專利名稱：沉積方法及半導(dǎo)體裝置的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種使用氧化物靶材的沉積方法。此外，本發(fā)明還涉及一種半導(dǎo)體裝置及其制造方法，該半導(dǎo)體裝置具有包括使用通過使用氧化物靶材獲得的晶體管形成的電路。例如，本發(fā)明涉及一種電子裝置，其中安裝有以液晶顯示面板為代表的電光裝置及包括有機(jī)發(fā)光元件的發(fā)光顯示裝置作為構(gòu)件。本說明書中，半導(dǎo)體裝置一般是指可以利用半導(dǎo)體特性而起作用的裝置，以及電光裝置、半導(dǎo)體電路以及電子設(shè)備都是半導(dǎo)體裝置。
背景技術(shù)：
作為形成晶體管的材料膜的方法有濺射法，該濺射法是一種在沉積低蒸汽壓的材料或在需要精確地控制膜厚度時(shí)使用的沉積方法。因?yàn)闉R射法使用可非常容易操作的沉積 裝置，所以在工業(yè)上廣泛使用。濺射法是使用濺射靶材的沉積方法，以及作為濺射靶材使用金屬、金屬氧化物、金屬氮化物、金屬碳化物等的燒結(jié)體，或者有時(shí)使用它們的單晶。在濺射法中，通過在使用真空裝置使沉積裝置的沉積室內(nèi)減壓之后，在沉積室中引入氬等的稀有氣體，并且以沉積襯底為陽極且以濺射靶材為陰極，在沉積襯底和濺射靶材之間產(chǎn)生輝光放電，來產(chǎn)生等離子體。然后，使等離子體中的陽離子與濺射靶材碰撞，使濺射靶材成分的粒子濺射而沉積在沉積襯底上，來形成材料膜。濺射法根據(jù)產(chǎn)生等離子體的方法進(jìn)行分類，并且將利用高頻等離子體的方法稱作高頻濺射法(也稱作RF濺射法)，將利用直流等離子體的方法稱作直流濺射法(也稱作DC濺射法)。與高頻濺射法相比，DC濺射法的電源設(shè)備更廉價(jià)且其沉積速度更快。因此，在考慮到生產(chǎn)性及制造成本的情況下，DC濺射法比高頻濺射法在工業(yè)上使用得更多。通常，利用DC濺射法形成用于布線等的金屬材料膜，并且利用PCVD法或高頻濺射法形成絕緣膜。在高頻濺射法中，也可以使用具有絕緣性的濺射靶材進(jìn)行沉積。此外，制造包括氧化物半導(dǎo)體的晶體管，并將該晶體管應(yīng)用于電子器件、光器件的技術(shù)受到關(guān)注。例如，專利文獻(xiàn)I及專利文獻(xiàn)2公開了作為氧化物半導(dǎo)體使用氧化鋅、In-Ga-Zn-O基氧化物來制造晶體管，并將該晶體管用于顯示裝置的像素的開關(guān)元件等的技術(shù)方案。[參考文獻(xiàn)]
[專利文獻(xiàn)]
[專利文獻(xiàn)I]日本專利申請(qǐng)?zhí)亻_2007-123861號(hào)公報(bào) [專利文獻(xiàn)2]日本專利申請(qǐng)?zhí)亻_2007-96055號(hào)公報(bào)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的之一在于提供一種利用DC濺射法形成氧化鎵膜的沉積方法。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種半導(dǎo)體裝置的制造方法，該制造方法將氧化鎵膜用作晶體管的柵極絕緣層等的絕緣層。另外，本發(fā)明的再一目的在于通過使使用氧化物半導(dǎo)體層的半導(dǎo)體裝置具有穩(wěn)定的電特性而制造出一種可靠性高的半導(dǎo)體裝置。根據(jù)本說明書所公開的本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，使用含有氧化鎵(也寫為GaOx)的氧化物靶材并且通過DC濺射法或脈沖DC濺射法形成絕緣膜。注意，脈沖DC濺射法是DC濺射法之一種，其中使用脈沖DC電源以脈沖方式施加偏壓。由于當(dāng)采用DC濺射法時(shí)，濺射靶材容易達(dá)到高溫，所以在氧化物靶材的熔點(diǎn)低的情況下，優(yōu)選采用使用脈沖DC電源的脈沖DC濺射法。此外，使用脈沖DC電源時(shí)，可以產(chǎn)生高密度等離子體。氧化物靶材含有GaOx,其中X小于I. 5，優(yōu)選為O. 01以上且O. 5以下，更優(yōu)選為O. I以上且O. 2以下。該氧化物靶材具有導(dǎo)電性，并且在氧氣體氣氛或氧氣體和如氬等的稀有氣體的混合氣氛下進(jìn)行濺射時(shí)，可形成含氧量超過化學(xué)計(jì)量比的氧化鎵膜。在本說明書中，“超過化學(xué)計(jì)量比”是指，與單晶結(jié)構(gòu)的Ga2O3的氧的比例相比，以GaOx表示的絕緣膜的X超過I. 5如X為3的情況。注意，通過DC濺射法或脈沖DC濺射法形成的氧化鎵膜的沉積溫度為室溫以上且400°C以下。具有導(dǎo)電性的氧化物靶材也可以包含硅或鋁即SiOx (X > O)或AlOx (X > O)。在此情況下，在含有氧化鎵的氧化物靶材中的Si或Al的濃度為O. 01atom%以上且10atom%以下。通過上述結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)上述目的中的至少一個(gè)。本說明書所公開的本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式是一種半導(dǎo)體裝置的制造方法，包括以下步驟形成柵電極，通過濺射法形成包括氧化鎵膜的柵極絕緣層，在柵極絕緣層上形成與柵電極重疊的氧化物半導(dǎo)體層，并且通過濺射法層疊與氧化物半導(dǎo)體層接觸的氧化鎵膜。本說明書所公開的本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式是一種半導(dǎo)體裝置的制造方法，包括以下步驟通過濺射法形成氧化物半導(dǎo)體層，通過濺射法形成在氧化物半導(dǎo)體層上且與該氧化物半導(dǎo)體層接觸的包括氧化鎵膜的柵極絕緣層，并且在柵極絕緣層上形成柵電極。在上述各個(gè)結(jié)構(gòu)中，用作晶體管的半導(dǎo)體層的氧化物半導(dǎo)體層優(yōu)選使用含氧量超過化學(xué)計(jì)量比的金屬氧化物材料形成。作為與用作晶體管中的半導(dǎo)體層的氧化物半導(dǎo)體層接觸的絕緣層的材料，優(yōu)選使用通過DC濺射法或脈沖DC濺射法獲得的氧化鎵膜。在將組裝有晶體管的集成電路安裝在電子裝置中的情況下，例如，取決于液晶的模式，在液晶面板的像素部分采用5V至IOV的驅(qū)動(dòng)電壓。因此，在像素部分中的晶體管優(yōu)選具有適用于在5V至IOV的驅(qū)動(dòng)電壓下工作的結(jié)構(gòu)。因此，當(dāng)在液晶面板中將使用氧化鎵膜形成的絕緣層用作柵極絕緣層時(shí)，絕緣層的厚度為50nm以上且500nm以下，優(yōu)選為60nm以上且300nm以下。晶體管不局限于安裝在液晶顯示裝置中，而在將晶體管安裝在LSI中的情況下，使用氧化鎵膜形成的柵極絕緣層的厚度為3nm以上且50nm以下，優(yōu)選為5nm以上且20nm以下，使得進(jìn)行高速工作。此外，在將包括氧化鎵膜的柵極絕緣層用于功率器件等的高耐壓晶體管的情況下，該柵極絕緣層的厚度為50nm以上且500nm以下,優(yōu)選為IOOnm以上且300nm以下。再者，也可以將用作晶體管的半導(dǎo)體層的氧化物半導(dǎo)體層夾在兩個(gè)使用氧化鎵膜形成的絕緣層之間。例如采用如下結(jié)構(gòu)將用作晶體管的半導(dǎo)體層的氧化物半導(dǎo)體層夾在使用氧化鎵膜形成的基底絕緣層和使用氧化鎵膜形成的柵極絕緣層之間的結(jié)構(gòu)；將用作晶體管中的半導(dǎo)體層的氧化物半導(dǎo)體層夾在使用氧化鎵膜形成的柵極絕緣層和使用氧化鎵膜形成的保護(hù)絕緣層之間的結(jié)構(gòu)。通過作為與用作晶體管的半導(dǎo)體層的氧化物半導(dǎo)體層接觸的絕緣層的材料使用利用DC濺射法或脈沖DC濺射法形成的氧化鎵膜，可以使晶體管具有穩(wěn)定的電特性而制造出可靠性高的半導(dǎo)體裝置?？梢蕴峁├肈C濺射法形成高純度氧化鎵膜的沉積方法。
通過與氧化物半導(dǎo)體層接觸地設(shè)置通過DC濺射法或脈沖DC濺射法形成的氧化鎵膜，可以使晶體管具有穩(wěn)定的電特性而制造出可靠性高的半導(dǎo)體裝置。


圖IA至IE為示出本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的截面 圖2A至2C分別為示出本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的截面圖、俯視圖和等效電路 圖3A至3C各示出半導(dǎo)體裝置的一個(gè)實(shí)施方式；
圖4示出半導(dǎo)體裝置的一個(gè)實(shí)施方式；
圖5示出半導(dǎo)體裝置的一個(gè)實(shí)施方式；
圖6A至6F示出電子裝置的一個(gè)例子。
具體實(shí)施例方式下面，將參照附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施方式。但是，本發(fā)明不局限于以下描述，所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以很容易地理解的是本文公開的方式和詳細(xì)內(nèi)容可以以各種方式修改，而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。此外，本發(fā)明不應(yīng)該被解釋為僅限定在實(shí)施方式的描述。(實(shí)施方式I)
在本實(shí)施方式中將描述在被處理襯底上形成氧化鎵膜的沉積方法。采用濺射法的沉積裝置包括可以使用真空泵等的真空排氣單元進(jìn)行減壓的沉積室；將被處理襯底傳送到沉積室內(nèi)的傳送機(jī)械；固定被處理襯底的襯底支架；支撐濺射靶材的靶材架；相對(duì)于由靶材架支撐的濺射靶材的電極；將用于濺射的DC電壓施加到上述電極的電力供應(yīng)單元；以及向沉積室中供應(yīng)氣體的氣體供應(yīng)單元。一般來說，濺射靶材具有通過將濺射靶材材料貼合到被稱為墊板的金屬板的結(jié)構(gòu)。因?yàn)閴|板起到冷卻濺射靶材的作用和濺射電極的作用，所以在很多情況下采用優(yōu)越于導(dǎo)熱性及導(dǎo)電性的銅。在墊板里面或背面形成冷卻通道，并且使水或油脂等作為冷卻劑通過冷卻通道循環(huán)，因此可以提高對(duì)濺射靶材材料的冷卻效率。注意，由于水的氣化溫度為100°C，所以在要將濺射靶材材料的溫度保持在100°c以上時(shí)，優(yōu)選使用油脂等而不使用水。氧化鎵膜的濺射靶材材料例如含有GaOx。在高溫下燒結(jié)X小于I. 5，優(yōu)選為O. 01以上且O. 5以下的GaOx來形成濺射靶材材料。含有X為O. 01以上且O. 5以下的GaOx的濺射靶材材料具有足夠的導(dǎo)電性，并且可以使用DC電源或脈沖DC電源進(jìn)行濺射。氧化鎵膜的濺射靶材材料中也可以含有Si或Al，并其濃度為O. 01atom%以上且10atom%以下。在惰性氣體氣氛(氮或稀有氣體氣氛)下進(jìn)行燒結(jié)，由此可以防止氫、水分或碳化氫等混入到濺射靶材材料中。也可以在真空中或高壓氣氛中進(jìn)行燒結(jié)，而且也可以一邊施加機(jī)械壓力一邊進(jìn)行燒結(jié)。優(yōu)選的是，例如，通過電子束焊接使濺射靶材材料和墊板貼合。電子束焊接是如下方法通過使產(chǎn)生在真空氣氛中的電子加速并會(huì)聚，并且將該電子照射到對(duì)象物，而只將所希望的部分熔化，這樣可以對(duì)象物的不損壞焊接部分以外的部分的材料性質(zhì)地進(jìn)行焊接。在電子束焊接中，可以控制焊接部分的形狀及焊接深度。由于在真空氣氛中進(jìn)行焊接，所以可以防止氫、水分或碳化氫等附著到濺射靶材材料。類似地，通過不暴露于大氣并且在惰性氣體氣氛(氮或稀有氣體氣氛)下將濺射靶材安裝到沉積裝置，可以防止氫、水分或碳化氫等附著到濺射靶材材料。 優(yōu)選在將濺射靶材安裝到沉積裝置之后進(jìn)行脫氫處理，以去除殘留在濺射靶材材料表面或?yàn)R射靶材材料中的氫。作為脫氫處理，有在減壓下將沉積處理室內(nèi)加熱到200°C以上的高溫的方法以及一邊加熱沉積室內(nèi)部一邊反復(fù)進(jìn)行氮或惰性氣體的引入和排氣的方法等。作為在此情況下的濺射靶材材料冷卻液，優(yōu)選使用油脂等而不使用水。雖然當(dāng)不加熱地反復(fù)進(jìn)行氮的引入和排氣時(shí)也可以獲得一定效果，但是更優(yōu)選一邊加熱沉積室內(nèi)部一邊反復(fù)進(jìn)行氮的引入和排氣。另外，為了去除沉積室內(nèi)的殘留水分，作為用于沉積裝置的真空泵，例如優(yōu)選使用低溫泵、離子泵、鈦升華泵。排氣單元也可以是配備有冷阱的渦輪泵。因?yàn)樵谑褂玫蜏乇眠M(jìn)行排氣的沉積室中，例如對(duì)氫原子、水(H2O)等含有氫原子的化合物等進(jìn)行排氣(更優(yōu)選的是，還對(duì)含有碳原子的化合物進(jìn)行排氣)，所以可以降低在該沉積室中形成的氧化物半導(dǎo)體層所含有的雜質(zhì)的濃度。另外，低溫泵是在真空室內(nèi)設(shè)置極低溫面，將真空室內(nèi)的氣體分子凝結(jié)或吸附在該極低溫面上并捕捉，來進(jìn)行排氣的泵。低溫泵的排氫或排水分能力高。作為在濺射中使用的氣體，優(yōu)選使用盡量降低了氫、水分或碳化氫等的濃度的高純度氣體。將氣體供應(yīng)到沉積室內(nèi)的氣體供應(yīng)單元是具有氣體管道的氣體供應(yīng)源，以及在該氣體供應(yīng)源與沉積室之間設(shè)置精煉裝置時(shí)，可以進(jìn)一步提高氣體純度。優(yōu)選使用氣體純度為99. 9999%以上的氣體。此外，為了防止氣體通過氣體管道內(nèi)壁混入，優(yōu)選使用對(duì)內(nèi)表面進(jìn)行鏡面拋光并使用Cr2O3或Al2O3使該內(nèi)表面鈍化的氣體管道。作為管道接頭及閥，優(yōu)選使用不將樹脂用于其密封劑部分的全金屬閥。通過使用上述濺射靶材，在采用氧氣體氣氛或稀有氣體和氧氣體的混合氣氛、O. IPa以上且IPa以下的沉積壓力以及室溫以上且300°C以下的沉積溫度的條件下進(jìn)行濺射，并使用DC電源(DC功率為100W以上且300W以下)。在濺射中，使稀有氣體引入率、氧氣體引入率及投入功率等最優(yōu)化，由此可以獲得使用高質(zhì)量氧化鎵膜形成的絕緣層。因?yàn)镈C濺射法是當(dāng)進(jìn)行沉積時(shí)不容易受熱影響并且可以進(jìn)行高速沉積的方法，所以適于工業(yè)應(yīng)用?？梢詫⑸鲜龇绞将@得的氧化鎵膜(GaOx膜)作為絕緣層用于半導(dǎo)體裝置。例如，可以將該氧化鎵膜用于晶體管的柵極絕緣層、保護(hù)絕緣層或基底絕緣層等。(實(shí)施方式2)將參照?qǐng)DIA至IE描述將可以通過實(shí)施方式I描述的沉積方法獲得的氧化鎵膜用作絕緣層的晶體管410的制造工序的一個(gè)例子。首先，在襯底400上形成柵電極401。雖然對(duì)襯底400的材料等沒有很大的限制，但是至少需要具有能夠承受后面的熱處理的耐熱性。例如，作為襯底400可以使用玻璃襯底、陶瓷襯底、石英襯底、藍(lán)寶石襯底等。備選地，還可以使用硅或碳化硅等的單晶半導(dǎo)體襯底、多晶半導(dǎo)體襯底；硅鍺等的化合物半導(dǎo)體襯底；S0I襯底等。此外，也可以將在這些襯底的任何襯底上設(shè)置有半導(dǎo)體元件的結(jié)構(gòu)用作襯底400。備選地，作為襯底400也可以使用柔性襯底。當(dāng)在柔性襯底上設(shè)置晶體管時(shí)，既可以直接在柔性襯底上形成晶體管，又可以在分開襯底上形成晶體管，然后將該晶體管剝離并轉(zhuǎn)置到柔性襯底上。另外，為了將晶體管剝離并轉(zhuǎn)置到柔性襯底上，優(yōu)選在上述分開襯底和晶體管之間形成剝離層。
接著，在柵電極401上形成柵極絕緣層402。通過利用實(shí)施方式I中所述的DC濺射法并使用含有氧化鎵的氧化物靶材形成柵極絕緣層402。優(yōu)選通過氫和水等不容易混入柵極絕緣層402的方法形成柵極絕緣層402。柵極絕緣層402的厚度為50nm以上且500nm以下，優(yōu)選為60nm以上且300nm以下。接著，在柵極絕緣層402上與該柵極絕緣層402接觸地形成氧化物半導(dǎo)體膜530(參照?qǐng)D1A)。作為用于氧化物半導(dǎo)體膜530的材料，可以使用以下金屬氧化物四元金屬氧化物，如In-Sn-Ga-Zn-O基氧化物半導(dǎo)體；二兀金屬氧化物，如In-Ga-Zn-O基氧化物半導(dǎo)體、In-Sn-Zn-O基氧化物半導(dǎo)體、In-Al-Zn-O基氧化物半導(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；二元金屬氧化物，如In-Zn-O基氧化物半導(dǎo)體、Sn-Zn-O基氧化物半導(dǎo)體、Al-Zn-O基氧化物半導(dǎo)體、Zn-Mg-O基氧化物半導(dǎo)體、Sn-Mg-O基氧化物半導(dǎo)體、In-Mg-O基氧化物半導(dǎo)體、In-Ga-O基材料；單元金屬氧化物，如In-O基氧化物半導(dǎo)體、Sn-O基氧化物半導(dǎo)體、Zn-O基氧化物半導(dǎo)體等。上述氧化物半導(dǎo)體也可以含有In、Ga、Sn、Zn以外的元素，如Si02。例如，In-Ga-Zn-O基氧化物半導(dǎo)體是指含有銦(In)、鎵(Ga)和鋅(Zn)的氧化物半導(dǎo)體，并且對(duì)其組成比沒有限制。此外,對(duì)于氧化物半導(dǎo)體膜530,可以使用由化學(xué)式InMO3 (ZnO)m (m > O)表不的薄膜。這里，M表不選自Zn、Ga、Al、Mn及Co中的一種或多種金屬兀素。例如,M可以是Ga、Ga及Al、Ga及Mn或Ga及Co等。當(dāng)作為氧化物半導(dǎo)體使用In-Zn-O基材料時(shí)，所使用的靶材的組成比為原子數(shù)比為In:Zn=50:l至1:2 (換算為摩爾比則為In203:Zn0=25:1至1:4)，優(yōu)選為In:Zn=20:l至1:1 (換算為摩爾比則為In2O3 = ZnO=IO: I至2:1)，更優(yōu)選為In:Zn=15:l至I. 5:1 (換算為摩爾比則為In203:Zn0=15:2至3:4)。例如，對(duì)用來形成In-Zn-O基氧化物半導(dǎo)體的靶材而言，當(dāng)原子數(shù)比為Ιη:Ζη:0=Χ:Υ:Ζ時(shí)，滿足Z > I. 5Χ+Υ。在本實(shí)施方式中，通過使用In-Ga-Zn-O基氧化物靶材的濺射法形成氧化物半導(dǎo)體膜530。作為In-Ga-Zn-O基氧化物靶材，例如可以使用組成比為In2O3 = Ga2O3: ZnO=I: I: I [摩爾比]的氧化物靶材。另外，不需要將濺射靶材的材料及組成限定于上述材料及組成。例如，也可以使用組成比為In203:Ga203:Zn0=l :1:2[摩爾比]的氧化物靶材。備選地，還可以使用組成比為In2O3 = Ga2O3 =1:1 [摩爾比]的氧化物靶材。氧化物靶材的填充率為90%以上且100%以下，優(yōu)選為95%以上且99. 9%以下。這是因?yàn)榭梢酝ㄟ^使用高填充率的氧化物靶材，形成的氧化物半導(dǎo)體膜530可具有高密度。優(yōu)選通過不容易使氫和水等混入氧化物半導(dǎo)體膜530的方法形成氧化物半導(dǎo)體膜530。作為沉積時(shí)的氣氛，可以是稀有氣體(典型為氬)氣氛、氧氣氛或稀有氣體和氧的混合氣氛等。此外，為了防止氫、水、羥基、氫化物等混入到氧化物半導(dǎo)體膜530中，優(yōu)選使用氫、水、羥基、氫化物等的雜質(zhì)被充分去除了的高純度氣體的氣氛。例如，可以利用DC濺射法等形成氧化物半導(dǎo)體膜530。另外，優(yōu)選不接觸于大氣地連續(xù)形成柵極絕緣層402及氧化物半導(dǎo)體膜530。例如，通過采用下述方式形成氧化物半導(dǎo)體膜，使得可以防止氫、水、羥基、氫化物等混入到氧化物半導(dǎo)體膜中。

在保持減壓狀態(tài)的沉積室內(nèi)固定襯底400，并且將襯底溫度設(shè)定為100°C以上且600°C以下，優(yōu)選設(shè)定為200°C以上且400°C以下。這是因?yàn)橥ㄟ^在襯底400被加熱的狀態(tài)下進(jìn)行沉積可以降低包含在氧化物半導(dǎo)體膜中的雜質(zhì)濃度。并且可以減輕因?yàn)R射而產(chǎn)生的損傷。為了去除沉積室內(nèi)的殘留水分，優(yōu)選將低溫泵、離子泵、鈦升華泵等的吸附式真空泵用作排氣單元。此外，排氣單元，也可以是配備有冷阱的渦輪泵。因?yàn)樵谑褂玫蜏乇眠M(jìn)行排氣的沉積室中，例如氫分子、水(H2O)等含有氫原子的化合物等(更優(yōu)選的是，與含有碳原子的化合物一起)被去除。因此可以降低在該沉積室內(nèi)形成的氧化物半導(dǎo)體膜所含有的雜質(zhì)的濃度。作為沉積條件的一個(gè)例子，可以采用如下條件襯底與氧化物靶材之間的距離為100mm，壓力為O. 6Pa，直流(DC)功率為O. 5kW，沉積氣氛為氧氣氛(氧流量比率為100%)。另夕卜，通過使用脈沖直流電源，可以減輕在進(jìn)行沉積時(shí)發(fā)生的粉狀物質(zhì)(也稱為微粒、塵屑)，并且膜厚度分布也變得均勻，所以優(yōu)選采用脈沖直流電源。接著，進(jìn)行氧化物半導(dǎo)體膜530的加工。氧化物半導(dǎo)體膜的加工通過在將所希望的形狀的掩模形成在氧化物半導(dǎo)體膜上之后對(duì)該氧化物半導(dǎo)體膜進(jìn)行蝕刻來進(jìn)行?？梢岳霉饪谭ǖ鹊姆椒ㄐ纬缮鲜鲅谀！溥x地，也可以利用噴墨法等的方法形成掩模。在本實(shí)施方式中，使用In-Ga-Zn-O膜形成氧化物半導(dǎo)體膜并且使用GaOx膜形成柵極絕緣層，即都含有Ga。因此當(dāng)對(duì)氧化物半導(dǎo)體膜進(jìn)行加工時(shí)，柵極絕緣層402中的不被掩模覆蓋的區(qū)域如圖IB所示那樣變薄。另外，對(duì)氧化物半導(dǎo)體膜530進(jìn)行的蝕刻，可以是干蝕刻或濕蝕刻。當(dāng)然，也可以組合干蝕刻和濕蝕刻。之后，優(yōu)選對(duì)進(jìn)行上述加工而形成的氧化物半導(dǎo)體層403進(jìn)行熱處理(第一熱處理)?？梢酝ㄟ^該第一熱處理，去除在氧化物半導(dǎo)體層403中的氫(包括水或羥基)，改善氧化物半導(dǎo)體層403的結(jié)構(gòu)，使得可降低能隙中的缺陷能級(jí)。圖IB示出在此階段的截面圖。將第一熱處理的溫度進(jìn)行在250°C以上且650°C以下，優(yōu)選為450°C以上且600°C以下，或者4500C以上且低于襯底的應(yīng)變點(diǎn)。再者，通過該第一熱處理，還可以去除柵極絕緣層402中的過剩的氫(包括水或羥基)。
例如，可以在將被處理物引入到使用電阻發(fā)熱元件等的電爐中、采用氮?dú)夥铡?50°C、I小時(shí)的條件下進(jìn)行第一熱處理。在熱處理期間，不使氧化物半導(dǎo)體層403暴露于大氣，以防止水和氫混入到氧化物半導(dǎo)體層403中。熱處理裝置不局限于電爐，也可以使用利用來自被加熱的氣體等的介質(zhì)的熱傳導(dǎo)或熱福射來加熱被處理物的裝置。例如，可以使用如GRTA (Gas Rapid Thermal Anneal,氣體快速熱退火)裝置、LRTA (Lamp Rapid Thermal Anneal,燈快速熱退火)裝置等的RTA(Rapid Thermal Anneal,快速熱退火)裝置。LRTA裝置是利用齒素?zé)簟⒔瘕X燈、氣弧燈、碳弧燈、高壓鈉燈或者高壓汞燈等的燈發(fā)射的光(電磁波)的輻射來加熱被處理物的裝置。GRTA裝置是利用高溫氣體進(jìn)行熱處理的裝置。作為氣體，使用即使進(jìn)行熱處理也不與被處理物起反應(yīng)的惰性氣體，如氬等的稀有氣體或氮等。例如，作為第一熱處理可以如下進(jìn)行GRTA處理。將被處理物放在被加熱的惰性氣體氣氛中，在進(jìn)行幾分鐘的加熱之后，再將被處理物從該惰性氣體氣氛中取出。GRTA處理使得可以在短時(shí)間內(nèi)進(jìn)行高溫?zé)崽幚?。此外，即使溫度比被處理物的耐熱溫度高，也可以采用GRTA處理。另外，在處理中，也可以將惰性氣體換為含有氧的氣體。這是因?yàn)橥ㄟ^在含 有氧的氣氛中進(jìn)行第一熱處理可以降低由于氧缺損而引起的能隙中的缺陷能級(jí)的緣故。另外，作為惰性氣體氣氛，優(yōu)選采用以氮或稀有氣體(氦、氖、氬等)為主要成分且不包含水、氫等的氣氛。例如，引入到加熱處理裝置中的氮或如氦、氖、氬等的稀有氣體的純度為6N (99. 9999%)以上，優(yōu)選為7N (99. 99999%)以上(B卩，雜質(zhì)濃度為Ippm以下，優(yōu)選為O. Ippm 以下)。在任何情況下，通過利用第一熱處理降低雜質(zhì)來形成i型(本征半導(dǎo)體)或?qū)嵸|(zhì)i型的氧化物半導(dǎo)體層，可以實(shí)現(xiàn)具有極為優(yōu)良的特性的晶體管。因?yàn)樯鲜鰺崽幚?第一熱處理)具有去除氫和水等的作用，所以也可以將該熱處理稱為脫水化處理或脫氫化處理等。該脫水化處理或脫氫化處理例如也可以在將氧化物半導(dǎo)體膜加工為島狀之后進(jìn)行。此外，這種脫水化處理或脫氫化處理也可以進(jìn)行一次或多次。另外，雖然在此描述了在將氧化物半導(dǎo)體膜加工為島狀之后進(jìn)行第一熱處理的結(jié)構(gòu)，但是所公開的發(fā)明的一個(gè)方式不應(yīng)視為局限于此。也可以在進(jìn)行第一熱處理之后對(duì)氧化物半導(dǎo)體膜進(jìn)行加工。接著，利用濺射法等在氧化物半導(dǎo)體層403上形成用作源電極及漏電極(包括在與源電極及漏電極相同的層中形成的布線)的導(dǎo)電膜，并且對(duì)該導(dǎo)電膜進(jìn)行加工，來形成源電極405a及漏電極405b (參照?qǐng)D1C)。此外，也可以采用使用多色調(diào)掩模形成的抗蝕劑掩模進(jìn)行蝕刻工序。因?yàn)槭褂枚嗌{(diào)掩模形成的抗蝕劑掩模具有多種厚度，并且通過進(jìn)行灰化可以進(jìn)一步改變，所以可以將該抗蝕劑掩模用于加工為不同圖案的多個(gè)蝕刻工序。由此，可以使用一個(gè)多色調(diào)掩模形成至少對(duì)應(yīng)于兩種以上的不同圖案的抗蝕劑掩模。就是說，可以實(shí)現(xiàn)工序的簡化。另外，當(dāng)對(duì)導(dǎo)電膜進(jìn)行蝕刻時(shí)，有可能氧化物半導(dǎo)體層403的一部分被蝕刻，由此在一些情況下形成具有槽部(凹部)的氧化物半導(dǎo)體層。之后，也可以進(jìn)行利用N20、N2或Ar等的氣體的等離子體處理來去除吸附在氧化物半導(dǎo)體層403的暴露部分的表面上的水等。在進(jìn)行等離子體處理的情況下，優(yōu)選在進(jìn)行該等離子體處理之后，接著不暴露于大氣地形成與氧化物半導(dǎo)體層403的一部分接觸的絕緣膜 407。使用通過實(shí)施方式I所示的DC濺射法獲得的氧化鎵膜形成絕緣膜407。使用氧化鎵膜形成絕緣膜407并且將其與氧化物半導(dǎo)體層403接觸時(shí)，可以充分地抑制絕緣膜407和氧化物半導(dǎo)體層403之間的界面的電荷捕獲。在形成絕緣膜704之后或者在形成源電極405a及漏電極405b之后，優(yōu)選進(jìn)行第二熱處理。在250°C以上且700°C以下，優(yōu)選在450°C以上且600°C以下，或者450°C以上且低于襯底的應(yīng)變點(diǎn)進(jìn)行第二熱處理?？稍诘?、氧、超干燥空氣(含水量為20ppm以下，優(yōu)選為Ippm以下，更優(yōu)選為IOppb以下的空氣)或稀有氣體(氬、氦等)的氣氛下進(jìn)行第二熱處理。注意，上述氮、氧、超干燥空氣或稀有氣體等的氣氛優(yōu)選不包含水、氫等。優(yōu)選的是，引入到熱處理裝置中的氮、氧或稀有氣體的純度為6N以上，優(yōu)選為7N以上(即，雜質(zhì)濃度為Ippm以下，優(yōu)選為O. Ippm以下)。
在第二熱處理中，在氧化物半導(dǎo)體層403與絕緣膜407接觸并且柵極絕緣層402與氧化物半導(dǎo)體層403接觸的狀態(tài)下進(jìn)行加熱。因此，可以從絕緣膜407及柵極絕緣層402雙方對(duì)氧化物半導(dǎo)體層403供應(yīng)有可能因?yàn)樯鲜雒撍?或脫氫化)處理而減少的構(gòu)成氧化物半導(dǎo)體的主要成分材料之一的氧。據(jù)此，可以降低氧化物半導(dǎo)體層403中的電荷捕獲中心。此外，通過該第二熱處理，柵極絕緣層402或絕緣膜407中的雜質(zhì)也被同時(shí)去除，由此柵極絕緣層402或絕緣膜407可以高純度化。如上述那樣，采用第一熱處理及第二熱處理中的至少一方時(shí)，可以使氧化物半導(dǎo)體層403盡量不包含其主要成分以外的雜質(zhì)而高純度化。高純度化的氧化物半導(dǎo)體層403含有源自于施體的載流子極少(近于O)。氧化物半導(dǎo)體層403的載流子濃度低于IXlO14/cm3,優(yōu)選低于I X 1012/cm3,更優(yōu)選低于lX10n/cm3。通過上述工序形成圖ID所示的晶體管410。此外,如果需要，也可以在絕緣膜407上還形成保護(hù)絕緣層409 (參照?qǐng)D1E)。注意，對(duì)進(jìn)行第二熱處理的時(shí)序沒有特別的限定，只要在形成氧化物半導(dǎo)體膜530之后進(jìn)行即可。例如，也可以在形成保護(hù)絕緣層409之后進(jìn)行第二熱處理。備選地，可以在第一熱處理結(jié)束后接著進(jìn)行第二處理，或第一熱處理可以兼作第二熱處理或第二熱處理兼作第一熱處理。在根據(jù)本實(shí)施方式的晶體管410中，在氧化物半導(dǎo)體層403的頂面部分及底面部分設(shè)置有含有與氧化物半導(dǎo)體層403相同的成分(即鎵)的氧化鎵膜。通過在氧化物半導(dǎo)體層的頂面部分及底面部分設(shè)置含有與氧化物半導(dǎo)體層相同的成分的氧化鎵膜，當(dāng)鎵從鎵氧化物膜擴(kuò)散到氧化物半導(dǎo)體層中時(shí)，晶體管的電特性也不發(fā)生大變化。使由與氧化物半導(dǎo)體層兼容的材料構(gòu)成的金屬氧化物膜與氧化物半導(dǎo)體層接觸的結(jié)構(gòu)是對(duì)使晶體管具有穩(wěn)定的電特性良好的結(jié)構(gòu)。此外，柵極絕緣層402、氧化物半導(dǎo)體層403、絕緣膜407都可以通過DC濺射法形成，所以沉積速度快并且有利于工業(yè)應(yīng)用。如上所述，通過采用DC濺射法可以提供具有穩(wěn)定的電特性的含有氧化物半導(dǎo)體層的半導(dǎo)體裝置。因此，可以提供可靠性高的半導(dǎo)體裝置。(實(shí)施方式3)
在本實(shí)施方式中，作為半導(dǎo)體裝置的一個(gè)例子將描述存儲(chǔ)介質(zhì)(存儲(chǔ)元件)。在本實(shí)施方式中，在一個(gè)襯底上形成將氧化物半導(dǎo)體用于半導(dǎo)體層且將實(shí)施方式I所示的氧化鎵膜用于絕緣層的晶體管以及將氧化物半導(dǎo)體以外的材料用于半導(dǎo)體層的晶體管。圖2A至2C示出半導(dǎo)體裝置的結(jié)構(gòu)的一個(gè)例子。圖2A示出半導(dǎo)體裝置的截面，并且圖2B示出半導(dǎo)體裝置的俯視面。在此，圖2A相當(dāng)于沿著圖2B中的線C1-C2及線D1-D2的截面。此外，圖2C示出當(dāng)將上述半導(dǎo)體裝置用作存儲(chǔ)元件時(shí)的電路圖的一個(gè)例子。圖2A和圖2B所示的半導(dǎo)體裝置在其下部包括采用第一半導(dǎo)體材料的晶體管140，在其上部包括采用第二半導(dǎo)體材料的晶體管162。在本實(shí)施方式中，第一半導(dǎo)體材料為氧化物半導(dǎo)體以外的半導(dǎo)體材料，第二半導(dǎo)體材料為氧化物半導(dǎo)體。作為氧化物半導(dǎo)體以外的半導(dǎo)體材料，例如可以使用硅、鍺、硅鍺、碳化硅或砷化鎵等，并且優(yōu)選使用單晶半導(dǎo)體。使用這種半導(dǎo)體材料的晶體管可容易進(jìn)行高速工作。另一方面，含有氧化物半導(dǎo)體的晶體管因其特性而可以長期保持電荷。
圖2A至2C中的晶體管140包括設(shè)置在含有半導(dǎo)體材料(例如，硅等)的襯底200中的溝道形成區(qū)116、設(shè)置為中間夾著溝道形成區(qū)116的雜質(zhì)區(qū)120、與雜質(zhì)區(qū)120接觸的金屬化合物區(qū)124、設(shè)置在溝道形成區(qū)116上的柵極絕緣層108以及設(shè)置在柵極絕緣層108上的柵電極110。作為包含半導(dǎo)體材料的襯底200，可以使用硅或碳化硅等的單晶半導(dǎo)體襯底、多晶半導(dǎo)體襯底；硅鍺等的化合物半導(dǎo)體襯底或SOI襯底等。注意，雖然術(shù)語“SOI襯底”一般是指在絕緣表面上設(shè)置有硅半導(dǎo)體層的襯底，但是在本說明書等中，術(shù)語“ SOI襯底”包括在絕緣表面上設(shè)置有含有硅以外的材料的半導(dǎo)體層的襯底。換言之，“SOI襯底”中包含的半導(dǎo)體層不局限于硅半導(dǎo)體層。此外，SOI襯底可以是在玻璃襯底等的絕緣襯底上隔著絕緣層設(shè)置有半導(dǎo)體層的襯底。在襯底200上，圍繞晶體管140地設(shè)置有元件分離絕緣層106。覆蓋晶體管140地設(shè)置有絕緣層128及絕緣層130。注意，為了實(shí)現(xiàn)高集成化，如圖2A至2C所示，晶體管140優(yōu)選不具有側(cè)壁絕緣層。另一方面，在重視晶體管140的特性的情況下，也可以在柵電極110的側(cè)面設(shè)置側(cè)壁絕緣層而雜質(zhì)區(qū)120包括具有不同雜質(zhì)濃度的區(qū)域?？梢岳靡阎夹g(shù)制造晶體管140。作為晶體管140的柵極絕緣層108，也可以使用通過實(shí)施方式I中所述的DC濺射法獲得的氧化鎵膜。晶體管140能夠進(jìn)行高速工作。因此，通過將該晶體管用作讀出晶體管時(shí)，可以高速進(jìn)行信息的讀出。在形成晶體管140之后，作為形成晶體管162及電容器164之前的處理，對(duì)絕緣層128及絕緣層130進(jìn)行CMP處理，使柵電極110的頂面露出。作為使柵電極110的頂面露出的處理，除了 CMP處理以外，還可以采用蝕刻處理等。注意，為了提高晶體管162的特性，優(yōu)選盡可能地使絕緣層128及絕緣層130的表面平坦。 接著，在柵電極110、絕緣層128以及絕緣層130等上形成導(dǎo)電層，并且對(duì)該導(dǎo)電層進(jìn)行選擇性的蝕刻，來形成源電極或漏電極142c以及源電極或漏電極142d。導(dǎo)電層可以利用以濺射法為典型的PVD法或等離子體CVD法等的CVD法來形成。此外，作為導(dǎo)電層的材料，可以使用選自Al、Cr、Cu、Ta、Ti、Mo、W中的元素或以上述元素為成分的合金等。也可以使用Mn、Mg、Zr、Be、Nd、Sc中的任一種或組合了這些元素的任何元素的材料。
導(dǎo)電層既可以是單層結(jié)構(gòu)，又可以是兩層以上的疊層結(jié)構(gòu)。例如，可以舉出鈦膜或氮化鈦膜的單層結(jié)構(gòu)；含有硅的鋁膜的單層結(jié)構(gòu)；在鋁上層疊鈦膜的雙層結(jié)構(gòu)；在氮化鈦膜上層疊鈦膜的雙層結(jié)構(gòu)；層疊以鈦膜、鋁膜及鈦膜順序的三層結(jié)構(gòu)等。注意，當(dāng)導(dǎo)電層具有鈦膜或氮化鈦膜的單層結(jié)構(gòu)時(shí)，有容易將導(dǎo)電層加工為具有錐形的源電極或漏電極142c以及源電極或漏電極142d的優(yōu)點(diǎn)。上部的晶體管162的溝道長度(L)由源電極或漏電極142c的下端部與源電極或漏電極142d的下端部之間的間隔確定。注意，當(dāng)形成溝道長度(L)短于25nm的晶體管時(shí)，優(yōu)選使用波長短即幾nm至幾十nm的超紫外線進(jìn)行形成掩模時(shí)的曝光。接著，在源電極或漏電極142c上形成絕緣層143a，并且在源電極或漏電極142d上形成絕緣層143b。絕緣層143a及絕緣層143b可以通過在形成覆蓋源電極或漏電極142c 及源電極或漏電極142d的絕緣層之后，對(duì)該絕緣層進(jìn)行選擇性的蝕刻形成。此外，與后面形成的柵電極的一部分重疊地形成絕緣層143a及絕緣層143b。通過設(shè)置這種絕緣層，可以降低柵電極與源電極或漏電極之間的電容。 可以使用含有氧化鎵、氧化硅、氧氮化硅、氮化硅或氧化鋁等的無機(jī)絕緣材料的材料形成絕緣層143a及絕緣層143b。當(dāng)將氧化鎵膜用作絕緣層143a及絕緣層143b時(shí)，可根據(jù)實(shí)施方式I形成絕緣層。注意，雖然從降低柵電極與源電極或漏電極之間的電容的觀點(diǎn)而言，優(yōu)選形成絕緣層143a及絕緣層143b，但是也可以采用沒有絕緣層143a及絕緣層143b的結(jié)構(gòu)。接著，在覆蓋源電極或漏電極142c以及源電極或漏電極142d地形成氧化物半導(dǎo)體層之后，對(duì)該氧化物半導(dǎo)體層進(jìn)行選擇性的蝕刻，來形成氧化物半導(dǎo)體層144。然后，優(yōu)選對(duì)氧化物半導(dǎo)體層144進(jìn)行熱處理(第一熱處理)。通過該第一熱處理，可以去除氧化物半導(dǎo)體層144中的過量的氫(包括水及羥基)，改善氧化物半導(dǎo)體層144的結(jié)構(gòu)，并可降低能隙中的缺陷能級(jí)。例如，第一熱處理的溫度為300°C以上且低于550°C，或者400°C以上且500°C以下。例如，可以在將被處理物引入到使用電阻發(fā)熱元件等的電爐中、采用氮?dú)夥铡?50°C、1小時(shí)的條件下進(jìn)行第一熱處理。在此期間，不使氧化物半導(dǎo)體層暴露于大氣，以防止水和氫混入到氧化物半導(dǎo)體層中。通過利用第一熱處理降低雜質(zhì)來形成i型(本征)或?qū)嵸|(zhì)i型的氧化物半導(dǎo)體層，可以形成具有極為優(yōu)良的特性的晶體管162。接著，在氧化物半導(dǎo)體層144上形成與該氧化物半導(dǎo)體層144接觸的柵極絕緣層146。對(duì)于柵極絕緣層146，使用實(shí)施方式I中所述的氧化鎵膜和沉積工序。接著，在柵極絕緣層146上，在與氧化物半導(dǎo)體層144重疊的區(qū)域中形成柵電極148a，并且在與源電極或漏電極142c重疊的區(qū)域中形成電極148b。優(yōu)選在形成柵極絕緣層146之后，在惰性氣體氣氛或氧氣氛下進(jìn)行第二熱處理。在200°C以上且450°C以下，優(yōu)選在250°C以上且350°C以下進(jìn)行第二熱處理。例如，可在氮?dú)夥障乱?50°C進(jìn)行I小時(shí)熱處理。第二熱處理可以降低晶體管162的電特性的變化。注意，第二熱處理的時(shí)序不局限于上文所述。例如，也可以在形成柵電極之后進(jìn)行第二熱處理。備選地，可以在進(jìn)行第一熱處理之后接著進(jìn)行第二熱處理，或第一熱處理可以兼作第二熱處理，或第二熱處理可以兼作第一熱處理。如上述，應(yīng)用第一熱處理及第二熱處理中的至少一方，由此可以使氧化物半導(dǎo)體層144盡量不包含其主要成分以外的雜質(zhì)而高純度化。柵電極148a及電極148b可以在通過在柵極絕緣層146上形成導(dǎo)電層之后，對(duì)該導(dǎo)電層進(jìn)行選擇性的蝕刻來形成。接著,在柵極絕緣層146、柵電極148a及電極148b上形成絕緣層150及絕緣層152。絕緣層150及絕緣層152可以利用濺射法或CVD法等形成。此外，可以使用含有氧化鎵、氧化硅、氧氮化硅、氮化硅、氧化鉿、氧化鋁等的無機(jī)絕緣材料的材料來形成絕緣層150及絕緣層152。還可以使用實(shí)施方式I中所述的氧化鎵膜及其沉積工序形成絕緣層150及絕緣層152。接著，在柵極絕緣層146、絕緣層150及絕緣層152中形成到達(dá)源電極或漏電極142d的開口。通過使用掩模等選擇性地進(jìn)行蝕刻來形成該開口。然后，在上述開口中形成電極154，并且在絕緣層152上形成與電極154接觸的布線 156。例如，電極154可以在通過利用PVD法或CVD法等在包括開口的區(qū)域中形成導(dǎo)電層之后，利用蝕刻處理或CMP等的方法去除上述導(dǎo)電層的一部分來形成。在通過利用濺射法等的PVD法或等離子體CVD法等的CVD法形成導(dǎo)電層之后，對(duì)該導(dǎo)電層進(jìn)行構(gòu)圖，形成布線156。此外，作為導(dǎo)電層的材料，可以使用選自Al、Cr、Cu、Ta、Ti、Mo、W中的元素或以上述元素為成分的合金等。還可以使用Mn、Mg、Zr、Be、Nd、Sc中的任一種或組合了這些元素的任何元素的材料。詳細(xì)內(nèi)容與源電極或漏電極142c等的那些詳細(xì)內(nèi)容類似。通過上述步驟完成包含高純度化的氧化物半導(dǎo)體層144的晶體管162以及電容器164。電容器164包括源電極或漏電極142c、氧化物半導(dǎo)體層144、柵極絕緣層146以及電極 148b ο注意，在圖2A至2C中的電容器164中，層疊氧化物半導(dǎo)體層144和柵極絕緣層146，由此可以充分確保源電極或漏電極142c與電極148b之間的絕緣性。當(dāng)然，為了確保足夠的電容，可以省略電容器164中的氧化物半導(dǎo)體層144。備選地，也可以在電容器164中包括與絕緣層143a的方式類似的方式形成的絕緣層。還備選地，當(dāng)不需要電容器時(shí)，也可以省略電容器164。圖2C示出將上述半導(dǎo)體裝置用作存儲(chǔ)元件時(shí)的電路圖的一個(gè)例子。在圖2C中，晶體管162的源電極及漏電極中的一方、電容器164的一個(gè)電極以及晶體管140的柵極相互電連接。第一布線(第I線也稱為源極線)與晶體管140的源電極電連接。第二布線(第2線也稱為位線)與晶體管140的柵電極電連接。第三布線(第3線也稱為第一信號(hào)線)與晶體管162的源電極及漏電極中的另一方電連接，第四布線(第4線也稱為第二信號(hào)線)與晶體管162的柵電極電連接。并且，第五布線(第5線也稱為字線)與電容器164的另一個(gè)電極相互電連接。因?yàn)榘趸锇雽?dǎo)體的晶體管162截止電流極小，所以在晶體管162處于截止?fàn)顟B(tài)時(shí)，可以極長時(shí)間保持晶體管162的源電極及漏電極中的一方、電容器164的一個(gè)電極以及晶體管140的柵電極相互電連接的節(jié)點(diǎn)(下面，節(jié)點(diǎn)FG)的電位。電容器164有助于保持施加到節(jié)點(diǎn)FG的電荷，并且讀出所保持的數(shù)據(jù)。在將數(shù)據(jù)儲(chǔ)存在存儲(chǔ)單元中的情況(數(shù)據(jù)的寫入)下，首先，將第四布線的電位設(shè)定為使晶體管162成為導(dǎo)通狀態(tài)的電位，由此使晶體管162成為導(dǎo)通狀態(tài)。據(jù)此，將第三布線的電位施加到節(jié)點(diǎn)FG，在節(jié)點(diǎn)FG中積蓄預(yù)定量的電荷。在此，施加不同的兩種電位電平的電荷(下面稱為低(Low)電平電荷、高(High)電平電荷)被供應(yīng)到節(jié)點(diǎn)FG。然后，將第四布線的電位設(shè)定為使晶體管162成為截止?fàn)顟B(tài)的電位，由此使晶體管162成為截止?fàn)顟B(tài)。這使得節(jié) 點(diǎn)FG成為浮動(dòng)狀態(tài)，并且在節(jié)點(diǎn)FG中保持預(yù)定量的電荷。通過如上所述那樣使節(jié)點(diǎn)FG中積蓄并保持預(yù)定量的電荷，由此存儲(chǔ)單元可儲(chǔ)存數(shù)據(jù)。因?yàn)榫w管162的截止電流極小，所以施加到節(jié)點(diǎn)FG的電荷被保持極長時(shí)間。因此，不需要刷新工作，或者，可以大為降低刷新工作的頻率，這導(dǎo)致充分降低耗電量。此外，在沒有電力供應(yīng)時(shí)，也可以較長時(shí)間保持儲(chǔ)存數(shù)據(jù)。在讀出儲(chǔ)存在存儲(chǔ)單元中的數(shù)據(jù)的情況(數(shù)據(jù)的讀出)下，當(dāng)在對(duì)第一布線施加預(yù)定電位(固定電位)時(shí)對(duì)第五布線施加適當(dāng)?shù)碾娢?讀出電位)，由此晶體管140根據(jù)保持在節(jié)點(diǎn)FG的電荷量而改變其狀態(tài)。這是因?yàn)椋ǔ?，在晶體管140為η溝道型晶體管的情況下，節(jié)點(diǎn)FG中保持高電平電荷時(shí)的晶體管140的外觀上的閾值Vth Η低于節(jié)點(diǎn)FG中保持低電平電荷時(shí)的晶體管140的外觀上的閾值VthJ的緣故。在此，外觀上的閾值是指為了使晶體管140成為“導(dǎo)通狀態(tài)”而需要的第五布線的電位。因此，通過將第五布線的電位設(shè)定為Vthj和VthJ中間的電位Vtl，可以確定節(jié)點(diǎn)FG中所保持的電荷。例如，在當(dāng)寫入中對(duì)節(jié)點(diǎn)FG供應(yīng)高電平電荷的情況下，當(dāng)?shù)谖宀季€的電位設(shè)為Vtl O VthH)時(shí)，晶體管140成為“導(dǎo)通狀態(tài)”。在當(dāng)寫入中對(duì)節(jié)點(diǎn)FG供應(yīng)低電平電荷的情況下，即使第五布線的電位設(shè)為Vtl VthL),晶體管140還處于“截止?fàn)顟B(tài)”。由此，通過控制第五布線的電位并確定晶體管140處于導(dǎo)通狀態(tài)還是截止?fàn)顟B(tài)(讀出第二布線的電位)，可以讀出儲(chǔ)存在存儲(chǔ)單元中的數(shù)據(jù)。此外，在重寫儲(chǔ)存在存儲(chǔ)單元中的數(shù)據(jù)的情況下，通過對(duì)進(jìn)行上述寫入而保持預(yù)定量的電荷的節(jié)點(diǎn)FG施加新電位，使節(jié)點(diǎn)FG中保持新數(shù)據(jù)的電荷。具體而言，將第四布線的電位設(shè)定為使晶體管162成為導(dǎo)通狀態(tài)的電位，由此使晶體管162成為導(dǎo)通狀態(tài)。據(jù)此，第三布線的電位(新數(shù)據(jù)的電位)被施加到節(jié)點(diǎn)FG，而節(jié)點(diǎn)FG中積蓄預(yù)定量的電荷。然后，將第四布線的電位設(shè)定為使晶體管162成為截止?fàn)顟B(tài)的電位，由此使晶體管162成為截止?fàn)顟B(tài)。因此節(jié)點(diǎn)FG中保持新數(shù)據(jù)的電荷。就是說，在進(jìn)行第一寫入而節(jié)點(diǎn)FG保持預(yù)定量的電荷的狀態(tài)下進(jìn)行與第一寫入同樣的工作(第二寫入)，由此可以重寫儲(chǔ)存在存儲(chǔ)單元中的數(shù)據(jù)。因?yàn)樵诒緦?shí)施方式中所述的晶體管162中，柵極絕緣層及氧化物半導(dǎo)體層都通過DC濺射法形成，所以可以抑制界面陷阱、膜中陷阱等的缺陷的發(fā)生。再者，通過使用高純度化且本征化的氧化物半導(dǎo)體層144，可以充分降低晶體管162的截止電流。并且，通過使用該晶體管162，可以獲得能夠極長時(shí)間保持存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的半導(dǎo)體裝置。此外，在本實(shí)施方式中所述的半導(dǎo)體裝置中，晶體管140和晶體管162相互重疊，因此可以實(shí)現(xiàn)集成度充分改進(jìn)的半導(dǎo)體裝置。本實(shí)施方式中所述的結(jié)構(gòu)或方法等可以與其他實(shí)施方式中所述的任何結(jié)構(gòu)或方法等適當(dāng)?shù)亟M合來使用。(實(shí)施方式4)
可以使用實(shí)施方式2中作為例子所述的晶體管制造出具有顯示功能的半導(dǎo)體裝置(也稱為顯示裝置)。此外，可以將包括晶體管的驅(qū)動(dòng)電路的一部分或整體一體形成在形成像素部分的襯底上，由此形成系統(tǒng)型面板(system-on-panel)。在圖3A中，圍繞設(shè)置在第一襯底4001上的像素部分4002地設(shè)置有密封材料4005并且在第一襯底4001和第二襯底4006之間密封像素部分4002。在圖3A中，在第一襯底4001上的與由密封材料4005圍繞的區(qū)域不同的區(qū)域中安裝有掃描線驅(qū)動(dòng)電路4004及信號(hào)線驅(qū)動(dòng)電路4003，該掃描線驅(qū)動(dòng)電路4004及信號(hào)線驅(qū)動(dòng)電路4003使用單晶半導(dǎo)體膜或多晶半導(dǎo)體膜形成在另行準(zhǔn)備的襯底上。此外，對(duì)另行形成的信號(hào)線驅(qū)動(dòng)電路4003和掃描線驅(qū)動(dòng)電路4004以及像素部分4002供應(yīng)的各種信號(hào)及電位是從柔性印刷電路(FPC)4018a、4018b供應(yīng)的。在圖3B和3C中，圍繞設(shè)置在第一襯底4001上的像素部分4002及掃描線驅(qū)動(dòng)電路4004地設(shè)置有密封材料4005。在像素部分4002及掃描線驅(qū)動(dòng)電路4004上設(shè)置有第二襯底4006。因此，像素部分4002及掃描線驅(qū)動(dòng)電路4004被第一襯底4001、密封材料4005 以及第二襯底4006與顯示元件一起密封。在圖3B和3C中，在第一襯底4001上的與由密封材料4005圍繞的區(qū)域不同的區(qū)域中安裝有信號(hào)線驅(qū)動(dòng)電路4003，該信號(hào)線驅(qū)動(dòng)電路4003使用單晶半導(dǎo)體膜或多晶半導(dǎo)體膜形成在另行準(zhǔn)備的襯底上。在圖3B和3C中，對(duì)另行形成的信號(hào)線驅(qū)動(dòng)電路4003、掃描線驅(qū)動(dòng)電路4004以及像素部分4002供應(yīng)的各種信號(hào)及電位是從FPC 4018供應(yīng)的。雖然圖3B和3C各示出另行形成信號(hào)線驅(qū)動(dòng)電路4003并將其安裝在第一襯底4001上的例子，但是本發(fā)明不局限于該結(jié)構(gòu)。既可以另行形成掃描線驅(qū)動(dòng)電路而安裝，又可以另行僅形成信號(hào)線驅(qū)動(dòng)電路的一部分或掃描線驅(qū)動(dòng)電路的一部分而安裝。注意，對(duì)另行形成的驅(qū)動(dòng)電路的連接方法沒有特別的限制，可以采用玻璃上芯片安裝(Chip On Glass, COG)方法、引線鍵合法或帶式自動(dòng)接合(Tape Automated Bonding,TAB)方法等。圖3A示出通過COG方法安裝信號(hào)線驅(qū)動(dòng)電路4003及掃描線驅(qū)動(dòng)電路4004的例子。圖3B示出通過COG方法安裝信號(hào)線驅(qū)動(dòng)電路4003的例子。圖3C示出通過TAB方法安裝信號(hào)線驅(qū)動(dòng)電路4003的例子。此外，顯示裝置包括密封有顯示元件的面板以及在該面板上安裝有包括控制器的IC等的|旲塊。注意，本說明書中的顯示裝置是指圖像顯示器件、顯示器件或光源(包括照明裝置)。此外，顯示裝置還包括安裝有FPC、TAB膠帶或TCP的模塊；將印刷線路板設(shè)置在TAB膠帶或TCP端部的模塊；通過COG方式將IC (集成電路)直接安裝到顯示元件的模塊。此外，設(shè)置在第一襯底上的像素部分及掃描線驅(qū)動(dòng)電路包括多個(gè)晶體管，并且作為該晶體管可以應(yīng)用其例子在實(shí)施方式2中描述的晶體管。作為設(shè)置在顯示裝置中的顯示元件，可以使用液晶元件(也稱為液晶顯示元件)或發(fā)光元件(也稱為發(fā)光顯示元件)。發(fā)光元件在其范疇內(nèi)包括通過電流或電壓控制亮度的元件，具體而言，發(fā)光元件在其范疇內(nèi)包括無機(jī)電致發(fā)光(Electro Luminescence, EL)元件、有機(jī)EL元件等。此外，也可以使用電子墨水等的通過電作用改變對(duì)比度的顯示介質(zhì)。將參照?qǐng)D4和圖5描述半導(dǎo)體裝置的一個(gè)方式。圖4和圖5相當(dāng)于沿著圖3B中的線M-N的截面圖。如圖4和圖5所示，半導(dǎo)體裝置包括連接端子電極4015及端子電極4016，并且連接端子電極4015及端子電極4016通過各向異性導(dǎo)電膜4019與FPC 4018所具有的端子電連接。連接端子電極4015使用與第一電極層4030相同的導(dǎo)電膜形成，并且端子電極4016使用與晶體管4010、4011的源電極及漏電極相同的導(dǎo)電膜形成。設(shè)置在第一襯底4001上的像素部分4002和掃描線驅(qū)動(dòng)電路4004包括多個(gè)晶體管。在圖4和圖5示出像素部分4002中所包括的晶體管4010及掃描線驅(qū)動(dòng)電路4004中所包括的晶體管4011,作為例子。在本實(shí)施方式中，可以應(yīng)用實(shí)施方式2中所述的晶體管到晶體管4010和晶體管4011。晶體管4010和晶體管4011的可靠性高并且它們?cè)陔娦陨戏€(wěn)定。因此，作為圖4和圖5中所示的本實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置，可以提供可靠性高的半導(dǎo)體裝置。在像素部分4002中包含的晶體管4010與顯示元件電連接，而形成顯示面板。只要是可以進(jìn)行顯示，可以使用各種各樣的顯示元件作為顯示元件。
圖4中描述作為顯示元件使用了液晶元件的液晶顯示裝置的例子。在圖4中，作為顯示元件的液晶元件4013包括第一電極層4030、第二電極層4031以及液晶層4008。另夕卜，夾著液晶層4008地設(shè)置有用作取向膜的絕緣膜4032、4033。第二電極層4031設(shè)置在第二襯底4006 —側(cè)，并且第一電極層4030與第二電極層4031中間夾著液晶層4008地層疊。此外，絕緣層4035是通過選擇性地蝕刻絕緣膜而獲得的柱狀間隔物，并且是為了控制液晶層4008的厚度(單元間隙)而設(shè)置的。備選地，還可以使用球狀間隔物。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、聚合物分散型液晶、鐵電液晶、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、手性向列相、均質(zhì)相等。備選地，還可以采用不使用取向膜的呈現(xiàn)藍(lán)相(blue phase)的液晶。藍(lán)相是液晶相中的一種，是指當(dāng)使膽留相液晶的溫度升高時(shí)在即將從膽留相轉(zhuǎn)變成均質(zhì)相之前呈現(xiàn)的相。因?yàn)樗{(lán)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%以上的手征性試劑的液晶組合物用于液晶層，以擴(kuò)大溫度范圍。由于包含呈現(xiàn)藍(lán)相的液晶和手征性試劑的液晶組成物的響應(yīng)速度短，即為Imsec以下，并且具有光學(xué)各向同性，所以不需要取向處理并且視角依賴性小。此外，因可以不設(shè)置取向膜而還不需要進(jìn)行摩擦處理，因此，可以防止摩擦處理所引起的靜電損壞而可以減輕制造工序中的液晶顯示裝置的缺陷或損壞。從而，可以提聞液晶顯不裝置的生廣率?？紤]到設(shè)置在像素部分中的晶體管的泄漏電流等，使在液晶顯示裝置中形成的存儲(chǔ)電容器能夠在預(yù)定期間內(nèi)保持電荷地設(shè)定該存儲(chǔ)電容器的電容量。此外，因?yàn)榘瑢?shí)施方式2中所獲得的高純度化的氧化物半導(dǎo)體層的晶體管可以得到較高的場效應(yīng)遷移率，所以可能實(shí)現(xiàn)高速工作。由此，通過將上述晶體管用于液晶顯示裝置的像素部分中，可以提供高質(zhì)量圖像。此外，由于上述晶體管可以在同一襯底上分別設(shè)置在驅(qū)動(dòng)電路部分和像素部分中，所以可以減少液晶顯示裝置的部件個(gè)數(shù)。對(duì)于液晶顯示裝置，可以使用扭曲向列(Twisted Nematic, TN)模式、平面內(nèi)轉(zhuǎn)換(In-Plane-Switching, IPS)模式、邊緣電場轉(zhuǎn)換(Fringe Field Switching, FFS)模式、軸對(duì)稱排列微單兀(Axially Symmetric aligned Micro — cell, ASM)模式、光學(xué)補(bǔ)償彎曲(Optical Compensated Birefringence, OCB)模式、鐵電性液晶(Ferroelectric LiquidCrystal, FLC)模式、以及反鐵電性液晶(Anti Ferroelectric Liquid Crystal, AFLC)模式等。此外，也可以使用常黑液晶顯示裝置，諸如采用了垂直取向(VA)模式的透過型液晶顯示裝置。在此，垂直取向模式是指一種控制液晶顯示面板的液晶分子的排列的方式，并且是一種在沒有施加電壓時(shí)液晶分子朝垂直于面板表面的方向排列的方式。作為垂直取向模式可以給出一些實(shí)例。諸如可以采用MVA(Multi_Domain Vertical Alignment,多疇垂直取向)模式、PVA (Patterned Vertial Alignment,構(gòu)型垂直取向)模式、ASV模式等。此外，可能使用被稱為域倍增(domain multiplication)或多域設(shè)計(jì)的方法,其中將像素(pixel)分成為幾個(gè)子像素(sub pixel)，并且在其相應(yīng)區(qū)域中分別將分子朝不同的方向取向。此外，在顯示裝置中適當(dāng)?shù)卦O(shè)置黑底(遮光層)、偏振構(gòu)件、相位差構(gòu)件、抗反射構(gòu)件等的光學(xué)構(gòu)件(光學(xué)襯底)等。尤其是，為了提高顯示裝置的可靠性，使用黑底阻擋光以不使光照射到晶體管的氧化物半導(dǎo)體層上是很重要的。此外，也可以使用偏振襯底及相位差襯底獲得圓偏振。此外，也可以將背光燈、側(cè)光燈等用作光源。
此外，也可能將發(fā)光顏色不同的多種發(fā)光二極管(LED)用作背光燈，來采用分時(shí)顯示法(場順序驅(qū)動(dòng)法)。通過采用場序制驅(qū)動(dòng)法，可以不使用濾色片地進(jìn)行彩色顯示。此外，作為像素部分中的顯示方法，可以采用逐行法或隔行法等。通過在顯示裝置中設(shè)置RGB (R為紅色，G為綠色，B為藍(lán)色)的三種顏色的濾色片作為進(jìn)行彩色顯示時(shí)在像素中控制的彩色要素，還可以進(jìn)行彩色顯示。當(dāng)進(jìn)行彩色顯示時(shí)在像素中控制的彩色要素不局限于RGB的三種顏色。例如，還可以使用RGBW (W為白色)或者在RGB中追加黃色、青色、品紅色等的一種以上的顏色。另外，每個(gè)顏色要素的點(diǎn)的顯示區(qū)域也可以具有互不相同的尺寸。然而，本實(shí)施方式的顯示裝置不局限于彩色顯示的顯示裝置，還可以應(yīng)用于黑白顯示的顯示裝置。此外，作為顯示裝置，也可以提供驅(qū)動(dòng)電子墨水的電子紙。電子紙也稱為電泳顯示裝置(電泳顯示器)，并具有如下優(yōu)點(diǎn)與常規(guī)紙相同的易讀性；耗電量比其他顯示裝置小；可以形成為薄而輕的形狀。電泳顯示裝置可有各種方式。電泳顯示裝置在溶劑或溶質(zhì)中分散有多個(gè)微囊，微囊各包含具有正電荷的第一粒子和具有負(fù)電荷的第二粒子。通過對(duì)微囊施加電場來使微囊中的粒子向彼此相反的方向移動(dòng)，以僅顯示集合在一側(cè)的粒子的顏色。注意，第一粒子和第二粒子各包含染料，并且在沒有施加電場時(shí)不移動(dòng)。此外，第一粒子和第二粒子具有不同顏色(其可以是無色)。因此，電泳顯示裝置是利用介電常數(shù)高的物質(zhì)移動(dòng)到高電場區(qū)即所謂的介電電泳效應(yīng)的顯示器。在溶劑中分散有多個(gè)上述微囊的溶液被稱為電子墨水。該電子墨水可以印刷到玻璃、塑料、布、紙等的表面上。此外，還可以使用濾色片或具有色素的粒子來進(jìn)行彩色顯示。注意，微囊中的第一粒子及第二粒子，可由選自導(dǎo)電材料、絕緣材料、半導(dǎo)體材料、磁性材料、液晶材料、鐵電性材料、電致發(fā)光材料、電致變色材料、磁泳材料中的一種或任何這些材料的組合材料來形成。作為電子紙，可以應(yīng)用使用旋轉(zhuǎn)球顯示系統(tǒng)的顯示裝置。旋轉(zhuǎn)球顯示系統(tǒng)是一種方法，其中將分別著色為白色和黑色的球形粒子配置在作為用于顯示元件的電極層的第一電極層和第二電極層之間，并且在第一電極層和第二電極層之間產(chǎn)生電位差控制球形粒子的方向，由此進(jìn)行顯示。圖5示出作為半導(dǎo)體裝置的一個(gè)方式的有源矩陣型的電子紙。圖5中的電子紙為使用旋轉(zhuǎn)球顯示方式的顯示裝置的例子。在連接于晶體管4010的第一電極層4030與設(shè)置在第二襯底4006上的第二電極層4031之間設(shè)置有各包括黑色區(qū)4615a及白色區(qū)4615b的球形粒子4613。在球形粒子4613周圍填充有填料4614，例如樹脂。第二電極層4031相當(dāng)于公共電極(對(duì)置電極)。第二電極層4031與公共電位線電連接。在圖4及圖5中，作為第一襯底4001及第二襯底4006除了玻璃襯底以外還可以使用具有透光屬性的柔性襯底，例如塑料襯底等。作為塑料，可以使用纖維增強(qiáng)塑料(Fiberglass-Reinforced Plastics ;FRP)板、聚氟乙烯(PVF)薄膜、聚酯薄膜或丙烯樹脂薄膜。此外，還可以使用具有PVF薄膜或聚酯薄膜夾著鋁箔的結(jié)構(gòu)的薄片。 可以使用無機(jī)絕緣材料或有機(jī)絕緣材料形成絕緣層4021。注意，通過使用具有耐熱性的有機(jī)絕緣材料如丙烯酸樹脂、聚酰亞胺、苯并環(huán)丁烯樹脂、聚酰胺、環(huán)氧樹脂等形成的絕緣層4021，優(yōu)選用作平坦化絕緣膜。此外，除了這類有機(jī)絕緣材料之外，還可能使用低介電常數(shù)材料(低k材料)、硅氧烷類樹脂、磷硅玻璃(PSG)、硼磷硅玻璃(BPSG)等。另外，也可以通過層疊多個(gè)由這些材料形成的絕緣膜，來形成絕緣層。對(duì)于形成絕緣層4021的方法沒有特別限制，并且可以根據(jù)材料采用濺射法、旋涂法、浸涂法、噴涂、液滴噴出法(如噴墨法、絲網(wǎng)印刷、膠版印刷等)、輥涂布、幕式涂布、刮刀涂布等形成絕緣層4021。顯示裝置通過使來自光源或顯示元件的光透過來進(jìn)行顯示。因此，設(shè)置在使光透過的像素部分的襯底、絕緣膜、導(dǎo)電膜等的薄膜都對(duì)在可見光的波長區(qū)域的光具有透光性。對(duì)顯示元件施加電壓的第一電極層及第二電極層(其中每個(gè)可稱為像素電極層、公共電極層、對(duì)置電極層等)根據(jù)采光方向、設(shè)置電極層的位置以及電極層的圖案結(jié)構(gòu)等選擇透光性或反射性即可。第一電極層4030及第二電極層4031可以使用如含有氧化鎢的氧化銦、含有氧化鎢的氧化銦鋅、含有氧化鈦的氧化銦、含有氧化鈦的氧化銦錫、氧化銦錫(下面稱為ITO )、氧化銦鋅或添加有氧化硅的氧化銦錫等具有透光性的導(dǎo)電材料?？梢允褂眠x自鎢(W)、鑰(Mo)、鋯(Zr)、鉿(Hf)、釩(V)、鈮(Nb)、鉭(Ta)、鉻(Cr)、鈷(Co)、鎳(Ni)、鈦(Ti)、鉬(Pt)、鋁(Al)、銅(Cu)或銀(Ag)等的金屬、這些金屬的合金以及這些金屬的氮化物中的一種或多種材料來形成第一電極層4030及第二電極層4031?？梢詫⒑袑?dǎo)電高分子(也稱為導(dǎo)電聚合物)的導(dǎo)電組合物使用第一電極層4030及第二電極層4031。作為導(dǎo)電高分子，可以使用所謂的π電子共軛類導(dǎo)電高分子。例如，可以舉出聚苯胺或其衍生物、聚吡咯或其衍生物、聚噻吩或其衍生物、或者含有苯胺、吡咯、噻吩中的兩種以上的共聚物或其衍生物等。此外，由于晶體管容易因靜電等而損壞，所以優(yōu)選設(shè)置用來保護(hù)驅(qū)動(dòng)電路的保護(hù)電路。優(yōu)選使用非線性元件形成保護(hù)電路。通過如上所述那樣使用實(shí)施方式2中作為例子的晶體管，可以提供可靠性高的半導(dǎo)體裝置。注意，實(shí)施方式2中所述的晶體管不僅可以應(yīng)用于上述具有顯示功能的半導(dǎo)體裝置中，還可以應(yīng)用于諸如安裝到電源電路中的功率器件、LSI等的半導(dǎo)體集成電路、具有讀出對(duì)象的信息的圖像傳感器功能的半導(dǎo)體裝置等具有各種功能的半導(dǎo)體裝置中。本實(shí)施方式中所述的結(jié)構(gòu)或方法等可以與其他實(shí)施方式在哦功能所述的任何結(jié)構(gòu)或方法等適當(dāng)?shù)亟M合來使用。(實(shí)施方式5)
本說明書所公開的半導(dǎo)體裝置可以應(yīng)用于各種各樣的電子裝置(也包括游戲機(jī))。電子裝置的例子有，電視裝置(也稱為電視或電視接收機(jī))、計(jì)算機(jī)等的監(jiān)視器、如數(shù)碼相機(jī)、數(shù)碼攝像機(jī)等的影像拍攝裝置、數(shù)碼相框、移動(dòng)電話機(jī)(也稱為手機(jī)、移動(dòng)電話裝置)、便攜式游戲機(jī)、便攜式信息終端、聲音再現(xiàn)裝置、彈子機(jī)等大型游戲機(jī)等。將描述具備在上述實(shí)施方式中描述的液晶顯示裝置的電子裝置的例子。圖6A示出膝上型個(gè)人計(jì)算機(jī)，該膝上型個(gè)人計(jì)算機(jī)包括主體3001、框體3002、顯示部分3003及鍵盤3004等。通過使用實(shí)施方式2或4中所述的半導(dǎo)體裝置，膝上型個(gè)人計(jì)算機(jī)可具有高可靠性。 圖6B示出便攜式信息終端(PDA)，在主體3021中包括顯示部分3023、外部接口3025及操作按鈕3024等。此外，作為用來操作的附屬品有觸屏筆3022。通過使用實(shí)施方式2或4中所述的半導(dǎo)體裝置，便攜式信息終端(PDA)可以具有高可靠性。圖6C示出電子書閱讀器的一個(gè)例子。例如，電子書閱讀器2700包括兩個(gè)框體，即框體2701及框體2703?？蝮w2701及框體2703由軸部分2711形成為一體，使得可以將該軸部分2711作為軸對(duì)電子書閱讀器2700進(jìn)行開閉動(dòng)作。通過采用這種結(jié)構(gòu)，電子書閱讀器2700可以像如紙的書籍那樣操作?？蝮w2701組裝有顯示部分2705，并且框體2703組裝有顯示部分2707。顯示部分2705及顯示部分2707可以顯示一個(gè)圖像或不同圖像。在顯示部分2705及顯示部分2707顯示不同圖像的情況下，例如在右側(cè)的顯示部分(圖6C中的顯示部分2705)可以顯示文本，而在左側(cè)的顯示部分(圖6C中的顯示部分2707)可以顯示圖形。通過使用實(shí)施方式2或4中所述的半導(dǎo)體裝置，電子書閱讀器可以具有高可靠性。圖6C示出框體2701設(shè)有操作部分等的例子。例如，框體2701設(shè)有有電源開關(guān)2721、操作鍵2723、揚(yáng)聲器2725等。利用操作鍵2723可以翻頁。注意，也可以在與框體的顯示部分相同的面上設(shè)置有鍵盤、定點(diǎn)裝置等。此外，也可以在框體背面或側(cè)面設(shè)置外部連接端子(耳機(jī)端子、USB端子等)、記錄介質(zhì)插入部分等。再者，電子書閱讀器2700也可以具有電子詞典的功能。電子書閱讀器2700也可以具有能夠以無線方式收發(fā)數(shù)據(jù)的配置。通過無線通信，從電子書籍服務(wù)器購買并下載所希望的書籍?dāng)?shù)據(jù)等。圖6D示出移動(dòng)電話，其包括兩個(gè)框體，S卩框體2800及框體2801構(gòu)成。框體2801包括顯示面板2802、揚(yáng)聲器2803、麥克風(fēng)2804、定點(diǎn)裝置2806、照相用透鏡2807、外部連接端子2808等。此外，框體2800包括對(duì)移動(dòng)電話進(jìn)行充電的太陽能電池單元2810、外部存儲(chǔ)器槽2811等。此外，在框體2801內(nèi)組裝有天線。通過使用實(shí)施方式2或4中所述的半導(dǎo)體裝置，移動(dòng)電話可以具有高可靠性。顯示面板2802設(shè)置有觸摸板。在圖6D中使用虛線示出被顯示為圖形的多個(gè)操作鍵2805。注意，還包括用來使在太陽能電池單元2810中輸出的電壓上升到各電路所需要的電壓的升壓電路。也可以應(yīng)用實(shí)施方式2中所述的半導(dǎo)體裝置到升壓電路。
在顯示面板2802中，顯示方向可根據(jù)使用方式而適當(dāng)?shù)刈兓４送?，由于在與顯示面板2802同一面上設(shè)置有照相用透鏡2807，所以它可以用作視頻電話。揚(yáng)聲器2803及麥克風(fēng)2804不局限于音頻呼叫，還可以進(jìn)行視頻電話呼叫、錄音、重放等。再者，框體2800及框體2801滑動(dòng)而可以從如圖6D那樣的展開狀態(tài)變成重疊狀態(tài)，因此可以減少移動(dòng)電話的尺寸，這使得移動(dòng)變化適于攜帶。外部連接端子2808可以與AC適配器及各種電纜如USB電纜等連接，并且可以進(jìn)行充電及與個(gè)人計(jì)算機(jī)等的數(shù)據(jù)通信。此外，通過將記錄介質(zhì)插入外部存儲(chǔ)器槽2811中，可以儲(chǔ)存及移動(dòng)更大量的數(shù)據(jù)。此外，也可以是除了上述功能以外還提供紅外通信功能、電視接收功能等。圖6E示出數(shù)碼攝像機(jī)，該數(shù)碼攝像機(jī)包括主體3051、顯示部分A3057、取景器3053、操作開關(guān)3054、顯示部分B3055、電池3056等。通過使用實(shí)施方式2或4中所述的半 導(dǎo)體裝置，數(shù)碼攝像機(jī)可以具有高可靠性。圖6F示出電視裝置的一個(gè)例子。在電視裝置9600中，框體9601組裝有顯示部分9603。顯示部分9603可以顯示圖像。此外，利用支架9605支撐框體9601。通過使用實(shí)施方式2或4中所述的半導(dǎo)體裝置，電視裝置可以具有高可靠性。電視裝置9600的操作可以利用框體9601所具備的操作開關(guān)或另外提供的遙控器9610來進(jìn)行。此外，遙控器也可以設(shè)置有顯示從該遙控器輸出的信息的顯示部分。注意，電視裝置9600設(shè)置有接收機(jī)、調(diào)制解調(diào)器等。通過利用接收機(jī)可接收一般的電視廣播。再者，通過調(diào)制解調(diào)器以有線或無線方式將顯示裝置連接到通信網(wǎng)絡(luò)時(shí)，可進(jìn)行單向(從發(fā)送者到接收者)或雙向(在發(fā)送者和接收者之間或在接收者之間等)的信息通 目。本實(shí)施方式中所述的結(jié)構(gòu)或方法等可以與其他實(shí)施方式中所述的任何結(jié)構(gòu)或方法等適當(dāng)?shù)亟M合來使用。本申請(qǐng)基于2010年4月16日向日本專利局提交的日本專利申請(qǐng)2010 — 095333，其整體內(nèi)容通過引用結(jié)合與本文。
權(quán)利要求
1.一種沉積方法，包括如下步驟 對(duì)具有導(dǎo)電性且包括氧化鎵的氧化物靶材施加DC電壓；以及 在含有稀有氣體和氧的混合氣氛中在沉積襯底上沉積氧化鎵膜。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的沉積方法，其中所述氧化物靶材含有硅。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的沉積方法，其中所述氧化物靶材含有鋁。
4.一種半導(dǎo)體裝置的制造方法，包括如下步驟 形成柵電極； 通過濺射法形成包括第一氧化鎵膜的柵極絕緣層； 在所述柵極絕緣層上形成與所述柵電極重疊的氧化物半導(dǎo)體層；以及 通過所述濺射法與所述氧化物半導(dǎo)體層接觸地形成第二氧化鎵膜。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中使用脈沖DC電源作為用來進(jìn)行所述濺射法的電源。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中用于所述濺射法的氧化物靶材含有娃。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中用于所述濺射法的氧化物靶材含有鋁。
8.一種半導(dǎo)體裝置的制造方法，包括如下步驟 形成氧化物半導(dǎo)體層； 通過濺射法在所述氧化物半導(dǎo)體層上與該氧化物半導(dǎo)體層接觸地形成包括氧化鎵膜的柵極絕緣層；以及 在所述柵極絕緣層上形成柵電極。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中使用脈沖DC電源作為用來進(jìn)行所述濺射法的電源。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中用于所述濺射法的氧化物靶材含有娃。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中用于所述濺射法的氧化物靶材含有鋁。
12.—種半導(dǎo)體裝置的制造方法，包括如下步驟 在襯底上形成柵電極層； 通過濺射法在所述柵電極層上形成柵極絕緣層； 在所述柵極絕緣層上形成與所述柵電極層重疊的氧化物半導(dǎo)體層；以及 通過所述濺射法在所述氧化物半導(dǎo)體層上與該氧化物半導(dǎo)體層接觸地形成絕緣層， 其中，所述柵極絕緣層及所述絕緣層中的每個(gè)都包括氧化鎵，以及 其中，通過對(duì)氧化物靶材施加DC電壓來進(jìn)行所述濺射法。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中所述氧化物靶材含有GaOx,其中X為O. 01以上且O. 5以下。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中所述氧化物靶材含有Si及Al中的一方或雙方，其中Si及Al中的一方或雙方的濃度為O. 01 atom%以上且10 atom%以下。
15.根據(jù)權(quán)利要求12所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中在氧氣氛、氬氣氛或含有氧和氬的氣氛下進(jìn)行所述濺射法。
16.根據(jù)權(quán)利要求12所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中在氮、氧、超干燥空氣或稀有氣體的氣氛下以250°C加熱所述氧化物半導(dǎo)體層。
17.一種半導(dǎo)體裝置的制造方法，包括如下步驟 在襯底上形成柵電極層； 通過濺射法在所述柵電極層上形成柵極絕緣層； 在所述柵極絕緣層上形成與所述柵電極層重疊的氧化物半導(dǎo)體層； 在所述氧化物半導(dǎo)體層上形成源電極層及漏電極層；以及 通過所述濺射法在所述氧化物半導(dǎo)體層、所述源電極層及所述漏電極層上形成絕緣層，以使所述絕緣層與所述氧化物半導(dǎo)體層的一部分接觸， 其中，所述柵極絕緣層及所述絕緣層中的每個(gè)都包括氧化鎵，以及 其中，通過對(duì)氧化物靶材施加DC電壓來進(jìn)行所述濺射法。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中所述氧化物靶材含有GaOx,其中X為O. 01以上且O. 5以下。
19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中所述氧化物靶材含有Si及Al中的一方或雙方，其中Si及Al中的一方或雙方的濃度為O. 01 atom%以上且10 atom%以下。
20.根據(jù)權(quán)利要求17所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中在氧氣氛、氬氣氛或含有氧和氬的氣氛下進(jìn)行所述濺射法。
21.根據(jù)權(quán)利要求17所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中在氮、氧、超干燥空氣或稀有氣體的氣氛下以250°C加熱所述氧化物半導(dǎo)體層。
22.—種半導(dǎo)體裝置的制造方法，包括如下步驟 在襯底上形成源電極層、漏電極層以及電容器的第一電極； 通過濺射法在所述襯底上的所述源電極層、所述漏電極層以及所述電容器的所述第一電極上形成絕緣層； 選擇性地蝕刻所述絕緣層以形成第一絕緣層及第二絕緣層，其中所述第一絕緣層覆蓋所述源電極層的一部分，并且所述第二絕緣層覆蓋所述漏電極層的一部分； 形成與所述源電極層、所述漏電極層以及所述電容器的所述第一電極重疊的氧化物半導(dǎo)體層； 通過所述濺射法在所述氧化物半導(dǎo)體層上形成柵極絕緣層；以及 在所述柵極絕緣層上形成柵電極層及所述電容器的第二電極， 其中，所述柵極絕緣層及所述絕緣層中的每個(gè)都包括氧化鎵，以及其中，所述氧化物半導(dǎo)體層及所述柵極絕緣層夾在所述電容器的所述第一電極和所述電容器的所述第二電極之間。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中用于所述濺射法的氧化物靶材含有GaOx，其中X為O. 01以上且O. 5以下。
24.根據(jù)權(quán)利要求22所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中用于所述濺射法的氧化物靶材含有Si及Al中的一方或雙方，其中Si及Al中的一方或雙方的濃度為O. 01 atom%以上且10 atom%以下。
25.根據(jù)權(quán)利要求22所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中在氧氣氛、氬氣氛或含有氧和氬的氣氛下進(jìn)行所述濺射法。
26.根據(jù)權(quán)利要求22所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中在氮、氧、超干燥空氣或稀有氣體的氣氛下以250°C加熱所述氧化物半導(dǎo)體層。
全文摘要
本發(fā)明的目的之一在于提供一種利用DC濺射法形成氧化鎵膜的沉積方法。本發(fā)明的目的之一還在于提供一種半導(dǎo)體裝置的制造方法，在該半導(dǎo)體裝置中將氧化鎵膜用作晶體管的柵極絕緣層等的絕緣層。使用含有氧化鎵(也寫為GaOX)的氧化物靶材并且通過DC濺射法或脈沖DC濺射方式形成絕緣膜。氧化物靶材含有GaOX，其中X小于1.5，優(yōu)選為0.01以上且0.5以下，更優(yōu)選為0.1以上且0.2以下。該氧化物靶材具有導(dǎo)電性，并且在氧氣體氣氛或氧氣體和如氬等的稀有氣體的混合氣氛下進(jìn)行濺射。
文檔編號(hào)H01L21/316GK102844847SQ201180019418
公開日2012年12月26日 申請(qǐng)日期2011年4月12日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月16日
發(fā)明者山崎舜平, 坂田淳一郎, 古野誠 申請(qǐng)人:株式會(huì)社半導(dǎo)體能源研究所