半導体装置およびその作製方法
【課題】短チャネル効果による電気特性の変動が生じにくい、チャネル領域に酸化物半導体を含むトランジスタを用いた半導体装置を作製する。
【解決手段】窒素を含む一対の酸窒化物半導体領域、および該一対の酸窒化物半導体領域に挟まれる酸化物半導体領域を有する酸化物半導体膜と、ゲート絶縁膜と、ゲート絶縁膜を介して酸化物半導体領域上に設けられるゲート電極とを有する半導体装置。ここで、一対の酸窒化物半導体領域はトランジスタのソース領域およびドレイン領域となり、酸化物半導体領域はトランジスタのチャネル領域となる。
【解決手段】窒素を含む一対の酸窒化物半導体領域、および該一対の酸窒化物半導体領域に挟まれる酸化物半導体領域を有する酸化物半導体膜と、ゲート絶縁膜と、ゲート絶縁膜を介して酸化物半導体領域上に設けられるゲート電極とを有する半導体装置。ここで、一対の酸窒化物半導体領域はトランジスタのソース領域およびドレイン領域となり、酸化物半導体領域はトランジスタのチャネル領域となる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
半導体装置およ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得る装置全般をいい、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の材料としてシリコン系半導体材料が広く知られているが、その他の材料として酸化物半導体が注目されている。
【０００４】
例えば、トランジスタの活性層として、電子キャリア密度が１０１８／ｃｍ３未満であるインジウム（Ｉｎ）、ガリウム（Ｇａ）、および亜鉛（Ｚｎ）を含む非晶質酸化物を用いたトランジスタが開示されている（特許文献１参照。）。
【０００５】
特許文献２では、酸化物半導体を用いたスタガ型のトランジスタにおいて、ソース領域およびドレイン領域と、ソース電極およびドレイン電極との間に、緩衝層として導電性の高い窒素を含む酸化物半導体を設け、酸化物半導体と、ソース電極およびドレイン電極とのコンタクト抵抗を低減する技術が開示されている。
【０００６】
非特許文献１では、セルフアラインプロセスによってチャネル領域、ソース領域およびドレイン領域を形成したトップゲート構造の酸化物半導体トランジスタが開示されている。
【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２０１０−１３５７７４号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】Ｊａｅ Ｃｈｕｌ Ｐａｒｋ ｅｔ ａｌ．，”Ｈｉｇｈ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ａｍｏｒｐｈｏｕｓ ｏｘｉｄｅ ｔｈｉｎ ｆｉｌｍ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒｓ ｗｉｔｈ ｓｅｌｆ−ａｌｉｇｎｅｄ ｔｏｐ−ｇａｔｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ” ＩＥＤＭ２００９， ｐｐ１９１−１９４
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
短チャネル効果による電気特性の変動が生じにくい、チャネル領域に酸化物半導体を有するトランジスタを用いた半導体装置を作製することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の一態様に係る半導体装置は、窒素を含む一対の酸窒化物半導体領域、および該一対の酸窒化物半導体領域に挟まれる酸化物半導体領域を有する酸化物半導体膜と、ゲート絶縁膜と、ゲート絶縁膜を介して酸化物半導体領域上に設けられるゲート電極と、を有する。
【００１１】
ここで、一対の酸窒化物半導体領域はトランジスタのソース領域およびドレイン領域となり、酸化物半導体領域はトランジスタのチャネル領域となる。
【００１２】
トップゲート構造のトランジスタにおいて、ソース領域およびドレイン領域は、ゲート電極をマスクにして酸化物半導体膜に窒素を含むイオンを注入することで形成できる。ゲート電極をマスクにしてソース領域およびドレイン領域を形成することよって、ソース領域およびドレイン領域と、ゲート電極との重なりが生じず、寄生容量を低減することができる。
【００１３】
寄生容量を低減できるため、トランジスタを高速動作させることができる。
【００１４】
このとき、酸窒化物半導体領域の窒素濃度が０．０１原子％以上３０原子％以下とする。窒素濃度を増加させると酸窒化物半導体領域のキャリア密度を増加させることができるが、窒素濃度を高くしすぎると、キャリアの移動を阻害し、却って導電性を低下させることになる。
【００１５】
なお、酸化物半導体膜に窒素を含むイオンと同時に水素を含むイオンを注入しても構わない。酸窒化物半導体領域に水素を注入することによって、窒素のみを注入した場合と比べてキャリア密度を増加させることができる。即ち、注入する窒素濃度を低減しても導電性を高めることができる。酸窒化物半導体領域の水素濃度は、１×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上１×１０２２ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下とする。水素濃度を高めることで、キャリア密度を増加させることができるが、水素濃度を高くしすぎると、キャリアの移動を阻害し、却って導電性を低下させることになる。
【００１６】
このとき、酸化物半導体膜のソース領域およびドレイン領域を介してチャネル領域に水素が注入されないようにすると好ましい。酸化物半導体膜のチャネル領域に水素が注入されると、ゲート電圧を印加しなくてもキャリアのパスが形成されることがある。即ち、ノーマリーオンの特性となる。具体的には、チャネル領域の水素濃度は、１×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、好ましくは１×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、より好ましくは１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下とする。
【００１７】
また、酸窒化物半導体領域をソース領域およびドレイン領域に用いることによって、酸化物半導体領域であるチャネルのバンド端の曲がりがほとんど生じない効果を奏する。一方、ソース領域およびドレイン領域を金属材料で設けた場合、酸化物半導体領域であるチャネルのバンド端の曲がりが無視できなくなり、実効上のチャネル長が短くなってしまうことがある。この傾向はトランジスタのチャネル長が短いときほど顕著である。
【００１８】
さらに、酸窒化物半導体領域は、酸化物半導体領域と比較して水素を吸蔵しやすい性質を有する。そのため、外部から取り込まれる水素および内部から拡散する水素は、ソース領域およびドレイン領域である酸窒化物半導体領域に吸蔵され、チャネル領域である酸化物半導体領域の水素濃度を低減することができる。即ち、ソース領域およびドレイン領域を酸窒化物半導体領域で設けることによって、水素が起因となって起こるトランジスタの電気特性の劣化および信頼性の低下を抑制することができる。
【００１９】
加えて、酸窒化物半導体領域は、水素を吸蔵すると、窒素と水素が結合し、その一部がドナーとなり、キャリア密度が高まることで導電性を増すことができる。
【００２０】
なお、後述するが、酸窒化物半導体領域の窒素は、酸化物半導体領域へ拡散しないことを確認している。
【００２１】
また、酸窒化物半導体領域によってソース領域およびドレイン領域を形成することで、ソース領域およびドレイン領域と配線とのコンタクト抵抗を低減できるため、トランジスタのオン電流を増大させることができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明の一態様によって、電気特性が良好で、かつ信頼性の高い酸化物半導体を用いたトランジスタを作製することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の一態様に係るトランジスタの一例を示す上面図および断面図。
【図２】本発明の一態様に係るトランジスタの作製工程の一例を示す断面図。
【図３】本発明の一態様に係るトランジスタの作製工程の一例を示す断面図。
【図４】本発明の一態様に係るトランジスタの作製工程の一例を示す断面図。
【図５】酸化物半導体、酸窒化物半導体および金属材料のバンド構造を説明する図。
【図６】酸化物半導体および酸窒化物半導体における水素の拡散を説明する図。
【図７】酸化物半導体および酸窒化物半導体における窒素の拡散を説明する図。
【図８】本発明の一態様に係るトランジスタを有する表示装置の一例を示す上面図および断面図。
【図９】本発明の一態様に係るトランジスタを有する電子機器の一例を示す斜視図。
【図１０】本発明の一態様に係るトランジスタの例を示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
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。なお、図面を用いて発明の構成を説明するにあたり、同じものを指す符号は異なる図面間でも共通して用いる。なお、同様のものを指す際にはハッチパターンを同じくし、特に符号を付さない場合がある。
【００２５】
なお、第１、第２として付される序数詞は便宜上用いるものであり、工程順または積層順を示すものではない。また、本明細書において発明を特定するための事項として固有の名称を示すものではない。
【００２６】
（実施の形態１）
本実施の形態では、図１を用いてチャネル領域に酸化物半導体を含むトップゲート構造のトランジスタにおいて、チャネル領域と同一層に設けられるソース領域およびドレイン領域に酸窒化物半導体を含む例について説明する。
【００２７】
図１は、トップゲート構造のトランジスタの上面図および断面図である。ここで、図１（Ａ）は上面図であり、図１（Ｂ）および図１（Ｃ）はそれぞれ、図１（Ａ）におけるＡ−Ｂ断面およびＣ−Ｄ断面における断面図である。なお、図１（Ａ）では、煩雑になることを避けるため、トランジスタ１５１の構成要素の一部（例えば、層間絶縁膜１２４など）を省略している。
【００２８】
図１に示すトランジスタ１５１は、絶縁表面上の酸化物半導体領域１２６および一対の酸窒化物半導体領域１２２を含む酸化物半導体膜と、酸化物半導体領域１２６上のゲート絶縁膜１１２と、ゲート絶縁膜１１２上のゲート電極１１４と、下地絶縁膜１０２、一対の酸窒化物半導体領域１２２およびゲート電極１１４を覆う層間絶縁膜１２４と、層間絶縁膜１２４に設けられたコンタクトホール１３０を介して、一対の酸窒化物半導体領域１２２と接続された配線１１６と、を有するトランジスタである。本実施の形態では、絶縁表面として、基板１００上に下地絶縁膜１０２を設けた場合について説明する。
【００２９】
ここで、一対の酸窒化物半導体領域１２２は、トランジスタ１５１のソース領域およびドレイン領域となり、酸化物半導体領域１２６は、トランジスタ１５１のチャネル領域となる。
【００３０】
酸化物半導体領域１２６および一対の酸窒化物半導体領域１２２を含む酸化物半導体膜は、Ｉｎ、Ｇａ、ＳｎおよびＺｎのいずれかを二種以上を含む材料とすればよい。例えば、酸化物半導体領域１２６はＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物半導体とし、一対の酸窒化物半導体領域１２２はＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ−Ｎ系酸窒化物半導体とする。
【００３１】
一対の酸窒化物半導体領域１２２の窒素濃度は、０．０１原子％以上３０原子％以下とする。なお、窒素濃度は、二次イオン質量分析（ＳＩＭＳ：Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ Ｉｏｎ Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）、Ｘ線光電子分光法（ＸＰＳ：Ｘ−ｒａｙ Ｐｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）または電子線マイクロアナライザー（ＥＰＭＡ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｐｒｏｂｅ Ｘ−ｒａｙ ＭｉｃｒｏＡｎａｌｙｚｅｒ）によって定量可能である。
【００３２】
ここで、一対の酸窒化物半導体領域１２２の水素濃度は、１×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上１×１０２２ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下とする。また、酸化物半導体領域１２６の水素濃度は、１×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、好ましくは１×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、より好ましくは１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下とする。なお、水素濃度は、ＳＩＭＳによって定量可能である。
【００３３】
また、一対の酸窒化物半導体領域１２２は、導電率が１０Ｓ／ｃｍ以上１０００Ｓ／ｃｍ以下、好ましくは１００Ｓ／ｃｍ以上１０００Ｓ／ｃｍ以下とする。１０Ｓ／ｃｍよりも導電率が低いと、トランジスタのオン電流が低下してしまう。また、１０００Ｓ／ｃｍ以下の導電率とすることで、一対の酸窒化物半導体領域１２２の作用で酸化物半導体領域１２６に掛かる電界の影響を和らげ、短チャネル効果を低減することができる。
【００３４】
基板１００に大きな制限はないが、少なくとも、後の熱処理に耐えうる程度の耐熱性を有している必要がある。例えば、ガラス基板、セラミック基板、石英基板、サファイア基板などを、基板１００として用いてもよい。また、十分な耐熱性を有するプラスチック基板を用いてもよい。また、シリコンや炭化シリコンなどの単結晶半導体基板、多結晶半導体基板、シリコンゲルマニウムなどの化合物半導体基板、ＳＯＩ基板などを適用することも可能であり、これらの基板上に半導体素子が設けられたものを、基板１００として用いてもよい。
【００３５】
また、基板１００として、可撓性基板を用いてもよい。可撓性基板上にトランジスタを設ける場合、可撓性基板上に直接トランジスタを作製してもよいし、他の基板にトランジスタを作製した後、これを剥離し、可撓性基板に転置してもよい。なお、トランジスタを剥離し、可撓性基板に転置するためには、上記他の基板とトランジスタとの間に剥離層を設けるとよい。
【００３６】
下地絶縁膜１０２は、酸化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜、窒化酸化シリコン膜および窒化シリコン膜の単層または積層とすればよい。
【００３７】
ここで、酸化窒化シリコンとは、その組成において、窒素よりも酸素の含有量が多いものを示し、例えば、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、珪素が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ものをいう。また、窒化酸化シリコンとは、その組成において、酸素よりも窒素の含有量が多いものを示し、例えば、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、珪素が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ものをいう。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。
【００３８】
下地絶縁膜１０２は、加熱により酸素を放出する膜を用いてもよい。
【００３９】
「加熱により酸素を放出する」とは、ＴＤＳ（Ｔｈｅｒｍａｌ Ｄｅｓｏｒｐｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ：昇温脱離ガス分光法）分析にて、酸素原子に換算しての酸素の放出量が１．０×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上、好ましくは３．０×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上であることをいう。
【００４０】
なお、酸素の放出量は、ＴＤＳ分析において、基板温度が１５０℃以上７００℃以下、好ましくは２００℃以上６５０℃以下、さらに好ましくは２５０℃以上４７０℃以下の範囲で測定する。これは、例えば、基板温度が１５０℃未満で起こる酸素の放出が、主として基板表面に吸着した、比較的安定性の低い酸素起因と推定されるためである。また、基板温度を７００℃以下の範囲とすることで、トランジスタの作製工程に即した酸素の放出量を評価していることになる。
【００４１】
ここで、ＴＤＳ分析にて、酸素原子に換算しての酸素の放出量の測定方法について、以下に説明する。
【００４２】
ＴＤＳ分析したときの気体の放出量は、スペクトルの積分値に比例する。このため、絶縁膜のスペクトルの積分値と、標準試料から得られる基準値に対する比とにより、気体の放出量を計算することができる。標準試料の基準値とは、所定の原子を含む試料の、スペクトルの積分値に対する原子の密度の割合である。
【００４３】
例えば、標準試料である所定の密度の水素を含むシリコンウェハのＴＤＳ分析結果、及び絶縁膜のＴＤＳ分析結果から、絶縁膜の酸素分子の放出量（ＮＯ２）は、数式１で求めることができる。ここで、ＴＤＳ分析で得られる質量数３２で検出されるスペクトルの全てが酸素分子由来と仮定する。質量数３２のものとしてＣＨ３ＯＨがあるが、存在する可能性が低いものとしてここでは考慮しない。また、酸素原子の同位体である質量数１７の酸素原子及び質量数１８の酸素原子を含む酸素分子についても、自然界における存在比率が極微量であるため考慮しない。
【００４４】
ＮＯ２＝ＮＨ２／ＳＨ２×ＳＯ２×α （数１）
【００４５】
ＮＨ２は、標準試料から脱離した水素分子を密度で換算した値である。ＳＨ２は、標準試料をＴＤＳ分析したときのスペクトルの積分値である。ここで、標準試料の基準値を、ＮＨ２／ＳＨ２とする。ＳＯ２は、絶縁膜をＴＤＳ分析したときのスペクトルの積分値である。αは、ＴＤＳ分析におけるスペクトル強度に影響する係数である。数式１の詳細に関しては、特開平６−２７５６９７公報を参照する。なお、上記絶縁膜の酸素の放出量は、電子科学株式会社製の昇温脱離分析装置ＥＭＤ−ＷＡ１０００Ｓ／Ｗを用い、標準試料として１×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３の水素原子を含むシリコンウェハを用いて測定した。
【００４６】
また、ＴＤＳ分析において、酸素の一部は酸素原子として検出される。酸素分子と酸素原子の比率は、酸素分子のイオン化率から算出することができる。なお、上述のαは酸素分子のイオン化率を含むため、酸素分子の放出量を評価することで、酸素原子の放出量についても見積もることができる。
【００４７】
なお、ＮＯ２は酸素分子の放出量である。絶縁膜においては、酸素原子に換算したときの酸素の放出量は、酸素分子の放出量の２倍となる。
【００４８】
上記構成において、加熱により酸素を放出する絶縁膜は、酸素が過剰な酸化シリコン（ＳｉＯＸ（Ｘ＞２））であってもよい。酸素が過剰な酸化シリコン（ＳｉＯＸ（Ｘ＞２））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当たりに含むものである。単位体積当たりのシリコン原子数および酸素原子数は、ラザフォード後方散乱法により測定した値である。
【００４９】
下地絶縁膜から酸化物半導体領域に酸素が供給されることで、下地絶縁膜および酸化物半導体領域の界面準位密度を低減できる。この結果、トランジスタの動作などに起因して生じうる電荷などが、上述の下地絶縁膜および酸化物半導体領域の界面に捕獲されることを抑制することができ、電気特性の劣化の少ないトランジスタを得ることができる。
【００５０】
さらに、酸化物半導体の酸素欠損に起因して電荷が生じる場合がある。一般に酸化物半導体の酸素欠損は、一部がドナーとなりキャリアである電子を生じる。この結果、トランジスタのしきい値電圧がマイナス方向にシフトしてしまう。これはバックチャネル側で生じる酸素欠損において顕著である。なお、本明細書におけるバックチャネルとは、酸化物半導体領域において下地絶縁膜側の界面近傍を指す。下地絶縁膜から酸化物半導体領域に酸素が十分に放出されることにより、しきい値電圧がマイナス方向へシフトする要因である、酸化物半導体領域の酸素欠損を低減することができる。
【００５１】
即ち、酸化物半導体領域に酸素欠損が生じると、下地絶縁膜と酸化物半導体領域との界面における電荷の捕獲を抑制することが困難となるところ、下地絶縁膜に、加熱により酸素を放出する絶縁膜を設けることで、酸化物半導体領域および下地絶縁膜の界面準位密度、ならびに酸化物半導体領域の酸素欠損を低減し、酸化物半導体領域および下地絶縁膜の界面における電荷捕獲の影響を小さくすることができる。
【００５２】
ゲート絶縁膜１１２は、例えば酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコン、窒化シリコン、酸化アルミニウム、酸化ハフニウムまたはイットリア安定化ジルコニアなどを用いればよく、積層または単層で設ける。例えば、熱酸化法、ＣＶＤ法、スパッタリング法などで形成すればよい。ゲート絶縁膜１１２は、加熱により酸素を放出する膜を用いてもよい。ゲート絶縁膜１１２に加熱により酸素を放出する膜を用いることで、酸化物半導体領域１２６に生じる酸素欠損を低減することができ、トランジスタの電気特性の劣化を抑制できる。
【００５３】
本実施の形態に示す構造では、ゲート絶縁膜１１２の段差乗り越え部がないため、ゲート絶縁膜１１２を起因とするリーク電流を低減し、かつゲート絶縁膜１１２の耐圧を高めることができる。そのため、ごく薄い、５ｎｍ程度の厚さのゲート絶縁膜１１２を用いてもトランジスタを正常に動作させることができる。なお、ゲート絶縁膜１１２を薄膜化することで、短チャネル効果を低減し、かつトランジスタの動作速度を高める効果を奏する。
【００５４】
ゲート電極１１４の材料は、アルミニウム、チタン、クロム、ニッケル、銅、イットリウム、ジルコニウム、モリブデン、銀、タンタルおよびタングステンを少なくとも一種以上含む、単体金属、合金または金属窒化物を用いればよい。酸化インジウム、酸化錫または酸化亜鉛を含む透明導電材料を用いても構わない。また、前述の材料を積層した構成としても構わない。
【００５５】
層間絶縁膜１２４の材料は、例えば酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコン、窒化シリコンなどを用いればよく、積層または単層で設ける。例えば、熱酸化法、ＣＶＤ法またはスパッタリング法などで形成すればよい。好ましくは、層間絶縁膜１２４は、窒化シリコン膜または窒化酸化シリコン膜を用いる。
【００５６】
配線１１６は、ゲート電極１１４と同様の構成とすればよい。
【００５７】
このような構造を有することによって、トランジスタ１５１は、ゲート電極１１４と一対の酸窒化物半導体領域１２２との間に生じる寄生容量がほとんどなく、チャネル長を縮小した場合にもしきい値電圧の変動が小さい。また、一対の酸窒化物半導体領域１２２と配線１１６とのコンタクト抵抗が低減され、トランジスタのオン電流を増大することができる。また、酸化物半導体領域１２６中の水素濃度が低減され、トランジスタの電気特性および信頼性を高めることができる。
【００５８】
なお、図４（Ｄ）のように、ゲート絶縁膜１１２が酸化物半導体領域１２６および一対の酸窒化物半導体領域１２２を覆って設けられる構造としても構わない。
【００５９】
本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせることができる。
【００６０】
（実施の形態２）
本実施の形態では、実施の形態１で示したトランジスタと異なるトランジスタの例について図１０を用いて説明する。
【００６１】
図１０（Ａ）に示すトランジスタ１５２は、絶縁表面を有する基板１００と、基板１００上のゲート電極１１４と、ゲート電極１１４上のゲート絶縁膜１１２と、ゲート絶縁膜１１２を介してゲート電極１１４上に設けられた酸化物半導体領域１２６および一対の酸窒化物半導体領域１２２を含む酸化物半導体膜と、該酸化物半導体膜およびゲート絶縁膜１１２を覆う層間絶縁膜１２４と、層間絶縁膜１２４に設けられたコンタクトホール１３０を介して、一対の酸窒化物半導体領域１２２と接続された配線１１６と、を有するトランジスタである。なお、基板１００とトランジスタ１５２との間に下地絶縁膜１０２を有する構造としても構わない。
【００６２】
図１０（Ｂ）に示すトランジスタ１５３は、絶縁表面を有する基板１００と、基板１００上のゲート電極１１４と、ゲート電極１１４上のゲート絶縁膜１１２と、ゲート絶縁膜１１２を介してゲート電極１１４上に設けられた酸化物半導体領域１２６および一対の酸窒化物半導体領域１２２を含む酸化物半導体膜と、一対の酸窒化物半導体領域１２２と接続された配線１１６と、を有するトランジスタである。なお、基板１００とトランジスタ１５３との間に下地絶縁膜１０２を有する構造としても構わない。図示しないが、トランジスタ１５３上に層間絶縁膜１２４を有する構造としても構わない。
【００６３】
図１０（Ｃ）に示すトランジスタ１５４は、絶縁表面を有する基板１００と、基板１００上のゲート電極１１４と、ゲート電極１１４上のゲート絶縁膜１１２と、ゲート絶縁膜１１２上の配線１１６と、ゲート絶縁膜１１２を介してゲート電極１１４上に設けられた酸化物半導体領域１２６および配線１１６と接続された一対の酸窒化物半導体領域１２２を含む酸化物半導体膜と、を有するトランジスタである。なお、基板１００とトランジスタ１５４との間に下地絶縁膜１０２を有する構造としても構わない。図示しないが、トランジスタ１５４上に層間絶縁膜１２４を有する構造としても構わない。
【００６４】
図１０（Ｄ）に示すトランジスタ１５５は、基板１００上の下地絶縁膜１０２と、下地絶縁膜上の酸化物半導体領域１２６および一対の酸窒化物半導体領域１２２を含む酸化物半導体膜と、酸化物半導体領域１２６上のゲート絶縁膜１１２と、ゲート絶縁膜１１２上のゲート電極１１４と、一対の酸窒化物半導体領域１２２と接続された配線１１６と、を有するトランジスタである。図示しないが、トランジスタ１５５上に層間絶縁膜１２４を有する構造としても構わない。
【００６５】
図１０（Ｅ）に示すトランジスタ１５６は、基板１００上の下地絶縁膜１０２と、下地絶縁膜上の配線１１６と、下地絶縁膜１０２上の酸化物半導体領域１２６および配線１１６と接続された一対の酸窒化物半導体領域１２２を含む酸化物半導体膜と、酸化物半導体領域１２６上のゲート絶縁膜１１２と、ゲート絶縁膜１１２上のゲート電極１１４と、を有するトランジスタである。図示しないが、トランジスタ１５６上に層間絶縁膜１２４を有する構造としても構わない。
【００６６】
トランジスタのチャネル長は一対の酸窒化物半導体領域１２２の間隔またはゲート電極１１４の幅で決まる。一対の酸窒化物半導体領域１２２の間隔およびゲート電極１１４の幅が一致する場合、一対の酸窒化物半導体領域１２２とゲート電極１１４との重なりがなくなるため好ましいが、一対の酸窒化物半導体領域１２２の間隔およびゲート電極１１４の幅が一致していなくても構わない。例えば、一対の酸窒化物半導体領域１２２の間隔よりもゲート電極１１４の幅が狭い場合、ゲート電極１１４と酸化物半導体領域とが重畳しない領域にオフセット領域が形成され、電界の集中が緩和される効果によって短チャネル効果を低減することができる。
【００６７】
本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせることができる。
【００６８】
（実施の形態３）
本実施の形態では、実施の形態１で示したトランジスタを作製する方法の例を説明する。
【００６９】
まず、基板１００上に下地絶縁膜１０２を成膜する（図２（Ａ）参照。）。下地絶縁膜１０２は、スパッタリング法またはＣＶＤ法などで成膜すればよい。
【００７０】
下地絶縁膜をスパッタリング法で成膜する場合、シリコンターゲット、石英ターゲット、アルミニウムターゲットまたは酸化アルミニウムターゲットなどを用いて、酸素を含む成膜ガスによって成膜すればよい。成膜ガス中の酸素の割合は、成膜ガス全体に対して６体積％以上とする。好ましくは、５０体積％以上とする。成膜ガス中の酸素ガスの割合を高めることで、加熱により酸素を放出する絶縁膜を形成することができる。
【００７１】
ターゲット中の水素も極力取り除かれていると好ましい。具体的には、ＯＨ基が１００ｐｐｍ以下、好ましくは１０ｐｐｍ以下、より好ましくは１ｐｐｍ以下の酸化物ターゲットを用いることで、下地絶縁膜１０２中の水素濃度を低減し、トランジスタの電気特性および信頼性を高めることができる。例えば、溶融石英は、ＯＨ基が１０ｐｐｍ以下で作製しやすく、またコストが低いため好ましい。もちろんＯＨ基濃度の低い合成石英のターゲットを用いても構わない。
【００７２】
次に、酸化物半導体膜を成膜し、加工して島状の酸化物半導体膜１０６を形成する（図２（Ｂ）参照。）。ここで、下地絶縁膜１０２および酸化物半導体膜は、真空連続で成膜しても構わない。例えば、基板１００表面の水素を含む不純物を、熱処理またはプラズマ処理で除去した後、大気に暴露することなく下地絶縁膜１０２を成膜し、続けて大気に暴露することなく酸化物半導体膜を成膜してもよい。このようにすることで、基板表面の水素を含む不純物を低減し、また、各界面における大気成分の付着を抑制することができるため、電気特性が良好で、信頼性の高いトランジスタを作製することができる。酸化物半導体膜を加熱雰囲気で成膜するとさらに効果的である。
【００７３】
酸化物半導体膜１０６を形成後、第１の熱処理を行ってもよい。第１の熱処理は、温度を１５０℃以上６５０℃以下、好ましくは２５０℃以上４５０℃以下とし、酸化性雰囲気または不活性雰囲気で行う。ここで、酸化性雰囲気は、酸素、オゾンまたは窒化酸素などの酸化性ガスを１０ｐｐｍ以上含有する雰囲気である。また、不活性雰囲気は、前述の酸化性ガスが１０ｐｐｍ未満であり、その他、窒素または希ガスで充填された雰囲気である。第１の熱処理を行うことによって、酸化物半導体膜１０６をさらに高純度化できるため、トランジスタの電気特性および信頼性を高めることができる。なお、第１の熱処理は、酸化物半導体膜１０６となる酸化物半導体膜の成膜直後に行っても構わない。
【００７４】
次に、酸化物半導体膜１０６を覆ってゲート絶縁膜１０８および導電膜１０４を成膜する（図２（Ｃ）参照。）。ここで、ゲート絶縁膜１０８および導電膜１０４は、大気に暴露することなく、連続で成膜すると好ましい。
【００７５】
次に、導電膜１０４およびゲート絶縁膜１０８を加工して、ゲート電極１１４およびゲート絶縁膜１１２を形成する。ゲート絶縁膜１１２は、ゲート電極１１４の直下に形成される（図３（Ａ）参照。）。ゲート電極１１４は、テーパー形状であってもよい。また、ゲート電極１１４のみを細らせて、ゲート電極１１４が形成されている領域からゲート絶縁膜１１２がはみ出す構造としても構わない。ゲート絶縁膜１１２が、ゲート電極１１４が形成されている領域からはみ出して設けられることによって、後の工程で行うイオン注入の際に、イオンの注入量の少ない領域（ＬＤＤ：Ｌｉｇｈｔｌｙ Ｄｏｐｅｄ Ｄｒａｉｎ）をチャネル領域とソース領域およびドレイン領域の間に形成することができる。ＬＤＤが設けられることによって、ホットキャリア劣化等を抑制できる。
【００７６】
次に、酸化物半導体膜１０６に対して、イオン１０５を注入する（図３（Ｂ）参照。）。イオン１０５は、窒素を含むイオンである。イオン１０５の注入は、例えば、イオンドーピング法またはイオンインプランテーション法を用いればよい。
【００７７】
または、イオン１０５は、窒素を含むイオンおよび水素を含むイオンで構成することができる。
【００７８】
イオン１０５は、ゲート電極１１４およびゲート絶縁膜１１２によって遮られた領域以外に注入される。そのため、酸化物半導体膜に酸化物半導体領域１２６および一対の酸窒化物半導体領域１２２を設けることができる（図３（Ｃ）参照。）。
【００７９】
酸窒化物半導体領域が形成において、一部の窒素と水素が結合し、結合した窒素と水素のさらに一部がキャリアを発生することがあるため、より導電率の高い酸窒化物半導体領域となる。この酸窒化物半導体領域と水素の結合は、酸化物半導体領域と水素の結合よりも強い。そのため、酸化物半導体領域への水素の拡散は起こりにくく、単に酸化物半導体膜へ水素を注入して導電率を高めた場合と比較して、トランジスタの信頼性を高めることができる。
【００８０】
次に、下地絶縁膜１０２、一対の酸窒化物半導体領域１２２およびゲート電極１１４を覆って層間絶縁膜１２４を形成する。層間絶縁膜１２４の材料は、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコンまたは窒化シリコンを用い、スパッタリング法、ＣＶＤ法などで成膜すればよい。このとき、加熱により酸素を放出しにくい材料を用いると好ましい。これは、一対の酸窒化物半導体領域１２２の導電率を低下させないためである。具体的には、ＣＶＤ法により、シランガスを主材料とし、酸化窒素ガス、窒素ガス、水素ガスおよび希ガスから適切な原料ガスを混合して成膜すればよい。また、基板温度を１５０℃以上６００℃以下、好ましくは３００℃以上５５０℃以下とすればよい。ＣＶＤ法を用いることで、加熱により酸素を放出しにくい層間絶縁膜１２４を形成することができる。また、シランガスを主材料とすることで膜中に水素が残留し、該水素が拡散することで一対の酸窒化物半導体領域１２２の導電率をさらに高めることができる。層間絶縁膜１２４中の水素濃度は、０．１原子％以上２５原子％以下とすればよい。なお、水素濃度は、ＳＩＭＳ、またはＲＢＳおよびＨＦＳによって定量可能である。
【００８１】
層間絶縁膜１２４は、一対の酸窒化物半導体領域１２２に達するコンタクトホール１３０を有する。コンタクトホール１３０を介して、一対の酸窒化物半導体領域１２２に配線１１６を接続して形成する。このとき、一対の酸窒化物半導体領域１２２を有するため、酸化物半導体膜のみの場合と比較して配線１１６とのコンタクト抵抗を低減することができる。
【００８２】
配線１１６の材料は、ゲート電極１１４と同様の構成とすればよい。
【００８３】
以上の工程で、トランジスタ１５１を作製することができる（図３（Ｄ）参照。）。
【００８４】
なお、本実施の形態ではゲート絶縁膜１１２を形成してからイオン１０５を注入しているが、これに限定されず、ゲート電極１１４を形成した後、即ちゲート絶縁膜１１２を形成する前にゲート絶縁膜１０８を介してイオン１０５を注入しても構わない。一対の酸窒化物半導体領域１２２となる領域が、ゲート絶縁膜１０８で覆われていることによって、一対の酸窒化物半導体領域１２２のダメージを低減することができる。この場合、イオン１０５を注入後、ゲート電極１１４をマスクとしてゲート絶縁膜１０８を加工し、ゲート絶縁膜１１２を形成すればよい。
【００８５】
このようにすることで、トランジスタを微細化し、チャネル長を縮小した際にも電気特性が良好で、かつ信頼性の高い酸化物半導体を用いたトランジスタを作製することができる。
【００８６】
本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせることができる。
【００８７】
（実施の形態４）
本実施の形態では、実施の形態１で示したトランジスタについて、実施の形態３とは異なる作製方法の例について説明する。
【００８８】
図２（Ｃ）までは実施の形態３と同様である。
【００８９】
その後、導電膜１０４を加工して、ゲート電極１１４を形成する（図４（Ａ）参照。）。
【００９０】
次に、ゲート絶縁膜１０８を介してイオン１０５を注入し（図４（Ｂ）参照。）、酸化物半導体領域１２６および一対の酸窒化物半導体領域１２２を形成する（図４（Ｃ）参照。）。
【００９１】
次に、層間絶縁膜１２４およびコンタクトホール１３０を形成する。コンタクトホール１３０は、ゲート絶縁膜１０８にも設けられる。
【００９２】
次に、コンタクトホール１３０を介して、一対の酸窒化物半導体領域１２２に配線１１６を接続して形成する。
【００９３】
以上の工程で、トランジスタ１５７を作製することができる（図４（Ｄ）参照。）。
【００９４】
ゲート絶縁膜１０８によって一対の酸窒化物半導体領域１２２が形成される領域が保護されるため、一対の酸窒化物半導体領域１２２のダメージを低減することができる。また、一対の酸窒化物半導体領域１２２上にもゲート絶縁膜１０８が設けられているため、ゲート電極１１４と一対の酸窒化物半導体領域１２２との間のリーク電流を発生を抑制することができる。
【００９５】
本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせることができる。
【００９６】
（実施の形態５）
実施の形態１乃至実施の形態４で例示したトランジスタを用いた表示装置の一形態を図８に示す。
【００９７】
図８（Ａ）は、トランジスタ７５０、および液晶素子７１３を、第１の基板７０１と第２の基板７０６との間にシール材７０５によって封止したパネルの上面図であり、図８（Ｂ）は、図８（Ａ）のＭ−Ｎにおける断面図に相当する。
【００９８】
第１の基板７０１上に設けられた画素部７０２を囲むようにして、シール材７０５が設けられ、画素部７０２上に第２の基板７０６が設けられている。よって画素部７０２は、第１の基板７０１とシール材７０５と第２の基板７０６とによって、液晶層７０８と共に封止されている。
【００９９】
また、第１の基板７０１上のシール材７０５によって囲まれている領域とは異なる領域に、入力端子７２０を有し、ＦＰＣ（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ ｐｒｉｎｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ）７１８ａ、ＦＰＣ７１８ｂが接続されている。ＦＰＣ７１８ａは、別途異なる基板に作製された信号線駆動回路７０３と電気的に接続され、ＦＰＣ７１８ｂは、別途異なる基板に作製された走査線駆動回路７０４と電気的に接続されている。画素部７０２に与えられる各種信号および電位は、ＦＰＣ７１８ａおよびＦＰＣ７１８ｂを介して、信号線駆動回路７０３および走査線駆動回路７０４から供給される。
【０１００】
なお、別途異なる基板に作製された駆動回路の接続方法は、特に限定されるものではなく、ＣＯＧ（Ｃｈｉｐ Ｏｎ Ｇｌａｓｓ）方法、ワイヤボンディング方法、ＴＣＰ（Ｔａｐｅ Ｃａｒｒｉｅｒ Ｐａｃｋａｇｅ）方法、或いはＴＡＢ（Ｔａｐｅ Ａｕｔｏｍａｔｅｄ Ｂｏｎｄｉｎｇ）方法などを用いることができる。
【０１０１】
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）を用いることができる。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。
【０１０２】
図８に示す表示装置は、電極７１５および配線７１６を有しており、電極７１５および配線７１６はＦＰＣ７１８ａが有する端子と異方性導電膜７１９を介して、電気的に接続されている。
【０１０３】
電極７１５は、第１の電極７３０と同じ導電膜から形成され、配線７１６は、トランジスタ７５０のソース電極およびドレイン電極と同じ導電膜で形成されている。
【０１０４】
なお、画素部７０２に設けられたトランジスタ７５０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。
【０１０５】
図８は、表示素子として液晶素子を用いた表示装置の例を示している。図８において、表示素子である液晶素子７１３は、第１の電極７３０、第２の電極７３１、および液晶層７０８を含む。なお、液晶層７０８を挟持するように配向膜として機能する絶縁膜７３２、絶縁膜７３３が設けられている。第２の電極７３１は第２の基板７０６側に設けられ、第１の電極７３０と第２の電極７３１とは液晶層７０８を介して積層する構成となっている。
【０１０６】
また、スペーサ７３５は、第２の基板７０６上に絶縁膜で形成された柱状のスペーサであり、液晶層７０８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も良い。
【０１０７】
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。
【０１０８】
また、液晶層７０８に、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１ミリ秒以下と短く、光学的等方性であるため配向処理が不要であり、視野角依存性が小さい。また配向膜を設けなくてもよいのでラビング処理も不要となるため、ラビング処理によって引き起こされる静電破壊を防止することができ、作製工程中の液晶表示装置の不良や破損を軽減することができる。よって液晶表示装置の生産性を向上させることが可能となる。
【０１０９】
また、液晶材料の固有抵抗率は、１×１０９Ω・ｃｍ以上であり、好ましくは１×１０１１Ω・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率の値は、２０℃で測定した値とする。
【０１１０】
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。チャネル領域が形成される半導体膜に、酸化物半導体を用いた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。
【０１１１】
本実施の形態で用いる酸化物半導体膜を用いたトランジスタは、酸窒化物領域であるソース領域およびドレイン領域が水素を吸蔵する効果を奏することにより、酸化物半導体領域であるチャネル領域における水素濃度を低くすることができる。そのため、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。また、酸化物半導体膜を用いたトランジスタは、特別に容量素子を設けなくても、または特別に設ける容量素子の容量値が極めて小さくても、液晶素子に印加された電位の保持が可能となる。
【０１１２】
また、本実施の形態で用いる酸化物半導体膜を用いたトランジスタは、比較的高い電界効果移動度が得られるため、高速駆動が可能である。よって、液晶表示装置の画素部に上記トランジスタを用いることで、高画質な画像を提供することができる。また、上記トランジスタは、同一基板上に駆動回路部または画素部に作り分けて作製することもできるため、液晶表示装置の部品点数を削減することができる。
【０１１３】
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。
【０１１４】
また、ノーマリーブラック型の液晶表示装置、例えば垂直配向（ＶＡ）モードを採用した透過型の液晶表示装置としてもよい。ここで、垂直配向モードとは、液晶表示パネルの液晶分子の配列を制御する方式の一種であり、電圧が印加されていないときにパネル面に対して液晶分子が垂直方向を向く方式である。垂直配向モードとしては、いくつか挙げられるが、例えば、ＭＶＡ（Ｍｕｌｔｉ−Ｄｏｍａｉｎ Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）モード、ＰＶＡ（Ｐａｔｔｅｒｎｅｄ Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）モード、ＡＳＶ（Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｓｕｐｅｒ−Ｖｉｅｗ）モードなどを用いることができる。また、画素（ピクセル）をいくつかの領域（サブピクセル）に分け、それぞれ別の方向に分子を倒すよう工夫されているマルチドメイン化あるいはマルチドメイン設計といわれる方法を用いることができる。
【０１１５】
また、液晶表示装置において、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、偏光基板およ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。
【０１１６】
また、バックライトとして複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）を用いて、時間分割表示方式（フィールドシーケンシャル駆動方式）を行うことも可能である。フィールドシーケンシャル駆動方式を適用することで、カラーフィルタを用いることなく、カラー表示を行うことができる。
【０１１７】
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）、またはＲＧＢに、イエロー、シアン、マゼンタ等を一色以上追加したものがある。なお、色要素のドット毎にその表示領域の大きさが異なっていてもよい。ただし、本発明はカラー表示の液晶表示装置に限定されるものではなく、モノクロ表示の液晶表示装置に適用することもできる。
【０１１８】
なお、図８において、第１の基板７０１、第２の基板７０６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（ｐｏｌｙｖｉｎｙｌ ｆｌｕｏｒｉｄｅ）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。
【０１１９】
液晶表示装置は光源または表示素子からの光を透過させて表示を行う。よって光が透過する画素部に設けられる基板、絶縁膜、導電膜などの薄膜はすべて可視光の波長領域の光に対して透光性とする。
【０１２０】
表示素子に電圧を印加する第１の電極および第２の電極（画素電極、共通電極、対向電極などともいう。）においては、取り出す光の方向、電極が設けられる場所、および電極のパターン構造によって透光性、反射性を選択すればよい。
【０１２１】
第１の電極７３０、第２の電極７３１は、酸化タングステンを含むインジウム酸化物、酸化タングステンを含むインジウム亜鉛酸化物、酸化チタンを含むインジウム酸化物、酸化チタンを含むインジウム錫酸化物、インジウム錫酸化物（ＩＴＯともいう。）、インジウム亜鉛酸化物、酸化ケイ素を添加したインジウム錫酸化物などの透光性を有する導電性材料を用いることができる。また、１枚乃至１０枚のグラフェンシートよりなる材料を用いてもよい。
【０１２２】
また、第１の電極７３０、第２の電極７３１のいずれか一方はタングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）、バナジウム（Ｖ）、ニオブ（Ｎｂ）、タンタル（Ｔａ）、クロム（Ｃｒ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、チタン（Ｔｉ）、白金（Ｐｔ）、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）等の金属、またはその合金、もしくはその窒化物から一つ、または複数種を用いて形成することができる。
【０１２３】
また、第１の電極７３０、第２の電極７３１として、導電性高分子（導電性ポリマーともいう）を含む導電性組成物を用いて形成することができる。導電性高分子としては、いわゆるπ電子共役系導電性高分子を用いることができる。例えば、ポリアニリンまたはその誘導体、ポリピロールまたはその誘導体、ポリチオフェンまたはその誘導体、またはアニリン、ピロール及びチオフェンの２種以上の共重合体またはその誘導体などがあげられる。
【０１２４】
また、トランジスタは静電気などにより破壊されやすいため、保護回路を設けることが好ましい。保護回路は、非線形素子を用いて構成することが好ましい。
【０１２５】
以上のように実施の形態１乃至実施の形態４で例示したトランジスタを適用することで、信頼性の高い液晶表示装置を提供することができる。なお、実施の形態１乃至実施の形態４で例示したトランジスタは上述の表示機能を有する半導体装置のみでなく、電源回路に搭載されるパワーデバイス、ＬＳＩ等の半導体集積回路、対象物の情報を読み取るイメージセンサ機能を有する半導体装置など様々な機能を有する半導体装置に適用することが可能である。
【０１２６】
本実施の形態は、他の実施の形態と自由に組み合わせることができる。
【０１２７】
（実施の形態６）
本発明の一態様である半導体装置は、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などのカメラ、デジタルフォトフレーム、携帯電話機（携帯電話、携帯電話装置ともいう）、携帯型ゲーム機、携帯情報端末、音響再生装置、パチンコ機などの大型ゲーム機などが挙げられる。上記実施の形態で説明した半導体装置を具備する電子機器の例について説明する。
【０１２８】
図９（Ａ）は、ノート型のパーソナルコンピュータであり、本体８０１、筐体８０２、表示部８０３、キーボード８０４などによって構成されている。実施の形態１乃至実施の形態５で示した半導体装置を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。
【０１２９】
図９（Ｂ）は、携帯情報端末（ＰＤＡ）であり、本体８１１には表示部８１３と、操作ボタン８１４などが設けられている。また操作用の付属品としてスタイラス８１２がある。実施の形態１乃至実施の形態５で示した半導体装置を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。
【０１３０】
図９（Ｃ）は、電子書籍の一例を示している。例えば、電子書籍８２０は、筐体８２１及び筐体８２２の２つの筐体で構成されている。筐体８２１及び筐体８２２は、軸部８２５により一体とされており、該軸部８２５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。
【０１３１】
筐体８２１には表示部８２３が組み込まれ、筐体８２２には表示部８２４が組み込まれている。表示部８２３及び表示部８２４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９（Ｃ）では表示部８２３）に文章を表示し、左側の表示部（図９（Ｃ）では表示部８２４）に挿絵を表示することができる。実施の形態１乃至実施の形態５で示した半導体装置を適用することにより、信頼性の高い電子書籍とすることができる。
【０１３２】
また、図９（Ｃ）では、筐体８２１に操作部などを備えた例を示している。例えば、筐体８２１において、電源８２６、操作キー８２７、スピーカー８２８などを備えている。操作キー８２７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８２０は、電子辞書としての機能を持たせた構成としてもよい。
【０１３３】
また、電子書籍８２０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。
【０１３４】
図９（Ｄ）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８６０は、筐体８６１に表示部８６３が組み込まれている。表示部８６３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８６５により筐体８６１を支持した構成を示している。実施の形態１乃至実施の形態５で示した半導体装置を適用することにより、信頼性の高いテレビジョン装置８６０とすることができる。
【０１３５】
テレビジョン装置８６０の操作は、筐体８６１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。
【０１３６】
なお、テレビジョン装置８６０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。
【０１３７】
以上、本実施の形態に示す構成、方法などは、他の実施の形態に示す構成、方法などと適宜組み合わせて用いてもよい。
【実施例１】
【０１３８】
本実施例では、スパッタリング法によりＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏターゲットを用いて成膜した酸窒化物半導体膜について、具体例を示し、物性およびバンド図を説明する。
【０１３９】
条件１の成膜条件は以下の通りである。
【０１４０】
成膜方法：ＤＣスパッタリング法
ターゲット：Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏターゲット（原子数比、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ：Ｏ＝１：１：１：４）
成膜電力：５００Ｗ
成膜ガス：Ｏ２ ４０ｓｃｃｍ
成膜圧力：０．４Ｐａ
Ｔ−Ｓ間距離：６０ｍｍ
成膜時基板温度：２００℃
膜厚：１００ｎｍ
【０１４１】
条件２の成膜条件は以下の通りである。
【０１４２】
成膜方法：ＤＣスパッタリング法
ターゲット：Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏターゲット（原子数比、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ：Ｏ＝１：１：１：４）
成膜電力：５００Ｗ
成膜ガス：Ｎ２ ４０ｓｃｃｍ
成膜圧力：０．４Ｐａ
Ｔ−Ｓ間距離：６０ｍｍ
成膜時基板温度：２００℃
膜厚：１００ｎｍ
【０１４３】
石英基板に成膜した条件１および条件２を、それぞれｓａｍｐｌｅ１およびｓａｍｐｌｅ２とし、ｓａｍｐｌｅ１およびｓａｍｐｌｅ２に対し、紫外線光電子分光分析（ＵＰＳ：Ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ Ｐｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）を行って、イオン化ポテンシャルを評価したところ、ｓａｍｐｌｅ１は７．８ｅＶ、ｓａｍｐｌｅ２は７．６ｅＶであった。
【０１４４】
次に、分光エリプソメータ（ＨＯＲＩＢＡ ＪＯＢＩＮ ＹＶＯＮ社 ＵＴ−３００）を用いて、ｓａｍｐｌｅ１およびｓａｍｐｌｅ２の分光スペクトルデータを取得し、該分光スペクトルデータを解析して、吸収係数αを導出した。
【０１４５】
次に、縦軸に（αｈν）１／２をとり横軸にｈνをとり（ｔａｕｃ ｐｌｏｔ）から直線部分を通る接線を引き、該接線と横軸ｈνとの交点を光学バンドギャップとした。ここで、ｈはプランク定数、νは光の振動数である。
【０１４６】
このようにして見積もったｓａｍｐｌｅ１およびｓａｍｐｌｅ２の光学バンドギャップは、それぞれ３．２ｅＶおよび１．７ｅＶであった。
【０１４７】
ここで、酸窒化物半導体をソースおよびドレインに、酸化物半導体をチャネルとしたときのバンド構造について図５を用いて説明する。
【０１４８】
図５（Ａ）は、真空準位Ｅｖａｃと、ｓａｍｐｌｅ１、ｓａｍｐｌｅ２およびｍｅｔａｌの有する準位との関係である。ここで、ＩＰはイオン化ポテンシャル、Ｅａは電子親和力、Ｅｇはエネルギーギャップ、Ｗｆは仕事関数を示す。また、Ｅｃは伝導帯の下端、Ｅｖは価電子帯の上端、Ｅｆはフェルミ準位を示す。なお、各符号の末尾に示す記号は、１がｓａｍｐｌｅ１を、２がｓａｍｐｌｅ２を、ｍがｍｅｔａｌをそれぞれ示す。ここではｍｅｔａｌとしてＷｆ＿ｍが４．８ｅＶ（タングステン、モリブデンなど）を想定している。
【０１４９】
ここで、ｓａｍｐｌｅ１は極めて高純度化された半導体であり、極めてキャリア密度が低いためＥｆ＿１はＥｃおよびＥｖの概ね中央にあるとする。また、ｓａｍｐｌｅ２はキャリア密度の高いｎ型半導体であり、Ｅｃ＿２とＥｆ＿２が概ね一致する。
【０１５０】
このときのｓａｍｐｌｅ１、ｓａｍｐｌｅ２およびｍｅｔａｌの、イオン化ポテンシャル、エネルギーギャップ、電子親和力および仕事関数を表１に示す。なお、Ｗｆ＿１＝Ｅａ＿１＋（１／２）・Ｅｇ＿１、Ｗｆ＿２＝Ｅａ＿２の関係とする。
【０１５１】
【表１】
【０１５２】
図５（Ｂ）は、本発明の実施の形態１に示した半導体装置のチャネルおよびソースおよびドレインの接続を想定したバンド構造である。即ち、チャネルであるｓａｍｐｌｅ１と、ソースおよびドレインであるｓａｍｐｌｅ２が接触すると、フェルミ準位が一致するようにキャリアの移動が起こり、ｓａｍｐｌｅ１のバンド端が曲がる。
【０１５３】
図５（Ｃ）は、比較例としてチャネルであるｓａｍｐｌｅ１にソースおよびドレインであるｍｅｔａｌが接触した場合のバンド構造を示す。この場合もフェルミ準位が一致するようにキャリアの移動が起こり、ｓａｍｐｌｅ１のバンド端が曲がるが、Ｗｆ＿２＞Ｗｆ＿ｍの関係があるため、ｓａｍｐｌｅ２と比較してバンド端の曲がりが大きくなる。このようにバンドが大きく曲がるため、トランジスタの微細化に伴いチャネル長を縮小していくと、実際にチャネル長を縮小した分よりも実効上のチャネル長の縮小する割合が大きくなる。即ち短チャネル効果が顕著になり、トランジスタのしきい値電圧のシフトや基板面内における電気特性のばらつきの増大が懸念される。この傾向は仕事関数が小さい材料をソースおよびドレインに用いた場合に顕著となる。なお、本実施例では、Ｗｆ＿ｍ＝４．８ｅＶと、比較的仕事関数の大きな金属材料をｍｅｔａｌとして想定しているが、これよりも大きな仕事関数を有する金属材料はほとんどないか非常に高価であるため実用的ではない。
【０１５４】
このように、酸化物半導体であるｓａｍｐｌｅ１をチャネルに、酸窒化物半導体であるｓａｍｐｌｅ２をトランジスタのソースおよびドレインにすることで、金属材料をソースおよびドレインにする場合と比較してトランジスタの短チャネル効果を低減できることがわかる。
【実施例２】
【０１５５】
本実施例では、酸化物半導体および酸窒化物半導体における水素の拡散について、図６を用いて説明する。
【０１５６】
サンプルの構造は、以下の通りである。
【０１５７】
ガラス基板上に酸化物半導体膜５５１を成膜し、酸化物半導体膜５５１上に酸化物半導体膜５５２を成膜し、酸化物半導体膜５５２上に酸窒化物半導体膜５５３を成膜した。
【０１５８】
酸化物半導体膜５５１の成膜条件は以下の通りである。
【０１５９】
成膜方法：ＤＣスパッタリング法
ターゲット：Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏターゲット（原子数比、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ：Ｏ＝２：２：１：７）
成膜電力：５００Ｗ
成膜ガス：Ａｒ ４０ｓｃｃｍ
成膜圧力：０．４Ｐａ
Ｔ−Ｓ間距離：６０ｍｍ
成膜時基板温度：ＲＴ
膜厚：１００ｎｍ
【０１６０】
酸化物半導体膜５５２の成膜条件は以下の通りである。
【０１６１】
成膜方法：ＤＣスパッタリング法
ターゲット：Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏターゲット（原子数比、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ：Ｏ＝２：２：１：７）
成膜電力：５００Ｗ
成膜ガス：Ａｒ ３０ｓｃｃｍ、Ｏ２ １５ｓｃｃｍ
成膜圧力：０．４Ｐａ
Ｔ−Ｓ間距離：６０ｍｍ
成膜時基板温度：ＲＴ
膜厚：１００ｎｍ
【０１６２】
酸窒化物半導体膜５５３の成膜条件は以下の通りである。
【０１６３】
成膜方法：ＤＣスパッタリング法
ターゲット：Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏターゲット（原子数比、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ：Ｏ＝２：２：１：７）
成膜電力：５００Ｗ
成膜ガス：Ａｒ ３５ｓｃｃｍ、Ｎ２ ５ｓｃｃｍ
成膜圧力：０．４Ｐａ
Ｔ−Ｓ間距離：６０ｍｍ
成膜時基板温度：ＲＴ
膜厚：２００ｎｍ
【０１６４】
上述のサンプルを、熱処理前後でＳＩＭＳを行い、水素および窒素濃度を評価した。熱処理は、抵抗加熱炉を用い、温度を３５０℃とし、窒素雰囲気にて１時間処理している。
【０１６５】
ＳＩＭＳの結果を図６に示す。横軸はサンプルの深さ（ｄｅｐｔｈ）、縦軸は水素および窒素の濃度（ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ）である。なお、本明細書にてＳＩＭＳにおける深さとは、酸化シリコン膜のエッチングレートから概算した値であり、実際の深さとはずれが生じるため、あくまで目安とする。太点線５０１は、熱処理等行っていないサンプル（ａｓ−ｄｅｐｏ）の窒素濃度を示し、細点線５０３はａｓ−ｄｅｐｏの水素濃度を示し、太実線５１１は熱処理後の窒素濃度を示し、細実線５１３は熱処理後の水素濃度をそれぞれ示す。なお、３つの両矢印で示す範囲はそれぞれ、酸化物半導体膜５５１、酸化物半導体膜５５２および酸窒化物半導体膜５５３を示す。
【０１６６】
水素濃度を比較すると、ａｓ−ｄｅｐｏと熱処理後において、酸化物半導体膜５５１および酸化物半導体膜５５２で低減し、酸窒化物半導体膜５５３で増大している。即ち、酸化物半導体膜５５１および酸化物半導体膜５５２から酸窒化物半導体膜５５３への水素の拡散が示唆された。
【０１６７】
なお、各層における熱処理前後の窒素濃度に違いは見られなかった。
【０１６８】
以上より、酸窒化物半導体は、酸化物半導体と比較し、水素を吸蔵しやすく、かつ水素を脱離しにくいことがわかった。
【実施例３】
【０１６９】
本実施例では、酸化物半導体および酸窒化物半導体における窒素の拡散について、図７を用いて説明する。
【０１７０】
ガラス基板上に酸窒化物半導体膜６５１を成膜し、酸窒化物半導体膜６５１上に酸化物半導体膜６５２を成膜することでサンプルを得た。
【０１７１】
酸窒化物半導体膜６５１の成膜条件は以下の通りである。
【０１７２】
成膜方法：ＤＣスパッタリング法
ターゲット：Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏターゲット（原子数比、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ：Ｏ＝１：１：１：４）
成膜電力：５００Ｗ
成膜ガス：Ａｒ ３５ｓｃｃｍ、Ｎ２ ５ｓｃｃｍ
成膜圧力：０．４Ｐａ
Ｔ−Ｓ間距離：６０ｍｍ
成膜時基板温度：２００℃
膜厚：１００ｎｍ
【０１７３】
酸化物半導体膜６５２の成膜条件は以下の通りである。
【０１７４】
成膜方法：ＤＣスパッタリング法
ターゲット：Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏターゲット（原子数比、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ：Ｏ＝１：１：１：４）
成膜電力：５００Ｗ
成膜ガス：Ａｒ ３０ｓｃｃｍ、Ｏ２ １５ｓｃｃｍ
成膜圧力：０．４Ｐａ
Ｔ−Ｓ間距離：６０ｍｍ
成膜時基板温度：２００℃
膜厚：２００ｎｍ
【０１７５】
上述のサンプルを、熱処理前後でＳＩＭＳを行い、窒素濃度を評価した。熱処理の条件は、抵抗加熱炉を用い、温度を４５０℃または６５０℃とし、窒素雰囲気にて１時間処理している。
【０１７６】
ＳＩＭＳの結果を図７に示す。実線６０１は、熱処理等行っていないサンプル（ａｓ−ｄｅｐｏ）の窒素濃度を示し、実線６１１は４５０℃にて熱処理後のサンプルの窒素濃度を示し、実線６２１は６５０℃にて熱処理後のサンプルの窒素濃度をそれぞれ示す。なお、両矢印で示す範囲はそれぞれ、酸窒化物半導体膜６５１および酸化物半導体膜６５２を示す。
【０１７７】
ａｓ−ｄｅｐｏと、４５０℃にて熱処理後のサンプルとを比較すると、４５０℃の熱処理によって酸窒化物半導体膜６５１から酸化物半導体膜６５２への窒素の拡散はほとんどないことがわかる。一方、ａｓ−ｄｅｐｏと、６５０℃にて熱処理後のサンプルとを比較すると、６５０℃の熱処理によって酸窒化物半導体膜６５１から酸化物半導体膜６５２へ、僅かに窒素が拡散していることがわかる。
【０１７８】
本実施例によれば、酸窒化物半導体から酸化物半導体へ、４５０℃以下の工程ではほとんど窒素は拡散せず、６５０℃にて僅かに拡散するのみであることがわかった。
【０１７９】
即ち、酸窒化物半導体は極めて安定であり、熱処理などによって容易に窒素の拡散が起こらないといえる。
【符号の説明】
【０１８０】
１００ 基板
１０２ 下地絶縁膜
１０４ 導電膜
１０５ イオン
１０６ 酸化物半導体膜
１０８ ゲート絶縁膜
１１２ ゲート絶縁膜
１１４ ゲート電極
１１６ 配線
１２２ 一対の酸窒化物半導体領域
１２４ 層間絶縁膜
１２６ 酸化物半導体領域
１３０ コンタクトホール
１５１ トランジスタ
１５２ トランジスタ
１５３ トランジスタ
１５４ トランジスタ
１５５ トランジスタ
１５６ トランジスタ
１５７ トランジスタ
５０１ 太点線
５０３ 細点線
５１１ 太実線
５１３ 細実線
５５１ 酸化物半導体膜
５５２ 酸化物半導体膜
５５３ 酸窒化物半導体膜
６０１ 実線
６１１ 実線
６２１ 実線
６５１ 酸窒化物半導体膜
６５２ 酸化物半導体膜
７０１ 基板
７０２ 画素部
７０３ 信号線駆動回路
７０４ 走査線駆動回路
７０５ シール材
７０６ 基板
７０８ 液晶層
７１３ 液晶素子
７１５ 電極
７１６ 配線
７１８ａ ＦＰＣ
７１８ｂ ＦＰＣ
７１９ 異方性導電膜
７２０ 入力端子
７３０ 電極
７３１ 電極
７３２ 絶縁膜
７３３ 絶縁膜
７３５ スペーサ
７５０ トランジスタ
８０１ 本体
８０２ 筐体
８０３ 表示部
８０４ キーボード
８１１ 本体
８１２ スタイラス
８１３ 表示部
８１４ 操作ボタン
８２０ 電子書籍
８２１ 筐体
８２２ 筐体
８２３ 表示部
８２４ 表示部
８２５ 軸部
８２６ 電源
８２７ 操作キー
８２８ スピーカー
８６０ テレビジョン装置
８６１ 筐体
８６３ 表示部
８６５ スタンド
【技術分野】
【０００１】
半導体装置およ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得る装置全般をいい、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の材料としてシリコン系半導体材料が広く知られているが、その他の材料として酸化物半導体が注目されている。
【０００４】
例えば、トランジスタの活性層として、電子キャリア密度が１０１８／ｃｍ３未満であるインジウム（Ｉｎ）、ガリウム（Ｇａ）、および亜鉛（Ｚｎ）を含む非晶質酸化物を用いたトランジスタが開示されている（特許文献１参照。）。
【０００５】
特許文献２では、酸化物半導体を用いたスタガ型のトランジスタにおいて、ソース領域およびドレイン領域と、ソース電極およびドレイン電極との間に、緩衝層として導電性の高い窒素を含む酸化物半導体を設け、酸化物半導体と、ソース電極およびドレイン電極とのコンタクト抵抗を低減する技術が開示されている。
【０００６】
非特許文献１では、セルフアラインプロセスによってチャネル領域、ソース領域およびドレイン領域を形成したトップゲート構造の酸化物半導体トランジスタが開示されている。
【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２０１０−１３５７７４号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】Ｊａｅ Ｃｈｕｌ Ｐａｒｋ ｅｔ ａｌ．，”Ｈｉｇｈ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ａｍｏｒｐｈｏｕｓ ｏｘｉｄｅ ｔｈｉｎ ｆｉｌｍ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒｓ ｗｉｔｈ ｓｅｌｆ−ａｌｉｇｎｅｄ ｔｏｐ−ｇａｔｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ” ＩＥＤＭ２００９， ｐｐ１９１−１９４
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
短チャネル効果による電気特性の変動が生じにくい、チャネル領域に酸化物半導体を有するトランジスタを用いた半導体装置を作製することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の一態様に係る半導体装置は、窒素を含む一対の酸窒化物半導体領域、および該一対の酸窒化物半導体領域に挟まれる酸化物半導体領域を有する酸化物半導体膜と、ゲート絶縁膜と、ゲート絶縁膜を介して酸化物半導体領域上に設けられるゲート電極と、を有する。
【００１１】
ここで、一対の酸窒化物半導体領域はトランジスタのソース領域およびドレイン領域となり、酸化物半導体領域はトランジスタのチャネル領域となる。
【００１２】
トップゲート構造のトランジスタにおいて、ソース領域およびドレイン領域は、ゲート電極をマスクにして酸化物半導体膜に窒素を含むイオンを注入することで形成できる。ゲート電極をマスクにしてソース領域およびドレイン領域を形成することよって、ソース領域およびドレイン領域と、ゲート電極との重なりが生じず、寄生容量を低減することができる。
【００１３】
寄生容量を低減できるため、トランジスタを高速動作させることができる。
【００１４】
このとき、酸窒化物半導体領域の窒素濃度が０．０１原子％以上３０原子％以下とする。窒素濃度を増加させると酸窒化物半導体領域のキャリア密度を増加させることができるが、窒素濃度を高くしすぎると、キャリアの移動を阻害し、却って導電性を低下させることになる。
【００１５】
なお、酸化物半導体膜に窒素を含むイオンと同時に水素を含むイオンを注入しても構わない。酸窒化物半導体領域に水素を注入することによって、窒素のみを注入した場合と比べてキャリア密度を増加させることができる。即ち、注入する窒素濃度を低減しても導電性を高めることができる。酸窒化物半導体領域の水素濃度は、１×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上１×１０２２ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下とする。水素濃度を高めることで、キャリア密度を増加させることができるが、水素濃度を高くしすぎると、キャリアの移動を阻害し、却って導電性を低下させることになる。
【００１６】
このとき、酸化物半導体膜のソース領域およびドレイン領域を介してチャネル領域に水素が注入されないようにすると好ましい。酸化物半導体膜のチャネル領域に水素が注入されると、ゲート電圧を印加しなくてもキャリアのパスが形成されることがある。即ち、ノーマリーオンの特性となる。具体的には、チャネル領域の水素濃度は、１×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、好ましくは１×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、より好ましくは１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下とする。
【００１７】
また、酸窒化物半導体領域をソース領域およびドレイン領域に用いることによって、酸化物半導体領域であるチャネルのバンド端の曲がりがほとんど生じない効果を奏する。一方、ソース領域およびドレイン領域を金属材料で設けた場合、酸化物半導体領域であるチャネルのバンド端の曲がりが無視できなくなり、実効上のチャネル長が短くなってしまうことがある。この傾向はトランジスタのチャネル長が短いときほど顕著である。
【００１８】
さらに、酸窒化物半導体領域は、酸化物半導体領域と比較して水素を吸蔵しやすい性質を有する。そのため、外部から取り込まれる水素および内部から拡散する水素は、ソース領域およびドレイン領域である酸窒化物半導体領域に吸蔵され、チャネル領域である酸化物半導体領域の水素濃度を低減することができる。即ち、ソース領域およびドレイン領域を酸窒化物半導体領域で設けることによって、水素が起因となって起こるトランジスタの電気特性の劣化および信頼性の低下を抑制することができる。
【００１９】
加えて、酸窒化物半導体領域は、水素を吸蔵すると、窒素と水素が結合し、その一部がドナーとなり、キャリア密度が高まることで導電性を増すことができる。
【００２０】
なお、後述するが、酸窒化物半導体領域の窒素は、酸化物半導体領域へ拡散しないことを確認している。
【００２１】
また、酸窒化物半導体領域によってソース領域およびドレイン領域を形成することで、ソース領域およびドレイン領域と配線とのコンタクト抵抗を低減できるため、トランジスタのオン電流を増大させることができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明の一態様によって、電気特性が良好で、かつ信頼性の高い酸化物半導体を用いたトランジスタを作製することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の一態様に係るトランジスタの一例を示す上面図および断面図。
【図２】本発明の一態様に係るトランジスタの作製工程の一例を示す断面図。
【図３】本発明の一態様に係るトランジスタの作製工程の一例を示す断面図。
【図４】本発明の一態様に係るトランジスタの作製工程の一例を示す断面図。
【図５】酸化物半導体、酸窒化物半導体および金属材料のバンド構造を説明する図。
【図６】酸化物半導体および酸窒化物半導体における水素の拡散を説明する図。
【図７】酸化物半導体および酸窒化物半導体における窒素の拡散を説明する図。
【図８】本発明の一態様に係るトランジスタを有する表示装置の一例を示す上面図および断面図。
【図９】本発明の一態様に係るトランジスタを有する電子機器の一例を示す斜視図。
【図１０】本発明の一態様に係るトランジスタの例を示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
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。なお、図面を用いて発明の構成を説明するにあたり、同じものを指す符号は異なる図面間でも共通して用いる。なお、同様のものを指す際にはハッチパターンを同じくし、特に符号を付さない場合がある。
【００２５】
なお、第１、第２として付される序数詞は便宜上用いるものであり、工程順または積層順を示すものではない。また、本明細書において発明を特定するための事項として固有の名称を示すものではない。
【００２６】
（実施の形態１）
本実施の形態では、図１を用いてチャネル領域に酸化物半導体を含むトップゲート構造のトランジスタにおいて、チャネル領域と同一層に設けられるソース領域およびドレイン領域に酸窒化物半導体を含む例について説明する。
【００２７】
図１は、トップゲート構造のトランジスタの上面図および断面図である。ここで、図１（Ａ）は上面図であり、図１（Ｂ）および図１（Ｃ）はそれぞれ、図１（Ａ）におけるＡ−Ｂ断面およびＣ−Ｄ断面における断面図である。なお、図１（Ａ）では、煩雑になることを避けるため、トランジスタ１５１の構成要素の一部（例えば、層間絶縁膜１２４など）を省略している。
【００２８】
図１に示すトランジスタ１５１は、絶縁表面上の酸化物半導体領域１２６および一対の酸窒化物半導体領域１２２を含む酸化物半導体膜と、酸化物半導体領域１２６上のゲート絶縁膜１１２と、ゲート絶縁膜１１２上のゲート電極１１４と、下地絶縁膜１０２、一対の酸窒化物半導体領域１２２およびゲート電極１１４を覆う層間絶縁膜１２４と、層間絶縁膜１２４に設けられたコンタクトホール１３０を介して、一対の酸窒化物半導体領域１２２と接続された配線１１６と、を有するトランジスタである。本実施の形態では、絶縁表面として、基板１００上に下地絶縁膜１０２を設けた場合について説明する。
【００２９】
ここで、一対の酸窒化物半導体領域１２２は、トランジスタ１５１のソース領域およびドレイン領域となり、酸化物半導体領域１２６は、トランジスタ１５１のチャネル領域となる。
【００３０】
酸化物半導体領域１２６および一対の酸窒化物半導体領域１２２を含む酸化物半導体膜は、Ｉｎ、Ｇａ、ＳｎおよびＺｎのいずれかを二種以上を含む材料とすればよい。例えば、酸化物半導体領域１２６はＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物半導体とし、一対の酸窒化物半導体領域１２２はＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ−Ｎ系酸窒化物半導体とする。
【００３１】
一対の酸窒化物半導体領域１２２の窒素濃度は、０．０１原子％以上３０原子％以下とする。なお、窒素濃度は、二次イオン質量分析（ＳＩＭＳ：Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ Ｉｏｎ Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）、Ｘ線光電子分光法（ＸＰＳ：Ｘ−ｒａｙ Ｐｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）または電子線マイクロアナライザー（ＥＰＭＡ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｐｒｏｂｅ Ｘ−ｒａｙ ＭｉｃｒｏＡｎａｌｙｚｅｒ）によって定量可能である。
【００３２】
ここで、一対の酸窒化物半導体領域１２２の水素濃度は、１×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上１×１０２２ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下とする。また、酸化物半導体領域１２６の水素濃度は、１×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、好ましくは１×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、より好ましくは１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下とする。なお、水素濃度は、ＳＩＭＳによって定量可能である。
【００３３】
また、一対の酸窒化物半導体領域１２２は、導電率が１０Ｓ／ｃｍ以上１０００Ｓ／ｃｍ以下、好ましくは１００Ｓ／ｃｍ以上１０００Ｓ／ｃｍ以下とする。１０Ｓ／ｃｍよりも導電率が低いと、トランジスタのオン電流が低下してしまう。また、１０００Ｓ／ｃｍ以下の導電率とすることで、一対の酸窒化物半導体領域１２２の作用で酸化物半導体領域１２６に掛かる電界の影響を和らげ、短チャネル効果を低減することができる。
【００３４】
基板１００に大きな制限はないが、少なくとも、後の熱処理に耐えうる程度の耐熱性を有している必要がある。例えば、ガラス基板、セラミック基板、石英基板、サファイア基板などを、基板１００として用いてもよい。また、十分な耐熱性を有するプラスチック基板を用いてもよい。また、シリコンや炭化シリコンなどの単結晶半導体基板、多結晶半導体基板、シリコンゲルマニウムなどの化合物半導体基板、ＳＯＩ基板などを適用することも可能であり、これらの基板上に半導体素子が設けられたものを、基板１００として用いてもよい。
【００３５】
また、基板１００として、可撓性基板を用いてもよい。可撓性基板上にトランジスタを設ける場合、可撓性基板上に直接トランジスタを作製してもよいし、他の基板にトランジスタを作製した後、これを剥離し、可撓性基板に転置してもよい。なお、トランジスタを剥離し、可撓性基板に転置するためには、上記他の基板とトランジスタとの間に剥離層を設けるとよい。
【００３６】
下地絶縁膜１０２は、酸化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜、窒化酸化シリコン膜および窒化シリコン膜の単層または積層とすればよい。
【００３７】
ここで、酸化窒化シリコンとは、その組成において、窒素よりも酸素の含有量が多いものを示し、例えば、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、珪素が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ものをいう。また、窒化酸化シリコンとは、その組成において、酸素よりも窒素の含有量が多いものを示し、例えば、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、珪素が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ものをいう。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。
【００３８】
下地絶縁膜１０２は、加熱により酸素を放出する膜を用いてもよい。
【００３９】
「加熱により酸素を放出する」とは、ＴＤＳ（Ｔｈｅｒｍａｌ Ｄｅｓｏｒｐｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ：昇温脱離ガス分光法）分析にて、酸素原子に換算しての酸素の放出量が１．０×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上、好ましくは３．０×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上であることをいう。
【００４０】
なお、酸素の放出量は、ＴＤＳ分析において、基板温度が１５０℃以上７００℃以下、好ましくは２００℃以上６５０℃以下、さらに好ましくは２５０℃以上４７０℃以下の範囲で測定する。これは、例えば、基板温度が１５０℃未満で起こる酸素の放出が、主として基板表面に吸着した、比較的安定性の低い酸素起因と推定されるためである。また、基板温度を７００℃以下の範囲とすることで、トランジスタの作製工程に即した酸素の放出量を評価していることになる。
【００４１】
ここで、ＴＤＳ分析にて、酸素原子に換算しての酸素の放出量の測定方法について、以下に説明する。
【００４２】
ＴＤＳ分析したときの気体の放出量は、スペクトルの積分値に比例する。このため、絶縁膜のスペクトルの積分値と、標準試料から得られる基準値に対する比とにより、気体の放出量を計算することができる。標準試料の基準値とは、所定の原子を含む試料の、スペクトルの積分値に対する原子の密度の割合である。
【００４３】
例えば、標準試料である所定の密度の水素を含むシリコンウェハのＴＤＳ分析結果、及び絶縁膜のＴＤＳ分析結果から、絶縁膜の酸素分子の放出量（ＮＯ２）は、数式１で求めることができる。ここで、ＴＤＳ分析で得られる質量数３２で検出されるスペクトルの全てが酸素分子由来と仮定する。質量数３２のものとしてＣＨ３ＯＨがあるが、存在する可能性が低いものとしてここでは考慮しない。また、酸素原子の同位体である質量数１７の酸素原子及び質量数１８の酸素原子を含む酸素分子についても、自然界における存在比率が極微量であるため考慮しない。
【００４４】
ＮＯ２＝ＮＨ２／ＳＨ２×ＳＯ２×α （数１）
【００４５】
ＮＨ２は、標準試料から脱離した水素分子を密度で換算した値である。ＳＨ２は、標準試料をＴＤＳ分析したときのスペクトルの積分値である。ここで、標準試料の基準値を、ＮＨ２／ＳＨ２とする。ＳＯ２は、絶縁膜をＴＤＳ分析したときのスペクトルの積分値である。αは、ＴＤＳ分析におけるスペクトル強度に影響する係数である。数式１の詳細に関しては、特開平６−２７５６９７公報を参照する。なお、上記絶縁膜の酸素の放出量は、電子科学株式会社製の昇温脱離分析装置ＥＭＤ−ＷＡ１０００Ｓ／Ｗを用い、標準試料として１×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３の水素原子を含むシリコンウェハを用いて測定した。
【００４６】
また、ＴＤＳ分析において、酸素の一部は酸素原子として検出される。酸素分子と酸素原子の比率は、酸素分子のイオン化率から算出することができる。なお、上述のαは酸素分子のイオン化率を含むため、酸素分子の放出量を評価することで、酸素原子の放出量についても見積もることができる。
【００４７】
なお、ＮＯ２は酸素分子の放出量である。絶縁膜においては、酸素原子に換算したときの酸素の放出量は、酸素分子の放出量の２倍となる。
【００４８】
上記構成において、加熱により酸素を放出する絶縁膜は、酸素が過剰な酸化シリコン（ＳｉＯＸ（Ｘ＞２））であってもよい。酸素が過剰な酸化シリコン（ＳｉＯＸ（Ｘ＞２））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当たりに含むものである。単位体積当たりのシリコン原子数および酸素原子数は、ラザフォード後方散乱法により測定した値である。
【００４９】
下地絶縁膜から酸化物半導体領域に酸素が供給されることで、下地絶縁膜および酸化物半導体領域の界面準位密度を低減できる。この結果、トランジスタの動作などに起因して生じうる電荷などが、上述の下地絶縁膜および酸化物半導体領域の界面に捕獲されることを抑制することができ、電気特性の劣化の少ないトランジスタを得ることができる。
【００５０】
さらに、酸化物半導体の酸素欠損に起因して電荷が生じる場合がある。一般に酸化物半導体の酸素欠損は、一部がドナーとなりキャリアである電子を生じる。この結果、トランジスタのしきい値電圧がマイナス方向にシフトしてしまう。これはバックチャネル側で生じる酸素欠損において顕著である。なお、本明細書におけるバックチャネルとは、酸化物半導体領域において下地絶縁膜側の界面近傍を指す。下地絶縁膜から酸化物半導体領域に酸素が十分に放出されることにより、しきい値電圧がマイナス方向へシフトする要因である、酸化物半導体領域の酸素欠損を低減することができる。
【００５１】
即ち、酸化物半導体領域に酸素欠損が生じると、下地絶縁膜と酸化物半導体領域との界面における電荷の捕獲を抑制することが困難となるところ、下地絶縁膜に、加熱により酸素を放出する絶縁膜を設けることで、酸化物半導体領域および下地絶縁膜の界面準位密度、ならびに酸化物半導体領域の酸素欠損を低減し、酸化物半導体領域および下地絶縁膜の界面における電荷捕獲の影響を小さくすることができる。
【００５２】
ゲート絶縁膜１１２は、例えば酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコン、窒化シリコン、酸化アルミニウム、酸化ハフニウムまたはイットリア安定化ジルコニアなどを用いればよく、積層または単層で設ける。例えば、熱酸化法、ＣＶＤ法、スパッタリング法などで形成すればよい。ゲート絶縁膜１１２は、加熱により酸素を放出する膜を用いてもよい。ゲート絶縁膜１１２に加熱により酸素を放出する膜を用いることで、酸化物半導体領域１２６に生じる酸素欠損を低減することができ、トランジスタの電気特性の劣化を抑制できる。
【００５３】
本実施の形態に示す構造では、ゲート絶縁膜１１２の段差乗り越え部がないため、ゲート絶縁膜１１２を起因とするリーク電流を低減し、かつゲート絶縁膜１１２の耐圧を高めることができる。そのため、ごく薄い、５ｎｍ程度の厚さのゲート絶縁膜１１２を用いてもトランジスタを正常に動作させることができる。なお、ゲート絶縁膜１１２を薄膜化することで、短チャネル効果を低減し、かつトランジスタの動作速度を高める効果を奏する。
【００５４】
ゲート電極１１４の材料は、アルミニウム、チタン、クロム、ニッケル、銅、イットリウム、ジルコニウム、モリブデン、銀、タンタルおよびタングステンを少なくとも一種以上含む、単体金属、合金または金属窒化物を用いればよい。酸化インジウム、酸化錫または酸化亜鉛を含む透明導電材料を用いても構わない。また、前述の材料を積層した構成としても構わない。
【００５５】
層間絶縁膜１２４の材料は、例えば酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコン、窒化シリコンなどを用いればよく、積層または単層で設ける。例えば、熱酸化法、ＣＶＤ法またはスパッタリング法などで形成すればよい。好ましくは、層間絶縁膜１２４は、窒化シリコン膜または窒化酸化シリコン膜を用いる。
【００５６】
配線１１６は、ゲート電極１１４と同様の構成とすればよい。
【００５７】
このような構造を有することによって、トランジスタ１５１は、ゲート電極１１４と一対の酸窒化物半導体領域１２２との間に生じる寄生容量がほとんどなく、チャネル長を縮小した場合にもしきい値電圧の変動が小さい。また、一対の酸窒化物半導体領域１２２と配線１１６とのコンタクト抵抗が低減され、トランジスタのオン電流を増大することができる。また、酸化物半導体領域１２６中の水素濃度が低減され、トランジスタの電気特性および信頼性を高めることができる。
【００５８】
なお、図４（Ｄ）のように、ゲート絶縁膜１１２が酸化物半導体領域１２６および一対の酸窒化物半導体領域１２２を覆って設けられる構造としても構わない。
【００５９】
本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせることができる。
【００６０】
（実施の形態２）
本実施の形態では、実施の形態１で示したトランジスタと異なるトランジスタの例について図１０を用いて説明する。
【００６１】
図１０（Ａ）に示すトランジスタ１５２は、絶縁表面を有する基板１００と、基板１００上のゲート電極１１４と、ゲート電極１１４上のゲート絶縁膜１１２と、ゲート絶縁膜１１２を介してゲート電極１１４上に設けられた酸化物半導体領域１２６および一対の酸窒化物半導体領域１２２を含む酸化物半導体膜と、該酸化物半導体膜およびゲート絶縁膜１１２を覆う層間絶縁膜１２４と、層間絶縁膜１２４に設けられたコンタクトホール１３０を介して、一対の酸窒化物半導体領域１２２と接続された配線１１６と、を有するトランジスタである。なお、基板１００とトランジスタ１５２との間に下地絶縁膜１０２を有する構造としても構わない。
【００６２】
図１０（Ｂ）に示すトランジスタ１５３は、絶縁表面を有する基板１００と、基板１００上のゲート電極１１４と、ゲート電極１１４上のゲート絶縁膜１１２と、ゲート絶縁膜１１２を介してゲート電極１１４上に設けられた酸化物半導体領域１２６および一対の酸窒化物半導体領域１２２を含む酸化物半導体膜と、一対の酸窒化物半導体領域１２２と接続された配線１１６と、を有するトランジスタである。なお、基板１００とトランジスタ１５３との間に下地絶縁膜１０２を有する構造としても構わない。図示しないが、トランジスタ１５３上に層間絶縁膜１２４を有する構造としても構わない。
【００６３】
図１０（Ｃ）に示すトランジスタ１５４は、絶縁表面を有する基板１００と、基板１００上のゲート電極１１４と、ゲート電極１１４上のゲート絶縁膜１１２と、ゲート絶縁膜１１２上の配線１１６と、ゲート絶縁膜１１２を介してゲート電極１１４上に設けられた酸化物半導体領域１２６および配線１１６と接続された一対の酸窒化物半導体領域１２２を含む酸化物半導体膜と、を有するトランジスタである。なお、基板１００とトランジスタ１５４との間に下地絶縁膜１０２を有する構造としても構わない。図示しないが、トランジスタ１５４上に層間絶縁膜１２４を有する構造としても構わない。
【００６４】
図１０（Ｄ）に示すトランジスタ１５５は、基板１００上の下地絶縁膜１０２と、下地絶縁膜上の酸化物半導体領域１２６および一対の酸窒化物半導体領域１２２を含む酸化物半導体膜と、酸化物半導体領域１２６上のゲート絶縁膜１１２と、ゲート絶縁膜１１２上のゲート電極１１４と、一対の酸窒化物半導体領域１２２と接続された配線１１６と、を有するトランジスタである。図示しないが、トランジスタ１５５上に層間絶縁膜１２４を有する構造としても構わない。
【００６５】
図１０（Ｅ）に示すトランジスタ１５６は、基板１００上の下地絶縁膜１０２と、下地絶縁膜上の配線１１６と、下地絶縁膜１０２上の酸化物半導体領域１２６および配線１１６と接続された一対の酸窒化物半導体領域１２２を含む酸化物半導体膜と、酸化物半導体領域１２６上のゲート絶縁膜１１２と、ゲート絶縁膜１１２上のゲート電極１１４と、を有するトランジスタである。図示しないが、トランジスタ１５６上に層間絶縁膜１２４を有する構造としても構わない。
【００６６】
トランジスタのチャネル長は一対の酸窒化物半導体領域１２２の間隔またはゲート電極１１４の幅で決まる。一対の酸窒化物半導体領域１２２の間隔およびゲート電極１１４の幅が一致する場合、一対の酸窒化物半導体領域１２２とゲート電極１１４との重なりがなくなるため好ましいが、一対の酸窒化物半導体領域１２２の間隔およびゲート電極１１４の幅が一致していなくても構わない。例えば、一対の酸窒化物半導体領域１２２の間隔よりもゲート電極１１４の幅が狭い場合、ゲート電極１１４と酸化物半導体領域とが重畳しない領域にオフセット領域が形成され、電界の集中が緩和される効果によって短チャネル効果を低減することができる。
【００６７】
本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせることができる。
【００６８】
（実施の形態３）
本実施の形態では、実施の形態１で示したトランジスタを作製する方法の例を説明する。
【００６９】
まず、基板１００上に下地絶縁膜１０２を成膜する（図２（Ａ）参照。）。下地絶縁膜１０２は、スパッタリング法またはＣＶＤ法などで成膜すればよい。
【００７０】
下地絶縁膜をスパッタリング法で成膜する場合、シリコンターゲット、石英ターゲット、アルミニウムターゲットまたは酸化アルミニウムターゲットなどを用いて、酸素を含む成膜ガスによって成膜すればよい。成膜ガス中の酸素の割合は、成膜ガス全体に対して６体積％以上とする。好ましくは、５０体積％以上とする。成膜ガス中の酸素ガスの割合を高めることで、加熱により酸素を放出する絶縁膜を形成することができる。
【００７１】
ターゲット中の水素も極力取り除かれていると好ましい。具体的には、ＯＨ基が１００ｐｐｍ以下、好ましくは１０ｐｐｍ以下、より好ましくは１ｐｐｍ以下の酸化物ターゲットを用いることで、下地絶縁膜１０２中の水素濃度を低減し、トランジスタの電気特性および信頼性を高めることができる。例えば、溶融石英は、ＯＨ基が１０ｐｐｍ以下で作製しやすく、またコストが低いため好ましい。もちろんＯＨ基濃度の低い合成石英のターゲットを用いても構わない。
【００７２】
次に、酸化物半導体膜を成膜し、加工して島状の酸化物半導体膜１０６を形成する（図２（Ｂ）参照。）。ここで、下地絶縁膜１０２および酸化物半導体膜は、真空連続で成膜しても構わない。例えば、基板１００表面の水素を含む不純物を、熱処理またはプラズマ処理で除去した後、大気に暴露することなく下地絶縁膜１０２を成膜し、続けて大気に暴露することなく酸化物半導体膜を成膜してもよい。このようにすることで、基板表面の水素を含む不純物を低減し、また、各界面における大気成分の付着を抑制することができるため、電気特性が良好で、信頼性の高いトランジスタを作製することができる。酸化物半導体膜を加熱雰囲気で成膜するとさらに効果的である。
【００７３】
酸化物半導体膜１０６を形成後、第１の熱処理を行ってもよい。第１の熱処理は、温度を１５０℃以上６５０℃以下、好ましくは２５０℃以上４５０℃以下とし、酸化性雰囲気または不活性雰囲気で行う。ここで、酸化性雰囲気は、酸素、オゾンまたは窒化酸素などの酸化性ガスを１０ｐｐｍ以上含有する雰囲気である。また、不活性雰囲気は、前述の酸化性ガスが１０ｐｐｍ未満であり、その他、窒素または希ガスで充填された雰囲気である。第１の熱処理を行うことによって、酸化物半導体膜１０６をさらに高純度化できるため、トランジスタの電気特性および信頼性を高めることができる。なお、第１の熱処理は、酸化物半導体膜１０６となる酸化物半導体膜の成膜直後に行っても構わない。
【００７４】
次に、酸化物半導体膜１０６を覆ってゲート絶縁膜１０８および導電膜１０４を成膜する（図２（Ｃ）参照。）。ここで、ゲート絶縁膜１０８および導電膜１０４は、大気に暴露することなく、連続で成膜すると好ましい。
【００７５】
次に、導電膜１０４およびゲート絶縁膜１０８を加工して、ゲート電極１１４およびゲート絶縁膜１１２を形成する。ゲート絶縁膜１１２は、ゲート電極１１４の直下に形成される（図３（Ａ）参照。）。ゲート電極１１４は、テーパー形状であってもよい。また、ゲート電極１１４のみを細らせて、ゲート電極１１４が形成されている領域からゲート絶縁膜１１２がはみ出す構造としても構わない。ゲート絶縁膜１１２が、ゲート電極１１４が形成されている領域からはみ出して設けられることによって、後の工程で行うイオン注入の際に、イオンの注入量の少ない領域（ＬＤＤ：Ｌｉｇｈｔｌｙ Ｄｏｐｅｄ Ｄｒａｉｎ）をチャネル領域とソース領域およびドレイン領域の間に形成することができる。ＬＤＤが設けられることによって、ホットキャリア劣化等を抑制できる。
【００７６】
次に、酸化物半導体膜１０６に対して、イオン１０５を注入する（図３（Ｂ）参照。）。イオン１０５は、窒素を含むイオンである。イオン１０５の注入は、例えば、イオンドーピング法またはイオンインプランテーション法を用いればよい。
【００７７】
または、イオン１０５は、窒素を含むイオンおよび水素を含むイオンで構成することができる。
【００７８】
イオン１０５は、ゲート電極１１４およびゲート絶縁膜１１２によって遮られた領域以外に注入される。そのため、酸化物半導体膜に酸化物半導体領域１２６および一対の酸窒化物半導体領域１２２を設けることができる（図３（Ｃ）参照。）。
【００７９】
酸窒化物半導体領域が形成において、一部の窒素と水素が結合し、結合した窒素と水素のさらに一部がキャリアを発生することがあるため、より導電率の高い酸窒化物半導体領域となる。この酸窒化物半導体領域と水素の結合は、酸化物半導体領域と水素の結合よりも強い。そのため、酸化物半導体領域への水素の拡散は起こりにくく、単に酸化物半導体膜へ水素を注入して導電率を高めた場合と比較して、トランジスタの信頼性を高めることができる。
【００８０】
次に、下地絶縁膜１０２、一対の酸窒化物半導体領域１２２およびゲート電極１１４を覆って層間絶縁膜１２４を形成する。層間絶縁膜１２４の材料は、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコンまたは窒化シリコンを用い、スパッタリング法、ＣＶＤ法などで成膜すればよい。このとき、加熱により酸素を放出しにくい材料を用いると好ましい。これは、一対の酸窒化物半導体領域１２２の導電率を低下させないためである。具体的には、ＣＶＤ法により、シランガスを主材料とし、酸化窒素ガス、窒素ガス、水素ガスおよび希ガスから適切な原料ガスを混合して成膜すればよい。また、基板温度を１５０℃以上６００℃以下、好ましくは３００℃以上５５０℃以下とすればよい。ＣＶＤ法を用いることで、加熱により酸素を放出しにくい層間絶縁膜１２４を形成することができる。また、シランガスを主材料とすることで膜中に水素が残留し、該水素が拡散することで一対の酸窒化物半導体領域１２２の導電率をさらに高めることができる。層間絶縁膜１２４中の水素濃度は、０．１原子％以上２５原子％以下とすればよい。なお、水素濃度は、ＳＩＭＳ、またはＲＢＳおよびＨＦＳによって定量可能である。
【００８１】
層間絶縁膜１２４は、一対の酸窒化物半導体領域１２２に達するコンタクトホール１３０を有する。コンタクトホール１３０を介して、一対の酸窒化物半導体領域１２２に配線１１６を接続して形成する。このとき、一対の酸窒化物半導体領域１２２を有するため、酸化物半導体膜のみの場合と比較して配線１１６とのコンタクト抵抗を低減することができる。
【００８２】
配線１１６の材料は、ゲート電極１１４と同様の構成とすればよい。
【００８３】
以上の工程で、トランジスタ１５１を作製することができる（図３（Ｄ）参照。）。
【００８４】
なお、本実施の形態ではゲート絶縁膜１１２を形成してからイオン１０５を注入しているが、これに限定されず、ゲート電極１１４を形成した後、即ちゲート絶縁膜１１２を形成する前にゲート絶縁膜１０８を介してイオン１０５を注入しても構わない。一対の酸窒化物半導体領域１２２となる領域が、ゲート絶縁膜１０８で覆われていることによって、一対の酸窒化物半導体領域１２２のダメージを低減することができる。この場合、イオン１０５を注入後、ゲート電極１１４をマスクとしてゲート絶縁膜１０８を加工し、ゲート絶縁膜１１２を形成すればよい。
【００８５】
このようにすることで、トランジスタを微細化し、チャネル長を縮小した際にも電気特性が良好で、かつ信頼性の高い酸化物半導体を用いたトランジスタを作製することができる。
【００８６】
本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせることができる。
【００８７】
（実施の形態４）
本実施の形態では、実施の形態１で示したトランジスタについて、実施の形態３とは異なる作製方法の例について説明する。
【００８８】
図２（Ｃ）までは実施の形態３と同様である。
【００８９】
その後、導電膜１０４を加工して、ゲート電極１１４を形成する（図４（Ａ）参照。）。
【００９０】
次に、ゲート絶縁膜１０８を介してイオン１０５を注入し（図４（Ｂ）参照。）、酸化物半導体領域１２６および一対の酸窒化物半導体領域１２２を形成する（図４（Ｃ）参照。）。
【００９１】
次に、層間絶縁膜１２４およびコンタクトホール１３０を形成する。コンタクトホール１３０は、ゲート絶縁膜１０８にも設けられる。
【００９２】
次に、コンタクトホール１３０を介して、一対の酸窒化物半導体領域１２２に配線１１６を接続して形成する。
【００９３】
以上の工程で、トランジスタ１５７を作製することができる（図４（Ｄ）参照。）。
【００９４】
ゲート絶縁膜１０８によって一対の酸窒化物半導体領域１２２が形成される領域が保護されるため、一対の酸窒化物半導体領域１２２のダメージを低減することができる。また、一対の酸窒化物半導体領域１２２上にもゲート絶縁膜１０８が設けられているため、ゲート電極１１４と一対の酸窒化物半導体領域１２２との間のリーク電流を発生を抑制することができる。
【００９５】
本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせることができる。
【００９６】
（実施の形態５）
実施の形態１乃至実施の形態４で例示したトランジスタを用いた表示装置の一形態を図８に示す。
【００９７】
図８（Ａ）は、トランジスタ７５０、および液晶素子７１３を、第１の基板７０１と第２の基板７０６との間にシール材７０５によって封止したパネルの上面図であり、図８（Ｂ）は、図８（Ａ）のＭ−Ｎにおける断面図に相当する。
【００９８】
第１の基板７０１上に設けられた画素部７０２を囲むようにして、シール材７０５が設けられ、画素部７０２上に第２の基板７０６が設けられている。よって画素部７０２は、第１の基板７０１とシール材７０５と第２の基板７０６とによって、液晶層７０８と共に封止されている。
【００９９】
また、第１の基板７０１上のシール材７０５によって囲まれている領域とは異なる領域に、入力端子７２０を有し、ＦＰＣ（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ ｐｒｉｎｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ）７１８ａ、ＦＰＣ７１８ｂが接続されている。ＦＰＣ７１８ａは、別途異なる基板に作製された信号線駆動回路７０３と電気的に接続され、ＦＰＣ７１８ｂは、別途異なる基板に作製された走査線駆動回路７０４と電気的に接続されている。画素部７０２に与えられる各種信号および電位は、ＦＰＣ７１８ａおよびＦＰＣ７１８ｂを介して、信号線駆動回路７０３および走査線駆動回路７０４から供給される。
【０１００】
なお、別途異なる基板に作製された駆動回路の接続方法は、特に限定されるものではなく、ＣＯＧ（Ｃｈｉｐ Ｏｎ Ｇｌａｓｓ）方法、ワイヤボンディング方法、ＴＣＰ（Ｔａｐｅ Ｃａｒｒｉｅｒ Ｐａｃｋａｇｅ）方法、或いはＴＡＢ（Ｔａｐｅ Ａｕｔｏｍａｔｅｄ Ｂｏｎｄｉｎｇ）方法などを用いることができる。
【０１０１】
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）を用いることができる。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。
【０１０２】
図８に示す表示装置は、電極７１５および配線７１６を有しており、電極７１５および配線７１６はＦＰＣ７１８ａが有する端子と異方性導電膜７１９を介して、電気的に接続されている。
【０１０３】
電極７１５は、第１の電極７３０と同じ導電膜から形成され、配線７１６は、トランジスタ７５０のソース電極およびドレイン電極と同じ導電膜で形成されている。
【０１０４】
なお、画素部７０２に設けられたトランジスタ７５０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。
【０１０５】
図８は、表示素子として液晶素子を用いた表示装置の例を示している。図８において、表示素子である液晶素子７１３は、第１の電極７３０、第２の電極７３１、および液晶層７０８を含む。なお、液晶層７０８を挟持するように配向膜として機能する絶縁膜７３２、絶縁膜７３３が設けられている。第２の電極７３１は第２の基板７０６側に設けられ、第１の電極７３０と第２の電極７３１とは液晶層７０８を介して積層する構成となっている。
【０１０６】
また、スペーサ７３５は、第２の基板７０６上に絶縁膜で形成された柱状のスペーサであり、液晶層７０８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も良い。
【０１０７】
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。
【０１０８】
また、液晶層７０８に、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１ミリ秒以下と短く、光学的等方性であるため配向処理が不要であり、視野角依存性が小さい。また配向膜を設けなくてもよいのでラビング処理も不要となるため、ラビング処理によって引き起こされる静電破壊を防止することができ、作製工程中の液晶表示装置の不良や破損を軽減することができる。よって液晶表示装置の生産性を向上させることが可能となる。
【０１０９】
また、液晶材料の固有抵抗率は、１×１０９Ω・ｃｍ以上であり、好ましくは１×１０１１Ω・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率の値は、２０℃で測定した値とする。
【０１１０】
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。チャネル領域が形成される半導体膜に、酸化物半導体を用いた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。
【０１１１】
本実施の形態で用いる酸化物半導体膜を用いたトランジスタは、酸窒化物領域であるソース領域およびドレイン領域が水素を吸蔵する効果を奏することにより、酸化物半導体領域であるチャネル領域における水素濃度を低くすることができる。そのため、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。また、酸化物半導体膜を用いたトランジスタは、特別に容量素子を設けなくても、または特別に設ける容量素子の容量値が極めて小さくても、液晶素子に印加された電位の保持が可能となる。
【０１１２】
また、本実施の形態で用いる酸化物半導体膜を用いたトランジスタは、比較的高い電界効果移動度が得られるため、高速駆動が可能である。よって、液晶表示装置の画素部に上記トランジスタを用いることで、高画質な画像を提供することができる。また、上記トランジスタは、同一基板上に駆動回路部または画素部に作り分けて作製することもできるため、液晶表示装置の部品点数を削減することができる。
【０１１３】
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。
【０１１４】
また、ノーマリーブラック型の液晶表示装置、例えば垂直配向（ＶＡ）モードを採用した透過型の液晶表示装置としてもよい。ここで、垂直配向モードとは、液晶表示パネルの液晶分子の配列を制御する方式の一種であり、電圧が印加されていないときにパネル面に対して液晶分子が垂直方向を向く方式である。垂直配向モードとしては、いくつか挙げられるが、例えば、ＭＶＡ（Ｍｕｌｔｉ−Ｄｏｍａｉｎ Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）モード、ＰＶＡ（Ｐａｔｔｅｒｎｅｄ Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）モード、ＡＳＶ（Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｓｕｐｅｒ−Ｖｉｅｗ）モードなどを用いることができる。また、画素（ピクセル）をいくつかの領域（サブピクセル）に分け、それぞれ別の方向に分子を倒すよう工夫されているマルチドメイン化あるいはマルチドメイン設計といわれる方法を用いることができる。
【０１１５】
また、液晶表示装置において、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、偏光基板およ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。
【０１１６】
また、バックライトとして複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）を用いて、時間分割表示方式（フィールドシーケンシャル駆動方式）を行うことも可能である。フィールドシーケンシャル駆動方式を適用することで、カラーフィルタを用いることなく、カラー表示を行うことができる。
【０１１７】
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）、またはＲＧＢに、イエロー、シアン、マゼンタ等を一色以上追加したものがある。なお、色要素のドット毎にその表示領域の大きさが異なっていてもよい。ただし、本発明はカラー表示の液晶表示装置に限定されるものではなく、モノクロ表示の液晶表示装置に適用することもできる。
【０１１８】
なお、図８において、第１の基板７０１、第２の基板７０６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（ｐｏｌｙｖｉｎｙｌ ｆｌｕｏｒｉｄｅ）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。
【０１１９】
液晶表示装置は光源または表示素子からの光を透過させて表示を行う。よって光が透過する画素部に設けられる基板、絶縁膜、導電膜などの薄膜はすべて可視光の波長領域の光に対して透光性とする。
【０１２０】
表示素子に電圧を印加する第１の電極および第２の電極（画素電極、共通電極、対向電極などともいう。）においては、取り出す光の方向、電極が設けられる場所、および電極のパターン構造によって透光性、反射性を選択すればよい。
【０１２１】
第１の電極７３０、第２の電極７３１は、酸化タングステンを含むインジウム酸化物、酸化タングステンを含むインジウム亜鉛酸化物、酸化チタンを含むインジウム酸化物、酸化チタンを含むインジウム錫酸化物、インジウム錫酸化物（ＩＴＯともいう。）、インジウム亜鉛酸化物、酸化ケイ素を添加したインジウム錫酸化物などの透光性を有する導電性材料を用いることができる。また、１枚乃至１０枚のグラフェンシートよりなる材料を用いてもよい。
【０１２２】
また、第１の電極７３０、第２の電極７３１のいずれか一方はタングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）、バナジウム（Ｖ）、ニオブ（Ｎｂ）、タンタル（Ｔａ）、クロム（Ｃｒ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、チタン（Ｔｉ）、白金（Ｐｔ）、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）等の金属、またはその合金、もしくはその窒化物から一つ、または複数種を用いて形成することができる。
【０１２３】
また、第１の電極７３０、第２の電極７３１として、導電性高分子（導電性ポリマーともいう）を含む導電性組成物を用いて形成することができる。導電性高分子としては、いわゆるπ電子共役系導電性高分子を用いることができる。例えば、ポリアニリンまたはその誘導体、ポリピロールまたはその誘導体、ポリチオフェンまたはその誘導体、またはアニリン、ピロール及びチオフェンの２種以上の共重合体またはその誘導体などがあげられる。
【０１２４】
また、トランジスタは静電気などにより破壊されやすいため、保護回路を設けることが好ましい。保護回路は、非線形素子を用いて構成することが好ましい。
【０１２５】
以上のように実施の形態１乃至実施の形態４で例示したトランジスタを適用することで、信頼性の高い液晶表示装置を提供することができる。なお、実施の形態１乃至実施の形態４で例示したトランジスタは上述の表示機能を有する半導体装置のみでなく、電源回路に搭載されるパワーデバイス、ＬＳＩ等の半導体集積回路、対象物の情報を読み取るイメージセンサ機能を有する半導体装置など様々な機能を有する半導体装置に適用することが可能である。
【０１２６】
本実施の形態は、他の実施の形態と自由に組み合わせることができる。
【０１２７】
（実施の形態６）
本発明の一態様である半導体装置は、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などのカメラ、デジタルフォトフレーム、携帯電話機（携帯電話、携帯電話装置ともいう）、携帯型ゲーム機、携帯情報端末、音響再生装置、パチンコ機などの大型ゲーム機などが挙げられる。上記実施の形態で説明した半導体装置を具備する電子機器の例について説明する。
【０１２８】
図９（Ａ）は、ノート型のパーソナルコンピュータであり、本体８０１、筐体８０２、表示部８０３、キーボード８０４などによって構成されている。実施の形態１乃至実施の形態５で示した半導体装置を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。
【０１２９】
図９（Ｂ）は、携帯情報端末（ＰＤＡ）であり、本体８１１には表示部８１３と、操作ボタン８１４などが設けられている。また操作用の付属品としてスタイラス８１２がある。実施の形態１乃至実施の形態５で示した半導体装置を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。
【０１３０】
図９（Ｃ）は、電子書籍の一例を示している。例えば、電子書籍８２０は、筐体８２１及び筐体８２２の２つの筐体で構成されている。筐体８２１及び筐体８２２は、軸部８２５により一体とされており、該軸部８２５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。
【０１３１】
筐体８２１には表示部８２３が組み込まれ、筐体８２２には表示部８２４が組み込まれている。表示部８２３及び表示部８２４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９（Ｃ）では表示部８２３）に文章を表示し、左側の表示部（図９（Ｃ）では表示部８２４）に挿絵を表示することができる。実施の形態１乃至実施の形態５で示した半導体装置を適用することにより、信頼性の高い電子書籍とすることができる。
【０１３２】
また、図９（Ｃ）では、筐体８２１に操作部などを備えた例を示している。例えば、筐体８２１において、電源８２６、操作キー８２７、スピーカー８２８などを備えている。操作キー８２７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８２０は、電子辞書としての機能を持たせた構成としてもよい。
【０１３３】
また、電子書籍８２０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。
【０１３４】
図９（Ｄ）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８６０は、筐体８６１に表示部８６３が組み込まれている。表示部８６３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８６５により筐体８６１を支持した構成を示している。実施の形態１乃至実施の形態５で示した半導体装置を適用することにより、信頼性の高いテレビジョン装置８６０とすることができる。
【０１３５】
テレビジョン装置８６０の操作は、筐体８６１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。
【０１３６】
なお、テレビジョン装置８６０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。
【０１３７】
以上、本実施の形態に示す構成、方法などは、他の実施の形態に示す構成、方法などと適宜組み合わせて用いてもよい。
【実施例１】
【０１３８】
本実施例では、スパッタリング法によりＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏターゲットを用いて成膜した酸窒化物半導体膜について、具体例を示し、物性およびバンド図を説明する。
【０１３９】
条件１の成膜条件は以下の通りである。
【０１４０】
成膜方法：ＤＣスパッタリング法
ターゲット：Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏターゲット（原子数比、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ：Ｏ＝１：１：１：４）
成膜電力：５００Ｗ
成膜ガス：Ｏ２ ４０ｓｃｃｍ
成膜圧力：０．４Ｐａ
Ｔ−Ｓ間距離：６０ｍｍ
成膜時基板温度：２００℃
膜厚：１００ｎｍ
【０１４１】
条件２の成膜条件は以下の通りである。
【０１４２】
成膜方法：ＤＣスパッタリング法
ターゲット：Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏターゲット（原子数比、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ：Ｏ＝１：１：１：４）
成膜電力：５００Ｗ
成膜ガス：Ｎ２ ４０ｓｃｃｍ
成膜圧力：０．４Ｐａ
Ｔ−Ｓ間距離：６０ｍｍ
成膜時基板温度：２００℃
膜厚：１００ｎｍ
【０１４３】
石英基板に成膜した条件１および条件２を、それぞれｓａｍｐｌｅ１およびｓａｍｐｌｅ２とし、ｓａｍｐｌｅ１およびｓａｍｐｌｅ２に対し、紫外線光電子分光分析（ＵＰＳ：Ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ Ｐｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）を行って、イオン化ポテンシャルを評価したところ、ｓａｍｐｌｅ１は７．８ｅＶ、ｓａｍｐｌｅ２は７．６ｅＶであった。
【０１４４】
次に、分光エリプソメータ（ＨＯＲＩＢＡ ＪＯＢＩＮ ＹＶＯＮ社 ＵＴ−３００）を用いて、ｓａｍｐｌｅ１およびｓａｍｐｌｅ２の分光スペクトルデータを取得し、該分光スペクトルデータを解析して、吸収係数αを導出した。
【０１４５】
次に、縦軸に（αｈν）１／２をとり横軸にｈνをとり（ｔａｕｃ ｐｌｏｔ）から直線部分を通る接線を引き、該接線と横軸ｈνとの交点を光学バンドギャップとした。ここで、ｈはプランク定数、νは光の振動数である。
【０１４６】
このようにして見積もったｓａｍｐｌｅ１およびｓａｍｐｌｅ２の光学バンドギャップは、それぞれ３．２ｅＶおよび１．７ｅＶであった。
【０１４７】
ここで、酸窒化物半導体をソースおよびドレインに、酸化物半導体をチャネルとしたときのバンド構造について図５を用いて説明する。
【０１４８】
図５（Ａ）は、真空準位Ｅｖａｃと、ｓａｍｐｌｅ１、ｓａｍｐｌｅ２およびｍｅｔａｌの有する準位との関係である。ここで、ＩＰはイオン化ポテンシャル、Ｅａは電子親和力、Ｅｇはエネルギーギャップ、Ｗｆは仕事関数を示す。また、Ｅｃは伝導帯の下端、Ｅｖは価電子帯の上端、Ｅｆはフェルミ準位を示す。なお、各符号の末尾に示す記号は、１がｓａｍｐｌｅ１を、２がｓａｍｐｌｅ２を、ｍがｍｅｔａｌをそれぞれ示す。ここではｍｅｔａｌとしてＷｆ＿ｍが４．８ｅＶ（タングステン、モリブデンなど）を想定している。
【０１４９】
ここで、ｓａｍｐｌｅ１は極めて高純度化された半導体であり、極めてキャリア密度が低いためＥｆ＿１はＥｃおよびＥｖの概ね中央にあるとする。また、ｓａｍｐｌｅ２はキャリア密度の高いｎ型半導体であり、Ｅｃ＿２とＥｆ＿２が概ね一致する。
【０１５０】
このときのｓａｍｐｌｅ１、ｓａｍｐｌｅ２およびｍｅｔａｌの、イオン化ポテンシャル、エネルギーギャップ、電子親和力および仕事関数を表１に示す。なお、Ｗｆ＿１＝Ｅａ＿１＋（１／２）・Ｅｇ＿１、Ｗｆ＿２＝Ｅａ＿２の関係とする。
【０１５１】
【表１】
【０１５２】
図５（Ｂ）は、本発明の実施の形態１に示した半導体装置のチャネルおよびソースおよびドレインの接続を想定したバンド構造である。即ち、チャネルであるｓａｍｐｌｅ１と、ソースおよびドレインであるｓａｍｐｌｅ２が接触すると、フェルミ準位が一致するようにキャリアの移動が起こり、ｓａｍｐｌｅ１のバンド端が曲がる。
【０１５３】
図５（Ｃ）は、比較例としてチャネルであるｓａｍｐｌｅ１にソースおよびドレインであるｍｅｔａｌが接触した場合のバンド構造を示す。この場合もフェルミ準位が一致するようにキャリアの移動が起こり、ｓａｍｐｌｅ１のバンド端が曲がるが、Ｗｆ＿２＞Ｗｆ＿ｍの関係があるため、ｓａｍｐｌｅ２と比較してバンド端の曲がりが大きくなる。このようにバンドが大きく曲がるため、トランジスタの微細化に伴いチャネル長を縮小していくと、実際にチャネル長を縮小した分よりも実効上のチャネル長の縮小する割合が大きくなる。即ち短チャネル効果が顕著になり、トランジスタのしきい値電圧のシフトや基板面内における電気特性のばらつきの増大が懸念される。この傾向は仕事関数が小さい材料をソースおよびドレインに用いた場合に顕著となる。なお、本実施例では、Ｗｆ＿ｍ＝４．８ｅＶと、比較的仕事関数の大きな金属材料をｍｅｔａｌとして想定しているが、これよりも大きな仕事関数を有する金属材料はほとんどないか非常に高価であるため実用的ではない。
【０１５４】
このように、酸化物半導体であるｓａｍｐｌｅ１をチャネルに、酸窒化物半導体であるｓａｍｐｌｅ２をトランジスタのソースおよびドレインにすることで、金属材料をソースおよびドレインにする場合と比較してトランジスタの短チャネル効果を低減できることがわかる。
【実施例２】
【０１５５】
本実施例では、酸化物半導体および酸窒化物半導体における水素の拡散について、図６を用いて説明する。
【０１５６】
サンプルの構造は、以下の通りである。
【０１５７】
ガラス基板上に酸化物半導体膜５５１を成膜し、酸化物半導体膜５５１上に酸化物半導体膜５５２を成膜し、酸化物半導体膜５５２上に酸窒化物半導体膜５５３を成膜した。
【０１５８】
酸化物半導体膜５５１の成膜条件は以下の通りである。
【０１５９】
成膜方法：ＤＣスパッタリング法
ターゲット：Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏターゲット（原子数比、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ：Ｏ＝２：２：１：７）
成膜電力：５００Ｗ
成膜ガス：Ａｒ ４０ｓｃｃｍ
成膜圧力：０．４Ｐａ
Ｔ−Ｓ間距離：６０ｍｍ
成膜時基板温度：ＲＴ
膜厚：１００ｎｍ
【０１６０】
酸化物半導体膜５５２の成膜条件は以下の通りである。
【０１６１】
成膜方法：ＤＣスパッタリング法
ターゲット：Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏターゲット（原子数比、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ：Ｏ＝２：２：１：７）
成膜電力：５００Ｗ
成膜ガス：Ａｒ ３０ｓｃｃｍ、Ｏ２ １５ｓｃｃｍ
成膜圧力：０．４Ｐａ
Ｔ−Ｓ間距離：６０ｍｍ
成膜時基板温度：ＲＴ
膜厚：１００ｎｍ
【０１６２】
酸窒化物半導体膜５５３の成膜条件は以下の通りである。
【０１６３】
成膜方法：ＤＣスパッタリング法
ターゲット：Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏターゲット（原子数比、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ：Ｏ＝２：２：１：７）
成膜電力：５００Ｗ
成膜ガス：Ａｒ ３５ｓｃｃｍ、Ｎ２ ５ｓｃｃｍ
成膜圧力：０．４Ｐａ
Ｔ−Ｓ間距離：６０ｍｍ
成膜時基板温度：ＲＴ
膜厚：２００ｎｍ
【０１６４】
上述のサンプルを、熱処理前後でＳＩＭＳを行い、水素および窒素濃度を評価した。熱処理は、抵抗加熱炉を用い、温度を３５０℃とし、窒素雰囲気にて１時間処理している。
【０１６５】
ＳＩＭＳの結果を図６に示す。横軸はサンプルの深さ（ｄｅｐｔｈ）、縦軸は水素および窒素の濃度（ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ）である。なお、本明細書にてＳＩＭＳにおける深さとは、酸化シリコン膜のエッチングレートから概算した値であり、実際の深さとはずれが生じるため、あくまで目安とする。太点線５０１は、熱処理等行っていないサンプル（ａｓ−ｄｅｐｏ）の窒素濃度を示し、細点線５０３はａｓ−ｄｅｐｏの水素濃度を示し、太実線５１１は熱処理後の窒素濃度を示し、細実線５１３は熱処理後の水素濃度をそれぞれ示す。なお、３つの両矢印で示す範囲はそれぞれ、酸化物半導体膜５５１、酸化物半導体膜５５２および酸窒化物半導体膜５５３を示す。
【０１６６】
水素濃度を比較すると、ａｓ−ｄｅｐｏと熱処理後において、酸化物半導体膜５５１および酸化物半導体膜５５２で低減し、酸窒化物半導体膜５５３で増大している。即ち、酸化物半導体膜５５１および酸化物半導体膜５５２から酸窒化物半導体膜５５３への水素の拡散が示唆された。
【０１６７】
なお、各層における熱処理前後の窒素濃度に違いは見られなかった。
【０１６８】
以上より、酸窒化物半導体は、酸化物半導体と比較し、水素を吸蔵しやすく、かつ水素を脱離しにくいことがわかった。
【実施例３】
【０１６９】
本実施例では、酸化物半導体および酸窒化物半導体における窒素の拡散について、図７を用いて説明する。
【０１７０】
ガラス基板上に酸窒化物半導体膜６５１を成膜し、酸窒化物半導体膜６５１上に酸化物半導体膜６５２を成膜することでサンプルを得た。
【０１７１】
酸窒化物半導体膜６５１の成膜条件は以下の通りである。
【０１７２】
成膜方法：ＤＣスパッタリング法
ターゲット：Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏターゲット（原子数比、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ：Ｏ＝１：１：１：４）
成膜電力：５００Ｗ
成膜ガス：Ａｒ ３５ｓｃｃｍ、Ｎ２ ５ｓｃｃｍ
成膜圧力：０．４Ｐａ
Ｔ−Ｓ間距離：６０ｍｍ
成膜時基板温度：２００℃
膜厚：１００ｎｍ
【０１７３】
酸化物半導体膜６５２の成膜条件は以下の通りである。
【０１７４】
成膜方法：ＤＣスパッタリング法
ターゲット：Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏターゲット（原子数比、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ：Ｏ＝１：１：１：４）
成膜電力：５００Ｗ
成膜ガス：Ａｒ ３０ｓｃｃｍ、Ｏ２ １５ｓｃｃｍ
成膜圧力：０．４Ｐａ
Ｔ−Ｓ間距離：６０ｍｍ
成膜時基板温度：２００℃
膜厚：２００ｎｍ
【０１７５】
上述のサンプルを、熱処理前後でＳＩＭＳを行い、窒素濃度を評価した。熱処理の条件は、抵抗加熱炉を用い、温度を４５０℃または６５０℃とし、窒素雰囲気にて１時間処理している。
【０１７６】
ＳＩＭＳの結果を図７に示す。実線６０１は、熱処理等行っていないサンプル（ａｓ−ｄｅｐｏ）の窒素濃度を示し、実線６１１は４５０℃にて熱処理後のサンプルの窒素濃度を示し、実線６２１は６５０℃にて熱処理後のサンプルの窒素濃度をそれぞれ示す。なお、両矢印で示す範囲はそれぞれ、酸窒化物半導体膜６５１および酸化物半導体膜６５２を示す。
【０１７７】
ａｓ−ｄｅｐｏと、４５０℃にて熱処理後のサンプルとを比較すると、４５０℃の熱処理によって酸窒化物半導体膜６５１から酸化物半導体膜６５２への窒素の拡散はほとんどないことがわかる。一方、ａｓ−ｄｅｐｏと、６５０℃にて熱処理後のサンプルとを比較すると、６５０℃の熱処理によって酸窒化物半導体膜６５１から酸化物半導体膜６５２へ、僅かに窒素が拡散していることがわかる。
【０１７８】
本実施例によれば、酸窒化物半導体から酸化物半導体へ、４５０℃以下の工程ではほとんど窒素は拡散せず、６５０℃にて僅かに拡散するのみであることがわかった。
【０１７９】
即ち、酸窒化物半導体は極めて安定であり、熱処理などによって容易に窒素の拡散が起こらないといえる。
【符号の説明】
【０１８０】
１００ 基板
１０２ 下地絶縁膜
１０４ 導電膜
１０５ イオン
１０６ 酸化物半導体膜
１０８ ゲート絶縁膜
１１２ ゲート絶縁膜
１１４ ゲート電極
１１６ 配線
１２２ 一対の酸窒化物半導体領域
１２４ 層間絶縁膜
１２６ 酸化物半導体領域
１３０ コンタクトホール
１５１ トランジスタ
１５２ トランジスタ
１５３ トランジスタ
１５４ トランジスタ
１５５ トランジスタ
１５６ トランジスタ
１５７ トランジスタ
５０１ 太点線
５０３ 細点線
５１１ 太実線
５１３ 細実線
５５１ 酸化物半導体膜
５５２ 酸化物半導体膜
５５３ 酸窒化物半導体膜
６０１ 実線
６１１ 実線
６２１ 実線
６５１ 酸窒化物半導体膜
６５２ 酸化物半導体膜
７０１ 基板
７０２ 画素部
７０３ 信号線駆動回路
７０４ 走査線駆動回路
７０５ シール材
７０６ 基板
７０８ 液晶層
７１３ 液晶素子
７１５ 電極
７１６ 配線
７１８ａ ＦＰＣ
７１８ｂ ＦＰＣ
７１９ 異方性導電膜
７２０ 入力端子
７３０ 電極
７３１ 電極
７３２ 絶縁膜
７３３ 絶縁膜
７３５ スペーサ
７５０ トランジスタ
８０１ 本体
８０２ 筐体
８０３ 表示部
８０４ キーボード
８１１ 本体
８１２ スタイラス
８１３ 表示部
８１４ 操作ボタン
８２０ 電子書籍
８２１ 筐体
８２２ 筐体
８２３ 表示部
８２４ 表示部
８２５ 軸部
８２６ 電源
８２７ 操作キー
８２８ スピーカー
８６０ テレビジョン装置
８６１ 筐体
８６３ 表示部
８６５ スタンド
【特許請求の範囲】
【請求項１】
窒素を含む一対の酸窒化物半導体領域、および前記一対の酸窒化物半導体領域に挟まれる酸化物半導体領域を有する酸化物半導体膜と、
前記酸化物半導体膜と少なくとも一部が接するゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜を介して前記酸化物半導体領域と重畳して設けられるゲート電極と、を有することを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記一対の酸窒化物半導体領域がトランジスタのソース領域およびドレイン領域となり、前記酸化物半導体領域が前記トランジスタのチャネル領域となることを特徴とする半導体装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２において、
前記酸化物半導体領域および前記酸窒化物半導体領域が、Ｉｎ、Ｇａ、ＳｎおよびＺｎのいずれかを二種以上を含むことを特徴とする半導体装置。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれか一において、
前記酸窒化物半導体領域の窒素濃度が０．０１原子％以上３０原子％以下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、
前記一対の酸窒化物半導体領域の水素濃度が１×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上１×１０２２ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下であり、
前記酸化物半導体領域の水素濃度が１×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下である前記酸化物半導体膜を有す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、
前記一対の酸窒化物半導体領域上およびゲート電極上に層間絶縁膜を有し、
前記層間絶縁膜は、前記一対の酸窒化物半導体領域にそれぞれ達するコンタクトホールを有し、
前記コンタクトホールを介して前記一対の酸窒化物半導体領域の一方または他方とそれぞれ接続する配線を有することを特徴とする半導体装置。
【請求項７】
請求項６において、
前記層間絶縁膜が、０．１原子％以上２５原子％以下の水素を含むことを特徴とする半導体装置。
【請求項８】
絶縁表面上に酸化物半導体膜を形成し、
前記酸化物半導体膜上にゲート絶縁膜を形成し、
前記ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成し、
前記ゲート電極をマスクに、前記酸化物半導体膜に窒素を含むイオンを注入することで一対の酸窒化物半導体領域を形成し、
前記一対の酸窒化物半導体領域とそれぞれ接続する配線を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９】
絶縁表面上に酸化物半導体膜を形成し、
前記酸化物半導体膜を覆うゲート絶縁膜を成膜し、
前記ゲート絶縁膜上に導電膜を成膜し、
前記導電膜を加工してゲート電極を形成し、
前記ゲート絶縁膜を介して前記酸化物半導体膜に窒素を含むイオンを注入することで、前記酸化物半導体膜の前記ゲート電極と重畳しない領域に一対の酸窒化物半導体領域を形成し、
前記一対の酸窒化物半導体領域とそれぞれ接続する配線を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１０】
絶縁表面上に酸化物半導体膜を形成し、
前記酸化物半導体膜を覆う絶縁膜を成膜し、
前記絶縁膜上に導電膜を成膜し、
前記導電膜および前記絶縁膜を加工し、ゲート電極と、前記酸化物半導体膜の一部を露出するゲート絶縁膜とを形成し、
前記酸化物半導体膜に窒素を含むイオンを注入することで、前記酸化物半導体膜の露出された領域に一対の酸窒化物半導体領域を形成し、
前記一対の酸窒化物半導体領域とそれぞれ接続する配線を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１１】
請求項８乃至請求項１０のいずれか一において、
前記一対の酸窒化物半導体領域の窒素濃度が０．０１原子％以上３０原子％以下となるよう前記窒素を含むイオンを注入することを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項１２】
請求項８乃至請求項１１のいずれか一において、
前記酸窒化物半導体領域の水素濃度が１×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上１×１０２２ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下であり、
前記酸窒化物半導体領域に挟まれる領域の水素濃度が１×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下となるよう前記酸化物半導体膜を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】
請求項８乃至請求項１２のいずれか一において、
前記酸化物半導体膜が、Ｉｎ、Ｇａ、ＳｎおよびＺｎのいずれかを二種以上を含んで設けられることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項１４】
請求項８乃至請求項１３のいずれか一において、
前記絶縁表面を構成する絶縁膜および前記ゲート絶縁膜の少なくともいずれかが、成膜後の加熱により酸素を放出することを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項１】
窒素を含む一対の酸窒化物半導体領域、および前記一対の酸窒化物半導体領域に挟まれる酸化物半導体領域を有する酸化物半導体膜と、
前記酸化物半導体膜と少なくとも一部が接するゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜を介して前記酸化物半導体領域と重畳して設けられるゲート電極と、を有することを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記一対の酸窒化物半導体領域がトランジスタのソース領域およびドレイン領域となり、前記酸化物半導体領域が前記トランジスタのチャネル領域となることを特徴とする半導体装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２において、
前記酸化物半導体領域および前記酸窒化物半導体領域が、Ｉｎ、Ｇａ、ＳｎおよびＺｎのいずれかを二種以上を含むことを特徴とする半導体装置。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれか一において、
前記酸窒化物半導体領域の窒素濃度が０．０１原子％以上３０原子％以下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、
前記一対の酸窒化物半導体領域の水素濃度が１×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上１×１０２２ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下であり、
前記酸化物半導体領域の水素濃度が１×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下である前記酸化物半導体膜を有す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、
前記一対の酸窒化物半導体領域上およびゲート電極上に層間絶縁膜を有し、
前記層間絶縁膜は、前記一対の酸窒化物半導体領域にそれぞれ達するコンタクトホールを有し、
前記コンタクトホールを介して前記一対の酸窒化物半導体領域の一方または他方とそれぞれ接続する配線を有することを特徴とする半導体装置。
【請求項７】
請求項６において、
前記層間絶縁膜が、０．１原子％以上２５原子％以下の水素を含むことを特徴とする半導体装置。
【請求項８】
絶縁表面上に酸化物半導体膜を形成し、
前記酸化物半導体膜上にゲート絶縁膜を形成し、
前記ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成し、
前記ゲート電極をマスクに、前記酸化物半導体膜に窒素を含むイオンを注入することで一対の酸窒化物半導体領域を形成し、
前記一対の酸窒化物半導体領域とそれぞれ接続する配線を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９】
絶縁表面上に酸化物半導体膜を形成し、
前記酸化物半導体膜を覆うゲート絶縁膜を成膜し、
前記ゲート絶縁膜上に導電膜を成膜し、
前記導電膜を加工してゲート電極を形成し、
前記ゲート絶縁膜を介して前記酸化物半導体膜に窒素を含むイオンを注入することで、前記酸化物半導体膜の前記ゲート電極と重畳しない領域に一対の酸窒化物半導体領域を形成し、
前記一対の酸窒化物半導体領域とそれぞれ接続する配線を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１０】
絶縁表面上に酸化物半導体膜を形成し、
前記酸化物半導体膜を覆う絶縁膜を成膜し、
前記絶縁膜上に導電膜を成膜し、
前記導電膜および前記絶縁膜を加工し、ゲート電極と、前記酸化物半導体膜の一部を露出するゲート絶縁膜とを形成し、
前記酸化物半導体膜に窒素を含むイオンを注入することで、前記酸化物半導体膜の露出された領域に一対の酸窒化物半導体領域を形成し、
前記一対の酸窒化物半導体領域とそれぞれ接続する配線を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１１】
請求項８乃至請求項１０のいずれか一において、
前記一対の酸窒化物半導体領域の窒素濃度が０．０１原子％以上３０原子％以下となるよう前記窒素を含むイオンを注入することを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項１２】
請求項８乃至請求項１１のいずれか一において、
前記酸窒化物半導体領域の水素濃度が１×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上１×１０２２ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下であり、
前記酸窒化物半導体領域に挟まれる領域の水素濃度が１×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下となるよう前記酸化物半導体膜を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】
請求項８乃至請求項１２のいずれか一において、
前記酸化物半導体膜が、Ｉｎ、Ｇａ、ＳｎおよびＺｎのいずれかを二種以上を含んで設けられることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項１４】
請求項８乃至請求項１３のいずれか一において、
前記絶縁表面を構成する絶縁膜および前記ゲート絶縁膜の少なくともいずれかが、成膜後の加熱により酸素を放出することを特徴とする半導体装置の作製方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１２−１１９６６７（Ｐ２０１２−１１９６６７Ａ）
【公開日】平成２４年６月２１日（２０１２．６．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２４３１９５（Ｐ２０１１−２４３１９５）
【出願日】平成２３年１１月７日（２０１１．１１．７）
【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２４年６月２１日（２０１２．６．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月７日（２０１１．１１．７）
【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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