出端子27的情况下，为第=晶体管103和第四晶体管104)。
[0126] 本实施例中描述的结构、方法等能够与其它实施例中描述的任意结构、方法等适 当地组合。
[0127] [实施例4] 在本实施例中，参照图IOA至图IOD描述了能够在W上实施例中描述的脉冲信号输出电 路和移位寄存器中使用的晶体管的示例。对晶体管的结构没有具体的限制。例如，能够采用 具有顶栅结构或底栅结构的交错型或平面型。备选地，晶体管可具有其中形成了一个沟道 区的单栅极结构，或其中形成了两个或者多个沟道形成区的多栅极结构。备选地，晶体管可 具有其中两个栅电极层隔着栅极绝缘层而形成于沟道区之上和之下的结构。
[0128] 图1OA至图1OD示出晶体管的截面结构的示例。在图1OA至图1OD中示出的晶体管各 包括氧化物半导体作为半导体。使用氧化物半导体的优点为能够通过简单的低溫过程来获 得的高迁移率和低断态电流。
[0129] 在图IOA中示出的晶体管410为底栅晶体管的示例，并且也称为反交错晶体管。
[0130] 晶体管410包括设置于具有绝缘表面的衬底400之上的栅电极层401、栅极绝缘层 402、氧化物半导体层403、源电极层405aW及漏电极层40化。另外，设置了与氧化物半导体 层403接触的绝缘层407。保护绝缘层409形成于绝缘层407之上。
[0131] 在图IOB中示出的晶体管420为称为沟道保护(沟道阻止）晶体管并且也称为反交 错晶体管的底栅晶体管的示例。
[0132] 晶体管420包括设置于具有绝缘表面的衬底400之上的栅电极层401、栅极绝缘层 402、氧化物半导体层403、作为沟道保护层而起作用的绝缘层427、源电极层405aW及漏电 极层40化。另外，设置了保护绝缘层409。
[0133] 在图IOC中示出的晶体管430为底栅晶体管的示例。晶体管430包括设置于具有绝 缘表面的衬底400之上的栅电极层401、栅极绝缘层402、源电极层405a、漏电极层405b W及 氧化物半导体层403。另外，设置了与氧化物半导体层403接触的绝缘层407。而且，保护绝缘 层409形成于绝缘层407之上。
[0134] 在晶体管430中，栅极绝缘层402设置于衬底400和栅电极层401之上并且与其接 触，并且源电极层405a和漏电极层40化设置于栅极绝缘层402之上并且与其接触。另外，氧 化物半导体层403设置于栅极绝缘层402、源电极层405aW及漏电极层40化之上。
[0135] 在图IOD中示出的晶体管440为顶栅晶体管的示例。晶体管440包括设置于具有绝 缘表面的衬底400之上的绝缘层437、氧化物半导体层403、源电极层405a、漏电极层40化、栅 极绝缘层402W及栅电极层401。布线层436a和布线层43化分别设置成与源电极层405a和漏 电极层40化接触。
[0136] 在本实施例中，如上所述，氧化物半导体层403用作半导体层。作为用于氧化物半 导体层403的氧化物半导体，能够使用诸如In-Sn-Ga-Zn-O类氧化物半导体的四成分金属氧 化物;诸如In-Ga-Si-O类氧化物半导体、In-Sn-Zn-O类氧化物半导体、In-A；L-ai-0类氧化物 半导体、Sn-Ga-Si-O类氧化物半导体、Al-Ga-Zn-O类氧化物半导体或Sn-Al-Si-O类氧化物 半导体的S成分金属氧化物;诸如In-Zn-O类氧化物半导体、In-Ga-O类氧化物半导体、Sn-化-0类氧化物半导体、Al-Si-O类氧化物半导体、Zn-Mg-O类氧化物半导体、Sn-Mg-O类氧化 物半导体或In-Mg-O类氧化物半导体的二成分金属氧化物;或诸如In-O类氧化物半导体、 Sn-O类氧化物半导体或Zn-O类氧化物半导体的一成分金属氧化物。另外，Si〇2可添加至氧 化物半导体。运里，例如，In-Ga-化-0类氧化物半导体为至少包括InXa和化的氧化物，并且 对其组成比没有具体的限制。而且，In-Ga-Zn-O类氧化物半导体可包含除了InXa和化之外 的元素。
[0137] 作为氧化物半导体层403,能够使用由化学式InM〇3(ZnO)m(m>0并且m不为自然数） 所表达的氧化物半导体。运里，M表示从嫁化a )、侣(Al )、儘(Mn ) W及钻(Co )中选择的一种或 多种金属元素。例如，M能够为Ga、Ga和Al、Ga和Mn、Ga和Co等。
[0138] 包括氧化物半导体层403的晶体管410、晶体管420、晶体管430 W及晶体管440的断 态电流能够显著地减小。因此，在运些晶体管用于脉冲信号输出电路和移位寄存器中时，每 个结点的电位能够容易地保持，使得脉冲信号输出电路和移位寄存器的故障的可能性能够 显著地降低。
[0139] 对能够用作具有绝缘表面的衬底400的衬底没有具体的限制。例如，能够使用用于 液晶显示装置等的玻璃衬底、石英衬底等。备选地，例如，可使用绝缘层形成于娃晶圆之上 的衬底。
[0140] 在底栅晶体管410、420和430的每一个中，用作基底的绝缘层可设置在衬底和栅电 极层之间。绝缘层具有防止杂质元素从衬底扩散的功能，并且能够形成为具有包括从氮化 娃膜、氧化娃膜、氮氧化娃膜W及氧氮化娃膜中选择的一种或多种膜的单层结构或层叠结 构。
[0141] 栅电极层401能够使用诸如钢、铁、铭、粗、鹤、侣、铜、钦或筑的金属材料或包括任 意运些材料作为主要成分的合金材料来形成。栅电极层401可具有单层结构或层叠结构。
[0142] 栅极绝缘层402能够通过等离子体CVD、瓣射等使用从氧化娃膜、氮化娃膜、氧氮化 娃膜、氮氧化娃膜、氧化侣膜、氮化侣膜、氧氮化侣膜、氮氧化侣膜、氧化给膜等中选择的一 种或多种膜来形成。例如，具有大约300nm的总厚度的栅极绝缘层能够W运样的方式形成， 良P，具有50nm至200皿的厚度的氮化娃膜(SiNy(y〉0))通过等离子体CVD形成为第一栅极绝 缘层，并且具有5nm至300nm的厚度的氧化娃膜(Si0x(x〉0))通过瓣射层叠于第一栅极绝缘 层之上作为第二栅极绝缘层。
[0143] 源电极层405a和漏电极层40化能够使用诸如钢、铁、铭、粗、鹤、侣、铜、钦或筑的金 属材料或包括任意运些材料作为主要成分的合金材料来形成。例如，源电极层405a和漏电 极层405b能够具有包括侣、铜等的金属层W及包括铁、钢、鹤等的难烙金属层的层叠结构。 耐热性可借助于添加有用于防止小丘和晶须的生成的元素（例如，娃、钦或筑）的侣材料来 改善。
[0144] 备选地，可使用导电金属氧化膜作为用作源电极层405a和漏电极层40加(包括从 与源电极层405a和漏电极层405b相同的层形成的布线层）的导电膜。能够使用氧化铜 (lM〇3)、氧化锡(Sn〇2)、氧化锋(ZnO)、氧化铜和氧化锡的合金（In2〇3-Sn〇2，其在一些情况下 缩写为口 0)、氧化铜和氧化锋的合金（Im化-ZnO)、包括氧化娃的任意运些金属氧化物材料 等作为导电金属氧化物。
[0145] 能够使用与源电极层405a和漏电极层40化相似的材料来形成分别与源电极层 405a和漏电极层40化接触的布线层436a和布线层43化。
[0146] 对于绝缘层407、427和437的每一个，通常能够使用诸如氧化娃膜、氧氮化娃膜、氧 化侣膜或氧氮化侣膜的无机绝缘膜。
[0147] 对于保护绝缘层409,能够使用诸如氮化娃膜、氮化侣膜、氮氧化娃膜或氮氧化侣 膜的无机绝缘膜。
[0148] 此外，用于减少由于晶体管而产生的表面粗糖度的平面化绝缘膜可形成于保护绝 缘层409之上。对于平面化绝缘膜，能够使用诸如聚酷亚胺、丙締酸或苯并环下締的有机材 料。作为运些有机材料的替代品，能够使用低介电常数材料(低时才料)等。注意，可通过堆叠 多个绝缘膜来形成包括运些材料的平面化绝缘膜。
[0149] 本实施例中描述的结构、方法等能够与其它实施例中描述的任意结构、方法等适 当地组合。
[0150] [实施例引 在本实施例中，将参照图1IA至图1IE来详细地描述包括氧化物半导体层的晶体管的示 例和其制造方法的示例。
[0151] 图IlA至图UE为示出晶体管的制造过程的截面图。运里示出的晶体管510为与图 IOA中示出的晶体管410相似的反交错晶体管。
[0152] 用于本实施例的半导体层的氧化物半导体为i型（本征)氧化物半导体或实质上i 型(本征)氧化物半导体。W运样的方式获得i型(本征)氧化物半导体或实质上i型(本征)氧 化物半导体，即，从氧化物半导体中去除作为n型杂质的氨，并且纯化氧化物半导体，W便尽 可能少地包含不是氧化物半导体的主要成分的杂质。
[0153] 注意，纯化的氧化物半导体包括极其少的载流子，并且载流子浓度低于IX l〇M/ cmM尤选地低于1 X l〇i2/cm3,进一步优选地低于1 X l〇ii/cm3。运样少的载流子使截止状态 的电流(断态电流)能够足够的小。
[0154] 特别地，在包括上述的氧化物半导体层的晶体管中，每1皿的沟道宽度的断态电流 密度在室溫(25°C)时能够为IOOzA/皿(IX IO^9A/皿)或W下，或在晶体管的沟道长度L为10 WIi并且源极漏极电压为3V的条件下进一步为IOzAAimQ X I(T^AAim)或W下。
[0155] 包括纯化的氧化物半导体层的晶体管510几乎不具有通态电流的溫度依耐性并且 还具有极其小的断态电流。
[0156] 将参照图IlA至图UE来描述制造衬底505之上的晶体管510的过程。
[0157] 首先，导电膜形成于具有绝缘表面的衬底505之上，并且然后通过第一光刻过程形 成栅电极层511。注意，可通过喷墨方法形成光刻过程中所使用的抗蚀剂掩模。通过喷墨方 法的抗蚀剂掩模的形成不需要光掩模;因此，制造成本能够降低。
[0158] 作为具有绝缘表面的衬底505,能够使用与在W上实施例中描述的衬底400相似的 衬底。在本实施例中，玻璃衬底用作衬底505。
[0159] 用作基底的绝缘层可设置在衬底505和栅电极层511之间。绝缘层具有防止杂质元 素从衬底505扩散的功能，并且能够由从氮化娃膜、氧化娃膜、氮氧化娃膜、氧氮化娃膜等中 选择的一种或多种膜来形成。
[0160] 栅电极层511能够使用诸如钢、铁、铭、粗、鹤、侣、铜、钦或筑的金属材料或包括任 意运些金属材料作为主要成分的合金材料来形成。栅电极层511能够具有单层结构或层叠 结构。
[0161] 随后，栅极绝缘层507形成于栅电极层511之上。栅极绝缘层507能够通过等离子体 CVD方法、瓣射法等来形成。栅极绝缘层507能够由从氧化娃膜、氮化娃膜、氧氮化娃膜、氮氧 化娃膜、氧化侣膜、氮化侣膜、氧氮化侣膜、氮氧化侣膜、氧化给膜等中选择的一种或多种膜 来形成。
[0162] 另外，为了在栅极绝缘层507和氧化物半导体膜530中尽可能少地包含氨、径基和 水分，优选的是，在瓣射设备的预热室中预热其上形成了栅电极层511的衬底505,或其上形 成了栅电极层511和栅极绝缘层507的衬底505,作为用于形成氧化物半导体膜530的预处 理，使得清除附在衬底505上的诸如氨和水分的杂质。作为排空单元，优选地为预热室设置 低溫累。该预热步骤可在衬底505上执行，在衬底505之上形成直到并且包括源电极层515a 和漏电极层51化的层。注意，该预热处理能够省略。
[0163] 随后，在栅极绝缘层507之上，形成具有大于或等于化m且小于或等于200皿、优选 地大于或等于5nm且小于或等于30nm的厚度的氧化物半导体膜530(参见图11A)。
[0164] 作为氧化物半导体膜530,能够使用在W上实施例中描述的任意的四成分金属氧 化物、S成分金属氧化物、二成分金属氧化物、In-O类氧化物半导体、Sn-O类氧化物半导体、 化-0类氧化物半导体等。
[0165] 作为用于通过瓣射法形成氧化物半导体膜530的祀，特别优选的是，使用具有In: Ga:化=l:x:y(x大于或等于0,并且y大于或等于0.5且小于或等于5)的组成比的祀。例如， 能够使用具有In2〇3:Ga2〇3:ZnO = 1:1:2 [摩尔比]的组成比的祀。备选地，能够使用具有 In2〇3:Ga2〇3:ZnO = 1:1:1 [摩尔比]的组成比的祀、具有In2〇3:Ga2〇3:aiO = 1:1:4 [摩尔 比]的组成比的祀或具有In2〇3:Ga2〇3:ZnO = 1:0:2 [摩尔比]的组成比的祀。
[0166] 在本实施例中，通过使用In-Ga-Zn-O类金属氧化物祀的瓣射法来形成具有非晶结 构的氧化物半导体层。
[0167] 在金属氧化物祀中的金属氧化物的相对密度大于或等于80%，优选地大于或等于 95%，并且进一步优选地大于或等于99.9%。具有高的相对密度的金属氧化物祀的使用使其 有可能形成具有致密结构的氧化物半导体层。
[0168] 在其中形成氧化物半导体膜530的气氛优选地为稀有气体(典型地，氣)气氛、氧气 氛或包含稀有气体(典型地，氣)和氧的混合气氛。特别地，优选的是，使用例如高纯气体的 气氛，从高纯气体中去除了诸如氨、水、径基或氨化物的杂质，使得杂质浓度为Ippm或更低 (优选杂质浓度为IOppb或更低）。
[0169] 例如，在氧化物半导体膜530的形成中，将处理对象保持在保持降低的压力下的处 理室中，并且可加热处理对象，使得处理对象的溫度高于或等于l〇〇°C且低于550°C，优选地 高于或等于200°C且低于或等于400°C。备选地，在氧化物半导体膜530的形成中的处理对象 的溫度可为室溫（25°C±10°C(高于或等于15°C且低于或等于35°C))。然后，在去除在处理 室中的水分的同时引入从其中去除了氨、水等的瓣射气体，并且使用上述的祀，由此形成氧 化物半导体膜530。在加热处理对象的同时形成氧化物半导体膜530,使得包含在氧化物半 导体层中的杂质能够减少。另外，由于瓣射而产生的损坏能够减少。为了去除在处理室中的 水分，优选地使用捕集真空累。例如，能够使用低溫累、离子累、铁升华累等。备选地，可使用 设置有冷阱的满轮累。通过利用低溫累等排空，能够从处理室中去除氨、水等，由此在氧化 物半导体膜530中的杂质浓度能够减少。
[0170] 氧化物半导体膜530能够在下列条件下形成，例如:在处理对象和祀之间的距离为 170mm，压力为0.4Pa，直流(DC)功率为0.5kW，并且气氛为氧气氛(氧的比例为100%)、氣气氛 (氣的比例为100%)或包含氧和氣的混合气氛。因为能够减少在膜形成中生成的粉末物质 (也称为微粒或灰尘)并且能够使膜厚度均匀，所W优选地使用脉冲直流(DC)电源。氧化物 半导体膜530的厚度大于或等于Inm且小于或等于50皿，优选地大于或等于1皿并且小于或 等于30nm，更加优选地大于或等于Inm并且小于或等于10皿。由于氧化物半导体膜530具有 运样的厚度，所W能够抑制由于小型化而产生的短沟道效应。注意，合适的厚度随待使用的 氧化物半导体材料、半导体器件等的预期用途等的不同而不同；因此，可根据材料、预期用 途等来确定厚度。
[0171] 注意，在通过瓣射法形成氧化物半导体膜530之前，附连在待形成的氧化物半导体 膜530的表面(例如，栅极绝缘层507的表面)的物质优选地通过引入了氣气体并且生成等离 子体的反瓣射来去除。运里，与其中离子与瓣射祀碰撞的普通瓣射相比，反瓣射为其中离子 与处理表面碰撞而使得表面被修整的方法。作为用于使得离子与处理表面碰撞的方法的示 例，存在一方法，其中高频电压在氣气氛中施加至处理表面，使得在处理对象的附近生成等 离子体。注意，可使用氮、氮、氧等的气氛来代替氣气氛。
[0172] 随后，氧化物半导体膜530通过第二光刻过程加工成岛状氧化物半导体层。注意， 可通过喷墨方法来形成用于光刻过程的抗蚀剂掩模。通过喷墨方法的抗蚀剂掩模的形成不 需要光掩模;因此，制造成本能够降低。
[0173] 在栅极绝缘层507中形成接触孔的情况下，能够在与氧化物半导体膜530的处理的 同时执行形成接触孔的步骤。
[0174] 作为氧化物半导体膜530的蚀刻，可采用湿法蚀刻或干法蚀刻或其两者。作为用于 氧化物半导体膜530的湿法蚀刻的蚀刻剂，能够使用通过混合憐酸、醋酸和硝酸等获得的溶 液。也可使用诸如口007N的蚀刻剂（由KANTO CHEMICAL CO., INC.生产）。
[0175] 然后，在氧化物半导体层上执行热处理（第一热处理），使得形成氧化物半导体层 5