本發(fā)明的一個方式涉及一種使用氧化物半導體膜的半導體裝置及包括該半導體裝置的顯示裝置。

注意，本發(fā)明的一個方式不局限于上述技術(shù)領(lǐng)域。本說明書等所公開的發(fā)明的一個方式的技術(shù)領(lǐng)域涉及一種物體、方法或制造方法。另外，本發(fā)明涉及一種工序(process)、機器(machine)、產(chǎn)品(manufacture)或者組合物(composition of matter)。尤其是，本發(fā)明的一個方式涉及一種半導體裝置、顯示裝置、發(fā)光裝置、蓄電裝置、存儲裝置、它們的驅(qū)動方法和制造方法。

注意，在本說明書等中，半導體裝置通常是指通過利用半導體特性而能夠工作的所有裝置。除了晶體管等半導體元件，半導體電路、運算裝置或存儲裝置也各自是半導體裝置的一個方式。成像裝置、顯示裝置、液晶顯示裝置、發(fā)光裝置、電光裝置、發(fā)電裝置(包括薄膜太陽能電池或有機薄膜太陽能電池等)及電子設備有時包括半導體裝置。

背景技術(shù)：

通過利用形成在具有絕緣表面的襯底上的半導體薄膜來構(gòu)成晶體管(也稱為場效應晶體管(FET)或薄膜晶體管(TFT))的技術(shù)受到關(guān)注。該晶體管被廣泛地應用于如集成電路(IC)及圖像顯示裝置(顯示裝置)等電子器件。作為可以應用于晶體管的半導體薄膜，以硅為代表的半導體材料被周知。另外，作為其他材料，氧化物半導體受到關(guān)注(例如，專利文獻1)。

此外，公開了如下半導體裝置：將由于加熱而釋放氧的絕緣層用作其中形成溝道的氧化物半導體層的基底絕緣層，來降低該氧化物半導體層的氧空位(例如，專利文獻2)。

此外，公開了如下半導體裝置的制造方法：在氧化物半導體層上形成氧化物絕緣層，經(jīng)過氧化物絕緣層引入(添加)氧并進行加熱處理，通過該氧引入處理及加熱處理來從氧化物半導體層排除氫、水分、羥基或者氫化物等雜質(zhì)而實現(xiàn)高純度化的氧化物半導體層(例如，專利文獻3)。

[參考文獻]

[專利文獻1]日本專利申請公開第2006-165529號公報

[專利文獻2]日本專利申請公開第2012-009836號公報

[專利文獻3]日本專利申請公開第2011-199272號公報

技術(shù)實現(xiàn)要素：

當將氧化物半導體膜用于溝道區(qū)域制造晶體管時，形成在氧化物半導體膜中的溝道區(qū)域中的氧空位給晶體管特性帶來不良影響，所以氧空位成為問題的原因。例如，當在氧化物半導體膜中的溝道區(qū)域中形成有氧空位時，該氧空位與氫鍵合以成為載流子供應源。當在氧化物半導體膜中的溝道區(qū)域中形成有載流子供應源時，產(chǎn)生具有氧化物半導體膜的晶體管的電特性的變動，典型的是，產(chǎn)生閾值電壓的漂移。此外，發(fā)生各晶體管的電特性不均勻的問題。由此，在氧化物半導體膜的溝道區(qū)域中氧空位越少越優(yōu)選。

鑒于上述問題，本發(fā)明的一個方式的目的之一是在使用包含氧化物半導體的晶體管的半導體裝置中抑制電特性的變動且提高可靠性。本發(fā)明的一個方式的其他目的之一是提供一種功耗得到降低的半導體裝置。本發(fā)明的一個方式的其他目的之一是提供一種新穎的半導體裝置。本發(fā)明的一個方式的其他目的之一是提供一種新穎的顯示裝置。

注意，上述目的的記載不妨礙其他目的的存在。本發(fā)明的一個方式并不需要實現(xiàn)所有上述目的。上述目的以外的目的從說明書等的記載是顯然的，并可以從說明書等中抽出。

本發(fā)明的一個方式是一種包括晶體管的半導體裝置，該晶體管包括：柵電極；柵電極上的第一絕緣膜；第一絕緣膜上的氧化物半導體膜；與氧化物半導體膜電連接的源電極；以及與氧化物半導體膜電連接的漏電極。在晶體管上設置有第二絕緣膜。在第二絕緣膜上設置有保護膜，第二絕緣膜包含氧。保護膜包含用于氧化物半導體膜的金屬元素中的至少一個。

本發(fā)明的其他一個方式是一種包括晶體管的半導體裝置，該晶體管包括：柵電極；柵電極上的第一絕緣膜；第一絕緣膜上的氧化物半導體膜；氧化物半導體膜上的第二絕緣膜；設置在第二絕緣膜上且與氧化物半導體膜電連接的源電極；以及設置在第二絕緣膜上且與氧化物半導體膜電連接的漏電極。在晶體管上設置有保護膜。第二絕緣膜包含氧，且保護膜包含用于氧化物半導體膜的金屬元素中的至少一個。

本發(fā)明的其他一個方式是一種包括晶體管的半導體裝置，該晶體管包括：第一柵電極；第一柵電極上的第一絕緣膜；第一絕緣膜上的氧化物半導體膜；與氧化物半導體膜電連接的源電極；與氧化物半導體膜電連接的漏電極；氧化物半導體膜、源電極及漏電極上的第二絕緣膜；第二絕緣膜上的保護膜；保護膜上的第三絕緣膜；以及第三絕緣膜上的第二柵電極。第二絕緣膜包含氧。保護膜包含用于氧化物半導體膜的金屬元素中的至少一個。

在上述各結(jié)構(gòu)中，第二絕緣膜也可以具有不平的表面。另外，在上述各結(jié)構(gòu)中，保護膜優(yōu)選覆蓋第二絕緣膜所具有的不平的表面。另外，在上述各結(jié)構(gòu)中，保護膜的厚度優(yōu)選為3nm以上且30nm以下。

另外，在上述各結(jié)構(gòu)中，氧化物半導體膜優(yōu)選包含In、Zn及M(M表示Ti、Ga、Sn、Y、Zr、La、Ce、Nd或Hf)。另外，在上述各結(jié)構(gòu)中，優(yōu)選的是氧化物半導體膜具有結(jié)晶部，該結(jié)晶部具有c軸取向性。

本發(fā)明的其他一個方式是一種具有根據(jù)上述各結(jié)構(gòu)中的任一個的半導體裝置及顯示元件的顯示裝置。另外，本發(fā)明的其他一個方式是一種具有該顯示裝置及觸摸傳感器的顯示模塊。另外，本發(fā)明的其他一個方式是一種電子設備，包括：根據(jù)上述各結(jié)構(gòu)中的任一個的半導體裝置、上述顯示裝置或上述顯示模塊；以及操作鍵或電池。

通過本發(fā)明的一個方式，在使用包含氧化物半導體的晶體管的半導體裝置中可以抑制電特性的變動且提高可靠性。另外，通過本發(fā)明的一個方式，可以提供一種耗電量得到降低的半導體裝置。另外，通過本發(fā)明的一個方式，可以提供一種新穎的半導體裝置。另外，通過本發(fā)明的一個方式，可以提供一種新穎的顯示裝置。

注意，這些效果的記載不妨礙其他效果的存在。另外，本發(fā)明的一個方式并不需要具有所有上述效果。另外，從說明書、附圖、權(quán)利要求書等的記載看來除這些效果外的效果是顯然的，從而可以從說明書、附圖、權(quán)利要求書等的記載中抽出除這些效果外的效果。

附圖說明

在圖式中：

圖1A至1C是示出半導體裝置的一個方式的俯視圖及截面圖；

圖2A至2C是示出半導體裝置的一個方式的俯視圖及截面圖；

圖3A和3B是示出半導體裝置的一個方式的截面圖；

圖4A至4C是示出半導體裝置的一個方式的俯視圖及截面圖；

圖5A和5B是示出半導體裝置的一個方式的截面圖；

圖6A至6C是示出半導體裝置的一個方式的俯視圖及截面圖；

圖7A及7B和圖7C及7D是示出半導體裝置的一個方式的截面圖；

圖8A及8B和圖8C及8D是示出半導體裝置的一個方式的截面圖；

圖9A和9B是說明能帶結(jié)構(gòu)的圖；

圖10A至10D是示出半導體裝置的制造工序的一個例子的截面圖；

圖11A至11C是示出半導體裝置的制造工序的一個例子的截面圖；

圖12A和12B是示出半導體裝置的制造工序的一個例子的截面圖；

圖13A至13D是示出半導體裝置的制造工序的一個例子的截面圖；

圖14A和14B是示出半導體裝置的制造工序的一個例子的截面圖；

圖15A至15D是示出半導體裝置的制造工序的一個例子的截面圖；

圖16A至16D是示出半導體裝置的制造工序的一個例子的截面圖；

圖17A至17F是示出半導體裝置的制造工序的一個例子的截面圖；

圖18A至18F是示出半導體裝置的制造工序的一個例子的截面圖；

圖19A至19F是示出半導體裝置的制造工序的一個例子的截面圖；

圖20是示出顯示裝置的一個方式的俯視圖；

圖21是示出顯示裝置的一個方式的截面圖；

圖22是示出顯示裝置的一個方式的截面圖；

圖23A至23C是說明顯示裝置的方框圖及電路圖；

圖24是說明顯示模塊的圖；

圖25A至25G是說明電子設備的圖；

圖26A和26B是說明實施例中的樣品結(jié)構(gòu)的截面圖；

圖27A和27B是說明實施例中的TDS測量結(jié)果的圖；

圖28是說明實施例中的氧釋放量的圖；

圖29是說明實施例中的氧釋放量的圖；

圖30B和30A是說明實施例中的氧釋放量的圖；

圖31A至31C是說明實施例中的樣品結(jié)構(gòu)的截面圖；

圖32是說明實施例中的氧釋放量的圖；

圖33A和33B是實施例中的截面STEM圖像；

圖34A和34B是說明實施例中的晶體管的電特性的圖；

圖35A和35B是說明實施例中的晶體管的電特性的圖；

圖36是說明實施例中的晶體管的GBT試驗結(jié)果的圖；

圖37A至37D是CAAC-OS的截面的Cs校正高分辨率TEM圖像以及CAAC-OS的截面示意圖；

圖38A至38D是CAAC-OS的平面的Cs校正高分辨率TEM圖像；

圖39A至39C是說明通過XRD得到的CAAC-OS及單晶氧化物半導體的結(jié)構(gòu)分析結(jié)果的圖；

圖40A和40B是示出CAAC-OS的電子衍射圖案的圖；

圖41是示出因電子照射導致的In-Ga-Zn氧化物的結(jié)晶部的變化的圖。

具體實施方式

下面將參照附圖對實施方式進行說明。但是，實施方式可以以多種方式實施。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事實，就是其方式和詳細內(nèi)容可以在不脫離本發(fā)明的宗旨及其范圍的條件下被變換為各種各樣的形式。因此，本發(fā)明不應該被解釋為僅限定于下面的實施方式的記載中。

在附圖中，為了清晰起見，有時夸大表示大小、層的厚度及區(qū)域。因此，本發(fā)明的實施方式并不一定限定于這種尺寸。此外，附圖是示出理想例子的示意圖，而本發(fā)明的實施方式不局限于附圖所示的形狀或數(shù)值。

本說明書所使用的“第一”、“第二”、“第三”等序數(shù)詞是為了避免構(gòu)成要素的混淆而附加的，而不是為了在數(shù)目方面上進行限定的。

在本說明書中，為了方便起見，使用“上”、“下”等表示配置的詞句以參照附圖說明構(gòu)成要素的位置關(guān)系。另外，構(gòu)成要素的位置關(guān)系根據(jù)描述各構(gòu)成要素的方向適當?shù)馗淖儭Ｒ虼?，不局限于本說明書中所說明的詞句，根據(jù)情況可以適當?shù)馗鼡Q。

在本說明書等中，晶體管是至少包括柵極、漏極以及源極這三個端子的元件。另外，晶體管在漏極(漏極端子、漏區(qū)或漏電極)與源極(源極端子、源區(qū)或源電極)之間具有溝道區(qū)域，并且電流能夠流過漏極區(qū)域、溝道區(qū)域以及源極區(qū)域。注意，在本說明書等中，溝道區(qū)域是指電流主要流過的區(qū)域。

另外，例如當采用極性不同的晶體管或者在電路工作中電流方向變化時，源極及漏極的功能有可能互相調(diào)換。因此，在本說明書中，“源極”和“漏極”可以互相調(diào)換。

在本說明書等中，“電連接”包括通過“具有某種電作用的元件”連接的情況。在此，“具有某種電作用的元件”只要可以進行連接對象間的電信號的授受，就對其沒有特別的限制。例如，“具有某種電作用的元件”不僅包括電極和布線，而且還包括晶體管等的開關(guān)元件、電阻元件、電感器、電容元件、其他具有各種功能的元件等。

在本說明書等中，“氧氮化硅膜”是指含氧量多于含氮量的膜，而“氮氧化硅膜”是指含氮量多于含氧量的膜。

注意，在本說明書等中，當利用附圖說明發(fā)明的結(jié)構(gòu)時，表示相同的部分的符號在不同的附圖中共同使用。

在本說明書等中，“平行”是指兩條直線形成的角度為-10°以上且10°以下的狀態(tài)。因此，也包括該角度為-5°以上且5°以下的狀態(tài)?！按笾缕叫小笔侵竷蓷l直線形成的角度為-30°以上且30°以下的狀態(tài)。另外，“垂直”是指兩條直線的角度為80°以上且100°以下的狀態(tài)。因此，也包括該角度為85°以上且95°以下的狀態(tài)?！按笾麓怪薄笔侵竷蓷l直線形成的角度為60°以上且120°以下的狀態(tài)。

實施方式1

在本實施方式中，參照圖1A至1C、圖2A至2C、圖3A和3B、圖4A至4C、圖5A和5B、圖6A至6C、圖7A至7D、圖8A至8D、圖9A和9B、圖10A至10D、圖11A至11C、圖12A和12B、圖13A至13D、圖14A和14B、圖15A至15D、圖16A至16D、圖17A至17F、圖18A至18F、以及圖19A至19F說明本發(fā)明的一個方式的半導體裝置。

〈半導體裝置的結(jié)構(gòu)實例1〉

圖1A是作為本發(fā)明的一個方式的半導體裝置的晶體管100的俯視圖，圖1B相當于沿著圖1A所示的點劃線X1-X2的切斷面的截面圖，圖1C相當于沿著圖1A所示的點劃線Y1-Y2的切斷面的截面圖。注意，在圖1A中，為了方便起見，省略晶體管100的構(gòu)成要素的一部分(用作柵極絕緣膜的絕緣膜等)。此外，有時將點劃線X1-X2方向稱為溝道長度方向，將點劃線Y1-Y2方向稱為溝道寬度方向。注意，有時在后面的晶體管的俯視圖中也與圖1A同樣地省略構(gòu)成要素的一部分。

晶體管100包括：襯底102上的用作柵電極的導電膜104；襯底102及導電膜104上的絕緣膜106；絕緣膜106上的絕緣膜107；絕緣膜107上的氧化物半導體膜108；以及與氧化物半導體膜108電連接的用作源電極及漏電極的導電膜112a、112b。另外，在晶體管100上，詳細地說，在導電膜112a、112b及氧化物半導體膜108上設置有絕緣膜114、116，并且在絕緣膜116上設置有保護膜117。另外，如圖1B和1C所示那樣，也可以采用在保護膜117上設置絕緣膜118的結(jié)構(gòu)。

另外，有時將絕緣膜106及絕緣膜107統(tǒng)稱為第一絕緣膜，該第一絕緣膜具有晶體管100的柵極絕緣膜的功能。另外，有時將絕緣膜114及絕緣膜116統(tǒng)稱為第二絕緣膜，該第二絕緣膜包含氧并具有對氧化物半導體膜108供應氧的功能。另外，絕緣膜118具有抑制雜質(zhì)侵入到晶體管100中的保護絕緣膜的功能。

當在晶體管100所具有的氧化物半導體膜108中形成有氧空位時，產(chǎn)生作為載流子的電子，由此晶體管容易成為常開啟特性。由此，為了獲得穩(wěn)定的晶體管特性，減少氧化物半導體膜108中的氧空位是重要的。本發(fā)明的一個方式的晶體管的結(jié)構(gòu)特征在于：通過對氧化物半導體膜108上的絕緣膜，在此，氧化物半導體膜108上的絕緣膜114引入過剩氧，使氧從絕緣膜114移到氧化物半導體膜108中，來填補氧化物半導體膜108中的氧空位。此外，通過對氧化物半導體膜108上的絕緣膜116引入過剩氧，使氧從絕緣膜116經(jīng)過絕緣膜114移到氧化物半導體膜108中，來填補氧化物半導體膜108中的氧空位。此外，晶體管的結(jié)構(gòu)特征在于：通過對氧化物半導體膜108上的絕緣膜114及絕緣膜116引入過剩氧，使氧從絕緣膜114及絕緣膜116移到氧化物半導體膜108中，來填補氧化物半導體膜108中的氧空位。

另外，絕緣膜114、116更優(yōu)選分別具有含有超過化學計量組成的氧的區(qū)域(氧過剩區(qū)域)。換句話說，絕緣膜114、116分別是一種能夠釋放氧的絕緣膜。此外，為了在絕緣膜114、116中分別設置氧過剩區(qū)域，例如，通過對沉積后的絕緣膜114、116經(jīng)過保護膜117引入氧形成氧過剩區(qū)域。作為氧的引入方法，可以使用離子注入法、離子摻雜法、等離子體浸沒式離子注入法、等離子體處理等。

另外，絕緣膜114、116中的氧被釋放，由于進行加熱處理而擴散到氧化物半導體膜108中。例如，可以利用熱脫附譜分析法(TDS：Thermal Desorption Spectroscopy)測量絕緣膜114、116中的氧分子的釋放量。

另一方面，絕緣膜114、116所包含的氧被釋放，有時在晶體管100的制造工序中的加熱處理時擴散到外部而不能有利地移動到氧化物半導體膜108中。但是，在本發(fā)明的一個方式的半導體裝置中，在晶體管100上方，具體而言，在絕緣膜116上設置有保護膜117。保護膜117具有在引入氧時使氧透過且在進行加熱處理時抑制氧的釋放的功能。具體而言，保護膜117包含用于氧化物半導體膜108的金屬元素中的至少一個。

如上所述那樣，通過在氧化物半導體膜108上設置絕緣膜114、116，可以使絕緣膜114、116中的氧移動到氧化物半導體膜108中，來填補形成在氧化物半導體膜108中的氧空位。另外，通過在絕緣膜116上設置具有抑制氧的釋放的功能的保護膜117，可以抑制在晶體管100的制造工序中的加熱處理時絕緣膜114、116中的氧被釋放并擴散到外部。因此，可以有利地填補氧化物半導體膜108中的氧空位，由此可以提供可靠性得到提高的半導體裝置。

下面，對本實施方式的半導體裝置所包括的其他構(gòu)成要素進行詳細的說明。

〈襯底〉

對襯底102的材料的特性等沒有特別的限制，只要該材料具有能夠承受至少后續(xù)的加熱處理的耐熱性即可。例如，作為襯底102，可以使用玻璃襯底、陶瓷襯底、石英襯底、藍寶石襯底等。另外，還可以使用以硅或碳化硅為材料的單晶半導體襯底或多晶半導體襯底、以硅鍺等為材料的化合物半導體襯底、SOI(Silicon On Insulator：絕緣體上硅)襯底等用作襯底102。再者，也可以將設置有半導體元件的這些任何襯底可以用作襯底102。當作為襯底102使用玻璃襯底時，通過使用任何第6代(1500mm×1850mm)、第7代(1870mm×2200mm)、第8代(2200mm×2400mm)、第9代(2400mm×2800mm)、第10代(2950mm×3400mm)等尺寸的襯底。因而，可以制造大型顯示裝置。

作為襯底102，也可以使用柔性襯底，并且在柔性襯底上直接形成晶體管100?；蛘撸部梢栽谝r底102與晶體管100之間設置剝離層。剝離層可以在如下情況下使用，即在剝離層上制造半導體裝置的一部分或全部，然后將其從襯底102分離并轉(zhuǎn)置到其他襯底上的情況。此時，也可以將晶體管100轉(zhuǎn)置到耐熱性低的襯底或柔性襯底上。

〈導電膜〉

用作柵電極的導電膜104及用作源電極及漏電極的導電膜112a、112b都可以使用選自鉻(Cr)、銅(Cu)、鋁(Al)、金(Au)、銀(Ag)、鋅(Zn)、鉬(Mo)、鉭(Ta)、鈦(Ti)、鎢(W)、錳(Mn)、鎳(Ni)、鐵(Fe)、鈷(Co)中的金屬元素、以上述任何金屬元素為成分的合金或者組合上述任何金屬元素的合金等形成。

此外，導電膜104及導電膜112a、112b可以具有單層結(jié)構(gòu)或者兩層以上的疊層結(jié)構(gòu)。例如，可以舉出包含硅的鋁膜的單層結(jié)構(gòu)、在鋁膜上層疊鈦膜的兩層結(jié)構(gòu)、在氮化鈦膜上層疊鈦膜的兩層結(jié)構(gòu)、在氮化鈦膜上層疊鎢膜的兩層結(jié)構(gòu)、在氮化鉭膜或氮化鎢膜上層疊鎢膜的兩層結(jié)構(gòu)以及依次層疊鈦膜、鋁膜和鈦膜的三層結(jié)構(gòu)等。另外，還可以使用組合鋁與選自鈦、鉭、鎢、鉬、鉻、釹、鈧中的一種或多種而形成的合金膜或氮化物膜。

導電膜104及導電膜112a、112b也可以使用銦錫氧化物、包含氧化鎢的銦氧化物、包含氧化鎢的銦鋅氧化物、包含氧化鈦的銦氧化物、包含氧化鈦的銦錫氧化物、銦鋅氧化物、添加有氧化硅的銦錫氧化物等透光導電材料。

另外，作為導電膜104及導電膜112a、112b，也可以應用Cu-X合金膜(X為Mn、Ni、Cr、Fe、Co、Mo、Ta或Ti)。通過使用Cu-X合金膜，可以通過濕蝕刻工序進行加工，從而可以抑制制造成本。

<柵極絕緣膜>

作為用作晶體管100的柵極絕緣膜的絕緣膜106、107，可以分別使用通過等離子體增強化學氣相沉積(PECVD：Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition)法、濺射法等形成的包括氧化硅膜、氧氮化硅膜、氮氧化硅膜、氮化硅膜、氧化鋁膜、氧化鉿膜、氧化釔膜、氧化鋯膜、氧化鎵膜、氧化鉭膜、氧化鎂膜、氧化鑭膜、氧化鈰膜和氧化釹膜中的一種以上的絕緣層。注意，也可以使用選自上述材料中的單層或三層以上的絕緣膜，而不采用絕緣膜106、107的疊層結(jié)構(gòu)。

絕緣膜106具有抑制氧透過的阻擋膜的功能。例如，當對絕緣膜107、114、116及/或氧化物半導體膜108供應過剩氧時，絕緣膜106能夠抑制氧透過。

接觸于用作晶體管100的溝道區(qū)域的氧化物半導體膜108的絕緣膜107優(yōu)選為氧化物絕緣膜，更優(yōu)選包括包含超過化學計量組成的氧的區(qū)域(氧過剩區(qū)域)。換言之，絕緣膜107是能夠釋放氧的絕緣膜。為了在絕緣膜107中設置氧過剩區(qū)域，例如在氧氣氛下形成絕緣膜107即可?；蛘撸部梢詫Τ练e后的絕緣膜107引入氧形成氧過剩區(qū)域。作為氧的引入方法，可以使用離子注入法、離子摻雜法、等離子體浸沒式離子注入法、等離子體處理等。

此外，當作為絕緣膜107使用氧化鉿時發(fā)揮如下效果。氧化鉿的介電常數(shù)比氧化硅或氧氮化硅高。因此，可以使厚度比氧化硅大，由此，可以減少隧道電流引起的泄漏電流。也就是說，可以實現(xiàn)關(guān)態(tài)電流(off-state current)小的晶體管。再者，與包括非晶結(jié)構(gòu)的氧化鉿相比，包括結(jié)晶結(jié)構(gòu)的氧化鉿具有的介電常數(shù)高。因此，為了形成關(guān)態(tài)電流小的晶體管，優(yōu)選使用包括結(jié)晶結(jié)構(gòu)的氧化鉿。作為結(jié)晶結(jié)構(gòu)的一個例子，可以舉出單斜晶系或立方晶系等。注意，本發(fā)明的一個方式不局限于此。

注意，在本實施方式中，作為絕緣膜106形成氮化硅膜，作為絕緣膜107形成氧化硅膜。與氧化硅膜相比，氮化硅膜的介電常數(shù)較高且為了得到與氧化硅膜相等的電容需要的厚度較大，因此，通過使晶體管100的柵極絕緣膜包括氮化硅膜，可以增加絕緣膜的物理厚度。因此，可以通過抑制晶體管100的絕緣耐壓的下降并提高絕緣耐壓來減少晶體管100的靜電放電破壞。

<氧化物半導體膜>

氧化物半導體膜108具有In、Zn及M(M表示Ti、Ga、Y、Zr、Sn、La、Ce、Nd或Hf)。作為氧化物半導體膜108，典型地可以使用In-Ga氧化物、In-Zn氧化物、或In-M-Zn氧化物。尤其是，作為氧化物半導體膜108，優(yōu)選使用In-M-Zn氧化物。

當氧化物半導體膜108為In-M-Zn氧化物時，用來形成In-M-Zn氧化物的濺射靶材的金屬元素的原子個數(shù)比優(yōu)選滿足In≥M及Zn≥M。這種濺射靶材的金屬元素的原子個數(shù)比優(yōu)選為In：M：Zn＝1：1：1、In：M：Zn＝1：1：1.2、In：M：Zn＝3：1：2、In：M：Zn＝4：2：4.1。另外，當氧化物半導體膜108為In-M-Zn氧化物時，作為濺射靶材優(yōu)選使用包含多晶的In-M-Zn氧化物的靶材。通過使用包含多晶的In-M-Zn氧化物的靶材，容易形成具有結(jié)晶性的氧化物半導體膜108。注意，所形成的氧化物半導體膜108中的金屬元素的原子個數(shù)比分別包含上述濺射靶材中的金屬元素的原子個數(shù)比的±40％的范圍內(nèi)的誤差。

另外，在氧化物半導體膜108為In-M-Zn氧化物的情況下，除了Zn及O之外的In和M的原子百分比優(yōu)選為：In的原子百分比為25原子％以上，M的原子百分比低于75原子％，更優(yōu)選為：In的原子百分比為34原子％以上，M的原子百分比低于66原子％。

氧化物半導體膜108的能隙為2eV以上，優(yōu)選為2.5eV以上，更優(yōu)選為3eV以上。如此，通過使用能隙較寬的氧化物半導體，可以降低晶體管100的關(guān)態(tài)電流。

氧化物半導體膜108的厚度為3nm以上且200nm以下，優(yōu)選為3nm以上且100nm以下，更優(yōu)選為3nm以上且50nm以下。

作為氧化物半導體膜108使用載流子密度較低的氧化物半導體膜。例如，用作氧化物半導體膜108的氧化物半導體膜的載流子密度低于8×10¹¹/cm³，優(yōu)選低于1×10¹¹/cm³，更優(yōu)選低于1×10¹⁰/cm³，且為1×10^-9/cm³以上。

本發(fā)明不局限于上述記載的組成和材料，可以根據(jù)所需的晶體管的半導體特性及電特性(場效應遷移率、閾值電壓等)來使用具有適當?shù)慕M成的材料。另外，優(yōu)選適當?shù)卦O定氧化物半導體膜108的載流子密度、雜質(zhì)濃度、缺陷密度、金屬元素與氧的原子個數(shù)比、原子間距離、密度等，以得到所需的晶體管的半導體特性。

注意，優(yōu)選的是，通過作為氧化物半導體膜108使用雜質(zhì)濃度低且缺陷態(tài)密度低的氧化物半導體膜，晶體管可以具有更優(yōu)良的電特性。這里，將雜質(zhì)濃度低且缺陷態(tài)密度低(氧空位的量少)的狀態(tài)稱為“高純度本征”或“實質(zhì)上高純度本征”。因為高純度本征或?qū)嵸|(zhì)上高純度本征的氧化物半導體膜的載流子發(fā)生源較少，所以可以具有低載流子密度。因此，在該氧化物半導體膜中形成有溝道區(qū)域的晶體管很少具有負閾值電壓的電特性(很少具有常開啟特性)。因為高純度本征或?qū)嵸|(zhì)上高純度本征的氧化物半導體膜具有較低的缺陷態(tài)密度，所以有可能具有較少的載流子陷阱。此外，高純度本征或?qū)嵸|(zhì)上高純度本征的氧化物半導體膜具有顯著低的關(guān)態(tài)電流，即便元件具有1×10⁶μm的溝道寬度W和10μm的溝道長度L，當源電極與漏電極間的電壓(漏電壓)在1V至10V的范圍時，關(guān)態(tài)電流也可以半導體參數(shù)分析儀的測定極限以下，即1×10^-13A以下。

因此，在上述高純度本征或?qū)嵸|(zhì)上高純度本征的氧化物半導體膜中形成有溝道區(qū)域的晶體管可以是電特性變動小且可靠性高的晶體管。此外，被氧化物半導體膜的陷阱能級俘獲的電荷被釋放需要較長的時間，有時像固定電荷那樣動作。因此，有時在陷阱態(tài)密度高的氧化物半導體膜中形成有溝道區(qū)域的晶體管的電特性不穩(wěn)定。作為雜質(zhì)有氫、氮、堿金屬及堿土金屬等。

包含在氧化物半導體膜中的氫與鍵合于金屬原子的氧起反應生成水，與此同時在發(fā)生氧脫離的晶格(或氧脫離的部分)中形成氧空位。由于氫進入該氧空位而有時生成作為載流子的電子。另外，有時由于氫的一部分與鍵合于金屬原子的氧鍵合，產(chǎn)生作為載流子的電子。因此，使用包含氫的氧化物半導體膜的晶體管容易具有常開啟特性。由此，優(yōu)選盡可能減少氧化物半導體膜108中的氫。具體而言，在氧化物半導體膜108中，利用SIMS(二次離子質(zhì)譜分析法：Secondary Ion Mass Spectrometry)測得的氫濃度為2×10²⁰atoms/cm³以下，優(yōu)選為5×10¹⁹atoms/cm³以下，更優(yōu)選為1×10¹⁹atoms/cm³以下，更優(yōu)選為5×10¹⁸atoms/cm³以下，更優(yōu)選為1×10¹⁸atoms/cm³以下，更優(yōu)選為5×10¹⁷atoms/cm³以下，更優(yōu)選為1×10¹⁶atoms/cm³以下。

當氧化物半導體膜108包含屬于第14族元素之一的硅或碳時，在氧化物半導體膜108中氧空位增加，使得氧化物半導體膜108被n型化。因此，氧化物半導體膜108中的硅或碳的濃度(利用SIMS分析測得的濃度)或與氧化物半導體膜108之間的界面附近的硅或碳的濃度(利用SIMS分析測得的濃度)為2×10¹⁸atoms/cm³以下，優(yōu)選為2×10¹⁷atoms/cm³以下。

另外，在氧化物半導體膜108中，利用SIMS分析測得的堿金屬或堿土金屬的濃度為1×10¹⁸atoms/cm³以下，優(yōu)選為2×10¹⁶atoms/cm³以下。當堿金屬及堿土金屬與氧化物半導體鍵合時有時生成載流子而使晶體管的關(guān)態(tài)電流增大。由此，優(yōu)選降低氧化物半導體膜108的堿金屬或堿土金屬的濃度。

當在氧化物半導體膜108中含有氮時，生成作為載流子的電子，載流子密度增加，使得氧化物半導體膜108容易被n型化。其結(jié)果是，使用含有氮的氧化物半導體膜的晶體管容易具有常開啟特性。因此，優(yōu)選盡可能地減少氧化物半導體膜中的氮，例如，利用SIMS分析測得的氮濃度優(yōu)選為5×10¹⁸atoms/cm³以下。

氧化物半導體膜108例如可以具有非單晶結(jié)構(gòu)。非單晶結(jié)構(gòu)例如包括下述CAAC-OS(C Axis Aligned Crystalline Oxide Semiconductor：c軸取向結(jié)晶氧化物半導體)、多晶結(jié)構(gòu)、微晶結(jié)構(gòu)或非晶結(jié)構(gòu)。在非單晶結(jié)構(gòu)中，非晶結(jié)構(gòu)的缺陷態(tài)密度最高，而CAAC-OS的缺陷態(tài)密度最低。

氧化物半導體膜108例如也可以具有非晶結(jié)構(gòu)。非晶結(jié)構(gòu)的氧化物半導體膜例如具有無秩序的原子排列且不具有結(jié)晶成分?；蛘?，非晶結(jié)構(gòu)的氧化物膜例如完全地具有非晶結(jié)構(gòu)，而不具有結(jié)晶部。

另外，氧化物半導體膜108也可以為具有非晶結(jié)構(gòu)的區(qū)域、微晶結(jié)構(gòu)的區(qū)域、多晶結(jié)構(gòu)的區(qū)域、CAAC-OS的區(qū)域和單晶結(jié)構(gòu)的區(qū)域中的兩種以上的混合膜。例如混合膜有時具有單層結(jié)構(gòu)，其中包括非晶結(jié)構(gòu)的區(qū)域、微晶結(jié)構(gòu)的區(qū)域、多晶結(jié)構(gòu)的區(qū)域、CAAC-OS的區(qū)域和單晶結(jié)構(gòu)的區(qū)域中的兩種以上的區(qū)域。另外，混合膜有時具有非晶結(jié)構(gòu)的區(qū)域、微晶結(jié)構(gòu)的區(qū)域、多晶結(jié)構(gòu)的區(qū)域、CAAC-OS的區(qū)域和單晶結(jié)構(gòu)的區(qū)域中的兩種以上的區(qū)域的疊層結(jié)構(gòu)。

<絕緣膜>

絕緣膜114、116都具有對氧化物半導體膜108供應氧的功能。絕緣膜118具有晶體管100的保護絕緣膜的功能。絕緣膜114、116包含氧。絕緣膜114是能夠使氧透過的絕緣膜。注意，絕緣膜114還用作在后面形成絕緣膜116時緩和對氧化物半導體膜108造成的損傷的膜。

作為絕緣膜114，可以使用厚度為5nm以上且150nm以下，優(yōu)選為5nm以上且50nm以下的氧化硅膜、氧氮化硅膜等。

此外，優(yōu)選使絕緣膜114中的缺陷量較少，典型的是，通過ESR(Electron Spin Resonance：電子自旋共振)測量的起因于硅的懸空鍵的g＝2.001處呈現(xiàn)的信號的自旋密度優(yōu)選為3×10¹⁷自旋/cm³以下。這是因為若絕緣膜114的缺陷密度高，氧則與該缺陷鍵合，而使絕緣膜114中的氧透過量減少。

注意，有時從外部進入絕緣膜114的氧不是全部移動到絕緣膜114的外部，而是其一部分殘留在絕緣膜114的內(nèi)部。另外，有時以氧進入絕緣膜114而在絕緣膜114中含有的氧移動到絕緣膜114的外部的方式在絕緣膜114中發(fā)生氧的移動。在形成能夠使氧透過的氧化物絕緣膜作為絕緣膜114時，可以使從設置在絕緣膜114上的絕緣膜116脫離的氧經(jīng)由絕緣膜114移動到氧化物半導體膜108。

絕緣膜114可以使用因在氧化物半導體膜的價帶頂?shù)哪芰?E_{v_os})和導帶底的能量(E_{c_os})之間的氮氧化物而態(tài)密度低的氧化物絕緣膜來形成。作為因在E_{v_os}和E_{c_os}之間的氮氧化物而態(tài)密度低的氧化物絕緣膜，可以使用氮氧化物的釋放量少的氧氮化硅膜或氮氧化物的釋放量少的氧氮化鋁膜等。

此外，在熱脫附譜分析中，氮氧化物的釋放量少的氧氮化硅膜是氨釋放量比氮氧化物的釋放量多的膜，典型的是氨釋放量為1×10¹⁸個/cm³以上且5×10¹⁹個/cm³以下。注意，該氨釋放量為在進行膜表面溫度為50℃以上且650℃以下，優(yōu)選為50℃以上且550℃以下的加熱處理時的釋放量。

氮氧化物(NO_x，x為0以上且2以下，優(yōu)選為1以上且2以下)，典型的是NO₂或NO，在絕緣膜114等中形成能級。該能級位于氧化物半導體膜108的能隙中。由此，當?shù)趸锉会尫挪U散到絕緣膜114與氧化物半導體膜108的界面時，有時該能級在絕緣膜114一側(cè)俘獲電子。其結(jié)果，被俘獲的電子留在絕緣膜114與氧化物半導體膜108的界面附近，由此使晶體管的閾值電壓向正方向漂移。

另外，當進行加熱處理時，氮氧化物與氨及氧起反應。當進行加熱處理時，絕緣膜114所包含的氮氧化物與絕緣膜116所包含的氨起反應，由此絕緣膜114所包含的氮氧化物減少。因此，在絕緣膜114與氧化物半導體膜108之間的界面處不容易俘獲電子。

絕緣膜114可以使用因氮氧化物而態(tài)密度低的氧化物絕緣膜而形成。注意，歸因該氮氧化物的態(tài)密度有時可能會形成在氧化物半導體膜的價帶頂?shù)哪芰?E_{v_os})和氧化物半導體膜的導帶底的能量(E_{c_os})之間。通過使用這種氧化物絕緣膜，可以降低晶體管的閾值電壓的漂移，從而可以降低晶體管的電特性的變動。

通過進行晶體管的制造工序的加熱處理，典型的是300℃以上且低于襯底的應變點的加熱處理，在對絕緣膜114利用100K以下的ESR測得的光譜中，觀察到g值為2.037以上且2.039以下的第一信號、g值為2.001以上且2.003以下的第二信號以及g值為1.964以上且1.966以下的第三信號。在X帶的ESR測定中，第一信號與第二信號之間的分割寬度(split width)及第二信號與第三信號之間的分割寬度大約為5mT。另外，g值為2.037以上且2.039以下的第一信號、g值為2.001以上且2.003以下的第二信號以及g值為1.964以上且1.966以下的第三信號的自旋密度的總和低于1×10¹⁸spins/cm³，典型為1×10¹⁷spins/cm³以上且低于1×10¹⁸spins/cm³。

在100K以下的ESR譜中，g值為2.037以上且2.039以下的第一信號、g值為2.001以上且2.003以下的第二信號以及g值為1.964以上且1.966以下的第三信號相當于起因于氮氧化物(NO_x，x為0以上且2以下，優(yōu)選為1以上且2以下)的信號。氮氧化物的典型例子包括一氧化氮、二氧化氮。就是說，g值為2.037以上且2.039以下的第一信號、g值為2.001以上且2.003以下的第二信號以及g值為1.964以上且1.966以下的第三信號的自旋密度的總數(shù)越少，氧化物絕緣膜中的氮氧化物含量越少。

另外，對因E_{v_os}與E_{c_os}之間的氮氧化物而態(tài)密度低的氧化物絕緣膜利用SIMS測得的氮濃度為6×10²⁰atoms/cm³以下。

通過在襯底溫度為220℃以上、280℃以上或350℃以上的情況下利用使用硅烷及一氧化二氮的PECVD法形成E_{v_os}與E_{c_os}之間的氮氧化物的態(tài)密度低的氧化物絕緣膜，可以形成致密且硬度高的膜。

絕緣膜116使用其氧含量超過化學計量組成的氧化物絕緣膜形成。其氧含量超過化學計量組成的氧化物絕緣膜由于被加熱而其一部分的氧脫離。通過TDS測量，其氧含量超過化學計量組成的氧化物絕緣膜換算為氧原子的氧的脫離量為1.0×10¹⁹atoms/cm³以上，優(yōu)選為3.0×10²⁰atoms/cm³以上。注意，上述TDS測量時的膜的表面溫度優(yōu)選為100℃以上且700℃以下或100℃以上且500℃以下。

作為絕緣膜116可以使用厚度為30nm以上且500nm以下，優(yōu)選為50nm以上且400nm以下的氧化硅膜、氧氮化硅膜等。

此外，優(yōu)選使絕緣膜116中的缺陷量較少，典型的是，通過ESR測量的起因于硅的懸空鍵的g＝2.001處呈現(xiàn)的信號的自旋密度低于1.5×10¹⁸自旋/cm³，更優(yōu)選為1×10¹⁸自旋/cm³以下。由于絕緣膜116與絕緣膜114相比離氧化物半導體膜108更遠，所以絕緣膜116的缺陷密度也可以高于絕緣膜114。

另外，因為絕緣膜114、116可以使用相同種類材料形成，所以有時無法明確地確認到絕緣膜114與絕緣膜116之間的界面。因此，在本實施方式中，以虛線圖示出絕緣膜114與絕緣膜116之間的界面。注意，雖然在本實施方式中說明絕緣膜114與絕緣膜116的兩層結(jié)構(gòu)，但是本發(fā)明不局限于此，例如，也可以采用絕緣膜114的單層結(jié)構(gòu)。

絕緣膜118包含氮。另外，絕緣膜118包含氮及硅。此外，絕緣膜118具有能夠阻擋氧、氫、水、堿金屬、堿土金屬等的功能。通過設置絕緣膜118，能夠防止氧從氧化物半導體膜108釋放并擴散到外部，并且能夠防止絕緣膜114、116所包含的氧被釋放并擴散到外部，還能夠抑制氫、水等從外部侵入氧化物半導體膜108中。作為絕緣膜118，例如可以使用氮化物絕緣膜。作為該氮化物絕緣膜，有氮化硅、氮氧化硅、氮化鋁、氮氧化鋁等。另外，也可以設置對氧、氫、水等具有阻擋效果的氧化物絕緣膜代替對氧、氫、水、堿金屬、堿土金屬等具有阻擋效果的氮化物絕緣膜。作為對氧、氫、水等具有阻擋效果的氧化物絕緣膜，有氧化鋁膜、氧氮化鋁膜、氧化鎵膜、氧氮化鎵膜、氧化釔膜、氧氮化釔膜、氧化鉿膜、氧氮化鉿膜等。

<保護膜>

保護膜117包含用于氧化物半導體膜108的金屬元素中的至少一個。例如，在氧化物半導體膜108包含In、Zn及M(M表示Ti、Ga、Sn、Y、Zr、La、Ce、Nd或Hf)的情況下，保護膜117包含In、Zn、Ti、Ga、Sn、Y、Zr、La、Ce、Nd或Hf中的至少一個元素。尤其是，作為保護膜117優(yōu)選使用In-Sn氧化物、In-Zn氧化物、In-Ga氧化物、Zn氧化物、Al-Zn氧化物或In-Ga-Zn氧化物。

當作為氧化物半導體膜108使用In-Ga-Zn氧化物時，保護膜117優(yōu)選至少包含Ga。另外，當作為氧化物半導體膜108使用In-Ga-Zn氧化物時，保護膜117優(yōu)選至少包含Zn。另外，當作為氧化物半導體膜108使用In-Ga-Zn氧化物時，保護膜117優(yōu)選至少包含Ga和Zn。

當保護膜117的厚度薄時，抑制氧的釋放的功能可能降低。另一方面，當保護膜117的厚度厚時，在氧添加處理時氧不容易穿過保護膜117。因此，保護膜117的厚度為3nm以上且30nm以下，優(yōu)選為5nm以上且15nm以下。另外，保護膜117優(yōu)選具有結(jié)晶性。例如，當作為保護膜117使用In-Ga-Zn氧化物且該In-Ga-Zn氧化物是下面說明的CAAC-OS膜時，可以優(yōu)選地抑制添加到絕緣膜116中的氧的釋放。另外，保護膜117的電阻率優(yōu)選高。當保護膜117的電阻率低時，在保護膜117和導電膜112a、112b之間有時形成寄生電容。保護膜117的電阻率例如可以為10¹⁰Ωcm以上且低于10¹⁸Ωcm。

雖然上述所記載的導電膜、絕緣膜、保護膜及氧化物半導體膜等各種膜可以利用濺射法或PECVD法形成，但是也可以利用例如熱CVD(Thermaml Chemical Vapor Deposition：熱化學氣相沉積)法或ALD(Atomic Layer Deposition：原子層沉積)法形成。作為熱CVD法的例子，可以舉出MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition：金屬有機化學氣相沉積)法。

由于熱CVD法是不使用等離子體的成膜方法，因此具有不產(chǎn)生因等離子體損傷所引起的缺陷的優(yōu)點。

可以以如下方法進行利用熱CVD法的沉積：將源氣體及氧化劑同時供應到處理室內(nèi)，將處理室內(nèi)的壓力設定為大氣壓或減壓，使其在襯底附近或在襯底上發(fā)生反應。

另外，也可以以如下方法進行利用ALD法的沉積：將處理室內(nèi)的壓力設定為大氣壓或減壓，將用于反應的源氣體依次引入處理室，并且按該順序反復地引入氣體。例如，通過切換各開關(guān)閥(也稱為高速閥)來將兩種以上的源氣體依次供應到處理室內(nèi)。為了防止多種源氣體混合，例如，在引入第一源氣體的同時或之后引入惰性氣體(氬或氮等)等，然后引入第二源氣體。注意，當同時引入第一源氣體及惰性氣體時，惰性氣體被用作載氣，另外，可以在引入第二源氣體的同時引入惰性氣體。另外，也可以不引入惰性氣體而通過真空抽氣將第一源氣體排出，然后引入第二源氣體。第一源氣體附著到襯底表面形成第一層，之后引入的第二源氣體與該第一層起反應，由此第二層層疊在第一層上而形成薄膜。通過按該順序反復多次地引入氣體直到獲得所希望的厚度為止，可以形成臺階覆蓋性良好的薄膜。由于薄膜的厚度可以根據(jù)按順序反復引入氣體的次數(shù)來進行調(diào)節(jié)，因此，ALD法可以準確地調(diào)節(jié)厚度而適用于制造微型FET。

通過MOCVD法等熱CVD法可以形成上述導電膜、絕緣膜、氧化物半導體膜等各種膜，例如，當形成In-Ga-Zn-O膜時，使用三甲基銦、三甲基鎵及二甲基鋅。三甲基銦的化學式為In(CH₃)₃。三甲基鎵的化學式為Ga(CH₃)₃。另外，二甲基鋅的化學式為Zn(CH₃)₂。另外，不局限于上述組合，也可以使用三乙基鎵(化學式為Ga(C₂H₅)₃)代替三甲基鎵，并使用二乙基鋅(化學式為Zn(C₂H₅)₂)代替二甲基鋅。

例如，在使用利用ALD法的沉積裝置形成氧化鉿膜時，使用如下兩種氣體：通過使包含溶劑和鉿前體化合物的液體(鉿醇鹽、四二甲基酰胺鉿(TDMAH)等鉿酰胺)氣化而得到的源氣體；以及用作氧化劑的臭氧(O₃)。此外，四二甲基酰胺鉿的化學式為Hf[N(CH₃)₂]₄。另外，作為其它材料液有四(乙基甲基酰胺)鉿等。

例如，在使用利用ALD法的沉積裝置形成氧化鋁膜時，使用如下兩種氣體：用作氧化劑的H₂O；以及通過使包含溶劑和鋁前體化合物的液體(三甲基鋁(TMA)等)氣化而得到的源氣體。此外，三甲基鋁的化學式為Al(CH₃)₃。另外，作為其它材料液有三(二甲基酰胺)鋁、三異丁基鋁、三(2，2，6，6-四甲基-3，5-庚二酮)鋁。

例如，在使用利用ALD法的沉積裝置形成氧化硅膜時，使六氯乙硅烷附著在被成膜面上，去除附著物所包含的氯，供應氧化性氣體(O₂、一氧化二氮)的自由基使其與附著物起反應。

例如，在使用利用ALD法的沉積裝置形成鎢膜時，依次多次引入WF₆氣體和B₂H₆氣體形成初始鎢膜，然后依次多次引入WF₆氣體和H₂氣體形成鎢膜。注意，也可以使用SiH₄氣體代替B₂H₆氣體。

例如，在使用利用ALD法的沉積裝置形成氧化物半導體膜如In-Ga-ZnO膜時，連續(xù)地多次引入In(CH₃)₃氣體和O₃氣體形成In-O層，然后引入Ga(CH₃)₃氣體和O₃氣體形成GaO層，之后連續(xù)地多次引入Zn(CH₃)₂氣體和O₃氣體形成ZnO層。注意，這些層的順序不局限于上述例子。此外，也可以混合這些氣體來形成混合化合物層如In-Ga-O層、In-Zn-O層、Ga-Zn-O層等。注意，雖然也可以使用利用Ar等惰性氣體進行鼓泡而得到的H₂O氣體代替O₃氣體，但是優(yōu)選使用不包含H的O₃氣體。另外，也可以使用In(C₂H₅)₃氣體代替In(CH₃)₃氣體。也可以使用Ga(C₂H₅)₃氣體代替Ga(CH₃)₃氣體。也可以使用Zn(CH₃)₂氣體。

〈半導體裝置的結(jié)構(gòu)實例2〉

接著，參照圖2A至2C說明與圖1A至1C所示的晶體管100不同的結(jié)構(gòu)實例。另外，當表示具有與上面所說明的功能相同的功能的部分時有時使用相同的陰影線，而不特別附加附圖標記。

圖2A是作為本發(fā)明的一個方式的半導體裝置的晶體管150的俯視圖，圖2B相當于沿著圖2A所示的點劃線X1-X2的切斷面的截面圖，圖2C相當于沿著圖2A所示的點劃線Y1-Y2的切斷面的截面圖。

晶體管150包括：襯底102上的用作柵電極的導電膜104；襯底102及導電膜104上的絕緣膜106；絕緣膜106上的絕緣膜107；絕緣膜107上的氧化物半導體膜108；氧化物半導體膜108上的絕緣膜114；絕緣膜114上的絕緣膜116；以及通過設置在絕緣膜114及絕緣膜116中的開口部141a、141b與氧化物半導體膜108電連接的用作源電極及漏電極的導電膜112a、112b。另外，在晶體管150上，詳細地說，在導電膜112a、112b及絕緣膜116上設置有保護膜117。另外，如圖2B和2C所示那樣，也可以在保護膜117上設置絕緣膜118。

晶體管100采用溝道蝕刻型結(jié)構(gòu)，而圖2A、2B及2C所示的晶體管150采用溝道保護型結(jié)構(gòu)。如此，本發(fā)明的一個方式的半導體裝置可以采用溝道蝕刻型結(jié)構(gòu)及溝道保護型結(jié)構(gòu)中的任一個。

晶體管150與上面所示的晶體管100同樣地具有氧化物半導體膜108上的絕緣膜114、116，由此絕緣膜114、116所包含的氧可以填補氧化物半導體膜108中的氧空位。另外，通過在絕緣膜116上設置具有抑制氧的釋放的功能的保護膜117，可以抑制在晶體管150的制造工序中的加熱處理時絕緣膜114、116中的氧被釋放并擴散到外部。因此，可以適當?shù)靥钛a氧化物半導體膜108中的氧空位，可以提供可靠性得到提高的半導體裝置。

〈半導體裝置的結(jié)構(gòu)實例3〉

接著，參照圖3A和3B說明與圖2A至2C所示的晶體管150不同的結(jié)構(gòu)實例。另外，當表示具有與上面所說明的功能相同的功能的部分時有時使用相同的陰影線，而不特別附加附圖標記。

圖3A是晶體管150A的溝道長度方向的截面圖，圖3B是晶體管150A的溝道寬度方向的截面圖。注意，晶體管150A的俯視圖與圖2A所示的俯視圖相似，所以在此省略其記載。

圖3A和3B所示的晶體管150A包括：襯底102上的用作柵電極的導電膜104；襯底102及導電膜104上的絕緣膜106；絕緣膜106上的絕緣膜107；絕緣膜107上的氧化物半導體膜108；氧化物半導體膜108上的絕緣膜114；絕緣膜114上的絕緣膜116；絕緣膜116上的保護膜117；以及通過形成在絕緣膜114、絕緣膜116、保護膜117中的開口部141a、141b與氧化物半導體膜108電連接的用作源電極及漏電極的導電膜112a、112b。另外，如圖3A和3B所示那樣，也可以采用在晶體管150A上，詳細地說，在導電膜112a、112b及保護膜117上設置絕緣膜118的結(jié)構(gòu)。

晶體管150A在設置有保護膜117之處與圖2B及2C所示的晶體管150不同。其他結(jié)構(gòu)與晶體管150同樣，并且發(fā)揮同樣的效果。

〈半導體裝置的結(jié)構(gòu)實例4〉

接著，參照圖4A至4C說明與圖2A至2C所示的晶體管150不同的結(jié)構(gòu)實例。另外，當表示具有與上面所說明的功能相同的功能的部分時有時使用相同的陰影線，而不特別附加附圖標記。

圖4A是作為本發(fā)明的一個方式的半導體裝置的晶體管160的俯視圖，圖4B相當于沿著圖4A所示的點劃線X1-X2的切斷面的截面圖，圖4C相當于沿著圖4A所示的點劃線Y1-Y2的切斷面的截面圖。

晶體管160包括：襯底102上的用作柵電極的導電膜104；襯底102及導電膜104上的絕緣膜106；絕緣膜106上的絕緣膜107；絕緣膜107上的氧化物半導體膜108；氧化物半導體膜108上的絕緣膜114；絕緣膜114上的絕緣膜116；以及與氧化物半導體膜108電連接的用作源電極及漏電極的導電膜112a、112b。另外，在晶體管160上，詳細地說，在導電膜112a、112b及絕緣膜116上設置有保護膜117。另外，如圖4B和4C所示那樣，也可以采用在晶體管160上，詳細地說，在導電膜112a、112b及保護膜117上設置絕緣膜118的結(jié)構(gòu)。

晶體管160與圖2A至2C所示的晶體管150的不同之處在于絕緣膜114、116的形狀。具體而言，晶體管160的絕緣膜114、116以島狀設置在氧化物半導體膜108的溝道區(qū)域上。其他結(jié)構(gòu)與晶體管150同樣，并且發(fā)揮同樣的效果。

〈半導體裝置的結(jié)構(gòu)實例5〉

接著，參照圖5A及5B說明與圖4A至4C所示的晶體管160不同的結(jié)構(gòu)實例。另外，當表示具有與上面所說明的功能相同的功能的部分時有時使用相同的陰影線，而不特別附加附圖標記。

圖5A是晶體管160A的溝道長度方向的截面圖，圖5B是晶體管160A的溝道寬度方向的截面圖。注意，晶體管160A的俯視圖與圖4A所示的俯視圖相似，所以在此省略其記載。

晶體管160A包括：襯底102上的用作柵電極的導電膜104；襯底102及導電膜104上的絕緣膜106；絕緣膜106上的絕緣膜107；絕緣膜107上的氧化物半導體膜108；氧化物半導體膜108上的絕緣膜114；絕緣膜114上的絕緣膜116；絕緣膜116上的保護膜117；以及與氧化物半導體膜108電連接的用作源電極及漏電極的導電膜112a、112b。另外，如圖5A和5B所示那樣，也可以采用在晶體管160A上，詳細地說，在導電膜112a、112b及保護膜117上設置絕緣膜118的結(jié)構(gòu)。

晶體管160A在設置有保護膜117之處與圖4B和4C所示的晶體管160不同。其他結(jié)構(gòu)與晶體管160同樣，并且發(fā)揮同樣的效果。

〈半導體裝置的結(jié)構(gòu)實例6〉

接著，參照圖6A至6C說明與圖1A至1C所示的晶體管100不同的結(jié)構(gòu)實例。另外，當表示具有與上面所說明的功能相同的功能的部分時有時使用相同的陰影線，而不特別附加附圖標記。

圖6A是作為本發(fā)明的一個方式的半導體裝置的晶體管170的俯視圖，圖6B相當于沿著圖6A所示的點劃線X1-X2的切斷面的截面圖，圖6C相當于沿著圖6A所示的點劃線Y1-Y2的切斷面的截面圖。

晶體管170包括：襯底102上的用作柵電極的導電膜104；襯底102及導電膜104上的絕緣膜106；絕緣膜106上的絕緣膜107；絕緣膜107上的氧化物半導體膜108；與氧化物半導體膜108電連接的用作源電極及漏電極的導電膜112a、112b；氧化物半導體膜108、導電膜112a、112b上的絕緣膜114；絕緣膜114上的絕緣膜116；絕緣膜116上的保護膜117；保護膜117上的絕緣膜118；以及絕緣膜118上的導電膜120a、120b。另外，導電膜120a通過形成在絕緣膜114、116、絕緣膜118、保護膜117中的開口部142c與導電膜112b連接。另外，導電膜120b形成在絕緣膜118上的與氧化物半導體膜108重疊的位置上。

在晶體管170中，絕緣膜114、116、118及保護膜117被用作晶體管170的第二柵極絕緣膜。在晶體管170中，導電膜120a例如具有用作用于顯示裝置的像素電極的功能。在晶體管170中，導電膜120b被用作第二柵電極(也稱為背柵電極)。

如圖6C所示，導電膜120b通過設置于絕緣膜106、107、114、116、118及保護膜117中的開口部142a、142b中連接于用作柵電極的導電膜104。因此，對導電膜120b和導電膜104施加相同的電位。

另外，在本實施方式中例示出設置開口部142a、142b使導電膜120b與導電膜104連接的結(jié)構(gòu)，但是本發(fā)明的有一個方式不局限于此。例如，也可以采用僅形成開口部142a和開口部142b中的任一個而使導電膜120b與導電膜104連接的結(jié)構(gòu)，或者，不設置開口部142a和開口部142b而不使導電膜120b與導電膜104連接的結(jié)構(gòu)。當不使導電膜120b與導電膜104連接時，可以對導電膜120b和導電膜104施加不同的電位。

如圖6B所示，氧化物半導體膜108位于與用作柵電極的導電膜104及用作第二柵電極的導電膜120b相對的位置，夾在兩個用作柵電極的導電膜之間。用作第二柵電極的導電膜120b的溝道長度方向的長度及溝道寬度方向的長度都大于氧化物半導體膜108的溝道長度方向的長度及溝道寬度方向的長度。導電膜120b隔著絕緣膜114、116、118及保護膜117覆蓋整個氧化物半導體膜108。此外，由于用作第二柵電極的導電膜120b與用作柵電極的導電膜104在設置于絕緣膜106、107、114、116、118及保護膜117中的開口部142a、142b中連接，所以氧化物半導體膜108的溝道寬度方向的側(cè)面隔著絕緣膜114、116、118及保護膜117與用作第二柵電極的導電膜120b相對。

換言之，在晶體管170的溝道寬度方向上，用作柵電極的導電膜104及用作第二柵電極的導電膜120b通過設置于用作柵極絕緣膜的絕緣膜106、107及用作第二柵極絕緣膜的絕緣膜114、116、118及保護膜117中的開口部連接，同時導電膜104及導電膜120b隔著用作柵極絕緣膜的絕緣膜106、107及用作第二柵極絕緣膜的絕緣膜114、116、118及保護膜117圍繞氧化物半導體膜108。

上述結(jié)構(gòu)能夠利用用作柵電極的導電膜104及用作第二柵電極的導電膜120b的電場電圍繞晶體管170所包括的氧化物半導體膜108。如晶體管170所示，可以將利用柵電極及第二柵電極的電場電圍繞形成有溝道區(qū)域的氧化物半導體膜的晶體管的裝置結(jié)構(gòu)稱為圍繞的溝道(s-溝道)結(jié)構(gòu)。

因為晶體管170具有s-溝道結(jié)構(gòu)，所以可以使用用作柵電極的導電膜104對氧化物半導體膜108有效地施加用來引起溝道的電場。由此，晶體管170的電流驅(qū)動能力得到提高，從而可以得到高的通態(tài)電流(on-state current)特性。此外，由于可以增加通態(tài)電流，所以可以使晶體管170的尺寸縮小。另外，由于晶體管170具有被用作柵電極的導電膜104及用作第二柵電極的導電膜120b圍繞的結(jié)構(gòu)，所以可以提高晶體管170的機械強度。

其他結(jié)構(gòu)與圖1A至1C所示的晶體管100同樣，并且發(fā)揮與晶體管100同樣的效果。

〈半導體裝置的結(jié)構(gòu)實例7〉

接著，參照圖7A至7D說明與圖6A至6C所示的晶體管170不同的結(jié)構(gòu)實例。另外，當表示具有與上面所說明的功能相同的功能的部分時有時使用相同的陰影線，而不特別附加附圖標記。

圖7A是晶體管170A的溝道長度方向的截面圖，圖7B是晶體管170A的溝道寬度方向的截面圖。圖7C是晶體管170B的溝道長度方向的截面圖，圖7D是晶體管170B的溝道寬度方向的截面圖。注意，晶體管170A及晶體管170B的俯視圖與圖6A所示的俯視圖相似，所以在此省略其記載。另外，當表示具有與上面所說明的功能相同的功能的部分時有時使用相同的陰影線，而不特別附加附圖標記。

圖7A和7B都是圖6B和6C所示的晶體管170的變形例的截面圖。圖7C和7D都是圖6B和6C所示的晶體管170的變形例的截面圖。

在圖7A和7B所示的晶體管170A中，在圖6B和6C所示的晶體管170上，具體地說，在絕緣膜118及導電膜120a、120b上設置有絕緣膜122的結(jié)構(gòu)。

可以使用與能夠用于絕緣膜118的材料相似的材料形成絕緣膜122。另外，以覆蓋導電膜120b且使導電膜120a的一部分露出的方式設置絕緣膜122，即可。通過設置絕緣膜122，可以保護導電膜120b，可以制造可靠性得到提高的半導體裝置。

圖7C和7D所示的晶體管170B與圖6B和6C所示的晶體管170的不同之處是絕緣膜114、116、118、保護膜117的層疊順序。另外，因為層疊順序不同，所以圖7C和7D中的絕緣膜114、116、118、保護膜117及導電膜120a、120b的形狀不同與圖6B和6C中的。

另外，如圖7C所示那樣，晶體管170B的絕緣膜116設置在導電膜112a、112b上。通過形成如圖7C所示的絕緣膜116的形狀，可以減少導電膜112a與導電膜120b之間的寄生電容、導電膜112b與導電膜120b之間的寄生電容。另外，因為在氧化物半導體膜108的溝道區(qū)域中不形成絕緣膜116，所以可以減薄第二柵極絕緣膜的膜厚度。

另外，晶體管170B的絕緣膜114設置在絕緣膜116及氧化物半導體膜108上。另外，保護膜117設置在絕緣膜114上。另外，絕緣膜118設置在保護膜117上。另外，導電膜120a、120b設置在絕緣膜118上。另外，絕緣膜114、保護膜117及絕緣膜118具有晶體管170B的第二柵極絕緣膜的功能。

晶體管170A及晶體管170B的其他結(jié)構(gòu)與晶體管170同樣，并且發(fā)揮與晶體管170同樣的效果。

〈半導體裝置的結(jié)構(gòu)實例8〉

接著，參照圖8A至8D說明與圖1A至1C所示的晶體管100不同的結(jié)構(gòu)實例。另外，當表示具有與上面所說明的功能相同的功能的部分時有時使用相同的陰影線，而不特別附加附圖標記。

圖8A和8B都是圖1B和1C所示的晶體管100的變形例的截面圖。圖8C和8D都是圖1B和1C所示的晶體管100的變形例的截面圖。

除了氧化物半導體膜108具有三層結(jié)構(gòu)之外，圖8A和8B所示的晶體管100C具有與圖1B和1C所示的晶體管100相同的結(jié)構(gòu)。更具體地說，晶體管100C所具有的氧化物半導體膜108具有氧化物半導體膜108a、氧化物半導體膜108b以及氧化物半導體膜108c。另外，除了氧化物半導體膜108具有兩層結(jié)構(gòu)之外，圖8C和8D所示的晶體管100D具有與圖1B和1C所示的晶體管100相同的結(jié)構(gòu)。更具體地說，晶體管100D所具有的氧化物半導體膜108具有氧化物半導體膜108b及氧化物半導體膜108c。

在此，參照圖9A和9B說明包括氧化物半導體膜108a、108b、108c、以及接觸于氧化物半導體膜108b、108c的絕緣膜的能帶結(jié)構(gòu)。

圖9A是包括絕緣膜107、氧化物半導體膜108a、108b、108c以及絕緣膜114的疊層的膜厚方向的能帶結(jié)構(gòu)的一個例子。另外，圖9B是包括絕緣膜107、氧化物半導體膜108b、108c以及絕緣膜114的疊層的膜厚方向的能帶結(jié)構(gòu)的一個例子。在能帶結(jié)構(gòu)中，為了容易理解，分別示出絕緣膜107、氧化物半導體膜108a、108b、108c及絕緣膜114的導帶底的能級(Ec)。

在圖9A的能帶圖中，使用氧化硅膜作為絕緣膜107、114，使用利用金屬元素的原子個數(shù)比為In：Ga：Zn＝1：3：2的金屬氧化物靶材而形成的氧化物半導體膜作為氧化物半導體膜108a，使用利用金屬元素的原子個數(shù)比為In：Ga：Zn＝1：1：1的金屬氧化物靶材而形成的氧化物半導體膜作為氧化物半導體膜108b，使用利用金屬元素的原子個數(shù)比為In：Ga：Zn＝1：3：2的金屬氧化物靶材而形成的氧化物半導體膜作為氧化物半導體膜108c。

在圖9B的能帶圖中，使用氧化硅膜作為絕緣膜107、114，使用利用金屬元素的原子個數(shù)比為In：Ga：Zn＝1：1：1的金屬氧化物靶材而形成的氧化物半導體膜作為氧化物半導體膜108b，使用利用金屬元素的原子個數(shù)比為In：Ga：Zn＝1：3：2的金屬氧化物靶材而形成的金屬氧化膜作為氧化物半導體膜108c。

如圖9A和9B所示，在氧化物半導體膜108a與氧化物半導體膜108b之間及氧化物半導體膜108b與氧化物半導體膜108c之間，導帶底的能級平緩地變化。也可以說導帶底的能級連續(xù)地變化或連續(xù)接合。為了實現(xiàn)這樣的能帶結(jié)構(gòu)，優(yōu)選不使在氧化物半導體膜108a與氧化物半導體膜108b之間的界面或在氧化物半導體膜108b與氧化物半導體膜108c之間的界面存在雜質(zhì)，該雜質(zhì)會形成對氧化物半導體成為陷阱中心或復合中心等缺陷能級。

為了在氧化物半導體膜108a與氧化物半導體膜108b之間及氧化物半導體膜108b與氧化物半導體膜108c之間形成連續(xù)接合，需要使用具備裝載閉鎖室的多室沉積裝置(濺射裝置)以使各膜不暴露于大氣中的方式連續(xù)地層疊。

通過采用圖9A和9B所示的結(jié)構(gòu)，氧化物半導體膜108b成為阱(well)，在使用上述疊層結(jié)構(gòu)的晶體管中溝道區(qū)域形成在氧化物半導體膜108b中。

另外，通過設置氧化物半導體膜108a及/或氧化物半導體膜108c，可以使氧化物半導體膜108b與陷阱能級遠離。

另外，有時與用作溝道區(qū)域的氧化物半導體膜108b的導帶底能級(Ec)相比，陷阱能級離真空能級更遠，而在陷阱能級中容易積累電子。當電子積累在陷阱能級中時，電子成為負固定電荷，導致晶體管的閾值電壓漂移到正方向。因此，優(yōu)選采用陷阱能級比氧化物半導體膜108b的導帶底能級(Ec)接近于真空能級。上述結(jié)構(gòu)抑制在陷阱能級中的電子的積累。其結(jié)果，能夠增大晶體管的通態(tài)電流及場效應遷移率。

在圖9A和9B中，作為氧化物半導體膜108a、108c，與氧化物半導體膜108b相比，導帶底能級較接近于真空能級，典型的是，氧化物半導體膜108b的導帶底能級和氧化物半導體膜108a、108c的導帶底能級之間的差值為0.15eV以上或0.5eV以上，且2eV以下或1eV以下。換言之，氧化物半導體膜108a、108c的電子親和勢與氧化物半導體膜108b的電子親和勢之間的差值為0.15eV以上或0.5eV以上，且2eV以下或1eV以下。

通過具有上述結(jié)構(gòu)，氧化物半導體膜108b成為電流的主要的路徑并被用作溝道區(qū)域。由于氧化物半導體膜108a、108c都是包含構(gòu)成形成有溝道區(qū)域的氧化物半導體膜108b的金屬元素中的一種以上的氧化物半導體膜，所以在氧化物半導體膜108a與氧化物半導體膜108b之間的界面或在氧化物半導體膜108b與氧化物半導體膜108c之間的界面不容易產(chǎn)生界面散射。由此，由于在該界面中載流子的移動不被阻礙，因此晶體管的場效應遷移率得到提高。

另外，為了防止氧化物半導體膜108a、108c被用作溝道區(qū)域的一部分，氧化物半導體膜108a、108c使用導電率夠低的材料?；蛘?，氧化物半導體膜108a、108c使用其電子親和勢(真空能級與導帶底能級之差)小于氧化物半導體膜108b且其導帶底能級與氧化物半導體膜108b的導帶底能級有差異(能帶偏移)的材料。另外，為了抑制起因于漏極電壓值的閾值電壓之間之差的產(chǎn)生，優(yōu)選使用其導帶底能級比氧化物半導體膜108b的導帶底能級更接近于真空能級0.2eV以上，優(yōu)選為0.5eV以上的材料形成的氧化物半導體膜108a、108c。

在氧化物半導體膜108a、108c中優(yōu)選不包含尖晶石型結(jié)晶結(jié)構(gòu)。這是因為在氧化物半導體膜108a、108c中包含尖晶石型結(jié)晶結(jié)構(gòu)時，導電膜112a、112b的構(gòu)成元素有時會經(jīng)過該尖晶石型結(jié)晶結(jié)構(gòu)與其他區(qū)域之間的界面被釋放并擴散到氧化物半導體膜108b中。注意，在氧化物半導體膜108a、108c為后述的CAAC-OS的情況下，阻擋導電膜112a、112b的構(gòu)成元素如銅的特性得到提高，所以是優(yōu)選的。

氧化物半導體膜108a、108c的厚度為大于或等于能夠抑制導電膜112a、112b的構(gòu)成元素被釋放并擴散到氧化物半導體膜108b的厚度且小于從絕緣膜114向氧化物半導體膜108b的氧的供應被抑制的厚度。例如，當氧化物半導體膜108a、108c的厚度為10nm以上時，能夠抑制導電膜112a、112b的構(gòu)成元素被釋放并擴散到氧化物半導體膜108b。另外，當氧化物半導體膜108a、108c的厚度為100nm以下時，能夠高效地從絕緣膜114、116向氧化物半導體膜108b供應氧。

在將In-M-Zn氧化物用于氧化物半導體膜108a、108c的情況下，通過作為元素M以高于In的原子個數(shù)比包含Ti、Ga、Sn、Y、Zr、La、Ce、Nd或Hf，氧化物半導體膜108a、108c的能隙會變大，電子親和勢會變小。因此，有時根據(jù)元素M的比率而可以控制氧化物半導體膜108a、108c與氧化物半導體膜108b的電子親和勢之差。另外，因為Ti、Ga、Sn、Y、Zr、La、Ce、Nd或Hf是與氧的鍵合力強的金屬元素，所以通過使這些元素的原子個數(shù)比高于In，不容易產(chǎn)生氧空位。

另外，在氧化物半導體膜108a、108c為In-M-Zn氧化物的情況下，除了Zn及O之外的In和M的原子百分比優(yōu)選為：In的原子百分比低于50原子％，M的原子百分比為50原子％以上，更優(yōu)選為：In的原子百分比低于25原子％，M的原子百分比為75原子％以上。另外，作為氧化物半導體膜108a、108c，也可以使用氧化鎵膜。

另外，當氧化物半導體膜108a、108b、108c為In-M-Zn氧化物時，氧化物半導體膜108a、108c所含的M的原子個數(shù)比大于氧化物半導體膜108b所含的M的原子個數(shù)比，典型的是，氧化物半導體膜108a、108c所含的M的原子個數(shù)比為氧化物半導體膜108b所含的M的原子個數(shù)比的1.5倍以上，優(yōu)選為2倍以上，更優(yōu)選為3倍以上。

另外，在氧化物半導體膜108a、108b、108c為In-M-Zn氧化物，且氧化物半導體膜108b的原子個數(shù)比為In：M：Zn＝x₁：y₁：z₁，且氧化物半導體膜108a、108c的原子個數(shù)比為In：M：Zn＝x₂：y₂：z₂的情況下，y₂/x₂大于y₁/x₁，優(yōu)選為y₂/x₂為y₁/x₁的1.5倍以上。更優(yōu)選的是，y₂/x₂為y₁/x₁的2倍以上，進一步優(yōu)選的是y₂/x₂為y₁/x₁的3倍以上或4倍以上。此時，在氧化物半導體膜108b中，在y₁為x₁以上的情況下，包括氧化物半導體膜108b的晶體管具有穩(wěn)定的電特性，因此是優(yōu)選的。但是，在y₁為x₁的3倍以上的情況下，包括氧化物半導體膜108b的晶體管的場效應遷移率降低，因此，優(yōu)選y₁為小于x₁的3倍。

當氧化物半導體膜108b是In-M-Zn氧化物時，在用于沉積氧化物半導體膜108b的靶材的金屬元素的原子個數(shù)比為In：M：Zn＝x₁：y₁：z₁的情況下，x₁/y₁優(yōu)選為1/3以上且6以下，更優(yōu)選為1以上且6以下，z₁/y₁優(yōu)選為1/3以上且6以下，更優(yōu)選為1以上且6以下。注意，通過使z₁/y₁為1以上且6以下，容易形成用作氧化物半導體膜108b的后述CAAC-OS。作為靶材的金屬元素的原子個數(shù)比的典型例子，可以舉出In：M：Zn＝1：1：1、In：M：Zn＝1：1：1.2、In：M：Zn＝3：1：2等。

當氧化物半導體膜108a、108c都是In-M-Zn氧化物時，在用于沉積氧化物半導體膜108a、108c的靶材的金屬元素的原子個數(shù)比為In：M：Zn＝x₂：y₂：z₂的情況下，優(yōu)選x₂/y₂<x₁/y₁，z₂/y₂優(yōu)選為1/3以上且6以下，更優(yōu)選為1以上且6以下。另外，通過提高相對于銦的M的原子個數(shù)比，能夠擴大氧化物半導體膜108a、108c的能隙并減小其電子親和勢，由此y₂/x₂優(yōu)選為3以上或4以上。作為靶材的金屬元素的原子個數(shù)比的典型例子，可以舉出In：M：Zn＝1：3：2、In：M：Zn＝1：3：4、In：M：Zn＝1：3：5、In：M：Zn＝1：3：6、In：M：Zn＝1：4：2、In：M：Zn＝1：4：4、In：M：Zn＝1：4：5、In：M：Zn＝1：5：5等。

在氧化物半導體膜108a、108c都為In-M氧化物的情況下，當M不包含二價金屬原子(例如，鋅等)時，能夠形成不具有尖晶石型結(jié)晶結(jié)構(gòu)的氧化物半導體膜108a、108c。另外，作為氧化物半導體膜108a、108c，例如可以使用In-Ga氧化物膜。例如，通過濺射法并使用In-Ga金屬氧化物靶材(In：Ga＝7：93)，可以形成該In-Ga氧化物膜。另外，為了通過使用DC放電的濺射法沉積氧化物半導體膜108a、108c，在原子個數(shù)比為In：M＝x：y時，將y/(x+y)設定為0.96以下，優(yōu)選為0.95以下，例如為0.93。

另外，氧化物半導體膜108a、108b、108c的原子個數(shù)比作為誤差包括上述原子個數(shù)比的±40％的變動。

根據(jù)本實施方式的晶體管可以與上述各結(jié)構(gòu)自由地組合。

〈半導體裝置的制造方法1〉

接著，參照圖10A至10D、圖11A至11C、以及圖12A和12B詳細說明本發(fā)明的一個方式的半導體裝置的晶體管100的制造方法。圖10A至10D、圖11A至11C、以及圖12A和12B是說明半導體裝置的制造方法的截面圖。

構(gòu)成晶體管100的膜(絕緣膜、氧化物半導體膜、導電膜等)可以通過濺射法、化學氣相沉積(CVD)法、真空蒸鍍法、脈沖激光沉積(PLD)法、ALD(原子層沉積)法形成?；蛘撸梢酝ㄟ^涂敷法或印刷法形成。作為成膜方法的典型例子，有濺射法、等離子體增強化學氣相沉積(PECVD)法，但也可以使用熱CVD法。作為熱CVD法的例子，也可以舉出MOCVD(金屬有機化學氣相沉積)法。

以如下方法進行利用熱CVD法的沉積：將處理室內(nèi)的壓力設定為大氣壓或減壓，將源氣體及氧化劑同時供應到處理室內(nèi)，使其在襯底附近或在襯底上發(fā)生反應而沉積在襯底上。由于熱CVD法是不產(chǎn)生等離子體的成膜方法，因此具有不產(chǎn)生因等離子體損傷所引起的缺陷的優(yōu)點。

另外，以如下方法進行利用ALD法的沉積：將處理室內(nèi)的壓力設定為大氣壓或減壓，將用于反應的源氣體依次引入處理室，并且按該順序反復地引入氣體。例如，通過切換各開關(guān)閥(也稱為高速閥)來將兩種以上的源氣體依次供應到處理室內(nèi)。在該情況下，為了防止多種源氣體混合，在引入第一源氣體的同時或之后引入惰性氣體(氬或氮等)等，然后引入第二源氣體。注意，當同時引入第一源氣體及惰性氣體時，惰性氣體被用作載氣，另外，可以在引入第二源氣體的同時引入惰性氣體。另外，也可以不引入惰性氣體而通過真空抽氣將第一源氣體排出，然后引入第二源氣體。第一源氣體吸附到襯底表面形成第一單原子層，之后引入的第二源氣體與該第一單原子層起反應，由此第二單原子層層疊在第一單原子層上而形成薄膜。

通過按該順序反復多次地引入氣體直到獲得所希望的厚度為止，可以形成臺階覆蓋性良好的薄膜。由于薄膜的厚度可以根據(jù)按順序反復引入氣體的次數(shù)來進行調(diào)節(jié)，因此，ALD法可以準確地調(diào)節(jié)厚度而適用于制造微型晶體管。

首先，在襯底102上形成導電膜，通過光刻工序及蝕刻工序?qū)υ搶щ娔みM行加工，來形成用作柵電極的導電膜104。接著，在導電膜104上形成用作柵極絕緣膜的絕緣膜106、107(參照圖10A)。

用作柵電極的導電膜104可以通過濺射法、化學氣相沉積(CVD)法、真空蒸鍍法、脈沖激光沉積(PLD)法形成?；蛘?，可以通過涂敷法或印刷法形成。作為典型的沉積方法，有濺射法、等離子體化學氣相沉積(PECVD)法，也可以利用如上所說明的金屬有機化學氣相沉積(MOCVD)法等熱CVD法或原子層沉積(ALD)法。

在本實施方式中，作為襯底102使用玻璃襯底。作為用作柵電極的導電膜104，通過濺射法形成厚度為100nm的鎢膜。

通過濺射法、PECVD法、熱CVD法、真空蒸鍍法、PLD法等可以形成用作柵極絕緣膜的絕緣膜106、107。在本實施方式中，作為絕緣膜106，通過PECVD法形成厚度為400nm的氮化硅膜，作為絕緣膜107形成厚度為50nm的氧氮化硅膜。

作為絕緣膜106，可以采用氮化硅膜的疊層結(jié)構(gòu)。具體而言，作為絕緣膜106，可以采用第一氮化硅膜、第二氮化硅膜及第三氮化硅膜的三層結(jié)構(gòu)。該三層結(jié)構(gòu)的一個例子如下。

在如下條件下可以形成厚度為50nm的第一氮化硅膜：例如，作為源氣體使用流量為200sccm的硅烷、流量為2000sccm的氮以及流量為100sccm的氨氣體，向PE-CVD裝置的反應室內(nèi)供應該源氣體，將反應室內(nèi)的壓力控制為100Pa，使用27.12MHz的高頻電源供應2000W的功率。

在如下條件下可以形成厚度為300nm的第二氮化硅膜：作為源氣體使用流量為200sccm的硅烷、流量為2000sccm的氮以及流量為2000sccm的氨氣體，向PECVD裝置的反應室內(nèi)供應該源氣體，將反應室內(nèi)的壓力控制為100Pa，使用27.12MHz的高頻電源供應2000W的功率。

在如下條件下可以形成厚度為50nm的第三氮化硅膜：作為源氣體使用流量為200sccm的硅烷以及流量為5000sccm的氮，向PECVD裝置的反應室內(nèi)供應該源氣體，將反應室內(nèi)的壓力控制為100Pa，使用27.12MHz的高頻電源供應2000W的功率。

另外，可以將形成上述第一氮化硅膜、第二氮化硅膜及第三氮化硅膜時的襯底溫度設定為350℃。

例如，在作為導電膜104使用包含銅(Cu)的導電膜的情況下，通過作為絕緣膜106采用氮化硅膜的三層結(jié)構(gòu)，發(fā)揮如下效果。

第一氮化硅膜可以抑制銅(Cu)元素從導電膜104釋放并擴散。第二氮化硅膜具有釋放氫的功能，可以提高用作柵極絕緣膜的絕緣膜的耐壓。第三氮化硅膜是氫的釋放量少且可以抑制從第二氮化硅膜釋放的氫的擴散。

作為絕緣膜107，為了提高絕緣膜107與后面形成的氧化物半導體膜108的界面特性，優(yōu)選使用包含氧的絕緣膜形成。

接著，在絕緣膜107上形成氧化物半導體膜108(參照圖10B)。

在本實施方式中，利用使用In-Ga-Zn金屬氧化物靶材(In：Ga：Zn＝1：1：1.2(原子個數(shù)比))的濺射法形成氧化物半導體膜，通過光刻工序在該氧化物半導體膜上形成掩模，將該氧化物半導體膜加工為所希望的區(qū)域，來形成島狀的氧化物半導體膜108。

在形成氧化物半導體膜108之后也可以以150℃以上且低于襯底應變點，優(yōu)選以200℃以上且450℃以下，更優(yōu)選以300℃以上且450℃以下進行加熱処理。在此的加熱處理是氧化物半導體膜的高純度化處理之一，可以減少氧化物半導體膜108所包括的氫、水等。此外，以減少氫、水等為目的的加熱處理也可以在將氧化物半導體膜108加工為島狀之前進行。

對氧化物半導體膜108進行的加熱處理可以使用電爐、RTA裝置等。通過使用RTA裝置，可只在短時間內(nèi)在襯底的應變點以上的溫度下進行加熱處理。由此，可以縮短加熱處理時間。

對氧化物半導體膜108進行的加熱處理可以在氮、氧、超干燥空氣(含水量為20ppm以下，優(yōu)選為1ppm以下，更優(yōu)選為10ppb以下的空氣)或稀有氣體(氬、氦等)的氣氛下進行。上述氮、氧、超干燥空氣或稀有氣體優(yōu)選不含有氫、水等。此外，在氮或稀有氣體氣氛下進行加熱處理之后，可以在氧或超干燥空氣氣氛下進行加熱。其結(jié)果是，在可以使氧化物半導體膜中的氫、水等脫離的同時，可以將氧供應到氧化物半導體膜。其結(jié)果是，可以減少氧化物半導體膜中的氧空位量。

另外，在通過濺射法形成氧化物半導體膜108的情況下，作為濺射氣體，適當?shù)厥褂孟∮袣怏w(典型的是氬)、氧或稀有氣體和氧的混合氣體。此外，當采用稀有氣體和氧的混合氣體時，優(yōu)選增高相對于稀有氣體的氧氣體比例。另外，需要進行濺射氣體的高純度化。例如，作為濺射氣體的氧氣體或氬氣體，使用露點為-40℃以下，優(yōu)選為-80℃以下，更優(yōu)選為-100℃以下，進一步優(yōu)選為-120℃以下的高純度氣體，由此能夠盡可能地防止水分等混入氧化物半導體膜108。

另外，在通過濺射法形成氧化物半導體膜108的情況下，在濺射裝置的處理室中，優(yōu)選使用低溫泵等吸附式真空抽氣泵進行高真空抽氣(抽空到5×10^-7Pa至1×10^-4Pa左右)以盡可能地去除對氧化物半導體膜108來說是雜質(zhì)的水等。或者，優(yōu)選組合渦輪分子泵和冷阱來防止氣體的倒流，尤其是包含碳或氫的氣體從抽氣系統(tǒng)倒流到處理室內(nèi)。

接著，在絕緣膜107及氧化物半導體膜108上形成用作源電極及漏電極的導電膜112a、112b(參照圖10C)。

在本實施方式中，在下面步驟中形成導電膜112a、112b：通過濺射法形成厚度為50nm的鎢膜和厚度為400nm的鋁膜的疊層體，且在該疊層體上通過光刻工序形成掩模來將該疊層體加工為所希望的區(qū)域。雖然在本實施方式中導電膜112a、112b分別采用兩層結(jié)構(gòu)，但是本發(fā)明的一個方式不局限于此。例如，導電膜112a、112b都可以采用厚度為50nm的鎢膜、厚度為400nm的鋁膜以及厚度為100nm的鈦膜的三層結(jié)構(gòu)。

另外，也可以在形成導電膜112a、112b之后清潔氧化物半導體膜108的表面(背溝道一側(cè))。作為該清潔方法，例如，可以舉出使用磷酸等化學溶液進行清潔。通過使用磷酸等化學溶液進行清潔，可以去除附著于氧化物半導體膜108表面的雜質(zhì)(例如，包含在導電膜112a、112b中的元素等)。

在形成導電膜112a、112b時及/或在上述清潔工序中，有時凹部形成在氧化物半導體膜108的一部分中。

經(jīng)上述工序，形成晶體管100。

接著，在晶體管100上，具體地說，在晶體管100的氧化物半導體膜108及導電膜112a及112b上形成絕緣膜114及116(參照圖10D)。

優(yōu)選的是，在形成絕緣膜114之后，在不暴露于大氣的狀態(tài)下連續(xù)地形成絕緣膜116。在形成絕緣膜114之后，在不暴露于大氣的狀態(tài)下，調(diào)節(jié)源氣體的流量、壓力、高頻功率和襯底溫度中的一個以上以連續(xù)地形成絕緣膜116，由此可以在絕緣膜114與絕緣膜116之間的界面的來源于大氣成分的雜質(zhì)濃度降低并使包含于絕緣膜作為絕緣膜114及116中的氧移動到氧化物半導體膜108中，而可以減少氧化物半導體膜108的氧空位量。

例如，作為絕緣膜114，通過PECVD法可以形成氧氮化硅膜。此時，作為源氣體，優(yōu)選使用含有硅的沉積氣體及氧化性氣體。包含硅的沉積氣體的典型例子包括硅烷、乙硅烷、丙硅烷、氟化硅烷等。作為氧化性氣體，有一氧化二氮、二氧化氮等。另外，可以在如下條件下利用PECVD法形成包含氮且缺陷量少的絕緣膜114：相對于上述沉積氣體的氧化性氣體比例為大于20倍且小于100倍，優(yōu)選為40倍以上且80倍以下；并且處理室內(nèi)的壓力為低于100Pa，優(yōu)選為50Pa以下。

在本實施方式中，作為絕緣膜114，在如下條件下利用PECVD法形成氧氮化硅膜：保持襯底102的溫度為220℃；作為源氣體使用流量為50sccm的硅烷及流量為2000sccm的一氧化二氮；處理室內(nèi)的壓力為20Pa；并且供應到平行平板電極的高頻功率為13.56MHz下100W(功率密度為1.6×10^-2W/cm²)。

作為絕緣膜116，在如下條件下形成氧化硅膜或氧氮化硅膜：將安裝在PECVD裝置中的進行了真空抽氣的處理室內(nèi)的襯底的溫度保持為180℃以上且280℃以下，優(yōu)選為200℃以上且240℃以下，將源氣體導入處理室中的壓力設定為100Pa以上且250Pa以下，優(yōu)選設定為100Pa以上且200Pa以下，并對設置在處理室內(nèi)的電極供應0.17W/cm²以上且0.5W/cm²以下，更優(yōu)選為0.25W/cm²以上且0.35W/cm²以下的高頻功率。

在絕緣膜116的成膜條件中，在具有上述壓力的反應室中供應具有上述功率密度的高頻功率，由此在等離子體中源氣體的分解效率得到提高，氧自由基增加，且促進源氣體的氧化，使得絕緣膜116中的含氧量超過化學計量組成。同時，在上述襯底溫度下形成的膜中，由于硅與氧的鍵合力較弱，因此，因后面工序的加熱處理而使膜中的氧的一部分脫離。其結(jié)果，可以形成其氧含量超過化學計量組成且因加熱而氧的一部分脫離的氧化物絕緣膜。

在絕緣膜116的形成工序中，絕緣膜114被用作氧化物半導體膜108的保護膜。因此，可以在減少對氧化物半導體膜108造成的損傷的同時使用功率密度高的高頻功率形成絕緣膜116。

另外，在絕緣膜116的沉積條件中，通過增加相對于氧化性氣體的包含硅的沉積氣體的流量，可以減少絕緣膜116中的缺陷量。典型的是，能夠形成缺陷量較少的氧化物絕緣層，其中通過ESR測量，在起因于硅的懸空鍵的g＝2.001處呈現(xiàn)的信號的自旋密度低于6×10¹⁷自旋/cm³，優(yōu)選為3×10¹⁷自旋/cm³以下，更優(yōu)選為1.5×10¹⁷自旋/cm³以下。由此能夠提高晶體管的可靠性。

另外，因為絕緣膜114、116沿著導電膜112a、112b的側(cè)面等而形成，所以該絕緣膜114、116具有不平的表面。

另外，也可以在形成絕緣膜114、116之后進行加熱處理。通過該加熱處理，可以減少包含在絕緣膜114、116中的氮氧化物。另外，通過該加熱處理，可以將絕緣膜114、116中的氧的一部分移動到氧化物半導體膜108中以減少氧化物半導體膜108中的氧空位量。

將對絕緣膜114、116進行的加熱處理的溫度典型地設定為150℃以上且400℃以下，優(yōu)選為300℃以上且400℃以下，更優(yōu)選為320℃以上且370℃以下。加熱處理可以在氮、氧、超干燥空氣(含水量為20ppm以下，優(yōu)選為1ppm以下，更優(yōu)選為10ppb以下的空氣)或稀有氣體(氬、氦等)的氣氛下進行。注意，該加熱處理可以使用電爐、RTA裝置等，上述氮、氧、超干燥空氣或稀有氣體優(yōu)選不含有氫、水等。

在本實施方式中，在氮氣氛下，以350℃進行1小時的加熱處理。

接著，在絕緣膜116上形成保護膜117。以覆蓋絕緣膜114、116所具有的不平表面的方式形成保護膜117(參照圖11A)。

在本實施方式中，作為保護膜117，通過濺射法形成厚度為5nm的In-Ga-Zn氧化物膜(In：Ga：Zn＝1：3：2[原子％])。另外，當通過濺射法形成保護膜117時，優(yōu)選的是，作為沉積氣體使用氧且增高沉積氣體中的氧的比例。例如，當形成In-Ga-Zn氧化物膜(In：Ga：Zn＝1：3：2[原子％])時，也可以作為沉積氣體使用氧且在氧為100％的氣氛下進行濺射。通過增高沉積氣體中的氧的比例，使保護膜117包含過剩的氧。在保護膜117包含過剩的氧的情況下，在后面添加氧時可以有效地使氧透過保護膜117。因此，可以有效地對絕緣膜114、116添加氧。

接著，經(jīng)過保護膜117對絕緣膜114、116及氧化物半導體膜108添加氧141(參照圖11B)。

作為經(jīng)過保護膜117對絕緣膜114、116以及氧化物半導體膜108添加氧141的方法，有離子摻雜法、離子注入法、等離子體處理法等。另外，當添加氧141時，通過對襯底一側(cè)施加偏壓可以有效地對絕緣膜114、116以及氧化物半導體膜108添加氧141。作為該偏壓，例如將功率密度設定為1W/cm²以上且5W/cm²以下即可。通過在絕緣膜116上設置保護膜117然后添加氧，保護膜117被用作抑制氧從絕緣膜116脫離的保護膜。由此，可以對絕緣膜114、116以及氧化物半導體膜108添加更多量的氧。

另外，當利用等離子體處理引入氧時，通過利用微波使氧激發(fā)而產(chǎn)生高密度的氧等離子體，可以增加對絕緣膜114、116引入的氧的量。

圖12A和12B示出添加氧141時的與圖11B所示的截面圖不同的截面圖。

圖12A和12B都示出通過與晶體管100相同的制造工序形成的半導體裝置的一部分。圖12A和12B表示的半導體裝置都包括：襯底102上的絕緣膜106；絕緣膜106上的絕緣膜107；絕緣膜107上的導電膜112c；絕緣膜107及導電膜112c上的絕緣膜114；絕緣膜114上的絕緣膜116；以及絕緣膜116上的保護膜117。

圖12A示出以覆蓋絕緣膜114、116的不平表面的方式形成保護膜117的情況的例子。圖12B示出保護膜117不覆蓋形成于絕緣膜114、116的不平表面的情況的例子。

更具體地說，在圖12A中，因為保護膜117沿著由于導電膜112c形成的絕緣膜114、116的不平表面而形成，所以在添加氧141時能夠抑制氧從絕緣膜114、116脫離。另一方面，在圖12B中，因為保護膜117不沿著由于導電膜112c形成的絕緣膜114、116的不平的表面而形成，所以氧從圖12B所示的區(qū)域144脫離。

另外，作為圖12B所示的結(jié)構(gòu)，有由于保護膜117的覆蓋性不好而形成區(qū)域144的情況、或者在添加氧141時由于保護膜117及絕緣膜116的端部的一部分被削掉而形成區(qū)域144的情況。例如，在使用導電性高的金屬膜(銀、銅、鋁、鈦、鉭、鉬等的膜)形成保護膜117的情況下，在添加氧141時由于施加到襯底102一側(cè)的偏壓而在保護膜117的端部中發(fā)生電場集中，有時絕緣膜114、116及保護膜117的一部分被去除。因此，如本發(fā)明的一個方式那樣，通過使用包含與氧化物半導體膜108相同的金屬元素中的至少一個形成的保護膜117，能夠緩和上述電場集中。

因此，如圖12A所示那樣，保護膜117優(yōu)選以覆蓋絕緣膜114、116的不平表面的方式形成。

接著，在保護膜117上形成絕緣膜118(參照圖11C)。

另外，通過在形成絕緣膜118之前或者在形成絕緣膜118之后進行加熱處理，也可以使包含于絕緣膜114、116中的過剩氧釋放并擴散到氧化物半導體膜108中，來填補氧化物半導體膜108中的氧空位。或者，通過進行加熱形成絕緣膜118，也可以使包含于絕緣膜114、116中的過剩氧釋放并擴散到氧化物半導體膜108中，來填補氧化物半導體膜108中的氧空位。此時，保護膜117抑制包含于絕緣膜114、116中的氧的外部釋放和擴散。

在通過PECVD法形成絕緣膜118的情況下，通過將襯底溫度優(yōu)選設定為300℃以上且400℃以下，更優(yōu)選設定為320℃以上且370℃以下，可以形成致密的膜。

例如，當作為絕緣膜118利用PECVD法形成氮化硅膜時，作為源氣體優(yōu)選使用包含硅的沉積氣體、氮及氨。通過使用與氮相比少量的氨，在等離子體中氨離解而產(chǎn)生活性物質(zhì)。該活性物質(zhì)切斷包含在包含硅的沉積氣體中的硅與氫的鍵合及氮分子之間的三鍵。其結(jié)果是，可以形成促進硅與氮的鍵合且硅與氫的鍵合較少、缺陷較少且致密的氮化硅膜。另一方面，在相對于氮的氨量多時，包含硅的沉積氣體及氮的分解未受到促進，以使形成硅與氫的鍵合殘留且缺陷較多的不致密的氮化硅膜。由此，在源氣體中，將相對于氨的氮的流量比設定為5以上且50以下，優(yōu)選設定為10以上且50以下。

在本實施方式中，作為絕緣膜118，通過利用PECVD裝置并使用硅烷、氮及氨的源氣體，形成厚度為50nm的氮化硅膜。硅烷的流量為50sccm，氮的流量為5000sccm，氨的流量為100sccm。將處理室的壓力設定為100Pa，將襯底溫度設定為350℃，用27.12MHz的高頻電源對平行平板電極供應1000W的高頻功率。PECVD裝置是電極面積為6000cm²的平行平板型PECVD裝置，將所供應的電功率的換算為每單位面積的功率(功率密度)為1.7×10^-1W/cm²。

另外，在形成絕緣膜118之后也可以進行加熱處理。將該加熱處理的溫度典型地設定為150℃以上且400℃以下，優(yōu)選為300℃以上且400℃以下，更優(yōu)選為320℃以上且370℃以下。由于在進行上述加熱處理時絕緣膜114、116中的氫及水被減少，所以上述氧化物半導體膜108中的缺陷的產(chǎn)生得到抑制。

通過上述工序，可以制造圖1A至1C所示的半導體裝置。

<半導體裝置的制造方法2>

下面，參照圖13A至13D及圖14A和14B對作為本發(fā)明的一個方式的半導體裝置的圖2A至2C所示的晶體管150的制造方法進行詳細的說明。圖13A至13D及圖14A和14B是說明半導體裝置的制造方法的截面圖。

首先，進行到圖10B所示的工序為止的工序，然后在氧化物半導體膜108上形成絕緣膜114、116。(參照圖13A)。

接著，通過光刻工序在絕緣膜116上形成掩模，在絕緣膜114、116的所希望的區(qū)域中形成開口部141a、141b。開口部141a、141b到達氧化物半導體膜108(參照圖13B)。

接著，以覆蓋開口部141a、141b的方式在氧化物半導體膜108及絕緣膜116上沉積導電膜，在該導電膜上通過光刻工序形成掩模，且將該導電膜加工為所希望的區(qū)域，來形成導電膜112a及112b(參照圖13C)。

接著，在絕緣膜116、導電膜112a及112b上形成保護膜117(參照圖13D)。

接著，經(jīng)過保護膜117對絕緣膜114、116及氧化物半導體膜108添加氧141(參照圖14A)。

另外，在圖14A所示的工序中，將導電膜112a、112b用作掩模，對氧化物半導體膜108的溝道區(qū)域添加氧141。

接著，在保護膜117上形成絕緣膜118(參照圖14B)。

通過上述工序，可以制造圖2A至2C所示的半導體裝置。

另外，關(guān)于圖3A和3B所示的晶體管150A可以通過如下步驟制造：在形成絕緣膜116之后形成保護膜117；經(jīng)過保護膜117添加氧；在保護膜117及絕緣膜114、116中形成到達氧化物半導體膜108的開口部141a、141b；以及以覆蓋開口部141a、141b的方式形成導電膜112a、112b；在導電膜112a、112b及保護膜117上形成絕緣膜118。

另外，關(guān)于圖4A至4C所示的晶體管160，在進行圖13B所示的開口部141a、141b的形成工序時，通過將絕緣膜114、116在氧化物半導體膜108上形成為島狀來制造。另外，關(guān)于圖5A和5B所示的晶體管160A，在進行圖13B所示的開口部141a、141b的形成工序時，通過將絕緣膜114、116及保護膜117在氧化物半導體膜108上形成為島狀來制造。

<半導體裝置的制造方法3>

下面，參照圖15A至15D及圖16A至16D對作為本發(fā)明的一個方式的半導體裝置的晶體管170的制造方法進行詳細的說明。圖15A至15D及圖16A至16D是說明半導體裝置的制造方法的截面圖。

圖15A和15C及圖16A和16C分別示出晶體管170的溝道長度方向的截面圖，圖15B和15D及圖16B和16D分別示出晶體管170的溝道寬度方向的截面圖。

首先，進行到圖11C所示的工序的工序(參照圖15A和15B)。

接著，通過光刻工序在絕緣膜118上形成掩模，在絕緣膜114、116、118以及保護膜117的所希望的區(qū)域中形成開口部142c。此外，通過光刻工序在絕緣膜118上形成掩模，在絕緣膜106、107、114、116、118以及保護膜117的所希望的區(qū)域中形成開口部142a、142b。開口部142c以到達導電膜112b的方式形成。此外，開口部142a、142b以都到達導電膜104的方式形成(參照圖15C和15D)。

另外，開口部142a、142b及開口部142c既可以同時形成又可以以不同工序形成。當同時形成開口部142a、142b及開口部142c時，例如可以使用灰色調(diào)掩?；虬肷{(diào)掩模形成。另外，也可以在兩個步驟中形成開口部142a、142b。例如，也可以加工絕緣膜106、107，然后加工絕緣膜114、116、118及保護膜117。

接著，以覆蓋開口部142a、142b、142c的方式在絕緣膜118上形成導電膜120(參照圖16A和16B)。

作為導電膜120，例如可以使用包含選自銦(In)、鋅(Zn)和錫(Sn)中的一種的材料。導電膜120尤其可以使用包含氧化鎢的銦氧化物、包含氧化鎢的銦鋅氧化物、包含氧化鈦的銦氧化物、包含氧化鈦的銦錫氧化物、銦錫氧化物(ITO)、銦鋅氧化物、添加有氧化硅的銦錫氧化物(Indium Tin SiO₂doped Oxide：以下稱為ITSO)等透光導電材料。此外，例如可以使用濺射法形成導電膜120。在本實施方式中，通過濺射法形成膜厚度為110nm的ITSO膜。

接著，通過光刻工序在導電膜120上形成掩模，將導電膜120加工為所希望的區(qū)域，來形成導電膜120a、120b(參照圖16C和16D)。

通過上述步驟，可以制造圖6A至6C所示的晶體管170。

另外，關(guān)于圖7A和7B所示的晶體管170A，在進行圖16C和16D所示的工序之后，通過在導電膜120a、120b及絕緣膜118上形成絕緣膜122來制造。

〈半導體裝置的制造方法4〉

下面，參照圖17A至17F、圖18A至18F及圖19A至19F對作為本發(fā)明的一個方式的半導體裝置的圖7C和7D所示的晶體管170B的制造方法進行詳細的說明。圖17A至17F、圖18A至18F及圖19A至19F是說明半導體裝置的制造方法的截面圖。

圖17A、17C和17E、圖18A、18C和18E、以及圖19A、19C和19E分別示出晶體管170B的溝道長度方向的截面圖，圖17B、17D和17F、圖18B、18D和18F、以及圖19B、19D和19F分別示出晶體管170B的溝道寬度方向的截面圖。

首先，進行到圖10B所示的工序的工序，然后在氧化物半導體膜108及絕緣膜107上形成導電膜112及絕緣膜116。(參照圖17A和17B)。

可以使用可用于導電膜112a、112b的任何材料及任何方法形成導電膜112。

接著，在絕緣膜116上的所希望的區(qū)域中形成掩模140a、140b(參照圖17C和17D)。

接著，從掩模140a、140b上使用蝕刻氣體142，對絕緣膜116及導電膜112進行加工(參照圖17E和17F)。

另外，在使用濕蝕刻裝置對絕緣膜116及導電膜112進行加工的情況下，也可以使用化學溶液代替蝕刻氣體142。另外，也可以使用濕蝕刻裝置和干蝕刻裝置的雙方對絕緣膜116及導電膜112進行加工。

接著，通過去除掩模140a、140b，形成導電膜112a、112b及絕緣膜116a、116b。然后，在氧化物半導體膜108、導電膜112a、112b及絕緣膜116a、116b上形成絕緣膜114(參照圖18A和18B)。

另外，也可以在形成絕緣膜114之前對氧化物半導體膜108的表面(背溝道一側(cè))進行清潔。作為該清潔方法，例如可以舉出使用磷酸等化學溶液的清潔。通過進行使用磷酸等化學溶液的清潔，可以去除附著在氧化物半導體膜108的表面上的雜質(zhì)(例如，包含在導電膜112a、112b及絕緣膜116a、116b中的元素等)。

在形成導電膜112a、112b及絕緣膜116a、116b的工序及/或在上述清潔工序中，有時凹部形成在氧化物半導體膜108的一部分中。

接著，在絕緣膜114上形成保護膜117，將氧141經(jīng)過保護膜117添加到絕緣膜114、116(參照圖18C和18D)。

接著，在保護膜117上形成絕緣膜118(參照圖18E和18F)。

接著，通過光刻工序在絕緣膜118上形成掩模，在絕緣膜114、116、118以及保護膜117的所希望的區(qū)域中形成開口部142c。此外，通過光刻工序在絕緣膜118上形成掩模，在絕緣膜106、107、114、116、118以及保護膜117的所希望的區(qū)域中形成開口部142a、142b。開口部142c到達導電膜112b。此外，開口部142a、142b到達導電膜104(參照圖19A和19B)。

接著，以覆蓋開口部142a、142b、142c的方式在絕緣膜118上形成導電膜120(參照圖19C和19D)。

接著，通過光刻工序在導電膜120上形成掩模，將導電膜120加工為所希望的區(qū)域，來形成導電膜120a、120b(參照圖19E和19F)。

通過上述步驟，可以制造圖7C和7D所示的晶體管170B。

在本實施方式中，描述了本發(fā)明的一個方式。其他實施方式描述在實施方式2至4中。本發(fā)明的一個方式不局限于此。雖然作為本發(fā)明的一個方式示出晶體管100等包含氧化物半導體膜的例子，但是本發(fā)明的一個方式不局限于此。根據(jù)情形或狀況，本發(fā)明的一個方式晶體管100等也可以不包含氧化物半導體膜。例如，在本發(fā)明的一個方式中，根據(jù)情況或狀況，也可以使用包含Si(硅)、Ge(鍺)、SiGe(硅鍺)、GaAs(砷化鎵)等的材料形成晶體管100等的溝道及溝道、源區(qū)域及漏區(qū)域等的附近。

本實施方式所示的結(jié)構(gòu)、方法可以與其他實施方式所示的結(jié)構(gòu)、方法適當?shù)亟M合而使用。

實施方式2

在本實施方式中，以下詳細說明本發(fā)明的一個方式的半導體裝置所具有的氧化物半導體。

<氧化物半導體的結(jié)構(gòu)>

首先，對氧化物半導體的結(jié)構(gòu)進行說明。

氧化物半導體被分為單晶氧化物半導體和非單晶氧化物半導體。作為非單晶氧化物半導體有CAAC-OS(C-Axis Aligned Crystalline Oxide Semiconductor：c軸取向結(jié)晶氧化物半導體)、多晶氧化物半導體、nc-OS(nanocrystalline Oxide Semiconductor：納米晶氧化物半導體)、類a的OS(amorphous like Oxide Semiconductor，類非晶的氧化物半導體)以及非晶氧化物半導體等。

從其他觀點看來，氧化物半導體被分為非晶氧化物半導體和結(jié)晶氧化物半導體。作為結(jié)晶氧化物半導體的例子包括單晶氧化物半導體、CAAC-OS、多晶氧化物半導體以及nc-OS。

作為非晶結(jié)構(gòu)的定義，一般而言，已知：它成為介穩(wěn)狀態(tài)并沒有固定化，它為各向同性且不具有不均勻結(jié)構(gòu)。換句話說，非晶結(jié)構(gòu)具有靈活鍵角并具有短程有序性而不具有長程有序性。

這意味著不能將實質(zhì)上穩(wěn)定的氧化物半導體稱為完全非晶(completely amorphous)氧化物半導體。另外，不能將不具有各向同性(例如，在微觀區(qū)域中具有周期結(jié)構(gòu))的氧化物半導體稱為完全非晶氧化物半導體。注意，類a的OS在微觀區(qū)域中具有周期結(jié)構(gòu)，但是同時具有空位(也稱為void)，并具有不穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。因此，類a的OS具有近乎于非晶氧化物半導體的物性。

<CAAC-OS>

首先，對CAAC-OS進行說明。

CAAC-OS是包含多個c軸取向的結(jié)晶部(也稱為顆粒)的氧化物半導體之一。

在利用透射電子顯微鏡(TEM：Transmission Electron Microscope)觀察所得到的CAAC-OS的明視場圖像與衍射圖案的復合分析圖像(也稱為高分辨率TEM圖像)中，觀察到多個顆粒。然而，在高分辨率TEM圖像中，觀察不到顆粒與顆粒之間的明確的邊界，即晶界(grain boundary)。因此，可以說在CAAC-OS中，不容易發(fā)生起因于晶界的電子遷移率的降低。

下面，對利用TEM觀察的CAAC-OS進行說明。圖37A示出從大致平行于樣品面的方向觀察所得到的CAAC-OS的截面的高分辨率TEM圖像。利用球面像差校正(Spherical Aberration Corrector)功能得到高分辨率TEM圖像。將利用球面像差校正功能所得到的高分辨率TEM圖像特別稱為Cs校正高分辨率TEM圖像。例如可以使用日本電子株式會社(JEOL ltd)制造的原子分辨率分析型電子顯微鏡JEM-ARM200F等得到Cs校正高分辨率TEM圖像。

圖37B示出將圖37A中的區(qū)域(1)放大的Cs校正高分辨率TEM圖像。由圖37B可以確認到在顆粒中金屬原子排列為層狀。各金屬原子層具有反映了形成CAAC-OS膜的面(下面，該面被稱為形成面)或CAAC-OS的頂面的不平度的配置并以平行于CAAC-OS的形成面或頂面的方式排列。

如圖37B所示，CAAC-OS具有特有的原子排列。圖37C是以輔助線示出特有的原子排列的圖。由圖37B和圖37C可知，一個顆粒的尺寸為1nm以上且3nm以下左右，由顆粒與顆粒之間的傾斜產(chǎn)生的空隙的尺寸為0.8nm左右。因此，也可以將顆粒稱為納米晶(nc：nanocrystal)。注意，也可以將CAAC-OS稱為具有CANC(C-Axis Aligned nanocrystals：c軸取向納米晶)的氧化物半導體。

在此，根據(jù)Cs校正高分辨率TEM圖像，將襯底5120上的CAAC-OS的顆粒5100的配置示意性地表示為堆積磚塊或塊體的結(jié)構(gòu)(參照圖37D)。在圖37C中觀察到的顆粒產(chǎn)生傾斜的部分相當于圖37D所示的區(qū)域5161。

圖38A示出從大致垂直于樣品面的方向觀察所得到的CAAC-OS的平面的Cs校正高分辨率TEM圖像。圖38B、圖38C和圖38D分別示出將圖38A中的區(qū)域(1)、區(qū)域(2)和區(qū)域(3)放大的Cs校正高分辨率TEM圖像。由圖38B、圖38C和圖38D可知在顆粒中金屬原子排列為三角形狀、四角形狀或六角形狀。但是，在不同的顆粒之間金屬原子的排列沒有規(guī)律性。

接著，說明使用X射線衍射(XRD：X-Ray Diffraction)進行分析的CAAC-OS。例如，當利用平面外(out-of-plane)法分析包含InGaZnO₄結(jié)晶的CAAC-OS的結(jié)構(gòu)時，如圖39A所示，在衍射角(2θ)為31°附近時出現(xiàn)峰值。由于該峰值來源于InGaZnO₄結(jié)晶的(009)面，由此可知CAAC-OS中的結(jié)晶具有c軸取向性，并且c軸朝向大致垂直于CAAC-OS的形成面或頂面的方向。

注意，當利用平面外法分析CAAC-OS的結(jié)構(gòu)時，除了2θ為31°附近的峰值以外，有時在2θ為36°附近時也出現(xiàn)峰值。2θ為36°附近的峰值表示CAAC-OS中的一部分包含不具有c軸取向性的結(jié)晶。優(yōu)選的是，在利用平面外法分析的CAAC-OS的結(jié)構(gòu)中，在2θ為31°附近時出現(xiàn)峰值而在2θ為36°附近時不出現(xiàn)峰值。

另一方面，當利用從大致垂直于c軸的方向使X射線入射到樣品的平面內(nèi)(in-plane)法分析CAAC-OS的結(jié)構(gòu)時，在2θ為56°附近時出現(xiàn)峰值。該峰值來源于InGaZnO₄結(jié)晶的(110)面。在CAAC-OS中，當將2θ固定為56°附近并在以樣品面的法線向量為軸(φ軸)旋轉(zhuǎn)樣品的條件下進行分析(φ掃描)時，如圖39B所示的那樣觀察不到明確的峰值。相比之下，在InGaZnO₄的單晶氧化物半導體中，在將2θ固定為56°附近來進行φ掃描時，如圖39C所示的那樣觀察到來源于相等于(110)面的結(jié)晶面的六個峰值。因此，由使用XRD的結(jié)構(gòu)分析可以確認在CAAC-OS中的a軸和b軸的取向沒有規(guī)律性。

接著，說明利用電子衍射進行分析的CAAC-OS。例如，當對包含InGaZnO₄結(jié)晶的CAAC-OS在平行于樣品面的方向上入射束徑為300nm的電子束時，可能會獲得圖40A所示的衍射圖案(也稱為選區(qū)透射電子衍射圖案)。在該衍射圖案中包含起因于InGaZnO₄結(jié)晶的(009)面的斑點。因此，由電子衍射也可知CAAC-OS所包含的顆粒具有c軸取向性，并且c軸朝向大致垂直于CAAC-OS的形成面或頂面的方向。另一方面，圖40B示出對相同的樣品在垂直于樣品面的方向上入射束徑為300nm的電子束時的衍射圖案。由圖40B觀察到環(huán)狀的衍射圖案。因此，由電子衍射也可知CAAC-OS所包含的顆粒的a軸和b軸不具有取向性?？梢哉J為圖40B中的第一環(huán)起因于InGaZnO₄結(jié)晶的(010)面和(100)面等。另外，可以認為圖40B中的第二環(huán)起因于(110)面等。

如上所述，CAAC-OS是結(jié)晶性高的氧化物半導體。氧化物半導體的結(jié)晶性有時因雜質(zhì)的混入或缺陷的生成等而降低。這意味著CAAC-OS是雜質(zhì)或缺陷(氧空位等)少的氧化物半導體。

另外，雜質(zhì)是指氧化物半導體的主要成分以外的元素，諸如氫、碳、硅和過渡金屬元素等。例如，與氧的鍵合力比包含在氧化物半導體中的金屬元素強的元素(具體而言，硅等)會奪取從氧化物半導體的氧，由此導致氧化物半導體的原子排列的雜亂以及結(jié)晶性下降。另外，由于鐵或鎳等的重金屬、氬、二氧化碳等的原子半徑(或分子半徑)大，所以會打亂氧化物半導體的原子排列，導致結(jié)晶性下降。

具有雜質(zhì)或缺陷的氧化物半導體的特性有時因光或熱等會發(fā)生變動。例如，包含于氧化物半導體中的雜質(zhì)有時會成為載流子陷阱或載流子發(fā)生源。另外，氧化物半導體中的氧空位會成為載流子陷阱或在俘獲氫時成為載流子發(fā)生源。

雜質(zhì)及氧空位少的CAAC-OS是載流子密度低的氧化物半導體。具體而言，可以使載流子密度小于8×10¹¹/cm³，優(yōu)選小于1×10¹¹/cm³，更優(yōu)選小于1×10¹⁰/cm³，且是1×10^-9/cm³以上。將這樣的氧化物半導體稱為高純度本征或?qū)嵸|(zhì)上高純度本征的氧化物半導體。CAAC-OS的雜質(zhì)濃度和缺陷態(tài)密度低。因此，CAAC-OS可以被稱為具有穩(wěn)定特性的氧化物半導體。

<nc-OS>

接著說明nc-OS。

nc-OS在高分辨率TEM圖像中具有觀察到結(jié)晶部的區(qū)域和觀察不到明確的結(jié)晶部的區(qū)域。nc-OS所包含的結(jié)晶部的尺寸大多為1nm以上且10nm以下或1nm以上且3nm以下。注意，有時將其結(jié)晶部的尺寸大于10nm且是100nm以下的氧化物半導體稱為微晶氧化物半導體。例如，在nc-OS的高分辨率TEM圖像中，有時無法明確地觀察到晶界。注意，納米晶的來源有可能與CAAC-OS中的顆粒相同。因此，下面有時將nc-OS的結(jié)晶部稱為顆粒。

在nc-OS中，微觀的區(qū)域(例如1nm以上且10nm以下的區(qū)域，特別是1nm以上且3nm以下的區(qū)域)中的原子排列具有周期性。另外，nc-OS在不同的顆粒之間沒有結(jié)晶取向的規(guī)律性。因此，觀察不到膜整體的取向性。所以，nc-OS不能夠根據(jù)分析方法與類a的OS和非晶氧化物半導體區(qū)別開來。例如，當利用使用其束徑比顆粒大的X射線的平面外法對nc-OS進行結(jié)構(gòu)分析時，檢測不到表示結(jié)晶面的峰值。在使用其束徑比顆粒的尺寸大(例如，50nm以上)的電子射線對nc-OS進行電子衍射時，觀察到類似光暈圖案的衍射圖案。另一方面，在使用其束徑近于顆粒的尺寸或者比顆粒的尺寸小的電子射線時，nc-OS在納米束電子衍射圖案呈現(xiàn)斑點。另外，在nc-OS的納米束電子衍射圖案中，有時觀察到如圓圈那樣的(環(huán)狀的)亮度高的區(qū)域。而且，在nc-OS的納米束電子衍射圖案中，有時還觀察到環(huán)狀的區(qū)域內(nèi)的多個斑點。

如此，由于在顆粒(納米晶)之間結(jié)晶取向都沒有規(guī)律性，所以也可以將nc-OS稱為包含RANC(Random Aligned nanocrystals：無規(guī)取向納米晶)的氧化物半導體或包含NANC(Non-Aligned nanocrystals：無取向納米晶)的氧化物半導體。

nc-OS是規(guī)律性比非晶氧化物半導體高的氧化物半導體。因此，nc-OS的缺陷態(tài)密度比類a的OS或非晶氧化物半導體低。但是，在nc-OS中的不同的顆粒之間沒有晶體取向的規(guī)律性。所以，nc-OS的缺陷態(tài)密度比CAAC-OS高。

<類a的OS>

類a的OS具有介于nc-OS與非晶氧化物半導體之間的結(jié)構(gòu)。

在類a的OS的高分辨率TEM圖像中有時觀察到空位。另外，在高分辨率TEM圖像中，有明確地觀察到結(jié)晶部的區(qū)域和不觀察到結(jié)晶部的區(qū)域。

由于類a的OS包含空洞，所以其結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定。為了證明與CAAC-OS及nc-OS相比類a的OS具有不穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，下面示出電子照射所導致的結(jié)構(gòu)變化。

作為進行電子照射的樣品，準備類a的OS(樣品A)、nc-OS(樣品B)和CAAC-OS(樣品C)。每個樣品都是In-Ga-Zn氧化物。

首先，取得各樣品的高分辨率截面TEM圖像。由高分辨率截面TEM圖像可知，所有樣品都具有結(jié)晶部。

注意，如下那樣決定將哪個部分作為一個結(jié)晶部。已知InGaZnO₄結(jié)晶的晶胞具有包括三個In-O層和六個Ga-Zn-O層的九個層在c軸方向上層疊的結(jié)構(gòu)。這些彼此靠近的層之間的間隔與(009)面的晶格表面間隔(也稱為d值)是相等的。由結(jié)晶結(jié)構(gòu)分析求出其值為0.29nm。由此，可以將晶格條紋的間隔為0.28nm以上且0.30nm以下的部分作為InGaZnO₄結(jié)晶部。每個晶格條紋對應于InGaZnO₄結(jié)晶的a-b面。

圖41示出各樣品的結(jié)晶部(22個點至45個點)的平均尺寸的變化。注意，結(jié)晶部尺寸對應于上述晶格條紋的長度。由圖41可知，在類a的OS中，結(jié)晶部尺寸根據(jù)電子的累積照射量逐漸變大。具體而言，如圖41中的(1)所示，可知在利用TEM的觀察初期尺寸為1.2nm左右的結(jié)晶部(該結(jié)晶部也稱為初始晶核)在累積照射量為4.2×10⁸e^-/nm²時生長到2.6nm左右的尺寸。另一方面，可知nc-OS和CAAC-OS在開始電子照射時到電子的累積照射量為4.2×10⁸e^-/nm²，結(jié)晶部的尺寸幾乎沒有變化。具體而言，如圖41中的(2)及(3)所示，無論電子的累積照射量如何，nc-OS及CAAC-OS的平均結(jié)晶部尺寸都分別為1.4nm左右及2.1nm左右。

如此，電子照射引起類a的OS中的結(jié)晶部的生長。另一方面，在nc-OS和CAAC-OS中，幾乎沒有電子照射所引起的結(jié)晶部的生長。也就是說，類a的OS與CAAC-OS及nc-OS相比具有不穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。

另外，由于類a的OS包含空洞，所以其密度比nc-OS及CAAC-OS低。具體地，類a的OS的密度為具有相同組成的單晶氧化物半導體的78.6％以上且小于92.3％。nc-OS的密度及CAAC-OS的密度為具有相同組成的單晶氧化物半導體的92.3％以上且小于100％。注意，難以沉積其密度小于單晶氧化物半導體的密度的78％的氧化物半導體。

例如，在具有In：Ga：Zn＝1：1：1的原子數(shù)比的氧化物半導體的情況下，具有菱方晶系結(jié)構(gòu)的單晶InGaZnO₄的密度為6.357g/cm³。因此，在具有In：Ga：Zn＝1：1：1的原子數(shù)比的氧化物半導體的情況下，類a的OS的密度為5.0g/cm³以上且小于5.9g/cm³。例如，在具有In：Ga：Zn＝1：1：1的原子數(shù)比的氧化物半導體的情況下，nc-OS的密度和CAAC-OS的密度為5.9g/cm³以上且小于6.3g/cm³。

注意，有時具有特定組成的氧化物半導體不能夠存在于單晶結(jié)構(gòu)中。此時，通過以任意比例組合組成不同的單晶氧化物半導體，可以估計出具有所希望的組成的單晶氧化物半導體的密度。根據(jù)組成不同的單晶氧化物半導體的組合比例使用加權(quán)平均計算出具有所希望的組成的單晶氧化物半導體的密度即可。注意，優(yōu)選盡可能減少單晶氧化物半導體的種類來計算密度。

如上所述，氧化物半導體具有各種結(jié)構(gòu)及各種特性。注意，氧化物半導體例如可以是包括非晶氧化物半導體、類a的OS、nc-OS和CAAC-OS中的兩種以上的疊層膜。

本實施方式所示的結(jié)構(gòu)、方法等可以與其他實施方式所示的結(jié)構(gòu)、方法等適當?shù)亟M合。

實施方式3

在本實施方式中，使用圖20、圖21及圖22說明包括在前面的實施方式中說明的任何晶體管的顯示裝置的一個例子。

圖20是示出顯示裝置的一個例子的俯視圖。圖20所示的顯示裝置700包括：設置在第一襯底701上的像素部702；設置在第一襯底701上的源極驅(qū)動電路部704及柵極驅(qū)動電路部706；以圍繞像素部702、源極驅(qū)動電路部704及柵極驅(qū)動電路部706的方式設置的密封劑712；以及以與第一襯底701對置的方式設置的第二襯底705。注意，由密封劑712密封第一襯底701及第二襯底705。也就是說，像素部702、源極驅(qū)動電路部704及柵極驅(qū)動電路部706被第一襯底701、密封劑712及第二襯底705密封。注意，雖然在圖20中未圖示，但是在第一襯底701與第二襯底705之間設置有顯示元件。

另外，在顯示裝置700中，在與位于第一襯底701上的由密封劑712圍繞的區(qū)域不同的區(qū)域中，設置有與像素部702、源極驅(qū)動電路部704及柵極驅(qū)動電路部706電連接的FPC(Flexible printed circuit：柔性印刷電路)端子部708。另外，F(xiàn)PC 716連接于FPC端子部708，并且通過FPC 716對像素部702、源極驅(qū)動電路部704及柵極驅(qū)動電路部706供應各種信號等。另外，像素部702、源極驅(qū)動電路部704、柵極驅(qū)動電路部706以及FPC端子部708都與信號線710連接。從FPC 716供應的各種信號等是通過信號線710供應到像素部702、源極驅(qū)動電路部704、柵極驅(qū)動電路部706及FPC端子部708。

另外，也可以在顯示裝置700中設置多個柵極驅(qū)動電路部706。另外，作為顯示裝置700，雖然示出將源極驅(qū)動電路部704及柵極驅(qū)動電路部706形成在與像素部702相同的襯底即第一襯底701上的例子，但是不局限于該結(jié)構(gòu)。例如，也可以僅將柵極驅(qū)動電路部706形成在第一襯底701上，又可以僅將源極驅(qū)動電路部704形成在第一襯底701上。此時，也可以將形成有源極驅(qū)動電路或柵極驅(qū)動電路等的襯底(例如，使用單晶半導體膜或多晶半導體膜形成的驅(qū)動電路襯底)安裝在第一襯底701上。注意，對另行形成的驅(qū)動電路襯底的連接方法沒有特別的限制，而可以采用COG(Chip On Glass：玻璃覆晶)方法或者引線接合方法等。

另外，顯示裝置700所包括的像素部702、源極驅(qū)動電路部704及柵極驅(qū)動電路部706包括多個晶體管。作為多個晶體管可以適用作為本發(fā)明的一個方式的半導體裝置。

另外，顯示裝置700可以包括各種元件。該元件例如包括液晶元件、EL(電致發(fā)光)元件(如包含有機和無機材料的EL元件、有機EL元件或無機EL元件)、LED(如白色LED、紅色LED、綠色LED、藍色LED等)、晶體管(根據(jù)電流而發(fā)光的晶體管)、電子發(fā)射元件、電子墨水、電泳元件、光柵光閥(GLV)、等離子體顯示器(PDP)、使用微電機系統(tǒng)(MEMS)的顯示元件、數(shù)字微鏡設備(DMD)、數(shù)字微快門(DMS)、MIRASOL(在日本注冊的注冊商標)、IMOD(干涉測量調(diào)節(jié))元件、快門方式的MEMS顯示元件、光干涉方式的MEMS顯示元件、電潤濕(electrowetting)元件、壓電陶瓷顯示器以及包括碳納米管的顯示元件等中的至少一個。除此之外，也可以包括其對比度、亮度、反射率或透射率等因電或磁作用而變化的顯示媒體。作為包括EL元件的顯示裝置的一個例子，有EL顯示器等。作為包括電子發(fā)射元件的顯示裝置的一個例子，有場致發(fā)射顯示器(FED)或SED方式平面型顯示器(SED：Surface-conduction Electron-emitter Display：表面?zhèn)鲗щ娮影l(fā)射顯示器)等。作為使用液晶元件的顯示裝置的一個例子，有液晶顯示器(透射式液晶顯示器、半透射式液晶顯示器、反射式液晶顯示器、直觀式液晶顯示器、投射式液晶顯示器)等。作為使用電子墨水或電泳元件的顯示裝置的一個例子，有電子紙。注意，在透反式液晶顯示器或反射式液晶顯示器的情況下，使像素電極的一部分或全部具有反射電極的功能。例如，使像素電極的一部分或全部包含鋁、銀等。并且，此時也可以將SRAM等存儲電路設置在反射電極下。由此，可以進一步降低功耗。

作為顯示裝置700的顯示方式，可以采用逐行掃描方式(progressive method)或隔行掃描方式等。另外，作為當進行彩色顯示時在像素中控制的顏色要素，不局限于RGB(R表示紅色，G表示綠色，B表示藍色)這三種顏色。例如，可以由R像素、G像素、B像素及W(白色)像素的四個像素構(gòu)成。或者，如PenTile排列，也可以由RGB中的兩個顏色構(gòu)成一個顏色要素。兩個顏色也可以按照顏色要素互不相同?；蛘咭部梢詫GB追加黃色(yellow)、青色(cyan)、品紅色(magenta)等中的一種以上的顏色。另外，各個顏色要素的點的顯示區(qū)域的大小可以不同。但是，所公開的發(fā)明不局限于彩色顯示的顯示裝置，而也可以應用于黑白顯示的顯示裝置。

另外，為了得到將白色光(W)用于背光(如有機EL元件、無機EL元件、LED、熒光燈等)的全彩色顯示裝置，也可以使用著色層(也稱為濾光片)。作為著色層，例如可以適當?shù)亟M合紅色(R)、綠色(G)、藍色(B)、黃色(Y)等而使用。通過使用著色層，可以與不使用著色層的情況相比進一步提高顏色再現(xiàn)性。此時，也可以通過設置包括著色層的區(qū)域和不包括著色層的區(qū)域，將不包括著色層的區(qū)域中的白色光直接用于顯示。通過部分地設置不包括著色層的區(qū)域，在顯示明亮的圖像時，有時可以減少著色層所引起的亮度降低而減少功耗20％至30％。但是，在使用有機EL元件或無機EL元件等自發(fā)光元件進行全彩色顯示時，各元件也可以發(fā)射R、G、B、Y及白色(W)的光。通過使用自發(fā)光元件，有時可以與使用著色層的情況相比進一步減少功耗。

在本實施方式中，使用圖21及圖22說明作為顯示元件包括液晶元件及EL元件的結(jié)構(gòu)。圖21是沿著圖20所示的點劃線Q-R的截面圖，并示出包括液晶元件作為顯示元件的結(jié)構(gòu)，圖22是沿著圖20所示的點劃線Q-R的截面圖，并示出包括EL元件作為顯示元件的結(jié)構(gòu)。

首先說明圖21與圖22之間的共同部分，接著說明不同的部分。

〈顯示裝置中的共同部分〉

圖21及圖22所示的顯示裝置700包括：引繞布線部711；像素部702；源極驅(qū)動電路部704；以及FPC端子部708。另外，引繞布線部711包括信號線710。另外，像素部702包括晶體管750及電容元件790。另外，源極驅(qū)動電路部704包括晶體管752。

晶體管750及晶體管752可以使用上述晶體管。

在本實施方式中使用的晶體管包括實現(xiàn)了高純度化且抑制了氧空位的形成的氧化物半導體膜。在晶體管中，可以降低關(guān)閉狀態(tài)下的電流(關(guān)態(tài)電流)。因此，可以延長圖像信號等電信號的保持時間，而可以延長電源導通狀態(tài)下的寫入間隔。因此，可以降低刷新工作的頻度，所以有抑制功耗的效果。

另外，在本實施方式中使用的晶體管能夠得到較高的場效應遷移率，因此能夠進行高速驅(qū)動。例如，通過將這種能夠進行高速驅(qū)動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關(guān)晶體管及用于驅(qū)動電路部的驅(qū)動晶體管。也就是說，因為作為驅(qū)動電路不需要另行使用由硅片等形成的半導體裝置，所以可以縮減半導體裝置的構(gòu)件數(shù)。另外，在像素部中也可以通過使用能夠進行高速驅(qū)動的晶體管提供高品質(zhì)的圖像。

電容元件790采用在一對電極之間包含電介質(zhì)。更詳細地說，作為電容元件790的一個電極使用通過與用作晶體管750的柵電極的導電膜相同的工序而形成的導電膜，作為電容元件790的另一個電極使用被用作晶體管750的源電極或漏電極的導電膜。另外，作為一對電極之間的電介質(zhì),使用被用作晶體管750的柵極絕緣膜的絕緣膜。

另外，在圖21及圖22中，在晶體管750、晶體管752以及電容元件790上設置有絕緣膜764、766、768、保護膜767、以及平坦化絕緣膜770。

絕緣膜764、766、768分別可以通過與上述實施方式所示的絕緣膜114、116、118相似的材料及方法形成。保護膜767可以使用與上述實施方式所示的保護膜117相似的材料及方法形成。作為平坦化絕緣膜770，可以使用具有耐熱性的有機材料如聚酰亞胺樹脂、丙烯酸樹脂、聚酰亞胺酰胺樹脂、苯并環(huán)丁烯類樹脂、聚酰胺樹脂或環(huán)氧樹脂等。也可以通過層疊多個由上述材料形成的絕緣膜來形成平坦化絕緣膜770。另外，也可以采用不設置平坦化絕緣膜770的結(jié)構(gòu)。

信號線710與用作晶體管750、752的源電極及漏電極的導電膜在同一工序中形成。信號線710也可以使用在與用作晶體管750、752的源電極及漏電極的導電膜不同的工序中形成的導電膜，諸如使用用作柵電極的導電膜。作為信號線710，例如，當使用包含銅元素的材料時，起因于布線電阻的信號延遲等較少，而可以實現(xiàn)大屏幕的顯示。

另外，F(xiàn)PC端子部708包括連接電極760、各向異性導電膜780及FPC716。連接電極760與用作晶體管750、752的源電極及漏電極的導電膜在同一工序中形成。另外，連接電極760與FPC716所包括的端子通過各向異性導電膜780電連接。

另外，作為第一襯底701及第二襯底705，例如可以使用玻璃襯底。另外，作為第一襯底701及第二襯底705，也可以使用具有柔性的襯底。作為該具有柔性的襯底，例如可以舉出塑料襯底等。

另外，在第一襯底701與第二襯底705之間設置有結(jié)構(gòu)體778。結(jié)構(gòu)體778是對絕緣膜選擇性地蝕刻而得到的柱狀的間隔物，用來控制第一襯底701與第二襯底705之間的距離(單元距離)。另外，作為結(jié)構(gòu)體778，也可以使用球狀的間隔物。在本實施方式中示出結(jié)構(gòu)體778設置在第一襯底701一側(cè)的結(jié)構(gòu)，但是本發(fā)明的一個方式不局限于此。例如，也可以采用將結(jié)構(gòu)體778設置在第二襯底705一側(cè)的結(jié)構(gòu)或?qū)⒔Y(jié)構(gòu)體778設置在第一襯底701和第二襯底705的結(jié)構(gòu)。

另外，在第二襯底705一側(cè)，設置有用作黑矩陣的遮光膜738、用作濾色片的著色膜736、與遮光膜738及著色膜736接觸的絕緣膜734。

<作為顯示元件使用液晶元件的顯示裝置的結(jié)構(gòu)實例>

圖21所示的顯示裝置700包括液晶元件775。液晶元件775包括導電膜772、導電膜774及液晶層776。導電膜774設置在第二襯底705一側(cè)并被用作對置電極。圖21所示的顯示裝置700可以通過取決于施加到導電膜772及導電膜774的電壓改變液晶層776的取向狀態(tài)，由此控制光的透過及非透過而顯示圖像。

導電膜772連接到晶體管750所具有的被用作源電極及漏電極的導電膜。導電膜772形成在平坦化絕緣膜770上并被用作像素電極，即顯示元件的一個電極。另外，導電膜772具有反射電極的功能。圖21所示的顯示裝置700是由導電膜772反射外光并經(jīng)過著色膜736進行顯示的所謂反射型彩色液晶顯示裝置。

另外，作為導電膜772，可以使用對可見光具有透光性的導電膜或?qū)梢姽饩哂蟹瓷湫缘膶щ娔?。例如，作為對可見光具有透光性的導電膜，?yōu)選使用包含選自銦(In)、鋅(Zn)、錫(Sn)中的一種的材料。例如，作為對可見光具有反射性的導電膜，優(yōu)選使用包含鋁或銀的材料。在本實施方式中，作為導電膜772使用對可見光具有反射性的導電膜。

另外，當使用對可見光具有反射性的導電膜時，導電膜772可以采用疊層結(jié)構(gòu)。例如，作為下層形成膜厚度為100nm的鋁膜，作為上層形成膜厚度為30nm的銀合金膜(例如為包含銀、鈀及銅的合金膜)。通過采用上述結(jié)構(gòu)，可以得到下述效果。

(1)可以提高基底膜與導電膜772之間的密接性。

(2)可以使用化學溶液對鋁膜及銀合金膜一起進行蝕刻。

(3)可以使導電膜772具有良好的截面形狀(例如為錐形形狀)。

(3)的原因可認為如下緣故：當使用化學溶液進行蝕刻時，鋁膜的蝕刻速度比銀合金膜慢，或者當在進行上層的銀合金膜的蝕刻之后使下層的鋁膜露出時，從比銀合金膜賤的金屬(即離子化傾向高的鋁)抽出電子，由此銀合金膜的蝕刻被抑制，因而下層的鋁膜的蝕刻比銀合金膜快。

在圖21所示的顯示裝置700中，在像素部702的平坦化絕緣膜770的一部分設置有凹凸。通過使用有機樹脂膜等形成平坦化絕緣膜770，在該有機樹脂膜的表面上形成凹凸，由此可以形成該凹凸。用作反射電極的導電膜772沿著上述凹凸而形成。由此，在外光入射到導電膜772的情況下，可以在導電膜772的表面上使光漫反射，由此可以提高可見度。

另外，圖21所示的顯示裝置700例示出反射型彩色液晶顯示裝置，但是顯示裝置700的方式不局限于此。例如，也可以采用作為導電膜772利用使可見光透過的導電膜的透過型彩色液晶顯示裝置。當采用透過型彩色液晶顯示裝置時，凹凸不需要設置在平坦化絕緣膜770上。

注意，雖然在圖21中未圖示，但是也可以分別在導電膜772、774與液晶層776接觸的一側(cè)設置取向膜。此外，雖然在圖21中未圖示，但是也可以適當?shù)卦O置偏振構(gòu)件、相位差構(gòu)件、抗反射構(gòu)件等光學構(gòu)件(光學襯底)等。例如，也可以使用利用偏振襯底及相位差襯底的圓偏振。此外，作為光源，也可以使用背光源、側(cè)光源等。

在作為顯示元件使用液晶元件的情況下，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、鐵電液晶或反鐵電液晶等。這些液晶材料根據(jù)條件呈現(xiàn)出膽甾相、近晶相、立方相、手征向列相或各向同性相等。

此外，在采用水平電場方式的情況下，也可以使用不需要取向膜的呈現(xiàn)藍相的液晶。藍相是液晶相的一種，是指當使膽甾型液晶的溫度上升時即將從膽甾相轉(zhuǎn)變到均質(zhì)相之前出現(xiàn)的相。因為藍相只在較窄的溫度范圍內(nèi)出現(xiàn)，所以將其中混合了幾wt％以上的手征物質(zhì)的液晶組合物用于液晶層，以擴大溫度范圍。由于包含呈現(xiàn)藍相的液晶和手征物質(zhì)的液晶組成物的響應速度快，并且其具有光學各向同性，因此使取向處理不必要。此外，包含呈現(xiàn)藍相的液晶和手征物質(zhì)的液晶組成物的視角依賴性小。另外，因不需要設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，并且可以降低制造工序中的液晶顯示裝置的不良和破損。

另外，當作為顯示元件使用液晶元件時，可以使用：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：邊緣電場轉(zhuǎn)換)模式、ASM(Axially Symmetric aligned Micro-cell：軸對稱排列微單元)模式、OCB(Optical Compensated Birefringence：光學補償雙折射)模式、FLC(Ferroelectric Liquid Crystal：鐵電性液晶)模式、或者AFLC(Anti Ferroelectric Liquid Crystal：反鐵電性液晶)模式等。

另外，也可以使用常黑型液晶顯示裝置，例如采用垂直取向(VA)模式的透過型液晶顯示裝置。作為垂直配向模式，可以舉出幾個例子，例如可以使用MVA(Multi-Domain Vertical Alignment：多疇垂直取向)模式、PVA(Patterned Vertical Alignment：圖像垂直調(diào)整)模式或者ASV(Advanced Super View：高級超視覺)模式等。

<作為顯示元件使用發(fā)光元件的顯示裝置>

圖22所示的顯示裝置700包括發(fā)光元件782。發(fā)光元件782包括導電膜784、EL層786及導電膜788。圖22所示的顯示裝置700通過使發(fā)光元件782所包括的EL層786發(fā)光，可以顯示圖像。

導電膜784連接于晶體管750所具有的用作源電極或漏電極的導電膜。導電膜784形成在平坦化絕緣膜770上以用作像素電極，即，顯示元件的一個電極。作為導電膜784，可以使用對可見光具有透光性的導電膜或?qū)梢姽饩哂蟹瓷湫缘膶щ娔ぁＷ鳛閷梢姽饩哂型腹庑缘膶щ娔?，例如?yōu)選使用包含選自銦(In)、鋅(Zn)和錫(Sn)中的一種的材料。作為對可見光具有反射性的導電膜，例如優(yōu)選使用包含鋁或銀的材料。

在圖22所示的顯示裝置700中，在平坦化絕緣膜770及導電膜784上設置有絕緣膜730。絕緣膜730覆蓋導電膜784的一部分。發(fā)光元件782具有頂部發(fā)射結(jié)構(gòu)。因此，導電膜788具有透光性且使從EL層786發(fā)射的光透過。注意，雖然在本實施方式中例示出頂部發(fā)射結(jié)構(gòu)，但是本發(fā)明的一個方式不局限于此。例如，也可以采用向?qū)щ娔?84一側(cè)發(fā)射光的底部發(fā)射結(jié)構(gòu)或向?qū)щ娔?84一側(cè)及導電膜788一側(cè)的發(fā)射光的雙面發(fā)射結(jié)構(gòu)。

以與發(fā)光元件782重疊的方式設置有著色膜736，并以與絕緣膜730重疊且包括在引線部711及源極驅(qū)動電路部704中的方式設置有遮光膜738。著色膜736及遮光膜738被絕緣膜734覆蓋。由密封膜732填充發(fā)光元件782與絕緣膜734之間的空間。注意，雖然作為圖22所示的顯示裝置700例示出設置著色膜736的結(jié)構(gòu)，但是該結(jié)構(gòu)并不局限于此。例如，在通過分別涂布來形成EL層786時，不需要設置著色膜736。

本實施方式所示的結(jié)構(gòu)可以與其他實施方式所示的任何結(jié)構(gòu)適當?shù)亟M合而使用。

實施方式4

在本實施方式中，參照圖23A至23C說明具有本發(fā)明的一個方式的半導體裝置的顯示裝置。

圖23A所示的顯示裝置包括：具有顯示元件的像素的區(qū)域(以下稱為像素部502)；配置在像素部502外側(cè)并具有用來驅(qū)動像素的電路的電路部(以下稱為驅(qū)動電路部504)；具有保護元件的功能的電路(以下稱為保護電路506)；以及端子部507。此外，不需要設置保護電路506。

驅(qū)動電路部504的一部分或全部優(yōu)選形成在與像素部502同一的襯底上。由此，可以減少構(gòu)件的數(shù)量和端子的數(shù)量。當驅(qū)動電路部504的一部分或全部不形成在與像素部502相同的襯底上時，可以通過COG(Chip On Glass)或TAB(Tape Automated Bonding)安裝驅(qū)動電路部504的一部分或全部。

像素部502包括用來驅(qū)動配置為X行(X為2以上的自然數(shù))Y列(Y為2以上的自然數(shù))的顯示元件的多個電路(以下稱為像素電路501)，驅(qū)動電路部504包括用來供應選擇像素的信號(掃描信號)的電路(以下稱為柵極驅(qū)動器504a)、以及用來供應用來驅(qū)動像素中的顯示元件的信號(數(shù)據(jù)信號)的電路(以下稱為源極驅(qū)動器504b)等的驅(qū)動電路。

柵極驅(qū)動器504a具有移位寄存器等。柵極驅(qū)動器504a通過端子部507接收用來驅(qū)動移位寄存器的信號并輸出信號。例如，柵極驅(qū)動器504a接收起始脈沖信號或時鐘信號等并輸出脈沖信號。柵極驅(qū)動器504a具有控制被供應掃描信號的布線(以下稱為掃描線GL_1至GL_X)的電位的功能。另外，也可以設置多個柵極驅(qū)動器504a，以分別控制掃描線GL_1至GL_X?；蛘撸瑬艠O驅(qū)動器504a具有供應初始化信號的功能。但是，不局限于此，柵極驅(qū)動器504a可以供應其他信號。

源極驅(qū)動器504b具有移位寄存器等。除了用來驅(qū)動移位寄存器的信號之外，作為數(shù)據(jù)信號的基礎的信號(圖像信號)也通過端子部507被源極驅(qū)動器504b接收。源極驅(qū)動器504b具有以圖像信號為基礎生成寫入到像素電路501的數(shù)據(jù)信號的功能。另外，源極驅(qū)動器504b具有依照輸入起始脈沖信號或時鐘信號等而產(chǎn)生的脈沖信號來控制數(shù)據(jù)信號的輸出的功能。另外，源極驅(qū)動器504b具有控制被供應數(shù)據(jù)信號的布線(以下稱為數(shù)據(jù)線DL_1至DL_Y)的電位的功能?；蛘?，源極驅(qū)動器504b具有供應初始化信號的功能。但是，不局限于此，源極驅(qū)動器504b可以供應其他信號。

源極驅(qū)動器504b例如包括多個模擬開關(guān)等。通過依次使多個模擬開關(guān)成為導通狀態(tài)，源極驅(qū)動器504b可以輸出對圖像信號進行時間分割而成的信號作為數(shù)據(jù)信號。此外，也可以使用移位寄存器等構(gòu)成源極驅(qū)動器504b。

多個像素電路501的每一個分別通過被供應掃描信號的多個掃描線GL之一而被輸入脈沖信號，并通過被供應數(shù)據(jù)信號的多個數(shù)據(jù)線DL之一而被輸入數(shù)據(jù)信號。另外，多個像素電路501的每一個通過柵極驅(qū)動器504a來控制數(shù)據(jù)信號的數(shù)據(jù)的寫入及保持。例如，通過掃描線GL_m(m是X以下的自然數(shù))從柵極驅(qū)動器504a對第m行第n列的像素電路501輸入脈沖信號，并根據(jù)掃描線GL_m的電位而通過數(shù)據(jù)線DL_n(n是Y以下的自然數(shù))從源極驅(qū)動器504b對第m行第n列的像素電路501輸入數(shù)據(jù)信號。

圖23A所示的保護電路506例如與作為柵極驅(qū)動器504a和像素電路501之間的掃描線GL連接?；蛘?，保護電路506與源極驅(qū)動器504b和像素電路501之間的數(shù)據(jù)線DL連接?；蛘?，保護電路506可以與柵極驅(qū)動器504a和端子部507之間的布線連接?；蛘?，保護電路506可以與源極驅(qū)動器504b和端子部507之間的布線連接。此外，端子部507是指具有用來從外部的電路對顯示裝置輸入電源、控制信號及圖像信號的端子的部分。

保護電路506是在自身所連接的布線被供應一定的范圍之外的電位時使該布線和其他布線電連接的電路。

如圖23A所示，通過對像素部502和驅(qū)動電路部504設置保護電路506，可以提高顯示裝置對因ESD(Electro Static Discharge：靜電放電)等而產(chǎn)生的過電流的電阻。注意，保護電路506的結(jié)構(gòu)不局限于此，例如，保護電路506也可以采用與柵極驅(qū)動器504a連接的結(jié)，構(gòu)，或者保護電路506也可以采用與源極驅(qū)動器504b連接的結(jié)構(gòu)?；蛘撸Ｗo電路506也可以采用與端子部507連接的結(jié)構(gòu)。

另外，雖然在圖23A中示出驅(qū)動電路部504包括柵極驅(qū)動器504a和源極驅(qū)動器504b的例子，但是不局限于此結(jié)構(gòu)。例如，也可以采用只形成柵極驅(qū)動器504a并安裝另外準備的形成有源極驅(qū)動電路的襯底(例如，使用單晶半導體膜、多晶半導體膜形成的驅(qū)動電路襯底)的結(jié)構(gòu)。

此外，圖23A所示的多個像素電路501例如可以采用圖23B所示的結(jié)構(gòu)。

圖23B所示的像素電路501包括液晶元件570、晶體管550以及電容元件560。作為晶體管550，可以應用上述實施方式所示的晶體管。

根據(jù)像素電路501的規(guī)格適當?shù)卦O定液晶元件570的一對電極中的一個電極的電位。根據(jù)被寫入的數(shù)據(jù)設定液晶元件570的取向狀態(tài)。此外，公共電位也可以被供應到多個像素電路501的每一個所包括的液晶元件570的一對電極中的一個電極。此外，也可以對一個行的像素電路501所包括的液晶元件570的一對電極中的一個電極供應的電位與其他行的像素電路501所包括的液晶元件570的一對電極中的一個電極供應的電位不同。

例如，作為具備液晶元件570的顯示裝置的驅(qū)動方法也可以使用如下模式：TN模式；STN模式；VA模式；ASM(Axially Symmetric Aligned Micro-cell：軸對稱排列微單元)模式；OCB(Optically Compensated Birefringence：光學補償雙折射)模式；FLC(Ferroelectric Liquid Crystal：鐵電性液晶)模式；AFLC(AntiFerroelectric Liquid Crystal：反鐵電液晶)模式；MVA模式；PVA(Patterned Vertical Alignment：圖像垂直調(diào)整)模式；IPS模式；FFS模式；以及TBA(Transverse Bend Alignment：橫向彎曲取向)模式等。顯示裝置的驅(qū)動方法的其他例子包括ECB(Electrically Controlled Birefringence：電控雙折射)模式、PDLC(Polymer Dispersed Liquid Crystal：聚合物分散型液晶)模式、PNLC(Polymer Network Liquid Crystal：聚合物網(wǎng)絡型液晶)模式以及賓主模式等。但是，不局限于此，對液晶元件及其驅(qū)動方式可以使用各種液晶元件及驅(qū)動方式。

在第m行第n列的像素電路501中，晶體管550的源電極和漏電極中的一個與數(shù)據(jù)線DL_n電連接，源極和漏極中的另一個與液晶元件570的一對電極中的另一個電極電連接。此外，晶體管550的柵電極與掃描線GL_m電連接。晶體管550具有通過成為導通狀態(tài)或關(guān)閉狀態(tài)而控制是否寫入數(shù)據(jù)信號的功能。

電容元件560的一對電極中的一個電極與被供應電位的布線(以下，稱為電位供應線VL)電連接，另一個電極與液晶元件570的一對電極中的另一個電極電連接。此外，根據(jù)像素電路501的規(guī)格適當?shù)卦O定電位供應線VL的電位。電容元件560被用作儲存被寫入的數(shù)據(jù)的存儲電容器。

例如，在具有圖23B的像素電路501的顯示裝置中，例如，通過圖23A所示的柵極驅(qū)動器504a依次選擇各行的像素電路501，使晶體管550成為導通狀態(tài)而寫入數(shù)據(jù)信號。

當晶體管550成為關(guān)閉狀態(tài)時，被寫入數(shù)據(jù)的像素電路501成為保持狀態(tài)。通過按行依次進行上述步驟，可以顯示圖像。

圖23A所示的多個像素電路501例如可以采用圖23C所示的結(jié)構(gòu)。

另外圖23C所示的像素電路501包括晶體管552及554、電容元件562以及發(fā)光元件572?？梢詫⑸鲜鰧嵤┓绞剿镜木w管應用于晶體管552和晶體管554中的一方或雙方。

晶體管552的源電極和漏電極中的一個電連接于被供應數(shù)據(jù)信號的布線(以下，稱為信號線DL_n)。并且，晶體管552的柵電極電連接于被供應柵極信號的布線(以下，稱為掃描線GL_m)。

晶體管552具有通過成為導通狀態(tài)或關(guān)閉狀態(tài)而控制是否寫入數(shù)據(jù)信號的功能。

電容元件562的一對電極中的一個與被供應電位的布線(以下，稱為電位供應線VL_a)電連接，另一個與晶體管552的源電極和漏電極中的另一個電連接。

電容元件562被用作儲存被寫入的數(shù)據(jù)的存儲電容器。

晶體管554的源電極和漏電極中的一個與電位供應線VL_a電連接。并且，晶體管554的柵電極與晶體管552的源電極和漏電極中的另一個電連接。

發(fā)光元件572的陽極和陰極中的一個與電位供應線VL_b電連接，另一個與晶體管554的源電極和漏電極中的另一個電連接。

作為發(fā)光元件572，可以使用例如有機電致發(fā)光元件(也稱為有機EL元件)等。注意，發(fā)光元件572并不局限于有機EL元件，也可以使用包含無機材料的無機EL元件。

此外，高電源電位VDD被施加到電位供應線VL_a和電位供應線VL_b中的一個，低電源電位VSS施加到另一個。

例如，在具有圖23C的像素電路501的顯示裝置中，例如，通過圖23A所示的柵極驅(qū)動器504a依次選擇各行的像素電路501，使晶體管552成為導通狀態(tài)而寫入數(shù)據(jù)信號。

當晶體管552成為關(guān)閉狀態(tài)時，被寫入數(shù)據(jù)的像素電路501成為保持狀態(tài)。并且，流在晶體管554的源電極與漏電極之間的電流量根據(jù)被寫入的數(shù)據(jù)信號的電位被控制，發(fā)光元件572以對應于流動的電流量的亮度發(fā)光。通過按行依次進行上述步驟，可以顯示圖像。

本實施方式所示的結(jié)構(gòu)可以與其他實施方式所示的結(jié)構(gòu)適當?shù)亟M合而實施。

實施方式5

在本實施方式中，參照圖24及圖25A至25G說明具有本發(fā)明的一個方式的半導體裝置的顯示模塊及電子設備。

圖24所示的顯示模塊8000在上蓋8001與下蓋8002之間設置有連接于FPC8003的觸摸面板8004、連接于FPC8005的顯示面板8006、背光源8007、框架8009、印刷電路板8010、電池8011。

可以將本發(fā)明的一個方式的半導體裝置例如用于顯示面板8006。

上蓋8001及下蓋8002可以根據(jù)觸摸面板8004及顯示面板8006的尺寸適當?shù)馗淖兤湫螤詈统叽纭?/p>

觸摸面板8004可以是電阻膜式觸摸面板或靜電容量式觸摸面板，并且能夠以與顯示面板8006重疊的方式被形成。此外，也可以使顯示面板8006的對置襯底(密封襯底)具有觸摸屏功能。另外，光傳感器也可以設置在顯示面板8006的像素中，以形成光學觸摸面板。

背光源8007包括光源8008。注意，雖然在圖24中例示出在背光源8007上配置光源8008的結(jié)構(gòu)，但是本發(fā)明的一個方式不局限于此結(jié)構(gòu)。例如，可以在背光源8007的端部設置光源8008，并設置光擴散板。當使用有機EL元件等自發(fā)光型發(fā)光元件時，或者當使用反射型面板時，不需要設置背光源8007的結(jié)構(gòu)。

框架8009除了具有保護顯示面板8006的功能以外還具有用來遮斷因印刷電路板8010的工作而產(chǎn)生的電磁波的電磁屏蔽的功能。此外，框架8009也可以具有散熱板的功能。

印刷電路板8010設置有電源電路以及用來輸出視頻信號及時鐘信號的信號處理電路。作為對電源電路供應電力的電源，也可以使用外部的商業(yè)電源，或可以使用另行設置的電池8011的電源。當使用商用電源時，可以省略電池8011。

此外，顯示模塊8000還可以設置偏振片、相位差板或棱鏡片等構(gòu)件。

圖25A至圖25G示出電子設備。這些電子設備可以包括框體9000、顯示部9001、揚聲器9003、操作鍵9005(包括電源開關(guān)或操作開關(guān))、連接端子9006、傳感器9007(它具有測量如下因素的功能：力、位移、位置、速度、加速度、角速度、旋轉(zhuǎn)頻率、距離、光、液、磁、溫度、化學物質(zhì)、聲音、時間、硬度、電場、電流、電壓、電力、輻射線、流量、濕度、梯度、振動、氣味或紅外線)以及麥克風9008等。

圖25A至25G所示的電子設備可以具有各種功能。例如，可以具有如下功能：將各種數(shù)據(jù)(靜態(tài)圖像、動態(tài)圖像、文字圖像等)顯示在顯示部上；觸控面板；顯示日歷、日期或時刻等；通過利用各種軟件(程序)控制處理；進行無線通信；通過利用無線通信功能來連接到各種計算機網(wǎng)絡；通過利用無線通信功能，進行各種數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收；讀出儲存在記錄媒體中的程序或數(shù)據(jù)和將程序或數(shù)據(jù)顯示在顯示部上等。注意，圖25A至25G所示的電子設備可具有的功能不局限于上述功能，而可以具有各種各樣的功能。另外，雖然在圖25A至25G中未圖示，但是電子設備也可以包括多個顯示部。再者，在具有相機等的電子設備中，可以具有如下功能：拍攝靜態(tài)圖像；拍攝動態(tài)圖像；將所拍攝的圖像儲存在記錄媒體(外部或內(nèi)置于相機)中；將所拍攝的圖像顯示在顯示部上等。

下面，對圖25A至25G所示的電子設備進行詳細的說明。

圖25A是便攜式信息終端9100的透視圖。便攜式信息終端9100所包括的顯示部9001具有柔性。因此，能夠沿著彎曲的框體9000的彎曲面組裝顯示部9001。另外，顯示部9001具備觸摸傳感器，可以用手指或觸屏筆等觸摸畫面來進行操作。例如，通過觸摸顯示于顯示部9001的圖標，可以啟動應用程序。

圖25B是便攜式信息終端9101的透視圖。便攜式信息終端9101例如具有選自電話機、電子筆記本和信息閱讀裝置等中的一種或多種的功能。具體而言，可以將該便攜式信息終端9101用作智能手機。注意，在便攜式信息終端9101中，省略揚聲器9003、連接端子9006、傳感器9007等進行圖示，但是也可以在與圖25A所示的便攜式信息終端9100同樣的位置設置揚聲器9003、連接端子9006、傳感器9007等。另外，作為便攜式信息終端9101，可以將文字和圖像信息顯示在其多個面上。例如，可以將三個操作按鈕9050(也稱為操作圖標或圖標)顯示在顯示部9001的一個面上。另外，可以將以虛線的矩形示出的信息9051顯示在顯示部9001的其他面上。此外，作為信息9051的一個例子，有提醒收到電子郵件、SNS(Social Networking Services：社交網(wǎng)絡服務)、電話等的顯示；電子郵件或SNS等的標題；電子郵件或SNS等的發(fā)送者名字；日期；時間；電池電量；天線接收強度等?；蛘?，也可以在顯示信息9051的位置顯示操作按鈕9050等來代替信息9051。

圖25C是示出便攜式信息終端9102的透視圖。便攜式信息終端9102具有在顯示部9001的三個以上的面顯示信息的功能。在此，示出將信息9052、信息9053、信息9054分別顯示在不同的面上的例子。例如，便攜式信息終端9102的用戶能夠在將便攜式信息終端9102放在上衣口袋里的狀態(tài)下確認其顯示(這里是信息9053)。具體而言，將打來電話的人的電話號碼或姓名等顯示在能夠從便攜式信息終端9102的上方觀看到這些信息的位置。用戶可以確認到該顯示，由此判斷是否接電話，而無需從口袋里拿出便攜式信息終端9102。

圖25D是示出手表型的便攜式信息終端9200的透視圖。便攜式信息終端9200可以執(zhí)行移動電話、電子郵件、文章的閱讀及編輯、音樂播放、網(wǎng)絡通信、電腦游戲等各種應用程序。另外，顯示部9001的顯示面彎曲，可沿著其彎曲的顯示面進行顯示。另外，便攜式信息終端9200可以進行基于通信標準的近距離無線通信。例如，通過便攜式信息終端9200與可進行無線通信的耳麥之間相互通信，可以進行免提通話。另外，便攜式信息終端9200包括連接端子9006，可以通過連接器直接與其他信息終端進行數(shù)據(jù)的交換。另外，也可以通過連接端子9006進行充電。另外，充電動作也可以利用無線供電進行，而不通過連接端子9006。

圖25E、25F、25G是示出能夠折疊的便攜式信息終端9201的透視圖。另外，圖25E是將便攜式信息終端9201展開的狀態(tài)的透視圖，圖25F是顯示展開或折疊的便攜式信息終端9201的透視圖，圖25G是將便攜式信息終端9201折疊的狀態(tài)的透視圖。便攜式信息終端9201在折疊狀態(tài)下可攜帶性好。在展開狀態(tài)下因為具有無縫拼接較大的顯示區(qū)域所以顯示的一覽性強。便攜式信息終端9201所包括的顯示部9001被由鉸鏈9055連結(jié)的三個框體9000支撐。通過鉸鏈9055使兩個框體9000之間彎曲，可以使便攜式信息終端9201從展開的狀態(tài)可逆性地變?yōu)檎郫B的狀態(tài)。例如，便攜式信息終端9201能夠以1mm以上且150mm以下的曲率半徑彎曲。

本實施方式所述的電子設備的特征在于具有用來顯示某些信息的顯示部。注意，本發(fā)明的一個方式的半導體裝置也能夠應用于不包括顯示部的電子設備。另外，在本實施方式所述的電子設備的顯示部中，示出具有柔性且能夠在彎曲的顯示面上進行顯示的結(jié)構(gòu)或能夠折疊的顯示部的結(jié)構(gòu)，但并不局限于此，也可以采用不具有柔性而在平面部進行顯示的結(jié)構(gòu)。

本實施方式所示的結(jié)構(gòu)可以與其他實施方式所示的任何結(jié)構(gòu)適當?shù)亟M合而實施。

實施例1

在本實施例中，對本發(fā)明的一個方式的半導體裝置所具有的絕緣膜的氧釋放量進行測量。在本實施例中，制造下面所示的樣品A1、A2、A3及A4并使用于評價。

首先，參照圖26A和26B對各樣品的詳細內(nèi)容進行說明。注意，圖26A和26B是示意性地示出各樣品的截面圖。

<樣品A1>

如圖26A所示那樣，樣品A1包括襯底302、襯底302上的絕緣膜306、絕緣膜306上的絕緣膜316以及絕緣膜316上的保護膜317。

關(guān)于樣品A1的制造方法，首先，在襯底302上形成絕緣膜306。作為襯底302使用厚度為0.7mm的玻璃襯底。作為絕緣膜306使用厚度為100nm的氮化硅膜。該氮化硅膜的沉積條件為如下：襯底溫度為350℃；將流量為200sccm的硅烷氣體、流量為2000sccm的氮氣體及流量為2000sccm的氨氣體引入到處理室內(nèi)；壓力為100Pa；以及對設置在PECVD裝置內(nèi)的平行板電極之間供應2000W的RF功率。

接著，在絕緣膜306上形成絕緣膜316。作為絕緣膜316使用厚度為400nm的氧氮化硅膜。該氧氮化硅膜的沉積條件為如下：襯底溫度為220℃；將流量為160sccm的硅烷氣體、流量為4000sccm的一氧化二氮氣體引入到處理室內(nèi)；壓力為200Pa；以及對設置在PECVD裝置內(nèi)的平行板電極之間供應1500W的RF功率。

接著，進行加熱處理。作為該加熱處理，使用RTA裝置在氮氣氛下以650℃進行6分鐘的處理。由于該加熱處理，包含于絕緣膜306、絕緣膜316中的氧脫離。

接著，在絕緣膜316上形成保護膜317。作為保護膜317使用厚度為5nm的ITSO膜。該ITSO膜的沉積條件為如下：襯底溫度為室溫；將流量為72sccm的氬氣體、流量為5sccm的氧氣體引入到處理室內(nèi)；壓力為0.15Pa；以及對設置在濺射裝置內(nèi)的金屬氧化物靶材(In₂O₃：SnO₂：SiO₂＝85：10：5[wt.％])供應1000W的DC功率。

接著，經(jīng)過保護膜317對絕緣膜316進行氧添加處理。利用灰化裝置的該氧添加處理的條件為如下：襯底溫度為40℃；將流量為250sccm的氧氣體引入到處理室內(nèi)；壓力為15Pa；以及對設置在灰化裝置內(nèi)的平行板電極之間供應4500W的RF功率600秒鐘以對襯底一側(cè)施加偏壓。

<樣品A2>

如圖26B所示那樣，樣品A2包括襯底302、襯底302上的絕緣膜306以及絕緣膜306上的絕緣膜316。樣品A2具有在進行與上述樣品A1相同的工序之后通過濕蝕刻法去除作為保護膜317的ITSO膜。

<樣品A3>

如圖26A所示那樣，樣品A3包括襯底302、襯底302上的絕緣膜306、絕緣膜306上的絕緣膜316以及絕緣膜316上的保護膜317。

除了保護膜317的材料及其形成方法之外，樣品A3的結(jié)構(gòu)與樣品A1的結(jié)構(gòu)相同。

作為樣品A3的保護膜317使用厚度為5nm的IGZO膜。該IGZO膜的沉積條件為如下：襯底溫度為170℃；將流量為300sccm的氧氣體引入到處理室內(nèi)；壓力為0.6Pa；以及對設置在濺射裝置內(nèi)的金屬氧化物靶材(In：Ga：Zn＝1：4：5[at.％])供應2500W的AC功率。

<樣品A4>

如圖26B所示那樣，樣品A4包括襯底302、襯底302上的絕緣膜306以及絕緣膜306上的絕緣膜316。樣品A4具有在進行與上述樣品A3相同的工序之后通過濕蝕刻法去除作為保護膜317的IGZO膜。

通過上述工序，制造本實施例的樣品A1至樣品A4。

<TDS測量1>

接著，對上面所制造的樣品A1至樣品A4進行TDS測量。在TDS測量中，將各樣品從50℃到500℃的溫度范圍內(nèi)進行加熱，對各樣品的絕緣膜316所包含的氧的釋放量進行評價。注意，作為TDS測量中的氧釋放量，測量質(zhì)荷比(M/z)為32的氣體。

圖27A和27B分別示出樣品A1及樣品A2的TDS測量結(jié)果及樣品A3及樣品A4的TDS測量結(jié)果。在圖27A和27B中，縱軸表示強度(任意單位)，橫軸表示溫度(℃)。另外，圖28示出根據(jù)TDS測量的M/z為32的氣體的釋放量。注意，圖28是根據(jù)圖27A和27B所示的TDS測量結(jié)果的M/z為32的氣體的強度的積分強度比計算出M/z為32的氣體，即相當于氧分子的氣體的釋放量的結(jié)果。

根據(jù)圖27A和27B及圖28所示的結(jié)果：樣品A1的氧釋放量大約為8.0×10²⁰/cm³；樣品A2的氧釋放量大約為8.0×10²⁰/cm³；樣品A3的氧釋放量大約為3.6×10²⁰/cm³；以及樣品A4的氧釋放量大約為3.5×10²⁰/cm³。當比較樣品A1及樣品A2與樣品A3及樣品A4時，樣品A1及樣品A2的氧釋放量多。原因可能是，由于用作保護膜317的ITSO膜使氧透過，而添加到樣品A1及A2中的絕緣膜316的氧量多于樣品A3及A4。

另一方面，當比較樣品A1與樣品A2時，各樣品中的氧釋放量大致相同。另外，當比較樣品A3與樣品A4時，樣品A3的氧在更溫度時釋放。原因可能是，用作樣品A3的保護膜317的IGZO膜封閉添加到絕緣膜316的氧。

如上所述，本實施例所示的結(jié)構(gòu)可以與其他實施方式或?qū)嵤├镜娜魏谓Y(jié)構(gòu)適當?shù)亟M合而使用。

實施例2

在本實施例中，對本發(fā)明的一個方式的半導體裝置所具有的絕緣膜的氧釋放量進行測量。在本實施例中，將下面所示的樣品B1、B2、B3、B4、B5及B6用于評價。

首先，參照圖26A對各樣品的詳細內(nèi)容進行說明。

<樣品B1>

如圖26A所示那樣，樣品B1包括襯底302、襯底302上的絕緣膜306、絕緣膜306上的絕緣膜316以及絕緣膜316上的保護膜317。

作為樣品B1的制造方法使用與實施例1所示的樣品A1相同的制造方法。

<樣品B2>

如圖26A所示那樣，樣品B2包括襯底302、襯底302上的絕緣膜306、絕緣膜306上的絕緣膜316以及絕緣膜316上的保護膜317。

作為樣品B2的制造方法，在制造與樣品B1相同的樣品之后，進行真空加熱。該真空加熱的條件為如下：襯底溫度為350℃；將流量為10000sccm的氮氣體引入到處理室內(nèi)；壓力為175Pa；以及處理時間為300秒鐘。

<樣品B3>

如圖26A所示那樣，樣品B3包括襯底302、襯底302上的絕緣膜306、絕緣膜306上的絕緣膜316以及絕緣膜316上的保護膜317。

作為樣品B3的制造方法使用與實施例1所示的樣品A3相同的制造方法。

<樣品B4>

如圖26A所示那樣，樣品B4包括襯底302、襯底302上的絕緣膜306、絕緣膜306上的絕緣膜316以及絕緣膜316上的保護膜317。

作為樣品B4的制造方法，在制造與樣品B3相同的樣品之后，進行真空加熱。該真空加熱的條件與樣品B2相同。

<樣品B5>

如圖26A所示那樣，樣品B5包括襯底302、襯底302上的絕緣膜306、絕緣膜306上的絕緣膜316以及絕緣膜316上的保護膜317。

除了氧添加處理方法之外，樣品B5的制造方法與樣品B3彼此相同。樣品B5的利用灰化裝置的氧添加處理的條件為如下：襯底溫度為40℃；將流量為250sccm的氧氣體引入到處理室內(nèi)；壓力為15Pa；以及對設置在灰化裝置內(nèi)的平行板電極之間供應4500W的RF功率120秒鐘以對襯底一側(cè)施加偏壓。

<樣品B6>

如圖26A所示那樣，樣品B6包括襯底302、襯底302上的絕緣膜306、絕緣膜306上的絕緣膜316以及絕緣膜316上的保護膜317。

作為樣品B6的制造方法，在制造與樣品B5相同的樣品之后，進行真空加熱。該真空加熱的條件與樣品B2及樣品B4相同。

通過上述工序，制造本實施例的樣品B1至樣品B6。

<TDS測量2>

接著，對所制造的樣品B1至樣品B6進行TDS測量。該TDS測量的條件與實施例1相同。

圖29示出根據(jù)TDS測量的各樣品的M/z為32的氣體的釋放量。

根據(jù)圖29，在對進行真空加熱的樣品B2、B4、B6與不進行真空加熱的樣品B1、B3、B5相比時，所形成的樣品中的氧釋放量少。尤其是，作為保護膜317使用ITSO膜的樣品B2的氧釋放量最少。另一方面，在作為保護膜317使用IGZO膜的各樣品B4、B6中，即使進行真空加熱，其氧釋放量也比樣品B2多。因此，IGZO膜的抑制氧的釋放的功能比ITSO膜高。

如上所述，本實施例所示的結(jié)構(gòu)可以與其他實施方式或?qū)嵤├镜娜魏谓Y(jié)構(gòu)適當?shù)亟M合而使用。

實施例3

在本實施例中，對本發(fā)明的一個方式的半導體裝置所具有的絕緣膜的氧釋放量進行測量。在本實施例中，將下面所示的樣品C1、C2、C3、C4、C5及C6以及樣品D1、D2、D3及D4用于評價。

首先，參照圖26B對各樣品的詳細內(nèi)容進行說明。

<樣品C1>

如圖26B所示那樣，樣品C1包括襯底302、襯底302上的絕緣膜306以及絕緣膜306上的絕緣膜316。作為樣品C1的制造方法使用與實施例1所示的樣品A2相同的制造方法。

<樣品C2至樣品C6>

樣品C2至樣品C6的每一個的結(jié)構(gòu)與樣品C1相同。然而，其制造方法與樣品C1不同。具體地說，在樣品C2至樣品C6的制造方法中，用作保護膜317的ITSO膜的厚度不同。樣品C2的保護膜317的厚度為10nm，樣品C3的保護膜317的厚度為15nm，樣品C4的保護膜317的厚度為20nm，樣品C5的保護膜317的厚度為30nm，并且樣品C6的保護膜317的厚度為50nm。另外，與樣品C1同樣地，在氧添加處理之后去除樣品C2至樣品C6的保護膜317。

<樣品D1>

如圖26B所示那樣，樣品D1包括襯底302、襯底302上的絕緣膜306以及絕緣膜306上的絕緣膜316。作為樣品D1的制造方法使用與實施例1所示的樣品A4相同的制造方法。

<樣品D2至樣品D4>

樣品D2至樣品D4的每一個的結(jié)構(gòu)與樣品D1相同。然而，其制造方法與樣品D1不同。具體地說，在樣品D2至樣品D4的制造方法中，用作保護膜317的IGZO膜的厚度不同。樣品D2的保護膜317的厚度為10nm，樣品D3的保護膜317的厚度為20nm，并且樣品D4的保護膜317的厚度為35nm。另外，與樣品D1同樣地，在氧添加處理之后去除樣品D2至樣品D4的保護膜317。

<TDS測量3>

接著，對如上述所說明那樣制造的樣品C1至樣品C6以及樣品D1至樣品D4進行TDS測量。該TDS測量的條件與實施例1及實施例2相同。

圖30A示出樣品C1至樣品C6的根據(jù)TDS測量的各樣品的M/z為32的氣體的釋放量。圖30B示出樣品D1至樣品D4的根據(jù)TDS測量的各樣品的M/z為32的氣體的釋放量。

由圖30A所示的結(jié)果可知：通過將用于樣品C1至樣品C3的保護膜317的ITSO膜的各厚度設定為5nm以上且15nm以下，能夠?qū)^緣膜316添加更多的氧。另一方面，由于將用于樣品C4至樣品C6的保護膜317的ITSO膜的各厚度設定為20nm以上且50nm以下，而氧不容易被添加到絕緣膜316中。

由圖30B所示的結(jié)果可知：通過將用于樣品D1及樣品D2的保護膜317的IGZO膜的各厚度設定為5nm以上且10nm以下，能夠?qū)^緣膜316添加更多的氧。另一方面，由于將用于樣品D3及樣品D4的保護膜317的IGZO膜的各厚度設定為20nm以上且35nm以下，而氧不容易被添加到絕緣膜316中。

如上所述，本實施例所示的結(jié)構(gòu)可以與其他實施方式或?qū)嵤├镜娜魏谓Y(jié)構(gòu)適當?shù)亟M合而使用。

實施例4

在本實施例中，對本發(fā)明的一個方式的半導體裝置所具有的絕緣膜的氧釋放量進行測量。并且，進行半導體裝置的截面觀察。在本實施例中，將下面所示的樣品E1、E2、E3及E4用于評價。

首先，參照圖31A和31B對各樣品的詳細內(nèi)容進行說明。

<樣品E1>

如圖31A所示那樣，樣品E1包括襯底302、襯底302上的導電膜312、導電膜312上的絕緣膜306以及絕緣膜306上的絕緣膜316。

作為樣品E1的制造方法，首先，在襯底302上形成導電膜312。作為該導電膜312的形成方法，形成依次層疊厚度為50nm的鎢膜、厚度為400nm的鋁膜以及厚度為100nm的鈦膜的疊層結(jié)構(gòu)。接著，在導電膜312上形成絕緣膜306。接著，在絕緣膜306上形成絕緣膜316。接著，進行加熱處理。接著，在絕緣膜316上形成保護膜317。接著，經(jīng)過保護膜317對絕緣膜316進行氧添加處理。然后，通過濕蝕刻法去除保護膜317。

另外，在相同條件下形成絕緣膜306、316及保護膜317，并且加熱處理及氧添加處理的條件與實施例1所示的樣品A1相同。

<樣品E2>

如圖31B所示那樣，樣品E2包括襯底302、襯底302上的導電膜312a、312b、以及襯底302、導電膜312a、312b上的絕緣膜306。

樣品E2具有使用導電膜312a、312b而代替樣品E1的導電膜312的結(jié)構(gòu)。另外，在俯視圖中，將導電膜312a、312b形成為縱長度和橫長度都為10μm。另外，除了導電膜312a、312b的形成方法以外，樣品E2的制造方法與樣品E1相同。作為導電膜312a、312b的形成條件，在襯底302上形成導電膜，將該導電膜加工為所希望的區(qū)域。用于導電膜312a、312b的導電膜具有與上述導電膜312相同的結(jié)構(gòu)。另外，在導電膜312a、312b的加工方法中使用干蝕刻裝置。

<樣品E3>

如圖31A所示那樣，樣品E3包括襯底302、襯底302上的導電膜312、導電膜312上的絕緣膜306以及絕緣膜306上的絕緣膜316。

作為樣品E3的制造方法，首先，在襯底302上形成導電膜312。作為該導電膜312的形成方法，形成依次層疊厚度為50nm的鎢膜、厚度為400nm的鋁膜以及厚度為100nm的鈦膜的疊層結(jié)構(gòu)。接著，在導電膜312上形成絕緣膜306。接著，在絕緣膜306上形成絕緣膜316。接著，進行加熱處理。接著，在絕緣膜316上形成保護膜317。接著，經(jīng)過保護膜317對絕緣膜316進行氧添加處理。然后，通過濕蝕刻法去除保護膜317。

另外，在相同條件下形成絕緣膜306、316，并且加熱處理及氧添加處理的條件與上述樣品E1相同。另外，樣品E1與樣品E3的不同之處是保護膜317的形成方法。作為樣品E3的保護膜317使用厚度為5nm的鋁膜。該鋁膜的沉積條件為如下：襯底溫度為70℃；將流量為100sccm的氬氣體引入到處理室內(nèi)；壓力為0.3Pa；以及對設置在濺射裝置內(nèi)的金屬靶材(鋁靶材)供應10kW的DC功率。

<樣品E4>

如圖31B所示那樣，樣品E4包括襯底302；襯底302上的導電膜312a、312b；襯底302、導電膜312a、312b上的絕緣膜306；以及絕緣膜306上的絕緣膜316。

在樣品E4中，使用導電膜312a、312b而代替樣品E1的導電膜312。另外，在俯視圖中，將導電膜312a、312b形成為縱長度和橫長度都為10μm的形狀。另外，除了導電膜312a、312b的形成方法以外，樣品E4的制造方法與樣品E3相同。作為導電膜312a、312b的形成條件，在襯底302上形成導電膜，將該導電膜加工為所希望的區(qū)域。用于導電膜312a、312b的導電膜具有與上述導電膜312相同的結(jié)構(gòu)。另外，在導電膜312a、312b的加工方法中使用干蝕刻裝置。

<TDS測量4>

接著，對如上述所說明那樣制造的樣品E1至樣品E4進行TDS測量。該TDS測量的條件與實施例1、實施例2及實施例3相同。

圖32示出樣品E1至樣品E4的根據(jù)TDS測量的各樣品的M/z為32的氣體的釋放量。

如圖32所示那樣，樣品E1和樣品E2的氧釋放量大致相同。另外，樣品E4的氧釋放量比樣品E3少。

接著，為了檢測樣品E4的少的氧釋放量，而制造分別具有圖31C所示的結(jié)構(gòu)的樣品并進行其截面觀察。另外，作為截面觀察用樣品，制造下面所示的樣品E5及樣品E6。

首先，下面對樣品E5及樣品E6進行詳細的說明。

<樣品E5>

如圖31C所示那樣，樣品E5包括襯底302；襯底302上的導電膜312a、312b；襯底302、導電膜312a、312b上的絕緣膜306；絕緣膜306上的絕緣膜316；以及絕緣膜316上的保護膜317。

樣品E5具有上述樣品E2的不去除保護膜317的結(jié)構(gòu)。因此，除了不去除保護膜317以外，制造方法與樣品E2相同。

<樣品E6>

如圖31C所示那樣，樣品E6包括襯底302；襯底302上的導電膜312a、312b；襯底302、導電膜312a、312b上的絕緣膜306；絕緣膜306上的絕緣膜316；以及絕緣膜316上的保護膜317。

樣品E6具有上述樣品E4的不去除保護膜317的結(jié)構(gòu)。因此，除了不去除保護膜317以外的制造方法與樣品E4相同。

接著，對樣品E5及樣品E6進行截面觀察。圖33A示出樣品E5的截面觀察結(jié)果，而圖33B示出樣品E6的截面觀察結(jié)果。此外，當觀察截面時使用透射電子顯微鏡(STEM：Scanning Transmission Electron Microscope)。

由圖33A所示的結(jié)果可知，用作保護膜317的ITSO膜覆蓋絕緣膜316的臺階部，即不平部的表面。另一方面，由圖33B所示的結(jié)果可知，用作保護膜317的鋁膜不完全覆蓋絕緣膜316的臺階部，即不平部的表面，絕緣膜316的一部分被露出。圖32所示的結(jié)果意味著：如圖33B所示那樣，保護膜317不完全覆蓋絕緣膜316的不平部的表面，氧從被露出的絕緣膜316脫離，因此樣品E4的氧釋放量少。

如上所述，本實施例所示的結(jié)構(gòu)可以與其他實施方式或?qū)嵤├镜娜魏谓Y(jié)構(gòu)適當?shù)亟M合而使用。

實施例5

在本實施例中，制造相當于圖6A至6C所示的晶體管170的晶體管并對其進行電特性及可靠性的試驗。在本實施例中，將制造的樣品F1、F2、F3及F4用于評價。另外，在樣品F1至F4的每一個中，在襯底上制造10個晶體管。

下面，對在本實施例中制造的樣品進行說明。注意，在以下的說明中，使用在圖6A至6C所示的晶體管170中使用的符號來進行說明。

<樣品F1及樣品F2>

樣品F1的晶體管的溝道長度L為1.5μm，溝道寬度W為50μm，而樣品F2的晶體管的溝道長度L為2μm，溝道寬度W為50μm。在樣品F1和樣品F2中，溝道長度L以外的結(jié)構(gòu)彼此相同。

首先，在襯底102上形成導電膜104。作為襯底102使用玻璃襯底。并且，作為導電膜104通過使用濺射裝置形成厚度為100nm的鎢膜。

在襯底102及導電膜104上形成絕緣膜106、107。作為絕緣膜106通過使用PECVD裝置形成厚度為400nm的氮化硅膜。作為絕緣膜107通過使用PECVD裝置形成厚度為50nm的氧氮化硅膜。

接著，在絕緣膜107上形成氧化物半導體膜108。作為氧化物半導體膜108通過使用濺射裝置形成厚度為35nm的IGZO膜。氧化物半導體膜108的沉積條件為如下：襯底溫度為170℃；將流量為100sccm的氬氣體及流量為100sccm的氧氣體引入到處理室內(nèi)；壓力為0.6Pa；以及對金屬氧化物濺射靶材(In：Ga：Zn＝1：1：1[原子個數(shù)比])供應2500W的AC功率。

接著，進行第一加熱處理。作為該第一加熱處理，在氮氣氛下以450℃進行一個小時的加熱處理，然后在氮和氧的混合氣體氣氛下以450℃進行一個小時的加熱處理。

接著，在絕緣膜107及氧化物半導體膜108上形成導電膜112a、112b。作為導電膜112a、112b，通過使用濺射裝置在真空中連續(xù)形成厚度為50nm的鎢膜、厚度為400nm的鋁膜以及厚度為100nm的鈦膜。

接著，在絕緣膜107、氧化物半導體膜108以及導電膜112a、112b上形成絕緣膜114及絕緣膜116。作為絕緣膜114通過使用PECVD裝置形成厚度為50nm的氧氮化硅膜。作為絕緣膜116通過使用PECVD裝置形成厚度為400nm的氧氮化硅膜。注意，絕緣膜114及絕緣膜116是通過使用PECVD裝置在真空中連續(xù)形成的。

絕緣膜114的沉積條件為如下：襯底溫度為220℃；將流量為50sccm的硅烷氣體、流量為2000sccm的一氧化二氮氣體引入到處理室內(nèi)；壓力為20Pa；以及對設置在PECVD裝置內(nèi)的平行板電極之間供應100W的RF功率。絕緣膜116的成膜條件為如下：襯底溫度為220℃；將流量為160sccm的硅烷氣體、流量為4000sccm的一氧化二氮氣體引入到處理室內(nèi)；壓力為200Pa；以及對設置在PECVD裝置內(nèi)的平行板電極之間供應1500W的RF功率。

接著，進行第二加熱處理。作為該第二加熱處理，在氮氣體氣氛下以350℃進行一個小時的加熱處理。

接著，在絕緣膜116上形成保護膜117。作為保護膜117通過使用濺射裝置形成厚度為5nm的ITSO膜。

接著，經(jīng)過保護膜117對氧化物半導體膜108及絕緣膜114、116進行氧添加處理。該氧添加處理的條件與實施例1的樣品A1相同。

接著，在保護膜117上形成絕緣膜118。作為絕緣膜118通過使用PECVD裝置形成厚度為100nm的氮化硅膜。

<樣品F3及樣品F4>

樣品F3的晶體管的溝道長度L為1.5μm，溝道寬度W為50μm，而樣品F4的晶體管的溝道長度L為2μm，溝道寬度W為50μm。在樣品F3和樣品F4中，溝道長度L以外的結(jié)構(gòu)彼此相同，并且通過相同的制造方法形成。

樣品F3及樣品F4與上述樣品F1及樣品F2的不同之處是下面所示的工序，除了下面所示的工序以外的工序彼此相同。

樣品F3及樣品F4與上述樣品F1及樣品F2的不同之處是形成保護膜117及經(jīng)過保護膜117對絕緣膜116進行的氧添加處理的條件。具體地說，保護膜117的條件與實施例1所示的樣品A3相同。另外，氧添加處理的條件與實施例2所示的樣品B5相同。

通過上述工序制造本實施例的樣品F1至F4。

接著，圖34A和34B及圖35A和35B示出上述制造的樣品F1至F4的電特性。

圖34A是樣品F1的電特性的測量結(jié)果，圖34B是樣品F2的電特性的測量結(jié)果，圖35A是樣品F3的電特性的測量結(jié)果，圖35B是樣品F4的電特性的測量結(jié)果。另外，在圖34A和34B及圖35A和35B中，橫軸表示柵電壓(VG)，縱軸表示漏電流(ID)，并且重疊地示出10個晶體管的數(shù)據(jù)。另外，將源電極與漏電極之間的電壓(將該電壓表示為VD)設定為10V，在-15V至15V的范圍中，按0.25V的間隔施加VG。

由圖34A和34B及圖35A和35B所示的結(jié)果可知，在比較樣品F1及樣品F2與樣品F3及樣品F4時，在樣品F1及樣品F2的各晶體管之間偏差小。原因可能是，因為經(jīng)過保護膜117對絕緣膜116進行的氧添加處理的時間較長，所以更多氧被添加到絕緣膜116中。另一方面，即使在經(jīng)過保護膜117對絕緣膜116進行的氧添加處理的時間較短的樣品F3及樣品F4中，在晶體管的溝道長度為2μm左右時，也可以實現(xiàn)0V附近的優(yōu)良的上升特性。

接著，對上述樣品F2及樣品F4進行可靠性評價。通過使用偏壓－熱應力試驗(以下，稱為GBT(Gate Bias Temperature)試驗)進行可靠性評價。

GBT試驗是加速試驗的一種，它可以在短時間內(nèi)評價由于長時間使用而發(fā)生的晶體管的特性變化。尤其是，GBT測試前后的晶體管的閾值電壓的變化量(△Vth)是用于檢查可靠性的重要的指標。在GBT試驗前后，閾值電壓的變化量(△Vth)越小，晶體管的可靠性越高。

本實施例的GBT試驗條件為如下：柵電壓(VG)為±30V；漏電壓(VD)及源電壓(VS)都為0V(COMMON)；應力溫度為60℃；以及應力施加時間為1小時，并且在黑暗環(huán)境及光環(huán)境(使用白色LED照射10000lx左右的光)的兩種環(huán)境下進行GBT試驗。就是說，將晶體管的源電極和漏電極的電位設定為相同的電位，并且對柵電極施加與源電極及漏電極不同的電位特定時間(這里，1小時)。另外，將施加到柵電極的電位比源電極及漏電極的電位高的條件稱為正應力，而將施加到柵電極的電位比源電極及漏電極的電位低的條件稱為負應力。因此，在測定環(huán)境的組合中，GBT試驗在4個應力條件下進行：黑暗正應力、黑暗負應力、光正應力以及光負應力。

圖36示出樣品F2及樣品F4的GBT試驗結(jié)果。在圖36中，橫軸表示各樣品的名字而縱軸表示晶體管的閾值電壓的變化量(△Vth)。

由圖36所示的結(jié)果可知，在本發(fā)明的一個方式的樣品F2及樣品F4中，根據(jù)GBT試驗的閾值電壓的變化量(△Vth)小。另外，在比較樣品F2和樣品F4時，樣品F4的閾值電壓的變化量(△Vth)更小。

由上述結(jié)果可知，本實施例的樣品F1至樣品F4的晶體管的偏差少且可靠性高。

如上所述，本實施例所示的結(jié)構(gòu)可以與其他實施方式所示的任何結(jié)構(gòu)適當?shù)亟M合而使用。

附圖標記說明

100：晶體管；100C：晶體管；100D：晶體管；102：襯底；104：導電膜；106：絕緣膜；107：絕緣膜；108：氧化物半導體膜；108a：氧化物半導體膜；108b：氧化物半導體膜；108c：氧化物半導體膜；112：導電膜；112a：導電膜；112b：導電膜；112c：導電膜；114：絕緣膜；116：絕緣膜；116a：絕緣膜；116b：絕緣膜；117：保護膜；118：絕緣膜；120：導電膜；120a：導電膜；120b：導電膜；122：絕緣膜；140a：掩模；140b：掩模；141：氧；141a：開口部；141b：開口部；142：蝕刻氣體；142a：開口部；142b：開口部；142c：開口部；144：區(qū)域；150：晶體管；150A晶體管；160：晶體管；160A晶體管；170：晶體管；170A：晶體管；170B：晶體管；180b：氧化物半導體膜；302：襯底；306：絕緣膜；312：導電膜；312a：導電膜；312b：導電膜；316：絕緣膜；317：保護膜；501：像素電路；502：像素部；504：驅(qū)動電路部；504a：柵極驅(qū)動器；504b：源極驅(qū)動器；506：保護電路；507：端子部；550：晶體管；552：晶體管；554：晶體管；560：電容元件；562：電容元件；570：液晶元件；572：發(fā)光元件；700：顯示裝置；701：襯底；702：像素部；704：源極驅(qū)動電路部；705：襯底；706：柵極驅(qū)動電路部；708：FPC端子部；710：信號線；711：布線部；712：密封劑；716：FPC；730：絕緣膜；732：封止膜；734：絕緣膜；736：著色膜；738：遮光膜；750：晶體管；752：晶體管；760：連接電極；764：絕緣膜；766：絕緣膜；767：保護膜；768：絕緣膜；770：平坦化絕緣膜；772：導電膜；774：導電膜；775：液晶元件；776：液晶層；778：結(jié)構(gòu)體；780：各向異性導電膜；782：發(fā)光元件；784：導電膜；786：EL層；788：導電膜；790：電容元件；5100：顆粒；5120：襯底；5161：區(qū)域；8000：顯示模塊；8001：上蓋；8002：下蓋；8003：FPC；8004：觸摸面板；8005：FPC；8006：顯示面板；8007：背光源；8008：光源；8009：框架；8010：印刷電路板；8011：電池；9000：框體；9001：顯示部；9003：揚聲器；9005：操作鍵；9006：連接端子；9007：傳感器；9008：麥克風；9050：操作按鈕；9051：信息；9052：信息；9053：信息；9054：信息；9055：鉸鏈；9100：便攜式信息終端；9101：便攜式信息終端；9102：便攜式信息終端；9200：便攜式信息終端；9201：便攜式信息終端

本申請基于2014年4月18日提交到日本專利局的日本專利申請No.2014-086066，通過引用將其完整內(nèi)容并入在此。