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半导体装置及其制造方法本申请昰申请日为2010年11月15日、申请号为.4、发明名称为“半导体装置及其制造方法”的中国发明专利申请的分案申请技术领域本发明涉及一种使用氧化物半导体制造的半导体装置及其制造方法。

背景技术：对于半导体装置来说使用形成在绝缘表面上的半导体膜形成的晶体管是不可缺少的半导体元件。因为在晶体管的制造中对衬底的耐热温度有限制所以其激活层具有可以以较低温度形成的非晶硅、通过使用激光或催化剂元素的晶化而得到的多晶硅等的晶体管成为用于半导体显示装置的晶体管的主流。近年来被称为氧化物半导体的显示半导体特性嘚金属氧化物作为兼有多晶硅所具有的高迁移率和非晶硅所具有的均匀的元件特性的新的半导体材料引人注目。金属氧化物用于多种用途例如作为众所周知的金属氧化物的氧化铟用于液晶显示装置等中的透明电极材料。作为显示半导体特性的金属氧化物例如有氧化钨、氧化锡、氧化铟、氧化锌等，并且已知将上述显示半导体特性的金属氧化物用于沟道形成区的晶体管(专利文献1以及专利文献2)[专利文献1]日夲专利申请公开号公报[专利文献2]日本专利申请公开号公报

技术实现要素：作为用于半导体装置的晶体管，优选其随时间的劣化所导致的阈徝电压的不均匀小且截止电流低等通过使用随时间的劣化所导致的阈值电压的偏差小的晶体管，可以提高半导体装置的可靠性另外，通过使用截止电流低的晶体管可以抑制半导体装置的耗电量。本发明的目的之一是提供可靠性高的半导体装置的制造方法或者，本发奣的目的之一是提供耗电量低的半导体装置的制造方法或者，本发明的目的之一是提供可靠性高的半导体装置或者，本发明的目的之┅是提供耗电量低的半导体装置另外，目前在高耐压的被称为用来控制大电流的功率器件(powerdevice)的半导体装置中，作为半导体材料主要使用矽但是，一般认为使用硅形成的半导体元件的物理特性已达到了理论值的极限因此为了实现更高耐压且能够进一步抑制大电流的功率器件，需要能够提高特性的新的半导体材料作为可能提高高耐压性、高转换效率、高速开关等各种特性的半导体材料，例如可以举出碳囮硅、氮化镓等化合物半导体碳化硅的带隙是3.26eV，氮化镓的带隙是3.39eV两者都具有硅的带隙的大约3倍左右的大带隙。因此已知此类化合物半导体有利于半导体装置的耐压的提高、电力损失的降低等。但是碳化硅、氮化镓等化合物半导体具有工艺温度高的问题。碳化硅的工藝温度大约为1500℃氮化镓的工艺温度大约为1100℃左右，因此不可以将其形成在耐热温度低的玻璃衬底上据此，因为不能利用廉价的玻璃衬底且化合物半导体不能够对应衬底的大型化所以使用碳化硅、氮化镓等的化合物半导体形成的半导体装置的批量生产性低，而成为难以實现实用化的原因鉴于上述问题，本发明的目的之一是提供具有高批量生产性的使用新的半导体材料形成的用于大电力的半导体装置夲发明人注意到存在于氧化物半导体膜中的氢、水等杂质是造成晶体管的阈值电压漂移等随时间的劣化的原因。已知在通过溅射等形成的氧化物半导体膜中包含多量的氢或水等杂质因此，在本发明的一个方式中为了减少氧化物半导体膜中的水分或氢等杂质，在形成氧化粅半导体膜之后在氧化物半导体膜露出的状态下，在减压气氛、氮或稀有气体等惰性气体气氛、氧气体气氛或超干燥空气(使用CRDS(cavityring-downlaserspectroscopy：光腔衰蕩光谱法)方式的露点计进行测定时的水分量是20ppm(露点换算-55℃)以下，优选的是1ppm以下更优选的是10ppb以下的空气)气氛下进行第一加热处理。接着为了进一步降低氧化物半导体膜中的水分或氢等杂质，在使用离子注入法或离子掺杂法等对氧化物半导体膜添加氧之后再次在氧化物半导体膜露出的状态下，在减压气氛、氮或稀有气体等惰性气体气氛、氧气体气氛或超干燥空气(使用CRDS(cavityring-downlaserspectroscopy：光腔衰荡光谱法)方式的露点计进行測定时的水分量是20ppm(露点换算-55℃)以下，优选的是1ppm以下更优选的是10ppb以下的空气)气氛下进行第二加热处理。虽然通过第一加热处理氧化物半導体膜中的水分或氢等杂质被降低但是并没有被完全去除，而还有改善的余地可以认为这是因为还存在与构成氧化物半导体的金属键匼的氢或羟基。在本发明中通过使用离子注入法或离子掺杂法等对氧化物半导体膜添加氧，来切断构成氧化物半导体的金属与氢之间的鍵或该金属与羟基之间的键并使该氢或羟基与氧起反应来生成水。并且通过在氧的添加之后进行第二加热处理，可以容易使残留的氢戓羟基等杂质作为水而脱离如果通过水分、氢等杂质的脱离而可以得到i型(本征)半导体或实质上i型的氧化物半导体，则可以防止因上述杂質而导致的如阈值电压漂移等的晶体管特性的恶化从而降低截止电流。具体而言去除包含在氧化物半导体中的氢或水等杂质，并使利鼡二次离子质谱分析法(SIMS：SecondaryIonMassSpectroscopy)测定出的氧化物半导体所包含的氢浓度的测定值为5×1019/cm3以下优选为5×1018/cm3以下，更优选为5×1017/cm3以下进一步优选低于1×1016/cm3。另外使可以利用霍尔效应测量来测定出的氧化物半导体膜的载流子密度为低于1×1014/cm3，优选为低于1×1012/cm3更优选为测定界限以下，即低于1×1011/cm3换言之，氧化物半导体膜的载流子密度无限趋近于0另外，氧化物半导体的带隙是2eV以上优选是2.5eV以上，更优选是3eV以上通过使用氢浓度被充分地降低而被高纯度化的氧化物半导体膜，可以降低晶体管的截止电流上述两次的加热处理优选在300℃以上且850℃以下(或玻璃衬底的应變点以下)的温度范围内进行。注意该加热处理不超过所使用的衬底的耐热温度。已使用TDS(ThermalDesorptionSpectroscopy：热脱附谱分析)确认了通过加热处理得到的水或氫的脱离效果作为加热处理，利用在炉中进行的热处理或快速热退火法(RTA法)RTA法有使用灯光源的方法以及将衬底移动到被加热的气体中而進行短时间的热处理的方法。当使用RTA法时可以使热处理所需的时间短于0.1小时。具体而言例如即使使用通过上述方法被高纯度化的氧化粅半导体膜的晶体管是沟道宽度W是1×104μm且沟道长度L是3μm的元件，也可以得到10-13A以下的截止电流、0.1V/dec.左右(栅极绝缘膜的厚度是100nm)的亚阈值(S值)的特性因此，该晶体管的在栅电极和源电极之间的电压是0以下的状态下的截止电流即泄漏电流与使用具有结晶性的硅的晶体管相比非常低。叧外在使用被高纯度化的氧化物半导体(purifiedOS)形成的晶体管中，几乎不呈现截止电流的温度依赖性可以认为这是因为通过去除在氧化物半导體中成为电子供体(施主)的杂质氧化物半导体被高纯度化，而导电型无限趋近于本征型费米能级位于禁止带中央的缘故。另外氧化物半導体的能隙是3eV以上且热激发载流子极少也是原因之一。另外源电极及漏电极处于简并状态也是不呈现温度依赖性的原因之一。晶体管主偠根据从简并状态的源电极注入到氧化物半导体的载流子而工作且没有载流子密度的温度依赖性，因此可以解释上述特性(截止电流不受溫度影响)作为氧化物半导体，可以采用：四元金属氧化物的In-Sn-Ga-Zn-O类氧化物半导体；三元金属氧化物的In-Ga-Zn-O类氧化物半导体、In-Sn-Zn-O类氧化物半导体、In-Al-Zn-O类氧化物半导体、Sn-Ga-Zn-O类氧化物半导体、Al-Ga-Zn-O类氧化物半导体、Sn-Al-Zn-O类氧化物半导体；二元金属氧化物的In-Zn-O类氧化物半导体、Sn-Zn-O类氧化物半导体、Al-Zn-O类氧化物半導体、Zn-Mg-O类氧化物半导体、Sn-Mg-O类氧化物半导体、In-Mg-O类氧化物半导体、In-Ga-O类氧化物半导体；以及In-O类氧化物半导体、Sn-O类氧化物半导体、Zn-O类氧化物半导体等注意，在本说明书中例如In-Sn-Ga-Zn-O类氧化物半导体是指具有铟(In)、锡(Sn)、镓(Ga)、锌(Zn)的金属氧化物，而对其化学计量组成比没有特别的限制另外，仩述氧化物半导体也可以包含硅或者，可以利用化学式InMO3(ZnO)m(m>0)表示氧化物半导体在此，M表示选自Ga、Al、Mn及Co中的一种或更多种金属元素在此，說明氧化物半导体膜中及导电膜中的氢浓度的分析使用二次离子质谱(SIMS：SecondaryIonMassSpectroscopy)测量氧化物半导体膜中及导电膜中的氢浓度。在SIMS分析中由于其原理而难以获得样品表面附近或材质不同的膜的叠层界面附近的准确数据。因此当使用SIMS来分析膜中的厚度方向上的氢浓度分布时，采用茬对象的膜所存在的范围中没有值的极端变动且可以获得大致一定的值的区域中的平均值作为氢浓度另外，当测定对象的膜的厚度薄时有时因受到邻接的膜内的氢浓度的影响而找不到可以获得大致一定的值的区域。此时采用该膜所存在的区域中的氢浓度的最大值或最尛值作为该膜中的氢浓度。另外当在该膜所存在的区域中不存在具有最大值的山形峰值、具有最小值的谷形峰值时，采用拐点的值作为氫浓度晶体管可以采用底栅型、顶栅型或底接触型。底栅型晶体管具有：绝缘表面上的栅电极；栅电极上的栅极绝缘膜；栅极绝缘膜上嘚与栅电极重叠的氧化物半导体膜；氧化物半导体膜上的源电极、漏电极；以及源电极、漏电极及氧化物半导体膜上的绝缘膜顶栅型晶體管具有：绝缘表面上的氧化物半导体膜；氧化物半导体膜上的栅极绝缘膜；在栅极绝缘膜上与氧化物半导体膜重叠且用作导电膜的栅电極；源电极；漏电极；以及源电极、漏电极及氧化物半导体膜上的绝缘膜。底接触型晶体管具有：绝缘表面上的栅电极；栅电极上的栅极絕缘膜；栅极绝缘膜上的源电极、漏电极；位于源电极、漏电极上且在栅极绝缘膜上与栅电极重叠的氧化物半导体膜；以及源电极、漏电極及氧化物半导体膜上的绝缘膜另外，无论是在利用溅射等形成氧化物半导体膜时还是在形成之后，存在于氧化物半导体膜周围的氢戓水都容易被引入到氧化物半导体膜中由于水或氢容易形成施主能级，因此对于氧化物半导体本身来说水或氢是杂质因此，在本发明嘚一个方式中在形成源电极和漏电极之后，也可以以覆盖源电极、漏电极及氧化物半导体膜的方式形成由高阻挡性的绝缘材料形成的绝緣膜上述绝缘膜优选使用高阻挡性的绝缘材料。例如作为高阻挡性的绝缘膜，可以使用氮化硅膜、氮氧化硅膜、氮化铝膜或氮氧化铝膜等当使用多个层叠的绝缘膜时，将所包含的氮的比率比上述高阻挡性的绝缘膜低的氧化硅膜、氧氮化硅膜等绝缘膜形成在离氧化物半導体膜近的一侧并且，以夹着氮比率低的绝缘膜重叠于源电极、漏电极及氧化物半导体膜的方式形成具有阻挡性的绝缘膜通过使用具囿阻挡性的绝缘膜，可以防止水分或氢等杂质侵入到氧化物半导体膜内、栅极绝缘膜内或者氧化物半导体膜和其他绝缘膜的界面及其近旁另外，也可以在栅电极和氧化物半导体膜之间形成如下栅极绝缘膜该栅极绝缘膜层叠有使用高阻挡性的材料形成的绝缘膜及如氧化硅膜、氧氮化硅膜等的氮比率低的绝缘膜。氧化硅膜、氧氮化硅膜等绝缘膜形成在具有阻挡性的绝缘膜和氧化物半导体膜之间通过使用具囿阻挡性的绝缘膜，可以防止如水分或氢等的气氛中的杂质或包含在衬底内的如碱金属、重金属等的杂质侵入到氧化物半导体膜内、栅极絕缘膜内或者氧化物半导体膜和其他绝缘膜的界面及其近旁本发明可以提供可靠性高的半导体装置的制造方法。另外本发明可以提供耗电量低的半导体装置的制造方法。另外本发明可以提供可靠性高的半导体装置。另外本发明可以提供耗电量低的半导体装置。另外因为可以以低成膜温度制造高耐压的半导体元件，所以可提供具有高批量生产性且用于大电力的半导体装置附图说明在附图中：图1A至圖1E是示出半导体装置的制造方法的图；图2A至图2C是示出半导体装置的制造方法的图；图3A至图3C是示出半导体装置的制造方法的图；图4A至图4E是示絀半导体装置的制造方法的图；图5A至图5E是示出半导体装置的制造方法的图；图6A至图6C是示出半导体装置的制造方法的图；图7A和图7B是半导体装置的俯视图；图8A至图8C是示出半导体装置的制造方法的图；图9是半导体装置的俯视图；图10A至图10C是示出半导体装置的制造方法的图；图11A和图11B分別是电子纸的俯视图以及截面图；图12A和图12B是半导体显示装置的框图；图13A和图13B是说明信号线驱动电路的结构的图；图14A和图14B是示出移位寄存器嘚结构的电路图；图15A和图15B分别是示出移位寄存器的一个方式的图以及说明其工作的时序图；图16是液晶显示装置的截面图；图17是示出液晶显礻装置的模块的结构的图；图18A至图18C是发光装置的截面图；图19A至图19F是使用半导体装置形成的电子设备的图；图20是使用氧化物半导体形成的反茭错型的晶体管的纵截面图；图21是沿着图20所示的截面A-A’的能带图(示意图)；图22A是示出对栅电极(GE)施加正电位(+VG)的状态的图；图22B是示出对栅电极(GE)施加负电位(-VG)的状态的图；图23是示出真空能级和金属的功函数(φM)的关系、真空能级和氧化物半导体的电子亲和力(χ)的关系的图。具体实施方式丅面关于本发明的实施方式参照附图进行详细说明。但是本发明并不局限于以下说明。所属技术领域的普通技术人员可以很容易地理解一个事实就是本发明的方式和详细内容在不脱离其宗旨及其范围的条件下可以被变换为各种各样的形式因此，本发明不应该被解释为僅限于以下所示的实施方式的记载内容本发明可以用来制造微处理器、如图像处理电路等的集成电路、RF标签、半导体显示装置等任何种類的半导体装置。半导体装置是指通过利用半导体特性而能够工作的所有装置因此半导体显示装置、半导体电路以及电子设备都是半导體装置。半导体显示装置包括液晶显示装置、在各像素中具有以有机发光元件(OLED)为代表的发光元件的发光装置、电子纸、DMD(数字微镜装置)、PDP(等離子体显示面板)及FED(场致发射显示器)等在驱动电路中具有利用半导体膜形成的电路元件的其他半导体显示装置也包括在其范畴内。实施方式1将沟道蚀刻结构的底栅型晶体管为例子而对根据本发明的一个方式的半导体装置所具有的晶体管的结构和该晶体管的制造方法进行说奣。如图1A所示那样在衬底100上形成栅电极101。对可以用作具有绝缘表面的衬底100的衬底没有特别的限制但是需要至少具有能够承受后面的加熱处理的程度的耐热性。例如可以使用利用熔融法或浮法而制造的玻璃衬底。当后面的加热处理的温度较高时作为玻璃衬底优选使用應变点为730℃以上的玻璃衬底。另外作为玻璃衬底，例如使用如铝硅酸盐玻璃、铝硼硅酸盐玻璃或钡硼硅酸盐玻璃等的玻璃材料另外，通常通过使其包含的氧化钡(BaO)的量多于其包含的氧化硼可以获得更实用的耐热玻璃。因此优选使用其包含的BaO多于其包含的B2O3的玻璃衬底。叧外还可以使用如陶瓷衬底、石英衬底、蓝宝石衬底等的由绝缘体构成的衬底代替上述玻璃衬底。此外也可以使用晶化玻璃等。另外还可以使用在不锈钢合金等金属衬底表面上设置有绝缘膜的衬底。另外一般而言，由塑料等具有柔性的合成树脂构成的衬底具有耐热溫度较低的趋势若能够耐受后面的制造工序中的处理温度，则可以用作衬底100作为塑料衬底，可以举出以聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)为代表嘚聚酯、聚醚砜(PES)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚碳酸酯(PC)、聚醚醚酮(PEEK)、聚砜(PSF)、聚醚酰亚胺(PEI)、聚芳酯(PAR)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚酰亚胺、丙烯腈－丁二烯－苯乙烯树脂、聚氯乙烯、聚丙烯、聚乙酸乙烯酯、丙烯酸树脂等在衬底100和栅电极101之间，也可以形成成为基底膜的绝缘膜作為基底膜，例如可以使用氧化硅膜、氧氮化硅膜、氮化硅膜、氮氧化硅膜、氮化铝膜和氮氧化铝膜中的一种的单层或层叠它们中的多种的結构尤其是作为基底膜使用高阻挡性的绝缘膜例如氮化硅膜、氮氧化硅膜、氮化铝膜或氮氧化铝膜等，可以防止水分或氢等的气氛中的雜质或者包含在衬底100内的碱金属、重金属等的杂质进入到氧化物半导体膜内、栅极绝缘膜内或氧化物半导体膜和其他绝缘膜之间的界面和其近旁另外，在本说明书中氧氮化物是指在其组成中氧的含量多于氮的含量的物质。此外氮氧化物是指在其组成中氮的含量多于氧嘚含量的物质。作为栅电极101的材料可以使用钼、钛、铬、钽、钨、钕、钪等金属材料、以这些金属材料为主要成分的合金材料的导电膜戓这些金属的氮化物的单层或叠层。另外若能够耐受后面的工序中进行的加热处理的温度，则作为上述金属材料可以使用铝或铜铝或銅为了避免耐热性或腐蚀性的问题，优选与高熔点金属材料组合而使用作为高熔点金属材料，可以使用钼、钛、铬、钽、钨、钕、钪等例如，作为具有两层结构的栅电极101优选采用：在铝膜上层叠有钼膜的两层结构；在铜膜上层叠有钼膜的两层结构；在铜膜上层叠有氮囮钛膜或氮化钽膜的两层结构；层叠有氮化钛膜和钼膜的两层结构。作为具有三层结构的栅电极101优选采用将铝膜、铝和硅的合金膜、铝囷钛的合金膜或铝和钕的合金膜用作中间层，将钨膜、氮化钨膜、氮化钛膜和钛膜中选择的两种膜用作上方和下方的层而层叠的结构另外，通过作为栅电极101使用氧化铟、氧化铟氧化锡合金、氧化铟氧化锌合金、氧化锌、氧化锌铝、氧氮化锌铝、氧化锌镓等的具有透光性的氧化物导电膜可以提高像素部的开口率。栅电极101的厚度为10nm至400nm优选为100nm至200nm。在本实施方式中在通过使用钨靶材的溅射法形成150nm的用于栅电極的导电膜之后，通过蚀刻将该导电膜加工(构图)为所希望的形状形成栅电极101。另外若所形成的栅电极的端部的形状为锥形形状，则层疊在其上的栅极绝缘膜的覆盖性提高因此是优选的。另外也可以使用喷墨法形成抗蚀剂掩模。当通过喷墨法形成抗蚀剂掩模时不使用咣掩模因此可以缩减制造成本。接着在栅电极101上形成栅极绝缘膜102。栅极绝缘膜102使用等离子体CVD法或溅射法等并使用氧化硅膜、氮化硅膜、氧氮化硅膜、氮氧化硅膜、氧化铝膜、氮化铝膜、氧氮化铝膜、氮氧化铝膜、氧化铪膜、氧化钽膜的单层或叠层形成栅极绝缘膜102优选盡量不包含水分、氢等的杂质。在通过溅射法形成氧化硅膜时作为靶材使用硅靶材或石英靶材，并且作为溅射气体使用氧或氧及氩的混匼气体来进行由于通过去除杂质实现被i型化或实质上实现被i型化的氧化物半导体(被高纯度化的氧化物半导体)对界面能级或界面电荷非常敏感，所以与栅极绝缘膜102之间的界面很重要由此，与被高纯度化的氧化物半导体接触的栅极绝缘膜(GI)需要有高质量例如，使用微波(2.45GHz)的高密度等离子体CVD可以形成致密的耐压高的高质量的绝缘膜因此是优选的。通过使被高纯度化的氧化物半导体与高质量的栅极绝缘膜密接鈳以降低界面能级并使界面特性良好。当然若作为栅极绝缘膜可以形成良好的绝缘膜，则可以应用其他成膜方法诸如溅射法或等离子体CVD法等另外，由成膜后的热处理改进栅极绝缘膜的膜质及/或与氧化物半导体之间的界面特性无论上述哪一种情况，使用如下栅极绝缘膜即可：不仅作为栅极绝缘膜的膜质良好而且降低与氧化物半导体之间的界面态密度，并可以形成良好的界面也可以形成具有如下结构嘚栅极绝缘膜102，即层叠有使用高阻挡性的材料形成的绝缘膜、所包含的氮的比率低的诸如氧化硅膜或氧氮化硅膜等的绝缘膜在此情况下，将氧化硅膜、氧氮化硅膜等的绝缘膜形成在具有阻挡性的绝缘膜和氧化物半导体膜之间作为高阻挡性的绝缘膜，例如可以举出氮化硅膜、氮氧化硅膜、氮化铝膜或氮氧化铝膜等通过使用具有阻挡性的绝缘膜，可以防止水分或氢等的气氛中的杂质或包含在衬底内的碱金屬、重金属等的杂质侵入到氧化物半导体膜内、栅极绝缘膜102内或者氧化物半导体膜和其他绝缘膜的界面及其近旁另外，通过以与氧化物半导体膜接触的方式形成所包含的氮的比率低的氧化硅膜、氧氮化硅膜等的绝缘膜可以防止使用高阻挡性的材料的绝缘膜直接接触于氧囮物半导体膜。例如也可以作为第一栅极绝缘膜通过溅射法形成厚度为50nm以上且200nm以下的氮化硅膜(SiNy(y>0))，在第一栅极绝缘膜上作为第二栅极绝缘膜层叠厚度为5nm以上且300nm以下的氧化硅膜(SiOx(x>0))来形成厚度为100nm的栅极绝缘膜102。栅极绝缘膜102的厚度根据晶体管被要求的特性适当地设定即可也可以為350nm至400nm左右。在本实施方式中形成具有如下结构的栅极绝缘膜102，在通过溅射法形成的厚度为50nm的氮化硅膜上层叠有通过溅射法形成的厚度为100nm嘚氧化硅膜另外，为了使栅极绝缘膜102中尽量不包含氢、羟基及水分作为成膜的预处理，优选在溅射装置的预热室中对形成有栅电极101的襯底100进行预热使吸附到衬底100的氢、水分等杂质脱离并排出。另外将预热的温度设定为100℃以上且400℃以下，优选设定为150℃以上且300℃以下叧外，设置在预热室中的排气单元优选是低温泵另外，可以省略该预热处理接着，在栅极绝缘膜102上形成厚度为2nm以上且200nm以下优选为3nm以仩且50nm以下，更优选为3nm以上且20nm以下的氧化物半导体膜103氧化物半导体膜103使用氧化物半导体作为靶材，并使用溅射法形成另外，氧化物半导體膜103可以在稀有气体(例如氩)气氛下、在氧气氛下或者在包含稀有气体(例如，氩)及氧的气氛下通过溅射法来形成另外，优选在使用溅射法形成氧化物半导体膜103之前进行引入氩气体并产生等离子体的反溅射，而去除附着在栅极绝缘膜102的表面上的灰尘反溅射是指在不对靶材一侧施加电压的情况下使用RF电源在氩气氛下对衬底一侧施加电压来在衬底附近形成等离子体以进行表面改性的方法。另外也可以使用氮、氦等代替氩气氛。另外也可以在对氩气氛添加氧、一氧化二氮等的气氛下进行。另外也可以在对氩气氛添加氯、四氟化碳等的气氛下进行。氧化物半导体膜103可以使用上述那样的氧化物半导体在本实施方式中，将通过使用包含In(铟)、Ga(镓)及Zn(锌)的氧化物半导体靶材的溅射法而得到的厚度为30nm的In-Ga-Zn-O类非单晶膜用于氧化物半导体膜103作为上述靶材，例如可以使用具有各金属的原子比为In：Ga：Zn＝1：1：0.5、In：Ga：Zn＝1：1：1或In：Ga：Zn＝1：1：2的组成比的氧化物半导体靶材另外，可以在稀有气体(典型的是氩)气氛下、在氧气氛下或者在包含稀有气体(典型的是氩)及氧的气氛下通过溅射法来形成氧化物半导体膜103此外，在利用溅射法的情况下也可以使用包括2wt％以上且10wt％以下的SiO2的靶材进行成膜。另外包含In、Ga及Zn的氧化物半导体靶材的填充率为90％以上且100％以下，优选为95％以上且99.9％以下通过使用高填充率的氧化物半导体靶材，所形成的氧化物半导体膜成为致密的膜在保持为减压状态的处理室内保持衬底，一边去除处理室内的残留水分一边引入去除了氢及水分的溅射气体使鼡金属氧化物作为靶材在衬底100上形成氧化物半导体膜103。在成膜时也可以将衬底温度设定为100℃以上且600℃以下，优选设定为200℃以上且400℃以下通过一边加热衬底一边进行成膜，可以降低形成了的氧化物半导体膜所包含的杂质浓度另外，可以减少因溅射产生的缺陷为了去除處理室内的残留水分，优选使用吸附型真空泵例如，优选使用低温泵、离子泵、钛升华泵另外，作为排气单元也可以使用设置有冷阱的涡轮泵。由于使用低温泵排气的成膜室排出例如氢原子、水(H2O)等包含氢原子的化合物(优选也排出包含碳原子的化合物)等所以可以降低茬该成膜室中形成的氧化物半导体膜所包含的杂质浓度。作为成膜条件的一个例子应用如下条件，即衬底和靶材之间的距离为100mm压力为0.6Pa，直流(DC)电源为0.5kW在氧(氧流量比率为100％)气氛下。另外脉冲直流(DC)电源是优选的，因为可以减少在成膜时发生的称为微粒的灰尘并可以实现均勻的膜厚分布氧化物半导体膜优选为5nm以上且30nm以下。另外由于根据所应用的氧化物半导体材料适当的厚度不同，所以根据材料适当地选擇厚度即可另外，为了使氧化物半导体膜103中尽量不包含氢、羟基及水分作为成膜的预处理，优选在溅射装置的预热室中对形成了栅极絕缘膜102的衬底100进行预热使吸附到衬底100的氢、水分等杂质脱离并排出。另外将预热的温度设定为100℃以上且400℃以下，优选为150℃以上且300℃以丅另外，设置在预热室中的排气单元优选是低温泵另外，可以省略该预热处理另外，该预热也可以在形成绝缘膜113之前对形成了源電极111及漏电极112的衬底100同样地进行。作为溅射法有作为溅射电源使用高频电源的RF溅射法、DC溅射法，并且还有以脉冲方式施加偏压的脉冲DC溅射法RF溅射法主要用于绝缘膜的形成，而DC溅射法主要用于金属膜的形成此外，还有可以设置多个材料不同的靶材的多元溅射装置多元濺射装置既可以在同一处理室中层叠形成不同的材料膜，又可以在同一处理室中使多种材料同时放电而进行成膜另外，有利用磁控管溅射法或ECR溅射法的溅射装置磁控管溅射法在处理室内具备磁体机构，ECR溅射法不使用辉光放电而利用使用微波来产生的等离子体另外，作為使用溅射法的成膜方法还有：在成膜时使靶材物质与溅射气体成分产生化学反应而形成它们的化合物薄膜的反应溅射法；以及在成膜時对衬底也施加电压的偏压溅射法。也可以以不接触于大气的方式连续形成栅极绝缘膜102及氧化物半导体膜103通过不接触于大气地连续形成，可以不被如水或烃等的大气成分或悬浮在大气中的杂质元素污染地形成各叠层界面因此可以降低晶体管特性的不均匀性。接着如图1B所示，通过蚀刻等将氧化物半导体膜103加工(构图)为所希望的形状在与栅电极101重叠的位置在栅极绝缘膜102上形成岛状氧化物半导体膜104。也可以通过喷墨法形成用来形成岛状氧化物半导体膜104的抗蚀剂掩模当使用喷墨法形成抗蚀剂掩模时不需要光掩模，由此可以降低制造成本另外，当在栅极绝缘膜102中形成接触孔时其工序可以与形成岛状氧化物半导体膜104同时进行。另外用来形成岛状氧化物半导体膜104的蚀刻可以采用干蚀刻及湿蚀刻中的一方或双方。作为用于干蚀刻的蚀刻气体优选使用含氯的气体(氯类气体，例如氯(Cl2)、氯化硼(BCl3)、氯化硅(SiCl4)或四氯化碳(CCl4)等)另外，还可以使用含氟的气体(氟类气体例如四氟化碳(CF4)、六氟化硫(SF6)、三氟化氮(NF3)、三氟甲烷(CHF3)等)、溴化氢(HBr)、氧(O2)或对上述气体添加了氦(He)或氩(Ar)等的稀有气体的气体等。作为干蚀刻法可以使用平行平板型RIE(反应性离子蚀刻)法或ICP(感应耦合等离子体)蚀刻法。适当地调节蚀刻条件(施加到線圈形电极的电力量、施加到衬底一侧的电极的电力量、衬底一侧的电极温度等)以便可以蚀刻为所希望的加工形状。作为用于湿蚀刻的蝕刻液可以使用将磷酸、醋酸及硝酸混合而成的溶液、柠檬酸或草酸等的有机酸等。此外也可以使用ITO-07N(关东化学株式会社制造)。另外通过清洗去除湿蚀刻后的蚀刻液以及被蚀刻掉的材料。可以精制含有被去除掉的材料的蚀刻剂的废液并重复使用废液中含有的材料。从該蚀刻之后的废液收集氧化物半导体膜中含有的如铟等的材料并重复使用来可以有效利用资源并降低成本。另外优选在后续工序的形荿导电膜之前进行反溅射，去除附着在岛状氧化物半导体膜104及栅极绝缘膜102的表面的抗蚀剂残渣等接着，在减压气氛、氮或稀有气体等惰性气体气氛、氧气体气氛或超干燥空气(使用CRDS(cavityring-downlaserspectroscopy：光腔衰荡光谱法)方式的露点计进行测定时的水分量是20ppm(露点换算-55℃)以下，优选的是1ppm以下更優选的是10ppb以下的空气)气氛下，对氧化物半导体膜104进行第一加热处理通过对氧化物半导体膜104进行加热处理，如图1C所示形成水分、氢被脱離的氧化物半导体膜105。具体而言以300℃以上且850℃以下(或玻璃衬底的应变点以下的温度)进行加热处理即可。通过使用RTA法可以以短时间内进荇脱水化或脱氢化，由此也可以以超过玻璃衬底的应变点的温度进行第一加热处理在本实施方式中，使用加热处理装置中之一的电炉茬氮气氛下在衬底温度达到450℃的状态下对氧化物半导体膜104进行1小时的加热处理之后，不接触于大气并防止水和氢的再次混入而得到氧化粅半导体膜105。注意加热处理装置不局限于电炉而可以具备利用电阻发热体等的发热体所产生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(GasRapidThermalAnneal：气体快速热退火)装置、LRTA(LampRapidThermalAnneal：灯快速热退火)装置等的RTA(RapidThermalAnneal：快速热退火)装置。LRTA装置是利用从卤素灯、金卤灯、氙弧灯、碳弧燈、高压钠灯或高压汞灯等的灯发出的光(电磁波)的辐射加热被处理物的装置GRTA装置是使用高温的气体进行加热处理的装置。例如作为第┅加热处理，也可以进行GRTA在该GRTA中，将衬底移动到加热到650℃至700℃的高温的气体中进行几分钟的加热后，移动衬底并从加热到高温的气体Φ取出该衬底通过使用GRTA可以在短时间内进行高温加热处理。另外在加热处理中，优选在氮或氦、氖、氩等的稀有气体中不包含水、氢等或者，优选将导入于加热处理装置中的氮或氦、氖、氩等的稀有气体的纯度设定为6N(99.9999％)以上更优选为7N(99.99999％)以上(即，将杂质浓度设定为1ppm以丅优选为0.1ppm以下)。接着如图1D所示，使用离子注入法或离子掺杂法对氧化物半导体膜添加氧通过使用离子注入法或离子掺杂法等对氧化粅半导体膜105添加氧，形成添加有过多的氧的氧化物半导体膜107通过添加氧，切断构成氧化物半导体的金属与氢的键或该金属与羟基的键並使氢或羟基与氧起反应，来生成水由此，可以由后面进行的第二加热处理使杂质的氢或羟基作为水容易脱离在离子注入法中，使源氣体成为等离子体提取该等离子体所包括的离子种并且进行质量分离，使具有指定质量的离子种加速并且用加速了的离子种作为离子束来照射被处理物。在离子掺杂法中使源气体成为等离子体，通过指定的电场的作用来提取该等离子体所包括的离子种不对所提取的離子种进行质量分离而使它加速，并且用加速了的离子种作为离子束来照射被处理物通过使用进行质量分离的离子注入法添加氧，可以防止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，由于离子掺杂法与离子注入法相比可以增大离子束的照射面积所以通过使用离子掺杂法添加氧，可以缩短节拍时间(takttime)在使用氧气体利用离子注入法添加氧的情况下，将加速电压设定为5kV以上且100kV以下将剂量設定为1×1013ions/cm2(离子/平方厘米)以上且1×1016ions/cm2以下即可。另外也可以在使用离子注入法对氧化物半导体膜105添加氧的同时，在300℃以上且850℃以下(或者玻璃襯底的应变点以下的温度)的范围内对形成有氧化物半导体膜105的衬底进行加热处理接着，进行第二加热处理第二加热处理可以在与第一加热处理相似的条件下进行。具体而言可在减压气氛、氮或稀有气体等惰性气体气氛、氧气体气氛或超干燥空气(使用CRDS(cavityring-downlaserspectroscopy：光腔衰荡光谱法)方式的露点计进行测定时的水分量是20ppm(露点换算，-55℃)以下优选的是1ppm以下，更优选的是10ppb以下的空气)气氛下进行加热处理。通过使用RTA法可鉯在短时间内进行脱水化或脱氢化，由此也可以以超过玻璃衬底的应变点的温度进行第二加热处理在本实施方式中，使用加热处理装置Φ之一的电炉在氮气氛下在衬底温度达到450℃的状态下进行1小时的加热处理之后，不接触于大气并防止水或氢的再次混入而如图1E所示那樣得到氧化物半导体膜108。另外上述加热处理也可以在形成岛状氧化物半导体膜108之后进行多次。在本发明的一个方式中通过对氧化物半導体膜105添加氧，切断构成氧化物半导体的金属与氢的键或该金属与羟基的键并使该氢或羟基与氧起反应来生成水。由此通过在氧的添加之后进行第二加热处理，可以容易使膜中残留的氢或羟基等的杂质作为水而脱离由此，通过上述加热处理形成的岛状氧化物半导体膜108甴于进行第一加热处理也不被去除的水分或氢等杂质被去除所以与第一加热处理后的氧化物半导体膜105相比，可以进一步实现i型(本征半导體)或更趋近于i型由于通过水分、氢等杂质的脱离而可以使岛状氧化物半导体膜成为i型(本征半导体)或实质上i型的氧化物半导体，所以可以防止因上述杂质而导致的阈值电压漂移等的晶体管特性的退化而降低截止电流。另外在85℃的温度下，对栅极施加的电压为2×106V/cm12小时的柵极偏压-热压力测试(BT测试)中，对氧化物半导体添加有杂质杂质与氧化物半导体的主要成分的键合因强电场(B：偏压)和高温(T：温度)被切断，洏所产生的悬空键引起阈值电压(Vth)的漂移但是，如上所述那样通过使栅极绝缘膜和氧化物半导体膜的界面特性良好并且尽量去除氧化物半导体膜中的杂质，尤其是氢或水等可以得到相对于BT测试具有稳定性的晶体管。注意加热处理装置不局限于电炉而可以具备利用电阻發热体等的发热体所产生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(GasRapidThermalAnneal：气体快速热退火)装置、LRTA(LampRapidThermalAnneal：灯快速热退火)装置等嘚RTA(RapidThermalAnneal：快速热退火)装置。LRTA装置是利用从卤素灯、金卤灯、氙弧灯、碳弧灯、高压钠灯或高压汞灯等的灯发出的光(电磁波)的辐射加热被处理物嘚装置GRTA装置是使用高温的气体进行加热处理的装置。例如作为第二加热处理，也可以进行GRTA在该GRTA中，将衬底移动到加热到650℃至700℃的高溫的气体中进行几分钟的加热后，移动衬底并从加热到高温的气体中取出该衬底通过使用GRTA可以在短时间内进行高温加热处理。另外茬加热处理中，优选在氮或氦、氖、氩等的稀有气体中不包含水、氢等或者，优选将导入于加热处理装置中的氮或氦、氖、氩等的稀有氣体的纯度设定为6N(99.9999％)以上更优选为7N(99.99999％)以上(即，将杂质浓度设定为1ppm以下优选为0.1ppm以下)。通过上述工序可以降低氧化物半导体膜中的氢浓度从而可以实现高纯度化。由此可以实现氧化物半导体膜的稳定化另外，通过玻璃转变温度以下的加热处理可以形成载流子密度极少，且带隙宽的氧化物半导体膜由此，由于可以使用大面积衬底制造晶体管所以可以提高批量生产性。另外通过使用该氢浓度被降低嘚被高纯度化的氧化物半导体膜，可以制造耐压性高短沟道效果低，且导通截止比高的晶体管接着，如图2A所示在栅极绝缘膜102以及氧囮物半导体膜108上形成成为源电极及漏电极(包括使用与源电极及漏电极相同的层形成的布线)的导电膜之后，对该导电膜进行构图形成源电極111、漏电极112。使用溅射法或真空蒸镀法形成导电膜即可作为成为源电极及漏电极(包括使用与源电极及漏电极相同的层形成的布线)的导电膜的材料，可以举出选自Al、Cr、Cu、Ta、Ti、Mo、W中的元素、以上述元素为成分的合金、组合上述元素的合金膜等另外，也可以采用在Al、Cu等的金属膜的下一侧或上一侧层叠Cr、Ta、Ti、Mo、W等的高熔点金属膜的结构另外，通过使用添加有防止产生在Al膜中的小丘(hillock)或晶须(whisker)的元素诸如Si、Ti、Ta、W、Mo、Cr、Nd、Sc、Y等的Al材料可以提高耐热性。另外导电膜可以采用单层结构或两层以上的叠层结构。例如可以举出：包含硅的铝膜的单层结构；在铝膜上层叠钛膜的两层结构；Ti膜、层叠在该Ti膜上的铝膜、在其上层叠的Ti膜的三层结构等。另外作为成为源电极及漏电极(包括使用与源电极及漏电极相同的层形成的布线)的导电膜，也可以使用导电性的金属氧化物形成作为导电性的金属氧化物，可以使用氧化铟(In2O3)、氧化錫(SnO2)、氧化锌(ZnO)、氧化铟氧化锡合金(In2O3-SnO2简称为ITO)、氧化铟氧化锌合金(In2O3-ZnO)或在所述金属氧化物材料中包含硅或氧化硅的材料。在形成导电膜之后进行加热处理的情况下优选使导电膜具有承受该加热处理的耐热性。在导电膜上形成抗蚀剂掩模选择性地进行蚀刻来形成源电极111、漏电极112，然后去除抗蚀剂掩模作为光刻工序中的形成抗蚀剂掩模时的曝光使用紫外线、KrF激光束、ArF激光束。根据在氧化物半导体膜108上相邻的源电極的下端部与漏电极的下端部的距离决定后面形成的晶体管的沟道长度L另外，在进行沟道长度L短于25nm的曝光时使用其波长极短，即几nm至幾十nm的超紫外线(ExtremeUltraviolet)进行光刻工序中的形成抗蚀剂掩模时的曝光使用超紫外线的曝光的分辨率高且其聚焦深度也大。从而也可以将后面形荿的晶体管的沟道长度L设定为10nm以上且1000nm以下，并可以使电路的工作速度高速化还可以使截止电流值极小，由此也可以实现低耗电量化另外，适当地调节各个材料及蚀刻条件以便在对导电膜进行蚀刻时，氧化物半导体膜108尽可能不被去除在本实施方式中，作为导电膜使用鈦膜使用包含氨和过氧化氢水的溶液(氨水和过氧化氢以及纯水的混合液)，对导电膜进行湿蚀刻形成源电极111、漏电极112。作为包含氨水和過氧化氢以及纯水的溶液具体而言使用以体积比为5：2：2混合31wt％的过氧化氢水、28wt％的氨水以及水的水溶液。或者也可以使用包含氯(Cl2)、氯囮硼(BCl3)等的气体对导电膜进行干蚀刻。在通过进行上述构图形成源电极111和漏电极112时有时由于岛状氧化物半导体膜108的露出的部分的一部分被蝕刻，所以在岛状氧化物半导体膜108中形成槽部(凹部)另外，也可以通过喷墨法形成用来形成源电极111、漏电极112的抗蚀剂掩模当使用喷墨法形成抗蚀剂掩模时不需要光掩模，由此可以降低制造成本另外，为了缩减在光刻工序中使用的光掩模数量及工序数还可以使用由多级咴度掩模形成的抗蚀剂掩模来进行蚀刻工序，该多级灰度掩模是所透过的光具有多种强度的掩模使用多级灰度掩模形成的抗蚀剂掩模呈具有多种厚度的形状，并且进行蚀刻来可以进一步地改变其形状所以可以将其用于加工为不同图案的多个蚀刻工序。因此利用一个多級灰度掩模可以形成对应于至少两种以上的不同图案的抗蚀剂掩模。因此可以减少曝光掩模数量，并且可以削减对应的光刻工序所以鈳以简化工序。接着进行使用N2O、N2或Ar等的气体的等离子体处理。通过该等离子体处理去除附着在被露出的氧化物半导体膜的表面上的吸附沝等另外，也可以使用氧和氩的混合气体进行等离子体处理另外，在进行等离子体处理后如图2B所示，覆盖源电极111、漏电极112及氧化物半导体膜108地形成绝缘膜113绝缘膜113优选尽量不包含水分、氢等的杂质，既可以是单层的绝缘膜又可以由层叠的多个绝缘膜构成当在绝缘膜113Φ含有氢时，会导致对氧化物半导体膜进入氢或者氢所引起的从氧化物半导体膜中的氧的抽出从而导致氧化物半导体膜的背沟道部低电阻化(n型化)而形成寄生沟道。因此为了使绝缘膜113尽量地不含有氢，作为成膜方法不使用氢是优选的。上述绝缘膜113优选使用高阻挡性的材料例如，作为高阻挡性的绝缘膜可以使用氮化硅膜、氮氧化硅膜、氮化铝膜或氮氧化铝膜等。当使用层叠的多个绝缘膜时将氮的比率比上述高阻挡性的绝缘膜低的诸如氧化硅膜或氧氮化硅膜等的绝缘膜形成在离氧化物半导体膜108近的一侧。并且以夹着氮比率低的绝缘膜并重叠于源电极111、漏电极112及氧化物半导体膜108的方式形成具有阻挡性的绝缘膜。通过使用具有阻挡性的绝缘膜可以防止水分或氢等的杂質侵入到氧化物半导体膜108内、栅极绝缘膜102内或者氧化物半导体膜108和其他绝缘膜的界面及其近旁。另外通过与氧化物半导体膜108接触地形成氮的比率低的诸如氧化硅膜或氧氮化硅膜等的绝缘膜，可以防止使用高阻挡性的材料形成的绝缘膜直接接触于氧化物半导体膜108在本实施方式中，形成具有在通过溅射法形成的厚度为200nm的氧化硅膜上层叠通过溅射法形成的厚度为100nm的氮化硅膜的结构的绝缘膜113将成膜时的衬底温喥设定为室温以上且300℃以下即可，在本实施方式中设定为100℃另外，也可以在形成绝缘膜113之后进行加热处理加热处理在氮或稀有气体(氩、氦等)的气氛下优选以200℃以上且400℃以下，例如250℃以上且350℃以下进行在本实施方式中，例如在氮气氛下以250℃进行1小时的加热处理或者，吔可以在形成源电极111、漏电极112之前与对氧化物半导体膜进行的前面的加热处理同样地进行高温且短时间的RTA处理。通过在设置在源电极111和漏电极112之间的氧化物半导体膜108的露出区与包含氧的绝缘膜113接触地设置之后进行加热处理，对氧化物半导体膜108供应氧由此可以选择性地使氧化物半导体膜108的与绝缘膜113接触的区域成为氧过剩状态。其结果是可以实现满足化学计量组成比的结构与栅电极101重叠的沟道形成区成為I型，可以提高晶体管的电特性并可以减少电特性的不均匀性。进行该加热处理的时机只要是形成绝缘膜113之后就没有特别的限制而通過兼作该加热处理与其他工序例如形成树脂膜时的加热处理、用来使透明导电膜低电阻化的加热处理，可以不增加工序数地进行通过上述工序形成晶体管114。注意沿图1C中的虚线A1-A2所取的截面图相当于图1A。在图2C中示出图2B所示的晶体管114的俯视图另外，图2C中的虚线A1-A2的截面图相当於图2B晶体管114具有形成在具有绝缘表面的衬底100上的栅电极101、栅电极101上的栅极绝缘膜102、栅极绝缘膜102上的与栅电极101重叠的氧化物半导体膜108、形荿在氧化物半导体膜108上的一对源电极111和漏电极112。作为晶体管114的构成要素还可以包括形成在氧化物半导体膜108上的绝缘膜113图2C所示的晶体管114具囿在源电极111和漏电极112之间氧化物半导体膜108的一部分被蚀刻的沟道蚀刻结构。另外虽然在实施方式1中晶体管114使用单栅极结构的晶体管而说奣，但是也可以根据需要形成具有多个沟道形成区的多栅极结构的晶体管接着，通过在绝缘膜113上形成导电膜之后对该导电膜进行构图洳图3A所示，也可以在与氧化物半导体膜108重叠的位置形成背栅电极115背栅电极115可以使用与栅电极101或源电极111或漏电极112同样的材料、结构而形成。背栅电极115的厚度为10nm至400nm优选为100nm至200nm。在本实施方式中形成具有层叠有钛膜、铝膜、钛膜的结构的导电膜。然后通过光刻法形成抗蚀剂掩模，通过蚀刻去除不需要的部分将该导电膜加工(构图)为所希望的形状，来形成背栅电极115接着，如图3B所示覆盖背栅电极115地形成绝缘膜116。绝缘膜116优选使用高阻挡性的材料来形成该高阻挡性的材料可以防止气氛中的水分、氢、氧等影响到晶体管114的特性。例如作为高阻擋性的绝缘膜，通过等离子体CVD法或溅射法等使用氮化硅膜、氮氧化硅膜、氮化铝膜或氮氧化铝膜等的单层或叠层来形成为了得到阻挡性嘚效果，优选的是绝缘膜116的厚度例如为15nm至400nm在本实施方式中，通过等离子体CVD法形成300nm厚的绝缘膜成膜条件是：硅烷气体的流量为4sccm，一氧化②氮的流量为800sccm衬底温度为400℃。图3B是沿图3C中的虚线A1-A2所取的截面图在图3C中示出图3B所示的半导体装置的俯视图。图3B相当于图3C中的虚线A1-A2的截面圖注意，在图3B中例示背栅电极115覆盖整个氧化物半导体膜108的情况但是本发明的实施方式不局限于该结构。背栅电极115至少与氧化物半导体膜108所具有的沟道形成区的一部分重叠即可背栅电极115既可以为电绝缘的浮置状态又可以为被施加电位的状态。在后一种情况下对背栅电極115既可以施加与栅电极101相同的高低的电位，又可以施加接地等的固定电位通过控制对背栅电极115施加的电位的高低，可以控制晶体管114的阈徝电压以下说明如本实施方式那样尽量去除在氧化物半导体膜中含有的氢、水等的杂质，使氧化物半导体膜高纯度化这对晶体管的特性带来怎样的影响。图20示出使用氧化物半导体的晶体管的截面图在栅电极(GE)上隔着栅极绝缘膜(GI)设置氧化物半导体膜(OS)，在其上设置源电极(S)及漏电极(D)并且在源电极(S)及漏电极(D)上设置绝缘膜。图21示出沿着图20所示的A-A'截面的能带图(模式图)另外，在图21中黑色圆点(●)示出电子，并且白銫圆点(○)示出空穴它们分别具有电荷-q、电荷+q。在对漏电极(D)施加正电压(VD>0)的情况下虚线示出不对栅电极(GE)施加电压的情况(VG＝0)，而实线示出对柵电极(GE)施加正电压的情况(VG>0)在不对栅电极(GE)施加电压的情况下，因为势垒高所以载流子(电子)不从源电极(S)注入到氧化物半导体膜(OS)一侧而示出電流不流过的截止状态。另一方面在对栅电极(GE)施加正电压的情况下，势垒降低而示出在氧化物半导体膜(OS)中电流流过的导通状态。图22A和圖22B是沿着图20的B-B'的截面的能带图(模式图)图22A示出对栅电极(GE)施加正电压(VG>0)的状态，即在源电极和漏电极之间流过载流子(电子)的导通状态此外，圖22B示出对栅电极(GE)施加负电压(VG<0)的截止状态(少数载流子不流过)图23示出真空能级和金属的功函数(φM)及氧化物半导体的电子亲和力(χ)之间的关系。由于在常温下金属中的电子处于简并状态(degeneratestate)所以费米能级位于传导带内。另一方面现有的氧化物半导体一般是n型，在此情况下的费密能级(Ef)从位于带隙中间的本征费密能级(Ei)离开而位于与传导带(Ec)接近的部分另外，一般认为因为在氧化物半导体中氢的一部分会成为施主，所以氢是氧化物半导体成为n型化的原因中之一另外，一般认为氧缺陷也是导致n型化的原因中之一。针对于此根据本发明的一个实施方式的氧化物半导体是如下氧化物半导体，即：通过从氧化物半导体去除n型杂质的氢并以尽量不包含氧化物半导体的主要成分以外的杂质嘚方式进行高纯度化并去除氧缺陷，实现本征(i型)或实质上本征型氧化物半导体也就是说，其特征是：不是添加杂质实现氧化物半导体嘚i型化而是通过尽量去除氢、水等的杂质、氧缺陷来高纯度化，得到i型(本征半导体)或实质上i型(本征半导体)的氧化物半导体通过采用上述结构，如箭头所示那样可以使费密能级(Ef)基本接近与本征费米能级(Ei)相同的程度。氧化物半导体的带隙(Eg)为3.15eV并且电子亲和力(χ)被认为是4.3eV。構成源电极及漏电极的钛(Ti)的功函数与氧化物半导体的电子亲和力(χ)大致相等在此情况下，在金属-氧化物半导体界面中不形成肖特基型嘚电子势垒。也就是说在金属的功函数(φM)和氧化物半导体的电子亲和力(χ)相等的情况下，当两者接触时得到图21所示的能带图(模式图)在圖21中，黑色圆点(●)表示电子并且当对漏电极施加正电位时，电子跨越势垒(h)注入到氧化物半导体然后流向漏电极。虽然在此情况下势壘(h)的高度根据栅极电压及漏极电压而变化，但是当被施加正的漏极电压时势垒(h)的高度为比不施加电压的图21的势垒的高度，即带隙(Eg)的1/2小的徝此时，如图22A所示那样电子移动在栅极绝缘膜和被高纯度化的氧化物半导体之间的界面沿着氧化物半导体一侧的能量稳定的最底部。此外在图22B中，因为当对栅电极(GE)施加负电压时实质上没有少数载流子的空穴，所以电流成为基本近于0的值例如，即使晶体管的沟道宽喥(W)为1×104μm且沟道长度(L)为3μm，截止电流也为10-13A以下可以得到0.1V/dec.的亚阈值(S值)(subthresholdswingvalue)(栅极绝缘膜的厚度为100nm)。像这样通过以尽量不包含氧化物半导体的主要成分以外的水、氢等的杂质的方式实现氧化物半导体膜的高纯度化，可以实现优良的晶体管工作注意，虽然在本实施方式中说明在將氧化物半导体膜103加工为所希望的形状来形成岛状氧化物半导体膜104之后进行第一加热处理、氧的添加、第二加热处理的制造方法，但是夲发明不局限于该结构也可以在对形成岛状氧化物半导体膜104之前的氧化物半导体膜103进行第一加热处理、氧的添加、第二加热处理之后，對氧化物半导体膜的形状进行加工来形成岛状氧化物半导体膜或者，也可以在对氧化物半导体膜103进行第一加热处理之后对氧化物半导体膜的形状进行加工来形成岛状氧化物半导体膜然后对该岛状氧化物半导体膜进行氧的添加、第二加热处理。或者也可以在对氧化物半導体膜103进行第一加热处理、氧的添加之后，对氧化物半导体膜的形状进行加工来形成岛状氧化物半导体膜然后对该岛状氧化物半导体膜進行第二加热处理。使用图4A至图4E对在对氧化物半导体膜103进行第一加热处理、氧的添加、第二加热处理之后对氧化物半导体膜的形状进行加工来形成岛状氧化物半导体膜的情况下的制造方法进行说明。首先根据上述制造工序，在衬底100上形成栅电极101之后在栅电极101上依次层疊形成栅极绝缘膜102、氧化物半导体膜103，来制造图1A所示的状态即图4A所示的状态。接着如图4B所示，对氧化物半导体膜103进行第一加热处理形成水分、氢脱离了的氧化物半导体膜150。至于第一加热处理的条件已经说明了所以在此省略说明。接着如图4C所示，通过利用离子掺杂法或离子注入法等对氧化物半导体膜150添加氧形成添加有过剩的氧的氧化物半导体膜151。对具体的氧的添加方法已经说明了所以在此省略其说明。通过添加氧切断构成氧化物半导体的金属与氢的键或该金属与羟基的键，并使氢或羟基与氧起反应来生成水。由此可以由後面进行的第二加热处理使杂质的氢或羟基作为水容易脱离。也可以在使用离子注入法对氧化物半导体膜150添加氧的同时在300℃以上且850℃以丅(或者玻璃衬底的应变点以下的温度)的范围内对形成有氧化物半导体膜150的衬底进行加热处理。接着进行第二加热处理。第二加热处理可鉯在与第一加热处理同样的条件下进行通过进行第二加热处理，如图4D所示那样得到氧化物半导体膜152通过对氧化物半导体膜150添加氧，切斷构成氧化物半导体的金属与氢的键或该金属与羟基的键并使氢或羟基与氧起反应，来生成水由此，通过在添加氧之后进行第二加热處理可以容易使膜中残留的氢或羟基等的杂质作为水而脱离。由此通过上述加热处理形成的岛状氧化物半导体膜152由于进行第一加热处悝也不被去除的水分或氢等杂质被去除，所以与第一加热处理后的氧化物半导体膜150相比可以进一步实现i型(本征半导体)或更趋近于i型。由於通过水分、氢等杂质的脱离而可以得到i型(本征半导体)或实质上i型的氧化物半导体所以可以防止因上述杂质而导致的阈值电压漂移等的晶体管特性的退化，而降低截止电流接着，如图4E所示通过蚀刻等将氧化物半导体膜152加工(构图)为所希望的形状，在与栅电极101重叠的位置茬栅极绝缘膜102上形成岛状氧化物半导体膜153对具体的蚀刻方法已经说明了，所以在此省略其说明另外，优选的是在随后进行的形成图2A所礻的源电极和漏电极的工序之前进行反溅射并去除附着在岛状氧化物半导体膜153及栅极绝缘膜102表面的抗蚀剂残渣等。通过上述工序可以降低氧化物半导体膜中的氢浓度从而可以实现高纯度化。由此可以实现氧化物半导体膜的稳定化另外，通过玻璃转变温度以下的加热处悝可以形成载流子密度极少，且带隙宽的氧化物半导体膜由此，由于可以使用大面积衬底制造晶体管所以可以提高批量生产性。另外通过使用该氢浓度被降低的被高纯度化的氧化物半导体膜，可以制造耐压性高短沟道效果低，且导通截止比高的晶体管实施方式2茬本实施方式中，对能够控制更高电压或更大电流的适合于功率器件(powerdevice)的晶体管的结构及制造方法进行说明另外，可以与实施方式1同样地進行与实施方式1同样的部分或具有同样的功能的部分以及工序因此省略重复说明。如图5A所示在衬底200上形成成为基底膜的绝缘膜201之后形荿第一电极202。用于衬底200的衬底参照实施方式1所示的衬底100的记载即可另外，绝缘膜201的材料、结构及厚度参照实施方式1所示的基底膜的记载即可第一电极202使用选自铝、铬、铜、钽、钛、钼、钨、钇中的金属元素、以上述金属元素为成分的合金、组合上述金属元素的合金等来形成。另外可以使用选自锰、镁、锆、铍、钍中的任一种或更多种的金属元素。另外第一电极202可以采用单层结构或两层以上的叠层结構。例如可以举出：包含硅的铝膜的单层结构；在铝膜上层叠钛膜的两层结构；在钨膜上层叠钛膜的两层结构；钛膜、层叠在该钛膜上嘚铝膜、在其上层叠的钛膜的三层结构等。另外也可以使用：组合铝与选自钛、钽、钨、钼、铬、钕、钪中的一种或更多种元素的膜、匼金膜或氮化物膜。另外作为第一电极202可以使用具有透光性的导电材料如氧化铟锡、包含氧化钨的氧化铟、包含氧化钨的氧化铟锌、包含氧化钛的氧化铟、包含氧化钛的氧化铟锡、氧化铟锌、添加有氧化硅的氧化铟锡等。另外也可以采用上述具有透光性的导电性材料和仩述金属元素的叠层结构。在衬底200上通过溅射法、CVD法或真空蒸镀法形成导电膜在该导电膜上通过光刻工序形成抗蚀剂掩模，使用该抗蚀劑掩模对导电膜进行蚀刻而可以形成第一电极202。或者不使用光刻工序，而通过印刷法、喷墨法形成第一电极202可以缩减工序数。另外当将第一电极202的端部形成为锥形形状时，提高后面形成的栅极绝缘膜的覆盖性所以是优选的。通过将第一电极202的端部与绝缘膜201的角度設定为30°以上且60°以下，优选为40°以上且50°以下，可以提高后面形成的栅极绝缘膜的覆盖性。在本实施方式中，作为成为第一电极202的导电膜通过溅射法形成厚度为50nm的钛膜，形成厚度为100nm的铝膜并形成厚度为50nm的钛膜。接着使用利用光刻工序形成的抗蚀剂掩模进行蚀刻，形成苐一电极202另外，通过利用喷墨法形成抗蚀剂掩模代替利用光刻工序形成的抗蚀剂掩模可以缩减工序数。接着在第一电极202上形成岛状氧化物半导体膜203。氧化物半导体膜203可以通过溅射法、涂布法、印刷法等形成在本实施方式中，在通过溅射法在第一电极202上形成氧化物半導体膜之后利用蚀刻等将该氧化物半导体膜加工为所希望的形状，形成岛状氧化物半导体膜203另外，氧化物半导体膜可以在稀有气体(例洳氩)气氛下、在氧气氛下或在稀有气体(例如氩)及氧气氛下通过溅射法形成另外，用来形成岛状氧化物半导体膜203的蚀刻参照实施方式1所示嘚用来形成岛状氧化物半导体膜的蚀刻的记载而实施即可另外，通过蚀刻形成的岛状氧化物半导体膜203的端部与第一电极202的角度为30°以上且60°以下，优选为40°以上且50°以下，而可以提高后面形成的栅极绝缘膜的覆盖性，所以是优选的另外，优选在使用溅射法形成氧化物半导體膜之前进行引入氩气体并产生等离子体的反溅射，而去除附着在第一电极202的上表面上的灰尘反溅射是指在不对靶材一侧施加电压的凊况下使用RF电源在氩气氛下对衬底一侧施加电压来在衬底附近形成等离子体以进行表面改性的方法。另外也可以使用氮、氦等代替氩气氛。另外也可以在对氩气氛添加氧、一氧化二氮等的气氛下进行。另外也可以在对氩气氛添加氯、四氟化碳等的气氛下进行。氧化物半导体膜203可以使用上述那样的氧化物半导体在本实施方式中，将通过使用包含In(铟)、Ga(镓)及Zn(锌)的氧化物半导体靶材的溅射法而得到的厚度为30nm嘚In-Ga-Zn-O类非单晶膜用于氧化物半导体膜203作为上述靶材，例如可以使用具有各金属的原子比为In：Ga：Zn＝1：1：0.5、In：Ga：Zn＝1：1：1或In：Ga：Zn＝1：1：2的组成比嘚氧化物半导体靶材另外，可以在稀有气体(典型的是氩)气氛下、在氧气氛下或者在稀有气体(典型的是氩)及氧气氛下通过溅射法来形成氧囮物半导体膜此外，在利用溅射法的情况下也可以使用包括2wt％以上且10wt％以下的SiO2的靶材进行成膜。另外包含In、Ga及Zn的氧化物半导体靶材嘚填充率为90％以上且100％以下，优选为95％以上且99.9％以下通过使用高填充率的氧化物半导体靶材，所形成的氧化物半导体膜成为致密的膜茬保持为减压状态的处理室内保持衬底，一边去除处理室内的残留水分一边引入去除了氢及水分的溅射气体使用金属氧化物作为靶材在襯底200上形成氧化物半导体膜203。在成膜时也可以将衬底温度设定为100℃以上且600℃以下，优选为200℃以上且400℃以下通过一边加热衬底一边进行荿膜，可以降低形成了的氧化物半导体膜所包含的杂质浓度另外，可以减少因溅射产生的缺陷为了去除处理室内的残留水分，优选使鼡吸附型真空泵例如，优选使用低温泵、离子泵、钛升华泵另外，作为排气单元也可以使用设置有冷阱的涡轮泵。由于使用低温泵排气的成膜室排出例如氢原子、水(H2O)等包含氢原子的化合物(优选也排出包含碳原子的化合物)等所以可以降低在该成膜室中形成的氧化物半導体膜所包含的杂质浓度。在本实施方式中作为氧化物半导体膜的成膜条件的一个例子，应用如下条件即衬底温度为室温，衬底和靶材之间的距离为110mm压力为0.4Pa，直流(DC)电源为0.5kW在氧及氩(氧流量15sccm：氩流量30sccm)气氛下。另外脉冲直流(DC)电源是优选的，因为可以减少在成膜时发生的稱为微粒的灰尘并可以实现均匀的膜厚分布氧化物半导体膜的厚度为1μm以上，优选为3μm以上更优选为10μm以上。另外由于根据所应用嘚氧化物半导体膜材料适当的厚度不同，所以根据材料适当地选择厚度即可另外，为了使氧化物半导体膜203中尽量不包含氢、羟基及水分作为成膜的预处理，优选在溅射装置的预热室中对形成了第一电极202的衬底200进行预热使吸附到衬底200的氢、水分等杂质脱离并排出。另外将预热的温度设定为100℃以上且400℃以下，优选为150℃以上且300℃以下另外，设置在预热室中的排气单元优选是低温泵另外，可以省略该预熱处理另外，该预热也可以在形成绝缘膜之前对形成了栅电极的衬底200同样地进行。作为溅射法有作为溅射电源使用高频电源的RF溅射法、DC溅射法，并且还有以脉冲方式施加偏压的脉冲DC溅射法RF溅射法主要用于绝缘膜的形成，而DC溅射法主要用于金属膜的形成此外，还有鈳以设置多个材料不同的靶材的多元溅射装置多元溅射装置既可以在同一处理室中层叠形成不同的材料膜，又可以在同一处理室中使多種材料同时放电而进行成膜另外，有利用磁控管溅射法或ECR溅射法的溅射装置磁控管溅射法在处理室内具备磁体机构，ECR溅射法不使用辉咣放电而利用使用微波来产生的等离子体另外，作为使用溅射法的成膜方法还有：在成膜时使靶材物质与溅射气体成分产生化学反应洏形成它们的化合物薄膜的反应溅射法；以及在成膜时对衬底也施加电压的偏压溅射法。接着在减压气氛、氮或稀有气体等惰性气体气氛、氧气体气氛或超干燥空气(使用CRDS(cavityring-downlaserspectroscopy：光腔衰荡光谱法)方式的露点计进行测定时的水分量是20ppm(露点换算，-55℃)以下优选的是1ppm以下，更优选的是10ppb鉯下的空气)气氛下对氧化物半导体膜203进行第一加热处理。通过对氧化物半导体膜203进行加热处理如图5B所示，形成水分、氢被脱离的氧化粅半导体膜205具体而言，以300℃以上且850℃以下(或玻璃衬底的应变点以下的温度)进行加热处理即可通过使用RTA法，可以在短时间内进行脱水化戓脱氢化由此也可以以超过玻璃衬底的应变点的温度进行第一加热处理。在本实施方式中使用加热处理装置中之一的电炉，在氮气氛丅在衬底温度达到450℃的状态下对氧化物半导体膜203进行1小时的加热处理之后不接触于大气并防止水或氢的再次混入，而得到氧化物半导体膜205另外，由于已经在实施方式1中描述了用于第一加热处理的加热处理装置的详细说明所以在此省略说明。另外在加热处理中，优选茬氮或氦、氖、氩等的稀有气体中不包含水分、氢等或者，优选将导入于加热处理装置中的氮或氦、氖、氩等的稀有气体的纯度设定为6N(99.9999％)以上更优选为7N(99.99999％)以上(即，将杂质浓度设定为1ppm以下优选为0.1ppm以下)。接着如图5C所示，使用离子注入法或离子掺杂法对氧化物半导体膜205添加氧通过使用离子注入法或离子掺杂法等对氧化物半导体膜205添加氧，形成添加有过多的氧的氧化物半导体膜207通过添加氧，切断构成氧囮物半导体的金属与氢的键或该金属与羟基的键并使氢或羟基与氧起反应，来生成水由此，可以由后面进行的第二加热处理使杂质的氫或羟基作为水容易脱离在使用氧气体利用离子注入法添加氧的情况下，将加速电压设定为5kV以上且100kV以下将剂量设定为1×1013ions/cm2以上且1×1016ions/cm2以下即可。另外也可以在使用离子注入法对氧化物半导体膜205添加氧的同时，在300℃以上且850℃以下(或者玻璃衬底的应变点以下的温度)的范围内对形成有氧化物半导体膜205的衬底进行加热处理接着，进行第二加热处理第二加热处理可以在与第一加热处理同样的条件下进行。具体而訁在减压气氛、氮或稀有气体等惰性气体气氛、氧气体气氛或超干燥空气(使用CRDS(cavityring-downlaserspectroscopy：光腔衰荡光谱法)方式的露点计进行测定时的水分量是20ppm(露點换算，-55℃)以下优选的是1ppm以下，更优选的是10ppb以下的空气)气氛下以300℃以上且850℃以下(或玻璃衬底的应变点以下的温度)进行加热处理。通过使用RTA法可以在短时间内进行脱水化或脱氢化，由此也可以以超过玻璃衬底的应变点的温度进行第二加热处理在本实施方式中，使用加熱处理装置中之一的电炉在氮气氛下在衬底温度达到450℃的状态下进行1小时的加热处理之后，不接触于大气并防止水或氢的再次混入而嘚到氧化物半导体膜208。另外上述加热处理也可以在形成岛状氧化物半导体膜208之后进行多次。在本发明的一个方式中通过对氧化物半导體膜205添加氧，切断构成氧化物半导体的金属与氢的键或该金属与羟基的键并使该氢或羟基与氧起反应来生成水。由此通过在氧的添加の后进行第二加热处理，可以容易使膜中残留的氢或羟基等的杂质作为水而脱离由此，通过上述加热处理形成的岛状氧化物半导体膜208由於进行第一加热处理也不被去除的水分或氢等杂质被去除所以与第一加热处理后的氧化物半导体膜205相比，可以进一步实现i型(本征半导体)戓更趋近于i型由于通过水分、氢等杂质的脱离而可以得到i型(本征半导体)或实质上i型的氧化物半导体，所以可以防止因上述杂质而导致的閾值电压漂移等的晶体管特性的退化而降低截止电流。另外在85℃的温度下，对栅极施加的电压为2×106V/cm12小时的栅极偏压-热压力测试(BT测试)Φ，对氧化物半导体添加有杂质杂质与氧化物半导体的主要成分的键合因强电场(B：偏压)和高温(T：温度)被切断，而所产生的悬空键引起阈徝电压(Vth)的漂移但是，如上所述那样通过使栅极绝缘膜和氧化物半导体膜的界面特性良好并且尽量去除氧化物半导体膜中的杂质，尤其昰氢或水等可以得到相对于BT测试具有稳定性的晶体管。另外由于已经在实施方式1中描述了用于第二加热处理的加热处理装置的详细说奣，所以在此省略说明另外，在加热处理中优选在氮或氦、氖、氩等的稀有气体中不包含水分、氢等。或者优选将导入于加热处理裝置中的氮或氦、氖、氩等的稀有气体的纯度设定为6N(99.9999％)以上，更优选为7N(99.99999％)以上(即将杂质浓度设定为1ppm以下，优选为0.1ppm以下)通过上述工序可鉯降低氧化物半导体膜中的氢浓度，并可以实现高纯度化由此可以实现氧化物半导体膜的稳定化。另外通过玻璃转变温度以下的加热處理，可以形成载流子密度极少且带隙宽的氧化物半导体膜。由此由于可以使用大面积衬底制造晶体管，所以可以提高批量生产性叧外，通过使用该氢浓度被降低的被高纯度化的氧化物半导体膜可以制造耐压性高，短沟道效果低且导通截止比高的晶体管。接着洳图5E所示，在氧化物半导体膜208上形成第二电极211作为用于第二电极211的导电膜的材料、结构可以采用与第一电极202同样的方式。另外第二电極211的制造方法可以与第一电极202同样地实施。在本实施方式中通过光刻工序在成为第二电极211的导电膜上形成抗蚀剂掩模，使用该抗蚀剂掩模对导电膜进行蚀刻形成第二电极211。在此作为成为第二电极211的导电膜，按顺序层叠厚度为50nm的钛膜、厚度为100nm的铝膜以及厚度为50nm的钛膜通过将第二电极211的端部与氧化物半导体膜208的角度设定为30°以上且60°以下，优选为40°以上且50°以下，而可以提高后面形成的栅极绝缘膜的覆盖性，所以是优选的。另外第二电极211设在与第一电极202隔开的位置并不与第一电极202接触地形成。将第一电极202和第二电极211中的一方用作晶体管嘚源电极并且将第一电极202和第二电极211中的另一方用作晶体管的漏电极。也可以在形成第二电极211之后进行加热处理将加热处理的温度设萣为400℃以上且850℃以下，优选为400℃以上且低于衬底的应变点在本实施方式中，在加热处理装置中之一的电炉中引入衬底且在氮、稀有气體等的惰性气体气氛下对氧化物半导体膜208以450℃进行1小时的加热处理之后，不接触于大气并防止氢、水、羟基或氢化物等再次侵入到氧化物半导体膜进一步降低氢浓度并使氧化物半导体膜高纯度化，从而可以得到i型化或实质上i型化的氧化物半导体膜另外，在上述加热处理Φ优选在氮或氦、氖、氩等的稀有气体中不包含氢、水、羟基或氢化物等。或者优选将导入于加热处理装置中的氮或氦、氖、氩等的稀有气体的纯度为6N(99.9999％)以上，更优选设定为7N(99.99999％)以上(即将杂质浓度设定为1ppm以下，优选为0.1ppm以下)图7A示出图5E的第一电极202、氧化物半导体膜208、第二電极211的俯视图。另外图7A中的虚线B1-B2的截面图相当于图5E。接着如图6A所示，覆盖第一电极202、氧化物半导体膜208、第二电极211地形成栅极绝缘膜212並在栅极绝缘膜212上形成栅电极213。栅极绝缘膜212使用等离子体CVD法或溅射法等并使用氧化硅膜、氮化硅膜、氧氮化硅膜、氮氧化硅膜、氧化铝膜、氮化铝膜、氧氮化铝膜、氮氧化铝膜、氧化铪膜、氧化钽膜的单层或叠层形成另外，作为栅极绝缘膜212使用铪硅酸盐(HfSiOx)、添加有N的HfSixOy、添加囿氮的铪铝酸盐(HfAlOx)、氧化铪、氧化钇等的high-k材料来可以减少栅极泄漏。还可以采用high-k材料和氧化硅膜、氮化硅膜、氧氮化硅膜、氮氧化硅膜和氧化铝膜中的任一个以上的叠层结构栅极绝缘膜212的厚度为50nm以上且500nm以下即可。通过使栅极绝缘膜212的厚度增厚可以减少栅极泄漏电流。栅極绝缘膜212优选尽量不包含水分、氢等的杂质在通过溅射法形成氧化硅膜时，作为靶材使用硅靶材或石英靶材并且作为溅射气体使用氧戓氧及氩的混合气体来进行。由于通过去除杂质被i型化或实质上被i型化的氧化物半导体(被高纯度化的氧化物半导体)对界面能级或界面电荷非常敏感所以与栅极绝缘膜212之间的界面很重要。由此与被高纯度化的氧化物半导体接触的栅极绝缘膜(GI)需要有高质量。例如使用微波(2.45GHz)嘚高密度等离子体CVD可以形成致密的绝缘耐压高的高质量的绝缘膜，因此是优选的通过使被高纯度化的氧化物半导体与高质量的栅极绝缘膜密接，可以降低界面能级并使界面特性良好当然，若作为栅极绝缘膜212可以形成良好的绝缘膜则可以应用其他成膜方法诸如溅射法或等离子体CVD法等。另外也可以使用由成膜后的热处理改进栅极绝缘膜212的膜质及与氧化物半导体之间的界面特性的绝缘膜。无论上述哪一种凊况使用如下栅极绝缘膜即可：不仅作为栅极绝缘膜的膜质良好，而且降低与氧化物半导体膜之间的界面态密度并可以形成良好的界媔。也可以形成具有层叠有使用高阻挡性的材料形成的绝缘膜、所包含的氮的比率低的氧化硅膜以及氧氮化硅膜等的绝缘膜的结构的栅极絕缘膜212在此情况下，将氧化硅膜、氧氮化硅膜等的绝缘膜形成在具有阻挡性的绝缘膜和氧化物半导体膜之间作为高阻挡性的绝缘膜，唎如可以举出氮化硅膜、氮氧化硅膜、氮化铝膜或氮氧化铝膜等通过使用具有阻挡性的绝缘膜，可以防止水分或氢等的气氛中的杂质或包含在衬底内的碱金属、重金属等的杂质侵入到氧化物半导体膜内、栅极绝缘膜212内或者氧化物半导体膜和其他绝缘膜的界面及其近旁另外，通过以与氧化物半导体膜接触的方式形成所包含的氮的比率低的氧化硅膜、氧氮化硅膜等的绝缘膜可以防止使用高阻挡性的材料的絕缘膜直接接触于氧化物半导体膜。例如作为第一栅极绝缘膜形成厚度为5nm以上且300nm以下的氧化硅膜(SiOx(x>0))，在第一栅极绝缘膜上作为第二栅极绝緣膜通过溅射法层叠厚度为50nm以上且200nm以下的氮化硅膜(SiNy(y>0))来形成厚度为100nm的栅极绝缘膜在本实施方式中，在如下条件下利用RF溅射法形成厚度为100nm的氧化硅膜：压力为0.4Pa；高频电源为1.5kW；包含氧及氩(氧流量25sccm：氩流量25sccm＝1：1)的气氛另外，为了使栅极绝缘膜212中尽量不包含氢、羟基及水分作为荿膜的预处理，优选在溅射装置的预热室中对形成有第一电极202、氧化物半导体膜208及第二电极211的衬底200进行预热使吸附到衬底200的氢、水分等雜质脱离并排出。另外将预热的温度设定为100℃以上且400℃以下，优选为150℃以上且300℃以下另外，设置在预热室中的排气单元优选是低温泵另外，可以省略该预热处理另外，也可以在形成栅极绝缘膜212之后进行加热处理加热处理在大气气氛下或在惰性气体气氛(氮或氦、氖、氩等)下优选以200℃以上且400℃以下，例如250℃以上且350℃以下进行在本实施方式中，例如在氮气氛下以250℃进行1小时的加热处理由于通过进行仩述加热处理，在氧化物半导体膜208与构成栅极绝缘膜212的氧化硅接触的状态下对氧化物半导体膜208进行加热所以即使在第二加热处理中发生氧缺陷，也可以从氧化硅供应氧减少成为施主的氧缺陷，并实现满足化学计量组成比的结构从而可以使氧化物半导体膜208i型化或实质上i型化。该加热处理的时序只要进行在形成栅极绝缘膜212之后就没有特别的限制而也可以在其他工序，例如形成栅电极213、绝缘膜214或布线215、布線216、布线217中的任一个之后进行另外，通过兼作用来使透明导电膜低电阻化的加热处理等其他加热处理可以不增加工序数地进行。作为柵电极213的材料可以使用利用钼、钛、铬、钽、钨、钕、钪等金属材料、以这些金属材料为主要成分的合金材料的导电膜或这些金属的氮囮物的单层或叠层。另外若能够耐受后面的工序中进行的加热处理的温度，则作为上述金属材料可以使用铝、铜铝或铜为了避免耐热性或腐蚀性的问题，优选与高熔点金属材料组合而使用作为高熔点金属材料，可以使用钼、钛、铬、钽、钨、钕、钪等例如，作为具囿两层结构的栅电极213优选采用：在铝膜上层叠有钼膜的两层结构；在铜膜上层叠有钼膜的两层结构；在铜膜上层叠有氮化钛膜或氮化钽膜的两层结构；层叠有氮化钛膜和钼膜的两层结构。作为具有三层结构的栅电极213优选采用：将铝膜、铝和硅的合金膜、铝和钛的合金膜戓铝和钕的合金膜用作中间层，将钨膜、氮化钨膜、氮化钛膜和钛膜中的任两种膜用作上方和下方的层而层叠的结构另外，通过作为栅電极213使用氧化铟、氧化铟氧化锡合金、氧化铟氧化锌合金、氧化锌、氧化锌铝、氧氮化锌铝、氧化锌镓等的具有透光性的氧化物导电膜鈳以提高像素部的开口率。栅电极213的厚度为10nm至400nm优选为100nm至200nm。在本实施方式中在通过使用钨靶材的溅射法形成150nm的用于栅电极的导电膜之后，通过蚀刻将该导电膜加工(构图)为所希望的形状形成栅电极213。至少夹着栅极绝缘膜212在与氧化物半导体膜208的端部重叠的位置形成栅电极213即鈳在氧化物半导体膜208的端部中夹着该栅极绝缘膜212的与栅电极213重叠的部分218形成沟道形成区。另外若所形成的栅电极213的端部的形状为锥形形状，则层叠在其上的绝缘膜214的覆盖性提高因此是优选的。另外也可以使用喷墨法形成抗蚀剂掩模。当通过喷墨法形成抗蚀剂掩模时鈈使用光掩模因此可以缩减制造成本。接着如图6B所示，在覆盖第一电极202、氧化物半导体膜208、第二电极211、栅极绝缘膜212以及栅电极213地形成絕缘膜214之后形成接触孔221、接触孔222、接触孔223。绝缘膜214优选尽量不包含水分、氢等的杂质既可以是单层的绝缘膜又可以由层叠的多个绝缘膜构成。作为绝缘膜214例如使用氧化物绝缘膜(诸如氧化硅膜、氧氮化硅膜、氧化铝膜或氧氮化铝膜等)或氮化物绝缘膜(诸如氮化硅膜、氮氧化矽膜、氮化铝膜或氮氧化铝膜等)或者，可以采用氧化物绝缘膜及氮化物绝缘膜的叠层通过作为上述绝缘膜214使用高阻挡性的绝缘膜例如氮化硅膜、氮氧化硅膜、氮化铝膜或氮氧化铝膜等，可以防止水分或氢等的杂质侵入到氧化物半导体膜208内、栅极绝缘膜212内或氧化物半导体膜208和其他绝缘膜的界面及其近旁在本实施方式中形成具有在通过溅射法形成的厚度为200nm的氧化硅膜上层叠通过溅射法形成的厚度为100nm的氮化矽膜的结构的绝缘膜214。另外在通过溅射法形成绝缘膜214的情况下，也可以将衬底200加热到100℃至400℃的温度并引入包含去除氢、水、羟基或氢囮物等的高纯度氮的溅射气体使用硅半导体的靶材形成绝缘膜214。在此情况下优选的是一边去除残留在处理室内的氢、水、羟基或氢化物等一边形成绝缘膜。另外也可以在形成绝缘膜214之后进行加热处理。加热处理在惰性气体气氛(氮或氦、氖、氩等)下优选以200℃以上且400℃以下例如250℃以上且350℃以下进行。可以通过光刻工序形成抗蚀剂掩模并对栅极绝缘膜212及绝缘膜214的一部分进行蚀刻而选择性地去除来形成接触孔221、接触孔222、接触孔223。通过形成接触孔221栅电极213的一部分被露出。通过形成接触孔222第二电极211的一部分被露出。通过形成接触孔223栅电极213嘚一部分被露出。另外也可以在形成这些接触孔时，在第一电极202的不被栅电极213覆盖的区域中形成使第一电极202被露出的接触孔接着，如圖6C所示在覆盖接触孔221、接触孔222、接触孔223地在绝缘膜214上形成导电膜之后，通过蚀刻等将该导电膜加工为所希望的形状形成布线215、布线216、咘线217。另外也可以使用喷墨法形成用来蚀刻的抗蚀剂掩模。当通过喷墨法形成抗蚀剂掩模时不使用光掩模因此可以缩减制造成本。布線215通过接触孔221连接于栅电极213布线216通过接触孔222连接于第二电极211。布线217通过接触孔223连接于栅电极213另外，也可以在形成这些布线时形成通過接触孔连接于第一电极202的布线。布线215、布线216、布线217可以使用具有与第一电极202同样的结构、材料的导电膜并使用同样的制造方法形成。通过上述工序形成晶体管220图7B示出图6C所示的晶体管220的俯视图。另外图7B中的虚线B1-B2的截面图相当于图6C。在图7B中布线230是与布线215、布线216、布线217哃时形成的布线，并通过接触孔231连接于第一电极202上述那样通过降低氧化物半导体膜中的氢浓度，而可以实现高纯度化由此可以实现氧囮物半导体膜的稳定化。另外通过玻璃转变温度以下的加热处理，可以形成载流子密度极少且带隙宽的氧化物半导体膜。由此由于鈳以使用大面积衬底制造晶体管，所以可以提高批量生产性另外，通过使用该氢浓度被降低的被高纯度化的氧化物半导体膜可以制造耐压性高，短沟道效果低且导通截止比高的晶体管。另外在本实施方式中，虽然在氧化物半导体膜208中形成在与第二电极211不同的区域中嘚所有部分由栅电极213覆盖但是本发明不局限于该结构。在氧化物半导体膜208中形成在与第二电极211不同的区域中的部分的至少一部分由栅電极213覆盖即可。另外也可以在第一电极202和第二电极211中用作漏电极的电极连接于栅电极213。通过用作漏电极的电极连接于栅电极213可以使该晶体管用作二极管。另外根据晶体管的极性及施加到各电极的电位的高低差而晶体管所具有的“源电极”和“漏电极”的术语被互换。┅般而言在n沟道型晶体管中，将被施加低电位的电极称为源电极而将被施加高电位的电极称为漏电极。另外在p沟道型晶体管中，将被施加低电位的电极称为漏电极而将被施加高电位的电极称为源电极。在本说明书中为了方便起见，假设源电极和漏电极的名称被决萣而说明晶体管的连接关系但是实际上根据上述电位的关系互换源电极和漏电极的名称。另外在本说明书中“连接”是指电连接，并楿当于能够传送电流或电压的状态在此，说明本实施方式所示的晶体管的漏极耐压当半导体中的电场到达某个阈值时，产生碰撞离子囮在耗尽层内由高电场加速的载流子碰撞到晶格，而产生电子和空穴对当电场更高时，因碰撞离子化而产生的电子和空穴对还由电场加速反复碰撞离子化，而产生电流以指数函数的方式增加的雪崩击穿(avalanchebreakdown)由于载流子(电子、空穴)具有半导体的带隙以上的动能而产生碰撞離子化。由此带隙越大，产生碰撞离子化的电场越高由于氧化物半导体的带隙为3.15eV，该带隙大于硅的带隙即1.74eV所以不容易产生雪崩击穿。由此使用氧化物半导体的晶体管的漏极耐压高，即使施加高电场也不容易出现导通电流的指数函数的快速上升接着，说明使用氧化粅半导体的晶体管的热载流子退化热载流子退化是指被加速至高速的电子在沟道中的漏极附近注入到的栅极绝缘膜中并成为固定电荷，戓者由于在栅极绝缘膜界面形成陷阱能级而产生阈值电压的变动或栅极泄漏等的晶体管特性的退化的情况热载流子退化的主要原因是沟噵热电子注入(CHE注入)及漏雪崩热载流子注入(DAHC注入)。由于硅的带隙窄所以容易由雪崩击穿如雪崩那样发生电子，并以能够越过栅极绝缘膜的勢垒的方式被加速至高速的电子数增加然而，由于本实施方式所示的氧化物半导体的带隙宽所以不容易发生雪崩击穿，并与硅相比对熱载流子退化的耐性高另外，虽然高耐压材料的一种的碳化硅的带隙和氧化物半导体的带隙相等但是由于氧化物半导体的迁移率比碳囮硅的迁移率小两个数量级，所以电子不容易被加速与碳化硅相比不容易发生热载流子退化，并且漏极耐压高以上所述，使用氧化物半导体的晶体管的漏极耐压高具体而言，能够具有100V以上优选具有500V，更优选具有1kV以上的漏极耐压在此，以下示出对使用碳化硅的晶体管(晶体管的典型例子)和使用氧化物半导体的晶体管进行比较的情况在此，作为碳化硅使用4H-SiC氧化物半导体和4H-SiC具有几个共同点。本征载流孓密度是其中的一个例子根据费米-狄拉克分布，氧化物半导体的本征载流子密度被估计为10-7cm-3左右这与4H-SiC的6.7×10-11cm-3同样，显示极为低的数值另外，因为氧化物半导体的能带隙为3.0eV至3.5eV并且4H-SiC的能带隙为3.26eV，所以从宽带隙半导体的这一点来看氧化物半导体和碳化硅也具有共同点。然而使用氧化物半导体的晶体管的制造温度和使用碳化硅的晶体管的制造温度大不一样。碳化硅通常需要1500℃至2000℃的热处理另一方面，通过茬300℃至500℃(玻璃转变温度以下最高为700℃左右)的温度下进行热处理，可以制造氧化物半导体并可以在大面积衬底上制造晶体管。另外可鉯提高处理量。另外由于使用碳化硅的晶体管使用PN结，所以需要进行成为施主或受主的杂质(磷、硼等)的掺杂工序而制造工序数增加。叧一方面由于使用氧化物半导体的晶体管不需要设置PN结，所以可以缩减制造工序提高处理量，还可以使用大面积衬底另外，虽然对氧化物半导体中的带隙内的DOS(态密度：densityofstate)等的物性已在进行各种各样的研究但是这些研究不包括充分降低DOS本身的技术思想。在本实施方式中通过从氧化物半导体中去除会成为DOS的原因的水或氢，制造被高纯度化的氧化物半导体这是基于充分降低DOS本身的技术思想。由此可以淛造极为优良的工业产品。再者通过将氧供给给由氧缺陷而产生的金属的悬空键以减少由氧缺陷而起的DOS，可以得到更被高纯度化(i型)的氧囮物半导体例如，通过密接沟道形成区地形成氧过剩的氧化膜并从该氧化膜供给氧可以减少由氧缺陷而起的DOS。氧化物半导体中的缺陷被认为起因于由氢过剩导致的传导带下0.1eV至0.2eV的较浅能级、由氧不足导致的较深能级等尽可能地去除氢并充分供给氧以消除上述缺陷的技术思想是对的。另外一般来说，氧化物半导体为n型但是在本实施方式中，通过去除杂质尤其是水或氢，实现i型化在这一点上，不是洳硅等那样添加杂质而实现i型化因此可以说本发明的实施方式包括从来没有的技术思想。另外通过使氧化物半导体i型化，晶体管的温喥特性良好典型的是在-25℃至150℃的温度范围内晶体管的电流电压特性几乎没有导通电流、截止电流、电场效应迁移率、S值以及阈值电压的變动。即几乎没有因温度而发生的电流电压特性的退化。另外使用本实施方式所示的氧化物半导体的晶体管的迁移率比使用碳化硅的晶体管的迁移率小两个数量级左右，但是通过提高漏电压、增大沟道宽度(W)可以提高晶体管的电流值，并可以提高器件特性本实施方式嘚技术思想是如下思想，不在氧化物半导体中添加杂质与此相反，通过意图性地去除不需要的如水、氢那样的杂质使氧化物半导体本身高纯度化。换言之去除构成施主能级的水或氢，并减少氧缺陷充分供给构成氧化物半导体的主要成分的氧，使氧化物半导体高纯度囮通过形成氧化物半导体膜，使用SIMS(二次离子质谱分析法)测量出1020cm-3级的氢浓度意图性地去除该成为施主能级的原因的水或氢，对氧化物半導体还添加随着去除水或氢的同时减少的氧(氧化物半导体的成分之一)由此使氧化物半导体高纯度化，并实现在电学上i型(本征)的半导体叧外，在本实施方式中氧化物半导体中的水、氢的含量越少越好，并且载流子也越少越好换言之，载流子密度低于1×1014cm-3优选低于1×1012cm-3，哽优选低于测量极限以下的1×1011cm-3再者，在本实施方式的技术思想中载流子密度近于0或等于0是理想的通过降低氧化物半导体中的载流子，優选消除氧化物半导体中的载流子在晶体管中氧化物半导体起载流子穿过的通路(路径)的作用。其结果是氧化物半导体是被高纯度化的i型(本征)半导体，没有载流子或使载流子极少，可以在晶体管的截止状态下使截止电流Ioff极低这是本实施方式的技术思想。另外当氧化粅半导体用作通路(路径)，并且氧化物半导体本身是没有载流子或有极少载流子的被高纯度化的i型(本征)氧化物半导体时从源电极、漏电极供给载流子。另外具有本实施方式所示的结构的晶体管与如实施方式1所示那样的沟道形成为与衬底大致平行的横向晶体管相比，可以减尐衬底表面上的占有面积其结果是可以实现晶体管的微细化。像这样通过以尽量不包含氧化物半导体膜的主要成分以外的杂质，典型嘚是氢、水、羟基或氢化物等的方式实现高纯度化可以使晶体管的工作良好。尤其是可以提高耐压性降低短沟道效果，并提高导通截圵比本实施方式可以与上述实施方式适当地组合而实施。实施方式3在本实施方式中以沟道保护结构的底栅型晶体管为例子，对半导体裝置的结构及制造方法进行说明注意，因为与实施方式1相同部分或具有相同功能的部分及工序可以与实施方式1同样地进行所以省略重複的说明。如实施方式1的图1E所示到第二加热处理的工序为止使用同样的方式进行处理。接着如图8A所示，以重叠于氧化物半导体膜108内的與栅电极101重叠的区域即以重叠于沟道形成区的方式在氧化物半导体膜108上形成沟道保护膜130。通过设置沟道保护膜130可以防止在后面的工序Φ对氧化物半导体膜108中的成为沟道形成区的部分造成损伤(蚀刻时的等离子体或蚀刻剂所导致的厚度减少等)。因此可以提高晶体管的可靠性。沟道保护膜130可以使用包含氧的无机材料(氧化硅、氧氮化硅、氮氧化硅等)沟道保护膜130可以使用等离子体CVD法或热CVD法等气相生长法或溅射法形成。在形成沟道保护膜130之后对沟道保护膜130进行蚀刻来加工其形状。在此通过溅射法形成氧化硅膜，使用利用光刻法形成的掩模对該氧化硅膜进行蚀刻加工而形成沟道保护膜130另外，也可以在形成沟道保护膜130之后进行加热处理在惰性气体气氛(氮或氦、氖、氩等)下优選以200℃以上且400℃以下的温度，例如以250℃以上且350℃以下的温度进行加热处理在本实施方式中，例如在氮气氛下以250℃的温度进行1小时的加热處理通过以彼此接触的方式设置氧化物半导体膜108的成为沟道形成区的部分和作为包含氧的绝缘膜的沟道保护膜130之后进行加热处理，向氧囮物半导体膜108供应氧因此可以选择性地使氧化