專利名稱：半導(dǎo)體裝置的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體裝置及半導(dǎo)體裝置的制造方法。另外，在本說(shuō)明書(shū)中半導(dǎo)體裝置是指能夠通過(guò)利用半導(dǎo)體特性而工作的所有裝置，因此電光裝置、半導(dǎo)體電路以及電子設(shè)備都是半導(dǎo)體裝置。
背景技術(shù)：
近年，使用形成在具有絕緣表面的襯底上的半導(dǎo)體薄膜構(gòu)成晶體管的技術(shù)備受關(guān)注。該晶體管被廣泛地應(yīng)用于集成電路(IC)及圖像顯示裝置(顯示裝置)等電子設(shè)備。作為可以用于晶體管的半導(dǎo)體薄膜，硅類半導(dǎo)體材料廣為周知，除此之外，作為其他材料，氧化物半導(dǎo)體受到關(guān)注。例如，已經(jīng)公開(kāi)有ー種作為活性層使用電子載流子濃度低于IO1Vcm3的包含銦(In)、鎵(Ga)及鋅(Zn)的非晶氧化物的晶體管(參照專利文獻(xiàn)I)。[專利文獻(xiàn)I]日本專利申請(qǐng)公開(kāi)2006-165528號(hào)公報(bào)但是，氧化物半導(dǎo)體在裝置制造エ序中有可能由于形成電子給體的氫或水的混入等或氧從氧化物半導(dǎo)體脫離導(dǎo)致導(dǎo)電率變化。該現(xiàn)象是導(dǎo)致使用氧化物半導(dǎo)體的晶體管的電特性變動(dòng)的主要原因。尤其是，由于具有該晶體管的半導(dǎo)體裝置或電子設(shè)備的制造エ序中的熱處理，存在來(lái)自大氣的水或氫侵入且擴(kuò)散到氧化物半導(dǎo)體層中而使已形成的晶體管的電特性發(fā)生變動(dòng)。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述問(wèn)題，本發(fā)明的ー個(gè)方式的目的之ー是對(duì)使用氧化物半導(dǎo)體的半導(dǎo)體裝置賦予穩(wěn)定的電特性而使其具有高可靠性。在包括氧化物半導(dǎo)體層的晶體管的制造エ序中，在氧化物半導(dǎo)體層上以與其接觸的方式形成柵極絕緣膜，在柵極絕緣膜上形成柵電極層，并且在柵極絕緣膜及柵電極層上以與其接觸的方式形成氧化鋁膜，由此可以防止由于具有該晶體管的半導(dǎo)體裝置或電子設(shè)備的制造エ序中的熱處理來(lái)自大氣的水或氫侵入且擴(kuò)散到氧化物半導(dǎo)體層中。所公開(kāi)的發(fā)明的ー個(gè)方式是ー種半導(dǎo)體裝置的制造方法，包括如下步驟形成基底絕緣膜；在所述基底絕緣膜上以與其接觸的方式形成氧化物半導(dǎo)體層；在所述氧化物半導(dǎo)體層上形成源電極層及漏電極層；在所述氧化物半導(dǎo)體層、源電極層及漏電極層上以與其接觸的方式形成柵極絕緣膜；在所述柵極絕緣膜上的與所述氧化物半導(dǎo)體層重疊的區(qū)域上形成柵電極層；在所述柵極絕緣膜及所述柵電極層上以與其接觸的方式形成氧化鋁膜而制造晶體管；對(duì)所述晶體管進(jìn)行熱處理；以及將所述氧化鋁膜的厚度設(shè)定為大于50nm且為500nm以下。所公開(kāi)的發(fā)明的ー個(gè)方式是ー種半導(dǎo)體裝置的制造方法，包括如下步驟形成基底絕緣膜；在所述基底絕緣膜上以與其接觸的方式形成氧化物半導(dǎo)體層；在所述氧化物半導(dǎo)體層上形成源電極層及漏電極層；在所述氧化物半導(dǎo)體層、源電極層及漏電極層上以與其接觸的方式形成柵極絕緣膜；在所述柵極絕緣膜上的與所述氧化物半導(dǎo)體層重疊的區(qū)域上形成柵電極層；在所述柵極絕緣膜及所述柵電極層上以與其接觸的方式形成氧化鋁膜；對(duì)所述氧化物半導(dǎo)體層進(jìn)行熱處理；以及將所述氧化鋁膜的厚度設(shè)定為大于50nm且為500nm以下。另外，在上述半導(dǎo)體裝置的制造方法中，優(yōu)選在形成氧化物半導(dǎo)體層之后對(duì)氧化物半導(dǎo)體層進(jìn)ー步進(jìn)行熱處理。另外，在上述半導(dǎo)體裝置的制造方法中，還可以在氧化鋁膜上形成層間絕緣膜。另外，在上述半導(dǎo)體裝置的制造方法中，優(yōu)選層間絕緣膜為氧氮化硅。另外，在上述半導(dǎo)體裝置的制造方法中，還可以在形成柵電極層之后，利用離子摻雜法或離子注入法對(duì)氧化物半導(dǎo)體層添加雜質(zhì)元素。
另外，在上述半導(dǎo)體裝置的制造方法中.優(yōu)選邊加熱邊形成氧化物半導(dǎo)體層。另外，在上述半導(dǎo)體裝置的制造方法中，優(yōu)選基底絕緣膜及柵極絕緣膜中的至少ー個(gè)包括與化學(xué)計(jì)量比相比氧含量過(guò)剩的區(qū)域。另外，在上述半導(dǎo)體裝置的制造方法中，優(yōu)選根據(jù)氧化物半導(dǎo)體層上相鄰的源電極層與漏電極層之間的間隔寬度形成的溝道長(zhǎng)度為2 y m以下。在晶體管的制造エ序中，通過(guò)在依次形成氧化物半導(dǎo)體層、源電極層、漏電極層、柵極絕緣膜、柵電極層之后，在柵極絕緣膜及柵電極層上以與其接觸的方式形成厚度大于50nm且在500nm以下的氧化鋁膜，可以防止由于具有該晶體管的半導(dǎo)體裝置或電子設(shè)備的制造エ序中的熱處理來(lái)自大氣的水或氫侵入且擴(kuò)散到氧化物半導(dǎo)體層中。另外，同時(shí)還可以防止氧從氧化物半導(dǎo)體層脫離。由此，使用氧化物半導(dǎo)體的半導(dǎo)體裝置具有穩(wěn)定的電特性而能夠?qū)崿F(xiàn)高可靠性。


圖IA和IB是說(shuō)明半導(dǎo)體裝置的ー個(gè)方式的平面圖及截面圖；圖2A至2C是說(shuō)明說(shuō)明半導(dǎo)體裝置的ー個(gè)方式的制造方法的截面圖；圖3A至3C是說(shuō)明說(shuō)明半導(dǎo)體裝置的ー個(gè)方式的制造方法的截面圖；圖4A至4C是說(shuō)明半導(dǎo)體裝置的ー個(gè)方式的圖；圖5是說(shuō)明半導(dǎo)體裝置的ー個(gè)方式的圖；圖6是說(shuō)明半導(dǎo)體裝置的ー個(gè)方式的圖；圖7是說(shuō)明半導(dǎo)體裝置的ー個(gè)方式的圖；圖8A和8B是說(shuō)明半導(dǎo)體裝置的ー個(gè)方式的圖；圖9A至9C是說(shuō)明半導(dǎo)體裝置的ー個(gè)方式的圖；圖IOA至IOF是示出電子設(shè)備的圖；圖11A1、11A2、11B1、11B2是示出比較例樣品A的SMS數(shù)據(jù)的圖；圖12A1、12A2、12B1、12B2是示出實(shí)施例樣品A的SMS數(shù)據(jù)的圖；圖13A至圖13D是示出比較例樣品A的TDS數(shù)據(jù)的圖；圖14A至圖14D是示出實(shí)施例樣品B的TDS數(shù)據(jù)的圖；圖15是示出使用比較例樣品C的晶體管的特性的圖16是示出使用實(shí)施例樣品C的晶體管的特性的圖。本發(fā)明的選擇圖為圖3A至3C。
具體實(shí)施例方式下面，使用附圖詳細(xì)地說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式。但是，本發(fā)明不局限于以下說(shuō)明，所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以很容易地理解一個(gè)事實(shí)，就是本發(fā)明在不脫離其宗旨及其范圍的條件下，其方式及詳細(xì)內(nèi)容可以被變換為各種各樣的形式。因此，本發(fā)明不應(yīng)該被解釋為僅限定于以下所示的實(shí)施方式的記載內(nèi)容中。注意，當(dāng)利用

發(fā)明結(jié)構(gòu)時(shí)，在不同的附圖中共同使用表示相同對(duì)象的符號(hào)。此外，當(dāng)表示相同的部分時(shí)，有時(shí)利用相同的陰影線，而不特別附加附圖標(biāo)記。另外，為了方便起見(jiàn)，有時(shí)不在俯視圖中表示絕緣膜。注意，在以下說(shuō)明中，第一、第二等序數(shù)詞是為了便于說(shuō)明而使用的，其并不代表對(duì)數(shù)量的限定。 實(shí)施方式I在本實(shí)施方式中，參照?qǐng)DIA至圖3C對(duì)本發(fā)明的ー個(gè)方式的具有晶體管的半導(dǎo)體裝置的制造方法進(jìn)行說(shuō)明。圖IA和IB示出頂柵頂接觸型的晶體管150的平面圖及截面圖。圖IA是平面圖，圖IB是沿著圖IA中的線A-B的截面圖。另外，在圖IA中，為了簡(jiǎn)化起見(jiàn)，省略晶體管150的構(gòu)成要素的一部分(例如，絕緣膜114等)。<本實(shí)施方式中的半導(dǎo)體裝置的結(jié)構(gòu)>圖IA和IB是使用本實(shí)施方式的方法制造的半導(dǎo)體裝置的結(jié)構(gòu)例。圖IA和IB所示的晶體管150包括襯底100 ;形成在襯底100上的基底絕緣膜102 ;基底絕緣膜102上的以與其接觸的方式形成的氧化物半導(dǎo)體層106 ;形成在氧化物半導(dǎo)體層106上的源電極層108a及漏電極層108b ;氧化物半導(dǎo)體層106、源電極層108a及漏電極層108b上的以與其接觸的方式形成的柵極絕緣膜110 ;形成在柵極絕緣膜110上的重疊于氧化物半導(dǎo)體層106的區(qū)域上的柵電極層112 ;柵極絕緣膜110及柵電極層112上的以與其接觸的方式形成的絕緣膜114 ;形成在絕緣膜114上的層間絕緣膜116。另外，在形成柵電極層112之后，對(duì)氧化物半導(dǎo)體層106添加雜質(zhì)元素，而在與源電極層108a、漏電極層108b及柵電極層112重疊的區(qū)域中形成第一區(qū)域106a，在不與源電極層108a、漏電極層108b及柵電極層112重疊的區(qū)域中形成第二區(qū)域106b、第二區(qū)域106c?！幢緦?shí)施方式中的半導(dǎo)體裝置的制造方法〉使用圖2A至2C和圖3A至3C說(shuō)明晶體管150的制造方法。首先，在襯底100上形成基底絕緣膜102，在基底絕緣膜102上以與其接觸的方式選擇性地形成氧化物半導(dǎo)體層106 (參照?qǐng)D2A)。作為襯底100，使用具有絕緣表面的襯底即可。例如，可以使用玻璃襯底、石英襯底、表面上形成有絕緣膜的半導(dǎo)體襯底或表面上形成有絕緣膜的不銹鋼襯底等。作為基底絕緣膜102，可以利用濺射法使用氧化硅、氮化硅、氧氮化硅或氮氧化硅等形成。另外，基底絕緣膜102也可以以含有氧化鋁、氧化鉭、氧化鉿、氧化釔、硅酸鉿(HfSixOy (x > O、y > 0))、添加有氮的硅酸鉿(HfSixOyU > O、y > 0))、添加有氮的鋁酸鉿(HfAlxOy (x > 0、y > 0))等的方式形成。優(yōu)選盡量地去除與氧化物半導(dǎo)體層106接觸的基底絕緣膜102中的水及氫。另外，基底絕緣膜102既可以為單層也可以為多個(gè)層的疊層。注意，在本說(shuō)明書(shū)中，氧氮化硅等的“氧氮化物”是指在其組成中氧含量大于氮含量的物質(zhì)。另外，在本說(shuō)明書(shū)中，氮氧化硅等的“氮氧化物”是指在其組成中氮含量大于氧含量的物質(zhì)。在圖IA和IB所示的晶體管150中，優(yōu)選基底絕緣膜102或柵極絕緣膜110中的至少一方包括與化學(xué)計(jì)量比相比氧含量過(guò)剩的區(qū)域。此時(shí)，將氧含量設(shè)定為大于基底絕緣膜或柵極絕緣膜的化學(xué)計(jì)量比。例如，當(dāng)采用其組成由SiOxU > 0)表示的氧化硅膜吋，因?yàn)檠趸璧幕瘜W(xué)計(jì)量比是Si 0= I 2，所以優(yōu)選使用具有X超過(guò)2的氧過(guò)剩區(qū)域的氧化硅膜。該氧過(guò)剩區(qū)域存在于氧化硅膜的一部分(包含界面)即可。當(dāng)與氧化物半導(dǎo)體層106接觸的絕緣膜具有與化學(xué)計(jì)量比相比氧含量過(guò)剩的區(qū) 域時(shí)，可以防止氧從氧化物半導(dǎo)體層106移動(dòng)到與其接觸的絕緣膜中，并且可以由與氧化物半導(dǎo)體層106接觸的絕緣膜對(duì)氧化物半導(dǎo)體層106供應(yīng)氧。作為形成氧化物半導(dǎo)體層106的氧化物半導(dǎo)體使用本征(i型)化或?qū)嵸|(zhì)上本征(i型)化的氧化物半導(dǎo)體，該氧化物半導(dǎo)體是通過(guò)去除了雜質(zhì)并盡量不包含氧化物半導(dǎo)體的主要成分以外的載流子給體的雜質(zhì)的方式而被高純度化的氧化物半導(dǎo)體。氧化物半導(dǎo)體層106為單晶、多晶(也稱為多晶體)或非晶等的狀態(tài)。作為用作氧化物半導(dǎo)體層106的層，例如可以使用利用濺射法等形成的至少含有選自In、Ga、Sn及Zn中的ー種以上的元素的氧化物半導(dǎo)體。例如，可以使用四元金屬氧化物的In-Sn-Ga-Zn-O類氧化物半導(dǎo)體；三元金屬氧化物的In-Ga-Zn-O類氧化物半導(dǎo)體、In-Sn-Zn-O類氧化物半導(dǎo)體、In-Al-Zn-O類氧化物半導(dǎo)體、Sn-Ga-Zn-O類氧化物半導(dǎo)體、Al-Ga-Zn-O類氧化物半導(dǎo)體、Sn-Al-Zn-O類氧化物半導(dǎo)體；ニ元金屬氧化物的In-Zn-O類氧化物半導(dǎo)體、Sn-Zn-O類氧化物半導(dǎo)體、Al-Zn-O類氧化物半導(dǎo)體、Zn-Mg-O類氧化物半導(dǎo)體、Sn-Mg-O類氧化物半導(dǎo)體、In-Mg-O類氧化物半導(dǎo)體、In-Ga-O類氧化物半導(dǎo)體；單元金屬氧化物的In-O類氧化物半導(dǎo)體、Sn-O類氧化物半導(dǎo)體、Zn-O類氧化物半導(dǎo)體等。此外，也可以在上述氧化物半導(dǎo)體中含有In、Ga、Sn、Zn以外的元素，例如Si02。例如，In-Ga-Zn-O類氧化物半導(dǎo)體是指含有銦(In)、鎵(Ga)、鋅(Zn)的氧化物半導(dǎo)體，并且對(duì)其組成比沒(méi)有限制。另外，作為氧化物半導(dǎo)體層106，可以使用由化學(xué)式InMO3 (Zn0)m(m>0)表示的薄膜。在此，M表示選自Zn、Ga、Al、Mn及Co中的ー種或多種金屬元素。例如，作為M，有Ga、Ga及Al、Ga及Mn或Ga及Co等。當(dāng)作為氧化物半導(dǎo)體采用In-Ga-Zn-O類材料吋，作為所使用的靶材，例如可以使用組成比為In2O3 Ga2O3 ZnO = I I I [摩爾比]的氧化物半導(dǎo)體成膜用靶材。另夕卜，不局限于該祀材的材料及組成，例如也可以使用In2O3 Ga2O3 : ZnO=I : I : 2[摩爾比]的氧化物半導(dǎo)體成膜用靶材。另外，當(dāng)作為氧化物半導(dǎo)體使用In-Zn-O類材料吋，將所使用的靶材的組成比設(shè)定為使原子數(shù)比為In : Zn = 50 : I至I : 2 (換算為摩爾比則為In2O3 ZnO = 25 I至I : 4)，優(yōu)選設(shè)定為In : Zn = 20 : I至I : I (換算為摩爾比則為In2O3 ZnO =10 : I至I : 2)，更優(yōu)選為In Zn =15 I至I. 5 I (換算為摩爾比則為In2O3 ZnO=15 2至3 4)。例如，作為用來(lái)形成In-Zn-O類氧化物半導(dǎo)體的靶材，當(dāng)原子數(shù)比為In Zn 0 = X Y Z 時(shí),滿足 Z > I. 5X+Y。另夕卜，作為氧化物半導(dǎo)體層106,也可以使用CAAC-OS(C Axis AlignedCrystalline Oxide Semiconductor :C軸取向結(jié)晶氧化物半導(dǎo)體)膜。CAAC-OS膜不是完全的單晶，也不是完全的非晶。CAAC-OS膜是在非晶相中具有結(jié)晶部及非晶部的結(jié)晶-非晶混合相結(jié)構(gòu)的氧化物半導(dǎo)體膜。另外，在很多情況下，該結(jié)晶部的尺寸為能夠容納在一邊短于IOOnm的立方體內(nèi)的尺寸。另外，在使用透射電子顯微鏡(TEM !Transmission Electron Microscope)觀察時(shí)的圖像中，包括在CAAC-0S膜中的非晶部與結(jié)晶部的邊界不明確。另外，在利用TEM觀察時(shí)的圖像中，在CAAC-OS膜中不能觀察到晶界(grain boundary)。因此,在CAAC-OS膜中，起因于晶界的電子遷移率的降低得到抑制。包括在CAAC-OS膜中的結(jié)晶部的c軸在平行于CAAC-0S膜的被形成面的法線向量 或表面的法線向量的方向上一致，在從垂直于ab面的方向看時(shí)具有三角形或六角形的原子排列，且在從垂直于c軸的方向看時(shí)，金屬原子排列為層狀或者金屬原子和氧原子排列為層狀。另外，不同結(jié)晶部的a軸及b軸的方向也可以彼此不同。在本說(shuō)明書(shū)中，在只記載“垂直”時(shí)，也包括85°以上且95°以下的范圍。另外，在只記載“平行”時(shí)，也包括-5°以上且5°以下的范圍。另外，在CAAC-OS膜中，結(jié)晶部的分布也可以不均勻。例如，在CAAC-OS膜的形成過(guò)程中，在從氧化物半導(dǎo)體膜的表面ー側(cè)進(jìn)行結(jié)晶生長(zhǎng)時(shí)，與被形成面近旁相比，有時(shí)在表面近旁結(jié)晶部所占的比率高。另外，通過(guò)對(duì)CAAC-OS膜添加雜質(zhì)，有時(shí)在該雜質(zhì)添加區(qū)中結(jié)晶部廣生非晶化。因?yàn)榘ㄔ贑AAC-OS膜中的結(jié)晶部的c軸在平行于CAAC-OS膜的被形成面的法線向量或表面的法線向量的方向上一致，所以有時(shí)根據(jù)CAAC-OS膜的形狀(被形成面的截面形狀或表面的截面形狀)朝向彼此不同的方向。另外，結(jié)晶部的c軸方向是平行于形成CAAC-OS膜時(shí)的被形成面的法線向量或表面的法線向量的方向。通過(guò)進(jìn)行成膜或在成膜之后進(jìn)行熱處理等的結(jié)晶生長(zhǎng)處理來(lái)形成結(jié)晶部。使用CAAC-OS膜的晶體管可以降低因照射可見(jiàn)光或紫外光而產(chǎn)生的電特性變動(dòng)。因此，該晶體管的可■性尚。在通過(guò)濺射法形成氧化物半導(dǎo)體層106吋，優(yōu)選盡可能地降低氧化物半導(dǎo)體層106所包含的氫濃度。為了降低氫濃度，作為供應(yīng)到濺射裝置的處理室內(nèi)的氣氛氣體，適當(dāng)?shù)厥褂萌コ藲洹⑺?、羥基或氫化物等雜質(zhì)的高純度稀有氣體(典型地，氬)、氧或稀有氣體和氧的混合氣體。再者，作為該處理室的排氣，使用排出水的能力高的低溫泵或排出氫的能力高的濺射離子泵，即可。在形成氧化物半導(dǎo)體層106后，優(yōu)選對(duì)氧化物半導(dǎo)體層106進(jìn)行熱處理(第一熱處理)。通過(guò)該第一熱處理，可以去除氧化物半導(dǎo)體層106中的過(guò)剩的氫(包括水及羥基)。第一熱處理的溫度為250°C以上且700°C以下，優(yōu)選為450°C以上且600°C以下。另外，優(yōu)選第一熱處理的溫度低于襯底100的應(yīng)變點(diǎn)。作為熱處理，例如，可以將被處理物放入使用電阻發(fā)熱體等的電爐中，并在氮?dú)夥障乱?50°C加熱I小吋。在該期間，不便氧化物半導(dǎo)體層106接觸于大氣，以避免水或氫的混入。熱處理裝置不限于電爐，還可以使用利用被加熱的氣體等的介質(zhì)的熱傳導(dǎo)或熱輻射來(lái)加熱被處理物的裝置。例如，可以使用LRTA(Lamp Rapid Thermal Anneal :燈快速熱退火)裝置、GRTA(Gas Rapid Thermal Anneal :氣體快速熱退火)裝置等RTA(Rapid ThermalAnneal :快速熱退火)裝置。LRTA裝置是通過(guò)利用從鹵素?zé)?、金鹵燈、氙弧燈、碳弧燈、高壓鈉燈或者高壓汞燈等的燈發(fā)射的光(電磁波)的輻射來(lái)加熱被處理物的裝置。GRTA裝置是使用高溫氣體進(jìn)行熱處理的裝置 。作為氣體，使用氬等的稀有氣體或氮等的即使進(jìn)行熱處理也不與被處理物產(chǎn)生反應(yīng)的惰性氣體。例如，作為第一熱處理，也可以采用GRTA處理，即將被處理物放入被加熱的惰性氣體氣氛中，進(jìn)行幾分鐘的加熱，然后從該惰性氣體氣氛中取出被處理物。通過(guò)使用GRTA處理，可以在短時(shí)間內(nèi)進(jìn)行高溫?zé)崽幚?。另外，即使溫度條件超過(guò)被處理物的耐熱溫度，也可以應(yīng)用該方法。另外，作為惰性氣體氣氛，優(yōu)選采用以氮或稀有氣體(氦、氖、氬等)為主要成分且不含有水、氫等的氣氛。例如，將引入熱處理裝置中的氮或氦、氖、氬等的稀有氣體的純度設(shè)定為6N(99.9999% )以上，優(yōu)選設(shè)定為7N(99. 99999% )以上(即，雜質(zhì)濃度為Ippm以下，優(yōu)選為0. Ippm以下)。另外，因?yàn)樯鲜鰺崽幚?第一熱處理)具有去除氫或水等的作用，所以也可以將該熱處理稱為脫水化處理或脫氫化處理等。另外，該脫水化處理、脫氫化處理不限于進(jìn)行一次，而也可以進(jìn)行多次。另外，在第一熱處理中，還可以使用含有氧的氣體代替惰性氣體。通過(guò)在包含氧的氣氛下進(jìn)行第一加熱處理，可以降低因氧缺酸而產(chǎn)生的能隙中的缺陷能級(jí)，從而可以使氧化物半導(dǎo)體層進(jìn)ー步i型化或?qū)嵸|(zhì)上i型化。接著，在氧化物半導(dǎo)體層106上形成成為源電極層及漏電極層(包括使用與此相同的層形成的布線)的導(dǎo)電膜并將其加工來(lái)形成源電極層108a及漏電極層108b(參照?qǐng)D2B)。作為用于源電極層108a及漏電極層108b的導(dǎo)電膜，使用能夠承受后面的熱處理エ序的材料。例如，可以使用含有選自Al、Cr、Cu、Ta、Ti、Mo、W中的元素的金屬膜或以上述元素為成分的金屬氮化物膜(氮化鈦膜、氮化鑰膜、氮化鎢膜)等。另外，還可以在Al、Cu等的金屬膜的下側(cè)和上側(cè)中的一方或雙方上層疊Ti、Mo、W等的高熔點(diǎn)金屬膜或它們的金屬氮化物膜(氮化鈦膜、氮化鑰膜、氮化鎢膜)。另外，也可以使用導(dǎo)電金屬氧化物形成用于源電極層及漏電極層的導(dǎo)電膜。作為導(dǎo)電金屬氧化物，可以使用氧化銦(In2O3)、氧化錫(SnO2)、氧化鋅(ZnO)、氧化銦氧化錫(In2O3-SnO2,簡(jiǎn)稱為IT0)、氧化銦氧化鋅(In2O3-ZnO)或者在這些金屬氧化物材料中含有氧化硅的材料。另外，優(yōu)選的是，當(dāng)對(duì)導(dǎo)電膜進(jìn)行蝕刻時(shí)，使蝕刻條件最適化以防止氧化物半導(dǎo)體層106被蝕刻而被分?jǐn)?。但是，很難獲得僅對(duì)導(dǎo)電膜進(jìn)行蝕刻而完全不對(duì)氧化物半導(dǎo)體層106進(jìn)行蝕刻的條件，當(dāng)對(duì)導(dǎo)電膜進(jìn)行蝕刻吋，也有時(shí)氧化物半導(dǎo)體層106的只有一部分被蝕刻，而氧化物半導(dǎo)體層106成為具有槽部(凹部)的氧化物半導(dǎo)體層。另外，優(yōu)選根據(jù)氧化物半導(dǎo)體層106上相鄰的源電極層108a與漏電極層108b之間的間隔寬度形成的晶體管的溝道長(zhǎng)度為2 以下。在本實(shí)施方式中，將溝道長(zhǎng)度設(shè)定為0. 9 u m0
接著,覆蓋源電極層108a及漏電極層108b,形成與氧化物半導(dǎo)體層106的一部分接觸的柵極絕緣膜110 (參照?qǐng)D2C)。作為柵極絕緣膜110，可以利用CVD法或?yàn)R射法等形成。另外，優(yōu)選柵極絕緣膜110以含有氧化硅、氮化硅、氧氮化硅、氮氧化硅、氧化鉭、氧化鉿、氧化釔、硅酸鉿(HfSixOyU >O、y > 0))、鋁酸鉿(HfAlxOyU > O、y > 0))、添加有氮的硅酸鉿、添加有氮的鋁酸鉿等的方式形成。柵極絕緣膜110既可以采用單層結(jié)構(gòu)也可以采用組合上述材料的疊層結(jié)構(gòu)。另夕卜，雖然對(duì)柵極絕緣膜的厚度沒(méi)有特別的限制，但是當(dāng)對(duì)半導(dǎo)體裝置進(jìn)行微型化吋，為了確保晶體管的工作優(yōu)選將柵極絕緣膜形成得較薄。例如，當(dāng)使用氧氮化硅時(shí)，可以將其形成為Inm以上且IOnm以下，優(yōu)選為IOnm以上且50nm以下。當(dāng)將柵極絕緣層形成得較薄時(shí)，有發(fā)生因隧道效應(yīng)等而引起的柵極泄漏的問(wèn)題。為了解決柵極泄漏的問(wèn)題，優(yōu)選作為柵極絕緣膜110使用氧化鉿、氧化鉭、氧化釔、硅酸鉿、鋁酸鉿、添加有氮的硅酸鉿、添加有氮的鋁酸鉿等高介電常數(shù)(high-k)材料。通過(guò)將 high-k材料用于柵極絕緣膜，不但可以確保電特性，而且還可以將柵極絕緣膜形成為較厚以抑制柵極泄漏。另外，還可以采用含有high-k材料的膜與含有氧化硅、氮化硅、氧氮化硅、氮氧化硅等中的任ー種的膜的疊層結(jié)構(gòu)?？梢赃m當(dāng)?shù)乩肅VD法等形成厚度至少為Inm以上的柵極絕緣膜110。接著，在柵極絕緣膜110上形成導(dǎo)電膜，然后通過(guò)光刻エ序形成柵電極層112(參照?qǐng)D2C)。作為柵電極層112，可以利用等離子體CVD法或?yàn)R射法等使用鑰、鈦、鉭、鎢、鋁、銅、釹、鈧等金屬材料或以這些金屬材料為主要成分的合金材料的單層或疊層形成。接著，也可以在形成絕緣膜114之前進(jìn)行對(duì)氧化物半導(dǎo)體層106添加雜質(zhì)元素121的處理(參照?qǐng)D3A)。作為添加雜質(zhì)元素121有磷、硼、氬等。另外，作為對(duì)氧化物半導(dǎo)體層106添加雜質(zhì)元素121的方法，可以利用離子摻雜法或離子注入法。另外，上述“離子摻雜法”是指在不對(duì)由原料氣體生成的離子化氣體進(jìn)行質(zhì)量分離的情況下，直接對(duì)對(duì)象物體照射由電場(chǎng)加速的離子化氣體而使對(duì)象物體含有離子化氣體元素的方法。此外，上述“離子注入法”是指將原料氣體等離子體化來(lái)提取出包含于該等離子體中的離子種，并對(duì)該離子種進(jìn)行質(zhì)量分離，對(duì)具有指定質(zhì)量的離子種進(jìn)行加速，將加速的離子種以離子束的方式注入到對(duì)象物體中的方法。另外，可以多次進(jìn)行對(duì)氧化物半導(dǎo)體層106添加雜質(zhì)元素121的處理。當(dāng)多次進(jìn)行對(duì)氧化物半導(dǎo)體層106添加雜質(zhì)元素121的處理時(shí)，雜質(zhì)元素121既可以在多次中都使用相同的雜質(zhì)元素，也可以在每次處理時(shí)改變雜質(zhì)元素。在對(duì)氧化物半導(dǎo)體層106添加雜質(zhì)元素121時(shí)，柵電極層112、源電極層108a及漏電極層108b用作掩模，雜質(zhì)元素121沒(méi)有被添加到氧化物半導(dǎo)體層106中的與柵電極層112、源電極層108a及漏電極層108b重疊的區(qū)域而形成第一區(qū)域106a。并且，與柵電極層112重疊的第一區(qū)域106a用作溝道形成區(qū)。并且，添加有雜質(zhì)元素121的第二區(qū)域106b、第二區(qū)域106c由于雜質(zhì)元素121添加的損傷而使結(jié)晶性降低而成為非晶區(qū)。通過(guò)調(diào)節(jié)添加雜質(zhì)元素121的量等，可以降低損傷量而不便其完全成為非晶區(qū)。也就是說(shuō)，添加有雜質(zhì)元素121的第二區(qū)域106b、第二區(qū)域106c的非晶區(qū)比例至少比第一區(qū)域106a的非晶區(qū)比例大。不便其完全成為非晶區(qū)能夠更容易地利用后面進(jìn)行的熱處理使其晶化，所以是優(yōu)選的。一對(duì)第二區(qū)域106b、第二區(qū)域106c用作比第一區(qū)域106a電阻低的LDD (LightlyDoped Drain:輕摻雜漏)區(qū)域。通過(guò)設(shè)置用作LDD區(qū)域的含有雜質(zhì)元素121的第二區(qū)域106b、第二區(qū)域106c，可以緩和施加到第一區(qū)域106a的端部的電場(chǎng)。由此，可以抑制晶體管的短溝道效果。如此，通過(guò)以柵電極層112、源電極層108a及漏電極層108b為掩模，對(duì)氧化物半導(dǎo)體層106添加雜質(zhì)元素121，并進(jìn)行后面的熱處理，可以以自對(duì)準(zhǔn)的方式形成成為溝道形成區(qū)的第一區(qū)域106a以及成為L(zhǎng)DD區(qū)域的ー對(duì)第二區(qū)域106b、第二區(qū)域106c。在本實(shí)施方式中，以磷作為雜質(zhì)元素121并利用離子注入法，在加速電壓25kV至40kV、摻雜量IX IO15離子/cm2的條件下，對(duì)氧化物半導(dǎo)體層106進(jìn)行添加。 接著，覆蓋柵電極層112形成與柵極絕緣膜110接觸的絕緣膜114(參照?qǐng)D3B)。絕緣膜114用氧化鋁膜。氧化鋁具有不易使氫、水、氧、其他雜質(zhì)透過(guò)的阻擋功能。因此，通過(guò)在氧化物半導(dǎo)體層106上設(shè)置氧化鋁膜，該氧化鋁膜用作鈍化膜，可以防止在裝置完成之后水等雜質(zhì)從外部侵入到氧化物半導(dǎo)體層106，而可以形成i型(本征)半導(dǎo)體或無(wú)限接近于i型的氧化物半導(dǎo)體層106。另外，當(dāng)作為氧化物半導(dǎo)體層106使用CAAC-OS膜時(shí)，微觀的氧缺損減少，而使因氫原子(包括氫離子)或堿金屬原子的脫離而導(dǎo)致的電荷遷移或不穩(wěn)定得到減少，由此可以進(jìn)ー步高純度化而在電性上i型(本征)化。由此，可以實(shí)現(xiàn)具有極優(yōu)特性的晶體管。另外，可以防止從氧化物半導(dǎo)體層106、基底絕緣膜102及柵極絕緣膜110釋放出氧。例如，當(dāng)使用氧化鋁膜時(shí)，可以將其形成為超過(guò)50nm并在500nm以下，優(yōu)選為70nm以上且200nm以下。這是由于當(dāng)氧化鋁膜的厚度為50nm以下時(shí)，其失去作為鈍化膜的功能，而在裝置形成后不能防止來(lái)自外部的水等雜質(zhì)侵入到氧化物半導(dǎo)體層106的緣故。作為絕緣膜114，可以適當(dāng)?shù)乩萌鐬R射法等的不便水、氫等雜質(zhì)混入到絕緣膜114的方法來(lái)形成。當(dāng)絕緣膜114包含氫時(shí)，該氫侵入到氧化物半導(dǎo)體層或者由于氫而使氧化物半導(dǎo)體層中的氧被抽出，這是導(dǎo)致使用氧化物半導(dǎo)體的晶體管電特性變動(dòng)的主要原因。因此，為了盡量不使絕緣膜114包含氫，在成膜方法中不使用氫是重要的。作為在形成絕緣膜114時(shí)使用的濺射氣體，優(yōu)選使用去除了氫、水、羥基或氫化物等雜質(zhì)的高純度氣體。另外，絕緣膜114在柵極絕緣膜110及柵電極層112上以與其接觸的方式具有氧化鋁膜即可，還可以采用氧化鋁膜與包含其他絕緣材料的膜的疊層結(jié)構(gòu)。例如，在上述疊層結(jié)構(gòu)中，也可以在氧化鋁膜上形成層間絕緣膜116(參照?qǐng)D3C)。作為層間絕緣膜116可以使用氧氮化硅、氮氧化硅、聚酰亞胺或丙烯酸樹(shù)脂等。另外，形成晶體管之后，在使用該晶體管制造電子設(shè)備或半導(dǎo)體裝置吋，形成層間膜并利用熱處理等在層間膜上進(jìn)行各種物體的形成或加工等。因此，作為已經(jīng)完成的晶體管有如下顧慮由于晶體管形成后的熱處理等的エ序而有可能發(fā)生氫或水混入氧化物半導(dǎo)體層或從氧化物半導(dǎo)體層釋放氧的情況，而導(dǎo)致該晶體管的電特性變動(dòng)。但是，由于上述氧化鋁膜具有不易使氫、水、氧或其他的雜質(zhì)透過(guò)的阻擋功能，所以如本實(shí)施方式所示，通過(guò)在柵極絕緣膜及柵電極層上以與其接觸的方式形成氧化鋁膜，即使在晶體管形成后進(jìn)行熱處理等，也可以防止氫或水混入氧化物半導(dǎo)體層或從氧化物半導(dǎo)體層釋放氧。例如，即使在層間絕緣膜116中含有氫或水等的情況下，通過(guò)在柵極絕緣膜及柵電極層上以與其接觸的方式形成氧化鋁膜，即使在晶體管形成后的半導(dǎo)體裝置或電子設(shè)備的制造エ序中進(jìn)行熱處理，也可以防止來(lái)自層間絕緣膜116的氫或水混入氧化物半導(dǎo)體層106 中?？梢栽谛纬山^緣膜114或?qū)娱g絕緣膜116之后進(jìn)行第二熱處理。通過(guò)進(jìn)行第二熱處理，添加有雜質(zhì)元素121的第二區(qū)域106b、第二區(qū)域106c的結(jié)晶性得到提高。另外，當(dāng)作為氧化物半導(dǎo)體層106使用CAAC-OS膜時(shí)，通過(guò)進(jìn)行第二熱處理，可以修復(fù)包含在膜中的微小缺陷及疊層界面的缺陷。由此，可以使氧化物半導(dǎo)體層106更高純度化而在電性上i型(本征)化。優(yōu)選將該熱處理的溫度設(shè)定為350°C以上且650°C以下，更優(yōu)選設(shè)定為450°C以上且650°C以下。另外，優(yōu)選將第二熱處理的溫度設(shè)定為低于襯底的應(yīng)變點(diǎn)。另夕卜，第二熱處理的溫度優(yōu)選低于襯底的應(yīng)變點(diǎn)。該熱處理可以在氮、氧、超干燥空氣(含水量為20ppm以下，優(yōu)選為Ippm以下，更優(yōu)選為IOppb以下的空氣)或稀有氣體(氬、氦等)的氣氛下進(jìn)行，但是，優(yōu)選上述氮、氧、超干燥空氣或稀有氣體等的氣氛不含有水、氫等。此 夕卜，優(yōu)選將引入熱處理裝置的氮、氧、稀有氣體的純度設(shè)定為6N(99. 9999% )以上，更優(yōu)選為7N(99. 99999% )以上(即，將雜質(zhì)濃度設(shè)定為Ippm以下，優(yōu)選為0. Ippm以下)。另外，第二熱處理的時(shí)序不局限于本實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)，但是該熱處理需要至少在形成絕緣膜114之后進(jìn)行。這是因?yàn)槿缦戮壒视米鹘^緣膜114的氧化鋁膜具有高遮斷效果(阻擋效果)，即不使氫、水等雜質(zhì)及氧的雙方透過(guò)膜的效果，因此通過(guò)在形成絕緣膜114之后進(jìn)行熱處理，可以防止從氧化物半導(dǎo)體層106釋放出氧。通過(guò)上述エ序可以形成包括抑制了氧缺損的形成的氧化物半導(dǎo)體層106的晶體管150。通過(guò)依次形成氧化物半導(dǎo)體層、源電極層、漏電極層、柵極絕緣膜及柵電極層，然后在柵極絕緣膜及柵電極層上以與其接觸的方式形成氧化鋁膜，即使在具有該晶體管150的半導(dǎo)體裝置或電子設(shè)備的制造エ序中進(jìn)行熱處理，也可以防止來(lái)自大氣的水或氫侵入且擴(kuò)散到氧化物半導(dǎo)體層中。另外，在晶體管150中，通過(guò)第二熱處理由包括與化學(xué)計(jì)量比相比氧含量過(guò)剩的區(qū)域的基底絕緣膜102或柵極絕緣膜110對(duì)氧化物半導(dǎo)體層106供應(yīng)氧，可以填補(bǔ)氧化物半導(dǎo)體層106的氧缺損。由此，晶體管150的電特性變動(dòng)得到抑制而在電性上穩(wěn)定。另外，優(yōu)選對(duì)晶體管150進(jìn)行以脫水化或脫氫化為目的的熱處理，通過(guò)該熱處理可以意圖性地從氧化物半導(dǎo)體層中去除氫、水、羥基或氫化物(也稱為氫化合物)等雜質(zhì)，而形成高純度化、在電性上i型(本征)化的包括氧化物半導(dǎo)體層106的晶體管。高純度化的氧化物半導(dǎo)體層106中的載流子極少(幾乎為0)。另外，通過(guò)在氧化物半導(dǎo)體層上形成氧化鋁膜，晶體管的電特性變動(dòng)得到抑制而在電性上穩(wěn)定，因此即使在微型化的晶體管中也可以確保開(kāi)關(guān)比而能夠獲得正常的開(kāi)關(guān)特性，從而可以實(shí)現(xiàn)具有良好電特性的晶體管。如上所述，根據(jù)本實(shí)施方式可以提供使用具有穩(wěn)定的電特性的氧化物半導(dǎo)體的半導(dǎo)體裝置。另外，可以提供可靠性高的半導(dǎo)體裝置。本實(shí)施方式所示的結(jié)構(gòu)、方法等可以與其他實(shí)施方式所示的結(jié)構(gòu)、方法等適當(dāng)?shù)亟M合而使用。
實(shí)施方式2通過(guò)使用實(shí)施方式I所例示的晶體管來(lái)可以制造具有顯示功能的半導(dǎo)體裝置(也稱為顯示裝置)。此外，通過(guò)將包括晶體管的驅(qū)動(dòng)電路的一部分或全部與像素部一體地形成在相同的襯底上，可以形成系統(tǒng)整合型面板(system-on-panel)。在圖4A中，以圍繞設(shè)置在第一襯底4001上的像素部4002的方式設(shè)置有密封劑4005并以第二襯底4006密封。在圖4A中，在第一襯底4001上的與由密封劑4005圍繞的區(qū)域不同的區(qū)域中安裝有使用單晶半導(dǎo)體膜或多晶半導(dǎo)體膜形成在另行準(zhǔn)備的襯底上的掃描線驅(qū)動(dòng)電路4004及信號(hào)線驅(qū)動(dòng)電路4003。此外，供給到另外形成的信號(hào)線驅(qū)動(dòng)電路4003、掃描線驅(qū)動(dòng)電路4004或像素部4002的各種信號(hào)及電位從FPC (Flexible printedcircuit :柔性印刷電路)4018a、FPC4018b供給。
在圖4B和4C中，以圍繞設(shè)置在第一襯底4001上的像素部4002和掃描線驅(qū)動(dòng)電路4004的方式設(shè)置有密封劑4005。此外，在像素部4002和掃描線驅(qū)動(dòng)電路4004上設(shè)置有第二襯底4006。因此，像素部4002及掃描線驅(qū)動(dòng)電路4004與顯示元件一起由第一襯底4001、密封劑4005以及第ニ襯底4006密封。在圖4B和4C中，在第一襯底4001上的與由密封劑4005圍繞的區(qū)域不同的區(qū)域中安裝有使用單晶半導(dǎo)體膜或多晶半導(dǎo)體膜形成在另行準(zhǔn)備的襯底上的信號(hào)線驅(qū)動(dòng)電路4003。在圖4B和4C中，供給到另外形成的信號(hào)線驅(qū)動(dòng)電路4003、掃描線驅(qū)動(dòng)電路4004及像素部4002的各種信號(hào)及電位從FPC4018供給。此外，圖4B和4C示出另行形成信號(hào)線驅(qū)動(dòng)電路4003并且將該信號(hào)線驅(qū)動(dòng)電路4003安裝到第一襯底4001的實(shí)例，但是不局限于該結(jié)構(gòu)。既可以另行形成掃描線驅(qū)動(dòng)電路并進(jìn)行安裝，又可以另行僅形成信號(hào)線驅(qū)動(dòng)電路的一部分或者掃描線驅(qū)動(dòng)電路的一部分并進(jìn)行安裝。注意，對(duì)另行形成的驅(qū)動(dòng)電路的連接方法沒(méi)有特別的限制，而可以采用C0G(ChipOn Glass,玻璃上芯片)方法、引線鍵合方法或者TAB (Tape Automated Bonding,卷帶式自動(dòng)接合)方法等。圖4A是通過(guò)COG方法安裝信號(hào)線驅(qū)動(dòng)電路4003、掃描線驅(qū)動(dòng)電路4004的例子，圖4B是通過(guò)COG方法安裝信號(hào)線驅(qū)動(dòng)電路4003的例子，而圖4C是通過(guò)TAB方法安裝信號(hào)線驅(qū)動(dòng)電路4003的例子。此外，顯示裝置包括密封有顯示元件的面板和在該面板中安裝有包括控制器的IC等的ホ吳塊。注意，本說(shuō)明書(shū)中的顯示裝置是指圖像顯示裝置、顯示裝置或光源(包括照明裝置)。另外，顯示裝置還包括安裝有連接器諸如FPC、TAB膠帶或TCP的模塊；在TAB膠帶或TCP的端部上設(shè)置有印刷線路板的模塊；或者通過(guò)COG方式將IC(集成電路)直接安裝到顯示元件的模塊。此外，設(shè)置在第一襯底4001上的像素部4002及掃描線驅(qū)動(dòng)電路4004包括多個(gè)晶體管，并且，可以應(yīng)用實(shí)施方式I所例示的晶體管。作為設(shè)置在顯示裝置中的顯示元件，可以使用液晶元件(也稱為液晶顯示元件)、發(fā)光元件(也稱為發(fā)光顯示元件)。發(fā)光元件將由電流或電壓控制亮度的元件包括在其范疇內(nèi)，具體而言，包括無(wú)機(jī)EL(Electro Luminescence,電致發(fā)光)、有機(jī)EL等。此外，也可以應(yīng)用電子墨水等由于電作用而改變對(duì)比度的顯示媒體。參照?qǐng)D5至圖7對(duì)半導(dǎo)體裝置的ー種方式進(jìn)行說(shuō)明。圖5至圖7相當(dāng)于沿著圖4B的線Q-R的截面圖。如圖5至圖7所示，半導(dǎo)體裝置包括連接端子電極層4015及端子電極層4016，并且，連接端子電極層4015及端子電極層4016通過(guò)各向異性導(dǎo)電膜4019電連接到FPC4018所包括的端子。連接端子電極層4015由與第一電極層4030相同的導(dǎo)電膜形成，并且，端子電極層4016由與晶體管4010、晶體管4011的源電極層及漏電極層相同的導(dǎo)電膜形成。此外，設(shè)置在第一襯底4001上的像素部4002、掃描線驅(qū)動(dòng)電路4004包括多個(gè)晶體管,并且,在圖5至圖7中例示像素部4002所包括的晶體管4010、掃描線驅(qū)動(dòng)電路4004所包括的晶體管4011。在圖5中，在晶體管4010、晶體管4011上設(shè)置有絕緣膜4024，并且在圖6和圖7中還設(shè)置有絕緣膜4021。另外，第一襯底4001上的絕緣膜4023是用作基底膜的絕緣膜。 在本實(shí)施方式中，作為晶體管4010、晶體管4011，可以使用實(shí)施方式I所示的晶體管。晶體管4010及晶體管4011是具有氧缺損的形成得到抑制且水或氫的混入得到抑制的氧化物半導(dǎo)體層的晶體管。因此，晶體管4010及晶體管4011的電特性的變動(dòng)得到抑制而在電性上穩(wěn)定。因此，作為圖5至圖7所示的本實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置，可以提供可靠性高的半導(dǎo)體裝置。設(shè)置在像素部4002中的晶體管4010電連接到顯示元件，而構(gòu)成顯示面板。顯示元件只要可以進(jìn)行顯示就沒(méi)有特別的限制，而可以使用各種各樣的顯示元件。圖5示出作為顯示元件使用液晶元件的液晶顯示裝置的例子。在圖5中，作為顯示元件的液晶元件4013包括第一電極層4030、第二電極層4031及液晶層4008。注意，以 夾持液晶層4008的方式設(shè)置有用作取向膜的絕緣膜4024、絕緣膜4033。第二電極層4031設(shè)置在第二襯底4006 —側(cè)，并且,第一電極層4030和第二電極層4031夾著液晶層4008而層置。此外，為控制液晶層4008的厚度(單元間隙)，通過(guò)對(duì)絕緣膜進(jìn)行選擇性的蝕刻形成柱狀間隔物4035。另外，也可以使用球狀間隔物。當(dāng)作為顯示元件使用液晶元件時(shí)，可以使用熱致液晶、低分子液晶、高分子液晶、高分子分散型液晶、鐵電液晶、反鐵電液晶等。上述液晶材料根據(jù)條件而呈現(xiàn)膽留相、近晶相、立方相、手征向列相、均質(zhì)相等。另外，也可以使用不使用取向膜的呈現(xiàn)藍(lán)相的液晶。藍(lán)相是液晶相的ー種，是指當(dāng)使膽留相液晶的溫度上升時(shí)即將從膽留相轉(zhuǎn)變到均質(zhì)相之前出現(xiàn)的相。由于藍(lán)相只出現(xiàn)在較窄的溫度范圍內(nèi)，所以為了改善溫度范圍而將混合有幾wt%以上的手性試劑的液晶組成物用于液晶層。包含呈現(xiàn)藍(lán)相的液晶和手性試劑的液晶組成物的響應(yīng)速度短，并且由于其具有光學(xué)各向同性而不需要取向處理且視角依賴性小。另外，由于不需要設(shè)置取向膜而不需要摩擦處理，因此可以防止由于摩擦處理而引起的靜電破壞，并可以降低制造エ序中的液晶顯示裝置的不良、破損。從而，可以提高液晶顯示裝置的生產(chǎn)率。在使用氧化物半導(dǎo)體層的晶體管中，電特性因靜電而有可能顯著地變動(dòng)而越出設(shè)計(jì)范圍。因此，將藍(lán)相的液晶材料用于具有使用氧化物半導(dǎo)體層的晶體管的液晶顯示裝置是更有效的。
此外，液晶材料的固有電阻為IXlO9Q cm以上，優(yōu)選為IXlOllQ .cm以上，更優(yōu)選為IXlO12Q ^cm以上。注意，本說(shuō)明書(shū)中的固有電阻的值為以20°C測(cè)量的值?？紤]到配置在像素部中的晶體管的泄漏電流等而以能夠在所定的期間中保持電荷的方式設(shè)定設(shè)置在液晶顯示裝置中的存儲(chǔ)電容器的尺寸?？紤]到晶體管的截止電流等設(shè)定存儲(chǔ)電容器的尺寸，即可。通過(guò)使用具有包括氧過(guò)剩區(qū)的氧化物半導(dǎo)體層的晶體管，設(shè)置具有各像素中的液晶電容的三分之一以下，優(yōu)選為五分之一以下的電容的存儲(chǔ)電容器，就足夠了。在本實(shí)施方式中使用的具有抑制了氧缺損的形成的氧化物半導(dǎo)體層的晶體管可以降低截止?fàn)顟B(tài)下的電流值(截止電流值)。因此，可以延長(zhǎng)圖像信號(hào)等的電信號(hào)的保持時(shí)間，并且，在電源的導(dǎo)通狀態(tài)下也可以延長(zhǎng)寫(xiě)入間隔。因此，可以降低刷新工作的頻度，所以可以抑制耗電量。 此外，在本實(shí)施方式中使用的抑制了氧缺損的形成的氧化物半導(dǎo)體層的晶體管可以得到較高的場(chǎng)效應(yīng)遷移率，所以可以進(jìn)行高速驅(qū)動(dòng)。例如，通過(guò)將這種能夠進(jìn)行高速驅(qū)動(dòng)的晶體管用于液晶顯示裝置，可以在同一襯底上形成像素部的開(kāi)關(guān)晶體管及用于驅(qū)動(dòng)電路、部的驅(qū)動(dòng)晶體管。也就是說(shuō)，因?yàn)椴恍枰鳛轵?qū)動(dòng)電路另行使用利用硅片等形成的半導(dǎo)體裝置，所以可以縮減半導(dǎo)體裝置的部件數(shù)。另外，在像素部中也通過(guò)使用能夠進(jìn)行高速驅(qū)動(dòng)的晶體管，可以提供高質(zhì)量的圖像。液晶顯示裝置可以采用TN(Twisted Nematic,扭曲向列)模式、IPS (In-Plane-Switching,平面內(nèi)轉(zhuǎn)換)模式、FFS (Fringe Field Switching,邊緣電場(chǎng)轉(zhuǎn)換)模式、ASM (Axially Symmetric aligned Micro-cell,軸對(duì)稱排列微單兀)模式、OCB(Optical Compensated Birefringence,光學(xué)補(bǔ)償彎曲)模式、FLC(FerroelectricLiquid Crystal,鐵電性液晶)模式、AFLC(Anti Ferroelectric Liquid Crystal,反鐵電性液晶)模式等。此外，也可以使用常黑型液晶顯示裝置，例如采用垂直配向(VA)模式的透過(guò)型液晶顯示裝置。作為垂直配向模式，例如可以使用MVA(Multi-Domain Vertical Alignment 多象限垂直配向)模式、PVA (Patterned Vertical Alignment :垂直取向構(gòu)型)模式、ASV(Advanced Super View)模式等。另外，也可以用于VA型液晶顯示裝置。VA型液晶顯示裝置是控制液晶顯示面板的液晶分子的排列的ー種方式。VA型液晶顯示裝置是在不被施加電壓時(shí)液晶分子朝向垂直于面板的方向的方式。此外，也可以使用將像素(Pixel)分成幾個(gè)區(qū)域(子像素)且使分子分別倒向不同方向的被稱為多疇化或多疇設(shè)計(jì)的方法。此外，在顯示裝置中，適當(dāng)?shù)卦O(shè)置黑矩陣(遮光層)、偏振構(gòu)件、相位差構(gòu)件、抗反射構(gòu)件等的光學(xué)構(gòu)件(光學(xué)襯底)等。例如，也可以使用利用偏振襯底以及相位差襯底的圓偏振。此外，作為光源，也可以使用背光燈、側(cè)光燈等。此外，作為像素部中的顯示方式，可以采用逐行掃描方式或隔行掃描方式等。此夕卜，當(dāng)進(jìn)行彩色顯示時(shí)在像素中控制的顔色因素不局限于RGB (R顯示紅色，G顯示綠色，B顯示藍(lán)色)的三種顏色。例如，也可以采用RGBW (W顯示白色)或?qū)GB追加黃色(yellow)、青色(cyan)、品紅色(magenta)等中的一種顏色以上的顏色。注意，也可以按姆個(gè)顏色因素的點(diǎn)使其顯示區(qū)域的大小不同。但是，所公開(kāi)的發(fā)明不局限于彩色顯示的顯示裝置，而也可以應(yīng)用于單色顯示的顯示裝置。
此外，作為顯示裝置所包括的顯示元件，可以應(yīng)用利用電致發(fā)光的發(fā)光元件。利用電致發(fā)光的發(fā)光元件根據(jù)發(fā)光材料是有機(jī)化合物還是無(wú)機(jī)化合物被區(qū)別，一般地，前者被稱為有機(jī)EL元件，而后者被稱為無(wú)機(jī)EL元件。在有機(jī)EL元件中，通過(guò)對(duì)發(fā)光元件施加電壓，電子及空穴分別從ー對(duì)電極注入到包括具有發(fā)光性的有機(jī)化合物的層，以使電流流過(guò)。并且，通過(guò)這些載流子(電子及空穴)重新結(jié)合，具有發(fā)光性的有機(jī)化合物形成激發(fā)態(tài)，當(dāng)從該激發(fā)態(tài)回到基態(tài)時(shí)發(fā)光。由于這種機(jī)理，這種發(fā)光元件被稱為電流激發(fā)型發(fā)光元件。無(wú)機(jī)EL元件根據(jù)其元件結(jié)構(gòu)而分類為分散型無(wú)機(jī)EL元件和薄膜型無(wú)機(jī)EL元件。分散型無(wú)機(jī)EL元件具有發(fā)光層，其中發(fā)光材料的粒子分散在粘合劑中，并且其發(fā)光機(jī)理是利用施主能級(jí)和受主能級(jí)的施主-受主重新結(jié)合型發(fā)光。薄膜型無(wú)機(jī)EL元件具有ー種結(jié)構(gòu)，其中，發(fā)光層夾在介電層之間，并且該夾著發(fā)光層的介電層由電極夾住，其發(fā)光機(jī)理是利用金屬離子的內(nèi)殼層電子躍遷的定域型發(fā)光。注意，這里作為發(fā)光元件使用有機(jī)EL元件進(jìn)行說(shuō)明。
為了取出發(fā)光，使發(fā)光元件的一對(duì)電極中的至少ー個(gè)具有透光性即可。并且，在襯底上形成晶體管及發(fā)光元件，作為發(fā)光元件，有從與襯底相反ー側(cè)的表面取出發(fā)光的頂部發(fā)射；從襯底ー側(cè)的表面取出發(fā)光的底部發(fā)射；從襯底ー側(cè)及與襯底相反ー側(cè)的表面取出發(fā)光的雙面發(fā)射結(jié)構(gòu)的發(fā)光元件，可以應(yīng)用上述任ー種發(fā)射結(jié)構(gòu)的發(fā)光元件。圖6示出作為顯示元件使用發(fā)光元件的發(fā)光裝置的例子。作為顯示元件的發(fā)光元件4513電連接到設(shè)置在像素部4002中的晶體管4010。注意，發(fā)光元件4513的結(jié)構(gòu)是由第一電極層4030、場(chǎng)致發(fā)光層4511、第二電極層4031構(gòu)成的疊層結(jié)構(gòu)，但是，不局限于圖6所示的結(jié)構(gòu)。根據(jù)從發(fā)光元件4513取出的光的方向等，可以適當(dāng)?shù)馗淖儼l(fā)光元件4513的結(jié)構(gòu)。分隔壁4510使用有機(jī)絕緣材料或無(wú)機(jī)絕緣材料形成。尤其是，優(yōu)選使用感光樹(shù)脂材料，在第一電極層4030上形成開(kāi)ロ部，并且將該開(kāi)ロ部的側(cè)壁形成為具有連續(xù)曲率的傾斜面。場(chǎng)致發(fā)光層4511可以使用一個(gè)層構(gòu)成，也可以使用多個(gè)層的疊層構(gòu)成。為了防止氧、氫、水、ニ氧化碳等侵入到發(fā)光元件4513中，也可以在第二電極層4031及分隔壁4510上形成保護(hù)膜。作為保護(hù)膜，可以形成氮化硅膜、氮氧化硅膜、DLC膜等。此外，在由第一襯底4001、第二襯底4006以及密封劑4005密封的空間中設(shè)置有填充材料4514并被密封。如此，為了不暴露于外氣，優(yōu)選使用氣密性高且脫氣少的保護(hù)薄膜(粘合薄膜、紫外線固化樹(shù)脂薄膜等)、覆蓋材料進(jìn)行封裝(封入)。作為填充材料4514，除了氮或氬等惰性氣體以外，也可以使用紫外線固化樹(shù)脂、熱固化樹(shù)脂，并且，可以使用PVC(聚氯こ烯)、丙烯酸樹(shù)脂、聚酰亞胺、環(huán)氧樹(shù)脂、硅酮樹(shù)脂、PVB(聚こ烯醇縮丁醛)或EVA (こ烯-醋酸こ烯酷)。例如，作為填充材料使用氮，即可。另外，如果需要，則也可以在發(fā)光元件的射出表面上適當(dāng)?shù)卦O(shè)置諸如偏振片、圓偏振片(包括橢圓偏振片)、相位差板(、/4板，入/2板)、濾色片等的光學(xué)薄膜。此外，也可以在偏振片、圓偏振片上設(shè)置防反射膜。例如，可以進(jìn)行抗眩光處理，該處理是利用表面的凹凸來(lái)擴(kuò)散反射光而可以降低眩光的處理。此外，作為顯示裝置，也可以提供驅(qū)動(dòng)電子墨水的電子紙。電子紙也稱為電泳顯示裝置(電泳顯示器)，并具有如下優(yōu)勢(shì)與紙同樣的易讀性；其耗電量比其他顯示裝置的耗電量低；形狀薄且輕。作為電泳顯示裝置，有各種各樣的形式，但是它是多個(gè)包括具有正電荷的第一粒子和具有負(fù)電荷的第二粒子的微膠囊分散在溶劑或溶質(zhì)中，并且，通過(guò)對(duì)微膠囊施加電場(chǎng)，使微膠囊中的粒子彼此移動(dòng)到相對(duì)方向，以只顯示集合在一方側(cè)的粒子的顔色的裝置。注意，第一粒子或第二粒子包括染料，并當(dāng)沒(méi)有電場(chǎng)時(shí)不移動(dòng)。此外，第一粒子的顔色和第二粒子的顔色不同(包括無(wú)色)。如此，電泳顯示裝置是利用介電常數(shù)高的物質(zhì)移動(dòng)到高電場(chǎng)區(qū)域，即所謂的介電泳效應(yīng)(dielectrophoretic effect)的顯不器。分散有上述微囊的溶劑被稱為電子墨水，并且該電子墨水可以印刷到玻璃、塑料、布、紙等的表面上。另外，還可以通過(guò)使用濾色片、具有色素的粒子來(lái)進(jìn)行彩色顯示。此外，作為微囊中的第一粒子及第ニ粒子，使用選自導(dǎo)電材料、絕緣體材料、半導(dǎo)體材料、磁性材料、液晶材料、鐵電性材料、電致發(fā)光材料、電致變色材料、磁泳材料中的一 種材料或這些材料的復(fù)合材料即可。此外，作為電子紙，也可以應(yīng)用使用旋轉(zhuǎn)球顯示方式的顯示裝置。旋轉(zhuǎn)球顯示方式是如下方法，即將分別涂為白色和黒色的球形粒子配置在作為用于顯示元件的電極層的第一電極層與第二電極層之間，使第一電極層與第二電極層之間產(chǎn)生電位差來(lái)控制球形粒子的方向，以進(jìn)行顯示。圖7示出半導(dǎo)體裝置的ー個(gè)方式的主動(dòng)矩陣型電子紙。圖7所示的電子紙是使用旋轉(zhuǎn)球顯示方式的顯示裝置的例子。在連接到晶體管4010的第一電極層4030與設(shè)置在第二襯底4006上的第二電極層4031之間設(shè)置有球形粒子4613，該球形粒子4613在填充有液體的空洞4612內(nèi)具有黑色區(qū)域4615a及白色區(qū)域4615b，并且，球形粒子4613的周圍填充有樹(shù)脂等填充材料4614。第二電極層4031相當(dāng)于公共電極層(對(duì)置電極層)。第二電極層4031電連接到公共電位線。注意，在圖5至圖7中，作為第一襯底4001、第二襯底4006，除了玻璃襯底以外，也可以使用具有撓性的襯底。例如，可以使用具有透光性的塑料襯底等。作為塑料，可以使用FRP(Fiberglass-Reinforced Plastics ;玻璃纖維強(qiáng)化塑料)板、PVF(聚氟こ烯)薄膜、聚酷薄膜或丙烯酸樹(shù)脂薄膜。此外，也可以使用具有由PVF薄膜或聚酯薄膜夾住鋁箔的結(jié)構(gòu)的薄片。在本實(shí)施方式中，作為絕緣膜4023使用氧化娃膜,而作為絕緣膜4024使用氧化招膜。絕緣膜4023、絕緣膜4024可以通過(guò)濺射法或等離子體CVD法形成。在氧化物半導(dǎo)體層上作為絕緣膜4024設(shè)置的氧化鋁膜具有高遮斷效果(阻擋效果)，即不使氫、水等雜質(zhì)及氧的雙方透過(guò)膜的效果。因此，氧化鋁膜用作保護(hù)膜，而防止在制造エ序中及之后成為變動(dòng)原因的氫、水等雜質(zhì)混入到氧化物半導(dǎo)體層，并防止從氧化物半導(dǎo)體層釋放出作為構(gòu)成氧化物半導(dǎo)體的主要成分材料的氧。另外，與氧化物半導(dǎo)體層接觸地設(shè)置的用作絕緣膜4023的氧化硅膜具有將氧供應(yīng)到氧化物半導(dǎo)體層的功能。因此，絕緣膜4023優(yōu)選為含有多量的氧的氧化物絕緣膜。
晶體管4010及晶體管4011具有高純度化并抑制了氧缺損的形成及水或氫的混入的氧化物半導(dǎo)體層。另外，晶體管4010及晶體管4011作為柵極絕緣膜具有氧化硅膜。由于在氧化物半導(dǎo)體層上設(shè)置有用作絕緣膜4024的氧化鋁膜的狀態(tài)下，對(duì)包括在晶體管4010及晶體管4011中的氧化物半導(dǎo)體層進(jìn)行熱處理，由此可以防止因該熱處理而從氧化物半導(dǎo)體層釋放出氧。因此，可以得到與化學(xué)計(jì)量組成比相比氧含量過(guò)剩的區(qū)域的氧化物半導(dǎo)體層。另外，由于包括在晶體管4010及晶體管4011中的氧化物半導(dǎo)體層沒(méi)有混入氫、水等雜質(zhì)而具有高純度，并且能夠防止氧的釋放，所以具有與氧化物半導(dǎo)體處于結(jié)晶狀態(tài)時(shí)的化學(xué)計(jì)量比相比氧含量過(guò)剩的區(qū)域。因此，通過(guò)將該氧化物半導(dǎo)體層用于晶體管4010及晶體管4011，可以降低起因于氧缺損的晶體管的閾值電壓Vth的偏差、閾值電壓的漂移A Vth0另外，作為用作平坦化絕緣膜的絕緣膜4021，可以使用丙烯酸樹(shù)脂、聚酰亞胺、苯 并環(huán)丁烯類樹(shù)脂、聚酰胺、環(huán)氧樹(shù)脂等具有耐熱性的有機(jī)材料。此外，除了上述有機(jī)材料以夕卜，也可以使用低介電常數(shù)材料(low-k材料)、硅氧烷類樹(shù)脂、PSG(磷硅玻璃)、BPSG(硼磷硅玻璃)等。另外，也可以通過(guò)層疊多個(gè)由這些材料形成的絕緣膜來(lái)形成絕緣膜4021。對(duì)絕緣膜4021的形成方法沒(méi)有特別的限制，可以根據(jù)其材料利用濺射法、SOG法、旋涂法、浸潰法、噴涂法、液滴噴射法(噴墨法等)、印刷法(絲網(wǎng)印刷、膠版印刷等)、刮刀、輥涂機(jī)、幕式涂布機(jī)、刮刀式涂布機(jī)等形成絕緣膜4021。顯示裝置通過(guò)使來(lái)自光源或顯示元件的光透過(guò)來(lái)進(jìn)行顯示。因此，設(shè)置在光透過(guò)的像素部中的襯底、絕緣膜、導(dǎo)電膜等薄膜全都對(duì)可見(jiàn)光的波長(zhǎng)區(qū)域的光具有透光性。作為對(duì)顯示元件施加電壓的第一電極層及第ニ電極層(也稱為像素電極層、公共電極層、對(duì)置電極層等)，根據(jù)取出光的方向、設(shè)置電極層的地方以及電極層的圖案結(jié)構(gòu)選擇其透光性、反射性，即可。作為第一電極層4030、第二電極層4031，可以使用含有氧化鎢的銦氧化物、含有氧化鎢的銦鋅氧化物、含有氧化鈦的銦氧化物、含有氧化鈦的銦錫氧化物、銦錫氧化物(以下表示為IT0)、銦鋅氧化物、添加有氧化硅的銦錫氧化物、石墨烯等具有透光性的導(dǎo)電材料。此外，第一電極層4030、第二電極層4031可以使用鎢(W)、鑰(Mo)、鋯(Zr)、鉿(Hf)、釩(V)、鈮(Nb)、鉭(Ta)、鉻(Cr)、鈷(Co)、鎳(Ni)、鈦(Ti)、鉬(Pt)、鋁(Al)、銅(Cu)、銀(Ag)等金屬、其合金或其金屬氮化物中的ー種或多種來(lái)形成。此外，第一電極層4030、第二電極層4031可以使用包括導(dǎo)電高分子(也稱為導(dǎo)電聚合體)的導(dǎo)電組成物來(lái)形成。作為導(dǎo)電高分子，可以使用所謂的n電子共軛類導(dǎo)電高分子。例如，可以舉出聚苯胺或其衍生物、聚吡咯或其衍生物、聚噻吩或其衍生物、或者由苯胺、吡咯和噻吩中的兩種以上構(gòu)成的共聚物或其衍生物等。此外，由于晶體管容易被靜電等破壞，所以優(yōu)選設(shè)置用來(lái)保護(hù)驅(qū)動(dòng)電路的保護(hù)電路。保護(hù)電路優(yōu)選使用非線性元件構(gòu)成。如上所述，通過(guò)在氧化物半導(dǎo)體層上形成氧化鋁膜，即使在使用晶體管的具有顯示功能的半導(dǎo)體裝置的制造エ序中進(jìn)行熱處理，也可以防止來(lái)自大氣的水或氫侵入且擴(kuò)散到氧化物半導(dǎo)體層。由此，晶體管的電特性變動(dòng)得到抑制而在電性上穩(wěn)定。因此，通過(guò)使用該晶體管，可以提供可靠性高的半導(dǎo)體裝置。本實(shí)施方式可以與其他實(shí)施方式所記載的結(jié)構(gòu)適當(dāng)?shù)亟M合而實(shí)施。實(shí)施方式3通過(guò)使用實(shí)施方式I所例示的晶體管，可以制造具有讀取對(duì)象物的信息的圖像傳感器功能的半導(dǎo)體裝置。圖8A示出具有圖像傳感器功能的半導(dǎo)體裝置的ー個(gè)例子。圖8A是光電傳感器的等效電路，而圖8B是示出光電傳感器的一部分的截面圖。
光電ニ極管602的一個(gè)電極電連接到光電ニ極管復(fù)位信號(hào)線658,而光電ニ極管602的另ー個(gè)電極電連接到晶體管640的柵極。晶體管640的源極和漏極中的一個(gè)電連接到光電傳感器參考信號(hào)線672，而晶體管640的源極和漏極中的另ー個(gè)電連接到晶體管656的源極和漏極中的ー個(gè)。晶體管656的柵極電連接到柵極信號(hào)線659，晶體管656的源極和漏極中的另ー個(gè)電連接到光電傳感器輸出信號(hào)線671。注意，在本說(shuō)明書(shū)的電路圖中，為了能更明確地確認(rèn)使用氧化物半導(dǎo)體層的晶體管，以符號(hào)“OS”表示使用氧化物半導(dǎo)體層的晶體管。在圖8A中，晶體管640和晶體管656是實(shí)施方式I所示的使用抑制了氧缺損的形成的氧化物半導(dǎo)體層的晶體管。圖8B是不出光電傳感器中的光電ニ極管602和晶體管640的截面圖,其中在具有絕緣表面的襯底601 (TFT襯底)上設(shè)置有用作傳感器的光電ニ極管602和晶體管640。通過(guò)使用粘合層608，在光電ニ極管602和晶體管640上設(shè)置有襯底613。在晶體管640上設(shè)置有絕緣膜631、層間絕緣膜633以及層間絕緣膜634。光電ニ極管602設(shè)置在層間絕緣膜633上，并且光電ニ極管602具有如下結(jié)構(gòu)在形成于層間絕緣膜633上的電極層641a和設(shè)置在層間絕緣膜634上的電極層642之間從層間絕緣膜633一側(cè)按順序?qū)盈B有第一半導(dǎo)體膜606a、第二半導(dǎo)體膜606b及第三半導(dǎo)體膜606c。電極層641a與形成在層間絕緣膜634中的導(dǎo)電層643電連接，并且電極層642通過(guò)電極層641b與柵電極層645電連接。柵電極層645與晶體管640的柵電極層電連接，并且光電ニ極管602與晶體管640電連接。在此，例示ー種pin型光電ニ極管，其中層疊用作第一半導(dǎo)體膜606a的具有p型導(dǎo)電型的半導(dǎo)體膜、用作第二半導(dǎo)體膜606b的高電阻的半導(dǎo)體膜(i型半導(dǎo)體膜)、用作第三半導(dǎo)體膜606c的具有n型導(dǎo)電型的半導(dǎo)體膜。第一半導(dǎo)體膜606a是p型半導(dǎo)體膜，而可以由包含賦予p型的雜質(zhì)元素的非晶硅膜形成。使用包含屬于周期表中的第13族的雜質(zhì)元素(例如，硼(B))的半導(dǎo)體材料氣體通過(guò)等離子體CVD法來(lái)形成第一半導(dǎo)體膜606a。作為半導(dǎo)體材料氣體，可以使用硅烷(SiH4)。另外，可以使用Si2H6、S%Cl2、SiHCl3、SiCl4、SiF4等?；蛘撸部梢允褂萌缦路椒ㄔ谛纬刹话s質(zhì)元素的非晶硅膜之后，使用擴(kuò)散法或離子注入法將雜質(zhì)元素引入到該非晶硅膜。優(yōu)選在使用離子注入法等引入雜質(zhì)元素之后進(jìn)行加熱等來(lái)使雜質(zhì)元素?cái)U(kuò)散。在此情況下，作為形成非晶硅膜的方法，可以使用LPCVD法、氣相生長(zhǎng)法或?yàn)R射法等。優(yōu)選將第一半導(dǎo)體膜606a的厚度設(shè)定為IOnm以上且50nm以下。第二半導(dǎo)體膜606b是i型半導(dǎo)體膜(本征半導(dǎo)體膜)，而可以由非晶硅膜形成。為了形成第二半導(dǎo)體膜606b，通過(guò)等離子體CVD法使用半導(dǎo)體材料氣體來(lái)形成非晶硅膜。作為半導(dǎo)體材料氣體，可以使用硅烷(SiH4)。或者，也可以使用Si2H6、SiH2Cl2.SiHCl3、SiCl4或SiF4等。也可以通過(guò)LPCVD法、氣相生長(zhǎng)法、濺射法等形成第二半導(dǎo)體膜606b。優(yōu)選將第二半導(dǎo)體膜606b的厚度設(shè)定為200nm以上且IOOOnm以下。第三半導(dǎo)體膜606c是n型半導(dǎo)體膜，而可以由包含賦予n型的雜質(zhì)元素的非晶硅膜形成。使用包含屬于周期表中的第15族的雜質(zhì)元素(例如，磷(P))的半導(dǎo)體材料氣體通過(guò)等離子體CVD法形成第三半導(dǎo)體膜606c。作為半導(dǎo)體材料氣體，可以使用硅烷(SiH4)?；蛘?，也可以使用Si2H6、SiH2 Cl2, SiHCl3、SiCl4或SiF4等。另外，也可以使用如下方法在形成不包含雜質(zhì)元素的非晶硅膜之后，使用擴(kuò)散法或離子注入法將雜質(zhì)元素引入到該非晶硅膜。優(yōu)選在使用離子注入法等引入雜質(zhì)元素之后進(jìn)行加熱等來(lái)使雜質(zhì)元素?cái)U(kuò)散。在此情況下，作為形成非晶硅膜的方法，可以使用LPCVD法、氣相生長(zhǎng)法或?yàn)R射法等。優(yōu)選將第三半導(dǎo)體膜606c的厚度設(shè)定為20nm以上且200nm以下。此外,第一半導(dǎo)體膜606a、第二半導(dǎo)體膜606b以及第三半導(dǎo)體膜606c也可以不使用非晶半導(dǎo)體形成，而使用多晶半導(dǎo)體或微晶半導(dǎo)體(Semi Amorphous Semiconductor SAS)形成。在考慮吉布斯自由能時(shí)，微晶半導(dǎo)體屬于介于非晶和單晶之間的中間亞穩(wěn)態(tài)。即，微晶半導(dǎo)體處于自由能穩(wěn)定的第三態(tài)，且具有短程有序和晶格畸變。柱狀或針狀晶體在相對(duì)于襯底表面的法線方向上生長(zhǎng)。微晶半導(dǎo)體的典型例子的微晶硅的拉曼光譜向表示單晶娃的52001^1的低波數(shù)ー側(cè)偏移。亦即,微晶娃的拉曼光譜的峰值位于表不單晶娃的52001^1和表示非晶硅的480CHT1之間。另外，包含至少Iat. %或其以上的氫或鹵素，以終結(jié)懸空鍵。還有，通過(guò)包含氦、氬、氪、氖等的稀有氣體元素來(lái)進(jìn)ー步促進(jìn)晶格畸變，提高穩(wěn)定性而得到優(yōu)良的微晶半導(dǎo)體膜。該微晶半導(dǎo)體膜可以通過(guò)頻率為幾十MHz至幾百M(fèi)Hz的高頻等離子體CVD法或頻率為IGHz以上的微波等離子體CVD裝置形成。典型地，可以使用氫稀釋SiH4、Si2H6、S%Cl2、SiHCl3、SiCl4, SiF4等的氫化硅來(lái)形成該微晶半導(dǎo)體膜。此外，除了氫化硅和氫之外，也可以使用選自氦、氬、氪、氖中的ー種或多種稀有氣體元素進(jìn)行稀釋來(lái)形成微晶半導(dǎo)體膜。在上述情況下，將氫的流量比設(shè)定為氫化硅的5倍以上且200倍以下，優(yōu)選設(shè)定為50倍以上且150倍以下，更優(yōu)選設(shè)定為100倍。再者，也可以在含硅的氣體中混入CH4、C2H6等碳化物氣體、GeH4、GeF4等鍺化氣體、F2等。此外，由于光電效應(yīng)生成的空穴的遷移率低于電子的遷移率，因此當(dāng)p型半導(dǎo)體膜ー側(cè)的表面用作光接收面吋，Pin型光電ニ極管具有較好的特性。這里示出將光電ニ極管602從形成有pin型光電ニ極管的襯底601的面接收的光622轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的例子。此夕卜，來(lái)自其導(dǎo)電型與用作光接收面的半導(dǎo)體膜ー側(cè)相反的半導(dǎo)體膜一側(cè)的光是干擾光，因此，電極層優(yōu)選使用具有遮光性的導(dǎo)電膜。另外，也可以將n型半導(dǎo)體膜ー側(cè)的表面用作光接收面。通過(guò)使用絕緣材料且根據(jù)材料使用濺射法、等離子體CVD法、SOG法、旋涂法、浸潰法、噴涂法、液滴噴射法(噴墨法等)、印刷法(絲網(wǎng)印刷、膠版印刷等)、刮刀、輥涂機(jī)、幕式涂布機(jī)、刮刀式涂布機(jī)等，來(lái)可以形成層間絕緣膜633、層間絕緣膜634。在本實(shí)施方式中，作為絕緣膜631使用氧化鋁膜。絕緣膜631可以通過(guò)濺射法或等離子體CVD法形成。在氧化物半導(dǎo)體層上作為絕緣膜631設(shè)置的氧化鋁膜具有高遮斷效果(阻擋效果)，即不使氫、水等雜質(zhì)及氧的雙方透過(guò)膜的效果。因此，氧化鋁膜用作保護(hù)膜，而防止在制造エ序中及之后成為變動(dòng)原因的氫、水等雜質(zhì)混入到氧化物半導(dǎo)體層，并防止從氧化物半導(dǎo)體層釋放出作為構(gòu)成氧化物半導(dǎo)體的主要成分材料的氧。在本實(shí)施方式中，晶體管640具有抑制了氧缺損的形成及水或氫的混入的氧化物半導(dǎo)體層。另外，在晶體管640中，作為柵極絕緣 膜具有氧化硅膜。另外，由于在氧化物半導(dǎo)體層上設(shè)置有用作絕緣膜631的氧化鋁膜的狀態(tài)下，對(duì)包括在晶體管640中的氧化物半導(dǎo)體層進(jìn)行熱處理，由此可以防止因該熱處理而從氧化物半導(dǎo)體層釋放出氧。另外，由于包括在晶體管640中的氧化物半導(dǎo)體層沒(méi)有混入氫、水等雜質(zhì)而具有高純度，并且能夠防止氧的釋放，所以可以降低氧缺損。因此，通過(guò)將該氧化物半導(dǎo)體層用于晶體管640，可以降低起因于氧缺損的晶體管的閾值電壓Vth的偏差、閾值電壓的漂移A Vth0作為層間絕緣膜633，可以使用無(wú)機(jī)絕緣材料，諸如氧化硅層、氧氮化硅層、氧化鋁層、氧氮化鋁層等氧化物絕緣膜、氮化硅層、氮氧化硅層、氮化鋁層、氮氧化鋁層等氮化物絕緣膜的單層或疊層。作為層間絕緣膜634，優(yōu)選采用用作減少表面凹凸的平坦化絕緣膜的絕緣膜。作為層間絕緣膜633、層間絕緣膜634，例如可以使用聚酰亞胺、丙烯酸樹(shù)脂、苯并環(huán)丁烯類樹(shù)月旨、聚酰胺或環(huán)氧樹(shù)脂等具有耐熱性的有機(jī)絕緣材料。除了上述有機(jī)絕緣材料之外，也可以使用低介電常數(shù)材料(low-k材料)、硅氧烷類樹(shù)脂、PSG (磷硅玻璃)、BPSG (硼磷硅玻璃)
等的單層或疊層。通過(guò)檢測(cè)入射到光電ニ極管602的光622，可以讀取檢測(cè)對(duì)象的信息。另外，在讀取檢測(cè)對(duì)象的信息時(shí)，可以使用背光燈等的光源。如上所述，通過(guò)在氧化物半導(dǎo)體層上形成氧化鋁膜，即使在具有讀取對(duì)象物體信息的圖像傳感器功能的半導(dǎo)體裝置的制造エ序中進(jìn)行熱處理，也可以防止來(lái)自大氣的水或氫侵入且擴(kuò)散到氧化物半導(dǎo)體層。由此，晶體管的電特性變動(dòng)得到抑制而在電性上穩(wěn)定。因此，通過(guò)使用該晶體管，可以提供可靠性高的半導(dǎo)體裝置。本實(shí)施方式可以與其他實(shí)施方式所記載的結(jié)構(gòu)適當(dāng)?shù)亟M合而實(shí)施。實(shí)施方式4可以將實(shí)施方式I所例示的晶體管適用于具有層疊多個(gè)晶體管的集成電路的半導(dǎo)體裝置。在本實(shí)施方式中，作為半導(dǎo)體裝置的ー個(gè)例子，示出存儲(chǔ)介質(zhì)(存儲(chǔ)元件)的例子。在本實(shí)施方式中，制造一種半導(dǎo)體裝置，該半導(dǎo)體裝置包括形成在單晶半導(dǎo)體襯底上的第一晶體管；以及隔著絕緣膜在第一晶體管的上方使用半導(dǎo)體膜形成的第二晶體管。圖9A至9C是半導(dǎo)體裝置的結(jié)構(gòu)的ー個(gè)例子。圖9A示出半導(dǎo)體裝置的截面圖，而圖9B示出半導(dǎo)體裝置的平面圖。這里，圖9A相當(dāng)于沿著圖9B的C1-C2及D1-D2的截面圖。另外，圖9C示出將上述半導(dǎo)體裝置用作存儲(chǔ)元件時(shí)的電路圖的ー個(gè)例子。圖9A及圖9B所示的半導(dǎo)體裝置的下部具有使用第一半導(dǎo)體材料的晶體管260，上部具有使用第二半導(dǎo)體材料的晶體管262。可以將實(shí)施方式I所例示的晶體管適用于晶體管262。在本實(shí)施方式中示出作為晶體管262使用具有與實(shí)施方式I所示的晶體管150相同的結(jié)構(gòu)的晶體管的例子。層疊的晶體管260的半導(dǎo)體材料及結(jié)構(gòu)既可以與晶體管262的半導(dǎo)體材料及結(jié)構(gòu)相同也可以不同。在本實(shí)施方式中示出分別使用具有適于存儲(chǔ)介質(zhì)(存儲(chǔ)元件)的電路的材料及結(jié)構(gòu)的晶體管的例子，作為第一半導(dǎo)體材料使用氧化物半導(dǎo)體以外的半導(dǎo)體材料，而作為第二半導(dǎo)體材料使用氧化物半導(dǎo)體。作為氧化物半導(dǎo)體以外的半導(dǎo)體材料，例如可以使用硅、鍺、硅鍺、碳化硅或神化鎵等，優(yōu)選使用單晶半導(dǎo)體。另外，也可以使用有機(jī)半導(dǎo)體材料等。使用這種半導(dǎo)體材料的晶體管容易進(jìn)行高速工作。另ー方面，使用氧化物半導(dǎo)體的晶體管由于其特性而能夠長(zhǎng)時(shí)間地保持電荷。晶體管260包括設(shè)置在包含半導(dǎo)體材料(例如，硅等)的襯底285中的溝道形成區(qū)216 ;夾著溝道形成區(qū)216地設(shè)置的雜質(zhì)區(qū)220 ;與雜質(zhì)區(qū)220接觸的金屬化合物區(qū)224 ;設(shè)置在溝道形成區(qū)216上的柵極絕緣膜208 ;以及設(shè)置在柵極絕緣膜208上的柵電極層 210。 作為包含半導(dǎo)體材料的襯底285，可以使用硅或碳化硅等單晶半導(dǎo)體襯底、多晶半導(dǎo)體襯底、硅鍺等的化合物半導(dǎo)體襯底或SOI襯底等。另外，一般來(lái)說(shuō)，“SOI襯底”是指在絕緣表面上設(shè)置有硅半導(dǎo)體膜的襯底。但是，在本說(shuō)明書(shū)等中“SOI襯底”還包括在絕緣表面上設(shè)置有包含硅以外的材料的半導(dǎo)體膜的襯底。也就是說(shuō)，“SOI襯底”所具有的半導(dǎo)體膜不局限于硅半導(dǎo)體膜。另外，SOI襯底還包括在玻璃襯底等絕緣襯底上隔著絕緣膜設(shè)置有半導(dǎo)體膜的襯底。作為SOI襯底的制造方法，可以使用以下方法通過(guò)對(duì)鏡面拋光薄片注入氧離子之后進(jìn)行高溫加熱來(lái)離表面有一定深度的區(qū)域中形成氧化層，并消除產(chǎn)生在表面層中的缺陷；通過(guò)熱處理使照射氫離子來(lái)形成的微孔生長(zhǎng)來(lái)將半導(dǎo)體襯底劈開(kāi)的方法；或在絕緣表面上通過(guò)結(jié)晶生長(zhǎng)形成單晶半導(dǎo)體膜的方法等。例如，從單晶半導(dǎo)體襯底的ー個(gè)面添加離子，來(lái)在離單晶半導(dǎo)體襯底的一個(gè)面有一定深度的區(qū)域中形成脆化層，而在單晶半導(dǎo)體襯底的一個(gè)面上和元件襯底上中的任一方形成絕緣膜。在單晶半導(dǎo)體襯底與元件襯底夾著絕緣膜重疊的狀態(tài)下進(jìn)行熱處理來(lái)使脆化層中產(chǎn)生裂縫而在脆化層處分開(kāi)單晶半導(dǎo)體襯底，從而從單晶半導(dǎo)體襯底將用作半導(dǎo)體膜的單晶半導(dǎo)體膜形成到元件襯底上。另外，也可以適用使用上述方法制造的SOI襯底。在襯底285上以圍繞晶體管260的方式設(shè)置有元件分離絕緣膜206。另外，為了實(shí)現(xiàn)高集成化，如圖9A所示，優(yōu)選采用晶體管260不具有側(cè)壁絕緣膜的結(jié)構(gòu)。另ー方面，在重視晶體管260的特性的情況下，也可以在柵電極層210的側(cè)面設(shè)置側(cè)壁絕緣膜，并設(shè)置包括雜質(zhì)濃度不問(wèn)的區(qū)域的雜質(zhì)區(qū)220。使用單晶半導(dǎo)體襯底的晶體管260能夠進(jìn)行高速工作。因此，通過(guò)使用該晶體管作為讀出用的晶體管，可以高速地進(jìn)行信息的讀出。在本實(shí)施方式中以覆蓋晶體管260的方式形成兩層絕緣膜。另外，覆蓋晶體管260的絕緣膜可以采用單層結(jié)構(gòu)或三層以上的疊層結(jié)構(gòu)。但是，作為接觸于包括在設(shè)置于上部的晶體管262中的氧化物半導(dǎo)體層的絕緣膜，使用氧化硅膜。作為形成晶體管262和電容元件264之前的處理，對(duì)該兩個(gè)絕緣膜進(jìn)行CMP處理來(lái)形成平坦化的絕緣膜228及絕緣膜230，同時(shí)使柵電極層210的上面露出。
作為絕緣膜228、絕緣膜230,典型地可以使用氧化娃膜、氧氮化娃膜、氧化招膜、氧氮化鋁膜、氮化硅膜、氮化鋁膜、氮氧化硅膜、氮氧化鋁膜等無(wú)機(jī)絕緣膜。絕緣膜228、絕緣膜230可以使用等離子體CVD法或?yàn)R射法等形成。另外，可以使用聚酰亞胺、丙烯酸樹(shù)脂、苯并環(huán)丁烯類樹(shù)脂等有機(jī)材料。另外，除了上述有機(jī)材料以外，也可以使用低介電常數(shù)材料(low-k材料)等。在使用有機(jī)材料時(shí)，也可以使用旋涂法、印刷法等濕法形成絕緣膜228、絕緣膜230。在本實(shí)施方式中作為絕緣膜228利用濺射法形成50nm厚的氧氮化硅膜，并且作為絕緣膜230利用濺射法形成550nm厚的氧化硅膜。然后，在通過(guò)CMP處理充分實(shí)現(xiàn)了平坦化的絕緣膜230上形成氧化物半導(dǎo)體層，并且將其加工來(lái)形成島狀氧化物半導(dǎo)體層244。另外，優(yōu)選在形成氧化物半導(dǎo)體層之后進(jìn)行用于脫水化或脫氫化的熱處理。接著，在柵電極層210、絕緣膜228、絕緣膜230等上形成導(dǎo)電層，對(duì)該導(dǎo)電層選擇 性地進(jìn)行蝕刻來(lái)形成源電極層或漏電極層242a、漏電極層或源電極層242b。導(dǎo)電層可以利用如濺射法等的PVD法或如等離子體CVD法等的CVD法形成。此夕卜，作為導(dǎo)電層的材料，可以使用選自Al、Cr、Cu、Ta、Ti、Mo、W中的元素或以上述元素為成分的合金等。也可以使用選自Mn、Mg、Zr、Be、Nd、Sc中的ー種或多種的材料。導(dǎo)電層既可以采用單層結(jié)構(gòu)又可以采用兩層以上的疊層結(jié)構(gòu)。例如，可以舉出鈦膜或氮化鈦膜的單層結(jié)構(gòu)；含有硅的鋁膜的單層結(jié)構(gòu)；在鋁膜上層疊鈦膜的雙層結(jié)構(gòu)；在氮化鈦膜上層疊鈦膜的雙層結(jié)構(gòu)；層疊鈦膜、鋁膜及鈦膜的三層結(jié)構(gòu)等。另外，當(dāng)作為導(dǎo)電層采用鈦膜或氮化鈦膜的單層結(jié)構(gòu)時(shí)，存在容易將該導(dǎo)電層加工為具有錐形形狀的源電極層或漏電極層242a及漏電極層或源電極層242b的優(yōu)點(diǎn)。上部晶體管262的溝道長(zhǎng)度(L)由源電極層或漏電極層242a的下端部與漏電極層或源電極層242b的下端部之間的間隔而決定。另外，在形成溝道長(zhǎng)度(L)短于25nm的晶體管的情況下，當(dāng)進(jìn)行用來(lái)形成掩模的曝光吋，優(yōu)選使用波長(zhǎng)極短，即幾nm至幾十nm的超紫外線(Extreme Ultraviolet)。形成接觸于氧化物半導(dǎo)體層244的一部分的柵極絕緣膜246。作為柵極絕緣膜246，可以通過(guò)等離子體CVD法或?yàn)R射法等形成氧化硅膜、氮化硅膜、氧氮化硅膜、氮氧化硅膜、氧化鋁膜、氮化鋁膜、氧氮化鋁膜、氮氧化鋁膜、氧化鉿膜或氧化鎵膜。在柵極絕緣膜246上的與氧化物半導(dǎo)體層244重疊的區(qū)域中形成柵電極層248a，并且在與源電極層或漏電極層242a重疊的區(qū)域中形成電極層248b。柵電極層248a及電極層248b可以通過(guò)在柵極絕緣膜246上形成導(dǎo)電層之后對(duì)該導(dǎo)電層進(jìn)行選擇性地蝕刻來(lái)形成。可以在柵電極層248a形成之后進(jìn)行對(duì)氧化物半導(dǎo)體層244添加雜質(zhì)元素的處理。作為添加的雜質(zhì)元素有磷、硼、氬等。另外，作為對(duì)氧化物半導(dǎo)體層244添加雜質(zhì)元素的方法，可以采用離子摻雜法或離子注入法。另外，可以多次進(jìn)行對(duì)氧化物半導(dǎo)體層244添加雜質(zhì)元素的處理。當(dāng)多次進(jìn)行對(duì)氧化物半導(dǎo)體層244添加雜質(zhì)元素的處理吋，雜質(zhì)元素既可以在多次中都使用相同的雜質(zhì)元素，也可以在每次處理時(shí)改變雜質(zhì)元素。在對(duì)氧化物半導(dǎo)體層244添加雜質(zhì)元素時(shí)，柵電極層248a用作掩模，雜質(zhì)元素沒(méi)有被添加到氧化物半導(dǎo)體層244中的與柵電極層248a重疊的區(qū)域而形成第一區(qū)域244a。另外，與柵電極層248a重疊的第一區(qū)域244a用作溝道形成區(qū)。并且，添加有雜質(zhì)元素的第二區(qū)域244b、第二區(qū)域244c由于雜質(zhì)元素添加的損傷而使結(jié)晶性降低而成為非晶區(qū)。通過(guò)調(diào)節(jié)添加雜質(zhì)元素的量等，可以降低損傷量而不使其完全成為非晶區(qū)。也就是說(shuō)，添加有雜質(zhì)元素的第二區(qū)域244b、第二區(qū)域244c成為非晶區(qū)比例至少比第一區(qū)域244a的非晶區(qū)比例大的區(qū)域。不便其完全成為非晶區(qū)能夠更容易地利用后面進(jìn)行的熱處理使其晶化，所以是優(yōu)選的。ー對(duì)第二區(qū)域244b、第二區(qū)域244c用作比第一區(qū)域244a電阻低的LDD (LightlyDoped Drain :輕摻雜漏)區(qū)域。通過(guò)設(shè)置用作LDD區(qū)域的含有雜質(zhì)元素的第二區(qū)域244b、第二區(qū)域244c，可以緩和施加到第一區(qū)域244a的端部的電場(chǎng)。由此，可以抑制晶體管的短溝道效果。如此，通過(guò)以柵電極層248a為掩模，對(duì)氧化物半導(dǎo)體層244添加雜質(zhì)元素，并進(jìn)行后面的熱處理，可以以自對(duì)準(zhǔn)的方式形成成為溝道形成區(qū)的第一區(qū)域244a以及成為L(zhǎng)DD區(qū)、域的ー對(duì)第二區(qū)域244b、第二區(qū)域244c。在氧化物半導(dǎo)體層244、柵極絕緣膜246、柵電極層248a及電極層248b上形成包括氧化鋁膜的絕緣膜250。在絕緣膜250為疊層結(jié)構(gòu)的情況下，也可以使用通過(guò)等離子體CVD法或?yàn)R射法等形成的氧化硅膜、氮化硅膜、氧氮化硅膜、氮氧化硅膜、氮化鋁膜、氧氮化鋁膜、氮氧化鋁膜、氧化鉿膜或氧化鎵膜與氧化鋁膜的疊層。在形成絕緣膜250之后進(jìn)行第二熱處理。優(yōu)選將該熱處理的溫度設(shè)定為350°C以上且650°C以下，更優(yōu)選設(shè)定為450°C以上且650°C以下。另外，優(yōu)選設(shè)定為低于襯底的應(yīng)變點(diǎn)。另外，第二熱處理的時(shí)序不局限于本實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)，但是該熱處理需要至少在形成絕緣膜250 (更具體地，氧化鋁膜)之后進(jìn)行。這是因?yàn)槿缦戮壒视米鹘^緣膜250的氧化鋁膜具有高遮斷效果(阻擋效果)，即不使氫、水等雜質(zhì)及氧的雙方透過(guò)膜的效果，因此通過(guò)在形成絕緣膜250之后進(jìn)行熱處理，可以防止從氧化物半導(dǎo)體層244釋放氧。在晶體管262及絕緣膜250上形成絕緣膜252。絕緣膜252可以使用濺射法或CVD法等形成。另外，也可以使用含有氧化硅、氧氮化硅、氮化硅、氧化鉿、氧化鋁等無(wú)機(jī)絕緣材料的材料形成。在柵極絕緣膜246、絕緣膜250及絕緣膜252中形成到達(dá)漏電極層或源電極層242b的開(kāi)ロ。通過(guò)使用掩模等選擇性地進(jìn)行蝕刻來(lái)形成該開(kāi)ロ。然后，在上述開(kāi)口中形成接觸于漏電極層或源電極層242b的布線256。另外，圖9A不示出漏電極層或源電極層242b與布線256的連接部分。布線256在使用濺射法等的PVD法或等離子體CVD法等的CVD法形成導(dǎo)電層之后對(duì)該導(dǎo)電層進(jìn)行蝕刻加工來(lái)形成。另外，作為導(dǎo)電層的材料，可以使用選自Al、Cr、Cu、Ta、Ti、Mo、W中的元素或以上述元素為成分的合金等。也可以使用選自Mn、Mg、Zr、Be、Nd、Sc中的任ー種或多種的材料。詳細(xì)內(nèi)容與源電極層或漏電極層242a等相同。通過(guò)上述エ序制造晶體管262及電容元件264。晶體管262具有含有填補(bǔ)氧缺損的過(guò)剩的氧的氧化物半導(dǎo)體層244。因此，晶體管262得到抑制電特性變動(dòng)并在電性上穩(wěn)定。電容元件264具有源電極層或漏電極層242a、氧化物半導(dǎo)體層244、柵極絕緣膜246及電極層248b。
另外，在圖9A至圖9C所示的電容元件264中，通過(guò)層疊氧化物半導(dǎo)體層244與柵極絕緣膜246，可以充分確保源電極層或漏電極層242a與電極層248b之間的絕緣性。當(dāng)然，為了確保足夠的電容，也可以采用不設(shè)置氧化物半導(dǎo)體層244的結(jié)構(gòu)的電容元件264。另外，還可以采用具有絕緣膜的結(jié)構(gòu)的電容元件264。并且，在不需要電容器的情況下，也可以采用不設(shè)置電容元件264的結(jié)構(gòu)。圖9C示出將上述半導(dǎo)體裝置用作存儲(chǔ)元件時(shí)的電路圖的ー個(gè)例子。在圖9C中，晶體管262的源電極層和漏電極層中的一方與電容元件264的電極層的一方與晶體管260的柵電極層電連接。另外，第一布線(1st Line:也稱為源極線)與晶體管260的源電極層電連接，第二布線(2nd Line:也稱為位線)與晶體管260的漏電極層電連接。另外，第三布線(3rd Line:也稱為第一信號(hào)線)與晶體管262的源電極層和漏電極層中的另一方電連接，并且第四布線(4th Line:也稱為第二信號(hào)線)與晶體管262的柵電極層電連接。并且，第五布線(5th Line:也稱為字線)與電容元件264的電極層的另一方電連接。由于使用氧化物半導(dǎo)體的晶體管262的截止電流極小，所以通過(guò)使晶體管262處 于截止?fàn)顟B(tài)，可以極長(zhǎng)時(shí)間地保持晶體管262的源電極層和漏電極層中的一方與電容元件264的電極層的一方與晶體管260的柵電極層電連接的節(jié)點(diǎn)(以下，節(jié)點(diǎn)FG)的電位。此夕卜，通過(guò)具有電容元件264，可以容易保持施加到節(jié)點(diǎn)FG的電荷，并且，可以容易讀出所保持的信息。在使半導(dǎo)體裝置存儲(chǔ)信息時(shí)(寫(xiě)入)，首先，將第四布線的電位設(shè)定為使晶體管262成為導(dǎo)通狀態(tài)的電位，來(lái)使晶體管262處于導(dǎo)通狀態(tài)。由此，第三布線的電位被供給到節(jié)點(diǎn)FG，由此節(jié)點(diǎn)FG積蓄所定量的電荷。這里，施加賦予兩種不同電位電平的電荷(以下，稱為低(Low)電平電荷、高(High)電平電荷)中的任ー種。然后，通過(guò)將第四布線的電位設(shè)定為使晶體管262成為截止?fàn)顟B(tài)的電位來(lái)使晶體管262處于截止?fàn)顟B(tài)，節(jié)點(diǎn)FG變?yōu)楦?dòng)狀態(tài)，從而節(jié)點(diǎn)FG處于保持所定的電荷的狀態(tài)。如上所述，通過(guò)使節(jié)點(diǎn)FG積蓄并保持所定量的電荷，可以使存儲(chǔ)單元存儲(chǔ)信息。因?yàn)榫w管262的截止電流極小，所以供給到節(jié)點(diǎn)FG的電荷被長(zhǎng)時(shí)間地保持。因此，不需要刷新工作或者可以使刷新工作的頻度變?yōu)闃O低，從而可以充分降低耗電量。此夕卜，即使沒(méi)有電カ供給，也可以在較長(zhǎng)期間內(nèi)保持存儲(chǔ)內(nèi)容。在讀出所存儲(chǔ)的信息的情況(讀出)下，當(dāng)在對(duì)第一布線供給所定的電位(恒定電位)的狀態(tài)下對(duì)第五布線施加適當(dāng)?shù)碾娢?讀出電位)吋，對(duì)應(yīng)于保持于節(jié)點(diǎn)FG的電荷量而晶體管260處于不同的狀態(tài)。這是因?yàn)槿缦戮壒释ǔ＃诰w管260是n溝道型吋，節(jié)點(diǎn)FG保持High電平電荷時(shí)的晶體管260的外觀閾值Vth H低于節(jié)點(diǎn)FG保持Low電平電荷時(shí)的晶體管260的外觀閾值Vth p在此，外觀閾值是指為了使晶體管260處于“導(dǎo)通狀態(tài)”而需要的第五布線的電位。因此，通過(guò)將第五布線的電位設(shè)定為VthH與VthJ之間的電位Vo，可以辨別節(jié)點(diǎn)FG所保持的電荷。例如，在寫(xiě)入中在被施加High電平電荷的情況下，當(dāng)?shù)谖宀季€的電位為VtlO Vthj)時(shí)，晶體管260處于“導(dǎo)通狀態(tài)”。在被施加Low電平電荷的情況下，即使第五布線的電位為％( < Vth l)，晶體管260也保持“截止?fàn)顟B(tài)”。由此，通過(guò)控制第五布線的電位來(lái)讀出晶體管260的導(dǎo)通狀態(tài)或截止?fàn)顟B(tài)(讀出第二布線的電位)，可以讀出所存儲(chǔ)的信息。此外，當(dāng)重寫(xiě)所存儲(chǔ)的信息時(shí)，通過(guò)對(duì)利用上述寫(xiě)入保持所定量的電荷的節(jié)點(diǎn)FG供給新電位，來(lái)使節(jié)點(diǎn)FG保持有關(guān)新信息的電荷。具體而言，將第四布線的電位設(shè)定為使晶體管262處于導(dǎo)通狀態(tài)的電位，來(lái)使晶體管262處于導(dǎo)通狀態(tài)。由此，第三布線的電位(有關(guān)新信息的電位)供給到節(jié)點(diǎn)FG，節(jié)點(diǎn)FG積蓄所定量的電荷。然后，通過(guò)將第四布線的電位設(shè)定為使晶體管262處于截止?fàn)顟B(tài)的電位，來(lái)使晶體管262處于截止?fàn)顟B(tài)，從而使節(jié)點(diǎn)FG保持有關(guān)新信息的電荷。也就是說(shuō)，通過(guò)在利用第一寫(xiě)入使節(jié)點(diǎn)FG保持所定量的電荷的狀態(tài)下，進(jìn)行與第一寫(xiě)入相同的工作(第二寫(xiě)入)，可以重寫(xiě)存儲(chǔ)的信息。本實(shí)施方式所示的晶體管262通過(guò)使用包含過(guò)剩的氧的氧化物半導(dǎo)體層作為氧化物半導(dǎo)體層244，可以充分降低晶體管262的截止電流。并且，通過(guò)使用這種晶體管，可以得到能夠在極長(zhǎng)期間內(nèi)保持存儲(chǔ)內(nèi)容的半導(dǎo)體裝置。如上所述，通過(guò)在氧化物半導(dǎo)體層上形成氧化鋁膜，即使在具有層疊多個(gè)晶體管 的集成電路的半導(dǎo)體裝置的制造エ序中進(jìn)行熱處理，也可以防止來(lái)自大氣的水或氫侵入且擴(kuò)散到氧化物半導(dǎo)體層。由此，晶體管的電特性變動(dòng)得到抑制而在電性上穩(wěn)定。因此，通過(guò)使用該晶體管，可以提供可靠性高的半導(dǎo)體裝置。本實(shí)施方式所示的結(jié)構(gòu)、方法等可以與其他實(shí)施方式所示的結(jié)構(gòu)、方法等適當(dāng)?shù)亟M合而使用。實(shí)施方式5可以將本說(shuō)明書(shū)所公開(kāi)的半導(dǎo)體裝置應(yīng)用于多種電子設(shè)備(包括游戲機(jī))。作為電子設(shè)備，例如可以舉出電視裝置(也稱為電視或電視接收機(jī))、用于計(jì)算機(jī)等的顯示器、數(shù)碼相機(jī)、數(shù)碼攝像機(jī)等影像拍攝裝置、數(shù)碼相框、移動(dòng)電話機(jī)(也稱為手機(jī)、移動(dòng)電話裝置)、便攜式游戲機(jī)、移動(dòng)信息終端、聲音再現(xiàn)裝置、彈子機(jī)等大型游戲機(jī)等。以下，對(duì)具備在上述實(shí)施方式中說(shuō)明的半導(dǎo)體裝置的電子設(shè)備的例子進(jìn)行說(shuō)明。圖IOA示出筆記本型個(gè)人計(jì)算機(jī),包括主體3001、框體3002、顯示部3003以及鍵盤(pán)3004等。通過(guò)將上述實(shí)施方式中的任ー實(shí)施方式所示的半導(dǎo)體裝置應(yīng)用于顯示部3003，可以提供可靠性高的筆記本型個(gè)人計(jì)算機(jī)。圖IOB示出便攜式信息終端(PDA)，在主體3021中設(shè)置有顯示部3023、外部接ロ3025以及操作按鈕3024等。另外，還具備操作個(gè)人數(shù)字助理的觸屏筆3022。通過(guò)將上述實(shí)施方式中的任ー實(shí)施方式所示的半導(dǎo)體裝置應(yīng)用于顯示部3023，可以提供可靠性更高的便攜式信息終端(PDA)。圖IOC示出電子書(shū)閱讀器的ー個(gè)例子。例如，電子書(shū)閱讀器由兩個(gè)框體，即框體2701及框體2703構(gòu)成。框體2701及框體2703由軸部2711形成為一體，且可以以該軸部2711為軸進(jìn)行開(kāi)閉工作。通過(guò)采用這種結(jié)構(gòu)，可以進(jìn)行如紙的書(shū)籍那樣的工作。框體2701組裝有顯示部2705，而框體2703組裝有顯示部2707。顯示部2705及顯示部2707的結(jié)構(gòu)既可以是顯示連屏畫(huà)面的結(jié)構(gòu)，又可以是顯示不同的畫(huà)面的結(jié)構(gòu)。通過(guò)采用顯示不同的畫(huà)面的結(jié)構(gòu)，例如可以在右邊的顯示部(圖IOC中的顯示部2705)中顯示文章而在左邊的顯示部(圖IOC中的顯示部2707)中顯示圖像。通過(guò)將上述實(shí)施方式中的任ー實(shí)施方式所示的半導(dǎo)體裝置應(yīng)用于顯示部2705和顯示部2707，可以提供可靠性高的電子書(shū)閱讀器。當(dāng)作為顯示部2705使用半透過(guò)型或反射型液晶顯示裝置時(shí)，可以預(yù)料電子書(shū)閱讀器在較明亮的情況下也被使用，因此也可以設(shè)置太陽(yáng)電池而進(jìn)行利用太陽(yáng)電池的發(fā)電及利用電池的充電。另外，當(dāng)作為電池使用鋰離子電池時(shí)，有可以實(shí)現(xiàn)小型化等的優(yōu)點(diǎn)。
此外，在圖IOC中示出框體2701具備操作部等的例子。例如，在框體2701中具備電源開(kāi)關(guān)2721、操作鍵2723、揚(yáng)聲器2725等。利用操作鍵2723可以翻頁(yè)。注意，在與框體的顯示部相同的面上可以設(shè)置鍵盤(pán)、定位裝置等。另外，也可以采用在框體的背面或側(cè)面具備外部連接端子(耳機(jī)端子、USB端子等)、記錄介質(zhì)插入部等的結(jié)構(gòu)。再者，電子書(shū)閱讀器也可以具有電子詞典的功能。此外，電子書(shū)閱讀器也可以采用能夠以無(wú)線的方式收發(fā)信息的結(jié)構(gòu)。還可以采用以無(wú)線的方式從電子書(shū)閱讀器服務(wù)器購(gòu)買所希望的書(shū)籍?dāng)?shù)據(jù)等，然后下載的結(jié)構(gòu)。圖IOD示出移動(dòng)電話，由框體2800及框體2801的兩個(gè)框體構(gòu)成?？蝮w2801具備顯示面板2802、揚(yáng)聲器2803、麥克風(fēng)2804、定位裝置2806、影像拍攝用透鏡2807、外部連接端子2808等。此外，框體2800具備對(duì)移動(dòng)電話進(jìn)行充電的太陽(yáng)電池單元2810、外部?jī)?chǔ)存槽2811等。另外，在框體2801內(nèi)組裝有天線。通過(guò)將上述實(shí)施方式中的任一實(shí)施方式所示的半導(dǎo)體裝置應(yīng)用于顯示面板2802，可以提供可靠性高的移動(dòng)電話。另外，顯示面板2802具備觸摸屏，圖IOD使用虛線示出作為映像被顯示出來(lái)的多 個(gè)操作鍵2805。另外，還安裝有用來(lái)將由太陽(yáng)電池單元2810輸出的電壓升壓到各電路所需的電壓的升壓電路。顯示面板2802根據(jù)使用方式適當(dāng)?shù)馗淖冿@示的方向。另外，由于在與顯示面板2802同一面上設(shè)置影像拍攝用透鏡2807，所以可以實(shí)現(xiàn)可視電話。揚(yáng)聲器2803及麥克風(fēng)2804不局限于音頻通話，還可以進(jìn)行可視通話、錄音、再生等。再者，滑動(dòng)框體2800和框體2801而可以處于如圖IOD那樣的展開(kāi)狀態(tài)和重疊狀態(tài)，所以可以實(shí)現(xiàn)適于攜帶的小型化。外部連接端子2808可以與AC適配器及各種電纜如USB電纜等連接，并可以進(jìn)行充電及與個(gè)人計(jì)算機(jī)等的數(shù)據(jù)通訊。另外，通過(guò)將記錄媒體插入到外部?jī)?chǔ)存槽2811中，可以對(duì)應(yīng)于更大量數(shù)據(jù)的保存及移動(dòng)。另外，也可以是除了上述功能以外還具有紅外線通信功能、電視接收功能等的移動(dòng)電話。圖IOE示出數(shù)碼攝像機(jī)，其包括主體3051、顯示部(A) 3057、取景器3053、操作開(kāi)關(guān)3054、顯示部(B)3055以及電池3056等。通過(guò)將上述實(shí)施方式中的任一實(shí)施方式所示的半導(dǎo)體裝置應(yīng)用于顯示部(A) 3057及顯示部(B)3055，可以提供可靠性高的數(shù)碼攝像機(jī)。圖IOF示出電視裝置的一個(gè)例子。在電視裝置中，框體9601組裝有顯示部9603。利用顯示部9603可以顯示映像。此外，在此示出利用支架9605支撐框體9601的結(jié)構(gòu)。通過(guò)將上述實(shí)施方式中的任一實(shí)施方式所示的半導(dǎo)體裝置應(yīng)用于顯示部9603，可以提供可靠性高的電視裝置?？梢酝ㄟ^(guò)利用框體9601所具備的操作開(kāi)關(guān)或另行提供的遙控操作機(jī)進(jìn)行電視裝置的操作?；蛘?，也可以采用在遙控操作機(jī)中設(shè)置顯示部的結(jié)構(gòu)，該顯示部顯示從該遙控操作機(jī)輸出的信息。另外，電視裝置采用具備接收機(jī)、調(diào)制解調(diào)器等的結(jié)構(gòu)?？梢酝ㄟ^(guò)利用接收機(jī)接收一般的電視廣播。再者，通過(guò)調(diào)制解調(diào)器連接到有線或無(wú)線方式的通信網(wǎng)絡(luò)，也可以進(jìn)行單向(從發(fā)送者到接收者)或雙向(在發(fā)送者和接收者之間或在接收者之間等)的信息通信。本實(shí)施方式可以與其他實(shí)施方式所示的結(jié)構(gòu)適當(dāng)?shù)亟M合而使用。實(shí)施例I
在本實(shí)施例中，對(duì)在根據(jù)所公開(kāi)的發(fā)明的半導(dǎo)體裝置中使用的氧化鋁膜的阻擋特性進(jìn)行評(píng)價(jià)。圖IlAl至圖14D示出其結(jié)果。作為評(píng)價(jià)方法，使用二次離子質(zhì)譜分析法(SIMS :Secondary Ion Mass Spectrometry)和 TDS(Thermal Desorption Spectrometry :熱脫附譜法)分析法。首先，示出通過(guò)SMS分析進(jìn)行的評(píng)價(jià)。作為樣品，制造兩種樣品作為比較例，在玻璃襯底上通過(guò)濺射法形成IOOnm厚的氧化硅膜而成的比較例樣品A ;作為實(shí)施例，在玻璃襯底上通過(guò)濺射法形成IOOnm厚的氧化硅膜并在氧化硅膜上通過(guò)濺射法形成IOOnm厚的氧化鋁膜而成的實(shí)施例樣品A。作為比較例樣品A及實(shí)施例樣品A，以下示出氧化硅膜的成膜條件作為靶材使用氧化硅(SiO2)靶材；玻璃襯底與靶材的距離為60mm ;壓力為0. 4Pa ;電源電力為I. 5kff ;氧(氧流量為50sCCm)氣氛下；以及襯底溫度為100°C。以下示出實(shí)施例樣品A中的氧化鋁膜的成膜條件作為靶材使用氧化鋁(Al2O3)靶材；玻璃襯底與靶材的距離為60mm ;壓力為0. 4Pa ;電源電力為I. 5kff ;氬及氧(氬流量為 25sccm ;氧流量為25SCCm)氣氛下；以及襯底溫度為250°C。對(duì)比較例樣品A及實(shí)施例樣品A進(jìn)行壓力鍋測(cè)試(PCT Pressure Cooker Test)。在本實(shí)施例中，作為PCT測(cè)試，在溫度為130°C，濕度為85% (包含于氣體中的水蒸氣的體積比為H20(水)％0(重水)=3 I)，氣壓為2. 3(0. 23MPa)的條件下保持比較例樣品A及實(shí)施例樣品A100小時(shí)。在本實(shí)施例中，以氘等表示的“D原子”表示質(zhì)量數(shù)為2的氫原子(2H)。作為SMS 分析，使用 SSDP (Substrate Side Depth Prof ile)-SMS 來(lái)測(cè)定 PCT 測(cè)試前和PCT測(cè)試后的比較例樣品A及實(shí)施例樣品A的H原子及D原子的濃度。圖IlAl及圖11A2示出利用SMS測(cè)定的比較例樣品A中的H原子及D原子的濃度分布，其中圖IlAl為PCT測(cè)試前的濃度分布，而圖11A2為PCT測(cè)試后的濃度分布。在圖IlAl及圖11A2中，D原子期望分布是以D原子的存在比為0. 015%來(lái)根據(jù)H原子的分布算出的存在于自然界的D原子的濃度分布。因此，因PCT測(cè)試而混入到樣品中的D原子量為實(shí)際測(cè)定的D原子濃度與D原子期望濃度的差。圖IlBl及圖11B2示出從實(shí)際測(cè)定的D原子濃度減去D原子期望濃度的D原子的濃度分布，其中圖IlBl為PCT測(cè)試前的濃度分布，而圖11B2為PCT測(cè)試后的濃度分布。同樣地，圖12A1及圖12A2示出利用SMS測(cè)定的實(shí)施例樣品A中的H原子及D原子的濃度分布，其中圖12A1為PCT測(cè)試前的濃度分布，而圖12A2為PCT測(cè)試后的濃度分布。另外，圖12B1及圖12B2示出從實(shí)際測(cè)定的D原子濃度減去D原子期望濃度的D原子的濃度分布，其中圖12B1為PCT測(cè)試前的濃度分布，而圖12B2為PCT測(cè)試后的濃度分布。另外，本實(shí)施例的SMS分析結(jié)果都示出使用氧化硅膜的標(biāo)準(zhǔn)樣品來(lái)定量的結(jié)果。如圖IlAl至圖11B2所示，在PCT測(cè)試之前實(shí)際測(cè)定的D原子的濃度分布與D原子期望分布重疊，而在PCT測(cè)試之后實(shí)際測(cè)定的D原子的濃度分布增大成高濃度，由此可知D原子混入到氧化硅膜中。因此，可以確認(rèn)到，比較例樣品A的氧化硅膜對(duì)來(lái)自外部的水(H20、D20)具有低阻擋性。另一方面，如圖12A1至圖12B2所示，在將氧化鋁膜層疊在氧化硅膜上的實(shí)施例樣品A中，在PCT測(cè)試后D原子也只侵入到氧化鋁膜表面，而不侵入到離氧化鋁膜表面有深于50nm左右的區(qū)域及氧化硅膜。由此，可以確認(rèn)到，氧化鋁膜對(duì)來(lái)自外部的水(H20、D20)具有高阻擋性。接著，示出通過(guò)TDS分析進(jìn)行的評(píng)價(jià)。作為實(shí)施例，制造如下實(shí)施例樣品B，即在該實(shí)施例樣品B中在玻璃襯底上通過(guò)濺射法形成有IOOnm厚的氧化硅膜，且在氧化硅膜上通過(guò)濺射法形成有20nm厚的氧化鋁膜。另外，作為比較例，制造如下比較例樣品B，即在通過(guò)TDS分析測(cè)定實(shí)施例樣品B之后，從實(shí)施例樣品B去除氧化鋁膜，來(lái)形成在玻璃襯底上只形成有氧化硅膜的比較例樣品B。作為比較例樣品B及實(shí)施例樣品B中的氧化硅膜的形成條件，采用如下條件作為革巴材使用氧化娃(SiO2)革巴材；玻璃襯底與革巴材的距離為60mm ;壓力為O. 4Pa ;電源電力為I. 5kff ;氧(氧流量為50SCCm)氣氛下；以及襯底溫度為100°C。在實(shí)施例樣品B中，作為氧化鋁膜的形成條件，采用如下條件作為靶材使用氧化鋁(Al2O3)靶材；玻璃襯底與靶材的距離為60mm ;壓力為O. 4Pa ;電源電力為I. 5kff ;氬及氧(氬流量為25SCCm :氧流量為25SCCm)氣氛下；以及襯底溫度為250°C。分別在300°C的加熱處理、450°C的加熱處理、600°C的加熱處理的條件下，在氮?dú)夥障聦?duì)比較例樣品B及實(shí)施例樣品B進(jìn)行I小時(shí)的處理。對(duì)分別在不進(jìn)行加熱處理、300°C的加熱處理、450°C的加熱處理、600°C的加熱處理的4個(gè)條件下制造的比較例樣品B及實(shí)施例樣品B進(jìn)行TDS分析。圖13A至圖14D示出測(cè)定比較例樣品B及實(shí)施例樣品B來(lái)得到的M/z = 32 (O2)的TDS結(jié)果，其中圖13A及圖14A示出對(duì)比較例樣品B及實(shí)施例樣品B不進(jìn)行加熱處理時(shí)的TDS結(jié)果，圖13B及圖14B示出對(duì)比較例樣品B及實(shí)施例樣品B進(jìn)行300°C的加熱處理時(shí)的TDS結(jié)果，圖13C及圖14C示出對(duì)比較例樣品B及實(shí)施例樣品B進(jìn)行450°C的加熱處理時(shí)的TDS結(jié)果，而圖13D及圖14D示出對(duì)比較例樣品B及實(shí)施例樣品B進(jìn)行600°C的加熱處理時(shí)的TDS結(jié)果。如圖13A至圖13D所示，作為比較例樣品B，在不進(jìn)行加熱處理的圖13A中從氧化硅膜釋放氧，但是在進(jìn)行300°C的加熱處理的圖13B中氧釋放量大幅度地減少，而在進(jìn)行450°C的加熱處理的圖13C及進(jìn)行600°C的加熱處理的圖13D中氧放出量為T(mén)DS測(cè)定的背景值以下。根據(jù)圖13A至圖13D的結(jié)果可知，包含在氧化硅膜中的過(guò)剩的氧中的9成以上通過(guò)300°C的加熱處理從氧化硅膜中釋放到外部，而包含在氧化硅膜中的幾乎所有過(guò)剩的氧通過(guò)450°C、60(TC的加熱處理釋放到氧化硅膜的外部。由此，可以確認(rèn)到氧化硅膜對(duì)氧具有低阻擋性。另一方面，如圖14A至圖14D所示，作為將氧化鋁膜形成在氧化硅膜上的實(shí)施例樣品B，在進(jìn)行300°C、450°C、60(rC的加熱處理的樣品也釋放與不進(jìn)行加熱處理時(shí)同等的量的氧。根據(jù)圖14A至圖14D的結(jié)果可知，通過(guò)將氧化鋁膜形成在氧化硅膜上，即使進(jìn)行加熱處理，包含在氧化硅膜中的過(guò)剩的氧也不易釋放到外部，而極長(zhǎng)時(shí)間地保持在氧化硅膜中含有氧的狀態(tài)。由此可以確認(rèn)到，氧化鋁膜對(duì)氧具有高阻擋性。根據(jù)上述結(jié)果可以確認(rèn)到，氧化鋁膜對(duì)氫及水具有阻擋性并對(duì)氧具有阻擋性，因此可以適用于阻擋氫、水及氧的阻擋膜。因此，由于氧化鋁膜用作阻擋膜，所以在依次形成氧化物半導(dǎo)體層、源電極層、漏電極層、柵極絕緣膜、柵電極層之后，在柵極絕緣膜及柵電極層上以與其接觸的方式形成氧化鋁膜的晶體管的制造工序中及制造后，可以防止氫、水等雜質(zhì)混入氧化物半導(dǎo)體層并防止構(gòu)成氧化物半導(dǎo)體的主要成分材料的氧從氧化物半導(dǎo)體層釋放。實(shí)施例2在本實(shí)施例中，對(duì)所公開(kāi)的發(fā)明的半導(dǎo)體裝置中的將氧化鋁膜作為阻擋膜的晶體管特性的測(cè)量結(jié)果進(jìn)行說(shuō)明。首先，對(duì)實(shí)施例樣品C的晶體管的制造方法進(jìn)行說(shuō)明。在硅襯底上利用濺射法形成300nm厚的為基底絕緣膜的氧化硅層。作為基底絕緣膜的氧化硅層的成膜條件，采用如下條件作為靶材使用氧化硅(SiO2)靶材；在玻璃襯底與革巴材的距離為60mm ;壓力為O. 4Pa ;電源電力為I. 5kff ;氧(氧流量50sccm)氣氛下；襯底溫度為100°C。
接著，在氧化硅層上形成20nm厚的為氧化物半導(dǎo)體層的In-Ga-Zn-O類氧化物半導(dǎo)體。作為氧化物半導(dǎo)體層In-Ga-Zn-O類氧化物半導(dǎo)體的成膜條件，采用如下條件作為靶材使用In Ga Zn = I I I的靶材；壓力為O. 4Pa ;電源電力為O. 5kW ;気及氧(氬流量30SCCm :氧流量15SCCm)氣氛下；襯底溫度為250°C。接著，在形成氧化物半導(dǎo)體層之后，在減壓狀態(tài)下進(jìn)行30分鐘的400°C的熱處理。然后，在氧化物半導(dǎo)體層上形成為源電極層及漏電極層的IOOnm厚的鎢層，然后依次層疊地形成如下膜利用CVD法在源電極層及漏電極層上形成30nm厚的成為柵極絕緣膜的氧氮化硅膜；在柵極絕緣膜上的與氧化物半導(dǎo)體層重疊的區(qū)域上形成15nm厚的成為柵電極層的氮化鉭層；以及135nm厚的鎢層。接著，在加速電壓為40kV、摻雜量為I X IO15離子/cm2的條件下對(duì)氧化物半導(dǎo)體層添加磷，并在氮?dú)夥障逻M(jìn)行I個(gè)小時(shí)的450°C的熱處理。在添加完磷之后，利用濺射法在柵極絕緣膜及柵電極層上形成IOOnm厚的成為絕緣膜的氧化鋁膜。作為氧化鋁膜的成膜條件，采用如下條件作為靶材使用氧化鋁(Al2O3)靶材；襯底與靶材的距離為60mm;壓力為O. 4Pa ;電源電力為I. 5kW ;氬及氧(氬流量25sccm :氧流量25sccm)氣氛下；襯底溫度為250°C。接著，利用CVD法在氧化鋁膜上形成300nm厚的氧氮化硅膜作為實(shí)施例樣品C。另外，對(duì)實(shí)施例樣品C的晶體管與用來(lái)比較晶體管特性的比較例樣品C的晶體管的制造方法進(jìn)行說(shuō)明。作為比較例樣品C，到添加磷的工序?yàn)橹古c實(shí)施例樣品C同樣地形成，其不同之處在于，比較例樣品C在添加磷之后，利用CVD法在柵極絕緣膜及柵電極層上形成300nm厚的
氧氮化硅膜。 比較例樣品C及實(shí)施例樣品C在450 0C的熱處理?xiàng)l件下，在氮?dú)夥罩羞M(jìn)行一個(gè)小時(shí)的處理。在本實(shí)施例中，在比較例樣品C及實(shí)施例樣品C的晶體管中，在將漏極電壓(Vd)設(shè)定為3V，將柵極電壓(Vg)從-6V掃描到6V的情況下，進(jìn)行了漏極電流(Id:[A])的測(cè)量。圖15和圖16示出測(cè)量結(jié)果。在圖15及圖16中，橫軸為柵極電壓(Vg[V])，縱軸為漏極電流(Id[A])。另外，“漏極電壓(Vd) ”是指以源極為基準(zhǔn)的漏極與源極的電位差，“柵極電壓(Vg) ”是指以源極為基準(zhǔn)的柵極與源極的電位差。
如圖15所示，在比較例樣品C的晶體管中，即使對(duì)柵極電壓進(jìn)行掃描電流值也沒(méi)有太大的變化。由此可以確認(rèn)，比較例樣品C的晶體管不能確保開(kāi)關(guān)比，而不能得到正常的開(kāi)關(guān)特性。另一方面，如圖16所示，可以確認(rèn)實(shí)施例樣品C的晶體管在導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)漏極電流(也稱為導(dǎo)通電流)為I(T6A，而在截止?fàn)顟B(tài)時(shí)漏極電流(也稱為截止電流)為1(Γ14Α。由此可以確認(rèn)，實(shí)施例樣品C的晶體管能夠確保開(kāi)關(guān)比，而能夠得到正常的開(kāi)關(guān)特性。實(shí)施例樣品C與比較例樣品C的不同之處在于形成氧氮化硅膜之前是否形成氧化鋁膜。因此，可以確認(rèn)在實(shí)施例樣品C中由于氧化鋁膜的效果晶體管的電特性變動(dòng)得到抑制而在電性上穩(wěn)定。 如實(shí)施例I所示，由于氧化鋁膜適用于阻擋氫、水及氧的阻擋膜，通過(guò)采用覆蓋氧化物半導(dǎo)體層在柵極絕緣膜及柵電極層上以與其接觸的方式形成氧化鋁膜的結(jié)構(gòu)，即使在進(jìn)行熱處理的情況下，也可以防止氫或水混入氧化物半導(dǎo)體層或者氧從氧化物半導(dǎo)體層釋出。通過(guò)上述結(jié)果可知，通過(guò)采用上述結(jié)構(gòu)，即使對(duì)微型化的晶體管進(jìn)行熱處理也可以確保開(kāi)關(guān)比，而能夠獲得正常的開(kāi)關(guān)特性，晶體管的電特性變動(dòng)得到抑制而在電性上穩(wěn)定。由此，具有該晶體管的使用氧化物半導(dǎo)體的半導(dǎo)體裝置具有穩(wěn)定的電特性而能夠?qū)崿F(xiàn)高可靠性。符號(hào)說(shuō)明100 襯底102基底絕緣膜106氧化半導(dǎo)體層106a 第一區(qū)域106b 第二區(qū)域106c 第二區(qū)域108a源電極層108b漏電極層110柵極絕緣膜112柵電極層114絕緣膜116層間絕緣膜121雜質(zhì)元素150晶體管206元件分離絕緣膜208柵極絕緣膜210柵電極層216溝道形成區(qū)220雜質(zhì)區(qū)224金屬化合物區(qū)228絕緣膜230絕緣膜
242a漏電極層242b源電極層244氧化物半導(dǎo)體層244a第一區(qū)域244b第二區(qū)域244c第三區(qū)域246柵極絕緣膜248a柵電極層、
248b電極層250絕緣膜252絕緣膜260晶體管262晶體管264電容元件285襯底601襯底602光電二極管606a半導(dǎo)體膜606b半導(dǎo)體膜606c半導(dǎo)體膜608粘合層613襯底622光631絕緣膜633層間絕緣膜634層間絕緣膜640晶體管641a電極層641b電極層642電極層643導(dǎo)電層645柵電極層656晶體管658光電二極管復(fù)位信號(hào)線659柵極信號(hào)線671光電傳感器輸出信號(hào)線672光電傳感器參考信號(hào)線2701框體2703框體
2705顯示部2707顯示部2711軸部2721電源開(kāi)關(guān) 2723操作鍵2725揚(yáng)聲器2800框體2801框體2802顯示面板2803揚(yáng)聲器2804麥克風(fēng)2805操作鍵2806定位裝置2807影像拍攝用透鏡2808外部連接端子2810太陽(yáng)電池單元2811外部?jī)?chǔ)存槽3001主體3002框體3003顯示部3004鍵盤(pán)3021主體3022觸屏筆3023顯示部3024操作按鈕3025外部接口3051主體3053取景器3054操作開(kāi)關(guān)3055顯示部 B3056電池3057顯示部 A4001襯底4002像素部4003信號(hào)線驅(qū)動(dòng)電路4004掃描線驅(qū)動(dòng)電路4005密封劑4006襯底4008液晶層
4010晶體管4011晶體管4013液晶元件4015連接端子電極層4016端子電極層4018FPC4018aFPC4018bFPC 4019各向異性導(dǎo)電膜4021絕緣膜4023絕緣膜4024絕緣膜4030電極層4031電極層4033絕緣膜4510分隔壁4511場(chǎng)致發(fā)光層4513發(fā)光兀件4514填充材料4612空洞4613球形粒子4614填充材料4615a黑色區(qū)域4615b 白色區(qū)域9601框體9603顯示部9605支架
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體裝置的制造方法，包括如下步驟 形成氧化物半導(dǎo)體層； 與所述氧化物半導(dǎo)體層相鄰地形成柵極絕緣膜； 以隔著所述柵極絕緣膜與所述氧化物半導(dǎo)體層相鄰的方式形成柵電極層； 在所述柵電極層上形成氧化鋁膜；以及 至少對(duì)所述氧化物半導(dǎo)體層進(jìn)行熱處理， 其中，所述氧化招膜的厚度大于50nm且為500nm以下。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，還包括在形成所述氧化物半導(dǎo)體層之后對(duì)所述氧化物半導(dǎo)體層進(jìn)行熱處理的步驟。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，還包括在所述氧化鋁膜上形成層間絕緣膜的步驟。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中所述層間絕緣膜由氧氮化硅形成。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，還包括在形成所述柵電極層之后利用離子摻雜法或離子注入法對(duì)所述氧化物半導(dǎo)體層添加雜質(zhì)的步驟。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中邊加熱邊形成所述氧化物半導(dǎo)體層。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中所述柵極絕緣膜包括氧含量高于所述柵極絕緣膜的化學(xué)計(jì)量比的區(qū)域。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，還包括如下步驟在所述氧化物半導(dǎo)體層上形成源電極層及漏電極層，其中由在所述氧化物半導(dǎo)體層上彼此相鄰的所述源電極層與所述漏電極層之間的距離決定的溝道長(zhǎng)度為2 μ m以下。
9.一種半導(dǎo)體裝置的制造方法，包括如下步驟 形成基底絕緣膜； 在所述基底絕緣膜上以與其接觸的方式形成氧化物半導(dǎo)體層； 在所述氧化物半導(dǎo)體層上形成源電極層及漏電極層； 在所述氧化物半導(dǎo)體層、所述源電極層及所述漏電極層上以與其接觸的方式形成柵極絕緣膜； 在所述柵極絕緣膜上的與所述氧化物半導(dǎo)體層重疊的區(qū)域上形成柵電極層； 在所述柵極絕緣膜及所述柵電極層上以與其接觸的方式形成氧化鋁膜；以及 對(duì)所述氧化物半導(dǎo)體層進(jìn)行熱處理， 其中，所述氧化招膜的厚度大于50nm且為500nm以下。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，還包括在形成所述氧化物半導(dǎo)體層之后對(duì)所述氧化物半導(dǎo)體層進(jìn)行熱處理的步驟。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，還包括在所述氧化鋁膜上形成層間絕緣膜的步驟。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中所述層間絕緣膜由氧氮化硅形成。
13.根據(jù)權(quán)利要求9所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，還包括在形成所述柵電極層之后利用離子摻雜法或離子注入法對(duì)所述氧化物半導(dǎo)體層添加雜質(zhì)的步驟。
14.根據(jù)權(quán)利要求9所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中邊加熱邊形成所述氧化物半導(dǎo)體層。
15.根據(jù)權(quán)利要求9所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中所述基底絕緣膜包括氧含量高于所述基底絕緣膜的化學(xué)計(jì)量比的區(qū)域或者所述柵極絕緣膜包括氧含量高于所述柵極絕緣膜的化學(xué)計(jì)量比的區(qū)域。
16.根據(jù)權(quán)利要求9所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中由在所述氧化物半導(dǎo)體層上彼此相鄰的所述源電極層與所述漏電極層之間的距離決定的溝道長(zhǎng)度為2 μ m以下。
17.一種半導(dǎo)體裝置的制造方法，包括如下步驟 利用如下步驟制造晶體管 形成基底絕緣膜； 在所述基底絕緣膜上以與其接觸的方式形成氧化物半導(dǎo)體層； 在所述氧化物半導(dǎo)體層上形成源電極層及漏電極層； 在所述氧化物半導(dǎo)體層、所述源電極層及所述漏電極層上以與其接觸的方式形成柵極絕緣膜； 在所述柵極絕緣膜上的與所述氧化物半導(dǎo)體層重疊的區(qū)域上形成柵電極層； 在所述柵極絕緣膜及所述柵電極層上以與其接觸的方式形成氧化鋁膜；以及 對(duì)所述晶體管進(jìn)行熱處理， 其中，所述氧化招膜的厚度大于50nm且為500nm以下。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，還包括在形成所述氧化物半導(dǎo)體層之后對(duì)所述氧化物半導(dǎo)體層進(jìn)行熱處理的步驟。
19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，還包括在所述氧化鋁膜上形成層間絕緣膜的步驟。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中所述層間絕緣膜由氧氮化硅形成。
21.根據(jù)權(quán)利要求17所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，還包括在形成所述柵電極層之后利用離子摻雜法或離子注入法對(duì)所述氧化物半導(dǎo)體層添加雜質(zhì)的步驟。
22.根據(jù)權(quán)利要求17所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中邊加熱邊形成所述氧化物半導(dǎo)體層。
23.根據(jù)權(quán)利要求17所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中所述基底絕緣膜包括氧含量高于所述基底絕緣膜的化學(xué)計(jì)量比的區(qū)域或者所述柵極絕緣膜包括氧含量高于所述柵極絕緣膜的化學(xué)計(jì)量比的區(qū)域。
24.根據(jù)權(quán)利要求17所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中由在所述氧化物半導(dǎo)體層上彼此相鄰的所述源電極層與所述漏電極層之間的距離決定的溝道長(zhǎng)度為2 μ m以下。
全文摘要
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體裝置的制造方法。本發(fā)明通過(guò)對(duì)使用氧化物半導(dǎo)體的半導(dǎo)體裝置賦予穩(wěn)定的電特性，提供一種可靠性高的半導(dǎo)體裝置。作為晶體管的制造工序，在依次形成氧化物半導(dǎo)體層、源電極層、漏電極層、柵極絕緣膜、柵電極層及氧化鋁膜之后，通過(guò)對(duì)氧化物半導(dǎo)體層及氧化鋁膜進(jìn)行熱處理，去除含有氫原子的雜質(zhì)，并形成包括含有超過(guò)化學(xué)計(jì)量比的氧的區(qū)域的氧化物半導(dǎo)體層。另外，通過(guò)形成氧化鋁膜，即使在具有該晶體管的半導(dǎo)體裝置或電子設(shè)備的制造工序中的熱處理中，也可以防止來(lái)自大氣的水或氫侵入且擴(kuò)散到氧化物半導(dǎo)體層中，從而可以制造可靠性高的晶體管。
文檔編號(hào)H01L21/324GK102738002SQ201210098750
公開(kāi)日2012年10月17日 申請(qǐng)日期2012年4月6日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月6日
發(fā)明者丸山哲紀(jì), 佐佐木俊成, 佐藤惠司, 佐藤裕平, 手塚祐朗, 村川努, 磯部敦生 申請(qǐng)人:株式會(huì)社半導(dǎo)體能源研究所