專利名稱：半導體裝置及半導體裝置的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導體裝置及半導體裝置的制造方法。在本說明書中半導體裝置通常指能夠通過利用半導體特性而工作的所有裝置，因此電光裝置、半導體電路以及電子設(shè)備都是半導體裝置。
背景技術(shù)：
使用形成在具有絕緣表面的襯底上的半導體薄膜構(gòu)成晶體管的技術(shù)備受關(guān)注。該晶體管被廣泛地應(yīng)用于如集成電路(IC)及圖像顯示裝置(顯示裝置)那樣的電子設(shè)備。作為可以應(yīng)用于晶體管的半導體薄膜材料，硅類半導體材料廣為人知。但是，作為其他材料，氧化物半導體受到關(guān)注。例如，已經(jīng)公開一種晶體管，其活性層使用其電子載流子濃度低于IO1Vcm3的包含銦(In)、鎵(Ga)、鋅(Zn)的非晶氧化物(參照專利文獻I)。[專利文獻I]日本專利申請公開2006-165528號公報。然而，在形成裝置的工序中發(fā)生形成電子給體的氫、水分的混入等時，氧化物半導體的導電率可能變化。這種現(xiàn)象成為使用氧化物半導體的晶體管的電特性變動的主要原因。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于這種問題，本發(fā)明的目的之一是對使用氧化物半導體的半導體裝置賦予穩(wěn)定的電特性，以實現(xiàn)高可靠性。在具有氧化物半導體膜的晶體管的制造工序中，通過熱處理進行脫水化或脫氫化并進行氧摻雜處理。本發(fā)明的一個實施方式是一種半導體裝置的制造方法，包括如下步驟形成柵電極層；在柵電極層上形成柵極絕緣膜；在柵極絕緣膜上且與柵電極層重疊的區(qū)域中形成氧化物半導體膜；對氧化物半導體膜進行熱處理，以去除氧化物半導體膜中的氫原子；對去除氫原子的氧化物半導體膜進行氧摻雜處理，以對氧化物半導體膜供應(yīng)氧原子；形成與氧化物半導體膜電連接的源電極層及漏電極層；以及在氧化物半導體膜、源電極層及漏電極層上形成與氧化物半導體膜接觸的絕緣膜。本發(fā)明的一個實施方式是一種半導體裝置的制造方法，包括如下步驟形成柵電極層；在柵電極層上形成包含氧原子作為其成分的柵極絕緣膜；對柵極絕緣膜進行氧摻雜處理，以對柵極絕緣膜供應(yīng)氧原子；在柵極絕緣膜上且與柵電極層重疊的區(qū)域中形成氧化物半導體膜；對氧化物半導體膜進行熱處理，以去除氧化物半導體膜中的氫原子；對去除氫原子的氧化物半導體膜進行氧摻雜處理，以對氧化物半導體膜中供應(yīng)氧原子；形成與氧化物半導體膜電連接的源電極層及漏電極層；在氧化物半導體膜、源電極層及漏電極層上形成與氧化物半導體膜接觸且包含氧原子作為其成分的絕緣膜；以及對絕緣膜進行氧摻雜處理，以對絕緣膜供應(yīng)氧原子。
本發(fā)明的一個實施方式是一種半導體裝置，包括柵電極層；柵電極層上的柵極絕緣膜；柵極絕緣膜上的氧化物半導體膜；氧化物半導體膜上的源電極層及漏電極層；設(shè)置在源電極層及漏電極層上的與氧化物半導體膜接觸的絕緣膜；以及絕緣膜上的與源電極層或漏電極層電連接的布線層。根據(jù)本實施方式，布線層設(shè)置在通過去除絕緣膜的一部分、源電極層的一部分來形成的開口中，以及在通過去除絕緣膜的一部分、漏電極層的一部分來形成的開口中；在開口中去除源電極層的一部分及漏電極層的一部分，以便在源電極層及漏電極層中形成凹部；并且布線層在開口中與源電極層及漏電極層的凹部的內(nèi)壁面及厚度薄的底面接觸地設(shè)置，并且，在源電極層及漏電極層中，凹部的底面的氧濃度低于源電極層及漏電極層頂面的氧濃度。本發(fā)明的一個實施方式是一種半導體裝置，其中在上述結(jié)構(gòu)中的氧化物半導體膜包含區(qū)域，該區(qū)域的氧含量大于根據(jù)氧化物半導體膜的氧化物半導體的晶態(tài)下的化學計量組成比的氧含量。本發(fā)明的一個實施方式是一種半導體裝置，其中在上述結(jié)構(gòu)中的氧化物半導體膜包含區(qū)域，該區(qū)域的氧含量至少在與絕緣膜的界面或其附近，大于根據(jù)氧化物半導體膜的 氧化物半導體的晶態(tài)下的化學計量組成比的氧含量。這里，上述“氧摻雜”是指將氧(至少包含氧自由基、氧原子、氧離子中的任一種)添加到塊(bulk)中的處理。該術(shù)語“塊”是為了明確顯示不僅將氧添加到薄膜頂面還將氧添加到薄膜內(nèi)部的目的而使用。另外，“氧摻雜”包括將等離子體化的氧添加到塊中的“氧等離子體摻雜”。在具有氧化物半導體膜的晶體管的制造工序中，通過進行氧摻雜處理，可以在柵極絕緣膜(塊)、氧化物半導體膜(塊)、絕緣膜(塊)、柵極絕緣膜與氧化物半導體膜的界面、氧化物半導體膜與絕緣膜的界面中的至少一處，設(shè)置存在有大于該膜的化學計量比的氧含量的氧過量區(qū)域。氧的含量優(yōu)選為大于化學計量比且小于化學計量比的4倍，更優(yōu)選為大于化學計量比且小于化學計量比的2倍。大于化學計量比的氧含量過量的氧化物，是指例如滿足2g>3a+3b+2c+4d+3e+2f (g大于L 5a+l. 5b+c+2d+l. 5e+f )的氧化物，其中該氧化物以InaGabZncSidAleMgfOg Ca, b, c, d, e, f, g ^ O a, b, c, d, e, f, g 為 O 以上)表示。另外，通過由氧摻雜處理添加的氧有可能存在于氧化物半導體的晶格之間。另外，也可以在柵極絕緣膜、氧化物半導體膜以及絕緣膜中的兩處以上設(shè)置上述氧過量區(qū)域。例如，在制造工序中，可以通過進行氧摻雜處理，在柵極絕緣膜與氧化物半導體膜的界面、氧化物半導體膜(塊)、以及氧化物半導體膜與絕緣膜的界面的每一處設(shè)置氧過量區(qū)域。另外，在沒有缺陷(氧缺少)的氧化物半導體中，只要包含相同于化學計量比的氧量即可，但是為了確保如抑制晶體管的閾值電壓變動的可靠性，優(yōu)選使氧化物半導體包含大于化學計量比的氧量。與此同樣，在沒有缺陷(氧缺少)的氧化物半導體中，不需要將氧過量的絕緣膜用作基底膜，但是為了確保如抑制晶體管的閾值電壓變動的可靠性，考慮到在氧化物半導體層中可能產(chǎn)生氧缺少的狀態(tài)，而優(yōu)選將氧過量的絕緣膜用作基底膜。另外，對氧化物半導體膜進行采用熱處理的脫水化或脫氫化，去除氧化物半導體膜中的氫原子或水等包含氫原子的雜質(zhì)，來使氧化物半導體膜高純度化。這里，將由氧摻雜處理而添加的氧量設(shè)定為比由脫水化或脫氫化而被高純度化了的氧化物半導體膜中的氫量多。在上述層疊的柵極絕緣膜、氧化物半導體膜以及絕緣膜的至少一個中的過量氧擴散并與引起不穩(wěn)定性的氫起反應(yīng)，來固定氫(使氫成為不動離子)。也就是說，可以降低(或充分減小)可靠性上的不穩(wěn)定性。另外，通過形成氧過量狀態(tài)，可以減小由氧缺少而引起的閾值電壓Vth的變動，并可以降低閾值電壓的偏移量AVth。在此，描述通過上述“氧等離子體摻雜”處理將氧添加到塊中的狀態(tài)。注意，在對包含氧作為其一成分的氧化物半導體膜進行氧摻雜處理時，一般來說，確認氧濃度的增減是很困難的。由此，這里使用硅片來確認氧摻雜處理的效果。氧摻雜處理通過利用電感稱合等離子體(ICP :Inductively Coupled Plasma)方式來進行。其條件如下ICP功率為800W、RF偏置功率為300W或0W、壓力為I. 5Pa、氣體流量為 75sccm、襯底溫度為 70°C。圖 15 不出根據(jù) SIMS(Secondary Ion Mass Spectrometry 二次離子質(zhì)譜)分析的硅片的深度方向的氧濃度分布。在圖15中，縱 軸表示氧濃度，橫軸表示離硅片頂面的深度。 根據(jù)圖15，可以確認在RF偏置功率為OW的情況或RF偏置功率為300W的情況都添加有氧。另外，可以確認在RF偏置功率為300W時，與RF偏置功率為OW的情況相比，氧的添加深度更深。接著，在圖16A 和圖 16B 中不出通過 STEM (Scanning Transmission ElectronMicroscopy :掃描透射電子顯微術(shù))對進行氧摻雜處理之前和之后的硅片的截面進行觀察的結(jié)果。圖16A是進行氧摻雜處理之前的STEM圖像，圖16B是在上述RF偏置功率為300W的條件下進行氧摻雜處理之后的STEM圖像。由圖16B可知，通過進行氧摻雜處理，在硅片中形成了氧高摻雜區(qū)域。如上所示，通過對硅片進行氧摻雜，可以在硅片中添加氧。根據(jù)該結(jié)果，可以理解通過對氧化物半導體膜進行氧摻雜，可以在氧化物半導體膜中添加氧。作為所公開的發(fā)明的一個實施方式的上述結(jié)構(gòu)的效果，按照下述考慮就很容易理解。但是，以下說明只不過是示范性的考慮而已。在對柵電極施加正電壓時，從氧化物半導體膜的柵電極一側(cè)到背溝道一側(cè)(與柵極絕緣膜相反一側(cè))產(chǎn)生電場，由此存在于氧化物半導體膜中的具有正電荷的氫離子移動到背溝道一側(cè)并蓄積在氧化物半導體膜與絕緣膜的界面中的氧化物半導體膜一側(cè)。由于正電荷從所蓄積的氫離子移動到絕緣膜中的電荷俘獲中心(氫原子、水、或污染物質(zhì)等)，在氧化物半導體膜的背溝道一側(cè)蓄積有負電荷。也就是說，在晶體管的背溝道一側(cè)發(fā)生寄生溝道，閾值電壓向負值一側(cè)偏移，從而晶體管顯示常通(normally-on)的趨勢。如上所述，由于在絕緣膜中的氫或水等電荷俘獲中心俘獲正電荷，正電荷移動到絕緣膜中，這使晶體管的電特性變動。所以為了抑制晶體管的電特性的變動，很重要的是在絕緣膜中不存在上述電荷俘獲中心，或者電荷俘獲中心的數(shù)量少。由此，作為絕緣膜的形成方法，優(yōu)選使用沉積時的氫含量少的濺射法。通過濺射法而形成的絕緣膜中，不存在電荷俘獲中心或電荷俘獲中心數(shù)量很少，其與通過CVD法等形成的膜相比不容易發(fā)生正電荷的移動。因此，可以抑制晶體管的閾值電壓的偏移，并可以使晶體管成為常關(guān)閉(normally-off)型。另外，在對柵電極施加負電壓時，從背溝道一側(cè)到柵電極一側(cè)產(chǎn)生電場，由此存在于氧化物半導體膜中的氫離子移動到柵極絕緣膜一側(cè)并蓄積在氧化物半導體膜與柵極絕緣膜的界面中的氧化物半導體膜一側(cè)。由此，晶體管的閾值電壓向負值一側(cè)偏移。另外，在施加電壓O的狀態(tài)下，從電荷俘獲中心釋放正電荷，從而晶體管的閾值電壓向正值一側(cè)偏移且返回到初始狀態(tài)，或者有時與初始狀態(tài)相比進一步向正值一側(cè)偏移。該現(xiàn)象顯示在氧化物半導體膜中存在有容易移動的離子的事實，并可以認為作為最小原子的氫是最容易移動的離子。另外，在底柵型晶體管中，通過在柵極絕緣膜上形成氧化物半導體膜之后進行熱處理，可以去除包含在氧化物半導體膜中的水或氫，同時也可去除包含在柵極絕緣膜中的水或氫。因此，在柵極絕緣膜中，用來俘獲在氧化半導體膜中移動通過的正電荷的電荷俘獲中心數(shù)量很少。像這樣，由于用來脫水化或脫氫化的熱處理不僅對氧化物半導體膜進行，還 對存在于氧化物半導體膜之下的柵極絕緣膜進行，所以在底柵型晶體管中，柵極絕緣膜可以通過利用等離子體CVD法等的CVD法而形成。另外，氧化物半導體膜吸收光，由此在氧化物半導體膜中的金屬元素(M)與氫原子(H)間的鍵合(也稱為M-H鍵)因光能而斷裂。這里，波長為400nm左右的光能和金屬元素與氫原子間的鍵合能相同或大致相同。當對其中氧化物半導體膜中的金屬元素與氫元素間的鍵合斷裂的晶體管施加負值柵極偏壓時，從金屬元素脫離了的氫離子被引到柵極一側(cè)，因此電荷分布發(fā)生變化，晶體管的閾值電壓向負值一側(cè)偏移而顯示常通的趨勢。另外，通過停止電壓施加，氫離子返回到初始狀態(tài)，該氫離子由于對晶體管的光照射和負值柵極偏壓的施加而移動到與絕緣膜的界面。這可理解為氧化物半導體膜中的離子移動的典型例子。為了防止這種因電壓施加導致的電特性的變動(BT退化)或因光照射導致的電特性的變動(光退化)，重要的是，從氧化物半導體膜徹底去除氫原子或水等包含氫原子的雜質(zhì)，來使氧化物半導體膜高純度化。在電荷密度小至IO15CnT3，或每單位面積的電荷小至IO10Cm-2的情況下，該電荷密度不影響到晶體管的特性，或者即使有影響也是很小的。因此，電荷密度優(yōu)選為IO15CnT3以下。當假設(shè)氧化物半導體膜所包含的氫中10%的氫在氧化物半導體膜中移動時，氫濃度優(yōu)選為IO16CnT3以下。并且，為了防止在完成裝置后氫從外部侵入，優(yōu)選使用通過濺射法形成的氮化硅膜作為鈍化膜，以覆蓋晶體管。并且，通過對包含在氧化物半導體膜中的氫摻雜過量的氧((氫原子數(shù)量)〈〈(氧自由基數(shù)量)或(氧離子數(shù)量))，可以從氧化物半導體膜中去除氫或水。具體來說，利用射頻波(RF)使氧等離子體化，并增高襯底偏壓，將氧自由基和/或氧離子摻雜或添加到襯底上的氧化物半導體膜，以在氧化物半導體膜中使氧量多于氫量。氧的電負性是3. 0，其高于電負性為2. O左右的氧化物半導體膜中的金屬(Zn、Ga、In)，因此，通過使氧化物半導體膜包含相對于氫過量的氧，從M-H鍵奪取氫原子，而形成OH基。另外，該OH基可能與M鍵合而形成M-O-H基。另外，優(yōu)選以使氧化物半導體膜的氧含量比化學計量比更大的方式進行氧摻雜。例如，在作為氧化物半導體膜使用In-Ga-Zn-O類氧化物半導體膜的情況下，理想單晶的比率為I :1 1 4 (InGaZnO4),由此更優(yōu)選通過氧摻雜等將氧量設(shè)定為大于化學計量比且小于該化學計量比的2倍。因此，在氧化物半導體膜中氧含量大于氫含量。由于光能或BT應(yīng)力，氫離子從M-H鍵脫離而成為退化的原因，但是，在通過上述摻雜注入氧的情況下，所注入的氧與氫離子鍵合而成為OH基。該OH基的鍵合能較大，因此即使對晶體管執(zhí)行光照射或施加BT應(yīng)力也不放出氫離子，而且，由于其質(zhì)量比氫離子更大，所以不容易在氧化物半導體膜中移動。因此，通過氧摻雜而形成的OH基不會引起晶體管退化，或者可減小退化。另外，已經(jīng)確認氧化物半導體膜的膜厚度越厚，晶體管的閾值電壓的變動越增大的趨勢?？梢酝茰y，這是因為氧化物半導體膜中的氧缺陷是閾值電壓變動的一個原因，并且氧化物半導體膜厚度越厚，氧缺陷越增加。在根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的晶體管中，對氧化物半導體膜摻雜氧的工序不僅對從氧化物半導體膜排出氫或水，而且對膜中的氧缺陷的填補很有效。由此，根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的晶體管可以控制閾值電壓的變動。另外，隔著氧化物半導體膜設(shè)置各由與氧化物半導體膜類似的成分(一種或多種)構(gòu)成的金屬氧化物膜，也對防止電特性的變動是很有效的。作為由與氧化物半導體膜類似的成分(一種或多種)構(gòu)成的金屬氧化物膜，具體來說，優(yōu)選使用包含從氧化物半導體膜的 構(gòu)成元素中選擇的至少一種的膜。這種材料與氧化物半導體膜的搭配良好，通過隔著氧化物半導體膜設(shè)置該金屬氧化物膜，可以保持與氧化物半導體膜的界面的良好狀態(tài)。也就是說，通過設(shè)置使用上述材料(一種或多種)的金屬氧化物膜作為與氧化物半導體膜接觸的絕緣膜，可以抑制或防止氫離子蓄積在該金屬氧化物膜與氧化物半導體膜的界面及其附近。從而，與隔著氧化物半導體膜設(shè)置例如氧化硅膜等各由與氧化物半導體膜不同的成分(一種或多種)構(gòu)成的絕緣膜的情況相比，可以充分降低對晶體管的閾值電壓有影響的氧化物半導體膜界面的氫濃度。另外，作為該金屬氧化物膜，優(yōu)選使用氧化鎵膜。氧化鎵的帶隙(Eg)較大，因此通過在氧化鎵膜之間夾入氧化物半導體膜，在氧化物半導體膜與金屬氧化物膜的界面形成能壘，在該界面處載流子的移動被妨礙。因此，載流子不從氧化物半導體移動到金屬氧化物，而在氧化物半導體膜中移動。另一方面，氫離子通過氧化物半導體與金屬氧化物的界面，蓄積在金屬氧化物與絕緣膜的界面附近。即使氫離子蓄積在與絕緣膜的界面附近，由于在例如氧化鎵膜的金屬氧化物膜中沒有形成能夠流動載流子的寄生溝道，所以對晶體管的閾值電壓沒有影響，或影響極少。另外，在氧化鎵與In-Ga-Zn-O類材料接觸時的能魚,在導帶一側(cè)為O. 8eV左右，在價電子帶一側(cè)為O. 9eV左右。至于根據(jù)所公開的發(fā)明的一個實施方式的晶體管，其技術(shù)思想在于通過氧摻雜處理增大與氧化物半導體膜接觸的絕緣膜中、氧化物半導體膜中、或這些膜的界面附近中的至少一處的氧含量。在使用包含銦的氧化物半導體材料作為氧化物半導體膜時，由于銦與氧的鍵合力較弱，所以在與氧化物半導體膜接觸的絕緣膜中含有硅等與氧的鍵合力更強的材料時，氧化物半導體膜中的氧因熱處理被抽出，從而引起在氧化物半導體膜的界面附近形成氧缺少。然而，根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的晶體管，通過對氧化物半導體膜供應(yīng)過量的氧，可以抑制氧缺少的形成。這里，在晶體管的制造工序中進行氧摻雜處理之后，氧化物半導體膜或與氧化物半導體膜接觸的絕緣膜所包含的比化學計量比更大的氧量可能在各層中彼此不同。在過量的氧量不同的狀態(tài)下，各層的氧的化學勢也不同，并且該化學勢的不同通過在晶體管的制造工序中的熱處理等接近平衡狀態(tài)，或者變?yōu)槠胶鉅顟B(tài)。下面將研討平衡狀態(tài)下的氧分布。在某一溫度T、壓力P下的平衡狀態(tài)是指全系統(tǒng)的吉布斯(Gibbs)自由能G最小的狀態(tài)，并可以由如下算式I表示。[算式I]
G(NmiNktNet^JtP) =
G(niN Nh,N(i<-J\P) + Gm(Na,Nb,Nci-J,P) + Gm(Na>NbiNc^^nF)
Λ · m ■《I》
在算式I中，G (1)、G (2)、G (3)表示各層的吉布斯自由能。另外，a、b、c表示粒子的種類。粒子a從i層向j層移動δ Na (J)時，吉布斯自由能的變化如下面的算式2所示那樣。
[算式2]
Sg=-+·* C2)
cN'f e BNiJi Λ
這里，在算式2中δ G為O時，即滿足下面的算式3時，系統(tǒng)成為平衡狀態(tài)。[算式3]
W SGmf,iX
———::——TT· · · ·《3 I
CNiJ' SMiJi
吉布斯自由能關(guān)于粒子數(shù)的微分相當于化學勢，因此，在平衡狀態(tài)下，所有層中的粒子的化學勢彼此相等。就是說，具體來說，在氧化物半導體膜中包含與絕緣膜相比過量的氧時，絕緣膜中的氧化學勢相對小，氧化物半導體膜中的氧化學勢相對大。而且，當通過在晶體管的制造工序中進行熱處理，整個系統(tǒng)(這里，是氧化物半導體膜和與其接觸的絕緣膜)的溫度充分提高而引起層內(nèi)及層間的原子擴散時，發(fā)生氧的移動以使其化學勢相同。也就是說，氧化物半導體膜中的氧移動到絕緣膜，因此氧化物半導體膜的化學勢減小，絕緣膜的化學勢增大。因此，通過后面的熱處理使整個系統(tǒng)為平衡狀態(tài)，由氧摻雜處理供應(yīng)到氧化物半導體膜中的過量的氧被擴散，并供應(yīng)到絕緣膜(包括其界面)中。由此，當在氧化物半導體膜中充分地存在過量的氧時，有可能使與氧化物半導體膜接觸的絕緣膜(包括其界面)成為氧過量狀態(tài)。因此，可以說將充分地補償絕緣膜或與絕緣膜的界面中的氧不足缺陷的量(或比補償氧不足缺陷更大的量)的氧供給到氧化物半導體膜中有很大的意義。具有經(jīng)過利用熱處理的脫水化或脫氫化以及氧摻雜處理的氧化物半導體膜的晶體管也在偏壓一熱應(yīng)力試驗(BT試驗)的前后可以減小晶體管的閾值電壓的變化量從而具有高可靠性的晶體管。由此，可以制造具有穩(wěn)定的電特性的晶體管。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體裝置。


圖IA至IC是說明半導體裝置的一個實施方式的圖；圖2A至2D是說明半導體裝置的制造方法的一個實施方式的 圖3A至3D是說明半導體裝置的一個實施方式的 圖4A至4F是說明半導體裝置的制造方法的一個實施方式的 圖5A至5C是說明半導體裝置的制造方法的一個實施方式的 圖6是說明半導體裝置的一個實施方式的 圖7是說明半導體裝置的一個實施方式的圖； 圖8是說明半導體裝置的一個實施方式的 圖9A和9B是說明半導體裝置的一個實施方式的 圖IOA和IOB是表示電子設(shè)備的 圖IlA至IlF是表示電子設(shè)備的 圖12A至12C是說明半導體裝置的一個實施方式的 圖13A至13D是說明半導體裝置的一個實施方式的 圖14A是表示本發(fā)明的一個實施方式的等離子體裝置的俯視圖；圖14B是其截面圖； 圖15是表示SIMS測試的結(jié)果的 圖16A和16B是說明截面STEM圖像的 圖17A和17B是各示出晶體管的電特性評價的結(jié)果的 圖18A和18B是各示出晶體管的電特性評價的結(jié)果的圖。
具體實施例方式下面，參照附圖詳細地說明本發(fā)明的實施方式。但是，所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以很容易地理解一個事實，就是本發(fā)明的方式及詳細內(nèi)容可以被變換為各種各樣的形式而不偏離本發(fā)明的目的與范圍。并且，本發(fā)明不應(yīng)被看作僅限定于本文包括的以下實施方式和示例的描述內(nèi)容。另外，為了方便起見在本說明書中附加了第一、第二等序數(shù)詞，其并不表示工序順序或疊層順序。此外，本說明書中的序數(shù)不表示特定發(fā)明的事項的固有名稱。實施方式I
在本實施方式中，參照圖IA至3D對半導體裝置及半導體裝置的制造方法的一個實施方式進行說明。在本實施方式中，作為半導體裝置的一個例子示出具有氧化物半導體膜的晶體管。作為半導體裝置的例子，在圖IA至圖IC中表示底柵型晶體管的截面圖以及平面圖。圖IA是平面圖，圖IB及IC分別是圖IA中的沿線A-B和線C-D截斷的截面圖。注意，在圖IA中，省略柵極絕緣膜402。圖1A、1B、1C所示的晶體管410在具有絕緣表面的襯底400上包括柵電極層401、柵極絕緣膜402、氧化物半導體膜403、源電極層405a以及漏電極層405b。在氧化物半導體膜403的制造工序中，進行用于脫水化或脫氫化的熱處理及氧摻雜處理。這里，氧摻雜處理是指將氧自由基、氧原子或氧離子添加到氧化物半導體膜的頂面及塊中的處理。尤其是，通過使氧等離子體化將上述氧自由基、氧原子或氧離子添加到氧化物半導體膜的頂面及塊中的處理也稱為氧等離子體摻雜處理。另外，優(yōu)選對在其上形成氧化物半導體膜的襯底施加偏壓。另外，也可以在晶體管410上還設(shè)置有絕緣體。另外，為了將源電極層405a和漏電極層405b與布線電連接，可以在柵極絕緣膜402等之中形成有開口。此外，在氧化物半導體膜403的上方還可以具有第二柵電極。這里，氧化物半導體膜403優(yōu)選被加工為島狀，但不必一定被加工為島狀。圖2A至圖2D表示晶體管410的制造方法的一個例子。首先，在具有絕緣表面的襯底400上形成導電膜之后，利用第一光刻工序形成柵電極層401。這里，也可以使用噴墨法形成抗蝕劑掩模。當使用噴墨法形成抗蝕劑掩模時不需要光掩模，由此可以降低制造成本。
對可用作具有絕緣表面的襯底400的襯底沒有特別的限制，但是襯底400需要至少具有能夠承受后面進行的熱處理的程度的耐熱性。例如，可以使用如硼硅酸鋇玻璃和硼硅酸鋁玻璃等的玻璃襯底、陶瓷襯底、石英襯底或藍寶石襯底。另外，作為襯底400，也可以采用硅或碳化硅等的單晶半導體襯底或多晶半導體襯底；硅鍺等的化合物半導體襯底；SOI襯底等?；蛘呖梢允褂迷O(shè)置有半導體元件的襯底作為襯底400。此外，作為襯底400也可以使用柔性襯底。在使用柔性襯底時,既可以在柔性襯底上直接形成具有氧化物半導體膜的晶體管，又可以在另外的襯底上形成具有氧化物半導體膜的晶體管，然后將它從另外的襯底剝離并轉(zhuǎn)置到柔性襯底上。另外，為了將該晶體管從另外的襯底剝離并轉(zhuǎn)置到柔性襯底上，優(yōu)選在另外的襯底與具有氧化物半導體膜的晶體管之間設(shè)置剝離層。也可以在襯底400與柵電極層401之間設(shè)置用作基底膜的絕緣膜。該基底膜具有防止雜質(zhì)元素從襯底400擴散的功能，并且可以使用選自氮化硅膜、氧化硅膜、氮氧化硅膜和氧氮化硅膜中的一種或多種膜的單層結(jié)構(gòu)或疊層結(jié)構(gòu)而形成。另外，柵電極層401可以通過等離子體CVD法或濺射法等使用諸如鑰、鈦、鉭、鎢、鋁、銅、釹、鈧等的金屬材料和/或以這些金屬材料為主要成分的合金材料以單層結(jié)構(gòu)或疊層結(jié)構(gòu)形成。接著，在柵電極層401上形成柵極絕緣膜402。柵極絕緣膜402可以通過等離子體CVD法或派射法等使用氧化娃、氮化娃、氧氮化娃、氮氧化娃、氧化招、氮化招、氧氮化招、氮氧化鋁、氧化鉿和/或氧化鎵和/或這些的混合材料以單層結(jié)構(gòu)或疊層結(jié)構(gòu)形成。在此，作為柵極絕緣膜402，特別優(yōu)選使用包含與后面形成的氧化物半導體膜類似的成分的絕緣材料。這是因為，這種材料與氧化物半導體膜的搭配良好，由此通過將其用作柵極絕緣膜402，可以保持柵極絕緣膜402與氧化物半導體膜之間的界面的良好狀態(tài)。這里，“包含與氧化物半導體膜類似的成分(一種或多種)”是指包含選自氧化物半導體膜的構(gòu)成元素中的一種或多種元素。例如，在氧化物半導體膜由In-Ga-Zn類的氧化物半導體材料構(gòu)成的情況下，作為由與氧化物半導體膜類似的成分構(gòu)成的絕緣材料的示例，可以舉出氧化嫁等。另外，在柵極絕緣膜402具有疊層結(jié)構(gòu)的情況下，更優(yōu)選采用由包含與氧化物半導體膜類似的成分(一種或多種)的絕緣材料構(gòu)成的膜(以下稱為“膜a”)和包含與該膜a的成分材料(一種或多種)不同的材料的膜(以下稱為“膜b”)的疊層結(jié)構(gòu)。這是因為如下緣故通過采用從氧化物半導體膜一側(cè)按順序?qū)盈B膜a和膜b的結(jié)構(gòu)，電荷被膜a和膜b的界面中的電荷俘獲中心優(yōu)先地俘獲(與氧化物半導體膜和膜a的界面的比較)，因此，可以充分抑制與氧化物半導體膜界面的電荷俘獲，從而可以提高半導體裝置的可靠性。圖3B示出柵極絕緣膜具有疊層結(jié)構(gòu)的晶體管460。在晶體管460中，在柵極電極層401上層疊第一柵極絕緣膜402a、第二柵極絕緣膜402b，并在第二柵極絕緣膜402b上形成有氧化物半導體膜403。在晶體管460中，與氧化物半導體膜403接觸的第二柵極絕緣膜402b是由與氧化物半導體膜403類似的成分(一種或多種)構(gòu)成的絕緣材料構(gòu)成的膜(膜a),并且形成在第二柵極絕緣膜402b的下方的第一柵極絕緣膜402a是包含與第二柵極絕緣膜402b的成分材料(一種或多種)不同的材料的膜(膜b)。例如，當作為氧化物半導體膜403使用In-Ga-Zn類氧化物半導體膜時，作為第二柵極絕緣膜402b可以使用氧化鎵膜,并作為第一柵極絕緣膜402a可以使用氧化硅膜。另夕卜，優(yōu)選將使用由包含與氧化物半導體膜類似的成分(一種或多種)的絕緣材料構(gòu)成的膜用于與氧化物半導體膜403接觸且形成在其上方的絕緣膜407。通過與氧化物半導體膜403接觸且在氧化物半導體膜403的下方及上方設(shè)置的、使用由包含與氧化物半導體膜類似的成分的絕緣膜構(gòu)成的膜，可以由該膜圍繞氧化物半導體膜403。通過與氧化物半導體膜403 接觸且在氧化物半導體膜403的下方及上方設(shè)置由包含與氧化物半導體膜類似的成分的絕緣材料構(gòu)成的膜(膜a)，并且在該膜a的外側(cè)設(shè)置包含與膜a的成分材料(一種或多種)不同的材料的膜(膜b)，在氧化物半導體膜403的下方和/或上方，電荷被膜a和膜b的界面中的電荷俘獲中心優(yōu)先地俘獲，可以更有效地充分抑制與氧化物半導體膜的界面中的電荷俘獲，而提高半導體裝置的可靠性。另外，使用微波(例如，頻率為2. 45GHz)的高密度等離子體CVD法可以形成致密且擊穿電壓高的高品質(zhì)絕緣層，所以在形成柵極絕緣膜402時利用該方法是優(yōu)選的。這是由于通過使高純度化的氧化物半導體與高品質(zhì)柵極絕緣膜緊密接觸可以降低界面態(tài)密度而形成良好的界面特性的緣故。另外，作為柵極絕緣膜402也可以是通過沉積后的熱處理使絕緣層的膜質(zhì)及與氧化物半導體之間的界面特性得到改善的絕緣層。總之，只要是作為柵極絕緣膜的膜質(zhì)良好并能夠降低與氧化物半導體之間的界面態(tài)密度從而形成良好的界面的層即可。此外，為了盡量不使柵極絕緣膜402、形成在柵極絕緣膜402上的氧化物半導體膜包含氫、羥基及水分，作為在形成氧化物半導體膜之前進行的預(yù)處理，優(yōu)選在濺射裝置的預(yù)熱室中對形成有柵電極層401的襯底400或經(jīng)受了直到并且包括形成柵極絕緣膜402的工序的制造過程的襯底400進行預(yù)熱，來對吸附到襯底400的氫、水分等的雜質(zhì)進行脫離及排氣。注意，作為設(shè)置在預(yù)熱室的排氣單元，優(yōu)選使用低溫泵。另外，也可以省略該預(yù)熱處理。此外，該預(yù)熱也可以在形成絕緣膜407之前對經(jīng)受了直到并包括形成源電極層405a及漏電極層405b的工序的制造方法的襯底400進行。接著，在柵極絕緣膜402上形成厚度為2nm以上且200nm以下，優(yōu)選為5nm以上且30nm以下的氧化物半導體膜。作為用作氧化物半導體膜的氧化物半導體，可以使用以下的氧化物半導體作為四元金屬氧化物的In-Sn-Ga-Zn-O類氧化物半導體；作為三元金屬氧化物的In-Ga-Zn-O類氧化物半導體、In-Sn-Zn-O類氧化物半導體、In-Al-Zn-O類氧化物半導體、Sn-Ga-Zn-O類氧化物半導體、Al-Ga-Zn-O類氧化物半導體、Sn-Al-Zn-O類氧化物半導體；作為二元金屬氧化物的In-Zn-O類氧化物半導體、Sn-Zn-O類氧化物半導體、Al-Zn-O類氧化物半導體、Zn-Mg-O類氧化物半導體、Sn-Mg-O類氧化物半導體、In-Mg-O類氧化物半導體、In-Ga-O類氧化物半導體；Ιη-0類氧化物半導體、Sn-O類氧化物半導體、Zn-O類氧化物半導體等。上述氧化物半導體也可以包含Si02。這里，例如In-Ga-Zn-O類氧化物半導體是指含有銦(In)、鎵(Ga)、鋅(Zn)的氧化物膜，對其化學計量比沒有特別的限制。此外，In-Ga-Zn-O類氧化物半導體可以包含In、Ga、Zn以外的元素。另外，作為氧化物半導體膜，可以使用由化學式InMO3 (ZnO)m (m>0)表示的材料的薄膜。在此，M表示選自Ga、Al、Mn及Co 中的一種或多種金屬元素。例如，作為M可舉出Ga、Ga 及 Al、Ga 及 Mn 或 Ga 及 Co 等。作為氧化物半導體膜，優(yōu)選使用包含銦的氧化物半導體、包含銦及鎵的氧化物半導體等。在本實施方式中，使用In-Ga-Zn-O類氧化物靶材并利用濺射法來形成氧化物半導體膜。此外，氧化物半導體膜可以在稀有氣體(典型為氬)氣氛下、氧氣氛下或者稀有氣體及氧的混合氣氛下利用濺射法來形成。作為用于利用濺射法制造氧化物半導體膜的靶材，例如可以使用組成比為In2O3 :Ga203: ZnO=I: I: I [摩爾數(shù)比]的氧化物祀材。利用該祀材形成In-Ga-Zn-O膜。另外，不局限于該靶材的材料及組成，例如，還可以使用組成比為In2O3:Ga203:ZnO=I :1:2[摩爾數(shù)比]的氧化物靶材。另外，氧化物靶材的填充率為90%以上100%以下，優(yōu)選為95%以上99. 9%以下。通
過采用填充率高的金屬氧化物靶材，可以形成致密的氧化物半導體膜。作為形成氧化物半導體膜時的濺射氣體，優(yōu)選使用氫、水、羥基或氫化物等的雜質(zhì)被去除了的高純度氣體。在維持減壓狀態(tài)的沉積室內(nèi)保持襯底，并且將襯底溫度設(shè)定為100°C以上且600°C以下，優(yōu)選為200°C以上且400°C以下。通過邊加熱襯底邊進行沉積，可以降低形成的氧化物半導體膜中含有的雜質(zhì)濃度。另外，可以減輕由于濺射帶來的損傷。然后，邊去除殘留在沉積室內(nèi)的水分邊引入去除了氫及水分的濺射氣體，并使用上述靶材在襯底400上形成氧化物半導體膜。為了去除殘留在沉積室內(nèi)的水分，優(yōu)選使用捕集真空泵，例如，低溫泵、離子泵、鈦升華泵。另外，作為排氣裝置，也可以使用配備有冷阱的渦輪分子泵。由于在利用低溫泵進行了排氣的沉積室中，如氫原子、水等的包含氫原子的化合物(優(yōu)選還包括包含碳原子的化合物)等被排出，由此可以降低利用該沉積室形成的氧化物半導體膜中含有的雜質(zhì)濃度。作為沉積條件的一個例子，可以采用如下條件襯底與靶材之間的距離為IOOmm ；壓力為O. 6Pa;直流(DC)電源為O. 5kW;氧(氧流量比率為100%)氣氛。另外，當使用脈沖直流電源時，可以減少沉積時產(chǎn)生的粉狀物質(zhì)(也稱為微粒、塵屑)，并且膜厚度也變得均勻，所以是優(yōu)選的。接著，利用第二光刻工序?qū)⒀趸锇雽w膜加工為島狀的氧化物半導體膜441 (參照圖2A)。另外，也可以利用噴墨法形成用于形成島狀氧化物半導體膜441的抗蝕劑掩模。當使用噴墨法形成抗蝕劑掩模時不使用光掩模，由此可以降低制造成本。另外，當在柵極絕緣膜402中形成接觸孔時，可以在對氧化物半導體膜進行加工的同時進行形成該接觸孔的工序。另外，這里作為氧化物半導體膜的蝕刻方法，可以采用干蝕刻及濕蝕刻中的一方或者雙方。例如，作為用于氧化物半導體膜的濕蝕刻的蝕刻液，可以使用磷酸、醋酸以及硝酸的混合溶液等。此外，也可以使用IT0-07N (日本關(guān)東化學公司制造)。接著，對氧化物半導體膜441進行熱處理。通過進行該熱處理，可以去除過量的氫(包含水和羥基)(脫水化或脫氫化)，改善氧化物半導體膜的結(jié)構(gòu)，并減小能隙中的缺陷能級。將該熱處理的溫度設(shè)定為250°C以上且750°C以下，或者400°C以上且低于襯底的應(yīng)變點的溫度。這里，將襯底放入到作為熱處理 裝置之一的電爐中，在氮氣氛下以450°C對氧化物半導體膜進行I小時的熱處理之后，不使該襯底接觸于大氣以防止水、氫再次混入到氧化物半導體膜中，來獲得氧化物半導體膜403 (參照圖2B)。注意，熱處理裝置不局限于電爐，也可以利用電阻發(fā)熱體等的發(fā)熱體所產(chǎn)生的熱傳導或熱輻射對被處理物進行加熱的裝置。例如，可以使用GRTA (Gas Rapid ThermalAnneal :氣體快速熱退火)裝置、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裝置是利用從燈如齒素燈、金屬鹵化物燈、氙弧燈、碳弧燈、高壓鈉燈或高壓汞燈等發(fā)出的光(電磁波)的輻射加熱被處理物的裝置。GRTA裝置是使用高溫的氣體進行熱處理的裝置。作為高溫氣體，使用如氬等的稀有氣體或如氮那樣的即使進行熱處理也不與被處理物產(chǎn)生反應(yīng)的惰性氣體。例如，作為熱處理，也可以進行如下GRTA，即將襯底移動并放入到加熱為650°C至700°C的高溫的惰性氣體中，加熱幾分鐘之后從惰性氣體中取出襯底。此外,在熱處理中，優(yōu)選不使氮或諸如氦、氖、氬等稀有氣體中含有水、氫等的雜質(zhì)。另外，優(yōu)選將引入熱處理裝置中的氮或諸如氦、氖、氬等的稀有氣體的純度設(shè)定為6N(99. 9999%)以上，更優(yōu)選設(shè)定為7N (99. 99999%)以上(B卩，將雜質(zhì)濃度設(shè)定為Ippm以下，更優(yōu)選設(shè)定為O. Ippm以下)。另外，可以在利用熱處理對氧化物半導體膜進行加熱之后，對相同爐內(nèi)引入高純度的氧氣體、高純度的二氮化氧氣體或超干燥空氣(使用光腔衰蕩光譜法(CRDS)系統(tǒng)的露點計進行測定時的水分量是20ppm (換算成露點，_55°C)以下，優(yōu)選的是Ippm以下，更優(yōu)選的是IOppb以下)。優(yōu)選不使氧氣體或二氮化氧氣體包含水、氫等?；蛘?，優(yōu)選將引入到熱處理裝置中的氧氣體或二氮化氧氣體的純度設(shè)定為6N以上，更優(yōu)選為7N以上(也就是說，將氧氣體或二氮化氧氣體中的雜質(zhì)濃度設(shè)定為Ippm以下，更優(yōu)選設(shè)定為O. Ippm以下)。通過利用氧氣體或二氮化氧氣體來供給由于用于脫水化或脫氫化的雜質(zhì)排出工序而同時被減少的、作為氧化物半導體的主要成分的氧，來使氧化物半導體膜可以為高純度化并電性i型(本征)化的氧化物半導體膜。另外，也可以在氧化物半導體膜被加工為島狀的氧化物半導體膜之前對氧化物半導體膜進行熱處理。在此情況下，在熱處理之后從加熱裝置取出襯底，并對氧化物半導體膜進行光刻工序。另外，熱處理可以在島狀氧化物半導體膜上形成源電極層及漏電極層之后進行，只要是在該熱處理之前形成氧化物半導體膜即可。接著，對得到脫水化或脫氫化的氧化物半導體膜403進行氧摻雜處理。通過對氧化物半導體膜403進行氧摻雜處理，將氧421供給到氧化物半導體膜403中，并使氧化物半導體膜403和/或界面附近包含氧(參照圖2C)。此時，氧的含量設(shè)定為大于氧化物半導體膜403的化學計量比，優(yōu)選為大于該化學計量比且小于該化學計量比的2倍?；蛘撸醯暮恳部梢栽O(shè)定為大于Y (其中，Y表示單晶氧化物半導體膜中的氧含量)，優(yōu)選為大于Y且小于2Y?；蛘?，氧的含量也可以設(shè)定為大于Z (其中，Z表示未經(jīng)受氧摻雜處理的氧化物半導體膜中的氧含量)，優(yōu)選為大于Z且小于2Z。這是因為如果氧的含量過多，如儲氫合金(hydrogen storing alloy)(氫儲存合金)那樣,則導致氧化物半導體膜403會吸收氫。被摻雜的氧421包含氧自由基、氧原子和/或氧離子。由此，在氧化物半導體膜中，氧含量大于氫含量。例如，當使用單晶結(jié)構(gòu)以InGaO3 (ZnO)m (m>0)表示的材料時,氧化物半導體膜403的組成表示為InGaZnOx,所以例如當m=l (InGaZnO4)時,x容許為大于4且小于8,而當m=2(InGaZn2O5)時，x容許為大于5且小于10。另外，這種氧過量區(qū)域可以存在于氧化物半導體膜的一部分(也包括其界面)。另外，在氧化物半導體膜中，氧是主要成分材料之一。因此，很難使用SMS(Secondary Ion Mass Spectroscopy :次級例子質(zhì)譜分析法)等方法來準確地估計氧化物半導體膜中的氧濃度。換言之，可以說很難辨別是否將氧有意地添加到氧化物半導體膜中。另外，氧有017和O18等同位素，并且，一般認為在自然界的017和O18的存在比率分別是氧原子整體的0. 037%和0. 204%左右。也就是說，在氧化物半導體膜中的上述同位素的濃度可通過SIMS等的方法估計，因此通過測量這些濃度，可以準確地估計氧化物半導體膜中的氧濃度。由此，可以通過測量該濃度來判斷是否有意地對氧化物半導體膜添加氧。例如，當以O(shè)18的濃度為基準時，添加有氧的區(qū)域中的氧同位素的濃度Dl (018)和未添加有氧的區(qū)域中的氧同位素的濃度D2 (018)之間的關(guān)系為Dl (018)>D2 (O18)。另外，添加到(包含在)氧化物半導體膜中的氧421的至少一部分優(yōu)選在氧化物半導體中具有氧的懸空鍵。這是因為懸空鍵可以與殘留在膜中的氫鍵合而使氫固定化(使氫成為不動離子)。被摻雜的氧(氧自由基、氧原子和/或氧離子)既可以利用包含氧的氣體通過等離子體產(chǎn)生裝置供給，又可以通過臭氧產(chǎn)生裝置供給。更具體地說，例如可以使用用于對半導體裝置進行蝕刻處理的裝置、用于對掩模進行灰化的裝置等來產(chǎn)生氧421，而處理氧化物半 導體膜403。另外，也可以對進行氧摻雜處理的氧化物半導體膜403進行熱處理(溫度為150°C至470°C)。通過熱處理，可以從氧化物半導體膜403中去除在氧421和氧化物半導體膜403之間反應(yīng)而產(chǎn)生的水、氫氧化物。熱處理可以在氮、氧、超干燥空氣(使用光腔衰蕩光譜法(CRDS)系統(tǒng)的露點計進行測定時的水分量是20ppm (換算成露點，-55°C)以下，優(yōu)選的是Ippm以下，更優(yōu)選的是IOppb以下)或稀有氣體(氬、氦等)的氣氛下進行，但是優(yōu)選上述氮、氧、超干燥空氣或稀有氣體等的氣氛不包含水、氫等而被高純度化。通過上述工序，得到被高純度化、電性i型(本征)化的氧化物半導體膜403。另外，對氧化物半導體膜的氧摻雜處理可以在氧化物半導體膜被加工為島狀的氧化物半導體膜之前對氧化物半導體膜進行，或可以在島狀的氧化物半導體膜上層疊源電極層及漏電極層之后進行，只要是熱處理在該氧摻雜處理之前進行即可。接著，在柵極絕緣膜402及氧化物半導體膜403上形成用于形成源電極層及漏電極層(包括由與源電極層及漏電極層相同的層形成的布線)的導電膜。作為用作源電極層及漏電極層的導電膜，例如可以使用含有選自Al、Cr、Cu、Ta、Ti、Mo、W中的元素的金屬膜或以上述元素為成分的金屬氮化物膜(氮化鈦膜、氮化鑰膜、氮化鎢膜)等。另外，也可以在Al膜或Cu膜等的金屬膜的下側(cè)和/或上側(cè)設(shè)置Ti、Mo、W等的高熔點金屬膜或它們的金屬氮化物膜(氮化鈦膜、氮化鑰膜或氮化鎢膜)來形成用作源電極層和漏電極層的導電膜。此夕卜，用作源電極層及漏電極層的導電膜可以由導電金屬氧化物而形成。作為導電金屬氧化物，可以使用氧化銦(Ιη203)、氧化錫(Sn02)、氧化鋅(ZnO)、氧化銦氧化錫合金(In2O3-SnO2,縮寫為ΙΤ0)、氧化銦氧化鋅合金(In2O3-ZnO)或使任意這些金屬氧化物材料包含氧化娃的材料。利用第三光刻工序在導電膜上形成抗蝕劑掩模，并通過進行選擇性的蝕刻來形成源電極層405a及漏電極層405b，然后去除抗蝕劑掩模。此外，為了縮減用于光刻工序的光掩模數(shù)及減少光刻工序數(shù)，可以使用多色調(diào)(multi-tone)掩模進行蝕刻工序，多色調(diào)掩模是透過其中的光具有多種強度的曝光掩模。由于使用多色調(diào)掩模形成的抗蝕劑掩模具有多種厚度的形狀，且可通過進行蝕刻進一步改變形狀，因此抗蝕劑掩?？梢杂糜诩庸椴煌瑘D案的多個蝕刻工序。由此，通過使用一個多 色調(diào)掩模，可以形成至少對應(yīng)于兩種以上的不同圖案的抗蝕劑掩模。從而，可以縮減曝光掩模數(shù)，并還可以縮減與其對應(yīng)的光刻工序，所以可以實現(xiàn)工序的簡化。注意，當進行導電膜的蝕刻時，優(yōu)選使蝕刻條件最優(yōu)化，以便防止氧化物半導體膜403被蝕刻而分斷。但是，很難得到僅蝕刻導電膜而完全不蝕刻氧化物半導體膜403的蝕刻條件，所以有時當對導電膜進行蝕刻時氧化物半導體膜441的一部分被蝕刻，而形成具有槽部(凹部)的氧化物半導體膜。在本實施方式中，由于使用Ti膜作為導電膜，并使用In-Ga-Zn-O類氧化物半導體作為氧化物半導體膜403，所以作為蝕刻劑使用過氧化氫銨(氨、水、過氧化氫的混合物)。在高純度化的氧化物半導體膜403中，載流子數(shù)量極少(接近于O)。通過上述工序形成晶體管410 (參照圖2D)。晶體管410是包括從氧化物半導體膜中排除氫、水分、羥基或者氫化物(也稱為氫化合物)等的雜質(zhì)而實現(xiàn)高純度化的氧化物半導體膜403的晶體管。因此，晶體管410的電特性的變動被抑制，從而晶體管410在電性上是穩(wěn)定的。另外，也可以實現(xiàn)如圖3A那樣的晶體管440，在該晶體管440中在氧化物半導體膜403、源電極層405a及漏電極層405b上形成有絕緣膜407和絕緣膜409。作為絕緣膜407，至少將其厚度形成為Inm以上，并可以適當?shù)夭捎脼R射法等的不使水、氫等的雜質(zhì)混入到絕緣膜407的方法來形成。當絕緣膜407包含氫時，引起氫侵入到氧化物半導體膜中或氫抽出氧化物半導體膜中的氧，導致發(fā)生氧化物半導體膜的背溝道的低電阻化(其導電型可能為N型)，而可能形成寄生溝道。因此，為了使絕緣膜407成為盡量不包含氫的膜，在成膜方法中不使用氫是十分重要的。作為絕緣膜407，代表性地可以使用如氧化硅膜、氧氮化硅膜、氧化鋁膜、氧氮化鋁膜或氧化鎵膜等無機絕緣膜。在本實施方式中，作為絕緣膜407利用濺射法形成厚度為200nm厚的氧化鎵膜。在此，作為絕緣膜407，與柵極絕緣膜402同樣，更優(yōu)選使用由與氧化物半導體膜403類似的成分構(gòu)成的絕緣材料。這是因為，這種材料與氧化物半導體膜的搭配良好，由此通過將其用作絕緣膜407，可以保持絕緣膜與氧化物半導體膜之間的界面的良好狀態(tài)。例如，在 氧化物半導體膜由In-Ga-Zn類的氧化物半導體材料構(gòu)成的情況下，作為由與氧化物半導體膜403類似的成分(一種或多種)構(gòu)成的絕緣材料的示例，可以舉出氧化鎵等。另外，在作為絕緣膜407采用疊層結(jié)構(gòu)的情況下，更優(yōu)選采用由包含與氧化物半導體膜類似的成分(一種或多種)的絕緣材料構(gòu)成的膜(以下稱為“膜a”)和包含與該膜a的成分材料(一種或多種)不同的材料的膜(以下稱為“膜b”)的疊層結(jié)構(gòu)。這是因為如下緣故通過采用從氧化物半導體膜一側(cè)按順序?qū)盈B膜a和膜b的結(jié)構(gòu)，電荷被膜a和膜b的界面的電荷俘獲中心優(yōu)先地俘獲(與氧化物半導體膜和膜a的界面比較)，因此，可以充分抑制與氧化物半導體膜界面的電荷俘獲，從而可以提高半導體裝置的可靠性。例如，作為絕緣膜407，可以適當?shù)夭捎脧难趸锇雽w膜403 —側(cè)層疊氧化鎵膜和氧化硅膜的疊層結(jié)構(gòu)，或從氧化物半導體膜403 —側(cè)層疊氧化鎵膜和氮化硅膜的疊層結(jié)構(gòu)等。形成氧化硅膜時的襯底溫度可以設(shè)定為室溫以上且300°C以下，在本實施方式中例如設(shè)定為100°c。通過濺射法的氧化硅膜的成膜可以在稀有氣體(典型的是氬)氣氛下、氧氣氛下或稀有氣體和氧的混合氣氛下進行。此外，作為靶材，可以使用氧化硅靶材或硅靶材。例如，可以在包含氧的氣氛下通過濺射法并使用硅靶材形成氧化硅。與形成氧化物半導體膜時同樣，為了去除殘留在絕緣膜407的沉積室內(nèi)的水分，優(yōu)選使用捕集真空泵(低溫泵等)。當在使用低溫泵排氣的沉積室中沉積的絕緣膜407時，可以降低絕緣膜407的雜質(zhì)濃度。此外，作為用來去除殘留在絕緣膜407的沉積室內(nèi)的水分的排氣裝置，也可以采用配備有冷阱的渦輪分子泵。作為當形成絕緣膜407時使用的濺射氣體，優(yōu)選使用去除了氫、水、羥基或氫化物等雜質(zhì)的高純度氣體。在形成上述絕緣膜407之后，優(yōu)選進行熱處理。該熱處理的溫度設(shè)定為250°C以上且700°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。熱處理可以在氮、氧、超干燥空氣(使用光腔衰蕩光譜法(CRDS)系統(tǒng)的露點計進行測定時的水分量是20ppm(換算成露點，-55°C)以下,優(yōu)選的是Ippm以下,更優(yōu)選的是IOppb以下)或稀有氣體(氬、氦等)的氣氛下進行，但是優(yōu)選上述氮、氧、超干燥空氣或稀有氣體等的氣氛不包含水、氫等。另外，優(yōu)選將引入到熱處理裝置中的氮、氧或稀有氣體的純度設(shè)定為6N (99. 9999%)以上，更優(yōu)選為7N (99. 99999%)以上(B卩，雜質(zhì)濃度設(shè)定為Ippm以下，更優(yōu)選設(shè)定為O. Ippm以下)。另外，當在絕緣膜407包含氧且在氧化物半導體膜和絕緣膜407彼此接觸的狀態(tài)下進行熱處理時，可以將氧從包含氧的絕緣膜407進一步供給到氧化物半導體膜中。優(yōu)選在絕緣膜407上還形成絕緣膜409作為有阻擋功能的保護絕緣膜，以便防止水分、氫等的雜質(zhì)混入到氧化物半導體膜403中，并防止氧從柵極絕緣膜402、氧化物半導體膜403、絕緣膜407及其界面釋放。作為絕緣膜409優(yōu)選使用諸如氮化硅膜、氧化鋁膜等的無機絕緣膜。例如，使用RF濺射法來形成氮化硅膜。由于RF濺射法的量產(chǎn)性高，所以作為絕緣膜409的成膜方法優(yōu)選RF濺射法。可以在形成絕緣膜之后進行熱處理。例如，可以在大氣中以100°C以上且200°C以下的溫度進行I小時以上且30小時以下的熱處理。在該熱處理中，既可以保持固定的加熱溫度來進行加熱，又可以反復(fù)多次進行如下的加熱溫度變化加熱溫度從室溫升到100°c以上且200°C以下的溫度并然后降低到室溫。另外，在圖3C和圖3D中示出通過氧摻雜處理而具有氧過量區(qū)域的包括氧化物半導體膜403的晶體管的其他結(jié)構(gòu)。圖3C所示的晶體管420是被稱為溝道保護型(也稱為溝道停止型)晶體管的底柵晶體管的一種，也稱為反交錯型晶體管。晶體管420在具有絕緣表面的襯底400上包括柵電極層401、柵極絕緣膜402、氧化物半導體膜403、用作覆蓋氧化物半導體膜403的溝道形成區(qū)的溝道保護層的絕緣層427、源電極層405a及漏電極層405b。此外，覆蓋晶體管420地形成有絕緣膜409。 圖3D所示的晶體管430是底柵型晶體管，在具有絕緣表面的襯底400上包括柵電極層401、柵極絕緣膜402、源電極層405a、漏電極層405b以及氧化物半導體膜403。此夕卜，設(shè)置有覆蓋晶體管430并與氧化物半導體膜403接觸的絕緣膜407。在絕緣膜407上還形成有絕緣膜409。在晶體管430中，在襯底400及柵電極層401上且與其接觸地設(shè)置有柵極絕緣膜402，在柵極絕緣膜402上且以與柵極絕緣膜402接觸的方式設(shè)置有源電極層405a和漏電極層405b。而且，在柵極絕緣膜402、源電極層405a及漏電極層405b上設(shè)置有氧化物半導體膜403。使用利用本實施方式制造的被高純度化的氧化物半導體膜403的晶體管410、420,430,440的每一個的截止狀態(tài)下的電流(截止電流)可以較小。另外，具有受到氧摻雜處理的氧化物半導體膜的這樣的晶體管是具有高可靠性的晶體管，其中在偏壓-熱應(yīng)力試驗(BT試驗)中晶體管的閾值電壓的變化量可以降低。此外，由于各使用氧化物半導體膜403的晶體管410、420、430、440可以獲得較高的場效應(yīng)遷移率，可以進行高速操作。由此，通過在具有顯示功能的半導體裝置的像素部中使用上述晶體管，可以顯示高質(zhì)量的圖像。另外，通過利用包括高純度化的氧化物半導體膜的晶體管，可以在同一襯底上分別形成驅(qū)動電路部及像素部，所以可以減少半導體裝置的部件個數(shù)。如上所述，可以提供使用具有穩(wěn)定的電特性的氧化物半導體的半導體裝置。由此，可以提供可靠性高的半導體裝置。實施方式2
在本實施方式中，參照圖4A至圖4F及圖5A至圖5C對半導體裝置的另一實施方式及半導體裝置的制造方法的一個實施方式進行說明。在本實施方式中，作為半導體裝置的一個例子示出具有氧化物半導體膜的晶體管。與實施方式I描述的部分相同的部分或具有同樣功能的部分可以與實施方式I類似地進行，而省略反復(fù)說明。另外，省略同一部分的詳細說明。在圖4A至圖4F及圖5A至圖5C中示出晶體管450的制造方法的一個例子。在本實施方式中，在晶體管450的制造工序中進行多次氧摻雜處理。首先，在具有絕緣表面的襯底400上形成導電膜之后，通過第一光刻工序形成柵電極層401。接著，在柵電極層401上形成柵極絕緣膜402 (參照圖4A)。
接著，對柵極絕緣膜402進行氧摻雜處理。通過對柵極絕緣膜402進行氧摻雜處理，將氧421a供給到柵極絕緣膜402中，可以使柵極絕緣膜402和/或界面附近包含氧(參照圖4B)。在此情況下，將氧含量設(shè)定為大于柵極絕緣膜402的化學計量比，優(yōu)選為大于化學計量比且小于其化學計量比的4倍，更優(yōu)選為大于化學計量比且小于其化學計量比的2倍?；蛘撸梢詫⒀鹾吭O(shè)定為大于Y (其中Y表示材料為單晶時，柵極絕緣膜的材料中的氧含量)，優(yōu)選為大于Y且小于4Y，更優(yōu)選為大于Y且小于Ti。或者，可以將氧含量設(shè)定為大于Z (其中，Z表示未進行氧摻雜處理的柵極絕緣膜中的氧含量)，優(yōu)選為大于Z且小于4Z，更優(yōu)選為大于Z且小于2Z。被摻雜的氧421a包含氧自由基、氧原子和/或氧離子。例如，當采用其組成由GaOx (x>0)表示的氧化物絕緣膜時，氧化鎵的化學計量比是Ga :0=1 :1. 5，因此形成具有其中X大于I. 5且小于6的氧過量區(qū)域的氧化物絕緣膜。此外，例如當采用其組成由SiOx (x>0)表示的氧化物絕緣膜時，氧化硅的化學計量比是Si :0=1 2，因此形成具有其中X大于2且小于8的氧過量區(qū)域的氧化物絕緣膜。另外，這種氧過量區(qū)域可以存在于柵極絕緣膜的一部分(也包括其界面)。由此，在柵極絕緣膜中，氧的含量大于氫的含量。 另外，添加到(包含在)柵極絕緣膜中的氧421a的至少一部分優(yōu)選在氧化物半導體中具有氧的懸空鍵。這是因為懸空鍵可以與殘留在膜中的氫鍵合而使氫固定化(使氫成為不動離子)的緣故。被摻雜的氧既可利用包含氧的氣體通過自由基產(chǎn)生裝置供給，或可通過臭氧產(chǎn)生裝置供給。更具體地說，例如可以使用用于對半導體裝置進行蝕刻處理的裝置、用于對掩模進行灰化的裝置等來產(chǎn)生氧421a來處理柵極絕緣膜402。另外，也可以對進行氧摻雜處理的柵極絕緣膜402進行熱處理(溫度為150°C至470°C)。通過熱處理，可以從柵極絕緣膜402中去除在氧421a和柵極絕緣膜402之間反應(yīng)而產(chǎn)生的水、氫氧化物。熱處理可以在氮、氧、超干燥空氣(使用光腔衰蕩光譜法(CRDS)系統(tǒng)的露點計進行測定時的水分量是20ppm (換算成露點，_55°C)以下，優(yōu)選的是Ippm以下，更優(yōu)選的是IOppb以下)或稀有氣體(氬、氦等)的氣氛下進行，但是優(yōu)選上述氮、氧、超干燥空氣或稀有氣體等的氣氛不包含水、氫等而被高純度化。此外，為了盡量不使柵極絕緣膜402、形成在柵極絕緣膜402上的氧化物半導體膜包含氫、羥基及水分，作為在形成氧化物半導體膜之前進行的預(yù)處理，優(yōu)選在濺射裝置的預(yù)熱室中對形成有柵電極層401的襯底400或經(jīng)受了直到并且包括形成柵極絕緣膜402的工序的制造過程的襯底400進行預(yù)熱，來對吸附到襯底400的氫、水分等的雜質(zhì)進行脫離及排氣。注意，作為設(shè)置在預(yù)熱室的排氣單元，優(yōu)選使用低溫泵。另外，也可以省略該預(yù)熱處理。此外，該預(yù)熱可以在形成絕緣膜407之前對經(jīng)受了直到并且包括形成源電極層405a及漏電極層405b的工序的制造過程的襯底400進行。接著，在柵極絕緣膜402上形成厚度為2nm以上且200nm以下，優(yōu)選為5nm以上且30nm以下的氧化物半導體膜。在本實施方式中，作為氧化物半導體膜，使用In-Ga-Zn-O類氧化物半導體靶材并通過濺射法進行成膜。另外，氧化物半導體膜可以在稀有氣體(典型的是氬)氣氛下、氧氣氛下或稀有氣體和氧的混合氣氛下通過濺射法來形成。作為用于通過濺射法形成氧化物半導體膜的靶材，例如可以使用具有In2O3:Ga2O3:ZnO=I: I: I [摩爾數(shù)比]的組成比的氧化物祀材來形成In-Ga-Zn-O膜。作為當形成氧化物半導體膜時使用的濺射氣體，優(yōu)選使用去除了氫、水、羥基或氫化物等雜質(zhì)的高純度氣體。作為成膜條件的一個例子，可以應(yīng)用如下條件襯底與靶材之間的距離為100mm，壓力為0.6Pa，直流(DC)電源為O. 5kW，氧(氧流量比率為100%)氣氛。另外，通過使用脈沖直流電源，可以減輕在進行沉積時產(chǎn)生的粉狀物質(zhì)(也稱為微粒、塵屑)，且膜厚度也變得均勻，所以是優(yōu)選的。接著，通過第二光刻工序?qū)⒀趸锇雽w膜加工為島狀的氧化物半導體膜441 (參照圖4C)。接著，對氧化物半導體膜441進行熱處理。通過該熱處理，可以去除過量的氫(包含水或羥基)(脫水化或脫氫化)，改善氧化物半導體膜的結(jié)構(gòu)，并降低能隙中的缺陷能級。熱處理的溫度為250°C以上且750°C以下，或者400°C以上且低于襯底的應(yīng)變點。在此，對作 為熱處理裝置之一的電爐引入襯底，在氮氣氛下以450°C對氧化物半導體膜進行I小時的熱處理，然后不使該襯底接觸于大氣以防止水、氫混入到氧化物半導體膜中，由此獲得氧化物半導體膜403 (參照圖4D)。注意，熱處理裝置不局限于電爐，也可以使用利用由電阻發(fā)熱體等的發(fā)熱體的熱傳導或熱輻射對被處理物進行加熱的裝置。例如，作為熱處理可以進行GRTA，其中將襯底移動到加熱到650°C至700°C的高溫的惰性氣體中，進行幾分鐘的加熱，然后將襯底從加熱到高溫的惰性氣體中移動并取出。此外，也可以在氧化物半導體膜被加工為島狀的氧化物半導體膜之前對氧化物半導體膜進行熱處理。在此情況下，在熱處理之后將襯底從加熱裝置取出并對氧化物半導體膜進行光刻工序。另外，熱處理可以在島狀的氧化物半導體膜上形成源電極層及漏電極層之后進行，只要是在該熱處理之前形成氧化物半導體膜即可。接著，對得到脫水化或脫氫化的氧化物半導體膜403進行氧摻雜處理。通過對氧化物半導體膜403進行氧摻雜處理，將氧421b供給到氧化物半導體膜403中，并使氧化物半導體膜403和/或界面附近包含氧(參照圖4E)。此時，氧的含量設(shè)定為大于氧化物半導體膜403的化學計量比，優(yōu)選為大于該化學計量比且小于該化學計量比的2倍。或者，氧的含量也可以設(shè)定為大于Y (其中，Y表示單晶氧化物半導體膜中的氧含量)，優(yōu)選為大于Y且小于2Y?；蛘撸醯暮恳部梢栽O(shè)定為大于Z (其中，Z表示未經(jīng)受氧摻雜處理的氧化物半導體膜中的氧含量)，優(yōu)選為大于Z且小于2Z。這是因為如果氧的含量過多，如儲氫合金(氫儲存合金)那樣，則氧化物半導體膜403會吸收氫。被摻雜的氧421b包含氧自由基、氧原子和/或氧離子。例如，當使用單晶結(jié)構(gòu)以InGaO3 (ZnO)m (m>0)表示的材料時,氧化物半導體膜403的組成表示為InGaZnOx,所以例如當m=l (InGaZnO4)時,x容許為大于4且小于8,而當m=2(InGaZn2O5)時，x容許為大于5且小于10。另外，這種氧過量區(qū)域可以存在于氧化物半導體膜的一部分(包括其界面)。由此，在氧化物半導體膜中，氧的含量大于氫的含量。另外，添加到(包含在)氧化物半導體膜中的氧421b的至少一部分優(yōu)選在氧化物半導體中具有氧的懸空鍵。這是因為懸空鍵可以與殘留在膜中的氫鍵合而使氫固定化(使氫成為不動離子)。
被摻雜的氧(氧自由基、氧原子和/或氧離子)既可以利用包含氧的氣體通過自由基產(chǎn)生裝置供給，又可以通過臭氧產(chǎn)生裝置供給。更具體地說，例如可以使用用于對半導體裝置進行蝕刻處理的裝置、用于對掩模進行灰化的裝置等來產(chǎn)生氧421b，而處理氧化物半導體膜403。為了進行更優(yōu)選的氧的添加，優(yōu)選將電偏壓施加到襯底。另外，也可以對進行氧摻雜處理的氧化物半導體膜403進行熱處理(溫度為150°C至470°C)。通過熱處理，可以從氧化物半導體膜403中去除在氧421b和氧化物半導體膜403之間反應(yīng)而產(chǎn)生的水、氫氧化物。熱處理可以在氮、氧、超干燥空氣(使用光腔衰蕩光譜法(CRDS)系統(tǒng)的露點計進行測定時的水分量是20ppm (換算成露點，-55°C)以下，優(yōu)選的是Ippm以下，更優(yōu)選的是IOppb以下)或稀有氣體(氬、氦等)的氣氛下進行，但是優(yōu)選上述氮、氧、超干燥空氣或稀有氣體等的氣氛不包含水、氫等而被高純度化。通過上述工序，得到被高純度化、電性i型(本征)化的氧化物半導體膜403。
另外，對氧化物半導體膜的氧摻雜處理可以在氧化物半導體膜被加工為島狀的氧化物半導體膜之前對氧化物半導體膜進行，或可以在島狀的氧化物半導體膜上層疊源電極層及漏電極層之后進行，只要是熱處理在該氧摻雜處理之前進行即可。接著，在柵極絕緣膜402及氧化物半導體膜403上，形成用于形成源電極層及漏電極層(包括使用與源電極層及漏電極層相同的層形成的布線)的導電膜。通過第三光刻工序在導電膜上形成抗蝕劑掩模，選擇性地進行蝕刻來形成源電極層405a、漏電極層405b，然后去除抗蝕劑掩模(參照圖4F)。注意，當進行導電膜的蝕刻時，優(yōu)選將蝕刻條件最優(yōu)化以防止氧化物半導體膜403被蝕刻而分斷。但是，難以得到只對導電膜進行蝕刻而完全不對氧化物半導體膜403進行蝕刻的條件，有時當對導電膜進行蝕刻時氧化物半導體膜441的一部分被蝕刻，從而形成具有槽部(凹部)的氧化物半導體膜。在本實施方式中，因為作為導電膜使用Ti膜，并作為氧化物半導體膜403使用In-Ga-Zn-O類氧化物半導體,所以作為蝕刻劑使用過氧化氫銨(氨、水以及過氧化氫的混合物)。在高純度化的氧化物半導體膜403中，載流子數(shù)量極少(接近于O)。接著，在氧化物半導體膜403、源電極層405a及漏電極層405b上形成絕緣膜407(參照圖5A)。將絕緣膜407的厚度至少設(shè)定為Inm以上，并且該絕緣膜407可以適當?shù)夭捎脼R射法等的不使水、氫等的雜質(zhì)混入到絕緣膜407中的方法形成。作為絕緣膜407，典型地可以使用氧化硅膜、氧氮化硅膜、氧化鋁膜、氧氮化鋁膜或氧化鎵膜等的無機絕緣膜。另外，作為絕緣膜407，與柵極絕緣膜402同樣地，特別優(yōu)選使用由與氧化物半導體膜403類似的成分構(gòu)成的絕緣材料。這是因為這種材料與氧化物半導體膜的搭配良好，所以通過將其用于絕緣膜407，可以將絕緣膜與氧化物半導體膜的界面狀態(tài)保持為良好。例如，當氧化物半導體膜由In-Ga-Zn類氧化物半導體材料形成時，作為由與氧化物半導體膜403類似的成分構(gòu)成的絕緣材料的示例,有氧化鎵等。在形成上述絕緣膜407之后，優(yōu)選進行熱處理。熱處理的溫度設(shè)定為250°C以上且7000C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。熱處理可以在氮、氧、超干燥空氣(使用光腔衰蕩光譜法(CRDS)系統(tǒng)的露點計進行測定時的水分量是20ppm(換算成露點，-55°C)以下,優(yōu)選的是Ippm以下,更優(yōu)選的是IOppb以下)或稀有氣體(氬、氦等)的氣氛下進行，但是優(yōu)選上述氮、氧、超干燥空氣或稀有氣體等的氣氛不包含水、氫等。另外，優(yōu)選將引入到熱處理裝置中的氮、氧或稀有氣體的純度設(shè)定為6N (99. 9999%)以上，更優(yōu)選為7N (99. 99999%)以上(B卩，雜質(zhì)濃度設(shè)定為Ippm以下，更優(yōu)選設(shè)定為O. Ippm以下)。另外，當絕緣膜407包含氧且在氧化物半導體膜和絕緣膜407彼此接觸的狀態(tài)下進行熱處理時，可以將氧從包含氧的絕緣膜407進一步供給到氧化物半導體膜中。接著，對絕緣膜407進行氧摻雜處理。通過對絕緣膜407進行氧摻雜處理，將氧421c供給到絕緣膜407中，使氧化物半導體膜403、柵極絕緣膜402以及/或者氧化物半導體膜403和/或柵極絕緣膜402的界面附近包含氧(參照圖5B)。在此情況下，將氧含量設(shè)定為大于絕緣膜407的化學計量比，優(yōu)選為大于化學計量比且小于其化學計量比的4倍，更 優(yōu)選為大于化學計量比且小于其化學計量比的2倍?；蛘?，可以將氧含量設(shè)定為大于Y(其中Y表示材料為單晶時，柵極絕緣膜的材料中的氧含量)，優(yōu)選為大于Y且小于4Y，更優(yōu)選為大于Y且小于2Y?；蛘?，可以將氧含量設(shè)定為大于Z (其中，Z表示未進行氧摻雜處理的柵極絕緣膜中的氧含量)，優(yōu)選為大于Z且小于4Z，更優(yōu)選為大于Z且小于TL。被摻雜的氧421c包含氧自由基、氧原子和/或氧離子。例如，當采用其組成由GaOx (x>0)表示的氧化物絕緣膜時，氧化鎵的化學計量比是Ga :0=1 :1. 5，因此形成具有其中X大于I. 5且小于6的氧過量區(qū)域的絕緣膜。此外，例如當采用其組成由SiOx (x>0)表示的氧化物絕緣膜時，氧化硅的化學計量比是Si :0=1 :2，因此形成具有其中X大于2且小于8的氧過量區(qū)域的絕緣膜。另外，這種氧過量區(qū)域可以存在于絕緣膜的一部分(也包括其界面)。由此，在絕緣膜中，氧的含量大于氫的含量。另外，添加到(包含在)絕緣膜407中的氧421c的至少一部分優(yōu)選在氧化物半導體中具有氧的懸空鍵。這是因為懸空鍵可以與殘留在膜中的氫鍵合而使氫固定化(使氫成為不動離子)。被摻雜的氧(氧自由基、氧原子和/或氧離子)既可利用包含氧的氣體通過自由基產(chǎn)生裝置供給，又可通過臭氧產(chǎn)生裝置供給。更具體地說，例如可以使用用于對半導體裝置進行蝕刻處理的裝置、用于對掩模進行灰化的裝置等來產(chǎn)生氧421c，而處理絕緣膜407。另外，也可以對進行氧摻雜處理的絕緣膜407進行熱處理(溫度為150°C至470°C)ο通過熱處理，可以從絕緣膜407中去除在氧421c和絕緣膜407之間反應(yīng)而產(chǎn)生的水或氫氧化物。熱處理可以在氮、氧、超干燥空氣(使用光腔衰蕩光譜法(CRDS)系統(tǒng)的露點計進行測定時的水分量是20ppm (換算成露點，_55°C)以下，優(yōu)選的是Ippm以下，更優(yōu)選的是IOppb以下)或稀有氣體(氬、氦等)的氣氛下進行，但是優(yōu)選上述氮、氧、超干燥空氣或稀有氣體等的氣氛不包含水、氫等而被高純度化。為了防止水分、氫等的雜質(zhì)再次混入到氧化物半導體膜403中，優(yōu)選在絕緣膜407上還形成絕緣膜409，作為用于阻擋的保護絕緣層。作為絕緣膜409優(yōu)選使用諸如氮化硅膜、氧化鋁膜等的無機絕緣膜。例如，使用RF濺射法來形成氮化硅膜。由于RF濺射法的量產(chǎn)性高，所以作為絕緣膜409的成膜方法優(yōu)選RF濺射法。
可以在形成絕緣膜之后進行熱處理。例如，可以在大氣中以100°C以上且200°C以下的溫度進行I小時以上且30小時以下的熱處理。在該熱處理中，既可以保持固定的加熱溫度來進行加熱，又可以反復(fù)多次進行如下的加熱溫度變化加熱溫度從室溫升到100°C以上且200°C以下的溫度并然后降低到室溫。通過上述工序形成晶體管450 (參照圖5C)。晶體管450是包括從氧化物半導體膜中排除氫、水分、羥基或者氫化物(也稱為氫化合物)等的雜質(zhì)而實現(xiàn)高純度化的氧化物半導體膜403的晶體管。因此，晶體管450的電特性的變動被抑制，從而晶體管450在電性上是穩(wěn)定的。 使用本實施方式來制造的使用高純度化的氧化物半導體膜403的晶體管450可以使截止狀態(tài)下的電流值(截止電流值)較低。像這樣，除了對氧化物半導體膜403以外，可以對柵極絕緣膜402和/或絕緣膜407也進行氧摻雜處理。氧摻雜處理既可以對柵極絕緣膜402及絕緣膜407的雙方進行，又可以只對任一方進行。另外，也可以在進行氧摻雜處理之后進行熱處理(溫度為150°C至470°C)。熱處理可以在氮、氧、超干燥空氣(使用光腔衰蕩光譜法(CRDS)系統(tǒng)的露點計來測定時的露點為_60°C以下，優(yōu)選為_80°C以下)或稀有氣體(氬、氦等)的氣氛下進行，但是上述氮、氧、超干燥空氣或稀有氣體等的氣氛優(yōu)選不包含水、氫等并被高純度化。另外，具有受到氧摻雜處理的氧化物半導體膜的這樣的晶體管是具有高可靠性的晶體管，其中在偏壓-熱應(yīng)力試驗(BT試驗)中晶體管的閾值電壓的變化量可以降低。另外，由于使用氧化物半導體膜403的晶體管450能夠獲得較高的場效應(yīng)遷移率，所以可以進行高速操作。因此，通過將上述晶體管用于具有顯示功能的半導體裝置的像素部，可以提供高質(zhì)量的圖像。另外，通過利用包括被高純度化的氧化物半導體膜的晶體管可以在同一襯底上分別形成驅(qū)動電路部和像素部，因此可以縮減半導體裝置的部件數(shù)。如上所述，可以提供使用具有穩(wěn)定的電特性的氧化物半導體的半導體裝置。因此，可以提供可靠性高的半導體裝置。實施方式3
在本實施方式中，參照圖13A至圖13D對半導體裝置的另一個實施方式進行說明。與實施方式I或2所述的部分相同的部分或具有類似功能的部分可以與實施方式I或2所述的類似的方式形成，而省略反復(fù)說明。另外，省略同一部分的詳細說明。在本實施方式中，示出將導電層(布線層、像素電極層等)連接到晶體管的源電極層和/或漏電極層的結(jié)構(gòu)的一個例子。另外，本實施方式也可以應(yīng)用于實施方式I、實施方式2所示的晶體管的任一個。如圖13A所示那樣，晶體管470在具有絕緣表面的襯底400上包括柵電極層401、柵極絕緣膜402、氧化物半導體膜403、源電極層405a及漏電極層405b。如實施方式I所示那樣，在晶體管470的制造工序中，對作為脫水化或脫氫化而進行熱處理的氧化物半導體膜403進行氧摻雜工序。本實施方式的晶體管470是在作為脫氫化或脫氫化而進行熱處理的氧化物半導體膜403上形成源電極層405a、漏電極層405b之后，在其上進行氧摻雜工序的例子。在該氧摻雜工序中，氧自由基、氧原子或氧離子不但到達并傳遞到氧化物半導體膜403，而且到達并傳遞到源電極層405a和漏電極層405b (引入到它們的頂面附近)。因此，如圖13A所示那樣，照射氧自由基、氧原子或氧離子的源電極層405a和漏電極層405b的頂面可被氧化，在絕緣膜407以及源電極層405a和漏電極層405b之間形成金屬氧化物區(qū)404a和404b。金屬氧化物區(qū)404a、404b可各為膜的形狀。接著，在晶體管470上依次層疊絕緣膜407及絕緣膜409 (參照圖13B)。在如圖13B那樣的情況下，開口 455a、455b(其中在絕緣膜409上形成與源電極層405a及漏電極層405b連接的導電層)優(yōu)選以去除高電阻的金屬氧化物區(qū)404a、404b的一部分并露出低電阻的源電極層405a及漏電極層405b的方式形成(參照圖13C)。去除絕緣膜409、絕緣膜407、金屬氧化物區(qū)404a、404b的一部分而形成開口 455a、455b。源電極層405a及漏電極層405b通過去除其一部分成為具有凹部的形狀。露出在該凹部的底面的、源電極層405a及漏電極層405b的區(qū)域的氧濃度低于在源電極層405a及漏電極層405b頂面的金屬氧化物區(qū)404a、404b的氧濃度。
例如，為了去除形成在源電極層405a、漏電極層405b頂面上的金屬氧化物區(qū)404a、404b的部分,在開口 455a、455b中，從源電極層405a、漏電極層405b的頂面以源電極層405a、漏電極層405b的二分之一以下(優(yōu)選為三分之一以下)的厚度去除源電極層405a、漏電極層405b的部分，即可。接著，以接觸于在開口 455a、455b中露出的源電極層405a及漏電極層405b的方式形成導電層456a、456b (參照圖13D)。導電層456a、456b以不隔著高電阻的金屬氧化物區(qū)404a、404b而直接接觸于低電阻的源電極層405a及漏電極層405b的方式形成，由此可以實現(xiàn)優(yōu)良的電連接(接觸)。也可以在導電層456a、456b上形成覆蓋晶體管470的絕緣膜，作為保護層。通過覆蓋絕緣膜，可以防止氫、水分等的雜質(zhì)從開口 455a、455b侵入到氧化物半導體膜403中。如上所述，可以獲得晶體管的優(yōu)良的電連接并提供使用具有穩(wěn)定的電特性的氧化物半導體的半導體裝置。因此，可以提供可靠性高的半導體裝置。實施方式4
在本實施方式中，對可以用于氧摻雜處理的等離子體裝置(也稱為灰化裝置)的例子進行說明。另外，由于該裝置可以適用于例如第五代以后的大型襯底，所以比起離子注入裝置等更適于工業(yè)化。圖14A示出單晶片多室設(shè)備的俯視圖的一個例子。圖14B示出進行氧摻雜的等離子體裝置(也稱為灰化裝置)的截面圖的一個例子。圖14A所不的單晶片多室設(shè)備包括三個圖14B所不的等尚子體裝置10、具有三個收納處理襯底的盒式端口(cassette port) 14的襯底供給室11、負載鎖定(load lock)室12及傳送室13等。被供給到襯底供給室的襯底通過負載鎖定室12及傳送室13被傳送到等離子體裝置內(nèi)的真空室15并進行氧摻雜。進行完氧摻雜的襯底從等離子體裝置經(jīng)過負載鎖定室及傳送室被傳送到襯底供給室。另外，襯底供給室11及傳送室13分別配置有用來傳送處理襯底的傳送機械。參照圖14B可知等離子體裝置10備有真空室15。真空室15的上部配置有多個氣體出口及作為等離子體發(fā)生源的ICP線圈16 (感應(yīng)耦合等離子體線圈)。從等離子體裝置10的上面看在其中央部分設(shè)置有12個氣體出口。各個氣體出口通過氣體流道17與供給氧氣的氣體供給源連接，氣體供給源備有質(zhì)量流量控制器等而可以對氣體流道17供給所希望的流量(大于O sccm且IOOOsccm以下)的氧氣。由氣體供給源供給的氧氣從氣體流道17通過12個氣體出口供給到真空室15內(nèi)。ICP線圈16包括多個帶狀的導體(各為螺旋狀)。各導體的一端通過用來控制阻抗的匹配電路電連接到第一高頻電源18 (13. 56MHz)，其另一端接地。真空室的下部配置有用作底部電極的襯底工作臺19。利用設(shè)置在襯底工作臺19上的靜電吸盤等，襯底工作臺上的處理襯底20被保持為能夠裝卸。襯底工作臺19備有作為加熱系統(tǒng)的加熱器及作為冷卻系統(tǒng)的He氣體流道。襯底工作臺連接于用來施加襯底偏壓電壓的第二高頻電源21 (3.2MHz)。另外，真空室15設(shè)置有排氣口并備有自動壓力控制閥22(也稱為APC)。APC連接 于渦輪分子泵23，并且通過渦輪分子泵23連接于干燥泵24。APC進行真空室內(nèi)的壓力控制，渦輪分子泵23及干燥泵24對真空室15內(nèi)進行減壓。接著，在圖14B中示出在真空室15內(nèi)生成等離子體的一個例子，且對設(shè)置在處理襯底20上的氧化物半導體膜或柵極絕緣膜進行氧摻雜。首先，利用操作渦輪分子泵23及干燥泵24等使真空室15內(nèi)保持所希望的壓力，然后將處理襯底20設(shè)置在真空室15內(nèi)的襯底工作臺上。注意，被保持在襯底工作臺上的處理襯底20至少具有氧化物半導體膜或柵極絕緣膜。在本實施方式中，將真空室15內(nèi)的壓力保持為I. 33Pa。另外，將從氣體出口供給到真空室15內(nèi)的氧氣流量設(shè)定為250sCCm。接著，由第一高頻電源18對ICP線圈16施加高頻電力來生成等離子體。并且，將生成等離子體的狀態(tài)維持一定期間(30秒以上600秒以下)。另外，將對ICP線圈16施加的高頻電力設(shè)定為IkW以上IOkW以下。在本實施方式中高頻電力設(shè)定為6000W。此時，也可以由第二高頻電源21向襯底工作臺施加襯底偏壓。在本實施方式中用于施加襯底偏壓的電力設(shè)置為1000W。在本實施方式中，將生成等離子體的狀態(tài)維持60秒，然后將處理襯底20從真空室15中搬出。由此，可以對設(shè)置在處理襯底20上的氧化物半導體膜或柵極絕緣膜進行氧摻雜。本實施方式可以與其他的實施方式所示的結(jié)構(gòu)適當?shù)亟M合而實施。實施方式5
可以通過使用在實施方式I至實施方式3中的任一個中示出一個例子的晶體管來制造具有顯示功能的半導體裝置(也稱為顯示裝置)。此外，通過將包括晶體管的驅(qū)動電路的一部分或全部形成在形成有該像素部的襯底上，可以形成系統(tǒng)整合型面板(system-on-panel)。在圖12A中，以圍繞設(shè)置在第一襯底4001上的像素部4002的方式設(shè)置密封劑4005，并且，使用第二襯底4006密封像素部4002。在圖12A中，在第一襯底4001上的與由密封劑4005圍繞的區(qū)域不同的區(qū)域中安裝有使用單晶半導體膜或多晶半導體膜形成在另一襯底上的掃描線驅(qū)動電路4004、信號線驅(qū)動電路4003。此外，供給到信號線驅(qū)動電路4003、掃描線驅(qū)動電路4004和像素部4002的各種信號及電位從柔性印刷電路(FPC)4018a、4018b供給。在圖12B和12C中，以圍繞設(shè)置在第一襯底4001上的像素部4002和掃描線驅(qū)動電路4004的方式設(shè)置密封劑4005。此外，在像素部4002和掃描線驅(qū)動電路4004上設(shè)置有第二襯底4006。因此，像素部4002、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以及第二襯底4006密封。在圖12B和12C中，在第一襯底4001上的與由密封劑4005圍繞的區(qū)域不同的區(qū)域中安裝有使用單晶半導體膜或多晶半導體膜形成在另一襯底上的信號線驅(qū)動電路4003。在圖12B和12C中，供給到信號線驅(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FPC4018供給。此外，圖12B和12C示出分開地形成信號線驅(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的實例，但是本發(fā)明的實施方式不局限于該結(jié)構(gòu)。可以分開地形成掃描線驅(qū)動電路并進行安裝，又可以僅分開地形成信號線驅(qū)動電路的一部分或者掃描線驅(qū)動電路的一部分并進行安裝。注意，對分開地形成的驅(qū)動電路的連接方法沒有特 別的限制，而可以采用COG(Chip On Glass,玻璃上芯片)方法、引線結(jié)合方法或者TAB (Tape Automated Bonding,卷帶式自動接合)方法等。圖12A是通過COG方法安裝信號線驅(qū)動電路4003、掃描線驅(qū)動電路4004的例子，圖12B是通過COG方法安裝信號線驅(qū)動電路4003的例子，而圖12C是通過TAB方法安裝信號線驅(qū)動電路4003的例子。此外，顯示裝置包括密封有顯示元件的面板和在該面板中安裝有包括控制器的IC等的1 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，顯示裝置還包括安裝有諸如FPC、TAB膠帶或TCP的連接器的模塊；具有在其端部上設(shè)置有印刷線路板的TAB膠帶或TCP的模塊；通過COG方式將IC (集成電路)直接安裝到顯示元件的模塊。此外，設(shè)置在第一襯底上的像素部及掃描線驅(qū)動電路包括多個晶體管，并且，可以應(yīng)用在實施方式I至實施方式3中描述的晶體管的任一個。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)、發(fā)光元件(也稱為發(fā)光顯示元件)。發(fā)光元件將由電流或電壓控制亮度的元件包括在其范疇內(nèi)，具體而言，包括無機電致發(fā)光(EL)元件、有機EL元件等。此外，也可以應(yīng)用電子墨水等由于電作用而改變對比度的顯示介質(zhì)。參照圖6至圖8而說明半導體裝置的一種方式。圖6至圖8相當于沿著圖12B的M-N線的截面圖。如圖6至圖8所示，半導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通過各向異性導電膜4019電連接到FPC4018所包括的端子。連接端子電極4015由與第一電極層4030相同的導電膜形成，并且，端子電極4016由與晶體管4010和晶體管4011的源電極及漏電極相同的導電膜形成。此外，設(shè)置在第一襯底4001上的像素部4002、掃描線驅(qū)動電路4004包括多個晶體管,并且,在圖6至圖8中例示像素部4002所包括的晶體管4010、掃描線驅(qū)動電路4004所包括的晶體管4011。在圖6中，在晶體管4010、4011上設(shè)置有絕緣膜4020、絕緣膜4024，并且，在圖7及圖8中還設(shè)置有絕緣膜4021。注意，絕緣膜4023為用作基底膜的絕緣膜。在本實施方式中，作為晶體管4010、晶體管4011，可以應(yīng)用在實施方式I至實施方式3中描述的任一個晶體管。晶體管4010、晶體管4011的電特性變動被抑制，所以晶體管4010、晶體管4011在電性上是穩(wěn)定的。因此，作為圖6至圖8所示的半導體裝置，可以提供可靠性高的半導體裝置。此外，在本實施方式中，在絕緣層上的、與驅(qū)動電路用晶體管4011的氧化物半導體膜的溝道形成區(qū)重疊的位置設(shè)置有導電層。通過將導電層設(shè)置在與氧化物半導體膜的溝道形成區(qū)重疊的位置，可以進一步降低BT試驗中的晶體管4011的閾值電壓的變化量。此夕卜，導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，并且，導電層還可以用作第二柵電極。此外，導電層的電位也可以為GND、OV或者浮動狀態(tài)。此外，該導電層還具有遮蔽外部的電場，即不使外部的電場作用到內(nèi)部(包括晶體管的電路部)的功能(尤其是，遮蔽靜電的功能)。利用導電層的遮蔽功能，可以防止由于靜電等外部的電場的影響而使晶體管的電特性變動。設(shè)置在像素部4002中的晶體管4010電連接到顯示面板中的顯示元件。只要可以進行顯示，就可以使用各種各樣的顯示元件作為顯示元件。 圖6示出作為顯示元件使用液晶元件的液晶顯示裝置的例子。在圖6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。注意，以夾持液晶層4008的方式設(shè)置有用作取向膜的絕緣膜4032、4033。第二電極層4031設(shè)置在第二襯底4006 —側(cè)，并且,第一電極層4030和第二電極層4031夾著液晶層4008而層疊。此外，間隔物4035表示通過對絕緣膜選擇性地進行蝕刻而獲得的柱狀間隔物，并且它是為控制液晶層4008的厚度(單元間隙)而設(shè)置的。另外，間隔物的形狀不局限于柱狀間隔物，例如還可以使用球狀間隔物。當作為顯示元件使用液晶元件時，可以使用熱致液晶、低分子液晶、高分子液晶、聚合物分散型液晶、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、各向同性相等。另外，還可以使用不需要取向膜的呈現(xiàn)藍相的液晶。藍相是液晶相的一種，是指當使膽甾相液晶的溫度上升時即將從膽甾相轉(zhuǎn)變到各向同性相之前出現(xiàn)的相。由于藍相只出現(xiàn)在較窄的溫度范圍內(nèi)，所以為了改善溫度范圍而將混合有5wt%以上的手性材料的液晶組成物用于液晶層。由于包含呈現(xiàn)藍相的液晶和手性試劑的液晶組成物的響應(yīng)速度短，即為Imsec以下，并且其具有光學各向同性，所以不需要取向處理，從而視角依賴性小。另外，由于不需要設(shè)置取向膜而不需要研磨處理，因此可以防止由于研磨處理而引起的靜電放電破壞，并可以降低制造工序中的液晶顯不裝置的不良、破損。從而，可以提聞液晶顯不裝置的生產(chǎn)率。此外，液晶材料的固有電阻率為I XlO9 Ω · cm以上，優(yōu)選為I XlO11 Ω · cm以上，更優(yōu)選為1Χ1012Ω · cm以上。注意，本說明書中的固有電阻率的值為以20°C測量的值。考慮到配置在像素部中的晶體管的漏電流等而以能夠在指定期間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的氧化物半導體膜的晶體管，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大小的存儲電容器，就足夠了。在本實施方式中使用的具有高純度化的氧化物半導體膜的晶體管中，可以使截止狀態(tài)下的電流(截止電流)較小。因此，可以延長圖像信號等的電信號的保持期間，并且，還可以延長電源導通狀態(tài)下的寫入間隔。因此，可以降低刷新工作的頻度，所以可以得到抑制耗電量的效果。此外，在本實施方式中使用的具有高純度化的氧化物半導體膜的晶體管可以得到較高的場效應(yīng)遷移率，所以可以進行高速驅(qū)動。因此，通過將上述晶體管用于液晶顯示裝置的像素部，可以顯示高質(zhì)量的圖像。此外，由于上述晶體管可以在同一襯底上分別制造驅(qū)動電路部、像素部，所以可以削減液晶顯示裝置的部件數(shù)。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,軸對稱排列微單兀)模式、OCB (OpticalCompensated Birefringence,光學補償彎曲)模式、FLC (Ferroelectric Liquid Crystal,鐵電性液晶)模式、以及AFLC (AntiFerroelectric Liquid Crystal,反鐵電性液晶)模式
坐寸ο 此外，也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。在此，垂直配向模式是指控制液晶顯示面板的液晶分子的排列的方式，是當不施加電壓時液晶分子朝向垂直于面板表面的方向的方式。作為垂直配向模式，例如可以使用 MVA (Multi-Domain Vertical Alignment :多象限垂直配向)模式、PVA (PatternedVertical Alignment :垂直取向構(gòu)型)模式、ASV模式等。此外,也可以使用將像素(pixel)分成幾個區(qū)域(子像素)，并且使分子分別沿不同方向取向的稱為多疇化或者多疇設(shè)計的方法。此外，在顯示裝置中，適當?shù)卦O(shè)置黑矩陣(遮光層)、諸如偏振構(gòu)件、相位差構(gòu)件、抗反射構(gòu)件等的光學構(gòu)件(光學襯底)等。例如，也可以使用利用偏振襯底以及相位差襯底的圓偏振。此外，作為光源，也可以使用背光燈、側(cè)光燈等。此外，也可以作為背光燈利用多個發(fā)光二極管(LED)來進行分時顯示方式(場序制驅(qū)動方式)。通過應(yīng)用場序制驅(qū)動方式，可以不使用濾光片地進行彩色顯示。此外，作為像素部中的顯示方式，可以采用逐行掃描方式或隔行掃描方式等。此夕卜，當進行彩色顯示時在像素中受到控制的顏色要素不局限于RGB (R顯示紅色，G顯示綠色，B顯示藍色)的三種顏色。例如，也可以采用RGBW (W對應(yīng)于白色)、或者對RGB追加黃色(yellow)、青色(cyan)、品紅色(magenta)等中的一種顏色以上的顏色。注意，也可以按每個顏色要素的點使其顯示區(qū)域的大小不同。但是，本發(fā)明不局限于對用于彩色顯示的顯示裝置的應(yīng)用，而也可以應(yīng)用于單色顯示的顯示裝置。此外，作為顯示裝置所包括的顯示元件，可以使用利用電致發(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區(qū)別，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，電子及空穴分別從一對電極注入到包括發(fā)光有機化合物的層，以流過電流。并且，這些載流子(電子及空穴)重新結(jié)合，且發(fā)光有機化合物形成激發(fā)狀態(tài)，當發(fā)光有機化合物從該激發(fā)狀態(tài)回到基態(tài)時發(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)光材料的粒子分散在粘合劑中，并且其發(fā)光機理是利用施主能級和受主能級的施主-受主重新結(jié)合型發(fā)光。薄膜型無機EL元件具有一種結(jié)構(gòu)，其中，發(fā)光層夾在介電層之間，并且該夾著發(fā)光層的介電層進一步由電極夾住，其發(fā)光機理是利用金屬離子的內(nèi)殼層電子躍遷的局限型發(fā)光。注意，這里作為發(fā)光元件使用有機EL元件進行說明。為了取出從發(fā)光元件發(fā)射的光，使發(fā)光元件的一對電極中的至少一個為透明的。并且，在襯底上形成晶體管及發(fā)光元件，作為發(fā)光元件具有以下的發(fā)射結(jié)構(gòu)從與襯底相反一側(cè)的表面取出發(fā)光的頂部發(fā)射結(jié)構(gòu)；從襯底一側(cè)的表面取出發(fā)光的底部發(fā)射結(jié)構(gòu)；或從襯底一側(cè)及與襯底相反一側(cè)的表面取出發(fā)光的雙面發(fā)射結(jié)構(gòu)。圖7示出作為顯示元件使用發(fā)光元件的發(fā)光裝置的例子。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。注意，發(fā)光元件4513的結(jié)構(gòu)不限于如圖7所不的、由第一電極層4030、場致發(fā)光層4511、第二電極層4031構(gòu)成的疊層結(jié)構(gòu)。根據(jù)從發(fā)光元件4513取出的光的方向等，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。尤其是，優(yōu)選使用感光樹 脂材料形成的分隔壁4510具有在第一電極層4030上的開口，從而該開口的側(cè)壁具有帶連續(xù)曲率的傾斜面。場致發(fā)光層4511可以使用一個層構(gòu)成，也可以使用多個層的疊層構(gòu)成。為了防止氧、氫、水分、二氧碳等侵入發(fā)光元件4513中，而也可以在第二電極層4031及分隔壁4510上形成保護膜。作為保護膜，可以形成氮化硅膜、氮氧化硅膜、類金剛石碳(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并被密封。如此，為了不暴露于外氣，而優(yōu)選使用氣密性高且脫氣少的保護膜(粘合膜、紫外線固化樹脂膜等)、覆蓋材料進行面板封裝(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、熱固化樹脂，并且，可以使用PVC (聚氯乙烯)、丙烯酸樹脂、聚酰亞胺、環(huán)氧樹脂、硅酮樹脂、PVB(聚乙烯醇縮丁醛)或者EVA (乙烯-醋酸乙烯酯)。例如，作為填充材料而使用氮。另外，如果需要，則可以在發(fā)光元件的射出表面上適當?shù)卦O(shè)置諸如偏振片、圓偏振片(包括橢圓偏振片)、相位差板(四分之一波長板，二分之一波長板)、濾色片等的光學膜。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，該處理是利用表面的凹凸來擴散反射光而可以降低眩光的處理。此外，作為顯示裝置，也可以提供使電子墨水驅(qū)動的電子紙。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)點呈現(xiàn)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；形狀薄且輕。作為電泳顯示裝置，有各種各樣的形式。電泳顯示裝置包括分散在溶劑或溶質(zhì)中的多個微膠囊，每個微膠囊各包含具有正電荷的第一粒子和具有負電荷的第二粒子，通過對微膠囊施加電場，使微膠囊中的粒子彼此移動到相對方向，且只顯示集合在一側(cè)的粒子的顏色。注意，第一粒子或者第二粒子各包括染料，并且，當沒有電場時不移動。此外，第一粒子的顏色和第二粒子的顏色不同(包括無色)。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。分散有上述微膠囊的溶劑被稱為電子墨水，并且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片、具有色素的粒子來進行彩色顯示。此外，作為微膠囊中的第一粒子及第二粒子，可以使用選自導電材料、絕緣材料、半導體材料、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、磁泳材料中的一種材料或任意這些的材料的復(fù)合材料來形成。此外，作為電子紙，還可以應(yīng)用使用旋轉(zhuǎn)球顯示系統(tǒng)的顯示裝置。旋轉(zhuǎn)球顯示系統(tǒng)是如下方法，即將分別涂為白色和黑色的球形粒子配置在作為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粒子的方向，以進行顯示。圖8示出半導體裝置的一個實施方式的有源矩陣型電子紙。圖8所示的電子紙是使用旋轉(zhuǎn)球顯示系統(tǒng)的顯示裝置的例子。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)置有球形粒子4613，其具有黑色區(qū)域4615a及白色區(qū)域4615b以及在該黑 色區(qū)域4615a及白色區(qū)域4615b周圍的填充有液體的空腔4612，并且，球形粒子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。注意，在圖6至圖8中，作為第一襯底4001、第二襯底4006的任一個，除了玻璃襯底以外，還可以使用具有撓性的襯底。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 (聚氟乙烯)膜、聚酯膜或丙烯酸樹脂膜。此外，也可以使用具有由PVF膜或聚酯膜之間夾住鋁箔的結(jié)構(gòu)的薄片。絕緣膜4020可以使用含有氧化硅、氧氮化硅、氧化鉿、氧化鋁或氧化鎵等的無機絕緣材料的材料來形成。對絕緣膜4020的制造方法沒有特別的限制，例如可以使用等離子體CVD法或濺射法等的成膜方法來制造。另外，從氫或水等不容易混入膜的觀點而言，優(yōu)選使用濺射法。絕緣膜4024可以利用濺射法并使用氮化硅膜、氮氧化硅膜、氧化鋁膜、氮化鋁膜、氧氮化鋁膜或氮氧化鋁膜的一種或多種的單層結(jié)構(gòu)或疊層結(jié)構(gòu)而形成。絕緣膜4024用作晶體管(一個或多個)的保護膜。絕緣層4021可以使用無機絕緣材料或者有機絕緣材料來形成。注意，當使用丙烯酸樹脂、聚酰亞胺、苯并環(huán)丁烯類樹脂、聚酰胺、環(huán)氧樹脂等具有耐熱性的有機絕緣材料形成絕緣層4021時，適于用作平坦化絕緣膜。此外，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(low-k材料)、硅氧烷類樹脂、PSG (磷硅玻璃)、BPSG (硼磷硅玻璃)等。注意，可以通過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)其材料而利用濺射法、旋涂法、浸潰法、噴涂法、液滴噴射法(噴墨法、絲網(wǎng)印刷、膠版印刷等)、輥涂法、幕式涂布法、刮刀涂布法等。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)置在透過光的像素部中的襯底和諸如絕緣膜、導電膜等的薄膜全都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及第二電極層(也稱為像素電極層、公共電極層、對置電極層等)，根據(jù)取出光的方向、設(shè)置電極層的地方以及電極層的圖案結(jié)構(gòu)等而選擇其透光性、反射性。作為第一電極層4030、第二電極層4031的任一個，可以使用包括氧化鎢的氧化銦、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(以下表示為ΙΤ0)、氧化銦鋅、添加有氧化硅的氧化銦錫等具有透光性的導電材料來形成。此外，第一電極層4030、第二電極層4031的任一個可以使用諸如鎢(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)、銀(Ag)等的金屬、其合金或者其氮化物中的一種或多種來形成。
此外，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至實施方式3中示出的任一個晶體管，可以提供可靠性高的半導體裝置。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6
通過使用由實施方式I至實施方式3中的示出的作為一例的任何一個晶體管，可以制造具有讀取對象物的數(shù)據(jù)的圖像傳感器功能的半導體裝置。圖9A示出具有圖像傳感器功能的半導體裝置的一例。圖9A示出光電傳感器的等效電路，而圖9B示出光電傳感器的一部分的截面圖。光電二極管602的一個電極電連接到光電二極管復(fù)位信號線658,而光電二極管602的另一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一個電連接到晶體管656的源極和漏極中的一個。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一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，用符號“OS”表示使用氧化物半導體膜的晶體管，以標識使用氧化物半導體膜的晶體管。在圖9A中，晶體管640和晶體管656是各使用氧化物半導體膜的晶體管。圖9B是示出光電傳感器中的光電二極管602和晶體管640的截面圖，其中在具有絕緣表面的襯底601 (TFT襯底)上設(shè)置有用作傳感器的光電二極管602和晶體管640。通過使用粘合層608，在光電二極管602和晶體管640上設(shè)置有襯底613。在晶體管640上設(shè)置有絕緣膜631、保護絕緣膜632、第一層間絕緣層633以及第二層間絕緣層634。光電二極管602設(shè)置在第一層間絕緣層633上，并且光電二極管602具有如下結(jié)構(gòu)在設(shè)置在第一層間絕緣層633上的電極層641和設(shè)置在第二層間絕緣層634上的電極層642之間從第一層間絕緣層633 —側(cè)按順序?qū)盈B有第一半導體層606a、第二半導體層606b及第三半導體層606c。在本實施方式中，作為晶體管640可以使用實施方式I至實施方式3中任一個所示的晶體管。由于晶體管640、晶體管656的電特性變動得到抑制，從而晶體管640、晶體管656在電方面穩(wěn)定，所以作為圖9A和9B所示的本實施方式的半導體裝置可以提供可靠性高的半導體裝置。電極層641電連接到形成在第二層間絕緣層634上的導電層643，且電極層642通過電極層641電連接到柵電極645。柵電極645電連接到晶體管640的柵電極，且光電二極管602電連接到晶體管640。光電二極管602電連接到晶體管640。在此，例示一種pin型的光電二極管，其中層疊用作第一半導體層606a的具有p型的導電型的半導體層、用作第二半導體層606b的高電阻的半導體層(i型半導體層)、用作第三半導體層606c的具有η型的導電型的半導體層。第一半導體層606a是p型半導體層，而可以由包含賦予P型導電型的雜質(zhì)元素的非晶硅膜形成。使用包含屬于周期表中的第13族的雜質(zhì)元素(例如，硼(B))的半導體源氣體通過等離子體CVD法形成第一半導體層606a。作為半導體源氣體，可以使用硅烷(SiH4)。替代地，可以使用Si2H6、SiH2Cl2, SiHCl3> SiCl4或SiF4等。進一步替代地，可以使用如下方法在形成不包含雜質(zhì)元素的非晶硅膜之后，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。優(yōu)選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、氣相淀積方法或濺射 方法等。優(yōu)選將第一半導體層606a的厚度設(shè)定為IOnm以上且50nm以下。第二半導體層606b是i型半導體層(本征半導體層)，而可以由非晶硅膜形成。為了形成第二半導體層606b，通過等離子體CVD法，使用半導體源氣體形成非晶硅膜。作為半導體源氣體，可以使用硅烷(SiH4X替代地，可以使用Si2H6、SiH2Cl2, SiHCl3、SiCl4或SiF4等。也可以通過LPCVD法、氣相沉積法、濺射法等形成第二半導體層606b。優(yōu)選將第二半導體層606b的厚度設(shè)定為200nm以上且IOOOnm以下。第三半導體層606c是η型半導體層，而可以由包含賦予η型導電型的雜質(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))的半導體源氣體通過等離子體CVD法形成第三半導體層606c。作為半導體源氣體，可以使用硅烷(SiH4)。替代地，可以使用Si2H6、SiH2Cl2, SiHCl3> SiCl4或SiF4等。進一步替代地，可以使用如下方法在形成不包含雜質(zhì)元素的非晶硅膜之后，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。優(yōu)選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、化學氣相沉積方法或濺射方法等。優(yōu)選將第三半導體層606c的厚度設(shè)定為20nm以上且200nm以下。此外，第一半導體層606a、第二半導體層606b以及第三半導體層606c可以不使用非晶半導體形成，而使用多晶半導體或微晶(Semi Amorphous Semiconductor :SAS)半導體形成。在考慮吉布斯自由能時，微晶半導體屬于介于非晶和單晶之間的亞穩(wěn)態(tài)。S卩，微晶半導體處于自由能方面穩(wěn)定的第三態(tài)，且具有短程有序和晶格畸變。此外，柱狀或針狀晶體在相對于襯底表面的法線方向上生長。作為微晶半導體的典型例子的微晶硅，其拉曼光譜位于比表示單晶硅的拉曼光譜的峰值的520CHT1低的波數(shù)一側(cè)。亦即，微晶硅的拉曼光譜的峰值位于表示單晶娃的520CHT1和表示非晶娃的48001^1之間。另外，半導體包含至少Iat. %或其以上的氫或鹵素，以對懸空鍵封端。還有，通過包含氦、氬、氪、氖等的稀有氣體元素來進一步促進晶格崎變，提聞穩(wěn)定性而得到優(yōu)良的微晶半導體月吳。該微晶半導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SiH4、Si2H6,SiH2Cl2, SiHCl3、SiCl4或SiF4等而得的氣體形成該微晶半導體膜。此外，除了氫化硅和氫之外，還可以使用選自氦、氖、氬、氪的一種或多種稀有氣體元素進行稀釋來形成微晶半導體膜。在上述情況下，將氫的流量比設(shè)定為氫化硅的5倍以上且200倍以下，優(yōu)選設(shè)定為50倍以上且150倍以下，更優(yōu)選設(shè)定為100倍。再者，也可以在含硅的氣體中混入諸如CH4、C2H6等的碳化物氣體、諸如GeH4、GeF4等的鍺化氣體、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型半導體層側(cè)上的表面用作光接收面時，pin光電二極管具有較好的特性。這里示出將光電二極管602從其上形成有pin型光電二極管的襯底601的表面接收的光轉(zhuǎn)換為電信號的例子。此夕卜，來自其導電型與用作光接收面的半導體層相反的半導體層一側(cè)的光是干擾光，因此，具有相反的導電型的半導體層上的電極層優(yōu)選由具有遮光性的導電膜形成。注意，替代地，可以使用η型半導體層上的表面作為光接收面。作為第一層間絕緣層633、第二層間絕緣層634的任一個，優(yōu)選采用用作減少表面凹凸的平坦化絕緣膜的絕緣層。作為第一層間絕緣層633、第二層間絕緣層634的任一個，例如可以使用聚酰亞胺、丙烯酸樹脂、苯并環(huán)丁烯類樹脂、聚酰胺或環(huán)氧樹脂等的有機絕緣 材料來形成。除了上述有機絕緣材料之外，還可以使用低介電常數(shù)材料(low-k材料)、硅氧烷類樹脂、PSG (磷硅玻璃)、BPSG (硼磷硅玻璃)等的單層或疊層?？梢允褂媒^緣材料，且根據(jù)該材料使用濺射法、旋涂法、浸潰法、噴涂法、液滴噴射法(噴墨法、絲網(wǎng)印刷、膠版印刷等)、輥涂法、幕式涂布法、刮刀涂布法等來形成絕緣膜631、保護絕緣膜632、第一層間絕緣層633、第二層間絕緣層634。通過檢測入射到光電二極管602的光，可以讀取待檢測對象的信息。另外，在讀取檢測對象的信息時，可以使用背光燈等的光源。作為晶體管640，可以使用實施方式I至實施方式3所示的任一個晶體管。包含如下氧化物半導體膜的晶體管的電特性變動得到抑制而在電方面穩(wěn)定，該氧化物半導體膜是通過去除氫、水分、羥基或氫化物(也稱為氫化合物)等雜質(zhì)而被高純度化并通過氧摻雜處理含有過量的氧的氧化物半導體膜。因此，可以提供高可靠性的半導體裝置。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7
可將本說明書中公開的半導體裝置應(yīng)用于多種電子設(shè)備(包括游戲機)。作為電子設(shè)備，例如可以舉出電視裝置(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、數(shù)碼攝像機等的攝像機、數(shù)碼相框、移動電話機(也稱為手機、移動電話裝置)、便攜式游戲機、移動信息終端、聲音再現(xiàn)裝置、彈球盤機等大型游戲機等。以下，對具備在上述實施方式中說明的液晶顯示裝置的電子設(shè)備的例子進行說明。圖IOA示出電子書閱讀器(也稱為E-book)，可以具有框體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IOA所示的電子書閱讀器可以具有如下功能在顯示部上顯示各種各樣的信息(靜態(tài)圖像、動態(tài)圖像、文字圖像等)；將日歷、日期或時刻等顯示在顯示部上；對顯示在顯示部上的信息進行操作或編輯；通過各種各樣的軟件(程序)控制處理等。另外，在圖IOA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的結(jié)構(gòu)。通過將上述實施方式所示的任何一個半導體裝置應(yīng)用于顯示部9631，可以提供高可靠性電子書閱讀器。當將半透過型液晶顯示裝置或反射型液晶顯示裝置用于顯示部9631時，可以預(yù)料電子書閱讀器在較明亮的情況下也被使用，因為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，所以圖IOA所示的結(jié)構(gòu)是優(yōu)選的。另外，太陽能電池9633是優(yōu)選的，因為它可以適當?shù)卦O(shè)置在框體9630的空間(表面或背面)中而高效地進行電池9635的充電。另外，當作為電池9635使用鋰離子電池時，有可以謀求實現(xiàn)小型化等的優(yōu)點。此外，參照圖IOB所示的方框圖而說明圖IOA所示的充放電控制電路9634的結(jié)構(gòu)及工作。圖IOB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、顯示部9631，并且，電池9635、轉(zhuǎn)換器9636、轉(zhuǎn)換器9637、開關(guān)SWl至SW3包括在充放電控制電路9634中。首先，說明在利用外部光使太陽能電池9633發(fā)電時的工作的實例。利用轉(zhuǎn)換器9636對太陽能電池所發(fā)的電力進行升壓或降壓，以得到用來對電池9635進行充電的電壓。并且，當利用來自太陽能電池9633的電力使顯示部9631工作時，使開關(guān)SWl導通，并且，利用轉(zhuǎn)換器9637將其升壓或降壓到顯示部9631所需要的電壓。此外，當不進行顯示部9631上的顯示時，例如使SWl截止并使SW2導通，以對電池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導通并且利用轉(zhuǎn)換器9637對電池9635所蓄的電力進行升壓或降壓。并且，當使顯示部9631工作時，利用來自電池9635的電力。注意，雖然作為充電方法的一例而示出太陽能電池9633，但是也可以利用其他方法對電池9635進行充電。此外，也可以組合其他充電方法對電池9635進行充電。圖IlA示出筆記本個人計算機，由主體3001、框體3002、顯示部3003以及鍵盤3004等構(gòu)成。通過將上述實施方式所示的任何一個半導體裝置應(yīng)用于顯示部3003，可以提供高可靠性筆記本個人計算機。圖IlB示出個人數(shù)字助理(PDA)，在主體3021中設(shè)置有顯示部3023、外部接口3025以及操作按鈕3024等。另外，還具備用于操作的觸屏筆3022。通過將上述實施方式所示的任何一個半導體裝置應(yīng)用于顯示部3023，可以提供高可靠性個人數(shù)字助理(PDA)。圖IlC示出電子書閱讀器的一個例子。例如，電子書閱讀器2700由兩個框體，SP框體2701及框體2703構(gòu)成。框體2701及框體2703由軸部2711形成為一體，且可以以該軸部2711為軸進行開閉工作。通過采用這種結(jié)構(gòu)，電子書閱讀器2700可以進行如紙書籍那樣的工作?？蝮w2701組裝有顯示部2705，而框體2703組裝有顯示部2707。顯示部2705及顯示部2707的結(jié)構(gòu)可顯示一幅圖像或多幅圖像。通過采用在不同的顯示部分顯示不同的圖像的結(jié)構(gòu)，例如在右邊的顯示部(圖IlC中的顯示部2705)中顯示文本，而在左邊的顯示部(圖IlC中的顯示部2707)中顯示圖像。通過將上述實施方式所示的任何一個半導體裝置應(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2700。此外，在圖IlC中示出框體2701具備操作部等的例子。例如，在框體2701中具備電源2721、操作鍵2723、揚聲器2725等。利用操作鍵2723可以翻頁。注意，在其上設(shè)置有顯示部的框體的表面上可以設(shè)置鍵盤、指示裝置等。另外，也可以采用在框體的背面或側(cè)面具備外部連接端子(耳機端子、USB端子等)、記錄介質(zhì)插入部等的結(jié)構(gòu)。再者，電子書閱讀器2700也可以具有電子詞典的功能。此外，電子書閱讀器2700也可以采用能夠以無線的方式收發(fā)數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)。還可以采用以無線的方式從電子書閱讀器服務(wù)器購買所希望的書籍數(shù)據(jù)等然后下載的結(jié)構(gòu)。圖IlD示出移動電話，其由框體2800及框體2801的兩個框體構(gòu)成?？蝮w2801具備顯示面板2802、揚聲器2803、麥克風2804、指示裝置2806、攝像機鏡頭2807、外部連接端子2808等。此外，框體2800具備對移動電話進行充電的功能的太陽能電池單元2810、外部儲存槽2811等。另外，在框體2801內(nèi)組裝有天線。通過將上述實施方式所示的任何一個半導體裝置應(yīng)用于顯示面板2802，可以提供高可靠性移動電話。另外，顯示面板2802具備觸摸屏，圖IlD使用虛線示出作為圖像而被顯示出來的多個操作鍵2805。另外，還安裝有用來將由太陽能電池單元2810輸出的電壓升壓到用于各電路的足夠高電壓的升壓電路。在顯示面板2802上根據(jù)使用方式適當?shù)馗淖冿@示的方向。另外，由于在與顯示面板2802同一表面上設(shè)置攝像機鏡頭2807，所以可以實現(xiàn)可視電話。揚聲器2803及麥克風2804不局限于音頻通話，還可以進行可視通話、錄音、聲音播放等。再者，通 過滑動如圖IlD那樣展開的框體2800和框體2801而可以相互重疊，所以可以降低移動電話的尺寸，使移動電話適于攜帶。外部連接端子2808可以與AC適配器及如USB電纜等的各種電纜連接，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)插入外部儲存槽2811中，可以對應(yīng)于更大量數(shù)據(jù)的保存及移動。另外，也可以是除了上述功能以外還具有紅外線通信功能、電視接收功能等的移動電話。圖IlE示出數(shù)碼攝像機，其由主體3051、顯示部A 3057、取景器部3053、操作開關(guān)3054、顯示部B 3055以及電池3056等構(gòu)成。通過將上述實施方式所示的任何一個半導體裝置應(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IlF示出電視裝置的一例。在電視裝置9600中，框體9601組裝有顯示部9603。利用顯示部9603可以顯示圖像。此外，在此示出利用支架9605支撐框體9601的結(jié)構(gòu)。通過將上述實施方式所示的任何一個半導體裝置應(yīng)用于顯示部9603，可以提供高可靠性電視裝置9600?？梢酝ㄟ^利用框體9601所具備的操作開關(guān)或分開的遙控器進行電視裝置9600的操作?；蛘?，也可以采用在遙控器中設(shè)置顯示部的結(jié)構(gòu)，該顯示部顯示從該遙控器輸出的信
肩、O另外，電視裝置9600采用具備接收機、調(diào)制解調(diào)器等的結(jié)構(gòu)?？梢岳媒邮諜C接收一般的電視廣播。再者，在顯示裝置通過調(diào)制解調(diào)器連接到有線或無線方式的通信網(wǎng)絡(luò)，從而也可以進行單向(從發(fā)送者到接收者)或雙向(在發(fā)送者和接收者之間或在接收者之間等)的信息通信。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。示例 I
在本示例中，示出制造發(fā)明的一個實施方式的晶體管并評價其電特性的結(jié)果。以下，說明本示例的晶體管的制造方法。通過等離子體CVD法，在玻璃襯底上形成厚度為IOOnm的氮化硅膜作為基底膜，連續(xù)地形成厚度為150nm的氧氮化娃膜,通過派射法,在氧氮化娃膜上形成厚度為IOOnm的鶴膜作為柵電極層。這里，對鎢膜選擇性地進行蝕刻而形成柵電極層。接著，通過等離子體CVD法，在柵電極層上形成厚度為IOOnm的氧氮化硅膜作為柵極絕緣膜。接著，以如下條件通過濺射法進行成膜，而在柵極絕緣膜上形成厚度為40nm的氧化物半導體膜，該條件是使用In-Ga-Zn-O類氧化物半導體靶材(In2O3 =Ga2O3 =ZnO=I 1 O ;襯底和靶材之間的距離為80mm ;壓力為O. 4Pa ;直流(DC)電源為5kW ;在氬和氧(氬氧=50sccm 50sccm)氣氛下；溫度為200°C。這里，對氧化物半導體膜選擇性地進行蝕刻而形成島狀的氧化物半導體膜。接著，在氮氣氛下對氧化物半導體膜進行650°C、6分鐘的熱處理。接著，以如下條件，通過如圖14B所示那樣的ICP(Inductively Coupled Plasma 感應(yīng)耦合等離子體)方式的等離子體裝置，對氧化物半導體膜進行I分鐘的氧摻雜處理，該 條件是在氧(250sccm)氣氛下；上部電極偏壓為6000W ;下部電極偏壓為1000W ;壓力為
I.33Pa。接著，在大氣氣氛下對氧化物半導體膜進行450°C、I小時的熱處理。然后，對用作柵極絕緣膜的氧氮化硅膜選擇性地進行蝕刻，在柵電極層上形成開口部。接著，通過濺射法，以100°C在氧化物半導體膜上形成鈦膜(厚度為lOOnm)、鋁膜(厚度為400nm)及鈦膜(厚度為IOOnm)的疊層作為源電極層及漏電極層。這里，對源電極層及漏電極層選擇性地進行蝕刻，將晶體管的溝道長度L設(shè)定為3 μ m，將溝道寬度W設(shè)定為50 μ m0接著，在氮氣氛下以300°C進行I小時的熱處理。接著，以與氧化物半導體膜接觸的方式，通過濺射法形成厚度為300nm的氧化硅膜作為第一絕緣膜。這里，對用作第一絕緣膜的氧化硅膜選擇性地進行蝕刻，在柵電極層、源電極層及漏電極層上形成開口部。接著，通過旋涂法，在用作第一絕緣膜的氧化硅膜上形成厚度為I. 5 μ m的光敏丙烯酸樹脂作為第二絕緣膜。這里，對用作第二絕緣膜的光敏丙烯酸樹脂選擇性地進行曝光及顯影，在柵電極層、源電極層及漏電極層上形成開口。然后在氮氣氛下以250°C進行I小時的熱處理，以便使光敏丙烯酸樹脂固化。通過上述工序，在玻璃襯底上制造其溝道長度L為3 μ m，其溝道寬度W為50 μ m的多個晶體管。作為檢查晶體管的可靠性的方法之一，有偏壓一熱應(yīng)力試驗(以下，稱為BT試驗)。BT試驗是加速試驗的一種，它可以在短時間內(nèi)評價由于使用很長時間而發(fā)生的晶體管的特性變化。尤其是，BT試驗中的晶體管的閾值電壓的偏移量是用于檢查可靠性的重要的指標?？梢哉f，在BT試驗中，閾值電壓的偏移量越少，晶體管的可靠性越高。具體而言，將形成有晶體管的襯底的溫度(該溫度也稱為襯底溫度)維持為恒定，使晶體管的源極及漏極成為相同的電位，并且在一定期間內(nèi)對柵極施加與源極及漏極不同的電位。根據(jù)試驗的目的而適當?shù)卦O(shè)定襯底溫度即可。另外，將施加到柵極的電位比源極及漏極的電位高的BT試驗稱為+BT試驗，并且將施加到柵極的電位比源極及漏極的電位低的BT試驗稱為-BT試驗。BT試驗的試驗強度可以根據(jù)襯底溫度、施加到柵極絕緣膜的電場強度、電場施加時間而決定。施加到柵極絕緣膜中的電場強度通過使柵極、源極/漏極之間的電位差除以柵極絕緣膜的厚度來決定。例如，在想要將施加到厚度為IOOnm的柵極絕緣膜中的電場強度設(shè)定為2MV/cm的情況下，將電位差設(shè)定為20V，即可。以下，說明對本示例的晶體管進行BT試驗的結(jié)果。注意，電壓是指兩點之間的電位差，并且電位是指靜電場中的某一點處的單位電荷所具有的靜電能(電位能)。但是，一般來說，將某一點的電位與標準的電位(例如接地電位)之間的電位差簡單地稱為電位或電壓，且通常電位和電壓是同義詞。因此，在本說明書中，除了特別指定的情況以外，既可將“電位”稱為“電壓”，又可將“電壓”稱為“電位”。在BT試驗中，以下面的條件進行+BT試驗及-BT試驗將襯底溫度設(shè)定為150°C，將施加到柵極絕緣膜中的電場強度設(shè)定為2MV/cm，將施加時間設(shè)定為I小時。首先，說明+BT試驗。為了測量作為BT試驗對象的晶體管的初始特性而測量如下情況時的源極-漏極電流(以下，稱為漏極電流)的變化特性，即Vg-Id特性將襯底溫度設(shè) 定為40°C，將源極-漏極之間的電壓(以下，稱為漏極電壓)設(shè)定為IV，并且使源極-柵極之間的電壓(以下，稱為柵極電壓)在-20V至+20V的范圍內(nèi)變化。雖然在此作為樣品表面的吸濕對策而將襯底溫度設(shè)定為40°C，但是如果沒有特別的問題，則也可以在室溫(25°C)下進行測量。接著，在將襯底溫度上升到150°C后，將晶體管的源極及漏極的電位設(shè)定為0V。接著，以使施加到柵極絕緣膜中的電場強度成為2MV/cm的方式對晶體管的柵極施加電壓。在此，因為晶體管的柵極絕緣膜的厚度為lOOnm，所以對柵極施加+20V，并保持I小時。雖然在此將施加時間設(shè)定為I小時，但是也可以根據(jù)目的而適當?shù)馗淖儠r間。接著，在保持對柵極、源極及漏極施加電壓的情況下，將襯底溫度降低到40°C。此時，如果在襯底溫度降低到40°C之前停止電壓的施加，則由于余熱的影響而會使在BT試驗期間晶體管所受到的損傷恢復(fù)，所以需要在保持電壓施加的情況下降低襯底溫度。在襯底溫度成為40°C后，結(jié)束電壓的施加。另外，嚴格地說，需要將降溫時間加上電壓施加時間，但是實際上溫度可以幾分鐘降低到40°C，所以這可認為在誤差范圍內(nèi)，而不將降溫時間加到電壓施加時間。接著，在與初始特性的測量相同的條件下測量Vg-Id特性，以得到+BT試驗后的Vg-Id特性。接著，說明-BT試驗。-BT試驗也利用與+BT試驗類似的方式進行，但是-BT試驗與+BT試驗的不同之處在于將在使襯底溫度上升到150°C后對晶體管的柵極施加的電壓設(shè)定為-20V。注意，當進行BT試驗時利用一次也沒有進行BT試驗的晶體管進行試驗是重要的。例如，當利用進行過一次+BT試驗的晶體管進行-BT試驗時，由于以前進行的+BT試驗的影響，而不能正確地評價-BT試驗結(jié)果。另外，利用進行過一次+BT試驗的晶體管再次進行+BT試驗的情況等也是同樣的。但是，在考慮到這些影響而有意反復(fù)進行BT試驗的情況不局限于此。圖17A、17B、18A及18B示出BT試驗前后的晶體管的Vg-Id特性。在圖17A、17B、18A及18B中，橫軸表示柵電壓(Vg)并且縱軸表示相對于柵電壓的漏電流(Id)。另夕卜，圖18A及18B是圖17A及17B的放大圖，其中橫軸表示的柵電壓(Vg)被放大。
圖18A示出+BT試驗前后的晶體管的Vg-Id特性。實線900表示+BT試驗前的Vg-Id特性，即初期特性，而虛線901表示+BT試驗后的Vg-Id特性。圖18B示出-BT試驗前后的晶體管的Vg-Id特性。實線902表示-BT試驗前的Vg-Id特性，即初期特性，虛線903表示-BT試驗后的Vg-Id特性。注意，在本示例的晶體管的Vg-Id特性的測定中，在截止區(qū)域(在大部分N型晶體管中Vg在從約OV到負值的區(qū)域)中，IdS測量儀器的檢測極限以下。由此，在圖17A、17B、18A及18B中，不表示IdS測量儀器的檢測極限以下的部分。由圖18A可知，由線901表示的+BT試驗后的 特性與由線900表示的初期特性相t匕，閾值電壓偏移O. 12V，由圖18B可知，由線903表示的-BT試驗后的特性與由線902表示的初期特性相比，閾值電壓偏移O. 07V。如上所述，從在任一 BT試驗中閾值電壓的偏移量少至幾V以下的結(jié)果，可以確認本示例的晶體管是BT試驗中的可靠性高的晶體管。本申請基于2010年4月23號向日本專利局提交的日本專利申請序列號2010-100343，在此將其整體并入本文作為參考。
權(quán)利要求
1.一種半導體裝置的制造方法，包括如下步驟 形成柵電極層； 在所述柵電極層上形成第一柵極絕緣膜； 在所述第一柵極絕緣膜上與所述柵電極層重疊地形成氧化物半導體膜； 對所述氧化物半導體膜進行熱處理，以去除所述氧化物半導體膜中的氫原子； 對所述氧化物半導體膜進行氧摻雜處理，以對所述氧化物半導體膜中供應(yīng)氧原子；形成與所述氧化物半導體膜電連接的源電極層及漏電極層；以及在所述氧化物半導體膜、所述源電極層及所述漏電極層上，與所述氧化物半導體膜接觸地形成第二絕緣膜。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的半導體裝置的制造方法，其中對所述氧化物半導體膜進行所述氧摻雜處理，以便使其以大于化學計量比且小于所述化學計量比的2倍的比率包含氧原子。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的半導體裝置的制造方法，其中所述第一柵極絕緣膜和所述第二絕緣膜中的至少ー個是包含所述氧化物半導體膜的構(gòu)成要素的絕緣膜。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的半導體裝置的制造方法，其中所述第一柵極絕緣膜和所述第二絕緣膜中的ー個是包含所述氧化物半導體膜的構(gòu)成要素的絕緣膜，并且另ー個是包含與所述絕緣膜的所述構(gòu)成要素不同的要素的膜。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的半導體裝置的制造方法，其中所述第一柵極絕緣膜和所述第二絕緣膜中的至少ー個是包含氧化鎵的絕緣膜。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的半導體裝置的制造方法，其中所述第一柵極絕緣膜和所述第二絕緣膜中的ー個是包含氧化鎵的絕緣膜，并且另ー個是包含氧化鎵以外的材料的膜。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的半導體裝置的制造方法，其中形成覆蓋所述第二絕緣膜的包含氮的第三絕緣膜。
8.一種半導體裝置的制造方法，包括如下步驟 形成柵電極層； 在所述柵電極層上形成包含氧原子作為其成分的第一柵極絕緣膜； 對所述第一柵極絕緣膜進行氧摻雜處理，以對所述第一柵極絕緣膜中供應(yīng)氧原子； 在所述第一柵極絕緣膜上與所述柵電極層重疊地形成氧化物半導體膜； 對所述氧化物半導體膜進行熱處理，以去除所述氧化物半導體膜中的氫原子； 對所述氧化物半導體膜進行氧摻雜處理，以對所述氧化物半導體膜中供應(yīng)氧原子； 形成與所述氧化物半導體膜電連接的源電極層及漏電極層； 在所述氧化物半導體膜、所述源電極層及所述漏電極層上，與所述氧化物半導體膜接觸地形成包含氧原子作為其成分的第二絕緣膜；以及 對所述第二絕緣膜進行氧摻雜處理，以對所述第二絕緣膜中供應(yīng)氧原子。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的半導體裝置的制造方法，其中對所述氧化物半導體膜進行所述氧摻雜處理，以便使其以大于化學計量比且小于所述化學計量比的2倍的比率包含氧原子。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的半導體裝置的制造方法，其中所述第一柵極絕緣膜和所述第二絕緣膜中的至少ー個是包含所述氧化物半導體膜的構(gòu)成要素的絕緣膜。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的半導體裝置的制造方法，其中所述第一柵極絕緣膜和所述第二絕緣膜中的ー個是包含所述氧化物半導體膜的構(gòu)成要素的絕緣膜，并且另ー個是包含與所述絕緣膜的所述構(gòu)成要素不同的要素的膜。
12.根據(jù)權(quán)利要求8所述的半導體裝置的制造方法，其中所述第一柵極絕緣膜和所述第二絕緣膜中的至少ー個是包含氧化鎵的絕緣膜。
13.根據(jù)權(quán)利要求8所述的半導體裝置的制造方法，其中所述第一柵極絕緣膜和所述第二絕緣膜中的ー個是包含氧化鎵的絕緣膜，并且另ー個是包含氧化鎵以外的材料的膜。
14.根據(jù)權(quán)利要求8所述的半導體裝置的制造方法，其中形成覆蓋所述第二絕緣膜的包含氮的第三絕緣膜。
15.一種半導體裝置，包括 柵電極層； 所述柵電極層上的柵極絕緣膜； 所述柵極絕緣膜上的氧化物半導體膜； 所述氧化物半導體膜上的源電極層及漏電極層； 所述源電極層及所述漏電極層上的與所述氧化物半導體膜接觸的絕緣膜；以及 所述絕緣膜上的與所述源電極層或所述漏電極層電連接的布線層， 其中，所述絕緣膜具有到達所述源電極層和所述漏電極層中的一方的開ロ， 在所述開口中去除所述源電極層和所述漏電極層中的一方的一部分，從而在所述源電極層和所述漏電極層中的一方中形成凹部， 所述布線層與所述凹部的內(nèi)壁面和底面接觸地設(shè)置在所述開口中， 并且，所述凹部的所述底面的氧濃度低于所述源電極層或所述漏電極層頂面的氧濃度。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的半導體裝置，其中所述氧化物半導體膜包含區(qū)域，該區(qū)域的氧含量大于根據(jù)所述氧化物半導體膜的氧化物半導體的晶態(tài)下的化學計量組成比的氧含量。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的半導體裝置，其中所述氧化物半導體膜包含區(qū)域，該區(qū)域的氧含量至少在與所述絕緣膜的界面或其附近，大于根據(jù)所述氧化物半導體膜的氧化物半導體的晶態(tài)下的化學計量組成比的氧含量。
全文摘要
一種使用氧化物半導體的半導體裝置，其具有穩(wěn)定的電特性和高可靠性。在具有氧化物半導體膜的底柵的晶體管的制造工序中，進行通過熱處理的脫水化或脫氫化以及進行氧摻雜處理。具有受到通過熱處理的脫水化或脫氫化以及氧摻雜處理的氧化物半導體膜的晶體管是具有高可靠性的晶體管，其中在偏壓－熱應(yīng)力試驗(BT試驗)中晶體管的閾值電壓的變化量可以減小。
文檔編號H01L29/786GK102859705SQ20118002053
公開日2013年1月2日 申請日期2011年4月1日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月23日
發(fā)明者山崎舜平 申請人:株式會社半導體能源研究所