本申請是申請日為2012年4月28日、申請?zhí)枮椤?01210132046.x”、發(fā)明名稱為“半導(dǎo)體器件”的發(fā)明專利申請的分案申請。

本發(fā)明涉及包括存儲器的半導(dǎo)體器件。

背景技術(shù)：

半導(dǎo)體器件諸如中央處理單元(cpu)根據(jù)它們的應(yīng)用而具有各種構(gòu)造，并且通常具有能夠高速寫入和讀取的緩沖存儲器件，例如寄存器和高速緩沖存儲器(cachememory)，以及用于存儲數(shù)據(jù)或指令的主存儲器。為了減少對主存儲器的低速訪問和加速運(yùn)算處理，緩沖存儲器件在cpu中設(shè)置得位于運(yùn)算單元和主存儲器之間。

通常，觸發(fā)器(flip-flop)用作寄存器，靜態(tài)隨機(jī)存取存儲器(sram)用作高速緩沖存儲器。專利文獻(xiàn)1公開了一種結(jié)構(gòu)，其中易失性存儲器例如sram與非易失性存儲器結(jié)合使用作為高速緩沖存儲器。

[參考資料]

[專利文獻(xiàn)]

[專利文獻(xiàn)1]日本公開專利申請no.h7-121444

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

順帶提及，例如中央處理單元的半導(dǎo)體器件除高速工作以外還要求具有低功耗和高集成度。盡管這取決于晶體管的尺寸，例如，當(dāng)利用體硅形成串聯(lián)連接在施加有高電平電源電勢的節(jié)點(diǎn)與施加有低電平電源電勢的節(jié)點(diǎn)之間的p溝道晶體管和n溝道晶體管時(shí)，在節(jié)點(diǎn)之間的電壓大約為3v的條件下在室溫時(shí)產(chǎn)生大約1pa的截止態(tài)電流。隨著中央處理單元或緩沖存儲器件的尺寸變大以及晶體管的數(shù)量變大，或隨著中央處理單元或緩沖存儲器件中的ic芯片的溫度變高，截止態(tài)電流的總量變大；由此，增加了功耗。因此，需要設(shè)計(jì)在中央處理單元中包含的晶體管的結(jié)構(gòu)，使得晶體管的截止態(tài)電流小。然而，占用了大量時(shí)間以及花費(fèi)了大量成本來開發(fā)同時(shí)具有高操作速度和小截止態(tài)電流的晶體管。

為了降低半導(dǎo)體器件的功耗，已提出了停止為緩沖存儲器件供電的方法。由于在緩沖存儲器件中使用的觸發(fā)器或sram是易失性的，所以在上述方法中，在易失性存儲器周圍設(shè)置非易失性存儲器，并在停止供電之前把數(shù)據(jù)臨時(shí)傳送到非易失性存儲器中。然而，由于主要利用磁元件和鐵電體來形成這種非易失性存儲器，所以制造工藝復(fù)雜。

在長時(shí)間停止供電的情況下，數(shù)據(jù)被傳送到諸如硬盤或閃存的存儲器中，然后可以停止供電。然而，在短時(shí)間停止供電的情況下，由于需要將數(shù)據(jù)置回的時(shí)間，所以這種存儲器是不合適的。

考慮到上述問題，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種能在確保高速操作的同時(shí)降低功耗的半導(dǎo)體器件。此外，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種在確保高速操作的同時(shí)能降低功耗并實(shí)現(xiàn)高集成度的半導(dǎo)體器件。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，半導(dǎo)體器件包括：包括晶體管的存儲元件，在晶體管中，例如具有結(jié)晶性的硅或具有結(jié)晶性的鍺的半導(dǎo)體用在溝道形成區(qū)中；儲存存儲元件的數(shù)據(jù)的電容器；以及控制電容器中的電荷的供給、儲存和釋放的開關(guān)元件。此外，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，在開關(guān)元件中所包含的晶體管形成在其中形成存儲元件中所包含的晶體管的層之上，此外，在存儲元件中所包含的晶體管的源電極和漏電極之一用作開關(guān)元件中所包含的晶體管的源電極和漏電極之一。

可選地，為了實(shí)現(xiàn)上述目的，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，半導(dǎo)體器件包括含有其中例如具有結(jié)晶性的硅或具有結(jié)晶性的鍺的半導(dǎo)體用在溝道形成區(qū)中的晶體管的存儲元件、儲存存儲元件的數(shù)據(jù)的電容器、以及控制電容器中的電荷的供給、儲存和釋放的開關(guān)元件。此外，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，在開關(guān)元件中所包含的晶體管形成在其中形成存儲元件中所包含的晶體管的層之上。

對開關(guān)元件來說，使用在溝道形成區(qū)中使用氧化物半導(dǎo)體的晶體管。氧化物半導(dǎo)體具有比硅更寬的帶隙和更低的本征載流子密度。因此，在溝道形成區(qū)中使用氧化物半導(dǎo)體的晶體管具有比用例如硅或鍺的普通半導(dǎo)體形成的晶體管小得多的截止態(tài)電流。

此外，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，半導(dǎo)體器件具有下述的第一結(jié)構(gòu)，從而進(jìn)一步減小了其中在溝道形成區(qū)中使用氧化物半導(dǎo)體的晶體管的截止態(tài)電流。具體來說，在根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的半導(dǎo)體器件中，在開關(guān)元件中所含有的晶體管包括在絕緣膜上的氧化物半導(dǎo)體膜、在氧化物半導(dǎo)體膜上的柵極絕緣膜、設(shè)置在與氧化物半導(dǎo)體膜交疊的部分中且柵極絕緣膜設(shè)置在它們之間的柵電極、以及與氧化物半導(dǎo)體膜連接的一對導(dǎo)電膜。氧化物半導(dǎo)體膜包括與柵電極交疊并且至少一部分用作溝道形成區(qū)的第一區(qū)、以及在其之間夾著第一區(qū)的一對第二區(qū)。此外，絕緣膜包括加熱時(shí)從其釋放部分氧的第一氧化物絕緣膜以及防止氧擴(kuò)散并設(shè)置在第一氧化物絕緣膜周圍的第二氧化物絕緣膜。氧化物半導(dǎo)體膜的第一區(qū)與第一氧化物絕緣膜接觸，氧化物半導(dǎo)體膜的第二區(qū)與第一氧化物絕緣膜和第二氧化物絕緣膜接觸。

在上述結(jié)構(gòu)中，從第一氧化物絕緣膜釋放的氧被防止擴(kuò)散到第二氧化物絕緣膜中，使得氧有效地供應(yīng)到在第一區(qū)中的氧化物半導(dǎo)體膜的末端部分。請注意，由于用于把氧化物半導(dǎo)體膜刻蝕成所需形狀的刻蝕處理、使氧化物半導(dǎo)體膜的末端部分暴露到減壓氣氛等，在其中氧化物半導(dǎo)體用于溝道形成區(qū)中的晶體管中的氧化物半導(dǎo)體膜的末端部分處容易產(chǎn)生由于氧釋放而導(dǎo)致的氧缺陷。由于氧缺陷成為載流子移動所通過的路徑，所以當(dāng)在氧化物半導(dǎo)體膜的末端部分處形成氧缺陷時(shí)形成寄生溝道，并由此增加了晶體管的截止態(tài)電流。然而，在本發(fā)明的實(shí)施例中，用上述結(jié)構(gòu)，防止了在第一區(qū)中的氧化物半導(dǎo)體膜的末端部分處形成氧缺陷，從而可以降低截止態(tài)電流。

可選地，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，半導(dǎo)體器件可以具有下述第二結(jié)構(gòu)而非所述第一結(jié)構(gòu)，從而進(jìn)一步減小其中在溝道形成區(qū)中使用氧化物半導(dǎo)體的晶體管的截止態(tài)電流。具體來說，在根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的半導(dǎo)體器件中，在開關(guān)元件中所含有的晶體管包括氧化物半導(dǎo)體膜、在氧化物半導(dǎo)體膜上的柵極絕緣膜、設(shè)置在與氧化物半導(dǎo)體膜交疊的部分中且柵極絕緣膜設(shè)置在它們之間的柵電極、以及與氧化物半導(dǎo)體膜連接的一對導(dǎo)電膜。此外，半導(dǎo)體器件包括設(shè)置在氧化物半導(dǎo)體膜周圍以便與氧化物半導(dǎo)體膜的末端部分接觸并在加熱時(shí)釋放部分氧的第一氧化物絕緣膜、設(shè)置在氧化物半導(dǎo)體膜周圍且防止氧擴(kuò)散的第二氧化物絕緣膜(第一氧化物絕緣膜設(shè)置在氧化物半導(dǎo)體膜與第二氧化物絕緣膜之間)、以及設(shè)置在氧化物半導(dǎo)體膜下面并在加熱時(shí)釋放部分氧的第三氧化物絕緣膜。氧化物半導(dǎo)體膜包括與柵電極交疊且至少一部分用作溝道形成區(qū)的第一區(qū)、以及在其之間夾著第一區(qū)的一對第二區(qū)。

在上述結(jié)構(gòu)中，從第一氧化物絕緣膜釋放的氧被防止擴(kuò)散進(jìn)入第二氧化物絕緣膜中，使得氧有效地提供到氧化物半導(dǎo)體膜的末端部分。此外，從第三氧化物絕緣膜釋放的氧被提供到氧化物半導(dǎo)體膜的下部部分中。如上所述，由于用于把氧化物半導(dǎo)體膜刻蝕成所需形狀的刻蝕處理、使氧化物半導(dǎo)體膜的末端部分暴露到減壓氣氛等，在其中氧化物半導(dǎo)體用于溝道形成區(qū)中的晶體管中的氧化物半導(dǎo)體膜的末端部分處容易產(chǎn)生由于氧釋放而導(dǎo)致的氧缺陷。由于氧缺陷成為載流子移動所通過的路徑，所以當(dāng)在氧化物半導(dǎo)體膜的末端部分處形成氧缺陷時(shí)形成寄生溝道，并由此增加了晶體管的截止態(tài)電流。然而，在本發(fā)明的實(shí)施例中，由于氧被有效供應(yīng)到氧化物半導(dǎo)體膜的末端部分，尤其是在第一區(qū)中的氧化物半導(dǎo)體膜的末端部分，所以防止了在第一區(qū)中的氧化物半導(dǎo)體膜的末端部分處形成氧缺陷，從而可以降低截止態(tài)電流。

請注意，在具有第一結(jié)構(gòu)或第二結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件中，氧化物半導(dǎo)體膜的第二區(qū)可以含有摻雜劑?？蛇x地，在氧化物半導(dǎo)體膜中，第二區(qū)可以包括含有摻雜劑的一對第三區(qū)和具有比第三區(qū)的摻雜劑濃度更高的摻雜劑濃度的一對第四區(qū)。具體來說，氧化物半導(dǎo)體膜可以包括第一區(qū)和在其之間夾著第一區(qū)的一對第二區(qū)，第二區(qū)可以包括在其之間夾著第一區(qū)的一對第三區(qū)以及在其之間夾著第一區(qū)和該對第三區(qū)的一對第四區(qū)。第三區(qū)用作電場緩和區(qū)。

各種實(shí)驗(yàn)可以證實(shí)包含氧化物半導(dǎo)體膜作為有源層的晶體管的小截止態(tài)電流。例如，即使用具有1*10⁶μm溝道寬度和10μm溝道長度的元件，在從1v至10v的源極端和漏極端之間的電壓(漏極電壓)范圍內(nèi)，截止態(tài)電流可以小于或等于半導(dǎo)體參數(shù)分析儀的測量極限，即小于或等于1×10^-13a。在這種情況下，可以發(fā)現(xiàn)，與將截止態(tài)電流除以晶體管的溝道寬度所得到的值對應(yīng)的截止態(tài)電流密度低于或等于100za/μm。

將要使用的氧化物半導(dǎo)體優(yōu)選至少含有銦(in)或鋅(zn)。具體地，優(yōu)選含有in和zn。作為用于減少含有氧化物半導(dǎo)體的晶體管的電特性變化的穩(wěn)定劑，優(yōu)選額外含有鎵(ga)。優(yōu)選含有錫(sn)作為穩(wěn)定劑。優(yōu)選含有鉿(hf)作為穩(wěn)定劑。優(yōu)選含有鋁(al)作為穩(wěn)定劑。

作為其它的穩(wěn)定劑，可以含有一種或多種鑭系元素，例如鑭(la)、鈰(ce)、鐠(pr)、釹(nd)、釤(sm)、銪(eu)、釓(gd)、鋱(tb)、鏑(dy)、鈥(ho)、鉺(er)、銩(tm)、鐿(yb)和镥(lu)。

作為氧化物半導(dǎo)體，例如可以使用氧化銦，氧化錫，氧化鋅，雙組分金屬氧化物例如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類氧化物或in-ga類氧化物，三組分金屬氧化物例如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-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類氧化物或in-lu-zn類氧化物，四組分金屬氧化物例如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類氧化物或in-hf-al-zn類氧化物。

請注意，這里，例如，“in-ga-zn類氧化物”是指含有in、ga和zn作為其主要成分的氧化物，對in:ga:zn的比沒有特別限制。in-ga-zn類氧化物可以含有除了in、ga和zn以外的金屬元素。

可選地，用inmo3(zno)m(滿足m＞0，并且m不是整數(shù))表示的材料可以用作氧化物半導(dǎo)體。請注意，m表示選自ga、fe、mn和co的一種或更多金屬元素?？蛇x地，作為氧化物半導(dǎo)體，可以使用通過in3sno5(zno)n(滿足n＞0，并且n是整數(shù))表示的材料。

例如，可以使用具有in:ga:zn＝1:1:1(＝1/3:1/3:1/3)或in:ga:zn＝2:2:1(＝2/5:2/5:1/5)原子比的in-ga-zn類氧化物，或其組成成分在上述組成成分附近的任何氧化物?？蛇x地，可以使用具有in:sn:zn＝1:1:1(＝1/3:1/3:1/3)、in:sn:zn＝2:1:3(＝1/3:1/6:1/2)或in:sn:zn＝2:1:5(＝1/4:1/8:5/8)原子比的in-sn-zn類氧化物，或其組成成分在上述組成成分附近的任何氧化物。

然而，組成成分不局限于上述那些，根據(jù)必要的電特性(例如遷移率、閾值電壓和變化)可以使用具有合適組成成分的材料。為了獲得所需的電特性，優(yōu)選將載流子密度、雜質(zhì)濃度、缺陷密度、金屬元素對氧的原子比、原子間距離、密度等設(shè)置為合適的值。

例如，在使用in-sn-zn類氧化物的情況下可以相對容易地得到高遷移率。然而，在使用in-ga-zn類氧化物的情況下，也可以通過降低體中的缺陷密度來增加遷移率。

請注意，例如，表述“以原子比in:ga:zn＝a:b:c(a+b+c＝1)含有in、ga和zn的氧化物的組成成分處在以原子比in:ga:zn＝a:b:c(a+b+c＝1)含有in、ga和zn的氧化物的組成成分附近”表示a、b和c滿足下列關(guān)系：(a-a)²+(b-b)²+(c-c)²≤r²，r可以為例如0.05。這同樣適用于其它氧化物。

氧化物半導(dǎo)體可以是單晶或非單晶。在后一種情況下，氧化物半導(dǎo)體可以是非晶或多晶。此外，氧化物半導(dǎo)體可以具有包括具有結(jié)晶性的部分的非晶結(jié)構(gòu)或非非晶結(jié)構(gòu)。

在非晶態(tài)的氧化物半導(dǎo)體中，能相對容易地獲得平坦表面，從而當(dāng)利用氧化物半導(dǎo)體制造晶體管時(shí)，可以減少界面散射，能相對容易地獲得相對高的遷移率。

在具有結(jié)晶性的氧化物半導(dǎo)體中，可以進(jìn)一步減少體中的缺陷，當(dāng)表面平坦度得到改善時(shí)，可以獲得比非晶態(tài)氧化物半導(dǎo)體更高的遷移率。為了改善表面平坦度，優(yōu)選在平坦表面上形成氧化物半導(dǎo)體。具體來說，氧化物半導(dǎo)體可以形成在具有小于或等于1nm，優(yōu)選小于或等于0.3nm，更優(yōu)選小于或等于0.1nm的平均表面粗糙度(ra)的表面上。

請注意，通過把jisb0601定義的中線平均粗糙度擴(kuò)展到三維以適用于表面，從而得到ra。此外，ra可以表達(dá)為從基準(zhǔn)表面到具體表面的偏差的絕對值的平均值并用下列公式1來定義：

[公式1]

在上述公式中，s0表示要測量的平面面積(用坐標(biāo)(x1，y1)、(x1，y2)、(x2，y1)和(x2，y2)表示的四個(gè)點(diǎn)所定義的矩形區(qū)域)，z0表示要測量的平面的平均高度。此外，可以用原子力顯微鏡(afm)來測量ra。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，在存儲元件中包含的晶體管包括在溝道形成區(qū)中的例如具有結(jié)晶性的硅或具有結(jié)晶性的鍺的半導(dǎo)體，從而半導(dǎo)體器件能高速操作。此外，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，開關(guān)元件包括具有極小截止態(tài)電流的晶體管，從而可以減少通過開關(guān)元件從電容器泄漏的電荷量。換句話說，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，能容易地單獨(dú)制造出具有最適合于存儲元件和開關(guān)元件所需特性的結(jié)構(gòu)的晶體管。此外，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，在存儲元件中包含的晶體管和在開關(guān)元件中所包含的晶體管被疊置，從而可以實(shí)現(xiàn)高集成度的半導(dǎo)體器件。

因此，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，用上述結(jié)構(gòu)，能提供在確保高速操作的同時(shí)能降低功耗的半導(dǎo)體器件。此外，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，能提供在確保高速操作的同時(shí)能降低功耗并獲得高集成度的半導(dǎo)體器件。

附圖說明

在附圖中：

圖1是半導(dǎo)體器件的橫截面圖；

圖2a和2c是晶體管的橫截面圖，圖2b是晶體管的俯視圖；

圖3是半導(dǎo)體器件的橫截面圖；

圖4a和4c是晶體管的橫截面圖，圖4b是晶體管的俯視圖；

圖5是存儲器電路的電路圖；

圖6a和6b是示出存儲器構(gòu)造的圖；

圖7是半導(dǎo)體器件的框圖；

圖8a、8b、8c、8d和8e示出用于制造半導(dǎo)體器件的方法；

圖9a、9b、9c和9d示出用于制造半導(dǎo)體器件的方法；

圖10a、10b、10c和10d示出用于制造半導(dǎo)體器件的方法；

圖11a、11b、11c和11d示出用于制造半導(dǎo)體器件的方法；

圖12a、12b、12c和12d示出用于制造半導(dǎo)體器件的方法；

圖13a、13b、13c和13d示出用于制造半導(dǎo)體器件的方法；

圖14a、14b和14c示出用于制造半導(dǎo)體器件的方法；

圖15a和15b示出用于制造半導(dǎo)體器件的方法；

圖16a和16b示出用于制造半導(dǎo)體器件的方法；

圖17a、17b和17c是電子器件的視圖；

圖18a、18b、18c、18d和18e是示出根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的氧化物半導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)的圖；

圖19a、19b和19c是示出根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的氧化物半導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)的圖；

圖20a、20b和20c是示出根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的氧化物半導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)的圖；

圖21是示出襯底加熱溫度與缺陷密度之間關(guān)系的曲線圖；

圖22是示出通過計(jì)算獲得的遷移率的柵極電壓相關(guān)性的曲線圖；

圖23a、23b和23c是分別示出通過計(jì)算獲得的漏極電流和遷移率的柵極電壓相關(guān)性的曲線圖；

圖24a、24b和24c是分別示出通過計(jì)算獲得的漏極電流和遷移率的柵極電壓相關(guān)性的曲線圖；

圖25a、25b和25c是分別示出通過計(jì)算獲得的漏極電流和遷移率的柵極電壓相關(guān)性的曲線圖；

圖26a和26b示出用于計(jì)算的晶體管結(jié)構(gòu)的橫截面結(jié)構(gòu)；

圖27a、27b和27c是示出均包括氧化物半導(dǎo)體膜的晶體管的特性的曲線圖；

圖28a和28b示出樣品1的晶體管在bt測試之后的vgs-ids特性；

圖29a和29b示出樣品2的晶體管在bt測試之后的vgs-ids特性；

圖30示出樣品a和樣品b的xrd譜；

圖31是示出在晶體管的測量中截止態(tài)電流和襯底溫度之間的關(guān)系的曲線圖；

圖32是示出ids和遷移率的vgs相關(guān)性的曲線圖；

圖33a是示出襯底溫度和閾值電壓之間關(guān)系的曲線圖，圖33b是示出襯底溫度和遷移率之間關(guān)系的曲線圖；

圖34a和34b是半導(dǎo)體器件的俯視圖和橫截面圖；

圖35a和35b是半導(dǎo)體器件的俯視圖和橫截面圖；

圖36是半導(dǎo)體器件的橫截面圖；

圖37a和37c是晶體管的橫截面圖，圖37b是晶體管的俯視圖；

圖38是半導(dǎo)體器件的橫截面圖；

圖39是半導(dǎo)體器件的橫截面圖；

圖40a和40c是晶體管的橫截面圖，圖40b是晶體管的俯視圖；

圖41是半導(dǎo)體器件的橫截面圖；

圖42a、42b、42c和42d示出用于制造半導(dǎo)體器件的方法；

圖43a、43b和43c示出用于制造半導(dǎo)體器件的方法；

圖44a、44b和44c示出用于制造半導(dǎo)體器件的方法；

圖45a、45b和45c示出用于制造半導(dǎo)體器件的方法；

圖46a和46b示出用于制造半導(dǎo)體器件的方法；

圖47a和47b示出用于制造半導(dǎo)體器件的方法；

圖48a、48b和48c示出用于制造半導(dǎo)體器件的方法；

圖49a、49b和49c示出用于制造半導(dǎo)體器件的方法；

圖50a和50b示出用于制造半導(dǎo)體器件的方法；

圖51a和51b示出用于制造半導(dǎo)體器件的方法；以及

圖52a和52b示出用于制造半導(dǎo)體器件的方法。

具體實(shí)施方式

在下文中，將參考附圖詳細(xì)介紹本發(fā)明的實(shí)施例。然而，本發(fā)明不限于下列說明內(nèi)容，并且本領(lǐng)域技術(shù)人員很容易明白在不脫離本發(fā)明范圍和精神實(shí)質(zhì)的情況下，方式和細(xì)節(jié)可以做出各種改變。因此，本發(fā)明不應(yīng)解釋為被限于下面對實(shí)施例的說明。

值得注意的是，在其所屬范疇內(nèi)，本發(fā)明包括其中可使用存儲器的所有半導(dǎo)體器件，例如，集成電路、rf標(biāo)簽(rftags)和半導(dǎo)體顯示器。在其所屬范疇內(nèi)，集成電路包括含有微處理器、圖像處理電路、數(shù)字信號處理器(dsp)、微控制器等之類的大規(guī)模集成電路(lsi)，以及例如場可編程柵陣列(fpga)和復(fù)合pld(cpld)的可編程邏輯器件(pld)。此外，在其所屬范疇內(nèi)，半導(dǎo)體顯示器包括其中含有半導(dǎo)體膜的電路元件被包括在驅(qū)動電路中的半導(dǎo)體顯示器諸如液晶顯示器、其中為每個(gè)像素提供以有機(jī)發(fā)光元件(oled)為典型的發(fā)光元件的發(fā)光器件、電紙書、數(shù)字微鏡器件(dmd)、等離子體顯示面板(pdp)、場致發(fā)射顯示器(fed)等等。

(實(shí)施例1)

根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的半導(dǎo)體器件包括存儲元件、電容器和開關(guān)元件，存儲元件包括其中半導(dǎo)體諸如具有結(jié)晶性的硅或具有結(jié)晶性的鍺用在溝道形成區(qū)中的晶體管，電容器儲存存儲元件的數(shù)據(jù)，開關(guān)元件控制電容器中電荷的供給、存儲和釋放。圖1是包含在存儲元件中的n溝道晶體管102n和p溝道晶體管102p、電容器136以及包含在開關(guān)元件中的晶體管121的結(jié)構(gòu)的橫截面圖的示例。

圖1所示的半導(dǎo)體器件包括在襯底100上的n溝道晶體管102n和p溝道晶體管102p。絕緣膜101形成在襯底100的表面上。

n溝道晶體管102n包括：半導(dǎo)體膜103n，包括具有結(jié)晶性的硅；在半導(dǎo)體膜103n上的柵極絕緣膜104n；柵電極105n，設(shè)置在交疊半導(dǎo)體膜103n的部分中，柵極絕緣膜104n設(shè)置在柵電極105n和半導(dǎo)體膜103n之間；以及與半導(dǎo)體膜103n連接并用作源電極和漏電極的導(dǎo)電膜161和導(dǎo)電膜162。半導(dǎo)體膜103n包括用作溝道形成區(qū)的第一區(qū)108以及用作源和漏的第二區(qū)109和110。第一區(qū)108夾在第二區(qū)109和110之間。圖1示出如下情況的例子，其中半導(dǎo)體膜103n包括在第一區(qū)108和第二區(qū)109之間以及第一區(qū)108和第二區(qū)110之間的用作輕摻雜漏(ldd)區(qū)的第三區(qū)111和112。

p溝道晶體管102p包括：半導(dǎo)體膜103p，包括具有結(jié)晶性的硅；在半導(dǎo)體膜103p上的柵極絕緣膜104p；柵電極105p，設(shè)置在交疊半導(dǎo)體膜103p的部分中，柵極絕緣膜104p設(shè)置在柵電極105p和半導(dǎo)體膜103p之間；以及與半導(dǎo)體膜103p連接并用作源電極和漏電極的導(dǎo)電膜162和導(dǎo)電膜163。半導(dǎo)體膜103p包括用作溝道形成區(qū)的第一區(qū)114以及用作源和漏的第二區(qū)115和116。第一區(qū)114夾在第二區(qū)115和116之間。圖1示出如下情況的例子，其中半導(dǎo)體膜103p包括在第一區(qū)114和第二區(qū)115之間以及第一區(qū)114和第二區(qū)116之間的用作ldd區(qū)的第三區(qū)117和118。

注意，圖1示出n溝道晶體管102n和p溝道晶體管102p共用導(dǎo)電膜162的例子；然而，這兩個(gè)晶體管可以包括單獨(dú)的導(dǎo)電膜。

此外，圖1示出n溝道晶體管102n和p溝道晶體管102p均包括薄半導(dǎo)體膜的例子；然而，n溝道晶體管102n和p溝道晶體管102p每個(gè)可以具有在體半導(dǎo)體襯底中的溝道形成區(qū)。

此外，在圖1所示的半導(dǎo)體器件中，設(shè)置絕緣膜119以覆蓋包含在n溝道晶體管102n中的半導(dǎo)體膜103n、柵極絕緣膜104n和柵電極105n以及包含在p溝道晶體管102p中的半導(dǎo)體膜103p、柵極絕緣膜104p和柵電極105p。在絕緣膜119上設(shè)置包含第一氧化物絕緣膜120a和第二氧化物絕緣膜120b的絕緣膜120。

導(dǎo)電膜161設(shè)置在絕緣膜120上，以在絕緣膜119和絕緣膜120中設(shè)置的開口部分中與第二區(qū)109接觸。導(dǎo)電膜162設(shè)置在絕緣膜120上，以在絕緣膜119和絕緣膜120中設(shè)置的開口部分中與第二區(qū)110和第二區(qū)115接觸。導(dǎo)電膜163設(shè)置在絕緣膜120上，以在絕緣膜119和絕緣膜120中設(shè)置的開口部分中與第二區(qū)116接觸。

利用加熱時(shí)從其釋放部分氧的氧化物絕緣膜來形成第一氧化物絕緣膜120a。作為這樣的加熱時(shí)從其釋放部分氧的氧化物絕緣膜，優(yōu)選使用以超過化學(xué)計(jì)量比的比率含有氧的絕緣膜。氧化硅、氧氮化硅、氮氧化硅、氧化鎵、氧化鉿、氧化釔等可以用于第一氧化物絕緣膜120a。

利用防止氧擴(kuò)散的氧化物絕緣膜來形成第二氧化物絕緣膜120b。例如利用氧化鋁、氧氮化鋁等來形成第二氧化物絕緣膜102b。對于氧化鋁來說，優(yōu)選使用以符合化學(xué)計(jì)量比的比率含有氧的氧化鋁或者以超過化學(xué)計(jì)量比的比率含有氧的氧化鋁(alox，x大于或等于3/2)。此外，在氧氮化鋁中，用氮替代在以符合化學(xué)計(jì)量比的比率含有氧的氧化鋁中的部分氧。

注意，“加熱時(shí)釋放氧”意味著在基于氧原子的熱脫附譜(thermaldesorptionspectroscopy，tds)中所釋放的氧的量大于或等于1.0×10¹⁸原子/cm³，優(yōu)選地大于或等于3.0×10²⁰原子/cm³。

這里，在tds分析中轉(zhuǎn)化成氧原子的所釋放的氧的量的測量方法描述如下。

tds分析中的氣體脫附量與譜的積分值(integralvalue)成比例。因此，可以從絕緣膜的譜的積分值對標(biāo)準(zhǔn)樣品的基準(zhǔn)值的比率來計(jì)算所釋放氣體的量。標(biāo)準(zhǔn)樣品的基準(zhǔn)值是指樣品中所含預(yù)定原子的密度對譜的積分值的比率。

例如，可以用作為標(biāo)準(zhǔn)樣品的含預(yù)定密度氫的硅晶片的tds分析結(jié)果和絕緣膜的tds分析結(jié)果根據(jù)公式2確定從絕緣膜釋放的氧分子數(shù)量(no2)。作為具有質(zhì)量數(shù)32的氣體給出的ch3oh不太可能存在于絕緣膜中。因此，通過tds分析所得到的具有質(zhì)量數(shù)32的所有譜可假設(shè)為源自氧分子。此外，假設(shè)不存在包含作為氧的同位素的具有質(zhì)量數(shù)17或18的氧原子的氧分子，因?yàn)樽匀唤缰羞@類分子的比例極小。

[公式2]

no2＝nh2/sh2×so2×α

nh2是通過把從標(biāo)準(zhǔn)樣品釋放的氫分子數(shù)量換算成密度所得到的值。sh2是標(biāo)準(zhǔn)樣品經(jīng)歷tds分析時(shí)譜的積分值。這里，標(biāo)準(zhǔn)樣品的基準(zhǔn)值設(shè)為nh2/sh2。so2是絕緣膜經(jīng)歷tds分析時(shí)譜的積分值。α是tds分析中影響譜強(qiáng)度的系數(shù)。公式2的細(xì)節(jié)可參考日本公開專利申請no.h6-275697。注意，用escoltd.制造的熱脫附譜裝置emd-wa1000s/w(使用含有1×10¹⁶原子/cm³的氫原子的硅晶片作為標(biāo)準(zhǔn)樣品)測量從上述絕緣膜釋放的氧的量。

此外，在tds分析中，某些量的氧被檢測為氧原子?？梢詮难醴肿拥碾婋x率來計(jì)算氧分子和氧原子之間的比率。注意，由于上述α包括氧分子的電離率，所以還可以通過評估所釋放的氧分子的數(shù)量來估算所釋放的氧原子的數(shù)量。

注意，no2是所釋放的氧分子的數(shù)量。以氧原子為基礎(chǔ)的所釋放的氧的量是所釋放的氧分子的數(shù)量的兩倍。

在上述結(jié)構(gòu)中，通過加熱從其釋放氧的絕緣膜可以是氧-過量氧化硅(siox(x＞2))。在氧-過量氧化硅(siox(x＞2))中，每單位體積的氧原子數(shù)量超過每單位體積硅原子數(shù)量的兩倍。通過盧瑟福背散射譜來測量每單位體積的硅原子數(shù)量和氧原子數(shù)量。

開關(guān)元件中所包含的晶體管121設(shè)置在絕緣膜120上。具體來說，晶體管121包括在絕緣膜120上的氧化物半導(dǎo)體膜122、在氧化物半導(dǎo)體膜122上的柵極絕緣膜123、設(shè)置在與氧化物半導(dǎo)體膜122交疊的部分中的柵電極124(柵極絕緣膜123設(shè)置在二者之間)、以及與氧化物半導(dǎo)體膜122連接并用作源電極和漏電極的導(dǎo)電膜163和導(dǎo)電膜164。氧化物半導(dǎo)體膜122包括與柵電極124交疊并且至少一部分用作溝道形成區(qū)的第一區(qū)127、以及用作源和漏并且第一區(qū)127夾在其間的第二區(qū)128和129。具體來說，導(dǎo)電膜163與包含在氧化物半導(dǎo)體膜122中的第二區(qū)128相連接。此外，導(dǎo)電膜164與包含在氧化物半導(dǎo)體膜122中的第二區(qū)129相連接。

作為具有比硅半導(dǎo)體寬的帶隙并具有比硅低的本征載流子密度的半導(dǎo)體材料的一個(gè)例子，除了氧化物半導(dǎo)體之外，還可以提供化合物半導(dǎo)體例如碳化硅(sic)或氮化鎵(gan)。與碳化硅或氮化鎵不同，由于可以通過濺射方法或濕法工藝來形成氧化物半導(dǎo)體，所以氧化物半導(dǎo)體具有大量生產(chǎn)的優(yōu)勢。此外，與碳化硅或氮化鎵不同，甚至可以在室溫下形成氧化物半導(dǎo)體；從而，可以利用硅在玻璃襯底上或在集成電路上形成氧化物半導(dǎo)體。此外，可以采用較大的襯底。因此，在具有寬帶隙的半導(dǎo)體中，氧化物半導(dǎo)體尤其具有大量生產(chǎn)的優(yōu)勢。此外，在使用具有結(jié)晶性的氧化物半導(dǎo)體以便提高晶體管特性(例如遷移率)的情況下，通過在200℃至800℃下的熱處理可以容易地得到具有結(jié)晶性的氧化物半導(dǎo)體。

接著，將參考圖2a至2c來說明包含在氧化物半導(dǎo)體膜122中的第一區(qū)127以及第二區(qū)128和129與包含在絕緣膜120中的第一氧化物絕緣膜120a和第二氧化物絕緣膜120b的位置關(guān)系。

圖2a是絕緣膜120和晶體管121的橫截面圖，圖2b是絕緣膜120和晶體管121的俯視圖。圖2a是沿圖2b中的虛線a1-a2截取的橫截面圖。圖2c是沿圖2b中的虛線b1-b2截取的絕緣膜120和晶體管121的橫截面圖。

在晶體管121中，含有絕緣膜的側(cè)壁130設(shè)置在柵電極124的側(cè)面部分上，絕緣膜131設(shè)置在柵電極124上方。此外，部分導(dǎo)電膜163和部分導(dǎo)電膜164與側(cè)壁130接觸。導(dǎo)電膜163和導(dǎo)電膜164不必與側(cè)壁130接觸。然而，當(dāng)形成導(dǎo)電膜163和導(dǎo)電膜164與側(cè)壁130接觸時(shí)，即使在導(dǎo)電膜163和導(dǎo)電膜164偏離適當(dāng)位置的情況下，也能防止氧化物半導(dǎo)體膜122與導(dǎo)電膜163和導(dǎo)電膜164接觸的區(qū)域的大小發(fā)生變化。因此，可以防止由于導(dǎo)電膜163和導(dǎo)電膜164的位置偏離而引起的晶體管121的導(dǎo)通態(tài)電流的改變。

注意，不是必須設(shè)置柵電極124上的絕緣膜131。然而，當(dāng)設(shè)置絕緣膜131時(shí)，即使在導(dǎo)電膜163或?qū)щ娔?64形成在柵電極124上的情況下，也可以阻止導(dǎo)電膜163與柵電極124之間以及導(dǎo)電膜164與柵電極124之間導(dǎo)電。

此外，在絕緣膜120中，第二氧化物絕緣膜120b設(shè)置在第一氧化物絕緣膜120a的周圍。氧化物半導(dǎo)體膜122的第一區(qū)127與第一氧化物絕緣膜120a接觸，氧化物半導(dǎo)體膜122的第二區(qū)128和129與第一氧化物絕緣膜120a和第二氧化物絕緣膜120b接觸。

在上述結(jié)構(gòu)中，可防止通過加熱從第一氧化物絕緣膜120a中釋放的氧穿過第二氧化物絕緣膜120b；從而，氧被有效地供應(yīng)到第一區(qū)127中的氧化物半導(dǎo)體膜122的末端部分132。注意，由于用于把氧化物半導(dǎo)體膜122刻蝕成所需形狀的刻蝕處理、使氧化物半導(dǎo)體膜122的末端部分暴露到減壓氣氛等，在晶體管121(其中氧化物半導(dǎo)體用于溝道形成區(qū)中)中的氧化物半導(dǎo)體膜122的末端部分處容易導(dǎo)致由于氧釋放而產(chǎn)生的氧缺陷。由于氧缺陷成為載流子移動所通過的路徑，所以當(dāng)在氧化物半導(dǎo)體膜122的末端部分處形成氧缺陷時(shí)形成寄生溝道，并由此增加了晶體管121的截止態(tài)電流。然而，在本發(fā)明的實(shí)施例中，用上述結(jié)構(gòu)，可以防止在第一區(qū)127中的氧化物半導(dǎo)體膜122的末端部分132處形成氧缺陷，從而可以降低截止態(tài)電流。

除非另有說明，否則在n溝道晶體管的情況下，本說明書中的截止態(tài)電流指的是在基準(zhǔn)電勢是源極電勢時(shí)，當(dāng)漏極電勢高于源極電勢或柵電極電勢，同時(shí)柵電極電勢小于或等于零時(shí)，在源和漏之間流動的電流?？蛇x擇地，在p溝道晶體管的情況下，本說明書中的截止態(tài)電流指的是在基準(zhǔn)電勢是源極電勢時(shí)，當(dāng)漏極電勢低于源極電勢或柵電極電勢，同時(shí)柵電極電勢大于或等于零時(shí)，在源和漏之間流動的電流。

此外，如圖1所示，電容器136包括在絕緣膜120上的導(dǎo)電膜133、在導(dǎo)電膜133上的絕緣膜134、以及設(shè)置在與導(dǎo)電膜133交疊的位置中的導(dǎo)電膜135，絕緣膜134設(shè)置在導(dǎo)電膜133與導(dǎo)電膜135之間。絕緣膜134還設(shè)置在晶體管121上。導(dǎo)電膜133和導(dǎo)電膜164可以彼此電連接，或者導(dǎo)電膜133和導(dǎo)電膜164可以是一個(gè)導(dǎo)電膜。

注意，圖1示出電容器136以及晶體管121形成在絕緣膜120上的例子；然而，電容器136以及n溝道晶體管102n和p溝道晶體管102p可以形成在絕緣膜120下面。

此外，晶體管121包括在氧化物半導(dǎo)體膜122的至少一側(cè)的柵電極124?？蛇x地，一對柵電極可以具有在它們之間設(shè)置的氧化物半導(dǎo)體膜122。

下面，將說明根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的結(jié)構(gòu)，其與圖1中所示的結(jié)構(gòu)不同。圖3是包含在存儲元件中的n溝道晶體管102n和p溝道晶體管102p、電容器136和包含在開關(guān)元件中的晶體管121的結(jié)構(gòu)的橫截面圖的示例。

像圖1所示的半導(dǎo)體器件中那樣，圖3所示的半導(dǎo)體器件包括在襯底100上的n溝道晶體管102n和p溝道晶體管102p。絕緣膜101形成在襯底100的表面上。n溝道晶體管102n和p溝道晶體管102p的具體結(jié)構(gòu)與圖1中的那些類似。

如在圖1中那樣，在圖3所示的半導(dǎo)體器件中，絕緣膜119形成得覆蓋包含在n溝道晶體管102n中的半導(dǎo)體膜103n、柵極絕緣膜104n和柵電極105n以及包含在p溝道晶體管102p中的半導(dǎo)體膜103p、柵極絕緣膜104p和柵電極105p。在絕緣膜119上設(shè)置包含第一氧化物絕緣膜140a、第二氧化物絕緣膜140b和第三氧化物絕緣膜140c的絕緣膜140。在絕緣膜140上設(shè)置包含在開關(guān)元件中的晶體管121。

導(dǎo)電膜161設(shè)置在絕緣膜140上，以在絕緣膜119和絕緣膜140中設(shè)置的開口部分中與第二區(qū)109接觸。導(dǎo)電膜162設(shè)置在絕緣膜140上，以在絕緣膜119和絕緣膜140中設(shè)置的開口部分中與第二區(qū)110和第二區(qū)115接觸。導(dǎo)電膜163設(shè)置在絕緣膜140上，以在絕緣膜119和絕緣膜140中設(shè)置的開口部分中與第二區(qū)115接觸。

利用加熱時(shí)從其釋放部分氧的氧化物絕緣膜來形成第一氧化物絕緣膜140a和第三氧化物絕緣膜140c每個(gè)。作為這樣的加熱時(shí)從其釋放部分氧的氧化物絕緣膜，優(yōu)選使用以超過化學(xué)計(jì)量比的比率含有氧的絕緣膜。氧化硅、氧氮化硅、氮氧化硅、氧化鎵、氧化鉿、氧化釔等可以用于第一氧化物絕緣膜140a。

利用防止氧擴(kuò)散的氧化物絕緣膜來形成第二氧化物絕緣膜140b。例如，利用氧化鋁、氧氮化鋁等來形成第二氧化物絕緣膜140b。對于氧化鋁來說，優(yōu)選使用以符合化學(xué)計(jì)量比的比率含有氧的氧化鋁或者以超過化學(xué)計(jì)量比的比率含有氧的氧化鋁(alox，x大于或等于3/2)。此外，在氧氮化鋁中，用氮替代在以符合化學(xué)計(jì)量比的比率含有氧的氧化鋁中的部分氧。

具體來說，晶體管121包括氧化物半導(dǎo)體膜142、在氧化物半導(dǎo)體膜142上的柵極絕緣膜143、設(shè)置在與氧化物半導(dǎo)體膜142交疊的部分中的柵電極144(柵極絕緣膜143設(shè)置在氧化物半導(dǎo)體膜142與柵電極144之間)、以及與氧化物半導(dǎo)體膜142連接并用作源電極和漏電極的導(dǎo)電膜163和導(dǎo)電膜164。氧化物半導(dǎo)體膜142包括與柵電極144交疊并且至少一部分用作溝道形成區(qū)的第一區(qū)147、以及用作源和漏并在其之間夾著第一區(qū)147的第二區(qū)148和149。

下面，將參考圖4a至4c來說明圖3所示的晶體管121的具體橫截面結(jié)構(gòu)。

圖4a是絕緣膜140和晶體管121的橫截面圖，圖4b是絕緣膜140和晶體管121的俯視圖。圖4a是沿圖4b中的虛線a1-a2所截取的橫截面圖。圖4c是沿圖4b中的虛線b1-b2所截取的絕緣膜140和晶體管121的橫截面圖。

在晶體管121中，含有絕緣膜的側(cè)壁150設(shè)置在柵電極144的側(cè)面部分上，絕緣膜151設(shè)置在柵電極144上方。此外，部分導(dǎo)電膜163和部分導(dǎo)電膜164與側(cè)壁150接觸。導(dǎo)電膜163和導(dǎo)電膜164不必與側(cè)壁150接觸。然而，當(dāng)導(dǎo)電膜163和導(dǎo)電膜164形成得與側(cè)壁150接觸時(shí)，即使在導(dǎo)電膜163和導(dǎo)電膜164偏離適當(dāng)位置的情況下，也能防止氧化物半導(dǎo)體膜142與導(dǎo)電膜163和導(dǎo)電膜164接觸的區(qū)域的大小發(fā)生變化。因此，可以避免由于導(dǎo)電膜163和導(dǎo)電膜164偏離位置而引起的晶體管121的導(dǎo)通態(tài)電流的改變。

注意，不必設(shè)置柵電極144上的絕緣膜151。然而，當(dāng)設(shè)置絕緣膜151時(shí)，即使在導(dǎo)電膜163或?qū)щ娔?64形成在柵電極144上的情況下，也可以阻止導(dǎo)電膜163與柵電極144之間以及導(dǎo)電膜164與柵電極144之間導(dǎo)電。

在絕緣膜140中，第一氧化物絕緣膜140a和第二氧化物絕緣膜140b按此順序堆疊在位于最底層的第三氧化物絕緣膜140c上。在第一氧化物絕緣膜140a和第二氧化物絕緣膜140b中形成開口部分141，并且在開口部分141中設(shè)置晶體管121的氧化物半導(dǎo)體膜142。第一氧化物絕緣膜140a設(shè)置在氧化物半導(dǎo)體膜142周圍以便與氧化物半導(dǎo)體膜142的末端部分接觸。第二氧化物絕緣膜140b設(shè)置在氧化物半導(dǎo)體膜142周圍，它們之間設(shè)置有第一氧化物絕緣膜140a。第三氧化物絕緣膜140c設(shè)置在氧化物半導(dǎo)體膜142下面。

在上述結(jié)構(gòu)中，可防止通過加熱從第一氧化物絕緣膜140a釋放的氧穿過第二氧化物絕緣膜140b；從而，使氧有效地供應(yīng)到第一區(qū)147中的氧化物半導(dǎo)體膜142的末端部分152。此外，從第三氧化物絕緣膜140c釋放的氧供應(yīng)到氧化物半導(dǎo)體膜142的下部部分。注意，由于用于把氧化物半導(dǎo)體膜142刻蝕成所需形狀的刻蝕處理、使氧化物半導(dǎo)體膜142的末端部分暴露到減壓氣氛等，在晶體管121(其中氧化物半導(dǎo)體用于溝道形成區(qū)中)中的氧化物半導(dǎo)體膜142的末端部分處容易產(chǎn)生由于氧釋放而導(dǎo)致的氧缺陷。由于氧缺陷成為載流子移動所通過的路徑，所以當(dāng)在氧化物半導(dǎo)體膜142的末端部分處形成氧缺陷時(shí)形成寄生溝道，并由此增加了晶體管121的截止態(tài)電流。然而，在本發(fā)明的實(shí)施例中，用上述結(jié)構(gòu)，避免了在第一區(qū)147中的氧化物半導(dǎo)體膜142的末端部分152處形成氧缺陷，從而可以降低截止態(tài)電流。

此外，如圖3所示，電容器136包括在絕緣膜140上的導(dǎo)電膜153、在導(dǎo)電膜153上的絕緣膜154、以及設(shè)置在與導(dǎo)電膜153交疊的位置中的導(dǎo)電膜155，絕緣膜154設(shè)置在導(dǎo)電膜155與導(dǎo)電膜153之間。絕緣膜154還設(shè)置在晶體管121上。導(dǎo)電膜153和導(dǎo)電膜164可以彼此電連接，或者導(dǎo)電膜153和導(dǎo)電膜164可以是一個(gè)導(dǎo)電膜。

請注意，圖3示出電容器136以及晶體管121形成在絕緣膜140上的例子；然而，電容器136以及n溝道晶體管102n和p溝道晶體管102p可以形成在絕緣膜140下面。

此外，晶體管121包括在氧化物半導(dǎo)體膜142的至少一側(cè)的柵電極144?？蛇x擇地，一對柵電極可以具有在它們之間設(shè)置的氧化物半導(dǎo)體膜142。

在本發(fā)明一實(shí)施例中，包含在存儲元件中n溝道晶體管102n和p溝道晶體管102p每個(gè)在溝道形成區(qū)中包括半導(dǎo)體諸如具有結(jié)晶性的硅或具有結(jié)晶性的鍺，使得半導(dǎo)體器件能以高速工作。此外，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，開關(guān)元件包括具有極小截止態(tài)電流的晶體管121，使得可以減少通過開關(guān)元件從電容器136泄漏的電荷量。換句話說，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，可以容易地單獨(dú)制作結(jié)構(gòu)最適合于存儲元件和開關(guān)元件所需特性的晶體管。此外，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，包含在存儲元件中的n溝道晶體管102n和p溝道晶體管102p以及包含在開關(guān)元件中的晶體管121被堆疊，使得可以獲得高集成度的半導(dǎo)體器件。

因此，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，用上述結(jié)構(gòu)，可以提供在確保高速工作的同時(shí)能降低功耗的半導(dǎo)體器件。此外，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，可以提供在確保高速工作的同時(shí)能降低功耗和實(shí)現(xiàn)高集成度的半導(dǎo)體器件。

圖36是包含在存儲元件中的n溝道晶體管102n和p溝道晶體管102p、電容器136和包含在開關(guān)元件中的晶體管121的結(jié)構(gòu)的橫截面圖的示例。

圖36所示的半導(dǎo)體器件包括在襯底100上的n溝道晶體管102n和p溝道晶體管102p。絕緣膜101形成在襯底100的表面上。

n溝道晶體管102n包括含有具有結(jié)晶性的硅的半導(dǎo)體膜103n、在半導(dǎo)體膜103n上的柵極絕緣膜104n、設(shè)置在與半導(dǎo)體膜103n交疊的部分中的柵電極105n(柵極絕緣膜104n設(shè)置在半導(dǎo)體膜103n和柵電極105n之間)、以及與半導(dǎo)體膜103n連接的導(dǎo)電膜106和導(dǎo)電膜107。半導(dǎo)體膜103n包括用作溝道形成區(qū)的第一區(qū)108和用作源和漏的第二區(qū)109和110。第一區(qū)108夾在第二區(qū)109和110之間。圖36示出如下情況的一個(gè)例子，其中半導(dǎo)體膜103n包括在第一區(qū)108和第二區(qū)109之間以及在第一區(qū)108和第二區(qū)110之間的用作輕摻雜漏(ldd)區(qū)的第三區(qū)111和112。

p溝道晶體管102p包括含有具有結(jié)晶性的硅的半導(dǎo)體膜103p、在半導(dǎo)體膜103p上的柵極絕緣膜104p、設(shè)置在與半導(dǎo)體膜103p交疊的部分中的柵電極105p(柵極絕緣膜104p設(shè)置在半導(dǎo)體膜103p和柵電極105p之間)、以及與半導(dǎo)體膜103p連接的導(dǎo)電膜107和導(dǎo)電膜113。半導(dǎo)體膜103p包括用作溝道形成區(qū)的第一區(qū)114以及用作源和漏的第二區(qū)115和116。第一區(qū)114夾在第二區(qū)115和116之間。圖36示出如下情況的一個(gè)例子，其中半導(dǎo)體膜103p包括在第一區(qū)114和第二區(qū)115之間以及在第一區(qū)114和第二區(qū)116之間的用作ldd區(qū)的第三區(qū)117和118。

請注意，圖36示出n溝道晶體管102n和p溝道晶體管102p共用導(dǎo)電膜107的例子；然而，兩個(gè)晶體管可以包括單獨(dú)的導(dǎo)電膜。

此外，圖36示出n溝道晶體管102n和p溝道晶體管102p均包括薄半導(dǎo)體膜的例子；然而，n溝道晶體管102n和p溝道晶體管102p每個(gè)可以具有在體半導(dǎo)體襯底中的溝道形成區(qū)。

此外，在圖36所示的半導(dǎo)體器件中，在導(dǎo)電膜106、導(dǎo)電膜107和導(dǎo)電膜113上設(shè)置絕緣膜119。在絕緣膜119上設(shè)置包含第一氧化物絕緣膜120a和第二氧化物絕緣膜120b的絕緣膜120。

利用加熱時(shí)從其釋放部分氧的氧化物絕緣膜來形成第一氧化物絕緣膜120a。作為這樣的通過加熱從其釋放部分氧的氧化物絕緣膜，優(yōu)選使用以超過化學(xué)計(jì)量比的比率含有氧的絕緣膜。氧化硅、氧氮化硅、氮氧化硅、氧化鎵、氧化鉿、氧化釔等可以用于第一氧化物絕緣膜120a。

利用防止氧擴(kuò)散的氧化物絕緣膜來形成第二氧化物絕緣膜120b。例如利用氧化鋁、氧氮化鋁等來形成第二氧化物絕緣膜102b。對于氧化鋁來說，優(yōu)選使用以符合化學(xué)計(jì)量比的比率含有氧的氧化鋁或者以超過化學(xué)計(jì)量比的比率含有氧的氧化鋁(alox，x大于或等于3/2)。此外，在氧氮化鋁中，用氮替換在以符合化學(xué)計(jì)量比的比率含有氧的氧化鋁中的部分氧。

開關(guān)元件中所包含的晶體管121設(shè)置在絕緣膜120上。具體來說，晶體管121包括在絕緣膜120上的氧化物半導(dǎo)體膜122、在氧化物半導(dǎo)體膜122上的柵極絕緣膜123、設(shè)置在與氧化物半導(dǎo)體膜122交疊的部分中的柵電極124(柵極絕緣膜123設(shè)置在氧化物半導(dǎo)體膜122和柵電極124之間)、以及與氧化物半導(dǎo)體膜122連接的導(dǎo)電膜125和導(dǎo)電膜126。氧化物半導(dǎo)體膜122包括與柵電極124交疊并且至少一部分用作溝道形成區(qū)的第一區(qū)127，以及用作源和漏并在其之間夾著第一區(qū)127的第二區(qū)128和129。

接著，將參考圖37a至37c來說明包含在氧化物半導(dǎo)體膜122中的第一區(qū)127以及第二區(qū)128和129與包含在絕緣膜120中的第一氧化物絕緣膜120a和第二氧化物絕緣膜120b的位置關(guān)系。

圖37a是絕緣膜120和晶體管121的橫截面圖，圖37b是絕緣膜120和晶體管121的俯視圖。圖37a是沿圖37b中的虛線a1-a2所截取的橫截面圖。圖37c是沿圖37b中的虛線b1-b2所截取的絕緣膜120和晶體管121的橫截面圖。

在晶體管121中，含有絕緣膜的側(cè)壁130設(shè)置在柵電極124的側(cè)面部分上，絕緣膜131設(shè)置在柵電極124上方。此外，部分導(dǎo)電膜125和部分導(dǎo)電膜126與側(cè)壁130接觸。導(dǎo)電膜125和導(dǎo)電膜126不必與側(cè)壁130接觸。然而，當(dāng)形成導(dǎo)電膜125和導(dǎo)電膜126與側(cè)壁130接觸時(shí)，即使在導(dǎo)電膜125和導(dǎo)電膜126偏離適當(dāng)位置的情況下，也能防止氧化物半導(dǎo)體膜122與導(dǎo)電膜125和導(dǎo)電膜126接觸的區(qū)域的大小發(fā)生變化。因此，可以避免由于導(dǎo)電膜125和導(dǎo)電膜126偏離位置而引起的晶體管121的導(dǎo)通態(tài)電流的改變。

請注意，不必設(shè)置柵電極124上的絕緣膜131。然而，當(dāng)設(shè)置絕緣膜131時(shí)，即使在導(dǎo)電膜125或?qū)щ娔?26形成在柵電極124上的情況下，也可以阻止導(dǎo)電膜125與柵電極124之間以及導(dǎo)電膜126與柵電極124之間導(dǎo)電。

此外，在絕緣膜120中，第二氧化物絕緣膜120b設(shè)置在第一氧化物絕緣膜120a的周圍。氧化物半導(dǎo)體膜122的第一區(qū)127與第一氧化物絕緣膜120a接觸，氧化物半導(dǎo)體膜122的第二區(qū)128和129與第一氧化物絕緣膜120a和第二氧化物絕緣膜120b接觸。

在上述結(jié)構(gòu)中，可防止通過加熱從第一氧化物絕緣膜120a釋放的氧穿過第二氧化物絕緣膜120b；從而，使氧有效地供應(yīng)到第一區(qū)127中的氧化物半導(dǎo)體膜122的末端部分132。請注意，由于用于把氧化物半導(dǎo)體膜122刻蝕成所需形狀的刻蝕處理、使氧化物半導(dǎo)體膜122的末端部分暴露到減壓氣氛等，在晶體管121(其中氧化物半導(dǎo)體用于溝道形成區(qū)中)中的氧化物半導(dǎo)體膜122的末端部分處容易產(chǎn)生由于氧釋放而導(dǎo)致的氧缺陷。由于氧缺陷成為載流子移動所通過的路徑，所以當(dāng)在氧化物半導(dǎo)體膜122的末端部分處形成氧缺陷時(shí)形成寄生溝道，并由此增加了晶體管121的截止態(tài)電流。然而，在本發(fā)明一實(shí)施例中，用上述結(jié)構(gòu)，可以避免在第一區(qū)127中的氧化物半導(dǎo)體膜122的末端部分132處形成氧缺陷，從而可以降低截止態(tài)電流。

此外，如圖36所示，電容器136包括在絕緣膜120上的導(dǎo)電膜133、在導(dǎo)電膜133上的絕緣膜134、以及設(shè)置在與導(dǎo)電膜133交疊的位置中的導(dǎo)電膜135，絕緣膜134設(shè)置在導(dǎo)電膜133與導(dǎo)電膜135之間。絕緣膜134還設(shè)置在晶體管121上。導(dǎo)電膜133和導(dǎo)電膜125可以彼此電連接，或者導(dǎo)電膜133和導(dǎo)電膜125可以是一個(gè)導(dǎo)電膜。

請注意，圖36示出電容器136以及晶體管121形成在絕緣膜120上的例子；然而，電容器136以及n溝道晶體管102n和p溝道晶體管102p可以形成在絕緣膜120下面。

圖36示出在絕緣膜120和n溝道晶體管102n之間以及在絕緣膜120和p溝道晶體管102p之間設(shè)置絕緣膜119的例子。然而，不必設(shè)置絕緣膜119。在不設(shè)置絕緣膜119的情況下，設(shè)置絕緣膜120與導(dǎo)電膜106、導(dǎo)電膜107和導(dǎo)電膜113接觸。

此外，晶體管121包括在氧化物半導(dǎo)體膜122的至少一側(cè)的柵電極124。可選地，一對柵電極可以具有在它們之間設(shè)置的氧化物半導(dǎo)體膜122。

圖38示出如下情況的一個(gè)例子，其中在圖36所示的半導(dǎo)體器件中的晶體管121在除柵電極124以外還包括在絕緣膜119和絕緣膜120之間的背柵電極137。背柵電極137設(shè)置在與氧化物半導(dǎo)體膜122交疊的位置中，絕緣膜120設(shè)置在它們之間。

背柵電極137可以電絕緣以處在浮置狀態(tài)，或者可以處在從另一元件提供電勢的狀態(tài)。在后一種情況下，可以對背柵電極137施加與柵電極124相同電平的電勢，或可以對背柵電極137僅施加固定電勢諸如地電勢。控制施加到背柵電極137的電勢的電平，使得可以控制晶體管121的閾值電壓。圖38示出在背柵電極137通過在絕緣膜119中所形成的開口部分連接到與導(dǎo)電膜106、導(dǎo)電膜107和導(dǎo)電膜113在同一層的導(dǎo)電膜138的情況下的一個(gè)例子。

下面，將說明根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的結(jié)構(gòu)，其與圖36所示的結(jié)構(gòu)不同。圖39是包含在存儲元件中的n溝道晶體管102n和p溝道晶體管102p、電容器136和包含在開關(guān)元件中的晶體管121的結(jié)構(gòu)的橫截面圖的一個(gè)例子。

像圖36所示的半導(dǎo)體器件中那樣，圖39所示的半導(dǎo)體器件包括在襯底100上的n溝道晶體管102n和p溝道晶體管102p。絕緣膜101形成在襯底100的表面上。n溝道晶體管102n和p溝道晶體管102p的具體結(jié)構(gòu)與圖36中的那些類似。

如圖36中那樣，在圖39所示的半導(dǎo)體器件中，在導(dǎo)電膜106、導(dǎo)電膜107和導(dǎo)電膜113上設(shè)置絕緣膜119。在絕緣膜119上設(shè)置包含第一氧化物絕緣膜140a、第二氧化物絕緣膜140b和第三氧化物絕緣膜140c的絕緣膜140。在絕緣膜140上設(shè)置包含在開關(guān)元件中的晶體管121。

利用加熱時(shí)從其釋放部分氧的氧化物絕緣膜來形成第一氧化物絕緣膜140a和第三氧化物絕緣膜140c每個(gè)。作為這樣的通過加熱從其釋放部分氧的氧化物絕緣膜，優(yōu)選使用以超過化學(xué)計(jì)量比的比率含有氧的絕緣膜。氧化硅、氧氮化硅、氮氧化硅、氧化鎵、氧化鉿、氧化釔等可以用于第一氧化物絕緣膜140a。

利用防止氧擴(kuò)散的氧化物絕緣膜來形成第二氧化物絕緣膜140b。例如利用氧化鋁、氧氮化鋁等來形成第二氧化物絕緣膜140b。對于氧化鋁來說，優(yōu)選使用以符合化學(xué)計(jì)量比的比率含有氧的氧化鋁或者以超過化學(xué)計(jì)量比的比率含有氧的氧化鋁(alox，x大于或等于3/2)。此外，在氧氮化鋁中，用氮替代在以符合化學(xué)計(jì)量比的比率含有氧的氧化鋁中的部分氧。

具體來說，晶體管121包括氧化物半導(dǎo)體膜142、在氧化物半導(dǎo)體膜142上的柵極絕緣膜143、設(shè)置在與氧化物半導(dǎo)體膜142交疊的部分中的柵電極144(柵極絕緣膜143設(shè)置在氧化物半導(dǎo)體膜142與柵電極144之間)、以及與氧化物半導(dǎo)體膜142連接的導(dǎo)電膜145和導(dǎo)電膜146。氧化物半導(dǎo)體膜142包括與柵電極144交疊并且至少一部分用作溝道形成區(qū)的第一區(qū)147、以及用作源和漏并在其間夾著第一區(qū)147的第二區(qū)148和149。

下面，將參考圖40a至40c來說明圖39所示的晶體管121的具體橫截面結(jié)構(gòu)。

圖40a是絕緣膜140和晶體管121的橫截面圖，圖40b是絕緣膜140和晶體管121的俯視圖。圖40a是沿圖40b中的虛線a1-a2截取的橫截面圖。圖40c是沿圖40b中的虛線b1-b2截取的絕緣膜140和晶體管121的橫截面圖。

在晶體管121中，含有絕緣膜的側(cè)壁150設(shè)置在柵電極144的側(cè)面部分上，絕緣膜151設(shè)置在柵電極144上方。此外，部分導(dǎo)電膜145和部分導(dǎo)電膜146與側(cè)壁150接觸。導(dǎo)電膜145和導(dǎo)電膜146不必與側(cè)壁150接觸。然而，當(dāng)形成導(dǎo)電膜145和導(dǎo)電膜146與側(cè)壁150接觸時(shí)，即使在導(dǎo)電膜145和導(dǎo)電膜146偏離適當(dāng)位置的情況下，也可防止氧化物半導(dǎo)體膜142與導(dǎo)電膜145和導(dǎo)電膜146接觸的區(qū)域的大小發(fā)生變化。因此，可以避免由于導(dǎo)電膜145和導(dǎo)電膜146偏離位置而引起的晶體管121的導(dǎo)通態(tài)電流的改變。

請注意，不必設(shè)置柵電極144上的絕緣膜151。然而，當(dāng)設(shè)置絕緣膜151時(shí)，即使在導(dǎo)電膜145或?qū)щ娔?46形成在柵電極144上的情況下，也可以阻止導(dǎo)電膜145與柵電極144之間以及導(dǎo)電膜146與柵電極144之間導(dǎo)電。

在絕緣膜140中，第一氧化物絕緣膜140a和第二氧化物絕緣膜140b按此順序堆疊在位于最底層的第三氧化物絕緣膜140c上。在第一氧化物絕緣膜140a和第二氧化物絕緣膜140b中形成開口部分141，在開口部分141中設(shè)置晶體管121的氧化物半導(dǎo)體膜142。第一氧化物絕緣膜140a設(shè)置在氧化物半導(dǎo)體膜142周圍以便與氧化物半導(dǎo)體膜142的末端部分接觸。第二氧化物絕緣膜140b設(shè)置在氧化物半導(dǎo)體膜142周圍，第一氧化物絕緣膜140a設(shè)置在它們之間。第三氧化物絕緣膜140c設(shè)置在氧化物半導(dǎo)體膜142下面。

在上述結(jié)構(gòu)中，可以防止通過加熱從第一氧化物絕緣膜140a釋放的氧穿過第二氧化物絕緣膜140b；從而，使氧有效地供應(yīng)到第一區(qū)147中的氧化物半導(dǎo)體膜142的末端部分152。此外，從第三氧化物絕緣膜140c釋放的氧供應(yīng)到氧化物半導(dǎo)體膜142的下部部分中。請注意，由于用于把氧化物半導(dǎo)體膜142刻蝕成所需形狀的刻蝕處理、使氧化物半導(dǎo)體膜142的末端部分暴露到減壓氣氛等，在晶體管121(其中氧化物半導(dǎo)體用在溝道形成區(qū)中)中的氧化物半導(dǎo)體膜142的末端部分處容易產(chǎn)生由于氧釋放而導(dǎo)致的氧缺陷。由于氧缺陷成為載流子移動所通過的路徑，所以當(dāng)在氧化物半導(dǎo)體膜142的末端部分處形成氧缺陷時(shí)形成寄生溝道，并由此增加了晶體管121的截止態(tài)電流。然而，在本發(fā)明的實(shí)施例中，用上述結(jié)構(gòu)，避免了在第一區(qū)147中的氧化物半導(dǎo)體膜142的末端部分152處形成氧缺陷，從而可以降低截止態(tài)電流。

此外，如圖39所示，電容器136包括在絕緣膜140上的導(dǎo)電膜153、在導(dǎo)電膜153上的絕緣膜154、以及設(shè)置在與導(dǎo)電膜153交疊的位置中的導(dǎo)電膜155，絕緣膜154設(shè)置在導(dǎo)電膜153和導(dǎo)電膜155之間。絕緣膜154還設(shè)置在晶體管121上。導(dǎo)電膜153和導(dǎo)電膜145可以彼此電連接，或者導(dǎo)電膜153和導(dǎo)電膜145可以是一個(gè)導(dǎo)電膜。

請注意，圖39示出電容器136以及晶體管121形成在絕緣膜140上的例子；然而，電容器136以及n溝道晶體管102n和p溝道晶體管102p可以形成在絕緣膜140下面。

圖39示出在絕緣膜140和n溝道晶體管102n之間以及在絕緣膜140和p溝道晶體管102p之間設(shè)置絕緣膜119的例子。然而，不必設(shè)置絕緣膜119。在不設(shè)置絕緣膜119的情況下，設(shè)置絕緣膜140與導(dǎo)電膜106、導(dǎo)電膜107和導(dǎo)電膜113接觸。

此外，晶體管121包括在氧化物半導(dǎo)體膜142的至少一側(cè)的柵電極144。可選地，一對柵電極可以具有在它們之間設(shè)置的氧化物半導(dǎo)體膜142。

圖41示出如下情況的一個(gè)例子，其中在圖39所示的半導(dǎo)體器件中的晶體管121在除柵電極144以外還包括位于絕緣膜119和絕緣膜140之間的背柵電極157。背柵電極157設(shè)置在與氧化物半導(dǎo)體膜142交疊的位置中，絕緣膜140設(shè)置在它們之間。

背柵電極157可以電絕緣以處在浮置狀態(tài)，或者可以處在從另一元件提供電勢的狀態(tài)。在后一種情況下，可以對背柵電極157施加與柵電極144相同電平的電勢，或可以對背柵電極157僅施加固定電勢諸如地電勢?？刂剖┘拥奖硸烹姌O157的電勢的電平，使得可以控制晶體管121的閾值電壓。圖41示出背柵電極157通過絕緣膜119中所形成的開口部分連接到與導(dǎo)電膜106、導(dǎo)電膜107和導(dǎo)電膜113在同一層的導(dǎo)電膜158的情況下的一個(gè)例子。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，包含在存儲元件中的n溝道晶體管102n和p溝道晶體管102p每個(gè)包括在溝道形成區(qū)中的半導(dǎo)體諸如具有結(jié)晶性的硅或具有結(jié)晶性的鍺，使得半導(dǎo)體器件能以高速工作。此外，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，開關(guān)元件包括具有極小截止態(tài)電流的晶體管121，使得可以減少通過開關(guān)元件從電容器136泄漏的電荷量。換句話說，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，可以容易地單獨(dú)制作具有最適合存儲元件和開關(guān)元件所需特性的結(jié)構(gòu)的晶體管。此外，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，包含在存儲元件中的n溝道晶體管102n和p溝道晶體管102p以及包含在開關(guān)元件中的晶體管121被堆疊，使得可以獲得高集成度的半導(dǎo)體器件。

因此，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，用上述結(jié)構(gòu)，可以提供在確保高速工作的同時(shí)能降低功耗的半導(dǎo)體器件。此外，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，可以提供在確保高速工作的同時(shí)能降低功耗并獲得高集成度的半導(dǎo)體器件。

下面，將說明根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的電路結(jié)構(gòu)的具體例子。在根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的半導(dǎo)體器件中，存儲器包括一個(gè)或多個(gè)存儲器電路，每個(gè)能夠存儲一位數(shù)據(jù)。圖5示出包含在存儲器中的存儲器電路的電路圖的一個(gè)例子。圖5所示的存儲器電路200包括存儲元件211、電容器205和開關(guān)元件206。存儲元件211包括第一相位反轉(zhuǎn)元件201和第二相位反轉(zhuǎn)元件202(其每個(gè)把信號輸入的相位反轉(zhuǎn)并輸出該信號)、晶體管203和晶體管204。

包含輸入到存儲器電路200的數(shù)據(jù)的信號in通過晶體管203提供到第一相位反轉(zhuǎn)元件201的輸入端。第一相位反轉(zhuǎn)元件201的輸出端連接到第二相位反轉(zhuǎn)元件202的輸入端。第二相位反轉(zhuǎn)元件202的輸出端通過晶體管204連接到第一相位反轉(zhuǎn)元件201的輸入端。第一相位反轉(zhuǎn)元件201的輸出端或第二相位反轉(zhuǎn)元件202的輸入端的電勢作為信號out輸出到存儲器電路或下一級的其它電路。

請注意，在圖5中，示出其中采用反相器作為第一相位反轉(zhuǎn)元件201和第二相位反轉(zhuǎn)元件202的一個(gè)例子；然而，除反相器以外，還可以采用時(shí)鐘反相器(clockedinverter)作為第一相位反轉(zhuǎn)元件201和第二相位反轉(zhuǎn)元件202。

電容器205通過晶體管203和開關(guān)元件206連接到存儲器電路200的輸入端，即施加信號in的電勢的節(jié)點(diǎn)，使得在需要時(shí)可以存儲輸入到存儲器電路200的信號in的數(shù)據(jù)。具體來說，電容器205包括在一對電極之間的電介質(zhì)。一個(gè)電極通過開關(guān)元件206連接到第一相位反轉(zhuǎn)元件201的輸入端。另一個(gè)電極連接施加低電平電源電勢vss或固定電勢例如地電勢的節(jié)點(diǎn)。

對于開關(guān)元件206來說，采用在溝道形成區(qū)中使用氧化物半導(dǎo)體的晶體管。在溝道形成區(qū)中使用氧化物半導(dǎo)體的晶體管具有比含有例如硅或鍺的普通半導(dǎo)體的晶體管小得多的截止態(tài)電流。此外，本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，使用具有能進(jìn)一步降低截止態(tài)電流的結(jié)構(gòu)的晶體管121，例如圖2a至2c或圖4a至4c所示的晶體管以用于開關(guān)元件206。電容器205的數(shù)據(jù)保存時(shí)間長度取決于通過開關(guān)元件206泄漏的在電容器205中累積的電荷量。因此，當(dāng)通過具有極小截止態(tài)電流的開關(guān)元件206例如上述晶體管來保持電容器205中累積的電荷時(shí)，可以阻止電荷從電容器205泄漏，從而可以使數(shù)據(jù)保存時(shí)間更長。

盡管圖5示出包含在開關(guān)元件206中的晶體管具有單柵極結(jié)構(gòu)的情況下的一個(gè)例子，但晶體管可以具有多柵極結(jié)構(gòu)，其中包括多個(gè)電連接的柵電極，從而包括多個(gè)溝道形成區(qū)。

請注意，在圖5中，示出其中開關(guān)元件206僅包括一個(gè)晶體管的結(jié)構(gòu)；然而，本發(fā)明不局限于此結(jié)構(gòu)。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，開關(guān)元件206可以包括多個(gè)晶體管。在開關(guān)元件206中包含用作開關(guān)元件的多個(gè)晶體管的情況下，多個(gè)晶體管可以按并聯(lián)、串聯(lián)或并聯(lián)和串聯(lián)組合的方式彼此連接。

請注意，在本說明書中，晶體管相互串聯(lián)連接的狀態(tài)是指其中第一晶體管的源和漏中的僅一個(gè)連接到第二晶體管的源和漏中的僅一個(gè)的狀態(tài)。此外，晶體管相互并聯(lián)連接的狀態(tài)是指第一晶體管的源和漏中的一個(gè)連接到第二晶體管的源和漏中的一個(gè)并且第一晶體管的源和漏中的另一個(gè)連接到第二晶體管的源和漏中的另一個(gè)的狀態(tài)。

請注意，晶體管中的術(shù)語“源”和“漏”根據(jù)晶體管的極性或施加到源和漏的電勢電平之間的差異而相互交換。通常，對于n溝道晶體管的源和漏來說，施加較低電勢的一個(gè)稱為源，施加較高電勢的一個(gè)稱為漏。此外，針對p溝道晶體管的源和漏來說，施加較低電勢的一個(gè)稱為漏，施加較高電勢的一個(gè)稱為源。在本說明書中，盡管為方便起見在一些情況下假定源和漏是固定的來描述晶體管的連接關(guān)系，但是實(shí)際上，源和漏的名稱根據(jù)電勢關(guān)系而相互交換。

請注意，如果需要的話，存儲器電路200還可包括另一電路元件，例如二極管、電阻器或電感器。

第一相位反轉(zhuǎn)元件201具有這樣的結(jié)構(gòu)，其中柵電極相互連接的p溝道晶體管207和n溝道晶體管208串聯(lián)連接在施加高電平電源電勢vdd的第一節(jié)點(diǎn)和施加低電平電源電勢vss的第二節(jié)點(diǎn)之間。具體來說，p溝道晶體管207的源極連接到被施加電源電勢vdd的第一節(jié)點(diǎn)，n溝道晶體管208的源極連接到被施加電源電勢vss的第二節(jié)點(diǎn)。此外，p溝道晶體管207的漏極連接到n溝道晶體管208的漏極，兩個(gè)漏極的電勢可視為第一相位反轉(zhuǎn)元件201的輸出端的電勢。此外，p溝道晶體管207的柵電極和n溝道晶體管208的柵電極的電勢可看作是第一相位反轉(zhuǎn)元件201的輸入端的電勢。

第二相位反轉(zhuǎn)元件202具有這樣的結(jié)構(gòu)，其中柵電極相互連接的p溝道晶體管209和n溝道晶體管210串聯(lián)連接在被施加高電平電源電勢vdd的第一節(jié)點(diǎn)和被施加低電平電源電勢vss的第二節(jié)點(diǎn)之間。具體來說，p溝道晶體管209的源極連接到被施加電源電勢vdd的第一節(jié)點(diǎn)，n溝道晶體管210的源極連接到被施加電源電勢vss的第二節(jié)點(diǎn)。此外，p溝道晶體管209的漏極連接到n溝道晶體管210的漏極，兩個(gè)漏極的電勢可看作是第二相位反轉(zhuǎn)元件202的輸出端的電勢。此外，p溝道晶體管209的柵電極和n溝道晶體管210的柵電極的電勢可看作是第二相位反轉(zhuǎn)元件202的輸入端的電勢。

晶體管203的開關(guān)通過施加到其柵電極的信號sig1來控制。晶體管204的開關(guān)通過施加到其柵電極的信號sig2來控制。包括在開關(guān)元件206中的晶體管的開關(guān)通過施加到其柵電極的信號sig3來控制。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，第一相位反轉(zhuǎn)元件201和第二相位反轉(zhuǎn)元件202需要以高速工作。因此，圖1、圖3、圖36或圖39所示的、每個(gè)都包括含有具有結(jié)晶性的硅的半導(dǎo)體膜的n溝道晶體管102n和p溝道晶體管102p被用作包含在第一相位反轉(zhuǎn)元件201中的n溝道晶體管208和p溝道晶體管207或者包含在第二相位反轉(zhuǎn)元件202中的n溝道晶體管210和p溝道晶體管209。

請注意，作為晶體管203或晶體管204，可以使用圖1、圖3、圖36或圖39所示的、包括含有具有結(jié)晶性的硅的半導(dǎo)體膜的n溝道晶體管102n或p溝道晶體管102p。

下面，將說明圖5所示的存儲器電路200的工作的一個(gè)例子。

首先，在寫入數(shù)據(jù)時(shí)，晶體管203導(dǎo)通，晶體管204截止，開關(guān)元件206截止。然后，電源電勢vdd被施加到第一節(jié)點(diǎn)，電源電勢vss被施加到第二節(jié)點(diǎn)，從而在第一節(jié)點(diǎn)和第二節(jié)點(diǎn)之間施加電源電壓。施加到存儲器電路200的信號in的電勢通過晶體管203被施加到第一相位反轉(zhuǎn)元件201的輸入端，從而第一相位反轉(zhuǎn)元件201的輸出端的電勢是信號in的相位反轉(zhuǎn)電勢。然后，晶體管204導(dǎo)通，第一相位反轉(zhuǎn)元件201的輸入端連接到第二相位反轉(zhuǎn)元件202的輸出端，從而數(shù)據(jù)被寫入到第一相位反轉(zhuǎn)元件201和第二相位反轉(zhuǎn)元件202中。

接著，在輸入數(shù)據(jù)保持在第一相位反轉(zhuǎn)元件201和第二相位反轉(zhuǎn)元件202中的情況下，晶體管204維持導(dǎo)通，開關(guān)元件206維持截止，晶體管203截止。通過使晶體管203截止，輸入數(shù)據(jù)保持在第一相位反轉(zhuǎn)元件201和第二相位反轉(zhuǎn)元件202中。此時(shí)，電源電勢vdd被施加到第一節(jié)點(diǎn)，電源電勢vss被施加到第二節(jié)點(diǎn)，從而維持在第一節(jié)點(diǎn)和第二節(jié)點(diǎn)之間施加電源電壓的狀態(tài)。

第一相位反轉(zhuǎn)元件201的輸出端的電勢反映保持在第一相位反轉(zhuǎn)元件201和第二相位反轉(zhuǎn)元件202中的數(shù)據(jù)。因此，通過讀取該電勢，可以從存儲器電路200讀出數(shù)據(jù)。

在輸入數(shù)據(jù)保持在電容器205中以便降低保持?jǐn)?shù)據(jù)的功耗的情況下，首先，晶體管203截止，晶體管204導(dǎo)通，開關(guān)元件206導(dǎo)通。然后，通過開關(guān)元件206，與保持在第一相位反轉(zhuǎn)元件201和第二相位反轉(zhuǎn)元件202中的數(shù)據(jù)值對應(yīng)的電荷量被累積在電容器205中，從而數(shù)據(jù)被寫入電容器205。在數(shù)據(jù)被存儲在電容器205中之后，開關(guān)元件206截止，從而存儲在電容器205中的數(shù)據(jù)被保持。在使開關(guān)元件206截止之后，例如，電源電勢vss被施加到第一節(jié)點(diǎn)和第二節(jié)點(diǎn)中的每一個(gè)，使得節(jié)點(diǎn)具有相等的電勢，從而停止在第一節(jié)點(diǎn)和第二節(jié)點(diǎn)之間施加電源電壓。請注意，在數(shù)據(jù)被存儲在電容器205中之后，可以使晶體管204截止。

以這樣一種方式，在輸入數(shù)據(jù)保持在電容器205中的情況下，不必在第一節(jié)點(diǎn)和第二節(jié)點(diǎn)之間施加電源電壓；因此，通過包含在第一相位反轉(zhuǎn)元件201中的p溝道晶體管207和n溝道晶體管208、或通過包含在第二相位反轉(zhuǎn)元件202中的p溝道晶體管209和n溝道晶體管210，在第一節(jié)點(diǎn)和第二節(jié)點(diǎn)之間流動的截止態(tài)電流可以極接近于零。結(jié)果，可以顯著地降低由存儲元件保持?jǐn)?shù)據(jù)時(shí)的截止態(tài)電流引起的功耗，并且可以抑制存儲器、乃至包括存儲器的整個(gè)半導(dǎo)體器件的功耗。

如上所述，包含在開關(guān)元件206中的晶體管具有極小的截止態(tài)電流。因此，當(dāng)包括上述晶體管的開關(guān)元件206處于截止?fàn)顟B(tài)時(shí)，在電容器205中累積的電荷不容易泄漏；因此，數(shù)據(jù)得以保持。

在讀取電容器205中存儲的數(shù)據(jù)的情況下，晶體管203截止。然后，電源電勢vdd被再次施加到第一節(jié)點(diǎn)，電源電勢vss被再次施加到第二節(jié)點(diǎn)，從而在第一節(jié)點(diǎn)和第二節(jié)點(diǎn)之間施加電源電壓。然后，通過使開關(guān)元件206導(dǎo)通，可以從存儲器電路200讀取具有反映數(shù)據(jù)的電勢的信號out。

請注意，可以通過在溝道形成區(qū)中使用氧化物半導(dǎo)體的晶體管來控制在第一節(jié)點(diǎn)和第二節(jié)點(diǎn)之間的電源電壓的施加。圖6a示出具有這樣的結(jié)構(gòu)的存儲器的一個(gè)例子。

圖6a所示的存儲器包括開關(guān)元件401和包括多個(gè)存儲器電路402的存儲器電路組403。具體來說，圖5所示的存儲器電路200可以用作每個(gè)存儲器電路402。包含在存儲器電路組403中的每個(gè)存儲器電路402通過開關(guān)元件401施加有高電平電源電勢vdd。此外，信號in的電勢和低電平電源電勢vss的電勢被施加到包含在存儲器電路組403中的每個(gè)存儲器電路402。

在圖6a中，在溝道形成區(qū)中包括氧化物半導(dǎo)體的晶體管被用于開關(guān)元件401，通過施加到其柵電極的信號siga來控制晶體管的開關(guān)。由于用于開關(guān)元件401的晶體管包括在溝道形成區(qū)中的氧化物半導(dǎo)體，所以截止態(tài)電流極小，如上所述。

請注意，在圖6a中，示出開關(guān)元件401僅包含一個(gè)晶體管的結(jié)構(gòu)；然而，本發(fā)明不局限于此結(jié)構(gòu)。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，開關(guān)元件401可以包括多個(gè)晶體管。在用作開關(guān)元件的多個(gè)晶體管包含在開關(guān)元件401中的情況下，多個(gè)晶體管可以按并聯(lián)、串聯(lián)、或并聯(lián)和串聯(lián)組合的方式相互連接。

盡管在圖6a中開關(guān)元件401控制了高電平電源電勢vdd到包含在存儲器電路組403中的每個(gè)存儲器電路402的施加，但開關(guān)元件401可以控制低電平電源電勢vss的施加。在圖6b中，示出存儲器的一個(gè)例子，其中包含在存儲器電路組403中的每個(gè)存儲器電路402通過開關(guān)電路401被施加有低電平電源電勢vss?？梢酝ㄟ^開關(guān)元件401控制低電平電源電勢vss到包含在存儲器電路組403中的每個(gè)存儲器電路402的施加。

順便提及，已知磁隧道結(jié)元件(mtj元件)是一種非易失性隨機(jī)存取存儲器。當(dāng)設(shè)置在絕緣膜之上和之下的膜中的自旋方向平行時(shí)，mtj元件存儲低電阻態(tài)數(shù)據(jù)，當(dāng)自旋方向不平行時(shí)，存儲高電阻態(tài)數(shù)據(jù)。因此，mtj元件和在本實(shí)施例中含有氧化物半導(dǎo)體(os)的存儲器的原理彼此完全不同。表1示出mtj元件和本實(shí)施例中含有氧化物半導(dǎo)體的存儲器之間的對比。

[表1]

mtj元件的缺點(diǎn)在于，由于使用磁材料，所以當(dāng)溫度是居里溫度或更高時(shí)，磁屬性喪失。此外，因?yàn)椴捎秒娏黩?qū)動，所以mtj元件與硅雙極型器件兼容。然而，硅雙極型器件不適合于高集成度。此外，盡管在數(shù)據(jù)寫入期間mtj元件消耗極小量的電流，但mtj元件仍具有功耗隨存儲容量增大而增大的問題。

原理上，mtj元件對于磁場具有低的耐受性，從而當(dāng)mtj元件暴露于高磁場時(shí)自旋方向可能改變。此外，必須控制用于mtj元件的磁體的納米尺度化所引起的磁波動。

此外，稀土元素用于mtj元件；因此，需要特別注意在形成硅半導(dǎo)體的工藝中引入避免金屬污染的形成mtj元件的工藝。此外，mtj元件的每位材料成本是昂貴的。

另一方面，本實(shí)施例中含有氧化物半導(dǎo)體的晶體管具有與硅mosfet相似的元件結(jié)構(gòu)和工作原理，除了形成溝道的區(qū)域含有金屬氧化物以外。此外，含有氧化物半導(dǎo)體的晶體管不受磁場影響，不會引起軟錯(cuò)誤。這表明該晶體管與硅集成電路高度兼容。

下面，將說明根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體器件的具體實(shí)施例。如圖7中的框圖示出半導(dǎo)體器件的結(jié)構(gòu)的一個(gè)例子。

半導(dǎo)體器件600包括控制單元601、與運(yùn)算單元對應(yīng)的運(yùn)算邏輯單元(alu)602、數(shù)據(jù)高速緩沖存儲器603、指令高速緩沖存儲器604、程序計(jì)數(shù)器605、指令寄存器606、主存儲器607和寄存器堆608。

控制單元601具有解碼和執(zhí)行輸入指令的功能。alu602具有執(zhí)行各種運(yùn)算操作例如四則運(yùn)算操作和邏輯操作的功能。數(shù)據(jù)高速緩沖存儲器603是臨時(shí)存儲頻繁使用的數(shù)據(jù)的緩沖存儲器件。指令高速緩沖存儲器604是緩沖存儲器件，其臨時(shí)存儲發(fā)送到控制單元601的指令(程序)中的頻繁使用的指令。程序計(jì)數(shù)器605是存儲接下來要執(zhí)行的指令的地址的寄存器。指令寄存器606是存儲接下來要執(zhí)行的指令的寄存器。用于alu602中的運(yùn)算操作的數(shù)據(jù)和在控制單元601中執(zhí)行的指令被存儲在主存儲器607中。寄存器堆608包括含有通用寄存器的多個(gè)寄存器并可以存儲從主存儲器607讀取的數(shù)據(jù)、在alu602中的運(yùn)算操作期間得到的數(shù)據(jù)、作為alu602中的運(yùn)算操作的結(jié)果得到的數(shù)據(jù)等。

下面，將說明半導(dǎo)體器件600的操作。

控制單元601從與存儲在程序計(jì)數(shù)器605中的接下來待執(zhí)行的指令的地址對應(yīng)的指令高速緩沖存儲器604的讀取指令，并使指令寄存器606存儲該指令。當(dāng)指令不存儲在指令高速緩沖存儲器604的相應(yīng)地址中時(shí)，控制單元601訪問主存儲器607的相應(yīng)地址，讀取來自主存儲器607的指令，并使指令寄存器606存儲該指令。在這種情況下，該指令還被存儲在指令高速緩沖存儲器604中。

控制單元601對存儲在指令寄存器606中的指令進(jìn)行解碼并執(zhí)行該指令。具體來說，控制單元601根據(jù)指令產(chǎn)生用于控制alu602的操作的各種信號。

當(dāng)要執(zhí)行的指令是運(yùn)算指令時(shí)，控制單元601利用存儲在寄存器堆608中的數(shù)據(jù)使alu602進(jìn)行運(yùn)算操作，并在寄存器堆608中存儲運(yùn)算操作的結(jié)果。

當(dāng)要執(zhí)行的指令是加載指令時(shí)，控制單元601首先訪問數(shù)據(jù)高速緩沖存儲器603的相應(yīng)地址，檢查相應(yīng)數(shù)據(jù)是否存在于數(shù)據(jù)高速緩沖存儲器603中。當(dāng)相應(yīng)數(shù)據(jù)存在于數(shù)據(jù)高速緩沖存儲器603中時(shí)，把數(shù)據(jù)從數(shù)據(jù)高速緩沖存儲器603的相應(yīng)地址復(fù)制到寄存器堆608。當(dāng)相應(yīng)數(shù)據(jù)不存在于數(shù)據(jù)高速緩沖存儲器603中時(shí)，把數(shù)據(jù)從主存儲器607的相應(yīng)地址復(fù)制到數(shù)據(jù)高速緩沖存儲器603的相應(yīng)地址，然后把數(shù)據(jù)從數(shù)據(jù)高速緩沖存儲器603的相應(yīng)地址復(fù)制到寄存器堆608。請注意，在相應(yīng)數(shù)據(jù)不存在的情況下，由于必須訪問低速主存儲器607，所以與控制單元僅訪問緩沖存儲器件例如數(shù)據(jù)高速緩沖存儲器603的情況相比，花費(fèi)了長時(shí)間來執(zhí)行指令。然而，當(dāng)不僅是上述數(shù)據(jù)而且主存儲器607中的數(shù)據(jù)地址和數(shù)據(jù)附近的地址的數(shù)據(jù)都被復(fù)制到緩沖存儲器件中時(shí)，可以以高速進(jìn)行對主存儲器607中的數(shù)據(jù)地址及其附近數(shù)據(jù)的第二次及隨后的訪問。

當(dāng)要執(zhí)行的指令是存儲指令時(shí)，控制單元601在與數(shù)據(jù)高速緩沖存儲器603的相應(yīng)地址中存儲寄存器堆608的數(shù)據(jù)。在這種情況下，控制單元601首先訪問數(shù)據(jù)高速緩沖存儲器603的相應(yīng)地址，檢查相應(yīng)數(shù)據(jù)是否能存儲于數(shù)據(jù)高速緩沖存儲器603中。當(dāng)數(shù)據(jù)能存儲在數(shù)據(jù)高速緩沖存儲器603中時(shí)，把數(shù)據(jù)從寄存器堆608復(fù)制到數(shù)據(jù)高速緩沖存儲器603的相應(yīng)地址。當(dāng)不能存儲數(shù)據(jù)時(shí)，在部分?jǐn)?shù)據(jù)高速緩沖存儲器603中分配新的相應(yīng)地址，并把數(shù)據(jù)從寄存器堆608復(fù)制到數(shù)據(jù)高速緩沖存儲器603的相應(yīng)地址。請注意，可以就在數(shù)據(jù)被復(fù)制到數(shù)據(jù)高速緩沖存儲器603之后把數(shù)據(jù)復(fù)制到主存儲器607?？蛇x地，一些數(shù)據(jù)片段可以被復(fù)制到數(shù)據(jù)高速緩沖存儲器603，然后該數(shù)據(jù)片段可以被集體復(fù)制到主存儲器607。

然后，在控制單元601執(zhí)行指令之后，控制單元601再次訪問程序計(jì)數(shù)器605，并重復(fù)對從指令寄存器606讀出的指令進(jìn)行解碼和執(zhí)行的上述操作。

請注意，在圖7所示的半導(dǎo)體器件600中，為緩沖存儲器件例如數(shù)據(jù)高速緩沖存儲器603或指令高速緩沖存儲器604提供具有上述結(jié)構(gòu)的存儲器。在例如數(shù)據(jù)高速緩沖存儲器603或指令高速緩沖存儲器604的緩沖存儲器件中，alu602選擇保持操作。換句話說，alu602選擇數(shù)據(jù)是保持在存儲元件中還是在數(shù)據(jù)高速緩沖存儲器603中和指令高速緩沖存儲器604中的電容器中。當(dāng)選擇在存儲元件中保持?jǐn)?shù)據(jù)時(shí)，電源電壓提供到數(shù)據(jù)高速緩沖存儲器603或指令高速緩沖存儲器604中的存儲元件。當(dāng)選擇在電容器中保持?jǐn)?shù)據(jù)時(shí)，數(shù)據(jù)再次寫入在電容器中，并且停止對在數(shù)據(jù)高速緩沖存儲器603或指令高速緩沖存儲器604中的存儲元件施加電源電壓。如圖6a或圖6b所示，供電停止可以通過在存儲器電路組與施加電源電勢vdd或電源電勢vss的節(jié)點(diǎn)之間的開關(guān)元件來進(jìn)行。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，在需要以高速驅(qū)動的存儲元件中，使用在溝道形成區(qū)中包括半導(dǎo)體例如具有結(jié)晶性的硅或具有結(jié)晶性的鍺的晶體管；從而，實(shí)現(xiàn)了半導(dǎo)體器件600的高速操作。此外，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，在溝道形成區(qū)中含有氧化物半導(dǎo)體的晶體管被用作用于在電容器中保持電荷的開關(guān)元件，從而可以抑制從電容器泄漏的電荷量。因此，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，具有上述結(jié)構(gòu)的存儲器應(yīng)用于緩沖存儲器例如數(shù)據(jù)高速緩沖存儲器603或指令高速緩沖存儲器604，從而即使在停止供電時(shí)也可以防止數(shù)據(jù)的擦除。因此，在整個(gè)半導(dǎo)體器件600中或在邏輯電路例如包含在半導(dǎo)體器件600中的控制單元601或alu602中，可以停止供電，即使是對于短的時(shí)間。因此，可以減小半導(dǎo)體器件600的功耗。此外，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，包含在存儲元件中的晶體管和包含在開關(guān)元件中的晶體管堆疊在存儲器中，由此可以得到高集成度的半導(dǎo)體器件600。

請注意，由于多種原因，晶體管的實(shí)際測量的遷移率低于其理想遷移率；這種現(xiàn)象不僅發(fā)生于在溝道形成區(qū)中含有氧化物半導(dǎo)體的晶體管中，而且還發(fā)生于其它類型的晶體管中。實(shí)際測量的低遷移率的原因之一在于半導(dǎo)體內(nèi)的缺陷或半導(dǎo)體和絕緣膜之間界面處的缺陷。當(dāng)使用萊文森(levinson)模型時(shí)，可以理論上計(jì)算假定在半導(dǎo)體內(nèi)沒有缺陷存在時(shí)的遷移率。假設(shè)半導(dǎo)體的理想遷移率是μ0，并且在半導(dǎo)體中存在勢壘(例如晶界)，則可以通過下面的公式3來表示所測量的遷移率μ。

[公式3]

這里，e表示勢壘的高度，k表示玻爾茲曼常數(shù)，t表示絕對溫度。當(dāng)假定勢壘歸因于缺陷時(shí)，根據(jù)萊文森模型，e可以表達(dá)為下面的公式4。

[公式4]

請注意，e表示元電荷，n表示在溝道形成區(qū)中的每單位面積的平均缺陷密度，ε表示半導(dǎo)體的介電常數(shù)，n表示在溝道形成區(qū)中的每單位面積的載流子密度，cox表示每單位面積的電容，vgs表示柵極電壓，t表示溝道形成區(qū)的厚度。在半導(dǎo)體膜的厚度小于或等于30nm的情況下，溝道形成區(qū)的厚度可以看作與半導(dǎo)體膜的厚度相同。

線性區(qū)域中的漏極電流ids表達(dá)為下面的公式5。

[公式5]

請注意，l表示溝道長度，w表示溝道寬度，l和w每個(gè)為10μm。此外，vds表示漏極電壓。當(dāng)公式5的兩邊除以vgs并隨后對兩邊取對數(shù)時(shí)，可以得到下列公式6。

[公式6]

公式6的右側(cè)是vgs的函數(shù)。從公式6發(fā)現(xiàn)，缺陷密度n可以從其中l(wèi)n(ids/vgs)為縱坐標(biāo)且1/vgs為橫坐標(biāo)的線的斜率獲得。也就是說，可以從晶體管的ids-vgs特性評估缺陷密度。

缺陷密度取決于形成氧化物半導(dǎo)體時(shí)的襯底溫度。圖21示出襯底加熱溫度和缺陷密度之間的關(guān)系。采用銦(in)對鎵(ga)和鋅(zn)的比例為1:1:1的氧化物半導(dǎo)體。圖21示出當(dāng)以比室溫高的溫度加熱襯底時(shí)降低了缺陷密度。

基于以這種方式或類似方式獲得的缺陷密度，通過公式3和公式4可以計(jì)算μ0為120cm²/vs。含有缺陷的in-sn-zn氧化物的測量遷移率大約為35cm²/vs。然而，假設(shè)沒有缺陷存在于半導(dǎo)體內(nèi)以及在半導(dǎo)體和絕緣膜之間的界面處，則氧化物半導(dǎo)體的遷移率μ0預(yù)期為120cm²/vs。

請注意，即使沒有缺陷存在于半導(dǎo)體內(nèi)時(shí)，在溝道形成區(qū)和柵極絕緣膜之間的界面處的散射不利地影響了晶體管的遷移率。換句話說，在與溝道形成區(qū)和柵極絕緣膜之間的界面分開距離x的位置處的遷移率μ1可以表達(dá)為下列公式7。

[公式7]

這里，d表示沿柵極方向的電場，而b和g是常數(shù)。請注意，b和g可以從實(shí)際測量結(jié)果獲得；根據(jù)上述測量結(jié)果，b是4.75×10⁷cm/s，g是10nm(界面散射影響所到達(dá)的深度)。當(dāng)d增大時(shí)(即當(dāng)柵極電壓增大時(shí))，公式7的第二項(xiàng)增大，由此遷移率μ1增大。

圖22示出其溝道形成區(qū)利用半導(dǎo)體內(nèi)沒有缺陷的理想氧化物半導(dǎo)體形成的晶體管的遷移率μ2的計(jì)算結(jié)果。為了計(jì)算，使用synopsys，inc.制造的器件仿真軟件sentaurusdevice，氧化物半導(dǎo)體的帶隙、電子親和勢、相對介電常數(shù)和厚度分別假定為2.8ev、4.7ev、15和15nm。通過測量用濺射法形成的薄膜而得到這些值。

此外，柵極、源極和漏極的功函數(shù)分別假設(shè)為5.5ev、4.6ev和4.6ev。柵極絕緣膜的厚度假設(shè)為100nm，其相對介電常數(shù)假設(shè)為4.1。溝道長度和溝道寬度均假設(shè)為10μm，漏極電壓vds假設(shè)為0.1v。

如圖22所示，在柵極電壓稍高于1v時(shí)遷移率具有100cm²/vs或更大的峰值，并且隨著柵極電壓變高而降低，因?yàn)榻缑嫔⑸涞挠绊懺龃?。請注意，為了降低界面散射，期望半?dǎo)體膜的表面在原子水平上是平坦的(原子層平坦度)。

圖23a至23c、圖24a至24c以及圖25a至25c示出利用具有這種遷移率的氧化物半導(dǎo)體形成的微小晶體管的特性的計(jì)算結(jié)果。圖26a和26b示出用于計(jì)算的晶體管的橫截面結(jié)構(gòu)。圖26a和圖26b所示的晶體管每個(gè)包括在氧化物半導(dǎo)體層中具有n⁺型導(dǎo)電性的半導(dǎo)體區(qū)1103a和半導(dǎo)體區(qū)1103c。半導(dǎo)體區(qū)1103a和1103c的電阻率為2×10^-3ωcm。

圖26a中的晶體管形成在基部絕緣層1101以及嵌入在基部絕緣層1101中并由氧化鋁形成的嵌入絕緣體1102上。晶體管包括半導(dǎo)體區(qū)1103a、半導(dǎo)體區(qū)1103c、置于半導(dǎo)體區(qū)1103a和1103c之間并用作溝道形成區(qū)的本征半導(dǎo)體區(qū)1103b、以及柵電極1105。柵電極1105的寬度是33nm。

柵極絕緣膜1104形成在柵電極1105和半導(dǎo)體區(qū)1103b之間。側(cè)壁絕緣體1106a和側(cè)壁絕緣體1106b形成在柵電極1105的兩側(cè)表面上，絕緣體1107形成在柵電極1105上以防止柵電極1105和其它布線之間的短路。側(cè)壁絕緣體具有5nm的寬度。分別設(shè)置源電極1108a和漏電極1108b與半導(dǎo)體區(qū)1103a和半導(dǎo)體區(qū)1103c接觸。請注意，該晶體管的溝道寬度是40nm。

圖26b中的晶體管與圖26a中的晶體管的相同之處在于它形成在基部絕緣膜1101和由氧化鋁形成的嵌入絕緣體1102上，并在于它包括半導(dǎo)體區(qū)1103a、半導(dǎo)體區(qū)1103c、設(shè)置在它們之間的本征半導(dǎo)體區(qū)1103b、具有33nm寬度的柵電極1105、柵極絕緣膜1104、側(cè)壁絕緣體1106a、側(cè)壁絕緣體1106b、絕緣體1107、源電極1108a和漏電極1108b。

圖26a中的晶體管與圖26b中的晶體管之間的區(qū)別在于側(cè)壁絕緣體1106a和1106b下面的半導(dǎo)體區(qū)的導(dǎo)電類型。在圖26a的晶體管中，在側(cè)壁絕緣體1106a和側(cè)壁絕緣體1106b下面的半導(dǎo)體區(qū)是具有n⁺型導(dǎo)電性的半導(dǎo)體區(qū)1103a的一部分和具有n⁺型導(dǎo)電性的半導(dǎo)體區(qū)1103c的一部分，而在圖26b的晶體管中，在側(cè)壁絕緣體1106a和側(cè)壁絕緣體1106b下面的半導(dǎo)體區(qū)是本征半導(dǎo)體區(qū)1103b的一部分。換句話說，在圖26b的半導(dǎo)體層中，提供既不與半導(dǎo)體區(qū)1103a(半導(dǎo)體區(qū)1103c)交疊也不與柵電極1105交疊的區(qū)域。該區(qū)域稱為偏移區(qū)并具有稱為偏移長度的寬度loff。如從圖中所見，偏移長度等于側(cè)壁絕緣體1106a(側(cè)壁絕緣體1106b)的寬度。

上面說明了用在計(jì)算中的其它參數(shù)。為了計(jì)算，使用synopsys，inc.制造的器件仿真軟件sentaurusdevice。圖23a至23c示出具有圖26a所示結(jié)構(gòu)的晶體管的漏極電流(ids，實(shí)線)和遷移率(μ，虛線)的柵極電壓(vgs：柵極和源極之間的電勢差)相關(guān)性。在假設(shè)漏極電壓(漏極和源極之間的電勢差)為+1v的情況下通過計(jì)算得到漏極電流ids，在假設(shè)漏極電壓為+0.1v的情況下通過計(jì)算得到遷移率μ。

圖23a示出在柵極絕緣膜的厚度為15nm的情況下晶體管的柵極電壓相關(guān)性，圖23b示出在柵極絕緣膜的厚度為10nm的情況下晶體管的柵極電壓相關(guān)性，圖23c示出在柵極絕緣膜的厚度為5nm的情況下晶體管的柵極電壓相關(guān)性。隨著柵極絕緣膜變薄，截止?fàn)顟B(tài)的漏極電流ids(截止態(tài)電流)尤其顯著地降低。相反，導(dǎo)通狀態(tài)的漏極電流ids(導(dǎo)通態(tài)電流)和遷移率μ的峰值沒有明顯變化。曲線圖示出在大約1v的柵極電壓下漏極電流超過10μa，這在存儲元件等中是需要的。

圖24a至24c示出具有圖26b中結(jié)構(gòu)以及5nm偏移長度loff的晶體管的漏極電流ids(實(shí)線)和遷移率μ(虛線)的柵極電壓vgs相關(guān)性。在假設(shè)漏極電壓為+1v的情況下通過計(jì)算得到漏極電流ids，在假設(shè)漏極電壓為+0.1v的情況下通過計(jì)算得到遷移率μ。圖24a示出在柵極絕緣膜的厚度為15nm的情況下晶體管的柵極電壓相關(guān)性，圖24b示出在柵極絕緣膜的厚度為10nm的情況下晶體管的柵極電壓相關(guān)性，圖24c示出在柵極絕緣膜的厚度為5nm的情況下晶體管的柵極電壓相關(guān)性。

圖25a至25c示出具有圖26b中的結(jié)構(gòu)以及15nm偏移長度loff的晶體管的漏極電流ids(實(shí)線)和遷移率μ(虛線)的柵極電壓相關(guān)性。在假設(shè)漏極電壓為+1v的情況下通過計(jì)算得到漏極電流ids，在假設(shè)漏極電壓為+0.1v的情況下通過計(jì)算得到遷移率μ。圖25a示出在柵極絕緣膜的厚度為15nm的情況下晶體管的柵極電壓相關(guān)性，圖25b示出在柵極絕緣膜的厚度為10nm的情況下晶體管的柵極電壓相關(guān)性，圖25c示出在柵極絕緣膜的厚度為5nm的情況下晶體管的柵極電壓相關(guān)性。

在任一結(jié)構(gòu)中，隨著柵極絕緣膜變薄，截止態(tài)電流顯著降低，而導(dǎo)通態(tài)電流和遷移率μ的峰值沒有發(fā)生明顯變化。

請注意，遷移率μ的峰值在圖23a至23c中大約為80cm²/v，在圖24a至24c中大約為60cm²/v，在圖25a至25c中大約為40cm²/v；因此，隨著偏移長度loff增大，遷移率μ的峰值降低。此外，同樣適用于截止態(tài)電流。導(dǎo)通態(tài)電流也隨著偏移長度loff增大而降低；然而，導(dǎo)通態(tài)電流的降低比截止態(tài)電流的降低平緩得多。此外，曲線圖示出在任一結(jié)構(gòu)中，在大約1v的柵極電壓下，漏極電流超過10μa，這在存儲元件等中是需要的。

其中使用含有in、sn和zn作為主要成分的氧化物半導(dǎo)體用于溝道形成區(qū)的晶體管可以通過在加熱襯底的同時(shí)沉積氧化物半導(dǎo)體或通過在形成氧化物半導(dǎo)體之后進(jìn)行熱處理而具有良好的特性。請注意，主要成分是指在合成物中以5原子％或更多的量包含的元素。

在形成含有in、sn和zn作為主要成分的氧化物半導(dǎo)體膜之后通過有意地加熱襯底，可以提高晶體管的遷移率。此外，晶體管的閾值電壓可以正地移動以使晶體管正常截止。

作為一個(gè)例子，圖27a至27c是曲線圖，每個(gè)示出晶體管的特性，在晶體管中使用含有in、sn和zn作為主要成分并具有3μm的溝道長度l和10μm的溝道寬度w的氧化物半導(dǎo)體、以及具有100nm厚度的柵極絕緣膜。請注意，vds設(shè)置為10v。

圖27a是示出晶體管的特性的曲線圖，晶體管的含in、sn和zn作為主要成分的氧化物半導(dǎo)體膜在沒有有意加熱襯底的情況下通過濺射法形成。晶體管的遷移率是18.8cm²/vs。另一方面，當(dāng)在有意加熱襯底的同時(shí)形成含有in、sn和zn作為主要成分的氧化物半導(dǎo)體膜時(shí)，可以提高遷移率。圖27b示出晶體管的特性，晶體管的含有in、sn和zn作為主要成分的氧化物半導(dǎo)體膜在以200℃加熱襯底的同時(shí)形成。晶體管的遷移率是32.2cm²/vs。

通過在形成含有in、sn和zn作為主要成分的氧化物半導(dǎo)體膜之后進(jìn)行熱處理，可以進(jìn)一步提高遷移率。圖27c示出其含有in、sn和zn作為主要成分的氧化物半導(dǎo)體膜通過在200℃濺射來形成且然后經(jīng)歷650℃的熱處理的晶體管的特性。晶體管的遷移率是34.5cm²/vs。

襯底的有意加熱預(yù)期具有減少濺射形成期間帶入到氧化物半導(dǎo)體膜中的濕氣的效果。此外，在膜形成后的熱處理使氫、羥基或濕氣能從氧化物半導(dǎo)體膜釋放或去除。以這種方式，可以提高遷移率。認(rèn)為不僅可以通過脫水或脫氫引起的雜質(zhì)去除，還可以通過因密度增大而導(dǎo)致的原子間距離的減小來獲得遷移率的這樣的改善。此外，通過從氧化物半導(dǎo)體去除雜質(zhì)而高度凈化氧化物半導(dǎo)體，可以使氧化物半導(dǎo)體結(jié)晶。在使用這種高度凈化的非單晶氧化物半導(dǎo)體的情況下，理想地，預(yù)期實(shí)現(xiàn)超過100cm²/vs的遷移率。

含有in、sn和zn作為主要成分的氧化物半導(dǎo)體可以以下列方式結(jié)晶：把氧離子注入到氧化物半導(dǎo)體中，通過熱處理釋放在氧化物半導(dǎo)體中含有的氫、羥基和濕氣，以及通過熱處理或通過隨后進(jìn)行的其它熱處理使氧化物半導(dǎo)體結(jié)晶。通過這樣的結(jié)晶處理或再結(jié)晶處理，可以獲得具有良好結(jié)晶性的非單晶氧化物半導(dǎo)體。

膜形成期間對襯底的有意加熱和/或膜形成之后的熱處理不僅有助于提高遷移率，而且還有助于使晶體管正常截止。在其中含有in、sn和zn作為主要成分并且沒有有意加熱襯底而形成的氧化物半導(dǎo)體被用作溝道形成區(qū)的晶體管中，閾值電壓趨于負(fù)地移動。然而，使用在有意加熱襯底的同時(shí)形成的氧化物半導(dǎo)體膜時(shí)，可以解決閾值電壓負(fù)向移動的問題。也就是說，閾值電壓移動使得晶體管變成正常截止；通過圖27a和27b之間比較可以證實(shí)這種趨勢。

請注意，閾值電壓還可以通過改變in、sn和zn的比率來得到控制；當(dāng)in、sn和zn的組分比為2:1:3時(shí)，預(yù)期形成正常截止的晶體管。此外，通過如下設(shè)置靶的組分比可以獲得具有高結(jié)晶性的氧化物半導(dǎo)體膜：in:sn:zn＝2:1:3。

襯底的有意加熱溫度或熱處理的溫度為150℃或更高、優(yōu)選200℃或更高、更優(yōu)選400℃或更高。當(dāng)在高溫下進(jìn)行膜形成或熱處理時(shí)，晶體管可以正常截止。

通過在膜形成期間有意地加熱襯底和/或通過在膜形成之后進(jìn)行熱處理，可以增加耐柵極偏置應(yīng)力的穩(wěn)定性。例如，當(dāng)柵極偏置施加有150℃下強(qiáng)度2mv/cm一個(gè)小時(shí)時(shí)，閾值電壓的漂移可以小于±1.5v、優(yōu)選小于±1.0v。

對下述兩個(gè)晶體管進(jìn)行bt測試：樣品1是在形成氧化物半導(dǎo)體膜之后沒有進(jìn)行熱處理，樣品2是在形成氧化物半導(dǎo)體膜之后進(jìn)行650℃下的熱處理。

首先，在25℃襯底溫度和10v的vds下測量晶體管的vgs-ids特性。然后，襯底溫度設(shè)置到150℃且vds設(shè)置到0.1v。之后，施加20v的vds，使得施加到柵極絕緣膜的電場強(qiáng)度為2mv/cm，并保持該條件一個(gè)小時(shí)。接著，vds被設(shè)置到0v。然后，在25℃襯底溫度和10v的vds下測量晶體管的vgs-ids特性。這個(gè)過程被稱為正bt測試。

以類似的方式，首先，在25℃襯底溫度和10v的vds下測量晶體管的vgs-ids特性。然后，襯底溫度設(shè)置到150℃，vds設(shè)置到0.1v。之后，施加-20v的vds，使得施加到柵極絕緣膜的電場強(qiáng)度為-2mv/cm，并保持該條件一個(gè)小時(shí)。接著，vds被設(shè)置到0v。然后，在25℃襯底溫度和10v的vds下測量晶體管的vgs-ids特性。這個(gè)過程被稱為負(fù)bt測試。

圖28a和28b分別示出樣品1的正bt測試和負(fù)bt測試的結(jié)果。圖29a和29b分別示出樣品2的正bt測試和負(fù)bt測試的結(jié)果。

由正bt測試所導(dǎo)致的和由負(fù)bt測試所導(dǎo)致的樣品1的閾值電壓偏移量分別為1.80v和-0.42v。由正bt測試所導(dǎo)致的和由負(fù)bt測試所導(dǎo)致的樣品2的閾值電壓偏移量分別為0.79v和0.76v。發(fā)現(xiàn)，在樣品1和樣品2每個(gè)中，bt測試前后之間的閾值電壓偏移量小，并且可靠性高。

熱處理可以在氧氣氛中進(jìn)行；可選地，熱處理可以首先在氮或惰性氣體的氣氛中或在減壓條件下進(jìn)行，然后在含有氧的氣氛中進(jìn)行。在脫水或脫氫之后將氧提供到氧化物半導(dǎo)體，由此可以進(jìn)一步提高熱處理的效果。作為在脫水或脫氫之后提供氧的方法，可以采用通過電場加速氧離子并使其注入到氧化物半導(dǎo)體膜中的方法。

在氧化物半導(dǎo)體中或在氧化物半導(dǎo)體與疊層膜之間的界面處容易產(chǎn)生由氧缺陷而導(dǎo)致的缺陷；然而，當(dāng)通過熱處理在氧化物半導(dǎo)體中含有過量氧時(shí)，不斷產(chǎn)生的氧缺陷可以用過量氧來補(bǔ)償。過量氧主要是存在于晶格之間的氧。當(dāng)氧濃度設(shè)置為高于或等于1×10¹⁶/cm³以及低于或等于2×10²⁰/cm³時(shí)，過量氧可以包含在氧化物半導(dǎo)體中而不產(chǎn)生晶體畸變等。

當(dāng)進(jìn)行熱處理從而至少部分氧化物半導(dǎo)體含有晶體時(shí)，可以獲得更穩(wěn)定的氧化物半導(dǎo)體膜。例如，當(dāng)通過x射線衍射(xrd)分析利用具有in:sn:zn＝1:1:1組分比的靶在沒有有意加熱襯底的情況下通過濺射形成的氧化物半導(dǎo)體膜時(shí)，觀測到了暈圖案。所形成的氧化物半導(dǎo)體膜可通過經(jīng)歷熱處理而結(jié)晶?？梢赃m當(dāng)?shù)卦O(shè)置熱處理的溫度；例如，當(dāng)在650℃進(jìn)行熱處理時(shí)，用x射線衍射可以觀測到清晰的衍射峰。

進(jìn)行了in-sn-zn類氧化物半導(dǎo)體膜的xrd分析。利用由brukeraxs制造的x射線衍射儀d8advance來進(jìn)行xrd分析，并且用離面(out-of-plane)法進(jìn)行測量。

制備樣品a和樣品b并對其進(jìn)行xrd分析。下面將說明用于制作樣品a和樣品b的方法。

在已經(jīng)歷脫氫處理的石英襯底上形成具有100nm厚度的in-sn-zn類氧化物半導(dǎo)體膜。

在氧氣氛中用具有100w(dc)功率的濺射裝置來形成in-sn-zn類氧化物半導(dǎo)體膜。使用具有in:sn:zn＝1:1:1原子比的in-sn-zn類氧化物靶作為靶。請注意，膜形成時(shí)的襯底加熱溫度被設(shè)置為200℃。以這種方式制作的樣品被用作樣品a。

接著，用與樣品a類似的方法制作的樣品經(jīng)歷650℃的熱處理。作為熱處理，首先進(jìn)行在氮?dú)夥罩械臒崽幚硪粋€(gè)小時(shí)，并在不降低溫度的情況下進(jìn)一步進(jìn)行在氧氣氛中的熱處理一個(gè)小時(shí)。以這種方式制作的樣品被用作樣品b。

圖30示出樣品a和樣品b的xrd譜。在樣品a中沒有觀測到源自晶體的峰，而在樣品b中當(dāng)2θ為大約35度以及在37度至38度時(shí)觀測到了源自晶體的峰。

如上所述，通過在含有in、sn、zn作為主要成分的氧化物半導(dǎo)體的沉積期間有意加熱襯底和/或通過在沉積之后進(jìn)行熱處理，可以提高晶體管的特性。

這些襯底加熱和熱處理具有防止對于氧化物半導(dǎo)體而言是不良雜質(zhì)的氫和羥基被包含在膜中的效果或者從膜中去除氫和羥基的效果。也就是說，通過從氧化物半導(dǎo)體去除用作施主雜質(zhì)的氫可以高度凈化氧化物半導(dǎo)體，由此可以獲得正常截止的晶體管。高度凈化的氧化物半導(dǎo)體使晶體管的截止態(tài)電流能為1aa/μm或更小。這里，截止態(tài)電流的單位表示每微米溝道寬度的電流。

圖31示出晶體管的截止態(tài)電流與測量時(shí)襯底溫度(絕對溫度)的倒數(shù)之間的關(guān)系。這里，為了簡便，水平軸表示通過將測量的襯底溫度的倒數(shù)乘以1000所獲得的值(1000/t)。

具體來說，如圖31所示，當(dāng)襯底溫度為125℃、85℃和室溫(27℃)時(shí)，截止態(tài)電流可以分別為1aa/μm(1×10^-18a/μm)或更小、100za/μm(1×10^-19a/μm)或更小和1za/μm(1×10^-21a/μm)或更小。優(yōu)選地，在125℃、85℃和室溫下，截止態(tài)電流可以分別為0.1aa/μm(1×10^-19a/μm)或更小、10za/μm(1×10^-20a/μm)或更小和0.1za/μm(1×10^-22a/μm)或更小。截止態(tài)電流的上述值明顯遠(yuǎn)小于使用si用于半導(dǎo)體膜的晶體管的值。

請注意，為了防止在氧化物半導(dǎo)體膜的形成期間氫和濕氣包含在氧化物半導(dǎo)體膜中，優(yōu)選通過充分抑制從沉積室外的泄漏和通過沉積室內(nèi)壁的脫氣來增加濺射氣體的純度。例如，優(yōu)選使用露點(diǎn)為-70℃或更低的氣體作為濺射氣體，以便防止?jié)駳獍谀ぶ?。此外，?yōu)選使用高純靶以便不包含雜質(zhì)諸如氫或濕氣。盡管能夠通過熱處理從含有in、sn、zn作為主要成分的氧化物半導(dǎo)體膜去除濕氣，但優(yōu)選形成最初就不含有濕氣的膜，因?yàn)榕c從含有in、ga、zn作為主要成分的氧化物半導(dǎo)體釋放濕氣相比，在更高的溫度下從含有in、sn、zn作為主要成分的氧化物半導(dǎo)體釋放濕氣。

對在氧化物半導(dǎo)體膜的形成之后進(jìn)行了650℃的熱處理的樣品b的晶體管的電特性和襯底溫度之間的關(guān)系進(jìn)行了評估。

用于測量的晶體管具有3μm的溝道長度l、10μm的溝道寬度w、0μm的lov以及0μm的dw。請注意，vds被設(shè)置為10v。請注意，襯底溫度是-40℃、-25℃、25℃、75℃、125℃和150℃。這里，在晶體管中，柵電極與一對電極之一交疊的部分的寬度被稱為lov，而不與氧化物半導(dǎo)體膜交疊的該對電極的部分的寬度被稱為dw。

圖32示出ids(實(shí)線)和遷移率(虛線)的vgs相關(guān)性。圖33a示出襯底溫度和閾值電壓之間的關(guān)系，圖33b示出襯底溫度和遷移率之間的關(guān)系。

從圖33a發(fā)現(xiàn)，閾值電壓隨著襯底溫度升高而變低。請注意，在從-40℃至150℃的范圍，閾值電壓從1.09v降低到-0.23v。

從圖33b發(fā)現(xiàn)，遷移率隨著襯底溫度升高而變低。請注意，在從-40℃至150℃的范圍，遷移率從36cm²/vs降低到32cm²/vs。因此，發(fā)現(xiàn)在上述溫度范圍內(nèi)電特性變化小。

在使用這樣的含有in、sn、zn作為主要成分的氧化物半導(dǎo)體作為溝道形成區(qū)的晶體管中，可以獲得30cm²/vs或更高、優(yōu)選40cm²/vs或更高、更優(yōu)選60cm²/vs或更高的遷移率，截止態(tài)電流維持在1aa/μm或更小，該遷移率能實(shí)現(xiàn)lsi所需的導(dǎo)通態(tài)電流。例如，在l/w為33nm/40nm的fet中，當(dāng)柵極電壓為2.7v且漏極電壓為1.0v時(shí)可以流動12μa或更大的導(dǎo)通態(tài)電流。此外，在晶體管工作所需的溫度范圍內(nèi)可以確保充足的電特性。用這樣的特性，即使當(dāng)包括氧化物半導(dǎo)體的晶體管設(shè)置在利用si半導(dǎo)體形成的集成電路中時(shí)，也可以實(shí)現(xiàn)具有新穎功能的集成電路而不降低操作速度。

(實(shí)施例2)

在本實(shí)施例中，將描述制造半導(dǎo)體器件的方法，該半導(dǎo)體器件的一部分具有圖3所示的結(jié)構(gòu)。

請注意，半導(dǎo)體材料諸如鍺、硅鍺或單晶碳化硅以及硅可以用于包含在存儲元件中的n溝道晶體管102n和p溝道晶體管102p。例如，含有硅的n溝道晶體管102n和p溝道晶體管102p可以利用單晶半導(dǎo)體襯底諸如硅晶片、用soi法形成的硅薄膜、用氣相沉積法形成的硅薄膜等形成。

在本實(shí)施例中，首先，如圖8a所示，在襯底100上形成絕緣膜101以及島形單晶半導(dǎo)體膜103n和103p。

盡管對可以用作襯底100的材料沒有特別限制，但需要材料至少具有足夠高的耐熱性以經(jīng)歷后面進(jìn)行的熱處理。例如，用熔化工藝或浮法工藝形成的玻璃襯底、石英襯底、半導(dǎo)體襯底、陶瓷襯底等可以用作襯底100。在使用玻璃襯底且后面進(jìn)行的熱處理溫度高的情況下，優(yōu)選使用應(yīng)變點(diǎn)高于或等于730℃的玻璃襯底。

在本實(shí)施例中，使用單晶硅半導(dǎo)體襯底作為襯底100。單晶半導(dǎo)體襯底具有比玻璃襯底高的表面平坦度。因此，可以防止由襯底表面不平所引起的絕緣膜、導(dǎo)電膜等的厚度變化；從而，即使當(dāng)例如晶體管的半導(dǎo)體元件小型化時(shí)，半導(dǎo)體元件的電特性也可以是一致的。

利用例如氧化硅、氮氧化硅、氧氮化硅或氮化硅的絕緣材料來形成絕緣膜101。絕緣膜101可以是單個(gè)絕緣膜或多個(gè)絕緣膜的疊層。

例如，在使用氧化硅用于絕緣膜101的情況下，絕緣膜101可以使用硅烷和氧的混合氣體、teos(四乙氧基硅烷)和氧的混合氣體等通過氣相沉積法諸如熱cvd法、等離子體cvd法、大氣壓cvd法、偏置ecrcvd法來形成。在這種情況下，可以使絕緣膜101的表面經(jīng)歷氧等離子體處理以增加密度。在使用氮化硅用于絕緣膜101的情況下，可以利用硅烷和氨的混合氣體通過氣相沉積法諸如等離子體cvd法來形成絕緣膜101。此外，當(dāng)利用氮氧化硅來形成絕緣膜101時(shí)，可以利用硅烷和氨的混合氣體或硅烷和氧化氮的混合氣體通過氣相沉積法諸如等離子體cvd法來形成絕緣膜101。

可選地，利用有機(jī)硅烷氣體通過化學(xué)氣相沉積法形成的氧化硅膜可以用作絕緣膜101。作為有機(jī)硅烷氣體，可以使用含硅化合物諸如四乙氧基硅烷(teos)(化學(xué)式：si(oc2h5)4)、四甲基硅烷(tms)(化學(xué)式：si(ch3)4)、四甲基環(huán)四硅氧烷(tmcts)、八甲基環(huán)四硅氧烷(omcts)、六甲基二硅胺烷(hmds)、三乙氧基硅烷(化學(xué)式：sih(oc2h5)3)、或三(二甲胺基)硅烷(化學(xué)式：sih(n(ch3)2)3)。

還可選地，在使用單晶硅半導(dǎo)體襯底作為襯底100的情況下，絕緣膜101可以利用通過氧化襯底100的表面所形成的氧化物膜來形成。用于形成該氧化物膜的熱氧化處理可以是干法氧化并且可以在添加了含鹵素氣體的氧化氣氛中進(jìn)行。作為含鹵素的氣體，可以使用從hcl、hf、nf3、hbr、cl、clf、bcl3、f、br2等中選擇的一類或多類氣體。

例如，在使用hcl的情況下，在相對于氧而言含有0.5體積％至10體積％(優(yōu)選為3體積％)的hcl的氣氛中，以700℃或更高的溫度來進(jìn)行熱處理。優(yōu)選在大于或等于950℃以及小于或等于1100℃的加熱溫度下進(jìn)行熱氧化。處理時(shí)間可以是0.1小時(shí)至6小時(shí)、優(yōu)選0.5小時(shí)至1小時(shí)。要形成的絕緣膜101的厚度可以設(shè)置為15nm至1100nm的范圍內(nèi)(優(yōu)選為60nm至300nm)，例如150nm。

通過在含鹵素氣氛中的該熱氧化處理，絕緣膜101可以含有鹵素。當(dāng)絕緣膜101含有1×10¹⁷原子/cm³至5×10²⁰原子/cm³濃度的鹵素時(shí)，絕緣膜101捕獲例如金屬的雜質(zhì)；因此，可以避免稍后形成的半導(dǎo)體膜103n和103p的污染。例如，通過氯的反應(yīng)，例如金屬的雜質(zhì)轉(zhuǎn)化成揮發(fā)性氯化物并釋放到氣相中，由此從半導(dǎo)體膜103n和103p除去。

在本實(shí)施例中，作為形成包括在存儲元件中的晶體管的方法，給出利用單晶硅形成半導(dǎo)體膜103n和103p的例子。這里，簡要說明用于形成單晶半導(dǎo)體膜103n和103p的方法的具體例子。首先，含有被電場加速的離子的離子束進(jìn)入接合襯底和易碎層，接合襯底是單晶硅的半導(dǎo)體襯底，易碎層由于在距接合襯底表面一定深度處的區(qū)域中形成結(jié)晶結(jié)構(gòu)的局部無序而是易碎的。通過離子束的加速能量和離子束入射角度可以調(diào)整形成易碎層的深度。然后，把接合襯底和在表面上設(shè)置有絕緣膜的襯底100相互貼附，使得絕緣膜夾在它們之間。在接合襯底和襯底100相互交疊之后，對部分接合襯底和部分襯底100施加大約1n/cm²至500n/cm²、優(yōu)選11n/cm²至20n/cm²的壓力，以使襯底相互貼附。當(dāng)施加壓力時(shí)，接合襯底和絕緣膜101之間的接合從部分開始，其導(dǎo)致接合襯底和絕緣膜101相互緊密接觸的整個(gè)表面的接合。之后，進(jìn)行熱處理，使得存在于易碎層中的微孔發(fā)生結(jié)合并且微孔體積增大。因此，是接合襯底的一部分的單晶半導(dǎo)體膜沿易碎層從接合襯底分離。在不超過襯底100的應(yīng)變點(diǎn)的溫度下進(jìn)行熱處理。然后，通過刻蝕等把單晶半導(dǎo)體膜加工成想要的形狀，從而可以形成半導(dǎo)體膜103n和103p。

在本實(shí)施例中，使作為單晶硅半導(dǎo)體襯底的襯底100在氧氣氛中經(jīng)歷950℃的熱處理，從而在襯底100上形成具有400nm厚度的氧化硅膜。接著，在氧化硅膜上，通過等離子體cvd法形成具有50nm厚度的氮氧化硅膜。另一方面，使作為單晶硅半導(dǎo)體襯底的接合襯底在氧中含有hcl的氣氛中經(jīng)歷950℃的熱處理，從而在接合襯底上形成具有100nm厚度的氧化硅膜。然后，使襯底100和接合襯底相互貼附，從而襯底100上的氮氧化硅膜接觸接合襯底上的氧化硅膜。然后，是接合襯底的一部分的單晶半導(dǎo)體膜沿易碎層從接合襯底分離。因此，在本實(shí)施例中，絕緣膜101具有如下結(jié)構(gòu)，其中有400nm厚度的氧化硅膜、有50nm厚度的氮氧化硅膜、以及有100nm厚度的氧化硅膜從襯底100側(cè)起依此順序堆疊。

為了控制閾值電壓，賦予p型導(dǎo)電性的雜質(zhì)元素例如硼、鋁或鎵或者賦予n型導(dǎo)電性的雜質(zhì)元素例如磷或砷可添加到各半導(dǎo)體膜103n和103p中。用于控制閾值電壓的雜質(zhì)元素可以被添加到?jīng)]有被圖案化的半導(dǎo)體膜或可以被添加到圖案化的半導(dǎo)體膜103n和103p。此外，用于控制閾值電壓的雜質(zhì)元素可以被添加到接合襯底。此外，雜質(zhì)元素可以被添加到接合襯底中以便大體上控制閾值電壓，然后雜質(zhì)元素可以進(jìn)一步被添加到?jīng)]有被圖案化的半導(dǎo)體膜或已圖案化的半導(dǎo)體膜103n和103p以便精細(xì)地控制閾值電壓。

盡管在本實(shí)施例中說明了使用單晶半導(dǎo)體膜的例子，但本發(fā)明不局限于此結(jié)構(gòu)。例如，可以使用通過氣相沉積法在絕緣膜101上形成的多晶半導(dǎo)體膜?？蛇x地，通過已知技術(shù)可以使通過氣相沉積法形成的半導(dǎo)體膜結(jié)晶以形成多晶半導(dǎo)體膜。作為已知的結(jié)晶技術(shù)，給出利用激光束的激光結(jié)晶法和利用催化元素的結(jié)晶法。可選地，可以結(jié)合利用催化元素的結(jié)晶法和激光結(jié)晶法。當(dāng)使用例如石英襯底的耐熱襯底時(shí)，可以采用利用電加熱爐的熱結(jié)晶法、利用紅外光的燈退火結(jié)晶法、利用催化元素的結(jié)晶法、或利用大約在950℃的高溫退火法的結(jié)晶法。

接著，如圖8b所示，在半導(dǎo)體膜103n和半導(dǎo)體膜103p上分別形成柵極絕緣膜104n和柵極絕緣膜104p。然后，在與半導(dǎo)體膜103n交疊的位置中的柵極絕緣膜104n上形成柵電極105n，在與半導(dǎo)體膜103p交疊的位置中的柵極絕緣膜104p上形成柵電極105p。然后，用柵電極105n和105p作為掩模，把賦予一種導(dǎo)電類型的雜質(zhì)元素添加到半導(dǎo)體膜103n和103p中的每個(gè)。具體來說，在形成掩模以覆蓋半導(dǎo)體膜103n之后，賦予p型導(dǎo)電性的雜質(zhì)元素被添加到半導(dǎo)體膜103p中。通過添加雜質(zhì)元素，在半導(dǎo)體膜103p中形成與柵電極105p交疊的第一區(qū)114和其之間夾著第一區(qū)114的低濃度雜質(zhì)區(qū)117a和118a。接著，在形成掩模以覆蓋半導(dǎo)體膜103p之后，賦予n型導(dǎo)電性的雜質(zhì)元素被添加到半導(dǎo)體膜103n。通過添加雜質(zhì)元素，在半導(dǎo)體膜103n中形成與柵電極105n交疊的第一區(qū)118和其之間夾著第一區(qū)118的低濃度雜質(zhì)區(qū)111a和112a。

通過用高密度等離子體處理、熱氧化處理等來氧化或氮化半導(dǎo)體膜103n和103p的表面，可以形成柵極絕緣膜104n和104p。例如，每個(gè)柵極絕緣膜104n和104p的厚度可以大于或等于1nm且小于或等于100nm、優(yōu)選大于或等于10nm且小于或等于50nm。

在本實(shí)施例中，進(jìn)行在氧氣氛中950℃25分鐘的熱處理，然后進(jìn)行在氮?dú)夥罩?50℃一個(gè)小時(shí)的熱處理。以這種方式，熱氧化半導(dǎo)體膜103n和103p的表面，從而形成均是具有15nm厚度的氧化硅膜的柵極絕緣膜104n和104p。

在例如高密度等離子體處理的情況下，使用例如he、ar、kr或xe的稀有氣體和氧氣、氧化氮、氨氣、氮?dú)獾鹊幕旌蠚怏w。在這種情況下，通過引入微波來激發(fā)等離子體，可以產(chǎn)生具有低電子溫度和高密度的等離子體。通過用這種高密度等離子體產(chǎn)生的氧自由基(一些情況下含有oh自由基)或氮自由基(一些情況下含有nh自由基)來氧化或氮化半導(dǎo)體膜的表面，可以形成具有1nm至20nm，優(yōu)選5nm至10nm厚度的絕緣膜以便與半導(dǎo)體膜接觸。例如，通過在10pa至30pa壓力下施加3kw至5kw的微波(2.45ghz)功率，用1倍至3倍(流量比)的ar稀釋的一氧化二氮(n2o)，來氧化或氮化半導(dǎo)體膜103n和103p的表面。通過這種處理，形成了均具有1nm至10nm(優(yōu)選2nm至6nm)厚度的絕緣膜。此外，引入一氧化二氮(n2o)和硅烷(sih4)，在10pa至30pa的壓力下施加3kw至5kw的微波(2.45ghz)功率以通過氣相沉積法形成氧氮化硅膜，由此形成柵極絕緣膜。用固相反應(yīng)和氣相沉積法反應(yīng)的組合，可以形成具有低界面態(tài)密度和良好耐受電壓的柵極絕緣膜。

半導(dǎo)體膜通過高密度等離子體處理的氧化或氮化通過固相反應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行。因此，在柵極絕緣膜104n和半導(dǎo)體膜103n之間的界面態(tài)密度以及在柵極絕緣膜104p和半導(dǎo)體膜103p之間的界面態(tài)密度可以極低。此外，通過用高密度等離子體處理對半導(dǎo)體膜103n和103p的直接氧化或氮化，可以抑制要形成的絕緣膜的厚度變化。此外，在半導(dǎo)體膜具有結(jié)晶性的情況下，通過高密度等離子體處理用固相反應(yīng)來氧化半導(dǎo)體膜的表面，以抑制僅在晶粒邊界中的快速氧化；因此，可以形成具有均勻性和低界面態(tài)密度的柵極絕緣膜。其中使用由高密度等離子體處理形成的絕緣膜作為部分柵極絕緣膜或作為整個(gè)柵極絕緣膜的晶體管可以具有更小的電特性變化。

每個(gè)柵極絕緣膜可以通過等離子體cvd法、濺射法等使用包括氧化硅、氮氧化硅、氧氮化硅、氮化硅、氧化鉿、氧化鋁、氧化鉭、氧化釔、硅酸鉿(hfsixoy(x＞0，y＞0))、添加了氮的硅酸鉿(hfsixoy(x＞0，y＞0))、添加了氮的鋁酸鉿(hfalxoy(x＞0，y＞0))等的膜的單層或疊層形成。

在本說明書中，氧氮化物是指含有氧的量比氮的量大的材料，氮氧化物是指含有氮的量比氧的量大的材料。

導(dǎo)電膜形成得覆蓋柵極絕緣膜104n和104p，且然后被加工(圖案化)成預(yù)定形狀，從而可以形成柵電極105n和105p?？梢酝ㄟ^cvd法、濺射法、氣相沉積法、旋涂法等來形成導(dǎo)電膜。對于導(dǎo)電膜來說，可以使用鉭(ta)、鎢(w)、鈦(ti)、鉬(mo)、鋁(al)、銅(cu)、鉻(cr)、鈮(nb)等?？蛇x地，可以使用含有上述金屬中的任何一種作為其主要成分的合金或者含有上述金屬中的任何一種的化合物。還可選地，可以利用例如多晶硅的半導(dǎo)體來形成導(dǎo)電膜，多晶硅通過把像磷這樣的雜質(zhì)元素添加到半導(dǎo)體膜而形成。

請注意，可以利用單層導(dǎo)電膜或多個(gè)導(dǎo)電膜的疊層來形成每個(gè)柵電極105n和105p。

作為兩層導(dǎo)電膜的組合，氮化鉭或鉭可以用于第一導(dǎo)電膜，鎢可以用于第二導(dǎo)電膜。此外，給出下列組合：氮化鎢和鎢、氮化鉬和鉬、鋁和鉭、鋁和鈦等。由于鎢和氮化鉭具有高耐熱性，所以可以在形成兩層導(dǎo)電膜之后的后序步驟中進(jìn)行旨在熱激活的熱處理?？蛇x地，作為兩層導(dǎo)電膜的組合，例如，可以使用硅化鎳和摻雜有賦予n型導(dǎo)電性的雜質(zhì)元素的硅、硅化鎢和摻雜有賦予n型導(dǎo)電性的雜質(zhì)元素的硅等。

在使用其中堆疊了三層導(dǎo)電膜的三層結(jié)構(gòu)的情況下，優(yōu)選鉬膜、鋁膜和鉬膜的疊層結(jié)構(gòu)。

可以使用氧化銦、氧化銦和氧化錫的混合物、氧化銦和氧化鋅的混合物、氧化鋅、氧化鋁鋅、氧氮化鋁鋅、氧化鎵鋅等的透光氧化物導(dǎo)電膜作為每個(gè)柵電極105n和105p。

在本實(shí)施例中，使用在每個(gè)中在具有大約30nm厚度的氮化鉭上堆疊具有大約170nm厚度的鎢的柵電極105n和105p。

可選地，柵電極105n和105p可以通過滴排法選擇性形成而不使用掩模。滴排法是用于通過從孔口排出或噴出含有預(yù)定成分的滴來形成預(yù)定圖案的方法，且在其所屬范疇內(nèi)包括噴墨法等。

此外，柵電極105n和105p能以如下方式形成：形成導(dǎo)電膜，然后用適當(dāng)控制的刻蝕條件(例如施加到線圈電極的電功率量、施加到襯底側(cè)電極的電功率量以及襯底側(cè)的電極溫度)通過感應(yīng)耦合等離子體(icp)刻蝕法把導(dǎo)電膜刻蝕成期望的錐形。此外，錐形形狀的角也可通過掩模形狀來控制。作為刻蝕氣體，適當(dāng)時(shí)可以使用基于氯氣體例如氯氣、氯化硼、氯化硅或四氯化碳，基于氟氣體例如四氟化碳、氟化硫或氟化氮，或氧氣。

接著，在形成絕緣膜以覆蓋柵極絕緣膜104n和104p以及柵電極105n和105p之后，通過刻蝕等來處理絕緣膜；從而如圖8c所示，在柵電極105n的側(cè)面部分上形成側(cè)壁170n，在柵電極105p的側(cè)面部分上形成側(cè)壁170p。在本實(shí)施例中，在形成其中具有100nm厚度的氧氮化硅膜和具有200nm厚度的氧化硅膜以此順序堆疊的絕緣膜以覆蓋柵電極105n和105p之后，通過干法刻蝕處理絕緣膜，從而形成側(cè)壁170n和側(cè)壁170p。

請注意，通過上述刻蝕，柵極絕緣膜104n的未被側(cè)壁170n和柵電極105n覆蓋的部分被去除，柵極絕緣膜104p的未被側(cè)壁170p和柵電極105p覆蓋的部分被去除。

接著，如圖8d所示，用柵電極105n和105p以及側(cè)壁170n和170p作為掩模，把賦予一種導(dǎo)電類型的雜質(zhì)元素添加到每個(gè)半導(dǎo)體膜103n和103p。具體來說，在形成掩模以覆蓋半導(dǎo)體膜103n之后，把賦予p型導(dǎo)電性的雜質(zhì)元素添加到半導(dǎo)體膜103p。通過雜質(zhì)元素的添加，雜質(zhì)被進(jìn)一步添加到部分低濃度雜質(zhì)區(qū)117a和118a，從而在半導(dǎo)體膜103p中形成與柵電極105p交疊的第一區(qū)114、與側(cè)壁170p交疊并且其之間夾著第一區(qū)114的第三區(qū)117和118、以及在其之間夾著第一區(qū)114以及第三區(qū)117和118的第二區(qū)115和116。接著，在形成掩模以覆蓋半導(dǎo)體膜103p之后，把賦予n型導(dǎo)電性的雜質(zhì)元素添加到半導(dǎo)體膜103n中。通過雜質(zhì)元素的添加，雜質(zhì)被進(jìn)一步添加到部分低濃度雜質(zhì)區(qū)111a和112a中，從而在半導(dǎo)體膜103n中形成與柵電極105n交疊的第一區(qū)108、與側(cè)壁170n交疊并且其之間夾著第一區(qū)108的第三區(qū)111和112、以及在其之間夾著第一區(qū)108以及第三區(qū)111和112的第二區(qū)109和110。

由于第三區(qū)117和118與側(cè)壁170p交疊，所以第三區(qū)117和118具有比第二區(qū)115和116低的賦予p型導(dǎo)電性的雜質(zhì)濃度。此外，由于第三區(qū)111和112與側(cè)壁170n交疊，所以第三區(qū)111和112具有比第二區(qū)109和110低的賦予n型導(dǎo)電性的雜質(zhì)濃度。

請注意，在此實(shí)施例中，通過第一雜質(zhì)添加形成低濃度雜質(zhì)區(qū)111a和112a以及低濃度雜質(zhì)區(qū)117a和118a，然后通過第二雜質(zhì)添加形成用作ldd區(qū)的第三區(qū)111和112以及第三區(qū)117和118；然而，本發(fā)明的實(shí)施例不局限于此結(jié)構(gòu)。例如，當(dāng)在雜質(zhì)進(jìn)入側(cè)壁170n和側(cè)壁170p下面的部分這樣的條件下進(jìn)行第二雜質(zhì)添加時(shí)，可以形成用作ldd區(qū)的第三區(qū)111和112以及第三區(qū)117和118而不需要進(jìn)行第一雜質(zhì)添加?？蛇x地，可以按下面這種方式在第一區(qū)108與第二區(qū)109和110之間或在第一區(qū)114與第二區(qū)115和116之間設(shè)置偏差區(qū)而不用進(jìn)行第一雜質(zhì)添加：在雜質(zhì)更少可能地進(jìn)入側(cè)壁170n和側(cè)壁170p下面的部分的條件下進(jìn)行第二雜質(zhì)添加。在偏差區(qū)中的雜質(zhì)濃度優(yōu)選基本等于第一區(qū)108或第一區(qū)114中的雜質(zhì)濃度。

接著，如圖8e所示，形成絕緣膜119以覆蓋半導(dǎo)體膜103n和103p、柵電極105n和105p、側(cè)壁170p和170n以及絕緣膜101。

具體來說，絕緣膜119可以是氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、氧氮化硅、氮化鋁、氮氧化鋁等的無機(jī)絕緣膜。具體地，優(yōu)選使用低介電常數(shù)(低-k)材料用于絕緣膜119，因?yàn)榭梢猿浞纸档碗姌O或布線的交疊所導(dǎo)致的電容。請注意，可以使用含有任意上述材料的多孔絕緣膜作為絕緣膜119。由于多孔絕緣膜具有比密致絕緣膜低的介電常數(shù)，所以可以進(jìn)一步降低由于電極或布線所引起的寄生電容。

對于絕緣膜119來說，可以使用利用有機(jī)硅烷通過化學(xué)氣相沉積形成的氧化硅膜。對于有機(jī)硅烷來說，可以使用四乙氧基硅烷(teos)(化學(xué)式：si(oc2h5)4)、三甲基硅烷(tms)(化學(xué)式：(ch3)3sih)、四甲基環(huán)四硅氧烷(tmcts)、八甲基環(huán)四硅氧烷(omcts)、六甲基二硅胺烷(hmds)、三乙氧基硅烷(化學(xué)式：sih(oc2h5)3)、三(二甲胺基)硅烷(化學(xué)式：sih(n(ch3)2)3)等。不需要說的是，也可以利用諸如甲硅烷、乙硅烷或丙硅烷的無機(jī)硅烷來形成氧化硅、氧氮化硅、氮化硅、氮氧化硅等。

在本實(shí)施例中，使用具有500nm厚度的氧氮化硅膜作為絕緣膜119。請注意，描述了利用單個(gè)絕緣膜形成絕緣膜119的情況作為本實(shí)施例的一個(gè)例子；然而，絕緣膜119可以利用多個(gè)絕緣膜的疊層形成。

接著，在絕緣膜119的表面經(jīng)歷平坦化處理之后，絕緣膜173和氧化物半導(dǎo)體膜142b以此順序堆疊在絕緣膜119上，如圖9a所示。

為了抑制稍后要形成的晶體管121的電特性變化，氧化物半導(dǎo)體膜142b的表面優(yōu)選具有高平坦度。為了增加氧化物半導(dǎo)體膜142b的平坦度，優(yōu)選確保絕緣膜173表面的高平坦度。然而，為了防止雜質(zhì)例如氫進(jìn)入絕緣膜173和氧化物半導(dǎo)體膜142b之間的界面附近，優(yōu)選在形成絕緣膜173之后連續(xù)地形成氧化物半導(dǎo)體膜142b，而不把絕緣膜173暴露到空氣。因此，如在本實(shí)施例中那樣當(dāng)使位于絕緣膜173下面的絕緣膜119的表面受到平坦化處理時(shí)，即使絕緣膜173的表面不經(jīng)歷平坦化處理，也能確保絕緣膜173表面的平坦度。此外，當(dāng)確保絕緣膜173的表面的平坦度時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)絕緣膜173和氧化物半導(dǎo)體膜142b的連續(xù)形成。

絕緣膜119的平坦化處理可以通過例如化學(xué)機(jī)械拋光(cmp)法或液體噴射拋光法的拋光處理、例如干法刻蝕或濕法刻蝕的刻蝕處理、或拋光處理和刻蝕處理的組合來進(jìn)行。

在本實(shí)施例中，描述了絕緣膜119經(jīng)歷作為平坦化處理的cmp合理的情況。例如，絕緣膜119在下列條件下受到平坦化處理：使用聚氨酯拋光布；使用硅石漿料(60nm顆粒尺寸)作為漿料；漿料流速大于或等于100ml/min并且小于或等于500ml/min；拋光壓力高于或等于0.005mpa并且低于或等于0.08mpa；主軸旋轉(zhuǎn)速度大于或等于20rpm并且小于或等于50rpm；以及桌臺旋轉(zhuǎn)速度大于或等于20rmp并且小于或等于50rmp。

在本實(shí)施例中，已通過cmp法經(jīng)歷拋光的絕緣膜119的厚度為300nm。

通過濺射法、cvd法等形成絕緣膜173。絕緣膜173優(yōu)選為施加熱時(shí)從其釋放氧的絕緣膜。優(yōu)選使用以超過化學(xué)計(jì)量比的比率含有氧的絕緣膜作為施加熱時(shí)從其釋放氧的絕緣膜。當(dāng)施加熱時(shí)從其釋放氧的絕緣膜經(jīng)歷熱處理時(shí)，氧可以被釋放并且所釋放的氧可以擴(kuò)散進(jìn)入(或提供到)稍后要形成的氧化物半導(dǎo)體膜。絕緣膜173的例子包括氧化硅、氧氮化硅、氮氧化硅、氧化鎵、氧化鉿、氧化釔等的膜。用濺射法形成的絕緣膜173能容易地通過施加熱而釋放氧，是優(yōu)選的。絕緣膜173可以使用單層絕緣膜或多個(gè)堆疊的絕緣膜形成。

絕緣膜173的厚度大于或等于50nm并且小于或等于800nm，優(yōu)選大于或等于200nm并且小于或等于500nm。采用厚的絕緣膜173，可以增加從絕緣膜173中釋放的氧的量，并且可以降低在絕緣膜173與稍后要形成的氧化物半導(dǎo)體膜142b之間界面處的界面態(tài)密度。

在本實(shí)施例中，使用通過濺射法形成的具有200nm厚度的氧化硅膜作為絕緣膜173。在用濺射法形成絕緣膜173的情況下，可以使用氧氣、氧和稀有氣體的混合氣體等作為沉積氣體。此外，當(dāng)增加沉積氣體中氧的量時(shí)，可以增加絕緣膜173中所含的氧的量，這是優(yōu)選的。典型地，沉積氣體中的氧濃度優(yōu)選高于或等于6％并且低于或等于100％。

在形成氧化硅膜作為絕緣膜173的情況下，優(yōu)選在下述條件下使用rf濺射法：石英(優(yōu)選合成石英)用作靶；襯底溫度高于或等于30℃并且低于或等于450℃(優(yōu)選高于或等于70℃并且低于或等于200℃)；靶與襯底之間的距離(t-s距離)大于或等于20mm并且小于或等于400mm(優(yōu)選大于或等于40mm并且小于或等于200mm)；壓力高于或等于0.1pa并且低于或等于4pa(優(yōu)選高于或等于0.2pa并且低于或等于1.2pa)；高頻功率高于或等于0.5kw并且低于或等于12kw(優(yōu)選高于或等于1kw并且低于或等于5kw)；沉積氣體中o2/(o2+ar)的比例高于或等于1％并且低于或等于100％(優(yōu)選高于或等于6％并且低于或等于100％)。請注意，替代石英(優(yōu)選為合成石英)靶，可以使用硅靶作為靶。此外，氧氣可以單獨(dú)用作沉積氣體。

氧化物半導(dǎo)體膜142b的厚度大于或等于2nm并且小于或等于200nm、優(yōu)選大于或等于3nm并且小于或等于50nm、更優(yōu)選大于或等于3nm并且小于或等于20nm。利用氧化物半導(dǎo)體靶通過濺射法形成氧化物半導(dǎo)體膜。此外，可以在稀有氣體(例如氬)氣氛、氧氣氛或稀有氣體(例如氬)和氧的混合氣氛下通過濺射法來形成氧化物半導(dǎo)體膜。

請注意，在通過濺射法形成氧化物半導(dǎo)體膜之前，優(yōu)選通過其中引入氬氣并產(chǎn)生等離子體的反向?yàn)R射來去除絕緣膜173表面上的灰塵。反向?yàn)R射法是這樣一種方法，其中在靶側(cè)沒有施加電壓，rf電源用于施加電壓到氬氣氛中的襯底側(cè)以在襯底周圍產(chǎn)生等離子體，從而改變表面。請注意，替代氬氣氛，可以使用氮?dú)夥铡⒑夥盏??？蛇x地，可以使用添加了氧氣、一氧化二氮等的氬氣氛。可選地，可以使用添加了氯氣、四氟化碳等的氬氣氛。

對于氧化物半導(dǎo)體膜來說，可以使用上面描述的材料。在本實(shí)施例中，使用具有20nm厚度的in-ga-zn類氧化物半導(dǎo)體薄膜作為氧化物半導(dǎo)體膜，其利用含有銦(in)、鎵(ga)和鋅(zn)的靶通過濺射法獲得。作為靶，使用具有例如in2o3:ga2o3:zno＝1:1:1[摩爾比]的組成比率的靶?？蛇x地，可以使用具有in2o3:ga2o3:zno＝1:1:2[摩爾比]的組成比率的靶或具有in2o3:ga2o3:zno＝1:1:4[摩爾比]的組成比率的靶。含有in、ga和zn的靶的填充速率為90％或更高且100％或更低、優(yōu)選為95％或更高且低于100％。使用具有高填充速率的靶，形成致密的氧化物半導(dǎo)體膜。

在使用in-zn類氧化物半導(dǎo)體材料作為氧化物半導(dǎo)體的情況下，用于其的靶具有按原子比為in:zn＝50:1至1:2的組成比率(按摩爾比為in2o3:zno＝25:1至1:4)、優(yōu)選按原子比為in:zn＝20:1至1:1(按摩爾比為in2o3:zno＝10:1至1:2)、更優(yōu)選按原子比為in:zn＝1.5:1至15:1(按摩爾比為in2o3:zno＝3:4至15:2)。例如，在用于形成具有in:zn:o＝x:y:z的原子比的in-zn類氧化物半導(dǎo)體的靶中，滿足z＞1.5x+y的關(guān)系。通過將zn的比率保持在上述范圍內(nèi)可以提高遷移率。

在使用in-sn-zn類氧化物半導(dǎo)體的材料作為氧化物半導(dǎo)體的情況下，要使用的靶的組成比率優(yōu)選按原子比為in:sn:zn＝1:2:2、2:1:3、1:1:1或4:9:7。

在本實(shí)施例中，以這種方式來沉積氧化物半導(dǎo)體膜：襯底保持在處于減壓狀態(tài)的處理室中，去除殘留在處理室中的濕氣，引入去除了氫和濕氣的濺射氣體，并且使用上述靶。在形成膜時(shí)襯底溫度可以高于或等于100℃并且低于或等于600℃，優(yōu)選高于或等于200℃并且低于或等于400℃。通過在加熱襯底的狀態(tài)下形成氧化物半導(dǎo)體膜，可以減少在所形成的氧化物半導(dǎo)體膜中包含的雜質(zhì)濃度。此外，降低了由濺射而導(dǎo)致的損傷。為了去除處理室中的殘留濕氣，優(yōu)選使用捕集真空泵。例如，優(yōu)選使用低溫泵、離子泵或鈦升華泵。抽真空單元可以是具有冷阱的渦輪泵。在用低溫泵抽真空的處理室中，例如，氫原子、含有氫原子的化合物諸如水(h2o)(更優(yōu)選地，還有含碳原子的化合物)等被去除，從而可以減少在處理室中形成的氧化物半導(dǎo)體膜中的雜質(zhì)濃度。

膜形成條件的一個(gè)例子如下：襯底和靶之間的距離為100mm，壓力為0.4pa，直流(dc)電源的功率為0.5kw，氣氛含有氬和氧(氬的流速為30sccm，氧的流速為15sccm)。請注意，脈沖直流(dc)電源是優(yōu)選的，因?yàn)榭梢詼p少沉積中產(chǎn)生的灰塵并且可以使膜厚度均勻。

當(dāng)濺射裝置的處理室的泄漏速率設(shè)置為1×10^-10pa·m³/s或更小時(shí)，可以減少進(jìn)入正在通過濺射法沉積的氧化物半導(dǎo)體膜的雜質(zhì)例如堿金屬或氫化物。此外，使用捕集真空泵作為抽氣系統(tǒng)，可以降低來自抽氣系統(tǒng)的雜質(zhì)諸如堿金屬、氫原子、氫分子、水、羥基或氫化物的反向流動(counterflow)。

當(dāng)靶的純度設(shè)置為99.99％或更高時(shí)，可以減少進(jìn)入氧化物半導(dǎo)體膜的堿金屬、氫原子、氫分子、水、羥基、氫化物等。此外，當(dāng)使用靶時(shí)，可以減少氧化物半導(dǎo)體膜中的堿金屬例如鋰、鈉或鉀的濃度。

請注意，為了使氧化物半導(dǎo)體膜中所含有的氫、羥基和濕氣盡可能地少，優(yōu)選地，作為沉積的預(yù)處理，通過在濺射裝置的預(yù)加熱室中預(yù)加熱其上形成上至絕緣膜173的層的襯底100，消除且排出吸附在襯底100上所形成的絕緣膜和導(dǎo)電膜上的雜質(zhì)例如濕氣或氫。預(yù)加熱的溫度高于或等于100℃并且低于或等于400℃、優(yōu)選高于或等于150℃并且低于或等于300℃。作為抽真空單元，低溫泵優(yōu)選設(shè)置在預(yù)加熱室中。請注意，可以省略該預(yù)加熱處理。該預(yù)加熱也可在后面進(jìn)行的絕緣膜143a的形成之前以類似方式進(jìn)行。

請注意，在某些情況下，通過濺射法等沉積的氧化物半導(dǎo)體膜含有作為雜質(zhì)的大量濕氣或氫(包括羥基)。濕氣或氫容易形成施主能級并由此成為氧化物半導(dǎo)體中的雜質(zhì)。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，為了減少氧化物半導(dǎo)體膜142b中的雜質(zhì)例如濕氣或氫(對氧化物半導(dǎo)體膜142b進(jìn)行脫水或脫氫)，在減壓氣氛、例如氮?dú)饣蛳∮袣怏w的惰性氣體的氣氛、氧氣氣氛或超干空氣氣氛(在用腔衰蕩激光譜(crds)法的露點(diǎn)計(jì)進(jìn)行測量的情況下，空氣中的濕氣量為20ppm(轉(zhuǎn)化成露點(diǎn)為-55℃)或更少，優(yōu)選1ppm或更少，更優(yōu)選10ppb或更少)中，氧化物半導(dǎo)體膜142b經(jīng)歷熱處理。

當(dāng)氧化物半導(dǎo)體膜142b受到熱處理時(shí)，可以消除氧化物半導(dǎo)體膜142b中的濕氣或氫。具體來說，在高于或等于250℃并且低于或等于750℃，優(yōu)選高于或等于400℃并且低于襯底的應(yīng)變點(diǎn)的溫度下進(jìn)行熱處理。例如，可以在500℃處進(jìn)行熱處理大約長于或等于三分鐘并且短于或等于六分鐘。當(dāng)rta法用于熱處理時(shí)，可以在短時(shí)間內(nèi)進(jìn)行脫水或脫氫；因此，甚至可以在高于玻璃襯底的應(yīng)變點(diǎn)的溫度下進(jìn)行處理。

在本實(shí)施例中，使用是熱處理裝置之一的電爐。

請注意，熱處理裝置不局限于電爐，可以具有通過來自熱元件例如電阻加熱元件的熱傳導(dǎo)或熱輻射來加熱對象的器件。例如，可以使用諸如氣體快速熱退火(grta)裝置或燈快速熱退火(lrta)裝置的快速熱退火(rta)裝置。lrta裝置是用于通過從例如鹵素?zé)?、金屬鹵化物燈、氙弧燈、碳弧燈、高壓鈉燈或高壓汞燈的燈發(fā)射的光輻射(電磁波)來加熱待處理對象的裝置。grta是利用高溫氣體進(jìn)行熱處理的裝置。作為氣體，使用不會通過熱處理與待處理對象反應(yīng)的惰性氣體，像氮?dú)饣蚶鐨宓南∮袣怏w。

在熱處理中，優(yōu)選在氮?dú)饣蚶绾?、氖氣或氬氣的稀有氣體中不含有濕氣、氫等?？蛇x地，引入到熱處理裝置中的氮?dú)饣蚶绾?、氖氣或氬氣的稀有氣體的純度優(yōu)選為大于或等于6n(99.9999％)，更優(yōu)選為大于或等于7n(99.99999％)(即雜質(zhì)濃度優(yōu)選小于或等于1ppm，更優(yōu)選小于或等于0.1ppm)。

請注意，已指出氧化物半導(dǎo)體對雜質(zhì)不敏感，當(dāng)在膜中含有相當(dāng)量的金屬雜質(zhì)時(shí)是不存在問題的，并且可以使用含有大量例如鈉的堿金屬且不昂貴的鈉鈣玻璃(kamiya、nomura和hosono的“carriertransportpropertiesandelectronicstructuresofamorphousoxidesemiconductors:thepresentstatus”，kotaibutsuri(solidstatephysics)，2009，vol.44，pp.621-633)。但是這種考慮是不合適的。堿金屬不是包含在氧化物半導(dǎo)體中的元素，因此是雜質(zhì)。此外，在堿土金屬不包含在氧化物半導(dǎo)體中的情況下，堿土金屬是雜質(zhì)。當(dāng)與氧化物半導(dǎo)體膜接觸的絕緣膜是氧化物并且na擴(kuò)散進(jìn)絕緣層中時(shí)，堿金屬，具體為na變成na⁺。此外，在氧化物半導(dǎo)體膜中，na切斷或進(jìn)入氧化物半導(dǎo)體中所包含的金屬和氧之間的鍵。結(jié)果，例如，出現(xiàn)了由于閾值電壓沿負(fù)方向偏移或遷移率減小所引起的晶體管的電特性例如晶體管的正常導(dǎo)通狀態(tài)的劣化。此外，還發(fā)生電特性變化。當(dāng)在氧化物半導(dǎo)體膜中的氫濃度很低時(shí)，由雜質(zhì)引起的這種晶體管電特性劣化和電特性變化顯著出現(xiàn)。因此，當(dāng)氧化物半導(dǎo)體膜中的氫濃度小于或等于1×10¹⁸/cm³，優(yōu)選小于或等于1×10¹⁷/cm³時(shí)，上述雜質(zhì)的濃度優(yōu)選被減小。具體來說，用二次離子質(zhì)譜測定法得到的na濃度的測量值優(yōu)選小于或等于5×10¹⁶/cm³，更優(yōu)選小于或等于1×10¹⁶/cm³，再更優(yōu)選小于或等于1×10¹⁵/cm³。以類似方式，li濃度的測量值優(yōu)選小于或等于5×10¹⁵/cm³，更優(yōu)選小于或等于1×10¹⁵/cm³。以類似方式，k濃度的測量值優(yōu)選小于或等于5×10¹⁵/cm³，更優(yōu)選小于或等于1×10¹⁵/cm³。

通過上述步驟，可以降低氧化物半導(dǎo)體膜142b中的氫濃度。此外，通過使用降低了氫濃度的氧化物半導(dǎo)體膜，可以制造具有高耐受電壓和極小截止態(tài)電流的晶體管。上述熱處理可以在形成氧化物半導(dǎo)體膜142b之后的任何時(shí)間進(jìn)行。

請注意，氧化物半導(dǎo)體膜142b可以是非晶的或可以具有結(jié)晶性。對于具有結(jié)晶性的氧化物半導(dǎo)體膜來說，可以使用含有具有c軸排列(c-axisaligned)的晶體的結(jié)晶氧化物半導(dǎo)體(也稱為c軸排列結(jié)晶氧化物半導(dǎo)體(caac-os))，其在從a-b平面、表面或界面的方向看時(shí)具有三角形或六邊形原子排列。在晶體中，金屬原子以分層方式排列，或者金屬原子和氧原子沿c軸以分層方式排列，a軸或b軸方向在a-b平面中改變(晶體圍繞c-軸轉(zhuǎn)動)。caac-os是優(yōu)選的，因?yàn)槟塬@得增大晶體管可靠性的效果。

caac-os構(gòu)成的氧化物半導(dǎo)體膜亦可通過濺射法形成。為了用濺射法得到caac-os，重要的是在沉積氧化物半導(dǎo)體膜的最初階段形成六邊形晶體并且導(dǎo)致晶體從作為籽晶的六邊形晶體生長。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，優(yōu)選使靶和襯底之間的距離更長(例如150mm至200mm)并且襯底加熱溫度為100℃至500℃，更優(yōu)選為200℃至400℃，再更優(yōu)選為250℃至300℃。此外，所沉積的氧化物半導(dǎo)體膜在比沉積中的襯底加熱溫度更高的溫度下受到熱處理。因此，可以修復(fù)膜中的微缺陷和在堆疊層之間界面處的缺陷。

具體來說，caac-os是當(dāng)從垂直于a-b平面的方向觀察時(shí)具有三角形、六邊形、等邊三角形或正六邊形原子排列的非單晶半導(dǎo)體。此外，當(dāng)從垂直于c軸方向的方向觀察時(shí)，caac-os具有金屬原子以分層方式排列的相或金屬原子和氧原子以分層方式排列的相。

caac-os不是單晶，但這不意味著caac-os僅由非晶成分構(gòu)成。盡管caac-os包括結(jié)晶部分(晶體部分)，但在一些情況下晶體部分之間的邊界是不清楚的。

氮可以替代caac-os中所包含的部分氧。在caac-os中所包含的獨(dú)立晶體部分的c軸可以沿一個(gè)方向排列(例如與其上形成caac-os的襯底表面或caac-os的表面垂直的方向)?？蛇x地，包括在caac-os中的獨(dú)立晶體部分的a-b平面的法線可以沿一個(gè)方向排列(例如與其上形成caac-os的襯底表面或caac-os的表面垂直的方向)。

caac-os根據(jù)其成分等而成為導(dǎo)體、半導(dǎo)體或絕緣體。caac-os根據(jù)其成分等透射或不透射可見光。

作為這種caac-os的例子，具有一種晶體，其形成為膜的形狀并且當(dāng)從與膜表面或支持襯底的表面垂直的方向觀察時(shí)具有三角形或六邊形原子排列，且當(dāng)觀察膜的橫截面時(shí)金屬原子按分層方式排列或金屬原子和氧原子(或氮原子)按分層方式排列。

下面將參考圖18a至18e、圖19a至19c以及圖20a至20c來詳細(xì)描述caac-os的晶體結(jié)構(gòu)的例子。在圖18a至18e、圖19a至19c和圖20a至20c中，除非另有規(guī)定，否則垂直方向?qū)?yīng)于c軸方向，垂直于c軸方向的平面對應(yīng)于a-b平面。當(dāng)簡單使用表述“上半部”和“下半部”時(shí)，它們是指在a-b平面上面的上半部以及在a-b平面下面的下半部(相對a-b平面的上半部和下半部)。此外，在圖18a至18e中，用一個(gè)圓圈包圍的o表示四配位o，用兩個(gè)圓圈包圍的o表示三配位o。

圖18a示出含有一個(gè)六配位in原子和靠近in原子的六個(gè)四配位氧(下文稱為四配位o)原子的結(jié)構(gòu)。此處，含有一個(gè)金屬原子和靠近其的氧原子的結(jié)構(gòu)稱為小原子團(tuán)。圖18a中的結(jié)構(gòu)實(shí)際上是八面體結(jié)構(gòu)，但為簡便而示出為平面結(jié)構(gòu)。請注意，三個(gè)四配位o原子存在于圖18a的上半部和下半部每個(gè)中。在圖18a所示的小原子團(tuán)中，電荷為零。

圖18b示出含有一個(gè)五配位ga原子、靠近ga原子的三個(gè)三配位氧(下文稱為三配位o)原子以及靠近ga原子的兩個(gè)四配位o原子的結(jié)構(gòu)。所有的三配位o原子位于a-b平面上。一個(gè)四配位o原子位于圖18b的上半部和下半部的每個(gè)中。in原子也可以具有圖18b所示的結(jié)構(gòu)，因?yàn)閕n原子能具有五個(gè)配位體。在圖18b所示的小原子團(tuán)中，電荷為零。

圖18c示出含有一個(gè)四配位zn原子和靠近zn原子的四個(gè)四配位o原子的結(jié)構(gòu)。在圖18c中，一個(gè)四配位o原子存在于上半部，三個(gè)四配位o原子存在于下半部?？蛇x地，在圖18c中，三個(gè)四配位o原子可存在于上半部中，一個(gè)四配位o原子可存在于下半部中。在圖18c所示的小原子團(tuán)中，電荷為零。

圖18d示出含有一個(gè)六配位sn原子和靠近sn原子的六個(gè)四配位o原子的結(jié)構(gòu)。在圖18d中，三個(gè)四配位o原子存在于上半部和下半部的每個(gè)中。在圖18d所示的小原子團(tuán)中，電荷為+1。

圖18e示出含有兩個(gè)zn原子的小原子團(tuán)。在圖18e中，一個(gè)四配位o原子存在于上半部和下半部的每個(gè)中。在圖18e所示的小原子團(tuán)中，電荷為-1。

請注意，多個(gè)小原子團(tuán)形成中原子團(tuán)，多個(gè)中原子團(tuán)形成大原子團(tuán)(也稱為單位晶胞)。

現(xiàn)在，將說明小原子團(tuán)之間的鍵合規(guī)則。圖18a中相對于六配位in原子的上半部中的三個(gè)o原子每個(gè)沿向下方向具有三個(gè)近鄰in原子，下半部中的三個(gè)o原子每個(gè)沿向上方向具有三個(gè)近鄰in原子。在圖18b中相對于五配位ga原子的上半部中的一個(gè)o原子沿向下方向具有一個(gè)近鄰ga原子，在下半部中的一個(gè)o原子沿向上方向具有一個(gè)近鄰ga原子。在圖18c中相對于四配位zn原子的上半部中的一個(gè)o原子沿向下方向具有一個(gè)近鄰zn原子，在下半部中的三個(gè)o原子沿向上方向每個(gè)具有三個(gè)近鄰zn原子。以此方式，金屬原子上方的四配位o原子的數(shù)目等于靠近并位于每個(gè)四配位o原子下方的金屬原子的數(shù)目。類似地，在金屬原子下方的四配位o原子的數(shù)目等于靠近并位于每個(gè)四配位o原子上方的金屬原子的數(shù)目。由于四配位o原子的配位數(shù)為4，所以靠近并位于o原子下方的金屬原子的數(shù)目以及靠近并位于o原子上方的金屬原子的數(shù)目的總和為4。因此，當(dāng)在金屬原子上方的四配位o原子的數(shù)目和在金屬原子下方的四配位o原子的數(shù)目的總和為4時(shí)，可以鍵合含有金屬原子的兩種小原子團(tuán)。例如，在六配位金屬(in或sn)原子通過下半部中的三個(gè)四配位o原子鍵合的情況下，其鍵合到五配位金屬(ga或in)原子或四配位金屬(zn)原子。

其配位數(shù)為4、5或6的金屬原子沿c軸方向通過四配位o原子鍵合到另一金屬原子。除上述情況以外，中原子團(tuán)可以通過組合多個(gè)小原子團(tuán)而以不同方式形成，使得分層結(jié)構(gòu)的總電荷為0。

圖19a示出在in-sn-zn類氧化物半導(dǎo)體的分層結(jié)構(gòu)中所包含的中原子團(tuán)的模型。圖19b示出含有三個(gè)中原子團(tuán)的大原子團(tuán)。請注意，圖19c示出在從c軸方向觀察圖19b中的分層結(jié)構(gòu)的情況下的原子排列。

在圖19a中，為簡化起見省略了三配位o原子，用一個(gè)圓圈示出四配位o原子；圓圈中的數(shù)字表示四配位o原子的數(shù)目。例如，存在于相對sn原子的上半部和下半部每個(gè)中的三個(gè)四配位o原子用圈住的3指示。類似地，在圖19a中，存在于相對in原子的上半部和下半部每個(gè)中的一個(gè)四配位o原子用圈住的1指示。圖19a還示出靠近下半部中的一個(gè)四配位o原子以及上半部中的三個(gè)四配位o原子的zn原子、以及靠近上半部中的一個(gè)四配位o原子以及下半部中的三個(gè)四配位o原子的zn原子。

在圖19a中的in-sn-zn類氧化物半導(dǎo)體的分層結(jié)構(gòu)中所包含的中原子團(tuán)中，按從頂部開始的順序，靠近上半部和下半部每個(gè)中的三個(gè)四配位o原子的sn原子鍵合到靠近上半部和下半部每個(gè)中的一個(gè)四配位o原子的in原子，in原子鍵合到靠近上半部中的三個(gè)四配位o原子的zn原子，zn原子通過相對zn原子在下半部中的一個(gè)四配位o原子鍵合到靠近上半部和下半部每個(gè)中的三個(gè)四配位o原子的in原子，in原子鍵合到包括兩個(gè)zn原子的小原子團(tuán)并且靠近在上半部中的一個(gè)四配位o原子，小原子團(tuán)通過相對于小原子團(tuán)在下半部中的一個(gè)四配位o原子鍵合到靠近上半部和下半部每個(gè)中的三個(gè)四配位o原子的sn原子。多個(gè)這樣的中原子團(tuán)鍵合，從而形成大原子團(tuán)。

這里，用于三配位o原子的一個(gè)鍵的電荷和用于四配位o原子的一個(gè)鍵的電荷可以分別假設(shè)為-0.667和-0.5。例如，(六配位或五配位)in原子的電荷、(四配位)zn原子的電荷以及(五配位或六配位)sn原子的電荷分別是+3、+2和+4。因此，含有sn原子的小原子團(tuán)中的電荷是+1。因此，需要抵消+1的電荷-1來形成含有sn原子的分層結(jié)構(gòu)。作為具有電荷-1的結(jié)構(gòu)，可以給出圖18e所示的含有兩個(gè)zn原子的小原子團(tuán)。例如，用含有兩個(gè)zn原子的一個(gè)小原子團(tuán)，可以抵消含有sn原子的一個(gè)小原子團(tuán)的電荷，從而分層結(jié)構(gòu)的總電荷可以為0。

當(dāng)重復(fù)圖19b所示的大原子團(tuán)時(shí)，可以得到in-sn-zn類氧化物半導(dǎo)體晶體(in2snzn3o8)。請注意，所得到的in-sn-zn類氧化物半導(dǎo)體晶體的分層結(jié)構(gòu)可以用組合物分子式in2snzn2o7(zno)m(m是0或自然數(shù))來表示。

上述規(guī)則還適用于下述氧化物：四成分金屬氧化物例如in-sn-ga-zn-o類氧化物；三成分金屬氧化物例如in-ga-zn-o類氧化物(也稱為igzo)、in-al-zn-o類氧化物、sn-ga-zn-o類氧化物、al-ga-zn-o類氧化物、sn-al-zn-o類氧化物、in-hf-zn-o類氧化物、in-la-zn-o類氧化物、in-ce-zn-o類氧化物、in-pr-zn-o類氧化物、in-nd-zn-o類氧化物、in-sm-zn-o類氧化物、in-eu-zn-o類氧化物、in-gd-zn-o類氧化物、in-tb-zn-o類氧化物、in-dy-zn-o類氧化物、in-ho-zn-o類氧化物、in-er-zn-o類氧化物、in-tm-zn-o類氧化物、in-yb-zn-o類氧化物或in-lu-zn-o類氧化物；二成分金屬氧化物例如in-zn-o類氧化物、sn-zn-o類氧化物、al-zn-o類氧化物、zn-mg-o類氧化物、sn-mg-o類氧化物、in-mg-o類氧化物或in-ga-o類氧化物等。

作為例子，圖20a示出在in-ga-zn類氧化物半導(dǎo)體的分層結(jié)構(gòu)中所包含的中原子團(tuán)的模型。

在圖20a中的in-ga-zn類氧化物半導(dǎo)體的分層結(jié)構(gòu)中所包含的中原子團(tuán)中，按從頂部開始的順序，靠近上半部和下半部每個(gè)中的三個(gè)四配位o原子的in原子鍵合到靠近上半部中的一個(gè)四配位o原子的zn原子，zn原子通過相對于zn原子在下半部中的三個(gè)四配位o原子鍵合到靠近上半部和下半部每個(gè)中的一個(gè)四配位o原子的ga原子，ga原子通過相對于ga原子在下半部中的一個(gè)四配位o原子鍵合到靠近上半部和下半部每個(gè)中的三個(gè)四配位o原子的in原子。多個(gè)這樣的中原子團(tuán)鍵合，從而形成大原子團(tuán)。

圖20b示出含有三個(gè)中原子團(tuán)的大原子團(tuán)。請注意，圖20c示出在從c軸方向觀察圖20b中的分層結(jié)構(gòu)的情況下的原子排列。

這里，由于(六配位或五配位)in原子的電荷、(四配位)zn原子的電荷以及(五配位)ga原子的電荷分別是+3、+2和+3，所以含有任何的in原子、zn原子和ga原子的小原子團(tuán)的電荷為0。結(jié)果，具有這種小原子團(tuán)的組合的中原子團(tuán)的總電荷總是0。

為了形成in-ga-zn類氧化物半導(dǎo)體的分層結(jié)構(gòu)，不僅可以利用圖20a所示例的中原子團(tuán)，還可以利用in原子、ga原子和zn原子的排列與圖20a不同的中原子團(tuán)來形成大原子團(tuán)。

接著，如圖9b所示，通過刻蝕等處理氧化物半導(dǎo)體膜142b和絕緣膜173，從而形成島形氧化物半導(dǎo)體膜142和作為稍后要形成的絕緣膜140的一部分的第三氧化物絕緣膜140c。第三氧化物絕緣膜140c的不與島形氧化物半導(dǎo)體膜142交疊的區(qū)域被部分刻蝕。

請注意，用于形成氧化物半導(dǎo)體膜142的刻蝕可以是濕法刻蝕、干法刻蝕、或者既有干法刻蝕又有濕法刻蝕。作為用于干法刻蝕的氣體，優(yōu)選使用含氯的氣體(基于氯的氣體，例如氯氣(cl2)、三氯化硼(bcl3)、四氯化硅(sicl4)或四氯化碳(ccl4))。可選地，可以使用含氟的氣體(基于氟的氣體，例如四氟化碳(cf4)、六氟化硫(sf6)、三氟化氮(nf3)或三氟甲烷(chf3))、溴化氫(hbr)、氧氣(o2)、添加了例如氦(he)或氬(ar)的稀有氣體的任何這些氣體等。

作為干刻蝕法，可以使用平行板rie(反應(yīng)離子刻蝕)法或icp(感應(yīng)耦合等離子體)刻蝕法。為了刻蝕膜以具有期望形狀，可以適當(dāng)?shù)卣{(diào)整刻蝕條件(例如施加到線圈電極的電功率的量、施加到襯底側(cè)電極的電功率的量、以及襯底側(cè)的電極溫度)。

作為用于濕法刻蝕的刻蝕劑，可以使用磷酸、醋酸和硝酸的混合溶液，或者例如檸檬酸或草酸的有機(jī)酸。

可以通過噴墨(inkjet)法來形成用于形成氧化物半導(dǎo)體膜142的抗蝕劑掩模。通過噴墨法形成抗蝕劑掩模不需要光掩模；從而可以減少制造成本。

請注意，優(yōu)選在后序步驟中形成導(dǎo)電膜之前進(jìn)行反向?yàn)R射，以便去除附著到氧化物半導(dǎo)體膜142b和絕緣膜173的表面上的抗蝕劑殘留物等。

在本實(shí)施例中，通過干法刻蝕來處理氧化物半導(dǎo)體膜142b和絕緣膜173。例如，在下述條件下進(jìn)行干法刻蝕：icp功率為45w；偏置功率為100w；壓力為1.9pa；刻蝕氣體是bcl3和cl2的混合氣體；bcl3的流速為60sccm；cl2的流速為20sccm。當(dāng)在這種條件下進(jìn)行干法刻蝕時(shí)，在形成了島形氧化物半導(dǎo)體膜142之后，可以從絕緣膜173形成第三氧化物絕緣膜140c。優(yōu)選在刻蝕中不含有包括氫的雜質(zhì)。

在通過干法刻蝕來形成氧化物半導(dǎo)體膜142的情況下，當(dāng)氧化物半導(dǎo)體膜142的側(cè)表面附近，即氧化物半導(dǎo)體膜142的末端部分暴露到含有氯自由基、氟自由基等的等離子體時(shí)，在氧化物半導(dǎo)體膜142的末端部分暴露的金屬原子被鍵合到氯自由基、氟自由基等。此時(shí)，鍵合到氯原子或氟原子的金屬原子被釋放，結(jié)果氧化物半導(dǎo)體膜142中到金屬原子的鍵被打斷的氧原子變成活性的?；钚缘难踉尤菀追磻?yīng)和釋放。因此，在氧化物半導(dǎo)體膜142的末端部分處可能導(dǎo)致氧缺陷。

當(dāng)在刻蝕步驟中暴露的氧化物半導(dǎo)體膜的末端部分是活性的時(shí)候，在減壓氣氛或還原氣氛中，或在減壓氣氛的熱處理中，氧被取出，在氧化物半導(dǎo)體膜的末端部分處產(chǎn)生氧缺陷。一些氧缺陷成為施主并產(chǎn)生作為載流子的電子，從而氧化物半導(dǎo)體膜142的末端部分具有n型導(dǎo)電性。

在稍后要形成的導(dǎo)電膜163和164與具有n型導(dǎo)電性的氧化物半導(dǎo)體膜142的末端部分接觸的情況下，通過末端部分在導(dǎo)電膜163和164之間產(chǎn)生泄漏電流。泄漏電流使晶體管的截止態(tài)電流增大。

接著，如圖9c所示，在第三氧化物絕緣膜140c和氧化物半導(dǎo)體膜142上形成絕緣膜174和絕緣膜175。像絕緣膜173一樣，優(yōu)選利用通過加熱就從其釋放氧的絕緣膜來形成絕緣膜174。利用防止氧擴(kuò)散的絕緣膜來形成絕緣膜175。氧化鋁、氧氮化鋁等可以作為絕緣膜175的例子給出。

通過適當(dāng)?shù)呐c絕緣膜173的沉積方法類似的沉積方法可以形成絕緣膜174和絕緣膜175。優(yōu)選地可以在盡可能低的溫度下，優(yōu)選在室溫下形成絕緣膜174和絕緣膜175，以便在形成絕緣膜174和絕緣膜175時(shí)減少從氧化物半導(dǎo)體膜142的末端部分釋放的氧的量。

即使在氧化物半導(dǎo)體膜142的末端部分處導(dǎo)致氧缺陷時(shí)，通過加熱就從其釋放氧的絕緣膜174與氧化物半導(dǎo)體膜142的末端部分接觸，并且防止氧擴(kuò)散的絕緣膜175通過插入其間的絕緣膜174與氧化物半導(dǎo)體膜142的末端部分交疊，使得可以通過稍后的熱處理使氧從絕緣膜174提供到氧化物半導(dǎo)體膜142的末端部分。因此，可以減少在氧化物半導(dǎo)體膜142的末端部分處的氧缺陷。

在本實(shí)施例中，具有大約20nm厚度的氧化硅膜用作絕緣膜174，具有大約100nm厚度的氧化鋁膜用作絕緣膜175。

接著如圖9d所示，使絕緣膜175受到平坦化處理，以便從絕緣膜175形成第二氧化物絕緣膜140b。可以通過例如化學(xué)機(jī)械拋光(cmp)法或液體噴射拋光法的拋光處理、例如干法刻蝕或濕法刻蝕的刻蝕處理、或拋光處理和刻蝕處理的組合來進(jìn)行平坦化處理。在本實(shí)施例中，使絕緣膜175受到作為平坦化處理的cmp法。對絕緣膜175進(jìn)行平坦化處理直到暴露絕緣膜174。在氧化物半導(dǎo)體膜142為數(shù)納米至數(shù)十納米薄的情況下，優(yōu)選氧化物半導(dǎo)體膜142不被平坦化處理去除。

例如，絕緣膜175在下述條件下經(jīng)歷cmp處理：使用聚氨酯拋光布；使用硅漿料(60nm顆粒尺寸)作為漿料；漿料流速大于或等于100ml/min并且小于或等于500ml/min；拋光壓力高于或等于0.005mpa并且低于或等于0.08mpa；主軸旋轉(zhuǎn)速度大于或等于20rpm并且小于或等于50rpm；桌臺旋轉(zhuǎn)速度大于或等于20rmp并且小于或等于50rmp。

接著，如圖10a所示，去除絕緣膜174的暴露部分，從而暴露氧化物半導(dǎo)體膜142的表面。通過上述步驟，從絕緣膜174形成第一氧化物半導(dǎo)體膜140a。通過刻蝕處理去除絕緣膜174的暴露部分。請注意，需要采用絕緣膜174相對于氧化物半導(dǎo)體膜142的選擇比高的刻蝕條件。在去除絕緣膜174的暴露部分之后平坦化氧化物半導(dǎo)體膜142的表面，從而能提高稍后要完成的晶體管121的電特性。

例如，在下述條件下進(jìn)行干法刻蝕：icp功率為500w；偏置功率為50w；壓力為1.5pa；刻蝕氣體是cf4和o2的混合氣體；cf4的流速為70sccm；o2的流速為30sccm。當(dāng)在這種條件下進(jìn)行干法刻蝕時(shí)，可以選擇性地去除絕緣膜174以形成第一氧化物絕緣膜140a。此外，可以防止氧化物半導(dǎo)體膜142被去除。優(yōu)選在刻蝕中不含有包括氫的雜質(zhì)。

可以在形成第一氧化物絕緣膜140a之后進(jìn)行熱處理。通過熱處理，可以去除氧化物半導(dǎo)體膜142中包括氫的雜質(zhì)。此外，從第一氧化物絕緣膜140a和第三氧化物絕緣膜140c釋放氧，從而氧可以提供到氧化物半導(dǎo)體膜142的末端部分和下部部分，由此可以減少氧缺陷。

接著，如圖10b所示，絕緣膜143a、導(dǎo)電膜144a和絕緣膜151a按此順序堆疊以覆蓋第一氧化物絕緣膜140a、第二氧化物絕緣膜140b和氧化物半導(dǎo)體膜142。

可以利用與柵極絕緣膜104n或柵極絕緣膜104p類似的任何材料和堆疊結(jié)構(gòu)來形成絕緣膜143a和絕緣膜151a。稍后將成為柵極絕緣膜143的絕緣膜143a優(yōu)選含有盡可能少的雜質(zhì)例如濕氣或氫，并且可以是單層絕緣膜或多個(gè)堆疊的絕緣膜。當(dāng)在柵極絕緣膜143中含有氫時(shí)，氫進(jìn)入氧化物半導(dǎo)體膜142或用氫取出氧化物半導(dǎo)體膜142中的氧，由此氧化物半導(dǎo)體膜142具有更低的電阻(n型導(dǎo)電性)；于是，可能形成寄生溝道。因此，重要的是，采用不使用氫的膜形成方法，以便形成含有盡可能少的氫的柵極絕緣膜143。具有高阻擋特性的材料優(yōu)選用于柵極絕緣膜143。例如，可以使用氮化硅膜、氮氧化硅膜、氮化鋁膜、氮氧化鋁膜等作為具有高阻擋特性的絕緣膜。在使用多個(gè)層疊的絕緣膜的情況下，在與具有高阻擋特性的絕緣膜相比更靠近氧化物半導(dǎo)體膜142一側(cè)形成具有低比率的氮的絕緣膜例如氧化硅膜或氧氮化硅膜。然后，形成具有高阻擋特性的絕緣膜以交疊氧化物半導(dǎo)體膜142，具有低阻擋特性的絕緣膜置于其間。當(dāng)使用具有高阻擋特性的絕緣膜時(shí)，可以防止例如濕氣或氫的雜質(zhì)進(jìn)入氧化物半導(dǎo)體膜142、柵極絕緣膜143或在氧化物半導(dǎo)體膜142和其它絕緣膜之間的界面以及附近。此外，形成具有低比率氮的絕緣膜例如氧化硅膜或氧氮化硅膜與氧化物半導(dǎo)體膜142接觸，從而可以防止利用具有高阻擋特性的材料形成的絕緣膜與氧化物半導(dǎo)體膜142直接接觸。

在本實(shí)施例中，用等離子體cvd法形成的具有20nm厚度的氧氮化硅膜用作絕緣膜143a，用濺射法形成的具有100nm厚度的氧化硅膜用作絕緣膜151a。

在形成絕緣膜143a之后，可以進(jìn)行熱處理。在氮?dú)夥?、超干空氣或稀有氣體(例如氬或氦)氣氛中，優(yōu)選在高于或等于200℃并且低于或等于400℃，例如高于或等于250℃且低于或等于350℃的溫度進(jìn)行熱處理。優(yōu)選氣體中的水含量為20ppm或更少、優(yōu)選1ppm或更少、更優(yōu)選10ppb或更少。

可選地，可以在氧氣氛中對氧化物半導(dǎo)體膜142進(jìn)行熱處理以添加氧到氧化物半導(dǎo)體，從而減少在氧化物半導(dǎo)體膜142用作施主的氧缺陷。例如，在高于或等于100℃并低于350℃，優(yōu)選高于或等于150℃并低于250℃的溫度下進(jìn)行熱處理。優(yōu)選在氧氣氛下用于熱處理的氧氣不包括水、氫等?？蛇x地，引入到熱處理裝置中的氧氣的純度優(yōu)選大于或等于6n(99.9999％)，更優(yōu)選大于或等于7n(99.99999％)(即氧氣中的雜質(zhì)濃度小于或等于1ppm，優(yōu)選小于或等于0.1ppm)。

可選地，可以通過離子注入法、離子摻雜法等把氧添加到氧化物半導(dǎo)體膜142，以便減少用作施主的氧缺陷。例如，用2.45ghz微波制作成等離子體的氧被添加到氧化物半導(dǎo)體膜142中。

可以通過濺射法或真空蒸鍍法來形成導(dǎo)電膜144a。作為用于形成導(dǎo)電膜144a的導(dǎo)電膜，可以使用任何的下列材料：選自鋁、鉻、銅、鉭、鈦、鉬或鎢的元素；含有任一這些元素的合金；含有上述元素組合的合金膜等?？蛇x地，可以利用其中在鋁、銅等金屬膜之上或之下堆疊例如鉻、鉭、鈦、鉬或鎢的難熔金屬膜的結(jié)構(gòu)。優(yōu)選使用鋁或銅與難熔金屬材料組合以避免耐熱和腐蝕的問題。作為難熔金屬材料，可以使用鉬、鈦、鉻、鉭、鎢、釹、鈧、釔等。

要成為導(dǎo)電膜144a的導(dǎo)電膜可以具有單層結(jié)構(gòu)或至少兩層的分層結(jié)構(gòu)。作為導(dǎo)電膜144a，可以使用含有選自鋁、鉻、銅、鉭、鈦、鉬和鎢的元素的膜；含有任何這些元素作為成分的合金膜；含有任何這些元素的組合的合金膜等?？蛇x地，可以采用其中在鋁、銅等金屬膜之上或之下堆疊例如鉻、鉭、鈦、鉬或鎢的難熔金屬膜的結(jié)構(gòu)。優(yōu)選使用鋁或銅與難熔金屬材料組合，以便避免耐熱和腐蝕的問題。作為難熔金屬材料，可以使用鉬、鈦、鉻、鉭、鎢、釹、鈧、釔等。cu-mg-al合金、mo-ti合金、ti和mo具有高的與氧化物膜的粘附性。因此，在絕緣膜143a含有氧化物的情況下，具有高的與氧化物膜的粘附性的任何上述材料優(yōu)選用于在絕緣膜143a上的導(dǎo)電膜144a。例如，作為導(dǎo)電膜144a，具有低電阻的包括cu的導(dǎo)電膜堆疊在包含cu-mg-al合金、mo-ti合金、ti或mo的導(dǎo)電膜上，從而可以增加導(dǎo)電膜144a和含有氧化物的絕緣膜143a之間的粘附性并可以降低導(dǎo)電膜144a的電阻。

可選地，將要成為導(dǎo)電膜144a的導(dǎo)電膜可以用導(dǎo)電金屬氧化物形成。作為導(dǎo)電金屬氧化物，可以使用氧化銦、氧化錫、氧化鋅、氧化銦和氧化錫的混合物、氧化銦和氧化鋅的混合物、或?qū)ζ涮砑庸杌蜓趸璧娜魏谓饘傺趸锊牧稀?/p>

在形成導(dǎo)電膜之后進(jìn)行熱處理的情況下，導(dǎo)電膜優(yōu)選具有足以耐受熱處理的耐熱性。

在本實(shí)施例中，作為導(dǎo)電膜144a，使用具有30nm厚度的氮化鉭膜和在其上的具有135nm厚度的鎢膜的疊層。

接著，在絕緣膜151a上形成掩模，并刻蝕導(dǎo)電膜144a和絕緣膜151a；從而，如圖10c所示，形成柵電極144和在柵電極144上的絕緣膜151。

在導(dǎo)電膜144a和絕緣膜151a的刻蝕中可以使用濕法刻蝕或干法刻蝕，或者可以組合地使用濕法刻蝕和干法刻蝕。根據(jù)材料來適當(dāng)?shù)卦O(shè)置刻蝕條件(例如刻蝕氣體、刻蝕劑、刻蝕時(shí)間及溫度)，使得導(dǎo)電膜144a和絕緣膜151a可以被刻蝕成期望形狀。請注意，為了精密地處理晶體管121的溝道長度(l)，優(yōu)選使用干法刻蝕。

作為用于刻蝕絕緣膜151a的刻蝕氣體，例如，可以使用含氟氣體諸如六氟化硫(sf6)、三氟化氮(nf3)或三氟甲烷(chf3)，四氟化碳(cf4)和氫的混合氣體等。稀有氣體(氦(he)、氬(ar)或氙(xe))、一氧化碳、二氧化碳等可被添加到刻蝕氣體中。作為用于刻蝕導(dǎo)電膜144a的刻蝕氣體，適當(dāng)?shù)乜梢允褂没诼鹊臍怏w諸如氯氣、氯化硼、氯化硅或四氯化碳；基于氟的氣體諸如四氟化碳、氟化硫、氟化氮；或者氧氣。

接著，如圖10d所示，用柵電極144和絕緣膜151作為掩模，添加摻雜劑到氧化物半導(dǎo)體膜142，從而形成與柵電極144交疊并且至少一部分用作溝道形成區(qū)的第一區(qū)147以及用作源和漏并在其間夾著第一區(qū)147的第二區(qū)148和149。

可以通過離子摻雜法或離子注入法把摻雜劑添加到氧化物半導(dǎo)體膜142。作為將要添加的摻雜劑，例如，可以使用例如氦、氬或氙的稀有氣體、屬于15族的元素例如氮、磷、砷或銻等中的至少一種。

例如，在使用氮作為摻雜劑的情況下，第二區(qū)148和149中的氮原子的濃度優(yōu)選高于或等于5×10¹⁹/cm³并低于或等于1×10²²/cm³。

此外，還可以利用與離子摻雜法和離子注入法不同的方法來進(jìn)行摻雜劑的添加。例如，可以按下列方式來添加摻雜劑：在含有要添加元素的氣體氣氛中產(chǎn)生等離子體，并對要添加摻雜劑的對象進(jìn)行等離子體處理。作為用于產(chǎn)生等離子體的裝置，可以使用干法刻蝕裝置、等離子體cvd裝置、高密度等離子體cvd裝置等。

對于摻雜條件，例如，在摻雜劑為氮的情況下，加速電壓設(shè)置為20kv。在摻雜劑為磷的情況下，加速電壓設(shè)置為40kv。在氮或磷的劑量小于或等于1×10¹⁴/cm²的情況下，優(yōu)選在低于450℃的溫度下進(jìn)行熱處理。從而，含有摻雜劑的第二區(qū)148和149的表面電阻(sheetresistance)可以低于或等于1×10⁷ω/sq。在劑量大于或等于5×10¹⁴/cm²并且小于5×10¹⁵/cm²的情況下，優(yōu)選在高于或等于450℃并且低于或等于600℃的溫度下進(jìn)行熱處理。從而，第二區(qū)148和149的表面電阻可以低于或等于1×10⁵ω/sq。在劑量大于或等于5×10¹⁵/cm²的情況下，優(yōu)選在高于或等于600℃的溫度下進(jìn)行熱處理。從而，含有摻雜劑的第二區(qū)148和149的表面電阻可以低于或等于1×10⁵ω/sq。

減小第二區(qū)148和149的表面電阻，從而可以減少在第二區(qū)148和稍后要形成的導(dǎo)電膜163之間以及第二區(qū)149和稍后要形成的導(dǎo)電膜164之間的電阻。從而，即使在晶體管121小型化時(shí)，也可以確保大的導(dǎo)通態(tài)電流和高速操作。此外，晶體管121的小型化使得可以增大存儲器件的每單位面積的存儲容量。

接著，形成絕緣膜以覆蓋絕緣膜143a、柵極電極144、絕緣膜151等，以及通過刻蝕等處理該絕緣膜和絕緣膜143a。通過該步驟，如圖11a所示，從絕緣膜形成設(shè)置在柵電極144的側(cè)面部分上的側(cè)壁150，以及從絕緣膜143a形成設(shè)置在柵電極144和側(cè)壁150下面的柵極絕緣膜143?？梢岳门c絕緣膜173類似的材料和膜形成方法來形成要成為側(cè)壁150的絕緣膜。例如，可以采用其中在氮化硅膜上形成氧化硅膜的疊層結(jié)構(gòu)。在本實(shí)施例中，形成氧化硅膜作為要成為側(cè)壁150的絕緣膜。

接著，可以進(jìn)行熱處理。通常在高于或等于150℃并且低于或等于450℃，優(yōu)選高于或等于250℃并且低于或等于325℃的溫度下進(jìn)行熱處理。在熱處理中，溫度可以從250℃逐漸上升到325℃。

當(dāng)進(jìn)行熱處理時(shí)，氧從與氧化物半導(dǎo)體膜142接觸的絕緣膜擴(kuò)散到氧化物半導(dǎo)體膜142中，從而可以減少在與絕緣膜接觸的氧化物半導(dǎo)體膜142的表面中以及其附近的氧缺陷。此外，可以減小含有摻雜劑的第二區(qū)148和149的電阻。

接著，通過刻蝕等在絕緣膜119和絕緣膜140中形成開口部分；從而，露出部分第二區(qū)109和110以及部分第二區(qū)115和116。然后，形成并通過刻蝕等處理導(dǎo)電膜；從而，如圖11b所示，在絕緣膜140上形成與第二區(qū)109接觸的導(dǎo)電膜161、與第二區(qū)110和第二區(qū)115接觸的導(dǎo)電膜162、與第二區(qū)116和第二區(qū)148接觸的導(dǎo)電膜163、與第二區(qū)149接觸的導(dǎo)電膜164、以及導(dǎo)電膜153。可以利用與導(dǎo)電膜144a類似的材料和分層結(jié)構(gòu)來形成導(dǎo)電膜161至164和導(dǎo)電膜153。

用于形成導(dǎo)電膜161至164以及導(dǎo)電膜153的刻蝕可以是濕法刻蝕或干法刻蝕?？蛇x地，可以組合使用濕法刻蝕和干法刻蝕。根據(jù)材料來適當(dāng)?shù)卦O(shè)置刻蝕條件(例如刻蝕氣體或刻蝕劑、刻蝕時(shí)間以及溫度)，使得導(dǎo)電膜161至164以及導(dǎo)電膜153可以被刻蝕成具有期望形狀。請注意，為了精細(xì)處理晶體管，優(yōu)選使用干法刻蝕。作為用于干法刻蝕的刻蝕氣體，例如可以使用含氟氣體諸如六氟化硫(sf6)、三氟化氮(nf3)或三氟甲烷(chf3)，四氟化碳(cf4)和氫的混合氣體等。稀有氣體(氦(he)、氬(ar)或氙(xe))、一氧化碳、二氧化碳等可以被添加到刻蝕氣體。

在本實(shí)施例中，使用具有大約100nm厚度的鎢膜作為導(dǎo)電膜161至164以及導(dǎo)電膜153。在使用鎢膜作為導(dǎo)電膜161至164以及導(dǎo)電膜153的情況下，在下述條件下進(jìn)行刻蝕，例如：icp功率為500w；偏置功率為150w；壓力為1.0pa；刻蝕氣體是cf4、cl2和o2的混合氣體；cf4的流速為25sccm；cl2的流速為25sccm；o2的流速為10sccm。

請注意，在本實(shí)施例中，設(shè)置導(dǎo)電膜163和導(dǎo)電膜164與側(cè)壁150接觸。用該結(jié)構(gòu)，即使在用于形成導(dǎo)電膜163和導(dǎo)電膜164的掩模在一定程度上未對準(zhǔn)，也可以防止導(dǎo)電膜163和導(dǎo)電膜164與氧化物半導(dǎo)體膜142接觸的區(qū)域的大小發(fā)生變化。因此，可以抑制由于導(dǎo)電膜163和導(dǎo)電膜164的位置偏差而引起的氧化物半導(dǎo)體膜142與導(dǎo)電膜163和164之間電阻變化，且因此，可以防止晶體管121的導(dǎo)通態(tài)電流的改變。此外，在用于形成導(dǎo)電膜163和164的刻蝕中，氧化物半導(dǎo)體膜142更少可能暴露到刻蝕氣體，這是優(yōu)選的。

通過上述步驟，可以制作包含在存儲元件中的n溝道晶體管102n和p溝道晶體管102p以及晶體管121。

接著，如圖11c所示，在第二氧化物絕緣膜140b、導(dǎo)電膜161至164、導(dǎo)電膜153、側(cè)壁150和絕緣膜151上形成絕緣膜154，然后在絕緣膜154上，在與導(dǎo)電膜153交疊的位置中形成導(dǎo)電膜155。

可以使用包括無機(jī)絕緣材料例如氧化硅、氮氧化硅、氮化硅、氧化鉿、氧化鋁或氧化鉭的材料來形成絕緣膜154。此外，可以利用有機(jī)絕緣材料例如聚酰亞胺或丙烯酸樹脂來形成絕緣膜154。

在本實(shí)施例中，絕緣膜154如下結(jié)構(gòu)，其中用濺射法形成的具有50nm厚度的氧化鋁膜和用等離子體cvd法形成的具有300nm厚度的氧氮化硅膜按此順序堆疊。絕緣膜154可以是單層絕緣膜或至少三層絕緣膜的疊層。

可以利用與導(dǎo)電膜144a類似的材料和堆疊結(jié)構(gòu)來形成導(dǎo)電膜155。在本實(shí)施例中，以這種方式來形成導(dǎo)電膜155：具有20nm厚度的鈦膜、具有50nm厚度的鎢膜、具有200nm厚度的鋁膜以及具有5nm厚度的鈦膜以此順序通過濺射法形成。

通過上述步驟，可以制造電容器136。

接著，如圖11d所示，形成絕緣膜160以覆蓋導(dǎo)電膜155和絕緣膜154，然后，通過刻蝕等在絕緣膜160中形成開口部分以露出部分導(dǎo)電膜162。接著，在絕緣膜160上形成與開口部分中的導(dǎo)電膜162接觸的導(dǎo)電膜158。

優(yōu)選平坦化絕緣膜160的表面?？梢岳冒o機(jī)絕緣材料諸如氧化硅、氮氧化硅、氮化硅、氧化鉿、氧化鋁或氧化鉭的材料來形成絕緣膜160?？蛇x地，可以利用例如聚酰亞胺或丙烯酸樹脂的有機(jī)絕緣材料來形成絕緣膜160。在本實(shí)施例中，使用具有1500nm厚度的聚酰亞胺膜作為絕緣膜160。

可以利用與導(dǎo)電膜144a類似的材料和疊層結(jié)構(gòu)來形成導(dǎo)電膜158。在本實(shí)施例中，以這種方式形成導(dǎo)電膜158：具有20nm厚度的鈦膜、具有50nm厚度的鎢膜、具有300nm厚度的鋁膜以及具有5nm厚度的鈦膜通過濺射法依此順序形成。

通過上述步驟，可以制造根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的半導(dǎo)體器件，例如圖11d所示的半導(dǎo)體器件。

請注意，在本實(shí)施例中，使用柵電極144和絕緣膜151作為掩模把摻雜劑添加到氧化物半導(dǎo)體膜142中；然而，可以在形成側(cè)壁150之后且在形成導(dǎo)電膜163和164之前把摻雜劑添加到氧化物半導(dǎo)體膜142。

在圖15a中，示出在添加摻雜劑之前的氧化物半導(dǎo)體膜142、在氧化物半導(dǎo)體膜142上的柵極絕緣膜143、在柵極絕緣膜143上的柵電極144、在柵電極144上的絕緣膜151、以及在柵極絕緣膜143上在柵電極144的側(cè)面部分上設(shè)置的側(cè)壁150。在上述狀態(tài)中，用柵電極144、絕緣膜151和側(cè)壁150作為掩模把摻雜劑添加到氧化物半導(dǎo)體膜142，使得如圖15b所示，可以在氧化物半導(dǎo)體膜142中形成與柵電極144交疊并且至少一部分用作溝道形成區(qū)的第一區(qū)147、用作ldd區(qū)并與側(cè)壁150交疊且在其之間夾著第一區(qū)147的第三區(qū)190和191、以及用作源和漏并在其之間夾著第一區(qū)147以及第三區(qū)190和191的第二區(qū)148和149。

例如，在使用氮作為摻雜劑的情況下，在第二區(qū)148和149中的氮原子濃度優(yōu)選高于或等于5×10¹⁹/cm³并且低于或等于1×10²²/cm³。此外，例如，在使用氮作為摻雜劑的情況下，在第三區(qū)190和191中的氮原子濃度優(yōu)選高于或等于5×10¹⁸/cm³并且低于5×10¹⁹/cm³。提供具有比第二區(qū)148和149低的摻雜劑濃度的第三區(qū)190和191，從而可以減小由于短溝道效應(yīng)所導(dǎo)致的閾值電壓的負(fù)偏移。

本實(shí)施例可以通過與上述實(shí)施例適當(dāng)組合來實(shí)施。

(實(shí)施例3)

在本實(shí)施例中，將說明用于制造其部分具有圖1所示結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件的方法的例子。

請注意，例如鍺、硅鍺或單晶碳化硅以及硅的半導(dǎo)體材料可以用于包含在存儲元件中的n溝道晶體管102n和p溝道晶體管102p。例如，可以利用例如硅晶片、通過soi法形成的硅薄膜、用氣相沉積法形成的硅薄膜等的單晶半導(dǎo)體襯底形成含有硅的n溝道晶體管102n和p溝道晶體管102p。

請注意，可以按與實(shí)施例2中說明的那樣類似的方式來制造n溝道晶體管102n和p溝道晶體管102p。因此，在本實(shí)施例中，對于直到圖8d所示步驟的那些步驟，可以參考實(shí)施例2的描述。

在圖8e所示步驟之后，對絕緣膜119的表面進(jìn)行平坦化處理，并在絕緣膜119上形成絕緣膜180，如圖12a所示。

對于絕緣膜119的材料、結(jié)構(gòu)、制造方法以及平坦化處理，可以參考實(shí)施例2。此外，絕緣膜180的材料、層疊結(jié)構(gòu)和制造方法可以與實(shí)施例2中描述的絕緣膜173的那些類似。

接著，如圖12b所示，通過刻蝕等去除部分絕緣膜180，從而形成具有突出部分的第一氧化物絕緣膜120a。第一氧化物絕緣膜120a將成為稍后要形成的絕緣膜120的一部分?？梢酝ㄟ^干法刻蝕、濕法刻蝕或它們二者來進(jìn)行絕緣膜180的刻蝕。優(yōu)選在刻蝕中不含有包括氫的雜質(zhì)。

接著，如圖12c所示，形成絕緣膜181以覆蓋第一氧化物絕緣膜120a。絕緣膜181的材料、層疊結(jié)構(gòu)和制造方法可以與實(shí)施例2中描述的絕緣膜175的那些類似。請注意，形成絕緣膜181以使其厚度大于第一氧化物絕緣膜120a的突出部分的高度。用該結(jié)構(gòu)，在稍后的平坦化步驟中可以形成都具有高平坦度的第一氧化物絕緣膜120a和第二氧化物絕緣膜120b。

接著，如圖12d所示，使絕緣膜181受到平坦化處理，以便從絕緣膜181形成第二氧化物絕緣膜120b?？梢园磁c實(shí)施例2中所說明的對絕緣膜175進(jìn)行的平坦化處理類似的方式進(jìn)行該平坦化處理。通過對絕緣膜181進(jìn)行的平坦化處理，露出第一氧化物絕緣膜120a的突出部分。請注意，在該平坦化處理中可以去除第一氧化物絕緣膜120a的部分突出部分。

接著，如圖13a所示，在第一氧化物絕緣膜120a和第二氧化物絕緣膜120b上形成島形氧化物半導(dǎo)體膜122。氧化物半導(dǎo)體膜122的材料、層疊結(jié)構(gòu)和制造方法可以與實(shí)施例2中所說明的氧化物半導(dǎo)體膜142的那些類似。請注意，確定氧化物半導(dǎo)體膜122的位置使得在氧化物半導(dǎo)體膜122中稍后要形成的第一區(qū)127與第一氧化物絕緣膜120a接觸，以及使得在氧化物半導(dǎo)體膜122中稍后要形成的第二區(qū)128與第一氧化物絕緣膜120a和第二氧化物絕緣膜120b接觸。

接著，如圖13b所示，絕緣膜123a、導(dǎo)電膜124a和絕緣膜131a以此順序堆疊以覆蓋第一氧化物絕緣膜120a、第二氧化物絕緣膜120b和氧化物半導(dǎo)體膜122。

可以利用與實(shí)施例2中的絕緣膜143a類似的材料和層疊結(jié)構(gòu)來形成絕緣膜123a，可以利用與實(shí)施例2中的絕緣膜151a類似的材料和層疊結(jié)構(gòu)來形成絕緣膜131a。請注意，可以在形成絕緣膜123a之后進(jìn)行熱處理?？梢栽谂c實(shí)施例2中形成絕緣膜143a之后所進(jìn)行的熱處理類似的條件下進(jìn)行該熱處理。

可以利用與實(shí)施例2中的導(dǎo)電膜144a類似的材料和層疊結(jié)構(gòu)來形成導(dǎo)電膜124a。

接著，在絕緣膜131a上形成掩模，并刻蝕導(dǎo)電膜124a和絕緣膜131a；從而，形成了柵電極124和在柵電極124上的絕緣膜131。接著，如圖13c所示，用柵電極124和絕緣膜131作為掩模，把摻雜劑添加到氧化物半導(dǎo)體膜122，以便形成與柵電極124交疊并且至少一部分用作溝道形成區(qū)的第一區(qū)127、以及用作源和漏并在其之間夾著第一區(qū)127的第二區(qū)128和129?？梢栽谂c實(shí)施例2中刻蝕導(dǎo)電膜144a和絕緣膜151a的條件類似的條件下來進(jìn)行導(dǎo)電膜124a和絕緣膜131a的刻蝕。

到氧化物半導(dǎo)體膜122的摻雜劑添加以及后面的熱處理可以以與實(shí)施例2中的到氧化物半導(dǎo)體膜142的摻雜劑添加以及熱處理類似的方式進(jìn)行。第二區(qū)128和129的表面電阻可以通過添加摻雜劑和熱處理而減小。因此，第二區(qū)128和稍后將形成的導(dǎo)電膜163之間以及第二區(qū)129和稍后將形成的導(dǎo)電膜164之間的電阻可以減小。因此，即使當(dāng)晶體管121小型化時(shí)，也可以確保大的導(dǎo)通態(tài)電流和高速操作。此外，晶體管121的小型化使得可以增大存儲器的單位面積存儲容量。

接下來，形成絕緣膜以覆蓋絕緣膜123a、柵電極124、絕緣膜131等，該絕緣膜和絕緣膜123a通過刻蝕等被處理。通過該步驟，如圖13d所示，設(shè)置在柵電極124的側(cè)面部分上的側(cè)壁130從絕緣膜形成，設(shè)置在柵電極124和側(cè)壁130下面的柵極絕緣膜123從絕緣膜123a形成。將成為側(cè)壁130的絕緣膜可以利用與絕緣膜180類似的材料、疊層結(jié)構(gòu)和膜形成方法來形成。

接著，可以進(jìn)行熱處理。熱處理通常在高于或等于150℃且低于或等于450℃的溫度下進(jìn)行，優(yōu)選高于或等于250℃且低于或等于325℃。在熱處理中，溫度可以從250℃逐漸上升到325℃。

當(dāng)進(jìn)行熱處理時(shí)，氧從接觸氧化物半導(dǎo)體膜122的絕緣膜擴(kuò)散到氧化物半導(dǎo)體膜122中，從而氧化物半導(dǎo)體膜122的與絕緣膜接觸的表面中及其附近的氧缺陷可以減少。此外，含有摻雜劑的第二區(qū)128和129的電阻可減小。

接著，通過刻蝕等在絕緣膜119和絕緣膜120中形成開口部分；因此，部分第二區(qū)109和110以及部分第二區(qū)115和116被暴露。然后，形成并通過刻蝕等處理導(dǎo)電膜；于是，如圖14a所示，在絕緣膜120上形成接觸第二區(qū)109的導(dǎo)電膜161、接觸第二區(qū)110和第二區(qū)115的導(dǎo)電膜162、接觸第二區(qū)116和第二區(qū)128的導(dǎo)電膜163、接觸第二區(qū)129的導(dǎo)電膜164、以及導(dǎo)電膜133。導(dǎo)電膜161至164以及導(dǎo)電膜133可以利用與導(dǎo)電膜124a類似的材料和分層結(jié)構(gòu)來形成。

用于形成導(dǎo)電膜161至164和導(dǎo)電膜133的刻蝕可以在與實(shí)施例2中的用于形成導(dǎo)電膜161至164以及導(dǎo)電膜153的刻蝕的條件類似的條件下進(jìn)行。

注意，在此實(shí)施例中，導(dǎo)電膜163和導(dǎo)電膜164設(shè)置得接觸側(cè)壁130。用該結(jié)構(gòu)，即使當(dāng)用于形成導(dǎo)電膜163和164的掩模在一定程度上未對準(zhǔn)時(shí)，也可以防止導(dǎo)電膜163和164接觸氧化物半導(dǎo)體膜122的區(qū)域的大小發(fā)生變化。因此，能抑制由于導(dǎo)電膜163和164的位置偏離引起的氧化物半導(dǎo)體膜122與導(dǎo)電膜163和164之間的電阻的變化，且因此，可以防止晶體管121的導(dǎo)通態(tài)電流的變化。此外，在用于形成導(dǎo)電膜163和164的刻蝕中，氧化物半導(dǎo)體膜122更少可能暴露到刻蝕氣體，這是優(yōu)選的。

通過上述步驟，可以制造包括在存儲元件中的n溝道晶體管102n和p溝道晶體管102p以及晶體管121。

接下來，如圖14b所示，絕緣膜134形成在第二氧化物絕緣膜120b、導(dǎo)電膜161至164、導(dǎo)電膜133、側(cè)壁130和絕緣膜131上，然后在絕緣膜134上，導(dǎo)電膜135形成在與導(dǎo)電膜133交疊的位置中。

絕緣膜134可以利用與實(shí)施例2中的絕緣膜154類似的材料、疊層結(jié)構(gòu)和制造方法來形成。此外，導(dǎo)電膜135可以利用與導(dǎo)電膜124a類似的材料和疊層結(jié)構(gòu)來形成。

通過上述步驟，可以制造電容器136。

接下來，如圖14c所示，形成絕緣膜187以覆蓋導(dǎo)電膜135和絕緣膜134，然后，通過刻蝕等在絕緣膜187中形成開口部分以暴露部分導(dǎo)電膜162。接下來，在絕緣膜187上形成接觸開口部分中的導(dǎo)電膜162的導(dǎo)電膜188。

絕緣膜187可以利用與實(shí)施例2中的絕緣膜160類似的材料、疊層結(jié)構(gòu)和制造方法來形成。此外，導(dǎo)電膜188可以利用與導(dǎo)電膜124a類似的材料和疊層結(jié)構(gòu)來形成。

通過上述步驟，可以制造根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的半導(dǎo)體器件諸如圖14c所示的半導(dǎo)體器件。

注意，在該實(shí)施例中，摻雜劑利用柵電極124和絕緣膜131作為掩模添加到氧化物半導(dǎo)體膜122；然而，摻雜劑可以在形成側(cè)壁130之后在形成導(dǎo)電膜163和164之前添加到氧化物半導(dǎo)體膜122。

在圖16a中，添加摻雜劑之前的氧化物半導(dǎo)體膜122、氧化物半導(dǎo)體膜122上的柵極絕緣膜123、柵極絕緣膜123上的柵電極124、柵電極124上的絕緣膜131以及設(shè)置在柵極絕緣膜123上在柵電極124的側(cè)面部分上的側(cè)壁130被示出。在上述狀態(tài)，摻雜劑利用柵電極124、絕緣膜131和側(cè)壁130作為掩模添加到氧化物半導(dǎo)體膜122，從而如圖16b所示，與柵電極124交疊且至少一部分用作溝道形成區(qū)的第一區(qū)127、用作ldd區(qū)且與側(cè)壁130交疊并在其間夾著第一區(qū)127的第三區(qū)192和193、以及用作源和漏且其間夾著第一區(qū)127以及第三區(qū)192和193的第二區(qū)128和129可以形成在氧化物半導(dǎo)體膜122中。

例如，在氮用作摻雜劑的情況下，第二區(qū)128和129中的氮原子的濃度優(yōu)選高于或等于5×10¹⁹/cm³且低于或等于1×10²²/cm³。此外，例如，在氮用作摻雜劑的情況下，第三區(qū)192和193中的氮原子的濃度優(yōu)選高于或等于5×10¹⁸/cm³且低于5×10¹⁹/cm³。提供具有比第二區(qū)128和129低的摻雜劑濃度的第三區(qū)192和193，從而可以減小由于短溝道效應(yīng)引起的閾值電壓的負(fù)偏移。

本實(shí)施例可以通過與任何上述實(shí)施例適當(dāng)?shù)亟M合來實(shí)施。

(實(shí)施例4)

在此實(shí)施例中，將描述制造其一部分具有圖39所示結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件的方法的例子。

注意，半導(dǎo)體材料諸如鍺、硅鍺或單晶碳化硅以及硅可以用于包括在存儲元件中的n溝道晶體管102n和p溝道晶體管102p。例如，包括硅的n溝道晶體管102n和p溝道晶體管102p可以利用單晶半導(dǎo)體襯底諸如硅晶片、通過soi法形成的硅薄膜、通過氣相沉積法形成的硅薄膜等形成。

在此實(shí)施例中，首先，如圖42a所示，絕緣膜101和島形單晶半導(dǎo)體膜103n和103p形成在襯底100上。

盡管對可以用作襯底100的材料沒有特別限制，但是需要材料至少具有足夠高的耐熱性以經(jīng)受稍后進(jìn)行的熱處理。例如，通過熔化工藝或浮法工藝形成的玻璃襯底、石英襯底、半導(dǎo)體襯底、陶瓷襯底等可以用作襯底100。在使用玻璃襯底且稍后進(jìn)行的熱處理的溫度高的情況下，優(yōu)選使用應(yīng)變點(diǎn)高于或等于730℃的玻璃襯底。

在本實(shí)施例中，單晶硅半導(dǎo)體襯底用作襯底100。單晶半導(dǎo)體襯底具有比玻璃襯底更高的表面平坦度。因此，可以防止由于襯底的表面不平引起的絕緣膜、導(dǎo)電膜等的厚度變化；于是，即使在半導(dǎo)體元件諸如晶體管小型化時(shí)，半導(dǎo)體元件的電特性也可以是一致的。

絕緣膜101利用絕緣材料諸如氧化硅、氮氧化硅、氧氮化硅或氮化硅形成。絕緣膜101可以是單個(gè)絕緣膜或多個(gè)絕緣膜的疊層。

例如，在使用氧化硅用于絕緣膜101的情況下，絕緣膜101可以利用硅烷和氧的混合氣體、teos(四乙氧基硅烷)和氧的混合氣體等通過氣相沉積法諸如熱cvd法、等離子體cvd法、大氣壓cvd法、偏置ecrcvd法來形成。在這種情況下，可以使絕緣膜101的表面經(jīng)歷氧等離子體處理以增加密度。在使用氮化硅用于絕緣膜101的情況下，可以利用硅烷和氨的混合氣體通過氣相沉積法諸如等離子體cvd法來形成絕緣膜101。此外，當(dāng)利用氮氧化硅來形成絕緣膜101時(shí)，可以利用硅烷和氨的混合氣體或硅烷和氧化氮的混合氣體通過氣相沉積法諸如等離子體cvd法來形成絕緣膜101。

可選地，利用有機(jī)硅烷氣體通過化學(xué)氣相沉積法形成的氧化硅膜可以用作絕緣膜101。作為有機(jī)硅烷氣體，可以使用含硅化合物諸如四乙氧基硅烷(teos)(化學(xué)式：si(oc2h5)4)、四甲基硅烷(tms)(化學(xué)式：si(ch3)4)、四甲基環(huán)四硅氧烷(tmcts)、八甲基環(huán)四硅氧烷(omcts)、六甲基二硅胺烷(hmds)、三乙氧基硅烷(化學(xué)式：sih(oc2h5)3)、或三(二甲胺基)硅烷(化學(xué)式：sih(n(ch3)2)3)。

還可選地，在使用單晶硅半導(dǎo)體襯底作為襯底100的情況下，絕緣膜101可以利用通過氧化襯底100的表面所形成的氧化物膜來形成。用于形成該氧化物膜的熱氧化處理可以是干法氧化并且可以在添加了含鹵素氣體的氧化氣氛中進(jìn)行。作為含鹵素的氣體，可以使用從hcl、hf、nf3、hbr、cl、clf、bcl3、f、br2等中選擇的一類或多類氣體。

例如，在使用hcl的情況下，在相對于氧而言含有0.5體積％至10體積％(優(yōu)選為3體積％)的hcl的氣氛中，以700℃或更高的溫度來進(jìn)行熱處理。優(yōu)選在大于或等于950℃且小于或等于1100℃的加熱溫度下進(jìn)行熱氧化。處理時(shí)間可以是0.1小時(shí)至6小時(shí)、優(yōu)選0.5小時(shí)至1小時(shí)。要形成的絕緣膜101的厚度可以設(shè)置為15nm至1100nm的范圍內(nèi)(優(yōu)選為60nm至300nm)，例如150nm。

通過在含鹵素氣氛中的該熱氧化處理，絕緣膜101可以含有鹵素。當(dāng)絕緣膜101含有1×10¹⁷原子/cm³至5×10²⁰原子/cm³濃度的鹵素時(shí)，絕緣膜101捕獲例如金屬的雜質(zhì)；因此，可以避免稍后形成的半導(dǎo)體膜103n和103p的污染。例如，通過氯的反應(yīng)，例如金屬的雜質(zhì)變成揮發(fā)性氯化物并釋放到空氣相中，由此從半導(dǎo)體膜103n和103p除去。

在本實(shí)施例中，作為形成包括在存儲元件中的晶體管的方法，給出利用單晶硅形成半導(dǎo)體膜103n和103p的例子。這里，簡要說明用于形成單晶半導(dǎo)體膜103n和103p的方法的具體例子。首先，含有被電場加速的離子的離子束進(jìn)入接合襯底和易碎層，接合襯底是單晶硅的半導(dǎo)體襯底，易碎層由于在距接合襯底表面一定深度處的區(qū)域中形成結(jié)晶結(jié)構(gòu)的局部無序而是易碎的?？梢酝ㄟ^離子束的加速能量和離子束入射角度調(diào)整形成易碎層的深度。然后，把接合襯底和在表面上設(shè)置有絕緣膜的襯底100相互貼附，使得絕緣膜夾在它們之間。在接合襯底和襯底100相互交疊之后，對部分接合襯底和部分襯底100施加大約1n/cm²至500n/cm²、優(yōu)選11n/cm²至20n/cm²的壓力，以使襯底相互貼附。當(dāng)施加壓力時(shí)，接合襯底和絕緣膜101之間的接合從所述部分開始，其導(dǎo)致接合襯底和絕緣膜101相互緊密接觸的整個(gè)表面的接合。之后，進(jìn)行熱處理，使得存在于易碎層中的微孔發(fā)生結(jié)合并且微孔體積增大。因此，是接合襯底的一部分的單晶半導(dǎo)體膜沿易碎層從接合襯底分離。在不超過襯底100的應(yīng)變點(diǎn)的溫度下進(jìn)行熱處理。然后，通過刻蝕等把單晶半導(dǎo)體膜加工成想要的形狀，從而可以形成半導(dǎo)體膜103n和103p。

在本實(shí)施例中，使作為單晶硅半導(dǎo)體襯底的襯底100在氧氣氛中經(jīng)歷950℃的熱處理，從而在襯底100上形成具有400nm厚度的氧化硅膜。接著，在氧化硅膜上，通過等離子體cvd法形成具有50nm厚度的氮氧化硅膜。另一方面，使作為單晶硅半導(dǎo)體襯底的接合襯底在氧中含有hcl的氣氛中經(jīng)歷950℃的熱處理，從而在接合襯底上形成具有100nm厚度的氧化硅膜。然后，使襯底100和接合襯底相互貼附，從而襯底100上的氮氧化硅膜接觸接合襯底上的氧化硅膜。然后，是接合襯底的一部分的單晶半導(dǎo)體膜沿易碎層從接合襯底分離。因此，在本實(shí)施例中，絕緣膜101具有如下結(jié)構(gòu)，其中有400nm厚度的氧化硅膜、有50nm厚度的氮氧化硅膜、以及有100nm厚度的氧化硅膜從襯底100側(cè)起依此順序堆疊。

為了控制閾值電壓，賦予p型導(dǎo)電性的雜質(zhì)元素例如硼、鋁或鎵或者賦予n型導(dǎo)電性的雜質(zhì)元素例如磷或砷可添加到各半導(dǎo)體膜103n和103p。用于控制閾值電壓的雜質(zhì)元素可以被添加到?jīng)]有被圖案化的半導(dǎo)體膜或可以被添加到圖案化的半導(dǎo)體膜103n和103p。此外，用于控制閾值電壓的雜質(zhì)元素可以被添加到接合襯底。此外，雜質(zhì)元素可以被添加到接合襯底以便大體上控制閾值電壓，然后雜質(zhì)元素可以進(jìn)一步被添加到?jīng)]有被圖案化的半導(dǎo)體膜或已圖案化的半導(dǎo)體膜103n和103p以便精細(xì)地控制閾值電壓。

盡管在本實(shí)施例中說明了使用單晶半導(dǎo)體膜的例子，但本發(fā)明不局限于此結(jié)構(gòu)。例如，可以使用通過氣相沉積法在絕緣膜101上形成的多晶半導(dǎo)體膜。可選地，通過已知技術(shù)可以使通過氣相沉積法形成的半導(dǎo)體膜結(jié)晶以形成多晶半導(dǎo)體膜。作為已知的結(jié)晶技術(shù)，給出利用激光束的激光結(jié)晶法和利用催化元素的結(jié)晶法?？蛇x地，可以結(jié)合利用催化元素的結(jié)晶法和激光結(jié)晶法。當(dāng)使用例如石英襯底的耐熱襯底時(shí)，可以采用利用電加熱爐的熱結(jié)晶法、利用紅外光的燈退火結(jié)晶法、利用催化元素的結(jié)晶法、或利用大約在950℃的高溫退火法的結(jié)晶法。

接著，如圖42b所示，在半導(dǎo)體膜103n和半導(dǎo)體膜103p上分別形成柵極絕緣膜104n和柵極絕緣膜104p。然后，在與半導(dǎo)體膜103n交疊的位置中的柵極絕緣膜104n上形成柵電極105n，在與半導(dǎo)體膜103p交疊的位置中的柵極絕緣膜104p上形成柵電極105p。然后，用柵電極105n和105p作為掩模，把賦予一種導(dǎo)電類型的雜質(zhì)元素添加到半導(dǎo)體膜103n和103p中的每個(gè)。具體來說，在形成掩模以覆蓋半導(dǎo)體膜103n之后，賦予p型導(dǎo)電性的雜質(zhì)元素被添加到半導(dǎo)體膜103p。通過添加雜質(zhì)元素，在半導(dǎo)體膜103p中形成與柵電極105p交疊的第一區(qū)114和其間夾著第一區(qū)114的低濃度雜質(zhì)區(qū)117a和118a。接著，在形成掩模以覆蓋半導(dǎo)體膜103p之后，賦予n型導(dǎo)電性的雜質(zhì)元素被添加到半導(dǎo)體膜103n。通過添加雜質(zhì)元素，在半導(dǎo)體膜103n中形成與柵電極105n交疊的第一區(qū)118和其間夾著第一區(qū)118的低濃度雜質(zhì)區(qū)111a和112a。

通過用高密度等離子體處理、熱氧化處理等來氧化或氮化半導(dǎo)體膜103n和103p的表面，可以形成柵極絕緣膜104n和104p。例如，每個(gè)柵極絕緣膜104n和104p的厚度可以大于或等于1nm且小于或等于100nm、優(yōu)選大于或等于10nm且小于或等于50nm。

在本實(shí)施例中，進(jìn)行在氧氣氛中950℃25分鐘的熱處理，然后進(jìn)行在氮?dú)夥罩?50℃一個(gè)小時(shí)的熱處理。以這種方式，熱氧化半導(dǎo)體膜103n和103p的表面，從而形成均是具有15nm厚度的氧化硅膜的柵極絕緣膜104n和104p。

在例如高密度等離子體處理的情況下，使用例如he、ar、kr或xe的稀有氣體和氧氣、氧化氮、氨氣、氮?dú)獾鹊幕旌蠚怏w。在這種情況下，通過引入微波來激發(fā)等離子體，可以產(chǎn)生具有低電子溫度和高密度的等離子體。通過用這種高密度等離子體產(chǎn)生的氧自由基(一些情況下含有oh自由基)或氮自由基(一些情況下含有nh自由基)來氧化或氮化半導(dǎo)體膜的表面，可以形成具有1nm至20nm，優(yōu)選5nm至10nm厚度的絕緣膜以便與半導(dǎo)體膜接觸。例如，通過在10pa至30pa壓力下施加3kw至5kw的微波(2.45ghz)功率，用1倍至3倍(流量比)的ar稀釋的一氧化二氮(n2o)，來氧化或氮化半導(dǎo)體膜103n和103p的表面。通過這種處理，形成了均具有1nm至10nm(優(yōu)選2nm至6nm)厚度的絕緣膜。此外，引入一氧化二氮(n2o)和硅烷(sih4)，在10pa至30pa的壓力下施加3kw至5kw的微波(2.45ghz)功率以通過氣相沉積法形成氧氮化硅膜，由此形成柵極絕緣膜。用固相反應(yīng)和氣相沉積法反應(yīng)的組合，可以形成具有低界面態(tài)密度和良好耐受電壓的柵極絕緣膜。

半導(dǎo)體膜通過高密度等離子體處理的氧化或氮化通過固相反應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行。因此，在柵極絕緣膜104n和半導(dǎo)體膜103n之間的界面態(tài)密度以及在柵極絕緣膜104p和半導(dǎo)體膜103p之間的界面態(tài)密度可以極低。此外，通過用高密度等離子體處理對半導(dǎo)體膜103n和103p的直接氧化或氮化，可以抑制要形成的絕緣膜的厚度變化。此外，在半導(dǎo)體膜具有結(jié)晶性的情況下，通過高密度等離子體處理用固相反應(yīng)來氧化半導(dǎo)體膜的表面，以抑制僅在晶粒邊界中的快速氧化；因此，可以形成具有均勻性和低界面態(tài)密度的柵極絕緣膜。其中使用由高密度等離子體處理形成的絕緣膜作為部分柵極絕緣膜或作為整個(gè)柵極絕緣膜的晶體管可以具有更小的電特性變化。

每個(gè)柵極絕緣膜可以通過等離子體cvd法、濺射法等使用包括氧化硅、氮氧化硅、氧氮化硅、氮化硅、氧化鉿、氧化鋁、氧化鉭、氧化釔、硅酸鉿(hfsixoy(x＞0，y＞0))、添加了氮的硅酸鉿(hfsixoy(x＞0，y＞0))、添加了氮的鋁酸鉿(hfalxoy(x＞0，y＞0))等的膜的單層或疊層形成。

在本說明書中，氧氮化物是指含有氧的量比氮的量大的材料，氮氧化物是指含有氮的量比氧的量大的材料。

導(dǎo)電膜形成得覆蓋柵極絕緣膜104n和104p，且然后被加工(圖案化)成預(yù)定形狀，從而可以形成柵電極105n和105p?？梢酝ㄟ^cvd法、濺射法、氣相沉積法、旋涂法等來形成導(dǎo)電膜。對于導(dǎo)電膜來說，可以使用鉭(ta)、鎢(w)、鈦(ti)、鉬(mo)、鋁(al)、銅(cu)、鉻(cr)、鈮(nb)等。可選地，可以使用含有任何上述金屬作為其主要成分的合金或者含有任何上述金屬的化合物。還可選地，可以利用例如多晶硅的半導(dǎo)體來形成導(dǎo)電膜，該多晶硅通過把像磷這樣的雜質(zhì)元素添加到半導(dǎo)體膜而形成。

請注意，可以利用單層導(dǎo)電膜或多層導(dǎo)電膜的疊層來形成每個(gè)柵電極105n和105p。

作為兩層導(dǎo)電膜的組合，氮化鉭或鉭可以用于第一導(dǎo)電膜，鎢可以用于第二導(dǎo)電膜。除此以外，給出下列組合：氮化鎢和鎢、氮化鉬和鉬、鋁和鉭、鋁和鈦等。由于鎢和氮化鉭具有高耐熱性，所以可以在形成兩層導(dǎo)電膜之后的后序步驟中進(jìn)行旨在熱激活的熱處理?？蛇x地，作為兩層導(dǎo)電膜的組合，例如，可以使用硅化鎳和摻雜有賦予n型導(dǎo)電性的雜質(zhì)元素的硅、硅化鎢和摻雜有賦予n型導(dǎo)電性的雜質(zhì)元素的硅等。

在使用其中堆疊三層導(dǎo)電膜的三層結(jié)構(gòu)的情況下，鉬膜、鋁膜和鉬膜的疊層結(jié)構(gòu)是優(yōu)選的。

可以使用氧化銦、氧化銦和氧化錫的混合物、氧化銦和氧化鋅的混合物、氧化鋅、氧化鋁鋅、氧氮化鋁鋅、氧化鎵鋅等的透光氧化物導(dǎo)電膜作為每個(gè)柵電極105n和105p。

在本實(shí)施例中，使用每個(gè)中在具有大約30nm厚度的氮化鉭上堆疊具有大約170nm厚度的鎢的柵電極105n和105p。

可選地，柵電極105n和105p可以通過滴排(dropletdischarge)法選擇性形成而不使用掩模。滴排法是用于通過從孔口排放或噴射含有預(yù)定成分的滴來形成預(yù)定圖案的方法，且在其范疇內(nèi)包括噴墨法等。

此外，柵電極105n和105p可以以下列方式形成：形成導(dǎo)電膜，然后通過采用適當(dāng)控制的刻蝕條件(例如施加到線圈電極的電功率量、施加到襯底側(cè)電極的電功率量、以及襯底側(cè)電極的溫度)的感應(yīng)耦合等離子體(icp)刻蝕方法把導(dǎo)電膜刻蝕成期望的錐形形狀。此外，也可以通過掩模的形狀控制錐形形狀的角度等。作為刻蝕氣體，適當(dāng)時(shí)可使用例如氯氣、氯化硼、氯化硅或四氯化碳的基于氯的氣體；例如四氟化碳、氟化硫或氟化氮的基于氟的氣體；或氧氣。

接著，在形成絕緣膜以覆蓋柵極絕緣膜104n和104p以及柵電極105n和105p之后，通過刻蝕等來處理絕緣膜；從而如圖42c所示，在柵電極105n的側(cè)面部分上形成側(cè)壁170n，在柵電極105p的側(cè)面部分上形成側(cè)壁170p。在本實(shí)施例中，在形成其中具有100nm厚度的氧氮化硅膜和具有200nm厚度的氧化硅膜以此順序堆疊的絕緣膜以覆蓋柵電極105n和105p之后，通過干法刻蝕處理絕緣膜，從而形成側(cè)壁170n和側(cè)壁170p。

請注意，通過上述刻蝕，柵極絕緣膜104n的未被側(cè)壁170n和柵電極105n覆蓋的部分被去除，柵極絕緣膜104p的未被側(cè)壁170p和柵電極105p覆蓋的部分被去除。

接著，如圖42d所示，用柵電極105n和105p以及側(cè)壁170n和170p作為掩模，把賦予一種導(dǎo)電類型的雜質(zhì)元素添加到每個(gè)半導(dǎo)體膜103n和103p。具體來說，在形成掩模以覆蓋半導(dǎo)體膜103n之后，把賦予p型導(dǎo)電性的雜質(zhì)元素添加到半導(dǎo)體膜103p。通過雜質(zhì)元素的添加，雜質(zhì)被進(jìn)一步添加到部分低濃度雜質(zhì)區(qū)117a和118a，從而在半導(dǎo)體膜103p中形成與柵電極105p交疊的第一區(qū)114、與側(cè)壁170p交疊并且其之間夾著第一區(qū)114的第三區(qū)117和118、以及在其之間夾著第一區(qū)114以及第三區(qū)117和118的第二區(qū)115和116。接著，在形成掩模以覆蓋半導(dǎo)體膜103p之后，把賦予n型導(dǎo)電性的雜質(zhì)元素添加到半導(dǎo)體膜103n中。通過雜質(zhì)元素的添加，雜質(zhì)被進(jìn)一步添加到部分低濃度雜質(zhì)區(qū)111a和112a中，從而在半導(dǎo)體膜103n中形成與柵電極105n交疊的第一區(qū)108、與側(cè)壁170n交疊并且其之間夾著第一區(qū)108的第三區(qū)111和112、以及在其之間夾著第一區(qū)108以及第三區(qū)111和112的第二區(qū)109和110。

由于第三區(qū)117和118與側(cè)壁170p交疊，所以第三區(qū)117和118具有比第二區(qū)115和116低的賦予p型導(dǎo)電性的雜質(zhì)濃度。此外，由于第三區(qū)111和112與側(cè)壁170n交疊，所以第三區(qū)111和112具有比第二區(qū)109和110低的賦予n型導(dǎo)電性的雜質(zhì)濃度。

請注意，在此實(shí)施例中，通過第一雜質(zhì)添加形成低濃度雜質(zhì)區(qū)111a和112a以及低濃度雜質(zhì)區(qū)117a和118a，然后通過第二雜質(zhì)添加形成用作ldd區(qū)的第三區(qū)111和112以及第三區(qū)117和118；然而，本發(fā)明的實(shí)施例不局限于此結(jié)構(gòu)。例如，當(dāng)在雜質(zhì)進(jìn)入側(cè)壁170n和側(cè)壁170p下面的部分這樣的條件下進(jìn)行第二雜質(zhì)添加時(shí)，可以形成用作ldd區(qū)的第三區(qū)111和112以及第三區(qū)117和118而不需要進(jìn)行第一雜質(zhì)添加。可選地，可以按下面的方式在第一區(qū)108與第二區(qū)109和110之間或在第一區(qū)114與第二區(qū)115和116之間設(shè)置偏差區(qū)而不用進(jìn)行第一雜質(zhì)添加：在雜質(zhì)更少可能地進(jìn)入側(cè)壁170n和側(cè)壁170p下面的部分的條件下進(jìn)行第二雜質(zhì)添加。在偏差區(qū)中的雜質(zhì)濃度優(yōu)選基本等于第一區(qū)108或第一區(qū)114中的雜質(zhì)濃度。

接著，如圖43a所示，形成絕緣膜171以覆蓋半導(dǎo)體膜103n和103p、柵電極105n和105p、側(cè)壁170p和170n以及絕緣膜101。然而，通過刻蝕等在絕緣膜171中形成開口部分；于是，暴露部分第二區(qū)109和110以及部分第二區(qū)115和116。然后，在絕緣膜171上形成與第二區(qū)109接觸的導(dǎo)電膜106、與第二區(qū)110和第二區(qū)115接觸的導(dǎo)電膜107以及與第二區(qū)116接觸的導(dǎo)電膜113。

具體來說，絕緣膜171可以是氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、氧氮化硅、氮化鋁、氮氧化鋁等的無機(jī)絕緣膜。特別地，優(yōu)選低介電常數(shù)(低-k)材料用于絕緣膜171，因?yàn)榭梢猿浞纸档碗姌O或布線的交疊導(dǎo)致的電容。請注意，可以使用含有任何上述材料的多孔絕緣膜作為絕緣膜171。由于多孔絕緣膜具有比致密絕緣膜低的介電常數(shù)，所以可以進(jìn)一步降低由于電極或布線所導(dǎo)致的寄生電容。

在本實(shí)施例中，具有500nm厚度的氧氮化硅膜用作絕緣膜171。請注意，在本實(shí)施例中描述了絕緣膜171是單層絕緣膜的情況作為示例；然而，絕緣膜171可以是多個(gè)絕緣膜的疊層。

作為要成為導(dǎo)電膜106、107和113的導(dǎo)電膜，可以使用任何下述材料：選自鋁、鉻、銅、鉭、鈦、鉬或鎢的元素；含有任意這些元素的合金；含有上述元素的組合的合金膜等。可選地，可以采用其中在鋁、銅等金屬膜之上或之下堆疊例如鉻、鉭、鈦、鉬或鎢的難熔金屬膜的結(jié)構(gòu)。鋁或銅優(yōu)選與難熔金屬材料組合使用，以便避免耐熱性和腐蝕的問題。作為難熔金屬材料，可以使用鉬、鈦、鉻、鉭、鎢、釹、鈧、釔等。

此外，要成為導(dǎo)電膜106、107和113的導(dǎo)電膜可以具有單層結(jié)構(gòu)或至少兩層的疊層結(jié)構(gòu)。例如，可以提供含硅鋁膜的單層結(jié)構(gòu)、在鋁膜上堆疊鈦膜的兩層結(jié)構(gòu)、鈦膜、鋁膜和鈦膜依此順序堆疊的三層結(jié)構(gòu)等。

可選地，要成為導(dǎo)電膜106、107和113的導(dǎo)電膜可以用導(dǎo)電金屬氧化物來形成。作為導(dǎo)電金屬氧化物，可以使用氧化銦、氧化錫、氧化鋅、氧化銦和氧化錫的混合物、氧化銦和氧化鋅的混合物、或?qū)ζ涮砑庸杌蜓趸璧慕饘傺趸锊牧?。在本?shí)施例中，具有大約300nm厚度的鎢膜用作導(dǎo)電膜106、導(dǎo)電膜107和導(dǎo)電膜113。

通過上述步驟，可以制造包含在存儲元件中的n溝道晶體管102n和p溝道晶體管102p。

接著，如圖43b所示，絕緣膜119和絕緣膜173依此順序形成在絕緣膜171上以覆蓋導(dǎo)電膜106、107和113，然后，在絕緣膜173上形成氧化物半導(dǎo)體膜142b。

絕緣膜119具有單層結(jié)構(gòu)或至少兩層的疊層結(jié)構(gòu)，優(yōu)選具有高度平坦的表面。例如，氧化硅、氮化硅、氧氮化硅、氮氧化硅等可以用于絕緣膜119?？梢酝ㄟ^例如lpcvd法、等離子體cvd法、光cvd法或熱cvd法等的cvd法來形成絕緣膜119。

對于絕緣膜119來說，可以使用通過利用有機(jī)硅烷的化學(xué)氣相沉積來形成氧化硅膜。對于有機(jī)硅烷來說，可以使用四乙氧基硅烷(teos)(化學(xué)式：si(oc2h5)4)、三甲基硅烷(tms)(化學(xué)式：(ch3)3sih)、四甲基環(huán)四硅氧烷(tmcts)、八甲基環(huán)四硅氧烷(omcts)、六甲基二硅胺烷(hmds)、三乙氧基硅烷(化學(xué)式：sih(oc2h5)3)、或三(二甲胺基)硅烷(化學(xué)式：sih(n(ch3)2)3)等。無需說的是，可以利用例如甲硅烷、乙硅烷或丙硅烷的無機(jī)硅烷來形成氧化硅、氧氮化硅、氮化硅、氮氧化硅等。

在本實(shí)施例中，通過lpcvd法形成包括氧化硅的絕緣膜119。

為了抑制稍后要形成的晶體管121的電特性變化，氧化物半導(dǎo)體膜142b的表面優(yōu)選具有高平坦度。為了增加氧化物半導(dǎo)體膜142b的平坦度，優(yōu)選確保絕緣膜173的表面的高平坦度。然而，為了防止雜質(zhì)例如氫進(jìn)入絕緣膜173和氧化物半導(dǎo)體膜142b之間的界面附近，優(yōu)選在形成絕緣膜173之后連續(xù)形成氧化物半導(dǎo)體膜142b，而不把絕緣膜173暴露到空氣。因此，在本實(shí)施例中，使位于絕緣膜173下面的絕緣膜119的表面經(jīng)歷平坦化處理。用該結(jié)構(gòu)，即使在絕緣膜173的表面沒有受到平坦化處理時(shí)，也能確保絕緣膜173表面的平坦度。此外，當(dāng)確保絕緣膜173表面的平坦度時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)絕緣膜173和氧化物半導(dǎo)體膜142b的連續(xù)形成。

可以通過例如化學(xué)機(jī)械拋光(cmp)法或液體噴射拋光法的拋光處理、例如干法刻蝕或濕法刻蝕的刻蝕處理、或拋光處理和刻蝕處理的組合來進(jìn)行絕緣膜119的平坦化處理。

在本實(shí)施例中，描述了絕緣膜119受到作為平坦化處理的cmp處理的情況。例如，在下述條件下使絕緣膜119受到平坦化處理：使用聚氨酯拋光布；使用硅漿料(60nm的顆粒尺寸)作為漿料；漿料流速大于或等于100ml/min并且小于或等于500ml/min；拋光壓力高于或等于0.005mpa并且低于或等于0.08mpa；主軸旋轉(zhuǎn)速度大于或等于20rpm并且小于或等于50rpm；桌臺旋轉(zhuǎn)速度大于或等于20rmp并且小于或等于50rmp。

在本實(shí)施例中，已經(jīng)歷由cmp法拋光的絕緣膜119的厚度為300nm。

通過濺射法、cvd法等形成絕緣膜173。絕緣膜173優(yōu)選是施加熱時(shí)釋放氧的絕緣膜。優(yōu)選使用以超過化學(xué)計(jì)量比的比率含有氧的絕緣膜作為施加熱時(shí)釋放氧的絕緣膜。當(dāng)使施加熱時(shí)釋放氧的絕緣膜經(jīng)歷熱處理時(shí)，氧可以被釋放并且所釋放的氧可以擴(kuò)散進(jìn)入(或者提供到)稍后要形成的氧化物半導(dǎo)體膜。絕緣膜173的例子包括氧化硅、氧氮化硅、氮氧化硅、氧化鎵、氧化鉿、氧化釔等的膜。通過濺射法形成的絕緣膜173能在施加熱時(shí)容易地釋放氧，這是優(yōu)選的。可以利用單層絕緣膜或多個(gè)堆疊的絕緣膜形成絕緣膜173。

絕緣膜173的厚度大于或等于50nm并且小于或等于800nm，優(yōu)選大于或等于200nm并且小于或等于500nm。采用厚的絕緣膜173，可以增加從絕緣膜173釋放的氧量，并且可以降低在絕緣膜173與稍后要形成的氧化物半導(dǎo)體膜142b之間的界面處的界面態(tài)密度。

在本實(shí)施例中，使用通過濺射法形成的具有200nm厚度的氧化硅膜作為絕緣膜173。在用濺射法形成絕緣膜173的情況下，可以使用氧氣、氧和稀有氣體的混合氣體等作為沉積氣體。此外，當(dāng)沉積氣體中的氧量增大時(shí)，絕緣膜173中所含的氧量增大，這是優(yōu)選的。典型地，沉積氣體中的氧濃度優(yōu)選高于或等于6％并且低于或等于100％。

在形成氧化硅膜作為絕緣膜173的情況下，優(yōu)選使用下述條件下的rf濺射法：石英(優(yōu)選合成石英)用作靶；襯底溫度高于或等于30℃并且低于或等于450℃(優(yōu)選高于或等于70℃并且低于或等于200℃)；靶與襯底之間的距離(t-s距離)大于或等于20mm并且小于或等于400mm(優(yōu)選大于或等于40mm并且小于或等于20mm)；壓力高于或等于0.1pa并且低于或等于4pa(優(yōu)選高于或等于0.2pa并且低于或等于1.2pa)；高頻功率高于或等于0.5kw并且低于或等于12kw(優(yōu)選高于或等于1kw并且低于或等于5kw)；沉積氣體中的o2/(o2+ar)比例高于或等于1％并且低于或等于100％(優(yōu)選高于或等于6％并且低于或等于100％)。請注意，硅靶可以替代石英(優(yōu)選為合成石英)靶用作靶。此外，氧氣可以單獨(dú)用作沉積氣體。

氧化物半導(dǎo)體膜142b的厚度大于或等于2nm并且小于或等于200nm，優(yōu)選大于或等于3nm并且小于或等于50nm，更優(yōu)選大于或等于3nm并且小于或等于20nm。通過利用氧化物半導(dǎo)體靶的濺射法形成氧化物半導(dǎo)體膜。此外，可以在稀有氣體(例如氬)氣氛、氧氣氛或者稀有氣體(例如氬)和氧氣的混合氣氛下通過濺射法來形成氧化物半導(dǎo)體膜。

請注意，在通過濺射法形成氧化物半導(dǎo)體膜之前，優(yōu)選通過其中引入氬氣并產(chǎn)生等離子體的反向?yàn)R射來去除絕緣膜173表面上的灰塵。反向?yàn)R射法是指這樣一種方法，其中不施加電壓到靶側(cè)，在氬氣氛下使用rf電源施加電壓到襯底一側(cè)以在襯底附近產(chǎn)生等離子體，從而改變表面。請注意，可以使用氮?dú)夥?、氦氣氛等替代氬氣氛。可選地，可以使用添加了氧氣、一氧化二氮等的氬氣氛?？蛇x地，可以使用添加了氯氣、四氟化碳等的氬氣氛。

對于氧化物半導(dǎo)體膜來說，可以使用上述材料。在本實(shí)施例中，使用利用包括銦(in)、鎵(ga)和鋅(zn)的靶通過濺射法獲得的具有20nm厚度的in-ga-zn類氧化物半導(dǎo)體薄膜作為氧化物半導(dǎo)體膜。作為靶，使用具有例如in2o3:ga2o3:zno＝1:1:1[摩爾比]的組成比率的靶?？蛇x地，可以使用具有in2o3:ga2o3:zno＝1:1:2[摩爾比]的組成比率的靶或具有in2o3:ga2o3:zno＝1:1:4[摩爾比]的組成比率的靶。含有in、ga和zn的靶的填充速率為90％或更高以及100％或更低，優(yōu)選95％或更高且低于100％。使用高填充速率的靶子，形成致密氧化物半導(dǎo)體膜。

在使用in-zn類材料作為氧化物半導(dǎo)體的情況下，用于其的靶具有按原子比為in:zn＝50:1至1:2(按摩爾比為in2o3:zno＝25:1至1:4)的組成比率，優(yōu)選按原子比為in:zn＝20:1至1:1(按摩爾比為in2o3:zno＝10:1至1:2)，更優(yōu)選按原子比為in:zn＝1.5:1至15:1(按摩爾比為in2o3:zno＝3:4至15:2)。例如，在用于形成具有in:zn:o＝x:y:z的原子比的in-zn類氧化物半導(dǎo)體的靶中，滿足z＞1.5x+y的關(guān)系。通過將zn的比率保持在上述范圍內(nèi)可以提高遷移率。

在使用in-sn-zn類材料作為氧化物半導(dǎo)體的情況下，要使用的靶的組成比率優(yōu)選按原子比為in:sn:zn＝1:2:2、2:1:3、1:1:1或4:9:7。

在本實(shí)施例中，氧化物半導(dǎo)體膜以這種方式沉積：襯底保持在處理室中，處理室保持在減壓狀態(tài)下，殘留在處理室中的濕氣被去除，引入去除了氫和濕氣的濺射氣體，并使用上述靶。在膜形成時(shí)，襯底溫度可以高于或等于100℃并且低于或等于600℃，優(yōu)選高于或等于200℃并且低于或等于400℃。通過在加熱襯底的狀態(tài)下形成氧化物半導(dǎo)體膜，可以減少所形成的氧化物半導(dǎo)體膜中包括的雜質(zhì)濃度。此外，降低了由濺射而導(dǎo)致的損傷。為了去除處理室中的殘留濕氣，優(yōu)選使用捕集真空泵。例如，優(yōu)選使用低溫泵、離子泵或鈦升華泵。抽真空單元可以是設(shè)有冷阱的渦輪泵。例如，在用低溫泵抽真空的處理室中，氫原子、含有氫原子的化合物例如水(h2o)(更優(yōu)選地，還有含碳原子的化合物)等被去除，由此可以減少在處理室中形成的氧化物半導(dǎo)體膜中的雜質(zhì)濃度。

膜形成條件的例子如下：襯底和靶之間的距離為100mm，壓力為0.4pa，直流(dc)電源的功率為0.5kw，氣氛含有氬和氧(氬的流速為30sccm，氧的流速為15sccm)。請注意，脈沖直流(dc)電源是優(yōu)選的，因?yàn)榭梢詼p少沉積中產(chǎn)生的灰塵并且可以使膜厚度均勻。

當(dāng)濺射裝置的處理室的泄漏速率設(shè)置為1×10^-10pa·m³/s或更小時(shí)，可以減少進(jìn)入正在通過濺射法沉積的氧化物半導(dǎo)體膜的例如堿金屬或氫化物的雜質(zhì)。此外，使用捕集真空泵作為抽真空系統(tǒng)，可以降低雜質(zhì)例如堿金屬、氫原子、氫分子、水、羥基或氫化物從抽真空系統(tǒng)的反向流動。

當(dāng)靶的純度設(shè)置為99.99％或更高時(shí)，可以減少進(jìn)入氧化物半導(dǎo)體膜的堿金屬、氫原子、氫分子、水、羥基、氫化物等。此外，當(dāng)使用該靶時(shí)，可以減少在氧化物半導(dǎo)體膜中的堿金屬例如鋰、鈉或鉀的濃度。

請注意，為了使氧化物半導(dǎo)體膜中所含有的氫、羥基和濕氣盡可能少，優(yōu)選作為用于沉積的預(yù)處理，通過在濺射裝置的預(yù)加熱室中預(yù)加熱其上形成達(dá)至絕緣膜173的層的襯底100，消除且排出在形成于襯底100上的絕緣膜和導(dǎo)電膜上吸附的雜質(zhì)例如濕氣或氫。預(yù)加熱的溫度高于或等于100℃并且低于或等于400℃，優(yōu)選高于或等于150℃并且低于或等于300℃。作為抽真空單元，低溫泵優(yōu)選設(shè)置在預(yù)加熱室中。請注意，可以省略該預(yù)加熱處理。也可以在稍后要進(jìn)行的絕緣膜143a的形成之前以類似方式進(jìn)行該預(yù)加熱。

請注意，在某些情況下，通過濺射法等沉積的氧化物半導(dǎo)體膜含有作為雜質(zhì)的大量濕氣或氫(包括羥基)。濕氣或氫容易形成施主能級并由此成為氧化物半導(dǎo)體中的雜質(zhì)。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，為了減少氧化物半導(dǎo)體膜142b中的雜質(zhì)例如濕氣或氫(對氧化物半導(dǎo)體膜142b進(jìn)行脫水或脫氫)，在減壓氣氛、例如氮?dú)獾亩栊詺怏w或稀有氣體的氣氛、氧氣氣氛或超干空氣氣氛(在用腔衰蕩激光譜(crds)方法的露點(diǎn)計(jì)進(jìn)行測量的情況下，空氣中的濕氣的量為20ppm(轉(zhuǎn)化為露點(diǎn)是-55℃)或更少，優(yōu)選1ppm或更少，更優(yōu)選10ppb或更少)下，使氧化物半導(dǎo)體膜142b經(jīng)歷熱處理。

當(dāng)氧化物半導(dǎo)體膜142b經(jīng)歷熱處理時(shí)，可以消除氧化物半導(dǎo)體膜142b中的濕氣或氫。具體來說，在高于或等于250℃并且低于或等于750℃，優(yōu)選高于或等于400℃并且低于或等于襯底應(yīng)變點(diǎn)的溫度下進(jìn)行熱處理。例如，可以在500℃進(jìn)行熱處理大約長于或等于三分鐘并且短于或等于六分鐘。當(dāng)rta法用于熱處理時(shí)，可以在短時(shí)間內(nèi)進(jìn)行脫水或脫氫；從而，甚至可以在高于玻璃襯底的應(yīng)變點(diǎn)的溫度下進(jìn)行處理。

在本實(shí)施例中，使用為熱處理裝置之一的電爐。

請注意，熱處理裝置不局限于電爐，可以具有用于通過來自例如電阻加熱元件的加熱元件的熱傳導(dǎo)或熱輻射來加熱對象的器件。例如，可以使用諸如氣體快速熱退火(grta)裝置或燈快速熱退火(lrta)裝置的快速熱退火(rta)裝置。lrta裝置是用于通過從例如鹵素?zé)?、金屬鹵化物燈、氙弧燈、碳弧燈、高壓鈉燈或高壓汞燈的燈所發(fā)射的光輻射(電磁波)來加熱待處理對象的裝置。grta裝置是利用高溫氣體用于熱處理的裝置。作為氣體，使用不通過熱處理與待處理對象反應(yīng)的惰性氣體像氮?dú)饣蚶鐨鍤獾南∮袣怏w。

在熱處理中，優(yōu)選在氮?dú)夂屠绾?、氖氣或氬氣的稀有氣體中不含有濕氣、氫等?？蛇x地，引入到熱處理裝置中的氮?dú)饣蚶绾?、氖氣或氬氣的稀有氣體的純度優(yōu)選大于或等于6n(99.9999％)，更優(yōu)選大于或等于7n(99.99999％)(即雜質(zhì)濃度優(yōu)選小于或等于1ppm，更優(yōu)選小于或等于0.1ppm)。

通過上述步驟，可以降低氧化物半導(dǎo)體膜142b中的氫濃度。此外，通過使用其中氫濃度降低的氧化物半導(dǎo)體膜，能夠制造具有高耐受電壓和極小截止態(tài)電流的晶體管。可以在形成氧化物半導(dǎo)體膜142b之后的任何時(shí)候進(jìn)行上述熱處理。

請注意，氧化物半導(dǎo)體膜142b可以是非晶的或可以具有結(jié)晶性。對于具有結(jié)晶性的氧化物半導(dǎo)體膜來說，可以使用含有具有c軸排列的晶體的結(jié)晶氧化物半導(dǎo)體(也稱為c軸排列結(jié)晶氧化物半導(dǎo)體(caac-os))，其在從a-b平面、表面或界面的方向看時(shí)具有三角形或六邊形原子排列。在晶體中，金屬原子以分層方式排列，或者金屬原子和氧原子沿c軸以分層方式排列，a軸或b軸方向在a-b平面中改變(晶體圍繞c-軸轉(zhuǎn)動)。caac-os是優(yōu)選的，因?yàn)槟塬@得增大晶體管可靠性的效果。

接著，如圖43c所示，通過刻蝕等來處理氧化物半導(dǎo)體膜142b和絕緣膜173，使得形成了島形氧化物半導(dǎo)體膜142和作為稍后要形成的絕緣膜140的一部分的第三氧化物絕緣膜140c。局部刻蝕第三氧化物絕緣膜140c的不與島形氧化物半導(dǎo)體膜142交疊的區(qū)域。

請注意，用于形成氧化物半導(dǎo)體膜142的刻蝕可以是濕法刻蝕、干法刻蝕或者既有干法刻蝕又有濕法刻蝕。作為用于干法刻蝕的氣體，優(yōu)選使用含氯的氣體(基于氯的氣體，例如氯氣(cl2)、三氯化硼(bcl3)、四氯化硅(sicl4)或四氯化碳(ccl4))。可選地，可以使用含氟氣體(基于氟的氣體，例如四氟化碳(cf4)、六氟化硫(sf6)、三氟化氮(nf3)或三氟甲烷(chf3))、溴化氫(hbr)、氧氣(o2)、添加了例如氦(he)或氬(ar)的稀有氣體的任何這些氣體等。

作為干法刻蝕方法，可以使用平行板rie(反應(yīng)離子刻蝕)法或icp(感應(yīng)耦合等離子體)刻蝕法。為了將膜刻蝕成具有期望形狀，可以適當(dāng)?shù)卣{(diào)整刻蝕條件(例如施加到線圈電極的電功率量、施加到襯底側(cè)電極的電功率量以及襯底側(cè)的電極溫度)。

作為用于濕法刻蝕的刻蝕劑，可以使用磷酸、醋酸和硝酸的混合溶液、或者例如檸檬酸或草酸的有機(jī)酸。

可以通過噴墨法形成用于形成氧化物半導(dǎo)體膜142的抗蝕劑掩模。通過噴墨法形成抗蝕劑掩模不需要光掩模；從而可以減少制造成本。

請注意，優(yōu)選在后序步驟中形成導(dǎo)電膜之前進(jìn)行反向?yàn)R射，以便去除附著到氧化物半導(dǎo)體膜142b和絕緣膜173的表面上的抗蝕劑殘留物等。

在本實(shí)施例中，通過干法刻蝕來處理氧化物半導(dǎo)體膜142b和絕緣膜173。例如，在下述條件下進(jìn)行干法刻蝕：icp功率為45w；偏置功率為100w；壓力為1.9pa；刻蝕氣體是bcl3和cl2的混合氣體；bcl3的流速為60sccm；cl2的流速為20sccm。當(dāng)在這種條件下進(jìn)行干法刻蝕時(shí)，在形成了島形氧化物半導(dǎo)體膜142之后，可以從絕緣膜173形成第三氧化物絕緣膜140c。優(yōu)選在刻蝕中不含有包括氫的雜質(zhì)。

在通過干法刻蝕來形成氧化物半導(dǎo)體膜142的情況下，當(dāng)氧化物半導(dǎo)體膜142的側(cè)表面附近即氧化物半導(dǎo)體膜142的末端部分暴露到包括氯自由基、氟自由基等的等離子體時(shí)，在氧化物半導(dǎo)體膜142的末端部分暴露的金屬原子鍵合到氯自由基、氟自由基等。此時(shí)，鍵合到氯原子或氟原子的金屬原子被釋放，結(jié)果氧化物半導(dǎo)體膜142中到金屬原子的鍵被打斷的氧原子變成活性的?；钚缘难踉尤菀追磻?yīng)和釋放。從而，在氧化物半導(dǎo)體膜142的末端部分處可能導(dǎo)致氧缺陷。

當(dāng)在刻蝕步驟中暴露的氧化物半導(dǎo)體膜的末端部分是活性的時(shí)候，在減壓氣氛或還原氣氛中，或在減壓氣氛的熱處理中，氧被取出，并在氧化物半導(dǎo)體膜的末端部分處導(dǎo)致氧缺陷。一些氧缺陷成為施主并且產(chǎn)生作為載流子的電子，使得氧化物半導(dǎo)體膜142的末端部分具有n型導(dǎo)電性。

在稍后要形成的導(dǎo)電膜145和146與具有n型導(dǎo)電性的氧化物半導(dǎo)體膜142的末端部分接觸的情況下，通過該末端部分在導(dǎo)電膜145和146之間產(chǎn)生泄漏電流。泄漏電流使晶體管的截止態(tài)電流增加。

接著，如圖44a所示，在第三氧化物絕緣膜140c和氧化物半導(dǎo)體膜142上形成絕緣膜174和絕緣膜175。像絕緣膜173那樣，優(yōu)選利用加熱時(shí)從其釋放氧的絕緣膜來形成絕緣膜174。利用防止氧擴(kuò)散的絕緣膜來形成絕緣膜175。氧化鋁、氧氮化鋁等可以作為絕緣膜175的例子給出。

可以通過與絕緣膜173的沉積方法類似的沉積方法適當(dāng)?shù)匦纬山^緣膜174和絕緣膜175。優(yōu)選在盡可能低的溫度下，優(yōu)選在室溫下形成絕緣膜174和絕緣膜175，以便在形成絕緣膜174和絕緣膜175時(shí)減少從氧化物半導(dǎo)體膜142的末端部分釋放的氧量。

即使在氧化物半導(dǎo)體膜142的末端部分處產(chǎn)生氧缺陷時(shí)，加熱時(shí)從其釋放氧的絕緣膜174接觸氧化物半導(dǎo)體膜142的末端部分，并且防止氧擴(kuò)散的絕緣膜175與氧化物半導(dǎo)體膜142的末端部分交疊，絕緣膜174置于它們之間，使得氧可以通過稍后的熱處理從絕緣膜174提供到氧化物半導(dǎo)體膜142的末端部分。因此，在氧化物半導(dǎo)體膜142的末端部分處的氧缺陷可以減少。

在本實(shí)施例中，具有大約20nm厚度的氧化硅膜用作絕緣膜174，具有大約100nm厚度的氧化鋁膜用作絕緣膜175。

接著如圖44b所示，使絕緣膜175經(jīng)歷平坦化處理，以便從絕緣膜175形成第二氧化物絕緣膜140b。可以通過例如化學(xué)機(jī)械拋光(cmp)法或液體噴射拋光法的拋光處理、例如干法刻蝕或濕法刻蝕的刻蝕處理、或拋光處理和刻蝕處理的組合來進(jìn)行平坦化處理。在本實(shí)施例中，使絕緣膜175受到作為平坦化處理的cmp法。對絕緣膜175進(jìn)行平坦化處理直到露出絕緣膜174。在氧化物半導(dǎo)體膜142為數(shù)納米至數(shù)十納米薄的情況下，優(yōu)選氧化物半導(dǎo)體膜142不被平坦化處理去除。

例如，在下述條件下使絕緣膜175受到cmp處理：使用聚氨酯拋光布；使用硅漿料(60nm的顆粒尺寸)作為漿料；漿料流速大于或等于100ml/min并且小于或等于500ml/min；拋光壓力高于或等于0.005mpa并且低于或等于0.08mpa；主軸旋轉(zhuǎn)速度大于或等于20rpm并且小于或等于50rpm；桌臺旋轉(zhuǎn)速度大于或等于20rmp并且小于或等于50rmp。

接著，如圖44c所示，去除絕緣膜174的暴露部分，從而暴露氧化物半導(dǎo)體膜142的表面。通過上述步驟，從絕緣膜174形成第一氧化物半導(dǎo)體膜140a。通過刻蝕處理去除絕緣膜174的暴露部分。請注意，需要采用相對于氧化物半導(dǎo)體膜142的絕緣膜174選擇比高的刻蝕條件。在去除絕緣膜174的暴露部分之后平坦化氧化物半導(dǎo)體膜142的表面，從而能提高稍后要完成的晶體管121的電特性。

例如，在下述條件下進(jìn)行干法刻蝕：icp功率為500w；偏置功率為50w；壓力為1.5pa；刻蝕氣體是cf4和o2的混合氣體；cf4的流速為70sccm；以及o2的流速為30sccm。當(dāng)在這種條件下進(jìn)行干法刻蝕時(shí)，可以選擇性地去除絕緣膜174以形成第一氧化物絕緣膜140a。此外，可以防止氧化物半導(dǎo)體膜142被去除。優(yōu)選在刻蝕中不含有包括氫的雜質(zhì)。

在形成第一氧化物絕緣膜140a之后可以進(jìn)行熱處理。通過熱處理，可以去除在氧化物半導(dǎo)體膜142中的包括氫的雜質(zhì)。此外，從第一氧化物絕緣膜140a和第三氧化物絕緣膜140c釋放氧，使得氧可以被提供到氧化物半導(dǎo)體膜142的末端部分和下部部分，并由此可以減少氧缺陷。

接著，如圖45a所示，絕緣膜143a、導(dǎo)電膜144a和絕緣膜151a依此順序堆疊以覆蓋第一氧化物絕緣膜140a、第二氧化物絕緣膜140b和氧化物半導(dǎo)體膜142。

可以利用與柵極絕緣膜104n或柵極絕緣膜104p類似的任何材料和疊層結(jié)構(gòu)來形成絕緣膜143a和絕緣膜151a。稍后要成為柵極絕緣膜143的絕緣膜143a優(yōu)選含有盡可能少的雜質(zhì)例如濕氣或氫，并且可以是單層絕緣膜或多個(gè)堆疊的絕緣膜。當(dāng)在柵極絕緣膜143中含有氫時(shí)，氫進(jìn)入氧化物半導(dǎo)體膜142或用氫取出氧化物半導(dǎo)體膜142中的氧，由此氧化物半導(dǎo)體膜142具有更低的電阻(n型導(dǎo)電性)；于是，可能形成寄生溝道。因此重要的是，采用不使用氫的膜形成方法以形成含氫盡可能少的柵極絕緣膜143。具有高阻擋特性的材料優(yōu)選用于柵極絕緣膜143。例如，可以使用氮化硅膜、氮氧化硅膜、氮化鋁膜、氮氧化鋁膜等作為具有高阻擋特性的絕緣膜。在使用多個(gè)層疊絕緣膜的情況下，在與具有高阻擋特性的絕緣膜相比更靠近氧化物半導(dǎo)體膜142的一側(cè)形成具有低比率的氮的絕緣膜例如氧化硅膜或氧氮化硅膜。然后，形成具有高阻擋特性的絕緣膜以與氧化物半導(dǎo)體膜142交疊，具有低比率的氮的絕緣膜置于它們之間。當(dāng)使用具有高阻擋特性的絕緣膜時(shí)，可以防止例如濕氣或氫的雜質(zhì)進(jìn)入氧化物半導(dǎo)體膜142、柵極絕緣膜143或在氧化物半導(dǎo)體膜142與其它絕緣膜之間的界面及其周圍。此外，形成具有低比率的氮的絕緣膜例如氧化硅膜或氧氮化硅膜與氧化物半導(dǎo)體膜142接觸，從而可以防止利用具有高阻擋特性的材料形成的絕緣膜與氧化物半導(dǎo)體膜142直接接觸。

在本實(shí)施例中，用等離子體cvd法形成的具有20nm厚度的氧氮化硅膜用作絕緣膜143a，用濺射法形成的具有100nm厚度的氧化硅膜用作絕緣膜151a。

在形成絕緣膜143a之后，可以進(jìn)行熱處理。在氮?dú)鈿夥?、超干空氣或稀有氣體(例如氬氣或氦氣)氣氛中，優(yōu)選在高于或等于200℃且低于或等于400℃，例如高于或等于250℃且低于或等于350℃的溫度下，進(jìn)行熱處理。優(yōu)選氣體中的水含量為20ppm或更少，優(yōu)選1ppm或更少，更優(yōu)選10ppb或更少。

可選地，可以在氧氣氛中對氧化物半導(dǎo)體膜142進(jìn)行熱處理以添加氧到氧化物半導(dǎo)體中，從而減少氧化物半導(dǎo)體膜142中用作施主的氧缺陷。例如在高于或等于100℃并低于350℃，優(yōu)選高于或等于150℃并低于250℃的溫度下進(jìn)行熱處理。優(yōu)選用于氧氣氛下的熱處理的氧氣不含有水、氫等?？蛇x地，引入到熱處理裝置中的氧氣的純度優(yōu)選大于或等于6n(99.9999％)，更優(yōu)選大于或等于7n(99.99999％)(即氧氣中的雜質(zhì)濃度小于或等于1ppm，優(yōu)選小于或等于0.1ppm)。

可選地，可以通過離子注入法、離子摻雜法等把氧添加到氧化物半導(dǎo)體膜142中，以便減少用作施主的氧缺陷。例如，用2.45ghz微波制作成等離子體的氧可被添加到氧化物半導(dǎo)體膜142。

可以通過濺射法或真空蒸鍍法來形成導(dǎo)電膜144a。作為用于形成導(dǎo)電膜144a的導(dǎo)電膜，可以使用任何下列材料：選自鋁、鉻、銅、鉭、鈦、鉬或鎢的元素；包括任意這些元素的合金；包括上述元素的組合的合金膜等?？蛇x地，可以采用其中在鋁、銅等的金屬膜之上或之下堆疊例如鉻、鉭、鈦、鉬或鎢的難熔金屬膜的結(jié)構(gòu)。鋁或銅優(yōu)選與難熔金屬組合使用，以便避免耐熱性和腐蝕的問題。作為難熔金屬材料，可以使用鉬、鈦、鉻、鉭、鎢、釹、鈧、釔等。

要成為導(dǎo)電膜144a的導(dǎo)電膜可以具有單層結(jié)構(gòu)或至少兩層的分層結(jié)構(gòu)。作為導(dǎo)電膜144a，可以使用含有選自鋁、鉻、銅、鉭、鈦、鉬和鎢的元素的膜；含有任何這些元素作為成分的合金膜；含有任何這些元素的組合的合金膜等?？蛇x地，可以利用其中在鋁、銅等的金屬膜之上或之下堆疊例如鉻、鉭、鈦、鉬或鎢的難熔金屬膜的結(jié)構(gòu)。鋁或銅優(yōu)選與難熔金屬材料組合使用，以便避免耐熱性和腐蝕的問題。作為難熔金屬材料，可以使用鉬、鈦、鉻、鉭、鎢、釹、鈧、釔等。cu-mg-al合金、mo-ti合金、ti和mo具有高的與氧化物膜的粘合性。因此，在絕緣膜143a包括氧化物的情況下，具有高的與氧化物膜的粘合性的任何上述材料優(yōu)選用于在絕緣膜143a上的導(dǎo)電膜144a。例如，作為導(dǎo)電膜144a，具有低電阻的含cu導(dǎo)電膜堆疊在包含cu-mg-al合金、mo-ti合金、ti或mo的導(dǎo)電膜上，從而可以增加導(dǎo)電膜144a和含有氧化物的絕緣膜143a之間的粘合性并可以降低導(dǎo)電膜144a的電阻。

可選地，要成為導(dǎo)電膜144a的導(dǎo)電膜可以用導(dǎo)電金屬氧化物來形成。作為導(dǎo)電金屬氧化物，可以使用氧化銦、氧化錫、氧化鋅、氧化銦和氧化錫的混合物、氧化銦和氧化鋅的混合物或者添加硅或氧化硅的任何金屬氧化物材料。

在形成導(dǎo)電膜之后進(jìn)行熱處理的情況下，導(dǎo)電膜優(yōu)選具有足夠高的耐熱性以耐受熱處理。

在本實(shí)施例中，作為導(dǎo)電膜144a，使用具有30nm厚度的氮化鉭膜和在其上的具有135nm厚度的鎢膜的疊層。

接著，在絕緣膜151a上形成掩模，并刻蝕導(dǎo)電膜144a和絕緣膜151a；于是，如圖45b所示，形成柵電極144和在柵電極144上的絕緣膜151。

在導(dǎo)電膜144a和絕緣膜151a的刻蝕中可以使用濕法刻蝕或干法刻蝕，或者可以組合使用濕法刻蝕和干法刻蝕。根據(jù)材料適當(dāng)?shù)卦O(shè)置刻蝕條件(例如刻蝕氣體或刻蝕劑、刻蝕時(shí)間和溫度)，從而導(dǎo)電膜144a和絕緣膜151a可以被刻蝕成期望形狀。請注意，為了細(xì)微地處理晶體管121的溝道長度(l)，優(yōu)選使用干法刻蝕。

作為用于刻蝕絕緣膜151a的刻蝕氣體，例如可以使用含氟氣體諸如六氟化硫(sf6)、三氟化氮(nf3)、三氟甲烷(chf3)、四氟化碳(cf4)和氫的混合氣體等。稀有氣體(氦(he)、氬(ar)或氙(xe))、一氧化碳、二氧化碳等可以被添加到刻蝕氣體。作為用于刻蝕導(dǎo)電膜144a的刻蝕氣體，適當(dāng)時(shí)可以使用基于氯的氣體例如氯氣、氯化硼、氯化硅或四氯化碳；基于氟的氣體例如四氟化碳、氟化硫或氟化氮；或者氧氣。

接著，如圖45c所示，用柵電極144和絕緣膜151作為掩模，添加摻雜劑到氧化物半導(dǎo)體膜142，從而形成與柵電極144交疊并且至少一部分用作溝道形成區(qū)的第一區(qū)147以及用作源和漏并在其間夾著第一區(qū)147的第二區(qū)148和149。

可以通過離子摻雜法或離子注入法把摻雜劑添加到氧化物半導(dǎo)體膜142。作為要添加的摻雜劑，例如可以使用諸如氦、氬或氙的稀有氣體、屬于15族的元素諸如氮、磷、砷或銻等中的至少一種。

例如，在使用氮作為摻雜劑的情況下，第二區(qū)148和149中的氮原子濃度優(yōu)選高于或等于5×10¹⁹/cm³并低于或等于1×10²²/cm³。

此外，還可以利用與離子摻雜法和離子注入法不同的方法來進(jìn)行摻雜劑的添加。例如，可以按下列方式來添加摻雜劑：在含有待添加元素的氣體氣氛中產(chǎn)生等離子體，并對要添加摻雜劑的對象進(jìn)行等離子體處理。作為用于產(chǎn)生等離子體的裝置，可以使用干法刻蝕裝置、等離子體cvd裝置、高密度等離子體cvd裝置等。

對于摻雜條件，例如，在摻雜劑為氮的情況下，加速電壓設(shè)置為20kv。在摻雜劑為磷的情況下，加速電壓設(shè)置為40kv。在氮或磷的劑量小于或等于1×10¹⁴/cm²的情況下，優(yōu)選在低于450℃的溫度下進(jìn)行熱處理。從而，含有摻雜劑的第二區(qū)148和149的表面電阻可以低于或等于1×10⁷ω/sq。在劑量大于或等于5×10¹⁴/cm²并且小于5×10¹⁵/cm²的情況下，優(yōu)選在高于或等于450℃并且低于或等于600℃的溫度下進(jìn)行熱處理。因此，第二區(qū)148和149的表面電阻可以低于或等于1×10⁵ω/sq。在劑量大于或等于5×10¹⁵/cm²的情況下，優(yōu)選在高于或等于600℃的溫度下進(jìn)行熱處理。從而，含有摻雜劑的第二區(qū)148和149的表面電阻可以低于或等于1×10⁵ω/sq。

減小第二區(qū)148和149的表面電阻，從而可以減小在第二區(qū)148和稍后要形成的導(dǎo)電膜145之間以及在第二區(qū)149和稍后要形成的導(dǎo)電膜146之間的電阻。因此，即使在晶體管121小型化時(shí)，也可以確保大的導(dǎo)通態(tài)電流和高速操作。此外，晶體管121的小型化使得能夠增大存儲器件的每單位面積的存儲容量。

接著，形成絕緣膜以覆蓋絕緣膜143a、柵電極144、絕緣膜151等，且通過刻蝕等處理該絕緣膜和絕緣膜143a。通過該步驟，如圖46a所示，從絕緣膜形成設(shè)置在柵電極144的側(cè)面部分上的側(cè)壁150，從絕緣膜143a形成設(shè)置在柵電極144和側(cè)壁150下面的柵極絕緣膜143?？梢岳门c絕緣膜173類似的材料和膜形成方法來形成要成為側(cè)壁150的絕緣膜。例如，可以采用其中在氮化硅膜上形成氧化硅膜的疊層結(jié)構(gòu)。在本實(shí)施例中，形成氧化硅膜作為要成為側(cè)壁150的絕緣膜。

接著，可以進(jìn)行熱處理。通常在高于或等于150℃并且低于或等于450℃，優(yōu)選高于或等于250℃并且低于或等于325℃的溫度下進(jìn)行熱處理。在熱處理中，溫度可以從250℃逐漸增大至325℃。

當(dāng)進(jìn)行熱處理時(shí)，氧從與氧化物半導(dǎo)體膜142接觸的絕緣膜擴(kuò)散到氧化物半導(dǎo)體膜142中，使得可以減少在與絕緣膜接觸的氧化物半導(dǎo)體膜142的表面中以及在其附近的氧缺陷。此外，可以減少含有摻雜劑的第二區(qū)148和149的電阻。

接著，形成并通過刻蝕等處理導(dǎo)電膜；從而，如圖46b所示，形成導(dǎo)電膜145、導(dǎo)電膜146和導(dǎo)電膜153。導(dǎo)電膜145與第二區(qū)148接觸，導(dǎo)電膜146與第二區(qū)149接觸。此外，導(dǎo)電膜153形成在第二氧化物絕緣膜140b上?？梢岳门c導(dǎo)電膜144a類似的材料和疊層結(jié)構(gòu)來形成導(dǎo)電膜145、導(dǎo)電膜146和導(dǎo)電膜153。

用于形成導(dǎo)電膜145和146以及導(dǎo)電膜153的刻蝕可以是濕法刻蝕或干法刻蝕?？蛇x地，可以組合使用濕法刻蝕和干法刻蝕。根據(jù)材料來適當(dāng)?shù)卦O(shè)置刻蝕條件(例如刻蝕氣體或刻蝕劑、刻蝕時(shí)間和溫度)，使得導(dǎo)電膜145和146以及導(dǎo)電膜153可以被刻蝕成具有期望形狀。請注意，為了精細(xì)處理晶體管，優(yōu)選使用干法刻蝕。作為用于干法刻蝕的刻蝕氣體，例如，可以使用含氟的氣體諸如六氟化硫(sf6)、三氟化氮(nf3)、三氟甲烷(chf3)、四氟化碳(cf4)和氫的混合氣體等。稀有氣體(氦(he)、氬(ar)或氙(xe))、一氧化碳、二氧化碳等可以被添加到刻蝕氣體。

在本實(shí)施例中，使用具有大約100nm厚度的鎢膜作為導(dǎo)電膜145和146以及導(dǎo)電膜153。在使用鎢膜作為導(dǎo)電膜145和146以及導(dǎo)電膜153的情況下，在例如下述條件下進(jìn)行刻蝕：icp功率為500w；偏置功率為150w；壓力為1.0pa；刻蝕氣體是cf4、cl2和o2的混合氣體；cf4的流速為25sccm；cl2的流速為25sccm；o2的流速為10sccm。

請注意，在本實(shí)施例中，導(dǎo)電膜145和導(dǎo)電膜146設(shè)置得與側(cè)壁150接觸。用該結(jié)構(gòu)，即使在用于形成導(dǎo)電膜145和導(dǎo)電膜146的掩模在一定程度上未對準(zhǔn)時(shí)，也可以防止導(dǎo)電膜145和導(dǎo)電膜146與氧化物半導(dǎo)體膜142接觸的區(qū)域的大小發(fā)生變化。因此，可以抑制由于導(dǎo)電膜145和導(dǎo)電膜146的位置偏離而引起的氧化物半導(dǎo)體膜142與導(dǎo)電膜145和146之間的電阻的改變，并由此，可以防止晶體管121的導(dǎo)通態(tài)電流的改變。此外，在用于形成導(dǎo)電膜145和146的刻蝕中，氧化物半導(dǎo)體膜142更少可能暴露到刻蝕氣體，這是優(yōu)選的。

通過上述步驟，可以制作晶體管121。

接著，如圖47a所示，在第二氧化物絕緣膜140b、導(dǎo)電膜145、導(dǎo)電膜146、導(dǎo)電膜153、側(cè)壁150和絕緣膜151上形成絕緣膜154，然后通過刻蝕等在絕緣膜154中形成開口部分以暴露部分導(dǎo)電膜146。此后，在絕緣膜154上，在與導(dǎo)電膜153交疊的位置中形成導(dǎo)電膜155，且形成在開口部分中與導(dǎo)電膜146接觸的導(dǎo)電膜156。

可以利用包括無機(jī)絕緣材料諸如氧化硅、氮氧化硅、氮化硅、氧化鉿、氧化鋁或氧化鉭的材料來形成絕緣膜154。此外，可以利用例如聚酰亞胺或丙烯酸樹脂的有機(jī)絕緣材料來形成絕緣膜154。

在本實(shí)施例中，絕緣膜154具有如下結(jié)構(gòu)，其中用濺射法形成的具有50nm厚度的氧化鋁膜和用等離子體cvd法形成的具有300nm厚度的氧氮化硅膜按此順序堆疊。絕緣膜154可以是單層絕緣膜或至少三層絕緣膜的疊層。

可以利用與導(dǎo)電膜144a類似的材料和疊層結(jié)構(gòu)來形成導(dǎo)電膜155和導(dǎo)電膜156中的每個(gè)。在本實(shí)施例中，以下面的方式來形成導(dǎo)電膜155和導(dǎo)電膜156中的每個(gè)：通過濺射法依序形成具有20nm厚度的鈦膜、具有50nm厚度的鎢膜、具有200nm厚度的鋁膜以及具有5nm厚度的鈦膜。

通過上述步驟，可以制造電容器136。

接著，如圖47b所示，形成絕緣膜160以覆蓋導(dǎo)電膜155、導(dǎo)電膜156和絕緣膜154，然后，通過刻蝕等在絕緣膜160中形成開口部分以暴露部分導(dǎo)電膜156。接著，在絕緣膜160上形成與開口部分中的導(dǎo)電膜156接觸的導(dǎo)電膜158。

優(yōu)選平坦化絕緣膜160的表面。可以利用包括無機(jī)絕緣材料諸如氧化硅、氮氧化硅、氮化硅、氧化鉿、氧化鋁或氧化鉭的材料來形成絕緣膜160?？蛇x地，可以利用例如聚酰亞胺或丙烯酸樹脂的有機(jī)絕緣材料來形成絕緣膜160。在本實(shí)施例中，使用具有1500nm厚度的聚酰亞胺膜作為絕緣膜160。

可以利用與導(dǎo)電膜144a類似的材料和疊層結(jié)構(gòu)來形成導(dǎo)電膜158。在本實(shí)施例中，以下面的方式來形成導(dǎo)電膜158：通過濺射法依序形成具有20nm厚度的鈦膜、具有50nm厚度的鎢膜、具有300nm厚度的鋁膜以及具有5nm厚度的鈦膜。

通過上述步驟，可以制造根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的半導(dǎo)體器件，例如圖47b所示的半導(dǎo)體器件。

請注意，在本實(shí)施例中，使用柵電極144和絕緣膜151作為掩模把摻雜劑添加到氧化物半導(dǎo)體膜142；然而，可以在形成側(cè)壁150之后在形成導(dǎo)電膜145和146之前把摻雜劑添加到氧化物半導(dǎo)體膜142。

可以通過與上述實(shí)施例適當(dāng)?shù)亟Y(jié)合來實(shí)施本實(shí)施例。

(實(shí)施例5)

在本實(shí)施例中，將描述用于制造其一部分具有圖36所示的結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件的方法的例子。

請注意，諸如鍺、硅鍺或單晶碳化硅以及硅的半導(dǎo)體材料可以用于包含在存儲元件中的n溝道晶體管102n和p溝道晶體管102p。例如，可以利用單晶半導(dǎo)體襯底諸如硅晶片、通過soi法形成的硅薄膜、用氣相沉積法形成的硅薄膜等形成含有硅的n溝道晶體管102n和p溝道晶體管102p。

請注意，可以按與實(shí)施例4描述的方式類似的方式來制造n溝道晶體管102n和p溝道晶體管102p。因此，在本實(shí)施例中，對于直到圖43a所示步驟的那些步驟，可以參考實(shí)施例4的描述。

在圖43a所示的步驟之后，如圖48a所示，絕緣膜119和絕緣膜180依此順序堆疊在絕緣膜171上以覆蓋導(dǎo)電膜106、導(dǎo)電膜107和導(dǎo)電膜113。

對于絕緣膜119的材料、結(jié)構(gòu)和制造方法，可以參考實(shí)施例4。此外，絕緣膜180的材料、疊層結(jié)構(gòu)和制造方法可以與在實(shí)施例4中描述的絕緣膜173的那些類似。

接著，如圖48b所示，通過刻蝕等去除部分絕緣膜180，從而形成具有突出部分的第一氧化物絕緣膜120a。第一氧化物絕緣膜120a將成為稍后形成的絕緣膜120的一部分?？梢酝ㄟ^干法刻蝕、濕法刻蝕或它們二者來進(jìn)行絕緣膜180的刻蝕。優(yōu)選在刻蝕中不含有包括氫的雜質(zhì)。

接著，如圖48c所示，形成絕緣膜181以覆蓋第一氧化物絕緣膜120a。絕緣膜181的材料、疊層結(jié)構(gòu)和制造方法可以與實(shí)施例4中描述的絕緣膜175的那些類似。請注意，形成絕緣膜181以使其厚度大于第一氧化物絕緣膜120a的突出部分的高度。用該結(jié)構(gòu)，可以在稍后的平坦化步驟中形成都具有高平坦度的第一氧化物絕緣膜120a和第二氧化物絕緣膜120b。

接著，如圖49a所示，使絕緣膜181受到平坦化處理，以便從絕緣膜181形成第二氧化物絕緣膜120b?？梢园磁c實(shí)施例4中描述的對絕緣膜175進(jìn)行的平坦化處理類似的方式來進(jìn)行該平坦化處理。通過對絕緣膜181進(jìn)行的平坦化處理，暴露第一氧化物絕緣膜120a的突出部分。請注意，在該平坦化處理中可以去除第一氧化物絕緣膜120a的部分突出部分。

接著，如圖49b所示，在第一氧化物絕緣膜120a和第二氧化物絕緣膜120b上形成島形氧化物半導(dǎo)體膜122。氧化物半導(dǎo)體膜122的材料、疊層結(jié)構(gòu)和制造方法可以與實(shí)施例4中描述的氧化物半導(dǎo)體膜142的那些類似。請注意，確定氧化物半導(dǎo)體膜122的位置使得稍后在氧化物半導(dǎo)體膜122中形成的第一區(qū)127與第一氧化物絕緣膜120a接觸，且使得稍后在氧化物半導(dǎo)體膜122中形成的第二區(qū)128與第一氧化物絕緣膜120a和第二氧化物絕緣膜120b接觸。

接著，如圖49c所示，絕緣膜123a、導(dǎo)電膜124a和絕緣膜131a依此順序堆疊以覆蓋第一氧化物絕緣膜120a、第二氧化物絕緣膜120b和氧化物半導(dǎo)體膜122。

可以利用與實(shí)施例4中的絕緣膜143a類似的材料和疊層結(jié)構(gòu)來形成絕緣膜123a，可以利用與實(shí)施例4中的絕緣膜151a類似的材料和疊層結(jié)構(gòu)來形成絕緣膜131a。請注意，可以在形成絕緣膜123a之后進(jìn)行熱處理。可以在與實(shí)施例4中在形成絕緣膜143a之后進(jìn)行的熱處理的條件類似的條件下來進(jìn)行該熱處理。

可以利用與實(shí)施例4中的導(dǎo)電膜144a類似的材料和層疊結(jié)構(gòu)來形成導(dǎo)電膜124a。

接著，在絕緣膜131a上形成掩模，并刻蝕導(dǎo)電膜124a和絕緣膜131a；從而，如圖50a所示，形成柵電極124和在柵電極124上的絕緣膜131?？梢栽谂c實(shí)施例4中的導(dǎo)電膜144a和絕緣膜151a的刻蝕的條件類似的條件下來進(jìn)行導(dǎo)電膜124a和絕緣膜131a的刻蝕。

接著，如圖50b所示，用柵電極124和絕緣膜131作為掩模，把摻雜劑添加到氧化物半導(dǎo)體膜122，以便形成與柵電極124交疊并且至少一部分用作溝道形成區(qū)的第一區(qū)127、以及用作源和漏并在其間夾著第一區(qū)127的第二區(qū)128和129。

可以按與實(shí)施例4中對氧化物半導(dǎo)體膜142的摻雜劑添加和熱處理的方式類似的方式來進(jìn)行對氧化物半導(dǎo)體膜122的摻雜劑添加和隨后的熱處理。通過添加摻雜劑和熱處理可以減小第二區(qū)128和129的表面電阻。因此，可以減少在第二區(qū)128和稍后要形成的導(dǎo)電膜125之間以及在第二區(qū)129和稍后要形成的導(dǎo)電膜126之間的電阻。從而，即使在晶體管121小型化時(shí)，也能確保大的導(dǎo)通態(tài)電流和高速操作。此外，晶體管121的小型化使得能夠增加存儲器件的每單位面積的存儲容量。

接著，形成絕緣膜以覆蓋絕緣膜123a、柵電極124、絕緣膜131等，并通過刻蝕等處理該絕緣膜和絕緣膜123a。通過該步驟，如圖51a所示，從絕緣膜形成設(shè)置在柵電極124的側(cè)面部分上的側(cè)壁130，且從絕緣膜123a形成設(shè)置在柵電極124和側(cè)壁130下面的柵極絕緣膜123?？梢岳门c絕緣膜180類似的材料、疊層結(jié)構(gòu)和膜形成方法來形成要成為側(cè)壁130的絕緣膜。

接著，可以進(jìn)行熱處理。通常在高于或等于150℃并且低于或等于450℃，優(yōu)選高于或等于250℃并且低于或等于325℃的溫度下進(jìn)行熱處理。在熱處理中，溫度可以從250℃逐漸上升至325℃。

當(dāng)進(jìn)行熱處理時(shí)，氧從與氧化物半導(dǎo)體膜122接觸的絕緣膜擴(kuò)散到氧化物半導(dǎo)體膜122中，從而可以減少與絕緣膜接觸的氧化物半導(dǎo)體膜122的表面及其附近中的氧缺陷。此外，可以減少含有摻雜劑的第二區(qū)128和129的電阻。

接著，形成并通過刻蝕等處理導(dǎo)電膜；從而，如圖51b所示，形成導(dǎo)電膜125、導(dǎo)電膜126和導(dǎo)電膜133。導(dǎo)電膜125與第二區(qū)128接觸，導(dǎo)電膜126與第二區(qū)129接觸。此外，導(dǎo)電膜133形成在第二氧化物絕緣膜120b上?？梢岳门c導(dǎo)電膜124a類似的材料和疊層結(jié)構(gòu)來形成導(dǎo)電膜125、導(dǎo)電膜126和導(dǎo)電膜133。

可以在與實(shí)施例4中用于形成導(dǎo)電膜145和146以及導(dǎo)電膜153的刻蝕的條件類似的條件下進(jìn)行用于形成導(dǎo)電膜125和126以及導(dǎo)電膜133的刻蝕。

請注意，在本實(shí)施例中，設(shè)置導(dǎo)電膜125和導(dǎo)電膜126與側(cè)壁130接觸。用該結(jié)構(gòu)，即使在用于形成導(dǎo)電膜125和導(dǎo)電膜126的掩模在一定程度上未對準(zhǔn)時(shí)，也可以防止導(dǎo)電膜125和126與氧化物半導(dǎo)體膜122接觸的區(qū)域的大小發(fā)生變化。因此，可以抑制由于導(dǎo)電膜125和126的位置偏離而引起的氧化物半導(dǎo)體膜122與導(dǎo)電膜125和126之間的電阻的改變，并由此，可以防止晶體管121的導(dǎo)通態(tài)電流的改變。此外，在用于形成導(dǎo)電膜125和126的刻蝕中，氧化物半導(dǎo)體膜122更少可能暴露到刻蝕氣體，這是優(yōu)選的。

通過上述步驟，可以制造晶體管121。

接著，如圖52a所示，在第二氧化物絕緣膜120b、導(dǎo)電膜125、導(dǎo)電膜126、導(dǎo)電膜133、側(cè)壁130和絕緣膜131上形成絕緣膜134，然后，通過刻蝕等在絕緣膜134中形成開口部分以露出部分導(dǎo)電膜126。此后，在絕緣膜134上，在與導(dǎo)電膜133交疊的位置中形成導(dǎo)電膜135，并且形成與開口部分中的導(dǎo)電膜126接觸的導(dǎo)電膜186。

可以利用與實(shí)施例4中的絕緣膜154類似的材料、疊層結(jié)構(gòu)和制造方法來形成絕緣膜134。此外，可以利用與導(dǎo)電膜124a類似的材料和疊層結(jié)構(gòu)來形成導(dǎo)電膜135和導(dǎo)電膜186。

通過上述步驟，可以制造電容器136。

接著，如圖52b所示，形成絕緣膜187以覆蓋導(dǎo)電膜135、導(dǎo)電膜186和絕緣膜134，然后，通過刻蝕等在絕緣膜187中形成開口部分以露出部分導(dǎo)電膜186。接著，在絕緣膜187上形成與開口部分中的導(dǎo)電膜186接觸的導(dǎo)電膜188。

可以利用與實(shí)施例4中的絕緣膜160類似的材料、疊層結(jié)構(gòu)和制造方法來形成絕緣膜187。此外，可以利用與導(dǎo)電膜124a類似的材料和疊層結(jié)構(gòu)來形成導(dǎo)電膜188。

通過上述步驟，可以制造根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的半導(dǎo)體器件，例如圖52b中所示的半導(dǎo)體器件。

請注意，在本實(shí)施例中，使用柵電極144和絕緣膜151作為掩模把摻雜劑添加到氧化物半導(dǎo)體膜142；然而，可以在形成側(cè)壁150之后在形成導(dǎo)電膜145和146之前把摻雜劑添加到氧化物半導(dǎo)體膜142。

可以通過與任何上述實(shí)施例適當(dāng)?shù)亟Y(jié)合來實(shí)施本實(shí)施例。

[示例1]

在本示例中，將參考圖34a和34b等描述其中使用in-sn-zn類氧化物半導(dǎo)體膜的晶體管的示例。

圖34a和34b是具有頂柵頂接觸結(jié)構(gòu)的共面晶體管的俯視圖和橫截面圖。圖34a是晶體管的俯視圖。圖34b是沿圖34a中的虛線a1-a2截取的橫截面圖。

圖34b中所示的晶體管包括：襯底1500；設(shè)置在襯底1500上的基部絕緣膜1502；設(shè)置在基部絕緣膜1502周圍的保護(hù)絕緣膜1504；設(shè)置在基部絕緣膜1502和保護(hù)絕緣膜1504上并包括高電阻區(qū)1506a和低電阻區(qū)1506b的氧化物半導(dǎo)體膜1506；設(shè)置在氧化物半導(dǎo)體膜1506上的柵極絕緣膜1508；設(shè)置得與氧化物半導(dǎo)體膜1506交疊的柵電極1510，柵極絕緣膜1508位于它們之間；設(shè)置得與柵電極1510的側(cè)表面接觸的側(cè)壁絕緣膜1512；設(shè)置得至少與低電阻區(qū)1506b接觸的一對電極1514；設(shè)置得至少覆蓋氧化物半導(dǎo)體膜1506、柵電極1510和該對電極1514的層間絕緣膜1516；以及設(shè)置得通過層間絕緣膜1516中形成的開口部分連接到該對電極1514中的至少一個(gè)的布線1518。

盡管未示出，但是可以設(shè)置保護(hù)膜以覆蓋層間絕緣膜1516和布線1518。用該保護(hù)膜，可以減少由于層間絕緣膜1516的表面?zhèn)鲗?dǎo)而產(chǎn)生的微量泄漏電流，且因此晶體管的截止態(tài)電流可以減小。

[示例2]

在本示例中，將在下面描述其中使用in-sn-zn類氧化物半導(dǎo)體膜作為氧化物半導(dǎo)體膜的晶體管的另一示例。

圖35a和35b是示出本示例中制造的晶體管的結(jié)構(gòu)的俯視圖和橫截面圖。圖35a是晶體管的俯視圖。圖35b是沿圖35a中的虛線b1-b2截取的橫截面圖。

圖35b所示的晶體管包括襯底1600；在襯底1600上設(shè)置的基部絕緣膜1602；在基部絕緣膜1602上設(shè)置的氧化物半導(dǎo)體膜1606；與氧化物半導(dǎo)體膜1606接觸的一對電極1614；設(shè)置在氧化物半導(dǎo)體膜16106和該對電極1614上的柵極絕緣膜1608；設(shè)置得與氧化物半導(dǎo)體膜1606交疊的柵電極1610，柵極絕緣膜1608位于它們之間；設(shè)置得覆蓋柵極絕緣膜1608和柵電極1610的層間絕緣膜1616；通過層間絕緣膜1616中形成的開口部分與該對電極1614連接的布線1618；以及設(shè)置得覆蓋層間絕緣膜1616和布線1618的保護(hù)膜1620。

作為襯底1600，使用玻璃襯底。作為基部絕緣膜1602，使用氧化硅膜。作為氧化物半導(dǎo)體膜1606，使用in-sn-zn類氧化物半導(dǎo)體膜。作為一對電極1614，使用鎢膜。作為柵極絕緣膜1608，使用氧化硅膜。柵電極1610具有氮化鉭膜和鎢膜的疊層結(jié)構(gòu)。層間絕緣膜1616具有氧氮化硅膜和聚酰亞胺的疊層結(jié)構(gòu)。布線1618具有其中鈦膜、鋁膜和鈦膜依此順序形成的疊層結(jié)構(gòu)。作為保護(hù)膜，使用聚酰亞胺膜。

請注意，在具有圖35a所示結(jié)構(gòu)的晶體管中，柵電極1610與一對電極1614之一交疊的部分的寬度被稱為lov。類似地，一對電極1614的不與氧化物半導(dǎo)體膜1606交疊的部分的寬度被稱為dw。

[示例3]

根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的半導(dǎo)體器件能確保高速操作，抑制功耗并實(shí)現(xiàn)高集成度。可以用能高速操作的半導(dǎo)體器件或高集成度的半導(dǎo)體器件提供精密的電子器件。此外，可以用低功耗的半導(dǎo)體器件提供具有低功耗的電子器件。特別地，在難以連續(xù)接收功率的便攜式電子器件的情況下，當(dāng)添加根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的具有低功耗的半導(dǎo)體器件作為電子器件的組成部分時(shí)，可以獲得連續(xù)操作時(shí)間增加的優(yōu)勢。

根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的半導(dǎo)體器件可以用于顯示器、個(gè)人計(jì)算機(jī)或具有記錄介質(zhì)的圖像再現(xiàn)裝置(通常為再現(xiàn)記錄介質(zhì)諸如數(shù)字萬用盤(dvd)的內(nèi)容并具有顯示器以用于顯示所再現(xiàn)的圖像的裝置)。可以包括根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的電子裝置的其它示例是移動電話、包括便攜式游戲機(jī)的游戲機(jī)、便攜式信息終端、電子書閱讀器、視頻攝像機(jī)、數(shù)字靜態(tài)攝像機(jī)、眼罩型顯示器(頭部安裝顯示器)、導(dǎo)航系統(tǒng)、音頻再現(xiàn)裝置(例如汽車音響系統(tǒng)和數(shù)字音頻播放器)、復(fù)印機(jī)、傳真機(jī)、打印機(jī)、多功能打印機(jī)、自動柜員機(jī)(atm)以及自動售貨機(jī)。在圖17a至17c中示出了這些電子裝置的具體例子。

圖17a示出一種便攜式游戲機(jī)，包括外殼7031、外殼7032、顯示部分7033、顯示部分7034、麥克風(fēng)7035、揚(yáng)聲器7036、操作鍵7037、手寫筆7038等。根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的半導(dǎo)體器件可以用于控制便攜式游戲機(jī)的驅(qū)動的集成電路。根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的半導(dǎo)體器件用于控制便攜式游戲機(jī)的驅(qū)動的集成電路，從而能夠提供精密的便攜式游戲機(jī)和具有低功耗的便攜式游戲機(jī)。請注意，盡管圖17a所示的便攜式游戲機(jī)包括兩個(gè)顯示部分7033和7034，但便攜式游戲機(jī)所包含的顯示部分不限于兩個(gè)。

圖17b示出一種移動電話，包括外殼7041、顯示部分7042、音頻輸入部分7043、音頻輸出部分7044、操作鍵7045、光接收部分7046等。光接收部分7046所接收的光被轉(zhuǎn)化成電信號，從而可以加載外部圖像。根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的半導(dǎo)體器件可以用于控制移動電話的驅(qū)動的集成電路。根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的半導(dǎo)體器件用于控制移動電話的驅(qū)動的集成電路，從而能提供精密的移動電話和具有低功耗的移動電話。

圖17c示出一種便攜式信息終端，包括外殼7051、顯示部分7052、操作鍵7053等。調(diào)制解調(diào)器可以包括在圖17c所示的便攜式信息終端的外殼7051中。根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的半導(dǎo)體器件可以用于控制便攜式信息終端的驅(qū)動的集成電路。根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的半導(dǎo)體器件用于控制便攜式信息終端的驅(qū)動的集成電路，從而能夠提供精密的便攜式信息終端和具有低功耗的便攜式信息終端。

該示例可以通過與任意上述實(shí)施例適當(dāng)?shù)亟M合來實(shí)施。

本申請基于2011年4月29日向日本專利局提交的日本專利申請序列號no.2011-102569、2011年4月29日向日本專利局提交的日本專利申請序列號no.2011-102571、2011年5月20日向日本專利局提交的日本專利申請序列號no.2011-113237和2011年5月20日向日本專利局提交的日本專利申請序列號no.2011-113238，這些申請的整個(gè)內(nèi)容通過引用合并于此。