半導体装置、及び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おいて、電気特性の安定した半導体装置を提供する。とくに、酸化物半導体を用いた半導体装置において、より優れたゲート絶縁膜を有する半導体装置を提供する。また、当該半導体装置の作製方法を提供する。
【解決手段】ゲート電極と、ゲート電極上に形成されたゲート絶縁膜と、ゲート絶縁膜上に形成された酸化物半導体膜と、酸化物半導体膜と接して形成されたソース電極、及びドレイン電極と、を有し、ゲート絶縁膜は、少なくとも酸化窒化シリコン膜と、酸化窒化シリコン膜上に形成された酸素放出型の酸化膜と、により構成され、酸素放出型の酸化膜上に酸化物半導体膜が接して形成される。
【解決手段】ゲート電極と、ゲート電極上に形成されたゲート絶縁膜と、ゲート絶縁膜上に形成された酸化物半導体膜と、酸化物半導体膜と接して形成されたソース電極、及びドレイン電極と、を有し、ゲート絶縁膜は、少なくとも酸化窒化シリコン膜と、酸化窒化シリコン膜上に形成された酸素放出型の酸化膜と、により構成され、酸素放出型の酸化膜上に酸化物半導体膜が接して形成される。
【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、トランジスタに用いる半導体薄膜として、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（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
また、酸化物半導体を用いたトランジスタは、アモルファスシリコンを用いたトランジスタよりも動作が速く、多結晶シリコンを用いたトランジスタよりも製造が容易であるものの、電気特性が変動しやすく信頼性が低いという問題が知られている。
【０００６】
例えば、酸化物半導体膜に用いるゲート絶縁膜として、例えば、ＺｎＯを主成分とする酸化物半導体素子において、トップゲート構造を有し、ゲート絶縁膜にプラズマ化学気相成長法（ＰＥ−ＣＶＤ法）を用いて形成された窒化珪素（ＳｉＮｘ）を用いると、当該窒化珪素膜中の水素濃度が高いため、ＺｎＯ成分の還元脱離が起こり、ＺｎＯ層の低抵抗化が生じる。そして、その回避策として酸化物半導体膜との界面側のゲート絶縁膜の水素濃度を低減し、水素濃度の異なる２層構造のゲート絶縁膜を用いることが開示されている（例えば、特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００６−１６５５２８号公報
【特許文献２】特開２００７−０７３５６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、酸化物半導体膜とゲート絶縁膜との界面側の水素濃度を低減するのみでは、酸化物半導体膜に生じた酸素欠損が、ゲート絶縁膜に残存した水素等と結合することにより、膜中にキャリアである電子が発生してしまう。この結果、トランジスタのしきい値電圧がマイナスシフトし、ノーマリオフのトランジスタとなってしまう。また、酸化物半導体膜を用いたトランジスタにとって、ゲート絶縁膜に残存した水素等は、電気的特性の変動の要因となり、半導体装置の信頼性を低下させることになる。
【０００９】
このような問題に鑑み、酸化物半導体を用いた半導体装置において、電気特性の安定した半導体装置を提供することを目的の一とする。とくに、酸化物半導体を用いた半導体装置において、より優れたゲート絶縁膜を有する半導体装置を提供することを目的の一とする。また、当該半導体装置の作製方法を提供することを目的の一とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
酸化物半導体膜をチャネル形成領域に用いた半導体装置において、ゲート絶縁膜に酸素放出型の酸化膜を設ける。当該酸素放出型の酸化膜より、酸化物半導体膜に酸素を供給することができる。これにより、酸化物半導体層に生じる酸素欠損の発生を抑制し、電気特性の安定した酸化物半導体膜を提供することができる。
【００１１】
なお、本明細書において、酸素放出型の酸化膜とは、加熱により当該酸化膜から、酸素を放出する膜を表す。また、酸素放出型の酸化膜からの酸素の放出量は、昇温脱離ガス分光法（ＴＤＳ：Ｔｈｅｒｍａｌ Ｄｅｓｏｒｐｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）において、測定することができる。
【００１２】
また、酸素放出型の酸化膜のみでゲート絶縁膜を構成した場合、ゲート絶縁膜に求められる性能を十分に満たすことが難しい。例えば、酸素放出型の酸化膜のみでは、絶縁破壊耐性、または被覆性を十分に満たすことが難しい。そのため、酸素放出型の酸化膜の下層側に酸化窒化シリコン膜を設ける。酸化窒化シリコン膜は、従来までのシリコン系半導体材料で用いていたプロセス条件、または生産装置等を利用できるため好ましい。
【００１３】
すなわち、ゲート絶縁膜を、酸化窒化シリコン膜と、酸素放出型の酸化膜と、の積層構造とする。酸化窒化シリコン膜により、絶縁破壊耐性、及び被覆性を向上させ、酸素放出型の酸化膜により、酸化物半導体膜に酸素を供給することができる。また、酸素放出型の酸化膜は、酸化窒化シリコン膜よりも膜中の水素濃度を低減することができる。このようなゲート絶縁膜の構成とすることで、優れたゲート絶縁膜を提供することができる。したがって、安定した電気特性を付与した半導体装置を提供することができる。より詳細には、以下のとおりである。
【００１４】
本発明の一態様は、ゲート電極と、ゲート電極上に形成されたゲート絶縁膜と、ゲート絶縁膜上に形成された酸化物半導体膜と、酸化物半導体膜と接して形成されたソース電極、及びドレイン電極と、を有し、ゲート絶縁膜は、少なくとも酸化窒化シリコン膜と、酸化窒化シリコン膜上に形成された酸素放出型の酸化膜と、により構成され、酸素放出型の酸化膜上に酸化物半導体膜が接して形成されることを特徴とする半導体装置である。
【００１５】
酸化窒化シリコン膜、酸素放出型の酸化膜、酸化物半導体膜の順に構成することで、各界面での界面特性が非常に優れている。また、酸化窒化シリコン膜、酸素放出型の酸化膜と段階的な膜構成とすることで、酸化物半導体膜側へと水素濃度の低い膜構成でもある。また、酸化物半導体膜と接する酸素放出型の酸化膜より、酸化物半導体膜に酸素を供給することができる。したがって、しきい値電圧が低く、絶縁耐圧が高く、さらに酸化物半導体膜に酸素を供給することができる優れた良質なゲート絶縁膜を形成できる。
【００１６】
また、酸化窒化シリコンは、従来までのシリコン系半導体材料で用いていた膜構成、プロセス条件、または生産装置等を利用できるため好ましい。
【００１７】
また、本発明の他の一態様は、ゲート電極と、ゲート電極上に形成されたゲート絶縁膜と、ゲート絶縁膜上に形成された酸化物半導体膜と、酸化物半導体膜と接して形成されたソース電極、及びドレイン電極と、酸化物半導体膜、ソース電極、及びドレイン電極上に形成された無機絶縁膜と、を有し、ゲート絶縁膜は、少なくとも酸化窒化シリコン膜と、酸化窒化シリコン膜上に形成された酸素放出型の酸化膜と、により構成され、酸素放出型の酸化膜上に酸化物半導体膜が接して形成されることを特徴とする半導体装置である。
【００１８】
酸化物半導体膜上に形成された無機絶縁膜により、当該酸化物半導体膜への不純物（例えば、水、水素など）の進入を抑制することができる。
【００１９】
また、本発明の他の一態様は、ゲート電極と、ゲート電極上に形成されたゲート絶縁膜と、ゲート絶縁膜上に形成された酸化物半導体膜と、酸化物半導体膜と接して形成されたソース電極、及びドレイン電極と、酸化物半導体膜、ソース電極、及びドレイン電極上に形成された無機絶縁膜と、無機絶縁膜上に形成された有機絶縁膜と、有機絶縁膜上に形成された導電膜と、を有し、ゲート絶縁膜は、少なくとも酸化窒化シリコン膜と、酸化窒化シリコン膜上に形成された酸素放出型の酸化膜と、により構成され、酸素放出型の酸化膜上に酸化物半導体膜が接して形成されることを特徴とする半導体装置である。
【００２０】
有機絶縁膜上に形成された導電膜により、外部からの静電気放電等の電荷を当該導電膜により、逃がすことができる。
【００２１】
また、上記構成において、導電膜は、無機絶縁膜と有機絶縁膜とを介して、ソース電極、またはドレイン電極に接続されても良い。また、導電膜は、酸化物半導体膜と重畳した領域に形成されても良い。このような構成とすることで、酸化物半導体膜のバックチャネル側の電位を調整し、しきい値電圧の制御を行うことができる。
【００２２】
また、本発明の他の一態様は、ガラス基板上にゲート電極を形成する工程と、ゲート電極上に酸化窒化シリコン膜を形成する工程と、酸化窒化シリコン膜形成後に、加熱処理をする工程と、酸化窒化シリコン膜上に酸素放出型の酸化膜を形成する工程と、酸素放出型の酸化膜上に酸化物半導体膜を形成する工程と、酸化物半導体膜上にソース電極、及びドレイン電極を形成する工程と、有し、酸素放出型の酸化膜と、酸化物半導体膜は、真空中で連続して形成することを特徴とする半導体装置の作製方法である。
【００２３】
酸素放出型の酸化膜と、酸化物半導体膜を真空中で連続して形成することで、酸素放出型の酸化膜と酸化物半導体膜との界面に水、水素等の不純物が混入するのを抑制することができる。
【００２４】
また、本発明の他の一態様は、ガラス基板上にゲート電極を形成する工程と、ゲート電極上に酸化窒化シリコン膜を形成する工程と、酸化窒化シリコン形成後に、加熱処理をする工程と、酸化窒化シリコン膜上に酸素放出型の酸化膜を形成する工程と、酸素放出型の酸化膜上に酸化物半導体膜を形成する工程と、酸化物半導体膜上にソース電極、及びドレイン電極を形成する工程と、ソース電極、及びドレイン電極形成後に、無機絶縁膜を形成する工程と、無機絶縁膜形成後に有機絶縁膜を形成する工程と、有機絶縁膜形成後に加熱処理をする工程と、を有し、酸素放出型の酸化膜と、酸化物半導体膜は、真空中で連続して形成することを特徴とする半導体装置の作製方法である。
【００２５】
また、本発明の他の一態様は、ガラス基板上にゲート電極を形成する工程と、ゲート電極上に酸化窒化シリコン膜を形成する工程と、酸化窒化シリコン形成後に、加熱処理をする工程と、酸化窒化シリコン膜上に酸素放出型の酸化膜を形成する工程と、酸素放出型の酸化膜上に酸化物半導体膜を形成する工程と、酸化物半導体膜上にソース電極、及びドレイン電極を形成する工程と、ソース電極、及びドレイン電極形成後に、無機絶縁膜を形成する工程と、無機絶縁膜形成後に有機絶縁膜を形成する工程と、有機絶縁膜形成後に加熱処理をする工程と、有機絶縁膜上に、導電膜を形成する工程と、を有し、酸素放出型の酸化膜と、酸化物半導体膜は、真空中で連続して形成することを特徴とする半導体装置の作製方法である。
【００２６】
また、本発明の他の一態様は、ガラス基板上にゲート電極を形成する工程と、ゲート電極上に酸化窒化シリコン膜を形成する工程と、酸化窒化シリコン形成後に、加熱処理をする工程と、酸化窒化シリコン膜上に酸素放出型の酸化膜を形成する工程と、酸素放出型の酸化膜上に酸化物半導体膜を形成する工程と、酸化物半導体膜上にソース電極、及びドレイン電極を形成する工程と、ソース電極、及びドレイン電極形成後に、無機絶縁膜を形成する工程と、無機絶縁膜形成後に有機絶縁膜を形成する工程と、有機絶縁膜形成後に加熱処理をする工程と、無機絶縁膜、及び有機絶縁膜上に、ソース電極、またはドレイン電極に達する開口部を形成する工程と、有機絶縁膜、及び開口部上に導電膜を形成する工程と、を有し、酸素放出型の酸化膜と、酸化物半導体膜は、真空中で連続して形成することを特徴とする半導体装置の作製方法である。
【００２７】
また、上記各構成において、無機絶縁膜は、少なくとも酸素放出型の酸化膜と、酸素放出型の酸化膜上に形成された金属酸化膜と、により構成されるとよく、当該金属酸化膜は、膜密度が３．２ｇ／ｃｍ３以上である酸化アルミニウム膜を用いると好適である。
【００２８】
金属酸化膜を上記数値の酸化アルミニウム膜とすることにより、酸素放出型の酸化膜からの酸素放出を抑制することができ、酸化物半導体膜に好適に酸素を供給することができる。酸化物半導体膜に酸素を供給することで、酸化物半導体膜に生じる酸素欠損の発生を抑制することができる。
【００２９】
また、上記各構成において、酸素放出型の酸化膜は、昇温脱離ガス分光法において、酸素原子に換算して酸素の放出量が、好ましくは１．０×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上、さらに好ましくは、１．０×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上、さらに好ましくは、１．０×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上であるとよい。
【００３０】
酸素放出型の酸化膜を上記数値とすることにより、酸化物半導体膜に好適に酸素を供給することができる。酸化物半導体膜に酸素を供給することで、酸化物半導体膜に生じる酸素欠損の発生を抑制することができる。
【００３１】
また、上記各構成において、酸素放出型の酸化膜は、酸化シリコン膜であると好適である。酸化シリコン膜は、例えば、スパッタリング法を用いて形成することができる。
【００３２】
また、上記各構成において、酸化物半導体膜は、インジウム、亜鉛、ガリウム、ジルコニウム、スズ、ガドリニウム、チタン、及びセリウムの酸化物の中から選択された、少なくともいずれか一種を含む構成が好ましい。特に、インジウム、または亜鉛のいずれか一方を含む酸化物であると好適である。
【００３３】
また、上記各構成において、ゲート電極は、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、及びスカンジウムの中から選択された、少なくともいずれか一種を含む構成が好ましい。特に、銅を用いることで、低抵抗なゲート電極とすることができるので、好適である。また、タングステン、チタン等の高融点金属を用いることで、ゲート電極の耐熱性が向上するため好適である。
【００３４】
また、上記各構成において、加熱処理は、窒素雰囲気下、酸素雰囲気下、または真空中で好ましくは２００℃以上４５０℃以下、さらに好ましくは２００℃以上４００℃以下の温度であるとよい。なお、本明細書等において、真空中とは、少なくとも大気圧よりも減圧された状態であり、例えば、１．０×１０−１Ｐａ以下とすることができる。
【発明の効果】
【００３５】
酸化物半導体を用いた半導体装置において、電気特性の安定した半導体装置を提供することができる。とくに、酸化物半導体を用いた半導体装置において、より優れたゲート絶縁膜を有する半導体装置を提供することができる。また、当該半導体装置の作製方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】半導体装置の一形態の断面を説明する図。
【図２】半導体装置の作製方法の一形態を説明する図。
【図３】半導体装置の作製方法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】半導体装置の一形態、及び半導体装置の作製方法の一形態を説明する図。
【図６】半導体装置の一形態の上面を説明する図。
【図７】半導体装置の一形態の断面を説明する図。
【図８】電子機器を説明する図。
【図９】電子機器を説明する図。
【図１０】ＴＤＳ分析の測定結果を示す図。
【図１１】ＴＤＳ分析の測定結果を示す図。
【図１２】ＸＲＲ分析の測定結果を示す図。
【図１３】ＴＤＳ分析の測定結果を示す図。
【図１４】本発明の一態様であるトランジスタの平面、及び断面を示す図。
【図１５】本発明の一態様であるトランジスタの電気測定結果を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
以下では、本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。
【００３８】
以下に説明する実施の形態において、同じものを指す符号は、異なる図面間で共通して用いる場合がある。なお、図面において示す構成要素、すなわち層や領域等の厚さ、幅、相対的な位置関係等は、実施の形態において説明する上で明確性のために誇張して示される場合がある。
【００３９】
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なども含む。
【００４０】
また、本明細書等において、窒化酸化シリコン膜とは、その組成において、窒素と、酸素と、シリコンと、を成分として含有し、且つ、窒素の含有量が酸素の含有量よりも多い膜である。また、酸化窒化シリコン膜とは、その組成において、酸素と、窒素と、シリコンと、を成分として含有し、且つ、酸素の含有量が窒素の含有量よりも多い膜である。また、酸化シリコン膜とは、酸素と、シリコンと、を成分として含有した膜である。
【００４１】
例えば、窒化酸化シリコン膜としては、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２５原子％以下の範囲で含まれる膜である。また、酸化窒化シリコン膜としては、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原子％以上１０原子％以下の範囲で含まれる膜である。また、酸化シリコン膜としては、酸素が５０原子％以上７０原子％以下、窒素が０原子％以上０．５原子％以下、シリコンが２５原子％以上３５原子％以下、水素が０原子％以上５原子％以下、Ａｒが０原子％以上５原子％以下の範囲で含まれる膜である。
【００４２】
但し、上記範囲は、ラザフォード後方散乱法（ＲＢＳ：Ｒｕｔｈｅｒｆｏｒｄ Ｂａｃｋｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）や、水素前方散乱法（ＨＦＳ：Ｈｙｄｒｏｇｅｎ Ｆｏｒｗａｒｄ Ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ）を用いて測定した場合のものである。また、構成元素の含有比率は、その合計が１００原子％を超えない値をとる。
【００４３】
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には入れ替わることがある。このため、本明細書等においては、「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。
【００４４】
（実施の形態１）
本実施の形態では、半導体装置の一形態を、図１（Ａ）乃至図１（Ｃ）を用いて説明する。図１（Ａ）乃至図１（Ｃ）は、酸化物半導体膜を有する半導体装置の断面図を示す。
【００４５】
図１（Ａ）に示す半導体装置は、基板１０２と、基板１０２上に形成された下地絶縁膜１０４と、下地絶縁膜１０４上に形成されたゲート電極１０６と、下地絶縁膜１０４、及びゲート電極１０６上に形成された酸化窒化シリコン膜１１０と、酸化窒化シリコン膜１１０上に形成された酸素放出型の酸化膜１１２と、酸素放出型の酸化膜１１２上に形成された酸化物半導体膜１１４と、酸素放出型の酸化膜１１２、及び酸化物半導体膜１１４上に形成されたソース電極１１６と、酸素放出型の酸化膜１１２、及び酸化物半導体膜１１４上に形成されたドレイン電極１１８と、を有する。
【００４６】
また、図１（Ａ）に示す半導体装置は、酸化窒化シリコン膜１１０と、酸素放出型の酸化膜１１２と、によりゲート絶縁膜１３０を構成しており、基板１０２、下地絶縁膜１０４、ゲート電極１０６、ゲート絶縁膜１３０、酸化物半導体膜１１４、ソース電極１１６、及びドレイン電極１１８により、トランジスタ１５０が形成されている。
【００４７】
なお、ゲート絶縁膜１３０として用いる酸化窒化シリコン膜１１０は、段差部等において、酸素放出型の酸化膜１１２よりも被覆性が良い。すなわち、下方に形成されたゲート電極１０６の凹凸を段切れなく覆うことができる。また、酸化窒化シリコン膜１１０は、酸素放出型の酸化膜１１２よりも膜中の欠陥密度が低減されているため、ゲート絶縁膜１３０として用いると好適であり、従来までのシリコン系半導体材料で用いていたプロセス条件、または生産装置等を利用できるため、さらに望ましい。
【００４８】
また、ゲート絶縁膜１３０として用いる酸素放出型の酸化膜１１２は、酸化窒化シリコン膜１１０よりも、膜中の水素濃度が低減されている。すなわち、ゲート絶縁膜１３０は、酸化物半導体膜１１４側に水素濃度が低減された構成とすることで、当該酸化物半導体膜１１４に不純物である水素が供給されづらい構成となるため好ましい。また、酸化物半導体膜１１４が酸素放出型の酸化膜１１２上に形成されることによって、酸素放出型の酸化膜１１２は、酸化物半導体膜１１４に酸素を供給することができる。
【００４９】
酸素放出型の酸化膜１１２は、酸素の放出量が多い材料で形成する。例えば、酸素放出型の酸化膜１１２は、昇温脱離ガス分光法において、酸素原子に換算して酸素の放出量が、好ましくは１．０×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上、さらに好ましくは、１．０×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上、さらに好ましくは、１．０×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上である。酸素放出型の酸化膜１１２としては、例えば、スパッタリング法により形成された酸化シリコン膜を用いることができる。なお、酸素の放出量を上記数値とすることで、酸化物半導体膜１１４に酸素を好適に供給することができる。
【００５０】
また、酸素放出型の酸化膜１１２としては、例えば、化学量論的組成を超える酸素を含有した酸化シリコン膜、換言すれば、酸素が過剰な酸化シリコン膜（ＳｉＯｘ（ｘ＞２））を組成とした膜を用いることができる。酸素が過剰な酸化シリコン膜とは、シリコン原子数の２倍より多い酸素原子を単位体積あたりに含む膜である。なお、単位体積あたりのシリコン原子数、及び酸素原子数は、ラザフォード後方散乱法により測定した値である。
【００５１】
このように、ゲート絶縁膜１３０の一部として、酸化物半導体膜１１４に接する側に、酸素放出型の酸化膜１１２を設けることで酸化物半導体膜１１４に好適に酸素を供給することができる。
【００５２】
酸化物半導体膜１１４としては、少なくともインジウム（Ｉｎ）または亜鉛（Ｚｎ）を含むことが好ましい。特にＩｎとＺｎを含むことが好ましい。なお、酸化物半導体膜１１４に用いることのできる材料等については、実施の形態２にて詳細な説明を行う。
【００５３】
また、ソース電極１１６、及びドレイン電極１１８は、トランジスタ１５０のソース電極、及びドレイン電極として機能する。本実施の形態においては、ソース電極１１６、及びドレイン電極１１８として、タングステンと、アルミニウムと、チタンとの積層膜を用いることができる。例えば、酸化物半導体膜１１４に接する側に、融点の高いタングステン膜を形成し、その上に融点の低いアルミニウム膜を形成し、その上に融点の高いチタン膜を形成する。このように、融点の低い材料を上下で融点の高い材料で挟む構成とすることで、耐熱性の高いソース電極１１６、及びドレイン電極１１８とすることができる。
【００５４】
次に、図１（Ｂ）の半導体装置について説明を行う。
【００５５】
図１（Ｂ）に示す半導体装置は、図１（Ａ）に示す半導体装置に、さらに無機絶縁膜を形成した構成となる。詳細は、以下のとおりである。
【００５６】
図１（Ｂ）に示す半導体装置は、基板１０２と、基板１０２上に形成された下地絶縁膜１０４と、下地絶縁膜１０４上に形成されたゲート電極１０６と、下地絶縁膜１０４、及びゲート電極１０６上に形成された酸化窒化シリコン膜１１０と、酸化窒化シリコン膜１１０上に形成された酸素放出型の酸化膜１１２と、酸素放出型の酸化膜１１２上に形成された酸化物半導体膜１１４と、酸素放出型の酸化膜１１２、及び酸化物半導体膜１１４上に形成されたソース電極１１６と、酸素放出型の酸化膜１１２、及び酸化物半導体膜１１４上に形成されたドレイン電極１１８と、酸化物半導体膜１１４、ソース電極１１６、及びドレイン電極１１８上に形成された無機絶縁膜１２０と、を有する。
【００５７】
また、図１（Ｂ）に示す半導体装置は、酸化窒化シリコン膜１１０と、酸素放出型の酸化膜１１２と、によりゲート絶縁膜１３０を構成しており、基板１０２、下地絶縁膜１０４、ゲート電極１０６、ゲート絶縁膜１３０、酸化物半導体膜１１４、ソース電極１１６、及びドレイン電極１１８により、トランジスタ１５０が形成されている。
【００５８】
なお、トランジスタ１５０は、図１（Ａ）に示した構成と同様であり、先の記載を参酌することで形成できる。
【００５９】
無機絶縁膜１２０は、酸化物半導体膜１１４の保護膜としての機能を有する。すなわち、無機絶縁膜１２０は、酸化物半導体膜１１４に水分、水素が浸入しない構成が望ましい。また、無機絶縁膜１２０は、酸化物半導体膜１１４に酸素を供給することができると、さらに好ましい。本実施の形態においては、例えば、無機絶縁膜１２０として、酸素放出型の酸化膜１２０ａと、金属酸化膜１２０ｂの積層構造とすることができる。
【００６０】
無機絶縁膜１２０として用いる酸素放出型の酸化膜１２０ａは、ゲート絶縁膜１３０に用いた酸素放出型の酸化膜１１２と同様の構成とすることができる。例えば、酸素放出型の酸化膜１１２は、昇温脱離ガス分光法において、酸素原子に換算して酸素の放出量が、好ましくは１．０×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上、さらに好ましくは、１．０×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上、さらに好ましくは、１．０×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上である。酸素放出型の酸化膜１２０ａとしては、例えば、スパッタリング法により形成された酸化シリコン膜を用いることができる。なお、酸素の放出量を上記数値とすることで、酸化物半導体膜１１４に酸素を好適に供給することができる。
【００６１】
また、無機絶縁膜１２０として用いる金属酸化膜１２０ｂとしては、例えば、酸化アルミニウム膜を用いることができる。酸化アルミニウム膜は、好ましくは膜密度が３．２ｇ／ｃｍ３以上、さらに好ましくは３．６ｇ／ｃｍ３以上であるとよい。金属酸化膜１２０ｂとして、当該酸化アルミニウム膜を用いることで、耐湿性の高い無機絶縁膜１２０とすることができる。また、当該酸化アルミニウム膜は、パッシベーション能力が高く、酸素放出型の酸化膜１２０ａから放出される酸素の拡散を抑制することができる。
【００６２】
上記のような積層型の無機絶縁膜１２０の構成とすることで、ゲート絶縁膜１３０と合わせて、酸化物半導体膜１１４に好適に酸素を供給することができる。具体的には、酸化物半導体膜１１４は、ゲート絶縁膜１３０の一部として酸化物半導体膜１１４に接する側に設けられた酸素放出型の酸化膜１１２からと、無機絶縁膜１２０の一部として設けられた酸素放出型の酸化膜１２０ａからと、酸素が供給される。また、無機絶縁膜１２０は、酸素放出型の酸化膜１２０ａ上に金属酸化膜１２０ｂとして酸化アルミニウムを有している。酸化アルミニウム膜により、酸素放出型の酸化膜１２０ａから放出される酸素を外部に拡散するのをブロッキングし、酸化物半導体膜１１４側に酸素を放出させることで、好適に酸化物半導体膜１１４に酸素を供給することができる。
【００６３】
すなわち、酸化物半導体膜１１４は、断面構造において、酸化物半導体膜１１４の上下から当該酸化物半導体膜１１４に酸素が供給される構造である。
【００６４】
次に、図１（Ｃ）の半導体装置について説明を行う。
【００６５】
図１（Ｃ）に示す半導体装置は、図１（Ｂ）に示す半導体装置に、さらに有機絶縁膜、および導電膜を形成した構成となる。詳細は、以下のとおりである。
【００６６】
図１（Ｃ）に示す半導体装置は、基板１０２と、基板１０２上に形成された下地絶縁膜１０４と、下地絶縁膜１０４上に形成されたゲート電極１０６と、下地絶縁膜１０４、及びゲート電極１０６上に形成された酸化窒化シリコン膜１１０と、酸化窒化シリコン膜１１０上に形成された酸素放出型の酸化膜１１２と、酸素放出型の酸化膜１１２上に形成された酸化物半導体膜１１４と、酸素放出型の酸化膜１１２、及び酸化物半導体膜１１４上に形成されたソース電極１１６と、酸素放出型の酸化膜１１２、及び酸化物半導体膜１１４上に形成されたドレイン電極１１８と、酸化物半導体膜１１４、ソース電極１１６、及びドレイン電極１１８上に形成された無機絶縁膜１２０と、無機絶縁膜１２０上に形成された有機絶縁膜１２２と、有機絶縁膜１２２上に形成された導電膜１２４と、を有する。
【００６７】
また、図１（Ｃ）に示す半導体装置は、酸化窒化シリコン膜１１０と、酸素放出型の酸化膜１１２と、によりゲート絶縁膜１３０を構成しており、基板１０２、下地絶縁膜１０４、ゲート電極１０６、ゲート絶縁膜１３０、酸化物半導体膜１１４、ソース電極１１６、及びドレイン電極１１８により、トランジスタ１５０が形成されている。
【００６８】
なお、トランジスタ１５０は、図１（Ａ）、および図１（Ｂ）に示した構成と同様である。また、無機絶縁膜１２０は、図１（Ｂ）に示した構成と同様である。トランジスタ１５０、及び無機絶縁膜１２０は、先の記載を参酌することで形成できる。
【００６９】
有機絶縁膜１２２は、トランジスタ１５０の凹凸を平坦化することができる。また、有機絶縁膜１２２は、無機絶縁膜１２０よりも、膜厚を厚く形成することが可能であり、例えば、スピン塗布法などにより、アクリル系樹脂、及びポリイミド系樹脂等の有機樹脂膜を用いることができる。
【００７０】
導電膜１２４として用いることのできる材料は、例えば、酸化インジウム−酸化スズ（ＩＴＯ：Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）、珪素若しくは酸化珪素を含有した酸化インジウム−酸化スズ、酸化インジウム−酸化亜鉛、グラフェンなどの透光性を有する導電材料を用いることができる。
【００７１】
ただし、導電膜１２４として用いることのできる材料は、上記材料に限定されない。例えば、金属膜（アルミニウム、チタンなど）を用いることもできる。このような金属膜を用いることにより、トランジスタ１５０を外光から遮光することができるので、好適である。
【００７２】
また、導電膜１２４は、酸化物半導体膜１１４の重畳した領域に設けることができる。このような構成とすることで、断面において、酸化物半導体膜１１４の上側（所謂、バックチャネル側）の電位を制御することができる。また、導電膜の電位は、フローティングであってもよいし、ＧＮＤと同電位であってもよいし、ゲート電極１０６と同電位であってもよいし、ソース電極１１６、及びドレイン電極１１８と同電位であってもよい。
【００７３】
また、導電膜１２４は、外部からの静電気（所謂、ＥＳＤ：Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｓｔａｔｉｃ Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ）に対して、トランジスタ１５０を保護する機能も有する。トランジスタ１５０上に導電膜１２４を有することで、外部からの静電気放電等の電荷を当該導電膜１２４により、逃がすことができる。
【００７４】
以上のように、本実施の形態に示す酸化物半導体膜を用いた半導体装置において、ゲート絶縁膜を酸化窒化シリコン膜、及び酸素放出型の酸化膜により構成する。酸化窒化シリコン膜により被覆性が高く、絶縁耐性が高い、欠陥密度の低減されたゲート絶縁膜とすることができる。また、酸素放出型の酸化膜により酸化物半導体膜に酸素を供給することができる。したがって、安定した電気特性を付与した半導体装置を提供できる。
【００７５】
本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせて実施することができる。
【００７６】
（実施の形態２）
本実施の形態においては、実施の形態１の図１（Ａ）乃至図１（Ｃ）に示した半導体装置の作製方法について、図２乃至図４を用いて説明を行う。なお、図１で示した符号については、同様の符号を用い、その繰り返しの説明は省略する。
【００７７】
まず、基板１０２上に下地絶縁膜１０４を形成し、下地絶縁膜１０４上にゲート電極１０６を形成する（図２（Ａ）参照）。
【００７８】
基板１０２としては、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を用いる。量産する上では、基板１０２は、第８世代（２１６０ｍｍ×２４６０ｍｍ）、第９世代（２４００ｍｍ×２８００ｍｍ、または２４５０ｍｍ×３０５０ｍｍ）、第１０世代（２９５０ｍｍ×３４００ｍｍ）等のマザーガラスを用いることが好ましい。マザーガラスは、処理温度が高く、処理時間が長いと大幅に収縮するため、マザーガラスを使用して量産を行う場合、作製工程の加熱処理は、好ましくは６００℃以下、さらに好ましくは４５０℃以下、さらに好ましくは３５０℃以下とすることが望ましい。
【００７９】
下地絶縁膜１０４は、ＰＥ−ＣＶＤ法またはスパッタリング法を用いて５０ｎｍ以上６００ｎｍ以下の膜厚で、酸化シリコン膜、酸化ガリウム膜、酸化アルミニウム膜、窒化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜、酸化窒化アルミニウム膜、または窒化酸化シリコン膜から選ばれた一層またはこれらの積層を用いる。下地絶縁膜１０４により、基板１０２側からの不純物の進入を抑制することができる。なお、下地絶縁膜１０４が不要な場合、例えば、基板１０２の表面吸着した水分、及び基板１０２に含有する水分等が少ない場合には下地絶縁膜１０４を設けない構成としてもよい。
【００８０】
次に、下地絶縁膜１０４上に、導電膜を形成した後、フォトリソグラフィ工程、及びエッチング工程によりゲート電極１０６を形成する（図２（Ａ）参照）。ゲート電極１０６は、スパッタリング法等により、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、及びスカンジウム等の金属材料、または、これらを含む合金材料を用いて、単層、または積層して形成することができる。
【００８１】
次に、下地絶縁膜１０４、及びゲート電極１０６上に酸化窒化シリコン膜１１０を形成する（図２（Ｂ）参照）。
【００８２】
酸化窒化シリコン膜１１０は、ＰＥ−ＣＶＤ装置を用いて、形成することができる。酸化窒化シリコン膜１１０は、例えば、ＳｉＨ４、Ｎ２Ｏ、ＮＨ３、Ｏ２等のガスを用いて形成することができる。また、酸化窒化シリコン膜１１０の膜厚は、５０ｎｍ以上４００ｎｍ以下（好ましくは１００ｎｍ以上３００ｎｍ以下）とすることができる。
【００８３】
次に、酸化窒化シリコン膜１１０が形成された基板１０２に対して、加熱処理を行う。
【００８４】
なお、加熱処理としては、電気炉、もしくは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用いることができる。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。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。高温のガスには、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。また、高温のガスのその他の一例としては、酸素を用いてもよい。酸素を用いることにより、酸化窒化シリコン膜１１０からの酸素の脱離を抑制、または酸素の供給を行うことができる。
【００８５】
加熱処理温度は、基板１０２として、マザーガラスを用いた場合、処理温度が高く、処理時間が長いと大幅に収縮するため、好ましくは、２００℃以上４５０℃以下、さらに好ましくは、２５０℃以上３５０℃以下である。
【００８６】
なお、上記加熱処理を行うことで、酸化窒化シリコン膜１１０膜中の水、水素等の不純物を除去することができる。また、当該加熱処理により、酸化窒化シリコン膜１１０の膜中の欠陥密度を低減することができる。酸化窒化シリコン膜１１０は、ゲート絶縁膜の一部として機能するため、膜中の不純物、または膜中の欠陥密度が低減することにより、半導体装置の信頼性が向上する。例えば、半導体装置の信頼性試験の一つである光負バイアスストレス試験における半導体装置の劣化を抑制させることができる。
【００８７】
また、上記加熱処理は、のちに形成される酸素放出型の酸化膜１１２の成膜前処理として、行ってもよい。例えば、酸化窒化シリコン膜１１０を形成後、スパッタリング装置の予備加熱室で、真空中で加熱処理を行った後、酸素放出型の酸化膜１１２、及び酸化物半導体膜１１３を形成してもよい。
【００８８】
また、上記加熱処理は、複数回行ってもよい。例えば、酸化窒化シリコン膜１１０形成後、電気炉等により窒素雰囲気中で加熱処理を行い、その後、スパッタリング装置の予備加熱室で、真空中で加熱処理を行った後、酸素放出型の酸化膜１１２、及び酸化物半導体膜１１３を形成してもよい。
【００８９】
次に、酸化窒化シリコン膜１１０上に、酸素放出型の酸化膜１１２、及び酸化物半導体膜１１３を形成する（図２（Ｃ）参照）。なお、酸化窒化シリコン膜１１０と、酸素放出型の酸化膜１１２により、ゲート絶縁膜１３０が形成される。
【００９０】
酸素放出型の酸化膜１１２、及び酸化物半導体膜１１３は、マルチチャンバー構造のスパッタリング装置を用いて、真空中で連続して形成することができる。酸素放出型の酸化膜１１２と、酸化物半導体膜１１３と、を真空中で連続して形成することで、酸素放出型の酸化膜１１２と、酸化物半導体膜１１３との間の界面を清浄に保つことができる。
【００９１】
なお、酸素放出型の酸化膜１１２成膜前に加熱処理を行う場合、マルチチャンバー構造のスパッタリング装置を用いることで、加熱処理、酸素放出型の酸化膜１１２の成膜、及び酸化物半導体膜１１３の成膜を、真空中で連続して行うことができる。
【００９２】
酸素放出型の酸化膜１１２としては、例えば、スパッタリング法にて、Ｓｉターゲットを用い、不活性ガスと酸素ガスの混合ガス雰囲気下、または酸素ガス雰囲気下において、形成することができる。また、酸素放出型の酸化膜１１２の膜厚は、１０ｎｍ以上１５０ｎｍ以下（好ましくは２０ｎｍ以上１００ｎｍ以下）とすることができる。
【００９３】
また、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、交流電源を用いるＡＣスパッタリング法等がある。また、さらにパルス的にバイアスを与えるパルスＤＣスパッタリング法もある。酸素放出型の酸化膜１１２は、ＲＦスパッタリング法、ＡＣスパッタリング法を用いることで、緻密な膜が形成できるので好適である。
【００９４】
また、酸素放出型の酸化膜１１２、及び酸化物半導体膜１１３の形成工程において、酸素放出型の酸化膜１１２、及び酸化物半導体膜１１３に水素、または水がなるべく含まれないようにするために、酸素放出型の酸化膜１１２の前処理として、スパッタリング装置の予備加熱室、すなわち真空中で、酸化窒化シリコン膜１１０が形成された基板１０２の加熱処理を行い、基板１０２、及び酸化窒化シリコン膜１１０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。
【００９５】
酸素放出型の酸化膜１１２は、酸素の放出量が多い材料で形成する。例えば、酸素放出型の酸化膜１１２は、昇温脱離ガス分光法において、酸素原子に換算して酸素の放出量が、好ましくは１．０×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上、さらに好ましくは、１．０×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上、さらに好ましくは、１．０×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上である。酸素放出型の酸化膜１１２としては、例えば、スパッタリング法により形成された酸化シリコン膜を用いることができる。なお、酸素の放出量を上記数値とすることで、酸化物半導体膜１１３に酸素を好適に供給することができる。
【００９６】
また、酸素放出型の酸化膜１１２としては、例えば、酸素が過剰な酸化シリコン膜（ＳｉＯｘ（ｘ＞２））を組成とした膜を用いることができる。酸素が過剰な酸化シリコン膜とは、シリコン原子数の２倍より多い酸素原子を単位体積あたりに含む膜である。なお、単位体積あたりのシリコン原子数、及び酸素原子数は、ラザフォード後方散乱法により測定した値である。
【００９７】
また、酸素放出型の酸化膜１１２は、スパッタリング法により形成するのが好ましい。スパッタリング法により形成した酸素放出型の酸化膜１１２は、ＰＥ−ＣＶＤ法で形成した膜よりも酸素の放出量を多くすることができる。
【００９８】
酸化物半導体膜１１３としては、少なくともインジウム（Ｉｎ）または亜鉛（Ｚｎ）を含む酸化物が好ましい。特にＩｎとＺｎを含むことが好ましい。また、該酸化物を用いたトランジスタの電気特性のばらつきを減らすためのスタビライザーとして、それらに加えてガリウム（Ｇａ）を有することが好ましい。また、スタビライザーとしてスズ（Ｓｎ）を有することが好ましい。また、スタビライザーとしてハフニウム（Ｈｆ）を有することが好ましい。また、スタビライザーとしてアルミニウム（Ａｌ）を有することが好ましい。また、スタビライザーとしてチタン（Ｔｉ）を有することが好ましい。また、スタビライザーとしてジルコニウム（Ｚｒ）を有することが好ましい。
【００９９】
また、他のスタビライザーとして、ランタノイドである、ランタン（Ｌａ）、セリウム（Ｃｅ）、プラセオジム（Ｐｒ）、ネオジム（Ｎｄ）、サマリウム（Ｓｍ）、ユウロピウム（Ｅｕ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、テルビウム（Ｔｂ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）、ホルミウム（Ｈｏ）、エルビウム（Ｅｒ）、ツリウム（Ｔｍ）、イッテルビウム（Ｙｂ）、ルテチウム（Ｌｕ）のいずれか一種あるいは複数種を有してもよい。
【０１００】
例えば、酸化物半導体膜１１３として、酸化インジウム、酸化スズ、酸化亜鉛、二元系金属の酸化物であるＩｎ−Ｚｎ系酸化物、Ｓｎ−Ｚｎ系酸化物、Ａｌ−Ｚｎ系酸化物、Ｚｎ−Ｍｇ系酸化物、Ｓｎ−Ｍｇ系酸化物、Ｉｎ−Ｍｇ系酸化物、Ｉｎ−Ｇａ系酸化物、三元系金属の酸化物であるＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物（ＩＧＺＯとも表記する）、Ｉｎ−Ａｌ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｚｎ系酸化物、Ｓｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物、Ａｌ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物、Ｓｎ−Ａｌ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｈｆ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｌａ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｃｅ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｐｒ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｎｄ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｓｍ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｅｕ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｇｄ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｔｂ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｄｙ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｈｏ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｅｒ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｔｍ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｙｂ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｌｕ−Ｚｎ系酸化物、四元系金属の酸化物であるＩｎ−Ｓｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｈｆ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ａｌ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｓｎ−Ａｌ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｈｆ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｈｆ−Ａｌ−Ｚｎ系酸化物を用いることができる。
【０１０１】
なお、ここで、例えば、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物とは、ＩｎとＧａとＺｎを主成分として有する酸化物という意味であり、ＩｎとＧａとＺｎの比率は問わない。また、ＩｎとＧａとＺｎ以外の金属元素が入っていてもよい。
【０１０２】
また、酸化物半導体膜１１３として、ＩｎＭＯ３（ＺｎＯ）ｍ（ｍ＞０、且つ、ｍは整数でない）で表記される材料を用いてもよい。なお、Ｍは、Ｇａ、Ｆｅ、Ｍｎ及びＣｏから選ばれた一の金属元素または複数の金属元素を示す。また、酸化物半導体として、Ｉｎ２ＳｎＯ５（ＺｎＯ）ｎ（ｎ＞０、且つ、ｎは整数）で表記される材料を用いてもよい。
【０１０３】
例えば、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：１（＝１／３：１／３：１／３）あるいはＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝２：２：１（＝２／５：２／５：１／５）の原子比のＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物やその組成の近傍の酸化物を用いることができる。あるいは、Ｉｎ：Ｓｎ：Ｚｎ＝１：１：１（＝１／３：１／３：１／３）、Ｉｎ：Ｓｎ：Ｚｎ＝２：１：３（＝１／３：１／６：１／２）あるいはＩｎ：Ｓｎ：Ｚｎ＝２：１：５（＝１／４：１／８：５／８）の原子比のＩｎ−Ｓｎ−Ｚｎ系酸化物やその組成の近傍の酸化物を用いるとよい。
【０１０４】
しかし、これらに限られず、必要とする半導体特性（移動度、しきい値、ばらつき等）に応じて適切な組成のものを用いればよい。また、必要とする半導体特性を得るために、キャリア濃度や不純物濃度、欠陥密度、金属元素と酸素の原子数比、原子間距離、密度等を適切なものとすることが好ましい。
【０１０５】
例えば、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｚｎ系酸化物では比較的容易に高い移動度が得られる。しかしながら、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物でも、バルク内欠陥密度を下げることにより移動度を上げることができる。
【０１０６】
なお、例えば、Ｉｎ、Ｇａ、Ｚｎの原子数比がＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝ａ：ｂ：ｃ（ａ＋ｂ＋ｃ＝１）である酸化物の組成が、原子数比がＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝Ａ：Ｂ：Ｃ（Ａ＋Ｂ＋Ｃ＝１）の酸化物の組成のｒだけ近傍であるとは、ａ、ｂ、ｃが、（ａ−Ａ）２＋（ｂ−Ｂ）２＋（ｃ−Ｃ）２≦ｒ２を満たすことをいう。ｒとしては、例えば、０．０５とすればよい。他の酸化物でも同様である。
【０１０７】
酸化物半導体膜１１３は単結晶でも、非単結晶でもよい。後者の場合、アモルファスでも、多結晶でもよい。また、アモルファス中に結晶性を有する部分を含む構造でも、非アモルファスでもよい。
【０１０８】
アモルファス状態の酸化物半導体膜は、比較的容易に平坦な表面を得ることができるため、これを用いてトランジスタを作製した際の界面散乱を低減でき、比較的容易に、比較的高い移動度を得ることができる。
【０１０９】
また、結晶性を有する酸化物半導体膜では、よりバルク内欠陥を低減することができ、表面の平坦性を高めればアモルファス状態の酸化物半導体膜以上の移動度を得ることができる。表面の平坦性を高めるためには、平坦な表面上に酸化物半導体膜を形成することが好ましく、具体的には、平均面粗さ（Ｒａ）が１ｎｍ以下、好ましくは０．３ｎｍ以下、より好ましくは０．１ｎｍ以下の表面上に形成するとよい。
【０１１０】
酸化物半導体膜１１３として、結晶を含み、結晶性を有する酸化物半導体膜（結晶性酸化物半導体膜）を用いることができる。結晶性酸化物半導体膜における結晶状態は、結晶軸の方向が無秩序な状態でも、一定の配向性を有する状態であってもよい。
【０１１１】
例えば、結晶性酸化物半導体膜として、ＣＡＡＣ−ＯＳ（Ｃ Ａｘｉｓ Ａｌｉｇｎｅｄ Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）膜を用いることができる。
【０１１２】
ＣＡＡＣ−ＯＳ膜は、完全な単結晶ではなく、完全な非晶質でもない。ＣＡＡＣ−ＯＳ膜は、非晶質相に結晶部を有する結晶−非晶質混相構造の酸化物半導体層である。なお、当該結晶部は、一辺が１００ｎｍ未満の立方体内に収まる大きさであることが多い。また、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ：Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）による観察像では、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜に含まれる非晶質部と結晶部との境界は明確ではない。また、ＴＥＭによってＣＡＡＣ−ＯＳ膜には粒界（グレインバウンダリーともいう）は確認できない。そのため、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜は、粒界に起因する電子移動度の低下が抑制される。
【０１１３】
ＣＡＡＣ−ＯＳ膜に含まれる結晶部は、ｃ軸がＣＡＡＣ−ＯＳ膜の被形成面の法線ベクトルまたは表面の法線ベクトルに平行な方向に揃い、かつａｂ面に垂直な方向から見て三角形状または六角形状の原子配列を有し、ｃ軸に垂直な方向から見て金属原子が層状または金属原子と酸素原子とが層状に配列している。なお、異なる結晶部間で、それぞれａ軸およびｂ軸の向きが異なっていてもよい。本明細書において、単に垂直と記載する場合、８５°以上９５°以下の範囲も含まれることとする。また、単に平行と記載する場合、−５°以上５°以下の範囲も含まれることとする。
【０１１４】
なお、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜において、結晶部の分布が一様でなくてもよい。例えば、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜の形成過程において、酸化物半導体膜の表面側から結晶成長させる場合、被形成面の近傍に対し表面の近傍では結晶部の占める割合が高くなることがある。また、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜へ不純物を添加することにより、当該不純物添加領域において結晶部が非晶質化することもある。
【０１１５】
ＣＡＡＣ−ＯＳ膜に含まれる結晶部のｃ軸は、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜の被形成面の法線ベクトルまたは表面の法線ベクトルに平行な方向に揃うため、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜の形状（被形成面の断面形状または表面の断面形状）によっては互いに異なる方向を向くことがある。なお、結晶部のｃ軸の方向は、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜が形成されたときの被形成面の法線ベクトルまたは表面の法線ベクトルに平行な方向となる。結晶部は、成膜することにより、または成膜後に加熱処理などの結晶化処理を行うことにより形成される。
【０１１６】
ＣＡＡＣ−ＯＳ膜を用いたトランジスタは、可視光や紫外光の照射による電気特性の変動が小さい。よって、当該トランジスタは、信頼性が高い。
【０１１７】
酸化物半導体膜１１３として、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜を適用する場合、該ＣＡＡＣ−ＯＳ膜を得る方法としては、三つ挙げられる。一つ目は、成膜温度を１００℃以上４５０℃以下、更に好ましくは１５０℃以上４００℃以下として酸化物半導体層の成膜を行い、表面に概略垂直にｃ軸配向させる方法である。二つ目は、酸化物半導体層を薄い膜厚で成膜した後、２００℃以上７００℃以下の熱処理を行い、表面に概略垂直にｃ軸配向させる方法である。三つ目は、一層目として薄い膜厚で成膜した後、２００℃以上７００℃以下の熱処理を行い、二層目の成膜を行い、表面に概略垂直にｃ軸配向させる方法である。
【０１１８】
なお、酸化物半導体膜１１３として、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜以外の結晶性を有する酸化物半導体膜（単結晶または微結晶）を成膜する場合には、成膜温度は特に限定されない。
【０１１９】
また、酸化物半導体膜１１３は、エネルギーギャップが２．８ｅＶ乃至３．２ｅＶであり、シリコンのエネルギーギャップ１．１ｅＶと比較して大きい。また、酸化物半導体膜１１３の真性キャリア密度は、１０−９／ｃｍ３であり、シリコンの真性キャリア密度の１０１１／ｃｍ３と比較して極めて小さい。
【０１２０】
酸化物半導体膜１１３の多数キャリア（電子）は、トランジスタのソースから流れるのみである。また、チャネル形成領域を完全空乏化することが可能であるため、トランジスタのオフ電流を極めて小さくすることが可能である。酸化物半導体膜１１３を用いたトランジスタのオフ電流は、室温において、１０ｙＡ／μｍ以下、８５℃〜９５℃においても、１ｚＡ／μｍ以下となり、極めて小さい。
【０１２１】
また、本発明においては、酸化物半導体膜１１３の下地膜として、酸素放出型の酸化膜１１２が形成されている。酸化物半導体膜１１３は、酸素放出型の酸化膜１１２からの酸素供給により、酸素欠損の発生が抑制され、結晶性を向上させることができる。
【０１２２】
酸化物半導体膜１１３の膜厚は、１ｎｍ以上２００ｎｍ以下（好ましくは１５ｎｍ以上３０ｎｍ以下）とし、スパッタリング法、ＭＢＥ（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｂｅａｍ Ｅｐｉｔａｘｙ）法、ＣＶＤ法、パルスレーザ堆積法、ＡＬＤ（Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法等を適宜用いることができる。また、酸化物半導体膜１１３は、スパッタリングターゲット表面に対し、概略垂直に複数の基板表面がセットされた状態で成膜を行うスパッタ装置を用いて成膜してもよい。
【０１２３】
なお、酸化物半導体膜１１３は、成膜時に酸素が多く含まれるような条件（例えば、酸素１００％の雰囲気下でスパッタリング法により成膜を行うなど）で成膜して、酸素を多く含む（好ましくは酸化物半導体膜１１３が結晶状態における化学量論的組成に対し、酸素の含有量が過剰な領域が含まれている）膜とすることが好ましい。
【０１２４】
酸化物半導体膜１１３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は、例えば、組成比として、Ｉｎ２Ｏ３：Ｇａ２Ｏ３：ＺｎＯ＝１：１：２［ｍｏｌ比］の金属酸化物ターゲットを用い、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ膜を成膜する。また、このターゲットの材料及び組成に限定されず、例えば、Ｉｎ２Ｏ３：Ｇａ２Ｏ３：ＺｎＯ＝１：１：１［ｍｏｌ比］の金属酸化物ターゲットを用いてもよい。
【０１２５】
また、酸化物半導体膜１１３を上述した金属酸化物ターゲットを用いて形成した場合、ターゲットの組成と、基板上に形成される薄膜の組成と、が異なる場合がある。例えば、Ｉｎ２Ｏ３：Ｇａ２Ｏ３：ＺｎＯ＝１：１：１［ｍｏｌ比］の金属酸化物ターゲットを用いた場合、成膜条件にも依存するが、薄膜である酸化物半導体膜１１３の組成比は、Ｉｎ２Ｏ３：Ｇａ２Ｏ３：ＺｎＯ＝１：１：０．６〜０．８［ｍｏｌ比］となる場合がある。これは、酸化物半導体膜１１３を成膜中において、ＺｎＯが昇華する、またはＩｎ２Ｏ３、Ｇａ２Ｏ３、ＺｎＯの各成分のスパッタリングレートが異なるためだと考えられる。
【０１２６】
したがって、所望の組成の薄膜を形成したい場合においては、予め金属酸化物ターゲットの組成を調整する必要がある。例えば、薄膜である酸化物半導体膜１１３の組成比を、Ｉｎ２Ｏ３：Ｇａ２Ｏ３：ＺｎＯ＝１：１：１［ｍｏｌ比］とする場合においては、金属酸化物ターゲットの組成比を、Ｉｎ２Ｏ３：Ｇａ２Ｏ３：ＺｎＯ＝１：１：１．５［ｍｏｌ比］とすればよい。すなわち、金属酸化物ターゲットのＺｎＯの含有量を予め多くすればよい。ただし、ターゲットの組成は、上記数値に限定されず、成膜条件や、形成される薄膜の組成により適宜調整することができる。また、金属酸化物ターゲットのＺｎＯの含有量を多くすることにより、得られる薄膜の結晶性が向上するため好ましい。
【０１２７】
また、金属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％以下である。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１１３は緻密な膜とすることができる。
【０１２８】
酸化物半導体膜１１３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除去された高純度ガスを用いることが好ましい。
【０１２９】
スパッタリング装置の成膜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、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、水素原子、水（Ｈ２Ｏ）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。
【０１３０】
また、本実施の形態においては、酸素放出型の酸化膜１１２と、酸化物半導体膜１１３と、を大気開放せずに連続的に形成することができる。酸素放出型の酸化膜１１２と酸化物半導体膜１１３とを大気に暴露せずに真空中で連続して形成することにより、酸素放出型の酸化膜１１２の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。したがって、酸素放出型の酸化膜１１２と酸化物半導体膜１１３との界面を清浄に保つことができる。
【０１３１】
また、酸化物半導体膜１１３に、過剰な水素（水や水酸基を含む）を除去（脱水化または脱水素化）するための加熱処理を行ってもよい。加熱処理の温度は、３００℃以上７００℃以下、または基板の歪み点未満とする。加熱処理は減圧下、窒素雰囲気下、または酸素雰囲気下などで行うことができる。例えば、加熱処理装置の一つである電気炉に基板を導入し、酸化物半導体膜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う。
【０１３２】
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用いてもよい。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。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。高温のガスには、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。
【０１３３】
例えば、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入れ、数分間加熱した後、基板を不活性ガス中から出すＧＲＴＡを行ってもよい。
【０１３４】
その後、酸化物半導体膜１１３に対して、フォトリソグラフィ工程、及びエッチング工程を行い、島状の酸化物半導体膜１１４を形成する（図３（Ａ）参照）。
【０１３５】
また、脱水化又は脱水素化のための加熱処理は、酸化物半導体膜１１３の形成後、島状の酸化物半導体膜１１４の形成後、（後に形成される）ソース電極１１６、及びドレイン電極１１８の形成後であれば、どのタイミングで行ってもよい。
【０１３６】
なお、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、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。
【０１３７】
また、加熱処理で酸化物半導体膜１１４を加熱した後、同じ炉に高純度の酸素ガス、高純度の一酸化二窒素ガス、又は超乾燥エア（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、より好ましくは１０ｐｐｂ以下の空気）を導入してもよい。酸素ガスまたは一酸化二窒素ガスに、水、水素などが含まれないことが好ましい。または、熱処理装置に導入する酸素ガスまたは一酸化二窒素ガスの純度を、６Ｎ以上好ましくは７Ｎ以上（即ち、酸素ガスまた一酸化二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。酸素ガス又は一酸化二窒素ガスの作用により、脱水化または脱水素化処理による不純物の排除工程によって同時に減少してしまった酸化物半導体を構成する主成分材料である酸素を供給することによって、酸化物半導体膜１１３を高純度化及び電気的にＩ型（真性）化することができる。
【０１３８】
また、上述した加熱処理により、酸素放出型の酸化膜１１２は、酸素を放出し、酸化物半導体膜１１３に酸素を供給することができる。
【０１３９】
次に酸素放出型の酸化膜１１２、及び酸化物半導体膜１１４上に導電膜を形成し、当該導電膜をフォトリソグラフィ工程、及びエッチング工程を行い、ソース電極１１６、及びドレイン電極１１８を形成し、トランジスタ１５０を形成する。（図３（Ｂ）参照）。この段階で図１（Ａ）に示す半導体装置が形成される。
【０１４０】
ソース電極１１６、及びドレイン電極１１８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）等を用いることができる。また、Ａｌ、Ｃｕなどの金属膜の下側又は上側の一方または双方にＴｉ、Ｍｏ、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）を積層させた構成としても良い。
【０１４１】
次に、酸化物半導体膜１１４、ソース電極１１６、及びドレイン電極１１８上に無機絶縁膜１２０を形成する（図３（Ｃ）参照）。この段階で図１（Ｂ）に示す半導体装置が形成される。
【０１４２】
無機絶縁膜１２０としては、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコン、窒化シリコン、酸化ガリウム、酸化亜鉛、酸化ハフニウム、酸化アルミニウム等の無機材料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てもよく、本実施の形態においては、無機絶縁膜１２０として、酸素放出型の酸化膜１２０ａと、金属酸化膜１２０ｂの積層構造とする。
【０１４３】
酸素放出型の酸化膜１２０ａとしては、特に化学量論的組成を超える酸素を含有した酸化シリコン膜等を用いると好適である。化学量論的組成を超える酸素を含有した酸化シリコン膜により、酸化物半導体膜１１４へ酸素の供給を可能とし、酸化物半導体膜１１４の酸素欠損の発生を防ぐことができる。また、酸素放出型の酸化膜１２０ａは、ゲート絶縁膜１３０の一部として用いた、酸素放出型の酸化膜１１２と同様の材料を用いると好適である。このような構成とすることで、酸化物半導体膜１１４は、酸素放出型の酸化膜１１２からの酸素供給と酸素放出型の酸化膜１２０ａからの酸素供給と、断面において上下からの酸素供給が可能となるため好適である。また、酸素放出型の酸化膜１２０ａの膜厚は、５０ｎｍ以上４００ｎｍ以下（好ましくは１００ｎｍ以上３００ｎｍ以下）とすることができる。
【０１４４】
また、金属酸化膜１２０ｂとしては、例えば、酸化アルミニウム膜を用いることができる。酸化アルミニウム膜は、好ましくは膜密度が３．２ｇ／ｃｍ３以上、さらに好ましくは３．６ｇ／ｃｍ３以上であるとよい。金属酸化膜１２０ｂとして、当該酸化アルミニウム膜を用いることで、耐湿性の高い無機絶縁膜１２０とすることができる。また、当該酸化アルミニウム膜は、パッシベーション能力が高く、酸素放出型の酸化膜１２０ａから放出される酸素を、外部に拡散するのを抑制することができる。また、金属酸化膜１２０ｂの膜厚は、３０ｎｍ以上１５０ｎｍ以下（好ましくは５０ｎｍ以上１００ｎｍ以下）とすることができる。
【０１４５】
次に、無機絶縁膜１２０上に有機絶縁膜１２２を形成する（図４（Ａ）参照）。
【０１４６】
有機絶縁膜１２２は、トランジスタ１５０の凹凸を低減させることができる。有機絶縁膜１２２としては、例えば、ポリイミド系樹脂、アクリル系樹脂、ベンゾシクロブテン系樹脂、等の有機樹脂材料を用いることができる。
【０１４７】
次に、有機絶縁膜１２２上に導電膜１２４を形成する（図４（Ｂ）参照）。この段階で図１（Ｃ）に示す半導体装置が形成される。
【０１４８】
導電膜１２４としては、例えば、酸化インジウム−酸化スズ（ＩＴＯ：Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）、珪素若しくは酸化珪素を含有した酸化インジウム−酸化スズ、酸化インジウム−酸化亜鉛、グラフェンなどの透光性を有する導電材料を用いることができる。
【０１４９】
ただし、導電膜１２４として用いることのできる材料は、上記材料に限定されない。例えば、金属膜（アルミニウム、チタンなど）を用いることもできる。このような金属膜を用いることにより、トランジスタ１５０を外光から遮光することができるので、好適である。
【０１５０】
また、導電膜１２４は、外部からの静電気（所謂、ＥＳＤ：Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｓｔａｔｉｃ Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ）に対して、トランジスタ１５０を保護する機能も有する。トランジスタ１５０上に導電膜１２４を有することで、外部からの静電気放電等の電荷を導電膜１２４により、逃がすことができる。
【０１５１】
以上の工程により、実施の形態１に示した図１（Ａ）乃至図１（Ｃ）の半導体装置を作製することができる。
【０１５２】
以上のように、本実施の形態に示す酸化物半導体膜を用いた半導体装置において、ゲート絶縁膜を酸化窒化シリコン膜、及び酸素放出型の酸化膜により構成する。酸化窒化シリコン膜により被覆性が高く、絶縁耐性が高い、欠陥密度の低減されたゲート絶縁膜とすることができる。また、酸素放出型の酸化膜により酸化物半導体膜に酸素を供給することができる。したがって、安定した電気特性を付与した半導体装置を提供できる。
【０１５３】
また、酸素放出型の酸化膜と、酸化物半導体膜と、を大気に暴露せずに真空中で連続して形成することにより、酸素放出型の酸化膜と酸化物半導体膜との界面を清浄に保つことができる。したがって、安定した電気特性を付与した半導体装置の作製方法を提供できる。
【０１５４】
本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせて実施することができる。
【０１５５】
（実施の形態３）
本実施の形態においては、実施の形態１の図１（Ｃ）に示した半導体装置の変形例について、図５（Ａ）乃至図５（Ｃ）を用いて説明を行う。なお、図１と同様の部分については、同様の符号を用い、その繰り返しの説明は省略する。
【０１５６】
また、図５（Ｃ）に示す半導体装置は、本実施の形態の一例であり、図５（Ａ）、及び図５（Ｂ）は、図５（Ｃ）に示す半導体装置の作製方法を説明する図である。
【０１５７】
図５（Ｃ）に示す半導体装置は、基板１０２と、基板１０２上に形成された下地絶縁膜１０４と、下地絶縁膜１０４上に形成されたゲート電極１０６と、下地絶縁膜１０４、及びゲート電極１０６上に形成された酸化窒化シリコン膜１１０と、酸化窒化シリコン膜１１０上に形成された酸素放出型の酸化膜１１２と、酸素放出型の酸化膜１１２上に形成された酸化物半導体膜１１４と、酸素放出型の酸化膜１１２、及び酸化物半導体膜１１４上に形成されたソース電極１１６と、酸素放出型の酸化膜１１２、及び酸化物半導体膜１１４上に形成されたドレイン電極１１８と、酸化物半導体膜１１４、ソース電極１１６、及びドレイン電極１１８上に形成された無機絶縁膜１２０と、無機絶縁膜１２０上に形成された有機絶縁膜１２２と、有機絶縁膜１２２上に形成された導電膜１２４と、を有する。
【０１５８】
また、図５（Ｃ）に示す半導体装置は、酸化窒化シリコン膜１１０と、酸素放出型の酸化膜１１２と、によりゲート絶縁膜１３０を構成しており、基板１０２、下地絶縁膜１０４、ゲート電極１０６、ゲート絶縁膜１３０、酸化物半導体膜１１４、ソース電極１１６、及びドレイン電極１１８により、トランジスタ１５０が形成されている。
【０１５９】
なお、トランジスタ１５０は、実施の形態１に示した図１（Ａ）乃至図１（Ｃ）に示した半導体装置の構成と同様である。また、無機絶縁膜１２０は、実施の形態１の図１（Ｂ）、及び図１（Ｃ）に示した半導体装置の構成と同様である。また、有機絶縁膜１２２は、実施の形態１の図１（Ｃ）に示した半導体装置と同様である。トランジスタ１５０、無機絶縁膜１２０、及び有機絶縁膜１２２は、先の記載を参酌することで形成できる。
【０１６０】
本実施の形態に示すトランジスタ１５０は、図１（Ｃ）に示す半導体装置との違いとして、無機絶縁膜１２０、及び有機絶縁膜１２２に開口部１２６を有している。また、有機絶縁膜１２２上に形成された導電膜１２４は、無機絶縁膜１２０、及び有機絶縁膜１２２を介して、開口部１２６により、ドレイン電極１１８と接続されている。
【０１６１】
このような構成とすることで、導電膜１２４は、ドレイン電極１１８と同電位とすることができる。また、導電膜１２４は、多種の用途で用いることができる。例えば、トランジスタ１５０を表示装置の画素用トランジスタとした場合においては、導電膜１２４は、画素電極として機能することができる。また、その他の一例として、導電膜１２４は、トランジスタ１５０のバックゲート（もしくは、第２のゲート電極ともいう。）として機能し、トランジスタ１５０のしきい値電圧（Ｖｔｈ）の制御等を行ってもよい。また、複数のトランジスタを有する場合において、トランジスタ１５０と、他の一方のトランジスタとの接続電極として機能してもよい。
【０１６２】
なお、導電膜１２４として用いることのできる材料は、例えば、酸化インジウム−酸化スズ（ＩＴＯ：Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）、珪素若しくは酸化珪素を含有した酸化インジウム−酸化スズ、酸化インジウム−酸化亜鉛、グラフェンなどの透光性を有する導電材料を用いることができる。
【０１６３】
ただし、導電膜１２４として用いることのできる材料は、上記材料に限定されない。例えば、金属膜（アルミニウム、チタンなど）を用いることもできる。このような金属膜を用いることにより、トランジスタ１５０を外光から遮光することができるので、好適である。
【０１６４】
また、導電膜１２４は、酸化物半導体膜１１４の重畳した領域に設けることができる。このような構成とすることで、断面において、酸化物半導体膜１１４の上側（所謂、バックチャネル側）の電位を制御することができる。また、導電膜の電位は、フローティングであってもよいし、ＧＮＤと同電位であってもよいし、ゲート電極１０６と同電位であってもよいし、ソース電極１１６、及びドレイン電極１１８と同電位であってもよい。
【０１６５】
また、導電膜１２４は、外部からの静電気（所謂、ＥＳＤ：Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｓｔａｔｉｃ Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ）に対して、トランジスタ１５０を保護する機能も有する。トランジスタ１５０上に導電膜１２４を有することで、外部からの静電気放電等の電荷を当該導電膜１２４により、逃がすことができる。
【０１６６】
ここで、図５（Ｃ）に示した半導体装置の作製方法について、図５（Ａ）、及び図５（Ｂ）を用いて、説明を行う。
【０１６７】
なお、図５（Ａ）に示す半導体装置は、実施の形態２の図４（Ａ）に示す半導体装置と同様の断面図を示しており、図２（Ａ）乃至図２（Ｃ）、及び図３（Ａ）乃至図３（Ｃ）を参酌することで、作製することができる。よって、本実施の形態においては、その作製方法の記載は、省略する。
【０１６８】
トランジスタ１５０上に形成された無機絶縁膜１２０、及び有機絶縁膜１２２に開口部１２６を形成する（図５（Ｂ）参照）。
【０１６９】
開口部１２６は、所望の領域にパターニングを行い、ドライエッチング、またはウエットエッチングにより形成することができる。もちろん、ドライエッチングと、ウエットエッチングと、双方を組み合わせて形成してもよい。
【０１７０】
開口部１２６は、ドレイン電極１１８に達すればよく、無機絶縁膜１２０、及び有機絶縁膜１２２が階段状の形状、または垂直形状など、形状は特に限定されない。ただし、図５（Ａ）に示すように、テーパー形状とすることで、のちに形成される導電膜１２４を段切れなく形成できるため、好適である。
【０１７１】
次に、ドレイン電極１１８、有機絶縁膜１２２、及び開口部１２６上に導電膜１２４を形成する（図５（Ｃ）参照）。
【０１７２】
以上の工程により、図５（Ｃ）に示す半導体装置を作製することができる。
【０１７３】
以上のように、本実施の形態に示す酸化物半導体膜を用いた半導体装置において、ゲート絶縁膜を酸化窒化シリコン膜、及び酸素放出型の酸化膜により構成する。酸化窒化シリコン膜により被覆性が高く、絶縁耐性が高い、欠陥密度の低減されたゲート絶縁膜とすることができる。また、酸素放出型の酸化膜により酸化物半導体膜に酸素を供給することができる。したがって、安定した電気特性を付与した半導体装置を提供できる。
【０１７４】
本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせて実施することができる。
【０１７５】
（実施の形態４）
実施の形態１乃至実施の形態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。
【０１７６】
図６（Ａ）において、第１の基板４０１上に設けられた画素部４０２、ソースドライバ回路部４０３、及びゲートドライバ回路部４０４を有し、画素部４０２、ソースドライバ回路部４０３、及びゲートドライバ回路部４０４を囲むようにして、シール材４０６が設けられ、第２の基板４０７によって封止されている。また画素部４０２と、ソースドライバ回路部４０３、及びゲートドライバ回路部４０４の上に第２の基板４０７が設けられている。よって画素部４０２と、ソースドライバ回路部４０３と、ゲートドライバ回路部４０４とは、第１の基板４０１とシール材４０６と第２の基板４０７とによって、表示素子と共に封止されている。
【０１７７】
また、図６（Ａ）においては、第１の基板４０１上のシール材４０６によって囲まれている領域とは異なる領域に、画素部４０２、ソースドライバ回路部４０３、及びゲートドライバ回路部４０４と電気的に接続されているＦＰＣ端子部４０５（ＦＰＣ：Ｆｌｅｘｉｂｌｅ ｐｒｉｎｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ）が設けられており、ＦＰＣ端子部４０５には、ＦＰＣ４１８が接続され、画素部４０２、ソースドライバ回路部４０３、及びゲートドライバ回路部４０４に与えられる各種信号、及び電位は、ＦＰＣ４１８により供給されている。
【０１７８】
また、図６（Ａ）においては、ソースドライバ回路部４０３、及びゲートドライバ回路部４０４を画素部４０２と同じ第１の基板４０１に形成している例を示しているが、この構成に限定されない。例えば、ゲートドライバ回路部４０４のみを第１の基板４０１に形成しても良いし、ソースドライバ回路部４０３のみを第１の基板４０１に形成しても良い。この場合、別途用意されたソースドライバ回路、またはゲートドライバ回路等が形成された基板（例えば、単結晶半導体膜、多結晶半導体膜で形成された駆動回路基板）を、第１の基板４０１に実装する構成としても良い。
【０１７９】
なお、別途形成した駆動回路基板の接続方法は、特に限定されるものではなく、ＣＯＧ（Ｃｈｉｐ Ｏｎ Ｇｌａｓｓ）方法、ワイヤボンディング方法、或いはＴＡＢ（Ｔａｐｅ Ａｕｔｏｍａｔｅｄ Ｂｏｎｄｉｎｇ）方法などを用いることができる。
【０１８０】
また、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。
【０１８１】
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（Ｔａｐｅ Ｃａｒｒｉｅｒ Ｐａｃｋａｇｅ）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方式により駆動回路基板、または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。
【０１８２】
また、第１の基板４０１上に設けられた画素部４０２、ソースドライバ回路部４０３、及びゲートドライバ回路部４０４は、トランジスタを複数有しており、実施の形態１乃至実施の形態３で例示したトランジスタを適用することができる。例えば、図６（Ａ）に示した半導体装置の画素部４０２、及びソースドライバ回路部４０３のトランジスタの構成の一例を図６（Ｂ）に示す。
【０１８３】
図６（Ｂ）に示す半導体装置は、図６（Ａ）に示す破線Ｑ−Ｒにおける拡大図に相当する。画素部４０２は、トランジスタ４１０を含む複数のトランジスタを有しており、ソースドライバ回路部４０３は、トランジスタ４１１を含む複数のトランジスタを有している。なお、図６（Ｂ）においては、構成要素の一部（例えば、ゲート絶縁膜、無機絶縁膜など）は、図面の煩雑を避けるために省略している。
【０１８４】
画素部４０２に含まれるトランジスタ４１０は、各画素のスイッチングの機能を有し、マトリクス状に形成された各々の画素の制御を行うことができる。また、ソースドライバ回路部４０３に含まれるトランジスタ４１１は、マトリクス状に形成された各々の画素に接続されているソース線の選択、制御等を行うことができる。
【０１８５】
また、本実施の形態においては、画素部４０２に含まれるトランジスタ４１０は、上方に導電膜を形成しない構成であり、ソースドライバ回路部４０３に含まれるトランジスタ４１１は、上方に導電膜を形成する構成を示している。
【０１８６】
また、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）、有機ＥＬ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。
【０１８７】
表示装置に設けられる表示素子の一形態について、図７（Ａ）、及び図７（Ｂ）を用いて説明する。図７（Ａ）、及び図７（Ｂ）に示す半導体装置は、図６（Ａ）、及び図６（Ｂ）に示す破線Ｑ−Ｒにおける断面図に相当する。
【０１８８】
図７（Ａ）、及び図７（Ｂ）に示す半導体装置は、第１の基板４０１上に設けられたＦＰＣ端子部４０５に、接続端子電極層４１５、及び端子電極層４１６を有しており、接続端子電極層４１５、及び端子電極層４１６はＦＰＣ４１８が有する端子と異方性導電膜４１９を介して、電気的に接続されている。
【０１８９】
接続端子電極層４１５は、導電膜４３０ａ、及び導電膜４３０ｂと同じ工程で形成され、端子電極層４１６は、トランジスタ４１０、及びトランジスタ４１１のソース電極、及びドレイン電極と同じ工程で形成されている。
【０１９０】
また、第１の基板４０１上に設けられた画素部４０２と、ソースドライバ回路部４０３は、トランジスタを複数有しており、図７（Ａ）、及び図７（Ｂ）では、画素部４０２に含まれるトランジスタ４１０と、ソースドライバ回路部４０３に含まれるトランジスタ４１１とを例示している。
【０１９１】
なお、本実施の形態においては、画素部４０２に含まれるトランジスタ４１０と、ソースドライバ回路部４０３に含まれるトランジスタ４１１は、同一のサイズの構成としているが、これに限定されない。画素部４０２、及びソースドライバ回路部４０３に用いるトランジスタは、適宜サイズ（Ｌ／Ｗ）、または用いるトランジスタ数などを変えて用いることができる。また、図７（Ａ）、及び図７（Ｂ）においては、ゲートドライバ回路部４０４は、図示していないが、接続先、または接続方法等が異なるが、ソースドライバ回路部４０３と同様の構成とすることができる。
【０１９２】
また、図７（Ａ）、及び図７（Ｂ）において、トランジスタ４１０、及びトランジスタ４１１は、ゲート絶縁膜が、酸化窒化シリコン膜４２１ａ、及び酸素放出型の酸化膜４２１ｂにより構成されている。酸素放出型の酸化膜４２１ｂは、酸化物半導体膜に接して設けられ、当該酸化物半導体膜に酸素を供給することができる。よって、トランジスタ４１０、及びトランジスタ４１１は、酸化物半導体膜中の酸素欠損に伴う、キャリアの発生が抑制されており、電気的に安定である。
【０１９３】
このように、図６に示す本実施の形態の半導体装置として、トランジスタ４１０、及びトランジスタ４１１を用い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。
【０１９４】
また、図７（Ａ）、及び図７（Ｂ）において、トランジスタ４１０、及びトランジスタ４１１上に、無機絶縁膜４２０、無機絶縁膜４２２、及び有機絶縁膜４２４が設けられている。なお、絶縁膜４２３は下地膜として機能する下地絶縁膜である。
【０１９５】
本実施の形態では、無機絶縁膜４２０としては、酸化シリコン膜を用い、無機絶縁膜４２２としては、酸化アルミニウム膜を用いる。なお、無機絶縁膜４２０、及び無機絶縁膜４２２は、スパッタリング法やプラズマＣＶＤによって形成することができる。
【０１９６】
無機絶縁膜４２０として設けられる酸化シリコン膜は、酸化物半導体膜と接して設けられ、酸素を酸化物半導体膜に供給することができる。
【０１９７】
無機絶縁膜４２２として設けられる酸化アルミニウム膜は、水素、水分などの不純物、及び酸素の両方に対して膜を透過させない遮断効果（ブロック効果）が高い。従って、酸化アルミニウム膜は、作製工程中及び作製後において、変動要因となる水素、水分などの不純物の酸化物半導体膜への混入、及び酸化物半導体膜を構成する主成分材料である酸素の酸化物半導体膜からの放出を防止する保護膜として機能する。
【０１９８】
また、有機絶縁膜４２４としては、アクリル系樹脂、ポリイミド系樹脂、ベンゾシクロブテン系樹脂、ポリアミド系樹脂、エポキシ系樹脂等の、耐熱性を有する有機材料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、有機絶縁膜４２４を形成してもよい。
【０１９９】
また、本実施の形態では、ソースドライバ回路部４０３に形成されたトランジスタ４１１は、有機絶縁膜４２４上に、酸化物半導体膜のチャネル形成領域と重畳した位置に導電膜４３０ａが設けられている構成である。しかし、この構成に限定されず、導電膜４３０ａを設けない構成としても良い。導電膜４３０ａを酸化物半導体膜のチャネル形成領域と重畳した位置に設けることによって、ＢＴ試験前後におけるトランジスタ４１１のしきい値電圧の変化量を低減することができる。また、導電膜４３０ａは、電位がトランジスタ４１１のゲート電極層と同じでもよいし、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、導電膜４３０ａの電位がＧＮＤ、０Ｖ、或いはフローティング状態であってもよい。
【０２００】
なお、導電膜４３０ａは、外部の電場を遮蔽する、すなわち外部の電場が内部（トランジスタ４１１を含む回路部）に作用しないようにする機能（特に静電気に対する静電遮蔽機能）も有する。導電膜４３０ａの遮蔽機能により、静電気などの外部の電場の影響によりトランジスタ４１１の電気的な特性が変動することを防止することができる。なお、導電膜４３０ａは、トランジスタ４１１と重畳するような広範囲に設けてもよい。これによりさらなる静電遮蔽機能の向上が見込まれる。
【０２０１】
また、本実施の形態では、画素部４０２に形成されたトランジスタ４１０は、有機絶縁膜４２４上に、ソース電極またはドレイン電極と接する導電膜４３０ｂが設けられた構成である。導電膜４３０ｂは、画素部４０２において、画素電極としての機能を有する。なお、本実施の形態においては、画素部４０２に形成されたトランジスタ４１０は、酸化物半導体膜のチャネル形成領域と重畳した位置に導電膜４３０ｂを有していない構成である。しかし、この構成に限定されず、ソースドライバ回路部４０３に形成されたトランジスタ４１１と同様の構成としても良い。
【０２０２】
画素部４０２に設けられたトランジスタ４１０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。
【０２０３】
図７（Ａ）に示す表示装置は、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７（Ａ）において、表示素子である液晶素子４１３は、導電膜４３０ｂ、対向電極４３１、及び液晶層４０８を含む。なお、液晶層４０８を挟持するように配向膜として機能する絶縁膜４３２、絶縁膜４３３が設けられている。対向電極４３１は第２の基板４０７側に設けられ、導電膜４３０ｂと対向電極４３１とは液晶層４０８を介して積層する構成となっている。
【０２０４】
また、スペーサ４３５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４０８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、球状のスペーサを用いていても良い。
【０２０５】
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。
【０２０６】
また、横電界方式を採用する場合、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数重量％以上のカイラル剤を混合させた液晶組成物を用いて液晶層に用いる。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。酸化物半導体膜を用いるトランジスタは、静電気の影響によりトランジスタの電気的な特性が著しく変動して設計範囲を逸脱する恐れがある。よって酸化物半導体膜を用いるトランジスタを有する液晶表示装置にブルー相の液晶材料を用いることはより効果的である。
【０２０７】
また、液晶材料の固有抵抗は、１×１０９Ω・ｃｍ以上であり、好ましくは１×１０１１Ω・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の値は、２０℃で測定した値とする。
【０２０８】
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。保持容量の大きさは、トランジスタのオフ電流等を考慮して設定すればよい。高純度且つ酸素欠損の形成を抑制した酸化物半導体層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。
【０２０９】
本実施の形態で用いる高純度化し、酸素欠損の形成を抑制した酸化物半導体層を有するトランジスタは、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。
【０２１０】
また、本実施の形態で用いる高純度化し、酸素欠損の形成を抑制した酸化物半導体層を有するトランジスタは、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。例えば、このような高速駆動が可能なトランジスタを液晶表示装置に用いることで、画素部のスイッチングトランジスタと、駆動回路部に使用するドライバトランジスタを同一基板上に形成することができる。すなわち、別途駆動回路として、シリコンウェハ等により形成された半導体装置を用いる必要がないため、半導体装置の部品点数を削減することができる。また、画素部においても、高速駆動が可能な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。
【０２１１】
液晶表示装置には、ＴＮ（Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ）モード、ＩＰＳ（Ｉｎ−Ｐｌａｎｅ−Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）モード、ＦＦＳ（Ｆｒｉｎｇｅ Ｆｉｅｌｄ Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）モード、ＡＳＭ（Ａｘｉａｌｌｙ Ｓｙｍｍｅｔｒｉｃ ａｌｉｇｎｅｄ Ｍｉｃｒｏ−ｃｅｌｌ）モード、ＯＣＢ（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｄ Ｂｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｃｅ）モード、ＦＬＣ（Ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ）モード、ＡＦＬＣ（ＡｎｔｉＦｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ）モードなどを用いることができる。
【０２１２】
また、ノーマリ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。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 Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）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、ＶＡ型の液晶表示装置にも適用することができる。ＶＡ型の液晶表示装置とは、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る。ＶＡ型の液晶表示装置は、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。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。
【０２１３】
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。
【０２１４】
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、開示する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。
【０２１５】
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ＥＬ素子、後者は無機ＥＬ素子と呼ばれている。
【０２１６】
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。
【０２１７】
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。
【０２１８】
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光性であればよい。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。
【０２１９】
図７（Ｂ）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４５３は、画素部４０２に設けられたトランジスタ４１０と電気的に接続している。なお発光素子４５３の構成は、導電膜４３０ｂ、電界発光層４５２、上部電極４５１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４５３から取り出す光の方向などに合わせて、発光素子４５３の構成は適宜変えることができる。
【０２２０】
隔壁４５０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、導電膜４３０ｂ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。
【０２２１】
電界発光層４５２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。
【０２２２】
発光素子４５３に酸素、水素、水分、二酸化炭素等が侵入しないように、上部電極４５１、及び隔壁４５０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４０１、第２の基板４０７、及びシール材４０６によって封止された空間には充填材４５４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。
【０２２３】
充填材４５４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）、アクリル系樹脂、ポリイミド系樹脂、エポキシ系樹脂、シリコーン系樹脂、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４５４として、窒素を用いればよい。
【０２２４】
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。
【０２２５】
なお、図７（Ａ）、及び図７（Ｂ）において、第１の基板４０１、第２の基板４０７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（Ｆｉｂｅｒｇｌａｓｓ−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。
【０２２６】
以上のように実施の形態１乃至実施の形態３で示したトランジスタを適用することで、様々な機能を有する半導体装置を提供することができる。
【０２２７】
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。
【０２２８】
（実施の形態５）
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（ＰＤＡ）、携帯端末（スマートフォン、タブレットＰＣ等を含む）、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半導体装置を具備する電子機器の例について図８、及び図９を用いて説明する。
【０２２９】
図８（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３００２、表示部３００３、キーボード３００４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。
【０２３０】
図８（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。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。
【０２３１】
図８（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２７０１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２７０３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。
【０２３２】
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８（Ｃ）では表示部２７０５）に文章を表示し、左側の表示部（図８（Ｃ）では表示部２７０７）に画像を表示することができる。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。表示部２７０５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るため、太陽電池を設け、太陽電池による発電、及びバッテリーでの充電を行えるようにしてもよい。なおバッテリーとしては、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。
【０２３３】
また、図８（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。
【０２３４】
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。
【０２３５】
図８（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、携帯型情報端末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２８０１内部に内蔵されている。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。
【０２３６】
また、表示パネル２８０２はタッチパネルを備えており、図８（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。
【０２３７】
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８（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。
【０２３８】
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。
【０２３９】
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。
【０２４０】
図８（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。
【０２４１】
図８（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。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。
【０２４２】
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。
【０２４３】
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。
【０２４４】
図９は、タブレットＰＣの一例を示しており、図９（Ａ−１）乃至図９（Ａ−３）は、タブレットＰＣ５０００を示し、図９（Ｂ）は、タブレットＰＣ６０００を示している。
【０２４５】
図９（Ａ−１）乃至図９（Ａ−３）に示すタブレットＰＣ５０００において、図９（Ａ−１）は正面図を、図９（Ａ−２）は側面図を、図９（Ａ−３）は背面図を、それぞれ示している。また、図９（Ｂ）に示すタブレットＰＣ６０００においては、正面図を示している。
【０２４６】
タブレットＰＣ５０００は、筐体５００１、表示部５００３、電源ボタン５００５、前面カメラ５００７、背面カメラ５００９、第１の外部接続端子５０１１、及び第２の外部接続端子５０１３などにより構成されている。
【０２４７】
また、表示部５００３は、筐体５００１に組み込まれており、タッチパネルとしても用いることができる。例えば、表示部５００３上にアイコン５０１５等を表示させて、メールや、スケジュール管理といった作業を行うことができる。また、筐体５００１には、正面側に前面カメラ５００７が組み込まれており、使用者側の映像を撮影することができる。また、筐体５００１には、背面側に背面カメラ５００９が組み込まれており、使用者と反対側の映像を撮影することができる。また、筐体５００１には、第１の外部接続端子５０１１、及び第２の外部接続端子５０１３を備えており、例えば、第１の外部接続端子５０１１により、イヤホン等に音声を出力し、第２の外部接続端子５０１３により、データの移動等を行うことができる。
【０２４８】
次に、図９（Ｂ）に示すタブレットＰＣ６０００は、第１の筐体６００１、第２の筐体６００３、ヒンジ部６００５、第１の表示部６００７、第２の表示部６００９、電源ボタン６０１１、第１のカメラ６０１３、第２のカメラ６０１５などにより構成されている。
【０２４９】
また、第１の表示部６００７は、第１の筐体６００１に組み込まれており、第２の表示部６００９は、第２の筐体６００３に組み込まれている。第１の表示部６００７、及び第２の表示部６００９は、例えば、第１の表示部６００７を表示用パネルとして使用し、第２の表示部６００９をタッチパネルとする。第１の表示部６００７に表示されたテキストアイコン６０１７を確認し、第２の表示部６００９に表示させたアイコン６０１９、またはキーボード６０２１（実際には第２の表示部６００９に表示されたキーボード画像）を用いて、画像の選択、または文字の入力等を行うことができる。もちろん、第１の表示部６００７がタッチパネルであり、第２の表示部６００９が表示用パネルといった構成や、第１の表示部６００７、及び第２の表示部６００９ともにタッチパネルといった構成としてもよい。
【０２５０】
また、第１の筐体６００１と、第２の筐体６００３は、ヒンジ部６００５により接続されており、第１の筐体６００１と、第２の筐体６００３と、を開閉することができる。このような構成とすることにより、タブレットＰＣ６０００を持ち運ぶ際に、第１の筐体６００１に組み込まれた表示部６００７と、第２の筐体６００３に組み込まれた表示部６００９と、を合わせることで、表示部６００７、及び表示部６００９の表面（例えば、プラスチック基板等）を保護することができるので好適である。
【０２５１】
また、第１の筐体６００１と第２の筐体６００３は、ヒンジ部６００５により、分離できる構成としても良い（所謂コンバーチブル型）。このような構成とすることで、例えば、第１の筐体６００１を縦置きとし、第２の筐体６００３を横置きとして使用するといったように、使用範囲が広がるので好適である。
【０２５２】
また、第１のカメラ６０１３、及び第２のカメラ６０１５により、３Ｄ画像の撮影を行うこともできる。
【０２５３】
また、タブレットＰＣ５０００、及びタブレットＰＣ６０００は、無線で情報を送受信できる構成としてもよい。例えば、無線により、インターネット等に接続し、所望の情報を購入し、ダウンロードする構成とすることも可能である。
【０２５４】
また、タブレットＰＣ５０００、及びタブレットＰＣ６０００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タッチ入力操作又は編集するタッチ入力機能、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。また、外光の光量に応じて表示の輝度を最適にすることができる光センサや、ジャイロセンサ、加速度センサの傾きを検出するセンサなどといった検出装置を内蔵させてもよい。
【０２５５】
上記実施の形態で示した半導体装置をタブレットＰＣ５０００の表示部５００３、タブレットＰＣ６０００の第１の表示部６００７、または／および第２の表示部６００９に適用することにより、信頼性の高い半導体装置とすることができる。
【０２５６】
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。
【実施例１】
【０２５７】
本実施例においては、本発明の一態様として用いることのできる酸素放出型の酸化膜について、評価を行った。
【０２５８】
評価方法としては、昇温脱離ガス分光法（ＴＤＳ：Ｔｈｅｒｍａｌ Ｄｅｓｏｒｐｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）により評価を行った。
【０２５９】
また、評価サンプルとしては、窒化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜、及び酸化シリコン膜の３種類を作製した。窒化シリコン膜のサンプルを試料１、酸化窒化シリコン膜のサンプルを試料２、酸化シリコン膜のサンプルを試料３とした。
【０２６０】
以下に、各試料の構造、及び形成条件の詳細を記載する。
【０２６１】
（試料１）
ガラス基板上に、ＰＥ−ＣＶＤ装置を用い、ＳｉＨ４／Ｈ２／ＮＨ３＝３０／８００／３００ｓｃｃｍ、成膜電力＝６００Ｗ（ＲＦ）、成膜圧力＝６０Ｐａ、基板温度＝３３０℃の条件で窒化シリコン膜（ＳｉＮｘ）を形成した。なお、用いたガラス基板は、厚さ０．７ｍｍとし、窒化シリコン膜の膜厚は、１００ｎｍとした。
【０２６２】
（試料２）
ガラス基板上に、ＰＥ−ＣＶＤ装置を用い、ＳｉＨ４／Ｎ２Ｏ＝１０／１２００ｓｃｃｍ、成膜電力＝３０Ｗ（ＲＦ）、成膜圧力＝２２Ｐａ、基板温度＝３３０℃の条件で酸化窒化シリコン膜（ＳｉＯＮ）を形成した。なお、用いたガラス基板は、厚さ０．７ｍｍとし、酸化窒化シリコン膜の膜厚は、１５０ｎｍとした。
【０２６３】
（試料３）
ガラス基板上に、スパッタリング装置を用い、Ｏ２＝５０ｓｃｃｍ（Ｏ２＝１００％）、成膜電力＝１０ｋＷ（ＤＣ−Ｐｕｌｓｅ電源、Ｐｕｌｓｅ＝３００ｋＨｚ）、成膜圧力＝０．４Ｐａ、基板温度＝室温（Ｒ．Ｔ．）の条件で酸化シリコン膜（ＳｉＯｘ）を形成した。なお、用いたガラス基板は、厚さ０．７ｍｍとし、酸化シリコン膜の膜厚は、１００ｎｍとした。
【０２６４】
次に、上記試料１〜試料３のＴＤＳ分析を行った。なお、ＴＤＳ分析は、各試料を真空容器内で加熱し、昇温中に各試料から発生するガス成分を四重極質量分析計で検出する。検出されるガス成分は、ｍ／ｚ（質量／電荷）のイオン強度で区別される。なお、本実施例では、ｍ／ｚ＝３２のイオン強度を酸素として同定した。
【０２６５】
試料１のＴＤＳ測定結果を図１０（Ａ）に、試料２のＴＤＳ測定結果を図１０（Ｂ）に、試料３のＴＤＳ測定結果を図１０（Ｃ）に、それぞれ示す。なお、図１０は、横軸が基板温度（℃）を示し、縦軸がｍ／ｚ＝３２のイオン強度（任意単位）を表す。
【０２６６】
図１０（Ａ）、及び図１０（Ｂ）より、ＰＥ−ＣＶＤ装置で形成した窒化シリコン膜（試料１）、及び酸化窒化シリコン膜（試料２）からは、ｍ／ｚ＝３２の強度のイオン検出量が少ないことがわかる。一方、図１０（Ｃ）に示すスパッタリング法で形成した酸化シリコン膜（試料３）からは、ｍ／ｚ＝３２の強度のイオン検出量が多い。特に、１００℃〜３００℃の範囲にてｍ／ｚ＝３２の強度のイオン検出量が多い。
【０２６７】
そこで、酸化シリコン膜（試料３）のｍ／ｚ＝３２のイオン強度の定量化を行い、酸素放出量を算出した。なお、窒化シリコン膜（試料１）、及び酸化窒化シリコン膜（試料２）は、ｍ／ｚ＝３２の強度のイオン検出量が少ないため、定量化が困難であった。定量化の結果、酸化シリコン膜（試料３）の酸素放出量は、酸素原子に換算しての酸素放出量が、４．５×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３であった。
【０２６８】
次に、上記試料１〜試料３とは異なる試料についてＴＤＳ測定を行った。以下に、各試料の構造、及び形成条件の詳細を記載する。なお、ＴＤＳ測定については、試料１〜試料３と同様であり、詳細な説明は省略する。
【０２６９】
（試料４）
ガラス基板上に、スパッタリング装置を用い、Ｏ２＝３００ｓｃｃｍ（Ｏ２＝１００％）、成膜電力＝２４ｋＷ（ＡＣ）、成膜圧力＝０．７Ｐａ、基板温度＝室温（Ｒ．Ｔ．）の条件で酸化シリコン膜（ＳｉＯｘ）を形成した。なお、用いたガラス基板は、厚さ０．７ｍｍとし、酸化シリコン膜の膜厚は、１００ｎｍとした。
【０２７０】
（試料５）
ガラス基板上に、スパッタリング装置を用い、Ｏ２＝３００ｓｃｃｍ（Ｏ２＝１００％）、成膜電力＝２４ｋＷ（ＡＣ）、成膜圧力＝０．７Ｐａ、基板温度＝５０℃の条件で酸化シリコン膜（ＳｉＯｘ）を形成した。なお、用いたガラス基板は、厚さ０．７ｍｍとし、酸化シリコン膜の膜厚は、１００ｎｍとした。
【０２７１】
（試料６）
ガラス基板上に、スパッタリング装置を用い、Ｏ２＝３００ｓｃｃｍ（Ｏ２＝１００％）、成膜電力＝２４ｋＷ（ＡＣ）、成膜圧力＝０．７Ｐａ、基板温度＝８０℃の条件で酸化シリコン膜（ＳｉＯｘ）を形成した。なお、用いたガラス基板は、厚さ０．７ｍｍとし、酸化シリコン膜の膜厚は、１００ｎｍとした。
【０２７２】
（試料７）
ガラス基板上に、スパッタリング装置を用い、Ｏ２＝３００ｓｃｃｍ（Ｏ２＝１００％）、成膜電力＝２４ｋＷ（ＡＣ）、成膜圧力＝０．７Ｐａ、基板温度＝１５０℃の条件で酸化シリコン膜（ＳｉＯｘ）を形成した。なお、用いたガラス基板は、厚さ０．７ｍｍとし、酸化シリコン膜の膜厚は、１００ｎｍとした。
【０２７３】
（試料８）
ガラス基板上に、スパッタリング装置を用い、Ｏ２＝３００ｓｃｃｍ（Ｏ２＝１００％）、成膜電力＝２４ｋＷ（ＡＣ）、成膜圧力＝０．７Ｐａ、基板温度＝２００℃の条件で酸化シリコン膜（ＳｉＯｘ）を形成した。なお、用いたガラス基板は、厚さ０．７ｍｍとし、酸化シリコン膜の膜厚は、１００ｎｍとした。
【０２７４】
試料４〜試料８のＴＤＳ測定結果を図１１に示す。なお、図１１は、横軸が基板温度（℃）を示し、縦軸がｍ／ｚ＝３２のイオン強度（任意単位）を表す。
【０２７５】
また、試料４〜試料８のｍ／ｚ＝３２のイオン強度の定量化を行い、酸素放出量を算出した。定量化の結果、試料４については、２．７×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３、試料５については、２．２×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３、試料６については、１．５×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３、試料７については、８．１×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３、試料８については、４．２×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３の酸素放出量であった。
【０２７６】
ここで、上記作製した試料１〜試料８の膜種、条件（成膜装置、電源、基板温度）、及び酸素放出量を表１に示す。
【０２７７】
【表１】
【０２７８】
表１、図１０、及び図１１より、酸素放出型の酸化膜の一形態としては、スパッタリング装置で酸化シリコン膜を形成することで、得られることがわかった。また、図１１より、スパッタリングで形成する際の、基板温度は低い方が好ましい。基板温度を低くすることにより、酸素放出量を増加させることができるため、好適である。
【０２７９】
以上のように、酸素放出型の酸化膜としては、酸素原子に換算して酸素の放出量が１．０×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上、好ましくは、１．０×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上、更に好ましくは、１．０×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上である。酸素放出型の酸化膜として、上記数値とすることで、酸化物半導体に対して好適に酸素を供給することができる。
【実施例２】
【０２８０】
本実施例においては、本発明の一態様として用いることのできる酸素放出型の酸化膜、及び金属酸化膜について、評価を行った。なお、評価方法としては、Ｘ線反射率測定法（ＸＲＲ：Ｘ−Ｒａｙ Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ）と、ＴＤＳ分析を用いた。
【０２８１】
なお、ＸＲＲ測定とは、測定試料に対して、Ｘ線を入射し、入射したＸ線の臨界角、振幅波形の変化等を測定し、測定した臨界角、振幅波形などを用いて理論式解析を行うことで、形成された薄膜の密度が測定することができる測定方法である。また、本実施例においては、理論式解析のモデルとして、酸化アルミニウム膜の組成を、理想的な組成であるＡｌ２Ｏ３（Ｚ／Ａ＝０．４８８２、（Ｚ＝原子番号、Ａ＝質量数））として用い、解析した。
【０２８２】
まず、ＸＲＲ測定による評価を示す。評価サンプルとしては、金属酸化膜として用いることのできる酸化アルミニウム膜について、異なる形成条件で２種類の試料（試料９、及び試料１０）を作製した。以下に各試料の構造、及び形成条件の詳細を記載する。
【０２８３】
（試料９）
ガラス基板上に、スパッタリング装置を用い、Ｏ２＝５０ｓｃｃｍ（Ｏ２＝１００％）、成膜電力＝６ｋＷ（ＤＣ−Ｐｕｌｓｅ電源、Ｐｕｌｓｅ＝３００ｋＨｚ）、成膜圧力＝０．４Ｐａ、基板温度＝室温（Ｒ．Ｔ．）の条件で酸化アルミニウム膜を形成した。なお、スパッタリングターゲットとしては、金属アルミニウムターゲットを用い、酸化アルミニウム膜の膜厚は、１００ｎｍとした。また、用いたガラス基板は、厚さ０．７ｍｍとした。
【０２８４】
（試料１０）
ガラス基板上に、スパッタリング装置を用い、Ｏ２＝３００ｓｃｃｍ（Ｏ２＝１００％）、成膜電力＝３０ｋＷ（ＡＣ）、成膜圧力＝０．７Ｐａ、基板温度＝１５０℃の条件で酸化アルミニウム膜を形成した。なお、スパッタリングターゲットとしては、金属アルミニウムターゲットを用い、酸化アルミニウム膜の膜厚は、１００ｎｍとした。また、用いたガラス基板は、厚さ０．７ｍｍとした。
【０２８５】
試料９、及び試料１０のＸＲＲ測定結果を図１２に示す。なお、ＸＲＲ測定は、各試料の面内を３点測定した。
【０２８６】
図１２より、試料９については、酸化アルミニウム膜の膜密度が約３．０ｇ／ｃｍ３であり、試料１０については、酸化アルミニウム膜の膜密度が約３．８ｇ／ｃｍ３であった。
【０２８７】
次に、ＴＤＳ分析による評価を示す。
【０２８８】
本実施例のＴＤＳ分析の評価サンプルとしては、酸素放出型の酸化膜の単層構造と、酸素放出型の酸化膜と、金属酸化膜との積層構造の２種類を作製した。酸素放出型の酸化膜の単層構造を試料１１、酸素放出型の酸化膜と金属酸化膜との積層構造を試料１２とした。
【０２８９】
なお、酸素放出型の酸化膜としては、酸化シリコン膜を用い、その形成条件は、実施例１で示した試料４と同様である。また、金属酸化膜としては、酸化アルミニウム膜を用い、その形成条件は、本実施例で示した試料１０と同様である。
【０２９０】
以下に、各試料の構造、及び形成条件の詳細を記載する。
【０２９１】
（試料１１）
ガラス基板上に、スパッタリング装置を用い、Ｏ２＝３００ｓｃｃｍ（Ｏ２＝１００％）、成膜電力＝２４ｋＷ（ＡＣ）、成膜圧力＝０．７Ｐａ、基板温度＝室温（Ｒ．Ｔ．）の条件で酸化シリコン膜（ＳｉＯｘ）を形成した。なお、用いたガラス基板は、厚さ０．７ｍｍとし、酸化シリコン膜の膜厚は、４００ｎｍとした。なお、本実施例の試料１１は、実施例１に示した試料４と条件は同じであるが、膜厚が異なる（試料４は、膜厚１００ｎｍ）。
【０２９２】
（試料１２）
ガラス基板上に、スパッタリング装置を用い、Ｏ２＝３００ｓｃｃｍ（Ｏ２＝１００％）、成膜電力＝２４ｋＷ（ＡＣ）、成膜圧力＝０．７Ｐａ、基板温度＝室温（Ｒ．Ｔ．）の条件で酸化シリコン膜（ＳｉＯｘ）を形成した。酸化シリコン膜の膜厚は、４００ｎｍとした。また、酸化シリコン膜を形成後、続けて真空中で連続して、Ｏ２＝３００ｓｃｃｍ（Ｏ２＝１００％）、成膜電力＝３０ｋＷ（ＡＣ）、成膜圧力＝０．７Ｐａ、基板温度＝１５０℃の条件で金属酸化膜として、酸化アルミニウム膜（ＡｌＯｘ）を形成した。なお、用いたガラス基板は、厚さ０．７ｍｍとし、酸化アルミニウム膜の膜厚は、１００ｎｍとした。また、本実施例の酸化アルミニウム膜は、先に示した試料１０と条件は同一である。
【０２９３】
次に、上記試料１１、及び試料１２のＴＤＳ分析を行った。なお、ＴＤＳ分析は、各試料を真空容器内で加熱し、昇温中に各試料から発生するガス成分を四重極質量分析計で検出する。検出されるガス成分は、ｍ／ｚ（質量／電荷）のイオン強度で区別される。なお、本実施例でも、実施例１同様に、ｍ／ｚ＝３２のイオン強度を酸素として同定した。
【０２９４】
試料１１、及び試料１２のＴＤＳ測定結果を図１３に示す。なお、図１３は、横軸が基板温度（℃）を示し、縦軸がｍ／ｚ＝３２のイオン強度（任意単位）を表す。
【０２９５】
図１３より、試料１１の酸素放出型の酸化膜の単層構造においては、基板温度１００℃〜４００℃の範囲において、酸素の放出が確認される。一方、試料１２の酸素放出型の酸化膜と、金属酸化膜である酸化アルミニウム膜の積層構造においては、顕著な酸素放出が確認されない。したがって、酸素放出型の酸化膜上に金属酸化膜である酸化アルミニウム膜を形成することで、酸素放出型の酸化膜からの酸素放出を抑制することが確認された。
【実施例３】
【０２９６】
本実施例では、本発明の一形態である半導体装置の作製方法により得られた、トランジスタ６５０の電気特性について説明する。
【０２９７】
本実施例におけるトランジスタ６５０の構造を図１４（Ａ）、及び図１４（Ｂ）を用いて説明を行う。なお、図１４（Ａ）はトランジスタ６５０の平面図を示し、図１４（Ｂ）は、図１４（Ａ）に示す破線Ｘ−Ｙの断面図に相当する。また、図１４（Ａ）において、構成要素の一部（例えば、ゲート絶縁膜など）は、図面の煩雑を避けるために省略している。
【０２９８】
図１４（Ａ）、及び図１４（Ｂ）に示すトランジスタ６５０は、基板６０２と、下地絶縁膜６０４と、ゲート電極６０６と、酸化窒化シリコン膜６１０と、酸素放出型の酸化膜６１２と、酸化物半導体膜６１４と、ソース電極６１６と、ドレイン電極６１８と、を有する。また、酸化物半導体膜６１４と、ソース電極６１６と、ドレイン電極６１８上に、酸素放出型の酸化膜６２０ａ、及び金属酸化膜６２０ｂからなる無機絶縁膜６２０と、無機絶縁膜６２０上に有機絶縁膜６２２が形成されている。
【０２９９】
また、図１４（Ａ）、及び図１４（Ｂ）に示すトランジスタ６５０は、酸化窒化シリコン膜６１０と、酸素放出型の酸化膜６１２と、によりゲート絶縁膜６３０を構成している。
【０３００】
図１４（Ｂ）を用いて、トランジスタ６５０の作製方法について以下説明を行う。
【０３０１】
基板６０２として０．７ｍｍのガラス基板を用い、基板６０２上に下地絶縁膜６０４を形成した。下地絶縁膜６０４は、窒化シリコン膜を１００ｎｍと、窒化シリコン膜上に酸化シリコン膜を１５０ｎｍの積層構造とした。
【０３０２】
次に、下地絶縁膜６０４上に導電膜を成膜し、フォトリソグラフィ工程、及びエッチング工程を行い、ゲート電極６０６を形成した。ゲート電極６０６としては、スパッタリング装置を用い、タングステンを１００ｎｍとした。
【０３０３】
次に、下地絶縁膜６０４、及びゲート電極６０６上に酸化窒化シリコン膜６１０を形成した。酸化窒化シリコン膜６１０は、ＰＥ−ＣＶＤ装置を用い、ＳｉＨ４／Ｎ２Ｏ／Ａｒ＝２５０／２５００／２５００ｓｃｃｍ、圧力＝３０Ｐａ、基板温度＝３２５℃、電力＝５ｋＷ（周波数：２．４５ＧＨｚ、電源：４台使用）、電極と基板間距離を１６０ｍｍ、膜厚８０ｎｍとした。
【０３０４】
次に、ベーク炉を用いて窒素雰囲気下、３５０℃にて１時間の第１の熱処理を行った。
【０３０５】
次に、酸化窒化シリコン膜６１０上に、酸素放出型の酸化膜６１２と酸化物半導体膜を真空中で連続して形成した。
【０３０６】
なお、酸素放出型の酸化膜６１２の形成条件としては、スパッタリング装置を用い、酸化シリコン膜を形成した。酸化シリコン膜は、Ｓｉターゲットを用い、基板温度は室温とし、酸素＝３００ｓｃｃｍ、電力＝２４ｋＷ（ＡＣ）、圧力＝０．７Ｐａ、膜厚＝２０ｎｍとした。
【０３０７】
なお、酸素放出型の酸化膜６１２は、実施例１の試料４で示した酸化シリコン膜と同様の膜であり、その酸素放出量は、２．７×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３である。
【０３０８】
なお、酸化物半導体膜は、スパッタリング装置にて、ＩＧＺＯターゲット（Ｉｎ２Ｏ３：Ｇａ２Ｏ３：ＺｎＯ＝１：１：２［ｍｏｌ比］）を用い、基板温度＝１７０℃、圧力＝０．６Ｐａ、電力＝５ｋＷ（ＡＣ電源）の条件で成膜した。なお、酸化物半導体膜の膜厚は３５ｎｍとした。
【０３０９】
次に、酸化物半導体膜にフォトリソグラフィ工程、及びエッチング工程を行い、酸化物半導体膜を加工し、酸化物半導体膜６１４を形成した。
【０３１０】
次に、ベーク炉を用いて窒素雰囲気下、３５０℃にて１時間の第２の熱処理を行い、続けてベーク炉を用いて窒素と酸素雰囲気下、３５０℃にて１時間の第３の熱処理を行った。
【０３１１】
次に、酸素放出型の酸化膜６１２、及び酸化物半導体膜６１４上に導電膜を成膜し、フォトリソグラフィ工程、及びエッチング工程を行い、ソース電極６１６、及びドレイン電極６１８を形成した。ソース電極６１６、及びドレイン電極６１８は、タングステン、アルミニウム、チタンの３層の積層構造とし、それぞれの膜厚は、５０ｎｍ、４００ｎｍ、１００ｎｍとした。
【０３１２】
次に、ベーク炉を用いて窒素雰囲気下、３００℃にて１時間の第４の熱処理を行い、続けて無機絶縁膜６２０を形成した。なお、無機絶縁膜６２０は、酸素放出型の酸化膜６２０ａと、金属酸化膜６２０ｂを真空中で連続して形成した。酸素放出型の酸化膜６２０ａは、スパッタリング装置を用い、酸化シリコン膜を形成した。酸化シリコン膜は、Ｓｉターゲットを用い、基板温度は室温とし、酸素＝３００ｓｃｃｍ、圧力＝０．７Ｐａ、膜厚＝４００ｎｍとした。金属酸化膜６２０ｂは、スパッタリング装置を用い、酸化アルミニウム膜を形成した。酸化アルミニウム膜は、金属アルミニウムターゲットを用い、基板温度は１５０℃とし、酸素＝３００ｓｃｃｍ（Ｏ２＝１００％）、成膜電力＝３０ｋＷ（ＡＣ）、圧力＝０．７Ｐａ、膜厚＝５０ｎｍとした。なお、酸化アルミニウム膜の密度は、３．８ｇ／ｃｍ３の膜を用いた。
【０３１３】
次に、無機絶縁膜６２０上に有機絶縁膜６２２を形成した。有機絶縁膜６２２は、スピン塗布法によりアクリルを形成し、その膜厚は１．５μｍとした。
【０３１４】
その後、ベーク炉を用いて窒素雰囲気下、２５０℃にて１時間の第５の熱処理を行った。
【０３１５】
以上の工程によりトランジスタ６５０を形成した。なお、本実施例のトランジスタ６５０は、チャネル長（Ｌ）＝３μｍ、チャネル幅（Ｗ）＝３μｍで形成した。
【０３１６】
次に、上記作製した本発明の一態様であるトランジスタ６５０の電気測定を行った。トランジスタ６５０の電気測定結果を図１５に示す。
【０３１７】
なお、図１５に示す電気測定結果において、実線は、トランジスタのソース電極とドレイン電極間の電圧（Ｖｄ）を１０Ｖとし、ゲート電圧（Ｖｇ）を−１５Ｖから１５Ｖまで、０．２５Ｖ間隔で変化させた際のドレイン電流（Ｉｄ）−ゲート電圧（Ｖｇ）特性を示しており、破線は、トランジスタのソース電極とドレイン電極間の電圧（Ｖｄ）を１０Ｖとし、ゲート電圧（Ｖｇ）を−１５Ｖから１５Ｖまで、０．２５Ｖ間隔で変化させた際の電界効果移動度（μＦＥ）を示している。
【０３１８】
図１５より、本発明の一態様であるトランジスタ６５０は、ソース電極とドレイン電極間の電圧（Ｖｄ）を１０Ｖとし、ゲート電圧（Ｖｇ）を−１５Ｖから１５Ｖの飽和領域での最大の電界効果移動度（μＦＥ）は、１５．７ｃｍ２／Ｖｓであった。また、ＶＧ＝０Ｖにて、ノーマリオフのトランジスタであることが確認された。
【０３１９】
このように、本発明の一態様であるトランジスタ６５０は、高い移動度を有し、ノーマリオフのトランジスタであった。
【０３２０】
本実施例は、他の実施の形態、または他の実施例と適宜組み合わせて実施することができる。
【符号の説明】
【０３２１】
１０２ 基板
１０４ 下地絶縁膜
１０６ ゲート電極
１１０ 酸化窒化シリコン膜
１１２ 酸化膜
１１３ 酸化物半導体膜
１１４ 酸化物半導体膜
１１６ ソース電極
１１８ ドレイン電極
１２０ 無機絶縁膜
１２０ａ 酸化膜
１２０ｂ 金属酸化膜
１２２ 有機絶縁膜
１２４ 導電膜
１２６ 開口部
１３０ ゲート絶縁膜
１５０ トランジスタ
４０１ 基板
４０２ 画素部
４０３ ソースドライバ回路部
４０４ ゲートドライバ回路部
４０５ ＦＰＣ端子部
４０６ シール材
４０７ 基板
４０８ 液晶層
４１０ トランジスタ
４１１ トランジスタ
４１３ 液晶素子
４１５ 接続端子電極層
４１６ 端子電極層
４１９ 異方性導電膜
４２０ 無機絶縁膜
４２１ａ 酸化窒化シリコン膜
４２１ｂ 酸化膜
４２２ 無機絶縁膜
４２３ 絶縁膜
４２４ 有機絶縁膜
４３０ａ 導電膜
４３０ｂ 導電膜
４３１ 対向電極
４３２ 絶縁膜
４３３ 絶縁膜
４３５ スペーサ
４５０ 隔壁
４５１ 上部電極
４５２ 電界発光層
４５３ 発光素子
４５４ 充填材
６０２ 基板
６０４ 下地絶縁膜
６０６ ゲート電極
６１０ 酸化窒化シリコン膜
６１２ 酸化膜
６１４ 酸化物半導体膜
６１６ ソース電極
６１８ ドレイン電極
６２０ 無機絶縁膜
６２０ａ 酸化膜
６２０ｂ 金属酸化膜
６２２ 有機絶縁膜
６３０ ゲート絶縁膜
６５０ トランジスタ
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
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
３０５６ バッテリー
５０００ タブレットＰＣ
５００１ 筐体
５００３ 表示部
５００５ 電源ボタン
５００７ 前面カメラ
５００９ 背面カメラ
５０１１ 外部接続端子
５０１３ 外部接続端子
５０１５ アイコン
６０００ タブレットＰＣ
６００１ 筐体
６００３ 筐体
６００５ ヒンジ部
６００７ 表示部
６００９ 表示部
６０１１ 電源ボタン
６０１３ カメラ
６０１５ カメラ
６０１７ テキストアイコン
６０１９ アイコン
６０２１ キーボード
９６００ テレビジョン装置
９６０１ 筐体
９６０３ 表示部
９６０５ スタンド
【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、トランジスタに用いる半導体薄膜として、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（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
また、酸化物半導体を用いたトランジスタは、アモルファスシリコンを用いたトランジスタよりも動作が速く、多結晶シリコンを用いたトランジスタよりも製造が容易であるものの、電気特性が変動しやすく信頼性が低いという問題が知られている。
【０００６】
例えば、酸化物半導体膜に用いるゲート絶縁膜として、例えば、ＺｎＯを主成分とする酸化物半導体素子において、トップゲート構造を有し、ゲート絶縁膜にプラズマ化学気相成長法（ＰＥ−ＣＶＤ法）を用いて形成された窒化珪素（ＳｉＮｘ）を用いると、当該窒化珪素膜中の水素濃度が高いため、ＺｎＯ成分の還元脱離が起こり、ＺｎＯ層の低抵抗化が生じる。そして、その回避策として酸化物半導体膜との界面側のゲート絶縁膜の水素濃度を低減し、水素濃度の異なる２層構造のゲート絶縁膜を用いることが開示されている（例えば、特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００６−１６５５２８号公報
【特許文献２】特開２００７−０７３５６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、酸化物半導体膜とゲート絶縁膜との界面側の水素濃度を低減するのみでは、酸化物半導体膜に生じた酸素欠損が、ゲート絶縁膜に残存した水素等と結合することにより、膜中にキャリアである電子が発生してしまう。この結果、トランジスタのしきい値電圧がマイナスシフトし、ノーマリオフのトランジスタとなってしまう。また、酸化物半導体膜を用いたトランジスタにとって、ゲート絶縁膜に残存した水素等は、電気的特性の変動の要因となり、半導体装置の信頼性を低下させることになる。
【０００９】
このような問題に鑑み、酸化物半導体を用いた半導体装置において、電気特性の安定した半導体装置を提供することを目的の一とする。とくに、酸化物半導体を用いた半導体装置において、より優れたゲート絶縁膜を有する半導体装置を提供することを目的の一とする。また、当該半導体装置の作製方法を提供することを目的の一とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
酸化物半導体膜をチャネル形成領域に用いた半導体装置において、ゲート絶縁膜に酸素放出型の酸化膜を設ける。当該酸素放出型の酸化膜より、酸化物半導体膜に酸素を供給することができる。これにより、酸化物半導体層に生じる酸素欠損の発生を抑制し、電気特性の安定した酸化物半導体膜を提供することができる。
【００１１】
なお、本明細書において、酸素放出型の酸化膜とは、加熱により当該酸化膜から、酸素を放出する膜を表す。また、酸素放出型の酸化膜からの酸素の放出量は、昇温脱離ガス分光法（ＴＤＳ：Ｔｈｅｒｍａｌ Ｄｅｓｏｒｐｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）において、測定することができる。
【００１２】
また、酸素放出型の酸化膜のみでゲート絶縁膜を構成した場合、ゲート絶縁膜に求められる性能を十分に満たすことが難しい。例えば、酸素放出型の酸化膜のみでは、絶縁破壊耐性、または被覆性を十分に満たすことが難しい。そのため、酸素放出型の酸化膜の下層側に酸化窒化シリコン膜を設ける。酸化窒化シリコン膜は、従来までのシリコン系半導体材料で用いていたプロセス条件、または生産装置等を利用できるため好ましい。
【００１３】
すなわち、ゲート絶縁膜を、酸化窒化シリコン膜と、酸素放出型の酸化膜と、の積層構造とする。酸化窒化シリコン膜により、絶縁破壊耐性、及び被覆性を向上させ、酸素放出型の酸化膜により、酸化物半導体膜に酸素を供給することができる。また、酸素放出型の酸化膜は、酸化窒化シリコン膜よりも膜中の水素濃度を低減することができる。このようなゲート絶縁膜の構成とすることで、優れたゲート絶縁膜を提供することができる。したがって、安定した電気特性を付与した半導体装置を提供することができる。より詳細には、以下のとおりである。
【００１４】
本発明の一態様は、ゲート電極と、ゲート電極上に形成されたゲート絶縁膜と、ゲート絶縁膜上に形成された酸化物半導体膜と、酸化物半導体膜と接して形成されたソース電極、及びドレイン電極と、を有し、ゲート絶縁膜は、少なくとも酸化窒化シリコン膜と、酸化窒化シリコン膜上に形成された酸素放出型の酸化膜と、により構成され、酸素放出型の酸化膜上に酸化物半導体膜が接して形成されることを特徴とする半導体装置である。
【００１５】
酸化窒化シリコン膜、酸素放出型の酸化膜、酸化物半導体膜の順に構成することで、各界面での界面特性が非常に優れている。また、酸化窒化シリコン膜、酸素放出型の酸化膜と段階的な膜構成とすることで、酸化物半導体膜側へと水素濃度の低い膜構成でもある。また、酸化物半導体膜と接する酸素放出型の酸化膜より、酸化物半導体膜に酸素を供給することができる。したがって、しきい値電圧が低く、絶縁耐圧が高く、さらに酸化物半導体膜に酸素を供給することができる優れた良質なゲート絶縁膜を形成できる。
【００１６】
また、酸化窒化シリコンは、従来までのシリコン系半導体材料で用いていた膜構成、プロセス条件、または生産装置等を利用できるため好ましい。
【００１７】
また、本発明の他の一態様は、ゲート電極と、ゲート電極上に形成されたゲート絶縁膜と、ゲート絶縁膜上に形成された酸化物半導体膜と、酸化物半導体膜と接して形成されたソース電極、及びドレイン電極と、酸化物半導体膜、ソース電極、及びドレイン電極上に形成された無機絶縁膜と、を有し、ゲート絶縁膜は、少なくとも酸化窒化シリコン膜と、酸化窒化シリコン膜上に形成された酸素放出型の酸化膜と、により構成され、酸素放出型の酸化膜上に酸化物半導体膜が接して形成されることを特徴とする半導体装置である。
【００１８】
酸化物半導体膜上に形成された無機絶縁膜により、当該酸化物半導体膜への不純物（例えば、水、水素など）の進入を抑制することができる。
【００１９】
また、本発明の他の一態様は、ゲート電極と、ゲート電極上に形成されたゲート絶縁膜と、ゲート絶縁膜上に形成された酸化物半導体膜と、酸化物半導体膜と接して形成されたソース電極、及びドレイン電極と、酸化物半導体膜、ソース電極、及びドレイン電極上に形成された無機絶縁膜と、無機絶縁膜上に形成された有機絶縁膜と、有機絶縁膜上に形成された導電膜と、を有し、ゲート絶縁膜は、少なくとも酸化窒化シリコン膜と、酸化窒化シリコン膜上に形成された酸素放出型の酸化膜と、により構成され、酸素放出型の酸化膜上に酸化物半導体膜が接して形成されることを特徴とする半導体装置である。
【００２０】
有機絶縁膜上に形成された導電膜により、外部からの静電気放電等の電荷を当該導電膜により、逃がすことができる。
【００２１】
また、上記構成において、導電膜は、無機絶縁膜と有機絶縁膜とを介して、ソース電極、またはドレイン電極に接続されても良い。また、導電膜は、酸化物半導体膜と重畳した領域に形成されても良い。このような構成とすることで、酸化物半導体膜のバックチャネル側の電位を調整し、しきい値電圧の制御を行うことができる。
【００２２】
また、本発明の他の一態様は、ガラス基板上にゲート電極を形成する工程と、ゲート電極上に酸化窒化シリコン膜を形成する工程と、酸化窒化シリコン膜形成後に、加熱処理をする工程と、酸化窒化シリコン膜上に酸素放出型の酸化膜を形成する工程と、酸素放出型の酸化膜上に酸化物半導体膜を形成する工程と、酸化物半導体膜上にソース電極、及びドレイン電極を形成する工程と、有し、酸素放出型の酸化膜と、酸化物半導体膜は、真空中で連続して形成することを特徴とする半導体装置の作製方法である。
【００２３】
酸素放出型の酸化膜と、酸化物半導体膜を真空中で連続して形成することで、酸素放出型の酸化膜と酸化物半導体膜との界面に水、水素等の不純物が混入するのを抑制することができる。
【００２４】
また、本発明の他の一態様は、ガラス基板上にゲート電極を形成する工程と、ゲート電極上に酸化窒化シリコン膜を形成する工程と、酸化窒化シリコン形成後に、加熱処理をする工程と、酸化窒化シリコン膜上に酸素放出型の酸化膜を形成する工程と、酸素放出型の酸化膜上に酸化物半導体膜を形成する工程と、酸化物半導体膜上にソース電極、及びドレイン電極を形成する工程と、ソース電極、及びドレイン電極形成後に、無機絶縁膜を形成する工程と、無機絶縁膜形成後に有機絶縁膜を形成する工程と、有機絶縁膜形成後に加熱処理をする工程と、を有し、酸素放出型の酸化膜と、酸化物半導体膜は、真空中で連続して形成することを特徴とする半導体装置の作製方法である。
【００２５】
また、本発明の他の一態様は、ガラス基板上にゲート電極を形成する工程と、ゲート電極上に酸化窒化シリコン膜を形成する工程と、酸化窒化シリコン形成後に、加熱処理をする工程と、酸化窒化シリコン膜上に酸素放出型の酸化膜を形成する工程と、酸素放出型の酸化膜上に酸化物半導体膜を形成する工程と、酸化物半導体膜上にソース電極、及びドレイン電極を形成する工程と、ソース電極、及びドレイン電極形成後に、無機絶縁膜を形成する工程と、無機絶縁膜形成後に有機絶縁膜を形成する工程と、有機絶縁膜形成後に加熱処理をする工程と、有機絶縁膜上に、導電膜を形成する工程と、を有し、酸素放出型の酸化膜と、酸化物半導体膜は、真空中で連続して形成することを特徴とする半導体装置の作製方法である。
【００２６】
また、本発明の他の一態様は、ガラス基板上にゲート電極を形成する工程と、ゲート電極上に酸化窒化シリコン膜を形成する工程と、酸化窒化シリコン形成後に、加熱処理をする工程と、酸化窒化シリコン膜上に酸素放出型の酸化膜を形成する工程と、酸素放出型の酸化膜上に酸化物半導体膜を形成する工程と、酸化物半導体膜上にソース電極、及びドレイン電極を形成する工程と、ソース電極、及びドレイン電極形成後に、無機絶縁膜を形成する工程と、無機絶縁膜形成後に有機絶縁膜を形成する工程と、有機絶縁膜形成後に加熱処理をする工程と、無機絶縁膜、及び有機絶縁膜上に、ソース電極、またはドレイン電極に達する開口部を形成する工程と、有機絶縁膜、及び開口部上に導電膜を形成する工程と、を有し、酸素放出型の酸化膜と、酸化物半導体膜は、真空中で連続して形成することを特徴とする半導体装置の作製方法である。
【００２７】
また、上記各構成において、無機絶縁膜は、少なくとも酸素放出型の酸化膜と、酸素放出型の酸化膜上に形成された金属酸化膜と、により構成されるとよく、当該金属酸化膜は、膜密度が３．２ｇ／ｃｍ３以上である酸化アルミニウム膜を用いると好適である。
【００２８】
金属酸化膜を上記数値の酸化アルミニウム膜とすることにより、酸素放出型の酸化膜からの酸素放出を抑制することができ、酸化物半導体膜に好適に酸素を供給することができる。酸化物半導体膜に酸素を供給することで、酸化物半導体膜に生じる酸素欠損の発生を抑制することができる。
【００２９】
また、上記各構成において、酸素放出型の酸化膜は、昇温脱離ガス分光法において、酸素原子に換算して酸素の放出量が、好ましくは１．０×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上、さらに好ましくは、１．０×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上、さらに好ましくは、１．０×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上であるとよい。
【００３０】
酸素放出型の酸化膜を上記数値とすることにより、酸化物半導体膜に好適に酸素を供給することができる。酸化物半導体膜に酸素を供給することで、酸化物半導体膜に生じる酸素欠損の発生を抑制することができる。
【００３１】
また、上記各構成において、酸素放出型の酸化膜は、酸化シリコン膜であると好適である。酸化シリコン膜は、例えば、スパッタリング法を用いて形成することができる。
【００３２】
また、上記各構成において、酸化物半導体膜は、インジウム、亜鉛、ガリウム、ジルコニウム、スズ、ガドリニウム、チタン、及びセリウムの酸化物の中から選択された、少なくともいずれか一種を含む構成が好ましい。特に、インジウム、または亜鉛のいずれか一方を含む酸化物であると好適である。
【００３３】
また、上記各構成において、ゲート電極は、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、及びスカンジウムの中から選択された、少なくともいずれか一種を含む構成が好ましい。特に、銅を用いることで、低抵抗なゲート電極とすることができるので、好適である。また、タングステン、チタン等の高融点金属を用いることで、ゲート電極の耐熱性が向上するため好適である。
【００３４】
また、上記各構成において、加熱処理は、窒素雰囲気下、酸素雰囲気下、または真空中で好ましくは２００℃以上４５０℃以下、さらに好ましくは２００℃以上４００℃以下の温度であるとよい。なお、本明細書等において、真空中とは、少なくとも大気圧よりも減圧された状態であり、例えば、１．０×１０−１Ｐａ以下とすることができる。
【発明の効果】
【００３５】
酸化物半導体を用いた半導体装置において、電気特性の安定した半導体装置を提供することができる。とくに、酸化物半導体を用いた半導体装置において、より優れたゲート絶縁膜を有する半導体装置を提供することができる。また、当該半導体装置の作製方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】半導体装置の一形態の断面を説明する図。
【図２】半導体装置の作製方法の一形態を説明する図。
【図３】半導体装置の作製方法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】半導体装置の一形態、及び半導体装置の作製方法の一形態を説明する図。
【図６】半導体装置の一形態の上面を説明する図。
【図７】半導体装置の一形態の断面を説明する図。
【図８】電子機器を説明する図。
【図９】電子機器を説明する図。
【図１０】ＴＤＳ分析の測定結果を示す図。
【図１１】ＴＤＳ分析の測定結果を示す図。
【図１２】ＸＲＲ分析の測定結果を示す図。
【図１３】ＴＤＳ分析の測定結果を示す図。
【図１４】本発明の一態様であるトランジスタの平面、及び断面を示す図。
【図１５】本発明の一態様であるトランジスタの電気測定結果を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
以下では、本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。
【００３８】
以下に説明する実施の形態において、同じものを指す符号は、異なる図面間で共通して用いる場合がある。なお、図面において示す構成要素、すなわち層や領域等の厚さ、幅、相対的な位置関係等は、実施の形態において説明する上で明確性のために誇張して示される場合がある。
【００３９】
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なども含む。
【００４０】
また、本明細書等において、窒化酸化シリコン膜とは、その組成において、窒素と、酸素と、シリコンと、を成分として含有し、且つ、窒素の含有量が酸素の含有量よりも多い膜である。また、酸化窒化シリコン膜とは、その組成において、酸素と、窒素と、シリコンと、を成分として含有し、且つ、酸素の含有量が窒素の含有量よりも多い膜である。また、酸化シリコン膜とは、酸素と、シリコンと、を成分として含有した膜である。
【００４１】
例えば、窒化酸化シリコン膜としては、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２５原子％以下の範囲で含まれる膜である。また、酸化窒化シリコン膜としては、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原子％以上１０原子％以下の範囲で含まれる膜である。また、酸化シリコン膜としては、酸素が５０原子％以上７０原子％以下、窒素が０原子％以上０．５原子％以下、シリコンが２５原子％以上３５原子％以下、水素が０原子％以上５原子％以下、Ａｒが０原子％以上５原子％以下の範囲で含まれる膜である。
【００４２】
但し、上記範囲は、ラザフォード後方散乱法（ＲＢＳ：Ｒｕｔｈｅｒｆｏｒｄ Ｂａｃｋｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）や、水素前方散乱法（ＨＦＳ：Ｈｙｄｒｏｇｅｎ Ｆｏｒｗａｒｄ Ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ）を用いて測定した場合のものである。また、構成元素の含有比率は、その合計が１００原子％を超えない値をとる。
【００４３】
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には入れ替わることがある。このため、本明細書等においては、「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。
【００４４】
（実施の形態１）
本実施の形態では、半導体装置の一形態を、図１（Ａ）乃至図１（Ｃ）を用いて説明する。図１（Ａ）乃至図１（Ｃ）は、酸化物半導体膜を有する半導体装置の断面図を示す。
【００４５】
図１（Ａ）に示す半導体装置は、基板１０２と、基板１０２上に形成された下地絶縁膜１０４と、下地絶縁膜１０４上に形成されたゲート電極１０６と、下地絶縁膜１０４、及びゲート電極１０６上に形成された酸化窒化シリコン膜１１０と、酸化窒化シリコン膜１１０上に形成された酸素放出型の酸化膜１１２と、酸素放出型の酸化膜１１２上に形成された酸化物半導体膜１１４と、酸素放出型の酸化膜１１２、及び酸化物半導体膜１１４上に形成されたソース電極１１６と、酸素放出型の酸化膜１１２、及び酸化物半導体膜１１４上に形成されたドレイン電極１１８と、を有する。
【００４６】
また、図１（Ａ）に示す半導体装置は、酸化窒化シリコン膜１１０と、酸素放出型の酸化膜１１２と、によりゲート絶縁膜１３０を構成しており、基板１０２、下地絶縁膜１０４、ゲート電極１０６、ゲート絶縁膜１３０、酸化物半導体膜１１４、ソース電極１１６、及びドレイン電極１１８により、トランジスタ１５０が形成されている。
【００４７】
なお、ゲート絶縁膜１３０として用いる酸化窒化シリコン膜１１０は、段差部等において、酸素放出型の酸化膜１１２よりも被覆性が良い。すなわち、下方に形成されたゲート電極１０６の凹凸を段切れなく覆うことができる。また、酸化窒化シリコン膜１１０は、酸素放出型の酸化膜１１２よりも膜中の欠陥密度が低減されているため、ゲート絶縁膜１３０として用いると好適であり、従来までのシリコン系半導体材料で用いていたプロセス条件、または生産装置等を利用できるため、さらに望ましい。
【００４８】
また、ゲート絶縁膜１３０として用いる酸素放出型の酸化膜１１２は、酸化窒化シリコン膜１１０よりも、膜中の水素濃度が低減されている。すなわち、ゲート絶縁膜１３０は、酸化物半導体膜１１４側に水素濃度が低減された構成とすることで、当該酸化物半導体膜１１４に不純物である水素が供給されづらい構成となるため好ましい。また、酸化物半導体膜１１４が酸素放出型の酸化膜１１２上に形成されることによって、酸素放出型の酸化膜１１２は、酸化物半導体膜１１４に酸素を供給することができる。
【００４９】
酸素放出型の酸化膜１１２は、酸素の放出量が多い材料で形成する。例えば、酸素放出型の酸化膜１１２は、昇温脱離ガス分光法において、酸素原子に換算して酸素の放出量が、好ましくは１．０×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上、さらに好ましくは、１．０×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上、さらに好ましくは、１．０×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上である。酸素放出型の酸化膜１１２としては、例えば、スパッタリング法により形成された酸化シリコン膜を用いることができる。なお、酸素の放出量を上記数値とすることで、酸化物半導体膜１１４に酸素を好適に供給することができる。
【００５０】
また、酸素放出型の酸化膜１１２としては、例えば、化学量論的組成を超える酸素を含有した酸化シリコン膜、換言すれば、酸素が過剰な酸化シリコン膜（ＳｉＯｘ（ｘ＞２））を組成とした膜を用いることができる。酸素が過剰な酸化シリコン膜とは、シリコン原子数の２倍より多い酸素原子を単位体積あたりに含む膜である。なお、単位体積あたりのシリコン原子数、及び酸素原子数は、ラザフォード後方散乱法により測定した値である。
【００５１】
このように、ゲート絶縁膜１３０の一部として、酸化物半導体膜１１４に接する側に、酸素放出型の酸化膜１１２を設けることで酸化物半導体膜１１４に好適に酸素を供給することができる。
【００５２】
酸化物半導体膜１１４としては、少なくともインジウム（Ｉｎ）または亜鉛（Ｚｎ）を含むことが好ましい。特にＩｎとＺｎを含むことが好ましい。なお、酸化物半導体膜１１４に用いることのできる材料等については、実施の形態２にて詳細な説明を行う。
【００５３】
また、ソース電極１１６、及びドレイン電極１１８は、トランジスタ１５０のソース電極、及びドレイン電極として機能する。本実施の形態においては、ソース電極１１６、及びドレイン電極１１８として、タングステンと、アルミニウムと、チタンとの積層膜を用いることができる。例えば、酸化物半導体膜１１４に接する側に、融点の高いタングステン膜を形成し、その上に融点の低いアルミニウム膜を形成し、その上に融点の高いチタン膜を形成する。このように、融点の低い材料を上下で融点の高い材料で挟む構成とすることで、耐熱性の高いソース電極１１６、及びドレイン電極１１８とすることができる。
【００５４】
次に、図１（Ｂ）の半導体装置について説明を行う。
【００５５】
図１（Ｂ）に示す半導体装置は、図１（Ａ）に示す半導体装置に、さらに無機絶縁膜を形成した構成となる。詳細は、以下のとおりである。
【００５６】
図１（Ｂ）に示す半導体装置は、基板１０２と、基板１０２上に形成された下地絶縁膜１０４と、下地絶縁膜１０４上に形成されたゲート電極１０６と、下地絶縁膜１０４、及びゲート電極１０６上に形成された酸化窒化シリコン膜１１０と、酸化窒化シリコン膜１１０上に形成された酸素放出型の酸化膜１１２と、酸素放出型の酸化膜１１２上に形成された酸化物半導体膜１１４と、酸素放出型の酸化膜１１２、及び酸化物半導体膜１１４上に形成されたソース電極１１６と、酸素放出型の酸化膜１１２、及び酸化物半導体膜１１４上に形成されたドレイン電極１１８と、酸化物半導体膜１１４、ソース電極１１６、及びドレイン電極１１８上に形成された無機絶縁膜１２０と、を有する。
【００５７】
また、図１（Ｂ）に示す半導体装置は、酸化窒化シリコン膜１１０と、酸素放出型の酸化膜１１２と、によりゲート絶縁膜１３０を構成しており、基板１０２、下地絶縁膜１０４、ゲート電極１０６、ゲート絶縁膜１３０、酸化物半導体膜１１４、ソース電極１１６、及びドレイン電極１１８により、トランジスタ１５０が形成されている。
【００５８】
なお、トランジスタ１５０は、図１（Ａ）に示した構成と同様であり、先の記載を参酌することで形成できる。
【００５９】
無機絶縁膜１２０は、酸化物半導体膜１１４の保護膜としての機能を有する。すなわち、無機絶縁膜１２０は、酸化物半導体膜１１４に水分、水素が浸入しない構成が望ましい。また、無機絶縁膜１２０は、酸化物半導体膜１１４に酸素を供給することができると、さらに好ましい。本実施の形態においては、例えば、無機絶縁膜１２０として、酸素放出型の酸化膜１２０ａと、金属酸化膜１２０ｂの積層構造とすることができる。
【００６０】
無機絶縁膜１２０として用いる酸素放出型の酸化膜１２０ａは、ゲート絶縁膜１３０に用いた酸素放出型の酸化膜１１２と同様の構成とすることができる。例えば、酸素放出型の酸化膜１１２は、昇温脱離ガス分光法において、酸素原子に換算して酸素の放出量が、好ましくは１．０×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上、さらに好ましくは、１．０×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上、さらに好ましくは、１．０×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上である。酸素放出型の酸化膜１２０ａとしては、例えば、スパッタリング法により形成された酸化シリコン膜を用いることができる。なお、酸素の放出量を上記数値とすることで、酸化物半導体膜１１４に酸素を好適に供給することができる。
【００６１】
また、無機絶縁膜１２０として用いる金属酸化膜１２０ｂとしては、例えば、酸化アルミニウム膜を用いることができる。酸化アルミニウム膜は、好ましくは膜密度が３．２ｇ／ｃｍ３以上、さらに好ましくは３．６ｇ／ｃｍ３以上であるとよい。金属酸化膜１２０ｂとして、当該酸化アルミニウム膜を用いることで、耐湿性の高い無機絶縁膜１２０とすることができる。また、当該酸化アルミニウム膜は、パッシベーション能力が高く、酸素放出型の酸化膜１２０ａから放出される酸素の拡散を抑制することができる。
【００６２】
上記のような積層型の無機絶縁膜１２０の構成とすることで、ゲート絶縁膜１３０と合わせて、酸化物半導体膜１１４に好適に酸素を供給することができる。具体的には、酸化物半導体膜１１４は、ゲート絶縁膜１３０の一部として酸化物半導体膜１１４に接する側に設けられた酸素放出型の酸化膜１１２からと、無機絶縁膜１２０の一部として設けられた酸素放出型の酸化膜１２０ａからと、酸素が供給される。また、無機絶縁膜１２０は、酸素放出型の酸化膜１２０ａ上に金属酸化膜１２０ｂとして酸化アルミニウムを有している。酸化アルミニウム膜により、酸素放出型の酸化膜１２０ａから放出される酸素を外部に拡散するのをブロッキングし、酸化物半導体膜１１４側に酸素を放出させることで、好適に酸化物半導体膜１１４に酸素を供給することができる。
【００６３】
すなわち、酸化物半導体膜１１４は、断面構造において、酸化物半導体膜１１４の上下から当該酸化物半導体膜１１４に酸素が供給される構造である。
【００６４】
次に、図１（Ｃ）の半導体装置について説明を行う。
【００６５】
図１（Ｃ）に示す半導体装置は、図１（Ｂ）に示す半導体装置に、さらに有機絶縁膜、および導電膜を形成した構成となる。詳細は、以下のとおりである。
【００６６】
図１（Ｃ）に示す半導体装置は、基板１０２と、基板１０２上に形成された下地絶縁膜１０４と、下地絶縁膜１０４上に形成されたゲート電極１０６と、下地絶縁膜１０４、及びゲート電極１０６上に形成された酸化窒化シリコン膜１１０と、酸化窒化シリコン膜１１０上に形成された酸素放出型の酸化膜１１２と、酸素放出型の酸化膜１１２上に形成された酸化物半導体膜１１４と、酸素放出型の酸化膜１１２、及び酸化物半導体膜１１４上に形成されたソース電極１１６と、酸素放出型の酸化膜１１２、及び酸化物半導体膜１１４上に形成されたドレイン電極１１８と、酸化物半導体膜１１４、ソース電極１１６、及びドレイン電極１１８上に形成された無機絶縁膜１２０と、無機絶縁膜１２０上に形成された有機絶縁膜１２２と、有機絶縁膜１２２上に形成された導電膜１２４と、を有する。
【００６７】
また、図１（Ｃ）に示す半導体装置は、酸化窒化シリコン膜１１０と、酸素放出型の酸化膜１１２と、によりゲート絶縁膜１３０を構成しており、基板１０２、下地絶縁膜１０４、ゲート電極１０６、ゲート絶縁膜１３０、酸化物半導体膜１１４、ソース電極１１６、及びドレイン電極１１８により、トランジスタ１５０が形成されている。
【００６８】
なお、トランジスタ１５０は、図１（Ａ）、および図１（Ｂ）に示した構成と同様である。また、無機絶縁膜１２０は、図１（Ｂ）に示した構成と同様である。トランジスタ１５０、及び無機絶縁膜１２０は、先の記載を参酌することで形成できる。
【００６９】
有機絶縁膜１２２は、トランジスタ１５０の凹凸を平坦化することができる。また、有機絶縁膜１２２は、無機絶縁膜１２０よりも、膜厚を厚く形成することが可能であり、例えば、スピン塗布法などにより、アクリル系樹脂、及びポリイミド系樹脂等の有機樹脂膜を用いることができる。
【００７０】
導電膜１２４として用いることのできる材料は、例えば、酸化インジウム−酸化スズ（ＩＴＯ：Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）、珪素若しくは酸化珪素を含有した酸化インジウム−酸化スズ、酸化インジウム−酸化亜鉛、グラフェンなどの透光性を有する導電材料を用いることができる。
【００７１】
ただし、導電膜１２４として用いることのできる材料は、上記材料に限定されない。例えば、金属膜（アルミニウム、チタンなど）を用いることもできる。このような金属膜を用いることにより、トランジスタ１５０を外光から遮光することができるので、好適である。
【００７２】
また、導電膜１２４は、酸化物半導体膜１１４の重畳した領域に設けることができる。このような構成とすることで、断面において、酸化物半導体膜１１４の上側（所謂、バックチャネル側）の電位を制御することができる。また、導電膜の電位は、フローティングであってもよいし、ＧＮＤと同電位であってもよいし、ゲート電極１０６と同電位であってもよいし、ソース電極１１６、及びドレイン電極１１８と同電位であってもよい。
【００７３】
また、導電膜１２４は、外部からの静電気（所謂、ＥＳＤ：Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｓｔａｔｉｃ Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ）に対して、トランジスタ１５０を保護する機能も有する。トランジスタ１５０上に導電膜１２４を有することで、外部からの静電気放電等の電荷を当該導電膜１２４により、逃がすことができる。
【００７４】
以上のように、本実施の形態に示す酸化物半導体膜を用いた半導体装置において、ゲート絶縁膜を酸化窒化シリコン膜、及び酸素放出型の酸化膜により構成する。酸化窒化シリコン膜により被覆性が高く、絶縁耐性が高い、欠陥密度の低減されたゲート絶縁膜とすることができる。また、酸素放出型の酸化膜により酸化物半導体膜に酸素を供給することができる。したがって、安定した電気特性を付与した半導体装置を提供できる。
【００７５】
本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせて実施することができる。
【００７６】
（実施の形態２）
本実施の形態においては、実施の形態１の図１（Ａ）乃至図１（Ｃ）に示した半導体装置の作製方法について、図２乃至図４を用いて説明を行う。なお、図１で示した符号については、同様の符号を用い、その繰り返しの説明は省略する。
【００７７】
まず、基板１０２上に下地絶縁膜１０４を形成し、下地絶縁膜１０４上にゲート電極１０６を形成する（図２（Ａ）参照）。
【００７８】
基板１０２としては、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を用いる。量産する上では、基板１０２は、第８世代（２１６０ｍｍ×２４６０ｍｍ）、第９世代（２４００ｍｍ×２８００ｍｍ、または２４５０ｍｍ×３０５０ｍｍ）、第１０世代（２９５０ｍｍ×３４００ｍｍ）等のマザーガラスを用いることが好ましい。マザーガラスは、処理温度が高く、処理時間が長いと大幅に収縮するため、マザーガラスを使用して量産を行う場合、作製工程の加熱処理は、好ましくは６００℃以下、さらに好ましくは４５０℃以下、さらに好ましくは３５０℃以下とすることが望ましい。
【００７９】
下地絶縁膜１０４は、ＰＥ−ＣＶＤ法またはスパッタリング法を用いて５０ｎｍ以上６００ｎｍ以下の膜厚で、酸化シリコン膜、酸化ガリウム膜、酸化アルミニウム膜、窒化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜、酸化窒化アルミニウム膜、または窒化酸化シリコン膜から選ばれた一層またはこれらの積層を用いる。下地絶縁膜１０４により、基板１０２側からの不純物の進入を抑制することができる。なお、下地絶縁膜１０４が不要な場合、例えば、基板１０２の表面吸着した水分、及び基板１０２に含有する水分等が少ない場合には下地絶縁膜１０４を設けない構成としてもよい。
【００８０】
次に、下地絶縁膜１０４上に、導電膜を形成した後、フォトリソグラフィ工程、及びエッチング工程によりゲート電極１０６を形成する（図２（Ａ）参照）。ゲート電極１０６は、スパッタリング法等により、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、及びスカンジウム等の金属材料、または、これらを含む合金材料を用いて、単層、または積層して形成することができる。
【００８１】
次に、下地絶縁膜１０４、及びゲート電極１０６上に酸化窒化シリコン膜１１０を形成する（図２（Ｂ）参照）。
【００８２】
酸化窒化シリコン膜１１０は、ＰＥ−ＣＶＤ装置を用いて、形成することができる。酸化窒化シリコン膜１１０は、例えば、ＳｉＨ４、Ｎ２Ｏ、ＮＨ３、Ｏ２等のガスを用いて形成することができる。また、酸化窒化シリコン膜１１０の膜厚は、５０ｎｍ以上４００ｎｍ以下（好ましくは１００ｎｍ以上３００ｎｍ以下）とすることができる。
【００８３】
次に、酸化窒化シリコン膜１１０が形成された基板１０２に対して、加熱処理を行う。
【００８４】
なお、加熱処理としては、電気炉、もしくは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用いることができる。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。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。高温のガスには、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。また、高温のガスのその他の一例としては、酸素を用いてもよい。酸素を用いることにより、酸化窒化シリコン膜１１０からの酸素の脱離を抑制、または酸素の供給を行うことができる。
【００８５】
加熱処理温度は、基板１０２として、マザーガラスを用いた場合、処理温度が高く、処理時間が長いと大幅に収縮するため、好ましくは、２００℃以上４５０℃以下、さらに好ましくは、２５０℃以上３５０℃以下である。
【００８６】
なお、上記加熱処理を行うことで、酸化窒化シリコン膜１１０膜中の水、水素等の不純物を除去することができる。また、当該加熱処理により、酸化窒化シリコン膜１１０の膜中の欠陥密度を低減することができる。酸化窒化シリコン膜１１０は、ゲート絶縁膜の一部として機能するため、膜中の不純物、または膜中の欠陥密度が低減することにより、半導体装置の信頼性が向上する。例えば、半導体装置の信頼性試験の一つである光負バイアスストレス試験における半導体装置の劣化を抑制させることができる。
【００８７】
また、上記加熱処理は、のちに形成される酸素放出型の酸化膜１１２の成膜前処理として、行ってもよい。例えば、酸化窒化シリコン膜１１０を形成後、スパッタリング装置の予備加熱室で、真空中で加熱処理を行った後、酸素放出型の酸化膜１１２、及び酸化物半導体膜１１３を形成してもよい。
【００８８】
また、上記加熱処理は、複数回行ってもよい。例えば、酸化窒化シリコン膜１１０形成後、電気炉等により窒素雰囲気中で加熱処理を行い、その後、スパッタリング装置の予備加熱室で、真空中で加熱処理を行った後、酸素放出型の酸化膜１１２、及び酸化物半導体膜１１３を形成してもよい。
【００８９】
次に、酸化窒化シリコン膜１１０上に、酸素放出型の酸化膜１１２、及び酸化物半導体膜１１３を形成する（図２（Ｃ）参照）。なお、酸化窒化シリコン膜１１０と、酸素放出型の酸化膜１１２により、ゲート絶縁膜１３０が形成される。
【００９０】
酸素放出型の酸化膜１１２、及び酸化物半導体膜１１３は、マルチチャンバー構造のスパッタリング装置を用いて、真空中で連続して形成することができる。酸素放出型の酸化膜１１２と、酸化物半導体膜１１３と、を真空中で連続して形成することで、酸素放出型の酸化膜１１２と、酸化物半導体膜１１３との間の界面を清浄に保つことができる。
【００９１】
なお、酸素放出型の酸化膜１１２成膜前に加熱処理を行う場合、マルチチャンバー構造のスパッタリング装置を用いることで、加熱処理、酸素放出型の酸化膜１１２の成膜、及び酸化物半導体膜１１３の成膜を、真空中で連続して行うことができる。
【００９２】
酸素放出型の酸化膜１１２としては、例えば、スパッタリング法にて、Ｓｉターゲットを用い、不活性ガスと酸素ガスの混合ガス雰囲気下、または酸素ガス雰囲気下において、形成することができる。また、酸素放出型の酸化膜１１２の膜厚は、１０ｎｍ以上１５０ｎｍ以下（好ましくは２０ｎｍ以上１００ｎｍ以下）とすることができる。
【００９３】
また、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、交流電源を用いるＡＣスパッタリング法等がある。また、さらにパルス的にバイアスを与えるパルスＤＣスパッタリング法もある。酸素放出型の酸化膜１１２は、ＲＦスパッタリング法、ＡＣスパッタリング法を用いることで、緻密な膜が形成できるので好適である。
【００９４】
また、酸素放出型の酸化膜１１２、及び酸化物半導体膜１１３の形成工程において、酸素放出型の酸化膜１１２、及び酸化物半導体膜１１３に水素、または水がなるべく含まれないようにするために、酸素放出型の酸化膜１１２の前処理として、スパッタリング装置の予備加熱室、すなわち真空中で、酸化窒化シリコン膜１１０が形成された基板１０２の加熱処理を行い、基板１０２、及び酸化窒化シリコン膜１１０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。
【００９５】
酸素放出型の酸化膜１１２は、酸素の放出量が多い材料で形成する。例えば、酸素放出型の酸化膜１１２は、昇温脱離ガス分光法において、酸素原子に換算して酸素の放出量が、好ましくは１．０×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上、さらに好ましくは、１．０×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上、さらに好ましくは、１．０×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上である。酸素放出型の酸化膜１１２としては、例えば、スパッタリング法により形成された酸化シリコン膜を用いることができる。なお、酸素の放出量を上記数値とすることで、酸化物半導体膜１１３に酸素を好適に供給することができる。
【００９６】
また、酸素放出型の酸化膜１１２としては、例えば、酸素が過剰な酸化シリコン膜（ＳｉＯｘ（ｘ＞２））を組成とした膜を用いることができる。酸素が過剰な酸化シリコン膜とは、シリコン原子数の２倍より多い酸素原子を単位体積あたりに含む膜である。なお、単位体積あたりのシリコン原子数、及び酸素原子数は、ラザフォード後方散乱法により測定した値である。
【００９７】
また、酸素放出型の酸化膜１１２は、スパッタリング法により形成するのが好ましい。スパッタリング法により形成した酸素放出型の酸化膜１１２は、ＰＥ−ＣＶＤ法で形成した膜よりも酸素の放出量を多くすることができる。
【００９８】
酸化物半導体膜１１３としては、少なくともインジウム（Ｉｎ）または亜鉛（Ｚｎ）を含む酸化物が好ましい。特にＩｎとＺｎを含むことが好ましい。また、該酸化物を用いたトランジスタの電気特性のばらつきを減らすためのスタビライザーとして、それらに加えてガリウム（Ｇａ）を有することが好ましい。また、スタビライザーとしてスズ（Ｓｎ）を有することが好ましい。また、スタビライザーとしてハフニウム（Ｈｆ）を有することが好ましい。また、スタビライザーとしてアルミニウム（Ａｌ）を有することが好ましい。また、スタビライザーとしてチタン（Ｔｉ）を有することが好ましい。また、スタビライザーとしてジルコニウム（Ｚｒ）を有することが好ましい。
【００９９】
また、他のスタビライザーとして、ランタノイドである、ランタン（Ｌａ）、セリウム（Ｃｅ）、プラセオジム（Ｐｒ）、ネオジム（Ｎｄ）、サマリウム（Ｓｍ）、ユウロピウム（Ｅｕ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、テルビウム（Ｔｂ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）、ホルミウム（Ｈｏ）、エルビウム（Ｅｒ）、ツリウム（Ｔｍ）、イッテルビウム（Ｙｂ）、ルテチウム（Ｌｕ）のいずれか一種あるいは複数種を有してもよい。
【０１００】
例えば、酸化物半導体膜１１３として、酸化インジウム、酸化スズ、酸化亜鉛、二元系金属の酸化物であるＩｎ−Ｚｎ系酸化物、Ｓｎ−Ｚｎ系酸化物、Ａｌ−Ｚｎ系酸化物、Ｚｎ−Ｍｇ系酸化物、Ｓｎ−Ｍｇ系酸化物、Ｉｎ−Ｍｇ系酸化物、Ｉｎ−Ｇａ系酸化物、三元系金属の酸化物であるＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物（ＩＧＺＯとも表記する）、Ｉｎ−Ａｌ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｚｎ系酸化物、Ｓｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物、Ａｌ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物、Ｓｎ−Ａｌ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｈｆ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｌａ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｃｅ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｐｒ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｎｄ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｓｍ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｅｕ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｇｄ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｔｂ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｄｙ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｈｏ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｅｒ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｔｍ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｙｂ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｌｕ−Ｚｎ系酸化物、四元系金属の酸化物であるＩｎ−Ｓｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｈｆ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ａｌ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｓｎ−Ａｌ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｈｆ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｈｆ−Ａｌ−Ｚｎ系酸化物を用いることができる。
【０１０１】
なお、ここで、例えば、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物とは、ＩｎとＧａとＺｎを主成分として有する酸化物という意味であり、ＩｎとＧａとＺｎの比率は問わない。また、ＩｎとＧａとＺｎ以外の金属元素が入っていてもよい。
【０１０２】
また、酸化物半導体膜１１３として、ＩｎＭＯ３（ＺｎＯ）ｍ（ｍ＞０、且つ、ｍは整数でない）で表記される材料を用いてもよい。なお、Ｍは、Ｇａ、Ｆｅ、Ｍｎ及びＣｏから選ばれた一の金属元素または複数の金属元素を示す。また、酸化物半導体として、Ｉｎ２ＳｎＯ５（ＺｎＯ）ｎ（ｎ＞０、且つ、ｎは整数）で表記される材料を用いてもよい。
【０１０３】
例えば、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：１（＝１／３：１／３：１／３）あるいはＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝２：２：１（＝２／５：２／５：１／５）の原子比のＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物やその組成の近傍の酸化物を用いることができる。あるいは、Ｉｎ：Ｓｎ：Ｚｎ＝１：１：１（＝１／３：１／３：１／３）、Ｉｎ：Ｓｎ：Ｚｎ＝２：１：３（＝１／３：１／６：１／２）あるいはＩｎ：Ｓｎ：Ｚｎ＝２：１：５（＝１／４：１／８：５／８）の原子比のＩｎ−Ｓｎ−Ｚｎ系酸化物やその組成の近傍の酸化物を用いるとよい。
【０１０４】
しかし、これらに限られず、必要とする半導体特性（移動度、しきい値、ばらつき等）に応じて適切な組成のものを用いればよい。また、必要とする半導体特性を得るために、キャリア濃度や不純物濃度、欠陥密度、金属元素と酸素の原子数比、原子間距離、密度等を適切なものとすることが好ましい。
【０１０５】
例えば、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｚｎ系酸化物では比較的容易に高い移動度が得られる。しかしながら、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物でも、バルク内欠陥密度を下げることにより移動度を上げることができる。
【０１０６】
なお、例えば、Ｉｎ、Ｇａ、Ｚｎの原子数比がＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝ａ：ｂ：ｃ（ａ＋ｂ＋ｃ＝１）である酸化物の組成が、原子数比がＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝Ａ：Ｂ：Ｃ（Ａ＋Ｂ＋Ｃ＝１）の酸化物の組成のｒだけ近傍であるとは、ａ、ｂ、ｃが、（ａ−Ａ）２＋（ｂ−Ｂ）２＋（ｃ−Ｃ）２≦ｒ２を満たすことをいう。ｒとしては、例えば、０．０５とすればよい。他の酸化物でも同様である。
【０１０７】
酸化物半導体膜１１３は単結晶でも、非単結晶でもよい。後者の場合、アモルファスでも、多結晶でもよい。また、アモルファス中に結晶性を有する部分を含む構造でも、非アモルファスでもよい。
【０１０８】
アモルファス状態の酸化物半導体膜は、比較的容易に平坦な表面を得ることができるため、これを用いてトランジスタを作製した際の界面散乱を低減でき、比較的容易に、比較的高い移動度を得ることができる。
【０１０９】
また、結晶性を有する酸化物半導体膜では、よりバルク内欠陥を低減することができ、表面の平坦性を高めればアモルファス状態の酸化物半導体膜以上の移動度を得ることができる。表面の平坦性を高めるためには、平坦な表面上に酸化物半導体膜を形成することが好ましく、具体的には、平均面粗さ（Ｒａ）が１ｎｍ以下、好ましくは０．３ｎｍ以下、より好ましくは０．１ｎｍ以下の表面上に形成するとよい。
【０１１０】
酸化物半導体膜１１３として、結晶を含み、結晶性を有する酸化物半導体膜（結晶性酸化物半導体膜）を用いることができる。結晶性酸化物半導体膜における結晶状態は、結晶軸の方向が無秩序な状態でも、一定の配向性を有する状態であってもよい。
【０１１１】
例えば、結晶性酸化物半導体膜として、ＣＡＡＣ−ＯＳ（Ｃ Ａｘｉｓ Ａｌｉｇｎｅｄ Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）膜を用いることができる。
【０１１２】
ＣＡＡＣ−ＯＳ膜は、完全な単結晶ではなく、完全な非晶質でもない。ＣＡＡＣ−ＯＳ膜は、非晶質相に結晶部を有する結晶−非晶質混相構造の酸化物半導体層である。なお、当該結晶部は、一辺が１００ｎｍ未満の立方体内に収まる大きさであることが多い。また、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ：Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）による観察像では、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜に含まれる非晶質部と結晶部との境界は明確ではない。また、ＴＥＭによってＣＡＡＣ−ＯＳ膜には粒界（グレインバウンダリーともいう）は確認できない。そのため、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜は、粒界に起因する電子移動度の低下が抑制される。
【０１１３】
ＣＡＡＣ−ＯＳ膜に含まれる結晶部は、ｃ軸がＣＡＡＣ−ＯＳ膜の被形成面の法線ベクトルまたは表面の法線ベクトルに平行な方向に揃い、かつａｂ面に垂直な方向から見て三角形状または六角形状の原子配列を有し、ｃ軸に垂直な方向から見て金属原子が層状または金属原子と酸素原子とが層状に配列している。なお、異なる結晶部間で、それぞれａ軸およびｂ軸の向きが異なっていてもよい。本明細書において、単に垂直と記載する場合、８５°以上９５°以下の範囲も含まれることとする。また、単に平行と記載する場合、−５°以上５°以下の範囲も含まれることとする。
【０１１４】
なお、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜において、結晶部の分布が一様でなくてもよい。例えば、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜の形成過程において、酸化物半導体膜の表面側から結晶成長させる場合、被形成面の近傍に対し表面の近傍では結晶部の占める割合が高くなることがある。また、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜へ不純物を添加することにより、当該不純物添加領域において結晶部が非晶質化することもある。
【０１１５】
ＣＡＡＣ−ＯＳ膜に含まれる結晶部のｃ軸は、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜の被形成面の法線ベクトルまたは表面の法線ベクトルに平行な方向に揃うため、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜の形状（被形成面の断面形状または表面の断面形状）によっては互いに異なる方向を向くことがある。なお、結晶部のｃ軸の方向は、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜が形成されたときの被形成面の法線ベクトルまたは表面の法線ベクトルに平行な方向となる。結晶部は、成膜することにより、または成膜後に加熱処理などの結晶化処理を行うことにより形成される。
【０１１６】
ＣＡＡＣ−ＯＳ膜を用いたトランジスタは、可視光や紫外光の照射による電気特性の変動が小さい。よって、当該トランジスタは、信頼性が高い。
【０１１７】
酸化物半導体膜１１３として、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜を適用する場合、該ＣＡＡＣ−ＯＳ膜を得る方法としては、三つ挙げられる。一つ目は、成膜温度を１００℃以上４５０℃以下、更に好ましくは１５０℃以上４００℃以下として酸化物半導体層の成膜を行い、表面に概略垂直にｃ軸配向させる方法である。二つ目は、酸化物半導体層を薄い膜厚で成膜した後、２００℃以上７００℃以下の熱処理を行い、表面に概略垂直にｃ軸配向させる方法である。三つ目は、一層目として薄い膜厚で成膜した後、２００℃以上７００℃以下の熱処理を行い、二層目の成膜を行い、表面に概略垂直にｃ軸配向させる方法である。
【０１１８】
なお、酸化物半導体膜１１３として、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜以外の結晶性を有する酸化物半導体膜（単結晶または微結晶）を成膜する場合には、成膜温度は特に限定されない。
【０１１９】
また、酸化物半導体膜１１３は、エネルギーギャップが２．８ｅＶ乃至３．２ｅＶであり、シリコンのエネルギーギャップ１．１ｅＶと比較して大きい。また、酸化物半導体膜１１３の真性キャリア密度は、１０−９／ｃｍ３であり、シリコンの真性キャリア密度の１０１１／ｃｍ３と比較して極めて小さい。
【０１２０】
酸化物半導体膜１１３の多数キャリア（電子）は、トランジスタのソースから流れるのみである。また、チャネル形成領域を完全空乏化することが可能であるため、トランジスタのオフ電流を極めて小さくすることが可能である。酸化物半導体膜１１３を用いたトランジスタのオフ電流は、室温において、１０ｙＡ／μｍ以下、８５℃〜９５℃においても、１ｚＡ／μｍ以下となり、極めて小さい。
【０１２１】
また、本発明においては、酸化物半導体膜１１３の下地膜として、酸素放出型の酸化膜１１２が形成されている。酸化物半導体膜１１３は、酸素放出型の酸化膜１１２からの酸素供給により、酸素欠損の発生が抑制され、結晶性を向上させることができる。
【０１２２】
酸化物半導体膜１１３の膜厚は、１ｎｍ以上２００ｎｍ以下（好ましくは１５ｎｍ以上３０ｎｍ以下）とし、スパッタリング法、ＭＢＥ（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｂｅａｍ Ｅｐｉｔａｘｙ）法、ＣＶＤ法、パルスレーザ堆積法、ＡＬＤ（Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法等を適宜用いることができる。また、酸化物半導体膜１１３は、スパッタリングターゲット表面に対し、概略垂直に複数の基板表面がセットされた状態で成膜を行うスパッタ装置を用いて成膜してもよい。
【０１２３】
なお、酸化物半導体膜１１３は、成膜時に酸素が多く含まれるような条件（例えば、酸素１００％の雰囲気下でスパッタリング法により成膜を行うなど）で成膜して、酸素を多く含む（好ましくは酸化物半導体膜１１３が結晶状態における化学量論的組成に対し、酸素の含有量が過剰な領域が含まれている）膜とすることが好ましい。
【０１２４】
酸化物半導体膜１１３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は、例えば、組成比として、Ｉｎ２Ｏ３：Ｇａ２Ｏ３：ＺｎＯ＝１：１：２［ｍｏｌ比］の金属酸化物ターゲットを用い、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ膜を成膜する。また、このターゲットの材料及び組成に限定されず、例えば、Ｉｎ２Ｏ３：Ｇａ２Ｏ３：ＺｎＯ＝１：１：１［ｍｏｌ比］の金属酸化物ターゲットを用いてもよい。
【０１２５】
また、酸化物半導体膜１１３を上述した金属酸化物ターゲットを用いて形成した場合、ターゲットの組成と、基板上に形成される薄膜の組成と、が異なる場合がある。例えば、Ｉｎ２Ｏ３：Ｇａ２Ｏ３：ＺｎＯ＝１：１：１［ｍｏｌ比］の金属酸化物ターゲットを用いた場合、成膜条件にも依存するが、薄膜である酸化物半導体膜１１３の組成比は、Ｉｎ２Ｏ３：Ｇａ２Ｏ３：ＺｎＯ＝１：１：０．６〜０．８［ｍｏｌ比］となる場合がある。これは、酸化物半導体膜１１３を成膜中において、ＺｎＯが昇華する、またはＩｎ２Ｏ３、Ｇａ２Ｏ３、ＺｎＯの各成分のスパッタリングレートが異なるためだと考えられる。
【０１２６】
したがって、所望の組成の薄膜を形成したい場合においては、予め金属酸化物ターゲットの組成を調整する必要がある。例えば、薄膜である酸化物半導体膜１１３の組成比を、Ｉｎ２Ｏ３：Ｇａ２Ｏ３：ＺｎＯ＝１：１：１［ｍｏｌ比］とする場合においては、金属酸化物ターゲットの組成比を、Ｉｎ２Ｏ３：Ｇａ２Ｏ３：ＺｎＯ＝１：１：１．５［ｍｏｌ比］とすればよい。すなわち、金属酸化物ターゲットのＺｎＯの含有量を予め多くすればよい。ただし、ターゲットの組成は、上記数値に限定されず、成膜条件や、形成される薄膜の組成により適宜調整することができる。また、金属酸化物ターゲットのＺｎＯの含有量を多くすることにより、得られる薄膜の結晶性が向上するため好ましい。
【０１２７】
また、金属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％以下である。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１１３は緻密な膜とすることができる。
【０１２８】
酸化物半導体膜１１３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除去された高純度ガスを用いることが好ましい。
【０１２９】
スパッタリング装置の成膜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、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、水素原子、水（Ｈ２Ｏ）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。
【０１３０】
また、本実施の形態においては、酸素放出型の酸化膜１１２と、酸化物半導体膜１１３と、を大気開放せずに連続的に形成することができる。酸素放出型の酸化膜１１２と酸化物半導体膜１１３とを大気に暴露せずに真空中で連続して形成することにより、酸素放出型の酸化膜１１２の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。したがって、酸素放出型の酸化膜１１２と酸化物半導体膜１１３との界面を清浄に保つことができる。
【０１３１】
また、酸化物半導体膜１１３に、過剰な水素（水や水酸基を含む）を除去（脱水化または脱水素化）するための加熱処理を行ってもよい。加熱処理の温度は、３００℃以上７００℃以下、または基板の歪み点未満とする。加熱処理は減圧下、窒素雰囲気下、または酸素雰囲気下などで行うことができる。例えば、加熱処理装置の一つである電気炉に基板を導入し、酸化物半導体膜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う。
【０１３２】
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用いてもよい。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。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。高温のガスには、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。
【０１３３】
例えば、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入れ、数分間加熱した後、基板を不活性ガス中から出すＧＲＴＡを行ってもよい。
【０１３４】
その後、酸化物半導体膜１１３に対して、フォトリソグラフィ工程、及びエッチング工程を行い、島状の酸化物半導体膜１１４を形成する（図３（Ａ）参照）。
【０１３５】
また、脱水化又は脱水素化のための加熱処理は、酸化物半導体膜１１３の形成後、島状の酸化物半導体膜１１４の形成後、（後に形成される）ソース電極１１６、及びドレイン電極１１８の形成後であれば、どのタイミングで行ってもよい。
【０１３６】
なお、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、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。
【０１３７】
また、加熱処理で酸化物半導体膜１１４を加熱した後、同じ炉に高純度の酸素ガス、高純度の一酸化二窒素ガス、又は超乾燥エア（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、より好ましくは１０ｐｐｂ以下の空気）を導入してもよい。酸素ガスまたは一酸化二窒素ガスに、水、水素などが含まれないことが好ましい。または、熱処理装置に導入する酸素ガスまたは一酸化二窒素ガスの純度を、６Ｎ以上好ましくは７Ｎ以上（即ち、酸素ガスまた一酸化二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。酸素ガス又は一酸化二窒素ガスの作用により、脱水化または脱水素化処理による不純物の排除工程によって同時に減少してしまった酸化物半導体を構成する主成分材料である酸素を供給することによって、酸化物半導体膜１１３を高純度化及び電気的にＩ型（真性）化することができる。
【０１３８】
また、上述した加熱処理により、酸素放出型の酸化膜１１２は、酸素を放出し、酸化物半導体膜１１３に酸素を供給することができる。
【０１３９】
次に酸素放出型の酸化膜１１２、及び酸化物半導体膜１１４上に導電膜を形成し、当該導電膜をフォトリソグラフィ工程、及びエッチング工程を行い、ソース電極１１６、及びドレイン電極１１８を形成し、トランジスタ１５０を形成する。（図３（Ｂ）参照）。この段階で図１（Ａ）に示す半導体装置が形成される。
【０１４０】
ソース電極１１６、及びドレイン電極１１８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）等を用いることができる。また、Ａｌ、Ｃｕなどの金属膜の下側又は上側の一方または双方にＴｉ、Ｍｏ、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）を積層させた構成としても良い。
【０１４１】
次に、酸化物半導体膜１１４、ソース電極１１６、及びドレイン電極１１８上に無機絶縁膜１２０を形成する（図３（Ｃ）参照）。この段階で図１（Ｂ）に示す半導体装置が形成される。
【０１４２】
無機絶縁膜１２０としては、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコン、窒化シリコン、酸化ガリウム、酸化亜鉛、酸化ハフニウム、酸化アルミニウム等の無機材料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てもよく、本実施の形態においては、無機絶縁膜１２０として、酸素放出型の酸化膜１２０ａと、金属酸化膜１２０ｂの積層構造とする。
【０１４３】
酸素放出型の酸化膜１２０ａとしては、特に化学量論的組成を超える酸素を含有した酸化シリコン膜等を用いると好適である。化学量論的組成を超える酸素を含有した酸化シリコン膜により、酸化物半導体膜１１４へ酸素の供給を可能とし、酸化物半導体膜１１４の酸素欠損の発生を防ぐことができる。また、酸素放出型の酸化膜１２０ａは、ゲート絶縁膜１３０の一部として用いた、酸素放出型の酸化膜１１２と同様の材料を用いると好適である。このような構成とすることで、酸化物半導体膜１１４は、酸素放出型の酸化膜１１２からの酸素供給と酸素放出型の酸化膜１２０ａからの酸素供給と、断面において上下からの酸素供給が可能となるため好適である。また、酸素放出型の酸化膜１２０ａの膜厚は、５０ｎｍ以上４００ｎｍ以下（好ましくは１００ｎｍ以上３００ｎｍ以下）とすることができる。
【０１４４】
また、金属酸化膜１２０ｂとしては、例えば、酸化アルミニウム膜を用いることができる。酸化アルミニウム膜は、好ましくは膜密度が３．２ｇ／ｃｍ３以上、さらに好ましくは３．６ｇ／ｃｍ３以上であるとよい。金属酸化膜１２０ｂとして、当該酸化アルミニウム膜を用いることで、耐湿性の高い無機絶縁膜１２０とすることができる。また、当該酸化アルミニウム膜は、パッシベーション能力が高く、酸素放出型の酸化膜１２０ａから放出される酸素を、外部に拡散するのを抑制することができる。また、金属酸化膜１２０ｂの膜厚は、３０ｎｍ以上１５０ｎｍ以下（好ましくは５０ｎｍ以上１００ｎｍ以下）とすることができる。
【０１４５】
次に、無機絶縁膜１２０上に有機絶縁膜１２２を形成する（図４（Ａ）参照）。
【０１４６】
有機絶縁膜１２２は、トランジスタ１５０の凹凸を低減させることができる。有機絶縁膜１２２としては、例えば、ポリイミド系樹脂、アクリル系樹脂、ベンゾシクロブテン系樹脂、等の有機樹脂材料を用いることができる。
【０１４７】
次に、有機絶縁膜１２２上に導電膜１２４を形成する（図４（Ｂ）参照）。この段階で図１（Ｃ）に示す半導体装置が形成される。
【０１４８】
導電膜１２４としては、例えば、酸化インジウム−酸化スズ（ＩＴＯ：Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）、珪素若しくは酸化珪素を含有した酸化インジウム−酸化スズ、酸化インジウム−酸化亜鉛、グラフェンなどの透光性を有する導電材料を用いることができる。
【０１４９】
ただし、導電膜１２４として用いることのできる材料は、上記材料に限定されない。例えば、金属膜（アルミニウム、チタンなど）を用いることもできる。このような金属膜を用いることにより、トランジスタ１５０を外光から遮光することができるので、好適である。
【０１５０】
また、導電膜１２４は、外部からの静電気（所謂、ＥＳＤ：Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｓｔａｔｉｃ Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ）に対して、トランジスタ１５０を保護する機能も有する。トランジスタ１５０上に導電膜１２４を有することで、外部からの静電気放電等の電荷を導電膜１２４により、逃がすことができる。
【０１５１】
以上の工程により、実施の形態１に示した図１（Ａ）乃至図１（Ｃ）の半導体装置を作製することができる。
【０１５２】
以上のように、本実施の形態に示す酸化物半導体膜を用いた半導体装置において、ゲート絶縁膜を酸化窒化シリコン膜、及び酸素放出型の酸化膜により構成する。酸化窒化シリコン膜により被覆性が高く、絶縁耐性が高い、欠陥密度の低減されたゲート絶縁膜とすることができる。また、酸素放出型の酸化膜により酸化物半導体膜に酸素を供給することができる。したがって、安定した電気特性を付与した半導体装置を提供できる。
【０１５３】
また、酸素放出型の酸化膜と、酸化物半導体膜と、を大気に暴露せずに真空中で連続して形成することにより、酸素放出型の酸化膜と酸化物半導体膜との界面を清浄に保つことができる。したがって、安定した電気特性を付与した半導体装置の作製方法を提供できる。
【０１５４】
本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせて実施することができる。
【０１５５】
（実施の形態３）
本実施の形態においては、実施の形態１の図１（Ｃ）に示した半導体装置の変形例について、図５（Ａ）乃至図５（Ｃ）を用いて説明を行う。なお、図１と同様の部分については、同様の符号を用い、その繰り返しの説明は省略する。
【０１５６】
また、図５（Ｃ）に示す半導体装置は、本実施の形態の一例であり、図５（Ａ）、及び図５（Ｂ）は、図５（Ｃ）に示す半導体装置の作製方法を説明する図である。
【０１５７】
図５（Ｃ）に示す半導体装置は、基板１０２と、基板１０２上に形成された下地絶縁膜１０４と、下地絶縁膜１０４上に形成されたゲート電極１０６と、下地絶縁膜１０４、及びゲート電極１０６上に形成された酸化窒化シリコン膜１１０と、酸化窒化シリコン膜１１０上に形成された酸素放出型の酸化膜１１２と、酸素放出型の酸化膜１１２上に形成された酸化物半導体膜１１４と、酸素放出型の酸化膜１１２、及び酸化物半導体膜１１４上に形成されたソース電極１１６と、酸素放出型の酸化膜１１２、及び酸化物半導体膜１１４上に形成されたドレイン電極１１８と、酸化物半導体膜１１４、ソース電極１１６、及びドレイン電極１１８上に形成された無機絶縁膜１２０と、無機絶縁膜１２０上に形成された有機絶縁膜１２２と、有機絶縁膜１２２上に形成された導電膜１２４と、を有する。
【０１５８】
また、図５（Ｃ）に示す半導体装置は、酸化窒化シリコン膜１１０と、酸素放出型の酸化膜１１２と、によりゲート絶縁膜１３０を構成しており、基板１０２、下地絶縁膜１０４、ゲート電極１０６、ゲート絶縁膜１３０、酸化物半導体膜１１４、ソース電極１１６、及びドレイン電極１１８により、トランジスタ１５０が形成されている。
【０１５９】
なお、トランジスタ１５０は、実施の形態１に示した図１（Ａ）乃至図１（Ｃ）に示した半導体装置の構成と同様である。また、無機絶縁膜１２０は、実施の形態１の図１（Ｂ）、及び図１（Ｃ）に示した半導体装置の構成と同様である。また、有機絶縁膜１２２は、実施の形態１の図１（Ｃ）に示した半導体装置と同様である。トランジスタ１５０、無機絶縁膜１２０、及び有機絶縁膜１２２は、先の記載を参酌することで形成できる。
【０１６０】
本実施の形態に示すトランジスタ１５０は、図１（Ｃ）に示す半導体装置との違いとして、無機絶縁膜１２０、及び有機絶縁膜１２２に開口部１２６を有している。また、有機絶縁膜１２２上に形成された導電膜１２４は、無機絶縁膜１２０、及び有機絶縁膜１２２を介して、開口部１２６により、ドレイン電極１１８と接続されている。
【０１６１】
このような構成とすることで、導電膜１２４は、ドレイン電極１１８と同電位とすることができる。また、導電膜１２４は、多種の用途で用いることができる。例えば、トランジスタ１５０を表示装置の画素用トランジスタとした場合においては、導電膜１２４は、画素電極として機能することができる。また、その他の一例として、導電膜１２４は、トランジスタ１５０のバックゲート（もしくは、第２のゲート電極ともいう。）として機能し、トランジスタ１５０のしきい値電圧（Ｖｔｈ）の制御等を行ってもよい。また、複数のトランジスタを有する場合において、トランジスタ１５０と、他の一方のトランジスタとの接続電極として機能してもよい。
【０１６２】
なお、導電膜１２４として用いることのできる材料は、例えば、酸化インジウム−酸化スズ（ＩＴＯ：Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）、珪素若しくは酸化珪素を含有した酸化インジウム−酸化スズ、酸化インジウム−酸化亜鉛、グラフェンなどの透光性を有する導電材料を用いることができる。
【０１６３】
ただし、導電膜１２４として用いることのできる材料は、上記材料に限定されない。例えば、金属膜（アルミニウム、チタンなど）を用いることもできる。このような金属膜を用いることにより、トランジスタ１５０を外光から遮光することができるので、好適である。
【０１６４】
また、導電膜１２４は、酸化物半導体膜１１４の重畳した領域に設けることができる。このような構成とすることで、断面において、酸化物半導体膜１１４の上側（所謂、バックチャネル側）の電位を制御することができる。また、導電膜の電位は、フローティングであってもよいし、ＧＮＤと同電位であってもよいし、ゲート電極１０６と同電位であってもよいし、ソース電極１１６、及びドレイン電極１１８と同電位であってもよい。
【０１６５】
また、導電膜１２４は、外部からの静電気（所謂、ＥＳＤ：Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｓｔａｔｉｃ Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ）に対して、トランジスタ１５０を保護する機能も有する。トランジスタ１５０上に導電膜１２４を有することで、外部からの静電気放電等の電荷を当該導電膜１２４により、逃がすことができる。
【０１６６】
ここで、図５（Ｃ）に示した半導体装置の作製方法について、図５（Ａ）、及び図５（Ｂ）を用いて、説明を行う。
【０１６７】
なお、図５（Ａ）に示す半導体装置は、実施の形態２の図４（Ａ）に示す半導体装置と同様の断面図を示しており、図２（Ａ）乃至図２（Ｃ）、及び図３（Ａ）乃至図３（Ｃ）を参酌することで、作製することができる。よって、本実施の形態においては、その作製方法の記載は、省略する。
【０１６８】
トランジスタ１５０上に形成された無機絶縁膜１２０、及び有機絶縁膜１２２に開口部１２６を形成する（図５（Ｂ）参照）。
【０１６９】
開口部１２６は、所望の領域にパターニングを行い、ドライエッチング、またはウエットエッチングにより形成することができる。もちろん、ドライエッチングと、ウエットエッチングと、双方を組み合わせて形成してもよい。
【０１７０】
開口部１２６は、ドレイン電極１１８に達すればよく、無機絶縁膜１２０、及び有機絶縁膜１２２が階段状の形状、または垂直形状など、形状は特に限定されない。ただし、図５（Ａ）に示すように、テーパー形状とすることで、のちに形成される導電膜１２４を段切れなく形成できるため、好適である。
【０１７１】
次に、ドレイン電極１１８、有機絶縁膜１２２、及び開口部１２６上に導電膜１２４を形成する（図５（Ｃ）参照）。
【０１７２】
以上の工程により、図５（Ｃ）に示す半導体装置を作製することができる。
【０１７３】
以上のように、本実施の形態に示す酸化物半導体膜を用いた半導体装置において、ゲート絶縁膜を酸化窒化シリコン膜、及び酸素放出型の酸化膜により構成する。酸化窒化シリコン膜により被覆性が高く、絶縁耐性が高い、欠陥密度の低減されたゲート絶縁膜とすることができる。また、酸素放出型の酸化膜により酸化物半導体膜に酸素を供給することができる。したがって、安定した電気特性を付与した半導体装置を提供できる。
【０１７４】
本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせて実施することができる。
【０１７５】
（実施の形態４）
実施の形態１乃至実施の形態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。
【０１７６】
図６（Ａ）において、第１の基板４０１上に設けられた画素部４０２、ソースドライバ回路部４０３、及びゲートドライバ回路部４０４を有し、画素部４０２、ソースドライバ回路部４０３、及びゲートドライバ回路部４０４を囲むようにして、シール材４０６が設けられ、第２の基板４０７によって封止されている。また画素部４０２と、ソースドライバ回路部４０３、及びゲートドライバ回路部４０４の上に第２の基板４０７が設けられている。よって画素部４０２と、ソースドライバ回路部４０３と、ゲートドライバ回路部４０４とは、第１の基板４０１とシール材４０６と第２の基板４０７とによって、表示素子と共に封止されている。
【０１７７】
また、図６（Ａ）においては、第１の基板４０１上のシール材４０６によって囲まれている領域とは異なる領域に、画素部４０２、ソースドライバ回路部４０３、及びゲートドライバ回路部４０４と電気的に接続されているＦＰＣ端子部４０５（ＦＰＣ：Ｆｌｅｘｉｂｌｅ ｐｒｉｎｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ）が設けられており、ＦＰＣ端子部４０５には、ＦＰＣ４１８が接続され、画素部４０２、ソースドライバ回路部４０３、及びゲートドライバ回路部４０４に与えられる各種信号、及び電位は、ＦＰＣ４１８により供給されている。
【０１７８】
また、図６（Ａ）においては、ソースドライバ回路部４０３、及びゲートドライバ回路部４０４を画素部４０２と同じ第１の基板４０１に形成している例を示しているが、この構成に限定されない。例えば、ゲートドライバ回路部４０４のみを第１の基板４０１に形成しても良いし、ソースドライバ回路部４０３のみを第１の基板４０１に形成しても良い。この場合、別途用意されたソースドライバ回路、またはゲートドライバ回路等が形成された基板（例えば、単結晶半導体膜、多結晶半導体膜で形成された駆動回路基板）を、第１の基板４０１に実装する構成としても良い。
【０１７９】
なお、別途形成した駆動回路基板の接続方法は、特に限定されるものではなく、ＣＯＧ（Ｃｈｉｐ Ｏｎ Ｇｌａｓｓ）方法、ワイヤボンディング方法、或いはＴＡＢ（Ｔａｐｅ Ａｕｔｏｍａｔｅｄ Ｂｏｎｄｉｎｇ）方法などを用いることができる。
【０１８０】
また、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。
【０１８１】
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（Ｔａｐｅ Ｃａｒｒｉｅｒ Ｐａｃｋａｇｅ）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方式により駆動回路基板、または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。
【０１８２】
また、第１の基板４０１上に設けられた画素部４０２、ソースドライバ回路部４０３、及びゲートドライバ回路部４０４は、トランジスタを複数有しており、実施の形態１乃至実施の形態３で例示したトランジスタを適用することができる。例えば、図６（Ａ）に示した半導体装置の画素部４０２、及びソースドライバ回路部４０３のトランジスタの構成の一例を図６（Ｂ）に示す。
【０１８３】
図６（Ｂ）に示す半導体装置は、図６（Ａ）に示す破線Ｑ−Ｒにおける拡大図に相当する。画素部４０２は、トランジスタ４１０を含む複数のトランジスタを有しており、ソースドライバ回路部４０３は、トランジスタ４１１を含む複数のトランジスタを有している。なお、図６（Ｂ）においては、構成要素の一部（例えば、ゲート絶縁膜、無機絶縁膜など）は、図面の煩雑を避けるために省略している。
【０１８４】
画素部４０２に含まれるトランジスタ４１０は、各画素のスイッチングの機能を有し、マトリクス状に形成された各々の画素の制御を行うことができる。また、ソースドライバ回路部４０３に含まれるトランジスタ４１１は、マトリクス状に形成された各々の画素に接続されているソース線の選択、制御等を行うことができる。
【０１８５】
また、本実施の形態においては、画素部４０２に含まれるトランジスタ４１０は、上方に導電膜を形成しない構成であり、ソースドライバ回路部４０３に含まれるトランジスタ４１１は、上方に導電膜を形成する構成を示している。
【０１８６】
また、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）、有機ＥＬ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。
【０１８７】
表示装置に設けられる表示素子の一形態について、図７（Ａ）、及び図７（Ｂ）を用いて説明する。図７（Ａ）、及び図７（Ｂ）に示す半導体装置は、図６（Ａ）、及び図６（Ｂ）に示す破線Ｑ−Ｒにおける断面図に相当する。
【０１８８】
図７（Ａ）、及び図７（Ｂ）に示す半導体装置は、第１の基板４０１上に設けられたＦＰＣ端子部４０５に、接続端子電極層４１５、及び端子電極層４１６を有しており、接続端子電極層４１５、及び端子電極層４１６はＦＰＣ４１８が有する端子と異方性導電膜４１９を介して、電気的に接続されている。
【０１８９】
接続端子電極層４１５は、導電膜４３０ａ、及び導電膜４３０ｂと同じ工程で形成され、端子電極層４１６は、トランジスタ４１０、及びトランジスタ４１１のソース電極、及びドレイン電極と同じ工程で形成されている。
【０１９０】
また、第１の基板４０１上に設けられた画素部４０２と、ソースドライバ回路部４０３は、トランジスタを複数有しており、図７（Ａ）、及び図７（Ｂ）では、画素部４０２に含まれるトランジスタ４１０と、ソースドライバ回路部４０３に含まれるトランジスタ４１１とを例示している。
【０１９１】
なお、本実施の形態においては、画素部４０２に含まれるトランジスタ４１０と、ソースドライバ回路部４０３に含まれるトランジスタ４１１は、同一のサイズの構成としているが、これに限定されない。画素部４０２、及びソースドライバ回路部４０３に用いるトランジスタは、適宜サイズ（Ｌ／Ｗ）、または用いるトランジスタ数などを変えて用いることができる。また、図７（Ａ）、及び図７（Ｂ）においては、ゲートドライバ回路部４０４は、図示していないが、接続先、または接続方法等が異なるが、ソースドライバ回路部４０３と同様の構成とすることができる。
【０１９２】
また、図７（Ａ）、及び図７（Ｂ）において、トランジスタ４１０、及びトランジスタ４１１は、ゲート絶縁膜が、酸化窒化シリコン膜４２１ａ、及び酸素放出型の酸化膜４２１ｂにより構成されている。酸素放出型の酸化膜４２１ｂは、酸化物半導体膜に接して設けられ、当該酸化物半導体膜に酸素を供給することができる。よって、トランジスタ４１０、及びトランジスタ４１１は、酸化物半導体膜中の酸素欠損に伴う、キャリアの発生が抑制されており、電気的に安定である。
【０１９３】
このように、図６に示す本実施の形態の半導体装置として、トランジスタ４１０、及びトランジスタ４１１を用い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。
【０１９４】
また、図７（Ａ）、及び図７（Ｂ）において、トランジスタ４１０、及びトランジスタ４１１上に、無機絶縁膜４２０、無機絶縁膜４２２、及び有機絶縁膜４２４が設けられている。なお、絶縁膜４２３は下地膜として機能する下地絶縁膜である。
【０１９５】
本実施の形態では、無機絶縁膜４２０としては、酸化シリコン膜を用い、無機絶縁膜４２２としては、酸化アルミニウム膜を用いる。なお、無機絶縁膜４２０、及び無機絶縁膜４２２は、スパッタリング法やプラズマＣＶＤによって形成することができる。
【０１９６】
無機絶縁膜４２０として設けられる酸化シリコン膜は、酸化物半導体膜と接して設けられ、酸素を酸化物半導体膜に供給することができる。
【０１９７】
無機絶縁膜４２２として設けられる酸化アルミニウム膜は、水素、水分などの不純物、及び酸素の両方に対して膜を透過させない遮断効果（ブロック効果）が高い。従って、酸化アルミニウム膜は、作製工程中及び作製後において、変動要因となる水素、水分などの不純物の酸化物半導体膜への混入、及び酸化物半導体膜を構成する主成分材料である酸素の酸化物半導体膜からの放出を防止する保護膜として機能する。
【０１９８】
また、有機絶縁膜４２４としては、アクリル系樹脂、ポリイミド系樹脂、ベンゾシクロブテン系樹脂、ポリアミド系樹脂、エポキシ系樹脂等の、耐熱性を有する有機材料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、有機絶縁膜４２４を形成してもよい。
【０１９９】
また、本実施の形態では、ソースドライバ回路部４０３に形成されたトランジスタ４１１は、有機絶縁膜４２４上に、酸化物半導体膜のチャネル形成領域と重畳した位置に導電膜４３０ａが設けられている構成である。しかし、この構成に限定されず、導電膜４３０ａを設けない構成としても良い。導電膜４３０ａを酸化物半導体膜のチャネル形成領域と重畳した位置に設けることによって、ＢＴ試験前後におけるトランジスタ４１１のしきい値電圧の変化量を低減することができる。また、導電膜４３０ａは、電位がトランジスタ４１１のゲート電極層と同じでもよいし、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、導電膜４３０ａの電位がＧＮＤ、０Ｖ、或いはフローティング状態であってもよい。
【０２００】
なお、導電膜４３０ａは、外部の電場を遮蔽する、すなわち外部の電場が内部（トランジスタ４１１を含む回路部）に作用しないようにする機能（特に静電気に対する静電遮蔽機能）も有する。導電膜４３０ａの遮蔽機能により、静電気などの外部の電場の影響によりトランジスタ４１１の電気的な特性が変動することを防止することができる。なお、導電膜４３０ａは、トランジスタ４１１と重畳するような広範囲に設けてもよい。これによりさらなる静電遮蔽機能の向上が見込まれる。
【０２０１】
また、本実施の形態では、画素部４０２に形成されたトランジスタ４１０は、有機絶縁膜４２４上に、ソース電極またはドレイン電極と接する導電膜４３０ｂが設けられた構成である。導電膜４３０ｂは、画素部４０２において、画素電極としての機能を有する。なお、本実施の形態においては、画素部４０２に形成されたトランジスタ４１０は、酸化物半導体膜のチャネル形成領域と重畳した位置に導電膜４３０ｂを有していない構成である。しかし、この構成に限定されず、ソースドライバ回路部４０３に形成されたトランジスタ４１１と同様の構成としても良い。
【０２０２】
画素部４０２に設けられたトランジスタ４１０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。
【０２０３】
図７（Ａ）に示す表示装置は、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７（Ａ）において、表示素子である液晶素子４１３は、導電膜４３０ｂ、対向電極４３１、及び液晶層４０８を含む。なお、液晶層４０８を挟持するように配向膜として機能する絶縁膜４３２、絶縁膜４３３が設けられている。対向電極４３１は第２の基板４０７側に設けられ、導電膜４３０ｂと対向電極４３１とは液晶層４０８を介して積層する構成となっている。
【０２０４】
また、スペーサ４３５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４０８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、球状のスペーサを用いていても良い。
【０２０５】
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。
【０２０６】
また、横電界方式を採用する場合、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数重量％以上のカイラル剤を混合させた液晶組成物を用いて液晶層に用いる。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。酸化物半導体膜を用いるトランジスタは、静電気の影響によりトランジスタの電気的な特性が著しく変動して設計範囲を逸脱する恐れがある。よって酸化物半導体膜を用いるトランジスタを有する液晶表示装置にブルー相の液晶材料を用いることはより効果的である。
【０２０７】
また、液晶材料の固有抵抗は、１×１０９Ω・ｃｍ以上であり、好ましくは１×１０１１Ω・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の値は、２０℃で測定した値とする。
【０２０８】
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。保持容量の大きさは、トランジスタのオフ電流等を考慮して設定すればよい。高純度且つ酸素欠損の形成を抑制した酸化物半導体層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。
【０２０９】
本実施の形態で用いる高純度化し、酸素欠損の形成を抑制した酸化物半導体層を有するトランジスタは、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。
【０２１０】
また、本実施の形態で用いる高純度化し、酸素欠損の形成を抑制した酸化物半導体層を有するトランジスタは、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。例えば、このような高速駆動が可能なトランジスタを液晶表示装置に用いることで、画素部のスイッチングトランジスタと、駆動回路部に使用するドライバトランジスタを同一基板上に形成することができる。すなわち、別途駆動回路として、シリコンウェハ等により形成された半導体装置を用いる必要がないため、半導体装置の部品点数を削減することができる。また、画素部においても、高速駆動が可能な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。
【０２１１】
液晶表示装置には、ＴＮ（Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ）モード、ＩＰＳ（Ｉｎ−Ｐｌａｎｅ−Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）モード、ＦＦＳ（Ｆｒｉｎｇｅ Ｆｉｅｌｄ Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）モード、ＡＳＭ（Ａｘｉａｌｌｙ Ｓｙｍｍｅｔｒｉｃ ａｌｉｇｎｅｄ Ｍｉｃｒｏ−ｃｅｌｌ）モード、ＯＣＢ（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｄ Ｂｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｃｅ）モード、ＦＬＣ（Ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ）モード、ＡＦＬＣ（ＡｎｔｉＦｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ）モードなどを用いることができる。
【０２１２】
また、ノーマリ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。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 Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）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、ＶＡ型の液晶表示装置にも適用することができる。ＶＡ型の液晶表示装置とは、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る。ＶＡ型の液晶表示装置は、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。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。
【０２１３】
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。
【０２１４】
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、開示する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。
【０２１５】
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ＥＬ素子、後者は無機ＥＬ素子と呼ばれている。
【０２１６】
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。
【０２１７】
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。
【０２１８】
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光性であればよい。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。
【０２１９】
図７（Ｂ）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４５３は、画素部４０２に設けられたトランジスタ４１０と電気的に接続している。なお発光素子４５３の構成は、導電膜４３０ｂ、電界発光層４５２、上部電極４５１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４５３から取り出す光の方向などに合わせて、発光素子４５３の構成は適宜変えることができる。
【０２２０】
隔壁４５０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、導電膜４３０ｂ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。
【０２２１】
電界発光層４５２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。
【０２２２】
発光素子４５３に酸素、水素、水分、二酸化炭素等が侵入しないように、上部電極４５１、及び隔壁４５０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４０１、第２の基板４０７、及びシール材４０６によって封止された空間には充填材４５４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。
【０２２３】
充填材４５４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）、アクリル系樹脂、ポリイミド系樹脂、エポキシ系樹脂、シリコーン系樹脂、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４５４として、窒素を用いればよい。
【０２２４】
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。
【０２２５】
なお、図７（Ａ）、及び図７（Ｂ）において、第１の基板４０１、第２の基板４０７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（Ｆｉｂｅｒｇｌａｓｓ−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。
【０２２６】
以上のように実施の形態１乃至実施の形態３で示したトランジスタを適用することで、様々な機能を有する半導体装置を提供することができる。
【０２２７】
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。
【０２２８】
（実施の形態５）
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（ＰＤＡ）、携帯端末（スマートフォン、タブレットＰＣ等を含む）、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半導体装置を具備する電子機器の例について図８、及び図９を用いて説明する。
【０２２９】
図８（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３００２、表示部３００３、キーボード３００４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。
【０２３０】
図８（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。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。
【０２３１】
図８（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２７０１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２７０３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。
【０２３２】
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８（Ｃ）では表示部２７０５）に文章を表示し、左側の表示部（図８（Ｃ）では表示部２７０７）に画像を表示することができる。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。表示部２７０５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るため、太陽電池を設け、太陽電池による発電、及びバッテリーでの充電を行えるようにしてもよい。なおバッテリーとしては、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。
【０２３３】
また、図８（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。
【０２３４】
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。
【０２３５】
図８（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、携帯型情報端末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２８０１内部に内蔵されている。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。
【０２３６】
また、表示パネル２８０２はタッチパネルを備えており、図８（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。
【０２３７】
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８（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。
【０２３８】
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。
【０２３９】
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。
【０２４０】
図８（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。
【０２４１】
図８（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。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。
【０２４２】
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。
【０２４３】
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。
【０２４４】
図９は、タブレットＰＣの一例を示しており、図９（Ａ−１）乃至図９（Ａ−３）は、タブレットＰＣ５０００を示し、図９（Ｂ）は、タブレットＰＣ６０００を示している。
【０２４５】
図９（Ａ−１）乃至図９（Ａ−３）に示すタブレットＰＣ５０００において、図９（Ａ−１）は正面図を、図９（Ａ−２）は側面図を、図９（Ａ−３）は背面図を、それぞれ示している。また、図９（Ｂ）に示すタブレットＰＣ６０００においては、正面図を示している。
【０２４６】
タブレットＰＣ５０００は、筐体５００１、表示部５００３、電源ボタン５００５、前面カメラ５００７、背面カメラ５００９、第１の外部接続端子５０１１、及び第２の外部接続端子５０１３などにより構成されている。
【０２４７】
また、表示部５００３は、筐体５００１に組み込まれており、タッチパネルとしても用いることができる。例えば、表示部５００３上にアイコン５０１５等を表示させて、メールや、スケジュール管理といった作業を行うことができる。また、筐体５００１には、正面側に前面カメラ５００７が組み込まれており、使用者側の映像を撮影することができる。また、筐体５００１には、背面側に背面カメラ５００９が組み込まれており、使用者と反対側の映像を撮影することができる。また、筐体５００１には、第１の外部接続端子５０１１、及び第２の外部接続端子５０１３を備えており、例えば、第１の外部接続端子５０１１により、イヤホン等に音声を出力し、第２の外部接続端子５０１３により、データの移動等を行うことができる。
【０２４８】
次に、図９（Ｂ）に示すタブレットＰＣ６０００は、第１の筐体６００１、第２の筐体６００３、ヒンジ部６００５、第１の表示部６００７、第２の表示部６００９、電源ボタン６０１１、第１のカメラ６０１３、第２のカメラ６０１５などにより構成されている。
【０２４９】
また、第１の表示部６００７は、第１の筐体６００１に組み込まれており、第２の表示部６００９は、第２の筐体６００３に組み込まれている。第１の表示部６００７、及び第２の表示部６００９は、例えば、第１の表示部６００７を表示用パネルとして使用し、第２の表示部６００９をタッチパネルとする。第１の表示部６００７に表示されたテキストアイコン６０１７を確認し、第２の表示部６００９に表示させたアイコン６０１９、またはキーボード６０２１（実際には第２の表示部６００９に表示されたキーボード画像）を用いて、画像の選択、または文字の入力等を行うことができる。もちろん、第１の表示部６００７がタッチパネルであり、第２の表示部６００９が表示用パネルといった構成や、第１の表示部６００７、及び第２の表示部６００９ともにタッチパネルといった構成としてもよい。
【０２５０】
また、第１の筐体６００１と、第２の筐体６００３は、ヒンジ部６００５により接続されており、第１の筐体６００１と、第２の筐体６００３と、を開閉することができる。このような構成とすることにより、タブレットＰＣ６０００を持ち運ぶ際に、第１の筐体６００１に組み込まれた表示部６００７と、第２の筐体６００３に組み込まれた表示部６００９と、を合わせることで、表示部６００７、及び表示部６００９の表面（例えば、プラスチック基板等）を保護することができるので好適である。
【０２５１】
また、第１の筐体６００１と第２の筐体６００３は、ヒンジ部６００５により、分離できる構成としても良い（所謂コンバーチブル型）。このような構成とすることで、例えば、第１の筐体６００１を縦置きとし、第２の筐体６００３を横置きとして使用するといったように、使用範囲が広がるので好適である。
【０２５２】
また、第１のカメラ６０１３、及び第２のカメラ６０１５により、３Ｄ画像の撮影を行うこともできる。
【０２５３】
また、タブレットＰＣ５０００、及びタブレットＰＣ６０００は、無線で情報を送受信できる構成としてもよい。例えば、無線により、インターネット等に接続し、所望の情報を購入し、ダウンロードする構成とすることも可能である。
【０２５４】
また、タブレットＰＣ５０００、及びタブレットＰＣ６０００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タッチ入力操作又は編集するタッチ入力機能、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。また、外光の光量に応じて表示の輝度を最適にすることができる光センサや、ジャイロセンサ、加速度センサの傾きを検出するセンサなどといった検出装置を内蔵させてもよい。
【０２５５】
上記実施の形態で示した半導体装置をタブレットＰＣ５０００の表示部５００３、タブレットＰＣ６０００の第１の表示部６００７、または／および第２の表示部６００９に適用することにより、信頼性の高い半導体装置とすることができる。
【０２５６】
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。
【実施例１】
【０２５７】
本実施例においては、本発明の一態様として用いることのできる酸素放出型の酸化膜について、評価を行った。
【０２５８】
評価方法としては、昇温脱離ガス分光法（ＴＤＳ：Ｔｈｅｒｍａｌ Ｄｅｓｏｒｐｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）により評価を行った。
【０２５９】
また、評価サンプルとしては、窒化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜、及び酸化シリコン膜の３種類を作製した。窒化シリコン膜のサンプルを試料１、酸化窒化シリコン膜のサンプルを試料２、酸化シリコン膜のサンプルを試料３とした。
【０２６０】
以下に、各試料の構造、及び形成条件の詳細を記載する。
【０２６１】
（試料１）
ガラス基板上に、ＰＥ−ＣＶＤ装置を用い、ＳｉＨ４／Ｈ２／ＮＨ３＝３０／８００／３００ｓｃｃｍ、成膜電力＝６００Ｗ（ＲＦ）、成膜圧力＝６０Ｐａ、基板温度＝３３０℃の条件で窒化シリコン膜（ＳｉＮｘ）を形成した。なお、用いたガラス基板は、厚さ０．７ｍｍとし、窒化シリコン膜の膜厚は、１００ｎｍとした。
【０２６２】
（試料２）
ガラス基板上に、ＰＥ−ＣＶＤ装置を用い、ＳｉＨ４／Ｎ２Ｏ＝１０／１２００ｓｃｃｍ、成膜電力＝３０Ｗ（ＲＦ）、成膜圧力＝２２Ｐａ、基板温度＝３３０℃の条件で酸化窒化シリコン膜（ＳｉＯＮ）を形成した。なお、用いたガラス基板は、厚さ０．７ｍｍとし、酸化窒化シリコン膜の膜厚は、１５０ｎｍとした。
【０２６３】
（試料３）
ガラス基板上に、スパッタリング装置を用い、Ｏ２＝５０ｓｃｃｍ（Ｏ２＝１００％）、成膜電力＝１０ｋＷ（ＤＣ−Ｐｕｌｓｅ電源、Ｐｕｌｓｅ＝３００ｋＨｚ）、成膜圧力＝０．４Ｐａ、基板温度＝室温（Ｒ．Ｔ．）の条件で酸化シリコン膜（ＳｉＯｘ）を形成した。なお、用いたガラス基板は、厚さ０．７ｍｍとし、酸化シリコン膜の膜厚は、１００ｎｍとした。
【０２６４】
次に、上記試料１〜試料３のＴＤＳ分析を行った。なお、ＴＤＳ分析は、各試料を真空容器内で加熱し、昇温中に各試料から発生するガス成分を四重極質量分析計で検出する。検出されるガス成分は、ｍ／ｚ（質量／電荷）のイオン強度で区別される。なお、本実施例では、ｍ／ｚ＝３２のイオン強度を酸素として同定した。
【０２６５】
試料１のＴＤＳ測定結果を図１０（Ａ）に、試料２のＴＤＳ測定結果を図１０（Ｂ）に、試料３のＴＤＳ測定結果を図１０（Ｃ）に、それぞれ示す。なお、図１０は、横軸が基板温度（℃）を示し、縦軸がｍ／ｚ＝３２のイオン強度（任意単位）を表す。
【０２６６】
図１０（Ａ）、及び図１０（Ｂ）より、ＰＥ−ＣＶＤ装置で形成した窒化シリコン膜（試料１）、及び酸化窒化シリコン膜（試料２）からは、ｍ／ｚ＝３２の強度のイオン検出量が少ないことがわかる。一方、図１０（Ｃ）に示すスパッタリング法で形成した酸化シリコン膜（試料３）からは、ｍ／ｚ＝３２の強度のイオン検出量が多い。特に、１００℃〜３００℃の範囲にてｍ／ｚ＝３２の強度のイオン検出量が多い。
【０２６７】
そこで、酸化シリコン膜（試料３）のｍ／ｚ＝３２のイオン強度の定量化を行い、酸素放出量を算出した。なお、窒化シリコン膜（試料１）、及び酸化窒化シリコン膜（試料２）は、ｍ／ｚ＝３２の強度のイオン検出量が少ないため、定量化が困難であった。定量化の結果、酸化シリコン膜（試料３）の酸素放出量は、酸素原子に換算しての酸素放出量が、４．５×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３であった。
【０２６８】
次に、上記試料１〜試料３とは異なる試料についてＴＤＳ測定を行った。以下に、各試料の構造、及び形成条件の詳細を記載する。なお、ＴＤＳ測定については、試料１〜試料３と同様であり、詳細な説明は省略する。
【０２６９】
（試料４）
ガラス基板上に、スパッタリング装置を用い、Ｏ２＝３００ｓｃｃｍ（Ｏ２＝１００％）、成膜電力＝２４ｋＷ（ＡＣ）、成膜圧力＝０．７Ｐａ、基板温度＝室温（Ｒ．Ｔ．）の条件で酸化シリコン膜（ＳｉＯｘ）を形成した。なお、用いたガラス基板は、厚さ０．７ｍｍとし、酸化シリコン膜の膜厚は、１００ｎｍとした。
【０２７０】
（試料５）
ガラス基板上に、スパッタリング装置を用い、Ｏ２＝３００ｓｃｃｍ（Ｏ２＝１００％）、成膜電力＝２４ｋＷ（ＡＣ）、成膜圧力＝０．７Ｐａ、基板温度＝５０℃の条件で酸化シリコン膜（ＳｉＯｘ）を形成した。なお、用いたガラス基板は、厚さ０．７ｍｍとし、酸化シリコン膜の膜厚は、１００ｎｍとした。
【０２７１】
（試料６）
ガラス基板上に、スパッタリング装置を用い、Ｏ２＝３００ｓｃｃｍ（Ｏ２＝１００％）、成膜電力＝２４ｋＷ（ＡＣ）、成膜圧力＝０．７Ｐａ、基板温度＝８０℃の条件で酸化シリコン膜（ＳｉＯｘ）を形成した。なお、用いたガラス基板は、厚さ０．７ｍｍとし、酸化シリコン膜の膜厚は、１００ｎｍとした。
【０２７２】
（試料７）
ガラス基板上に、スパッタリング装置を用い、Ｏ２＝３００ｓｃｃｍ（Ｏ２＝１００％）、成膜電力＝２４ｋＷ（ＡＣ）、成膜圧力＝０．７Ｐａ、基板温度＝１５０℃の条件で酸化シリコン膜（ＳｉＯｘ）を形成した。なお、用いたガラス基板は、厚さ０．７ｍｍとし、酸化シリコン膜の膜厚は、１００ｎｍとした。
【０２７３】
（試料８）
ガラス基板上に、スパッタリング装置を用い、Ｏ２＝３００ｓｃｃｍ（Ｏ２＝１００％）、成膜電力＝２４ｋＷ（ＡＣ）、成膜圧力＝０．７Ｐａ、基板温度＝２００℃の条件で酸化シリコン膜（ＳｉＯｘ）を形成した。なお、用いたガラス基板は、厚さ０．７ｍｍとし、酸化シリコン膜の膜厚は、１００ｎｍとした。
【０２７４】
試料４〜試料８のＴＤＳ測定結果を図１１に示す。なお、図１１は、横軸が基板温度（℃）を示し、縦軸がｍ／ｚ＝３２のイオン強度（任意単位）を表す。
【０２７５】
また、試料４〜試料８のｍ／ｚ＝３２のイオン強度の定量化を行い、酸素放出量を算出した。定量化の結果、試料４については、２．７×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３、試料５については、２．２×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３、試料６については、１．５×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３、試料７については、８．１×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３、試料８については、４．２×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３の酸素放出量であった。
【０２７６】
ここで、上記作製した試料１〜試料８の膜種、条件（成膜装置、電源、基板温度）、及び酸素放出量を表１に示す。
【０２７７】
【表１】
【０２７８】
表１、図１０、及び図１１より、酸素放出型の酸化膜の一形態としては、スパッタリング装置で酸化シリコン膜を形成することで、得られることがわかった。また、図１１より、スパッタリングで形成する際の、基板温度は低い方が好ましい。基板温度を低くすることにより、酸素放出量を増加させることができるため、好適である。
【０２７９】
以上のように、酸素放出型の酸化膜としては、酸素原子に換算して酸素の放出量が１．０×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上、好ましくは、１．０×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上、更に好ましくは、１．０×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上である。酸素放出型の酸化膜として、上記数値とすることで、酸化物半導体に対して好適に酸素を供給することができる。
【実施例２】
【０２８０】
本実施例においては、本発明の一態様として用いることのできる酸素放出型の酸化膜、及び金属酸化膜について、評価を行った。なお、評価方法としては、Ｘ線反射率測定法（ＸＲＲ：Ｘ−Ｒａｙ Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ）と、ＴＤＳ分析を用いた。
【０２８１】
なお、ＸＲＲ測定とは、測定試料に対して、Ｘ線を入射し、入射したＸ線の臨界角、振幅波形の変化等を測定し、測定した臨界角、振幅波形などを用いて理論式解析を行うことで、形成された薄膜の密度が測定することができる測定方法である。また、本実施例においては、理論式解析のモデルとして、酸化アルミニウム膜の組成を、理想的な組成であるＡｌ２Ｏ３（Ｚ／Ａ＝０．４８８２、（Ｚ＝原子番号、Ａ＝質量数））として用い、解析した。
【０２８２】
まず、ＸＲＲ測定による評価を示す。評価サンプルとしては、金属酸化膜として用いることのできる酸化アルミニウム膜について、異なる形成条件で２種類の試料（試料９、及び試料１０）を作製した。以下に各試料の構造、及び形成条件の詳細を記載する。
【０２８３】
（試料９）
ガラス基板上に、スパッタリング装置を用い、Ｏ２＝５０ｓｃｃｍ（Ｏ２＝１００％）、成膜電力＝６ｋＷ（ＤＣ−Ｐｕｌｓｅ電源、Ｐｕｌｓｅ＝３００ｋＨｚ）、成膜圧力＝０．４Ｐａ、基板温度＝室温（Ｒ．Ｔ．）の条件で酸化アルミニウム膜を形成した。なお、スパッタリングターゲットとしては、金属アルミニウムターゲットを用い、酸化アルミニウム膜の膜厚は、１００ｎｍとした。また、用いたガラス基板は、厚さ０．７ｍｍとした。
【０２８４】
（試料１０）
ガラス基板上に、スパッタリング装置を用い、Ｏ２＝３００ｓｃｃｍ（Ｏ２＝１００％）、成膜電力＝３０ｋＷ（ＡＣ）、成膜圧力＝０．７Ｐａ、基板温度＝１５０℃の条件で酸化アルミニウム膜を形成した。なお、スパッタリングターゲットとしては、金属アルミニウムターゲットを用い、酸化アルミニウム膜の膜厚は、１００ｎｍとした。また、用いたガラス基板は、厚さ０．７ｍｍとした。
【０２８５】
試料９、及び試料１０のＸＲＲ測定結果を図１２に示す。なお、ＸＲＲ測定は、各試料の面内を３点測定した。
【０２８６】
図１２より、試料９については、酸化アルミニウム膜の膜密度が約３．０ｇ／ｃｍ３であり、試料１０については、酸化アルミニウム膜の膜密度が約３．８ｇ／ｃｍ３であった。
【０２８７】
次に、ＴＤＳ分析による評価を示す。
【０２８８】
本実施例のＴＤＳ分析の評価サンプルとしては、酸素放出型の酸化膜の単層構造と、酸素放出型の酸化膜と、金属酸化膜との積層構造の２種類を作製した。酸素放出型の酸化膜の単層構造を試料１１、酸素放出型の酸化膜と金属酸化膜との積層構造を試料１２とした。
【０２８９】
なお、酸素放出型の酸化膜としては、酸化シリコン膜を用い、その形成条件は、実施例１で示した試料４と同様である。また、金属酸化膜としては、酸化アルミニウム膜を用い、その形成条件は、本実施例で示した試料１０と同様である。
【０２９０】
以下に、各試料の構造、及び形成条件の詳細を記載する。
【０２９１】
（試料１１）
ガラス基板上に、スパッタリング装置を用い、Ｏ２＝３００ｓｃｃｍ（Ｏ２＝１００％）、成膜電力＝２４ｋＷ（ＡＣ）、成膜圧力＝０．７Ｐａ、基板温度＝室温（Ｒ．Ｔ．）の条件で酸化シリコン膜（ＳｉＯｘ）を形成した。なお、用いたガラス基板は、厚さ０．７ｍｍとし、酸化シリコン膜の膜厚は、４００ｎｍとした。なお、本実施例の試料１１は、実施例１に示した試料４と条件は同じであるが、膜厚が異なる（試料４は、膜厚１００ｎｍ）。
【０２９２】
（試料１２）
ガラス基板上に、スパッタリング装置を用い、Ｏ２＝３００ｓｃｃｍ（Ｏ２＝１００％）、成膜電力＝２４ｋＷ（ＡＣ）、成膜圧力＝０．７Ｐａ、基板温度＝室温（Ｒ．Ｔ．）の条件で酸化シリコン膜（ＳｉＯｘ）を形成した。酸化シリコン膜の膜厚は、４００ｎｍとした。また、酸化シリコン膜を形成後、続けて真空中で連続して、Ｏ２＝３００ｓｃｃｍ（Ｏ２＝１００％）、成膜電力＝３０ｋＷ（ＡＣ）、成膜圧力＝０．７Ｐａ、基板温度＝１５０℃の条件で金属酸化膜として、酸化アルミニウム膜（ＡｌＯｘ）を形成した。なお、用いたガラス基板は、厚さ０．７ｍｍとし、酸化アルミニウム膜の膜厚は、１００ｎｍとした。また、本実施例の酸化アルミニウム膜は、先に示した試料１０と条件は同一である。
【０２９３】
次に、上記試料１１、及び試料１２のＴＤＳ分析を行った。なお、ＴＤＳ分析は、各試料を真空容器内で加熱し、昇温中に各試料から発生するガス成分を四重極質量分析計で検出する。検出されるガス成分は、ｍ／ｚ（質量／電荷）のイオン強度で区別される。なお、本実施例でも、実施例１同様に、ｍ／ｚ＝３２のイオン強度を酸素として同定した。
【０２９４】
試料１１、及び試料１２のＴＤＳ測定結果を図１３に示す。なお、図１３は、横軸が基板温度（℃）を示し、縦軸がｍ／ｚ＝３２のイオン強度（任意単位）を表す。
【０２９５】
図１３より、試料１１の酸素放出型の酸化膜の単層構造においては、基板温度１００℃〜４００℃の範囲において、酸素の放出が確認される。一方、試料１２の酸素放出型の酸化膜と、金属酸化膜である酸化アルミニウム膜の積層構造においては、顕著な酸素放出が確認されない。したがって、酸素放出型の酸化膜上に金属酸化膜である酸化アルミニウム膜を形成することで、酸素放出型の酸化膜からの酸素放出を抑制することが確認された。
【実施例３】
【０２９６】
本実施例では、本発明の一形態である半導体装置の作製方法により得られた、トランジスタ６５０の電気特性について説明する。
【０２９７】
本実施例におけるトランジスタ６５０の構造を図１４（Ａ）、及び図１４（Ｂ）を用いて説明を行う。なお、図１４（Ａ）はトランジスタ６５０の平面図を示し、図１４（Ｂ）は、図１４（Ａ）に示す破線Ｘ−Ｙの断面図に相当する。また、図１４（Ａ）において、構成要素の一部（例えば、ゲート絶縁膜など）は、図面の煩雑を避けるために省略している。
【０２９８】
図１４（Ａ）、及び図１４（Ｂ）に示すトランジスタ６５０は、基板６０２と、下地絶縁膜６０４と、ゲート電極６０６と、酸化窒化シリコン膜６１０と、酸素放出型の酸化膜６１２と、酸化物半導体膜６１４と、ソース電極６１６と、ドレイン電極６１８と、を有する。また、酸化物半導体膜６１４と、ソース電極６１６と、ドレイン電極６１８上に、酸素放出型の酸化膜６２０ａ、及び金属酸化膜６２０ｂからなる無機絶縁膜６２０と、無機絶縁膜６２０上に有機絶縁膜６２２が形成されている。
【０２９９】
また、図１４（Ａ）、及び図１４（Ｂ）に示すトランジスタ６５０は、酸化窒化シリコン膜６１０と、酸素放出型の酸化膜６１２と、によりゲート絶縁膜６３０を構成している。
【０３００】
図１４（Ｂ）を用いて、トランジスタ６５０の作製方法について以下説明を行う。
【０３０１】
基板６０２として０．７ｍｍのガラス基板を用い、基板６０２上に下地絶縁膜６０４を形成した。下地絶縁膜６０４は、窒化シリコン膜を１００ｎｍと、窒化シリコン膜上に酸化シリコン膜を１５０ｎｍの積層構造とした。
【０３０２】
次に、下地絶縁膜６０４上に導電膜を成膜し、フォトリソグラフィ工程、及びエッチング工程を行い、ゲート電極６０６を形成した。ゲート電極６０６としては、スパッタリング装置を用い、タングステンを１００ｎｍとした。
【０３０３】
次に、下地絶縁膜６０４、及びゲート電極６０６上に酸化窒化シリコン膜６１０を形成した。酸化窒化シリコン膜６１０は、ＰＥ−ＣＶＤ装置を用い、ＳｉＨ４／Ｎ２Ｏ／Ａｒ＝２５０／２５００／２５００ｓｃｃｍ、圧力＝３０Ｐａ、基板温度＝３２５℃、電力＝５ｋＷ（周波数：２．４５ＧＨｚ、電源：４台使用）、電極と基板間距離を１６０ｍｍ、膜厚８０ｎｍとした。
【０３０４】
次に、ベーク炉を用いて窒素雰囲気下、３５０℃にて１時間の第１の熱処理を行った。
【０３０５】
次に、酸化窒化シリコン膜６１０上に、酸素放出型の酸化膜６１２と酸化物半導体膜を真空中で連続して形成した。
【０３０６】
なお、酸素放出型の酸化膜６１２の形成条件としては、スパッタリング装置を用い、酸化シリコン膜を形成した。酸化シリコン膜は、Ｓｉターゲットを用い、基板温度は室温とし、酸素＝３００ｓｃｃｍ、電力＝２４ｋＷ（ＡＣ）、圧力＝０．７Ｐａ、膜厚＝２０ｎｍとした。
【０３０７】
なお、酸素放出型の酸化膜６１２は、実施例１の試料４で示した酸化シリコン膜と同様の膜であり、その酸素放出量は、２．７×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３である。
【０３０８】
なお、酸化物半導体膜は、スパッタリング装置にて、ＩＧＺＯターゲット（Ｉｎ２Ｏ３：Ｇａ２Ｏ３：ＺｎＯ＝１：１：２［ｍｏｌ比］）を用い、基板温度＝１７０℃、圧力＝０．６Ｐａ、電力＝５ｋＷ（ＡＣ電源）の条件で成膜した。なお、酸化物半導体膜の膜厚は３５ｎｍとした。
【０３０９】
次に、酸化物半導体膜にフォトリソグラフィ工程、及びエッチング工程を行い、酸化物半導体膜を加工し、酸化物半導体膜６１４を形成した。
【０３１０】
次に、ベーク炉を用いて窒素雰囲気下、３５０℃にて１時間の第２の熱処理を行い、続けてベーク炉を用いて窒素と酸素雰囲気下、３５０℃にて１時間の第３の熱処理を行った。
【０３１１】
次に、酸素放出型の酸化膜６１２、及び酸化物半導体膜６１４上に導電膜を成膜し、フォトリソグラフィ工程、及びエッチング工程を行い、ソース電極６１６、及びドレイン電極６１８を形成した。ソース電極６１６、及びドレイン電極６１８は、タングステン、アルミニウム、チタンの３層の積層構造とし、それぞれの膜厚は、５０ｎｍ、４００ｎｍ、１００ｎｍとした。
【０３１２】
次に、ベーク炉を用いて窒素雰囲気下、３００℃にて１時間の第４の熱処理を行い、続けて無機絶縁膜６２０を形成した。なお、無機絶縁膜６２０は、酸素放出型の酸化膜６２０ａと、金属酸化膜６２０ｂを真空中で連続して形成した。酸素放出型の酸化膜６２０ａは、スパッタリング装置を用い、酸化シリコン膜を形成した。酸化シリコン膜は、Ｓｉターゲットを用い、基板温度は室温とし、酸素＝３００ｓｃｃｍ、圧力＝０．７Ｐａ、膜厚＝４００ｎｍとした。金属酸化膜６２０ｂは、スパッタリング装置を用い、酸化アルミニウム膜を形成した。酸化アルミニウム膜は、金属アルミニウムターゲットを用い、基板温度は１５０℃とし、酸素＝３００ｓｃｃｍ（Ｏ２＝１００％）、成膜電力＝３０ｋＷ（ＡＣ）、圧力＝０．７Ｐａ、膜厚＝５０ｎｍとした。なお、酸化アルミニウム膜の密度は、３．８ｇ／ｃｍ３の膜を用いた。
【０３１３】
次に、無機絶縁膜６２０上に有機絶縁膜６２２を形成した。有機絶縁膜６２２は、スピン塗布法によりアクリルを形成し、その膜厚は１．５μｍとした。
【０３１４】
その後、ベーク炉を用いて窒素雰囲気下、２５０℃にて１時間の第５の熱処理を行った。
【０３１５】
以上の工程によりトランジスタ６５０を形成した。なお、本実施例のトランジスタ６５０は、チャネル長（Ｌ）＝３μｍ、チャネル幅（Ｗ）＝３μｍで形成した。
【０３１６】
次に、上記作製した本発明の一態様であるトランジスタ６５０の電気測定を行った。トランジスタ６５０の電気測定結果を図１５に示す。
【０３１７】
なお、図１５に示す電気測定結果において、実線は、トランジスタのソース電極とドレイン電極間の電圧（Ｖｄ）を１０Ｖとし、ゲート電圧（Ｖｇ）を−１５Ｖから１５Ｖまで、０．２５Ｖ間隔で変化させた際のドレイン電流（Ｉｄ）−ゲート電圧（Ｖｇ）特性を示しており、破線は、トランジスタのソース電極とドレイン電極間の電圧（Ｖｄ）を１０Ｖとし、ゲート電圧（Ｖｇ）を−１５Ｖから１５Ｖまで、０．２５Ｖ間隔で変化させた際の電界効果移動度（μＦＥ）を示している。
【０３１８】
図１５より、本発明の一態様であるトランジスタ６５０は、ソース電極とドレイン電極間の電圧（Ｖｄ）を１０Ｖとし、ゲート電圧（Ｖｇ）を−１５Ｖから１５Ｖの飽和領域での最大の電界効果移動度（μＦＥ）は、１５．７ｃｍ２／Ｖｓであった。また、ＶＧ＝０Ｖにて、ノーマリオフのトランジスタであることが確認された。
【０３１９】
このように、本発明の一態様であるトランジスタ６５０は、高い移動度を有し、ノーマリオフのトランジスタであった。
【０３２０】
本実施例は、他の実施の形態、または他の実施例と適宜組み合わせて実施することができる。
【符号の説明】
【０３２１】
１０２ 基板
１０４ 下地絶縁膜
１０６ ゲート電極
１１０ 酸化窒化シリコン膜
１１２ 酸化膜
１１３ 酸化物半導体膜
１１４ 酸化物半導体膜
１１６ ソース電極
１１８ ドレイン電極
１２０ 無機絶縁膜
１２０ａ 酸化膜
１２０ｂ 金属酸化膜
１２２ 有機絶縁膜
１２４ 導電膜
１２６ 開口部
１３０ ゲート絶縁膜
１５０ トランジスタ
４０１ 基板
４０２ 画素部
４０３ ソースドライバ回路部
４０４ ゲートドライバ回路部
４０５ ＦＰＣ端子部
４０６ シール材
４０７ 基板
４０８ 液晶層
４１０ トランジスタ
４１１ トランジスタ
４１３ 液晶素子
４１５ 接続端子電極層
４１６ 端子電極層
４１９ 異方性導電膜
４２０ 無機絶縁膜
４２１ａ 酸化窒化シリコン膜
４２１ｂ 酸化膜
４２２ 無機絶縁膜
４２３ 絶縁膜
４２４ 有機絶縁膜
４３０ａ 導電膜
４３０ｂ 導電膜
４３１ 対向電極
４３２ 絶縁膜
４３３ 絶縁膜
４３５ スペーサ
４５０ 隔壁
４５１ 上部電極
４５２ 電界発光層
４５３ 発光素子
４５４ 充填材
６０２ 基板
６０４ 下地絶縁膜
６０６ ゲート電極
６１０ 酸化窒化シリコン膜
６１２ 酸化膜
６１４ 酸化物半導体膜
６１６ ソース電極
６１８ ドレイン電極
６２０ 無機絶縁膜
６２０ａ 酸化膜
６２０ｂ 金属酸化膜
６２２ 有機絶縁膜
６３０ ゲート絶縁膜
６５０ トランジスタ
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
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
３０５６ バッテリー
５０００ タブレットＰＣ
５００１ 筐体
５００３ 表示部
５００５ 電源ボタン
５００７ 前面カメラ
５００９ 背面カメラ
５０１１ 外部接続端子
５０１３ 外部接続端子
５０１５ アイコン
６０００ タブレットＰＣ
６００１ 筐体
６００３ 筐体
６００５ ヒンジ部
６００７ 表示部
６００９ 表示部
６０１１ 電源ボタン
６０１３ カメラ
６０１５ カメラ
６０１７ テキストアイコン
６０１９ アイコン
６０２１ キーボード
９６００ テレビジョン装置
９６０１ 筐体
９６０３ 表示部
９６０５ スタンド
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ゲート電極と、
前記ゲート電極上に形成されたゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜上に形成された酸化物半導体膜と、
前記酸化物半導体膜と接して形成されたソース電極、及びドレイン電極と、を有し、
前記ゲート絶縁膜は、少なくとも
酸化窒化シリコン膜と、
前記酸化窒化シリコン膜上に形成された酸素放出型の酸化膜と、により構成され、
前記酸素放出型の酸化膜上に前記酸化物半導体膜が接して形成される
ことを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
ゲート電極と、
前記ゲート電極上に形成されたゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜上に形成された酸化物半導体膜と、
前記酸化物半導体膜と接して形成されたソース電極、及びドレイン電極と、
前記酸化物半導体膜、前記ソース電極、及び前記ドレイン電極上に形成された無機絶縁膜と、を有し、
前記ゲート絶縁膜は、少なくとも
酸化窒化シリコン膜と、
前記酸化窒化シリコン膜上に形成された酸素放出型の酸化膜と、により構成され、
前記酸素放出型の酸化膜上に前記酸化物半導体膜が接して形成される
ことを特徴とする半導体装置。
【請求項３】
ゲート電極と、
前記ゲート電極上に形成されたゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜上に形成された酸化物半導体膜と、
前記酸化物半導体膜と接して形成されたソース電極、及びドレイン電極と、
前記酸化物半導体膜、前記ソース電極、及び前記ドレイン電極上に形成された無機絶縁膜と、
前記無機絶縁膜上に形成された有機絶縁膜と、
前記有機絶縁膜上に形成された導電膜と、を有し、
前記ゲート絶縁膜は、少なくとも
酸化窒化シリコン膜と、
前記酸化窒化シリコン膜上に形成された酸素放出型の酸化膜と、により構成され、
前記酸素放出型の酸化膜上に前記酸化物半導体膜が接して形成される
ことを特徴とする半導体装置。
【請求項４】
請求項２または請求項３において、
前記無機絶縁膜は、少なくとも
酸素放出型の酸化膜と、前記酸素放出型の酸化膜上に形成された金属酸化膜と、により構成され、
前記金属酸化膜は、酸化アルミニウムであり、
前記酸化アルミニウムは、膜密度が３．２ｇ／ｃｍ３以上である
ことを特徴とする半導体装置。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のいずれか一において、
前記酸素放出型の酸化膜は、
昇温脱離ガス分光法において、酸素原子に換算しての酸素の放出量が１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上である
ことを特徴とする半導体装置。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５のいずれか一において、
前記酸素放出型の酸化膜は、酸化シリコン膜である
ことを特徴とする半導体装置。
【請求項７】
請求項１乃至請求項３のいずれか一において、
前記酸化物半導体膜は、
インジウム、亜鉛、ガリウム、ジルコニウム、スズ、ガドリニウム、チタン、及びセリウムの酸化物の中から選択された、少なくともいずれか一種を含む
ことを特徴とする半導体装置。
【請求項８】
請求項１乃至請求項３のいずれか一において、
前記ゲート電極は、
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、及びスカンジウムの中から選択された、少なくともいずれか一種を含む
ことを特徴とする半導体装置。
【請求項９】
請求項３において、
前記導電膜は、
前記無機絶縁膜と前記有機絶縁膜とを介して、前記ソース電極、または前記ドレイン電極に接続される
ことを特徴とする半導体装置。
【請求項１０】
請求項３または請求項９において、
前記導電膜は、
前記酸化物半導体膜と重畳した領域に形成される
ことを特徴とする半導体装置。
【請求項１１】
ガラス基板上にゲート電極を形成する工程と、
前記ゲート電極上に酸化窒化シリコン膜を形成する工程と、
前記酸化窒化シリコン形成後に、加熱処理をする工程と、
前記酸化窒化シリコン膜上に酸素放出型の酸化膜を形成する工程と、
前記酸素放出型の酸化膜上に酸化物半導体膜を形成する工程と、
前記酸化物半導体膜上にソース電極、及びドレイン電極を形成する工程と、有し、
前記酸素放出型の酸化膜と、前記酸化物半導体膜は、真空中で連続して形成する
ことを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項１２】
ガラス基板上にゲート電極を形成する工程と、
前記ゲート電極上に酸化窒化シリコン膜を形成する工程と、
前記酸化窒化シリコン形成後に、加熱処理をする工程と、
前記酸化窒化シリコン膜上に酸素放出型の酸化膜を形成する工程と、
前記酸素放出型の酸化膜上に酸化物半導体膜を形成する工程と、
前記酸化物半導体膜上にソース電極、及びドレイン電極を形成する工程と、
前記ソース電極、及び前記ドレイン電極形成後に、無機絶縁膜を形成する工程と、
前記無機絶縁膜形成後に有機絶縁膜を形成する工程と、
前記有機絶縁膜形成後に加熱処理をする工程と、を有し、
前記酸素放出型の酸化膜と、前記酸化物半導体膜は、真空中で連続して形成する
ことを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項１３】
ガラス基板上にゲート電極を形成する工程と、
前記ゲート電極上に酸化窒化シリコン膜を形成する工程と、
前記酸化窒化シリコン形成後に、加熱処理をする工程と、
前記酸化窒化シリコン膜上に酸素放出型の酸化膜を形成する工程と、
前記酸素放出型の酸化膜上に酸化物半導体膜を形成する工程と、
前記酸化物半導体膜上にソース電極、及びドレイン電極を形成する工程と、
前記ソース電極、及び前記ドレイン電極形成後に、無機絶縁膜を形成する工程と、
前記無機絶縁膜形成後に有機絶縁膜を形成する工程と、
前記有機絶縁膜形成後に加熱処理をする工程と、
前記有機絶縁膜上に、導電膜を形成する工程と、を有し、
前記酸素放出型の酸化膜と、前記酸化物半導体膜は、真空中で連続して形成する
ことを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項１４】
ガラス基板上にゲート電極を形成する工程と、
前記ゲート電極上に酸化窒化シリコン膜を形成する工程と、
前記酸化窒化シリコン形成後に、加熱処理をする工程と、
前記酸化窒化シリコン膜上に酸素放出型の酸化膜を形成する工程と、
前記酸素放出型の酸化膜上に酸化物半導体膜を形成する工程と、
前記酸化物半導体膜上にソース電極、及びドレイン電極を形成する工程と、
前記ソース電極、及び前記ドレイン電極形成後に、無機絶縁膜を形成する工程と、
前記無機絶縁膜形成後に有機絶縁膜を形成する工程と、
前記有機絶縁膜形成後に加熱処理をする工程と、
前記無機絶縁膜、及び前記有機絶縁膜上に、前記ソース電極、または前記ドレイン電極に達する開口部を形成する工程と、
前記有機絶縁膜、及び前記開口部上に導電膜を形成する工程と、を有し、
前記酸素放出型の酸化膜と、前記酸化物半導体膜は、真空中で連続して形成する
ことを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項１５】
請求項１０乃至請求項１４のいずれか一において、
前記無機絶縁膜は、少なくとも
酸素放出型の酸化膜と、前記酸素放出型の酸化膜上に形成された金属酸化膜と、により構成され、
前記金属酸化膜は、酸化アルミニウムであり、
前記酸化アルミニウムは、膜密度が３．２ｇ／ｃｍ３以上である
ことを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項１６】
請求項１０乃至請求項１５のいずれか一において、
前記酸素放出型の酸化膜は、
昇温脱離ガス分光法において、酸素原子に換算しての酸素の放出量が１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上である
ことを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項１７】
請求項１０乃至請求項１６のいずれか一において、
前記酸素放出型の酸化膜は、スパッタリング法にて形成し、酸化シリコン膜である
ことを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項１８】
請求項１０乃至請求項１４のいずれか一において、
前記酸化物半導体膜は、
インジウム、亜鉛、ガリウム、ジルコニウム、スズ、ガドリニウム、チタン、及びセリウムの酸化物の中から選択された、少なくともいずれか一種を含む
ことを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項１９】
請求項１０乃至請求項１４のいずれか一において、
前記ゲート電極は、
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、及びスカンジウムの中から選択された、少なくともいずれか一種を含む
ことを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項２０】
請求項１０乃至請求項１４のいずれか一において、
前記加熱処理は、
窒素雰囲気下、酸素雰囲気下、または真空中で２００℃以上４５０℃以下の温度である
ことを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項１】
ゲート電極と、
前記ゲート電極上に形成されたゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜上に形成された酸化物半導体膜と、
前記酸化物半導体膜と接して形成されたソース電極、及びドレイン電極と、を有し、
前記ゲート絶縁膜は、少なくとも
酸化窒化シリコン膜と、
前記酸化窒化シリコン膜上に形成された酸素放出型の酸化膜と、により構成され、
前記酸素放出型の酸化膜上に前記酸化物半導体膜が接して形成される
ことを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
ゲート電極と、
前記ゲート電極上に形成されたゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜上に形成された酸化物半導体膜と、
前記酸化物半導体膜と接して形成されたソース電極、及びドレイン電極と、
前記酸化物半導体膜、前記ソース電極、及び前記ドレイン電極上に形成された無機絶縁膜と、を有し、
前記ゲート絶縁膜は、少なくとも
酸化窒化シリコン膜と、
前記酸化窒化シリコン膜上に形成された酸素放出型の酸化膜と、により構成され、
前記酸素放出型の酸化膜上に前記酸化物半導体膜が接して形成される
ことを特徴とする半導体装置。
【請求項３】
ゲート電極と、
前記ゲート電極上に形成されたゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜上に形成された酸化物半導体膜と、
前記酸化物半導体膜と接して形成されたソース電極、及びドレイン電極と、
前記酸化物半導体膜、前記ソース電極、及び前記ドレイン電極上に形成された無機絶縁膜と、
前記無機絶縁膜上に形成された有機絶縁膜と、
前記有機絶縁膜上に形成された導電膜と、を有し、
前記ゲート絶縁膜は、少なくとも
酸化窒化シリコン膜と、
前記酸化窒化シリコン膜上に形成された酸素放出型の酸化膜と、により構成され、
前記酸素放出型の酸化膜上に前記酸化物半導体膜が接して形成される
ことを特徴とする半導体装置。
【請求項４】
請求項２または請求項３において、
前記無機絶縁膜は、少なくとも
酸素放出型の酸化膜と、前記酸素放出型の酸化膜上に形成された金属酸化膜と、により構成され、
前記金属酸化膜は、酸化アルミニウムであり、
前記酸化アルミニウムは、膜密度が３．２ｇ／ｃｍ３以上である
ことを特徴とする半導体装置。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のいずれか一において、
前記酸素放出型の酸化膜は、
昇温脱離ガス分光法において、酸素原子に換算しての酸素の放出量が１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上である
ことを特徴とする半導体装置。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５のいずれか一において、
前記酸素放出型の酸化膜は、酸化シリコン膜である
ことを特徴とする半導体装置。
【請求項７】
請求項１乃至請求項３のいずれか一において、
前記酸化物半導体膜は、
インジウム、亜鉛、ガリウム、ジルコニウム、スズ、ガドリニウム、チタン、及びセリウムの酸化物の中から選択された、少なくともいずれか一種を含む
ことを特徴とする半導体装置。
【請求項８】
請求項１乃至請求項３のいずれか一において、
前記ゲート電極は、
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、及びスカンジウムの中から選択された、少なくともいずれか一種を含む
ことを特徴とする半導体装置。
【請求項９】
請求項３において、
前記導電膜は、
前記無機絶縁膜と前記有機絶縁膜とを介して、前記ソース電極、または前記ドレイン電極に接続される
ことを特徴とする半導体装置。
【請求項１０】
請求項３または請求項９において、
前記導電膜は、
前記酸化物半導体膜と重畳した領域に形成される
ことを特徴とする半導体装置。
【請求項１１】
ガラス基板上にゲート電極を形成する工程と、
前記ゲート電極上に酸化窒化シリコン膜を形成する工程と、
前記酸化窒化シリコン形成後に、加熱処理をする工程と、
前記酸化窒化シリコン膜上に酸素放出型の酸化膜を形成する工程と、
前記酸素放出型の酸化膜上に酸化物半導体膜を形成する工程と、
前記酸化物半導体膜上にソース電極、及びドレイン電極を形成する工程と、有し、
前記酸素放出型の酸化膜と、前記酸化物半導体膜は、真空中で連続して形成する
ことを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項１２】
ガラス基板上にゲート電極を形成する工程と、
前記ゲート電極上に酸化窒化シリコン膜を形成する工程と、
前記酸化窒化シリコン形成後に、加熱処理をする工程と、
前記酸化窒化シリコン膜上に酸素放出型の酸化膜を形成する工程と、
前記酸素放出型の酸化膜上に酸化物半導体膜を形成する工程と、
前記酸化物半導体膜上にソース電極、及びドレイン電極を形成する工程と、
前記ソース電極、及び前記ドレイン電極形成後に、無機絶縁膜を形成する工程と、
前記無機絶縁膜形成後に有機絶縁膜を形成する工程と、
前記有機絶縁膜形成後に加熱処理をする工程と、を有し、
前記酸素放出型の酸化膜と、前記酸化物半導体膜は、真空中で連続して形成する
ことを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項１３】
ガラス基板上にゲート電極を形成する工程と、
前記ゲート電極上に酸化窒化シリコン膜を形成する工程と、
前記酸化窒化シリコン形成後に、加熱処理をする工程と、
前記酸化窒化シリコン膜上に酸素放出型の酸化膜を形成する工程と、
前記酸素放出型の酸化膜上に酸化物半導体膜を形成する工程と、
前記酸化物半導体膜上にソース電極、及びドレイン電極を形成する工程と、
前記ソース電極、及び前記ドレイン電極形成後に、無機絶縁膜を形成する工程と、
前記無機絶縁膜形成後に有機絶縁膜を形成する工程と、
前記有機絶縁膜形成後に加熱処理をする工程と、
前記有機絶縁膜上に、導電膜を形成する工程と、を有し、
前記酸素放出型の酸化膜と、前記酸化物半導体膜は、真空中で連続して形成する
ことを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項１４】
ガラス基板上にゲート電極を形成する工程と、
前記ゲート電極上に酸化窒化シリコン膜を形成する工程と、
前記酸化窒化シリコン形成後に、加熱処理をする工程と、
前記酸化窒化シリコン膜上に酸素放出型の酸化膜を形成する工程と、
前記酸素放出型の酸化膜上に酸化物半導体膜を形成する工程と、
前記酸化物半導体膜上にソース電極、及びドレイン電極を形成する工程と、
前記ソース電極、及び前記ドレイン電極形成後に、無機絶縁膜を形成する工程と、
前記無機絶縁膜形成後に有機絶縁膜を形成する工程と、
前記有機絶縁膜形成後に加熱処理をする工程と、
前記無機絶縁膜、及び前記有機絶縁膜上に、前記ソース電極、または前記ドレイン電極に達する開口部を形成する工程と、
前記有機絶縁膜、及び前記開口部上に導電膜を形成する工程と、を有し、
前記酸素放出型の酸化膜と、前記酸化物半導体膜は、真空中で連続して形成する
ことを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項１５】
請求項１０乃至請求項１４のいずれか一において、
前記無機絶縁膜は、少なくとも
酸素放出型の酸化膜と、前記酸素放出型の酸化膜上に形成された金属酸化膜と、により構成され、
前記金属酸化膜は、酸化アルミニウムであり、
前記酸化アルミニウムは、膜密度が３．２ｇ／ｃｍ３以上である
ことを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項１６】
請求項１０乃至請求項１５のいずれか一において、
前記酸素放出型の酸化膜は、
昇温脱離ガス分光法において、酸素原子に換算しての酸素の放出量が１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上である
ことを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項１７】
請求項１０乃至請求項１６のいずれか一において、
前記酸素放出型の酸化膜は、スパッタリング法にて形成し、酸化シリコン膜である
ことを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項１８】
請求項１０乃至請求項１４のいずれか一において、
前記酸化物半導体膜は、
インジウム、亜鉛、ガリウム、ジルコニウム、スズ、ガドリニウム、チタン、及びセリウムの酸化物の中から選択された、少なくともいずれか一種を含む
ことを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項１９】
請求項１０乃至請求項１４のいずれか一において、
前記ゲート電極は、
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、及びスカンジウムの中から選択された、少なくともいずれか一種を含む
ことを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項２０】
請求項１０乃至請求項１４のいずれか一において、
前記加熱処理は、
窒素雰囲気下、酸素雰囲気下、または真空中で２００℃以上４５０℃以下の温度である
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】
【公開番号】特開２０１３−６５８４０（Ｐ２０１３−６５８４０Ａ）
【公開日】平成２５年４月１１日（２０１３．４．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−１８９５２４（Ｐ２０１２−１８９５２４）
【出願日】平成２４年８月３０日（２０１２．８．３０）
【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４月１１日（２０１３．４．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年８月３０日（２０１２．８．３０）
【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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