)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)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 过热处理不与待处理的对象反应的惰性气体(例如氮)或稀有气体(例如氣）。
[0203] 例如，作为第一热处理，可如下进行GRTA过程。衬底放入已加热的惰性气体气氛， 加热几分钟，并且从惰性气体气氛取出。GRTA过程使能短时间的高溫热处理。此外，由于其 是短时间的热处理，所W即使当溫度超过衬底的溫度上限时，也可W采用GRTA过程。注意在 过程期间，惰性气体可改变成包含氧的气体。运是因为通过在包含氧的气氛中进行第一热 处理可W减小由氧缺乏导致的能隙中的缺陷水平。
[0204] 注意作为惰性气体气氛，优选采用包含氮或稀有气体(例如，氮、氛、或氣)作为其 主成分并且不包含氨、水等的气氛。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)。
[0205] 在任何情况下，当通过第一热处理减小杂质来形成i型或大体上i型的氧化物半导 体层206a时，可W实现具有优异特性的晶体管。
[0206] 注意还可W对尚未处理成岛状氧化物半导体层206a的氧化物半导体层206进行第 一热处理。在那种情况下，在第一热处理之后，从加热器件取出底部衬底200并且进行光刻 步骤。
[0207] 其具有移除氨或水的效果的第一热处理，还可W被称作脱水处理、脱氨处理等。例 如，可W在形成氧化物半导体层之后、或在氧化物半导体层206a之上层叠源电极或漏电极 之后，进行脱水处理或脱氨处理。运样的脱水处理或脱氨处理可进行一次或多次。
[0208] 接着，导电层形成为与氧化物半导体层206a接触。然后，通过选择性地蚀刻导电层 来形成源电极或漏电极208a和源电极或漏电极208b(参照图IIB)。运一步骤类似于形成W 上实施例中描述的源电极或漏电极142a等的步骤。对于该步骤的细节，可W参照W上实施 例。
[0209] 接着，形成与部分氧化物半导体层206a接触的栅极绝缘层212(参照图11C)。对于 栅极绝缘层212的细节，可W参照W上实施例中的绝缘层138的描述。
[0210] 在形成栅极绝缘层212之后，优选惰性气体气氛或氧气氛中进行第二热处理。在高 于或等于200°C并且低于或等于450°C，优选高于或等于250°C并且低于或等于350°C的溫度 进行热处理。例如，可在氮气氛中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。在栅极绝缘层212包含氧的情况下，通过向氧化物半导体层 206a供应氧来弥补氧化物半导体层206a的氧缺乏，还可W形成i型(本征)或大体上i型的氧 化物半导体层。
[0211] 注意尽管在本实施例中，在形成栅极绝缘层212之后进行第二热处理，但是第二热 处理的时机不限于此。
[0212] 接着，在与氧化物半导体层206a重叠的区域中在栅极绝缘层212之上形成栅电极 214(参照图11D)。通过在栅极绝缘层212之上形成导电层然后选择性地构图导电层可W形 成栅电极214。对于栅电极214的细节，可W参照W上实施例中的栅电极148a的描述。
[0213] 接着，在栅极绝缘层212和栅电极214之上形成层间绝缘层216和层间绝缘层218 (参照图11E)。用PVD法、CVD法等可W形成层间绝缘层216和层间绝缘层218。使用包含无机 绝缘材料的材料(例如氧化娃、氧氮化娃、氮化娃、氧化给、氧化侣、或氧化粗)可W形成层间 绝缘层216和层间绝缘层218。注意尽管在本实施例中使用层间绝缘层216和层间绝缘层218 的层叠结构，本文所公开的发明的实施例不限于此。还可W使用单层结构或包含Ξ个或者 更多层的层叠结构。
[0214] 注意优选层间绝缘层218形成为具有平面化表面。运是因为当层间绝缘层218形成 为具有平面化表面时，在层间绝缘层218之上可W令人满意地形成电极、布线等。
[0215] 通过W上步骤，完成包含高度纯化的氧化物半导体层206a的晶体管250(参照图 11E)。
[0216] 图11E所图示的晶体管250包含下列：在底部衬底200之上提供的氧化物半导体层 206a(在其间插入有绝缘层202);电连接到氧化物半导体层206a的源电极或漏电极208a和 源电极或漏电极208b;覆盖氧化物半导体层206a、源电极或漏电极208aW及源电极或漏电 极208b的栅极绝缘层212;在栅极绝缘层212之上的栅电极214;在栅极绝缘层212和栅电极 214之上的层间绝缘层216; W及在层间绝缘层216之上的层间绝缘层218。
[0217] 在本实施例中描述的晶体管250中，氧化物半导体层206a是高度纯化的。因此，氧 化物半导体层206a中的氨浓度小于或等于5X10"atoms/cm3,优选小于或等于5X l〇i8atoms/cm3,或更优选地小于或等于5 X l〇i7atoms/cm3。此外，与典型的娃晶圆的载流子 密度(近似IX l〇M/cm3)比较，氧化物半导体层206a的载流子密度充分地低（例如，小于IX l〇i2/cmM尤选小于1.45Xl〇iVcm3)。其结果是，可W获取充分低的截止电流。例如，在沟道 长度为10皿，氧化物半导体层的厚度为30nm，并且漏极电压处于从近似IV到10V的范围的情 况下，截止电流（当栅极-源极电压小于或等于0V时的漏极电流）小于或等于IX 10-13Α。此 夕h室溫下的截止电流密度(通过由截止电流除W晶体管的沟道宽度所获取的值)近似为1 X 10-2°A/皿（lOzA/皿）到 1 X l〇-"A/皿（lOOzA/皿）。
[0218] 注意除截止电流或截止电流密度W外，还可W使用截止电阻（当晶体管关闭时的 电阻值)或截止电阻率（当晶体管关闭时的电阻率)来表示W上晶体管的特性。此处，使用截 止电流和漏极电压由欧姆定律获取截止电阻R。此外，使用沟道形成区域的截面面积A和沟 道长度L，由P=RA/L的公式获取截止电阻率P。具体地，在W上情况下，截止电阻率大于或等 于1Χ109Ω .m(或大于或等于ΙΧΙΟ^Ω .m)。注意使用氧化物半导体层的厚度和沟道宽度 W，由A=抓的公式表示截面面积A。
[0219] 使用氧化物半导体层206a(其W此方式被高度纯化成本征氧化物半导体层），可W 充分地减小晶体管的截止电流。
[0220] 注意，尽管在本实施例中，使用晶体管250代替W上实施例中示出的晶体管162,但 是本文所公开的发明不需要解释为限制于那种情况。例如，当充分地增加氧化物半导体的 电特性时，氧化物半导体可W用于包含集成电路中所包含的晶体管的所有晶体管。在运样 的情况下，不必要采用W上实施例中示出的叠层结构。注意为了实现良好的电路操作，氧化 物半导体的场效应迁移率μ优选为μ> 1 OOcmVV · S。此外，可W使用例如衬底(例如玻璃衬 底)来形成半导体装置。
[0221] 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。
[0222] [实施例6] 接着，参照图12A到图12E描述包含氧化物半导体的晶体管(其可W用作W上实施例(例 如实施例1)中的晶体管162等）的制造方法的另一例子。在本实施例中，对W下情况作出详 细描述，即：作为氧化物半导体层，使用具有晶体化区域的第一氧化物半导体层W及由从第 一氧化物半导体层的晶体化区域的晶体生长而获取的第二氧化物半导体层。尽管使用顶栅 晶体管作为下文描述中的例子，但是晶体管的结构不限于此。
[0223] 首先，绝缘层302形成于下层衬底300之上。接着，第一氧化物半导体层形成于绝缘 层302之上，然后经受第一热处理W便至少包含第一氧化物半导体层的表面的区域晶体化， 由此形成第一氧化物半导体层304(参照图12A)。
[0224] 例如，下层衬底300可W是W上实施例（图1A和图1B，图6A和图6B等）中的半导体装 置的层间绝缘层128之下的结构体。对于其细节，可W参照W上实施例。优选下层衬底300的 表面尽可能平坦。例如，表面上高度差可小于或等于5皿，或优选通过化学机械抛光法(CMP 法)等而小于或等于1皿。此外，表面粗糖度的均方根值(RMS)可小于或等于2皿，或优选小于 或等于0.4nm。
[0225] 绝缘层302作为基极起作用并且可类似于W上实施例中描述的绝缘层138、绝 缘层144等的方式形成。对于绝缘层302的细节，可W参照W上实施例。注意优选形成绝缘层 302W致尽可能少地包含氨或水。
[0226] 可类似于W上实施例中描述的氧化物半导体层206的方式形成第一氧化物半 导体层。对于第一氧化物半导体层及其制造方法的细节，可W参照W上实施例。注意在本实 施例中，通过第一热处理有意地晶体化第一氧化物半导体层；因此，优选使用容易引起晶体 化的氧化物半导体来形成第一氧化物半导体层。例如，可W给出化0等作为运样的氧化物半 导体。另外，由于包含高浓度的化的In-Ga-化-0基氧化物半导体容易晶体化，所W也优选使 用In-Ga-ai-0基氧化物半导体(其中金属元素（1]1、6曰、2]1)中2]1的比例大于或等于60%)。第 一氧化物半导体层的厚度优选大于或等于3nm并且小于或等于15nm，W及在本实施例中，例 如5nm。注意依赖于待使用的氧化物半导体材料、半导体装置的预期用途等，氧化物半导体 层的适当厚度不同；因此，可根据材料、预期用途等来确定厚度。
[0227] 在高于或等于550°C并且低于或等于850°C、优选高于或等于600°C并且低于或等 于750°C的溫度进行第一热处理。用于第一热处理的时间优选长于或等于1分钟并且短于或 等于24小时。依赖于氧化物半导体的种类等，热处理的溫度和时间不同。此外，优选在不包 含氨或水的气氛(例如从中充分移除水的氮、氧、或稀有气体(例如，氮、氛、或氣)的气氛）中 进行第一热处理。
[0228] 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）的热传导 或热福射加热待处理的对象的器件。例如，可W使用快速热退火(RTA)器件(例如气体快速 热退火(GRTA)器件或灯快速热退火(LRTA)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)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。对于该气体，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）。
[0229] 通过前述第一热处理，至少包含第一氧化物半导体层的表面的区域晶体化。W此 方式形成晶体化区域使晶体生长从第一氧化物半导体层的表面向着第一氧化物半导体层 的内部前进。注意在一些情况下，晶体化区域包含具有大于或等于2皿并且小于或等于10皿 的平均厚度的板状晶体。在一些情况下，晶体化区域也包含具有大体上平行于氧化物半导 体层的表面的a-b表面W及W大体上垂直于氧化物半导体层的表面的方向C轴对准的晶体。 此处，"大体上平行的方向"意味着平行方向± 10°内的方向，并且"大体上垂直的方向"意味 着垂直方向±10°内的方向。
[0230] 通过晶体化区域形成期间的第一热处理，优选移除第一氧化物半导体层中的氨 (包含水或氨氧基）。为了移除氨等，可W在氮、氧、或稀有气体(例如，氮、氛、或氣）的气氛 (其具有6N(99.9999%)或更多的纯度（即，杂质浓度小于或等于Ippm)，更优选地7N (99.99999%)或者更多的纯度（即，杂质浓度小于或等于O.lppm))中进行第一热处理。备选 地，可在包含具有2化pm或更少、优选Ippm或更少的出0的超干燥空气中进行第一热处理。
[0231] 此外，通过晶体化区域形成期间的第一热处理，优选向第一氧化物半导体层供应 氧。可W通过例如将用于热处理的气氛变成氧气氛，向第一氧化物半导体层供应氧。
[0232] 本实施例中的第一热处理如下:通过一个小时的W700°C在氮气氛下的热处理，从 氧化物半导体层移除氨等，然后气氛改变成氧气氛W便向第一氧化物半导体层的内部供应 氧。注意第一热处理的主要用途是形成晶体化区域；因此，可W单独地进行用于移除氨等的 处理W及用于供应氧的处理。例如，用于晶体化的热处理可W在用于移除氨等的处理W及 用于供应氧的处理之后进行。
[0233] 通过运样的第一热处理，形成晶体化区域，移除氨(包含水和氨氧基)等，并且可W 获取供应氧的第一氧化物半导体层。
[0234] 接着，第二氧化物半导体层305形成于至少在其表面上包含晶体化区域的第一氧 化物半导体层304之上(参照图12B)。
[0235] 可类似于W上实施例中示出的氧化物半导体层206的方式形成第二氧化物半 导体层305。用于第二氧化物半导体层305及其制造方法的细节，可W参照W上实施例。注意 第二氧化物半导体层305优选形成为比第一氧化物半导体层304厚。另外，第二氧化物半导 体层305优选形成为使第一氧化物半导体层304和第二氧化物半导体层305的总厚度大于或 等于3nm并且小于或等于50nm。注意依赖于待使用的氧化物半导体材料、半导体装置的预期 用途等，氧化物半导体层的适当厚度不同；因此，可根据材料、预期用途等来确定厚度。
[0236] 优选使用具有相同的主成分并且具有在晶体化之后的接近的晶格常数(晶格失配 小于或等于1%)的材料来形成第二氧化物半导体层305和第一氧化物半导体层304。运是因 为在第二氧化物半导体层305的晶体化中，在使用具有相同的主成分的材料的情况下，晶体 生长容易从第一氧化物半导体层304的晶体化区域前进。此外，具有相同的主成分的材料的 使用实现良好的界面物理性质或电特性。
[0237] 注意在通过晶体化获取所希望的膜质量的情况下，可W使用具有不同于第一氧化 物半导体层304的材料的主成分的材料来形成第二氧化物半导体层305。
[0238] 接着，对第二氧化物半导体层305进行第二热处理，由此晶体生长从第一氧化物半 导体层304的晶体化区域前进，并且形成第二氧化物半导体层306(参照图12C)。
[0239] W高于或等于550°C并且低于或等于850°C，优选高于或等于600°C并且低于或等 于750°C的溫度进行第二热处理。第二热处理的时间是1分钟到100小时（含），优选为5小时 到20小时(含），并且典型地为10小时。注意也优选在不包含氨或水的气氛中进行第二热处 理。
[0240] 热处理的气氛的细节和效果类似于第一热处理的那些。可W使用的热处理器件也 类似于第一热处理的器件。例如，在第二热处理中，当溫度上升时，炉子充满氮气氛，并且当 溫度下降时，炉子充满氧气氛，由此在氮气氛下可W移除氨等并且在氧气氛下供应氧。
[0241] 通过前述第二热处理，晶体生长可W从第一氧化物半导体层304的晶体化区域前 进到整个第二氧化物半导体层305, W便可W形成第二氧化物半导体层306。此外，能形成第 二氧化物半导体层306,从其中移除氨(包含水和氨氧基)等并且向其供应氧。此外，通过第 二热处理可W改善第一氧化物半导体层304的晶体化区域的定向。
[0242] 例如，在In-Ga-Zn-0基氧化物半导体材料用于第二氧化物半导体层306的情况下， 第二氧化物半导体层306可W包含由InGa化（ZnO)m(m是自然数)表示的晶体、由ImGasZn化 (In :Ga: Zn :0=2:2:1:7)表不的晶体等。通过第二热处理对准运样的晶体W便C轴在大体上 垂直于第二氧化物半导体层306a的表面的方向上。
[0243] 此处，前述晶体包含任何In、Ga、W及Zn，并且可W视为具有平行于a轴和b轴的层 的叠层结构。具体地，前述晶体具有包含In的层和不包含In的层(包含Ga或化的层)在C轴方 向层叠的结构。
[0244] 在In-Ga-Zn-0基氧化物半导体晶体中，在平面方向包含In的层，即，W平行于a轴 和b轴的方向的层具有良好的导电性。运是因为在In-Ga-Zn-0基氧化物半导体晶体中的导 电主要由In控制，并且In原子的5s轨道与邻近In原子的5s轨道重叠，W便形成载流子路径。
[0245] 另外，在第一氧化物半导体层304在与绝缘层302的界面上包含非晶区域的情况 下，通过第二热处理，在一些情况下，晶体生长从形成于第一氧化物半导体层304的表面的 晶体化区域向着第一氧化物半导体层的底部前进来晶体化非晶区域。注意在一些情况下， 非晶区域仍依赖于绝缘层302的材料、热处理条件等。
[0246] 在使用具有相同的主成分的氧化物半导体材料形成第一氧化物半导体层304和第 二氧化物半导体层305的情况下，在一些情况下，第一氧化物半导体层304和第二氧化物半 导体层306具有相同的晶体结构，如图12C中所图示的。因此，尽管由图12C中的虚线指示，但 是在一些情况下，无法辨别第一氧化物半导体层304和第二氧化物半导体层306之间的边界 W便第一氧化物半导体层304和第二氧化物半导体层306可W视为相同的层。
[0247] 接着，用例如使用掩模的蚀刻等方法来处理第一氧化物半导体层304和第二氧化 物半导体层306,由此形成岛状第一氧化物半导体层304a和岛状第二氧化物半导体层306a (参照图12D)。注意此处，在第二热处理之后进行成岛状氧化物半导体的处理;然而，在处理 成岛状氧化物半导体层之后可进行第二热处理。在此情况下，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。
[0248] 对于第一氧化物半导体层304和第二氧化物半导体层306的蚀刻方法，可采用干蚀 刻或湿蚀刻。不必说可W组合使用干蚀刻和湿蚀刻。依赖于材料合适地设置蚀刻条件（例 如，蚀刻气体或蚀刻剂、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。可类似于W上实施例中示出的氧化物半导体层的方式蚀刻第一氧化物半导体层 304和第二氧化物半导体层306。对于蚀刻的细节，可W参照W上实施例。
[0249] 氧化物半导体层的区域(其变成沟道形成区域），优选具有平面化表面。例如，在与 栅电极重叠的区域(沟道形成区域）中，第二氧化物半导体层306的表面优选具有Inm或更少 (更优选〇.2nm或更少）的峰到谷高度。
[0250] 接着，导电层形成为与第二氧化物半导体层306a接触。然后，通过选择性地蚀刻导 电层来形成源电极或漏电极308a和源电极或漏电极308b(参照图12D)。可类似于W上 实施例中示出的源电极或漏电极142a和源电极或漏电极142b的方式形成源电极或漏电极 308a和源电极或漏电极308b。对于源电极或漏电极308a和源电极或漏电极308b的细节，可 W参照W上实施例。
[0251] 在图12D所图示的步骤中，在一些情况下，使第一氧化物半导体层304a和第二氧化 物半导体层306a