化物，可W使用氧化铜 (In2〇3)、氧化锡(Sn〇2)、氧化锋(ZnO)、氧化铜-氧化锡合金（Im化-Sn〇2,在一些情况下其缩 写为口 0)、氧化铜-氧化锋合金（Ιπ2化-ZnO)，或包含娃或氧化娃的任何运些金属氧化物材 料。
[0100] 由源电极或漏电极142a的下边沿部分和源电极或漏电极142b的下边沿部分之间 的距离来确定晶体管的沟道长度(L)。在沟道长度化)小于25nm的情况下，优选使用具有几 个纳米到几十纳米的波长的极紫外线来形成用于蚀刻的掩模。用极紫外线的曝光导致高的 分辨率和大的焦深。因此，可W形成沟道长度化)小于25皿的图案，并且沟道长度化)可W大 于或等于10皿并小于或等于lOOOnm。^此方式，由于有小的沟道长度的晶体管导致电路的 高的操作速度和低功率消耗，所W优选有小的沟道长度的晶体管。
[0101] 此外，源电极或漏电极142a和源电极或漏电极14化的末端部分优选形成为具有锥 形形状。运是因为当源电极或漏电极142a和源电极或漏电极14化的末端部分具有锥形形状 时，可W增加与W后待形成的氧化物半导体层的覆盖并且可W防止分离。此处，例如，锥角 优选为大于或等于30°并且小于或等于60°。注意锥角是指当从垂直于层的截面(垂直于衬 底表面的平面)方向观看时，具有锥形形状的层(例如，源电极或漏电极142a)的侧面和底面 形成的倾角。
[0102] 接着，形成氧化物半导体层来覆盖源电极或漏电极142a、源电极或漏电极14化等， 然后由例如使用掩模的蚀刻等方法进行处理，W便形成岛状氧化物半导体层140(参照图 50。
[0103] 优选使用瓣射法形成氧化物半导体层。作为氧化物半导体层，可W使用四成分金 属氧化物(例如In-Sn-Ga-ai-0基膜）;Ξ成分金属氧化物(例如In-Ga-ai-0基膜、In-Sn-Zn- 0基膜、In-Al-ai-O基膜、Sn-Ga-ai-O基膜、Al-Ga-ai-O基膜、Sn-A^ai-O基膜）；双成分金属 氧化物(例如 In-Zn-0 基膜、Sn-ai-O 基膜、A^ai-O 基膜、Zn-Mg-0 基膜、Sn-Mg-0 基膜、In-Mg- 0基膜）；或In-0基膜、Sn-0基膜、或Zn-0基膜。注意可W添加娃到金属氧化物。例如，可W使 用包含2wt%到1 Owt%(含）的S i化的祀来形成氧化物半导体层。
[0104] 特别地，当使用In-Ga-Zn-0基金属氧化物时，可W形成当没有电场时具有充分高 的电阻(充分低的截止电流)并且具有高的场效应迁移率的半导体装置。考虑到运一点，In? ca-化-0 基金属氧化物适用于用于半导体装置的半导体材料。
[0105] 作为I n-Ga-Zn-0基金属氧化物的典型例子，给出由I nGa〇3 (ZnO )m (m > 0 )表示的一 个。此外，使用Μ代替Ga给出由InM〇3(ZnO)m(m>0)表示的一个。此处，Μ指代从嫁(Ga)、侣 (A1)、铁(Fe)、儀(Ni)、儘(Μη)、W及钻(Co)等选择的一个或多个金属元素。例如，Μ可W是 Ga、Ga和AlXa和Fe、Ga和NiXa和MnXa和Co等。注意W上组分是由晶体结构获取并且只是 一个例子。
[0106] 在本实施例中，由使用In-Ga-Zn-0基金属氧化物祀的瓣射法形成氧化物半导体 层。
[0107] 在氧化物半导体层的形成中，在保持在减压下的处理室中放置衬底，并且衬底溫 度优选设置为高于或等于100°c并且低于或等于600°C的溫度，并且更优选地高于或等于 200°C并且低于或等于400°C的溫度。此处，当加热衬底时形成氧化物半导体层，W便可W减 小氧化物半导体层中的杂质浓度，并且可W减小由于瓣射引起的氧化物半导体层的损害。
[0108] 用于氧化物半导体层的形成的优选气氛是稀有气体(典型地氣)气氛、氧气氛、或 稀有气体(典型地氣）W及氧的混合气氛，其中充分地减小杂质(例如氨、水、氨氧基、W及氨 化物）。具体地，优选使用高纯度气体气氛，例如，从中移除杂质(例如氨、水、氨氧基、或氨化 物似便浓度降低到Ippm或更低(优选lOppb或更低）。
[0109] 此处，为了从室中移除剩余水分，优选使用吸附型真空累。例如，可W使用低溫累、 离子累、或铁升华累。作为排气单元，可W使用附加有冷阱的满轮分子累。在用低溫累抽空 的沉积室中，例如，移除氨原子W及包含氨原子的化合物(例如水(此〇))(并且也优选包含 碳原子的化合物），由此可W减小在沉积室中形成的氧化物半导体层的杂质浓度。
[0110] 氧化物半导体层形成为具有大于或等于化m并且小于或等于2(K)nm、优选大于或等 于5nm并且小于或等于30nm的厚度。注意依赖于氧化物半导体材料，该适当的厚度不同，并 且依赖于待使用的材料，合适地设置该厚度。
[0111] 此外，当脉冲直流(DC)电源用于氧化物半导体层的形成中时，可W减小尘埃(在沉 积时形成的粉末或片状物质)并且可W统一厚度。
[0112] 注意用于沉积氧化物半导体层的瓣射条件可W如下：衬底和祀之间的距离是 170mm，压力是0.4Pa，直流(DC)功率是0.5kW，并且气氛是氧气氛(氧流量的比例是100%)。
[0113] 注意在由瓣射形成氧化物半导体层之前，优选由反瓣射（由氣气体的引进产生等 离子体)移除附着到绝缘层138的表面的尘埃。此处，与离子与瓣射祀相撞的正常瓣射相反， 反瓣射是离子与待处理的表面相撞W便修改表面的方法。使离子与待处理的表面相撞的方 法的例子是在氣气氛中将高频电压施加于表面W便接近衬底产生等离子体的方法。注意可 W使用氮气氛、氮气氛、氧气氛等来取代氣气氛。
[0114] 作为用于氧化物半导体层的蚀刻方法，可W采用干蚀刻或湿蚀刻。不必说可W组 合使用干蚀刻和湿蚀刻。依赖于材料可合适地设置蚀刻条件(例如，蚀刻气体或蚀刻溶液、 蚀刻时间、W及溫度）W便氧化物半导体层可W蚀刻成所希望的形状。
[0115] 用于干蚀刻的蚀刻气体的例子是包含氯的气体(例如氯(Cb)、^氯化棚(BC13)、四 氯化娃(Si(n4)、或四氯化碳(CC14)等氯基气体）。此外，可W使用包含氣的气体(例如四氣化 碳(CF4 )、六氣化硫(SF6)、Ξ氣化氮(N的）、或Ξ氣甲烧(CH的)等氣基气体）、漠化氨(皿r )、氧 (化）、向其中添加稀有气体(例如氮化e)或氣(Ar))的任何运些气体等。
[0116] 对于干蚀刻法，可W使用平行板反应离子蚀刻(reactive ion etching，RIE)法或 感应禪合等离子体（inductively coupled plasma, ICP)蚀刻法。为了将氧化物半导体层蚀 刻成所希望的形状，合适地设置蚀刻条件(例如，施加于盘绕的电极的电力量、施加于在衬 底侧上的电极的电力量、W及在衬底侧上的电极溫度等）。
[0117] 对于用于湿蚀刻的蚀刻剂，可W使用由混合憐酸、乙酸W及硝酸而获取的溶液、氨 过氧化物混合物(31 wt%的过氧化氨水:28wt%的氨水:水=5:2:2 )等。还可W使用例如IT007N (由ΚΑΝΤΟ C肥MICAL C0.，INC.制造)的蚀刻剂。
[0118] 然后，优选对氧化物半导体层进行第一热处理。通过运一第一热处理，可W移除在 氧化物半导体层中的杂质（例如氨）。注意在蚀刻之后进行第一热处理的情况下，优势在于 即使当使用湿蚀刻时，也可W缩短用于蚀刻的时间。第一热处理的溫度设置为高于或等于 300°C并且低于或等于750°C、优选高于或等于400°C并且低于或等于700°C的溫度。例如，将 衬底引进到使用电阻加热元件等的电炉并且氧化物半导体层140在氮气氛中W450°C经受 一个小时的热处理。在热处理期间，氧化物半导体层140不暴露于空气W便可W防止水和氨 (包含水分等）的进入。此外，优选考虑到放置于下层的晶体管160的电极、布线等的耐热性 来确定第一热处理的溫度。
[0119] 热处理器件不限于电炉并且可W是用于通过来自介质（例如热的气体）的热福射 或热传导来加热对象的器件。例如，可W使用RTA(快速热退火)器件(例如GRTA(气体快速热 退火)器件或LRTA(灯快速热退火)器件）"LRTA器件是用于通过从灯(例如面素灯、金属面化 物灯、氣弧灯、碳弧灯、高压钢灯、或高压隶灯)发射的光福射(电磁波)来加热待处理的对象 的器件。GRTA器件是用于使用高溫气体进行热处理的器件。作为该气体，使用通过热处理不 与对象反应的惰性气体(例如氮)或稀有气体(例如氣）。
[0120] 例如，作为第一热处理，可如下进行GRTA过程。衬底放入加热到650°C到700°C的高 溫的惰性气体中，加热几分钟，并且从惰性气体取出。GRTA过程使能短时间的高溫热处理。 此外，由于短时间进行第一热处理，所W即使在超过衬底的应变点的溫度条件下，也可W使 用具有低的耐热性的衬底，例如玻璃衬底。
[0121] 注意优选在包含氮或稀有气体(例如，氮、氛、或氣)作为其主成分并且不包含氨、 水等的气氛中进行第一热处理。例如，引进到热处理器件的氮或稀有气体(例如氮、氛、或 氣）的纯度大于或等于6N(99.9999 % )，优选大于或等于7N(99.99999 % )(即，杂质浓度小于 或等于Ippm，优选小于或等于0.1 ppm)。
[0122] 在一些情况下，依赖于第一热处理的条件或氧化物半导体层的材料，氧化物半导 体层可晶体化为包含晶体成分的半导体层。另外，依赖于第一热处理的条件或氧化物半导 体层的材料，氧化物半导体层可W是不包含晶体成分的非晶氧化物半导体层。
[0123] 此外，通过在氧化物半导体层的非晶表面之上提供晶体层可W改变氧化物半导体 层的电特性。例如，通过提供具有电各向异性的晶体层(其中晶粒对准），可W改变氧化物半 导体层的电特性。
[0124] 可W对仍未被处理成岛状氧化物半导体层140的氧化物半导体层进行用于氧化物 半导体层140的第一热处理。在那种情况下，在第一热处理之后，从加热器件中取出衬底并 且进行光刻步骤。
[0125] 注意由于其对氧化物半导体层140的脱氨(脱水)效果，上述的热处理可W被称作 脱氨处理(脱水处理)等。运样的处理可W进行于任何时刻中，例如在形成氧化物半导体层 之后，在氧化物半导体层140之上形成绝缘层(栅极绝缘层等）之后，或在形成栅电极之后。 运样的处理可W进行一次或多次。
[0126] 此外，在通过控制与氧化物半导体层的形成相关的气氛等的方法来获取其中充分 地减小氨的氧化物半导体层的情况下，可忽略第一热处理。
[0127] 注意在W上步骤之后，可W使用气体(例如化0、化、或Ar)进行等离子体处理。等离 子体处理可W移除水等(其附着到氧化物半导体层的暴露表面）。此外，可W使用包含氧的 气体(例如氧和氣的混合气体等)进行等离子体处理。W此方式，向氧化物半导体层供应氧 并且可W减小由氧缺乏导致的能隙中的缺陷水平。
[0128] 接着，在源电极或漏电极142a、源电极或漏电极14化、氧化物半导体层140等之上 形成绝缘层144,并且在形成栅电极的部分区域和形成电容器的电极的部分区域中形成开 口。然后，形成栅极绝缘层146来覆盖包含运些开口的区域。此后，形成栅电极148a和电极 148b(参照图5D)。通过例如使用掩模的蚀刻等方法可W形成绝缘层144中的开口。可WW此 方式形成栅电极148a和电极148bW使导电层形成为覆盖栅极绝缘层146然后被选择性地蚀 刻。
[0129] 通过CV的去、瓣射法等可W形成绝缘层144和栅极绝缘层146。此外，绝缘层144和栅 极绝缘层146优选形成为包含氧化娃、氮化娃、氧氮化娃、氧化侣、氧化给、氧化粗等。绝缘层 144和栅极绝缘层146可具有单层结构或叠层结构。对绝缘层144和栅极绝缘层146的厚度没 有特别的限制，但他们中的每个可W例如形成为大于或等于lOnm并且小于或等于500nm的 厚度。注意提供绝缘层144来减小当电极彼此重叠等时产生的电容。例如，当形成绝缘层144 时，可W减小由源电极或漏电极142a等与栅电极148a产生的电容。
[0130] 优选通过杂质（例如氨或水)不容易进入绝缘层144和栅极绝缘层146的方法来形 成绝缘层144和栅极绝缘层146。运是因为当绝缘层144和栅极绝缘层146包含氨时，可发生 到氧化物半导体层的氨的侵入，从氧化物半导体层的氧的取出等。
[0131] 例如，在由瓣射法形成绝缘层144和栅极绝缘层146的情况下，使用其中杂质(例如 氨、水、氨氧基、或氨化物)的浓度减小到近似Ippm(优选近似1 Oppb )的高纯度的气体作为瓣 射气体。此外，优选移除处理室中的剩余水分。
[0132] 注意如本实施例中描述的通过杂质的移除其变成本征的氧化物半导体(高度纯化 氧化物半导体)非常易受界面水平和界面电荷的影响；因此，当运样的氧化物半导体用于氧 化物半导体层时，与栅极绝缘层的界面是重要的。因此，与高度纯化的氧化物半导体接触的 栅极绝缘层146需要高质量。
[0133] 例如，优选由使用微波(频率为2.45GHz )的高密度等离子体CV的去形成的栅极绝缘 层146可W是致密的并且具有高承受电压和高质量。运是因为当高度纯化的氧化物半导体 与高质量的栅极绝缘膜紧密接触时，可W减小界面态并且界面性质可W是良好的。
[0134] 不必说，即使当使用高度纯化的氧化物半导体层时，只要高质量的绝缘层可W形 成为栅极绝缘层，就可W采用另一方法，例如瓣射法或等离子体CV的去。此外，能使用利用绝 缘层的形成之后进行的热处理来改善质量和界面特性的绝缘层。在任何情况下，可形成具 有好的膜质量的栅极绝缘层146,其中可W减小栅极绝缘层146和氧化物半导体层的界面态 密度。
[0135] 在本实施例中，由瓣射法形成包含氧化娃的绝缘层(其作为绝缘层144和栅极绝缘 层146起作用）。
[0136] 在形成绝缘层144或栅极绝缘层146之后，优选在惰性气体气氛或氧气氛中（优选 W高于或等于200°C并且低于或等于400°C的溫度，例如，高于或等于250°C并且低于或等于 350°C)进行第二热处理。例如，在氮气氛中W250°C进行一个小时的第二热处理。第二热处 理可W减小晶体管的电特性中的变化。另外，通过第二热处理，可W从包含氧的绝缘层向氧 化物半导体供应氧并且可W减小由氧缺乏导致的能隙中的缺陷水平。不限于W上气氛，热 处理的气氛可W是空气气氛等。然而，在此情况下，优选采用在其中移除氨、水等的气氛W 便氨不混合到氧化物半导体层。此外，第二热处理不是必需步骤，因此可忽略。
[0137] 由PVD法瓣射法为代表)或CVD法（例如等离子体CVD法)可W形成作为栅电极 148a和电极148b的导电层。细节类似于源电极或漏电极142a等的那些;从而可W参照其描 述。
[0138] 干蚀刻或湿蚀刻可W用作用于形成绝缘层144中的开口的蚀刻或用于形成栅电极 148a等的蚀刻。不必说可W组合使用干蚀刻和湿蚀刻。依赖于材料可W合适地设置蚀刻条 件(例如，蚀刻气体或蚀刻溶液、蚀刻时间、W及溫度）W便可W获取所希望的形状。
[0139] 接着，形成保护绝缘层150和层间绝缘层152(参照图祀）。
[0140] 可W由PV的去、CV的去等形成保护绝缘层150和层间绝缘层152。可W使用无机绝缘 材料(例如氧化娃、氮氧化娃、氮化娃、氧化给、氧化侣、或氧化粗)形成保护绝缘层150和层 间绝缘层152。
[0141] 注意由于保护绝缘层150放置得相对接近氧化物半导体层140,所W优选通过不容 易混合杂质(例如氨和水)的方法(例如瓣射法)来形成保护绝缘层150。
[0142] 另外，层间绝缘层152优选形成为具有平面化的表面。运是因为当层间绝缘层152 形成为具有平坦的表面时，可W在层间绝缘层152之上令人满意地形成电极、布线等。
[0143] 注意保护绝缘层150或层间绝缘层152不是必需部件并且可合适地忽略。
[0144] 如上所述，完成电容器164和包含氧化物半导体的晶体管162(参照图祀）。
[0145] 由W上方法制造的包含氧化物半导体的晶体管162中的截止电流极其小。例如，氧 化物半导体（其是足够的本征α型））的载流子密度是例如小于IX l〇i2/cm3,或优选小于 1.45Xl〇iVcm3,并且例如在漏极电压Vd为+1V或+10V并且栅极电压Vg处于从-5V到-20V的范 围的情况下，晶体管的截止电流小于或等于IX 10-13Α。因此，可W充分地确保半导体装置的 数据保留期。此外，在使用充分地本征的氧化物半导体的情况下，室溫下的漏电流可W减小 到近似1 X 1〇-^Α(10ζΑ(ζ邱toampere))到1 X 1〇-ι9Α(100ζΑ)。换句话说，漏电流可W大体上 为0。使用运样的氧化物半导体，可W提供其中充分地确保数据保留期的半导体装置。
[0146] 也提供电容器164,其便于给予晶体管160的栅电极的电荷的保留W及已存储内容 的读取。特别地，通过在本实施例中描述的方法可W不增加步骤而形成电容器164,其考虑 到成本削减是有利地。
[0147] 注意在本实施例中描述具有包含除氧化物半导体W外的材料的晶体管和包含氧 化物半导体的晶体管的叠层(两层)结构的半导体装置。然而，用于所公开的发明的结构不 限于叠层结构。可采用单层结构或Ξ层或更多的叠层结构。
[0148] 此外，依赖于半导体集成电路所需的功能，可W合适地改变电极(布线）、绝缘层、 半导体层等的位置或连接关系;例如布线宽度、沟道宽度、沟道长度等参数;或其他条件。例 如，在具有单层结构的半导体装置的情况下的电极结构、布线等较大地不同于在具有叠层 结构的半导体装置的情况下的那些。
[0149] 在本实施例中描述的结构、方法等可W合适地与在其他实施例中描述的任何结 构、方法等组合。
[0150] [实施例2] 在本实施例中，参照图6Α和图6BW及图7Α到图7Ε描述不同于W上实施例中描述的半导 体装置W及用于制造半导体装置的方法。注意在本实施例中的半导体装置的结构和制造过 程与实施例1中的那些具有很多相同之处。因此，在下文描述中，忽略相同部分的重复描述， 并且详细地描述不同点。
[0151] <半导体装置的平面结构和截面结构> 图6Α和图6Β图示半导体装置的结构的例子。图6Α和图6Β分别图示半导体装置的截面及 其平面图。此处，图6A对应于沿图6B的线A3-A4和B3-B4取的截面。在图6A和图6B所图示的半 导体装置中，W与图1A和图1B类似的方式，包含除氧化物半导体W外的材料的晶体管160包 含于下部分中，并且包含氧化物半导体的晶体管162和电容器164包含于上部分中。由于在 本实施例中描述的半导体装置不配备绝缘层144,所W与图1A所图示的半导体装置比较，简 化了制造过程并且减小了制造成本。注意为了减小由于栅电极148a等引起的电容，可提供 绝缘层144。
[0152] 图6A中所图示的晶体管162包含在绝缘层138之上提供的氧化物半导体层140;电 连接到