0069] 虽然为了实现半导体装置的高密度化（高集成化）就必须使晶体管微型化，但是 晶体管的微型化导致晶体管的电特性劣化是众所周知的。例如，已知在使用硅的晶体管中， 如缩短沟道长度，则发生亚阈值摆幅（S值）增大、阈值电压向负方向变动等的短沟道效应。
[0070] 然而，由于使用氧化物半导体的晶体管是以电子为多数载流子的积累型晶体管， 所以与硅晶体管等反转型晶体管相比不容易发生作为短沟道效应的DIBL(Drain-Induced Barrier Lowering:漏极感应势皇降低）。因此也可以说使用氧化物半导体的晶体管具有 对短沟道效应的抗性，由此适合微型化。
[0071] 另外，从氧化物半导体层208下侧的第一栅电极层202及氧化物半导体层208上 侧的第二栅电极层216对氧化物半导体层208施加垂直方向的电场。通过采用这样的结构， 可以对沟道形成区从垂直方向及水平方向的双方施加电场，由此可以更加良好地控制晶体 管250的阈值电压。另外，还可以减小晶体管250的S值。第一栅电极层202及第二栅电 极层216的电位例如可以相同。但是，第一栅电极层202及第二栅电极层216的电位不局 限于此。
[0072] 另外，若将晶体管250的沟道宽度扩得太大，则难以从沟道形成区的侧面方向施 加第二栅电极层216的电场，从而阈值电压的控制性降低。为了从第二栅电极层216对氧 化物半导体层208的侧面方向充分地施加电场，优选将氧化物半导体层208膜厚度设定为 沟道宽度以上。
[0073] -般而言，若缩小晶体管的沟道宽度，则有通态电流下降的可能性。为了提高通态 电流，可以使用已知方法将活性层厚膜化以在活性层侧面也形成沟道，但是沟道形成区的 表面积增大会使沟道形成区与栅极绝缘层的界面的载流子的散射增加，从而难以期待通态 电流的充分的提尚。
[0074] 然而，在本实施方式的晶体管250中，通过以包围形成沟道的氧化物半导体层208 的方式设置包含含有过剩的氧的氧化铝膜的绝缘层206、212,可以对氧化物半导体层208 供应氧化铝膜所包含的过剩的氧，并且抑制氧从氧化物半导体层208脱离以及氢等杂质混 入氧化物半导体层208。对氧化物半导体层208来说氧空位及氢是载流子的生成要因，通过 设置包含过剩的氧的氧化铝膜，可以抑制在形成沟道的氧化物半导体层208的界面发生载 流子的散射。
[0075] 因此，即使缩小沟道宽度，通过使氧化物半导体层208的膜厚度变厚而使与第二 栅电极层216重叠的表面积增加，也能够充分地提高通态电流。
[0076] 另外，氧化物半导体层中的氢的一部分被氧空位俘获而使氧化物半导体层成为η 型，费米能级（Ef)靠近导带底（Ec)。因此，含有大量氢的氧化物半导体层虽有电特性变动 的可能性，但却可以实现晶体管的场效应迀移率的提高。另一方面，若使氧化物半导体层 208成为本征或实质上本征，氧化物半导体层208的费米能量与带隙中心（氧化物半导体层 的能隙的中间）则一致，或接近。此时，由于氧化物半导体层208所包含的载流子数减少， 所以场效应迀移率有可能降低。
[0077] 然而，在晶体管250中，除了垂直方向的栅极电场，对氧化物半导体层208还从水 平方向施加栅极电场。也就是说，对氧化物半导体层208全方面地施加栅极电场，所以电流 流过整个氧化物半导体层208。由此，在因高纯度本征化而抑制电特性变动的同时，可以提 高晶体管250的场效应迀移率。
[0078] 另外，若减小晶体管的沟道长度及沟道宽度，利用抗蚀剂掩模加工的布线以及半 导体层等则有时具有弧形端部（呈曲线状的端部）。当以覆盖被厚膜化的氧化物半导体层 的方式形成薄膜的绝缘层（例如，栅极绝缘层）时，有时会引起覆盖率的下降所导致的形状 不良而得不到稳定的电特性，但是通过使氧化物半导体层208具有弧形端部，可以提高绝 缘层214对氧化物半导体层208的覆盖率，所以是优选的。
[0079] 作为本实施方式的晶体管的另一个结构例子，图2A至图2C示出晶体管260的结 构例子。图2A是晶体管260的俯视图，图2B是沿着图2A中的V2-W2的截面图，图2C是沿 着图2A中的X2-Y2的截面图。
[0080] 图2A至图2C所示的晶体管260包括：衬底200上的绝缘层205 ;被埋入绝缘层 205中且露出顶面的第一栅电极层202 ;以与没有被绝缘层205覆盖的第一栅电极层202的 露出的顶面接触的方式设置在绝缘层205上的绝缘层206 ;隔着绝缘层205及绝缘层206与 第一栅电极层202重叠的氧化物半导体层208 ;与氧化物半导体层208电连接的源电极层 210a及漏电极层210b ;位于源电极层210a及漏电极层210b上且与氧化物半导体层208重 叠的绝缘层214 ;隔着绝缘层214与氧化物半导体层208重叠的第二栅电极层216 ;以及以 覆盖源电极层210a、漏电极层210b及第二栅电极层216的方式设置在绝缘层206上的绝缘 层 212。
[0081] 在晶体管260中，设置在第一栅电极层202与氧化物半导体层208之间的绝缘层 206用作第一栅极绝缘层。另外，设置在第二栅电极层216与氧化物半导体层208之间的绝 缘层214用作第二栅极绝缘层。另外，以覆盖源电极层210a、漏电极层210b及第二栅电极 层216的方式设置在氧化物半导体层208上侧的绝缘层212用作保护绝缘层。
[0082] 图2A至图2C所示的晶体管260与图1A至图1C的晶体管250的不同之处在于第 一栅电极层202的结构。也就是说，在晶体管250中，以覆盖形成在衬底上的第一栅电极层 202的方式形成有绝缘层206。另一方面，在晶体管260中，第一栅电极层202被埋入绝缘 层205中且露出其顶面，并且在该露出的顶面与用作第一栅极绝缘层的绝缘层206接触。
[0083] 在晶体管260中，其他构成要素与晶体管250相同。
[0084] 以下，参照图3A至图4C说明晶体管260的制造方法的一个例子。
[0085] 在具有绝缘表面的衬底200上形成第一栅电极层202 (包括与其形成在同一层的 布线），在第一栅电极层202上形成绝缘膜205a (参照图3A)。
[0086] 对可以用作具有绝缘表面的衬底200的衬底没有特别的限制，但是衬底200需 要至少具有能够承受后面进行的加热处理工序的程度的耐热性。例如，可以使用玻璃衬 底如硼硅酸钡玻璃和硼硅酸铝玻璃等、陶瓷衬底、石英衬底、蓝宝石衬底等。另外，也可以 应用硅或碳化硅等的单晶半导体衬底或多晶半导体衬底、硅锗等的化合物半导体衬底、 SOI (Silicon On Insulator:绝缘体上娃）衬底等，还可以将设置有半导体元件的衬底用作 衬底200。
[0087]另外，作为衬底200也可以使用柔性衬底来制造半导体装置。在制造具有柔性 的半导体装置时，既可以在柔性衬底上直接制造晶体管260,也可以在衬底上制造晶体管 260,然后从该衬底将其剥离并转置到柔性衬底上。另外，为了从制造衬底剥离晶体管260 并转置到柔性衬底上，在制造衬底与晶体管260之间设置剥离层即可。
[0088] 第一栅电极层202的材料可以使用包含选自钼、钛、钽、钨、铝、铜、铬、钕、钪中的 元素的金属膜或以上述元素为成分的金属氮化物膜（氮化钛膜、氮化钼膜、氮化钨膜）等。 此外，作为第一栅电极层202,可以使用以掺杂有磷等杂质元素的多晶硅膜为代表的半导体 膜、镍硅化物膜等硅化物膜。或者，也可以应用铟锡氧化物、包含氧化钨的铟氧化物、包含氧 化钨的铟锌氧化物、包含氧化钛的铟氧化物、包含氧化钛的铟锡氧化物、铟锌氧化物以及添 加有氧化硅的铟锡氧化物等导电材料。另外，也可以采用上述导电材料和上述金属材料的 叠层结构。
[0089] 另外，第一栅电极层202可以采用单层结构或叠层结构。此外，作为与绝缘膜205a 接触的第一栅电极层202中之一层可以使用包含氮的金属氧化物，具体地说，可以使用包 含氮的In-Ga-Ζη-Ο膜、包含氮的In-Sn-Ο膜、包含氮的In-Ga-Ο膜、包含氮的Ιη-Ζη-0膜、 包含氮的Sn-Ο膜、包含氮的In-Ο膜或金属氮化膜（InN、SnN等）。这些膜具有5eV(电子伏 特）以上，优选为5. 5eV(电子伏特）以上的功函数。当将这些膜用作栅电极层时，可以使 晶体管的阈值电压向正方向变动，而能够实现所谓的常关闭（normally-off)的开关元件。
[0090] 可以利用等离子体CVD法或溅射法等来形成第一栅电极层202。
[0091] 作为绝缘膜205a，可以使用氧化硅膜、氧氮化硅膜或氮氧化硅膜等以单层结构或 叠层结构形成。另外，绝缘膜205a的厚度优选至少为第一栅电极层202的厚度以上。
[0092] 接着，对绝缘膜205a进行回蚀刻处理或CMP (化学机械抛光）处理来使第一栅电 极层202的一部分露出来。另外，也可以组合CMP处理和回蚀刻处理来使用。通过该回蚀 刻处理或CMP处理，第一栅电极层202上的绝缘膜205a被去除，并形成将第一栅电极层202 埋入于其内的绝缘层205。
[0093] 接着，以在绝缘层205上并与其接触的方式形成绝缘层206 (参照图3B)。
[0094] 绝缘层206至少包含含有过剩的氧的氧化铝膜。另外，也可以采用氧化铝膜与氧 化硅膜、氧化镓膜、氧化铝膜、氮化硅膜、氧氮化硅膜、氧氮化铝膜或氮氧化硅膜的叠层结 构。另外，当采用叠层结构时，除了氧化铝膜以外的所包含的绝缘膜也可以含有过剩的氧。
[0095] 例如，也可以通过从近于第一栅电极层202 -侧依次层叠含有过剩的氧的氧化铝 膜及含有过剩的氧的氧化硅膜，使绝缘层206成为叠层结构。此时，隔着氧化硅膜与氧化物 半导体层相对的氧化铝膜可以抑制氧化硅膜所包含的过剩的氧向外扩散，与此同时，有效 地对后面形成的氧化物半导体层208供应氧。
[0096] 另外，优选通过使用氧化铝靶材的溅射法来形成绝缘层206所包含的氧化铝膜。 或者，也可以通过使用铝靶材的反应性溅射法来形成氧化铝膜。通过在含有氧的气氛中形 成氧化铝膜，可以使成膜后的氧化铝膜包含过剩的氧。优选将成膜气体中的氧的比例设定 为30vol. %以上。另外，除了氧以外还可以含有稀有气体（例如氩）。
[0097] 或者，也可以在形成绝缘层206所包含的氧化铝膜时，使用以0. 1 %至30 %的比例 包含氧化硅的氧化铝靶材形成含有氧化硅的氧化铝膜。由于氧化硅的氧透过率比氧化铝 高，所以含有氧化硅的氧化铝膜所包含的过剩的氧则容易被释放。另外，通过将含有氧化 硅的氧化铝膜应用于晶体管，可以得到缓和应力的效果。另一方面，若氧化硅的含有率高， 对氧的阻挡性则会下降，所以氧化铝靶材所包含的氧化硅的比例优选为30%以下，例如为 5% 或 10%〇
[0098] 另外，通过提高绝缘层206的成膜时的衬底温度可以降低绝缘层206中的氢浓度， 所以是优选的。衬底温度例如为100°c以上且500°C以下，优选为150°C以上且450°C以下。
[0099] 接着，在绝缘层206上形成氧化物半导体膜，将其加工成岛状来形成氧化物半导 体层208 (参照图3C)。
[0100] 氧化物半导体膜既可以是单层结构，又可以是叠层结构。另外，既可以是非晶结构 又可以是结晶结构。
[0101] 作为氧化物半导体膜的成膜方法，可以适当地利用派射法、MBE(Molecular Beam Epitaxy:分子束外延）法、CVD法、脉冲激光沉积法、ALD (Atomic Layer Deposition:原子 层沉积）法等。
[0102] 在形成氧化物半导体膜时，优选尽可能地降低氧化物半导体中的氢浓度。为了降 低氢浓度，例如，在利用溅射法进行成膜时，作为供应到溅射装置的成膜室内的气氛气体适 当地使用：氢、水、羟基或者氢化物等杂质被去除的高纯度的稀有气体（典型的有氩）；氧； 或者稀有气体和氧的混合气体。
[0103] 另外，通过在去除残留在成膜室内的水分的同时导入去除了氢及水分的溅射气体 来进行成膜，可以降低所形成的氧化物半导体膜中的氢浓度。为了去除残留在成膜室内的 水分，优选使用捕集真空栗，例如，低温栗、离子栗、钛升华栗。此外，也可以使用具备冷阱的 涡轮分子栗。由于低温栗对如氢分子、水（H20)等包含氢原子的化合物（优选还包括包含 碳原子的化合物）等进行排出的能力较高，所以可以降低利用该低温栗进行过排气的成膜 室中形成的氧化物半导体膜所包含的杂质浓度。
[0104] 另外，在通过溅射法形成氧化物半导体膜的情况下，使用于成膜的金属氧化物靶 材的相对密度（填充率）为90 %以上且100 %以下，优选为95 %以上且99. 9 %以下。通过 使用相对密度高的金属氧化物靶材，可以形成致密的氧化物半导体膜。
[0105] 另外，为了降低包含在氧化物半导体膜中的杂质的浓度，在将衬底200保持为高 温的状态下形成氧化物半导体膜也是有效的。将加热衬底200的温度设定为150°C以上且 450°C以下，优选将衬底温度设定为200°C以上且350°C以下即可。另外，通过在进行成膜时 以高温加热衬底，可以形成结晶氧化物半导体膜。
[0106] 用于氧化物半导体膜的氧化物半导体至少包含铟（In)。尤其是优选包含铟（In) 及锌（Zn)。另外，除了上述元素以外，优选还具有镓（Ga)作为稳定剂（stabilizer)，该稳 定剂用来减小使用上述氧化物半导体的晶体管的电特性偏差。另外，作为稳定剂，优选具有 选自锡（Sn)、铪（Hf)、铝（A1)和锆（Zr)中的一种或多种。
[0107] 另外，作为其他稳定剂，也可以包含镧系元素的镧（La)、铈（Ce)、镨（Pr)、钕（Nd)、 钐（Sm)、铕（Eu)、钆（Gd)、铽（Tb)、镝（Dy)、钬（Ho)、铒（Er)、铥（Tm)、镱（Yb)和镥（Lu)中 的一种或多种。
[0108] 例如，作为氧化物半导体可以使用氧化铟；氧化锡；氧化锌；二元金属氧化物如 In-Zn类氧化物、In-Mg类氧化物、In-Ga类氧化物；三元金属氧化物如In-Ga-Zn类氧化物 (也称为IGZ0)、In-Al-Zn类氧化物、In-Sn-Zn类氧化物、In-Hf-Zn类氧化物、In-La-Zn类 氧化物、In-Ce-Zn类氧化物、In-Pr-Zn类氧化物、In-Nd-Zn类氧化物、In-Sm-Zn类氧化物、 In-Eu-Zn类氧化物、In-Gd-Zn类氧化物、In-Tb-Zn类氧化物、In-Dy-Zn类氧化物、In-H〇-Zn 类氧化物、In-Er-Zn类氧化物、In-Tm-Zn类氧化物、In-Yb-Zn类氧化物、In-Lu-Zn类氧化 物；以及四元金属氧化物如In-Sn-Ga-Zn类氧化物、In-Hf-Ga-Zn类氧化物、In-Al-Ga-Zn类 氧化物、In-Sn-Al-Zn类氧化物、In-Sn-Hf-Zn类氧化物、In-Hf-Al-Zn类氧化物。
[0109] 例如In-Ga-Zn类氧化物是指作为主要成分具有In、Ga和Zn的氧化物，对In、Ga、 Zn的组成比没有限制。此外，也可以包含In、Ga、Zn以外的金属元素。
[0110] 使用含有铟的氧化物半导体的晶体管不局限于此，可以根据所需要的晶体管的电 特性（场效应迀移率、阈值电压等）而使用适当的组成的材料。另外，优选采用适当的载流 子密度、杂质浓度、缺陷密度、金属元素及氧的原子比、原子间距离以及密度等，以得到所需 要的电特性。
[0111] 在形成氧化物半导体膜后，优选进行加热处理。以250°c至650°C的温度，优选以 300°C至500°C的温度，并在惰性气体气氛、包含lOppm以上的氧化性气体的气氛或减压气 氛下进行加热处理，即可。此外，也可以在惰性气体气氛中进行加热处理之后，在包含lOppm 以上的氧化性气体的气氛中进行加热处理以便填补所释放的氧。通过在此进行加热处理， 可以从氧化物半导体膜去除氢或水等杂质。另外，也可以在将氧化物半导体膜加工成岛状 的氧化物半导体层208后进行该加热处理。
[0112] 接着，在绝缘层206及岛状的氧化物半导体层208上形成导电膜，并对该导电膜进 行加工来形成源电极层210a及漏电极层210b(包括与它们形成在同一层中的布线）（参照 图 4A)。
[0113] 源电极层210a及漏电极层210b可以使用与第一栅电极层202同样的材料以单层 结构或叠层结构形成。
[0114] 另外，虽然未图示，但是源电极层210a及漏电极层210b的端部也可以具有设置有 多个台阶的台阶形状。该端部可以通过多次交替进行利用灰化使抗蚀剂掩模缩小的工序及 蚀刻工序来形成。源电极层210a及漏电极层210b的厚度越大，越优选增加该台阶数。通 过使源电极层210a及漏电极层210b成为上述那样的设置有多个台阶的形状，形成在其上 方的绝缘层212的覆盖率得到提高，从而可以提高晶体管的电特性及长期可靠性。
[0115] 注意，在将导电膜加工为源电极层210a及漏电极层210b时，有时因对导电膜的过 蚀刻而氧化物半导体层208的一部分（不被源电极层210a及漏电极层210b覆盖的区域） 被蚀刻，从而使其膜厚度减少。
[0116] 接着，以覆盖源电极层210a及漏电极层210b的方式在绝缘层206上形成绝缘膜 214a(参照图4B)。
[0117] 可以使用与绝缘膜205a同样的材料及制造方法来形成绝缘膜214a。
[0118] 接着，在绝缘膜214a上形成导电膜，并对该导电膜进行加工来形成第二栅电极层 216(包括与其形成在同一层中的布线）。然后，以第二栅电极层216作为掩模对绝缘膜214a 进行加工来形成绝缘层214。当以第二栅电极层216作为掩模而自对准地对绝缘层214进 行加工时，不需要增加掩模