專利名稱：半導(dǎo)體器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件。具體來說，本發(fā)明涉及包括存儲器電路(例如存儲器裝置)的半導(dǎo)體器件。
背景技術(shù)：
使用在具有絕緣表面的襯底之上所形成的半導(dǎo)體薄膜來形成晶體管的技術(shù)一直受到關(guān)注。晶體管用于以液晶電視為代表的顯示裝置。硅已知為可適用于晶體管的半導(dǎo)體薄膜的材料；但是，氧化物半導(dǎo)體在近年來受到關(guān)注。作為氧化物半導(dǎo)體的材料，氧化鋅或者包含氧化鋅作為其成分的材料是已知的(例如專利文獻(xiàn)I和2)。此外，公開有使用電子載流子濃度小于IO18CnT3的非晶氧化物(氧 化物半導(dǎo)體)所形成的晶體管(例如專利文獻(xiàn)3)。[參考文獻(xiàn)][專利文獻(xiàn)][專利文獻(xiàn)I]日本專利申請公開No.2007-123861[專利文獻(xiàn)2]日本專利申請公開No.2007-096055[專利文獻(xiàn)3]日本專利申請公開No.2006-165529

發(fā)明內(nèi)容
但是，與氧化物半導(dǎo)體中的化學(xué)計量組成的差異在薄膜形成工序中發(fā)生。氧化物半導(dǎo)體的電導(dǎo)率因氧過?；蜓跞毕荻l(fā)生變化。此外，在形成氧化物半導(dǎo)體的薄膜期間進(jìn)入氧化物半導(dǎo)體的氫與氧鍵合(形成O-H鍵)，并且用作作為改變電導(dǎo)率的因子的電子施主。此外，由于O-H鍵是極性鍵，所以它用作改變諸如使用氧化物半導(dǎo)體所制造的晶體管之類的有源裝置的特性的因子。甚至當(dāng)具有小于IO18cnT3的電子載流子濃度時，氧化物半導(dǎo)體也實質(zhì)上是η型半導(dǎo)體，并且在專利文獻(xiàn)I至3中公開的晶體管的導(dǎo)通-截止比大約為103。晶體管的這種低導(dǎo)通-截止比歸因于大截止態(tài)(off-state)電流。在這里，導(dǎo)通-截止比指的是導(dǎo)通態(tài)電流的值與截止態(tài)電流的值的比率。鑒于上述問題，本發(fā)明的一個實施例的目的是提供一種具有穩(wěn)定電特性(例如極低截止態(tài)電流)的晶體管。本發(fā)明的一個實施例是一種半導(dǎo)體器件，其存儲器電路包括其中溝道形成區(qū)使用氧化物半導(dǎo)體膜來形成的晶體管。去除氧化物半導(dǎo)體中包含的氫或OH基，使得氧化物半導(dǎo)體中包含的氫的濃度小于或等于5X1019cm_3、優(yōu)選地小于或等于5X1018cm_3、更優(yōu)選地小于或等于5X1017cm_3，并且載流子濃度小于或等于5X1014cm_3、優(yōu)選地小于或等于5 X IO12Cm 3O在這里，氧化物半導(dǎo)體膜的能隙設(shè)置為2eV或更大、優(yōu)選地為2. 5eV或更大、更優(yōu)選地為3eV或更大，以便可能多地降低盡形成施主的雜質(zhì)(例如氫)。此外，氧化物半導(dǎo)體膜的載流子濃度設(shè)置為小于或等于1父1014(^_3、優(yōu)選地為小于或等于1\1012(^_3。這樣高度純化的氧化物半導(dǎo)體用于晶體管的溝道形成區(qū)。相應(yīng)地，甚至在溝道寬度為IOmm的極長的情況下，在IV和IOV的漏極電壓以及-5V至-20V的范圍中的柵極電壓也能夠得到I X 10_13A或更小的漏極電流。通過本發(fā)明的一個實施例，通過使用包括高度純化的氧化物半導(dǎo)體膜的晶體管來形成電路，能夠得到電路的穩(wěn)定操作。 由于截止態(tài)電流降低到小于或等于IX 10_13A，所以包括上述電路的顯示裝置不需要另外設(shè)置有用于保持施加到像素的信號電壓的電容器。也就是說，在電路應(yīng)用于顯示裝置的情況下，存儲電容器對于各像素是不必要的，因而能夠改進(jìn)開口率。通過本發(fā)明的一個實施例，包括上述電路的顯示裝置能夠保持像素的固定狀態(tài)(例如其中寫入圖像信號的狀態(tài))；因此，在顯示靜止圖像的情況下也能夠得到穩(wěn)定操作。通過本發(fā)明的一個實施例，能夠得到高場效應(yīng)遷移率和低截止態(tài)電流；因此，能夠得到包括沒有問題而順利操作并且具有低功率消耗的存儲器電路的半導(dǎo)體器件。在包括氧化物半導(dǎo)體層的晶體管設(shè)置在顯示裝置的像素中的情況下，包括這種存儲器電路的半導(dǎo)體器件是特別有效的，因為包括存儲器電路和像素的半導(dǎo)體器件能夠在一個襯底之上制造。


圖IA至圖IE示出作為本發(fā)明的一個實施例的晶體管和一種用于制造晶體管的方法，以及圖IF示出作為本發(fā)明的一個實施例的電容器。圖2示出作為本發(fā)明的一個實施例的晶體管。圖3示出作為本發(fā)明的一個實施例的晶體管的初始性質(zhì)。圖4A和圖4B各示出作為本發(fā)明的一個實施例的晶體管。圖5A和圖5B各示出作為本發(fā)明的一個實施例的晶體管的Vg-Id特性。圖6示出作為本發(fā)明的一個實施例的存儲器電路(DRAM)。圖7示出作為本發(fā)明的一個實施例的存儲器電路的刷新電路。圖8示出作為本發(fā)明的一個實施例的存儲器電路(SRAM)。圖9示出作為本發(fā)明的一個實施例的存儲器電路(SRAM)。圖IOA至圖IOD示出作為本發(fā)明的一個實施例的晶體管以及一種用于制造晶體管的方法。圖IlA至圖IlD示出作為本發(fā)明的一個實施例的晶體管以及一種用于制造晶體管的方法。圖12A和圖12B示出作為本發(fā)明的一個實施例的晶體管。圖13A至圖13E示出作為本發(fā)明的一個實施例的晶體管以及一種用于制造晶體管的方法。圖14A和圖14B各示出作為本發(fā)明的一個實施例的晶體管。圖15A和圖15B示出作為本發(fā)明的一個實施例的晶體管。圖16A至圖16E示出作為本發(fā)明的一個實施例的晶體管以及一種用于制造晶體管的方法。圖17示出作為本發(fā)明的一個實施例的晶體管。
圖18A和圖18B是圖17中的A_A’上的能帶圖。圖19A和圖19B是圖17中的B-B’上的能帶圖。圖20是示出真空級與金屬的功函數(shù)(ΦΜ)之間的關(guān)系以及真空級與氧化物半導(dǎo)體的電子親合勢(X)之間的關(guān)系的簡圖。圖21示出作為本發(fā)明的一個實施例的CPU。圖22A至圖22C示出作為本發(fā)明的一個實施例的無線通信半導(dǎo)體器件。圖23A和圖23B各示出作為本發(fā)明的一個實施例的無線通信半導(dǎo)體器件。圖24示出作為本發(fā)明的一個實施例的無線通信半導(dǎo)體器件。圖25示出作為本發(fā)明的一個實施例的無線通信半導(dǎo)體器件。圖26A至圖26F各示出作為本發(fā)明的一個實施例的無線通信半導(dǎo)體器件的應(yīng)用示例。圖27A至圖27C各示出作為本發(fā)明的一個實施例的顯示裝置的示例。圖28A至圖28C各示出作為本發(fā)明的一個實施例的電子電器的示例。
具體實施例方式下面參照附圖來描述本發(fā)明的實施例。但是，本發(fā)明并不局限于以下描述。本領(lǐng)域的技術(shù)人員易于理解，除非背離本發(fā)明的范圍和精神，否則模式和細(xì)節(jié)能夠通過各種方式來改變。因此，本發(fā)明不應(yīng)當(dāng)被理解為局限于實施例和示例的以下描述。注意，表示相同部分的參考標(biāo)號常用于不同附圖中。注意，為了簡潔起見，在一些情況下，實施例中的附圖等所示的各結(jié)構(gòu)的層或區(qū)域的大小、厚度經(jīng)過放大。因此，本發(fā)明的實施例并不局限于這類比例。注意，使用本說明書中具有諸如“第一”、“第二”和“第三”之類的序數(shù)的術(shù)語，以便標(biāo)識組件，而這些術(shù)語并不是以數(shù)字方式來限制組件。(實施例I)在這個實施例中，描述作為本發(fā)明的一個實施例的半導(dǎo)體器件。首先參照圖IA至圖IE來描述能夠用于這個實施例的半導(dǎo)體器件的晶體管。圖IA至圖IE所示的晶體管110是具有底柵結(jié)構(gòu)的反交錯(inverted staggered)晶體管。雖然晶體管110是單柵晶體管，但是也可根據(jù)需要來使用具有多個溝道形成區(qū)的多柵晶體管。首先，在具有絕緣表面的襯底100之上形成導(dǎo)電膜之后，執(zhí)行第一光刻步驟，使得形成柵電極層111。備選地，可通過借助于經(jīng)由噴墨方法所形成的抗蝕劑掩模處理導(dǎo)電膜，來形成柵電極層111。在通過噴墨方法來形成抗蝕劑掩模的情況下，因為沒有使用光掩模，所以制造成本能夠降低。雖然對于能夠用作具有絕緣表面的襯底100的襯底沒有具體限制，然而必要的是，具有絕緣表面的襯底100至少具有對后來執(zhí)行的熱處理的充分耐熱性。作為具有絕緣表面的襯底100，能夠使用諸如鋇硼硅酸鹽玻璃襯底或者鋁硼硅酸鹽玻璃襯底之類的玻璃 襯底。作為玻璃襯底，可使用采用諸如鋁硅酸鹽玻璃、鋁硼硅酸鹽玻璃或鋇硼硅酸鹽玻璃之類的材料所形成的玻璃襯底。在接下來執(zhí)行熱處理的溫度較高的情況下，優(yōu)選的是使用其應(yīng)變點(diǎn)高于或等于730°C的玻璃襯底。注意，在包含比三氧化二硼(B2O3)更多數(shù)量的氧化鋇(BaO)時能夠得到具有耐熱性的更實用玻璃。因此，優(yōu)選地使用包含使得BaO的量比B2O3要大的BaO和B2O3的玻璃襯底。注意，由絕緣體所形成的諸如陶瓷襯底、石英襯底或藍(lán)寶石襯底之類的襯底可用來代替玻璃襯底。也可使用晶化玻璃襯底等。用作基底膜的絕緣膜可設(shè)置在襯底100與柵電極層111之間。基底膜具有防止雜質(zhì)元素從襯底100擴(kuò)散的功能，并且能夠形成為具有使用氮化硅膜、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)或者疊層結(jié)構(gòu)。柵電極層111能夠形成為具有使用諸如Mo、Ti、Cr、Ta、W、Al、Cu、Nd和Sc之類的金屬材料的一種或多種以及包含上述金屬材料作為其主要成分的合金材料的單層結(jié)構(gòu)或者疊層結(jié)構(gòu)。在柵電極層111具有二層結(jié)構(gòu)的情況下，優(yōu)選的結(jié)構(gòu)是例如其中Mo層層疊在Al層之上的結(jié)構(gòu)、其中Mo層層疊在Cu層之上的結(jié)構(gòu)、其中氮化鈦層或氮化鉭層層疊在Cu 層之上的結(jié)構(gòu)、其中層疊氮化鈦和Mo層的結(jié)構(gòu)或者其中層疊氮化鎢層和W層的結(jié)構(gòu)。在柵電極層111具有三層結(jié)構(gòu)的情況下，優(yōu)選的結(jié)構(gòu)是其中層疊W層或氮化鎢層、Al-Si合金層或Al-Ti合金層以及氮化鈦層或Ti層的結(jié)構(gòu)。然后，柵極絕緣層102在柵電極層111之上形成。通過等離子體CVD方法、濺射方法等，柵極絕緣層102能夠形成為具有使用氧化硅層、氮化硅層、氧氮化硅層、氮氧化硅層和氧化鋁層中的一個或多個的單層結(jié)構(gòu)或者疊層結(jié)構(gòu)。例如，氧氮化硅層可通過等離子體CVD方法使用SiH4氣體、氧氣體和氮?dú)怏w作為源氣體來形成。柵極絕緣層102的厚度優(yōu)選地大于或等于IOOnm且小于或等于500nm。在柵極絕緣層102具有多個絕緣層的疊層結(jié)構(gòu)的情況下，可使用厚度大于或等于50nm且小于或等于200nm的第一柵極絕緣層以及第一柵極絕緣層之上的厚度大于或等于5nm且小于或等于300nm的第二柵極絕緣層的疊層。甚至在多個絕緣層的疊層結(jié)構(gòu)的情況下，柵極絕緣層102的總厚度也優(yōu)選地大于或等于IOOnm且小于或等于500nm。在這個實施例中，厚度小于或等于IOOnm的氧氮化硅層通過等離子體CVD方法作為柵極絕緣層102來形成。隨后，厚度大于或等于2nm且小于或等于200nm的氧化物半導(dǎo)體膜130在柵極絕緣層102之上形成。注意，在氧化物半導(dǎo)體膜130通過濺射方法來形成之前，附于柵極絕緣層102的表面的灰塵優(yōu)選地通過其中在IS氣體氣氛中生成等離子體的逆派射(reverse sputtering)被去除。注意，氮、氦、氧等可用來代替氬氣氛。氧化物半導(dǎo)體膜130使用下列項來形成諸如In-Sn-Ga-Zn-O基金屬氧化物之類的四元金屬氧化物，諸如In-Ga-Zn-O基金屬氧化物、In-Sn-Zn-O基金屬氧化物、In-Al-Zn-O基金屬氧化物、Sn-Ga-Zn-O基金屬氧化物、Al-Ga-Zn-O基金屬氧化物或者Sn-Al-Zn-O基金屬氧化物之類的二兀金屬氧化物，或者諸如In-Zn-O基金屬氧化物、Sn-Zn-O基金屬氧化物、Al-Zn-O基金屬氧化物或者In-Sn-O基金屬氧化物之類的二元金屬氧化物，In-O基金屬氧化物、Sn-O基金屬氧化物或者Zn-O基金屬氧化物。在這個實施例中，氧化物半導(dǎo)體膜130通過濺射方法借助于In-Ga-Zn-O基氧化物半導(dǎo)體靶來形成。圖IA是這個階段的截面圖。氧化物半導(dǎo)體膜130能夠通過濺射方法在稀有氣體(例如氬)氣氛、氧氣體氣氛或者包含稀有氣體(例如氬)和氧的混合氣體氣氛中形成。在使用濺射方法的情況下，可使用包含大于或等于2wt%且小于或等于10被％的SiO2的靶。作為用于通過濺射方法來形成氧化物半導(dǎo)體膜130的靶，例如能夠使用包含氧化鋅作為其主要成分的金屬氧化物靶。作為金屬氧化物靶的另一個示例，能夠使用包含In、Ga和Zn的氧化物半導(dǎo)體靶(按照組成比In2O3 Ga2O3 ZnO = I I I [摩爾比]或者In Ga Zn = I I O. 5 [原子比])。還能夠使用包含In、Ga和Zn的氧化物半導(dǎo)體靶(按照組成比In Ga Zn = I I I [原子比]或者In : Ga : Zn = I : I : 2 [原子比])。氧化物半導(dǎo)體靶的填充率大于或等于90%且小于或等于100%，優(yōu)選地大于或等于95%且小于或等于99.9%。借助于具有高填充率的氧化物半導(dǎo)體靶，形成密集氧化物半導(dǎo)體膜。
優(yōu)選的是使用將諸如氫、水、羥基或氫化物之類的雜質(zhì)去除到小于或等于Ippm的濃度(優(yōu)選地為小于或等于IOppb的濃度)的高純度氣體作為在形成氧化物半導(dǎo)體膜130時使用的濺射氣體。注意，濺射氣體表示被引入執(zhí)行濺射的處理室中的氣體。首先，將襯底保持在被保持于降低的壓力狀態(tài)下的處理室內(nèi)部，并且將襯底加熱到大于或等于100°C且小于或等于600°C (優(yōu)選地大于或等于200°C且小于或等于400°C )的溫度。通過在襯底被加熱的狀態(tài)中形成氧化物半導(dǎo)體膜，能夠降低所形成的氧化物半導(dǎo)體膜中的雜質(zhì)濃度以及濺射所引起的損壞。然后，將去除了氫和水分的濺射氣體引入處理室中，并且氧化物半導(dǎo)體膜通過使用金屬氧化物作為靶在去除了處理室中剩余的水分的狀態(tài)下在襯底之上形成。捕集真空泵(entrapment vacuum pump)優(yōu)選地用于對處理室排氣。例如，優(yōu)選地使用低溫泵、離子泵或鈦升華泵。排氣單元可以是設(shè)置有冷阱的渦輪泵。例如，氫原子、諸如水之類的包含氫原子的氫化合物、包含碳原子的化合物等從采用低溫泵來排氣的處理室被去除；因此，處理室中形成的氧化物半導(dǎo)體膜中的雜質(zhì)濃度能夠降低。氧化物半導(dǎo)體膜例如在下列條件下形成襯底與靶之間的距離為100mm，處理室中的壓力為O. 6Pa，直流(DC)電源為O. 5kff,以及氣氛為氧(氧流量的比例(the proportionof the oxygen flow)為100% )。注意,優(yōu)選地使用脈沖直流(DC)電源，因為能夠抑制膜形成中的粉狀物質(zhì)(又稱作微?；蚧覊m)的生成，并且膜厚度能夠是均勻的。雖然氧化物半導(dǎo)體膜的厚度優(yōu)選地大于或等于5nm且小于或等于30nm，但厚度可非限制性地根據(jù)氧化物半導(dǎo)體材料適當(dāng)?shù)卮_定。然后，執(zhí)行第二光刻步驟，使得將氧化物半導(dǎo)體膜130處理成島狀氧化物半導(dǎo)體層。備選地，可通過借助于經(jīng)由噴墨方法所形成的抗蝕劑掩模處理氧化物半導(dǎo)體膜130，來形成島狀氧化物半導(dǎo)體層。在通過噴墨方法來形成抗蝕劑掩模的情況下，因為沒有使用光掩模，所以制造成本能夠降低。隨后，氧化物半導(dǎo)體層經(jīng)過第一熱處理。通過第一熱處理，能夠進(jìn)行氧化物半導(dǎo)體層的脫水或脫氫。第一熱處理的溫度大于或等于400°C且小于或等于750°C，優(yōu)選地大于或等于400°C且小于襯底的應(yīng)變點(diǎn)。在這里，將襯底100傳遞到作為熱處理設(shè)備之一的電爐中，在氮?dú)夥罩幸?50°C對氧化物半導(dǎo)體層執(zhí)行熱處理I小時，氧化物半導(dǎo)體層則沒有暴露于空氣，使得防止水和氫進(jìn)入氧化物半導(dǎo)體層；因此得到氧化物半導(dǎo)體層131(圖1B)。熱處理設(shè)備并不局限于上述電爐，而可以是配備有通過來自諸如電阻加熱器等加熱器的熱傳導(dǎo)或熱輻射來加熱待處理對象的單元的熱處理設(shè)備。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。注意，GRTA設(shè)備是使用高溫氣體的熱處理設(shè)備。作為高溫氣體，使用不太可能通過熱處理來與待處理對象發(fā)生反應(yīng)的惰性氣體，例如氮?dú)怏w或者如氬等稀有氣體。LRTA設(shè)備是用于通過從諸如鹵素?zé)簟⒔饘冫u化物燈、氙弧燈、碳弧燈、高壓鈉燈或高壓水銀燈之類的燈泡所發(fā)射的光(電磁波)的輻射來加熱待處理對象的熱處理設(shè)備。例如，作為第一熱處理，GRTA可按如下所述來執(zhí)行。將 襯底傳遞到填充有650°C至7000C的溫度下的高溫氣體的處理室中，經(jīng)受數(shù)分鐘的高溫氣體，并且從處理室中取出。這種GRTA實現(xiàn)短時間的熱處理。注意，在第一熱處理中，優(yōu)選的是，作為引入處理室的氣體的氮或者諸如氦、氖或氬之類的稀有氣體沒有包含水、氫等。備選地，弓I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優(yōu)選地為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)濃度為小于或等于Ippm,優(yōu)選地小于或等于O. Ippm)。存在一種情況，其中氧化物半導(dǎo)體層根據(jù)第一熱處理的條件或者氧化物半導(dǎo)體層的材料來晶化為微晶膜或多晶膜。例如，氧化物半導(dǎo)體層可晶化為具有大于或等于90%或者大于或等于80%的晶化度的微晶氧化物半導(dǎo)體膜。還存在一種情況，其中氧化物半導(dǎo)體層根據(jù)第一熱處理的條件或者氧化物半導(dǎo)體層的材料而成為沒有包含結(jié)晶成分的非晶氧化物半導(dǎo)體膜。備選地，存在一種情況，其中非晶膜包含微晶體(粒徑大于或等于Inm且小于或等于20nm(例如大于或等于2nm且小于或等于4nm))。氧化物半導(dǎo)體層的第一熱處理可在被處理成島狀氧化物半導(dǎo)體層之前對氧化物半導(dǎo)體膜130來執(zhí)行。在那種情況下，在第一熱處理之后，從熱處理設(shè)備中取出襯底，然后執(zhí)行光刻步驟，使得形成島狀氧化物半導(dǎo)體層。具有對氧化物半導(dǎo)體層的脫水或脫氫的效果的熱處理可在下列時機(jī)的任一個執(zhí)行在形成氧化物半導(dǎo)體層之后；在氧化物半導(dǎo)體層之上形成源電極和漏電極之后；以及在源電極和漏電極之上形成保護(hù)絕緣膜之后。在柵極絕緣層102中形成接觸孔的情況下，柵極絕緣層102中的接觸孔可在對氧化物半導(dǎo)體膜130執(zhí)行脫水或脫氫之前或者在執(zhí)行脫水或脫氫之后形成。隨后，導(dǎo)電膜在柵極絕緣層102和氧化物半導(dǎo)體層131之上形成。導(dǎo)電膜可通過濺射方法或真空蒸鍍方法來形成。作為導(dǎo)電膜的材料，能夠給出從Al、Cr、Cu、Ta、Ti、Mo和W中選取的元素、包含任意這些元素作為成分的合金、組合地包含任意這些元素的合金等。另外，還可使用Mn、Mg、Zr、Be和Th中的一個或多個。導(dǎo)電膜可具有單層結(jié)構(gòu)或者多層的疊層結(jié)構(gòu)。例如，包含Si的Al膜的單層結(jié)構(gòu)、其中Ti膜層疊在Al膜之上的二層結(jié)構(gòu)、其中Al膜置于兩個Ti膜之間的三層結(jié)構(gòu)等。當(dāng)導(dǎo)電膜包括Al膜時，它可包含Nd或Sc。注意，這些膜可以是氮化物膜。隨后，執(zhí)行光刻步驟，使得將導(dǎo)電膜處理成源電極層115a和漏電極層115b。此后，去除抗蝕劑掩模(圖1C)。KrF激光或ArF激光優(yōu)選地用于形成第三光刻步驟中的抗蝕劑掩模的曝光。后來將要形成的晶體管的溝道長度L通過在氧化物半導(dǎo)體層131之上彼此相鄰的源電極層與漏電極層之間的空間來確定。注意，在執(zhí)行曝光以使得溝道長度L成為小于25nm的情況下，用于形成第三光刻步驟中的抗蝕劑掩模的曝光使用具有數(shù)納米至數(shù)十納米的極短波長的遠(yuǎn)紫外光來執(zhí)行。使用遠(yuǎn)紫外光的曝光實現(xiàn)高分辨率和深焦深。這樣，接下來將要形成的晶體管的溝道長度L能夠大于或等于IOnm且小于或等于lOOOnm，電路的操作速度能夠提高，此外截止態(tài)電流的值極小，并且因而能夠?qū)崿F(xiàn)較低功率消耗。注意，各材料和蝕刻條件需要適當(dāng)?shù)卣{(diào)整，使得氧化物半導(dǎo)體層131沒有在蝕刻導(dǎo)電膜中被去除。在這個實施例中，Ti膜用作導(dǎo)電膜，并且In-Ga-Zn-O基氧化物半導(dǎo)體用于氧化物半導(dǎo)體層131。作為蝕刻劑,使用氨過氧化氫混合物(氨、水和過氧化氫溶液的混合溶液)。在第三光刻步驟中，僅蝕刻掉氧化物半導(dǎo)體層131的一部分，并且在一些情況下形成具有凹槽(凹陷部分)的氧化物半導(dǎo)體層。用于形成源電極層115a和漏電極層115b的抗蝕劑掩?？赏ㄟ^噴墨方法來形成。在通過噴墨方法來形成抗蝕劑掩模的情況下，因為
沒有使用光掩模，所以制造成本能夠降低。此外，氧化物導(dǎo)電層可在氧化物半導(dǎo)體層131與源電極層115a之間以及在氧化物半導(dǎo)體層131與漏電極層115b之間形成。氧化物導(dǎo)電層和用于形成源和漏電極層的導(dǎo)電層能夠相繼形成。氧化物導(dǎo)電層能夠用作源和漏區(qū)。通過在氧化物半導(dǎo)體層與源和漏電極層之間形成作為源區(qū)和漏區(qū)的氧化物導(dǎo)電層，源區(qū)和漏區(qū)能夠具有較低電阻，并且能夠以高速度來操作晶體管。為了減少光刻步驟中的光掩模和步驟的數(shù)量，蝕刻步驟可使用通過多色調(diào)(multi-tone)掩模所形成的抗蝕劑掩模來執(zhí)行。隨后，等離子體處理使用一氧化二氮?dú)怏w、氮?dú)怏w、Ar氣體等等來執(zhí)行。通過這個等離子體處理，去除吸附在暴露的氧化物半導(dǎo)體層的表面上的水等。備選地，等離子體處理可使用氧氣體和Ar的混合氣體來執(zhí)行。在執(zhí)行等離子體處理之后，在沒有暴露于空氣的情況下形成用作保護(hù)絕緣膜并且與暴露的氧化物半導(dǎo)體層的表面相接觸的絕緣氧化物層116。絕緣氧化物層116能夠通過用以使諸如水或氫之類的雜質(zhì)沒有進(jìn)入絕緣氧化物層116的方法(例如濺射方法等)來形成到大于或等于Inm的厚度。當(dāng)氫包含于絕緣氧化物層116時，引起氫進(jìn)入氧化物半導(dǎo)體層或者通過氫抽取氧化物半導(dǎo)體層中的氧，由此與絕緣氧化物層116相接觸的氧化物半導(dǎo)體層的一部分成為η型(具有較低電阻)，并且因此可形成寄生溝道。因此，重要的是，形成包含盡可能少的氫的絕緣氧化物層116。在這個實施例中，200nm厚的氧化硅膜通過濺射方法作為絕緣氧化物層116來形成。膜形成中的襯底溫度可大于或等于室溫且小于或等于300°C，并且在這個實施例中為100°C。通過濺射方法的氧化硅膜的形成能夠在稀有氣體(例如氬)氣氛、氧氣體氣氛或者稀有氣體(例如氬)和氧氣體的混合氣體的氣氛中執(zhí)行。此外，氧化硅靶或硅靶能夠用作靶。例如，借助于硅靶，氧化硅膜能夠通過濺射方法在氧氣體和氮?dú)怏w的混合氣體氣氛中形成。作為形成為與其電阻降低的氧化物半導(dǎo)體層相接觸的絕緣氧化物層116，使用沒有包含諸如水分、氫離子和羥基之類的雜質(zhì)并且阻止它們從外部進(jìn)入的無機(jī)絕緣膜；例如使用氧化硅膜、氮氧化硅膜、氧化鋁膜、氧氮化鋁膜等。在那種情況下，絕緣氧化物層116優(yōu)選地在去除了處理室中剩余的水分的狀態(tài)中形成。這用于防止氫、羥基或水分包含在氧化物半導(dǎo)體層131和絕緣氧化物層116中。
如上所述，捕集真空泵優(yōu)選地用于對處理室排氣。絕緣氧化物層116中包含的雜質(zhì)的濃度能夠通過使用捕集真空泵來降低。優(yōu)選的是使用將諸如氫、水、羥基或氫化物之類的雜質(zhì)去除到小于或等于Ippm的濃度(優(yōu)選地為小于或等于IOppb的濃度)的高純度氣體作為在形成絕緣氧化物層116時使用的濺射氣體。隨后，執(zhí)行第二熱處理。第二熱處理的溫度優(yōu)選地大于或等于200°C且小于或等于4000C，并且更優(yōu)選地大于或等于250°C且小于或等于350°C。注意，第二熱處理可在惰性氣體氣氛或氧氣體氣氛中執(zhí)行。在這個實施例中，熱處理可在氮?dú)夥罩幸?50°C執(zhí)行I小時。第二熱處理在氧化物半導(dǎo)體層的一部分(溝道形成區(qū))與絕緣氧化物層116相接觸的狀態(tài)中執(zhí)行。通過上述工序，用于脫水或脫氫的熱處理對所沉積氧化物半導(dǎo)體膜來執(zhí)行以便降低電阻，然后，有選擇地使氧化物半導(dǎo)體膜的一部分處于氧過剩狀態(tài)。因此，與柵電極層111重疊的溝道形成區(qū)113成為具有低導(dǎo)電率的i型半導(dǎo)體，并且與源電極層115a重疊的高電阻源區(qū)114a以及與漏電極層115b重疊的高電阻漏區(qū)114b以自調(diào)整方式來形成。通過上述工序，形成晶體管110 (圖1D)。在這里，熱處理還可在空氣中以大于或等于100°C且小于或等于200°C的溫度執(zhí)行大于或等于I小時且小于或等于30小時。在這個實施例中，熱處理以150°C執(zhí)行10小時。這個熱處理可在固定加熱溫度下執(zhí)行，或者可通過多次重復(fù)將溫度從室溫增加到高于或等于100°C且小于或等于200°C的加熱溫度以及將溫度從加熱溫度降低到室溫來執(zhí)行。此外，這種熱處理可在形成絕緣氧化物層之前以降低的壓力來執(zhí)行。當(dāng)熱處理在降低的壓力下執(zhí)行時，加熱時間能夠縮短。通過這種熱處理，能夠得到常截止(normalIy-off)晶體管。在將包含大量缺陷的氧化硅層用作絕緣氧化物層的情況下，缺陷能夠通過這種熱處理來減少。通過在與漏電極層115b(和源電極層115a)重疊的氧化物半導(dǎo)體層的一部分中形成高電阻漏區(qū)114b(或高電阻源區(qū)114a)，晶體管的可靠性能夠提高。具體來說，通過形成高電阻漏區(qū)114b，有可能采用一種結(jié)構(gòu)，其中導(dǎo)電率能夠從漏電極層115b到高電阻漏區(qū)114b和溝道形成區(qū)113逐漸改變。因此，在晶體管工作在其中漏電極層115b連接到用于提供高電源電位Vdd的布線的狀態(tài)的情況下，甚至當(dāng)柵電極層111與漏電極層115b的電位之間的差較大時，高電阻漏區(qū)114b也用作緩沖器，使得晶體管的耐受電壓能夠增加。在氧化物半導(dǎo)體層的厚度小于或等于15nm的情況下，高電阻源區(qū)114a和高電阻漏區(qū)114b完全在深度方向形成；而在氧化物半導(dǎo)體層的厚度大于或等于30nm且小于或等于50nm的情況下，高電阻源區(qū)114a和高電阻漏區(qū)114b氧化物半導(dǎo)體層的一部分(與源和漏電極層相接觸的區(qū)域及其附近)中形成，并且柵極絕緣膜附近的氧化物半導(dǎo)體層的區(qū)域能夠成為i型半導(dǎo)體。保護(hù)絕緣層還可在絕緣氧化物層116之上形成。例如，氮化硅膜通過RF濺射方法作為保護(hù)絕緣層來形成。RF濺射方法作為保護(hù)絕緣層的形成方法是優(yōu)選的，因為它實現(xiàn)高量產(chǎn)性。保護(hù)絕緣層使用沒有包含諸如水分、氫離子和羥基之類的雜質(zhì)并且阻止它們從外部進(jìn)入的無機(jī)絕緣膜來形成；例如使用氮化硅膜、氮化鋁膜、氮氧化硅膜、氮氧化鋁膜等。在這里，氮化硅膜用于形成保護(hù)絕緣層103 (圖1E)。、
在這個實施例中，將其上形成一直到并且包括絕緣氧化物層116的層的襯底100傳遞到處理室中，并且在大于或等于100°C且小于或等于400°C的溫度下加熱，將包含去除了氫和水分的高純度氮?dú)怏w的濺射氣體引入處理室中，并且氮化硅膜借助于硅靶作為保護(hù)絕緣層103來形成。保護(hù)絕緣層103優(yōu)選地在去除了處理室中剩余的水分的狀態(tài)中形成，如同絕緣氧化物層116的形成中那樣。注意，用于平面化的平面化絕緣層可設(shè)置在保護(hù)絕緣層103之上。按照以上參照圖IA至圖IE所述的方式，能夠制造這個實施例的半導(dǎo)體器件。注意，電容器也能夠在上述工序中形成。采用柵電極層111、使用與源電極層115a(和漏電極層115b)相同的材料所形成的電極層以及柵極絕緣層102來形成電容器。柵極絕緣層102設(shè)置在柵電極層111與電極層之間(參見圖1F)。還要注意，在形成本說明書的另一個晶體管的情況下，可采用柵電極層、使用與源電極相同的材料所形成的電極層以及柵電極層和使用與源電極層相同的材料所形成的電極層之間的柵極絕緣層來形成電容器。注意，這個實施例的半導(dǎo)體器件并不局限于這種模式，而是還可采用圖2所示的模式。圖2示出晶體 管 140。在制造圖2所示的晶體管140中，首先，在襯底120之上形成柵電極層121，形成第一柵極絕緣層122a，并且形成第二柵極絕緣層122b以使得層疊在其上。在這個實施例中，柵極絕緣層具有二層層疊結(jié)構(gòu)；第一柵極絕緣層122a使用絕緣氮化物層來形成，而第二柵極絕緣層122b使用絕緣氧化物層來形成。絕緣氧化物層能夠使用氧化硅層、氧氮化硅層、氧化鋁層、氧氮化鋁層等等來形成。絕緣氮化物層能夠使用氮化硅層、氮氧化硅層、氮化鋁層、氮氧化鋁層等等來形成。在這個實施例中，采用一種結(jié)構(gòu)，其中氮化硅層和氧化硅層按照這個順序?qū)盈B在柵電極層121之上。柵極絕緣層(在這個實施例中，厚度為150nm)通過下列步驟來形成通過濺射方法將作為第一柵極絕緣層122a的氮化硅層(SiNy(y > O))形成到大于或等于50nm且小于或等于200nm的厚度(在這個實施例中，厚度為50nm)，并且通過濺射方法將作為第二柵極絕緣層122b的氧化硅層(SiOx(X > O))在第一柵極絕緣層122a之上形成到大于或等于5nm且小于或等于300nm(在這個實施例中，厚度為IOOnm)。隨后，氧化物半導(dǎo)體膜在柵極絕緣層之上形成，并且執(zhí)行光刻步驟，使得將氧化物半導(dǎo)體膜處理成島狀氧化物半導(dǎo)體層。在這個實施例中，氧化物半導(dǎo)體膜通過濺射方法借助于In-Ga-Zn-O基氧化物半導(dǎo)體祀來形成。氧化物半導(dǎo)體膜優(yōu)選地在去除了處理室中剩余的水分的狀態(tài)中形成。這用于防止氫、羥基或水分包含在氧化物半導(dǎo)體膜中。注意，捕集真空泵優(yōu)選地用于對處理室排氣。優(yōu)選的是使用將諸如氫、水、羥基或氫化物之類的雜質(zhì)去除到小于或等于Ippm的濃度(優(yōu)選地為小于或等于IOppb的濃度)的高純度氣體作為在形成氧化物半導(dǎo)體膜時使用的濺射氣體。隨后，執(zhí)行第一熱處理，使得進(jìn)行氧化物半導(dǎo)體層的脫水或脫氫。第一熱處理的溫度大于或等于400°C且小于或等于750°C，優(yōu)選地大于或等于400°C且小于襯底的應(yīng)變點(diǎn)。注意，在溫度大于或等于425°C的情況下，熱處理時間可小于或等于I小時，而在溫度小于425°C的情況下，熱處理時間優(yōu)選地大于I小時。在這里，將襯底傳遞到作為熱處理設(shè)備之一的電爐中，在氮?dú)夥罩袑ρ趸锇雽?dǎo)體層執(zhí)行熱處理，氧化物半導(dǎo)體層則沒有暴露于空氣，使得防止水和氫進(jìn)入氧化物半導(dǎo)體層；因而得到氧化物半導(dǎo)體層。此后，將高純度氧氣體、高純度N2O氣體或者超干空氣(露點(diǎn)低于或等于_40°C，優(yōu)選地低于或等于_60°C )引入同一電爐中，并且執(zhí)行冷卻。優(yōu)選的是，氧氣體或N2O氣體沒有包含水、氫等。備選地,弓丨入熱處理設(shè)備中的氧氣體或N2O氣體的純度優(yōu)選地為6N(99. 9999% )或更高，更優(yōu)選地為7N(99. 99999% )或更高(也就是說，氧氣體或N2O氣體的雜質(zhì)濃度小于或等于lppm，優(yōu)選地小于或等于O. Ippm)。這里所使用的熱處理設(shè)備并不局限于電爐，而可以是配備有通過來自諸如電阻加熱器等加熱器的熱傳導(dǎo)或熱輻射來加熱待處理對象的單元的熱處理設(shè)備。例如，可使用諸如GRTA設(shè)備或LRTA設(shè)備之類的RTA設(shè)備。在這個實施例中，熱處理使用RTA方法以600°C至750°C執(zhí)行數(shù)分鐘。
此外，在用于脫水或脫氫的第一熱處理之后，熱處理可在氧氣體或N2O氣體的氣氛中以大于或等于200°C且小于或等于400°C、優(yōu)選地大于或等于200°C且小于或等于300°C的溫度來執(zhí)行。氧化物半導(dǎo)體層的第一熱處理能夠在被處理成島狀氧化物半導(dǎo)體層之前對氧化物半導(dǎo)體膜來執(zhí)行。在那種情況下，在第一熱處理之后，從熱處理設(shè)備中取出襯底，然后執(zhí)行光刻步驟。通過上述工序，使氧化物半導(dǎo)體膜的整個區(qū)域處于氧過剩狀態(tài)，由此具有較高電阻(成為i型半導(dǎo)體)；相應(yīng)地，得到其區(qū)域為i型半導(dǎo)體的氧化物半導(dǎo)體層132。隨后，導(dǎo)電膜在第二柵極絕緣層122b和氧化物半導(dǎo)體層132之上形成。執(zhí)行光刻步驟，抗蝕劑掩模在導(dǎo)電膜之上形成，并且執(zhí)行選擇性蝕刻，使得形成源電極層135a和漏電極層135b。然后，去除抗蝕劑掩模。此后，絕緣氧化物層136通過濺射方法來形成。注意，絕緣氧化物層136優(yōu)選地在去除了處理室中剩余的水分的狀態(tài)中形成。這用于防止氫、羥基或水分包含在氧化物半導(dǎo)體層132和絕緣氧化物層136中。捕集真空泵優(yōu)選地用于對處理室排氣。優(yōu)選的是使用將諸如氫、水、羥基或氫化物之類的雜質(zhì)去除到小于或等于Ippm的濃度(優(yōu)選地為小于或等于IOppb的濃度)的高純度氣體作為在形成絕緣氧化物層136時使用的濺射氣體。隨后，為了降低襯底上的晶體管的電特性的變化，熱處理(優(yōu)選地以大于或等于150°C且小于350°C)可在惰性氣體氣氛或者氮?dú)怏w氣氛中執(zhí)行。在這個實施例中，熱處理在氮?dú)夥罩幸?50°C執(zhí)行I小時。另外，熱處理可在空氣中以大于或等于100°C且小于或等于200°C的溫度執(zhí)行大于或等于I小時且小于或等于30小時。在這個實施例中，熱處理以150°C執(zhí)行10小時。這個熱處理可在固定加熱溫度下執(zhí)行，或者可通過多次重復(fù)將溫度從室溫增加到高于或等于100°C且小于或等于200°C的加熱溫度以及將溫度從加熱溫度降低到室溫來執(zhí)行。此外，這種熱處理可在形成絕緣氧化物層之前以降低的壓力來執(zhí)行。當(dāng)熱處理在降低的壓力下執(zhí)行時，加熱時間能夠縮短。通過這種熱處理，能夠得到常截止晶體管。隨后，保護(hù)絕緣層123在絕緣氧化物層136之上形成。在這里，IOOnm厚的氮化硅膜通過濺射方法作為保護(hù)絕緣層123來形成。通過使用絕緣氮化物層來形成保護(hù)絕緣層123和第一柵極絕緣層122a，有可能的是，這些層沒有包含諸如水分、氫、氫化物和氫氧化物之類的雜質(zhì)，并且阻止它們從外部進(jìn)入。因此，在這個制造工序中，能夠防止水分等從外部進(jìn)入。此外，甚至在作為諸如液晶顯示裝置之類的半導(dǎo)體器件的裝置完成之后，也能夠長期防止諸如水分之類的雜質(zhì)從外部進(jìn)入；因此，裝置的長期可靠性能夠提高。此外，可去除使用絕緣氮化物層所形成的保護(hù)絕緣層123與第一柵極絕緣層122a之間的絕緣層的一部分，使得保護(hù)絕緣層123和第一柵極絕緣層122a相互接觸。用于平面化的平面化絕緣層可設(shè)置在保護(hù)絕緣層123之上。按照以上參照圖2所述的方式，能夠制造這個實施例的半導(dǎo)體器件。注意，這個實施例中的熱處理的溫度并不局限于上述溫度。如以下所述，熱處理的溫度可小于400 °C。 其上形成柵電極層的襯底或者其上形成一直到并且包括柵極絕緣層的層的襯底優(yōu)選地在濺射設(shè)備的預(yù)熱室中經(jīng)過預(yù)熱作為預(yù)處理，并且優(yōu)選地消除和排出吸附在襯底上的諸如氫或水分之類的雜質(zhì)，以便柵極絕緣層和氧化物半導(dǎo)體膜包含盡可能少的氫、羥基和水分。預(yù)熱的溫度大于或等于100°c且小于400°C (優(yōu)選地大于或等于150°C且小于或等于300°C)。預(yù)熱室優(yōu)選地設(shè)置有低溫泵，并且采用低溫泵來排氣。注意，按照類似方式，預(yù)熱的這種預(yù)處理可在形成絕緣氧化物層之前對其上形成一直到并且包括源和漏電極層的層的襯底來執(zhí)行。上述預(yù)處理能夠在制造液晶顯示面板、電致發(fā)光顯示面板以及使用電子墨水的顯示裝置的底板(其上形成晶體管的襯底)中執(zhí)行。上述預(yù)處理在小于400°C的溫度下執(zhí)行；因此，它能夠應(yīng)用于其中使用厚度小于或等于Inm并且邊大于Im的玻璃襯底的制造工序。所有上述步驟能夠在小于400°C的溫度下執(zhí)行；因此，對于制造顯示面板不需要大量能量。雖然濺射方法在制造上述晶體管中用于形成柵極絕緣層，但是用于形成柵極絕緣層的方法并不局限于上述方法。例如，還可使用采用微波(2. 45GHz)的高密度等離子體CVD方法。接下來，下面描述使用其上形成上述晶體管的測試元件組(又稱作TEG)的截止態(tài)電流的測量值。圖4A示出其中各具有L/W = 3μπι/50μπι的200個晶體管(它們實際上與具有L/W = 3μπι/10000μπι的晶體管相同)并聯(lián)連接的頂視圖。圖4Β示出其局部放大頂視圖。圖4Β中由虛線包圍的區(qū)域是具有L/W = 3 μ m/50 μ m并且Lov = I. 5 μ m的晶體管。在測量中，襯底溫度設(shè)置為室溫。圖3示出當(dāng)源極與漏極之間的電壓(漏極電壓Vd)設(shè)置為IV或IOV并且源極與柵極之間的電壓(柵極電壓Vg)從-20V改變?yōu)?20V時的作為源極-漏極電流(漏極電流Id)的轉(zhuǎn)移特性的Vg-Id曲線。注意，圖3示出從-20V至+5V的范圍之內(nèi)的Vg。如圖3所示，截止態(tài)電流在IV和IOV的Vd處小于或等于IX 10_13[A]。這個值小于或等于測量裝置(半導(dǎo)體參數(shù)分析器，Agilent Technologies Inc.制造的Agilent4156C)的分辨率(IOOfA)。下面描述一種用于制造具有極低截止態(tài)電流的這種膜晶體管的方法。首先，氮化硅層作為基底層通過CVD方法在玻璃襯底之上形成，并且氧氮化硅層在氮化硅層之上形成。鎢膜作為柵電極層通過濺射方法在氧氮化硅層之上形成。在這里，通過有選擇地蝕刻鎢膜來形成柵電極層。然后，厚度為IOOnm的氧氮化硅層通過CVD方法作為柵極絕緣層在柵電極層之上形成。然后，厚度為50nm的氧化物半導(dǎo)體膜通過派射方法使用In-Ga-Zn-O基氧化物半導(dǎo)體祀(In2O3 Ga2O3 : ZnO=I I 2[摩爾比])在柵極絕緣層之上形成。在這里,通過有選擇地蝕刻氧化物半導(dǎo)體膜來形成島狀氧化物半導(dǎo)體層。然后，熱處理借助于清潔爐在氮?dú)夥罩幸?50°C對氧化物半導(dǎo)體層執(zhí)行I小時(第一熱處理)。然后，鈦層(厚度為150nm)通過濺射方法作為源電極層和漏電極層在氧化物半導(dǎo)體層之上形成。在這里，源電極層和漏電極層通過有選擇地蝕刻來形成，使得各具有3μπι的溝道長度L和50 μ m的溝道寬度的200個晶體管并聯(lián)連接，以便得到實際上具有L/W =3 μ m/10000 μ m的晶體管。然后，厚度為300nm的氧化硅層通過反應(yīng)濺射方法作為保護(hù)絕緣層來形成為與氧化物半導(dǎo)體層相接觸。然后，開口通過有選擇地蝕刻氧化硅層在柵電極層、源電極層和漏電極層之上形成。此后，熱處理在氮?dú)夥罩幸?50°C執(zhí)行I小時(第二熱處理)。然后，在測量Vg-Id特性之前，熱處理在惰性氣體氣氛中以150°C執(zhí)行10小時。通過上述工序，制造具有底棚結(jié)構(gòu)的反相交錯晶體管。晶體管具有如圖3所示小于或等于1X10_13[A]的極小截止態(tài)電流的原因在于，氧化物半導(dǎo)體層中的氫濃度能夠在上述制造工序中充分降低。氧化物半導(dǎo)體層中的氫濃度小于或等于5 X IO1W3,優(yōu)選地小于或等于5 X IO1W3,更優(yōu)選地小于或等于5 X IO1W0注意，氧化物半導(dǎo)體層中的氫濃度可通過二次離子質(zhì)譜法(SIMS)來測量。雖然在這里描述使用In-Ga-Zn-O基氧化物半導(dǎo)體的示例，但是這個實施例并非具體地限制于此。還能夠使用諸如In-Sn-Zn-O基半導(dǎo)體、Sn-Ga-Zn-O基氧化物半導(dǎo)體、Al-Ga-Zn-O基氧化物半導(dǎo)體、Sn-Al-Zn-O基氧化物半導(dǎo)體、In-Zn-O基氧化物半導(dǎo)體、In-Sn-O氧化物半導(dǎo)體、Sn-Zn-O基氧化物半導(dǎo)體、Al-Zn-O基氧化物半導(dǎo)體、In-O基氧化物半導(dǎo)體、Sn-O基氧化物半導(dǎo)體或Zn-O基氧化物半導(dǎo)體之類的另一種氧化物半導(dǎo)體材料。此外，作為氧化物半導(dǎo)體材料，能夠使用與2. 5被％至IOwt %的AlOx混合的In-Al-Zn-O基氧化物半導(dǎo)體或者與2. 5被％至10被％的SiOx混合的In-Zn-O基氧化物半導(dǎo)體。氧化物半導(dǎo)體層的載流子濃度小于或等于5X1014cm_3，優(yōu)選地小于或等于5 X IO12Cm-3,更優(yōu)選地小于或等于I. 45X ΙΟ'πΓ3。也就是說，能夠使氧化物半導(dǎo)體層的載流子濃度盡可能地接近零。晶體管的溝道長度L能夠大于或等于IOnm且小于或等于lOOOnm。在電路設(shè)計中，當(dāng)晶體管處于截止?fàn)顟B(tài)時，氧化物半導(dǎo)體層能夠被看作是絕緣體。此后，評估晶體管的截止態(tài)電流的溫度相關(guān)性，并且示出結(jié)果。溫度相關(guān)性在考慮其中使用晶體管的最終產(chǎn)品的環(huán)境電阻、性能的保持等等中是重要的。要理解，截止態(tài)電流的較小溫度相關(guān)性是更優(yōu)選的，這增加產(chǎn)品設(shè)計的自由度。 其上形成晶體管的襯底通過使用恒溫浴槽保持在某個溫度，漏極電壓為6V，并且柵極電壓從-20V改變?yōu)?20V ;因此，得到Vg-Id曲線以檢查溫度相關(guān)性。在這個實施例中，通過恒溫浴槽所保持的溫度為-30°C、(TC、25°C、40°C、60°C、80°C、100°C和120°C。圖5A示出在上述溫度下測量的Vg-Id曲線，以及圖5B示出圖5A中由虛線包圍的部分的放大視圖。右箭頭所示的曲線是在-30°C所測量的曲線，而左箭頭所示的曲線是在120°C所測量的曲線。在其它溫度下測量的其它曲線定位在它們之間。幾乎不存在導(dǎo)通態(tài)電流的溫度相關(guān)性。截止態(tài)電流小于或 等于IX 10_12[A]，這接近測量設(shè)備的分辨率，直到柵極電壓在各溫度降低到大約-20V ;因此，幾乎不存在溫度相關(guān)性。也就是說，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，由于保持為小于或等于I X 10_12[A]的截止態(tài)電流以及10000 μ m的溝道寬度，甚至在120°C的高溫下，這個晶體管的截止態(tài)電流也極小。包括高度純化的氧化物半導(dǎo)體(純化OS)的晶體管幾乎沒有顯示截止態(tài)電流的溫度相關(guān)性。由于氧化物半導(dǎo)體經(jīng)過高度純化，所以導(dǎo)電率變成盡可能地接近本征半導(dǎo)體，并且費(fèi)米能級位于禁帶的中心，因此沒有看到溫度相關(guān)性。這還產(chǎn)生于如下事實氧化物半導(dǎo)體具有3eV或以上的能隙，并且包括極少熱激發(fā)載流子。另外，源區(qū)和漏區(qū)處于簡并狀態(tài)，這也是沒有顯示溫度相關(guān)性的因素。晶體管主要采用從簡并的源區(qū)注入到氧化物半導(dǎo)體的載流子來操作，并且上述特性(沒有截止態(tài)電流的溫度相關(guān)性)能夠通過沒有載流子密度的溫度相關(guān)性來說明。在存儲器電路(存儲器元件)等使用具有這種極小截止態(tài)電流值的晶體管來制造的情況下，截止態(tài)電流具有較小值，并且存在極小泄漏。因此，存儲器數(shù)據(jù)能夠保持較長時期。接下來描述上述晶體管適用的半導(dǎo)體器件。圖6示出存儲器電路的框圖的示例。圖6所示的存儲器電路包括行解碼器152、寫入和刷新電路154、列解碼器156、寫入和刷新電路158以及排列成矩陣的多個存儲器元件150。連接到排列成矩陣的存儲器元件150的信號線通過寫入和刷新電路154連接到行解碼器152，并且連接到排列成矩陣的存儲器元件150的掃描線通過寫入和刷新電路158連接到列解碼器156。將位信號輸入到行解碼器152。將讀允許信號和寫允許信號(RE/WE)、數(shù)據(jù)信號(data)和輸出信號(OUT)輸出到寫入和刷新電路154，并且從寫入和刷新電路154輸出。存儲器元件150的每個包括電容器和晶體管。晶體管的源極和漏極之一連接到信號線，而晶體管的源極和漏極中的另一個連接到電容器的一個電極，并且電容器的另一個電極連接到低電位側(cè)(優(yōu)選地為參考電位Vss)的布線。圖7示出能夠設(shè)置在圖6所示的寫入和刷新電路154中的刷新電路的具體示例。注意，布線和刷新電路158能夠形成為具有相似結(jié)構(gòu)。圖7所示的寫入和刷新電路包括邏輯乘電路(“與”電路)和讀出放大器172。對于第一“與”電路160、第二“與”電路162和第三“與”電路164的每個的一個輸入，從行解碼器152輸入信號。將PRC信號輸入到第一“與”電路160的另一個輸入,將寫允許信號(WE)寫入到第二“與”電路162的另一個輸入，并且將讀允許信號(RE)輸入到第三“與”電路164的另一個輸入。第一“與”電路160的輸出控制第一開關(guān)166的導(dǎo)通/截止，第二“與”電路162的輸出控制第二開關(guān)168的導(dǎo)通/截止，并且第三“與”電路164的輸出控制第三開關(guān)170的導(dǎo)通/截止。預(yù)充電信號線Vprc通過第一開關(guān)166連接到信號線，并且數(shù)據(jù)信號線(data)通過第二開關(guān)168連接到信號線。
通過第一開關(guān)和第二開關(guān)168所連接的信號線通過第三開關(guān)170連接到讀出放大器172。信號從讀出放大器172輸出到輸出信號線(OUT)。注意，上述“與”電路可具有一般結(jié)構(gòu)，并且優(yōu)選地具有簡單結(jié)構(gòu)。讀出放大器是具有放大輸入信號的功能的電路。注意，作為這里的信號，例如能夠使用采用電壓、電流、電阻、頻率等的模擬信號或數(shù)字信號。例如，設(shè)置至少兩個電位、即第一電位和第二電位，高電平(又稱作高電位或Vh)電位用作第一電位，而低電平(又稱作低電位或')用作第二電位，由此能夠設(shè)置二進(jìn)制數(shù)字信號。雖然Vh和\優(yōu)選地為常數(shù)值，但是考慮到噪聲的影響，Vh和\可取大范圍的值。因此，存儲器(DRAM)電路能夠使用上述晶體管來制造。
存儲器電路的刷新定時可在設(shè)計階段基于預(yù)先評估的存儲器元件150的泄漏電流來確定為某個時間間隔。刷新定時在完成存儲器電路的芯片之后考慮泄漏電流的溫度相關(guān)性和制造工序的變化來設(shè)置。上述晶體管幾乎沒有顯示截止態(tài)電流的溫度相關(guān)性，并且能夠保持極小的截止態(tài)電流值。因此，當(dāng)使用上述晶體管時，與使用硅的晶體管相比，刷新間隔能夠設(shè)置為較長，并且待機(jī)期間的功率消耗能夠降低。注意，這里所使用的存儲器電路并不局限于上述DRAM。例如，存儲器元件可以是SRAM。圖8示出其中為一個存儲器元件設(shè)備六個晶體管的SRAM的電路配置的示例。注意，雖然圖8僅示出一個存儲器元件，但是存儲器元件的數(shù)量并不局限于此。圖8所示的SRAM的存儲器元件180包括包含晶體管186和晶體管188的倒相器電路；包含晶體管190和晶體管192的倒相器電路；作為開關(guān)晶體管來操作的晶體管182和晶體管184。描述圖8所示的SRAM的寫操作。當(dāng)特定掃描線通過列解碼器變?yōu)閂H時，晶體管182和晶體管184導(dǎo)通，并且將數(shù)據(jù)寫到一對倒相器電路(包括晶體管186和晶體管188的倒相器電路以及包括晶體管190和晶體管192的倒相器電路)。當(dāng)數(shù)據(jù)的寫入完成時，晶體管182和晶體管184截止，并且保持寫到倒相器電路對的數(shù)據(jù)。接下來描述圖8所示的SRAM的讀操作。首先，第一信號線和第二信號線從存儲器元件陣列的外部電路預(yù)充電到特定電位(預(yù)充電電位)。這個預(yù)充電電位可設(shè)置為Vdd和Vss的中間附近的值。具有預(yù)充電電位的第一和第二信號線的每個處于浮動狀態(tài)。此后，當(dāng)掃描線變?yōu)閂h時，晶體管182和晶體管184導(dǎo)通，并且第一信號線和第二信號線由倒相器電路對反向驅(qū)動。它們之間的電位差由讀出放大器來檢測，使得讀出數(shù)據(jù)。上述晶體管幾乎沒有顯示截止態(tài)電流的溫度相關(guān)性，并且能夠保持極小的截止態(tài)電流值。因此，當(dāng)使用上述晶體管時，與使用硅的晶體管相比，刷新間隔能夠設(shè)置為較長，并且待機(jī)期間的功率消耗能夠降低。在使用SRAM作為存儲器的情況下，所形成的晶體管的數(shù)量并不局限于六個。圖9示出其中為一個存儲器元件設(shè)備四個晶體管的SRAM的電路配置的示例。圖9中，電阻器194和電阻器196分別取代圖8所示的SRAM的晶體管186和晶體管190。甚至當(dāng)SRAM具有圖9所示的電路配置時，與使用硅的晶體管相比，刷新間隔也能夠設(shè)置為較長，并且待機(jī)期間的功率消耗能夠降低。如上所述，能夠得到作為本發(fā)明的一個實施例的半導(dǎo)體器件。
(實施例2)在這個實施例中，描述能夠用于實施例I中所述的半導(dǎo)體器件并且與實施例I中的晶體管不同的晶體管。圖IOA至圖IOD示出這個實施例的晶體管的截面結(jié)構(gòu)。圖IOD所示的晶體管220是具有底柵結(jié)構(gòu)的稱作溝道保護(hù)類型晶體管(或者溝道阻止類型晶體管)的晶體管的一種模式。下面描述用于在襯底200之上制造晶體管220的工序。首先，導(dǎo)電膜在具有絕緣表面的襯底200之上形成，并且執(zhí)行第一光刻步驟，使得將導(dǎo)電膜處理成柵電極層202。柵電極層202可使用與柵電極層111相似的材料來形成，并且可具有單層結(jié)構(gòu)或 者多層的疊層結(jié)構(gòu)。注意，抗蝕劑掩?？赏ㄟ^噴墨方法來形成。在通過噴墨方法來形成抗蝕劑掩模的情況下，因為沒有使用光掩模，所以制造成本能夠降低。然后，柵極絕緣層204形成為使得覆蓋柵電極層202。在這個實施例中，氧氮化硅層通過等離子體CVD方法作為柵極絕緣層204來形成。隨后，氧化物半導(dǎo)體膜在柵極絕緣層204之上形成，然后執(zhí)行第二光刻步驟，使得將氧化物半導(dǎo)體膜處理成島狀氧化物半導(dǎo)體層。例如，氧化物半導(dǎo)體膜可形成到大于或等于2nm且小于或等于200nm的厚度。在這個實施例中，例如，氧化物半導(dǎo)體膜通過濺射方法借助于In-Ga-Zn-O基氧化物半導(dǎo)體靶來形成。這時，優(yōu)選的是在去除了處理室中剩余的水分的狀態(tài)中執(zhí)行濺射。這用于防止氫、羥基或水分包含在氧化物半導(dǎo)體膜中。注意，如實施例I中所述，捕集真空泵優(yōu)選地用于對處理室排氣。優(yōu)選的是使用將諸如氫、水、羥基或氫化物之類的雜質(zhì)去除到小于或等于Ippm的濃度(優(yōu)選地為小于或等于IOppb的濃度)的高純度氣體作為在形成氧化物半導(dǎo)體膜時使用的濺射氣體。隨后，如同實施例I中一樣，氧化物半導(dǎo)體層經(jīng)過第一熱處理。在這里，將襯底200傳遞到作為熱處理設(shè)備之一的電爐中，在氮?dú)夥罩幸?50°C對氧化物半導(dǎo)體層執(zhí)行熱處理I小時，氧化物半導(dǎo)體層則沒有暴露于空氣，使得防止水和氫進(jìn)入氧化物半導(dǎo)體層；因此得到氧化物半導(dǎo)體層206 (圖10A)。然后，優(yōu)選地執(zhí)行使用諸如N20、N2或Ar之類的氣體的等離子體處理。通過這個等離子體處理，去除吸附在暴露的氧化物半導(dǎo)體層206的表面上的水等。備選地，等離子體處理可使用O2和Ar的混合氣體來執(zhí)行。隨后，在柵極絕緣層204和氧化物半導(dǎo)體層206之上形成絕緣氧化物膜之后，執(zhí)行第三光刻步驟，使得形成絕緣氧化物層208，并且去除抗蝕劑掩模。在這個實施例中，例如，200nm厚的氧化硅膜通過濺射方法作為待成為絕緣氧化物層208的絕緣氧化物膜來形成。膜形成中的襯底溫度可大于或等于室溫且小于或等于300°C，并且在這個實施例中為100°C。濺射方法可在稀有氣體(例如氬)氣氛、氧氣氛或者稀有氣體(例如氬)和氧的混合氣體的氣氛中執(zhí)行。此外，例如，氧化硅靶或硅靶能夠用作靶。例如，借助于硅靶，氧化硅膜能夠通過濺射方法在氧和氮的混合氣氛中形成。作為形成為與電阻降低的氧化物半導(dǎo)體層相接觸的絕緣氧化物層208，優(yōu)選地使用沒有包含諸如水分、氫離子和羥基之類的雜質(zhì)并且阻止它們從外部進(jìn)入的無機(jī)絕緣膜；例如使用氧化硅膜、氧氮化硅膜、氧化鋁膜、氧氮化鋁膜等。這時，優(yōu)選的是在去除了處理室中剩余的水分的狀態(tài)中執(zhí)行濺射。這用于防止氫、羥基或水分包含在氧化物半導(dǎo)體層206和絕緣氧化物層208中。因此，在形成絕緣氧化物膜中，優(yōu)選的是使用捕集真空泵以及將諸如氫、水、羥基或氫化物之類的雜質(zhì)去除到小于或等于Ippm的濃度(優(yōu)選地為小于或等于IOppb的濃度)的高純度氣體作為在形成絕緣氧化物膜時使用的濺射氣體。在這里，可執(zhí)行第二熱處理。第二熱處理的溫度優(yōu)選地大于或等于200°C且小于或等于400°C，并且更優(yōu)選地大于或等于250°C且小于或等于350°C。注意，第二熱處理可在惰性氣體氣氛或氧氣體氣氛中執(zhí)行。在這個實施例中，熱處理可在氮?dú)夥罩幸?50°C執(zhí)行I小時。在第二熱處理中，在氧化物半導(dǎo)體層206的一部分(溝道形成區(qū))與絕緣氧化物層208相接觸的狀態(tài)下施加熱 量。還可執(zhí)行第二熱處理之后的熱處理。在這個實施例中，在部分暴露的氧化物半導(dǎo)體層206之上形成絕緣氧化物層208的狀態(tài)中，在氮?dú)怏w氣氛、惰性氣體氣氛中或者在降低的壓力下執(zhí)行熱處理。通過在氮?dú)怏w氣氛或者惰性氣體氣氛中或者在降低的壓力下的熱處理，未覆蓋有絕緣氧化物層208的氧化物半導(dǎo)體層206的暴露區(qū)域的電阻能夠降低。在這個實施例中，例如，熱處理在氮?dú)夥罩幸?50°C執(zhí)行I小時。通過按照這種方式對其上形成絕緣氧化物層208的氧化物半導(dǎo)體層206執(zhí)行熱處理，降低氧化物半導(dǎo)體層206的暴露區(qū)域的電阻，并且氧化物半導(dǎo)體層206成為包括具有不同電阻的區(qū)域的氧化物半導(dǎo)體層210。圖IOB中，氧化物半導(dǎo)體層210中沒有斜線的白色區(qū)域是低電阻區(qū)域。通過一直到并且包括第二熱處理的上述工序，用于脫水或脫氫的熱處理對所沉積的氧化物半導(dǎo)體膜來執(zhí)行以便降低電阻，然后，有選擇地使氧化物半導(dǎo)體膜的一部分處于氧過剩狀態(tài)。因此，與柵電極層202重疊的溝道形成區(qū)成為具有低導(dǎo)電率的i型半導(dǎo)體，并且與源電極層重疊的高電阻源區(qū)以及與漏電極層重疊的高電阻漏區(qū)以自調(diào)整方式來形成。隨后，在柵極絕緣層204、氧化物半導(dǎo)體層210和絕緣氧化物層208之上形成導(dǎo)電膜之后，執(zhí)行第四光刻步驟，使得形成源和漏電極層212，然后去除抗蝕劑掩模(圖10C)。源和漏電極層212可使用與源電極層115a和漏電極層115b相似的材料來形成，并且可具有單層結(jié)構(gòu)或者多層的疊層結(jié)構(gòu)。在這里，熱處理還可在空氣中以大于或等于100°C且小于或等于200°C的溫度執(zhí)行大于或等于I小時且小于或等于30小時。在這個實施例中，熱處理以150°C執(zhí)行10小時。這個熱處理可在固定加熱溫度下執(zhí)行，或者可通過多次重復(fù)將溫度從室溫增加到高于或等于100°C且小于或等于200°C的加熱溫度以及將溫度從加熱溫度降低到室溫來執(zhí)行。此外，這種熱處理可在形成絕緣氧化物層之前以降低的壓力來執(zhí)行。當(dāng)熱處理在降低的壓力下執(zhí)行時，加熱時間能夠縮短。通過這種熱處理，能夠得到常截止晶體管。通過在與漏電極層(和源電極層)重疊的氧化物半導(dǎo)體層的一部分中形成高電阻漏區(qū)(或高電阻源區(qū))，晶體管的可靠性能夠提高。具體來說，通過形成高電阻漏區(qū)，有可能采用一種其中導(dǎo)電率能夠從漏電極層到高電阻漏區(qū)和溝道形成區(qū)逐漸改變的結(jié)構(gòu)。因此，在晶體管工作在其中漏電極層連接到用于提供高電源電位Vdd的布線的狀態(tài)的情況下，甚至當(dāng)柵電極層與漏電極層的電位之間的差較大時，高電阻漏區(qū)也用作緩沖器，使得晶體管的耐受電壓能夠增加。
通過上述工序，形成晶體管220。隨后，保護(hù)絕緣層214在絕緣氧化物層208以及源和漏電極層212之上形成。在這里，氮化硅膜可作為保護(hù)絕緣層214來形成(圖10D)。注意，絕緣氧化物層還可在絕緣氧化物層208以及源和漏電極層212之上形成，并且保護(hù)絕緣層214可在絕緣氧化物層之上形成。雖然未示出，但是晶體管220可以是通過形成多個柵電極而具有多個溝道形成區(qū)的多柵晶體管。這個實施例能夠與任意其它實施例自由組合。(實施例3)在這個實施例中，描述能夠用于實施例I中所述的半導(dǎo)體器件并且與實施例I和 實施例2中的晶體管不同的晶體管。圖IlA至圖IlD示出這個實施例的晶體管的截面結(jié)構(gòu)。圖IlD所示的晶體管320是具有底柵結(jié)構(gòu)的晶體管的一種模式。下面描述用于在襯底300之上制造晶體管320的工序。首先，導(dǎo)電膜在具有絕緣表面的襯底300之上形成，并且執(zhí)行第一光刻步驟，使得將導(dǎo)電膜處理成柵電極層302。柵電極層302可使用與柵電極層111相似的材料來形成，并且可具有單層結(jié)構(gòu)或
者多層的疊層結(jié)構(gòu)。注意，抗蝕劑掩模可通過噴墨方法來形成。在通過噴墨方法來形成抗蝕劑掩模的情況下，因為沒有使用光掩模，所以制造成本能夠降低。然后，柵極絕緣層304形成為使得覆蓋柵電極層302。在這個實施例中，氧氮化硅層通過等離子體CVD方法作為柵極絕緣層304來形成。隨后，在柵極絕緣層304之上形成導(dǎo)電膜之后，執(zhí)行第二光刻步驟，使得形成源和漏電極層306a和306b (圖11A)。源和漏電極層306a和306b可使用與源電極層115a和漏電極層115b相似的材料
來形成，并且可具有單層結(jié)構(gòu)或者多層的疊層結(jié)構(gòu)。隨后，氧化物半導(dǎo)體膜308在柵極絕緣層304以及源和漏電極層306a和306b之上形成(圖11B)。隨后，在第三光刻步驟中將氧化物半導(dǎo)體膜308處理成島狀氧化物半導(dǎo)體層。這時，優(yōu)選的是在去除了處理室中剩余的水分的狀態(tài)中執(zhí)行濺射，如同實施例I中一樣。這用于防止氫、羥基或水分包含在氧化物半導(dǎo)體膜308中。注意，如實施例I中所述，捕集真空泵優(yōu)選地用于對處理室排氣。隨后，如同實施例I中一樣，氧化物半導(dǎo)體層經(jīng)過第一熱處理。在這里，將襯底300傳遞到作為熱處理設(shè)備之一的電爐中，在氮?dú)夥罩幸?50°C對氧化物半導(dǎo)體層執(zhí)行熱處理I小時，氧化物半導(dǎo)體層則沒有暴露于空氣，使得防止水和氫進(jìn)入氧化物半導(dǎo)體層；因此得到氧化物半導(dǎo)體層310(圖11C)。形成用作保護(hù)絕緣膜并且與氧化物半導(dǎo)體層310相接觸的絕緣氧化物層314。絕緣氧化物層314優(yōu)選地通過用以使諸如水或氫之類的雜質(zhì)沒有進(jìn)入絕緣氧化物層314的方法按照與上述氧化物半導(dǎo)體膜相似的方式來形成到大于或等于Inm的厚度。當(dāng)氫包含于絕緣氧化物層314時，引起氫進(jìn)入氧化物半導(dǎo)體層或者通過氫抽取氧化物半導(dǎo)體層中的氧，由此與絕緣氧化物層314相接觸的氧化物半導(dǎo)體層310的一部分成為η型(具有較低電阻)，并且因此可形成寄生溝道。因此，重要的是，形成包含盡可能少的氫的絕緣氧化物層314。絕緣氧化物層314能夠按照與絕緣氧化物層116相似的方式來形成。隨后，執(zhí)行第二熱處理。第二熱處理能夠按照與實施例I中相似的方式來執(zhí)行。在第二熱處理中，在氧化物半導(dǎo)體層的一部分(溝道形成區(qū))與絕緣氧化物層314相接觸的狀態(tài)中施加熱量。 通過上述工序，用于脫水或脫氫的熱處理對所沉積氧化物半導(dǎo)體膜來執(zhí)行以便降低電阻，然后，有選擇地使氧化物半導(dǎo)體膜的整個表面包含過剩的氧。因此，形成i型氧化物半導(dǎo)體層312。通過上述工序，形成晶體管320。在這里，熱處理還可在空氣中以大于或等于100°C且小于或等于200°C的溫度執(zhí)行大于或等于I小時且小于或等于30小時。在這個實施例中，熱處理以150°C執(zhí)行10小時。這個熱處理可在固定加熱溫度下執(zhí)行，或者可通過多次重復(fù)將溫度從室溫增加到高于或等于100°C且小于或等于200°C的加熱溫度以及將溫度從加熱溫度降低到室溫來執(zhí)行。此外，這種熱處理可在形成絕緣氧化物層之前以降低的壓力來執(zhí)行。當(dāng)熱處理在降低的壓力下執(zhí)行時，加熱時間能夠縮短。通過這種熱處理，能夠得到常截止晶體管。與保護(hù)絕緣層103相似的保護(hù)絕緣層316還可在絕緣氧化物層314之上形成。例如，氮化硅膜通過RF濺射方法作為保護(hù)絕緣層316來形成(圖11D)。用于平面化的平面化絕緣層可設(shè)置在保護(hù)絕緣層316之上。雖然未示出，但是晶體管320可以是通過形成多個柵電極而具有多個溝道形成區(qū)的多柵晶體管。這個實施例能夠與其它實施例的任一個自由組合。(實施例4)在這個實施例中，描述能夠用于實施例I中所述的半導(dǎo)體器件并且與實施例I至3的任一個中的晶體管不同的晶體管。圖12A示出晶體管的平面圖的示例，以及圖12B示出沿圖12A的C1-C2所截取的其截面圖。圖12A和圖12B所不的晶體管410是頂棚晶體管之一。晶體管410在具有絕緣表面的襯底400之上包括絕緣層407、氧化物半導(dǎo)體層412、源或漏電極層415a和415b、柵極絕緣層402和柵電極層411。布線層414a和布線層414b設(shè)置成使得分別接觸并且電連接到源和漏電極層415a和415b。下面描述用于在襯底400之上制造晶體管410的工序。首先，用作基底膜的絕緣層407在具有絕緣表面的襯底400之上形成。作為絕緣層407，優(yōu)選地使用諸如氧化硅層、氧氮化硅層、氧化鋁層或者氧氮化鋁層之類的絕緣氧化物層。雖然等離子體方法、濺射方法等能夠用作用于形成絕緣層407的方法，但是優(yōu)選地采用濺射方法來形成絕緣層407，使得諸如氫之類的雜質(zhì)盡可能少地包含在絕緣層407中。在這個實施例中，采用濺射方法來形成作為絕緣層407的氧化硅層。將襯底400傳遞到處理室中，以及引入去除了氫和水分并且包含高純度氧的濺射氣體，由此借助于硅靶或石英靶來形成氧化硅層。襯底400可處于室溫或者可被加熱。
這時，優(yōu)選的是在去除了處理室中剩余的水分的狀態(tài)中執(zhí)行濺射。這用于防止氫、羥基或水分包含在絕緣層407中。注意，如實施例I中所述，捕集真空泵優(yōu)選地用于對處理室排氣。優(yōu)選的是使用將諸如氫、水、羥基或氫化物之類的雜質(zhì)去除到小于或等于Ippm的濃度(優(yōu)選地為小于或等于IOppb的濃度)的高純度氣體作為在形成絕緣層407時使用的濺射氣體。此外，絕緣層407可具有疊層結(jié)構(gòu)，其中，例如，諸如氮化硅層、氮氧化硅層、氮化鋁層或者氮氧化鋁層之類的絕緣氮化物層和絕緣氧化物層按照這個順序?qū)盈B在襯底400之上。例如，將去除了氫和水分并且其包含高純度氮的濺射氣體引入處理室，以及使用 硅靶，由此氮化硅層在襯底之上形成，并且氧化硅層在其上形成。在這種情況下，氮化硅層優(yōu)選地在去除了處理室中剩余的水分的狀態(tài)中按照與氧化硅層相似的方式來形成。在氮化硅層和氧化硅層的疊層設(shè)置為絕緣層407的情況下，能夠借助于公共硅靶在相同處理室中形成氮化硅層和氧化硅層。在首先將包含氮的濺射氣體引入處理室之后，使用處理室中的硅靶來形成氮化硅層，然后將濺射氣體切換到包含氧的濺射氣體，并且使用相同的硅靶來形成氧化硅層。由于氮化硅層和氧化硅層在這種濺射中能夠相繼形成而無需暴露于空氣，所以能夠防止諸如氫和水分之類的雜質(zhì)吸附到氮化硅層的表面上。隨后，氧化物半導(dǎo)體膜在絕緣層407之上形成。氧化物半導(dǎo)體膜優(yōu)選地通過濺射方法形成到大于或等于2nm且小于或等于200nm的厚度。其上形成絕緣層407的襯底400優(yōu)選地在濺射設(shè)備的預(yù)熱室中經(jīng)過預(yù)熱作為預(yù)處理，并且優(yōu)選地消除和排出吸附在襯底400上的諸如氫或水分之類的雜質(zhì)，以便氧化物半導(dǎo)體膜盡可能少地包含氫、羥基和水分。預(yù)熱室優(yōu)選地設(shè)置有低溫泵，并且采用低溫泵來排氣。注意，預(yù)熱的這種預(yù)處理可對形成柵極絕緣層402之前的襯底400或者對其上形成一直到并且包括源和漏電極層415a和415b的層的襯底400按照類似方式來執(zhí)行。優(yōu)選的是使用將諸如氫、水、羥基或氫化物之類的雜質(zhì)去除到小于或等于Ippm的濃度(優(yōu)選地為小于或等于IOppb的濃度)的高純度氣體作為在形成氧化物半導(dǎo)體膜時使用的濺射氣體。在去除了處理室中剩余的水分的狀態(tài)下將去除了氫和水分的濺射氣體引入處理室，并且氧化物半導(dǎo)體膜借助于作為靶的金屬氧化物來形成。注意，捕集真空泵優(yōu)選地用于對處理室排氣。隨后，執(zhí)行第一光刻步驟，使得將氧化物半導(dǎo)體膜處理成島狀氧化物半導(dǎo)體層。用于形成島狀氧化物半導(dǎo)體層的抗蝕劑掩模可通過噴墨方法來形成。在通過噴墨方法來形成抗蝕劑掩模的情況下，因為沒有使用光掩模，所以制造成本能夠降低。注意，這里的氧化物半導(dǎo)體膜的蝕刻可通過干式蝕刻、濕式蝕刻或者濕式蝕刻和干式蝕刻兩者來執(zhí)行。作為干式蝕刻方法，能夠使用平行板RIE (反應(yīng)離子蝕刻)方法或ICP (電感耦合等離子體)蝕刻方法。作為用于濕式蝕刻的蝕刻劑，能夠使用通過混合磷酸、醋酸和硝酸所得到的溶液，氨過氧化氫混合物(31￥丨％的過氧化氫溶液28wt%的氨水水=5 : 2 : 2)等。具體來說，還可使用作為透明導(dǎo)電膜的蝕刻劑的來自Kanto Chemical Co. , Inc.的市場銷售的IT007N(由 Kanto Chemical Co.，Inc.生產(chǎn))。濕式蝕刻之后的蝕刻劑連同蝕刻掉的材料一起通過清洗被去除。包含蝕刻劑和蝕刻掉的材料的廢液可經(jīng)過凈化，并且材料可再使用。諸如氧化物半導(dǎo)體層中包含的銦之類的材料在蝕刻之后從廢液中收集并且再循環(huán)，使得能夠有效地使用資源，并且能夠降低成本。在這個實施例中，采用濕式蝕刻方法、以磷酸、醋酸和硝酸的混合溶液作為蝕刻劑來將氧化物半導(dǎo)體膜處理成島狀氧化物半導(dǎo)體層。隨后，如同實施例I中一樣，氧化物半導(dǎo)體層經(jīng)過第一熱處理。在這里，將襯底400傳遞到作為熱處理設(shè)備之一的電爐中，在氮?dú)夥罩幸?50°C對氧化物半導(dǎo)體層執(zhí)行熱處理I小時，氧化物半導(dǎo)體層則沒有暴露于空氣，使得防止水和氫進(jìn)入氧化物半導(dǎo)體層；因此得到氧化物半導(dǎo)體層412 (圖13A)。 氧化物半導(dǎo)體層的第一熱處理能夠在被處理成島狀氧化物半導(dǎo)體層之前對氧化物半導(dǎo)體膜來執(zhí)行。在那種情況下，在第一熱處理之后，從熱處理設(shè)備中取出襯底，然后執(zhí)行光刻步驟。具有對氧化物半導(dǎo)體層的脫水或脫氫的效果的熱處理可在下列時機(jī)的任一個執(zhí)行在形成氧化物半導(dǎo)體層之后；在氧化物半導(dǎo)體層之上形成源電極和漏電極之后；以及在源電極和漏電極之上形成柵極絕緣層之后。隨后，導(dǎo)電膜在絕緣層407和氧化物半導(dǎo)體層412之上形成。導(dǎo)電膜可按照與源電極層115a和漏電極層115b的導(dǎo)電膜相似的方式來形成。隨后，執(zhí)行第二光刻工序。抗蝕劑掩模在導(dǎo)電膜之上形成，并且導(dǎo)電膜經(jīng)過處理，使得形成源和漏電極層415a和415b，然后去除抗蝕劑掩模(圖13B)。注意，源電極層和漏電極層優(yōu)選地具有漸窄的(taper)形狀，因為能夠改進(jìn)其上層疊的柵極絕緣層的覆蓋。在這個實施例中，Ti膜用作導(dǎo)電膜，并且In-Ga-Zn-O基氧化物半導(dǎo)體用于氧化物半導(dǎo)體層412。作為蝕刻劑,使用氨過氧化氫混合物(氨、水和過氧化氫溶液的混合溶液)。在第二光刻步驟中，僅蝕刻掉氧化物半導(dǎo)體層412的一部分，并且在一些情況下形成具有凹槽(凹陷部分)的氧化物半導(dǎo)體層。用于形成源電極層415a和漏電極層415b的抗蝕劑掩?？赏ㄟ^噴墨方法來形成。在通過噴墨方法來形成抗蝕劑掩模的情況下，因為沒有使用光掩模，所以制造成本能夠降低。紫外光、KrF激光或ArF激光優(yōu)選地用于形成第二光刻步驟中的抗蝕劑掩模的曝光。注意，在執(zhí)行曝光以使得溝道長度L成為小于25nm的情況下，曝光優(yōu)選地使用具有數(shù)納米至數(shù)十納米的極短波長的遠(yuǎn)紫外光來執(zhí)行。隨后，柵極絕緣層402在絕緣層407、氧化物半導(dǎo)體層412、源電極層415a和漏電極層415b之上形成(圖13C)。柵極絕緣層402能夠按照與柵極絕緣層102相似的方式來形成。隨后，執(zhí)行第三光刻步驟以形成抗蝕劑掩模，并且有選擇地執(zhí)行蝕刻以去除柵極絕緣層402的一部分，使得形成到達(dá)源電極層415a和漏電極層415b的開口 421a和421b (圖 13D)。然后，在柵極絕緣層402之上以及在開口 421a和421b中形成導(dǎo)電膜之后，柵電極層411以及布線層414a和414b在第四光刻工序中形成。注意，抗蝕劑掩?？赏ㄟ^噴墨方法來形成。在通過噴墨方法來形成抗蝕劑掩模的情況下，因為沒有使用光掩模，所以制造成本能夠降低。柵電極層411、布線層414a和414b能夠按照與柵電極層111相似的方式來形成。注意，柵電極層411還能夠使用透光導(dǎo)電膜來形成。作為透光導(dǎo)電膜的材料的示例，能夠給出透光導(dǎo)電氧化物等。隨后，可執(zhí)行第二熱處理。第二熱處理的溫度優(yōu)選地大于或等于200°C且小于或等于400°C，并且更優(yōu)選地大于或等于250°C且小于或等于350°C。注意，第二熱處理可在惰性氣體氣氛或氧氣體氣氛中執(zhí)行。在這個實施例中，第二熱處理在氮?dú)夥罩幸?50°C執(zhí)行I小時。第二熱處理可在晶體管410之上形成保護(hù)絕緣層或者平面化絕緣層之后執(zhí)行。
在這里，熱處理還可在空氣中以大于或等于100°C且小于或等于200°C的溫度執(zhí)行大于或等于I小時且小于或等于30小時。在這個實施例中，熱處理以150°C執(zhí)行10小時。這個熱處理可在固定加熱溫度下執(zhí)行，或者可通過多次重復(fù)將溫度從室溫增加到高于或等于100°C且小于或等于200°C的加熱溫度以及將溫度從加熱溫度降低到室溫來執(zhí)行。此外，這種熱處理可在形成絕緣氧化物層之前以降低的壓力來執(zhí)行。當(dāng)熱處理在降低的壓力下執(zhí)行時，加熱時間能夠縮短。通過這種熱處理，能夠得到常截止晶體管。通過上述工序，能夠形成晶體管410 (圖13E)。保護(hù)絕緣層或者用于平面化的平面化絕緣層可設(shè)置在晶體管410之上。例如，保護(hù)絕緣層可形成為具有使用氧化硅層、氮化硅層、氧氮化硅層、氮氧化硅層和氧化鋁層中的一個或多個的單層結(jié)構(gòu)或者疊層結(jié)構(gòu)。通過按照上述方式形成氧化物半導(dǎo)體膜時去除處理室中包含的水分，氧化物半導(dǎo)體膜中包含的氫的濃度和氫化物的濃度能夠降低。雖然未示出，但是晶體管410可以是通過形成多個柵電極而具有多個溝道形成區(qū)的多柵晶體管。這個實施例能夠與其它實施例的任一個自由組合。(實施例5)在這個實施例中，描述能夠用于實施例I中所述的半導(dǎo)體器件并且與實施例I至4的任一個中的晶體管不同的晶體管。圖14A示出這個實施例的晶體管的截面結(jié)構(gòu)。圖14A所示的晶體管520包括置于圖13E所示晶體管410的襯底400與絕緣層407之間的絕緣層522和導(dǎo)電層527。導(dǎo)電層527與整個氧化物半導(dǎo)體層512重疊。圖14B所示的晶體管521包括置于圖13E所示晶體管410的襯底400與絕緣層407之間的絕緣層522和導(dǎo)電層524。導(dǎo)電層524與氧化物半導(dǎo)體層512的一部分(具體來說是溝道形成區(qū))重疊。導(dǎo)電層524和導(dǎo)電層527可使用與晶體管520和晶體管521的柵電極層相同的材料和方法來形成，或者可使用不同的材料和方法來形成。導(dǎo)電層524和導(dǎo)電層527能夠用作第二柵電極層。導(dǎo)電層524和導(dǎo)電層527的電位各可以是GND或OV的固定電位。有可能通過導(dǎo)電層524和導(dǎo)電層527來控制晶體管520和晶體管521的電特性(例如閾值電壓)。
這個實施例能夠與任意其它實施例自由組合。(實施例6)在這個實施例中，描述能夠用于實施例I中所述的半導(dǎo)體器件并且與實施例I至5的任一個中的晶體管不同的晶體管。圖15A示出具有這個實施例的頂柵結(jié)構(gòu)的晶體管610的平面圖，以及圖15B示出沿圖15A的D1-D2所截取的其截面圖。晶體管610在具有絕緣表面的襯底600之上包括絕緣層607、源和漏電極層615a(615al和415a2)、氧化物半導(dǎo)體層612、源和漏電極層615b、布線層418、柵極絕緣層602和柵電極層611 (61 Ia和61 lb)。源和漏電極層615a (465al和415a2)通過布線層618電連接到布線層614。雖然未示出，但是源和漏電極層615b通過柵極絕緣層602中形成的開口電連接到布線層614。下面參照圖16A至圖16E來描述在襯底600之上制造晶體管610的工序。首先，用作基底膜的絕緣層607在具有絕緣表面的襯底600之上形成。在這個實施例中，氧化硅層采用濺射方法作為絕緣層607來形成。將襯底600傳遞到處理室中，以及引入去除了氫和水分并且包含高純度氧的濺射氣體，由此氧化硅層借助于硅靶或石英靶作為絕緣層607在襯底600之上形成。注意，氧或者氧和氬的混合氣體用作濺射氣體。這時，優(yōu)選的是在去除了處理室中剩余的水分的狀態(tài)中執(zhí)行濺射。這用于防止氫、羥基或水分包含在絕緣層607中。注意，如實施例I中所述，捕集真空泵優(yōu)選地用于對處理室排氣。優(yōu)選的是使用將諸如氫、水、羥基或氫化物之類的雜質(zhì)去除到小于或等于Ippm的濃度(優(yōu)選地為小于或等于IOppb的濃度)的高純度氣體作為在形成絕緣層607時使用的濺射氣體。此外，絕緣層607可具有疊層結(jié)構(gòu)，其中，例如，諸如氮化硅層、氮氧化硅層、氮化鋁層或者氮氧化鋁層之類的絕緣氮化物層和氧化物絕緣層按照這個順序?qū)盈B在襯底600之上。例如，將去除了氫和水分并且其包含高純度氮的濺射氣體引入處理室，以及使用硅靶，由此氮化硅層在襯底之上形成，并且氧化硅層在其上形成。在這種情況下，氮化硅層優(yōu)選地在去除了處理室中剩余的水分的狀態(tài)中按照與氧化硅層相似的方式來形成。隨后，導(dǎo)電膜在絕緣層607之上形成,并且執(zhí)行第一光刻工序?？刮g劑掩模在導(dǎo)電膜之上形成，并且導(dǎo)電膜經(jīng)過處理，使得形成源和漏電極層615al和615a2，然后去除抗蝕劑掩模(圖16A)。在截面圖中，源和漏電極層615al和615a2看起來相互分離；但是，它們實際上沒有分離。注意，源和漏電極層615al和615a2優(yōu)選地具有漸窄的形狀，因為能夠改進(jìn)其上層疊的氧化物半導(dǎo)體層612的覆蓋。作為源和漏電極層615al和615a2的材料，能夠給出從Al、Cr、Cu、Ta、Ti、Mo和W
中選取的元素、包含任意這些元素作為成分的合金、組合地包含任意這些元素的合金膜等。另外，還可使用Mn、Mg、Zr、Be和Th中的一個或多個。導(dǎo)電膜可具有單層結(jié)構(gòu)或者多層的疊層結(jié)構(gòu)。例如，包含Si的Al膜的單層結(jié)構(gòu)、其中Ti膜層疊在Al膜之上的二層結(jié)構(gòu)、其中Al膜置于兩個Ti膜之間的三層結(jié)構(gòu)等。當(dāng)導(dǎo)電膜包括Al膜時，它可包含Nd或Sc。注、意，這些膜可以是氮化物膜。在這個實施例中，150nm厚的鈦膜通過濺射方法作為源和漏電極層615al和615a2來形成。隨后，厚度大于或等于2nm且小于或等于200nm的氧化物半導(dǎo)體膜在絕緣層607以及源和漏電極層615al和615a2之上形成。注意，氧化物半導(dǎo)體膜優(yōu)選地在去除了處理室中剩余的水分的狀態(tài)中形成。這用于防止氫、羥基或水分包含在氧化物半導(dǎo)體膜中。捕集真空泵優(yōu)選地用于對處理室排氣。優(yōu)選的是使用將諸如氫、水、羥基或氫化物之類的雜質(zhì)去除到小于或等于Ippm的濃度(優(yōu)選地為小于或等于IOppb的濃度)的高純度氣體作為在形成氧化物半導(dǎo)體膜時使用的濺射氣體。隨后，執(zhí)行第二光刻步驟，使得將氧化物半導(dǎo)體膜處理成島狀氧化物半導(dǎo)體層(圖16B)。在這個實施例中，氧化物半導(dǎo)體膜通過濺射方法借助于In-Ga-Zn-O基氧化物半導(dǎo)體靶來形成。隨后，對島狀氧化物半導(dǎo)體層執(zhí)行第一熱處理，使得進(jìn)行對氧化物半導(dǎo)體層的脫水或脫氫。第一熱處理的溫度大于或等于400°C且小于或等于750°C，優(yōu)選地大于或等于400°C且小于襯底的應(yīng)變點(diǎn)。在這里，將襯底600傳遞到作為熱處理設(shè)備之一的電爐中，在氮?dú)夥罩幸?50°C對氧化物半導(dǎo)體層執(zhí)行熱處理I小時，氧化物半導(dǎo)體層則沒有暴露于空氣，使得防止水和氫進(jìn)入氧化物半導(dǎo)體層；因此得到氧化物半導(dǎo)體層612(圖16B)。熱處理設(shè)備并不局限于上述電爐，而可以是配備有通過來自諸如電阻加熱器等加熱器的熱傳導(dǎo)或熱輻射來加熱待處理對象的單元的熱處理設(shè)備。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。注意，GRTA設(shè)備是使用高溫氣體的熱處理設(shè)備。作為高溫氣體，使用不太可能通過熱處理來與待處理對象發(fā)生反應(yīng)的惰性氣體，例如氮?dú)怏w或者如氬等稀有氣體。GRTA實現(xiàn)短時間的高溫?zé)崽幚怼Ｗ⒁?，在第一熱處理中，?yōu)選的是，作為引入處理室的氣體的氮或者諸如氦、氖或氬之類的稀有氣體沒有包含水、氫等。備選地，引入熱處理設(shè)備中的氮?dú)怏w或者諸如氦、氖或氬之類的稀有氣體的純度優(yōu)選地為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)濃度為小于或等于Ippm,優(yōu)選地小于或等于0. Ippm)。氧化物半導(dǎo)體層的第一熱處理能夠在被處理成島狀氧化物半導(dǎo)體層之前對氧化物半導(dǎo)體膜來執(zhí)行。在那種情況下，在第一熱處理之后，從熱處理設(shè)備中取出襯底，然后執(zhí)行光刻步驟。具有對氧化物半導(dǎo)體層的脫水或脫氫的效果的熱處理可在下列時機(jī)的任一個執(zhí)行在形成氧化物半導(dǎo)體層之后；在氧化物半導(dǎo)體層之上進(jìn)一步形成源電極和漏電極之后；以及在源電極和漏電極之上形成柵極絕緣層之后。隨后，在絕緣層607和氧化物半導(dǎo)體層612之上形成導(dǎo)電膜，并且執(zhí)行第三光刻步驟?？刮g劑掩模在導(dǎo)電膜之上形成，并且導(dǎo)電膜經(jīng)過處理，使得形成源和漏電極層615b以及布線層618。此后，去除抗蝕劑掩模(圖16C)。源和漏電極層615b以及布線層618可使用與源和漏電極層615al和615a2相似的材料和步驟來形成。
在這個實施例中，150nm厚的鈦膜通過濺射方法作為源和漏電極層615b以及布線層618來形成。在這個實施例中，由于相同的鈦膜用于源和漏電極層615al和615a2以及源和漏電極層615b,所以沒有得到源和漏電極層615al和615a2相對于源和漏電極層615b的蝕刻選擇性。因此，布線層618設(shè)置在沒有覆蓋氧化物半導(dǎo)體層612的源和漏電極層615a2的一部分之上，使得在蝕刻源和漏電極層615b時沒有蝕刻源和漏電極層615al和615a2。在能夠得到源和漏電極層615al和615a2與源和漏電極層615b的高蝕刻選擇比的情況下，不一定設(shè)置布線層618。注意，各材料和蝕刻條件經(jīng)過適當(dāng)調(diào)整，使得氧化物半導(dǎo)體層612沒有在蝕刻導(dǎo)電膜中被去除。在這個實施例中，Ti膜用作導(dǎo)電膜，并且In-Ga-Zn-O基氧化物半導(dǎo)體用于氧化物半導(dǎo)體層612。作為蝕刻劑,使用氨過氧化氫混合物(氨、水和過氧化氫溶液的混合溶液)。
在第三光刻步驟中，僅蝕刻掉氧化物半導(dǎo)體層612的一部分，并且在一些情況下形成具有凹槽(凹陷部分)的氧化物半導(dǎo)體層。用于形成源和漏電極層615b布線層618的抗蝕劑掩?？赏ㄟ^噴墨方法來形成。在通過噴墨方法來形成抗蝕劑掩模的情況下，因為沒有使用光掩模，所以制造成本能夠降低。隨后，柵極絕緣層602在絕緣層607、氧化物半導(dǎo)體層612、源和漏電極層415al和415a2以及源和漏電極層615b之上形成。通過等離子體CVD方法、濺射方法等，柵極絕緣層602能夠形成為具有使用氧化硅層、氮化硅層、氧氮化硅層、氮氧化硅層和氧化鋁層中的一個或多個的單層結(jié)構(gòu)或者疊層結(jié)構(gòu)。注意，絕緣層602優(yōu)選地采用濺射方法來形成，使得在柵極絕緣層602中沒有包含大量氫。在氧化硅膜通過濺射方法來形成的情況下，硅靶或石英靶用作靶，并且氧或者氧和氬的混合氣體用作濺射氣體。柵極絕緣層602可具有一種結(jié)構(gòu)，其中氧化硅層和氮化硅層層疊在源和漏電極層615al和615a2以及源和漏電極層615b之上。在這個實施例中，氧化娃層米用派射方法在氧和氬的混合氣體氣氛中形成到IOOnm的厚度。隨后，執(zhí)行第四光刻工序。形成抗蝕劑掩模，并且執(zhí)行選擇性蝕刻以去除柵極絕緣層602的一部分，使得形成到達(dá)布線層618的開口 623 (圖16D)。雖然未示出，但是在形成開口 623中，可形成到達(dá)源和漏電極層615b的開口。然后，在柵極絕緣層602之上并且在開口 623中形成導(dǎo)電膜之后，在第五光刻工序中形成柵電極層611(柵電極層611a和柵電極層611b)以及布線層614。注意，抗蝕劑掩?？赏ㄟ^噴墨方法來形成。在通過噴墨方法來形成抗蝕劑掩模的情況下，因為沒有使用光掩模，所以制造成本能夠降低。柵電極層611 (柵電極層611a和柵電極層611b)和布線層614能夠形成為具有使用諸如Mo、Ti、Cr、Ta、W、Al、Cu、Nd和Sc之類的金屬材料的一種或多種以及包含上述金屬材料作為其主要成分的合金材料的單層結(jié)構(gòu)或者疊層結(jié)構(gòu)。在這個實施例中，150nm厚的鈦膜通過濺射方法作為柵電極層611 (柵電極層611a和柵電極層611b)和布線層614來形成。隨后，執(zhí)行第二熱處理。第二熱處理的溫度優(yōu)選地大于或等于200°C且小于或等于4000C，并且更優(yōu)選地大于或等于250°C且小于或等于350°C。注意，第二熱處理可在惰性氣體氣氛或氧氣體氣氛中執(zhí)行。在這個實施例中，第二熱處理在氮?dú)夥罩幸?50°C執(zhí)行I小時。第二熱處理在氧化物半導(dǎo)體層的一部分(溝道形成區(qū))與柵極絕緣層602相接觸的狀態(tài)下執(zhí)行。注意，第二熱處理可在晶體管610之上形成保護(hù)絕緣層或者平面化絕緣層之后執(zhí)行。在這里，熱處理還可在空氣中以大于或等于100°C且小于或等于200°C的溫度執(zhí)行大于或等于I小時且小于或等于30小時。這個熱處理可在固定加熱溫度下執(zhí)行，或者可通過多次重復(fù)將溫度從室溫增加到高于或等于100°C且小于或等于200°C的加熱溫度以及將溫度從加熱溫度降低到室溫來執(zhí)行。此外，這種熱處理可在形成絕緣氧化物層之前以降低的壓力來執(zhí)行。通過上述工序，能夠形成包括其中降低氫、水分、氫化物和氫氧化物的濃度的氧化物半導(dǎo)體層612的晶體管610 (參見圖16E)。保護(hù)絕緣層或者用于平面化的平面化絕緣層可設(shè)置在晶體管610之上。雖然未示 出，但是到達(dá)源和漏電極層615b的開口在柵極絕緣層602、保護(hù)絕緣層和平面化絕緣層中形成。布線層在將要電連接到源和漏電極層615b的開口中形成。這個實施例能夠與任意其它實施例自由組合。(實施例7)在這個實施例中，參照能帶圖來描述作為本發(fā)明的一個實施例、其結(jié)構(gòu)與圖14B所示的晶體管相似的晶體管。圖17是其中使用氧化物半導(dǎo)體層的這個實施例的反交錯薄膜晶體管的縱向截面圖。氧化物半導(dǎo)體膜(OS)設(shè)置在柵電極(GEl)之上，其中絕緣膜(GI)置于其間，并且源電極(S)和漏電極(D)設(shè)置在氧化物半導(dǎo)體膜之上。圖18A和圖18B是圖17中的A_A’上的能帶圖(示意圖)。圖18A示出源極和漏極具有相同電位的電壓(vd = 0V)的情況。圖18B示出其中正電位施加到漏極(Vd > 0V)而正電位沒有施加到源極的情況。圖19A和圖19B是圖17中的B-B’上的能帶圖(示意圖)。圖19A示出一種狀態(tài)，其中正電位(+Vg)施加到柵極(Gl)，即，薄膜晶體管處于導(dǎo)通態(tài)的情況，其中載流子(電子)在源極與漏極之間流動。圖19B示出一種狀態(tài)，其中負(fù)電位(-Vg)施加到柵極(Gl)，S卩，薄膜晶體管處于截止態(tài)的情況(其中少數(shù)載流子沒有流動)。圖20示出真空級與金屬的功函數(shù)(Am)之間的關(guān)系以及真空級與氧化物半導(dǎo)體的電子親合勢(X)之間的關(guān)系。金屬中的電子在室溫下簡并(degenerate),使得費(fèi)米能級位于導(dǎo)帶中。相比之下，常規(guī)氧化物半導(dǎo)體一般具有n型，那種情況下的費(fèi)米能級(Ef)位于更接近導(dǎo)帶，并且離開位于帶隙的中間的本征費(fèi)米能級(Ei)。已知的是，部分因為氧化物半導(dǎo)體中的一部分氫用作施主，所以形成n型半導(dǎo)體。相比之下，這個實施例的氧化物半導(dǎo)體是通過經(jīng)由去除n型雜質(zhì)的氫以使得包含盡可能少的不是氧化物半導(dǎo)體的主要成分的雜質(zhì)，來高度純化而成為本征(i型)半導(dǎo)體或者成為盡可能接近本征半導(dǎo)體的氧化物半導(dǎo)體。換言之，這個實施例的氧化物半導(dǎo)體具有一種特征，因為通過經(jīng)由盡可能多地去除諸如氫或水之類的雜質(zhì)來高度純化而使其成為i型(本征)半導(dǎo)體或者使其接近i型半導(dǎo)體，而不是添加雜質(zhì)。因此，費(fèi)米能級(Ef)能夠是與本征費(fèi)米能級(Ei)相同的能級。
據(jù)說，氧化物半導(dǎo)體的電子親合勢(X)在其帶隙(Eg)為3. 15eV的情況下為4.3eV。用于形成源和漏電極的鈦(Ti)的功函數(shù)大致等于氧化物半導(dǎo)體的電子親合勢(X)0在這種情況下，在金屬與氧化物半導(dǎo)體之間的界面處沒有形成肖特基電子勢壘。換言之，在金屬的功函數(shù)(Am)和氧化物半導(dǎo)體的電子親合勢(X)大致相等時金屬與氧化物半導(dǎo)體相互接觸的情況下，得到例如圖18等的能帶圖(示意圖)。圖18B中，黑圓( )表示電子。虛線表示在對漏極給予正電位的狀態(tài)下將正電壓施加到柵極(Vg >0)的情況。當(dāng)沒有電壓施加到柵極時，載流子(電子)因高勢壘而沒有從電極注入到氧化物半導(dǎo)體側(cè)，從而引起沒有電流流動的截止態(tài)。相比之下，當(dāng)正電壓施加到柵極時，勢壘降低，從而引起其中電流流動的導(dǎo)通態(tài)。在這種情況下，如圖19A所示，電子沿在能量上穩(wěn)定的氧化物半導(dǎo)體的最低部分在柵極絕緣膜與高度純化氧化物半導(dǎo)體之間的界面處移動。
圖19B中，當(dāng)負(fù)電位施加到柵極(Gl)時，作為少數(shù)載流子的空穴的數(shù)量大致為零；因此，電流值變?yōu)榉浅＝咏愕闹?。例如，甚至?dāng)薄膜晶體管具有I X IO4 ii m的溝道寬度W以及3 U m的溝道長度時，也能夠得到KT13A或更低的截止態(tài)電流以及0. lV/dec.的亞閾值擺動(subthreshold swing)(S值)(柵極絕緣膜的厚度為IOOnm)。如上所述，氧化物半導(dǎo)體經(jīng)過高度純化，使得不是氧化物半導(dǎo)體的主要成分的雜質(zhì)的量為最小，由此能夠得到薄膜晶體管的有利操作。具體來說，截止態(tài)電流能夠降低。(實施例8)在這個實施例中描述的是實施例I中所述的作為本發(fā)明的一個實施例的半導(dǎo)體器件適用的中央處理器(CPU)。CPU的框圖的示例如圖21所示。圖21所示的CPU 801包括定時控制電路802、指令解碼器803、寄存器陣列804、地址邏輯和緩沖電路805、數(shù)據(jù)總線接口 806、ALU (算術(shù)邏輯單元)807、指令寄存器808等。CPU 801中包含的這些電路能夠使用實施例I至7的任一個中所述的晶體管來制造。實施例I至7中所述的晶體管各使用氧化物半導(dǎo)體層，由此能夠增加場效應(yīng)遷移率。另夕卜，當(dāng)氫濃度充分降低時，晶體管的截止態(tài)電流能夠極小。通過將包括具有充分降低的氫濃度的氧化物半導(dǎo)體層的晶體管用于CPU 801的至少一部分，中央處理器的功率消耗能夠降低。現(xiàn)在簡要描述CPU 801中包含的各電路。定時控制電路802接收來自外部的指令，將指令轉(zhuǎn)換為內(nèi)部的信息，并且將信息發(fā)送到其它塊。另外，定時控制電路按照內(nèi)部操作向外部給出諸如存儲器數(shù)據(jù)的讀取和寫入之類的指示。指令解碼器803用于把來自外部的指令轉(zhuǎn)換為內(nèi)部的指令。寄存器陣列804具有暫時存儲數(shù)據(jù)的功能。因此，它包括存儲器元件。地址邏輯和緩沖電路805具有指定外部存儲器的地址的功能。數(shù)據(jù)總線接口 806具有從外部存儲器或者諸如打印機(jī)之類的裝置接收數(shù)據(jù)以及向其發(fā)出數(shù)據(jù)的功能。ALU 807具有執(zhí)行運(yùn)算的功能。
指令寄存器808具有暫時存儲指令的功能。因此，它包括存儲器元件。通過將實施例I至7中所述的晶體管的任一個用于CPU 801的至少一部分，泄漏電流降低；因此，待機(jī)期間的功率消耗(待機(jī)功率)降低。因此，這種中央處理器的功率消耗能夠降低。例如，實施例I中所述的存儲器元件能夠具體應(yīng)用于CPU 801中包含的電路之中的寄存器陣列804或命令寄存器808中包含的存儲器元件。這個實施例能夠與任意其它實施例自由組合。(實施例9) 在這個實施例中，描述作為本發(fā)明的一個實施例的半導(dǎo)體器件。作為實施例I至7的任一個中所述的晶體管適用的半導(dǎo)體器件的示例，描述能夠無需接觸而輸入/輸出數(shù)據(jù)的無線通信半導(dǎo)體器件。能夠無需接觸而輸入/輸出數(shù)據(jù)的無線通信半導(dǎo)體器件又稱作RFID標(biāo)簽、ID標(biāo)簽、IC標(biāo)簽、RF標(biāo)簽、無線標(biāo)簽、電子標(biāo)簽或無線芯片。參照圖22A至圖22C來描述這個實施例的無線通信半導(dǎo)體器件的結(jié)構(gòu)的一個示例。圖22A所示的無線通信半導(dǎo)體器件包括具有天線(又稱作芯片上天線)的半導(dǎo)體集成電路芯片900以及具有天線902 (又稱作增益天線(booster antenna))的支承襯底904。半導(dǎo)體集成電路芯片900設(shè)置在絕緣層908之上，其中絕緣層908在支承襯底904和天線902之上形成。絕緣層908可通過密封劑等形成，只要它能夠?qū)雽?dǎo)體集成電路芯片900固定到支承襯底904和天線902。注意，導(dǎo)電屏蔽優(yōu)選地設(shè)置在半導(dǎo)體集成電路芯片900上，以便防止因靜電放電而引起的半導(dǎo)體器件的靜電擊穿(例如電路的故障以及對半導(dǎo)體元件的損壞)。注意，當(dāng)導(dǎo)電屏蔽具有高電阻并且電流無法流經(jīng)天線902的圖案時，設(shè)置在半導(dǎo)體集成電路芯片900的表面上的天線902和導(dǎo)電屏蔽可設(shè)置成相互接觸。設(shè)置在半導(dǎo)體集成電路芯片900中的半導(dǎo)體集成電路包括多個元件，例如構(gòu)成存儲器部分或邏輯部分的晶體管。作為用于構(gòu)成存儲器部分或邏輯部分的晶體管，能夠使用實施例I至7的任一個中所述的晶體管。圖23A是圖22A所示的半導(dǎo)體集成電路芯片900中包含的天線(芯片上天線)和半導(dǎo)體集成電路的放大視圖。雖然天線912是具有圖23A的一個繞組的矩形環(huán)形天線，但是本發(fā)明并不局限于這種結(jié)構(gòu)。天線912的形狀可以是具有曲面(例如圓形)的形狀，并且天線912的繞組的數(shù)量可以是多個。但是，天線912的繞組的數(shù)量優(yōu)選地為1，在這種情況下，在半導(dǎo)體集成電路910與天線912之間生成的寄生電容能夠降低。圖23A中，天線912設(shè)置成圍繞半導(dǎo)體集成電路910的周邊，并且除了與虛線所示的饋電點(diǎn)918對應(yīng)的一部分，天線912設(shè)置在沒有與半導(dǎo)體集成電路910重疊的區(qū)域中。當(dāng)天線912和半導(dǎo)體集成電路910設(shè)置在圖23A所示的不同區(qū)域時，半導(dǎo)體集成電路910與天線912之間的寄生電容能夠降低。但是，本發(fā)明并不限于這種結(jié)構(gòu)。如圖23B所示，除了與饋電點(diǎn)918對應(yīng)的部分之外，天線912可設(shè)置成還使得至少部分與半導(dǎo)體集成電路910重疊。圖22A中，天線902能夠通過主要在虛線906所包圍的環(huán)狀部分中的電磁感應(yīng)來發(fā)送和接收信號或者向/從半導(dǎo)體集成電路芯片900中包含的天線912提供電力。另外，天線902能夠通過使用主要在除了由虛線906所包圍的一部分之外的區(qū)域中的無線電波向/從外部詢問器發(fā)送和接收信號。除了發(fā)送和接收信號之外，提供電力也可由外部詢問器來執(zhí)行。雖然沒有具體限制，但是優(yōu)選的是，用作詢問器與半導(dǎo)體集成電路芯片900之間的載體(載波)的無線電波的頻率近似地大于或等于30MHz且小于或等于5GHz ;例如，可采用950MHz、2. 45GHz 等的頻帶。雖然天線902是在虛線906所包圍的部分中的繞組的數(shù)量為I的矩形環(huán)形天線，但是本發(fā)明的一個實施例并不局限于這種結(jié)構(gòu)。天線902的形狀可以是具有曲面(例如圓形)的形狀。另外，繞組的數(shù)量可以為多個。但是，當(dāng)天線902的繞組的數(shù)量在虛線906所包圍的部分中優(yōu)選地為1，在這種情況下，天線902與天線912之間生成的寄生電容能夠降低。對這個實施例的無線通信半導(dǎo)體器件的通信方法沒有具體限制；例如，能夠使用電磁感應(yīng)方法、電磁耦合方法或者微波方法。在使用微波方法(例如，使用UHF頻帶(860MHz至960MHz的頻帶)、2. 45GHz頻帶等)的情況下，天線902和912的長度和形狀可根據(jù)所使、用的電磁波的波長來判定。天線能夠具有線性形狀(例如雙極天線)、平面形狀(例如貼片天線或者具有帶狀的天線)等，代替上述形狀。天線可具有蜿蜒彎曲形狀或者結(jié)合它們的形狀，代替上述形狀。這個實施例的無線通信半導(dǎo)體器件的通信方法可以是電磁感應(yīng)方法或電磁耦合方法，如上所述。圖24示出其中使用電磁感應(yīng)方法或電磁耦合方法的示例。圖24中，線圈天線902作為增益天線設(shè)置在支承襯底904之上，并且包括線圈天線912的半導(dǎo)體集成電路芯片900設(shè)置在支承襯底904之上。接下來，描述半導(dǎo)體集成電路芯片900和增益天線的結(jié)構(gòu)和布置。圖22B是半導(dǎo)體器件的透視圖，其中層疊為圖22A所示的支承襯底904所設(shè)置的半導(dǎo)體集成電路芯片900和天線902。圖22C對應(yīng)于沿圖22B的虛線X-Y所截取的截面圖。圖22C所示的半導(dǎo)體集成電路910保持在第一絕緣體914與第二絕緣體916之間，并且還密封其側(cè)表面。在這個實施例中，接合多個半導(dǎo)體集成電路置于其中的第一絕緣體和第二絕緣體之間，然后半導(dǎo)體集成電路可單獨(dú)分為多個疊層。對所劃分疊層各形成導(dǎo)電屏蔽，并且形成半導(dǎo)體集成電路芯片900。對分離方式?jīng)]有具體限制，只要物理分離是可能的,并且分離例如通過激光束照射來執(zhí)行。圖22C中，半導(dǎo)體集成電路910比天線912更接近天線902 ;但是，本發(fā)明并不局限于這種結(jié)構(gòu)。天線912可比半導(dǎo)體集成電路910更接近天線902。接下來，下面簡要描述這個實施例的無線通信半導(dǎo)體器件的操作。圖25是示出這個實施例的無線通信半導(dǎo)體器件的結(jié)構(gòu)的示例的框圖。與圖22A、圖22B和圖22C、圖23A和圖23B以及圖24相同的部分由相同的參考標(biāo)號來表示。圖25所示的無線通信半導(dǎo)體器件包括天線902、半導(dǎo)體集成電路910和天線912。天線902是增益天線，并且天線912是芯片上天線。首先，描述無線通信半導(dǎo)體器件從詢問器(interrogator) 920來接收信號和電力的情況。首先，當(dāng)電磁波從詢問器920發(fā)送時，天線902接收電磁波，由此在天線902中生成交流，并且在天線902周圍生成磁場。然后，天線902中包含的環(huán)狀部分以及具有環(huán)形的天線912以電磁方式耦合，并且在天線912中生成所感應(yīng)的電動勢。半導(dǎo)體集成電路910通過使用感應(yīng)電動勢從詢問器920接收信號或電力。然后，描述無線通信半導(dǎo)體器件向詢問器920發(fā)送信號的情況。這時，使電流流經(jīng)天線912，并且感應(yīng)電動勢在天線902中按照半導(dǎo)體集成電路910中生成的信號來生成，由此信號能夠作為從詢問器920所傳送的無線電波的反射波傳送給詢問器920。注意，天線902能夠主要分為與天線912電磁耦合的環(huán)狀部分以及從詢問器920接收無線電波的部分。主要接收來自詢問器920的電波的部分中的天線902的形狀可以是能夠接收電波的形狀。例如，可使用諸如雙極天線、折疊雙極天線、縫隙天線、曲流線天線或微帶天線之類的形狀。雖然以上描述包含一個芯片上天線和一個增益天線的情況，但是對這種情況沒有限制。用于電力的天線以及用于發(fā)送和接收信號的天線可單獨(dú)形成。通過單獨(dú)形成用于電力的天線以及用于發(fā)送和接收信號的天線，有可能改變用于提供電力的無線電波的頻率以及用于發(fā)送信號的無線電波的頻率；因此，能夠有效地提供電力，并且能夠有效地發(fā)送和接收信號。在這個實施例的半導(dǎo)體器件中，使用芯片上天線，并且信號或電力能夠在增益天線與芯片上天線之間無需接觸而發(fā)送和接收；因此，與半導(dǎo)體集成電路在物理上直接連接 到外部天線的情況不同，半導(dǎo)體集成電路和天線不太可能因外部力而斷開，并且還能夠抑制連接中的初始故障的產(chǎn)生。另外，由于在這個實施例的半導(dǎo)體器件中使用增益天線，所以與僅使用芯片上天線的情況不同，半導(dǎo)體集成電路的面積沒有顯著限制芯片上天線的大小或形狀。相應(yīng)地，對能夠被接收的無線電波的頻帶沒有限制，并且通信距離能夠比僅使用芯片上天線的半導(dǎo)體器件要長。這個實施例的半導(dǎo)體集成電路可在柔性襯底之上形成。在使用柔性襯底的情況下，半導(dǎo)體集成電路可直接在柔性襯底上形成，或者可在用于形成半導(dǎo)體集成電路的諸如玻璃襯底之類的另一個襯底上形成，然后轉(zhuǎn)移到諸如塑料襯底之類的柔性襯底。對于將半導(dǎo)體集成電路從形成襯底轉(zhuǎn)移到柔性襯底的方法沒有具體限制；例如，分離層可在形成襯底與半導(dǎo)體集成電路之間形成。在半導(dǎo)體集成電路轉(zhuǎn)移到柔性襯底的情況下，分離層能夠使用例如金屬氧化物來形成。在這種情況下，所形成的金屬氧化物通過晶化來削弱，并且作為待分離的包括半導(dǎo)體集成電路的元件層能夠與形成襯底分離。在晶化金屬氧化物膜之后，分離層的一部分可借助于溶液或者諸如NF3、BrF3或CIF3之類的氟化鹵素氣體被去除，然后可執(zhí)行分離。另外，當(dāng)具有透光性質(zhì)的襯底用作形成襯底并且包含氮、氧、氫等的膜(例如包含氫的非晶硅膜、包含氫的合金膜、包含氧的合金膜等)用作分離層時，分離層采用激光通過形成襯底來照射，并且蒸發(fā)分離層中包含的氮、氧或氫，使得分離能夠發(fā)生。備選地，可采用機(jī)械地(例如研磨)去除形成襯底的方法或者化學(xué)地(例如使用任意上述氟化鹵素氣體的蝕刻)去除形成襯底的方法。在這種情況下，不一定使用分離層。備選地，能夠使用激光照射、銳利的刀等，使得形成凹槽，以便暴露分離層，并且分離可通過使用凹槽作為觸發(fā)來執(zhí)行。當(dāng)執(zhí)行上述分離時，例如可應(yīng)用機(jī)械力。作為用于應(yīng)用機(jī)械力的方法，例如，能夠給出采用人手或者采用鉗子的分離工序、通過滾筒的旋轉(zhuǎn)的分離工序等。注意，例如，分離層能夠使用鎢來形成。當(dāng)分離層使用鎢來形成時，能夠在分離層通過氨水和過氧化氫溶液的混合溶液來蝕刻的同時執(zhí)行分離。
實施例I至7中所述的晶體管具有小截止態(tài)電流；因此，通過將晶體管的任一個應(yīng)用于這個實施例的半導(dǎo)體器件，能夠?qū)崿F(xiàn)低功率消耗。通過覆蓋半導(dǎo)體集成電路的導(dǎo)電屏蔽，能夠防止半導(dǎo)體集成電路的靜電擊穿。
通過半導(dǎo)體集成電路置于其中的一對絕緣體之間，能夠在實現(xiàn)厚度和大小的降低的同時提供極可靠半導(dǎo)體器件。相應(yīng)地，能夠得到其中抑制了靜電放電的具有低功率消耗的極可靠半導(dǎo)體器件。這個實施例能夠與任意其它實施例自由組合。(實施例10)在這個實施例中，描述其中實施例9中所述的無線通信半導(dǎo)體器件用作本發(fā)明的一個實施例的示例。圖26A至圖26F示出與實施例9中所述的無線通信半導(dǎo)體器件相似的半導(dǎo)體器件1000的應(yīng)用示例。通過利用發(fā)送和接收電磁波的功能，半導(dǎo)體器件1000能夠用于各種商品和系統(tǒng)。作為商品，給出下列商品鑰匙(參見圖26A)，紙幣，硬幣，證券，不記名債券、證書(例如駕照或居民卡，參見圖26B)，書籍，容器(例如皮氏培養(yǎng)皿，參見圖26C)，個人附屬品(例如袋子或眼鏡，參見圖26D)，包裝容器(例如包裝紙或瓶，參見圖26E和圖26F)，記錄介質(zhì)(例如磁盤或錄像帶)，車輛(例如自行車)，食品，服裝，生活用品，電子電器(例如液晶顯示裝置、、EL顯示裝置、電視機(jī)或便攜終端)等。通過接合到或嵌入表面中，半導(dǎo)體器件1000固定到具有各種形狀的這類商品。作為系統(tǒng)，能夠給出商品管理系統(tǒng)、認(rèn)證功能系統(tǒng)、分配系統(tǒng)等。通過使用抑制了靜電放電的具有低功率消耗的極可靠半導(dǎo)體器件，能夠得到極可靠的系統(tǒng)。這個實施例能夠與任意其它實施例自由組合。(實施例11)在這個實施例中，描述的是實施例I至7的任一個中所述的晶體管適用的顯示裝置。雖然這個實施例的顯示裝置可以是液晶顯示裝置或者EL顯示裝置，但是在這里描述使用電泳元件的電子紙的示例。圖27A至圖27C示出有源矩陣電子紙用作顯示面板的截面圖。電子紙具有與紙張同樣高的可見度，消耗比其它顯示面板要低的功率，并且能夠制作成薄而輕便。圖27A是使用扭轉(zhuǎn)球方法的電子紙的截面圖。扭轉(zhuǎn)球方法是一種方法，其中各以黑色和白色來著色的球形微粒設(shè)置在顯示元件中包含的電極層之間，并且球形微粒的取向借助于電極層之間的電壓來控制，以便顯示圖像。使用圖27A所示的扭轉(zhuǎn)球方法的電子紙包括顯示部分1114和驅(qū)動器電路部分1116。顯示部分1114包括第一電極層1104，連接到襯底1100之上的晶體管1102 ;第二電極層1108，設(shè)置在襯底1106之上；以及球形微粒1110，設(shè)置在第一電極層1104與第二電極層1108之間。球形微粒1110各包括黑色區(qū)域1110a、白色區(qū)域IllOb以及填充有圍繞黑色區(qū)域和白色區(qū)域的液體的空腔1110c。球形微粒1110周圍的空間填充有諸如有機(jī)樹脂之類的填充物1112。第二電極層1108對應(yīng)于公共電極(對電極)，并且電連接到公共電位線。注意，驅(qū)動器電路部分1116包括通過與顯示部分1114中的晶體管1102相同的工序所形成的晶體管。圖27B是使用電流元件方法的電子紙的截面圖。圖27B中，微囊1118用來代替圖27A中的球形微粒1110。微囊1118各包括透明液體1118c、帶負(fù)電黑色微粒1118a和帶正電白色微粒1118b。微囊1118的每個的直徑大約為10 ii m至200 ii m。在設(shè)置于第一電極層1104與第二電極層1108之間的微囊1118中，當(dāng)電場由第一電極層1104和第二電極層1108來生成時，作為第一微粒的白色微粒1118b以及作為第二微粒的黑色微粒1118a沿相反方向移動，使得能夠顯示白色或黑色。使用這種原理的顯示元件是電泳顯示元件。電泳顯示元件具有高反射率，并且因此輔助光是不必要的，功率消耗較低，以及甚至在昏暗位置也提供高可見度。此外，顯示一次的圖像甚至當(dāng)沒有向顯示部分提供電力時也能夠保留。注意，第一微粒和第二微粒各包括色素，并且當(dāng)不存在電位梯度時沒有移動。第一微粒和第二微粒的顏色并不局限于黑色和白色，而是任何顏色可用于第一微粒和第二微 粒，只要第一微粒和第二微粒的顏色相互不同(顏色包括無色)。其中上述微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、紙張等之上。此外，通過使用濾色器或者包括色素的粒子，還能夠?qū)崿F(xiàn)彩色顯示器。注意，微囊1118中的第一微粒和第二微?？墒褂脧膶?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，或者使用任意這些材料的合成材料來形成。圖27C是使用采用電子粉末和顆粒的方法的電子紙的截面圖。帶正電黑色液體粉(liquid powder) 1124A和帶負(fù)電白色液體粉1124B包含在第一電極層1104、第二電極層1108和凸緣(rib) 1120所包圍的空間1122中。例如，空間1122可填充有空氣。通過由第一電極層1104和第二電極層1108所生成的電位梯度，黑色液體粉1124A和白色液體粉1124B沿相反方向移動，使得能夠顯示白色或黑色。作為液體粉，可使用紅色、黃色和/或藍(lán)色的彩色粉。在圖27A至圖27C中，透光塑料襯底等能夠用作襯底1100。注意，作為塑料襯底，例如能夠使用玻璃纖維增強(qiáng)塑料(FRP)板、聚氟乙烯膜、聚酯膜或丙烯酸樹脂膜。備選地，能夠使用鋁箔置于PVF膜或聚酯膜之間的薄片。當(dāng)塑料襯底等用于襯底1100時，例如，分離層在玻璃襯底之上形成，元件在分離層之上形成，元件的上表面接合到不同襯底，并且去除分離層，使得元件可從不同襯底轉(zhuǎn)移到塑料襯底。注意，例如，氧化鎢能夠用于分離層。優(yōu)選的是使用氧化鎢來形成分離層，因為分離能夠使用水來執(zhí)行。注意，以上所述的不同襯底也可以是塑料襯底。通過這個實施例，具有高場效應(yīng)遷移率的晶體管能夠在大襯底之上形成，并且驅(qū)動器電路和像素電路能夠在一個襯底之上形成；因此，能夠提供例如能夠進(jìn)行雙倍幀速率(double-frame rate)驅(qū)動的高增值電子紙。在這個實施例中，描述作為本發(fā)明的一個實施例的使用電泳元件等的電子紙的示例；但是，本發(fā)明的一個實施例并不局限于此，而是可使用另一種模式的電子紙。例如，可使用其中液晶元件或EL元件用于顯示元件的電子紙。這個實施例能夠與任意其它實施例自由組合并且執(zhí)行。
(實施例I2)在這個實施例中，描述的是電子裝置，其中的每個是本發(fā)明的一個實施例，包括實施例11中所述的顯示裝置適用的顯示部分。作為實施例11中的顯示裝置應(yīng)用于顯示部分的電子裝置的示例，能夠給出如下照相裝置，例如攝像機(jī)和數(shù)碼相機(jī)；眼鏡式顯示器；導(dǎo)航系統(tǒng)；音頻再現(xiàn)裝置(例如汽車音頻系統(tǒng)和音頻系統(tǒng)等)；計算機(jī)；游戲機(jī)；便攜信息終端(例如移動計算機(jī)、蜂窩電話、便攜游戲機(jī)和電子書籍閱讀器)；以及圖像再現(xiàn)裝置，其中設(shè)置了記錄介質(zhì)(具體來說是能夠再現(xiàn)記錄介質(zhì)、如數(shù)字多功能光盤(DVD)并且配備有能夠顯示圖像的顯示裝置的裝置)；等等
圖28A所示的顯示器包括殼體1200、支承底座1201和顯示部分1202，并且具有在顯示部分1202上顯示各種輸入信息(例如靜止圖像、運(yùn)動圖像和文本圖像)的功能。注意，圖28A所示的顯示器中包含的功能并不局限于此，而是例如顯示器能夠配備有喇叭，并且顯示器可以是觸摸屏，通過其中能夠不僅顯示而是還輸入信息。在圖28B所示的電視機(jī)中，顯示部分1212結(jié)合在殼體1211中。顯示部分1212能夠顯示圖像。另外，在這里示出其中殼體的后側(cè)通過固定到墻壁1210來支承的結(jié)構(gòu)。圖28B所示的電視機(jī)能夠通過殼體1211的操作開關(guān)或者遙控器1215來操作。頻道和音量能夠采用遙控器1215的操作按鍵1214來控制，并且顯示部分1212中顯示的圖像能夠被控制。此外，遙控器1215可配備有顯示部分1213，用于顯示從遙控器1215所輸出的數(shù)據(jù)。注意，圖28B所示的電視機(jī)配備有接收器、調(diào)制解調(diào)器等。通過接收器，能夠接收一般電視廣播。此外，當(dāng)顯示裝置通過有線或無線經(jīng)由調(diào)制解調(diào)器連接到通信網(wǎng)絡(luò)時，能夠執(zhí)行單向(從發(fā)送器到接收器)或雙向(在發(fā)送器與接收器之間或者在接收器之間)信息通信。圖28C所示的計算機(jī)包括主體1220、殼體1221、顯示部分1222、鍵盤1223、外部連接端口 1224和指針裝置1225，并且具有在顯示部分1222上顯示各種信息(例如靜止圖像、運(yùn)動圖像和文本圖像)的功能。注意，圖28C所示的計算機(jī)并不局限于這種功能，而是例如可包括能夠輸入信息以及顯示信息的觸摸屏的功能。通過在這個實施例中所述的每個電子裝置的存儲器部分中使用實施例I中所述的半導(dǎo)體器件，能夠得到具有高可靠性和低功率消耗的電子裝置。通過在這個實施例中所述的每個電子裝置的存儲器部分中使用實施例11中所述的顯示裝置，能夠得到具有高可靠性和低功率消耗的電子裝置相應(yīng)地，能夠改進(jìn)開口率。這個實施例能夠與任意其它實施例自由組合并且執(zhí)行。本申請基于2009年10月21日向日本專利局提交的序號為2009-242871的日本專利申請，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)體器件，包括 第一線路； 第二線路；以及 存儲器元件，所述存儲器元件包括 電容器；以及 晶體管，所述晶體管包括 氧化物半導(dǎo)體層，其中至少溝道形成區(qū)在所述氧化物半導(dǎo)體層中形成；以及 柵電極，其中柵極絕緣膜置于所述溝道形成區(qū)與所述柵電極之間， 其中所述晶體管的源極和漏極中的一個電連接到所述第一線路， 其中所述晶體管的所述源極和所述漏極中的另一個電連接到所述電容器的端子的一個， 其中所述電容器的所述端子的另一個電連接到所述第二線路， 其中所述氧化物半導(dǎo)體層中的載流子濃度小于或等于5X IO14CnT3,以及 其中所述晶體管的截止態(tài)電流的值小于1X10_13A。
2.如權(quán)利要求I所述的半導(dǎo)體器件， 其中，所述氧化物半導(dǎo)體層中的氫濃度小于或等于5X 1019cnT3。
3.如權(quán)利要求I所述的半導(dǎo)體器件，其中，所述存儲器元件配置成矩陣。
4.如權(quán)利要求I所述的半導(dǎo)體器件，其中，所述半導(dǎo)體器件是DRAM。
5.一種半導(dǎo)體器件，包括 第一線路； 第二線路；以及 存儲器元件，所述存儲器元件包括 電容器；以及 晶體管，所述晶體管包括 氧化物半導(dǎo)體層； 柵電極；以及 所述柵電極之上的第一絕緣層， 其中至少溝道形成區(qū)在所述氧化物半導(dǎo)體層中形成， 其中所述溝道形成區(qū)設(shè)置在所述柵電極之上，其中所述第一絕緣層置于其間， 其中所述晶體管的源極和漏極中的一個電連接到所述第一線路， 其中所述晶體管的所述源極和所述漏極中的另一個電連接到所述電容器的端子的一個， 其中所述電容器的所述端子的另一個電連接到所述第二線路， 其中所述氧化物半導(dǎo)體層中的載流子濃度小于或等于5X 1014cnT3，以及 其中所述晶體管的截止態(tài)電流的值小于1X10_13A。
6.如權(quán)利要求5所述的半導(dǎo)體器件， 其中，所述氧化物半導(dǎo)體層中的氫濃度小于或等于5X 1019cnT3。
7.如權(quán)利要求5所述的半導(dǎo)體器件，還包括所述溝道形成區(qū)之上的第二絕緣層。
8.如權(quán)利要求5所述的半導(dǎo)體器件，其中，所述存儲器元件配置成矩陣。
9.如權(quán)利要求5所述的半導(dǎo)體器件，其中，所述半導(dǎo)體器件是DRAM。
10.一種半導(dǎo)體器件，包括存儲器元件，所述存儲器元件包括晶體管，所述晶體管包括氧化物半導(dǎo)體層，其中至少溝道形成區(qū)在所述氧化物半導(dǎo)體層中形成，其中所述氧化物半導(dǎo)體層中的載流子濃度小于或等于5X 1014cnT3，以及其中所述晶體管的截止態(tài)電流的值小于1X10_13A。
11.如權(quán)利要求10所述的半導(dǎo)體器件，其中，所述氧化物半導(dǎo)體層中的氫濃度小于或等于5X 1019cnT3。
12.如權(quán)利要求10所述的半導(dǎo)體器件，其中，所述存儲器元件配置成矩陣。
13.如權(quán)利要求10所述的半導(dǎo)體器件，其中，所述半導(dǎo)體器件是DRAM。
14.如權(quán)利要求10所述的半導(dǎo)體器件，其中，所述半導(dǎo)體器件是SRAM。
全文摘要
一個目的是提供一種存儲器裝置，其中包括能夠由具有低截止態(tài)電流的薄膜晶體管沒有問題地來操作的存儲器元件。所提供的是一種存儲器裝置，其中包括包含氧化物半導(dǎo)體層的至少一個薄膜晶體管的存儲器元件配置成矩陣。包括氧化物半導(dǎo)體層的薄膜晶體管具有高場效應(yīng)遷移率和低截止態(tài)電流，并且因而能夠有利地沒有問題地來操作。另外，功率消耗能夠降低。在包括氧化物半導(dǎo)體層的薄膜晶體管設(shè)置在顯示裝置的像素中的情況下，這種存儲器裝置特別有效，因為存儲器裝置和像素能夠在一個襯底之上形成。
文檔編號H01L27/108GK102668062SQ20108004798
公開日2012年9月12日 申請日期2010年10月5日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月21日
發(fā)明者豐高耕平, 原田光, 山崎舜平, 津吹將志, 渡邊一德, 野田耕生 申請人:株式會社半導(dǎo)體能源研究所