專利名稱：半導體裝置及其制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種使用氧化物半導體制造的半導體裝置及其制造方法。
背景技術：
對于半導體裝置來說，使用形成在絕緣表面上的半導體膜形成的晶體管是不可缺少的半導體元件。因為在晶體管的制造中對襯底的耐熱溫度有限制，所以其激活層具有可以以較低溫度形成的非晶硅、通過使用激光或催化劑元素的晶化而得到的多晶硅等的晶體管成為用于半導體顯示裝置的晶體管的主流。近年來，被稱為氧化物半導體的顯示半導體特性的金屬氧化物作為兼有多晶硅所 具有的高遷移率和非晶硅所具有的均勻的元件特性的新的半導體材料引人注目。金屬氧化物用于多種用途，例如作為眾所周知的金屬氧化物的氧化銦用于液晶顯示裝置等中的透明電極材料。作為顯示半導體特性的金屬氧化物，例如有氧化鎢、氧化錫、氧化銦、氧化鋅等，并且已知將上述顯示半導體特性的金屬氧化物用于溝道形成區(qū)的晶體管(專利文獻I以及專利文獻2)。[專利文獻I]日本專利申請公開2007-123861號公報[專利文獻2]日本專利申請公開2007-96055號公報

發(fā)明內(nèi)容
作為用于半導體裝置的晶體管，優(yōu)選其隨時間的劣化所導致的閾值電壓的不均勻小且截止電流低等。通過使用隨時間的劣化所導致的閾值電壓的偏差小的晶體管，可以提高半導體裝置的可靠性。另外，通過使用截止電流低的晶體管，可以抑制半導體裝置的耗電量。本發(fā)明的目的之一是提供可靠性高的半導體裝置的制造方法?；蛘?，本發(fā)明的目的之一是提供耗電量低的半導體裝置的制造方法。或者，本發(fā)明的目的之一是提供可靠性高的半導體裝置?；蛘?，本發(fā)明的目的之一是提供耗電量低的半導體裝置。另外，目前，在高耐壓的被稱為用來控制大電流的功率器件(power device)的半導體裝置中，作為半導體材料主要使用硅。但是，一般認為使用硅形成的半導體元件的物理特性已達到了理論值的極限，因此為了實現(xiàn)更高耐壓且能夠進一步抑制大電流的功率器件，需要能夠提聞特性的新的半導體材料。作為可能提聞聞耐壓性、聞轉(zhuǎn)換效率、聞速開關等各種特性的半導體材料，例如可以舉出碳化硅、氮化鎵等化合物半導體。碳化硅的帶隙是3. 26eV，氮化鎵的帶隙是3. 39eV，兩者都具有硅的帶隙的大約3倍左右的大帶隙。因此，已知此類化合物半導體有利于半導體裝置的耐壓的提高、電力損失的降低等。但是，碳化硅、氮化鎵等化合物半導體具有工藝溫度高的問題。碳化硅的工藝溫度大約為1500°C，氮化鎵的工藝溫度大約為1100°C左右，因此不可以將其形成在耐熱溫度低的玻璃襯底上。據(jù)此，因為不能利用廉價的玻璃襯底且化合物半導體不能夠?qū)r底的大型化，所以使用碳化硅、氮化鎵等的化合物半導體形成的半導體裝置的批量生產(chǎn)性低，而成為難以實現(xiàn)實用化的原因。鑒于上述問題，本發(fā)明的目的之一是提供具有高批量生產(chǎn)性的使用新的半導體材料形成的用于大電力的半導體裝置。 本發(fā)明人注意到存在于氧化物半導體膜中的氫、水等雜質(zhì)是造成晶體管的閾值電壓漂移等隨時間的劣化的原因。已知在通過濺射等形成的氧化物半導體膜中包含多量的氫或水等雜質(zhì)。因此，在本發(fā)明的一個方式中，為了減少氧化物半導體膜中的水分或氫等雜質(zhì)，在形成氧化物半導體膜之后，在氧化物半導體膜露出的狀態(tài)下，在減壓氣氛、氮或稀有氣體等惰性氣體氣氛、氧氣體氣氛或超干燥空氣(使用CRDS (cavity ring-down laserspectroscopy :光腔衰蕩光譜法)方式的露點計進行測定時的水分量是20ppm (露點換算，-55°C)以下，優(yōu)選的是Ippm以下，更優(yōu)選的是IOppb以下的空氣)氣氛下進行 第一加熱處理。接著，為了進一步降低氧化物半導體膜中的水分或氫等雜質(zhì)，在使用離子注入法或離子摻雜法等對氧化物半導體膜添加氧之后，再次在氧化物半導體膜露出的狀態(tài)下，在減壓氣氛、氮或稀有氣體等惰性氣體氣氛、氧氣體氣氛或超干燥空氣(使用CRDS (cavityring-down laser spectroscopy :光腔衰蕩光譜法)方式的露點計進行測定時的水分量是20ppm (露點換算，-550C)以下，優(yōu)選的是Ippm以下,更優(yōu)選的是IOppb以下的空氣)氣氛下進行第二加熱處理。雖然通過第一加熱處理氧化物半導體膜中的水分或氫等雜質(zhì)被降低，但是并沒有被完全去除，而還有改善的余地。可以認為這是因為還存在與構成氧化物半導體的金屬鍵合的氫或羥基。在本發(fā)明中，通過使用離子注入法或離子摻雜法等對氧化物半導體膜添加氧，來切斷構成氧化物半導體的金屬與氫之間的鍵或該金屬與羥基之間的鍵并使該氫或羥基與氧起反應，來生成水。并且，通過在氧的添加之后進行第二加熱處理，可以容易使殘留的氫或輕基等雜質(zhì)作為水而脫離。如果通過水分、氫等雜質(zhì)的脫離而可以得到i型(本征)半導體或?qū)嵸|(zhì)上i型的氧化物半導體，則可以防止因上述雜質(zhì)而導致的如閾值電壓漂移等的晶體管特性的惡化，從而降低截止電流。具體而言，去除包含在氧化物半導體中的氫或水等雜質(zhì)，并使利用二次離子質(zhì)譜分析法(SIMS :Secondary Ion Mass Spectroscopy)測定出的氧化物半導體所包含的氫濃度的測定值為5X IO1Vcm3以下,優(yōu)選為5X IO1Vcm3以下，更優(yōu)選為5X IO1Vcm3以下，進一步優(yōu)選低于I X IOlfVcm3。另外，使可以利用霍爾效應測量來測定出的氧化物半導體膜的載流子密度為低于I X IO1Vcm3，優(yōu)選為低于I X IO1Vcm3，更優(yōu)選為測定界限以下，即低于lX10n/Cm3。換言之，氧化物半導體膜的載流子密度無限趨近于O。另外，氧化物半導體的帶隙是2eV以上，優(yōu)選是2. 5eV以上，更優(yōu)選是3eV以上。通過使用氫濃度被充分地降低而被高純度化的氧化物半導體膜，可以降低晶體管的截止電流。上述兩次的加熱處理優(yōu)選在300°C以上且850°C以下(或玻璃襯底的應變點以下)的溫度范圍內(nèi)進行。注意，該加熱處理不超過所使用的襯底的耐熱溫度。已使用TDS(Thermal Desorption Spectroscopy :熱脫附譜分析)確認了通過加熱處理得到的水或氫的脫離效果。作為加熱處理，利用在爐中進行的熱處理或快速熱退火法(RTA法)。RTA法有使用燈光源的方法以及將襯底移動到被加熱的氣體中而進行短時間的熱處理的方法。當使用RTA法時，可以使熱處理所需的時間短于0. I小時。
具體而言，例如即使使用通過上述方法被高純度化的氧化物半導體膜的晶體管是溝道寬度W是I X IO4 μ m且溝道長度L是3 μ m的元件，也可以得到10_13A以下的截止電流、
O.lV/dec.左右(柵極絕緣膜的厚度是IOOnm)的亞閾值(S值)的特性。因此，該晶體管的在柵電極和源電極之間的電壓是O以下的狀態(tài)下的截止電流，即泄漏電流與使用具有結(jié)晶性的硅的晶體管相比非常低。另外，在使用被高純度化的氧化物半導體(purified OS)形成的晶體管中，幾乎不呈現(xiàn)截止電流的溫度依賴性?？梢哉J為這是因為通過去除在氧化物半導體中成為電子供體(施主)的雜質(zhì)氧化物半導體被高純度化，而導電型無限趨近于本征型，費米能級位于禁止帶中央的緣故。另外，氧化物半導體的能隙是3eV以上且熱激發(fā)載流子極少也是原因之一。另外，源電極及漏電極處于簡并狀態(tài)也是不呈現(xiàn)溫度依賴性的原因之一。晶體管主要根據(jù)從簡并狀態(tài)的源電極注入到氧化物半導體的載流子而工作，且沒有載流子密度的溫度依賴性，因此可以解釋上述特性(截止電流不受溫度影響)。作為氧化物半導體，可以采用四元金屬氧化物的In-Sn-Ga-Zn-O類氧化物半導體；三元金屬氧化物的In-Ga-Zn-O類氧化物半導體、In-Sn-Zn-O類氧化物半導體、In-Al-Zn-O類氧化物半導體、Sn-Ga-Zn-O類氧化物半導體、Al-Ga-Zn-O類氧化物半導體、Sn-Al-Zn-O類氧化物半導體；二元金屬氧化物的In-Zn-O類氧化物半導體、Sn-Zn-O類氧化物半導體、Al-Zn-O類氧化物半導體、Zn-Mg-O類氧化物半導體、Sn-Mg-O類氧化物半導體、In-Mg-O類氧化物半導體、In-Ga-O類氧化物半導體；以及In-O類氧化物半導體、Sn-O類氧化物半導體、Zn-O類氧化物半導體等。注意，在本說明書中，例如In-Sn-Ga-Zn-O類氧化物半導體是指具有銦(In)、錫(Sn)、鎵(Ga)、鋅(Zn)的金屬氧化物，而對其化學計量組成比沒有特別的限制。另外，上述氧化物半導體也可以包含硅。或者，可以利用化學式InMO3 (ZnO)m (m>0)表示氧化物半導體。在此，M表示選自Ga、Al、Mn及Co中的一種或更多種金屬元素。在此，說明氧化物半導體膜中及導電膜中的氫濃度的分析。使用二次離子質(zhì)譜(SIMS :Secondary Ion Mass Spectroscopy)測量氧化物半導體膜中及導電膜中的氫濃度。在SIMS分析中，由于其原理而難以獲得樣品表面附近或材質(zhì)不同的膜的疊層界面附近的準確數(shù)據(jù)。因此，當使用SIMS來分析膜中的厚度方向上的氫濃度分布時，采用在對象的膜所存在的范圍中沒有值的極端變動且可以獲得大致一定的值的區(qū)域中的平均值作為氫濃度。另外，當測定對象的膜的厚度薄時，有時因受到鄰接的膜內(nèi)的氫濃度的影響而找不到可以獲得大致一定的值的區(qū)域。此時，采用該膜所存在的區(qū)域中的氫濃度的最大值或最小值作為該膜中的氫濃度。另外，當在該膜所存在的區(qū)域中不存在具有最大值的山形峰值、具有最小值的谷形峰值時，采用拐點的值作為氫濃度。晶體管可以采用底柵型、頂柵型或底接觸型。底柵型晶體管具有絕緣表面上的柵電極；柵電極上的柵極絕緣膜；柵極絕緣膜上的與柵電極重疊的氧化物半導體膜；氧化物半導體膜上的源電極、漏電極；以及源電極、漏電極及氧化物半導體膜上的絕緣膜。頂柵型晶體管具有絕緣表面上的氧化物半導體膜；氧化物半導體膜上的柵極絕緣膜；在柵極絕緣膜上與氧化物半導體膜重疊且用作導電膜的柵電極；源電極；漏電極；以及源電極、漏電極及氧化物半導體膜上的絕緣膜。底接觸型晶體管具有絕緣表面上的柵電極；柵電極上的柵極絕緣膜；柵極絕緣膜上的源電極、漏電極；位于源電極、漏電極上且在柵極絕緣膜上與柵電極重疊的氧化物半導體膜；以及源電極、漏電極及氧化物半導體膜上的絕緣膜。
另外，無論是在利用濺射等形成氧化物半導體膜時，還是在形成之后，存在于氧化物半導體膜周圍的氫或水都容易被引入到氧化物半導體膜中。由于水或氫容易形成施主能級，因此對于氧化物半導體本身來說水或氫是雜質(zhì)。因此，在本發(fā)明的一個方式中，在形成源電極和漏電極之后，也可以以覆蓋源電極、漏電極及氧化物半導體膜的方式形成由高阻擋性的絕緣材料形成的絕緣膜。上述絕緣膜優(yōu)選使用高阻擋性的絕緣材料。例如，作為高阻擋性的絕緣膜，可以使用氮化硅膜、氮氧化硅膜、氮化鋁膜或氮氧化鋁膜等。當使用多個層疊的絕緣膜時，將所包含的氮的比率比上述高阻擋性的絕緣膜低的氧化硅膜、氧氮化硅膜等絕緣膜形成在離氧化物半導體膜近的一側(cè)。并且，以夾著氮比率低的絕緣膜重疊于源電極、漏電極及氧化物半導體膜的方式形成具有阻擋性的絕緣膜。通過使用具有阻擋性的絕緣膜，可以防止水分或氫等雜質(zhì)侵入到氧化物半導體膜內(nèi)、柵極絕緣膜內(nèi)或者氧化物半導體膜和其他絕緣膜的界面及其近旁。另外，也可以在柵電極和氧化物半導體膜之間形成如下柵極絕緣膜，該柵極絕緣膜層疊有使用高阻擋性的材料形成的絕緣膜及如氧化硅膜、氧氮化硅膜等的氮比率低的絕緣膜。氧化硅膜、氧氮化硅膜等絕緣膜形成在具有阻擋性的絕緣膜和氧化物半導體膜之間。通過使用具有阻擋性的絕緣膜，可以防止如水分或氫等的氣氛中的雜質(zhì)或包含在襯底內(nèi)的如堿金屬、重金屬等的雜質(zhì)侵入到氧化物半導體膜內(nèi)、柵極絕緣膜內(nèi)或者氧化物半導體膜和其他絕緣膜的界面及其近旁。本發(fā)明可以提供可靠性高的半導體裝置的制造方法。另外，本發(fā)明可以提供耗電量低的半導體裝置的制造方法。另外，本發(fā)明可以提供可靠性高的半導體裝置。另外，本發(fā)明可以提供耗電量低的半導體裝置。另外，因為可以以低成膜溫度制造高耐壓的半導體元件，所以可提供具有高批量生產(chǎn)性且用于大電力的半導體裝置。


在附圖中圖IA至圖IE是示出半導體裝置的制造方法的圖；圖2A至圖2C是示出半導體裝置的制造方法的圖；圖3A至圖3C是示出半導體裝置的制造方法的圖；圖4A至圖4E是示出半導體裝置的制造方法的圖；圖5A至圖5E是示出半導體裝置的制造方法的圖；圖6A至圖6C是示出半導體裝置的制造方法的圖；圖7A和圖7B是半導體裝置的俯視圖；圖8A至圖8C是示出半導體裝置的制造方法的圖；圖9是半導體裝置的俯視圖；圖IOA至圖IOC是示出半導體裝置的制造方法的圖；圖IlA和圖IlB分別是電子紙的俯視圖以及截面圖；圖12A和圖12B是半導體顯示裝置的框圖；圖13A和圖13B是說明信號線驅(qū)動電路的結(jié)構的圖14A和圖14B是示出移位寄存器的結(jié)構的電路圖；圖15A和圖15B分別是示出移位寄存器的一個方式的圖以及說明其工作的時序圖；圖16是液晶顯示裝置的截面圖；圖17是示出液晶顯示裝置的模塊的結(jié)構的圖；圖18A至圖18C是發(fā)光裝置的截面圖；圖19A至圖19F是使用半導體裝置形成的電子設備的圖；圖20是使用氧化物半導體形成的反交錯型的晶體管的縱截面圖；
圖21是沿著圖20所示的截面A-A’的能帶圖(示意圖)；圖22A是示出對柵電極(GE)施加正電位(+VG)的狀態(tài)的圖；圖22B是示出對柵電極(GE)施加負電位(-VG)的狀態(tài)的圖；圖23是示出真空能級和金屬的功函數(shù)(ΦΜ)的關系、真空能級和氧化物半導體的電子親和力(X)的關系的圖。
具體實施例方式下面，關于本發(fā)明的實施方式參照附圖進行詳細說明。但是，本發(fā)明并不局限于以下說明。所屬技術領域的普通技術人員可以很容易地理解一個事實就是本發(fā)明的方式和詳細內(nèi)容在不脫離其宗旨及其范圍的條件下可以被變換為各種各樣的形式。因此，本發(fā)明不應該被解釋為僅限于以下所示的實施方式的記載內(nèi)容。本發(fā)明可以用來制造微處理器、如圖像處理電路等的集成電路、RF標簽、半導體顯示裝置等任何種類的半導體裝置。半導體裝置是指通過利用半導體特性而能夠工作的所有裝置，因此半導體顯示裝置、半導體電路以及電子設備都是半導體裝置。半導體顯示裝置包括液晶顯示裝置、在各像素中具有以有機發(fā)光元件(OLED)為代表的發(fā)光元件的發(fā)光裝置、電子紙、DMD (數(shù)字微鏡裝置)、Η)Ρ (等離子體顯示面板)及FED (場致發(fā)射顯示器)等，在驅(qū)動電路中具有利用半導體膜形成的電路元件的其他半導體顯示裝置也包括在其范疇內(nèi)。實施方式I將溝道蝕刻結(jié)構的底柵型晶體管為例子，而對根據(jù)本發(fā)明的一個方式的半導體裝置所具有的晶體管的結(jié)構和該晶體管的制造方法進行說明。如圖IA所示那樣，在襯底100上形成柵電極101。對可以用作具有絕緣表面的襯底100的襯底沒有特別的限制，但是需要至少具有能夠承受后面的加熱處理的程度的耐熱性。例如，可以使用利用熔融法或浮法而制造的玻璃襯底。當后面的加熱處理的溫度較高時，作為玻璃襯底優(yōu)選使用應變點為730°C以上的玻璃襯底。另外，作為玻璃襯底，例如使用如鋁硅酸鹽玻璃、鋁硼硅酸鹽玻璃或鋇硼硅酸鹽玻璃等的玻璃材料。另外，通常通過使其包含的氧化鋇(BaO)的量多于其包含的氧化硼，可以獲得更實用的耐熱玻璃。因此，優(yōu)選使用其包含的BaO多于其包含的B2O3的玻璃襯底。另外，還可以使用如陶瓷襯底、石英襯底、藍寶石襯底等的由絕緣體構成的襯底代替上述玻璃襯底。此外，也可以使用晶化玻璃等。另外，還可以使用在不銹鋼合金等金屬襯底表面上設置有絕緣膜的襯底。另外，一般而言，由塑料等具有柔性的合成樹脂構成的襯底具有耐熱溫度較低的趨勢，若能夠耐受后面的制造工序中的處理溫度，則可以用作襯底100。作為塑料襯底，可以舉出以聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)為代表的聚酯、聚醚砜(PES)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚碳酸酯(PC)、聚醚醚酮(PEEK)、聚砜(PSF)、聚醚酰亞胺(PEI )、聚芳酯(PAR)、聚對苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚酰亞胺、丙烯腈一丁二烯一苯乙烯樹脂、聚氯乙烯、聚丙烯、聚乙酸乙烯酯、丙烯酸樹脂等。在襯底100和柵電極101之間，也可以形成成為基底膜的絕緣膜。作為基底膜，例如可以使用氧化硅膜、氧氮化硅膜、氮化硅膜、氮氧化硅膜、氮化鋁膜和氮氧化鋁膜中的一種的單層或?qū)盈B它們中的多種的結(jié)構。尤其是作為基底膜使用高阻擋性的絕緣膜例如氮化硅膜、氮氧化硅膜、氮化鋁膜或氮氧化鋁膜等，可以防止水分或氫等的氣氛中的雜質(zhì)或者包含在襯底100內(nèi)的堿金屬、重金屬等的雜質(zhì)進入到氧化物半導體膜內(nèi)、柵極絕緣膜內(nèi)或氧化物半導體膜和其他絕緣膜之間的界面和其近旁。 另外，在本說明書中，氧氮化物是指在其組成中氧的含量多于氮的含量的物質(zhì)。此夕卜，氮氧化物是指在其組成中氮的含量多于氧的含量的物質(zhì)。作為柵電極101的材料，可以使用鑰、鈦、鉻、鉭、鎢、釹、鈧等金屬材料、以這些金
屬材料為主要成分的合金材料的導電膜或這些金屬的氮化物的單層或疊層。另外，若能夠耐受后面的工序中進行的加熱處理的溫度，則作為上述金屬材料可以使用鋁或銅。鋁或銅為了避免耐熱性或腐蝕性的問題，優(yōu)選與高熔點金屬材料組合而使用。作為高熔點金屬材料，可以使用鑰、鈦、鉻、鉭、鶴、釹、鈧等。例如，作為具有兩層結(jié)構的柵電極101，優(yōu)選采用在鋁膜上層疊有鑰膜的兩層結(jié)構；在銅膜上層疊有鑰膜的兩層結(jié)構；在銅膜上層疊有氮化鈦膜或氮化鉭膜的兩層結(jié)構；層疊有氮化鈦膜和鑰膜的兩層結(jié)構。作為具有三層結(jié)構的柵電極101，優(yōu)選采用將鋁膜、鋁和硅的合金膜、鋁和鈦的合金膜或鋁和釹的合金膜用作中間層，將鎢膜、氮化鎢膜、氮化鈦膜和鈦膜中選擇的任兩種膜用作上方和下方的層而層疊的結(jié)構。另外,通過作為柵電極101使用氧化銦、氧化銦氧化錫合金、氧化銦氧化鋅合金、氧化鋅、氧化鋅鋁、氧氮化鋅鋁、氧化鋅鎵等的具有透光性的氧化物導電膜，可以提高像素部的開口率。柵電極101的厚度為IOnm至400nm,優(yōu)選為IOOnm至200nm。在本實施方式中，在通過使用鎢靶材的濺射法形成150nm的用于柵電極的導電膜之后，通過蝕刻將該導電膜加工(構圖)為所希望的形狀，形成柵電極101。另外，若所形成的柵電極的端部的形狀為錐形形狀，則層疊在其上的柵極絕緣膜的覆蓋性提高，因此是優(yōu)選的。另外，也可以使用噴墨法形成抗蝕劑掩模。當通過噴墨法形成抗蝕劑掩模時不使用光掩模，因此可以縮減制造成本。接著，在柵電極101上形成柵極絕緣膜102。柵極絕緣膜102使用等離子體CVD法或濺射法等并使用氧化硅膜、氮化硅膜、氧氮化硅膜、氮氧化硅膜、氧化鋁膜、氮化鋁膜、氧氮化鋁膜、氮氧化鋁膜、氧化鉿膜、氧化鉭膜的單層或疊層形成。柵極絕緣膜102優(yōu)選盡量不包含水分、氫等的雜質(zhì)。在通過濺射法形成氧化硅膜時，作為靶材使用硅靶材或石英靶材，并且作為濺射氣體使用氧或氧及氬的混合氣體來進行。由于通過去除雜質(zhì)實現(xiàn)被i型化或?qū)嵸|(zhì)上實現(xiàn)被i型化的氧化物半導體(被高純度化的氧化物半導體)對界面能級或界面電荷非常敏感，所以與柵極絕緣膜102之間的界面很重要。由此，與被高純度化的氧化物半導體接觸的柵極絕緣膜(GI)需要有高質(zhì)量。
例如，使用微波(2.45GHz)的高密度等離子體CVD可以形成致密的耐壓高的高質(zhì)量的絕緣膜，因此是優(yōu)選的。通過使被高純度化的氧化物半導體與高質(zhì)量的柵極絕緣膜密接，可以降低界面能級并使界面特性良好。當然，若作為柵極絕緣膜可以形成良好的絕緣膜，則可以應用其他成膜方法諸如濺射法或等離子體CVD法等。另外，由成膜后的熱處理改進柵極絕緣膜的膜質(zhì)及/或與氧化物半導體之間的界面特性。無論上述哪一種情況，使用如下柵極絕緣膜即可不僅作為柵極絕緣膜的膜質(zhì)良好，而且降低與氧化物半導體之間的界面態(tài)密度，并可以形成良好的界面。也可以形成具有如下結(jié)構的柵極絕緣膜102，即層疊有使用高阻擋性的材料形成的絕緣膜、所包含的氮的比率低的諸如氧化硅膜或氧氮化硅膜等的絕緣膜。在此情況下，將氧化硅膜、氧氮化硅膜等的絕緣膜形成在具有阻擋性的絕緣膜和氧化物半導體膜之間。作為高阻擋性的絕緣膜，例如可以舉出氮化硅膜、氮氧化硅膜、氮化鋁膜或氮氧化鋁膜等。通過使用具有阻擋性的絕緣膜，可以防止水分或氫等的氣氛中的雜質(zhì)或包含在襯底內(nèi)的堿金屬、重金屬等的雜質(zhì)侵入到氧化物半導體膜內(nèi)、柵極絕緣膜102內(nèi)或者氧化物半導體膜和其他絕緣膜的界面及其近旁。另外，通過以與氧化物半導體膜接觸的方式形成所包含的氮的比率低的氧化硅膜、氧氮化硅膜等的絕緣膜，可以防止使用高阻擋性的材料的絕緣膜直接接觸于氧化物半導體膜。例如，也可以作為第一柵極絕緣膜通過濺射法形成厚度為50nm以上且200nm以下的氮化硅膜(SiNy (y>0))，在第一柵極絕緣膜上作為第二柵極絕緣膜層疊厚度為5nm以上且300nm以下的氧化娃膜(Si0x(x>0)),來形成厚度為IOOnm的柵極絕緣膜102。柵極絕緣膜102的厚度根據(jù)晶體管被要求的特性適當?shù)卦O定即可，也可以為350nm至400nm左右。在本實施方式中，形成具有如下結(jié)構的柵極絕緣膜102，在通過濺射法形成的厚度為50nm的氮化娃膜上層疊有通過派射法形成的厚度為IOOnm的氧化娃膜。另外，為了使柵極絕緣膜102中盡量不包含氫、羥基及水分，作為成膜的預處理，優(yōu)選在濺射裝置的預熱室中對形成有柵電極101的襯底100進行預熱，使吸附到襯底100的氫、水分等雜質(zhì)脫離并排出。另外，將預熱的溫度設定為100°c以上且400°C以下，優(yōu)選設定為150°C以上且300°C以下。另外，設置在預熱室中的排氣單元優(yōu)選是低溫泵。另外，可以省略該預熱處理。接著，在柵極絕緣膜102上形成厚度為2nm以上且200nm以下，優(yōu)選為3nm以上且50nm以下,更優(yōu)選為3nm以上且20nm以下的氧化物半導體膜103。氧化物半導體膜103使用氧化物半導體作為靶材，并使用濺射法形成。另外，氧化物半導體膜103可以在稀有氣體(例如，氬)氣氛下、在氧氣氛下或者在包含稀有氣體(例如，氬)及氧的氣氛下通過濺射法來形成。另外，優(yōu)選在使用濺射法形成氧化物半導體膜103之前，進行引入氬氣體并產(chǎn)生等離子體的反濺射，而去除附著在柵極絕緣膜102的表面上的灰塵。反濺射是指在不對靶材一側(cè)施加電壓的情況下使用RF電源在氬氣氛下對襯底一側(cè)施加電壓來在襯底附近形成等離子體以進行表面改性的方法。另外，也可以使用氮、氦等代替氬氣氛。另外，也可以在 對氬氣氛添加氧、一氧化二氮等的氣氛下進行。另外，也可以在對氬氣氛添加氯、四氟化碳等的氣氛下進行。氧化物半導體膜103可以使用上述那樣的氧化物半導體。
在本實施方式中，將通過使用包含In (銦)、Ga (鎵)及Zn (鋅)的氧化物半導體靶材的濺射法而得到的厚度為30nm的In-Ga-Zn-O類非單晶膜用于氧化物半導體膜103。作為上述靶材，例如可以使用具有各金屬的原子比為In Ga Zn=l 1 :0. 5、In Ga Zn=l :1:1或In Ga Zn=l :1 :2的組成比的氧化物半導體靶材。另外，可以在稀有氣體(典型的是氬)氣氛下、在氧氣氛下或者在包含稀有氣體(典型的是氬)及氧的氣氛下通過濺射法來形成氧化物半導體膜103。此外，在利用濺射法的情況下，也可以使用包括2wt%以上且10wt%以下的SiO2的靶材進行成膜。另外，包含In、Ga及Zn的氧化物半導體靶材的填充率為90%以上且100%以下，優(yōu)選為95%以上且99. 9%以下。通過使用高填充率的氧化物半導體靶材，所形成的氧化物半導體膜成為致密的膜。在保持為減壓狀態(tài)的處理室內(nèi)保持襯底，一邊去除處理室內(nèi)的殘留水分一邊引入去除了氫及水分的濺射氣體，使用金屬氧化物作為靶材在襯底100上形成氧化物半導體膜103。在成膜時，也可以將襯底溫度設定為100°C以上且600°C以下，優(yōu)選設定為200°C以上且400°C以下。通過一邊加熱襯底一邊進行成膜，可以降低形成了的氧化物半導體膜所包含的雜質(zhì)濃度。另外，可以減少因濺射產(chǎn)生的缺陷。為了去除處理室內(nèi)的殘留水分，優(yōu)選使用 吸附型真空泵。例如，優(yōu)選使用低溫泵、離子泵、鈦升華泵。另外，作為排氣單元，也可以使用設置有冷阱的渦輪泵。由于使用低溫泵排氣的成膜室排出例如氫原子、水(H2O)等包含氫原子的化合物(優(yōu)選也排出包含碳原子的化合物)等，所以可以降低在該成膜室中形成的氧化物半導體膜所包含的雜質(zhì)濃度。作為成膜條件的一個例子，應用如下條件，即襯底和靶材之間的距離為100mm，壓力為0.6Pa，直流(DC)電源為0.5kW，在氧(氧流量比率為100%)氣氛下。另外，脈沖直流(DC)電源是優(yōu)選的，因為可以減少在成膜時發(fā)生的稱為微粒的灰塵并可以實現(xiàn)均勻的膜厚分布。氧化物半導體膜優(yōu)選為5nm以上且30nm以下。另外，由于根據(jù)所應用的氧化物半導體材料適當?shù)暮穸炔煌?，所以根?jù)材料適當?shù)剡x擇厚度即可。另外，為了使氧化物半導體膜103中盡量不包含氫、羥基及水分，作為成膜的預處理，優(yōu)選在濺射裝置的預熱室中對形成了柵極絕緣膜102的襯底100進行預熱，使吸附到襯底100的氫、水分等雜質(zhì)脫離并排出。另外，將預熱的溫度設定為100°C以上且400°C以下，優(yōu)選為150°C以上且300°C以下。另外，設置在預熱室中的排氣單元優(yōu)選是低溫泵。另外，可以省略該預熱處理。另外，該預熱也可以在形成絕緣膜113之前，對形成了源電極111及漏電極112的襯底100同樣地進行。作為濺射法，有作為濺射電源使用高頻電源的RF濺射法、DC濺射法，并且還有以脈沖方式施加偏壓的脈沖DC濺射法。RF濺射法主要用于絕緣膜的形成，而DC濺射法主要用于金屬膜的形成。此外，還有可以設置多個材料不同的靶材的多元濺射裝置。多元濺射裝置既可以在同一處理室中層疊形成不同的材料膜，又可以在同一處理室中使多種材料同時放電而進行成膜。另外，有利用磁控管濺射法或ECR濺射法的濺射裝置，磁控管濺射法在處理室內(nèi)具備磁體機構，ECR濺射法不使用輝光放電而利用使用微波來產(chǎn)生的等離子體。另外，作為使用濺射法的成膜方法，還有在成膜時使靶材物質(zhì)與濺射氣體成分產(chǎn)生化學反應而形成它們的化合物薄膜的反應濺射法；以及在成膜時對襯底也施加電壓的偏壓濺射法。也可以以不接觸于大氣的方式連續(xù)形成柵極絕緣膜102及氧化物半導體膜103。通過不接觸于大氣地連續(xù)形成，可以不被如水或烴等的大氣成分或懸浮在大氣中的雜質(zhì)元素污染地形成各疊層界面，因此可以降低晶體管特性的不均勻性。接著，如圖IB所示，通過蝕刻等將氧化物半導體膜103加工(構圖)為所希望的形狀，在與柵電極101重疊的位置在柵極絕緣膜102上形成島狀氧化物半導體膜104。也可以通過噴墨法形成用來形成島狀氧化物半導體膜104的抗蝕劑掩模。當使用噴墨法形成抗蝕劑掩模時不需要光掩模，由此可以降低制造成本。另外，當在柵極絕緣膜102中形成接觸孔時，其工序可以與形成島狀氧化物半導體膜104同時進行。另外，用來形成島狀氧化物半導體膜104的蝕刻可以采用干蝕刻及濕蝕刻中的一 方或雙方。作為用于干蝕刻的蝕刻氣體，優(yōu)選使用含氯的氣體(氯類氣體，例如氯(CI2)、氯化硼(BC13)、氯化硅(SiCl4)或四氯化碳(CCl4)等)。另外，還可以使用含氟的氣體(氟類氣體，例如四氟化碳(CF4)、六氟化硫(SF6)、三氟化氮(NF3)、三氟甲烷(CHF3)等)、溴化氫(HBr)、氧(O2)或?qū)ι鲜鰵怏w添加了氦(He)或氬(Ar)等的稀有氣體的氣體等。作為干蝕刻法，可以使用平行平板型RIE (反應性離子蝕刻)法或ICP (感應耦合等離子體)蝕刻法。適當?shù)卣{(diào)節(jié)蝕刻條件(施加到線圈形電極的電力量、施加到襯底一側(cè)的電極的電力量、襯底一側(cè)的電極溫度等)，以便可以蝕刻為所希望的加工形狀。作為用于濕蝕刻的蝕刻液，可以使用將磷酸、醋酸及硝酸混合而成的溶液、檸檬酸或草酸等的有機酸等。此外，也可以使用IT0-07N (關東化學株式會社制造)。另外，通過清洗去除濕蝕刻后的蝕刻液以及被蝕刻掉的材料?？梢跃坪斜蝗コ舻牟牧系奈g刻劑的廢液，并重復使用廢液中含有的材料。從該蝕刻之后的廢液收集氧化物半導體膜中含有的如銦等的材料并重復使用，來可以有效利用資源并降低成本。另外，優(yōu)選在后續(xù)工序的形成導電膜之前進行反濺射，去除附著在島狀氧化物半導體膜104及柵極絕緣膜102的表面的抗蝕劑殘渣等。接著,在減壓氣氛、氮或稀有氣體等惰性氣體氣氛、氧氣體氣氛或超干燥空氣(使用CRDS (cavity ring-down laser spectroscopy :光腔衰蕩光譜法)方式的露點計進行測定時的水分量是20ppm (露點換算，-550C)以下，優(yōu)選的是Ippm以下,更優(yōu)選的是IOppb以下的空氣)氣氛下，對氧化物半導體膜104進行第一加熱處理。通過對氧化物半導體膜104進行加熱處理，如圖IC所示，形成水分、氫被脫離的氧化物半導體膜105。具體而言，以3000C以上且850°C以下(或玻璃襯底的應變點以下的溫度)進行加熱處理即可。通過使用RTA法，可以以短時間內(nèi)進行脫水化或脫氫化，由此也可以以超過玻璃襯底的應變點的溫度進行第一加熱處理。在本實施方式中，使用加熱處理裝置中之一的電爐，在氮氣氛下在襯底溫度達到450°C的狀態(tài)下對氧化物半導體膜104進行I小時的加熱處理之后，不接觸于大氣并防止水和氫的再次混入，而得到氧化物半導體膜105。注意，加熱處理裝置不局限于電爐而可以具備利用電阻發(fā)熱體等的發(fā)熱體所產(chǎn)生的熱傳導或熱輻射對被處理物進行加熱的裝置。例如，可以使用GRTA(Gas Rapid ThermalAnneal :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裝置是利用從齒素燈、金齒燈、氙弧燈、碳弧燈、高壓鈉燈或高壓汞燈等的燈發(fā)出的光(電磁波)的輻射加熱被處理物的裝置。GRTA裝置是使用高溫的氣體進行加熱處理的裝置。例如，作為第一加熱處理，也可以進行GRTA，在該GRTA中，將襯底移動到加熱到650 V至700 V的高溫的氣體中，進行幾分鐘的加熱后,移動襯底并從加熱到高溫的氣體中取出該襯底。通過使用GRTA可以在短時間內(nèi)進行高溫加熱處理。另外，在加熱處理中，優(yōu)選在氮或氦、氖、氬等的稀有氣體中不包含水、氫等?；蛘?，優(yōu)選將導入于加熱處理裝置中的氮或氦、氖、氬等的稀有氣體的純度設定為6N(99. 9999%)以上，更優(yōu)選為7N (99. 99999%)以上(B卩，將雜質(zhì)濃度設定為Ippm以下，優(yōu)選為O. Ippm以下)。接著，如圖ID所示，使用離子注入法或離子摻雜法對氧化物半導體膜添加氧。通過使用離子注入法或離子摻雜法等對氧化物半導體膜105添加氧，形成添加有過多的氧的氧化物半導體膜107。通過添加氧，切斷構成氧化物半導體的金屬與氫的鍵或該金屬與羥基 的鍵，并使氫或羥基與氧起反應，來生成水。由此，可以由后面進行的第二加熱處理使雜質(zhì)的氫或羥基作為水容易脫離。在離子注入法中，使源氣體成為等離子體，提取該等離子體所包括的離子種并且進行質(zhì)量分離，使具有指定質(zhì)量的離子種加速，并且用加速了的離子種作為離子束來照射被處理物。在離子摻雜法中，使源氣體成為等離子體，通過指定的電場的作用來提取該等離子體所包括的離子種，不對所提取的離子種進行質(zhì)量分離而使它加速，并且用加速了的離子種作為離子束來照射被處理物。通過使用進行質(zhì)量分離的離子注入法添加氧，可以防止金屬元素等的雜質(zhì)與氧一起被添加在氧化物半導體膜中。另外，由于離子摻雜法與離子注入法相比可以增大離子束的照射面積，所以通過使用離子摻雜法添加氧，可以縮短節(jié)拍時間(takt time)。在使用氧氣體利用離子注入法添加氧的情況下，將加速電壓設定為5kV以上且IOOkV以下，將劑量設定為lX1013ions/cm2 (離子/平方厘米)以上且I X 1016ionS/cm2以下即可。另外，也可以在使用離子注入法對氧化物半導體膜105添加氧的同時，在300°C以上且850°C以下(或者玻璃襯底的應變點以下的溫度)的范圍內(nèi)對形成有氧化物半導體膜105的襯底進行加熱處理。接著，進行第二加熱處理。第二加熱處理可以在與第一加熱處理相似的條件下進行。具體而言，可在減壓氣氛、氮或稀有氣體等惰性氣體氣氛、氧氣體氣氛或超干燥空氣(使用CRDS (cavity ring-down laser spectroscopy :光腔衰蕩光譜法)方式的露點計進行測定時的水分量是20ppm (露點換算，_55°C)以下，優(yōu)選的是Ippm以下,更優(yōu)選的是IOppb以下的空氣)氣氛下，進行加熱處理。通過使用RTA法，可以在短時間內(nèi)進行脫水化或脫氫化，由此也可以以超過玻璃襯底的應變點的溫度進行第二加熱處理。在本實施方式中，使用加熱處理裝置中之一的電爐，在氮氣氛下在襯底溫度達到450°C的狀態(tài)下進行I小時的加熱處理之后，不接觸于大氣并防止水或氫的再次混入，而如圖IE所示那樣得到氧化物半導體膜108。另外，上述加熱處理也可以在形成島狀氧化物半導體膜108之后進行多次。在本發(fā)明的一個方式中，通過對氧化物半導體膜105添加氧，切斷構成氧化物半導體的金屬與氫的鍵或該金屬與羥基的鍵并使該氫或羥基與氧起反應，來生成水。由此，通過在氧的添加之后進行第二加熱處理，可以容易使膜中殘留的氫或羥基等的雜質(zhì)作為水而脫離。由此，通過上述加熱處理形成的島狀氧化物半導體膜108由于進行第一加熱處理也不被去除的水分或氫等雜質(zhì)被去除，所以與第一加熱處理后的氧化物半導體膜105相比，可以進一步實現(xiàn)i型(本征半導體)或更趨近于i型。由于通過水分、氫等雜質(zhì)的脫離而可以使島狀氧化物半導體膜成為i型(本征半導體)或?qū)嵸|(zhì)上i型的氧化物半導體，所以可以防止因上述雜質(zhì)而 導致的閾值電壓漂移等的晶體管特性的退化，而降低截止電流。另外，在85°C的溫度下，對柵極施加的電壓為2X 106V/cm，12小時的柵極偏壓-熱壓力測試(BT測試)中，對氧化物半導體添加有雜質(zhì)，雜質(zhì)與氧化物半導體的主要成分的鍵合因強電場(B :偏壓)和高溫(T :溫度)被切斷，而所產(chǎn)生的懸空鍵引起閾值電壓(Vth)的漂移。但是，如上所述那樣通過使柵極絕緣膜和氧化物半導體膜的界面特性良好，并且盡量去除氧化物半導體膜中的雜質(zhì)，尤其是氫或水等，可以得到相對于BT測試具有穩(wěn)定性的晶體管。注意，加熱處理裝置不局限于電爐而可以具備利用電阻發(fā)熱體等的發(fā)熱體所產(chǎn)生的熱傳導或熱輻射對被處理物進行加熱的裝置。例如，可以使用GRTA(Gas Rapid ThermalAnneal :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裝置是利用從齒素燈、金齒燈、氙弧燈、碳弧燈、高壓鈉燈或高壓汞燈等的燈發(fā)出的光(電磁波)的輻射加熱被處理物的裝置。GRTA裝置是使用高溫的氣體進行加熱處理的裝置。例如，作為第二加熱處理，也可以進行GRTA，在該GRTA中，將襯底移動到加熱到650°C至700°C的高溫的氣體中，進行幾分鐘的加熱后,移動襯底并從加熱到高溫的氣體中取出該襯底。通過使用GRTA可以在短時間內(nèi)進行高溫加熱處理。另外，在加熱處理中，優(yōu)選在氮或氦、氖、氬等的稀有氣體中不包含水、氫等?；蛘撸瑑?yōu)選將導入于加熱處理裝置中的氮或氦、氖、氬等的稀有氣體的純度設定為6N(99. 9999%)以上，更優(yōu)選為7N (99. 99999%)以上(B卩，將雜質(zhì)濃度設定為Ippm以下，優(yōu)選為O. Ippm以下)。通過上述工序可以降低氧化物半導體膜中的氫濃度，從而可以實現(xiàn)高純度化。由此可以實現(xiàn)氧化物半導體膜的穩(wěn)定化。另外，通過玻璃轉(zhuǎn)變溫度以下的加熱處理，可以形成載流子密度極少，且?guī)秾挼难趸锇雽w膜。由此，由于可以使用大面積襯底制造晶體管，所以可以提高批量生產(chǎn)性。另外，通過使用該氫濃度被降低的被高純度化的氧化物半導體膜，可以制造耐壓性高，短溝道效果低，且導通截止比高的晶體管。接著，如圖2A所示，在柵極絕緣膜102以及氧化物半導體膜108上形成成為源電極及漏電極(包括使用與源電極及漏電極相同的層形成的布線)的導電膜之后，對該導電膜進行構圖，形成源電極111、漏電極112。使用濺射法或真空蒸鍍法形成導電膜即可。作為成為源電極及漏電極(包括使用與源電極及漏電極相同的層形成的布線)的導電膜的材料，可以舉出選自Al、Cr、Cu、Ta、Ti、Mo、W中的元素、以上述元素為成分的合金、組合上述元素的合金膜等。另外，也可以采用在Al、Cu等的金屬膜的下一側(cè)或上一側(cè)層疊Cr、Ta、Ti、Mo、W等的高熔點金屬膜的結(jié)構。另外，通過使用添加有防止產(chǎn)生在Al膜中的小丘(hillock)或晶須(whisker)的元素諸如Si、Ti、Ta、W、Mo、Cr、Nd、Sc、Y等的Al材料,可以提高耐熱性。另外，導電膜可以采用單層結(jié)構或兩層以上的疊層結(jié)構。例如，可以舉出包含硅的鋁膜的單層結(jié)構；在鋁膜上層疊鈦膜的兩層結(jié)構；Ti膜、層疊在該Ti膜上的鋁膜、在其上層疊的Ti膜的三層結(jié)構等。另外，作為成為源電極及漏電極(包括使用與源電極及漏電極相同的層形成的布線)的導電膜，也可以使用導電性的金屬氧化物形成。作為導電性的金屬氧化物，可以使用氧化銦(Ιη203)、氧化錫(Sn02)、氧化鋅(ZnO)、氧化銦氧化錫合金(In2O3-SnO2,簡稱為ΙΤ0)、氧化銦氧化鋅合金(In2O3-ZnO)或在所述金屬氧化物材料中包含硅或氧化硅的材料。在形成導電膜之后進行加熱處理的情況下，優(yōu)選使導電膜具有承受該加熱處理的耐熱性。在導電膜上形成抗蝕劑掩模，選擇性地進行蝕刻來形成源電極111、漏電極112，然后去除抗蝕劑掩模。作為光刻工序中的形成抗蝕劑掩模時的曝光使用紫外線、KrF激光束、ArF激光束。根據(jù)在氧化物半導體膜108上相鄰的源電極的下端部與漏電極的下端部的距離決定后面形成的晶體管的溝道長度L。另外，在進行溝道長度L短于25nm的曝光時，使用其波長極短，即幾nm至幾十nm的超紫外線(Extreme Ultraviolet)進行光刻工序中的形成抗蝕劑掩模時的曝光。使用超紫外線的曝光的分辨率高且其聚焦深度也大。從而，也可以將后面形成的晶體管的溝道長度L設定為IOnm以上且IOOOnm以下，并可以使電路的工作速度高速化，還可以使截止電流值極小，由此也可以實現(xiàn)低耗電量化。另外，適當?shù)卣{(diào)節(jié)各個材料及蝕刻條件，以便在對導電膜進行蝕刻時，氧化物半導體膜108盡可能不被去除。在本實施方式中，作為導電膜使用鈦膜,使用包含氨和過氧化氫水的溶液(氨水和過氧化氫以及純水的混合液)，對導電膜進行濕蝕刻，形成源電極111、漏電極112。作為包含氨水和過氧化氫以及純水的溶液，具體而言使用以體積比為5 2 :2混合31 1:%的過氧化氫水、28wt %的氨水以及水的水溶液?；蛘?也可以使用包含氯(Cl2)、氯化硼(BCl3)等的氣體對導電膜進行干蝕刻。在通過進行上述構圖形成源電極111和漏電極112時，有時由于島狀氧化物半導體膜108的露出的部分的一部分被蝕刻，所以在島狀氧化物半導體膜108中形成槽部(凹部)。另外，也可以通過噴墨法形成用來形成源電極111、漏電極112的抗蝕劑掩模。當使用噴墨法形成抗蝕劑掩模時不需要光掩模，由此可以降低制造成本。另外，為了縮減在光刻工序中使用的光掩模數(shù)量及工序數(shù)，還可以使用由多級灰度掩模形成的抗蝕劑掩模來進行蝕刻工序，該多級灰度掩模是所透過的光具有多種強度的掩模。使用多級灰度掩模形成的抗蝕劑掩模呈具有多種厚度的形狀，并且進行蝕刻來可以進一步地改變其形狀，所以可以將其用于加工為不同圖案的多個蝕刻工序。因此，利用一個多級灰度掩模可以形成對應于至少兩種以上的不同圖案的抗蝕劑掩模。因此，可以減少曝光掩模數(shù)量，并且可以削減對應的光刻工序，所以可以簡化工序。接著，進行使用N20、N2或Ar等的氣體的等離子體處理。通過該等離子體處理去除附著在被露出的氧化物半導體膜的表面上的吸附水等。另外，也可以使用氧和氬的混合氣體進行等離子體處理。另外，在進行等離子體處理后，如圖2B所示，覆蓋源電極111、漏電極112及氧化物半導體膜108地形成絕緣膜113。絕緣膜113優(yōu)選盡量不包含水分、氫等的雜質(zhì)，既可以是、單層的絕緣膜又可以由層疊的多個絕緣膜構成。當在絕緣膜113中含有氫時，會導致對氧化物半導體膜進入氫或者氫所引起的從氧化物半導體膜中的氧的抽出，從而導致氧化物半導體膜的背溝道部低電阻化(η型化)而形成寄生溝道。因此，為了使絕緣膜113盡量地不含有氫，作為成膜方法，不使用氫是優(yōu)選的。上述絕緣膜113優(yōu)選使用高阻擋性的材料。例如，作為高阻擋性的絕緣膜，可以使用氮化硅膜、氮氧化硅膜、氮化鋁膜或氮氧化鋁膜等。當使用層疊的多個絕緣膜時，將氮的比率比上述高阻擋性的絕緣膜低的諸如氧化硅膜或氧氮化硅膜等的絕緣膜形成在離氧化物半導體膜108近的一側(cè)。并且，以夾著氮比率低的絕緣膜并重疊于源電極111、漏電極112及氧化物半導體膜108的方式形成具有阻擋性的絕緣膜。通過使用具有阻擋性的絕緣膜，可以防止水分或氫等的雜質(zhì)侵入到氧化物半導體膜108內(nèi)、柵極絕緣膜102內(nèi)或者氧化物半導體膜108和其他絕緣膜的界面及其近旁。另外，通過與氧化物半導體膜108接觸地形成氮的比率低的諸如氧化硅膜或氧氮化硅膜等的絕緣膜，可以防止使用高阻擋性的材料形成的絕緣膜直接接觸于氧化物半導體膜108。在本實施方式中，形成具有在通過濺射法形成的厚度為200nm的氧化硅膜上層疊 通過濺射法形成的厚度為IOOnm的氮化硅膜的結(jié)構的絕緣膜113。將成膜時的襯底溫度設定為室溫以上且300°C以下即可，在本實施方式中設定為100°C。另外，也可以在形成絕緣膜113之后進行加熱處理。加熱處理在氮或稀有氣體(氬、氦等)的氣氛下優(yōu)選以200°C以上且400°C以下，例如250°C以上且350°C以下進行。在本實施方式中，例如在氮氣氛下以250°C進行I小時的加熱處理?；蛘?，也可以在形成源電極111、漏電極112之前，與對氧化物半導體膜進行的前面的加熱處理同樣地進行高溫且短時間的RTA處理。通過在設置在源電極111和漏電極112之間的氧化物半導體膜108的露出區(qū)與包含氧的絕緣膜113接觸地設置之后，進行加熱處理，對氧化物半導體膜108供應氧，由此可以選擇性地使氧化物半導體膜108的與絕緣膜113接觸的區(qū)域成為氧過剩狀態(tài)。其結(jié)果是可以實現(xiàn)滿足化學計量組成比的結(jié)構，與柵電極101重疊的溝道形成區(qū)成為I型，可以提高晶體管的電特性，并可以減少電特性的不均勻性。進行該加熱處理的時機只要是形成絕緣膜113之后就沒有特別的限制，而通過兼作該加熱處理與其他工序例如形成樹脂膜時的加熱處理、用來使透明導電膜低電阻化的加熱處理，可以不增加工序數(shù)地進行。通過上述工序形成晶體管114。注意，沿圖IC中的虛線A1-A2所取的截面圖相當于圖1A。在圖2C中示出圖2B所示的晶體管114的俯視圖。另外，圖2C中的虛線A1-A2的截面圖相當于圖2B。晶體管114具有形成在具有絕緣表面的襯底100上的柵電極101、柵電極101上的柵極絕緣膜102、柵極絕緣膜102上的與柵電極101重疊的氧化物半導體膜108、形成在氧化物半導體膜108上的一對源電極111和漏電極112。作為晶體管114的構成要素還可以包括形成在氧化物半導體膜108上的絕緣膜113。圖2C所示的晶體管114具有在源電極111和漏電極112之間氧化物半導體膜108的一部分被蝕刻的溝道蝕刻結(jié)構。另外，雖然在實施方式I中晶體管114使用單柵極結(jié)構的晶體管而說明，但是也可以根據(jù)需要形成具有多個溝道形成區(qū)的多柵極結(jié)構的晶體管。接著，通過在絕緣膜113上形成導電膜之后對該導電膜進行構圖，如圖3A所示，也可以在與氧化物半導體膜108重疊的位置形成背柵電極115。背柵電極115可以使用與柵電極101或源電極111或漏電極112同樣的材料、結(jié)構而形成。
背柵電極115的厚度為IOnm至400nm,優(yōu)選為IOOnm至200nm。在本實施方式中，
形成具有層疊有鈦膜、鋁膜、鈦膜的結(jié)構的導電膜。然后，通過光刻法形成抗蝕劑掩模，通過蝕刻去除不需要的部分，將該導電膜加工(構圖)為所希望的形狀，來形成背柵電極115。接著，如圖3B所示，覆蓋背柵電極115地形成絕緣膜116。絕緣膜116優(yōu)選使用高阻擋性的材料來形成，該高阻擋性的材料可以防止氣氛中的水分、氫、氧等影響到晶體管114的特性。例如，作為高阻擋性的絕緣膜，通過等離子體CVD法或濺射法等使用氮化硅膜、氮氧化硅膜、氮化鋁膜或氮氧化鋁膜等的單層或疊層來形成。為了得到阻擋性的效果，優(yōu)選的是絕緣膜116的厚度例如為15nm至400nm。在本實施方式中，通過等離子體CVD法形成300nm厚的絕緣膜。成膜條件是硅烷氣體的流量為4SCCm，一氧化二氮的流量為800SCCm，襯底溫度為400°C。圖3B是沿圖3C中的虛線A1-A2所取的截面圖。在圖3C中示出圖3B所示的半導體裝置的俯視圖。圖3B相當于圖3C中的虛線A1-A2的截面圖。注意，在圖3B中例示背柵電極115覆蓋整個氧化物半導體膜108的情況，但是本發(fā)明的實施方式不局限于該結(jié)構。背柵電極115至少與氧化物半導體膜108所具有的溝道形成區(qū)的一部分重疊即可。背柵電極115既可以為電絕緣的浮置狀態(tài)又可以為被施加電位的狀態(tài)。在后一種情況下，對背柵電極115既可以施加與柵電極101相同的高低的電位，又可以施加接地等的固定電位。通過控制對背柵電極115施加的電位的高低，可以控制晶體管114的閾值電壓。以下說明如本實施方式那樣盡量去除在氧化物半導體膜中含有的氫、水等的雜質(zhì)，使氧化物半導體膜高純度化，這對晶體管的特性帶來怎樣的影響。圖20示出使用氧化物半導體的晶體管的截面圖。在柵電極(GE)上隔著柵極絕緣膜(GI)設置氧化物半導體膜(OS)，在其上設置源電極(S)及漏電極(D)，并且在源電極(S)及漏電極(D)上設置絕緣膜。圖21示出沿著圖20所示的A-A’截面的能帶圖(模式圖)。另外，在圖21中，黑色圓點(籲)示出電子，并且白色圓點(O)示出空穴，它們分別具有電荷_q、電荷+q。在對漏電極(D)施加正電壓(VD>0)的情況下，虛線示出不對柵電極(GE)施加電壓的情況(VG=0)，而實線示出對柵電極(GE )施加正電壓的情況(VG>0 )。在不對柵電極(GE )施加電壓的情況下，因為勢壘高所以載流子(電子)不從源電極(S)注入到氧化物半導體膜(OS)—側(cè)，而示出電流不流過的截止狀態(tài)。另一方面，在對柵電極(GE)施加正電壓的情況下，勢壘降低，而示出在氧化物半導體膜(OS)中電流流過的導通狀態(tài)。圖22A和圖22B是沿著圖20的B-B’的截面的能帶圖(模式圖)。圖22A示出對柵電極(GE)施加正電壓(VG>0)的狀態(tài)，即在源電極和漏電極之間流過載流子(電子)的導通狀態(tài)。此外，圖22B示出對柵電極(GE)施加負電壓(VG〈0)的截止狀態(tài)(少數(shù)載流子不流過)。圖23示出真空能級和金屬的功函數(shù)(ΦΜ)及氧化物半導體的電子親和力(X )之間的關系。由于在常溫下金屬中的電子處于簡并狀態(tài)(degenerate state),所以費米能級位 于傳導帶內(nèi)。另一方面，現(xiàn)有的氧化物半導體一般是η型，在此情況下的費密能級(Ef)從位于帶隙中間的本征費密能級(Ei)離開而位于與傳導帶(Ec)接近的部分。另外，一般認為，因為在氧化物半導體中氫的一部分會成為施主，所以氫是氧化物半導體成為η型化的原因中之一。另外，一般認為，氧缺陷也是導致η型化的原因中之一。針對于此，根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的氧化物半導體是如下氧化物半導體，即通過從氧化物半導體去除η型雜質(zhì)的氫并以盡量不包含氧化物半導體的主要成分以外的雜質(zhì)的方式進行高純度化，并去除氧缺陷，實現(xiàn)本征(i型)或?qū)嵸|(zhì)上本征型氧化物半導體。也就是說，其特征是不是添加雜質(zhì)實現(xiàn)氧化物半導體的i型化，而是通過盡量去除氫、水等的雜質(zhì)、氧缺陷來高純度化，得到i型(本征半導體)或?qū)嵸|(zhì)上i型(本征半導體)的氧化物半導體。通過采用上述結(jié)構，如箭頭所示那樣，可以使費密能級(Ef)基本接近與本征費米能級(Ei)相同的程度。 氧化物半導體的帶隙(Eg)為3. 15eV，并且電子親和力(X )被認為是4. 3eV。構成源電極及漏電極的鈦(Ti)的功函數(shù)與氧化物半導體的電子親和力(X )大致相等。在此情況下，在金屬-氧化物半導體界面中，不形成肖特基型的電子勢壘。也就是說，在金屬的功函數(shù)(ΦΜ)和氧化物半導體的電子親和力(X )相等的情況下，當兩者接觸時得到圖21所示的能帶圖(模式圖)。在圖21中，黑色圓點(·)表示電子,并且當對漏電極施加正電位時，電子跨越勢魚(h)注入到氧化物半導體，然后流向漏電極。雖然在此情況下，勢壘(h)的高度根據(jù)柵極電壓及漏極電壓而變化，但是當被施加正的漏極電壓時，勢壘(h)的高度為比不施加電壓的圖21的勢壘的高度，即帶隙(Eg)的1/2小的值。此時，如圖22A所示那樣，電子移動在柵極絕緣膜和被高純度化的氧化物半導體之間的界面沿著氧化物半導體一側(cè)的能量穩(wěn)定的最底部。此外，在圖22B中，因為當對柵電極(GE)施加負電壓時，實質(zhì)上沒有少數(shù)載流子的空穴，所以電流成為基本近于O的值。例如，即使晶體管的溝道寬度(W)為I X IO4 μ m,且溝道長度(L)為3 μ m,截止電流也為 ICT13A 以下,可以得到 O. lV/dec.的亞閾值(S 值)(subthreshold swing value)(柵極絕緣膜的厚度為IOOnm)。像這樣，通過以盡量不包含氧化物半導體的主要成分以外的水、氫等的雜質(zhì)的方式實現(xiàn)氧化物半導體膜的高純度化，可以實現(xiàn)優(yōu)良的晶體管工作。注意，雖然在本實施方式中說明在將氧化物半導體膜103加工為所希望的形狀來形成島狀氧化物半導體膜104之后，進行第一加熱處理、氧的添加、第二加熱處理的制造方法，但是本發(fā)明不局限于該結(jié)構。也可以在對形成島狀氧化物半導體膜104之前的氧化物半導體膜103進行第一加熱處理、氧的添加、第二加熱處理之后，對氧化物半導體膜的形狀進行加工來形成島狀氧化物半導體膜?；蛘?，也可以在對氧化物半導體膜103進行第一加熱處理之后對氧化物半導體膜的形狀進行加工來形成島狀氧化物半導體膜，然后對該島狀氧化物半導體膜進行氧的添加、第二加熱處理。或者，也可以在對氧化物半導體膜103進行第一加熱處理、氧的添加之后，對氧化物半導體膜的形狀進行加工來形成島狀氧化物半導體膜，然后對該島狀氧化物半導體膜進行第二加熱處理。使用圖4A至圖4E對在對氧化物半導體膜103進行第一加熱處理、氧的添加、第二加熱處理之后，對氧化物半導體膜的形狀進行加工來形成島狀氧化物半導體膜的情況下的制造方法進行說明。首先，根據(jù)上述制造工序，在襯底100上形成柵電極101之后，在柵電極101上依次層疊形成柵極絕緣膜102、氧化物半導體膜103，來制造圖IA所示的狀態(tài)，即圖4A所示的狀態(tài)。接著，如圖4B所示，對氧化物半導體膜103進行第一加熱處理，形成水分、氫脫離了的氧化物半導體膜150。至于第一加熱處理的條件已經(jīng)說明了，所以在此省略說明。接著，如圖4C所示，通過利用離子摻雜法或離子注入法等對氧化物半導體膜150添加氧，形成添加有過剩的氧的氧化物半導體膜151。對具體的氧的添加方法已經(jīng)說明了，所以在此省略其說明。通過添加氧，切斷構成氧化物半導體的金屬與氫的鍵或該金屬與羥基的鍵，并使氫或羥基與氧起反應，來生成水。由此，可以由后面進行的第二加熱處理使雜質(zhì)的氫或羥基作為水容易脫離。也可以在使用離子注入法對氧化物半導體膜150添加氧的同時，在300°C以上且850°C以下(或者玻璃襯底的應變點以下的溫度)的范圍內(nèi)對形成有氧化物半導體膜150的襯底進行加熱處理。 接著，進行第二加熱處理。第二加熱處理可以在與第一加熱處理同樣的條件下進行。通過進行第二加熱處理，如圖4D所示那樣得到氧化物半導體膜152。通過對氧化物半導體膜150添加氧，切斷構成氧化物半導體的金屬與氫的鍵或該金屬與羥基的鍵，并使氫或羥基與氧起反應，來生成水。由此，通過在添加氧之后進行第二加熱處理，可以容易使膜中殘留的氫或羥基等的雜質(zhì)作為水而脫離。由此，通過上述加熱處理形成的島狀氧化物半導體膜152由于進行第一加熱處理也不被去除的水分或氫等雜質(zhì)被去除，所以與第一加熱處理后的氧化物半導體膜150相比，可以進一步實現(xiàn)i型(本征半導體)或更趨近于i型。由于通過水分、氫等雜質(zhì)的脫離而可以得到i型(本征半導體)或?qū)嵸|(zhì)上i型的氧化物半導體，所以可以防止因上述雜質(zhì)而導致的閾值電壓漂移等的晶體管特性的退化，而降低截止電流。接著，如圖4E所示，通過蝕刻等將氧化物半導體膜152加工(構圖)為所希望的形狀，在與柵電極101重疊的位置在柵極絕緣膜102上形成島狀氧化物半導體膜153。對具體的蝕刻方法已經(jīng)說明了，所以在此省略其說明。另外，優(yōu)選的是在隨后進行的形成圖2A所示的源電極和漏電極的工序之前，進行反濺射并去除附著在島狀氧化物半導體膜153及柵極絕緣膜102表面的抗蝕劑殘渣等。通過上述工序可以降低氧化物半導體膜中的氫濃度，從而可以實現(xiàn)高純度化。由此可以實現(xiàn)氧化物半導體膜的穩(wěn)定化。另外，通過玻璃轉(zhuǎn)變溫度以下的加熱處理，可以形成載流子密度極少，且?guī)秾挼难趸锇雽w膜。由此，由于可以使用大面積襯底制造晶體管，所以可以提高批量生產(chǎn)性。另外，通過使用該氫濃度被降低的被高純度化的氧化物半導體膜，可以制造耐壓性高，短溝道效果低，且導通截止比高的晶體管。實施方式2在本實施方式中，對能夠控制更高電壓或更大電流的適合于功率器件(powerdevice)的晶體管的結(jié)構及制造方法進行說明。另外，可以與實施方式I同樣地進行與實施方式I同樣的部分或具有同樣的功能的部分以及工序，因此省略重復說明。如圖5A所示，在襯底200上形成成為基底膜的絕緣膜201之后形成第一電極202。用于襯底200的襯底參照實施方式I所示的襯底100的記載即可。另外，絕緣膜201的材料、結(jié)構及厚度參照實施方式I所示的基底膜的記載即可。第一電極202使用選自鋁、鉻、銅、鉭、鈦、鑰、鎢、釔中的金屬元素、以上述金屬元素為成分的合金、組合上述金屬元素的合金等來形成。另外，可以使用選自錳、鎂、鋯、鈹、釷中的任一種或更多種的金屬元素。另外，第一電極202可以采用單層結(jié)構或兩層以上的疊層結(jié)構。例如，可以舉出包含硅的鋁膜的單層結(jié)構；在鋁膜上層疊鈦膜的兩層結(jié)構；在鎢膜上層疊鈦膜的兩層結(jié)構；鈦膜、層疊在該鈦膜上的鋁膜、在其上層疊的鈦膜的三層結(jié)構等。另外，也可以使用組合鋁與選自鈦、鉭、鎢、鑰、鉻、釹、鈧中的一種或更多種元素的膜、合金膜或氮化物膜。另外，作為第一電極202可以使用具有透光性的導電材料如氧化銦錫、包含氧化鶴的氧化銦、包含氧化鶴的氧化銦鋅、包含氧化鈦的氧化銦、包含氧化鈦的氧化銦錫、氧化銦鋅、添加有氧化硅的氧化銦錫等。另外，也可以采用上述具有透光性的導電性材料和上述
金屬元素的疊層結(jié)構。在襯底200上通過濺射法、CVD法或真空蒸鍍法形成導電膜，在該導電膜上通過光刻工序形成抗蝕劑掩模，使用該抗蝕劑掩模對導電膜進行蝕刻，而可以形成第一電極202?；蛘撸皇褂霉饪坦ば?，而通過印刷法、噴墨法形成第一電極202，可以縮減工序數(shù)。另外，當將第一電極202的端部形成為錐形形狀時，提高后面形成的柵極絕緣膜的覆蓋性，所以是優(yōu)選的。通過將第一電極202的端部與絕緣膜201的角度設定為30°以上且60°以下，優(yōu)選為40°以上且50°以下，可以提高后面形成的柵極絕緣膜的覆蓋性。在本實施方式中，作為成為第一電極202的導電膜，通過濺射法形成厚度為50nm的鈦膜，形成厚度為IOOnm的鋁膜，并形成厚度為50nm的鈦膜。接著，使用利用光刻工序形成的抗蝕劑掩模進行蝕刻，形成第一電極202。另外，通過利用噴墨法形成抗蝕劑掩模代替利用光刻工序形成的抗蝕劑掩模，可以縮減工序數(shù)。
接著，在第一電極202上形成島狀氧化物半導體膜203。氧化物半導體膜203可以通過濺射法、涂布法、印刷法等形成。在本實施方式中，在通過濺射法在第一電極202上形成氧化物半導體膜之后，利用蝕刻等將該氧化物半導體膜加工為所希望的形狀，形成島狀氧化物半導體膜203。另外，氧化物半導體膜可以在稀有氣體(例如氬)氣氛下、在氧氣氛下或在稀有氣體(例如氬)及氧氣氛下通過濺射法形成。另外，用來形成島狀氧化物半導體膜203的蝕刻參照實施方式I所示的用來形成島狀氧化物半導體膜的蝕刻的記載而實施即可。另外，通過蝕刻形成的島狀氧化物半導體膜203的端部與第一電極202的角度為30°以上且60°以下，優(yōu)選為40°以上且50°以下，而可以提高后面形成的柵極絕緣膜的覆蓋性，所以是優(yōu)選的。另外，優(yōu)選在使用濺射法形成氧化物半導體膜之前，進行引入氬氣體并產(chǎn)生等離子體的反濺射，而去除附著在第一電極202的上表面上的灰塵。反濺射是指在不對靶材一側(cè)施加電壓的情況下使用RF電源在氬氣氛下對襯底一側(cè)施加電壓來在襯底附近形成等離子體以進行表面改性的方法。另外，也可以使用氮、氦等代替氬氣氛。另外，也可以在對氬氣氛添加氧、一氧化二氮等的氣氛下進行。另外，也可以在對氬氣氛添加氯、四氟化碳等的氣氛下進行。氧化物半導體膜203可以使用上述那樣的氧化物半導體。在本實施方式中，將通過使用包含In (銦)、Ga (鎵)及Zn (鋅)的氧化物半導體靶材的濺射法而得到的厚度為30nm的In-Ga-Zn-O類非單晶膜用于氧化物半導體膜203。作為上述靶材，例如可以使用具有各金屬的原子比為In Ga Zn = I 1 :0. 5、In Ga Zn = I I :1或In Ga Zn = I :1 :2的組成比的氧化物半導體靶材。另外，可以在稀有氣體(典型的是氬)氣氛下、在氧氣氛下或者在稀有氣體(典型的是氬)及氧氣氛下通過濺射法來形成氧化物半導體膜。此外，在利用濺射法的情況下，也可以使用包括2wt%以上且IOwt %以下的SiO2的靶材進行成膜。另外，包含In、Ga及Zn的氧化物半導體靶材的填充率為90%以上且100%以下，優(yōu)選為95%以上且99. 9%以下。通過使用高填充率的氧化物半導體靶材，所形成的氧化物半導體膜成為致密的膜。在保持為減壓狀態(tài)的處理室內(nèi)保持襯底，一邊去除處理室內(nèi)的殘留水分一邊引入去除了氫及水分的濺射氣體，使用金屬氧化物作為靶材在襯底200上形成氧化物半導體膜203。在成膜時，也可以將襯底溫度設定為100°C以上且600°C以下，優(yōu)選為200°C以上且400°C以下。通過一邊加熱襯底一邊進行成膜，可以降低形成了的氧化物半導體膜所包含的雜質(zhì)濃度。另外，可以減少因濺射產(chǎn)生的缺陷。為了去除處理室內(nèi)的殘留水分，優(yōu)選使用吸附型真空泵。例如，優(yōu)選使用低溫泵、離子泵、鈦升華泵。另外，作為排氣單元，也可以使用設置有冷阱的渦輪泵。由于使用低溫泵排氣的成膜室排出例如氫原子、水(H2O)等包含氫原子的化合物(優(yōu)選也排出包含碳原子的化合物)等，所以可以降低在該成膜室中形成的氧化物半導體膜所包含的雜質(zhì)濃度。在本實施方式中，作為氧化物半導體膜的成膜條件的一個例子，應用如下條件，即襯底溫度為室溫，襯底和靶材之間的距離為110mm，壓力為O. 4Pa，直流(DC)電源為O. 5kff,在氧及氬(氧流量15sccm:氬流量30sCCm)氣氛下。另外，脈沖直流(DC)電源是優(yōu)選的，因為可以減少在成膜時發(fā)生的稱為微粒的灰塵并可以實現(xiàn)均勻的膜厚分布。氧化物半導體膜的厚度為Iym以上，優(yōu)選為3 μπι以上，更優(yōu)選為ΙΟμπι以上。另外，由于根據(jù)所應用的氧化物半導體膜材料適當?shù)暮穸炔煌?，所以根?jù)材料適當?shù)剡x擇厚度即可。另外，為了使氧化物半導體膜203中盡量不包含氫、羥基及水分，作為成膜的預處理，優(yōu)選在濺射裝置的預熱室中對形成了第一電極202的襯底200進行預熱，使吸附到襯底200的氫、水分等雜質(zhì)脫離并排出。另外，將預熱的溫度設定為100°C以上且400°C以下，優(yōu)選為150°C以上且300°C以下。另外，設置在預熱室中的排氣單元優(yōu)選是低溫泵。另外，可以省略該預熱處理。另外，該預熱也可以在形成絕緣膜之前，對形成了柵電極的襯底200同樣地進行。作為濺射法，有作為濺射電源使用高頻電源的RF濺射法、DC濺射法，并且還有以脈沖方式施加偏壓的脈沖DC濺射法。RF濺射法主要用于絕緣膜的形成，而DC濺射法主要用于金屬膜的形成。此外，還有可以設置多個材料不同的靶材的多元濺射裝置。多元濺射裝置既可以在同一處理室中層疊形成不同的材料膜，又可以在同一處理室中使多種材料同時放電而進行成膜。另外，有利用磁控管濺射法或ECR濺射法的濺射裝置，磁控管濺射法在處理室內(nèi)具備磁體機構，ECR濺射法不使用輝光放電而利用使用微波來產(chǎn)生的等離子體。另外，作為使用濺射法的成膜方法，還有在成膜時使靶材物質(zhì)與濺射氣體成分產(chǎn)生化學反應而形成它們的化合物薄膜的反應濺射法；以及在成膜時對襯底也施加電壓的偏壓濺射法。
接著,在減壓氣氛、氮或稀有氣體等惰性氣體氣氛、氧氣體氣氛或超干燥空氣(使用CRDS (cavity ring-down laser spectroscopy :光腔衰蕩光譜法)方式的露點計進行測定時的水分量是20ppm (露點換算，-550C)以下，優(yōu)選的是Ippm以下,更優(yōu)選的是IOppb以下的空氣)氣氛下，對氧化物半導體膜203進行第一加熱處理。通過對氧化物半導體膜203進行加熱處理，如圖5B所示，形成水分、氫被脫離的氧化物半導體膜205。具體而言，以300°C以上且850°C以下(或玻璃襯底的應變點以下的溫度)進行加熱處理即可。通過使用RTA法，可以在短時間內(nèi)進行脫水化或脫氫化，由此也可以以超過玻璃襯底的應變點的溫度進行第一加熱處理。在本實施方式中，使用加熱處理裝置中之一的電爐，在氮氣氛下在襯底溫度達到450°C的狀態(tài)下對氧化物半導體膜203進行I小時的加熱處理之后，不接觸于大氣并防止水或氫的再次混入，而得到氧化物半導體膜205。另外，由于已經(jīng)在實施方式I中描述了用于第一加熱處理的加熱處理裝置的詳細說明，所以在此省略說明。另外，在加熱處理中，優(yōu)選在氮或氦、氖、氬等的稀有氣體中不包含水分、氫等?；蛘?，優(yōu)選將導入于加熱處理裝置中的氮或氦、氖、氬等的稀有氣體的純度設定為6N(99. 9999%)以上，更優(yōu)選為7N (99. 99999%)以上(B卩，將雜質(zhì)濃度設定為Ippm以下，優(yōu)選為O. Ippm以下)。接著，如圖5C所示，使用離子注入法或離子摻雜法對氧化物半導體膜205添加氧。通過使用離子注入法或離子摻雜法等對氧化物半導體膜205添加氧，形成添加有過多的氧的氧化物半導體膜207。通過添加氧，切斷構成氧化物半導體的金屬與氫的鍵或該金屬與羥基的鍵，并使氫或羥基與氧起反應，來生成水。由此，可以由后面進行的第二加熱處理使雜質(zhì)的氫或輕基作為水容易脫離。在使用氧氣體利用離子注入法添加氧的情況下，將加速電壓設定為5kV以上且IOOkV以下，將劑量設定為lX1013ions/cm2以上且I X 1016ions/cm2以下即可。另外，也可以在使用離子注入法對氧化物半導體膜205添加氧的同時，在300°C以上且850°C以下(或者玻璃襯底的應變點以下的溫度)的范圍內(nèi)對形成有氧化物半導體膜205的襯底進行加熱處理。接著，進行第二加熱處理。第二加熱處理可以在與第一加熱處理同樣的條件下進行。具體而言，在減壓氣氛、氮或稀有氣體等惰性氣體氣氛、氧氣體氣氛或超干燥空氣(使用CRDS (cavity ring-down laser spectroscopy :光腔衰蕩光譜法)方式的露點計進行測定時的水分量是20ppm (露點換算，_55°C)以下,優(yōu)選的是Ippm以下,更優(yōu)選的是IOppb以下的空氣)氣氛下，以300°C以上且850°C以下(或玻璃襯底的應變點以下的溫度)進行加熱處理。通過使用RTA法，可以在短時間內(nèi)進行脫水化或脫氫化，由此也可以以超過玻璃襯底的應變點的溫度進行第二加熱處理。在本實施方式中，使用加熱處理裝置中之一的電爐，在氮氣氛下在襯底溫度達到450°C的狀態(tài)下進行I小時的加熱處理之后，不接觸于大氣并防止水或氫的再次混入，而得到氧化物半導體膜208。另外，上述加熱處理也可以在形成島狀氧化物半導體膜208之后進行多次。在本發(fā)明的一個方式中，通過對氧化物半導體膜205添加氧，切斷構成氧化物半導體的金屬與氫的鍵或該金屬與羥基的鍵并使該氫或羥基與氧起反應，來生成水。由此，通過在氧的添加之后進行第二加熱處理，可以容易使膜中殘留的氫或羥基等的雜質(zhì)作為水而脫離。由此，通過上述加熱處理形成的島狀氧化物半導體膜208由于進行第一加熱處理也不被去除的水分或氫等雜質(zhì)被去除，所以與第一加熱處理后的氧化物半導體膜205相比，可以進一步實現(xiàn)i型(本征半導體)或更趨近于i型。由于通過水分、氫等雜質(zhì)的脫離而可以得到i型(本征半導體)或?qū)嵸|(zhì)上i型的氧化物半導體，所以可以防止因上述雜質(zhì)而導致的閾值電壓漂移等的晶體管特性的退化，而降低截止電流。另外，在85°C的溫度下，對柵極施加的電壓為2X 106V/cm，12小時的柵極偏壓-熱壓力測試(BT測試)中，對氧化物半導體添加有雜質(zhì)，雜質(zhì)與氧化物半導體的主要成分的鍵合因強電場(B :偏壓)和高溫(T :溫度)被切斷，而所產(chǎn)生的懸空鍵引起閾值電壓(Vth)的漂移。但是，如上所述那樣通過使柵極絕緣膜和氧化物半導體膜的界面特性良好，并且盡量去除氧化物半導體膜中的雜質(zhì)，尤其是氫或水等，可以得到相對于BT測試具有穩(wěn)定性的晶體管。

另外，由于已經(jīng)在實施方式I中描述了用于第二加熱處理的加熱處理裝置的詳細說明，所以在此省略說明。另外，在加熱處理中，優(yōu)選在氮或氦、氖、氬等的稀有氣體中不包含水分、氫等?；蛘?，優(yōu)選將導入于加熱處理裝置中的氮或氦、氖、氬等的稀有氣體的純度設定為6N(99. 9999%)以上，更優(yōu)選為7N (99. 99999%)以上(B卩，將雜質(zhì)濃度設定為Ippm以下，優(yōu)選為O. Ippm以下)。通過上述工序可以降低氧化物半導體膜中的氫濃度，并可以實現(xiàn)高純度化。由此可以實現(xiàn)氧化物半導體膜的穩(wěn)定化。另外，通過玻璃轉(zhuǎn)變溫度以下的加熱處理，可以形成載流子密度極少，且?guī)秾挼难趸锇雽w膜。由此，由于可以使用大面積襯底制造晶體管，所以可以提高批量生產(chǎn)性。另外，通過使用該氫濃度被降低的被高純度化的氧化物半導體膜，可以制造耐壓性高，短溝道效果低，且導通截止比高的晶體管。接著，如圖5E所示，在氧化物半導體膜208上形成第二電極211。作為用于第二電極211的導電膜的材料、結(jié)構可以采用與第一電極202同樣的方式。另外，第二電極211的制造方法可以與第一電極202同樣地實施。在本實施方式中，通過光刻工序在成為第二電極211的導電膜上形成抗蝕劑掩模，使用該抗蝕劑掩模對導電膜進行蝕刻，形成第二電極211。在此，作為成為第二電極211的導電膜，按順序?qū)盈B厚度為50nm的鈦膜、厚度為IOOnm的鋁膜以及厚度為50nm的鈦膜。通過將第二電極211的端部與氧化物半導體膜208的角度設定為30°以上且60°以下，優(yōu)選為40°以上且50°以下，而可以提高后面形成的柵極絕緣膜的覆蓋性，所以是優(yōu)選的。另外，第二電極211設在與第一電極202隔開的位置并不與第一電極202接觸地形成。將第一電極202和第二電極211中的一方用作晶體管的源電極，并且將第一電極202和第二電極211中的另一方用作晶體管的漏電極。也可以在形成第二電極211之后進行加熱處理。將加熱處理的溫度設定為400°C以上且850°C以下，優(yōu)選為400°C以上且低于襯底的應變點。在本實施方式中，在加熱處理裝置中之一的電爐中引入襯底，且在氮、稀有氣體等的惰性氣體氣氛下對氧化物半導體膜208以450°C進行I小時的加熱處理之后，不接觸于大氣并防止氫、水、羥基或氫化物等再次侵入到氧化物半導體膜，進一步降低氫濃度并使氧化物半導體膜高純度化，從而可以得到i型化或?qū)嵸|(zhì)上i型化的氧化物半導體膜。另外，在上述加熱處理中，優(yōu)選在氮或氦、氖、氬等的稀有氣體中不包含氫、水、羥基或氫化物等?；蛘撸瑑?yōu)選將導入于加熱處理裝置中的氮或氦、氖、氬等的稀有氣體的純度為6N (99. 9999%)以上，更優(yōu)選設定為7N (99. 99999% )以上(B卩，將雜質(zhì)濃度設定為Ippm以下，優(yōu)選為O. Ippm以下)圖7A示出圖5E的第一電極202、氧化物半導體膜208、第二電極211的俯視圖。另夕卜，圖7A中的虛線B1-B2的截面圖相當于圖5E。接著，如圖6A所示，覆蓋第一電極202、氧化物半導體膜208、第二電極211地形成柵極絕緣膜212，并在柵極絕緣膜212上形成柵電極213。柵極絕緣膜212使用等離子體CVD法或濺射法等并使用氧化硅膜、氮化硅膜、氧氮化硅膜、氮氧化硅膜、氧化鋁膜、氮化鋁膜、氧氮化鋁膜、氮氧化鋁膜、氧化鉿膜、氧化鉭膜的單層或疊層形成。另外，作為柵極絕緣膜212使用鉿硅酸鹽(HfSiOx)、添加有N的HfSixOy、添加有氮的鉿鋁酸鹽(HfA10x)、氧化鉿、氧化釔等的high-k材料，來可以減少柵極泄漏。還可以采用high-k材料和氧化硅膜、氮化硅膜、氧氮化硅膜、氮氧化硅膜和氧化鋁膜中的任一個以上的疊層結(jié)構。柵極絕緣膜212的厚度為50nm以上且500nm以下即可。通過使柵極絕緣膜212的厚度增厚，可以減少柵極泄漏電流。柵極絕緣膜212優(yōu)選盡量不包含水分、氫等的雜質(zhì)。在通過濺射法形成氧化硅膜時，作為靶材使用硅靶材或石英靶材，并且作為濺射氣體使用氧或氧及氬的混合氣體來進行。由于通過去除雜質(zhì)被i型化或?qū)嵸|(zhì)上被i型化的氧化物半導體(被高純度化的氧化物半導體)對界面能級或界面電荷非常敏感，所以與柵極絕緣膜212之間的界面很重要。由此，與被高純度化的氧化物半導體接觸的柵極絕緣膜(GI)需要有高質(zhì)量。例如，使用微波(2. 45GHz)的高密度等離子體CVD可以形成致密的絕緣耐壓高的高質(zhì)量的絕緣膜，因此是優(yōu)選的。通過使被高純度化的氧化物半導體與高質(zhì)量的柵極絕緣膜密接，可以降低界面能級并使界面特性良好。當然，若作為柵極絕緣膜212可以形成良好的絕緣膜，則可以應用其他成膜方法諸如濺射法或等離子體CVD法等。另外，也可以使用由成膜后的熱處理改進柵極絕緣膜212的膜質(zhì)及與氧化物半導體之間的界面特性的絕緣膜。無論上述哪一種情況，使用如下柵極絕緣膜即可不僅作為柵極絕緣膜的膜質(zhì)良好，而且降低與氧化物半導體膜之間的界面態(tài)密度，并可以形成良好的界面。也可以形成具有層疊有使用高阻擋性的材料形成的絕緣膜、所包含的氮的比率低的氧化硅膜以及氧氮化硅膜等的絕緣膜的結(jié)構的柵極絕緣膜212。在此情況下，將氧化硅膜、氧氮化硅膜等的絕緣膜形成在具有阻擋性的絕緣膜和氧化物半導體膜之間。作為高阻擋性的絕緣膜，例如可以舉出氮化硅膜、氮氧化硅膜、氮化鋁膜或氮氧化鋁膜等。通過使用具有阻擋性的絕緣膜，可以防止水分或氫等的氣氛中的雜質(zhì)或包含在襯底內(nèi)的堿金屬、重金屬等的雜質(zhì)侵入到氧化物半導體膜內(nèi)、柵極絕緣膜212內(nèi)或者氧化物半導體膜和其他絕緣膜的界面及其近旁。另外，通過以與氧化物半導體膜接觸的方式形成所包含的氮的比率低的氧化硅膜、氧氮化硅膜等的絕緣膜，可以防止使用高阻擋性的材料的絕緣膜直接接觸于氧化物半導體膜。例如，作為第一柵極絕緣膜形成厚度為5nm以上且300nm以下的氧化硅膜(SiOx(x>0))，在第一柵極絕緣膜上作為第二柵極絕緣膜通過濺射法層疊厚度為50nm以上且200nm以下的氮化娃膜(SiNy (y>0))來形成厚度為IOOnm的柵極絕緣膜。在本實施方式中，在如下條件下利用RF濺射法形成厚度為IOOnm的氧化硅膜壓力為O. 4Pa ;高頻電源為
I.5kff ;包含氧及気(氧流量25sccm :気流量25sccm=l 1)的氣氛。另外，為了使柵極絕緣膜212中盡量不包含氫、羥基及水分，作為成膜的預處理，優(yōu)選在濺射裝置的預熱室中對形成有第一電極202、氧化物半導體膜208及第二電極211的襯底200進行預熱，使吸附到襯底200的氫、水分等雜質(zhì)脫離并排出。另外，將預熱的溫度設定為100°C以上且400°C以下，優(yōu)選為150°C以上且300°C以下。另外，設置在預熱室中的排氣單元優(yōu)選是低溫泵。另外，可以省略該預熱處理。另外，也可以在形成柵極絕緣膜212之后進行加熱處理。加熱處理在大氣氣氛下或在惰性氣體氣氛(氮或氦、氖、氬等)下優(yōu)選以200°C以上且400°C以下，例如250°C以上且 350°C以下進行。在本實施方式中，例如在氮氣氛下以250°C進行I小時的加熱處理。由于通過進行上述加熱處理，在氧化物半導體膜208與構成柵極絕緣膜212的氧化硅接觸的狀態(tài)下對氧化物半導體膜208進行加熱，所以即使在第二加熱處理中發(fā)生氧缺陷，也可以從氧化硅供應氧，減少成為施主的氧缺陷，并實現(xiàn)滿足化學計量組成比的結(jié)構，從而可以使氧化物半導體膜208i型化或?qū)嵸|(zhì)上i型化。該加熱處理的時序只要進行在形成柵極絕緣膜212之后就沒有特別的限制，而也可以在其他工序，例如形成柵電極213、絕緣膜214或布線215、布線216、布線217中的任一個之后進行。另外，通過兼作用來使透明導電膜低電阻化的加熱處理等其他加熱處理，可以不增加工序數(shù)地進行。作為柵電極213的材料，可以使用利用鑰、鈦、鉻、鉭、鎢、釹、鈧等金屬材料、以這
些金屬材料為主要成分的合金材料的導電膜或這些金屬的氮化物的單層或疊層。另外，若能夠耐受后面的工序中進行的加熱處理的溫度，則作為上述金屬材料可以使用鋁、銅。鋁或銅為了避免耐熱性或腐蝕性的問題，優(yōu)選與高熔點金屬材料組合而使用。作為高熔點金屬材料，可以使用鑰、鈦、鉻、鉭、鶴、釹、鈧等。例如，作為具有兩層結(jié)構的柵電極213，優(yōu)選采用在鋁膜上層疊有鑰膜的兩層結(jié)構；在銅膜上層疊有鑰膜的兩層結(jié)構；在銅膜上層疊有氮化鈦膜或氮化鉭膜的兩層結(jié)構；層疊有氮化鈦膜和鑰膜的兩層結(jié)構。作為具有三層結(jié)構的柵電極213，優(yōu)選采用將鋁膜、鋁和硅的合金膜、鋁和鈦的合金膜或鋁和釹的合金膜用作中間層,將鎢膜、氮化鎢膜、氮化鈦膜和鈦膜中的任兩種膜用作上方和下方的層而層疊的結(jié)構。另外,通過作為柵電極213使用氧化銦、氧化銦氧化錫合金、氧化銦氧化鋅合金、氧化鋅、氧化鋅鋁、氧氮化鋅鋁、氧化鋅鎵等的具有透光性的氧化物導電膜，可以提高像素部的開口率。柵電極213的厚度為IOnm至400nm,優(yōu)選為IOOnm至200nm。在本實施方式中，在通過使用鎢靶材的濺射法形成150nm的用于柵電極的導電膜之后，通過蝕刻將該導電膜加工(構圖)為所希望的形狀，形成柵電極213。至少夾著柵極絕緣膜212在與氧化物半導體膜208的端部重疊的位置形成柵電極213即可。在氧化物半導體膜208的端部中夾著該柵極絕緣膜212的與柵電極213重疊的部分218形成溝道形成區(qū)。另外，若所形成的柵電極213的端部的形狀為錐形形狀，則層疊在其上的絕緣膜214的覆蓋性提高，因此是優(yōu)選的。另外，也可以使用噴墨法形成抗蝕劑掩模。當通過噴墨法形成抗蝕劑掩模時不使用光掩模，因此可以縮減制造成本。接著，如圖6B所示，在覆蓋第一電極202、氧化物半導體膜208、第二電極211、柵極絕緣膜212以及柵電極213地形成絕緣膜214之后，形成接觸孔221、接觸孔222、接觸孔223。絕緣膜214優(yōu)選盡量不包含水分、氫等的雜質(zhì)，既可以是單層的絕緣膜又可以由層疊的多個絕緣膜構成。作為絕緣膜214例如使用氧化物絕緣膜(諸如氧化硅膜、氧氮化硅膜、氧化鋁膜或氧氮化鋁膜等)或氮化物絕緣膜(諸如氮化硅膜、氮氧化硅膜、氮化鋁膜或氮氧化鋁膜等)。或者，可以采用氧化物絕緣膜及氮化物絕緣膜的疊層。通過作為上述絕緣膜214使用高阻擋性的絕緣膜例如氮化硅膜、氮氧化硅膜、氮化鋁膜或氮氧化鋁膜等，可以防止水分或氫等的雜質(zhì)侵入到氧化物半導體膜208內(nèi)、柵極絕緣膜212內(nèi)或氧化物半導體膜208和其他絕緣膜的界面及其近旁。在本實施方式中形成具有在通過濺射法形成的厚度為200nm的氧化硅膜上層疊通過濺射法形成的厚度為IOOnm的氮 化硅膜的結(jié)構的絕緣膜214。另外，在通過濺射法形成絕緣膜214的情況下，也可以將襯底200加熱到100°C至400°C的溫度，并引入包含去除氫、水、羥基或氫化物等的高純度氮的濺射氣體使用硅半導體的靶材形成絕緣膜214。在此情況下，優(yōu)選的是一邊去除殘留在處理室內(nèi)的氫、水、羥基或氫化物等一邊形成絕緣膜。另外，也可以在形成絕緣膜214之后進行加熱處理。加熱處理在惰性氣體氣氛(氮或氦、氖、氬等)下優(yōu)選以200°C以上且400°C以下，例如250°C以上且350°C以下進行?？梢酝ㄟ^光刻工序形成抗蝕劑掩模，并對柵極絕緣膜212及絕緣膜214的一部分進行蝕刻而選擇性地去除來形成接觸孔221、接觸孔222、接觸孔223。通過形成接觸孔221，柵電極213的一部分被露出。通過形成接觸孔222，第二電極211的一部分被露出。通過形成接觸孔223，柵電極213的一部分被露出。另外，也可以在形成這些接觸孔時，在第一電極202的不被柵電極213覆蓋的區(qū)域中形成使第一電極202被露出的接觸孔。接著，如圖6C所示，在覆蓋接觸孔221、接觸孔222、接觸孔223地在絕緣膜214上形成導電膜之后，通過蝕刻等將該導電膜加工為所希望的形狀，形成布線215、布線216、布線217。另外，也可以使用噴墨法形成用來蝕刻的抗蝕劑掩模。當通過噴墨法形成抗蝕劑掩模時不使用光掩模，因此可以縮減制造成本。布線215通過接觸孔221連接于柵電極213。布線216通過接觸孔222連接于第二電極211。布線217通過接觸孔223連接于柵電極213。另外，也可以在形成這些布線時，形成通過接觸孔連接于第一電極202的布線。布線215、布線216、布線217可以使用具有與第一電極202同樣的結(jié)構、材料的導電膜，并使用同樣的制造方法形成。通過上述工序形成晶體管220。圖7B示出圖6C所示的晶體管220的俯視圖。另外，圖7B中的虛線B1-B2的截面圖相當于圖6C。在圖7B中，布線230是與布線215、布線216、布線217同時形成的布線，并通過接觸孔231連接于第一電極202。上述那樣通過降低氧化物半導體膜中的氫濃度，而可以實現(xiàn)高純度化。由此可以實現(xiàn)氧化物半導體膜的穩(wěn)定化。另外，通過玻璃轉(zhuǎn)變溫度以下的加熱處理，可以形成載流子密度極少，且?guī)秾挼难趸锇雽w膜。由此，由于可以使用大面積襯底制造晶體管，所以可以提高批量生產(chǎn)性。另外，通過使用該氫濃度被降低的被高純度化的氧化物半導體膜，可以制造耐壓性高，短溝道效果低，且導通截止比高的晶體管。另外，在本實施方式中，雖然在氧化物半導體膜208中形成在與第二電極211不同的區(qū)域中的所有部分由柵電極213覆蓋，但是本發(fā)明不局限于該結(jié)構。在氧化物半導體膜208中，形成在與第二電極211不同的區(qū)域中的部分的至少一部分由柵電極213覆蓋即可。另外，也可以在第一電極202和第二電極211中用作漏電極的電極連接于柵電極213。通過用作漏電極的電極連接于柵電極213，可以使該晶體管用作二極管。另外，根據(jù)晶體管的極性及施加到各電極的電位的高低差而晶體管所具有的“源電極”和“漏電極”的術語被互換。一般而言，在η溝道型晶體管中，將被施加低電位的電極稱為源電極，而將被施加高電位的電極稱為漏電極。另外，在P溝道型晶體管中，將被施加低電位的電極稱為漏電極，而將被施加高電位的電極稱為源電極。在本說明書中，為了方便起見，假設源電極和漏電極的名稱被決定而說明晶體管的連接關系，但是實際上根據(jù)上述電位的關系互換源電極和漏電極的名稱。另外，在本說明書中“連接”是指電連接，并相當于能夠傳送電流或電壓的狀態(tài)。
在此，說明本實施方式所示的晶體管的漏極耐壓。當半導體中的電場到達某個閾值時，產(chǎn)生碰撞離子化，在耗盡層內(nèi)由高電場加速的載流子碰撞到晶格，而產(chǎn)生電子和空穴對。當電場更高時，因碰撞離子化而產(chǎn)生的電子和空穴對還由電場加速，反復碰撞離子化，而產(chǎn)生電流以指數(shù)函數(shù)的方式增加的雪崩擊穿(avalanche breakdown)。由于載流子(電子、空穴)具有半導體的帶隙以上的動能而產(chǎn)生碰撞尚子化。由此，帶隙越大，產(chǎn)生碰撞尚子化的電場越聞。由于氧化物半導體的帶隙為3. 15eV，該帶隙大于硅的帶隙即I. 74eV，所以不容易產(chǎn)生雪崩擊穿。由此，使用氧化物半導體的晶體管的漏極耐壓高，即使施加高電場也不容易出現(xiàn)導通電流的指數(shù)函數(shù)的快速上升。接著，說明使用氧化物半導體的晶體管的熱載流子退化。熱載流子退化是指被加速至高速的電子在溝道中的漏極附近注入到的柵極絕緣膜中并成為固定電荷，或者由于在柵極絕緣膜界面形成陷阱能級而產(chǎn)生閾值電壓的變動或柵極泄漏等的晶體管特性的退化的情況。熱載流子退化的主要原因是溝道熱電子注入(CHE注入)及漏雪崩熱載流子注入(DAHC注入)。由于硅的帶隙窄，所以容易由雪崩擊穿如雪崩那樣發(fā)生電子，并以能夠越過柵極絕緣膜的勢壘的方式被加速至高速的電子數(shù)增加。然而，由于本實施方式所示的氧化物半導體的帶隙寬，所以不容易發(fā)生雪崩擊穿，并與硅相比對熱載流子退化的耐性高。另外，雖然高耐壓材料的一種的碳化硅的帶隙和氧化物半導體的帶隙相等，但是由于氧化物半導體的遷移率比碳化硅的遷移率小兩個數(shù)量級，所以電子不容易被加速，與碳化硅相比不容易發(fā)生熱載流子退化，并且漏極耐壓高。以上所述，使用氧化物半導體的晶體管的漏極耐壓高，具體而言，能夠具有100V以上，優(yōu)選具有500V，更優(yōu)選具有IkV以上的漏極耐壓。在此，以下示出對使用碳化硅的晶體管(晶體管的典型例子)和使用氧化物半導體的晶體管進行比較的情況。在此，作為碳化硅使用4H-SiC。氧化物半導體和4H_SiC具有幾個共同點。本征載流子密度是其中的一個例子。根據(jù)費米-狄拉克分布，氧化物半導體的本征載流子密度被估計為10_7cm_3左右，這與4H-SiC的6. 7 X KT11CnT3同樣，顯示極為低的數(shù)值。另外，因為氧化物半導體的能帶隙為3. OeV至3. 5eV,并且4H_SiC的能帶隙為3. 26eV，所以從寬帶隙半導體的這一點來看，氧化物半導體和碳化硅也具有共同點。然而，使用氧化物半導體的晶體管的制造溫度和使用碳化硅的晶體管的制造溫度大不一樣。碳化硅通常需要1500°C至2000°C的熱處理。另一方面，通過在300°C至500°C(玻璃轉(zhuǎn)變溫度以下，最高為700°C左右)的溫度下進行熱處理，可以制造氧化物半導體，并可以在大面積襯底上制造晶體管。另外，可以提高處理量。另外，由于使用碳化硅的晶體管使 用PN結(jié)，所以需要進行成為施主或受主的雜質(zhì)(磷、硼等)的摻雜工序，而制造工序數(shù)增加。另一方面，由于使用氧化物半導體的晶體管不需要設置PN結(jié)，所以可以縮減制造工序，提高處理量，還可以使用大面積襯底。另外，雖然對氧化物半導體中的帶隙內(nèi)的DOS (態(tài)密度density of state)等的物性已在進行各種各樣的研究，但是這些研究不包括充分降低DOS本身的技術思想。在本實施方式中，通過從氧化物半導體中去除會成為DOS的原因的水或氫，制造被高純度化的氧化物半導體。這是基于充分降低DOS本身的技術思想。由此，可以制造極為優(yōu)良的工業(yè)
女口
廣叩ο再者，通過將氧供給給由氧缺陷而產(chǎn)生的金屬的懸空鍵以減少由氧缺陷而起的D0S，可以得到更被高純度化(i型)的氧化物半導體。例如，通過密接溝道形成區(qū)地形成氧過剩的氧化膜并從該氧化膜供給氧，可以減少由氧缺陷而起的DOS。氧化物半導體中的缺陷被認為起因于由氫過剩導致的傳導帶下O. IeV至O. 2eV的較淺能級、由氧不足導致的較深能級等。盡可能地去除氫并充分供給氧以消除上述缺陷的技術思想是對的。另外，一般來說，氧化物半導體為η型，但是在本實施方式中，通過去除雜質(zhì)，尤其是水或氫，實現(xiàn)i型化。在這一點上，不是如硅等那樣添加雜質(zhì)而實現(xiàn)i型化，因此可以說本發(fā)明的實施方式包括從來沒有的技術思想。另外，通過使氧化物半導體i型化，晶體管的溫度特性良好，典型的是在_25°C至150°C的溫度范圍內(nèi)晶體管的電流電壓特性幾乎沒有導通電流、截止電流、電場效應遷移率、S值以及閾值電壓的變動。即，幾乎沒有因溫度而發(fā)生的電流電壓特性的退化。另外，使用本實施方式所示的氧化物半導體的晶體管的遷移率比使用碳化硅的晶體管的遷移率小兩個數(shù)量級左右，但是通過提高漏電壓、增大溝道寬度(W)，可以提高晶體管的電流值，并可以提高器件特性。本實施方式的技術思想是如下思想，不在氧化物半導體中添加雜質(zhì)，與此相反，通過意圖性地去除不需要的如水、氫那樣的雜質(zhì),使氧化物半導體本身高純度化。換言之,去除構成施主能級的水或氫，并減少氧缺陷，充分供給構成氧化物半導體的主要成分的氧，使氧化物半導體高純度化。通過形成氧化物半導體膜，使用SMS (二次離子質(zhì)譜分析法)測量出102°cm_3級的氫濃度。意圖性地去除該成為施主能級的原因的水或氫，對氧化物半導體還添加隨著去除水或氫的同時減少的氧(氧化物半導體的成分之一)，由此使氧化物半導體高純度化，并實現(xiàn)在電學上i型(本征)的半導體。另外，在本實施方式中，氧化物半導體中的水、氫的含量越少越好，并且載流子也越少越好。換言之，載流子密度低于I X IO1W3,優(yōu)選低于I X IO12Cm-3,更優(yōu)選低于測量極限以下的lX10nCm_3。再者，在本實施方式的技術思想中載流子密度近于O或等于O是理想的。通過降低氧化物半導體中的載流子，優(yōu)選消除氧化物半導體中的載流子，在晶體管中氧化物半導體起載流子穿過的通路(路徑)的作用。其結(jié)果是，氧化物半導體是被高純度化的i型(本征)半導體，沒有載流子，或使載流子極少，可以在晶體管的截止狀態(tài)下使截止電流Ioff極低，這是本實施方式的技術思想。另外，當氧化物半導體用作通路(路徑)，并且氧化物半導體本身是沒有載流子或有極少載流子的被高純度化的i型(本征)氧化物半導體時，從源電極、漏電極供給載流子。另外，具有本實施方式所示的結(jié)構的晶體管與如實施方式I所示那樣的溝道形成為與襯底大致平行的橫向晶體管相比，可以減少襯底表面上的占有面積。其結(jié)果是可以實現(xiàn)晶體管的微細化。像這樣，通過以盡量不包含氧化物半導體膜的主要成分以外的雜質(zhì)，典型的是氫、水、羥基或氫化物等的方式實現(xiàn)高純度化，可以使晶體管的工作良好。尤其是可以提高耐壓性，降低短溝道效果，并提高導通截止比。本實施方式可以與上述實施方式適當?shù)亟M合而實施。實施方式3 在本實施方式中，以溝道保護結(jié)構的底柵型晶體管為例子，對半導體裝置的結(jié)構及制造方法進行說明。注意，因為與實施方式I相同部分或具有相同功能的部分及工序可以與實施方式I同樣地進行，所以省略重復的說明。如實施方式I的圖IE所示，到第二加熱處理的工序為止使用同樣的方式進行處理。接著，如圖8A所示，以重疊于氧化物半導體膜108內(nèi)的與柵電極101重疊的區(qū)域，即以重疊于溝道形成區(qū)的方式在氧化物半導體膜108上形成溝道保護膜130。通過設置溝道保護膜130，可以防止在后面的工序中對氧化物半導體膜108中的成為溝道形成區(qū)的部分造成損傷(蝕刻時的等離子體或蝕刻劑所導致的厚度減少等)。因此，可以提高晶體管的可靠性。溝道保護膜130可以使用包含氧的無機材料(氧化硅、氧氮化硅、氮氧化硅等)。溝道保護膜130可以使用等離子體CVD法或熱CVD法等氣相生長法或濺射法形成。在形成溝道保護膜130之后，對溝道保護膜130進行蝕刻來加工其形狀。在此，通過濺射法形成氧化硅膜，使用利用光刻法形成的掩模對該氧化硅膜進行蝕刻加工而形成溝道保護膜130。另外，也可以在形成溝道保護膜130之后進行加熱處理。在惰性氣體氣氛(氮或氦、氖、氬等)下優(yōu)選以200°C以上且400°C以下的溫度，例如以250°C以上且350°C以下的溫度進行加熱處理。在本實施方式中，例如在氮氣氛下以250°C的溫度進行I小時的加熱處理。通過以彼此接觸的方式設置氧化物半導體膜108的成為溝道形成區(qū)的部分和作為包含氧的絕緣膜的溝道保護膜130之后進行加熱處理，向氧化物半導體膜108供應氧，因此可以選擇性地使氧化物半導體膜108的接觸于溝道保護膜130的區(qū)域處于氧過剩狀態(tài)。其結(jié)果是，即使在氧化物半導體膜108的至少接觸于溝道保護膜130的區(qū)域中由于第二加熱處理產(chǎn)生了氧缺陷的情況下，也可以降低成為施主的氧缺陷而滿足化學計量組成比，且重疊于柵電極101的溝道形成區(qū)成為i型化或?qū)嵸|(zhì)上成為i型化，從而可以提高晶體管的電特性并減輕電特性的偏差。進行該加熱處理的時機只要在形成溝道保護膜130之后就沒有特別的限制，并且例如通過將該加熱處理兼作形成樹脂膜時的加熱處理或用來將透明導電膜低電阻化的加熱處理，可以在不增加工序數(shù)的條件下進行該加熱處理。
接著，如圖SB所示，通過在氧化物半導體膜108上形成成為源電極及漏電極(包括使用與源電極及漏電極相同的層形成的布線)的導電膜，然后利用蝕刻等將該導電膜加工為所希望的形狀，來形成源電極131、漏電極132。源電極131、漏電極132的材料、厚度、結(jié)構及制造方法可以參照關于實施方式I所示的源電極111、漏電極112的記載說明。接著，進行使用N20、N2或Ar等氣體的等離子體處理。通過該等離子體處理去除附著到露出的氧化物半導體膜表面的吸著水等。另外，也可以使用氧和氬的混合氣體進行等離子體處理。另外，在進行等離子體處理之后，如圖SC所示，覆蓋源電極131、漏電極132、溝道保護膜130及氧化物半導體膜108地形成絕緣膜133。絕緣膜133的材料、厚度、結(jié)構及制造方法可以參照關于實施方式I所示的絕緣膜113的說明。另外，也可以在形成絕緣膜133之后進行加熱處理。在惰性氣體氣氛(氮或氦、氖、氬等)下優(yōu)選以200°C以上且400°C以下，例如250°C以上且350°C以下的溫度進行加熱處理。在本實施方式中，例如在氮氣氛下以250°C的溫度進行I小時的加熱處理。 通過上述工序形成晶體管140。圖9示出圖8C所示的晶體管140的俯視圖。注意,沿著圖9的虛線C1-C2的截面圖相當于圖8C。通過上述制造方法形成的晶體管140具有柵電極101、柵電極101上的柵極絕緣膜102、柵極絕緣膜102上的氧化物半導體膜108、氧化物半導體膜108上的溝道保護膜130、氧化物半導體膜108上的源電極131及漏電極132。晶體管140還可以具有在氧化物半導體膜108、源電極131、漏電極132及溝道保護膜130上的絕緣膜133。另外，雖然使用單柵結(jié)構的晶體管說明晶體管140，但是也可以根據(jù)需要形成具有多個溝道形成區(qū)的多柵結(jié)構的晶體管。接著，也可以通過在絕緣膜133上形成導電膜，然后對該導電膜進行構圖，而如圖IOA所示在重疊于氧化物半導體膜108的位置上形成背柵電極145。背柵電極145可以使用與柵電極101或源電極131或漏電極132相同的材料及結(jié)構而形成。背柵電極145的厚度是IOnm至400nm,優(yōu)選是IOOnm至200nm。在本實施方式中，形成層疊有鈦膜、鋁膜、鈦膜的導電膜。并且，通過光刻法形成抗蝕劑掩模，利用蝕刻去除不需要的部分，并將該導電膜加工(構圖)為所希望的形狀，以形成背柵電極145。接著，如圖IOB所示，覆蓋背柵電極145地形成絕緣膜146。絕緣膜146優(yōu)選使用可以防止氣氛中的水分、氫、氧等對晶體管140的特性造成影響的高阻擋性的材料。例如，可以通過等離子體CVD法或濺射法等形成氮化硅膜、氮氧化硅膜、氮化鋁膜或氮氧化鋁膜等的單層或疊層作為高阻擋性的絕緣膜。為了得到阻擋性效果，例如優(yōu)選將絕緣膜146的厚度形成為15nm至400nm。在本實施方式中，通過等離子體CVD法形成300nm的絕緣膜。膜的形成條件是硅烷氣體的流量是4SCCm ;—氧化二氮(N2O)的流量是800SCCm ;并且襯底溫度是400°C。圖IOC示出圖IOB所示的半導體裝置的俯視圖。圖IOB相當于沿著圖IOC的虛線C1-C2的截面圖。注意，雖然圖IOB例示背柵電極145覆蓋整個氧化物半導體膜108的情況，但是本發(fā)明不局限于該結(jié)構。背柵電極145至少重疊于氧化物半導體膜108所具有的溝道形成區(qū)的一部分即可。背柵電極145可以處于電絕緣的浮動狀態(tài)或被施加電位的狀態(tài)。當背柵電極145處于被施加電位的狀態(tài)時，可以對背柵電極145施加與柵電極101相同水平的電位或接地等固定電位。通過控制施加到背柵電極145的電位水平，可以控制晶體管140的閾值電壓。本實施方式可以與上述實施方式適當?shù)亟M合而實施。實施方式4在本實施方式中，說明使用本發(fā)明的制造方法形成的半導體顯示裝置之一的被稱為電子紙或數(shù)碼紙的半導體顯示裝置的結(jié)構。電子紙使用能夠通過施加電壓來控制灰度的具有存儲性的顯示元件。具體而言，用于電子紙的顯示元件可以使用非水電泳型顯示元件；在兩個電極之間的高分子材料中分散有液晶小滴的roLCXpolymer dispersed liquid crystal :聚合物分散液晶)方式的顯示元件；在兩個電極之間具有手性向列液晶或膽留液晶的顯示元件；或者在兩個電極之間具有帶電的微粒并利用電場使該微粒在粉體中移動的粉體移動方式的顯示元件等。另外，非水電泳型顯示元件包括在兩個電極之間夾有分散有帶電的微粒的分散液的顯示元件；在夾有絕緣膜的兩個電極上具有分散有帶電的微粒的分散液的顯示元件；在兩個電極之間將具有分別帶著不同電荷的雙色半球的扭轉(zhuǎn)球分散在溶劑中的顯示元件；以及在兩個電極之間具有溶液中分散有多個帶電的微粒的微膠囊的顯示元件等。圖IIA示出電子紙的像素部700、信號線驅(qū)動電路701和掃描線驅(qū)動電路702的俯視圖。像素部700具有多個像素703。另外，從信號線驅(qū)動電路701多個信號線707被引至像素部700內(nèi)。從掃描線驅(qū)動電路702多個掃描線708被引至像素部700內(nèi)。各像素703具有晶體管704、顯示元件705、存儲電容器706。晶體管704的柵電極連接到掃描線708之一。另外，晶體管704的源電極和漏電極中的一方連接到信號線707之一，晶體管704的源電極和漏電極中的另一方連接到顯示元件705的像素電極。注意，雖然在圖IlA中為了保持施加到顯示元件705的像素電極和對置電極之間的電壓而與顯示元件705并聯(lián)地連接有存儲電容器706，但是只要顯示元件705具有足夠高的存儲性以維持顯示，就不需要必須設置存儲電容器706。注意，雖然在圖IlA中對在各像素中設置一個用作開關元件的晶體管的有源矩陣型像素部的結(jié)構進行了說明，但是根據(jù)本發(fā)明的一個方式的電子紙不局限于該結(jié)構。設置在像素中的晶體管的數(shù)目可以為多個。除了晶體管以外還可以連接有如電容器、電阻器或線圈等的元件。在圖IlB中，以具有微膠囊的電泳型電子紙為例子，示出設置在各像素703中的顯示元件705的截面圖。顯示元件705具有像素電極710、對置電極711、被像素電極710及對置電極711施加電壓的微膠囊712。晶體管704的源電極和漏電極713中的一方連接到像素電極710。氧化鈦等帶正電的白色顏料和碳黑等帶負電的黑色顏料與油等分散介質(zhì)一起被封入微膠囊712內(nèi)。通過根據(jù)施加到像素電極710的視頻信號的電壓對像素電極和對置電極之間施加電壓，將黑色顏料引到正電極一側(cè)并將白色顏料引到負電極一側(cè)，而可以顯示灰度。、
另外，在圖IlB中，在像素電極710和對置電極711之間微膠囊712由具有透光性的樹脂714固定。但是，本發(fā)明不局限于該結(jié)構。由微膠囊712、像素電極710和對置電極711形成的空間也可以填充有空氣、惰性氣體等氣體。但是，此時優(yōu)選使用黏合劑將微膠囊712固定到像素電極710和對置電極711中的一方或雙方。另外，顯示元件705所具有的微膠囊712的數(shù)目不需要如圖IlB所示那樣為多個。既可以采用一個顯示元件705具有多個微膠囊712的結(jié)構，又可以采用多個顯示元件705具有一個微膠囊712的結(jié)構。例如，假設兩個顯示元件705共有一個微膠囊712，對一方的顯示元件705所具有的像素電極710施加正電壓,對另一方的顯示元件705所具有的像素電極710施加負電壓。此時，在與被施加正電壓的像素電極710重疊的區(qū)域中，在微膠囊712內(nèi)，黑色顏料被引到像素電極710—側(cè)，而白色顏料被引到對置電極711—側(cè)。反之，在與被施加負電壓的像素電極710重疊的區(qū)域中，在微膠囊712內(nèi)，白色顏料被引到像素電極710 一側(cè)，而黑色顏料被引到對置電極711 —側(cè)。接著，以上述電泳型電子紙為例子對電子紙的具體驅(qū)動方法進行說明。電子紙的工作可以分為以下幾個期間進行說明初始化期間、寫入期間、保持期間。通過在轉(zhuǎn)換進行顯示的圖像之前首先在初始化期間暫時將像素部內(nèi)的各像素的灰度統(tǒng)一，而使顯示元件初始化。通過將顯示元件初始化，可以防止余象。具體而言，在電泳型中，以使各像素的顯示為白色或黑色的方式利用顯示元件705所具有的微膠囊712調(diào)整顯示的灰度。
在本實施方式中，對將顯示黑色的初始化視頻信號輸入到像素之后將顯示白色的初始化視頻信號輸入到像素時的初始化工作進行說明。例如，在向?qū)χ秒姌O711 —側(cè)進行圖像顯示的電泳型電子紙中，首先，以使微膠囊712內(nèi)的黑色顏料朝向?qū)χ秒姌O711—側(cè)移動并使白色顏料朝向像素電極710 —側(cè)移動的方式對顯示元件705施加電壓。接著，以使微膠囊712內(nèi)的白色顏料朝向?qū)χ秒姌O711 —側(cè)移動并使黑色顏料朝向像素電極710 —側(cè)移動的方式對顯示元件705施加電壓。另外，當僅向像素輸入一次初始化視頻信號時，由于在初始期間之前顯示的灰度，微膠囊712內(nèi)的白色顏料和黑色顏料的移動有時中途停止，而在初始化期間結(jié)束之后顯示在像素之間的灰度也有可能產(chǎn)生偏差。因此，優(yōu)選通過對像素電極710施加相對于共同電壓Vcom為負的電壓-Vp多次來顯示黑色，并且通過對像素電極710施加相對于共同電壓Vcom為正的電壓Vp多次來顯示白色。另外，當在初始化期間之前各像素的顯示元件所顯示的灰度不同時，需要輸入初始化視頻信號的最少次數(shù)也不同。因此，也可以根據(jù)在初始化期間之前顯示的灰度而改變對每個像素輸入初始化視頻信號的次數(shù)。此時，優(yōu)選對不需要輸入初始化視頻信號的像素輸入共同電壓Vcom。另外，為了多次對像素電極710施加初始化視頻信號的電壓Vp或電壓-Vp，在對各掃描線施加選擇信號的脈沖的期間中，多次地進行如下一串連的工作，即對具有該掃描線的行(line)的像素輸入初始化視頻信號。通過將作為初始化視頻信號的電壓Vp或電壓-Vp施加到像素電極710多次，可以使微膠囊712內(nèi)的白色顏料和黑色顏料的移動收斂，以防止各像素之間產(chǎn)生灰度的偏差，從而可以使像素部的像素初始化。
另外，在初始化期間，也可以不在顯示黑色之后顯示白色而在顯示白色之后顯示黑色?；蛘撸诔跏蓟陂g，也可以在各像素中顯示白色之后顯示黑色然后再顯示白色。另外，在像素部內(nèi)的所有像素中，不需要同時開始初始化期間。例如，也可以使各像素或?qū)儆谕恍?line)的各像素等的開始初始化期間的時序各不相同。接著，在寫入期間對像素輸入具有圖像信息的視頻信號。當利用整個像素部進行圖像顯示時，在一個幀期間對所有的掃描線依次輸入電壓的脈沖移動的選擇信號。并且，在選擇信號出現(xiàn)脈沖的一行期間內(nèi)，對所有信號線輸入具有圖像信息的視頻信號。
微膠囊712內(nèi)的白色顏料和黑色顏料根據(jù)施加到像素電極710的視頻信號的電壓移動到像素電極710 —側(cè)或?qū)χ秒姌O711 —側(cè)，由此顯示元件705進行灰度顯示。另外，優(yōu)選在寫入期間也與初始化期間同樣地對像素電極710施加視頻信號的電壓多次。因此，在向各掃描線施加選擇信號的脈沖的期間中，多次地進行如下一串連的工作，即對具有該掃描線的行(line)的像素輸入初始化視頻信號。接著，在保持期間，在通過信號線對所有像素輸入共同電壓Vcom之后，不進行對掃描線的選擇信號的輸入或?qū)π盘柧€的視頻信號的輸入。因此，因為只要不對像素電極710和對置電極711之間施加正電壓或負電壓，顯示元件705所具有的微膠囊712內(nèi)的白色顏料和黑色顏料則保持其配置，所以顯示元件705所顯示的灰度被保持。因此，在保持期間也維持顯示在寫入期間寫入的圖像。另外，用于電子紙的顯示元件改變灰度時所需的電壓比用于液晶顯示裝置的液晶元件或用于發(fā)光裝置的有機發(fā)光元件等發(fā)光元件高。因此，在寫入期間在用于開關元件的像素的晶體管704中源電極和漏電極之間的電位差變大，因此截止電流升高，像素電極710的電位變動而容易產(chǎn)生顯示失真。另外，在本發(fā)明的一個方式中，將雜質(zhì)濃度極低的氧化物半導體膜用于晶體管704的激活層。因此，在晶體管704中，柵電極和源電極之間的電壓大致為O時的截止電流即泄漏電流非常低。因此，在寫入期間，即使晶體管704的源電極和漏電極之間的電位差大，也可以抑制截止電流并防止因像素電極710的電位變動而產(chǎn)生的顯示失真。另外，在用作開關元件的像素的晶體管704中，因為在寫入期間源電極和漏電極之間的電位差變大，所以容易劣化。但是，在本發(fā)明的一個方式中，由于可以將晶體管704的隨時間的惡化而導致的閾值電壓的偏差抑制為小，因此可以提高電子紙的可靠性。本實施方式可以與上述實施方式組合而實施。實施方式5圖12A示出有源矩陣型半導體顯示裝置的框圖的一個例子。在顯示裝置的襯底5300上包括像素部5301、第一掃描線驅(qū)動電路5302、第二掃描線驅(qū)動電路5303、信號線驅(qū)動電路5304。在像素部5301中配置有從信號線驅(qū)動電路5304延伸的多個信號線以及從第一掃描線驅(qū)動電路5302及第二掃描線驅(qū)動電路5303延伸的多個掃描線。此外，在掃描線與信號線的交叉區(qū)中分別具有顯示元件的像素被配置為矩陣狀。另外，顯示裝置的襯底5300通過FPC (柔性印刷電路)等連接部連接于時序控制電路5305 (也稱為控制器、控制1C)。在圖12A中，第一掃描線驅(qū)動電路5302、第二掃描線驅(qū)動電路5303、信號線驅(qū)動電路5304與像素部5301形成在同一襯底5300上。由此，設置在外部的諸如驅(qū)動電路等構件的數(shù)量減少，所以不僅可以實現(xiàn)顯示裝置的小型化，而且可以通過縮減裝配工序或檢查工序而實現(xiàn)成本的降低。另外，當在襯底5300的外部設置驅(qū)動電路時，需要延伸布線，且布線之間的連接數(shù)增加。當在相同襯底5300上設置驅(qū)動電路時，可以減少上述布線之間的連接數(shù)。因此，可以防止因驅(qū)動電路和像素部的連接不良而導致的成品率的降低以及因連接部分的機械強度低而導致的可靠性的降低。另外，作為一個例子，時序控制電路5305向第一掃描線驅(qū)動電路5302供應第一掃描線驅(qū)動電路啟動信號(GSPI)、掃描線驅(qū)動電路時鐘信號(GCKl)。此外，作為一個例子，時序控制電路5305向第二掃描線驅(qū)動電路5303供應第二掃描線驅(qū)動電路啟動信號(GSP2)(也稱為起始脈沖)、掃描線驅(qū)動電路時鐘信號(GCK2)。時序控制電路5305向信號線驅(qū)動 電路5304供應信號線驅(qū)動電路啟動信號(SSP)、信號線驅(qū)動電路時鐘信號(SCK)、視頻信號數(shù)據(jù)(DATA)(也簡稱為視頻信號)及鎖存信號(LAT)。另外，可以省略第一掃描線驅(qū)動電路5302和第二掃描線驅(qū)動電路5303中的一方。圖12B示出將驅(qū)動頻率低的電路(例如，第一掃描線驅(qū)動電路5302、第二掃描線驅(qū)動電路5303)與像素部5301形成在同一襯底5300上，而將信號線驅(qū)動電路5304與像素部5301形成在不同的襯底上的結(jié)構。另外，也可以與像素部5301 —起將信號線驅(qū)動電路5304中的用于取樣電路的模擬開關等驅(qū)動頻率低的電路部分地形成在一個襯底5300上。如此,通過部分地采用系統(tǒng)整合型面板(system-on-panel)，可以享受系統(tǒng)整合型面板的一定程度的優(yōu)點，即避免上述因連接不良而導致的成品率的降低以及連接部分的機械強度低等的問題以及通過縮減裝配工序或檢查工序降低成本等。再者，與將像素部5301、第一掃描線驅(qū)動電路5302、第二掃描線驅(qū)動電路5303及信號線驅(qū)動電路5304都形成在同一襯底上的系統(tǒng)整合型面板相比，可以提高驅(qū)動頻率高的電路的性能，并可以形成當使用單晶半導體時難以實現(xiàn)的面積寬的像素部。接著，對使用η溝道型晶體管的信號線驅(qū)動電路的結(jié)構進行說明。圖13Α所示的信號線驅(qū)動電路具有移位寄存器5601及取樣電路5602。取樣電路5602具有多個開關電路5602_1至5602_Ν(Ν是自然數(shù))。開關電路5602_1至5602_Ν分別具有多個η溝道型晶體管5603_1至5603_k (k是自然數(shù))。以開關電路5602_1為例對/[目號線驅(qū)動電路的連接關系進行說明。注意，以下將晶體管所具有的源電極和漏電極中的任一方稱為第一端子，而將另一方稱為第二端子。晶體管5603_1至5603_k的第一端子分別連接到布線5604_1至5604_k。對布線5604_1至5604_k分別輸入視頻信號。晶體管5603_1至5603_k的第二端子分別連接到信號線SI至Sk。晶體管5603_1至5603_k的柵電極連接到移位寄存器5601。移位寄存器5601對布線5605_1至5605_N依次輸出具有高電平的電壓(H電平)的時序信號，并能夠依次選擇開關電路5602_1至5602_N。開關電路5602_1具有利用晶體管5603_1至5603_k的開關控制布線5604_1至5604_k與信號線SI至Sk的導通狀態(tài)(第一端子和第二端子之間的導通)的功能，即控制是否將布線5604_1至5604_k的電位供應給信號線SI至Sk的功能。接著，參照圖13B的時序圖說明圖13A的信號線驅(qū)動電路的工作。圖13B作為一個例子示出從移位寄存器5601分別輸入到布線5605_1至5605_N的時序信號Sout_l至Sout_N以及輸入到布線5604_1至5604_k的視頻信號Vdata_l至Vdata_k的時序圖。另外，信號線驅(qū)動電路的一個工作期間相當于顯示裝置中的一個行期間。在圖13B中，例示將一個行期間分割為期間Tl至期間TN的情況。期間Tl至期間TN分別是用來對屬于被選擇的行的像素寫入視頻信號的期間。在期間Tl至期間TN中，移位寄存器5601將H電平的時序信號依次輸出到布線5605_1至5605_N。例如，在期間Tl中，移位寄存器5601將H電平的信號輸出到布線5605_1。由此，開關電路5602_1所具有的晶體管5603_1至5603_k導通，所以布線5604_1至5604_k與信號線SI至Sk彼此電連接。此時，對布線5604_1至5604_k輸入Data (SI)至Data(Sk)。Data (SI)至Data (Sk)分別通過晶體管5603_1至5603_k寫入到屬于被選擇的行的像素中的第一列至第k列的像素。通過上述步驟，在期間Tl至TN中，對屬于被選擇的行的像素的每k列按順序?qū)懭胍曨l信號。如上所述，通過對每多個列的像素寫入視頻信號，可以減少視頻信號的數(shù)量或布線的數(shù)量。因此，可以減少與控制器等的外部電路的連接數(shù)量。此外，通過對每多個列的像素寫入視頻信號，可以延長寫入時間，因此可以防止視頻信號的寫入不足。接著，參照圖14A至圖15B說明用于信號線驅(qū)動電路或掃描線驅(qū)動電路的移位寄存器的一個方式。移位寄存器具有第一脈沖輸出電路10_1至第N脈沖輸出電路10_N(N是3以上的自然數(shù))(參照圖14A)。向第一脈沖輸出電路10_1至第N脈沖輸出電路10_N從第一布線11供應第一時鐘信號CK1，從第二布線12供應第二時鐘信號CK2，從第三布線13供應第三時鐘信號CK3,從第四布線14供應第四時鐘信號CK4。另外,對第一脈沖輸出電路10_1輸入來自第五布線15的起始脈沖SPl (第一起始脈沖)。此外，對第二級以后的第n脈沖輸出電路10_n (n是2以上且N以下的自然數(shù))輸入來自前一級的脈沖輸出電路10_n_l的信號(稱為前級信號OUT (n-1))。另外,對第一脈沖輸出電路10_1輸入來自后二級的第三脈沖輸出電路10_3的信號。類似地，對第二級以后的第n脈沖輸出電路10_n輸入來自后二級的第(n+2)脈沖輸出電路10_ (n+2)的信號(稱為后級信號OUT (n+2))。從而，從各級的脈沖輸出電路輸出用來輸入到后級及/或前二級的脈沖輸出電路的第一輸出信號(OUT (I)(SR)至OUT (N) (SR))以及輸入到其他電路等第二輸出信號(OUT (I)至OUT (N))。另外，如圖14A所示，由于不對移位寄存器的最后級的兩個級輸入后級信號OUT (n+2)，所以作為一個例子，采用另行分別輸入第二起始脈沖SP2、第三起始脈沖SP3的結(jié)構即可。另外，時鐘信號(CK)是以一定間隔反復H電平和L電平(低電平的電壓)的信號。在此，第一時鐘信號(CKl)至第四時鐘信號(CK4)依次遲延1/4周期。在本實施方式中，利用第一時鐘信號(CKl)至第四時鐘信號(CK4)進行脈沖輸出電路的驅(qū)動的控制等。 第一輸入端子21、第二輸入端子22及第三輸入端子23電連接到第一布線11至第四布線14中的任一個。例如,在圖14A中,在第一脈沖輸出電路10_1中,第一輸入端子21電連接到第一布線11，第二輸入端子22電連接到第二布線12，并且第三輸入端子23電連接到第三布線13。此外，在第二脈沖輸出電路10_2中，第一輸入端子21電連接到第二布線12，第二輸入端子22電連接到第三布線13，并且第三輸入端子23電連接到第四布線14。第一脈沖輸出電路10_1至第N脈沖輸出電路10_N分別具有第一輸入端子21、第二輸入端子22、第三輸入端子23、第四輸入端子24、第五輸入端子25、第一輸出端子26、第二輸出端子27 (參照圖14B)。在第一脈沖輸出電路10_1中，對第一輸入端子21輸入第一時鐘信號CKl,對第二輸入端子22輸入第二時鐘信號CK2,對第三輸入端子23輸入第三時、鐘信號CK3,對第四輸入端子24輸入起始脈沖,對第五輸入端子25輸入后級信號OUT (3),從第一輸入端子26輸出第一輸出信號OUT (I) (SR),從第二輸出端子27輸出第二輸出信號 OUT (I)。
接著，參照圖15A示出脈沖輸出電路的具體的電路結(jié)構的一個例子。各脈沖輸出電路具有第一晶體管31至第十三晶體管43(參照圖15A)。此外，除了上述第一輸入端子21至第五輸入端子25以及第一輸出端子26、第二輸出端子27以外，還從被供應第一高電源電位VDD的電源線51、被供應第二高電源電位VCC的電源線52、被供應低電源電位VSS的電源線53向第一晶體管31至第十三晶體管43供應信號或電源電位。在此，示出圖15A的各電源線的電源電位的關系即第一電源電位VDD是第二電源電位VCC以上的電位，并且第二電源電位VCC是大于第三電源電位VSS的電位。此外，第一時鐘信號(CKl)至第四時鐘信號(CK4)是以一定間隔反復H電平和L電平的信號，并且當H電平時電位為VDD，并且當L電平時電位為VSS。另外，通過使電源線51的電位VDD高于電源線52的電位VCC，可以不影響到工作地將施加到晶體管的柵電極的電位抑制得低，并降低晶體管的閾值電壓的漂移，而可以抑制劣化。在圖15A的第一晶體管31中，第一端子電連接到電源線51，第二端子電連接到第九晶體管39的第一端子，柵電極電連接到第四輸入端子24。在第二晶體管32中，第一端子電連接到電源線53，第二端子電連接到第九晶體管39的第一端子，柵電極電連接到第四晶體管34的柵電極。在第三晶體管33中，第一端子電連接到第一輸入端子21，第二端子電連接到第一輸出端子26。在第四晶體管34中，第一端子電連接到電源線53，第二端子電連接到第一輸出端子26。在第五晶體管35中，第一端子電連接到電源線53，第二端子電連接到第二晶體管32的柵電極及第四晶體管34的柵電極，柵電極電連接到第四輸入端子24。在第六晶體管36中，第一端子電連接到電源線52，第二端子電連接到第二晶體管32的柵電極及第四晶體管34的柵電極，柵電極電連接到第五輸入端子25。在第七晶體管37中，第一端子電連接到電源線52，第二端子電連接到第八晶體管38的第二端子，柵電極電連接到第三輸入端子23。在第八晶體管38中，第一端子電連接到第二晶體管32的柵電極及第四晶體管34的柵電極，柵電極電連接到第二輸入端子22。在第九晶體管39中，第一端子電連接到第一晶體管31的第二端子及第二晶體管32的第二端子，第二端子電連接到第三晶體管33的柵電極及第十晶體管40的柵電極，柵電極電連接到電源線52。在第十晶體管40中，第一端子電連接到第一輸入端子21，第二端子電連接到第二輸出端子27，柵電極電連接到第九晶體管39的第二端子。在第十一晶體管41中，第一端子電連接到電源線53，第二端子電連接到第二輸出端子27，柵電極電連接到第二晶體管32的柵電極及第四晶體管34的柵電極。在第十二晶體管42中，第一端子電連接到電源線53，第二端子電連接到第二輸出端子27，柵電極電連接到第七晶體管37的柵電極。在第十三晶體管43中，第一端子電連接到電源線53，第二端子電連接到第一輸出端子26，柵電極電連接到第七晶體管37的柵電極。在圖15A中，以第三晶體管33的柵電極、第十晶體管40的柵電極以及第九晶體管39的第二端子的連接部分為節(jié)點A。此外，以第二晶體管32的柵電極、第四晶體管34的柵電極、第五晶體管35的第二端子、第六晶體管36的第二端子、第八晶體管38的第一端子以及第十一晶體管41的柵電極的連接部分為節(jié)點B (參照圖15A)。在此，圖15B示出圖15A所示的具備多個脈沖輸出電路的移位寄存器的時序圖。
此外，如圖15A所示，通過設置其柵電極被施加第二電源電位VCC的第九晶體管39，在自舉工作的前后有如下優(yōu)點。在沒有其柵電極被施加第二電位VCC的第九晶體管39的情況下，當因自舉工作而節(jié)點A的電位上升時，第一晶體管31的第二端子的源電極電位上升，而變成高于第一電源電位VDD的電位。然后，第一晶體管31的源電極轉(zhuǎn)換為第一端子一側(cè)，即電源線51—側(cè)。因此，在第一晶體管31中，因為對柵電極和源電極之間以及柵電極和漏電極之間施加較大的偏壓，所以柵電極和源電極之間以及柵電極和漏電極之間受到較大的壓力，這會導致晶體管的劣化。于是，通過設置其柵電極被施加第二電源電位VCC的第九晶體管39，雖然因自舉工作而節(jié)點A的電位上升，但是可以不使第一晶體管31的第二端子的電位 上升。換言之，通過設置第九晶體管39，可以將對第一晶體管31的柵電極和源電極之間施加的負偏壓的值設定得小。由此，由于通過采用本實施方式的電路結(jié)構來可以將施加到第一晶體管31的柵電極和源電極之間的負偏壓設定得小，所以可以抑制因壓力而導致的第一晶體管31的劣化。此外，只要在第一晶體管31的第二端子和第三晶體管33的柵電極之間以通過第一端子和第二端子連接的方式設置第九晶體管39，就對設置第九晶體管39的結(jié)構沒有特別的限制。另外，在采用具有多個本實施方式的脈沖輸出電路的移位寄存器時，具有如下優(yōu)點在其級數(shù)與掃描線驅(qū)動電路相比多的信號線驅(qū)動電路中，可以省略第九晶體管39從而可以減少晶體管的數(shù)量。另外，通過作為第一晶體管31至第十三晶體管43的激活層使用氧化物半導體，可以降低晶體管的截止電流并提高導通電流及場效應遷移率，并且還可以降低劣化的程度，所以可以減少電路內(nèi)的錯誤工作。此外，使用氧化物半導體的晶體管的因其柵電極被施加高電位而導致的劣化的程度比使用非晶硅的晶體管小。由此，即使對供應第二電源電位VCC的電源線供應第一電源電位VDD也可以得到相似的工作，并且可以減少引導電路之間的電源線的數(shù)量，因此可以實現(xiàn)電路的小型化。另外，即使替換接線關系，即，將從第三輸入端子23向第七晶體管37的柵電極供應時鐘信號及從第二輸入端子22向第八晶體管38的柵電極供應的時鐘信號變?yōu)閺牡诙斎攵俗?2向第七晶體管37的柵電極供應時鐘信號及從第三輸入端子23向第八晶體管38的柵電極供應時鐘信號，也能夠獲得同樣的作用。此時，在圖15A所示的移位寄存器中，通過從第七晶體管37及第八晶體管38的狀態(tài)都是導通狀態(tài)變化到第七晶體管37截止且第八晶體管38導通的狀態(tài)，然后成為第七晶體管37截止且第八晶體管38截止的狀態(tài)，由第二輸入端子22及第三輸入端子23的電位降低所產(chǎn)生的節(jié)點B的電位的降低發(fā)生兩次，該節(jié)點B的電位的降低起因于第七晶體管37的柵電極的電位的降低及第八晶體管38的柵電極的電位的降低。另一方面，在圖15A所示的移位寄存器中，通過從第七晶體管37及第八晶體管38的狀態(tài)都是導通狀態(tài)變化到第七晶體管37導通而第八晶體管38截止的狀態(tài)，然后成為第七晶體管37截止且第八晶體管38截止的狀態(tài)，而由第二輸入端子22及第三輸入端子23的電位的降低所產(chǎn)生的節(jié)點B的電位的降低僅發(fā)生一次，該節(jié)點B的電位的降低起因于第八晶體管38的柵電極的電位的降低。由此，優(yōu)選采用從第三輸入端子23向第七晶體管37的柵電極供應時鐘信號CK3，且從第二輸入端子22向第八晶體管38的柵電極供應時鐘信號CK2的連接結(jié)構。這是因為這樣會可以減少節(jié)點B的電位的變動次數(shù)并降低噪聲的緣故。
像這樣，通過采用在將第一輸出端子26及第二輸出端子27的電位保持為L電平的期間中對節(jié)點B定期供應H電平的信號的結(jié)構，可以抑制脈沖輸出電路的錯誤工作。本實施方式可以與上述實施方式組合而實施。實施方式6根據(jù)本發(fā)明的一個方式的液晶顯示裝置使用截止電流低且可靠性高的晶體管，因此具有高可見度和高可靠性。在本實施方式中，對根據(jù)本發(fā)明的一個方式的液晶顯示裝置的結(jié)構進行說明。圖16示出根據(jù)本發(fā)明的一個方式的液晶顯示裝置的像素的截面圖作為一個例子。圖16所示的晶體管1401包括形成在絕緣表面上的柵電極1402 ;柵電極1402上的柵極絕緣膜1403 ;在柵極絕緣膜1403上重疊于柵電極1402的氧化物半導體膜1404 ;以及疊層在氧化物半導體膜1404上的用作源電極或漏電極的一對導電膜1406a及導電膜1406b。另外，作為晶體管1401的構成要素，還可以包括形成在氧化物半導體膜1404上的絕緣膜1407。絕緣膜1407以覆蓋柵電極1402、柵極絕緣膜1403、氧化物半導體膜1404、導電膜1406a以及導電膜1406b的方式形成。在絕緣膜1407上形成有絕緣膜1408。在絕緣膜1407、絕緣膜1408的一部分中設有開口部，并且在該開口部中以接觸于導電膜1406b的方式形成有像素電極1410。另外，在絕緣膜1408上形成有用來控制液晶元件的液晶盒間隙的間隔物1417。間隔物1417可以通過將絕緣膜蝕刻為所希望的形狀而形成，但是也可以通過在絕緣膜1408上分散填料來控制液晶盒間隙。并且，在像素電極1410上形成有取向膜1411。另外，與像素電極1410相對的位置設置有對置電極1413，在對置電極1413的接近于像素電極1410 —側(cè)形成有取向膜1414。取向膜1411、取向膜1414可以使用聚酰亞胺、聚乙烯醇等有機樹脂形成，并且對其表面進行如摩擦處理等的用來使液晶分子按一定方向排列的取向處理?？梢酝ㄟ^邊對取向膜施加壓力邊滾動裹有尼龍等布的磙子并以一定方向?qū)ι鲜鋈∠蚰さ谋砻孢M行磨擦，來進行摩擦處理。另外，也可以不進行取向處理而使用氧化硅等無機材料并通過蒸鍍法來直接形成具有取向特性的取向膜1411、取向膜1414。而且，在像素電極1410和對置電極1413之間的被密封劑1416圍繞的區(qū)域中設置有液晶1415。作為液晶1415的注入，既可以使用分配器方法(滴落法)也可以使用浸潰法(泵浦方式)。另外,密封劑1416中也可以混入填料。另外，使用像素電極1410、對置電極1413、液晶1415形成的液晶元件也可以與能夠透過特定波長區(qū)域的光的濾色片重疊。將濾色片形成在形成有對置電極1413的襯底(對置襯底)1420上即可。也可以在將分散有顏料的丙烯酸類樹脂等有機樹脂涂在襯底1420上之后，使用光刻法選擇性地形成濾色片。另外，也可以在將分散有顏料的聚酰亞胺類樹脂涂在襯底1420上之后，使用蝕刻選擇性地形成濾色片。或者，也可以通過使用噴墨法等液滴噴射法來選擇性地形成濾色片。另外，也可以在像素之間形成能夠遮蔽光的遮蔽膜，以便防止觀察到像素之間的液晶1415的取向無序所導致的向錯。作為遮蔽膜,可以使用碳黑、低價氧化鈦(low-valenttitanium oxide)等包含黑色顏料的有機樹脂?；蛘?也可以利用使用鉻的膜形成遮蔽膜。
作為像素電極1410和對置電極1413，例如可以使用含有氧化硅的氧化銦錫(ITS0)、氧化銦錫(IT0)、氧化鋅(ZnO)、氧化銦鋅(IZ0)、添加有鎵的氧化鋅(GZO)等透明導電材料。注意，雖然在本實施方式中示出將透過光的導電膜用于像素電極1410及對置電極1413來制造透過型液晶元件的例子，但是本發(fā)明不局限于該結(jié)構。根據(jù)本發(fā)明的一個方式的液晶顯示裝置也可以為半透過型或反射型。注意，雖然在本實施方式中，作為液晶顯示裝置示出TN(扭轉(zhuǎn)向列)型，但是本發(fā)明的薄膜晶體管也可以用于如VA (垂直定向)型、OCB (光學補償彎曲)型、IPS (平面內(nèi)切換)型等其他的液晶顯示裝置。 另外，也可以使用不使用取向膜的呈現(xiàn)藍相的液晶。藍相是液晶相之一，是指當對膽甾相液晶進行升溫時即將從膽留相轉(zhuǎn)變到均質(zhì)相之前出現(xiàn)的相。由于藍相只出現(xiàn)在較窄的溫度范圍內(nèi)，所以為了改善溫度范圍而將混合有5wt%以上的手性試劑的液晶組成物用于液晶1415。包含顯示藍相的液晶和手性試劑的液晶組成物的響應時間短，即為IOy sec.以上且IOOii sec.以下，并且由于其具有光學各向同性而不需要取向處理，從而視角依賴性小。圖17是示出本發(fā)明的液晶顯示裝置的結(jié)構的立體圖的一個例子。圖17所示的液晶顯不裝置具有在一對襯底之間形成有液晶兀件的液晶面板1601 ;第一擴散板1602 ;棱鏡片1603 ;第二擴散板1604 ;導光板1605 ;反射板1606 ;光源1607 ;以及電路板1608。將液晶面板1601、第一擴散板1602、棱鏡片1603、第二擴散板1604、導光板1605、反射板1606按順序?qū)盈B。光源1607設置在導光板1605的端部，并且擴散到導光板1605的內(nèi)部的來自光源1607的光通過第一擴散板1602、棱鏡片1603以及第二擴散板1604均勻性地照射到液晶面板1601。注意，雖然在本實施方式中使用第一擴散板1602和第二擴散板1604，但是擴散板的數(shù)量不局限于此，還可以是單個或者三個以上。并且，擴散板設置在導光板1605和液晶面板1601之間即可。因此，既可以只在與棱鏡片1603相比更接近于液晶面板1601的一側(cè)設置擴散板，也可以只在與棱鏡片1603相比更接近于導光板1605的一側(cè)設置擴散板。此外，棱鏡片1603不局限于圖17所示的截面是鋸齒狀的形狀，只要是能夠?qū)碜詫Ч獍?605的光聚焦到液晶面板1601 —側(cè)的形狀即可。在電路板1608中設置有生成輸入到液晶面板1601的各種信號的電路或者對這些信號進行處理的電路等。并且，在圖17中，電路板1608與液晶面板1601通過FPC (柔性印刷電路)1609連接。注意，上述電路可以利用COG (玻璃上芯片安裝)法連接到液晶面板1601，或者也可以利用COF (薄膜上芯片安裝)法將上述電路的一部分連接到FPC1609。在圖17中，示出在電路板1608上設置有控制光源1607的驅(qū)動的控制類電路，并且該控制類電路與光源1607通過FPC1610連接的例子。但是，上述控制類電路也可以形成在液晶面板1601上，此時，液晶面板1601與光源1607通過FPC等連接。注意，雖然圖17例示在液晶面板1601的端部配置光源1607的邊緣照光型的光源，但是本發(fā)明的液晶顯示裝置也可以是在液晶面板1601的正下方配置光源1607的正下型。本實施方式可以與上述實施方式適當?shù)亟M合而實施。實施方式7
在本實施方式中， 對將本發(fā)明的一個方式的晶體管用于像素的發(fā)光裝置的結(jié)構進行說明。在本實施方式中，參照圖18A至圖18C說明當用來驅(qū)動發(fā)光元件的晶體管為n溝道晶體管時的像素的截面結(jié)構。另外，雖然在圖18A至圖18C中對第一電極是陰極且第二電極是陽極的情況進行說明，但是也可以采用第一電極是陽極且第二電極是陰極的結(jié)構。圖18A是當晶體管6031為n溝道晶體管且從第一電極6034—側(cè)取出來自發(fā)光元件6033的光時的像素的截面圖。晶體管6031被絕緣膜6037覆蓋，在絕緣膜6037上形成有具有開口部的隔壁6038。在隔壁6038的開口部中部分露出有第一電極6034，并且在該開口部按順序?qū)盈B有第一電極6034、場致發(fā)光層6035、第二電極6036。第一電極6034使用透過光的材料或?qū)⑵湫纬蔀槟軌蛲高^光的厚度形成，并且可以使用低功函數(shù)的金屬、合金、導電化合物以及它們的混合物等形成。具體地說，可以使用Li或Cs等的堿金屬；Mg、Ca、Sr等的堿土金屬；包含它們的合金(Mg:Ag、Al :Li、Mg: In等)；它們的化合物(氟化鈣或氮化鈣)；以及Yb或Er等的稀土金屬。另外，當設置電子注入層時，也可以使用鋁層等其它的導電膜。并且，將第一電極6034形成為能夠透過光的膜厚(優(yōu)選為5nm至30nm左右)。再者，也可以使用透光性氧化物導電材料以接觸于具有透過光的程度的膜厚的上述導電膜之上或其下的方式形成具有透光性的導電膜，來抑制第一電極6034的薄層電阻。此外，也可以僅僅使用利用了氧化銦錫(IT0)、氧化鋅(ZnO)、氧化銦鋅(IZ0)、添加了鎵的氧化鋅(GZO)等其它透光性氧化物導電材料的導電膜。另外，也可以使用對ITSO或包含氧化硅的氧化銦混合2%至20%的氧化鋅(ZnO)的物質(zhì)。在使用透光性氧化物導電材料時，優(yōu)選在場致發(fā)光層6035中設置電子注入層。另外，第二電極6036使用反射或遮蔽光的材料及膜厚形成，且使用適合于用作陽極的材料形成。例如，可以將如下結(jié)構用于第二電極6036，該結(jié)構是由氮化鈦、氮化鋯、鈦、鎢、鎳、鉬、鉻、銀、鋁等中的一種或更多種構成的單層膜；以氮化鈦為主要成分的氮化鈦膜和以鋁為主要成分的膜的疊層；氮化鈦膜、以鋁為主要成分的膜及氮化鈦膜的三層結(jié)構
坐寸o場致發(fā)光層6035由單層或多個層構成。當場致發(fā)光層6035由多個層構成時，從載流子傳輸特性的觀點而言，可以將這些層分類為空穴注入層、空穴傳輸層、發(fā)光層、電子傳輸層、電子注入層等。當場致發(fā)光層6035除了發(fā)光層之外，還至少具有空穴注入層、空穴傳輸層、電子傳輸層和電子注入層中的任何層時，電子注入層、電子傳輸層、發(fā)光層、空穴傳輸層和空穴注入層以這種順序?qū)盈B在第一電極6034上。此外，各層的邊界不需要必須很清楚，存在形成各層的材料部分混合，使得界面不清楚的情況。各個層可以使用有機類材料或無機類材料。作為有機類材料，可以使用高、中或低分子類材料中的任何一種。另外，中分子類材料相當于重復結(jié)構單元的數(shù)目(聚合度)大約為2至20的低聚合物?？昭ㄗ⑷雽雍涂昭▊鬏攲記]有嚴格的區(qū)別，空穴傳輸性(空穴遷移率)無論對空穴注入層還是空穴傳輸層都是十分重要的的特性，從這一點上來看空穴注入層和空穴傳輸層是相同的。為方便起見，將形成在與陽極接觸一側(cè)的層稱為空穴注入層，而將與空穴注入層接觸的層稱為空穴傳輸層來對其進行區(qū)分。電子傳輸層和電子注入層也是如此，將與陰極接觸的層稱作電子注入層，將與電子注入層接觸的層稱作電子傳輸層。發(fā)光層有時還兼作電子傳輸層，因此也稱為發(fā)光性電子傳輸層。在圖18A所示的像素中，發(fā)光元件6033發(fā)出的光如空心箭頭所示可以從第一電極6034 —側(cè)提取。接著，圖18B示出當晶體管6041為n型且從第二電極6046 —側(cè)取出來自發(fā)光元件6043的光時的像素的截面圖。晶體管6041被絕緣膜6047覆蓋，在絕緣膜6047上形成有具有開口部的隔壁6048。在隔壁6048的開口部中露出有第一電極6044的一部分，并且在該開口部中按順序?qū)盈B有第一電極6044、場致發(fā)光層6045、第二電極6046。第一電極6044可以使用反射或遮蔽光的材料及膜厚形成，并使用低功函數(shù)的金屬、合金、導電化合物、以及它們的混合物等形成。具體地說，可以使用Li或Cs等堿金屬；Mg、Ca、Sr等堿土金屬；包含它們的合金(Mg:Ag、Al :Li、Mg: In等);它們的化合物(氟化I丐或氮化鈣)；以及Yb或Er等稀土金屬。當設置電子注入層時，也可以使用鋁等其它導電膜。
另外，第二電極6046使用透過光的材料或?qū)⑵湫纬蔀槟軌蛲高^光的厚度形成。例如，第二電極6046可以使用氧化銦錫(IT0)、氧化鋅(ZnO)、氧化銦鋅(IZ0)、添加了鎵的氧化鋅(GZO)等其它透光性氧化物導電材料形成。另外，第二電極6046也可以使用對ITSO或者包含氧化硅的氧化銦混合2%至20%的氧化鋅(ZnO)的物質(zhì)來形成。除了上述透光性氧化物導電材料之外，第二電極6046還可以使用如下結(jié)構，該結(jié)構是例如由氮化鈦、氮化鋯、鈦、鎢、鎳、鉬、鉻、銀、鋁等中的一種或更多種形成的單層膜；氮化鈦膜和以鋁為主要成分的膜的疊層；以及氮化鈦膜、以鋁為主要成分的膜及氮化鈦膜的三層結(jié)構等。然而，當使用除了透光性氧化物導電材料之外的材料時，使用將其形成為能夠透過光的厚度(優(yōu)選為5nm至30nm左右)形成第二電極6046。場致發(fā)光層6045可以與圖18A所示的場致發(fā)光層6035類似地形成。在圖18B所示的像素中，發(fā)光元件6043發(fā)出的光如空心箭頭所示可以從第二電極6046 —側(cè)提取。接著，圖18C是當晶體管6051為n溝道晶體管且從第一電極6054 —側(cè)及第二電極6056 —側(cè)取出來自發(fā)光元件6053的光時的像素的截面圖。晶體管6051被絕緣膜6057覆蓋，在絕緣膜6057上形成有具有開口部的隔壁6058。在隔壁6058的開口部中露出有第一電極6054的一部分,并且在該開口部中按順序?qū)盈B有第一電極6054、場致發(fā)光層6055、第二電極6056。第一電極6054可以與圖18A所示的第一電極6034類似地形成。另外，第二電極6056可以與圖18B所示的第二電極6046類似地形成。場致發(fā)光層6055可以與圖18A所示的場致發(fā)光層6035類似地形成。在圖18C所示的像素中，發(fā)光元件6053發(fā)出的光如空心箭頭所示可以從第一電極6054 —側(cè)及第二電極6056 —側(cè)提取。本實施方式可以與其他實施方式適當?shù)亟M合而實施。實施例I通過使用根據(jù)本發(fā)明的一個方式的半導體裝置，可以提供高可靠性的電子設備、耗電量低的電子設備。另外，通過使用根據(jù)本發(fā)明的一個方式的半導體顯示裝置，可以提供高可靠性的電子設備、高可見度的電子設備、低耗電量的電子設備。尤其是在難以經(jīng)常被供應電力的攜帶用的電子設備中，通過作為結(jié)構要素追加根據(jù)本發(fā)明的一個方式的低耗電量的半導體裝置或半導體顯示裝置，可以獲得如下優(yōu)點連續(xù)使用時間變長。另外，通過使用截止電流低的晶體管，不需要用來彌補高截止電流的冗長的電路設計，所以可以提高用于半導體裝置的集成電路的集成度，從而可以實現(xiàn)高性能的半導體裝置。另外，因為在本發(fā)明的半導體裝置中可以抑制制造工序中的加熱處理的溫度，所以在其耐熱性比玻璃低的由塑料等具有撓性的合成樹脂構成的襯底上也可以制造特性優(yōu)異且高可靠性的晶體管。因此，通過使用本發(fā)明的一個方式的制造方法，可以提供高可靠性、輕量且撓性的半導體裝置。作為塑料襯底，可以舉出以聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)為代表的聚酯、聚醚砜(PES)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚碳酸酯(PC)、聚醚醚酮(PEEK)、聚砜(PSF)、聚醚酰亞胺(PEI)、聚芳酯(PAR)、聚對苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚酰亞胺、丙烯腈一丁二烯一苯乙烯樹脂、聚氯乙烯、聚丙烯、聚乙酸乙烯酯、丙烯酸樹脂等。根據(jù)本發(fā)明的一個方式的半導體裝置可以用于顯示裝置、筆記本式個人計算機、具備記錄媒體的圖像再現(xiàn)裝置(典型地是，能夠再現(xiàn)如數(shù)字通用磁盤(DVD)等記錄媒體并具有能夠顯示其圖像的顯示器的裝置)。此外，作為可以使用根據(jù)本發(fā)明的一個方式的半導體 裝置的電子設備，可以舉出移動電話、便攜式游戲機、便攜式信息終端、電子書閱讀器、攝像機、數(shù)碼相機、護目鏡型顯示器(頭盔顯示器)、導航系統(tǒng)、音頻再現(xiàn)裝置(車載音響、數(shù)字音頻播放器等)、復印機、傳真機、打印機、復合式打印機、自動取款機(ATM)、自動售貨機等。圖19A至圖19F示出這些電子設備的具體例子。圖19A是電子書閱讀器，包括框體7001、顯示部7002等。根據(jù)本發(fā)明的一個方式的半導體顯示裝置可以用于顯示部7002。通過將根據(jù)本發(fā)明的一個方式的半導體顯示裝置用于顯示部7002，可以提供高可靠性的電子書閱讀器、能夠進行高可見度的圖像顯示的電子書閱讀器、低耗電量的電子書閱讀器。另外，根據(jù)本發(fā)明的一個方式的半導體裝置可以用于用來控制電子書閱讀器的驅(qū)動的集成電路。通過將根據(jù)本發(fā)明的一個方式的半導體裝置用于用來控制電子書閱讀器的驅(qū)動的集成電路，可以提供高可靠性的電子書閱讀器、低耗電量的電子書閱讀器、高性能的電子書閱讀器。另外，因為通過使用具有撓性的襯底，可以使半導體裝置、半導體顯示裝置具有撓性，所以可以提供撓性、輕量且使用方便的電子書閱讀器。圖19B是顯示裝置，包括框體7011、顯示部7012、支撐臺7013等。根據(jù)本發(fā)明的一個方式的半導體顯示裝置可以用于顯示部7012。通過將根據(jù)本發(fā)明的一個方式的半導體顯示裝置用于顯示部7012，可以提供高可靠性的顯示裝置、能夠進行高可見度的圖像顯示的顯示裝置、低耗電量的顯示裝置。另外，根據(jù)本發(fā)明的一個方式的半導體裝置可以用于用來控制顯示裝置的驅(qū)動的集成電路。通過將根據(jù)本發(fā)明的一個方式的半導體裝置用于用來控制顯示裝置的驅(qū)動的集成電路，可以提供高可靠性的顯示裝置、低耗電量的顯示裝置、高性能的顯示裝置。另外，顯示裝置包括用于個人計算機、TV播放接收、廣告顯示等的所有信息顯示用顯示裝置。圖19C是顯示裝置，包括框體7021、顯示部7022等。根據(jù)本發(fā)明的一個方式的半導體顯示裝置可以用于顯示部7022。通過將根據(jù)本發(fā)明的一個方式的半導體顯示裝置用于顯示部7022，可以提供高可靠性的顯示裝置、能夠進行高可見度的圖像顯示的顯示裝置、低耗電量的顯示裝置。另外，根據(jù)本發(fā)明的一個方式的半導體裝置可以用于用來控制顯示裝置的驅(qū)動的集成電路。通過將根據(jù)本發(fā)明的一個方式的半導體裝置用于用來控制顯示裝置的驅(qū)動的集成電路，可以提供高可靠性的顯示裝置、低耗電量的顯示裝置、高性能的顯示裝置。另外，因為通過使用具有撓性的襯底，可以使半導體裝置、半導體顯示裝置也具有撓性，所以可以提供具有撓性、輕量且使用方便的半導體裝置。因此，可以如圖19C所示那樣將顯示裝置固定到布料等而使用，由此顯示裝置的應用范圍大幅拓寬。圖19D是便攜式游戲機，包括框體7031、框體7032、顯示部7033、顯示部7034、麥克風7035、揚聲器7036、操作鍵7037、觸控筆7038等。根據(jù)本發(fā)明的一個方式的半導體顯示裝置可以用于顯示部7033或顯示部7034。通過將根據(jù)本發(fā)明的一個方式的半導體顯示裝置用于顯示部7033、顯示部7034，可以提供高可靠性的便攜式游戲機、能夠進行高可見度的圖像顯示的便攜式游戲機、低耗電量的便攜式游戲機。另外，根據(jù)本發(fā)明的一個方式的半導體裝置可以用于用來控制便攜式游戲機的驅(qū)動的集成電路。通過將根據(jù)本發(fā)明的一個方式的半導體裝置用于用來控制便攜式游戲機的驅(qū)動的集成電路，可以提供高可靠性的便攜式游戲機、低耗電量的便攜式游戲機、高性能的便攜式游戲機。另外，圖19D所示的便攜式游戲機具有顯示部7033和顯示部7034的兩個顯示部，但是便攜式游戲機所具有的顯示部的數(shù)目不局限于此。
圖19E是移動電話機，包括框體7041、顯示部7042、聲音輸入部7043、聲音輸出部7044、操作鍵7045、光接收部7046等。通過將由光接收部7046接收的光轉(zhuǎn)換為電信號，可以提取外部的圖像。根據(jù)本發(fā)明的一個方式的半導體顯示裝置可以用于顯示部7042。通過將根據(jù)本發(fā)明的一個方式的半導體顯示裝置用于顯示部7042，可以提供高可靠性的移動電話機、能夠進行高可見度的圖像顯示的移動電話機、低耗電量的移動電話機。另外，根據(jù)本發(fā)明的一個方式的半導體裝置可以用于用來控制移動電話機的驅(qū)動的集成電路。通過將根據(jù)本發(fā)明的一個方式的半導體裝置用于用來控制移動電話機的驅(qū)動的集成電路，可以提供高可靠性的移動電話機、低耗電量的移動電話機、高性能的移動電話機。圖19F是便攜式信息終端，包括框體7051、顯示部7052、操作鍵7053等。在圖19F所示的便攜式信息終端中，也可以將調(diào)制解調(diào)器裝在框體7051的內(nèi)部。根據(jù)本發(fā)明的一個方式的半導體顯示裝置可以用于顯示部7052。通過將根據(jù)本發(fā)明的一個方式的半導體顯示裝置用于顯示部7052，可以提供高可靠性的便攜式信息終端、能夠進行高可見度的圖像顯示的便攜式信息終端、低耗電量的便攜式信息終端。另外，根據(jù)本發(fā)明的一個方式的半導體裝置可以用于用來控制便攜式信息終端的驅(qū)動的集成電路。通過將根據(jù)本發(fā)明的一個方式的半導體裝置用于用來控制便攜式信息終端的驅(qū)動的集成電路，可以提供高可靠性的便攜式信息終端、低耗電量的便攜式信息終端、高性能的便攜式信息終端。本實施例可以與上述實施方式適當?shù)亟M合而實施。本說明書根據(jù)2009年12月4日在日本專利局受理的日本專利申請編號2009-277086而制作，所述申請內(nèi)容包括在本說明書中。
權利要求
1.一種半導體裝置的制造方法，包括如下步驟 對氧化物半導體膜進行第一加熱處理； 對進行了所述第一加熱處理的所述氧化物半導體膜添加氧；以及 對添加了所述氧的所述氧化物半導體膜進行第二加熱處理。
2.根據(jù)權利要求I所述的半導體裝置的制造方法，其中所述添加氧的步驟使用離子注入法或離子摻雜法進行。
3.根據(jù)權利要求I所述的半導體裝置的制造方法，其中所述第一加熱處理或所述第二加熱處理在300°C以上且850°C以下的溫度下進行。
4.一種半導體裝置的制造方法，包括如下步驟 通過對氧化物半導體膜進行蝕刻來形成島狀氧化物半導體膜； 對所述島狀氧化物半導體膜進行第一加熱處理； 對進行了所述第一加熱處理的所述島狀氧化物半導體膜添加氧；以及 對添加了所述氧的所述島狀氧化物半導體膜進行第二加熱處理。
5.根據(jù)權利要求4所述的半導體裝置的制造方法，其中所述添加氧的步驟使用離子注入法或離子摻雜法進行。
6.根據(jù)權利要求4所述的半導體裝置的制造方法，其中所述第一加熱處理或所述第二加熱處理在300°C以上且850°C以下的溫度下進行。
7.一種半導體裝置的制造方法，包括如下步驟 在柵電極上隔著柵極絕緣膜形成氧化物半導體膜； 通過對所述氧化物半導體膜進行蝕刻來隔著所述柵極絕緣膜重疊于所述柵電極地形成島狀氧化物半導體膜； 對所述島狀氧化物半導體膜進行第一加熱處理； 對進行了所述第一加熱處理的所述島狀氧化物半導體膜添加氧； 對添加了所述氧的所述島狀氧化物半導體膜進行第二加熱處理；以及 在進行了所述第二加熱處理的所述島狀氧化物半導體膜上形成源電極及漏電極。
8.根據(jù)權利要求7所述的半導體裝置的制造方法，其中所述添加氧的步驟使用離子注入法或離子摻雜法進行。
9.根據(jù)權利要求7所述的半導體裝置的制造方法，其中所述第一加熱處理或所述第二加熱處理在300°C以上且850°C以下的溫度下進行。
10.一種半導體裝置的制造方法，包括如下步驟 在柵電極上隔著柵極絕緣膜形成氧化物半導體膜； 通過對所述氧化物半導體膜進行蝕刻來隔著所述柵極絕緣膜重疊于所述柵電極地形成島狀氧化物半導體膜； 對所述島狀氧化物半導體膜進行第一加熱處理； 對進行了所述第一加熱處理的所述島狀氧化物半導體膜添加氧； 對添加了所述氧的所述島狀氧化物半導體膜進行第二加熱處理； 在進行了所述第二加熱處理的所述島狀氧化物半導體膜上形成源電極及漏電極；以及在所述島狀氧化物半導體膜、所述源電極及所述漏電極上接觸于所述島狀氧化物半導體膜地形成包含氧的絕緣膜。
11.根據(jù)權利要求10所述的半導體裝置的制造方法，其中所述添加氧的步驟使用離子注入法或離子摻雜法進行。
12.根據(jù)權利要求10所述的半導體裝置的制造方法，其中所述第一加熱處理或所述第二加熱處理在300°C以上且850°C以下的溫度下進行。
13.一種半導體裝置的制造方法，包括如下步驟 在柵電極上隔著柵極絕緣膜形成氧化物半導體膜； 對所述氧化物半導體膜進行第一加熱處理； 對進行了所述第一加熱處理的所述氧化物半導體膜添加氧； 對添加了所述氧的所述氧化物半導體膜進行第二加熱處理； 通過對進行了所述第二加熱處理的所述氧化物半導體膜進行蝕刻來隔著所述柵極絕緣膜重疊于所述柵電極地形成島狀氧化物半導體膜；以及在所述島狀氧化物半導體膜上形成源電極及漏電極。
14.根據(jù)權利要求13所述的半導體裝置的制造方法，其中所述添加氧的步驟使用離子注入法或離子摻雜法進行。
15.根據(jù)權利要求13所述的半導體裝置的制造方法，其中所述第一加熱處理或所述第二加熱處理在300°C以上且850°C以下的溫度下進行。
16.一種半導體裝置的制造方法，包括如下步驟 在柵電極上隔著柵極絕緣膜形成氧化物半導體膜； 對所述氧化物半導體膜進行第一加熱處理； 對進行了所述第一加熱處理的所述氧化物半導體膜添加氧； 對添加了所述氧的所述氧化物半導體膜進行第二加熱處理； 通過對進行了所述第二加熱處理的所述氧化物半導體膜進行蝕刻來隔著所述柵極絕緣膜重疊于所述柵電極地形成島狀氧化物半導體膜； 在所述島狀氧化物半導體膜上形成源電極及漏電極；以及 在所述島狀氧化物半導體膜、所述源電極及所述漏電極上接觸于所述島狀氧化物半導體膜地形成包含氧的絕緣膜。
17.根據(jù)權利要求16所述的半導體裝置的制造方法，其中所述添加氧的步驟使用離子注入法或離子摻雜法進行。
18.根據(jù)權利要求16所述的半導體裝置的制造方法，其中所述第一加熱處理或所述第二加熱處理在300°C以上且850°C以下的溫度下進行。
19.一種半導體裝置的制造方法，包括如下步驟 在柵電極上隔著柵極絕緣膜形成氧化物半導體膜； 通過對所述氧化物半導體膜進行蝕刻來隔著所述柵極絕緣膜重疊于所述柵電極地形成島狀氧化物半導體膜； 對所述島狀氧化物半導體膜進行第一加熱處理； 對進行了所述第一加熱處理的所述島狀氧化物半導體膜添加氧； 對添加了所述氧的所述島狀氧化物半導體膜進行第二加熱處理；以及在進行了所述第二加熱處理的所述島狀氧化物半導體膜上重疊于所述柵電極地形成溝道保護膜。
20.根據(jù)權利要求19所述的半導體裝置的制造方法，其中所述溝道保護膜是包含氧的絕緣膜。
21.根據(jù)權利要求19所述的半導體裝置的制造方法，其中所述添加氧的步驟使用離子注入法或離子摻雜法進行。
22.根據(jù)權利要求19所述的半導體裝置的制造方法，其中所述第一加熱處理或所述第二加熱處理在300°C以上且850°C以下的溫度下進行。
23.一種半導體裝置的制造方法，包括如下步驟 在柵電極上隔著柵極絕緣膜形成氧化物半導體膜； 對所述氧化物半導體膜進行第一加熱處理； 對進行了所述第一加熱處理的所述氧化物半導體膜添加氧； 對添加了所述氧的所述氧化物半導體膜進行第二加熱處理； 通過對進行了所述第二加熱處理的所述氧化物半導體膜進行蝕刻來隔著所述柵極絕緣膜重疊于所述柵電極地形成島狀氧化物半導體膜；以及 在所述島狀氧化物半導體膜上重疊于所述柵電極地形成溝道保護膜。
24.根據(jù)權利要求23所述的半導體裝置的制造方法，其中所述溝道保護膜是包含氧的絕緣膜。
25.根據(jù)權利要求23所述的半導體裝置的制造方法，其中所述添加氧的步驟使用離子注入法或離子摻雜法進行。
26.根據(jù)權利要求23所述的半導體裝置的制造方法，其中所述第一加熱處理或所述第二加熱處理在300°C以上且850°C以下的溫度下進行。
27.—種半導體裝置的制造方法，包括如下步驟 在絕緣表面上形成第一電極； 在所述第一電極上形成氧化物半導體膜； 通過對所述氧化物半導體膜進行蝕刻來重疊于所述第一電極地形成島狀氧化物半導體膜； 對所述島狀氧化物半導體膜進行第一加熱處理； 對進行了所述第一加熱處理的所述島狀氧化物半導體膜添加氧； 對添加了所述氧的所述島狀氧化物半導體膜進行第二加熱處理； 在進行了所述第二加熱處理的所述島狀氧化物半導體膜上與所述第一電極隔開地形成第二電極； 覆蓋所述第一電極、所述島狀氧化物半導體膜及所述第二電極地形成柵極絕緣膜；以及 隔著所述柵極絕緣膜重疊于所述島狀氧化物半導體膜的端部地形成柵電極。
28.根據(jù)權利要求27所述的半導體裝置的制造方法，其中所述添加氧的步驟使用離子注入法或離子摻雜法進行。
29.根據(jù)權利要求27所述的半導體裝置的制造方法，其中所述第一加熱處理或所述第二加熱處理在300°C以上且850°C以下的溫度下進行。
30.一種半導體裝置的制造方法，包括如下步驟 在絕緣表面上形成第一電極；在所述第一電極上形成氧化物半導體膜； 對所述氧化物半導體膜進行第一加熱處理； 對進行了所述第一加熱處理的所述氧化物半導體膜添加氧； 對添加了所述氧的所述氧化物半導體膜進行第二加熱處理； 通過對進行了所述第二加熱處理的所述氧化物半導體膜進行蝕刻來形成島狀氧化物半導體膜； 在所述島狀氧化物半導體膜上與所述第一電極隔開地形成第二電極； 覆蓋所述第一電極、所述島狀氧化物半導體膜及所述第二電極地形成柵極絕緣膜；以 及 隔著所述柵極絕緣膜重疊于所述島狀氧化物半導體膜的端部地形成柵電極。
31.根據(jù)權利要求30所述的半導體裝置的制造方法，其中所述添加氧的步驟使用離子注入法或離子摻雜法進行。
32.根據(jù)權利要求30所述的半導體裝置的制造方法，其中所述第一加熱處理或所述第二加熱處理在300°C以上且850°C以下的溫度下進行。
全文摘要
提供高批量生產(chǎn)性、使用新的半導體材料且適于大電力應用的半導體裝置。為了降低氧化物半導體膜中的水分或氫等雜質(zhì)而在形成氧化物半導體膜之后在氧化物半導體膜露出的狀態(tài)下進行第一加熱處理。接著，為了進一步降低氧化物半導體膜中的水分或氫等雜質(zhì)而使用離子注入法或離子摻雜法等對氧化物半導體膜添加氧，然后在氧化物半導體膜露出的狀態(tài)下進行第二加熱處理。
文檔編號G02F1/1368GK102640272SQ201080054058
公開日2012年8月15日 申請日期2010年11月15日 優(yōu)先權日2009年12月4日
發(fā)明者坂田淳一郎, 大原宏樹, 山崎舜平 申請人:株式會社半導體能源研究所