半導体装置の作製方法
【課題】酸化物半導体を用いた半導体装置に安定した電気的特性を付与し、高信頼性化す
ることを目的の一とする。
【解決手段】第１の絶縁膜を形成し、第１の絶縁膜に酸素ドープ処理を行って、第１の絶
縁膜に酸素原子を供給し、第１の絶縁膜上に、ソース電極およびドレイン電極、ならびに
、ソース電極およびドレイン電極と電気的に接続する酸化物半導体膜を形成し、酸化物半
導体膜に熱処理を行って、酸化物半導体膜中の水素原子を除去し、水素原子が除去された
酸化物半導体膜上に、第２の絶縁膜を形成し、第２の絶縁膜上の酸化物半導体膜と重畳す
る領域にゲート電極を形成する半導体装置の作製方法である。
ることを目的の一とする。
【解決手段】第１の絶縁膜を形成し、第１の絶縁膜に酸素ドープ処理を行って、第１の絶
縁膜に酸素原子を供給し、第１の絶縁膜上に、ソース電極およびドレイン電極、ならびに
、ソース電極およびドレイン電極と電気的に接続する酸化物半導体膜を形成し、酸化物半
導体膜に熱処理を行って、酸化物半導体膜中の水素原子を除去し、水素原子が除去された
酸化物半導体膜上に、第２の絶縁膜を形成し、第２の絶縁膜上の酸化物半導体膜と重畳す
る領域にゲート電極を形成する半導体装置の作製方法である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
半導体装置及び半導体装置の作製方法に関する。
【０００２】
なお、本明細書中において半導体装置とは、半導体特性を利用することで機能しうる装置
全般を指し、電気光学装置、半導体回路および電子機器は全て半導体装置である。
【背景技術】
【０００３】
絶縁表面を有する基板上に形成された半導体薄膜を用いてトランジスタを構成する技術が
注目されている。該トランジスタは集積回路（ＩＣ）や画像表示装置（表示装置）のよう
な電子デバイスに広く応用されている。トランジスタに適用可能な半導体薄膜としてシリ
コン系半導体材料が広く知られているが、その他の材料として酸化物半導体が注目されて
いる。
【０００４】
例えば、トランジスタの活性層として、電子キャリア濃度が１０１８／ｃｍ３未満である
インジウム（Ｉｎ）、ガリウム（Ｇａ）、及び亜鉛（Ｚｎ）を含む非晶質酸化物を用いた
トランジスタが開示されている（特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−１６５５２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、酸化物半導体はデバイス作製工程において、電子供与体を形成する水素や水の混
入などが生じると、その電気伝導度が変化する恐れがある。このような現象は、酸化物半
導体を用いたトランジスタにとって電気的特性の変動要因となる。
【０００７】
上述の問題に鑑み、酸化物半導体を用いた半導体装置に安定した電気的特性を付与し、高
信頼性化することを目的の一とする。少なくとも、酸化物半導体膜を有するトランジスタ
の作製工程において、酸素ドープ処理を行う。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
酸化物半導体膜を有するトランジスタの作製工程において、熱処理による脱水化または脱
水素化処理、及び酸素ドープ処理を行う。
【０００９】
開示する発明の一態様は、基板上に第１の絶縁膜を形成し、第１の絶縁膜に酸素ドープ処
理を行って、第１の絶縁膜に酸素原子を供給し、第１の絶縁膜上に、ソース電極およびド
レイン電極、ならびにソース電極およびドレイン電極と電気的に接続する酸化物半導体膜
を形成し、酸化物半導体膜に熱処理を行って、酸化物半導体膜中の水素原子を除去し、水
素原子が除去された酸化物半導体膜上に、第２の絶縁膜を形成し、第２の絶縁膜上の酸化
物半導体膜と重畳する領域にゲート電極を形成する半導体装置の作製方法である。
【００１０】
また、開示する発明の一態様は、基板上に成分として酸素原子を含む第１の絶縁膜を形成
し、第１の絶縁膜に酸素ドープ処理を行って、第１の絶縁膜に酸素原子を供給し、第１の
絶縁膜上に、ソース電極およびドレイン電極、ならびにソース電極およびドレイン電極と
電気的に接続する酸化物半導体膜を形成し、酸化物半導体膜に熱処理を行って、酸化物半
導体膜中の水素原子を除去し、水素原子が除去された酸化物半導体膜に酸素ドープ処理を
行って、酸化物半導体膜中に酸素原子を供給し、酸素原子が供給された酸化物半導体膜上
に、成分として酸素原子を含む第２の絶縁膜を形成し、第２の絶縁膜上の酸化物半導体膜
と重畳する領域にゲート電極を形成する半導体装置の作製方法である。
【００１１】
また、開示する発明の一態様は、基板上に成分として酸素原子を含む第１の絶縁膜を形成
し、第１の絶縁膜に酸素ドープ処理を行って、第１の絶縁膜に酸素原子を供給し、第１の
絶縁膜上に、ソース電極およびドレイン電極、ならびにソース電極およびドレイン電極と
電気的に接続する酸化物半導体膜を形成し、酸化物半導体膜に熱処理を行って、酸化物半
導体膜中の水素原子を除去し、水素原子が除去された酸化物半導体膜上に、成分として酸
素原子を含む第２の絶縁膜を形成し、第２の絶縁膜に酸素ドープ処理を行って、第２の絶
縁膜に酸素原子を供給し、第２の絶縁膜上の酸化物半導体膜と重畳する領域にゲート電極
を形成する半導体装置の作製方法である。
【００１２】
上記において、化学量論比の１倍を超えて２倍までの比率の酸素原子が含まれるように、
酸化物半導体膜に酸素ドープ処理を行う場合がある。
【００１３】
また、上記において、第１の絶縁膜または第２の絶縁膜として、酸化物半導体膜の成分元
素を含む絶縁膜を形成する場合がある。また、第１の絶縁膜または第２の絶縁膜として、
酸化物半導体膜の成分元素を含む絶縁膜と、当該絶縁膜の成分元素とは異なる元素を含む
膜を形成する場合がある。また、第１の絶縁膜または第２の絶縁膜として、酸化ガリウム
を含む絶縁膜を形成する場合がある。また、第１の絶縁膜または第２の絶縁膜として、酸
化ガリウムを含む絶縁膜と、酸化ガリウムとは異なる材料を含む膜を形成する場合がある
。なお、本明細書において、「酸化ガリウム」の用語は、特に言及しない限り、構成元素
としての酸素とガリウムを意味するものであって、酸化ガリウムの態様に限る趣旨で用い
ない。例えば、「酸化ガリウムを含む絶縁膜」という場合には、「酸素とガリウムを含む
絶縁膜」のように読み替えることが可能である。
【００１４】
また、上記において、ゲート電極を覆うように、窒素を含有する絶縁膜を形成する場合が
ある。このように、酸化物半導体膜の上方に水素の含有がない、または極めて少ない窒化
シリコンなど用いた絶縁膜を形成する場合には、第１の絶縁膜、第２の絶縁膜、及び酸化
物半導体膜の少なくとも一に添加された酸素が外部に放出されることを防ぎ、加えて、外
部からの水素や水の混入を防ぐことが可能である。この点において、当該窒素を含有する
絶縁膜の重要性は高いといえる。
【００１５】
なお、上記の「酸素ドープ」とは、酸素（少なくとも、酸素ラジカル、酸素原子、酸素イ
オン、のいずれかを含む）をバルクに添加することを言う。なお、当該「バルク」の用語
は、酸素を、薄膜表面のみでなく薄膜内部に添加することを明確にする趣旨で用いている
。また、「酸素ドープ」には、プラズマ化した酸素をバルクに添加する「酸素プラズマド
ープ」が含まれる。
【００１６】
上記の酸素ドープ処理によって、酸化物半導体膜の膜中（バルク中）、絶縁膜の膜中（バ
ルク中）、酸化物半導体膜と絶縁膜の界面、のいずれかには少なくとも化学量論比をこえ
る量の酸素が存在する。酸素の量は、好ましくは化学量論比の１倍を超えて４倍まで（４
倍未満）、より好ましくは、１倍を超えて２倍まで（２倍未満）である。ここで、化学量
論比を超える酸素過剰な酸化物とは、それが、例えば、ＩｎａＧａｂＺｎｃＳｉｄＡｌｅ
ＭｇｆＯｇ（ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆ，ｇ≧０）で表されるとき、２ｇ＞３ａ＋３ｂ＋２
ｃ＋４ｄ＋３ｅ＋２ｆ、を満たす酸化物をいう。なお、酸素ドープ処理によって添加され
た酸素は、酸化物半導体の格子間に存在する場合もある。
【００１７】
また、少なくとも脱水化、脱水素化した後の酸化物半導体膜中の水素よりも添加される酸
素の量が多くなるようにする。少なくとも添加される酸素の量が水素よりも多ければそれ
が拡散し、不安定性の原因となる水素と反応することにより、水素を固定化（非可動イオ
ン化）することができる。すなわち、信頼性の低下を抑制することができる。また、酸素
を過剰とすることで酸素欠損に起因するしきい値電圧Ｖｔｈのばらつきを低減すると共に
、しきい値電圧のシフト量ΔＶｔｈを低減することができる。
【００１８】
なお、酸化物半導体膜の膜中（バルク中）、絶縁膜の膜中（バルク中）、酸化物半導体膜
と絶縁膜の界面、の２カ所以上に上述した量の酸素が存在するとより好ましい。
【００１９】
なお、欠陥（酸素欠損）のない酸化物半導体であれば、化学量論比に一致した量の酸素が
含まれていれば良いが、トランジスタのしきい値電圧の変動を抑えるなどの信頼性を確保
するためには、酸化物半導体には、化学量論比を超える量の酸素が含まれていることが好
ましい。同様に、欠陥（酸素欠損）のない酸化物半導体であれば、下地膜を酸素過剰の絶
縁膜とする必要はないが、トランジスタのしきい値電圧の変動を抑えるなどの信頼性を確
保するためには、酸化物半導体膜に酸素欠損の状態は生じ得ることを考慮して、下地膜を
酸素過剰の絶縁膜とすることが好ましい。
【００２０】
ここで、上述の「酸素プラズマドープ」処理によって、バルク中に酸素が添加される様子
を示す。なお、酸素を一成分として含む酸化物半導体膜中に酸素ドープ処理を行う場合、
一般に、酸素濃度の増減を確認することは困難である。よって、ここでは、シリコンウエ
ハを用いて、酸素ドープ処理の効果を確認した。
【００２１】
酸素ドープ処理は、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ：Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅ
ｄ Ｐｌａｓｍａ）方式を用いて行った。その条件は、ＩＣＰ電力８００Ｗ、ＲＦバイア
ス電力３００Ｗまたは０Ｗ、圧力１．５Ｐａ、酸素ガス流量７５ｓｃｃｍ、基板温度７０
℃である。図１５に、ＳＩＭＳ（ＳＩＭＳ、Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ Ｉｏｎ Ｍａｓｓ Ｓ
ｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）分析によるシリコンウエハの深さ方向の酸素濃度プロファイル
を示す。図１５において、縦軸は酸素濃度を示し、横軸はシリコンウエハ表面からの深さ
を示す。
【００２２】
図１５より、ＲＦバイアス電力が０Ｗの場合および３００Ｗの場合のいずれにおいても、
酸素が添加されていることが確認できる。また、ＲＦバイアス３００Ｗの場合は、ＲＦバ
イアス０Ｗの場合と比較して、酸素がより深く添加されることが確認できる。
【００２３】
次に、酸素ドープ処理を行う前と、酸素ドープを行った後のシリコンウエハの断面をＳＴ
ＥＭ（Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓ
ｃｏｐｙ）で観察した結果を図１６に示す。図１６（Ａ）は、酸素ドープ処理を行う前の
ＳＴＥＭ像であり、図１６（Ｂ）は、上述のＲＦバイアス電力３００Ｗの条件で酸素ドー
プ処理を行った後のＳＴＥＭ像である。図１６（Ｂ）に示すように、酸素ドープを行うこ
とによって、シリコンウエハに酸素高ドープ領域が形成されていることが確認できる。
【００２４】
以上のように、シリコンウエハに対して酸素ドープを行うことで、シリコンウエハに酸素
が添加されることが示された。この結果により、酸化物半導体膜に対して酸素ドープを行
うことによっても、酸化物半導体膜に酸素を当然に添加できることが理解できる。
【００２５】
開示する発明の一態様である上述の構成の効果は、次のように考えると理解が容易である
。ただし、以下の説明は、あくまでも一考察に過ぎないことを付記する。
【００２６】
ゲート電極にプラスの電圧を印加すると、酸化物半導体膜のゲート電極側からバックチャ
ネル側（ゲート絶縁膜と反対側）へ電界が発生するため、酸化物半導体膜中に存在するプ
ラスの電荷を有する水素イオンがバックチャネル側へ移動して、絶縁膜との界面近傍に蓄
積する。蓄積した水素イオンから絶縁膜中の電荷捕獲中心（水素原子、水、あるいは汚染
物等）へプラスの電荷が移動することによって、酸化物半導体膜のバックチャネル側には
マイナスの電荷が蓄積される。すなわち、トランジスタのバックチャネル側に寄生チャネ
ルが発生して、しきい値電圧がマイナス側にシフトし、トランジスタがノーマリーオンの
傾向を示す。
【００２７】
上記の通り、絶縁膜中の水素または水等の電荷捕獲中心がプラスの電荷を捕獲し、絶縁膜
中へプラスの電荷が移動することによってトランジスタの電気的特性が変動するため、ト
ランジスタの電気的特性の変動を抑制するためには、絶縁膜中にこれらの電荷捕獲中心が
存在しない、または水素または水等の含有量が少ないことが重要である。したがって、絶
縁膜の成膜には、成膜時に水素含有量が少ないスパッタ法を用いるのが望ましい。スパッ
タ法により成膜された絶縁膜は、その膜中に電荷捕獲中心が存在しない、または少ないた
め、ＣＶＤ法等によって成膜した場合と比較してプラスの電荷の移動がおきにくい。よっ
て、トランジスタのしきい値電圧のシフトを抑制し、トランジスタをノーマリーオフとす
ることができる。
【００２８】
なお、トップゲート型のトランジスタにおいては、下地となる絶縁膜上に酸化物半導体膜
を形成した後、熱処理を行うことで、酸化物半導体膜に含まれる水または水素を除去する
と同時に、絶縁膜中に含まれる水または水素をも除去することができる。よって、絶縁膜
中には、酸化物半導体膜中を移動してきたプラスの電荷を捕獲するための電荷捕獲中心が
少ない。このように、酸化物半導体膜への脱水化または脱水素化のための熱処理は、酸化
物半導体膜に加えて、酸化物半導体膜の下層に存在する絶縁膜に対しても行われるため、
トップゲート型のトランジスタにおいては、下地となる絶縁膜はプラズマＣＶＤ法等のＣ
ＶＤ法を用いて成膜されていても構わない。
【００２９】
また、ゲート電極にマイナスの電圧を印加すると、バックチャネル側からゲート電極側へ
電界が発生するため、酸化物半導体膜中に存在する水素イオンがゲート絶縁膜側へ移動し
て、ゲート絶縁膜との界面近傍へと蓄積する。また、これによりトランジスタのしきい値
電圧はマイナス側へシフトする。
【００３０】
なお、電圧を０として放置すると、電荷捕獲中心からプラスの電荷が解放され、トランジ
スタのしきい値電圧がプラス側へシフトして、初期状態に戻る、または、場合によっては
初期状態よりもプラス側へシフトする。この現象は、酸化物半導体膜中に移動しやすいイ
オンが存在することを示唆しており、最も小さい原子である水素が最も移動しやすいイオ
ンとなると考察することができる。
【００３１】
また、酸化物半導体膜が光を吸収することによって、光エネルギーによって酸化物半導体
膜中の金属元素（Ｍ）と水素原子（Ｈ）との結合（Ｍ−Ｈ結合とも表記する）が切れる。
なお、波長が４００ｎｍ前後の光エネルギーと、金属元素及び水素原子の結合エネルギー
と、は概略一致している。酸化物半導体膜中の金属元素と水素原子との結合が切れたトラ
ンジスタに負のゲートバイアスを加えると、金属元素から脱離した水素イオンがゲート電
極側に引き寄せられるため電荷の分布が変化し、トランジスタのしきい値電圧はマイナス
側にシフトして、ノーマリーオンの傾向を示す。
【００３２】
なお、トランジスタへの光照射と負のゲートバイアスの印加によってゲート絶縁膜界面に
移動した水素イオンは、電圧の印加を停止すると元に戻る。これは、酸化物半導体膜中の
イオンの移動の代表的な例として理解できる。
【００３３】
このような、電圧印加による電気的特性の変動（ＢＴ劣化）または光照射による電気的特
性の変動（光劣化）への対策は、酸化物半導体膜から水素原子または水などの水素原子を
含む不純物を徹底的に排除し、酸化物半導体膜を高純度化することが最も重要である。電
荷密度が１×１０１５ｃｍ−３、つまり、単位面積あたりの電荷が１×１０１０ｃｍ−２
の場合、その電荷はトランジスタ特性に影響しないまたは影響するとしてもごく僅かであ
る。よって、電荷密度は１×１０１５ｃｍ−３以下であることが望ましい。仮に、酸化物
半導体膜に含まれる水素のうち、１０％の水素が酸化物半導体膜中を移動する場合、水素
の濃度は１×１０１６ｃｍ−３以下であることが望ましい。さらに、デバイス完成後に水
素が外部より侵入するのを防ぐために、スパッタ法によって成膜した窒化シリコン膜をパ
ッシベーション膜として用い、トランジスタを覆うのが好ましい。
【００３４】
さらに、酸化物半導体膜中に含まれる水素に対して、過剰な酸素を含ませる（水素原子の
数）＜＜（酸素ラジカルの数）または（酸素イオンの数）とすることで、酸化物半導体膜
から水素または水を排除することができる。具体的には、高周波（ＲＦ）を用いて酸素を
プラズマ化し、基板バイアスを大きくして、酸素ラジカル、酸素イオンを基板上の酸化物
半導体膜へドープまたは添加し、酸化物半導体膜中では残存する水素よりも酸素を多くす
る。酸素の電気陰性度は３．０と、電気陰性度が約２．０である酸化物半導体膜中の金属
（Ｚｎ、Ｇａ、Ｉｎ）よりも大きいため、水素に対して酸素を過剰に含有させることで、
Ｍ−Ｈ基より水素を奪い、ＯＨ基を形成する。なお、このＯＨ基は、Ｍと結合してＭ−Ｏ
−Ｈ基を形成しうる。
【００３５】
なお、酸化物半導体膜の酸素の含有量が、化学量論比よりも過剰となるように酸素をドー
プするのがより好ましい。例えば、酸化物半導体膜としてＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物
半導体膜を用いる場合、酸素のドープなどによって酸素の比率を化学量論比の１倍を超え
て２倍まで（２倍未満）とするのがより好ましい。例えば、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系酸化
物半導体の単結晶の化学量論比をＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ：Ｏ＝１：１：１：４とすると、組成
がＩｎＧａＺｎＯｘで表される酸化物半導体薄膜において、Ｘは４を超えて８未満とする
のがより好ましい。よって、酸化物半導体膜において酸素の含有量は水素の含有量より大
きくなる。
【００３６】
光エネルギーやＢＴストレスによって、Ｍ−Ｈ基から水素が脱離して劣化の原因となるが
、上述のドープによって酸素を注入する場合、注入された酸素が水素イオンと結合してＯ
Ｈ基となる。ＯＨ基は、結合エネルギーが大きいため、トランジスタに光照射やＢＴスト
レスが加えられても水素イオンを放出せず、また、水素イオンより質量も大きいため、酸
化物半導体膜中を移動しにくい。よって、酸素のドープに起因して形成されるＯＨ基は、
トランジスタの劣化の原因にならないか、または劣化の原因を減らすことができる。
【００３７】
なお、酸化物半導体膜の膜厚を大きくする程、トランジスタのしきい値電圧のばらつきが
大きくなる傾向が確認されている。これは、酸化物半導体膜中の酸素欠損がしきい値電圧
の変動の一因であり、膜厚が大きくなるほど酸素欠損が増加するためと推測できる。開示
する発明の一態様に係るトランジスタにおいて、絶縁膜又は酸化物半導体膜に酸素をドー
プする工程は、酸化物半導体膜からの水素または水の排除のみでなく、膜中の酸素欠損の
補填に対しても有効である。よって、開示する発明の一態様に係るトランジスタは、しき
い値電圧のばらつきも抑制することができる。
【００３８】
また、酸化物半導体膜を挟んで、酸化物半導体膜と同種の成分でなる金属酸化物膜を設け
る構成も、電気的特性の変動防止に効果的である。酸化物半導体膜と同種の成分でなる金
属酸化物膜として、具体的には、酸化物半導体膜の構成元素から選択される一または複数
の金属元素の酸化物を含む膜を用いるのが好ましい。このような材料は酸化物半導体膜と
の相性が良く、酸化物半導体膜を挟んで該金属酸化物膜を設けることで、酸化物半導体膜
との界面の状態を良好に保つことができる。つまり、上述の材料を用いた金属酸化物膜を
、酸化物半導体膜と接する絶縁膜として設けることで、該金属酸化物膜と酸化物半導体膜
との界面及びその近傍への水素イオンの蓄積を抑制または防止することができる。したが
って、酸化物半導体膜を挟んで、例えば酸化シリコン膜等の酸化物半導体膜とは異なる成
分でなる絶縁膜を設けた場合と比較して、トランジスタのしきい値電圧に影響を与える酸
化物半導体膜界面の水素濃度を十分に低減することができる。
【００３９】
なお、該金属酸化物膜としては、酸化ガリウム膜を用いるのが好ましい。酸化ガリウムは
、バンドギャップ（Ｅｇ）が大きいので、酸化ガリウム膜によって酸化物半導体膜を挟む
ことで、酸化物半導体膜と金属酸化物膜との界面において、エネルギー障壁が形成され、
その界面においてキャリアの移動は妨げられる。したがって、キャリアは酸化物半導体膜
から金属酸化物膜に移動することなく、酸化物半導体膜中を移動する。一方、水素イオン
は、酸化物半導体膜と金属酸化物膜との界面を通過して、金属酸化物膜と絶縁膜との界面
付近に蓄積する。仮に、絶縁膜との界面近傍に水素イオンが蓄積されたとしても、金属酸
化物膜としての酸化ガリウム膜にはキャリアが流れうる寄生チャネルが形成されないため
、トランジスタのしきい値電圧への影響を与えない、またはその影響が極めて少ない。な
お、酸化ガリウムとＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系の材料を接触させた場合のエネルギー障壁は
、伝導帯側で約０．８ｅＶとなり、価電子帯側で約０．９ｅＶとなる。
【００４０】
上述のとおり、開示する発明の一態様に係るトランジスタは、酸素ドープ処理によって、
酸化物半導体膜に接する絶縁膜中、酸化物半導体膜中、またはこれらの界面近傍の少なく
ともいずれか一に酸素の含有量を増大させることを技術思想とするものである。
【００４１】
酸化物半導体膜としてＩｎを含む酸化物半導体材料を用いる場合、Ｉｎと酸素の結合力は
比較的弱いため、酸化物半導体膜に接する絶縁膜にシリコン等のより酸素との結合力が強
い材料が含まれる場合に、熱処理によって酸化物半導体膜中の酸素が引き抜かれてしまい
、酸化物半導体膜の界面近傍に酸素欠損が形成される恐れがある。しかしながら、開示す
る発明の一態様に係るトランジスタは、酸化物半導体膜と接する絶縁膜に過剰な酸素を供
給することで、酸化物半導体膜からの酸素の引き抜きによる酸素欠損の形成を抑制するこ
とができる。
【００４２】
ここで、トランジスタの作製工程において酸素ドープ処理を行った後では、酸化物半導体
膜または酸化物半導体膜に接する絶縁膜に含有される、化学量論比より過剰な酸素の量が
各層において異なる場合がある。過剰な酸素の量が異なる状態では、各層の酸素の化学ポ
テンシャルが異なり、化学ポテンシャルの相違はトランジスタの作製工程における熱処理
等で、平衡状態へ近づく、または平衡状態となると考えられる。したがって、絶縁膜への
酸素ドープ処理後には、熱処理を行うことがより好ましい。酸素ドープ処理後の熱処理に
よって、絶縁膜に過剰に供給された酸素を拡散させ、十分な量の酸素を酸化物半導体膜に
供給することが可能である。以下では、平衡状態における酸素の分布について検討する。
【００４３】
ある温度Ｔ、圧力Ｐでの平衡状態とは、全系のギブスの自由エネルギーＧが最小となる状
態であり、以下の式（１）で表される。
【００４４】
【数１】
【００４５】
式（１）において、Ｇ（１）、Ｇ（２）、Ｇ（３）は、各層のギブスの自由エネルギーを
表す。また、Ｎａ、Ｎｂ、Ｎｃは粒子数を表し、ａ、ｂ、ｃは粒子の種類を表す。粒子ａ
がｉ層からｊ層へδＮａ（ｊ）だけ移動した場合、ギブスの自由エネルギーの変化は、以
下の式（２）のようになる。
【００４６】
【数２】
【００４７】
ここでδＧが０、すなわち以下の式（３）が成り立つとき、系が平衡状態となる。
【００４８】
【数３】
【００４９】
ギブスの自由エネルギーの粒子数微分は、化学ポテンシャルに相当するので、平衡状態に
おいて、粒子の化学ポテンシャルが全ての層で等しくなる。
【００５０】
つまり、具体的には、酸化物半導体膜と比較して該酸化物半導体膜と接する絶縁膜に酸素
が過剰に含まれている場合、酸化物半導体膜では酸素の化学ポテンシャルが相対的に小さ
く、絶縁膜では化学ポテンシャルが相対的に大きい状態となっている。
【００５１】
そして、トランジスタの作製工程において熱処理を行うことにより、系全体（ここでは、
酸化物半導体膜と、それに接する絶縁膜）が十分高温になり、原子の層内及び層間の拡散
が起こるようになると、化学ポテンシャルが同じなるように酸素の移動が起こる。すなわ
ち、絶縁膜の酸素が酸化物半導体膜に移動することで、絶縁膜の化学ポテンシャルが小さ
くなり、酸化物半導体膜の化学ポテンシャルが大きくなる。
【００５２】
したがって、酸素ドープ処理によって酸化物半導体膜に過剰に供給された酸素は、その後
の熱処理によって系内の化学ポテンシャルを平衡状態とすることで、拡散し、絶縁膜（界
面を含む）に供給される。このため、酸化物半導体膜に過剰の酸素が十分に存在する場合
には、酸化物半導体膜に接する絶縁膜（界面を含む）をも酸素過剰としうる。
【００５３】
よって、絶縁膜や絶縁膜との界面における酸素不足欠陥を補償するに足る量（酸素不足欠
陥を補償してもあまりある過剰な量）の酸素を酸化物半導体膜中に供給しておくことには
大きな意義があるといえる。
【発明の効果】
【００５４】
熱処理による脱水化または脱水素化処理、および絶縁膜に対する酸素ドープ処理によって
、過剰な酸素が含まれた酸化物半導体膜を有するトランジスタは、バイアス−熱ストレス
（ＢＴ）試験前後においてもトランジスタのしきい値電圧の変化量が低減できており、安
定した電気的特性を有する信頼性の高いトランジスタが実現できる。
【００５５】
また、開示する発明の一態様により、電気的特性が良好で信頼性の高いトランジスタを有
する様々な半導体装置を作製することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】半導体装置の一形態を説明する図。
【図２】半導体装置の作製方法の一形態を説明する図。
【図３】半導体装置の一形態を説明する図。
【図４】半導体装置の作製方法の一形態を説明する図。
【図５】半導体装置の作製方法の一形態を説明する図。
【図６】半導体装置の作製方法の一形態を説明する図。
【図７】半導体装置の断面図、上面図及び回路図
【図８】半導体装置の一形態を説明する図。
【図９】半導体装置の一形態を説明する図。
【図１０】半導体装置の一形態を説明する図。
【図１１】半導体装置の一形態を説明する図。
【図１２】半導体装置の一態様を説明する図。
【図１３】電子機器を示す図。
【図１４】電子機器を示す図。
【図１５】酸素ドープしたシリコンウェハのＳＩＭＳ測定結果を示す図である。
【図１６】断面ＳＴＥＭ像を説明する図である。
【図１７】プラズマ装置の上面図及び断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００５７】
以下では、本明細書に開示する発明の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。
ただし、本明細書に開示する発明は以下の説明に限定されず、その形態および詳細を様々
に変更し得ることは、当業者であれば容易に理解される。また、本明細書に開示する発明
は以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。
【００５８】
なお、本明細書における「第１」、「第２」、「第３」などの序数詞は、構成要素の混同
を避けるために付すものであり、数的に限定するものではないことを付記する。
【００５９】
（実施の形態１）
本実施の形態では、半導体装置および半導体装置の作製方法について、図１乃至図３を用
いて説明する。
【００６０】
〈半導体装置の構成例〉
図１に、トランジスタ１２０の構成例を示す。ここで、図１（Ａ）は平面図であり、図１
（Ｂ）および図１（Ｃ）はそれぞれ、図１（Ａ）におけるＡ−Ｂ断面およびＣ−Ｄ断面に
係る断面図である。なお、図１（Ａ）では煩雑になることを避けるため、トランジスタ１
２０の構成要素の一部（例えば、ゲート絶縁膜１１０など）を省略している。
【００６１】
図１に示すトランジスタ１２０は、基板１００上の絶縁膜１０２、ソース電極１０４ａ、
ドレイン電極１０４ｂ、酸化物半導体膜１０８、ゲート絶縁膜１１０、ゲート電極１１２
を含む。
【００６２】
図１に示すトランジスタ１２０において、絶縁膜１０２は、酸素ドープ処理が行われた絶
縁膜である。絶縁膜１０２に酸素ドープ処理を行うことにより、信頼性が高められたトラ
ンジスタ１２０が実現する。
【００６３】
〈半導体装置の作製工程例〉
以下、図２を用いて、図１に示す半導体装置の作製工程の一例を説明する。
【００６４】
まず、基板１００上に絶縁膜１０２を形成する（図２（Ａ）参照）。
【００６５】
基板１００の材質に大きな制限はないが、少なくとも、後の熱処理に耐える程度の耐熱性
を有していることが必要となる。例えば、ガラス基板、セラミック基板、石英基板、サフ
ァイア基板などを、基板１００として用いることができる。また、シリコンや炭化シリコ
ンなどの単結晶半導体基板、多結晶半導体基板、シリコンゲルマニウムなどの化合物半導
体基板、ＳＯＩ基板などを適用することも可能であり、これらの基板上に半導体素子が設
けられたものを、基板１００として用いてもよい。
【００６６】
また、基板１００として、可撓性基板を用いてもよい。可撓性基板上にトランジスタを設
ける場合、可撓性基板上に直接的にトランジスタを作り込んでもよいし、他の基板にトラ
ンジスタを形成した後、これを剥離し、可撓性基板に転置しても良い。なお、トランジス
タを剥離し、可撓性基板に転置するためには、上記他の基板とトランジスタとの間に剥離
層を形成すると良い。
【００６７】
絶縁膜１０２は、下地として機能する絶縁膜である。具体的には、絶縁膜１０２には、酸
化シリコン、窒化シリコン、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸化ガリウム、これ
らの混合材料、などを用いればよい。また、絶縁膜１０２は、上述の材料を含む絶縁膜の
単層構造としても良いし、積層構造としても良い。
【００６８】
絶縁膜１０２の作製方法に特に限定はない。例えば、プラズマＣＶＤ法やスパッタリング
法などの成膜方法を用いて絶縁膜１０２を作製することができる。なお、水素や水などが
混入しにくいという点では、スパッタリング法が好適である。
【００６９】
なお、絶縁膜１０２には、後に形成される酸化物半導体膜と同種の成分でなる絶縁材料を
用いると特に好ましい。このような材料は酸化物半導体膜との相性が良く、これを絶縁膜
１０２に用いることで、酸化物半導体膜との界面の状態を良好に保つことができるからで
ある。ここで、「酸化物半導体膜と同種の成分」とは、酸化物半導体膜の構成元素から選
択される一または複数の元素を含むことを意味する。例えば、酸化物半導体膜がＩｎ−Ｇ
ａ−Ｚｎ−Ｏ系の酸化物半導体材料によって構成される場合、同種の成分でなる絶縁材料
としては酸化ガリウムなどがある。
【００７０】
また、絶縁膜１０２を積層構造とする場合には、酸化物半導体膜と同種の成分でなる絶縁
材料でなる膜（以下、膜ａ）と、膜ａの成分材料とは異なる材料を含む膜（以下、膜ｂ）
との積層構造とするとなお良い。膜ａと膜ｂを酸化物半導体膜側から順に積層した構造と
することで、電荷は膜ａと膜ｂとの界面に優先的に捕獲される（酸化物半導体膜と膜ａと
の界面との比較）ため、酸化物半導体膜の界面での電荷捕獲を十分に抑制することができ
るようになり、半導体装置の信頼性が向上する。
【００７１】
なお、このような積層構造としては、酸化ガリウム膜と酸化シリコン膜の積層構造や、酸
化ガリウム膜と窒化シリコン膜との積層構造などを適用することができる。
【００７２】
次に、絶縁膜１０２に対して、酸素１８０による処理（酸素ドープ処理や、酸素プラズマ
ドープ処理ともいう）を行う（図２（Ｂ）参照）。酸素１８０には、少なくとも、酸素ラ
ジカル、酸素原子、酸素イオン、のいずれかが含まれている。絶縁膜１０２に酸素ドープ
処理を行うことにより、絶縁膜１０２中に酸素を含有させることができ、後に形成される
酸化物半導体膜１０８中、酸化物半導体膜１０８界面近傍、または、酸化物半導体膜１０
８中および該界面近傍に酸素を含有させることができる。この場合、絶縁膜１０２中の酸
素の含有量は、絶縁膜１０２の化学量論比を超える程度、好ましくは、化学量論比の１倍
を超えて４倍まで（１倍より大きく４倍未満）、より好ましくは、１倍を超えて２倍まで
（１倍より大きく２倍未満）とする。あるいは、酸素の含有量は、単結晶の場合の酸素の
量をＹとして、Ｙを超える程度、好ましくは、Ｙを超えて４Ｙまですることもできる。あ
るいは、酸素の含有量は、酸素ドープ処理を行わない場合の絶縁膜中の酸素の量Ｚを基準
として、Ｚを超える程度、好ましくは、Ｚを超えて４Ｚまでとすることもできる。
【００７３】
例えば、組成がＧａＯｘ（ｘ＞０）で表現される酸化ガリウムを用いる場合、単結晶の酸
化ガリウムはＧａ２Ｏ３であるので、ｘは１．５を超えて６まで（つまりＧａの１．５倍
を超えて６倍まで）、が許容される。また、例えば、組成がＳｉＯｘ（ｘ＞０）で表現さ
れる酸化シリコンを用いる場合、ＳｉＯ２（すなわちＯがＳｉの２倍）であれば、ｘは２
を超えて８まで（つまりＳｉの２倍を超えて８倍まで）が許容される。なお、このような
酸素過剰領域は、絶縁膜の一部に存在していればよい。
【００７４】
なお、酸化物半導体膜において、酸素は主たる成分材料の一つである。このため、酸化物
半導体膜中の酸素濃度を、ＳＩＭＳ（Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ Ｉｏｎ Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃ
ｔｒｏｓｃｏｐｙ）などの方法を用いて、正確に見積もることは難しい。つまり、酸化物
半導体膜に酸素が意図的に添加されたか否かを判別することは困難であるといえる。
【００７５】
ところで、酸素には１７Ｏや１８Ｏといった同位体が存在し、自然界におけるこれらの存
在比率はそれぞれ酸素原子全体の０．０３８％、０．２％程度であることが知られている
。つまり、酸化物半導体膜中におけるこれら同位体の濃度は、ＳＩＭＳなどの方法によっ
て見積もることができる程度になるから、これらの濃度を測定することで、酸化物半導体
膜中の酸素濃度をより正確に見積もることが可能な場合がある。よって、これらの濃度を
測定することで、酸化物半導体膜に意図的に酸素が添加されたか否かを判別しても良い。
【００７６】
例えば、１８Ｏの濃度を基準に用いると、酸化物半導体膜において、酸素が添加された領
域における酸素の同位体の濃度Ｄ１（１８Ｏ）と、酸素が添加されていない領域における
酸素の同位体の濃度Ｄ２（１８Ｏ）との間には、Ｄ１（１８Ｏ）＞Ｄ２（１８Ｏ）が成立
するといえる。
【００７７】
また、絶縁膜に添加される酸素１８０の少なくとも一部は、酸化物半導体に供給された後
、酸化物半導体中において未結合手を有することが好ましい。未結合手を有することによ
り、膜中に残存しうる水素と結合して、水素を固定化（非可動イオン化）することができ
るためである。
【００７８】
上述の酸素１８０は、プラズマ発生装置やオゾン発生装置によって発生させることができ
る。より具体的には、例えば、半導体装置に対してエッチング処理を行うことができる装
置や、レジストマスクに対してアッシングを行うことができる装置などを用いて酸素１８
０を発生させ、絶縁膜１０２を処理することができる。
【００７９】
なお、酸素の添加をより好適に行うためには、基板には電気的なバイアスを加えておくこ
とが望ましい。
【００８０】
次いで、絶縁膜１０２上に、ソース電極およびドレイン電極（これと同じ層で形成される
配線を含む）を形成するための導電膜を形成し、当該導電膜を加工して、ソース電極１０
４ａおよびドレイン電極１０４ｂを形成する（図２（Ｃ）参照）。なお、ここで形成され
るソース電極１０４ａの端部とドレイン電極１０４ｂの端部との間隔によって、トランジ
スタのチャネル長Ｌが決定されることになる。
【００８１】
ソース電極１０４ａおよびドレイン電極１０４ｂに用いる導電膜としては、例えば、Ａｌ
、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｗから選ばれた元素を含む金属膜、または上述した元
素を成分とする金属窒化物膜（窒化チタン膜、窒化モリブデン膜、窒化タングステン膜）
等がある。また、Ａｌ、Ｃｕなどの金属膜の下側または上側の一方または双方にＴｉ、Ｍ
ｏ、Ｗなどの高融点金属膜またはそれらの金属窒化物膜（窒化チタン膜、窒化モリブデン
膜、窒化タングステン膜）を積層させた導電膜を用いても良い。
【００８２】
また、ソース電極１０４ａおよびドレイン電極１０４ｂに用いる導電膜は、導電性の金属
酸化物で形成しても良い。導電性の金属酸化物としては酸化インジウム、酸化スズ、酸化
亜鉛、酸化インジウム酸化スズ混合酸化物（ＩＴＯと略記する）、酸化インジウム酸化亜
鉛混合酸化物またはこれらの金属酸化物材料に酸化シリコンを含ませたものを用いること
ができる。
【００８３】
導電膜の加工は、レジストマスクを用いたエッチングによって行うことができる。当該エ
ッチングに用いるレジストマスク形成時の露光には、紫外線やＫｒＦレーザ光やＡｒＦレ
ーザ光などを用いるとよい。
【００８４】
なお、チャネル長Ｌ＝２５ｎｍ未満の露光を行う場合には、例えば、数ｎｍ〜数１０ｎｍ
と極めて波長が短い超紫外線（Ｅｘｔｒｅｍｅ Ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ）を用いて、レ
ジストマスク形成時の露光を行うとよい。超紫外線による露光は、解像度が高く焦点深度
も大きい。したがって、後に形成されるトランジスタのチャネル長Ｌを微細化することが
可能であり、回路の動作速度を高めることができる。
【００８５】
また、いわゆる多階調マスクによって形成されたレジストマスクを用いてエッチング工程
を行ってもよい。多階調マスクを用いて形成されたレジストマスクは、複数の膜厚を有す
る形状となり、アッシングによってさらに形状を変形させることができるため、異なるパ
ターンに加工する複数のエッチング工程に用いることが可能である。このため、一枚の多
階調マスクによって、少なくとも二種類以上の異なるパターンに対応するレジストマスク
を形成することができる。つまり、工程の簡略化が可能となる。
【００８６】
次に、絶縁膜１０２上に、ソース電極１０４ａおよびドレイン電極１０４ｂと接する酸化
物半導体膜を形成し、当該酸化物半導体膜を加工して島状の酸化物半導体膜１０６を形成
する（図２（Ｄ）参照）。
【００８７】
酸化物半導体膜は、水素や水などが混入しにくい方法で作製するのが望ましい。例えば、
スパッタリング法などを用いて作製することができる。また、酸化物半導体膜の厚さは、
３ｎｍ以上３０ｎｍ以下とするのが望ましい。酸化物半導体膜を厚くしすぎると（例えば
、膜厚を５０ｎｍ以上）、トランジスタがノーマリーオンとなってしまうおそれがあるた
めである。
【００８８】
酸化物半導体膜に用いる材料としては、例えば、インジウムを含有する酸化物半導体材料
や、インジウムおよびガリウムを含有する酸化物半導体材料などがある。
【００８９】
また、酸化物半導体膜に用いる材料としては、四元系金属酸化物であるＩｎ−Ｓｎ−Ｇａ
−Ｚｎ−Ｏ系の材料や、三元系金属酸化物であるＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系の材料、Ｉｎ−
Ｓｎ−Ｚｎ−Ｏ系の材料、Ｉｎ−Ａｌ−Ｚｎ−Ｏ系の材料、Ｓｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系の材
料、Ａｌ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系の材料、Ｓｎ−Ａｌ−Ｚｎ−Ｏ系の材料や、二元系金属酸化
物であるＩｎ−Ｚｎ−Ｏ系の材料、Ｓｎ−Ｚｎ−Ｏ系の材料、Ａｌ−Ｚｎ−Ｏ系の材料、
Ｚｎ−Ｍｇ−Ｏ系の材料、Ｓｎ−Ｍｇ−Ｏ系の材料、Ｉｎ−Ｍｇ−Ｏ系の材料、Ｉｎ−Ｇ
ａ−Ｏ系の材料や、一元系金属酸化物であるＩｎ−Ｏ系の材料、Ｓｎ−Ｏ系の材料、Ｚｎ
−Ｏ系の材料などがある。また、上記の材料に酸化珪素を含ませてもよい。ここで、例え
ば、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系の材料とは、インジウム（Ｉｎ）、ガリウム（Ｇａ）、亜鉛
（Ｚｎ）を有する酸化物膜、という意味であり、その組成比は特に問わない。また、Ｉｎ
とＧａとＺｎ以外の元素を含んでいてもよい。
【００９０】
また、酸化物半導体膜は、化学式ＩｎＭＯ３（ＺｎＯ）ｍ（ｍ＞０）で表記される材料を
用いた薄膜とすることができる。ここで、Ｍは、Ｇａ、Ａｌ、ＭｎおよびＣｏから選ばれ
た一または複数の金属元素を示す。例えば、Ｍとして、Ｇａ、ＧａおよびＡｌ、Ｇａおよ
びＭｎ、またはＧａおよびＣｏなどを用いることができる。
【００９１】
本実施の形態では、酸化物半導体膜を、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系の酸化物ターゲットを用
いたスパッタリング法により形成する。
【００９２】
Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系の酸化物ターゲットとしては、例えば、組成比として、Ｉｎ２Ｏ
３：Ｇａ２Ｏ３：ＺｎＯ＝１：１：１［ｍｏｌ数比］の酸化物ターゲットを用いることが
できる。なお、ターゲットの材料および組成を上述に限定する必要はない。例えば、Ｉｎ
２Ｏ３：Ｇａ２Ｏ３：ＺｎＯ＝１：１：２［ｍｏｌ数比］の組成比の酸化物ターゲットを
用いることもできる。
【００９３】
また、酸化物半導体としてＩｎ−Ｚｎ−Ｏ系の材料を用いる場合、用いるターゲットの組
成比は、原子数比で、Ｉｎ：Ｚｎ＝５０：１〜１：２（モル数比に換算するとＩｎ２Ｏ３
：ＺｎＯ＝２５：１〜１：４）、好ましくはＩｎ：Ｚｎ＝２０：１〜１：１（モル数比に
換算するとＩｎ２Ｏ３：ＺｎＯ＝１０：１〜２：１）、さらに好ましくはＩｎ：Ｚｎ＝１
．５：１〜１５：１（モル数比に換算するとＩｎ２Ｏ３：ＺｎＯ＝３：４〜１５：２）と
する。例えば、Ｉｎ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物半導体の形成に用いるターゲットは、原子数比が
Ｉｎ：Ｚｎ：Ｏ＝Ｘ：Ｙ：Ｚのとき、Ｚ＞１．５Ｘ＋Ｙとする。
【００９４】
酸化物ターゲットの充填率は、９０％以上１００％以下、好ましくは９５％以上９９．９
％以下とする。充填率の高い金属酸化物ターゲットを用いることにより、成膜した酸化物
半導体膜は緻密な膜とすることができるためである。
【００９５】
成膜の雰囲気は、希ガス（代表的にはアルゴン）雰囲気下、酸素雰囲気下、または、希ガ
スと酸素の混合雰囲気下などとすればよい。また、酸化物半導体膜への水素、水、水酸基
を有する化合物、水素化物などの混入を防ぐために、水素、水、水酸基を有する化合物、
水素化物などの水素原子を含む不純物が十分に除去された高純度ガスを用いた雰囲気とす
ることが望ましい。
【００９６】
より具体的には、例えば、酸化物半導体膜は次のように形成することができる。
【００９７】
まず、減圧状態に保持された成膜室内に基板１００を保持し、基板温度を１００℃以上６
００℃以下好ましくは２００℃以上４００℃以下とする。基板１００が加熱された状態で
成膜を行うことで、酸化物半導体膜に含まれる不純物濃度を低減することができるためで
ある。また、スパッタリングによる損傷を軽減することができるためである。
【００９８】
次に、成膜室内の残留水分を除去しつつ、水素および水などの水素原子を含む不純物が十
分に除去された高純度ガスを導入し、上記ターゲットを用いて基板１００上に酸化物半導
体膜を成膜する。成膜室内の残留水分を除去するためには、排気手段として、クライオポ
ンプ、イオンポンプ、チタンサブリメーションポンプなどの吸着型の真空ポンプを用いる
ことが望ましい。また、排気手段は、ターボ分子ポンプにコールドトラップを加えたもの
であってもよい。クライオポンプを用いて排気した成膜室は、例えば、水素分子や、水（
Ｈ２Ｏ）などの水素原子を含む化合物（より好ましくは炭素原子を含む化合物も）などが
除去されているため、当該成膜室で成膜した酸化物半導体膜に含まれる不純物の濃度を低
減できる。
【００９９】
成膜条件の一例として、基板とターゲットの間との距離を１００ｍｍ、圧力を０．６Ｐａ
、直流（ＤＣ）電源を０．５ｋＷ、成膜雰囲気を酸素（酸素流量比率１００％）雰囲気と
することができる。なお、パルス直流電源を用いると、成膜時の粉状物質（パーティクル
、ごみともいう）の発生を軽減でき、膜厚分布も均一となるため好ましい。
【０１００】
酸化物半導体膜の加工は、所望の形状のマスクを酸化物半導体膜上に形成した後、当該酸
化物半導体膜をエッチングすることによって行うことができる。上述のマスクは、フォト
リソグラフィなどの方法を用いて形成することができる。または、インクジェット法など
の方法を用いてマスクを形成しても良い。
【０１０１】
なお、酸化物半導体膜のエッチングは、ドライエッチングでもウェットエッチングでもよ
い。もちろん、これらを組み合わせて用いてもよい。
【０１０２】
その後、酸化物半導体膜１０６に対して熱処理を行って、高純度化された酸化物半導体膜
１０８を形成する（図２（Ｅ）参照）。この熱処理によって酸化物半導体膜１０６中の水
素（水や水酸基を含む）を除去し、酸化物半導体膜の構造を整え、エネルギーギャップ中
の欠陥準位を低減することができる。上記熱処理の温度は、２５０℃以上６５０℃以下、
好ましくは４５０℃以上６００℃以下、または基板の歪み点未満とする。
【０１０３】
熱処理は、例えば、抵抗発熱体などを用いた電気炉に被処理物を導入し、窒素雰囲気下、
４５０℃、１時間の条件で行うことができる。この間、酸化物半導体膜１０６は大気に触
れさせず、水や水素の混入が生じないようにする。
【０１０４】
熱処理装置は電気炉に限られず、加熱されたガスなどの媒体からの熱伝導、または熱輻射
によって、被処理物を加熱する装置を用いても良い。例えば、ＬＲＴＡ（Ｌａｍｐ Ｒａ
ｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ａｎｎｅａｌ）装置、ＧＲＴＡ（Ｇａｓ Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅ
ｒｍａｌ Ａｎｎｅａｌ）装置等のＲＴＡ（Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ａｎｎｅａｌ
）装置を用いることができる。ＬＲＴＡ装置は、ハロゲンランプ、メタルハライドランプ
、キセノンアークランプ、カーボンアークランプ、高圧ナトリウムランプ、高圧水銀ラン
プなどのランプから発する光（電磁波）の輻射により、被処理物を加熱する装置である。
ＧＲＴＡ装置は、高温のガスを用いて熱処理を行う装置である。
【０１０５】
例えば、上記熱処理として、熱せられた不活性ガス雰囲気中に被処理物を投入し、数分間
熱した後、当該不活性ガス雰囲気から被処理物を取り出すＧＲＴＡ処理を行ってもよい。
ＧＲＴＡ処理を用いると短時間での高温熱処理が可能となる。また、被処理物の耐熱温度
を超える温度条件であっても適用が可能となる。なお、処理中に、不活性ガスを、酸素を
含むガスに切り替えても良い。酸素を含む雰囲気において熱処理を行うことで、酸素欠損
に起因するエネルギーギャップ中の欠陥準位を低減することができるためである。
【０１０６】
なお、不活性ガス雰囲気としては、窒素、または希ガス（ヘリウム、ネオン、アルゴン等
）を主成分とする雰囲気であって、水、水素などが含まれない雰囲気を適用するのが望ま
しい。例えば、熱処理装置に導入する窒素や、ヘリウム、ネオン、アルゴン等の希ガスの
純度を、６Ｎ（９９．９９９９％）以上、好ましくは７Ｎ（９９．９９９９９％）以上（
すなわち、不純物濃度が１ｐｐｍ以下、好ましくは０．１ｐｐｍ以下）とする。
【０１０７】
いずれにしても、上記熱処理によって不純物を低減し、ｉ型（真性半導体）またはｉ型に
限りなく近い酸化物半導体膜を形成することで、極めて優れた特性のトランジスタを実現
することができる。
【０１０８】
ところで、上述の熱処理には水素や水などを除去する効果があるから、当該熱処理を、脱
水化処理や、脱水素化処理などと呼ぶこともできる。当該脱水化処理や、脱水素化処理は
、例えば、酸化物半導体膜を島状に加工する前などのタイミングにおいて行うことも可能
である。また、このような脱水化処理、脱水素化処理は、一回に限らず複数回行っても良
い。
【０１０９】
次に、酸化物半導体膜１０８と接し、かつ、ソース電極１０４ａおよびドレイン電極１０
４ｂを覆うゲート絶縁膜１１０を形成する（図２（Ｆ）参照）。
【０１１０】
ゲート絶縁膜１１０は、絶縁膜１０２と同様に形成することができる。すなわち、ゲート
絶縁膜１１０は、酸化シリコン、窒化シリコン、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、
酸化ガリウム、これらの混合材料、などを用いて形成すればよい。ただし、トランジスタ
のゲート絶縁膜として機能することを考慮して、酸化ハフニウム、酸化タンタル、酸化イ
ットリウム、ハフニウムシリケート（ＨｆＳｉｘＯｙ（ｘ＞０、ｙ＞０））、窒素が添加
されたハフニウムシリケート（ＨｆＳｉｘＯｙ（ｘ＞０、ｙ＞０））、窒素が添加された
ハフニウムアルミネート（ＨｆＡｌｘＯｙ（ｘ＞０、ｙ＞０））、などの比誘電率が高い
材料を採用しても良い。
【０１１１】
また、絶縁膜１０２と同様に、積層構造を採用しても良い。この場合には、酸化物半導体
膜と同種の成分でなる絶縁材料でなる膜（以下、膜ａ）と、膜ａの成分材料とは異なる材
料を含む膜（以下、膜ｂ）との積層構造とするとなお良い。膜ａと膜ｂを酸化物半導体膜
側から順に積層した構造とすることで、電荷は膜ａと膜ｂとの界面に優先的に捕獲される
（酸化物半導体膜と膜ａとの界面との比較）ため、酸化物半導体膜の界面での電荷捕獲を
十分に抑制することができるようになり、半導体装置の信頼性が向上する。
【０１１２】
なお、このような積層構造としては、酸化ガリウム膜と酸化シリコン膜の積層構造や、酸
化ガリウム膜と窒化シリコン膜との積層構造などを適用することができる。
【０１１３】
上述のゲート絶縁膜１１０の形成後には、熱処理を行うのが望ましい。当該熱処理の温度
は、２５０℃以上７００℃以下、好ましくは４５０℃以上６００℃以下、または基板の歪
み点未満とする。
【０１１４】
上記熱処理は、窒素、酸素、超乾燥空気（ＣＲＤＳ（キャビティリングダウンレーザー分
光法）方式の露点計を用いて測定した場合の水分量が２０ｐｐｍ（露点換算で−５５℃）
以下、好ましくは１ｐｐｍ以下、好ましくは１０ｐｐｂ以下の空気）、または希ガス（ア
ルゴン、ヘリウムなど）の雰囲気下で行えばよいが、上記窒素、酸素、超乾燥空気、また
は希ガス等の雰囲気には、水、水素などが含まれないことが好ましい。また、熱処理装置
に導入する窒素、酸素、または希ガスの純度は、６Ｎ（９９．９９９９％）以上（即ち不
純物濃度を１ｐｐｍ以下）とするのが好ましく、７Ｎ（９９．９９９９９％）以上（即ち
不純物濃度を０．１ｐｐｍ以下）とすると、より好ましい。
【０１１５】
本実施の形態に係る上記の熱処理においては、酸化物半導体膜１０８と、ゲート絶縁膜１
１０と、が接した状態で加熱される。したがって、上述の脱水化（または脱水素化）処理
によって減少してしまう可能性のある酸素を、酸化物半導体膜１０８へ供給することも可
能である。この意味において、当該熱処理を、加酸化（加酸素化）と呼ぶこともできる。
【０１１６】
なお、加酸化を目的とする熱処理のタイミングは、酸化物半導体膜１０８の形成後であれ
ば特に限定されない。例えば、ゲート電極の形成後に加酸化を目的とする熱処理を行って
も良い。または、脱水化等を目的とする熱処理に続けて加酸化を目的とする熱処理を行っ
ても良いし、脱水化等を目的とする熱処理に加酸化を目的とする熱処理を兼ねさせても良
いし、加酸化を目的とする熱処理に脱水化等を目的とする熱処理を兼ねさせても良い。
【０１１７】
上述のように、脱水化等を目的とする熱処理と、酸素ドープ処理または加酸化を目的とす
る熱処理とを適用することで、酸化物半導体膜１０８を不純物が極力含まれないように高
純度化することができる。高純度化された酸化物半導体膜１０８ではドナーに由来するキ
ャリアが極めて少ない（ゼロに近い）。
【０１１８】
その後、ゲート電極１１２を形成する（図２（Ｇ）参照）。ゲート電極１１２は、モリブ
デン、チタン、タンタル、タングステン、アルミニウム、銅、ネオジム、スカンジウム等
の金属材料またはこれらを主成分とする合金材料を用いて形成することができる。なお、
ゲート電極１１２は、単層構造としても良いし、積層構造としても良い。
【０１１９】
なお、ゲート電極１１２の形成後には、絶縁膜を形成しても良い。当該絶縁膜は、例えば
、酸化シリコン、窒化シリコン、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸化ガリウム、
これらの混合材料、などを用いて形成することができる。特に、絶縁膜として窒化シリコ
ン膜を用いる場合には、添加された酸素の外部への放出を防ぐことができると共に、酸化
物半導体膜１０８への外部からの水素等の混入を効果的に抑制することができるため好適
である。また、ソース電極１０４ａやドレイン電極１０４ｂ、ゲート電極１１２などと接
続される配線を形成しても良い。
【０１２０】
以上の工程でトランジスタ１２０が形成される。
【０１２１】
なお、上述の説明は、絶縁膜１０２の表面全体に対して酸素ドープ処理を行う例について
のものだが、開示する発明の一態様はこれに限定されない。例えば、ソース電極１０４ａ
およびドレイン電極１０４ｂを形成した後に酸素ドープ処理を行っても良い。この場合に
は、絶縁膜１０２中に、酸素濃度が高い領域と、酸素濃度が低い領域とが形成されること
になる。
【０１２２】
〈半導体装置の変形例〉
図３（Ａ）乃至図３（Ｄ）には、図１に示すトランジスタ１２０の変形例として、トラン
ジスタ１３０、トランジスタ１４０、トランジスタ１５０、およびトランジスタ１６０の
断面図を示す。
【０１２３】
図３（Ａ）に示すトランジスタ１３０は、絶縁膜１０２、ソース電極１０４ａ、ドレイン
電極１０４ｂ、酸化物半導体膜１０８、ゲート絶縁膜１１０、ゲート電極１１２を含む点
で、トランジスタ１２０と共通している。トランジスタ１３０とトランジスタ１２０との
相違は、上述の構成要素を覆う絶縁膜１１４の有無である。すなわち、トランジスタ１３
０は、絶縁膜１１４を有している。その他の構成要素については図１のトランジスタ１２
０と同様であるから、詳細は、図１に関する記載を参酌することができる。
【０１２４】
絶縁膜１１４は、図２（Ｇ）において説明したように、酸化シリコン、窒化シリコン、酸
化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸化ガリウム、これらの混合材料、などを用いて形
成することができる。特に、絶縁膜として窒化シリコン膜を用いる場合には、添加された
酸素の外部への放出を防ぐことができると共に、酸化物半導体膜１０８への外部からの水
素等の混入を効果的に抑制することができるため好適である。
【０１２５】
図３（Ｂ）に示すトランジスタ１４０は、上述の各構成要素を含む点で、図１に示すトラ
ンジスタ１２０と共通している。トランジスタ１４０とトランジスタ１２０との相違は、
ソース電極１０４ａおよびドレイン電極１０４ｂと、酸化物半導体膜１０８との積層順序
である。つまり、トランジスタ１２０では、ソース電極１０４ａおよびドレイン電極１０
４ｂが先に形成されるのに対して、トランジスタ１４０では、酸化物半導体膜１０８が先
に形成される。その他の構成要素については、図１と同様である。なお、トランジスタ１
３０のように、絶縁膜１１４を有する構成としても良い。
【０１２６】
図３（Ｃ）に示すトランジスタ１５０は、上述の各構成要素を含む点で、図１に示すトラ
ンジスタ１２０と共通している。トランジスタ１５０とトランジスタ１２０との相違は、
基板１００側の絶縁膜にある。つまり、トランジスタ１５０では、絶縁膜１０２ａと絶縁
膜１０２ｂの積層構造を備えている。その他の構成要素については、図３（Ｂ）と同様で
ある。
【０１２７】
このように、絶縁膜１０２ａと絶縁膜１０２ｂの積層構造とすることにより、電荷は絶縁
膜１０２ａと絶縁膜１０２ｂとの界面に優先的に捕獲されるため、酸化物半導体膜１０８
の界面での電荷捕獲を十分に抑制することができるようになり、半導体装置の信頼性が向
上する。
【０１２８】
なお、絶縁膜１０２ｂは酸化物半導体膜１０８と同種の成分でなる絶縁材料でなる膜とし
、絶縁膜１０２ａは絶縁膜１０２ｂの成分材料とは異なる材料を含む膜とすることが望ま
しい。例えば、酸化物半導体膜１０８がＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系の酸化物半導体材料によ
って構成される場合、同種の成分でなる絶縁材料としては酸化ガリウムなどがある。この
場合、酸化ガリウム膜と酸化シリコン膜の積層構造や、酸化ガリウム膜と窒化シリコン膜
との積層構造などを適用することができる。
【０１２９】
図３（Ｄ）に示すトランジスタ１６０は、上述の各構成要素を含む点で、図１に示すトラ
ンジスタ１２０と共通している。トランジスタ１６０とトランジスタ１２０との相違は、
基板１００側の絶縁膜およびゲート絶縁膜にある。つまり、トランジスタ１６０では、絶
縁膜１０２ａと絶縁膜１０２ｂの積層構造を備え、かつ、ゲート絶縁膜１１０ａとゲート
絶縁膜１１０ｂを備えている。その他の構成要素については、図１と同様である。
【０１３０】
このように、絶縁膜１０２ａと絶縁膜１０２ｂの積層構造とし、ゲート絶縁膜１１０ａと
ゲート絶縁膜１１０ｂの積層構造とすることにより、電荷は絶縁膜１０２ａと絶縁膜１０
２ｂや、ゲート絶縁膜１１０ａとゲート絶縁膜１１０ｂの界面に優先的に捕獲されるため
、酸化物半導体膜１０８の界面での電荷捕獲を十分に抑制することができるようになり、
半導体装置の信頼性が向上する。
【０１３１】
なお、絶縁膜１０２ｂやゲート絶縁膜１１０ａ（つまり、酸化物半導体膜１０８と接する
絶縁膜）は酸化物半導体膜１０８と同種の成分でなる絶縁材料でなる膜とし、絶縁膜１０
２ａやゲート絶縁膜１１０ｂは、絶縁膜１０２ｂやゲート絶縁膜１１０ａの成分材料とは
異なる材料を含む膜とすることが望ましい。例えば、酸化物半導体膜１０８がＩｎ−Ｇａ
−Ｚｎ−Ｏ系の酸化物半導体材料によって構成される場合、同種の成分でなる絶縁材料と
しては酸化ガリウムなどがある。この場合、酸化ガリウム膜と酸化シリコン膜の積層構造
や、酸化ガリウム膜と窒化シリコン膜との積層構造などを適用することができる。
【０１３２】
本実施の形態に係るトランジスタは、熱処理によって、水素、水、水酸基又は水素化物（
水素化合物ともいう）などの水素原子を含む不純物を酸化物半導体より排除し、かつ、不
純物の排除工程において減少するおそれのある酸素を供給することによって、高純度化お
よびＩ型（真性）化を図った酸化物半導体膜を用いている。このように高純度化された酸
化物半導体膜を含むトランジスタは、しきい値電圧などの電気的特性変動が抑制されてお
り、電気的に安定である。
【０１３３】
また、酸化物半導体膜としてＩｎを含む酸化物半導体材料を用いる場合、Ｉｎと酸素の結
合力は比較的弱いため、酸化物半導体膜に接する絶縁膜にシリコン等のより酸素との結合
力が強い材料が含まれる場合に、熱処理によって酸化物半導体膜中の酸素が引き抜かれて
しまい、酸化物半導体膜の界面近傍に酸素欠損が形成される恐れがある。しかしながら、
開示する発明の一態様に係るトランジスタは、酸化物半導体膜と接する絶縁膜に過剰な酸
素を供給することで、酸化物半導体膜からの酸素の引き抜きによる酸素欠損の形成を抑制
することができる。
【０１３４】
特に、酸素ドープ処理によって酸化物半導体膜中の酸素の含有量を増大させることで、電
気的バイアスストレスや熱ストレスに起因する劣化を抑制し、光による劣化を低減するこ
とができる。
【０１３５】
このように、開示する発明の一態様によって、信頼性に優れたトランジスタを提供するこ
とが可能である。
【０１３６】
以上、本実施の形態に示す構成、方法などは、他の実施の形態に示す構成、方法などと適
宜組み合わせて用いることができる。
【０１３７】
（実施の形態２）
本実施の形態では、半導体装置の作製方法の別の例について、図４および図５を用いて説
明する。
【０１３８】
〈半導体装置の構成例〉
本実施の形態の作製方法にて作製される半導体装置の構成は、先の実施の形態のトランジ
スタ１２０と同様である。すなわち、基板１００上の絶縁膜１０２、ソース電極１０４ａ
、ドレイン電極１０４ｂ、酸化物半導体膜１０８、ゲート絶縁膜１１０、ゲート電極１１
２を含む（図１参照）。
【０１３９】
先の実施の形態でも説明したように、トランジスタ１２０において、絶縁膜１０２は、酸
素ドープ処理が行われた絶縁膜である。さらに、本実施の形態では、酸化物半導体膜１０
８およびゲート絶縁膜１１０に対しても酸素ドープ処理が行われている。このような酸素
ドープ処理によって、さらに信頼性が高められたトランジスタ１２０が実現する。なお、
先の実施の形態と同様に、構成を変更したトランジスタを作製することもできる（図３（
Ａ）乃至図３（Ｄ）参照）。
【０１４０】
〈半導体装置の作製工程例〉
以下、図４および図５を用いて、上述の半導体装置の作製工程の一例を説明する。
【０１４１】
まず、基板１００上に絶縁膜１０２を形成する（図４（Ａ）参照）。
【０１４２】
基板１００の材質に大きな制限はないが、少なくとも、後の熱処理に耐える程度の耐熱性
を有していることが必要となる。例えば、ガラス基板、セラミック基板、石英基板、サフ
ァイア基板などを、基板１００として用いることができる。また、シリコンや炭化シリコ
ンなどの単結晶半導体基板、多結晶半導体基板、シリコンゲルマニウムなどの化合物半導
体基板、ＳＯＩ基板などを適用することも可能であり、これらの基板上に半導体素子が設
けられたものを、基板１００として用いてもよい。
【０１４３】
また、基板１００として、可撓性基板を用いてもよい。可撓性基板上にトランジスタを設
ける場合、可撓性基板上に直接的にトランジスタを作り込んでもよいし、他の基板にトラ
ンジスタを形成した後、これを剥離し、可撓性基板に転置しても良い。なお、トランジス
タを剥離し、可撓性基板に転置するためには、上記他の基板とトランジスタとの間に剥離
層を形成すると良い。
【０１４４】
絶縁膜１０２は、下地として機能する絶縁膜である。具体的には、絶縁膜１０２には、酸
化シリコン、窒化シリコン、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸化ガリウム、これ
らの混合材料、などを用いればよい。また、絶縁膜１０２は、上述の材料を含む絶縁膜の
単層構造としても良いし、積層構造としても良い。
【０１４５】
絶縁膜１０２の作製方法に特に限定はない。例えば、プラズマＣＶＤ法やスパッタリング
法などの成膜方法を用いて絶縁膜１０２を作製することができる。なお、水素や水などが
混入しにくいという点では、スパッタリング法が好適である。
【０１４６】
なお、絶縁膜１０２には、後に形成される酸化物半導体膜と同種の成分でなる絶縁材料を
用いると特に好ましい。このような材料は酸化物半導体膜との相性が良く、これを絶縁膜
１０２に用いることで、酸化物半導体膜との界面の状態を良好に保つことができるからで
ある。ここで、「酸化物半導体膜と同種の成分」とは、酸化物半導体膜の構成元素から選
択される一または複数の元素を含むことを意味する。例えば、酸化物半導体膜がＩｎ−Ｇ
ａ−Ｚｎ−Ｏ系の酸化物半導体材料によって構成される場合、同種の成分でなる絶縁材料
としては酸化ガリウムなどがある。
【０１４７】
また、絶縁膜１０２を積層構造とする場合には、酸化物半導体膜と同種の成分でなる絶縁
材料でなる膜（以下、膜ａ）と、膜ａの成分材料とは異なる材料を含む膜（以下、膜ｂ）
との積層構造とするとなお良い。膜ａと膜ｂを酸化物半導体膜側から順に積層した構造と
することで、電荷は膜ａと膜ｂとの界面に優先的に捕獲される（酸化物半導体膜と膜ａと
の界面との比較）ため、酸化物半導体膜の界面での電荷捕獲を十分に抑制することができ
るようになり、半導体装置の信頼性が向上する。
【０１４８】
なお、このような積層構造としては、酸化ガリウム膜と酸化シリコン膜の積層構造や、酸
化ガリウム膜と窒化シリコン膜との積層構造などを適用することができる。
【０１４９】
次に、絶縁膜１０２に対して、酸素１８０ａによる処理（酸素ドープ処理や、酸素プラズ
マドープ処理ともいう）を行う（図４（Ｂ）参照）。酸素１８０ａには、少なくとも、酸
素ラジカル、酸素原子、酸素イオン、のいずれかが含まれている。絶縁膜１０２に酸素ド
ープ処理を行うことにより、絶縁膜１０２中に酸素を含有させることができ、後に形成さ
れる酸化物半導体膜１０８中、酸化物半導体膜１０８界面近傍、または、酸化物半導体膜
１０８中および該界面近傍に酸素を含有させることができる。この場合、絶縁膜１０２中
の酸素の含有量は、絶縁膜１０２の化学量論比を超える程度、好ましくは、化学量論比の
１倍を超えて４倍まで（１倍より大きく４倍未満）、より好ましくは、１倍を超えて２倍
まで（１倍より大きく２倍未満）とする。あるいは、酸素の含有量は、単結晶の場合の酸
素の量をＹとして、Ｙを超える程度、好ましくは、Ｙを超えて４Ｙまですることもできる
。あるいは、酸素の含有量は、酸素ドープ処理を行わない場合の絶縁膜中の酸素の量Ｚを
基準として、Ｚを超える程度、好ましくは、Ｚを超えて４Ｚまでとすることもできる。
【０１５０】
例えば、組成がＧａＯｘ（ｘ＞０）で表現される酸化ガリウムを用いる場合、単結晶の酸
化ガリウムはＧａ２Ｏ３であるので、ｘは１．５を超えて６まで（つまりＧａの１．５倍
を超えて６倍まで）、が許容される。なお、このような酸素過剰領域は、絶縁膜の一部に
存在していればよい。また、例えば、組成がＳｉＯｘ（ｘ＞０）で表現される酸化シリコ
ンを用いる場合、ＳｉＯ２（すなわちＯがＳｉの２倍）であれば、ｘは２を超えて８まで
（つまりＳｉの２倍を超えて８倍まで）が許容される。なお、このような酸素過剰領域は
、絶縁膜の一部（界面を含む）に存在していればよい。
【０１５１】
また、絶縁膜に添加される酸素１８０ａの少なくとも一部は、酸化物半導体に供給された
後、酸化物半導体中において未結合手を有することが好ましい。未結合手を有することに
より、膜中に残存しうる水素と結合して、水素を固定化（非可動イオン化）することがで
きるためである。
【０１５２】
上述の酸素１８０ａは、プラズマ発生装置やオゾン発生装置によって発生させることがで
きる。より具体的には、例えば、半導体装置に対してエッチング処理を行うことができる
装置や、レジストマスクに対してアッシングを行うことができる装置などを用いて酸素１
８０ａを発生させ、絶縁膜１０２を処理することができる。
【０１５３】
なお、酸素の添加をより好適に行うためには、基板には電気的なバイアスを加えておくこ
とが望ましい。
【０１５４】
次いで、絶縁膜１０２上に、ソース電極およびドレイン電極（これと同じ層で形成される
配線を含む）を形成するための導電膜を形成し、当該導電膜を加工して、ソース電極１０
４ａおよびドレイン電極１０４ｂを形成する（図４（Ｃ）参照）。なお、ここで形成され
るソース電極１０４ａの端部とドレイン電極１０４ｂの端部との間隔によって、トランジ
スタのチャネル長Ｌが決定されることになる。
【０１５５】
ソース電極１０４ａおよびドレイン電極１０４ｂに用いる導電膜としては、例えば、Ａｌ
、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｗから選ばれた元素を含む金属膜、または上述した元
素を成分とする金属窒化物膜（窒化チタン膜、窒化モリブデン膜、窒化タングステン膜）
等がある。また、Ａｌ、Ｃｕなどの金属膜の下側または上側の一方または双方にＴｉ、Ｍ
ｏ、Ｗなどの高融点金属膜またはそれらの金属窒化物膜（窒化チタン膜、窒化モリブデン
膜、窒化タングステン膜）を積層させた導電膜を用いても良い。
【０１５６】
また、ソース電極１０４ａおよびドレイン電極１０４ｂに用いる導電膜は、導電性の金属
酸化物で形成しても良い。導電性の金属酸化物としては酸化インジウム、酸化スズ、酸化
亜鉛、酸化インジウム酸化スズ混合酸化物（ＩＴＯと略記する）、酸化インジウム酸化亜
鉛混合酸化物またはこれらの金属酸化物材料に酸化シリコンを含ませたものを用いること
ができる。
【０１５７】
導電膜の加工は、レジストマスクを用いたエッチングによって行うことができる。当該エ
ッチングに用いるレジストマスク形成時の露光には、紫外線やＫｒＦレーザ光やＡｒＦレ
ーザ光などを用いるとよい。
【０１５８】
なお、チャネル長Ｌ＝２５ｎｍ未満の露光を行う場合には、例えば、数ｎｍ〜数１０ｎｍ
と極めて波長が短い超紫外線（Ｅｘｔｒｅｍｅ Ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ）を用いて、レ
ジストマスク形成時の露光を行うとよい。超紫外線による露光は、解像度が高く焦点深度
も大きい。したがって、後に形成されるトランジスタのチャネル長Ｌを微細化することが
可能であり、回路の動作速度を高めることができる。
【０１５９】
また、いわゆる多階調マスクによって形成されたレジストマスクを用いてエッチング工程
を行ってもよい。多階調マスクを用いて形成されたレジストマスクは、複数の膜厚を有す
る形状となり、アッシングによってさらに形状を変形させることができるため、異なるパ
ターンに加工する複数のエッチング工程に用いることが可能である。このため、一枚の多
階調マスクによって、少なくとも二種類以上の異なるパターンに対応するレジストマスク
を形成することができる。つまり、工程の簡略化が可能となる。
【０１６０】
次に、絶縁膜１０２上に、ソース電極１０４ａおよびドレイン電極１０４ｂと接する酸化
物半導体膜を形成し、当該酸化物半導体膜を加工して島状の酸化物半導体膜１０６を形成
する（図４（Ｄ）参照）。
【０１６１】
酸化物半導体膜は、水素や水などが混入しにくい方法で作製するのが望ましい。例えば、
スパッタリング法などを用いて作製することができる。また、酸化物半導体膜の厚さは、
３ｎｍ以上３０ｎｍ以下とするのが望ましい。酸化物半導体膜を厚くしすぎると（例えば
、膜厚を５０ｎｍ以上）、トランジスタがノーマリーオンとなってしまうおそれがあるた
めである。
【０１６２】
酸化物半導体膜に用いる材料としては、四元系金属酸化物であるＩｎ−Ｓｎ−Ｇａ−Ｚｎ
−Ｏ系の材料や、三元系金属酸化物であるＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系の材料、Ｉｎ−Ｓｎ−
Ｚｎ−Ｏ系の材料、Ｉｎ−Ａｌ−Ｚｎ−Ｏ系の材料、Ｓｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系の材料、Ａ
ｌ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系の材料、Ｓｎ−Ａｌ−Ｚｎ−Ｏ系の材料や、二元系金属酸化物であ
るＩｎ−Ｚｎ−Ｏ系の材料、Ｓｎ−Ｚｎ−Ｏ系の材料、Ａｌ−Ｚｎ−Ｏ系の材料、Ｚｎ−
Ｍｇ−Ｏ系の材料、Ｓｎ−Ｍｇ−Ｏ系の材料、Ｉｎ−Ｍｇ−Ｏ系の材料、Ｉｎ−Ｇａ−Ｏ
系の材料や、一元系金属酸化物であるＩｎ−Ｏ系の材料、Ｓｎ−Ｏ系の材料、Ｚｎ−Ｏ系
の材料などがある。また、上記の材料に酸化珪素を含ませてもよい。ここで、例えば、Ｉ
ｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系の材料とは、インジウム（Ｉｎ）、ガリウム（Ｇａ）、亜鉛（Ｚｎ
）を有する酸化物膜、という意味であり、その組成比は特に問わない。また、ＩｎとＧａ
とＺｎ以外の元素を含んでいてもよい。
【０１６３】
また、酸化物半導体膜は、化学式ＩｎＭＯ３（ＺｎＯ）ｍ（ｍ＞０、自然数でない）で表
記される材料を用いた薄膜とすることができる。ここで、Ｍは、Ｇａ、Ａｌ、Ｍｎおよび
Ｃｏから選ばれた一または複数の金属元素を示す。例えば、Ｍとして、Ｇａ、Ｇａおよび
Ａｌ、ＧａおよびＭｎ、またはＧａおよびＣｏなどを用いることができる。
【０１６４】
本実施の形態では、酸化物半導体膜を、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系の酸化物ターゲットを用
いたスパッタリング法により形成する。
【０１６５】
Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系の酸化物ターゲットとしては、例えば、組成比として、Ｉｎ２Ｏ
３：Ｇａ２Ｏ３：ＺｎＯ＝１：１：１［ｍｏｌ数比］の酸化物ターゲットを用いることが
できる。なお、ターゲットの材料および組成を上述に限定する必要はない。例えば、Ｉｎ
２Ｏ３：Ｇａ２Ｏ３：ＺｎＯ＝１：１：２［ｍｏｌ数比］の組成比の酸化物ターゲットを
用いることもできる。
【０１６６】
酸化物ターゲットの充填率は、９０％以上１００％以下、好ましくは９５％以上９９．９
％以下とする。充填率の高い金属酸化物ターゲットを用いることにより、成膜した酸化物
半導体膜は緻密な膜とすることができるためである。
【０１６７】
成膜の雰囲気は、希ガス（代表的にはアルゴン）雰囲気下、酸素雰囲気下、または、希ガ
スと酸素の混合雰囲気下などとすればよい。また、酸化物半導体膜への水素、水、水酸基
を有する化合物、水素化物などの混入を防ぐために、水素、水、水酸基を有する化合物、
水素化物などの水素原子を含む不純物が十分に除去された高純度ガスを用いた雰囲気とす
ることが望ましい。
【０１６８】
なお、酸化物半導体膜の成膜の際に、絶縁膜１０２中の酸素が酸化物半導体膜に供給され
ることがある。このように、絶縁膜１０２に酸素を添加しておくことで、酸素が十分に添
加された酸化物半導体膜を作製することが可能である。
【０１６９】
より具体的には、例えば、酸化物半導体膜は次のように形成することができる。
【０１７０】
まず、減圧状態に保持された成膜室内に基板１００を保持し、基板温度を１００℃以上６
００℃以下好ましくは２００℃以上４００℃以下とする。基板１００が加熱された状態で
成膜を行うことで、酸化物半導体膜に含まれる不純物濃度を低減することができるためで
ある。また、スパッタリングによる損傷を軽減することができるためである。
【０１７１】
次に、成膜室内の残留水分を除去しつつ、水素および水などの水素原子を含む不純物が十
分に除去された高純度ガスを導入し、上記ターゲットを用いて基板１００上に酸化物半導
体膜を成膜する。成膜室内の残留水分を除去するためには、排気手段として、クライオポ
ンプ、イオンポンプ、チタンサブリメーションポンプなどの吸着型の真空ポンプを用いる
ことが望ましい。また、排気手段は、ターボ分子ポンプにコールドトラップを加えたもの
であってもよい。クライオポンプを用いて排気した成膜室は、例えば、水素分子や、水（
Ｈ２Ｏ）などの水素原子を含む化合物（より好ましくは炭素原子を含む化合物も）などが
除去されているため、当該成膜室で成膜した酸化物半導体膜に含まれる不純物の濃度を低
減できる。
【０１７２】
成膜条件の一例として、基板とターゲットの間との距離を１００ｍｍ、圧力を０．６Ｐａ
、直流（ＤＣ）電源を０．５ｋＷ、成膜雰囲気を酸素（酸素流量比率１００％）雰囲気と
することができる。なお、パルス直流電源を用いると、成膜時の粉状物質（パーティクル
、ごみともいう）の発生を軽減でき、膜厚分布も均一となるため好ましい。
【０１７３】
酸化物半導体膜の加工は、所望の形状のマスクを酸化物半導体膜上に形成した後、当該酸
化物半導体膜をエッチングすることによって行うことができる。上述のマスクは、フォト
リソグラフィなどの方法を用いて形成することができる。または、インクジェット法など
の方法を用いてマスクを形成しても良い。
【０１７４】
なお、酸化物半導体膜のエッチングは、ドライエッチングでもウェットエッチングでもよ
い。もちろん、これらを組み合わせて用いてもよい。
【０１７５】
その後、酸化物半導体膜１０６に対して熱処理を行って、高純度化された酸化物半導体膜
１０８を形成する（図４（Ｅ）参照）。この熱処理によって酸化物半導体膜１０６中の、
水素（水や水酸基を含む）を除去し、酸化物半導体膜の構造を整え、エネルギーギャップ
中の欠陥準位を低減することができる。また、この熱処理によって、絶縁膜１０２中の酸
素が酸化物半導体膜に供給されることがある。上記熱処理の温度は、２５０℃以上６５０
℃以下、好ましくは４５０℃以上６００℃以下、または基板の歪み点未満とする。
【０１７６】
熱処理は、例えば、抵抗発熱体などを用いた電気炉に被処理物を導入し、窒素雰囲気下、
４５０℃、１時間の条件で行うことができる。この間、酸化物半導体膜１０６は大気に触
れさせず、水や水素の混入が生じないようにする。
【０１７７】
熱処理装置は電気炉に限られず、加熱されたガスなどの媒体からの熱伝導、または熱輻射
によって、被処理物を加熱する装置を用いても良い。例えば、ＧＲＴＡ（Ｇａｓ Ｒａｐ
ｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ａｎｎｅａｌ）装置、ＬＲＴＡ（Ｌａｍｐ Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅ
ｒｍａｌ Ａｎｎｅａｌ）装置等のＲＴＡ（Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ａｎｎｅａｌ
）装置を用いることができる。ＬＲＴＡ装置は、ハロゲンランプ、メタルハライドランプ
、キセノンアークランプ、カーボンアークランプ、高圧ナトリウムランプ、高圧水銀ラン
プなどのランプから発する光（電磁波）の輻射により、被処理物を加熱する装置である。
ＧＲＴＡ装置は、高温のガスを用いて熱処理を行う装置である。
【０１７８】
例えば、上記熱処理として、熱せられた不活性ガス雰囲気中に被処理物を投入し、数分間
熱した後、当該不活性ガス雰囲気から被処理物を取り出すＧＲＴＡ処理を行ってもよい。
ＧＲＴＡ処理を用いると短時間での高温熱処理が可能となる。また、被処理物の耐熱温度
を超える温度条件であっても適用が可能となる。なお、処理中に、不活性ガスを、酸素を
含むガスに切り替えても良い。酸素を含む雰囲気において熱処理を行うことで、酸素欠損
に起因するエネルギーギャップ中の欠陥準位を低減することができるためである。
【０１７９】
なお、不活性ガス雰囲気としては、窒素、または希ガス（ヘリウム、ネオン、アルゴン等
）を主成分とする雰囲気であって、水、水素などが含まれない雰囲気を適用するのが望ま
しい。例えば、熱処理装置に導入する窒素や、ヘリウム、ネオン、アルゴン等の希ガスの
純度を、６Ｎ（９９．９９９９％）以上、好ましくは７Ｎ（９９．９９９９９％）以上（
すなわち、不純物濃度が１ｐｐｍ以下、好ましくは０．１ｐｐｍ以下）とする。
【０１８０】
いずれにしても、上記熱処理によって不純物を低減し、ｉ型（真性半導体）またはｉ型に
限りなく近い酸化物半導体膜を形成することで、極めて優れた特性のトランジスタを実現
することができる。
【０１８１】
ところで、上述の熱処理には水素や水などを除去する効果があるから、当該熱処理を、脱
水化処理や、脱水素化処理などと呼ぶこともできる。当該脱水化処理や、脱水素化処理は
、例えば、酸化物半導体膜を島状に加工する前などのタイミングにおいて行うことも可能
である。また、このような脱水化処理、脱水素化処理は、一回に限らず複数回行っても良
い。
【０１８２】
次に、酸化物半導体膜１０８に対して、酸素１８０ｂによる処理を行う（図４（Ｆ）参照
）。酸素１８０ｂには、少なくとも、酸素ラジカル、酸素原子、酸素イオン、のいずれか
が含まれている。酸化物半導体膜１０８に酸素ドープ処理を行うことにより、酸化物半導
体膜１０８中、酸化物半導体膜１０８界面近傍、または、酸化物半導体膜１０８中および
該界面近傍に酸素を含有させることができる。この場合、酸素の含有量は、酸化物半導体
膜１０８の化学量論比を超える程度、好ましくは、化学量論比の１倍を超えて２倍まで（
１倍より大きく２倍未満）、とする。あるいは、酸素の含有量は、単結晶の場合の酸素の
量をＹとして、Ｙを超える程度、好ましくは、Ｙを超えて２Ｙまですることもできる。あ
るいは、酸素の含有量は、酸素ドープ処理を行わない場合の酸化物半導体膜中の酸素の量
Ｚを基準として、Ｚを超える程度、好ましくは、Ｚを超えて２Ｚまでとすることもできる
。なお、上述の好ましい範囲に上限が存在するのは、酸素の含有量を多くしすぎると、水
素吸蔵合金（水素貯蔵合金）のように、かえって酸化物半導体膜１０８が水素を取り込ん
でしまう恐れがあるためである。
【０１８３】
結晶構造がＩｎＧａＯ３（ＺｎＯ）ｍ（ｍ＞０）で表現される材料の場合、例えば、ｍ＝
１（ＩｎＧａＺｎＯ４）の結晶構造を基準にすれば、ＩｎＧａＺｎＯｘにおいてｘは４を
越えて８まで、また、ｍ＝２（ＩｎＧａＺｎ２Ｏ５）の結晶構造を基準にすれば、ＩｎＧ
ａＺｎ２Ｏｘにおいてｘは５を越えて１０まで、が許容される。なお、このような酸素過
剰領域は、酸化物半導体の一部に存在していればよい。
【０１８４】
また、酸化物半導体膜に添加される酸素１８０ｂの少なくとも一部は、酸化物半導体中に
おいて未結合手を有することが好ましい。未結合手を有することにより、膜中に残存しう
る水素と結合して、水素を固定化（非可動イオン化）することができるためである。
【０１８５】
上述の酸素１８０ｂは、プラズマ発生装置やオゾン発生装置によって発生させることがで
きる。より具体的には、例えば、半導体装置に対してエッチング処理を行うことができる
装置や、レジストマスクに対してアッシングを行うことができる装置などを用いて酸素１
８０ｂを発生させ、酸化物半導体膜１０８を処理することができる。
【０１８６】
なお、酸素の添加をより好適に行うためには、基板には電気的なバイアスを加えておくこ
とが望ましい。
【０１８７】
なお、酸素ドープ処理を行った酸化物半導体膜１０８に熱処理（温度１５０℃〜４７０℃
）を行ってもよい。当該熱処理により、水素と酸化物半導体材料との反応によって生成さ
れた水、水酸基（ＯＨ）などを酸化物半導体膜から除去することができる。熱処理は、水
、水素などが十分に低減された窒素、酸素、超乾燥空気（水分量が２０ｐｐｍ以下、好ま
しくは１ｐｐｍ以下、好ましくは１０ｐｐｂ以下の空気）、希ガス（アルゴン、ヘリウム
など）などの雰囲気下で行えばよい。また、酸素ドープ処理と熱処理を繰り返して行って
も良い。当該処理を繰り返して行うことにより、トランジスタの信頼性をさらに高めるこ
とができる。なお、繰り返しの回数は適宜設定することができる。
【０１８８】
次に、酸化物半導体膜１０８の一部と接し、かつ、ソース電極１０４ａおよびドレイン電
極１０４ｂを覆うゲート絶縁膜１１０を形成する（図５（Ａ）参照）。
【０１８９】
ゲート絶縁膜１１０は、絶縁膜１０２と同様に形成することができる。すなわち、ゲート
絶縁膜１１０は、酸化シリコン、窒化シリコン、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、
酸化ガリウム、これらの混合材料、などを用いて形成すればよい。ただし、トランジスタ
のゲート絶縁膜として機能することを考慮して、酸化ハフニウム、酸化タンタル、酸化イ
ットリウム、ハフニウムシリケート（ＨｆＳｉｘＯｙ（ｘ＞０、ｙ＞０））、窒素が添加
されたハフニウムシリケート（ＨｆＳｉｘＯｙ（ｘ＞０、ｙ＞０））、窒素が添加された
ハフニウムアルミネート（ＨｆＡｌｘＯｙ（ｘ＞０、ｙ＞０））、などの比誘電率が高い
材料を採用しても良い。
【０１９０】
また、絶縁膜１０２と同様に、積層構造を採用しても良い。この場合には、酸化物半導体
膜と同種の成分でなる絶縁材料でなる膜（以下、膜ａ）と、膜ａの成分材料とは異なる材
料を含む膜（以下、膜ｂ）との積層構造とするとなお良い。膜ａと膜ｂを酸化物半導体膜
側から順に積層した構造とすることで、電荷は膜ａと膜ｂとの界面に優先的に捕獲される
（酸化物半導体膜と膜ａとの界面との比較）ため、酸化物半導体膜の界面での電荷捕獲を
十分に抑制することができるようになり、半導体装置の信頼性が向上する。
【０１９１】
なお、このような積層構造としては、酸化ガリウム膜と酸化シリコン膜の積層構造や、酸
化ガリウム膜と窒化シリコン膜との積層構造などを適用することができる。
【０１９２】
上述のゲート絶縁膜１１０の形成後には、熱処理を行うのが望ましい。当該熱処理の温度
は、２５０℃以上７００℃以下、好ましくは４５０℃以上６００℃以下、または基板の歪
み点未満とする。
【０１９３】
上記熱処理は、窒素、酸素、超乾燥空気（水の含有量が２０ｐｐｍ以下、好ましくは１ｐ
ｐｍ以下、好ましくは１０ｐｐｂ以下の空気）、または希ガス（アルゴン、ヘリウムなど
）の雰囲気下で行えばよいが、上記窒素、酸素、超乾燥空気、または希ガス等の雰囲気に
は、水、水素などが含まれないことが好ましい。また、熱処理装置に導入する窒素、酸素
、または希ガスの純度は、６Ｎ（９９．９９９９％）以上（即ち不純物濃度を１ｐｐｍ以
下）とするのが好ましく、７Ｎ（９９．９９９９９％）以上（即ち不純物濃度を０．１ｐ
ｐｍ以下）とすると、より好ましい。
【０１９４】
本実施の形態に係る上記熱処理においては、酸化物半導体膜１０８と、絶縁膜１０２やゲ
ート絶縁膜１１０と、が接した状態で加熱される。したがって、上述の脱水化（または脱
水素化）処理によって減少してしまう可能性のある酸素を、絶縁膜１０２などから酸化物
半導体膜１０８へ供給することも可能である。この意味において、当該熱処理を、加酸化
（加酸素化）と呼ぶこともできる。
【０１９５】
なお、加酸化を目的とする熱処理のタイミングは、酸化物半導体膜１０８の形成後であれ
ば特に限定されない。例えば、ゲート電極の形成後に加酸化を目的とする熱処理を行って
も良い。または、脱水化等を目的とする熱処理に続けて加酸化を目的とする熱処理を行っ
ても良いし、脱水化等を目的とする熱処理に加酸化を目的とする熱処理を兼ねさせても良
いし、加酸化を目的とする熱処理に脱水化等を目的とする熱処理を兼ねさせても良い。
【０１９６】
上述のように、脱水化等を目的とする熱処理と、酸素ドープ処理または加酸化を目的とす
る熱処理とを適用することで、酸化物半導体膜１０８を不純物が極力含まれないように高
純度化することができる。高純度化された酸化物半導体膜１０８中にはドナーに由来する
キャリアが極めて少なく（ゼロに近い）。
【０１９７】
次に、ゲート絶縁膜１１０に対して、酸素１８０ｃによる処理を行う（図５（Ｂ）参照）
。酸素１８０ｃには、少なくとも、酸素ラジカル、酸素原子、酸素イオン、のいずれかが
含まれている。ゲート絶縁膜１１０に酸素ドープ処理を行うことにより、ゲート絶縁膜１
１０中、酸化物半導体膜１０８中、酸化物半導体膜１０８界面近傍、または、酸化物半導
体膜１０８中および該界面近傍に酸素を含有させることができる。この場合、ゲート絶縁
膜１１０中の酸素の含有量は、ゲート絶縁膜１１０の化学量論比を超える程度、好ましく
は、化学量論比の１倍を超えて４倍まで（１倍より大きく４倍未満）、より好ましくは、
１倍を超えて２倍まで（１倍より大きく２倍未満）とする。あるいは、酸素の含有量は、
単結晶の場合の酸素の量をＹとして、Ｙを超える程度、好ましくは、Ｙを超えて４Ｙまで
することもできる。あるいは、酸素の含有量は、酸素ドープ処理を行わない場合のゲート
絶縁膜１１０中の酸素の量Ｚを基準として、Ｚを超える程度、好ましくは、Ｚを超えて４
Ｚまでとすることもできる。
【０１９８】
例えば、組成がＧａＯｘ（ｘ＞０）で表現される酸化ガリウムを用いる場合、単結晶の酸
化ガリウムはＧａ２Ｏ３であるので、ｘは１．５を超えて６まで（つまりＧａの１．５倍
を超えて６倍まで）、が許容される。また、例えば、組成がＳｉＯｘ（ｘ＞０）で表現さ
れる酸化シリコンを用いる場合、ＳｉＯ２（すなわちＯがＳｉの２倍）であれば、ｘは２
を超えて８まで（つまりＳｉの２倍を超えて８倍まで）が許容される。なお、このような
酸素過剰領域は、絶縁膜の一部（界面を含む）に存在していればよい。
【０１９９】
また、絶縁膜に添加される酸素１８０ｃの少なくとも一部は、酸化物半導体に供給された
後、酸化物半導体中において未結合手を有することが好ましい。未結合手を有することに
より、膜中に残存しうる水素と結合して、水素を固定化（非可動イオン化）することがで
きるためである。
【０２００】
上述の酸素１８０ｃは、プラズマ発生装置やオゾン発生装置によって発生させることがで
きる。より具体的には、例えば、半導体装置に対してエッチング処理を行うことができる
装置や、レジストマスクに対してアッシングを行うことができる装置などを用いて酸素１
８０ｃを発生させ、ゲート絶縁膜１１０を処理することができる。
【０２０１】
なお、酸素の添加をより好適に行うためには、基板には電気的なバイアスを加えておくこ
とが望ましい。
【０２０２】
なお、上述の酸素ドープ処理の後には、熱処理を行っても良い。この熱処理によって、十
分な量の酸素を酸化物半導体膜に供給することが可能である。当該効果を得るための熱処
理のタイミングは、上述の酸素ドープ処理の後であればいつでも構わない。また、酸素ド
ープ処理と熱処理を繰り返して行っても良い。当該処理を繰り返して行うことにより、ト
ランジスタの信頼性をさらに高めることができる。なお、繰り返しの回数は適宜設定する
ことができる。
【０２０３】
その後、ゲート電極１１２を形成する（図５（Ｃ）参照）。ゲート電極１１２は、モリブ
デン、チタン、タンタル、タングステン、アルミニウム、銅、ネオジム、スカンジウム等
の金属材料またはこれらを主成分とする合金材料を用いて形成することができる。なお、
ゲート電極１１２は、単層構造としても良いし、積層構造としても良い。
【０２０４】
なお、ゲート電極１１２の形成後には、絶縁膜を形成しても良い。当該絶縁膜は、例えば
、酸化シリコン、窒化シリコン、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸化ガリウム、
これらの混合材料、などを用いて形成することができる。特に、絶縁膜として窒化シリコ
ン膜を用いる場合には、添加された酸素の外部への放出を防ぐことができると共に、酸化
物半導体膜１０８への外部からの水素等の混入を効果的に抑制することができるため好適
である。また、ソース電極１０４ａやドレイン電極１０４ｂ、ゲート電極１１２などと接
続される配線を形成しても良い。
【０２０５】
以上の工程でトランジスタ１２０が形成される。
【０２０６】
なお、上述の説明は、絶縁膜１０２、酸化物半導体膜１０８、およびゲート絶縁膜１１０
の全てに酸素ドープ処理を適用する例についてのものだが、開示する発明の一態様はこれ
に限定されない。例えば、絶縁膜１０２および酸化物半導体膜１０８に酸素ドープ処理を
適用しても良いし、絶縁膜１０２およびゲート絶縁膜１１０に酸素ドープ処理を適用して
も良い。
【０２０７】
本実施の形態に係るトランジスタは、熱処理によって、水素、水、水酸基又は水素化物（
水素化合物ともいう）などの水素原子を含む不純物を酸化物半導体より排除し、かつ、不
純物の排除工程において減少するおそれのある酸素を供給することによって、高純度化お
よびｉ型（真性）化を図った酸化物半導体膜を用いている。このように高純度化された酸
化物半導体膜を含むトランジスタは、しきい値電圧などの電気的特性変動が抑制されてお
り、電気的に安定である。
【０２０８】
また、酸化物半導体膜としてＩｎを含む酸化物半導体材料を用いる場合、Ｉｎと酸素の結
合力は比較的弱いため、酸化物半導体膜に接する絶縁膜にシリコン等のより酸素との結合
力が強い材料が含まれる場合に、熱処理によって酸化物半導体膜中の酸素が引き抜かれて
しまい、酸化物半導体膜の界面近傍に酸素欠損が形成される恐れがある。しかしながら、
開示する発明の一態様に係るトランジスタは、酸化物半導体膜と接する絶縁膜に過剰な酸
素を供給することで、酸化物半導体膜からの酸素の引き抜きによる酸素欠損の形成を抑制
することができる。
【０２０９】
特に、酸素ドープ処理によって酸化物半導体膜中の酸素の含有量を増大させることで、電
気的バイアスストレスや熱ストレスに起因する劣化を抑制し、光による劣化を低減するこ
とができる。
【０２１０】
このように、開示する発明の一態様によって、信頼性に優れたトランジスタを提供するこ
とが可能である。
【０２１１】
以上、本実施の形態に示す構成、方法などは、他の実施の形態に示す構成、方法などと適
宜組み合わせて用いることができる。
【０２１２】
（実施の形態３）
本実施の形態では、半導体装置の作製方法の別の例について、図６を用いて説明する。
【０２１３】
〈半導体装置の構成例〉
本実施の形態の作製方法にて作製される半導体装置の構成は、先の実施の形態のトランジ
スタ１２０と同様である。すなわち、基板１００上の絶縁膜１０２、ソース電極１０４ａ
、ドレイン電極１０４ｂ、酸化物半導体膜１０８、ゲート絶縁膜１１０、ゲート電極１１
２を含む（図１参照）。
【０２１４】
先の実施の形態でも説明したように、トランジスタ１２０において、絶縁膜１０２は、酸
素ドープ処理が行われた絶縁膜である。また、本実施の形態では、酸化物半導体膜１０８
およびゲート絶縁膜１１０に対しても酸素ドープ処理が行われている。このような酸素ド
ープ処理によって、さらに信頼性が高められたトランジスタ１２０が実現する。さらに、
本実施の形態における絶縁膜１０２に対する酸素ドープ処理は、ソース電極１０４ａおよ
びドレイン電極１０４ｂの形成に用いるマスク１０３ａおよびマスク１０３ｂの除去の工
程を兼ねている。このようなプロセスを採用することで、工程の簡略化による製造コスト
の低減を図ることができる。なお、先の実施の形態と同様に、構成を変更したトランジス
タを作製することもできる（図３（Ａ）乃至図３（Ｄ）参照）。
【０２１５】
〈半導体装置の作製工程例〉
以下、図６を用いて、上述の半導体装置の作製工程の一例を説明する。なお、作製工程の
基本的な内容は先の実施の形態と同様であるため、以下では相違点について述べるに留め
る。
【０２１６】
まず、基板１００上に絶縁膜１０２を形成する（図６（Ａ）参照）。詳細は、図４（Ａ）
に関する記載を参酌すればよい。
【０２１７】
次いで、絶縁膜１０２上に、ソース電極およびドレイン電極（これと同じ層で形成される
配線を含む）を形成するための導電膜を形成し、当該導電膜を、マスク１０３ａおよびマ
スク１０３ｂを用いて加工して、ソース電極１０４ａおよびドレイン電極１０４ｂを形成
する。そして、絶縁膜１０２に対して、酸素１８０ａによる処理（酸素ドープ処理や、酸
素プラズマドープ処理ともいう）を行う（図６（Ｂ）参照）。ソース電極１０４ａおよび
ドレイン電極１０４ｂを形成するため工程の詳細は、図４（Ｃ）に関する記載を参酌すれ
ばよい。ここで、上述の酸素ドープ処理は、マスク１０３ａおよびマスク１０３ｂの除去
工程を兼ねるものである。
【０２１８】
酸素１８０ａには、少なくとも、酸素ラジカル、酸素原子、酸素イオン、のいずれかが含
まれている。絶縁膜１０２に酸素ドープ処理を行うことにより、絶縁膜１０２中に酸素を
含有させることができ、後に形成される酸化物半導体膜１０８中、酸化物半導体膜１０８
界面近傍、または、酸化物半導体膜１０８中および該界面近傍に酸素を含有させることが
できる。この場合、絶縁膜１０２中の酸素の含有量は、絶縁膜１０２の化学量論比を超え
る程度、好ましくは、化学量論比の１倍を超えて４倍まで（１倍より大きく４倍未満）、
より好ましくは、１倍を超えて２倍まで（１倍より大きく２倍未満）とする。あるいは、
酸素の含有量は、単結晶の場合の酸素の量をＹとして、Ｙを超える程度、好ましくは、Ｙ
を超えて４Ｙまですることもできる。あるいは、酸素の含有量は、酸素ドープ処理を行わ
ない場合の絶縁膜中の酸素の量Ｚを基準として、Ｚを超える程度、好ましくは、Ｚを超え
て４Ｚまでとすることもできる。
【０２１９】
例えば、組成がＧａＯｘ（ｘ＞０）で表現される酸化ガリウムを用いる場合、単結晶の酸
化ガリウムはＧａ２Ｏ３であるので、ｘは１．５を超えて６まで（つまりＧａの１．５倍
を超えて６倍まで）、が許容される。また、例えば、組成がＳｉＯｘ（ｘ＞０）で表現さ
れる酸化シリコンを用いる場合、ＳｉＯ２（すなわちＯがＳｉの２倍）であれば、ｘは２
を超えて８まで（つまりＳｉの２倍を超えて８倍まで）が許容される。なお、このような
酸素過剰領域は、絶縁膜の一部（界面を含む）に存在していればよい。
【０２２０】
また、絶縁膜に添加される酸素１８０ａの少なくとも一部は、酸化物半導体に供給された
後、酸化物半導体中において未結合手を有することが好ましい。未結合手を有することに
より、膜中に残存しうる水素と結合して、水素を固定化（非可動イオン化）することがで
きるためである。
【０２２１】
上述の酸素１８０ａは、プラズマ発生装置やオゾン発生装置によって発生させることがで
きる。より具体的には、例えば、レジストマスクに対してアッシングを行うことができる
装置などを用いて酸素１８０ａを発生させ、絶縁膜１０２を処理することができる。
【０２２２】
当該酸素ドープ処理によってマスク１０３ａおよびマスク１０３ｂが除去される。ただし
、通常のマスク除去工程とは異なり、当該工程は酸素の添加を目的とするものであるから
、基板には強めのバイアスを加えておくことが望ましい。
【０２２３】
また、当該酸素ドープ処理によって、絶縁膜１０２中には、酸素が高濃度に存在する領域
と、酸素が低濃度に存在する領域とが形成される。具体的には、絶縁膜１０２の、ソース
電極１０４ａおよびドレイン電極１０４ｂに覆われていない領域が、酸素が高濃度に存在
する領域となり、ソース電極１０４ａおよびドレイン電極１０４ｂに覆われている領域が
、酸素が低濃度に存在する領域となる。
【０２２４】
次に、絶縁膜１０２上に、ソース電極１０４ａおよびドレイン電極１０４ｂと接する酸化
物半導体膜を形成し、当該酸化物半導体膜を加工して島状の酸化物半導体膜を形成する。
その後、島状の酸化物半導体膜に対して熱処理を行って、高純度化された酸化物半導体膜
１０８を形成する（図６（Ｃ）参照）。当該工程の詳細は、図４（Ｄ）および図４（Ｅ）
に関する記載を参酌すればよい。
【０２２５】
次に、酸化物半導体膜１０８に対して、酸素１８０ｂによる処理を行う（図６（Ｄ）参照
）。詳細は、図４（Ｆ）に関する記載を参酌すればよい。
【０２２６】
次に、酸化物半導体膜１０８の一部と接し、かつ、ソース電極１０４ａおよびドレイン電
極１０４ｂを覆うゲート絶縁膜１１０を形成する。そして、その後、ゲート絶縁膜１１０
に対して、酸素１８０ｃによる処理を行う（図６（Ｅ）参照）。詳細は、図５（Ａ）およ
び図５（Ｂ）に関する記載を参酌すればよい。
【０２２７】
その後、ゲート電極１１２を形成する（図６（Ｆ）参照）。詳細は、図５（Ｃ）に関する
記載を参酌すればよい。
【０２２８】
なお、ゲート電極１１２の形成後には、絶縁膜を形成しても良い。当該絶縁膜は、例えば
、酸化シリコン、窒化シリコン、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸化ガリウム、
これらの混合材料、などを用いて形成することができる。特に、絶縁膜として窒化シリコ
ンを用いる場合には、添加された酸素の外部への放出を防ぐことができると共に、酸化物
半導体膜１０８への外部からの水素等の混入を効果的に抑制することができるため好適で
ある。また、ソース電極１０４ａやドレイン電極１０４ｂ、ゲート電極１１２などと接続
される配線を形成しても良い。
【０２２９】
以上の工程でトランジスタ１２０が形成される。
【０２３０】
なお、上述の説明は、絶縁膜１０２、酸化物半導体膜１０８、およびゲート絶縁膜１１０
の全てに酸素ドープ処理を適用する例についてのものだが、開示する発明の一態様はこれ
に限定されない。例えば、絶縁膜１０２および酸化物半導体膜１０８に酸素ドープ処理を
適用しても良い。
【０２３１】
本実施の形態に係るトランジスタは、熱処理によって、水素、水、水酸基又は水素化物（
水素化合物ともいう）などの水素原子を含む不純物を酸化物半導体より排除し、かつ、不
純物の排除工程において減少するおそれのある酸素を供給することによって、高純度化お
よびｉ型（真性）化を図った酸化物半導体膜を用いている。このように高純度化された酸
化物半導体膜を含むトランジスタは、しきい値電圧などの電気的特性変動が抑制されてお
り、電気的に安定である。
【０２３２】
また、酸化物半導体膜としてＩｎを含む酸化物半導体材料を用いる場合、Ｉｎと酸素の結
合力は比較的弱いため、酸化物半導体膜に接する絶縁膜にシリコン等のより酸素との結合
力が強い材料が含まれる場合に、熱処理によって酸化物半導体膜中の酸素が引き抜かれて
しまい、酸化物半導体膜の界面近傍に酸素欠損が形成される恐れがある。しかしながら、
開示する発明の一態様に係るトランジスタは、酸化物半導体膜と接する絶縁膜に過剰な酸
素を供給することで、酸化物半導体膜からの酸素の引き抜きによる酸素欠損の形成を抑制
することができる。
【０２３３】
特に、酸素ドープ処理によって酸化物半導体膜中の酸素の含有量を増大させることで、電
気的バイアスストレスや熱ストレスに起因する劣化を抑制し、光による劣化を低減するこ
とができる。
【０２３４】
さらに、本実施の形態に係る作製方法では、工程が簡略化されているため製造に係るコス
トを抑制することができる。
【０２３５】
このように、開示する発明の一態様によって、製造コストを低く抑えつつ、信頼性に優れ
たトランジスタを提供することが可能である。
【０２３６】
以上、本実施の形態に示す構成、方法などは、他の実施の形態に示す構成、方法などと適
宜組み合わせて用いることができる。
【０２３７】
（実施の形態４）
本実施の形態では、酸素ドープ処理に用いることができるプラズマ装置（アッシング装置
とも呼ぶ）の例を説明する。なお、この装置は、例えば第５世代以降の大型のガラス基板
などに対応することができる点で、イオン注入装置などよりも工業的に適している。
【０２３８】
図１７（Ａ）は、枚葉式マルチチャンバー設備の上面図の一例を示す。図１７（Ｂ）は、
酸素プラズマドープを行うプラズマ装置（アッシング装置とも呼ぶ）の断面図の一例を示
す。
【０２３９】
図１７（Ａ）に示す枚葉式マルチチャンバー設備は、図１７（Ｂ）に示すプラズマ装置１
０を３つ有し、被処理基板を収容するカセットポート１４を３つ有する基板供給室１１や
、ロードロック室１２や、搬送室１３などを有している。基板供給室に供給された基板は
、ロードロック室１２と搬送室１３を介してプラズマ装置１０内の真空チャンバー１５に
搬送されて酸素プラズマドープが行われる。酸素プラズマドープが終了した基板は、プラ
ズマ装置１０からロードロック室１２と搬送室１３を介して基板供給室１１に搬送される
。なお、基板供給室１１及び搬送室１３には、被処理基板を搬送するための搬送ロボット
がそれぞれ配置されている。
【０２４０】
図１７（Ｂ）を参照すると、プラズマ装置１０は、真空チャンバー１５を備える。真空チ
ャンバー１５の上部には、複数のガス吹き出し口と、プラズマ発生源であるＩＣＰコイル
１６（誘導結合プラズマコイル）が配置されている。
【０２４１】
ガス吹き出し口は、プラズマ装置１０の上面から見て中央部分に１２個配置されている。
それぞれのガス吹き出し口は、酸素ガスを供給するためのガス供給源とガス流路１７を介
して接続されており、ガス供給源は、マスフローコントローラ等を備え、所望の流量（０
より多く１０００ｓｃｃｍ以下）でガス流路１７に対して酸素ガスを供給することができ
る。ガス供給源から供給される酸素ガスは、ガス流路１７から１２個のガス吹き出し口を
介して真空チャンバー１５内に供給される。
【０２４２】
ＩＣＰコイル１６は、複数本の帯状の導体を螺旋状に配置してなる。各導体の一端は、イ
ンピーダンス調整のためのマッチング回路を介して第１の高周波電源１８（１３．５６Ｍ
Ｈｚ）に電気的に接続され、他端は接地されている。
【０２４３】
真空チャンバーの下部には、下部電極として機能する基板ステージ１９が配置されている
。基板ステージ１９に設けられた静電チャックなどにより、基板ステージ上に被処理基板
２０が着脱可能に保持される。基板ステージ１９には、加熱機構としてヒータ、冷却機構
としてＨｅガス流路を備えている。基板ステージは、基板バイアス電圧印加用の第２の高
周波電源２１（３．２ＭＨｚ）に接続されている。
【０２４４】
また、真空チャンバー１５には、排気口が設けられ、自動圧力制御弁２２（ａｕｔｏｍａ
ｔｉｃ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｖａｌｖｅ、ＡＰＣとも呼ぶ。）が備えら
れる。ＡＰＣはターボ分子ポンプ２３に接続され、さらにターボ分子ポンプ２３を介して
ドライポンプ２４に接続される。ＡＰＣは真空チャンバー内の圧力制御を行い、ターボ分
子ポンプ２３及びドライポンプ２４は、真空チャンバー１５内を減圧する。
【０２４５】
次に、図１７（Ｂ）に示す真空チャンバー１５内にプラズマを発生させ、被処理基板２０
に設けられている酸化物半導体膜、下地絶縁膜またはゲート絶縁膜に酸素プラズマドープ
を行う一例を示す。
【０２４６】
まず、ターボ分子ポンプ２３及びドライポンプ２４などを作動させて、真空チャンバー１
５内を所望の圧力に保持した後、被処理基板２０を真空チャンバー１５内の基板ステージ
に設置する。なお、基板ステージに保持する被処理基板２０には少なくとも酸化物半導体
膜または下地絶縁膜を備えるものとする。本実施の形態では、真空チャンバー１５内の圧
力を１．３３Ｐａに保持する。なお、酸素ガスをガス吹き出し口から真空チャンバー１５
内に供給する流量を２５０ｓｃｃｍに設定する。
【０２４７】
次いで、第１の高周波電源１８からＩＣＰコイル１６に高周波電力を印加し、プラズマを
発生させる。そして、プラズマを発生させた状態を一定時間（３０秒以上６００秒以下）
維持する。なお、ＩＣＰコイル１６に印加する高周波電力は、１ｋＷ以上１０ｋＷ以下と
する。本実施の形態では、６０００Ｗとする。この際、第２の高周波電源２１から基板ス
テージに基板バイアス電圧を印加してもよい。本実施の形態では基板バイアス電圧印加に
用いる電力を１０００Ｗとする。
【０２４８】
本実施の形態では、プラズマを発生させた状態を６０秒維持した後、被処理基板２０を真
空チャンバー１５から搬出する。こうして、被処理基板２０に設けられている酸化物半導
体膜、下地絶縁膜またはゲート絶縁膜に酸素プラズマドープを行うことができる。
【０２４９】
以上、本実施の形態に示す構成、方法などは、他の実施の形態に示す構成、方法などと適
宜組み合わせて用いることができる。
【０２５０】
（実施の形態５）
本実施の形態では、半導体装置の一例として、記憶媒体（メモリ素子）を示す。本実施の
形態では、実施の形態１〜３などにおいて示す酸化物半導体を用いたトランジスタと、酸
化物半導体以外の材料を用いたトランジスタとを同一基板上に形成する。
【０２５１】
図７は、半導体装置の構成の一例である。図７（Ａ）には、半導体装置の断面を、図７（
Ｂ）には、半導体装置の平面を、それぞれ示す。ここで、図７（Ａ）は、図７（Ｂ）のＣ
１−Ｃ２およびＤ１−Ｄ２における断面に相当する。また、図７（Ｃ）には、上記半導体
装置をメモリ素子として用いる場合の回路図の一例を示す。図７（Ａ）および図７（Ｂ）
に示される半導体装置は、下部に第１の半導体材料を用いたトランジスタ２４０を有し、
上部に実施の形態１で示したトランジスタ１２０を有する。なお、トランジスタ１２０は
、第２の半導体材料として酸化物半導体を用いている。本実施の形態では、第１の半導体
材料を酸化物半導体以外の半導体材料とする。酸化物半導体以外の半導体材料としては、
例えば、シリコン、ゲルマニウム、シリコンゲルマニウム、炭化シリコン、またはガリウ
ムヒ素等を用いることができ、単結晶半導体を用いるのが好ましい。他に、有機半導体材
料などを用いてもよい。このような半導体材料を用いたトランジスタは、高速動作が容易
である。一方で、酸化物半導体を用いたトランジスタは、その特性により長時間の電荷保
持を可能とする。
【０２５２】
なお、本実施の形態においては、トランジスタ１２０を用いて記憶媒体を構成する例を示
すが、トランジスタ１２０に代えて、実施の形態１または２で示したトランジスタ１３０
乃至トランジスタ１６０等を適用可能であることは、いうまでもない。
【０２５３】
図７におけるトランジスタ２４０は、半導体材料（例えば、シリコンなど）を含む基板２
００に設けられたチャネル形成領域２１６と、チャネル形成領域２１６を挟むように設け
られた不純物領域２２０と、不純物領域２２０に接する金属化合物領域２２４と、チャネ
ル形成領域２１６上に設けられたゲート絶縁膜２０８と、ゲート絶縁膜２０８上に設けら
れたゲート電極２１０と、を有する。
【０２５４】
半導体材料を含む基板２００は、シリコンや炭化シリコンなどの単結晶半導体基板、多結
晶半導体基板、シリコンゲルマニウムなどの化合物半導体基板、ＳＯＩ基板などを適用す
ることができる。なお、一般に「ＳＯＩ基板」は、絶縁表面上にシリコン半導体膜が設け
られた構成の基板をいうが、本明細書等においては、絶縁表面上にシリコン以外の材料か
らなる半導体膜が設けられた構成の基板も含む。つまり、「ＳＯＩ基板」が有する半導体
膜は、シリコン半導体膜に限定されない。また、ＳＯＩ基板には、ガラス基板などの絶縁
基板上に絶縁膜を介して半導体膜が設けられた構成のものが含まれるものとする。
【０２５５】
基板２００上にはトランジスタ２４０を囲むように素子分離絶縁膜２０６が設けられてお
り、トランジスタ２４０を覆うように絶縁膜２２８および絶縁膜２３０が設けられている
。なお、高集積化を実現するためには、図７（Ａ）に示すようにトランジスタ２４０がサ
イドウォール絶縁膜を有しない構成とすることが望ましい。一方で、トランジスタ２４０
の特性を重視する場合には、ゲート電極２１０の側面にサイドウォール絶縁膜を設け、不
純物濃度が異なる領域を含む不純物領域２２０を設けても良い。
【０２５６】
トランジスタ２４０はシリコン、ゲルマニウム、シリコンゲルマニウム、炭化シリコン、
またはガリウムヒ素等を用いて作製することができる。このようなトランジスタ２４０は
、高速動作が可能であるという特徴を有する。このため、当該トランジスタを読み出し用
のトランジスタとして用いることで、情報の読み出しを高速に行うことができる。
【０２５７】
トランジスタ２４０を形成した後、トランジスタ１２０および容量素子１６４の形成前の
処理として、絶縁膜２２８や絶縁膜２３０にＣＭＰ処理を施して、ゲート電極２１０の上
面を露出させる。ゲート電極２１０の上面を露出させる処理としては、ＣＭＰ処理の他に
エッチング処理などを適用することも可能であるが、トランジスタ１２０の特性を向上さ
せるために、絶縁膜２２８や絶縁膜２３０の表面は可能な限り平坦にしておくことが望ま
しい。
【０２５８】
次に、ゲート電極２１０、絶縁膜２２８、絶縁膜２３０などの上に導電膜を形成し、該導
電膜を選択的にエッチングして、ソース電極１０４ａ、ドレイン電極１０４ｂを形成する
。
【０２５９】
導電膜は、スパッタ法をはじめとするＰＶＤ法や、プラズマＣＶＤ法などのＣＶＤ法を用
いて形成することができる。また、導電膜の材料としては、Ａｌ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｔａ、Ｔ
ｉ、Ｍｏ、Ｗからから選ばれた元素や、上述した元素を成分とする合金等を用いることが
できる。Ｍｎ、Ｍｇ、Ｚｒ、Ｂｅ、Ｎｄ、Ｓｃのいずれか、またはこれらを複数組み合わ
せた材料を用いてもよい。
【０２６０】
導電膜は、単層構造であっても良いし、２層以上の積層構造としてもよい。例えば、チタ
ン膜や窒化チタン膜の単層構造、シリコンを含むアルミニウム膜の単層構造、アルミニウ
ム膜上にチタン膜が積層された２層構造、窒化チタン膜上にチタン膜が積層された２層構
造、チタン膜とアルミニウム膜とチタン膜とが積層された３層構造などが挙げられる。な
お、導電膜を、チタン膜や窒化チタン膜の単層構造とする場合には、テーパー形状を有す
るソース電極１０４ａ、およびドレイン電極１０４ｂへの加工が容易であるというメリッ
トがある。
【０２６１】
上部のトランジスタ１２０のチャネル長（Ｌ）は、ソース電極１０４ａ、およびドレイン
電極１０４ｂの下端部の間隔によって決定される。なお、チャネル長（Ｌ）が２５ｎｍ未
満のトランジスタを形成する場合に用いるマスク形成の露光を行う際には、数ｎｍ〜数１
０ｎｍと波長の短い超紫外線を用いるのが望ましい。
【０２６２】
次に、ソース電極１０４ａ、およびドレイン電極１０４ｂを覆うように酸化物半導体膜を
形成した後、当該酸化物半導体膜を選択的にエッチングして酸化物半導体膜１０８を形成
する。酸化物半導体膜は、実施の形態１に示す材料及び形成プロセスを用いる。
【０２６３】
次に、酸化物半導体膜１０８に接するゲート絶縁膜１１０を形成する。ゲート絶縁膜１１
０は、実施の形態１に示す材料及び形成プロセスを用いる。
【０２６４】
次に、ゲート絶縁膜１１０上において酸化物半導体膜１０８と重畳する領域にゲート電極
１１２ａを形成し、ソース電極１０４ａと重畳する領域に電極１１２ｂを形成する。
【０２６５】
ゲート絶縁膜１１０の形成後には、不活性ガス雰囲気下、または酸素雰囲気下で熱処理（
加酸化などとも呼ぶ）を行うのが望ましい。熱処理の温度は、２００℃以上４５０℃以下
、望ましくは２５０℃以上３５０℃以下である。例えば、窒素雰囲気下で２５０℃、１時
間の熱処理を行えばよい。熱処理を行うことによって、トランジスタの電気的特性のばら
つきを軽減することができる。
【０２６６】
なお、加酸化を目的とする熱処理のタイミングはこれに限定されない。例えば、ゲート電
極の形成後に加酸化を目的とする熱処理を行っても良い。また、脱水化等を目的とする熱
処理に続けて加酸化を目的とする熱処理を行っても良いし、脱水化等を目的とする熱処理
に加酸化を目的とする熱処理を兼ねさせても良いし、加酸化を目的とする熱処理に脱水化
等を目的とする熱処理を兼ねさせても良い。
【０２６７】
上述のように、脱水化等を目的とする熱処理と、酸素ドープ処理または加酸化を目的とす
る熱処理とを適用することで、酸化物半導体膜１０８を不純物が極力含まれないように高
純度化することができる。
【０２６８】
ゲート電極１１２ａおよび電極１１２ｂは、ゲート絶縁膜１１０上に導電膜を形成した後
に、当該導電膜を選択的にエッチングすることによって形成することができる。
【０２６９】
次に、ゲート絶縁膜１１０、ゲート電極１１２ａ、および電極１１２ｂ上に、絶縁膜１５
１および絶縁膜１５２を形成する。絶縁膜１５１および絶縁膜１５２は、スパッタ法やＣ
ＶＤ法などを用いて形成することができる。また、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒
化シリコン、酸化ハフニウム、酸化アルミニウム、酸化ガリウム等の無機絶縁材料を含む
材料を用いて形成することができる。
【０２７０】
次に、ゲート絶縁膜１１０、絶縁膜１５１、及び絶縁膜１５２に、ドレイン電極１０４ｂ
にまで達する開口を形成する。当該開口の形成は、マスクなどを用いた選択的なエッチン
グにより行われる。
【０２７１】
その後、上記開口に電極１５４を形成し、絶縁膜１５２上に電極１５４に接する配線１５
６を形成する。
【０２７２】
電極１５４は、例えば、開口を含む領域にＰＶＤ法やＣＶＤ法などを用いて導電膜を形成
した後、エッチング処理やＣＭＰといった方法を用いて、上記導電膜の一部を除去するこ
とにより形成することができる。
【０２７３】
配線１５６は、スパッタ法をはじめとするＰＶＤ法や、プラズマＣＶＤ法などのＣＶＤ法
を用いて導電膜を形成した後、当該導電膜をパターニングすることによって形成される。
また、導電膜の材料としては、Ａｌ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｗから選ばれた元
素や、上述した元素を成分とする合金等を用いることができる。Ｍｎ、Ｍｇ、Ｚｒ、Ｂｅ
、Ｎｄ、Ｓｃのいずれか、またはこれらを複数組み合わせた材料を用いてもよい。詳細は
、ソース電極１０４ａまたはドレイン電極１０４ｂなどと同様である。
【０２７４】
以上により、高純度化された酸化物半導体膜１０８を用いたトランジスタ１２０、および
容量素子１６４が完成する。容量素子１６４は、ソース電極１０４ａ、酸化物半導体膜１
０８、ゲート絶縁膜１１０、および電極１１２ｂ、で構成される。
【０２７５】
なお、図７の容量素子１６４では、酸化物半導体膜１０８とゲート絶縁膜１１０を積層さ
せることにより、ソース電極１０４ａと、電極１１２ｂとの間の絶縁性を十分に確保する
ことができる。もちろん、十分な容量を確保するために、酸化物半導体膜１０８を有しな
い構成の容量素子１６４を採用しても良い。さらに、容量が不要の場合は、容量素子１６
４を設けない構成とすることも可能である。
【０２７６】
図７（Ｃ）には、上記半導体装置をメモリ素子として用いる場合の回路図の一例を示す。
図７（Ｃ）において、トランジスタ１２０のソース電極またはドレイン電極の一方と、容
量素子１６４の電極の一方と、トランジスタ２４０のゲート電極と、は電気的に接続され
ている。また、第１の配線（１ｓｔ Ｌｉｎｅ：ソース線とも呼ぶ）とトランジスタ２４
０のソース電極とは、電気的に接続され、第２の配線（２ｎｄ Ｌｉｎｅ：ビット線とも
呼ぶ）とトランジスタ２４０のドレイン電極とは、電気的に接続されている。また、第３
の配線（３ｒｄ Ｌｉｎｅ：第１の信号線とも呼ぶ）とトランジスタ１２０のソース電極
またはドレイン電極の他方とは、電気的に接続され、第４の配線（４ｔｈ Ｌｉｎｅ：第
２の信号線とも呼ぶ）と、トランジスタ１２０のゲート電極とは、電気的に接続されてい
る。そして、第５の配線（５ｔｈ Ｌｉｎｅ：ワード線とも呼ぶ）と、容量素子１６４の
電極の他方は電気的に接続されている。
【０２７７】
酸化物半導体を用いたトランジスタ１２０は、オフ電流が極めて小さいという特徴を有し
ているため、トランジスタ１２０をオフ状態とすることで、トランジスタ１２０のソース
電極またはドレイン電極の一方と、容量素子１６４の電極の一方と、トランジスタ２４０
のゲート電極とが電気的に接続されたノード（以下、ノードＦＧ）の電位を極めて長時間
にわたって保持することが可能である。そして、容量素子１６４を有することにより、ノ
ードＦＧに与えられた電荷の保持が容易になり、また、保持された情報の読み出しが容易
になる。
【０２７８】
半導体装置に情報を記憶させる場合（書き込み）は、まず、第４の配線の電位を、トラン
ジスタ１２０がオン状態となる電位にして、トランジスタ１２０をオン状態とする。これ
により、第３の配線の電位が、ノードＦＧに供給され、ノードＦＧに所定量の電荷が蓄積
される。ここでは、異なる二つの電位レベルを与える電荷（以下、ロー（Ｌｏｗ）レベル
電荷、ハイ（Ｈｉｇｈ）レベル電荷という）のいずれかが与えられるものとする。その後
、第４の配線の電位を、トランジスタ１２０がオフ状態となる電位にして、トランジスタ
１２０をオフ状態とすることにより、ノードＦＧが浮遊状態となるため、ノードＦＧには
所定の電荷が保持されたままの状態となる。以上のように、ノードＦＧに所定量の電荷を
蓄積及び保持させることで、メモリセルに情報を記憶させることができる。
【０２７９】
トランジスタ１２０のオフ電流は極めて小さいため、ノードＦＧに供給された電荷は長時
間にわたって保持される。したがって、リフレッシュ動作が不要となるか、または、リフ
レッシュ動作の頻度を極めて低くすることが可能となり、消費電力を十分に低減すること
ができる。また、電力の供給がない場合であっても、長期にわたって記憶内容を保持する
ことが可能である。
【０２８０】
記憶された情報を読み出す場合（読み出し）は、第１の配線に所定の電位（定電位）を与
えた状態で、第５の配線に適切な電位（読み出し電位）を与えると、ノードＦＧに保持さ
れた電荷量に応じて、トランジスタ２４０は異なる状態をとる。一般に、トランジスタ２
４０をｎチャネル型とすると、ノードＦＧにＨｉｇｈレベル電荷が保持されている場合の
トランジスタ２４０の見かけのしきい値Ｖｔｈ＿Ｈは、ノードＦＧにＬｏｗレベル電荷が
保持されている場合のトランジスタ２４０の見かけのしきい値Ｖｔｈ＿Ｌより低くなるた
めである。ここで、見かけのしきい値とは、トランジスタ２４０を「オン状態」とするた
めに必要な第５の配線の電位をいうものとする。したがって、第５の配線の電位をＶｔｈ
＿ＨとＶｔｈ＿Ｌの中間の電位Ｖ０とすることにより、ノードＦＧに保持された電荷を判
別できる。例えば、書き込みにおいて、Ｈｉｇｈレベル電荷が与えられていた場合には、
第５の配線の電位がＶ０（＞Ｖｔｈ＿Ｈ）となれば、トランジスタ２４０は「オン状態」
となる。Ｌｏｗレベル電荷が与えられていた場合には、第５の配線の電位がＶ０（＜Ｖｔ
ｈ＿Ｌ）となっても、トランジスタ２４０は「オフ状態」のままである。このため、第５
の配線の電位を制御して、トランジスタ２４０のオン状態またはオフ状態を読み出す（第
２の配線の電位を読み出す）ことで、記憶された情報を読み出すことができる。
【０２８１】
また、記憶させた情報を書き換える場合においては、上記の書き込みによって所定量の電
荷を保持したノードＦＧに、新たな電位を供給することで、ノードＦＧに新たな情報に係
る電荷を保持させる。具体的には、第４の配線の電位を、トランジスタ１２０がオン状態
となる電位にして、トランジスタ１２０をオン状態とする。これにより、第３の配線の電
位（新たな情報に係る電位）が、ノードＦＧに供給され、ノードＦＧに所定量の電荷が蓄
積される。その後、第４の配線の電位をトランジスタ１２０がオフ状態となる電位にして
、トランジスタ１２０をオフ状態とすることにより、ノードＦＧには、新たな情報に係る
電荷が保持された状態となる。すなわち、ノードＦＧに第１の書き込みによって所定量の
電荷が保持された状態で、第１の書き込みと同様の動作（第２の書き込み）を行うことで
、記憶させた情報を上書きすることが可能である。
【０２８２】
本実施の形態で示すトランジスタ１２０は、高純度化され、真性化された酸化物半導体膜
１０８を用いることで、トランジスタ１２０のオフ電流を十分に低減することができる。
また、酸化物半導体膜１０８を酸素過剰な層とすることで、トランジスタ１２０の電気的
特性変動が抑制されており、電気的に安定なトランジスタとすることができる。そして、
このようなトランジスタを用いることで、極めて長期にわたり記憶内容を保持することが
可能で、信頼性の高い半導体装置が得られる。
【０２８３】
また、本実施の形態において示す半導体装置では、トランジスタ２４０とトランジスタ１
２０を重畳させることで、集積度が十分に高められた半導体装置が実現される。
【０２８４】
以上、本実施の形態に示す構成、方法などは、他の実施の形態に示す構成、方法などと適
宜組み合わせて用いることができる。
【０２８５】
（実施の形態６）
実施の形態１〜３で例示したトランジスタを用いて表示機能を有する半導体装置（表示装
置ともいう）を作製することができる。また、トランジスタを含む駆動回路の一部または
全体を、画素部と同じ基板上に一体形成し、システムオンパネルを形成することができる
。
【０２８６】
図８（Ａ）において、第１の基板４００１上に設けられた画素部４００２を囲むようにし
て、シール材４００５が設けられ、第２の基板４００６によって封止されている。図８（
Ａ）においては、第１の基板４００１上のシール材４００５によって囲まれている領域と
は異なる領域に、別途用意された基板上に単結晶半導体膜又は多結晶半導体膜で形成され
た走査線駆動回路４００４、信号線駆動回路４００３が実装されている。また別途形成さ
れた信号線駆動回路４００３と、走査線駆動回路４００４または画素部４００２に与えら
れる各種信号及び電位は、ＦＰＣ（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ ｐｒｉｎｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ
）４０１８ａ、４０１８ｂから供給されている。
【０２８７】
図８（Ｂ）（Ｃ）において、第１の基板４００１上に設けられた画素部４００２と、走査
線駆動回路４００４とを囲むようにして、シール材４００５が設けられている。また画素
部４００２と、走査線駆動回路４００４の上に第２の基板４００６が設けられている。よ
って画素部４００２と、走査線駆動回路４００４とは、第１の基板４００１とシール材４
００５と第２の基板４００６とによって、表示素子と共に封止されている。図８（Ｂ）（
Ｃ）においては、第１の基板４００１上のシール材４００５によって囲まれている領域と
は異なる領域に、別途用意された基板上に単結晶半導体膜又は多結晶半導体膜で形成され
た信号線駆動回路４００３が実装されている。図８（Ｂ）（Ｃ）においては、別途形成さ
れた信号線駆動回路４００３と、走査線駆動回路４００４または画素部４００２に与えら
れる各種信号及び電位は、ＦＰＣ４０１８から供給されている。
【０２８８】
また、実施の形態は、図８（Ａ）から（Ｃ）において示した構成に限定されない。信号線
駆動回路の一部または走査線駆動回路の一部のみを別途形成して実装しても良い。
【０２８９】
なお、別途形成した駆動回路の接続方法は、特に限定されるものではなく、ＣＯＧ（Ｃｈ
ｉｐ Ｏｎ Ｇｌａｓｓ）方法、ワイヤボンディング方法、或いはＴＡＢ（Ｔａｐｅ Ａ
ｕｔｏｍａｔｅｄ Ｂｏｎｄｉｎｇ）方法などを用いることができる。図８（Ａ）は、Ｃ
ＯＧ方法により信号線駆動回路４００３、走査線駆動回路４００４を実装する例であり、
図８（Ｂ）は、ＣＯＧ方法により信号線駆動回路４００３を実装する例であり、図８（Ｃ
）は、ＴＡＢ方法により信号線駆動回路４００３を実装する例である。
【０２９０】
なお、表示装置は、表示素子が封止された状態にあるパネルと、該パネルにコントローラ
を含むＩＣ等を実装した状態にあるモジュールとを含む。
【０２９１】
なお、本明細書中における表示装置とは、画像表示デバイス、表示デバイス、もしくは光
源（照明装置含む）を指す。また、コネクター、例えばＦＰＣもしくはＴＡＢテープもし
くはＴＣＰが取り付けられたモジュール、ＴＡＢテープやＴＣＰの先にプリント配線板が
設けられたモジュール、または表示素子にＣＯＧ方式によりＩＣ（集積回路）が直接実装
されたモジュールも全て表示装置に含むものとする。
【０２９２】
また第１の基板上に設けられた画素部及び走査線駆動回路は、トランジスタを複数有して
おり、実施の形態１〜３で例示したトランジスタを適用することができる。
【０２９３】
表示装置に設けられる表示素子としては液晶素子（液晶表示素子ともいう）、発光素子（
発光表示素子ともいう）、を用いることができる。発光素子は、電流または電圧によって
輝度が制御される素子をその範疇に含んでおり、具体的には無機ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏ
Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）素子、有機ＥＬ素子等が含まれる。また、電子インクなど、
電気的作用によりコントラストが変化する表示媒体も適用することができる。
【０２９４】
半導体装置の一形態について、図９乃至図１１を用いて説明する。図９乃至図１１は、図
８（Ｂ）のＭ−Ｎにおける断面図に相当する。
【０２９５】
図９乃至図１１で示すように、半導体装置は接続端子電極４０１５及び端子電極４０１６
を有しており、接続端子電極４０１５及び端子電極４０１６はＦＰＣ４０１８が有する端
子と異方性導電膜４０１９を介して、電気的に接続されている。
【０２９６】
接続端子電極４０１５は、第１の電極層４０３０と同じ導電膜から形成され、端子電極４
０１６は、トランジスタ４０１０、４０１１のソース電極及びドレイン電極と同じ導電膜
で形成されている。
【０２９７】
また第１の基板４００１上に設けられた画素部４００２と、走査線駆動回路４００４は、
トランジスタを複数有しており、図９乃至図１１では、画素部４００２に含まれるトラン
ジスタ４０１０と、走査線駆動回路４００４に含まれるトランジスタ４０１１とを例示し
ている。図１０及び図１１では、トランジスタ４０１０、４０１１上に、絶縁層４０２１
が設けられている。
【０２９８】
本実施の形態では、トランジスタ４０１０、トランジスタ４０１１として、実施の形態１
乃至３のいずれかで示したトランジスタを適用することができる。トランジスタ４０１０
、トランジスタ４０１１は、電気的特性変動が抑制されており、電気的に安定である。よ
って、図９乃至図１１で示す本実施の形態の半導体装置として信頼性の高い半導体装置を
提供することができる。
【０２９９】
画素部４００２に設けられたトランジスタ４０１０は表示素子と電気的に接続し、表示パ
ネルを構成する。表示素子は表示を行うことができれば特に限定されず、様々な表示素子
を用いることができる。
【０３００】
図９に表示素子として液晶素子を用いた液晶表示装置の例を示す。図９において、表示素
子である液晶素子４０１３は、第１の電極層４０３０、第２の電極層４０３１、及び液晶
層４００８を含む。なお、液晶層４００８を挟持するように配向膜として機能する絶縁膜
４０３２、絶縁膜４０３３が設けられている。第２の電極層４０３１は第２の基板４００
６側に設けられ、第１の電極層４０３０と第２の電極層４０３１とは液晶層４００８を介
して積層する構成となっている。なお、図８（Ｂ）に示す表示装置において、表示素子と
して液晶素子を用いた場合のＭ−Ｎにおける断面が、図９に相当する。
【０３０１】
また４０３５は絶縁膜を選択的にエッチングすることで得られる柱状のスペーサであり、
液晶層４００８の膜厚（セルギャップ）を制御するために設けられている。なおスペーサ
の形状は、柱状に限定されるものではなく、例えば、球状のスペーサを用いていても良い
。
【０３０２】
表示素子として、液晶素子を用いる場合、サーモトロピック液晶、低分子液晶、高分子液
晶、高分子分散型液晶、強誘電性液晶、反強誘電性液晶等を用いることができる。これら
の液晶材料は、条件により、コレステリック相、スメクチック相、キュービック相、カイ
ラルネマチック相、等方相等を示す。
【０３０３】
また、配向膜を用いないブルー相を示す液晶を用いてもよい。ブルー相は液晶相の一つで
あり、コレステリック液晶を昇温していくと、コレステリック相から等方相へ転移する直
前に発現する相である。ブルー相は狭い温度範囲でしか発現しないため、温度範囲を改善
するために５重量％以上のカイラル剤を混合させた液晶組成物を液晶層に用いる。ブルー
相を示す液晶とカイラル剤とを含む液晶組成物は、応答速度が１ｍｓｅｃ以下と短く、光
学的等方性であるため配向処理が不要であり、視野角依存性が小さい。また配向膜を設け
なくてもよいのでラビング処理も不要となるため、ラビング処理によって引き起こされる
静電破壊を防止することができ、作製工程中の液晶表示装置の不良や破損を軽減すること
ができる。よって液晶表示装置の生産性を向上させることが可能となる。
【０３０４】
また、液晶材料の固有抵抗率は、１×１０９Ω・ｃｍ以上であり、好ましくは１×１０１
１Ω・ｃｍ以上であり、さらに好ましくは１×１０１２Ω・ｃｍ以上である。なお、本明
細書における固有抵抗率の値は、２０℃で測定した値とする。
【０３０５】
液晶表示装置に設けられる保持容量の大きさは、画素部に配置されるトランジスタのリー
ク電流等を考慮して、所定の期間の間電荷を保持できるように設定される。高純度の酸化
物半導体膜を有するトランジスタを用いることにより、各画素における液晶容量に対して
１／３以下、好ましくは１／５以下の容量の大きさを有する保持容量を設ければ充分であ
る。
【０３０６】
本実施の形態で用いる高純度化された酸化物半導体膜を用いたトランジスタは、オフ状態
における電流値（オフ電流値）を低くすることができる。よって、画像信号等の電気信号
の保持時間を長くすることができ、電源オン状態では書き込み間隔も長く設定できる。よ
って、リフレッシュ動作の頻度を少なくすることができるため、消費電力を抑制する効果
を奏する。
【０３０７】
また、本実施の形態で用いる高純度化された酸化物半導体膜を用いたトランジスタは、比
較的高い電界効果移動度が得られるため、高速駆動が可能である。よって、液晶表示装置
の画素部に上記トランジスタを用いることで、高画質な画像を提供することができる。ま
た、上記トランジスタは、同一基板上に駆動回路部または画素部に作り分けて作製するこ
とができるため、液晶表示装置の部品点数を削減することができる。
【０３０８】
液晶表示装置には、ＴＮ（Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ）モード、ＩＰＳ（Ｉｎ−Ｐ
ｌａｎｅ−Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）モード、ＦＦＳ（Ｆｒｉｎｇｅ Ｆｉｅｌｄ Ｓｗｉｔ
ｃｈｉｎｇ）モード、ＡＳＭ（Ａｘｉａｌｌｙ Ｓｙｍｍｅｔｒｉｃ ａｌｉｇｎｅｄ
Ｍｉｃｒｏ−ｃｅｌｌ）モード、ＯＣＢ（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｄ Ｂ
ｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｃｅ）モード、ＦＬＣ（Ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｌｉｑｕｉ
ｄ Ｃｒｙｓｔａｌ）モード、ＡＦＬＣ（ＡｎｔｉＦｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｌｉｑ
ｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ）モードなどを用いることができる。
【０３０９】
また、ノーマリーブラック型の液晶表示装置、例えば垂直配向（ＶＡ）モードを採用した
透過型の液晶表示装置としてもよい。ここで、垂直配向モードとは、液晶表示パネルの液
晶分子の配列を制御する方式の一種であり、電圧が印加されていないときにパネル面に対
して液晶分子が垂直方向を向く方式である。垂直配向モードとしては、いくつか挙げられ
るが、例えば、ＭＶＡ（Ｍｕｌｔｉ−Ｄｏｍａｉｎ Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ａｌｉｇｎｍｅ
ｎｔ）モード、ＰＶＡ（Ｐａｔｔｅｒｎｅｄ Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）
モード、ＡＳＶモードなどを用いることができる。また、画素（ピクセル）をいくつかの
領域（サブピクセル）に分け、それぞれ別の方向に分子を倒すよう工夫されているマルチ
ドメイン化あるいはマルチドメイン設計といわれる方法を用いることができる。
【０３１０】
また、表示装置において、ブラックマトリクス（遮光層）、偏光部材、位相差部材、反射
防止部材などの光学部材（光学基板）などは適宜設ける。例えば、偏光基板及び位相差基
板による円偏光を用いてもよい。また、光源としてバックライト、サイドライトなどを用
いてもよい。
【０３１１】
また、バックライトとして複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）を用いて、時間分割表示方式
（フィールドシーケンシャル駆動方式）を行うことも可能である。フィールドシーケンシ
ャル駆動方式を適用することで、カラーフィルタを用いることなく、カラー表示を行うこ
とができる。
【０３１２】
また、画素部における表示方式は、プログレッシブ方式やインターレース方式等を用いる
ことができる。また、カラー表示する際に画素で制御する色要素としては、ＲＧＢ（Ｒは
赤、Ｇは緑、Ｂは青を表す）の三色に限定されない。例えば、ＲＧＢＷ（Ｗは白を表す）
、又はＲＧＢに、イエロー、シアン、マゼンタ等を一色以上追加したものがある。なお、
色要素のドット毎にその表示領域の大きさが異なっていてもよい。ただし、本発明はカラ
ー表示の表示装置に限定されるものではなく、モノクロ表示の表示装置に適用することも
できる。
【０３１３】
また、表示装置に含まれる表示素子として、エレクトロルミネッセンスを利用する発光素
子を適用することができる。エレクトロルミネッセンスを利用する発光素子は、発光材料
が有機化合物であるか、無機化合物であるかによって区別され、一般的に、前者は有機Ｅ
Ｌ素子、後者は無機ＥＬ素子と呼ばれている。
【０３１４】
有機ＥＬ素子は、発光素子に電圧を印加することにより、一対の電極から電子および正孔
がそれぞれ発光性の有機化合物を含む層に注入され、電流が流れる。そして、それらキャ
リア（電子および正孔）が再結合することにより、発光性の有機化合物が励起状態を形成
し、その励起状態が基底状態に戻る際に発光する。このようなメカニズムから、このよう
な発光素子は、電流励起型の発光素子と呼ばれる。
【０３１５】
無機ＥＬ素子は、その素子構成により、分散型無機ＥＬ素子と薄膜型無機ＥＬ素子とに分
類される。分散型無機ＥＬ素子は、発光材料の粒子をバインダ中に分散させた発光層を有
するものであり、発光メカニズムはドナー準位とアクセプター準位を利用するドナー−ア
クセプター再結合型発光である。薄膜型無機ＥＬ素子は、発光層を誘電体層で挟み込み、
さらにそれを電極で挟んだ構造であり、発光メカニズムは金属イオンの内殻電子遷移を利
用する局在型発光である。なお、ここでは、発光素子として有機ＥＬ素子を用いて説明す
る。
【０３１６】
発光素子は発光を取り出すために少なくとも一対の電極の一方が透明であればよい。そし
て、基板上にトランジスタ及び発光素子を形成し、基板とは逆側の面から発光を取り出す
上面射出や、基板側の面から発光を取り出す下面射出や、基板側及び基板とは反対側の面
から発光を取り出す両面射出構造の発光素子があり、どの射出構造の発光素子も適用する
ことができる。
【０３１７】
図１０に表示素子として発光素子を用いた発光装置の例を示す。表示素子である発光素子
４５１３は、画素部４００２に設けられたトランジスタ４０１０と電気的に接続している
。なお発光素子４５１３の構成は、第１の電極層４０３０、電界発光層４５１１、第２の
電極層４０３１の積層構造であるが、示した構成に限定されない。発光素子４５１３から
取り出す光の方向などに合わせて、発光素子４５１３の構成は適宜変えることができる。
なお、図８（Ｂ）に示す表示装置において、表示素子として発光素子を用いた場合のＭ−
Ｎにおける断面が、図１０に相当する。
【０３１８】
隔壁４５１０は、有機絶縁材料、又は無機絶縁材料を用いて形成する。特に感光性の樹脂
材料を用い、第１の電極層４０３０上に開口部を形成し、その開口部の側壁が連続した曲
率を持って形成される傾斜面となるように形成することが好ましい。
【０３１９】
電界発光層４５１１は、単数の層で構成されていても、複数の層が積層されるように構成
されていてもどちらでも良い。
【０３２０】
発光素子４５１３に酸素、水素、水分、二酸化炭素等が侵入しないように、第２の電極層
４０３１及び隔壁４５１０上に保護膜を形成してもよい。保護膜としては、窒化シリコン
膜、窒化酸化シリコン膜、ＤＬＣ膜等を形成することができる。また、第１の基板４００
１、第２の基板４００６、及びシール材４００５によって封止された空間には充填材４５
１４が設けられ密封されている。このように外気に曝されないように気密性が高く、脱ガ
スの少ない保護フィルム（貼り合わせフィルム、紫外線硬化樹脂フィルム等）やカバー材
でパッケージング（封入）することが好ましい。
【０３２１】
充填材４５１４としては窒素やアルゴンなどの不活性な気体の他に、紫外線硬化樹脂また
は熱硬化樹脂を用いることができ、ＰＶＣ（ポリビニルクロライド）、アクリル、ポリイ
ミド、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、ＰＶＢ（ポリビニルブチラル）またはＥＶＡ（エ
チレンビニルアセテート）を用いることができる。例えば充填材として窒素を用いればよ
い。
【０３２２】
また、必要であれば、発光素子の射出面に偏光板、又は円偏光板（楕円偏光板を含む）、
位相差板（λ／４板、λ／２板）、カラーフィルタなどの光学フィルムを適宜設けてもよ
い。また、偏光板又は円偏光板に反射防止膜を設けてもよい。例えば、表面の凹凸により
反射光を拡散し、映り込みを低減できるアンチグレア処理を施すことができる。
【０３２３】
また、表示装置として、電子インクを駆動させる電子ペーパーを提供することも可能であ
る。電子ペーパーは、電気泳動表示装置（電気泳動ディスプレイ）も呼ばれており、紙と
同じ読みやすさ、他の表示装置に比べ低消費電力、薄くて軽い形状とすることが可能とい
う利点を有している。
【０３２４】
電気泳動表示装置は、様々な形態が考えられ得るが、プラスの電荷を有する第１の粒子と
、マイナスの電荷を有する第２の粒子とを含むマイクロカプセルが溶媒または溶質に複数
分散されたものであり、マイクロカプセルに電界を印加することによって、マイクロカプ
セル中の粒子を互いに反対方向に移動させて一方側に集合した粒子の色のみを表示するも
のである。なお、第１の粒子または第２の粒子は染料を含み、電界がない場合において移
動しないものである。また、第１の粒子の色と第２の粒子の色は異なるもの（無色を含む
）とする。
【０３２５】
このように、電気泳動表示装置は、誘電定数の高い物質が高い電界領域に移動する、いわ
ゆる誘電泳動的効果を利用したディスプレイである。
【０３２６】
上記マイクロカプセルを溶媒中に分散させたものが電子インクと呼ばれるものであり、こ
の電子インクはガラス、プラスチック、布、紙などの表面に印刷することができる。また
、カラーフィルタや色素を有する粒子を用いることによってカラー表示も可能である。
【０３２７】
なお、マイクロカプセル中の第１の粒子および第２の粒子は、導電体材料、絶縁体材料、
半導体材料、磁性材料、液晶材料、強誘電性材料、エレクトロルミネセント材料、エレク
トロクロミック材料、磁気泳動材料から選ばれた一種の材料、またはこれらの複合材料を
用いればよい。
【０３２８】
また、電子ペーパーとして、ツイストボール表示方式を用いる表示装置も適用することが
できる。ツイストボール表示方式とは、白と黒に塗り分けられた球形粒子を表示素子に用
いる電極層である第１の電極層及び第２の電極層の間に配置し、第１の電極層及び第２の
電極層に電位差を生じさせての球形粒子の向きを制御することにより、表示を行う方法で
ある。
【０３２９】
図１１に、半導体装置の一形態としてアクティブマトリクス型の電子ペーパーを示す。図
１１の電子ペーパーは、ツイストボール表示方式を用いた表示装置の例である。
【０３３０】
トランジスタ４０１０と接続する第１の電極層４０３０と、第２の基板４００６に設けら
れた第２の電極層４０３１との間には黒色領域４６１５ａ及び白色領域４６１５ｂを有し
、周りに液体で満たされているキャビティ４６１２を含む球形粒子４６１３が設けられて
おり、球形粒子４６１３の周囲は樹脂等の充填材４６１４で充填されている。第２の電極
層４０３１が共通電極（対向電極）に相当する。第２の電極層４０３１は、共通電位線と
電気的に接続される。
【０３３１】
なお、図９乃至図１１において、第１の基板４００１、第２の基板４００６としては、ガ
ラス基板の他、可撓性を有する基板も用いることができ、例えば透光性を有するプラスチ
ック基板などを用いることができる。プラスチックとしては、ＦＲＰ（Ｆｉｂｅｒｇｌａ
ｓｓ−Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｐｌａｓｔｉｃｓ）板、ＰＶＦ（ポリビニルフルオライド
）フィルム、ポリエステルフィルムまたはアクリル樹脂フィルムを用いることができる。
また、アルミニウムホイルをＰＶＦフィルムやポリエステルフィルムで挟んだ構造のシー
トを用いることもできる。
【０３３２】
絶縁層４０２１は、無機絶縁材料又は有機絶縁材料を用いて形成することができる。なお
、アクリル樹脂、ポリイミド、ベンゾシクロブテン系樹脂、ポリアミド、エポキシ樹脂等
の、耐熱性を有する有機絶縁材料を用いると、平坦化絶縁膜として好適である。また上記
有機絶縁材料の他に、低誘電率材料（ｌｏｗ−ｋ材料）、シロキサン系樹脂、ＰＳＧ（リ
ンガラス）、ＢＰＳＧ（リンボロンガラス）等を用いることができる。なお、これらの材
料で形成される絶縁膜を複数積層させることで、絶縁層を形成してもよい。
【０３３３】
絶縁層４０２１の形成法は、特に限定されず、その材料に応じて、スパッタリング法、ス
ピンコート法、ディッピング法、スプレー塗布、液滴吐出法（インクジェット法）、スク
リーン印刷、オフセット印刷、ロールコーティング、カーテンコーティング、ナイフコー
ティング等を用いることができる。
【０３３４】
表示装置は光源又は表示素子からの光を透過させて表示を行う。よって光が透過する画素
部に設けられる基板、絶縁膜、導電膜などの薄膜はすべて可視光の波長領域の光に対して
透光性とする。
【０３３５】
表示素子に電圧を印加する第１の電極層及び第２の電極層（画素電極層、共通電極層、対
向電極層などともいう）においては、取り出す光の方向、電極層が設けられる場所、及び
電極層のパターン構造によって透光性、反射性を選択すればよい。
【０３３６】
第１の電極層４０３０、第２の電極層４０３１は、酸化タングステンを含むインジウム酸
化物、酸化タングステンを含むインジウム亜鉛酸化物、酸化チタンを含むインジウム酸化
物、酸化チタンを含むインジウム錫酸化物、インジウム錫酸化物（以下、ＩＴＯと示す。
）、インジウム亜鉛酸化物、酸化ケイ素を添加したインジウム錫酸化物などの透光性を有
する導電性材料を用いることができる。
【０３３７】
また、第１の電極層４０３０、第２の電極層４０３１はタングステン（Ｗ）、モリブデン
（Ｍｏ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）、バナジウム（Ｖ）、ニオブ（Ｎ
ｂ）、タンタル（Ｔａ）、クロム（Ｃｒ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、チタ
ン（Ｔｉ）、白金（Ｐｔ）、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）等の金属、
又はその合金、若しくはその窒化物から一つ、又は複数種を用いて形成することができる
。
【０３３８】
また、トランジスタは静電気などにより破壊されやすいため、駆動回路保護用の保護回路
を設けることが好ましい。保護回路は、非線形素子を用いて構成することが好ましい。
【０３３９】
以上のように、実施の形態１〜３で例示したトランジスタを適用することで、信頼性の高
い半導体装置を提供することができる。
【０３４０】
本実施の形態は、他の実施の形態に記載した構成と適宜組み合わせて実施することが可能
である。
【０３４１】
（実施の形態７）
実施の形態１乃至３のいずれかで一例を示したトランジスタを用いて、対象物の情報を読
み取るイメージセンサ機能を有する半導体装置を作製することができる。
【０３４２】
図１２（Ａ）に、イメージセンサ機能を有する半導体装置の一例を示す。図１２（Ａ）は
フォトセンサの等価回路であり、図１２（Ｂ）はフォトセンサの一部を示す断面図である
。
【０３４３】
フォトダイオード６０２は、一方の電極がフォトダイオードリセット信号線６５８に、他
方の電極がトランジスタ６４０のゲートに電気的に接続されている。トランジスタ６４０
は、ソース又はドレインの一方がフォトセンサ基準信号線６７２に、ソース又はドレイン
の他方がトランジスタ６５６のソース又はドレインの一方に電気的に接続されている。ト
ランジスタ６５６は、ゲートがゲート信号線６５９に、ソース又はドレインの他方がフォ
トセンサ出力信号線６７１に電気的に接続されている。
【０３４４】
なお、本明細書における回路図において、酸化物半導体膜を用いるトランジスタと明確に
判明できるように、酸化物半導体膜を用いるトランジスタの記号には「ＯＳ」と記載して
いる。図１２（Ａ）において、トランジスタ６４０、トランジスタ６５６は酸化物半導体
膜を用いるトランジスタである。
【０３４５】
図１２（Ｂ）は、フォトセンサにおけるフォトダイオード６０２及びトランジスタ６４０
に示す断面図であり、絶縁表面を有する基板６０１（ＴＦＴ基板）上に、センサとして機
能するフォトダイオード６０２及びトランジスタ６４０が設けられている。フォトダイオ
ード６０２、トランジスタ６４０の上には接着層６０８を用いて基板６１３が設けられて
いる。また、トランジスタ６４０上には絶縁膜６３１、第１の層間絶縁層６３３、第２の
層間絶縁層６３４が設けられている。
【０３４６】
また、トランジスタ６４０のゲート電極６４５ａと電気的に接続されるように、該ゲート
電極６４５ａと同じ層に電極層６４５ｂが設けられている。電極層６４５ｂは、絶縁膜６
３１及び第１の層間絶縁層６３３に設けられた開口を介して、電極層６４１ａと電気的に
接続している。電極層６４１ａは、第２の層間絶縁層６３４に形成された電極層６４２と
電気的に接続し、電極層６４２は電極層６４１ａを介してゲート電極６４５ａと電気的に
接続しているため、フォトダイオード６０２はトランジスタ６４０と電気的に接続してい
る。
【０３４７】
フォトダイオード６０２は、第１の層間絶縁層６３３上に設けられ、第１の層間絶縁層６
３３上に形成した電極層６４１ｂと、第２の層間絶縁層６３４上に設けられた電極層６４
２との間に、第１の層間絶縁層６３３側から順に第１半導体層６０６ａ、第２半導体層６
０６ｂ、及び第３半導体層６０６ｃを積層した構造を有している。
【０３４８】
本実施の形態では、トランジスタ６４０として、実施の形態１、２、または３のいずれか
で示したトランジスタを適用することができる。トランジスタ６４０、トランジスタ６５
６は、電気的特性変動が抑制されており、電気的に安定であるため、図１２で示す本実施
の形態の半導体装置として信頼性の高い半導体装置を提供することができる。
【０３４９】
ここでは、第１半導体層６０６ａとしてｐ型の導電型を有する半導体層と、第２半導体層
６０６ｂとして高抵抗な半導体層（Ｉ型半導体層）、第３半導体層６０６ｃとしてｎ型の
導電型を有する半導体層を積層するｐｉｎ型のフォトダイオードを例示している。
【０３５０】
第１半導体層６０６ａはｐ型半導体層であり、ｐ型を付与する不純物元素を含むアモルフ
ァスシリコン膜により形成することができる。第１半導体層６０６ａの形成には１３族の
不純物元素（例えばボロン（Ｂ））を含む半導体材料ガスを用いて、プラズマＣＶＤ法に
より形成する。半導体材料ガスとしてはシラン（ＳｉＨ４）を用いればよい。または、Ｓ
ｉ２Ｈ６、ＳｉＨ２Ｃｌ２、ＳｉＨＣｌ３、ＳｉＣｌ４、ＳｉＦ４等を用いてもよい。ま
た、不純物元素を含まないアモルファスシリコン膜を形成した後に、拡散法やイオン注入
法を用いて該アモルファスシリコン膜に不純物元素を導入してもよい。イオン注入法等に
より不純物元素を導入した後に加熱等を行うことで、不純物元素を拡散させるとよい。こ
の場合にアモルファスシリコン膜を形成する方法としては、ＬＰＣＶＤ法、気相成長法、
又はスパッタリング法等を用いればよい。第１半導体層６０６ａの膜厚は１０ｎｍ以上５
０ｎｍ以下となるよう形成することが好ましい。
【０３５１】
第２半導体層６０６ｂは、ｉ型半導体層（真性半導体層）であり、アモルファスシリコン
膜により形成する。第２半導体層６０６ｂの形成には、半導体材料ガスを用いて、アモル
ファスシリコン膜をプラズマＣＶＤ法により形成する。半導体材料ガスとしては、シラン
（ＳｉＨ４）を用いればよい。または、Ｓｉ２Ｈ６、ＳｉＨ２Ｃｌ２、ＳｉＨＣｌ３、Ｓ
ｉＣｌ４、ＳｉＦ４等を用いてもよい。第２半導体層６０６ｂの形成は、ＬＰＣＶＤ法、
気相成長法、スパッタリング法等により行っても良い。第２半導体層６０６ｂの膜厚は２
００ｎｍ以上１０００ｎｍ以下となるように形成することが好ましい。
【０３５２】
第３半導体層６０６ｃは、ｎ型半導体層であり、ｎ型を付与する不純物元素を含むアモル
ファスシリコン膜により形成する。第３半導体層６０６ｃの形成には、１５族の不純物元
素（例えばリン（Ｐ））を含む半導体材料ガスを用いて、プラズマＣＶＤ法により形成す
る。半導体材料ガスとしてはシラン（ＳｉＨ４）を用いればよい。または、Ｓｉ２Ｈ６、
ＳｉＨ２Ｃｌ２、ＳｉＨＣｌ３、ＳｉＣｌ４、ＳｉＦ４等を用いてもよい。また、不純物
元素を含まないアモルファスシリコン膜を形成した後に、拡散法やイオン注入法を用いて
該アモルファスシリコン膜に不純物元素を導入してもよい。イオン注入法等により不純物
元素を導入した後に加熱等を行うことで、不純物元素を拡散させるとよい。この場合にア
モルファスシリコン膜を形成する方法としては、ＬＰＣＶＤ法、気相成長法、又はスパッ
タリング法等を用いればよい。第３半導体層６０６ｃの膜厚は２０ｎｍ以上２００ｎｍ以
下となるよう形成することが好ましい。
【０３５３】
また、第１半導体層６０６ａ、第２半導体層６０６ｂ、及び第３半導体層６０６ｃは、ア
モルファス半導体ではなく、多結晶半導体を用いて形成してもよいし、微結晶半導体（セ
ミアモルファス半導体（Ｓｅｍｉ Ａｍｏｒｐｈｏｕｓ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ：
ＳＡＳ）を用いて形成してもよい。
【０３５４】
微結晶半導体は、ギブスの自由エネルギーを考慮すれば非晶質と単結晶の中間的な準安定
状態に属するものである。すなわち、熱力学的に安定な第３の状態を有する半導体であっ
て、短距離秩序を持ち格子歪みを有する。柱状または針状結晶が基板表面に対して法線方
向に成長している。微結晶半導体の代表例である微結晶シリコンは、そのラマンスペクト
ルが単結晶シリコンを示す５２０ｃｍ−１よりも低波数側に、シフトしている。即ち、単
結晶シリコンを示す５２０ｃｍ−１とアモルファスシリコンを示す４８０ｃｍ−１の間に
微結晶シリコンのラマンスペクトルのピークがある。また、ダングリングボンドを終端す
るため水素またはハロゲンを少なくとも１原子％またはそれ以上含ませている。さらに、
ヘリウム、アルゴン、クリプトン、ネオンなどの希ガス元素を含ませて格子歪みをさらに
助長させることで、安定性が増し良好な微結晶半導体膜が得られる。
【０３５５】
この微結晶半導体膜は、周波数が数十ＭＨｚ〜数百ＭＨｚの高周波プラズマＣＶＤ法、ま
たは周波数が１ＧＨｚ以上のマイクロ波プラズマＣＶＤ装置により形成することができる
。代表的には、ＳｉＨ４、Ｓｉ２Ｈ６、ＳｉＨ２Ｃｌ２、ＳｉＨＣｌ３、ＳｉＣｌ４、Ｓ
ｉＦ４などを水素で希釈して形成することができる。また、水素化珪素及び水素に加え、
ヘリウム、アルゴン、クリプトン、ネオンから選ばれた一種または複数種の希ガス元素で
希釈して微結晶半導体膜を形成することができる。これらのときの水素化珪素に対して水
素の流量比を５倍以上２００倍以下、好ましくは５０倍以上１５０倍以下、更に好ましく
は１００倍とする。さらには、シリコンを含む気体中に、ＣＨ４、Ｃ２Ｈ６等の炭化水素
気体、ＧｅＨ４、ＧｅＦ４等のゲルマニウム化気体、Ｆ２等を混入させてもよい。
【０３５６】
また、光電効果で発生した正孔の移動度は電子の移動度に比べて小さいため、ｐｉｎ型の
フォトダイオードはｐ型の半導体層側を受光面とする方がよい特性を示す。ここでは、ｐ
ｉｎ型のフォトダイオードが形成されている基板６０１の面からフォトダイオード６０２
が受ける光６２２を電気信号に変換する例を示す。また、受光面とした半導体層側とは逆
の導電型を有する半導体層側からの光は外乱光となるため、電極層６４２は遮光性を有す
る導電膜を用いるとよい。また、ｎ型の半導体層側を受光面として用いることもできる。
【０３５７】
第１の層間絶縁層６３３、第２の層間絶縁層６３４としては、表面凹凸を低減するため平
坦化絶縁膜として機能する絶縁層が好ましい。第１の層間絶縁層６３３、第２の層間絶縁
層６３４としては、例えばポリイミド、アクリル樹脂、ベンゾシクロブテン系樹脂、ポリ
アミド、エポキシ樹脂等の有機絶縁材料を用いることができる。また上記有機絶縁材料の
他に、低誘電率材料（ｌｏｗ−ｋ材料）、シロキサン系樹脂、ＰＳＧ（リンガラス）、Ｂ
ＰＳＧ（リンボロンガラス）等の単層、又は積層を用いることができる。
【０３５８】
絶縁膜６３１、第１の層間絶縁層６３３、第２の層間絶縁層６３４としては、絶縁性材料
を用いて、その材料に応じて、スパッタリング法、スピンコート法、ディッピング法、ス
プレー塗布、液滴吐出法（インクジェット法）、スクリーン印刷、オフセット印刷、ロー
ルコーティング、カーテンコーティング、ナイフコーティング等を用いて形成することが
できる。
【０３５９】
フォトダイオード６０２に入射する光６２２を検出することによって、被検出物の情報を
読み取ることができる。なお、被検出物の情報を読み取る際にバックライトなどの光源を
用いることができる。
【０３６０】
トランジスタ６４０として、実施の形態１、２、または３で一例を示したトランジスタを
用いることができる。水素、水分、水酸基又は水素化物（水素化合物ともいう）などの不
純物を意図的に排除することで高純度化され、また、酸素ドープ処理により酸素を過剰に
含有する酸化物半導体膜を含むトランジスタは、トランジスタの電気的特性変動が抑制さ
れており、電気的に安定である。よって、信頼性の高い半導体装置を提供することができ
る。
【０３６１】
以上、本実施の形態に示す構成、方法などは、他の実施の形態に示す構成、方法などと適
宜組み合わせて用いることができる。
【０３６２】
（実施の形態８）
本明細書に開示する半導体装置は、さまざまな電子機器（遊技機も含む）に適用すること
ができる。電子機器としては、例えば、テレビジョン装置（テレビ、またはテレビジョン
受信機ともいう）、コンピュータ用などのモニタ、デジタルカメラ、デジタルビデオカメ
ラ等のカメラ、デジタルフォトフレーム、携帯電話機（携帯電話、携帯電話装置ともいう
）、携帯型ゲーム機、携帯情報端末、音響再生装置、パチンコ機などの大型ゲーム機など
が挙げられる。上記実施の形態で説明した液晶表示装置を具備する電子機器の例について
説明する。
【０３６３】
図１３（Ａ）は電子書籍（Ｅ−ｂｏｏｋともいう）であり、筐体９６３０、表示部９６３
１、操作キー９６３２、太陽電池９６３３、充放電制御回路９６３４を有することができ
る。図１３（Ａ）に示した電子書籍は、様々な情報（静止画、動画、テキスト画像など）
を表示する機能、カレンダー、日付又は時刻などを表示部に表示する機能、表示部に表示
した情報を操作又は編集する機能、様々なソフトウェア（プログラム）によって処理を制
御する機能、等を有することができる。なお、図１３（Ａ）では充放電制御回路９６３４
の一例としてバッテリー９６３５、ＤＣＤＣコンバータ（以下、コンバータと略記）９６
３６を有する構成について示している。先の実施の形態で示した半導体装置を表示部９６
３１に適用することにより、信頼性の高い電子書籍とすることができる。
【０３６４】
図１３（Ａ）に示す構成とすることにより、表示部９６３１として半透過型、又は反射型
の液晶表示装置を用いる場合、比較的明るい状況下での使用も予想され、太陽電池９６３
３による発電、及びバッテリー９６３５での充電を効率よく行うことができ、好適である
。なお太陽電池９６３３は、筐体９６３０の空きスペース（表面や裏面）に適宜設けるこ
とができるため、効率的なバッテリー９６３５の充電を行う構成とすることができるため
好適である。なおバッテリー９６３５としては、リチウムイオン電池を用いると、小型化
を図れる等の利点がある。
【０３６５】
また図１３（Ａ）に示す充放電制御回路９６３４の構成、及び動作について図１３（Ｂ）
にブロック図を示し説明する。図１３（Ｂ）には、太陽電池９６３３、バッテリー９６３
５、コンバータ９６３６、コンバータ９６３７、スイッチＳＷ１乃至ＳＷ３、表示部９６
３１について示しており、バッテリー９６３５、コンバータ９６３６、コンバータ９６３
７、スイッチＳＷ１乃至ＳＷ３が充放電制御回路９６３４に対応する箇所となる。
【０３６６】
まず外光により太陽電池９６３３により発電がされる場合の動作の例について説明する。
太陽電池で発電した電力は、バッテリー９６３５を充電するための電圧となるようコンバ
ータ９６３６で昇圧または降圧がなされる。そして、表示部９６３１の動作に太陽電池９
６３３からの電力が用いられる際にはスイッチＳＷ１をオンにし、コンバータ９６３７で
表示部９６３１に必要な電圧に昇圧または降圧をすることとなる。また、表示部９６３１
での表示を行わない際には、ＳＷ１をオフにし、ＳＷ２をオンにしてバッテリー９６３５
の充電を行う構成とすればよい。
【０３６７】
次いで外光により太陽電池９６３３により発電がされない場合の動作の例について説明す
る。バッテリー９６３５に蓄電された電力は、スイッチＳＷ３をオンにすることでコンバ
ータ９６３７により昇圧または降圧がなされる。そして、表示部９６３１の動作にバッテ
リー９６３５からの電力が用いられることとなる。
【０３６８】
なお太陽電池９６３３については、充電手段の一例として示したが、他の手段によるバッ
テリー９６３５の充電を行う構成であってもよい。また他の充電手段を組み合わせて行う
構成としてもよい。
【０３６９】
図１４（Ａ）は、ノート型のパーソナルコンピュータであり、本体３００１、筐体３００
２、表示部３００３、キーボード３００４などによって構成されている。先の実施の形態
で示した半導体装置を表示部３００３に適用することにより、信頼性の高いノート型のパ
ーソナルコンピュータとすることができる。
【０３７０】
図１４（Ｂ）は、携帯情報端末（ＰＤＡ）であり、本体３０２１には表示部３０２３と、
外部インターフェイス３０２５と、操作ボタン３０２４等が設けられている。また操作用
の付属品としてスタイラス３０２２がある。先の実施の形態で示した半導体装置を表示部
３０２３に適用することにより、より信頼性の高い携帯情報端末（ＰＤＡ）とすることが
できる。
【０３７１】
図１４（Ｃ）は、電子書籍の一例を示している。例えば、電子書籍２７００は、筐体２７
０１および筐体２７０３の２つの筐体で構成されている。筐体２７０１および筐体２７０
３は、軸部２７１１により一体とされており、該軸部２７１１を軸として開閉動作を行う
ことができる。このような構成により、紙の書籍のような動作を行うことが可能となる。
【０３７２】
筐体２７０１には表示部２７０５が組み込まれ、筐体２７０３には表示部２７０７が組み
込まれている。表示部２７０５および表示部２７０７は、続き画面を表示する構成として
もよいし、異なる画面を表示する構成としてもよい。異なる画面を表示する構成とするこ
とで、例えば右側の表示部（図１４（Ｃ）では表示部２７０５）に文章を表示し、左側の
表示部（図１４（Ｃ）では表示部２７０７）に画像を表示することができる。先の実施の
形態で示した半導体装置を表示部２７０５、表示部２７０７に適用することにより、信頼
性の高い電子書籍２７００とすることができる。
【０３７３】
また、図１４（Ｃ）では、筐体２７０１に操作部などを備えた例を示している。例えば、
筐体２７０１において、電源スイッチ２７２１、操作キー２７２３、スピーカー２７２５
などを備えている。操作キー２７２３により、頁を送ることができる。なお、筐体の表示
部と同一面にキーボードやポインティングデバイスなどを備える構成としてもよい。また
、筐体の裏面や側面に、外部接続用端子（イヤホン端子、ＵＳＢ端子など）、記録媒体挿
入部などを備える構成としてもよい。さらに、電子書籍２７００は、電子辞書としての機
能を持たせた構成としてもよい。
【０３７４】
また、電子書籍２７００は、無線で情報を送受信できる構成としてもよい。無線により、
電子書籍サーバから、所望の書籍データなどを購入し、ダウンロードする構成とすること
も可能である。
【０３７５】
図１４（Ｄ）は、携帯電話であり、筐体２８００及び筐体２８０１の二つの筐体で構成さ
れている。筐体２８０１には、表示パネル２８０２、スピーカー２８０３、マイクロフォ
ン２８０４、ポインティングデバイス２８０６、カメラ用レンズ２８０７、外部接続端子
２８０８などを備えている。また、筐体２８００には、携帯電話の充電を行う太陽電池セ
ル２８１０、外部メモリスロット２８１１などを備えている。また、アンテナは筐体２８
０１内部に内蔵されている。先の実施の形態で示した半導体装置を表示パネル２８０２に
適用することにより、信頼性の高い携帯電話とすることができる。
【０３７６】
また、表示パネル２８０２はタッチパネルを備えており、図１４（Ｄ）には映像表示され
ている複数の操作キー２８０５を点線で示している。なお、太陽電池セル２８１０で出力
される電圧を各回路に必要な電圧に昇圧するための昇圧回路も実装している。
【０３７７】
表示パネル２８０２は、使用形態に応じて表示の方向が適宜変化する。また、表示パネル
２８０２と同一面上にカメラ用レンズ２８０７を備えているため、テレビ電話が可能であ
る。スピーカー２８０３及びマイクロフォン２８０４は音声通話に限らず、テレビ電話、
録音、再生などが可能である。さらに、筐体２８００と筐体２８０１は、スライドし、図
１４（Ｄ）のように展開している状態から重なり合った状態とすることができ、携帯に適
した小型化が可能である。
【０３７８】
外部接続端子２８０８はＡＣアダプタ及びＵＳＢケーブルなどの各種ケーブルと接続可能
であり、充電及びパーソナルコンピュータなどとのデータ通信が可能である。また、外部
メモリスロット２８１１に記録媒体を挿入し、より大量のデータ保存及び移動に対応でき
る。
【０３７９】
また、上記機能に加えて、赤外線通信機能、テレビ受信機能などを備えたものであっても
よい。
【０３８０】
図１４（Ｅ）は、デジタルビデオカメラであり、本体３０５１、表示部（Ａ）３０５７、
接眼部３０５３、操作スイッチ３０５４、表示部（Ｂ）３０５５、バッテリー３０５６な
どによって構成されている。上記実施の形態のいずれかで示した半導体装置を表示部（Ａ
）３０５７、表示部（Ｂ）３０５５に適用することにより、信頼性の高いデジタルビデオ
カメラとすることができる。
【０３８１】
図１４（Ｆ）は、テレビジョン装置の一例を示している。テレビジョン装置９６００は、
筐体９６０１に表示部９６０３が組み込まれている。表示部９６０３により、映像を表示
することが可能である。また、ここでは、スタンド９６０５により筐体９６０１を支持し
た構成を示している。先の実施の形態で示した半導体装置を表示部９６０３に適用するこ
とにより、信頼性の高いテレビジョン装置９６００とすることができる。
【０３８２】
テレビジョン装置９６００の操作は、筐体９６０１が備える操作スイッチや、別体のリモ
コン操作機により行うことができる。また、リモコン操作機に、当該リモコン操作機から
出力する情報を表示する表示部を設ける構成としてもよい。
【０３８３】
なお、テレビジョン装置９６００は、受信機やモデムなどを備えた構成とする。受信機に
より一般のテレビ放送の受信を行うことができ、さらにモデムを介して有線または無線に
よる通信ネットワークに接続することにより、一方向（送信者から受信者）または双方向
（送信者と受信者間、あるいは受信者間同士など）の情報通信を行うことも可能である。
【０３８４】
以上、本実施の形態に示す構成、方法などは、他の実施の形態に示す構成、方法などと適
宜組み合わせて用いることができる。
【符号の説明】
【０３８５】
１０ プラズマ装置
１１ 基板供給室
１２ ロードロック室
１３ 搬送室
１４ カセットポート
１５ 真空チャンバー
１６ ＩＣＰコイル
１７ ガス流路
１８ 高周波電源
１９ 基板ステージ
２０ 被処理基板
２１ 高周波電源
２２ 自動圧力制御弁
２３ ターボ分子ポンプ
２４ ドライポンプ
１００ 基板
１０２ 絶縁膜
１０２ａ 絶縁膜
１０２ｂ 絶縁膜
１０３ａ マスク
１０３ｂ マスク
１０４ａ ソース電極
１０４ｂ ドレイン電極
１０６ 酸化物半導体膜
１０８ 酸化物半導体膜
１１０ ゲート絶縁膜
１１０ａ ゲート絶縁膜
１１０ｂ ゲート絶縁膜
１１２ ゲート電極
１１２ａ ゲート電極
１１２ｂ 電極
１１４ 絶縁膜
１２０ トランジスタ
１３０ トランジスタ
１４０ トランジスタ
１５０ トランジスタ
１５１ 絶縁膜
１５２ 絶縁膜
１５４ 電極
１５６ 配線
１６０ トランジスタ
１６４ 容量素子
１８０ 酸素
１８０ａ 酸素
１８０ｂ 酸素
１８０ｃ 酸素
２００ 基板
２０６ 素子分離絶縁膜
２０８ ゲート絶縁膜
２１０ ゲート電極
２１６ チャネル形成領域
２２０ 不純物領域
２２４ 金属化合物領域
２２８ 絶縁膜
２３０ 絶縁膜
２４０ トランジスタ
６０１ 基板
６０２ フォトダイオード
６０６ａ 半導体層
６０６ｂ 半導体層
６０６ｃ 半導体層
６０８ 接着層
６１３ 基板
６３１ 絶縁膜
６３３ 層間絶縁層
６３４ 層間絶縁層
６４０ トランジスタ
６４１ 電極層
６４１ａ 電極層
６４１ｂ 電極層
６４２ 電極層
６４５ ゲート電極
６４５ａ ゲート電極
６４５ｂ 電極層
６５６ トランジスタ
６５８ フォトダイオードリセット信号線
６５９ ゲート信号線
６７１ フォトセンサ出力信号線
６７２ フォトセンサ基準信号線
２７００ 電子書籍
２７０１ 筐体
２７０３ 筐体
２７０５ 表示部
２７０７ 表示部
２７１１ 軸部
２７２１ 電源スイッチ
２７２３ 操作キー
２７２５ スピーカー
２８００ 筐体
２８０１ 筐体
２８０２ 表示パネル
２８０３ スピーカー
２８０４ マイクロフォン
２８０５ 操作キー
２８０６ ポインティングデバイス
２８０７ カメラ用レンズ
２８０８ 外部接続端子
２８１０ 太陽電池セル
２８１１ 外部メモリスロット
３００１ 本体
３００２ 筐体
３００３ 表示部
３００４ キーボード
３０２１ 本体
３０２２ スタイラス
３０２３ 表示部
３０２４ 操作ボタン
３０２５ 外部インターフェイス
３０５１ 本体
３０５３ 接眼部
３０５４ 操作スイッチ
３０５５ 表示部（Ｂ）
３０５６ バッテリー
３０５７ 表示部（Ａ）
４００１ 基板
４００２ 画素部
４００３ 信号線駆動回路
４００４ 走査線駆動回路
４００５ シール材
４００６ 基板
４００８ 液晶層
４０１０ トランジスタ
４０１１ トランジスタ
４０１３ 液晶素子
４０１５ 接続端子電極
４０１６ 端子電極
４０１８ ＦＰＣ
４０１８ａ ＦＰＣ
４０１８ｂ ＦＰＣ
４０１９ 異方性導電膜
４０２１ 絶縁層
４０３０ 電極層
４０３１ 電極層
４０３２ 絶縁膜
４０３３ 絶縁膜
４５１０ 隔壁
４５１１ 電界発光層
４５１３ 発光素子
４５１４ 充填材
４６１２ キャビティ
４６１３ 球形粒子
４６１４ 充填材
４６１５ａ 黒色領域
４６１５ｂ 白色領域
９６００ テレビジョン装置
９６０１ 筐体
９６０３ 表示部
９６０５ スタンド
９６３０ 筐体
９６３１ 表示部
９６３２ 操作キー
９６３３ 太陽電池
９６３４ 充放電制御回路
９６３５ バッテリー
９６３６ コンバータ
９６３７ コンバータ
【技術分野】
【０００１】
半導体装置及び半導体装置の作製方法に関する。
【０００２】
なお、本明細書中において半導体装置とは、半導体特性を利用することで機能しうる装置
全般を指し、電気光学装置、半導体回路および電子機器は全て半導体装置である。
【背景技術】
【０００３】
絶縁表面を有する基板上に形成された半導体薄膜を用いてトランジスタを構成する技術が
注目されている。該トランジスタは集積回路（ＩＣ）や画像表示装置（表示装置）のよう
な電子デバイスに広く応用されている。トランジスタに適用可能な半導体薄膜としてシリ
コン系半導体材料が広く知られているが、その他の材料として酸化物半導体が注目されて
いる。
【０００４】
例えば、トランジスタの活性層として、電子キャリア濃度が１０１８／ｃｍ３未満である
インジウム（Ｉｎ）、ガリウム（Ｇａ）、及び亜鉛（Ｚｎ）を含む非晶質酸化物を用いた
トランジスタが開示されている（特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−１６５５２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、酸化物半導体はデバイス作製工程において、電子供与体を形成する水素や水の混
入などが生じると、その電気伝導度が変化する恐れがある。このような現象は、酸化物半
導体を用いたトランジスタにとって電気的特性の変動要因となる。
【０００７】
上述の問題に鑑み、酸化物半導体を用いた半導体装置に安定した電気的特性を付与し、高
信頼性化することを目的の一とする。少なくとも、酸化物半導体膜を有するトランジスタ
の作製工程において、酸素ドープ処理を行う。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
酸化物半導体膜を有するトランジスタの作製工程において、熱処理による脱水化または脱
水素化処理、及び酸素ドープ処理を行う。
【０００９】
開示する発明の一態様は、基板上に第１の絶縁膜を形成し、第１の絶縁膜に酸素ドープ処
理を行って、第１の絶縁膜に酸素原子を供給し、第１の絶縁膜上に、ソース電極およびド
レイン電極、ならびにソース電極およびドレイン電極と電気的に接続する酸化物半導体膜
を形成し、酸化物半導体膜に熱処理を行って、酸化物半導体膜中の水素原子を除去し、水
素原子が除去された酸化物半導体膜上に、第２の絶縁膜を形成し、第２の絶縁膜上の酸化
物半導体膜と重畳する領域にゲート電極を形成する半導体装置の作製方法である。
【００１０】
また、開示する発明の一態様は、基板上に成分として酸素原子を含む第１の絶縁膜を形成
し、第１の絶縁膜に酸素ドープ処理を行って、第１の絶縁膜に酸素原子を供給し、第１の
絶縁膜上に、ソース電極およびドレイン電極、ならびにソース電極およびドレイン電極と
電気的に接続する酸化物半導体膜を形成し、酸化物半導体膜に熱処理を行って、酸化物半
導体膜中の水素原子を除去し、水素原子が除去された酸化物半導体膜に酸素ドープ処理を
行って、酸化物半導体膜中に酸素原子を供給し、酸素原子が供給された酸化物半導体膜上
に、成分として酸素原子を含む第２の絶縁膜を形成し、第２の絶縁膜上の酸化物半導体膜
と重畳する領域にゲート電極を形成する半導体装置の作製方法である。
【００１１】
また、開示する発明の一態様は、基板上に成分として酸素原子を含む第１の絶縁膜を形成
し、第１の絶縁膜に酸素ドープ処理を行って、第１の絶縁膜に酸素原子を供給し、第１の
絶縁膜上に、ソース電極およびドレイン電極、ならびにソース電極およびドレイン電極と
電気的に接続する酸化物半導体膜を形成し、酸化物半導体膜に熱処理を行って、酸化物半
導体膜中の水素原子を除去し、水素原子が除去された酸化物半導体膜上に、成分として酸
素原子を含む第２の絶縁膜を形成し、第２の絶縁膜に酸素ドープ処理を行って、第２の絶
縁膜に酸素原子を供給し、第２の絶縁膜上の酸化物半導体膜と重畳する領域にゲート電極
を形成する半導体装置の作製方法である。
【００１２】
上記において、化学量論比の１倍を超えて２倍までの比率の酸素原子が含まれるように、
酸化物半導体膜に酸素ドープ処理を行う場合がある。
【００１３】
また、上記において、第１の絶縁膜または第２の絶縁膜として、酸化物半導体膜の成分元
素を含む絶縁膜を形成する場合がある。また、第１の絶縁膜または第２の絶縁膜として、
酸化物半導体膜の成分元素を含む絶縁膜と、当該絶縁膜の成分元素とは異なる元素を含む
膜を形成する場合がある。また、第１の絶縁膜または第２の絶縁膜として、酸化ガリウム
を含む絶縁膜を形成する場合がある。また、第１の絶縁膜または第２の絶縁膜として、酸
化ガリウムを含む絶縁膜と、酸化ガリウムとは異なる材料を含む膜を形成する場合がある
。なお、本明細書において、「酸化ガリウム」の用語は、特に言及しない限り、構成元素
としての酸素とガリウムを意味するものであって、酸化ガリウムの態様に限る趣旨で用い
ない。例えば、「酸化ガリウムを含む絶縁膜」という場合には、「酸素とガリウムを含む
絶縁膜」のように読み替えることが可能である。
【００１４】
また、上記において、ゲート電極を覆うように、窒素を含有する絶縁膜を形成する場合が
ある。このように、酸化物半導体膜の上方に水素の含有がない、または極めて少ない窒化
シリコンなど用いた絶縁膜を形成する場合には、第１の絶縁膜、第２の絶縁膜、及び酸化
物半導体膜の少なくとも一に添加された酸素が外部に放出されることを防ぎ、加えて、外
部からの水素や水の混入を防ぐことが可能である。この点において、当該窒素を含有する
絶縁膜の重要性は高いといえる。
【００１５】
なお、上記の「酸素ドープ」とは、酸素（少なくとも、酸素ラジカル、酸素原子、酸素イ
オン、のいずれかを含む）をバルクに添加することを言う。なお、当該「バルク」の用語
は、酸素を、薄膜表面のみでなく薄膜内部に添加することを明確にする趣旨で用いている
。また、「酸素ドープ」には、プラズマ化した酸素をバルクに添加する「酸素プラズマド
ープ」が含まれる。
【００１６】
上記の酸素ドープ処理によって、酸化物半導体膜の膜中（バルク中）、絶縁膜の膜中（バ
ルク中）、酸化物半導体膜と絶縁膜の界面、のいずれかには少なくとも化学量論比をこえ
る量の酸素が存在する。酸素の量は、好ましくは化学量論比の１倍を超えて４倍まで（４
倍未満）、より好ましくは、１倍を超えて２倍まで（２倍未満）である。ここで、化学量
論比を超える酸素過剰な酸化物とは、それが、例えば、ＩｎａＧａｂＺｎｃＳｉｄＡｌｅ
ＭｇｆＯｇ（ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆ，ｇ≧０）で表されるとき、２ｇ＞３ａ＋３ｂ＋２
ｃ＋４ｄ＋３ｅ＋２ｆ、を満たす酸化物をいう。なお、酸素ドープ処理によって添加され
た酸素は、酸化物半導体の格子間に存在する場合もある。
【００１７】
また、少なくとも脱水化、脱水素化した後の酸化物半導体膜中の水素よりも添加される酸
素の量が多くなるようにする。少なくとも添加される酸素の量が水素よりも多ければそれ
が拡散し、不安定性の原因となる水素と反応することにより、水素を固定化（非可動イオ
ン化）することができる。すなわち、信頼性の低下を抑制することができる。また、酸素
を過剰とすることで酸素欠損に起因するしきい値電圧Ｖｔｈのばらつきを低減すると共に
、しきい値電圧のシフト量ΔＶｔｈを低減することができる。
【００１８】
なお、酸化物半導体膜の膜中（バルク中）、絶縁膜の膜中（バルク中）、酸化物半導体膜
と絶縁膜の界面、の２カ所以上に上述した量の酸素が存在するとより好ましい。
【００１９】
なお、欠陥（酸素欠損）のない酸化物半導体であれば、化学量論比に一致した量の酸素が
含まれていれば良いが、トランジスタのしきい値電圧の変動を抑えるなどの信頼性を確保
するためには、酸化物半導体には、化学量論比を超える量の酸素が含まれていることが好
ましい。同様に、欠陥（酸素欠損）のない酸化物半導体であれば、下地膜を酸素過剰の絶
縁膜とする必要はないが、トランジスタのしきい値電圧の変動を抑えるなどの信頼性を確
保するためには、酸化物半導体膜に酸素欠損の状態は生じ得ることを考慮して、下地膜を
酸素過剰の絶縁膜とすることが好ましい。
【００２０】
ここで、上述の「酸素プラズマドープ」処理によって、バルク中に酸素が添加される様子
を示す。なお、酸素を一成分として含む酸化物半導体膜中に酸素ドープ処理を行う場合、
一般に、酸素濃度の増減を確認することは困難である。よって、ここでは、シリコンウエ
ハを用いて、酸素ドープ処理の効果を確認した。
【００２１】
酸素ドープ処理は、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ：Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅ
ｄ Ｐｌａｓｍａ）方式を用いて行った。その条件は、ＩＣＰ電力８００Ｗ、ＲＦバイア
ス電力３００Ｗまたは０Ｗ、圧力１．５Ｐａ、酸素ガス流量７５ｓｃｃｍ、基板温度７０
℃である。図１５に、ＳＩＭＳ（ＳＩＭＳ、Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ Ｉｏｎ Ｍａｓｓ Ｓ
ｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）分析によるシリコンウエハの深さ方向の酸素濃度プロファイル
を示す。図１５において、縦軸は酸素濃度を示し、横軸はシリコンウエハ表面からの深さ
を示す。
【００２２】
図１５より、ＲＦバイアス電力が０Ｗの場合および３００Ｗの場合のいずれにおいても、
酸素が添加されていることが確認できる。また、ＲＦバイアス３００Ｗの場合は、ＲＦバ
イアス０Ｗの場合と比較して、酸素がより深く添加されることが確認できる。
【００２３】
次に、酸素ドープ処理を行う前と、酸素ドープを行った後のシリコンウエハの断面をＳＴ
ＥＭ（Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓ
ｃｏｐｙ）で観察した結果を図１６に示す。図１６（Ａ）は、酸素ドープ処理を行う前の
ＳＴＥＭ像であり、図１６（Ｂ）は、上述のＲＦバイアス電力３００Ｗの条件で酸素ドー
プ処理を行った後のＳＴＥＭ像である。図１６（Ｂ）に示すように、酸素ドープを行うこ
とによって、シリコンウエハに酸素高ドープ領域が形成されていることが確認できる。
【００２４】
以上のように、シリコンウエハに対して酸素ドープを行うことで、シリコンウエハに酸素
が添加されることが示された。この結果により、酸化物半導体膜に対して酸素ドープを行
うことによっても、酸化物半導体膜に酸素を当然に添加できることが理解できる。
【００２５】
開示する発明の一態様である上述の構成の効果は、次のように考えると理解が容易である
。ただし、以下の説明は、あくまでも一考察に過ぎないことを付記する。
【００２６】
ゲート電極にプラスの電圧を印加すると、酸化物半導体膜のゲート電極側からバックチャ
ネル側（ゲート絶縁膜と反対側）へ電界が発生するため、酸化物半導体膜中に存在するプ
ラスの電荷を有する水素イオンがバックチャネル側へ移動して、絶縁膜との界面近傍に蓄
積する。蓄積した水素イオンから絶縁膜中の電荷捕獲中心（水素原子、水、あるいは汚染
物等）へプラスの電荷が移動することによって、酸化物半導体膜のバックチャネル側には
マイナスの電荷が蓄積される。すなわち、トランジスタのバックチャネル側に寄生チャネ
ルが発生して、しきい値電圧がマイナス側にシフトし、トランジスタがノーマリーオンの
傾向を示す。
【００２７】
上記の通り、絶縁膜中の水素または水等の電荷捕獲中心がプラスの電荷を捕獲し、絶縁膜
中へプラスの電荷が移動することによってトランジスタの電気的特性が変動するため、ト
ランジスタの電気的特性の変動を抑制するためには、絶縁膜中にこれらの電荷捕獲中心が
存在しない、または水素または水等の含有量が少ないことが重要である。したがって、絶
縁膜の成膜には、成膜時に水素含有量が少ないスパッタ法を用いるのが望ましい。スパッ
タ法により成膜された絶縁膜は、その膜中に電荷捕獲中心が存在しない、または少ないた
め、ＣＶＤ法等によって成膜した場合と比較してプラスの電荷の移動がおきにくい。よっ
て、トランジスタのしきい値電圧のシフトを抑制し、トランジスタをノーマリーオフとす
ることができる。
【００２８】
なお、トップゲート型のトランジスタにおいては、下地となる絶縁膜上に酸化物半導体膜
を形成した後、熱処理を行うことで、酸化物半導体膜に含まれる水または水素を除去する
と同時に、絶縁膜中に含まれる水または水素をも除去することができる。よって、絶縁膜
中には、酸化物半導体膜中を移動してきたプラスの電荷を捕獲するための電荷捕獲中心が
少ない。このように、酸化物半導体膜への脱水化または脱水素化のための熱処理は、酸化
物半導体膜に加えて、酸化物半導体膜の下層に存在する絶縁膜に対しても行われるため、
トップゲート型のトランジスタにおいては、下地となる絶縁膜はプラズマＣＶＤ法等のＣ
ＶＤ法を用いて成膜されていても構わない。
【００２９】
また、ゲート電極にマイナスの電圧を印加すると、バックチャネル側からゲート電極側へ
電界が発生するため、酸化物半導体膜中に存在する水素イオンがゲート絶縁膜側へ移動し
て、ゲート絶縁膜との界面近傍へと蓄積する。また、これによりトランジスタのしきい値
電圧はマイナス側へシフトする。
【００３０】
なお、電圧を０として放置すると、電荷捕獲中心からプラスの電荷が解放され、トランジ
スタのしきい値電圧がプラス側へシフトして、初期状態に戻る、または、場合によっては
初期状態よりもプラス側へシフトする。この現象は、酸化物半導体膜中に移動しやすいイ
オンが存在することを示唆しており、最も小さい原子である水素が最も移動しやすいイオ
ンとなると考察することができる。
【００３１】
また、酸化物半導体膜が光を吸収することによって、光エネルギーによって酸化物半導体
膜中の金属元素（Ｍ）と水素原子（Ｈ）との結合（Ｍ−Ｈ結合とも表記する）が切れる。
なお、波長が４００ｎｍ前後の光エネルギーと、金属元素及び水素原子の結合エネルギー
と、は概略一致している。酸化物半導体膜中の金属元素と水素原子との結合が切れたトラ
ンジスタに負のゲートバイアスを加えると、金属元素から脱離した水素イオンがゲート電
極側に引き寄せられるため電荷の分布が変化し、トランジスタのしきい値電圧はマイナス
側にシフトして、ノーマリーオンの傾向を示す。
【００３２】
なお、トランジスタへの光照射と負のゲートバイアスの印加によってゲート絶縁膜界面に
移動した水素イオンは、電圧の印加を停止すると元に戻る。これは、酸化物半導体膜中の
イオンの移動の代表的な例として理解できる。
【００３３】
このような、電圧印加による電気的特性の変動（ＢＴ劣化）または光照射による電気的特
性の変動（光劣化）への対策は、酸化物半導体膜から水素原子または水などの水素原子を
含む不純物を徹底的に排除し、酸化物半導体膜を高純度化することが最も重要である。電
荷密度が１×１０１５ｃｍ−３、つまり、単位面積あたりの電荷が１×１０１０ｃｍ−２
の場合、その電荷はトランジスタ特性に影響しないまたは影響するとしてもごく僅かであ
る。よって、電荷密度は１×１０１５ｃｍ−３以下であることが望ましい。仮に、酸化物
半導体膜に含まれる水素のうち、１０％の水素が酸化物半導体膜中を移動する場合、水素
の濃度は１×１０１６ｃｍ−３以下であることが望ましい。さらに、デバイス完成後に水
素が外部より侵入するのを防ぐために、スパッタ法によって成膜した窒化シリコン膜をパ
ッシベーション膜として用い、トランジスタを覆うのが好ましい。
【００３４】
さらに、酸化物半導体膜中に含まれる水素に対して、過剰な酸素を含ませる（水素原子の
数）＜＜（酸素ラジカルの数）または（酸素イオンの数）とすることで、酸化物半導体膜
から水素または水を排除することができる。具体的には、高周波（ＲＦ）を用いて酸素を
プラズマ化し、基板バイアスを大きくして、酸素ラジカル、酸素イオンを基板上の酸化物
半導体膜へドープまたは添加し、酸化物半導体膜中では残存する水素よりも酸素を多くす
る。酸素の電気陰性度は３．０と、電気陰性度が約２．０である酸化物半導体膜中の金属
（Ｚｎ、Ｇａ、Ｉｎ）よりも大きいため、水素に対して酸素を過剰に含有させることで、
Ｍ−Ｈ基より水素を奪い、ＯＨ基を形成する。なお、このＯＨ基は、Ｍと結合してＭ−Ｏ
−Ｈ基を形成しうる。
【００３５】
なお、酸化物半導体膜の酸素の含有量が、化学量論比よりも過剰となるように酸素をドー
プするのがより好ましい。例えば、酸化物半導体膜としてＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物
半導体膜を用いる場合、酸素のドープなどによって酸素の比率を化学量論比の１倍を超え
て２倍まで（２倍未満）とするのがより好ましい。例えば、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系酸化
物半導体の単結晶の化学量論比をＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ：Ｏ＝１：１：１：４とすると、組成
がＩｎＧａＺｎＯｘで表される酸化物半導体薄膜において、Ｘは４を超えて８未満とする
のがより好ましい。よって、酸化物半導体膜において酸素の含有量は水素の含有量より大
きくなる。
【００３６】
光エネルギーやＢＴストレスによって、Ｍ−Ｈ基から水素が脱離して劣化の原因となるが
、上述のドープによって酸素を注入する場合、注入された酸素が水素イオンと結合してＯ
Ｈ基となる。ＯＨ基は、結合エネルギーが大きいため、トランジスタに光照射やＢＴスト
レスが加えられても水素イオンを放出せず、また、水素イオンより質量も大きいため、酸
化物半導体膜中を移動しにくい。よって、酸素のドープに起因して形成されるＯＨ基は、
トランジスタの劣化の原因にならないか、または劣化の原因を減らすことができる。
【００３７】
なお、酸化物半導体膜の膜厚を大きくする程、トランジスタのしきい値電圧のばらつきが
大きくなる傾向が確認されている。これは、酸化物半導体膜中の酸素欠損がしきい値電圧
の変動の一因であり、膜厚が大きくなるほど酸素欠損が増加するためと推測できる。開示
する発明の一態様に係るトランジスタにおいて、絶縁膜又は酸化物半導体膜に酸素をドー
プする工程は、酸化物半導体膜からの水素または水の排除のみでなく、膜中の酸素欠損の
補填に対しても有効である。よって、開示する発明の一態様に係るトランジスタは、しき
い値電圧のばらつきも抑制することができる。
【００３８】
また、酸化物半導体膜を挟んで、酸化物半導体膜と同種の成分でなる金属酸化物膜を設け
る構成も、電気的特性の変動防止に効果的である。酸化物半導体膜と同種の成分でなる金
属酸化物膜として、具体的には、酸化物半導体膜の構成元素から選択される一または複数
の金属元素の酸化物を含む膜を用いるのが好ましい。このような材料は酸化物半導体膜と
の相性が良く、酸化物半導体膜を挟んで該金属酸化物膜を設けることで、酸化物半導体膜
との界面の状態を良好に保つことができる。つまり、上述の材料を用いた金属酸化物膜を
、酸化物半導体膜と接する絶縁膜として設けることで、該金属酸化物膜と酸化物半導体膜
との界面及びその近傍への水素イオンの蓄積を抑制または防止することができる。したが
って、酸化物半導体膜を挟んで、例えば酸化シリコン膜等の酸化物半導体膜とは異なる成
分でなる絶縁膜を設けた場合と比較して、トランジスタのしきい値電圧に影響を与える酸
化物半導体膜界面の水素濃度を十分に低減することができる。
【００３９】
なお、該金属酸化物膜としては、酸化ガリウム膜を用いるのが好ましい。酸化ガリウムは
、バンドギャップ（Ｅｇ）が大きいので、酸化ガリウム膜によって酸化物半導体膜を挟む
ことで、酸化物半導体膜と金属酸化物膜との界面において、エネルギー障壁が形成され、
その界面においてキャリアの移動は妨げられる。したがって、キャリアは酸化物半導体膜
から金属酸化物膜に移動することなく、酸化物半導体膜中を移動する。一方、水素イオン
は、酸化物半導体膜と金属酸化物膜との界面を通過して、金属酸化物膜と絶縁膜との界面
付近に蓄積する。仮に、絶縁膜との界面近傍に水素イオンが蓄積されたとしても、金属酸
化物膜としての酸化ガリウム膜にはキャリアが流れうる寄生チャネルが形成されないため
、トランジスタのしきい値電圧への影響を与えない、またはその影響が極めて少ない。な
お、酸化ガリウムとＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系の材料を接触させた場合のエネルギー障壁は
、伝導帯側で約０．８ｅＶとなり、価電子帯側で約０．９ｅＶとなる。
【００４０】
上述のとおり、開示する発明の一態様に係るトランジスタは、酸素ドープ処理によって、
酸化物半導体膜に接する絶縁膜中、酸化物半導体膜中、またはこれらの界面近傍の少なく
ともいずれか一に酸素の含有量を増大させることを技術思想とするものである。
【００４１】
酸化物半導体膜としてＩｎを含む酸化物半導体材料を用いる場合、Ｉｎと酸素の結合力は
比較的弱いため、酸化物半導体膜に接する絶縁膜にシリコン等のより酸素との結合力が強
い材料が含まれる場合に、熱処理によって酸化物半導体膜中の酸素が引き抜かれてしまい
、酸化物半導体膜の界面近傍に酸素欠損が形成される恐れがある。しかしながら、開示す
る発明の一態様に係るトランジスタは、酸化物半導体膜と接する絶縁膜に過剰な酸素を供
給することで、酸化物半導体膜からの酸素の引き抜きによる酸素欠損の形成を抑制するこ
とができる。
【００４２】
ここで、トランジスタの作製工程において酸素ドープ処理を行った後では、酸化物半導体
膜または酸化物半導体膜に接する絶縁膜に含有される、化学量論比より過剰な酸素の量が
各層において異なる場合がある。過剰な酸素の量が異なる状態では、各層の酸素の化学ポ
テンシャルが異なり、化学ポテンシャルの相違はトランジスタの作製工程における熱処理
等で、平衡状態へ近づく、または平衡状態となると考えられる。したがって、絶縁膜への
酸素ドープ処理後には、熱処理を行うことがより好ましい。酸素ドープ処理後の熱処理に
よって、絶縁膜に過剰に供給された酸素を拡散させ、十分な量の酸素を酸化物半導体膜に
供給することが可能である。以下では、平衡状態における酸素の分布について検討する。
【００４３】
ある温度Ｔ、圧力Ｐでの平衡状態とは、全系のギブスの自由エネルギーＧが最小となる状
態であり、以下の式（１）で表される。
【００４４】
【数１】
【００４５】
式（１）において、Ｇ（１）、Ｇ（２）、Ｇ（３）は、各層のギブスの自由エネルギーを
表す。また、Ｎａ、Ｎｂ、Ｎｃは粒子数を表し、ａ、ｂ、ｃは粒子の種類を表す。粒子ａ
がｉ層からｊ層へδＮａ（ｊ）だけ移動した場合、ギブスの自由エネルギーの変化は、以
下の式（２）のようになる。
【００４６】
【数２】
【００４７】
ここでδＧが０、すなわち以下の式（３）が成り立つとき、系が平衡状態となる。
【００４８】
【数３】
【００４９】
ギブスの自由エネルギーの粒子数微分は、化学ポテンシャルに相当するので、平衡状態に
おいて、粒子の化学ポテンシャルが全ての層で等しくなる。
【００５０】
つまり、具体的には、酸化物半導体膜と比較して該酸化物半導体膜と接する絶縁膜に酸素
が過剰に含まれている場合、酸化物半導体膜では酸素の化学ポテンシャルが相対的に小さ
く、絶縁膜では化学ポテンシャルが相対的に大きい状態となっている。
【００５１】
そして、トランジスタの作製工程において熱処理を行うことにより、系全体（ここでは、
酸化物半導体膜と、それに接する絶縁膜）が十分高温になり、原子の層内及び層間の拡散
が起こるようになると、化学ポテンシャルが同じなるように酸素の移動が起こる。すなわ
ち、絶縁膜の酸素が酸化物半導体膜に移動することで、絶縁膜の化学ポテンシャルが小さ
くなり、酸化物半導体膜の化学ポテンシャルが大きくなる。
【００５２】
したがって、酸素ドープ処理によって酸化物半導体膜に過剰に供給された酸素は、その後
の熱処理によって系内の化学ポテンシャルを平衡状態とすることで、拡散し、絶縁膜（界
面を含む）に供給される。このため、酸化物半導体膜に過剰の酸素が十分に存在する場合
には、酸化物半導体膜に接する絶縁膜（界面を含む）をも酸素過剰としうる。
【００５３】
よって、絶縁膜や絶縁膜との界面における酸素不足欠陥を補償するに足る量（酸素不足欠
陥を補償してもあまりある過剰な量）の酸素を酸化物半導体膜中に供給しておくことには
大きな意義があるといえる。
【発明の効果】
【００５４】
熱処理による脱水化または脱水素化処理、および絶縁膜に対する酸素ドープ処理によって
、過剰な酸素が含まれた酸化物半導体膜を有するトランジスタは、バイアス−熱ストレス
（ＢＴ）試験前後においてもトランジスタのしきい値電圧の変化量が低減できており、安
定した電気的特性を有する信頼性の高いトランジスタが実現できる。
【００５５】
また、開示する発明の一態様により、電気的特性が良好で信頼性の高いトランジスタを有
する様々な半導体装置を作製することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】半導体装置の一形態を説明する図。
【図２】半導体装置の作製方法の一形態を説明する図。
【図３】半導体装置の一形態を説明する図。
【図４】半導体装置の作製方法の一形態を説明する図。
【図５】半導体装置の作製方法の一形態を説明する図。
【図６】半導体装置の作製方法の一形態を説明する図。
【図７】半導体装置の断面図、上面図及び回路図
【図８】半導体装置の一形態を説明する図。
【図９】半導体装置の一形態を説明する図。
【図１０】半導体装置の一形態を説明する図。
【図１１】半導体装置の一形態を説明する図。
【図１２】半導体装置の一態様を説明する図。
【図１３】電子機器を示す図。
【図１４】電子機器を示す図。
【図１５】酸素ドープしたシリコンウェハのＳＩＭＳ測定結果を示す図である。
【図１６】断面ＳＴＥＭ像を説明する図である。
【図１７】プラズマ装置の上面図及び断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００５７】
以下では、本明細書に開示する発明の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。
ただし、本明細書に開示する発明は以下の説明に限定されず、その形態および詳細を様々
に変更し得ることは、当業者であれば容易に理解される。また、本明細書に開示する発明
は以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。
【００５８】
なお、本明細書における「第１」、「第２」、「第３」などの序数詞は、構成要素の混同
を避けるために付すものであり、数的に限定するものではないことを付記する。
【００５９】
（実施の形態１）
本実施の形態では、半導体装置および半導体装置の作製方法について、図１乃至図３を用
いて説明する。
【００６０】
〈半導体装置の構成例〉
図１に、トランジスタ１２０の構成例を示す。ここで、図１（Ａ）は平面図であり、図１
（Ｂ）および図１（Ｃ）はそれぞれ、図１（Ａ）におけるＡ−Ｂ断面およびＣ−Ｄ断面に
係る断面図である。なお、図１（Ａ）では煩雑になることを避けるため、トランジスタ１
２０の構成要素の一部（例えば、ゲート絶縁膜１１０など）を省略している。
【００６１】
図１に示すトランジスタ１２０は、基板１００上の絶縁膜１０２、ソース電極１０４ａ、
ドレイン電極１０４ｂ、酸化物半導体膜１０８、ゲート絶縁膜１１０、ゲート電極１１２
を含む。
【００６２】
図１に示すトランジスタ１２０において、絶縁膜１０２は、酸素ドープ処理が行われた絶
縁膜である。絶縁膜１０２に酸素ドープ処理を行うことにより、信頼性が高められたトラ
ンジスタ１２０が実現する。
【００６３】
〈半導体装置の作製工程例〉
以下、図２を用いて、図１に示す半導体装置の作製工程の一例を説明する。
【００６４】
まず、基板１００上に絶縁膜１０２を形成する（図２（Ａ）参照）。
【００６５】
基板１００の材質に大きな制限はないが、少なくとも、後の熱処理に耐える程度の耐熱性
を有していることが必要となる。例えば、ガラス基板、セラミック基板、石英基板、サフ
ァイア基板などを、基板１００として用いることができる。また、シリコンや炭化シリコ
ンなどの単結晶半導体基板、多結晶半導体基板、シリコンゲルマニウムなどの化合物半導
体基板、ＳＯＩ基板などを適用することも可能であり、これらの基板上に半導体素子が設
けられたものを、基板１００として用いてもよい。
【００６６】
また、基板１００として、可撓性基板を用いてもよい。可撓性基板上にトランジスタを設
ける場合、可撓性基板上に直接的にトランジスタを作り込んでもよいし、他の基板にトラ
ンジスタを形成した後、これを剥離し、可撓性基板に転置しても良い。なお、トランジス
タを剥離し、可撓性基板に転置するためには、上記他の基板とトランジスタとの間に剥離
層を形成すると良い。
【００６７】
絶縁膜１０２は、下地として機能する絶縁膜である。具体的には、絶縁膜１０２には、酸
化シリコン、窒化シリコン、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸化ガリウム、これ
らの混合材料、などを用いればよい。また、絶縁膜１０２は、上述の材料を含む絶縁膜の
単層構造としても良いし、積層構造としても良い。
【００６８】
絶縁膜１０２の作製方法に特に限定はない。例えば、プラズマＣＶＤ法やスパッタリング
法などの成膜方法を用いて絶縁膜１０２を作製することができる。なお、水素や水などが
混入しにくいという点では、スパッタリング法が好適である。
【００６９】
なお、絶縁膜１０２には、後に形成される酸化物半導体膜と同種の成分でなる絶縁材料を
用いると特に好ましい。このような材料は酸化物半導体膜との相性が良く、これを絶縁膜
１０２に用いることで、酸化物半導体膜との界面の状態を良好に保つことができるからで
ある。ここで、「酸化物半導体膜と同種の成分」とは、酸化物半導体膜の構成元素から選
択される一または複数の元素を含むことを意味する。例えば、酸化物半導体膜がＩｎ−Ｇ
ａ−Ｚｎ−Ｏ系の酸化物半導体材料によって構成される場合、同種の成分でなる絶縁材料
としては酸化ガリウムなどがある。
【００７０】
また、絶縁膜１０２を積層構造とする場合には、酸化物半導体膜と同種の成分でなる絶縁
材料でなる膜（以下、膜ａ）と、膜ａの成分材料とは異なる材料を含む膜（以下、膜ｂ）
との積層構造とするとなお良い。膜ａと膜ｂを酸化物半導体膜側から順に積層した構造と
することで、電荷は膜ａと膜ｂとの界面に優先的に捕獲される（酸化物半導体膜と膜ａと
の界面との比較）ため、酸化物半導体膜の界面での電荷捕獲を十分に抑制することができ
るようになり、半導体装置の信頼性が向上する。
【００７１】
なお、このような積層構造としては、酸化ガリウム膜と酸化シリコン膜の積層構造や、酸
化ガリウム膜と窒化シリコン膜との積層構造などを適用することができる。
【００７２】
次に、絶縁膜１０２に対して、酸素１８０による処理（酸素ドープ処理や、酸素プラズマ
ドープ処理ともいう）を行う（図２（Ｂ）参照）。酸素１８０には、少なくとも、酸素ラ
ジカル、酸素原子、酸素イオン、のいずれかが含まれている。絶縁膜１０２に酸素ドープ
処理を行うことにより、絶縁膜１０２中に酸素を含有させることができ、後に形成される
酸化物半導体膜１０８中、酸化物半導体膜１０８界面近傍、または、酸化物半導体膜１０
８中および該界面近傍に酸素を含有させることができる。この場合、絶縁膜１０２中の酸
素の含有量は、絶縁膜１０２の化学量論比を超える程度、好ましくは、化学量論比の１倍
を超えて４倍まで（１倍より大きく４倍未満）、より好ましくは、１倍を超えて２倍まで
（１倍より大きく２倍未満）とする。あるいは、酸素の含有量は、単結晶の場合の酸素の
量をＹとして、Ｙを超える程度、好ましくは、Ｙを超えて４Ｙまですることもできる。あ
るいは、酸素の含有量は、酸素ドープ処理を行わない場合の絶縁膜中の酸素の量Ｚを基準
として、Ｚを超える程度、好ましくは、Ｚを超えて４Ｚまでとすることもできる。
【００７３】
例えば、組成がＧａＯｘ（ｘ＞０）で表現される酸化ガリウムを用いる場合、単結晶の酸
化ガリウムはＧａ２Ｏ３であるので、ｘは１．５を超えて６まで（つまりＧａの１．５倍
を超えて６倍まで）、が許容される。また、例えば、組成がＳｉＯｘ（ｘ＞０）で表現さ
れる酸化シリコンを用いる場合、ＳｉＯ２（すなわちＯがＳｉの２倍）であれば、ｘは２
を超えて８まで（つまりＳｉの２倍を超えて８倍まで）が許容される。なお、このような
酸素過剰領域は、絶縁膜の一部に存在していればよい。
【００７４】
なお、酸化物半導体膜において、酸素は主たる成分材料の一つである。このため、酸化物
半導体膜中の酸素濃度を、ＳＩＭＳ（Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ Ｉｏｎ Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃ
ｔｒｏｓｃｏｐｙ）などの方法を用いて、正確に見積もることは難しい。つまり、酸化物
半導体膜に酸素が意図的に添加されたか否かを判別することは困難であるといえる。
【００７５】
ところで、酸素には１７Ｏや１８Ｏといった同位体が存在し、自然界におけるこれらの存
在比率はそれぞれ酸素原子全体の０．０３８％、０．２％程度であることが知られている
。つまり、酸化物半導体膜中におけるこれら同位体の濃度は、ＳＩＭＳなどの方法によっ
て見積もることができる程度になるから、これらの濃度を測定することで、酸化物半導体
膜中の酸素濃度をより正確に見積もることが可能な場合がある。よって、これらの濃度を
測定することで、酸化物半導体膜に意図的に酸素が添加されたか否かを判別しても良い。
【００７６】
例えば、１８Ｏの濃度を基準に用いると、酸化物半導体膜において、酸素が添加された領
域における酸素の同位体の濃度Ｄ１（１８Ｏ）と、酸素が添加されていない領域における
酸素の同位体の濃度Ｄ２（１８Ｏ）との間には、Ｄ１（１８Ｏ）＞Ｄ２（１８Ｏ）が成立
するといえる。
【００７７】
また、絶縁膜に添加される酸素１８０の少なくとも一部は、酸化物半導体に供給された後
、酸化物半導体中において未結合手を有することが好ましい。未結合手を有することによ
り、膜中に残存しうる水素と結合して、水素を固定化（非可動イオン化）することができ
るためである。
【００７８】
上述の酸素１８０は、プラズマ発生装置やオゾン発生装置によって発生させることができ
る。より具体的には、例えば、半導体装置に対してエッチング処理を行うことができる装
置や、レジストマスクに対してアッシングを行うことができる装置などを用いて酸素１８
０を発生させ、絶縁膜１０２を処理することができる。
【００７９】
なお、酸素の添加をより好適に行うためには、基板には電気的なバイアスを加えておくこ
とが望ましい。
【００８０】
次いで、絶縁膜１０２上に、ソース電極およびドレイン電極（これと同じ層で形成される
配線を含む）を形成するための導電膜を形成し、当該導電膜を加工して、ソース電極１０
４ａおよびドレイン電極１０４ｂを形成する（図２（Ｃ）参照）。なお、ここで形成され
るソース電極１０４ａの端部とドレイン電極１０４ｂの端部との間隔によって、トランジ
スタのチャネル長Ｌが決定されることになる。
【００８１】
ソース電極１０４ａおよびドレイン電極１０４ｂに用いる導電膜としては、例えば、Ａｌ
、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｗから選ばれた元素を含む金属膜、または上述した元
素を成分とする金属窒化物膜（窒化チタン膜、窒化モリブデン膜、窒化タングステン膜）
等がある。また、Ａｌ、Ｃｕなどの金属膜の下側または上側の一方または双方にＴｉ、Ｍ
ｏ、Ｗなどの高融点金属膜またはそれらの金属窒化物膜（窒化チタン膜、窒化モリブデン
膜、窒化タングステン膜）を積層させた導電膜を用いても良い。
【００８２】
また、ソース電極１０４ａおよびドレイン電極１０４ｂに用いる導電膜は、導電性の金属
酸化物で形成しても良い。導電性の金属酸化物としては酸化インジウム、酸化スズ、酸化
亜鉛、酸化インジウム酸化スズ混合酸化物（ＩＴＯと略記する）、酸化インジウム酸化亜
鉛混合酸化物またはこれらの金属酸化物材料に酸化シリコンを含ませたものを用いること
ができる。
【００８３】
導電膜の加工は、レジストマスクを用いたエッチングによって行うことができる。当該エ
ッチングに用いるレジストマスク形成時の露光には、紫外線やＫｒＦレーザ光やＡｒＦレ
ーザ光などを用いるとよい。
【００８４】
なお、チャネル長Ｌ＝２５ｎｍ未満の露光を行う場合には、例えば、数ｎｍ〜数１０ｎｍ
と極めて波長が短い超紫外線（Ｅｘｔｒｅｍｅ Ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ）を用いて、レ
ジストマスク形成時の露光を行うとよい。超紫外線による露光は、解像度が高く焦点深度
も大きい。したがって、後に形成されるトランジスタのチャネル長Ｌを微細化することが
可能であり、回路の動作速度を高めることができる。
【００８５】
また、いわゆる多階調マスクによって形成されたレジストマスクを用いてエッチング工程
を行ってもよい。多階調マスクを用いて形成されたレジストマスクは、複数の膜厚を有す
る形状となり、アッシングによってさらに形状を変形させることができるため、異なるパ
ターンに加工する複数のエッチング工程に用いることが可能である。このため、一枚の多
階調マスクによって、少なくとも二種類以上の異なるパターンに対応するレジストマスク
を形成することができる。つまり、工程の簡略化が可能となる。
【００８６】
次に、絶縁膜１０２上に、ソース電極１０４ａおよびドレイン電極１０４ｂと接する酸化
物半導体膜を形成し、当該酸化物半導体膜を加工して島状の酸化物半導体膜１０６を形成
する（図２（Ｄ）参照）。
【００８７】
酸化物半導体膜は、水素や水などが混入しにくい方法で作製するのが望ましい。例えば、
スパッタリング法などを用いて作製することができる。また、酸化物半導体膜の厚さは、
３ｎｍ以上３０ｎｍ以下とするのが望ましい。酸化物半導体膜を厚くしすぎると（例えば
、膜厚を５０ｎｍ以上）、トランジスタがノーマリーオンとなってしまうおそれがあるた
めである。
【００８８】
酸化物半導体膜に用いる材料としては、例えば、インジウムを含有する酸化物半導体材料
や、インジウムおよびガリウムを含有する酸化物半導体材料などがある。
【００８９】
また、酸化物半導体膜に用いる材料としては、四元系金属酸化物であるＩｎ−Ｓｎ−Ｇａ
−Ｚｎ−Ｏ系の材料や、三元系金属酸化物であるＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系の材料、Ｉｎ−
Ｓｎ−Ｚｎ−Ｏ系の材料、Ｉｎ−Ａｌ−Ｚｎ−Ｏ系の材料、Ｓｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系の材
料、Ａｌ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系の材料、Ｓｎ−Ａｌ−Ｚｎ−Ｏ系の材料や、二元系金属酸化
物であるＩｎ−Ｚｎ−Ｏ系の材料、Ｓｎ−Ｚｎ−Ｏ系の材料、Ａｌ−Ｚｎ−Ｏ系の材料、
Ｚｎ−Ｍｇ−Ｏ系の材料、Ｓｎ−Ｍｇ−Ｏ系の材料、Ｉｎ−Ｍｇ−Ｏ系の材料、Ｉｎ−Ｇ
ａ−Ｏ系の材料や、一元系金属酸化物であるＩｎ−Ｏ系の材料、Ｓｎ−Ｏ系の材料、Ｚｎ
−Ｏ系の材料などがある。また、上記の材料に酸化珪素を含ませてもよい。ここで、例え
ば、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系の材料とは、インジウム（Ｉｎ）、ガリウム（Ｇａ）、亜鉛
（Ｚｎ）を有する酸化物膜、という意味であり、その組成比は特に問わない。また、Ｉｎ
とＧａとＺｎ以外の元素を含んでいてもよい。
【００９０】
また、酸化物半導体膜は、化学式ＩｎＭＯ３（ＺｎＯ）ｍ（ｍ＞０）で表記される材料を
用いた薄膜とすることができる。ここで、Ｍは、Ｇａ、Ａｌ、ＭｎおよびＣｏから選ばれ
た一または複数の金属元素を示す。例えば、Ｍとして、Ｇａ、ＧａおよびＡｌ、Ｇａおよ
びＭｎ、またはＧａおよびＣｏなどを用いることができる。
【００９１】
本実施の形態では、酸化物半導体膜を、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系の酸化物ターゲットを用
いたスパッタリング法により形成する。
【００９２】
Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系の酸化物ターゲットとしては、例えば、組成比として、Ｉｎ２Ｏ
３：Ｇａ２Ｏ３：ＺｎＯ＝１：１：１［ｍｏｌ数比］の酸化物ターゲットを用いることが
できる。なお、ターゲットの材料および組成を上述に限定する必要はない。例えば、Ｉｎ
２Ｏ３：Ｇａ２Ｏ３：ＺｎＯ＝１：１：２［ｍｏｌ数比］の組成比の酸化物ターゲットを
用いることもできる。
【００９３】
また、酸化物半導体としてＩｎ−Ｚｎ−Ｏ系の材料を用いる場合、用いるターゲットの組
成比は、原子数比で、Ｉｎ：Ｚｎ＝５０：１〜１：２（モル数比に換算するとＩｎ２Ｏ３
：ＺｎＯ＝２５：１〜１：４）、好ましくはＩｎ：Ｚｎ＝２０：１〜１：１（モル数比に
換算するとＩｎ２Ｏ３：ＺｎＯ＝１０：１〜２：１）、さらに好ましくはＩｎ：Ｚｎ＝１
．５：１〜１５：１（モル数比に換算するとＩｎ２Ｏ３：ＺｎＯ＝３：４〜１５：２）と
する。例えば、Ｉｎ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物半導体の形成に用いるターゲットは、原子数比が
Ｉｎ：Ｚｎ：Ｏ＝Ｘ：Ｙ：Ｚのとき、Ｚ＞１．５Ｘ＋Ｙとする。
【００９４】
酸化物ターゲットの充填率は、９０％以上１００％以下、好ましくは９５％以上９９．９
％以下とする。充填率の高い金属酸化物ターゲットを用いることにより、成膜した酸化物
半導体膜は緻密な膜とすることができるためである。
【００９５】
成膜の雰囲気は、希ガス（代表的にはアルゴン）雰囲気下、酸素雰囲気下、または、希ガ
スと酸素の混合雰囲気下などとすればよい。また、酸化物半導体膜への水素、水、水酸基
を有する化合物、水素化物などの混入を防ぐために、水素、水、水酸基を有する化合物、
水素化物などの水素原子を含む不純物が十分に除去された高純度ガスを用いた雰囲気とす
ることが望ましい。
【００９６】
より具体的には、例えば、酸化物半導体膜は次のように形成することができる。
【００９７】
まず、減圧状態に保持された成膜室内に基板１００を保持し、基板温度を１００℃以上６
００℃以下好ましくは２００℃以上４００℃以下とする。基板１００が加熱された状態で
成膜を行うことで、酸化物半導体膜に含まれる不純物濃度を低減することができるためで
ある。また、スパッタリングによる損傷を軽減することができるためである。
【００９８】
次に、成膜室内の残留水分を除去しつつ、水素および水などの水素原子を含む不純物が十
分に除去された高純度ガスを導入し、上記ターゲットを用いて基板１００上に酸化物半導
体膜を成膜する。成膜室内の残留水分を除去するためには、排気手段として、クライオポ
ンプ、イオンポンプ、チタンサブリメーションポンプなどの吸着型の真空ポンプを用いる
ことが望ましい。また、排気手段は、ターボ分子ポンプにコールドトラップを加えたもの
であってもよい。クライオポンプを用いて排気した成膜室は、例えば、水素分子や、水（
Ｈ２Ｏ）などの水素原子を含む化合物（より好ましくは炭素原子を含む化合物も）などが
除去されているため、当該成膜室で成膜した酸化物半導体膜に含まれる不純物の濃度を低
減できる。
【００９９】
成膜条件の一例として、基板とターゲットの間との距離を１００ｍｍ、圧力を０．６Ｐａ
、直流（ＤＣ）電源を０．５ｋＷ、成膜雰囲気を酸素（酸素流量比率１００％）雰囲気と
することができる。なお、パルス直流電源を用いると、成膜時の粉状物質（パーティクル
、ごみともいう）の発生を軽減でき、膜厚分布も均一となるため好ましい。
【０１００】
酸化物半導体膜の加工は、所望の形状のマスクを酸化物半導体膜上に形成した後、当該酸
化物半導体膜をエッチングすることによって行うことができる。上述のマスクは、フォト
リソグラフィなどの方法を用いて形成することができる。または、インクジェット法など
の方法を用いてマスクを形成しても良い。
【０１０１】
なお、酸化物半導体膜のエッチングは、ドライエッチングでもウェットエッチングでもよ
い。もちろん、これらを組み合わせて用いてもよい。
【０１０２】
その後、酸化物半導体膜１０６に対して熱処理を行って、高純度化された酸化物半導体膜
１０８を形成する（図２（Ｅ）参照）。この熱処理によって酸化物半導体膜１０６中の水
素（水や水酸基を含む）を除去し、酸化物半導体膜の構造を整え、エネルギーギャップ中
の欠陥準位を低減することができる。上記熱処理の温度は、２５０℃以上６５０℃以下、
好ましくは４５０℃以上６００℃以下、または基板の歪み点未満とする。
【０１０３】
熱処理は、例えば、抵抗発熱体などを用いた電気炉に被処理物を導入し、窒素雰囲気下、
４５０℃、１時間の条件で行うことができる。この間、酸化物半導体膜１０６は大気に触
れさせず、水や水素の混入が生じないようにする。
【０１０４】
熱処理装置は電気炉に限られず、加熱されたガスなどの媒体からの熱伝導、または熱輻射
によって、被処理物を加熱する装置を用いても良い。例えば、ＬＲＴＡ（Ｌａｍｐ Ｒａ
ｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ａｎｎｅａｌ）装置、ＧＲＴＡ（Ｇａｓ Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅ
ｒｍａｌ Ａｎｎｅａｌ）装置等のＲＴＡ（Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ａｎｎｅａｌ
）装置を用いることができる。ＬＲＴＡ装置は、ハロゲンランプ、メタルハライドランプ
、キセノンアークランプ、カーボンアークランプ、高圧ナトリウムランプ、高圧水銀ラン
プなどのランプから発する光（電磁波）の輻射により、被処理物を加熱する装置である。
ＧＲＴＡ装置は、高温のガスを用いて熱処理を行う装置である。
【０１０５】
例えば、上記熱処理として、熱せられた不活性ガス雰囲気中に被処理物を投入し、数分間
熱した後、当該不活性ガス雰囲気から被処理物を取り出すＧＲＴＡ処理を行ってもよい。
ＧＲＴＡ処理を用いると短時間での高温熱処理が可能となる。また、被処理物の耐熱温度
を超える温度条件であっても適用が可能となる。なお、処理中に、不活性ガスを、酸素を
含むガスに切り替えても良い。酸素を含む雰囲気において熱処理を行うことで、酸素欠損
に起因するエネルギーギャップ中の欠陥準位を低減することができるためである。
【０１０６】
なお、不活性ガス雰囲気としては、窒素、または希ガス（ヘリウム、ネオン、アルゴン等
）を主成分とする雰囲気であって、水、水素などが含まれない雰囲気を適用するのが望ま
しい。例えば、熱処理装置に導入する窒素や、ヘリウム、ネオン、アルゴン等の希ガスの
純度を、６Ｎ（９９．９９９９％）以上、好ましくは７Ｎ（９９．９９９９９％）以上（
すなわち、不純物濃度が１ｐｐｍ以下、好ましくは０．１ｐｐｍ以下）とする。
【０１０７】
いずれにしても、上記熱処理によって不純物を低減し、ｉ型（真性半導体）またはｉ型に
限りなく近い酸化物半導体膜を形成することで、極めて優れた特性のトランジスタを実現
することができる。
【０１０８】
ところで、上述の熱処理には水素や水などを除去する効果があるから、当該熱処理を、脱
水化処理や、脱水素化処理などと呼ぶこともできる。当該脱水化処理や、脱水素化処理は
、例えば、酸化物半導体膜を島状に加工する前などのタイミングにおいて行うことも可能
である。また、このような脱水化処理、脱水素化処理は、一回に限らず複数回行っても良
い。
【０１０９】
次に、酸化物半導体膜１０８と接し、かつ、ソース電極１０４ａおよびドレイン電極１０
４ｂを覆うゲート絶縁膜１１０を形成する（図２（Ｆ）参照）。
【０１１０】
ゲート絶縁膜１１０は、絶縁膜１０２と同様に形成することができる。すなわち、ゲート
絶縁膜１１０は、酸化シリコン、窒化シリコン、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、
酸化ガリウム、これらの混合材料、などを用いて形成すればよい。ただし、トランジスタ
のゲート絶縁膜として機能することを考慮して、酸化ハフニウム、酸化タンタル、酸化イ
ットリウム、ハフニウムシリケート（ＨｆＳｉｘＯｙ（ｘ＞０、ｙ＞０））、窒素が添加
されたハフニウムシリケート（ＨｆＳｉｘＯｙ（ｘ＞０、ｙ＞０））、窒素が添加された
ハフニウムアルミネート（ＨｆＡｌｘＯｙ（ｘ＞０、ｙ＞０））、などの比誘電率が高い
材料を採用しても良い。
【０１１１】
また、絶縁膜１０２と同様に、積層構造を採用しても良い。この場合には、酸化物半導体
膜と同種の成分でなる絶縁材料でなる膜（以下、膜ａ）と、膜ａの成分材料とは異なる材
料を含む膜（以下、膜ｂ）との積層構造とするとなお良い。膜ａと膜ｂを酸化物半導体膜
側から順に積層した構造とすることで、電荷は膜ａと膜ｂとの界面に優先的に捕獲される
（酸化物半導体膜と膜ａとの界面との比較）ため、酸化物半導体膜の界面での電荷捕獲を
十分に抑制することができるようになり、半導体装置の信頼性が向上する。
【０１１２】
なお、このような積層構造としては、酸化ガリウム膜と酸化シリコン膜の積層構造や、酸
化ガリウム膜と窒化シリコン膜との積層構造などを適用することができる。
【０１１３】
上述のゲート絶縁膜１１０の形成後には、熱処理を行うのが望ましい。当該熱処理の温度
は、２５０℃以上７００℃以下、好ましくは４５０℃以上６００℃以下、または基板の歪
み点未満とする。
【０１１４】
上記熱処理は、窒素、酸素、超乾燥空気（ＣＲＤＳ（キャビティリングダウンレーザー分
光法）方式の露点計を用いて測定した場合の水分量が２０ｐｐｍ（露点換算で−５５℃）
以下、好ましくは１ｐｐｍ以下、好ましくは１０ｐｐｂ以下の空気）、または希ガス（ア
ルゴン、ヘリウムなど）の雰囲気下で行えばよいが、上記窒素、酸素、超乾燥空気、また
は希ガス等の雰囲気には、水、水素などが含まれないことが好ましい。また、熱処理装置
に導入する窒素、酸素、または希ガスの純度は、６Ｎ（９９．９９９９％）以上（即ち不
純物濃度を１ｐｐｍ以下）とするのが好ましく、７Ｎ（９９．９９９９９％）以上（即ち
不純物濃度を０．１ｐｐｍ以下）とすると、より好ましい。
【０１１５】
本実施の形態に係る上記の熱処理においては、酸化物半導体膜１０８と、ゲート絶縁膜１
１０と、が接した状態で加熱される。したがって、上述の脱水化（または脱水素化）処理
によって減少してしまう可能性のある酸素を、酸化物半導体膜１０８へ供給することも可
能である。この意味において、当該熱処理を、加酸化（加酸素化）と呼ぶこともできる。
【０１１６】
なお、加酸化を目的とする熱処理のタイミングは、酸化物半導体膜１０８の形成後であれ
ば特に限定されない。例えば、ゲート電極の形成後に加酸化を目的とする熱処理を行って
も良い。または、脱水化等を目的とする熱処理に続けて加酸化を目的とする熱処理を行っ
ても良いし、脱水化等を目的とする熱処理に加酸化を目的とする熱処理を兼ねさせても良
いし、加酸化を目的とする熱処理に脱水化等を目的とする熱処理を兼ねさせても良い。
【０１１７】
上述のように、脱水化等を目的とする熱処理と、酸素ドープ処理または加酸化を目的とす
る熱処理とを適用することで、酸化物半導体膜１０８を不純物が極力含まれないように高
純度化することができる。高純度化された酸化物半導体膜１０８ではドナーに由来するキ
ャリアが極めて少ない（ゼロに近い）。
【０１１８】
その後、ゲート電極１１２を形成する（図２（Ｇ）参照）。ゲート電極１１２は、モリブ
デン、チタン、タンタル、タングステン、アルミニウム、銅、ネオジム、スカンジウム等
の金属材料またはこれらを主成分とする合金材料を用いて形成することができる。なお、
ゲート電極１１２は、単層構造としても良いし、積層構造としても良い。
【０１１９】
なお、ゲート電極１１２の形成後には、絶縁膜を形成しても良い。当該絶縁膜は、例えば
、酸化シリコン、窒化シリコン、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸化ガリウム、
これらの混合材料、などを用いて形成することができる。特に、絶縁膜として窒化シリコ
ン膜を用いる場合には、添加された酸素の外部への放出を防ぐことができると共に、酸化
物半導体膜１０８への外部からの水素等の混入を効果的に抑制することができるため好適
である。また、ソース電極１０４ａやドレイン電極１０４ｂ、ゲート電極１１２などと接
続される配線を形成しても良い。
【０１２０】
以上の工程でトランジスタ１２０が形成される。
【０１２１】
なお、上述の説明は、絶縁膜１０２の表面全体に対して酸素ドープ処理を行う例について
のものだが、開示する発明の一態様はこれに限定されない。例えば、ソース電極１０４ａ
およびドレイン電極１０４ｂを形成した後に酸素ドープ処理を行っても良い。この場合に
は、絶縁膜１０２中に、酸素濃度が高い領域と、酸素濃度が低い領域とが形成されること
になる。
【０１２２】
〈半導体装置の変形例〉
図３（Ａ）乃至図３（Ｄ）には、図１に示すトランジスタ１２０の変形例として、トラン
ジスタ１３０、トランジスタ１４０、トランジスタ１５０、およびトランジスタ１６０の
断面図を示す。
【０１２３】
図３（Ａ）に示すトランジスタ１３０は、絶縁膜１０２、ソース電極１０４ａ、ドレイン
電極１０４ｂ、酸化物半導体膜１０８、ゲート絶縁膜１１０、ゲート電極１１２を含む点
で、トランジスタ１２０と共通している。トランジスタ１３０とトランジスタ１２０との
相違は、上述の構成要素を覆う絶縁膜１１４の有無である。すなわち、トランジスタ１３
０は、絶縁膜１１４を有している。その他の構成要素については図１のトランジスタ１２
０と同様であるから、詳細は、図１に関する記載を参酌することができる。
【０１２４】
絶縁膜１１４は、図２（Ｇ）において説明したように、酸化シリコン、窒化シリコン、酸
化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸化ガリウム、これらの混合材料、などを用いて形
成することができる。特に、絶縁膜として窒化シリコン膜を用いる場合には、添加された
酸素の外部への放出を防ぐことができると共に、酸化物半導体膜１０８への外部からの水
素等の混入を効果的に抑制することができるため好適である。
【０１２５】
図３（Ｂ）に示すトランジスタ１４０は、上述の各構成要素を含む点で、図１に示すトラ
ンジスタ１２０と共通している。トランジスタ１４０とトランジスタ１２０との相違は、
ソース電極１０４ａおよびドレイン電極１０４ｂと、酸化物半導体膜１０８との積層順序
である。つまり、トランジスタ１２０では、ソース電極１０４ａおよびドレイン電極１０
４ｂが先に形成されるのに対して、トランジスタ１４０では、酸化物半導体膜１０８が先
に形成される。その他の構成要素については、図１と同様である。なお、トランジスタ１
３０のように、絶縁膜１１４を有する構成としても良い。
【０１２６】
図３（Ｃ）に示すトランジスタ１５０は、上述の各構成要素を含む点で、図１に示すトラ
ンジスタ１２０と共通している。トランジスタ１５０とトランジスタ１２０との相違は、
基板１００側の絶縁膜にある。つまり、トランジスタ１５０では、絶縁膜１０２ａと絶縁
膜１０２ｂの積層構造を備えている。その他の構成要素については、図３（Ｂ）と同様で
ある。
【０１２７】
このように、絶縁膜１０２ａと絶縁膜１０２ｂの積層構造とすることにより、電荷は絶縁
膜１０２ａと絶縁膜１０２ｂとの界面に優先的に捕獲されるため、酸化物半導体膜１０８
の界面での電荷捕獲を十分に抑制することができるようになり、半導体装置の信頼性が向
上する。
【０１２８】
なお、絶縁膜１０２ｂは酸化物半導体膜１０８と同種の成分でなる絶縁材料でなる膜とし
、絶縁膜１０２ａは絶縁膜１０２ｂの成分材料とは異なる材料を含む膜とすることが望ま
しい。例えば、酸化物半導体膜１０８がＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系の酸化物半導体材料によ
って構成される場合、同種の成分でなる絶縁材料としては酸化ガリウムなどがある。この
場合、酸化ガリウム膜と酸化シリコン膜の積層構造や、酸化ガリウム膜と窒化シリコン膜
との積層構造などを適用することができる。
【０１２９】
図３（Ｄ）に示すトランジスタ１６０は、上述の各構成要素を含む点で、図１に示すトラ
ンジスタ１２０と共通している。トランジスタ１６０とトランジスタ１２０との相違は、
基板１００側の絶縁膜およびゲート絶縁膜にある。つまり、トランジスタ１６０では、絶
縁膜１０２ａと絶縁膜１０２ｂの積層構造を備え、かつ、ゲート絶縁膜１１０ａとゲート
絶縁膜１１０ｂを備えている。その他の構成要素については、図１と同様である。
【０１３０】
このように、絶縁膜１０２ａと絶縁膜１０２ｂの積層構造とし、ゲート絶縁膜１１０ａと
ゲート絶縁膜１１０ｂの積層構造とすることにより、電荷は絶縁膜１０２ａと絶縁膜１０
２ｂや、ゲート絶縁膜１１０ａとゲート絶縁膜１１０ｂの界面に優先的に捕獲されるため
、酸化物半導体膜１０８の界面での電荷捕獲を十分に抑制することができるようになり、
半導体装置の信頼性が向上する。
【０１３１】
なお、絶縁膜１０２ｂやゲート絶縁膜１１０ａ（つまり、酸化物半導体膜１０８と接する
絶縁膜）は酸化物半導体膜１０８と同種の成分でなる絶縁材料でなる膜とし、絶縁膜１０
２ａやゲート絶縁膜１１０ｂは、絶縁膜１０２ｂやゲート絶縁膜１１０ａの成分材料とは
異なる材料を含む膜とすることが望ましい。例えば、酸化物半導体膜１０８がＩｎ−Ｇａ
−Ｚｎ−Ｏ系の酸化物半導体材料によって構成される場合、同種の成分でなる絶縁材料と
しては酸化ガリウムなどがある。この場合、酸化ガリウム膜と酸化シリコン膜の積層構造
や、酸化ガリウム膜と窒化シリコン膜との積層構造などを適用することができる。
【０１３２】
本実施の形態に係るトランジスタは、熱処理によって、水素、水、水酸基又は水素化物（
水素化合物ともいう）などの水素原子を含む不純物を酸化物半導体より排除し、かつ、不
純物の排除工程において減少するおそれのある酸素を供給することによって、高純度化お
よびＩ型（真性）化を図った酸化物半導体膜を用いている。このように高純度化された酸
化物半導体膜を含むトランジスタは、しきい値電圧などの電気的特性変動が抑制されてお
り、電気的に安定である。
【０１３３】
また、酸化物半導体膜としてＩｎを含む酸化物半導体材料を用いる場合、Ｉｎと酸素の結
合力は比較的弱いため、酸化物半導体膜に接する絶縁膜にシリコン等のより酸素との結合
力が強い材料が含まれる場合に、熱処理によって酸化物半導体膜中の酸素が引き抜かれて
しまい、酸化物半導体膜の界面近傍に酸素欠損が形成される恐れがある。しかしながら、
開示する発明の一態様に係るトランジスタは、酸化物半導体膜と接する絶縁膜に過剰な酸
素を供給することで、酸化物半導体膜からの酸素の引き抜きによる酸素欠損の形成を抑制
することができる。
【０１３４】
特に、酸素ドープ処理によって酸化物半導体膜中の酸素の含有量を増大させることで、電
気的バイアスストレスや熱ストレスに起因する劣化を抑制し、光による劣化を低減するこ
とができる。
【０１３５】
このように、開示する発明の一態様によって、信頼性に優れたトランジスタを提供するこ
とが可能である。
【０１３６】
以上、本実施の形態に示す構成、方法などは、他の実施の形態に示す構成、方法などと適
宜組み合わせて用いることができる。
【０１３７】
（実施の形態２）
本実施の形態では、半導体装置の作製方法の別の例について、図４および図５を用いて説
明する。
【０１３８】
〈半導体装置の構成例〉
本実施の形態の作製方法にて作製される半導体装置の構成は、先の実施の形態のトランジ
スタ１２０と同様である。すなわち、基板１００上の絶縁膜１０２、ソース電極１０４ａ
、ドレイン電極１０４ｂ、酸化物半導体膜１０８、ゲート絶縁膜１１０、ゲート電極１１
２を含む（図１参照）。
【０１３９】
先の実施の形態でも説明したように、トランジスタ１２０において、絶縁膜１０２は、酸
素ドープ処理が行われた絶縁膜である。さらに、本実施の形態では、酸化物半導体膜１０
８およびゲート絶縁膜１１０に対しても酸素ドープ処理が行われている。このような酸素
ドープ処理によって、さらに信頼性が高められたトランジスタ１２０が実現する。なお、
先の実施の形態と同様に、構成を変更したトランジスタを作製することもできる（図３（
Ａ）乃至図３（Ｄ）参照）。
【０１４０】
〈半導体装置の作製工程例〉
以下、図４および図５を用いて、上述の半導体装置の作製工程の一例を説明する。
【０１４１】
まず、基板１００上に絶縁膜１０２を形成する（図４（Ａ）参照）。
【０１４２】
基板１００の材質に大きな制限はないが、少なくとも、後の熱処理に耐える程度の耐熱性
を有していることが必要となる。例えば、ガラス基板、セラミック基板、石英基板、サフ
ァイア基板などを、基板１００として用いることができる。また、シリコンや炭化シリコ
ンなどの単結晶半導体基板、多結晶半導体基板、シリコンゲルマニウムなどの化合物半導
体基板、ＳＯＩ基板などを適用することも可能であり、これらの基板上に半導体素子が設
けられたものを、基板１００として用いてもよい。
【０１４３】
また、基板１００として、可撓性基板を用いてもよい。可撓性基板上にトランジスタを設
ける場合、可撓性基板上に直接的にトランジスタを作り込んでもよいし、他の基板にトラ
ンジスタを形成した後、これを剥離し、可撓性基板に転置しても良い。なお、トランジス
タを剥離し、可撓性基板に転置するためには、上記他の基板とトランジスタとの間に剥離
層を形成すると良い。
【０１４４】
絶縁膜１０２は、下地として機能する絶縁膜である。具体的には、絶縁膜１０２には、酸
化シリコン、窒化シリコン、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸化ガリウム、これ
らの混合材料、などを用いればよい。また、絶縁膜１０２は、上述の材料を含む絶縁膜の
単層構造としても良いし、積層構造としても良い。
【０１４５】
絶縁膜１０２の作製方法に特に限定はない。例えば、プラズマＣＶＤ法やスパッタリング
法などの成膜方法を用いて絶縁膜１０２を作製することができる。なお、水素や水などが
混入しにくいという点では、スパッタリング法が好適である。
【０１４６】
なお、絶縁膜１０２には、後に形成される酸化物半導体膜と同種の成分でなる絶縁材料を
用いると特に好ましい。このような材料は酸化物半導体膜との相性が良く、これを絶縁膜
１０２に用いることで、酸化物半導体膜との界面の状態を良好に保つことができるからで
ある。ここで、「酸化物半導体膜と同種の成分」とは、酸化物半導体膜の構成元素から選
択される一または複数の元素を含むことを意味する。例えば、酸化物半導体膜がＩｎ−Ｇ
ａ−Ｚｎ−Ｏ系の酸化物半導体材料によって構成される場合、同種の成分でなる絶縁材料
としては酸化ガリウムなどがある。
【０１４７】
また、絶縁膜１０２を積層構造とする場合には、酸化物半導体膜と同種の成分でなる絶縁
材料でなる膜（以下、膜ａ）と、膜ａの成分材料とは異なる材料を含む膜（以下、膜ｂ）
との積層構造とするとなお良い。膜ａと膜ｂを酸化物半導体膜側から順に積層した構造と
することで、電荷は膜ａと膜ｂとの界面に優先的に捕獲される（酸化物半導体膜と膜ａと
の界面との比較）ため、酸化物半導体膜の界面での電荷捕獲を十分に抑制することができ
るようになり、半導体装置の信頼性が向上する。
【０１４８】
なお、このような積層構造としては、酸化ガリウム膜と酸化シリコン膜の積層構造や、酸
化ガリウム膜と窒化シリコン膜との積層構造などを適用することができる。
【０１４９】
次に、絶縁膜１０２に対して、酸素１８０ａによる処理（酸素ドープ処理や、酸素プラズ
マドープ処理ともいう）を行う（図４（Ｂ）参照）。酸素１８０ａには、少なくとも、酸
素ラジカル、酸素原子、酸素イオン、のいずれかが含まれている。絶縁膜１０２に酸素ド
ープ処理を行うことにより、絶縁膜１０２中に酸素を含有させることができ、後に形成さ
れる酸化物半導体膜１０８中、酸化物半導体膜１０８界面近傍、または、酸化物半導体膜
１０８中および該界面近傍に酸素を含有させることができる。この場合、絶縁膜１０２中
の酸素の含有量は、絶縁膜１０２の化学量論比を超える程度、好ましくは、化学量論比の
１倍を超えて４倍まで（１倍より大きく４倍未満）、より好ましくは、１倍を超えて２倍
まで（１倍より大きく２倍未満）とする。あるいは、酸素の含有量は、単結晶の場合の酸
素の量をＹとして、Ｙを超える程度、好ましくは、Ｙを超えて４Ｙまですることもできる
。あるいは、酸素の含有量は、酸素ドープ処理を行わない場合の絶縁膜中の酸素の量Ｚを
基準として、Ｚを超える程度、好ましくは、Ｚを超えて４Ｚまでとすることもできる。
【０１５０】
例えば、組成がＧａＯｘ（ｘ＞０）で表現される酸化ガリウムを用いる場合、単結晶の酸
化ガリウムはＧａ２Ｏ３であるので、ｘは１．５を超えて６まで（つまりＧａの１．５倍
を超えて６倍まで）、が許容される。なお、このような酸素過剰領域は、絶縁膜の一部に
存在していればよい。また、例えば、組成がＳｉＯｘ（ｘ＞０）で表現される酸化シリコ
ンを用いる場合、ＳｉＯ２（すなわちＯがＳｉの２倍）であれば、ｘは２を超えて８まで
（つまりＳｉの２倍を超えて８倍まで）が許容される。なお、このような酸素過剰領域は
、絶縁膜の一部（界面を含む）に存在していればよい。
【０１５１】
また、絶縁膜に添加される酸素１８０ａの少なくとも一部は、酸化物半導体に供給された
後、酸化物半導体中において未結合手を有することが好ましい。未結合手を有することに
より、膜中に残存しうる水素と結合して、水素を固定化（非可動イオン化）することがで
きるためである。
【０１５２】
上述の酸素１８０ａは、プラズマ発生装置やオゾン発生装置によって発生させることがで
きる。より具体的には、例えば、半導体装置に対してエッチング処理を行うことができる
装置や、レジストマスクに対してアッシングを行うことができる装置などを用いて酸素１
８０ａを発生させ、絶縁膜１０２を処理することができる。
【０１５３】
なお、酸素の添加をより好適に行うためには、基板には電気的なバイアスを加えておくこ
とが望ましい。
【０１５４】
次いで、絶縁膜１０２上に、ソース電極およびドレイン電極（これと同じ層で形成される
配線を含む）を形成するための導電膜を形成し、当該導電膜を加工して、ソース電極１０
４ａおよびドレイン電極１０４ｂを形成する（図４（Ｃ）参照）。なお、ここで形成され
るソース電極１０４ａの端部とドレイン電極１０４ｂの端部との間隔によって、トランジ
スタのチャネル長Ｌが決定されることになる。
【０１５５】
ソース電極１０４ａおよびドレイン電極１０４ｂに用いる導電膜としては、例えば、Ａｌ
、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｗから選ばれた元素を含む金属膜、または上述した元
素を成分とする金属窒化物膜（窒化チタン膜、窒化モリブデン膜、窒化タングステン膜）
等がある。また、Ａｌ、Ｃｕなどの金属膜の下側または上側の一方または双方にＴｉ、Ｍ
ｏ、Ｗなどの高融点金属膜またはそれらの金属窒化物膜（窒化チタン膜、窒化モリブデン
膜、窒化タングステン膜）を積層させた導電膜を用いても良い。
【０１５６】
また、ソース電極１０４ａおよびドレイン電極１０４ｂに用いる導電膜は、導電性の金属
酸化物で形成しても良い。導電性の金属酸化物としては酸化インジウム、酸化スズ、酸化
亜鉛、酸化インジウム酸化スズ混合酸化物（ＩＴＯと略記する）、酸化インジウム酸化亜
鉛混合酸化物またはこれらの金属酸化物材料に酸化シリコンを含ませたものを用いること
ができる。
【０１５７】
導電膜の加工は、レジストマスクを用いたエッチングによって行うことができる。当該エ
ッチングに用いるレジストマスク形成時の露光には、紫外線やＫｒＦレーザ光やＡｒＦレ
ーザ光などを用いるとよい。
【０１５８】
なお、チャネル長Ｌ＝２５ｎｍ未満の露光を行う場合には、例えば、数ｎｍ〜数１０ｎｍ
と極めて波長が短い超紫外線（Ｅｘｔｒｅｍｅ Ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ）を用いて、レ
ジストマスク形成時の露光を行うとよい。超紫外線による露光は、解像度が高く焦点深度
も大きい。したがって、後に形成されるトランジスタのチャネル長Ｌを微細化することが
可能であり、回路の動作速度を高めることができる。
【０１５９】
また、いわゆる多階調マスクによって形成されたレジストマスクを用いてエッチング工程
を行ってもよい。多階調マスクを用いて形成されたレジストマスクは、複数の膜厚を有す
る形状となり、アッシングによってさらに形状を変形させることができるため、異なるパ
ターンに加工する複数のエッチング工程に用いることが可能である。このため、一枚の多
階調マスクによって、少なくとも二種類以上の異なるパターンに対応するレジストマスク
を形成することができる。つまり、工程の簡略化が可能となる。
【０１６０】
次に、絶縁膜１０２上に、ソース電極１０４ａおよびドレイン電極１０４ｂと接する酸化
物半導体膜を形成し、当該酸化物半導体膜を加工して島状の酸化物半導体膜１０６を形成
する（図４（Ｄ）参照）。
【０１６１】
酸化物半導体膜は、水素や水などが混入しにくい方法で作製するのが望ましい。例えば、
スパッタリング法などを用いて作製することができる。また、酸化物半導体膜の厚さは、
３ｎｍ以上３０ｎｍ以下とするのが望ましい。酸化物半導体膜を厚くしすぎると（例えば
、膜厚を５０ｎｍ以上）、トランジスタがノーマリーオンとなってしまうおそれがあるた
めである。
【０１６２】
酸化物半導体膜に用いる材料としては、四元系金属酸化物であるＩｎ−Ｓｎ−Ｇａ−Ｚｎ
−Ｏ系の材料や、三元系金属酸化物であるＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系の材料、Ｉｎ−Ｓｎ−
Ｚｎ−Ｏ系の材料、Ｉｎ−Ａｌ−Ｚｎ−Ｏ系の材料、Ｓｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系の材料、Ａ
ｌ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系の材料、Ｓｎ−Ａｌ−Ｚｎ−Ｏ系の材料や、二元系金属酸化物であ
るＩｎ−Ｚｎ−Ｏ系の材料、Ｓｎ−Ｚｎ−Ｏ系の材料、Ａｌ−Ｚｎ−Ｏ系の材料、Ｚｎ−
Ｍｇ−Ｏ系の材料、Ｓｎ−Ｍｇ−Ｏ系の材料、Ｉｎ−Ｍｇ−Ｏ系の材料、Ｉｎ−Ｇａ−Ｏ
系の材料や、一元系金属酸化物であるＩｎ−Ｏ系の材料、Ｓｎ−Ｏ系の材料、Ｚｎ−Ｏ系
の材料などがある。また、上記の材料に酸化珪素を含ませてもよい。ここで、例えば、Ｉ
ｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系の材料とは、インジウム（Ｉｎ）、ガリウム（Ｇａ）、亜鉛（Ｚｎ
）を有する酸化物膜、という意味であり、その組成比は特に問わない。また、ＩｎとＧａ
とＺｎ以外の元素を含んでいてもよい。
【０１６３】
また、酸化物半導体膜は、化学式ＩｎＭＯ３（ＺｎＯ）ｍ（ｍ＞０、自然数でない）で表
記される材料を用いた薄膜とすることができる。ここで、Ｍは、Ｇａ、Ａｌ、Ｍｎおよび
Ｃｏから選ばれた一または複数の金属元素を示す。例えば、Ｍとして、Ｇａ、Ｇａおよび
Ａｌ、ＧａおよびＭｎ、またはＧａおよびＣｏなどを用いることができる。
【０１６４】
本実施の形態では、酸化物半導体膜を、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系の酸化物ターゲットを用
いたスパッタリング法により形成する。
【０１６５】
Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系の酸化物ターゲットとしては、例えば、組成比として、Ｉｎ２Ｏ
３：Ｇａ２Ｏ３：ＺｎＯ＝１：１：１［ｍｏｌ数比］の酸化物ターゲットを用いることが
できる。なお、ターゲットの材料および組成を上述に限定する必要はない。例えば、Ｉｎ
２Ｏ３：Ｇａ２Ｏ３：ＺｎＯ＝１：１：２［ｍｏｌ数比］の組成比の酸化物ターゲットを
用いることもできる。
【０１６６】
酸化物ターゲットの充填率は、９０％以上１００％以下、好ましくは９５％以上９９．９
％以下とする。充填率の高い金属酸化物ターゲットを用いることにより、成膜した酸化物
半導体膜は緻密な膜とすることができるためである。
【０１６７】
成膜の雰囲気は、希ガス（代表的にはアルゴン）雰囲気下、酸素雰囲気下、または、希ガ
スと酸素の混合雰囲気下などとすればよい。また、酸化物半導体膜への水素、水、水酸基
を有する化合物、水素化物などの混入を防ぐために、水素、水、水酸基を有する化合物、
水素化物などの水素原子を含む不純物が十分に除去された高純度ガスを用いた雰囲気とす
ることが望ましい。
【０１６８】
なお、酸化物半導体膜の成膜の際に、絶縁膜１０２中の酸素が酸化物半導体膜に供給され
ることがある。このように、絶縁膜１０２に酸素を添加しておくことで、酸素が十分に添
加された酸化物半導体膜を作製することが可能である。
【０１６９】
より具体的には、例えば、酸化物半導体膜は次のように形成することができる。
【０１７０】
まず、減圧状態に保持された成膜室内に基板１００を保持し、基板温度を１００℃以上６
００℃以下好ましくは２００℃以上４００℃以下とする。基板１００が加熱された状態で
成膜を行うことで、酸化物半導体膜に含まれる不純物濃度を低減することができるためで
ある。また、スパッタリングによる損傷を軽減することができるためである。
【０１７１】
次に、成膜室内の残留水分を除去しつつ、水素および水などの水素原子を含む不純物が十
分に除去された高純度ガスを導入し、上記ターゲットを用いて基板１００上に酸化物半導
体膜を成膜する。成膜室内の残留水分を除去するためには、排気手段として、クライオポ
ンプ、イオンポンプ、チタンサブリメーションポンプなどの吸着型の真空ポンプを用いる
ことが望ましい。また、排気手段は、ターボ分子ポンプにコールドトラップを加えたもの
であってもよい。クライオポンプを用いて排気した成膜室は、例えば、水素分子や、水（
Ｈ２Ｏ）などの水素原子を含む化合物（より好ましくは炭素原子を含む化合物も）などが
除去されているため、当該成膜室で成膜した酸化物半導体膜に含まれる不純物の濃度を低
減できる。
【０１７２】
成膜条件の一例として、基板とターゲットの間との距離を１００ｍｍ、圧力を０．６Ｐａ
、直流（ＤＣ）電源を０．５ｋＷ、成膜雰囲気を酸素（酸素流量比率１００％）雰囲気と
することができる。なお、パルス直流電源を用いると、成膜時の粉状物質（パーティクル
、ごみともいう）の発生を軽減でき、膜厚分布も均一となるため好ましい。
【０１７３】
酸化物半導体膜の加工は、所望の形状のマスクを酸化物半導体膜上に形成した後、当該酸
化物半導体膜をエッチングすることによって行うことができる。上述のマスクは、フォト
リソグラフィなどの方法を用いて形成することができる。または、インクジェット法など
の方法を用いてマスクを形成しても良い。
【０１７４】
なお、酸化物半導体膜のエッチングは、ドライエッチングでもウェットエッチングでもよ
い。もちろん、これらを組み合わせて用いてもよい。
【０１７５】
その後、酸化物半導体膜１０６に対して熱処理を行って、高純度化された酸化物半導体膜
１０８を形成する（図４（Ｅ）参照）。この熱処理によって酸化物半導体膜１０６中の、
水素（水や水酸基を含む）を除去し、酸化物半導体膜の構造を整え、エネルギーギャップ
中の欠陥準位を低減することができる。また、この熱処理によって、絶縁膜１０２中の酸
素が酸化物半導体膜に供給されることがある。上記熱処理の温度は、２５０℃以上６５０
℃以下、好ましくは４５０℃以上６００℃以下、または基板の歪み点未満とする。
【０１７６】
熱処理は、例えば、抵抗発熱体などを用いた電気炉に被処理物を導入し、窒素雰囲気下、
４５０℃、１時間の条件で行うことができる。この間、酸化物半導体膜１０６は大気に触
れさせず、水や水素の混入が生じないようにする。
【０１７７】
熱処理装置は電気炉に限られず、加熱されたガスなどの媒体からの熱伝導、または熱輻射
によって、被処理物を加熱する装置を用いても良い。例えば、ＧＲＴＡ（Ｇａｓ Ｒａｐ
ｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ａｎｎｅａｌ）装置、ＬＲＴＡ（Ｌａｍｐ Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅ
ｒｍａｌ Ａｎｎｅａｌ）装置等のＲＴＡ（Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ａｎｎｅａｌ
）装置を用いることができる。ＬＲＴＡ装置は、ハロゲンランプ、メタルハライドランプ
、キセノンアークランプ、カーボンアークランプ、高圧ナトリウムランプ、高圧水銀ラン
プなどのランプから発する光（電磁波）の輻射により、被処理物を加熱する装置である。
ＧＲＴＡ装置は、高温のガスを用いて熱処理を行う装置である。
【０１７８】
例えば、上記熱処理として、熱せられた不活性ガス雰囲気中に被処理物を投入し、数分間
熱した後、当該不活性ガス雰囲気から被処理物を取り出すＧＲＴＡ処理を行ってもよい。
ＧＲＴＡ処理を用いると短時間での高温熱処理が可能となる。また、被処理物の耐熱温度
を超える温度条件であっても適用が可能となる。なお、処理中に、不活性ガスを、酸素を
含むガスに切り替えても良い。酸素を含む雰囲気において熱処理を行うことで、酸素欠損
に起因するエネルギーギャップ中の欠陥準位を低減することができるためである。
【０１７９】
なお、不活性ガス雰囲気としては、窒素、または希ガス（ヘリウム、ネオン、アルゴン等
）を主成分とする雰囲気であって、水、水素などが含まれない雰囲気を適用するのが望ま
しい。例えば、熱処理装置に導入する窒素や、ヘリウム、ネオン、アルゴン等の希ガスの
純度を、６Ｎ（９９．９９９９％）以上、好ましくは７Ｎ（９９．９９９９９％）以上（
すなわち、不純物濃度が１ｐｐｍ以下、好ましくは０．１ｐｐｍ以下）とする。
【０１８０】
いずれにしても、上記熱処理によって不純物を低減し、ｉ型（真性半導体）またはｉ型に
限りなく近い酸化物半導体膜を形成することで、極めて優れた特性のトランジスタを実現
することができる。
【０１８１】
ところで、上述の熱処理には水素や水などを除去する効果があるから、当該熱処理を、脱
水化処理や、脱水素化処理などと呼ぶこともできる。当該脱水化処理や、脱水素化処理は
、例えば、酸化物半導体膜を島状に加工する前などのタイミングにおいて行うことも可能
である。また、このような脱水化処理、脱水素化処理は、一回に限らず複数回行っても良
い。
【０１８２】
次に、酸化物半導体膜１０８に対して、酸素１８０ｂによる処理を行う（図４（Ｆ）参照
）。酸素１８０ｂには、少なくとも、酸素ラジカル、酸素原子、酸素イオン、のいずれか
が含まれている。酸化物半導体膜１０８に酸素ドープ処理を行うことにより、酸化物半導
体膜１０８中、酸化物半導体膜１０８界面近傍、または、酸化物半導体膜１０８中および
該界面近傍に酸素を含有させることができる。この場合、酸素の含有量は、酸化物半導体
膜１０８の化学量論比を超える程度、好ましくは、化学量論比の１倍を超えて２倍まで（
１倍より大きく２倍未満）、とする。あるいは、酸素の含有量は、単結晶の場合の酸素の
量をＹとして、Ｙを超える程度、好ましくは、Ｙを超えて２Ｙまですることもできる。あ
るいは、酸素の含有量は、酸素ドープ処理を行わない場合の酸化物半導体膜中の酸素の量
Ｚを基準として、Ｚを超える程度、好ましくは、Ｚを超えて２Ｚまでとすることもできる
。なお、上述の好ましい範囲に上限が存在するのは、酸素の含有量を多くしすぎると、水
素吸蔵合金（水素貯蔵合金）のように、かえって酸化物半導体膜１０８が水素を取り込ん
でしまう恐れがあるためである。
【０１８３】
結晶構造がＩｎＧａＯ３（ＺｎＯ）ｍ（ｍ＞０）で表現される材料の場合、例えば、ｍ＝
１（ＩｎＧａＺｎＯ４）の結晶構造を基準にすれば、ＩｎＧａＺｎＯｘにおいてｘは４を
越えて８まで、また、ｍ＝２（ＩｎＧａＺｎ２Ｏ５）の結晶構造を基準にすれば、ＩｎＧ
ａＺｎ２Ｏｘにおいてｘは５を越えて１０まで、が許容される。なお、このような酸素過
剰領域は、酸化物半導体の一部に存在していればよい。
【０１８４】
また、酸化物半導体膜に添加される酸素１８０ｂの少なくとも一部は、酸化物半導体中に
おいて未結合手を有することが好ましい。未結合手を有することにより、膜中に残存しう
る水素と結合して、水素を固定化（非可動イオン化）することができるためである。
【０１８５】
上述の酸素１８０ｂは、プラズマ発生装置やオゾン発生装置によって発生させることがで
きる。より具体的には、例えば、半導体装置に対してエッチング処理を行うことができる
装置や、レジストマスクに対してアッシングを行うことができる装置などを用いて酸素１
８０ｂを発生させ、酸化物半導体膜１０８を処理することができる。
【０１８６】
なお、酸素の添加をより好適に行うためには、基板には電気的なバイアスを加えておくこ
とが望ましい。
【０１８７】
なお、酸素ドープ処理を行った酸化物半導体膜１０８に熱処理（温度１５０℃〜４７０℃
）を行ってもよい。当該熱処理により、水素と酸化物半導体材料との反応によって生成さ
れた水、水酸基（ＯＨ）などを酸化物半導体膜から除去することができる。熱処理は、水
、水素などが十分に低減された窒素、酸素、超乾燥空気（水分量が２０ｐｐｍ以下、好ま
しくは１ｐｐｍ以下、好ましくは１０ｐｐｂ以下の空気）、希ガス（アルゴン、ヘリウム
など）などの雰囲気下で行えばよい。また、酸素ドープ処理と熱処理を繰り返して行って
も良い。当該処理を繰り返して行うことにより、トランジスタの信頼性をさらに高めるこ
とができる。なお、繰り返しの回数は適宜設定することができる。
【０１８８】
次に、酸化物半導体膜１０８の一部と接し、かつ、ソース電極１０４ａおよびドレイン電
極１０４ｂを覆うゲート絶縁膜１１０を形成する（図５（Ａ）参照）。
【０１８９】
ゲート絶縁膜１１０は、絶縁膜１０２と同様に形成することができる。すなわち、ゲート
絶縁膜１１０は、酸化シリコン、窒化シリコン、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、
酸化ガリウム、これらの混合材料、などを用いて形成すればよい。ただし、トランジスタ
のゲート絶縁膜として機能することを考慮して、酸化ハフニウム、酸化タンタル、酸化イ
ットリウム、ハフニウムシリケート（ＨｆＳｉｘＯｙ（ｘ＞０、ｙ＞０））、窒素が添加
されたハフニウムシリケート（ＨｆＳｉｘＯｙ（ｘ＞０、ｙ＞０））、窒素が添加された
ハフニウムアルミネート（ＨｆＡｌｘＯｙ（ｘ＞０、ｙ＞０））、などの比誘電率が高い
材料を採用しても良い。
【０１９０】
また、絶縁膜１０２と同様に、積層構造を採用しても良い。この場合には、酸化物半導体
膜と同種の成分でなる絶縁材料でなる膜（以下、膜ａ）と、膜ａの成分材料とは異なる材
料を含む膜（以下、膜ｂ）との積層構造とするとなお良い。膜ａと膜ｂを酸化物半導体膜
側から順に積層した構造とすることで、電荷は膜ａと膜ｂとの界面に優先的に捕獲される
（酸化物半導体膜と膜ａとの界面との比較）ため、酸化物半導体膜の界面での電荷捕獲を
十分に抑制することができるようになり、半導体装置の信頼性が向上する。
【０１９１】
なお、このような積層構造としては、酸化ガリウム膜と酸化シリコン膜の積層構造や、酸
化ガリウム膜と窒化シリコン膜との積層構造などを適用することができる。
【０１９２】
上述のゲート絶縁膜１１０の形成後には、熱処理を行うのが望ましい。当該熱処理の温度
は、２５０℃以上７００℃以下、好ましくは４５０℃以上６００℃以下、または基板の歪
み点未満とする。
【０１９３】
上記熱処理は、窒素、酸素、超乾燥空気（水の含有量が２０ｐｐｍ以下、好ましくは１ｐ
ｐｍ以下、好ましくは１０ｐｐｂ以下の空気）、または希ガス（アルゴン、ヘリウムなど
）の雰囲気下で行えばよいが、上記窒素、酸素、超乾燥空気、または希ガス等の雰囲気に
は、水、水素などが含まれないことが好ましい。また、熱処理装置に導入する窒素、酸素
、または希ガスの純度は、６Ｎ（９９．９９９９％）以上（即ち不純物濃度を１ｐｐｍ以
下）とするのが好ましく、７Ｎ（９９．９９９９９％）以上（即ち不純物濃度を０．１ｐ
ｐｍ以下）とすると、より好ましい。
【０１９４】
本実施の形態に係る上記熱処理においては、酸化物半導体膜１０８と、絶縁膜１０２やゲ
ート絶縁膜１１０と、が接した状態で加熱される。したがって、上述の脱水化（または脱
水素化）処理によって減少してしまう可能性のある酸素を、絶縁膜１０２などから酸化物
半導体膜１０８へ供給することも可能である。この意味において、当該熱処理を、加酸化
（加酸素化）と呼ぶこともできる。
【０１９５】
なお、加酸化を目的とする熱処理のタイミングは、酸化物半導体膜１０８の形成後であれ
ば特に限定されない。例えば、ゲート電極の形成後に加酸化を目的とする熱処理を行って
も良い。または、脱水化等を目的とする熱処理に続けて加酸化を目的とする熱処理を行っ
ても良いし、脱水化等を目的とする熱処理に加酸化を目的とする熱処理を兼ねさせても良
いし、加酸化を目的とする熱処理に脱水化等を目的とする熱処理を兼ねさせても良い。
【０１９６】
上述のように、脱水化等を目的とする熱処理と、酸素ドープ処理または加酸化を目的とす
る熱処理とを適用することで、酸化物半導体膜１０８を不純物が極力含まれないように高
純度化することができる。高純度化された酸化物半導体膜１０８中にはドナーに由来する
キャリアが極めて少なく（ゼロに近い）。
【０１９７】
次に、ゲート絶縁膜１１０に対して、酸素１８０ｃによる処理を行う（図５（Ｂ）参照）
。酸素１８０ｃには、少なくとも、酸素ラジカル、酸素原子、酸素イオン、のいずれかが
含まれている。ゲート絶縁膜１１０に酸素ドープ処理を行うことにより、ゲート絶縁膜１
１０中、酸化物半導体膜１０８中、酸化物半導体膜１０８界面近傍、または、酸化物半導
体膜１０８中および該界面近傍に酸素を含有させることができる。この場合、ゲート絶縁
膜１１０中の酸素の含有量は、ゲート絶縁膜１１０の化学量論比を超える程度、好ましく
は、化学量論比の１倍を超えて４倍まで（１倍より大きく４倍未満）、より好ましくは、
１倍を超えて２倍まで（１倍より大きく２倍未満）とする。あるいは、酸素の含有量は、
単結晶の場合の酸素の量をＹとして、Ｙを超える程度、好ましくは、Ｙを超えて４Ｙまで
することもできる。あるいは、酸素の含有量は、酸素ドープ処理を行わない場合のゲート
絶縁膜１１０中の酸素の量Ｚを基準として、Ｚを超える程度、好ましくは、Ｚを超えて４
Ｚまでとすることもできる。
【０１９８】
例えば、組成がＧａＯｘ（ｘ＞０）で表現される酸化ガリウムを用いる場合、単結晶の酸
化ガリウムはＧａ２Ｏ３であるので、ｘは１．５を超えて６まで（つまりＧａの１．５倍
を超えて６倍まで）、が許容される。また、例えば、組成がＳｉＯｘ（ｘ＞０）で表現さ
れる酸化シリコンを用いる場合、ＳｉＯ２（すなわちＯがＳｉの２倍）であれば、ｘは２
を超えて８まで（つまりＳｉの２倍を超えて８倍まで）が許容される。なお、このような
酸素過剰領域は、絶縁膜の一部（界面を含む）に存在していればよい。
【０１９９】
また、絶縁膜に添加される酸素１８０ｃの少なくとも一部は、酸化物半導体に供給された
後、酸化物半導体中において未結合手を有することが好ましい。未結合手を有することに
より、膜中に残存しうる水素と結合して、水素を固定化（非可動イオン化）することがで
きるためである。
【０２００】
上述の酸素１８０ｃは、プラズマ発生装置やオゾン発生装置によって発生させることがで
きる。より具体的には、例えば、半導体装置に対してエッチング処理を行うことができる
装置や、レジストマスクに対してアッシングを行うことができる装置などを用いて酸素１
８０ｃを発生させ、ゲート絶縁膜１１０を処理することができる。
【０２０１】
なお、酸素の添加をより好適に行うためには、基板には電気的なバイアスを加えておくこ
とが望ましい。
【０２０２】
なお、上述の酸素ドープ処理の後には、熱処理を行っても良い。この熱処理によって、十
分な量の酸素を酸化物半導体膜に供給することが可能である。当該効果を得るための熱処
理のタイミングは、上述の酸素ドープ処理の後であればいつでも構わない。また、酸素ド
ープ処理と熱処理を繰り返して行っても良い。当該処理を繰り返して行うことにより、ト
ランジスタの信頼性をさらに高めることができる。なお、繰り返しの回数は適宜設定する
ことができる。
【０２０３】
その後、ゲート電極１１２を形成する（図５（Ｃ）参照）。ゲート電極１１２は、モリブ
デン、チタン、タンタル、タングステン、アルミニウム、銅、ネオジム、スカンジウム等
の金属材料またはこれらを主成分とする合金材料を用いて形成することができる。なお、
ゲート電極１１２は、単層構造としても良いし、積層構造としても良い。
【０２０４】
なお、ゲート電極１１２の形成後には、絶縁膜を形成しても良い。当該絶縁膜は、例えば
、酸化シリコン、窒化シリコン、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸化ガリウム、
これらの混合材料、などを用いて形成することができる。特に、絶縁膜として窒化シリコ
ン膜を用いる場合には、添加された酸素の外部への放出を防ぐことができると共に、酸化
物半導体膜１０８への外部からの水素等の混入を効果的に抑制することができるため好適
である。また、ソース電極１０４ａやドレイン電極１０４ｂ、ゲート電極１１２などと接
続される配線を形成しても良い。
【０２０５】
以上の工程でトランジスタ１２０が形成される。
【０２０６】
なお、上述の説明は、絶縁膜１０２、酸化物半導体膜１０８、およびゲート絶縁膜１１０
の全てに酸素ドープ処理を適用する例についてのものだが、開示する発明の一態様はこれ
に限定されない。例えば、絶縁膜１０２および酸化物半導体膜１０８に酸素ドープ処理を
適用しても良いし、絶縁膜１０２およびゲート絶縁膜１１０に酸素ドープ処理を適用して
も良い。
【０２０７】
本実施の形態に係るトランジスタは、熱処理によって、水素、水、水酸基又は水素化物（
水素化合物ともいう）などの水素原子を含む不純物を酸化物半導体より排除し、かつ、不
純物の排除工程において減少するおそれのある酸素を供給することによって、高純度化お
よびｉ型（真性）化を図った酸化物半導体膜を用いている。このように高純度化された酸
化物半導体膜を含むトランジスタは、しきい値電圧などの電気的特性変動が抑制されてお
り、電気的に安定である。
【０２０８】
また、酸化物半導体膜としてＩｎを含む酸化物半導体材料を用いる場合、Ｉｎと酸素の結
合力は比較的弱いため、酸化物半導体膜に接する絶縁膜にシリコン等のより酸素との結合
力が強い材料が含まれる場合に、熱処理によって酸化物半導体膜中の酸素が引き抜かれて
しまい、酸化物半導体膜の界面近傍に酸素欠損が形成される恐れがある。しかしながら、
開示する発明の一態様に係るトランジスタは、酸化物半導体膜と接する絶縁膜に過剰な酸
素を供給することで、酸化物半導体膜からの酸素の引き抜きによる酸素欠損の形成を抑制
することができる。
【０２０９】
特に、酸素ドープ処理によって酸化物半導体膜中の酸素の含有量を増大させることで、電
気的バイアスストレスや熱ストレスに起因する劣化を抑制し、光による劣化を低減するこ
とができる。
【０２１０】
このように、開示する発明の一態様によって、信頼性に優れたトランジスタを提供するこ
とが可能である。
【０２１１】
以上、本実施の形態に示す構成、方法などは、他の実施の形態に示す構成、方法などと適
宜組み合わせて用いることができる。
【０２１２】
（実施の形態３）
本実施の形態では、半導体装置の作製方法の別の例について、図６を用いて説明する。
【０２１３】
〈半導体装置の構成例〉
本実施の形態の作製方法にて作製される半導体装置の構成は、先の実施の形態のトランジ
スタ１２０と同様である。すなわち、基板１００上の絶縁膜１０２、ソース電極１０４ａ
、ドレイン電極１０４ｂ、酸化物半導体膜１０８、ゲート絶縁膜１１０、ゲート電極１１
２を含む（図１参照）。
【０２１４】
先の実施の形態でも説明したように、トランジスタ１２０において、絶縁膜１０２は、酸
素ドープ処理が行われた絶縁膜である。また、本実施の形態では、酸化物半導体膜１０８
およびゲート絶縁膜１１０に対しても酸素ドープ処理が行われている。このような酸素ド
ープ処理によって、さらに信頼性が高められたトランジスタ１２０が実現する。さらに、
本実施の形態における絶縁膜１０２に対する酸素ドープ処理は、ソース電極１０４ａおよ
びドレイン電極１０４ｂの形成に用いるマスク１０３ａおよびマスク１０３ｂの除去の工
程を兼ねている。このようなプロセスを採用することで、工程の簡略化による製造コスト
の低減を図ることができる。なお、先の実施の形態と同様に、構成を変更したトランジス
タを作製することもできる（図３（Ａ）乃至図３（Ｄ）参照）。
【０２１５】
〈半導体装置の作製工程例〉
以下、図６を用いて、上述の半導体装置の作製工程の一例を説明する。なお、作製工程の
基本的な内容は先の実施の形態と同様であるため、以下では相違点について述べるに留め
る。
【０２１６】
まず、基板１００上に絶縁膜１０２を形成する（図６（Ａ）参照）。詳細は、図４（Ａ）
に関する記載を参酌すればよい。
【０２１７】
次いで、絶縁膜１０２上に、ソース電極およびドレイン電極（これと同じ層で形成される
配線を含む）を形成するための導電膜を形成し、当該導電膜を、マスク１０３ａおよびマ
スク１０３ｂを用いて加工して、ソース電極１０４ａおよびドレイン電極１０４ｂを形成
する。そして、絶縁膜１０２に対して、酸素１８０ａによる処理（酸素ドープ処理や、酸
素プラズマドープ処理ともいう）を行う（図６（Ｂ）参照）。ソース電極１０４ａおよび
ドレイン電極１０４ｂを形成するため工程の詳細は、図４（Ｃ）に関する記載を参酌すれ
ばよい。ここで、上述の酸素ドープ処理は、マスク１０３ａおよびマスク１０３ｂの除去
工程を兼ねるものである。
【０２１８】
酸素１８０ａには、少なくとも、酸素ラジカル、酸素原子、酸素イオン、のいずれかが含
まれている。絶縁膜１０２に酸素ドープ処理を行うことにより、絶縁膜１０２中に酸素を
含有させることができ、後に形成される酸化物半導体膜１０８中、酸化物半導体膜１０８
界面近傍、または、酸化物半導体膜１０８中および該界面近傍に酸素を含有させることが
できる。この場合、絶縁膜１０２中の酸素の含有量は、絶縁膜１０２の化学量論比を超え
る程度、好ましくは、化学量論比の１倍を超えて４倍まで（１倍より大きく４倍未満）、
より好ましくは、１倍を超えて２倍まで（１倍より大きく２倍未満）とする。あるいは、
酸素の含有量は、単結晶の場合の酸素の量をＹとして、Ｙを超える程度、好ましくは、Ｙ
を超えて４Ｙまですることもできる。あるいは、酸素の含有量は、酸素ドープ処理を行わ
ない場合の絶縁膜中の酸素の量Ｚを基準として、Ｚを超える程度、好ましくは、Ｚを超え
て４Ｚまでとすることもできる。
【０２１９】
例えば、組成がＧａＯｘ（ｘ＞０）で表現される酸化ガリウムを用いる場合、単結晶の酸
化ガリウムはＧａ２Ｏ３であるので、ｘは１．５を超えて６まで（つまりＧａの１．５倍
を超えて６倍まで）、が許容される。また、例えば、組成がＳｉＯｘ（ｘ＞０）で表現さ
れる酸化シリコンを用いる場合、ＳｉＯ２（すなわちＯがＳｉの２倍）であれば、ｘは２
を超えて８まで（つまりＳｉの２倍を超えて８倍まで）が許容される。なお、このような
酸素過剰領域は、絶縁膜の一部（界面を含む）に存在していればよい。
【０２２０】
また、絶縁膜に添加される酸素１８０ａの少なくとも一部は、酸化物半導体に供給された
後、酸化物半導体中において未結合手を有することが好ましい。未結合手を有することに
より、膜中に残存しうる水素と結合して、水素を固定化（非可動イオン化）することがで
きるためである。
【０２２１】
上述の酸素１８０ａは、プラズマ発生装置やオゾン発生装置によって発生させることがで
きる。より具体的には、例えば、レジストマスクに対してアッシングを行うことができる
装置などを用いて酸素１８０ａを発生させ、絶縁膜１０２を処理することができる。
【０２２２】
当該酸素ドープ処理によってマスク１０３ａおよびマスク１０３ｂが除去される。ただし
、通常のマスク除去工程とは異なり、当該工程は酸素の添加を目的とするものであるから
、基板には強めのバイアスを加えておくことが望ましい。
【０２２３】
また、当該酸素ドープ処理によって、絶縁膜１０２中には、酸素が高濃度に存在する領域
と、酸素が低濃度に存在する領域とが形成される。具体的には、絶縁膜１０２の、ソース
電極１０４ａおよびドレイン電極１０４ｂに覆われていない領域が、酸素が高濃度に存在
する領域となり、ソース電極１０４ａおよびドレイン電極１０４ｂに覆われている領域が
、酸素が低濃度に存在する領域となる。
【０２２４】
次に、絶縁膜１０２上に、ソース電極１０４ａおよびドレイン電極１０４ｂと接する酸化
物半導体膜を形成し、当該酸化物半導体膜を加工して島状の酸化物半導体膜を形成する。
その後、島状の酸化物半導体膜に対して熱処理を行って、高純度化された酸化物半導体膜
１０８を形成する（図６（Ｃ）参照）。当該工程の詳細は、図４（Ｄ）および図４（Ｅ）
に関する記載を参酌すればよい。
【０２２５】
次に、酸化物半導体膜１０８に対して、酸素１８０ｂによる処理を行う（図６（Ｄ）参照
）。詳細は、図４（Ｆ）に関する記載を参酌すればよい。
【０２２６】
次に、酸化物半導体膜１０８の一部と接し、かつ、ソース電極１０４ａおよびドレイン電
極１０４ｂを覆うゲート絶縁膜１１０を形成する。そして、その後、ゲート絶縁膜１１０
に対して、酸素１８０ｃによる処理を行う（図６（Ｅ）参照）。詳細は、図５（Ａ）およ
び図５（Ｂ）に関する記載を参酌すればよい。
【０２２７】
その後、ゲート電極１１２を形成する（図６（Ｆ）参照）。詳細は、図５（Ｃ）に関する
記載を参酌すればよい。
【０２２８】
なお、ゲート電極１１２の形成後には、絶縁膜を形成しても良い。当該絶縁膜は、例えば
、酸化シリコン、窒化シリコン、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸化ガリウム、
これらの混合材料、などを用いて形成することができる。特に、絶縁膜として窒化シリコ
ンを用いる場合には、添加された酸素の外部への放出を防ぐことができると共に、酸化物
半導体膜１０８への外部からの水素等の混入を効果的に抑制することができるため好適で
ある。また、ソース電極１０４ａやドレイン電極１０４ｂ、ゲート電極１１２などと接続
される配線を形成しても良い。
【０２２９】
以上の工程でトランジスタ１２０が形成される。
【０２３０】
なお、上述の説明は、絶縁膜１０２、酸化物半導体膜１０８、およびゲート絶縁膜１１０
の全てに酸素ドープ処理を適用する例についてのものだが、開示する発明の一態様はこれ
に限定されない。例えば、絶縁膜１０２および酸化物半導体膜１０８に酸素ドープ処理を
適用しても良い。
【０２３１】
本実施の形態に係るトランジスタは、熱処理によって、水素、水、水酸基又は水素化物（
水素化合物ともいう）などの水素原子を含む不純物を酸化物半導体より排除し、かつ、不
純物の排除工程において減少するおそれのある酸素を供給することによって、高純度化お
よびｉ型（真性）化を図った酸化物半導体膜を用いている。このように高純度化された酸
化物半導体膜を含むトランジスタは、しきい値電圧などの電気的特性変動が抑制されてお
り、電気的に安定である。
【０２３２】
また、酸化物半導体膜としてＩｎを含む酸化物半導体材料を用いる場合、Ｉｎと酸素の結
合力は比較的弱いため、酸化物半導体膜に接する絶縁膜にシリコン等のより酸素との結合
力が強い材料が含まれる場合に、熱処理によって酸化物半導体膜中の酸素が引き抜かれて
しまい、酸化物半導体膜の界面近傍に酸素欠損が形成される恐れがある。しかしながら、
開示する発明の一態様に係るトランジスタは、酸化物半導体膜と接する絶縁膜に過剰な酸
素を供給することで、酸化物半導体膜からの酸素の引き抜きによる酸素欠損の形成を抑制
することができる。
【０２３３】
特に、酸素ドープ処理によって酸化物半導体膜中の酸素の含有量を増大させることで、電
気的バイアスストレスや熱ストレスに起因する劣化を抑制し、光による劣化を低減するこ
とができる。
【０２３４】
さらに、本実施の形態に係る作製方法では、工程が簡略化されているため製造に係るコス
トを抑制することができる。
【０２３５】
このように、開示する発明の一態様によって、製造コストを低く抑えつつ、信頼性に優れ
たトランジスタを提供することが可能である。
【０２３６】
以上、本実施の形態に示す構成、方法などは、他の実施の形態に示す構成、方法などと適
宜組み合わせて用いることができる。
【０２３７】
（実施の形態４）
本実施の形態では、酸素ドープ処理に用いることができるプラズマ装置（アッシング装置
とも呼ぶ）の例を説明する。なお、この装置は、例えば第５世代以降の大型のガラス基板
などに対応することができる点で、イオン注入装置などよりも工業的に適している。
【０２３８】
図１７（Ａ）は、枚葉式マルチチャンバー設備の上面図の一例を示す。図１７（Ｂ）は、
酸素プラズマドープを行うプラズマ装置（アッシング装置とも呼ぶ）の断面図の一例を示
す。
【０２３９】
図１７（Ａ）に示す枚葉式マルチチャンバー設備は、図１７（Ｂ）に示すプラズマ装置１
０を３つ有し、被処理基板を収容するカセットポート１４を３つ有する基板供給室１１や
、ロードロック室１２や、搬送室１３などを有している。基板供給室に供給された基板は
、ロードロック室１２と搬送室１３を介してプラズマ装置１０内の真空チャンバー１５に
搬送されて酸素プラズマドープが行われる。酸素プラズマドープが終了した基板は、プラ
ズマ装置１０からロードロック室１２と搬送室１３を介して基板供給室１１に搬送される
。なお、基板供給室１１及び搬送室１３には、被処理基板を搬送するための搬送ロボット
がそれぞれ配置されている。
【０２４０】
図１７（Ｂ）を参照すると、プラズマ装置１０は、真空チャンバー１５を備える。真空チ
ャンバー１５の上部には、複数のガス吹き出し口と、プラズマ発生源であるＩＣＰコイル
１６（誘導結合プラズマコイル）が配置されている。
【０２４１】
ガス吹き出し口は、プラズマ装置１０の上面から見て中央部分に１２個配置されている。
それぞれのガス吹き出し口は、酸素ガスを供給するためのガス供給源とガス流路１７を介
して接続されており、ガス供給源は、マスフローコントローラ等を備え、所望の流量（０
より多く１０００ｓｃｃｍ以下）でガス流路１７に対して酸素ガスを供給することができ
る。ガス供給源から供給される酸素ガスは、ガス流路１７から１２個のガス吹き出し口を
介して真空チャンバー１５内に供給される。
【０２４２】
ＩＣＰコイル１６は、複数本の帯状の導体を螺旋状に配置してなる。各導体の一端は、イ
ンピーダンス調整のためのマッチング回路を介して第１の高周波電源１８（１３．５６Ｍ
Ｈｚ）に電気的に接続され、他端は接地されている。
【０２４３】
真空チャンバーの下部には、下部電極として機能する基板ステージ１９が配置されている
。基板ステージ１９に設けられた静電チャックなどにより、基板ステージ上に被処理基板
２０が着脱可能に保持される。基板ステージ１９には、加熱機構としてヒータ、冷却機構
としてＨｅガス流路を備えている。基板ステージは、基板バイアス電圧印加用の第２の高
周波電源２１（３．２ＭＨｚ）に接続されている。
【０２４４】
また、真空チャンバー１５には、排気口が設けられ、自動圧力制御弁２２（ａｕｔｏｍａ
ｔｉｃ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｖａｌｖｅ、ＡＰＣとも呼ぶ。）が備えら
れる。ＡＰＣはターボ分子ポンプ２３に接続され、さらにターボ分子ポンプ２３を介して
ドライポンプ２４に接続される。ＡＰＣは真空チャンバー内の圧力制御を行い、ターボ分
子ポンプ２３及びドライポンプ２４は、真空チャンバー１５内を減圧する。
【０２４５】
次に、図１７（Ｂ）に示す真空チャンバー１５内にプラズマを発生させ、被処理基板２０
に設けられている酸化物半導体膜、下地絶縁膜またはゲート絶縁膜に酸素プラズマドープ
を行う一例を示す。
【０２４６】
まず、ターボ分子ポンプ２３及びドライポンプ２４などを作動させて、真空チャンバー１
５内を所望の圧力に保持した後、被処理基板２０を真空チャンバー１５内の基板ステージ
に設置する。なお、基板ステージに保持する被処理基板２０には少なくとも酸化物半導体
膜または下地絶縁膜を備えるものとする。本実施の形態では、真空チャンバー１５内の圧
力を１．３３Ｐａに保持する。なお、酸素ガスをガス吹き出し口から真空チャンバー１５
内に供給する流量を２５０ｓｃｃｍに設定する。
【０２４７】
次いで、第１の高周波電源１８からＩＣＰコイル１６に高周波電力を印加し、プラズマを
発生させる。そして、プラズマを発生させた状態を一定時間（３０秒以上６００秒以下）
維持する。なお、ＩＣＰコイル１６に印加する高周波電力は、１ｋＷ以上１０ｋＷ以下と
する。本実施の形態では、６０００Ｗとする。この際、第２の高周波電源２１から基板ス
テージに基板バイアス電圧を印加してもよい。本実施の形態では基板バイアス電圧印加に
用いる電力を１０００Ｗとする。
【０２４８】
本実施の形態では、プラズマを発生させた状態を６０秒維持した後、被処理基板２０を真
空チャンバー１５から搬出する。こうして、被処理基板２０に設けられている酸化物半導
体膜、下地絶縁膜またはゲート絶縁膜に酸素プラズマドープを行うことができる。
【０２４９】
以上、本実施の形態に示す構成、方法などは、他の実施の形態に示す構成、方法などと適
宜組み合わせて用いることができる。
【０２５０】
（実施の形態５）
本実施の形態では、半導体装置の一例として、記憶媒体（メモリ素子）を示す。本実施の
形態では、実施の形態１〜３などにおいて示す酸化物半導体を用いたトランジスタと、酸
化物半導体以外の材料を用いたトランジスタとを同一基板上に形成する。
【０２５１】
図７は、半導体装置の構成の一例である。図７（Ａ）には、半導体装置の断面を、図７（
Ｂ）には、半導体装置の平面を、それぞれ示す。ここで、図７（Ａ）は、図７（Ｂ）のＣ
１−Ｃ２およびＤ１−Ｄ２における断面に相当する。また、図７（Ｃ）には、上記半導体
装置をメモリ素子として用いる場合の回路図の一例を示す。図７（Ａ）および図７（Ｂ）
に示される半導体装置は、下部に第１の半導体材料を用いたトランジスタ２４０を有し、
上部に実施の形態１で示したトランジスタ１２０を有する。なお、トランジスタ１２０は
、第２の半導体材料として酸化物半導体を用いている。本実施の形態では、第１の半導体
材料を酸化物半導体以外の半導体材料とする。酸化物半導体以外の半導体材料としては、
例えば、シリコン、ゲルマニウム、シリコンゲルマニウム、炭化シリコン、またはガリウ
ムヒ素等を用いることができ、単結晶半導体を用いるのが好ましい。他に、有機半導体材
料などを用いてもよい。このような半導体材料を用いたトランジスタは、高速動作が容易
である。一方で、酸化物半導体を用いたトランジスタは、その特性により長時間の電荷保
持を可能とする。
【０２５２】
なお、本実施の形態においては、トランジスタ１２０を用いて記憶媒体を構成する例を示
すが、トランジスタ１２０に代えて、実施の形態１または２で示したトランジスタ１３０
乃至トランジスタ１６０等を適用可能であることは、いうまでもない。
【０２５３】
図７におけるトランジスタ２４０は、半導体材料（例えば、シリコンなど）を含む基板２
００に設けられたチャネル形成領域２１６と、チャネル形成領域２１６を挟むように設け
られた不純物領域２２０と、不純物領域２２０に接する金属化合物領域２２４と、チャネ
ル形成領域２１６上に設けられたゲート絶縁膜２０８と、ゲート絶縁膜２０８上に設けら
れたゲート電極２１０と、を有する。
【０２５４】
半導体材料を含む基板２００は、シリコンや炭化シリコンなどの単結晶半導体基板、多結
晶半導体基板、シリコンゲルマニウムなどの化合物半導体基板、ＳＯＩ基板などを適用す
ることができる。なお、一般に「ＳＯＩ基板」は、絶縁表面上にシリコン半導体膜が設け
られた構成の基板をいうが、本明細書等においては、絶縁表面上にシリコン以外の材料か
らなる半導体膜が設けられた構成の基板も含む。つまり、「ＳＯＩ基板」が有する半導体
膜は、シリコン半導体膜に限定されない。また、ＳＯＩ基板には、ガラス基板などの絶縁
基板上に絶縁膜を介して半導体膜が設けられた構成のものが含まれるものとする。
【０２５５】
基板２００上にはトランジスタ２４０を囲むように素子分離絶縁膜２０６が設けられてお
り、トランジスタ２４０を覆うように絶縁膜２２８および絶縁膜２３０が設けられている
。なお、高集積化を実現するためには、図７（Ａ）に示すようにトランジスタ２４０がサ
イドウォール絶縁膜を有しない構成とすることが望ましい。一方で、トランジスタ２４０
の特性を重視する場合には、ゲート電極２１０の側面にサイドウォール絶縁膜を設け、不
純物濃度が異なる領域を含む不純物領域２２０を設けても良い。
【０２５６】
トランジスタ２４０はシリコン、ゲルマニウム、シリコンゲルマニウム、炭化シリコン、
またはガリウムヒ素等を用いて作製することができる。このようなトランジスタ２４０は
、高速動作が可能であるという特徴を有する。このため、当該トランジスタを読み出し用
のトランジスタとして用いることで、情報の読み出しを高速に行うことができる。
【０２５７】
トランジスタ２４０を形成した後、トランジスタ１２０および容量素子１６４の形成前の
処理として、絶縁膜２２８や絶縁膜２３０にＣＭＰ処理を施して、ゲート電極２１０の上
面を露出させる。ゲート電極２１０の上面を露出させる処理としては、ＣＭＰ処理の他に
エッチング処理などを適用することも可能であるが、トランジスタ１２０の特性を向上さ
せるために、絶縁膜２２８や絶縁膜２３０の表面は可能な限り平坦にしておくことが望ま
しい。
【０２５８】
次に、ゲート電極２１０、絶縁膜２２８、絶縁膜２３０などの上に導電膜を形成し、該導
電膜を選択的にエッチングして、ソース電極１０４ａ、ドレイン電極１０４ｂを形成する
。
【０２５９】
導電膜は、スパッタ法をはじめとするＰＶＤ法や、プラズマＣＶＤ法などのＣＶＤ法を用
いて形成することができる。また、導電膜の材料としては、Ａｌ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｔａ、Ｔ
ｉ、Ｍｏ、Ｗからから選ばれた元素や、上述した元素を成分とする合金等を用いることが
できる。Ｍｎ、Ｍｇ、Ｚｒ、Ｂｅ、Ｎｄ、Ｓｃのいずれか、またはこれらを複数組み合わ
せた材料を用いてもよい。
【０２６０】
導電膜は、単層構造であっても良いし、２層以上の積層構造としてもよい。例えば、チタ
ン膜や窒化チタン膜の単層構造、シリコンを含むアルミニウム膜の単層構造、アルミニウ
ム膜上にチタン膜が積層された２層構造、窒化チタン膜上にチタン膜が積層された２層構
造、チタン膜とアルミニウム膜とチタン膜とが積層された３層構造などが挙げられる。な
お、導電膜を、チタン膜や窒化チタン膜の単層構造とする場合には、テーパー形状を有す
るソース電極１０４ａ、およびドレイン電極１０４ｂへの加工が容易であるというメリッ
トがある。
【０２６１】
上部のトランジスタ１２０のチャネル長（Ｌ）は、ソース電極１０４ａ、およびドレイン
電極１０４ｂの下端部の間隔によって決定される。なお、チャネル長（Ｌ）が２５ｎｍ未
満のトランジスタを形成する場合に用いるマスク形成の露光を行う際には、数ｎｍ〜数１
０ｎｍと波長の短い超紫外線を用いるのが望ましい。
【０２６２】
次に、ソース電極１０４ａ、およびドレイン電極１０４ｂを覆うように酸化物半導体膜を
形成した後、当該酸化物半導体膜を選択的にエッチングして酸化物半導体膜１０８を形成
する。酸化物半導体膜は、実施の形態１に示す材料及び形成プロセスを用いる。
【０２６３】
次に、酸化物半導体膜１０８に接するゲート絶縁膜１１０を形成する。ゲート絶縁膜１１
０は、実施の形態１に示す材料及び形成プロセスを用いる。
【０２６４】
次に、ゲート絶縁膜１１０上において酸化物半導体膜１０８と重畳する領域にゲート電極
１１２ａを形成し、ソース電極１０４ａと重畳する領域に電極１１２ｂを形成する。
【０２６５】
ゲート絶縁膜１１０の形成後には、不活性ガス雰囲気下、または酸素雰囲気下で熱処理（
加酸化などとも呼ぶ）を行うのが望ましい。熱処理の温度は、２００℃以上４５０℃以下
、望ましくは２５０℃以上３５０℃以下である。例えば、窒素雰囲気下で２５０℃、１時
間の熱処理を行えばよい。熱処理を行うことによって、トランジスタの電気的特性のばら
つきを軽減することができる。
【０２６６】
なお、加酸化を目的とする熱処理のタイミングはこれに限定されない。例えば、ゲート電
極の形成後に加酸化を目的とする熱処理を行っても良い。また、脱水化等を目的とする熱
処理に続けて加酸化を目的とする熱処理を行っても良いし、脱水化等を目的とする熱処理
に加酸化を目的とする熱処理を兼ねさせても良いし、加酸化を目的とする熱処理に脱水化
等を目的とする熱処理を兼ねさせても良い。
【０２６７】
上述のように、脱水化等を目的とする熱処理と、酸素ドープ処理または加酸化を目的とす
る熱処理とを適用することで、酸化物半導体膜１０８を不純物が極力含まれないように高
純度化することができる。
【０２６８】
ゲート電極１１２ａおよび電極１１２ｂは、ゲート絶縁膜１１０上に導電膜を形成した後
に、当該導電膜を選択的にエッチングすることによって形成することができる。
【０２６９】
次に、ゲート絶縁膜１１０、ゲート電極１１２ａ、および電極１１２ｂ上に、絶縁膜１５
１および絶縁膜１５２を形成する。絶縁膜１５１および絶縁膜１５２は、スパッタ法やＣ
ＶＤ法などを用いて形成することができる。また、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒
化シリコン、酸化ハフニウム、酸化アルミニウム、酸化ガリウム等の無機絶縁材料を含む
材料を用いて形成することができる。
【０２７０】
次に、ゲート絶縁膜１１０、絶縁膜１５１、及び絶縁膜１５２に、ドレイン電極１０４ｂ
にまで達する開口を形成する。当該開口の形成は、マスクなどを用いた選択的なエッチン
グにより行われる。
【０２７１】
その後、上記開口に電極１５４を形成し、絶縁膜１５２上に電極１５４に接する配線１５
６を形成する。
【０２７２】
電極１５４は、例えば、開口を含む領域にＰＶＤ法やＣＶＤ法などを用いて導電膜を形成
した後、エッチング処理やＣＭＰといった方法を用いて、上記導電膜の一部を除去するこ
とにより形成することができる。
【０２７３】
配線１５６は、スパッタ法をはじめとするＰＶＤ法や、プラズマＣＶＤ法などのＣＶＤ法
を用いて導電膜を形成した後、当該導電膜をパターニングすることによって形成される。
また、導電膜の材料としては、Ａｌ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｗから選ばれた元
素や、上述した元素を成分とする合金等を用いることができる。Ｍｎ、Ｍｇ、Ｚｒ、Ｂｅ
、Ｎｄ、Ｓｃのいずれか、またはこれらを複数組み合わせた材料を用いてもよい。詳細は
、ソース電極１０４ａまたはドレイン電極１０４ｂなどと同様である。
【０２７４】
以上により、高純度化された酸化物半導体膜１０８を用いたトランジスタ１２０、および
容量素子１６４が完成する。容量素子１６４は、ソース電極１０４ａ、酸化物半導体膜１
０８、ゲート絶縁膜１１０、および電極１１２ｂ、で構成される。
【０２７５】
なお、図７の容量素子１６４では、酸化物半導体膜１０８とゲート絶縁膜１１０を積層さ
せることにより、ソース電極１０４ａと、電極１１２ｂとの間の絶縁性を十分に確保する
ことができる。もちろん、十分な容量を確保するために、酸化物半導体膜１０８を有しな
い構成の容量素子１６４を採用しても良い。さらに、容量が不要の場合は、容量素子１６
４を設けない構成とすることも可能である。
【０２７６】
図７（Ｃ）には、上記半導体装置をメモリ素子として用いる場合の回路図の一例を示す。
図７（Ｃ）において、トランジスタ１２０のソース電極またはドレイン電極の一方と、容
量素子１６４の電極の一方と、トランジスタ２４０のゲート電極と、は電気的に接続され
ている。また、第１の配線（１ｓｔ Ｌｉｎｅ：ソース線とも呼ぶ）とトランジスタ２４
０のソース電極とは、電気的に接続され、第２の配線（２ｎｄ Ｌｉｎｅ：ビット線とも
呼ぶ）とトランジスタ２４０のドレイン電極とは、電気的に接続されている。また、第３
の配線（３ｒｄ Ｌｉｎｅ：第１の信号線とも呼ぶ）とトランジスタ１２０のソース電極
またはドレイン電極の他方とは、電気的に接続され、第４の配線（４ｔｈ Ｌｉｎｅ：第
２の信号線とも呼ぶ）と、トランジスタ１２０のゲート電極とは、電気的に接続されてい
る。そして、第５の配線（５ｔｈ Ｌｉｎｅ：ワード線とも呼ぶ）と、容量素子１６４の
電極の他方は電気的に接続されている。
【０２７７】
酸化物半導体を用いたトランジスタ１２０は、オフ電流が極めて小さいという特徴を有し
ているため、トランジスタ１２０をオフ状態とすることで、トランジスタ１２０のソース
電極またはドレイン電極の一方と、容量素子１６４の電極の一方と、トランジスタ２４０
のゲート電極とが電気的に接続されたノード（以下、ノードＦＧ）の電位を極めて長時間
にわたって保持することが可能である。そして、容量素子１６４を有することにより、ノ
ードＦＧに与えられた電荷の保持が容易になり、また、保持された情報の読み出しが容易
になる。
【０２７８】
半導体装置に情報を記憶させる場合（書き込み）は、まず、第４の配線の電位を、トラン
ジスタ１２０がオン状態となる電位にして、トランジスタ１２０をオン状態とする。これ
により、第３の配線の電位が、ノードＦＧに供給され、ノードＦＧに所定量の電荷が蓄積
される。ここでは、異なる二つの電位レベルを与える電荷（以下、ロー（Ｌｏｗ）レベル
電荷、ハイ（Ｈｉｇｈ）レベル電荷という）のいずれかが与えられるものとする。その後
、第４の配線の電位を、トランジスタ１２０がオフ状態となる電位にして、トランジスタ
１２０をオフ状態とすることにより、ノードＦＧが浮遊状態となるため、ノードＦＧには
所定の電荷が保持されたままの状態となる。以上のように、ノードＦＧに所定量の電荷を
蓄積及び保持させることで、メモリセルに情報を記憶させることができる。
【０２７９】
トランジスタ１２０のオフ電流は極めて小さいため、ノードＦＧに供給された電荷は長時
間にわたって保持される。したがって、リフレッシュ動作が不要となるか、または、リフ
レッシュ動作の頻度を極めて低くすることが可能となり、消費電力を十分に低減すること
ができる。また、電力の供給がない場合であっても、長期にわたって記憶内容を保持する
ことが可能である。
【０２８０】
記憶された情報を読み出す場合（読み出し）は、第１の配線に所定の電位（定電位）を与
えた状態で、第５の配線に適切な電位（読み出し電位）を与えると、ノードＦＧに保持さ
れた電荷量に応じて、トランジスタ２４０は異なる状態をとる。一般に、トランジスタ２
４０をｎチャネル型とすると、ノードＦＧにＨｉｇｈレベル電荷が保持されている場合の
トランジスタ２４０の見かけのしきい値Ｖｔｈ＿Ｈは、ノードＦＧにＬｏｗレベル電荷が
保持されている場合のトランジスタ２４０の見かけのしきい値Ｖｔｈ＿Ｌより低くなるた
めである。ここで、見かけのしきい値とは、トランジスタ２４０を「オン状態」とするた
めに必要な第５の配線の電位をいうものとする。したがって、第５の配線の電位をＶｔｈ
＿ＨとＶｔｈ＿Ｌの中間の電位Ｖ０とすることにより、ノードＦＧに保持された電荷を判
別できる。例えば、書き込みにおいて、Ｈｉｇｈレベル電荷が与えられていた場合には、
第５の配線の電位がＶ０（＞Ｖｔｈ＿Ｈ）となれば、トランジスタ２４０は「オン状態」
となる。Ｌｏｗレベル電荷が与えられていた場合には、第５の配線の電位がＶ０（＜Ｖｔ
ｈ＿Ｌ）となっても、トランジスタ２４０は「オフ状態」のままである。このため、第５
の配線の電位を制御して、トランジスタ２４０のオン状態またはオフ状態を読み出す（第
２の配線の電位を読み出す）ことで、記憶された情報を読み出すことができる。
【０２８１】
また、記憶させた情報を書き換える場合においては、上記の書き込みによって所定量の電
荷を保持したノードＦＧに、新たな電位を供給することで、ノードＦＧに新たな情報に係
る電荷を保持させる。具体的には、第４の配線の電位を、トランジスタ１２０がオン状態
となる電位にして、トランジスタ１２０をオン状態とする。これにより、第３の配線の電
位（新たな情報に係る電位）が、ノードＦＧに供給され、ノードＦＧに所定量の電荷が蓄
積される。その後、第４の配線の電位をトランジスタ１２０がオフ状態となる電位にして
、トランジスタ１２０をオフ状態とすることにより、ノードＦＧには、新たな情報に係る
電荷が保持された状態となる。すなわち、ノードＦＧに第１の書き込みによって所定量の
電荷が保持された状態で、第１の書き込みと同様の動作（第２の書き込み）を行うことで
、記憶させた情報を上書きすることが可能である。
【０２８２】
本実施の形態で示すトランジスタ１２０は、高純度化され、真性化された酸化物半導体膜
１０８を用いることで、トランジスタ１２０のオフ電流を十分に低減することができる。
また、酸化物半導体膜１０８を酸素過剰な層とすることで、トランジスタ１２０の電気的
特性変動が抑制されており、電気的に安定なトランジスタとすることができる。そして、
このようなトランジスタを用いることで、極めて長期にわたり記憶内容を保持することが
可能で、信頼性の高い半導体装置が得られる。
【０２８３】
また、本実施の形態において示す半導体装置では、トランジスタ２４０とトランジスタ１
２０を重畳させることで、集積度が十分に高められた半導体装置が実現される。
【０２８４】
以上、本実施の形態に示す構成、方法などは、他の実施の形態に示す構成、方法などと適
宜組み合わせて用いることができる。
【０２８５】
（実施の形態６）
実施の形態１〜３で例示したトランジスタを用いて表示機能を有する半導体装置（表示装
置ともいう）を作製することができる。また、トランジスタを含む駆動回路の一部または
全体を、画素部と同じ基板上に一体形成し、システムオンパネルを形成することができる
。
【０２８６】
図８（Ａ）において、第１の基板４００１上に設けられた画素部４００２を囲むようにし
て、シール材４００５が設けられ、第２の基板４００６によって封止されている。図８（
Ａ）においては、第１の基板４００１上のシール材４００５によって囲まれている領域と
は異なる領域に、別途用意された基板上に単結晶半導体膜又は多結晶半導体膜で形成され
た走査線駆動回路４００４、信号線駆動回路４００３が実装されている。また別途形成さ
れた信号線駆動回路４００３と、走査線駆動回路４００４または画素部４００２に与えら
れる各種信号及び電位は、ＦＰＣ（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ ｐｒｉｎｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ
）４０１８ａ、４０１８ｂから供給されている。
【０２８７】
図８（Ｂ）（Ｃ）において、第１の基板４００１上に設けられた画素部４００２と、走査
線駆動回路４００４とを囲むようにして、シール材４００５が設けられている。また画素
部４００２と、走査線駆動回路４００４の上に第２の基板４００６が設けられている。よ
って画素部４００２と、走査線駆動回路４００４とは、第１の基板４００１とシール材４
００５と第２の基板４００６とによって、表示素子と共に封止されている。図８（Ｂ）（
Ｃ）においては、第１の基板４００１上のシール材４００５によって囲まれている領域と
は異なる領域に、別途用意された基板上に単結晶半導体膜又は多結晶半導体膜で形成され
た信号線駆動回路４００３が実装されている。図８（Ｂ）（Ｃ）においては、別途形成さ
れた信号線駆動回路４００３と、走査線駆動回路４００４または画素部４００２に与えら
れる各種信号及び電位は、ＦＰＣ４０１８から供給されている。
【０２８８】
また、実施の形態は、図８（Ａ）から（Ｃ）において示した構成に限定されない。信号線
駆動回路の一部または走査線駆動回路の一部のみを別途形成して実装しても良い。
【０２８９】
なお、別途形成した駆動回路の接続方法は、特に限定されるものではなく、ＣＯＧ（Ｃｈ
ｉｐ Ｏｎ Ｇｌａｓｓ）方法、ワイヤボンディング方法、或いはＴＡＢ（Ｔａｐｅ Ａ
ｕｔｏｍａｔｅｄ Ｂｏｎｄｉｎｇ）方法などを用いることができる。図８（Ａ）は、Ｃ
ＯＧ方法により信号線駆動回路４００３、走査線駆動回路４００４を実装する例であり、
図８（Ｂ）は、ＣＯＧ方法により信号線駆動回路４００３を実装する例であり、図８（Ｃ
）は、ＴＡＢ方法により信号線駆動回路４００３を実装する例である。
【０２９０】
なお、表示装置は、表示素子が封止された状態にあるパネルと、該パネルにコントローラ
を含むＩＣ等を実装した状態にあるモジュールとを含む。
【０２９１】
なお、本明細書中における表示装置とは、画像表示デバイス、表示デバイス、もしくは光
源（照明装置含む）を指す。また、コネクター、例えばＦＰＣもしくはＴＡＢテープもし
くはＴＣＰが取り付けられたモジュール、ＴＡＢテープやＴＣＰの先にプリント配線板が
設けられたモジュール、または表示素子にＣＯＧ方式によりＩＣ（集積回路）が直接実装
されたモジュールも全て表示装置に含むものとする。
【０２９２】
また第１の基板上に設けられた画素部及び走査線駆動回路は、トランジスタを複数有して
おり、実施の形態１〜３で例示したトランジスタを適用することができる。
【０２９３】
表示装置に設けられる表示素子としては液晶素子（液晶表示素子ともいう）、発光素子（
発光表示素子ともいう）、を用いることができる。発光素子は、電流または電圧によって
輝度が制御される素子をその範疇に含んでおり、具体的には無機ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏ
Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）素子、有機ＥＬ素子等が含まれる。また、電子インクなど、
電気的作用によりコントラストが変化する表示媒体も適用することができる。
【０２９４】
半導体装置の一形態について、図９乃至図１１を用いて説明する。図９乃至図１１は、図
８（Ｂ）のＭ−Ｎにおける断面図に相当する。
【０２９５】
図９乃至図１１で示すように、半導体装置は接続端子電極４０１５及び端子電極４０１６
を有しており、接続端子電極４０１５及び端子電極４０１６はＦＰＣ４０１８が有する端
子と異方性導電膜４０１９を介して、電気的に接続されている。
【０２９６】
接続端子電極４０１５は、第１の電極層４０３０と同じ導電膜から形成され、端子電極４
０１６は、トランジスタ４０１０、４０１１のソース電極及びドレイン電極と同じ導電膜
で形成されている。
【０２９７】
また第１の基板４００１上に設けられた画素部４００２と、走査線駆動回路４００４は、
トランジスタを複数有しており、図９乃至図１１では、画素部４００２に含まれるトラン
ジスタ４０１０と、走査線駆動回路４００４に含まれるトランジスタ４０１１とを例示し
ている。図１０及び図１１では、トランジスタ４０１０、４０１１上に、絶縁層４０２１
が設けられている。
【０２９８】
本実施の形態では、トランジスタ４０１０、トランジスタ４０１１として、実施の形態１
乃至３のいずれかで示したトランジスタを適用することができる。トランジスタ４０１０
、トランジスタ４０１１は、電気的特性変動が抑制されており、電気的に安定である。よ
って、図９乃至図１１で示す本実施の形態の半導体装置として信頼性の高い半導体装置を
提供することができる。
【０２９９】
画素部４００２に設けられたトランジスタ４０１０は表示素子と電気的に接続し、表示パ
ネルを構成する。表示素子は表示を行うことができれば特に限定されず、様々な表示素子
を用いることができる。
【０３００】
図９に表示素子として液晶素子を用いた液晶表示装置の例を示す。図９において、表示素
子である液晶素子４０１３は、第１の電極層４０３０、第２の電極層４０３１、及び液晶
層４００８を含む。なお、液晶層４００８を挟持するように配向膜として機能する絶縁膜
４０３２、絶縁膜４０３３が設けられている。第２の電極層４０３１は第２の基板４００
６側に設けられ、第１の電極層４０３０と第２の電極層４０３１とは液晶層４００８を介
して積層する構成となっている。なお、図８（Ｂ）に示す表示装置において、表示素子と
して液晶素子を用いた場合のＭ−Ｎにおける断面が、図９に相当する。
【０３０１】
また４０３５は絶縁膜を選択的にエッチングすることで得られる柱状のスペーサであり、
液晶層４００８の膜厚（セルギャップ）を制御するために設けられている。なおスペーサ
の形状は、柱状に限定されるものではなく、例えば、球状のスペーサを用いていても良い
。
【０３０２】
表示素子として、液晶素子を用いる場合、サーモトロピック液晶、低分子液晶、高分子液
晶、高分子分散型液晶、強誘電性液晶、反強誘電性液晶等を用いることができる。これら
の液晶材料は、条件により、コレステリック相、スメクチック相、キュービック相、カイ
ラルネマチック相、等方相等を示す。
【０３０３】
また、配向膜を用いないブルー相を示す液晶を用いてもよい。ブルー相は液晶相の一つで
あり、コレステリック液晶を昇温していくと、コレステリック相から等方相へ転移する直
前に発現する相である。ブルー相は狭い温度範囲でしか発現しないため、温度範囲を改善
するために５重量％以上のカイラル剤を混合させた液晶組成物を液晶層に用いる。ブルー
相を示す液晶とカイラル剤とを含む液晶組成物は、応答速度が１ｍｓｅｃ以下と短く、光
学的等方性であるため配向処理が不要であり、視野角依存性が小さい。また配向膜を設け
なくてもよいのでラビング処理も不要となるため、ラビング処理によって引き起こされる
静電破壊を防止することができ、作製工程中の液晶表示装置の不良や破損を軽減すること
ができる。よって液晶表示装置の生産性を向上させることが可能となる。
【０３０４】
また、液晶材料の固有抵抗率は、１×１０９Ω・ｃｍ以上であり、好ましくは１×１０１
１Ω・ｃｍ以上であり、さらに好ましくは１×１０１２Ω・ｃｍ以上である。なお、本明
細書における固有抵抗率の値は、２０℃で測定した値とする。
【０３０５】
液晶表示装置に設けられる保持容量の大きさは、画素部に配置されるトランジスタのリー
ク電流等を考慮して、所定の期間の間電荷を保持できるように設定される。高純度の酸化
物半導体膜を有するトランジスタを用いることにより、各画素における液晶容量に対して
１／３以下、好ましくは１／５以下の容量の大きさを有する保持容量を設ければ充分であ
る。
【０３０６】
本実施の形態で用いる高純度化された酸化物半導体膜を用いたトランジスタは、オフ状態
における電流値（オフ電流値）を低くすることができる。よって、画像信号等の電気信号
の保持時間を長くすることができ、電源オン状態では書き込み間隔も長く設定できる。よ
って、リフレッシュ動作の頻度を少なくすることができるため、消費電力を抑制する効果
を奏する。
【０３０７】
また、本実施の形態で用いる高純度化された酸化物半導体膜を用いたトランジスタは、比
較的高い電界効果移動度が得られるため、高速駆動が可能である。よって、液晶表示装置
の画素部に上記トランジスタを用いることで、高画質な画像を提供することができる。ま
た、上記トランジスタは、同一基板上に駆動回路部または画素部に作り分けて作製するこ
とができるため、液晶表示装置の部品点数を削減することができる。
【０３０８】
液晶表示装置には、ＴＮ（Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ）モード、ＩＰＳ（Ｉｎ−Ｐ
ｌａｎｅ−Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）モード、ＦＦＳ（Ｆｒｉｎｇｅ Ｆｉｅｌｄ Ｓｗｉｔ
ｃｈｉｎｇ）モード、ＡＳＭ（Ａｘｉａｌｌｙ Ｓｙｍｍｅｔｒｉｃ ａｌｉｇｎｅｄ
Ｍｉｃｒｏ−ｃｅｌｌ）モード、ＯＣＢ（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｄ Ｂ
ｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｃｅ）モード、ＦＬＣ（Ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｌｉｑｕｉ
ｄ Ｃｒｙｓｔａｌ）モード、ＡＦＬＣ（ＡｎｔｉＦｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｌｉｑ
ｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ）モードなどを用いることができる。
【０３０９】
また、ノーマリーブラック型の液晶表示装置、例えば垂直配向（ＶＡ）モードを採用した
透過型の液晶表示装置としてもよい。ここで、垂直配向モードとは、液晶表示パネルの液
晶分子の配列を制御する方式の一種であり、電圧が印加されていないときにパネル面に対
して液晶分子が垂直方向を向く方式である。垂直配向モードとしては、いくつか挙げられ
るが、例えば、ＭＶＡ（Ｍｕｌｔｉ−Ｄｏｍａｉｎ Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ａｌｉｇｎｍｅ
ｎｔ）モード、ＰＶＡ（Ｐａｔｔｅｒｎｅｄ Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）
モード、ＡＳＶモードなどを用いることができる。また、画素（ピクセル）をいくつかの
領域（サブピクセル）に分け、それぞれ別の方向に分子を倒すよう工夫されているマルチ
ドメイン化あるいはマルチドメイン設計といわれる方法を用いることができる。
【０３１０】
また、表示装置において、ブラックマトリクス（遮光層）、偏光部材、位相差部材、反射
防止部材などの光学部材（光学基板）などは適宜設ける。例えば、偏光基板及び位相差基
板による円偏光を用いてもよい。また、光源としてバックライト、サイドライトなどを用
いてもよい。
【０３１１】
また、バックライトとして複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）を用いて、時間分割表示方式
（フィールドシーケンシャル駆動方式）を行うことも可能である。フィールドシーケンシ
ャル駆動方式を適用することで、カラーフィルタを用いることなく、カラー表示を行うこ
とができる。
【０３１２】
また、画素部における表示方式は、プログレッシブ方式やインターレース方式等を用いる
ことができる。また、カラー表示する際に画素で制御する色要素としては、ＲＧＢ（Ｒは
赤、Ｇは緑、Ｂは青を表す）の三色に限定されない。例えば、ＲＧＢＷ（Ｗは白を表す）
、又はＲＧＢに、イエロー、シアン、マゼンタ等を一色以上追加したものがある。なお、
色要素のドット毎にその表示領域の大きさが異なっていてもよい。ただし、本発明はカラ
ー表示の表示装置に限定されるものではなく、モノクロ表示の表示装置に適用することも
できる。
【０３１３】
また、表示装置に含まれる表示素子として、エレクトロルミネッセンスを利用する発光素
子を適用することができる。エレクトロルミネッセンスを利用する発光素子は、発光材料
が有機化合物であるか、無機化合物であるかによって区別され、一般的に、前者は有機Ｅ
Ｌ素子、後者は無機ＥＬ素子と呼ばれている。
【０３１４】
有機ＥＬ素子は、発光素子に電圧を印加することにより、一対の電極から電子および正孔
がそれぞれ発光性の有機化合物を含む層に注入され、電流が流れる。そして、それらキャ
リア（電子および正孔）が再結合することにより、発光性の有機化合物が励起状態を形成
し、その励起状態が基底状態に戻る際に発光する。このようなメカニズムから、このよう
な発光素子は、電流励起型の発光素子と呼ばれる。
【０３１５】
無機ＥＬ素子は、その素子構成により、分散型無機ＥＬ素子と薄膜型無機ＥＬ素子とに分
類される。分散型無機ＥＬ素子は、発光材料の粒子をバインダ中に分散させた発光層を有
するものであり、発光メカニズムはドナー準位とアクセプター準位を利用するドナー−ア
クセプター再結合型発光である。薄膜型無機ＥＬ素子は、発光層を誘電体層で挟み込み、
さらにそれを電極で挟んだ構造であり、発光メカニズムは金属イオンの内殻電子遷移を利
用する局在型発光である。なお、ここでは、発光素子として有機ＥＬ素子を用いて説明す
る。
【０３１６】
発光素子は発光を取り出すために少なくとも一対の電極の一方が透明であればよい。そし
て、基板上にトランジスタ及び発光素子を形成し、基板とは逆側の面から発光を取り出す
上面射出や、基板側の面から発光を取り出す下面射出や、基板側及び基板とは反対側の面
から発光を取り出す両面射出構造の発光素子があり、どの射出構造の発光素子も適用する
ことができる。
【０３１７】
図１０に表示素子として発光素子を用いた発光装置の例を示す。表示素子である発光素子
４５１３は、画素部４００２に設けられたトランジスタ４０１０と電気的に接続している
。なお発光素子４５１３の構成は、第１の電極層４０３０、電界発光層４５１１、第２の
電極層４０３１の積層構造であるが、示した構成に限定されない。発光素子４５１３から
取り出す光の方向などに合わせて、発光素子４５１３の構成は適宜変えることができる。
なお、図８（Ｂ）に示す表示装置において、表示素子として発光素子を用いた場合のＭ−
Ｎにおける断面が、図１０に相当する。
【０３１８】
隔壁４５１０は、有機絶縁材料、又は無機絶縁材料を用いて形成する。特に感光性の樹脂
材料を用い、第１の電極層４０３０上に開口部を形成し、その開口部の側壁が連続した曲
率を持って形成される傾斜面となるように形成することが好ましい。
【０３１９】
電界発光層４５１１は、単数の層で構成されていても、複数の層が積層されるように構成
されていてもどちらでも良い。
【０３２０】
発光素子４５１３に酸素、水素、水分、二酸化炭素等が侵入しないように、第２の電極層
４０３１及び隔壁４５１０上に保護膜を形成してもよい。保護膜としては、窒化シリコン
膜、窒化酸化シリコン膜、ＤＬＣ膜等を形成することができる。また、第１の基板４００
１、第２の基板４００６、及びシール材４００５によって封止された空間には充填材４５
１４が設けられ密封されている。このように外気に曝されないように気密性が高く、脱ガ
スの少ない保護フィルム（貼り合わせフィルム、紫外線硬化樹脂フィルム等）やカバー材
でパッケージング（封入）することが好ましい。
【０３２１】
充填材４５１４としては窒素やアルゴンなどの不活性な気体の他に、紫外線硬化樹脂また
は熱硬化樹脂を用いることができ、ＰＶＣ（ポリビニルクロライド）、アクリル、ポリイ
ミド、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、ＰＶＢ（ポリビニルブチラル）またはＥＶＡ（エ
チレンビニルアセテート）を用いることができる。例えば充填材として窒素を用いればよ
い。
【０３２２】
また、必要であれば、発光素子の射出面に偏光板、又は円偏光板（楕円偏光板を含む）、
位相差板（λ／４板、λ／２板）、カラーフィルタなどの光学フィルムを適宜設けてもよ
い。また、偏光板又は円偏光板に反射防止膜を設けてもよい。例えば、表面の凹凸により
反射光を拡散し、映り込みを低減できるアンチグレア処理を施すことができる。
【０３２３】
また、表示装置として、電子インクを駆動させる電子ペーパーを提供することも可能であ
る。電子ペーパーは、電気泳動表示装置（電気泳動ディスプレイ）も呼ばれており、紙と
同じ読みやすさ、他の表示装置に比べ低消費電力、薄くて軽い形状とすることが可能とい
う利点を有している。
【０３２４】
電気泳動表示装置は、様々な形態が考えられ得るが、プラスの電荷を有する第１の粒子と
、マイナスの電荷を有する第２の粒子とを含むマイクロカプセルが溶媒または溶質に複数
分散されたものであり、マイクロカプセルに電界を印加することによって、マイクロカプ
セル中の粒子を互いに反対方向に移動させて一方側に集合した粒子の色のみを表示するも
のである。なお、第１の粒子または第２の粒子は染料を含み、電界がない場合において移
動しないものである。また、第１の粒子の色と第２の粒子の色は異なるもの（無色を含む
）とする。
【０３２５】
このように、電気泳動表示装置は、誘電定数の高い物質が高い電界領域に移動する、いわ
ゆる誘電泳動的効果を利用したディスプレイである。
【０３２６】
上記マイクロカプセルを溶媒中に分散させたものが電子インクと呼ばれるものであり、こ
の電子インクはガラス、プラスチック、布、紙などの表面に印刷することができる。また
、カラーフィルタや色素を有する粒子を用いることによってカラー表示も可能である。
【０３２７】
なお、マイクロカプセル中の第１の粒子および第２の粒子は、導電体材料、絶縁体材料、
半導体材料、磁性材料、液晶材料、強誘電性材料、エレクトロルミネセント材料、エレク
トロクロミック材料、磁気泳動材料から選ばれた一種の材料、またはこれらの複合材料を
用いればよい。
【０３２８】
また、電子ペーパーとして、ツイストボール表示方式を用いる表示装置も適用することが
できる。ツイストボール表示方式とは、白と黒に塗り分けられた球形粒子を表示素子に用
いる電極層である第１の電極層及び第２の電極層の間に配置し、第１の電極層及び第２の
電極層に電位差を生じさせての球形粒子の向きを制御することにより、表示を行う方法で
ある。
【０３２９】
図１１に、半導体装置の一形態としてアクティブマトリクス型の電子ペーパーを示す。図
１１の電子ペーパーは、ツイストボール表示方式を用いた表示装置の例である。
【０３３０】
トランジスタ４０１０と接続する第１の電極層４０３０と、第２の基板４００６に設けら
れた第２の電極層４０３１との間には黒色領域４６１５ａ及び白色領域４６１５ｂを有し
、周りに液体で満たされているキャビティ４６１２を含む球形粒子４６１３が設けられて
おり、球形粒子４６１３の周囲は樹脂等の充填材４６１４で充填されている。第２の電極
層４０３１が共通電極（対向電極）に相当する。第２の電極層４０３１は、共通電位線と
電気的に接続される。
【０３３１】
なお、図９乃至図１１において、第１の基板４００１、第２の基板４００６としては、ガ
ラス基板の他、可撓性を有する基板も用いることができ、例えば透光性を有するプラスチ
ック基板などを用いることができる。プラスチックとしては、ＦＲＰ（Ｆｉｂｅｒｇｌａ
ｓｓ−Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｐｌａｓｔｉｃｓ）板、ＰＶＦ（ポリビニルフルオライド
）フィルム、ポリエステルフィルムまたはアクリル樹脂フィルムを用いることができる。
また、アルミニウムホイルをＰＶＦフィルムやポリエステルフィルムで挟んだ構造のシー
トを用いることもできる。
【０３３２】
絶縁層４０２１は、無機絶縁材料又は有機絶縁材料を用いて形成することができる。なお
、アクリル樹脂、ポリイミド、ベンゾシクロブテン系樹脂、ポリアミド、エポキシ樹脂等
の、耐熱性を有する有機絶縁材料を用いると、平坦化絶縁膜として好適である。また上記
有機絶縁材料の他に、低誘電率材料（ｌｏｗ−ｋ材料）、シロキサン系樹脂、ＰＳＧ（リ
ンガラス）、ＢＰＳＧ（リンボロンガラス）等を用いることができる。なお、これらの材
料で形成される絶縁膜を複数積層させることで、絶縁層を形成してもよい。
【０３３３】
絶縁層４０２１の形成法は、特に限定されず、その材料に応じて、スパッタリング法、ス
ピンコート法、ディッピング法、スプレー塗布、液滴吐出法（インクジェット法）、スク
リーン印刷、オフセット印刷、ロールコーティング、カーテンコーティング、ナイフコー
ティング等を用いることができる。
【０３３４】
表示装置は光源又は表示素子からの光を透過させて表示を行う。よって光が透過する画素
部に設けられる基板、絶縁膜、導電膜などの薄膜はすべて可視光の波長領域の光に対して
透光性とする。
【０３３５】
表示素子に電圧を印加する第１の電極層及び第２の電極層（画素電極層、共通電極層、対
向電極層などともいう）においては、取り出す光の方向、電極層が設けられる場所、及び
電極層のパターン構造によって透光性、反射性を選択すればよい。
【０３３６】
第１の電極層４０３０、第２の電極層４０３１は、酸化タングステンを含むインジウム酸
化物、酸化タングステンを含むインジウム亜鉛酸化物、酸化チタンを含むインジウム酸化
物、酸化チタンを含むインジウム錫酸化物、インジウム錫酸化物（以下、ＩＴＯと示す。
）、インジウム亜鉛酸化物、酸化ケイ素を添加したインジウム錫酸化物などの透光性を有
する導電性材料を用いることができる。
【０３３７】
また、第１の電極層４０３０、第２の電極層４０３１はタングステン（Ｗ）、モリブデン
（Ｍｏ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）、バナジウム（Ｖ）、ニオブ（Ｎ
ｂ）、タンタル（Ｔａ）、クロム（Ｃｒ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、チタ
ン（Ｔｉ）、白金（Ｐｔ）、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）等の金属、
又はその合金、若しくはその窒化物から一つ、又は複数種を用いて形成することができる
。
【０３３８】
また、トランジスタは静電気などにより破壊されやすいため、駆動回路保護用の保護回路
を設けることが好ましい。保護回路は、非線形素子を用いて構成することが好ましい。
【０３３９】
以上のように、実施の形態１〜３で例示したトランジスタを適用することで、信頼性の高
い半導体装置を提供することができる。
【０３４０】
本実施の形態は、他の実施の形態に記載した構成と適宜組み合わせて実施することが可能
である。
【０３４１】
（実施の形態７）
実施の形態１乃至３のいずれかで一例を示したトランジスタを用いて、対象物の情報を読
み取るイメージセンサ機能を有する半導体装置を作製することができる。
【０３４２】
図１２（Ａ）に、イメージセンサ機能を有する半導体装置の一例を示す。図１２（Ａ）は
フォトセンサの等価回路であり、図１２（Ｂ）はフォトセンサの一部を示す断面図である
。
【０３４３】
フォトダイオード６０２は、一方の電極がフォトダイオードリセット信号線６５８に、他
方の電極がトランジスタ６４０のゲートに電気的に接続されている。トランジスタ６４０
は、ソース又はドレインの一方がフォトセンサ基準信号線６７２に、ソース又はドレイン
の他方がトランジスタ６５６のソース又はドレインの一方に電気的に接続されている。ト
ランジスタ６５６は、ゲートがゲート信号線６５９に、ソース又はドレインの他方がフォ
トセンサ出力信号線６７１に電気的に接続されている。
【０３４４】
なお、本明細書における回路図において、酸化物半導体膜を用いるトランジスタと明確に
判明できるように、酸化物半導体膜を用いるトランジスタの記号には「ＯＳ」と記載して
いる。図１２（Ａ）において、トランジスタ６４０、トランジスタ６５６は酸化物半導体
膜を用いるトランジスタである。
【０３４５】
図１２（Ｂ）は、フォトセンサにおけるフォトダイオード６０２及びトランジスタ６４０
に示す断面図であり、絶縁表面を有する基板６０１（ＴＦＴ基板）上に、センサとして機
能するフォトダイオード６０２及びトランジスタ６４０が設けられている。フォトダイオ
ード６０２、トランジスタ６４０の上には接着層６０８を用いて基板６１３が設けられて
いる。また、トランジスタ６４０上には絶縁膜６３１、第１の層間絶縁層６３３、第２の
層間絶縁層６３４が設けられている。
【０３４６】
また、トランジスタ６４０のゲート電極６４５ａと電気的に接続されるように、該ゲート
電極６４５ａと同じ層に電極層６４５ｂが設けられている。電極層６４５ｂは、絶縁膜６
３１及び第１の層間絶縁層６３３に設けられた開口を介して、電極層６４１ａと電気的に
接続している。電極層６４１ａは、第２の層間絶縁層６３４に形成された電極層６４２と
電気的に接続し、電極層６４２は電極層６４１ａを介してゲート電極６４５ａと電気的に
接続しているため、フォトダイオード６０２はトランジスタ６４０と電気的に接続してい
る。
【０３４７】
フォトダイオード６０２は、第１の層間絶縁層６３３上に設けられ、第１の層間絶縁層６
３３上に形成した電極層６４１ｂと、第２の層間絶縁層６３４上に設けられた電極層６４
２との間に、第１の層間絶縁層６３３側から順に第１半導体層６０６ａ、第２半導体層６
０６ｂ、及び第３半導体層６０６ｃを積層した構造を有している。
【０３４８】
本実施の形態では、トランジスタ６４０として、実施の形態１、２、または３のいずれか
で示したトランジスタを適用することができる。トランジスタ６４０、トランジスタ６５
６は、電気的特性変動が抑制されており、電気的に安定であるため、図１２で示す本実施
の形態の半導体装置として信頼性の高い半導体装置を提供することができる。
【０３４９】
ここでは、第１半導体層６０６ａとしてｐ型の導電型を有する半導体層と、第２半導体層
６０６ｂとして高抵抗な半導体層（Ｉ型半導体層）、第３半導体層６０６ｃとしてｎ型の
導電型を有する半導体層を積層するｐｉｎ型のフォトダイオードを例示している。
【０３５０】
第１半導体層６０６ａはｐ型半導体層であり、ｐ型を付与する不純物元素を含むアモルフ
ァスシリコン膜により形成することができる。第１半導体層６０６ａの形成には１３族の
不純物元素（例えばボロン（Ｂ））を含む半導体材料ガスを用いて、プラズマＣＶＤ法に
より形成する。半導体材料ガスとしてはシラン（ＳｉＨ４）を用いればよい。または、Ｓ
ｉ２Ｈ６、ＳｉＨ２Ｃｌ２、ＳｉＨＣｌ３、ＳｉＣｌ４、ＳｉＦ４等を用いてもよい。ま
た、不純物元素を含まないアモルファスシリコン膜を形成した後に、拡散法やイオン注入
法を用いて該アモルファスシリコン膜に不純物元素を導入してもよい。イオン注入法等に
より不純物元素を導入した後に加熱等を行うことで、不純物元素を拡散させるとよい。こ
の場合にアモルファスシリコン膜を形成する方法としては、ＬＰＣＶＤ法、気相成長法、
又はスパッタリング法等を用いればよい。第１半導体層６０６ａの膜厚は１０ｎｍ以上５
０ｎｍ以下となるよう形成することが好ましい。
【０３５１】
第２半導体層６０６ｂは、ｉ型半導体層（真性半導体層）であり、アモルファスシリコン
膜により形成する。第２半導体層６０６ｂの形成には、半導体材料ガスを用いて、アモル
ファスシリコン膜をプラズマＣＶＤ法により形成する。半導体材料ガスとしては、シラン
（ＳｉＨ４）を用いればよい。または、Ｓｉ２Ｈ６、ＳｉＨ２Ｃｌ２、ＳｉＨＣｌ３、Ｓ
ｉＣｌ４、ＳｉＦ４等を用いてもよい。第２半導体層６０６ｂの形成は、ＬＰＣＶＤ法、
気相成長法、スパッタリング法等により行っても良い。第２半導体層６０６ｂの膜厚は２
００ｎｍ以上１０００ｎｍ以下となるように形成することが好ましい。
【０３５２】
第３半導体層６０６ｃは、ｎ型半導体層であり、ｎ型を付与する不純物元素を含むアモル
ファスシリコン膜により形成する。第３半導体層６０６ｃの形成には、１５族の不純物元
素（例えばリン（Ｐ））を含む半導体材料ガスを用いて、プラズマＣＶＤ法により形成す
る。半導体材料ガスとしてはシラン（ＳｉＨ４）を用いればよい。または、Ｓｉ２Ｈ６、
ＳｉＨ２Ｃｌ２、ＳｉＨＣｌ３、ＳｉＣｌ４、ＳｉＦ４等を用いてもよい。また、不純物
元素を含まないアモルファスシリコン膜を形成した後に、拡散法やイオン注入法を用いて
該アモルファスシリコン膜に不純物元素を導入してもよい。イオン注入法等により不純物
元素を導入した後に加熱等を行うことで、不純物元素を拡散させるとよい。この場合にア
モルファスシリコン膜を形成する方法としては、ＬＰＣＶＤ法、気相成長法、又はスパッ
タリング法等を用いればよい。第３半導体層６０６ｃの膜厚は２０ｎｍ以上２００ｎｍ以
下となるよう形成することが好ましい。
【０３５３】
また、第１半導体層６０６ａ、第２半導体層６０６ｂ、及び第３半導体層６０６ｃは、ア
モルファス半導体ではなく、多結晶半導体を用いて形成してもよいし、微結晶半導体（セ
ミアモルファス半導体（Ｓｅｍｉ Ａｍｏｒｐｈｏｕｓ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ：
ＳＡＳ）を用いて形成してもよい。
【０３５４】
微結晶半導体は、ギブスの自由エネルギーを考慮すれば非晶質と単結晶の中間的な準安定
状態に属するものである。すなわち、熱力学的に安定な第３の状態を有する半導体であっ
て、短距離秩序を持ち格子歪みを有する。柱状または針状結晶が基板表面に対して法線方
向に成長している。微結晶半導体の代表例である微結晶シリコンは、そのラマンスペクト
ルが単結晶シリコンを示す５２０ｃｍ−１よりも低波数側に、シフトしている。即ち、単
結晶シリコンを示す５２０ｃｍ−１とアモルファスシリコンを示す４８０ｃｍ−１の間に
微結晶シリコンのラマンスペクトルのピークがある。また、ダングリングボンドを終端す
るため水素またはハロゲンを少なくとも１原子％またはそれ以上含ませている。さらに、
ヘリウム、アルゴン、クリプトン、ネオンなどの希ガス元素を含ませて格子歪みをさらに
助長させることで、安定性が増し良好な微結晶半導体膜が得られる。
【０３５５】
この微結晶半導体膜は、周波数が数十ＭＨｚ〜数百ＭＨｚの高周波プラズマＣＶＤ法、ま
たは周波数が１ＧＨｚ以上のマイクロ波プラズマＣＶＤ装置により形成することができる
。代表的には、ＳｉＨ４、Ｓｉ２Ｈ６、ＳｉＨ２Ｃｌ２、ＳｉＨＣｌ３、ＳｉＣｌ４、Ｓ
ｉＦ４などを水素で希釈して形成することができる。また、水素化珪素及び水素に加え、
ヘリウム、アルゴン、クリプトン、ネオンから選ばれた一種または複数種の希ガス元素で
希釈して微結晶半導体膜を形成することができる。これらのときの水素化珪素に対して水
素の流量比を５倍以上２００倍以下、好ましくは５０倍以上１５０倍以下、更に好ましく
は１００倍とする。さらには、シリコンを含む気体中に、ＣＨ４、Ｃ２Ｈ６等の炭化水素
気体、ＧｅＨ４、ＧｅＦ４等のゲルマニウム化気体、Ｆ２等を混入させてもよい。
【０３５６】
また、光電効果で発生した正孔の移動度は電子の移動度に比べて小さいため、ｐｉｎ型の
フォトダイオードはｐ型の半導体層側を受光面とする方がよい特性を示す。ここでは、ｐ
ｉｎ型のフォトダイオードが形成されている基板６０１の面からフォトダイオード６０２
が受ける光６２２を電気信号に変換する例を示す。また、受光面とした半導体層側とは逆
の導電型を有する半導体層側からの光は外乱光となるため、電極層６４２は遮光性を有す
る導電膜を用いるとよい。また、ｎ型の半導体層側を受光面として用いることもできる。
【０３５７】
第１の層間絶縁層６３３、第２の層間絶縁層６３４としては、表面凹凸を低減するため平
坦化絶縁膜として機能する絶縁層が好ましい。第１の層間絶縁層６３３、第２の層間絶縁
層６３４としては、例えばポリイミド、アクリル樹脂、ベンゾシクロブテン系樹脂、ポリ
アミド、エポキシ樹脂等の有機絶縁材料を用いることができる。また上記有機絶縁材料の
他に、低誘電率材料（ｌｏｗ−ｋ材料）、シロキサン系樹脂、ＰＳＧ（リンガラス）、Ｂ
ＰＳＧ（リンボロンガラス）等の単層、又は積層を用いることができる。
【０３５８】
絶縁膜６３１、第１の層間絶縁層６３３、第２の層間絶縁層６３４としては、絶縁性材料
を用いて、その材料に応じて、スパッタリング法、スピンコート法、ディッピング法、ス
プレー塗布、液滴吐出法（インクジェット法）、スクリーン印刷、オフセット印刷、ロー
ルコーティング、カーテンコーティング、ナイフコーティング等を用いて形成することが
できる。
【０３５９】
フォトダイオード６０２に入射する光６２２を検出することによって、被検出物の情報を
読み取ることができる。なお、被検出物の情報を読み取る際にバックライトなどの光源を
用いることができる。
【０３６０】
トランジスタ６４０として、実施の形態１、２、または３で一例を示したトランジスタを
用いることができる。水素、水分、水酸基又は水素化物（水素化合物ともいう）などの不
純物を意図的に排除することで高純度化され、また、酸素ドープ処理により酸素を過剰に
含有する酸化物半導体膜を含むトランジスタは、トランジスタの電気的特性変動が抑制さ
れており、電気的に安定である。よって、信頼性の高い半導体装置を提供することができ
る。
【０３６１】
以上、本実施の形態に示す構成、方法などは、他の実施の形態に示す構成、方法などと適
宜組み合わせて用いることができる。
【０３６２】
（実施の形態８）
本明細書に開示する半導体装置は、さまざまな電子機器（遊技機も含む）に適用すること
ができる。電子機器としては、例えば、テレビジョン装置（テレビ、またはテレビジョン
受信機ともいう）、コンピュータ用などのモニタ、デジタルカメラ、デジタルビデオカメ
ラ等のカメラ、デジタルフォトフレーム、携帯電話機（携帯電話、携帯電話装置ともいう
）、携帯型ゲーム機、携帯情報端末、音響再生装置、パチンコ機などの大型ゲーム機など
が挙げられる。上記実施の形態で説明した液晶表示装置を具備する電子機器の例について
説明する。
【０３６３】
図１３（Ａ）は電子書籍（Ｅ−ｂｏｏｋともいう）であり、筐体９６３０、表示部９６３
１、操作キー９６３２、太陽電池９６３３、充放電制御回路９６３４を有することができ
る。図１３（Ａ）に示した電子書籍は、様々な情報（静止画、動画、テキスト画像など）
を表示する機能、カレンダー、日付又は時刻などを表示部に表示する機能、表示部に表示
した情報を操作又は編集する機能、様々なソフトウェア（プログラム）によって処理を制
御する機能、等を有することができる。なお、図１３（Ａ）では充放電制御回路９６３４
の一例としてバッテリー９６３５、ＤＣＤＣコンバータ（以下、コンバータと略記）９６
３６を有する構成について示している。先の実施の形態で示した半導体装置を表示部９６
３１に適用することにより、信頼性の高い電子書籍とすることができる。
【０３６４】
図１３（Ａ）に示す構成とすることにより、表示部９６３１として半透過型、又は反射型
の液晶表示装置を用いる場合、比較的明るい状況下での使用も予想され、太陽電池９６３
３による発電、及びバッテリー９６３５での充電を効率よく行うことができ、好適である
。なお太陽電池９６３３は、筐体９６３０の空きスペース（表面や裏面）に適宜設けるこ
とができるため、効率的なバッテリー９６３５の充電を行う構成とすることができるため
好適である。なおバッテリー９６３５としては、リチウムイオン電池を用いると、小型化
を図れる等の利点がある。
【０３６５】
また図１３（Ａ）に示す充放電制御回路９６３４の構成、及び動作について図１３（Ｂ）
にブロック図を示し説明する。図１３（Ｂ）には、太陽電池９６３３、バッテリー９６３
５、コンバータ９６３６、コンバータ９６３７、スイッチＳＷ１乃至ＳＷ３、表示部９６
３１について示しており、バッテリー９６３５、コンバータ９６３６、コンバータ９６３
７、スイッチＳＷ１乃至ＳＷ３が充放電制御回路９６３４に対応する箇所となる。
【０３６６】
まず外光により太陽電池９６３３により発電がされる場合の動作の例について説明する。
太陽電池で発電した電力は、バッテリー９６３５を充電するための電圧となるようコンバ
ータ９６３６で昇圧または降圧がなされる。そして、表示部９６３１の動作に太陽電池９
６３３からの電力が用いられる際にはスイッチＳＷ１をオンにし、コンバータ９６３７で
表示部９６３１に必要な電圧に昇圧または降圧をすることとなる。また、表示部９６３１
での表示を行わない際には、ＳＷ１をオフにし、ＳＷ２をオンにしてバッテリー９６３５
の充電を行う構成とすればよい。
【０３６７】
次いで外光により太陽電池９６３３により発電がされない場合の動作の例について説明す
る。バッテリー９６３５に蓄電された電力は、スイッチＳＷ３をオンにすることでコンバ
ータ９６３７により昇圧または降圧がなされる。そして、表示部９６３１の動作にバッテ
リー９６３５からの電力が用いられることとなる。
【０３６８】
なお太陽電池９６３３については、充電手段の一例として示したが、他の手段によるバッ
テリー９６３５の充電を行う構成であってもよい。また他の充電手段を組み合わせて行う
構成としてもよい。
【０３６９】
図１４（Ａ）は、ノート型のパーソナルコンピュータであり、本体３００１、筐体３００
２、表示部３００３、キーボード３００４などによって構成されている。先の実施の形態
で示した半導体装置を表示部３００３に適用することにより、信頼性の高いノート型のパ
ーソナルコンピュータとすることができる。
【０３７０】
図１４（Ｂ）は、携帯情報端末（ＰＤＡ）であり、本体３０２１には表示部３０２３と、
外部インターフェイス３０２５と、操作ボタン３０２４等が設けられている。また操作用
の付属品としてスタイラス３０２２がある。先の実施の形態で示した半導体装置を表示部
３０２３に適用することにより、より信頼性の高い携帯情報端末（ＰＤＡ）とすることが
できる。
【０３７１】
図１４（Ｃ）は、電子書籍の一例を示している。例えば、電子書籍２７００は、筐体２７
０１および筐体２７０３の２つの筐体で構成されている。筐体２７０１および筐体２７０
３は、軸部２７１１により一体とされており、該軸部２７１１を軸として開閉動作を行う
ことができる。このような構成により、紙の書籍のような動作を行うことが可能となる。
【０３７２】
筐体２７０１には表示部２７０５が組み込まれ、筐体２７０３には表示部２７０７が組み
込まれている。表示部２７０５および表示部２７０７は、続き画面を表示する構成として
もよいし、異なる画面を表示する構成としてもよい。異なる画面を表示する構成とするこ
とで、例えば右側の表示部（図１４（Ｃ）では表示部２７０５）に文章を表示し、左側の
表示部（図１４（Ｃ）では表示部２７０７）に画像を表示することができる。先の実施の
形態で示した半導体装置を表示部２７０５、表示部２７０７に適用することにより、信頼
性の高い電子書籍２７００とすることができる。
【０３７３】
また、図１４（Ｃ）では、筐体２７０１に操作部などを備えた例を示している。例えば、
筐体２７０１において、電源スイッチ２７２１、操作キー２７２３、スピーカー２７２５
などを備えている。操作キー２７２３により、頁を送ることができる。なお、筐体の表示
部と同一面にキーボードやポインティングデバイスなどを備える構成としてもよい。また
、筐体の裏面や側面に、外部接続用端子（イヤホン端子、ＵＳＢ端子など）、記録媒体挿
入部などを備える構成としてもよい。さらに、電子書籍２７００は、電子辞書としての機
能を持たせた構成としてもよい。
【０３７４】
また、電子書籍２７００は、無線で情報を送受信できる構成としてもよい。無線により、
電子書籍サーバから、所望の書籍データなどを購入し、ダウンロードする構成とすること
も可能である。
【０３７５】
図１４（Ｄ）は、携帯電話であり、筐体２８００及び筐体２８０１の二つの筐体で構成さ
れている。筐体２８０１には、表示パネル２８０２、スピーカー２８０３、マイクロフォ
ン２８０４、ポインティングデバイス２８０６、カメラ用レンズ２８０７、外部接続端子
２８０８などを備えている。また、筐体２８００には、携帯電話の充電を行う太陽電池セ
ル２８１０、外部メモリスロット２８１１などを備えている。また、アンテナは筐体２８
０１内部に内蔵されている。先の実施の形態で示した半導体装置を表示パネル２８０２に
適用することにより、信頼性の高い携帯電話とすることができる。
【０３７６】
また、表示パネル２８０２はタッチパネルを備えており、図１４（Ｄ）には映像表示され
ている複数の操作キー２８０５を点線で示している。なお、太陽電池セル２８１０で出力
される電圧を各回路に必要な電圧に昇圧するための昇圧回路も実装している。
【０３７７】
表示パネル２８０２は、使用形態に応じて表示の方向が適宜変化する。また、表示パネル
２８０２と同一面上にカメラ用レンズ２８０７を備えているため、テレビ電話が可能であ
る。スピーカー２８０３及びマイクロフォン２８０４は音声通話に限らず、テレビ電話、
録音、再生などが可能である。さらに、筐体２８００と筐体２８０１は、スライドし、図
１４（Ｄ）のように展開している状態から重なり合った状態とすることができ、携帯に適
した小型化が可能である。
【０３７８】
外部接続端子２８０８はＡＣアダプタ及びＵＳＢケーブルなどの各種ケーブルと接続可能
であり、充電及びパーソナルコンピュータなどとのデータ通信が可能である。また、外部
メモリスロット２８１１に記録媒体を挿入し、より大量のデータ保存及び移動に対応でき
る。
【０３７９】
また、上記機能に加えて、赤外線通信機能、テレビ受信機能などを備えたものであっても
よい。
【０３８０】
図１４（Ｅ）は、デジタルビデオカメラであり、本体３０５１、表示部（Ａ）３０５７、
接眼部３０５３、操作スイッチ３０５４、表示部（Ｂ）３０５５、バッテリー３０５６な
どによって構成されている。上記実施の形態のいずれかで示した半導体装置を表示部（Ａ
）３０５７、表示部（Ｂ）３０５５に適用することにより、信頼性の高いデジタルビデオ
カメラとすることができる。
【０３８１】
図１４（Ｆ）は、テレビジョン装置の一例を示している。テレビジョン装置９６００は、
筐体９６０１に表示部９６０３が組み込まれている。表示部９６０３により、映像を表示
することが可能である。また、ここでは、スタンド９６０５により筐体９６０１を支持し
た構成を示している。先の実施の形態で示した半導体装置を表示部９６０３に適用するこ
とにより、信頼性の高いテレビジョン装置９６００とすることができる。
【０３８２】
テレビジョン装置９６００の操作は、筐体９６０１が備える操作スイッチや、別体のリモ
コン操作機により行うことができる。また、リモコン操作機に、当該リモコン操作機から
出力する情報を表示する表示部を設ける構成としてもよい。
【０３８３】
なお、テレビジョン装置９６００は、受信機やモデムなどを備えた構成とする。受信機に
より一般のテレビ放送の受信を行うことができ、さらにモデムを介して有線または無線に
よる通信ネットワークに接続することにより、一方向（送信者から受信者）または双方向
（送信者と受信者間、あるいは受信者間同士など）の情報通信を行うことも可能である。
【０３８４】
以上、本実施の形態に示す構成、方法などは、他の実施の形態に示す構成、方法などと適
宜組み合わせて用いることができる。
【符号の説明】
【０３８５】
１０ プラズマ装置
１１ 基板供給室
１２ ロードロック室
１３ 搬送室
１４ カセットポート
１５ 真空チャンバー
１６ ＩＣＰコイル
１７ ガス流路
１８ 高周波電源
１９ 基板ステージ
２０ 被処理基板
２１ 高周波電源
２２ 自動圧力制御弁
２３ ターボ分子ポンプ
２４ ドライポンプ
１００ 基板
１０２ 絶縁膜
１０２ａ 絶縁膜
１０２ｂ 絶縁膜
１０３ａ マスク
１０３ｂ マスク
１０４ａ ソース電極
１０４ｂ ドレイン電極
１０６ 酸化物半導体膜
１０８ 酸化物半導体膜
１１０ ゲート絶縁膜
１１０ａ ゲート絶縁膜
１１０ｂ ゲート絶縁膜
１１２ ゲート電極
１１２ａ ゲート電極
１１２ｂ 電極
１１４ 絶縁膜
１２０ トランジスタ
１３０ トランジスタ
１４０ トランジスタ
１５０ トランジスタ
１５１ 絶縁膜
１５２ 絶縁膜
１５４ 電極
１５６ 配線
１６０ トランジスタ
１６４ 容量素子
１８０ 酸素
１８０ａ 酸素
１８０ｂ 酸素
１８０ｃ 酸素
２００ 基板
２０６ 素子分離絶縁膜
２０８ ゲート絶縁膜
２１０ ゲート電極
２１６ チャネル形成領域
２２０ 不純物領域
２２４ 金属化合物領域
２２８ 絶縁膜
２３０ 絶縁膜
２４０ トランジスタ
６０１ 基板
６０２ フォトダイオード
６０６ａ 半導体層
６０６ｂ 半導体層
６０６ｃ 半導体層
６０８ 接着層
６１３ 基板
６３１ 絶縁膜
６３３ 層間絶縁層
６３４ 層間絶縁層
６４０ トランジスタ
６４１ 電極層
６４１ａ 電極層
６４１ｂ 電極層
６４２ 電極層
６４５ ゲート電極
６４５ａ ゲート電極
６４５ｂ 電極層
６５６ トランジスタ
６５８ フォトダイオードリセット信号線
６５９ ゲート信号線
６７１ フォトセンサ出力信号線
６７２ フォトセンサ基準信号線
２７００ 電子書籍
２７０１ 筐体
２７０３ 筐体
２７０５ 表示部
２７０７ 表示部
２７１１ 軸部
２７２１ 電源スイッチ
２７２３ 操作キー
２７２５ スピーカー
２８００ 筐体
２８０１ 筐体
２８０２ 表示パネル
２８０３ スピーカー
２８０４ マイクロフォン
２８０５ 操作キー
２８０６ ポインティングデバイス
２８０７ カメラ用レンズ
２８０８ 外部接続端子
２８１０ 太陽電池セル
２８１１ 外部メモリスロット
３００１ 本体
３００２ 筐体
３００３ 表示部
３００４ キーボード
３０２１ 本体
３０２２ スタイラス
３０２３ 表示部
３０２４ 操作ボタン
３０２５ 外部インターフェイス
３０５１ 本体
３０５３ 接眼部
３０５４ 操作スイッチ
３０５５ 表示部（Ｂ）
３０５６ バッテリー
３０５７ 表示部（Ａ）
４００１ 基板
４００２ 画素部
４００３ 信号線駆動回路
４００４ 走査線駆動回路
４００５ シール材
４００６ 基板
４００８ 液晶層
４０１０ トランジスタ
４０１１ トランジスタ
４０１３ 液晶素子
４０１５ 接続端子電極
４０１６ 端子電極
４０１８ ＦＰＣ
４０１８ａ ＦＰＣ
４０１８ｂ ＦＰＣ
４０１９ 異方性導電膜
４０２１ 絶縁層
４０３０ 電極層
４０３１ 電極層
４０３２ 絶縁膜
４０３３ 絶縁膜
４５１０ 隔壁
４５１１ 電界発光層
４５１３ 発光素子
４５１４ 充填材
４６１２ キャビティ
４６１３ 球形粒子
４６１４ 充填材
４６１５ａ 黒色領域
４６１５ｂ 白色領域
９６００ テレビジョン装置
９６０１ 筐体
９６０３ 表示部
９６０５ スタンド
９６３０ 筐体
９６３１ 表示部
９６３２ 操作キー
９６３３ 太陽電池
９６３４ 充放電制御回路
９６３５ バッテリー
９６３６ コンバータ
９６３７ コンバータ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に第１の絶縁膜を形成し、
前記第１の絶縁膜上に第２の絶縁膜を形成し、
前記第１の絶縁膜及び前記第２の絶縁膜に酸素ドープ処理を行い、
前記第２の絶縁膜上に、ソース電極、ドレイン電極、及び酸化物半導体膜を形成し、
前記ソース電極、前記ドレイン電極、及び前記酸化物半導体膜上に第３の絶縁膜を形成し、
前記第３の絶縁膜上に、前記酸化物半導体膜と重なるようにゲート電極を形成し、
前記第２の絶縁膜は、前記酸化物半導体膜と同じ成分を有することを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項２】
基板上に第１の絶縁膜を形成し、
前記第１の絶縁膜上に第２の絶縁膜を形成し、
前記第１の絶縁膜及び前記第２の絶縁膜に第１の酸素ドープ処理を行い、
前記第２の絶縁膜上に、ソース電極、ドレイン電極、及び酸化物半導体膜を形成し、
前記ソース電極、前記ドレイン電極、及び前記酸化物半導体膜上に第３の絶縁膜を形成し、
前記第３の絶縁膜に第２の酸素ドープ処理を行い、
前記第３の絶縁膜上に、前記酸化物半導体膜と重なるようにゲート電極を形成し、
前記第２の絶縁膜は、前記酸化物半導体膜と同じ成分を有することを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項３】
基板上に第１の絶縁膜を形成し、
前記第１の絶縁膜上に第２の絶縁膜を形成し、
前記第１の絶縁膜及び前記第２の絶縁膜に第１の酸素ドープ処理を行い、
前記第２の絶縁膜上に、ソース電極、ドレイン電極、及び酸化物半導体膜を形成し、
前記酸化物半導体膜に第２の酸素ドープ処理を行い、
前記ソース電極、前記ドレイン電極、及び前記酸化物半導体膜上に第３の絶縁膜を形成し、
前記第３の絶縁膜に第３の酸素ドープ処理を行い、
前記第３の絶縁膜上に、前記酸化物半導体膜と重なるようにゲート電極を形成し、
前記第２の絶縁膜は、前記酸化物半導体膜と同じ成分を有することを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか一において、
前記第１の絶縁膜は、前記酸化物半導体膜と異なる成分を有することを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項１】
基板上に第１の絶縁膜を形成し、
前記第１の絶縁膜上に第２の絶縁膜を形成し、
前記第１の絶縁膜及び前記第２の絶縁膜に酸素ドープ処理を行い、
前記第２の絶縁膜上に、ソース電極、ドレイン電極、及び酸化物半導体膜を形成し、
前記ソース電極、前記ドレイン電極、及び前記酸化物半導体膜上に第３の絶縁膜を形成し、
前記第３の絶縁膜上に、前記酸化物半導体膜と重なるようにゲート電極を形成し、
前記第２の絶縁膜は、前記酸化物半導体膜と同じ成分を有することを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項２】
基板上に第１の絶縁膜を形成し、
前記第１の絶縁膜上に第２の絶縁膜を形成し、
前記第１の絶縁膜及び前記第２の絶縁膜に第１の酸素ドープ処理を行い、
前記第２の絶縁膜上に、ソース電極、ドレイン電極、及び酸化物半導体膜を形成し、
前記ソース電極、前記ドレイン電極、及び前記酸化物半導体膜上に第３の絶縁膜を形成し、
前記第３の絶縁膜に第２の酸素ドープ処理を行い、
前記第３の絶縁膜上に、前記酸化物半導体膜と重なるようにゲート電極を形成し、
前記第２の絶縁膜は、前記酸化物半導体膜と同じ成分を有することを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項３】
基板上に第１の絶縁膜を形成し、
前記第１の絶縁膜上に第２の絶縁膜を形成し、
前記第１の絶縁膜及び前記第２の絶縁膜に第１の酸素ドープ処理を行い、
前記第２の絶縁膜上に、ソース電極、ドレイン電極、及び酸化物半導体膜を形成し、
前記酸化物半導体膜に第２の酸素ドープ処理を行い、
前記ソース電極、前記ドレイン電極、及び前記酸化物半導体膜上に第３の絶縁膜を形成し、
前記第３の絶縁膜に第３の酸素ドープ処理を行い、
前記第３の絶縁膜上に、前記酸化物半導体膜と重なるようにゲート電極を形成し、
前記第２の絶縁膜は、前記酸化物半導体膜と同じ成分を有することを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか一において、
前記第１の絶縁膜は、前記酸化物半導体膜と異なる成分を有することを特徴とする半導体装置の作製方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１７】
【図１６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１７】
【図１６】
【公開番号】特開２０１３−９０００（Ｐ２０１３−９０００Ａ）
【公開日】平成２５年１月１０日（２０１３．１．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−１９９１７３（Ｐ２０１２−１９９１７３）
【出願日】平成２４年９月１１日（２０１２．９．１１）
【分割の表示】特願２０１１−９４９９７（Ｐ２０１１−９４９９７）の分割
【原出願日】平成２３年４月２１日（２０１１．４．２１）
【出願人】（０００１５３８７８）株式会社半導体エネルギー研究所 (5,264)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月１０日（２０１３．１．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年９月１１日（２０１２．９．１１）
【分割の表示】特願２０１１−９４９９７（Ｐ２０１１−９４９９７）の分割
【原出願日】平成２３年４月２１日（２０１１．４．２１）
【出願人】（０００１５３８７８）株式会社半導体エネルギー研究所 (5,264)
【Ｆターム（参考）】
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