專利名稱：半導(dǎo)體裝置及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體裝置以及用于制造半導(dǎo)體裝置的方法。
背景技術(shù)：
在本說明書中，半導(dǎo)體裝置一般表示能夠通過利用半導(dǎo)體特性來起作用的任何裝置，并且電子光學(xué)裝置、半導(dǎo)體電路和電子設(shè)備都包含在半導(dǎo)體裝置的類別中。已經(jīng)將注意力集中在用于借助于具有絕緣表面的襯底之上形成的半導(dǎo)體薄膜來形成晶體管的技術(shù)(該晶體管又稱作薄膜晶體管(TFT))。晶體管已經(jīng)應(yīng)用于大范圍的電子裝置，例如集成電路(IC)或圖像顯示裝置(顯示裝置)。硅半導(dǎo)體材料被廣泛已知是用于可適用于晶體管的半導(dǎo)體薄膜的材料。作為另一種材料，氧化物半導(dǎo)體引起了關(guān)注?！だ?，公開了其活性層包括包含銦(In)、鎵(Ga)和鋅(Zn)的非晶氧化物的晶體管(參見專利文獻I)。[參考文獻]
專利文獻I: 日本公布專利申請No. 2006-165528。

發(fā)明內(nèi)容
晶體管的通態(tài)特性(例如通態(tài)電流和場效應(yīng)遷移率)的改進引起對輸入信號的高速響應(yīng)以及半導(dǎo)體裝置的高速操作；因此，能夠?qū)崿F(xiàn)具有較高性能的半導(dǎo)體裝置。同時，需要晶體管的斷態(tài)電流充分小，以便獲得半導(dǎo)體裝置的低功率消耗。如上所述，晶體管所必需的電特性根據(jù)其目的或目標而改變，并且以高精度來調(diào)整電特性是有用的。本發(fā)明的一個實施例的一個目的是提供一種晶體管結(jié)構(gòu)及其制造方法，其中將氧化物半導(dǎo)體用于其溝道形成區(qū)的晶體管的作為電特性之一的閾值電壓能夠取正值，從而提供所謂的常斷類型的開關(guān)元件。優(yōu)選的是，溝道在晶體管中柵極電壓是盡可能接近O V的正閾值電壓時的閾值電壓下形成。如果晶體管的閾值電壓為負，則晶體管趨向于作為所謂的常通類型，其中甚至在O V的柵極電壓下電流也在源電極與漏電極之間流動。電路中包含的晶體管的電特性在LSI、CPU或存儲器中是重要的，并且支配半導(dǎo)體裝置的功率消耗。具體來說，在晶體管的電性質(zhì)中，閾值電壓(Vth)是重要的。如果閾值電壓值甚至在場效應(yīng)遷移率高時也為負，則難以控制電路。其中溝道甚至在負電壓下也形成以使得漏極電流流動的這種晶體管不適合作為半導(dǎo)體裝置的集成電路中使用的晶體管。此外，重要的是，取決于其材料或制造條件，晶體管的特性甚至在晶體管不是常斷晶體管時也接近常斷特性。本發(fā)明的一個實施例的目的是提供一種結(jié)構(gòu)及其制造方法，其中晶體管的閾值電壓甚至在閾值電壓為負時、即甚至在晶體管是所謂的常通晶體管時也接近零。此外，本發(fā)明的一個實施例的目的是提供一種結(jié)構(gòu)及其制造方法，其中晶體管的通態(tài)特性(例如通態(tài)電流和場效應(yīng)遷移率)增加，從而引起半導(dǎo)體裝置的高速響應(yīng)和高速操作以獲得更高性能的半導(dǎo)體裝置。本發(fā)明的一個實施例的目的是提供一種具有其目的所必需的電特性并且使用氧化物半導(dǎo)體層的晶體管，以及提供一種包括該晶體管的半導(dǎo)體裝置。本發(fā)明的一個實施例的目的是實現(xiàn)上述目的中的至少一個。在其中至少柵電極層、柵絕緣膜和半導(dǎo)體層按照這種順序堆疊的底柵晶體管中，包括其能隙彼此不同的至少兩個氧化物半導(dǎo)體層的氧化物半導(dǎo)體堆疊層用作半導(dǎo)體層。氧化物半導(dǎo)體堆疊層可具有由第一氧化物半導(dǎo)體層和第二氧化物半導(dǎo)體層所組成的堆疊結(jié)構(gòu)，在這種情況下，其堆疊順序不受限制，只要其能隙彼此不同即可其能隙較大的一個氧化物半導(dǎo)體層或者其能隙較小的另一個氧化物半導(dǎo)體層作為與柵絕緣膜相接觸的氧化物半導(dǎo)體層來設(shè)置。具體來說，氧化物半導(dǎo)體堆疊層中的一個氧化物半導(dǎo)體層的能隙大于或等于3eV，而另一個氧化物半導(dǎo)體層的能隙小于3 eV。術(shù)語“能隙”在本說明書中與“帶隙”或“禁 帶寬度”是同義的。氧化物半導(dǎo)體堆疊層可具有由三個或更多氧化物半導(dǎo)體層所組成的堆疊結(jié)構(gòu)，在這種情況下，所有氧化物半導(dǎo)體層的能隙彼此不同，或者三個或更多氧化物半導(dǎo)體層之中的多個氧化物半導(dǎo)體層的能隙彼此基本上相同。例如，氧化物半導(dǎo)體堆疊層具有由第一氧化物半導(dǎo)體層、第二氧化物半導(dǎo)體層和第三氧化物半導(dǎo)體層所組成的堆疊結(jié)構(gòu)，其中第二氧化物半導(dǎo)體層的能隙比第一氧化物半導(dǎo)體層和第三氧化物半導(dǎo)體層的能隙要小，或者第二氧化物半導(dǎo)體層的電子親合勢比第一氧化物半導(dǎo)體層和第三氧化物半導(dǎo)體層的電子親合勢要大。在那種情況下，能隙和電子親合勢在第一氧化物半導(dǎo)體層與第三氧化物半導(dǎo)體層之間能夠彼此相等。其中其能隙較小的第二氧化物半導(dǎo)體層由其能隙較大的第一氧化物半導(dǎo)體層和第三氧化物半導(dǎo)體層夾合的堆疊結(jié)構(gòu)使晶體管的斷態(tài)電流(泄漏電流)能夠降低。電子親合勢表示氧化物半導(dǎo)體的真空級與導(dǎo)帶之間的能量差。使用氧化物半導(dǎo)體層的晶體管的電性質(zhì)受到氧化物半導(dǎo)體層的能隙影響。例如，使用氧化物半導(dǎo)體層的晶體管的通態(tài)特性(例如通態(tài)電流和場效應(yīng)遷移率)能夠隨氧化物半導(dǎo)體層的能隙變小而增加，而晶體管的斷態(tài)電流能夠隨氧化物半導(dǎo)體層的能隙變大而降低。難以通過單一氧化物半導(dǎo)體層來為晶體管提供適當電特性，這是因為晶體管的電特性主要由氧化物半導(dǎo)體層的能隙來確定。通過使用采用具有不同能隙的多個氧化物半導(dǎo)體層的氧化物半導(dǎo)體堆疊層，晶體管的電特性能夠以較高精度來調(diào)整，從而為晶體管提供適當電特性。相應(yīng)地，能夠提供用于各種目的、例如高功能性、高可靠性和低功率消耗的半導(dǎo)體
>J-U ρ α裝直。本說明書中公開的本發(fā)明的一個實施例是一種半導(dǎo)體裝置，其中包括柵電極層之上的柵絕緣膜；柵絕緣膜之上與柵電極層重疊的氧化物半導(dǎo)體堆疊層，氧化物半導(dǎo)體堆疊層包括其能隙彼此不同的第一氧化物半導(dǎo)體層和第二氧化物半導(dǎo)體層；以及氧化物半導(dǎo)體堆疊層之上的源電極層和漏電極層。本說明書中公開的本發(fā)明的一個實施例是一種半導(dǎo)體裝置，其中包括柵電極層之上的柵絕緣膜；柵絕緣膜之上與柵電極層重疊的氧化物半導(dǎo)體堆疊層，包括按照如下順序堆疊的第一氧化物半導(dǎo)體層、第二氧化物半導(dǎo)體層和第三氧化物半導(dǎo)體層；以及氧化物半導(dǎo)體堆疊層之上的源和漏電極層。第二氧化物半導(dǎo)體層的能隙比第一氧化物半導(dǎo)體層和第三氧化物半導(dǎo)體層的能隙要小。本說明書中公開的本發(fā)明的一個實施例是一種半導(dǎo)體裝置，其中包括柵電極層之上的柵絕緣膜；柵絕緣膜之上的源和漏電極層；以及柵絕緣膜以及源和漏電極層之上與柵電極層重疊的氧化物半導(dǎo)體堆疊層，包括其能隙彼此不同的第一氧化物半導(dǎo)體層和第二氧化物半導(dǎo)體層。本說明書中公開的本發(fā)明的一個實施例是一種半導(dǎo)體裝置，其中包括柵電極層之上的柵絕緣膜；柵絕緣膜之上的源和漏電極層；以及柵絕緣膜以及源和漏電極層之上與柵電極層重疊的氧化物半導(dǎo)體堆疊層，包括按照如下順序堆疊的第一氧化物半導(dǎo)體層、第二氧化物半導(dǎo)體層和第三氧化物半導(dǎo)體層。第二氧化物半導(dǎo)體層的能隙比第一氧化物半導(dǎo)體層和第三氧化物半導(dǎo)體層的能隙要小。
在氧化物半導(dǎo)體堆疊層中，上氧化物半導(dǎo)體層可覆蓋下氧化物半導(dǎo)體層的頂面和側(cè)面。例如，在上述結(jié)構(gòu)中，第二氧化物半導(dǎo)體層可覆蓋第一氧化物半導(dǎo)體層的頂面和側(cè)面，和/或第三氧化物半導(dǎo)體層可覆蓋第二氧化物半導(dǎo)體層的頂面和第二氧化物半導(dǎo)體層的側(cè)面(或者第一氧化物半導(dǎo)體層和第二氧化物半導(dǎo)體層的相應(yīng)側(cè)面)。在氧化物半導(dǎo)體堆疊層中，既不與源電極層也不與漏電極層重疊的區(qū)域中的氧濃度可比與源電極層或漏電極層重疊的區(qū)域中的氧濃度要高。在氧化物半導(dǎo)體堆疊層中，沒有與柵電極層重疊的區(qū)域可包括摻雜劑以形成低電阻區(qū)。本說明書中公開的本發(fā)明的一個實施例是一種用于制造半導(dǎo)體裝置的方法，其中柵絕緣膜在柵電極層之上形成，包括其能隙彼此不同的第一氧化物半導(dǎo)體層和第二氧化物半導(dǎo)體層的氧化物半導(dǎo)體堆疊層在柵絕緣膜之上形成為與柵電極層重疊；以及源和漏電極層在氧化物半導(dǎo)體堆疊層之上形成。本說明書中公開的本發(fā)明的一個實施例是一種用于制造半導(dǎo)體裝置的方法，其中柵絕緣膜在柵電極層之上形成，氧化物半導(dǎo)體堆疊層通過將第一氧化物半導(dǎo)體層在柵絕緣膜之上形成為與柵電極層重疊、在第一氧化物半導(dǎo)體層之上形成其能隙比第一氧化物半導(dǎo)體層的能隙要小的第二氧化物半導(dǎo)體層并且形成其能隙比第二氧化物半導(dǎo)體層的能隙要大的第三氧化物半導(dǎo)體層來形成，以及源和漏電極層在氧化物半導(dǎo)體堆疊層之上形成。本說明書中公開的本發(fā)明的一個實施例是一種用于制造半導(dǎo)體裝置的方法，其中柵絕緣膜在柵電極層之上形成，源和漏電極層在柵絕緣膜之上形成，以及包括其能隙彼此不同的第一氧化物半導(dǎo)體層和第二氧化物半導(dǎo)體層的氧化物半導(dǎo)體堆疊層在柵絕緣膜以及源和漏電極層之上形成為與柵電極層重疊。本說明書中公開的本發(fā)明的一個實施例是一種用于制造半導(dǎo)體裝置的方法，其中柵絕緣膜在柵電極層之上形成，源和漏電極層在柵絕緣膜之上形成，以及氧化物半導(dǎo)體堆疊層通過將第一氧化物半導(dǎo)體層在柵絕緣膜以及源和漏電極層之上形成為與柵電極層重疊、在第一氧化物半導(dǎo)體層之上形成其能隙比第一氧化物半導(dǎo)體層的能隙要小的第二氧化物半導(dǎo)體層并且形成其能隙比第二氧化物半導(dǎo)體層的能隙要大的第三氧化物半導(dǎo)體層來形成。摻雜劑可有選擇地添加到氧化物半導(dǎo)體堆疊層，以便形成其電阻比溝道形成區(qū)的電阻要低并且包括摻雜劑的低電阻區(qū)，其中溝道形成區(qū)在氧化物半導(dǎo)體堆疊層中設(shè)置在它們之間。摻雜劑是用以改變氧化物半導(dǎo)體堆疊層的電導(dǎo)率的雜質(zhì)。作為用于添加摻雜劑的方法，能夠使用離子注入方法、離子摻雜方法、等離子體浸入離子注入方法等。通過包括低電阻區(qū)的氧化物半導(dǎo)體堆疊層(這些低電阻區(qū)之間沿溝道長度方向設(shè)置溝道形成區(qū))，晶體管的通態(tài)特性(例如通態(tài)電流和場效應(yīng)遷移率)增加，這實現(xiàn)高速操作和高速響應(yīng)。此外，可對氧化物半導(dǎo)體層執(zhí)行用以消除氫或水的熱處理(脫水或脫氫處理)。脫水或脫氫處理能夠用作用于形成混合區(qū)的熱處理。此外，在晶體氧化物半導(dǎo)體層用作氧化物半導(dǎo)體層的情況下，用于形成混合區(qū)的熱處理能夠用作用于晶化的熱處理。脫水或脫氫處理可伴隨作為氧化物半導(dǎo)體的主要構(gòu)成材料的氧的消除，以便引起 氧的降低。氧空位存在于氧化物半導(dǎo)體膜中的其中消除了氧的一部分中，這產(chǎn)生引起晶體管的電特性的變化的施主能級。因此，在經(jīng)過脫水或脫氫處理之后優(yōu)選地將氧提供給氧化物半導(dǎo)體層。通過將氧提供給氧化物半導(dǎo)體層，能夠修復(fù)膜中的氧空位。例如，可設(shè)置用作氧的供應(yīng)源、包括許多(過剩)氧的氧化物絕緣膜以便與氧化物半導(dǎo)體層相接觸，由此能夠?qū)⒀鯊难趸锝^緣膜提供給氧化物半導(dǎo)體層。在上述結(jié)構(gòu)中，可在其中經(jīng)過熱處理之后的氧化物半導(dǎo)體層和氧化物絕緣膜至少部分相互接觸以向氧化物半導(dǎo)體層提供氧的狀態(tài)中執(zhí)行熱處理。此外或備選地，氧(它包括氧基團、氧原子和氧離子中的至少一個)可添加到經(jīng)過脫水或脫氫處理之后的氧化物半導(dǎo)體層，以便向氧化物半導(dǎo)體層提供氧。作為用于添加氧的方法，能夠使用離子注入方法、離子摻雜方法、等離子體浸入離子注入方法、等離子體處理等。此外，優(yōu)選的是，晶體管中的氧化物半導(dǎo)體層包括其中氧含量比晶態(tài)下的氧化物半導(dǎo)體的化學(xué)計量組成比中的要高的區(qū)域。在那種情況下，該氧含量比氧化物半導(dǎo)體的化學(xué)計量組成比中要高。備選地，該氧含量比單晶態(tài)下的氧化物半導(dǎo)體的氧含量要高。在一些情況下，氧存在于氧化物半導(dǎo)體的晶格之間。通過從氧化物半導(dǎo)體中去除氫或水以高度純化氧化物半導(dǎo)體從而使得盡可能不包含雜質(zhì)，并且提供氧以修復(fù)其中的氧空位，氧化物半導(dǎo)體能夠變成i型(本征)氧化物半導(dǎo)體或者基本上i型(本征)氧化物半導(dǎo)體。相應(yīng)地，氧化物半導(dǎo)體的費米能級(Ef)能夠轉(zhuǎn)變成與本征費米能級(Ei)相同的等級。因此，通過將氧化物半導(dǎo)體層用于晶體管，因氧空位引起的晶體管的閾值電壓Vth和閾值的偏移Λ Vth能夠降低。本發(fā)明的一個實施例涉及包括晶體管的半導(dǎo)體裝置或者包括其中包含晶體管的電路的半導(dǎo)體裝置。例如，本發(fā)明的一個實施例涉及包括其溝道形成區(qū)由氧化物半導(dǎo)體來形成的晶體管的半導(dǎo)體裝置或者包括其中包含晶體管的電路的半導(dǎo)體裝置。例如，本發(fā)明的一個實施例涉及電子設(shè)備，其中作為組件包括LSI ;CPU;安裝在電源電路(powercircuit)中的電源裝置(power device);半導(dǎo)體集成電路,包括存儲器、晶閘管、轉(zhuǎn)換器、圖像傳感器等；電子光學(xué)裝置，以液晶顯示面板為代表；或者包括發(fā)光元件的發(fā)光顯示裝置。通過使用采用其能隙彼此不同的多個氧化物半導(dǎo)體層的氧化物半導(dǎo)體堆疊層，晶體管的電特性能夠以較高精度來調(diào)整，從而為晶體管提供適當電特性。相應(yīng)地，能夠提供用于各種目的、例如高功能性、高可靠性和低功率消耗的半導(dǎo)體
>J-U ρ α裝直。


附圖包括
圖IA和圖IB各示出半導(dǎo)體裝置的一個實施例；
圖2Α至圖2Ε示出半導(dǎo)體裝置以及半導(dǎo)體裝置的制造方法的一個實施例；
圖3Α至圖3C各示出半導(dǎo)體裝置的一個實施例；
圖4Α至圖4C示出半導(dǎo)體裝置的一個實施例；
圖5Α至圖示出半導(dǎo)體裝置以及半導(dǎo)體裝置的制造方法的一個實施例；
圖6A至圖6C示出半導(dǎo)體裝置以及半導(dǎo)體裝置的制造方法的一個實施例；
圖7A至圖7D各示出半導(dǎo)體裝置的一個實施例；
圖8A至圖8D各示出半導(dǎo)體裝置的一個實施例；
圖9A至圖9C各示出半導(dǎo)體裝置的一個實施例；
圖IOA至圖IOC各示出半導(dǎo)體裝置的一個實施例；
圖IIA和圖IlB各示出半導(dǎo)體裝置的一個實施例；
圖12A至圖12C各示出半導(dǎo)體裝置的一個實施例；
圖13A和圖13B各示出半導(dǎo)體裝置的一個實施例；
圖14A和圖14B示出半導(dǎo)體裝置的一個實施例；
圖15A至圖15C示出半導(dǎo)體裝置的一個實施例；
圖16A至圖16D各不出電子設(shè)備；
圖17A是示意圖，以及圖17B和圖17C是示例I中的樣本的TEM圖像；
圖18A是示意圖，以及圖18B和圖18C是示例I中的樣本的TEM圖像；
圖19是示出電離電位的圖表；
圖20是示出能帶圖的圖表；
圖21是示出電離電位的圖表；
圖22是示出能帶圖的圖表；
圖23A和圖23B是示出晶體管的斷態(tài)電流的圖表；
圖24是不出晶體管的場效應(yīng)遷移率的圖表；
圖25A和圖25B是示出晶體管的斷態(tài)電流的圖表；
圖26是不出晶體管的場效應(yīng)遷移率的圖表。
具體實施例方式下面將參照附圖來描述本說明書中公開的本發(fā)明的實施例。本說明書中公開的本發(fā)明并不局限于以下描述，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將易于理解，模式和細節(jié)能夠以各種方式來變更，而沒有背離本發(fā)明的精神和范圍。因此，本說明書中公開的本發(fā)明不是被理解為局限于以下實施例的描述。本說明書中諸如“第一”和“第二”之類的序數(shù)是為了方便起見而使用，既不表示制造步驟的順序也不標識層的堆疊順序。本說明書中的序數(shù)沒有構(gòu)成規(guī)定本發(fā)明的特定名稱。(實施例I)
在這個實施例中，參照圖IA和圖IB以及圖3A至圖3C來描述半導(dǎo)體裝置和半導(dǎo)體裝置的制造方法的一個實施例。在這個實施例中，作為半導(dǎo)體裝置的一個示例來描述包括氧化物半導(dǎo)體膜的晶體管。晶體管可具有其中形成一個溝道形成區(qū)的單柵結(jié)構(gòu)、其中形成兩個溝道形成區(qū)的雙柵結(jié)構(gòu)或者其中形成三個溝道形成區(qū)的三柵結(jié)構(gòu)。備選地，晶體管可具有雙柵結(jié)構(gòu)，其中包括定位在溝道形成區(qū)之上和之下的兩個柵電極層，它們之間設(shè)置有柵絕緣膜。
圖IA所示的晶體管440a以及圖IB所示的晶體管440b是反交疊底柵晶體管的示例。如圖IA和圖IB所示，晶體管440a和440b的每個包括柵電極層401 ;柵絕緣膜402 ;氧化物半導(dǎo)體堆疊層403，包括其能隙彼此不同的第一氧化物半導(dǎo)體層101和第二氧化物半導(dǎo)體層102 ;源電極層405a ;以及漏電極層405b ;它們按照這種順序設(shè)置在具有絕緣表面的襯底400之上。絕緣膜407在晶體管440a和440b的每個之上形成。在圖IA和圖IB中，第一氧化物半導(dǎo)體層101與第二氧化物半導(dǎo)體層102之間的界面由虛線示出，由此示意示出氧化物半導(dǎo)體堆疊層403。第一氧化物半導(dǎo)體層101與第二氧化物半導(dǎo)體層102之間的界面不一定是清楚的，這取決于其材料、形成條件和熱處理。在界面不清楚的情況下，可形成多個氧化物半導(dǎo)體層的混合區(qū)或混合層。這適用于本說明書的其它附圖。例如，包括第一氧化物半導(dǎo)體層101與第二氧化物半導(dǎo)體層102之間的混合區(qū)105的晶體管449如圖3C所示。在晶體管449中的氧化物半導(dǎo)體堆疊層403中，第一氧化物半導(dǎo)體層101與第二氧化物半導(dǎo)體層102之間的界面不清楚，并且混合區(qū)105在第一氧化物半導(dǎo)體層101與第二氧化物半導(dǎo)體層102之間形成?！安磺宄摹苯缑姹硎纠缛缦陆缑嫫渲胁捎酶叻直媛释干潆娮语@微鏡在氧化物半導(dǎo)體疊層403的截面觀測(TEM圖像)中的堆疊氧化物半導(dǎo)體層之間無法觀測到清楚的連續(xù)邊界?；旌蠀^(qū)105是其中混合堆疊的第一氧化物半導(dǎo)體層101和第二氧化物半導(dǎo)體層102中包含的元素的區(qū)域，并且混合區(qū)105中的至少構(gòu)成元素的組成不同于第一氧化物半導(dǎo)體層101和第二氧化物半導(dǎo)體層102中的構(gòu)成元素的相應(yīng)組成的任一個。例如，當包括銦、錫和鋅的第一氧化物半導(dǎo)體層以及包括銦、鎵和鋅的第二氧化物半導(dǎo)體層的堆疊層結(jié)構(gòu)用作氧化物半導(dǎo)體疊層403時，在第一氧化物半導(dǎo)體層與第二氧化物半導(dǎo)體層之間形成的混合區(qū)105包含銦、錫、鎵和鋅。另外，甚至在其中第一氧化物半導(dǎo)體層101和第二氧化物半導(dǎo)體層102中包含的元素彼此相同的情況下，混合區(qū)105也能夠具有與第一氧化物半導(dǎo)體層101和第二氧化物半導(dǎo)體層102中的每個氧化物半導(dǎo)體層的組成不同的組成(組成比)。因此，混合區(qū)105的能隙也不同于第一氧化物半導(dǎo)體層101的能隙和第二氧化物半導(dǎo)體層102的能隙，并且混合區(qū)105的能隙是第一氧化物半導(dǎo)體層101的能隙與第二氧化物半導(dǎo)體層102的能隙之間的值。
因此，混合區(qū)105使連續(xù)接合能夠在氧化物半導(dǎo)體堆疊層403的能帶圖中形成，從而抑制第一氧化物半導(dǎo)體層101與第二氧化物半導(dǎo)體層102之間的界面中的散射。由于界面散射能夠得到抑制，所以使用設(shè)置有混合區(qū)105的氧化物半導(dǎo)體堆疊層403的晶體管449能夠具有較高場效應(yīng)遷移率。混合區(qū)105能夠在能帶圖中形成第一氧化物半導(dǎo)體層101與第二氧化物半導(dǎo)體層102之間的梯度。梯度的形狀可具有多個梯級。第一氧化物半導(dǎo)體層101與混合區(qū)105之間以及第二氧化物半導(dǎo)體層102與混合區(qū)105之間的界面由虛線示出，由此示意示出氧化物半導(dǎo)體堆疊層403中的不清楚(不明顯)界面。能夠通過對包括多個氧化物半導(dǎo)體層的氧化物半導(dǎo)體堆疊層403執(zhí)行熱處理，來形成混合區(qū)105。以氧化物半導(dǎo)體堆疊層中的元素能夠通過熱量來擴散的溫度在如下條件 下執(zhí)行熱處理使得堆疊氧化物半導(dǎo)體層沒有變成其組成(組成比)在氧化物半導(dǎo)體堆疊層之上完全是均勻的混合區(qū)。氧化物半導(dǎo)體堆疊層403中的第一氧化物半導(dǎo)體層101和第二氧化物半導(dǎo)體層102的堆疊順序不受限制，只要其能隙彼此不同即可。具體來說，氧化物半導(dǎo)體堆疊層403中的一個氧化物半導(dǎo)體層的能隙大于或等于3 eV，而另一個氧化物半導(dǎo)體層的能隙小于3 eV。圖IA所示的晶體管440a是其中第二氧化物半導(dǎo)體層102的能隙比第一氧化物半導(dǎo)體層101的能隙要大的示例。在這個實施例中，In-Sn-Zn基氧化物膜(能隙為2.6 eV至2. 9 eV,或者作為一個典型示例為2. 8 eV)和In-Ga-Zn基氧化物膜(能隙為3. O eV至3.4 eV，或者作為一個典型示例為3. 2 eV)分別用作晶體管440a中的第一氧化物半導(dǎo)體層101和第二氧化物半導(dǎo)體層102。另一方面，圖IB所示的晶體管440b是其中第二氧化物半導(dǎo)體層102的能隙比第一氧化物半導(dǎo)體層101的能隙要小的示例。在這個實施例中，In-Ga-Zn基氧化物膜(能隙為3. 2 eV)和In-Sn-Zn基氧化物膜(能隙為2. 8 eV)分別用作晶體管440b中的第一氧化物半導(dǎo)體層101和第二氧化物半導(dǎo)體層102。這樣，其能隙較大的一個或者其能隙較小的另一個設(shè)置為與柵絕緣膜402相接觸的氧化物半導(dǎo)體層、氧化物半導(dǎo)體堆疊層403中的第一氧化物半導(dǎo)體層101或者第二氧化物半導(dǎo)體層102。圖4A示出晶體管480，其中由第一氧化物半導(dǎo)體層101、第二氧化物半導(dǎo)體層102和第三氧化物半導(dǎo)體層103所組成的堆疊層用于形成氧化物半導(dǎo)體堆疊層403。晶體管480包括柵電極層401 ;柵絕緣膜402 ;氧化物半導(dǎo)體堆疊層403，包括第一氧化物半導(dǎo)體層101、第二氧化物半導(dǎo)體層102和第三氧化物半導(dǎo)體層103 ;源電極層405a ;以及漏電極層405b ;它們按照這種順序設(shè)置在具有絕緣表面的襯底400之上。絕緣膜407在晶體管408之上形成。晶體管480的氧化物半導(dǎo)體堆疊層403中的第一氧化物半導(dǎo)體層101、第二氧化物半導(dǎo)體層102和第三氧化物半導(dǎo)體層103的相應(yīng)能隙彼此不相同，而是取至少兩個不同值。在氧化物半導(dǎo)體堆疊層403具有由三個或更多氧化物半導(dǎo)體層所組成的堆疊結(jié)構(gòu)的情況下，所有氧化物半導(dǎo)體層的相應(yīng)能隙彼此不同，或者三個或更多氧化物半導(dǎo)體層之中的多個氧化物半導(dǎo)體層的能隙彼此基本上相同。此外，晶體管410在圖9A作為半導(dǎo)體裝置的另一個實施例示出。晶體管410是稱作溝道保護類型(又稱作溝道阻止類型)的底柵晶體管之一，并且又稱作反交疊晶體管。如圖9A所示，晶體管410包括柵電極層401 ;柵絕緣膜402 ;氧化物半導(dǎo)體堆疊層403，包括其能隙彼此不同的第一氧化物半導(dǎo)體層101和第二氧化物半導(dǎo)體層102 ;絕緣膜427 ;源電極層405a ;以及漏電極層405b ;它們按照這種順序設(shè)置在具有絕緣表面的襯底400之上。絕緣膜409在晶體管410之上形成。絕緣膜427設(shè)置在氧化物半導(dǎo)體堆疊層403之上以便與柵電極層401重疊，并且用作溝道保護膜。可使用與絕緣膜407的材料和方法相似的材料和方法來形成絕緣膜427 ;作為典型示例，能夠使用采用諸如氧化硅膜、氧氮化硅膜、氧化鋁膜、氧氮化鋁膜、氧化鉿膜、氧化 鎵膜、氮化硅膜、氮化鋁膜、氮氧化硅膜、氮氧化鋁膜和氧化鋁膜之類的無機絕緣膜中的一個或多個的單層或堆疊層。在與氧化物半導(dǎo)體堆疊層403相接觸的絕緣膜427 (或者與氧化物半導(dǎo)體堆疊層403相接觸的絕緣膜427的堆疊層結(jié)構(gòu)中的膜)包含許多氧，絕緣膜427 (或者與氧化物半導(dǎo)體堆疊層403相接觸的膜)能夠有利地用作向氧化物半導(dǎo)體堆疊層403提供氧的供應(yīng)源?？墒褂门c絕緣膜407相似的材料和方法來形成絕緣膜409。此外，底柵晶體管430在圖IOA中作為半導(dǎo)體裝置的另一個實施例示出。如圖IOA所示，晶體管430包括柵電極層401 ;柵絕緣膜402 ;源電極層405a，漏電極層405b ;以及氧化物半導(dǎo)體堆疊層403，包括其能隙彼此不同的第一氧化物半導(dǎo)體層101和第二氧化物半導(dǎo)體層102 ;它們按照這種順序設(shè)置在具有絕緣表面的襯底400之上。絕緣膜407在晶體管430之上形成。在晶體管430中，包括其能隙彼此不同的第一氧化物半導(dǎo)體層101和第二氧化物半導(dǎo)體層102的氧化物半導(dǎo)體堆疊層403設(shè)置在源電極層405a和漏電極層405b之上。優(yōu)選的是，銦(In)或鋅(Zn)包含在用于氧化物半導(dǎo)體堆疊層403 (第一氧化物半導(dǎo)體層101、第二氧化物半導(dǎo)體層102、第三氧化物半導(dǎo)體層103)的氧化物半導(dǎo)體中。具體來說，優(yōu)選地包含In和Zn。另外，作為用于降低使用氧化物的晶體管的電特性的變化的穩(wěn)定劑，氧化物半導(dǎo)體優(yōu)選地除了 In和Zn之外還包含鎵(Ga)。優(yōu)選地包含錫(Sn)作為穩(wěn)定齊[J。優(yōu)選地包含鉿(Hf)作為穩(wěn)定劑。優(yōu)選地包含鋁(Al)作為穩(wěn)定劑。優(yōu)選地包含鋯(Zr)作為穩(wěn)定劑。作為另一種穩(wěn)定劑，可包含從鑭(La)、鈰(Ce)、鐠(Pr)、釹(Nd)、釤(Sm)、銪(Eu)、釓(Gd)、鋱(Tb)、鏑(Dy)、欽(Ho)、鉺(Er)、銩(Tm)、鐿(Yb)和镥(Lu)中選取的一種或多種鑭系元素。作為氧化物半導(dǎo)體，例如能夠使用下列任一種氧化銦；氧化錫；氧化鋅；諸如In-Zn基氧化物、Sn-Zn基氧化物、Al-Zn基氧化物、Zn-Mg基氧化物、Sn-Mg基氧化物、In-Mg基氧化物或In-Ga基氧化物之類的二成分金屬氧化物；諸如In-Ga-Zn基氧化物、In-Al-Zn基氧化物、In-Sn-Zn基氧化物、Sn-Ga-Zn基氧化物、Al-Ga-Zn基氧化物、Sn-Al-Zn基氧化物、In-Hf-Zn基氧化物、In-La-Zn基氧化物、In-Ce-Zn基氧化物、In-Pr-Zn基氧化物、In-Nd-Zn基氧化物、In-Sm-Zn基氧化物、In-Eu-Zn基氧化物、In-Gd-Zn基氧化物、In-Tb-Zn基氧化物、In-Dy-Zn基氧化物、In-Ho-Zn基氧化物、In-Er-Zn基氧化物、In-Tm-Zn基氧化物、In-Yb-Zn基氧化物或In-Lu-Zn基氧化物之類的三成分金屬氧化物；以及諸如In-Sn-Ga-Zn 基氧化物、I η-Hf—Ga-Zn 基氧化物、In-Al-Ga-Zn 基氧化物、In-Sn-Al-Zn 基氧化物、In-Sn-Hf-Zn基氧化物或In-Hf-Al-Zn基氧化物之類的四成分金屬氧化物。例如，In-Ga-Zn基氧化物表示包含In、Ga和Zn作為其主要成分的氧化物，而對In:Ga:Zn的比率沒有限制。In-Ga-Zn基氧化物還可包含除了 In、Ga和Zn之外的金屬元素。備選地，由InMO3 (ZnO) JmX)，m不是整數(shù))所表示的材料可用作氧化物半導(dǎo)體。在這里，M表不從Ga、Fe、Mn和Co中選取的一種或多種金屬兀素。備選地，作為氧化物半導(dǎo)體，可使用由In2SnO5(ZnO)η(η>0, η是整數(shù))所表示的材料。例如，能夠使用原子比為In:Ga:Zn=I: I: I (=1/3:1/3:1/3)或·2:2:1 (=2/5:2/5:1/5)的In-Ga-Zn基氧化物或者其組成處于上述組成附近的任一種氧化物。備選地，能夠使用原子比為 In:Sn:Zn=I :1:1 (=1/3:1/3:1/3) ,2:1:3 (=1/3:1/6:1/2)或2:1:5(=1/4:1/8:5/8)的In-Sn-Zn基氧化物或者其組成處于上述組成附近的任一種氧化物。但是，在沒有對上述材料進行限制的情況下，根據(jù)必需的半導(dǎo)體特性(例如遷移率、閾值電壓和變化)，可使用具有適當組成的任何材料。為了實現(xiàn)必需的半導(dǎo)體特性，優(yōu)選的是，載流子密度、雜質(zhì)濃度、缺陷密度、金屬元素與氧之間的原子比、原子間距離、密度等等設(shè)置成適當值。例如，采用In-Sn-Zn基氧化物能夠比較容易得到高遷移率。但是，能夠通過也采用In-Ga-Zn基氧化物來降低塊體中的缺陷密度，來增加遷移率。例如，在包含原子比為In:Ga:Zn = a:b: c (a+b+c=l)的 In、Ga 和Zn的氧化物的組成處于包含原子比為In:Ga:Zn = A:B:C(A+B+C=1)的In、Ga和Zn的氧化物的組成附近的情況下，a、b和c滿足如下關(guān)系式例如，
Ui......Af + 0.....Hf + (c......Γ): < A并且r可以為O. 05。同樣的情況適用于其它氧化物。氧化物半導(dǎo)體可以是單晶體或非單晶體。在后一種情況下，氧化物半導(dǎo)體可以是非晶或多晶體。此外，氧化物半導(dǎo)體可具有包括具有結(jié)晶度的部分的非晶結(jié)構(gòu)或者不是非晶的(non-amorphous)結(jié)構(gòu)。在非晶態(tài)下的氧化物半導(dǎo)體中，能夠比較容易得到平坦表面；因此，包括非晶氧化物半導(dǎo)體的晶體管的界面散射能夠降低，使得能夠比較容易得到較高遷移率。在具有結(jié)晶度的氧化物半導(dǎo)體中，能夠再降低塊體中的缺陷，并且比非晶氧化物半導(dǎo)體要高的遷移率能夠通過改進表面平坦度來得到。為了改進表面平坦度，氧化物半導(dǎo)體優(yōu)選地在平坦表面上形成。具體來說，氧化物半導(dǎo)體可在平均表面粗糙度(Ra)小于或等于I nm、優(yōu)選地小于或等于O. 3 nm、進一步優(yōu)選地小于或等于O. I nm的表面上形成。平均表面粗糙度Ra通過由JIS B 0601所定義的中心線平均粗糙度的三維擴展來得到以便應(yīng)用于平面，并且能夠表示為“從參考表面到特定表面的偏差的絕對值的平均值”,并且由下式來定義。[公式I]^ = -ψ 2 ("\f (X^y)-Zii ^xdy
在上式中，Sci表示測量表面的面積(由(X1, Y1)、(X1, y2)、(x2, Y1)和(x2, Y2)所表示的四個點來定義的四邊形區(qū)域)，并且Ztl表示測量表面的平均高度。平均表面粗糙度Ra能夠采用原子力顯微鏡(AFM)來測量。作為氧化物半導(dǎo)體堆疊層403(第一氧化物半導(dǎo)體層101、第二氧化物半導(dǎo)體層
102、第三氧化物半導(dǎo)體層103)，能夠使用包括晶體并且具有結(jié)晶度(晶體氧化物半導(dǎo)體層)的氧化物半導(dǎo)體層。在晶體氧化物半導(dǎo)體堆疊層中的晶態(tài)中，晶軸無秩序地或者定向地來設(shè)置。例如，包括具有與氧化物半導(dǎo)體層的表面基本上垂直的c軸的晶體的氧化物半導(dǎo)體層能夠用作晶體氧化物半導(dǎo)體層。 包括具有與氧化物半導(dǎo)體層的表面基本上垂直的c軸的晶體的氧化物半導(dǎo)體層既沒有單晶結(jié)構(gòu)也沒有非晶結(jié)構(gòu)，而是具有c軸配向的晶體氧化物半導(dǎo)體(又稱作c軸配向晶體氧化物半導(dǎo)體(CAAC))的膜。CAAC-OS膜既不是完全單晶的也不完全是非晶的。CAAC-OS膜是具有晶體-非晶混合相結(jié)構(gòu)的氧化物半導(dǎo)體膜，其中晶體部分包含在非晶相中。在大多數(shù)情況下，晶體部分契合(fix into)在其一邊小于100 nm的立方體中。從采用透射電子顯微鏡(TEM)的觀測圖像，CAAC-OS膜中的非晶部分與晶體部分之間的邊界不清楚。此外，采用TEM，也沒有發(fā)現(xiàn)CAAC-OS膜中的晶界。因此，在CAAC-OS膜中，抑制了因晶界引起的電子遷移率的降低。在包含于CAAS-OS膜中的每個晶體部分中，c軸沿與其中形成CAAC-OS膜的表面的法向矢量或者與CAAC-OS膜的表面的法向矢量平行的方向配向(align)，形成從垂直于a_b平面的方向來看的三角形或六邊形原子排列，并且從垂直于c軸的方向來看時，金屬原子按照分層方式來排列或者金屬原子和氧原子按照分層方式來排列。在晶體部分之中，一個晶體部分的a軸和b軸的方向可與另一個晶體部分的a軸和b軸的方向不同。在本說明書中，術(shù)語“垂直”包含從80°至95° (包括兩端)的范圍。另外，術(shù)語“平行”包含從-5°至5° (包括兩端)的范圍。在CAAC-OS膜中，晶體部分的分布不一定是均勻的。例如，在CAAC-OS膜的形成過程中，在晶體生長從氧化物半導(dǎo)體膜的頂面?zhèn)劝l(fā)生的情況下，在一些情況下，氧化物半導(dǎo)體膜的頂面附近的晶體部分的比例比形成氧化物半導(dǎo)體膜的表面附近要高。此外，在將雜質(zhì)添加到CAAC-OS膜時，在一些情況下，添加了雜質(zhì)的區(qū)域中的晶體部分變成非晶。由于在CAAC-OS膜中包含的晶體部分的c軸沿與其中形成CAAC-OS膜的表面的法向矢量或者與CAAC-OS膜的頂面的法向矢量平行的方向排列，所以根據(jù)CAAC-OS膜的形狀(其中形成CAAC-OS膜的表面的截面形狀或者CAAC-OS膜的頂面的截面形狀)，c軸的方向可以彼此不同。在沉積時，晶體部分的c軸的方向與其中形成CAAC-OS膜的表面的法向矢量或者CAAC-OS膜的表面的法向矢量平行。通過沉積或者通過在膜沉積之后執(zhí)行晶化處理、諸如熱處理，來形成晶體部分。借助于晶體管中的CAAC-OS膜，因采用可見光或紫外光的照射引起的晶體管的電特性的改變能夠降低。因此，晶體管具有高可靠性。存在用于得到具有c軸配向的晶體氧化物半導(dǎo)體層的三種方法。第一種是如下方法，其中氧化物半導(dǎo)體層在高于或等于200°C但低于或等于500°C的溫度下沉積，使得c軸基本上垂直于其頂面。第二種是如下方法，其中氧化物半導(dǎo)體膜沉積為薄的，并且經(jīng)過在高于或等于200°C但低于或等于700°C的溫度下的熱處理，使得c軸基本上垂直于其頂面。第三種是如下方法，其中第一層氧化物半導(dǎo)體膜沉積為薄的，以及經(jīng)過在高于或等于200°C但低于或等于700°C的溫度下的熱處理，并且第二層氧化物半導(dǎo)體膜沉積在其之上，使得c軸基本上垂直于其頂面。第一氧化物半導(dǎo)體層101、第二氧化物半導(dǎo)體層102和第三氧化物半導(dǎo)體層103的厚度大于或等于I nm但小于或等于10 nm (優(yōu)選地大于或等于5 nm但小于或等于30 nm)，并且能夠適當?shù)赝ㄟ^濺射方法、分子束外延(MBE)方法、CVD方法、脈沖激光沉積方法、原子層沉積(ALD)方法等形成。第一氧化物半導(dǎo)體層101、第二氧化物半導(dǎo)體層102和第三氧化物半導(dǎo)體層103可使用濺射設(shè)備來形成，濺射設(shè)備對于設(shè)置成基本上垂直于濺射靶的頂面的多個襯底的頂面執(zhí)行膜形成。 使用氧化物半導(dǎo)體層的晶體管的電性質(zhì)受到氧化物半導(dǎo)體層的能隙影響。例如，使用氧化物半導(dǎo)體層的晶體管的通態(tài)性質(zhì)(例如通態(tài)電流和場效應(yīng)遷移率)能夠隨氧化物 半導(dǎo)體層的能隙變小而增加，而晶體管的斷態(tài)電流能夠隨氧化物半導(dǎo)體層的能隙變大而降低。通過使用采用其能隙彼此不同的多個氧化物半導(dǎo)體層的氧化物半導(dǎo)體堆疊層403，晶體管440a、440b、480的電特性能夠以較高精度來調(diào)整，從而為晶體管440a、440b、480提供適當電特性。例如，在圖4A所示的晶體管480的氧化物半導(dǎo)體堆疊層403中，第二氧化物半導(dǎo)體層102的能隙比第一氧化物半導(dǎo)體層101和第三半導(dǎo)體層氧化物103的能隙要小。在那種情況下，第一氧化物半導(dǎo)體層101和第三氧化物半導(dǎo)體層103的能隙能夠基本上彼此相同。沿厚度方向(E1-E2方向)的圖4A的能帶圖如圖4C所示。在晶體管480中優(yōu)選的是，第一氧化物半導(dǎo)體層101、第二氧化物半導(dǎo)體層102和第三氧化物半導(dǎo)體層103的相應(yīng)材料選擇成使得與圖4C所示的能帶圖兼容。但是，充分效果能夠通過形成導(dǎo)帶中的內(nèi)埋溝道來提供；因此，能帶圖并不局限于如圖4C所示在其導(dǎo)帶側(cè)和其價帶(valence band)側(cè)上具有梯級的能帶圖，而例如可以是僅在其導(dǎo)帶側(cè)上具有梯級的能帶圖。例如，In-Ga-Zn基氧化物膜(能隙為3. 2 eV)、In-Sn-Zn基氧化物膜(能隙為2. 8eV)和In-Ga-Zn基氧化物膜(能隙為3. 2 eV)分別用作晶體管480中的第一氧化物半導(dǎo)體層101、第二氧化物半導(dǎo)體層102和第三氧化物半導(dǎo)體層103。此外，作為如同晶體管480中一樣的由三個堆疊層所組成的氧化物半導(dǎo)體堆疊層403，例如能夠使用下列疊層用作第一氧化物半導(dǎo)體層101的In-Ga-Zn基氧化物膜、用作第二氧化物半導(dǎo)體層102的In-Zn基氧化物膜以及用作第三氧化物半導(dǎo)體層103的In-Ga-Zn基氧化物膜的疊層；用作第一氧化物半導(dǎo)體層101的Ga-Zn基氧化物膜、用作第二氧化物半導(dǎo)體層102的In-Sn-Zn基氧化物膜以及用作第三氧化物半導(dǎo)體層103的Ga-Zn基氧化物膜的疊層；用作第一氧化物半導(dǎo)體層101的Ga-Zn基氧化物膜、用作第二氧化物半導(dǎo)體層102的In-Zn基氧化物膜以及用作第三氧化物半導(dǎo)體層103的Ga-Zn基氧化物膜的疊層；用作第一氧化物半導(dǎo)體層101的In-Ga基氧化物膜、用作第二氧化物半導(dǎo)體層102的In-Ga-Zn基氧化物膜以及用作第三氧化物半導(dǎo)體層103的In-Ga基氧化物膜的疊層；或者用作第一氧化物半導(dǎo)體層101的In-Ga-Zn基氧化物膜、用作第二氧化物半導(dǎo)體層102的氧化銦(In基氧化物)膜以及用作第三氧化物半導(dǎo)體層103的In-Ga-Zn基氧化物膜的疊層。其能隙較小的第二氧化物半導(dǎo)體層102由其能隙較大的第一氧化物半導(dǎo)體層101和第三氧化物半導(dǎo)體層103夾合的堆疊結(jié)構(gòu)使晶體管480的斷態(tài)電流(泄漏電流)能夠降低。圖2A至圖2E示出用于制造晶體管440a的方法示例。首先，導(dǎo)電膜在具有絕緣表面的襯底400之上形成，并且然后柵電極層401通過第一光刻過程來形成?？刮g劑掩?？赏ㄟ^噴墨方法來形成。通過噴墨方法來形成抗蝕劑掩模沒有涉及光掩模；因此，制造成本能夠降低。對于能夠用作具有絕緣表面的襯底400的襯底沒有具體限制，只要它具有足以耐受以后執(zhí)行的熱處理的耐熱性即可。例如，能夠使用鋇硼硅酸鹽玻璃、鋁硼硅酸鹽玻璃等的 玻璃襯底、陶瓷襯底、石英襯底或藍寶石襯底。硅、碳化硅等的單晶半導(dǎo)體襯底或多晶半導(dǎo)體襯底、硅鍺等的化合物半導(dǎo)體襯底、SOI襯底等能夠用作襯底400，或者在其之上設(shè)置了半導(dǎo)體元件的這種襯底能夠用作襯底400。可將柔性襯底用作襯底400來制造半導(dǎo)體裝置。為了制造柔性半導(dǎo)體裝置，包括氧化物半導(dǎo)體堆疊層403的晶體管440a可在柔性襯底之上直接形成；或者包括氧化物半導(dǎo)體堆疊層403的晶體管440可在襯底之上形成，然后被分離并且轉(zhuǎn)移到柔性襯底。為了將晶體管440a與襯底分離并且將其轉(zhuǎn)移到柔性襯底，分離層可設(shè)置在襯底與包括氧化物半導(dǎo)體膜的晶體管440a之間。用作基膜的絕緣膜可設(shè)置在襯底400與柵電極層401之間?；ぞ哂蟹乐闺s質(zhì)元素從襯底400擴散的功能，并且能夠由使用氮化硅膜、氧化硅膜、氮氧化硅膜和氧氮化硅膜中的一個或多個的單層結(jié)構(gòu)或堆疊層結(jié)構(gòu)來形成?；つ軌蛲ㄟ^使用氧化鋁、氧氮化鋁、氧化鉿、氧化鎵或者它們的混合材料來形成。能夠通過等離子體增強CVD方法、濺射方法等，來形成基膜。柵電極層401能夠通過等離子體增強CVD方法、濺射方法等，由使用諸如鑰、鈦、鉭、鎢、鋁、銅、釹或鈧之類的金屬材料和/或包含這些材料的任一種作為主要成分的合金材料的單層結(jié)構(gòu)或堆疊層結(jié)構(gòu)形成。備選地，由摻雜有諸如磷之類的雜質(zhì)元素的多晶硅膜或者諸如硅化鎳膜之類的硅化物膜代表的半導(dǎo)體膜可用作柵電極層401。柵電極層401具有單層結(jié)構(gòu)或者堆疊層結(jié)構(gòu)。也能夠使用諸如氧化銦錫、包含氧化鶴的氧化銦、包含氧化鶴的氧化銦鋅、包含氧化鈦的氧化銦、包含氧化鈦的氧化銦錫、氧化銦鋅或者添加了氧化硅的氧化銦錫之類的導(dǎo)電材料來形成柵電極層401。還有可能的是，柵電極層401具有上述導(dǎo)電材料和上述金屬材料的堆疊層結(jié)構(gòu)。柵電極層401可具有一種堆疊層結(jié)構(gòu)，其中一層使用In-Sn基金屬氧化物、In-Sn-Zn基金屬氧化物、In-Al-Zn基金屬氧化物、Sn-Ga-Zn基金屬氧化物、Al-Ga-Zn基金屬氧化物、Sn-Al-Zn基金屬氧化物、In-Zn基金屬氧化物、Sn-Zn基金屬氧化物、Al-Zn基金屬氧化物、In基金屬氧化物、Sn基金屬氧化物和Zn基金屬氧化物來形成。作為與柵絕緣膜402相接觸的柵電極層401的一層，能夠使用包含氮的金屬氧化物，具體來說是包含氮的In-Ga-Zn-O膜、包含氮的In-Sn-O膜、包含氮的In-Ga-O膜、包含氮的In-Zn-O膜、包含氮的Sn-O膜、包含氮的In-O膜或者金屬氮化物(InN、SnN等)膜。這些膜各具有5 eV或更高、優(yōu)選地為5. 5 eV或更高的功函數(shù)，這使晶體管的閾值電壓能夠在用作柵電極層時取正值，使得能夠?qū)崿F(xiàn)所謂的常閉類型的開關(guān)元件。例如，優(yōu)選的是，柵電極層401具有一種堆疊層結(jié)構(gòu)，并且作為堆疊層結(jié)構(gòu)中的一層，使用包含作為具有高功函數(shù)的材料的銦、鎵和鋅的氧氮化物膜。包含銦、鎵和鋅的氧氮化物膜在包含氬和氮的混合氣體氣氛中形成。例如，柵電極層401能夠具有一種堆疊層結(jié)構(gòu)，其中銅膜、鎢膜以及包含銦、鎵和鋅的氧氮化物膜從襯底400側(cè)按照這種順序堆疊，或者具有一種堆疊層結(jié)構(gòu)，其中鎢膜、氮化鎢膜、銅膜和鈦膜從襯底400側(cè)按照這種順序堆疊。隨后，柵絕緣膜402在柵電極層401之上形成(參見圖2A)。優(yōu)選的是，在考慮晶 體管的大小以及用柵絕緣膜402的梯級覆蓋的情況下來形成柵絕緣膜402。柵絕緣膜402能夠具有大于或等于I nm但小于或等于20 nm的厚度，并且能夠適當?shù)赝ㄟ^濺射方法、MBE方法、CVD方法、脈沖激光沉積方法、ALD方法等等形成。柵絕緣膜402可使用濺射設(shè)備來形成，其中濺射設(shè)備對于設(shè)置成基本上垂直于濺射靶的頂面的多個襯底的頂面執(zhí)行膜沉積。柵絕緣膜402能夠使用氧化硅膜、氧化鎵膜、氧化鋁膜、氮化硅膜、氧氮化硅膜、氧氮化鋁膜或者氮氧化硅膜來形成。柵絕緣膜402也能夠使用諸如氧化鉿、氧化釔、硅酸鉿(HfSixOy (x>0，y>0))、添加了氮的硅酸鉿(HfSiOxNy (x>0，y>0))、鋁酸鉿(HfAlxOy (x>0，y>0))或者氧化鑭之類的高k材料來形成，由此能夠降低柵極泄漏電流。柵絕緣膜402具有單層結(jié)構(gòu)或者堆疊層結(jié)構(gòu)；但是，氧化物絕緣膜優(yōu)選地用作將要與氧化物半導(dǎo)體堆疊層403相接觸的膜。在這個實施例中，氧化硅膜用作柵絕緣膜402。在柵絕緣膜402具有堆疊層結(jié)構(gòu)的情況下，例如，氧化硅膜、In-Hf-Zn基氧化物膜和氧化物半導(dǎo)體堆疊層403可依次堆疊在柵電極層401之上；氧化硅膜、原子比為In:Zr:Zn=I: I: I的In-Zr-Zn基氧化物膜和氧化物半導(dǎo)體堆疊層403可依次堆疊在柵電極層401之上；或者氧化硅膜、原子比為In:Gd:Zn=l: I: I的In-Gd-Zn基氧化物膜和氧化物半導(dǎo)體堆疊層403可依次堆疊在柵電極層401之上。隨后，包括第一氧化物半導(dǎo)體膜191和第二氧化物半導(dǎo)體膜192的氧化物半導(dǎo)體膜的堆疊層493在柵絕緣膜402之上形成(圖2B)。與氧化物半導(dǎo)體膜的堆疊層493 (氧化物半導(dǎo)體堆疊層403)相接觸的柵絕緣膜402優(yōu)選地包含至少超過該膜(塊體)中的化學(xué)計量組成比的氧。例如，在氧化硅膜用作柵絕緣膜402的情況下，組成分子式為SiO2 (α > O)。通過作為柵絕緣膜402的這種膜，氧能夠提供給氧化物半導(dǎo)體膜的堆疊層493(氧化物半導(dǎo)體堆疊層403)，從而引起有利的特性。通過將氧提供給氧化物半導(dǎo)體膜的堆疊層493 (氧化物半導(dǎo)體堆疊層403)，能夠補償膜中的氧空位。例如，作為氧的供應(yīng)源的包含大量(過剩)氧的絕緣膜可設(shè)置為柵絕緣膜402以便與氧化物半導(dǎo)體膜的堆疊層493 (氧化物半導(dǎo)體堆疊層403)相接觸，由此氧能夠從柵絕緣膜402提供給氧化物半導(dǎo)體膜的堆疊層493 (氧化物半導(dǎo)體堆疊層403)?？稍谘趸锇雽?dǎo)體膜的堆疊層493 (氧化物半導(dǎo)體堆疊層403)和柵絕緣膜402至少部分相互接觸以向氧化物半導(dǎo)體膜的堆疊層493 (氧化物半導(dǎo)體堆疊層403)提供氧的狀態(tài)下執(zhí)行熱處理。為了在氧化物半導(dǎo)體膜的堆疊層493 (第一氧化物半導(dǎo)體膜191和第二氧化物半導(dǎo)體膜192)的形成步驟中使氫或水盡可能地不會包含在氧化物半導(dǎo)體膜的堆疊層493 (第一氧化物半導(dǎo)體膜191和第二氧化物半導(dǎo)體膜192)中，優(yōu)選的是在濺射設(shè)備中的預(yù)熱室中加熱設(shè)置有柵絕緣膜402的襯底作為用于形成氧化物半導(dǎo)體膜的堆疊層493 (第一氧化物半導(dǎo)體膜191和第二氧化物半導(dǎo)體膜192)的預(yù)處理，使得吸附到襯底和/或柵絕緣膜402的諸如氫和水之類的雜質(zhì)被消除和排空。作為設(shè)置在預(yù)熱室中的抽空單元，低溫泵是優(yōu)選的?？蓪εc氧化物半導(dǎo)體膜的堆疊層493 (氧化物半導(dǎo)體膜堆疊層403)相接觸的柵絕緣膜402的區(qū)域來執(zhí)行平面化處理。作為平面化處理，能夠使用拋光處理(例如化學(xué)機械拋光(CMP))、干式蝕刻處理或等離子體處理，但是對平面化處理沒有具體限制。
·
作為等離子體處理，例如能夠執(zhí)行其中引入氬氣體并且產(chǎn)生等離子體的反向濺射。反射濺射是一種方法，其中借助于RF電源在氬氣氛中將電壓施加到襯底側(cè)，并且在襯底附近生成等離子體，使得襯底表面經(jīng)過修正。代替氬氣氛，可使用氮氣氛、氦氣氛、氧氣氛等。反向濺射能夠去除附于柵絕緣膜402的頂面的微粒物質(zhì)(又稱作微?；蚧覊m)。作為平面化處理，可多次和/或組合地執(zhí)行拋光處理、干式蝕刻處理或等離子體處理。此外，這種組合的過程步驟的順序沒有具體限制，而是可按照柵絕緣膜402的頂面的粗糙度來適當?shù)卦O(shè)置。第一氧化物半導(dǎo)體膜191和第二氧化物半導(dǎo)體膜192各優(yōu)選地在如下條件下沉積使得包含許多氧(例如通過在100%氧的氣氛中的濺射方法)以便成為包含許多氧的膜(與晶態(tài)下的氧化物半導(dǎo)體的化學(xué)計量組成比相比，優(yōu)選地具有包含過剩氧的區(qū)域)。作為在這個實施例中用于通過濺射方法來形成第一氧化物半導(dǎo)體膜191的靶，例如，組成比為In: SniZn=I: 2:2> 2:1:3>1:1:1或20:45:35 [摩爾比]的氧化物祀用于形成In-Sn-Zn-O月旲。此外，在這個實施例中，作為用于通過濺射方法來形成第二氧化物半導(dǎo)體膜192的革巴，例如，組成比為In2O3:Ga203:ZnO=I: 1:2[摩爾比]的氧化物祀用于形成In-Ga-Zn基氧化物膜。并非局限于上述材料和組成，例如，可使用組成比為In2O3: Ga2O3: ZnO=I: I: I [摩爾比]的金屬氧化物靶。金屬氧化物靶的填充因數(shù)大于或等于90%但小于或等于100%，優(yōu)選地大于或等于95%但小于或等于99. 9%。具有高填充因數(shù)的這種金屬氧化物靶實現(xiàn)密實氧化物半導(dǎo)體膜的沉積。優(yōu)選的是，從中去除了諸如氫、水、羥基或氫化物之類的雜質(zhì)的高純度氣體用作用于沉積第一氧化物半導(dǎo)體膜191和第二氧化物半導(dǎo)體膜192的每個的濺射氣體。襯底被保存在保持在降低的壓力下的沉積室中。然后，將其中去除了氫和水的濺射氣體引入從中去除了剩余水的沉積室，使得氧化物半導(dǎo)體膜(第一氧化物半導(dǎo)體膜191和第二氧化物半導(dǎo)體膜192)的堆疊層493借助于靶在襯底400之上形成。為了去除沉積室中剩余的水，優(yōu)選地使用諸如低溫泵、離子泵或鈦升華泵之類的捕集真空泵。作為抽空單元，可使用添加了冷阱的渦輪分子泵。在采用低溫泵來排空的沉積室中，例如，去除氫原子、諸如水(H2O)之類的包含氫原子的化合物(更優(yōu)選地，還有包含碳原子的化合物)等，由此能夠降低氧化物半導(dǎo)體膜(第一氧化物半導(dǎo)體膜191和第二氧化物半導(dǎo)體膜192)的堆疊層493中的雜質(zhì)濃度。柵絕緣膜402和氧化物半導(dǎo)體膜(第一氧化物半導(dǎo)體膜191和第二氧化物半導(dǎo)體膜192)的堆疊層493優(yōu)選地在沒有暴露于空氣的情況下接連形成。按照在沒有暴露于空氣的情況下的柵絕緣膜402和氧化物半導(dǎo)體膜(第一氧化物半導(dǎo)體膜191和第二氧化物半導(dǎo)體膜192)的堆疊層493的接連形成，能夠防止諸如氫和水之類的雜質(zhì)吸附到柵絕緣膜402的頂面。例如，CAAC-OS膜通過采用多晶氧化物半導(dǎo)體膜濺射靶的濺射方法來形成。在離子與濺射靶碰撞時，濺射靶中包含的結(jié)晶區(qū)可沿a-b平面與靶分離；換言之，具有與a-b平面平行的濺射微粒(平板狀濺射微?；蚯驙?pellet-like)濺射微粒)可從濺射靶剝落。在那種情況下，平板狀濺射微粒在保持其晶態(tài)的同時到達襯底，由此能夠形成CAAC-OS膜。對于CAAC-OS膜的沉積，優(yōu)選地使用下列條件。 通過降低沉積期間進入CAAC-OS膜的雜質(zhì)量，能夠防止晶態(tài)被雜質(zhì)中斷。例如，沉積室中存在的雜質(zhì)(例如氫、水、二氧化碳或氮)的濃度可降低。此外，沉積氣體中的雜質(zhì)濃度可降低。具體來說，使用露點為_80°C或更低、優(yōu)選地為-100°C或更低的沉積氣體。通過增加沉積期間的襯底加熱溫度，濺射微粒的遷移在濺射微粒到達襯底表面之后可能發(fā)生。具體來說，沉積期間的襯底加熱溫度高于或等于100°c但低于或等于740°C，優(yōu)選地高于或等于200°C但低于或等于500°C。通過增加沉積期間的襯底加熱溫度，當平板狀濺射微粒到達襯底時，遷移在襯底表面上發(fā)生，使得平板狀濺射微粒的平坦平面附于襯
。此外，優(yōu)選的是，沉積氣體中的氧的比例增加，并且功率經(jīng)過優(yōu)化，以便降低沉積時的等離子體損壞。沉積氣體中氧的比例為30 vol%或更高，優(yōu)選地為100 vol%o作為濺射靶的示例，下面描述In-Ga-Zn-O化合物靶。通過按照預(yù)定摩爾比混合InOx粉末、GaOy粉末和ZnOz粉末，施加壓力，并且在高于或等于1000°C但低于或等于1500°c的溫度下執(zhí)行熱處理，來制成多晶的In-Ga-Zn-O化合物靶。注意，給予X、Y和Z正數(shù)。在這里，InOx粉末與GaOy粉末和ZnOz粉末的預(yù)定摩爾比例如是2:2:1、8:4:3、3:1:1、1:1:1、4:2:3或3:1:2。粉末的種類以及用于混合粉末的摩爾比可根據(jù)預(yù)期濺射靶適當?shù)卮_定。氧化物半導(dǎo)體膜(第一氧化物半導(dǎo)體膜191和第二氧化物半導(dǎo)體膜192)的堆疊層493通過光刻過程來處理為島狀氧化物半導(dǎo)體堆疊層403 (第一氧化物半導(dǎo)體層101和第二氧化物半導(dǎo)體層102)(參見圖2C)。用于形成島狀氧化物半導(dǎo)體堆疊層403的抗蝕劑掩模可通過噴墨方法來形成。通過噴墨方法來形成抗蝕劑掩模沒有涉及光掩模；因此，制造成本能夠降低。氧化物半導(dǎo)體膜的蝕刻可以是干式蝕刻、濕式蝕刻或者干式蝕刻和濕式蝕刻兩者。作為用于氧化物半導(dǎo)體膜的濕式蝕刻的蝕刻劑，例如，能夠使用磷酸、醋酸和硝酸等的混合溶液。此外，也可使用IT007N(由KANTO CHEMICAL CO. , INC.生產(chǎn))。在這個實施例中，第一氧化物半導(dǎo)體膜191和第二氧化物半導(dǎo)體膜192采用同一掩模來蝕刻，由此第一氧化物半導(dǎo)體層101和第二氧化物半導(dǎo)體層102形成為使得其側(cè)面的相應(yīng)邊緣相互對齊。在氧化物半導(dǎo)體堆疊層403中暴露第一氧化物半導(dǎo)體層101和第二氧化物半導(dǎo)體層102的側(cè)面(邊緣)。在本發(fā)明的任何實施例中，氧化物半導(dǎo)體堆疊層被處理為島狀或者沒有處理為島狀。在柵絕緣膜402中形成接觸孔的情況下，能夠在處理第一氧化物半導(dǎo)體膜191和第二氧化物半導(dǎo)體膜192中執(zhí)行形成接觸孔的步驟。如圖3C所示的晶體管449所示，可對氧化物半導(dǎo)體堆疊層403執(zhí)行熱處理，使得混合區(qū)105可在第一氧化物半導(dǎo)體層101與第二氧化物半導(dǎo)體層102之間形成?？稍诘谝谎趸锇雽?dǎo)體層101和第二氧化物半導(dǎo)體層102中的元素能夠通過熱量擴散的溫度下在如下條件下執(zhí)行熱處理使得第一氧化物半導(dǎo)體層101和第二氧化物半導(dǎo)體層102沒有形成其組成在氧化物半導(dǎo)體疊層403的整個區(qū)域完全是均勻的混合區(qū)。能夠在降低的壓力、氮氣氛、氧氣氛、空氣(超干空氣)、稀有氣體氣氛等之下執(zhí)行熱處理?？稍诓煌瑮l件(溫度、氣氛、時間等)下多次執(zhí)行熱處理。例如，熱處理可在氮氣氛下在605°C執(zhí)行I小時，并且然后在氧氣氛下執(zhí)行I小時。執(zhí)行用于形成混合區(qū)105的熱處理的步驟沒有具體限制，只要它是在形成第一氧化物半導(dǎo)體膜191和第二氧化物半導(dǎo)體膜192之后；它可在其膜狀態(tài)中對第一氧化物半導(dǎo)體膜191和第二氧化物半導(dǎo)體膜192執(zhí)行，或者對島狀第一氧化物半導(dǎo)體層101和第二氧化物半導(dǎo)體層102執(zhí)行，如同這個實施例中一樣。另外，熱處理也能夠用作在晶體管的制造過程中執(zhí)行的其它熱處理，例如用于脫水或脫氫的熱處理或者用于晶化的熱處理。此外，可對氧化物半導(dǎo)體堆疊層403 (氧化物半導(dǎo)體膜的堆疊層493)執(zhí)行熱處理，以便去除過剩氫(包括水和羥基)(以便執(zhí)行脫水或脫氫處理)。熱處理的溫度高于或等于300°C但低于或等于700°C，或者低于襯底的應(yīng)變點。熱處理能夠在降低的壓力、氮氣氛等之下執(zhí)行。例如，將襯底放入作為一種熱處理設(shè)備的電爐，并且氧化物半導(dǎo)體堆疊層403 (氧化物半導(dǎo)體膜的堆疊層493)在氮氣氛中以450°C經(jīng)過I小時熱處理。此外，熱處理設(shè)備并不局限于電爐，而是也可使用用于通過來自諸如電阻加熱元件之類的加熱元件的熱傳導(dǎo)或熱輻射來加熱對象的任何裝置。例如，能夠使用諸如GRTA(氣體快速熱退火)設(shè)備或LRTA(燈快速熱退火)設(shè)備之類的RTA(快速熱退火)設(shè)備。LRTA設(shè)備是用于通過從諸如鹵素?zé)?、金屬鹵化物燈、氙弧燈、碳弧燈、高壓鈉燈或高壓水銀燈之類的燈泡所發(fā)射的光(電磁波)的輻射來加熱對象的設(shè)備。GRTA設(shè)備是用于采用高溫氣體的熱處理的設(shè)備。作為高溫氣體，使用不會通過熱處理與對象發(fā)生反應(yīng)的惰性氣體，諸如氮或者例如IS等稀有氣體。例如，作為熱處理，GRTA可按如下所述來執(zhí)行將襯底放入加熱到650°C至700°C的高溫的惰性氣體，加熱數(shù)分鐘，以及從惰性氣體中取出。在熱處理中，優(yōu)選的是，水、氫等沒有包含在氮或者諸如氦、氖或氬之類的稀有氣體中。引入熱處理設(shè)備中的氮或者諸如氦、氖或氬之類的稀有氣體的純度為6N(99. 9999%)或更高、更優(yōu)選地為7N(99. 99999%)或更高(也就是說，雜質(zhì)濃度優(yōu)選地為I ppm或更低，更優(yōu)選地為O. I ppm或更低)。另外，在氧化物半導(dǎo)體堆疊層403 (氧化物半導(dǎo)體膜的堆疊層493)通過熱處理加熱之后，可將高純度氧氣、高純度N2O氣體或者超干空氣(按照采用腔衰蕩激光光譜(CRDS)系統(tǒng)的露點計的測量，水含量小于或等于20 ppm(通過轉(zhuǎn)換成露點為-55°C )，優(yōu)選地小于或等于I ppm，更優(yōu)選地小于或等于10 ppb)引入同一爐中。優(yōu)選的是，水、氫等沒有包含在氧氣或N2O氣體中。引入熱處理設(shè)備中的氧氣或N2O氣體的純度優(yōu)選地為6N或更高，更優(yōu)選地為7N或更高(即，氧氣或N2O氣體的雜質(zhì)濃度優(yōu)選地為I ppm或更低，更優(yōu)選地為O. Ippm或更低)。氧氣體或N2O氣體起作用以提供作為氧化物半導(dǎo)體的主要構(gòu)成材料并且通過用于脫水或脫氫的去除雜質(zhì)的步驟被降低的氧，使得氧化物半導(dǎo)體堆疊層403 (氧化物半導(dǎo)體膜的堆疊層493)能夠是高度純化的i型(本征)氧化物半導(dǎo)體堆疊層。用于脫水或脫氫的熱處理能夠在晶體管440a的制造過程中、在形成絕緣膜407之前形成氧化物半導(dǎo)體膜(第一氧化物半導(dǎo)體膜191和第二氧化物半導(dǎo)體膜192)的堆疊層493之后的任何時間來執(zhí)行。例如，熱處理能夠在形成氧化物半導(dǎo)體膜(第一氧化物半導(dǎo)體膜191和第二氧化物半導(dǎo)體膜192)的堆疊層493之后或者在形成島狀氧化物半導(dǎo)體堆疊層403 (第一氧化物半導(dǎo)體層101和第二氧化物半導(dǎo)體層102)之后執(zhí)行。用于脫水或脫氫的熱處理可多次執(zhí)行；并且還可用作另一種熱處理。例如，熱處理可執(zhí)行兩次；在形成第一氧化物半導(dǎo)體膜191之后以及形成第二氧化物半導(dǎo)體膜192之后?！び糜诿撍蛎摎涞臒崽幚韮?yōu)選地在氧化物半導(dǎo)體堆疊層處理為島狀以成為氧化物半導(dǎo)體堆疊層403 (第一氧化物半導(dǎo)體層101和第二氧化物半導(dǎo)體層102)之前執(zhí)行，同時氧化物半導(dǎo)體膜(第一氧化物半導(dǎo)體膜191和第二氧化物半導(dǎo)體膜192)的堆疊層493覆蓋柵絕緣膜402，這是因為能夠防止柵絕緣膜402中包含的氧通過熱處理來釋放。隨后，用于形成源電極層和漏電極層(包括由與源電極層和漏電極層相同的層所形成的布線)的導(dǎo)電膜在柵絕緣層402和氧化物半導(dǎo)體層403之上形成。導(dǎo)電膜由能夠耐受后來執(zhí)行的熱處理的材料來形成。作為用于源電極層和漏電極層的導(dǎo)電膜，例如，能夠使用包含從Al、Cr、Cu、Ta、Ti、Mo和W中選取的元素的金屬膜、包含上述元素的任一種作為其成分的金屬氮化物膜(氮化鈦膜、氮化鑰膜或氮化鎢膜)等。由Ti、Mo、W等所制成的具有高熔點的金屬膜或者由這些元素的任一種所制成的金屬氮化物膜(氮化鈦膜、氮化鑰膜或氮化鎢膜)可堆疊在由Al、Cu等所制成的金屬膜的下側(cè)和上側(cè)之一或兩者上。備選地，用于源電極層和漏電極層的導(dǎo)電膜可由導(dǎo)電金屬氧化物來形成。作為導(dǎo)電金屬氧化物，能夠使用氧化銦(In2O3)、氧化錫(SnO2)、氧化鋅(ZnO)、氧化銦-氧化錫(In2O3-SnO2)、氧化銦-氧化鋅(In2O3-ZnO)或者其中包含氧化硅的這些金屬氧化物材料的任一種。抗蝕劑掩模通過光刻過程在導(dǎo)電膜之上形成，并且有選擇地蝕刻，使得形成源電極層405a和漏電極層405b。然后,去除抗蝕劑掩模。由于在氧化物半導(dǎo)體堆疊層403中暴露第一氧化物半導(dǎo)體層101和第二氧化物半導(dǎo)體層102的側(cè)面(邊緣)，所以源電極層405a和漏電極層405b形成為與第一氧化物半導(dǎo)體層101和第二氧化物半導(dǎo)體層102的側(cè)面的相應(yīng)部分相接觸。為了減少光刻過程中使用的光掩模的數(shù)量并且減少光刻過程的數(shù)量，蝕刻步驟可借助于作為通過其透射光線以具有多個強度的曝光掩模的多色調(diào)掩模來執(zhí)行。借助于多色調(diào)掩模(multi-tone mask)所形成的抗蝕劑掩模具有多個厚度并且還能夠通過蝕刻來改變形狀，因此，抗蝕劑掩模能夠在多個蝕刻步驟中用于處理為不同圖案。因此，一個多色調(diào)掩模允許與至少兩種不同圖案對應(yīng)的抗蝕劑掩模的形成。因此，曝光掩模的數(shù)量能夠減少，并且光刻過程的數(shù)量能夠相應(yīng)地減少，由此引起制造過程的簡化。
期望導(dǎo)電膜的蝕刻條件經(jīng)過優(yōu)化，以使得不會蝕刻和切割氧化物半導(dǎo)體堆疊層403。但是，難以得到其中僅蝕刻導(dǎo)電膜但根本不蝕刻氧化物半導(dǎo)體堆疊層403的蝕刻條件；在一些情況下，通過導(dǎo)電膜的蝕刻來蝕刻掉氧化物半導(dǎo)體堆疊層403的部分，使得凹槽(凹陷部分)在氧化物半導(dǎo)體堆疊層403中形成。在這個實施例中，Ti膜用作導(dǎo)電膜，以及In-Ga-Zn基氧化物半導(dǎo)體用于氧化物半導(dǎo)體堆疊層403，氨過氧化氫混合物(氨、水和過氧化氫的混合物)用作蝕刻劑。通過上述過程，能夠制造這個實施例的晶體管440a(參見圖2D)。通過使用采用其能隙彼此不同的多個氧化物半導(dǎo)體層(第一氧化物半導(dǎo)體層101和第二氧化物半導(dǎo)體層102)的氧化物半導(dǎo)體堆疊層403，晶體管440a、440b的電特性能夠以高精度來調(diào)整，從而為晶體管440a、440b提供適當電特性。隨后，絕緣膜407形成為與氧化物半導(dǎo)體堆疊層403的一部分相接觸(參見圖2E)。
能夠通過等離子體增強CVD方法、濺射方法、蒸發(fā)方法等，來形成絕緣膜407。作為絕緣膜407，作為典型示例,能夠使用諸如氧化硅膜、氧氮化硅膜、氧氮化鋁膜或氧化鎵膜之類的無機絕緣膜。備選地，作為絕緣膜407，能夠使用氧化鋁膜、氧化鉿膜、氧化鎂膜、氧化鋯膜、氧化鑭膜、氧化鋇膜或金屬氮化物膜(例如氮化鋁膜)。絕緣膜407具有單層結(jié)構(gòu)或者堆疊層結(jié)構(gòu)；例如，能夠使用氧化硅膜和氧化鋁膜的堆疊層。能夠用作設(shè)置在氧化物半導(dǎo)體堆疊層403之上的絕緣膜407的氧化鋁膜具有用以防止氧以及諸如氫或水之類的雜質(zhì)經(jīng)過膜的高阻塞效應(yīng)。因此，在制造過程之中以及之后，氧化鋁膜用作用于防止引起改變的諸如氫或水之類的雜質(zhì)進入氧化物半導(dǎo)體堆疊層403以及作為氧化物半導(dǎo)體的主要構(gòu)成材料的氧從氧化物半導(dǎo)體堆疊層403釋放的保護膜。絕緣膜407優(yōu)選地通過諸如濺射方法之類的方法來形成，其中諸如水或氫之類的雜質(zhì)沒有進入絕緣膜407。優(yōu)選的是，與氧化物半導(dǎo)體堆疊層403相接觸的絕緣膜407中的絕緣膜包括過剩的氧，這是因為它用作對氧化物半導(dǎo)體堆疊層403的氧供應(yīng)源。在這個實施例中，厚度為100 nm的氧化硅膜通過濺射方法形成為絕緣膜407。氧化硅膜能夠通過濺射方法在稀有氣體(其典型示例為氬)氣氛、氧氣氛或者稀有氣體和氧的混合氣氛下形成。備選地，在絕緣膜407具有堆疊層結(jié)構(gòu)的情況下，例如，In-Hf-Zn基氧化物膜和氧化硅膜可按照這種順序堆疊在氧化物半導(dǎo)體堆疊層403之上；其原子比為In:Zr:Zn=l:l:l的In-Zr-Zn基氧化物膜以及氧化硅膜可按照這種順序堆疊在氧化物半導(dǎo)體堆疊層403之上；或者其原子比為In:Gd:Zn=l:l:l的In-Gd-Zn基氧化物膜以及氧化硅膜可按照這種順序堆疊在氧化物半導(dǎo)體堆疊層403之上。與氧化物半導(dǎo)體膜的形成相似，為了從用于絕緣膜407的沉積室中去除殘余水，優(yōu)選地使用捕集真空泵(例如低溫泵)。通過在使用低溫泵所排空的沉積室中沉積絕緣膜407，絕緣膜407的雜質(zhì)濃度能夠降低。作為用于去除用于絕緣膜407的沉積室中剩余的水的排空單元，也可使用設(shè)置有冷阱的渦輪分子泵。
從中去除了諸如氫、水、羥基和氫化物之類的雜質(zhì)的高純度氣體優(yōu)選地用作用于形成絕緣膜407的濺射氣體。此外，如圖3A和圖3B所示，平面化絕緣膜416可在晶體管440c、440d之上形成，以便降低因晶體管引起的表面粗糙度。作為平面化絕緣膜416，能夠使用諸如聚酰亞胺、丙烯酸類樹脂或苯并環(huán)丁烯基樹脂之類的有機材料。除了這類有機材料之外，還有可能使用低介電常數(shù)材料(低k材料)等。平面化絕緣膜416可通過堆疊使用這些材料所形成的多個絕緣膜來形成。此外，達到源電極層405a和漏電極層405b的相應(yīng)開口可在絕緣膜407和平面化絕緣膜416中形成，并且電連接到源電極層405a和/或漏電極層405b的布線層可在開口中形成。布線層實現(xiàn)到另一個晶體管的連接，由此能夠配置各種電路。源電極層405a和漏電極層405b的部分可在用于形成達到源電極層405a和漏電極層405b的開口的蝕刻步驟被過度蝕刻。源電極層405a和漏電極層405b可具有堆疊層 結(jié)構(gòu)，其中包括也用作形成開口時的蝕刻阻止層的導(dǎo)電膜。如圖3A所示，晶體管440c是源電極層和漏電極層具有堆疊層結(jié)構(gòu)的一個示例，其中源電極層404a和源電極層405a作為源電極層來堆疊，以及漏電極層404b和漏電極層405b作為漏電極層來堆疊。如晶體管440c中所示，達到源電極層404a和漏電極層404b的相應(yīng)開口可在絕緣膜416、絕緣膜407和源電極層405a或漏電極層405b中形成，以及分別電連接源電極層404a和漏電極層404b的布線層465a和布線層465b可在其相應(yīng)開口中形成。在晶體管440c中，源電極層404a和漏電極層404b也各用作形成開口時的蝕刻阻止層。鎢膜、氮化鉭膜等能夠用作源電極層404a和漏電極層404b的任一個，以及銅膜、鋁膜等能夠用作源電極層405a和漏電極層405b的任一個。如圖3B的晶體管440d中所示，源電極層405a和漏電極層405b可以僅直接設(shè)置在氧化物半導(dǎo)體堆疊層403上方，以便沒有與氧化物半導(dǎo)體堆疊層403的側(cè)面相接觸。采用使用多色調(diào)掩模所形成的抗蝕劑掩模的蝕刻步驟使晶體管440d中所示的結(jié)構(gòu)能夠形成。這種結(jié)構(gòu)引起晶體管440d的源電極層405a和漏電極層405b的泄漏電流(寄生溝道)的進一步降低。布線層465a和布線層465b各能夠使用與柵電極層401、源電極層405a或漏電極層405b相似的材料和方法來形成。例如，作為布線層465a和465b的任一個，能夠使用氮化鉭膜和銅膜的堆疊層、氮化鉭膜和鎢膜的堆疊層等。在高度純化并且其氧空位經(jīng)過修復(fù)的氧化物半導(dǎo)體堆疊層403中，充分去除諸如氫和水之類的雜質(zhì)；氧化物半導(dǎo)體堆疊層403中的氫濃度小于或等于5 X IO19原子/cm3，優(yōu)選地小于或等于5X IO18原子/cm3。氧化物半導(dǎo)體堆疊層403中的氫濃度通過二次離子質(zhì)譜法(SIMS)來測量。按照這個實施例，使用包含修復(fù)氧空位的過剩氧的高度純化氧化物半導(dǎo)體堆疊層403的晶體管440a的斷態(tài)中的電流值(斷態(tài)電流值)在室溫下小于或等于每微米溝道寬度
100zA(l zA(]7C普托安培)=1X 1(T21 A),優(yōu)選地小于或等于10 ζΑ/μ m,更優(yōu)選地小于或等于 100 yA/μ m。相應(yīng)地，能夠提供用于各種目的、例如高功能性、高可靠性和低功率消耗的半導(dǎo)體>J-U ρ α裝直。(實施例2)
在這個實施例中，參照圖7A至圖7D、圖8A至圖8D以及圖IlA和圖IlB來描述半導(dǎo)體裝置和半導(dǎo)體裝置的制造方法的另一個實施例。上述實施例能夠應(yīng)用于與上述實施例相同的部分、具有與上述實施例相似的功能的一部分或者與上述實施例相似的步驟；因此，省略重復(fù)描述。另外，也省略相同部分的詳細描述。
這個實施例中描述的是其中上氧化物半導(dǎo)體層覆蓋氧化物半導(dǎo)體堆疊層中的下氧化物半導(dǎo)體層的側(cè)面的一個示例。圖7A至圖7C所示的晶體管340是反交疊底柵晶體管的示例。圖7A是平面圖；圖7B是沿圖7A中的虛線X-Y的截面圖；圖7C是沿圖7A中的虛線V-W的截面圖。如作為沿溝道長度方向的截面圖的圖7B所示，晶體管340包括柵電極層401 ;柵絕緣膜402 ;氧化物半導(dǎo)體堆疊層403，包括其能隙彼此不同的第一氧化物半導(dǎo)體層101和第二氧化物半導(dǎo)體層102 ;源電極層405a ;以及漏電極層405b ;它們按照這種順序設(shè)置在具有絕緣表面的襯底400之上。絕緣膜407在晶體管340之上形成。第一氧化物半導(dǎo)體層101設(shè)置在柵絕緣膜402上并且與其相接觸。第二氧化物半導(dǎo)體層102覆蓋第一氧化物半導(dǎo)體層101的頂面和側(cè)面，并且第二氧化物半導(dǎo)體層102的周邊邊緣與柵絕緣膜402相接觸。其中第一氧化物半導(dǎo)體層101既沒有與源電極層405a也沒有與漏電極層405b相接觸的結(jié)構(gòu)引起晶體管340的源電極層405a和漏電極層405b的泄漏電流(寄生溝道)的發(fā)生率降低。圖7C是沿溝道寬度方向的截面圖，其中與圖7B相似，第一氧化物半導(dǎo)體層101的周邊邊緣(側(cè)面)覆蓋有第二氧化物半導(dǎo)體層102的周邊邊緣，并且第一氧化物半導(dǎo)體層101沒有與絕緣膜407相接觸。第一氧化物半導(dǎo)體層101和第二氧化物半導(dǎo)體層102的相應(yīng)能隙彼此不同。在這個實施例中描述的示例中，第一氧化物半導(dǎo)體層101和第二氧化物半導(dǎo)體層102的相應(yīng)組成彼此不同，并且第二氧化物半導(dǎo)體層102的能隙比第一氧化物半導(dǎo)體層101要大。圖8A至圖8C示出晶體管380a，其中由第一氧化物半導(dǎo)體層101、第二氧化物半導(dǎo)體層102和第三氧化物半導(dǎo)體層103所組成的堆疊層用于形成氧化物半導(dǎo)體堆疊層403。圖8A至圖8C所示的晶體管380a是反交疊底柵晶體管的示例。圖8A是平面圖；圖8B是沿圖8A中的虛線X-Y的截面圖；圖8C是沿圖8A中的虛線V-W的截面圖。如作為沿溝道長度方向的截面圖的圖8B所示，晶體管380a包括柵電極層401 ；柵絕緣膜402 ;氧化物半導(dǎo)體堆疊層403，包括第一氧化物半導(dǎo)體層101、第二氧化物半導(dǎo)體層102和第三氧化物半導(dǎo)體層103 ;源電極層405a ;以及漏電極層405b ;它們按照這種順序設(shè)置在具有絕緣表面的襯底400之上。絕緣膜407在晶體管380a之上形成。第一氧化物半導(dǎo)體層101設(shè)置在柵絕緣膜402上并且與其相接觸。第二氧化物半導(dǎo)體層102堆疊在第一氧化物半導(dǎo)體層101之上。第三氧化物半導(dǎo)體層103覆蓋第一氧化物半導(dǎo)體層101的側(cè)面以及第二氧化物半導(dǎo)體層102的頂面和側(cè)面，以及第三氧化物半導(dǎo)體層103的周邊邊緣與柵絕緣膜402相接觸。其中第一氧化物半導(dǎo)體層101和第二氧化物半導(dǎo)體層102中的每一個既沒有與源電極層405a也沒有與漏電極層405b相接觸的結(jié)構(gòu)引起晶體管380a的源電極層405a和漏電極層405b的泄漏電流(寄生溝道)的發(fā)生率降低。
圖8C是沿溝道寬度方向的截面圖，其中與圖8B相似，第一氧化物半導(dǎo)體層101和第二氧化物半導(dǎo)體層102的周邊邊緣(側(cè)面)覆蓋有第三氧化物半導(dǎo)體層103的周邊邊緣，并且第一氧化物半導(dǎo)體層101和第二氧化物半導(dǎo)體層102均沒有與絕緣膜407相接觸。第一氧化物半導(dǎo)體層101和第二氧化物半導(dǎo)體層102的相應(yīng)能隙彼此不同。在這個實施例描述的示例中，第二氧化物半導(dǎo)體層的能隙比第一氧化物半導(dǎo)體層101的能隙要小。第二氧化物半導(dǎo)體層102和第三氧化物半導(dǎo)體層103的相應(yīng)能隙彼此不同。在這個實施例描述的示例中，第三氧化物半導(dǎo)體層103的能隙比第二氧化物半導(dǎo)體層102的能
隙要小。在這個實施例中，第三氧化物半導(dǎo)體層103的能隙與第一氧化物半導(dǎo)體層101的能隙基本上相同。例如，In-Ga-Zn基氧化物膜(能隙為3. 2 eV)、In-Sn-Zn基氧化物膜(能隙為2. 8eV)和In-Ga-Zn基氧化物膜(能隙為3. 2 eV)分別用作晶體管380a中的第一氧化物半導(dǎo)體層101、第二氧化物半導(dǎo)體層102和第三氧化物半導(dǎo)體層103。此外，作為如同晶體管380a中一樣的由三個堆疊層所組成的氧化物半導(dǎo)體堆疊層403，例如能夠使用下列疊層用作第一氧化物半導(dǎo)體層101的In-Ga-Zn基氧化物膜、用作第二氧化物半導(dǎo)體層102的In-Zn基氧化物膜以及用作第三氧化物半導(dǎo)體層103的In-Ga-Zn基氧化物膜的疊層；用作第一氧化物半導(dǎo)體層101的Ga-Zn基氧化物膜、用作第二氧化物半導(dǎo)體層102的In-Sn-Zn基氧化物膜以及用作第三氧化物半導(dǎo)體層103的Ga-Zn基膜的疊層；用作第一氧化物半導(dǎo)體層101的Ga-Zn基氧化物膜、用作第二氧化物半導(dǎo)體層102的In-Zn基氧化物膜以及用作第三氧化物半導(dǎo)體層103的Ga-Zn基氧化物膜的疊層；用作第一氧化物半導(dǎo)體層101的In-Ga基氧化物膜、用作第二氧化物半導(dǎo)體層102的In-Ga-Zn基氧化物膜以及用作第三氧化物半導(dǎo)體層103的In-Ga基氧化物膜的疊層；或者用作第一氧化物半導(dǎo)體層101的In-Ga-Zn基氧化物膜、用作第二氧化物半導(dǎo)體層102的氧化銦(In基氧化物)膜以及用作第三氧化物半導(dǎo)體層103的In-Ga-Zn基氧化物膜的疊層。此外，第二氧化物半導(dǎo)體層102的周邊可覆蓋有第一氧化物半導(dǎo)體層101和第三氧化物半導(dǎo)體層103 ;由此能夠抑制第二氧化物半導(dǎo)體層102中氧空位的增加，從而產(chǎn)生閾值電壓接近零的晶體管380a的結(jié)構(gòu)。又在那種情況下，由于第二氧化物半導(dǎo)體層102用作內(nèi)埋溝道，溝道形成區(qū)能夠遠離任何絕緣膜的界面，由此降低載流子的界面散射，從而引起高場效應(yīng)遷移率。在圖IlA所示的晶體管380b中，采用與用于將第一氧化物半導(dǎo)體層101和第二氧化物半導(dǎo)體層102處理為島狀的掩模相同的掩模(或者采用被處理為島狀之后的第一氧化物半導(dǎo)體層101和第二氧化物半導(dǎo)體層102作為掩模)，將柵絕緣膜402的一部分蝕刻成薄的。在晶體管380b中，柵絕緣膜402在與島狀第一氧化物半導(dǎo)體層101或者島狀第二氧化物半導(dǎo)體層102重疊的區(qū)域中比在其它區(qū)域(沒有與它們中的任一個重疊的區(qū)域)中要厚。通過在將第一氧化物半導(dǎo)體層101和第二氧化物半導(dǎo)體層102處理為島狀時蝕刻柵絕緣膜402的一部分，能夠去除諸如第一氧化物半導(dǎo)體層101的殘留物之類的蝕刻殘留物，從而降低泄漏電流的發(fā)生率。在圖IlB所示的晶體管380c中，氧化物半導(dǎo)體堆疊層403使用3個光刻過程來形成。晶體管380c中包含的氧化物半導(dǎo)體堆疊層403按如下所述來形成第一氧化物半導(dǎo)體膜被沉積并且使用第一掩模來處理，以便形成島狀第一氧化物半導(dǎo)體層101 ;第二氧化物半導(dǎo)體膜沉積在島狀第一氧化物半導(dǎo)體層101之上，并且使用第二掩模來處理，以便形成島狀第二氧化物半導(dǎo)體層102 ;以及第三氧化物半導(dǎo)體膜沉積在島狀第一氧化物半導(dǎo)體層101和島狀第二氧化物半導(dǎo)體層102之上，并且使用第三掩模來處理，以便形成島狀第三氧化物半導(dǎo)體層103。晶體管380c具有一種結(jié)構(gòu)，其中第一氧化物半導(dǎo)體層101的側(cè)面突出到第二氧化物半導(dǎo)體層102的側(cè)面之外，并且是其中第三氧化物半導(dǎo)體層103與第一氧化物半導(dǎo)體層101的頂面的一部分相接觸的示例。此外，具有溝道保護類型的底柵結(jié)構(gòu)的晶體管418在圖9B中作為半導(dǎo)體裝置的另一個實施例示出。如作為沿溝道長度方向的截面圖的圖9B所示，晶體管418包括柵電極層401 ;柵絕緣膜402 ;氧化物半導(dǎo)體堆疊層403，包括第一氧化物半導(dǎo)體層101、第二氧化物半導(dǎo)體層102和第三氧化物半導(dǎo)體層103 ;用作溝道保護膜的絕緣膜427 ;源電極層405a;以及漏電·極層405b ;它們按照這種順序設(shè)置在具有絕緣表面的襯底400之上。絕緣膜409在晶體管418之上形成。第一氧化物半導(dǎo)體層101設(shè)置在柵絕緣膜402上并且與其相接觸。第二氧化物半導(dǎo)體層102堆疊在第一氧化物半導(dǎo)體層101之上。第三氧化物半導(dǎo)體層103覆蓋第一氧化物半導(dǎo)體層101的側(cè)面以及第二氧化物半導(dǎo)體層102的頂面和側(cè)面，以及第三氧化物半導(dǎo)體層103的周邊邊緣與柵絕緣膜402相接觸。其中第一氧化物半導(dǎo)體層101和第二氧化物半導(dǎo)體層102中的每一個既沒有與源電極層405a也沒有與漏電極層405b相接觸的結(jié)構(gòu)引起晶體管418的源電極層405a和漏電極層405b的泄漏電流(寄生溝道)的發(fā)生率降低。此外，具有底柵結(jié)構(gòu)的晶體管438在圖IOB中作為半導(dǎo)體裝置的另一個實施例示出。如圖IOB所示，晶體管438包括柵電極層401 ;柵絕緣膜402 ;源電極層405a,漏電極層405b ;以及氧化物半導(dǎo)體堆疊層403，包括第一氧化物半導(dǎo)體層101、第二氧化物半導(dǎo)體層102和第三氧化物半導(dǎo)體層103 ;它們按照這種順序設(shè)置在具有絕緣表面的襯底400之上。絕緣膜407在晶體管438之上形成。晶體管438具有如下結(jié)構(gòu)，其中包括第一氧化物半導(dǎo)體層101、第二氧化物半導(dǎo)體層102和第三氧化物半導(dǎo)體層103的氧化物半導(dǎo)體堆疊層403設(shè)置在源電極層405a和漏電極層405b之上。第一氧化物半導(dǎo)體層101、第二氧化物半導(dǎo)體層102和第三氧化物半導(dǎo)體層103的相應(yīng)能隙的至少一個與另一個不同。第一氧化物半導(dǎo)體層101設(shè)置在源電極層405a和漏電極層405b上并且與其相接觸。第二氧化物半導(dǎo)體層102堆疊在第一氧化物半導(dǎo)體層101之上。第三氧化物半導(dǎo)體層103覆蓋第一氧化物半導(dǎo)體層101的側(cè)面以及第二氧化物半導(dǎo)體層102的頂面和側(cè)面，以及第三氧化物半導(dǎo)體層103的周邊邊緣與源電極層405a和漏電極層405b相接觸。如上所述，各堆疊氧化物半導(dǎo)體層的形狀可根據(jù)氧化物半導(dǎo)體層而有所不同，并且氧化物半導(dǎo)體堆疊層能夠具有各種形狀和各種結(jié)構(gòu)。相應(yīng)地，能夠提供用于各種目的、例如高功能性、高可靠性和低功率消耗的半導(dǎo)體>J-U ρ α裝直。 這個實施例能夠適當?shù)亟Y(jié)合另一個實施例來實現(xiàn)。(實施例3)
在這個實施例中，參照圖5Α至圖來描述半導(dǎo)體裝置以及用于制造半導(dǎo)體裝置的方法的另一個實施例。上述實施例能夠應(yīng)用于與上述實施例相同的部分、具有與上述實施例相似功能的一部分或者與上述實施例相似的步驟；因此，省略重復(fù)描述。另外，也省略相同部分的詳細描述。這個實施例中描述的是一個示例，其中在用于制造按照本發(fā)明的一個實施例的半
導(dǎo)體裝置的方法中，將氧(它包含氧基團、氧原子和氧離子中的至少一個)添加到氧化物半導(dǎo)體堆疊層，以便在對氧化物半導(dǎo)體堆疊層進行脫水或脫氫之后向膜提供氧。脫水或脫氫處理可伴隨作為氧化物半導(dǎo)體的主要構(gòu)成材料的氧的消除，從而引起氧的降低。氧空位存在于其中在氧化物半導(dǎo)體堆疊層中消除了氧的一部分中，并且引起晶體管的電特性改變的施主能級因氧空位而形成。因此，氧優(yōu)選地在經(jīng)過脫水或脫氫處理之后提供給氧化物半導(dǎo)體堆疊層。通過將氧提供給氧化物半導(dǎo)體堆疊層，能夠修復(fù)膜中的氧空位。相應(yīng)地，氧化物半導(dǎo)體堆疊層用于晶體管能夠引起因氧空位而引起的晶體管的閾值電壓Vth的變化以及閾值電壓的偏移AVth的降低。此外，晶體管的閾值電壓能夠沿正方向偏移，以便使晶體管成為常斷晶體管。圖5Α對應(yīng)于圖2C，其中柵電極層401、柵絕緣膜402以及包括其能隙彼此不同的第一氧化物半導(dǎo)體層101和第二氧化物半導(dǎo)體層102的氧化物半導(dǎo)體堆疊層403在具有絕緣表面的襯底400之上形成。隨后，將氧431 (它包含氧基團、氧原子和氧離子中的至少一個)添加到氧化物半導(dǎo)體堆疊層403以提供氧，由此氧過剩區(qū)域111、112在包括第一氧化物半導(dǎo)體層101和第二氧化物半導(dǎo)體層102的氧化物半導(dǎo)體堆疊層403中形成(參見圖5Β)。氧過剩區(qū)域111、112至少部分包括其中氧含量比在結(jié)晶態(tài)的氧化物半導(dǎo)體的化學(xué)計量組成比中要高的區(qū)域。提供給氧過剩區(qū)域111、112的氧431能夠修復(fù)包括第一氧化物半導(dǎo)體層101和第二氧化物半導(dǎo)體層102的氧化物半導(dǎo)體堆疊層403中的氧空位。源電極層405a和漏電極層405b在柵絕緣膜402以及包括氧過剩區(qū)域111和112的氧化物半導(dǎo)體堆疊層403之上形成。這樣，制造了晶體管443a (參見圖5C)。氧431的添加也能夠在形成源電極層405a和漏電極層405b之后執(zhí)行。圖示出作為一個示例的晶體管443b，其中在形成源電極層405a和漏電極層405b之后將氧添加到包括第一氧化物半導(dǎo)體層101和第二氧化物半導(dǎo)體層102的氧化物半導(dǎo)體堆疊層403。如圖所示，氧431有選擇地添加到包括第一氧化物半導(dǎo)體層101和第二氧化物半導(dǎo)體層102的氧化物半導(dǎo)體堆疊層403中的溝道形成區(qū)，其中源電極層405a和漏電極層405b用作掩模。在晶體管443b的氧化物半導(dǎo)體堆疊層403中，既不與源電極層405a也不與漏電極層405b重疊的區(qū)域具有比與源電極層405a或漏電極層405b重疊的區(qū)域更高的氧濃度。此外，其中將氧添加到氧化物半導(dǎo)體堆疊層403的具有底柵結(jié)構(gòu)的晶體管483在圖4B中作為半導(dǎo)體裝置的另一個實施例示出。圖4A示出晶體管480，其中由第一氧化物半導(dǎo)體層101、第二氧化物半導(dǎo)體層102和第三氧化物半導(dǎo)體層103所組成的堆疊層用于形成氧化物半導(dǎo)體堆疊層403。晶體管483包括柵電極層401 ;柵絕緣膜402 ;氧化物半導(dǎo)體堆疊層403，包括其中包含氧過剩區(qū)域111的第一氧化物半導(dǎo)體層101、其中包含氧過剩區(qū)域112的第二氧化物半導(dǎo)體層102和其中包含氧過剩區(qū)域113的第三氧化物半導(dǎo)體層103 ;源電極層405a ;以及漏電極層405b ;它們按照這種順序設(shè)置在具有絕緣表面的襯底400之上。絕緣膜407在晶體管483之上形成。晶體管483的氧化物半導(dǎo)體堆疊層403中的第一氧化物半導(dǎo)體層101、第二氧化物半導(dǎo)體層102和第三氧化物半導(dǎo)體層103的相應(yīng)能隙彼此不相同，而是取至少兩個不同值。晶體管483是一個示例，其中將氧添加到整個氧化物半導(dǎo)體堆疊層403 ;氧過剩區(qū)域111、氧過剩區(qū)域112和氧過剩區(qū)域113分別在整個第一氧化物半導(dǎo)體層101、第二氧化物半導(dǎo)體層102和第三氧化物半導(dǎo)體層103中形成。
此外，具有溝道保護類型的底柵結(jié)構(gòu)的晶體管413在圖9C中作為半導(dǎo)體裝置的另一個實施例示出。晶體管413包括柵電極層401 ;柵絕緣膜402 ;氧化物半導(dǎo)體堆疊層403，包括其中包含氧過剩區(qū)域111的第一氧化物半導(dǎo)體層101、其中包含氧過剩區(qū)域112的第二氧化物半導(dǎo)體層102和其中包含氧過剩區(qū)域113的第三氧化物半導(dǎo)體層103 ;用作溝道保護膜的絕緣膜427 ;源電極層405a ;以及漏電極層405b ;它們按照這種順序設(shè)置在具有絕緣表面的襯底400之上。絕緣膜409在晶體管413之上形成。第一氧化物半導(dǎo)體層101、第二氧化物半導(dǎo)體層102和第三氧化物半導(dǎo)體層103的相應(yīng)能隙的至少一個與另一個不同。在描述為晶體管413的示例中，第二氧化物半導(dǎo)體層102的能隙比第一氧化物半導(dǎo)體層101和第三氧化物半導(dǎo)體層103的能隙要小。晶體管413是一個示例，其中將氧添加到整個氧化物半導(dǎo)體堆疊層403 ;氧過剩區(qū)域111、氧過剩區(qū)域112和氧過剩區(qū)域113分別在整個第一氧化物半導(dǎo)體層101、第二氧化物半導(dǎo)體層102和第三氧化物半導(dǎo)體層103中形成。在晶體管413中，第一氧化物半導(dǎo)體層101設(shè)置在柵絕緣膜402上并且與其相接觸。第二氧化物半導(dǎo)體層102堆疊在第一氧化物半導(dǎo)體層101之上。第三氧化物半導(dǎo)體層103覆蓋第一氧化物半導(dǎo)體層101的側(cè)面以及第二氧化物半導(dǎo)體層102的頂面和側(cè)面，以及第三氧化物半導(dǎo)體層103的周邊邊緣與柵絕緣膜402相接觸。其中第一氧化物半導(dǎo)體層
101和第二氧化物半導(dǎo)體層102既沒有與源電極層405a也沒有與漏電極層405b相接觸的結(jié)構(gòu)引起晶體管413的源電極層405a和漏電極層405b的泄漏電流(寄生溝道)的發(fā)生率降低。此外，其中將氧添加到氧化物半導(dǎo)體堆疊層403的具有底柵結(jié)構(gòu)的晶體管433在圖IOC中作為半導(dǎo)體裝置的另一個實施例示出。如圖IOC所示，晶體管433包括柵電極層401 ;柵絕緣膜402 ;源電極層405a,漏電極層405b ;以及氧化物半導(dǎo)體堆疊層403，包括其中包含氧過剩區(qū)域111的第一氧化物半導(dǎo)體層101、其中包含氧過剩區(qū)域112的第二氧化物半導(dǎo)體層102和其中包含氧過剩區(qū)域113的第三氧化物半導(dǎo)體層103 ;它們按照這種順序設(shè)置在具有絕緣表面的襯底400之上。絕緣膜407在晶體管433之上形成。晶體管433具有一種結(jié)構(gòu)，其中包括第一氧化物半導(dǎo)體層101、第二氧化物半導(dǎo)體層102和第三氧化物半導(dǎo)體層103的氧化物半導(dǎo)體堆疊層403設(shè)置在源電極層405a和漏電極層405b之上。第一氧化物半導(dǎo)體層101、第二氧化物半導(dǎo)體層102和第三氧化物半導(dǎo)體層103的相應(yīng)能隙的至少一個與另一個不同。在描述為晶體管433的示例中，第二氧化物半導(dǎo)體層102的能隙比第一氧化物半導(dǎo)體層101和第三氧化物半導(dǎo)體層103的能隙要小。晶體管433是一個示例，其中將氧添加到整個氧化物半導(dǎo)體堆疊層403 ;氧過剩區(qū)域111、氧過剩區(qū)域112和氧過剩區(qū)域113分別在整個第一氧化物半導(dǎo)體層101、第二氧化物半導(dǎo)體層102和第三氧化物半導(dǎo)體層103中形成。在晶體管433中，氧在其中暴露氧化物半導(dǎo)體堆疊層403的狀態(tài)中直接添加到氧化物半導(dǎo)體堆疊層403，或者通過絕緣膜407來添加。圖7D和圖8D示出示例，其中將氧添加到實施例2中描述的晶體管340、380a中的氧化物半導(dǎo)體堆疊層403，其中上氧化物半導(dǎo)體層覆蓋下氧化物半導(dǎo)體層的側(cè)面，使得形成氧過剩區(qū)域。
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圖7D所示的晶體管343包括柵電極層401 ;柵絕緣膜402 ;氧化物半導(dǎo)體堆疊層403，包括其能隙彼此不同的第一氧化物半導(dǎo)體層101和第二氧化物半導(dǎo)體層102 ;源電極層405a ;以及漏電極層405b ;它們按照這種順序設(shè)置在具有絕緣表面的襯底400之上。絕緣膜407在晶體管343之上形成。在晶體管343中，氧化物半導(dǎo)體堆疊層403包括其中包含氧過剩區(qū)域111的第一氧化物半導(dǎo)體層101以及其中包含氧過剩區(qū)域112的第二氧化物半導(dǎo)體層102。圖8D所示的晶體管383包括柵電極層401 ;柵絕緣膜402 ;氧化物半導(dǎo)體堆疊層403，包括其能隙彼此不同的第一氧化物半導(dǎo)體層101、第二氧化物半導(dǎo)體層102和第三氧化物半導(dǎo)體層103 ;源電極層405a ;以及漏電極層405b ;它們按照這種順序設(shè)置在具有絕緣表面的襯底400之上。絕緣膜407在晶體管383之上形成。在晶體管383中，氧化物半導(dǎo)體堆疊層403包括其中包含氧過剩區(qū)域111的第一氧化物半導(dǎo)體層101、其中包含氧過剩區(qū)域112的第二氧化物半導(dǎo)體層102以及其中包含氧過剩區(qū)域113的第三氧化物半導(dǎo)體層
103。其中具有比下氧化物半導(dǎo)體層更低能隙的上氧化物半導(dǎo)體層覆蓋氧化物半導(dǎo)體堆疊層中的下氧化物半導(dǎo)體層的側(cè)面的晶體管343和383所示的結(jié)構(gòu)弓I起晶體管的源電極層和漏電極層的泄漏電流(寄生溝道)的發(fā)生率降低。將氧添加到經(jīng)脫水或脫氫的氧化物半導(dǎo)體堆疊層403以向膜提供氧能夠高度純化氧化物半導(dǎo)體堆疊層403，并且使膜成為電i型(本征)。包含高度純化的電i型(本征)氧化物半導(dǎo)體堆疊層403的晶體管443a、443b、413、433、343、383的電特性的改變受到抑制，并且晶體管因而是電穩(wěn)定的。作為用于添加氧的方法，能夠使用離子注入方法、離子摻雜方法、等離子體浸入離子注入方法、等離子體處理等。在添加氧的步驟中，氧可直接添加到氧化物半導(dǎo)體堆疊層403，或者通過諸如絕緣膜407之類的另一個膜添加到氧化物半導(dǎo)體堆疊層403。離子注入方法、離子摻雜方法、等離子體浸入離子注入方法等可用于通過另一個膜來添加氧，而等離子體處理等也能夠用于在其中暴露氧化物半導(dǎo)體堆疊層403的狀態(tài)中將氧直接添加到氧化物半導(dǎo)體堆疊層403。將氧添加到氧化物半導(dǎo)體堆疊層403能夠在對其執(zhí)行脫水或脫氫處理之后的任何時間執(zhí)行。此外，可向經(jīng)脫水或脫氫的氧化物半導(dǎo)體堆疊層403多次添加氧。例如，在實施例I中，將氧添加到氧化物半導(dǎo)體堆疊層403能夠在形成源電極層405a和漏電極層405b之后、在形成柵絕緣膜402之后、在形成柵電極層401之后或者在形成絕緣膜407之后，對外露氧化物半導(dǎo)體堆疊層493或者氧化物半導(dǎo)體堆疊層403執(zhí)行。此外，優(yōu)選的是，氧化物半導(dǎo)體堆疊層403中的氧過剩區(qū)域111、112中通過氧添加的步驟來添加的氧的濃度大于或等于IX IO18原子/Cm3但小于或等于5 X IO21原子/cm3。在氧化物半導(dǎo)體中，氧是其主要構(gòu)成材料之一。因此，難以通過諸如二次離子質(zhì)譜法(SIMS)之類的方法來準確估計氧化物半導(dǎo)體堆疊層403中的氧濃度。換言之，可以說，難以確定是否有意將氧添加到氧化物半導(dǎo)體堆疊層403。已知的是，存在氧的同位素，例如17O和180，并且17O和18O實際上分別占全部氧原子的大約O. 037%和大約O. 204%。也就是說，有可能通過諸如SMS之類的方法來測量有意添加到氧化物半導(dǎo)體堆疊層403的這些同位素的濃度；因此，氧化物半導(dǎo)體堆疊層403中的氧濃度在一些情況下能夠通過測量這些同位素的濃度更準確地估計。因此，可測量這些同位素的濃度，以便確定是否有意將氧添加到氧化物半導(dǎo)體堆疊層403。優(yōu)選地在將氧添加到氧化物半導(dǎo)體膜之后執(zhí)行熱處理。在如這個實施例中的晶體管443a和443b中那樣將氧直接添加到氧化物半導(dǎo)體堆疊層403的情況下，與氧化物半導(dǎo)體堆疊層403相接觸的柵絕緣膜402和絕緣膜407不一定包含許多氧。優(yōu)選的是，對氧以及諸如氫和水之類的雜質(zhì)具有高屏蔽效應(yīng)(阻塞效應(yīng))的膜可作為絕緣膜407來設(shè)置，使得添加到氧化物半導(dǎo)體堆疊層403的氧沒有從氧化物半導(dǎo)體堆疊層403中消除，并且諸如氫和水之類的雜質(zhì)沒有進入氧化物半導(dǎo)體堆疊層403。例如，可使用對氧以及諸如氫和水之類的雜質(zhì)具有高屏蔽效應(yīng)(阻塞效應(yīng))的氧化鋁膜等。不用說，可通過多種方法來提供氧例如，可將氧從作為與氧化物半導(dǎo)體膜相接觸的柵絕緣膜402或絕緣膜407所設(shè)置的包含許多氧的膜中提供，并且通過將氧直接添加到氧化物半導(dǎo)體堆疊層403。雖然在這個實施例中描述其中將氧添加到氧化物半導(dǎo)體堆疊層403的示例，但是氧可添加到與氧化物半導(dǎo)體堆疊層403相接觸的柵絕緣膜402、絕緣膜407等。將氧添加到與氧化物半導(dǎo)體堆疊層403相接觸的柵絕緣膜402或絕緣膜407以使膜成為氧過剩膜使得氧能夠提供給氧化物半導(dǎo)體堆疊層403。這樣，能夠提供使用其電特性穩(wěn)定的氧化物半導(dǎo)體堆疊層的半導(dǎo)體裝置。相應(yīng)地，能夠提供極可靠的半導(dǎo)體裝置。這個實施例能夠適當?shù)亟Y(jié)合另一個實施例來實現(xiàn)。(實施例4)
在這個實施例中，參照圖6A至圖6C來描述半導(dǎo)體裝置以及用于制造半導(dǎo)體裝置的方法的另一個實施例。上述實施例能夠應(yīng)用于與上述實施例相同的部分、具有與上述實施例相似的功能的一部分或者與上述實施例相似的步驟；因此，省略重復(fù)描述。另外，也省略相同部分的詳細描述。
這個實施例中描述的是一個示例，其中在用于制造按照本發(fā)明的一個實施例的半導(dǎo)體裝置的方法中，低電阻區(qū)在氧化物半導(dǎo)體堆疊層中形成。低電阻區(qū)能夠通過向氧化物半導(dǎo)體堆疊層添加用于改變電導(dǎo)率的雜質(zhì)(又稱作摻雜劑)來形成。
在這個實施例中，作為示例來描述具有溝道保護類型的底柵結(jié)構(gòu)的晶體管420。圖6A至圖6C示出用于制造晶體管420的方法的示例。首先，在具有絕緣表面的襯底400之上形成柵電極層401。在柵電極層401之上形成柵絕緣膜402。然后，包括其能隙彼此不同的第一氧化物半導(dǎo)體層101和第二氧化物半導(dǎo)體層102的氧化物半導(dǎo)體堆疊層403在柵絕緣膜402之上形成?？扇鐚嵤├?中所述將氧添加到氧化物半導(dǎo)體堆疊層403，使得氧化物半導(dǎo)體堆疊層403包括氧過剩區(qū)域。氧化物半導(dǎo)體堆疊層403可具有三層結(jié)構(gòu)，并且具有其中上氧化物半導(dǎo)體層覆蓋下氧化物半導(dǎo)體層的側(cè)面的結(jié)構(gòu)。用作溝道保護膜的絕緣膜427在氧化物半導(dǎo)體堆疊層403之上形成，以便與柵電極層401重疊(參見圖6A)。 隨后，采用絕緣膜427作為掩模將摻雜劑421有選擇地添加到氧化物半導(dǎo)體堆疊層403，使得形成低電阻區(qū)121a、121b、122a和122b (參見圖6B)。雖然在這個實施例中，用作溝道保護膜的絕緣膜427用作用于添加摻雜劑421的掩模，但是可形成用于有選擇地添加摻雜劑421的抗蝕劑掩模。也在沒有設(shè)置溝道保護膜的晶體管440a、430等中，可形成用于有選擇地添加摻雜劑的抗蝕劑掩模。根據(jù)摻雜劑421的添加條件，摻雜劑421可以僅添加到第一氧化物半導(dǎo)體層101或第二氧化物半導(dǎo)體層102，使得形成低電阻區(qū)，在這種情況下，摻雜劑濃度可不均勻地分布在第一氧化物半導(dǎo)體層101和第二氧化物半導(dǎo)體層102中。摻雜劑421是用來改變氧化物半導(dǎo)體堆疊層403的電導(dǎo)率的雜質(zhì)。從以下所選的一種或多種能夠用作摻雜劑421 :15族元素(其典型示例為磷(P)、砷(As)和銻(Sb))、硼(B)、鋁(Al)、氮(N)、氬(Ar)、氦(He)、氖(Ne)、銦(In)、氟(F)、氯(Cl)、鈦(Ti)和鋅(Zn)。摻雜劑421通過注入方法添加到氧化物半導(dǎo)體堆疊層403。作為用于添加摻雜劑421的方法，能夠使用離子注入方法、離子摻雜方法、等離子體浸入離子注入方法等。在那種情況下，優(yōu)選的是使用摻雜劑421的單離子或者其氫陰離子、氟離子或氯離子?？赏ㄟ^適當?shù)卦O(shè)置諸如加速電壓和劑量之類的添加條件或者用作掩模的絕緣膜427的厚度來控制摻雜劑421的添加。在這個實施例中，硼用作摻雜劑421，其離子通過離子注入方法來添加。摻雜劑421的劑量優(yōu)選地設(shè)置成大于或等于I X IO13離子/cm2但小于或等于5 X IO16離子/cm2。低電阻區(qū)中的摻雜劑421的濃度優(yōu)選地為大于或等于5X IO18原子/cm3但小于或等于I X IO22原子/cm3。在添加摻雜劑421時可加熱襯底400。向氧化物半導(dǎo)體堆疊層403添加摻雜劑421可多次執(zhí)行，并且摻雜劑的種類數(shù)量可以是多個。此外，可在添加摻雜劑421之后對其執(zhí)行熱處理。熱處理優(yōu)選地以高于或等于300°C但低于或等于700°C (更優(yōu)選地高于或等于300°C但低于或等于450°C )的溫度在氧氣氛中執(zhí)行一小時。熱處理可在氮氣氛、降低的壓力或空氣(超干空氣)下執(zhí)行。在氧化物半導(dǎo)體堆疊層403是晶體氧化物半導(dǎo)體膜的情況下，可通過添加摻雜劑421來對氧化物半導(dǎo)體堆疊層403部分非晶化。在那種情況下，氧化物半導(dǎo)體堆疊層403的結(jié)晶度能夠通過在添加摻雜劑421之后對其執(zhí)行熱處理來恢復(fù)。這樣，在氧化物半導(dǎo)體堆疊層403中，形成其中低電阻區(qū)121a和121b設(shè)置成夾合溝道形成區(qū)121c的第一氧化物半導(dǎo)體層101以及其中低電阻區(qū)122a和122b設(shè)置成夾合溝道形成區(qū)122c的第二氧化物半導(dǎo)體層102。隨后，源電極層405a和漏電極層405b形成為與低電阻區(qū)121a、121b、122a和122b相接觸。通過上述過程，制造這個實施例的晶體管420 (參見圖6C)。通過包括其中低電阻區(qū)121a和121b設(shè)置成夾合沿溝道長度方向的溝道形成區(qū)121c的第一氧化物半導(dǎo)體層101以及其中低電阻區(qū)122a和122b設(shè)置成夾合沿溝道長度方向的溝道形成區(qū)122c的第二氧化物半導(dǎo)體層102的氧化物半導(dǎo)體堆疊層403，晶體管420
的通態(tài)特性(例如通態(tài)電流和場效應(yīng)遷移率)增加，這實現(xiàn)晶體管的高速操作和高速響應(yīng)。低電阻區(qū)121a、121b、122a和122b各能夠用作晶體管420中的源區(qū)或漏區(qū)。通過低電阻區(qū)121a和121b、122a和122b，施加到低電阻區(qū)121a與121b、122a與122b之間形成的溝道形成區(qū)121c、122c的電場能夠衰減(relax)。此外，低電阻區(qū)121a、121b、122a和122b中的氧化物半導(dǎo)體堆疊層403以及源電極層405a和漏電極層405b的每個之間的電連接能夠降低氧化物半導(dǎo)體堆疊層403與源電極層405a和漏電極層405b的每個之間的接觸電阻。因此，晶體管的電特性能夠增加。這個實施例能夠適當?shù)亟M合另一個實施例來實現(xiàn)。(實施例5)
具有顯示功能的半導(dǎo)體裝置(又稱作顯示裝置)能夠使用晶體管來制造，其一個示例在實施例I至4的任一個中描述。此外，包括晶體管的驅(qū)動器電路的部分或全部能夠在其中形成像素部分的襯底之上形成，由此能夠形成面板上系統(tǒng)(system-on-panel)。圖12A中，設(shè)置密封劑4005以便包圍設(shè)置在第一襯底4001之上的像素部分4002，并且像素部分4002采用第二襯底4006來密封。圖12A中，各使用單晶半導(dǎo)體膜或多晶半導(dǎo)體膜在單獨制備的襯底之上形成的掃描線驅(qū)動器電路4004和信號線驅(qū)動器電路4003安裝在第一襯底4001之上與密封劑4005所包圍的區(qū)域不同的區(qū)域中。各種信號和電位從柔性印刷電路(FPC)4018a和4018b提供給信號線驅(qū)動器電路4003、掃描線驅(qū)動器電路4004和像素部分4002。圖12B和圖12C中，設(shè)置密封劑4005以便包圍設(shè)置在第一襯底4001之上的像素部分4002和掃描線驅(qū)動器電路4004。第二襯底4006設(shè)置在像素部分4002和掃描線驅(qū)動器電路4004之上。因此，像素部分4002和掃描線驅(qū)動器電路4004連同顯示元件一起由第一襯底4001、密封劑4005和第二襯底4006來密封。圖12B和圖12C中，使用單晶半導(dǎo)體膜或多晶半導(dǎo)體膜在單獨制備的襯底之上形成的信號線驅(qū)動器電路4003安裝在第一襯底4001之上與密封劑4005所包圍的區(qū)域不同的區(qū)域中。圖12B和圖12C中，各種信號和電位從FPC 4018提供給信號線驅(qū)動器電路4003、掃描線驅(qū)動器電路4004和像素部分4002。雖然圖12B和圖12C各示出其中信號線驅(qū)動器電路4003單獨形成并且安裝在第一襯底4001之上的示例，但是本發(fā)明的實施例并不局限于這種結(jié)構(gòu)。掃描線驅(qū)動器電路可單獨形成并且然后安裝，或者只有信號線驅(qū)動器電路的一部分或者只有掃描線驅(qū)動器電路的一部分可單獨形成并且然后安裝。
這種單獨形成的驅(qū)動器電路的連接方法不受具體限制；例如，能夠使用玻璃上芯片(COG)方法、引線接合方法或者帶式自動接合(TAB)方法。圖12A示出其中信號線驅(qū)動器電路4003和掃描線驅(qū)動器電路4004通過COG方法來安裝的示例；圖12B示出其中信號線驅(qū)動器電路4003通過COG方法來安裝的示例；以及圖12C示出其中信號線驅(qū)動器電路4003通過TAB方法來安裝的示例。顯示裝置在其范疇內(nèi)包括其中密封了顯示元件的面板以及其中在面板上安裝諸如控制器等的IC的模塊。本說明書中的顯示裝置表示圖像顯示裝置、顯示裝置或光源(包括照明裝置)。此夕卜，顯示裝置在其范疇內(nèi)還包括下列模塊諸如FPC、TAB帶或TCP之類的連接器與其附連的模塊；具有TAB帶或TCP的模塊，在其尖部設(shè)置了印刷布線板；以及其中通過COG方法直接在顯示元件上安裝集成電路(IC)的模塊。設(shè)置在第一襯底之上的像素部分和掃描線驅(qū)動器電路包括多個晶體管，對其能夠應(yīng)用實施例I至4中描述的晶體管的任一種。作為設(shè)置在顯示裝置中的顯示元件，能夠使用液晶元件(又稱作液晶顯示元件)或發(fā)光元件(又稱作發(fā)光顯示元件)。發(fā)光元件在其范疇內(nèi)包括其亮度通過電流或電壓來控制的元件，并且具體地說包括無機電致發(fā)光(EL)元件、有機EL元件等。也能夠使用其對比度通過電效應(yīng)、諸如電子墨水來改變的顯示介質(zhì)。參照圖12A至圖12C以及圖13A和圖13B來描述半導(dǎo)體裝置的一個實施例。圖13A和圖13B是沿圖12B的線條M-N的截面圖。如圖13A和圖13B所示，半導(dǎo)體裝置包括連接端子電極4015和端子電極4016，并且連接端子電極4015和端子電極4016通過各向異性導(dǎo)電膜4019電連接到FPC 4018中包含的端口。連接端子電極4015使用與第一電極層4030相同的導(dǎo)電膜來形成，并且端子電極4016使用與晶體管4010和4011的源和漏電極層相同的導(dǎo)電膜來形成。設(shè)置在第一襯底4001之上的像素部分4002和掃描線驅(qū)動器電路4004各包括多個晶體管。圖13A和圖13B中，作為示例示出像素部分4002中包含的晶體管4010和掃描線驅(qū)動器電路4004中包含的晶體管4011。絕緣膜4020在圖13A中設(shè)置在晶體管4010和4011之上，并且在圖13B中進一步設(shè)置絕緣膜4021。絕緣膜4023是用作基膜的絕緣膜。實施例I至4中描述的任一個晶體管都能夠應(yīng)用于晶體管4010和4011。在這個實施例中，描述其中使用具有與實施例I中描述的晶體管440相似的結(jié)構(gòu)的晶體管的示例。晶體管4010和4011各包括其中包含其能隙彼此不同的至少兩個氧化物半導(dǎo)體層的氧化物半導(dǎo)體堆疊層。通過使用采用其能隙彼此不同的多個氧化物半導(dǎo)體層的氧化物半導(dǎo)體堆疊層，晶體管的電特性能夠以較高精度來調(diào)整，從而為晶體管4010、4011提供適當電特性。相應(yīng)地，能夠提供用于各種目的、例如高功能性、高可靠性和低功率消耗的半導(dǎo)體裝置，作為這個實施例的半導(dǎo)體裝置，如圖12A至圖12C以及圖13A和圖13C所示。像素部分4002中包含的晶體管4010電連接到顯示元件，以便構(gòu)成顯示面板的一部分。對顯示元件的種類沒有具體限制，只要能夠執(zhí)行顯示即可；能夠使用各種顯示元件。使用液晶元件作為顯示元件的液晶顯示裝置的示例如圖13A所示。圖13A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和液晶顯示層4008。用作取向膜的絕緣膜4032和4033設(shè)置成使得液晶層4008設(shè)置在它們之間。第二電極層4031設(shè)置在第二襯底4006側(cè)上，并且堆疊第一電極層4030和第二電極層4031，在它們之間設(shè)置有液晶層4008。參考標號4035所表示的柱狀隔離件通過有選擇地蝕刻絕緣膜來得到，并且被設(shè)置以便控制液晶層4008的厚度(單元間隙(cell gap))。備選地，可使用球形隔離件。在液晶元件用作顯示元件的情況下，能夠使用熱致液晶、低分子液晶、高分子液晶、聚合物擴散液晶、鐵電液晶、反鐵電液晶等。這種液晶材料(液晶成分)根據(jù)條件而呈現(xiàn)膽留相、近晶相、立方相、手性向列相、各向同性相等。備選地，沒有涉及配向膜的呈現(xiàn)藍相的液晶成分可用于液晶層4008。藍相是就在膽甾型相當膽留型液晶的溫度增加的同時轉(zhuǎn)變成各向同性相之前生成的液晶相之一。能夠使用作為液晶和手性試劑的混合物的液晶成分來呈現(xiàn)藍相。為了增加呈現(xiàn)藍相的溫度范圍，可通過將可聚合單體、聚合引發(fā)劑等添加到呈現(xiàn)藍相的液晶成分并且通過執(zhí)行聚合物·穩(wěn)定處理，來形成液晶層。呈現(xiàn)藍相的液晶成分具有短響應(yīng)時間，并且具有光學(xué)各向同性，使得配向過程不是必要的，并且視角相關(guān)性小。另外，由于無需設(shè)置配向膜并且因而研磨處理不是必要的，所以能夠防止研磨處理所引起的靜電放電損壞，并且能夠降低制造過程中的液晶顯示裝置的缺陷和損壞。因此，液晶顯示裝置的產(chǎn)率能夠得到提高。使用氧化物半導(dǎo)體膜的晶體管具有如下可能性晶體管的電特性可通過靜電的影響而明顯波動，并且偏離設(shè)計范圍。因此，更有效的是將呈現(xiàn)藍相的液晶成分用于包括使用氧化物半導(dǎo)體膜的晶體管的液晶顯示裝置。液晶材料的比電阻大于或等于IXlO9 Ω ·αιι，優(yōu)選地大于或等于IXlO11 Ω .Cm,更優(yōu)選地大于或等于IXlO12 Ω cm。在本說明書中的比電阻是在20°C測量的。在考慮像素部分中的晶體管的泄漏電流等的情況下，來設(shè)置液晶顯示裝置中的存儲電容器的幅值，使得電荷能夠保持預(yù)定時段?？稍诳紤]晶體管的斷態(tài)電流等的情況下設(shè)置存儲電容器的幅值。通過使用包括本說明書中公開的氧化物半導(dǎo)體膜的晶體管，各像素的液晶電容的1/3或更小、優(yōu)選地為1/5或更小的電容作為存儲電容器的幅值是足夠的。在使用本說明書中公開的氧化物半導(dǎo)體膜的晶體管中，斷態(tài)的電流(斷態(tài)電流)能夠抑制為小的。相應(yīng)地，諸如圖像信號之類的電信號能夠保持較長時段，并且寫入間隔能夠在通態(tài)中設(shè)置為較長。刷新操作的頻率能夠相應(yīng)地降低，這引起抑制功率消耗的效果。此外，使用本說明書中公開的氧化物半導(dǎo)體膜的晶體管能夠呈現(xiàn)高場效應(yīng)遷移率，并且因而能夠以高速度操作。例如，通過能夠以高速度進行操作的用于液晶顯示裝置的這種晶體管，像素部分中的開關(guān)晶體管和驅(qū)動器電路部分中的驅(qū)動器晶體管能夠在一個襯底之上形成。也就是說，不會另外需要作為驅(qū)動器電路的使用硅晶圓等所形成的半導(dǎo)體裝置，由此能夠減少半導(dǎo)體裝置的組件的數(shù)量。另外，能夠以高速度進行操作的晶體管也能夠用于像素部分中，由此能夠提供高質(zhì)量圖像。相應(yīng)地，半導(dǎo)體裝置的可靠性也能夠提高。對于液晶顯示裝置，能夠使用扭轉(zhuǎn)向列(TN)模式、共面轉(zhuǎn)換(IPS)模式、邊緣場轉(zhuǎn)換(FFS)模式、軸向?qū)ΨQ配向微單元(ASM)模式、光學(xué)補償雙折射(OCB)模式、鐵電液晶(FLC)模式、反鐵電液晶(AFLC)模式等。可使用常黑型液晶顯示裝置，例如利用垂直配向(VA)模式的透射液晶顯示裝置。給出作為垂直配向模式的一些不例；例如，能夠使用多域垂直配向(MVA)模式、圖案垂直配向(PVA)模式或高級超視圖(ASV)模式。此外，這個實施例能夠應(yīng)用于VA液晶顯示裝置。VA液晶顯示裝置具有一種形式，其中控制液晶顯示面板的液晶分子的配向。在VA液晶顯示裝置中，液晶分子在沒有施加電壓時相對于面板表面沿垂直方向配向。此外，有可能使用稱作域乘法或多域設(shè)計的方法，其中像素分為一些區(qū)域(子像素)，并且分子在其相應(yīng)區(qū)域中沿不同方向配向。在顯示裝置中，適當?shù)卦O(shè)置黑色矩陣(擋光層)、諸如起偏振構(gòu)件之類的光學(xué)構(gòu)件(光學(xué)襯底)、推遲構(gòu)件或者抗反射構(gòu)件等。例如，可通過起偏振襯底和推遲襯底來提供圓偏振。另外，背光、側(cè)光等可用作光源。作為像素部分中的顯示方法，能夠采用漸進式方法(progressive method)、隔行掃描方法等。此外，在彩色顯示時的像素中控制的彩色元件并不局限于三種顏色R、G和B (R、G和B分別對應(yīng)于紅色、綠色和藍色)。例如，能夠使用R、G、B和W(W對應(yīng)于白色)，R、G、B和黃色、青色、品紅等中的一個或多個，等等。此外，顯示區(qū)的大小在彩色元件的相應(yīng)點 之間可以是不同的。所公開的本發(fā)明的實施例并不局限于用于彩色顯示的顯示裝置；所公開的本發(fā)明也能夠應(yīng)用于供單色顯示的顯示裝置。備選地，作為顯示裝置中包含的顯示元件，能夠使用利用電致發(fā)光的發(fā)光元件。利用電致發(fā)光的發(fā)光元件按照發(fā)光材料是有機化合物還是無機化合物來分類。一般來說，前者稱作有機EL元件，而后者稱作無機EL元件。在有機EL兀件中，通過向發(fā)光兀件施加電壓，電子和空穴從一反電極分開注入包含發(fā)光有機化合物的層，并且電流流動。載流子(即電子和空穴)重新組合，并且因而激發(fā)發(fā)光有機化合物。發(fā)光有機化合物從激發(fā)狀態(tài)返回到基態(tài)，由此發(fā)光。在這種機制之后，這種發(fā)光元件稱作電流激發(fā)發(fā)光元件。無機EL元件按照其元件結(jié)構(gòu)分為擴散類型無機EL元件和薄膜無機EL元件。擴散類型無機EL元件具有發(fā)光層，其中發(fā)光材料的微粒在接合部分(binder)中擴散，并且其光發(fā)射機制是利用施主能級和受主能級的施主-受主重組類型光發(fā)射。薄膜無機EL元件具有一種結(jié)構(gòu)，其中發(fā)光層夾合在介電層之間，并且其光發(fā)射機制是利用金屬離子的內(nèi)殼電子過渡的局部類型光發(fā)射，其中介電層又夾合在電極之間。為了此處的描述，將有機EL元件用作發(fā)光元件。為了提取從發(fā)光元件所發(fā)射的光，需要這些電極對中的至少一對具有透光性質(zhì)。晶體管和發(fā)光元件在襯底之上形成。發(fā)光元件能夠具有頂部發(fā)光結(jié)構(gòu)，其中光發(fā)射通過與襯底相對的表面來提取；底部發(fā)光結(jié)構(gòu)，其中光發(fā)射通過襯底側(cè)上的表面來提取；或者雙重發(fā)光結(jié)構(gòu)，其中光發(fā)射通過與襯底相對的表面和襯底側(cè)上的表面來提?。荒軌蚴褂镁哂羞@些發(fā)光結(jié)構(gòu)的任一種發(fā)光結(jié)構(gòu)的發(fā)光元件。其中發(fā)光元件用作顯示元件的發(fā)光裝置的示例如圖13B所示。作為顯示元件的發(fā)光元件4513電連接到設(shè)置在像素部分4002中的晶體管4010。發(fā)光元件4513的結(jié)構(gòu)并不局限于所不堆疊層結(jié)構(gòu)，它是包括第一電極層4030、電致發(fā)光層4511和第二電極層4031的堆疊層結(jié)構(gòu)。發(fā)光元件4513的結(jié)構(gòu)能夠根據(jù)從發(fā)光元件4513提取光線所沿的方向等適當?shù)馗淖?。間隔壁4510使用有機絕緣材料或無機絕緣材料來形成。優(yōu)選的是，間隔壁4510使用光敏樹脂材料來形成，并且在第一電極層4030之上具有開口，使得開口的側(cè)壁作為具有連續(xù)曲率的斜面來形成。電致發(fā)光層4511由單層或者堆疊的多層組成。保護膜可在第二電極層4031和間隔壁4510之上形成，以便防止氧、氫、水分、二氧化碳等進入發(fā)光元件4513。作為保護膜，能夠形成氮化硅膜、氮氧化硅膜、DLC膜等。另外，在采用第一襯底4001、第二襯底4006和密封劑4005來形成的空間中，設(shè)置填充劑4514以用于密封。優(yōu)選的是，按照這種方式，面板采用保護膜(例如層壓膜或紫外線固化樹脂膜)或者具有高氣密和極小除氣的覆蓋材料來封裝(密封)，使得面板沒有暴露于外部空氣。作為填充劑4514，能夠使用紫外線固化樹脂或熱固樹脂以及例如氮或氬等惰性氣體。例如，能夠使用聚氯乙烯(PVC)、丙烯酸類樹脂、聚酰亞胺、環(huán)氧樹脂、硅樹脂、聚乙烯醇縮丁醛(PVB)或乙烯醋酸乙烯酯(EVA)。例如，氮用作填充劑。 另外，根據(jù)需要，諸如起偏振片、圓偏振片(包括橢圓偏振片)、推遲板(四分之一波片或半波片)和濾色器之類的光學(xué)膜可適當?shù)卦O(shè)置在發(fā)光元件的發(fā)光表面上。此外，起偏振片或圓偏振片可設(shè)置有抗反射膜。例如，能夠執(zhí)行防眩光處理，通過該處理，反射光能夠被表面上的凸出部分和/或凹陷部分來擴散，以便降低眩光。此外，其中驅(qū)動電子墨水的電子紙能夠作為顯示裝置來提供。電子紙又稱作電泳顯示裝置(電泳顯示器)，并且其優(yōu)點在于，它呈現(xiàn)與普通紙張相同等級的可讀性，具有比其它顯示裝置更小的功率消耗，并且可使它薄且輕便。雖然電泳顯示裝置能夠具有各種模式，但是電泳顯示裝置包含擴散在溶劑或溶解物中的多個微膠囊，每個微膠囊包含帶正電的第一粒子和帶負電的第二粒子。通過將電場施加到微膠囊，微膠囊中的粒子沿彼此相反的方向移動，并且僅顯示在一側(cè)所采集的粒子的顏色。第一粒子和第二粒子各包含著色劑，并且在沒有電場時不移動。此外，第一粒子和第二粒子具有不同顏色(它們可以是無色的)。因此，電泳顯示裝置是利用所謂的介電泳效應(yīng)的顯示裝置，通過介電泳效應(yīng)，具有高介電常數(shù)的物質(zhì)移動到高電場區(qū)域。其中上述微膠囊散布于溶劑中的溶液稱作電子墨水。電子墨水能夠印刷到玻璃、塑料、布匹、紙張等的表面上。此外，通過濾色器或者具有著色劑的粒子，也能夠執(zhí)行彩色顯
/Jn ο微膠囊中的第一粒子和第二粒子可以各由從導(dǎo)電材料、絕緣材料、半導(dǎo)體材料、磁性材料、液晶材料、鐵電材料、電致發(fā)光材料、電致變色材料和磁泳材料中選取的單一材料來形成，或者由這些材料的任一種的合成材料來形成。作為電子紙，能夠使用采用扭轉(zhuǎn)球顯示系統(tǒng)的顯示裝置。扭轉(zhuǎn)球顯示系統(tǒng)指的是一種方法，其中，各以黑色和白色著色的球形粒子設(shè)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，并且電位差在第一電極層與第二電極層之間生成，以便控制球形粒子的取向，從而執(zhí)行顯示。在圖12A至12C以及圖13A和圖13B中，柔性襯底以及玻璃襯底能夠用作第一襯底4001和第二襯底4006中的任一個。例如，能夠使用具有透光性質(zhì)的塑料襯底等。作為塑料，能夠使用玻璃纖維增強塑料(FRP)板、聚氟乙烯(PVF)膜、聚酯膜或丙烯酸類樹脂膜。在透光性質(zhì)不是必要的情況下，可使用鋁、不銹鋼等的金屬襯底(金屬膜)。例如，能夠使用具有其中鋁箔夾入PVF膜或聚酯膜之間的結(jié)構(gòu)的薄片。在這個實施例中，氧化鋁膜用作絕緣膜4020。作為絕緣膜4020設(shè)置在氧化物半導(dǎo)體膜之上的氧化鋁膜具有高阻塞效應(yīng)，由此防止氧以及諸如氫或水之類的雜質(zhì)經(jīng)過膜。因此，在制造過程之中以及之后，氧化鋁膜用作保護膜，用于防止引起改變的諸如氫或水之類的雜質(zhì)進入氧化物半導(dǎo)體膜以及作為氧化物半導(dǎo)體的主要構(gòu)成材料的氧從氧化物半導(dǎo)體膜釋放。用作平面化絕緣膜的絕緣膜4021能夠使用諸如丙烯酸類樹脂、聚酰亞胺、苯并環(huán)丁烯基樹脂、聚酰胺或環(huán)氧樹脂之類的具有耐熱性的有機材料來形成。除了這類有機材料之外，還有可能使用低介電常數(shù)材料(低k材料)、硅氧烷基樹脂、磷硅酸鹽玻璃(PSG)JI磷硅玻璃(BPSG)等。絕緣膜可通過堆疊由這些材料所形成的多個絕緣膜來形成。 對于形成絕緣膜4021的方法沒有具體限制，并且根據(jù)材料能夠使用下列方法或工具(設(shè)備)濺射方法、SOG方法、旋涂、浸潰、噴涂、微滴排放方法(例如噴墨方法)、印刷方法(例如絲網(wǎng)印刷或膠印)、刮刀、輥涂機、幕涂機、刮刀式涂層機等。顯示裝置通過透射來自光源或顯示元件的光線來顯示圖像。因此，襯底和薄膜、例如設(shè)置用于透射光線的像素部分的絕緣膜和導(dǎo)電膜相對于可見光波長范圍中的光線具有透光性質(zhì)。用于將電壓施加到顯示元件的第一電極層和第二電極層(又稱作像素電極層、公共電極層、反電極層等)具有透光性質(zhì)或反光性質(zhì)，這取決于提取光線的方向、設(shè)置電極層的位置、電極層的圖案結(jié)構(gòu)等。能夠使用諸如包含氧化鶴的氧化銦、包含氧化鶴的氧化銦鋅、包含氧化鈦的氧化銦、包含氧化鈦的氧化銦錫、氧化銦錫、氧化銦鋅、添加了氧化硅的氧化銦錫或石墨烯之類的透光導(dǎo)電材料來形成第一電極層4030和第二電極層4031。第一電極層4030和第二電極層4031能夠使用從諸如鎢(W)、鑰(Mo)、鋯(Zr)、鉿(Ht)、 凡(V)、釹(Nd)、鉭(Ta)、鉻(Cr)、鈷(Co)、鎳(Ni)、鈦(Ti)、鉬(Pt)、招(Al)、銅(Cu)或銀(Ag)之類的金屬、它們的合金以及它們的氮化物中選取的一種或多種來形成。包含導(dǎo)電高分子(又稱作導(dǎo)電聚合物)的導(dǎo)電組成能夠用于第一電極層4030和第二電極層4031。作為導(dǎo)電高分子，可使用所謂的π電子共軛導(dǎo)電聚合物。例如，能夠給出聚苯胺或者其衍生物、聚吡咯或者其衍生物、聚噻吩或者其衍生物、苯胺、吡咯和噻吩中的兩種或更多的共聚物或者其衍生物。由于晶體管可能被靜電等破壞，所以優(yōu)選地設(shè)置用于保護驅(qū)動器電路的保護電路。保護電路優(yōu)選地使用非線性元件來形成。實施例I至4中描述的任一種晶體管都使具有各種功能的半導(dǎo)體裝置能夠如上所述地設(shè)置。(實施例6)
實施例I至4中描述的任一種晶體管使具有讀取關(guān)于對象的數(shù)據(jù)的圖像傳感器功能的半導(dǎo)體裝置能夠被制造。圖14Α示出具有圖像傳感器功能的半導(dǎo)體裝置的示例。圖14Α是光電傳感器的等效電路圖，以及圖14Β是光電傳感器的一部分的截面圖。
光電二極管602的一個電極電連接到光電二極管復(fù)位信號線658,而光電二極管602的另一個電極電連接到晶體管640的柵極。晶體管640的源極和漏極其中之一電連接到光電傳感器參考信號線672，而晶體管640的源極和漏極中的另一個電連接到晶體管656的源極和漏極其中之一。晶體管656的柵極電連接到柵極信號線659，而其源極和漏極中的另一個電連接到光電傳感器輸出信號線671。在本說明書的電路圖中，符號“OS”書寫在使用氧化物半導(dǎo)體膜的晶體管的標記下，使得它能夠清楚地識別為使用氧化物半導(dǎo)體膜的晶體管。圖14A中，晶體管640和晶體管656是各使用氧化物半導(dǎo)體層的晶體管，對其能夠應(yīng)用實施例I至4中描述的任一種晶體管。這個實施例中描述的是其中使用具有與實施例I中描述的晶體管440a相似的結(jié)構(gòu)的晶體管的示例。圖14B是光電傳感器中的光電二極管602和晶體管640的截面圖。用作傳感器和晶體管640的光電二極管602設(shè)置在具有絕緣表面的襯底601 (TFT襯底)之上。襯底613借助于粘合層608設(shè)置在光電二極管602和晶體管640之上。 絕緣膜631、絕緣膜362、層間絕緣膜633和層間絕緣膜634設(shè)置在晶體管640之上。光電二極管602設(shè)置在層間絕緣膜633之上。在光電二極管602中，第一半導(dǎo)體膜606a、第二半導(dǎo)體膜606b和第三半導(dǎo)體膜606c從層間絕緣膜633側(cè)依次堆疊在層間絕緣膜633之上形成的電極層641與層間絕緣膜634之上形成的電極層642之間。電極層641電連接到在層間絕緣膜634之上形成的導(dǎo)電層643，以及電極層642通過電極層641電連接到導(dǎo)電層645。導(dǎo)電層645電連接到晶體管640的柵電極層，以及光電二極管602電連接到晶體管640。在這里，作為一個示例示出其中堆疊作為第一半導(dǎo)體膜606a的具有P型電導(dǎo)性的半導(dǎo)體膜、作為第二半導(dǎo)體膜606b的高電阻半導(dǎo)體膜α型半導(dǎo)體膜)以及作為第三半導(dǎo)體膜606c的具有η型電導(dǎo)性的半導(dǎo)體膜的pin光電二極管。第一半導(dǎo)體膜606a是p型半導(dǎo)體膜，并且能夠使用包含賦予P型電導(dǎo)性的雜質(zhì)元素的非晶硅膜來形成。第一半導(dǎo)體膜606a通過借助于包含屬于周期表中的13族的雜質(zhì)元素(例如硼(B))的半導(dǎo)體源氣體的等離子體增強CVD方法來形成。作為半導(dǎo)體源氣體，可使用硅烷(SiH4)。備選地，可使用Si2H6、SiH2Cl2、SiHCl3、SiCl4、SiF4等。進一步備選地，可形成沒有包含雜質(zhì)元素的非晶硅膜，并且然后雜質(zhì)元素可通過擴散方法或離子注入方法添加到非晶硅膜。加熱等可在雜質(zhì)元素通過離子注入方法等添加之后執(zhí)行，以便擴散雜質(zhì)元素。在那種情況下，作為形成非晶硅膜的方法，可使用LPCVD方法、汽相沉積方法、濺射方法等。第一半導(dǎo)體膜606a優(yōu)選地形成為具有大于或等于10 nm但小于或等于50 nm的厚度。第二半導(dǎo)體膜606b是i型半導(dǎo)體膜(本征半導(dǎo)體膜)，并且使用非晶硅膜來形成。對于形成第二半導(dǎo)體膜606b，非晶硅膜通過借助于半導(dǎo)體源氣體的等離子體增強CVD方法來形成。作為半導(dǎo)體源氣體，可使用硅烷(SiH4)。備選地，可使用Si2H6、SiH2Cl2、SiHCl3、SiCl4、SiF4等?？赏ㄟ^LPCVD方法、汽相沉積方法、濺射方法等，來形成第二半導(dǎo)體膜606b。第二半導(dǎo)體膜606b優(yōu)選地形成為具有大于或等于200 nm但小于或等于1000 nm的厚度。第三半導(dǎo)體膜606c是η型半導(dǎo)體膜，并且使用包含賦予η型電導(dǎo)性的雜質(zhì)元素的非晶硅膜來形成。第三半導(dǎo)體膜606c通過借助于包含屬于15族的雜質(zhì)元素(例如磷(P))的半導(dǎo)體源氣體的等離子體增強CVD方法來形成。作為半導(dǎo)體源氣體，可使用硅烷(SiH4)。備選地，可使用Si2H6、SiH2Cl2、SiHCl3、SiCl4、SiF4等。進一步備選地，可形成沒有包含雜質(zhì)元素的非晶硅膜，并且然后雜質(zhì)元素可通過擴散方法或離子注入方法添加到非晶硅膜。加熱等可在雜質(zhì)元素通過離子注入方法等添加之后執(zhí)行，以便擴散雜質(zhì)元素。在那種情況下，作為形成非晶硅膜的方法，可使用LPCVD方法、化學(xué)汽相沉積方法、濺射方法等。第三半導(dǎo)體膜606c優(yōu)選地形成為具有大于或等于20 nm但小于或等于200 nm的厚度。第一半導(dǎo)體膜606a、第二半導(dǎo)體膜606b和第三半導(dǎo)體膜606c不一定使用非晶半導(dǎo)體來形成，而是可使用多晶半導(dǎo)體或微晶半導(dǎo)體(半非晶半導(dǎo)體SAS)來形成。在考慮吉布斯自由能的情況下，微晶半導(dǎo)體處于作為非晶狀態(tài)與單晶狀態(tài)之間的中間狀態(tài)的亞穩(wěn)狀態(tài)。也就是說，微晶半導(dǎo)體是具有第三狀態(tài)的半導(dǎo)體，它在自由能方面是穩(wěn)定的，并且具有短程有序和晶格失真。柱狀或針狀晶體沿相對于襯底表面的法線方向生長。作為微晶半導(dǎo)體的典型示例的微晶硅的拉曼譜位于比表示單晶硅的拉曼譜的峰值的 520 CnT1更低的波數(shù)。也就是說，微晶硅的拉曼譜的峰值存在于表示單晶硅的520 CnT1與 表示非晶硅的480 CnT1之間。另外，微晶硅包含至少I原子百分比的氫或鹵素，以便端接懸空鍵。此外，微晶硅包含諸如氦、氬、氪或氖之類的稀有氣體元素以進一步促進晶格失真，使得穩(wěn)定性增加，并且因而能夠得到有利的微晶半導(dǎo)體膜。這種微晶半導(dǎo)體膜能夠通過頻率大于或等于數(shù)十兆赫茲但小于或等于數(shù)百兆赫茲的射頻等離子體增強CVD方法或者頻率大于或等于I GHz的微波等離子體增強CVD設(shè)備來形成。作為一個典型示例，微晶半導(dǎo)體能夠使用采用氫稀釋的諸如SiH4、Si2H6, SiH2Cl2,SiHCl3、SiCl4或SiF4之類的包含硅的化合物來形成。除了包含硅的化合物(例如硅氫化物)和氫之外，微晶半導(dǎo)體膜還能夠通過采用從氦、氬、氪和氖中選取的一種或多種稀有氣體元素的稀釋來形成。在那些情況下，氫與包含硅的化合物(例如硅氫化物)的流量比為5:1至200:1，優(yōu)選地為50:1至150:1，更優(yōu)選地為100:1。此外，諸如CH4或C2H6之類的碳化物氣體、諸如GeH4或GeF4之類的鍺氣體、F2等可混合到包含硅的氣體中。由光電效應(yīng)所生成的空穴的遷移率低于電子的遷移率。因此，當P型半導(dǎo)體膜側(cè)上的表面用作光接收平面時，pin光電二極管具有更好的特性。在這里，描述其中由光電二極管602從襯底601的、在其之上形成pin光電二極管的表面所接收的光線轉(zhuǎn)換為電信號的示例。此外，來自具有與光接收平面上的半導(dǎo)體膜相反的導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體膜的光線是干擾光(disturbance light);因此，電極層優(yōu)選地使用光阻塞導(dǎo)電膜來形成。η型半導(dǎo)體膜側(cè)上的表面?zhèn)溥x地能夠用作光接收平面。 借助于絕緣材料，取決于材料，絕緣膜632、層間絕緣膜633和層間絕緣膜634能夠通過諸如濺射方法、等離子體增強CVD方法、SOG方法、旋涂、浸潰、噴涂、微滴排放方法(例如噴墨方法)、印刷方法(例如絲網(wǎng)印刷或膠印)、刮刀、輥涂機、幕涂機、刮刀式涂層機之類的方法或工具(設(shè)備)來形成。在這個實施例中，氧化鋁膜用作絕緣膜631。絕緣膜631能夠通過濺射方法或等離子體增強CVD方法來形成。作為絕緣膜631設(shè)置在氧化物半導(dǎo)體膜之上的氧化鋁膜具有高阻塞效應(yīng)，由此防止氧以及諸如氫或水之類的雜質(zhì)經(jīng)過膜。因此，在制造過程之中以及之后，氧化鋁膜用作保護膜，用于防止引起改變的諸如氫或水之類的雜質(zhì)進入氧化物半導(dǎo)體膜以及作為氧化物半導(dǎo)體的主要構(gòu)成材料的氧從氧化物半導(dǎo)體膜釋放。絕緣膜632能夠使用無機絕緣材料來形成，以便具有包括諸如氧化硅層、氧氮化硅層、氧化鋁層和氧氮化鋁層之類的氧化物絕緣膜以及諸如氮化硅層、氮氧化硅層、氮化鋁層和氮氧化鋁層之類的氮化物絕緣膜中的任一個的單層結(jié)構(gòu)或者堆疊層結(jié)構(gòu)。為了降低表面粗糙度，用作平面化絕緣膜的絕緣膜優(yōu)選地用作層間絕緣膜633和634的每個。對于層間絕緣膜633和634，例如，能夠使用諸如聚酰亞胺、丙烯酸類樹脂、苯并環(huán)丁烯基樹脂、聚酰胺或環(huán)氧樹脂之類的具有耐熱性的有機絕緣材料。除了這類有機絕緣材料之外，有可能使用低介電常數(shù)材料(低k材料)、硅氧烷基樹脂、磷硅酸鹽玻璃(PSG)、硼磷硅玻璃(BPSG)等的單層或者堆疊層。通過檢測進入光電二極管602的光線，能夠讀取關(guān)于待檢測對象的數(shù)據(jù)。在讀取關(guān)于對象的數(shù)據(jù)時能夠使用諸如背光之類的光源。
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通過使用包括如上所述具有不同能隙的多個氧化物半導(dǎo)體層的氧化物半導(dǎo)體堆疊層作為半導(dǎo)體層，晶體管的電特性能夠以較高精度來調(diào)整，從而為晶體管提供適當電特性。相應(yīng)地，晶體管使用于各種目的、例如高功能性、高可靠性和低功率消耗的半導(dǎo)體裝置能夠被提供。這個實施例能夠適當?shù)亟Y(jié)合另一個實施例來實現(xiàn)。(實施例7)
在實施例I至4的任一個中描述其示例的晶體管能夠有利地用于包括其中堆疊多個晶體管的集成電路的半導(dǎo)體裝置。在這個實施例中，作為半導(dǎo)體裝置的示例，描述存儲器介質(zhì)(存儲器元件)。在這個實施例中制造的是一種半導(dǎo)體裝置，其包括作為使用單晶半導(dǎo)體襯底所形成的第一晶體管的晶體管140以及作為使用半導(dǎo)體膜所形成并且設(shè)置在晶體管140上方的第二晶體管的晶體管162，其中在晶體管140與晶體管162之間設(shè)置有絕緣膜。在實施例I至3的任一個中描述其示例的晶體管能夠有利地用作晶體管162。這個實施例中描述的是其中將具有與實施例I中描述的晶體管440a相似的結(jié)構(gòu)的晶體管用作晶體管162的示例。堆疊的晶體管140和晶體管162的半導(dǎo)體材料和結(jié)構(gòu)可以彼此相同或不同。在這個實施例中，描述其中適合于存儲器介質(zhì)(存儲器元件)的電路的材料和結(jié)構(gòu)用于晶體管的示例。圖15A至圖15C中，示出半導(dǎo)體裝置的結(jié)構(gòu)的示例。圖15A示出半導(dǎo)體裝置的截面，以及圖15B是半導(dǎo)體裝置的平面圖。在這里，圖15A對應(yīng)于沿圖15B的線條C1-C2和線條D1-D2的截面。另外，圖15C是使用半導(dǎo)體裝置作為存儲器元件的電路圖的示例。圖15A和圖15B所示的半導(dǎo)體裝置在其下部包括使用第一半導(dǎo)體材料的晶體管140以及在其上部包括使用第二半導(dǎo)體材料的晶體管162。在這個實施例中，第一半導(dǎo)體材料是除了氧化物半導(dǎo)體之外的半導(dǎo)體材料，而第二半導(dǎo)體材料是氧化物半導(dǎo)體。作為除了氧化物半導(dǎo)體之外的半導(dǎo)體材料，例如，能夠使用硅、鍺、硅鍺、碳化硅或砷化鎵；優(yōu)選地使用單晶半導(dǎo)體。備選地，可使用有機半導(dǎo)體材料等。使用這種半導(dǎo)體材料的晶體管能夠易于以高速度進行操作。另一方面，使用氧化物半導(dǎo)體的晶體管因其特性而使電荷能夠保持長時間。參照圖15A至圖15C來描述圖15A至圖15C所示的半導(dǎo)體裝置。晶體管140包括溝道形成區(qū)116，設(shè)置在包含半導(dǎo)體材料(例如硅)的襯底185中；雜質(zhì)區(qū)120，設(shè)置成使得溝道形成區(qū)116定位在它們之間；金屬化合物區(qū)124，與雜質(zhì)區(qū)120相接觸；柵絕緣膜108，設(shè)置在溝道形成區(qū)116之上；以及柵電極110，設(shè)置在柵絕緣膜108之上。作為包含半導(dǎo)體材料的襯底185，能夠使用硅、碳化硅等的單晶半導(dǎo)體襯底或多晶半導(dǎo)體襯底、硅鍺等的化合物半導(dǎo)體襯底、SOI襯底等。雖然“SOI襯底”一般表示其中硅半導(dǎo)體膜設(shè)置在絕緣表面上的襯底，但是本說明書等中的“SOI襯底”在其范疇內(nèi)也包括其中使用除了硅之外的材料所形成的半導(dǎo)體膜設(shè)置在絕緣表面上的襯底。也就是說，“SOI襯底”中包含的半導(dǎo)體膜并不局限于硅半導(dǎo)體膜。此外，SOI襯底能夠具有一種結(jié)構(gòu)，其中半導(dǎo)體膜設(shè)置在諸如玻璃襯底之類的絕緣襯底之上，它們之間設(shè)置有絕緣層。作為形成SOI襯底的方法，能夠使用下列方法的任一種一種方法，其中將氧離子添加到鏡面拋光晶圓，并且然后以高溫對其執(zhí)行加熱，由此在離晶圓的頂面某個深度處形成氧化物層，并且消除了表面層中引起的缺陷；一種方法，其中通過利用氫離子照射、熱處 理所形成的微孔的生長來分離半導(dǎo)體襯底；一種方法，其中通過晶體生長在絕緣表面之上形成單晶半導(dǎo)體I吳；等等。例如，通過單晶半導(dǎo)體襯底的一個表面來添加離子，使得在離單晶半導(dǎo)體襯底的表面某個深度處形成脆化層，并且絕緣膜在單晶半導(dǎo)體襯底的表面和元件襯底的表面之一之上形成。在單晶半導(dǎo)體襯底和元件襯底相互接合并且它們之間設(shè)置有絕緣膜的狀態(tài)下執(zhí)行熱處理，使得裂紋在脆化層中生成，并且沿脆化層分離單晶半導(dǎo)體襯底。相應(yīng)地，從單晶半導(dǎo)體襯底分離的單晶半導(dǎo)體層作為半導(dǎo)體層在元件襯底之上形成。也能夠有利地使用通過上述方法所形成的SOI襯底。元件隔離絕緣層106設(shè)置在襯底185之上，以便包圍晶體管140。對于高度集成，優(yōu)選的是，如同圖15A至圖15C中那樣，晶體管140沒有側(cè)壁絕緣層。另一方面，在晶體管140的特性具有優(yōu)先級的情況下，側(cè)壁絕緣層可設(shè)置在柵電極110的側(cè)面上，并且可設(shè)置包括具有不同雜質(zhì)濃度的區(qū)域的雜質(zhì)區(qū)120。使用單晶半導(dǎo)體襯底所形成的晶體管140能夠以高速度進行操作。因此，晶體管用作讀取晶體管使數(shù)據(jù)能夠以高速度被讀取。形成兩個絕緣膜以便覆蓋晶體管140。作為形成晶體管162和電容器164之前的處理，對兩個絕緣膜執(zhí)行CMP處理，使得絕緣膜128和絕緣膜130形成為平面化的，并且暴露柵電極110的上表面。作為絕緣膜128和絕緣膜130的每個，作為典型示例，有可能使用諸如氧化硅膜、氧氮化硅膜、氧化鋁膜、氧氮化鋁膜、氮化硅膜、氮化鋁膜、氮氧化硅膜或氮氧化鋁膜之類的無機絕緣膜。絕緣膜128和絕緣膜130能夠通過等離子體增強CVD方法、濺射方法等形成。備選地，能夠使用諸如聚酰亞胺、丙烯酸類樹脂或苯并環(huán)丁烯基樹脂之類的有機材料。除了這類有機材料之外，還有可能使用低介電常數(shù)材料(低k材料)等。在使用有機材料的情況下，絕緣膜128和絕緣膜130可通過濕式方法、例如旋涂方法或印刷方法來形成。在絕緣膜130中，氧化硅膜用作要與半導(dǎo)體膜相接觸的膜。在這個實施例中，50 nm厚的氧氮化硅膜通過濺射方法作為絕緣膜128來形成，以及550 nm厚的氧化硅膜通過濺射方法作為絕緣膜130來形成。柵電極層148在通過CMP充分平面化的絕緣膜130之上形成。能夠通過形成導(dǎo)電層，并且有選擇地蝕刻導(dǎo)電層，來形成柵電極層148。柵絕緣膜146在柵電極層148之上形成。對于柵絕緣膜146，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、氧化鉿膜或者氧化鎵膜能夠通過等離子體增強CVD方法、濺射方法等形成。其能隙彼此不同的氧化物半導(dǎo)體膜堆疊在柵絕緣膜146之上。在這個實施例中，In-Sn-Zn基氧化物層和In-Ga-Zn基氧化物層按照這種順序堆疊在柵絕緣膜146之上。隨后，有選擇地蝕刻氧化物半導(dǎo)體膜的堆疊層，以便形成島狀氧化物半導(dǎo)體堆疊層 144。在氧化物半導(dǎo)體膜堆疊層144之上，形成源電極和漏電極142a、142b。能夠用于柵電極層148以及源和漏電極142a、142b的導(dǎo)電層能夠通過諸如濺射方法之類的PVD方法或者諸如等離子體增強CVD方法之類的CVD方法來形成。此外，作為導(dǎo)電層的材料，能夠使用從Al、Cr、Cu、Ta、Ti、Mo和W中選取的元素、包含上述元素的任ー種作為成分的合金等。可使用Mn、Mg、Zr、Be、Nd和Sc的任一種或者組合地包含其任ー種的材料。導(dǎo)電層具有單層結(jié)構(gòu)或者兩層或更多層的堆疊層結(jié)構(gòu)。例如，導(dǎo)電層能夠具有鈦膜或氮化鈦膜的單層結(jié)構(gòu)、包含硅的鋁膜的單層結(jié)構(gòu)、其中鈦膜堆疊在鋁膜之上的ニ層結(jié)構(gòu)、其中鈦膜堆疊在氮化鈦膜之上的ニ層結(jié)構(gòu)或者其中鈦膜、鋁膜和鈦膜按照這種順序堆疊的三層結(jié)構(gòu)。具有鈦膜或氮化鈦膜的單層結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電層的優(yōu)點在于，它能夠易于被處理為具有錐形形狀的源電極142a和漏電極142b。隨后，絕緣膜150在柵電極層148、柵絕緣膜146和氧化物半導(dǎo)體膜堆疊層144之上形成。氧化鋁膜在這個實施例中作為絕緣膜150來形成。作為膜150設(shè)置在氧化物半導(dǎo)體堆疊層144之上的氧化鋁膜具有高阻塞效應(yīng)，由此防止氧以及諸如氫或水之類的雜質(zhì)經(jīng)過膜。因此，在制造過程之中以及之后，氧化鋁膜用作保護膜，用于防止引起改變的諸如氫或水之類的雜質(zhì)進入氧化物半導(dǎo)體堆疊層144以及作為氧化物半導(dǎo)體的主要構(gòu)成材料的氧從氧化物半導(dǎo)體堆疊層144釋放。還可將絕緣膜堆疊在絕緣膜150之上。作為絕緣膜,氧化硅膜、氮化硅膜、氧氮化硅膜、氮氧化硅膜、氮化鋁膜、氧化鋁膜、氧氮化鋁膜、氮氧化鋁膜、氧化鉿膜和氧化鎵膜通過等離子體增強CVD方法、濺射方法等形成。在絕緣膜150之上，電極層153在與源電極或漏電極142a重疊的區(qū)域中形成。隨后，絕緣膜152在晶體管162和電極層153之上形成。能夠通過濺射方法、CVD方法等，形成絕緣膜152。絕緣膜152能夠使用包括諸如氧化硅、氧氮化硅、氮化硅、氧化鉿或氧化鋁之類的無機絕緣材料的材料來形成。備選地，能夠使用諸如聚酰亞胺、丙烯酸類樹脂或苯并環(huán)丁烯基樹脂之類的有機材料，能夠?qū)ζ鋺?yīng)用諸如涂層方法、印刷方法或噴墨方法之類的濕式過程。隨后，在柵絕緣膜146、絕緣膜150和絕緣膜152中形成達到源或漏電極142b的開ロ。開ロ通過借助于掩模等的選擇性蝕刻來形成。
此后，布線156在開口中形成為與源電極或漏電極142b相接觸。源或漏電極142b和布線156的連接點在圖15A至圖15C中未示出。布線156按照如下方式來形成使得導(dǎo)電層通過諸如濺射方法之類的PVD方法或者諸如等離子體增強CVD方法之類的CVD方法來形成，并且然后蝕刻導(dǎo)電層。此外，作為導(dǎo)電層的材料，能夠使用從Al、Cr、Cu、Ta、Ti、Mo和W中選取的元素、包含上述元素作為其成分的合金等?？墒褂肕n、Mg、Zr、Be、Nd和Sc的任一種或者組合地包含其任ー種的材料。細節(jié)與源電極或漏電極142a的細節(jié)相同。通過上述過程，完成晶體管162和電容器164。在這個實施例中，晶體管162包括其中包含其能隙彼此不同的至少兩個氧化物半導(dǎo)體層的氧化物半導(dǎo)體堆疊層144。通過使用采用其能隙彼此不同的多個氧化物半導(dǎo)體層的氧化物半導(dǎo)體堆疊層144，晶體管162的電特性能夠以高精度來調(diào)整，從而為晶體管162提供適當電特性。此外，在這個實施例中，氧化物半導(dǎo)體堆疊層144經(jīng)過高度純化，并且包含修復(fù)氧空位的過剩氧。因此，晶體管162具有較小斷態(tài)電流以及電特性的較小改變，并且因而是電穩(wěn)定的。電容器164包括源電極 或漏電極142a、絕緣膜150和電極層153。進ー步備選地，在電容器不是必要的情況下，可省略電容器164。圖15C是使用半導(dǎo)體裝置作為存儲器元件的電路圖的示例。圖15C中，晶體管162的源電極和漏電極其中之一、電容器164的一個電極和晶體管140的柵電極相互電連接。第一布線(第一條線，又稱作源線)電連接到晶體管140的源電極。第二布線(第二條線，又稱作位線)電連接到晶體管140的漏電極。第三布線(第三條線，又稱作第一信號線)電連接到晶體管162的源電極和漏電極中的另ー個。第四布線(第四條線，又稱作第二信號線)電連接到晶體管162的柵電扱。第五布線(第五條線，又稱作字線)和電容器164的另ー個電極相互電連接。使用氧化物半導(dǎo)體的晶體管162具有極小的斷態(tài)電流；因此，通過使晶體管162截止，其中晶體管162的源電極和漏電極其中之一、電容器164的一個電極以及晶體管140的柵電極相互電連接的結(jié)點(以下稱作結(jié)點FG)的電位能夠保持極長時間。電容器164促進給予結(jié)點FG的電荷的保存以及所保存數(shù)據(jù)的讀取。為了將數(shù)據(jù)存儲在半導(dǎo)體裝置中(在數(shù)據(jù)寫入?yún)?，第四布線的電位設(shè)置成使晶體管162導(dǎo)通的電位，由此晶體管162導(dǎo)通。因此，第三布線的電位提供給結(jié)點FG，使得預(yù)定量的電荷在結(jié)點FG中積聚。在這里，將用于提供兩個不同電位電平的任一個的電荷(以下稱作低電平電荷和高電平電荷)給予結(jié)點FG。此后，第四布線的電位設(shè)置成使晶體管162截止的電位，由此晶體管162截止。這使結(jié)點FG浮動，并且保持將預(yù)定量的電荷保存在結(jié)點FG中。因此，預(yù)定量的電荷被積聚，并且保存在結(jié)點FG中，由此存儲器単元能夠存儲數(shù)據(jù)。由于晶體管162的斷態(tài)電流極小，所以保持將提供給結(jié)點FG的電荷保存長時段。因此，刷新操作不是必要的，或者刷新操作的頻率能夠極大地降低，這引起功率消耗的充分降低。此外，也能夠使得已存儲數(shù)據(jù)甚至在沒有提供電カ時保存長時間。為了讀出已存儲數(shù)據(jù)(在讀取數(shù)據(jù)時)，當預(yù)定電位(固定電位)被提供給第一布線時，將適當電位(讀出電位)提供給第五布線，由此晶體管140根據(jù)結(jié)點FG中保存的電荷量來改變其狀態(tài)。這是因為一般來說，當晶體管140是η溝道晶體管時，在高電平電荷保存在結(jié)點FG中的情況下晶體管140的閾值電壓Vth H小于低電平電荷保存在結(jié)點FG中的情況下晶體管140的閾值Vth p在這里，各閾值電壓指的是第五布線的電位，它是使晶體管140導(dǎo)通所必要的。因此，通過將第五布線的電位設(shè)置成處于Vth H與Vtl^之間的電位Vtl,能夠確定結(jié)點FG中保存的電荷。例如，在數(shù)據(jù)寫入中給予高電平電荷的情況下，當?shù)谖宀季€的電位為VtlOVthll)吋，晶體管140導(dǎo)通。在寫入時給予低電平電荷的情況下，甚至當?shù)谖宀季€的電位為V0(〈Vth J吋，晶體管140也保持在其截止狀態(tài)。因此，通過控制第五布線的電位并且確定晶體管140是處于導(dǎo)通狀態(tài)還是截止狀態(tài)(讀出第二布線的電位)，能夠讀出已存儲數(shù)據(jù)。此外，為了改寫已存儲數(shù)據(jù)，將下一個電位提供給保存上述數(shù)據(jù)寫入時給予的預(yù)定量電荷的結(jié)點FG，使得下一個數(shù)據(jù)的電荷保存在結(jié)點FG中。具體來說，第四布線的電位設(shè)置成使晶體管162導(dǎo)通的電位，由此晶體管162導(dǎo)通。將第三布線的電位(下一個數(shù)據(jù)的電位)提供給結(jié)點FG，并且預(yù)定量的電荷在結(jié)點FG中積聚。此后，第四布線的電位設(shè)置成使晶體管162截止的電位，由此晶體管162截止，保持將下ー個數(shù)據(jù)的電荷保存在結(jié)點FG中。換言之，在保持將第一寫入時給予的預(yù)定量電荷保存在結(jié)點FG中時，操作(第二寫入) 按照與第一寫入相同的方式來執(zhí)行，由此能夠重寫(overwrite)數(shù)據(jù)以便存儲。這個實施例中描述的晶體管162的斷態(tài)電流能夠通過使用包括其能隙彼此不同的至少兩個氧化物半導(dǎo)體層的氧化物半導(dǎo)體堆疊層來充分降低。因此，通過使用這種晶體管，能夠提供其中能夠保持將已存儲數(shù)據(jù)保存極長時間的半導(dǎo)體裝置。如上所述，通過使用包括具有不同能隙的多個氧化物半導(dǎo)體層的氧化物半導(dǎo)體堆疊層，晶體管的電特性能夠以較高精度來調(diào)整，從而為晶體管提供適當電特性。相應(yīng)地，能夠提供用于各種目的、例如高功能性、高可靠性和低功率消耗的半導(dǎo)體裝置。這個實施例中描述的結(jié)構(gòu)、方法等能夠與其它實施例中描述的結(jié)構(gòu)、方法等的任ー個適當?shù)亟M合。(實施例8)
本說明書中公開的任何半導(dǎo)體裝置能夠應(yīng)用于各種電子設(shè)備(包括游戲機)。電子設(shè)備的示例是電視機(又稱作電視或電視接收器)、計算機等的監(jiān)視器、諸如數(shù)碼相機或數(shù)碼攝像機之類的相機、數(shù)碼相框、移動電話手機(又稱作移動電話或移動電話裝置)、便攜游戲機、便攜信息終端、音頻再現(xiàn)裝置、諸如彈球盤機之類的大型游戲機等。描述各包括以上實施例中描述的半導(dǎo)體裝置的電子設(shè)備的示例。上述半導(dǎo)體裝置晶體管使具有用于各種目的、例如高功能性、高可靠性和低功率消耗的質(zhì)量的電子設(shè)備能夠被提供。圖16A示出具有顯示部分的臺架9000。在臺架9000中，顯示部分9003結(jié)合在殼體9001中。按照本發(fā)明的一個實施例所制造的半導(dǎo)體裝置能夠用于顯示部分9003，并且圖像能夠在顯示部分9003上顯示。殼體9001由在這里的4個支腳部分9002來支撐。此外，為殼體9001提供用于供應(yīng)電カ的電源線9005。顯示部分9003具有觸摸輸入功能，使得用戶能夠通過用其手指等觸摸臺架9000的顯示部分9003上顯示的顯示按鈕9004來操作屏幕或輸入數(shù)據(jù)；這允許與另ー個家用電器的通信或者對其的控制，由此顯示部分9003能夠用作用于通過屏幕操作來控制另ー個家用電器的控制裝置。例如，通過使用具有實施例6中描述的圖像傳感器功能的半導(dǎo)體裝置，顯示部分9003能夠設(shè)置有觸摸輸入功能。
此外，能夠采用為殼體9001所提供的鉸鏈與地板垂直地放置顯示部分9003的屏幕；因此，臺架9000也能夠用作電視裝置。具有大屏幕的電視裝置減少小房間中的開放空間；相比之下，結(jié)合在臺架中的顯示部分引起對房間空間的有效使用。圖16B示出電視機9100。在電視機9100中，顯示部分9103結(jié)合在殼體9101中。按照本發(fā)明的一個實施例所制造的半導(dǎo)體裝置能夠用于顯示部分9103中，使得能夠在顯示部分9103上顯示圖像。在這里，殼體9101由支架(stand) 9105來支撐。能夠采用殼體9101的操作開關(guān)或者單獨遙控器9110來操作電視機9100。能夠采用遙控器9110的操作鍵9109來控制頻道和音量，使得能夠控制顯示部分9103上顯示的圖像。此外，遙控器9110可設(shè)置有顯示部分9107，用于顯示從遙控器9110輸出的數(shù)據(jù)。圖16B所示的電視機9100設(shè)置有接收器、調(diào)制解調(diào)器等。通過接收器，電視機9100能夠接收一般電視廣播。此外，電視機9100能夠經(jīng)由調(diào)制解調(diào)器通過有線或無線連接來連接到通信網(wǎng)絡(luò)，使得能夠執(zhí)行單向(從發(fā)送方到接收方)或雙向(在發(fā)送方與接收器之間·或者在接收器之間)數(shù)據(jù)通信。實施例I至7中的任一個實施例中描述的半導(dǎo)體裝置能夠應(yīng)用于顯示部分9103，由此能夠提供較高性能、極可靠的電視機。圖16C示出一種計算機，其中包括主體9201、殼體9202、顯示部分9203、鍵盤9204、外部連接端ロ 9205、指示裝置(pointing device) 9206等。在將按照本發(fā)明的ー個實施例制造的半導(dǎo)體裝置用于顯示部分9203的情況下制造該計算機。實施例I至7的任ー個中所述的半導(dǎo)體裝置能夠應(yīng)用于顯示部分9203，由此能夠提供較高性能、極可靠的計算機。圖16D示出移動電話的ー個示例。移動電話9500設(shè)置有結(jié)合在殼體9501中的顯示部分9502、操作按鈕9503、外部連接端ロ 9504、揚聲器9505、話筒9506等。實施例I至7的任一個實施例中所述的半導(dǎo)體裝置能夠應(yīng)用于顯示部分9502，由此能夠提供較高性能、極可靠的移動電話。用戶能夠通過用其手指等觸摸圖16D所示的移動電話9500的顯示部分9502來輸入數(shù)據(jù)、進行呼叫或者以文本方式傳遞信息。主要存在顯示部分9502的三種屏幕模式。第一模式是主要用于顯示圖像的顯示模式。第二模式是主要用于輸入諸如文本之類的數(shù)據(jù)的輸入模式。第三模式是顯示和輸入模式，其中結(jié)合了顯不模式和輸入模式的兩種模式。例如，在進行呼叫或者文本消息傳遞的情況下，對顯示部分9502選擇主要用于輸入文本的文本輸入模式，使得能夠輸入屏幕上顯示的字符。在這種情況下，優(yōu)選的是在顯示部分9502的幾乎整個屏幕上顯示鍵盤或數(shù)字按鈕。通過在移動電話9500內(nèi)部設(shè)置包括諸如陀螺儀或加速傳感器之類的用于檢測傾斜度的傳感器的檢測裝置，確定移動電話9500的方向(移動電話9500對于風(fēng)景模式或肖像模式是水平還是垂直放置)，使得顯示部分9502的屏幕上的顯示能夠自動切換。另外，屏幕模式通過觸摸顯示部分9502或者操作殼體9501的操作按鈕9503來切換。備選地，屏幕模式能夠根據(jù)顯示部分9502上顯示的圖像的種類來切換。例如，當顯示部分上顯示的圖像的信號是運動圖像數(shù)據(jù)的信號吋，屏幕模式切換到顯示模式；當信號是文本數(shù)據(jù)的信號吋，屏幕模式切換到輸入模式。
此外，在輸入模式中，可檢測由顯示部分9502中的光學(xué)傳感器所檢測的信號，使得屏幕模式可被控制以便在通過觸摸顯示部分9502進行的輸入在所指定時間段之內(nèi)沒有執(zhí)行時從輸入模式切換到顯示模式。顯示部分9502也能夠用作圖像傳感器。例如通過用手掌或手指觸摸顯示部分9502來取得掌紋、指紋等的圖像，由此能夠執(zhí)行個人鑒別。此外，可為顯示部分提供背光或者發(fā)射近紅外光的感測光源，由此能夠取得指靜脈、掌靜脈等的圖像。這個實施例中描述的結(jié)構(gòu)、方法等能夠與其它實施例中描述的結(jié)構(gòu)、方法等的任ー個適當?shù)亟M合。[示例 I]
在這個示例中，制造了樣本(樣本1A、樣本1B、樣本2A和樣本2B)，其中其能隙比第一 氧化物半導(dǎo)體層要小的第二氧化物半導(dǎo)體層在第一氧化物半導(dǎo)體層之上形成，第三氧化物半導(dǎo)體層在第二氧化物半導(dǎo)體層之上形成，并且觀察樣本1A、樣本1B、樣本2A和樣本2B的截面結(jié)構(gòu)。此外，測量樣本IA和2A的電離電位，基于此，通過計算來得到能帶圖。在本申請文件中，電離電位是帶隙和電子親合勢之和，并且通過橢圓光度法對由其材料所形成的單膜測量帶隙。5 nm厚的In-Ga-Zn基氧化物膜、5 nm厚的In-Sn-Zn基氧化物膜和5 nm厚的In-Ga-Zn基氧化物膜堆疊在作為襯底1000的石英襯底之上，分別作為第一氧化物半導(dǎo)體層1001、第二氧化物半導(dǎo)體層1002和第三氧化物半導(dǎo)體層1003，以便形成樣本1A。各層通過濺射方法在氧氣氛(100%氧)下以300°C的襯底溫度來沉積。In:Ga:Zn=l: I: I (原子比)的氧化物靶用于沉積每個In-Ga-Zn基氧化物膜；In: Sn: Zn=2:1:3 (原子比)的氧化物靶用于沉積In-Sn-Zn基氧化物膜。按照與樣本IA相似的方式形成的氧化物半導(dǎo)體堆疊層經(jīng)過熱處理，使得形成包括混合區(qū)的氧化物半導(dǎo)體堆疊層，以便形成樣本1B。熱處理在氮氣氛下以650°C執(zhí)行ー小時，并且然后在氧氣氛下以650°C執(zhí)行ー小時。5 nm厚的In-Ga-Zn基氧化物膜、5 nm厚的In-Zn基氧化物膜和5 nm厚的In-Ga-Zn基氧化物膜堆疊在作為襯底1000的石英襯底之上，分別作為第一氧化物半導(dǎo)體層1001、第二氧化物半導(dǎo)體層1002和第三氧化物半導(dǎo)體層1003，以便形成樣本2A。各層通過濺射方法在氧氣氛(100%氧)下以300°C的襯底溫度來沉積。In:Ga:Zn=l: I: I (原子比)的氧化物靶用于沉積每個In-Ga-Zn基氧化物膜；In:Zn=2:1 (原子比)的氧化物靶用于沉積In-Zn基氧化物膜。按照與樣本2A相似的方式形成的氧化物半導(dǎo)體堆疊層經(jīng)過熱處理，使得形成了包括混合區(qū)的氧化物半導(dǎo)體堆疊層，以便形成樣本2B。熱處理在氮氣氛下以650°C執(zhí)行ー小時，并且然后在氧氣氛下以650°C執(zhí)行ー小時。從樣本1A、1B、2A和2B切割相應(yīng)邊緣部分，并且采用高分辨率透射電子顯微鏡(“H9000-NAR，，:Hitachi High-Technologies Corporation 制造的 TEM)以 300 kV 的加速電壓來觀察其截面。圖17B是樣本IA的TEM圖像；圖17C是樣本IB的TEM圖像；圖18B是樣本2A的TEM圖像；圖18C是樣本2B的TEM圖像。樣本IA的示意圖和樣本2A的示意圖分別是圖17A和圖18A。堆疊氧化物半導(dǎo)體層之間的各界面在示意示出的圖17A和圖18A中由虛線示出。
圖17B和圖17C中的樣本IA和IB的TEM圖像屬于氧化物半導(dǎo)體堆疊層，其中第一5 nm厚的In-Ga-Zn基氧化物膜、5 nm厚的In-Sn-Zn基氧化物膜和第二 5 nm厚的In-Ga-Zn基氧化物膜堆疊在襯底1000之上，分別作為第一氧化物半導(dǎo)體層1001、第二氧化物半導(dǎo)體層1002和第三氧化物半導(dǎo)體層1003。堆疊氧化物半導(dǎo)體層之間的各界面能夠在圖17B中樣本IA的TEM圖像中識別。另ー方面，在對氧化物半導(dǎo)體堆疊層執(zhí)行了熱處理的樣本IB的TEM圖像中，在圖17C所示的堆疊氧化物半導(dǎo)體層之間沒有識別清楚界面，并且形成混合區(qū)域。圖18B和圖18C中樣本2A和2B的TEM圖像屬于氧化物半導(dǎo)體堆疊層，其中第一 5nm厚的In-Ga-Zn基氧化物膜、5 nm厚的In-Zn基氧化物膜和第二 5 nm厚的In-Ga-Zn基氧化物膜堆疊在襯底1000之上，分別作為第一氧化物半導(dǎo)體層1001、第二氧化物半導(dǎo)體層1002和第三氧化物半導(dǎo)體層1003。堆疊氧化物半導(dǎo)體層之間的各界面能夠在圖18B中樣本2A的TEM圖像中識別。另ー方面，在對氧化物半導(dǎo)體堆疊層執(zhí)行了熱處理的樣本2B的TEM圖像中，在圖18C所示的堆疊氧化物半導(dǎo)體層之間沒有識別清楚界面，并且形成混合區(qū)域。如圖17B、圖17C、圖18B和圖18C所示，能夠識別，在樣本1A、1B、2A和2B中，作為第一氧化物半導(dǎo)體層1001的第一 In-Ga-Zn基氧化物膜、各為第二氧化物半導(dǎo)體層1002的In-Sn-Zn基氧化物膜和In-Zn基氧化物膜以及作為第三氧化物半導(dǎo)體層1003的第二In-Ga-Zn基氧化物膜各包括晶體，并且是具有c軸配向的晶體氧化物半導(dǎo)體(CAAC-OS)膜。作為第一氧化物半導(dǎo)體層1001的第一 In-Ga-Zn基氧化物膜也包括非晶結(jié)構(gòu)。氧化物半導(dǎo)體堆疊層中的各氧化物半導(dǎo)體層的晶態(tài)不受具體限制；每ー個氧化物半導(dǎo)體層可具有晶體結(jié)構(gòu)或者可具有非晶結(jié)構(gòu)，或者具有晶體結(jié)構(gòu)的氧化物半導(dǎo)體層以及具有非晶結(jié)構(gòu)的氧化物半導(dǎo)體層均可包含在氧化物半導(dǎo)體堆疊層中。相應(yīng)堆疊層在與樣本IA和樣本2A的相應(yīng)沉積條件相同的沉積條件下形成，除了單晶硅襯底用作襯底，并且其電離電位在濺射其頂面的同時通過紫外光電子譜(UPS)來測量，其結(jié)果如圖19和圖21所示。圖19和圖21中，水平軸表示自樣本的頂面起所花費的濺射時間，以及垂直軸表示電離電位。在如下假設(shè)下表示各界面濺射速率在In-Ga-Zn基氧化物膜與In-Sn-Zn基氧化物膜之間彼此相等，以及濺射速率在In-Ga-Zn基氧化物膜與In-Zn基氧化物膜之間彼此相等。從圖19能夠看到，電離電位在設(shè)置于In-Ga-Zn基氧化物膜之間的In-Sn-Zn基氧化物膜中降低。電離電位表示從真空級到價帶的能量差。從電離電位中減去按照橢圓光度法測量的帶隙，使得得到導(dǎo)帶的能量，從而繪制堆疊層的帶結(jié)構(gòu)。In-Ga-Zn基氧化物膜的帶隙和In-Sn-Zn基氧化物膜的帶隙分別設(shè)置在3.2 eV和2. 8 eV。這樣，得到圖20。發(fā)現(xiàn)內(nèi)埋溝道在圖20中如圖4C所示能帶圖所示來形成。從圖21能夠看到，電離電位在設(shè)置于In-Ga-Zn基氧化物膜之間的In-Zn基氧化物膜中降低。電離電位表示從真空級到價帶的能量差。從電離電位中減去按照橢圓光度法測量的帶隙，使得得到導(dǎo)帶的能量，從而繪制堆疊層的帶結(jié)構(gòu)。In-Ga-Zn基氧化物膜的帶隙和In-Zn基氧化物膜的帶隙分別設(shè)置在3. 2パ和2.6 eV。這樣，得到圖22。發(fā)現(xiàn)內(nèi)埋溝道在圖22中如圖4C所示能帶圖所示來形成。在這個示例中，其中In-Ga-Zn基氧化物膜用作第一氧化物半導(dǎo)體層和第三氧化物半導(dǎo)體層中的每個并且In-Sn-Zn基氧化物膜或In-Zn基氧化物膜用作第二氧化物半導(dǎo)體層的堆疊層無疑地(surely)通過圖20、圖22或者圖4C中所示能帶圖來描述，其中第二氧化物半導(dǎo)體層的電離電位和能隙比第一氧化物半導(dǎo)體層和第三氧化物半導(dǎo)體層要小。第ー氧化物半導(dǎo)體層、第二氧化物半導(dǎo)體層和第三氧化物半導(dǎo)體層的材料的組合不受具體限制；材料可適當?shù)赜糜趫D20、圖22或者圖4C所示的能帶圖(考慮其能隙)。[示例2]
在這個示例中，計算各包括由第一氧化物半導(dǎo)體層和第二氧化物半導(dǎo)體層的堆疊組成的氧化物半導(dǎo)體堆疊層、在實施例I中描述為晶體管440a、440b和430的晶體管(示例晶體管I至4和比較晶體管I至4)的特性。對于這個示例中的計算，使用了 Synopsys, Inc.制造的仿真軟件技術(shù)計算機輔助 設(shè)計(TCAD)。作為示例晶體管I和2以及比較晶體管I和2，使用底柵(溝道蝕刻類型)晶體管，其中的每個晶體管中，其中第一氧化物半導(dǎo)體層和第二氧化物半導(dǎo)體層按照這種順序堆疊的氧化物半導(dǎo)體堆疊層設(shè)置在100 nm厚的柵絕緣膜之上，柵絕緣膜設(shè)置于柵電極層之上，以及源和漏電極層設(shè)置在氧化物半導(dǎo)體堆疊層之上，如實施例I中對于晶體管440a和440b描述的那樣。作為示例晶體管3和4以及比較晶體管3和4，使用底柵晶體管，其中的每個晶體管中，源和漏電極設(shè)置在100 nm厚的柵絕緣膜之上，該柵絕緣膜設(shè)置于柵電極層之上，以及其中第一氧化物半導(dǎo)體層和第二氧化物半導(dǎo)體層按照這種順序堆疊的氧化物半導(dǎo)體堆疊層設(shè)置在源和漏電極層之上，如實施例I中對于晶體管430描述的那樣。通過在示例晶體管I至4和比較晶體管I至4中將溝道長度(L)和溝道寬度(W)設(shè)置在10 μ m，并且將漏極電壓(Vd)設(shè)置在I V，來執(zhí)行計算。示例晶體管I至4的各氧化物半導(dǎo)體堆疊層包括具有相互不同能隙的第一氧化物半導(dǎo)體層和第二氧化物半導(dǎo)體層。5 nm厚的In-Sn-Zn基氧化物膜和5 nm厚的In-Ga-Zn基氧化物膜分別作為第一氧化物半導(dǎo)體層和第二氧化物半導(dǎo)體層包含在示例晶體管I和3中；5 nm厚的In-Ga-Zn基氧化物膜和5 nm厚的In-Sn-Zn基氧化物膜分別作為第一氧化物半導(dǎo)體層和第二氧化物半導(dǎo)體層包含在示例晶體管2和4中。另ー方面，作為比較示例的比較晶體管I至4的各氧化物半導(dǎo)體堆疊層包括具有相同能隙的第一氧化物半導(dǎo)體層和第二氧化物半導(dǎo)體層。5 nm厚的In-Ga-Zn基氧化物膜和5 nm厚的In-Ga-Zn基氧化物膜分別作為第一氧化物半導(dǎo)體層和第二氧化物半導(dǎo)體層(即，氧化物半導(dǎo)體堆疊層由In-Ga-Zn基氧化物膜組成)包含在比較晶體管I和3中；5 nm厚的In-Sn-Zn基氧化物膜和5 nm厚的In-Sn-Zn基氧化物膜分別作為第一氧化物半導(dǎo)體層和第二氧化物半導(dǎo)體層(即，氧化物半導(dǎo)體堆疊層由ITGO膜組成)包含在比較晶體管2和4中。對于計算，在示例晶體管I至4和比較晶體管I至4中，In-Ga-Zn基氧化物膜的帶隙、載流子生存時間、體遷移率和電子親合勢分別設(shè)置在3. 15 eV、l nsecUO cm2/Vs和4. 6 eV ;In-Sn-Zn基氧化物膜的帶隙、載流子生存時間、體遷移率和電子親合勢分別設(shè)置在2. 8 eV、l nsec、35 cm2/Vs 和 4. 6 eV。通過示例晶體管I和2以及比較晶體管I和2的計算所得到的斷態(tài)電流如圖23A和圖23B所示；通過示例晶體管3和4以及比較晶體管3和4的計算所得到的斷態(tài)電流如圖25A和圖25B所示。圖23B和圖25B是分別在圖23A和圖25A中的從1.0X10A至1.0X10_25 A的范圍的漏極電流的放大圖表。在圖23A和圖23B以及圖25A和圖25B中，垂直軸表示漏極電流(A)，以及水平軸表示柵極電壓(V)。通過示例晶體管I和2以及比較晶體管I和2的計算所得到的場效應(yīng)遷移率如圖24所示；通過示例晶體管3和4以及比較晶體管3和4的計算所得到的場效應(yīng)遷移率如圖26所不。在圖24和圖26中，垂直軸表不場效應(yīng)遷移率(cm2/Vs),以及水平軸表不柵極電壓(V)。在具有相同結(jié)構(gòu)的示例晶體管I和2以及比較晶體管I和2中，斷態(tài)電流如圖23A 和圖23B所不是不同的，并且場效應(yīng)遷移率如圖24所不也是不同的。同樣，在具有相同結(jié)構(gòu)的示例晶體管3和4以及比較晶體管3和4中，斷態(tài)電流如圖25A和圖25B所示是不同的，并且場效應(yīng)遷移率如圖26所示也是不同的。在這個示例中，具體來說，如圖24和圖26所示的場效應(yīng)遷移率的差根據(jù)氧化物半導(dǎo)體材料以及氧化物半導(dǎo)體堆疊層的層堆疊順序而變得顯著。上述結(jié)果證明，晶體管的電特性(在這個示例中為場效應(yīng)遷移率和斷態(tài)電流)能夠通過其帶隙彼此不同的氧化物半導(dǎo)體的堆疊層以不同方式來改變，而無需改變晶體管的結(jié)構(gòu)。因此，通過使用氧化物半導(dǎo)體堆疊層，晶體管的電特性能夠以高精度來調(diào)整，從而為晶體管提供適當電特性。本申請基于2011年7月8日向日本專利局提交的日本專利申請序號2011-152099，通過引用將其完整內(nèi)容結(jié)合于此。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體裝置，包括 柵電極； 所述柵電極之上的柵絕緣膜； 所述柵絕緣膜之上的氧化物半導(dǎo)體堆疊層，所述氧化物半導(dǎo)體堆疊層包括所述柵絕緣膜之上的第一氧化物半導(dǎo)體層；以及 所述第一氧化物半導(dǎo)體層之上的第二氧化物半導(dǎo)體層；以及 所述氧化物半導(dǎo)體堆疊層之上的源電極和漏電極， 其中，所述第一氧化物半導(dǎo)體層的能隙與所述第二氧化物半導(dǎo)體層的能隙彼此不同。
2.如權(quán)利要求I所述的半導(dǎo)體裝置， 其中，所述第二氧化物半導(dǎo)體層覆蓋所述第一氧化物半導(dǎo)體層的頂面和側(cè)面。
3.如權(quán)利要求I所述的半導(dǎo)體裝置，其中，所述氧化物半導(dǎo)體堆疊層包括其中包含摻雜劑的低電阻區(qū)。
4.如權(quán)利要求I所述的半導(dǎo)體裝置， 其中，所述氧化物半導(dǎo)體堆疊層在所述第一氧化物半導(dǎo)體層與所述第二氧化物半導(dǎo)體層之間包括混合區(qū)， 其中，所述第一氧化物半導(dǎo)體層包括第一元素， 其中，所述第二氧化物半導(dǎo)體層包括第二元素，以及 其中，所述混合區(qū)包括所述第一元素和所述第二元素。
5.如權(quán)利要求I所述的半導(dǎo)體裝置， 其中，所述氧化物半導(dǎo)體堆疊層在所述第二氧化物半導(dǎo)體層之上包括第三氧化物半導(dǎo)體層；以及 其中，所述第二氧化物半導(dǎo)體層的能隙小于所述第三氧化物半導(dǎo)體層的能隙。
6.如權(quán)利要求5所述的半導(dǎo)體裝置， 其中，所述第三氧化物半導(dǎo)體層覆蓋所述第一氧化物半導(dǎo)體層的側(cè)面以及所述第二氧化物半導(dǎo)體層的頂面和側(cè)面。
7.如權(quán)利要求I所述的半導(dǎo)體裝置， 其中，所述氧化物半導(dǎo)體堆疊層包括其中包含c軸配向的晶體。
8.一種半導(dǎo)體裝置，包括 柵電極； 所述柵電極之上的柵絕緣膜； 所述柵絕緣膜之上的源電極和漏電極；以及 所述源電極和所述漏電極之上的氧化物半導(dǎo)體堆疊層，所述氧化物半導(dǎo)體堆疊層包括第一氧化物半導(dǎo)體層；以及所述第一氧化物半導(dǎo)體層之上的第二氧化物半導(dǎo)體層， 其中，所述第一氧化物半導(dǎo)體層的能隙與所述第二氧化物半導(dǎo)體層的能隙彼此不同。
9.如權(quán)利要求8所述的半導(dǎo)體裝置， 其中，所述第二氧化物半導(dǎo)體層覆蓋所述第一氧化物半導(dǎo)體層的頂面和側(cè)面。
10.如權(quán)利要求8所述的半導(dǎo)體裝置，其中，所述氧化物半導(dǎo)體堆疊層包括其中包含摻雜劑的低電阻區(qū)。
11.如權(quán)利要求8所述的半導(dǎo)體裝置， 其中，所述氧化物半導(dǎo)體堆疊層包括所述第一氧化物半導(dǎo)體層與所述第二氧化物半導(dǎo)體層之間的混合區(qū)， 其中，所述第一氧化物半導(dǎo)體層包括第一元素， 其中，所述第二氧化物半導(dǎo)體層包括第二元素，以及 其中，所述混合區(qū)包括所述第一元素和所述第二元素。
12.如權(quán)利要求8所述的半導(dǎo)體裝置， 其中，所述氧化物半導(dǎo)體堆疊層在所述第二氧化物半導(dǎo)體層之上包括第三氧化物半導(dǎo)體層， 其中，所述第二氧化物半導(dǎo)體層的能隙小于所述第三氧化物半導(dǎo)體層的能隙。
13.如權(quán)利要求12所述的半導(dǎo)體裝置， 其中，所述第三氧化物半導(dǎo)體層覆蓋所述第一氧化物半導(dǎo)體層的側(cè)面以及所述第二氧化物半導(dǎo)體層的頂面和側(cè)面。
14.如權(quán)利要求8所述的半導(dǎo)體裝置， 其中，所述氧化物半導(dǎo)體堆疊層包括其中包含c軸配向的晶體。
15.一種用于制造半導(dǎo)體裝置的方法，包括 在柵電極之上形成柵絕緣膜； 在所述柵絕緣膜之上形成氧化物半導(dǎo)體堆疊層；以及 在所述氧化物半導(dǎo)體堆疊層之上形成源電極和漏電極， 其中，所述氧化物半導(dǎo)體堆疊層包括第一氧化物半導(dǎo)體層以及所述第一氧化物半導(dǎo)體層之上的第二氧化物半導(dǎo)體層，以及 其中，所述第一氧化物半導(dǎo)體層的能隙與所述第二氧化物半導(dǎo)體層的能隙彼此不同。
16.如權(quán)利要求15所述的用于制造半導(dǎo)體裝置的方法，還包括 對所述氧化物半導(dǎo)體堆疊層執(zhí)行熱處理。
17.如權(quán)利要求15所述的用于制造半導(dǎo)體裝置的方法，還包括 將摻雜劑有選擇地添加到所述氧化物半導(dǎo)體堆疊層。
18.如權(quán)利要求15所述的用于制造半導(dǎo)體裝置的方法，還包括 在形成所述氧化物半導(dǎo)體層堆疊層之后執(zhí)行熱處理，以便在所述第一氧化物半導(dǎo)體層與所述第二氧化物半導(dǎo)體層之間形成混合區(qū)。
19.如權(quán)利要求15所述的用于制造半導(dǎo)體裝置的方法， 其中，所述氧化物半導(dǎo)體堆疊層包括第三氧化物半導(dǎo)體層，以及 其中，所述第二氧化物半導(dǎo)體層的能隙小于所述第三氧化物半導(dǎo)體層的能隙。
20.如權(quán)利要求15所述的用于制造半導(dǎo)體裝置的方法， 其中，所述氧化物半導(dǎo)體堆疊層包括其中包含c軸配向的晶體。
21.一種用于制造半導(dǎo)體裝置的方法，包括 在柵電極之上形成柵絕緣膜； 在所述柵絕緣膜之上形成源電極和漏電極；以及 在所述源電極和所述漏電極之上形成氧化物半導(dǎo)體堆疊層，其中，所述氧化物半導(dǎo)體堆疊層包括第一氧化物半導(dǎo)體層以及所述第一氧化物半導(dǎo)體層之上的第二氧化物半導(dǎo)體層，以及 其中，所述第一氧化物半導(dǎo)體層的能隙與所述第二氧化物半導(dǎo)體層的能隙彼此不同。
22.如權(quán)利要求21所述的用于制造半導(dǎo)體裝置的方法，還包括 對所述氧化物半導(dǎo)體堆疊層執(zhí)行熱處理。
23.如權(quán)利要求21所述的用于制造半導(dǎo)體裝置的方法，還包括 將摻雜劑有選擇地添加到所述氧化物半導(dǎo)體堆疊層。
24.如權(quán)利要求21所述的用于制造半導(dǎo)體裝置的方法，還包括 在形成所述氧化物半導(dǎo)體層堆疊層之后執(zhí)行熱處理，以便在所述第一氧化物半導(dǎo)體層與所述第二氧化物半導(dǎo)體層之間形成混合區(qū)。
25.如權(quán)利要求21所述的用于制造半導(dǎo)體裝置的方法， 其中，所述氧化物半導(dǎo)體堆疊層在所述第二氧化物半導(dǎo)體層之上包括第三氧化物半導(dǎo)體層， 其中，所述第二氧化物半導(dǎo)體層的能隙小于所述第三氧化物半導(dǎo)體層的能隙。
26.如權(quán)利要求21所述的用于制造半導(dǎo)體裝置的方法， 其中，所述氧化物半導(dǎo)體堆疊層包括其中包含c軸配向的晶體。
全文摘要
本發(fā)明為半導(dǎo)體裝置及其制造方法。所提供的是一種具有對于其目的而言必要的電特性并且使用氧化物半導(dǎo)體層的晶體管以及一種包括該晶體管的半導(dǎo)體裝置。在底柵晶體管(其中至少一個柵電極層、柵絕緣膜和半導(dǎo)體層按照這種順序堆疊)中，包括其能隙彼此不同的至少兩個氧化物半導(dǎo)體層的氧化物半導(dǎo)體堆疊層用作半導(dǎo)體層。氧和/或摻雜劑可添加到氧化物半導(dǎo)體堆疊層。
文檔編號H01L29/10GK102867854SQ20121023512
公開日2013年1月9日 申請日期2012年7月9日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月8日
發(fā)明者山崎舜平, 筱原聰始 申請人:株式會社半導(dǎo)體能源研究所