【課題】酸化物半導体膜を成膜する成膜技術を提供することを課題の一とする。
【解決手段】金属酸化物の焼結体を含み、その金属酸化物の焼結体の含有水素濃度が、たとえば、１×１０^１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３未満と低いスパッタリングターゲットを用いて酸化物半導体膜を形成することで、Ｈ_２Ｏに代表される水素原子を含む化合物、もしくは水素原子等の不純物の含有量が少ない酸化物半導体膜を成膜する。また、この酸化物半導体膜をトランジスタの活性層として適用する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はスパッタリングターゲット及びその製造方法に関する。また、当該スパッタリングターゲットを用いて製造されたトランジスタに関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶表示装置に代表されるように、ガラス基板などの平板に形成されるトランジスタは、主にアモルファスシリコン、または多結晶シリコンなどの半導体材料を用いて作製される。アモルファスシリコンを用いたトランジスタは、電界効果移動度が低いもののガラス基板の大面積化に対応することができ、一方、多結晶シリコンを用いたトランジスタは、電界効果移動度が高いもののレーザアニールなどの結晶化工程が必要であり、ガラス基板の大面積化には必ずしも適応しないといった特性を有している。
【０００３】
これに対し、半導体材料として酸化物半導体を用いてトランジスタを作製し、該トランジスタを電子デバイスや光デバイスに応用する技術が注目されている。例えば、半導体材料として酸化亜鉛、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物半導体を用いてトランジスタを作製し、画像表示装置のスイッチング素子などに用いる技術が特許文献１及び特許文献２で開示されている。
【０００４】
酸化物半導体にチャネル形成領域（チャネル領域ともいう）を設けたトランジスタは、アモルファスシリコンを用いたトランジスタよりも高い電界効果移動度が得られている。酸化物半導体膜はスパッタリング法などによって比較的低温で膜形成が可能であり、多結晶シリコンを用いたトランジスタよりも製造工程が簡単である。
【０００５】
このような酸化物半導体を用いてガラス基板、プラスチック基板などにトランジスタを形成し、液晶ディスプレイ、エレクトロルミネセンスディスプレイ（ＥＬディスプレイともいう）または電子ペーパーなどの表示装置への応用が期待されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−１２３８６１号公報
【特許文献２】特開２００７−９６０５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、酸化物半導体を用いて作製した半導体素子の特性は未だ充分なものとは言えない。例えば、酸化物半導体膜を用いたトランジスタには、制御された閾値電圧、速い動作速度、製造工程が比較的簡単であること、そして十分な信頼性が求められている。
【０００８】
本発明の一態様の目的は、酸化物半導体膜を成膜する成膜技術を提供することを課題の一とする。また、その酸化物半導体膜を用いた信頼性の高い半導体素子を作製する方法を提供することを課題の一とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
酸化物半導体を用いたトランジスタの閾値電圧は酸化物半導体膜に含まれるキャリア密度に影響される。また、酸化物半導体膜に含まれるキャリアは、酸化物半導体膜に含まれる不純物により発生する。例えば、成膜された酸化物半導体膜に含まれる水（Ｈ_２Ｏ）に代表される水素原子を含む化合物や炭素原子を含む化合物、もしくは水素原子や炭素原子等の不純物は、酸化物半導体膜のキャリア密度を高める。
【００１０】
水（Ｈ_２Ｏ）に代表される水素原子を含む化合物、もしくは水素原子等の不純物を含む酸化物半導体膜を用いて作製したトランジスタは、閾値電圧のシフトなどの経時劣化を制御することが困難である。
【００１１】
本発明者らは、上記目的を達成するために、水（Ｈ_２Ｏ）に代表される水素原子を含む化合物、もしくは水素原子等の不純物の含有量の低い導電膜を、ソース電極、ドレイン電極用の導電膜として用い、酸化物半導体膜の上或いは下に形成することで、酸化物半導体膜中に存在する水素、水などの不純物が上記導電膜に引き抜かれて、酸化物半導体膜の純度が高まり、その結果、水素、水などの不純物に起因するトランジスタの経時劣化が抑えられるのではないかと考えた。上記導電膜は、エッチングなどで所望の形状に加工することで、ソース電極、ドレイン電極に形成できる。
【００１２】
そこで、本発明の一態様は、成膜に用いるスパッタリングターゲット中の、キャリア密度に影響する不純物、例えば、水（Ｈ_２Ｏ）に代表される水素原子を含む化合物、もしくは水素原子等の不純物を排除することにより、不純物の含有量の少ない導電膜を成膜する。
【００１３】
本発明の一態様のスパッタリングターゲットは、導電膜を形成するスパッタリングターゲットであって、水素の電気陰性度２．１よりも小さい金属材料の焼結体を含み、その焼結体の含有水素濃度が１×１０^１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下であることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明の一態様のスパッタリングターゲットは、導電膜を形成するスパッタリングターゲットであって、アルミニウム、銅、クロム、タンタル、チタン、モリブデン、またはタングステンの少なくともいずれか一の金属材料の焼結体を含み、その焼結体の含有水素濃度が１×１０^１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下であることを特徴とする。
【００１５】
また、本発明の一態様のスパッタリングターゲットは、導電膜を形成するスパッタリングターゲットであって、アルミニウムに、シリコン、チタン、タンタル、タングステン、モリブデン、クロム、ネオジム、スカンジウム、またはイットリウムが０．１乃至３原子％添加された金属材料の焼結体を含み、その焼結体の含有水素濃度が１×１０^１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下であることを特徴とする。
【００１６】
また、本発明の一態様のトランジスタは、上述のスパッタリングターゲットを用いて作製された導電膜を活性層に接して含むことを特徴とする。
【００１７】
また、本発明の一態様のスパッタリングターゲットの製造方法は、金属材料を焼成して金属材料の焼結体を形成し、金属材料の焼結体を機械加工して、所望の形状を有するターゲットに成形し、ターゲットを洗浄し、洗浄後のターゲットに、加熱処理を加えることを特徴とする。
【００１８】
また、本発明の一態様のスパッタリングターゲットの製造方法は、金属材料を焼成して金属材料の焼結体を形成し、金属材料の焼結体を機械加工して、所望の形状を有するターゲットに成形し、ターゲットを洗浄し、洗浄後のターゲットを加熱処理し、ターゲットと、バッキングプレートとをボンディングすることを特徴とする。
【００１９】
なお、本明細書等において、金属材料の焼結体を機械加工して所望の形状にしたものを、ターゲットと表記することがある。また、該ターゲットとバッキングプレートを合わせて、特にスパッタリングターゲットと表記することがある。
【００２０】
また、本明細書において、第１、第２として付される序数詞は便宜上用いるものであり、工程順又は積層順を示すものではない。また、本明細書において発明を特定するための事項として固有の名称を示すものではない。
【００２１】
また、本明細書において、酸化窒化物とは、その組成として、窒素原子よりも酸素原子の数が多い物質のことを指し、窒化酸化物とは、その組成として、酸素原子より窒素原子の数が多い物質のことを指す。例えば、酸化窒化シリコン膜とは、その組成として、窒素原子よりも酸素原子の数が多く、ラザフォード後方散乱法（ＲＢＳ：Ｒｕｔｈｅｒｆｏｒｄ Ｂａｃｋｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）及び水素前方散乱法（ＨＦＳ：Ｈｙｄｒｏｇｅｎ Ｆｏｒｗａｒｄ Ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ）を用いて測定した場合に、濃度範囲として酸素が５０原子％以上７０原子％以下、窒素が０．５原子％以上１５原子％以下、シリコンが２５原子％以上３５原子％以下、水素が０．１原子％以上１０原子％以下の範囲で含まれるものをいう。また、窒化酸化シリコン膜とは、その組成として、酸素原子より窒素原子の数が多く、ＲＢＳ及びＨＦＳを用いて測定した場合に、濃度範囲として酸素が５原子％以上３０原子％以下、窒素が２０原子％以上５５原子％以下、シリコンが２５原子％以上３５原子％以下、水素が１０原子％以上３０原子％以下の範囲で含まれるものをいう。但し、酸化窒化シリコンまたは窒化酸化シリコンを構成する原子の合計を１００原子％としたとき、窒素、酸素、シリコン及び水素の含有比率が上記の範囲内に含まれるものとする。
【００２２】
また、本明細書等において「上」や「下」の用語は、構成要素の位置関係が「直上」または「直下」であることを限定するものではない。例えば、「ゲート絶縁層上の第１のゲート電極」の表現であれば、ゲート絶縁層とゲート電極との間に他の構成要素を含むものを除外しない。また、「上」「下」の用語は説明の便宜のために用いる表現に過ぎず、特に言及する場合を除き、その上下を入れ替えたものも含む。
【００２３】
また、本明細書等において「電極」や「配線」の用語は、これらの構成要素を機能的に限定するものではない。例えば、「電極」は「配線」の一部として用いられることがあり、その逆もまた同様である。さらに、「電極」や「配線」の用語は、複数の「電極」や「配線」が一体となって形成されている場合をなどをも含む。
【００２４】
また、「ソース」や「ドレイン」の機能は、異なる極性のトランジスタを採用する場合や、回路動作において電流の方向が変化する場合などは入れ替わることがある。このため、本明細書においては、「ソース」や「ドレイン」の用語は、入れ替えて用いることができるものとする。
【００２５】
なお、本明細書において、ターゲット、酸化物半導体膜または導電膜中の水素濃度は、二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ：Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ Ｉｏｎ Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）による測定値を用いる。なお、ＳＩＭＳ分析は、その原理上、試料表面近傍や、材質が異なる膜との積層界面近傍のデータを正確に得ることが困難であることが知られている。そこで、膜中における水素濃度の厚さ方向の分布を、ＳＩＭＳで分析する場合、水素濃度は、対象となる膜の存在する範囲において、極端な変動が無く、ほぼ一定の強度が得られる領域における平均値を採用する。また、測定の対象となる膜の厚さが小さい場合、隣接する膜内の水素濃度の影響を受けて、ほぼ一定の強度の得られる領域を見いだせない場合がある。この場合、当該膜の存在する領域における、最大値または最小値を、水素濃度として採用する。さらに、当該膜の存在する領域において、最大値を有する山型のピーク、最小値を有する谷型のピークが存在しない場合、変曲点の値を水素濃度として採用する。
【発明の効果】
【００２６】
本発明の一態様は、水（Ｈ_２Ｏ）に代表される水素原子を含む化合物や、もしくは水素原子等の不純物の含有量が少ないスパッタリングターゲットを提供することが可能である。また、そのスパッタリングターゲットを用い、不純物の低減された導電膜を成膜することが可能である。また、その導電膜に接して形成された酸化物半導体膜を活性層として用いた信頼性の高い半導体素子を作製する方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】スパッタリングターゲットの製造方法を示すフロー図。
【図２】実施の形態に係わるトランジスタの平面図及び断面図。
【図３】実施の形態に係わるトランジスタの作製工程を説明する図。
【図４】実施の形態に係わるトランジスタの平面図及び断面図。
【図５】実施の形態に係わるトランジスタの作製工程を説明する図。
【図６】実施の形態に係わるトランジスタの断面図。
【図７】実施の形態に係わるトランジスタの作製工程を説明する図。
【図８】実施の形態に係わるトランジスタの作製工程を説明する図。
【図９】実施の形態に係わるトランジスタの作製工程を説明する図。
【図１０】実施の形態に係わるトランジスタの作製工程を説明する図。
【図１１】実施の形態に係わるトランジスタの断面図。
【図１２】酸化物半導体を用いたトランジスタの断面図。
【図１３】図１２に示すＡ−Ａ’断面におけるエネルギーバンド図（模式図）。
【図１４】（Ａ）ゲート電極（ＧＥ１）に正の電圧（Ｖ_Ｇ＞０）が与えられた状態を示し、（Ｂ）ゲート電極（ＧＥ１）に負の電位（Ｖ_Ｇ＜０）が与えられた状態を示す図。
【図１５】真空準位と金属の仕事関数（φ_Ｍ）、酸化物半導体の電子親和力（χ）の関係を示す図。
【図１６】電子機器の例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下では、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。但し、本発明は以下の説明に限定されず、その形態及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。なお、本明細書中の図面において、同一部分または同様な機能を有する部分には同一の符号を付し、その説明は省略する場合がある。
【００２９】
（実施の形態１）
本実施の形態では、本発明の一態様であるスパッタリングターゲット（以下、ターゲットとも表記する）の製造方法について図１を参照して説明する。図１は、本実施の形態に係るスパッタリングターゲットの製造方法の一例を示すフローチャートである。
【００３０】
はじめに、ターゲット材料を適宜秤量し、秤量した各ターゲット材料を、ボールミル等により粉砕しながら混合する（図１（Ａ））。本実施の形態で示す導電膜を形成するためのターゲットの材料としては、例えば、アルミニウム（Ａｌ）粉末に、シリコン（Ｓｉ）、チタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、クロム（Ｃｒ）、ネオジム（Ｎｄ）、スカンジウム（Ｓｃ）、イットリウム（Ｙ）またはランタン系材料など、アルミニウム膜に生ずるヒロックやウィスカーの発生を防止する元素が０．１乃至３原子％添加した材料を用いることができる。
【００３１】
なお、ターゲットに用いることができる材料は、これに限られず、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、クロム（Ｃｒ）、タンタル（Ｔａ）、チタン（Ｔｉ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）などの金属材料等を単体又は混合して適宜用いることが可能である。なお、アルミニウム、チタン、クロム、銅、またはタンタルのように、電気陰性度の小さい金属材料、具体的には水素よりも電気陰性度の小さい金属材料を用いると、酸化物半導体膜に接して導電膜を形成した際に、水分、または水素などの不純物を酸化物半導体膜から引き抜きやすいため、好ましい。また、上記電気陰性度の小さい金属材料のうち、チタンは、酸化物半導体膜との接触抵抗が低いため、特に好ましい。
【００３２】
また、ターゲット材料として、導電性の金属酸化物を用いても良い。導電性の金属酸化物としては酸化インジウム（Ｉｎ_２Ｏ_３）、酸化スズ（ＳｎＯ_２）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化インジウム酸化スズ合金（Ｉｎ_２Ｏ_３―ＳｎＯ_２、ＩＴＯと略記する）、酸化インジウム酸化亜鉛合金（Ｉｎ_２Ｏ_３―ＺｎＯ）等を用いることができる。または金属酸化物材料にシリコン若しくは酸化シリコンを添加しても良い。
【００３３】
次いで、混合物を所定の形状に成形し、焼成して、金属材料の焼結体を得る（図１（Ｂ））。ターゲット材料を焼成することにより、ターゲットに水素や水分やハイドロカーボン等が混入することを防ぐことが出来る。焼成は、不活性ガス雰囲気（窒素または希ガス雰囲気）下、真空中または高圧雰囲気中で行うことができ、さらに機械的な圧力を加えながら行ってもよい。焼成法としては、常圧焼成法、加圧焼成法等を適宜用いることができる。また、加圧焼成法としては、ホットプレス法、熱間等方加圧（ＨＩＰ：Ｈｏｔ Ｉｓｏｓｔａｔｉｃ Ｐｒｅｓｓｉｎｇ）法、放電プラズマ焼結法、又は衝撃法を適用することが好ましい。焼成の最高温度はターゲット材料の焼結温度により選択するが、１０００℃〜２０００℃程度とするのが好ましく、１２００℃〜１５００℃とするのがより好ましい。また、最高温度の保持時間は、ターゲット材料により選択するが、０．５時間〜３時間とするのが好ましい。
【００３４】
なお、本実施の形態の金属ターゲットは充填率が９０％以上１００％以下、より好ましくは９５％以上９９．９％以下とするのが好ましい。充填率の高い金属ターゲットとすることにより、スパッタリング成膜時にターゲットへの水分等の不純物が吸着する空隙を取り除くことができる。また、スパッタリング成膜時に、ノジュールの発生を防止し、均一な放電が可能になり、パーティクルの発生を抑制できる。さらに、成膜した導電膜の表面の平滑性が良好となる。
【００３５】
次いで、所望の寸法、形状、表面粗さのターゲットに成形するための機械加工を施す（図１（Ｃ））。加工手段としては、例えば機械的研磨、化学的機械研磨（ＣＭＰ：Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）、またはこれらの併用等を用いることができる。
【００３６】
その後、機械加工によって発生する細かな塵や、研削液成分の除去のために、水や有機溶媒に浸漬させた超音波洗浄、流水洗浄等によってターゲットを洗浄する（図１（Ｄ））。機械加工後に洗浄を行うことで、塵や不純物を除去したターゲットを得ることができ、当該ターゲットを用いて純度の高い良質な膜を形成することが可能となる。
【００３７】
次いで、洗浄を終えたターゲットに加熱処理を加える（図１（Ｅ））。加熱処理は、不活性ガス雰囲気（窒素または希ガス雰囲気）中で行うのが好ましく、加熱処理の温度は、ターゲット材料によって異なるが、ターゲット材料が変性せず、ターゲット表面又はターゲット中の水素、水分が充分に脱離する温度とする。具体的には、１５０℃以上であって７５０℃以下、好ましくは４２５℃以上７５０℃以下とする。また、加熱時間は、ターゲット中の含有水素濃度が充分低減できるだけ加熱するものとし、具体的には０．５時間以上、好ましくは１時間以上加熱とする。洗浄後に加熱処理することにより、洗浄によって混入した水素や水分等をターゲットから脱離させることが出来る。なお、加熱処理は、真空中または高圧雰囲気中で行ってもよい。
【００３８】
加熱処理としては、例えば、加熱処理装置の一つである電気炉にターゲットを導入し、窒素雰囲気下において加熱処理を行った後、大気に触れないようにし、ターゲットへの水や水素の再混入を防ぎ、含有水素濃度の低下したターゲットを得る。加熱温度Ｔから、再び水が入らないような十分な温度まで同じ炉を用い、具体的には加熱温度Ｔよりも１００℃以上下がるまで窒素雰囲気下で徐冷する。また、窒素雰囲気下に限定されず、ヘリウム雰囲気下、ネオン雰囲気下、アルゴン雰囲気下等において加熱処理を行う。
【００３９】
なお、加熱処理装置は電気炉に限られず、例えばＬＲＴＡ（Ｌａｍｐ Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ａｎｎｅａｌ）装置、ＧＲＴＡ（Ｇａｓ Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ 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、上記のランプから発する光による熱輻射、およびランプから発する光で気体を加熱し、加熱された気体からの熱伝導によって、被処理物を加熱する装置である。気体には、アルゴンなどの希ガス、または窒素のような、加熱処理によって被処理物と反応しない不活性気体が用いられる。また、ＬＲＴＡ装置、ＧＲＴＡ装置は、ランプだけでなく、抵抗発熱体などの発熱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備えていてもよい。
【００４０】
加熱処理においては、窒素、またはヘリウム、ネオン、アルゴン等の希ガスに、水、水素などが含まれないことが好ましい。または、加熱処理装置に導入する窒素、またはヘリウム、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、（即ち不純物濃度を１ｐｐｍ以下、好ましくは０．１ｐｐｍ以下）とすることが好ましい。
【００４１】
本実施の形態で示す金属ターゲットは、洗浄後に加熱処理を行うことで二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ：Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ Ｉｏｎ Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）による分析で、５×１０^１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下、好ましくは５×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下、さらに好ましくは５×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下か、または１×１０^１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下の水素濃度とすることができる。したがって、当該ターゲットを用いて作製された導電膜の含有水素濃度を低減することができる。
【００４２】
その後、ターゲットをバッキングプレートと呼ばれる金属板に貼り合わせる（図１（Ｆ））。バッキングプレートは、ターゲット材料の冷却とスパッタリング電極としての役割をもつため、熱伝導性および導電性に優れた銅を用いることが好ましい。また、銅以外にも、チタン、銅合金、ステンレス合金等を用いることも可能である。バッキングプレート内部または背面に冷却路を形成し、冷却路に冷却液として水や油脂等を循環させることで、スパッタリング成膜時のターゲットの冷却効率を高めることができる。ただし、水の気化温度は１００℃であるため、ターゲットを１００℃以上に保ちたい場合は、水ではなく油脂等を用いるとよい。
【００４３】
ターゲットとバッキングプレートの貼り合わせは、例えば、電子ビーム溶接で行うことができる。電子ビーム溶接とは、真空雰囲気中で発生させた電子を加速して収束させ、対象物に照射することで、溶接したい部分のみを溶かし、溶接部以外の素材性質を損なわずに溶接することができる手法である。溶接部形状および溶け込み深さの制御が可能であり、真空中で溶接を行うため、ターゲットに水素や水分やハイドロカーボン等が付着することを防ぐことができる。
【００４４】
また、ターゲットとバッキングプレートを接着するためのろう材としては、金（Ａｕ）、ビスマス（Ｂｉ）、スズ（Ｓｎ）、亜鉛（Ｚｎ）、インジウム（Ｉｎ）またはこれらの合金、低融点合金はんだ等を好ましく用いることができる。なお、ろう材には、導電性の高い金属（または合金）材料を用いるのが好ましい。また、ろう材とターゲットとの間にバックコート層を形成しても良い。バックコート層を形成することで、ターゲットとバッキングプレートとの密着性を向上させることができる。
【００４５】
なお、本実施の形態において、洗浄後の加熱処理は、ターゲットとバッキングプレートとの貼り合わせ（ボンディング）の前に行う場合を例に示したが、本発明の実施の形態はこれに限られず、ターゲットとバッキングプレートとのボンディング後に加熱処理を行っても良いし、ボンディング前後に複数回加熱処理を行っても良い。なお、ターゲットとバッキングプレートとのボンディング後の加熱処理は、ろう材またはバッキングプレートの耐熱性を考慮して、１５０℃以上３５０℃以下で行うのが好ましい。また、加熱処理は、不活性ガス雰囲気（窒素または希ガス雰囲気）中で行うのが好ましい。
【００４６】
また、加熱処理後のターゲットは、水分や水素の再混入を防止するため、高純度の酸素ガス、高純度の亜酸化窒素（Ｎ_２Ｏ）ガス、又は超乾燥エア（露点が−４０℃以下、好ましくは−６０℃以下）雰囲気で搬送、保存等するのが好ましい。または、ステンレス合金等の透水性の低い材料で形成された保護材で覆ってもよく、またその保護材とターゲットの間隙に上述のガスを導入しても良い。酸素ガスまたは亜酸化窒素（Ｎ_２Ｏ）ガスには、水、水素などが含まれないことが好ましい。または、酸素ガスまたは亜酸化窒素（Ｎ_２Ｏ）ガスの純度を、６Ｎ（９９．９９９９％）以上、好ましくは７Ｎ（９９．９９９９９％）以上、（即ち酸素ガスまたは亜酸化窒素（Ｎ_２Ｏ）ガス中の不純物濃度を１ｐｐｍ以下、好ましくは０．１ｐｐｍ以下）とすることが好ましい。
【００４７】
以上により、本実施の形態のスパッタリングターゲットを製造することができる。本実施の形態で示すスパッタリングターゲットは、製造工程において、洗浄後に加熱処理を施すことで、水素原子、または水素原子を含む化合物等の不純物を脱離させ、不純物を積極的に排出することができる。従って、当該ターゲットを用いて作製された導電膜が含有する不純物も低減することができる。
【００４８】
当該導電膜を、トランジスタのソース電極、ドレイン電極用の導電膜として用い、活性層として用いる酸化物半導体膜の上或いは下に形成することで、酸化物半導体膜中に存在する水素、水などの不純物が上記導電膜に引き抜かれて、酸化物半導体膜の純度が高まる。その結果、水素、水などの不純物に起因する経時劣化が抑制されたトランジスタを形成することが可能となる。また、導電膜に用いる材料として、水素よりも電気陰性度が小さい金属を用いることで、不純物をより引き抜くことができる。
【００４９】
なお、加熱処理に代えて、真空中でＵＶランプを照射して、水素原子等の不純物を脱離させても良く、また、ＵＶランプの照射と加熱処理とを併用しても良い。
【００５０】
なお、ターゲットをスパッタリング装置に取り付ける際も、大気にさらさず不活性ガス雰囲気（窒素または希ガス雰囲気）下で行うことで、ターゲットに水素や水分やハイドロカーボン等が付着することを防ぐことができる。
【００５１】
また、ターゲットをスパッタリング装置に取り付けた後、ターゲット表面やターゲット材料中に残存している水素を除去するために脱水素処理を行うと良い。脱水素処理としては成膜チャンバー内を減圧下で２００℃〜６００℃に加熱する方法や、加熱しながら窒素や不活性ガスの導入と排気を繰り返す方法等がある。この場合のターゲット冷却液は、水ではなく油脂等を用いるとよい。加熱せずに窒素の導入と排気を繰り返しても一定の効果が得られるが、加熱しながら行うのがより好ましい。また、成膜チャンバー内に酸素または不活性ガス、または酸素と不活性ガスの両方を導入し、高周波やマイクロ波を用いて不活性ガスや酸素のプラズマを発生させても良い。加熱せずに行っても一定の効果が得られるが、加熱しながら行うのがより好ましい。
【００５２】
なお、本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせることができる。
【００５３】
（実施の形態２）
本実施の形態は、実施の形態１のターゲットを適用して作製した半導体装置として、トランジスタを作製する例を示す。本実施の形態で示すトランジスタ４１０は、実施の形態１で示したスパッタリングターゲットを用いて作製した導電膜をソース電極、ドレイン電極用の導電膜として用いることができる。
【００５４】
本実施の形態のトランジスタ及びトランジスタの作製方法の一形態を、図２及び図３を用いて説明する。
【００５５】
図２（Ａ）（Ｂ）にトランジスタの平面及び断面構造の一例を示す。図２（Ａ）（Ｂ）に示すトランジスタ４１０は、トップゲート構造のトランジスタの一つである。
【００５６】
図２（Ａ）はトップゲート構造のトランジスタ４１０の平面図であり、図２（Ｂ）は図２（Ａ）の線Ｃ１−Ｃ２における断面図である。
【００５７】
トランジスタ４１０は、絶縁表面を有する基板４００上に、絶縁層４０７、酸化物半導体層４１２、ソース電極層又はドレイン電極層４１５ａ、及びソース電極層又はドレイン電極層４１５ｂ、ゲート絶縁層４０２、ゲート電極層４１１を含み、ソース電極層又はドレイン電極層４１５ａ、ソース電極層又はドレイン電極層４１５ｂにそれぞれ配線層４１４ａ、配線層４１４ｂが接して設けられ電気的に接続している。
【００５８】
また、トランジスタ４１０はシングルゲート構造のトランジスタを用いて説明したが、必要に応じて、チャネル形成領域を複数有するマルチゲート構造のトランジスタも形成することができる。
【００５９】
以下、図３（Ａ）乃至（Ｅ）を用い、基板４００上にトランジスタ４１０を作製する工程を説明する。
【００６０】
絶縁表面を有する基板４００に使用することができる基板に大きな制限はないが、少なくとも、後の加熱処理に耐えうる程度の耐熱性を有していることが必要となる。バリウムホウケイ酸ガラスやアルミノホウケイ酸ガラスなどのガラス基板を用いることができる。
【００６１】
また、ガラス基板としては、後の加熱処理の温度が高い場合には、歪み点が７３０℃以上のものを用いると良い。また、ガラス基板には、例えば、アルミノシリケートガラス、アルミノホウケイ酸ガラス、バリウムホウケイ酸ガラスなどのガラス材料が用いられている。なお、一般に酸化ホウ素と比較して酸化バリウム（ＢａＯ）を多く含ませることで、より実用的な耐熱ガラスが得られる。このため、酸化ホウ素（Ｂ_２Ｏ_３）より酸化バリウム（ＢａＯ）を多く含むガラス基板を用いることが好ましい。
【００６２】
なお、上記のガラス基板に代えて、セラミック基板、石英基板、サファイア基板などの絶縁体でなる基板を用いても良い。他にも、結晶化ガラス基板などを用いることができる。また、プラスチック基板等も適宜用いることができる。
【００６３】
まず、絶縁表面を有する基板４００上に下地膜となる絶縁層４０７を形成する。酸化物半導体層と接する絶縁層４０７は、酸化シリコン層、酸化窒化シリコン層、酸化アルミニウム層、または酸化窒化アルミニウム層などの酸化物絶縁層を用いると好ましい。絶縁層４０７の形成方法としては、プラズマＣＶＤ法又はスパッタリング法等を用いることができるが、絶縁層４０７中に水素が多量に含まれないようにするためには、スパッタリング法で絶縁層４０７を成膜することが好ましい。
【００６４】
本実施の形態では、絶縁層４０７として、スパッタリング法により酸化シリコン層を形成する。基板４００を処理室へ搬送し、水素及び水分が除去された高純度酸素を含むスパッタリングガスを導入しシリコンのターゲットを用いて、基板４００に絶縁層４０７として、酸化シリコン層を成膜する。また基板４００は室温でもよいし、加熱されていてもよい。
【００６５】
例えば、石英（好ましくは合成石英）を用い、基板温度を１０８℃とし、基板とターゲットの間との距離（Ｔ−Ｓ間距離）を６０ｍｍとし、圧力を０．４Ｐａとし、高周波電源１．５ｋＷを用い、酸素及びアルゴン（酸素流量２５ｓｃｃｍ：アルゴン流量２５ｓｃｃｍ＝１：１）雰囲気下で、ＲＦスパッタリング法により酸化シリコン層を成膜する。膜厚は１００ｎｍとする。なお、酸化シリコン層を成膜するためのターゲットとして、石英（好ましくは合成石英）に代えてシリコンターゲットを用いることができる。なお、スパッタリングガスとして酸素又は、酸素及びアルゴンの混合ガスを用いて行う。
【００６６】
この場合において、処理室内の残留水分を除去しつつ絶縁層４０７を成膜することが好ましい。絶縁層４０７に水素、水酸基又は水分が含まれないようにするためである。
【００６７】
処理室内の残留水分を除去するためには、吸着型の真空ポンプを用いることが好ましい。例えば、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を用いることが好ましい。また、排気手段としては、ターボ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処理室は、例えば、水素原子や、水（Ｈ_２Ｏ）など水素原子を含む化合物等が排気されるため、当該処理室で成膜し絶縁層４０７に含まれる不純物の濃度を低減できる。
【００６８】
絶縁層４０７を、成膜する際に用いるスパッタリングガスは水素、水、水酸基又は水素化物などの不純物が、濃度数ｐｐｍ程度、濃度数ｐｐｂ程度まで除去された高純度ガスを用いることが好ましい。
【００６９】
スパッタリング法にはスパッタリング用電源に高周波電源を用いるＲＦスパッタリング法、直流電源を用いるＤＣスパッタリング法、さらにパルス的にバイアスを与えるパルスＤＣスパッタリング法がある。ＲＦスパッタリング法は主に絶縁膜を成膜する場合に用いられ、ＤＣスパッタリング法は主に金属膜を成膜する場合に用いられる。
【００７０】
また、材料の異なるターゲットを複数設置できる多元スパッタリング装置もある。多元スパッタリング装置は、同一チャンバーで異なる材料膜を積層成膜することも、同一チャンバーで複数種類の材料を同時に放電させて成膜することもできる。
【００７１】
また、チャンバー内部に磁石機構を備えたマグネトロンスパッタリング法を用いるスパッタリング装置や、グロー放電を使わずマイクロ波を用いて発生させたプラズマを用いるＥＣＲスパッタリング法を用いるスパッタリング装置がある。
【００７２】
また、スパッタリング法を用いる成膜方法として、成膜中にターゲット物質とスパッタリングガス成分とを化学反応させてそれらの化合物薄膜を形成するリアクティブスパッタリング法や、成膜中に基板にも電圧をかけるバイアススパッタリング法もある。
【００７３】
また、絶縁層４０７は積層構造でもよく、例えば、基板４００側から窒化シリコン層、窒化酸化シリコン層、窒化アルミニウム層、又は窒化酸化アルミニウムなどの窒化物絶縁層と、上記酸化物絶縁層との積層構造としてもよい。
【００７４】
例えば、酸化シリコン層と基板との間に水素及び水分が除去された高純度窒素を含むスパッタリングガスを導入しシリコンターゲットを用いて窒化シリコン層を成膜する。この場合においても、酸化シリコン層と同様に、処理室内の残留水分を除去しつつ窒化シリコン層を成膜することが好ましい。
【００７５】
窒化シリコン層を形成する場合も、成膜時に基板を加熱してもよい。
【００７６】
絶縁層４０７として窒化シリコン層と酸化シリコン層とを積層する場合、窒化シリコン層と酸化シリコン層を同じ処理室において、共通のシリコンターゲットを用いて成膜することができる。先に窒素を含むガスを導入して、処理室内に装着されたシリコンターゲットを用いて窒化シリコン層を形成し、次に酸素を含むガスに切り替えて同じシリコンターゲットを用いて酸化シリコン層を成膜する。窒化シリコン層と酸化シリコン層とを大気に曝露せずに連続して形成することができるため、窒化シリコン層表面に水素や水分などの不純物が吸着することを防止することができる。
【００７７】
次いで、絶縁層４０７上に、膜厚２ｎｍ以上２００ｎｍ以下の酸化物半導体膜を形成する。
【００７８】
また、酸化物半導体膜に水素、水酸基及び水分がなるべく含まれないようにするために、成膜の前処理として、スパッタリング装置の予備加熱室で絶縁層４０７が形成された基板４００を予備加熱し、基板４００に吸着した水素、水分などの不純物を脱離し排気することが好ましい。なお、予備加熱室に設ける排気手段はクライオポンプが好ましい。なお、この予備加熱の処理は省略することもできる。またこの予備加熱は、後に形成するゲート絶縁層４０２の成膜前の基板４００に行ってもよいし、後に形成するソース電極層又はドレイン電極層４１５ａ及びソース電極層又はドレイン電極層４１５ｂの形成前の基板４００にも同様に行ってもよい。
【００７９】
なお、酸化物半導体膜をスパッタリング法により成膜する前に、アルゴンガスを導入してプラズマを発生させる逆スパッタリングを行い、絶縁層４０７の表面に付着しているゴミを除去することが好ましい。逆スパッタリングとは、ターゲット側に電圧を印加せずに、アルゴン雰囲気下で基板側に高周波電源を用いて電圧を印加して基板近傍にプラズマを形成して表面を改質する方法である。なお、アルゴン雰囲気に代えて窒素、ヘリウム、酸素などを用いてもよい。
【００８０】
酸化物半導体膜としては、四元系金属酸化物であるＩｎ−Ｓｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ膜や、三元系金属酸化物であるＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ膜、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｚｎ−Ｏ膜、Ｉｎ−Ａｌ−Ｚｎ−Ｏ膜、Ｓｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ膜、Ａｌ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ膜、Ｓｎ−Ａｌ−Ｚｎ−Ｏ系や、二元系金属酸化物であるＩｎ−Ｚｎ−Ｏ膜、Ｓｎ−Ｚｎ−Ｏ膜、Ａｌ−Ｚｎ−Ｏ膜、Ｚｎ−Ｍｇ−Ｏ膜、Ｓｎ−Ｍｇ−Ｏ膜、Ｉｎ−Ｍｇ−Ｏ膜や、単元系金属酸化物であるＩｎ−Ｏ膜、Ｓｎ−Ｏ膜、Ｚｎ−Ｏ膜などの酸化物半導体膜を用いることができる。また、上記酸化物半導体膜にＳｉＯ_２を含んでもよい。
【００８１】
また、酸化物半導体膜は、ＩｎＭＯ_３（ＺｎＯ）_ｍ（ｍ＞０）で表記される薄膜を用いることができる。ここで、Ｍは、ガリウム（Ｇａ）、アルミニウム（Ａｌ）、マンガン（Ｍｎ）およびコバルト（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、ガリウム（Ｇａ）、ガリウム（Ｇａ）及びアルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）及びマンガン（Ｍｎ）、またはガリウム（Ｇａ）及びコバルト（Ｃｏ）などがある。ＩｎＭＯ_３（ＺｎＯ）_ｍ（ｍ＞０）で表記される構造の酸化物半導体膜のうち、ＭとしてＧａを含む構造の酸化物半導体を、上記したＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ酸化物半導体とよび、その薄膜をＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ膜ともよぶこととする。
【００８２】
酸化物半導体膜を、成膜する際に用いるスパッタリングガスは水素、水、水酸基又は水素化物などの不純物が、濃度数ｐｐｍ程度、濃度数ｐｐｂ程度まで除去された高純度ガスを用いることが好ましい。
【００８３】
酸化物半導体膜をスパッタリング法で作製するためのターゲットとして、酸化亜鉛を主成分とする金属酸化物のターゲットを用いることができる。また、金属酸化物のターゲットの他の例としては、Ｉｎ、Ｇａ、及びＺｎを含む酸化物半導体成膜用ターゲット（組成比として、Ｉｎ_２Ｏ_３：Ｇａ_２Ｏ_３：ＺｎＯ＝１：１：１［ｍｏｌ数比］）などを用いることもできる。また、Ｉｎ、Ｇａ、およびＺｎを含む酸化物半導体成膜用ターゲットとして、Ｉｎ_２Ｏ_３：Ｇａ_２Ｏ_３：ＺｎＯ＝１：１：２［ｍｏｌ数比］、またはＩｎ_２Ｏ_３：Ｇａ_２Ｏ_３：ＺｎＯ＝１：１：４［ｍｏｌ数比］の組成比を有するターゲットなどを用いることができる。酸化物半導体成膜用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％以下である。充填率の高い酸化物半導体成膜用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なる。
【００８４】
酸化物半導体膜は、減圧状態に保持された処理室内に基板を保持し、処理室内の残留水分を除去しつつ水素及び水分が除去されたスパッタガスを導入し、金属酸化物をターゲットとして基板４００上に酸化物半導体膜を成膜する。処理室内の残留水分を除去するためには、吸着型の真空ポンプを用いることが好ましい。例えば、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を用いることが好ましい。また、排気手段としては、ターボ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処理室は、例えば、水素原子、水（Ｈ_２Ｏ）など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）等が排気されるため、当該処理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。また、酸化物半導体膜成膜時に基板を加熱してもよい。
【００８５】
成膜条件の一例としては、基板温度室温、基板とターゲットの間との距離を１１０ｍｍ、圧力０．４Ｐａ、直流（ＤＣ）電源０．５ｋＷ、酸素及びアルゴン（酸素流量１５ｓｃｃｍ：アルゴン流量３０ｓｃｃｍ）雰囲気下の条件が適用される。なお、パルス直流（ＤＣ）電源を用いると、成膜時に発生する粉状物質（パーティクル、ゴミともいう）が軽減でき、膜厚分布も均一となるために好ましい。酸化物半導体膜は好ましくは５ｎｍ以上３０ｎｍ以下とする。なお、適用する酸化物半導体材料により適切な厚みは異なり、材料に応じて適宜厚みを選択すればよい。
【００８６】
次いで、酸化物半導体膜を第１のフォトリソグラフィ工程により島状の酸化物半導体層４１２に加工する（図３（Ａ）参照）。また、島状の酸化物半導体層４１２を形成するためにレジストマスクをインクジェット法で形成してもよい。レジストマスクをインクジェット法で形成するとフォトマスクを使用しないため、製造コストを低減できる。
【００８７】
なお、ここでの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く、両方を用いてもよい。
【００８８】
ドライエッチングに用いるエッチングガスとしては、塩素を含むガス（塩素系ガス、例えば塩素（Ｃｌ_２）、塩化硼素（ＢＣｌ_３）、塩化珪素（ＳｉＣｌ_４）、四塩化炭素（ＣＣｌ_４）など）が好ましい。
【００８９】
また、フッ素を含むガス（フッ素系ガス、例えば四弗化炭素（ＣＦ_４）、六弗化硫黄（ＳＦ_６）、三弗化窒素（ＮＦ_３）、トリフルオロメタン（ＣＨＦ_３）など）、臭化水素（ＨＢｒ）、酸素（Ｏ_２）、これらのガスにヘリウム（Ｈｅ）やアルゴン（Ａｒ）などの希ガスを添加したガス、などを用いることができる。
【００９０】
ドライエッチング法としては、平行平板型ＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ）法や、ＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ：誘導結合型プラズマ）エッチング法を用いることができる。所望の加工形状にエッチングできるように、エッチング条件（コイル型の電極に印加される電力量、基板側の電極に印加される電力量、基板側の電極温度等）を適宜調節する。
【００９１】
ウェットエッチングに用いるエッチング液としては、燐酸と酢酸と硝酸を混ぜた溶液などを用いることができる。また、ＩＴＯ０７Ｎ（関東化学社製）を用いてもよい。
【００９２】
また、ウェットエッチング後のエッチング液はエッチングされた材料とともに洗浄によって除去される。その除去された材料を含むエッチング液の廃液を精製し、含まれる材料を再利用してもよい。当該エッチング後の廃液から酸化物半導体層に含まれるインジウム等の材料を回収して再利用することにより、資源を有効活用し低コスト化することができる。
【００９３】
所望の加工形状にエッチングできるように、材料に合わせてエッチング条件（エッチング液、エッチング時間、温度等）を適宜調節する。
【００９４】
本実施の形態では、エッチング液として燐酸と酢酸と硝酸を混ぜた溶液を用いたウェットエッチング法により、酸化物半導体膜を島状の酸化物半導体層４１２に加工する。
【００９５】
次いで、酸化物半導体層４１２に、第１の加熱処理を行う。第１の加熱処理の温度は、４００℃以上７５０℃以下、好ましくは４００℃以上基板の歪み点未満とする。ここでは、加熱処理装置の一つである電気炉に基板を導入し、酸化物半導体層に対して窒素雰囲気下４５０℃において１時間の加熱処理を行った後、大気に触れないようにし、酸化物半導体層への水や水素の再混入を防ぎ、酸化物半導体層を得る。この第１の加熱処理によって酸化物半導体層４１２の脱水化または脱水素化を行うことができ、酸化物半導体層はｉ型（真性半導体）又はｉ型に限りなく近くなる。これにより不純物により閾値電圧がシフトするなどのトランジスタの特性の劣化が促進されるのを防ぎ、オフ電流を低減させることができる。
【００９６】
なお、加熱処理装置は電気炉に限られず、抵抗発熱体などの発熱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備えていてもよい。例えばＬＲＴＡ（Ｌａｍｐ Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ａｎｎｅａｌ）装置、ＧＲＴＡ（Ｇａｓ Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ 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加熱処理を行う装置である。気体には、アルゴンなどの希ガス、または窒素のような、加熱処理によって被処理物と反応しない不活性気体が用いられる。
【００９７】
例えば、第１の加熱処理として、６５０℃〜７００℃の高温に加熱した不活性ガス中に基板を移動させて入れ、数分間加熱した後、基板を移動させて高温に加熱した不活性ガス中から出すＧＲＴＡを行ってもよい。ＧＲＴＡを用いると短時間での高温加熱処理が可能となる。
【００９８】
なお、第１の加熱処理においては、窒素、またはヘリウム、ネオン、アルゴン等の希ガスに、水、水素などが含まれないことが好ましい。または、加熱処理装置に導入する窒素、またはヘリウム、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、（即ち不純物濃度を１ｐｐｍ以下、好ましくは０．１ｐｐｍ以下）とすることが好ましい。
【００９９】
また、第１の加熱処理の条件、または酸化物半導体層の材料によっては、酸化物半導体膜が結晶化し、微結晶膜または多結晶膜となる場合もある。例えば、結晶化率が９０％以上、または８０％以上の微結晶の酸化物半導体膜となる場合もある。また、第１の加熱処理の条件、または酸化物半導体層の材料によっては、結晶成分を含まない非晶質の酸化物半導体膜となる場合もある。また、非晶質の酸化物半導体の中に微結晶部（粒径１ｎｍ以上２０ｎｍ以下（代表的には２ｎｍ以上４ｎｍ以下））が混在する酸化物半導体膜となる場合もある。
【０１００】
また、酸化物半導体層の第１の加熱処理は、島状の酸化物半導体層に加工する前の酸化物半導体膜に行うこともできる。その場合には、第１の加熱処理後に、加熱装置から基板を取り出し、フォトリソグラフィ工程を行う。
【０１０１】
また、酸化物半導体層に対する脱水化、脱水素化の効果を奏する加熱処理は、酸化物半導体層成膜後、酸化物半導体層上に導電膜を積層させた後、該導電膜をパターン形成してソース電極層及びドレイン電極層を形成した後、又は、ソース電極及びドレイン電極上にゲート絶縁層を形成した後、のいずれで行っても良い。
【０１０２】
なお、本実施の形態では、ソース電極層及びドレイン電極層を形成するための導電膜として、実施の形態１で示したスパッタリングターゲットを用いて作製した導電膜を設ける。当該導電膜は、含有水素濃度が低減された導電膜であるため、導電膜形成後に加熱処理を施すことで、酸化物半導体膜の純度をより高めることができる。導電膜形成後に加熱処理を行う場合には、その温度を１００℃以上３００℃未満とすることが好ましく、２２０℃乃至２８０℃とするのがより好ましい。
【０１０３】
次いで、絶縁層４０７及び酸化物半導体層４１２上に、導電膜を形成する。当該導電膜は、実施の形態１で示したスパッタリングターゲットを用いてスパッタリング法によって作製する。導電膜の材料としては、アルミニウム（Ａｌ）、クロム（Ｃｒ）、銅（Ｃｕ）、タンタル（Ｔａ）、チタン（Ｔｉ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）から選ばれた元素、または上述した元素を成分とする合金か、上述した元素を組み合わせた合金膜等が挙げられる。また、マンガン（Ｍｎ）、マグネシウム（Ｍｇ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ベリリウム（Ｂｅ）、トリウム（Ｔｈ）のいずれか一または複数から選択された材料を用いてもよい。なお、導電膜の材料に、例えばアルミニウム（Ａｌ）、マグネシウム（Ｍｇ）等の電気陰性度の小さい金属、金属化合物または合金を用いるのが好ましい。
【０１０４】
また、導電膜は、単層構造でも、２層以上の積層構造としてもよい。例えば、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を積層する２層構造、チタン膜と、そのチタン膜上に重ねてアルミニウム膜を積層し、さらにその上にチタン膜を成膜する３層構造などが挙げられる。また、アルミニウムに、チタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、クロム（Ｃｒ）、ネオジム（Ｎｄ）、スカンジウム（Ｓｃ）から選ばれた元素を単数、又は複数組み合わせた膜、合金膜、もしくは窒化膜を用いてもよい。例えば、酸化物半導体膜との接触抵抗が低いチタン、タングステンまたはモリブデンなどの金属材料を用いた導電膜上に、電気陰性度が小さい金属、金属化合物または合金を用いた導電膜を形成するのが好ましい。
【０１０５】
本実施の形態では、導電膜として実施の形態１で示したターゲットを適用した導電膜を用いているので、酸化物半導体層内、或いは、酸化物半導体層との界面とその近傍に存在する、水分または水素などの不純物が、導電膜に吸蔵或いは吸着される。そのため、水分、水素などの不純物の脱離により、ｉ型（真性半導体）又はｉ型に限りなく近い酸化物半導体層を得ることができ、上記不純物により閾値電圧がシフトするなどのトランジスタの特性の劣化が促進されるのを防ぎ、オフ電流を低減させることができる。
【０１０６】
なお、上記構成に加えて、導電膜が露出した状態で、窒素、または希ガス（アルゴン、ヘリウムなど）の不活性ガス雰囲気下において加熱処理を行い、導電膜の表面や内部に吸着されている水分や水素などを取り除くようにしても良い。加熱処理の温度範囲は、１００℃以上３００℃未満、好ましくは２２０℃乃至２８０℃とする。上記加熱処理を行うことで、酸化物半導体層内、或いは、酸化物半導体層との界面とその近傍に存在する、水分、水素などの不純物が、導電膜に、より吸蔵或いは吸着されやすくすることができる。
【０１０７】
次いで、第２のフォトリソグラフィ工程により導電膜上にレジストマスクを形成し、選択的にエッチングを行ってソース電極層又はドレイン電極層４１５ａ、ソース電極層又はドレイン電極層４１５ｂを形成した後、レジストマスクを除去する（図３（Ｂ）参照）。なお、形成されたソース電極層、ドレイン電極層の端部はテーパ形状であると、上に積層するゲート絶縁層の被覆性が向上するため好ましい。
【０１０８】
本実施の形態ではソース電極層又はドレイン電極層４１５ａ、ソース電極層又はドレイン電極層４１５ｂとしてスパッタリング法により膜厚１５０ｎｍのチタン膜を形成する。
【０１０９】
なお、導電膜のエッチングの際に、酸化物半導体層４１２が除去されて、その下の絶縁層４０７が露出しないようにそれぞれの材料及びエッチング条件を適宜調節する。
【０１１０】
本実施の形態では、導電膜としてはチタン膜を用いて、酸化物半導体層４１２にはＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物半導体を用いて、チタン膜のエッチャントとしてはアンモニア過水（アンモニア、水、過酸化水素水の混合液）を用いる。
【０１１１】
なお、第２のフォトリソグラフィ工程では、酸化物半導体層４１２は一部のみがエッチングされ、溝部（凹部）を有する酸化物半導体層となることもある。また、ソース電極層又はドレイン電極層４１５ａ、ソース電極層又はドレイン電極層４１５ｂを形成するためのレジストマスクをインクジェット法で形成してもよい。レジストマスクをインクジェット法で形成するとフォトマスクを使用しないため、製造コストを低減できる。
【０１１２】
第２のフォトリソグラフィ工程での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レーザ光を用いる。酸化物半導体層４１２上で隣り合うソース電極層の下端部とドレイン電極層の下端部との間隔幅によって後に形成されるトランジスタのチャネル長Ｌが決定される。なお、チャネル長Ｌ＝２５ｎｍ未満のパターンの場合には、数ｎｍ〜数１０ｎｍと極めて波長が短い超紫外線（Ｅｘｔｒｅｍｅ Ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ）を用いて第２のフォトリソグラフィ工程でのレジストマスク形成時の露光を行う。超紫外線による露光は、解像度が高く焦点深度も大きい。従って、後に形成されるトランジスタのチャネル長Ｌを１０ｎｍ以上１０００ｎｍ以下とすることも可能であり、回路の動作速度を高速化でき、さらにオフ電流値が極めて小さいため、低消費電力化も図ることができる。
【０１１３】
次いで、絶縁層４０７、酸化物半導体層４１２、ソース電極層又はドレイン電極層４１５ａ、ソース電極層又はドレイン電極層４１５ｂ上にゲート絶縁層４０２を形成する（図３（Ｃ）参照）。
【０１１４】
ここで、不純物を除去することによりｉ型化又は実質的にｉ型化された酸化物半導体（高純度化された酸化物半導体）は界面準位、界面電荷に対して極めて敏感であるため、ゲート絶縁膜との界面は重要である。そのため高純度化された酸化物半導体に接するゲート絶縁膜（ＧＩ）は、高品質化が要求される。
【０１１５】
例えば、μ波（２．４５ＧＨｚ）を用いた高密度プラズマＣＶＤは、緻密で絶縁耐圧の高い高品質な絶縁膜を形成できるので好ましい。高純度化された酸化物半導体と高品質なゲート絶縁膜とが密接することにより、界面準位を低減して界面特性を良好なものとすることができるからである。
【０１１６】
また、高密度プラズマＣＶＤ装置により得られた絶縁膜は、一定した厚さの膜形成ができるため段差被覆性に優れている。また、高密度プラズマＣＶＤ装置により得られる絶縁膜は、薄い膜の厚みを精密に制御することができる。
【０１１７】
もちろん、ゲート絶縁膜として良質な絶縁膜を形成できるものであれば、スパッタリング法やプラズマＣＶＤ法など他の成膜方法を適用することができる。また、成膜後の熱処理によってゲート絶縁膜の膜質、酸化物半導体との界面特性が改質される絶縁膜であっても良い。いずれにしても、ゲート絶縁膜としての膜質が良好であることは勿論のこと、酸化物半導体との界面準位密度を低減し、良好な界面を形成できるものであれば良い。
【０１１８】
さらに、８５℃、２×１０^６Ｖ／ｃｍ、１２時間のゲートバイアス・熱ストレス試験（ＢＴ試験）においては、不純物を含んでいる酸化物半導体は、不純物と酸化物半導体の主成分との結合が、強電界（Ｂ：バイアス）と高温（Ｔ：温度）により切断され、生成された未結合手がしきい値電圧（Ｖｔｈ）のシフトを誘発することとなる。これに対して、本発明は、酸化物半導体の不純物、特に水素や水等を極力除去し、上記のようにゲート絶縁膜との界面特性を良好にすることにより、ＢＴ試験に対しても安定なトランジスタを得ることを可能としている。
【０１１９】
また、ゲート絶縁層は、酸化シリコン層、窒化シリコン層、酸化窒化シリコン層、窒化酸化シリコン層、又は酸化アルミニウム層を単層で又は積層して形成することができる。
【０１２０】
ゲート絶縁層の形成は、高密度プラズマＣＶＤ装置により行う。ここでは、高密度プラズマＣＶＤ装置は、１×１０^１１／ｃｍ^３以上のプラズマ密度を達成できる装置を指している。例えば、３ｋＷ〜６ｋＷのマイクロ波電力を印加してプラズマを発生させて、絶縁膜の成膜を行う。
【０１２１】
チャンバーに材料ガスとしてモノシランガス（ＳｉＨ_４）と亜酸化窒素（Ｎ_２Ｏ）と希ガスを導入し、１０Ｐａ〜３０Ｐａの圧力下で高密度プラズマを発生させてガラス等の絶縁表面を有する基板上に絶縁膜を形成する。その後、モノシランガスの供給を停止し、大気に曝すことなく亜酸化窒素（Ｎ_２Ｏ）と希ガスとを導入して絶縁膜表面にプラズマ処理を行ってもよい。少なくとも亜酸化窒素（Ｎ_２Ｏ）と希ガスとを導入して絶縁膜表面に行われるプラズマ処理は、絶縁膜の成膜より後に行う。上記プロセス順序を経た絶縁膜は、膜厚が薄く、例えば１００ｎｍ未満であっても信頼性を確保することができる絶縁膜である。
【０１２２】
チャンバーに導入するモノシランガス（ＳｉＨ_４）と亜酸化窒素（Ｎ_２Ｏ）との流量比は、１：１０から１：２００の範囲とする。また、チャンバーに導入する希ガスとしては、ヘリウム、アルゴン、クリプトン、キセノンなどを用いることができるが、中でも安価であるアルゴンを用いることが好ましい。
【０１２３】
上記プロセス順序を経た絶縁膜は、従来の平行平板型のＰＣＶＤ装置で得られる絶縁膜とは大きく異なっており、同じエッチャントを用いてエッチング速度を比較した場合において、平行平板型のＰＣＶＤ装置で得られる絶縁膜の１０％以上または２０％以上遅く、高密度プラズマＣＶＤ装置で得られる絶縁膜は緻密な膜と言える。
【０１２４】
本実施の形態では、ゲート絶縁層４０２として膜厚１００ｎｍの酸化窒化珪素膜（ＳｉＯｘＮｙとも呼ぶ、ただし、ｘ＞ｙ＞０）を用いる。ゲート絶縁層４０２は、高密度プラズマＣＶＤ装置に成膜ガスとしてモノシラン（ＳｉＨ_４）、亜酸化窒素（Ｎ_２Ｏ）、及びアルゴン（Ａｒ）を用い、それぞれの流量をＳｉＨ_４／Ｎ_２Ｏ／Ａｒ＝２５０／２５００／２５００（ｓｃｃｍ）とし、成膜圧力３０Ｐａ、成膜温度３２５℃にて、５ｋＷのマイクロ波電力を印加してプラズマを発生させて、成膜を行う。
【０１２５】
また、スパッタリング法でゲート絶縁層４０２を成膜してもよい。スパッタリング法により酸化シリコン膜を成膜する場合には、ターゲットとしてシリコンターゲット又は石英ターゲットを用い、スパッタリングガスとして酸素又は、酸素及びアルゴンの混合ガスを用いて行う。スパッタリング法を用いるとゲート絶縁層４０２中に水素が多量に含まれないようにできる。
【０１２６】
また、ゲート絶縁層４０２は、ソース電極層又はドレイン電極層４１５ａ、ソース電極層又はドレイン電極層４１５ｂ側から酸化シリコン層と窒化シリコン層を積層した構造とすることもできる。例えば、第１のゲート絶縁層として膜厚５ｎｍ以上３００ｎｍ以下の酸化シリコン層（ＳｉＯ_ｘ（ｘ＞０））を形成し、第１のゲート絶縁層上に第２のゲート絶縁層としてスパッタリング法により膜厚５０ｎｍ以上２００ｎｍ以下の窒化シリコン層（ＳｉＮ_ｙ（ｙ＞０））を積層して、膜厚１００ｎｍのゲート絶縁層としてもよい。例えば、圧力０．４Ｐａ、高周波電源１．５ｋＷ、酸素及びアルゴン（酸素流量２５ｓｃｃｍ：アルゴン流量２５ｓｃｃｍ＝１：１）雰囲気下でＲＦスパッタリング法によりスパッタリング法により膜厚１００ｎｍの酸化シリコン層を形成できる。
【０１２７】
次いで、第３のフォトリソグラフィ工程によりレジストマスクを形成し、選択的にエッチングを行ってゲート絶縁層４０２の一部を除去して、ソース電極層又はドレイン電極層４１５ａ、ソース電極層又はドレイン電極層４１５ｂに達する開口４２１ａ、４２１ｂを形成する（図３（Ｄ）参照）。
【０１２８】
次に、ゲート絶縁層４０２、及び開口４２１ａ、４２１ｂ上に導電膜を形成した後、第４のフォトリソグラフィ工程によりゲート電極層４１１、配線層４１４ａ、４１４ｂを形成する。なお、レジストマスクをインクジェット法で形成してもよい。レジストマスクをインクジェット法で形成するとフォトマスクを使用しないため、製造コストを低減できる。
【０１２９】
また、ゲート電極層４１１、配線層４１４ａ、４１４ｂは、モリブデン、チタン、クロム、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又はこれらを主成分とする合金材料を用いて、単層で又は積層して形成することができる。
【０１３０】
例えば、ゲート電極層４１１、配線層４１４ａ、４１４ｂの２層の積層構造としては、アルミニウム層上にモリブデン層が積層された２層の積層構造、または銅層上にモリブデン層を積層した２層構造、または銅層上に窒化チタン層若しくは窒化タンタルを積層した２層構造、窒化チタン層とモリブデン層とを積層した２層構造とすることが好ましい。３層の積層構造としては、タングステン層または窒化タングステンと、アルミニウムとシリコンの合金またはアルミニウムとチタンの合金と、窒化チタンまたはチタン層とを積層した積層とすることが好ましい。なお、透光性を有する導電膜を用いてゲート電極層を形成することもできる。透光性を有する導電膜としては、透光性導電性酸化物等をその例に挙げることができる。
【０１３１】
本実施の形態ではゲート電極層４１１、配線層４１４ａ、４１４ｂとしてスパッタリング法により膜厚１５０ｎｍのチタン膜を形成する。なお、スパッタリングターゲットとして、実施の形態１で示したターゲットを用いてもよい。
【０１３２】
次いで、不活性ガス雰囲気下、または酸素ガス雰囲気下で第２の加熱処理（好ましくは１００℃以上３００℃未満、より好ましくは２２０℃乃至２８０℃）を行う。本実施の形態では、窒素雰囲気下で２５０℃、１時間の第２の加熱処理を行う。また、第２の加熱処理は、トランジスタ４１０上に保護絶縁層や平坦化絶縁層を形成してから行ってもよい。
【０１３３】
さらに大気中、１００℃以上２００℃以下、１時間以上３０時間以下での加熱処理を行ってもよい。この加熱処理は一定の加熱温度を保持して加熱してもよいし、室温から、１００℃以上２００℃以下の加熱温度への昇温と、加熱温度から室温までの降温を複数回くりかえして行ってもよい。また、この加熱処理を、酸化物絶縁層の形成前に、減圧下で行ってもよい。減圧下で加熱処理を行うと、加熱時間を短縮することができる。
【０１３４】
以上の工程で、水素、水分、水素化物、水酸化物の濃度が低減された酸化物半導体層４１２を有するトランジスタ４１０を形成することができる（図３（Ｅ）参照）。
【０１３５】
また、トランジスタ４１０上に保護絶縁層や、平坦化のための平坦化絶縁層を設けてもよい。例えば、保護絶縁層として酸化シリコン層、窒化シリコン層、酸化窒化シリコン層、窒化酸化シリコン層、又は酸化アルミニウム層を単層で又は積層して形成することができる。
【０１３６】
また、平坦化絶縁層としては、ポリイミド、アクリル、ベンゾシクロブテン、ポリアミド、エポキシ等の、耐熱性を有する有機材料を用いることができる。また上記有機材料の他に、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、平坦化絶縁層を形成してもよい。
【０１３７】
なおシロキサン系樹脂とは、シロキサン系材料を出発材料として形成されたＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む樹脂に相当する。シロキサン系樹脂は置換基としては有機基（例えばアルキル基やアリール基）やフルオロ基を用いても良い。また、有機基はフルオロ基を有していても良い。
【０１３８】
平坦化絶縁層の形成法は、特に限定されず、その材料に応じて、スパッタリング法、ＳＯＧ法、スピンコート、ディップ、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、オフセット印刷等）等の方法や、ドクターナイフ、ロールコーター、カーテンコーター、ナイフコーター等を用いることができる。
【０１３９】
本実施の形態で示すトランジスタにおいて、ソース電極層及びドレイン電極層として用いる導電膜は、実施の形態１で示したスパッタリングターゲットを用いて作製している。当該導電膜を活性層として用いる酸化物半導体膜に接して形成することで、酸化物半導体膜中に存在する水素、水などの不純物が導電膜に引き抜かれて、酸化物半導体膜の純度を高めることができる。また、酸化物半導体膜を成膜するに際し、反応雰囲気中の残留水分を除去することで、該酸化物半導体膜中の水素及び水素化物の濃度をより低減することができる。それにより酸化物半導体膜の安定化を図ることができる。
【０１４０】
本発明の一態様に係るトランジスタにおいて、活性層に用いられる酸化物半導体膜は、そのキャリア密度を１×１０^１２／ｃｍ^３以下、好ましくは１×１０^１１／ｃｍ^３以下となるようにする。即ち、酸化物半導体層のキャリア密度は、測定限界以下であって限りなくゼロにする。
【０１４１】
また、以上のように、高純度化された酸化物半導体層をトランジスタに適用することによって、オフ電流を、例えば１×１０^−１３Ａ以下にまで低減したトランジスタを提供することができる。
【０１４２】
なお、酸化物半導体との比較対象たり得る半導体材料としては、炭化珪素（例えば、４Ｈ−ＳｉＣ）がある。酸化物半導体と４Ｈ−ＳｉＣはいくつかの共通点を有している。キャリア密度はその一例である。フェルミ・ディラック分布に従えば、酸化物半導体の少数キャリアは１０^−７／ｃｍ^３程度と見積もられるが、これは、４Ｈ−ＳｉＣにおける６．７×１０^−１１／ｃｍ^３と同様、極めて低い値である。シリコンの真性キャリア密度（１．４×１０^１０／ｃｍ^３程度）と比較すれば、その程度が並はずれていることが良く理解できる。
【０１４３】
また、酸化物半導体のエネルギーバンドギャップは３．０〜３．５ｅＶであり、４Ｈ−ＳｉＣのエネルギーバンドギャップは３．２６ｅＶであるから、ワイドギャップ半導体という点においても、酸化物半導体と炭化珪素とは共通している。
【０１４４】
一方で、酸化物半導体と炭化珪素との間には極めて大きな相違点が存在する。それは、プロセス温度である。炭化珪素は一般に１５００℃〜２０００℃の熱処理を必要とするから、他の半導体材料を用いた半導体素子との積層構造は困難である。このような高い温度では、半導体基板や半導体素子などが破壊されてしまうためである。他方、酸化物半導体は、３００〜５００℃（ガラス転移温度以下、最大でも７００℃程度）の熱処理で作製することが可能であり、他の半導体材料を用いて集積回路を形成した上で、酸化物半導体による半導体素子を形成することが可能となる。
【０１４５】
また、炭化珪素の場合と異なり、ガラス基板など、耐熱性の低い基板を用いることが可能という利点を有する。さらに、高温での熱処理が不要という点で、炭化珪素を用いた場合と比較してエネルギーコストを十分に低くすることができるという利点を有する。
【０１４６】
また、酸化物半導体は一般にｎ型とされているが、開示する発明の一態様では、不純物、特に水や水素を除去することによりｉ型化を実現する。この点、シリコンなどのように不純物を添加してのｉ型化ではなく、従来にない技術思想を含むものといえる。
【０１４７】
＜酸化物半導体を用いたトランジスタの電導機構＞
ここで、酸化物半導体を用いたトランジスタの電導機構につき、図１２乃至図１５を用いて説明する。なお、以下の説明では、理解の容易のため理想的な状況を仮定しており、そのすべてが現実の様子を反映しているとは限らない。また、以下の説明はあくまでも一考察に過ぎず、発明の有効性に影響を与えるものではないことを付記する。
【０１４８】
図１２は、酸化物半導体を用いたトランジスタ（薄膜トランジスタ）の断面図である。ゲート電極（ＧＥ１）上にゲート絶縁層（ＧＩ）を介して酸化物半導体層（ＯＳ）が設けられ、その上にソース電極（Ｓ）およびドレイン電極（Ｄ）が設けられ、ソース電極（Ｓ）およびドレイン電極（Ｄ）を覆うように絶縁層が設けられている。
【０１４９】
図１３には、図１２のＡ−Ａ’断面におけるエネルギーバンド図（模式図）を示す。また、図１３中の黒丸（●）は電子を示し、白丸（○）は正孔を示し、それぞれは電荷（−ｑ，＋ｑ）を有している。ドレイン電極に正の電圧（Ｖ_Ｄ＞０）を印加した上で、破線はゲート電極に電圧を印加しない場合（Ｖ_Ｇ＝０）、実線はゲート電極に正の電圧（Ｖ_Ｇ＞０）を印加する場合を示す。ゲート電極に電圧を印加しない場合は高いポテンシャル障壁のために電極から酸化物半導体側へキャリア（電子）が注入されず、電流を流さないオフ状態を示す。一方、ゲートに正の電圧を印加するとポテンシャル障壁が低下し、電流を流すオン状態を示す。
【０１５０】
図１４には、図１２におけるＢ−Ｂ’の断面におけるエネルギーバンド図（模式図）を示す。図１４（Ａ）は、ゲート電極（ＧＥ１）に正の電圧（Ｖ_Ｇ＞０）が与えられた状態であり、ソース電極とドレイン電極との間にキャリア（電子）が流れるオン状態を示している。また、図１４（Ｂ）は、ゲート電極（ＧＥ１）に負の電圧（Ｖ_Ｇ＜０）が印加された状態であり、オフ状態（少数キャリアは流れない状態）である場合を示す。
【０１５１】
図１５は、真空準位と金属の仕事関数（φ_Ｍ）、酸化物半導体の電子親和力（χ）の関係を示す。
【０１５２】
常温において金属中の電子は縮退しており、フェルミ準位は伝導帯内に位置する。一方、従来の酸化物半導体はｎ型であり、そのフェルミ準位（Ｅ_Ｆ）は、バンドギャップ中央に位置する真性フェルミ準位（Ｅ_ｉ）から離れて、伝導帯寄りに位置している。なお、酸化物半導体において水素の一部はドナーとなりｎ型化する要因の一つであることが知られている。
【０１５３】
これに対して開示する発明の一態様に係る酸化物半導体は、ｎ型化の要因である水素を酸化物半導体から除去し、酸化物半導体の主成分以外の元素（不純物元素）が極力含まれないように高純度化することにより真性（ｉ型）とし、または真性とせんとしたものである。すなわち、不純物元素を添加してｉ型化するのでなく、水素や水等の不純物を極力除去することにより、高純度化されたｉ型（真性半導体）またはそれに近づけることを特徴としている。これにより、フェルミ準位（Ｅ_Ｆ）は真性フェルミ準位（Ｅ_ｉ）と同程度とすることができる。
【０１５４】
酸化物半導体のバンドギャップ（Ｅ_ｇ）は３．１５ｅＶで、電子親和力（χ）は４．３Ｖと言われている。ソース電極およびドレイン電極を構成するチタン（Ｔｉ）の仕事関数は、酸化物半導体の電子親和力（χ）とほぼ等しい。この場合、金属−酸化物半導体界面において、電子に対してショットキー型の障壁は形成されない。
【０１５５】
このとき電子は、図１４（Ａ）で示すように、ゲート絶縁層と高純度化された酸化物半導体との界面付近（酸化物半導体のエネルギー的に安定な最低部）を移動する。
【０１５６】
また、図１４（Ｂ）に示すように、ゲート電極（ＧＥ１）に負の電位が与えられると、少数キャリアであるホールは実質的にゼロであるため、電流は限りなくゼロに近い値となる。
【０１５７】
このように、酸化物半導体の主成分以外の元素（不純物元素）が極力含まれないように高純度化することにより、真性（ｉ型）とし、または実質的に真性となるため、ゲート絶縁層との界面特性が顕在化する。そのため、ゲート絶縁層には、酸化物半導体と良好な界面を形成できるものが要求される。具体的には、例えば、ＶＨＦ帯〜マイクロ波帯の電源周波数で生成される高密度プラズマを用いたＣＶＤ法で作製される絶縁層や、スパッタリング法で作製される絶縁層などを用いることが好ましい。
【０１５８】
酸化物半導体を高純度化しつつ、酸化物半導体とゲート絶縁層との界面を良好なものとすることにより、例えば、トランジスタのチャネル幅（Ｗ）が１×１０^４μｍ、チャネル長（Ｌ）が３μｍの場合には、１０^−１３Ａ以下のオフ電流、０．１Ｖ／ｄｅｃ．のサブスレッショルドスイング値（Ｓ値）（ゲート絶縁層の厚さ：１００ｎｍ）が実現され得る。
【０１５９】
このように、酸化物半導体の主成分以外の元素（不純物元素）が極力含まれないように高純度化することにより、トランジスタの動作を良好なものとすることができる。
【０１６０】
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。
【０１６１】
（実施の形態３）
本実施の形態は、実施の形態１のターゲットを適用して作製した半導体装置として、トランジスタを作製する例を示す。なお、実施の形態２と同一部分又は同様な機能を有する部分、及び工程は、実施の形態２と同様とすればよく、その繰り返しの説明は省略する。また同じ箇所の詳細な説明も省略する。本実施の形態で示すトランジスタ４６０は、実施の形態１で示したスパッタリングターゲットを用いて作製した導電膜をソース電極、ドレイン電極用の導電膜として用いることができる。
【０１６２】
本実施の形態のトランジスタ及びトランジスタの作製方法の一形態を、図４及び図５を用いて説明する。
【０１６３】
図４（Ａ）（Ｂ）にトランジスタの平面及び断面構造の一例を示す。図４（Ａ）（Ｂ）に示すトランジスタ４６０は、トップゲート構造のトランジスタの一つである。
【０１６４】
図４（Ａ）はトップゲート構造のトランジスタ４６０の平面図であり、図４（Ｂ）は図４（Ａ）の線Ｄ１−Ｄ２における断面図である。
【０１６５】
トランジスタ４６０は、絶縁表面を有する基板４５０上に、絶縁層４５７、ソース電極層又はドレイン電極層４６５ａ（４６５ａ１、４６５ａ２）、酸化物半導体層４６２、ソース電極層又はドレイン電極層４６５ｂ、配線層４６８、ゲート絶縁層４５２、ゲート電極層４６１（４６１ａ、４６１ｂ）を含み、ソース電極層又はドレイン電極層４６５ａ（４６５ａ１、４６５ａ２）は配線層４６８を介して配線層４６４と電気的に接続している。また、図示していないが、ソース電極層又はドレイン電極層４６５ｂもゲート絶縁層４５２に設けられた開口において配線層と電気的に接続する。
【０１６６】
以下、図５（Ａ）乃至（Ｅ）を用い、基板４５０上にトランジスタ４６０を作製する工程を説明する。
【０１６７】
まず、絶縁表面を有する基板４５０上に下地膜となる絶縁層４５７を形成する。
【０１６８】
本実施の形態では、絶縁層４５７として、スパッタリング法により酸化シリコン層を形成する。基板４５０を処理室へ搬送し、水素及び水分が除去された高純度酸素を含むスパッタリングガスを導入しシリコンターゲット又は石英（好ましくは合成石英）を用いて、基板４５０に絶縁層４５７として、酸化シリコン層を成膜する。なお、スパッタリングガスとして酸素又は、酸素及びアルゴンの混合ガスを用いて行う。
【０１６９】
例えば、スパッタリングガスの純度を６Ｎとし、石英（好ましくは合成石英）を用い、基板温度を１０８℃とし、基板とターゲットの間との距離（Ｔ−Ｓ間距離）を６０ｍｍとし、圧力を０．４Ｐａとし、高周波電源１．５ｋＷを用い、酸素及びアルゴン（酸素流量２５ｓｃｃｍ：アルゴン流量２５ｓｃｃｍ＝１：１）雰囲気下で、ＲＦスパッタリング法により酸化シリコン層を成膜する。膜厚は１００ｎｍとする。なお、酸化シリコン層を成膜するためのターゲットとして、石英（好ましくは合成石英）に代えてシリコンターゲットを用いることができる。
【０１７０】
この場合において、処理室内の残留水分を除去しつつ絶縁層４５７を成膜することが好ましい。絶縁層４５７に水素、水酸基又は水分が含まれないようにするためである。クライオポンプを用いて排気した処理室は、例えば、水素原子や、水（Ｈ_２Ｏ）など水素原子を含む化合物等が排気されるため、当該処理室で成膜した場合、絶縁層４５７に含まれる不純物の濃度を低減できる。
【０１７１】
絶縁層４５７を成膜する際に用いるスパッタリングガスは、水素、水、水酸基又は水素化物などの不純物が、濃度数ｐｐｍ程度、濃度数ｐｐｂ程度まで除去された高純度ガスを用いることが好ましい。
【０１７２】
また、絶縁層４５７は積層構造でもよく、例えば、基板４５０側から窒化シリコン層、窒化酸化シリコン層、窒化アルミニウム層、窒化酸化アルミニウム層などの窒化物絶縁層と、上記酸化物絶縁層との積層構造としてもよい。
【０１７３】
例えば、酸化シリコン層と基板との間に水素及び水分が除去された高純度窒素を含むスパッタリングガスを導入しシリコンターゲットを用いて窒化シリコン層を成膜する。この場合においても、酸化シリコン層と同様に、処理室内の残留水分を除去しつつ窒化シリコン層を成膜することが好ましい。
【０１７４】
次いで、絶縁層４５７上に、実施の形態１で示したスパッタリングターゲットを用いて、スパッタリング法により導電膜を形成し、第１のフォトリソグラフィ工程により導電膜上にレジストマスクを形成し、選択的にエッチングを行ってソース電極層又はドレイン電極層４６５ａ１、４６５ａ２を形成した後、レジストマスクを除去する（図５（Ａ）参照）。ソース電極層又はドレイン電極層４６５ａ１、４６５ａ２は断面図では分断されて示されているが、連続した膜である。なお、形成されたソース電極層又はドレイン電極層４６５ａ１、４６５ａ２の端部はテーパ形状であると、上に積層するゲート絶縁層の被覆性が向上するため好ましい。
【０１７５】
ソース電極層又はドレイン電極層４６５ａ１、４６５ａ２の材料としては、アルミニウムｊ（Ａｌ）、クロム（Ｃｒ）、銅（Ｃｕ）、タンタル（Ｔａ）、チタン（Ｔｉ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）から選ばれた元素、または上述した元素を成分とする合金か、上述した元素を組み合わせた合金膜等が挙げられる。また、マンガン（Ｍｎ）、マグネシウム（Ｍｇ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ベリリウム（Ｂｅ）、トリウム（Ｔｈ）のいずれか一または複数から選択された材料を用いてもよい。なお、水素よりも電気陰性度の低い金属材料を含むと、酸化物半導体膜からの不純物の引き抜きの効果がより得られるため好ましい。また、導電膜は、単層構造でも、２層以上の積層構造としてもよい。例えば、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を積層する２層構造、チタン膜と、そのチタン膜上に重ねてアルミニウム膜を積層し、さらにその上にチタン膜を成膜する３層構造などが挙げられる。また、アルミニウムに、チタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、クロム（Ｃｒ）、ネオジム（Ｎｄ）、スカンジウム（Ｓｃ）から選ばれた元素を単数、又は複数組み合わせた膜、合金膜、もしくは窒化膜を用いてもよい。
【０１７６】
本実施の形態ではソース電極層又はドレイン電極層４６５ａ１、４６５ａ２として、実施の形態１で示したターゲットを用いたスパッタリング法により膜厚１５０ｎｍのチタン膜を形成する。
【０１７７】
次いで、絶縁層４５７上に、膜厚２ｎｍ以上２００ｎｍ以下の酸化物半導体膜を形成する。
【０１７８】
次に酸化物半導体膜を、第２のフォトリソグラフィ工程により島状の酸化物半導体層４６２に加工する（図５（Ｂ）参照）。本実施の形態では、酸化物半導体膜としてＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物半導体成膜用ターゲットを用いてスパッタリング法により成膜する。
【０１７９】
酸化物半導体膜は、減圧状態に保持された処理室内に基板を保持し、処理室内の残留水分を除去しつつ水素及び水分が除去されたスパッタリングガスを導入し、金属酸化物をターゲットとして基板４５０上に成膜する。処理室内の残留水分を除去するためには、吸着型の真空ポンプを用いることが好ましい。例えば、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を用いることが好ましい。また、排気手段としては、ターボ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処理室は、例えば、水素原子、水（Ｈ_２Ｏ）など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）等が排気されるため、当該処理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。また、酸化物半導体膜成膜時に基板を１００℃乃至４００℃に加熱してもよい。
【０１８０】
酸化物半導体膜を、成膜する際に用いるスパッタリングガスは水素、水、水酸基又は水素化物などの不純物が、濃度数ｐｐｍ程度、濃度数ｐｐｂ程度まで除去された高純度ガスを用いることが好ましい。
【０１８１】
成膜条件の一例としては、基板温度を室温とし、基板とターゲットの間との距離を１１０ｍｍとし、圧力を０．４Ｐａとし、直流（ＤＣ）電源０．５ｋＷを用い、酸素及びアルゴン（酸素流量１５ｓｃｃｍ：アルゴン流量３０ｓｃｃｍ）の雰囲気とする条件が適用される。なお、パルス直流（ＤＣ）電源を用いると、成膜時に発生する粉状物質（パーティクル、ゴミともいう）が軽減でき、膜厚分布も均一となるために好ましい。酸化物半導体膜は好ましくは５ｎｍ以上３０ｎｍ以下とする。なお、適用する酸化物半導体材料により適切な厚みは異なり、材料に応じて適宜厚みを選択すればよい。
【０１８２】
本実施の形態では、エッチング液として燐酸と酢酸と硝酸を混ぜた溶液を用いたウェットエッチング法により、酸化物半導体膜を島状の酸化物半導体層４６２に加工する。
【０１８３】
本実施の形態では、酸化物半導体層４６２に、第１の加熱処理を行う。第１の加熱処理の温度は、１００℃以上４５０℃以下とする。ここでは、加熱処理装置の一つである電気炉に基板を導入し、酸化物半導体層に対して窒素雰囲気下４５０℃において１時間の加熱処理を行った後、大気に触れることなく、酸化物半導体層への水や水素の再混入を防ぎ、酸化物半導体層を得る。この第１の加熱処理によって酸化物半導体層４６２の脱水化または脱水素化を行うことができる。
【０１８４】
本実施の形態では、導電膜として実施の形態１で示したターゲットを適用した導電膜を用いているので、酸化物半導体層内、絶縁層内、或いは、酸化物半導体層又は絶縁層との界面とその近傍に存在する、水分または水素などの不純物が、導電膜に吸蔵或いは吸着される。そのため、水分、水素などの不純物の脱離により、ｉ型（真性半導体）又はｉ型に限りなく近い酸化物半導体層を得ることができ、上記不純物により閾値電圧がシフトするなどのトランジスタの特性の劣化が促進されるのを防ぎ、オフ電流を低減させることができる。
【０１８５】
なお、加熱処理装置は電気炉に限られず、抵抗発熱体などの発熱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備えていてもよい。例えば、ＧＲＴＡ（Ｇａｓ Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ａｎｎｅａｌ）装置、ＬＲＴＡ（Ｌａｍｐ Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ａｎｎｅａｌ）装置等のＲＴＡ（Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ａｎｎｅａｌ）装置を用いることができる。例えば、第１の加熱処理として、６５０℃〜７００℃の高温に加熱した不活性ガス中に基板を移動させて入れ、数分間加熱した後、基板を移動させて高温に加熱した不活性ガス中から出すＧＲＴＡを行ってもよい。ＧＲＴＡを用いると短時間での高温加熱処理が可能となる。
【０１８６】
なお、第１の加熱処理においては、窒素、またはヘリウム、ネオン、アルゴン等の希ガスに、水、水素などが含まれないことが好ましい。または、加熱処理装置に導入する窒素、またはヘリウム、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（即ち不純物濃度を１ｐｐｍ以下、好ましくは０．１ｐｐｍ以下）とすることが好ましい。
【０１８７】
また、第１の加熱処理の条件、または酸化物半導体層の材料によっては、酸化物半導体膜が結晶化し、微結晶膜または多結晶膜となる場合もある。
【０１８８】
また、酸化物半導体層の第１の加熱処理は、島状の酸化物半導体層に加工する前の酸化物半導体膜に行うこともできる。その場合には、第１の加熱処理後に、加熱装置から基板を取り出し、フォトリソグラフィ工程を行う。
【０１８９】
酸化物半導体層に対する脱水化、脱水素化の効果を奏する加熱処理は、酸化物半導体層成膜後、酸化物半導体層上にさらにソース電極又はドレイン電極を積層させた後、ソース電極及びドレイン電極上にゲート絶縁層を形成した後、のいずれで行っても良い。
【０１９０】
次いで、絶縁層４５７及び酸化物半導体層４６２上に、実施の形態１で示したスパッタリングターゲットを用いて、スパッタリング法により導電膜を形成し、第３のフォトリソグラフィ工程により導電膜上にレジストマスクを形成し、選択的にエッチングを行ってソース電極層又はドレイン電極層４６５ｂ、配線層４６８を形成した後、レジストマスクを除去する（図５（Ｃ）参照）。ソース電極層又はドレイン電極層４６５ｂ、配線層４６８はソース電極層又はドレイン電極層４６５ａ１、４６５ａ２と同様な材料及び工程で形成すればよい。
【０１９１】
本実施の形態ではソース電極層又はドレイン電極層４６５ｂ、配線層４６８としてスパッタリング法により膜厚１５０ｎｍのチタン膜を形成する。本実施の形態では、ソース電極層又はドレイン電極層４６５ａ１、４６５ａ２とソース電極層又はドレイン電極層４６５ｂに同じチタン膜を用いる例のため、ソース電極層又はドレイン電極層４６５ａ１、４６５ａ２とソース電極層又はドレイン電極層４６５ｂとはエッチングにおいて選択比がとれない。よって、ソース電極層又はドレイン電極層４６５ａ１、４６５ａ２が、ソース電極層又はドレイン電極層４６５ｂのエッチング時にエッチングされないように、酸化物半導体層４６２に覆われないソース電極層又はドレイン電極層４６５ａ２上に配線層４６８を設けている。ソース電極層又はドレイン電極層４６５ａ１、４６５ａ２とソース電極層又はドレイン電極層４６５ｂとにエッチング工程において高い選択比を有する異なる材料を用いる場合には、エッチング時にソース電極層又はドレイン電極層４６５ａ２を保護する配線層４６８は必ずしも設けなくてもよい。
【０１９２】
なお、導電膜のエッチングの際に、酸化物半導体層４６２は除去されないようにそれぞれの材料及びエッチング条件を適宜調節する。
【０１９３】
本実施の形態では、導電膜としてチタン膜を用いて、酸化物半導体層４６２にはＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物半導体を用いて、チタン膜のエッチャントとしてアンモニア過水（アンモニア、水、過酸化水素水の混合液）を用いる。
【０１９４】
なお、第３のフォトリソグラフィ工程では、酸化物半導体層４６２は一部のみがエッチングされ、溝部（凹部）を有する酸化物半導体層となることもある。また、ソース電極層又はドレイン電極層４６５ｂ、配線層４６８を形成するためのレジストマスクをインクジェット法で形成してもよい。レジストマスクをインクジェット法で形成するとフォトマスクを使用しないため、製造コストを低減できる。
【０１９５】
次いで、絶縁層４５７、酸化物半導体層４６２、ソース電極層又はドレイン電極層４６５ａ１、４６５ａ２、ソース電極層又はドレイン電極層４６５ｂ、配線層４６８上にゲート絶縁層４５２を形成する。
【０１９６】
ゲート絶縁層４５２は、プラズマＣＶＤ法又はスパッタリング法等を用いて、酸化シリコン層、窒化シリコン層、酸化窒化シリコン層、窒化酸化シリコン層、又は酸化アルミニウム層を単層で又は積層して形成することができる。なお、ゲート絶縁層４５２中に水素が多量に含まれないようにするためには、スパッタリング法でゲート絶縁層４５２を成膜することが好ましい。スパッタリング法により酸化シリコン膜を成膜する場合には、ターゲットとしてシリコンターゲット又は石英ターゲットを用い、スパッタリングガスとして酸素又は、酸素及びアルゴンの混合ガスを用いて行う。
【０１９７】
ゲート絶縁層４５２は、ソース電極層又はドレイン電極層４６５ａ１、４６５ａ２、ソース電極層又はドレイン電極層４６５ｂ側から酸化シリコン層と窒化シリコン層を積層した構造とすることもできる。本実施の形態では、圧力を０．４Ｐａとし、高周波電源１．５ｋＷを用い、酸素及びアルゴン（酸素流量２５ｓｃｃｍ：アルゴン流量２５ｓｃｃｍ＝１：１）雰囲気下としてＲＦスパッタリング法により膜厚１００ｎｍの酸化シリコン層を形成する。
【０１９８】
次いで、第４のフォトリソグラフィ工程によりレジストマスクを形成し、選択的にエッチングを行ってゲート絶縁層４５２の一部を除去して、配線層４６８に達する開口４２３を形成する（図５（Ｄ）参照）。図示しないが開口４２３の形成時にソース電極層又はドレイン電極層４６５ｂに達する開口を形成してもよい。本実施の形態では、ソース電極層又はドレイン電極層４６５ｂへの開口はさらに層間絶縁層を積層した後に形成し、電気的に接続する配線層を開口に形成する例とする。
【０１９９】
次に、ゲート絶縁層４５２、及び開口４２３上に導電膜を形成した後、第５のフォトリソグラフィ工程によりゲート電極層４６１（４６１ａ、４６１ｂ）、配線層４６４を形成する。なお、レジストマスクをインクジェット法で形成してもよい。レジストマスクをインクジェット法で形成するとフォトマスクを使用しないため、製造コストを低減できる。
【０２００】
また、ゲート電極層４６１（４６１ａ、４６１ｂ）、配線層４６４は、モリブデン、チタン、クロム、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又はこれらを主成分とする合金材料を用いて、単層で又は積層して形成することができる。また、ゲート電極層４６１（４６１ａ、４６１ｂ）、配線層４６４を形成するためのスパッタリングターゲットとして、実施の形態１で示したターゲットを用いてもよい。
【０２０１】
本実施の形態ではゲート電極層４６１（４６１ａ、４６１ｂ）、配線層４６４としてスパッタリング法により膜厚１５０ｎｍのチタン膜を形成する。
【０２０２】
次いで、不活性ガス雰囲気下、または酸素ガス雰囲気下で第２の加熱処理（例えば１００℃以上３００℃未満、好ましくは２２０℃乃至２８０℃）を行う。本実施の形態では、窒素雰囲気下で２５０℃、１時間の第２の加熱処理を行う。また、第２の加熱処理は、トランジスタ４６０上に保護絶縁層や平坦化絶縁層を形成してから行ってもよい。
【０２０３】
さらに大気中、１００℃以上２００℃以下、１時間以上３０時間以下での加熱処理を行ってもよい。この加熱処理は一定の加熱温度を保持して加熱してもよいし、室温から、１００℃以上２００℃以下の加熱温度への昇温と、加熱温度から室温までの降温を複数回くりかえして行ってもよい。また、この加熱処理を、酸化物絶縁層の形成前に、減圧下で行ってもよい。減圧下で加熱処理を行うと、加熱時間を短縮することができる。
【０２０４】
以上の工程で、水素、水分、水素化物、水酸化物の濃度が低減された酸化物半導体層４６２を有するトランジスタ４６０を形成することができる（図５（Ｅ）参照）。
【０２０５】
また、トランジスタ４６０上に保護絶縁層や、平坦化のための平坦化絶縁層を設けてもよい。なお、図示しないが、ゲート絶縁層４５２、保護絶縁層や平坦化絶縁層にソース電極層又はドレイン電極層４６５ｂに達する開口を形成し、その開口に、ソース電極層又はドレイン電極層４６５ｂと電気的に接続する配線層を形成する。
【０２０６】
本実施の形態で示すトランジスタにおいて、ソース電極層及びドレイン電極層として用いる導電膜は、実施の形態１で示したスパッタリングターゲットを用いて作製している。当該導電膜を活性層として用いる酸化物半導体膜に接して形成することで、酸化物半導体膜中に存在する水素、水などの不純物が導電膜に引き抜かれて、酸化物半導体膜の純度を高めることができる。また、酸化物半導体膜を成膜するに際し、反応雰囲気中の残留水分を除去することで、該酸化物半導体膜中の水素及び水素化物の濃度をより低減することができる。それにより酸化物半導体膜の安定化を図ることができる。
【０２０７】
また、以上のように、高純度化された酸化物半導体層をトランジスタに適用することによって、オフ電流を低減したトランジスタを提供することができる。
【０２０８】
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。
【０２０９】
（実施の形態４）
本実施の形態は、実施の形態１のターゲットを適用して作製したトランジスタの他の例を示す。なお、実施の形態２と同一部分又は同様な機能を有する部分、及び工程は、実施の形態２と同様とすればよく、その繰り返しの説明は省略する。また同じ箇所の詳細な説明も省略する。本実施の形態で示すトランジスタ４２５、４２６は、実施の形態１で示したスパッタリングターゲットを用いて作製した導電膜をソース電極層又はドレイン電極層４１５ａ、ソース電極層又はドレイン電極層４１５ｂ用の導電膜として用いることができる。
【０２１０】
本実施の形態のトランジスタを、図６を用いて説明する。
【０２１１】
図６（Ａ）（Ｂ）にトランジスタの断面構造の一例を示す。図６（Ａ）（Ｂ）に示すトランジスタ４２５、４２６は、酸化物半導体層を導電層とゲート電極層とで挟んだ構造のトランジスタの一つである。
【０２１２】
また、図６（Ａ）（Ｂ）において、基板はシリコン基板を用いており、シリコン基板４２０上に設けられた絶縁層４２２上にトランジスタ４２５、４２６がそれぞれ設けられている。
【０２１３】
図６（Ａ）において、シリコン基板４２０に設けられた絶縁層４２２と絶縁層４０７との間に少なくとも酸化物半導体層４１２全体と重なるように導電層４２７が設けられている。
【０２１４】
なお、図６（Ｂ）は、絶縁層４２２と絶縁層４０７との間の導電層が、導電層４２４のようにエッチングにより加工され、酸化物半導体層４１２の少なくともチャネル領域を含む一部と重なる例である。
【０２１５】
導電層４２７、４２４は後工程で行われる加熱処理温度に耐えられる金属材料であればよく、チタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、クロム（Ｃｒ）、ネオジム（Ｎｄ）、スカンジウム（Ｓｃ）から選ばれた元素、または上述した元素を成分とする合金か、上述した元素を組み合わせた合金膜、または上述した元素を成分とする窒化物などを用いることができる。また、単層構造でも積層構造でもよく、例えばタングステン層単層、又は窒化タングステン層とタングステン層との積層構造などを用いることができる。
【０２１６】
また、導電層４２７、４２４は、電位がトランジスタ４２５、４２６のゲート電極層４１１と同じでもよいし、異なっていても良く、第２のゲート電極層として機能させることもできる。また、導電層４２７、４２４の電位がＧＮＤあるいは０Ｖという固定電位であってもよい。
【０２１７】
導電層４２７、４２４によって、トランジスタ４２５、４２６の電気特性を制御することができる。
【０２１８】
以上のように、高純度化された酸化物半導体層をトランジスタに適用することによって、オフ電流を低減したトランジスタを提供することができる。
【０２１９】
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。
【０２２０】
（実施の形態５）
本実施の形態は、実施の形態１のターゲットを適用して作製したトランジスタの他の例を示す。本実施の形態で示すトランジスタ３９０は、実施の形態１で示したスパッタリングターゲットを用いて作製した導電膜をソース電極、ドレイン電極用の導電膜として用いることができる。
【０２２１】
本実施の形態のトランジスタの断面構造の一例を図７（Ａ）乃至（Ｅ）に示す。図７（Ａ）乃至（Ｅ）に示すトランジスタ３９０は、ボトムゲート構造のトランジスタの一つであり逆スタガ型トランジスタともいう。
【０２２２】
また、トランジスタ３９０はシングルゲート構造のトランジスタを用いて説明したが、必要に応じて、チャネル形成領域を複数有するマルチゲート構造のトランジスタも形成することができる。
【０２２３】
以下、図７（Ａ）乃至（Ｅ）を用い、基板３９４上にトランジスタ３９０を作製する工程を説明する。
【０２２４】
まず、絶縁表面を有する基板３９４上に導電膜を形成した後、第１のフォトリソグラフィ工程によりゲート電極層３９１を形成する。形成されたゲート電極層の端部はテーパ形状であると、上に積層するゲート絶縁層の被覆性が向上するため好ましい。なお、レジストマスクをインクジェット法で形成してもよい。レジストマスクをインクジェット法で形成するとフォトマスクを使用しないため、製造コストを低減できる。
【０２２５】
絶縁表面を有する基板３９４に使用することができる基板に大きな制限はないが、少なくとも、後の加熱処理に耐えうる程度の耐熱性を有していることが必要となる。バリウムホウケイ酸ガラスやアルミノホウケイ酸ガラスなどのガラス基板を用いることができる。
【０２２６】
また、ガラス基板としては、後の加熱処理の温度が高い場合には、歪み点が７３０℃以上のものを用いると良い。また、ガラス基板には、例えば、アルミノシリケートガラス、アルミノホウケイ酸ガラス、バリウムホウケイ酸ガラスなどのガラス材料が用いられている。なお、一般に酸化ホウ素と比較して酸化バリウム（ＢａＯ）を多く含ませることで、より実用的な耐熱ガラスが得られる。このため、酸化ホウ素（Ｂ_２Ｏ_３）より酸化バリウム（ＢａＯ）を多く含むガラス基板を用いることが好ましい。
【０２２７】
なお、上記のガラス基板に代えて、セラミック基板、石英基板、サファイア基板などの絶縁体でなる基板を用いても良い。他にも、結晶化ガラス基板などを用いることができる。また、プラスチック基板等も適宜用いることができる。
【０２２８】
下地膜となる絶縁膜を基板３９４とゲート電極層３９１との間に設けてもよい。下地膜は、基板３９４からの不純物元素の拡散を防止する機能があり、窒化シリコン膜、酸化シリコン膜、窒化酸化シリコン膜、又は酸化窒化シリコン膜から選ばれた一又は複数の膜による積層構造により形成することができる。
【０２２９】
また、ゲート電極層３９１の材料は、モリブデン、チタン、クロム、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又はこれらを主成分とする合金材料を用いて、単層で又は積層して形成することができる。
【０２３０】
例えば、ゲート電極層３９１の２層の積層構造としては、アルミニウム層上にモリブデン層が積層された２層の積層構造、銅層上にモリブデン層を積層した２層構造、銅層上に窒化チタン層若しくは窒化タンタルを積層した２層構造、窒化チタン層とモリブデン層とを積層した２層構造、又は窒化タングステン層とタングステン層とを積層した２層構造とすることが好ましい。３層の積層構造としては、タングステン層または窒化タングステンと、アルミニウムとシリコンの合金またはアルミニウムとチタンの合金と、窒化チタンまたはチタン層とを積層した積層とすることが好ましい。なお、透光性を有する導電膜を用いてゲート電極層を形成することもできる。透光性を有する導電膜としては、透光性導電性酸化物等をその例に挙げることができる。
【０２３１】
次いで、ゲート電極層３９１上にゲート絶縁層３９７を形成する。
【０２３２】
ゲート絶縁層３９７は、プラズマＣＶＤ法又はスパッタリング法等を用いて、酸化シリコン層、窒化シリコン層、酸化窒化シリコン層、窒化酸化シリコン層、又は酸化アルミニウム層を単層で又は積層して形成することができる。なお、ゲート絶縁層３９７中に水素が多量に含まれないようにするためには、スパッタリング法でゲート絶縁層３９７を成膜することが好ましい。スパッタリング法により酸化シリコン膜を成膜する場合には、ターゲットとしてシリコンターゲット又は石英ターゲットを用い、スパッタリングガスとして酸素又は、酸素及びアルゴンの混合ガスを用いて行う。また、ゲート絶縁層を形成するためのスパッタリングターゲットとして、実施の形態１で示したスパッタリングターゲットを用いても良い。
【０２３３】
ゲート絶縁層３９７は、ゲート電極層３９１側から窒化シリコン層と酸化シリコン層を積層した構造とすることもできる。例えば、第１のゲート絶縁層としてスパッタリング法により膜厚５０ｎｍ以上２００ｎｍ以下（本実施の形態では５０ｎｍ）の窒化シリコン層（ＳｉＮ_ｙ（ｙ＞０））を形成し、第１のゲート絶縁層上に第２のゲート絶縁層として膜厚５ｎｍ以上３００ｎｍ以下（本実施の形態では５０ｎｍ）の酸化シリコン層（ＳｉＯ_ｘ（ｘ＞０））を積層して、膜厚１００ｎｍのゲート絶縁層とする。
【０２３４】
また、ゲート絶縁層３９７、後に形成する酸化物半導体膜３９３に水素、水酸基及び水分がなるべく含まれないようにするために、成膜の前処理を行うことが好ましい。例えば、スパッタリング装置の予備加熱室でゲート電極層３９１が形成された基板３９４、又はゲート絶縁層３９７までが形成された基板３９４を予備加熱し、基板３９４に吸着した水素、水分などの不純物を脱離し排気することが好ましい。なお、予備加熱の温度としては、１００℃以上４００℃以下好ましくは１５０℃以上３００℃以下である。なお、予備加熱室に設ける排気手段はクライオポンプが好ましい。なお、この予備加熱の処理は省略することもできる。またこの予備加熱は、酸化物絶縁層３９６の成膜前に、ソース電極層３９５ａ及びドレイン電極層３９５ｂまで形成した基板３９４にも同様に行ってもよい。
【０２３５】
次いで、ゲート絶縁層３９７上に、膜厚２ｎｍ以上２００ｎｍ以下の酸化物半導体膜３９３を形成する（図７（Ａ）参照）。
【０２３６】
なお、酸化物半導体膜３９３をスパッタリング法により成膜する前に、アルゴンガスを導入してプラズマを発生させる逆スパッタリングを行い、ゲート絶縁層３９７の表面に付着しているゴミを除去することが好ましい。逆スパッタリングとは、ターゲット側に電圧を印加せずに、アルゴン雰囲気下で基板側にＲＦ電源を用いて電圧を印加して基板近傍にプラズマを形成して表面を改質する方法である。なお、アルゴン雰囲気に代えて窒素、ヘリウム、酸素などを用いてもよい。
【０２３７】
酸化物半導体膜３９３は、スパッタリング法により成膜する。酸化物半導体膜３９３は、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｚｎ−Ｏ系、Ｉｎ−Ａｌ−Ｚｎ−Ｏ系、Ｓｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系、Ａｌ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系、Ｓｎ−Ａｌ−Ｚｎ−Ｏ系、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｏ系、Ｉｎ−Ｚｎ−Ｏ系、Ｓｎ−Ｚｎ−Ｏ系、Ａｌ−Ｚｎ−Ｏ系、Ｉｎ−Ｏ系、Ｓｎ−Ｏ系、Ｚｎ−Ｏ系の酸化物半導体膜を用いる。本実施の形態では、酸化物半導体膜３９３をＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物半導体成膜用ターゲットを用いてスパッタリング法により成膜する。また、酸化物半導体膜３９３は、希ガス（代表的にはアルゴン）雰囲気下、酸素雰囲気下、又は希ガス（代表的にはアルゴン）及び酸素混合雰囲気下においてスパッタリング法により形成することができる。また、スパッタリング法を用いる場合、ＳｉＯ_２を２重量％以上１０重量％以下含むターゲットを用いて成膜を行ってもよい。
【０２３８】
酸化物半導体膜３９３をスパッタリング法で作製するためのターゲットとして、酸化亜鉛を主成分とする金属酸化物のターゲットを用いることができる。また、金属酸化物のターゲットの他の例としては、Ｉｎ、Ｇａ、及びＺｎを含む酸化物半導体成膜用ターゲット（組成比として、Ｉｎ_２Ｏ_３：Ｇａ_２Ｏ_３：ＺｎＯ＝１：１：１［ｍｏｌ数比］）などを用いることもできる。また、Ｉｎ、Ｇａ、およびＺｎを含む酸化物半導体成膜用ターゲットとして、Ｉｎ_２Ｏ_３：Ｇａ_２Ｏ_３：ＺｎＯ＝１：１：２［ｍｏｌ数比］、またはＩｎ_２Ｏ_３：Ｇａ_２Ｏ_３：ＺｎＯ＝１：１：４［ｍｏｌ数比］の組成比を有するターゲットを用いることもできる。酸化物半導体成膜用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％以下である。充填率の高い酸化物半導体成膜用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なる。
【０２３９】
減圧状態に保持された処理室内に基板を保持し、基板を室温又は４００℃未満の温度に加熱する。そして、処理室内の残留水分を除去しつつ水素及び水分が除去されたスパッタガスを導入し、金属酸化物をターゲットとして基板３９４上に酸化物半導体膜３９３を成膜する。処理室内の残留水分を除去するためには、吸着型の真空ポンプを用いることが好ましい。例えば、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を用いることが好ましい。また、排気手段としては、ターボ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処理室は、例えば、水素原子、水（Ｈ_２Ｏ）など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）等が排気されるため、当該処理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。また、クライオポンプにより処理室内に残留する水分を除去しながらスパッタリング成膜を行うことで、酸化物半導体膜３９３を成膜する際の基板温度は室温から４００℃未満とすることができる。
【０２４０】
成膜条件の一例としては、基板とターゲットの間との距離を１００ｍｍとし、圧力を０．６Ｐａとし、直流（ＤＣ）電源０．５ｋＷを用い、酸素（酸素流量比率１００％）雰囲気下とする条件が適用される。なお、パルス直流（ＤＣ）電源を用いると、成膜時に発生する粉状物質（パーティクル、ゴミともいう）が軽減でき、膜厚分布も均一となるために好ましい。酸化物半導体膜は好ましくは５ｎｍ以上３０ｎｍ以下とする。なお、適用する酸化物半導体材料により適切な厚みは異なり、材料に応じて適宜厚みを選択すればよい。
【０２４１】
スパッタリング法にはスパッタリング用電源に高周波電源を用いるＲＦスパッタリング法、直流電源を用いるＤＣスパッタリング法、さらにパルス的にバイアスを与えるパルスＤＣスパッタリング法がある。ＲＦスパッタリング法は主に絶縁膜を成膜する場合に用いられ、ＤＣスパッタリング法は主に金属膜を成膜する場合に用いられる。
【０２４２】
また、材料の異なるターゲットを複数設置できる多元スパッタリング装置もある。多元スパッタリング装置は、同一チャンバーで異なる材料膜を積層成膜することも、同一チャンバーで複数種類の材料を同時に放電させて成膜することもできる。
【０２４３】
また、チャンバー内部に磁石機構を備えたマグネトロンスパッタリング法を用いるスパッタリング装置や、グロー放電を使わずマイクロ波を用いて発生させたプラズマを用いるＥＣＲスパッタリング法を用いるスパッタリング装置もある。
【０２４４】
また、スパッタリング法を用いる成膜方法として、成膜中にターゲット物質とスパッタリングガス成分とを化学反応させてそれらの化合物薄膜を形成するリアクティブスパッタリング法や、成膜中に基板にも電圧をかけるバイアススパッタリング法もある。
【０２４５】
次いで、酸化物半導体膜を第２のフォトリソグラフィ工程により島状の酸化物半導体層３９９に加工する（図７（Ｂ）参照）。また、島状の酸化物半導体層３９９を形成するためのレジストマスクをインクジェット法で形成してもよい。レジストマスクをインクジェット法で形成するとフォトマスクを使用しないため、製造コストを低減できる。
【０２４６】
また、ゲート絶縁層３９７にコンタクトホールを形成する場合、その工程は酸化物半導体層３９９の形成時に行うことができる。
【０２４７】
なお、ここでの酸化物半導体膜３９３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く、両方を用いてもよい。
【０２４８】
ドライエッチングに用いるエッチングガスとしては、塩素を含むガス（塩素系ガス、例えば塩素（Ｃｌ_２）、塩化硼素（ＢＣｌ_３）、塩化珪素（ＳｉＣｌ_４）、四塩化炭素（ＣＣｌ_４）など）が好ましい。
【０２４９】
また、フッ素を含むガス（フッ素系ガス、例えば四弗化炭素（ＣＦ_４）、六弗化硫黄（ＳＦ_６）、三弗化窒素（ＮＦ_３）、トリフルオロメタン（ＣＨＦ_３）など）、臭化水素（ＨＢｒ）、酸素（Ｏ_２）、これらのガスにヘリウム（Ｈｅ）やアルゴン（Ａｒ）などの希ガスを添加したガス、などを用いることができる。
【０２５０】
ドライエッチング法としては、平行平板型ＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ）法や、ＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ：誘導結合型プラズマ）エッチング法を用いることができる。所望の加工形状にエッチングできるように、エッチング条件（コイル型の電極に印加される電力量、基板側の電極に印加される電力量、基板側の電極温度等）を適宜調節する。
【０２５１】
ウェットエッチングに用いるエッチング液としては、燐酸と酢酸と硝酸を混ぜた溶液などを用いることができる。また、ＩＴＯ０７Ｎ（関東化学社製）を用いてもよい。
【０２５２】
また、ウェットエッチング後のエッチング液はエッチングされた材料とともに洗浄によって除去される。その除去された材料を含むエッチング液の廃液を精製し、含まれる材料を再利用してもよい。当該エッチング後の廃液から酸化物半導体層に含まれるインジウム等の材料を回収して再利用することにより、資源を有効活用し低コスト化することができる。
【０２５３】
所望の加工形状にエッチングできるように、材料に合わせてエッチング条件（エッチング液、エッチング時間、温度等）を適宜調節する。
【０２５４】
なお、次工程の導電膜を形成する前に逆スパッタリングを行い、酸化物半導体層３９９及びゲート絶縁層３９７の表面に付着しているレジスト残渣などを除去することが好ましい。
【０２５５】
次いで、ゲート絶縁層３９７、及び酸化物半導体層３９９上に、導電膜を形成する。当該導電膜は、実施の形態１で示したスパッタリングターゲットを用いてスパッタリング法によって作製する。導電膜の材料としては、アルミニウム（Ａｌ）、クロム（Ｃｒ）、銅（Ｃｕ）、タンタル（Ｔａ）、チタン（Ｔｉ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）から選ばれた元素、または上述した元素を成分とする合金か、上述した元素を組み合わせた合金膜等が挙げられる。また、マンガン、マグネシウム、ジルコニウム、ベリリウム、トリウムのいずれか一または複数から選択された材料を用いてもよい。また、導電膜は、単層構造でも、２層以上の積層構造としてもよい。例えば、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を積層する２層構造、チタン膜と、そのチタン膜上に重ねてアルミニウム膜を積層し、さらにその上にチタン膜を成膜する３層構造などが挙げられる。また、アルミニウムに、チタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、クロム（Ｃｒ）、ネオジム（Ｎｄ）、スカンジウム（Ｓｃ）から選ばれた元素を単数、又は複数組み合わせた膜、合金膜、もしくは窒化膜を用いてもよい。なお、導電膜の材料として、電気陰性度の小さい材料を用いるのが好ましい。
【０２５６】
本実施の形態では、導電膜として実施の形態１で示したターゲットを適用した導電膜を用いているので、酸化物半導体層内、絶縁層内、或いは、酸化物半導体層又は絶縁層との界面とその近傍に存在する、水分または水素などの不純物が、導電膜に吸蔵或いは吸着される。そのため、水分、水素などの不純物の脱離により、ｉ型（真性半導体）又はｉ型に限りなく近い酸化物半導体層を得ることができ、上記不純物により閾値電圧がシフトするなどのトランジスタの特性の劣化が促進されるのを防ぎ、オフ電流を低減させることができる。
【０２５７】
第３のフォトリソグラフィ工程により導電膜上にレジストマスクを形成し、選択的にエッチングを行ってソース電極層３９５ａ、ドレイン電極層３９５ｂを形成した後、レジストマスクを除去する（図７（Ｃ）参照）。
【０２５８】
第３のフォトリソグラフィ工程での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レーザ光を用いる。酸化物半導体層３９９上で隣り合うソース電極層の下端部とドレイン電極層の下端部との間隔幅によって後に形成されるトランジスタのチャネル長Ｌが決定される。なお、チャネル長Ｌ＝２５ｎｍ未満のパターンの露光を行う場合には、数ｎｍ〜数１０ｎｍと極めて波長が短い超紫外線（Ｅｘｔｒｅｍｅ Ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ）を用いて第３のフォトリソグラフィ工程でのレジストマスク形成時の露光を行う。超紫外線による露光は、解像度が高く焦点深度も大きい。従って、後に形成されるトランジスタのチャネル長Ｌを１０ｎｍ以上１０００ｎｍ以下とすることも可能であり、回路の動作速度を高速化でき、さらにオフ電流値が極めて小さいため、低消費電力化も図ることができる。
【０２５９】
なお、導電膜のエッチングの際に、酸化物半導体層３９９が除去されないようにそれぞれの材料及びエッチング条件を適宜調節する。
【０２６０】
本実施の形態では、導電膜としてチタン膜を用いて、酸化物半導体層３９９にはＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物半導体を用いて、チタン膜のエッチャントとしてアンモニア過水（アンモニア、水、過酸化水素水の混合液）を用いる。
【０２６１】
なお、第３のフォトリソグラフィ工程では、酸化物半導体層３９９は一部のみがエッチングされ、溝部（凹部）を有する酸化物半導体層となることもある。また、ソース電極層３９５ａ、ドレイン電極層３９５ｂを形成するためのレジストマスクをインクジェット法で形成してもよい。レジストマスクをインクジェット法で形成するとフォトマスクを使用しないため、製造コストを低減できる。
【０２６２】
また、フォトリソグラフィ工程で用いるフォトマスク数及び工程数を削減するため、透過した光が複数の強度となる露光マスクであ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したレジストマスクは複数の膜厚を有する形状となり、エッチングを行うことでさらに形状を変形す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できる。よって、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。よって露光マスク数を削減することができ、対応するフォトリソグラフィ工程も削減できるため、工程の簡略化が可能となる。
【０２６３】
亜酸化窒素（Ｎ_２Ｏ）、窒素（Ｎ_２）、またはアルゴン（Ａｒ）などのガスを用いたプラズマ処理によって露出している酸化物半導体層の表面に付着した吸着水などを除去してもよい。また、酸素とアルゴンの混合ガスを用いてプラズマ処理を行ってもよい。
【０２６４】
プラズマ処理を行った場合、大気に触れることなく、酸化物半導体層の一部に接する保護絶縁膜となる酸化物絶縁層として酸化物絶縁層３９６を形成する（図７（Ｄ）参照）。本実施の形態では、酸化物半導体層３９９がソース電極層３９５ａ、ドレイン電極層３９５ｂと重ならない領域において、酸化物半導体層３９９と酸化物絶縁層３９６とが接するように形成する。
【０２６５】
本実施の形態では、酸化物絶縁層３９６として、島状の酸化物半導体層３９９、ソース電極層３９５ａ、ドレイン電極層３９５ｂまで形成された基板３９４を室温で、又は１００℃未満の温度に加熱して、水素及び水分が除去された高純度酸素を含むスパッタリングガスを導入しシリコンのターゲットを用いて、欠陥を含む酸化シリコン層を成膜する。
【０２６６】
例えば、スパッタリングガスの純度を６Ｎとし、ボロンがドープされたシリコンターゲット（抵抗値０．０１Ωｃｍ）を用い、基板とターゲットの間との距離（Ｔ−Ｓ間距離）を８９ｍｍとし、圧力を０．４Ｐａとし、直流（ＤＣ）電源６ｋＷを用い、酸素（酸素流量比率１００％）雰囲気下として、パルスＤＣスパッタリング法により酸化シリコン層を成膜する。膜厚は３００ｎｍとする。なお、酸化シリコン層を成膜するためのターゲットとして、シリコンターゲットに代えて石英（好ましくは合成石英）を用いることができる。なお、スパッタリングガスとして酸素又は、酸素及びアルゴンの混合ガスを用いて行う。
【０２６７】
この場合において、処理室内の残留水分を除去しつつ酸化物絶縁層３９６を成膜することが好ましい。酸化物半導体層３９９及び酸化物絶縁層３９６に水素、水酸基又は水分が含まれないようにするためである。
【０２６８】
処理室内の残留水分を除去するためには、吸着型の真空ポンプを用いることが好ましい。例えば、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を用いることが好ましい。また、排気手段としては、ターボ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処理室は、例えば、水素原子や、水（Ｈ_２Ｏ）など水素原子を含む化合物等が排気されるため、当該処理室で成膜した酸化物絶縁層３９６に含まれる不純物の濃度を低減できる。
【０２６９】
なお、酸化物絶縁層３９６として、酸化シリコン層に代えて、酸化窒化シリコン層、酸化アルミニウム層、または酸化窒化アルミニウム層などを用いることもできる。
【０２７０】
さらに、酸化物絶縁層３９６と酸化物半導体層３９９とを接した状態で１００℃乃至４００℃で加熱処理を行ってもよい。本実施の形態における酸化物絶縁層３９６は欠陥を多く含むため、この加熱処理によって酸化物半導体層３９９中に含まれる水素、水分、水酸基又は水素化物などの不純物を酸化物絶縁層３９６に拡散させ、酸化物半導体層３９９中に含まれる該不純物をより低減させることができる。
【０２７１】
以上の工程で、水素、水分、水酸基又は水素化物の濃度が低減された酸化物半導体層３９２を有するトランジスタ３９０を形成することができる（図７（Ｅ）参照）。
【０２７２】
本実施の形態で示すトランジスタにおいて、ソース電極層及びドレイン電極層として用いる導電膜は、実施の形態１で示したスパッタリングターゲットを用いて作製している。当該導電膜を活性層として用いる酸化物半導体膜に接して形成することで、酸化物半導体膜中に存在する水素、水などの不純物が導電膜に引き抜かれて、酸化物半導体膜の純度を高めることができる。また、酸化物半導体膜を成膜するに際し、雰囲気中の残留水分を除去することで、該酸化物半導体膜中の水素及び水素化物の濃度をより低減することができる。それにより酸化物半導体膜の安定化を図ることができる。
【０２７３】
酸化物絶縁層上に保護絶縁層を設けてもよい。本実施の形態では、保護絶縁層３９８を酸化物絶縁層３９６上に形成する。保護絶縁層３９８としては、窒化シリコン膜、窒化酸化シリコン膜、窒化アルミニウム膜、又は窒化酸化アルミニウム膜などを用いる。
【０２７４】
保護絶縁層３９８として、酸化物絶縁層３９６まで形成された基板３９４を１００℃〜４００℃の温度に加熱し、水素及び水分が除去された高純度窒素を含むスパッタリングガスを導入しシリコンのターゲットを用いて窒化シリコン膜を成膜する。この場合においても、酸化物絶縁層３９６と同様に、処理室内の残留水分を除去しつつ保護絶縁層３９８を成膜することが好ましい。
【０２７５】
保護絶縁層３９８を形成する場合、保護絶縁層３９８の成膜時に１００℃〜４００℃に基板３９４を加熱することで、酸化物半導体層中に含まれる水素若しくは水分を酸化物絶縁層に拡散させることができる。この場合上記酸化物絶縁層３９６の形成後に加熱処理を行わなくてもよい。
【０２７６】
酸化物絶縁層３９６として酸化シリコン層を形成し、保護絶縁層３９８として窒化シリコン層を積層する場合、酸化シリコン層と窒化シリコン層を同じ処理室において、共通のシリコンターゲットを用いて成膜することができる。先に酸素を含むガスを導入して、処理室内に装着されたシリコンターゲットを用いて酸化シリコン層を形成し、次に窒素を含むガスに切り替えて同じシリコンターゲットを用いて窒化シリコン層を成膜する。酸化シリコン層と窒化シリコン層とを大気に曝露せずに連続して形成することができるため、酸化シリコン層表面に水素や水分などの不純物が吸着することを防止することができる。この場合、酸化物絶縁層３９６として酸化シリコン層を形成し、保護絶縁層３９８として窒化シリコン層を積層した後、酸化物半導体層中に含まれる水素若しくは水分を酸化物絶縁層に拡散させるための加熱処理（温度１００℃乃至４００℃）を行うとよい。
【０２７７】
保護絶縁層の形成後、さらに大気中において、１００℃以上２００℃以下、１時間以上３０時間以下での加熱処理を行ってもよい。この加熱処理は一定の加熱温度を保持して加熱してもよいし、室温から、１００℃以上２００℃以下の加熱温度への昇温と、加熱温度から室温までの降温を複数回くりかえして行ってもよい。また、この加熱処理を、酸化物絶縁層の形成前に、減圧下で行ってもよい。減圧下で加熱処理を行うと、加熱時間を短縮することができる。この加熱処理によって、ノーマリーオフとなるトランジスタを得ることができる。よって半導体装置の信頼性を向上できる。
【０２７８】
また、ゲート絶縁層上にチャネル形成領域とする酸化物半導体層を成膜するに際し、反応雰囲気中の残留水分を除去することで、該酸化物半導体層中の水素及び水素化物の濃度を低減することができる。
【０２７９】
上記の工程は、４００℃以下の温度で行われるため、厚さが１ｍｍ以下で、一辺が１ｍを超えるガラス基板を用いる製造工程にも適用することができる。また、４００℃以下の処理温度で全ての工程を行うことができるので、表示パネルを製造するために多大なエネルギーを消費しないで済む。
【０２８０】
以上のように、高純度化された酸化物半導体層をトランジスタに適用することによって、オフ電流を低減したトランジスタを提供することができる。
【０２８１】
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。
【０２８２】
（実施の形態６）
本実施の形態は、実施の形態１のターゲットを適用して作製したトランジスタの他の例を示す。本実施の形態で示すトランジスタ３１０は、実施の形態１で示したスパッタリングターゲットを用いて作製した導電膜をソース電極、ドレイン電極用の導電膜として用いることができる。
【０２８３】
本実施の形態のトランジスタの断面構造の一例を図８（Ａ）乃至（Ｅ）に示す。図８（Ａ）乃至（Ｅ）に示すトランジスタ３１０は、ボトムゲート構造のトランジスタの一つであり逆スタガ型トランジスタともいう。
【０２８４】
また、トランジスタ３１０はシングルゲート構造のトランジスタを用いて説明したが、必要に応じて、チャネル形成領域を複数有するマルチゲート構造のトランジスタも形成することができる。
【０２８５】
以下、図８（Ａ）乃至（Ｅ）を用い、基板３００上にトランジスタ３１０を作製する工程を説明する。
【０２８６】
まず、絶縁表面を有する基板３００上に導電膜を形成した後、第１のフォトリソグラフィ工程によりゲート電極層３１１を形成する。なお、レジストマスクをインクジェット法で形成してもよい。レジストマスクをインクジェット法で形成するとフォトマスクを使用しないため、製造コストを低減できる。
【０２８７】
絶縁表面を有する基板３００に使用することができる基板に大きな制限はないが、少なくとも、後の加熱処理に耐えうる程度の耐熱性を有していることが必要となる。たとえば、バリウムホウケイ酸ガラスやアルミノホウケイ酸ガラスなどのガラス基板を用いることができる。
【０２８８】
また、ガラス基板としては、後の加熱処理の温度が高い場合には、歪み点が７３０℃以上のものを用いると良い。また、ガラス基板には、例えば、アルミノシリケートガラス、アルミノホウケイ酸ガラス、バリウムホウケイ酸ガラスなどのガラス材料が用いられている。なお、一般に酸化ホウ素と比較して酸化バリウム（ＢａＯ）を多く含ませることで、より実用的な耐熱ガラスが得られる。このため、酸化ホウ素（Ｂ_２Ｏ_３）より酸化バリウム（ＢａＯ）を多く含むガラス基板を用いることが好ましい。
【０２８９】
なお、上記のガラス基板に代えて、セラミック基板、石英基板、サファイア基板などの絶縁体でなる基板を用いても良い。他にも、結晶化ガラス基板などを用いることができる。
【０２９０】
下地膜となる絶縁膜を基板３００とゲート電極層３１１との間に設けてもよい。下地膜は、基板３００からの不純物元素の拡散を防止する機能があり、窒化珪素膜、酸化珪素膜、窒化酸化珪素膜、又は酸化窒化珪素膜から選ばれた一又は複数の膜による積層構造により形成することができる。
【０２９１】
また、ゲート電極層３１１の材料は、モリブデン、チタン、クロム、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又はこれらを主成分とする合金材料を用いて、単層で又は積層して形成することができる。また、ゲート電極層は、実施の形態１で示したスパッタリングターゲットを用いてスパッタリング法によって作製しても良い。
【０２９２】
また、ゲート電極層３１１は、単層構造でも、２層以上の積層構造としてもよい。例えば、ゲート電極層３１１の２層の積層構造としては、アルミニウム層上にモリブデン層が積層された２層の積層構造、銅層上にモリブデン層を積層した２層の積層構造、銅層上に窒化チタン層若しくは窒化タンタルを積層した２層の積層構造、窒化チタン層とモリブデン層とを積層した２層の積層構造、又は窒化タングステン層とタングステン層との２層の積層構造とすることが好ましい。３層の積層構造としては、タングステン層または窒化タングステン層と、アルミニウムと珪素の合金またはアルミニウムとチタンの合金と、窒化チタン層またはチタン層とを積層した積層とすることが好ましい。
【０２９３】
次いで、ゲート電極層３１１上にゲート絶縁層３０２を形成する。
【０２９４】
ゲート絶縁層３０２は、プラズマＣＶＤ法又はスパッタリング法等を用いて、酸化珪素層、窒化珪素層、酸化窒化珪素層、窒化酸化珪素層、又は酸化アルミニウム層を単層で又は積層して形成することができる。例えば、成膜ガスとして、ＳｉＨ_４、酸素及び窒素を用いてプラズマＣＶＤ法により酸化窒化珪素層を形成すればよい。ゲート絶縁層３０２の膜厚は、１００ｎｍ以上５００ｎｍ以下とし、積層の場合は、例えば、膜厚５０ｎｍ以上２００ｎｍ以下の第１のゲート絶縁層と、第１のゲート絶縁層上に膜厚５ｎｍ以上３００ｎｍ以下の第２のゲート絶縁層の積層とする。
【０２９５】
本実施の形態では、ゲート絶縁層３０２としてプラズマＣＶＤ法により膜厚１００ｎｍ以下の酸化窒化珪素層を形成する。
【０２９６】
次いで、ゲート絶縁層３０２上に、膜厚２ｎｍ以上２００ｎｍ以下の酸化物半導体膜３３０を形成する。
【０２９７】
なお、酸化物半導体膜３３０をスパッタリング法により成膜する前に、アルゴンガスを導入してプラズマを発生させる逆スパッタリングを行い、ゲート絶縁層３０２の表面に付着しているゴミを除去することが好ましい。なお、アルゴン雰囲気に代えて窒素、ヘリウム、酸素などを用いてもよい。
【０２９８】
酸化物半導体膜３３０は、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｚｎ−Ｏ系、Ｉｎ−Ａｌ−Ｚｎ−Ｏ系、Ｓｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系、Ａｌ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系、Ｓｎ−Ａｌ−Ｚｎ−Ｏ系、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｏ系、Ｉｎ−Ｚｎ−Ｏ系、Ｓｎ−Ｚｎ−Ｏ系、Ａｌ−Ｚｎ−Ｏ系、Ｉｎ−Ｏ系、Ｓｎ−Ｏ系、Ｚｎ−Ｏ系の酸化物半導体膜を用いる。本実施の形態では、酸化物半導体膜３３０としてＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物半導体成膜用ターゲットを用いてスパッタリング法により成膜する。この段階での断面図が図８（Ａ）に相当する。また、酸化物半導体膜３３０は、希ガス（代表的にはアルゴン）雰囲気下、酸素雰囲気下、又は希ガス（代表的にはアルゴン）及び酸素混合雰囲気下においてスパッタリング法により形成することができる。また、スパッタリング法を用いる場合、ＳｉＯ_２を２重量％以上１０重量％以下含むターゲットを用いて成膜を行ってもよい。
【０２９９】
酸化物半導体膜３３０をスパッタリング法で作製するためのターゲットとして、酸化亜鉛を主成分とする金属酸化物のターゲットを用いることができる。また、金属酸化物のターゲットの他の例としては、Ｉｎ、Ｇａ、及びＺｎを含む酸化物半導体成膜用ターゲット（組成比として、Ｉｎ_２Ｏ_３：Ｇａ_２Ｏ_３：ＺｎＯ＝１：１：１［ｍｏｌ数比］）などを用いることもできる。また、Ｉｎ、Ｇａ、およびＺｎを含む酸化物半導体成膜用ターゲットとして、Ｉｎ_２Ｏ_３：Ｇａ_２Ｏ_３：ＺｎＯ＝１：１：２［ｍｏｌ数比］、またはＩｎ_２Ｏ_３：Ｇａ_２Ｏ_３：ＺｎＯ＝１：１：４［ｍｏｌ数比］の組成比を有するターゲットを用いることもできる。酸化物半導体成膜用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％である。充填率の高い酸化物半導体成膜用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なる。
【０３００】
酸化物半導体膜３３０を、成膜する際に用いるスパッタリングガスは水素、水、水酸基又は水素化物などの不純物が、濃度数ｐｐｍ程度、濃度数ｐｐｂ程度まで除去された高純度ガスを用いることが好ましい。
【０３０１】
減圧状態に保持された処理室内に基板を保持し、基板温度を１００℃以上６００℃以下好ましくは２００℃以上４００℃以下とする。基板を加熱しながら成膜することにより、成膜した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。また、スパッタリングによる損傷が軽減される。そして、処理室内の残留水分を除去しつつ水素及び水分が除去されたスパッタリングガスを導入し、金属酸化物をターゲットとしてゲート絶縁層３０２上に酸化物半導体膜３３０を成膜する。処理室内の残留水分を除去するためには、吸着型の真空ポンプを用いることが好ましい。例えば、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を用いることが好ましい。また、排気手段としては、ターボ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処理室は、例えば、水素原子、水（Ｈ_２Ｏ）など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）等が排気されるため、当該処理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。
【０３０２】
成膜条件の一例としては、基板とターゲットの間との距離を１００ｍｍとし、圧力を０．６Ｐａとし、直流（ＤＣ）電源０．５ｋＷを用い、酸素（酸素流量比率１００％）雰囲気下とする条件が適用される。なお、パルス直流（ＤＣ）電源を用いると、成膜時に発生する粉状物質（パーティクル、ゴミともいう）が軽減でき、膜厚分布も均一となるために好ましい。酸化物半導体膜は好ましくは５ｎｍ以上３０ｎｍ以下とする。なお、適用する酸化物半導体材料により適切な厚みは異なり、材料に応じて適宜厚みを選択すればよい。
【０３０３】
次いで、酸化物半導体膜３３０を第２のフォトリソグラフィ工程により島状の酸化物半導体層に加工する。また、島状の酸化物半導体層を形成するためのレジストマスクをインクジェット法で形成してもよい。レジストマスクをインクジェット法で形成するとフォトマスクを使用しないため、製造コストを低減できる。
【０３０４】
なお、ここでの酸化物半導体膜のエッチングは、ウェットエッチングに限定されずドライエッチングを用いてもよい。
【０３０５】
所望の加工形状にエッチングできるように、材料に合わせてエッチング条件（エッチング液、エッチング時間、温度等）を適宜調節する。
【０３０６】
次いで、酸化物半導体層に第１の加熱処理を行う。この第１の加熱処理によって酸化物半導体層の脱水化または脱水素化を行うことができる。第１の加熱処理の温度は、４００℃以上７５０℃以下、好ましくは４００℃以上基板の歪み点未満とする。ここでは、加熱処理装置の一つである電気炉に基板を導入し、酸化物半導体層に対して窒素雰囲気下４５０℃において１時間の加熱処理を行った後、大気に触れることなく、酸化物半導体層への水や水素の再混入を防いだ酸化物半導体層３３１を得る（図８（Ｂ）参照）。
【０３０７】
なお、加熱処理装置は電気炉に限られず、抵抗発熱体などの発熱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備えていてもよい。例えばＬＲＴＡ（Ｌａｍｐ Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ａｎｎｅａｌ）装置、ＧＲＴＡ（Ｇａｓ Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ 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加熱処理を行う装置である。気体には、アルゴンなどの希ガス、または窒素のような、加熱処理によって被処理物と反応しない不活性気体が用いられる。
【０３０８】
例えば、第１の加熱処理として、６５０℃〜７００℃の高温に加熱した不活性ガス中に基板を移動させて入れ、数分間加熱した後、基板を移動させて高温に加熱した不活性ガス中から出すＧＲＴＡを行ってもよい。ＧＲＴＡを用いると短時間での高温加熱処理が可能となる。
【０３０９】
なお、第１の加熱処理においては、窒素、またはヘリウム、ネオン、アルゴン等の希ガスに、水、水素などが含まれないことが好ましい。または、加熱処理装置に導入する窒素、またはヘリウム、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、（即ち不純物濃度を１ｐｐｍ以下、好ましくは０．１ｐｐｍ以下）とすることが好ましい。
【０３１０】
また、第１の加熱処理の条件、または酸化物半導体層の材料によっては、酸化物半導体膜が結晶化し、微結晶膜または多結晶膜となる場合もある。例えば、結晶化率が９０％以上、または８０％以上の微結晶の酸化物半導体膜となる場合もある。また、第１の加熱処理の条件、または酸化物半導体層の材料によっては、結晶成分を含まない非晶質の酸化物半導体膜となる場合もある。また、非晶質の酸化物半導体の中に微結晶部（粒径１ｎｍ以上２０ｎｍ以下（代表的には２ｎｍ以上４ｎｍ以下））が混在する酸化物半導体膜となる場合もある。
【０３１１】
また、酸化物半導体層の第１の加熱処理は、島状の酸化物半導体層に加工する前の酸化物半導体膜３３０に行うこともできる。その場合には、第１の加熱処理後に、加熱装置から基板を取り出し、フォトリソグラフィ工程を行う。
【０３１２】
酸化物半導体層に対する脱水化、脱水素化の効果を奏する加熱処理は、酸化物半導体層成膜後、酸化物半導体層上に導電膜を積層させた後、当該導電膜をソース電極及びドレイン電極層に加工後、ソース電極及びドレイン電極層上に保護絶縁膜を形成した後、のいずれで行っても良い。
【０３１３】
また、ゲート絶縁層３０２にコンタクトホールを形成する場合、その工程は酸化物半導体膜３３０に脱水化または脱水素化処理を行う前でも行った後に行ってもよい。
【０３１４】
本実施の形態では、ソース電極層及びドレイン電極層を形成するための導電膜として、実施の形態１で示したスパッタリングターゲットを用いて作製した導電膜を設ける。当該導電膜は、含有水素濃度が低減された導電膜であるため、酸化物半導体層と接して設けて加熱処理を施すことで、酸化物半導体層の純度をより高めることができる。なお、導電膜形成後に加熱処理を行う場合には、この加熱処理に耐える耐熱性を導電膜に持たせることが好ましい。例えば、加熱温度を１００℃以上３００℃未満とすることが好ましく、２２０℃乃至２８０℃とするのがより好ましい。
【０３１５】
次いで、ゲート絶縁層３０２、及び酸化物半導体層３３１上に、導電膜３３３を形成する（図８（Ｂ））。当該導電膜は、実施の形態１で示したスパッタリングターゲットを用いてスパッタリング法によって作製する。導電膜の材料としては、アルミニウム（Ａｌ）、クロム（Ｃｒ）、銅（Ｃｕ）、タンタル（Ｔａ）、チタン（Ｔｉ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）から選ばれた元素、または上述した元素を成分とする合金か、上述した元素を組み合わせた合金膜等が挙げられる。また、マンガン、マグネシウム、ジルコニウム、ベリリウム、トリウムのいずれか一または複数から選択された材料を用いてもよい。なお、導電膜の材料として電気陰性度の小さい材料、具体的には水素よりも電気陰性度の小さい材料を用いると、酸化物半導体層からの水素、又は水分等の不純物の引き抜き効果をより得られるため、好ましい。また、導電膜は、単層構造でも、２層以上の積層構造としてもよい。例えば、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を積層する２層構造、チタン膜と、そのチタン膜上に重ねてアルミニウム膜を積層し、さらにその上にチタン膜を成膜する３層構造などが挙げられる。また、アルミニウムに、チタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、クロム（Ｃｒ）、ネオジム（Ｎｄ）、スカンジウム（Ｓｃ）から選ばれた元素を単数、又は複数組み合わせた膜、合金膜、もしくは窒化膜を用いてもよい。
【０３１６】
本実施の形態では、導電膜３３３として実施の形態１で示したターゲットを適用した導電膜を用いているので、酸化物半導体層内、或いは、酸化物半導体層との界面とその近傍に存在する、水分または水素などの不純物が、導電膜に吸蔵或いは吸着される。そのため、水分、水素などの不純物の脱離により、ｉ型（真性半導体）又はｉ型に限りなく近い酸化物半導体層を得ることができ、上記不純物により閾値電圧がシフトするなどのトランジスタの特性の劣化が促進されるのを防ぎ、オフ電流を低減させることができる。
【０３１７】
第３のフォトリソグラフィ工程により導電膜３３３上にレジストマスクを形成し、選択的にエッチングを行ってソース電極層３１５ａ、ドレイン電極層３１５ｂを形成した後、レジストマスクを除去する（図８（Ｃ）参照）。
【０３１８】
第３のフォトリソグラフィ工程での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レーザ光を用いる。酸化物半導体層３３１上で隣り合うソース電極層の下端部とドレイン電極層の下端部との間隔幅によって後に形成されるトランジスタのチャネル長Ｌが決定される。なお、チャネル長Ｌ＝２５ｎｍ未満のパターンの露光を行う場合には、数ｎｍ〜数１０ｎｍと極めて波長が短い超紫外線（Ｅｘｔｒｅｍｅ Ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ）を用いて第３のフォトリソグラフィ工程でのレジストマスク形成時の露光を行う。超紫外線による露光は、解像度が高く焦点深度も大きい。従って、後に形成されるトランジスタのチャネル長Ｌを１０ｎｍ以上１０００ｎｍ以下とすることも可能であり、回路の動作速度を高速化でき、さらにオフ電流値が極めて小さいため、低消費電力化も図ることができる。
【０３１９】
なお、導電膜のエッチングの際に、酸化物半導体層３３１は除去されないようにそれぞれの材料及びエッチング条件を適宜調節する。
【０３２０】
本実施の形態では、導電膜としてチタン膜を用いて、酸化物半導体層３３１にはＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物半導体を用いて、チタン膜のエッチャントとしてアンモニア過水（アンモニア、水、過酸化水素水の混合液）を用いる。
【０３２１】
なお、第３のフォトリソグラフィ工程では、酸化物半導体層３３１は一部のみがエッチングされ、溝部（凹部）を有する酸化物半導体層となることもある。また、ソース電極層３１５ａ、ドレイン電極層３１５ｂを形成するためのレジストマスクをインクジェット法で形成してもよい。レジストマスクをインクジェット法で形成するとフォトマスクを使用しないため、製造コストを低減できる。
【０３２２】
また、酸化物半導体層とソース電極層及びドレイン電極層の間に、酸化物導電層を形成してもよい。酸化物導電層とソース電極層及びドレイン電極層を形成するための金属層は、連続成膜が可能である。酸化物導電層はソース領域及びドレイン領域として機能しうる。
【０３２３】
ソース領域及びドレイン領域として、酸化物導電層を酸化物半導体層とソース電極層及びドレイン電極層との間に設けることで、ソース領域及びドレイン領域の低抵抗化を図ることができ、トランジスタの高速動作をすることができる。
【０３２４】
また、フォトリソグラフィ工程で用いるフォトマスク数及び工程数を削減するため、透過した光が複数の強度となる露光マスクであ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したレジストマスクは複数の膜厚を有する形状となり、エッチングを行うことでさらに形状を変形す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できる。よって、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。よって露光マスク数を削減することができ、対応するフォトリソグラフィ工程も削減できるため、工程の簡略化が可能となる。
【０３２５】
次いで、亜酸化窒素（Ｎ_２Ｏ）、窒素（Ｎ_２）、またはアルゴン（Ａｒ）などのガスを用いたプラズマ処理を行う。このプラズマ処理によって露出している酸化物半導体層の表面に付着した吸着水などを除去する。また、酸素とアルゴンの混合ガスを用いてプラズマ処理を行ってもよい。
【０３２６】
プラズマ処理を行った後、大気に触れることなく、酸化物半導体層の一部に接する保護絶縁膜となる酸化物絶縁層３１６を形成する。
【０３２７】
酸化物絶縁層３１６は、少なくとも１ｎｍ以上の膜厚とし、スパッタリング法など、酸化物絶縁層３１６に水、水素等の不純物を混入させない方法を適宜用いて形成することができる。酸化物絶縁層３１６に水素が含まれると、その水素の酸化物半導体層への侵入、又は水素による酸化物半導体層中の酸素の引き抜き、が生じ酸化物半導体層のバックチャネルが低抵抗化（ｎ型化）してしまい、寄生チャネルが形成されるおそれがある。よって、酸化物絶縁層３１６はできるだけ水素を含まない膜になるように、成膜方法に水素を用いないことが重要である。
【０３２８】
本実施の形態では、スパッタリング法を用いて酸化物絶縁層３１６として膜厚２００ｎｍの酸化珪素膜を成膜する。成膜時の基板温度は、室温以上３００℃以下とすればよく、本実施の形態では１００℃とする。酸化珪素膜のスパッタリング法による成膜は、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（代表的にはアルゴン）及び酸素混合雰囲気下において行うことができる。また、ターゲットとして酸化珪素ターゲットまたは珪素ターゲットを用いることができる。例えば、珪素ターゲットを用いて、酸素、及び窒素雰囲気下でスパッタリング法により酸化珪素を形成することができる。低抵抗化した酸化物半導体層に接して形成する酸化物絶縁層３１６は、水分や、水素イオンや、ＯＨ⁻などの不純物を含まず、これらが外部から侵入することをブロックする無機絶縁膜を用い、代表的には酸化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜、酸化アルミニウム膜、または酸化窒化アルミニウム膜などを用いる。
【０３２９】
この場合において、処理室内の残留水分を除去しつつ酸化物絶縁層３１６を成膜することが好ましい。酸化物半導体層３３１及び酸化物絶縁層３１６に水素、水酸基又は水分が含まれないようにするためである。
【０３３０】
処理室内の残留水分を除去するためには、吸着型の真空ポンプを用いることが好ましい。例えば、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を用いることが好ましい。また、排気手段としては、ターボ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処理室は、例えば、水素原子や、水（Ｈ_２Ｏ）など水素原子を含む化合物等が排気されるため、当該処理室で成膜した酸化物絶縁層３１６に含まれる不純物の濃度を低減できる。
【０３３１】
酸化物絶縁層３１６を、成膜する際に用いるスパッタリングガスは水素、水、水酸基又は水素化物などの不純物が、濃度数ｐｐｍ程度、濃度数ｐｐｂ程度まで除去された高純度ガスを用いることが好ましい。
【０３３２】
次いで、不活性ガス雰囲気下、または酸素ガス雰囲気下で第２の加熱処理（好ましくは２００℃以上４００℃以下、例えば２５０℃以上３５０℃以下）を行う。例えば、窒素雰囲気下で２５０℃、１時間の第２の加熱処理を行う。第２の加熱処理を行うと、酸化物半導体層の一部（チャネル形成領域）が酸化物絶縁層３１６と接した状態で加熱される。
【０３３３】
以上の工程を経ることによって、まず、成膜後の酸化物半導体膜に対して脱水化または脱水素化のための第１の加熱処理によって、酸素欠乏型となって低抵抗化、すなわちｎ型化（ｎ⁻化など）する。その後、酸化物絶縁層と酸化物半導体層が接した状態で加熱される第２の加熱処理によって、第１の加熱処理で低抵抗化された酸化物半導体層３３１に酸素が供給され、酸素欠損部を補償する。その結果、ゲート電極層３１１と重なるチャネル形成領域３１３は高抵抗化（ｉ型化）し、ソース電極層３１５ａに重なる高抵抗ソース領域３１４ａと、ドレイン電極層３１５ｂに重なる高抵抗ドレイン領域３１４ｂとが自己整合的に形成される。以上の工程でトランジスタ３１０が形成される（図８（Ｄ）参照）。
【０３３４】
さらに大気中、１００℃以上２００℃以下、１時間以上３０時間以下での加熱処理を行ってもよい。本実施の形態では１５０℃で１０時間加熱処理を行う。この加熱処理は一定の加熱温度を保持して加熱してもよいし、室温から、１００℃以上２００℃以下の加熱温度への昇温と、加熱温度から室温までの降温を複数回くりかえして行ってもよい。また、この加熱処理を、酸化物絶縁膜の形成前に、減圧下で行ってもよい。減圧下で加熱処理を行うと、加熱時間を短縮することができる。この加熱処理によって、ノーマリーオフとなるトランジスタを得ることができる。よって半導体装置の信頼性を向上できる。
【０３３５】
なお、ドレイン電極層３１５ｂ（及びソース電極層３１５ａ）と重畳した酸化物半導体層において高抵抗ドレイン領域３１４ｂ（又は高抵抗ソース領域３１４ａ）を形成することにより、トランジスタの信頼性の向上を図ることができる。具体的には、高抵抗ドレイン領域３１４ｂを形成することで、ドレイン電極層３１５ｂから高抵抗ドレイン領域３１４ｂ、チャネル形成領域３１３にかけて、導電性を段階的に変化させうるような構造とすることができる。そのため、ドレイン電極層３１５ｂに高電源電位ＶＤＤを供給する配線に接続して動作させる場合、ゲート電極層３１１とドレイン電極層３１５ｂとの間に高電圧が印加されても高抵抗ドレイン領域がバッファとなり局所的な電界集中が生じにくく、トランジスタの耐圧を向上させた構成とすることができる。
【０３３６】
また、酸化物半導体層における高抵抗ソース領域又は高抵抗ドレイン領域は、酸化物半導体層の膜厚が１５ｎｍ以下と薄い場合は膜厚方向全体にわたって形成される。しかし、酸化物半導体層の膜厚が３０ｎｍ以上５０ｎｍ以下とより厚い場合は、酸化物半導体層の一部、ソース電極層又はドレイン電極層と接する領域及びその近傍が低抵抗化し、高抵抗ソース領域又は高抵抗ドレイン領域が形成され、酸化物半導体層においてゲート絶縁膜に近い領域はｉ型とすることもできる。
【０３３７】
酸化物絶縁層３１６上にさらに保護絶縁層を形成してもよい。例えば、ＲＦスパッタリング法を用いて窒化珪素膜を形成する。ＲＦスパッタリング法は、量産性がよいため、保護絶縁層の成膜方法として好ましい。保護絶縁層は、水分や、水素イオンや、ＯＨ⁻などの不純物を含まず、これらが外部から侵入することをブロックする無機絶縁膜を用い、窒化シリコン膜、窒化アルミニウム膜、窒化酸化シリコン膜、窒化酸化アルミニウム膜などを用いる。本実施の形態では、保護絶縁層として保護絶縁層３０３を、窒化シリコン膜を用いて形成する（図８（Ｅ）参照）。
【０３３８】
本実施の形態では、保護絶縁層３０３として、酸化物絶縁層３１６まで形成された基板３００を１００℃〜４００℃の温度に加熱し、水素及び水分が除去された高純度窒素を含むスパッタリングガスを導入しシリコンのターゲットを用いて窒化シリコン膜を成膜する。この場合においても、酸化物絶縁層３１６と同様に、処理室内の残留水分を除去しつつ保護絶縁層３０３を成膜することが好ましい。
【０３３９】
保護絶縁層３０３上に平坦化のための平坦化絶縁層を設けてもよい。
【０３４０】
以上のように、高純度化された酸化物半導体層をトランジスタに適用することによって、オフ電流を低減したトランジスタを提供することができる。
【０３４１】
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。
【０３４２】
（実施の形態７）
本実施の形態は、実施の形態１のターゲットを適用して作製したトランジスタの他の例を示す。本実施の形態で示すトランジスタ３６０は、実施の形態１で示したスパッタリングターゲットを用いて作製した導電膜をソース電極、ドレイン電極用の導電膜として用いることができる。
【０３４３】
本実施の形態のトランジスタの断面構造の一例を図９（Ａ）乃至（Ｄ）に示す。図９（Ａ）乃至（Ｄ）に示すトランジスタ３６０は、チャネル保護型（チャネルストップ型ともいう）と呼ばれるボトムゲート構造のトランジスタの一つであり逆スタガ型トランジスタともいう。
【０３４４】
また、トランジスタ３６０はシングルゲート構造のトランジスタを用いて説明したが、必要に応じて、チャネル形成領域を複数有するマルチゲート構造のトランジスタも形成することができる。
【０３４５】
以下、図９（Ａ）乃至（Ｄ）を用い、基板３２０上にトランジスタ３６０を作製する工程を説明する。
【０３４６】
まず、絶縁表面を有する基板３２０上に導電膜を形成した後、第１のフォトリソグラフィ工程によりゲート電極層３６１を形成する。なお、レジストマスクをインクジェット法で形成してもよい。レジストマスクをインクジェット法で形成するとフォトマスクを使用しないため、製造コストを低減できる。
【０３４７】
また、ゲート電極層３６１の材料は、モリブデン、チタン、クロム、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又はこれらを主成分とする合金材料を用いて、単層で又は積層して形成することができる。なお、ゲート電極層は、実施の形態１で示したスパッタリングターゲットを用いてスパッタリング法によって作製しても良い。
【０３４８】
次いで、ゲート電極層３６１上にゲート絶縁層３２２を形成する。
【０３４９】
本実施の形態では、ゲート絶縁層３２２としてプラズマＣＶＤ法により膜厚１００ｎｍ以下の酸化窒化珪素層を形成する。
【０３５０】
次いで、ゲート絶縁層３２２上に、膜厚２ｎｍ以上２００ｎｍ以下の酸化物半導体膜を形成し、第２のフォトリソグラフィ工程により島状の酸化物半導体層に加工する。本実施の形態では、酸化物半導体膜としてＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物半導体成膜用ターゲットを用いてスパッタリング法により成膜する。
【０３５１】
この場合において、処理室内の残留水分を除去しつつ酸化物半導体膜を成膜することが好ましい。酸化物半導体膜に水素、水酸基又は水分がより含まれないようにするためである。
【０３５２】
処理室内の残留水分を除去するためには、吸着型の真空ポンプを用いることが好ましい。例えば、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を用いることが好ましい。また、排気手段としては、ターボ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処理室は、例えば、水素原子や、水（Ｈ_２Ｏ）など水素原子を含む化合物等が排気されるため、当該処理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。
【０３５３】
酸化物半導体膜を、成膜する際に用いるスパッタリングガスは水素、水、水酸基又は水素化物などの不純物が、濃度数ｐｐｍ程度、濃度数ｐｐｂ程度まで除去された高純度ガスを用いることが好ましい。
【０３５４】
次いで、酸化物半導体層の脱水化または脱水素化を行う。脱水化または脱水素化を行う第１の加熱処理の温度は、４００℃以上７５０℃以下、好ましくは４００℃以上基板の歪み点未満とする。ここでは、加熱処理装置の一つである電気炉に基板を導入し、酸化物半導体層に対して窒素雰囲気下４５０℃において１時間の加熱処理を行った後、大気に触れることなく、酸化物半導体層への水や水素の再混入を防ぎ、酸化物半導体層３３２を得る（図９（Ａ）参照）。
【０３５５】
次いで、亜酸化窒素（Ｎ_２Ｏ）、窒素（Ｎ_２）、またはアルゴン（Ａｒ）などのガスを用いたプラズマ処理を行う。このプラズマ処理によって露出している酸化物半導体層の表面に付着した吸着水などを除去する。また、酸素とアルゴンの混合ガスを用いてプラズマ処理を行ってもよい。
【０３５６】
次いで、ゲート絶縁層３２２、及び酸化物半導体層３３２上に、酸化物絶縁層を形成した後、第３のフォトリソグラフィ工程によりレジストマスクを形成し、選択的にエッチングを行って酸化物絶縁層３６６を形成した後、レジストマスクを除去する。
【０３５７】
本実施の形態では、酸化物絶縁層３６６としてスパッタリング法を用いて膜厚２００ｎｍの酸化珪素膜を成膜する。成膜時の基板温度は、室温以上３００℃以下とすればよく、本実施の形態では１００℃とする。酸化珪素膜のスパッタリング法による成膜は、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（代表的にはアルゴン）及び酸素混合雰囲気下において行うことができる。また、ターゲットとして酸化珪素ターゲットまたは珪素ターゲットを用いることができる。例えば、珪素ターゲットを用いて、酸素、及び窒素雰囲気下でスパッタリング法により酸化珪素を形成することができる。低抵抗化した酸化物半導体層に接して形成する酸化物絶縁層３６６は、水分や、水素イオンや、ＯＨ⁻などの不純物を含まず、これらが外部から侵入することをブロックする無機絶縁膜を用い、代表的には酸化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜、酸化アルミニウム膜、または酸化窒化アルミニウム膜などを用いる。
【０３５８】
この場合において、処理室内の残留水分を除去しつつ酸化物絶縁層３６６を成膜することが好ましい。酸化物半導体層３３２及び酸化物絶縁層３６６に水素、水酸基又は水分が含まれないようにするためである。
【０３５９】
処理室内の残留水分を除去するためには、吸着型の真空ポンプを用いることが好ましい。例えば、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を用いることが好ましい。また、排気手段としては、ターボ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処理室は、例えば、水素原子や、水（Ｈ_２Ｏ）など水素原子を含む化合物等が排気されるため、当該処理室で成膜した酸化物絶縁層３６６に含まれる不純物の濃度を低減できる。
【０３６０】
酸化物絶縁層３６６を、成膜する際に用いるスパッタリングガスは水素、水、水酸基又は水素化物などの不純物が、濃度数ｐｐｍ程度、濃度数ｐｐｂ程度まで除去された高純度ガスを用いることが好ましい。
【０３６１】
次いで、不活性ガス雰囲気下、または酸素ガス雰囲気下で第２の加熱処理（好ましくは２００℃以上４００℃以下、例えば２５０℃以上３５０℃以下）を行ってもよい。例えば、窒素雰囲気下で２５０℃、１時間の第２の加熱処理を行う。第２の加熱処理を行うと、酸化物半導体層の一部（チャネル形成領域）が酸化物絶縁層３６６と接した状態で加熱される。
【０３６２】
本実施の形態は、さらに酸化物絶縁層３６６が設けられ一部が露出している酸化物半導体層３３２を、窒素、不活性ガス雰囲気下、又は減圧下で加熱処理を行う。酸化物絶縁層３６６によって覆われていない露出された酸化物半導体層３３２の領域は、窒素、不活性ガス雰囲気下、又は減圧下で加熱処理を行うと、低抵抗化することができる。例えば、窒素雰囲気下で２５０℃、１時間の加熱処理を行う。
【０３６３】
酸化物絶縁層３６６が設けられた酸化物半導体層３３２に対する窒素雰囲気下の加熱処理によって、酸化物半導体層３３２の露出領域は低抵抗化し、抵抗の異なる領域（図９（Ｂ）においては斜線領域及び白地領域で示す）を有する酸化物半導体層３６２となる。
【０３６４】
次いで、ゲート絶縁層３２２、酸化物半導体層３６２、及び酸化物絶縁層３６６上に、実施の形態１で示したスパッタリングターゲットを用いて導電膜を形成した後、第４のフォトリソグラフィ工程によりレジストマスクを形成し、選択的にエッチングを行ってソース電極層３６５ａ、ドレイン電極層３６５ｂを形成した後、レジストマスクを除去する（図９（Ｃ）参照）。
【０３６５】
本実施の形態では、ソース電極層３６５ａ、ドレイン電極層３６５ｂを形成するための導電膜として実施の形態１で示したターゲットを適用した導電膜を用いているので、酸化物半導体層内、或いは、酸化物半導体層との界面とその近傍に存在する、水分または水素などの不純物が、導電膜に吸蔵或いは吸着される。そのため、水分、水素などの不純物の脱離により、ｉ型（真性半導体）又はｉ型に限りなく近い酸化物半導体層を得ることができ、上記不純物により閾値電圧がシフトするなどのトランジスタの特性の劣化が促進されるのを防ぎ、オフ電流を低減させることができる。
【０３６６】
ソース電極層３６５ａ、ドレイン電極層３６５ｂの材料としては、アルミニウム（Ａｌ）、クロム（Ｃｒ）、銅（Ｃｕ）、タンタル（Ｔａ）、チタン（Ｔｉ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）から選ばれた元素、または上述した元素を成分とする合金か、上述した元素を組み合わせた合金膜等が挙げられる。また、導電膜は、単層構造でも、２層以上の積層構造としてもよい。
【０３６７】
以上の工程を経ることによって、まず、成膜後の酸化物半導体膜に対して脱水化または脱水素化のための第１の加熱処理によって、酸素欠乏型となって低抵抗化、すなわちｎ型化（ｎ⁻化など）する。その後、酸化物絶縁層と酸化物半導体層が接した状態で加熱される第２の加熱処理によって、第１の加熱処理で低抵抗化された酸化物半導体層３６２に酸素が供給され、酸素欠損部を補償する。その結果、ゲート電極層３６１と重なるチャネル形成領域３６３は、高抵抗化（ｉ型化）し、ソース電極層３６５ａに重なる高抵抗ソース領域３６４ａと、ドレイン電極層３６５ｂに重なる高抵抗ドレイン領域３６４ｂとが自己整合的に形成される。以上の工程でトランジスタ３６０が形成される。
【０３６８】
さらに大気中、１００℃以上２００℃以下、１時間以上３０時間以下での加熱処理を行ってもよい。本実施の形態では１５０℃で１０時間加熱処理を行う。この加熱処理は一定の加熱温度を保持して加熱してもよいし、室温から、１００℃以上２００℃以下の加熱温度への昇温と、加熱温度から室温までの降温を複数回くりかえして行ってもよい。また、この加熱処理を、酸化物絶縁膜の形成前に、減圧下で行ってもよい。減圧下で加熱処理を行うと、加熱時間を短縮することができる。この加熱処理によって、ノーマリーオフとなるトランジスタを得ることができる。よって半導体装置の信頼性を向上できる。
【０３６９】
なお、ドレイン電極層３６５ｂ（及びソース電極層３６５ａ）と重畳した酸化物半導体層において高抵抗ドレイン領域３６４ｂ（又は高抵抗ソース領域３６４ａ）を形成することにより、トランジスタの信頼性の向上を図ることができる。具体的には、高抵抗ドレイン領域３６４ｂを形成することで、ドレイン電極層３６５ｂから高抵抗ドレイン領域３６４ｂ、チャネル形成領域３６３にかけて、導電性を段階的に変化させうるような構造とすることができる。そのため、ドレイン電極層３６５ｂに高電源電位ＶＤＤを供給する配線に接続して動作させる場合、ゲート電極層３６１とドレイン電極層３６５ｂとの間に高電圧が印加されても高抵抗ドレイン領域がバッファとなり局所的な電界集中が生じにくく、トランジスタの耐圧を向上させた構成とすることができる。
【０３７０】
ソース電極層３６５ａ、ドレイン電極層３６５ｂ、酸化物絶縁層３６６上に保護絶縁層３２３を形成する。本実施の形態では、保護絶縁層３２３を、窒化珪素膜を用いて形成する（図９（Ｄ）参照）。
【０３７１】
なお、ソース電極層３６５ａ、ドレイン電極層３６５ｂ、酸化物絶縁層３６６上にさらに酸化物絶縁層を形成し、該酸化物絶縁層上に保護絶縁層３２３を積層してもよい。
【０３７２】
本実施の形態で示すトランジスタにおいて、酸化物半導体膜を成膜するに際し、反応雰囲気中の残留水分を除去することで、該酸化物半導体膜中の水素及び水素化物の濃度をより低減することができる。それにより酸化物半導体膜の安定化を図ることができる。
【０３７３】
以上のように、高純度化された酸化物半導体層をトランジスタに適用することによって、オフ電流を低減したトランジスタを提供することができる。
【０３７４】
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。
【０３７５】
（実施の形態８）
本実施の形態は、実施の形態１のターゲットを適用して作製したトランジスタの他の例を示す。本実施の形態で示すトランジスタ３５０は、実施の形態１で示したスパッタリングターゲットを用いて作製した導電膜をソース電極、ドレイン電極用の導電膜として用いることができる。
【０３７６】
本実施の形態のトランジスタの断面構造の一例を図１０（Ａ）乃至（Ｄ）に示す。
【０３７７】
また、トランジスタ３５０はシングルゲート構造のトランジスタを用いて説明したが、必要に応じて、チャネル形成領域を複数有するマルチゲート構造のトランジスタも形成することができる。
【０３７８】
以下、図１０（Ａ）乃至（Ｄ）を用い、基板３４０上にトランジスタ３５０を作製する工程を説明する。
【０３７９】
まず、絶縁表面を有する基板３４０上に導電膜を形成した後、第１のフォトリソグラフィ工程によりゲート電極層３５１を形成する。本実施の形態では、ゲート電極層３５１として、膜厚１５０ｎｍのタングステン膜を、スパッタリング法を用いて形成する。なお、ゲート電極層を、実施の形態１で示したスパッタリングターゲットを用いて作製しても良い。
【０３８０】
次いで、ゲート電極層３５１上にゲート絶縁層３４２を形成する。本実施の形態では、ゲート絶縁層３４２としてプラズマＣＶＤ法により膜厚１００ｎｍ以下の酸化窒化珪素層を形成する。
【０３８１】
次いで、ゲート絶縁層３４２上に、実施の形態１で示したスパッタリングターゲットを用いて導電膜を形成し、第２のフォトリソグラフィ工程により導電膜上にレジストマスクを形成し、選択的にエッチングを行ってソース電極層３５５ａ、ドレイン電極層３５５ｂを形成した後、レジストマスクを除去する（図１０（Ａ）参照）。
【０３８２】
次に酸化物半導体膜３４５を形成する（図１０（Ｂ）参照）。本実施の形態では、酸化物半導体膜３４５としてＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物半導体成膜用ターゲットを用いてスパッタリング法により成膜する。酸化物半導体膜３４５を第３のフォトリソグラフィ工程により島状の酸化物半導体層に加工する。
【０３８３】
この場合において、処理室内の残留水分を除去しつつ酸化物半導体膜３４５を成膜することが好ましい。酸化物半導体膜３４５に水素、水酸基又は水分が含まれないようにするためである。
【０３８４】
処理室内の残留水分を除去するためには、吸着型の真空ポンプを用いることが好ましい。例えば、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を用いることが好ましい。また、排気手段としては、ターボ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処理室は、例えば、水素原子や、水（Ｈ_２Ｏ）など水素原子を含む化合物等が排気されるため、当該処理室で成膜した酸化物半導体膜３４５に含まれる不純物の濃度を低減できる。
【０３８５】
酸化物半導体膜３４５を、成膜する際に用いるスパッタリングガスは水素、水、水酸基又は水素化物などの不純物が、濃度数ｐｐｍ程度、濃度数ｐｐｂ程度まで除去された高純度ガスを用いることが好ましい。
【０３８６】
次いで、酸化物半導体層の脱水化または脱水素化を行う。ここでは、加熱処理装置の一つである電気炉に基板を導入し、酸化物半導体層に対して窒素雰囲気下４５０℃において１時間の第１の加熱処理を行った後、大気に触れることなく、酸化物半導体層への水や水素の再混入を防ぎ、酸化物半導体層３４６を得る（図１０（Ｃ）参照）。
【０３８７】
本実施の形態では、ソース電極層及びドレイン電極層を形成するための導電膜として、実施の形態１で示したスパッタリングターゲットを用いて作製した導電膜を設ける。当該導電膜は、含有水素濃度が低減された導電膜であるため、酸化物半導体層と接して設けることで、また第１の加熱処理を施すことで、酸化物半導体膜層に存在する水素、水などの不純物が上記導電膜に引き抜かれて、酸化物半導体層の純度を高めることができる。
【０３８８】
また、第１の加熱処理として、６５０℃〜７００℃の高温に加熱した不活性ガス中に基板を移動させて入れ、数分間加熱した後、基板を移動させて高温に加熱した不活性ガス中から出すＧＲＴＡを行ってもよい。ＧＲＴＡを用いると短時間での高温加熱処理が可能となる。
【０３８９】
酸化物半導体層３４６に接する保護絶縁膜となる酸化物絶縁層３５６を形成する。
【０３９０】
酸化物絶縁層３５６は、少なくとも１ｎｍ以上の膜厚とし、スパッタリング法など、酸化物絶縁層３５６に水、水素等の不純物を混入させない方法を適宜用いて形成することができる。酸化物絶縁層３５６に水素が含まれると、その水素の酸化物半導体層への侵入、又は水素による酸化物半導体層中の酸素の引き抜き、が生じ酸化物半導体層のバックチャネルが低抵抗化（ｎ型化）してしまい、寄生チャネルが形成されるおそれがある。よって、酸化物絶縁層３５６はできるだけ水素を含まない膜になるように、成膜方法に水素を用いないことが重要である。
【０３９１】
本実施の形態では、酸化物絶縁層３５６としてスパッタリング法を用いて膜厚２００ｎｍの酸化珪素膜を成膜する。成膜時の基板温度は、室温以上３００℃以下とすればよく、本実施の形態では１００℃とする。酸化珪素膜のスパッタリング法による成膜は、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（代表的にはアルゴン）及び酸素混合雰囲気下において行うことができる。また、ターゲットとして酸化珪素ターゲットまたは珪素ターゲットを用いることができる。例えば、珪素ターゲットを用いて、酸素、及び窒素雰囲気下でスパッタリング法により酸化珪素を形成することができる。低抵抗化した酸化物半導体層に接して形成する酸化物絶縁層３５６は、水分や、水素イオンや、ＯＨ⁻などの不純物を含まず、これらが外部から侵入することをブロックする無機絶縁膜を用い、代表的には酸化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜、酸化アルミニウム膜、または酸化窒化アルミニウム膜などを用いる。
【０３９２】
この場合において、処理室内の残留水分を除去しつつ酸化物絶縁層３５６を成膜することが好ましい。酸化物半導体層３３１及び酸化物絶縁層３５６に水素、水酸基又は水分が含まれないようにするためである。
【０３９３】
処理室内の残留水分を除去するためには、吸着型の真空ポンプを用いることが好ましい。例えば、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を用いることが好ましい。また、排気手段としては、ターボ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処理室は、例えば、水素原子や、水（Ｈ_２Ｏ）など水素原子を含む化合物等が排気されるため、当該処理室で成膜した酸化物絶縁層３５６に含まれる不純物の濃度を低減できる。
【０３９４】
酸化物絶縁層３５６を、成膜する際に用いるスパッタリングガスは水素、水、水酸基又は水素化物などの不純物が、濃度数ｐｐｍ程度、濃度数ｐｐｂ程度まで除去された高純度ガスを用いることが好ましい。
【０３９５】
次いで、不活性ガス雰囲気下、または酸素ガス雰囲気下で第２の加熱処理（好ましくは２００℃以上４００℃以下、例えば２５０℃以上３５０℃以下）を行う。例えば、窒素雰囲気下で２５０℃、１時間の第２の加熱処理を行う。第２の加熱処理を行うと、酸化物半導体層の一部（チャネル形成領域）が酸化物絶縁層３５６と接した状態で加熱される。
【０３９６】
以上の工程を経ることによって、成膜後の酸化物半導体膜に対して脱水化または脱水素化のための加熱処理を行って低抵抗化した後、酸化物半導体膜の酸素欠損部を補償する。その結果、高抵抗化（ｉ型化）した酸化物半導体層３５２が形成される。以上の工程でトランジスタ３５０が形成される。
【０３９７】
さらに大気中、１００℃以上２００℃以下、１時間以上３０時間以下での加熱処理を行ってもよい。本実施の形態では１５０℃で１０時間加熱処理を行う。この加熱処理は一定の加熱温度を保持して加熱してもよいし、室温から、１００℃以上２００℃以下の加熱温度への昇温と、加熱温度から室温までの降温を複数回くりかえして行ってもよい。また、この加熱処理を、酸化物絶縁膜の形成前に、減圧下で行ってもよい。減圧下で加熱処理を行うと、加熱時間を短縮することができる。この加熱処理によって、ノーマリーオフとなるトランジスタを得ることができる。よって半導体装置の信頼性を向上できる。
【０３９８】
酸化物絶縁層３５６上にさらに保護絶縁層を形成してもよい。例えば、ＲＦスパッタリング法を用いて窒化珪素膜を形成する。本実施の形態では、保護絶縁層として保護絶縁層３４３を、窒化珪素膜を用いて形成する（図１０（Ｄ）参照）。
【０３９９】
保護絶縁層３４３上に平坦化のための平坦化絶縁層を設けてもよい。
【０４００】
本実施の形態で示すトランジスタにおいて、ソース電極層及びドレイン電極層として用いる導電膜は、実施の形態１で示したスパッタリングターゲットを用いて作製している。当該導電膜を活性層として用いる酸化物半導体膜に接して形成することで、酸化物半導体膜中に存在する水素、水などの不純物が導電膜に引き抜かれて、酸化物半導体膜の純度を高めることができる。また、酸化物半導体膜を成膜するに際し、反応雰囲気中の残留水分を除去することで、該酸化物半導体膜中の水素及び水素化物の濃度をより低減することができる。それにより酸化物半導体膜の安定化を図ることができる。
【０４０１】
以上のように、高純度化された酸化物半導体層をトランジスタに適用することによって、オフ電流を低減したトランジスタを提供することができる。また、本実施の形態で説明したオフ電流を低減したトランジスタを、例えば、表示装置の画素に適用することによって、画素に設けた保持容量が電圧を保持できる期間を長くできる。そのため、静止画等を表示する際の消費電力が少ない表示装置を提供できる。
【０４０２】
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。
【０４０３】
（実施の形態９）
本実施の形態は、実施の形態１のターゲットを適用して作製したトランジスタの他の例を示す。本実施の形態で示すトランジスタ３８０は、実施の形態１で示したスパッタリングターゲットを用いて作製した導電膜をソース電極、ドレイン電極用の導電膜として用いることができる。
【０４０４】
本実施の形態では、トランジスタの作製工程の一部が実施の形態６と異なる例を図１１に示す。図１１は、図８と工程が一部異なる点以外は同じであるため、同じ箇所には同じ符号を用い、同じ箇所の詳細な説明は省略する。
【０４０５】
実施の形態６に従って、基板３７０上にゲート電極層３８１を形成し、第１のゲート絶縁層３７２ａ、第２のゲート絶縁層３７２ｂを積層する。本実施の形態では、ゲート絶縁層を２層構造とし、第１のゲート絶縁層３７２ａに窒化物絶縁層を、第２のゲート絶縁層３７２ｂに酸化物絶縁層を用いる。
【０４０６】
酸化物絶縁層としては、酸化シリコン層、酸化窒化シリコン層、または酸化アルミニウム層、又は酸化窒化アルミニウム層などを用いることができる。また、窒化物絶縁層としては、窒化シリコン層、窒化酸化シリコン層、窒化アルミニウム層、又は窒化酸化アルミニウム層などを用いることができる。
【０４０７】
本実施の形態では、ゲート電極層３８１側から窒化シリコン層と酸化シリコン層とを積層した構造とする。第１のゲート絶縁層３７２ａとしてスパッタリング法により膜厚５０ｎｍ以上２００ｎｍ以下（本実施の形態では５０ｎｍ）の窒化シリコン層（ＳｉＮ_ｙ（ｙ＞０））を形成し、第１のゲート絶縁層３７２ａ上に第２のゲート絶縁層３７２ｂとして膜厚５ｎｍ以上３００ｎｍ以下（本実施の形態では１００ｎｍ）の酸化シリコン層（ＳｉＯ_ｘ（ｘ＞０））を積層して、膜厚１５０ｎｍのゲート絶縁層とする。
【０４０８】
次に酸化物半導体膜の形成を行い、酸化物半導体膜をフォトリソグラフィ工程により島状の酸化物半導体層に加工する。本実施の形態では、酸化物半導体膜としてＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物半導体成膜用ターゲットを用いてスパッタリング法により成膜する。
【０４０９】
この場合において、処理室内の残留水分を除去しつつ酸化物半導体膜を成膜することが好ましい。酸化物半導体膜に水素、水酸基又は水分が含まれないようにするためである。
【０４１０】
処理室内の残留水分を除去するためには、吸着型の真空ポンプを用いることが好ましい。例えば、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を用いることが好ましい。また、排気手段としては、ターボ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処理室は、例えば、水素原子や、水（Ｈ_２Ｏ）など水素原子を含む化合物等が排気されるため、当該処理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。
【０４１１】
酸化物半導体膜を、成膜する際に用いるスパッタリングガスは水素、水、水酸基又は水素化物などの不純物が、濃度数ｐｐｍ程度、濃度数ｐｐｂ程度まで除去された高純度ガスを用いることが好ましい。
【０４１２】
次いで、酸化物半導体層の脱水化または脱水素化を行う。脱水化または脱水素化を行う第１の加熱処理の温度は、４００℃以上７５０℃以下、好ましくは４２５℃以上とする。なお、４２５℃以上であれば加熱処理時間は１時間以下でよいが、４２５℃未満であれば加熱処理時間は、１時間よりも長時間行うこととする。ここでは、加熱処理装置の一つである電気炉に基板を導入し、酸化物半導体層に対して窒素雰囲気下において加熱処理を行った後、大気に触れることなく、酸化物半導体層への水や水素の再混入を防ぎ、酸化物半導体層を得る。その後、同じ炉に高純度の酸素ガス、高純度の亜酸化窒素（Ｎ_２Ｏ）ガス、又は超乾燥エア（露点が−４０℃以下、好ましくは−６０℃以下）を導入して冷却を行う。酸素ガスまたは亜酸化窒素（Ｎ_２Ｏ）ガスに、水、水素などが含まれないことが好ましい。または、加熱処理装置に導入する酸素ガスまたは亜酸化窒素（Ｎ_２Ｏ）ガスの純度を、６Ｎ（９９．９９９９％）以上、好ましくは７Ｎ（９９．９９９９９％）以上、（即ち酸素ガスまたは亜酸化窒素ガス中の不純物濃度を１ｐｐｍ以下、好ましくは０．１ｐｐｍ以下）とすることが好ましい。
【０４１３】
なお、加熱処理装置は電気炉に限られず、例えば、ＬＲＴＡ（Ｌａｍｐ Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ａｎｎｅａｌ）装置、ＧＲＴＡ（Ｇａｓ Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ 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。また、ＬＲＴＡ装置、ランプだけでなく、抵抗発熱体などの発熱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備えていてもよい。ＧＲＴＡとは高温のガスを用いて加熱処理を行う方法である。ガスには、アルゴンなどの希ガス、または窒素のような、加熱処理によって被処理物と反応しない不活性気体が用いられる。ＲＴＡ法を用いて、６００℃〜７５０℃で数分間加熱処理を行ってもよい。
【０４１４】
また、脱水化または脱水素化を行う第１の加熱処理後に２００℃以上４００℃以下、好ましくは２００℃以上３００℃以下の温度で酸素ガスまたは亜酸化窒素（Ｎ_２Ｏ）ガス雰囲気下での加熱処理を行ってもよい。
【０４１５】
また、酸化物半導体層の第１の加熱処理は、島状の酸化物半導体層に加工する前の酸化物半導体膜に行うこともできる。その場合には、第１の加熱処理後に、加熱装置から基板を取り出し、フォトリソグラフィ工程を行う。
【０４１６】
以上の工程を経ることによって酸化物半導体膜全体を酸素過剰な状態とすることで、高抵抗化、即ちｉ型化させる。よって、全体がｉ型化した酸化物半導体層３８２を得る。
【０４１７】
次いで、ゲート絶縁層３７２ａ、３７２ｂ、及び酸化物半導体層３８２上に、導電膜を形成する。当該導電膜は、実施の形態１で示したスパッタリングターゲットを用いてスパッタリング法によって作製する。さらに、導電膜上にフォトリソグラフィ工程によりレジストマスクを形成し、選択的にエッチングを行ってソース電極層３８５ａ、ドレイン電極層３８５ｂを形成し、スパッタリング法で酸化物絶縁層３８６を形成する。
【０４１８】
この場合において、処理室内の残留水分を除去しつつ酸化物絶縁層３８６を成膜することが好ましい。酸化物半導体層３８２及び酸化物絶縁層３８６に水素、水酸基又は水分が含まれないようにするためである。
【０４１９】
なお、本実施の形態では、ソース電極層及びドレイン電極層を形成するための導電膜として、実施の形態１で示したスパッタリングターゲットを用いて作製した導電膜を設ける。当該導電膜は、含有水素濃度が低減された導電膜であるため、酸化物半導体層、又は酸化物絶縁層中に存在する水素、水などの不純物を引き抜くことができる。なお、導電膜に用いる材料として、水素よりも電気陰性度が小さい金属を用いることで、不純物をより引き抜くことができる。
【０４２０】
処理室内の残留水分を除去するためには、吸着型の真空ポンプを用いることが好ましい。例えば、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を用いることが好ましい。また、排気手段としては、ターボ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処理室は、例えば、水素原子や、水（Ｈ_２Ｏ）など水素原子を含む化合物等が排気されるため、当該処理室で成膜した酸化物絶縁層３８６に含まれる不純物の濃度を低減できる。
【０４２１】
酸化物絶縁層３８６を、成膜する際に用いるスパッタリングガスは水素、水、水酸基又は水素化物などの不純物が、濃度数ｐｐｍ程度、濃度数ｐｐｂ程度まで除去された高純度ガスを用いることが好ましい。
【０４２２】
以上の工程で、トランジスタ３８０を形成することができる。
【０４２３】
次いで、トランジスタの電気的特性のばらつきを軽減するため、不活性ガス雰囲気下、または窒素ガス雰囲気下で加熱処理（好ましくは１５０℃以上３５０℃未満）を行ってもよい。例えば、窒素雰囲気下で２５０℃、１時間の加熱処理を行う。
【０４２４】
また、大気中、１００℃以上２００℃以下、１時間以上３０時間以下での加熱処理を行ってもよい。本実施の形態では１５０℃で１０時間加熱処理を行う。この加熱処理は一定の加熱温度を保持して加熱してもよいし、室温から、１００℃以上２００℃以下の加熱温度への昇温と、加熱温度から室温までの降温を複数回くりかえして行ってもよい。また、この加熱処理を、酸化物絶縁膜の形成前に、減圧下で行ってもよい。減圧下で加熱処理を行うと、加熱時間を短縮することができる。この加熱処理によって、ノーマリーオフとなるトランジスタを得ることができる。よって半導体装置の信頼性を向上できる。
【０４２５】
酸化物絶縁層３８６上に保護絶縁層３７３を形成する。本実施の形態では、保護絶縁層３７３として、スパッタリング法を用いて膜厚１００ｎｍの窒化珪素膜を形成する。
【０４２６】
窒化物絶縁層からなる保護絶縁層３７３及び第１のゲート絶縁層３７２ａは、水分や、水素や、水素化物、水酸化物などの不純物を含まず、これらが外部から侵入することをブロックする効果がある。
【０４２７】
従って、保護絶縁層３７３形成後の製造プロセスにおいて、外部からの水分などの不純物の侵入を防ぐことができる。また、半導体装置としてデバイスが完成した後にも長期的に、外部からの水分などの不純物の侵入を防ぐことができデバイスの長期信頼性を向上することができる。
【０４２８】
また、窒化物絶縁層からなる保護絶縁層３７３と、第１のゲート絶縁層３７２ａとの間に設けられる絶縁層を除去し、保護絶縁層３７３と、第１のゲート絶縁層３７２ａとが接する構造としてもよい。
【０４２９】
従って、酸化物半導体層中の水分や、水素や、水素化物、水酸化物などの不純物を究極にまで低減し、かつ該不純物の再混入を防止し、酸化物半導体層中の不純物濃度を低く維持することができる。
【０４３０】
保護絶縁層３７３上に平坦化のための平坦化絶縁層を設けてもよい。
【０４３１】
本実施の形態で示すトランジスタにおいて、ソース電極層及びドレイン電極層として用いる導電膜は、実施の形態１で示したスパッタリングターゲットを用いて作製している。当該導電膜を活性層として用いる酸化物半導体膜に接して形成することで、酸化物半導体膜中に存在する水素、水などの不純物が導電膜に引き抜かれて、酸化物半導体膜の純度を高めることができる。また、酸化物半導体膜を成膜するに際し、反応雰囲気中の残留水分を除去することで、該酸化物半導体膜中の水素及び水素化物の濃度をより低減することができる。それにより酸化物半導体膜の安定化を図ることができる。
【０４３２】
以上のように、高純度化された酸化物半導体層をトランジスタに適用することによって、オフ電流を低減したトランジスタを提供することができる。また、本実施の形態で説明したオフ電流を低減したトランジスタを、例えば、表示装置の画素に適用することによって、画素に設けた保持容量が電圧を保持できる期間を長くできる。そのため、静止画等を表示する際の消費電力が少ない表示装置を提供できる。
【０４３３】
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。
【０４３４】
（実施の形態１０）
本実施の形態は、実施の形態１のターゲットを適用して作製したトランジスタの他の例を示す。本実施の形態で示すトランジスタは、実施の形態２乃至９のトランジスタに適用することができる。
【０４３５】
本実施の形態では、ゲート電極層、ソース電極層及びドレイン電極層に透光性を有する導電材料を用いる例を示す。従って、他は上記実施の形態と同様に行うことができ、上記実施の形態と同一部分又は同様な機能を有する部分、及び工程の繰り返しの説明は省略する。また同じ箇所の詳細な説明は省略する。
【０４３６】
例えば、ゲート電極層、ソース電極層、ドレイン電極層の材料として、可視光に対して透光性を有する導電材料、例えばＩｎ−Ｓｎ−Ｏ系、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｚｎ−Ｏ系、Ｉｎ−Ａｌ−Ｚｎ−Ｏ系、Ｓｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系、Ａｌ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系、Ｓｎ−Ａｌ−Ｚｎ−Ｏ系、Ｉｎ−Ｚｎ−Ｏ系、Ｓｎ−Ｚｎ−Ｏ系、Ａｌ−Ｚｎ−Ｏ系、Ｉｎ−Ｏ系、Ｓｎ−Ｏ系、Ｚｎ−Ｏ系の金属酸化物を適用することができ、膜厚は５０ｎｍ以上３００ｎｍ以下の範囲内で適宜選択する。ゲート電極層、ソース電極層、ドレイン電極層に用いる金属酸化物の成膜方法は、スパッタリング法や真空蒸着法（電子ビーム蒸着法など）や、アーク放電イオンプレーティング法や、スプレー法を用いる。また、スパッタリング法を用いる場合、ＳｉＯ_２を２重量％以上１０重量％以下含むターゲットを用いて成膜を行い、透光性を有する導電膜に結晶化を阻害するＳｉＯｘ（Ｘ＞０）を含ませ、後の工程で行う加熱処理の際に酸化物半導体膜が結晶化してしまうのを抑制することが好ましい。
【０４３７】
なお、透光性を有する導電膜の組成比の単位は原子％とし、電子線マイクロアナライザー（ＥＰＭＡ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｐｒｏｂｅ Ｘ−ｒａｙ ＭｉｃｒｏＡｎａｌｙｚｅｒ）を用いた分析により評価するものとする。
【０４３８】
また、トランジスタが配置される画素には、画素電極層、またはその他の電極層（容量電極層など）や、その他の配線層（容量配線層など）に可視光に対して透光性を有する導電膜を用いると、高開口率を有する表示装置を実現することができる。勿論、画素に存在するゲート絶縁層、酸化物絶縁層、保護絶縁層、平坦化絶縁層も可視光に対して透光性を有する膜を用いることが好ましい。
【０４３９】
本明細書において、可視光に対して透光性を有する膜とは可視光の透過率が７５〜１００％である膜厚を有する膜を指し、その膜が導電性を有する場合は透明の導電膜とも呼ぶ。また、ゲート電極層、ソース電極層、ドレイン電極層、画素電極層、またはその他の電極層や、その他の配線層に適用する金属酸化物として、可視光に対して半透明の導電膜を用いてもよい。可視光に対して半透明とは可視光の透過率が５０〜７５％であることを指す。
【０４４０】
以上のように、トランジスタに透光性を持たせると、開口率を向上させることができる。特に１０インチ以下の小型の表示パネルにおいて、ゲート配線の本数を増やすなどして表示画像の高精細化を図るため、画素寸法を微細化しても、高い開口率を実現することができる。また、トランジスタの構成部材に透光性を有する膜を用いることで、高密度のトランジスタ群を配置しても開口率を大きくとることができ、表示領域の面積を十分に確保することができる。また、トランジスタの構成部材と同工程で同材料を用いて保持容量を形成すると、保持容量も透光性とすることができるため、さらに開口率を向上させることができる。
【０４４１】
また、高純度化された酸化物半導体層をトランジスタに適用することによって、オフ電流を低減したトランジスタを提供することができる。また、本実施の形態で説明したオフ電流を低減したトランジスタを、例えば、表示装置の画素に適用することによって、画素に設けた保持容量が電圧を保持できる期間を長くできる。そのため、静止画等を表示する際の消費電力が少ない表示装置を提供できる。
【０４４２】
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。
【０４４３】
（実施の形態１１）
上記実施の形態２乃至１０で示したトランジスタ等の半導体装置を用いてさまざまな電子機器を完成することができる。実施の形態１で示したターゲットを用いて作製したトランジスタは、高純度化された酸化物半導体層を活性層として用いているため、オフ電流を低減させることができる。また、閾値電圧のばらつきの少ない、信頼性の高いトランジスタとすることが可能である。したがって、最終製品としての電子機器をスループット良く、良好な品質で作製することが可能になる。
【０４４４】
本実施の形態では、図１６を用いて具体的な電子機器への適用例を説明する。なお、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、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。なお、実施の形態２乃至１０に係る半導体装置は、集積化されて回路基板などに実装され、各電子機器の内部に搭載されてもよいし、画素部のスイッチング素子として用いることも可能である。実施の形態２乃至１０に示したトランジスタは、オフ電流が低く、且つ閾値電圧のばらつきが少ないため、画素部または駆動回路部のどちらにも好適に用いることが可能である。
【０４４５】
図１６（Ａ）は、実施の形態２乃至１０に係る半導体装置を含むノート型のパーソナルコンピュータであり、本体５０１、筐体５０２、表示部５０３、キーボード５０４などによって構成されている。
【０４４６】
図１６（Ｂ）は、実施の形態２乃至１０に係る半導体装置を含む携帯情報端末（ＰＤＡ）であり、本体５１１には表示部５１３と、外部インターフェイス５１５と、操作ボタン５１４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５１２がある。
【０４４７】
図１６（Ｃ）には、実施の形態２乃至１０に係る半導体装置を含む電子ペーパーの一例として、電子書籍５２０を示す。電子書籍５２０は、筐体５２１および筐体５２３の２つの筐体で構成されている。筐体５２１および筐体５２３は、軸部５３７により一体とされており、該軸部５３７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、電子書籍５２０は、紙の書籍のように用いることが可能である。
【０４４８】
筐体５２１には表示部５２５が組み込まれ、筐体５２３には表示部５２７が組み込まれている。表示部５２５および表示部５２７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１６（Ｃ）では表示部５２５）に文章を表示し、左側の表示部（図１６（Ｃ）では表示部５２７）に画像を表示することができる。
【０４４９】
また、図１６（Ｃ）では、筐体５２１に操作部などを備えた例を示している。例えば、筐体５２１は、電源５３１、操作キー５３３、スピーカー５３５などを備えている。操作キー５３３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、またはＡＣアダプタおよびＵＳＢケーブルなどの各種ケーブルと接続可能な端子など）、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５２０は、電子辞書としての機能を持たせた構成としてもよい。
【０４５０】
また、電子書籍５２０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。
【０４５１】
なお、電子ペーパーは、情報を表示するものであればあらゆる分野に適用することが可能である。例えば、電子書籍以外にも、ポスター、電車などの乗り物の車内広告、クレジットカード等の各種カードにおける表示などに適用することができる。
【０４５２】
図１６（Ｄ）は、実施の形態２乃至１０に係る半導体装置を含む携帯電話機である。当該携帯電話機は、筐体５４０および筐体５４１の二つの筐体で構成されている。筐体５４１は、表示パネル５４２、スピーカー５４３、マイクロフォン５４４、ポインティングデバイス５４６、カメラ用レンズ５４７、外部接続端子５４８などを備えている。また、筐体５４０は、当該携帯電話機の充電を行う太陽電池セル５４９、外部メモリスロット５５０などを備えている。また、アンテナは筐体５４１内部に内蔵されている。
【０４５３】
表示パネル５４２はタッチパネル機能を備えており、図１６（Ｄ）には映像表示されている複数の操作キー５４５を点線で示している。なお、当該携帯電話は、太陽電池セル５４９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を実装している。また、上記構成に加えて、非接触ＩＣチップ、小型記録装置などを内蔵した構成とすることもできる。
【０４５４】
表示パネル５４２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５４２と同一面上にカメラ用レンズ５４７を備えているため、テレビ電話が可能である。スピーカー５４３およびマイクロフォン５４４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５４０と筐体５４１はスライドし、図１６（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。
【０４５５】
外部接続端子５４８はＡＣアダプタやＵＳＢケーブルなどの各種ケーブルと接続可能であり、充電やデータ通信が可能になっている。また、外部メモリスロット５５０に記録媒体を挿入し、より大量のデータの保存および移動に対応できる。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。
【０４５６】
図１６（Ｅ）は、実施の形態２乃至１０に係る半導体装置を含むデジタルカメラである。当該デジタルカメラは、本体５６１、表示部（Ａ）５６７、接眼部５６３、操作スイッチ５６４、表示部（Ｂ）５６５、バッテリー５６６などによって構成されている。
【０４５７】
図１６（Ｆ）は、実施の形態２乃至１０に係る半導体装置を含むテレビジョン装置である。テレビジョン装置５７０では、筐体５７１に表示部５７３が組み込まれている。表示部５７３により、映像を表示することが可能である。なお、ここでは、スタンド５７５により筐体５７１を支持した構成を示している。
【０４５８】
テレビジョン装置５７０の操作は、筐体５７１が備える操作スイッチや、別体のリモコン操作機５８０により行うことができる。リモコン操作機５８０が備える操作キー５７９により、チャンネルや音量の操作を行うことができ、表示部５７３に表示される映像を操作することができる。また、リモコン操作機５８０に、当該リモコン操作機５８０から出力する情報を表示する表示部５７７を設ける構成としてもよい。
【０４５９】
なお、テレビジョン装置５７０は、受信機やモデムなどを備えた構成とするのが好適である。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る。また、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が可能である。
【０４６０】
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】
【０４６１】
３００ 基板
３０２ ゲート絶縁層
３０３ 保護絶縁層
３１０ トランジスタ
３１１ ゲート電極層
３１３ チャネル形成領域
３１４ａ 高抵抗ソース領域
３１４ｂ 高抵抗ドレイン領域
３１５ａ ソース電極層
３１５ｂ ドレイン電極層
３１６ 酸化物絶縁層
３２０ 基板
３２２ ゲート絶縁層
３２３ 保護絶縁層
３３０ 酸化物半導体膜
３３１ 酸化物半導体層
３３２ 酸化物半導体層
３３３ 導電膜
３４０ 基板
３４２ ゲート絶縁層
３４３ 保護絶縁層
３４５ 酸化物半導体膜
３４６ 酸化物半導体層
３５０ トランジスタ
３５１ ゲート電極層
３５２ 酸化物半導体層
３５５ａ ソース電極層
３５５ｂ ドレイン電極層
３５６ 酸化物絶縁層
３６０ トランジスタ
３６１ ゲート電極層
３６２ 酸化物半導体層
３６３ チャネル形成領域
３６４ａ 高抵抗ソース領域
３６４ｂ 高抵抗ドレイン領域
３６５ａ ソース電極層
３６５ｂ ドレイン電極層
３６６ 酸化物絶縁層
３７０ 基板
３７２ａ ゲート絶縁層
３７２ｂ ゲート絶縁層
３７３ 保護絶縁層
３８０ トランジスタ
３８１ ゲート電極層
３８２ 酸化物半導体層
３８５ａ ソース電極層
３８５ｂ ドレイン電極層
３８６ 酸化物絶縁層
３９０ トランジスタ
３９１ ゲート電極層
３９２ 酸化物半導体層
３９３ 酸化物半導体膜
３９４ 基板
３９５ａ ソース電極層
３９５ｂ ドレイン電極層
３９６ 酸化物絶縁層
３９７ ゲート絶縁層
３９８ 保護絶縁層
３９９ 酸化物半導体層
４００ 基板
４０２ ゲート絶縁層
４０７ 絶縁層
４１０ トランジスタ
４１１ ゲート電極層
４１２ 酸化物半導体層
４１４ａ 配線層
４１４ｂ 配線層
４１５ａ ソース電極層又はドレイン電極層
４１５ｂ ソース電極層又はドレイン電極層
４２０ シリコン基板
４２１ａ 開口
４２１ｂ 開口
４２２ 絶縁層
４２３ 開口
４２４ 導電層
４２５ トランジスタ
４２６ トランジスタ
４２７ 導電層
４５０ 基板
４５２ ゲート絶縁層
４５７ 絶縁層
４６０ トランジスタ
４６１ ゲート電極層
４６２ 酸化物半導体層
４６４ 配線層
４６５ａ ソース電極層又はドレイン電極層
４６５ｂ ソース電極層又はドレイン電極層
４６５ａ１ ソース電極層又はドレイン電極層
４６５ａ２ ソース電極層又はドレイン電極層
４６８ 配線層
５０１ 本体
５０２ 筐体
５０３ 表示部
５０４ キーボード
５１１ 本体
５１２ スタイラス
５１３ 表示部
５１４ 操作ボタン
５１５ 外部インターフェイス
５２０ 電子書籍
５２１ 筐体
５２３ 筐体
５２５ 表示部
５２７ 表示部
５３１ 電源
５３３ 操作キー
５３５ スピーカー
５３７ 軸部
５４０ 筐体
５４１ 筐体
５４２ 表示パネル
５４３ スピーカー
５４４ マイクロフォン
５４５ 操作キー
５４６ ポインティングデバイス
５４７ カメラ用レンズ
５４８ 外部接続端子
５４９ 太陽電池セル
５５０ 外部メモリスロット
５６１ 本体
５６３ 接眼部
５６４ 操作スイッチ
５６５ 表示部（Ｂ）
５６６ バッテリー
５６７ 表示部（Ａ）
５７０ テレビジョン装置
５７１ 筐体
５７３ 表示部
５７５ スタンド
５７７ 表示部
５７９ 操作キー
５８０ リモコン操作機

【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電膜を形成するスパッタリングターゲットであって、
水素よりも電気陰性度の小さい金属材料の焼結体を含み、
前記焼結体の、含有水素濃度が１×１０^１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下である、スパッタリングターゲット。
【請求項２】
導電膜を形成するスパッタリングターゲットであって、
アルミニウム、銅、クロム、タンタル、チタン、モリブデン、またはタングステンの少なくともいずれか一の金属材料の焼結体を含み、
前記焼結体の、含有水素濃度が１×１０^１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下である、スパッタリングターゲット。
【請求項３】
導電膜を形成するスパッタリングターゲットであって、
アルミニウムに、シリコン、チタン、タンタル、タングステン、モリブデン、クロム、ネオジム、スカンジウム、またはイットリウムが０．１乃至３原子％添加された金属材料の焼結体を含み、
前記焼結体の、含有水素濃度が１×１０^１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下である、スパッタリングターゲット。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか一に記載のスパッタリングターゲットを用いて作製された導電膜を活性層に接して含むトランジスタ。
【請求項５】
金属材料を焼成して金属材料の焼結体を形成し、
前記金属材料の焼結体を機械加工して、所望の形状を有するターゲットに成形し、
前記ターゲットを洗浄し、
洗浄後の前記ターゲットに、加熱処理を加えることを特徴とするスパッタリングターゲットの製造方法。
【請求項６】
金属材料を焼成して金属材料の焼結体を形成し、
前記金属材料の焼結体を機械加工して、所望の形状を有するターゲットに成形し、
前記ターゲットを洗浄し、
洗浄後の前記ターゲットを加熱処理し、
前記ターゲットと、バッキングプレートとをボンディングすることを特徴とするスパッタリングターゲットの製造方法。

【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１６】

【公開番号】特開２０１１−１２２２３９（Ｐ２０１１−１２２２３９Ａ）
【公開日】平成２３年６月２３日（２０１１．６．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２５０８３１（Ｐ２０１０−２５０８３１）
【出願日】平成２２年１１月９日（２０１０．１１．９）
【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）】