VD法等形成柵極絕緣層138。柵極絕緣層138優(yōu)選包含氧化硅、氮化硅、氧氮化硅、氧化鋁、氧化鉿、氧化鉭等。注意，柵極絕緣層138可具有單層結(jié)構(gòu)或疊層結(jié)構(gòu)。對(duì)于柵極絕緣層138的厚度沒(méi)有特定的限制，但是例如厚度可以為1nm或更多以及500nm或更少。當(dāng)采用疊層結(jié)構(gòu)時(shí)，柵極絕緣層138優(yōu)選通過(guò)層疊厚度為50nm或更多以及200nm或更少的第一柵極絕緣層與第一柵極絕緣層上的厚度為5nm或更多以及300nm或更少的第二柵極絕緣層而形成。
[0079]注意，通過(guò)移除雜質(zhì)而成為本征氧化物半導(dǎo)體或大體上是本征氧化物半導(dǎo)體的氧化物半導(dǎo)體(高度純化的氧化物半導(dǎo)體)對(duì)界面能級(jí)或在界面的電荷捕獲是極其敏感的；因此，當(dāng)這樣的氧化物半導(dǎo)體用于氧化物半導(dǎo)體層時(shí)，氧化物半導(dǎo)體層和柵極絕緣層之間的界面是重要的。因此，待與高度純化的氧化物半導(dǎo)體層接觸的柵極絕緣層138需要為高質(zhì)量的。
[0080]例如，使用微波(2.45GHz)的高密度等離子體CVD法是良好的，這是因?yàn)榭梢杂纱诵纬芍旅艿囊约熬哂懈叱惺茈妷旱母哔|(zhì)量的柵極絕緣層138。以此方式，可以減小界面態(tài)并且當(dāng)高度純化的氧化物半導(dǎo)體層以及高質(zhì)量柵極絕緣層彼此接觸時(shí)，界面特性可以是良好的。
[0081]不必說(shuō)，即使當(dāng)使用這樣的高度純化的氧化物半導(dǎo)體層時(shí)，也是只要可以形成具有良好質(zhì)量的絕緣層作為柵極絕緣層就可以采用另一方法(例如濺射法或等離子體CVD法)。備選地，可以應(yīng)用通過(guò)在其形成之后的熱處理修改其膜質(zhì)量和與氧化物半導(dǎo)體層的界面特性的絕緣層。在任何情況下，可以形成有良好質(zhì)量的以及能夠降低與氧化物半導(dǎo)體層的界面態(tài)的柵極絕緣層138。
[0082]接下來(lái)，在柵極絕緣層138上形成氧化物半導(dǎo)體層并且通過(guò)例如使用掩模蝕刻的方法進(jìn)行處理以便形成具有島狀的氧化物半導(dǎo)體層140 (參照?qǐng)D4E)。
[0083]優(yōu)選使用濺射法形成氧化物半導(dǎo)體層。對(duì)于氧化物半導(dǎo)體層的形成，可以使用四成分金屬氧化物的In-Sn-Ga-Zn-O基氧化物半導(dǎo)體層；三成分金屬氧化物的In-Ga-Zn-O基氧化物半導(dǎo)體層、In-Sn-Zn-O基氧化物半導(dǎo)體層、In-Al-Zn-O基氧化物半導(dǎo)體層、Sn-Ga-Zn-O基氧化物半導(dǎo)體層、Al-Ga-Zn-O基氧化物半導(dǎo)體層或Sn-Al-Zn-O基氧化物半導(dǎo)體層；兩成分金屬氧化物的In-Zn-O基氧化物半導(dǎo)體層、Sn-Zn-O基氧化物半導(dǎo)體層、Al-Zn-O基氧化物半導(dǎo)體層、Zn-Mg-O基氧化物半導(dǎo)體層、Sn-Mg-O基氧化物半導(dǎo)體層或In-Mg-O基氧化物半導(dǎo)體層；或者單成分金屬氧化物的In-O基氧化物半導(dǎo)體層、Sn-O基氧化物半導(dǎo)體層或Zn-O基氧化物半導(dǎo)體層。注意，可以添加硅到金屬氧化物中。例如，氧化物半導(dǎo)體層可以使用以2wt%或更多以及1wt %或更少包含S12的靶形成。
[0084]在它們之間，當(dāng)使用In-Ga-Zn-O基金屬氧化物時(shí)，可以形成具有充分高的電阻以及當(dāng)沒(méi)有電場(chǎng)時(shí)充分地降低截止?fàn)顟B(tài)電流的半導(dǎo)體裝置，或具有高的場(chǎng)效應(yīng)遷移率的半導(dǎo)體裝置。因此，In-Ga-Zn-O基的金屬氧化物優(yōu)選為用于半導(dǎo)體裝置的半導(dǎo)體材料。
[0085]作為In-Ga-Zn-O基金屬氧化物半導(dǎo)體的典型例子，給定由InGaO3 (ZnO)w (?>0)表示的一個(gè)。此外，給定使用M代替Ga的由InMO3 (ZnO) w (沁0)表示的一個(gè)。此處，M指代一個(gè)或多個(gè)選自鎵(Ga)、招(Al)、鐵(Fe)、鎳(Ni)、猛(Mn)、鈷(Co)等的金屬元素。例如，M可以是Ga、Ga和Al、Ga和Fe、Ga和N1、Ga和Mn、Ga和Co等。注意，以上描述的組分來(lái)源于晶體結(jié)構(gòu)并且只是個(gè)例子。
[0086]在本實(shí)施例中，通過(guò)使用用于形成In-Ga-Zn-O基氧化物半導(dǎo)體的靶的濺射法來(lái)形成氧化物半導(dǎo)體層。
[0087]對(duì)于氧化物半導(dǎo)體層的膜形成，在室中以減壓設(shè)置襯底并且襯底溫度優(yōu)選設(shè)置為100 V或更高以及600 V或更低，更優(yōu)選200 V或更高以及400 V或更低。此處，形成氧化物半導(dǎo)體層并且加熱襯底降低包含于氧化物半導(dǎo)體層的雜質(zhì)濃度并且降低由于濺射引起的對(duì)氧化物半導(dǎo)體層的損害。
[0088]然后，在將從其中移除氫、水等的濺射氣體引入到金屬氧化物用作靶的處理室的同時(shí)移除處理室中剩余的水分，由此形成氧化物半導(dǎo)體層。用于氧化物半導(dǎo)體層的膜形成的氣氛優(yōu)選為稀有氣體(典型地，氬)氣氛，氧氣氛或稀有氣體(典型地，氬)和氧的混合氣氛。具體地，優(yōu)選在其中雜質(zhì)(例如氫、水、氫氧根和氫化物)的濃度降低到大約百萬(wàn)分之幾(優(yōu)選十億分之幾)的濃度的高純度氣體氣氛。
[0089]此處，為了在處理室中移除剩余水分，優(yōu)選使用捕獲真空泵。例如，可以使用低溫泵、離子泵或鈦升華泵。抽空單元可以是配備有冷阱的渦輪泵。從用低溫泵抽空的沉積室移除氫原子、包含氫原子的化合物，例如水(H2O)(以及也優(yōu)選包含碳原子的化合物)等，以便可以減小包含于在沉積室中形成的氧化物半導(dǎo)體層的雜質(zhì)的濃度。
[0090]氧化物半導(dǎo)體層形成為具有2nm或更多以及200nm或更少、優(yōu)選5nm或更多以及30nm或更少的厚度。注意，合適的厚度取決于應(yīng)用的氧化物半導(dǎo)體材料，并且氧化物半導(dǎo)體層的厚度可以取決于材料而合適地設(shè)置。
[0091]另外，當(dāng)脈沖直流(DC)電源用于形成氧化物半導(dǎo)體層時(shí)，可以降低在膜形成中生成的粉末物質(zhì)(也稱(chēng)作粒子或塵埃)并且膜厚度可以統(tǒng)一。
[0092]在以下條件下使用濺射法可以形成氧化物半導(dǎo)體層，例如:襯底與靶之間的距離是170mm ;壓力是0.4Pa ;直流(DC)電源是0.5kff ；以及氣氛是氧(氧的流量比是100% )。
[0093]注意，在通過(guò)濺射法形成氧化物半導(dǎo)體層之前，通過(guò)引入氬氣體反濺射并且生成等離子體而優(yōu)選移除附著在柵極絕緣層138的表面的塵埃。此處，反濺射意味著用于通過(guò)表面上的離子撞擊而改善待處理的對(duì)象的表面的質(zhì)量的方法，而一般濺射通過(guò)濺射靶上的離子撞擊而實(shí)現(xiàn)。用于使離子撞擊待處理對(duì)象的表面的方法包括在氬氣氛中在表面上施加高頻電壓并且在襯底附近生成等離子體的方法。注意，可以使用氮?dú)夥?、氦氣氛、氧氣氛等代替氬氣氛?br>[0094]干蝕刻或濕蝕刻可以用于氧化物半導(dǎo)體層的蝕刻。不必說(shuō)，可以采用干蝕刻與濕蝕刻的組合?？梢匀Q于材料合適地設(shè)置蝕刻條件(蝕刻氣體、蝕刻溶液、蝕刻時(shí)間、溫度等)以便氧化物半導(dǎo)體層可以蝕刻為所希望的形狀。
[0095]用于干蝕刻的蝕刻氣體的例子是包含氯的氣體(氯基氣體例如氯(Cl2)、三氯化硼(BC13)、四氯化硅(SiCl4)或四氯化碳(CCl4)等)。備選地，可以使用包含氟的氣體(氟基氣體例如四氟化碳(CF4)、六氟化硫(SF6)、三氟化氮(NF3)或三氟甲烷(CHF3))；溴化氫(HBr );氧(O2);向任何這些添加稀有氣體(例如氦(He)或氬(Ar))的氣體等。
[0096]可以使用平行板反應(yīng)離子蝕刻(RIE)法或感應(yīng)耦合等離子體(ICP)蝕刻法作為干蝕刻法。為了將該層蝕刻為所希望的形狀，合適地設(shè)置蝕刻條件(施加到線(xiàn)圈狀電極的電力量、施加到襯底側(cè)的電極的電力量、襯底側(cè)的電極的溫度等)。
[0097]可以使用磷酸、乙酸和硝酸等的混合溶液作為用于濕蝕刻的蝕刻劑。還可以使用例如 IT007N (由 KANTO CHEMICAL C0.，INC.生產(chǎn))的蝕刻劑。
[0098]接下來(lái)，氧化物半導(dǎo)體層優(yōu)選經(jīng)受第一熱處理。通過(guò)此第一熱處理，氧化物半導(dǎo)體層可以脫水或脫氫。第一熱處理以溫度300°C或更高以及750°C或更低、優(yōu)選400°C或更高以及700°C或更低來(lái)進(jìn)行。例如，引入襯底到使用電阻加熱元件等的電爐并且氧化物半導(dǎo)體層140在氮?dú)夥罩幸詼囟?50°C經(jīng)受熱處理一小時(shí)。在此時(shí)間期間，防止氧化物半導(dǎo)體層140暴露到空氣以防止氫(包括水等)的進(jìn)入。
[0099]注意，熱處理器件不限于電爐，并且可以包含用于通過(guò)由介質(zhì)(例如熱的氣體等)給出的熱傳導(dǎo)或熱輻射來(lái)加熱待處理對(duì)象的裝置。例如可以使用快速熱退火(RTA)器件，例如燈快速熱退火(LRTA)器件或氣體快速熱退火(GRTA)器件。LRTA器件是用于通過(guò)從燈(例如鹵素?zé)簟⒔饘冫u化物燈、氙弧燈、碳弧燈、高壓鈉燈或高壓汞燈)發(fā)射的光輻射(電磁波)來(lái)加熱待處理對(duì)象的器件。GRTA器件是用于使用高溫氣體的熱處理的器件。使用通過(guò)熱處理不與待處理的對(duì)象反應(yīng)的惰性氣體(例如氮)或稀有氣體(例如気)作為氣體。
[0100]例如，作為第一熱處理，GRTA處理可以進(jìn)行如下。在已經(jīng)加熱到650°C到700°C的高溫的惰性氣體中放置襯底，加熱幾分鐘，并且從惰性氣體中取出。GRTA處理使能很短時(shí)間的高溫?zé)崽幚怼４送?，在使用具有低耐熱性的襯底(例如玻璃襯底等)的情況下，因?yàn)樗鼉H僅占用很短的時(shí)間，所以即使當(dāng)溫度超過(guò)襯底的應(yīng)變點(diǎn)時(shí)，此熱處理也是可應(yīng)用的。
[0101]注意，第一熱處理優(yōu)選在包含氮或稀有氣體(例如氦、氖或氬)作為其主成分并且不包含水、氫等的氣氛中進(jìn)行。例如，引入到熱處理器件的氮或稀有氣體(例如氦、氖或氬)的純度是6N (99.9999%)或者更多，優(yōu)選7N (99.99999% )或者更多(B卩，雜質(zhì)的的濃度是Ippm或更少,優(yōu)選0.1ppm或更少)。
[0102]在一些情況下，取決于第一熱處理的條件或氧化物半導(dǎo)體層的材料，氧化物半導(dǎo)體層可以晶體化為包括晶體的氧化物半導(dǎo)體層。另外，取決于第一熱處理的條件或氧化物半導(dǎo)體層的材料，氧化物半導(dǎo)體層可以成為不包含晶體成分的非晶氧化物半導(dǎo)體層。
[0103]此外，氧化物半導(dǎo)體層的電特性可以通過(guò)在非晶表面上提供晶體層而改變。例如，氧化物半導(dǎo)體層的電特性可以通過(guò)形成其中對(duì)準(zhǔn)具有電均質(zhì)性的晶粒的晶體層而改變。這樣的晶體層可以根據(jù)其形狀被稱(chēng)作盤(pán)狀晶體。
[0104]對(duì)氧化物半導(dǎo)體層140進(jìn)行的第一熱處理可以對(duì)具有還沒(méi)有處理為島狀氧化物半導(dǎo)體層140的氧化物半導(dǎo)體層進(jìn)行。在那種情況下，在第一熱處理之后，從加熱器件取出襯底并且進(jìn)行光刻步驟。
[0105]注意，第一熱處理可以對(duì)氧化物半導(dǎo)體層140脫氫(脫水)并且因此可以稱(chēng)為脫氫處理(脫水處理)。能在任何時(shí)機(jī)進(jìn)行此處理，例如，在氧化物半導(dǎo)體層形成后，在源電極或漏電極層疊在氧化物半導(dǎo)體層140上之后、或在源電極和漏電極上形成保護(hù)絕緣層后。此處理可以進(jìn)行多于一次。
[0106]此外，在通過(guò)控制膜形成氣氛等獲得在其中氫充分地降低的氧化物半導(dǎo)體層的情況下，第一熱處理可省略。
[0107]接下來(lái)，形成與氧化物半導(dǎo)體層140接觸的源電極或漏電極142a和源電極或漏電極142b (參照?qǐng)D4F)。可以以形成導(dǎo)電層以便覆蓋氧化物半導(dǎo)體層140然后選擇性地蝕刻的方式來(lái)形成源電極或漏電極142a和源電極或漏電極142b。注意，在一些情況下，取決于材料和蝕刻條件，在此步驟中氧化物半導(dǎo)體層140部分地蝕刻并且從而具有溝部分(凹部分)。
[0108]可以通過(guò)PVD法(例如濺射法)、CVD法(例如等離子體CVD法)形成導(dǎo)電層?？梢允褂眠x自招、鉻、銅、鉭、鈦、鑰和鶴的元素，包含任何以上元素作為其成分的合金等作為導(dǎo)電層的材料。另外，可以使用包含一個(gè)或多個(gè)選自錳、鎂、鋯、鈹和釷的元素作為成分的材料。鋁和一個(gè)或多個(gè)選自鈦、鉭、鎢、鑰、鉻、釹和鈧的元素的組合的材料也可應(yīng)用到導(dǎo)電層的材料。導(dǎo)電層可以具有單層結(jié)構(gòu)或兩個(gè)或者更多層的疊層結(jié)構(gòu)。例如，可以給出包含硅的鋁膜的單層結(jié)構(gòu)，鋁膜以及層疊在其上的鈦膜的雙層結(jié)構(gòu)，在其中鈦膜、鋁膜和鈦膜以此順序?qū)盈B的三層結(jié)構(gòu)等。
[0109]備選地,可以使用導(dǎo)電金屬氧化物形成導(dǎo)電層?？梢允褂醚趸?In2O3)、氧化錫(Sn02)、氧化鋅(ZnO)、氧化銦-氧化錫合金(In2O3-SnO2，在一些情況下縮寫(xiě)為ΙΤ0)、氧化銦-氧化鋅合金(In2O3-ZnO)或任何這些包含硅或氧化硅的金屬氧化物材料作為導(dǎo)電金屬氧化物。
[0110]通過(guò)源電極或漏電極142a的下邊沿部分與源電極或漏電極142b的下邊沿部分之間的距離來(lái)確定晶體管的溝道長(zhǎng)度(L)。在溝道長(zhǎng)度(L)的暴露小于25nm的情況下，在幾個(gè)納米到幾十納米的極短的波長(zhǎng)的極紫外范圍中進(jìn)行暴露以制造用于蝕刻的掩模。在使用極紫外光的暴露中，分辨率高并且焦深大。因此，待形成的晶體管的溝道長(zhǎng)度(L)可以為1nm或者更多以及100nm或更少，由此可以增加電路的操作速度并且可以減小功率消耗。
[0111]注意，優(yōu)選使用氣體(例如隊(duì)0、隊(duì)或Ar)的等離子體處理在以上步驟后進(jìn)行。通過(guò)此等離子體處理，移除附著于暴露的氧化物半導(dǎo)體層的表面的水等。備選地，可以使用包含氧的氣體(例如氧和氬的混合氣體)進(jìn)行等離子體處理。以此方式，供應(yīng)氧給氧化物半導(dǎo)體層并且可以降低由于氧缺乏引起的能隙中的缺陷水平。
[0112]此后，沒(méi)有暴露到空氣而形成與氧化物半導(dǎo)體層140的部分接觸的保護(hù)絕緣層144 (參照?qǐng)D4G)。
[0113]保護(hù)絕緣層144可以通過(guò)合適地采用方法(例如濺射法)形成，通過(guò)其防止雜質(zhì)(例如氫或水)進(jìn)入保護(hù)絕緣層144。保護(hù)絕緣層144形成為具有Inm或者更多的厚度。作為可以用于保護(hù)絕緣層144的材料，有氧化硅、氮化硅、氧氮化硅等。保護(hù)絕緣層144可以具有單層結(jié)構(gòu)或疊層結(jié)構(gòu)。用于保護(hù)絕緣層144的形成的襯底溫度優(yōu)選為室溫或更高以及300°C或更低，優(yōu)選稀有氣體(典型地，氬)氣氛、氧氣氛或稀有氣體(典型地，氬)和氧的混合氣氛。
[0114]當(dāng)氫包含于保護(hù)絕緣層144中時(shí)，引起氫進(jìn)入到氧化物半導(dǎo)體層140、由氫在氧化物半導(dǎo)體層140中取出氧等，并且使氧化物半導(dǎo)體層140的背溝道側(cè)的電阻低，這可以形成寄生溝道。因此，優(yōu)選采用其中不使用氫的形成方法以便保護(hù)絕緣層144包含盡可能少的氫。
[0115]例如，在通過(guò)濺射法形成保護(hù)層144的情況下，使用雜質(zhì)(例如氫、水、氫氧根或氫化物)的濃度降低到大約百萬(wàn)分之幾(優(yōu)選十億分之幾)的高純度氣體作為濺射氣體。此外，優(yōu)選移除剩余在處理室中的水分。
[0116]在本實(shí)施例中，作為保護(hù)絕緣層144，通過(guò)濺射法形成包含氧化硅的絕緣層。
[0117]接下來(lái)，優(yōu)選在惰性氣體氣氛或氧氣氛中進(jìn)行第二熱處理(優(yōu)選在溫度20(TC或更高以及400°C或更低，例如，250°C或更高以及350°C或更低)。例如，在氮?dú)夥罩幸?50°C進(jìn)行第二熱處理一小時(shí)。第二熱處理可以降低晶體管的電特性的變化。另外，通過(guò)第二熱處理，從包含氧的絕緣層供應(yīng)氧到氧化物半導(dǎo)體層并且可以降低由于氧缺乏而引起的能隙中的缺陷水平。注意，第二熱處理的氣氛不限于以上描述的氣氛并且可以是空氣氣氛等。在此情況下，優(yōu)選可以從氣氛中移除氫、水等以便氫不包括于氧化物半導(dǎo)體層中。此外，第二熱處理不是絕對(duì)必要的步驟，由此第二熱處理可省略。
[0118]然后，在保護(hù)絕緣層144上形成層間絕緣層146 (參照?qǐng)D5A)?？梢酝ㄟ^(guò)PVD法、CVD法等形成層間絕緣層146。包含無(wú)機(jī)絕緣材料(例如氧化硅、氧氮化硅、氮化硅、氧化鉿、氧化鋁或氧化鉭)的材料可以用于層間絕緣層146。另外，層間絕緣層146的表面優(yōu)選經(jīng)受CMP、蝕刻等以便在形成層間絕緣層146后進(jìn)行平坦化。
[0119]接下來(lái)，到達(dá)電極136a和136b、源電極或漏電極142a以及源電極或漏電極142b的開(kāi)口在層間絕緣層146、保護(hù)絕緣層144以及柵極絕緣層138中形成；然后，形成導(dǎo)電層148以便填充開(kāi)口(參照?qǐng)D5B)。例如以上開(kāi)口可以通過(guò)使用掩模的蝕刻而形成。例如，掩?？梢酝ㄟ^(guò)使用光掩模的曝光而形成。對(duì)于蝕刻，可以進(jìn)行濕蝕刻或干蝕刻，但是考慮到精細(xì)的構(gòu)圖，干蝕刻是優(yōu)選的。用于導(dǎo)電層148的材料，用于形成導(dǎo)電層148的方法等與用于導(dǎo)電層134的相同，以便對(duì)于這些細(xì)節(jié)可以參照關(guān)于導(dǎo)電層134的描述。
[0120]在導(dǎo)電層148形成后，通過(guò)蝕刻、CMP等移除導(dǎo)電層148的部分以便層間絕緣層146暴露并且形成電極150a、150b、150c以及150d (參照?qǐng)D5C)。注意，當(dāng)通過(guò)移除以上導(dǎo)電層148的部分來(lái)形成電極150a、150b、150c以及150d時(shí)，優(yōu)選進(jìn)行處理以獲得平坦化的表面。通過(guò)平坦化層間絕緣層146以及電極150a、150b、150c和150d的表面，可以在后續(xù)步驟中形