TWI555205B - 半導體裝置及半導體裝置的製造方法 - Google Patents

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Description

半導體裝置及半導體裝置的製造方法
本發明係關於一種半導體裝置及半導體裝置的製造方法。
注意，在本說明書中，“半導體裝置”是指能夠藉由利用半導體特性而工作的所有裝置，因此電光裝置、半導體電路及電子裝置都是半導體裝置。
如以液晶顯示裝置為代表的那樣，形成在玻璃基板等上的電晶體使用非晶矽、多晶矽等構成。使用非晶矽的電晶體雖然其場效應遷移率低，但是可以對應於玻璃基板的大面積化。此外，使用多晶矽的電晶體雖然其場效應遷移率高，但是具有不適合於玻璃基板的大面積化的缺點。
與使用矽的電晶體相比，使用氧化物半導體製造電晶體並將其應用於電子裝置及光裝置的技術受到注目。例如，專利文獻1及專利文獻2公開了作為氧化物半導體使用氧化鋅、In-Ga-Zn-O類氧化物製造電晶體並將該電晶體用作顯示裝置的像素的切換元件等的技術。
此外，專利文獻3公開了藉由將氮引入In-Ga-Zn-O類氧化物的膜中使其成為氧氮化物，可以將其不但用於電晶體而且還用於透明導電膜的技術。這被認為是因為藉由將氮引入In-Ga-Zn-O類氧化物中，可以改變其導電率的緣故。
[專利文獻1]　日本專利申請公開第2007-123861號公報
[專利文獻2]　日本專利申請公開第2007-96055號公報
[專利文獻3]　日本專利申請公開第2010-133020號公報
本發明的一個方式的目的在於提供一種載子密度受控的半導體裝置或半導體裝置的製造方法。
在將In-Ga-Zn-O類等氧化物半導體用於活性層的電晶體中，藉由利用活性層的成膜製程以後的熱處理在氧化物半導體層中產生氧缺陷，而可以增加載子密度。然而，藉由熱處理難以控制載子密度的增加，而難以獲得具有適合於所希望的半導體裝置的導通特性的氧化物半導體層。
此外，在考慮到使用氧化物半導體的半導體裝置的大型化、大面積化的情況下，較佳不進行熱處理，因為若進行熱處理則導致製造節拍時間及製造成本的增加。
於是，本發明的一個方式藉由控制包含在氧化物半導體層中的氮量來控制載子密度，從而製造將具有所希望的載子密度及導通特性的氧氮化物半導體用於通道的電晶體。
此外，當利用濺射法進行成膜時的被成膜面的溫度也可以是100℃以上。因此，能夠防止水、氫等雜質混入被成膜物中。
作為形成氧氮化物半導體層的方法，可以採用當利用濺射法形成氧化物半導體層時作為成膜氣體引入氮或包含氮的氣體的方法。此外，藉由對氧化物半導體層作為摻雜劑添加氮或包含氮的氣體，也可以形成氧氮化物半導體層。作為添加摻雜劑的方法，例如可以採用離子摻雜法或離子植入法。再者，藉由使用乾蝕刻裝置及電漿CVD設備等在氮氣圍下對氧化物半導體層進行電漿照射，也可以形成氧氮化物半導體層。
此外，作為電晶體的結構，可以適當地採用頂閘型電晶體、底閘型電晶體。再者，還可以適當地採用將半導體層設置在源極電極及汲極電極與基板之間的頂接觸型、將源極電極及汲極電極設置在半導體層與基板之間的底接觸型。
藉由本發明的一個方式，能夠製造將具有與氧化物半導體相等以上的功能的氧氮化物半導體用於通道的電晶體。
此外，藉由本發明的一個方式，能夠製造使用載子密度受控的氧氮化物半導體的半導體裝置，並且即使不進行熱處理也可以具有足夠的導通特性。再者，即使在半導體層與源極電極及汲極電極之間不設置低電阻層等，也可以獲得良好的接觸特性。
下面，參照圖式對本發明的實施方式進行詳細說明。但是，本發明不侷限於下述說明，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，就是其方式及詳細內容可以被變換為各種各樣的形式。此外，本發明不應該被解釋為僅限定在以下所示的實施方式所記載的內容中。注意，當利用圖式發明結構時，在不同的圖式中共同使用表示相同物件的符號。另外，有時使用相同的陰影圖案表示相同的部分，而不特別附加符號。
注意，為方便起見，附加了第一、第二等序數詞，而其並不表示製程順序或層疊順序。此外，本說明書中的序數詞不表示特定發明的事項的固有名稱。
實施方式1
在本實施方式中，參照圖1A至圖7E、圖15對半導體裝置及半導體裝置的製造方法的一個方式進行說明。
在圖1A至圖1C中，作為本發明的一個方式的半導體裝置的例子，示出頂閘頂接觸型電晶體151的俯視圖及剖面圖。這裏，圖1A是俯視圖，圖1B及圖1C分別是對應於圖1A中的A-B剖面及C-D剖面的剖面圖。注意，在圖1A中，為了簡潔而省略電晶體151的構成要素的一部分(例如，閘極絕緣層112等)。
圖1A至圖1C所示的電晶體151包括基板100上的基底絕緣層102、氧氮化物半導體層106、源極電極108a、汲極電極108b、閘極絕緣層112、閘極電極114。
氧氮化物半導體層106較佳至少包含銦(In)或鋅(Zn)。尤其是，較佳包含In及Zn。此外，較佳的是，作為用來減少使用該氧氮化物的電晶體的電特性的不均勻性的穩定劑，除了上述元素以外還包含鎵(Ga)。此外，作為穩定劑，較佳包含錫(Sn)。此外，作為穩定劑，較佳包含鉿(Hf)。此外，作為穩定劑，較佳包含鋯(Zr)。此外，作為穩定劑，較佳包含鋁(Al)。
此外，作為其他穩定劑，也可以包含鑭系元素的鑭(La)、鈰(Ce)、鐠(Pr)、釹(Nd)、釤(Sm)、銪(Eu)、釓(Gd)、鋱(Tb)、鏑(Dy)、鈥(Ho)、鉺(Er)、銩(Tm)、鐿(Yb)以及鑥(Lu)中的任何一種或多種。
例如，可以使用氧化銦；氧化錫；氧化鋅；二元金屬氧化物如In-Zn類氧化物、Sn-Zn類氧化物、Al-Zn類氧化物、Zn-Mg類氧化物、Sn-Mg類氧化物、In-Mg類氧化物、In-Ga類氧化物；三元金屬氧化物如In-Ga-Zn類氧化物(也稱為IGZO)、In-Al-Zn類氧化物、In-Sn-Zn類氧化物、Sn-Ga-Zn類氧化物、Al-Ga-Zn類氧化物、Sn-Al-Zn類氧化物、In-Hf-Zn類氧化物、In-Zr-Zn類氧化物、In-La-Zn類氧化物、In-Ce-Zn類氧化物、In-Pr-Zn類氧化物、In-Nd-Zn類氧化物、In-Sm-Zn類氧化物、In-Eu-Zn類氧化物、In-Gd-Zn類氧化物、In-Tb-Zn類氧化物、In-Dy-Zn類氧化物、In-Ho-Zn類氧化物、In-Er-Zn類氧化物、In-Tm-Zn類氧化物、In-Yb-Zn類氧化物、In-Lu-Zn類氧化物；以及四元金屬氧化物如In-Sn-Ga-Zn類氧化物、In-Hf-Ga-Zn類氧化物、In-Al-Ga-Zn類氧化物、In-Sn-Al-Zn類氧化物、In-Sn-Hf-Zn類氧化物、In-Hf-Al-Zn類氧化物等的靶材，並且藉由在含氮的氣圍中進行濺射法等來形成氧氮化物半導體。另外，不侷限於濺射法，還可以採用真空蒸鍍法、脈衝雷射沉積法、CVD法等形成氧氮化物半導體。
在此，例如，“In-Ga-Zn類氧化物”是指包含In、Ga及Zn的氧化物，對In、Ga、Zn的比率沒有限制。此外，也可以包含In、Ga、Zn以外的金屬元素。
作為成膜時的氣圍，較佳採用稀有氣體(典型的是氬)和氮的混合氣圍；99%以上的氮氣圍；或者稀有氣體、氧、氮的混合氣圍。
將包含在所形成的氧氮化物半導體層106中的氮濃度設定為0.1atomic%以上且30atomic%以下，較佳為5atomic%以上且20atomic%以下。由於當包含在氧氮化物半導體層106中的氮濃度低於0.1atomic%時，載子密度不足夠，而當包含在氧氮化物半導體層106中的氮濃度高於30atomic%時，絕緣性增高，所以損失作為半導體的功能。
也可以在電晶體151上還設置有保護絕緣層。保護絕緣層可以採用與基底絕緣層102相同的結構。此外，為了使源極電極108a及汲極電極108b與佈線電連接，也可以在閘極絕緣層112等中形成有開口部。此外，也可以在氧氮化物半導體層106的下方還有第二閘極電極。另外，較佳將氧氮化物半導體層106加工為島狀，但是也可以不將它加工為島狀。
圖2A至圖2D、圖15示出具有與電晶體151不同的結構的電晶體的剖面結構。
圖2A所示的電晶體152包括基底絕緣層102、氧氮化物半導體層136、源極電極138a、汲極電極138b、閘極絕緣層132以及閘極電極134。電晶體152與電晶體151的不同之處是氧氮化物半導體層與源極電極及汲極電極連接的位置。即，在電晶體152中，氧氮化物半導體層136的下部與源極電極138a及汲極電極138b接觸。其他構成要素與圖1A至圖1C的電晶體151相同。
圖2B所示的電晶體153包括基底絕緣層102、氧氮化物半導體層166、源極電極168a、汲極電極168b、閘極絕緣層162以及閘極電極164。電晶體153與電晶體151的不同之處是相對於氧氮化物半導體層的閘極電極的位置。即，在電晶體153中，在氧氮化物半導體層166的下部隔著閘極絕緣層162設置有閘極電極164。此外，在電晶體153中，以覆蓋源極電極168a、汲極電極168b及氧氮化物半導體層166的方式設置有保護絕緣層169。其他構成要素與圖2A的電晶體152相同。
圖2C所示的電晶體154包括基底絕緣層102、氧氮化物半導體層176、源極電極178a、汲極電極178b、閘極絕緣層162以及閘極電極164。電晶體154與電晶體151的不同之處是相對於氧氮化物半導體層的閘極電極的位置。即，在電晶體154中，在氧氮化物半導體層176的下部隔著閘極絕緣層162設置有閘極電極164。此外，在電晶體154中，以覆蓋源極電極178a、汲極電極178b及氧氮化物半導體層176的方式設置有保護絕緣層179。其他構成要素與圖1A至圖1C的電晶體151相同。
圖2D所示的電晶體155包括基底絕緣層102、閘極絕緣層182、閘極電極184、源極電極188a以及汲極電極188b。在電晶體155中，在同一平面上的氧氮化物半導體層中形成通道區126、源極區122a、汲極區122b，這是與電晶體151及電晶體152不同的地方。源極電極188a及汲極電極188b藉由保護絕緣層189分別連接到源極區122a及汲極區122b。另外，通道區126是與閘極電極184重疊的區域，並且也可以使用與源極區122a及汲極區122b相同的材料形成。
基底絕緣層102可以採用與電晶體151的基底絕緣層102相同的結構。在形成氧氮化物半導體層之後形成閘極絕緣層182及閘極電極184。可以使用同一個掩模對閘極電極184和閘極絕緣層182進行加工。或者，也可以在對閘極電極184進行加工後將該閘極電極184用作掩模對閘極絕緣層182進行加工。接著，將閘極電極184用作掩模使氧氮化物半導體層低電阻化，而形成源極區122a及汲極區122b。閘極電極184下的區域成為通道區126。另外，即使不進行該低電阻化，也可以藉由適當地調節氧氮化物半導體層的電阻值，而以不形成源極區122a及汲極區122b的方式形成電晶體155。
此外，在圖2D所示的電晶體155中，雖然當使源極區122a及汲極區122b低電阻化時，成為閘極絕緣層182的絕緣層的一部分被去除而氧氮化物半導體層的一部分露出，但是即使如圖15所示的電晶體156那樣不去除閘極絕緣層113，也可以例如藉由利用離子摻雜法等對氧氮化物半導體層添加摻雜劑，來使氧氮化物半導體層低電阻化。
接著，使用圖3A至圖3E對圖1A至圖1C所示的電晶體151的製造製程的一例進行說明。
首先，在基板100上形成基底絕緣層102(參照圖3A)。
儘管對基板100的材料性質等沒有太大的限制，但是該基板至少需要具有能夠承受後面的熱處理程度的耐熱性。例如，作為基板100可以使用玻璃基板、陶瓷基板、石英基板、藍寶石基板等。此外，也可以使用矽或碳化矽等的單晶半導體基板、多晶半導體基板、GaAs及矽鍺等的化合物半導體基板、SOI基板等，並且也可以將在這些基板上設置有半導體元件的基板用作基板100。
此外，作為基板100，也可以使用撓性基板。當在撓性基板上形成電晶體時，既可以直接在撓性基板上製造電晶體，又可以在另一個基板上形成電晶體，然後將該電晶體剝離並轉置到撓性基板上。另外，當將電晶體剝離並轉置到撓性基板上時，較佳在上述另一個基板與電晶體之間形成剝離層。
作為基底絕緣層102的材料，可以使用氧化矽或氧氮化矽等。此外，作為基底絕緣層102也可以層疊使用上述材料與氧化矽、氮化矽、氧氮化矽、氮氧化矽、氧化鋁、氮化鋁、氧氮化鋁、氧化鎵、氧化鉿、氧化釔等或它們的混合材料等。例如，當採用氮化矽層和氧化矽層的疊層結構形成基底絕緣層102時，能夠防止水分從基板等混入電晶體151中。當採用疊層結構形成基底絕緣層102時，較佳將氧化矽層或氧氮化矽層等用作與氧氮化半導體層106接觸一側的層。另外，基底絕緣層102用作電晶體151的基底層。
此外，作為基底絕緣層102，較佳使用其含氧量多於滿足化學計量比的氧的氧化物絕緣層。
至於其含氧量多於滿足化學計量比的氧的氧化物絕緣層，藉由TDS(Thermal Desorption Spectroscopy：熱脫附譜)分析測量的換算為氧原子的氧的放出量為1.0×1018atoms/cm3以上，較佳為1.0×1020atoms/cm3以上，更佳為3.0×1020atoms/cm3以上。
在此，以下說明藉由TDS分析測量換算為氧原子的氧的放出量的方法。
藉由TDS分析測量的氣體的放出量與光譜的積分值成比例。因此，可以根據氧化物絕緣層的光譜的積分值與對於標準樣品的基準值的比率算出氣體的放出量。標準樣品的基準值是指包含指定原子的樣品中的對於光譜的積分值的原子的密度的比率。
例如，根據對作為標準樣品的包含指定密度的氫的矽晶片進行TDS分析而得到的結果及對氧化物絕緣層進行TDS分析而得到的結果，氧化物絕緣層的氧分子的放出量(N(O2))可以以算式1算出。這裏，假定以藉由TDS分析得到的質量數32檢測出的光譜都來源於氧分子。作為質量數32有CH3OH，但是CH3OH存在的可能性較低，所以這裏不考慮。此外，包含作為氧原子的同位素的質量數17的氧原子及質量數18的氧原子的氧分子也在自然界的存在比率極微量，所以也不考慮到該氧分子。
N(O2)=N(H2)/S(H2)×S(O2)×α　(算式1)
N(H2)是將從標準樣品脫離的氫分子換算為密度的值。S(H2)是對標準樣品進行TDS分析而得到的光譜的積分值。這裏，標準樣品的基準值是N(H2)/S(H2)。S(O2)是對氧化物絕緣層進行TDS分析而得到的光譜的積分值。α是在TDS分析中影響到光譜強度的係數。關於算式1的詳細說明，參照日本專利申請公開平6-275697號公報。另外，上述氧化物絕緣層的氧的放出量藉由使用電子科學株式會社製造的熱脫附裝置EMD-WA1000S/W並且作為標準樣品使用包含1×1016atoms/cm3的氫原子的矽晶片而測量。
此外，在TDS分析中，氧的一部分作為氧原子被檢測出。氧分子與氧原子的比率可以從氧分子的離子化率算出。另外，因為上述的α包括氧分子的離子化率，所以藉由對氧分子的放出量進行評價，還能夠估計氧原子的放出量。
另外，N(O2)是氧分子的放出量。在氧化物絕緣層中，換算為氧原子的氧的放出量是氧分子的放出量的二倍。
當藉由濺射法形成其含氧量多於滿足化學計量比的氧的氧化物絕緣層時，較佳的是，成膜氣體中的氧量高，並且作為成膜氣體可以使用氧或氧和稀有氣體的混合氣體等。典型地說，較佳將成膜氣體中的氧濃度設定為6%以上且100%以下。
當作為其含氧量多於滿足化學計量比的氧的氧化物絕緣層的典型例子形成氧化矽膜時，較佳採用如下條件：使用石英(較佳為合成石英)作為靶材；基板溫度為30℃以上且450℃以下(較佳為70℃以上且200℃以下)；基板與靶材之間的距離(T-S間距離)為20mm以上且400mm以下(較佳為40mm以上且200mm以下)；壓力為0.1Pa以上且4Pa以下(較佳為0.2Pa以上且1.2Pa以下)；高頻電源為0.5kW以上且12kW以下(較佳為1kW以上且5kW以下)；成膜氣體中的O2/(O2+Ar)比率為1%以上且100%以下(較佳為6%以上且100%以下)；採用RF濺射法。另外，也可以使用矽靶材代替石英(較佳為合成石英)靶材。另外，作為成膜氣體，也可以只使用氧。
接著，在基底絕緣層102上形成氧氮化物半導體層，並且對該氧氮化物半導體層進行加工來形成島狀氧氮化物半導體層106(參照圖3B)。
氧氮化物半導體層106例如可以利用將氮用作成膜氣體的濺射法等形成。此外，氧氮化物半導體層106的厚度較佳為3nm以上且50nm以下。這是因為如下緣故：如果將氧氮化物半導體層106的厚度設定為太厚(例如，將厚度設定為100nm以上)，則短通道效應的影響變大，從而通道長度小的電晶體有可能成為常開啟型。在此，“常開啟型”是指即使對閘極電極不施加電壓也有通道，而電流流過電晶體的狀態。另外，較佳不使接觸大氣且連續地形成基底絕緣層102及氧氮化物半導體層106。
此外，作為形成氧氮化物半導體層106的方法，還可以採用藉由在使用上述氧化物靶材形成氧化物半導體層之後對氧化物半導體層引入氮的方法。
作為對氧化物半導體層引入氮的方法，可以採用離子摻雜法或離子植入法。此外，也可以藉由將氧化物半導體層暴露於氮或包含氮的氣體的電漿而對氧化物半導體層引入氮。
在本實施方式中，藉由使用In-Ga-Zn-O類氧化物靶材且在氬和氮的混合氣圍中進行濺射來形成氧氮化物半導體層106。
此外，當藉由濺射法進行成膜時，較佳將被成膜面的溫度設定為100℃以上且基板的熱處理上限溫度以下。因此，可以防止水、氫等雜質混入被成膜物中。
此外，藉由將濺射裝置的處理室的洩漏率設定為1×10-10Pa‧m3/秒以下，可以降低鹼金屬、氫化物等雜質在藉由濺射法進行成膜當中混入結晶氧化物半導體膜中。此外，藉由使用吸附型真空泵作為排氣單元，可以降低鹼金屬、氫原子、氫分子、水、羥基或氫化物等雜質從排氣單元逆流。
作為In-Ga-Zn-O類氧化物靶材，例如可以使用具有In2O3:Ga2O3:ZnO=1:1:1[莫耳數比]的組成比的氧化物靶材。注意，靶材的材料及組成不侷限於上述材料及組成。例如還可以使用具有In2O3:Ga2O3:ZnO=1:1:2[莫耳數比]的組成比的氧化物靶材。
氧化物靶材的相對密度為90%以上且100%以下，較佳為95%以上且99.9%以下。這是因為藉由使用相對密度高的金屬氧化物靶材，可以形成緻密的氧氮化物半導體層106的緣故。
為了防止氫、水、羥基或氫化物等混入氧氮化物半導體層中，較佳在使用充分去除了氫、水、羥基或氫化物等雜質的高純度氣體的氣圍中進行成膜。
可以藉由在將所希望的形狀的掩模形成在氧氮化物半導體層上之後蝕刻該氧氮化物半導體層，來進行氧氮化物半導體層106的加工。可以利用光刻等的方法形成上述掩模。或者，也可以利用噴墨法等的方法形成掩模。
此外，作為氧氮化物半導體層的蝕刻可以採用乾蝕刻或濕蝕刻。此外，也可以組合使用上述蝕刻。
接著，在基底絕緣層102及氧氮化物半導體層106上形成用來形成源極電極及汲極電極(包括在與該源極電極及汲極電極相同的層中的佈線)的導電層，並對該導電層進行加工，來形成源極電極108a及汲極電極108b(參照圖3C)。另外，電晶體的通道長度L由這裏形成的源極電極108a的端部與汲極電極108b的端部的間隔決定。
作為用於源極電極108a及汲極電極108b的導電層，例如可以採用包含選自Al、Cr、Cu、Ta、Ti、Mo、W中的元素的金屬層或者以上述元素為成分的金屬氮化物層等。此外，也可以採用在Al、Cu等的金屬層的下側及上側中的一方或兩者層疊Ti、Mo、W等的高熔點金屬層或者它們的金屬氮化物層的結構。
此外，也可以使用導電金屬氧化物形成用於源極電極108a及汲極電極108b的導電層。作為導電金屬氧化物，可以使用氧化銦(In2O3)、氧化錫(SnO2)、氧化鋅(ZnO)、氧化銦氧化錫(In2O3-SnO2，縮寫為ITO)、氧化銦氧化鋅(In2O3-ZnO)或在這些金屬氧化物材料中包含氧化矽的材料。
可以藉由使用抗蝕劑掩模的蝕刻進行導電層的加工。在當形成用於該蝕刻的抗蝕劑掩模時進行的曝光中，較佳使用紫外線、KrF雷射或ArF雷射等。
另外，當進行曝光以使通道長度L短於25nm時，例如，較佳使用波長極短即幾nm至幾十nm的超紫外線(Extreme Ultraviolet)進行形成抗蝕劑掩模時的曝光。利用超紫外線的曝光的解析度高且景深大。因此，可以使後面形成的電晶體的通道長度L微型化，從而可以使電路的工作速度快。
此外，也可以使用利用所謂多色調掩模形成的抗蝕劑掩模進行蝕刻。由於使用多色調掩模形成的抗蝕劑掩模成為具有多種厚度的形狀，並且可以藉由灰化進一步改變其形狀，因此可以將該抗蝕劑掩模用於加工為不同圖案的多個蝕刻製程。從而，藉由使用一個多色調掩模，能夠形成至少對應於兩種以上的不同圖案的抗蝕劑掩模。就是說，能夠實現製程的簡化。
注意，當蝕刻導電層時，有時氧氮化物半導體層106的一部分被蝕刻，而成為具有槽部(凹部)的氧氮化物半導體層。
然後，也可以進行使用氧、臭氧、二氧化氮等的氣體的電漿處理，使露出的氧氮化物半導體層106的表面氧化，從而填補氧缺陷。在進行電漿處理的情況下，較佳以該電漿處理後繼續不接觸大氣的方式形成與氧氮化物半導體層106的一部分接觸的閘極絕緣層112。
接著，以覆蓋源極電極108a及汲極電極108b且與氧氮化物半導體層106的一部分接觸的方式形成閘極絕緣層112(參照圖3D)。
閘極絕緣層112可以採用與基底絕緣層102相同的結構。但是，考慮到將閘極絕緣層112用作電晶體的閘極絕緣層的情況，也可以採用氧化鉿或氧化鋁等的相對介電常數高的材料。此外，考慮到閘極絕緣耐壓或與氧氮化物半導體之間的介面狀態，也可以在氧化矽、氧氮化矽或氮化矽上層疊氧化鉿或氧化鋁等的相對介電常數高的材料。閘極絕緣層112的總厚度較佳為1nm以上且300nm以下，更佳為5nm以上且50nm以下。閘極絕緣層越厚，短通道效應越顯著，並且閾值電壓容易向負方向漂移。此外，已知當閘極絕緣層的厚度為5nm以下時因穿隧電流而發生的洩漏電流增大。
然後，隔著閘極絕緣層112在氧氮化物半導體層106上形成閘極電極114(參照圖3E)。閘極電極114可以使用鉬、鈦、鉭、鎢、鋁、銅、釹、鈧等的金屬材料、它們的氮化物或以上述金屬材料為主要成分的合金材料形成。另外，閘極電極114既可以採用單層結構，又可以採用疊層結構。
藉由上述製程製造電晶體151。
接著，使用圖4A至圖4E說明圖2A所示的電晶體152的製造製程的一例。
首先，在基板100上形成基底絕緣層102(參照圖4A)。
接著，在基底絕緣層102上形成用來形成源極電極及汲極電極(包括在與該源極電極及汲極電極相同的層中的佈線)的導電層，並對該導電層進行加工，來形成源極電極138a及汲極電極138b(參照圖4B)。
接著，在基底絕緣層102、源極電極138a及汲極電極138b上形成氧氮化物半導體層，並且對該氧氮化物半導體層進行加工來形成島狀的氧氮化物半導體層136(參照圖4C)。
接著，以覆蓋源極電極138a及汲極電極138b且與氧氮化物半導體層136的一部分接觸的方式形成閘極絕緣層132(參照圖4D)。
然後，隔著閘極絕緣層132在氧氮化物半導體層136上形成閘極電極134(參照圖4E)。
藉由上述製程形成電晶體152。
接著，使用圖5A至圓5E說明圖2B所示的電晶體153的製造製程的一例。
首先，在基板100上形成基底絕緣層102(參照圖5A)。
接著，在基底絕緣層102上形成閘極電極164(參照圖5B)。
接著，形成覆蓋閘極電極164的閘極絕緣層162(參照圖5C)。
接著，在閘極絕緣層162上形成源極電極168a及汲極電極168b，在源極電極168a及汲極電極168b上形成氧氮化物半導體層，並且對該氧氮化物半導體層進行加工來形成島狀的氧氮化物半導體層166(參照圖5D)。
接著，以覆蓋氧氮化物半導體層166、源極電極168a及汲極電極168b的方式形成保護絕緣層169(參照圖5E)。
另外，保護絕緣層169可以採用與閘極絕緣層162相同的結構。
藉由上述製程形成電晶體153。
接著，使用圖6A至圖6E說明圖2C所示的電晶體154的製造製程的一例。
首先，在基板100上形成基底絕緣層102(參照圖6A)。
接著，在基底絕緣層102上形成閘極電極164(參照圖6B)。
接著，形成覆蓋閘極電極164的閘極絕緣層162(參照圖6C)。
接著，在閘極絕緣層162上形成氧氮化物半導體層，並且對該氧氮化物半導體層進行加工來形成島狀的氧氮化物半導體層176。然後，以與氧氮化物半導體層176接觸的方式形成源極電極178a及汲極電極178b(參照圖6D)。
接著，以覆蓋氧氮化物半導體層176、源極電極178a及汲極電極178b的方式形成保護絕緣層179(參照圖6E)。
藉由上述製程形成電晶體154。
使用圖7A至圖7E說明圖2D所示的電晶體155的製造製程的一例。
首先，在基板100上形成基底絕緣層102(參照圖7A)。
接著，在基底絕緣層102上形成氧氮化物半導體層，並且對該氧氮化物半導體層進行加工來形成島狀的氧氮化物半導體層106(參照圖7B)。
接著，形成閘極絕緣層182及閘極電極184，並且藉由光刻法將它們加工成相同的圖案(參照圖7C)。此時，也可以對閘極電極184進行加工，然後以閘極電極184為掩模對閘極絕緣層182進行加工。
接著，以閘極電極184為掩模使氧氮化物半導體層106低電阻化，來形成源極區122a及汲極區122b。閘極電極下的不被低電阻化的區域成為通道區126(參照圖7D)。此時，電晶體的通道長度L由閘極電極的寬度決定。如此，藉由將閘極電極用作掩模進行構圖，閘極電極不重疊於源極區、汲極區，而在該區域中不產生寄生電容，從而可以使電晶體的工作速度快。
作為低電阻化的方法，可以舉出氬等的稀有氣體電漿處理、氫電漿處理或氨電漿處理等。再者，也可以與包含磷(P)或硼(B)的氣圍下的電漿處理組合而進行。
接著，形成保護絕緣層189，並且在保護絕緣層189的與源極區及汲極區重疊的部分中形成開口部。藉由形成用來形成源極電極及汲極電極(包括在與該源極電極及汲極電極相同的層中的佈線)的導電層並且對該導電層進行加工，而形成源極電極188a及汲極電極188b(參照圖7E)。
藉由上述製程形成電晶體155。
如上所述，藉由將氧氮化物半導體用於通道，而即使不進行熱處理，也可以製造通道區、源極區及汲極區的載子密度受控的具有與使用氧化物半導體的電晶體相等以上的功能的電晶體。
此外，藉由將氧氮化物半導體用於活性層，而即使不特別設置低電阻層，也可以與源極電極及汲極電極良好地接觸，從而可以增大導通電流。
本實施方式所示的結構及方法等可以與其他實施方式所示的結構及方法等適當地組合而實施。
實施方式2
藉由使用在實施方式1中所例示的電晶體，可以製造具有顯示功能的半導體裝置(也稱為顯示裝置)。此外，藉由將包括電晶體的驅動電路的一部分或全部與像素部一起形成在同一個基板上，可以形成系統整合型面板(system-on-panel)。
在圖8A中，以圍繞設置在第一基板201上的像素部202的方式設置有密封材料205，並且使用第二基板206進行密封。在圖8A中，在第一基板201上的與由密封材料205圍繞的區域不同的區域中安裝有使用單晶半導體層或多晶半導體層形成在另行準備的基板上的掃描線驅動電路204及信號線驅動電路203。此外，供給到另行形成的信號線驅動電路203、另行形成的掃描線驅動電路204或者像素部202的各種信號及電位藉由FPC(Flexible printed circuit：撓性印刷電路)218a、218b供給。
在圖8B及圖8C中，以圍繞設置在第一基板201上的像素部202及掃描線驅動電路204的方式設置有密封材料205。此外，在像素部202及掃描線驅動電路204上設置有第二基板206。因此，像素部202及掃描線驅動電路204與顯示元件一起被第一基板201、密封材料205以及第二基板206密封。在圖8B及圖8C中，在第一基板201上的與由密封材料205圍繞的區域不同的區域中安裝有使用單晶半導體層或多晶半導體層形成在另行準備的基板上的信號線驅動電路203。在圖8B及圖8C中，供給到另行形成的信號線驅動電路203、掃描線驅動電路204或者像素部202的各種信號及電位藉由FPC218供給。
此外，圖8B及圖8C示出另行形成信號線驅動電路203並且將該信號線驅動電路203安裝到第一基板201的實例，但是不侷限於該結構。也可以另行形成掃描線驅動電路並進行安裝，並且也可以另行僅形成信號線驅動電路的一部分或者掃描線驅動電路的一部分並進行安裝。
另外，對另行形成的驅動電路的連接方法沒有特別的限制，而可以採用COG(Chip On Glass；玻璃覆晶封裝)方法、引線接合方法或者TAB(Tape Automated Bonding；卷帶式自動接合)方法等。圖8A是藉由COG方法安裝信號線驅動電路203、掃描線驅動電路204的例子。圖8B是藉由COG方法安裝信號線驅動電路203的例子。圖8C是藉由TAB方法安裝信號線驅動電路203的例子。
此外，顯示裝置包括密封有顯示元件的面板及在該面板中安裝有包括控制器的IC等的模組。
另外，本說明書中的顯示裝置是指影像顯示裝置、顯示裝置或光源(包括照明裝置)。此外，顯示裝置還包括：安裝有連接器諸如FPC、TAB膠帶或TCP的模組；在TAB膠帶或TCP的端部上設置有印刷線路板的模組；或者藉由COG方式將IC(積體電路)直接安裝到顯示元件的模組。
此外，設置在第一基板上的像素部及掃描線驅動電路包括多個電晶體，並且，可以採用在實施方式1中所例示的電晶體。
作為設置在顯示裝置中的顯示元件，可以使用液晶元件(也稱為液晶顯示元件)、發光元件(也稱為發光顯示元件)。發光元件在其範疇內包括其亮度由電流或電壓控制的元件，明確而言，包括無機EL(Electro Luminescence)、有機EL等。此外，也可以採用電子墨水等由於電作用而改變對比度的顯示媒體。
參照圖9至圖11說明半導體裝置的一種方式。圖9至圖11相當於沿著圖8B的M-N的剖面圖。
如圖9至圖11所示，半導體裝置包括連接端子電極215及端子電極216，並且，連接端子電極215及端子電極216藉由各向異性導電層219電連接到FPC218所包括的端子。
連接端子電極215由與第一電極230相同的導電層形成，並且，端子電極216由與電晶體210、電晶體211的源極電極及汲極電極相同的導電層形成。
此外，設置在第一基板201上的像素部202及掃描線驅動電路204包括多個電晶體，並且，在圖9至圖11中示出像素部202所包括的電晶體210以及掃描線驅動電路204所包括的電晶體211。
在本實施方式中，作為電晶體210及電晶體211，可以採用在實施方式1中所示的電晶體。電晶體210及電晶體211即使不受高溫熱處理等也可以獲得足夠的導通特性。因此，可以低成本地提供圖9至圖11所示的本實施方式的半導體裝置。
設置在像素部202中的電晶體210電連接到顯示元件而構成顯示面板。只要可以進行顯示就對顯示元件沒有特別的限制，而可以使用各種各樣的顯示元件。
圖9示出作為顯示元件使用液晶元件的液晶顯示裝置的實例。在圖9中，作為顯示元件的液晶元件213包括第一電極230、第二電極231以及液晶層208。另外，以夾持液晶層208的方式設置有用作配向層的絕緣層232、233。第二電極231設置在第二基板206一側，並且，第一電極230和第二電極231夾著液晶層208層疊。
此外，間隔物235為藉由選擇性地蝕刻絕緣層而獲得的柱狀間隔物，並且它是為控制液晶層208的厚度(單元間隙)而設置的。另外，還可以使用球狀間隔物。
當作為顯示元件使用液晶元件時，可以使用熱致液晶、低分子液晶、高分子液晶、高分子分散型液晶、鐵電液晶、反鐵電液晶等。上述液晶材料根據條件而呈現膽固醇相、近晶相、立方相、手征向列相、均質相等。
此外，還可以將不需要配向層的呈現藍相的液晶用於液晶層208。藍相是液晶相的一種，是指當使膽固醇相液晶的溫度上升時即將從膽固醇相轉變到均質相之前出現的相。由於藍相只出現在較窄的溫度範圍內，所以為了改善溫度範圍而將混合有手性試劑的液晶組成物用於液晶層。包含呈現藍相的液晶及手性試劑的液晶組成物的回應速度短，即為1msec以下，並且由於具有光學各向同性，所以不需要配向處理且視角依賴性小。此外，由於不需要設置配向層，所以不需要摩擦處理，從而可以防止由於摩擦處理而引起的靜電破壞，並可以降低製造製程中的液晶顯示裝置的不良、破損。從而，可以提高液晶顯示裝置的生產率。
此外，液晶材料的固有電阻率為1×109Ω‧cm以上，較佳為1×1011Ω‧cm以上，更佳為1×1012Ω‧cm以上。注意，本說明書中的固有電阻率的值為以20℃測量的值。
考慮到配置在像素部中的電晶體的洩漏電流等，以能夠在指定期間中保持電荷的方式設定設置在液晶顯示裝置中的儲存電容器的容量的大小。由於具有氧氮化物半導體層的電晶體的洩漏電流較小，所以設置其容量有各像素中的液晶電容的三分之一以下，較佳為五分之一以下的儲存電容器，就足夠了。
此外，在本實施方式中使用的具有氧氮化物半導體層的電晶體由於可以得到較高的電場效應遷移率，所以可以進行高速驅動。因此，藉由將上述電晶體用於液晶顯示裝置的像素部，可以提供高影像品質的影像。此外，由於可以將上述電晶體分別設置在同一基板上的驅動電路部及像素部中，所以可以削減液晶顯示裝置的零部件數。
液晶顯示裝置可以採用TN(Twisted Nematic，扭曲向列)模式、IPS(In-Plane-Switching，平面內轉換)模式、FFS(Fringe Field Switching，邊緣電場轉換)模式、ASM(Axially Symmetric aligned Micro-cell，軸對稱排列微單元)模式、OCB(Optical Compensated Birefringence，光學補償彎曲)模式、FLC(Ferroelectric Liquid Crystal，鐵電性液晶)模式、以及AFLC(Antiferroelectric Liquid Crystal，反鐵電性液晶)模式等。
此外，也可以使用常黑型液晶顯示裝置，例如採用垂直配向(VA)模式的透射型液晶顯示裝置。在此，垂直配向模式是指控制液晶顯示面板的液晶分子的排列的方式中的一種，是當不施加電壓時液晶分子朝向垂直於面板表面的方向的方式。作為垂直配向模式，可以舉出幾種模式，例如可以使用MVA(Multi-Domain Vertical Alignment ：多象限垂直配向)模式、PVA(Patterned Vertical Alignment：垂直配向構型)模式、ASV模式等。此外，也可以使用將像素(pixel)分成幾個區域(子像素)，並且使分子分別倒向不同方向的稱為多疇化或者多域設計的方法。
此外，在顯示裝置中，適當地設置黑矩陣(遮光層)、偏振構件、相位差構件、抗反射構件等的光學構件(光學基板)等。例如，也可以使用利用偏振基板及相位差基板的圓偏振。此外，作為光源，也可以使用背光燈、側光燈等。
此外，也可以使用多個發光二極體(LED)作為背光燈來進行分時顯示方式(場序制驅動方式)。藉由採用場序制驅動方式，可以不使用濾色片而進行彩色顯示。
此外，作為像素部中的顯示方式，可以採用逐行掃描方式或隔行掃描方式等。此外，當進行彩色顯示時在像素中受到控制的顏色因素不侷限於RGB(R顯示紅色，G顯示綠色，B顯示藍色)的三種顏色。例如，還有RGBW(W顯示白色)、或者對RGB追加黃色、青色、品紅色等中的一種顏色以上的顏色的顏色因素。另外，也可以按每個顏色因素的點使其顯示區的大小不同。但是，本實施方式不侷限於彩色顯示的顯示裝置，而也可以應用於單色顯示的顯示裝置。
此外，作為顯示裝置所包括的顯示元件，可以採用利用電致發光的發光元件。利用電致發光的發光元件根據發光材料是有機化合物還是無機化合物被區別，通常，前者被稱為有機EL元件，而後者被稱為無機EL元件。
在有機EL元件中，藉由對發光元件施加電壓，電子及電洞分別從一對電極注入到包含具有發光性的有機化合物的層，而電流流過。並且，藉由這些載子(電子及電洞)重新結合，具有發光性的有機化合物形成激發狀態，並且當從該激發狀態回到基態時發光。由於這種機理，這種發光元件被稱為電流激發型發光元件。
無機EL元件根據其元件結構而分類為分散型無機EL元件和薄膜型無機EL元件。分散型無機EL元件具有將發光材料的微粒分散在黏合劑中而成的發光層，並且其發光機理是利用施體能階和受體能階的施體-受體複合型發光。薄膜型無機EL元件具有一種結構，其中發光層夾在介電層之間，並且該夾著發光層的介電層由電極夾住，其發光機理是利用金屬離子的內殼層電子躍遷的定域類型發光。注意，這裏使用有機EL元件作為發光元件進行說明。
為了取出發光，發光元件的一對電極中的至少一個為透明即可。並且，在基板上形成電晶體及發光元件。作為發光元件的結構，有從與基板相反一側的表面取出發光的頂部發射結構；從基板一側的表面取出發光的底部發射結構；從基板一側及與基板相反一側的表面取出發光的雙面發射結構，並且可以採用具有上述任一種發射結構的發光元件。
圖10示出作為顯示元件使用發光元件的發光裝置的例子。作為顯示元件的發光元件243與設置在像素部202中的電晶體210電連接。另外，發光元件243具有由第一電極230、發光層241、第二電極231構成的疊層結構，但是，不侷限於該結構。根據從發光元件243取出的光的方向等，可以適當地改變發光元件243的結構。
分隔壁240使用有機絕緣材料或者無機絕緣材料形成。尤其是，較佳使用感光樹脂材料，在第一電極230上形成開口部，並且將該開口部的側壁形成為具有連續曲率的傾斜面。
發光層241既可以由一個層構成，又可以由多個層的疊層構成。
為了防止氧、氫、水分、二氧化碳等侵入到發光元件243中，也可以在第二電極231及分隔壁240上形成保護層。作為保護層，可以形成氮化矽層、氮氧化矽層、DLC層等。此外，在由第一基板201、第二基板206以及密封材料205密封的空間中設置有填充材料244並被密封。如此，為了不暴露於外氣，較佳使用氣密性高且脫氣少的保護薄膜(黏合薄膜、紫外線固化樹脂薄膜等)或覆蓋材料進行封裝(封入)。
作為填充材料244，除了氮或氬等惰性氣體以外，還可以使用紫外線固化樹脂、熱固化樹脂，並且，可以使用PVC(聚氯乙烯)、丙烯、聚醯亞胺、環氧樹脂、矽酮樹脂、PVB(聚乙烯醇縮丁醛)或者EVA(乙烯-醋酸乙烯酯)。例如，作為填充材料可以使用氮。
另外，如果需要，則可以在發光元件的射出表面上適當地設置諸如偏光板、圓偏光板(包括橢圓偏光板)、相位差板(λ/4板，λ/2板)、濾色片等的光學薄膜。此外，也可以在偏光板、圓偏光板上設置抗反射層。例如，可以進行抗眩光處理，該處理是利用表面的凹凸來擴散反射光而可以降低眩光的處理。
此外，作為顯示裝置，也可以提供驅動電子墨水的電子紙。電子紙也稱為電泳顯示裝置(電泳顯示器)，並且，具有如下優點：與紙同樣的易讀性；其耗電量比其他顯示裝置的耗電量低；形狀薄而輕。
作為電泳顯示裝置，有各種各樣的形式，但是它是多個包括具有正電荷的第一微粒和具有負電荷的第二微粒的微膠囊分散在溶劑或溶質中，並且藉由對微膠囊施加電場，使微膠囊中的微粒彼此移動到相對方向，以只顯示集中在一方側的微粒的顏色的裝置。注意，第一微粒或者第二微粒包括染料，並且，當沒有電場時不移動。此外，第一微粒的顏色和第二微粒的顏色不同(包括無色)。
如此，電泳顯示裝置是利用介電常數高的物質移動到高電場區域，即所謂的介電泳效應(dielectrophoretic effect)的顯示器。
分散有上述微囊的溶劑被稱為電子墨水，並且該電子墨水可以印刷到玻璃、塑膠、布、紙等的表面上。此外，還可以藉由使用濾色片、具有色素的微粒來進行彩色顯示。
另外，作為微囊中的第一微粒及第二微粒，可以使用選自導電材料、絕緣材料、半導體材料、磁性材料、液晶材料、鐵電性材料、電致發光材料、電致變色材料、磁泳材料中的一種材料或這些材料的複合材料。
此外，作為電子紙，還可以採用利用旋轉球顯示方式的顯示裝置。旋轉球顯示方式是如下方法，即將分別塗為白色和黑色的球形微粒配置在用於顯示元件的電極的第一電極與第二電極之間，使第一電極與第二電極之間產生電位差來控制球形微粒的方向，以進行顯示。
圖11示出半導體裝置的一個方式的主動矩陣型電子紙。圖11所示的電子紙是利用旋轉球顯示方式的顯示裝置的實例。
在連接於電晶體210的第一電極230與設置在第二基板206上的第二電極231之間設置有具有黑色區域255a及白色區域255b並且在該黑色區域255a及白色區域255b的周圍包括填充有液體的空洞252的球形粒子253，並且，球形粒子253的周圍填充有樹脂等填充材料254。第二電極231相當於公共電極(對置電極)。第二電極231電連接於公共電位線。
另外，在圖9至圖11中，作為第一基板201、第二基板206，除了玻璃基板以外，還可以使用具有撓性的基板。例如，可以使用具有透光性的塑膠基板等。作為塑膠基板，可以使用FRP(Fiberglass-Reinforced Plastics；纖維增強塑膠)板、PVF(聚氟乙烯)薄膜、聚酯薄膜或丙烯酸樹脂薄膜。此外，也可以使用具有由PVF薄膜或聚酯薄膜夾住鋁箔的結構的薄膜。
絕緣層221可以使用無機絕緣材料或者有機絕緣材料形成。另外，當使用丙烯酸樹脂、聚醯亞胺、苯並環丁烯樹脂、聚醯胺、環氧樹脂等具有耐熱性的有機絕緣材料形成絕緣層221時，它適於用作平坦化絕緣層。此外，除了上述有機絕緣材料以外，還可以使用低介電常數材料(low-k材料)、矽氧烷類樹脂、PSG(磷矽玻璃)、BPSG(硼磷矽玻璃)等。另外，還可以藉由層疊多個由這些材料形成的絕緣層，來形成絕緣層221。
對絕緣層221的形成方法沒有特別的限制，可以根據其材料利用濺射法、旋塗法、浸漬法、噴塗法、液滴噴射法(噴墨法、絲網印刷、膠版印刷等)、輥塗機、幕式塗布機、刮刀式塗布機等。
顯示裝置藉由使來自光源或顯示元件的光透射而進行顯示。因此，設置在光透射的像素部中的基板、絕緣層、導電層等的薄膜全都對可見光的波長區域的光具有透光性。
關於對顯示元件施加電壓的第一電極及第二電極(也稱為像素電極、公共電極、對置電極等)，可以根據取出光的方向、設置電極的地方以及電極的圖案結構而選擇其透光性、反射性。
可以使用包括氧化鎢的氧化銦、包括氧化鎢的氧化銦鋅、包括氧化鈦的氧化銦、包括氧化鈦的氧化銦錫、氧化銦錫(以下顯示為ITO)、氧化銦鋅、添加有氧化矽的氧化銦錫等具有透光性的導電材料來形成第一電極230、第二電極231。
此外，可以使用鎢(W)、鉬(Mo)、鋯(Zr)、鉿(Hf)、釩(V)、鈮(Nb)、鉭(Ta)、鉻(Cr)、鈷(Co)、鎳(Ni)、鈦(Ti)、鉑(Pt)、鋁(Al)、銅(Cu)、銀(Ag)等的金屬、其合金或者其氮化物中的一種或多種來形成第一電極230、第二電極231。
此外，可以使用包括導電高分子(也稱為導電聚合體)的導電組成物來形成第一電極230、第二電極231。作為導電高分子，可以使用所謂的π電子共軛類導電高分子。例如，可以舉出聚苯胺或其衍生物、聚吡咯或其衍生物、聚噻吩或其衍生物、或者包含苯胺、吡咯及噻吩中的兩種以上的共聚物或其衍生物等。
此外，由於電晶體容易被靜電等破壞，所以較佳設置驅動電路保護用保護電路。保護電路較佳使用非線性元件構成。
如上所述，藉由應用在實施方式1所例示的電晶體，可以以低溫處理且低成本提供具有高導通特性的半導體裝置。另外，實施方式1所例示的電晶體不但可以應用於上述具有顯示功能的半導體裝置，而且可以應用於具有各種各樣的功能的半導體裝置，諸如安裝在電源電路中的功率裝置、LSI等的半導體積體電路、具有讀取物件物的資訊的影像感測器功能的半導體裝置等。
如上所述，本實施方式所示的結構或方法等可以與其他實施方式所示的結構或方法等適當地組合而使用。
實施方式3
本發明的一個方式的半導體裝置可以應用於各種電子裝置(包括遊戲機)。作為電子裝置，例如可以舉出電視裝置(也稱為電視或電視接收機)、用於電腦等的監視器、數位相機、數碼攝像機等影像拍攝裝置、數碼相框、行動電話機(也稱為手機、行動電話裝置)、可攜式遊戲機、移動資訊終端、聲音再現裝置、彈子機等大型遊戲機等。下面，對具備在上述實施方式中說明的半導體裝置的電子裝置的例子進行說明。
圖12A示出筆記本個人電腦的一例，由主體301、外殼302、顯示部303以及鍵盤304等構成。藉由採用實施方式1或2中所示的半導體裝置，可以提供低成本的筆記本個人電腦。
圖12B示出可攜式資訊終端(PDA)的一例，在主體311中設置有顯示部313、外部介面315以及操作按鈕314等。此外，作為操作用附屬部件，有觸屏筆312。藉由採用實施方式1或2所示的半導體裝置，可以提供低成本的可攜式資訊終端(PDA)。
圖12C示出電子書閱讀器的一例。例如，電子書閱讀器320由兩個外殼，即外殼321及外殼322構成。外殼321及外殼322由軸部325形成為一體，且可以以該軸部325為軸進行開閉工作。藉由採用這種結構，可以進行如紙的書籍那樣的工作。
外殼321組裝有顯示部323，而外殼322組裝有顯示部324。顯示部323及顯示部324的結構既可以是顯示連屏畫面的結構，又可以是顯示不同的畫面的結構。藉由採用顯示不同的畫面的結構，例如在右邊的顯示部(圖12C中的顯示部323)中可以顯示文章，而在左邊的顯示部(圖12C中的顯示部324)中可以顯示影像。藉由採用實施方式1或2所示的半導體裝置，可以提供低成本的電子書閱讀器。
此外，在圖12C中示出外殼321具備操作部等的例子。例如，在外殼321中具備電源開關326、操作鍵327、揚聲器328等。利用操作鍵327可以翻頁。另外，也可以在與外殼的顯示部同一面上設置鍵盤、指向裝置等。此外，也可以在外殼的背面或側面具備外部連接端子(耳機端子、USB端子等)、記錄媒體插入部等。再者，電子書閱讀器320也可以具有電子詞典的功能。
此外，電子書閱讀器320也可以採用能夠以無線的方式收發資訊的結構。還可以採用以無線的方式從電子書閱讀器伺服器購買所希望的書籍資料等，然後下載的結構。
圖12D示出行動電話機的一例，由外殼330及外殼331的兩個外殼構成。外殼331具備顯示面板332、揚聲器333、麥克風334、指向裝置336、影像拍攝裝置用透鏡337、外部連接端子338等。此外，外殼330具備對行動電話機進行充電的太陽能電池單元340、外部儲存槽341等。此外，在外殼331內組裝有天線。藉由採用實施方式1或2所示的半導體裝置，可以提供低成本的行動電話機。
此外，顯示面板332具備觸摸屏，在圖12D中使用虛線示出作為影像被顯示出來的多個操作鍵335。另外，還安裝有用來將由太陽能電池單元340輸出的電壓升壓到各電路所需的電壓的升壓電路。
顯示面板332根據使用方式適當地改變顯示的方向。此外，由於在與顯示面板332同一面上設置有影像拍攝裝置用透鏡337，所以可以實現可視電話。揚聲器333及麥克風334不侷限於音頻通話，還可以進行可視通話、錄音、再生等。再者，外殼330和外殼331滑動而可以使如圖12D 那樣的展開狀態成為重疊狀態，而可以實現適於攜帶的小型化。
外部連接端子338可以與AC適配器及各種電纜如USB電纜等連接，並可以進行充電及與個人電腦等的資料通訊。此外，藉由將記錄媒體插入外部儲存槽341中，可以對應於更大量資料的保存及移動。
此外，除了上述功能以外還可以具有紅外線通信功能、電視接收功能等。
圖12E示出電視裝置的一例。在電視裝置360中，外殼361組裝有顯示部363。利用顯示部363可以顯示影像。此外，在此示出利用支架365支撐外殼361的結構。藉由採用實施方式1或2所示的半導體裝置，可以提供低成本的電視裝置360。
可以藉由利用外殼361所具備的操作開關或另行提供的遙控操作機進行電視裝置360的操作。此外，也可以採用在遙控操作機中設置顯示部的結構，該顯示部顯示從該遙控操作機輸出的資訊。
另外，電視裝置360採用具備接收機、數據機等的結構。可以藉由利用接收機接收一般的電視廣播。再者，藉由數據機連接到有線或無線方式的通信網路，從而也可以進行單向(從發送者到接收者)或雙向(在發送者和接收者之間或在接收者之間等)的資訊通信。
如上所述，本實施方式所示的結構或方法等可以與其他實施方式所示的結構或方法等適當地組合而使用。
實施例1
在本實施例中，對使用本發明的一個方式製造的電晶體進行說明。
圖13示出本實施例中的電晶體的結構。
圖13所示的電晶體510包括設置在基板500上的基底絕緣層502、氧氮化物半導體層506、源極電極508a及汲極電極508b、設置在源極電極508a及汲極電極508b上的閘極絕緣層512、設置在閘極絕緣層512上的閘極電極514、設置在閘極電極514上的保護絕緣層516、以及夾著保護絕緣層516分別連接到源極電極508a及汲極電極508b的源極佈線518a及汲極佈線518b。
在本實施例中，作為基板500使用0.7mm厚的玻璃基板，作為基底絕緣層502形成300nm厚的氧化矽層，作為氧氮化物半導體層506形成50nm厚的In-Ga-Zn-O-N類非單晶層，作為源極電極508a及汲極電極508b形成150nm厚的鈦層，作為閘極絕緣層512形成200nm厚的氧化矽層，作為閘極電極514形成300nm厚的鈦層，作為保護絕緣層516形成300nm厚的氧化矽層，並且作為源極佈線518a及汲極佈線518b層疊50nm厚的鈦層、100nm厚的鋁層及5nm厚的鈦層。
在本實施例的電晶體510中，使用In-Ga-Zn-O類金屬氧化物靶材並且在包含氮的氣圍中進行濺射法來形成氧氮化物半導體層506。因此，即使不進行熱處理，也可以得到足夠的導通特性。
下面示出本實施例的電晶體510中的氧氮化物半導體層506的形成條件。此外，在採用本條件製造的氧氮化物半導體層506中的氮濃度大約為6.5atomic%。另外，濃度分析是利用EPMA(Electron Probe Micro Analyzer)分析而得到的結果。
‧成膜方法：DC濺射法
‧靶材組成比：(In:Ga:Zn=1:1:0.5)
‧成膜氣體：Ar(35sccm)、N2(5sccm)
‧功率：0.5kW(DC)
‧壓力：0.4Pa
‧T-S間距離：60mm
‧基板溫度：室溫
圖14A示出本實施例的電晶體510中的汲電流(Id)-閘電壓(Vg)測量結果。在基板面內的25點進行測量，並且在圖14A中將其結果重疊地示出。通道長度L為10μm且通道寬度W為50μm。另外，電晶體的源極電極與汲極電極之間的電壓Vd為1V及10V。
從圖14A可知，本實施例的電晶體510獲得了良好的導通特性。
此外，作為比較例子，形成氧化物半導體層作為活性層，在形成活性層之後以350℃進行熱處理，並且作為其他製造條件採用與上述條件相同的條件製造電晶體。下面示出活性層的形成條件。此外，圖14B示出該電晶體的汲電流(Id)-閘電壓(Vg)測量結果。
‧成膜方法：DC濺射法
‧靶材組成比：(In:Ga:Zn=1:1:0.5)
‧成膜氣體：Ar(30sccm)、O2(15sccm)
‧功率：0.5kW(DC)
‧壓力：0.4Pa
‧T-S間距離：60mm
‧基板溫度：室溫
此外，從藉由霍爾效應測量測量圖14B所示的氧化物半導體的載子密度的結果可知，在形成氧化物半導體層之後的氧化物半導體的載子密度大約是2×1013cm-3，並且藉由進行350℃的熱處理，該載子密度增加到2×1017cm-3左右。雖然在本發明中未示出，但是，即使將沒有進行熱處理的氧化物半導體層用作活性層來形成電晶體，也不能獲得導通特性。然而，如圖14B所示，藉由進行熱處理來增加氧化物半導體層的載子密度，可以獲得電晶體的導通特性。
從圖14A及圖14B的結果可知，圖14A所示的將氧氮化物半導體層用作活性層的電晶體與圖14B所示的對氧化物半導體層進行熱處理而製造的電晶體具有同等的特性，並且用於圖14A所示的電晶體的氧氮化物半導體層的載子密度是能夠獲得導通特性而足夠的載子密度。
如上所述，可知，本實施例的電晶體510即使不受熱處理，也導通電流大，而獲得良好的電晶體特性。
100．．．基板
102．．．基底絕緣層
106．．．氧氮化物半導體層
108a．．．源極電極
108b．．．汲極電極
112．．．閘極絕緣層
113．．．閘極絕緣層
114．．．閘極電極
122a．．．源極區
122b．．．汲極區
126．．．通道區
132．．．閘極絕緣層
134．．．閘極電極
136．．．氧氮化物半導體層
138a．．．源極電極
138b．．．汲極電極
151．．．電晶體
152．．．電晶體
153．．．電晶體
154．．．電晶體
155．．．電晶體
156．．．電晶體
162．．．閘極絕緣層
164．．．閘極電極
166．．．氧氮化物半導體層
168a．．．源極電極
168b．．．汲極電極
169．．．保護絕緣層
176．．．氧氮化物半導體層
178a．．．源極電極
178b．．．汲極電極
179．．．保護絕緣層
182．．．閘極絕緣層
184．．．閘極電極
188a．．．源極電極
188b．．．汲極電極
189．．．保護絕緣層
201．．．基板
202．．．像素部
203．．．信號線驅動電路
204．．．掃描線驅動電路
205．．．密封材料
206．．．基板
208．．．液晶層
210．．．電晶體
211．．．電晶體
213．．．液晶元件
215．．．連接端子電極
216．．．端子電極
219．．．各向異性導電層
221．．．絕緣層
230．．．電極
231．．．電極
232．．．絕緣層
233．．．絕緣層
235．．．間隔物
240．．．分隔壁
241．．．發光層
243．．．發光元件
244．．．填充材料
252．．．空洞
253．．．球形粒子
254．．．填充材料
255a．．．黑色區域
255b．．．白色區域
301．．．主體
302．．．外殼
303．．．顯示部
304．．．鍵盤
311．．．主體
312．．．觸屏筆
313．．．顯示部
314．．．操作按鈕
315．．．外部介面
320．．．電子書閱讀器
321．．．外殼
322．．．外殼
323．．．顯示部
324．．．顯示部
325．．．軸部
326．．．電源開關
327．．．操作鍵
328．．．揚聲器
330．．．外殼
331．．．外殼
332．．．顯示面板
333‧‧‧揚聲器
334‧‧‧麥克風
335‧‧‧操作鍵
336‧‧‧指向裝置
337‧‧‧拍攝裝置用透鏡
338‧‧‧外部連接端子
340‧‧‧太陽能電池
341‧‧‧外部插槽
360‧‧‧電視裝置
361‧‧‧外殼
363‧‧‧顯示部
365‧‧‧支架
500‧‧‧基板
502‧‧‧基底絕緣層
506‧‧‧氧氮化物半導體層
508a‧‧‧源極電極
508b‧‧‧汲極電極
510‧‧‧電晶體
512‧‧‧閘極絕緣層
514‧‧‧閘極電極
516‧‧‧保護絕緣層
518a‧‧‧源極佈線
518b‧‧‧汲極佈線
在圖式中：
圖1A至圖1C為示出本發明的一個方式的半導體裝置的一例的俯視圖及剖面圖；
圖2A至圖2D為示出本發明的一個方式的半導體裝置的一例的剖面圖；
圖3A至圖3E為示出本發明的一個方式的半導體裝置的製造製程的一例的剖面圖；
圖4A至圖4E為示出本發明的一個方式的半導體裝置的製造製程的一例的剖面圖；
圖5A至圖5E為示出本發明的一個方式的半導體裝置的製造製程的一例的剖面圖；
圖6A至圖6E為示出本發明的一個方式的半導體裝置的製造製程的一例的剖面圖；
圖7A至圖7E為示出本發明的一個方式的半導體裝置的製造製程的一例的剖面圖；
圖8A至圖8C為說明本發明的一個方式的半導體裝置的一個方式的圖；
圖9為說明本發明的一個方式的半導體裝置的一個方式的圖；
圖10為說明本發明的一個方式的半導體裝置的一個方式的圖；
圖11為說明本發明的一個方式的半導體裝置的一個方式的圖；
圖12A至圖12E為示出作為本發明的一個方式的半導體裝置的電子裝置的圖；
圖13為說明本發明的一個方式的半導體裝置的一個方式的圖；
圖14A及圖14B為說明薄膜電晶體的電特性的圖；
圖15為示出本發明的一個方式的半導體裝置的一例的剖面圖。
100．．．基板
102．．．基底絕緣層
106．．．氧氮化物半導體層
108a．．．源極電極
108b．．．汲極電極
112．．．閘極絕緣層
114．．．閘極電極
151．．．電晶體

Claims (18)

  1. 一種半導體裝置，包括：氧氮化物半導體層，其中，該氧氮化物半導體層係形成於包括氧化矽的絕緣膜上，藉由熱脫附譜分析測量的換算為氧原子的氧的放出量為1.0×1020atoms/cm3以上；閘極電極；該閘極電極與該氧氮化物半導體層之間的閘極絕緣層；以及與該氧氮化物半導體層電連接的源極電極及汲極電極。
  2. 根據申請專利範圍第1項之半導體裝置，其中，該源極電極及該汲極電極位於該氧氮化物半導體層與該閘極絕緣層之間。
  3. 根據申請專利範圍第1項之半導體裝置，其中，該氧氮化物半導體層位於該源極電極與該閘極絕緣層之間以及該汲極電極與該閘極絕緣層之間。
  4. 一種半導體裝置，包括：氧氮化物半導體層，其中，該氧氮化物半導體層係形成於包括氧化矽的絕緣膜上，藉由熱脫附譜分析測量的換算為氧原子的氧的放出量為1.0×1020atoms/cm3以上；接觸於該氧氮化物半導體層的閘極絕緣層；以及夾著該閘極絕緣層重疊於該氧氮化物半導體層的閘極電極，其中，該氧氮化物半導體層包括通道區、源極區及汲 極區。
  5. 根據申請專利範圍第1至4中任一項之半導體裝置，其中，該氧氮化物半導體層包含選自In、Zn、Ga、Sn中的兩種以上的元素。
  6. 根據申請專利範圍第1至4中任一項之半導體裝置，其中，包含在該氧氮化物半導體層中的氮的濃度為0.1atomic%以上且30atomic%以下。
  7. 根據申請專利範圍第1至4中任一項之半導體裝置，其中，該半導體裝置是選自由個人電腦、可攜式資訊終端、電子書閱讀器、行動電話機及電視裝置構成的組中的一種。
  8. 一種半導體裝置的製造方法，包括如下步驟：形成包括氧化矽的絕緣膜，藉由熱脫附譜分析測量的換算為氧原子的氧的放出量為1.0×1020atoms/cm3以上；在該絕緣膜之上形成氧氮化物半導體層；選擇性地蝕刻該氧氮化物半導體層；在該蝕刻之後在該氧氮化物半導體層之上形成源極電極及汲極電極；形成閘極絕緣層而覆蓋該氧氮化物半導體層、該源極電極及該汲極電極；以及夾著該閘極絕緣層在該氧氮化物半導體層之上形成閘極電極。
  9. 一種半導體裝置的製造方法，包括如下步驟：形成包括氧化矽的絕緣膜，藉由熱脫附譜分析測量的 換算為氧原子的氧的放出量為1.0×1020atoms/cm3以上；在該絕緣膜之上形成源極電極及汲極電極；在該源極電極及汲極電極之上形成氧氮化物半導體層；選擇性地蝕刻該氧氮化物半導體層；形成閘極絕緣層而覆蓋被蝕刻的該氧氮化物半導體層、該源極電極及該汲極電極；以及夾著該閘極絕緣層在該氧氮化物半導體層之上形成閘極電極。
  10. 一種半導體裝置的製造方法，包括如下步驟：形成包括氧化矽的絕緣膜，藉由熱脫附譜分析測量的換算為氧原子的氧的放出量為1.0×1020atoms/cm3以上；在該絕緣膜之上形成閘極電極；形成閘極絕緣層而覆蓋該閘極電極；在該閘極絕緣層之上形成氧氮化物半導體層；選擇性地蝕刻該氧氮化物半導體層；以及在蝕刻之後在該氧氮化物半導體層之上形成源極電極及汲極電極。
  11. 一種半導體裝置的製造方法，包括如下步驟：形成包括氧化矽的絕緣膜，藉由熱脫附譜分析測量的換算為氧原子的氧的放出量為1.0×1020atoms/cm3以上；在該絕緣膜之上形成閘極電極；形成閘極絕緣層而覆蓋該閘極電極；在該閘極絕緣層之上形成源極電極及汲極電極； 在該源極電極及該汲極電極之上形成氧氮化物半導體層；以及選擇性地蝕刻該氧氮化物半導體層。
  12. 一種半導體裝置的製造方法，包括如下步驟：形成包括氧化矽的絕緣膜，藉由熱脫附譜分析測量的換算為氧原子的氧的放出量為1.0×1020atoms/cm3以上；在該絕緣膜之上形成氧氮化物半導體層；在該氧氮化物半導體層之上形成閘極絕緣層；以及形成夾著該閘極絕緣層重疊於該氧氮化物半導體層的閘極電極，其中，該氧氮化物半導體層包括通道區、源極區及汲極區。
  13. 根據申請專利範圍第12項之半導體裝置的製造方法，其中，藉由降低該氧氮化物半導體層的一部分的電阻，在該氧氮化物半導體層中形成該源極區及該汲極區。
  14. 根據申請專利範圍第8至12中任一項之半導體裝置的製造方法，其中，使用包含氮的氣體藉由濺射法形成該氧氮化物半導體層。
  15. 根據申請專利範圍第8至12中任一項之半導體裝置的製造方法，其中，藉由離子摻雜法或離子植入法對氧化物半導體層引入氮而形成該氧氮化物半導體層。
  16. 根據申請專利範圍第8至12中任一項之半導體裝置的製造方法，其中，藉由將氧化物半導體層暴露於氮或包含氮的氣體生成的電漿對該氧化物半導體層引入氮而形 成該氧氮化物半導體層。
  17. 根據申請專利範圍第8至12中任一項之半導體裝置的製造方法，其中，該氧氮化物半導體層包含選自In、Zn、Ga、Sn中的兩種以上的元素。
  18. 根據申請專利範圍第8至12中任一項之半導體裝置的製造方法，其中，包含在該氧氮化物半導體層中的氮的濃度是0.1atomic%以上且30atomic%以下。
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