07。这是因为通过增大金属氧化物膜407的厚度， 金属氧化物膜407可以高效地放出电荷的缘故。成膜时的衬底温度范围可在室温以上且 300°C以下的范围。可通过溅射法在稀有气体(典型为氩)气氛下、氧气氛下或者包含稀有气 体和氧的混合气氛下形成氧化镓膜。
[0084] 为了与氧化物半导体膜的成膜时类似地从金属氧化物膜407的成膜室中去除残 留水分，优选使用捕集真空栗(诸如低温栗)。当使用低温栗来对其中形成金属氧化物膜407 的成膜室进行排空时可以降低金属氧化物膜407的杂质浓度。此外，作为用来从金属氧化 物膜407的成膜室中去除残留水分的排空单元，也可以采用配备有冷阱的涡轮栗。
[0085] 作为当形成金属氧化物膜407时使用的溅射气体，优选使用从中去除了氢、水、羟 基或者氢化物等杂质的高纯度气体。
[0086] 金属氧化物膜407可至少覆盖氧化物半导体膜的沟道形成区域、源电极405a和漏 电极405b。如果有需要，可以选择性地去除金属氧化物膜407。注意，对于在本实施方式中 使用的氧化镓膜的蚀刻，可以采用已知的湿蚀刻或已知的干蚀亥I」。例如，进行使用氟酸溶液 或硝酸溶液的湿蚀刻。
[0087] 接着，通过金属氧化物膜407,将氧421引入到氧化物半导体膜441、金属氧化物膜 407以及氧化物半导体膜441和金属氧化物膜407的界面中的至少一个(参照图1C)。
[0088] 作为引入氧421的方法，可以采用离子注入法、离子掺杂法等。离子注入法中，使 源气体成为等离子体，提取该等离子体中包括的离子种，进行质量分离，使具有预定质量的 离子种加速，并且注入要作为离子束来被处理的对象中。在离子掺杂法中，使源气体成为等 离子体，通过预定电场的工作来从该等离子体中提取离子种并且在没有质量分离的情况下 使提取的离子种加速，并将提取的离子种注入要作为离子束来被处理的对象中。当使用涉 及质量分离的离子注入法引入氧时，可以防止诸如金属元素等的杂质与氧一起被添加在氧 化物半导体膜中。另外，离子掺杂法与离子注入法相比使离子束能够照射到更大面积，所以 当使用离子掺杂法添加氧时，可以缩短节拍时间（tacttime)。
[0089] 由于通过层叠在氧化物半导体膜441之上的金属氧化物膜407将氧引入氧化物半 导体膜441，所以可以控制氧的引入深度（引入区域)，因此，可以高效地将氧引入氧化物半 导体膜441中。通过适当地设定加速电压和剂量等引入条件或者使氧通过的金属氧化物膜 407的厚度，来控制氧的引入深度。
[0090] 接着，在金属氧化物膜407之上形成绝缘膜409 (参照图1D)。作为绝缘膜409,使 用无机绝缘膜，并且，可以使用：利用氧化硅膜、氧氮化硅膜、氧化铝膜以及氧氮化铝膜等氧 化物绝缘膜或者诸如氮化硅膜、氮氧化硅膜、氮化铝膜和氮氧化铝膜等氮化物绝缘膜的单 层或者叠层。例如，通过溅射法在金属氧化物膜407之上依次层叠氧化硅膜及氮化硅膜。
[0091] 注意，上述氧的引入处理可以在金属氧化物膜407之上形成绝缘膜409后进行。
[0092] 接着，在氧化物半导体膜441的一部分(沟道形成区域）和金属氧化物膜407接触 的同时对引入氧的氧化物半导体膜441进行热处理(参照图1E)。
[0093] 在250°C以上且650°C以下，优选为450°C以上且600°C以下，或者低于衬底的应变 点进行热处理。例如，将衬底放入作为一种热处理装置的电炉之后，在氮气氛下以450°C对 氧化物半导体膜进行一个小时的热处理。
[0094] 注意，热处理装置不局限于电炉，还可以使用利用从诸如电阻发热元件等的发热 元件的热传导或热辐射对被处理物进行加热的装置。例如，可以使用GRTA(GasRapid ThermalAnneal:气体快速热退火）装置或LRTA(LampRapidThermalAnneal:灯快速热 退火)装置等的RTA(RapidThermalAnneal:快速热退火)装置。LRTA装置是利用从灯(如 卤素灯、金卤灯、氙弧灯、碳弧灯、高压钠灯或高压汞灯等）发出的光（电磁波）的辐射加热被 处理对象的装置。GRTA装置是使用高温的气体进行热处理的装置。作为高温的气体，使用 诸如氩等的稀有气体或氮那样的与被处理物不产生反应的惰性气体。注意，在作为热处理 装置使用GRTA装置的情况下，因为热处理时间短，所以可以在加热到650°C至700°C的高温 的惰性气体中加热衬底。
[0095] 可在氮、氧、超干燥空气（水的含量为20ppm以下，优选为lppm以下，更优选为 lOppb以下的空气)、或者稀有气体(氩、氦等）的气氛下进行热处理。但是，在氮、氧、超干燥 空气或稀有气体的气氛下优选不包括水、氢等。优选将引入热处理装置中的氮、氧或稀有气 体的纯度设定为6N(99. 9999%)以上，优选为7N(99. 99999%)以上（S卩，杂质浓度为lppm 以下，优选为〇.lppm以下)。
[0096] 如上所述，将氧引入到氧化物半导体膜441、金属氧化物膜407以及氧化物半导体 膜441和金属氧化物膜407之间的界面中的至少一个，然后进行热处理，因此，可以利用氧 终结存在于氧化物半导体膜441中、金属氧化物膜407中或者氧化物半导体膜441和金属 氧化物膜407之间的界面中的悬空键。当悬空键存在于氧化物半导体膜441中、金属氧化 物膜407中或者氧化物半导体膜441和金属氧化物膜407之间的界面时，氢有可能会扩散 并且可能形成键，但是，通过利用氧终结悬空键，可以防止键的形成。
[0097] 通过氧引入，切断氧化物半导体中包含的金属与氢之间的键、或者该金属与羟基 之间的键，并且使这些氢或羟基与氧起反应来生成水。从而，可以容易地利用热处理使作为 杂质的氢或羟基作为水被消除。
[0098] 如此，可以防止键的形成，可以进行氧化物半导体膜的脱水或脱氢，并且通过氧引 入及热处理可以从氧化物半导体膜中去除氢、水分、羟基或者氢化物等杂质。
[0099] 此外，因为在进行热处理时氧化物半导体膜和包括氧的金属氧化物膜407接触， 所以可以从包括氧的金属氧化物膜407中将作为氧化物半导体的主要成分之一且在杂质 的去除步骤中减少的氧供给到氧化物半导体膜。由此，可以降低氧化物半导体膜中的电荷 俘获中心。通过上述步骤，得到高度纯化且在电性上成为I型(本征）的氧化物半导体膜 403。此外，通过该热处理，同时从金属氧化物膜407中去除杂质，并且可高度纯化金属氧化 物膜407。
[0100] 高度纯化的氧化物半导体膜403包括源自施主的极少载流子(接近零)。氧化物半 导体膜403的载流子浓度低于1X1014 /cm3,优选低于1X1012 /cm3,更优选低于1X1011 / cm3〇
[0101] 借助于通过金属氧化物膜407添加氧，产生氧化物半导体膜441和金属氧化物膜 407之间的界面附近的原子排列应变。此后，通过热处理，进行氧化物半导体膜403和金属 氧化物膜407之间的界面附近的原子的再排列。此时，在氧化物半导体膜403和金属氧化 物膜407的原子结合在一起，所以可以降低氧化物半导体膜403的导电率和金属氧化物膜 407的导电率等物理性质值之差，并且，可以抑制氧化物半导体膜的背沟道侧上的带电。由 此，可以抑制氧化物半导体膜的阈值电压等电特性的变动，所以可以提高晶体管的可靠性。
[0102] 通过上述步骤形成晶体管410 (参照图1E)。晶体管410是包括从氧化物半导体 膜有意地去除氢、水分、羟基或者氢化物(也称为氢化合物）等杂质且被高度纯化的氧化物 半导体膜403的晶体管。因此，晶体管410的电特性的变动被抑制，而晶体管410在电性上 是稳定的。
[0103] 注意，引入氧后的热处理可以在形成绝缘膜409之前进行。在此情况下，热处理后 在金属氧化物膜407之上形成绝缘膜409。
[0104] 除了上述热处理以外，还可以进行其他热处理。例如，可以在形成氧化物半导体膜 441后进行热处理(第一热处理)，并可在形成金属氧化物膜407之后再次进行热处理(第二 热处理)。在此情况下，第一热处理例如可以是其中在惰性气体气氛下进行加热并且在氧气 氛下（至少包括氧的气氛下）进行冷却的处理。在应用这种第一热处理时，可以有利地对氧 化物半导体膜进行脱水及供氧。
[0105] 在图1E的步骤后，还可以再次进行热处理。例如，可以在空气中以100°C以上且 200°C以下进行1个小时以上且30个小时以下的热处理。该热处理可以在一定的加热温度 的情况下进行。备选地，可以将加热温度的如下改变反复进行多次：加热温度从室温升温到 100°C以上且200°C以下的温度，然后下降到室温。
[0106] 包括氧化物半导体膜403的晶体管410可具有较高的场效应迀移率，所以可能进 行高速操作。因此，当将上述晶体管用于像素部时，可以提供高质量图像。此外，可以在一 个衬底之上形成具有包括高度纯化的氧化物半导体膜的晶体管的驱动电路部和像素部，所 以可以减少半导体装置的零部件数量。
[0107] 在包括金属氧化物膜407的晶体管410中，可以防止在氧化物半导体膜403的背 沟道侧产生寄生沟道。再者，通过防止在晶体管410中的氧化物半导体膜403的背沟道侧 产生寄生沟道，可以抑制阈值电压的变动，所以可以提高晶体管的可靠性。
[0108] 在图1E所示的晶体管410中，将两层电介质、即氧化物半导体膜403和金属氧化 物膜407彼此接触地设置。在层叠有不同的两层电介质的情况下，当将第一层（晶体管410 中的氧化物半导体膜403)的介电常数设定为ει，将导电率设定为〇1，并且将厚度设定为 山，而将第二层（晶体管410中的金属氧化物膜407)的介电常数设定为ε2，将导电率设定 为σ2，并且将厚度设定为(12时，可以将层叠的两个层表示于图9Α的模型图中。注意，在图 9Α中，S表示面积。图9Α所示的模型图可以替换为图9Β所示的等效电路。附图中的(^表 示第一层的电容值，Α表示第一层的电阻值，C2表示第二层的电容值，G2表示第二层的电阻 值。在此考虑，当对两个层施加电压V时，在t秒后在两个层之间的界面处蓄积由下面的算 式（1)表示的电荷Q。
[0109] [算式 1]
在图1E所示的晶体管410中，其上蓄积电荷Q的界面对应于氧化物半导体膜403的背 沟道侧。通过适当地设定金属氧化物膜407的介电常数、导电率或者厚度，可以降低蓄积于 背沟道侧的界面处的电荷Q。
[0110] 在此，将算式（1)修改成算式（2)及算式（3)。
根据算式（2)及算式（3)，为了降低电荷Q，可以设想四个条件（A)至（D)。
[0112] 条件常大。
[0113] 条件（B)…接近零，S卩，62比61大很多。
[0114] 条件（0:(：2接近零。
[0115] 条件（D) : ^接近τ2。
[0116] 在条件（Α)下，为了使τ#常大，由于τ「（(^十（：2)Λ&+G2)，可以使（Q+ C2)相比（匕十G2)非常大。因为CjPGi是氧化物半导体膜403的参数，所以为了利用金 属氧化物膜407来降低电荷Q，需要使C2增大。然而，当根据C|f屬梦6?，通过使ε2增大 而使C2增大时，根据算式（2)Q变大，于是产生矛盾。就是说，不能通过τ^周整电荷Q。
[0117] 在条件（Β)下，为了使^接近零，根据算式（3)可满足h〃<.π。&是氧化物半导 体膜403的参数，所以为了利用金属氧化物膜407来降低电荷Q，需要使G2增大。具体而 言，由于，所以使士变小或者选择。2大的材料。然而，根据發如果 d2减小，则C/变大，这样就会与条件（A)同样地使Q变大并且不能采用使d/变小。此外，如 果σ2大，则金属氧化物膜407的导电率高于氧化物半导体膜403的导电率，这引起发生泄 露电流以及短路的可能性高，所以不能采用σ2大的材料。
[0118] 在条件（C)下，为了使(：2成为极小，根据办Υ/必，需要使d2增大，或者选择ε2 小的材料。
[0119] 在条件（D)下，为了使τi接近τ2，由于/ = ? /Oj.，所以可选择满 足顯的膜。这相当于<?! &tV?;:。
[0120] 从而，为了高效地防止电荷Q的蓄积，优选使金属氧化物膜407的厚度（d2)增大， 或者，选择介电常数（ε2)小的材料，优选选择其介电常数小于氧化物半导体膜403的介电 常数的材料(例如，介电常数ε为8以上且20以下的材料）作为金属氧化物膜407的材 料。备选，优选选择其物理性质值接近氧化物半导体膜的物理性质值的材料作为金属氧化 物膜，以满足約/ / (εi为氧化物半导体的介电常数，且σi为氧化物半导体的导 电率)。
[0121] 如上所述，可以提供包括氧化物半导体且具有稳定电特性的半导体装置。由此，可 以提供可靠性高的半导体装置。
[0122] 如上所述，本实施方式所示的结构、方法等可以与其他实施方式所示的任一结构、 方法等适当地组合。
[0123] (实施方式2) 在本实施方式中，将说明半导体装置的制造方法的另一种实施方式。可如上述实施方 式中那样形成与上述实施方式相同的部分或者具有与上述实施方式类似功能的部分，并且 可如上述实施方式中那样进行与上述实施方式中步骤相同的步骤或者与上述实施方式中 步骤类似的步骤，因此，省略重复说明。此外，未重复对相同部分的详细说明。
[0124] 在本实施方式中，描述了在实施方式1中晶体管410的制造方法中，在形成与氧化 物半导体膜接触的金属氧化物膜407之前对氧化物半导体膜进行热处理的实例。
[0125] 只要该热处理在形成氧化物半导体膜后并且在形成金属氧化物膜407之前进行， 就可以在氧化物半导体膜被加工成岛状氧化物半导体膜之前对氧化物半导体膜进行该热 处理，而且，也可以在形成源电极405a及漏电极405b之前或者在形成源电极405a及漏电 极405b之后进行该热处理。
[0126] 在250°C以上且650°C以下、优选为450°C以上且600°C以下的温度进行热处理。例 如，将衬底引入作为热处理装置之一的电炉，并且在氮气氛下以450°C对氧化物半导体膜进 行1个小时的热处理。在热处理后，优选在不使衬底暴露于空气的情况下形成金属氧化物 膜，以便能够防止水或氢进入氧化物半导体膜中。
[0127] 此外，热处理装置不局限于电炉，还可以使用用于利用来自电阻发热元件等发热 元件的热传导或热辐射对物进行加热的装置。例如，可以使用诸如GRTA装置或LRTA装置 等RTA装置。注意，当作为热处理装置使用GRTA装置时，因为热处理时间短，所以，可以在 加热到650°C至700°C的高温的惰性气体中加热衬底。
[0128] 可以在氮、氧、超干燥空气（水含量为20ppm以下，优选为lppm以下，更优选为 lOppb以下的空气)、或者稀有气体(氩、氦等）的气氛下进行热处理。但是，在上述氮、氧、超 干燥空气或稀有气体的气氛中优选不包括水、氢等。备选地，引入热处理装置中的氮、氧或 稀有气体的纯度为6N(