所示的結(jié)構(gòu)中將半透過型液晶顯示裝置或反射型液晶顯示裝置用作顯示部9631時，可以在較明亮的環(huán)境下使用電子書閱讀器。在該情況下，可以高效地進行利用太陽能電池9633的發(fā)電以及利用電池9635的充電，這是優(yōu)選的。太陽能電池9633是優(yōu)選的，因為它可以適當?shù)卦O(shè)置在外殼9630的空余空間(表面或背面)上，因而可以高效地進行電池9635的充電。當作為電池9635使用鋰離子電池時，有小型化等優(yōu)點。參照圖7B所示的方框圖說明圖7A所示的充放電控制電路9634的結(jié)構(gòu)及工作。圖7B示出太陽能電池9633、電池9635、轉(zhuǎn)換器9636、轉(zhuǎn)換器9637、開關(guān)SWl至SW3以及顯示部9631，并且，電池9635、轉(zhuǎn)換器9636、轉(zhuǎn)換器9637以及開關(guān)SWl至SW3對應(yīng)于充放電控制電路9634。首先，說明在利用外部光使太陽能電池9633發(fā)電時工作的實例。利用轉(zhuǎn)換器9636對太陽能電池9633所發(fā)的電カ進行升壓或降壓，以成為用來對電池9635進行充電的電壓。然后，當利用來自太陽能電池9633的電カ使顯示部9631工作時使開關(guān)SWl導(dǎo)通，并且，利用轉(zhuǎn)換器9637對電カ進行升壓或降壓，以便成為顯示部9631所需要的電壓。此外，當不進行顯示部9631上的顯示時，使開關(guān)SWl截止并使開關(guān)SW2導(dǎo)通，以便可對電池9635進行充電。接著，說明在不利用外部光使太陽能電池9633發(fā)電時的工作的實例。通過使SW3導(dǎo)通并且利用轉(zhuǎn)換器9637對電池9635所存儲的電カ進行升壓或降壓。然后，當使顯示部9631工作時，利用來自電池9635的電力。注意，雖然作為充電部件的一例而示出太陽能電池9633，但是也可以利用其他部件對電池9635進行充電。此外，也可以使用太陽能電池9633和其他充電部件的組合。圖8A示出膝上型個人計算機，包括主體3001、外殼3002、顯示部3003以及鍵盤3004等。通過將實施方式I至4中的任何一個所示的半導(dǎo)體裝置應(yīng)用于顯示部3003，可以提供高可靠性膝上型個人計算機。圖8B示出便攜式數(shù)字助理(PDA)，在主體3021中包括顯示部3023、外部接ロ 3025以及操作按鈕3024等。另外，還包括作為配件的輸入筆(stylus) 3022用于操作。通過將實施方式I至4中的任何一個所示的半導(dǎo)體裝置應(yīng)用于顯示部3023，可以提供高可靠性個人數(shù)字助理(PDA)。圖SC示出電子書閱讀器的ー個例子。例如，電子書閱讀器2700包括兩個外売，即外殼2701及外殼2703。外殼2701及外殼2703通過合頁2711結(jié)合，以便可以以該合頁2711為軸進行開和閉。通過采用這種結(jié)構(gòu)，電子書閱讀器2700可以如紙質(zhì)書籍那樣工作。外殼2701中包含有顯示部2705，而外殼2703中包含有顯示部2707。顯示部2705及顯示部2707可以顯示一個圖像或不同圖像。在上述顯示部中顯示不同圖像的結(jié)構(gòu)中，例如右邊的顯示部(圖8C中的顯示部2705)可以顯示文本，而在左邊的顯示部(圖SC中的顯示部2707)可以顯示圖像。通過將實施方式I至4中的任何一個所示的半導(dǎo)體裝置應(yīng)用于顯示部2705和顯示部2707，可以提供高可靠性電子書閱讀器。在圖SC中示出外殼2701配備有操作部等的例子。例如，外殼2701配備有電源開 關(guān)2721、操作鍵2723、揚聲器2725等。利用操作鍵2723可以翻頁。注意，在外殼的其上設(shè)置有顯示部的面上可以設(shè)置鍵盤、指示裝置等。另外，也可以在外殼的背面或側(cè)面上設(shè)置外部連接端子(耳機端子、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可以具有能夠以無線的方式傳送和接收數(shù)據(jù)的配置。通過無線通信，可以從電子書服務(wù)器購買和下載所希望的書籍數(shù)據(jù)等。圖8D示出移動電話，包括兩個外殼，外殼2800及外殼2801。外殼2801包括顯示面板2802、揚聲器2803、麥克風2804、指示裝置2806、攝像透鏡2807、外部連接端子2808等。此外，外殼2800包括用于對移動電話進行充電的太陽能電池2810、外部存儲槽2811等。另夕卜，在外殼2801內(nèi)包含有天線。通過將實施方式I至4中的任何一個所示的半導(dǎo)體裝置應(yīng)用于顯示面板2802，可以提供高可靠性移動電話。顯示面板2802配備有觸摸屏，圖8D中虛線示出作為圖像顯示出來的多個操作鍵2805。另外，還包括用來將由太陽能電池2810輸出的電壓升壓到對于各電路而言足夠高的升壓電路。在顯示面板2802中，能夠根據(jù)使用方式適當?shù)馗淖冿@示方向。另外，在與顯示面板2802同一面上，移動電話配備有攝像透鏡2807，所以它可以用作視頻電話。揚聲器2803及麥克風2804可用于視頻電話呼叫、錄制以及播放聲音等以及語音呼叫。再者，可以滑動如圖8D所示研制的外殼2800和外殼2801，以便ー個重疊在另ー個之上，因此可以減小移動電話的尺寸，這使得移動電話適合被攜帯。外部連接端子2808可以與AC適配器及各種線纜、如USB線纜等連接，并可以進行充電及與個人計算機等的數(shù)據(jù)通信。另外，通過將存儲介質(zhì)插入外部存儲槽2811中，可以存儲大量數(shù)據(jù)，并且大量數(shù)據(jù)可被移動。另外，除了上述功能以外，可提供紅外線通信功能、電視接收功能等。圖8E示出數(shù)碼攝像機，其包括主體3051、顯示部A 3057、目鏡3053、操作開關(guān)3054、顯示部B 3055以及電池3056等。通過將實施方式I至4中的任何一個所示的半導(dǎo)體裝置應(yīng)用于顯示部A 3057及顯示部B 3055，可以提供高可靠性數(shù)碼攝像機。圖8F示出電視機的一例。在電視機9600中，在外殼9601中包含有顯示部9603。顯示部9603可以顯示圖像。此外，利用支架9605支撐外殼9601。通過將實施方式I至4中的任何一個所示的半導(dǎo)體裝置應(yīng)用于顯示部9603，可以提供高可靠性電視機。
可以通過利用外殼9601的操作開關(guān)或單獨的遙控器進行電視機9600的操作。另夕卜，遙控器可以配備有顯示部，該顯示部用于顯示從該遙控器輸出的數(shù)據(jù)。注意，電視機9600配備有接收機、調(diào)制解調(diào)器等?？梢酝ㄟ^利用接收機接收一般的電視廣播。再者，當電視機通過調(diào)制解調(diào)器在用線或不用線的情況下連接到通信網(wǎng)絡(luò)吋，可以進行單向(從發(fā)送器到接收器)或雙向(在發(fā)送器和接收器之間或在接收器之間)的數(shù)據(jù)通信。
本實施方式可以與其他實施方式所示的結(jié)構(gòu)適當?shù)亟M合而實施。本申請基于在2010年3月26日向日本專利局提交的日本專利申請2010-072532，通過引用將其全部內(nèi)容結(jié)合于本文中。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體裝置的制造方法，包括如下步驟 在襯底之上形成柵電極； 在所述柵電極之上形成柵極絕緣膜； 形成與所述柵電極重疊的氧化物半導(dǎo)體膜，其中在所述柵電極與所述氧化物半導(dǎo)體膜之間插入所述柵極絕緣膜； 在所述氧化物半導(dǎo)體膜之上形成源電極及漏電極； 在所述源電極及所述漏電極之上形成金屬氧化物膜，所述金屬氧化物膜與所述氧化物半導(dǎo)體膜接觸； 將氧引入到所述氧化物半導(dǎo)體膜、所述金屬氧化物膜以及所述氧化物半導(dǎo)體膜和所述金屬氧化物膜之間的界面至少之ー； 在所述引入氧的步驟后，在所述金屬氧化物膜之上形成絕緣膜；以及 在形成所述絕緣膜后，進行熱處理。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中，所述金屬氧化物膜包括氧化鎵。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中，所述金屬氧化物膜是包括0. 01原子百分比至5原子百分比的銦或鋅的氧化鎵膜。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中，所述熱處理在450°C至600°C的溫度下進行。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中，所述氧化物半導(dǎo)體膜包括銦及鎵。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中，所述引入氧的步驟通過使氧離子加速來進行。
7.一種半導(dǎo)體裝置的制造方法，包括如下步驟 在襯底之上形成柵電極； 在所述柵電極之上形成柵極絕緣膜； 形成與所述柵電極重疊的氧化物半導(dǎo)體膜，其中在所述柵電極與所述氧化物半導(dǎo)體膜之間插入所述柵極絕緣膜； 在所述氧化物半導(dǎo)體膜之上形成源電極及漏電極； 在所述源電極及所述漏電極之上形成金屬氧化物膜，所述金屬氧化物膜與所述氧化物半導(dǎo)體膜接觸； 在所述金屬氧化物膜之上形成絕緣膜； 通過所述絕緣膜將氧引入到所述氧化物半導(dǎo)體膜、所述金屬氧化物膜以及所述氧化物半導(dǎo)體膜和所述金屬氧化物膜之間的界面至少之ー；以及在所述弓I入氧的步驟后，進行熱處理。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中，所述金屬氧化物膜包括氧化鎵。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中，所述金屬氧化物膜是包括0. 01原子百分比至5原子百分比的銦或鋅的氧化鎵膜。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中，所述熱處理在450°C至600°C的溫度下進行。
11.根據(jù)權(quán)利要求7所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中，所述氧化物半導(dǎo)體膜包括銦及鎵。
12.根據(jù)權(quán)利要求7所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中，所述引入氧的步驟通過使氧離子加速來進行。
13.一種半導(dǎo)體裝置的制造方法，包括如下步驟 在襯底之上形成柵電極； 在所述柵電極之上形成柵極絕緣膜； 形成與所述柵電極重疊的氧化物半導(dǎo)體膜，其中在所述柵電極與所述氧化物半導(dǎo)體膜之間插入所述柵極絕緣膜； 對所述氧化物半導(dǎo)體膜進行第一熱處理，所述第一熱處理包括惰性氣氛中的加熱和氧氣氛中的冷卻； 在所述氧化物半導(dǎo)體膜之上形成源電極及漏電極； 在所述源電極及所述漏電極之上形成金屬氧化物膜，所述金屬氧化物膜與所述氧化物半導(dǎo)體膜接觸； 將氧引入到所述氧化物半導(dǎo)體膜、所述金屬氧化物膜以及所述氧化物半導(dǎo)體膜和所述金屬氧化物膜之間的界面至少之ー； 在所述引入氧的步驟后，在所述金屬氧化物膜之上形成絕緣膜；以及 在形成所述絕緣膜后，進行第二熱處理。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中，所述金屬氧化物膜包括氧化鎵。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中，所述金屬氧化物膜是包括.0. 01原子百分比至5原子百分比的銦或鋅的氧化鎵膜。
16.根據(jù)權(quán)利要求13所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中，所述第一熱處理在450°C至600°C的溫度下進行。
17.根據(jù)權(quán)利要求13所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中，所述氧化物半導(dǎo)體膜包括銦及鎵。
18.根據(jù)權(quán)利要求13所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中，所述引入氧的步驟通過使氧離子加速來進行。
19.一種半導(dǎo)體裝置的制造方法，包括如下步驟 在襯底之上形成柵電極； 在所述柵電極之上形成柵極絕緣膜； 形成與所述柵電極重疊的氧化物半導(dǎo)體膜，其中在所述柵電極與所述氧化物半導(dǎo)體膜之間插入所述柵極絕緣膜； 對所述氧化物半導(dǎo)體膜進行第一熱處理，所述第一熱處理包括惰性氣氛中的加熱和氧氣氛中的冷卻； 在所述氧化物半導(dǎo)體膜之上形成源電極及漏電極； 在所述源電極及所述漏電極之上形成金屬氧化物膜，所述金屬氧化物膜與所述氧化物半導(dǎo)體膜接觸；在所述金屬氧化物膜之上形成絕緣膜； 通過所述絕緣膜將氧引入到所述氧化物半導(dǎo)體膜、所述金屬氧化物膜以及所述氧化物半導(dǎo)體膜和所述金屬氧化物膜之間的界面至少之一；以及在所述弓I入氧的步驟后，進行第二熱處理。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中，所述金屬氧化物膜包括氧化鎵。
21.根據(jù)權(quán)利要求19所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中，所述金屬氧化物膜是包括0. 01原子百分比至5原子百分比的銦或鋅的氧化鎵膜。
22.根據(jù)權(quán)利要求19所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中，所述第一熱處理在450°C至600°C的溫度下進行。
23.根據(jù)權(quán)利要求19所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中，所述氧化物半導(dǎo)體膜包括銦及鎵。
24.根據(jù)權(quán)利要求19所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中，所述引入氧的步驟通過使氧離子加速來進行。
全文摘要
在包括氧化物半導(dǎo)體膜的晶體管中，形成與氧化物半導(dǎo)體膜接觸并且覆蓋源電極及漏電極的用來防止帶電的金屬氧化物膜。然后通過金屬氧化物膜向該金屬氧化物膜引入(添加)氧并且進行熱處理。通過氧引入及熱處理的這些步驟，從氧化物半導(dǎo)體膜中有意地去除氫、水分、羥基或者氫化物等雜質(zhì)，以高度純化氧化物半導(dǎo)體膜。此外，通過設(shè)置金屬氧化物膜，可以在晶體管中防止氧化物半導(dǎo)體膜的背溝道側(cè)上產(chǎn)生寄生溝道。
文檔編號H01L29/786GK102822980SQ20118001633
公開日2012年12月12日 申請日期2011年3月11日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月26日
發(fā)明者山崎舜平 申請人:株式會社半導(dǎo)體能源研究所