本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體裝置及該半導(dǎo)體裝置的制造方法。

在本說明書中，半導(dǎo)體裝置通常是指能夠通過利用半導(dǎo)體特性工作的所有裝置，因此，電光裝置、半導(dǎo)體電路及電子設(shè)備都是半導(dǎo)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(dǎo)體薄膜構(gòu)成晶體管的技術(shù)受到關(guān)注。該晶體管被廣泛地應(yīng)用于如集成電路(ic)或圖像顯示裝置(顯示裝置)等電子設(shè)備。例如，作為可以應(yīng)用于晶體管的半導(dǎo)體薄膜，硅類半導(dǎo)體材料被廣泛地周知。再者，作為其他材料，氧化物半導(dǎo)體受到關(guān)注。

例如，已公開了作為晶體管的活性層包括包含銦(in)、鎵(ga)及鋅(zn)的非晶氧化物的晶體管(參照專利文獻(xiàn)1)。

包括氧化物半導(dǎo)體的晶體管具有比包括非晶硅的晶體管優(yōu)越的導(dǎo)通特性(通態(tài)電流等)。為了將該包括氧化物半導(dǎo)體的晶體管應(yīng)用于高功能裝置，需要進(jìn)一步提高其特性，因此不斷研發(fā)氧化物半導(dǎo)體的晶化技術(shù)(參照專利文獻(xiàn)2)。在專利文獻(xiàn)2中，公開了通過對(duì)氧化物半導(dǎo)體進(jìn)行熱處理實(shí)現(xiàn)晶化的技術(shù)。

[參考文獻(xiàn)]

[專利文獻(xiàn)]

[專利文獻(xiàn)1]日本專利申請(qǐng)公開2006-165528號(hào)公報(bào)

[專利文獻(xiàn)2]日本專利申請(qǐng)公開2008-311342號(hào)公報(bào)

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

在構(gòu)成包括氧化物半導(dǎo)體膜的頂柵型晶體管的情況下，在該氧化物半導(dǎo)體膜上形成柵極絕緣膜。當(dāng)形成柵極絕緣膜時(shí)，柵極絕緣膜的構(gòu)成元素也可以進(jìn)入形成有柵極絕緣膜的上面的氧化物半導(dǎo)體膜。

例如，在形成氧化物半導(dǎo)體膜之后，當(dāng)作為柵極絕緣膜利用濺射法形成氧化硅(siox，x＝2以上)時(shí)，該氧化硅的構(gòu)成元素的硅與用于進(jìn)行濺射時(shí)的諸如氬之類的稀有氣體元素一起引入到氧化物半導(dǎo)體膜中。該硅切斷氧化物半導(dǎo)體膜的構(gòu)成元素之間的鍵(銦原子與氧原子(in-o鍵))，而作為雜質(zhì)元素包含于氧化物半導(dǎo)體膜中。尤其是，有以高濃度雜質(zhì)元素被包含于氧化物半導(dǎo)體膜與柵極絕緣膜之間的界面附近的憂慮。因?yàn)樵谘趸锇雽?dǎo)體膜與柵極絕緣膜之間的界面附近形成溝道區(qū)，所以當(dāng)硅等雜質(zhì)元素被包含時(shí)，導(dǎo)致使氧化物半導(dǎo)體膜電阻增高。其結(jié)果，使晶體管的電特性之一的通態(tài)電流降低。如此，殘留在氧化物半導(dǎo)體膜中的雜質(zhì)元素成為影響到晶體管的電特性的原因。

另外，在氧化物半導(dǎo)體膜包括結(jié)晶部的情況下，由于柵極絕緣膜的構(gòu)成元素進(jìn)入到氧化物半導(dǎo)體膜中，氧化物半導(dǎo)體膜的結(jié)晶部的鍵被切斷，在柵極絕緣膜附近的氧化物半導(dǎo)體膜中非晶區(qū)的數(shù)量變多。

鑒于上述問題，目的是降低包含在柵極絕緣膜附近的氧化物半導(dǎo)體膜中的雜質(zhì)元素的濃度。另一目的是提高柵極絕緣膜附近的氧化物半導(dǎo)體膜的結(jié)晶性。此外，另一目的是通過使用該氧化物半導(dǎo)體膜提供一種具有穩(wěn)定的電特性的半導(dǎo)體裝置。

所公開的本發(fā)明的一個(gè)方式是一種半導(dǎo)體裝置，包括：基底絕緣膜；形成在基底絕緣膜上的氧化物半導(dǎo)體膜；形成在氧化物半導(dǎo)體膜上的源電極及漏電極；形成在氧化物半導(dǎo)體膜、源電極及漏電極上的包括包含硅的氧化物的柵極絕緣膜；以及以與柵極絕緣膜接觸且至少與氧化物半導(dǎo)體膜重疊的方式設(shè)置的柵電極。氧化物半導(dǎo)體膜包括分布在從與柵極絕緣膜的界面向氧化物半導(dǎo)體膜的內(nèi)側(cè)的硅濃度為1.0at.％以下的區(qū)域，并且，至少該區(qū)域包括結(jié)晶部。

所公開的本發(fā)明的另一方式是一種半導(dǎo)體裝置，包括：基底絕緣膜；形成在基底絕緣膜上的氧化物半導(dǎo)體膜；形成在氧化物半導(dǎo)體膜上的包括包含硅的氧化物的柵極絕緣膜；以與柵極絕緣膜接觸且至少與氧化物半導(dǎo)體膜重疊的方式設(shè)置的柵電極；形成在柵極絕緣膜及柵電極上的層間絕緣膜；以及形成在層間絕緣膜上的以至少與氧化物半導(dǎo)體膜電連接的方式設(shè)置的源電極及漏電極。氧化物半導(dǎo)體膜包括分布在從與柵極絕緣膜的界面向氧化物半導(dǎo)體膜的內(nèi)側(cè)的硅濃度為1.0at.％以下的區(qū)域，并且，至少該區(qū)域包括結(jié)晶部。

在上述各結(jié)構(gòu)中，區(qū)域優(yōu)選以接觸于柵極絕緣膜且具有5nm以下的厚度的方式形成。另外，除了區(qū)域之外的氧化物半導(dǎo)體膜優(yōu)選包括結(jié)晶部，并且，在結(jié)晶部中，c軸優(yōu)選在垂直于基底絕緣膜與氧化物半導(dǎo)體膜之間的界面的方向上一致。

另外，在上述各結(jié)構(gòu)中，區(qū)域優(yōu)選具有0.1at.％以下的硅濃度。另外，區(qū)域優(yōu)選具有1.0×10²⁰atoms/cm³以下的碳濃度。

當(dāng)柵極絕緣膜附近的氧化物半導(dǎo)體膜具有上述硅濃度或碳濃度時(shí)，可以抑制氧化物半導(dǎo)體膜的高電阻化，并且可以提高氧化物半導(dǎo)體膜的結(jié)晶性。其結(jié)果，可以實(shí)現(xiàn)具有穩(wěn)定的電特性的半導(dǎo)體裝置。

根據(jù)所公開的本發(fā)明的一個(gè)方式，可以降低包含在柵極絕緣膜附近的氧化物半導(dǎo)體膜中的雜質(zhì)元素的濃度。另外，可以提高柵極絕緣膜附近的氧化物半導(dǎo)體膜的結(jié)晶性。此外，可以提供一種具有穩(wěn)定的電特性的半導(dǎo)體裝置。

附圖說明

圖1a和圖1b是示出半導(dǎo)體裝置的一個(gè)方式的平面圖及截面圖；

圖2a至圖2d是示出半導(dǎo)體裝置的制造工序的一個(gè)例子的截面圖；

圖3a和圖3b是示出半導(dǎo)體裝置的一個(gè)方式的平面圖及截面圖；

圖4a至圖4d是示出半導(dǎo)體裝置的制造工序的一個(gè)例子的截面圖；

圖5a和圖5b是示出半導(dǎo)體裝置的制造工序的一個(gè)例子的截面圖；

圖6a至圖6c示出半導(dǎo)體裝置的一個(gè)方式；

圖7a和圖7b示出半導(dǎo)體裝置的一個(gè)方式；

圖8a和圖8b示出半導(dǎo)體裝置的一個(gè)方式；

圖9示出半導(dǎo)體裝置的一個(gè)方式；

圖10示出半導(dǎo)體裝置的一個(gè)方式；

圖11示出半導(dǎo)體裝置的一個(gè)方式；

圖12a和圖12b是用于計(jì)算的模型圖；

圖13a和圖13b是用于計(jì)算的模型圖；

圖14示出計(jì)算結(jié)果；

圖15a和圖15b是用于計(jì)算的模型圖；

圖16示出計(jì)算結(jié)果；

圖17示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的測(cè)量結(jié)果；

圖18a和圖18b示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的測(cè)量結(jié)果。

具體實(shí)施方式

下面，參照附圖對(duì)本說明書所公開的發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行說明。但是，本發(fā)明不局限于以下說明，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(gè)事實(shí)就是其方式及詳細(xì)內(nèi)容在不脫離本發(fā)明的精神及其范圍的情況下可以被變換為各種各樣的形式。因此，本發(fā)明不應(yīng)該被解釋為僅限定在以下所示的實(shí)施方式的描述。

注意，為了便于理解，在附圖等中所示的各結(jié)構(gòu)的位置、大小及范圍等有時(shí)不準(zhǔn)確地表示。因此，所公開的發(fā)明不一定局限于附圖等所公開的位置、大小及范圍等。

在本說明書等中，“第一”、“第二”、“第三”等的序數(shù)詞是為了避免構(gòu)成要素的混淆而使用的，而該名詞不是用于在數(shù)目方面上進(jìn)行限制。

在本說明書等中，“上”或“下”的名詞不一定是指構(gòu)成要素的位置關(guān)系為“直接在xx之上”或“直接在xx之下”。例如，“柵極絕緣層上的柵電極”可以是指柵極絕緣層與柵電極之間具有其它構(gòu)成要素的情況。

另外，在本說明書等中，“電極”或“布線”的名詞不限定構(gòu)成要素的功能。例如，有時(shí)將“電極”用作“布線”的一部分，反之亦然。再者，“電極”或“布線”的名詞還可以包括多個(gè)“電極”或“布線”形成為一體的情況。

此外，在采用極性不同的晶體管的情況下或在電路工作中電流方向發(fā)生變化的情況等下，“源極”和“漏極”的功能有時(shí)互相調(diào)換。因此，在本說明書等中，可以互相調(diào)換“源極”和“漏極”的名詞。

在本說明書等中，“電連接”的名詞包括通過具有某種電作用的元件構(gòu)成要素連接的情況。這里，“具有某種電作用的物體”只要可以進(jìn)行通過元件連接的構(gòu)成要素間的電信號(hào)的接收，就對(duì)其沒有特別的限制。例如，“具有某種電作用的物體”不僅為電極和布線，而且為晶體管等的開關(guān)元件、電阻器、電感器、電容器、具有其他各種功能的元件等。

實(shí)施方式1

在本實(shí)施方式中，參照?qǐng)D1a至圖2d對(duì)半導(dǎo)體裝置及半導(dǎo)體裝置的制造方法的一個(gè)方式進(jìn)行說明。

<半導(dǎo)體裝置的結(jié)構(gòu)實(shí)例>

作為半導(dǎo)體裝置的一個(gè)例子，圖1a及圖1b示出頂柵型晶體管。圖1a是平面圖，圖1b是沿著圖1a中的虛線x1-y1的截面圖。注意，在圖1a中為了簡(jiǎn)化，而省略晶體管150的構(gòu)成要素的一部分(例如，柵極絕緣膜110)。

圖1a及圖1b所示的晶體管150在襯底102上包括：基底絕緣膜104；形成在基底絕緣膜104上的包括區(qū)域106a及區(qū)域106b的氧化物半導(dǎo)體膜106；形成在基底絕緣膜104及氧化物半導(dǎo)體膜106上的源電極108a及漏電極108b；形成在氧化物半導(dǎo)體膜106、源電極108a及漏電極108b上的柵極絕緣膜110；以及以與柵極絕緣膜110接觸且至少與氧化物半導(dǎo)體膜106重疊的方式設(shè)置的柵電極112。另外，在晶體管150上形成有層間絕緣膜114。

另外，氧化物半導(dǎo)體膜106的厚度大于5nm且200nm以下，優(yōu)選為10nm以上且30nm以下。另外，氧化物半導(dǎo)體膜106優(yōu)選采用具有結(jié)晶性的結(jié)構(gòu)(例如，單晶結(jié)構(gòu)或微晶結(jié)構(gòu)等)。

如圖1b所示，氧化物半導(dǎo)體膜106的端部優(yōu)選具有20°至50°的錐角。當(dāng)氧化物半導(dǎo)體膜106具有垂直端部時(shí)，氧容易從氧化物半導(dǎo)體膜106的端部脫離而產(chǎn)生氧缺損。通過在氧化物半導(dǎo)體膜106的端部具有錐角，可以抑制氧缺損的產(chǎn)生，從而可以降低晶體管150的泄漏電流的產(chǎn)生。

在本實(shí)施方式中，氧化物半導(dǎo)體膜106優(yōu)選為caac-os(caxisalignedcrystallineoxidesemiconductor：c軸取向結(jié)晶氧化物半導(dǎo)體)膜。此外，在后面說明的晶體管150的制造方法中，對(duì)caac-os膜進(jìn)行詳細(xì)說明。

作為柵極絕緣膜110，優(yōu)選使用具有充分的耐壓性及絕緣性的包含硅的氧化物。當(dāng)柵極絕緣膜110采用單層結(jié)構(gòu)時(shí)，例如可以使用氧化硅等絕緣膜。

此外，柵極絕緣膜110也可以具有疊層結(jié)構(gòu)。當(dāng)柵極絕緣膜110采用疊層結(jié)構(gòu)時(shí)，在氧化鎵、氧化鋁、氮化硅、氧氮化硅、氧氮化鋁、氧化釔、氧化鑭或氮氧化硅等上層疊包含硅的氧化物，即可。此外，在氧化鉿、硅酸鉿(hfsixoy(x＞0，y＞0))、添加有氮的硅酸鉿(hfsioxny(x＞0、y＞0))或鋁酸鉿(hfalxoy(x＞0、y＞0))等high-k材料上層疊包含硅的氧化物，即可。

另外，當(dāng)作為柵極絕緣膜110使用包含硅的氧化物時(shí)，可以通過對(duì)該絕緣膜進(jìn)行加熱使所包含的氧的一部分脫離，從而可以將氧供應(yīng)到氧化物半導(dǎo)體膜106以填補(bǔ)氧化物半導(dǎo)體膜106中的氧缺損。尤其是，優(yōu)選柵極絕緣膜110含有至少超過化學(xué)計(jì)量組成的多量氧。例如，作為柵極絕緣膜110優(yōu)選使用以sio2+α(α＞0)表示的氧化硅膜。通過使用上述氧化硅膜作為柵極絕緣膜110，可以將氧供應(yīng)到氧化物半導(dǎo)體膜106，從而可以使使用該氧化物半導(dǎo)體膜106的晶體管150具有優(yōu)良的晶體管特性。

然而，當(dāng)作為柵極絕緣膜110使用氧化硅膜時(shí)，有柵極絕緣膜110的構(gòu)成元素的硅作為雜質(zhì)引入到氧化物半導(dǎo)體膜106中的憂慮。當(dāng)柵極絕緣膜110的構(gòu)成元素的硅等進(jìn)入氧化物半導(dǎo)體膜106成為雜質(zhì)時(shí)，影響到晶體管特性。

另外，在氧化物半導(dǎo)體膜106是caac-os膜的情況下，柵極絕緣膜110的構(gòu)成元素的硅等進(jìn)入氯化物半導(dǎo)體膜106，氧化物半導(dǎo)體膜106的結(jié)晶部的鍵被切斷。由此，在柵極絕緣膜110附近的氧化物半導(dǎo)體膜106中非晶區(qū)的數(shù)量變多。

尤其是，硅等雜質(zhì)容易進(jìn)入柵極絕緣膜110附近的氧化物半導(dǎo)體膜106。由于在與柵極絕緣膜110的界面附近的氧化物半導(dǎo)體膜106中形成有晶體管150的溝道區(qū)，所以當(dāng)硅等雜質(zhì)進(jìn)入氧化物半導(dǎo)體膜106與柵極絕緣膜110之間的界面附近時(shí)，有使晶體管150的電特性變動(dòng)的憂慮。

在此，利用經(jīng)典分子動(dòng)力學(xué)計(jì)算，檢查當(dāng)作為雜質(zhì)對(duì)氧化物半導(dǎo)體膜106添加sio2，即，包含硅的氧化物時(shí)發(fā)生的結(jié)構(gòu)變化。參照?qǐng)D12a至圖14說明其結(jié)果。注意，使用富士通株式會(huì)社制造的“scigressme”的仿真軟件，進(jìn)行經(jīng)典分子動(dòng)力學(xué)計(jì)算。在經(jīng)典分子動(dòng)力學(xué)法中，通過對(duì)成為原子間相互作用的特征的經(jīng)驗(yàn)勢(shì)進(jìn)行定義來對(duì)作用于各原子的力量進(jìn)行評(píng)價(jià)。通過對(duì)牛頓運(yùn)動(dòng)方程進(jìn)行數(shù)值求解，可以在決定論上跟蹤各原子的運(yùn)動(dòng)(時(shí)間演化)。

以下說明計(jì)算模型和計(jì)算條件。注意，在本計(jì)算中使用born-mayer-huggins勢(shì)。

作為計(jì)算模型，制造由1680個(gè)原子構(gòu)成的ingazno4的單晶結(jié)構(gòu)(參照?qǐng)D12a)以及硅(si)原子分別取代由1680個(gè)原子構(gòu)成的ingazno4中的in、ga、zn的各20個(gè)原子的結(jié)構(gòu)(參照?qǐng)D12b)。在圖12b所示的硅(si)取代模型中，硅(si)原子占3.57atom％(2.34wt％)。另外，圖12a所示的單晶模型的密度是6.36g/cm³，并且圖12b所示的si取代模型的密度是6.08g/cm³。

通過在低于ingazno4的單晶結(jié)構(gòu)的溶點(diǎn)(根據(jù)利用經(jīng)典分子動(dòng)力學(xué)計(jì)算的估計(jì)約為2000℃)的1727℃下，以一定的壓力(latom)進(jìn)行150psec(時(shí)間步長0.2fsec×75萬步(step))的經(jīng)典分子動(dòng)力學(xué)計(jì)算，而對(duì)圖12a及圖12b所示的計(jì)算模型進(jìn)行結(jié)構(gòu)弛豫。計(jì)算出上述兩個(gè)結(jié)構(gòu)的徑向分布函數(shù)g(r)。注意，徑向分布函數(shù)g(r)是指表示在離某個(gè)原子距離r的位置上存在其他原子的概率密度的函數(shù)。隨著原子之間的相關(guān)性消失，g(r)逐漸接近于1。

圖13a及圖13b表示通過對(duì)上述兩個(gè)計(jì)算模型進(jìn)行150psec的經(jīng)典分子動(dòng)力學(xué)計(jì)算而得到的最終結(jié)構(gòu)。另外，圖14表示各結(jié)構(gòu)中的徑向分布函數(shù)g(r)。

圖13a所示的單晶模型穩(wěn)定并且其最終結(jié)構(gòu)也保持晶體結(jié)構(gòu)，但是圖13b所示的si取代模型不穩(wěn)定，觀察到隨著時(shí)間推移晶體結(jié)構(gòu)崩潰而變?yōu)榉蔷ЫY(jié)構(gòu)。通過在圖14中比較各結(jié)構(gòu)模型的徑向分布函數(shù)g(r)，可知單晶模型在長距離的地點(diǎn)也有峰值而具有長程有序性。另一方面，在si取代模型中，在0.6nm附近峰值消失，可知其不具有長程有序性。

從上述計(jì)算結(jié)果可知，通過使ingazno4包含硅(si)，ingazno4容易非晶化。另外，根據(jù)上述結(jié)果，即使在ingazno4中含有硅(si)的狀態(tài)下進(jìn)行高溫加熱，ingazno4也不會(huì)發(fā)生晶化。

接著，利用經(jīng)典分子動(dòng)力學(xué)計(jì)算，檢查當(dāng)對(duì)氧化物半導(dǎo)體膜106添加碳原子(c)時(shí)發(fā)生的結(jié)構(gòu)變化。參照?qǐng)D12a、15a至圖16說明其結(jié)果。注意，使用富士通株式會(huì)社制造的“scigressme”的仿真軟件，進(jìn)行經(jīng)典分子動(dòng)力學(xué)計(jì)算。

計(jì)算模型和計(jì)算條件為如下。注意，在本計(jì)算中使用born-mayer-huggins勢(shì)。另外，在與碳原子(c)的原子間互相作用中使用lennard-jones勢(shì)。

作為計(jì)算模型，制造由1680個(gè)原子構(gòu)成的ingazno4的單晶結(jié)構(gòu)(參照?qǐng)D12a)以及碳原子(c)分別取代由1680個(gè)原子構(gòu)成的ingazno4中的in、ga、zn的各20個(gè)原子且碳原子(c)取代氧(o)的80個(gè)原子的結(jié)構(gòu)(參照?qǐng)D15a)。在圖15a所示的碳(c)取代模型中，碳原子(c)占8.33atom％。另外，圖12a所示的單晶模型的密度是6.36g/cm³，并且圖15a所示的c取代模型的密度是5.89g/cm³。

通過在低于ingazno4的單晶結(jié)構(gòu)的溶點(diǎn)(根據(jù)利用經(jīng)典分子動(dòng)力學(xué)計(jì)算的估計(jì)約為2000℃)的1727℃下，以一定的壓力(latom)進(jìn)行150psec(時(shí)間步長0.2fsec×75萬步(step))的經(jīng)典分子動(dòng)力學(xué)計(jì)算，而對(duì)圖12a及圖15a所示的計(jì)算模型進(jìn)行結(jié)構(gòu)弛豫。計(jì)算出上述兩個(gè)結(jié)構(gòu)的徑向分布函數(shù)g(r)。注意，徑向分布函數(shù)g(r)是指表示在離某個(gè)原子距離r的位置上存在其他原子的概率密度的函數(shù)。隨著原子之間的相關(guān)性消失，g(r)逐漸接近于1。

圖13a及圖15b表示通過對(duì)上述兩個(gè)計(jì)算模型進(jìn)行150psec的經(jīng)典分子動(dòng)力學(xué)計(jì)算而得到的最終結(jié)構(gòu)。圖16表示各結(jié)構(gòu)中的徑向分布函數(shù)g(r)。

圖13a所示的單晶模型穩(wěn)定并且其最終結(jié)構(gòu)也保持晶體結(jié)構(gòu)，但是圖15b所示的c取代模型不穩(wěn)定，觀察到隨著時(shí)間推移晶體結(jié)構(gòu)崩潰而變?yōu)榉蔷ЫY(jié)構(gòu)。另外，如圖16所示，通過互相比較結(jié)構(gòu)模型的徑向分布函數(shù)g(r)，可知單晶模型在長距離的地點(diǎn)也有峰值而具有長程有序性。另一方面，在c取代模型中，在0.7nm附近峰值消失，可知其不具有長程有序性。

從上述計(jì)算結(jié)果可知，通過使ingazno4包含碳(c)，ingazno4容易非晶化。另外，根據(jù)上述結(jié)果，即使在ingazno4中含有碳(c)的狀態(tài)下進(jìn)行高溫加熱，ingazno4也不會(huì)發(fā)生晶化。

于是，在本實(shí)施方式所示的半導(dǎo)體裝置中抑制硅等雜質(zhì)進(jìn)入與柵極絕緣膜110的界面附近的氧化物半導(dǎo)體膜106。其結(jié)果，在氧化物半導(dǎo)體膜106中，形成分布在從與柵極絕緣膜110的界面向氧化物半導(dǎo)體膜106的內(nèi)側(cè)的硅濃度為1.0at.％以下的區(qū)域。在圖1b中，該區(qū)域表示為區(qū)域106a。包含在區(qū)域106a中的硅濃度更優(yōu)選為0.1at.％以下。此外，區(qū)域106a以接觸于柵極絕緣膜110且具有5nm以下的厚度的方式設(shè)置。

如圖1b所示，氧化物半導(dǎo)體膜106中的區(qū)域106a之外的區(qū)域表示為區(qū)域106b。

另外，當(dāng)在柵極絕緣膜110中包含有碳等雜質(zhì)時(shí)，與上述硅同樣地這種雜質(zhì)進(jìn)入氧化物半導(dǎo)體膜106成為雜質(zhì)。在這種情況下，將包含在區(qū)域106a中的碳濃度設(shè)定為1.0×10²⁰atoms/cm³以下，優(yōu)選設(shè)定為1.0×10¹⁹atoms/cm³以下。

為了不使硅等雜質(zhì)進(jìn)入氧化物半導(dǎo)體膜106，可以以氧化物半導(dǎo)體膜106不受損傷的方式形成柵極絕緣膜。例如，當(dāng)通過濺射法形成氧化硅膜作為柵極絕緣膜110時(shí)，降低硅(即，柵極絕緣膜110的構(gòu)成元素)碰撞到氧化物半導(dǎo)體膜106時(shí)所產(chǎn)生的勢(shì)力，即可。具體而言，可以采用如下方法：降低形成柵極絕緣膜110時(shí)的成膜功率；提高形成柵極絕緣膜110時(shí)的成膜壓力；或者延長形成柵極絕緣膜110時(shí)的靶材與襯底之間的距離(t-s間距離)等。但是，柵極絕緣膜110的形成方法不局限于此。例如，可以使用通過pe-cvd法形成的氧化硅膜、氧氮化硅膜、氮氧化硅膜等。因?yàn)榕c濺射法相比，在pe-cvd法中用作基底膜的氧化物半導(dǎo)體膜106受到的損傷少，所以是優(yōu)選的。

如上所述，通過降低進(jìn)入氧化物半導(dǎo)體膜106中的區(qū)域106a的硅及碳等雜質(zhì)的濃度，可以抑制晶體管150的電特性變動(dòng)。另外，當(dāng)氧化物半導(dǎo)體膜106是caac-os膜時(shí)，可以到與柵極絕緣膜110之間的界面附近形成結(jié)晶部。通過使用上述氧化物半導(dǎo)體膜106制造晶體管150，可以提供具有穩(wěn)定的電特性的半導(dǎo)體裝置。

另外，在后面說明的晶體管150的制造方法中，參照?qǐng)D2a至圖2d對(duì)其他構(gòu)成要素的詳細(xì)內(nèi)容進(jìn)行說明。

<晶體管150的制造方法>

以下，參照?qǐng)D2a至圖2d對(duì)根據(jù)本實(shí)施方式的圖1a和圖1b所示的晶體管150的制造方法的一個(gè)例子進(jìn)行說明。

首先，準(zhǔn)備襯底102。雖然對(duì)可以用于襯底102的襯底沒有很大的限制，但是至少需要具有能夠承受后面的加熱處理的耐熱性。例如，可以使用鋇硼硅酸鹽玻璃或鋁硼硅酸鹽玻璃等玻璃襯底、陶瓷襯底、石英襯底、藍(lán)寶石襯底等的襯底。此外，可以應(yīng)用由硅或碳化硅構(gòu)成的單晶半導(dǎo)體襯底或多晶半導(dǎo)體襯底、由硅鍺等構(gòu)成的化合物半導(dǎo)體襯底、soi襯底等。

作為襯底102也可以使用柔性襯底。當(dāng)使用柔性襯底時(shí)，既可以在柔性襯底上直接形成包括氧化物半導(dǎo)體膜106的晶體管，又可以在其他襯底上形成包括氧化物半導(dǎo)體膜106的晶體管，然后將該晶體管剝離且轉(zhuǎn)置到柔性襯底上。此外，為了將該晶體管從上述襯底剝離且轉(zhuǎn)置到柔性襯底，優(yōu)選在上述襯底與包括氧化物半導(dǎo)體膜106的晶體管之間設(shè)置剝離層。

接著，在襯底102上形成基底絕緣膜104(參照?qǐng)D2a)。基底絕緣膜104具有防止氫、水分等雜質(zhì)元素從襯底102擴(kuò)散的效果，可以使用氮化硅膜、氧化硅膜、氮氧化硅膜或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)來形成。

另外，作為基底絕緣膜104的其他效果，可以將氧供應(yīng)到后面形成的氧化物半導(dǎo)體膜106中。例如，當(dāng)作為基底絕緣膜104形成包含氧化物的絕緣膜時(shí)，可以通過對(duì)該基底絕緣膜104進(jìn)行加熱使所包含的氧的一部分脫離，從而可以將氧供應(yīng)到氧化物半導(dǎo)體膜106中以填補(bǔ)氧化物半導(dǎo)體膜106中的氧缺損。尤其是，優(yōu)選在基底絕緣膜104中含有至少超過化學(xué)計(jì)量組成的多量的氧。例如，作為基底絕緣膜104優(yōu)選使用以sio2+α(α＞0)表示的氧化硅膜。通過將上述氧化硅膜用作基底絕緣膜104，可以將氧供應(yīng)到氧化物半導(dǎo)體膜106中，從而使用該氧化物半導(dǎo)體膜106的晶體管150可以具有優(yōu)良的晶體管特性。

也可以在形成基底絕緣膜104之前對(duì)襯底102進(jìn)行等離子體處理等。作為等離子體處理，例如可以進(jìn)行引入氬氣體來產(chǎn)生等離子體的反濺射。反濺射是指使用rf電源在氬氣氛下對(duì)襯底102一側(cè)施加電壓來襯底102附近產(chǎn)生等離子體以進(jìn)行襯底102的表面改性的方法。另外，也可以使用氮、氦、氧等代替氬氣氛。通過進(jìn)行反濺射，可以去除附著在襯底102的表面的粉狀物質(zhì)(也稱為微?；驂m屑)。

接著，在基底絕緣膜104上形成氯化物半導(dǎo)體膜106(參照?qǐng)D2a)。氧化物半導(dǎo)體膜106優(yōu)選為caac-os膜。此外，優(yōu)選以不使大氣露出的方式連續(xù)地形成基底絕緣膜104及氧化物半導(dǎo)體膜106。

在此，對(duì)能夠用于氧化物半導(dǎo)體膜106的caac-os膜進(jìn)行詳細(xì)說明。

caac-os膜不是完全的單晶，也不是完全的非晶。caac-os膜是在非晶相中包含結(jié)晶部的結(jié)晶-非晶混合相結(jié)構(gòu)的氧化物半導(dǎo)體膜。另外，在很多情況下該結(jié)晶部的尺寸為能夠容納于一個(gè)邊長小于100nm的立方體的尺寸。另外，在使用透射電子顯微鏡(tem：transmissionelectronmicroscope)得到的觀察圖像中，在caac-os膜中的非晶部與結(jié)晶部的邊界不明確。并且，在caac-os膜中利用tem觀察不到晶界(grainboundary)。因此，在caac-os膜中，起因于晶界的電子遷移率的降低得到抑制。

在包括在caac-os膜中的各結(jié)晶部中，c軸在平行于形成有caac-os膜的表面的法線向量或caac-os膜的表面的法線向量的方向上一致，在從垂直于ab面的方向看時(shí)具有三角形或六角形的原子排列，且在從垂直于c軸的方向看時(shí)，金屬原子排列為層狀或者金屬原子和氧原子排列為層狀。另外，在不同結(jié)晶部之間，一個(gè)結(jié)晶部的a軸及b軸的方向可以與其他結(jié)晶部不同。在本說明書等中，當(dāng)只記載“垂直”時(shí)，包括85°以上且95°以下的范圍。另外，當(dāng)只記載“平行”時(shí)，包括-5°以上且5°以下的范圍。

另外，在caac-os膜中，結(jié)晶部的分布不一定為均勻。例如，在caac-os膜的形成過程中，在從氧化物半導(dǎo)體膜的表面一側(cè)進(jìn)行結(jié)晶生長時(shí)，有時(shí)氧化物半導(dǎo)體膜的表面附近的結(jié)晶部比例比形成有氧化物半導(dǎo)體膜的表面附近的結(jié)晶部高。

因?yàn)榘ㄔ赾aac-os膜中的結(jié)晶部的c軸在平行于形成有caac-os膜的表面的法線向量或caac-os膜的表面的法線向量的方向上一致，所以有時(shí)根據(jù)caac-os膜的形狀(形成有caac-os膜的表面的截面形狀或caac-os膜的表面的截面形狀)朝向彼此不同的方向。另外，當(dāng)形成有caac-os膜時(shí)，結(jié)晶部的c軸方向是平行于形成有caac-os膜的法線向量或caac-os膜的表面的法線向量的方向。結(jié)晶部通過進(jìn)行成膜或進(jìn)行成膜之后的用于晶化的加熱處理等來形成。

通過在晶體管中使用caac-os膜，可以降低由可見光或紫外光引起的晶體管的電特性的變動(dòng)。另外，可以抑制閾值的變動(dòng)及偏差。因此，該晶體管的可靠性高。

在具有結(jié)晶性的氧化物半導(dǎo)體中(結(jié)晶氧化物半導(dǎo)體)，可以進(jìn)一步降低塊體內(nèi)缺陷。再者，通過提高結(jié)晶氧化物半導(dǎo)體膜的表面的平坦性，包含該氧化物半導(dǎo)體的頂柵型晶體管可以得到包含非晶氧化物半導(dǎo)體的晶體管的場(chǎng)效應(yīng)遷移率以上的場(chǎng)效應(yīng)遷移率。為了提高氧化物半導(dǎo)體膜表面的平坦性，優(yōu)選在平坦的表面上形成氧化物半導(dǎo)體。具體地，在平均表面粗糙度(ra)為0.1nm以下，優(yōu)選為0.1nm以下的表面上形成氧化物半導(dǎo)體。

注意，平均表面粗糙度(ra)是將算術(shù)平均粗糙度擴(kuò)大為三維以使其能夠應(yīng)用于曲面，可以以“將從基準(zhǔn)面到指定面的偏差的絕對(duì)值平均而得的值”表示，以如下算式定義。

[算式1]

這里，指定面是指成為測(cè)量粗糙度對(duì)象的面，并且是以坐標(biāo)(x1，y1，f(x1，y1))(x1，y2，f(x1，y2))(x2，y1，f(x2，y1))(x2，y2，f(x2，y2))的四點(diǎn)表示的四角形的區(qū)域。并且，s0表示指定面投影在xy平面的長方形的面積，z0表示基準(zhǔn)面的高度(指定面的平均高度)?？梢岳迷恿︼@微鏡(afm：atomicforcemicroscope)測(cè)量ra。

另外，優(yōu)選用于氧化物半導(dǎo)體膜106的氧化物半導(dǎo)體至少包含銦(in)或鋅(zn)。尤其是，優(yōu)選包含in及zn。另外，作為用來減少使用該氧化物半導(dǎo)體膜的晶體管的電特性不均勻的穩(wěn)定劑，優(yōu)選除了包含上述元素以外，還包含鎵(ga)。另外，作為穩(wěn)定劑，優(yōu)選包含錫(sn)。另外，作為穩(wěn)定劑，優(yōu)選包含選自鉿(hf)、鋯(zr)、鈦(ti)、鈧(sc)、釔(y)、鑭系元素(例如，鈰(ce)、釹(nd)、釓(gd))中的一種或多種。

例如，作為氧化物半導(dǎo)體可以使用氧化銦；氧化錫；氧化鋅；in-zn類氧化物、sn-zn類氧化物、al-zn類氧化物、zn-mg類氧化物、sn-mg類氧化物、in-mg類氧化物、in-ga類氧化物、in-ga-zn類氧化物(也稱為igzo)、in-al-zn類氧化物、in-sn-zn類氧化物、sn-ga-zn類氧化物、al-ga-zn類氧化物、sn-al-zn類氧化物、in-hf-zn類氧化物、in-zr-zn類氧化物、in-ti-zn類氧化物、in-sc-zn類氧化物、in-y-zn類氧化物、in-la-zn類氧化物、in-ce-zn類氧化物、in-pr-zn類氧化物、in-nd-zn類氧化物、in-sm-zn類氧化物、in-eu-zn類氧化物、in-gd-zn類氧化物、in-tb-zn類氧化物、in-dy-zn類氧化物、in-ho-zn類氧化物、in-er-zn類氧化物、in-tm-zn類氧化物、in-yb-zn類氧化物、in-iu-zn類氧化物、in-sn-ga-zn類氧化物、in-hf-ga-zn類氧化物、in-al-ga-zn類氧化物、in-sn-al-zn類氧化物、in-sn-hf-zn類氧化物、in-hf-al-zn類氧化物。

在此，“in-ga-zn類氧化物”是指包含in、ga以及zn作為主要成分的氧化物，對(duì)in、ga以及zn的比率沒有限制。此外，in-ga-zn類氧化物也可以包含in、ga及zn以外的金屬元素。

此外，作為氧化物半導(dǎo)體可以使用由inmo3(zno)m(m＞0，且m不是整數(shù))表示的材料。另外，m表示選自ga、fe、mn及co中的一種或多種金屬元素或者用作上述穩(wěn)定劑的元素。另外，作為氧化物半導(dǎo)體，也可以使用由in2sno5(zno)n(n＞0，且n是整數(shù))的化學(xué)式表示的材料。

例如，可以使用其原子數(shù)比為in∶ga∶zn＝1∶1∶1、in∶ga∶zn＝3∶1∶2或in∶ga∶zn＝2∶1∶3的in-ga-zn類氧化物或其組成在上述化合物附近的氧化物。

在氧化物半導(dǎo)體膜106的成膜工序中，優(yōu)選在氧化物半導(dǎo)體膜106中盡量不包含氫或水。例如，作為氧化物半導(dǎo)體膜106的成膜工序的預(yù)處理，優(yōu)選在濺射裝置的預(yù)熱室中對(duì)形成有基底絕緣膜104的襯底102進(jìn)行預(yù)熱，使吸附到襯底102及基底絕緣膜104的氫、水分等雜質(zhì)脫離并進(jìn)行排氣。另外，當(dāng)形成氧化物半導(dǎo)體膜106時(shí)，優(yōu)選在殘留水分被排出的成膜室中進(jìn)行。

為了去除預(yù)熱室及成膜室內(nèi)的水分，優(yōu)選使用吸附型的真空泵，例如低溫泵、離子泵、鈦升華泵。另外，作為排氣單元，也可以使用提供有冷阱的渦輪泵。因?yàn)樵谑褂玫蜏乇眠M(jìn)行了排氣的預(yù)熱室及成膜室中，例如氫原子、水(h2o)等包含氫原子的化合物(更優(yōu)選的是，還對(duì)包含碳原子的化臺(tái)物)等被排出，所以可以降低所形成的氧化物半導(dǎo)體膜106中的氫或水分等雜質(zhì)的濃度。

另外，在本實(shí)施方式中，作為氧化物半導(dǎo)體膜106通過濺射法形成in-ga-zn類氧化物?？梢栽谙∮袣怏w(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形成氧化物半導(dǎo)體膜106。

用來作為氧化物半導(dǎo)體膜106通過濺射法形成in-ga-zn類氧化物的靶材例如可以使用如下靶材：原了數(shù)比為in∶ga∶zn＝1∶1∶1的金屬氧化物靶材；原子數(shù)比為in∶ga∶zn＝3∶1∶2的金屬氧化物靶材；或原子數(shù)比為in∶ga∶zn＝2∶1∶3的金屬氧化物靶材。但是，能夠用于氧化物半導(dǎo)體膜106的靶材不局限于這些靶材的材料及組成比。

另外，當(dāng)使用上述金屬氧化物靶材形成氧化物半導(dǎo)體膜106時(shí)，有時(shí)靶材的組成與形成在襯底上的薄膜的組成不同。例如，在使用in2o3∶ga2o3∶zno＝1∶1∶1[摩爾比]的金屬氧化物靶材的情況下，雖然依賴于成膜條件，但是有時(shí)薄膜的氧化物半導(dǎo)體膜106的組成比為in2o3∶ga2o3∶zno＝1∶1∶0.6至0.8[摩爾比]。這是因?yàn)槿缦戮壒剩涸谛纬裳趸锇雽?dǎo)體膜106中zno升華，或者in2o3、ga2o3、zno的各成分的濺射速率不同。

因此，當(dāng)想形成具有所希望的組成比的薄膜時(shí)，需要預(yù)先調(diào)整金屬氧化物靶材的組成比。例如，在將薄膜的氧化物半導(dǎo)體膜106的組成比設(shè)定為in2o3∶ga2o3∶zno＝1∶1∶1[摩爾比]的情況下，可以將金屬氧化膜靶材的組成比設(shè)定為in2o3∶ga2o3∶zno＝1∶1∶1.5[摩爾比]。換言之，可以預(yù)先增大金屬氧化物靶材的zno的含量。靶材的組成比不局限于上述數(shù)值，可以根據(jù)成膜條件或所形成的薄膜的組成適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。另外，通過增大金屬氧化物靶材的zno的含量，所得到的薄膜的結(jié)晶性得到提高，所以是優(yōu)選的。

此外，金屬氧化物靶材的相對(duì)密度為90％以上且100％以下，優(yōu)選為95％以上且99.9％以下。通過使用高相對(duì)密度的金屬氧化物靶村，可以形成致密的氧化物半導(dǎo)體膜106。

另外，作為當(dāng)形成氧化物半導(dǎo)體膜106時(shí)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。

當(dāng)作為氧化物半導(dǎo)體膜106使用caac-os膜時(shí)，作為形成該caac-os膜的方法可以舉出如下三個(gè)方法。一個(gè)方法(第一個(gè)方法)是：在100℃以上且450℃以下的成膜溫度下形成氧化物半導(dǎo)體膜，由此形成c軸在平行于形成有氧化物半導(dǎo)體膜的表面的法線向量或表面的法線向量的方向上一致的結(jié)晶部。另一個(gè)方法(第二個(gè)方法)是：在以薄厚度形成氧化物半導(dǎo)體膜之后進(jìn)行200℃以上且700℃以下的熱處理，由此形成c軸在平行于形成有氧化物半導(dǎo)體膜的表面的法線向量或氧化物半導(dǎo)體膜的表面的法線向量的方向上一致的結(jié)晶部。其他方法(第三個(gè)方法)是：在以薄厚度形成第一氧化物半導(dǎo)體膜之后進(jìn)行200℃以上且700℃以下的熱處理，再者形成第二氧化物半導(dǎo)體膜，由此形成c軸排列為平行于形成有氧化物半導(dǎo)體膜的面的法線向量或氧化物半導(dǎo)體膜的表面的法線向量的方向的結(jié)晶部。

例如，caac-os膜使用多晶的氧化物半導(dǎo)體濺射靶材且利用濺射法來形成。當(dāng)離子碰撞到該濺射靶材時(shí)，有時(shí)包含在濺射靶村中的結(jié)晶區(qū)域從a-b面劈開，換句話說，具有平行于a-b面的面的濺射粒子(平板狀的濺射粒子或顆粒狀的濺射粒子)從濺射靶材剝離。此時(shí)，通過該平板狀的濺射粒子保持結(jié)晶狀態(tài)到達(dá)襯底，可以形成caac-os膜。

另外，為了形成caac-os膜，優(yōu)選應(yīng)用如下條件。

通過降低成膜時(shí)雜質(zhì)進(jìn)入caac-os膜的量，可以抑制因雜質(zhì)導(dǎo)致的結(jié)晶狀態(tài)的破壞。例如，可以降低存在于成膜室內(nèi)的雜質(zhì)(氫、水、二氧化碳或氮)的濃度。另外，可以降低成膜氣體中的雜質(zhì)濃度。具體而言，使用露點(diǎn)為-80℃以下，優(yōu)選為-100℃以下的成膜氣體。

另外，通過提高成膜時(shí)的襯底加熱溫度，在濺射粒子到達(dá)襯底的表面之后容易發(fā)生濺射粒子的遷移。具體而言，在將成膜時(shí)的襯底加熱溫度設(shè)定為100℃以上且740℃以下，優(yōu)選為150℃以上且500℃以下。通過提高成膜時(shí)的襯底加熱溫度，當(dāng)平板狀的濺射粒子到達(dá)襯底時(shí)，在襯底上發(fā)生遷移，濺射粒子的平坦的面附著到襯底。

另外，優(yōu)選的是，為了減輕成膜時(shí)的等離子體損傷，提高成膜氣體中的氧比例并對(duì)電力進(jìn)行最優(yōu)化。將成膜氣體中的氧比例設(shè)定為30vol.％以上，優(yōu)選為100vol.％。

另外，當(dāng)作為氧化物半導(dǎo)體膜106形成caac-os膜以外的結(jié)晶性(單晶或微晶)氧化物半導(dǎo)體膜時(shí)，對(duì)成膜溫度沒有特別的限制。

接著，在基底絕緣膜104及氧化物半導(dǎo)體膜106上形成用于源電極及漏電極(相同于與柵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，例如可以使用包含選自鋁、鉻、銅、鉭、鈦、鉬、鎢中的元素的金屬膜或包含上述元素作為成分的金屬氮化物膜(例如，氮化鈦膜、氮化鉬膜、氮化鎢膜)等。另外，該導(dǎo)電膜也可以采用在鋁、銅等金屬膜的底面和頂面中的一個(gè)或兩個(gè)上層疊鈦、鉬或鎢等高熔點(diǎn)金屬膜或它們的金屬氮化物膜(氮化鈦膜、氮化鉬膜、氮化鎢膜)的結(jié)構(gòu)。此外，也可以使用導(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(in2o3)、氧化錫(sno2)、氧化鋅(zno)、銦錫氧化物(in2o3-sno2，有時(shí)縮寫為ito)，銦鋅氧化物(in2o3-zno)。用于源電極及漏電極的導(dǎo)電膜可以通過使用上述材料，以具有單層結(jié)構(gòu)或疊層結(jié)構(gòu)的方式形成。對(duì)其形成方法也沒有特別的限制，可以使用蒸鍍法、cvd法、濺射法或旋涂法等各種成膜方法。

接著，通過光刻工序在導(dǎo)電膜上形成抗蝕劑掩模，選擇性地進(jìn)行蝕刻來形成源電極108a及漏電極108b，然后去除抗蝕劑掩模(參照?qǐng)D2b)。作為在該光刻工序中形成抗蝕劑掩模時(shí)的曝光，可以使用紫外線、krf激光、arf激光。

在上述工序中，根據(jù)在氧化物半導(dǎo)體膜106上相鄰的源電極108a的下端部與漏電極108b的下端部之間的間隔寬度決定后面形成的晶體管150的溝道長度l。當(dāng)進(jìn)行溝道長度l短于25nm的曝光時(shí)，例如也可以使用波長極短，即幾nm至幾十nm的極紫外線(extremeultraviolet)進(jìn)行在光刻工序中形成抗蝕劑掩模時(shí)的曝光。在使用極紫外線的曝光中，分辨率高且其聚焦深度也大。因此，可以使后面形成的晶體管150的溝道長度l縮小，從而可以提高電路的工作速度。

為了縮減在光刻工序中使用的光掩模數(shù)及光刻工序數(shù)，也可以使用由使光透過的成為多種強(qiáng)度的曝光掩模的多級(jí)灰度掩模形成的抗蝕劑掩模進(jìn)行蝕刻工序。由于使用多級(jí)灰度掩模形成的抗蝕劑掩模成為具有多種厚度的形狀，并且通過進(jìn)行蝕刻可以進(jìn)一步改變形狀，所以在加工為不同圖案的多個(gè)蝕刻工序中可以使用抗蝕劑掩模。因此，可以使用一個(gè)多級(jí)灰度掩模形成至少對(duì)應(yīng)于兩種以上的不同圖案的抗蝕劑掩模。由此，可以縮減曝光掩模數(shù)，并可以縮減對(duì)應(yīng)于光刻工序的個(gè)數(shù)，所以可以實(shí)現(xiàn)工序的簡(jiǎn)化。

注意，當(dāng)蝕刻導(dǎo)電膜時(shí)，優(yōu)選使蝕刻條件最優(yōu)化以防止氧化物半導(dǎo)體膜106被蝕刻且分?jǐn)?。但是，很難得到僅蝕刻導(dǎo)電膜而完全不蝕刻氧化物半導(dǎo)體膜106的時(shí)刻狀態(tài)，所以有時(shí)當(dāng)蝕刻導(dǎo)電膜時(shí)只有氧化物半導(dǎo)體膜106的一部分被蝕刻，例如，氧化物半導(dǎo)體膜106的厚度的5％至50％被蝕刻，而氧化物半導(dǎo)體膜106具有槽部(凹部)。

接著，以覆蓋氧化物半導(dǎo)體膜106、源電極108a及漏電極108b的方式形成柵極絕緣膜110。在此，例如可以將柵極絕緣膜110的厚度設(shè)定為1nm以上且500nm以下。對(duì)柵極絕緣膜110的形成方法沒有特別的限制，例如可以適當(dāng)?shù)乩脼R射法、mbe法、cvd法、脈沖激光淀積法、ald法等形成柵極絕緣膜110。

作為柵極絕緣膜110，優(yōu)選使用具有充分的耐壓性及絕緣性的氧化物絕緣膜。當(dāng)柵極絕緣膜110采用單層結(jié)構(gòu)時(shí)，可以使用氧化硅等含有硅的氧化物膜。

另外，當(dāng)形成柵極絕緣膜110時(shí)，硅等雜質(zhì)被引入到與柵極絕緣膜110的界面附近的氧化物半導(dǎo)體膜106。其結(jié)果，在氧化物半導(dǎo)體膜106中，與柵極絕緣膜110的界面附近形成區(qū)域106a，除了區(qū)域106a之外的氧化物半導(dǎo)體膜106中的區(qū)域成為區(qū)域106b。

另外，包含在區(qū)域106a中的硅濃度為1.0at.％以下，優(yōu)選為0.1at.％以下。此外，區(qū)域106a以接觸于柵極絕緣膜110且具有5nm以下的厚度的方式設(shè)置。

另外，當(dāng)在柵極絕緣膜110中包含有碳等雜質(zhì)時(shí)，與上述硅同樣地這種雜質(zhì)進(jìn)入氧化物半導(dǎo)體膜106中的區(qū)域106a成為雜質(zhì)。在這種情況下，將包含在區(qū)域106a中的碳濃度設(shè)定為1.0×10²⁰atoms/cm³以下，優(yōu)選設(shè)定為1.0×10¹⁹atoms/cm³以下。

另外，柵極絕緣膜110也可以具有疊層結(jié)構(gòu)。當(dāng)柵極絕緣膜110采用疊層結(jié)構(gòu)時(shí)，例如在包含硅的氧化物上層疊氧化鎵、氧化鋁、氮化硅、氧氮化硅、氧氮化鋁、氧化釔、氧化鑭或氮氧化硅等，即可。此外，在包含硅的氧化物上層疊氧化鉿、硅酸鉿(hfsixoy(x＞0，y＞0))、添加有氮的硅酸鉿(hfsioxny(x＞0、y＞0))或鋁酸鉿(hfalxoy(x＞0、y＞0))等high-k材料，即可。

當(dāng)作為柵極絕緣膜110使用包含硅的氧化物時(shí)，可以通過對(duì)該絕緣膜進(jìn)行加熱處理而使絕緣膜所包含的氧的一部分脫離，從而將氧供應(yīng)到氧化物半導(dǎo)體膜106中以填補(bǔ)氧化物半導(dǎo)體膜106中的氧缺損。尤其是，優(yōu)選在柵極絕緣膜110中含有至少超過化學(xué)計(jì)量組成的多量氧。例如，作為柵極絕緣膜110優(yōu)選使用以sio2+α(α＞0)表示的氧化硅膜。通過使用上述氧化硅膜作為柵極絕緣膜110，可以將氧供應(yīng)到氧化物半導(dǎo)體膜106，從而可以使使用該氧化物半導(dǎo)體膜106的晶體管150具有優(yōu)良的晶體管特性。

為了不使硅等雜質(zhì)進(jìn)入氧化物半導(dǎo)體膜106，以氧化物半導(dǎo)體膜106不受損傷的方式形成柵極絕緣膜110。例如，當(dāng)通過濺射法形成氧化硅膜作為柵極絕緣膜110時(shí)，降低硅(即，柵極絕緣膜110的構(gòu)成元素)碰撞到氧化物半導(dǎo)體膜106的勢(shì)力，即可。具體而言，可以采用如下方法：降低形成柵極絕緣膜110時(shí)的成膜功率；提高形成柵極絕緣膜110時(shí)的成膜壓力；或者延長形成柵極絕緣膜110時(shí)的靶材與襯底之間的距離(t-s間距離)等。但是，柵極絕緣膜110的形成方法不局限于此。例如，可以使用通過pe-cvd法形成的氧化硅膜、氧氮化硅膜、氮氧化硅膜等。因?yàn)榕c濺射法相比，在pf-cvd法中用作基底膜的氧化物半導(dǎo)體膜106受到的損傷少，所以是優(yōu)選的。

接著，在柵極絕緣膜110上形成用來形成柵電極(相同于與該柵電極相同的層中形成的布線)的導(dǎo)電膜。作為用于柵電極的導(dǎo)電膜，例如可以使用鉬、鈦、鉭、鎢、鋁、銅、釹或鈧等金屬材料或者包含這些金屬材料作為主要成分的合金材料。此外，也可以使用導(dǎo)電金屬氧化物形成用于柵電極的導(dǎo)電膜。作為導(dǎo)電金屬氧化物，可以使用氧化銦(in2o3)、氧化錫(sno2)、氧化鋅(zno)、銦錫氧化物(in2o3-sno2，有時(shí)縮寫為ito)、銦鋅氧化物(in2o3-zno)或者含有硅或氧化硅的這些金屬氧化物材料。柵電極可以使用上述材料以具有單層結(jié)構(gòu)或疊層結(jié)構(gòu)的方式形成。對(duì)其形成方法也沒有特別的限制，可以使用蒸鍍法、cvd法、濺射法或旋涂法等各種成膜方法。

接著，通過光刻工序在導(dǎo)電膜上形成抗蝕劑掩模，選擇性地進(jìn)行蝕刻來形成柵電極112，然后去除抗蝕劑掩模(參照?qǐng)D2c)。此外，也可以通過噴墨法形成用來形成柵電極112的抗蝕劑掩模。因?yàn)楫?dāng)利用噴墨法形成抗蝕劑掩模時(shí)不需要光掩模，所以可以降低制造成本。另外，作為柵電極112的蝕刻，可以采用干蝕刻和濕蝕刻中的一個(gè)或兩個(gè)。此外，當(dāng)形成柵電極112時(shí)，形成晶體管150。

接著，在柵極絕緣膜110及柵電極112上形成層間絕緣膜114(參照?qǐng)D2d)。

作為層間絕緣膜114優(yōu)選使用無機(jī)絕緣膜，可以使用氧化硅膜、氧氮化硅膜、氧化鋁膜、氧氮化鋁膜、氧化鎵膜、氧化鉿等氧化物絕緣膜的單層或疊層。另外，也可以在上述氧化物絕緣膜上還形成氮化硅膜、氮氧化硅膜、氮化鋁膜、氮氧化鋁膜等氮化物絕緣膜的單層或疊層。例如，從柵電極112一側(cè)依次形成氧化硅膜及氧化鋁膜的疊層。

優(yōu)選在形成層間絕緣膜114之后，對(duì)氧化物半導(dǎo)體膜106進(jìn)行熱處理。將該熱處理的溫度設(shè)定為300℃以上且700℃以下，或低于襯底的應(yīng)變點(diǎn)。

該熱處理在氮、氧、超干燥空氣(含水量為20ppm以下，優(yōu)選為1ppm以下，更優(yōu)選為10ppb以下的空氣)或稀有氣體(氬或氦等)氣氛下進(jìn)行，即可。注意，上述氮、氧、超干燥空氣或稀有氣體等的氣氛優(yōu)選不含有水、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，優(yōu)選設(shè)定為7n(99.99999％)以上(即，將雜質(zhì)濃度設(shè)定為1ppm以下，優(yōu)選設(shè)定為0.1ppm以下)。

當(dāng)在形成氧化物半導(dǎo)體膜之后進(jìn)行熱處理時(shí)，有可能減少包含在氧化物半導(dǎo)體的主要成分材料之一的氧。然而，在該步驟中的該熱處理中，可以從基底絕緣膜104或使用包含硅的氧化物形成的柵極絕緣膜110對(duì)氧化物半導(dǎo)體膜106供應(yīng)氧，由此可以填補(bǔ)氧化物半導(dǎo)體膜106中的氧缺損。

通過進(jìn)行如上述那樣的熱處理，可以以盡量不含有主要成分以外的雜質(zhì)的方式使氧化物半導(dǎo)體膜106高純度化。被高純度化的氧化物半導(dǎo)體膜106包含極少(近于0)的起因于施主的載流子，載流子濃度低于1×10¹⁴/cm³，優(yōu)選低于1×10¹²/cm³，更優(yōu)選低于1×10¹¹/cm³。如上所述，可以形成被i型(本征)化的氧化物半導(dǎo)體膜106。

通過上述工序形成晶體管150。在晶體管150中降低引入到氧化物半導(dǎo)體膜106的區(qū)域106a中的硅等雜質(zhì)的濃度。另外，當(dāng)氧化物半導(dǎo)體膜是caac-os膜時(shí)，可以到氧化物半導(dǎo)體膜與柵極絕緣膜110之間的界面附近形成結(jié)晶部。因此，可以使晶體管150具有穩(wěn)定的電特性。

此外，也可以在層間絕緣膜114上還設(shè)置平坦化絕緣膜。作為平坦化絕緣膜，可以使用具有耐熱性的有機(jī)材料如內(nèi)烯酸類樹脂、聚酰亞胺類樹脂、苯并環(huán)丁烯類樹脂、聚酰胺樹脂、環(huán)氧樹脂等。另外，除了上述有機(jī)材料之外，還可以使用低介電常數(shù)材料(low-k材料)或硅氧烷類樹脂等。另外，也可以層疊多個(gè)由這些材料形成的絕緣膜。

以上，本實(shí)施方式所示的結(jié)構(gòu)、方法可以與其他實(shí)施方式所示的結(jié)構(gòu)、方法適當(dāng)?shù)亟M合而使用。

實(shí)施方式2

在本實(shí)施方式中，參照?qǐng)D3a至圖5b對(duì)實(shí)施方式1的圖1a至圖2d所示的半導(dǎo)體裝置及半導(dǎo)體裝置的制造方法的變形例子進(jìn)行說明。另外，使用與圖1a至圖2d所示的符號(hào)相同的符號(hào)，而省略其重復(fù)說明。

<半導(dǎo)體裝置的結(jié)構(gòu)實(shí)例(變形例子)>

作為半導(dǎo)體裝置的一個(gè)例子，圖3a及圖3b示出頂柵型晶體管。圖3a是平面圖，圖3b是沿著圖3a中的虛線x2-y2的截面圖。注意，在圖3a中為了簡(jiǎn)化，而省略晶體管160的構(gòu)成要素的一部分(例如，柵極絕緣膜110)。

圖3a及圖3b所示的晶體管160在襯底102上包括：基底絕緣膜104；形成在基底絕緣膜104上的包括區(qū)域106c、區(qū)域106d、區(qū)域106e及區(qū)域106f的氧化物半導(dǎo)體膜106；形成在氧化物半導(dǎo)體膜106上的柵極絕緣膜110；以與柵極絕緣膜110接觸且至少與氧化物半導(dǎo)體膜106重疊的方式設(shè)置的柵電極112；形成在柵極絕緣膜110及柵電極112上的層間絕緣膜114；以及設(shè)置在層間絕緣膜114上且與氧化物半導(dǎo)體膜106電連接的源電極108a及漏電極108b。

氧化物半導(dǎo)體膜106包括用作溝道形成區(qū)的區(qū)域106c及區(qū)域106d，包括以夾著溝道形成區(qū)的方式用作一對(duì)低電阻區(qū)的區(qū)域106e及區(qū)域106f。

另外，如圖3b所示，氧化物半導(dǎo)體膜106的端部優(yōu)選具有20°至50°的錐角。當(dāng)氧化物半導(dǎo)體膜106具有垂直端部時(shí)，氧容易從氧化物半導(dǎo)體膜106的端部脫離而產(chǎn)生氧缺損。通過在氧化物半導(dǎo)體膜106的端部具有錐角，可以抑制氧缺損的產(chǎn)生，從而可以降低晶體管160的泄漏電流的產(chǎn)生。

作為柵極絕緣膜110，優(yōu)選使用具有充分的耐壓性及絕緣性的氧化物絕緣膜。當(dāng)柵極絕緣膜110采用單層結(jié)構(gòu)時(shí)，例如可以使用氧化硅等含有硅的氧化物。

另外，當(dāng)作為柵極絕緣膜110使用包含硅的氧化物時(shí)，可以通過對(duì)該絕緣膜進(jìn)行加熱處理使該絕緣膜所包含的氧的一部分脫離，從而可以將氧供應(yīng)到氧化物半導(dǎo)體膜106以填補(bǔ)氧化物半導(dǎo)體膜106中的氧缺損。尤其是，優(yōu)選柵極絕緣膜110含有至少超過化學(xué)計(jì)量組成的多量氧。例如，作為柵極絕緣膜110優(yōu)選使用以sio2+α(α＞0)表示的氧化硅膜。通過將上述氧化硅膜用作柵極絕緣膜110，可以將氧供應(yīng)到氧化物半導(dǎo)體膜106，從而可以使使用該氧化物半導(dǎo)體膜106的晶體管160具有優(yōu)良的晶體管特性。

然而，當(dāng)作為柵極絕緣膜110使用氧化硅膜時(shí)，有柵極絕緣膜110中的構(gòu)成元素的硅作為雜質(zhì)引入到氧化物半導(dǎo)體膜106中的憂慮。當(dāng)柵極絕緣膜110的構(gòu)成元素的硅等進(jìn)入氧化物半導(dǎo)體膜106成為雜質(zhì)時(shí)，影響到晶體管特性。另外，在氧化物半導(dǎo)體膜106是caac-os膜的情況下，柵極絕緣膜110的構(gòu)成元素進(jìn)入氧化物半導(dǎo)體膜106，氧化物半導(dǎo)體膜106的結(jié)晶部的鍵被切斷，在柵極絕緣膜110附近的氧化物半導(dǎo)體膜106中非晶區(qū)的數(shù)量變多。

尤其是，硅等雜質(zhì)容易進(jìn)入柵極絕緣膜110附近的氧化物半導(dǎo)體膜106。由于在與柵極絕緣膜110的界面附近的氧化物半導(dǎo)體膜106中形成有晶體管160的溝道區(qū)，所以當(dāng)硅等雜質(zhì)進(jìn)入氧化物半導(dǎo)體膜106與柵極絕緣膜110之間的界面附近時(shí)，有使晶體管150的電特性變動(dòng)的憂慮。

于是，在本實(shí)施方式所示的半導(dǎo)體裝置中抑制硅等雜質(zhì)進(jìn)入與柵極絕緣膜110的界面附近的氧化物半導(dǎo)體膜106。其結(jié)果，在氧化物半導(dǎo)體膜106中，形成分布在從與柵極絕緣膜110的界面向氧化物半導(dǎo)體膜106的內(nèi)側(cè)的硅濃度為1.0at.％以下的區(qū)域。在圖3b中，該區(qū)域表示為區(qū)域106c及區(qū)域106e。包含在區(qū)域106c及區(qū)域106e中的硅濃度更優(yōu)選為0.1at.％以下。此外，區(qū)域106c及區(qū)域106e以接觸于柵極絕緣膜110且具有5nm以下的厚度的方式設(shè)置。

在圖3b中，在氧化物半導(dǎo)體膜106中，基底絕緣膜104一側(cè)的區(qū)域區(qū)域106d及區(qū)域106f，柵極絕緣膜110一側(cè)的區(qū)域?yàn)閰^(qū)域106c及區(qū)域106e。

另外，當(dāng)在柵極絕緣膜110中包含碳等雜質(zhì)時(shí)，與上述硅同樣地這種雜質(zhì)進(jìn)入氧化物半導(dǎo)體膜106成為雜質(zhì)。在這種情況下，將包含在區(qū)域106c及區(qū)域106e中的碳濃度設(shè)定為1.0×10²⁰atoms/cm³以下，優(yōu)選設(shè)定為1.0×10¹⁹atoms/cm³以下。

為了不使硅等雜質(zhì)進(jìn)入氧化物半導(dǎo)體膜106，可以以氧化物半導(dǎo)體膜106不受損傷的方式形成柵極絕緣膜110。例如，當(dāng)通過濺射法形成氧化硅膜作為柵極絕緣膜110時(shí)，降低硅(即，柵極絕緣膜110的構(gòu)成元素)碰撞到氧化物半導(dǎo)體膜106時(shí)所產(chǎn)生的的勢(shì)力，即可。具體而言，可以采用方法：降低形成柵極絕緣膜110時(shí)的成膜功率；提高形成柵極絕緣膜110時(shí)的成膜壓力；或者延長形成柵極絕緣膜110時(shí)的靶材與襯底之間的距離(t-s間距離)等。但是，柵極絕緣膜110的形成方法不局限于此。例如，可以使用通過pe-cvd法形成的氧化硅膜、氧氮化硅膜、氮氧化硅膜等。因?yàn)榕c濺射法相比，在pe-cvd法中用作基底膜的氧化物半導(dǎo)體膜106受到的損傷少，所以是優(yōu)選的。

如上所述，通過降低進(jìn)入氧化物半導(dǎo)體膜106中的區(qū)域106c及區(qū)域106e的硅及碳等雜質(zhì)的濃度，可以抑制晶體管160的電特性變動(dòng)。另外，當(dāng)氧化物半導(dǎo)體膜106是caac-os膜時(shí)，可以到與柵極絕緣膜110之間的界面附近形成結(jié)晶部。通過使用上述氧化物半導(dǎo)體膜106制造晶體管160，可以提供具有穩(wěn)定的電特性的半導(dǎo)體裝置。

另外，在后面說明的晶體管160的制造方法中，參照?qǐng)D4a至圖5b對(duì)其他構(gòu)成要素的詳細(xì)內(nèi)容進(jìn)行說明。

<晶體管160的制造方法>

以下，參照?qǐng)D4a至圖5b對(duì)根據(jù)本實(shí)施方式的圖3a和圖3b所示的晶體管160的制造方法的一個(gè)例子進(jìn)行說明。

首先，準(zhǔn)備襯底102。作為襯底102可以使用具有與實(shí)施方式1所記載的結(jié)構(gòu)同樣的結(jié)構(gòu)。

接著，在襯底102上形成基底絕緣膜104(參照?qǐng)D4a)。基底絕緣膜104具有防止氫、水分等雜質(zhì)元素從襯底102擴(kuò)散的功能，可以使用選自氮化硅膜、氧化硅膜、氮氧化硅膜或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)來形成。

另外，基底絕緣膜104具有其他功能，該功能為可以將氧供應(yīng)到后面形成的氧化物半導(dǎo)體膜106中。例如，當(dāng)作為基底絕緣膜104形成包含氧化物的絕緣膜時(shí)，可以通過對(duì)該基底絕緣膜104進(jìn)行加熱使所包含的氧的一部分脫離，從而可以將氧供應(yīng)到氧化物半導(dǎo)體膜106中以填補(bǔ)氧化物半導(dǎo)體膜106中的氧缺損。尤其是，優(yōu)選在基底絕緣膜104中含有至少超過化學(xué)計(jì)量組成的多量氧。例如，作為基底絕緣膜104優(yōu)選使用以sio2+α(α＞0)表示的氧化硅膜。通過將上述氧化硅膜用作基底絕緣膜104，可以將氧供應(yīng)到氧化物半導(dǎo)體膜106中，從而使用該氧化物半導(dǎo)體膜106的晶體管160可以具有優(yōu)良的晶體管特性。

也可以在形成基底絕緣膜104之前對(duì)襯底102進(jìn)行等離子體處理等。作為等離子體處理，例如可以進(jìn)行引入氬氣體來產(chǎn)生等離子體的反濺射。作為等離子體處理，例如可以進(jìn)行引入氬氣體來產(chǎn)生等離子體的反濺射。反濺射是指使用rf電源在氬氣氛下對(duì)襯底102一側(cè)施加電壓來襯底102附近產(chǎn)生等離子體以進(jìn)行表面改性的方法。另外，也可以使用氮、氦、氧等代替氬氣氛。通過進(jìn)行反濺射，可以去除附著在襯底102的表面的粉狀物質(zhì)(也稱為微?；驂m屑)。

接著，在基底絕緣膜104上形成氧化物半導(dǎo)體膜106(參照?qǐng)D4a)。氧化物半導(dǎo)體膜106優(yōu)選為caac-os膜。此外，優(yōu)選以不使大氣露出的方式連續(xù)地形成基底絕緣膜104及氧化物半導(dǎo)體膜106。

氧化物半導(dǎo)體膜106可以采用與實(shí)施方式1所記載的結(jié)構(gòu)同樣的結(jié)構(gòu)。

接著，以覆蓋氧化物半導(dǎo)體膜106的方式形成柵極絕緣膜110(參照?qǐng)D4b)。在此，例如可以將柵極絕緣膜110的厚度設(shè)定為1nm以上且500nm以下。對(duì)柵極絕緣膜110的形成方法沒有特別的限制，例如可以適當(dāng)?shù)乩脼R射法、mbe法、cvd法、脈沖激光淀積法、ald法等形成柵極絕緣膜110。

作為柵極絕緣膜110，優(yōu)選使用具有充分的耐壓性及絕緣性的氧化物絕緣膜。當(dāng)柵極絕緣膜110采用單層結(jié)構(gòu)時(shí)例如可以使用氧化硅膜等包含硅膜的氧化物膜。

另外，當(dāng)形成柵極絕緣膜110時(shí)，硅等雜質(zhì)進(jìn)入與柵極絕緣膜110的界面附近的氧化物半導(dǎo)體膜106。其結(jié)果，在氧化物半導(dǎo)體膜106中，與柵極絕緣膜110的界面附近形成區(qū)域106g，除了區(qū)域106g之外的氧化物半導(dǎo)體膜106中的區(qū)域成為區(qū)域106h。另外，區(qū)域106g是后面步驟中成為區(qū)域106c及區(qū)域106e的區(qū)域，區(qū)域106h是后面步驟中成為區(qū)域106d及區(qū)域106f的區(qū)域。

包含在區(qū)域106g中的硅濃度為1.0at.％以下，優(yōu)選為0.1at.％以下。此外，區(qū)域106g以接觸于柵極絕緣膜110且具有5nm以下的厚度的方式設(shè)置。

另外，當(dāng)在柵極絕緣膜110中包含有碳等雜質(zhì)時(shí)，與上述硅同樣地這種雜質(zhì)進(jìn)入氧化物半導(dǎo)體膜106的區(qū)域106g成為雜質(zhì)。在這種情況下，將包含在區(qū)域106g中的碳濃度設(shè)定為1.0×10²⁰atoms/cm³以下，優(yōu)選設(shè)定為1.0×10¹⁹atoms/cm³以下。

柵極絕緣膜110也可以具有疊層結(jié)構(gòu)。當(dāng)作為柵極絕緣膜110采用疊層結(jié)構(gòu)時(shí)，例如在包含硅的氧化物上層疊氧化鎵、氧化鋁、氮化硅、氧氮化硅、氧氮化鋁、氧化釔、氧化鑭或氮氧化硅等，即可。此外，在包含硅的氧化物上層疊氧化鉿、硅酸鉿(hfsixoy(x＞0，y＞0))、添加有氮的硅酸鉿(hfsioxny(x＞0、y＞0))或鋁酸鉿(hfalxoy(x＞0、y＞0))等high-k材料，即可。

當(dāng)作為柵極絕緣膜110使用包含硅的氧化物時(shí)，可以通過對(duì)該絕緣膜進(jìn)行加熱處理而使絕緣膜所包含的氧的一部分脫離，從而將氧供應(yīng)到氧化物半導(dǎo)體膜106中以填補(bǔ)氧化物半導(dǎo)體膜106中的氧缺損。尤其是，優(yōu)選在柵極絕緣膜110中含有至少超過化學(xué)計(jì)量組成的多量氧。例如，作為柵極絕緣膜110優(yōu)選使用以sio2+α(α＞0)表示的氧化硅膜。通過使用上述氧化硅膜作為柵極絕緣膜110，可以將氧供應(yīng)到氧化物半導(dǎo)體膜106，從而可以使使用該氧化物半導(dǎo)體膜106的晶體管160具有優(yōu)良的晶體管特性。

為了不使硅等雜質(zhì)進(jìn)入氧化物半導(dǎo)體膜106，以氧化物半導(dǎo)體膜106不受損傷的方式形成柵極絕緣膜110。例如，當(dāng)通過濺射法形成氧化硅膜作為柵極絕緣膜110時(shí)，降低硅(即，柵極絕緣膜110的構(gòu)成元素)碰撞到氧化物半導(dǎo)體膜106的勢(shì)力，即可。具體而言，可以采用如下方法：降低形成柵極絕緣膜110時(shí)的成膜功率；提高形成柵極絕緣膜110時(shí)的成膜壓力；或者延長形成柵極絕緣膜110時(shí)的靶材與襯底之間的距離(t-s間距離)等。但是，柵極絕緣膜110的形成方法不局限于此。例如，可以使用通過pe-cvd法形成的氧化硅膜、氧氮化硅膜、氮氧化硅膜等。因?yàn)榕c濺射法相比，在pe-cvd法中用作基底膜的氧化物半導(dǎo)體膜106受到的損傷少，所以是優(yōu)選的。

接著，在柵極絕緣膜110上形成用來形成柵電極(相同于與該柵電極相同的層中形成的布線)的導(dǎo)電膜。作為用于柵電極的導(dǎo)電膜，可以具有與實(shí)施方式1所記載的材料等同樣的結(jié)構(gòu)。

接著，通過光刻工序在導(dǎo)電膜上形成抗蝕劑掩模，選擇性地進(jìn)行蝕刻來形成柵電極112，然后去除抗蝕劑掩模(參照?qǐng)D4c)。此外，也可以通過噴墨法形成用來形成柵電極112的抗蝕劑掩模。因?yàn)楫?dāng)利用噴墨法形成抗蝕劑掩模時(shí)不需要光掩模，所以可以降低制造成本。另外，作為柵電極112的蝕刻，可以采用干蝕刻和濕蝕刻中的一個(gè)或兩個(gè)。

接著，使用柵電極112作為掩模將摻雜劑181引入到氧化物半導(dǎo)體膜106中，來形成用作一對(duì)低電阻區(qū)的區(qū)域106e及區(qū)域106f(參照?qǐng)D4d)。

摻雜劑181是改變氧化物半導(dǎo)體膜106的導(dǎo)電率的雜質(zhì)。作為摻雜劑181，可以使用選自第15族元素(典型的是磷(p)、砷(as)及銻(sb))、硼(b)、鋁(al)、氮(n)、氬(ar)、氦(he)、氖(ne)、銦(in)、氟(f)、氯(cl)、鈦(ti)和鋅(zn)中的任一種以上。

也可以通過注入法使摻雜劑181穿過其他的膜(例如柵極絕緣膜110)而將其引入到氧化物半導(dǎo)體膜106中。作為摻雜劑181的引入方法，可以利用離子注入法、離子摻雜法、等離子體浸沒離子注入法等。此時(shí)優(yōu)選使用摻雜劑181的單個(gè)離子或氟化物、氯化物的離子。

可以通過適當(dāng)?shù)卦O(shè)定加速電壓、劑量等的注入條件或者使摻雜劑181穿過的膜的厚度來控制摻雜劑181的引入。在本實(shí)施方式中，通過離子注入法，作為摻雜劑181使用磷來進(jìn)行磷離子的引入。另外，也可以將摻雜劑181的劑量設(shè)定為1×10¹³ions/cm²以上且5×10¹⁶ions/cm²以下。

低電阻區(qū)中的摻雜劑181的濃度優(yōu)選為5×10¹⁸/cm³以上且1×10²²/cm³以下。

另外，當(dāng)將摻雜劑181引入時(shí)，也可以同時(shí)對(duì)襯底102進(jìn)行加熱。

此外，既可以多次進(jìn)行將摻雜劑181引入到氧化物半導(dǎo)體膜106中的處理，又可以使用多種摻雜劑。

另外，也可以在引入摻雜劑181之后進(jìn)行加熱處理。作為加熱條件，優(yōu)選采用如下條件：溫度為300℃以上且700℃以下，優(yōu)選為300℃以上且450℃以下；在氧氣氛下；進(jìn)行1小時(shí)。此外，也可以在氮?dú)夥障?、減壓下或大氣(超干燥空氣氣氛)下進(jìn)行加熱處理。

當(dāng)氧化物半導(dǎo)體膜106是結(jié)晶氧化物半導(dǎo)體膜或caac-os膜時(shí)，有時(shí)由于摻雜劑181的引入其一部分被非晶化。在此情況下，通過在引入摻雜劑181之后進(jìn)行加熱處理，可以恢復(fù)氧化物半導(dǎo)體膜106的結(jié)晶性。

通過上述步驟，在氧化物半導(dǎo)體膜106中，形成以夾著用作溝道形成區(qū)的區(qū)域106c及區(qū)域106d設(shè)置有區(qū)域106e及區(qū)域106f的氧化物半導(dǎo)體膜106。

接著，在柵極絕緣膜110及柵電極112上形成層間絕緣膜114(參照?qǐng)D5a)。

作為層間絕緣膜114優(yōu)選使用無機(jī)絕緣膜，可以使用氧化硅膜、氧氮化硅膜、氧化鋁膜、氧氮化鋁膜、氧化鎵膜、氧化鉿等氧化物絕緣膜的單層或疊層。另外，也可以在上述氧化物絕緣膜上還形成氮化硅膜、氮氧化硅膜、氮化鋁膜、氮氧化鋁膜等氮化物絕緣膜的單層或疊層。例如，通過濺射法從柵電極112一側(cè)依次形成氧化硅膜及氧化鋁膜的疊層。

當(dāng)作為層間絕緣膜使用氧化鋁膜時(shí)，氧化鋁膜可以用來在制造工序中及制造之后防止引起晶體管160的電特性變動(dòng)的氫、水分等雜質(zhì)進(jìn)入氧化物半導(dǎo)體膜106。另外，氧化鋁膜可以用來在制造工序中及制造之后防止氧化物半導(dǎo)體的主要構(gòu)成要素的氧從氧化物半導(dǎo)體膜106釋放。

優(yōu)選在形成層間絕緣膜114之后，對(duì)氧化物半導(dǎo)體膜106進(jìn)行熱處理。將該熱處理的溫度設(shè)定為300℃以上且700℃以下，或低于襯底的應(yīng)變點(diǎn)。

該熱處理在氮、氧、超干燥空氣(含水量為20ppm以下，優(yōu)選為1ppm以下，更優(yōu)選為10ppb以下的空氣)或稀有氣體(氬或氦等)氣氛下進(jìn)行，即可。注意，上述氮、氧、超干燥空氣或稀有氣體等的氣氛優(yōu)選不含有水、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，優(yōu)選設(shè)定為7n(99.99999％)以上(即，將雜質(zhì)濃度設(shè)定為1ppm以下，優(yōu)選設(shè)定為0.1ppm以下)。

當(dāng)在形成氧化物半導(dǎo)體膜之后進(jìn)行熱處理時(shí)，有可能減少氧化物半導(dǎo)體的主要構(gòu)成要素之一的氧。然而，在該步驟中的該熱處理中，可以從基底絕緣膜104或使用包含硅的氧化物形成的柵極絕緣膜110對(duì)氧化物半導(dǎo)體膜106供應(yīng)氧，由此可以填補(bǔ)氧化物半導(dǎo)體膜106中的氧缺損。

通過進(jìn)行如上述那樣的熱處理，可以以盡量不含有主要成分以外的雜質(zhì)的方式使氧化物半導(dǎo)體膜106高純度化。被高純度化的氧化物半導(dǎo)體膜106包含極少(近于0)的起因于施主的載流子，載流子濃度低于1×10¹⁴/cm³，優(yōu)選低于1×10¹²/cm³，更優(yōu)選低于1×10¹¹/cm³。如上所述，可以形成被i型(本征)化的氧化物半導(dǎo)體膜106。

接著，在柵極絕緣膜110及層間絕緣膜114中形成到達(dá)氧化物半導(dǎo)體膜106(區(qū)域106e或區(qū)域106f)的開口部，在開口部中形成用于源電極及漏電極(相同于與柵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，可以使用與實(shí)施方式1所記載的材料等同樣的結(jié)構(gòu)。

接著，通過光刻工序在導(dǎo)電膜上形成抗蝕劑掩模，選擇性地進(jìn)行蝕刻來形成源電極108a及漏電極108b，然后去除抗蝕劑掩模(參照?qǐng)D5b)。

通過上述工序形成晶體管160(參照?qǐng)D5b)。在晶體管160中降低引入到氧化物半導(dǎo)體膜106的區(qū)域106c及區(qū)域106e中的硅的濃度。另外，當(dāng)氧化物半導(dǎo)體膜106是caac-os膜時(shí)，可以到與柵極絕緣膜110的界面附近形成結(jié)晶部。因此，可以使晶體管160具有穩(wěn)定的電特性。

此外，也可以在晶體管160上設(shè)置平坦化絕緣膜。作為平坦化絕緣膜，可以使用具有耐熱性的有機(jī)材料如丙烯酸類樹脂、聚酰業(yè)胺類樹脂、苯并環(huán)丁烯類樹脂、聚酰胺樹脂、環(huán)氧樹脂等。另外，除了上述有機(jī)材料之外，還可以使用低介電常數(shù)材料(low-k材料)或硅氧烷類樹脂等。另外，也可以層疊多個(gè)由這些材料形成的絕緣膜。

以上，本實(shí)施方式所示的結(jié)構(gòu)、方法可以與其他實(shí)施方式所示的結(jié)構(gòu)、方法適當(dāng)?shù)亟M合而使用。

實(shí)施方式3

在本實(shí)施方式中，參照附圖說明包括本說明書所示的晶體管的半導(dǎo)體裝置的一例，該半導(dǎo)體裝置即使在沒有電力供應(yīng)的情況下也能夠保持存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，并且對(duì)寫入次數(shù)也沒有限制。

圖6a至圖6c示出半導(dǎo)體裝置的結(jié)構(gòu)的一個(gè)例子。圖6a為半導(dǎo)體裝置的截面圖，圖6b為半導(dǎo)體裝置的平面圖，圖6c為半導(dǎo)體裝置的電路圖。在此，圖6a為沿著圖6b中的c1-c2及d1-d2的截面圖。

圖6a及圖6b所示的半導(dǎo)體裝置在其下部包括含有第一半導(dǎo)體材料的晶體管260，并在其上部包括含有第二半導(dǎo)體材料的晶體管150。作為晶體管150，可以采用實(shí)施方式1所示的晶體管的結(jié)構(gòu)，晶體管150具有以與氧化物半導(dǎo)體膜106接觸的方式設(shè)置源電極108a及漏電極108b的結(jié)構(gòu)。另外，雖然在本實(shí)施方式中未記載，但是也可以采用實(shí)施方式2所說明的晶體管。

這里，第一半導(dǎo)體材料和第二半導(dǎo)體材料優(yōu)選為具有不同帶隙的材料。例如，第一半導(dǎo)體材料可以為氧化物半導(dǎo)體以外的半導(dǎo)體材料(例如，單晶硅等)，并且第二半導(dǎo)體材料可以為氧化物半導(dǎo)體。作為氧化物半導(dǎo)體以外的材料包含單晶硅的晶體管能夠進(jìn)行高速工作。另一方面，包含氧化物半導(dǎo)體的晶體管利用其特性而可以長時(shí)間地保持電荷。

另外，雖然在此上述晶體管都為n溝道型晶體管，但是當(dāng)然可以使用p溝道型晶體管。此外，雖然為了保持信息而使用如實(shí)施方式1所示那樣的晶體管150中的氧化物半導(dǎo)體，但是不需要將半導(dǎo)體裝置的具體結(jié)構(gòu)如用于半導(dǎo)體裝置的材料或半導(dǎo)體裝置的結(jié)構(gòu)等限定于在此所示的結(jié)構(gòu)。

圖6a中的晶體管260包括：設(shè)置在包含半導(dǎo)體材料(例如，硅)的襯底200中的溝道形成區(qū)216；以夾著溝道形成區(qū)216的方式設(shè)置的雜質(zhì)區(qū)220；接觸于雜質(zhì)區(qū)220的金屬間化合物區(qū)224；設(shè)置在溝道形成區(qū)216上的柵極絕緣膜208；以及設(shè)置在柵極絕緣膜208上的柵電極210。注意，在附圖中沒有將晶體管的源電極或漏電極表示出來，為了方便起見也可以將這種狀態(tài)也稱為晶體管。此外，在此情況下，在說明晶體管的連接關(guān)系時(shí)，將源區(qū)及源電極總稱為“源電極”，將漏區(qū)及漏電極總稱為“漏電極”。也就是說，在本說明書中，“源電極”可能包括源區(qū)。

另外，在襯底200上以圍繞晶體管260的方式設(shè)置有元件分離絕緣膜206，并且以覆蓋晶體管260的方式設(shè)置有絕緣膜228及絕緣膜230。另外，為了實(shí)現(xiàn)高集成化，如圖6a所示，優(yōu)選的是，晶體管260不具有側(cè)壁絕緣膜。另一方面，當(dāng)在晶體管260的特性上有優(yōu)勢(shì)時(shí)，也可以在柵電極210的側(cè)面設(shè)置側(cè)壁絕緣膜，并使雜質(zhì)區(qū)220包括具有雜質(zhì)濃度不同的區(qū)域。

使用單晶半導(dǎo)體襯底形成的晶體管260能夠進(jìn)行高速工作。因此，通過作為讀出用晶體管使用該晶體管，可以高速地讀出信息、。以覆蓋晶體管260的方式形成兩個(gè)絕緣膜。作為形成晶體管150和電容器264之前的處理，對(duì)該兩個(gè)絕緣膜進(jìn)行cmp處理來形成實(shí)現(xiàn)了平坦化的絕緣膜228及絕緣膜230，同時(shí)使柵電極210的頂面露出。

作為絕緣膜228、絕緣膜230，典型的是可以使用氧化硅膜、氧氮化硅膜、氧化鋁膜、氧氮化鋁膜、氮化硅膜、氮化鋁膜、氮氧化硅膜、氦氧化鋁膜等無機(jī)絕緣膜。絕緣膜228、絕緣膜230可以使用等離子體cvd法或?yàn)R射法等形成。

另外，可以使用聚酰業(yè)胺類樹脂、丙烯酸類樹脂、苯并環(huán)丁烯類樹脂等有機(jī)材料。另外，除了上述有機(jī)材料以外，可以使用低介電常數(shù)材料(low-k材料)等。在使用有機(jī)材料時(shí)，也可以使用旋涂法、印刷法等濕法形成絕緣膜228及絕緣膜230。

此外，在本實(shí)施方式中，作為絕緣膜228使用氮化硅膜，作為絕緣膜230使用氧化硅膜。

在通過拋光處理(例如cmp處理)充分實(shí)現(xiàn)了平坦化的絕緣膜230上形成氧化物半導(dǎo)體膜106。另外，絕緣膜230表面的平均表面粗糙度優(yōu)選為0.15nm以下。

圖6a所示的晶體管150是將氧化物半導(dǎo)體用于溝道形成區(qū)的晶體管。在此，包括在晶體管150中的氧化物半導(dǎo)體膜106優(yōu)選被高純度化。通過使用被高純度化的氧化物半導(dǎo)體，可以得到具有極為優(yōu)異的關(guān)態(tài)特性的晶體管150。

由于晶體管150的關(guān)態(tài)電流小，所以通過使用這種晶體管能夠長期保持存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。換言之，因?yàn)榭梢蕴峁┎恍枰M(jìn)行刷新工作，或者，制造刷新工作的頻度極少的半導(dǎo)體存儲(chǔ)裝置，所以可以充分降低耗電量。

在晶體管150上設(shè)置有單層或疊層的絕緣膜180。在本實(shí)施方式中，絕緣膜180具有使用從柵電極112一側(cè)層疊氧化鋁膜和氧化硅膜的疊層。另外，通過將氧化鋁膜設(shè)定為高密度(例如，膜密度為3，2g/cm³以上，優(yōu)選為3.6g/cm³以上)，可以對(duì)晶體管150賦予穩(wěn)定的電特性。

另外，在隔著柵極絕緣膜110及絕緣膜180與晶體管150的源電極108a重疊的區(qū)域中設(shè)置有導(dǎo)電膜182，并由源電極108a、柵極絕緣膜110、絕緣膜180和導(dǎo)電膜182構(gòu)成電容器264。換言之，晶體管150的源電極108a用作電容器264中的一個(gè)電極，導(dǎo)電膜182用作電容器264中的另一個(gè)電極。另外，當(dāng)不需要容量時(shí)，也可以省略電容器264。此外，電容器264比可以另行設(shè)置在晶體管150的上方。

在晶體管150及電容器264上設(shè)置有絕緣膜184。而且，在絕緣膜184上設(shè)置有用來連接晶體管150與其他晶體管的布線186。雖然在圖6a中未圖示，但是布線186通過形成在設(shè)置于絕緣膜180、柵極絕緣膜110等中的開口中的電極與漏電極108b電連接。在此，優(yōu)選的是，該電極以至少與晶體管150的氧化物半導(dǎo)體膜106的一部分重疊的方式設(shè)置。

在圖6a及圖6b中，優(yōu)選的是，使晶體管260和晶體管150以至少在一部分上重疊的方式設(shè)置，并且使晶體管260的源區(qū)或漏區(qū)以與氧化物半導(dǎo)體膜106的一部分重疊的方式設(shè)置。另外，以與晶體管260的至少一部分重疊的方式設(shè)置晶體管150及電容器264。例如，以與晶體管260的柵電極210的至少一部分重疊的方式設(shè)置電容器264的導(dǎo)電膜182。通過采用這種平面布局，可以降低半導(dǎo)體裝置的占有面積，從而可以實(shí)現(xiàn)高集成化。

另外，漏電極108b與布線186之間的電連接既可以通過使漏電極108b與布線186直接接觸而實(shí)現(xiàn)，又可以通過在兩者之間的絕緣膜中設(shè)置電極，通過該電極而實(shí)現(xiàn)。另外，電連接也可以通過多個(gè)電極而實(shí)現(xiàn)。

接著，圖6c示出對(duì)應(yīng)于圖6a及圖6b的電路結(jié)構(gòu)的一個(gè)例子。

在圖6c中，第一布線(1stline)與晶體管260的源電極和漏電極中的一個(gè)電連接，第二布線(2ndline)與晶體管260的源電極和漏電極中的另一個(gè)電連接。另外，第三布線(3rdline)與晶體管150的源電極和漏電極中的一個(gè)電連接，第四布線(4thline)與晶體管150的柵電極電連接。晶體管260的柵電極以及晶體管150的源電極及漏電極中的另一個(gè)與電容器264中的一個(gè)電極電連接，第五布線(5th小ne)與電容器264中的另一個(gè)電極電連接。

在圖6c所示的半導(dǎo)體裝置中，通過有效地利用可以保持晶體管260的柵電極的電位的特征，可以如以下所示那樣進(jìn)行信息的寫入、保持以及讀出。

對(duì)數(shù)據(jù)的寫入及保持進(jìn)行說明。首先，將第四布線的電位設(shè)定為使晶體管150變?yōu)閷?dǎo)通的電位，使晶體管150變?yōu)閷?dǎo)通。由此，對(duì)晶體管260的柵電極和電容器264施加第三布線的電位。也就是說，對(duì)晶體管260的柵電極施加規(guī)定的電荷(諸如，數(shù)據(jù)的寫入)。這里，施加賦予一個(gè)電位電平或不同電位電平的電荷(以下，稱為low電平電荷、high電平電荷)。然后，通過將第四布線的電位設(shè)定為使晶體管150變?yōu)殛P(guān)閉的電位，使晶體管150變?yōu)殛P(guān)閉，保持對(duì)晶體管260的柵電極施加的電荷(保持)。

因?yàn)榫w管150的關(guān)態(tài)電流極小，所以晶體管260的柵電極的電荷被長時(shí)間地保持。

接著，對(duì)數(shù)據(jù)的讀出進(jìn)行說明。當(dāng)在對(duì)第一布線施加規(guī)定的電位(恒電位)的狀態(tài)下，對(duì)第五布線施加適當(dāng)?shù)碾娢?讀出電位)時(shí)，第二布線的電位根據(jù)保持在晶體管260的柵電極的電荷量變動(dòng)。這是因?yàn)椋阂话愣?，在晶體管260為n溝道型晶體管的情況下，對(duì)晶體管260的柵電極施加high電平電荷時(shí)的外觀上的閾值電壓vth_h低于對(duì)晶體管260的柵電極施加low電平電荷時(shí)的外觀上的閾值電壓vth_l。在此，外觀上的閾值電壓是指為了使晶體管260變?yōu)閷?dǎo)通所需要的第五布線的電位。因此，通過將第五布線的電位設(shè)定為vth_h和vth_l之間的電位v0，可以決定施加到晶體管260的柵電極的電荷。例如，在寫入中，當(dāng)被供應(yīng)high電平電荷時(shí)，如果第五布線的電位為v0(＞vth_h)，則晶體管260變?yōu)閷?dǎo)通。在寫入中，當(dāng)被供應(yīng)low電平電荷時(shí)，即使第五布線的電位為v0(＜vth_l)，晶體管260也維持關(guān)閉狀態(tài)。因此，根據(jù)第二布線的電位可以讀出所保持的數(shù)據(jù)。

注意，當(dāng)將存儲(chǔ)單元配置為陣列狀而使用時(shí)，需要只讀出所希望的存儲(chǔ)單元的數(shù)據(jù)。在不讀出數(shù)據(jù)的情況下，對(duì)第五布線施加不管柵電極的狀態(tài)如何都使晶體管260變?yōu)殛P(guān)閉狀態(tài)的電位，也就是小于vth_h的電位，即可。此外，將不管柵電極的狀態(tài)如何都使晶體管260變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)的電位，也就是大于vth_l的電位施加到第五布線即可。

在本實(shí)施方式所示的半導(dǎo)體裝置中，通過應(yīng)用將氧化物半導(dǎo)體用于其溝道形成區(qū)且極小的關(guān)態(tài)電流(off-statecurrent)的晶體管，可以在極長期間儲(chǔ)存數(shù)據(jù)。就是說，因?yàn)樽儾恍枰M(jìn)行刷新工作，或者，可以將刷新工作的頻度降低到極低，所以可以充分降低耗電量。另外，即使在沒有電力供應(yīng)的情況下(優(yōu)選電位是固定的)，也可以在長期間保持存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。

另外，在本實(shí)施方式所示的半導(dǎo)體裝置中，數(shù)據(jù)的寫入不需要高電壓，而且也沒有元件劣化的問題。例如，不像現(xiàn)有的非易失性存儲(chǔ)器那樣，不需要對(duì)浮動(dòng)?xùn)艠O注入電子或從浮動(dòng)?xùn)艠O抽出電子，所以根本不會(huì)產(chǎn)生柵極絕緣層的劣化的問題。就是說，在根據(jù)所公開的發(fā)明的半導(dǎo)體裝置中，對(duì)作為現(xiàn)有的非易失性存儲(chǔ)器所存在的問題的能夠?qū)懭氲拇螖?shù)沒有限制，而使可靠性得到顯著提高。再者，根據(jù)晶體管的導(dǎo)通狀態(tài)或關(guān)閉狀態(tài)而進(jìn)行數(shù)據(jù)的寫入，而也可以容易實(shí)現(xiàn)高速工作。

另外，在晶體管150中降低引入到氧化物半導(dǎo)體膜106的區(qū)域106a中的硅等雜質(zhì)的濃度。另外，當(dāng)氧化物半導(dǎo)體膜106是caac-os膜時(shí)，可以到與柵極絕緣膜110的界面附近形成結(jié)晶部。其結(jié)果，可以使晶體管150具有穩(wěn)定的電特性。

因此，可以提供一種實(shí)現(xiàn)了微型化及高集成化且賦予高電特性的半導(dǎo)體裝置。

以上，本實(shí)施方式所示的結(jié)構(gòu)、方法可以與其他實(shí)施方式所示的結(jié)構(gòu)、方法適當(dāng)?shù)亟M合而使用。

實(shí)施方式4

在本實(shí)施方式中，關(guān)于包括實(shí)施方式1或?qū)嵤┓绞?所示的晶體管的半導(dǎo)體裝置，參照?qǐng)D7a和圖7b對(duì)與實(shí)施方式3所示的結(jié)構(gòu)不同的結(jié)構(gòu)進(jìn)行說明。該半導(dǎo)體裝置即使在沒有電力供應(yīng)的情況下也能夠保持存儲(chǔ)內(nèi)容，并且對(duì)寫入次數(shù)也沒有限制。

圖7a為半導(dǎo)體裝置的電路結(jié)構(gòu)的一個(gè)例子，圖7b為示出半導(dǎo)體裝置的一個(gè)例子的示意圖。首先對(duì)圖7a所示的半導(dǎo)體裝置進(jìn)行說明，接著對(duì)圖7b所示的半導(dǎo)體裝置進(jìn)行說明。

在圖7a所示的半導(dǎo)體裝置中，位線bl與晶體管150的源電極或漏電極電連接，字線wl與晶體管150的柵電極電連接，并且晶體管150的源電極或漏電極與電容器354的第一端子電連接。

使用氧化物半導(dǎo)體的晶體管150的關(guān)態(tài)電流極小。因此，通過使晶體管150為關(guān)閉狀態(tài)，可以在極長期間保持電容器354的第一端子的電位(或累積在電容器354中的電荷)。

接著，說明對(duì)圖7a所示的半導(dǎo)體裝置(存儲(chǔ)單元350)進(jìn)行數(shù)據(jù)的寫入及保持的情況。

首先，通過將字線wl的電位設(shè)定為使晶體管150變?yōu)閷?dǎo)通的電位，晶體管150變?yōu)閷?dǎo)通。由此，將位線bl的電位施加到電容器354的第一端子(寫入)。然后，通過將字線wl的電位設(shè)定為使晶體管150變?yōu)殛P(guān)閉的電位，晶體管150變?yōu)殛P(guān)閉，由此保持電容器354的第一端子的電位(保持)。

由于晶體管150的關(guān)態(tài)電流極小，所以能夠長時(shí)間保持電容器354的第一端子的電位(或累積在電容器中的電荷)。

接著，對(duì)數(shù)據(jù)的讀出進(jìn)行說明。當(dāng)晶體管150變?yōu)閷?dǎo)通時(shí)，處于浮動(dòng)狀態(tài)時(shí)位線bl與電容器354電連接，于是，在位線bl與電容器354之間電荷被再次分配。其結(jié)果，位線bl的電位發(fā)生變化。位線bl的電位的變化量根據(jù)電容器354的第一端子的電位(或累積在電容器354中的電荷)而變動(dòng)。

例如，當(dāng)v是電容器354的第一端子的電位，c是電容器354的容量，cb是位線bl所具有的電容(以下也稱為位線電容)，并且vb0是電荷被再次分配之前的位線bl的電位時(shí)，電荷被再次分配之后的位線bl的電位成為(cb*vb0+c*v)/(cb+c)。因此可知，當(dāng)存儲(chǔ)單元350的狀態(tài)處于電容器354的第一端子的電位為v1或v0(v1＞v0)的兩個(gè)狀態(tài)時(shí)，保持電位v1時(shí)的位線bl的電位(＝cb*vb0+c*v1)/(cb+c))高于保持電位v0時(shí)的位線bl的電位(＝cb*vb0+c*v0)/(cb+c))。

并且，通過比較位線bl的電位與規(guī)定的電位，可以讀出數(shù)據(jù)。

如此，由于晶體管150的關(guān)態(tài)電流極小，所以圖7a所示的半導(dǎo)體裝置可以長期保持累積在電容器354中的電荷。換言之，因?yàn)樽儾恍枰M(jìn)行刷新工作，或者，可以使刷新工作的頻度極低，所以可以充分降低耗電量。另外，即使在沒有電力供應(yīng)的情況下也可以長時(shí)間保持存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。

接著對(duì)圖7b所示的半導(dǎo)體裝置進(jìn)行說明。

圖7b所示的半導(dǎo)體裝置在其上部作為存儲(chǔ)電路包括存儲(chǔ)單元陣列351a及351b，該存儲(chǔ)單元陣列351a及351b具有多個(gè)圖7a所示的存儲(chǔ)單元350。此外，圖7b所示的半導(dǎo)體裝置在其下部具有用來使存儲(chǔ)單元陣列351(存儲(chǔ)單元陣列351a及351b)工作的外圍電路353。另外，外圍電路353與存儲(chǔ)單元陣列351電連接。

在圖7b所示的結(jié)構(gòu)中，可以將外圍電路353設(shè)置在存儲(chǔ)單元陣列351(存儲(chǔ)單元陣列351a及351b)的正下方，從而可以實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體裝置的小型化。

優(yōu)選的是，設(shè)置在外圍電路353中的晶體管的半導(dǎo)體材料與晶體管150的半導(dǎo)體村料不同。例如，可以使用硅、鍺、硅鍺、碳化硅或砷化鎵等，優(yōu)選使用單晶半導(dǎo)體。此外，還可以使用有機(jī)半導(dǎo)體材料等。包含這種半導(dǎo)體材料的晶體管能夠進(jìn)行充分的高速工作。因此，通過利用該晶體管，能夠順利實(shí)現(xiàn)被要求高速工作的各種電路(例如，邏輯電路或驅(qū)動(dòng)電路)。

另外，如圖7b所示，半導(dǎo)體裝置例示出層疊有兩個(gè)存儲(chǔ)單元陣列351(存儲(chǔ)單元陣列351a、存儲(chǔ)單元陣列351b)的結(jié)構(gòu)，但是所層疊的存儲(chǔ)單元陣列的個(gè)數(shù)不局限于此。也可以層疊有三個(gè)以上的存儲(chǔ)單元陣列。

通過設(shè)置外圍電路及存儲(chǔ)電路的雙方，其中外圍電路利用包含氧化物半導(dǎo)體以外的材料的晶體管(換言之，能夠進(jìn)行充分高速的工作的晶體管)，其中存儲(chǔ)電路利用包含氧化物半導(dǎo)體的晶體管(作更廣義解釋，其關(guān)態(tài)電流充分小的晶體管)，來能夠?qū)崿F(xiàn)具有新穎特征的半導(dǎo)體裝置。另外，通過采用外圍電路和存儲(chǔ)電路的疊層結(jié)構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體裝置的集成化。

本實(shí)施方式可以與其他實(shí)施方式所記載的結(jié)構(gòu)適當(dāng)?shù)亟M合而實(shí)施。

實(shí)施方式5

在本實(shí)施方式中，參照?qǐng)D8a至圖11對(duì)將上述實(shí)施方式所示的半導(dǎo)體裝置應(yīng)用于移動(dòng)電話、智能手機(jī)、電子書閱讀器等便攜設(shè)備的例子進(jìn)行說明。

在移動(dòng)電話、智能手機(jī)、電子書閱讀器等便攜設(shè)備中，為了暫時(shí)儲(chǔ)存圖像數(shù)據(jù)而使用sram或dram。使用sram或dram是因?yàn)榭扉W存儲(chǔ)器應(yīng)答速度慢而不適于圖像處理。另一方面，當(dāng)將sram或dram用于圖像數(shù)據(jù)的暫時(shí)儲(chǔ)存時(shí)，有如下特征。

如圖8a所示，在一般的sram中，一個(gè)存儲(chǔ)單元由晶體管801至晶體管806的六個(gè)晶體管構(gòu)成，并且該晶體管801至晶體管806被x譯碼器807和y譯碼器808驅(qū)動(dòng)。晶體管803和晶體管805以及晶體管804和晶體管806用作反相器，使用該反相器能夠?qū)崿F(xiàn)高速驅(qū)動(dòng)。然而，由于一個(gè)存儲(chǔ)單元由六個(gè)晶體管構(gòu)成，所以有存儲(chǔ)單元面積大的缺點(diǎn)。在將設(shè)計(jì)規(guī)則的最小尺寸設(shè)定為f的情況下，sram的存儲(chǔ)單元面積一般為100f²至150f²。因此，sram的每個(gè)比特位的單價(jià)是各種存儲(chǔ)器中最高的。

在dram中，如圖8b所示，存儲(chǔ)單元由晶體管811和存儲(chǔ)電容器812構(gòu)成，并且該晶體管811和存儲(chǔ)電容器812被x譯碼器813和y譯碼器814驅(qū)動(dòng)。由于一個(gè)單元由一個(gè)晶體管和一個(gè)電容構(gòu)成，所以所占的面積小。dram的存儲(chǔ)面積一般為10f²以下。注意，dram需要一直進(jìn)行刷新工作，因此即使在不進(jìn)行改寫的情況下也消耗電力。

然而，上述實(shí)施方式所說明的半導(dǎo)體裝置的存儲(chǔ)單元面積為10f²左右，并且不需要頻繁的刷新工作。因此，能夠縮小存儲(chǔ)單元面積，還能夠降低耗電量。

接著，圖9為便攜設(shè)備的方框圖。圖9所示的便攜設(shè)備包括：rf電路901；模擬基帶電路902；數(shù)字基帶電路903；電池904；電源電路905；應(yīng)用處理機(jī)906；快閃存儲(chǔ)器910；顯示器控制器911；存儲(chǔ)電路912；顯示器913；觸控感應(yīng)器919；聲頻電路917；以及鍵盤918等。顯示器913包括：顯示部914；源極驅(qū)動(dòng)器915；以及柵極驅(qū)動(dòng)器916。應(yīng)用處理機(jī)906具有：cpu(centralprocessingunit：中央處理器)907；dsp(digitalsignalprocessor：數(shù)位信號(hào)處理器)908；以及接口909(if909)。存儲(chǔ)電路912一般由sram或dram構(gòu)成，通過將上述實(shí)施方式所說明的半導(dǎo)體裝置用于存儲(chǔ)電路912，能夠以高速進(jìn)行數(shù)據(jù)的寫入和讀出，能夠長期保持存儲(chǔ)內(nèi)容，還能夠充分降低耗電量。

圖10示出將上述實(shí)施方式所說明的半導(dǎo)體裝置用于顯示器的存儲(chǔ)電路950的例子。圖10所示的存儲(chǔ)電路950包括：存儲(chǔ)器952；存儲(chǔ)器953；開關(guān)954；開關(guān)955：以及存儲(chǔ)器控制器951。另外，存儲(chǔ)電路連接于：用來讀出并控制通過信號(hào)線輸入的圖像數(shù)據(jù)(輸入圖像數(shù)據(jù))和儲(chǔ)存在存儲(chǔ)器952及存儲(chǔ)器953中的數(shù)據(jù)(存儲(chǔ)圖像數(shù)據(jù))的顯示器控制器956；以及根據(jù)來自顯示器控制器956的信號(hào)來進(jìn)行顯示的顯示器957。

首先，通過應(yīng)用處理機(jī)(未圖示)形成一個(gè)圖像數(shù)據(jù)(輸入圖像數(shù)據(jù)a)。該輸入圖像數(shù)據(jù)a通過開關(guān)954被保持在存儲(chǔ)器952中。將保持在存儲(chǔ)器952中的圖像數(shù)據(jù)(存儲(chǔ)圖像數(shù)據(jù)a)通過開關(guān)955及顯示器控制器956發(fā)送到顯示器957而進(jìn)行顯示。

在輸入圖像數(shù)據(jù)a沒有變化時(shí)，存儲(chǔ)圖像數(shù)據(jù)a一般以30至60hz左右的周期從存儲(chǔ)器952通過開關(guān)955由顯示器控制器956讀出。

另外，例如在使用者進(jìn)行了改寫畫面的數(shù)據(jù)時(shí)(即在輸入圖像數(shù)據(jù)a有變化時(shí))，由應(yīng)用處理機(jī)形成新的圖像數(shù)據(jù)(輸入圖像數(shù)據(jù)b)。該輸入圖像數(shù)據(jù)b通過開關(guān)954被保持在存儲(chǔ)器953中。在該期間存儲(chǔ)圖像數(shù)據(jù)a也定期性地通過開關(guān)955從存儲(chǔ)器952被讀出。當(dāng)在存儲(chǔ)器953中儲(chǔ)存完新的圖像數(shù)據(jù)(存儲(chǔ)圖像數(shù)據(jù)b)時(shí)，由顯示器957的下一個(gè)幀開始讀出存儲(chǔ)圖像數(shù)據(jù)b，并且將該存儲(chǔ)圖像數(shù)據(jù)b通過開關(guān)955及顯示器控制器956發(fā)送到顯示器957而進(jìn)行顯示。該讀出一直持續(xù)直到下一個(gè)新的圖像數(shù)據(jù)保持在存儲(chǔ)器952中。

如上所述，通過在存儲(chǔ)器952及存儲(chǔ)器953中交替進(jìn)行圖像數(shù)據(jù)的寫入和圖像數(shù)據(jù)的讀出，來進(jìn)行顯示器957的顯示。存儲(chǔ)器952、存儲(chǔ)器953不局限于兩個(gè)不同的存儲(chǔ)器，也可以將一個(gè)存儲(chǔ)器分割而使用。通過將上述實(shí)施方式所說明的半導(dǎo)體裝置用于存儲(chǔ)器952及存儲(chǔ)器953，能夠以高速進(jìn)行數(shù)據(jù)的寫入和讀出，能夠長期保持?jǐn)?shù)據(jù)，還能夠充分降低耗電量。

接著，圖11為電子書閱讀器的方框圖。圖11所示的電子書閱讀器包括：電池1001；電源電路1002；微處理器1003；快閃存儲(chǔ)器1004；聲頻電路1005；鍵盤1006；存儲(chǔ)電路1007；觸摸屏1008；顯示器1009；以及顯示器控制器1010。

在此，可以將上述實(shí)施方式所說明的半導(dǎo)體裝置用于圖11的存儲(chǔ)電路1007。存儲(chǔ)電路1007具有暫時(shí)保持書籍內(nèi)容的功能。例如有使用者使用高亮功能的情況。使用者在看電子書閱讀器時(shí)，有時(shí)想要對(duì)某個(gè)部分做標(biāo)記。該標(biāo)記功能被稱為高亮功能，即通過改變所顯示的文字的顏色；在單詞下面畫線；將文字改為粗體字；改變文字的字體，來使該部分與其他部分不一樣。就是說，高亮功能就是將使用者所指定的部分的數(shù)據(jù)儲(chǔ)存而保持的功能。為了使該數(shù)據(jù)長期保持，也可以將該數(shù)據(jù)拷貝到快閃存儲(chǔ)器1004。即使在此情況下，通過采用上述實(shí)施方式所說明的半導(dǎo)體裝置，也能夠以高速進(jìn)行信息的寫入和讀出，能夠長期保持?jǐn)?shù)據(jù)，還能夠充分降低耗電量。

如上所述，本實(shí)施方式所示的便攜設(shè)備安裝有根據(jù)上述實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置。因此，能夠?qū)崿F(xiàn)以高速進(jìn)行數(shù)據(jù)的讀出、長期保持存儲(chǔ)內(nèi)容且充分降低耗電量的便攜設(shè)備。

本實(shí)施方式所示的結(jié)構(gòu)及方法等可以與其他實(shí)施方式所記載的結(jié)構(gòu)及方法等適當(dāng)?shù)亟M合而實(shí)施。

實(shí)施例

在本實(shí)例中，有意地對(duì)氧化物半導(dǎo)體膜添加硅(si)，對(duì)其特性進(jìn)行評(píng)價(jià)。以下，對(duì)評(píng)價(jià)方法進(jìn)行說明。

首先，使用濺射裝置形成氯化物半導(dǎo)體膜。因此，有意地對(duì)用于濺射的金屬氧化物靶材添加si。作為金屬氧化物靶材，形成對(duì)in-ga-zn類氧化物(以下，稱為igzo)添加sio2的靶材。換言之，形成in-ga-zn-si類氧化物的靶材。

在本實(shí)施例中，形成如下三個(gè)igzo靶材：對(duì)其組成比為in∶ga∶zn＝1∶1∶1[原子數(shù)比]的靶材添加2wt％的sio2的靶材a；對(duì)其組成比為in∶ga∶zn＝1∶1∶1[原子數(shù)比]的靶材添加5wt％的sio2的靶材b；以及沒有添加sio2的靶材c(in∶ga∶zn＝1∶1∶1[原子數(shù)比])。

另外，以下有時(shí)將使用靶材a形成的薄膜記載為igzo-siox(2wt％)，將使用靶材b形成的薄膜記載為igzo-siox(5wt％)，將使用靶材c制造的薄膜記載為igzo。

接著，使用上述靶材a、靶材b及靶材c形成氧化物半導(dǎo)體薄膜，對(duì)其特性進(jìn)行評(píng)價(jià)。作為評(píng)價(jià)方法，對(duì)所得到的薄膜電阻、組成及結(jié)晶性進(jìn)行測(cè)量及分析。

(薄膜電阻測(cè)量)

制造樣品1、樣品2、樣品3、樣品4、樣品5和樣品6。樣品1通過如下方法形成：通過濺射法，在功率＝100w、壓力＝0.4pa、襯底溫度＝200℃、ar/o2＝10/5sccm(o2＝33％)的條件下在玻璃襯底上使用靶材c形成氧化物半導(dǎo)體膜，然后，在氮?dú)夥障乱?50℃進(jìn)行1小時(shí)的熱處理，接著在氧氣氛下以450℃進(jìn)行1小時(shí)的熱處理。樣品2通過如下方法形成：通過濺射法，在功率＝100w、壓力＝0.4pa、襯底溫度＝200℃、ar/o2＝0/15sccm(o2＝100％)的條件下在玻璃襯底上使用靶材c形成氧化物半導(dǎo)體膜，然后，在氮?dú)夥障乱?50℃進(jìn)行1小時(shí)的熱處理，接著在氧氣氛下以450℃進(jìn)行1小時(shí)的熱處理。樣品3通過如下方法形成：通過濺射法，在功率＝100w、壓力＝0.4pa、襯底溫度＝200℃、ar//o2＝10/5sccm(o2＝33％)的條件下在玻璃襯底上使用靶材a形成氧化物半導(dǎo)體膜，然后，在氮?dú)夥障乱?50℃進(jìn)行1小時(shí)的熱處理，接著在氧氣氛下以450℃進(jìn)行1小時(shí)的熱處理。樣品4通過如下方法形成：通過濺射法，在功率＝100w、壓力＝0.4pa、襯底溫度＝200℃、ar/o2＝0/15sccm(o2＝100％)的條件下在玻璃襯底上使用靶材a形成氧化物半導(dǎo)體膜，然后，在氮?dú)夥障乱?50℃進(jìn)行1小時(shí)的熱處理，接著在氧氣氛下以450℃進(jìn)行1小時(shí)的熱處理。樣品5通過如下方法形成：通過濺射法，在功率＝100w、壓力＝0.4pa、襯底溫度＝200℃、ar/o2＝10/5sccm(o2＝33％)的條件下在玻璃襯底上使用靶材b形成氧化物半導(dǎo)體膜，然后，在氮?dú)夥障乱?50℃進(jìn)行1小時(shí)的熱處理，接著在氧氣氛下以450℃進(jìn)行1小時(shí)的熱處理。樣品6通過如下方法形成：通過濺射法，在功率＝100w、壓力＝0.4pa、襯底溫度＝200℃、ar/o2＝0/15sccm(o2＝100％)的條件下在玻璃襯底上使用靶材b形成氧化物半導(dǎo)體膜，然后，在氮?dú)夥障乱?50℃進(jìn)行1小時(shí)的熱處理，接著在氧氣氛下以450℃進(jìn)行1小時(shí)的熱處理。

將樣品1至樣品6的所形成的氧化物半導(dǎo)體膜的厚度都設(shè)定為100nm。表1示出所制造的樣品的成膜條件及結(jié)構(gòu)等。

[表1]

接著，對(duì)上述樣品1至樣品6的薄膜電阻進(jìn)行測(cè)量。另外，在薄膜電阻的測(cè)量中，使用薄膜電阻測(cè)量系統(tǒng)。圖17示出樣品1至樣品6的薄膜電阻測(cè)量結(jié)果。在圖17中，橫軸表示項(xiàng)目(所制造的薄膜)，縱軸表示薄膜電阻。

由圖17可知：由于在igzo中添加si的薄膜，薄膜電阻上升。尤其是樣品5的薄膜電阻超過測(cè)量系統(tǒng)的測(cè)量上限(5×10⁵ω/cm²)，測(cè)量不到薄膜電阻。另外，雖然樣品6的薄膜電阻也超過測(cè)量系統(tǒng)的測(cè)量上限，但是在原理上算出測(cè)量系統(tǒng)的上限附近的數(shù)值。但是，關(guān)于測(cè)量裝置的上限的數(shù)值，不一定算出準(zhǔn)確的數(shù)值。

(組成分析)

制造樣品7和樣品8。樣品7通過如下方法形成：通過濺射法，在功率＝100w、壓力＝0.4pa、襯底溫度＝200℃、ar/o2＝0/15sccm(o2＝100％)的條件下在玻璃襯底上使用靶材a形成氧化物半導(dǎo)體膜。樣品8通過如下方法形成：通過濺射法，在功率＝100w、壓力＝0.4pa、襯底溫度＝200℃、ar/o2＝0/15sccm(o2＝100％)的條件下在玻璃襯底上使用靶材b形成氧化物半導(dǎo)體膜。

另外，將樣品7及樣品8的所形成的氧化物半導(dǎo)體膜的厚度設(shè)定為100nm。

接著，對(duì)上述樣品7及樣品8的組成進(jìn)行分析。在組成分析中，使用x射線光電子能譜(xps：x-rayphotoelectronspectroscopy)。xps是如下測(cè)量方法，即測(cè)量通過對(duì)樣品表面照射x射線而產(chǎn)生的光電子能量，來分析樣品的構(gòu)成元素和其電子狀態(tài)。表2示出樣品7及樣品8的條件、結(jié)構(gòu)及組成分析的結(jié)果。

[表2]

根據(jù)表2可知：使用靶村a形成的樣品7的組成為in＝18.0(at.％)，ga＝15.3(at.％)，zn＝4.6(at.％)，0＝61.0(at.％)，si＝1.1(at.％)。另外，可知：使用靶材b形成的樣品8的組成為in＝16.7(at.％)，ga＝14.4(at.％)，zn＝4.3(at.％)，0＝62.0(at.％)，si＝2.6(at.％)。

(結(jié)晶性分析)

制造樣品9、樣品10、樣品11、樣品12、樣品13和樣品14。樣品9通過如下方法形成：通過濺射法，在功率＝100w、壓力＝0.4pa、襯底溫度＝200℃、ar/o2＝0/15sccm(o2＝100％)的條件下在玻璃襯底上使用靶材a形成氧化物半導(dǎo)體膜。樣品10通過如下方法形成：通過濺射法，在功率＝100w、壓力＝0.4pa、襯底溫度＝200℃、ar/o2＝0/15sccm(o2＝100％)的條件下在玻璃襯底上使用靶材a形成氧化物半導(dǎo)體膜，然后，在氮?dú)夥障乱?50℃進(jìn)行1小時(shí)的熱處理，接著在氧氣氛下以450℃進(jìn)行1小時(shí)的熱處理。樣品11通過如下方法形成：通過濺射法，在功率＝100w、壓力＝0.4pa、襯底溫度＝200℃、ar/o2＝0/15sccm(o2＝100％)的條件下在玻璃襯底上使用靶材a形成氧化物半導(dǎo)體膜，然后，在氮?dú)夥障乱?50℃進(jìn)行1小時(shí)的熱處理，接著在氧氣氛下以650℃進(jìn)行1小時(shí)的熱處理。樣品12通過如下方法形成：通過濺射法，在功率＝100w、壓力＝0.4pa、襯底溫度＝200℃、a/o2＝0/15sccm(o2＝100％)的條件下在玻璃襯底上使用靶材b形成氧化物半導(dǎo)體膜。樣品13通過如下方法形成：通過濺射法，在功率＝100w、壓力＝0.4pa、襯底溫度＝200℃、ar/o2＝0/15sccm(o2＝100％)的條件下在玻璃襯底上使用靶材b形成氧化物半導(dǎo)體膜，然后，在氮?dú)夥障乱?50℃進(jìn)行1小時(shí)的熱處理，接著在氧氣氛下以450℃進(jìn)行1小時(shí)的熱處理。樣品14通過如下方法形成：通過濺射法，在功率＝100w、壓力＝0.4pa、襯底溫度＝200℃、ar/o2＝0/15sccm(o2＝100％)的條件下在玻璃襯底上使用靶材b形成氧化物半導(dǎo)體膜，然后，在氮?dú)夥障乱?50℃進(jìn)行1小時(shí)的熱處理，接著在氧氣氛下以650℃進(jìn)行1小時(shí)的熱處理。

另外，將樣品9至樣品14的所形成的氧化物半導(dǎo)體膜的厚度都設(shè)定為100nm。表3示出所制造的樣品的成膜條件及結(jié)構(gòu)等。此外，樣品9至樣品11是具有與上述樣品7同樣的組成的氧化物半導(dǎo)體膜，樣品12至樣品14是具有與上述樣品8同樣的組成的氧化物半導(dǎo)體膜。

[表3]

下面，對(duì)上述樣品9至樣品14的結(jié)晶性進(jìn)行分析。另外，在結(jié)晶性的分析中，使用x射線衍射法(xrd：x-raydiffraction)。因?yàn)閤rd是x射線在晶格中呈現(xiàn)衍射的現(xiàn)象，所以可以對(duì)測(cè)量樣品的結(jié)晶性進(jìn)行測(cè)量。圖18a示出樣品9至樣品11的結(jié)晶性分析結(jié)果，圖18b示出樣品12至樣品14的結(jié)晶性分析結(jié)果。

由圖18a可知：關(guān)于使用靶材a形成的樣品9至樣品11，在沒有進(jìn)行熱處理的樣品9及進(jìn)行450℃的熱處理的樣品10中，觀察不到呈現(xiàn)明確的結(jié)晶性的衍射峰值。另一方面，在進(jìn)行650℃的熱處理的樣品11中，在2θ＝31°附近觀察到呈現(xiàn)結(jié)晶性的衍射峰值。

另外，由圖18b可知：關(guān)于使用靶材b制造的樣品12至樣品14，在沒有進(jìn)行熱處理的樣品12、進(jìn)行450℃的熱處理的樣品13及進(jìn)行650℃的熱處理的樣品14中，觀察不到呈現(xiàn)明確的結(jié)晶性的衍射峰值。

根據(jù)上述結(jié)果可知：在使用靶材a制造的樣品9至樣品11中，氧化物半導(dǎo)體膜中的硅(si)濃度為1.1at.％，在使用靶材b制造的樣品12至樣品14中，氧化物半導(dǎo)體膜中的硅(si)濃度為2.6at.％。如此可知，當(dāng)氧化物半導(dǎo)體膜中的si濃度高時(shí)，氧化物半導(dǎo)體膜的結(jié)晶性被阻礙。

附圖標(biāo)記說明

102：襯底；104：基底絕緣膜；106：氧化物半導(dǎo)體膜；106a：區(qū)域；106b：區(qū)域；106c：區(qū)域；106d：區(qū)域；106e：區(qū)域；106f：區(qū)域；106g：區(qū)域；106h：區(qū)域；108a：源電極；108b：漏電極；110：柵極絕緣膜；112：柵電極；113：氧化物半導(dǎo)體膜；114：層間絕緣膜；150：晶體管；160：晶體管；180：絕緣膜；181：摻雜劑；182：導(dǎo)電膜；184：絕緣膜；186：布線；200：襯底；206：元件分離絕緣膜；208：柵極絕緣膜；210：柵電極；216：溝道形成區(qū)；220：雜質(zhì)區(qū)；224：金屬間化合物區(qū)；228：絕緣膜；230：絕緣膜；254：電容器；260：晶體管；264：電容器；350：存儲(chǔ)單元；351：存儲(chǔ)單元陣列；351a：存儲(chǔ)單元陣列；351b：存儲(chǔ)單元陣列；353：外圍電路；354：電容器；801：晶體管；803：晶體管；804：晶體管；805：晶體管；806：晶體管；807：x譯碼器；808：y譯碼器；811：晶體管；812：存儲(chǔ)電容器；813：x譯碼器；814：y譯碼器；901：rf電路；902：模擬基帶電路；903：數(shù)字基帶電路；904：電池；905：電源電路；906：應(yīng)用處理機(jī)；907：cpu；908：dsp；909：接口；910：快閃存儲(chǔ)器；911：顯示器控制器；912：存儲(chǔ)電路；913：顯示器；914；顯示部；915：源極驅(qū)動(dòng)器；916：柵極驅(qū)動(dòng)器；917：聲頻電路；918：鍵盤；919：觸控感應(yīng)器；950：存儲(chǔ)電路；951：存儲(chǔ)器控制器；952：存儲(chǔ)器；953：存儲(chǔ)器；954：開關(guān)；955：開關(guān)；956：顯示器控制器；957：顯示器；1001：電池；1002：電源電路；1003：微處理器；1004：快閃存儲(chǔ)器；1005：聲頻電路；1006：鍵盤；1007：存儲(chǔ)電路；1008：觸摸屏；1009：顯示器；1010：顯示器控制器

本申請(qǐng)基于2011年10月14日提交到日本專利局的日本專利申請(qǐng)no.2011-227022，通過引用將其完整內(nèi)容并入在此。