氧化物半導(dǎo)體層206a上層疊源電極和漏電極之后進(jìn)行脫水處理或脫氫處理。另外，此脫水處理或脫氫處理可以實(shí)行一次或多次。
[0166]接下來，形成與氧化物半導(dǎo)體層206a接觸的導(dǎo)電層。選擇性地蝕刻導(dǎo)電層，由此形成源電極或漏電極208a和源電極或漏電極208b (參照?qǐng)D9B)。該步驟與關(guān)于源電極或漏電極142a等的步驟相同。對(duì)于詳細(xì)描述，可以參照前面的實(shí)施例。
[0167]接下來，形成與氧化物半導(dǎo)體層206a的部分接觸的柵極絕緣層212 (參照?qǐng)D9C)。對(duì)于詳細(xì)描述，可以參照關(guān)于前面的實(shí)施例的柵極絕緣層138的描述。
[0168]所形成的柵極絕緣層212期望在惰性氣體氣氛或氧氣氛中經(jīng)受第二熱處理。以溫度200°C或更高以及450°C或更低、優(yōu)選250°C或更高以及350°C或更低進(jìn)行第二熱處理。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。此外，在柵極絕緣層212包含氧的情況下，供應(yīng)氧到氧化物半導(dǎo)體層206a并且填充氧化物半導(dǎo)體層206a中的氧缺乏，由此可以形成i型氧化物半導(dǎo)體層(本征半導(dǎo)體)或極其接近i型的氧化物半導(dǎo)體層。
[0169]注意，在本實(shí)施例中，在形成柵極絕緣層212之后進(jìn)行第二熱處理；然而，第二熱處理的時(shí)機(jī)不限于此。
[0170]接下來，在與氧化物半導(dǎo)體層206a重疊的柵極絕緣層212上的區(qū)域形成柵電極214(參照?qǐng)D9D)。可以在柵極絕緣層212上形成導(dǎo)電層之后形成柵電極214然后選擇性地圖案化。對(duì)于詳細(xì)描述，可以參照關(guān)于前面的實(shí)施例的柵電極136c和柵電極145的描述。
[0171]接下來，在柵極絕緣層212和柵電極214上形成層間絕緣層216和層間絕緣層218(參照?qǐng)D9E)?？梢允褂肞VD法、CVD法等形成層間絕緣層216和層間絕緣層218。包含無機(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216和層間絕緣層218。注意，在本實(shí)施例中，采用層間絕緣層216和層間絕緣層218的疊層結(jié)構(gòu)，但是所公開的發(fā)明不限于此。還可以使用單層結(jié)構(gòu)、兩個(gè)層的疊層結(jié)構(gòu)。
[0172]注意，期望層間絕緣層218形成為有平面化的表面。這是因?yàn)橥ㄟ^將層間絕緣層218形成為具有平面化的表面而電極、布線等可以在層間絕緣層218上良好地形成。
[0173]通過以上過程，完成使用高度純化的氧化物半導(dǎo)體層206a的晶體管250。
[0174]圖9E所示出的晶體管250包括以下部件:在下層襯底200上提供的氧化物半導(dǎo)體層206a (在其間插入絕緣層202)、兩者均電連接到氧化物半導(dǎo)體層206a的源電極或漏電極208a和源電極或漏電極208b、覆蓋氧化物半導(dǎo)體層206a的柵極絕緣層212、源電極或漏電極208a和源電極或漏電極208b、柵極絕緣層212上的柵電極214、柵極絕緣層212和柵電極214上的層間絕緣層216、以及層間絕緣層216上的層間絕緣層218。
[0175]因?yàn)檠趸锇雽?dǎo)體層206a是高度純化的，所以在本實(shí)施例中所示出的晶體管250的氫濃度是5 X 119原子/cm 3或更少，優(yōu)選5 X 10 18原子/cm 3或更少，更優(yōu)選5 X 10 17原子/cm3或更少。此外，氧化物半導(dǎo)體層206a的載流子密度(例如，小于I X 10 12/cm3，優(yōu)選小于1.45X 1kVchi3)充分地小于一般硅晶圓的載流子密度(大約lX1014/cm3)。因此，充分降低截止?fàn)顟B(tài)電流。例如，在溝道長度是10 μ m并且氧化物半導(dǎo)體層的厚度是30nm的情況下，當(dāng)漏極電壓的范圍是大約IV到1V時(shí)，截止?fàn)顟B(tài)電流(當(dāng)柵極與源極之間的電壓是OV或更少時(shí)的漏極電流)是I X KT13A或更少。此外，在室溫的截止?fàn)顟B(tài)電流密度(通過以溝道寬度來除截止?fàn)顟B(tài)電流所獲得的值)是10aA (IaA (attoampere)是1(Γ18Α (安培))/ μ m或更少，優(yōu)選為1aA/ μ m或更少，更優(yōu)選為IaA/ μ m或更少。
[0176]注意，除了截止?fàn)顟B(tài)電流或截止?fàn)顟B(tài)電流密度以外，還可以使用截止?fàn)顟B(tài)電阻(當(dāng)晶體管關(guān)閉時(shí)的電阻值)或截止?fàn)顟B(tài)電阻率(當(dāng)晶體管關(guān)閉時(shí)的電阻率)表示晶體管的特性。此處，可以通過歐姆定律使用截止?fàn)顟B(tài)電流和漏極電壓獲得截止?fàn)顟B(tài)電阻R。另外，可以通過公式P =RA/L使用溝道形成區(qū)域的截面面積A和溝道長度L獲得截止?fàn)顟B(tài)電阻率P。具體地,在以上情況中，截止?fàn)顟B(tài)電阻率是IX 19 Ω.m或者更多(備選地，I X 1kiQ.πι或者更多)。注意，使用氧化物半導(dǎo)體層的厚度d和溝道寬度W由A=dW表示截面面積A。
[0177]當(dāng)使用此高度純化的本征氧化物半導(dǎo)體層206a時(shí)，可以充分地降低晶體管的截止?fàn)顟B(tài)電流。
[0178]注意，在本實(shí)施例中，盡管描述使用晶體管250代替前面的實(shí)施例所示出的晶體管162的情況，但是所公開的發(fā)明不必理解為限制于此。例如，氧化物半導(dǎo)體可以用于所有的晶體管，包括通過充分地增加電特性而包括于集成電路的晶體管。在此情況下，晶體管不需要是如前面的實(shí)施例中描述的疊層結(jié)構(gòu)。注意，為了實(shí)現(xiàn)良好的電路操作，包括氧化物半導(dǎo)體的晶體管的場效應(yīng)遷移率μ優(yōu)選為y>100cm2/V*s。在此情況下，半導(dǎo)體裝置可以使用玻璃襯底等形成。
[0179]在本實(shí)施例中所示出的結(jié)構(gòu)、方法等可以與其他實(shí)施例中所示出的任何結(jié)構(gòu)、方法等合適地組合。
[0180](實(shí)施例5)
接下來，參照?qǐng)D1OA到1E描述使用可以用作前面的實(shí)施例(例如，實(shí)施例1)中的開關(guān)晶體管SI的氧化物半導(dǎo)體來制造晶體管的方法的例子。在本實(shí)施例中，詳細(xì)描述了將具有晶體區(qū)域的第一氧化物半導(dǎo)體層以及通過從第一氧化物半導(dǎo)體層的晶體區(qū)域的晶體生長而獲得的第二氧化物半導(dǎo)體層用作氧化物半導(dǎo)體層的情況。注意，在下文中，作為例子描述頂柵晶體管，但是晶體管的結(jié)構(gòu)沒有必要限制于頂柵晶體管。
[0181]首先，在下層襯底300上形成絕緣層302。此后，在絕緣層302上形成第一氧化物半導(dǎo)體層并且進(jìn)行第一熱處理以晶體化包括第一氧化物半導(dǎo)體層的表面的至少一區(qū)域，以便形成第一氧化物半導(dǎo)體層304 (參照?qǐng)D10A)。
[0182]例如，下層襯底300可以是低于前面的實(shí)施例(圖2A所示出的半導(dǎo)體裝置等)的半導(dǎo)體裝置中的層間絕緣層128中的一部分的結(jié)構(gòu)主體。對(duì)于細(xì)節(jié)，可以參照前面的實(shí)施例。
[0183]絕緣層302作為基底起作用并且以與前面的實(shí)施例中的絕緣層138、保護(hù)絕緣層144等相同的方式形成。對(duì)于詳細(xì)描述，可以參照前面的實(shí)施例。注意，優(yōu)選形成包含盡可能少的氫或水的絕緣層302。
[0184]可以與前面的實(shí)施例中的氧化物半導(dǎo)體層206相同的方式形成第一氧化物半導(dǎo)體層304。對(duì)于第一氧化物半導(dǎo)體層304及其膜形成方法的細(xì)節(jié)，可以參照前面的實(shí)施例。注意，在本實(shí)施例中，第一氧化物半導(dǎo)體層304通過第一熱處理而有意地晶體化；從而用于可以容易地晶體化的氧化物半導(dǎo)體的膜形成的靶優(yōu)選用于形成第一氧化物半導(dǎo)體層304。此外，第一氧化物半導(dǎo)體層304的厚度優(yōu)選為3nm或者更多以及15nm或更少。在本實(shí)施例中，具有5nm厚度的第一氧化物半導(dǎo)體層304作為例子。注意，取決于待應(yīng)用的氧化物半導(dǎo)體材料，半導(dǎo)體裝置的預(yù)期的使用等該合適的厚度不同，并且因此取決于待使用的材料、預(yù)期的用途等合適地設(shè)置該厚度。
[0185]以溫度450°C或更高以及850°C或更低、優(yōu)選550°C或更高以及750°C或更低進(jìn)行第一熱處理。熱處理優(yōu)選進(jìn)行一分鐘或者更多以及24小時(shí)或更少。第一熱處理的氣氛優(yōu)選為其中不包括氫、水等的氣氛。例如，氣氛可以是其中充分地移除水的氮?dú)夥铡⒀鯕夥?、稀有氣體(例如氦、氖和氬)氣氛等。
[0186]對(duì)于熱處理器件，除了電爐以外，還可以使用用于通過由介質(zhì)(例如熱的氣體等)給出的熱傳導(dǎo)或熱輻射來加熱待處理的對(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器件是用于通過從燈(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)發(fā)射的光輻射(電磁波)來加熱待處理的對(duì)象的器件。GRTA器件是用于使用高溫氣體的熱處理的器件。使用通過熱處理不與待處理對(duì)象反應(yīng)的惰性氣體(例如氮)或稀有氣體(例如気)作為該氣體。
[0187]至少包括第一氧化物半導(dǎo)體層304的表面的區(qū)域通過第一熱處理晶體化。晶體從第一氧化物半導(dǎo)體層304的表面生長到第一氧化物半導(dǎo)體層304的內(nèi)部，由此形成晶體區(qū)域。注意，在一些情況下，晶體區(qū)域包含其平均厚度是2nm或者更多以及1nm或更少的盤狀晶體。此外，在一些情況下，晶體區(qū)域包含其c軸對(duì)準(zhǔn)垂直于氧化物半導(dǎo)體層的表面的方向的晶體。
[0188]另外，當(dāng)通過第一熱處理形成晶體區(qū)域時(shí)優(yōu)選從第一氧化物半導(dǎo)體層304移除氫(包括水和氫氧基)等。在移除氫等的情況下，第一熱處理可以以6N (99.9999%)或者更多(即，雜質(zhì)的濃度是Ippm或更少)的純度在例如氮?dú)夥铡⒀鯕夥蘸拖∮袣怏w(例如氦、氖和氬)氣氛的氣氛中進(jìn)行。更優(yōu)選地，可以使用純度是7N (99.99999%)或者更多(B卩，雜質(zhì)的濃度是0.1ppm或更少)的氣氛。此外,第一熱處理可以在20ppm或更低、優(yōu)選Ippm或更低的H2O濃度的超干空氣中進(jìn)行。
[0189]此外，當(dāng)通過第一熱處理形成晶體區(qū)域時(shí)優(yōu)選供應(yīng)氧到第一氧化物半導(dǎo)體層304。例如，通過改變熱處理的氣氛到氧氣氛等，可以供應(yīng)氧到第一氧化物半導(dǎo)體層304。
[0190]在本實(shí)施例中，在氮?dú)夥障乱?00°C進(jìn)行熱處理一小時(shí)作為第一熱處理并且從氧化物半導(dǎo)體層移除氫等。此后，通過改變氣氛到氧氣氛，供應(yīng)氧到第一氧化物半導(dǎo)體層304的內(nèi)部。注意，第一熱處理的主要目標(biāo)是晶體區(qū)域的格式，以便可以額外地進(jìn)行其目標(biāo)是移除氫等并且供應(yīng)氧的另一處理。例如，在用于移除氫等的熱處理以及用于供應(yīng)氧的處理進(jìn)行之后可以進(jìn)行用于晶體化的熱處理。
[0191]通過此第一熱處理可以獲得具有晶體區(qū)域以及從其中移除氫(包括水和氫氧基)等并且供應(yīng)氧到其的第一氧化物半導(dǎo)體層304。
[0192]接下來，在至少在包括表面的區(qū)域具有晶體區(qū)域的第一氧化物半導(dǎo)體層304上形成第二氧化物半導(dǎo)體層306 (參照?qǐng)D10B)。
[0193]第二氧化物半導(dǎo)體層306可以以與前面的實(shí)施例中的氧化物半導(dǎo)體層206相同的方式形成。對(duì)于第二氧化物半導(dǎo)體層306及其膜形成方法的細(xì)節(jié)可以參照前面的實(shí)施例。注意，優(yōu)選第二氧化物半導(dǎo)體層306形成為具有的厚度大于第一氧化物半導(dǎo)體層304的厚度。另外，優(yōu)選第二氧化物半導(dǎo)體層306形成為使得第一氧化物半導(dǎo)體層304和第二氧化物半導(dǎo)體層306的厚度的和為3nm或者更多以及50nm或更少。注意，取決于氧化物半導(dǎo)體材料、期望的用途等合適的厚度不同，并且因此取決于材料、期望的用途等合適地設(shè)置厚度。
[0194]對(duì)于第二氧化物半導(dǎo)體層306，優(yōu)選使用具有與第一氧化物半導(dǎo)體層304的材料相同的主成分的材料，例如，其晶格常數(shù)在晶體化后接近于第一氧化物半導(dǎo)體層304的晶格常數(shù)(晶格不匹配為1%或更少)的材料。這是因?yàn)?，在使用具有相同的主成分的材料的情況下，通過使用第一氧化物半導(dǎo)體層304的晶體區(qū)域作為種子，晶體可以在第二氧化物半導(dǎo)體層306晶體化中容易地生長。此外，在使用具有相同的主成分的材料的情況下，第一氧化物半導(dǎo)體層304與第二氧化物半導(dǎo)體層306之間的界面的物理性質(zhì)和電特性是良好的。
[0195]注意，當(dāng)通過晶體化獲得所希望的膜質(zhì)量時(shí)，具有不同的主成分的材料可以用于形成第二氧化物半導(dǎo)體層306。
[0196]接下來，對(duì)第二氧化物半導(dǎo)體層306進(jìn)行第二熱處理，以便通過使用第一氧化物半導(dǎo)體層304的晶體區(qū)域的作為種子而生長晶體以形成第二氧化物半導(dǎo)體層306a(參照?qǐng)D10C)。
[0197]第二熱處理的溫度是450°C或更高以及850°C或更低，優(yōu)選為600°C或更高以及700°C或更低。進(jìn)行第二熱處理一分鐘或者更多以及100小時(shí)或更少，優(yōu)選5小時(shí)或者更多以及20小時(shí)或更少，并且典型地10小時(shí)。注意，第二熱處理中還優(yōu)選氫、水等不包含于處理氣氛中。
[0198]氣氛的細(xì)節(jié)和熱處理的效果與第一熱處理的相同。可以使用的熱處理器件與第一熱處理的相同。例如，在增加第二熱處理的溫度時(shí)，爐子內(nèi)部的氣氛設(shè)置為氮?dú)夥找约霸谶M(jìn)行冷卻時(shí)，爐子的氣氛設(shè)置為氧氣氛。因此，可以在氮?dú)夥障乱瞥龤涞炔⑶铱梢栽谘鯕夥障鹿?yīng)氧。
[0199]進(jìn)行如以上描述的第二熱處理，由此晶體從在第一氧化物半導(dǎo)體層304中形成的晶體區(qū)域生長到第二氧化物半導(dǎo)體層306的整個(gè)區(qū)；從而可以形成第二氧化物半導(dǎo)體層306a。另外，可以形成從其中移除氫(包括水和氫氧基)以及供應(yīng)氧到其的第二氧化物半導(dǎo)體層306a。此外，可以通過進(jìn)行第二熱處理而增加第一氧化物半導(dǎo)體層304的晶體區(qū)域的定向。
[0200]例如，在In-Ga-Zn-O基氧化物半導(dǎo)體材料用于第二氧化物半導(dǎo)體層306a的情況下，第二氧化物半導(dǎo)體層306a可以包含由InGaO3 (ZnO)w (#0并且?不是自然數(shù))表示的晶體、由In2Ga2ZnO7 (In:Ga:Zn:0=2:2:1:7)表不的晶體等。對(duì)準(zhǔn)此晶體以便通過第_■熱處理其c軸垂直于第二氧化物半導(dǎo)體層306b的表面。
[0201]此處，晶體包括任何In、Ga和Zn，并且可以認(rèn)為具有平行于a軸和b軸的層的疊層結(jié)構(gòu)。具體地，晶體具有在c軸方向?qū)盈B有其中包含In的層以及不包含In的層(包含Ga或Zn的層)的結(jié)構(gòu)。
[0202]在In-Ga-Zn-O基氧化物半導(dǎo)體晶體中，在平行于包含In的層的a軸和b軸的方向的導(dǎo)電性是良好的。這是由于In-Ga-Zn-O基氧化物半導(dǎo)體晶體中的導(dǎo)電性主要由In控制的事實(shí)以及一個(gè)In原子的5s軌道與相鄰的In原子的5s軌道重疊的事實(shí)并且由此形成載流子路徑。
[0203]另外，在第一氧化物半導(dǎo)體層304具有在與絕緣層302的界面包括非晶區(qū)域的結(jié)構(gòu)的情況下，通過第二熱處理，晶體從在第一氧化物半導(dǎo)體層304的表面形成的晶體區(qū)域向著第一氧化物半導(dǎo)體層304的底部部分生長，由此，在一些情況下非晶區(qū)域晶體化。注意，在一些情況下，取決于包括于絕緣層302的材料、第二熱處理的條件等而保留非晶區(qū)域。
[0204]在具有相同的主成分的氧化物半導(dǎo)體材料用于第一氧化物半導(dǎo)體層304和第二氧化物半導(dǎo)體層306的情況下，在一些情況下，第一氧化物半導(dǎo)體層304和第二氧化物半導(dǎo)體層306a具有相同的晶體結(jié)構(gòu)，如圖1OC所示。因此，盡管第一氧化物半導(dǎo)體層304與第二氧化物半導(dǎo)體層306a之間的邊界在圖1OC中通過虛線指示，但是可以不發(fā)現(xiàn)邊界，因此在一些情況下可以認(rèn)為第一氧化物半導(dǎo)體層304和第二氧化物半導(dǎo)體層306a是相同的層。
[0205]接下來，通過例如使用掩模的蝕刻的方法處理第一氧化物半導(dǎo)體層304和第二氧化物半導(dǎo)體層306a，以便形成島狀的第一氧化物半導(dǎo)體層304a和島狀的第二氧化物半導(dǎo)體層306b (參照?qǐng)D10D)。
[0206]干蝕刻或濕蝕刻可以用于第一氧化物半導(dǎo)體層304和第二氧化物半導(dǎo)體層306a的蝕刻。不必說，可以采用干蝕刻與濕蝕刻的組合。取決于材料可以合適地設(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?？梢砸耘c前面的實(shí)施例中的半導(dǎo)體層的蝕刻相同的方式進(jìn)行第一氧化物半導(dǎo)體層304和第二氧化物半導(dǎo)體層306a的蝕刻。對(duì)于詳細(xì)描述，可以參照前面的實(shí)施例。
[0207]注意，在氧化物半導(dǎo)體層之間，待成為溝道形成區(qū)域的區(qū)域優(yōu)選具有平坦表面。例如，在與柵電極(溝道形成區(qū)域)重疊的區(qū)域中，在第二氧化物半導(dǎo)體層306b的表面的高度的差別優(yōu)選為Inm或更少(更優(yōu)選為0.2nm或更少)。
[0208]接下來，形成導(dǎo)電層以便與第二氧化物半導(dǎo)體層306b接觸。此后，選擇性地蝕刻導(dǎo)電層，由此形成源電極或漏電極308a和源電極或漏電極308b(參照?qǐng)D10D)。可以與前面的實(shí)施例中的源電極或漏電極142a和142b相同的方式形成源電極或漏電極308a和308b。對(duì)于詳細(xì)描述，可以參