本發(fā)明是申請(qǐng)日為2012年3月23日、申請(qǐng)?zhí)枮?01210078793.x、發(fā)明名稱為“半導(dǎo)體裝置及制造半導(dǎo)體裝置的方法”的發(fā)明專利申請(qǐng)的分案申請(qǐng)。

本發(fā)明涉及利用氧化物半導(dǎo)體膜形成的半導(dǎo)體裝置及制造所述半導(dǎo)體裝置的方法。

在本說明書中，半導(dǎo)體裝置指可以通過利用半導(dǎo)體特性起作用的所有類型的裝置，并且電光裝置、半導(dǎo)體電路和電子裝置都是半導(dǎo)體裝置。

背景技術(shù)：

近年來，利用在具有絕緣表面的襯底上形成的半導(dǎo)體薄膜制造以晶體管為代表的半導(dǎo)體裝置的技術(shù)引起了注意。這種半導(dǎo)體裝置應(yīng)用于廣泛的電子裝置，例如集成電路(ic)或者圖像顯示裝置(顯示裝置)。作為可以應(yīng)用于以晶體管為代表的這種半導(dǎo)體裝置的半導(dǎo)體薄膜的材料，基于硅的半導(dǎo)體材料是眾所周知的。

利用非晶氧化物半導(dǎo)體材料代替基于硅的半導(dǎo)體材料制造晶體管并且晶體管應(yīng)用于電子裝置等的技術(shù)同樣引人注目。例如，公開了用于制造其活性層利用包含銦(in)、鎵(ga)和鋅(zn)的非晶氧化物半導(dǎo)體材料形成并且具有小于10¹⁸/cm³電子載流子濃度的晶體管的技術(shù)(見專利文獻(xiàn)1)。

[參考文獻(xiàn)]

[專利文獻(xiàn)]

[專利文獻(xiàn)1]日本特開專利申請(qǐng)no.2006-165529。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

但是，在非晶氧化物半導(dǎo)體膜中，很容易造成例如氧空位或者懸鍵(danglingbond)的缺陷。因?yàn)檫@種缺陷，非晶氧化物半導(dǎo)體膜的電傳導(dǎo)性或者載流子密度很容易改變。此外，這種缺陷造成載流子遷移率的顯著下降。因此，利用非晶氧化物半導(dǎo)體膜形成的晶體管的電氣特性的改變或變化是顯著的，這導(dǎo)致半導(dǎo)體裝置的可靠性低。

此外，由于非晶氧化物半導(dǎo)體膜沒有結(jié)晶性或者只有低結(jié)晶性，因此利用非晶氧化物半導(dǎo)體膜形成的晶體管的遷移率低。

鑒于以上問題，一個(gè)目標(biāo)是通過使用具有穩(wěn)定電氣特性的氧化物半導(dǎo)體膜來提供具有穩(wěn)定電氣特性的高度可靠的半導(dǎo)體裝置。另一個(gè)目標(biāo)是通過使用具有高結(jié)晶性的氧化物半導(dǎo)體膜來提供具有較高遷移率的半導(dǎo)體裝置。

結(jié)晶氧化物半導(dǎo)體膜形成在其表面粗糙度降低了的絕緣膜之上并與之接觸，由此氧化物半導(dǎo)體膜可以具有高結(jié)晶性和穩(wěn)定的電氣特性。具體而言，可以采用例如以下的結(jié)構(gòu)。

在此所公開的本發(fā)明的一種實(shí)施方式是包括結(jié)晶氧化物半導(dǎo)體膜的半導(dǎo)體裝置，其中所述結(jié)晶氧化物半導(dǎo)體膜設(shè)置在絕緣膜之上并與之接觸。在所述半導(dǎo)體裝置中，絕緣膜表面的平均表面粗糙度大于等于0.1nm并且小于0.5nm，并且結(jié)晶氧化物半導(dǎo)體膜包括其c軸基本上與絕緣膜的表面垂直的晶體。

在以上的實(shí)施方式中，絕緣膜優(yōu)選地包含氧。絕緣膜優(yōu)選地是氧化硅膜或者氧氮化硅膜。絕緣膜優(yōu)選地是通過熱氧化硅襯底的表面而形成的氧化硅膜。

在此所公開的本發(fā)明的另一種實(shí)施方式是一種半導(dǎo)體裝置，該半導(dǎo)體裝置包括第一絕緣膜、在第一絕緣膜之上設(shè)置并與之接觸的結(jié)晶氧化物半導(dǎo)體膜、與氧化物半導(dǎo)體膜接觸設(shè)置的源極電極和漏極電極、在氧化物半導(dǎo)體膜之上設(shè)置的第二絕緣膜和在第二絕緣膜之上設(shè)置的柵極電極。在所述半導(dǎo)體裝置中，第一絕緣膜的表面的平均表面粗糙度大于等于0.1nm并且小于0.5nm，并且結(jié)晶氧化物半導(dǎo)體膜包括其c軸基本上與第一絕緣膜的表面垂直的晶體。

在以上的實(shí)施方式中，第一絕緣膜優(yōu)選地包含氧。第一絕緣膜優(yōu)選地是氧化硅膜或者氧氮化硅膜。第一絕緣膜優(yōu)選地是通過熱氧化硅襯底的表面而形成的氧化硅膜。

在此所公開的本發(fā)明的另一種實(shí)施方式是制造半導(dǎo)體裝置的方法，該方法包括以下步驟：形成其表面的平均表面粗糙度大于等于0.1nm并且小于0.5nm的絕緣膜，以及在加熱時(shí)在所述絕緣膜之上形成氧化物半導(dǎo)體膜，使得在氧化物半導(dǎo)體絕緣膜中形成其c軸基本上與絕緣膜的表面垂直的晶體。

在以上的實(shí)施方式中，絕緣膜以形成氧化硅膜或氧氮化硅膜的方式形成，并且對(duì)該氧化硅膜或氧氮化硅膜的表面執(zhí)行cmp處理是優(yōu)選的。絕緣膜以氧化硅膜通過熱氧化硅襯底的表面形成的這樣一種方式形成是優(yōu)選的。氧化物半導(dǎo)體膜在氧氣氛中形成是優(yōu)選的。在形成氧化物半導(dǎo)體膜之后對(duì)該氧化物半導(dǎo)體膜執(zhí)行熱處理是優(yōu)選的。

在本說明書等中，“平面a基本上與平面b平行”意味著“平面a的法線與平面b的法線之間的角度大于等于0°并且小于等于20°”。此外，在本說明書等中，“線c基本上與平面b垂直”意味著“線c與平面b的法線之間的角度大于等于0°并且小于等于20°”。

在本說明書等中，平均表面粗糙度(ra)是通過由jisb0601:2001(iso4287:1997)定義的中心線平均粗糙度(ra)的三維擴(kuò)展獲得的，因此ra可以應(yīng)用于測(cè)量表面，并且是從參考表面到特定表面的偏離的絕對(duì)值的平均值。

在這里，中心線平均粗糙度(ra)是由以下公式(1)示出的，假設(shè)具有測(cè)量長(zhǎng)度l的一部分沿粗糙度曲線的中心的方向從粗糙度曲線選出，所選出部分的粗糙度曲線的中心線的方向由x軸表示，縱向放大的方向(與x軸垂直的方向)由y軸表示，而粗糙度曲線表示為y＝f(x)。

[公式1]

當(dāng)作為由測(cè)量數(shù)據(jù)表示的表面的測(cè)量表面表示為z＝f(x,y)時(shí)，平均表面粗糙度(ra)是從參考表面到特定表面的偏離的絕對(duì)值的平均值，并且由以下公式(2)示出。

[公式2]

在這里，特定表面是作為粗糙度測(cè)量目標(biāo)的表面，并且是被由坐標(biāo)(x1,y1)、(x1,y2)、(x2,y1)和(x2,y2)表示的四個(gè)點(diǎn)包圍的矩形區(qū)域。s0表示當(dāng)該特定表面理想地為平面時(shí)該特定表面的面積。

此外，參考表面是在所述特定表面的平均高度處與x-y平面平行的表面。即，當(dāng)所述特定表面的高度的平均值表示為z0時(shí)，參考表面的高度也表示為z0。

結(jié)晶氧化物半導(dǎo)體膜形成在其表面粗糙度降低了的絕緣膜之上并與之接觸，由此氧化物半導(dǎo)體膜可以具有低缺陷密度和穩(wěn)定的電氣特性。通過把這種氧化物半導(dǎo)體膜用于半導(dǎo)體裝置，可以提供具有穩(wěn)定的電氣特性的高度可靠的半導(dǎo)體裝置。而且，可以形成具有高結(jié)晶性的氧化物半導(dǎo)體膜；因此，通過使用這種氧化物半導(dǎo)體膜，可以提供具有較高遷移率的半導(dǎo)體裝置。

附圖說明

在附圖中：

圖1a至1c是示出根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的制造處理的橫截面視圖；

圖2a至2c是示出根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的制造處理的橫截面視圖；

圖3a和3b是示出根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的制造處理的橫截面視圖；

圖4a至4d是示出根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的制造處理的橫截面視圖；

圖5a至5c中的每一個(gè)均為根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的橫截面視圖；

圖6a至6c是根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的橫截面視圖、平面圖和等效電路圖；

圖7a和7b中的每一個(gè)均為根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的等效電路圖；

圖8a和8b中的每一個(gè)均為根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的等效電路圖；

圖9a至9c是根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的框圖；

圖10a至10c是示出本發(fā)明的一種實(shí)施方式的框圖和等效電路圖；

圖11a至11d中的每一個(gè)均為示出根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式的電子裝置的外部視圖；

圖12示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)示例的xrd譜；

圖13示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)示例的xrd譜；

圖14a和14b是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)示例的橫截面tem圖像；

圖15a和15b是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)示例的橫截面tem圖像；及

圖16示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)示例的afm測(cè)量的數(shù)據(jù)。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明的實(shí)施方式和示例將參考附圖詳細(xì)描述。應(yīng)當(dāng)指出，本發(fā)明不限于以下描述，并且本領(lǐng)域技術(shù)人員很容易理解在不背離本發(fā)明主旨和范圍的情況下可以進(jìn)行各種變化與修改。因此，本發(fā)明不應(yīng)當(dāng)認(rèn)為被限定到以下實(shí)施方式和示例中的描述。應(yīng)當(dāng)指出，在以下所述本發(fā)明的結(jié)構(gòu)中，相同的部分或者具有相似功能的部分在不同的圖中是用相同的標(biāo)號(hào)表示的，并且不再重復(fù)對(duì)其的描述。

應(yīng)當(dāng)指出，在本說明書中所描述的每個(gè)圖中，在一些情況下為了清晰，大小、層厚度或者每個(gè)部件的區(qū)域被夸大。因此，本發(fā)明的實(shí)施方式不限于這種比例。

應(yīng)當(dāng)指出，本說明書中使用例如“第一”、“第二”和“第三”的術(shù)語以避免部件之間的混淆，并且這些術(shù)語不數(shù)字性地限制所述部件。因此，例如，在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候，術(shù)語“第一”可以用術(shù)語“第二”、“第三”等代替。

(實(shí)施方式1)

在該實(shí)施方式中，作為根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式，可以用于半導(dǎo)體裝置的氧化物半導(dǎo)體膜和形成該氧化物半導(dǎo)體膜的方法將參考圖1a至1c、圖2a至2c及圖3a和3b來描述。

圖1a至1c是示出可以用于半導(dǎo)體裝置的氧化物半導(dǎo)體膜的形成處理的橫截面視圖。在該實(shí)施方式中，如圖1c中所示出的，結(jié)晶氧化物半導(dǎo)體膜55在絕緣膜53之上并與之接觸形成，其中絕緣膜53在襯底51之上設(shè)置，并且其表面粗糙度降低了。

氧化物半導(dǎo)體膜55包括結(jié)晶區(qū)域。該結(jié)晶區(qū)域包括其a-b平面基本上與絕緣膜53的表面平行并且其c軸基本上與絕緣膜53的表面垂直的晶體。即，氧化物半導(dǎo)體膜55包括c軸對(duì)準(zhǔn)的晶體。氧化物半導(dǎo)體膜55中的結(jié)晶區(qū)域具有以下結(jié)構(gòu)，其中在層中排列的原子從絕緣膜53的表面朝氧化物半導(dǎo)體膜55的表面堆疊，并且其中當(dāng)從c軸方向觀看時(shí)原子是以三角形、六邊形、正三角形或者正六邊形形狀排列的。由于氧化物半導(dǎo)體膜55包括如上所述c軸對(duì)準(zhǔn)的結(jié)晶區(qū)域，因此氧化物半導(dǎo)體膜55也可以稱為c軸對(duì)準(zhǔn)的結(jié)晶氧化物半導(dǎo)體(caac-os)膜。

氧化物半導(dǎo)體膜55可以包括多個(gè)結(jié)晶區(qū)域，并且在這多個(gè)結(jié)晶區(qū)域中晶體的a軸或b軸方向可以彼此不同。但是，具有不同a軸或b軸方向的區(qū)域不彼此接觸以便防止在區(qū)域彼此接觸的界面處形成晶粒邊界是優(yōu)選的。因此，氧化物半導(dǎo)體膜55優(yōu)選地包括圍繞結(jié)晶區(qū)域的非晶區(qū)域。即，包括結(jié)晶區(qū)域的氧化物半導(dǎo)體膜處于非單晶狀態(tài)并且不完全處于非晶狀態(tài)。

對(duì)于氧化物半導(dǎo)體膜55，可以使用四種成分的金屬氧化物，例如基于in-sn-ga-zn-o的金屬氧化物；三種成分的金屬氧化物，例如基于in-ga-zn-o的金屬氧化物、基于in-sn-zn-o的金屬氧化物、基于in-al-zn-o的金屬氧化物、基于sn-ga-zn-o的金屬氧化物、基于al-ga-zn-o的金屬氧化物或者基于sn-al-zn-o的金屬氧化物；兩種成分的金屬氧化物，例如基于in-zn-o的金屬氧化物或者基于sn-zn-o的金屬氧化物等。首先，基于in-ga-zn-o的金屬氧化物具有寬達(dá)2ev或者更多的能隙，優(yōu)選地是2.5ev或者更多，在許多情況下更優(yōu)選地是3ev或者更多；通過使用基于in-ga-zn-o的金屬氧化物制造晶體管，晶體管可以具有足夠高的關(guān)斷狀態(tài)電阻和足夠小的關(guān)斷狀態(tài)電流。

作為基于in-ga-zn-o的金屬氧化物的典型示例，給出表示為ingao3(zno)m的示例(m>0)。在這里，作為基于in-ga-zn-o的金屬氧化物的示例，可以給出具有in2o3:ga2o3:zno＝1:1:1[摩爾比率]的成分比例的金屬氧化物、具有in2o3:ga2o3:zno＝1:1:2[摩爾比率]的成分比例的金屬氧化物、具有in2o3:ga2o3:zno＝1:1:4[摩爾比率]的成分比例的金屬氧化物及具有in2o3:ga2o3:zno＝2:1:8[摩爾比率]的成分比例的金屬氧化物。優(yōu)選地，m不是自然數(shù)。應(yīng)當(dāng)指出，以上成分是從晶體結(jié)構(gòu)導(dǎo)出的并且僅僅是示例。

如上所述，氧化物半導(dǎo)體膜55具有某種水平以上的結(jié)晶性，與完全非晶態(tài)的氧化物半導(dǎo)體膜相比，這是有好處的；因此，氧空位、懸鍵、結(jié)合到懸鍵等的氫、及含氫雜質(zhì)(例如水、羥基和氫氧化物)減少了。這些雜質(zhì)充當(dāng)在氧化物半導(dǎo)體膜中提供載流子的源，其可以改變氧化物半導(dǎo)體膜的電傳導(dǎo)性。因此，其中減少了這些雜質(zhì)的結(jié)晶氧化物半導(dǎo)體膜具有穩(wěn)定的電氣特性并且且相對(duì)于利用可見光、紫外光等的照射更加電穩(wěn)定。通過把結(jié)晶氧化物半導(dǎo)體膜55用于例如晶體管的半導(dǎo)體裝置，可以提供具有穩(wěn)定的電氣特性的高度可靠的半導(dǎo)體裝置。

應(yīng)當(dāng)指出，結(jié)晶氧化物半導(dǎo)體膜中的氫和含氫雜質(zhì)(例如水、羥基和氫化物)優(yōu)選地減少了，并且結(jié)晶氧化物半導(dǎo)體膜中的氫的濃度優(yōu)選地小于等于1×10¹⁹原子/cm³。結(jié)合到懸鍵等的氫或者含氫雜質(zhì)(例如水、羥基或者氫化物)可能造成如上所述的氧化物半導(dǎo)體膜的電傳導(dǎo)性的變化。此外，氧化物半導(dǎo)體膜中所包含的氫與結(jié)合到金屬原子的氧反應(yīng)，成為水，并且在分離出氧的晶格(或者分離出氧的部分)中形成缺陷。因而，這些雜質(zhì)的減少使得結(jié)晶氧化物半導(dǎo)體膜的電氣特性穩(wěn)定。

另外，結(jié)晶氧化物半導(dǎo)體膜中例如堿金屬的雜質(zhì)也優(yōu)選地減少了。例如，在結(jié)晶氧化物半導(dǎo)體膜中，鋰的濃度小于等于5×10¹⁵cm^-3，優(yōu)選地小于等于1×10¹⁵cm^-3；鈉的濃度小于等于5×10¹⁶cm^-3，優(yōu)選地小于等于1×10¹⁶cm^-3，更優(yōu)選地小于等于1×10¹⁵cm^-3；而鉀的濃度小于等于5×10¹⁵cm^-3，優(yōu)選地小于等于1×10¹⁵cm^-3。

堿金屬和堿土金屬對(duì)于結(jié)晶氧化物半導(dǎo)體而言是不利的雜質(zhì)，并且優(yōu)選地盡可能少地包含。特別地，當(dāng)氧化物半導(dǎo)體膜用于晶體管時(shí)，作為一種堿金屬的鈉擴(kuò)散到與結(jié)晶氧化物半導(dǎo)體膜接觸的絕緣膜中并變成na⁺。此外，鈉切斷了結(jié)晶氧化物半導(dǎo)體膜中金屬和氧之間的鍵或者進(jìn)入該鍵。結(jié)果，晶體管特性劣化(例如，晶體管變成常開(閾值電壓偏移向負(fù)側(cè))或者遷移率減小)。此外，這也造成了特性的變化。

在結(jié)晶氧化物半導(dǎo)體膜中氫的濃度足夠低的情況下，該問題尤其顯著。因此，在結(jié)晶氧化物半導(dǎo)體膜中氫的濃度小于等于5×10¹⁹cm^-3，特別地小于等于5×10¹⁸cm^-3的情況下，把堿金屬的濃度設(shè)置到以上范圍之內(nèi)是高度優(yōu)選的。相應(yīng)地，結(jié)晶氧化物半導(dǎo)體膜中的雜質(zhì)被極度減少，堿金屬的濃度小于等于5×10¹⁶cm^-3，氫的濃度小于等于5×10¹⁹原子/cm^-3是優(yōu)選的。

此外，結(jié)晶氧化物半導(dǎo)體膜中例如硼、氮和磷的雜質(zhì)也優(yōu)選地減少。例如，結(jié)晶氧化物半導(dǎo)體膜中硼的濃度優(yōu)選地小于等于1×10¹⁹cm^-3，更優(yōu)選地小于等于1×10¹⁸cm^-3。作為選擇，結(jié)晶氧化物半導(dǎo)體膜中氮的濃度優(yōu)選地小于等于1×10¹⁹cm^-3，更優(yōu)選地小于等于1×10¹⁸cm^-3。此外作為選擇，結(jié)晶氧化物半導(dǎo)體膜中磷的濃度優(yōu)選地小于等于1×10¹⁹cm^-3，更優(yōu)選地小于等于1×10¹⁸cm^-3。另外作為選擇，結(jié)晶氧化物半導(dǎo)體膜中硼、氮和磷的總濃度優(yōu)選地小于等于5×10¹⁹cm^-3，更優(yōu)選地小于等于5×10¹⁸cm^-3。

以以上的方式，通過減少氧化物半導(dǎo)體膜中的雜質(zhì)，使得氧化物半導(dǎo)體膜高度純凈，可以形成i類型(本征)或者基本上i類型的氧化物半導(dǎo)體膜。因而，利用該氧化物半導(dǎo)體膜形成的晶體管的關(guān)斷狀態(tài)電流特性會(huì)相當(dāng)出色。

此外，在其上形成氧化物半導(dǎo)體膜55的絕緣膜53的表面需要具有有利的平面性，以便提高氧化物半導(dǎo)體膜55的結(jié)晶性。例如，絕緣膜53的平均表面粗糙度(ra)優(yōu)選地大于等于0.1nm并且小于0.5nm。這是因?yàn)檠趸锇雽?dǎo)體膜55中所包括的晶體在基本上與絕緣膜53的表面垂直的方向生長(zhǎng)。

在這里，氧化物半導(dǎo)體膜55的結(jié)晶性如何依賴于絕緣膜53的平面性而變化將參考圖2a至2c進(jìn)行描述。圖2a至2c是絕緣膜53和氧化物半導(dǎo)體膜53的放大視圖。應(yīng)當(dāng)指出，在圖2a至2c中，氧化物半導(dǎo)體膜55中的箭頭代表氧化物半導(dǎo)體膜55中所包括的晶體生長(zhǎng)的方向。

如圖2a中所示出的，當(dāng)絕緣膜53的表面的平面性低時(shí)，晶體基本上與絕緣膜53的表面凸起的斜面垂直地生長(zhǎng)。因此，晶體排列在基本上與絕緣膜53的表面凸起的斜面平行的層中。但是，在對(duì)應(yīng)于絕緣膜53的表面凸起的頂部的區(qū)域55a中，晶體在彼此不同的方向生長(zhǎng)。因此，基本上與絕緣膜53的表面凸起的斜面平行地形成的晶體的分層布置在區(qū)域55a中被分開。另外，在對(duì)應(yīng)于絕緣膜53的表面凸起之間的低谷底部的區(qū)域55b中，晶體圍繞區(qū)域55b生長(zhǎng)的方向彼此交叉。因此，基本上與絕緣膜53的表面凸起的斜面平行地形成的晶體的分層布置在區(qū)域55b中被分開。

當(dāng)氧化物半導(dǎo)體膜的晶體的分層布置以這種方式被分開時(shí)，生成晶體晶粒邊界。懸鍵在晶體晶粒邊界處存在，并且在氧化物半導(dǎo)體膜的帶隙中形成缺陷能級(jí)。這種處于晶體晶粒邊界的懸鍵主要是會(huì)捕獲載流子并造成氧化物半導(dǎo)體膜的載流子遷移率的減小，使得其電阻增加。另外，當(dāng)該懸鍵結(jié)合到氫原子等時(shí)，在氧化物半導(dǎo)體膜的帶隙中形成施主能級(jí)。這種結(jié)合到懸鍵的氫原子充當(dāng)施主并造成氧化物半導(dǎo)體膜的電阻的減小。因此，將該氧化物半導(dǎo)體膜用于例如晶體管的半導(dǎo)體裝置導(dǎo)致對(duì)應(yīng)于區(qū)域55a或區(qū)域55b的部分的電傳導(dǎo)性的變化以及半導(dǎo)體裝置遷移率的減小。

相反，如圖2b中所示出的，當(dāng)絕緣膜53的表面的平面性足夠高時(shí)，不形成對(duì)應(yīng)于圖2a中的區(qū)域55a和區(qū)域55b的部分；因此，可以提供與絕緣膜53的表面基本上平行地形成的晶體的連續(xù)分層布置。具有這種結(jié)構(gòu)的氧化物半導(dǎo)體膜55在例如晶體管的半導(dǎo)體裝置中設(shè)置，由此可以獲得半導(dǎo)體裝置的電穩(wěn)定性并且可以抑制其遷移率的減小。

如圖2c中所示出的，即使當(dāng)在絕緣膜53的表面上形成凸起時(shí)，在凸起足夠平緩的情況下，也提供了基本上與絕緣膜53的表面凸起的斜面平行地形成的晶體的連續(xù)分層布置，而不會(huì)分成對(duì)應(yīng)于圖2a中的區(qū)域55a和區(qū)域55b的部分。為了形成具有這種結(jié)構(gòu)的絕緣膜53，例如，絕緣膜53的平均表面粗糙度優(yōu)選地小于0.5nm。此外，在絕緣膜53的表面，一個(gè)凸起和與之相鄰的凸起之間從凸起頂部到低谷底部的高度差d優(yōu)選地小于等于1nm，更優(yōu)選地小于等于0.3nm，如圖2c中所示出的。

如上所述，通過在表面粗糙度降低了的絕緣膜53之上并與其接觸地形成結(jié)晶氧化物半導(dǎo)體膜55，可以期待氧化物半導(dǎo)體膜55中的晶粒邊界缺陷密度的減小。相應(yīng)地，氧化物半導(dǎo)體膜55的結(jié)晶性可以進(jìn)一步提高，因而利用氧化物半導(dǎo)體膜55形成的半導(dǎo)體裝置的電穩(wěn)定性和遷移率可以提高。

氧化物半導(dǎo)體膜55的形成處理將參考圖1a至1c進(jìn)行描述。

首先，如圖1a中所示出的，在形成結(jié)晶氧化物半導(dǎo)體膜55之前，在襯底51之上形成絕緣膜53。

盡管對(duì)可以用作襯底51的襯底沒有特別限制，但是襯底具有至少高到足以承受隨后所執(zhí)行熱處理的耐熱性是必要的。例如，可以使用鋁硅酸鹽玻璃、鋁硼硅酸鹽玻璃、鋇硼硅酸鹽玻璃等的玻璃襯底；陶瓷襯底；石英襯底；或者藍(lán)寶石襯底。作為選擇，硅、碳化硅等的單晶半導(dǎo)體襯底或者多晶半導(dǎo)體襯底；鍺硅等的化合物半導(dǎo)體襯底也可以用作襯底51。另外作為選擇，可以使用通過在硅等半導(dǎo)體襯底表面上或者在由金屬材料形成的導(dǎo)電襯底表面上形成絕緣層而獲得的襯底。

絕緣膜53可以通過濺射方法、cvd方法等形成，并且其厚度大于等于50nm，優(yōu)選地大于等于200nm并且小于等于500nm。

在這里，絕緣膜53優(yōu)選地包含氧。由于氧化物半導(dǎo)體膜55是在后面的步驟中在絕緣膜53之上形成的并與之接觸，因此通過使絕緣膜53包含氧，可以在隨后的步驟中防止氧被熱處理等從氧化物半導(dǎo)體膜55吸取到絕緣膜53中。

另外，絕緣膜53優(yōu)選地是利用有一部分氧通過加熱被從其釋放的氧化物絕緣膜形成的。有一部分氧通過加熱被從其釋放的氧化物絕緣膜優(yōu)選地是比其化學(xué)計(jì)量組成包含更多氧的氧化物絕緣膜。通過使用有一部分氧通過加熱被從其釋放的氧化物絕緣膜作為絕緣膜53，氧可以在隨后的步驟中通過熱處理擴(kuò)散到氧化物半導(dǎo)體膜55中。有一部分氧通過加熱被從其釋放的氧化物絕緣膜的典型示例包括氧化硅、氧氮化硅、氧化鋁、氧氮化鋁、氧化鎵、氧化鉿和氧化釔的膜。這種氧化物絕緣膜用于擴(kuò)散氧，由此在隨后形成的氧化物半導(dǎo)體膜55中和在絕緣膜53和氧化物半導(dǎo)體膜55之間界面處的氧空位可以減少。

此外，絕緣膜53不一定包含氧，并且可以利用氮化硅、氮化鋁等形成氮化物絕緣膜。絕緣膜53可以具有包括氧化物絕緣膜和氮化物絕緣膜的疊層結(jié)構(gòu)；在那種情況下，氧化物絕緣膜優(yōu)選地在氮化物絕緣膜之上設(shè)置。通過使用氮化物絕緣膜作為絕緣膜53，當(dāng)包含例如堿金屬的雜質(zhì)的玻璃襯底用作襯底51時(shí)可以防止例如堿金屬的雜質(zhì)進(jìn)入氧化物半導(dǎo)體膜55。由于例如鋰、鈉和鉀的堿金屬是對(duì)于氧化物半導(dǎo)體而言不利的雜質(zhì)，因此在氧化物半導(dǎo)體膜中該堿金屬的含量?jī)?yōu)選地低。氮化物絕緣膜可以通過cvd方法、濺射方法等形成。

在該實(shí)施方式中，通過濺射方法形成的厚度為300nm的氧化硅膜用作絕緣膜53。

接下來，如圖1b中所示出的，絕緣膜53平坦化，使得表面粗糙度降低；絕緣膜53的平均表面粗糙度優(yōu)選地大于等于0.1nm并且小于0.5nm。絕緣膜53優(yōu)選地是通過化學(xué)機(jī)械拋光(cmp)處理來平坦化的。在這里，cmp處理是，利用要被處理的對(duì)象的表面作為參考，利用化學(xué)和機(jī)械動(dòng)作的組合平坦化要被處理的對(duì)象的表面的一種方法?？偟膩碚f，cmp處理是這樣的方法，其中拋光布附接到拋光級(jí)，在要被處理的對(duì)象與拋光布之間提供漿體(研磨劑)時(shí)拋光級(jí)和要被處理的對(duì)象每個(gè)都旋轉(zhuǎn)或者擺動(dòng)，要被處理的對(duì)象的表面被漿體與要被處理的對(duì)象表面之間的化學(xué)反應(yīng)以及要被處理的對(duì)象利用拋光布的機(jī)械拋光的動(dòng)作拋光。

cmp處理可以執(zhí)行一次或者多次。當(dāng)cmp處理執(zhí)行多次時(shí)，第一次拋光優(yōu)選地是利用高拋光速率執(zhí)行的，而后面最后一次拋光利用低拋光速率。通過組合地執(zhí)行具有不同拋光速率的拋光步驟，絕緣膜53的表面的平面性可以進(jìn)一步提高。

作為平坦化絕緣膜53的處理，干蝕刻處理等可以代替cmp處理執(zhí)行。作為蝕刻氣體，可以適當(dāng)?shù)厥褂没诼鹊臍怏w，例如氯氣、氯化硼、氯化硅或者四氯化碳；基于氟的氣體，例如四氟化碳、氟化硫或者氟化氮；氧氣等。例如，可以使用干蝕刻方法，例如活性離子蝕刻(rie)方法、感應(yīng)耦合等離子體(icp)蝕刻方法、電子回旋共振(ecr)蝕刻方法、平行板(電容耦合等離子體)蝕刻方法、磁控等離子體蝕刻方法、雙頻等離子體蝕刻方法或者螺旋波等離子體蝕刻方法。特別地，當(dāng)絕緣膜53包括包含大量氮的無機(jī)絕緣材料(例如氮化硅或者氮氧化硅)時(shí)，有可能難以只通過cmp處理除去包含大量氮的無機(jī)絕緣材料；因此，cmp處理和干蝕刻等優(yōu)選地組合執(zhí)行。

作為平坦化絕緣膜53的處理，等離子體處理等也可以代替cmp處理執(zhí)行。等離子體處理是以這樣一種方式執(zhí)行的，其中例如氬氣的惰性氣體引入真空室中并且施加電場(chǎng)，使得要被處理的表面充當(dāng)陰極。等離子體處理具有類似于等離子體干蝕刻方法的原理，而且是一種更簡(jiǎn)單的方法，因?yàn)?，通過使用惰性氣體，在通用濺射淀積室內(nèi)的處理是有可能的。即，等離子體處理是其中利用惰性氣體的離子照射要被處理的表面并且通過濺射效果減小表面的微小不均勻性的處理。因此，在本說明書中，等離子體處理也被稱為“逆濺射”。

在逆濺射中，電子和氬陽離子存在于等離子體中，而且氬陽離子在陰極方向被加速。要被處理的表面通過加速的氬陽離子被濺射。在這個(gè)時(shí)候，要被處理的表面的突起優(yōu)先被濺射。從要被處理的表面排出的粒子附接到要被處理的表面的其它地方。此時(shí)，粒子優(yōu)先附接到要被處理的表面的凹部。因而，通過減少突起并填充凹部，要被處理的表面的平面性提高了。

應(yīng)當(dāng)指出，在絕緣膜53在形成后具有足夠平面性的情況下，圖1b中絕緣膜53的平坦化不必執(zhí)行。

在該實(shí)施方式中，絕緣膜53是通過cmp處理平坦化的。

以這種方式，絕緣膜53的平均表面粗糙度優(yōu)選地設(shè)置成大于等于0.1nm并且小于0.5nm，由此在絕緣膜53之上形成的氧化物半導(dǎo)體膜55的結(jié)晶性可以進(jìn)一步提高。因而，利用氧化物半導(dǎo)體膜55形成的半導(dǎo)體裝置的電穩(wěn)定性和遷移率都可以改進(jìn)。

應(yīng)當(dāng)指出，在形成氧化物半導(dǎo)體膜之前，附接到絕緣膜53表面上的粉狀物質(zhì)(也稱為粒子或者灰塵)優(yōu)選地通過逆濺射除去，其中引入氬氣并生成等離子體。逆濺射處理還可以充當(dāng)以上的平坦化處理。應(yīng)當(dāng)指出，代替氬，氮、氦、氧等氣體也可以使用。

接下來，如圖1c中所示出的，氧化物半導(dǎo)體膜55在絕緣膜53之上形成并與之接觸。在襯底51被加熱時(shí)，氧化物半導(dǎo)體膜55可以通過濺射方法、分子束外延方法、原子層淀積方法、脈動(dòng)激光淀積方法等形成。氧化物半導(dǎo)體膜55的厚度大于等于2nm并且小于等于200nm，優(yōu)選地大于等于5nm并且小于等于100nm，更優(yōu)選地大于等于5nm并且小于等于30nm。

氧化物半導(dǎo)體膜55可以利用包含選自in、ga、zn和sn中的兩種或者更多種的金屬氧化物材料形成。例如，可以使用四種成分的金屬氧化物，例如基于in-sn-ga-zn-o的材料；三種成分的金屬氧化物，例如基于in-ga-zn-o的材料、基于in-sn-zn-o的材料、基于in-al-zn-o的材料、基于sn-ga-zn-o的材料、基于al-ga-zn-o的材料或者基于sn-al-zn-o的材料；兩種成分的金屬氧化物，例如基于in-zn-o的材料、基于sn-zn-o的材料、基于al-zn-o的材料、基于zn-mg-o的材料、基于sn-mg-o的材料、基于in-mg-o的材料或者基于in-ga-o的材料；基于in-o的材料；基于sn-o的材料或者基于zn-o的材料。在這里，例如，基于in-ga-zn-o的材料意味著包含銦(in)、鎵(ga)和鋅(zn)的氧化物并且對(duì)成分比率沒有特定的限制。另外，基于in-ga-zn-o的材料可以包含除in、ga和zn之外的元素。在這種情況下，氧化物半導(dǎo)體膜優(yōu)選地包含比其化學(xué)計(jì)量組成更多的氧。當(dāng)氧的量超過化學(xué)計(jì)量組成中氧的量時(shí)，由于氧化物半導(dǎo)體膜中氧空位造成的載流子的生成可以被抑制。

氧化物半導(dǎo)體膜55可以利用表示為化學(xué)式inmo3(zno)m(m>0)的金屬氧化物材料形成。在這里，m代表選自zn、ga、al、mn和co的一種或多種金屬元素。例如，m可以是ga、ga和al、ga和mn或者ga和co。

在氧化物半導(dǎo)體膜55通過濺射方法形成的情況下，作為靶的示例，可以使用包含in、ga和zn，其成分比例in2o3:ga2o3:zno＝1:1:1[摩爾比率]的金屬氧化物靶。作為選擇，可以使用具有成分比例in2o3:ga2o3:zno＝1:1:2[摩爾比率]的靶、具有成分比例in2o3:ga2o3:zno＝1:1:4[摩爾比率]的靶或者具有成分比例in2o3:ga2o3:zno＝2:1:8[摩爾比率]的靶。

在使用基于in-zn-o的材料作為氧化物半導(dǎo)體的情況下，使用按原子比具有成分比例in:zn＝50:1至1:2的靶(按摩爾比率是in2o3:zno＝25:1至1:4)，優(yōu)選地使用按原子比in:zn＝20:1至1:1(按摩爾比率是in2o3:zno＝10:1至1:2)的靶，更優(yōu)選地使用按原子比in:zn＝15:1至1.5:1(按摩爾比率是in2o3:zno＝15:2至3:4)的靶。例如，在用于形成具有原子比in:zn:o＝x:y:z的基于in-zn-o的氧化物半導(dǎo)體的靶中，滿足z>1.5x+y的關(guān)系。

在形成氧化物半導(dǎo)體膜55時(shí)，氧化物半導(dǎo)體膜55優(yōu)選地在襯底51被加熱的時(shí)候形成。襯底51被加熱的溫度可以大于等于150℃并且小于等于450℃，優(yōu)選地是大于等于200℃并且小于等于350℃。通過在形成氧化物半導(dǎo)體膜55的過程中以高溫加熱襯底，氧化物半導(dǎo)體膜55的結(jié)晶性可以進(jìn)一步提高。因而，利用氧化物半導(dǎo)體膜55形成的半導(dǎo)體裝置的電穩(wěn)定性和遷移率可以提高。

在通過濺射方法形成氧化物半導(dǎo)體膜55中，稀有氣體(一般是氬)、氧或者稀有氣體和氧的混合氣體可以適當(dāng)?shù)赜米鳛R射氣體。在這個(gè)時(shí)候，氧氣的流速優(yōu)選地大于稀有氣體的流速，并且氧氣氛是特別優(yōu)選的。通過在這種氣氛中形成氧化物半導(dǎo)體膜55，氧化物半導(dǎo)體膜55的結(jié)晶性可以進(jìn)一步提高。因而，利用氧化物半導(dǎo)體膜55形成的半導(dǎo)體裝置的遷移率可以提高。除去例如氫、水、羥基和氫化物的雜質(zhì)的高純度氣體用作濺射氣體是優(yōu)選的。

在通過濺射方法形成氧化物半導(dǎo)體膜55中，氧化物半導(dǎo)體膜55中所含氫的濃度優(yōu)選地盡可能多地減小。為了減小氫的濃度，除去例如氫、水、羥基和氫化物的雜質(zhì)的高純度氣體優(yōu)選地提供給濺射設(shè)備的處理室，作為氣氛氣體。另外，處理室可以通過組合使用具有高排水能力的低溫泵和具有高排氫能力的濺射離子泵來排空。

在以上的方法中，氧化物半導(dǎo)體膜55是在一個(gè)膜形成步驟中形成的；氧化物半導(dǎo)體膜55可以通過兩個(gè)膜形成步驟形成。以下將描述通過兩個(gè)膜形成步驟形成氧化物半導(dǎo)體膜55的方法。

首先，當(dāng)襯底51的溫度保持在大于等于200℃并且小于等于400℃的溫度時(shí)，第一層氧化物半導(dǎo)體膜在絕緣膜53之上形成并與之接觸。然后，在氮、氧、稀有氣體或者干燥空氣的氣氛中在大于等于550℃并且小于襯底應(yīng)變點(diǎn)的溫度執(zhí)行熱處理。通過所述熱處理，結(jié)晶區(qū)域(包括板狀晶體)在包括所述第一層氧化物半導(dǎo)體膜的表面的區(qū)域中形成。應(yīng)當(dāng)指出，第一層氧化物半導(dǎo)體膜的厚度優(yōu)選地大于等于1nm并且小于等于10nm。接下來，形成比第一層氧化物半導(dǎo)體膜厚的第二層氧化物半導(dǎo)體膜。之后，再次在大于等于550℃并且小于襯底應(yīng)變點(diǎn)的溫度執(zhí)行熱處理，使得利用其中在包括表面的區(qū)域中形成結(jié)晶區(qū)域(包括板狀晶體)的第一層氧化物半導(dǎo)體膜作為晶體生長(zhǎng)的種子，晶體向上生長(zhǎng)。因而，第二層氧化物半導(dǎo)體膜是完全結(jié)晶的。應(yīng)當(dāng)指出，第一層氧化物半導(dǎo)體膜和第二層氧化物半導(dǎo)體膜的形成條件可以類似于上述氧化物半導(dǎo)體膜55的形成條件。

在氧化物半導(dǎo)體膜55形成之后對(duì)氧化物半導(dǎo)體膜55執(zhí)行熱處理是優(yōu)選的。熱處理在大于等于250℃并且小于等于700℃或者小于襯底應(yīng)變點(diǎn)的溫度執(zhí)行，優(yōu)選地在大于450℃并且小于等于650℃或者小于襯底應(yīng)變點(diǎn)的溫度執(zhí)行。

熱處理可以這樣一種方式執(zhí)行，例如，要被處理的對(duì)象被引入電爐中，在電爐中在氧氣氛中使用電阻加熱元件等，并在650℃加熱1小時(shí)。在所述熱處理過程中，氧化物半導(dǎo)體膜55不暴露在空氣中，以防止水和氫的進(jìn)入。

熱處理設(shè)備不限于電爐，而可以是用于通過來自例如加熱氣體的介質(zhì)熱輻射或者熱傳導(dǎo)加熱要被處理的對(duì)象的設(shè)備。例如，可以使用快速熱退火(rta)設(shè)備，例如燈快速熱退火(lrta)設(shè)備或者氣體快速熱退火(grta)設(shè)備。lrta設(shè)備是通過從燈發(fā)射出的光輻射(電磁波)加熱要被處理的對(duì)象的設(shè)備，其中所述燈例如鹵素?zé)?、金屬鹵化物燈、氙弧燈、碳弧燈、高壓鈉燈或者高壓汞燈。grta設(shè)備是利用高溫氣體執(zhí)行熱處理的設(shè)備。作為氣體，使用不會(huì)由于熱處理而與要被處理的對(duì)象反應(yīng)的惰性氣體，例如氮或者例如氬的稀有氣體。

通過這種熱處理，氧化物半導(dǎo)體膜55中過多的氫(包括水和羥基)可以被除去，氧化物半導(dǎo)體膜55的結(jié)晶性可以提高，并且其中的懸鍵可以減少，由此減少帶隙中的缺陷能級(jí)。還有可能從絕緣膜除去過多的氫(包括水和羥基)。通過以這種方式由熱處理除去雜質(zhì)，可以形成i類型(本征)或者基本i類型的氧化物半導(dǎo)體膜55。

而且，當(dāng)在絕緣膜53包含氧的狀態(tài)下，優(yōu)選地是在絕緣膜53比其化學(xué)計(jì)量組成含更多氧的狀態(tài)下，執(zhí)行這種熱處理時(shí)，氧可以提供給氧化物半導(dǎo)體膜55。在以這種方式通過熱處理把氧提供給氧化物半導(dǎo)體膜55的情況下，熱處理優(yōu)選地在氧氣氛中執(zhí)行。通過由這種熱處理把氧提供給氧化物半導(dǎo)體膜55，氧化物半導(dǎo)體膜55中的氧空位可以減少。

應(yīng)當(dāng)指出，這種熱處理可以執(zhí)行一次或者多次。

通過以上方法形成的氧化物半導(dǎo)體膜55具有某種水平以上的結(jié)晶性，與完全非晶態(tài)的氧化物半導(dǎo)體膜相比，這是有利的；因此，氧空位、懸鍵、結(jié)合到懸鍵等的氫及含氫雜質(zhì)(例如水、羥基和氫化物)都減少了。這些雜質(zhì)在氧化物半導(dǎo)體膜中充當(dāng)載流子收集器或者提供載流子的源，這可能改變氧化物半導(dǎo)體膜的電傳導(dǎo)性。因此，包括結(jié)晶區(qū)域并且其中這些雜質(zhì)被減少的氧化物半導(dǎo)體膜具有穩(wěn)定的電氣特性并且相對(duì)于利用可見光、紫外光等的照射更加電穩(wěn)定。通過把結(jié)晶氧化物半導(dǎo)體膜55用于例如晶體管的半導(dǎo)體裝置，可以提供具有穩(wěn)定電氣特性的高度可靠的半導(dǎo)體裝置。

而且，通過在減小了表面粗糙度的絕緣膜53之上并與之接觸地形成氧化物半導(dǎo)體膜55，氧化物半導(dǎo)體膜55的結(jié)晶性可以進(jìn)一步提高。因而，利用氧化物半導(dǎo)體膜55形成的半導(dǎo)體裝置的遷移率可以提高。

在圖1a至1c中的氧化物半導(dǎo)體膜55的形成處理中，執(zhí)行cmp處理，以平坦化絕緣膜53的表面；在此所公開的本發(fā)明的一種實(shí)施方式不必局限于此。例如，可以采用以下的處理：硅晶片襯底用作襯底51，具有足夠平面性的氧化硅膜通過熱氧化襯底的表面來形成，并且氧化物半導(dǎo)體膜55在氧化硅膜之上形成。以下將參考圖3a和3b描述由以上方法形成氧化物半導(dǎo)體膜55的情況。

首先，如圖3a中所示出的，襯底51的表面被熱氧化，從而在襯底51的表面上形成絕緣膜54。作為熱氧化處理，可以執(zhí)行在干燥氧氣氛中的干氧化、在包含水蒸汽的氣氛中的濕氧化或者在添加了包含鹵素的氣體的氧化氣氛中的熱處理。作為含鹵素的氣體，可以使用選自hcl、hf、nf3、hbr、cl2、clf、bcl3、f2、br2等的一種或多種氣體。

例如，熱處理是在相對(duì)于氧包含0.5vol.％至10vol.％(優(yōu)選地是3vol.％)hcl的氣氛中在大于等于700℃并且小于等于1100℃的溫度執(zhí)行的。例如，熱處理可以在大約950℃執(zhí)行。處理時(shí)間可以是0.1小時(shí)至6小時(shí)，優(yōu)選地是0.5小時(shí)至1小時(shí)。所形成的氧化物膜的厚度可以是10nm至1100nm(優(yōu)選地是50nm至150nm)，例如，100nm。

以這種方式形成的絕緣膜54的表面粗糙度依賴于襯底51的表面粗糙度。因此，為了把絕緣膜54的平均表面粗糙度設(shè)置成大于等于0.1nm并且小于0.5nm，就像圖1a至1c中絕緣膜53的情況一樣，優(yōu)選地襯底51也具有大于等于0.1nm并且小于0.5nm的平均表面粗糙度。為了形成具有這種足夠平面性的絕緣膜54，具有足夠高平面性的襯底(例如單晶硅襯底)優(yōu)選地用作襯底51。

然后，氧化物半導(dǎo)體膜55在具有足夠高平面性的絕緣膜54之上形成并與之接觸，如圖3b中所示出的，由此氧化物半導(dǎo)體膜55的結(jié)晶性可以進(jìn)一步提高。因而，利用氧化物半導(dǎo)體膜55形成的半導(dǎo)體裝置的遷移率可以提高。氧化物半導(dǎo)體膜55可以通過類似于圖1c中所示出的方法的方法形成。

如上所述，結(jié)晶氧化物半導(dǎo)體膜在減小了表面粗糙度的絕緣膜之上形成并與之接觸，由此，氧化物半導(dǎo)體膜可以具有穩(wěn)定的電氣特性。通過把這種氧化物半導(dǎo)體膜用于半導(dǎo)體裝置，可以提供具有穩(wěn)定電氣特性的高度可靠半導(dǎo)體裝置。而且，可以形成具有高結(jié)晶性的氧化物半導(dǎo)體膜；因此，通過使用所述氧化物半導(dǎo)體膜，可以提供具有較高遷移率的半導(dǎo)體裝置。

在該實(shí)施方式中所描述的結(jié)構(gòu)等可以適當(dāng)?shù)嘏c在其它實(shí)施方式中描述的任意結(jié)構(gòu)、方法等組合。

(實(shí)施方式2)

在該實(shí)施方式中，作為利用在以上實(shí)施方式中所描述的結(jié)晶氧化物半導(dǎo)體膜形成的半導(dǎo)體裝置的示例，利用所述氧化物半導(dǎo)體膜形成的晶體管和制造該晶體管的方法將參考圖4a至4d和圖5a至5c來描述。圖4a至4d是示出作為半導(dǎo)體裝置的結(jié)構(gòu)的一種實(shí)施方式、具有頂柵結(jié)構(gòu)的晶體管120的制造處理的橫截面視圖。

首先，如圖4a中所示出的，通過在以上實(shí)施方式中所描述的方法，氧化物半導(dǎo)體膜55形成于在襯底51上所設(shè)置的絕緣膜53之上并與之接觸。然后，通過使用掩模對(duì)氧化物半導(dǎo)體膜55進(jìn)行選擇性的蝕刻，從而形成如圖4b中所示出的氧化物半導(dǎo)體膜59。在此之后，除去掩模。

在氧化物半導(dǎo)體膜55的蝕刻中所使用的掩?？梢赃m當(dāng)?shù)赝ㄟ^光刻法、噴墨法、印刷法等形成。對(duì)于氧化物半導(dǎo)體膜55的蝕刻，可以適當(dāng)?shù)夭捎脻裎g刻或者干蝕刻。

接下來，如圖4c中所示出的，形成與氧化物半導(dǎo)體膜59接觸的源極電極61a和漏極電極61b。

源極電極61a和漏極電極61b可以利用選自鋁、鉻、銅、鉭、鈦、鉬、鎢、錳和鋯的金屬元素；包含這些金屬元素中任意一種作為成分的合金；包含任意這些金屬元素的組合的合金等形成。作為選擇，也可以使用包含鋁和選自鈦、鉭、鎢、鉬、鉻、釹和鈧的一種或多種金屬元素的合金膜或者氮化物膜。源極電極61a和漏極電極61b可以具有單層結(jié)構(gòu)或者包括兩層或更多層的疊層結(jié)構(gòu)。例如，可以使用含硅鋁膜的單層結(jié)構(gòu)、其中銅膜疊在cu-mg-al合金膜之上的兩層結(jié)構(gòu)、其中鈦膜疊在鋁膜之上的兩層結(jié)構(gòu)、其中鈦膜疊在氮化鈦膜之上的兩層結(jié)構(gòu)、其中鎢膜疊在氮化鈦膜之上的兩層結(jié)構(gòu)、其中鎢膜疊在氮化鉭膜之上的兩層結(jié)構(gòu)或者其中鈦膜、鋁膜和鈦膜依次堆疊的三層結(jié)構(gòu)。

源極電極61a和漏極電極61b可以利用透光導(dǎo)電材料形成，例如氧化銦錫、包含氧化鎢的氧化銦、包含氧化鎢的氧化銦鋅、包含氧化鈦的氧化銦、包含氧化鈦的氧化銦錫、氧化銦鋅或者添加了氧化硅的氧化銦錫。還可以采用利用以上透光導(dǎo)電材料與以上金屬元素形成的疊層結(jié)構(gòu)。

在通過濺射方法、cvd方法、蒸發(fā)方法等形成導(dǎo)電膜之后，在該導(dǎo)電膜之上形成掩模并對(duì)導(dǎo)電膜進(jìn)行蝕刻，并由此形成源極電極61a和漏極電極61b。在導(dǎo)電膜之上形成的掩?？梢赃m當(dāng)?shù)赝ㄟ^印刷法、噴墨法或者光刻法形成。作為選擇，源極電極61a和漏極電極61b可以通過印刷法或者噴墨法直接形成。

在這里，導(dǎo)電膜是在氧化物半導(dǎo)體膜59和絕緣膜53之上形成的，然后被蝕刻成預(yù)先確定的形狀，從而形成與所述氧化物半導(dǎo)體膜的上表面和側(cè)表面接觸的源極電極61a和漏極電極61b。在這個(gè)時(shí)候，在一些情況下，在氧化物半導(dǎo)體膜59中而且既不與源極電極61a也不與漏極電極61b重疊的區(qū)域被蝕刻，并且在氧化物半導(dǎo)體膜59中形成凹部。

作為選擇，氧化物半導(dǎo)體膜59、源極電極61a和漏極電極61b可以以這樣一種方式形成，使得導(dǎo)電膜在氧化物半導(dǎo)體膜55之上形成，并且氧化物半導(dǎo)體膜55和導(dǎo)電膜利用多色調(diào)光掩模來蝕刻。形成凹凸形掩模，利用該凹凸形掩模蝕刻氧化物半導(dǎo)體膜55和導(dǎo)電膜，該凹凸形掩模通過灰化劃分，并且導(dǎo)電膜利用劃分的掩模選擇性地蝕刻，由此可以形成氧化物半導(dǎo)體膜59、源極電極61a和漏極電極61b。利用該處理，光掩模的數(shù)量及光刻處理中步驟的數(shù)量可以減少。

然后，在氧化物半導(dǎo)體膜59、源極電極61a和漏極電極61b之上形成柵極絕緣膜63。

通過使用氧化硅、氧氮化硅、氮化硅、氮氧化硅、氧化鋁、氧氮化鋁和氧化鎵中的任何一些，柵極絕緣膜63可以形成為具有單層結(jié)構(gòu)或者疊層結(jié)構(gòu)。就像在絕緣膜53的情況中那樣，柵極絕緣膜63優(yōu)選地包含氧。另外，柵極絕緣膜63優(yōu)選地是利用部分氧通過加熱從中釋放的氧化物絕緣膜形成的。部分氧通過加熱從中釋放的氧化物絕緣膜優(yōu)選地是比其化學(xué)計(jì)量組成包含更多氧的氧化物絕緣膜。包含氧的氧化物絕緣膜可以利用氧化硅、氧氮化硅、氧化鋁、氧氮化鋁、氧化鎵等形成。通過使用部分氧通過加熱從中釋放的氧化物絕緣膜，氧可以在隨后的步驟中通過熱處理擴(kuò)散到氧化物半導(dǎo)體膜59中，并且晶體管120可以具有有利的特性。

當(dāng)柵極絕緣膜63利用高-k材料形成時(shí)，柵極泄漏電流可以減少，其中的高-k材料例如硅酸鉿(hfsiox)、添加了氮的硅酸鉿(hfsixoynz)、添加了氮的鋁酸鉿(hfalxoynz)、氧化鉿或者氧化釔。另外，可以采用利用高-k材料和氧化硅、氧氮化硅、氮化硅、氮氧化硅、氧化鋁、氧氮化鋁和氧化鎵中的一種或多種形成的疊層結(jié)構(gòu)。柵極絕緣膜63的厚度優(yōu)選地大于等于1nm并且小于等于300nm，更優(yōu)選地大于等于5nm并且小于等于50nm。當(dāng)柵極絕緣膜63的厚度大于等于5nm時(shí)，柵極泄漏電流可以減少。

在形成柵極絕緣膜63之前，氧化物半導(dǎo)體膜59的表面可以暴露于例如氧、臭氧或氧化亞氮的氧化氣體的等離子體，從而被氧化，由此減少氧空位。

接下來，在柵極絕緣膜63之上形成柵極電極65，以與氧化物半導(dǎo)體膜59重疊。

柵極電極65可以利用選自鋁、鉻、銅、鉭、鈦、鉬、鎢、錳和鋯的金屬元素；包含這些金屬元素中任意一種作為成分的合金；包含任意這些金屬元素的組合的合金等形成。作為選擇，也可以使用包含鋁和選自鈦、鉭、鎢、鉬、鉻、釹和鈧的一種或多種金屬元素的合金膜或者氮化物膜。柵極電極65可以具有單層結(jié)構(gòu)或者包括兩層或更多層的疊層結(jié)構(gòu)。例如，可以使用包含硅的鋁膜的單層結(jié)構(gòu)、其中鈦膜疊在鋁膜之上的兩層結(jié)構(gòu)、其中鈦膜疊在氮化鈦膜之上的兩層結(jié)構(gòu)、其中鎢膜疊在氮化鈦膜之上的兩層結(jié)構(gòu)、其中鎢膜疊在氮化鉭膜之上的兩層結(jié)構(gòu)或者其中鈦膜、鋁膜和鈦膜依次堆疊的三層結(jié)構(gòu)。

柵極電極65可以利用透光導(dǎo)電材料形成，例如氧化銦錫、包含氧化鎢的氧化銦、包含氧化鎢的氧化銦鋅、包含氧化鈦的氧化銦、包含氧化鈦的氧化銦錫、氧化銦鋅或者添加了氧化硅的氧化銦錫。此外，可以使用通過利用基于in-ga-zn-o的金屬氧化物作為靶在含氮?dú)夥罩袨R射獲得的化合物導(dǎo)體。還可以采用利用以上透光導(dǎo)電材料與以上金屬元素形成的疊層結(jié)構(gòu)。

另外，絕緣膜69可以在柵極電極65之上作為保護(hù)膜形成(見圖4d)。此外，接觸孔可以在柵極絕緣膜63和絕緣膜69中形成，然后，布線可以形成為連接到源極電極61a和漏極電極61b。

絕緣膜69可以適當(dāng)?shù)乩妙愃朴跂艠O絕緣膜63的絕緣膜形成。當(dāng)?shù)枘ねㄟ^濺射方法形成為絕緣膜69時(shí)，可以防止?jié)駳夂蛪A金屬?gòu)耐獠窟M(jìn)入，因而在氧化物半導(dǎo)體膜59中所含雜質(zhì)的量可以減少。

應(yīng)當(dāng)指出，在柵極絕緣膜63形成之后或者在絕緣膜69形成之后，可以執(zhí)行熱處理。這種熱處理使得氫可以從氧化物半導(dǎo)體膜59釋放，并且絕緣膜53、柵極絕緣膜63或絕緣膜69中所包含的部分氧可以擴(kuò)散到氧化物半導(dǎo)體膜59中，在絕緣膜53與氧化物半導(dǎo)體膜59之間的界面的附近及在柵極絕緣膜63與氧化物半導(dǎo)體膜59之間的界面的附近。在這個(gè)步驟中，氧化物半導(dǎo)體膜59中的氧空位可以減少，并且氧化物半導(dǎo)體膜59與絕緣膜53之間的界面或者氧化物半導(dǎo)體膜59與柵極絕緣膜63之間的界面處的缺陷可以減少。因此，可以形成具有較低氫濃度和較少氧空位的氧化物半導(dǎo)體膜59。通過以這種方式通過熱處理除去雜質(zhì)，可以形成i類型(本征)或者基本上i類型的氧化物半導(dǎo)體膜59。因而，晶體管120的關(guān)斷狀態(tài)電流特性會(huì)相當(dāng)出色。

通過以上處理，可以制造其中在結(jié)晶氧化物半導(dǎo)體膜中形成溝道區(qū)域的晶體管120。如圖4d中所示出的，晶體管120包括在襯底51之上設(shè)置的絕緣膜53、在絕緣膜53之上設(shè)置并與之接觸的氧化物半導(dǎo)體膜59、與氧化物半導(dǎo)體膜59接觸地設(shè)置的源極電極61a和漏極電極61b、在氧化物半導(dǎo)體膜59之上設(shè)置的柵極絕緣膜63、在柵極絕緣膜63之上設(shè)置從而與氧化物半導(dǎo)體膜59重疊的柵極電極65、及在柵極電極65之上設(shè)置的絕緣膜69。

用于晶體管120的結(jié)晶氧化物半導(dǎo)體膜具有某種水平以上的結(jié)晶性，與完全非晶態(tài)的氧化物半導(dǎo)體膜相比，這是有好處的；因此，氧空位、懸鍵、結(jié)合到懸鍵等的例如氫雜質(zhì)減少了。因此，其中減少了這些雜質(zhì)的結(jié)晶氧化物半導(dǎo)體膜具有穩(wěn)定的電氣特性并且相對(duì)于利用可見光、紫外線等的照射更加電穩(wěn)定。通過把這種結(jié)晶氧化物半導(dǎo)體膜用于晶體管，可以提供具有穩(wěn)定電氣特性的高度可靠的半導(dǎo)體裝置。

在晶體管120中，結(jié)晶氧化物半導(dǎo)體膜55在其表面粗糙度減小了的絕緣膜53之上形成并與之接觸，由此氧化物半導(dǎo)體膜55的結(jié)晶性可以進(jìn)一步提高。因而，利用氧化物半導(dǎo)體膜55形成的半導(dǎo)體裝置的遷移率可以提高。

根據(jù)該實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置不限于圖4a至4d中所示出的晶體管120。例如，可以采用類似于圖5a中所示出的晶體管130的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)。晶體管130包括在襯底51之上設(shè)置的絕緣膜53、在絕緣膜53之上設(shè)置的源極電極61a和漏極電極61b、與源極電極61a和漏極電極61b的上表面和側(cè)表面接觸地設(shè)置的氧化物半導(dǎo)體膜59、在氧化物半導(dǎo)體膜59之上設(shè)置的柵極絕緣膜63、在柵極絕緣膜63之上設(shè)置從而與氧化物半導(dǎo)體膜59重疊的柵極電極65、及在柵極電極65之上設(shè)置的絕緣膜69。即，晶體管130與晶體管120的區(qū)別在于氧化物半導(dǎo)體膜59是與源極電極61a和漏極電極61b的上表面和側(cè)表面接觸地設(shè)置的。

此外，可以采用類似于圖5b中所示出的晶體管140的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)。晶體管140包括在襯底51之上設(shè)置的柵極電極65、在柵極電極65之上設(shè)置的絕緣膜53、在絕緣膜53之上設(shè)置的氧化物半導(dǎo)體膜59、與氧化物半導(dǎo)體膜59的上表面和側(cè)表面接觸地設(shè)置的源極電極61a和漏極電極61b、及在氧化物半導(dǎo)體膜59之上設(shè)置的絕緣膜69。即，晶體管140與晶體管120的區(qū)別在于它具有底柵結(jié)構(gòu)，其中柵極電極65和充當(dāng)柵極絕緣膜的絕緣膜53在氧化物半導(dǎo)體膜59的下面設(shè)置。應(yīng)當(dāng)指出，基底絕緣膜(baseinsulatingfilm)可以設(shè)置在襯底51和柵極電極65之間。

此外，可以采用類似于圖5c中所示出的晶體管150的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)。晶體管150包括在襯底51之上設(shè)置的柵極電極65、在柵極電極65之上設(shè)置的絕緣膜53、在絕緣膜53之上設(shè)置的源極電極61a和漏極電極61b、與源極電極61a和漏極電極61b的上表面和側(cè)表面接觸地設(shè)置的氧化物半導(dǎo)體膜59、及在氧化物半導(dǎo)體膜59之上設(shè)置的絕緣膜69。即，晶體管150與晶體管130的區(qū)別在于它具有底柵結(jié)構(gòu)，其中柵極電極65和充當(dāng)柵極絕緣膜的絕緣膜53在氧化物半導(dǎo)體膜59的下面設(shè)置。應(yīng)當(dāng)指出，基底絕緣膜可以設(shè)置在襯底51和柵極電極65之間。

如上所述，結(jié)晶氧化物半導(dǎo)體膜形成在其表面粗糙度減小了的絕緣膜之上并與之接觸，由此氧化物半導(dǎo)體膜可以具有穩(wěn)定的電氣特性。通過把這種氧化物半導(dǎo)體膜用于半導(dǎo)體裝置，可以提供具有穩(wěn)定電氣特性的高度可靠的半導(dǎo)體裝置。而且，可以形成具有高結(jié)晶性的氧化物半導(dǎo)體膜；因此，通過使用所述氧化物半導(dǎo)體膜，可以提供具有較高遷移率的半導(dǎo)體裝置。

該實(shí)施方式中所描述的方法、結(jié)構(gòu)等可以適當(dāng)?shù)嘏c其它實(shí)施方式中所描述的任何方法、結(jié)構(gòu)等組合。

(實(shí)施方式3)

在該實(shí)施方式中，作為通過在以上實(shí)施方式中所描述的制造半導(dǎo)體裝置的方法形成的半導(dǎo)體裝置的示例，將描述存儲(chǔ)介質(zhì)(存儲(chǔ)器元件)。在該實(shí)施方式中，通過在以上實(shí)施方式中所描述的制造半導(dǎo)體裝置的方法利用氧化物半導(dǎo)體形成的晶體管及利用除氧化物半導(dǎo)體之外的材料形成的晶體管在一個(gè)襯底之上形成。

圖6a至6c示出了半導(dǎo)體裝置結(jié)構(gòu)的示例。圖6a示出了半導(dǎo)體裝置的橫截面，而圖6b示出了半導(dǎo)體裝置的平面圖。在這里，圖6a示出了沿圖6b中的線c1-c2和線d1-d2所截取的橫截面。此外，圖6c是利用該半導(dǎo)體裝置作為存儲(chǔ)器元件的電路圖的示例。在圖6a和6b所示出的半導(dǎo)體裝置中，利用第一種半導(dǎo)體材料形成的晶體管500在下部提供，而在以上實(shí)施方式中所述的晶體管120在上部提供。應(yīng)當(dāng)指出，晶體管120是利用氧化物半導(dǎo)體作為第二半導(dǎo)體材料形成的。在該實(shí)施方式中，第一半導(dǎo)體材料是與氧化物半導(dǎo)體不同的半導(dǎo)體材料。作為與氧化物半導(dǎo)體不同的半導(dǎo)體材料，例如，可以使用硅、鍺、硅鍺、碳化硅或者砷化鎵，并且優(yōu)選地使用單晶半導(dǎo)體。作為選擇，可以使用有機(jī)半導(dǎo)體材料等。利用這種半導(dǎo)體材料形成的晶體管可以容易地以高速工作。另一方面，利用氧化物半導(dǎo)體形成的晶體管的一個(gè)特征是關(guān)斷狀態(tài)電流極小，這使得電荷可以保持很長(zhǎng)時(shí)間。

應(yīng)當(dāng)指出，在該實(shí)施方式中，描述了其中利用晶體管120形成存儲(chǔ)介質(zhì)的示例；毋庸置疑，以上實(shí)施方式中所述的晶體管130、晶體管140和晶體管150中的任何一個(gè)等都可以代替晶體管120使用。

圖6a至6c中的晶體管500包括在包括半導(dǎo)體材料(例如，硅)的襯底400中設(shè)置的溝道形成區(qū)域416；雜質(zhì)區(qū)域420，設(shè)置成使得溝道形成區(qū)域416插入其間；與雜質(zhì)區(qū)域420接觸的金屬化合物區(qū)域424；在溝道形成區(qū)域416之上設(shè)置的柵極絕緣層408；及在柵極絕緣層408之上設(shè)置的柵極電極410。

作為包括半導(dǎo)體材料的襯底400，可以使用硅、碳化硅等的單晶半導(dǎo)體襯底或者多晶半導(dǎo)體襯底；硅鍺等的化合物半導(dǎo)體襯底；soi襯底等。應(yīng)當(dāng)指出，盡管術(shù)語“soi襯底”通常指在絕緣表面之上設(shè)置硅半導(dǎo)體膜的襯底，但是本說明書等中的術(shù)語“soi襯底”還包括在絕緣表面之上設(shè)置利用除硅之外的材料形成的半導(dǎo)體膜的襯底。即，“soi襯底”中所包括的半導(dǎo)體膜不限于硅半導(dǎo)體膜。而且，soi襯底可以是半導(dǎo)體膜在例如玻璃襯底的絕緣襯底之上設(shè)置且有絕緣層位于它們之間的襯底。

元件隔離絕緣層406在襯底400之上設(shè)置，以圍繞晶體管500。應(yīng)當(dāng)指出，優(yōu)選地，晶體管500不具有如圖6a和6b中所示出的側(cè)壁絕緣層，以獲得更高程度的集成。另一方面，在晶體管500的特性優(yōu)先的情況下，可以在柵極電極410的側(cè)表面上設(shè)置側(cè)壁絕緣層，并且可以設(shè)置包括具有不同雜質(zhì)濃度的區(qū)域的雜質(zhì)區(qū)域420。

晶體管500可以利用硅、鍺、硅鍺、碳化硅、砷化鎵等制造。晶體管500可以以高速工作。因而，當(dāng)晶體管用作讀取晶體管時(shí)，數(shù)據(jù)可以以高速讀出。

絕緣膜53設(shè)置在晶體管500之上，使得柵極電極410的上表面暴露。就像在以上實(shí)施方式中那樣，氧化物半導(dǎo)體膜59在絕緣膜53之上設(shè)置并與之接觸。對(duì)于絕緣膜53的細(xì)節(jié)及其形成方法，可以參考以上實(shí)施方式中的描述。以這種方式，通過在其表面粗糙度減小了的絕緣膜53之上并與之接觸地形成結(jié)晶氧化物半導(dǎo)體膜59，氧化物半導(dǎo)體膜59的結(jié)晶性可以進(jìn)一步提高。因而，利用氧化物半導(dǎo)體膜59形成的晶體管120可以具有穩(wěn)定的電氣特性，并且晶體管120的遷移率可以提高。

同時(shí)，就像以上實(shí)施方式中那樣，在通過cmp處理等平坦化絕緣膜53時(shí)，柵極電極410的上表面可以暴露。

就像在以上的實(shí)施方式中那樣，晶體管120包括氧化物半導(dǎo)體膜59、源極電極61a、漏極電極61b、柵極絕緣膜63和柵極電極65a。關(guān)于細(xì)節(jié)，可以參考以上實(shí)施方式中的描述。上部中的晶體管(以晶體管120作為代表)可以通過以上實(shí)施方式中所描述的方法來制造。

在這里，在晶體管120中使用的結(jié)晶氧化物半導(dǎo)體膜具有某種水平以上的結(jié)晶性，與完全非晶態(tài)的氧化物半導(dǎo)體膜相比，這是有好處的；因此，減少了以氧空位和結(jié)合到懸鍵等的例如氫的雜質(zhì)為代表的缺陷。因此，減少了這些缺陷的結(jié)晶氧化物半導(dǎo)體膜具有穩(wěn)定的電氣特性并且相對(duì)于利用可見光、紫外光等的照射更加電穩(wěn)定。通過把這種結(jié)晶氧化物半導(dǎo)體膜用于晶體管，可以提供具有穩(wěn)定的電氣特性的高度可靠的半導(dǎo)體裝置。

在這里，源極電極61a與柵極電極410接觸地設(shè)置；因而，晶體管500的柵極電極410和晶體管120的源極電極61a彼此連接。

另外，在與柵極電極65a同一層內(nèi)的布線65c在源極電極61a之上提供，柵極絕緣膜63位于其間，從而可以形成電容器520。在不需要電容器的情況下，可以采用沒有電容器520的結(jié)構(gòu)。

然后，絕緣膜69和絕緣層152在柵極絕緣膜63、柵極電極65a和布線65c之上形成。對(duì)于絕緣膜69的細(xì)節(jié)，可以參考以上實(shí)施方式中的描述。絕緣層152可以通過濺射方法、cvd方法等形成。絕緣層152可以利用包括無機(jī)絕緣材料的材料形成，所述無機(jī)絕緣材料例如氧化硅、氧氮化硅、氮化硅、氧化鉿、氧化鋁或者氧化鎵。

布線156在絕緣層152之上形成。布線156通過在柵極絕緣膜63、絕緣膜69和絕緣層152中設(shè)置的開口中形成的電極154電連接到漏極電極61b。

電極154可以這樣一種方式形成，例如，使得導(dǎo)電膜通過pvd方法、cvd方法等在包括所述開口的區(qū)域中形成，然后該導(dǎo)電膜的一部分通過蝕刻處理、cmp等被除去。

布線156可以這樣一種方式形成，使得導(dǎo)電層通過例如濺射方法的pvd方法或者例如等離子體cvd方法的cvd方法形成，然后對(duì)該導(dǎo)電層構(gòu)圖。布線156可以利用類似于源極電極61a和漏極電極61b材料的材料形成。

在該實(shí)施方式中所描述的半導(dǎo)體裝置中，晶體管500和晶體管120彼此重疊；因而，半導(dǎo)體裝置的集成度可以足夠高。

圖6c是利用半導(dǎo)體裝置作為存儲(chǔ)器元件的電路圖的示例。在圖6c中，晶體管120的源極電極和漏極電極中的一個(gè)、電容器520的一個(gè)電極及晶體管500的柵極電極彼此電連接。第一布線(第一條線，也稱為源極線)電連接到晶體管500的源極電極。第二布線(第二條線，也稱為位線)電連接到晶體管500的漏極電極。第三布線(第三條線，也稱為第一信號(hào)線)電連接到晶體管120的源極電極和漏極電極中的另一個(gè)。第四布線(第四條線，也稱為第二信號(hào)線)電連接到晶體管120的柵極電極。第五布線(第五條線，也稱為字線)電連接到電容器520的另一個(gè)電極。

利用氧化物半導(dǎo)體形成的晶體管120具有極小的關(guān)斷狀態(tài)電流；因此，當(dāng)晶體管120處于關(guān)斷狀態(tài)時(shí)，晶體管120的源極電極和漏極電極中的一個(gè)、電容器520的一個(gè)電極及晶體管500的柵極電極彼此電連接處的節(jié)點(diǎn)(下文中稱為節(jié)點(diǎn)fg)的電勢(shì)可以保持非常長(zhǎng)的時(shí)間。電容器520的提供方便了施加到節(jié)點(diǎn)fg的電荷的保持和所存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的讀取。

當(dāng)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到半導(dǎo)體裝置(布線)中時(shí)，第四布線的電勢(shì)設(shè)置成晶體管120接通的電勢(shì)，由此晶體管120接通。因而，第三布線的電勢(shì)提供給節(jié)點(diǎn)fg并且在節(jié)點(diǎn)fg中累積預(yù)定量的電荷。在這里，用于施加兩個(gè)不同電勢(shì)電平中的任一個(gè)的電荷(下文中稱為低電平電荷和高電平電荷)施加到節(jié)點(diǎn)fg。在此之后，第四布線的電勢(shì)設(shè)置成晶體管120關(guān)斷的電勢(shì)，由此晶體管120關(guān)斷。這使得節(jié)點(diǎn)fg浮置并且預(yù)定量的電荷保持在節(jié)點(diǎn)fg中。因而，預(yù)定量的電荷在節(jié)點(diǎn)fg中累積并保持，由此，存儲(chǔ)器單元可以存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。

由于晶體管120的關(guān)斷狀態(tài)電流極小，因此施加到節(jié)點(diǎn)fg的電荷保持很長(zhǎng)時(shí)間。這可以去除刷新操作的需求或者大幅度地減小刷新操作的頻率，這導(dǎo)致功耗的充分減小。而且，即使在不供電時(shí)，所存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)也可以保持很長(zhǎng)時(shí)間。

當(dāng)所存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)被讀出(讀取)時(shí)，在預(yù)定電勢(shì)(固定電勢(shì))提供給第一布線時(shí)，適當(dāng)?shù)碾妱?shì)(讀出電勢(shì))提供給第五布線，由此，依賴于節(jié)點(diǎn)fg中所保持的電荷量，晶體管500改變其狀態(tài)。這是因?yàn)?，通常，?dāng)晶體管500是n溝道晶體管時(shí)，在節(jié)點(diǎn)fg中保持高電平電荷的情況下的晶體管500的視在閾值電壓vth_h低于在節(jié)點(diǎn)fg中保持低電平電荷的情況下的晶體管500的視在閾值電壓vth_l。在這里，視在閾值電壓指第五布線的電勢(shì)，需要這個(gè)電勢(shì)來接通晶體管500。因而，通過把第五布線的電勢(shì)設(shè)置成在vth_h和vth_l之間的電勢(shì)v0，可以確定節(jié)點(diǎn)f中所保持的電荷。例如，在寫入時(shí)施加高電平電荷的情況下，當(dāng)?shù)谖宀季€的電勢(shì)設(shè)置成v0(>vth_h)時(shí)，晶體管500被接通。在寫入時(shí)施加低電平電荷的情況下，即使當(dāng)?shù)谖宀季€的電勢(shì)設(shè)置成v0(<vth_l)時(shí)，晶體管500也保持在關(guān)斷狀態(tài)。以這種方式，通過控制第五布線的電勢(shì)并確定晶體管500是處于接通狀態(tài)還是關(guān)斷狀態(tài)(讀取第二布線的電勢(shì))，所存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)可以被讀出。

另外，為了重寫所存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)，新的電勢(shì)提供給節(jié)點(diǎn)fg，該節(jié)點(diǎn)fg保持在以上寫入時(shí)所施加的預(yù)定量的電荷，使得新數(shù)據(jù)的電荷保持在節(jié)點(diǎn)fg中。具體而言，第四布線的電勢(shì)設(shè)置成晶體管120接通的電勢(shì)，由此晶體管120接通。因而，第三布線的電勢(shì)(新數(shù)據(jù)的電勢(shì))提供給節(jié)點(diǎn)fg，并且預(yù)定量的電荷在節(jié)點(diǎn)fg中累積。在此之后，第四布線的電勢(shì)設(shè)置成使晶體管120關(guān)斷的電勢(shì)，由此晶體管120關(guān)斷。因而，新數(shù)據(jù)的電荷保持在節(jié)點(diǎn)fg中。換句話說，當(dāng)在第一次寫入中所施加的預(yù)定量的電荷保持在節(jié)點(diǎn)fg中時(shí)，執(zhí)行與第一次寫入中相同的操作(第二次寫入)，由此所存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)可以被重寫。

通過使用高度純化的本征氧化物半導(dǎo)體膜59，該實(shí)施方式中所描述的晶體管120的關(guān)斷電流可以充分減小。另外，結(jié)晶氧化物半導(dǎo)體膜59在其表面粗糙度減小了的絕緣膜53之上形成并與之接觸，由此氧化物半導(dǎo)體膜59可以具有穩(wěn)定的電氣特性。通過把氧化物半導(dǎo)體膜59用于晶體管120，可以提供具有穩(wěn)定的電氣特性的高度可靠的晶體管。另外，利用這種晶體管，可以獲得能夠保持所存儲(chǔ)數(shù)據(jù)極長(zhǎng)時(shí)間的高度可靠的半導(dǎo)體裝置。

此外，可以形成具有高結(jié)晶性的氧化物半導(dǎo)體膜59；因此，通過使用氧化物半導(dǎo)體膜59，晶體管120可以具有較高的遷移率。利用這種晶體管，可以實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體裝置的高速操作。

該實(shí)施方式中所描述的方法、結(jié)構(gòu)等可以適當(dāng)?shù)嘏c其它實(shí)施方式中所描述的任何方法、結(jié)構(gòu)等組合。

(實(shí)施方式4)

在該實(shí)施方式中，根據(jù)在此所公開的本發(fā)明的一種實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的應(yīng)用示例將參考圖7a和7b進(jìn)行描述。

圖7a和7b是各自包括多個(gè)在圖6a至6c中所示出的半導(dǎo)體裝置(下文中也稱為存儲(chǔ)器單元550)的半導(dǎo)體裝置的電路圖。圖7a是所謂的nand半導(dǎo)體裝置的電路圖，其中存儲(chǔ)器單元550串聯(lián)連接，圖7b是所謂的nor半導(dǎo)體裝置的電路圖，其中存儲(chǔ)器單元550并聯(lián)連接。

圖7a中的半導(dǎo)體裝置包括源極線sl、位線bl、第一信號(hào)線s1、多條第二信號(hào)線s2、多條字線wl及多個(gè)存儲(chǔ)器單元550。在圖7a中，在半導(dǎo)體裝置中設(shè)置一條源極線sl和一條位線bl；但是，在此所公開的本發(fā)明的一種實(shí)施方式不限于此?？梢栽O(shè)置多條源極線sl和多條位線bl。

在每個(gè)存儲(chǔ)器單元550中，晶體管500的柵極電極、晶體管120的源極電極和漏極電極中的一個(gè)及電容器520的一個(gè)電極彼此電連接。第一信號(hào)線s1與晶體管120的源極電極和漏極電極中的另一個(gè)彼此電連接，而第二信號(hào)線s2和晶體管120的柵極電極彼此電連接。字線wl和電容器520的另一個(gè)電極彼此電連接。

另外，存儲(chǔ)器單元550中所包括的晶體管500的源極電極電連接到相鄰存儲(chǔ)器單元550中的晶體管500的漏極電極。存儲(chǔ)器單元550中所包括的晶體管500的漏極電極電連接到相鄰存儲(chǔ)器單元550中的晶體管500的源極電極。應(yīng)當(dāng)指出，多個(gè)串聯(lián)連接的存儲(chǔ)器單元中的存儲(chǔ)器單元550中所包括的晶體管500的設(shè)置在一端的漏極電極電連接到位線。此外，多個(gè)串聯(lián)連接的存儲(chǔ)器單元中的存儲(chǔ)器單元550中所包括的晶體管500的設(shè)置在另一端的源極電極電連接到源極線。

在圖7a的半導(dǎo)體裝置中，對(duì)每一行執(zhí)行寫操作和讀操作。寫操作如下執(zhí)行。使晶體管120接通的電勢(shì)提供給執(zhí)行寫操作的行的第二信號(hào)線s2，由此執(zhí)行寫操作的所述行的晶體管120接通。相應(yīng)地，第一信號(hào)線s1的電勢(shì)提供給指定行的晶體管500的柵極電極，使得預(yù)定的電荷施加到該柵極電極。由此，數(shù)據(jù)可以寫到指定行的存儲(chǔ)器單元中。

另外，讀操作如下執(zhí)行。首先，無論施加到晶體管500的柵極電極的電荷如何，使晶體管500接通的電勢(shì)都提供給除要執(zhí)行讀取的行之外的其它行的字線wl，使得除要執(zhí)行讀取的行之外的其它行的晶體管500都接通。然后，依賴于晶體管500的柵極電極中的電荷確定晶體管500的接通狀態(tài)或關(guān)斷狀態(tài)的電勢(shì)(讀出電勢(shì))提供給要執(zhí)行讀取的行的字線wl。在此之后，固定電勢(shì)提供給源極線sl，使得連接到位線bl的讀取電路(未示出)運(yùn)行。在這里，除要執(zhí)行讀取的行的晶體管500之外，源極線sl和位線bl之間的多個(gè)晶體管500都接通；因此，源極線sl和位線bl之間的導(dǎo)通由要執(zhí)行讀取的行的晶體管500的狀態(tài)(接通狀態(tài)或者關(guān)斷狀態(tài))確定。要執(zhí)行讀取的行的晶體管500的導(dǎo)通依賴于其柵極電極中的電荷。因而，位線bl的電勢(shì)相應(yīng)地變化。通過利用讀取電路讀取位線的電勢(shì)，數(shù)據(jù)可以從指定行的存儲(chǔ)器單元讀出。

圖7b中的半導(dǎo)體裝置包括多條源極線sl、多條位線bl、多條第一信號(hào)線s1、多條第二信號(hào)線s2、多條字線wl和多個(gè)存儲(chǔ)器單元550。晶體管500的柵極電極、晶體管120的源極電極和漏極電極中的一個(gè)及電容器520的一個(gè)電極彼此電連接。源極線sl和晶體管500的源極電極彼此電連接。位線bl和晶體管500的漏極電極彼此電連接。第一信號(hào)線s1與晶體管120的源極電極和漏極電極中的另一個(gè)彼此電連接，并且第二信號(hào)線s2與晶體管120的柵極電極彼此電連接。字線wl和電容器520的另一個(gè)電極彼此電連接。

在圖7b的半導(dǎo)體裝置中，對(duì)每一行執(zhí)行寫操作和讀操作。寫操作是以類似于圖7a中的半導(dǎo)體裝置的方式執(zhí)行的。讀操作如下執(zhí)行。首先，無論施加到晶體管500柵極電極的電荷如何，使晶體管500關(guān)斷的電勢(shì)都提供給除要執(zhí)行讀取的行之外的其它行的字線wl，使得除要執(zhí)行讀取的行之外的其它行的晶體管500都關(guān)斷。然后，依賴于晶體管500的柵極電極中的電荷確定晶體管500的接通狀態(tài)或關(guān)斷狀態(tài)的電勢(shì)(讀出電勢(shì))提供給要執(zhí)行讀取的行的字線wl。在此之后，固定電勢(shì)提供給源極線sl，使得連接到位線bl的讀取電路(未示出)運(yùn)行。在這里，源極線sl和位線bl之間的導(dǎo)通由要執(zhí)行讀取的行的晶體管500的狀態(tài)(接通狀態(tài)或者關(guān)斷狀態(tài))確定。即，位線bl的電勢(shì)依賴要執(zhí)行讀取的行的晶體管500的柵極電極中的電荷而變化。通過利用讀取電路讀取位線bl的電勢(shì)，數(shù)據(jù)可以從指定行的存儲(chǔ)器單元讀出。

盡管在以上描述中在每個(gè)存儲(chǔ)器單元550中可以存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)量是一位，但是該實(shí)施方式的存儲(chǔ)器裝置的結(jié)構(gòu)不限于此。通過準(zhǔn)備要提供給晶體管500的柵極電極的三個(gè)或者更多個(gè)電勢(shì)，每個(gè)存儲(chǔ)器單元550中可以存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)量能夠增加。例如，在提供給晶體管500的柵極電極的電勢(shì)數(shù)量為四的情況下，兩位數(shù)據(jù)可以存儲(chǔ)在每個(gè)存儲(chǔ)器單元中。

該實(shí)施方式中所描述的方法、結(jié)構(gòu)等可以適當(dāng)?shù)嘏c其它實(shí)施方式中所描述的任何方法、結(jié)構(gòu)等組合。

(實(shí)施方式5)

在該實(shí)施方式中，利用任意一種以上實(shí)施方式中所述的晶體管形成的半導(dǎo)體裝置的示例將參考圖8a和8b進(jìn)行描述。

圖8a示出了具有對(duì)應(yīng)于所謂動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(dram)的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體裝置的示例。圖8a中所示出的存儲(chǔ)器單元陣列1120具有其中多個(gè)存儲(chǔ)器單元1130以矩陣形式排列的結(jié)構(gòu)。另外，存儲(chǔ)器單元陣列1120包括m條第一布線和n條第二布線。應(yīng)當(dāng)指出，在該實(shí)施方式中，第一布線和第二布線分別稱為位線bl和字線wl。

存儲(chǔ)器單元1130包括晶體管1131和電容器1132。晶體管1131的柵極電極連接到第一布線(字線wl)。另外，晶體管1131的源極電極和漏極電極中的一個(gè)連接到第二布線(位線bl)。晶體管1131的源極電極和漏極電極中的另一個(gè)連接到電容器的一個(gè)電極。電容器的另一個(gè)電極連接到電容器線cl并為其提供預(yù)定的電勢(shì)。以上實(shí)施方式中描述過的晶體管120、晶體管130、晶體管140或者晶體管150適用于晶體管1131。

以上任何一種實(shí)施方式中描述過的晶體管是利用高度純化的本征氧化物半導(dǎo)體膜形成的，因而可以具有足夠低的關(guān)斷狀態(tài)電流。另外，結(jié)晶氧化物半導(dǎo)體膜在其表面粗糙度降低了的絕緣膜之上形成并與之接觸，由此氧化物半導(dǎo)體膜可以具有穩(wěn)定的電氣特性。通過把這種氧化物半導(dǎo)體膜用于晶體管，可以提供具有穩(wěn)定的電氣特性的高度可靠的晶體管。另外，利用這種晶體管，被看作是所謂dram的圖8a中的半導(dǎo)體裝置可以用作基本上非易失性的存儲(chǔ)器。

圖8b示出了具有對(duì)應(yīng)于所謂靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(sram)結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體裝置的示例。圖8b中所示出的存儲(chǔ)器單元陣列1140可以具有其中多個(gè)存儲(chǔ)器單元1150以矩陣方式排列的結(jié)構(gòu)。另外，存儲(chǔ)器單元陣列1140包括多條第一布線(字線wl)、多條第二布線(位線bl)及多條第三布線(反轉(zhuǎn)位線/bl)。

存儲(chǔ)器單元1150包括第一晶體管1151、第二晶體管1152、第三晶體管1153、第四晶體管1154、第五晶體管1155和第六晶體管1156。第一晶體管1151和第二晶體管1152充當(dāng)選擇晶體管。第三晶體管1153和第四晶體管1154中的一個(gè)是n溝道晶體管(在這里，第四晶體管1154是n溝道晶體管)，而第三晶體管1153和第四晶體管1154中的另一個(gè)是p溝道晶體管(在這里，第三晶體管1153是p溝道晶體管)。換句話說，第三晶體管1153和第四晶體管1154形成cmos電路。類似地，第五晶體管1155和第六晶體管1156形成cmos電路。

第一晶體管1151、第二晶體管1152、第四晶體管1154和第六晶體管1156是n溝道晶體管，并且以上任何一種實(shí)施方式中所述的晶體管都可以適用于這些晶體管。第三晶體管1153和第五晶體管1155中的每一個(gè)都是其中溝道形成區(qū)域利用除氧化物半導(dǎo)體之外的材料(例如，單晶硅)形成的p溝道晶體管。

該實(shí)施方式中所描述的方法、結(jié)構(gòu)等可以適當(dāng)?shù)嘏c其它實(shí)施方式中所描述的任何方法、結(jié)構(gòu)等組合。

(實(shí)施方式6)

中央處理單元(cpu)可以利用其中溝道形成區(qū)域利用氧化物半導(dǎo)體形成的晶體管形成該cpu的至少一部分。

圖9a是示出cpu的特定結(jié)構(gòu)的框圖。圖9a中所示出的cpu包括襯底1190之上的算術(shù)邏輯單元(alu)1191、alu控制器1192、指令解碼器1193、中斷控制器1194、定時(shí)控制器1195、寄存器1196、寄存器控制器1197、總線接口(總線i/f)1198、可重寫rom1199及rom接口(romi/f)1189。半導(dǎo)體襯底、soi襯底、玻璃襯底等用作襯底1190。rom1199和romi/f1189可以設(shè)置在單獨(dú)的芯片上。毋庸置疑，圖9a中所示出的cpu僅僅是其中結(jié)構(gòu)被簡(jiǎn)化了的一個(gè)示例，并且，依賴于應(yīng)用，實(shí)際的cpu可以具有各種結(jié)構(gòu)。

通過總線i/f1198輸入到cpu的指令輸入到指令解碼器1193，并在那里解碼，然后輸入到alu控制器1192、中斷控制器1194、寄存器控制器1197和定時(shí)控制器1195。

alu控制器1192、中斷控制器1194、寄存器控制器1197和定時(shí)控制器1195根據(jù)解碼后的指令進(jìn)行各種控制。具體而言，alu控制器1192生成用于控制alu1191的操作的信號(hào)。在cpu執(zhí)行程序時(shí)，中斷控制器1194根據(jù)來自外部輸入/輸出裝置或者外圍電路的中斷請(qǐng)求的優(yōu)先級(jí)或者屏蔽狀態(tài)對(duì)中斷請(qǐng)求進(jìn)行判斷并處理該請(qǐng)求。寄存器控制器1197生成寄存器1196的地址，并根據(jù)cpu的狀態(tài)從寄存器1196讀取數(shù)據(jù)/把數(shù)據(jù)寫到寄存器1196中。

定時(shí)控制器1195生成用于控制alu1191、alu控制器1192、指令解碼器1193、中斷控制器1194和寄存器控制器1197的操作定時(shí)的信號(hào)。例如，定時(shí)控制器1195包括用于根據(jù)參考時(shí)鐘信號(hào)clk1生成內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)clk2的內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器，并把時(shí)鐘信號(hào)clk2提供給以上電路。

在圖9a所示出的cpu中，存儲(chǔ)器元件設(shè)置在寄存器1196中。實(shí)施方式3至5的任意一個(gè)中所描述的存儲(chǔ)器元件都可以用作在寄存器1196中設(shè)置的存儲(chǔ)器元件。

在圖9a所示出的cpu中，寄存器控制器1197根據(jù)來自alu1191的指令選擇在寄存器1196中保持?jǐn)?shù)據(jù)的操作。即，寄存器控制器1197選擇數(shù)據(jù)是由寄存器1196中所包括的存儲(chǔ)器元件中的電容器還是由反相元件保持。當(dāng)選擇由反相元件保持?jǐn)?shù)據(jù)時(shí)，電源電壓提供給寄存器1196中的存儲(chǔ)器元件。當(dāng)選擇由電容器保持?jǐn)?shù)據(jù)時(shí)，數(shù)據(jù)在該電容器中重寫，并且可以停止向寄存器1196中的存儲(chǔ)器元件提供電源電壓。

如圖9b或者圖9c中所示出的，通過在存儲(chǔ)器元件組與向其提供電源電勢(shì)vdd或者電源電勢(shì)vss的節(jié)點(diǎn)之間提供開關(guān)元件，可以停止電源提供。以下將描述圖9b和9c中所示出的電路。

圖9b和9c中的每一個(gè)都示出了包括作為用于控制電源電勢(shì)向存儲(chǔ)器元件的提供的開關(guān)元件的晶體管的存儲(chǔ)器電路的結(jié)構(gòu)的示例，在晶體管中溝道形成區(qū)域是利用氧化物半導(dǎo)體形成的。

圖9b中所示出的存儲(chǔ)器裝置包括開關(guān)元件1141和包括多個(gè)存儲(chǔ)器元件1142的存儲(chǔ)器元件組1143。具體而言，作為存儲(chǔ)器元件1142中的每一個(gè)，可以使用在實(shí)施方式3至5中的任意一個(gè)所述的存儲(chǔ)器元件。經(jīng)由開關(guān)元件1141為存儲(chǔ)器元件組1143中所包括的每個(gè)存儲(chǔ)器元件1142都提供了高電平電源電勢(shì)vdd。另外，為存儲(chǔ)器元件組1143中所包括的每個(gè)存儲(chǔ)器元件都提供了信號(hào)in的電勢(shì)和低電平電源電勢(shì)vss。

在圖9b中，其中溝道形成區(qū)域利用氧化物半導(dǎo)體形成的晶體管用作開關(guān)元件1141，并且晶體管的開關(guān)是通過提供給其柵極電極的信號(hào)siga控制的。

應(yīng)當(dāng)指出，圖9b示出了其中開關(guān)元件1141只包括一個(gè)晶體管的結(jié)構(gòu)；但是，并不限制于此，開關(guān)元件1141可以包括多個(gè)晶體管。在開關(guān)元件1141包括充當(dāng)開關(guān)元件的多個(gè)晶體管的情況下，所述多個(gè)晶體管可以彼此并聯(lián)地連接、串聯(lián)地連接或者采用并聯(lián)連接與串聯(lián)連接的組合。

盡管開關(guān)元件1141控制高電平電源電勢(shì)vdd向圖9b中的存儲(chǔ)器元件組1143中所包括的每個(gè)存儲(chǔ)器元件1142的提供，但是開關(guān)元件1141還可以控制低電平電源電勢(shì)vss的提供。

在圖9c中，示出了其中經(jīng)由開關(guān)元件1141為存儲(chǔ)器元件組1143中所包括的每個(gè)存儲(chǔ)器元件1142提供低電平電源電勢(shì)vss的存儲(chǔ)器裝置的示例。低電平電源電勢(shì)vss向存儲(chǔ)器元件組1143中所包括的每個(gè)存儲(chǔ)器元件1142的提供可以由開關(guān)元件1141來控制。

當(dāng)在存儲(chǔ)器元件組與向其提供電源電勢(shì)vdd或者電源電勢(shì)vss的節(jié)點(diǎn)之間設(shè)置開關(guān)元件時(shí)，即使在cpu的操作暫時(shí)停止并且電源電壓的提供停止的情況下數(shù)據(jù)也可以保持；相應(yīng)地，可以減少功耗。具體而言，例如，當(dāng)個(gè)人計(jì)算機(jī)的用戶不把數(shù)據(jù)輸入到例如鍵盤的輸入裝置時(shí)，cpu的操作可以停止，從而可以減少功耗。

盡管cpu作為示例給出，但是晶體管還可以應(yīng)用到例如數(shù)字信號(hào)處理器(dsp)、定制lsi或者場(chǎng)可編程門陣列(fpga)的lsi。

該實(shí)施方式中所描述的方法、結(jié)構(gòu)等可以適當(dāng)?shù)嘏c其它實(shí)施方式中所描述的任意方法、結(jié)構(gòu)等組合。

(實(shí)施方式7)

在該實(shí)施方式中，以下將描述其中驅(qū)動(dòng)器電路的至少一部分和要布置在像素部分中的晶體管在一個(gè)襯底之上形成的示例。

要布置在像素部分中的晶體管是根據(jù)以上實(shí)施方式中所描述的方法形成的。另外，晶體管可以容易地作為n溝道晶體管形成，因而驅(qū)動(dòng)器電路中可以利用n溝道晶體管形成的驅(qū)動(dòng)器電路部分在與像素部分的晶體管相同的襯底之上形成。如上所述，通過將以上任何一種實(shí)施方式中所描述的晶體管用于像素部分或者驅(qū)動(dòng)器電路，可以提供高度可靠的顯示裝置。

圖10a是有源矩陣顯示裝置的框圖的示例。像素部分601、第一掃描線驅(qū)動(dòng)器電路602、第二掃描線驅(qū)動(dòng)器電路603和信號(hào)線驅(qū)動(dòng)器電路604設(shè)置在顯示裝置中的襯底600之上。在像素部分601中，布置了多條從信號(hào)線驅(qū)動(dòng)器電路604延伸的信號(hào)線并且布置了多條從第一掃描線驅(qū)動(dòng)器電路602和第二掃描線驅(qū)動(dòng)器電路603延伸的掃描線。應(yīng)當(dāng)指出，包括顯示元件的像素以矩陣設(shè)置在掃描線與信號(hào)線彼此交叉的各個(gè)區(qū)域中。顯示裝置的襯底600通過例如柔性印制電路(fpc)的連接部分連接到定時(shí)控制電路(也稱為控制器或者控制ic)。

在圖10a中，第一掃描線驅(qū)動(dòng)器電路602、第二掃描線驅(qū)動(dòng)器電路603和信號(hào)線驅(qū)動(dòng)器電路604在與像素部分601相同的襯底600之上形成。相應(yīng)地，在外部提供的驅(qū)動(dòng)器電路等的部件的數(shù)量減少了，從而可以實(shí)現(xiàn)成本的降低。另外，如果驅(qū)動(dòng)器電路設(shè)置在襯底600外部，那么布線將需要延長(zhǎng)而且布線連接的數(shù)量將增加，但是通過在襯底600之上提供驅(qū)動(dòng)器電路，布線連接的數(shù)量可以減少。相應(yīng)地，可以提高度可靠性或者產(chǎn)出率。

圖10b示出了像素部分的電路結(jié)構(gòu)的示例。在這里，示出了va液晶顯示面板的像素結(jié)構(gòu)。

在這種像素結(jié)構(gòu)中，在一個(gè)像素中設(shè)置多個(gè)像素電極層，并且晶體管連接到各自的像素電極層。所述多個(gè)晶體管通過不同的柵極信號(hào)驅(qū)動(dòng)。換句話說，施加到多域像素中的單個(gè)像素電極層的信號(hào)是獨(dú)立控制的。

晶體管616的柵極布線612和晶體管617的柵極布線613彼此分離，使得可以向其提供不同的柵極信號(hào)。相反，充當(dāng)數(shù)據(jù)線的源極或漏極電極層614對(duì)于晶體管616和晶體管617而言是公用的。作為晶體管616和晶體管617，以上任何一種實(shí)施方式中所描述過的晶體管都可以適當(dāng)?shù)厥褂谩Ｒ砸陨戏绞?，可以提供高度可靠的液晶顯示面板。

電連接到晶體管616的第一像素電極層和電連接到晶體管617的第二像素電極層具有不同的形狀并且由狹縫隔開。第二像素電極層設(shè)置成圍繞以v形展開的第一像素電極層的外側(cè)。為了控制液晶的對(duì)準(zhǔn)，通過晶體管616和晶體管617使得在第一像素電極層和第二像素電極層之間電壓施加的定時(shí)變化。晶體管616連接到柵極布線612，而晶體管617連接到柵極布線613。當(dāng)不同的柵極信號(hào)提供給柵極布線612和柵極布線613時(shí)，晶體管616和晶體管617的操作定時(shí)可以變化。

另外，存儲(chǔ)電容器是利用電容器布線610、充當(dāng)電介質(zhì)的柵極絕緣膜和電連接到第一像素電極層或第二像素電極層的電容器電極形成的。

第一像素電極層、液晶層和對(duì)置電極層彼此重疊，以形成第一液晶元件618。另外，第二像素電極層、液晶層和、對(duì)置電極層彼此重疊，以形成第二液晶元件619。像素結(jié)構(gòu)是多域結(jié)構(gòu)，其中第一液晶元件618和第二液晶元件619設(shè)置在一個(gè)像素中。

應(yīng)當(dāng)指出，像素結(jié)構(gòu)不限于圖10b中所示出的結(jié)構(gòu)。例如，開關(guān)、電阻器、電容器、晶體管、傳感器、邏輯電路等都可以添加到圖10b所示出的像素。

圖10c示出了像素部分的電路結(jié)構(gòu)的示例。在這里，示出了利用有機(jī)el元件形成的顯示面板的像素結(jié)構(gòu)。

在有機(jī)el元件中，通過向發(fā)光元件施加電壓，電子和空穴分別從一對(duì)電極注入到包含發(fā)光有機(jī)化合物的層中，并且電流流動(dòng)。載流子(電子和空穴)重新組合，由此激勵(lì)發(fā)光有機(jī)化合物。發(fā)光有機(jī)化合物從激勵(lì)狀態(tài)返回基態(tài)，由此發(fā)光。由于這種機(jī)制，該發(fā)光元件被稱為電流激勵(lì)發(fā)光元件。

作為半導(dǎo)體裝置的一個(gè)示例，圖10c示出了可以向其應(yīng)用數(shù)字時(shí)間灰度級(jí)驅(qū)動(dòng)的像素結(jié)構(gòu)的示例。

將描述可以向其應(yīng)用數(shù)字時(shí)間灰度級(jí)驅(qū)動(dòng)的像素的結(jié)構(gòu)與操作。在這里，一個(gè)像素包括兩個(gè)n溝道晶體管，每個(gè)晶體管都包括作為溝道形成區(qū)域的氧化物半導(dǎo)體層。

像素620包括開關(guān)晶體管621、驅(qū)動(dòng)器晶體管622、發(fā)光元件624和電容器623。開關(guān)晶體管621的柵極電極層連接到掃描線626，開關(guān)晶體管621的第一電極(源極電極層和漏極電極層中的一個(gè))連接到信號(hào)線625，而開關(guān)晶體管621的第二電極(源極電極層和漏極電極層中的另一個(gè))連接到驅(qū)動(dòng)器晶體管622的柵極電極層。驅(qū)動(dòng)器晶體管622的柵極電極層通過電容器623連接到電源線627，驅(qū)動(dòng)器晶體管622的第一電極連接到電源線627，而驅(qū)動(dòng)器晶體管622的第二電極連接到發(fā)光元件624的第一電極(像素電極)。發(fā)光元件624的第二電極對(duì)應(yīng)于公共電極628。公共電極628電連接到在與公共電極628相同的襯底之上形成的公共電勢(shì)線。

作為開關(guān)晶體管621和驅(qū)動(dòng)器晶體管622，以上任何一種實(shí)施方式中所描述過的晶體管都可以適當(dāng)?shù)厥褂谩Ｒ赃@種方式，可以提供利用有機(jī)el元件形成的高度可靠的顯示面板。

發(fā)光元件624的第二電極(公共電極628)設(shè)置成低電源電勢(shì)。應(yīng)當(dāng)指出，該低電源電勢(shì)是滿足關(guān)系“低電源電勢(shì)<高電源電勢(shì)”的電勢(shì)，其中高電源電勢(shì)設(shè)置到電源線627，作為參考。例如，gnd、0v等都可以設(shè)置為低電源電勢(shì)。高電源電勢(shì)與低電源電勢(shì)之間的電勢(shì)差施加到發(fā)光元件624，并且電流提供給發(fā)光元件624，從而使得發(fā)光元件624發(fā)光。在這里，為了使發(fā)光元件624發(fā)光，每個(gè)電勢(shì)都設(shè)置成使得高電源電勢(shì)與低電源電勢(shì)之間的電勢(shì)差大于等于發(fā)光元件624的正向閾值電壓。

應(yīng)當(dāng)指出，驅(qū)動(dòng)器晶體管622的柵極電容可以用作電容器623的替代，從而電容器623可以省略。驅(qū)動(dòng)器晶體管622的柵極電容可以在溝道形成區(qū)域與柵極電極層之間形成。

在電壓-輸入電壓驅(qū)動(dòng)方法的情況下，視頻信號(hào)輸入到驅(qū)動(dòng)器晶體管622的柵極電極層，從而驅(qū)動(dòng)器晶體管622處于充分接通和關(guān)斷這兩種狀態(tài)中的任一種。即，驅(qū)動(dòng)器晶體管622工作在線性區(qū)域中。因而，高于電源線627的電壓的電壓施加到驅(qū)動(dòng)器晶體管622的柵極電極層。應(yīng)當(dāng)指出，高于或等于電源線的電壓與驅(qū)動(dòng)器晶體管622的vth之和的電壓施加到信號(hào)線625。

在執(zhí)行模擬灰度級(jí)驅(qū)動(dòng)而不是數(shù)字時(shí)間灰度級(jí)驅(qū)動(dòng)的情況下，通過以不同的方式輸入信號(hào)，可以采用與圖10c相同的像素結(jié)構(gòu)。

在執(zhí)行模擬灰度級(jí)驅(qū)動(dòng)的情況下，高于或等于發(fā)光元件624的正向電壓與驅(qū)動(dòng)器晶體管622的vth之和的電壓施加到驅(qū)動(dòng)器晶體管622的柵極電極層。發(fā)光元件624的正向電壓指示獲得期望亮度的電壓，并且至少包括正向閾值電壓。通過輸入使驅(qū)動(dòng)器晶體管622能夠工作在飽和區(qū)域的視頻信號(hào)，電流可以提供給發(fā)光元件624。為了讓驅(qū)動(dòng)器晶體管622工作在飽和區(qū)域，電源線627的電勢(shì)設(shè)置成高于驅(qū)動(dòng)器晶體管622的柵極電勢(shì)。當(dāng)使用模擬視頻信號(hào)時(shí)，可以根據(jù)該視頻信號(hào)向發(fā)光元件624提供電流，并執(zhí)行模擬灰度級(jí)驅(qū)動(dòng)。

應(yīng)當(dāng)指出，像素結(jié)構(gòu)不限于圖10c中所示出的結(jié)構(gòu)。例如，開關(guān)、電阻器、電容器、晶體管、傳感器、邏輯電路等都可以添加到圖10c所示出的像素。

該實(shí)施方式中所描述的方法、結(jié)構(gòu)等可以適當(dāng)?shù)嘏c其它實(shí)施方式中所描述的任意方法、結(jié)構(gòu)等組合。

(實(shí)施方式8)

本說明書中所公開的半導(dǎo)體裝置可以應(yīng)用到多種電子裝置(包括游戲機(jī))。電子裝置的示例是電視機(jī)(也稱為電視或者電視接收器)、計(jì)算機(jī)等的監(jiān)視器、例如數(shù)碼相機(jī)或數(shù)字?jǐn)z像機(jī)的照相機(jī)、數(shù)碼相框、移動(dòng)電話(也稱為蜂窩電話或者蜂窩電話裝置)、便攜式游戲機(jī)、便攜式信息終端、音頻再現(xiàn)裝置和例如彈球機(jī)的大型游戲機(jī)。將描述各自包括以上任意一種實(shí)施方式中所述的半導(dǎo)體裝置的電子裝置的示例。

圖11示出了便攜式信息終端，該信息終端包括主體1001、外罩1002、顯示部分1003a和1003b，等等。顯示部分1003b是觸摸面板。通過觸摸顯示在顯示部分1003b上的鍵盤按鈕1004，可以操作屏幕并可以輸入文字。顯然，顯示部分1003a也可以是觸摸面板。液晶面板或者有機(jī)發(fā)光面板是通過使用以上任意一種實(shí)施方式中所述的晶體管作為開關(guān)元件而制造的，并且應(yīng)用到顯示部分1003a或1003b，由此可以提高便攜式信息終端的顯示部分的可靠性。

圖11a中所示出的便攜式信息終端可以具有顯示各種的信息(例如，靜止圖像、運(yùn)動(dòng)圖像和文字圖像)的功能、在顯示部分上顯示日歷、日期、時(shí)間等的功能、操作或編輯顯示在顯示部分上的信息的功能、控制由各種軟件(程序)所進(jìn)行的處理的功能，等等。此外，外部連接端子(例如耳機(jī)端子或者usb端子)、記錄介質(zhì)插入部分等也可以設(shè)置在外罩的背面或者側(cè)面上。

圖11a中所示出的便攜式信息終端可以無線地發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。通過無線通信，期望的書籍?dāng)?shù)據(jù)等可以從電子書服務(wù)器購(gòu)買并下載。

圖11b示出了便攜式音樂播放器，該便攜式音樂播放器在主體1021中包括顯示部分1023、可以通過其把便攜式音樂播放器戴到耳朵上的固定部分1022、揚(yáng)聲器、操作按鈕1024、外部存儲(chǔ)器槽1025、等等。液晶面板或者有機(jī)發(fā)光面板是通過使用以上任意一種實(shí)施方式中所述的晶體管作為開關(guān)元件制造的，并且應(yīng)用到顯示部分1023，由此可以提高便攜式音樂播放器的顯示部分的可靠性。

此外，當(dāng)圖11b中所示出的便攜式音樂播放器具有天線、麥克風(fēng)功能和無線通信功能并且與移動(dòng)電話一起使用時(shí)，用戶可以在開車等的同時(shí)無線免提地進(jìn)行電話交談。

圖11c示出了移動(dòng)電話，該移動(dòng)電話包括兩個(gè)外罩，外罩1030和外罩1031。外罩1031包括顯示面板1032、揚(yáng)聲器1033、麥克風(fēng)1034、定點(diǎn)裝置1036、照相機(jī)鏡頭1037、外部連接端子1038、等等。另外，外罩1030包括用于給便攜式信息終端充電的太陽能電池1040、外部存儲(chǔ)器槽1041、等等。此外，天線結(jié)合到外罩1031中。在以上任意一種實(shí)施方式中所述的晶體管都應(yīng)用到顯示面板1032，由此可以提高移動(dòng)電話的顯示部分的可靠性。

另外，顯示面板1032包括觸摸面板。顯示為圖像的多個(gè)操作鍵1035在圖11c中由虛線指示。應(yīng)當(dāng)指出，還包括升壓電路，來自太陽能電池1040的電壓輸出通過該升壓電路為每個(gè)電路增加到足夠高。

在顯示面板1032中，顯示的方向依賴使用模式適當(dāng)?shù)馗淖?。另外，移?dòng)電話在與顯示面板1032相同的表面上設(shè)置有照相機(jī)鏡頭1037，因而它可以用作視頻電話。揚(yáng)聲器1033和麥克風(fēng)1034可以用于視頻電話呼叫、記錄和播放聲音等及語音呼叫。此外，處于圖11c中所示出的展開狀態(tài)的外罩1030和1031可以通過滑動(dòng)來移動(dòng)，使得一個(gè)重疊到另一個(gè)上面。因此，移動(dòng)電話的尺寸可以減小，這使得移動(dòng)電話適于攜帶。

外部連接端子1038可以連接到ac適配器和各種類型的電纜，例如usb電纜，由此可以利用個(gè)人計(jì)算機(jī)等進(jìn)行充電和數(shù)據(jù)通信。另外，通過把記錄介質(zhì)插入到外部存儲(chǔ)器槽1041中，大量的數(shù)據(jù)可以存儲(chǔ)并移動(dòng)。

另外，除了以上功能，紅外線通信功能、電視接收功能等也可以提供。

圖11d示出了電視機(jī)的示例。在電視機(jī)1050中，顯示部分1053結(jié)合到外罩1051中。圖像可以顯示在顯示部分1053上。在這里，外罩1051是在設(shè)置有cpu的支架1055上支撐的。以上任意一種實(shí)施方式中所述的晶體管都可以應(yīng)用到顯示部分1053，由此可以提高電視機(jī)1050的顯示部分的可靠性。

電視機(jī)1050可以利用外罩1051的操作開關(guān)或者單獨(dú)的遙控器操作。另外，遙控器可以設(shè)置有用于顯示來自該遙控器的數(shù)據(jù)輸出的顯示部分。

應(yīng)當(dāng)指出，電視機(jī)1050設(shè)置有接收器、調(diào)制解調(diào)器、等等。利用所述接收器，可以接收一般的電視廣播。此外，當(dāng)電視機(jī)經(jīng)調(diào)制解調(diào)器利用或者不利用電線連接到通信網(wǎng)絡(luò)時(shí)，可以執(zhí)行單向(從發(fā)送方到接收方)或者雙向(在發(fā)送方與接收方之間或者在接收方之間)的信息通信。

另外，電視機(jī)1050設(shè)置有外部連接端子1054、存儲(chǔ)介質(zhì)記錄與再現(xiàn)部分1052和外部存儲(chǔ)器槽。外部連接端子1054可以連接到各種類型的電纜，例如usb電纜，并且可以與個(gè)人計(jì)算機(jī)等進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。盤存儲(chǔ)介質(zhì)插入到存儲(chǔ)介質(zhì)記錄與再現(xiàn)部分1052，并且可以執(zhí)行讀取存儲(chǔ)在存儲(chǔ)介質(zhì)中的數(shù)據(jù)和把數(shù)據(jù)寫到存儲(chǔ)介質(zhì)中。此外，作為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在插入到外部存儲(chǔ)器槽中的外部存儲(chǔ)器1056中的圖像、視頻等可以顯示在顯示部分1053上。

當(dāng)以上任意一種實(shí)施方式中所述的存儲(chǔ)器裝置應(yīng)用到外部存儲(chǔ)器1056或者cpu時(shí)，電視機(jī)1050可以具有高度可靠性，并且其功耗可以充分減小。

該實(shí)施方式中所描述的方法、結(jié)構(gòu)等可以適當(dāng)?shù)嘏c其它實(shí)施方式中所描述的任意方法、結(jié)構(gòu)等組合。

[示例]

在該示例中，將描述根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式、對(duì)氧化物半導(dǎo)體膜執(zhí)行的x-射線衍射(xrd)測(cè)量的結(jié)果。

在這個(gè)示例中，樣本a至樣本f中的每一個(gè)均為如下形成的：在單晶硅襯底之上形成基底絕緣膜，具有300nm的厚度，并且在基底絕緣膜之上形成氧化物半導(dǎo)體膜(igzo膜)，具有100nm的厚度。

對(duì)于樣本a和樣本b中的每一個(gè)，通過濺射方法形成的氧化硅膜用作基底絕緣膜。氧化硅膜的形成條件如下：氧化硅(sio2)用作靶；在淀積氣體中，ar的流速是25sccm并且o2的流速是25sccm；壓力是0.4pa；襯底溫度是100℃；并且使用2kw的高頻(rf)功率。

對(duì)于樣本c和樣本d中的每一個(gè)，通過cvd方法形成的氧氮化硅膜用作基底絕緣膜。氧氮化硅膜的形成條件如下：在淀積氣體中，sih4的流速是4sccm而n2o的流速是800sccm；壓力是40pa；襯底溫度是400℃；并且使用150w的高頻(rf)功率。

對(duì)于樣本e和樣本f中的每一個(gè)，通過其熱氧化在單晶硅襯底的表面上形成的熱氧化物膜用作基底絕緣膜。熱氧化物膜的形成條件如下：熱處理溫度是950℃；熱處理時(shí)間是19小時(shí)40分鐘；并且用于熱氧化的氣氛是相對(duì)于氧包含3vol.％比例的hcl的氣氛。

其中基底絕緣膜以以上方式形成的樣本a至樣本f中的每一個(gè)都通過濺射方法進(jìn)行基于in-ga-zn-o的半導(dǎo)體膜的形成。該氧化物半導(dǎo)體膜是在以下條件下形成的：使用具有成分比例in2o3:ga2o3:zno＝1:1:2[摩爾比率]的靶；壓力是0.4pa；襯底溫度是250℃；并且使用2kw的高頻(rf)功率。應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于樣本a、樣本c和樣本e，使用其中o2的流速為45sccm的淀積氣體；而對(duì)于樣本b、樣本d和樣本f，使用其中ar和o2的流速分別為30sccm和15sccm的淀積氣體。

對(duì)樣本a至樣本f執(zhí)行熱處理，其中氧化物半導(dǎo)體膜以以上方式在氧氣氛中以650℃的加熱溫度加熱1小時(shí)形成。

圖12示出了通過平面外方法對(duì)樣本a至樣本f的xrd譜的測(cè)量結(jié)果。在圖12中，垂直軸代表x射線衍射強(qiáng)度(任意單位)，而水平軸代表旋轉(zhuǎn)角度2θ[度]。應(yīng)當(dāng)指出，xrd譜是使用由brukeraxs制造的x射線衍射儀d8advance測(cè)量的。

如圖12中所示，在樣本a至樣本f的所有xrd譜中，在2θ＝31°附近觀察到峰值。這些峰值對(duì)ingazno4晶體的(009)平面上的衍射做出貢獻(xiàn)。應(yīng)當(dāng)指出，峰值強(qiáng)度在樣本a至樣本f之間有區(qū)別。

根據(jù)在其氧化物半導(dǎo)體膜只利用氧作為淀積氣體形成的樣本之間的比較，峰值強(qiáng)度按樣本a、樣本c和樣本e的次序增加。特別地，樣本e的峰值強(qiáng)度特別顯著。峰值強(qiáng)度越高，氧化物半導(dǎo)體膜的結(jié)晶性越高。因此，當(dāng)熱氧化物膜用作基底絕緣膜時(shí)，氧化物半導(dǎo)體膜可以具有最高的結(jié)晶性；在使用氧氮化硅膜的情況下和使用氧化硅膜的情況下，結(jié)晶性依次減小。類似的趨勢(shì)可以在其氧化物半導(dǎo)體膜利用氬和氧作為淀積氣體形成的樣本b、樣本d和樣本f中看到。與樣本a、樣本c和樣本e比較，使得包括同種類型的基底絕緣膜的樣本彼此進(jìn)行比較，樣本b、樣本d和樣本f具有較低的氧化物半導(dǎo)體膜的結(jié)晶性。因此，可以說，在氧化物半導(dǎo)體膜在氧氣氛中形成的情況下，氧化物半導(dǎo)體膜可以具有較高的結(jié)晶性。

在這里，熱氧化物膜、氧氮化硅膜和氧化硅膜的平均表面粗糙度(ra)使用原子力顯微鏡(afm)來測(cè)量。作為afm，使用siinanotechnology公司制造的spa-500。測(cè)量的條件如下：掃描速率為1.0hz；測(cè)量面積為1μm×1μm。對(duì)于樣本的基底絕緣膜，熱氧化物膜的平均表面粗糙度是0.2nm，氧氮化硅膜的平均表面粗糙度是0.5nm，而氧化硅膜的平均表面粗糙度是0.9nm。因而，當(dāng)基底絕緣膜的平均表面粗糙度變小時(shí)，氧化物半導(dǎo)體膜的結(jié)晶性增加，這指示在氧化物半導(dǎo)體膜的結(jié)晶性與基底絕緣膜的平面性之間存在關(guān)聯(lián)。

為了確認(rèn)氧化物半導(dǎo)體膜的結(jié)晶性與基底絕緣膜的平面性之間的關(guān)聯(lián)，對(duì)在樣本a中充當(dāng)基底絕緣膜的氧化硅膜進(jìn)行cmp處理，從而形成其中基底絕緣膜的表面粗糙度減小的樣本g。以類似于樣本a至樣本f的方式對(duì)樣本g執(zhí)行xrd測(cè)量。在這里，對(duì)樣本g執(zhí)行cmp處理，使得基底絕緣膜減小到270nm的厚度，其處理?xiàng)l件是處理溫度為室溫，拋光壓力為0.08mpa，主軸旋轉(zhuǎn)速度為50rpm，而且桌面旋轉(zhuǎn)速度為50rpm。應(yīng)當(dāng)指出，除cmp處理之外，樣本g是在與樣本a相同的條件下形成的。

圖13示出了由平面外方法進(jìn)行的樣本a、樣本e和樣本g的xrd譜的測(cè)量結(jié)果。在圖13中，如在圖12中那樣，垂直軸代表x-射線衍射強(qiáng)度(任意單位)，而水平軸代表旋轉(zhuǎn)角度2θ[度]。

根據(jù)圖13，樣本g在2θ＝31°附近的峰值強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于樣本a，并且基本上等于樣本e。即，發(fā)現(xiàn)樣本g的氧化物半導(dǎo)體膜的結(jié)晶性基本上處于與樣本e的氧化物半導(dǎo)體膜的結(jié)晶性相同的水平。相應(yīng)地，在其中氧化硅膜用作基底絕緣膜的樣本中，通過對(duì)氧化硅膜執(zhí)行cmp處理以提高平面性，氧化物半導(dǎo)體膜的結(jié)晶性可以提高到基本上與其中熱氧化物膜用作基底絕緣膜的樣本相同的水平。

樣本g的氧化硅膜的表面粗糙度是以類似于以上的方式利用afm測(cè)量的；就像在樣本e的熱氧化物膜的情況下，樣本g的氧化硅膜的平均表面粗糙度是0.2nm。這意味著樣本g和樣本e的基底絕緣膜具有基本上相同水平的平均表面粗糙度。由于樣本g和樣本e具有基本上相同水平的xrd譜的峰值強(qiáng)度，因此其氧化物半導(dǎo)體膜也具有基本上相同水平的結(jié)晶性。相應(yīng)地，發(fā)現(xiàn)當(dāng)基底絕緣膜的平均表面粗糙度變小時(shí)氧化物半導(dǎo)體膜的結(jié)晶性增加。

在這里，樣本e的橫截面tem圖像在圖14a中示出，而樣本e的氧化物半導(dǎo)體膜的表面的放大的橫截面tem圖像在圖14b中示出。樣本a的橫截面tem圖像在圖15a中示出，而樣本a的氧化物半導(dǎo)體膜的表面的放大的橫截面tem圖像在圖15b中示出。

如圖14a和14b中所示，樣本e的氧化物半導(dǎo)體膜在足夠平面性的熱氧化物膜之上設(shè)置并與之接觸，并且其c軸在與該熱氧化物膜的表面基本垂直的方向?qū)?zhǔn)的晶體排列在層中。如圖14b所示，樣本e的氧化物半導(dǎo)體膜的表面具有足夠的平面性。

相反，如圖15a和15b所示，樣本a的氧化物半導(dǎo)體膜在沒有足夠平面性的氧化硅膜之上設(shè)置并與之接觸，并且其c軸在與該氧化硅膜的表面基本垂直的方向?qū)?zhǔn)的晶體排列在層中。但是，觀察到如被圖15b中的虛線所包圍區(qū)域的部分，其中在不同方向生長(zhǎng)的晶體層彼此干擾，使得晶體層彼此分離并且形成晶粒邊界。如圖15b所示，由于氧化硅膜的表面突起的影響，樣本a的氧化物半導(dǎo)體膜的表面不具有足夠的平面性。

因而，橫截面tem圖像還指示當(dāng)基底絕緣膜的平均表面粗糙度變小時(shí)氧化物半導(dǎo)體膜的結(jié)晶性增加。

圖16示出了樣本a的基底絕緣膜和樣本g的基底絕緣膜的粗糙度曲線；粗糙度曲線是通過設(shè)置成500nm的測(cè)量長(zhǎng)度l從樣本的afm圖像獲得的。在圖16中，垂直軸代表表面粗糙度[nm]，而水平軸代表測(cè)量長(zhǎng)度[nm]。

根據(jù)圖16，很顯然樣本g的基底絕緣膜的表面粗糙度小于樣本a的基底絕緣膜的表面粗糙度。對(duì)于在一個(gè)突起和與其相鄰?fù)黄鹬g從突起頂部到低谷底部的高度差值d，如圖2c中所示的，樣本a的基底絕緣膜具有大量差值d大于等于1nm的部分，而樣本g的基底絕緣膜具有很少差值d大于等于1nm的部分而具有大量差值d小于等于0.3nm的部分。此外，樣本a和樣本g的中心線平均粗糙度分別是1.0nm和0.23nm，這是通過利用圖16中樣本a和樣本g的基底絕緣膜的粗糙度曲線計(jì)算獲得的。如上所述，樣本a的基底絕緣膜的平均表面粗糙度是0.9nm，而樣本g的基底絕緣膜的平均表面粗糙度是0.2nm。這些結(jié)果指示用于樣本g的氧化硅膜的表面粗糙度確實(shí)通過cmp處理減小了。

以上結(jié)果指示當(dāng)基底絕緣膜的平均表面粗糙度變小時(shí)氧化物半導(dǎo)體膜的結(jié)晶性增加。在這里，比較圖12和圖13中的樣本a、樣本c、樣本e和樣本g，其中氧化物半導(dǎo)體膜是只利用氧氣形成的。其基底絕緣膜每個(gè)都具有0.2nm的平均表面粗糙度的樣本e和樣本g在2θ＝31°附近的峰值強(qiáng)度大約是其基底絕緣膜具有0.9nm的平均表面粗糙度的樣本a和其基底絕緣膜具有0.5nm的平均表面粗糙度的樣本c的兩倍或者更多，并且樣本e和樣本g的氧化物半導(dǎo)體膜的結(jié)晶性顯著地更高。因此，基底絕緣膜的平均表面粗糙度優(yōu)選地大于等于0.1nm并且小于0.5nm。

這指示基底絕緣膜表面粗糙度的這種減小導(dǎo)致在所述基底絕緣膜之上并與之接觸地設(shè)置的氧化物半導(dǎo)體膜的結(jié)晶性的增加。通過把這種具有高結(jié)晶性的氧化物半導(dǎo)體膜用于半導(dǎo)體裝置，可以提供具有穩(wěn)定的電氣特性的高度可靠的半導(dǎo)體裝置。此外，通過使用所述氧化物半導(dǎo)體膜，可以提供具有較高遷移率的半導(dǎo)體裝置。

本申請(qǐng)基于2011年3月25日在日本專利局提交的日本專利申請(qǐng)序列號(hào)2011-067866，該申請(qǐng)的全部?jī)?nèi)容通過引用，包含于此。