專利名稱：層疊的氧化物材料、半導(dǎo)體器件、以及用于制造該半導(dǎo)體器件的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本 發(fā)明涉及通過(guò)濺射法層疊經(jīng)受結(jié)晶化熱處理的膜而形成的層疊的氧化物材料，且該層疊的氧化物材料被用于制造半導(dǎo)體器件。例如，提供了適于被用作晶體管、ニ極管等中所包含的半導(dǎo)體的材料。此外，本發(fā)明涉及包含用諸如晶體管之類的半導(dǎo)體元件制成的電路的半導(dǎo)體器件，以及制造該半導(dǎo)體器件的方法。例如，本發(fā)明涉及被安裝在電源電路上的電源器件；包含存儲(chǔ)器、半導(dǎo)體閘流管、轉(zhuǎn)換器、圖像傳感器等的半導(dǎo)體集成電路；以及在其上安裝了電光器件(以包含有機(jī)發(fā)光元件的液晶顯示面板或發(fā)光顯示設(shè)備為代表)作為其組件的電子器具。在此說(shuō)明書中，半導(dǎo)體器件一般地意味著可通過(guò)利用半導(dǎo)體特性而工作的器件，并且電光器件、半導(dǎo)體電路，以及電子器具都是半導(dǎo)體器件。
背景技術(shù)：
盡管Si是典型的半導(dǎo)體材料，SiC, GaN等也已經(jīng)被研究作為除了 Si之外的半導(dǎo)體材料。然而，SiC、GaN等需要在高于或等于1500° C的溫度下經(jīng)受處理，從而被結(jié)晶化且被用作單晶組件；因此，這些半導(dǎo)體材料不可被用于薄膜器件或三維器件。另ー方面，近年來(lái)，在相對(duì)低溫下使用在具有絕緣表面的襯底上形成的半導(dǎo)體薄膜(具有約數(shù)納米到數(shù)百納米的厚度)形成晶體管的技術(shù)已經(jīng)引起了注意。這些晶體管被廣泛地應(yīng)用于諸如IC和電光器件之類的電子器件，且已經(jīng)特別地期待它們發(fā)展作為圖像顯示設(shè)備的開關(guān)元件。有被用于廣泛應(yīng)用的多種金屬氧化物。氧化銦是已知材料，且被用作液晶顯示器等所必須的透光電極材料。ー些金屬氧化物具有半導(dǎo)體特性。具有半導(dǎo)體特性的金屬氧化物的示例為氧化鎢、氧化錫、氧化銦、和氧化鋅等。已知有其中使用這種具有半導(dǎo)體特性的金屬氧化物來(lái)形成溝道形成區(qū)的晶體管(專利文獻(xiàn)I和專利文獻(xiàn)2)。[參考文獻(xiàn)][專利文獻(xiàn)][專利文獻(xiàn)I]日本公開專利申請(qǐng)No.2007-123861[專利文獻(xiàn)2]日本公開專利申請(qǐng)No.2007-096055本發(fā)明的公開內(nèi)容本發(fā)明的實(shí)施例的ー個(gè)目的在于通過(guò)使用濺射法提供適于被用作包含在晶體管、ニ極管等中的材料。本發(fā)明的實(shí)施例的ー個(gè)目的在于提供具有高場(chǎng)效應(yīng)遷移率以及低截止電流的晶體管。此外，本發(fā)明的實(shí)施例的ー個(gè)目的在于獲得被稱為常態(tài)截止的開關(guān)元件并提供具有低功耗的半導(dǎo)體器件。進(jìn)ー步，本發(fā)明的實(shí)施例的ー個(gè)目的在于提供具有高晶體管性能和高可靠性的晶體管。此外，本發(fā)明的實(shí)施例的ー個(gè)目的在于提供多產(chǎn)的制造エ藝，通過(guò)其可用低成本獲得包含諸如晶體管之類的半導(dǎo)體元件的半導(dǎo)體器件。進(jìn)ー步，本發(fā)明的實(shí)施例的ー個(gè)目的在于提供具有高可靠性的晶體管。本說(shuō)明書中所公開的本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例是用于制造層疊的氧化物材料的方法，包括在基底基底組分上形成氧化物組分的步驟；通過(guò)熱處理形成第一氧化物結(jié)晶組分的步驟，所述第一氧化物結(jié)晶組分從表面朝著氧化物組分內(nèi)部生長(zhǎng)；以及在該第一氧化物結(jié)晶組分上層疊第二氧化物結(jié)晶組分的步驟。特定地，第一氧化物結(jié)晶組分和第二氧化物結(jié)晶組分具有共同的C-軸。在共晶生長(zhǎng)或異晶生長(zhǎng)的情況下導(dǎo)致同軸(的)生長(zhǎng)。注意，第一氧化物結(jié)晶組分C-軸對(duì)齊地垂直于第一氧化物結(jié)晶組分的表面。特定地，當(dāng)執(zhí)行外延生長(zhǎng)(一種結(jié)晶結(jié)構(gòu)的生長(zhǎng))時(shí)使用第一非單晶薄膜作為籽晶而引起第二氧 化物組分的結(jié)晶生長(zhǎng)。注意，在a-b平面上，彼此相鄰的多個(gè)元件是ー樣的。此外，第一氧化物結(jié)晶組分的C-軸方向?qū)?yīng)于深度方向。此制造方法的最大特征在于，實(shí)現(xiàn)了一種結(jié)構(gòu)，其中在包含任意基底表面的非晶絕緣體(例如，氧化物)上引起晶體生長(zhǎng)。本發(fā)明的另ー個(gè)實(shí)施例是用于制造層疊氧化物材料的方法，包括步驟在基底組件上形成氧化物組分、通過(guò)熱處理形成第一氧化物結(jié)晶組分并使得非晶組分位于基底組件的表面正上方(所述第一氧化物結(jié)晶組分是表面朝著氧化物組分內(nèi)部生長(zhǎng))、以及將用與第ー氧化物結(jié)晶組分相同的材料形成并引起共晶生長(zhǎng)的第二氧化物結(jié)晶組分層疊在第一氧化物結(jié)晶組分上。本發(fā)明的另ー個(gè)實(shí)施例是用于制造層疊氧化物材料的方法，包括步驟在基底組件上形成氧化物組分、形成第一氧化物結(jié)晶組分并使得非晶組分位于基底組件正上方(所述第一氧化物結(jié)晶組分從表面朝著氧化物組分內(nèi)部生長(zhǎng))、以及將用與第一氧化物結(jié)晶組分不同的材料形成并引起異晶生長(zhǎng)的第二氧化物結(jié)晶組分層疊在第一氧化物結(jié)晶組分上。在每ー種上述制造方法中，通過(guò)在高于或等于200° C且低于或等于600° C的沉積期間溫度下執(zhí)行加熱的狀態(tài)中引起晶體生長(zhǎng)而獲得共晶生長(zhǎng)或異晶生長(zhǎng)。在每ー種上述制造方法中，第一氧化物結(jié)晶組分和第二氧化物結(jié)晶組分具有高純度且具有本征導(dǎo)電類型。在每ー種上述制造方法中，所層疊的氧化物材料的載流子濃度小于I. OX IO12CnT3,優(yōu)選地小于 I. 45 X IO1WO在每ー種上述制造方法中，其中晶體被對(duì)齊的第一氧化物結(jié)晶組分的底部界面被提供為與基底組件相間隔。通過(guò)適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)氧化物組分的厚度、熱處理的條件等，氧化物組分的非晶區(qū)域被有意地留在基底組件和其中晶體被對(duì)齊的第一氧化物結(jié)晶組分的底部界面之間來(lái)用作緩沖，從而提供結(jié)晶區(qū)域，其與基底組件的表面相間隔。相應(yīng)地，在形成器件的情況下可減少由于與基底組件的界面散射導(dǎo)致的影響。例如，在制造其中形成層疊氧化物材料作為在柵絕緣層上的半導(dǎo)體層的底柵晶體管的情況下，并非在柵絕緣層的界面處而是在與柵絕緣層的表面相分離的結(jié)晶層中形成溝道形成區(qū)，從而減少了柵絕緣層和氧化物結(jié)晶組分之間的界面散射導(dǎo)致的影響。相應(yīng)地，包含與柵絕緣層表面分離的結(jié)晶層的晶體管還被稱為埋溝晶體管。本發(fā)明的一個(gè)技術(shù)思想是，不向氧化物半導(dǎo)體添加雜質(zhì)，而相反地通過(guò)有意地去除不期望存在于其中的雜質(zhì)(諸如水或氫)而使氧化物半導(dǎo)體本身被高度提純。換言之，該技術(shù)思想是，通過(guò)移除形成施主能級(jí)的水或氫、減少氧空位、并充分地提供作為氧化物半導(dǎo)體的主要組分的氧，來(lái)高度提純氧化物半導(dǎo)體。在沉積氧化物半導(dǎo)體后，即刻使用二次離子質(zhì)譜法(SMS)測(cè)得氧密度在102°cnT3。通過(guò)有意地移除形成施主能級(jí)的水或氫且進(jìn)一歩通過(guò)向氧化物半導(dǎo)體添加在移除水或氫時(shí)同時(shí)減少的氧(氧化物半導(dǎo)體的組分之一)，該氧化物半導(dǎo)體被高度提純?yōu)殡奿型(本征)半導(dǎo)體。此外，在本發(fā)明的一個(gè)技術(shù)理念中，優(yōu)選的是水和氫的量盡可能地小，并且還優(yōu)選的是氧化物半導(dǎo)體中的載流子數(shù)量盡可能地小。換言之，載流子密度小于I X IO12CnT3，優(yōu)選 地小于I. 45X ΙΟ'πΓ3，這小于或等于所需要的測(cè)量極限。此外，在本發(fā)明的技術(shù)理念中，理想的載流子密度是O或接近于O。特定地，當(dāng)氧化物半導(dǎo)體在氧氣氛、氮?dú)夥栈蛱貏e干的空氣(其中水分小于或等于20ppm，優(yōu)選地小于或等于lppm，更優(yōu)選地小于或等于IOppb的空氣)氣氛中、在高于或等于450° C且低于或等于850° C，優(yōu)選地高于或等于550° C且低于或等于750° C的溫度下經(jīng)受熱處理時(shí)，將會(huì)是η-型雜質(zhì)的水或氫被移除且氧化物半導(dǎo)體可被高度地提純。此外，當(dāng)通過(guò)移除諸如水或氫之類的雜質(zhì)而將氧化物半導(dǎo)體高度提純時(shí)，其載流子密度可小于IX 1012cm_3，優(yōu)選地小于I. 45X ΙΟ'πΓ3，這小于或等于所需要的測(cè)量極限。此外，當(dāng)在高溫(B卩，高于或等于450° C且低于或等于850° C，優(yōu)選地高于或等于600° C且低于或等于700° C)執(zhí)行熱處理時(shí)，氧化物半導(dǎo)體可被高度提純且還被結(jié)晶化，且晶體生長(zhǎng)從氧化物半導(dǎo)體表面朝著其內(nèi)部進(jìn)行，從而氧化物半導(dǎo)體具有其C-軸被對(duì)齊的非單晶區(qū)域。根據(jù)本發(fā)明的ー實(shí)施例，具有其C-軸被對(duì)齊的非單晶區(qū)域的氧化物半導(dǎo)體被用作籽晶，在其上形成第二氧化物半導(dǎo)體，且在高于或等于450° C且低于或等于850° C，優(yōu)選地高于或等于550° C且低于或等于750° C的溫度下執(zhí)行熱處理，從而以與籽晶類似的方式，第二氧化物半導(dǎo)體可具有其C-軸被對(duì)齊的非單晶區(qū)域。即，可引起其中籽晶和第二氧化物半導(dǎo)體具有在相同方向?qū)R的C-軸的理想的軸向生長(zhǎng)或外延生長(zhǎng)。不僅通過(guò)在沉積之后通過(guò)熱處理引起固相生長(zhǎng)，還通過(guò)在其中在高于或等于200° C且低于或等于600° C，優(yōu)選地高于或等于200° C且低于或等于550° C的溫度處執(zhí)行加熱的狀態(tài)中使用代表性的濺射法來(lái)沉積，與籽晶具有相同軸的第二氧化物半導(dǎo)體可被層疊且其結(jié)晶也可被生長(zhǎng)。此外，氧化物半導(dǎo)體中的載流子被減少，或優(yōu)選地所有載流子被移除，從而氧化物半導(dǎo)體用作晶體管中載流子穿行通過(guò)的路徑。作為結(jié)果，氧化物半導(dǎo)體是沒(méi)有載流子或具有非常少的載流子的被高度提純的i_型(本征)半導(dǎo)體，從而處于截止?fàn)顟B(tài)的晶體管的截止電流可極低，這是本發(fā)明的技術(shù)思想。此外，當(dāng)氧化物半導(dǎo)體用作路徑且氧化物半導(dǎo)體本身是沒(méi)有載流子或具有非常少的載流子的被高度提純的i_型(本征)半導(dǎo)體時(shí)，載流子被提供通過(guò)源電極和漏電極。當(dāng)電子親和カ和費(fèi)米能級(jí)(優(yōu)選地是對(duì)應(yīng)于氧化物半導(dǎo)體中的本征費(fèi)米能級(jí)的費(fèi)米能級(jí))、以及源和漏電極的功函數(shù)被適當(dāng)?shù)剡x擇時(shí)，載流子可被從源電極和漏電極注入。因此，可適當(dāng)?shù)刂圃歃?溝道晶體管和P-溝道晶體管。所有的氧化物結(jié)晶組分和氧化物組分是金屬氧化物，且可使用四組分金屬氧化物，如In-Sn-Ga-Zn-O基膜；三組分金屬氧化物，如In-Ga-Zn-O基膜、In-Sn-Zn-O基膜、In-Al-Zn-O基膜、Sn-Ga-Zn-O基膜、Al-Ga-Zn-O基膜或Sn-Al-Zn-O基膜；ニ組分金屬氧化物，如 In-Zn-O 基膜、Sn-Zn-O 基膜、Al-Zn-O 基膜、Zn-Mg-O 基膜、Sn-Mg-O 基膜、或 In-Mg-O基膜；ー組分金屬氧化物，如In-O基膜、Sn-O基膜或Zn-O基膜等等。注意，此處例如，In-Sn-Ga-Zn-O膜表示含銦(In)、錫(Sn)、鎵(Ga)和鋅(Zn)的氧化物，并且對(duì)其化學(xué)計(jì)量比例沒(méi)有特定限制。還可使用也可被表示為InMO3(ZnO)ni(IiiX),且m不是自然數(shù))的材料的氧化物結(jié)晶組分和氧化物組分。在此，M表示從Ga、Al、Mn、以及Co中選擇的ー種或多種金屬元素。例如，M可以是Ga、Ga和Al、Ga和Mn、Ga和Co等等。此外，可使用以In-A-B-O表達(dá)的氧化物材料。此處，A表示諸如鎵(Ga)或鋁(Al)之類選自屬于第13組的元素、以硅(Si)或鍺(Ge)為代表的術(shù)語(yǔ)第14組的元素等中的ー種或多種元素。此外，B表示選自以鋅(Zn)為代表的屬于第12組的元素的ー種或多種元素。 注意，自由地設(shè)置In含量、A含量以及B含量，且包括其中A含量為O的情況。另ー方面，In含量和B含量為非O。換言之，上述表達(dá)包括In-Ga-Zn-0，In-Zn-O等。此外，用In-Ga-Zn-O表達(dá)的氧化物半導(dǎo)體材料是InGaO3 (ZnO) m(m>0，且m不是自然數(shù))，且可使用ICP-MS or RBS的分析來(lái)確認(rèn)，其中m不是自然數(shù)。常規(guī)的氧化物半導(dǎo)體一般是η-型。在包含常規(guī)氧化物半導(dǎo)體的晶體管中，即使當(dāng)柵電壓為OV時(shí)，電流在源電極和漏電極之間流動(dòng)；換言之，晶體管傾向于常態(tài)導(dǎo)通。當(dāng)晶體管為常態(tài)導(dǎo)通時(shí)，即使其具有高場(chǎng)效應(yīng)遷移率，亦難以控制電路。η-型氧化物半導(dǎo)體的費(fèi)米能級(jí)(Ef)遠(yuǎn)離位于帶隙中間的本征費(fèi)米能級(jí)(Ei)且η-型氧化物半導(dǎo)體的費(fèi)米能級(jí)(Ef)位于靠近導(dǎo)帶處。注意，已知?dú)涫茄趸锇雽?dǎo)體中的施主，并且是使氧化物半導(dǎo)體成為η型半導(dǎo)體的ー個(gè)因素。此外，已知氧空位是導(dǎo)致氧化物半導(dǎo)體成為η-型半導(dǎo)體的ー個(gè)因素。因此，為了獲得i_型氧化物半導(dǎo)體層，作為η-型雜質(zhì)的氫被從氧化物半導(dǎo)體移除，且氧化物半導(dǎo)體被高度提純，從而盡可能少地包含不是氧化物半導(dǎo)體主要組分的雜質(zhì)且氧空位被移除。以此方式，獲得本征(i_型)或基本本征的氧化物半導(dǎo)體。換言之，特征在于，經(jīng)高度提純的i型(本征)半導(dǎo)體、或接近其的半導(dǎo)體不是通過(guò)添加雜質(zhì)、而是通過(guò)盡可能多地去除雜質(zhì)(諸如氫或水)和氧空位來(lái)獲得。這使得費(fèi)米能級(jí)(Ef)能夠處于與本征費(fèi)米能級(jí)(Ei)相同的能級(jí)。通過(guò)高度提純氧化物半導(dǎo)體層，薄膜晶體管的閾值電壓可為正，藉此可實(shí)現(xiàn)被稱為常態(tài)截止的開關(guān)元件。作為高度提純的一個(gè)步驟，優(yōu)選的是在氧化物半導(dǎo)體膜的沉積之前、過(guò)程中、或之后在濺射裝置中移除水分等。為了從濺射裝置中去除水分，優(yōu)選使用吸附型真空泵。例如，優(yōu)選使用低溫泵、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。在用低溫泵排空的濺射裝置的沉積腔中，例如，去除氫原子、包含氫原子的化合物，諸如水(H2O)等，藉此可減少在沉積腔中形成的氧化物半導(dǎo)體膜中的雜質(zhì)濃度。此外，優(yōu)選的是氧化物半導(dǎo)體的靶中所包含的氧化物半導(dǎo)體具有80%或更大的相對(duì)密度，優(yōu)選的是95%或更大，更優(yōu)選的是99. 9%或更大。當(dāng)使用具有高相對(duì)密度的靶時(shí)，可減少將要被形成的氧化物半導(dǎo)體膜中的雜質(zhì)濃度。如果雜質(zhì)被混入將要被形成的氧化物半導(dǎo)體膜中，在之后被執(zhí)行的用于結(jié)晶化的熱處理時(shí)，可能打斷ー個(gè)方向中的晶體生長(zhǎng)，即，從表面向下進(jìn)行的晶體生長(zhǎng)。因此，理想狀態(tài)是氧化物半導(dǎo)體膜不包含雜質(zhì)(形成P-型或η-型的雜質(zhì))且半導(dǎo)體中所不包括的重金屬，即諸如Fe或Ni之類的雜質(zhì)元素所被包含的濃度少于或等于IX 1015cm_3。重要的是通過(guò)脫氫或結(jié)晶化來(lái)高度純化氧化物半導(dǎo)體，且具體地極為同時(shí)地執(zhí)行這個(gè)步驟。此外，在氧化物無(wú)半導(dǎo)體膜的沉積之前，可執(zhí)行預(yù)熱處理從而移除存在于濺射裝置內(nèi)壁上、靶表面上、或在靶材料內(nèi)的水分或氫?？山o出其中沉積室內(nèi)在減壓條件下被加熱至200° C到600° C的方法作為預(yù)熱處理。其中處理襯底在沉積過(guò)程中被加熱且氫等被吸收到腔室內(nèi)壁上的方法也是有效的。在這個(gè)情況下，優(yōu)選地不使用水而是油等作為靶的冷卻剤。盡管當(dāng)在不加熱的情況下重復(fù)氮?dú)獾囊牒团懦隹色@得一定程度的效果，更優(yōu)選的是在沉積室內(nèi)部被加熱的同時(shí)進(jìn)行處理。在預(yù)熱處理之后，冷卻襯底或?yàn)R射裝置，且然后形成氧化物半導(dǎo)體膜。此外，作為用于形成氧化物半導(dǎo)體膜或其上形成的材料膜的濺射氣體，諸如氬或 氧，優(yōu)選地使用其中諸如氫、水、包含羥基的化合物、或氫化物之類的雜質(zhì)被減少至雜質(zhì)濃度用“ppm”或“ppb”単位所表示的程度的高純度氣體。在通過(guò)濺射法的氧化物半導(dǎo)體膜沉積期間，襯底可被加熱至高于或等于200° C且低于或等于600° C的溫度。如果事先形成了第一非單晶層，當(dāng)在高于或等于200° C且低于或等于600° C的溫度下執(zhí)行加熱時(shí)，可預(yù)期與沉積同時(shí)的在同一軸向的晶體生長(zhǎng)(特定地，在C-軸方向的晶體生長(zhǎng))。此外，作為高度提純的一個(gè)步驟，在幾乎不含有氫和水分的氣氛中(諸如氮?dú)夥?、氧氣氛或干燥空氣氣?例如，對(duì)于水分，露點(diǎn)低于或等于-40° C，優(yōu)選地低于或等干-50° C))執(zhí)行第一熱處理。第一熱處理可被稱為脫水或脫氫，其用于從氧化物半導(dǎo)體層中分離H，OH等。在其中溫度在惰性氣氛中被升高、以及在熱處理過(guò)程中氣氛被切換至含有氧的氣氛的情況中、或者在其中采用了氧氣氛的情況下，第一熱處理還可被稱為附加氧化處理。對(duì)于第一熱處理，可使用用電爐的加熱法、諸如使用加熱氣體的氣體快速熱退火(GRTA)法或使用燈光的燈快速熱退火(LRTA)法之類的快速加熱法。此外，可同時(shí)執(zhí)行用具有小于或等于450nm波長(zhǎng)的光的輻射的加熱作為第一熱處理。在第一熱處理之后當(dāng)溫度被升高至450°C時(shí)用熱解吸能譜學(xué)(TDS)測(cè)量未測(cè)得水的兩個(gè)峰值中至少位于300° C附近的峰值的條件下，氧化物半導(dǎo)體層經(jīng)受第一熱處理用于高度純化。因此，即便在包含有經(jīng)受了用于高度純化的熱處理的氧化物半導(dǎo)體層的晶體管上執(zhí)行高達(dá)450° C的TDS，水的至少位于300° C附近的峰值沒(méi)有被檢測(cè)到。由于是在其中沒(méi)有晶體生長(zhǎng)籽晶的狀態(tài)中引起了晶體生長(zhǎng)，優(yōu)選的是在高溫下執(zhí)行第一熱處理達(dá)較短時(shí)間，從而僅引起從表面朝向內(nèi)部的晶體生長(zhǎng)。此外，由于當(dāng)氧化物半導(dǎo)體層的表面是平的時(shí)，可獲得良好的平面形狀的非單晶層。因此，優(yōu)選的是諸如絕緣層或襯底之類的基底組件的平面度盡可能地高。例如，氧化物半導(dǎo)體層的平面度大約等于商用硅晶片的平面度；例如，用AFM測(cè)量得到的ΙμπιΧΙμπι區(qū)域中表面粗糙度的高度小于或等于Inm,優(yōu)選地，小于或等于O. 2nm。在非單晶層中，當(dāng)被包括在氧化物半導(dǎo)體中的In的電子層彼此交迭且彼此連接時(shí)，電導(dǎo)率σ被増加。相應(yīng)地，包括單晶硅層的晶體管可具有較高的場(chǎng)效應(yīng)遷移率。
將參考

圖1A、1B以及IC而描述使用由第一熱處理形成的非單晶層作為籽晶的用于進(jìn)一歩執(zhí)行晶體生長(zhǎng)的ー個(gè)方法。步驟的順序的概述如下在基底組件上形成第一氧化物半導(dǎo)體層；執(zhí)行用于高度純化的第一熱處理；在用于高度純化的第一熱處理的同一個(gè)步驟中，在第一氧化物半導(dǎo)體層表面上形成其晶向被相對(duì)對(duì)齊的非單晶層；在其上層疊第二氧化物半導(dǎo)體層；且進(jìn)ー步，執(zhí)行用于結(jié)晶化的第二熱處理，從而在第一氧化物半導(dǎo)體層的表面處使用非單晶層作為籽晶而結(jié)晶化第二氧化物半導(dǎo)體層。在第一熱處理中，在其中晶體生長(zhǎng)的籽晶不存在的狀態(tài)中從表面引起晶體生長(zhǎng)；而在第二熱處理中，作為籽晶的平面形狀的非單晶層存在。因此，優(yōu)選的是在可執(zhí)行晶體生長(zhǎng)的最低溫度執(zhí)行第二熱處理達(dá)較長(zhǎng)時(shí)間，因?yàn)榭色@得良好的結(jié)晶度。通過(guò)第二熱處理獲得的晶體生長(zhǎng)方向?qū)?yīng)于自較低部分向上的方向，即，從襯底側(cè)向著表面?zhèn)鹊姆较?也被稱為再結(jié)晶方向)且不同于第一熱處理的方向。此外，由于通過(guò)第一熱處理獲得的非單晶層再次由第ニ熱處理所加熱，非單晶層的結(jié)晶度被進(jìn)ー步增加。圖IA示出在基底組件520上形成的第一氧化物半導(dǎo)體層上執(zhí)行用于結(jié)晶的第一熱處理之后的狀態(tài)。盡管這取決于條件，即，第一氧化物半導(dǎo)體層和基底組件520的材料、加熱溫度、加熱時(shí)間等，即使當(dāng)引起了自表面的晶體生長(zhǎng)時(shí)，第一氧化物結(jié)晶組分521b的頂邊緣不到達(dá)與基底組件520的界面處，從而處于非晶狀態(tài)的區(qū)域521a保留。圖IB示出在第二氧化物組分522的沉積之后的即刻的截面示圖。通過(guò)使用金屬氧化物靶的濺射法形成第二氧化物組分522。可使用在1:1:2或在1: 1:4 [摩爾比]的含有In2O3> Ga2O3^以及ZnO的金屬氧化物靶作為金屬氧化物靶。此外，在通過(guò)濺射法的第二氧化物半導(dǎo)體組分522的沉積期間，襯底可被加熱至高于或等于200° C且低于或等于600° C的溫度。當(dāng)在這個(gè)襯底溫度執(zhí)行沉積時(shí)，可引起第二氧化物組分522的預(yù)先對(duì)齊?？蛇x地，可直接執(zhí)行外延生長(zhǎng)。實(shí)際地制造出對(duì)應(yīng)于圖IB中所示結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)。圖4A中示出該結(jié)構(gòu)的截面的 Μ照片。注意，其示意圖被圖示為圖4B中。注意，TEM照片是由高分辨率透射電子顯微鏡(由日立有限公司生產(chǎn)的“H9000-NAR” TEM)在高倍放大(400萬(wàn)倍放大倍率)和300kV的加速電壓下拍攝的。圖4A所拍攝的照片的樣本是以這樣的方式被形成的絕緣層被形成在玻璃襯底上、具有5nm厚度的第一 In-Ga-Zn-O膜被形成在其上、且在650° C下在氮?dú)夥罩袌?zhí)行熱處理達(dá)6分鐘，且然后形成具有30nm厚度的第二 In-Ga-Zn-O膜。注意，使用高密度等離子體裝置形成的具有IOOnm厚度的氧氮化硅膜(也被稱為SiOxNy，其中x>y>0)被用作絕緣層?？蓮膱D4A中發(fā)現(xiàn),第一 In-Ga-Zn-O膜是c_軸對(duì)齊地垂直于第一 In-Ga-Zn-O膜的表面的，且絕緣層和第一 In-Ga-Zn-O膜之間的界面附近沒(méi)有被結(jié)晶化?？墒褂靡訧nGaxZnyOz表達(dá)的材料作為金屬氧化物半導(dǎo)體層。此處，x、y和z是任意數(shù)。此外，x、y和z并不必須是整數(shù)且可以是非整數(shù)。注意，X可以是0而7優(yōu)選不是O。例如，上述表達(dá)式包括In-Zn-O,其中X是O。進(jìn)ー步,上述表達(dá)式包括其中x和y分別都是I的情況以及其中X和I分別是I和O. 5的情況。為了獲得C-軸對(duì)齊地垂直于氧化物半導(dǎo)體層的表面的晶體，如，非單晶，優(yōu)選使用被高度提純的氧化物半導(dǎo)體。通過(guò)盡可能減少膜中的雜質(zhì)，可獲得具有高結(jié)晶度的非單晶。通過(guò)這個(gè)エ藝獲得的金屬氧化物半導(dǎo)體層中的平面形狀的晶體是In2Ga2ZnO7(其包含In, Ga，Zn和O為2:2:1:7)的晶體。此外，包含該平面形狀的晶體的金屬氧化物半導(dǎo)體層的載流子濃度為小于I X IO12Cm— 3，優(yōu)選地小于I. 45 X IO10Cm 3。圖4A的樣本中第一 In-Ga-Zn-O膜和第二 In-Ga-Zn-O膜在如下條件下使用相同的濺射裝置使用用于氧化物半導(dǎo)體的靶(用于In-Ga-Zn-O-基氧化物半導(dǎo)體的靶(In2O3: Ga2O3: ZnO=I :1:2[摩爾比]))而被沉積:壓カ是O. 6Pa、直流(DC)電源為O. 5kW、使用氧和氬的混合氣氛(氧流速50sCCm ;氬流速50sCCm)、襯底溫度為200° C、且沉積速率為4nm/min。對(duì)祀的材料和組分沒(méi)有限制,例如，當(dāng)使用以I: I: I [摩爾比]包含In203、Ga203和ZnO的靶時(shí)，可易于獲得In2Ga2 ZnO7的非單晶。In2Ga2ZnO7的晶體結(jié)構(gòu)包括In、Ga和Zn中的任意,且可被認(rèn)為具有平行于a_軸和b_軸的層的層疊結(jié)構(gòu)。由于In2Ga2ZnO7的晶體的導(dǎo)電率主要由In控制，與a_軸和b_軸平行的方向相關(guān)聯(lián)的包含In的層的電特性是良好的。在In2Ga2ZnO7的晶體中，In的電子云彼此交迭且彼此連接，從而形成載流子路徑?？墒褂靡?:1:8 [摩爾比]包含In203、Ga203、以及ZnO的金屬氧化物靶替代上述靶。此外，可使用以1:2[摩爾比]包含In2O3以及ZnO的金屬氧化物靶(不包括Ga)。如果形成底柵晶體管，由于Ga的氧化物是絕緣體，相比使用第一 In-Ga-Zn-O膜的情況，使用In-Zn-O膜可獲得更高的場(chǎng)效應(yīng)遷移率。圖IC示出在第二熱處理之后的截面示圖。通過(guò)第二熱處理，隨著使用第一氧化物結(jié)晶組分521b的非單晶層作為籽晶，晶體生長(zhǎng)朝向第二氧化物組分522的表面向上進(jìn)行。作為結(jié)果，形成第二氧化物結(jié)晶組分523b，從而所有的結(jié)晶組分在同樣的方向中是C-軸對(duì)齊的。只要可獲得C-軸對(duì)齊地垂直于表面的非單晶，此處對(duì)于第一氧化物組分和第二氧化物組分的材料沒(méi)有特定限制。可使用不同的材料，或包含同樣組分的材料?！鞍瑯咏M分”意味著包括相同的元素。注意，在使用包含相同元素的氧化物半導(dǎo)體材料被用于第一氧化物組分和第二氧化物組分的情況下，第一氧化物結(jié)晶組分523a和第二氧化物結(jié)晶組分523b之間的邊界是不清楚的，如圖IC中用虛線表示。進(jìn)一歩，圖IC中所示的結(jié)構(gòu)可被稱為三層結(jié)構(gòu)，其中保持其非晶狀態(tài)的區(qū)域523c被層疊在基底組件520上且與基底組件520相接觸，且第一氧化物結(jié)晶組分523a和第二氧化物結(jié)晶組分523b依序被層疊在區(qū)域523c上。第二熱處理也可被稱為脫水或脫氫，其用于從氧化物半導(dǎo)體層中分離H，OH等。在其中溫度在惰性氣氛中被升高、以及氣氛被切換至含有氧的氣氛的情況中、或者在其中采用了氧氣氛的情況下，第二熱處理也可被稱為附加氧化處理。每ー個(gè)氧化物半導(dǎo)體層的氫濃度小于或等于lX1018cm_3，優(yōu)選地小于或等于I X IO16cnT3，更優(yōu)選地基本為O。此外，每ー個(gè)氧化物半導(dǎo)體層的載流子密度小于
IXIO12CnT3，優(yōu)選地小于I. 45X IOiciCnT3，這小于或等于所需要的測(cè)量極限。即，氧化物半導(dǎo)體膜中的載流子濃度盡可能地接近零。進(jìn)ー步，氧化物半導(dǎo)體層的帶隙為大于或等于2eV，優(yōu)選為大于或等于2. 5eV，或更優(yōu)選為大于或等于3eV。注意，氧化物半導(dǎo)體層中的氫濃度可通過(guò)二次離子質(zhì)譜法(SMS)來(lái)測(cè)量。可通過(guò)霍爾效應(yīng)測(cè)量法測(cè)得載流子密度。此外，通過(guò)電容-電壓(CV)測(cè)量和公式I可測(cè)得較低的載流子密度。
[公式I]
■ _f 2,/ d(\f <# {ee/ε) dV以此方式，通過(guò)分開執(zhí)行兩個(gè)熱處理的晶體生長(zhǎng)可獲得以第一氧化物結(jié)晶組分523a和第二氧化物結(jié)晶組分523b的層疊形成的非單晶層。在第二 In-Ga-Zn-O膜的沉積之后，在650° C在氮?dú)夥罩袑?shí)際執(zhí)行熱處理達(dá)6分鐘，且然后獲取其截面。圖5A是該截面的TEM照片。注意，其示意圖被圖示為圖5B中。在圖5A中，可確認(rèn)其中整個(gè)第二 In-Ga-Zn-O膜被結(jié)晶化的狀態(tài)。此外，可觀察到第二 In-Ga-Zn-O膜的非單晶層c_軸對(duì)齊地垂直于第二 In-Ga-Zn-O膜的表面。進(jìn)ー步，還可發(fā)現(xiàn)，即使在第二熱處理之后，絕緣層和第一 In-Ga-Zn-O膜之間的界面附近沒(méi)有被結(jié)晶化。注意，在圖IA中，其晶體方向與第一氧化物半導(dǎo)體層的表面相對(duì)對(duì)齊的非單晶層的晶體生長(zhǎng)從表面開始在深度方向上進(jìn)行；因此，可在不被基底組件影響的情況下形成多晶層。描述了其中在第一氧化物半導(dǎo)體層(例如，In-Ga-Zn-O膜)的表面中形成其晶體方向相對(duì)對(duì)齊的非單晶結(jié)晶層的機(jī)制的示例。通過(guò)熱處理，包含在In-Ga-Zn-O膜中的鋅被分散且被集中在表面附近，并成為晶體生長(zhǎng)的籽晶。在晶體生長(zhǎng)時(shí)，水平方向(與表面平行的方向)中的晶體生長(zhǎng)強(qiáng)烈地進(jìn)行，多過(guò)在深度方向(與表面垂直的方向)中的晶體生長(zhǎng)；因此，形成平面形狀的非單晶層。即，第一氧化物半導(dǎo)體層更可能在a-b平面方向中結(jié)晶化，多于在C-軸方向中的結(jié)晶化。此外，晶體中的a-b平面并不彼此對(duì)應(yīng)。此外，由于在In-Ga-Zn-O膜表面上的空間是自由空間，這個(gè)自由空間中向上進(jìn)行的晶體生長(zhǎng)不發(fā)生。這是從這樣的事實(shí)推斷出來(lái)的當(dāng)將TDS測(cè)量執(zhí)行至450° C時(shí)，在真空加熱條件下，特別是在300° C附近，沒(méi)有檢測(cè)到In和Ga的峰值而檢測(cè)到了鋅的峰值。注意，這可確認(rèn)在真空中執(zhí)行了 TDS測(cè)量且從200° C附近的溫度檢測(cè)到鋅的分離。形成樣本作為對(duì)比示例。以如下方式形成樣本形成50nm厚度的In-Ga-Zn-O膜且在700° C經(jīng)受加熱達(dá)ー小吋。圖6A中示出該樣本的截面的TEM照片。注意，其示意圖被圖示在圖6B中。注意，圖6A中所示的TEM照片是由高分辨率透射電子顯微鏡(由日立有限公司生產(chǎn)的“H9000-NAR” TEM)在高倍放大(200萬(wàn)倍放大倍率)和300kV的加速電壓下拍攝的。從圖6A中，可發(fā)現(xiàn)從In-Ga-Zn-O膜表面到約5nm深度的區(qū)域被結(jié)晶化，且在In-Ga-Zn-O膜中隨機(jī)地存在著大量非晶部分和其晶體方向沒(méi)有被對(duì)齊的多個(gè)晶體。相應(yīng)地，可以說(shuō)，即使當(dāng)In-Ga-Zn-O膜被沉積至50nm這樣大的厚度且然后在高于650° C的700° C經(jīng)受熱處理一次，達(dá)長(zhǎng)于6分鐘的ー小時(shí)時(shí)，難以獲得具有50nm厚度且其晶體方向總體上被高度對(duì)齊的非單晶層。根據(jù)這些結(jié)果，可以說(shuō)，可以如下方式形成具有較大厚度的非單晶層執(zhí)行兩次沉積，從而后來(lái)作為晶體生長(zhǎng)的籽晶的非單晶層被形成且然后再次沉積膜，且然后執(zhí)行晶體生長(zhǎng)。相應(yīng)地，發(fā)現(xiàn)在本說(shuō)明書中所公開的方法是極為有效的。通過(guò)兩次沉積以及兩次執(zhí)行熱處理，可獲得其晶體方向被高度對(duì)齊的非單晶層，即，C-軸對(duì)齊地垂直于氧化物結(jié)晶組分的表面的較厚的非單晶層。
在本說(shuō)明書中所公開的本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例是層疊的氧化物材料，包含在基底組件上的其晶體生長(zhǎng)從表面向內(nèi)進(jìn)行的第一氧化物結(jié)晶組分；以及在第一氧化物結(jié)晶組分上的第二氧化物結(jié)晶組分。注意，從表面向內(nèi)生長(zhǎng)的第一氧化物結(jié)晶組分是與表面C-軸對(duì)齊地垂直的。上述結(jié)構(gòu)的一個(gè)特征在于在基底組件和第一氧化物結(jié)晶組分之間提供有包含非晶區(qū)域的氧化物組分。此外，通過(guò)有意地在基底組件和第一氧化物結(jié)晶組分之間提供包含非晶區(qū)域的氧化物組分，可在晶體生長(zhǎng)不到達(dá)基底組件表面的條件下執(zhí)行熱處理。因此，可改進(jìn)生產(chǎn)率。 在本說(shuō)明書中所公開的本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例是層疊的氧化物材料，包括第一氧化物結(jié)晶組分以及在第一氧化物結(jié)晶組分上的其晶體結(jié)構(gòu)與第一氧化物結(jié)晶組分的晶體結(jié)構(gòu)ー樣的第二氧化物結(jié)晶組分。在這個(gè)實(shí)施例中，第二氧化物結(jié)晶組分的至少一部分在第ー氧化物結(jié)晶組分的表面上生長(zhǎng)。本發(fā)明的另ー個(gè)實(shí)施例是用于制造半導(dǎo)體器件的方法，包括步驟在基底組件的表面上形成具有平面表面的柵電極層、在該柵電極層上形成柵絕緣層、在該柵絕緣層上形成第一氧化物半導(dǎo)體層、通過(guò)第一熱處理引起從第一氧化物半導(dǎo)體層的表面向內(nèi)進(jìn)行的晶體生長(zhǎng)從而形成第一非單晶層、在該第一非單晶層上形成第二氧化物半導(dǎo)體層、通過(guò)第二熱處理引起從第一非單晶層向第二氧化物半導(dǎo)體層的表面上進(jìn)行的晶體生長(zhǎng)從而形成第ニ非單晶層、以及在第一非單晶層和第二非單晶層的層疊上形成源電極層和漏電極層。在這個(gè)實(shí)施例中，其中晶體被對(duì)齊的第一非單晶層的底部界面被設(shè)置為與柵絕緣層的表面分離。在上述結(jié)構(gòu)中,第一非單晶層C-軸對(duì)齊地垂直于第一非單晶層的表面。本發(fā)明的另ー個(gè)實(shí)施例是半導(dǎo)體器件，包括，在基底組件的表面上包含平的表面的柵電極層、位于柵電極層上的柵絕緣層、位于該柵絕緣層上的包含非晶區(qū)域的金屬氧化物層、位于包含非晶區(qū)域的金屬氧化物層上的C-軸對(duì)齊地垂直于第一非單晶層表面的第一非單晶層、在第一非單晶層上并與第一非單晶層相接觸且C-軸對(duì)齊地垂直于第二非單晶層表面的第二非單晶層、以及位于第一非單晶層和第二非單晶層的層疊上的源電極和漏電極。在這個(gè)實(shí)施例中，第一非單晶層和第二非單晶層是金屬氧化物層。在上述結(jié)構(gòu)中，第二非單晶層表面中與柵電極層相交迭的區(qū)域處的高度差異為小于或等于Inm,優(yōu)選地小于或等于O. 2nm。使用金屬氧化物(一般是In-Ga-Zn-O膜)形成的器件完全不同于使用單晶Si形成的器件、使用SiC形成的器件、以及使用GaN形成的器件。SiC(3. 26eV)和GaN(3. 39eV)被已知為寬帶隙半導(dǎo)體。然而，SiC和GaN是昂貴的材料。此外，當(dāng)使用SiC時(shí)，在摻雜磷或鋁之后，活化需要高于或等于1700° C的溫度，從而選擇性地形成低電阻區(qū)域。即，當(dāng)使用SiC或GaN時(shí)，需要高于或等于1000° C的處理溫度；因此，基本不可能在玻璃襯底或在其上形成LSI的襯底上薄薄地形成SiC或GaN。進(jìn)一歩，SiC或GaN的晶體結(jié)構(gòu)僅是單晶。因此，需要用PN結(jié)的控制，且需要更完整的單結(jié)晶化。相應(yīng)地，由于在制造過(guò)程中非有意地混入的少量雜質(zhì)用作施主或受主，載流子濃度具有更低的極限。另ー方面，金屬氧化物可具有非晶結(jié)構(gòu)、多晶結(jié)構(gòu)、以及單晶結(jié)構(gòu)中的任意。金屬氧化物的ー個(gè)特征在于，在不使用用PN結(jié)控制的情況下，通過(guò)利用ΦΒ對(duì)XQS+l/2Eg°s、ΦΜ對(duì)X w+l/^Eg^、源和漏極的功函數(shù)、金屬氧化物的電子親和力、以及能帶寬度這些性質(zhì)的每ー個(gè)來(lái)執(zhí)行相當(dāng)于PN結(jié)的能帶的控制。金屬氧化物(一般是In-Ga-Zn-O)膜具有三倍寬于單晶硅的帶隙且是不昂貴的材料，因?yàn)橄啾萐iC具有較低的制造成本。In-Ga-Zn-O的帶隙是3. 05eV,且基于這個(gè)值而計(jì)算本征載流子密度。已知的是固體中電子的能量分布f (E)取決于用以下公式表示的費(fèi)米-迪拉克統(tǒng)計(jì)。[公式2]
權(quán)利要求
1.一種用于制造層疊的氧化物材料的方法，包括以下步驟 在基底組件上形成氧化物組分； 通過(guò)熱處理形成從所述氧化物組分上表面向內(nèi)生長(zhǎng)的第一氧化物結(jié)晶組分，并在所述基底組件表面正上方留有非晶組分；且 在所述第一氧化物結(jié)晶組分上層疊第二氧化物結(jié)晶組分。
2.一種用于制造層疊的氧化物材料的方法，包括以下步驟 在基底組件上形成氧化物組分； 通過(guò)熱處理形成從所述氧化物組分上表面向內(nèi)生長(zhǎng)的第一氧化物結(jié)晶組分，并在所述基底組件表面正上方留有非晶組分；且 將使用與所述第一氧化物結(jié)晶組分相同的材料形成的并引起共晶生長(zhǎng)的第二氧化物結(jié)晶組分層疊在所述第一氧化物結(jié)晶組分上。
3.一種用于制造層疊的氧化物材料的方法，包括以下步驟 在基底組件上形成氧化物組分； 通過(guò)熱處理形成從所述氧化物組分上表面向內(nèi)生長(zhǎng)的第一氧化物結(jié)晶組分，并在所述基底組件表面正上方留有非晶組分；且 將使用與所述第一氧化物結(jié)晶組分不同的材料形成的并引起異晶生長(zhǎng)的第二氧化物結(jié)晶組分層疊在所述第一氧化物結(jié)晶組分上。
4.如權(quán)利要求I所述的用于制造層疊的氧化物材料的方法，其特征在于，在氮?dú)夥?、氧氣氛、或干燥空氣氣氛中，在高于或等?50° C且低于或等于850° C的溫度處執(zhí)行所述熱處理。
5.如權(quán)利要求2所述的用于制造層疊的氧化物材料的方法，其特征在于，在氮?dú)夥?、氧氣氛、或干燥空氣氣氛中，在高于或等?50° C且低于或等于850° C的溫度處執(zhí)行所述熱處理。
6.如權(quán)利要求3所述的用于制造層疊的氧化物材料的方法，其特征在于，在氮?dú)夥铡⒀鯕夥?、或干燥空氣氣氛中，在高于或等?50° C且低于或等于850° C的溫度處執(zhí)行所述熱處理。
7.如權(quán)利要求I所述的用于制造層疊的氧化物材料的方法，其特征在于，所述第一氧化物結(jié)晶組分和所述第二氧化物結(jié)晶組分中的每一個(gè)C-軸對(duì)齊地垂直于所述第一氧化物結(jié)晶組分的表面。
8.如權(quán)利要求2所述的用于制造層疊的氧化物材料的方法，其特征在于，所述第一氧化物結(jié)晶組分和所述第二氧化物結(jié)晶組分中的每一個(gè)C-軸對(duì)齊地垂直于所述第一氧化物結(jié)晶組分的表面。
9.如權(quán)利要求3所述的用于制造層疊的氧化物材料的方法，其特征在于，所述第一氧化物結(jié)晶組分和所述第二氧化物結(jié)晶組分中的每一個(gè)C-軸對(duì)齊地垂直于所述第一氧化物結(jié)晶組分的表面。
10.如權(quán)利要求I所述的用于制造層疊的氧化物材料的方法，其特征在于，用濺射法形成所述氧化物組分。
11.如權(quán)利要求2所述的用于制造層疊的氧化物材料的方法，其特征在于，用濺射法形成所述氧化物組分。
12.如權(quán)利要求3所述的用于制造層疊的氧化物材料的方法，其特征在于，用濺射法形成所述氧化物組分。
13.如權(quán)利要求I所述的用于制造層疊的氧化物材料的方法，其特征在于，所述第一氧化物結(jié)晶組分和所述第二氧化物結(jié)晶組分是非單晶。
14.如權(quán)利要求2所述的用于制造層疊的氧化物材料的方法，其特征在于，所述第一氧化物結(jié)晶組分和所述第二氧化物結(jié)晶組分是非單晶。
15.如權(quán)利要求3所述的用于制造層疊的氧化物材料的方法，其特征在于，所述第一氧化物結(jié)晶組分和所述第二氧化物結(jié)晶組分是非單晶。
16.如權(quán)利要求I所述的用于制造層疊的氧化物材料的方法，其特征在 于，通過(guò)在高于或等于200° C且低于或等于600° C的沉積過(guò)程中溫度下執(zhí)行加熱的狀態(tài)中引起晶體生長(zhǎng)而獲得所述第二氧化物結(jié)晶組分。
17.如權(quán)利要求2所述的用于制造層疊的氧化物材料的方法，其特征在于，通過(guò)在高于或等于200° C且低于或等于600° C的沉積過(guò)程中溫度下執(zhí)行加熱的狀態(tài)中引起晶體生長(zhǎng)而獲得所述第二氧化物結(jié)晶組分。
18.如權(quán)利要求3所述的用于制造層疊的氧化物材料的方法，其特征在于，通過(guò)在高于或等于200° C且低于或等于600° C的沉積過(guò)程中溫度下執(zhí)行加熱的狀態(tài)中引起晶體生長(zhǎng)而獲得所述第二氧化物結(jié)晶組分。
19.如權(quán)利要求I所述的用于制造層疊的氧化物材料的方法，其特征在于， 其中通過(guò)濺射法沉積所述第二氧化物結(jié)晶組分， 其中在所述第二氧化物結(jié)晶組分的沉積之后或同時(shí)執(zhí)行熱處理， 其中用于沉積的金屬氧化物靶具有In:Ga:Zn=l:X:y的組分比例，且 其中X大于或等于0且小于或等于2，且y大于或等于I且小于或等于5。
20.如權(quán)利要求19所述的用于制造層疊的氧化物材料的方法，其特征在于，其中X是I且y是I。
21.如權(quán)利要求19所述的用于制造層疊的氧化物材料的方法，其特征在于，其中X是0且y是I。
22.如權(quán)利要求2所述的用于制造層疊的氧化物材料的方法，其特征在于， 其中通過(guò)濺射法沉積所述第二氧化物結(jié)晶組分， 其中在所述第二氧化物結(jié)晶組分的沉積之后或同時(shí)執(zhí)行熱處理， 其中用于沉積的金屬氧化物靶具有In:Ga:Zn=l:X y的組分比例，且 其中X大于或等于0且小于或等于2，且y大于或等于I且小于或等于5。
23.如權(quán)利要求22所述的用于制造層疊的氧化物材料的方法，其特征在于，其中X是I且y是I。
24.如權(quán)利要求22所述的用于制造層疊的氧化物材料的方法，其特征在于，其中X是0且y是I。
25.如權(quán)利要求3所述的用于制造層疊的氧化物材料的方法，其特征在于， 其中通過(guò)濺射法沉積所述第二氧化物結(jié)晶組分， 其中在所述第二氧化物結(jié)晶組分的沉積之后或同時(shí)執(zhí)行熱處理， 其中用于沉積的金屬氧化物靶具有In:Ga:Zn=l:X:y的組分比例，且其中X大于或等于O且小于或等于2，且y大于或等于I且小于或等于5。
26.如權(quán)利要求25所述的用于制造層疊的氧化物材料的方法，其特征在于，其中X是I且y是I。
27.如權(quán)利要求25所述的用于制造層疊的氧化物材料的方法，其特征在于，其中X是O且y是I。
28.如權(quán)利要求I所述的用于制造層疊的氧化物材料的方法，其特征在于，所述第一氧化物結(jié)晶組分具有高純度且具有本征導(dǎo)電型。
29.如權(quán)利要求2所述的用于制造層疊的氧化物材料的方法，其特征在于，所述第一氧化物結(jié)晶組分具有高純度且具有本征導(dǎo)電型。
30.如權(quán)利要求3所述的用于制造層疊的氧化物材料的方法，其特征在于，所述第一氧化物結(jié)晶組分具有高純度且具有本征導(dǎo)電型。
31.如權(quán)利要求I所述的用于制造層疊的氧化物材料的方法，其特征在于，所述第二氧化物結(jié)晶組分具有高純度且具有本征導(dǎo)電型。
32.如權(quán)利要求2所述的用于制造層疊的氧化物材料的方法，其特征在于，所述第二氧化物結(jié)晶組分具有高純度且具有本征導(dǎo)電型。
33.如權(quán)利要求3所述的用于制造層疊的氧化物材料的方法，其特征在于，所述第二氧化物結(jié)晶組分具有高純度且具有本征導(dǎo)電型。
34.如權(quán)利要求I所述的用于制造層疊的氧化物材料的方法，其特征在于，其中所述層疊的氧化物材料的載流子濃度小于I. OX 1012cnT3。
35.如權(quán)利要求2所述的用于制造層疊的氧化物材料的方法，其特征在于，其中所述層疊的氧化物材料的載流子濃度小于I. OX 1012cnT3。
36.如權(quán)利要求3所述的用于制造層疊的氧化物材料的方法，其特征在于，其中所述層疊的氧化物材料的載流子濃度小于I. OX 1012cnT3。
37.如權(quán)利要求I所述的用于制造層疊的氧化物材料的方法，其特征在于，其中所述層疊的氧化物材料的載流子濃度小于I. 45X 10lclcm_3。
38.如權(quán)利要求2所述的用于制造層疊的氧化物材料的方法，其特征在于，其中所述層疊的氧化物材料的載流子濃度小于I. 45X 10lclcm_3。
39.如權(quán)利要求3所述的用于制造層疊的氧化物材料的方法，其特征在于，其中所述層疊的氧化物材料的載流子濃度小于I. 45X 10lclcm_3。
40.如權(quán)利要求I所述的用于制造層疊的氧化物材料的方法，其特征在于，其中結(jié)晶被對(duì)齊的所述第一氧化物結(jié)晶組分的底部界面被提供為與所述基底組件的表面相間隔。
41.如權(quán)利要求2所述的用于制造層疊的氧化物材料的方法，其特征在于，其中結(jié)晶被對(duì)齊的所述第一氧化物結(jié)晶組分的底部界面被提供為與所述基底組件的表面相間隔。
42.如權(quán)利要求3所述的用于制造層疊的氧化物材料的方法，其特征在于，其中結(jié)晶被對(duì)齊的所述第一氧化物結(jié)晶組分的底部界面被提供為與所述基底組件的表面相間隔。
43.層疊的氧化物材料，包括 位于基底組件上的第一氧化物結(jié)晶組分，其晶體生長(zhǎng)從所述第一氧化物結(jié)晶組分的表面向內(nèi)進(jìn)行；以及 在所述第一氧化物結(jié)晶組分上的第二氧化物結(jié)晶組分。
44.如權(quán)利要求43所述的層疊的氧化物材料，其特征在于，其晶體生長(zhǎng)從所述表面向內(nèi)進(jìn)行的所述第一氧化物結(jié)晶組分C-軸對(duì)齊地垂直于所述表面。
45.如權(quán)利要求43所述的層疊的氧化物材料，其特征在于，所述第一氧化物結(jié)晶組分的其結(jié)晶對(duì)齊的底部界面被提供為與所述基底組件相間隔。
46.如權(quán)利要求43所述的層疊的氧化物材料，且特征在于，所述基底組件包括絕緣表面、氧化物表面、氮化物表面、或金屬表面。
47.如權(quán)利要求43所述的層疊的氧化物材料，其特征在于，包括非晶區(qū)域的氧化物組分位于所述基底組件和所述第一氧化物結(jié)晶組分之間。
48.層疊的氧化物材料，包括 第一氧化物結(jié)晶組分；以及 位于所述第一氧化物結(jié)晶組分上且與其相接觸的第二氧化物結(jié)晶組分， 其中所述第二氧化物結(jié)晶組分的晶體結(jié)構(gòu)與所述第一氧化物結(jié)晶組分的晶體結(jié)構(gòu)相同，且 其中所述第二氧化物結(jié)晶組分的至少部分在所述第一氧化物結(jié)晶組分的表面上生長(zhǎng)。
49.如權(quán)利要求48所述的層疊的氧化物材料，其特征在于，其晶體生長(zhǎng)從表面向內(nèi)進(jìn)行的所述第一氧化物結(jié)晶組分C-軸對(duì)齊地垂直于所述表面。
50.如權(quán)利要求48所述的層疊的氧化物材料，其特征在于，使用包含相同組分的材料形成所述第一氧化物結(jié)晶組分和所述第二氧化物結(jié)晶組分。
51.如權(quán)利要求48所述的層疊的氧化物材料，其特征在于，所述第一氧化物結(jié)晶組分和所述第二氧化物結(jié)晶組分具有相同的電子親和力。
52.如權(quán)利要求48所述的層疊的氧化物材料，其特征在于，使用不同材料形成所述第一氧化物結(jié)晶組分和所述第二氧化物結(jié)晶組分。
53.一種用于制造半導(dǎo)體器件的方法，包括以下步驟 在基底的表面上形成包含平的表面的柵電極層； 在所述柵電極層上形成柵絕緣層； 在所述柵絕緣層上形成第一氧化物半導(dǎo)體層； 通過(guò)第一熱處理引起從所述第一氧化物半導(dǎo)體層的上表面向內(nèi)進(jìn)行的晶體生長(zhǎng)，從而形成第一非單晶層； 在所述第一非單晶層上形成第二氧化物半導(dǎo)體層； 通過(guò)第二熱處理引起從所述第一非單晶層向位于所述第一非單晶層上的所述第二氧化物半導(dǎo)體層的上表面進(jìn)行的晶體生長(zhǎng)，從而形成第二非單晶層；且 在所述第一非單晶層和所述第二非單晶層的層疊上形成源電極層和漏電極層， 其中其晶體與所述第一非單晶層對(duì)齊的底部界面被提供為與所述柵絕緣層的表面相間隔。
54.如權(quán)利要求53所述的用于制造半導(dǎo)體器件的方法， 其特征在于，其中所述第一非單晶層C-軸對(duì)齊地垂直于其表面。
55.如權(quán)利要求53所述的用于制造半導(dǎo)體器件的方法， 其特征在于，其中所述第二非單晶層C-軸對(duì)齊地垂直于其表面。
56.如權(quán)利要求53所述的用于制造半導(dǎo)體器件的方法，其特征在于，其中所述第二氧化物半導(dǎo)體層具有大于所述第一氧化物半導(dǎo)體層的厚度。
57.一種半導(dǎo)體器件，包括 在基底表面上的包含平的表面的柵電極層； 在所述柵電極層上的柵絕緣層； 在所述柵絕緣層上的包括非晶區(qū)域的金屬氧化物層； 在包括非晶區(qū)域的所述金屬氧化物層上，C-軸對(duì)齊地垂直于表面的第一非單晶層； 位于所述第一非單晶層上并與其相接觸的第二非單晶層，該第二非單晶層C-軸對(duì)齊地垂直于其表面；以及 在所述第一非單晶層和所述第二非單晶層的層疊上的源電極層和漏電極層， 其中所述第一非單晶層和所述第二非單晶層是金屬氧化物層。
58.如權(quán)利要求57所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述第二非單晶層相比所述第一非單晶層具有更大的厚度。
59.如權(quán)利要求57所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述第一非單晶層和所述第二非單晶層具有相同的電子親和力。
60.如權(quán)利要求57所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述第一非單晶層和所述第二非單晶層用不同材料形成。
61.如權(quán)利要求57所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述第二非單晶層的表面中的與所述柵電極層相交迭的區(qū)域處的高度差異為小于或等于lnm。
62.如權(quán)利要求57所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述第二非單晶層的表面中的與所述柵電極層相交迭的區(qū)域處的高度差異為小于或等于0. 2nm。
全文摘要
一個(gè)實(shí)施例是用于制造層疊的氧化物材料的方法，包括步驟在基底組件上形成氧化物組分；通過(guò)熱處理形成從氧化物組分表面向內(nèi)生長(zhǎng)的第一氧化物結(jié)晶組分，并在基底組件表面正上方留有非晶組分；以及在該第一氧化物結(jié)晶組分上層疊第二氧化物結(jié)晶組分。特定地，第一氧化物結(jié)晶組分和第二氧化物結(jié)晶組分具有共同的c-軸。在共晶生長(zhǎng)或異晶生長(zhǎng)的情況下導(dǎo)致同軸(軸向)生長(zhǎng)。
文檔編號(hào)H01L21/36GK102668028SQ201080052958
公開日2012年9月12日 申請(qǐng)日期2010年11月2日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月28日
發(fā)明者山崎舜平 申請(qǐng)人:株式會(huì)社半導(dǎo)體能源研究所