半導体装置及びその作製方法
【課題】安定した電気特性を持つ、酸化物半導体を用いた薄膜トランジスタを有する、信頼性の高い半導体装置の作製方法の提供を目的の一とする。
【解決手段】酸化物半導体をチャネル形成領域に用いたトランジスタを有する半導体装置の作製において、酸化物半導体膜を形成した後、水分、ヒドロキシ基、または水素などを吸蔵或いは吸着することができる金属、金属化合物または合金を用いた導電膜を、絶縁膜を間に挟んで酸化物半導体膜と重なるように形成する。そして、該導電膜が露出した状態で加熱処理を行うことで、導電膜の表面や内部に吸着されている水分、酸素、水素などを取り除く活性化処理を行う。
【解決手段】酸化物半導体をチャネル形成領域に用いたトランジスタを有する半導体装置の作製において、酸化物半導体膜を形成した後、水分、ヒドロキシ基、または水素などを吸蔵或いは吸着することができる金属、金属化合物または合金を用いた導電膜を、絶縁膜を間に挟んで酸化物半導体膜と重なるように形成する。そして、該導電膜が露出した状態で加熱処理を行うことで、導電膜の表面や内部に吸着されている水分、酸素、水素などを取り除く活性化処理を行う。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
酸化物半導体を用いる半導体装置及びその作製方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
絶縁表面上に形成される半導体膜を用いた薄膜トランジスタは、液晶表示装置、発光装置などのフラットパネルディスプレイや、ＩＣなどの半導体装置にとって、必要不可欠な半導体素子である。薄膜トランジスタの製造には基板の耐熱温度という制約があるため、比較的低温での成膜が可能なアモルファスシリコン、レーザ光または触媒元素を用いた結晶化により得られるポリシリコンなどを活性層に有する薄膜トランジスタが、半導体表示装置に用いられるトランジスタの主流となっている。
【０００３】
近年では、ポリシリコンによって得られる高い移動度と、アモルファスシリコンによって得られる均一な素子特性とを兼ね備えた新たな半導体材料として、酸化物半導体と呼ばれる、半導体特性を示す金属酸化物に注目が集まっている。金属酸化物は様々な用途に用いられており、例えば、よく知られた金属酸化物である酸化インジウムは、液晶表示装置などで透明電極材料として用いられている。半導体特性を示す金属酸化物としては、例えば、酸化タングステン、酸化錫、酸化インジウム、酸化亜鉛などがあり、このような半導体特性を示す金属酸化物をチャネル形成領域に用いる薄膜トランジスタが、既に知られている（特許文献１乃至４、非特許文献１）。
【０００４】
ところで、金属酸化物は一元系酸化物のみでなく多元系酸化物も知られている。例えば、ホモロガス相を有するＩｎＧａＯ３（ＺｎＯ）ｍ（ｍ：自然数）は、Ｉｎ、Ｇａ及びＺｎを有する多元系酸化物半導体として知られている（非特許文献２乃至４）。そして、上記のようなＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物で構成される酸化物半導体は、薄膜トランジスタのチャネル層に適用可能であることが確認されている（特許文献５、非特許文献５及び６）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開昭６０−１９８８６１号公報
【特許文献２】特開平８−２６４７９４号公報
【特許文献３】特表平１１−５０５３７７号公報
【特許文献４】特開２０００−１５０９００号公報
【特許文献５】特開２００４−１０３９５７号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】Ｍ． Ｗ． Ｐｒｉｎｓ， Ｋ． Ｏ． Ｇｒｏｓｓｅ−Ｈｏｌｚ， Ｇ． Ｍｕｌｌｅｒ， Ｊ． Ｆ． Ｍ． Ｃｉｌｌｅｓｓｅｎ， Ｊ． Ｂ． Ｇｉｅｓｂｅｒｓ， Ｒ． Ｐ． Ｗｅｅｎｉｎｇ， ａｎｄ Ｒ． Ｍ． Ｗｏｌｆ、「Ａ ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ ｔｈｉｎ−ｆｉｌｍ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ」、 Ａｐｐｌ． Ｐｈｙｓ． Ｌｅｔｔ．、１７ Ｊｕｎｅ １９９６、 Ｖｏｌ．６８ ｐ．３６５０−３６５２
【非特許文献２】Ｍ． Ｎａｋａｍｕｒａ， Ｎ． Ｋｉｍｉｚｕｋａ， ａｎｄ Ｔ． Ｍｏｈｒｉ、「Ｔｈｅ Ｐｈａｓｅ Ｒｅｌａｔｉｏｎｓ ｉｎ ｔｈｅ Ｉｎ２Ｏ３−Ｇａ２ＺｎＯ４−ＺｎＯ Ｓｙｓｔｅｍ ａｔ １３５０℃」、Ｊ． Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｃｈｅｍ．、１９９１、Ｖｏｌ．９３， ｐ．２９８−３１５
【非特許文献３】Ｎ． Ｋｉｍｉｚｕｋａ， Ｍ． Ｉｓｏｂｅ， ａｎｄ Ｍ． Ｎａｋａｍｕｒａ、「Ｓｙｎｔｈｅｓｅｓ ａｎｄ Ｓｉｎｇｌｅ−Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄａｔａ ｏｆ Ｈｏｍｏｌｏｇｏｕｓ Ｃｏｍｐｏｕｎｄｓ， Ｉｎ２Ｏ３（ＺｎＯ）ｍ（ｍ＝３，４， ａｎｄ ５）， ＩｎＧａＯ３（ＺｎＯ）３， ａｎｄ Ｇａ２Ｏ３（ＺｎＯ）ｍ（ｍ＝７，８，９， ａｎｄ １６） ｉｎ ｔｈｅ Ｉｎ２Ｏ３−ＺｎＧａ２Ｏ４−ＺｎＯ Ｓｙｓｔｅｍ」、 Ｊ． Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｃｈｅｍ．、１９９５、Ｖｏｌ．１１６， ｐ．１７０−１７８
【非特許文献４】中村真佐樹、君塚昇、毛利尚彦、磯部光正、「ホモロガス相、ＩｎＦｅＯ３（ＺｎＯ）ｍ（ｍ：自然数）とその同型化合物の合成および結晶構造」、固体物理、１９９３年、Ｖｏｌ．２８、Ｎｏ．５、ｐ．３１７−３２７
【非特許文献５】Ｋ． Ｎｏｍｕｒａ， Ｈ． Ｏｈｔａ， Ｋ． Ｕｅｄａ， Ｔ． Ｋａｍｉｙａ， Ｍ． Ｈｉｒａｎｏ， ａｎｄ Ｈ． Ｈｏｓｏｎｏ、「Ｔｈｉｎ−ｆｉｌｍ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ ｆａｂｒｉｃａｔｅｄ ｉｎ ｓｉｎｇｌｅ−ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ ｏｘｉｄｅ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ」、ＳＣＩＥＮＣＥ、２００３、Ｖｏｌ．３００、ｐ．１２６９−１２７２
【非特許文献６】Ｋ． Ｎｏｍｕｒａ， Ｈ． Ｏｈｔａ， Ａ． Ｔａｋａｇｉ， Ｔ． Ｋａｍｉｙａ， Ｍ． Ｈｉｒａｎｏ， ａｎｄ Ｈ． Ｈｏｓｏｎｏ、「Ｒｏｏｍ−ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ ｆｌｅｘｉｂｌｅ ｔｈｉｎ−ｆｉｌｍ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒｓ ｕｓｉｎｇ ａｍｏｒｐｈｏｕｓ ｏｘｉｄｅ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓ」、ＮＡＴＵＲＥ、２００４、Ｖｏｌ．４３２ ｐ．４８８−４９２
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
フラットパネルディスプレイの駆動回路を構成するトランジスタ、または画素のスイッチング素子として用いられるトランジスタには、経時劣化による閾値電圧のばらつきが小さいことが望まれる。本発明は、安定した電気特性を持つ、酸化物半導体を用いた薄膜トランジスタを有する、信頼性の高い半導体装置の作製方法の提供を目的の一とする。また、本発明は、安定した電気特性を持つ、酸化物半導体を用いた薄膜トランジスタを有する、信頼性の高い半導体装置の提供を目的の一とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
酸化物半導体をチャネル形成領域に用いたトランジスタを有する半導体装置の作製において、酸化物半導体膜を形成した後、水分、ヒドロキシ基、または水素などを吸蔵或いは吸着することができる金属、金属化合物または合金を用いた導電膜を、絶縁膜を間に挟んで酸化物半導体膜と重なるように形成する。そして、該導電膜が露出した状態で、減圧雰囲気下または不活性ガス雰囲気下において加熱処理を行うことで、導電膜の表面や内部に吸着されている水分、酸素、水素などを取り除く活性化処理を行う。加熱処理の温度範囲は、３５０℃乃至６５０℃とする。上記活性化処理を行うことで、酸化物半導体膜内、ゲート絶縁膜内、或いは、酸化物半導体膜と他の絶縁膜の界面とその近傍に存在する、水分、ヒドロキシ基、または水素などの不純物が、活性化された導電膜に吸蔵或いは吸着されるため、上記不純物がトランジスタの特性の劣化に繋がるのを防ぐことができる。
【０００９】
活性化処理を行った後は、導電膜を覆うように絶縁膜の形成を行うことで、導電膜の表面や内部に雰囲気中の水分や酸素が吸着するのを防ぐことができ、導電膜が活性化された状態を保持し、トランジスタの信頼性を高めることが出来る。
【００１０】
導電膜は、水分、ヒドロキシ基、或いは水素を、吸蔵または吸着しやすい特性を有する金属を１つまたは複数用いて形成することができる。具体的に、上記特性を有する金属として、チタン、白金、バナジウム、ジルコニウム、ハフニウム、パラジウム、マグネシウム、ニオブ、希土類の金属などが挙げられる。希土類の金属として、ミッシュメタル（Ｍｍ）と呼ばれる、セリウム（４０〜５０％）、ランタン（２０〜４０％）の他、プラセオジム、ネオジム、イットリウムなどの希土類の金属を含む合金を用いることもできる。導電膜は、上記金属のうち、いずれか一つまたは複数を含む混合物、金属化合物または合金であっても良い。
【００１１】
該導電膜は、薄膜トランジスタのゲート電極として用いても良いし、ソース電極又はドレイン電極として用いても良いし、酸化物半導体膜を間に挟んでゲート電極と重なる位置に形成されたバックゲート電極として用いても良い。
【００１２】
さらに、酸化物半導体膜中の水分、ヒドロキシ基、または水素などの不純物を低減するため、酸化物半導体膜を形成した後、酸化物半導体膜が露出した状態で窒素、または希ガス（アルゴン、ヘリウムなど）の不活性気体雰囲気下で加熱処理を行う。上記加熱処理の温度範囲は、４００℃以上であって、酸化物半導体の結晶化直前の温度未満（７００℃未満）で行うのが望ましい。なお、この加熱処理は、用いる基板の耐熱温度を超えないものとする。
【００１３】
なお、酸化物半導体は、四元系金属酸化物であるＩｎ−Ｓｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物半導体や、三元系金属酸化物であるＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物半導体、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物半導体、Ｉｎ−Ａｌ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物半導体、Ｓｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物半導体、Ａｌ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物半導体、Ｓｎ−Ａｌ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物半導体や、二元系金属酸化物であるＩｎ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物半導体、Ｓｎ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物半導体、Ａｌ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物半導体、Ｚｎ−Ｍｇ−Ｏ系酸化物半導体、Ｓｎ−Ｍｇ−Ｏ系酸化物半導体、Ｉｎ−Ｍｇ−Ｏ系酸化物半導体、Ｉｎ−Ｇａ−Ｏ系酸化物半導体や、Ｉｎ−Ｏ系酸化物半導体、Ｓｎ−Ｏ系酸化物半導体、Ｚｎ−Ｏ系酸化物半導体などを用いることができる。なお、本明細書においては、例えば、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物半導体とは、インジウム（Ｉｎ）、錫（Ｓｎ）、ガリウム（Ｇａ）、亜鉛（Ｚｎ）を有する金属酸化物、という意味であり、その化学量論組成比は特に問わない。また、上記酸化物半導体は、珪素を含んでいてもよい。
【００１４】
或いは、酸化物半導体は、化学式ＩｎＭＯ３（ＺｎＯ）ｍ（ｍ＞０）で表記することができる。ここで、Ｍは、Ｇａ、Ａｌ、ＭｎおよびＣｏから選ばれた一または複数の金属元素を示す。
【００１５】
なお、酸化物半導体膜は加熱処理により低抵抗化する。その後、低抵抗化した酸化物半導体膜に接するように酸化物絶縁膜を形成すると、低抵抗化した酸化物半導体膜の少なくとも酸化物絶縁膜と接する領域において、キャリア濃度が低くなり（好ましくは１×１０１８／ｃｍ３未満、さらに好ましくは１×１０１４／ｃｍ３以下）、高抵抗化する。このように、半導体装置のプロセス中、酸化物絶縁膜の形成などによって、酸化物半導体膜のキャリア濃度と抵抗を制御することができるため、電気特性が良好で信頼性の良い薄膜トランジスタを有する半導体装置を作製し、提供することが可能となる。
【００１６】
なお、低抵抗化した酸化物半導体膜に接して形成する酸化物絶縁膜は、水分や、水素イオンや、ＯＨ−などの不純物をブロックする無機絶縁膜、具体的には酸化珪素膜、または窒化酸化珪素膜を用いる。
【００１７】
また、トランジスタは、ボトムゲート型であっても良いし、トップゲート型であっても良いし、ボトムコンタクト型であっても良い。ボトムゲート型トランジスタは、例えば、絶縁表面上のゲート電極と、ゲート電極上のゲート絶縁膜と、ゲート絶縁膜上においてゲート電極と重なる酸化物半導体膜と、酸化物半導体膜上のソース電極、ドレイン電極と、酸化物半導体膜、ソース電極、ドレイン電極上の酸化物絶縁膜と、酸化物絶縁膜上において酸化物半導体膜と重なるバックゲート電極とを有する。トップゲート型トランジスタは、例えば、絶縁表面上の酸化物半導体膜と、酸化物半導体膜上の酸化物絶縁膜であるゲート絶縁膜と、ゲート絶縁膜上において酸化物半導体膜と重なり、なおかつ導電膜として機能するゲート電極とを有する。ボトムコンタクト型トランジスタは、例えば、絶縁表面上のゲート電極と、ゲート電極上のゲート絶縁膜と、ゲート絶縁膜上のソース電極、ドレイン電極と、ソース電極、ドレイン電極上にあり、なおかつゲート絶縁膜上においてゲート電極と重なる酸化物半導体膜と、酸化物半導体膜上の酸化物絶縁膜と、酸化物絶縁膜上において酸化物半導体膜と重なるバックゲート電極とを有する。
【００１８】
加熱処理は、炉での熱処理、またはラピッドサーマルアニール法（ＲＴＡ法）を用いる。ＲＴＡ法は、ランプ光源を用いる方法と、加熱されたガス中に基板を移動させて短時間の熱処理を行う方法とがある。ＲＴＡ法を用いると熱処理に要する時間を０．１時間よりも短時間とすることもできる。ただし、基板としてガラス基板を用いる場合は、３００℃以上、且つ、ガラス基板の歪み点以下の温度の加熱処理とする。
【発明の効果】
【００１９】
安定した電気特性を有する薄膜トランジスタを作製し、提供することができる。また、電気特性が良好で信頼性の高い薄膜トランジスタを有する半導体装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】半導体装置の作製方法を示す図。
【図２】作製された薄膜トランジスタの上面図。
【図３】半導体装置の作製方法を示す図。
【図４】作製された薄膜トランジスタの上面図。
【図５】半導体装置の作製方法を示す図。
【図６】作製された薄膜トランジスタの上面図。
【図７】半導体装置の作製方法を示す図。
【図８】半導体装置の作製方法を示す図。
【図９】半導体装置の作製方法を示す図。
【図１０】半導体装置の作製方法を示す図。
【図１１】半導体装置の作製方法を示す図。
【図１２】半導体装置の作製方法を示す図。
【図１３】半導体装置の作製方法を示す図。
【図１４】液晶表示装置の断面図。
【図１５】発光装置の断面図。
【図１６】液晶表示装置のモジュールの構成を示す図。
【図１７】半導体装置を用いた電子機器の図。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
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、本発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細を様々に変更し得ることは、当業者であれば容易に理解される。したがって、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。
【００２２】
なお本発明は、マイクロプロセッサ、画像処理回路などの集積回路や、ＲＦタグ、半導体表示装置等、ありとあらゆる半導体装置の作製に用いることができる。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意味し、半導体表示装置、半導体回路および電子機器は全て半導体装置である。半導体表示装置は、液晶表示装置、有機発光素子（ＯＬＥＤ）に代表される発光素子を各画素に備えた発光装置、電子ペーパー、ＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ Ｄｅｖｉｃｅ）、ＰＤＰ（Ｐｌａｓｍａ Ｄｉｓｐｌａｙ Ｐａｎｅｌ）、ＦＥＤ（Ｆｉｅｌｄ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｄｉｓｐｌａｙ）等や、半導体膜を用いた回路素子を駆動回路に有しているその他の半導体表示装置がその範疇に含まれる。
【００２３】
（実施の形態１）
半導体装置の作製方法について、ボトムゲート型の薄膜トランジスタを例に挙げ、図１及び図２を用いて説明する。
【００２４】
図１（Ａ）に示すように、絶縁表面を有する基板１００上にゲート電極１０１を形成する。下地膜となる絶縁膜を基板１００とゲート電極１０１の間に設けても良い。下地膜は、基板１００からの不純物元素の拡散を防止する絶縁膜、具体的には、窒化珪素膜、酸化珪素膜、窒化酸化珪素膜、又は酸化窒化珪素膜のうちの一を単層で用いるか、又は選択した複数の膜を積層させて用いることができる。ゲート電極１０１の材料は、モリブデン、チタン、クロム、タンタル、タングステン、ネオジム、スカンジウム等の金属材料、これら金属材料を主成分とする合金材料を用いた導電膜、或いはこれら金属の窒化物を、単層で又は積層で用いることができる。なお、後の工程において行われる加熱処理の温度に耐えうるのであれば、上記金属材料としてアルミニウム、銅を用いることも出来る。
【００２５】
例えば、ゲート電極１０１の二層の積層構造としては、窒化チタン膜とモリブデン膜とを積層した二層構造とすることが好ましい。三層の積層構造としては、タングステン膜または窒化タングステン膜と、アルミニウムと珪素の合金膜またはアルミニウムとチタンの合金膜と、窒化チタン膜またはチタン膜とを積層した三層構造とすることが好ましい。
【００２６】
なお、本明細書において酸化窒化物とは、その組成として、窒素よりも酸素の含有量が多い物質であり、また、窒化酸化物とは、その組成として、酸素よりも窒素の含有量が多い物質をいう。
【００２７】
ゲート電極１０１の膜厚は、１０ｎｍ〜４００ｎｍ、好ましくは１００ｎｍ〜２００ｎｍとする。本実施の形態では、タングステンターゲットを用いたスパッタ法により１５０ｎｍのゲート電極用の導電膜を形成した後、該導電膜をエッチングにより所望の形状に加工（パターニング）することで、ゲート電極１０１を形成する。
【００２８】
次いで、ゲート電極１０１上にゲート絶縁膜１０２を形成する。ゲート絶縁膜１０２は、プラズマＣＶＤ法又はスパッタリング法等を用いて、酸化珪素膜、窒化珪素膜、酸化窒化珪素膜又は窒化酸化珪素膜を単層で又は積層させて形成することができる。例えば、成膜ガスとして、シラン（例えばモノシラン）、酸素及び窒素を用いてプラズマＣＶＤ法により酸化窒化珪素膜を形成すれば良い。
【００２９】
本実施の形態では、プラズマＣＶＤ法により２００ｎｍのゲート絶縁膜１０２を形成する。成膜条件は、シランガスの流量４ｓｃｃｍとし、一酸化二窒素（Ｎ２Ｏ）の流量８００ｓｃｃｍとし、基板温度４００℃とする。
【００３０】
次いで、ゲート絶縁膜１０２上に酸化物半導体膜を形成する。酸化物半導体膜は、酸化物半導体をターゲットとして用い、スパッタ法により成膜する。また、酸化物半導体膜は、希ガス（例えばアルゴン）雰囲気下、酸素雰囲気下、又は希ガス（例えばアルゴン）及び酸素雰囲気下においてスパッタ法により形成することができる。
【００３１】
なお、酸化物半導体膜をスパッタ法により成膜する前に、アルゴンガスを導入してプラズマを発生させる逆スパッタを行い、ゲート絶縁膜１０２の表面に付着しているゴミを除去することが好ましい。逆スパッタとは、ターゲット側に電圧を印加せずに、アルゴン雰囲気下で基板側にＲＦ電源を用いて電圧を印加して基板近傍にプラズマを形成して表面を改質する方法である。なお、アルゴン雰囲気に代えて窒素、ヘリウムなどを用いてもよい。また、アルゴン雰囲気に酸素、亜酸化窒素などを加えた雰囲気で行ってもよい。また、アルゴン雰囲気に塩素、四フッ化炭素などを加えた雰囲気で行ってもよい。
【００３２】
チャネル形成領域を形成するための酸化物半導体膜には、上述した半導体特性を有する酸化物材料を用いればよい。
【００３３】
酸化物半導体膜の膜厚は、５ｎｍ〜３００ｎｍ、好ましくは１０ｎｍ〜１００ｎｍとする。本実施の形態では、酸化物半導体膜としてＩｎ（インジウム）、Ｇａ（ガリウム）、及びＺｎ（亜鉛）を含む酸化物半導体ターゲット（Ｉｎ２Ｏ３：Ｇａ２Ｏ３：ＺｎＯ＝１：１：１）を用いたスパッタ法により得られる、膜厚５０ｎｍのＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系非単結晶膜を用いる。本実施の形態では、ＤＣスパッタ法を用い、アルゴンの流量３０ｓｃｃｍとし、酸素の流量１５ｓｃｃｍとし、基板温度は室温とする。
【００３４】
ゲート絶縁膜１０２、及び酸化物半導体膜を大気に触れさせることなく連続的に形成してもよい。大気に触れさせることなく連続成膜することで、界面が、水やハイドロカーボンなどの、大気成分や大気中に浮遊する不純物元素に汚染されることなく各積層界面を形成することができるので、薄膜トランジスタ特性のばらつきを低減することができる。
【００３５】
次いで、図１（Ａ）に示すように、酸化物半導体膜をエッチングなどにより所望の形状に加工（パターニング）し、ゲート絶縁膜１０２を間に挟んでゲート電極１０１と重なるように、ゲート絶縁膜１０２上に島状の酸化物半導体膜１０３を形成する。
【００３６】
次いで、減圧雰囲気下、窒素や希ガスなどの不活性ガス雰囲気下、酸素ガス雰囲気下、または超乾燥エア（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、好ましくは１０ｐｐｂ以下の空気）雰囲気下において、４００℃以上７００℃以下、好ましくは４５０℃以上６５０℃以下の温度範囲で島状の酸化物半導体膜１０３に加熱処理を施し、その後、不活性雰囲気下で室温以上１００℃未満の範囲まで徐冷を行う。酸化物半導体膜１０３を上記雰囲気下で加熱処理することで、図１（Ｂ）に示すように、酸化物半導体膜１０３に含まれる水分、水素、ヒドロキシ基が脱離した島状の酸化物半導体膜１０４が形成される。従って、上記酸化物半導体膜１０４を用いてチャネル形成領域が形成された薄膜トランジスタは、上記不純物による特性の劣化を防ぐことができる。
【００３７】
本実施の形態では、窒素雰囲気下において、４５０℃、基板温度が上記設定温度に達した状態で６０分間、加熱処理を行う。加熱処理は、電気炉を用いた加熱方法、加熱した気体を用いるＧＲＴＡ（Ｇａｓ Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ａｎｎｅａｌ）法またはランプ光を用いるＬＲＴＡ（Ｌａｍｐ Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ａｎｎｅａｌ）法などの瞬間加熱方法などを用いることができる。例えば、電気炉を用いて加熱処理を行う場合、昇温特性を０．１℃／ｍｉｎ以上２０℃／ｍｉｎ以下、降温特性を０．１℃／ｍｉｎ以上１５℃／ｍｉｎ以下とすることが好ましい。
【００３８】
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、水分、水素などが含まれないことが好ましい。または、加熱処理装置に導入する窒素、またはヘリウム、ネオン、アルゴン等の希ガスの純度を、６Ｎ（９９．９９９９％）以上、好ましくは７Ｎ（９９．９９９９９％）以上、（即ち不純物濃度を１ｐｐｍ以下、好ましくは０．１ｐｐｍ以下）とすることが好ましい。
【００３９】
或いは、窒素または希ガスなどの不活性雰囲気に代えて、大気圧下の露点がマイナス６０℃以下の、水分含有量が少ない空気下において、加熱処理を行うようにしても良い。
【００４０】
不活性ガス雰囲気下或いは減圧下における加熱処理後の、島状の酸化物半導体膜１０４は、一部結晶化していても良い。
【００４１】
なお、酸化物半導体膜１０４に加熱処理を行った後に、酸素雰囲気下で該酸化物半導体膜１０４に加熱処理を施すことで、酸化物半導体膜１０４に含まれる水分などの不純物を除去することができる。そして、酸素雰囲気下での加熱処理により、酸化物半導体膜１０４を酸素が過剰な状態とすることで、高抵抗化できる。加熱処理の温度は、酸化物半導体を構成しているＺｎなどの融点の低い金属が気化しにくい温度、例えば１００℃以上３５０℃未満、好ましくは１５０℃以上２５０℃未満で行う。上記酸素雰囲気下の加熱処理に用いられる酸素ガスには、水分、水素などが含まれないことが好ましい。または、加熱処理装置に導入する酸素ガスの純度を、６Ｎ（９９．９９９９％）以上、好ましくは７Ｎ（９９．９９９９９％）以上、（即ち酸素中の不純物濃度を１ｐｐｍ以下、好ましくは０．１ｐｐｍ以下）とすることが好ましい。
【００４２】
次いで、図１（Ｃ）に示すように、島状の酸化物半導体膜１０４上に、ソース電極ドレイン電極用の導電膜を形成した後、エッチング等によりパターニングすることで、ソース電極１０５、ドレイン電極１０６を形成する。上記パターニングによりソース電極１０５とドレイン電極１０６を形成する際に、島状の酸化物半導体膜１０４の露出した部分が一部エッチングされることで、溝部（凹部）を有する島状の酸化物半導体膜１０７が形成される。
【００４３】
上記導電膜の材料としては、後の加熱処理に耐えうる材料を用いることが好ましい。例えば、ソース電極ドレイン電極用の導電膜として、クロム、タンタル、チタン、モリブデン、タングステン、ジルコニウム、ベリリウム、トリウム、マンガン、マグネシウムから選ばれた元素、または上記元素を１つまたは複数成分として含む合金等が挙げられる。また、ソース電極１０５、ドレイン電極１０６の形成後に行われる加熱処理に対する耐熱性をより高めるために、上記材料と、ネオジム、スカンジウム、またはこれら元素の窒化物などの耐熱性導電性材料とを組み合わせて、ソース電極ドレイン電極用導電膜を形成しても良い。
【００４４】
ソース電極１０５、ドレイン電極１０６の膜厚は、１０ｎｍ〜４００ｎｍ、好ましくは１００ｎｍ〜３００ｎｍとする。本実施の形態では、モリブデンターゲットを用いたスパッタ法により２００ｎｍのソース電極ドレイン電極用の導電膜を形成した後、該導電膜をエッチングにより所望の形状に加工（パターニング）することで、ソース電極１０５、ドレイン電極１０６を形成する。
【００４５】
図２（Ａ）に、図１（Ｃ）に示す半導体装置の上面図を示す。図１（Ｃ）は、図２（Ａ）の破線Ａ１−Ａ２における断面図に相当する。
【００４６】
次いで、図１（Ｄ）に示すように、島状の酸化物半導体膜１０７、ソース電極１０５及びドレイン電極１０６に接するように、スパッタ法で酸化物絶縁膜１０８を形成する。低抵抗化した島状の酸化物半導体膜１０７に接して形成する酸化物絶縁膜１０８は、水分や、水素、酸素、ヒドロキシ基などの不純物を極力含まず、これらが外部から侵入することをブロックする、酸化珪素膜、窒化酸化珪素膜などの無機絶縁膜を用いる。
【００４７】
本実施の形態では、酸化物絶縁膜１０８として膜厚３００ｎｍの酸化珪素膜を成膜する。成膜時の基板温度は、室温以上３００℃以下とすればよく、本実施の形態では１００℃とする。酸化珪素膜のスパッタ法による成膜は、希ガス（例えばアルゴン）雰囲気下、酸素雰囲気下、又は希ガス（例えばアルゴン）及び酸素雰囲気下において行うことができる。また、ターゲットとして酸化珪素ターゲットを用いても珪素ターゲットを用いてもよい。例えば珪素ターゲットを用いて、酸素、及び窒素雰囲気下でスパッタ法により酸化珪素を形成することができる。
【００４８】
低抵抗化した酸化物半導体膜１０７に接してスパッタ法またはＰＣＶＤ法などにより酸化物絶縁膜１０８を形成すると、低抵抗化した酸化物半導体膜１０７において少なくとも酸化物絶縁膜１０８と接する領域が、キャリア濃度が好ましくは１×１０１８／ｃｍ３未満まで低くなることにより高抵抗化し、高抵抗化酸化物半導体領域となる。酸化物絶縁膜１０８の形成により、酸化物半導体膜１０７は、酸化物絶縁膜１０８との界面近傍に高抵抗化酸化物半導体領域を有する。
【００４９】
なお、ソース電極１０５、ドレイン電極１０６を形成した後、酸化物絶縁膜１０８を形成する前に、減圧雰囲気下、窒素や希ガスなどの不活性ガス雰囲気下、酸素ガス雰囲気下、または超乾燥エア（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、好ましくは１０ｐｐｂ以下の空気）雰囲気下において、酸化物半導体膜１０７に再び加熱処理を施し、酸化物半導体膜１０７に含まれる水分、水素、ヒドロキシ基を脱離させるようにしても良い。ソース電極１０５、ドレイン電極１０６を形成した後の加熱処理は、ソース電極１０５、ドレイン電極１０６の耐熱性を考慮し、ソース電極１０５、ドレイン電極１０６を形成する前に行う加熱処理よりも低い温度で行うことが望ましい。具体的には、３５０℃以上６５０℃以下、好ましくは４００℃以上６００℃以下の温度範囲で行うと良い。
【００５０】
次いで、図１（Ｄ）に示すように、酸化物絶縁膜１０８上に、水分、ヒドロキシ基、或いは水素を、吸蔵または吸着しやすい特性を有する金属を１つまたは複数用いて導電膜を形成した後、該導電膜をパターニングすることで、酸化物半導体膜１０７と重なる位置にバックゲート電極１０９を形成する。具体的に、上記特性を有する金属として、チタン、白金、バナジウム、ジルコニウム、ハフニウム、パラジウム、マグネシウム、ニオブ、希土類の金属などが挙げられる。希土類の金属として、ミッシュメタル（Ｍｍ）と呼ばれる、セリウム（４０〜５０％）、ランタン（２０〜４０％）の他、プラセオジム、ネオジム、イットリウムなどの希土類の金属を含む合金を用いることもできる。バックゲート電極１０９は、上記金属のうち、いずれか一つまたは複数を含む混合物、金属化合物または合金であっても良い。
【００５１】
また、バックゲート電極１０９に用いられる上記合金には、水素吸蔵合金と呼ばれる合金も含まれる。水素吸蔵合金として、例えば、ＡＢ５型合金、ＡＢ２型（ラーベス相）合金、Ａ２Ｂ型合金などが挙げられる。ＡＢ５型合金は、Ａサイトに希土類の金属、ニオブ、ジルコニウムのいずれか一つまたは複数、Ｂサイトにニッケル、コバルト、アルミニウム、スズなど触媒効果を持つ遷移元素のいずれか一つまたは複数を含む。希土類の金属として、ミッシュメタルを用いることもできる。ＡＢ５型合金として、例えばＬａＮｉ５などをバックゲート電極１０９に用いることが出来る。ＡＢ２型（ラーベス相）合金は、Ａサイトにチタン、ジルコニウム、ハフニウムのいずれか一つまたは複数、Ｂサイトにマンガン、ニッケル、クロム、バナジウムなどのいずれか一つまたは複数の遷移金属を含み、例えばＴｉ−Ｍｎ系、Ｔｉ−Ｃｒ系、Ｚｒ−Ｍｎ系、Ｔｉ−Ｖ−Ｍｎ系などがある。ＡＢ２型合金として、例えばＴｉＣｒ２、ＴｉＭｎ２などをバックゲート電極１０９に用いることが出来る。Ａ２Ｂ型合金は、Ａサイトにマグネシウム、チタンのいずれか一つまたは複数、Ｂサイトにニッケル、銅のいずれか一つまたは複数などを含む。Ａ２Ｂ型合金として、例えばＭｇ２Ｎｉ、Ｍｇ２Ｃｕ、Ｔｉ２Ｎｉなどをバックゲート電極１０９に用いることが出来る。なお、これら水素吸蔵合金は、ＡサイトまたはＢサイトの元素の少なくとも一部を他の元素で置換することができ、実際の組成比が必ずしも型通りであるとは限らない。また、水素吸蔵合金として、上述した型の合金の他にも、Ｔｉ−Ｆｅ系合金、Ｖ系合金、Ｐｄ系合金、Ｃａ系合金、ＢＣＣ型合金などを、バックゲート電極１０９に用いることが出来る。
【００５２】
バックゲート電極１０９の膜厚は、１０ｎｍ〜４００ｎｍ、好ましくは１００ｎｍ〜２００ｎｍとする。本実施の形態では、チタンとクロムの組成比が１対２である合金のターゲット（φ６ｉｎｃｈ）を用い、アルゴンガス流量５０ｓｃｃｍをチャンバー内に導入して、圧力を０．４Ｐａ、電力を２ｋＷ、成膜温度を室温とし、スパッタ法で膜厚２００ｎｍのＴｉＣｒ２からなる導電膜を形成する。そして、フォトリソグラフィ法によりレジストマスクを形成し、塩素及び酸素をエッチングガスとして用いたプラズマエッチングにより不要な部分を除去して、該導電膜を所望の形状に加工（パターニング）することで、バックゲート電極１０９を形成する。
【００５３】
次いで、バックゲート電極１０９を形成した後、該バックゲート電極１０９が露出した状態で、減圧雰囲気下または不活性ガス雰囲気（窒素、またはヘリウム、ネオン、アルゴン等）下において加熱処理を行うことで、バックゲート電極１０９の表面や内部に吸着されている水分、酸素、水素などを取り除く活性化処理を行う。加熱処理は、ソース電極１０５、ドレイン電極１０６の耐熱性を考慮し、ソース電極１０５、ドレイン電極１０６を形成する前に行う加熱処理よりも低い温度で行うことが望ましい。具体的に、加熱処理の温度範囲は、３００℃以上６５０℃以下、より好ましくは３５０℃以上６００℃以下とする。
【００５４】
上記活性化処理を行うことで、酸化物半導体膜１０７内、ゲート絶縁膜１０２内、酸化物半導体膜１０７とゲート絶縁膜１０２の界面とその近傍、或いは、酸化物半導体膜１０７と酸化物絶縁膜１０８の界面とその近傍、などに存在する、水分、ヒドロキシ基、または水素などの不純物が、活性化されたバックゲート電極１０９に吸蔵或いは吸着されるため、上記不純物がトランジスタの特性の劣化に繋がるのを防ぐことができる。
【００５５】
また、半導体装置の置かれている雰囲気中に含まれる水分、水素などの不純物が、酸化物半導体膜１０７内に取り込まれるのを防ぐことが出来る。
【００５６】
本実施の形態では、ターボ分子ポンプなどの排気手段により処理室内を５×１０−３Ｐａ以下、好ましくは１０−５Ｐａ以下の真空度となるような減圧雰囲気に保ち、温度を４００℃、基板温度が上記温度に達した状態で１０分間、加熱処理を行う。加熱処理は、電気炉を用いた加熱方法、加熱した気体を用いるＧＲＴＡ（Ｇａｓ Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ａｎｎｅａｌ）法またはランプ光を用いるＬＲＴＡ（Ｌａｍｐ Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ａｎｎｅａｌ）法などの瞬間加熱方法などを用いることができる。例えば、電気炉を用いて加熱処理を行う場合、昇温特性を０．１℃／ｍｉｎ以上２０℃／ｍｉｎ以下、降温特性を０．１℃／ｍｉｎ以上１５℃／ｍｉｎ以下とすることが好ましい。
【００５７】
なお、活性化のための加熱処理は、酸化物半導体膜１０７が酸化物絶縁膜１０８と接した状態で行われる。そのため、酸化物半導体膜１０７の酸化物絶縁膜１０８と接する領域が、均一に高抵抗化するため、薄膜トランジスタ１１１の電気的特性のばらつきを軽減することができる。
【００５８】
次いで、活性化処理を行った後、図１（Ｅ）に示すように、バックゲート電極１０９を覆うように絶縁膜１１０を形成する。絶縁膜１１０は、雰囲気中の水分や酸素がバックゲート電極１０９の表面や内部に吸着するのを防ぐ効果を有する、バリア性の高い材料を用いるのが望ましい。例えば、バリア性の高い絶縁膜として、窒化珪素膜、窒化酸化珪素膜、窒化アルミニウム膜、または窒化酸化アルミニウム膜などを、プラズマＣＶＤ法又はスパッタリング法等により単層で又は積層させて形成することができる。バリア性の効果を得るには、絶縁膜１１０は、例えば厚さ１５ｎｍ〜４００ｎｍの膜厚で形成することが好ましい。
【００５９】
本実施の形態では、プラズマＣＶＤ法により３００ｎｍの絶縁膜を形成する。成膜条件は、シランガスの流量４ｓｃｃｍとし、一酸化二窒素（Ｎ２Ｏ）の流量８００ｓｃｃｍとし、基板温度４００℃とする。
【００６０】
絶縁膜１１０を形成することで、雰囲気中の水分や酸素がバックゲート電極１０９の表面や内部に吸着するのを防ぐことができるので、バックゲート電極１０９が活性化された状態を保持し、トランジスタの信頼性を高めることが出来る。
【００６１】
図２（Ｂ）に、図１（Ｅ）に示す半導体装置の上面図を示す。図１（Ｅ）は、図２（Ｂ）の破線Ａ１−Ａ２における断面図に相当する。
【００６２】
薄膜トランジスタ１１１は、ゲート電極１０１と、ゲート電極１０１上のゲート絶縁膜１０２と、ゲート絶縁膜１０２上の酸化物半導体膜１０７と、酸化物半導体膜１０７上のソース電極１０５及びドレイン電極１０６と、ソース電極１０５及びドレイン電極１０６上の酸化物絶縁膜１０８と、酸化物絶縁膜１０８上のバックゲート電極１０９とを有する。バックゲート電極１０９を、酸化物半導体膜１０７と重なるように形成することで、酸化物半導体膜１０７内、ゲート絶縁膜１０２内、酸化物半導体膜１０７とゲート絶縁膜１０２の界面とその近傍、或いは、酸化物半導体膜１０７と酸化物絶縁膜１０８の界面とその近傍、などに存在する、水分、ヒドロキシ基、または水素などの不純物が、活性化されたバックゲート電極１０９に吸蔵或いは吸着されるため、上記不純物がトランジスタの特性の劣化に繋がるのを防ぐことができる。また、半導体装置の置かれている雰囲気中に含まれる水分、水素などの不純物が、酸化物半導体膜１０７内に取り込まれるのを防ぐことが出来る。
【００６３】
なお、図２（Ｂ）では、バックゲート電極１０９が酸化物半導体膜１０７全体を覆っている場合を例示しているが、本発明はこの構成に限定されない。バックゲート電極１０９が酸化物半導体膜１０７全体を完全に覆うことで、酸化物半導体膜１０７中の不純物を低減するという効果は高くなる。しかし、酸化物半導体膜１０７の少なくともチャネル形成領域となる部分全体、或いはその一部が、バックゲート電極１０９と重なることでも、上記効果は得られる。
【００６４】
また、バックゲート電極１０９は、電気的に絶縁しているフローティングの状態であっても良いし、電位が与えられる状態であっても良い。後者の場合、バックゲート電極１０９には、ゲート電極１０１と同じ高さの電位が与えられていても良いし、グラウンドなどの固定電位が与えられていても良い。バックゲート電極１０９に与える電位の高さを制御することで、薄膜トランジスタ１１１の閾値電圧を制御することができる。ただし、バックゲート電極１０９にＴｉＣｒ２などの導電率の低い金属材料を用いている場合、抵抗値の低い導電膜をバックゲート電極１０９に接するように形成し、これらの導電膜の合成抵抗を低く抑えることで、寄生抵抗による消費電力が嵩むのを防ぐようにしても良い。
【００６５】
なお、バックゲート電極１０９を活性化するための加熱処理の工程と、バックゲート電極１０９に接するように絶縁膜１１０を形成する工程とを、大気に触れさせることなく連続的に処理（連続処理、インサイチュ（ｉｎｓｉｔｕ）工程）することで、雰囲気中の水分や酸素がバックゲート電極１０９の表面や内部に吸着するのを防ぐことができる。その結果、バックゲート電極１０９が活性化された状態を保持し、薄膜トランジスタ１１１の信頼性を、より高めることができる。
【００６６】
なお、バックゲート電極１０９を活性化するための加熱処理の工程と、バックゲート電極１０９に接するように絶縁膜１１０を形成する工程の間に、基板搬送工程、アライメント工程、加熱または冷却する工程等を有しても、本明細書における連続処理の範囲にあるとする。ただし、洗浄工程、ウェットエッチング、レジスト形成といった液体を用いる工程が上記２つの工程間にある場合、本連続処理の範囲には当てはまらないとする。
【００６７】
また、本実施の形態では、水分、ヒドロキシ基、或いは水素を、吸蔵または吸着しやすい特性を有する金属を１つまたは複数用いてバックゲート電極１０９を形成する例について説明したが、上記特性を有する金属を１つまたは複数用いてゲート電極１０１を形成しても良い。この場合、ゲート電極１０１を形成した後、活性化のための加熱処理を、バックゲート電極１０９の場合と同様の条件で行えば良い。ゲート電極１０１に上記特性を有する金属を用いることで、酸化物半導体膜１０７内、ゲート絶縁膜１０２内、酸化物半導体膜１０７とゲート絶縁膜１０２の界面とその近傍、或いは、酸化物半導体膜１０７と酸化物絶縁膜１０８の界面とその近傍、などに存在する、水分、ヒドロキシ基、または水素などの不純物が、活性化されたゲート電極１０１に吸蔵或いは吸着されるため、上記不純物がトランジスタの特性の劣化に繋がるのを防ぐことができる。
【００６８】
（実施の形態２）
本実施の形態では、実施の形態１で示した薄膜トランジスタ１１１とは構造が異なるボトムコンタクト型の薄膜トランジスタを有する、半導体装置の作製方法について説明する。なお、実施の形態１と同一部分又は同様な機能を有する部分、及び工程は、実施の形態１と同様に行うことができるため、繰り返しの説明は省略する。
【００６９】
半導体装置の作製方法について、図３及び図４を用いて説明する。
【００７０】
図３（Ａ）に示すように、絶縁表面を有する基板２００上にゲート電極２０１を形成する。下地膜となる絶縁膜を基板２００とゲート電極２０１の間に設けても良い。ゲート電極２０１の材料及びその構造については、実施の形態１に示したゲート電極１０１の材料及び構造を参照すれば良い。下地膜の材料及びその構造については、実施の形態１に示した下地膜の材料及び構造を参照すれば良い。
【００７１】
次いで、ゲート電極２０１上にゲート絶縁膜２０２を形成する。ゲート絶縁膜２０２の材料及びその構造と、作製方法については、実施の形態１に示したゲート絶縁膜１０２の材料及び構造と、作製方法を参照すれば良い。
【００７２】
本実施の形態では、プラズマＣＶＤ法により２００ｎｍのゲート絶縁膜２０２を形成する。成膜条件は、シランガスの流量４ｓｃｃｍとし、一酸化二窒素（Ｎ２Ｏ）の流量８００ｓｃｃｍとし、基板温度４００℃とする。
【００７３】
次いで、ゲート絶縁膜２０２上にソース電極ドレイン電極用導電膜を形成する。そして、上記導電膜をエッチングなどにより所望の形状に加工（パターニング）し、ソース電極２０３又はドレイン電極２０４を形成する。上記導電膜の材料及びその構造については、実施の形態１においてソース電極１０５及びドレイン電極１０６を形成する際にパターニングした導電膜の材料及びその構造を参照すれば良い。ただし、ソース電極２０３、ドレイン電極２０４の膜厚は、後に形成される酸化物半導体膜が段切れなどのカバレッジ不良を起こすのを防ぐために、実施の形態１よりも薄く、１０ｎｍ〜３００ｎｍ、好ましくは１００ｎｍ〜２００ｎｍとする。
【００７４】
本実施の形態では、モリブデンターゲットを用いたスパッタ法により１５０ｎｍのソース電極ドレイン電極用の導電膜を形成した後、該導電膜をエッチングにより所望の形状に加工（パターニング）することで、ソース電極２０３、ドレイン電極２０４を形成する。
【００７５】
次いで、ソース電極２０３、ドレイン電極２０４、ゲート絶縁膜２０２上に酸化物半導体膜を形成する。チャネル形成領域を形成するための酸化物半導体膜には、実施の形態１において示した半導体特性を有する酸化物材料を用いれば良い。酸化物半導体膜は、酸化物半導体をターゲットとして用い、スパッタ法により成膜する。また、酸化物半導体膜は、希ガス（例えばアルゴン）雰囲気下、酸素雰囲気下、又は希ガス（例えばアルゴン）及び酸素雰囲気下においてスパッタ法により形成することができる。
【００７６】
なお、酸化物半導体膜をスパッタ法により成膜する前に、アルゴンガスを導入してプラズマを発生させる逆スパッタを行い、ゲート絶縁膜２０２の表面に付着しているゴミを除去することが好ましい。
【００７７】
酸化物半導体膜の膜厚は、５ｎｍ〜３００ｎｍ、好ましくは１０ｎｍ〜１００ｎｍとする。本実施の形態では、酸化物半導体膜としてＩｎ（インジウム）、Ｇａ（ガリウム）、及びＺｎ（亜鉛）を含む酸化物半導体ターゲット（Ｉｎ２Ｏ３：Ｇａ２Ｏ３：ＺｎＯ＝１：１：１）を用いたスパッタ法により得られる、膜厚５０ｎｍのＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系非単結晶膜を用いる。本実施の形態では、ＤＣスパッタ法を用い、アルゴンの流量３０ｓｃｃｍとし、酸素の流量１５ｓｃｃｍとし、基板温度は室温とする。
【００７８】
次いで、図３（Ａ）に示すように、酸化物半導体膜をエッチングなどにより所望の形状に加工（パターニング）し、ゲート絶縁膜２０２を間に挟んでゲート電極２０１と重なるように、ゲート絶縁膜２０２上に島状の酸化物半導体膜２０５を形成する。
【００７９】
次いで、減圧雰囲気下、窒素や希ガスなどの不活性ガス雰囲気下、酸素ガス雰囲気下、または超乾燥エア（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、好ましくは１０ｐｐｂ以下の空気）雰囲気下において、島状の酸化物半導体膜２０５に加熱処理を施す。酸化物半導体膜２０５への加熱処理については、実施の形態１において示した、酸化物半導体膜１０３への加熱処理についての説明を参照すれば良い。ただし、ソース電極２０３、ドレイン電極２０４の耐熱性を考慮し、３５０℃以上６５０℃以下、好ましくは４００℃以上６００℃以下の温度範囲で行うと良い。酸化物半導体膜２０５を上記雰囲気下で加熱処理することで、図３（Ｂ）に示すように、酸化物半導体膜２０５に含まれる水分、水素、ヒドロキシ基が脱離した島状の酸化物半導体膜２０６が形成される。従って、上記酸化物半導体膜２０６を用いてチャネル形成領域が形成された薄膜トランジスタは、上記不純物による特性の劣化を防ぐことができる。
【００８０】
本実施の形態では、窒素雰囲気下において、４５０℃、基板温度が上記設定温度に達した状態で６０分間、加熱処理を行う。
【００８１】
なお、酸化物半導体膜２０５に加熱処理を行うことで酸化物半導体膜２０６を形成した後に、酸素雰囲気下で該酸化物半導体膜２０６に加熱処理を施すことで、酸化物半導体膜２０６に含まれる水分などの不純物を除去することができる。そして、酸素雰囲気下での加熱処理により、酸化物半導体膜２０６を酸素が過剰な状態とすることで、高抵抗化できる。酸化物半導体膜２０６への酸素雰囲気下における加熱処理については、実施の形態１において示した、酸化物半導体膜１０４への酸素雰囲気下における加熱処理についての説明を参照すれば良い。
【００８２】
図４（Ａ）に、図３（Ｂ）に示す半導体装置の上面図を示す。図３（Ｂ）は、図４（Ａ）の破線Ｂ１−Ｂ２における断面図に相当する。
【００８３】
次いで、図３（Ｃ）に示すように、島状の酸化物半導体膜２０６、ソース電極２０３及びドレイン電極２０４に接するように、スパッタ法で酸化物絶縁膜２０７を形成する。低抵抗化した島状の酸化物半導体膜２０６に接して形成する酸化物絶縁膜２０７は、水分や、水素、酸素、ヒドロキシ基などの不純物を極力含まず、これらが外部から侵入することをブロックする、酸化珪素膜、窒化酸化珪素膜などの無機絶縁膜を用いる。
【００８４】
本実施の形態では、酸化物絶縁膜２０７として膜厚３００ｎｍの酸化珪素膜を成膜する。成膜時の基板温度は、室温以上３００℃以下とすればよく、本実施の形態では１００℃とする。酸化珪素膜のスパッタ法による成膜は、希ガス（例えばアルゴン）雰囲気下、酸素雰囲気下、又は希ガス（例えばアルゴン）及び酸素雰囲気下において行うことができる。また、ターゲットとして酸化珪素ターゲットを用いても珪素ターゲットを用いてもよい。例えば珪素ターゲットを用いて、酸素、及び窒素雰囲気下でスパッタ法により酸化珪素を形成することができる。
【００８５】
低抵抗化した酸化物半導体膜２０６に接してスパッタ法またはＰＣＶＤ法などにより酸化物絶縁膜２０７を形成すると、低抵抗化した酸化物半導体膜２０６において少なくとも酸化物絶縁膜２０７と接する領域が、キャリア濃度が好ましくは１×１０１８／ｃｍ３未満まで低くなることにより高抵抗化し、高抵抗化酸化物半導体領域となる。酸化物絶縁膜２０７の形成により、酸化物半導体膜２０６は、酸化物絶縁膜２０７との界面近傍に高抵抗化酸化物半導体領域を有する。
【００８６】
次いで、図３（Ｃ）に示すように、酸化物絶縁膜２０７上に、水分、ヒドロキシ基、或いは水素を、吸蔵または吸着しやすい特性を有する金属を１つまたは複数用いて導電膜を形成した後、該導電膜をパターニングすることで、酸化物半導体膜２０６と重なる位置にバックゲート電極２０８を形成する。バックゲート電極２０８の材料及びその構造については、実施の形態１に示したバックゲート電極１０９の材料及び構造を参照すれば良い。
【００８７】
本実施の形態では、チタンとクロムの組成比が１対２である合金のターゲット（φ６ｉｎｃｈ）を用い、アルゴンガス流量５０ｓｃｃｍをチャンバー内に導入して、圧力を０．４Ｐａ、電力を２ｋＷ、成膜温度を室温とし、スパッタ法で膜厚２００ｎｍのＴｉＣｒ２からなる導電膜を形成する。そして、フォトリソグラフィ法によりレジストマスクを形成し、塩素及び酸素をエッチングガスとして用いたプラズマエッチングにより不要な部分を除去して、該導電膜を所望の形状に加工（パターニング）することで、バックゲート電極２０８を形成する。
【００８８】
次いで、バックゲート電極２０８を形成した後、該バックゲート電極２０８が露出した状態で、減圧雰囲気下または不活性ガス雰囲気下において加熱処理を行うことで、バックゲート電極２０８の表面や内部に吸着されている水分、酸素、水素などを取り除く活性化処理を行う。活性化処理の条件については、実施の形態１におけるバックゲート電極１０９への活性化処理を参照することができる。
【００８９】
上記活性化処理を行うことで、酸化物半導体膜２０６内、ゲート絶縁膜２０２内、酸化物半導体膜２０６とゲート絶縁膜２０２の界面とその近傍、或いは、酸化物半導体膜２０６と酸化物絶縁膜２０７の界面とその近傍、などに存在する、水分、ヒドロキシ基、または水素などの不純物が、活性化されたバックゲート電極２０８に吸蔵或いは吸着されるため、上記不純物がトランジスタの特性の劣化に繋がるのを防ぐことができる。
【００９０】
また、半導体装置の置かれている雰囲気中に含まれる水分、水素などの不純物が、酸化物半導体膜２０６内に取り込まれるのを防ぐことが出来る。
【００９１】
本実施の形態では、ターボ分子ポンプなどの排気手段により処理室内を５×１０−３Ｐａ以下、好ましくは１０−５Ｐａ以下の真空度となるような減圧雰囲気に保ち、温度を４００℃、基板温度が上記温度に達した状態で１０分間、加熱処理を行う。
【００９２】
なお、活性化のための加熱処理は、酸化物半導体膜２０６が酸化物絶縁膜２０７と接した状態で行われる。そのため、酸化物半導体膜２０６の酸化物絶縁膜２０７と接する領域が、均一に高抵抗化するため、薄膜トランジスタ２１１の電気的特性のばらつきを軽減することができる。
【００９３】
次いで、活性化処理を行った後、図３（Ｄ）に示すように、バックゲート電極２０８を覆うように絶縁膜２１０を形成する。絶縁膜２１０は、雰囲気中の水分や酸素がバックゲート電極２０８の表面や内部に吸着するのを防ぐ効果を有する、バリア性の高い材料を用いるのが望ましい。絶縁膜２１０の材料及びその構造については、実施の形態１に示した絶縁膜１１０の材料及び構造を参照すれば良い。
【００９４】
本実施の形態では、プラズマＣＶＤ法により３００ｎｍの絶縁膜を形成する。成膜条件は、シランガスの流量４ｓｃｃｍとし、一酸化二窒素（Ｎ２Ｏ）の流量８００ｓｃｃｍとし、基板温度４００℃とする。
【００９５】
絶縁膜２１０を形成することで、雰囲気中の水分や酸素がバックゲート電極２０８の表面や内部に吸着するのを防ぐことができるので、バックゲート電極２０８が活性化された状態を保持し、トランジスタの信頼性を高めることが出来る。
【００９６】
図４（Ｂ）に、図３（Ｄ）に示す半導体装置の上面図を示す。図３（Ｄ）は、図４（Ｂ）の破線Ｂ１−Ｂ２における断面図に相当する。
【００９７】
薄膜トランジスタ２１１は、ゲート電極２０１と、ゲート電極２０１上のゲート絶縁膜２０２と、ゲート絶縁膜２０２上のソース電極２０３及びドレイン電極２０４と、ゲート電極２０１、ソース電極２０３及びドレイン電極２０４上の酸化物半導体膜２０６と、酸化物半導体膜２０６上の酸化物絶縁膜２０７と、酸化物絶縁膜２０７上のバックゲート電極２０８とを有する。バックゲート電極２０８を、酸化物半導体膜２０６と重なるように形成することで、酸化物半導体膜２０６内、ゲート絶縁膜２０２内、酸化物半導体膜２０６とゲート絶縁膜２０２の界面とその近傍、或いは、酸化物半導体膜２０６と酸化物絶縁膜２０７の界面とその近傍、などに存在する、水分、ヒドロキシ基、または水素などの不純物が、活性化されたバックゲート電極２０８に吸蔵或いは吸着されるため、上記不純物がトランジスタの特性の劣化に繋がるのを防ぐことができる。また、半導体装置の置かれている雰囲気中に含まれる水分、水素などの不純物が、酸化物半導体膜２０６内に取り込まれるのを防ぐことが出来る。
【００９８】
なお、図４（Ｂ）では、バックゲート電極２０８が酸化物半導体膜２０６全体を覆っている場合を例示しているが、本発明はこの構成に限定されない。バックゲート電極２０８が酸化物半導体膜２０６全体を完全に覆うことで、酸化物半導体膜２０６中の不純物を低減するという効果は高くなる。しかし、酸化物半導体膜２０６の少なくともチャネル形成領域となる部分全体、或いはその一部が、バックゲート電極２０８と重なることでも、上記効果は得られる。
【００９９】
また、バックゲート電極２０８は、電気的に絶縁しているフローティングの状態であっても良いし、電位が与えられる状態であっても良い。後者の場合、バックゲート電極２０８には、ゲート電極２０１と同じ高さの電位が与えられていても良いし、グラウンドなどの固定電位が与えられていても良い。バックゲート電極２０８に与える電位の高さを制御することで、薄膜トランジスタ２１１の閾値電圧を制御することができる。ただし、バックゲート電極２０８にＴｉＣｒ２などの導電率の低い金属材料を用いている場合、抵抗値の低い導電膜をバックゲート電極２０８に接するように形成し、これらの導電膜の合成抵抗を低く抑えることで、寄生抵抗による消費電力が嵩むのを防ぐようにしても良い。
【０１００】
なお、バックゲート電極２０８を活性化するための加熱処理の工程と、バックゲート電極２０８に接するように絶縁膜２１０を形成する工程とを、大気に触れさせることなく連続的に処理（連続処理、インサイチュ（ｉｎｓｉｔｕ）工程）することで、雰囲気中の水分や酸素がバックゲート電極２０８の表面や内部に吸着するのを防ぐことができる。その結果、バックゲート電極２０８が活性化された状態を保持し、薄膜トランジスタ２１１の信頼性を、より高めることができる。
【０１０１】
なお、バックゲート電極２０８を活性化するための加熱処理の工程と、バックゲート電極２０８に接するように絶縁膜２１０を形成する工程の間に、基板搬送工程、アライメント工程、加熱または冷却する工程等を有しても、本明細書における連続処理の範囲にあるとする。ただし、洗浄工程、ウェットエッチング、レジスト形成といった液体を用いる工程が上記２つの工程間にある場合、本連続処理の範囲には当てはまらないとする。
【０１０２】
また、本実施の形態では、水分、ヒドロキシ基、或いは水素を、吸蔵または吸着しやすい特性を有する金属を１つまたは複数用いてバックゲート電極２０８を形成する例について説明したが、上記特性を有する金属を１つまたは複数用いてゲート電極２０１を形成しても良い。この場合、ゲート電極２０１を形成した後、活性化のための加熱処理を、バックゲート電極２０８の場合と同様の条件で行えば良い。ゲート電極２０１に上記特性を有する金属を用いることで、酸化物半導体膜２０６内、ゲート絶縁膜２０２内、酸化物半導体膜２０６とゲート絶縁膜２０２の界面とその近傍、或いは、酸化物半導体膜２０６と酸化物絶縁膜２０７の界面とその近傍、などに存在する、水分、ヒドロキシ基、または水素などの不純物が、活性化されたゲート電極２０１に吸蔵或いは吸着されるため、上記不純物がトランジスタの特性の劣化に繋がるのを防ぐことができる。
【０１０３】
また、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。
【０１０４】
（実施の形態３）
本実施の形態では、実施の形態１で示した薄膜トランジスタ１１１、実施の形態２とで示した薄膜トランジスタ２１１とは構造が異なる、チャネル保護膜を有するボトムゲート型の薄膜トランジスタを有する、半導体装置の作製方法について説明する。なお、実施の形態１と同一部分又は同様な機能を有する部分、及び工程は、実施の形態１と同様に行うことができるため、繰り返しの説明は省略する。
【０１０５】
半導体装置の作製方法について、図５及び図６を用いて説明する。
【０１０６】
図５（Ａ）に示すように、絶縁表面を有する基板３００上にゲート電極３０１を形成する。下地膜となる絶縁膜を基板３００とゲート電極３０１の間に設けても良い。ゲート電極３０１の材料及びその構造については、実施の形態１に示したゲート電極１０１の材料及び構造を参照すれば良い。下地膜の材料及びその構造については、実施の形態１に示した下地膜の材料及び構造を参照すれば良い。
【０１０７】
次いで、ゲート電極３０１上にゲート絶縁膜３０２を形成する。ゲート絶縁膜３０２の材料及びその構造と、作製方法については、実施の形態１に示したゲート絶縁膜１０２の材料及び構造と、作製方法を参照すれば良い。
【０１０８】
本実施の形態では、プラズマＣＶＤ法により２００ｎｍのゲート絶縁膜３０２を形成する。成膜条件は、シランガスの流量４ｓｃｃｍとし、一酸化二窒素（Ｎ２Ｏ）の流量８００ｓｃｃｍとし、基板温度４００℃とする。
【０１０９】
次いで、ゲート絶縁膜３０２上に酸化物半導体膜を形成する。チャネル形成領域を形成するための酸化物半導体膜には、実施の形態１において示した半導体特性を有する酸化物材料を用いれば良い。酸化物半導体膜は、酸化物半導体をターゲットとして用い、スパッタ法により成膜する。また、酸化物半導体膜は、希ガス（例えばアルゴン）雰囲気下、酸素雰囲気下、又は希ガス（例えばアルゴン）及び酸素雰囲気下においてスパッタ法により形成することができる。
【０１１０】
なお、酸化物半導体膜をスパッタ法により成膜する前に、アルゴンガスを導入してプラズマを発生させる逆スパッタを行い、ゲート絶縁膜３０２の表面に付着しているゴミを除去することが好ましい。
【０１１１】
酸化物半導体膜の膜厚は、５ｎｍ〜３００ｎｍ、好ましくは１０ｎｍ〜１００ｎｍとする。本実施の形態では、酸化物半導体膜としてＩｎ（インジウム）、Ｇａ（ガリウム）、及びＺｎ（亜鉛）を含む酸化物半導体ターゲット（Ｉｎ２Ｏ３：Ｇａ２Ｏ３：ＺｎＯ＝１：１：１）を用いたスパッタ法により得られる、膜厚５０ｎｍのＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系非単結晶膜を用いる。本実施の形態では、ＤＣスパッタ法を用い、アルゴンの流量３０ｓｃｃｍとし、酸素の流量１５ｓｃｃｍとし、基板温度は室温とする。
【０１１２】
次いで、図５（Ａ）に示すように、酸化物半導体膜をエッチングなどにより所望の形状に加工（パターニング）し、ゲート絶縁膜３０２を間に挟んでゲート電極３０１と重なるように、ゲート絶縁膜３０２上に島状の酸化物半導体膜３０３を形成する。
【０１１３】
次いで、不活性ガス雰囲気（窒素、またはヘリウム、ネオン、アルゴン等）下において、島状の酸化物半導体膜３０３に加熱処理を施す。酸化物半導体膜３０３への加熱処理については、実施の形態１において示した、酸化物半導体膜１０３への加熱処理についての説明を参照すれば良い。酸化物半導体膜３０３を上記雰囲気下で加熱処理することで、図５（Ｂ）に示すように、酸化物半導体膜３０３に含まれる水分、水素、ヒドロキシ基が脱離した島状の酸化物半導体膜３０４が形成される。従って、上記酸化物半導体膜３０４を用いてチャネル形成領域が形成された薄膜トランジスタは、上記不純物による特性の劣化を防ぐことができる。
【０１１４】
本実施の形態では、窒素雰囲気下において、４５０℃、基板温度が上記設定温度に達した状態で６０分間、加熱処理を行う。
【０１１５】
なお、酸化物半導体膜３０３に加熱処理を行うことで酸化物半導体膜３０４を形成した後に、酸素雰囲気下で該酸化物半導体膜３０４に加熱処理を施すことで、酸化物半導体膜３０４に含まれる水分などの不純物を除去することができる。そして、酸素雰囲気下での加熱処理により、酸化物半導体膜３０４を酸素が過剰な状態とすることで、高抵抗化できる。酸化物半導体膜３０４への酸素雰囲気下における加熱処理については、実施の形態１において示した、酸化物半導体膜１０４への酸素雰囲気下における加熱処理についての説明を参照すれば良い。
【０１１６】
次に、図５（Ｃ）に示すように、酸化物半導体膜３０４のチャネル形成領域となる部分と重なるように、酸化物半導体膜３０４上にチャネル保護膜３０５を形成する。チャネル保護膜３０５を設けることによって、酸化物半導体膜３０４のチャネル形成領域となる部分に対する、後の工程時におけるダメージ（エッチング時のプラズマやエッチング剤による膜減りなど）を防ぐことができる。従って薄膜トランジスタの信頼性を向上させることができる。
【０１１７】
チャネル保護膜３０５には、酸素を含む無機材料（酸化珪素、酸化窒化珪素、窒化酸化珪素など）を用いることができる。チャネル保護膜３０５は、プラズマＣＶＤ法や熱ＣＶＤ法などの気相成長法やスパッタリング法を用いて形成することができる。チャネル保護膜３０５は成膜後にエッチングにより形状を加工する。ここでは、スパッタ法により酸化珪素膜を形成し、フォトリソグラフィによるマスクを用いてエッチング加工することでチャネル保護膜３０５を形成する。
【０１１８】
また、島状の酸化物半導体膜３０４に接してスパッタ法またはＰＣＶＤ法などにより酸化物絶縁膜であるチャネル保護膜３０５を形成すると、島状の酸化物半導体膜３０４において少なくともチャネル保護膜３０５と接する領域が、キャリア濃度が好ましくは１×１０１８／ｃｍ３未満、さらに好ましくは１×１０１４／ｃｍ３以下まで低くなることにより高抵抗化し、高抵抗化酸化物半導体領域となる。チャネル保護膜３０５の形成により、酸化物半導体膜３０４は、チャネル保護膜３０５との界面近傍に高抵抗化酸化物半導体領域を有することができる。
【０１１９】
次いで、島状の酸化物半導体膜３０４上に、ソース電極ドレイン電極用導電膜を形成する。そして、図５（Ｃ）に示すように、上記導電膜をエッチングなどにより所望の形状に加工（パターニング）し、島状の酸化物半導体膜３０４に接するソース電極３０６又はドレイン電極３０７を形成する。上記導電膜の材料及びその構造については、実施の形態１においてソース電極１０５及びドレイン電極１０６を形成する際にパターニングした導電膜の材料及びその構造を参照すれば良い。
【０１２０】
本実施の形態では、モリブデンターゲットを用いたスパッタ法により２００ｎｍのソース電極ドレイン電極用の導電膜を形成した後、該導電膜をエッチングにより所望の形状に加工（パターニング）することで、ソース電極３０６、ドレイン電極３０７を形成する。
【０１２１】
図６（Ａ）に、図５（Ｃ）に示す半導体装置の上面図を示す。図５（Ｃ）は、図６（Ａ）の破線Ｃ１−Ｃ２における断面図に相当する。
【０１２２】
次いで、図５（Ｄ）に示すように、島状の酸化物半導体膜３０４、ソース電極３０６及びドレイン電極３０７上に、スパッタ法で酸化物絶縁膜３０８を形成する。低抵抗化した島状の酸化物半導体膜３０４上に形成する酸化物絶縁膜３０８は、水分や、水素、酸素、ヒドロキシ基などの不純物を極力含まず、これらが外部から侵入することをブロックする、酸化珪素膜、窒化酸化珪素膜などの無機絶縁膜を用いる。
【０１２３】
本実施の形態では、酸化物絶縁膜３０８として膜厚３００ｎｍの酸化珪素膜を成膜する。成膜時の基板温度は、室温以上３００℃以下とすればよく、本実施の形態では１００℃とする。酸化珪素膜のスパッタ法による成膜は、希ガス（例えばアルゴン）雰囲気下、酸素雰囲気下、又は希ガス（例えばアルゴン）及び酸素雰囲気下において行うことができる。また、ターゲットとして酸化珪素ターゲットを用いても珪素ターゲットを用いてもよい。例えば珪素ターゲットを用いて、酸素、及び窒素雰囲気下でスパッタ法により酸化珪素を形成することができる。
【０１２４】
次いで、図５（Ｄ）に示すように、酸化物絶縁膜３０８上に、水分、ヒドロキシ基、或いは水素を、吸蔵または吸着しやすい特性を有する金属を１つまたは複数用いて導電膜を形成した後、該導電膜をパターニングすることで、酸化物半導体膜３０４と重なる位置にバックゲート電極３０９を形成する。バックゲート電極３０９の材料及びその構造については、実施の形態１に示したバックゲート電極１０９の材料及び構造を参照すれば良い。
【０１２５】
本実施の形態では、チタンとクロムの組成比が１対２である合金のターゲット（φ６ｉｎｃｈ）を用い、アルゴンガス流量５０ｓｃｃｍをチャンバー内に導入して、圧力を０．４Ｐａ、電力を２ｋＷ、成膜温度を室温とし、スパッタ法で膜厚２００ｎｍのＴｉＣｒ２からなる導電膜を形成する。そして、フォトリソグラフィ法によりレジストマスクを形成し、塩素及び酸素をエッチングガスとして用いたプラズマエッチングにより不要な部分を除去して、該導電膜を所望の形状に加工（パターニング）することで、バックゲート電極３０９を形成する。
【０１２６】
次いで、バックゲート電極３０９を形成した後、該バックゲート電極３０９が露出した状態で、減圧雰囲気下または不活性ガス雰囲気下において加熱処理を行うことで、バックゲート電極３０９の表面や内部に吸着されている水分、酸素、水素などを取り除く活性化処理を行う。活性化処理の条件については、実施の形態１におけるバックゲート電極１０９への活性化処理を参照することができる。
【０１２７】
上記活性化処理を行うことで、酸化物半導体膜３０４内、ゲート絶縁膜３０２内、酸化物半導体膜３０４とゲート絶縁膜３０２の界面とその近傍、或いは、酸化物半導体膜３０４と酸化物絶縁膜３０８の界面とその近傍、などに存在する、水分、ヒドロキシ基、または水素などの不純物が、活性化されたバックゲート電極３０９に吸蔵或いは吸着されるため、上記不純物がトランジスタの特性の劣化に繋がるのを防ぐことができる。
【０１２８】
また、半導体装置の置かれている雰囲気中に含まれる水分、水素などの不純物が、酸化物半導体膜３０４内に取り込まれるのを防ぐことが出来る。
【０１２９】
本実施の形態では、ターボ分子ポンプなどの排気手段により処理室内を５×１０−３Ｐａ以下、好ましくは１０−５Ｐａ以下の真空度となるような減圧雰囲気に保ち、温度を４００℃、基板温度が上記温度に達した状態で１０分間、加熱処理を行う。
【０１３０】
なお、活性化のための加熱処理は、酸化物半導体膜３０４がチャネル保護膜３０５と接した状態で行われる。そのため、酸化物半導体膜３０４のチャネル保護膜３０５と接する領域が、均一に高抵抗化するため、薄膜トランジスタ３１１の電気的特性のばらつきを軽減することができる。
【０１３１】
次いで、活性化処理を行った後、図５（Ｅ）に示すように、バックゲート電極３０９を覆うように絶縁膜３１０を形成する。絶縁膜３１０は、雰囲気中の水分や酸素がバックゲート電極３０９の表面や内部に吸着するのを防ぐ効果を有する、バリア性の高い材料を用いるのが望ましい。絶縁膜３１０の材料及びその構造については、実施の形態１に示した絶縁膜１１０の材料及び構造を参照すれば良い。
【０１３２】
本実施の形態では、プラズマＣＶＤ法により３００ｎｍの絶縁膜を形成する。成膜条件は、シランガスの流量４ｓｃｃｍとし、一酸化二窒素（Ｎ２Ｏ）の流量８００ｓｃｃｍとし、基板温度４００℃とする。
【０１３３】
絶縁膜３１０を形成することで、雰囲気中の水分や酸素がバックゲート電極３０９の表面や内部に吸着するのを防ぐことができるので、バックゲート電極３０９が活性化された状態を保持し、トランジスタの信頼性を高めることが出来る。
【０１３４】
図６（Ｂ）に、図５（Ｅ）に示す半導体装置の上面図を示す。図５（Ｅ）は、図６（Ｂ）の破線Ｃ１−Ｃ２における断面図に相当する。
【０１３５】
薄膜トランジスタ３１１は、ゲート電極３０１と、ゲート電極３０１上のゲート絶縁膜３０２と、ゲート絶縁膜３０２上の酸化物半導体膜３０４と、酸化物半導体膜３０４上のチャネル保護膜３０５、ソース電極３０６及びドレイン電極３０７と、チャネル保護膜３０５、ソース電極３０６及びドレイン電極３０７上の酸化物絶縁膜３０８と、酸化物絶縁膜３０８上のバックゲート電極３０９とを有する。バックゲート電極３０９を、酸化物半導体膜３０４と重なるように形成することで、酸化物半導体膜３０４内、ゲート絶縁膜３０２内、酸化物半導体膜３０４とゲート絶縁膜３０２の界面とその近傍、或いは、酸化物半導体膜３０４と酸化物絶縁膜３０８の界面とその近傍、などに存在する、水分、ヒドロキシ基、または水素などの不純物が、活性化されたバックゲート電極３０９に吸蔵或いは吸着されるため、上記不純物がトランジスタの特性の劣化に繋がるのを防ぐことができる。また、半導体装置の置かれている雰囲気中に含まれる水分、水素などの不純物が、酸化物半導体膜３０４内に取り込まれるのを防ぐことが出来る。
【０１３６】
なお、図６（Ｂ）では、バックゲート電極３０９が酸化物半導体膜３０４全体を覆っている場合を例示しているが、本発明はこの構成に限定されない。バックゲート電極３０９が酸化物半導体膜３０４全体を完全に覆うことで、酸化物半導体膜３０４中の不純物を低減するという効果は高くなる。しかし、酸化物半導体膜３０４の少なくともチャネル形成領域となる部分全体、或いはその一部が、バックゲート電極３０９と重なることでも、上記効果は得られる。
【０１３７】
また、バックゲート電極３０９は、電気的に絶縁しているフローティングの状態であっても良いし、電位が与えられる状態であっても良い。後者の場合、バックゲート電極３０９には、ゲート電極３０１と同じ高さの電位が与えられていても良いし、グラウンドなどの固定電位が与えられていても良い。バックゲート電極３０９に与える電位の高さを制御することで、薄膜トランジスタ３１１の閾値電圧を制御することができる。ただし、バックゲート電極３０９にＴｉＣｒ２などの導電率の低い金属材料を用いている場合、抵抗値の低い導電膜をバックゲート電極３０９に接するように形成し、これらの導電膜の合成抵抗を低く抑えることで、寄生抵抗による消費電力が嵩むのを防ぐようにしても良い。
【０１３８】
なお、バックゲート電極３０９を活性化するための加熱処理の工程と、バックゲート電極３０９に接するように絶縁膜３１０を形成する工程とを、大気に触れさせることなく連続的に処理（連続処理、インサイチュ（ｉｎｓｉｔｕ）工程）することで、雰囲気中の水分や酸素がバックゲート電極３０９の表面や内部に吸着するのを防ぐことができる。その結果、バックゲート電極３０９が活性化された状態を保持し、薄膜トランジスタ３１１の信頼性を、より高めることができる。
【０１３９】
なお、バックゲート電極３０９を活性化するための加熱処理の工程と、バックゲート電極３０９に接するように絶縁膜３１０を形成する工程の間に、基板搬送工程、アライメント工程、加熱または冷却する工程等を有しても、本明細書における連続処理の範囲にあるとする。ただし、洗浄工程、ウェットエッチング、レジスト形成といった液体を用いる工程が上記２つの工程間にある場合、本連続処理の範囲には当てはまらないとする。
【０１４０】
また、本実施の形態では、水分、ヒドロキシ基、或いは水素を、吸蔵または吸着しやすい特性を有する金属を１つまたは複数用いてバックゲート電極３０９を形成する例について説明したが、上記特性を有する金属を１つまたは複数用いてゲート電極３０１を形成しても良い。この場合、ゲート電極３０１を形成した後、活性化のための加熱処理を、バックゲート電極３０９の場合と同様の条件で行えば良い。ゲート電極３０１に上記特性を有する金属を用いることで、酸化物半導体膜３０４内、ゲート絶縁膜３０２内、酸化物半導体膜３０４とゲート絶縁膜３０２の界面とその近傍、或いは、酸化物半導体膜３０４と酸化物絶縁膜３０８の界面とその近傍、などに存在する、水分、ヒドロキシ基、または水素などの不純物が、活性化されたゲート電極３０１に吸蔵或いは吸着されるため、上記不純物がトランジスタの特性の劣化に繋がるのを防ぐことができる。
【０１４１】
また、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。
【０１４２】
（実施の形態４）
本実施の形態では、本発明の一態様に係る半導体表示装置の作製方法について、図７乃至図１３を用いて説明する。
【０１４３】
図７（Ａ）において、透光性を有する基板４００には、アルミノシリケートガラス、バリウムホウケイ酸ガラス、アルミノホウケイ酸ガラスなどの電子工業用に使われる各種ガラス基板を用いることができる。また、プラスチック等の可撓性を有する合成樹脂からなる基板は、耐熱温度が一般的に低い傾向にあるが、後の作製工程における処理温度に耐え得るのであれば、基板４００として用いることが可能である。プラスチック基板として、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）に代表されるポリエステル、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリスルホン（ＰＳＦ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ポリアリレート（ＰＡＲ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリイミド、アクリロニトリルブタジエンスチレン樹脂、ポリ塩化ビニル、ポリプロピレン、ポリ酢酸ビニル、アクリル樹脂などが挙げられる。
【０１４４】
次いで、導電膜を基板４００全面に形成した後、第１のフォトリソグラフィ工程を行い、レジストマスクを形成し、エッチングにより不要な部分を除去して配線及び電極（ゲート電極４０１を含むゲート配線、容量配線４０８、及び第１の端子４２１）を形成する。このとき少なくともゲート電極４０１の端部にテーパー形状が形成されるようにエッチングする。
【０１４５】
上記導電膜の材料として、モリブデン、チタン、クロム、タンタル、タングステン、ネオジム、スカンジウム等の金属材料、これら金属材料を主成分とする合金材料、或いはこれら金属の窒化物を、単層で又は積層で用いることができる。なお、後の工程において行われる加熱処理の温度に耐えうるのであれば、上記金属材料としてアルミニウム、銅を用いることも出来る。
【０１４６】
例えば、二層の積層構造を有する導電膜として、窒化チタン膜とモリブデン膜とを積層した二層構造とすることが好ましい。三層の積層構造としては、タングステン膜または窒化タングステン膜と、アルミニウムと珪素の合金膜またはアルミニウムとチタンの合金膜と、窒化チタン膜またはチタン膜とを積層した三層構造とすることが好ましい。
【０１４７】
次いで、図７（Ｂ）に示すように、ゲート電極４０１、容量配線４０８、第１の端子４２１上にゲート絶縁膜４０２を形成する。ゲート絶縁膜４０２はスパッタ法、ＰＣＶＤ法などを用い、膜厚を５０〜２５０ｎｍとする。
【０１４８】
例えば、ゲート絶縁膜４０２としてスパッタ法により酸化珪素膜を用い、１００ｎｍの厚さで形成する。勿論、ゲート絶縁膜４０２はこのような酸化珪素膜に限定されるものでなく、酸化窒化珪素膜、窒化珪素膜、酸化アルミニウム膜、酸化タンタル膜などの他の絶縁膜を用い、これらの材料から成る単層または積層構造として形成しても良い。
【０１４９】
次に、ゲート絶縁膜４０２上に、島状の酸化物半導体膜４０３（Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系非単結晶膜）を成膜する。プラズマ処理後、大気に曝すことなくＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系非単結晶膜を成膜することは、ゲート絶縁膜４０２と酸化物半導体膜４０３の界面にゴミや水分を付着させない点で有用である。ここでは、直径８インチのＩｎ、Ｇａ、及びＺｎを含む酸化物半導体ターゲット（Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物半導体ターゲット（Ｉｎ２Ｏ３：Ｇａ２Ｏ３：ＺｎＯ＝１：１：１））を用いて、基板４００とターゲットの間の距離を１７０ｍｍ、圧力０．４Ｐａ、直流（ＤＣ）電源０．５ｋＷ、酸素のみ、アルゴンのみ、又はアルゴン及び酸素雰囲気下で成膜する。なお、パルス直流（ＤＣ）電源を用いると、ごみが軽減でき、膜厚分布も均一となるために好ましい。Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系非単結晶膜の膜厚は、５ｎｍ〜２００ｎｍとする。本実施の形態では、例えば酸化物半導体膜４０３として、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物半導体ターゲットを用いてスパッタ法により膜厚５０ｎｍのＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系非単結晶膜を成膜する。
【０１５０】
チャネル形成領域を形成するための酸化物半導体膜４０３には、上述したような半導体特性を有する酸化物材料を用いればよい。
【０１５１】
スパッタ法にはスパッタ用電源に高周波電源を用いるＲＦスパッタ法と、ＤＣスパッタ法があり、さらにパルス的にバイアスを与えるパルスＤＣスパッタ法もある。ＲＦスパッタ法は主に絶縁膜を成膜する場合に用いられ、ＤＣスパッタ法は主に金属膜を成膜する場合に用いられる。
【０１５２】
また、材料の異なるターゲットを複数設置できる多元スパッタ装置もある。多元スパッタ装置は、同一チャンバーで異なる材料膜を積層成膜することも、同一チャンバーで複数種類の材料を同時に放電させて成膜することもできる。
【０１５３】
また、チャンバー内部に磁石機構を備えたマグネトロンスパッタ法を用いるスパッタ装置や、グロー放電を使わずマイクロ波を用いて発生させたプラズマを用いるＥＣＲスパッタ法を用いるスパッタ装置がある。
【０１５４】
また、スパッタ法を用いる成膜方法として、成膜中にターゲット物質とスパッタガス成分とを化学反応させてそれらの化合物薄膜を形成するリアクティブスパッタ法や、成膜中に基板にも電圧をかけるバイアススパッタ法もある。
【０１５５】
島状の酸化物半導体膜４０３の形状は、第２のフォトリソグラフィ工程において、レジストマスクを形成し、酸化物半導体膜をエッチングすることで、加工することができる。例えば燐酸と酢酸と硝酸を混ぜた溶液を用いたウェットエッチングにより、不要な部分を除去して島状の酸化物半導体膜４０３をゲート電極４０１と重なるように形成する。なお、ここでのエッチングは、ウェットエッチングに限定されずドライエッチングを用いてもよい。
【０１５６】
ドライエッチングに用いるエッチングガスとしては、塩素を含むガス（塩素系ガス、例えば塩素（Ｃｌ２）、塩化硼素（ＢＣｌ３）、塩化珪素（ＳｉＣｌ４）、四塩化炭素（ＣＣｌ４）など）が好ましい。
【０１５７】
また、フッ素を含むガス（フッ素系ガス、例えば四弗化炭素（ＣＦ４）、弗化硫黄（ＳＦ６）、弗化窒素（ＮＦ３）、トリフルオロメタン（ＣＨＦ３）など）、臭化水素（ＨＢｒ）、酸素（Ｏ２）、これらのガスにヘリウム（Ｈｅ）やアルゴン（Ａｒ）などの希ガスを添加したガス、などを用いることができる。
【０１５８】
ドライエッチング法としては、平行平板型ＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ）法や、ＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ：誘導結合型プラズマ）エッチング法を用いることができる。所望の加工形状にエッチングできるように、エッチング条件（コイル型の電極に印加される電力量、基板側の電極に印加される電力量、基板側の電極温度等）を適宜調節する。
【０１５９】
ウェットエッチングに用いるエッチング液としては、ＩＴＯ０７Ｎ（関東化学社製）を用いてもよい。
【０１６０】
また、ウェットエッチング後のエッチング液はエッチングされた材料とともに洗浄によって除去される。その除去された材料を含むエッチング液の廃液を精製し、含まれる材料を再利用してもよい。当該エッチング後の廃液から酸化物半導体膜に含まれるインジウム等の材料を回収して再利用することにより、資源を有効活用し低コスト化することができる。
【０１６１】
所望の形状に加工できるように、材料に合わせてエッチング条件（エッチング液、エッチング時間、温度等）を適宜調節する。
【０１６２】
次に、減圧雰囲気下、窒素や希ガスなどの不活性ガス雰囲気下、酸素ガス雰囲気下、または超乾燥エア（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、好ましくは１０ｐｐｂ以下の空気）雰囲気下において、酸化物半導体膜４０３に加熱処理を施すことで、酸化物半導体膜４０４が形成される。具体的には、不活性ガス雰囲気（窒素、またはヘリウム、ネオン、アルゴン等）下において、４００℃以上７００℃以下、好ましくは４５０℃以上６５０℃以下の温度範囲で、島状の酸化物半導体膜４０３に加熱処理を施し、その後、不活性雰囲気下で室温以上１００℃未満の範囲まで徐冷を行う。酸化物半導体膜４０３を上記雰囲気下で加熱処理することにより、酸化物半導体膜４０３の膜内に含まれる水分、水素、ヒドロキシ基が脱離する。従って、上記酸化物半導体膜４０４を用いてチャネル形成領域が形成された薄膜トランジスタは、上記不純物による特性の劣化を防ぐことができる。
【０１６３】
加熱処理は、電気炉を用いた加熱方法、加熱した気体を用いるＧＲＴＡ（Ｇａｓ Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ａｎｎｅａｌ）法またはランプ光を用いるＬＲＴＡ（Ｌａｍｐ Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ａｎｎｅａｌ）法などの瞬間加熱方法などを用いることができる。例えば、電気炉を用いて加熱処理を行う場合、昇温特性を０．１℃／ｍｉｎ以上２０℃／ｍｉｎ以下、降温特性を０．１℃／ｍｉｎ以上１５℃／ｍｉｎ以下とすることが好ましい。
【０１６４】
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、水分、水素などが含まれないことが好ましい。または、加熱処理装置に導入する窒素、またはヘリウム、ネオン、アルゴン等の希ガスの純度を、６Ｎ（９９．９９９９％）以上、好ましくは７Ｎ（９９．９９９９９％）以上、（即ち不純物濃度を１ｐｐｍ以下、好ましくは０．１ｐｐｍ以下）とすることが好ましい。
【０１６５】
或いは、窒素または希ガスなどの不活性雰囲気に代えて、大気圧下の露点がマイナス６０℃以下の、水分含有量が少ない空気下において、加熱処理を行うようにしても良い。
【０１６６】
不活性ガス雰囲気下における加熱処理後の、島状の酸化物半導体膜４０４は、一部結晶化していても良い。
【０１６７】
なお、酸化物半導体膜４０４に加熱処理を行った後に、酸素雰囲気下で該酸化物半導体膜４０４に加熱処理を施すことで、酸化物半導体膜４０４に含まれる水分などの不純物を除去することができる。そして、酸素雰囲気下での加熱処理により、酸化物半導体膜４０４を酸素が過剰な状態とすることで、高抵抗化できる。加熱処理の温度は、酸化物半導体を構成しているＺｎなどの融点の低い金属が気化しにくい温度、例えば１００℃以上３５０℃未満、好ましくは１５０℃以上２５０℃未満で行う。上記酸素雰囲気下の加熱処理に用いられる酸素ガスには、水分、水素などが含まれないことが好ましい。または、加熱処理装置に導入する酸素ガスの純度を、６Ｎ（９９．９９９９％）以上、好ましくは７Ｎ（９９．９９９９９％）以上、（即ち酸素中の不純物濃度を１ｐｐｍ以下、好ましくは０．１ｐｐｍ以下）とすることが好ましい。
【０１６８】
なお、図７（Ｃ）の破線Ｄ１−Ｄ２の範囲内の断面図と、破線Ｅ１−Ｅ２の範囲内の断面図は、図１０に示す平面図の、破線Ｄ１−Ｄ２における断面図と、破線Ｅ１−Ｅ２における断面図に相当する。
【０１６９】
次に、図８（Ａ）に示すように、酸化物半導体膜４０４上に金属材料からなる導電膜４０６をスパッタ法や真空蒸着法で形成する。導電膜４０６の材料としては、クロム、タンタル、チタン、モリブデン、タングステン、ジルコニウム、ベリリウム、トリウム、マンガン、マグネシウムから選ばれた元素、または上記元素を１つまたは複数成分として含む合金等が挙げられる。また、ソース電極４０７ａ又はドレイン電極４０７ｂの形成後に行われる加熱処理に対する耐熱性をより高めるために、上記材料と、ネオジム、スカンジウム、またはこれら元素の窒化物などの耐熱性導電性材料とを組み合わせて、導電膜４０６を形成しても良い。
【０１７０】
次に、図８（Ｂ）に示すように、第３のフォトリソグラフィ工程を行い、レジストマスクを形成し、エッチングにより不要な部分を除去してソース電極４０７ａ又はドレイン電極４０７ｂ、及び第２の端子４２０を形成する。この際のエッチング方法としてウェットエッチングまたはドライエッチングを用いる。例えば導電膜４０６としてモリブデン膜を用いる場合は、エッチャントとしてリン酸を含む溶液を用いたウェットエッチングを行うことができる。
【０１７１】
このエッチング工程において、酸化物半導体膜４０４の露出領域も一部エッチングされることがある。この場合、ソース電極４０７ａ又はドレイン電極４０７ｂの間の酸化物半導体膜４０９は膜厚の薄い領域となる。
【０１７２】
この第３のフォトリソグラフィ工程において、ソース電極４０７ａ又はドレイン電極４０７ｂと同じ材料である第２の端子４２０を端子部に残す。なお、第２の端子４２０はソース配線（ソース電極４０７ａ又はドレイン電極４０７ｂを含むソース配線）と電気的に接続されている。
【０１７３】
また、多階調マスクにより形成した複数（例えば二種類）の厚さの領域を有するレジストマスクを用いると、レジストマスクの数を減らすことができるため、工程簡略化、低コスト化が図れる。
【０１７４】
次に、レジストマスクを除去し、減圧雰囲気下、窒素や希ガスなどの不活性ガス雰囲気下、酸素ガス雰囲気下、または超乾燥エア（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、好ましくは１０ｐｐｂ以下の空気）雰囲気下において、酸化物半導体膜４０９に再び加熱処理を施し、酸化物半導体膜４０９に含まれる水分、水素、ヒドロキシ基を脱離させるようにしても良い。ソース電極４０７ａ又はドレイン電極４０７ｂを形成した後の加熱処理は、ソース電極４０７ａ又はドレイン電極４０７ｂの耐熱性を考慮し、ソース電極４０７ａ又はドレイン電極４０７ｂを形成する前に行う加熱処理よりも低い温度で行うことが望ましい。具体的には、３５０℃以上６５０℃以下、好ましくは４００℃以上６００℃以下の温度範囲で行うと良い。
【０１７５】
なお、図８（Ｂ）の破線Ｄ１−Ｄ２の範囲内の断面図と、破線Ｅ１−Ｅ２の範囲内の断面図は、図１１に示す平面図の、破線Ｄ１−Ｄ２における断面図と、破線Ｅ１−Ｅ２における断面図に相当する。
【０１７６】
次に、図８（Ｃ）に示すように、ゲート絶縁膜４０２、酸化物半導体膜４０９、ソース電極４０７ａ又はドレイン電極４０７ｂを覆う酸化物絶縁膜４１１を形成する。酸化物絶縁膜４１１はＰＣＶＤ法により形成する酸化窒化珪素膜を用いる。ソース電極４０７ａ又はドレイン電極４０７ｂの間に設けられた酸化物半導体膜４０９の露出領域と酸化窒化珪素膜である酸化物絶縁膜４１１が接して設けられることによって、酸化物絶縁膜４１１と接する酸化物半導体膜４０９の領域が高抵抗化（キャリア濃度が低まる、好ましくは１×１０１８／ｃｍ３未満）し、高抵抗化したチャネル形成領域を形成することができる。
【０１７７】
次いで、酸化物絶縁膜４１１を形成した後、加熱処理を行ってもよい。加熱処理は大気雰囲気下、又は窒素雰囲気下において、３５０℃以上６５０℃以下、好ましくは４００℃以上６００℃以下の温度範囲で行うと良い。該加熱処理を行うと、酸化物半導体膜４０９が酸化物絶縁膜４１１と接した状態で加熱されることになり、さらに酸化物半導体膜４０９を高抵抗化させてトランジスタの電気特性の向上および、電気特性のばらつきを軽減することができる。この加熱処理は、酸化物絶縁膜４１１の形成後であれば特に限定されず、他の工程、例えば樹脂膜形成時の加熱処理や、透明導電膜を低抵抗化させるための加熱処理と兼ねることで、工程数を増やすことなく行うことができる。
【０１７８】
次いで、図９（Ａ）に示すように、酸化物絶縁膜４１１上に、水分、ヒドロキシ基、或いは水素を、吸蔵または吸着しやすい特性を有する金属を１つまたは複数用いて導電膜を形成した後、該導電膜をパターニングすることで、酸化物半導体膜４０９と重なる位置にバックゲート電極４１２を形成する。具体的に、上記特性を有する金属として、チタン、白金、バナジウム、ジルコニウム、ハフニウム、パラジウム、マグネシウム、ニオブ、希土類の金属などが挙げられる。希土類の金属として、ミッシュメタル（Ｍｍ）と呼ばれる、セリウム（４０〜５０％）、ランタン（２０〜４０％）の他、プラセオジム、ネオジム、イットリウムなどの希土類の金属を含む合金を用いることもできる。バックゲート電極４１２は、上記金属のうち、いずれか一つまたは複数を含む混合物、金属化合物または合金であっても良い。
【０１７９】
また、バックゲート電極４１２に用いられる上記合金には、水素吸蔵合金と呼ばれる合金も含まれる。水素吸蔵合金として、例えば、ＡＢ５型合金、ＡＢ２型（ラーベス相）合金、Ａ２Ｂ型合金などが挙げられる。ＡＢ５型合金は、Ａサイトに希土類の金属、ニオブ、ジルコニウムのいずれか一つまたは複数、Ｂサイトにニッケル、コバルト、アルミニウム、スズなど触媒効果を持つ遷移元素のいずれか一つまたは複数を含む。希土類の金属として、ミッシュメタルを用いることもできる。ＡＢ５型合金として、例えばＬａＮｉ５などをバックゲート電極４１２に用いることが出来る。ＡＢ２型（ラーベス相）合金は、Ａサイトにチタン、ジルコニウム、ハフニウムのいずれか一つまたは複数、Ｂサイトにマンガン、ニッケル、クロム、バナジウムなどのいずれか一つまたは複数の遷移金属を含み、例えばＴｉ−Ｍｎ系、Ｔｉ−Ｃｒ系、Ｚｒ−Ｍｎ系、Ｔｉ−Ｖ−Ｍｎ系などがある。ＡＢ２型合金として、例えばＴｉＣｒ２、ＴｉＭｎ２などをバックゲート電極４１２に用いることが出来る。Ａ２Ｂ型合金は、Ａサイトにマグネシウム、チタンのいずれか一つまたは複数、Ｂサイトにニッケル、銅のいずれか一つまたは複数などを含む。Ａ２Ｂ型合金として、例えばＭｇ２Ｎｉ、Ｍｇ２Ｃｕ、Ｔｉ２Ｎｉなどをバックゲート電極４１２に用いることが出来る。なお、これら水素吸蔵合金は、ＡサイトまたはＢサイトの元素の少なくとも一部を他の元素で置換することができ、実際の組成比が必ずしも型通りであるとは限らない。また、水素吸蔵合金として、上述した型の合金の他にも、Ｔｉ−Ｆｅ系合金、Ｖ系合金、Ｐｄ系合金、Ｃａ系合金、ＢＣＣ型合金などを、バックゲート電極４１２に用いることが出来る。
【０１８０】
バックゲート電極４１２の膜厚は、１０ｎｍ〜４００ｎｍ、好ましくは１００ｎｍ〜２００ｎｍとする。本実施の形態では、チタンとクロムの組成比が１対２である合金のターゲット（φ６ｉｎｃｈ）を用い、アルゴンガス流量５０ｓｃｃｍをチャンバー内に導入して、圧力を０．４Ｐａ、電力を２ｋＷ、成膜温度を室温とし、スパッタ法で膜厚２００ｎｍのＴｉＣｒ２からなる導電膜を形成する。そして、フォトリソグラフィ法によりレジストマスクを形成し、塩素及び酸素をエッチングガスとして用いたプラズマエッチングにより不要な部分を除去して、該導電膜を所望の形状に加工（パターニング）することで、バックゲート電極４１２を形成する。
【０１８１】
次いで、バックゲート電極４１２を形成した後、該バックゲート電極４１２が露出した状態で、減圧雰囲気下または不活性ガス雰囲気下において加熱処理を行うことで、バックゲート電極４１２の表面や内部に吸着されている水分、酸素、水素などを取り除く活性化処理を行う。加熱処理は、ソース電極４０７ａ、ドレイン電極４０７ｂの耐熱性を考慮し、ソース電極４０７ａ、ドレイン電極４０７ｂを形成する前に行う加熱処理よりも低い温度で行うことが望ましい。具体的に、加熱処理の温度範囲は、３００℃以上６５０℃以下、より好ましくは３５０℃以上６００℃以下とする。
【０１８２】
上記活性化処理を行うことで、酸化物半導体膜４０９内、ゲート絶縁膜４０２内、酸化物半導体膜４０９とゲート絶縁膜４０２の界面とその近傍、或いは、酸化物半導体膜４０９と酸化物絶縁膜４１１の界面とその近傍、などに存在する、水分、ヒドロキシ基、または水素などの不純物が、活性化されたバックゲート電極４１２に吸蔵或いは吸着されるため、上記不純物がトランジスタの特性の劣化に繋がるのを防ぐことができる。
【０１８３】
また、半導体装置の置かれている雰囲気中に含まれる水分、水素などの不純物が、酸化物半導体膜４０９内に取り込まれるのを防ぐことが出来る。
【０１８４】
本実施の形態では、ターボ分子ポンプなどの排気手段により処理室内を５×１０−３Ｐａ以下、好ましくは１０−５Ｐａ以下の真空度となるような減圧雰囲気に保ち、温度を４００℃、基板温度が上記温度に達した状態で１０分間、加熱処理を行う。加熱処理は、電気炉を用いた加熱方法、加熱した気体を用いるＧＲＴＡ（Ｇａｓ Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ａｎｎｅａｌ）法またはランプ光を用いるＬＲＴＡ（Ｌａｍｐ Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ａｎｎｅａｌ）法などの瞬間加熱方法などを用いることができる。例えば、電気炉を用いて加熱処理を行う場合、昇温特性を０．１℃／ｍｉｎ以上２０℃／ｍｉｎ以下、降温特性を０．１℃／ｍｉｎ以上１５℃／ｍｉｎ以下とすることが好ましい。
【０１８５】
なお、活性化のための加熱処理は、酸化物半導体膜４０９が酸化物絶縁膜４１１と接した状態で行われる。そのため、酸化物半導体膜４０９の酸化物絶縁膜４１１と接する領域が、均一に高抵抗化するため、薄膜トランジスタ４１４の電気的特性のばらつきを軽減することができる。
【０１８６】
次いで、活性化処理を行った後、図９（Ｂ）に示すように、バックゲート電極４１２を覆うように絶縁膜４１３を形成する。絶縁膜４１３は、雰囲気中の水分や酸素がバックゲート電極４１２の表面や内部に吸着するのを防ぐ効果を有する、バリア性の高い材料を用いるのが望ましい。例えば、バリア性の高い絶縁膜として、窒化珪素膜、窒化酸化珪素膜、窒化アルミニウム膜、または窒化酸化アルミニウム膜などを、プラズマＣＶＤ法又はスパッタリング法等により単層で又は積層させて形成することができる。バリア性の効果を得るには、絶縁膜４１３は、例えば厚さ１５ｎｍ〜４００ｎｍの膜厚で形成することが好ましい。
【０１８７】
本実施の形態では、プラズマＣＶＤ法により３００ｎｍの絶縁膜４１３を形成する。成膜条件は、シランガスの流量４ｓｃｃｍとし、一酸化二窒素（Ｎ２Ｏ）の流量８００ｓｃｃｍとし、基板温度４００℃とする。
【０１８８】
絶縁膜４１３を形成することで、雰囲気中の水分や酸素がバックゲート電極４１２の表面や内部に吸着するのを防ぐことができるので、バックゲート電極４１２が活性化された状態を保持し、トランジスタの信頼性を高めることが出来る。
【０１８９】
なお、図９（Ｂ）の破線Ｄ１−Ｄ２の範囲内の断面図と、破線Ｅ１−Ｅ２の範囲内の断面図は、図１２に示す平面図の、破線Ｄ１−Ｄ２における断面図と、破線Ｅ１−Ｅ２における断面図に相当する。
【０１９０】
以上の工程で薄膜トランジスタ４１４が作製できる。
【０１９１】
次に、第４のフォトリソグラフィ工程を行い、レジストマスクを形成し、ゲート絶縁膜４０２、酸化物絶縁膜４１１及び絶縁膜４１３のエッチングによりコンタクトホールを形成し、ドレイン電極４０７ｂの一部、第１の端子４２１の一部、第２の端子４２０の一部、バックゲート電極４１２の一部を露出させる。次いで、レジストマスクを除去した後、透明導電膜を成膜する。透明導電膜の材料としては、酸化インジウム（Ｉｎ２Ｏ３）や酸化インジウム酸化スズ合金（Ｉｎ２Ｏ３―ＳｎＯ２、ＩＴＯと略記する）などをスパッタ法や真空蒸着法などを用いて形成する。このような材料のエッチング処理は塩酸系の溶液により行う。しかし、特にＩＴＯのエッチングは残渣が発生しやすいので、エッチング加工性を改善するために酸化インジウム酸化亜鉛合金（Ｉｎ２Ｏ３―ＺｎＯ）を用いても良い。また、透明導電膜を低抵抗化させるための加熱処理を行う場合、酸化物半導体膜４０９を高抵抗化させてトランジスタの電気特性の向上および、電気特性のばらつきを軽減する熱処理と兼ねることができる。
【０１９２】
次に、第５のフォトリソグラフィ工程を行い、レジストマスクを形成し、エッチングにより不要な部分を除去してドレイン電極４０７ｂに接続された画素電極４１５と、第１の端子４２１に接続された透明導電膜４１６と、第２の端子４２０に接続された透明導電膜４１７と、バックゲート電極４１２に接続された透明導電膜４１８を形成する。
【０１９３】
透明導電膜４１６、透明導電膜４１７はＦＰＣとの接続に用いられる電極または配線となる。第１の端子４２１上に形成された透明導電膜４１６は、ゲート配線の入力端子として機能する接続用の端子電極となる。第２の端子４２０上に形成された透明導電膜４１７は、ソース配線の入力端子として機能する接続用の端子電極である。また、透明導電膜４１８は、バックゲート電極４１２に電源電位を供給するための配線である。
【０１９４】
この第５のフォトリソグラフィ工程において、ゲート絶縁膜４０２、酸化物絶縁膜４１１及び絶縁膜４１３を誘電体として、容量配線４０８と画素電極４１５とで保持容量４１９が形成される。
【０１９５】
レジストマスクを除去した段階での断面図を図９（Ｃ）に示す。なお、図９（Ｃ）の破線Ｄ１−Ｄ２の範囲内の断面図と、破線Ｅ１−Ｅ２の範囲内の断面図は、図１３に示す平面図の、破線Ｄ１−Ｄ２における断面図と、破線Ｅ１−Ｅ２における断面図に相当する。
【０１９６】
こうして５回のフォトリソグラフィ工程により、５枚のフォトマスクを使用して、ボトムゲート型のスタガ構造の薄膜トランジスタ４１４、保持容量４１９を完成させることができる。そして、これらを個々の画素に対応してマトリクス状に配置して画素部を構成することによりアクティブマトリクス型の表示装置を作製するための一方の基板とすることができる。本明細書では便宜上このような基板をアクティブマトリクス基板と呼ぶ。
【０１９７】
アクティブマトリクス型の液晶表示装置を作製する場合には、アクティブマトリクス基板と、対向電極が設けられた対向基板との間に液晶層を設け、アクティブマトリクス基板と対向基板とを固定する。
【０１９８】
また、容量配線を設けず、画素電極を隣り合う画素のゲート配線と酸化物絶縁膜及びゲート絶縁膜を介して重ねて保持容量を形成してもよい。
【０１９９】
アクティブマトリクス型の液晶表示装置においては、マトリクス状に配置された画素電極を駆動することによって、画面上に表示パターンが形成される。詳しくは選択された画素電極と該画素電極に対応する対向電極との間に電圧が印加されることによって、画素電極と対向電極との間に配置された液晶層の光学変調が行われ、この光学変調が表示パターンとして観察者に認識される。
【０２００】
発光表示装置を作製する場合は、各有機発光素子の間に有機樹脂膜を用いた隔壁を設ける場合がある。その場合には、有機樹脂膜を加熱処理するため、酸化物半導体膜４０９を高抵抗化させてトランジスタの電気特性の向上および、電気特性のばらつきを軽減する熱処理と兼ねることができる。
【０２０１】
酸化物半導体を用いた薄膜トランジスタで形成することにより、製造コストを低減することができる。特に、加熱処理による水分、水素、ＯＨなどの不純物の低減によって酸化物半導体膜の純度を高めるため、成膜チャンバー内の露点を下げた特殊なスパッタ装置や超高純度の酸化物半導体ターゲットを用いなくとも、電気特性が良好で信頼性のよい薄膜トランジスタを有する半導体表示装置を作製することができる。
【０２０２】
チャネル形成領域の半導体膜は高抵抗化領域であるので、薄膜トランジスタの電気特性は安定化し、オフ電流の増加などを防止することができる。よって、電気特性が良好で信頼性のよい薄膜トランジスタを有する半導体表示装置とすることが可能となる。
【０２０３】
本実施の形態は、上記実施の形態と組み合わせて実施することが可能である。
【０２０４】
（実施の形態５）
本実施の形態では、本発明の一態様に係る液晶表示装置の構成について説明する。
【０２０５】
図１４に、本発明の一態様に係る液晶表示装置の断面図を一例として示す。図１４に示す薄膜トランジスタ１４０１は、絶縁表面上に形成されたゲート電極１４０２と、ゲート電極１４０２を覆うように形成されたゲート絶縁膜１４０３と、ゲート絶縁膜１４０３を間に挟んでゲート電極１４０２と重なるように形成された、酸化物半導体膜１４０４と、酸化物半導体膜１４０４上に形成されたソース領域またはドレイン領域として機能する一対の半導体膜１４０５と、一対の半導体膜１４０５上に形成されたソース電極またはドレイン電極として機能する、一対の導電膜１４０６と、酸化物絶縁膜１４０７と、酸化物絶縁膜１４０７上に形成されたバックゲート電極１４０８と、を有する。バックゲート電極１４０８は、絶縁膜１４０９により覆われている。酸化物絶縁膜１４０７は、少なくとも酸化物半導体膜１４０４と接しており、ゲート電極１４０２と、ゲート絶縁膜１４０３と、酸化物半導体膜１４０４と、一対の半導体膜１４０５と、一対の導電膜１４０６とを覆うように形成されている。
【０２０６】
酸化物絶縁膜１４０７及び絶縁膜１４０９の一部には開口部が設けられており、該開口部において導電膜１４０６の一つと接するように、画素電極１４１０が形成されている。
【０２０７】
また、画素電極１４１０上には、液晶素子のセルギャップを制御するためのスペーサ１４１７が形成されている。スペーサ１４１７は絶縁膜を所望の形状にエッチングすることで形成することが可能であるが、フィラーを絶縁膜１４０９上に分散させることでセルギャップを制御するようにしても良い。
【０２０８】
そして、画素電極１４１０上には、配向膜１４１１が形成されている。配向膜１４１１は、例えば絶縁膜にラビング処理を施すことで、形成することができる。また画素電極１４１０と対峙する位置には、対向電極１４１３が設けられており、対向電極１４１３の画素電極１４１０に近い側には配向膜１４１４が形成されている。そして、画素電極１４１０と、対向電極１４１３の間においてシール材１４１６に囲まれた領域には、液晶１４１５が設けられている。なおシール材１４１６にはフィラーが混入されていても良い。
【０２０９】
画素電極１４１０と対向電極１４１３は、例えば酸化珪素を含むインジウム錫酸化物（ＩＴＳＯ）、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化インジウム亜鉛（ＩＺＯ）、ガリウムを添加した酸化亜鉛（ＧＺＯ）などの透明導電材料を用いることができる。なお、本実施の形態では、画素電極１４１０及び対向電極１４１３に光を透過する導電膜を用い、透過型の液晶素子を作製する例を示すが、本発明はこの構成に限定されない。本発明の一態様に係る液晶表示装置は、半透過型または反射型であっても良い。
【０２１０】
カラーフィルタや、ディスクリネーションを防ぐための遮蔽膜（ブラックマトリクス）などが、図１４に示した液晶表示装置に設けられていても良い。
【０２１１】
なお、本実施の形態では、液晶表示装置として、ＴＮ（Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ）型を示したが、ＶＡ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）型、ＯＣＢ（ｏｐｔｉｃａｌｌｙ ｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｄ Ｂｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｃｅ）型、ＩＰＳ（Ｉｎ−Ｐｌａｎｅ Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）型等の、その他の液晶表示装置にも、本発明の薄膜トランジスタを用いることができる。
【０２１２】
本発明の一態様に係る液晶表示装置は、信頼性が高い。
【０２１３】
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。
【０２１４】
（実施の形態６）
本実施の形態では、本発明の一態様に係る薄膜トランジスタを画素に用いた、発光装置の構成について説明する。本実施の形態では、発光素子を駆動させるためのトランジスタがｎ型の場合における、画素の断面構造について、図１５を用いて説明する。なお図１５では、第１の電極が陰極、第２の電極が陽極の場合について説明するが、第１の電極が陽極、第２の電極が陰極であっても良い。
【０２１５】
図１５（Ａ）に、トランジスタ６０３１がｎ型で、発光素子６０３３から発せられる光を第１の電極６０３４側から取り出す場合の、画素の断面図を示す。トランジスタ６０３１は絶縁膜６０３７で覆われており、絶縁膜６０３７上には開口部を有する隔壁６０３８が形成されている。隔壁６０３８の開口部において第１の電極６０３４が一部露出しており、該開口部において第１の電極６０３４、電界発光層６０３５、第２の電極６０３６が順に積層されている。
【０２１６】
第１の電極６０３４は、光を透過する材料または膜厚で形成し、なおかつ仕事関数の小さい金属、合金、電気伝導性化合物、およびこれらの混合物などで形成することができる。具体的には、ＬｉやＣｓ等のアルカリ金属、およびＭｇ、Ｃａ、Ｓｒ等のアルカリ土類金属、これらを含む合金（Ｍｇ：Ａｇ、Ａｌ：Ｌｉ、Ｍｇ：Ｉｎなど）、およびこれらの化合物（フッ化カルシウム、窒化カルシウム）の他、ＹｂやＥｒ等の希土類金属を用いることができる。また電子注入層を設ける場合、アルミニウムなどの他の導電層を用いることも可能である。そして第１の電極６０３４を、光が透過する程度の膜厚（好ましくは、５ｎｍ〜３０ｎｍ程度）で形成する。さらに、光が透過する程度の膜厚を有する上記導電層の上または下に接するように、透光性酸化物導電材料を用いて透光性を有する導電層を形成し、第１の電極６０３４のシート抵抗を抑えるようにしても良い。なお、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化インジウム亜鉛（ＩＺＯ）、ガリウムを添加した酸化亜鉛（ＧＺＯ）などその他の透光性酸化物導電材料を用いた導電層だけを用いることも可能である。またＩＴＯ及び酸化珪素を含むインジウム錫酸化物（以下、ＩＴＳＯとする）や、酸化珪素を含んだ酸化インジウムに、さらに２〜２０％の酸化亜鉛（ＺｎＯ）を混合したものを用いても良い。透光性酸化物導電材料を用いる場合、電界発光層６０３５に電子注入層を設けるのが望ましい。
【０２１７】
また第２の電極６０３６は、光を反射もしくは遮蔽する材料及び膜厚で形成し、なおかつ陽極として用いるのに適する材料で形成する。例えば、窒化チタン、窒化ジルコニウム、チタン、タングステン、ニッケル、白金、クロム、銀、アルミニウム等の１つまたは複数からなる単層膜の他、窒化チタンとアルミニウムを主成分とする膜との積層、窒化チタン膜とアルミニウムを主成分とする膜と窒化チタン膜との三層構造等を第２の電極６０３６に用いることができる。
【０２１８】
電界発光層６０３５は、単数または複数の層で構成されている。複数の層で構成されている場合、これらの層は、キャリア輸送特性の観点から正孔注入層、正孔輸送層、発光層、電子輸送層、電子注入層などに分類することができる。電界発光層６０３５が発光層の他に、正孔注入層、正孔輸送層、電子輸送層、電子注入層のいずれかを有している場合、第１の電極６０３４から、電子注入層、電子輸送層、発光層、正孔輸送層、正孔注入層の順に積層する。なお各層の境目は必ずしも明確である必要はなく、互いの層を構成している材料が一部混合し、界面が不明瞭になっている場合もある。各層には、有機系の材料、無機系の材料を用いることが可能である。有機系の材料として、高分子系、中分子系、低分子系のいずれの材料も用いることが可能である。なお中分子系の材料とは、構造単位の繰返しの数（重合度）が２から２０程度の低重合体に相当する。正孔注入層と正孔輸送層との区別は必ずしも厳密なものではなく、これらは正孔輸送性（正孔移動度）が特に重要な特性である意味において同じである。便宜上正孔注入層は陽極に接する側の層であり、正孔注入層に接する層を正孔輸送層と呼んで区別する。電子輸送層、電子注入層についても同様であり、陰極に接する層を電子注入層と呼び、電子注入層に接する層を電子輸送層と呼んでいる。発光層は電子輸送層を兼ねる場合もあり、発光性電子輸送層とも呼ばれる。
【０２１９】
図１５（Ａ）に示した画素の場合、発光素子６０３３から発せられる光を、白抜きの矢印で示すように第１の電極６０３４側から取り出すことができる。
【０２２０】
次に図１５（Ｂ）に、トランジスタ６０４１がｎ型で、発光素子６０４３から発せられる光を第２の電極６０４６側から取り出す場合の、画素の断面図を示す。トランジスタ６０４１は絶縁膜６０４７で覆われており、絶縁膜６０４７上には開口部を有する隔壁６０４８が形成されている。隔壁６０４８の開口部において第１の電極６０４４が一部露出しており、該開口部において第１の電極６０４４、電界発光層６０４５、第２の電極６０４６が順に積層されている。
【０２２１】
第１の電極６０４４は、光を反射もしくは遮蔽する材料及び膜厚で形成し、なおかつ仕事関数の小さい金属、合金、電気伝導性化合物、およびこれらの混合物などで形成することができる。具体的には、ＬｉやＣｓ等のアルカリ金属、およびＭｇ、Ｃａ、Ｓｒ等のアルカリ土類金属、これらを含む合金（Ｍｇ：Ａｇ、Ａｌ：Ｌｉ、Ｍｇ：Ｉｎなど）、およびこれらの化合物（フッ化カルシウム、窒化カルシウム）の他、ＹｂやＥｒ等の希土類金属を用いることができる。また電子注入層を設ける場合、アルミニウムなどの他の導電層を用いることも可能である。
【０２２２】
また第２の電極６０４６は、光を透過する材料または膜厚で形成し、なおかつ陽極として用いるのに適する材料で形成する。例えば、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化インジウム亜鉛（ＩＺＯ）、ガリウムを添加した酸化亜鉛（ＧＺＯ）などその他の透光性酸化物導電材料を第２の電極６０４６に用いることが可能である。またＩＴＯ及びＩＴＳＯや、酸化珪素を含んだ酸化インジウムに、さらに２〜２０％の酸化亜鉛（ＺｎＯ）を混合したものを第２の電極６０４６に用いても良い。また上記透光性酸化物導電材料の他に、例えば窒化チタン、窒化ジルコニウム、チタン、タングステン、ニッケル、白金、クロム、銀、アルミニウム等の１つまたは複数からなる単層膜の他、窒化チタンとアルミニウムを主成分とする膜との積層、窒化チタン膜とアルミニウムを主成分とする膜と窒化チタン膜との三層構造等を第２の電極６０４６に用いることもできる。ただし透光性酸化物導電材料以外の材料を用いる場合、光が透過する程度の膜厚（好ましくは、５ｎｍ〜３０ｎｍ程度）で第２の電極６０４６を形成する。
【０２２３】
電界発光層６０４５は、図１５（Ａ）の電界発光層６０３５と同様に形成することができる。
【０２２４】
図１５（Ｂ）に示した画素の場合、発光素子６０４３から発せられる光を、白抜きの矢印で示すように第２の電極６０４６側から取り出すことができる。
【０２２５】
次に図１５（Ｃ）に、トランジスタ６０５１がｎ型で、発光素子６０５３から発せられる光を第１の電極６０５４側及び第２の電極６０５６側から取り出す場合の、画素の断面図を示す。トランジスタ６０５１は絶縁膜６０５７で覆われており、絶縁膜６０５７上には開口部を有する隔壁６０５８が形成されている。隔壁６０５８の開口部において第１の電極６０５４が一部露出しており、該開口部において第１の電極６０５４、電界発光層６０５５、第２の電極６０５６が順に積層されている。
【０２２６】
第１の電極６０５４は、図１５（Ａ）の第１の電極６０３４と同様に形成することができる。また第２の電極６０５６は、図１５（Ｂ）の第２の電極６０４６と同様に形成することができる。電界発光層６０５５は、図１５（Ａ）の電界発光層６０３５と同様に形成することができる。
【０２２７】
図１５（Ｃ）に示した画素の場合、発光素子６０５３から発せられる光を、白抜きの矢印で示すように第１の電極６０５４側及び第２の電極６０５６側から取り出すことができる。
【０２２８】
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出来る。
【０２２９】
（実施の形態７）
本実施の形態では、本発明の一態様に係る液晶表示装置の構成について説明する。
【０２３０】
図１６は、本発明の液晶表示装置の構造を示す斜視図の一例である。図１６に示す液晶表示装置は、一対の基板間に液晶素子が形成された液晶パネル１６０１と、第１の拡散板１６０２と、プリズムシート１６０３と、第２の拡散板１６０４と、導光板１６０５と、反射板１６０６と、光源１６０７と、回路基板１６０８とを有している。
【０２３１】
液晶パネル１６０１と、第１の拡散板１６０２と、プリズムシート１６０３と、第２の拡散板１６０４と、導光板１６０５と、反射板１６０６とは、順に積層されている。光源１６０７は導光板１６０５の端部に設けられており、導光板１６０５内部に拡散された光源１６０７からの光は、第１の拡散板１６０２、プリズムシート１６０３及び第２の拡散板１６０４によって、均一に液晶パネル１６０１に照射される。
【０２３２】
なお、本実施の形態では、第１の拡散板１６０２と第２の拡散板１６０４とを用いているが、拡散板の数はこれに限定されず、単数であっても３以上であっても良い。そして、拡散板は導光板１６０５と液晶パネル１６０１の間に設けられていれば良い。よって、プリズムシート１６０３よりも液晶パネル１６０１に近い側にのみ拡散板が設けられていても良いし、プリズムシート１６０３よりも導光板１６０５に近い側にのみ拡散板が設けられていても良い。
【０２３３】
またプリズムシート１６０３は、図１６に示した断面が鋸歯状の形状に限定されず、導光板１６０５からの光を液晶パネル１６０１側に集光できる形状を有していれば良い。
【０２３４】
回路基板１６０８には、液晶パネル１６０１に入力される各種信号を生成する回路、またはこれら信号に処理を施す回路などが設けられている。そして図１６では、回路基板１６０８と液晶パネル１６０１とが、ＦＰＣ（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）１６０９を介して接続されている。なお、上記回路は、ＣＯＧ（Ｃｈｉｐ Ｏｎ Ｇｌａｓｓ）法を用いて液晶パネル１６０１に接続されていても良いし、上記回路の一部がＦＰＣ１６０９にＣＯＦ（Ｃｈｉｐ Ｏｎ Ｆｉｌｍ）法を用いて接続されていても良い。
【０２３５】
図１６では、光源１６０７の駆動を制御する制御系の回路が回路基板１６０８に設けられており、該制御系の回路と光源１６０７とがＦＰＣ１６１０を介して接続されている例を示している。ただし、上記制御系の回路は液晶パネル１６０１に形成されていても良く、この場合は液晶パネル１６０１と光源１６０７とがＦＰＣなどにより接続されるようにする。
【０２３６】
なお、図１６は、液晶パネル１６０１の端に光源１６０７を配置するエッジライト型の光源を例示しているが、本発明の液晶表示装置は光源１６０７が液晶パネル１６０１の直下に配置される直下型であっても良い。
【０２３７】
本実施の形態は、上記実施の形態と適宜組み合わせて実施することができる。
【実施例】
【０２３８】
本発明の一態様に係る半導体表示装置を用いることで、信頼性が高い電子機器を提供することが可能である。
【０２３９】
また、本発明の半導体表示装置では、作製工程における加熱処理の温度を抑えることができるので、ガラスよりも耐熱性の劣る、プラスチック等の可撓性を有する合成樹脂からなる基板上においても、特性が優れており、信頼性が高い薄膜トランジスタを作製することが可能である。従って、本発明の一態様に係る作製方法を用いることで、信頼性が高く、低消費電力で、軽量かつフレキシブルな半導体表示装置を提供することが可能である。プラスチック基板として、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）に代表されるポリエステル、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリスルホン（ＰＳＦ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ポリアリレート（ＰＡＲ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリイミド、アクリロニトリルブタジエンスチレン樹脂、ポリ塩化ビニル、ポリプロピレン、ポリ酢酸ビニル、アクリル樹脂などが挙げられる。
【０２４０】
本発明の一態様に係る半導体表示装置は、表示装置、ノート型パーソナルコンピュータ、記録媒体を備えた画像再生装置（代表的にはＤＶＤ：Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｃ等の記録媒体を再生し、その画像を表示しうるディスプレイを有する装置）に用いることができる。その他に、本発明の一態様に係る半導体表示装置を用いることができる電子機器として、携帯電話、携帯型ゲーム機、携帯情報端末、電子書籍、ビデオカメラ、デジタルスチルカメラ、ゴーグル型ディスプレイ（ヘッドマウントディスプレイ）、ナビゲーションシステム、音響再生装置（カーオーディオ、デジタルオーディオプレイヤー等）、複写機、ファクシミリ、プリンター、プリンター複合機、現金自動預け入れ払い機（ＡＴＭ）、自動販売機などが挙げられる。これら電子機器の具体例を図１７に示す。
【０２４１】
図１７（Ａ）は電子書籍であり、筐体７００１、表示部７００２等を有する。本発明の一態様に係る半導体表示装置は、表示部７００２に用いることができる。表示部７００２に本発明の一態様に係る半導体表示装置を用いることで、信頼性が高い電子書籍を提供することができる。また、可撓性を有する基板を用いることで、表示部７００２に用いられる半導体表示装置に可撓性を持たせることができるので、信頼性が高く、フレキシブルかつ軽くて使い勝手の良い電子書籍を提供することができる。
【０２４２】
図１７（Ｂ）は表示装置であり、筐体７０１１、表示部７０１２、支持台７０１３等を有する。本発明の一態様に係る半導体表示装置は、表示部７０１２に用いることができる。表示部７０１２に本発明の一態様に係る半導体表示装置を用いることで、信頼性が高い表示装置を提供することができる。なお、表示装置には、パーソナルコンピュータ用、ＴＶ放送受信用、広告表示用などの全ての情報表示用表示装置が含まれる。
【０２４３】
図１７（Ｃ）は表示装置であり、筐体７０２１、表示部７０２２等を有する。本発明の一態様に係る半導体表示装置は、表示部７０２２に用いることができる。表示部７０２２に本発明の一態様に係る半導体表示装置を用いることで、信頼性が高い表示装置を提供することができる。また、可撓性を有する基板を用いることで、表示部７０２２に用いられる半導体表示装置や、その他の信号処理回路に可撓性を持たせることができるので、信頼性が高く、フレキシブルかつ軽量の表示装置を実現することができる。よって、図１７（Ｃ）に示すように、布地などに固定させて表示装置を使用することができ、半導体表示装置の応用の幅が格段に広がる。
【０２４４】
図１７（Ｄ）は携帯型ゲーム機であり、筐体７０３１、筐体７０３２、表示部７０３３、表示部７０３４、マイクロホン７０３５、スピーカー７０３６、操作キー７０３７、スタイラス７０３８等を有する。本発明の一態様に係る半導体表示装置は、表示部７０３３、表示部７０３４に用いることができる。表示部７０３３、表示部７０３４に本発明の一態様に係る半導体表示装置を用いることで、信頼性が高い携帯型ゲーム機を提供することができる。なお、図１７（Ｄ）に示した携帯型ゲーム機は、２つの表示部７０３３と表示部７０３４とを有しているが、携帯型ゲーム機が有する表示部の数は、これに限定されない。
【０２４５】
図１７（Ｅ）は携帯電話であり、筐体７０４１、表示部７０４２、音声入力部７０４３、音声出力部７０４４、操作キー７０４５、受光部７０４６等を有する。受光部７０４６において受信した光を電気信号に変換することで、外部の画像を取り込むことができる。本発明の一態様に係る半導体表示装置は、表示部７０４２に用いることができる。表示部７０４２に本発明の一態様に係る半導体表示装置を用いることで、信頼性が高い携帯電話を提供することができる。
【０２４６】
本実施例は、上記実施の形態と適宜組み合わせて実施することが可能である。
【符号の説明】
【０２４７】
１００ 基板
１０１ ゲート電極
１０２ ゲート絶縁膜
１０３ 酸化物半導体膜
１０４ 酸化物半導体膜
１０５ ソース電極
１０６ ドレイン電極
１０７ 酸化物半導体膜
１０８ 酸化物絶縁膜
１０９ バックゲート電極
１１０ 絶縁膜
１１１ 薄膜トランジスタ
２００ 基板
２０１ ゲート電極
２０２ ゲート絶縁膜
２０３ ソース電極
２０４ ドレイン電極
２０５ 酸化物半導体膜
２０６ 酸化物半導体膜
２０７ 酸化物絶縁膜
２０８ バックゲート電極
２１０ 絶縁膜
２１１ 薄膜トランジスタ
３００ 基板
３０１ ゲート電極
３０２ ゲート絶縁膜
３０３ 酸化物半導体膜
３０４ 酸化物半導体膜
３０５ チャネル保護膜
３０６ ソース電極
３０７ ドレイン電極
３０８ 酸化物絶縁膜
３０９ バックゲート電極
３１０ 絶縁膜
３１１ 薄膜トランジスタ
４００ 基板
４０１ ゲート電極
４０２ ゲート絶縁膜
４０３ 酸化物半導体膜
４０４ 酸化物半導体膜
４０６ 導電膜
４０８ 容量配線
４０９ 酸化物半導体膜
４１１ 酸化物絶縁膜
４１２ バックゲート電極
４１３ 絶縁膜
４１４ 薄膜トランジスタ
４１５ 画素電極
４１６ 透明導電膜
４１７ 透明導電膜
４１８ 透明導電膜
４１９ 保持容量
４２０ 端子
４２１ 端子
１４０１ 薄膜トランジスタ
１４０２ ゲート電極
１４０３ ゲート絶縁膜
１４０４ 酸化物半導体膜
１４０５ 半導体膜
１４０６ 導電膜
１４０７ 酸化物絶縁膜
１４０８ バックゲート電極
１４０９ 絶縁膜
１４１０ 画素電極
１４１１ 配向膜
１４１３ 対向電極
１４１４ 配向膜
１４１５ 液晶
１４１６ シール材
１４１７ スペーサ
１６０１ 液晶パネル
１６０２ 拡散板
１６０３ プリズムシート
１６０４ 拡散板
１６０５ 導光板
１６０６ 反射板
１６０７ 光源
１６０８ 回路基板
１６０９ ＦＰＣ
１６１０ ＦＰＣ
４０７ａ ソース電極
４０７ｂ ドレイン電極
６０３１ トランジスタ
６０３３ 発光素子
６０３４ 電極
６０３５ 電界発光層
６０３６ 電極
６０３７ 絶縁膜
６０３８ 隔壁
６０４１ トランジスタ
６０４３ 発光素子
６０４４ 電極
６０４５ 電界発光層
６０４６ 電極
６０４７ 絶縁膜
６０４８ 隔壁
６０５１ トランジスタ
６０５３ 発光素子
６０５４ 電極
６０５５ 電界発光層
６０５６ 電極
６０５７ 絶縁膜
６０５８ 隔壁
７００１ 筐体
７００２ 表示部
７０１１ 筐体
７０１２ 表示部
７０１３ 支持台
７０２１ 筐体
７０２２ 表示部
７０３１ 筐体
７０３２ 筐体
７０３３ 表示部
７０３４ 表示部
７０３５ マイクロホン
７０３６ スピーカー
７０３７ 操作キー
７０３８ スタイラス
７０４１ 筐体
７０４２ 表示部
７０４３ 音声入力部
７０４４ 音声出力部
７０４５ 操作キー
７０４６ 受光部
【技術分野】
【０００１】
酸化物半導体を用いる半導体装置及びその作製方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
絶縁表面上に形成される半導体膜を用いた薄膜トランジスタは、液晶表示装置、発光装置などのフラットパネルディスプレイや、ＩＣなどの半導体装置にとって、必要不可欠な半導体素子である。薄膜トランジスタの製造には基板の耐熱温度という制約があるため、比較的低温での成膜が可能なアモルファスシリコン、レーザ光または触媒元素を用いた結晶化により得られるポリシリコンなどを活性層に有する薄膜トランジスタが、半導体表示装置に用いられるトランジスタの主流となっている。
【０００３】
近年では、ポリシリコンによって得られる高い移動度と、アモルファスシリコンによって得られる均一な素子特性とを兼ね備えた新たな半導体材料として、酸化物半導体と呼ばれる、半導体特性を示す金属酸化物に注目が集まっている。金属酸化物は様々な用途に用いられており、例えば、よく知られた金属酸化物である酸化インジウムは、液晶表示装置などで透明電極材料として用いられている。半導体特性を示す金属酸化物としては、例えば、酸化タングステン、酸化錫、酸化インジウム、酸化亜鉛などがあり、このような半導体特性を示す金属酸化物をチャネル形成領域に用いる薄膜トランジスタが、既に知られている（特許文献１乃至４、非特許文献１）。
【０００４】
ところで、金属酸化物は一元系酸化物のみでなく多元系酸化物も知られている。例えば、ホモロガス相を有するＩｎＧａＯ３（ＺｎＯ）ｍ（ｍ：自然数）は、Ｉｎ、Ｇａ及びＺｎを有する多元系酸化物半導体として知られている（非特許文献２乃至４）。そして、上記のようなＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物で構成される酸化物半導体は、薄膜トランジスタのチャネル層に適用可能であることが確認されている（特許文献５、非特許文献５及び６）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開昭６０−１９８８６１号公報
【特許文献２】特開平８−２６４７９４号公報
【特許文献３】特表平１１−５０５３７７号公報
【特許文献４】特開２０００−１５０９００号公報
【特許文献５】特開２００４−１０３９５７号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】Ｍ． Ｗ． Ｐｒｉｎｓ， Ｋ． Ｏ． Ｇｒｏｓｓｅ−Ｈｏｌｚ， Ｇ． Ｍｕｌｌｅｒ， Ｊ． Ｆ． Ｍ． Ｃｉｌｌｅｓｓｅｎ， Ｊ． Ｂ． Ｇｉｅｓｂｅｒｓ， Ｒ． Ｐ． Ｗｅｅｎｉｎｇ， ａｎｄ Ｒ． Ｍ． Ｗｏｌｆ、「Ａ ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ ｔｈｉｎ−ｆｉｌｍ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ」、 Ａｐｐｌ． Ｐｈｙｓ． Ｌｅｔｔ．、１７ Ｊｕｎｅ １９９６、 Ｖｏｌ．６８ ｐ．３６５０−３６５２
【非特許文献２】Ｍ． Ｎａｋａｍｕｒａ， Ｎ． Ｋｉｍｉｚｕｋａ， ａｎｄ Ｔ． Ｍｏｈｒｉ、「Ｔｈｅ Ｐｈａｓｅ Ｒｅｌａｔｉｏｎｓ ｉｎ ｔｈｅ Ｉｎ２Ｏ３−Ｇａ２ＺｎＯ４−ＺｎＯ Ｓｙｓｔｅｍ ａｔ １３５０℃」、Ｊ． Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｃｈｅｍ．、１９９１、Ｖｏｌ．９３， ｐ．２９８−３１５
【非特許文献３】Ｎ． Ｋｉｍｉｚｕｋａ， Ｍ． Ｉｓｏｂｅ， ａｎｄ Ｍ． Ｎａｋａｍｕｒａ、「Ｓｙｎｔｈｅｓｅｓ ａｎｄ Ｓｉｎｇｌｅ−Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄａｔａ ｏｆ Ｈｏｍｏｌｏｇｏｕｓ Ｃｏｍｐｏｕｎｄｓ， Ｉｎ２Ｏ３（ＺｎＯ）ｍ（ｍ＝３，４， ａｎｄ ５）， ＩｎＧａＯ３（ＺｎＯ）３， ａｎｄ Ｇａ２Ｏ３（ＺｎＯ）ｍ（ｍ＝７，８，９， ａｎｄ １６） ｉｎ ｔｈｅ Ｉｎ２Ｏ３−ＺｎＧａ２Ｏ４−ＺｎＯ Ｓｙｓｔｅｍ」、 Ｊ． Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｃｈｅｍ．、１９９５、Ｖｏｌ．１１６， ｐ．１７０−１７８
【非特許文献４】中村真佐樹、君塚昇、毛利尚彦、磯部光正、「ホモロガス相、ＩｎＦｅＯ３（ＺｎＯ）ｍ（ｍ：自然数）とその同型化合物の合成および結晶構造」、固体物理、１９９３年、Ｖｏｌ．２８、Ｎｏ．５、ｐ．３１７−３２７
【非特許文献５】Ｋ． Ｎｏｍｕｒａ， Ｈ． Ｏｈｔａ， Ｋ． Ｕｅｄａ， Ｔ． Ｋａｍｉｙａ， Ｍ． Ｈｉｒａｎｏ， ａｎｄ Ｈ． Ｈｏｓｏｎｏ、「Ｔｈｉｎ−ｆｉｌｍ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ ｆａｂｒｉｃａｔｅｄ ｉｎ ｓｉｎｇｌｅ−ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ ｏｘｉｄｅ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ」、ＳＣＩＥＮＣＥ、２００３、Ｖｏｌ．３００、ｐ．１２６９−１２７２
【非特許文献６】Ｋ． Ｎｏｍｕｒａ， Ｈ． Ｏｈｔａ， Ａ． Ｔａｋａｇｉ， Ｔ． Ｋａｍｉｙａ， Ｍ． Ｈｉｒａｎｏ， ａｎｄ Ｈ． Ｈｏｓｏｎｏ、「Ｒｏｏｍ−ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ ｆｌｅｘｉｂｌｅ ｔｈｉｎ−ｆｉｌｍ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒｓ ｕｓｉｎｇ ａｍｏｒｐｈｏｕｓ ｏｘｉｄｅ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓ」、ＮＡＴＵＲＥ、２００４、Ｖｏｌ．４３２ ｐ．４８８−４９２
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
フラットパネルディスプレイの駆動回路を構成するトランジスタ、または画素のスイッチング素子として用いられるトランジスタには、経時劣化による閾値電圧のばらつきが小さいことが望まれる。本発明は、安定した電気特性を持つ、酸化物半導体を用いた薄膜トランジスタを有する、信頼性の高い半導体装置の作製方法の提供を目的の一とする。また、本発明は、安定した電気特性を持つ、酸化物半導体を用いた薄膜トランジスタを有する、信頼性の高い半導体装置の提供を目的の一とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
酸化物半導体をチャネル形成領域に用いたトランジスタを有する半導体装置の作製において、酸化物半導体膜を形成した後、水分、ヒドロキシ基、または水素などを吸蔵或いは吸着することができる金属、金属化合物または合金を用いた導電膜を、絶縁膜を間に挟んで酸化物半導体膜と重なるように形成する。そして、該導電膜が露出した状態で、減圧雰囲気下または不活性ガス雰囲気下において加熱処理を行うことで、導電膜の表面や内部に吸着されている水分、酸素、水素などを取り除く活性化処理を行う。加熱処理の温度範囲は、３５０℃乃至６５０℃とする。上記活性化処理を行うことで、酸化物半導体膜内、ゲート絶縁膜内、或いは、酸化物半導体膜と他の絶縁膜の界面とその近傍に存在する、水分、ヒドロキシ基、または水素などの不純物が、活性化された導電膜に吸蔵或いは吸着されるため、上記不純物がトランジスタの特性の劣化に繋がるのを防ぐことができる。
【０００９】
活性化処理を行った後は、導電膜を覆うように絶縁膜の形成を行うことで、導電膜の表面や内部に雰囲気中の水分や酸素が吸着するのを防ぐことができ、導電膜が活性化された状態を保持し、トランジスタの信頼性を高めることが出来る。
【００１０】
導電膜は、水分、ヒドロキシ基、或いは水素を、吸蔵または吸着しやすい特性を有する金属を１つまたは複数用いて形成することができる。具体的に、上記特性を有する金属として、チタン、白金、バナジウム、ジルコニウム、ハフニウム、パラジウム、マグネシウム、ニオブ、希土類の金属などが挙げられる。希土類の金属として、ミッシュメタル（Ｍｍ）と呼ばれる、セリウム（４０〜５０％）、ランタン（２０〜４０％）の他、プラセオジム、ネオジム、イットリウムなどの希土類の金属を含む合金を用いることもできる。導電膜は、上記金属のうち、いずれか一つまたは複数を含む混合物、金属化合物または合金であっても良い。
【００１１】
該導電膜は、薄膜トランジスタのゲート電極として用いても良いし、ソース電極又はドレイン電極として用いても良いし、酸化物半導体膜を間に挟んでゲート電極と重なる位置に形成されたバックゲート電極として用いても良い。
【００１２】
さらに、酸化物半導体膜中の水分、ヒドロキシ基、または水素などの不純物を低減するため、酸化物半導体膜を形成した後、酸化物半導体膜が露出した状態で窒素、または希ガス（アルゴン、ヘリウムなど）の不活性気体雰囲気下で加熱処理を行う。上記加熱処理の温度範囲は、４００℃以上であって、酸化物半導体の結晶化直前の温度未満（７００℃未満）で行うのが望ましい。なお、この加熱処理は、用いる基板の耐熱温度を超えないものとする。
【００１３】
なお、酸化物半導体は、四元系金属酸化物であるＩｎ−Ｓｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物半導体や、三元系金属酸化物であるＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物半導体、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物半導体、Ｉｎ−Ａｌ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物半導体、Ｓｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物半導体、Ａｌ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物半導体、Ｓｎ−Ａｌ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物半導体や、二元系金属酸化物であるＩｎ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物半導体、Ｓｎ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物半導体、Ａｌ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物半導体、Ｚｎ−Ｍｇ−Ｏ系酸化物半導体、Ｓｎ−Ｍｇ−Ｏ系酸化物半導体、Ｉｎ−Ｍｇ−Ｏ系酸化物半導体、Ｉｎ−Ｇａ−Ｏ系酸化物半導体や、Ｉｎ−Ｏ系酸化物半導体、Ｓｎ−Ｏ系酸化物半導体、Ｚｎ−Ｏ系酸化物半導体などを用いることができる。なお、本明細書においては、例えば、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物半導体とは、インジウム（Ｉｎ）、錫（Ｓｎ）、ガリウム（Ｇａ）、亜鉛（Ｚｎ）を有する金属酸化物、という意味であり、その化学量論組成比は特に問わない。また、上記酸化物半導体は、珪素を含んでいてもよい。
【００１４】
或いは、酸化物半導体は、化学式ＩｎＭＯ３（ＺｎＯ）ｍ（ｍ＞０）で表記することができる。ここで、Ｍは、Ｇａ、Ａｌ、ＭｎおよびＣｏから選ばれた一または複数の金属元素を示す。
【００１５】
なお、酸化物半導体膜は加熱処理により低抵抗化する。その後、低抵抗化した酸化物半導体膜に接するように酸化物絶縁膜を形成すると、低抵抗化した酸化物半導体膜の少なくとも酸化物絶縁膜と接する領域において、キャリア濃度が低くなり（好ましくは１×１０１８／ｃｍ３未満、さらに好ましくは１×１０１４／ｃｍ３以下）、高抵抗化する。このように、半導体装置のプロセス中、酸化物絶縁膜の形成などによって、酸化物半導体膜のキャリア濃度と抵抗を制御することができるため、電気特性が良好で信頼性の良い薄膜トランジスタを有する半導体装置を作製し、提供することが可能となる。
【００１６】
なお、低抵抗化した酸化物半導体膜に接して形成する酸化物絶縁膜は、水分や、水素イオンや、ＯＨ−などの不純物をブロックする無機絶縁膜、具体的には酸化珪素膜、または窒化酸化珪素膜を用いる。
【００１７】
また、トランジスタは、ボトムゲート型であっても良いし、トップゲート型であっても良いし、ボトムコンタクト型であっても良い。ボトムゲート型トランジスタは、例えば、絶縁表面上のゲート電極と、ゲート電極上のゲート絶縁膜と、ゲート絶縁膜上においてゲート電極と重なる酸化物半導体膜と、酸化物半導体膜上のソース電極、ドレイン電極と、酸化物半導体膜、ソース電極、ドレイン電極上の酸化物絶縁膜と、酸化物絶縁膜上において酸化物半導体膜と重なるバックゲート電極とを有する。トップゲート型トランジスタは、例えば、絶縁表面上の酸化物半導体膜と、酸化物半導体膜上の酸化物絶縁膜であるゲート絶縁膜と、ゲート絶縁膜上において酸化物半導体膜と重なり、なおかつ導電膜として機能するゲート電極とを有する。ボトムコンタクト型トランジスタは、例えば、絶縁表面上のゲート電極と、ゲート電極上のゲート絶縁膜と、ゲート絶縁膜上のソース電極、ドレイン電極と、ソース電極、ドレイン電極上にあり、なおかつゲート絶縁膜上においてゲート電極と重なる酸化物半導体膜と、酸化物半導体膜上の酸化物絶縁膜と、酸化物絶縁膜上において酸化物半導体膜と重なるバックゲート電極とを有する。
【００１８】
加熱処理は、炉での熱処理、またはラピッドサーマルアニール法（ＲＴＡ法）を用いる。ＲＴＡ法は、ランプ光源を用いる方法と、加熱されたガス中に基板を移動させて短時間の熱処理を行う方法とがある。ＲＴＡ法を用いると熱処理に要する時間を０．１時間よりも短時間とすることもできる。ただし、基板としてガラス基板を用いる場合は、３００℃以上、且つ、ガラス基板の歪み点以下の温度の加熱処理とする。
【発明の効果】
【００１９】
安定した電気特性を有する薄膜トランジスタを作製し、提供することができる。また、電気特性が良好で信頼性の高い薄膜トランジスタを有する半導体装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】半導体装置の作製方法を示す図。
【図２】作製された薄膜トランジスタの上面図。
【図３】半導体装置の作製方法を示す図。
【図４】作製された薄膜トランジスタの上面図。
【図５】半導体装置の作製方法を示す図。
【図６】作製された薄膜トランジスタの上面図。
【図７】半導体装置の作製方法を示す図。
【図８】半導体装置の作製方法を示す図。
【図９】半導体装置の作製方法を示す図。
【図１０】半導体装置の作製方法を示す図。
【図１１】半導体装置の作製方法を示す図。
【図１２】半導体装置の作製方法を示す図。
【図１３】半導体装置の作製方法を示す図。
【図１４】液晶表示装置の断面図。
【図１５】発光装置の断面図。
【図１６】液晶表示装置のモジュールの構成を示す図。
【図１７】半導体装置を用いた電子機器の図。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
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、本発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細を様々に変更し得ることは、当業者であれば容易に理解される。したがって、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。
【００２２】
なお本発明は、マイクロプロセッサ、画像処理回路などの集積回路や、ＲＦタグ、半導体表示装置等、ありとあらゆる半導体装置の作製に用いることができる。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意味し、半導体表示装置、半導体回路および電子機器は全て半導体装置である。半導体表示装置は、液晶表示装置、有機発光素子（ＯＬＥＤ）に代表される発光素子を各画素に備えた発光装置、電子ペーパー、ＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ Ｄｅｖｉｃｅ）、ＰＤＰ（Ｐｌａｓｍａ Ｄｉｓｐｌａｙ Ｐａｎｅｌ）、ＦＥＤ（Ｆｉｅｌｄ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｄｉｓｐｌａｙ）等や、半導体膜を用いた回路素子を駆動回路に有しているその他の半導体表示装置がその範疇に含まれる。
【００２３】
（実施の形態１）
半導体装置の作製方法について、ボトムゲート型の薄膜トランジスタを例に挙げ、図１及び図２を用いて説明する。
【００２４】
図１（Ａ）に示すように、絶縁表面を有する基板１００上にゲート電極１０１を形成する。下地膜となる絶縁膜を基板１００とゲート電極１０１の間に設けても良い。下地膜は、基板１００からの不純物元素の拡散を防止する絶縁膜、具体的には、窒化珪素膜、酸化珪素膜、窒化酸化珪素膜、又は酸化窒化珪素膜のうちの一を単層で用いるか、又は選択した複数の膜を積層させて用いることができる。ゲート電極１０１の材料は、モリブデン、チタン、クロム、タンタル、タングステン、ネオジム、スカンジウム等の金属材料、これら金属材料を主成分とする合金材料を用いた導電膜、或いはこれら金属の窒化物を、単層で又は積層で用いることができる。なお、後の工程において行われる加熱処理の温度に耐えうるのであれば、上記金属材料としてアルミニウム、銅を用いることも出来る。
【００２５】
例えば、ゲート電極１０１の二層の積層構造としては、窒化チタン膜とモリブデン膜とを積層した二層構造とすることが好ましい。三層の積層構造としては、タングステン膜または窒化タングステン膜と、アルミニウムと珪素の合金膜またはアルミニウムとチタンの合金膜と、窒化チタン膜またはチタン膜とを積層した三層構造とすることが好ましい。
【００２６】
なお、本明細書において酸化窒化物とは、その組成として、窒素よりも酸素の含有量が多い物質であり、また、窒化酸化物とは、その組成として、酸素よりも窒素の含有量が多い物質をいう。
【００２７】
ゲート電極１０１の膜厚は、１０ｎｍ〜４００ｎｍ、好ましくは１００ｎｍ〜２００ｎｍとする。本実施の形態では、タングステンターゲットを用いたスパッタ法により１５０ｎｍのゲート電極用の導電膜を形成した後、該導電膜をエッチングにより所望の形状に加工（パターニング）することで、ゲート電極１０１を形成する。
【００２８】
次いで、ゲート電極１０１上にゲート絶縁膜１０２を形成する。ゲート絶縁膜１０２は、プラズマＣＶＤ法又はスパッタリング法等を用いて、酸化珪素膜、窒化珪素膜、酸化窒化珪素膜又は窒化酸化珪素膜を単層で又は積層させて形成することができる。例えば、成膜ガスとして、シラン（例えばモノシラン）、酸素及び窒素を用いてプラズマＣＶＤ法により酸化窒化珪素膜を形成すれば良い。
【００２９】
本実施の形態では、プラズマＣＶＤ法により２００ｎｍのゲート絶縁膜１０２を形成する。成膜条件は、シランガスの流量４ｓｃｃｍとし、一酸化二窒素（Ｎ２Ｏ）の流量８００ｓｃｃｍとし、基板温度４００℃とする。
【００３０】
次いで、ゲート絶縁膜１０２上に酸化物半導体膜を形成する。酸化物半導体膜は、酸化物半導体をターゲットとして用い、スパッタ法により成膜する。また、酸化物半導体膜は、希ガス（例えばアルゴン）雰囲気下、酸素雰囲気下、又は希ガス（例えばアルゴン）及び酸素雰囲気下においてスパッタ法により形成することができる。
【００３１】
なお、酸化物半導体膜をスパッタ法により成膜する前に、アルゴンガスを導入してプラズマを発生させる逆スパッタを行い、ゲート絶縁膜１０２の表面に付着しているゴミを除去することが好ましい。逆スパッタとは、ターゲット側に電圧を印加せずに、アルゴン雰囲気下で基板側にＲＦ電源を用いて電圧を印加して基板近傍にプラズマを形成して表面を改質する方法である。なお、アルゴン雰囲気に代えて窒素、ヘリウムなどを用いてもよい。また、アルゴン雰囲気に酸素、亜酸化窒素などを加えた雰囲気で行ってもよい。また、アルゴン雰囲気に塩素、四フッ化炭素などを加えた雰囲気で行ってもよい。
【００３２】
チャネル形成領域を形成するための酸化物半導体膜には、上述した半導体特性を有する酸化物材料を用いればよい。
【００３３】
酸化物半導体膜の膜厚は、５ｎｍ〜３００ｎｍ、好ましくは１０ｎｍ〜１００ｎｍとする。本実施の形態では、酸化物半導体膜としてＩｎ（インジウム）、Ｇａ（ガリウム）、及びＺｎ（亜鉛）を含む酸化物半導体ターゲット（Ｉｎ２Ｏ３：Ｇａ２Ｏ３：ＺｎＯ＝１：１：１）を用いたスパッタ法により得られる、膜厚５０ｎｍのＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系非単結晶膜を用いる。本実施の形態では、ＤＣスパッタ法を用い、アルゴンの流量３０ｓｃｃｍとし、酸素の流量１５ｓｃｃｍとし、基板温度は室温とする。
【００３４】
ゲート絶縁膜１０２、及び酸化物半導体膜を大気に触れさせることなく連続的に形成してもよい。大気に触れさせることなく連続成膜することで、界面が、水やハイドロカーボンなどの、大気成分や大気中に浮遊する不純物元素に汚染されることなく各積層界面を形成することができるので、薄膜トランジスタ特性のばらつきを低減することができる。
【００３５】
次いで、図１（Ａ）に示すように、酸化物半導体膜をエッチングなどにより所望の形状に加工（パターニング）し、ゲート絶縁膜１０２を間に挟んでゲート電極１０１と重なるように、ゲート絶縁膜１０２上に島状の酸化物半導体膜１０３を形成する。
【００３６】
次いで、減圧雰囲気下、窒素や希ガスなどの不活性ガス雰囲気下、酸素ガス雰囲気下、または超乾燥エア（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、好ましくは１０ｐｐｂ以下の空気）雰囲気下において、４００℃以上７００℃以下、好ましくは４５０℃以上６５０℃以下の温度範囲で島状の酸化物半導体膜１０３に加熱処理を施し、その後、不活性雰囲気下で室温以上１００℃未満の範囲まで徐冷を行う。酸化物半導体膜１０３を上記雰囲気下で加熱処理することで、図１（Ｂ）に示すように、酸化物半導体膜１０３に含まれる水分、水素、ヒドロキシ基が脱離した島状の酸化物半導体膜１０４が形成される。従って、上記酸化物半導体膜１０４を用いてチャネル形成領域が形成された薄膜トランジスタは、上記不純物による特性の劣化を防ぐことができる。
【００３７】
本実施の形態では、窒素雰囲気下において、４５０℃、基板温度が上記設定温度に達した状態で６０分間、加熱処理を行う。加熱処理は、電気炉を用いた加熱方法、加熱した気体を用いるＧＲＴＡ（Ｇａｓ Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ａｎｎｅａｌ）法またはランプ光を用いるＬＲＴＡ（Ｌａｍｐ Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ａｎｎｅａｌ）法などの瞬間加熱方法などを用いることができる。例えば、電気炉を用いて加熱処理を行う場合、昇温特性を０．１℃／ｍｉｎ以上２０℃／ｍｉｎ以下、降温特性を０．１℃／ｍｉｎ以上１５℃／ｍｉｎ以下とすることが好ましい。
【００３８】
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、水分、水素などが含まれないことが好ましい。または、加熱処理装置に導入する窒素、またはヘリウム、ネオン、アルゴン等の希ガスの純度を、６Ｎ（９９．９９９９％）以上、好ましくは７Ｎ（９９．９９９９９％）以上、（即ち不純物濃度を１ｐｐｍ以下、好ましくは０．１ｐｐｍ以下）とすることが好ましい。
【００３９】
或いは、窒素または希ガスなどの不活性雰囲気に代えて、大気圧下の露点がマイナス６０℃以下の、水分含有量が少ない空気下において、加熱処理を行うようにしても良い。
【００４０】
不活性ガス雰囲気下或いは減圧下における加熱処理後の、島状の酸化物半導体膜１０４は、一部結晶化していても良い。
【００４１】
なお、酸化物半導体膜１０４に加熱処理を行った後に、酸素雰囲気下で該酸化物半導体膜１０４に加熱処理を施すことで、酸化物半導体膜１０４に含まれる水分などの不純物を除去することができる。そして、酸素雰囲気下での加熱処理により、酸化物半導体膜１０４を酸素が過剰な状態とすることで、高抵抗化できる。加熱処理の温度は、酸化物半導体を構成しているＺｎなどの融点の低い金属が気化しにくい温度、例えば１００℃以上３５０℃未満、好ましくは１５０℃以上２５０℃未満で行う。上記酸素雰囲気下の加熱処理に用いられる酸素ガスには、水分、水素などが含まれないことが好ましい。または、加熱処理装置に導入する酸素ガスの純度を、６Ｎ（９９．９９９９％）以上、好ましくは７Ｎ（９９．９９９９９％）以上、（即ち酸素中の不純物濃度を１ｐｐｍ以下、好ましくは０．１ｐｐｍ以下）とすることが好ましい。
【００４２】
次いで、図１（Ｃ）に示すように、島状の酸化物半導体膜１０４上に、ソース電極ドレイン電極用の導電膜を形成した後、エッチング等によりパターニングすることで、ソース電極１０５、ドレイン電極１０６を形成する。上記パターニングによりソース電極１０５とドレイン電極１０６を形成する際に、島状の酸化物半導体膜１０４の露出した部分が一部エッチングされることで、溝部（凹部）を有する島状の酸化物半導体膜１０７が形成される。
【００４３】
上記導電膜の材料としては、後の加熱処理に耐えうる材料を用いることが好ましい。例えば、ソース電極ドレイン電極用の導電膜として、クロム、タンタル、チタン、モリブデン、タングステン、ジルコニウム、ベリリウム、トリウム、マンガン、マグネシウムから選ばれた元素、または上記元素を１つまたは複数成分として含む合金等が挙げられる。また、ソース電極１０５、ドレイン電極１０６の形成後に行われる加熱処理に対する耐熱性をより高めるために、上記材料と、ネオジム、スカンジウム、またはこれら元素の窒化物などの耐熱性導電性材料とを組み合わせて、ソース電極ドレイン電極用導電膜を形成しても良い。
【００４４】
ソース電極１０５、ドレイン電極１０６の膜厚は、１０ｎｍ〜４００ｎｍ、好ましくは１００ｎｍ〜３００ｎｍとする。本実施の形態では、モリブデンターゲットを用いたスパッタ法により２００ｎｍのソース電極ドレイン電極用の導電膜を形成した後、該導電膜をエッチングにより所望の形状に加工（パターニング）することで、ソース電極１０５、ドレイン電極１０６を形成する。
【００４５】
図２（Ａ）に、図１（Ｃ）に示す半導体装置の上面図を示す。図１（Ｃ）は、図２（Ａ）の破線Ａ１−Ａ２における断面図に相当する。
【００４６】
次いで、図１（Ｄ）に示すように、島状の酸化物半導体膜１０７、ソース電極１０５及びドレイン電極１０６に接するように、スパッタ法で酸化物絶縁膜１０８を形成する。低抵抗化した島状の酸化物半導体膜１０７に接して形成する酸化物絶縁膜１０８は、水分や、水素、酸素、ヒドロキシ基などの不純物を極力含まず、これらが外部から侵入することをブロックする、酸化珪素膜、窒化酸化珪素膜などの無機絶縁膜を用いる。
【００４７】
本実施の形態では、酸化物絶縁膜１０８として膜厚３００ｎｍの酸化珪素膜を成膜する。成膜時の基板温度は、室温以上３００℃以下とすればよく、本実施の形態では１００℃とする。酸化珪素膜のスパッタ法による成膜は、希ガス（例えばアルゴン）雰囲気下、酸素雰囲気下、又は希ガス（例えばアルゴン）及び酸素雰囲気下において行うことができる。また、ターゲットとして酸化珪素ターゲットを用いても珪素ターゲットを用いてもよい。例えば珪素ターゲットを用いて、酸素、及び窒素雰囲気下でスパッタ法により酸化珪素を形成することができる。
【００４８】
低抵抗化した酸化物半導体膜１０７に接してスパッタ法またはＰＣＶＤ法などにより酸化物絶縁膜１０８を形成すると、低抵抗化した酸化物半導体膜１０７において少なくとも酸化物絶縁膜１０８と接する領域が、キャリア濃度が好ましくは１×１０１８／ｃｍ３未満まで低くなることにより高抵抗化し、高抵抗化酸化物半導体領域となる。酸化物絶縁膜１０８の形成により、酸化物半導体膜１０７は、酸化物絶縁膜１０８との界面近傍に高抵抗化酸化物半導体領域を有する。
【００４９】
なお、ソース電極１０５、ドレイン電極１０６を形成した後、酸化物絶縁膜１０８を形成する前に、減圧雰囲気下、窒素や希ガスなどの不活性ガス雰囲気下、酸素ガス雰囲気下、または超乾燥エア（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、好ましくは１０ｐｐｂ以下の空気）雰囲気下において、酸化物半導体膜１０７に再び加熱処理を施し、酸化物半導体膜１０７に含まれる水分、水素、ヒドロキシ基を脱離させるようにしても良い。ソース電極１０５、ドレイン電極１０６を形成した後の加熱処理は、ソース電極１０５、ドレイン電極１０６の耐熱性を考慮し、ソース電極１０５、ドレイン電極１０６を形成する前に行う加熱処理よりも低い温度で行うことが望ましい。具体的には、３５０℃以上６５０℃以下、好ましくは４００℃以上６００℃以下の温度範囲で行うと良い。
【００５０】
次いで、図１（Ｄ）に示すように、酸化物絶縁膜１０８上に、水分、ヒドロキシ基、或いは水素を、吸蔵または吸着しやすい特性を有する金属を１つまたは複数用いて導電膜を形成した後、該導電膜をパターニングすることで、酸化物半導体膜１０７と重なる位置にバックゲート電極１０９を形成する。具体的に、上記特性を有する金属として、チタン、白金、バナジウム、ジルコニウム、ハフニウム、パラジウム、マグネシウム、ニオブ、希土類の金属などが挙げられる。希土類の金属として、ミッシュメタル（Ｍｍ）と呼ばれる、セリウム（４０〜５０％）、ランタン（２０〜４０％）の他、プラセオジム、ネオジム、イットリウムなどの希土類の金属を含む合金を用いることもできる。バックゲート電極１０９は、上記金属のうち、いずれか一つまたは複数を含む混合物、金属化合物または合金であっても良い。
【００５１】
また、バックゲート電極１０９に用いられる上記合金には、水素吸蔵合金と呼ばれる合金も含まれる。水素吸蔵合金として、例えば、ＡＢ５型合金、ＡＢ２型（ラーベス相）合金、Ａ２Ｂ型合金などが挙げられる。ＡＢ５型合金は、Ａサイトに希土類の金属、ニオブ、ジルコニウムのいずれか一つまたは複数、Ｂサイトにニッケル、コバルト、アルミニウム、スズなど触媒効果を持つ遷移元素のいずれか一つまたは複数を含む。希土類の金属として、ミッシュメタルを用いることもできる。ＡＢ５型合金として、例えばＬａＮｉ５などをバックゲート電極１０９に用いることが出来る。ＡＢ２型（ラーベス相）合金は、Ａサイトにチタン、ジルコニウム、ハフニウムのいずれか一つまたは複数、Ｂサイトにマンガン、ニッケル、クロム、バナジウムなどのいずれか一つまたは複数の遷移金属を含み、例えばＴｉ−Ｍｎ系、Ｔｉ−Ｃｒ系、Ｚｒ−Ｍｎ系、Ｔｉ−Ｖ−Ｍｎ系などがある。ＡＢ２型合金として、例えばＴｉＣｒ２、ＴｉＭｎ２などをバックゲート電極１０９に用いることが出来る。Ａ２Ｂ型合金は、Ａサイトにマグネシウム、チタンのいずれか一つまたは複数、Ｂサイトにニッケル、銅のいずれか一つまたは複数などを含む。Ａ２Ｂ型合金として、例えばＭｇ２Ｎｉ、Ｍｇ２Ｃｕ、Ｔｉ２Ｎｉなどをバックゲート電極１０９に用いることが出来る。なお、これら水素吸蔵合金は、ＡサイトまたはＢサイトの元素の少なくとも一部を他の元素で置換することができ、実際の組成比が必ずしも型通りであるとは限らない。また、水素吸蔵合金として、上述した型の合金の他にも、Ｔｉ−Ｆｅ系合金、Ｖ系合金、Ｐｄ系合金、Ｃａ系合金、ＢＣＣ型合金などを、バックゲート電極１０９に用いることが出来る。
【００５２】
バックゲート電極１０９の膜厚は、１０ｎｍ〜４００ｎｍ、好ましくは１００ｎｍ〜２００ｎｍとする。本実施の形態では、チタンとクロムの組成比が１対２である合金のターゲット（φ６ｉｎｃｈ）を用い、アルゴンガス流量５０ｓｃｃｍをチャンバー内に導入して、圧力を０．４Ｐａ、電力を２ｋＷ、成膜温度を室温とし、スパッタ法で膜厚２００ｎｍのＴｉＣｒ２からなる導電膜を形成する。そして、フォトリソグラフィ法によりレジストマスクを形成し、塩素及び酸素をエッチングガスとして用いたプラズマエッチングにより不要な部分を除去して、該導電膜を所望の形状に加工（パターニング）することで、バックゲート電極１０９を形成する。
【００５３】
次いで、バックゲート電極１０９を形成した後、該バックゲート電極１０９が露出した状態で、減圧雰囲気下または不活性ガス雰囲気（窒素、またはヘリウム、ネオン、アルゴン等）下において加熱処理を行うことで、バックゲート電極１０９の表面や内部に吸着されている水分、酸素、水素などを取り除く活性化処理を行う。加熱処理は、ソース電極１０５、ドレイン電極１０６の耐熱性を考慮し、ソース電極１０５、ドレイン電極１０６を形成する前に行う加熱処理よりも低い温度で行うことが望ましい。具体的に、加熱処理の温度範囲は、３００℃以上６５０℃以下、より好ましくは３５０℃以上６００℃以下とする。
【００５４】
上記活性化処理を行うことで、酸化物半導体膜１０７内、ゲート絶縁膜１０２内、酸化物半導体膜１０７とゲート絶縁膜１０２の界面とその近傍、或いは、酸化物半導体膜１０７と酸化物絶縁膜１０８の界面とその近傍、などに存在する、水分、ヒドロキシ基、または水素などの不純物が、活性化されたバックゲート電極１０９に吸蔵或いは吸着されるため、上記不純物がトランジスタの特性の劣化に繋がるのを防ぐことができる。
【００５５】
また、半導体装置の置かれている雰囲気中に含まれる水分、水素などの不純物が、酸化物半導体膜１０７内に取り込まれるのを防ぐことが出来る。
【００５６】
本実施の形態では、ターボ分子ポンプなどの排気手段により処理室内を５×１０−３Ｐａ以下、好ましくは１０−５Ｐａ以下の真空度となるような減圧雰囲気に保ち、温度を４００℃、基板温度が上記温度に達した状態で１０分間、加熱処理を行う。加熱処理は、電気炉を用いた加熱方法、加熱した気体を用いるＧＲＴＡ（Ｇａｓ Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ａｎｎｅａｌ）法またはランプ光を用いるＬＲＴＡ（Ｌａｍｐ Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ａｎｎｅａｌ）法などの瞬間加熱方法などを用いることができる。例えば、電気炉を用いて加熱処理を行う場合、昇温特性を０．１℃／ｍｉｎ以上２０℃／ｍｉｎ以下、降温特性を０．１℃／ｍｉｎ以上１５℃／ｍｉｎ以下とすることが好ましい。
【００５７】
なお、活性化のための加熱処理は、酸化物半導体膜１０７が酸化物絶縁膜１０８と接した状態で行われる。そのため、酸化物半導体膜１０７の酸化物絶縁膜１０８と接する領域が、均一に高抵抗化するため、薄膜トランジスタ１１１の電気的特性のばらつきを軽減することができる。
【００５８】
次いで、活性化処理を行った後、図１（Ｅ）に示すように、バックゲート電極１０９を覆うように絶縁膜１１０を形成する。絶縁膜１１０は、雰囲気中の水分や酸素がバックゲート電極１０９の表面や内部に吸着するのを防ぐ効果を有する、バリア性の高い材料を用いるのが望ましい。例えば、バリア性の高い絶縁膜として、窒化珪素膜、窒化酸化珪素膜、窒化アルミニウム膜、または窒化酸化アルミニウム膜などを、プラズマＣＶＤ法又はスパッタリング法等により単層で又は積層させて形成することができる。バリア性の効果を得るには、絶縁膜１１０は、例えば厚さ１５ｎｍ〜４００ｎｍの膜厚で形成することが好ましい。
【００５９】
本実施の形態では、プラズマＣＶＤ法により３００ｎｍの絶縁膜を形成する。成膜条件は、シランガスの流量４ｓｃｃｍとし、一酸化二窒素（Ｎ２Ｏ）の流量８００ｓｃｃｍとし、基板温度４００℃とする。
【００６０】
絶縁膜１１０を形成することで、雰囲気中の水分や酸素がバックゲート電極１０９の表面や内部に吸着するのを防ぐことができるので、バックゲート電極１０９が活性化された状態を保持し、トランジスタの信頼性を高めることが出来る。
【００６１】
図２（Ｂ）に、図１（Ｅ）に示す半導体装置の上面図を示す。図１（Ｅ）は、図２（Ｂ）の破線Ａ１−Ａ２における断面図に相当する。
【００６２】
薄膜トランジスタ１１１は、ゲート電極１０１と、ゲート電極１０１上のゲート絶縁膜１０２と、ゲート絶縁膜１０２上の酸化物半導体膜１０７と、酸化物半導体膜１０７上のソース電極１０５及びドレイン電極１０６と、ソース電極１０５及びドレイン電極１０６上の酸化物絶縁膜１０８と、酸化物絶縁膜１０８上のバックゲート電極１０９とを有する。バックゲート電極１０９を、酸化物半導体膜１０７と重なるように形成することで、酸化物半導体膜１０７内、ゲート絶縁膜１０２内、酸化物半導体膜１０７とゲート絶縁膜１０２の界面とその近傍、或いは、酸化物半導体膜１０７と酸化物絶縁膜１０８の界面とその近傍、などに存在する、水分、ヒドロキシ基、または水素などの不純物が、活性化されたバックゲート電極１０９に吸蔵或いは吸着されるため、上記不純物がトランジスタの特性の劣化に繋がるのを防ぐことができる。また、半導体装置の置かれている雰囲気中に含まれる水分、水素などの不純物が、酸化物半導体膜１０７内に取り込まれるのを防ぐことが出来る。
【００６３】
なお、図２（Ｂ）では、バックゲート電極１０９が酸化物半導体膜１０７全体を覆っている場合を例示しているが、本発明はこの構成に限定されない。バックゲート電極１０９が酸化物半導体膜１０７全体を完全に覆うことで、酸化物半導体膜１０７中の不純物を低減するという効果は高くなる。しかし、酸化物半導体膜１０７の少なくともチャネル形成領域となる部分全体、或いはその一部が、バックゲート電極１０９と重なることでも、上記効果は得られる。
【００６４】
また、バックゲート電極１０９は、電気的に絶縁しているフローティングの状態であっても良いし、電位が与えられる状態であっても良い。後者の場合、バックゲート電極１０９には、ゲート電極１０１と同じ高さの電位が与えられていても良いし、グラウンドなどの固定電位が与えられていても良い。バックゲート電極１０９に与える電位の高さを制御することで、薄膜トランジスタ１１１の閾値電圧を制御することができる。ただし、バックゲート電極１０９にＴｉＣｒ２などの導電率の低い金属材料を用いている場合、抵抗値の低い導電膜をバックゲート電極１０９に接するように形成し、これらの導電膜の合成抵抗を低く抑えることで、寄生抵抗による消費電力が嵩むのを防ぐようにしても良い。
【００６５】
なお、バックゲート電極１０９を活性化するための加熱処理の工程と、バックゲート電極１０９に接するように絶縁膜１１０を形成する工程とを、大気に触れさせることなく連続的に処理（連続処理、インサイチュ（ｉｎｓｉｔｕ）工程）することで、雰囲気中の水分や酸素がバックゲート電極１０９の表面や内部に吸着するのを防ぐことができる。その結果、バックゲート電極１０９が活性化された状態を保持し、薄膜トランジスタ１１１の信頼性を、より高めることができる。
【００６６】
なお、バックゲート電極１０９を活性化するための加熱処理の工程と、バックゲート電極１０９に接するように絶縁膜１１０を形成する工程の間に、基板搬送工程、アライメント工程、加熱または冷却する工程等を有しても、本明細書における連続処理の範囲にあるとする。ただし、洗浄工程、ウェットエッチング、レジスト形成といった液体を用いる工程が上記２つの工程間にある場合、本連続処理の範囲には当てはまらないとする。
【００６７】
また、本実施の形態では、水分、ヒドロキシ基、或いは水素を、吸蔵または吸着しやすい特性を有する金属を１つまたは複数用いてバックゲート電極１０９を形成する例について説明したが、上記特性を有する金属を１つまたは複数用いてゲート電極１０１を形成しても良い。この場合、ゲート電極１０１を形成した後、活性化のための加熱処理を、バックゲート電極１０９の場合と同様の条件で行えば良い。ゲート電極１０１に上記特性を有する金属を用いることで、酸化物半導体膜１０７内、ゲート絶縁膜１０２内、酸化物半導体膜１０７とゲート絶縁膜１０２の界面とその近傍、或いは、酸化物半導体膜１０７と酸化物絶縁膜１０８の界面とその近傍、などに存在する、水分、ヒドロキシ基、または水素などの不純物が、活性化されたゲート電極１０１に吸蔵或いは吸着されるため、上記不純物がトランジスタの特性の劣化に繋がるのを防ぐことができる。
【００６８】
（実施の形態２）
本実施の形態では、実施の形態１で示した薄膜トランジスタ１１１とは構造が異なるボトムコンタクト型の薄膜トランジスタを有する、半導体装置の作製方法について説明する。なお、実施の形態１と同一部分又は同様な機能を有する部分、及び工程は、実施の形態１と同様に行うことができるため、繰り返しの説明は省略する。
【００６９】
半導体装置の作製方法について、図３及び図４を用いて説明する。
【００７０】
図３（Ａ）に示すように、絶縁表面を有する基板２００上にゲート電極２０１を形成する。下地膜となる絶縁膜を基板２００とゲート電極２０１の間に設けても良い。ゲート電極２０１の材料及びその構造については、実施の形態１に示したゲート電極１０１の材料及び構造を参照すれば良い。下地膜の材料及びその構造については、実施の形態１に示した下地膜の材料及び構造を参照すれば良い。
【００７１】
次いで、ゲート電極２０１上にゲート絶縁膜２０２を形成する。ゲート絶縁膜２０２の材料及びその構造と、作製方法については、実施の形態１に示したゲート絶縁膜１０２の材料及び構造と、作製方法を参照すれば良い。
【００７２】
本実施の形態では、プラズマＣＶＤ法により２００ｎｍのゲート絶縁膜２０２を形成する。成膜条件は、シランガスの流量４ｓｃｃｍとし、一酸化二窒素（Ｎ２Ｏ）の流量８００ｓｃｃｍとし、基板温度４００℃とする。
【００７３】
次いで、ゲート絶縁膜２０２上にソース電極ドレイン電極用導電膜を形成する。そして、上記導電膜をエッチングなどにより所望の形状に加工（パターニング）し、ソース電極２０３又はドレイン電極２０４を形成する。上記導電膜の材料及びその構造については、実施の形態１においてソース電極１０５及びドレイン電極１０６を形成する際にパターニングした導電膜の材料及びその構造を参照すれば良い。ただし、ソース電極２０３、ドレイン電極２０４の膜厚は、後に形成される酸化物半導体膜が段切れなどのカバレッジ不良を起こすのを防ぐために、実施の形態１よりも薄く、１０ｎｍ〜３００ｎｍ、好ましくは１００ｎｍ〜２００ｎｍとする。
【００７４】
本実施の形態では、モリブデンターゲットを用いたスパッタ法により１５０ｎｍのソース電極ドレイン電極用の導電膜を形成した後、該導電膜をエッチングにより所望の形状に加工（パターニング）することで、ソース電極２０３、ドレイン電極２０４を形成する。
【００７５】
次いで、ソース電極２０３、ドレイン電極２０４、ゲート絶縁膜２０２上に酸化物半導体膜を形成する。チャネル形成領域を形成するための酸化物半導体膜には、実施の形態１において示した半導体特性を有する酸化物材料を用いれば良い。酸化物半導体膜は、酸化物半導体をターゲットとして用い、スパッタ法により成膜する。また、酸化物半導体膜は、希ガス（例えばアルゴン）雰囲気下、酸素雰囲気下、又は希ガス（例えばアルゴン）及び酸素雰囲気下においてスパッタ法により形成することができる。
【００７６】
なお、酸化物半導体膜をスパッタ法により成膜する前に、アルゴンガスを導入してプラズマを発生させる逆スパッタを行い、ゲート絶縁膜２０２の表面に付着しているゴミを除去することが好ましい。
【００７７】
酸化物半導体膜の膜厚は、５ｎｍ〜３００ｎｍ、好ましくは１０ｎｍ〜１００ｎｍとする。本実施の形態では、酸化物半導体膜としてＩｎ（インジウム）、Ｇａ（ガリウム）、及びＺｎ（亜鉛）を含む酸化物半導体ターゲット（Ｉｎ２Ｏ３：Ｇａ２Ｏ３：ＺｎＯ＝１：１：１）を用いたスパッタ法により得られる、膜厚５０ｎｍのＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系非単結晶膜を用いる。本実施の形態では、ＤＣスパッタ法を用い、アルゴンの流量３０ｓｃｃｍとし、酸素の流量１５ｓｃｃｍとし、基板温度は室温とする。
【００７８】
次いで、図３（Ａ）に示すように、酸化物半導体膜をエッチングなどにより所望の形状に加工（パターニング）し、ゲート絶縁膜２０２を間に挟んでゲート電極２０１と重なるように、ゲート絶縁膜２０２上に島状の酸化物半導体膜２０５を形成する。
【００７９】
次いで、減圧雰囲気下、窒素や希ガスなどの不活性ガス雰囲気下、酸素ガス雰囲気下、または超乾燥エア（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、好ましくは１０ｐｐｂ以下の空気）雰囲気下において、島状の酸化物半導体膜２０５に加熱処理を施す。酸化物半導体膜２０５への加熱処理については、実施の形態１において示した、酸化物半導体膜１０３への加熱処理についての説明を参照すれば良い。ただし、ソース電極２０３、ドレイン電極２０４の耐熱性を考慮し、３５０℃以上６５０℃以下、好ましくは４００℃以上６００℃以下の温度範囲で行うと良い。酸化物半導体膜２０５を上記雰囲気下で加熱処理することで、図３（Ｂ）に示すように、酸化物半導体膜２０５に含まれる水分、水素、ヒドロキシ基が脱離した島状の酸化物半導体膜２０６が形成される。従って、上記酸化物半導体膜２０６を用いてチャネル形成領域が形成された薄膜トランジスタは、上記不純物による特性の劣化を防ぐことができる。
【００８０】
本実施の形態では、窒素雰囲気下において、４５０℃、基板温度が上記設定温度に達した状態で６０分間、加熱処理を行う。
【００８１】
なお、酸化物半導体膜２０５に加熱処理を行うことで酸化物半導体膜２０６を形成した後に、酸素雰囲気下で該酸化物半導体膜２０６に加熱処理を施すことで、酸化物半導体膜２０６に含まれる水分などの不純物を除去することができる。そして、酸素雰囲気下での加熱処理により、酸化物半導体膜２０６を酸素が過剰な状態とすることで、高抵抗化できる。酸化物半導体膜２０６への酸素雰囲気下における加熱処理については、実施の形態１において示した、酸化物半導体膜１０４への酸素雰囲気下における加熱処理についての説明を参照すれば良い。
【００８２】
図４（Ａ）に、図３（Ｂ）に示す半導体装置の上面図を示す。図３（Ｂ）は、図４（Ａ）の破線Ｂ１−Ｂ２における断面図に相当する。
【００８３】
次いで、図３（Ｃ）に示すように、島状の酸化物半導体膜２０６、ソース電極２０３及びドレイン電極２０４に接するように、スパッタ法で酸化物絶縁膜２０７を形成する。低抵抗化した島状の酸化物半導体膜２０６に接して形成する酸化物絶縁膜２０７は、水分や、水素、酸素、ヒドロキシ基などの不純物を極力含まず、これらが外部から侵入することをブロックする、酸化珪素膜、窒化酸化珪素膜などの無機絶縁膜を用いる。
【００８４】
本実施の形態では、酸化物絶縁膜２０７として膜厚３００ｎｍの酸化珪素膜を成膜する。成膜時の基板温度は、室温以上３００℃以下とすればよく、本実施の形態では１００℃とする。酸化珪素膜のスパッタ法による成膜は、希ガス（例えばアルゴン）雰囲気下、酸素雰囲気下、又は希ガス（例えばアルゴン）及び酸素雰囲気下において行うことができる。また、ターゲットとして酸化珪素ターゲットを用いても珪素ターゲットを用いてもよい。例えば珪素ターゲットを用いて、酸素、及び窒素雰囲気下でスパッタ法により酸化珪素を形成することができる。
【００８５】
低抵抗化した酸化物半導体膜２０６に接してスパッタ法またはＰＣＶＤ法などにより酸化物絶縁膜２０７を形成すると、低抵抗化した酸化物半導体膜２０６において少なくとも酸化物絶縁膜２０７と接する領域が、キャリア濃度が好ましくは１×１０１８／ｃｍ３未満まで低くなることにより高抵抗化し、高抵抗化酸化物半導体領域となる。酸化物絶縁膜２０７の形成により、酸化物半導体膜２０６は、酸化物絶縁膜２０７との界面近傍に高抵抗化酸化物半導体領域を有する。
【００８６】
次いで、図３（Ｃ）に示すように、酸化物絶縁膜２０７上に、水分、ヒドロキシ基、或いは水素を、吸蔵または吸着しやすい特性を有する金属を１つまたは複数用いて導電膜を形成した後、該導電膜をパターニングすることで、酸化物半導体膜２０６と重なる位置にバックゲート電極２０８を形成する。バックゲート電極２０８の材料及びその構造については、実施の形態１に示したバックゲート電極１０９の材料及び構造を参照すれば良い。
【００８７】
本実施の形態では、チタンとクロムの組成比が１対２である合金のターゲット（φ６ｉｎｃｈ）を用い、アルゴンガス流量５０ｓｃｃｍをチャンバー内に導入して、圧力を０．４Ｐａ、電力を２ｋＷ、成膜温度を室温とし、スパッタ法で膜厚２００ｎｍのＴｉＣｒ２からなる導電膜を形成する。そして、フォトリソグラフィ法によりレジストマスクを形成し、塩素及び酸素をエッチングガスとして用いたプラズマエッチングにより不要な部分を除去して、該導電膜を所望の形状に加工（パターニング）することで、バックゲート電極２０８を形成する。
【００８８】
次いで、バックゲート電極２０８を形成した後、該バックゲート電極２０８が露出した状態で、減圧雰囲気下または不活性ガス雰囲気下において加熱処理を行うことで、バックゲート電極２０８の表面や内部に吸着されている水分、酸素、水素などを取り除く活性化処理を行う。活性化処理の条件については、実施の形態１におけるバックゲート電極１０９への活性化処理を参照することができる。
【００８９】
上記活性化処理を行うことで、酸化物半導体膜２０６内、ゲート絶縁膜２０２内、酸化物半導体膜２０６とゲート絶縁膜２０２の界面とその近傍、或いは、酸化物半導体膜２０６と酸化物絶縁膜２０７の界面とその近傍、などに存在する、水分、ヒドロキシ基、または水素などの不純物が、活性化されたバックゲート電極２０８に吸蔵或いは吸着されるため、上記不純物がトランジスタの特性の劣化に繋がるのを防ぐことができる。
【００９０】
また、半導体装置の置かれている雰囲気中に含まれる水分、水素などの不純物が、酸化物半導体膜２０６内に取り込まれるのを防ぐことが出来る。
【００９１】
本実施の形態では、ターボ分子ポンプなどの排気手段により処理室内を５×１０−３Ｐａ以下、好ましくは１０−５Ｐａ以下の真空度となるような減圧雰囲気に保ち、温度を４００℃、基板温度が上記温度に達した状態で１０分間、加熱処理を行う。
【００９２】
なお、活性化のための加熱処理は、酸化物半導体膜２０６が酸化物絶縁膜２０７と接した状態で行われる。そのため、酸化物半導体膜２０６の酸化物絶縁膜２０７と接する領域が、均一に高抵抗化するため、薄膜トランジスタ２１１の電気的特性のばらつきを軽減することができる。
【００９３】
次いで、活性化処理を行った後、図３（Ｄ）に示すように、バックゲート電極２０８を覆うように絶縁膜２１０を形成する。絶縁膜２１０は、雰囲気中の水分や酸素がバックゲート電極２０８の表面や内部に吸着するのを防ぐ効果を有する、バリア性の高い材料を用いるのが望ましい。絶縁膜２１０の材料及びその構造については、実施の形態１に示した絶縁膜１１０の材料及び構造を参照すれば良い。
【００９４】
本実施の形態では、プラズマＣＶＤ法により３００ｎｍの絶縁膜を形成する。成膜条件は、シランガスの流量４ｓｃｃｍとし、一酸化二窒素（Ｎ２Ｏ）の流量８００ｓｃｃｍとし、基板温度４００℃とする。
【００９５】
絶縁膜２１０を形成することで、雰囲気中の水分や酸素がバックゲート電極２０８の表面や内部に吸着するのを防ぐことができるので、バックゲート電極２０８が活性化された状態を保持し、トランジスタの信頼性を高めることが出来る。
【００９６】
図４（Ｂ）に、図３（Ｄ）に示す半導体装置の上面図を示す。図３（Ｄ）は、図４（Ｂ）の破線Ｂ１−Ｂ２における断面図に相当する。
【００９７】
薄膜トランジスタ２１１は、ゲート電極２０１と、ゲート電極２０１上のゲート絶縁膜２０２と、ゲート絶縁膜２０２上のソース電極２０３及びドレイン電極２０４と、ゲート電極２０１、ソース電極２０３及びドレイン電極２０４上の酸化物半導体膜２０６と、酸化物半導体膜２０６上の酸化物絶縁膜２０７と、酸化物絶縁膜２０７上のバックゲート電極２０８とを有する。バックゲート電極２０８を、酸化物半導体膜２０６と重なるように形成することで、酸化物半導体膜２０６内、ゲート絶縁膜２０２内、酸化物半導体膜２０６とゲート絶縁膜２０２の界面とその近傍、或いは、酸化物半導体膜２０６と酸化物絶縁膜２０７の界面とその近傍、などに存在する、水分、ヒドロキシ基、または水素などの不純物が、活性化されたバックゲート電極２０８に吸蔵或いは吸着されるため、上記不純物がトランジスタの特性の劣化に繋がるのを防ぐことができる。また、半導体装置の置かれている雰囲気中に含まれる水分、水素などの不純物が、酸化物半導体膜２０６内に取り込まれるのを防ぐことが出来る。
【００９８】
なお、図４（Ｂ）では、バックゲート電極２０８が酸化物半導体膜２０６全体を覆っている場合を例示しているが、本発明はこの構成に限定されない。バックゲート電極２０８が酸化物半導体膜２０６全体を完全に覆うことで、酸化物半導体膜２０６中の不純物を低減するという効果は高くなる。しかし、酸化物半導体膜２０６の少なくともチャネル形成領域となる部分全体、或いはその一部が、バックゲート電極２０８と重なることでも、上記効果は得られる。
【００９９】
また、バックゲート電極２０８は、電気的に絶縁しているフローティングの状態であっても良いし、電位が与えられる状態であっても良い。後者の場合、バックゲート電極２０８には、ゲート電極２０１と同じ高さの電位が与えられていても良いし、グラウンドなどの固定電位が与えられていても良い。バックゲート電極２０８に与える電位の高さを制御することで、薄膜トランジスタ２１１の閾値電圧を制御することができる。ただし、バックゲート電極２０８にＴｉＣｒ２などの導電率の低い金属材料を用いている場合、抵抗値の低い導電膜をバックゲート電極２０８に接するように形成し、これらの導電膜の合成抵抗を低く抑えることで、寄生抵抗による消費電力が嵩むのを防ぐようにしても良い。
【０１００】
なお、バックゲート電極２０８を活性化するための加熱処理の工程と、バックゲート電極２０８に接するように絶縁膜２１０を形成する工程とを、大気に触れさせることなく連続的に処理（連続処理、インサイチュ（ｉｎｓｉｔｕ）工程）することで、雰囲気中の水分や酸素がバックゲート電極２０８の表面や内部に吸着するのを防ぐことができる。その結果、バックゲート電極２０８が活性化された状態を保持し、薄膜トランジスタ２１１の信頼性を、より高めることができる。
【０１０１】
なお、バックゲート電極２０８を活性化するための加熱処理の工程と、バックゲート電極２０８に接するように絶縁膜２１０を形成する工程の間に、基板搬送工程、アライメント工程、加熱または冷却する工程等を有しても、本明細書における連続処理の範囲にあるとする。ただし、洗浄工程、ウェットエッチング、レジスト形成といった液体を用いる工程が上記２つの工程間にある場合、本連続処理の範囲には当てはまらないとする。
【０１０２】
また、本実施の形態では、水分、ヒドロキシ基、或いは水素を、吸蔵または吸着しやすい特性を有する金属を１つまたは複数用いてバックゲート電極２０８を形成する例について説明したが、上記特性を有する金属を１つまたは複数用いてゲート電極２０１を形成しても良い。この場合、ゲート電極２０１を形成した後、活性化のための加熱処理を、バックゲート電極２０８の場合と同様の条件で行えば良い。ゲート電極２０１に上記特性を有する金属を用いることで、酸化物半導体膜２０６内、ゲート絶縁膜２０２内、酸化物半導体膜２０６とゲート絶縁膜２０２の界面とその近傍、或いは、酸化物半導体膜２０６と酸化物絶縁膜２０７の界面とその近傍、などに存在する、水分、ヒドロキシ基、または水素などの不純物が、活性化されたゲート電極２０１に吸蔵或いは吸着されるため、上記不純物がトランジスタの特性の劣化に繋がるのを防ぐことができる。
【０１０３】
また、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。
【０１０４】
（実施の形態３）
本実施の形態では、実施の形態１で示した薄膜トランジスタ１１１、実施の形態２とで示した薄膜トランジスタ２１１とは構造が異なる、チャネル保護膜を有するボトムゲート型の薄膜トランジスタを有する、半導体装置の作製方法について説明する。なお、実施の形態１と同一部分又は同様な機能を有する部分、及び工程は、実施の形態１と同様に行うことができるため、繰り返しの説明は省略する。
【０１０５】
半導体装置の作製方法について、図５及び図６を用いて説明する。
【０１０６】
図５（Ａ）に示すように、絶縁表面を有する基板３００上にゲート電極３０１を形成する。下地膜となる絶縁膜を基板３００とゲート電極３０１の間に設けても良い。ゲート電極３０１の材料及びその構造については、実施の形態１に示したゲート電極１０１の材料及び構造を参照すれば良い。下地膜の材料及びその構造については、実施の形態１に示した下地膜の材料及び構造を参照すれば良い。
【０１０７】
次いで、ゲート電極３０１上にゲート絶縁膜３０２を形成する。ゲート絶縁膜３０２の材料及びその構造と、作製方法については、実施の形態１に示したゲート絶縁膜１０２の材料及び構造と、作製方法を参照すれば良い。
【０１０８】
本実施の形態では、プラズマＣＶＤ法により２００ｎｍのゲート絶縁膜３０２を形成する。成膜条件は、シランガスの流量４ｓｃｃｍとし、一酸化二窒素（Ｎ２Ｏ）の流量８００ｓｃｃｍとし、基板温度４００℃とする。
【０１０９】
次いで、ゲート絶縁膜３０２上に酸化物半導体膜を形成する。チャネル形成領域を形成するための酸化物半導体膜には、実施の形態１において示した半導体特性を有する酸化物材料を用いれば良い。酸化物半導体膜は、酸化物半導体をターゲットとして用い、スパッタ法により成膜する。また、酸化物半導体膜は、希ガス（例えばアルゴン）雰囲気下、酸素雰囲気下、又は希ガス（例えばアルゴン）及び酸素雰囲気下においてスパッタ法により形成することができる。
【０１１０】
なお、酸化物半導体膜をスパッタ法により成膜する前に、アルゴンガスを導入してプラズマを発生させる逆スパッタを行い、ゲート絶縁膜３０２の表面に付着しているゴミを除去することが好ましい。
【０１１１】
酸化物半導体膜の膜厚は、５ｎｍ〜３００ｎｍ、好ましくは１０ｎｍ〜１００ｎｍとする。本実施の形態では、酸化物半導体膜としてＩｎ（インジウム）、Ｇａ（ガリウム）、及びＺｎ（亜鉛）を含む酸化物半導体ターゲット（Ｉｎ２Ｏ３：Ｇａ２Ｏ３：ＺｎＯ＝１：１：１）を用いたスパッタ法により得られる、膜厚５０ｎｍのＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系非単結晶膜を用いる。本実施の形態では、ＤＣスパッタ法を用い、アルゴンの流量３０ｓｃｃｍとし、酸素の流量１５ｓｃｃｍとし、基板温度は室温とする。
【０１１２】
次いで、図５（Ａ）に示すように、酸化物半導体膜をエッチングなどにより所望の形状に加工（パターニング）し、ゲート絶縁膜３０２を間に挟んでゲート電極３０１と重なるように、ゲート絶縁膜３０２上に島状の酸化物半導体膜３０３を形成する。
【０１１３】
次いで、不活性ガス雰囲気（窒素、またはヘリウム、ネオン、アルゴン等）下において、島状の酸化物半導体膜３０３に加熱処理を施す。酸化物半導体膜３０３への加熱処理については、実施の形態１において示した、酸化物半導体膜１０３への加熱処理についての説明を参照すれば良い。酸化物半導体膜３０３を上記雰囲気下で加熱処理することで、図５（Ｂ）に示すように、酸化物半導体膜３０３に含まれる水分、水素、ヒドロキシ基が脱離した島状の酸化物半導体膜３０４が形成される。従って、上記酸化物半導体膜３０４を用いてチャネル形成領域が形成された薄膜トランジスタは、上記不純物による特性の劣化を防ぐことができる。
【０１１４】
本実施の形態では、窒素雰囲気下において、４５０℃、基板温度が上記設定温度に達した状態で６０分間、加熱処理を行う。
【０１１５】
なお、酸化物半導体膜３０３に加熱処理を行うことで酸化物半導体膜３０４を形成した後に、酸素雰囲気下で該酸化物半導体膜３０４に加熱処理を施すことで、酸化物半導体膜３０４に含まれる水分などの不純物を除去することができる。そして、酸素雰囲気下での加熱処理により、酸化物半導体膜３０４を酸素が過剰な状態とすることで、高抵抗化できる。酸化物半導体膜３０４への酸素雰囲気下における加熱処理については、実施の形態１において示した、酸化物半導体膜１０４への酸素雰囲気下における加熱処理についての説明を参照すれば良い。
【０１１６】
次に、図５（Ｃ）に示すように、酸化物半導体膜３０４のチャネル形成領域となる部分と重なるように、酸化物半導体膜３０４上にチャネル保護膜３０５を形成する。チャネル保護膜３０５を設けることによって、酸化物半導体膜３０４のチャネル形成領域となる部分に対する、後の工程時におけるダメージ（エッチング時のプラズマやエッチング剤による膜減りなど）を防ぐことができる。従って薄膜トランジスタの信頼性を向上させることができる。
【０１１７】
チャネル保護膜３０５には、酸素を含む無機材料（酸化珪素、酸化窒化珪素、窒化酸化珪素など）を用いることができる。チャネル保護膜３０５は、プラズマＣＶＤ法や熱ＣＶＤ法などの気相成長法やスパッタリング法を用いて形成することができる。チャネル保護膜３０５は成膜後にエッチングにより形状を加工する。ここでは、スパッタ法により酸化珪素膜を形成し、フォトリソグラフィによるマスクを用いてエッチング加工することでチャネル保護膜３０５を形成する。
【０１１８】
また、島状の酸化物半導体膜３０４に接してスパッタ法またはＰＣＶＤ法などにより酸化物絶縁膜であるチャネル保護膜３０５を形成すると、島状の酸化物半導体膜３０４において少なくともチャネル保護膜３０５と接する領域が、キャリア濃度が好ましくは１×１０１８／ｃｍ３未満、さらに好ましくは１×１０１４／ｃｍ３以下まで低くなることにより高抵抗化し、高抵抗化酸化物半導体領域となる。チャネル保護膜３０５の形成により、酸化物半導体膜３０４は、チャネル保護膜３０５との界面近傍に高抵抗化酸化物半導体領域を有することができる。
【０１１９】
次いで、島状の酸化物半導体膜３０４上に、ソース電極ドレイン電極用導電膜を形成する。そして、図５（Ｃ）に示すように、上記導電膜をエッチングなどにより所望の形状に加工（パターニング）し、島状の酸化物半導体膜３０４に接するソース電極３０６又はドレイン電極３０７を形成する。上記導電膜の材料及びその構造については、実施の形態１においてソース電極１０５及びドレイン電極１０６を形成する際にパターニングした導電膜の材料及びその構造を参照すれば良い。
【０１２０】
本実施の形態では、モリブデンターゲットを用いたスパッタ法により２００ｎｍのソース電極ドレイン電極用の導電膜を形成した後、該導電膜をエッチングにより所望の形状に加工（パターニング）することで、ソース電極３０６、ドレイン電極３０７を形成する。
【０１２１】
図６（Ａ）に、図５（Ｃ）に示す半導体装置の上面図を示す。図５（Ｃ）は、図６（Ａ）の破線Ｃ１−Ｃ２における断面図に相当する。
【０１２２】
次いで、図５（Ｄ）に示すように、島状の酸化物半導体膜３０４、ソース電極３０６及びドレイン電極３０７上に、スパッタ法で酸化物絶縁膜３０８を形成する。低抵抗化した島状の酸化物半導体膜３０４上に形成する酸化物絶縁膜３０８は、水分や、水素、酸素、ヒドロキシ基などの不純物を極力含まず、これらが外部から侵入することをブロックする、酸化珪素膜、窒化酸化珪素膜などの無機絶縁膜を用いる。
【０１２３】
本実施の形態では、酸化物絶縁膜３０８として膜厚３００ｎｍの酸化珪素膜を成膜する。成膜時の基板温度は、室温以上３００℃以下とすればよく、本実施の形態では１００℃とする。酸化珪素膜のスパッタ法による成膜は、希ガス（例えばアルゴン）雰囲気下、酸素雰囲気下、又は希ガス（例えばアルゴン）及び酸素雰囲気下において行うことができる。また、ターゲットとして酸化珪素ターゲットを用いても珪素ターゲットを用いてもよい。例えば珪素ターゲットを用いて、酸素、及び窒素雰囲気下でスパッタ法により酸化珪素を形成することができる。
【０１２４】
次いで、図５（Ｄ）に示すように、酸化物絶縁膜３０８上に、水分、ヒドロキシ基、或いは水素を、吸蔵または吸着しやすい特性を有する金属を１つまたは複数用いて導電膜を形成した後、該導電膜をパターニングすることで、酸化物半導体膜３０４と重なる位置にバックゲート電極３０９を形成する。バックゲート電極３０９の材料及びその構造については、実施の形態１に示したバックゲート電極１０９の材料及び構造を参照すれば良い。
【０１２５】
本実施の形態では、チタンとクロムの組成比が１対２である合金のターゲット（φ６ｉｎｃｈ）を用い、アルゴンガス流量５０ｓｃｃｍをチャンバー内に導入して、圧力を０．４Ｐａ、電力を２ｋＷ、成膜温度を室温とし、スパッタ法で膜厚２００ｎｍのＴｉＣｒ２からなる導電膜を形成する。そして、フォトリソグラフィ法によりレジストマスクを形成し、塩素及び酸素をエッチングガスとして用いたプラズマエッチングにより不要な部分を除去して、該導電膜を所望の形状に加工（パターニング）することで、バックゲート電極３０９を形成する。
【０１２６】
次いで、バックゲート電極３０９を形成した後、該バックゲート電極３０９が露出した状態で、減圧雰囲気下または不活性ガス雰囲気下において加熱処理を行うことで、バックゲート電極３０９の表面や内部に吸着されている水分、酸素、水素などを取り除く活性化処理を行う。活性化処理の条件については、実施の形態１におけるバックゲート電極１０９への活性化処理を参照することができる。
【０１２７】
上記活性化処理を行うことで、酸化物半導体膜３０４内、ゲート絶縁膜３０２内、酸化物半導体膜３０４とゲート絶縁膜３０２の界面とその近傍、或いは、酸化物半導体膜３０４と酸化物絶縁膜３０８の界面とその近傍、などに存在する、水分、ヒドロキシ基、または水素などの不純物が、活性化されたバックゲート電極３０９に吸蔵或いは吸着されるため、上記不純物がトランジスタの特性の劣化に繋がるのを防ぐことができる。
【０１２８】
また、半導体装置の置かれている雰囲気中に含まれる水分、水素などの不純物が、酸化物半導体膜３０４内に取り込まれるのを防ぐことが出来る。
【０１２９】
本実施の形態では、ターボ分子ポンプなどの排気手段により処理室内を５×１０−３Ｐａ以下、好ましくは１０−５Ｐａ以下の真空度となるような減圧雰囲気に保ち、温度を４００℃、基板温度が上記温度に達した状態で１０分間、加熱処理を行う。
【０１３０】
なお、活性化のための加熱処理は、酸化物半導体膜３０４がチャネル保護膜３０５と接した状態で行われる。そのため、酸化物半導体膜３０４のチャネル保護膜３０５と接する領域が、均一に高抵抗化するため、薄膜トランジスタ３１１の電気的特性のばらつきを軽減することができる。
【０１３１】
次いで、活性化処理を行った後、図５（Ｅ）に示すように、バックゲート電極３０９を覆うように絶縁膜３１０を形成する。絶縁膜３１０は、雰囲気中の水分や酸素がバックゲート電極３０９の表面や内部に吸着するのを防ぐ効果を有する、バリア性の高い材料を用いるのが望ましい。絶縁膜３１０の材料及びその構造については、実施の形態１に示した絶縁膜１１０の材料及び構造を参照すれば良い。
【０１３２】
本実施の形態では、プラズマＣＶＤ法により３００ｎｍの絶縁膜を形成する。成膜条件は、シランガスの流量４ｓｃｃｍとし、一酸化二窒素（Ｎ２Ｏ）の流量８００ｓｃｃｍとし、基板温度４００℃とする。
【０１３３】
絶縁膜３１０を形成することで、雰囲気中の水分や酸素がバックゲート電極３０９の表面や内部に吸着するのを防ぐことができるので、バックゲート電極３０９が活性化された状態を保持し、トランジスタの信頼性を高めることが出来る。
【０１３４】
図６（Ｂ）に、図５（Ｅ）に示す半導体装置の上面図を示す。図５（Ｅ）は、図６（Ｂ）の破線Ｃ１−Ｃ２における断面図に相当する。
【０１３５】
薄膜トランジスタ３１１は、ゲート電極３０１と、ゲート電極３０１上のゲート絶縁膜３０２と、ゲート絶縁膜３０２上の酸化物半導体膜３０４と、酸化物半導体膜３０４上のチャネル保護膜３０５、ソース電極３０６及びドレイン電極３０７と、チャネル保護膜３０５、ソース電極３０６及びドレイン電極３０７上の酸化物絶縁膜３０８と、酸化物絶縁膜３０８上のバックゲート電極３０９とを有する。バックゲート電極３０９を、酸化物半導体膜３０４と重なるように形成することで、酸化物半導体膜３０４内、ゲート絶縁膜３０２内、酸化物半導体膜３０４とゲート絶縁膜３０２の界面とその近傍、或いは、酸化物半導体膜３０４と酸化物絶縁膜３０８の界面とその近傍、などに存在する、水分、ヒドロキシ基、または水素などの不純物が、活性化されたバックゲート電極３０９に吸蔵或いは吸着されるため、上記不純物がトランジスタの特性の劣化に繋がるのを防ぐことができる。また、半導体装置の置かれている雰囲気中に含まれる水分、水素などの不純物が、酸化物半導体膜３０４内に取り込まれるのを防ぐことが出来る。
【０１３６】
なお、図６（Ｂ）では、バックゲート電極３０９が酸化物半導体膜３０４全体を覆っている場合を例示しているが、本発明はこの構成に限定されない。バックゲート電極３０９が酸化物半導体膜３０４全体を完全に覆うことで、酸化物半導体膜３０４中の不純物を低減するという効果は高くなる。しかし、酸化物半導体膜３０４の少なくともチャネル形成領域となる部分全体、或いはその一部が、バックゲート電極３０９と重なることでも、上記効果は得られる。
【０１３７】
また、バックゲート電極３０９は、電気的に絶縁しているフローティングの状態であっても良いし、電位が与えられる状態であっても良い。後者の場合、バックゲート電極３０９には、ゲート電極３０１と同じ高さの電位が与えられていても良いし、グラウンドなどの固定電位が与えられていても良い。バックゲート電極３０９に与える電位の高さを制御することで、薄膜トランジスタ３１１の閾値電圧を制御することができる。ただし、バックゲート電極３０９にＴｉＣｒ２などの導電率の低い金属材料を用いている場合、抵抗値の低い導電膜をバックゲート電極３０９に接するように形成し、これらの導電膜の合成抵抗を低く抑えることで、寄生抵抗による消費電力が嵩むのを防ぐようにしても良い。
【０１３８】
なお、バックゲート電極３０９を活性化するための加熱処理の工程と、バックゲート電極３０９に接するように絶縁膜３１０を形成する工程とを、大気に触れさせることなく連続的に処理（連続処理、インサイチュ（ｉｎｓｉｔｕ）工程）することで、雰囲気中の水分や酸素がバックゲート電極３０９の表面や内部に吸着するのを防ぐことができる。その結果、バックゲート電極３０９が活性化された状態を保持し、薄膜トランジスタ３１１の信頼性を、より高めることができる。
【０１３９】
なお、バックゲート電極３０９を活性化するための加熱処理の工程と、バックゲート電極３０９に接するように絶縁膜３１０を形成する工程の間に、基板搬送工程、アライメント工程、加熱または冷却する工程等を有しても、本明細書における連続処理の範囲にあるとする。ただし、洗浄工程、ウェットエッチング、レジスト形成といった液体を用いる工程が上記２つの工程間にある場合、本連続処理の範囲には当てはまらないとする。
【０１４０】
また、本実施の形態では、水分、ヒドロキシ基、或いは水素を、吸蔵または吸着しやすい特性を有する金属を１つまたは複数用いてバックゲート電極３０９を形成する例について説明したが、上記特性を有する金属を１つまたは複数用いてゲート電極３０１を形成しても良い。この場合、ゲート電極３０１を形成した後、活性化のための加熱処理を、バックゲート電極３０９の場合と同様の条件で行えば良い。ゲート電極３０１に上記特性を有する金属を用いることで、酸化物半導体膜３０４内、ゲート絶縁膜３０２内、酸化物半導体膜３０４とゲート絶縁膜３０２の界面とその近傍、或いは、酸化物半導体膜３０４と酸化物絶縁膜３０８の界面とその近傍、などに存在する、水分、ヒドロキシ基、または水素などの不純物が、活性化されたゲート電極３０１に吸蔵或いは吸着されるため、上記不純物がトランジスタの特性の劣化に繋がるのを防ぐことができる。
【０１４１】
また、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。
【０１４２】
（実施の形態４）
本実施の形態では、本発明の一態様に係る半導体表示装置の作製方法について、図７乃至図１３を用いて説明する。
【０１４３】
図７（Ａ）において、透光性を有する基板４００には、アルミノシリケートガラス、バリウムホウケイ酸ガラス、アルミノホウケイ酸ガラスなどの電子工業用に使われる各種ガラス基板を用いることができる。また、プラスチック等の可撓性を有する合成樹脂からなる基板は、耐熱温度が一般的に低い傾向にあるが、後の作製工程における処理温度に耐え得るのであれば、基板４００として用いることが可能である。プラスチック基板として、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）に代表されるポリエステル、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリスルホン（ＰＳＦ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ポリアリレート（ＰＡＲ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリイミド、アクリロニトリルブタジエンスチレン樹脂、ポリ塩化ビニル、ポリプロピレン、ポリ酢酸ビニル、アクリル樹脂などが挙げられる。
【０１４４】
次いで、導電膜を基板４００全面に形成した後、第１のフォトリソグラフィ工程を行い、レジストマスクを形成し、エッチングにより不要な部分を除去して配線及び電極（ゲート電極４０１を含むゲート配線、容量配線４０８、及び第１の端子４２１）を形成する。このとき少なくともゲート電極４０１の端部にテーパー形状が形成されるようにエッチングする。
【０１４５】
上記導電膜の材料として、モリブデン、チタン、クロム、タンタル、タングステン、ネオジム、スカンジウム等の金属材料、これら金属材料を主成分とする合金材料、或いはこれら金属の窒化物を、単層で又は積層で用いることができる。なお、後の工程において行われる加熱処理の温度に耐えうるのであれば、上記金属材料としてアルミニウム、銅を用いることも出来る。
【０１４６】
例えば、二層の積層構造を有する導電膜として、窒化チタン膜とモリブデン膜とを積層した二層構造とすることが好ましい。三層の積層構造としては、タングステン膜または窒化タングステン膜と、アルミニウムと珪素の合金膜またはアルミニウムとチタンの合金膜と、窒化チタン膜またはチタン膜とを積層した三層構造とすることが好ましい。
【０１４７】
次いで、図７（Ｂ）に示すように、ゲート電極４０１、容量配線４０８、第１の端子４２１上にゲート絶縁膜４０２を形成する。ゲート絶縁膜４０２はスパッタ法、ＰＣＶＤ法などを用い、膜厚を５０〜２５０ｎｍとする。
【０１４８】
例えば、ゲート絶縁膜４０２としてスパッタ法により酸化珪素膜を用い、１００ｎｍの厚さで形成する。勿論、ゲート絶縁膜４０２はこのような酸化珪素膜に限定されるものでなく、酸化窒化珪素膜、窒化珪素膜、酸化アルミニウム膜、酸化タンタル膜などの他の絶縁膜を用い、これらの材料から成る単層または積層構造として形成しても良い。
【０１４９】
次に、ゲート絶縁膜４０２上に、島状の酸化物半導体膜４０３（Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系非単結晶膜）を成膜する。プラズマ処理後、大気に曝すことなくＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系非単結晶膜を成膜することは、ゲート絶縁膜４０２と酸化物半導体膜４０３の界面にゴミや水分を付着させない点で有用である。ここでは、直径８インチのＩｎ、Ｇａ、及びＺｎを含む酸化物半導体ターゲット（Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物半導体ターゲット（Ｉｎ２Ｏ３：Ｇａ２Ｏ３：ＺｎＯ＝１：１：１））を用いて、基板４００とターゲットの間の距離を１７０ｍｍ、圧力０．４Ｐａ、直流（ＤＣ）電源０．５ｋＷ、酸素のみ、アルゴンのみ、又はアルゴン及び酸素雰囲気下で成膜する。なお、パルス直流（ＤＣ）電源を用いると、ごみが軽減でき、膜厚分布も均一となるために好ましい。Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系非単結晶膜の膜厚は、５ｎｍ〜２００ｎｍとする。本実施の形態では、例えば酸化物半導体膜４０３として、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物半導体ターゲットを用いてスパッタ法により膜厚５０ｎｍのＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系非単結晶膜を成膜する。
【０１５０】
チャネル形成領域を形成するための酸化物半導体膜４０３には、上述したような半導体特性を有する酸化物材料を用いればよい。
【０１５１】
スパッタ法にはスパッタ用電源に高周波電源を用いるＲＦスパッタ法と、ＤＣスパッタ法があり、さらにパルス的にバイアスを与えるパルスＤＣスパッタ法もある。ＲＦスパッタ法は主に絶縁膜を成膜する場合に用いられ、ＤＣスパッタ法は主に金属膜を成膜する場合に用いられる。
【０１５２】
また、材料の異なるターゲットを複数設置できる多元スパッタ装置もある。多元スパッタ装置は、同一チャンバーで異なる材料膜を積層成膜することも、同一チャンバーで複数種類の材料を同時に放電させて成膜することもできる。
【０１５３】
また、チャンバー内部に磁石機構を備えたマグネトロンスパッタ法を用いるスパッタ装置や、グロー放電を使わずマイクロ波を用いて発生させたプラズマを用いるＥＣＲスパッタ法を用いるスパッタ装置がある。
【０１５４】
また、スパッタ法を用いる成膜方法として、成膜中にターゲット物質とスパッタガス成分とを化学反応させてそれらの化合物薄膜を形成するリアクティブスパッタ法や、成膜中に基板にも電圧をかけるバイアススパッタ法もある。
【０１５５】
島状の酸化物半導体膜４０３の形状は、第２のフォトリソグラフィ工程において、レジストマスクを形成し、酸化物半導体膜をエッチングすることで、加工することができる。例えば燐酸と酢酸と硝酸を混ぜた溶液を用いたウェットエッチングにより、不要な部分を除去して島状の酸化物半導体膜４０３をゲート電極４０１と重なるように形成する。なお、ここでのエッチングは、ウェットエッチングに限定されずドライエッチングを用いてもよい。
【０１５６】
ドライエッチングに用いるエッチングガスとしては、塩素を含むガス（塩素系ガス、例えば塩素（Ｃｌ２）、塩化硼素（ＢＣｌ３）、塩化珪素（ＳｉＣｌ４）、四塩化炭素（ＣＣｌ４）など）が好ましい。
【０１５７】
また、フッ素を含むガス（フッ素系ガス、例えば四弗化炭素（ＣＦ４）、弗化硫黄（ＳＦ６）、弗化窒素（ＮＦ３）、トリフルオロメタン（ＣＨＦ３）など）、臭化水素（ＨＢｒ）、酸素（Ｏ２）、これらのガスにヘリウム（Ｈｅ）やアルゴン（Ａｒ）などの希ガスを添加したガス、などを用いることができる。
【０１５８】
ドライエッチング法としては、平行平板型ＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ）法や、ＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ：誘導結合型プラズマ）エッチング法を用いることができる。所望の加工形状にエッチングできるように、エッチング条件（コイル型の電極に印加される電力量、基板側の電極に印加される電力量、基板側の電極温度等）を適宜調節する。
【０１５９】
ウェットエッチングに用いるエッチング液としては、ＩＴＯ０７Ｎ（関東化学社製）を用いてもよい。
【０１６０】
また、ウェットエッチング後のエッチング液はエッチングされた材料とともに洗浄によって除去される。その除去された材料を含むエッチング液の廃液を精製し、含まれる材料を再利用してもよい。当該エッチング後の廃液から酸化物半導体膜に含まれるインジウム等の材料を回収して再利用することにより、資源を有効活用し低コスト化することができる。
【０１６１】
所望の形状に加工できるように、材料に合わせてエッチング条件（エッチング液、エッチング時間、温度等）を適宜調節する。
【０１６２】
次に、減圧雰囲気下、窒素や希ガスなどの不活性ガス雰囲気下、酸素ガス雰囲気下、または超乾燥エア（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、好ましくは１０ｐｐｂ以下の空気）雰囲気下において、酸化物半導体膜４０３に加熱処理を施すことで、酸化物半導体膜４０４が形成される。具体的には、不活性ガス雰囲気（窒素、またはヘリウム、ネオン、アルゴン等）下において、４００℃以上７００℃以下、好ましくは４５０℃以上６５０℃以下の温度範囲で、島状の酸化物半導体膜４０３に加熱処理を施し、その後、不活性雰囲気下で室温以上１００℃未満の範囲まで徐冷を行う。酸化物半導体膜４０３を上記雰囲気下で加熱処理することにより、酸化物半導体膜４０３の膜内に含まれる水分、水素、ヒドロキシ基が脱離する。従って、上記酸化物半導体膜４０４を用いてチャネル形成領域が形成された薄膜トランジスタは、上記不純物による特性の劣化を防ぐことができる。
【０１６３】
加熱処理は、電気炉を用いた加熱方法、加熱した気体を用いるＧＲＴＡ（Ｇａｓ Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ａｎｎｅａｌ）法またはランプ光を用いるＬＲＴＡ（Ｌａｍｐ Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ａｎｎｅａｌ）法などの瞬間加熱方法などを用いることができる。例えば、電気炉を用いて加熱処理を行う場合、昇温特性を０．１℃／ｍｉｎ以上２０℃／ｍｉｎ以下、降温特性を０．１℃／ｍｉｎ以上１５℃／ｍｉｎ以下とすることが好ましい。
【０１６４】
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、水分、水素などが含まれないことが好ましい。または、加熱処理装置に導入する窒素、またはヘリウム、ネオン、アルゴン等の希ガスの純度を、６Ｎ（９９．９９９９％）以上、好ましくは７Ｎ（９９．９９９９９％）以上、（即ち不純物濃度を１ｐｐｍ以下、好ましくは０．１ｐｐｍ以下）とすることが好ましい。
【０１６５】
或いは、窒素または希ガスなどの不活性雰囲気に代えて、大気圧下の露点がマイナス６０℃以下の、水分含有量が少ない空気下において、加熱処理を行うようにしても良い。
【０１６６】
不活性ガス雰囲気下における加熱処理後の、島状の酸化物半導体膜４０４は、一部結晶化していても良い。
【０１６７】
なお、酸化物半導体膜４０４に加熱処理を行った後に、酸素雰囲気下で該酸化物半導体膜４０４に加熱処理を施すことで、酸化物半導体膜４０４に含まれる水分などの不純物を除去することができる。そして、酸素雰囲気下での加熱処理により、酸化物半導体膜４０４を酸素が過剰な状態とすることで、高抵抗化できる。加熱処理の温度は、酸化物半導体を構成しているＺｎなどの融点の低い金属が気化しにくい温度、例えば１００℃以上３５０℃未満、好ましくは１５０℃以上２５０℃未満で行う。上記酸素雰囲気下の加熱処理に用いられる酸素ガスには、水分、水素などが含まれないことが好ましい。または、加熱処理装置に導入する酸素ガスの純度を、６Ｎ（９９．９９９９％）以上、好ましくは７Ｎ（９９．９９９９９％）以上、（即ち酸素中の不純物濃度を１ｐｐｍ以下、好ましくは０．１ｐｐｍ以下）とすることが好ましい。
【０１６８】
なお、図７（Ｃ）の破線Ｄ１−Ｄ２の範囲内の断面図と、破線Ｅ１−Ｅ２の範囲内の断面図は、図１０に示す平面図の、破線Ｄ１−Ｄ２における断面図と、破線Ｅ１−Ｅ２における断面図に相当する。
【０１６９】
次に、図８（Ａ）に示すように、酸化物半導体膜４０４上に金属材料からなる導電膜４０６をスパッタ法や真空蒸着法で形成する。導電膜４０６の材料としては、クロム、タンタル、チタン、モリブデン、タングステン、ジルコニウム、ベリリウム、トリウム、マンガン、マグネシウムから選ばれた元素、または上記元素を１つまたは複数成分として含む合金等が挙げられる。また、ソース電極４０７ａ又はドレイン電極４０７ｂの形成後に行われる加熱処理に対する耐熱性をより高めるために、上記材料と、ネオジム、スカンジウム、またはこれら元素の窒化物などの耐熱性導電性材料とを組み合わせて、導電膜４０６を形成しても良い。
【０１７０】
次に、図８（Ｂ）に示すように、第３のフォトリソグラフィ工程を行い、レジストマスクを形成し、エッチングにより不要な部分を除去してソース電極４０７ａ又はドレイン電極４０７ｂ、及び第２の端子４２０を形成する。この際のエッチング方法としてウェットエッチングまたはドライエッチングを用いる。例えば導電膜４０６としてモリブデン膜を用いる場合は、エッチャントとしてリン酸を含む溶液を用いたウェットエッチングを行うことができる。
【０１７１】
このエッチング工程において、酸化物半導体膜４０４の露出領域も一部エッチングされることがある。この場合、ソース電極４０７ａ又はドレイン電極４０７ｂの間の酸化物半導体膜４０９は膜厚の薄い領域となる。
【０１７２】
この第３のフォトリソグラフィ工程において、ソース電極４０７ａ又はドレイン電極４０７ｂと同じ材料である第２の端子４２０を端子部に残す。なお、第２の端子４２０はソース配線（ソース電極４０７ａ又はドレイン電極４０７ｂを含むソース配線）と電気的に接続されている。
【０１７３】
また、多階調マスクにより形成した複数（例えば二種類）の厚さの領域を有するレジストマスクを用いると、レジストマスクの数を減らすことができるため、工程簡略化、低コスト化が図れる。
【０１７４】
次に、レジストマスクを除去し、減圧雰囲気下、窒素や希ガスなどの不活性ガス雰囲気下、酸素ガス雰囲気下、または超乾燥エア（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、好ましくは１０ｐｐｂ以下の空気）雰囲気下において、酸化物半導体膜４０９に再び加熱処理を施し、酸化物半導体膜４０９に含まれる水分、水素、ヒドロキシ基を脱離させるようにしても良い。ソース電極４０７ａ又はドレイン電極４０７ｂを形成した後の加熱処理は、ソース電極４０７ａ又はドレイン電極４０７ｂの耐熱性を考慮し、ソース電極４０７ａ又はドレイン電極４０７ｂを形成する前に行う加熱処理よりも低い温度で行うことが望ましい。具体的には、３５０℃以上６５０℃以下、好ましくは４００℃以上６００℃以下の温度範囲で行うと良い。
【０１７５】
なお、図８（Ｂ）の破線Ｄ１−Ｄ２の範囲内の断面図と、破線Ｅ１−Ｅ２の範囲内の断面図は、図１１に示す平面図の、破線Ｄ１−Ｄ２における断面図と、破線Ｅ１−Ｅ２における断面図に相当する。
【０１７６】
次に、図８（Ｃ）に示すように、ゲート絶縁膜４０２、酸化物半導体膜４０９、ソース電極４０７ａ又はドレイン電極４０７ｂを覆う酸化物絶縁膜４１１を形成する。酸化物絶縁膜４１１はＰＣＶＤ法により形成する酸化窒化珪素膜を用いる。ソース電極４０７ａ又はドレイン電極４０７ｂの間に設けられた酸化物半導体膜４０９の露出領域と酸化窒化珪素膜である酸化物絶縁膜４１１が接して設けられることによって、酸化物絶縁膜４１１と接する酸化物半導体膜４０９の領域が高抵抗化（キャリア濃度が低まる、好ましくは１×１０１８／ｃｍ３未満）し、高抵抗化したチャネル形成領域を形成することができる。
【０１７７】
次いで、酸化物絶縁膜４１１を形成した後、加熱処理を行ってもよい。加熱処理は大気雰囲気下、又は窒素雰囲気下において、３５０℃以上６５０℃以下、好ましくは４００℃以上６００℃以下の温度範囲で行うと良い。該加熱処理を行うと、酸化物半導体膜４０９が酸化物絶縁膜４１１と接した状態で加熱されることになり、さらに酸化物半導体膜４０９を高抵抗化させてトランジスタの電気特性の向上および、電気特性のばらつきを軽減することができる。この加熱処理は、酸化物絶縁膜４１１の形成後であれば特に限定されず、他の工程、例えば樹脂膜形成時の加熱処理や、透明導電膜を低抵抗化させるための加熱処理と兼ねることで、工程数を増やすことなく行うことができる。
【０１７８】
次いで、図９（Ａ）に示すように、酸化物絶縁膜４１１上に、水分、ヒドロキシ基、或いは水素を、吸蔵または吸着しやすい特性を有する金属を１つまたは複数用いて導電膜を形成した後、該導電膜をパターニングすることで、酸化物半導体膜４０９と重なる位置にバックゲート電極４１２を形成する。具体的に、上記特性を有する金属として、チタン、白金、バナジウム、ジルコニウム、ハフニウム、パラジウム、マグネシウム、ニオブ、希土類の金属などが挙げられる。希土類の金属として、ミッシュメタル（Ｍｍ）と呼ばれる、セリウム（４０〜５０％）、ランタン（２０〜４０％）の他、プラセオジム、ネオジム、イットリウムなどの希土類の金属を含む合金を用いることもできる。バックゲート電極４１２は、上記金属のうち、いずれか一つまたは複数を含む混合物、金属化合物または合金であっても良い。
【０１７９】
また、バックゲート電極４１２に用いられる上記合金には、水素吸蔵合金と呼ばれる合金も含まれる。水素吸蔵合金として、例えば、ＡＢ５型合金、ＡＢ２型（ラーベス相）合金、Ａ２Ｂ型合金などが挙げられる。ＡＢ５型合金は、Ａサイトに希土類の金属、ニオブ、ジルコニウムのいずれか一つまたは複数、Ｂサイトにニッケル、コバルト、アルミニウム、スズなど触媒効果を持つ遷移元素のいずれか一つまたは複数を含む。希土類の金属として、ミッシュメタルを用いることもできる。ＡＢ５型合金として、例えばＬａＮｉ５などをバックゲート電極４１２に用いることが出来る。ＡＢ２型（ラーベス相）合金は、Ａサイトにチタン、ジルコニウム、ハフニウムのいずれか一つまたは複数、Ｂサイトにマンガン、ニッケル、クロム、バナジウムなどのいずれか一つまたは複数の遷移金属を含み、例えばＴｉ−Ｍｎ系、Ｔｉ−Ｃｒ系、Ｚｒ−Ｍｎ系、Ｔｉ−Ｖ−Ｍｎ系などがある。ＡＢ２型合金として、例えばＴｉＣｒ２、ＴｉＭｎ２などをバックゲート電極４１２に用いることが出来る。Ａ２Ｂ型合金は、Ａサイトにマグネシウム、チタンのいずれか一つまたは複数、Ｂサイトにニッケル、銅のいずれか一つまたは複数などを含む。Ａ２Ｂ型合金として、例えばＭｇ２Ｎｉ、Ｍｇ２Ｃｕ、Ｔｉ２Ｎｉなどをバックゲート電極４１２に用いることが出来る。なお、これら水素吸蔵合金は、ＡサイトまたはＢサイトの元素の少なくとも一部を他の元素で置換することができ、実際の組成比が必ずしも型通りであるとは限らない。また、水素吸蔵合金として、上述した型の合金の他にも、Ｔｉ−Ｆｅ系合金、Ｖ系合金、Ｐｄ系合金、Ｃａ系合金、ＢＣＣ型合金などを、バックゲート電極４１２に用いることが出来る。
【０１８０】
バックゲート電極４１２の膜厚は、１０ｎｍ〜４００ｎｍ、好ましくは１００ｎｍ〜２００ｎｍとする。本実施の形態では、チタンとクロムの組成比が１対２である合金のターゲット（φ６ｉｎｃｈ）を用い、アルゴンガス流量５０ｓｃｃｍをチャンバー内に導入して、圧力を０．４Ｐａ、電力を２ｋＷ、成膜温度を室温とし、スパッタ法で膜厚２００ｎｍのＴｉＣｒ２からなる導電膜を形成する。そして、フォトリソグラフィ法によりレジストマスクを形成し、塩素及び酸素をエッチングガスとして用いたプラズマエッチングにより不要な部分を除去して、該導電膜を所望の形状に加工（パターニング）することで、バックゲート電極４１２を形成する。
【０１８１】
次いで、バックゲート電極４１２を形成した後、該バックゲート電極４１２が露出した状態で、減圧雰囲気下または不活性ガス雰囲気下において加熱処理を行うことで、バックゲート電極４１２の表面や内部に吸着されている水分、酸素、水素などを取り除く活性化処理を行う。加熱処理は、ソース電極４０７ａ、ドレイン電極４０７ｂの耐熱性を考慮し、ソース電極４０７ａ、ドレイン電極４０７ｂを形成する前に行う加熱処理よりも低い温度で行うことが望ましい。具体的に、加熱処理の温度範囲は、３００℃以上６５０℃以下、より好ましくは３５０℃以上６００℃以下とする。
【０１８２】
上記活性化処理を行うことで、酸化物半導体膜４０９内、ゲート絶縁膜４０２内、酸化物半導体膜４０９とゲート絶縁膜４０２の界面とその近傍、或いは、酸化物半導体膜４０９と酸化物絶縁膜４１１の界面とその近傍、などに存在する、水分、ヒドロキシ基、または水素などの不純物が、活性化されたバックゲート電極４１２に吸蔵或いは吸着されるため、上記不純物がトランジスタの特性の劣化に繋がるのを防ぐことができる。
【０１８３】
また、半導体装置の置かれている雰囲気中に含まれる水分、水素などの不純物が、酸化物半導体膜４０９内に取り込まれるのを防ぐことが出来る。
【０１８４】
本実施の形態では、ターボ分子ポンプなどの排気手段により処理室内を５×１０−３Ｐａ以下、好ましくは１０−５Ｐａ以下の真空度となるような減圧雰囲気に保ち、温度を４００℃、基板温度が上記温度に達した状態で１０分間、加熱処理を行う。加熱処理は、電気炉を用いた加熱方法、加熱した気体を用いるＧＲＴＡ（Ｇａｓ Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ａｎｎｅａｌ）法またはランプ光を用いるＬＲＴＡ（Ｌａｍｐ Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ａｎｎｅａｌ）法などの瞬間加熱方法などを用いることができる。例えば、電気炉を用いて加熱処理を行う場合、昇温特性を０．１℃／ｍｉｎ以上２０℃／ｍｉｎ以下、降温特性を０．１℃／ｍｉｎ以上１５℃／ｍｉｎ以下とすることが好ましい。
【０１８５】
なお、活性化のための加熱処理は、酸化物半導体膜４０９が酸化物絶縁膜４１１と接した状態で行われる。そのため、酸化物半導体膜４０９の酸化物絶縁膜４１１と接する領域が、均一に高抵抗化するため、薄膜トランジスタ４１４の電気的特性のばらつきを軽減することができる。
【０１８６】
次いで、活性化処理を行った後、図９（Ｂ）に示すように、バックゲート電極４１２を覆うように絶縁膜４１３を形成する。絶縁膜４１３は、雰囲気中の水分や酸素がバックゲート電極４１２の表面や内部に吸着するのを防ぐ効果を有する、バリア性の高い材料を用いるのが望ましい。例えば、バリア性の高い絶縁膜として、窒化珪素膜、窒化酸化珪素膜、窒化アルミニウム膜、または窒化酸化アルミニウム膜などを、プラズマＣＶＤ法又はスパッタリング法等により単層で又は積層させて形成することができる。バリア性の効果を得るには、絶縁膜４１３は、例えば厚さ１５ｎｍ〜４００ｎｍの膜厚で形成することが好ましい。
【０１８７】
本実施の形態では、プラズマＣＶＤ法により３００ｎｍの絶縁膜４１３を形成する。成膜条件は、シランガスの流量４ｓｃｃｍとし、一酸化二窒素（Ｎ２Ｏ）の流量８００ｓｃｃｍとし、基板温度４００℃とする。
【０１８８】
絶縁膜４１３を形成することで、雰囲気中の水分や酸素がバックゲート電極４１２の表面や内部に吸着するのを防ぐことができるので、バックゲート電極４１２が活性化された状態を保持し、トランジスタの信頼性を高めることが出来る。
【０１８９】
なお、図９（Ｂ）の破線Ｄ１−Ｄ２の範囲内の断面図と、破線Ｅ１−Ｅ２の範囲内の断面図は、図１２に示す平面図の、破線Ｄ１−Ｄ２における断面図と、破線Ｅ１−Ｅ２における断面図に相当する。
【０１９０】
以上の工程で薄膜トランジスタ４１４が作製できる。
【０１９１】
次に、第４のフォトリソグラフィ工程を行い、レジストマスクを形成し、ゲート絶縁膜４０２、酸化物絶縁膜４１１及び絶縁膜４１３のエッチングによりコンタクトホールを形成し、ドレイン電極４０７ｂの一部、第１の端子４２１の一部、第２の端子４２０の一部、バックゲート電極４１２の一部を露出させる。次いで、レジストマスクを除去した後、透明導電膜を成膜する。透明導電膜の材料としては、酸化インジウム（Ｉｎ２Ｏ３）や酸化インジウム酸化スズ合金（Ｉｎ２Ｏ３―ＳｎＯ２、ＩＴＯと略記する）などをスパッタ法や真空蒸着法などを用いて形成する。このような材料のエッチング処理は塩酸系の溶液により行う。しかし、特にＩＴＯのエッチングは残渣が発生しやすいので、エッチング加工性を改善するために酸化インジウム酸化亜鉛合金（Ｉｎ２Ｏ３―ＺｎＯ）を用いても良い。また、透明導電膜を低抵抗化させるための加熱処理を行う場合、酸化物半導体膜４０９を高抵抗化させてトランジスタの電気特性の向上および、電気特性のばらつきを軽減する熱処理と兼ねることができる。
【０１９２】
次に、第５のフォトリソグラフィ工程を行い、レジストマスクを形成し、エッチングにより不要な部分を除去してドレイン電極４０７ｂに接続された画素電極４１５と、第１の端子４２１に接続された透明導電膜４１６と、第２の端子４２０に接続された透明導電膜４１７と、バックゲート電極４１２に接続された透明導電膜４１８を形成する。
【０１９３】
透明導電膜４１６、透明導電膜４１７はＦＰＣとの接続に用いられる電極または配線となる。第１の端子４２１上に形成された透明導電膜４１６は、ゲート配線の入力端子として機能する接続用の端子電極となる。第２の端子４２０上に形成された透明導電膜４１７は、ソース配線の入力端子として機能する接続用の端子電極である。また、透明導電膜４１８は、バックゲート電極４１２に電源電位を供給するための配線である。
【０１９４】
この第５のフォトリソグラフィ工程において、ゲート絶縁膜４０２、酸化物絶縁膜４１１及び絶縁膜４１３を誘電体として、容量配線４０８と画素電極４１５とで保持容量４１９が形成される。
【０１９５】
レジストマスクを除去した段階での断面図を図９（Ｃ）に示す。なお、図９（Ｃ）の破線Ｄ１−Ｄ２の範囲内の断面図と、破線Ｅ１−Ｅ２の範囲内の断面図は、図１３に示す平面図の、破線Ｄ１−Ｄ２における断面図と、破線Ｅ１−Ｅ２における断面図に相当する。
【０１９６】
こうして５回のフォトリソグラフィ工程により、５枚のフォトマスクを使用して、ボトムゲート型のスタガ構造の薄膜トランジスタ４１４、保持容量４１９を完成させることができる。そして、これらを個々の画素に対応してマトリクス状に配置して画素部を構成することによりアクティブマトリクス型の表示装置を作製するための一方の基板とすることができる。本明細書では便宜上このような基板をアクティブマトリクス基板と呼ぶ。
【０１９７】
アクティブマトリクス型の液晶表示装置を作製する場合には、アクティブマトリクス基板と、対向電極が設けられた対向基板との間に液晶層を設け、アクティブマトリクス基板と対向基板とを固定する。
【０１９８】
また、容量配線を設けず、画素電極を隣り合う画素のゲート配線と酸化物絶縁膜及びゲート絶縁膜を介して重ねて保持容量を形成してもよい。
【０１９９】
アクティブマトリクス型の液晶表示装置においては、マトリクス状に配置された画素電極を駆動することによって、画面上に表示パターンが形成される。詳しくは選択された画素電極と該画素電極に対応する対向電極との間に電圧が印加されることによって、画素電極と対向電極との間に配置された液晶層の光学変調が行われ、この光学変調が表示パターンとして観察者に認識される。
【０２００】
発光表示装置を作製する場合は、各有機発光素子の間に有機樹脂膜を用いた隔壁を設ける場合がある。その場合には、有機樹脂膜を加熱処理するため、酸化物半導体膜４０９を高抵抗化させてトランジスタの電気特性の向上および、電気特性のばらつきを軽減する熱処理と兼ねることができる。
【０２０１】
酸化物半導体を用いた薄膜トランジスタで形成することにより、製造コストを低減することができる。特に、加熱処理による水分、水素、ＯＨなどの不純物の低減によって酸化物半導体膜の純度を高めるため、成膜チャンバー内の露点を下げた特殊なスパッタ装置や超高純度の酸化物半導体ターゲットを用いなくとも、電気特性が良好で信頼性のよい薄膜トランジスタを有する半導体表示装置を作製することができる。
【０２０２】
チャネル形成領域の半導体膜は高抵抗化領域であるので、薄膜トランジスタの電気特性は安定化し、オフ電流の増加などを防止することができる。よって、電気特性が良好で信頼性のよい薄膜トランジスタを有する半導体表示装置とすることが可能となる。
【０２０３】
本実施の形態は、上記実施の形態と組み合わせて実施することが可能である。
【０２０４】
（実施の形態５）
本実施の形態では、本発明の一態様に係る液晶表示装置の構成について説明する。
【０２０５】
図１４に、本発明の一態様に係る液晶表示装置の断面図を一例として示す。図１４に示す薄膜トランジスタ１４０１は、絶縁表面上に形成されたゲート電極１４０２と、ゲート電極１４０２を覆うように形成されたゲート絶縁膜１４０３と、ゲート絶縁膜１４０３を間に挟んでゲート電極１４０２と重なるように形成された、酸化物半導体膜１４０４と、酸化物半導体膜１４０４上に形成されたソース領域またはドレイン領域として機能する一対の半導体膜１４０５と、一対の半導体膜１４０５上に形成されたソース電極またはドレイン電極として機能する、一対の導電膜１４０６と、酸化物絶縁膜１４０７と、酸化物絶縁膜１４０７上に形成されたバックゲート電極１４０８と、を有する。バックゲート電極１４０８は、絶縁膜１４０９により覆われている。酸化物絶縁膜１４０７は、少なくとも酸化物半導体膜１４０４と接しており、ゲート電極１４０２と、ゲート絶縁膜１４０３と、酸化物半導体膜１４０４と、一対の半導体膜１４０５と、一対の導電膜１４０６とを覆うように形成されている。
【０２０６】
酸化物絶縁膜１４０７及び絶縁膜１４０９の一部には開口部が設けられており、該開口部において導電膜１４０６の一つと接するように、画素電極１４１０が形成されている。
【０２０７】
また、画素電極１４１０上には、液晶素子のセルギャップを制御するためのスペーサ１４１７が形成されている。スペーサ１４１７は絶縁膜を所望の形状にエッチングすることで形成することが可能であるが、フィラーを絶縁膜１４０９上に分散させることでセルギャップを制御するようにしても良い。
【０２０８】
そして、画素電極１４１０上には、配向膜１４１１が形成されている。配向膜１４１１は、例えば絶縁膜にラビング処理を施すことで、形成することができる。また画素電極１４１０と対峙する位置には、対向電極１４１３が設けられており、対向電極１４１３の画素電極１４１０に近い側には配向膜１４１４が形成されている。そして、画素電極１４１０と、対向電極１４１３の間においてシール材１４１６に囲まれた領域には、液晶１４１５が設けられている。なおシール材１４１６にはフィラーが混入されていても良い。
【０２０９】
画素電極１４１０と対向電極１４１３は、例えば酸化珪素を含むインジウム錫酸化物（ＩＴＳＯ）、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化インジウム亜鉛（ＩＺＯ）、ガリウムを添加した酸化亜鉛（ＧＺＯ）などの透明導電材料を用いることができる。なお、本実施の形態では、画素電極１４１０及び対向電極１４１３に光を透過する導電膜を用い、透過型の液晶素子を作製する例を示すが、本発明はこの構成に限定されない。本発明の一態様に係る液晶表示装置は、半透過型または反射型であっても良い。
【０２１０】
カラーフィルタや、ディスクリネーションを防ぐための遮蔽膜（ブラックマトリクス）などが、図１４に示した液晶表示装置に設けられていても良い。
【０２１１】
なお、本実施の形態では、液晶表示装置として、ＴＮ（Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ）型を示したが、ＶＡ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）型、ＯＣＢ（ｏｐｔｉｃａｌｌｙ ｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｄ Ｂｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｃｅ）型、ＩＰＳ（Ｉｎ−Ｐｌａｎｅ Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）型等の、その他の液晶表示装置にも、本発明の薄膜トランジスタを用いることができる。
【０２１２】
本発明の一態様に係る液晶表示装置は、信頼性が高い。
【０２１３】
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。
【０２１４】
（実施の形態６）
本実施の形態では、本発明の一態様に係る薄膜トランジスタを画素に用いた、発光装置の構成について説明する。本実施の形態では、発光素子を駆動させるためのトランジスタがｎ型の場合における、画素の断面構造について、図１５を用いて説明する。なお図１５では、第１の電極が陰極、第２の電極が陽極の場合について説明するが、第１の電極が陽極、第２の電極が陰極であっても良い。
【０２１５】
図１５（Ａ）に、トランジスタ６０３１がｎ型で、発光素子６０３３から発せられる光を第１の電極６０３４側から取り出す場合の、画素の断面図を示す。トランジスタ６０３１は絶縁膜６０３７で覆われており、絶縁膜６０３７上には開口部を有する隔壁６０３８が形成されている。隔壁６０３８の開口部において第１の電極６０３４が一部露出しており、該開口部において第１の電極６０３４、電界発光層６０３５、第２の電極６０３６が順に積層されている。
【０２１６】
第１の電極６０３４は、光を透過する材料または膜厚で形成し、なおかつ仕事関数の小さい金属、合金、電気伝導性化合物、およびこれらの混合物などで形成することができる。具体的には、ＬｉやＣｓ等のアルカリ金属、およびＭｇ、Ｃａ、Ｓｒ等のアルカリ土類金属、これらを含む合金（Ｍｇ：Ａｇ、Ａｌ：Ｌｉ、Ｍｇ：Ｉｎなど）、およびこれらの化合物（フッ化カルシウム、窒化カルシウム）の他、ＹｂやＥｒ等の希土類金属を用いることができる。また電子注入層を設ける場合、アルミニウムなどの他の導電層を用いることも可能である。そして第１の電極６０３４を、光が透過する程度の膜厚（好ましくは、５ｎｍ〜３０ｎｍ程度）で形成する。さらに、光が透過する程度の膜厚を有する上記導電層の上または下に接するように、透光性酸化物導電材料を用いて透光性を有する導電層を形成し、第１の電極６０３４のシート抵抗を抑えるようにしても良い。なお、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化インジウム亜鉛（ＩＺＯ）、ガリウムを添加した酸化亜鉛（ＧＺＯ）などその他の透光性酸化物導電材料を用いた導電層だけを用いることも可能である。またＩＴＯ及び酸化珪素を含むインジウム錫酸化物（以下、ＩＴＳＯとする）や、酸化珪素を含んだ酸化インジウムに、さらに２〜２０％の酸化亜鉛（ＺｎＯ）を混合したものを用いても良い。透光性酸化物導電材料を用いる場合、電界発光層６０３５に電子注入層を設けるのが望ましい。
【０２１７】
また第２の電極６０３６は、光を反射もしくは遮蔽する材料及び膜厚で形成し、なおかつ陽極として用いるのに適する材料で形成する。例えば、窒化チタン、窒化ジルコニウム、チタン、タングステン、ニッケル、白金、クロム、銀、アルミニウム等の１つまたは複数からなる単層膜の他、窒化チタンとアルミニウムを主成分とする膜との積層、窒化チタン膜とアルミニウムを主成分とする膜と窒化チタン膜との三層構造等を第２の電極６０３６に用いることができる。
【０２１８】
電界発光層６０３５は、単数または複数の層で構成されている。複数の層で構成されている場合、これらの層は、キャリア輸送特性の観点から正孔注入層、正孔輸送層、発光層、電子輸送層、電子注入層などに分類することができる。電界発光層６０３５が発光層の他に、正孔注入層、正孔輸送層、電子輸送層、電子注入層のいずれかを有している場合、第１の電極６０３４から、電子注入層、電子輸送層、発光層、正孔輸送層、正孔注入層の順に積層する。なお各層の境目は必ずしも明確である必要はなく、互いの層を構成している材料が一部混合し、界面が不明瞭になっている場合もある。各層には、有機系の材料、無機系の材料を用いることが可能である。有機系の材料として、高分子系、中分子系、低分子系のいずれの材料も用いることが可能である。なお中分子系の材料とは、構造単位の繰返しの数（重合度）が２から２０程度の低重合体に相当する。正孔注入層と正孔輸送層との区別は必ずしも厳密なものではなく、これらは正孔輸送性（正孔移動度）が特に重要な特性である意味において同じである。便宜上正孔注入層は陽極に接する側の層であり、正孔注入層に接する層を正孔輸送層と呼んで区別する。電子輸送層、電子注入層についても同様であり、陰極に接する層を電子注入層と呼び、電子注入層に接する層を電子輸送層と呼んでいる。発光層は電子輸送層を兼ねる場合もあり、発光性電子輸送層とも呼ばれる。
【０２１９】
図１５（Ａ）に示した画素の場合、発光素子６０３３から発せられる光を、白抜きの矢印で示すように第１の電極６０３４側から取り出すことができる。
【０２２０】
次に図１５（Ｂ）に、トランジスタ６０４１がｎ型で、発光素子６０４３から発せられる光を第２の電極６０４６側から取り出す場合の、画素の断面図を示す。トランジスタ６０４１は絶縁膜６０４７で覆われており、絶縁膜６０４７上には開口部を有する隔壁６０４８が形成されている。隔壁６０４８の開口部において第１の電極６０４４が一部露出しており、該開口部において第１の電極６０４４、電界発光層６０４５、第２の電極６０４６が順に積層されている。
【０２２１】
第１の電極６０４４は、光を反射もしくは遮蔽する材料及び膜厚で形成し、なおかつ仕事関数の小さい金属、合金、電気伝導性化合物、およびこれらの混合物などで形成することができる。具体的には、ＬｉやＣｓ等のアルカリ金属、およびＭｇ、Ｃａ、Ｓｒ等のアルカリ土類金属、これらを含む合金（Ｍｇ：Ａｇ、Ａｌ：Ｌｉ、Ｍｇ：Ｉｎなど）、およびこれらの化合物（フッ化カルシウム、窒化カルシウム）の他、ＹｂやＥｒ等の希土類金属を用いることができる。また電子注入層を設ける場合、アルミニウムなどの他の導電層を用いることも可能である。
【０２２２】
また第２の電極６０４６は、光を透過する材料または膜厚で形成し、なおかつ陽極として用いるのに適する材料で形成する。例えば、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化インジウム亜鉛（ＩＺＯ）、ガリウムを添加した酸化亜鉛（ＧＺＯ）などその他の透光性酸化物導電材料を第２の電極６０４６に用いることが可能である。またＩＴＯ及びＩＴＳＯや、酸化珪素を含んだ酸化インジウムに、さらに２〜２０％の酸化亜鉛（ＺｎＯ）を混合したものを第２の電極６０４６に用いても良い。また上記透光性酸化物導電材料の他に、例えば窒化チタン、窒化ジルコニウム、チタン、タングステン、ニッケル、白金、クロム、銀、アルミニウム等の１つまたは複数からなる単層膜の他、窒化チタンとアルミニウムを主成分とする膜との積層、窒化チタン膜とアルミニウムを主成分とする膜と窒化チタン膜との三層構造等を第２の電極６０４６に用いることもできる。ただし透光性酸化物導電材料以外の材料を用いる場合、光が透過する程度の膜厚（好ましくは、５ｎｍ〜３０ｎｍ程度）で第２の電極６０４６を形成する。
【０２２３】
電界発光層６０４５は、図１５（Ａ）の電界発光層６０３５と同様に形成することができる。
【０２２４】
図１５（Ｂ）に示した画素の場合、発光素子６０４３から発せられる光を、白抜きの矢印で示すように第２の電極６０４６側から取り出すことができる。
【０２２５】
次に図１５（Ｃ）に、トランジスタ６０５１がｎ型で、発光素子６０５３から発せられる光を第１の電極６０５４側及び第２の電極６０５６側から取り出す場合の、画素の断面図を示す。トランジスタ６０５１は絶縁膜６０５７で覆われており、絶縁膜６０５７上には開口部を有する隔壁６０５８が形成されている。隔壁６０５８の開口部において第１の電極６０５４が一部露出しており、該開口部において第１の電極６０５４、電界発光層６０５５、第２の電極６０５６が順に積層されている。
【０２２６】
第１の電極６０５４は、図１５（Ａ）の第１の電極６０３４と同様に形成することができる。また第２の電極６０５６は、図１５（Ｂ）の第２の電極６０４６と同様に形成することができる。電界発光層６０５５は、図１５（Ａ）の電界発光層６０３５と同様に形成することができる。
【０２２７】
図１５（Ｃ）に示した画素の場合、発光素子６０５３から発せられる光を、白抜きの矢印で示すように第１の電極６０５４側及び第２の電極６０５６側から取り出すことができる。
【０２２８】
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出来る。
【０２２９】
（実施の形態７）
本実施の形態では、本発明の一態様に係る液晶表示装置の構成について説明する。
【０２３０】
図１６は、本発明の液晶表示装置の構造を示す斜視図の一例である。図１６に示す液晶表示装置は、一対の基板間に液晶素子が形成された液晶パネル１６０１と、第１の拡散板１６０２と、プリズムシート１６０３と、第２の拡散板１６０４と、導光板１６０５と、反射板１６０６と、光源１６０７と、回路基板１６０８とを有している。
【０２３１】
液晶パネル１６０１と、第１の拡散板１６０２と、プリズムシート１６０３と、第２の拡散板１６０４と、導光板１６０５と、反射板１６０６とは、順に積層されている。光源１６０７は導光板１６０５の端部に設けられており、導光板１６０５内部に拡散された光源１６０７からの光は、第１の拡散板１６０２、プリズムシート１６０３及び第２の拡散板１６０４によって、均一に液晶パネル１６０１に照射される。
【０２３２】
なお、本実施の形態では、第１の拡散板１６０２と第２の拡散板１６０４とを用いているが、拡散板の数はこれに限定されず、単数であっても３以上であっても良い。そして、拡散板は導光板１６０５と液晶パネル１６０１の間に設けられていれば良い。よって、プリズムシート１６０３よりも液晶パネル１６０１に近い側にのみ拡散板が設けられていても良いし、プリズムシート１６０３よりも導光板１６０５に近い側にのみ拡散板が設けられていても良い。
【０２３３】
またプリズムシート１６０３は、図１６に示した断面が鋸歯状の形状に限定されず、導光板１６０５からの光を液晶パネル１６０１側に集光できる形状を有していれば良い。
【０２３４】
回路基板１６０８には、液晶パネル１６０１に入力される各種信号を生成する回路、またはこれら信号に処理を施す回路などが設けられている。そして図１６では、回路基板１６０８と液晶パネル１６０１とが、ＦＰＣ（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）１６０９を介して接続されている。なお、上記回路は、ＣＯＧ（Ｃｈｉｐ Ｏｎ Ｇｌａｓｓ）法を用いて液晶パネル１６０１に接続されていても良いし、上記回路の一部がＦＰＣ１６０９にＣＯＦ（Ｃｈｉｐ Ｏｎ Ｆｉｌｍ）法を用いて接続されていても良い。
【０２３５】
図１６では、光源１６０７の駆動を制御する制御系の回路が回路基板１６０８に設けられており、該制御系の回路と光源１６０７とがＦＰＣ１６１０を介して接続されている例を示している。ただし、上記制御系の回路は液晶パネル１６０１に形成されていても良く、この場合は液晶パネル１６０１と光源１６０７とがＦＰＣなどにより接続されるようにする。
【０２３６】
なお、図１６は、液晶パネル１６０１の端に光源１６０７を配置するエッジライト型の光源を例示しているが、本発明の液晶表示装置は光源１６０７が液晶パネル１６０１の直下に配置される直下型であっても良い。
【０２３７】
本実施の形態は、上記実施の形態と適宜組み合わせて実施することができる。
【実施例】
【０２３８】
本発明の一態様に係る半導体表示装置を用いることで、信頼性が高い電子機器を提供することが可能である。
【０２３９】
また、本発明の半導体表示装置では、作製工程における加熱処理の温度を抑えることができるので、ガラスよりも耐熱性の劣る、プラスチック等の可撓性を有する合成樹脂からなる基板上においても、特性が優れており、信頼性が高い薄膜トランジスタを作製することが可能である。従って、本発明の一態様に係る作製方法を用いることで、信頼性が高く、低消費電力で、軽量かつフレキシブルな半導体表示装置を提供することが可能である。プラスチック基板として、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）に代表されるポリエステル、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリスルホン（ＰＳＦ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ポリアリレート（ＰＡＲ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリイミド、アクリロニトリルブタジエンスチレン樹脂、ポリ塩化ビニル、ポリプロピレン、ポリ酢酸ビニル、アクリル樹脂などが挙げられる。
【０２４０】
本発明の一態様に係る半導体表示装置は、表示装置、ノート型パーソナルコンピュータ、記録媒体を備えた画像再生装置（代表的にはＤＶＤ：Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｃ等の記録媒体を再生し、その画像を表示しうるディスプレイを有する装置）に用いることができる。その他に、本発明の一態様に係る半導体表示装置を用いることができる電子機器として、携帯電話、携帯型ゲーム機、携帯情報端末、電子書籍、ビデオカメラ、デジタルスチルカメラ、ゴーグル型ディスプレイ（ヘッドマウントディスプレイ）、ナビゲーションシステム、音響再生装置（カーオーディオ、デジタルオーディオプレイヤー等）、複写機、ファクシミリ、プリンター、プリンター複合機、現金自動預け入れ払い機（ＡＴＭ）、自動販売機などが挙げられる。これら電子機器の具体例を図１７に示す。
【０２４１】
図１７（Ａ）は電子書籍であり、筐体７００１、表示部７００２等を有する。本発明の一態様に係る半導体表示装置は、表示部７００２に用いることができる。表示部７００２に本発明の一態様に係る半導体表示装置を用いることで、信頼性が高い電子書籍を提供することができる。また、可撓性を有する基板を用いることで、表示部７００２に用いられる半導体表示装置に可撓性を持たせることができるので、信頼性が高く、フレキシブルかつ軽くて使い勝手の良い電子書籍を提供することができる。
【０２４２】
図１７（Ｂ）は表示装置であり、筐体７０１１、表示部７０１２、支持台７０１３等を有する。本発明の一態様に係る半導体表示装置は、表示部７０１２に用いることができる。表示部７０１２に本発明の一態様に係る半導体表示装置を用いることで、信頼性が高い表示装置を提供することができる。なお、表示装置には、パーソナルコンピュータ用、ＴＶ放送受信用、広告表示用などの全ての情報表示用表示装置が含まれる。
【０２４３】
図１７（Ｃ）は表示装置であり、筐体７０２１、表示部７０２２等を有する。本発明の一態様に係る半導体表示装置は、表示部７０２２に用いることができる。表示部７０２２に本発明の一態様に係る半導体表示装置を用いることで、信頼性が高い表示装置を提供することができる。また、可撓性を有する基板を用いることで、表示部７０２２に用いられる半導体表示装置や、その他の信号処理回路に可撓性を持たせることができるので、信頼性が高く、フレキシブルかつ軽量の表示装置を実現することができる。よって、図１７（Ｃ）に示すように、布地などに固定させて表示装置を使用することができ、半導体表示装置の応用の幅が格段に広がる。
【０２４４】
図１７（Ｄ）は携帯型ゲーム機であり、筐体７０３１、筐体７０３２、表示部７０３３、表示部７０３４、マイクロホン７０３５、スピーカー７０３６、操作キー７０３７、スタイラス７０３８等を有する。本発明の一態様に係る半導体表示装置は、表示部７０３３、表示部７０３４に用いることができる。表示部７０３３、表示部７０３４に本発明の一態様に係る半導体表示装置を用いることで、信頼性が高い携帯型ゲーム機を提供することができる。なお、図１７（Ｄ）に示した携帯型ゲーム機は、２つの表示部７０３３と表示部７０３４とを有しているが、携帯型ゲーム機が有する表示部の数は、これに限定されない。
【０２４５】
図１７（Ｅ）は携帯電話であり、筐体７０４１、表示部７０４２、音声入力部７０４３、音声出力部７０４４、操作キー７０４５、受光部７０４６等を有する。受光部７０４６において受信した光を電気信号に変換することで、外部の画像を取り込むことができる。本発明の一態様に係る半導体表示装置は、表示部７０４２に用いることができる。表示部７０４２に本発明の一態様に係る半導体表示装置を用いることで、信頼性が高い携帯電話を提供することができる。
【０２４６】
本実施例は、上記実施の形態と適宜組み合わせて実施することが可能である。
【符号の説明】
【０２４７】
１００ 基板
１０１ ゲート電極
１０２ ゲート絶縁膜
１０３ 酸化物半導体膜
１０４ 酸化物半導体膜
１０５ ソース電極
１０６ ドレイン電極
１０７ 酸化物半導体膜
１０８ 酸化物絶縁膜
１０９ バックゲート電極
１１０ 絶縁膜
１１１ 薄膜トランジスタ
２００ 基板
２０１ ゲート電極
２０２ ゲート絶縁膜
２０３ ソース電極
２０４ ドレイン電極
２０５ 酸化物半導体膜
２０６ 酸化物半導体膜
２０７ 酸化物絶縁膜
２０８ バックゲート電極
２１０ 絶縁膜
２１１ 薄膜トランジスタ
３００ 基板
３０１ ゲート電極
３０２ ゲート絶縁膜
３０３ 酸化物半導体膜
３０４ 酸化物半導体膜
３０５ チャネル保護膜
３０６ ソース電極
３０７ ドレイン電極
３０８ 酸化物絶縁膜
３０９ バックゲート電極
３１０ 絶縁膜
３１１ 薄膜トランジスタ
４００ 基板
４０１ ゲート電極
４０２ ゲート絶縁膜
４０３ 酸化物半導体膜
４０４ 酸化物半導体膜
４０６ 導電膜
４０８ 容量配線
４０９ 酸化物半導体膜
４１１ 酸化物絶縁膜
４１２ バックゲート電極
４１３ 絶縁膜
４１４ 薄膜トランジスタ
４１５ 画素電極
４１６ 透明導電膜
４１７ 透明導電膜
４１８ 透明導電膜
４１９ 保持容量
４２０ 端子
４２１ 端子
１４０１ 薄膜トランジスタ
１４０２ ゲート電極
１４０３ ゲート絶縁膜
１４０４ 酸化物半導体膜
１４０５ 半導体膜
１４０６ 導電膜
１４０７ 酸化物絶縁膜
１４０８ バックゲート電極
１４０９ 絶縁膜
１４１０ 画素電極
１４１１ 配向膜
１４１３ 対向電極
１４１４ 配向膜
１４１５ 液晶
１４１６ シール材
１４１７ スペーサ
１６０１ 液晶パネル
１６０２ 拡散板
１６０３ プリズムシート
１６０４ 拡散板
１６０５ 導光板
１６０６ 反射板
１６０７ 光源
１６０８ 回路基板
１６０９ ＦＰＣ
１６１０ ＦＰＣ
４０７ａ ソース電極
４０７ｂ ドレイン電極
６０３１ トランジスタ
６０３３ 発光素子
６０３４ 電極
６０３５ 電界発光層
６０３６ 電極
６０３７ 絶縁膜
６０３８ 隔壁
６０４１ トランジスタ
６０４３ 発光素子
６０４４ 電極
６０４５ 電界発光層
６０４６ 電極
６０４７ 絶縁膜
６０４８ 隔壁
６０５１ トランジスタ
６０５３ 発光素子
６０５４ 電極
６０５５ 電界発光層
６０５６ 電極
６０５７ 絶縁膜
６０５８ 隔壁
７００１ 筐体
７００２ 表示部
７０１１ 筐体
７０１２ 表示部
７０１３ 支持台
７０２１ 筐体
７０２２ 表示部
７０３１ 筐体
７０３２ 筐体
７０３３ 表示部
７０３４ 表示部
７０３５ マイクロホン
７０３６ スピーカー
７０３７ 操作キー
７０３８ スタイラス
７０４１ 筐体
７０４２ 表示部
７０４３ 音声入力部
７０４４ 音声出力部
７０４５ 操作キー
７０４６ 受光部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁表面上において、ゲート電極上にゲート絶縁膜を形成し、
前記ゲート絶縁膜上に酸化物半導体膜を形成し、
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し、
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、前記酸化物半導体膜と接する酸化物絶縁膜を形成し、
前記ゲート電極及び前記酸化物半導体膜と重なる位置において、前記酸化物絶縁膜上にバックゲート電極を形成し、
前記バックゲート電極が露出した状態で加熱処理を行い、
前記加熱処理を行った後、前記バックゲート電極上に絶縁膜を形成する半導体装置の作製方法。
【請求項２】
絶縁表面上において、ゲート電極上にゲート絶縁膜を形成し、
前記ゲート絶縁膜上にソース電極及びドレイン電極を形成し、
前記ソース電極及び前記ドレイン電極上に酸化物半導体膜を形成し、
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、前記酸化物半導体膜と接する酸化物絶縁膜を形成し、
前記ゲート電極及び前記酸化物半導体膜と重なる位置において、前記酸化物絶縁膜上にバックゲート電極を形成し、
前記バックゲート電極が露出した状態で加熱処理を行い、
前記加熱処理を行った後、前記バックゲート電極上に絶縁膜を形成する半導体装置の作製方法。
【請求項３】
絶縁表面上において、ゲート電極上にゲート絶縁膜を形成し、
前記ゲート絶縁膜上に酸化物半導体膜を形成し、
前記酸化物半導体膜上にチャネル保護膜を形成し、
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し、
前記チャネル保護膜、前記ソース電極及び前記ドレイン電極上に酸化物絶縁膜を形成し、
前記ゲート電極及び前記酸化物半導体膜と重なる位置において、前記酸化物絶縁膜上にバックゲート電極を形成し、
前記バックゲート電極が露出した状態で加熱処理を行い、
前記加熱処理を行った後、前記バックゲート電極上に絶縁膜を形成する半導体装置の作製方法。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれか１項において、前記加熱処理は３５０℃以上６５０℃以下で行う半導体装置の作製方法。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のいずれか１項において、前記バックゲート電極は、チタン、白金、バナジウム、ジルコニウム、ハフニウム、パラジウム、マグネシウム、ニオブまたは希土類の金属のうち、いずれか一つまたは複数を含む混合物、金属化合物または合金を有する半導体装置の作製方法。
【請求項６】
請求項１乃至請求項４のいずれか１項において、前記バックゲート電極は水素吸蔵合金を有する半導体装置の作製方法。
【請求項７】
請求項１乃至請求項６のいずれか１項において、前記加熱処理は、不活性ガス雰囲気下または減圧雰囲気下で行う半導体装置の作製方法。
【請求項８】
絶縁表面上のゲート電極と、
前記ゲート電極上のゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜上の酸化物半導体膜と、
前記酸化物半導体膜上の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おいて、前記酸化物半導体膜と接する酸化物絶縁膜と、
前記酸化物絶縁膜上において、前記ゲート電極及び前記酸化物半導体膜と重なるバックゲート電極とを有し、
前記バックゲート電極は、チタン、白金、バナジウム、ジルコニウム、ハフニウム、パラジウム、マグネシウム、ニオブまたは希土類の金属のうち、いずれか一つまたは複数を含む混合物、金属化合物または合金を有する半導体装置。
【請求項９】
絶縁表面上のゲート電極と、
前記ゲート電極上のゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜上のソース電極及びドレイン電極と、
前記ソース電極及び前記ドレイン電極上の酸化物半導体膜と、
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おいて、前記酸化物半導体膜と接する酸化物絶縁膜と、
前記酸化物絶縁膜上において、前記ゲート電極及び前記酸化物半導体膜と重なるバックゲート電極とを有し、
前記バックゲート電極は、チタン、白金、バナジウム、ジルコニウム、ハフニウム、パラジウム、マグネシウム、ニオブまたは希土類の金属のうち、いずれか一つまたは複数を含む混合物、金属化合物または合金を有する半導体装置。
【請求項１０】
絶縁表面上のゲート電極と、
前記ゲート電極上のゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜上の酸化物半導体膜と、
前記酸化物半導体膜上のチャネル保護膜と、
前記酸化物半導体膜上のソース電極及びドレイン電極と、
前記チャネル保護膜、前記ソース電極及び前記ドレイン電極上の酸化物絶縁膜と、
前記酸化物絶縁膜上において、前記ゲート電極及び前記酸化物半導体膜と重なるバックゲート電極とを有し、
前記バックゲート電極は、チタン、白金、バナジウム、ジルコニウム、ハフニウム、パラジウム、マグネシウム、ニオブまたは希土類の金属のうち、いずれか一つまたは複数を含む混合物、金属化合物または合金を有する半導体装置。
【請求項１１】
絶縁表面上のゲート電極と、
前記ゲート電極上のゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜上の酸化物半導体膜と、
前記酸化物半導体膜上の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おいて、前記酸化物半導体膜と接する酸化物絶縁膜と、
前記酸化物絶縁膜上において、前記ゲート電極及び前記酸化物半導体膜と重なるバックゲート電極とを有し、
前記バックゲート電極は水素吸蔵合金を有する半導体装置。
【請求項１２】
絶縁表面上のゲート電極と、
前記ゲート電極上のゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜上のソース電極及びドレイン電極と、
前記ソース電極及び前記ドレイン電極上の酸化物半導体膜と、
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おいて、前記酸化物半導体膜と接する酸化物絶縁膜と、
前記酸化物絶縁膜上において、前記ゲート電極及び前記酸化物半導体膜と重なるバックゲート電極とを有し、
前記バックゲート電極は水素吸蔵合金を有する半導体装置。
【請求項１３】
絶縁表面上のゲート電極と、
前記ゲート電極上のゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜上の酸化物半導体膜と、
前記酸化物半導体膜上のチャネル保護膜と、
前記酸化物半導体膜上のソース電極及びドレイン電極と、
前記チャネル保護膜、前記ソース電極及び前記ドレイン電極上の酸化物絶縁膜と、
前記酸化物絶縁膜上において、前記ゲート電極及び前記酸化物半導体膜と重なるバックゲート電極とを有し、
前記バックゲート電極は水素吸蔵合金を有する半導体装置。
【請求項１】
絶縁表面上において、ゲート電極上にゲート絶縁膜を形成し、
前記ゲート絶縁膜上に酸化物半導体膜を形成し、
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し、
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、前記酸化物半導体膜と接する酸化物絶縁膜を形成し、
前記ゲート電極及び前記酸化物半導体膜と重なる位置において、前記酸化物絶縁膜上にバックゲート電極を形成し、
前記バックゲート電極が露出した状態で加熱処理を行い、
前記加熱処理を行った後、前記バックゲート電極上に絶縁膜を形成する半導体装置の作製方法。
【請求項２】
絶縁表面上において、ゲート電極上にゲート絶縁膜を形成し、
前記ゲート絶縁膜上にソース電極及びドレイン電極を形成し、
前記ソース電極及び前記ドレイン電極上に酸化物半導体膜を形成し、
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、前記酸化物半導体膜と接する酸化物絶縁膜を形成し、
前記ゲート電極及び前記酸化物半導体膜と重なる位置において、前記酸化物絶縁膜上にバックゲート電極を形成し、
前記バックゲート電極が露出した状態で加熱処理を行い、
前記加熱処理を行った後、前記バックゲート電極上に絶縁膜を形成する半導体装置の作製方法。
【請求項３】
絶縁表面上において、ゲート電極上にゲート絶縁膜を形成し、
前記ゲート絶縁膜上に酸化物半導体膜を形成し、
前記酸化物半導体膜上にチャネル保護膜を形成し、
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し、
前記チャネル保護膜、前記ソース電極及び前記ドレイン電極上に酸化物絶縁膜を形成し、
前記ゲート電極及び前記酸化物半導体膜と重なる位置において、前記酸化物絶縁膜上にバックゲート電極を形成し、
前記バックゲート電極が露出した状態で加熱処理を行い、
前記加熱処理を行った後、前記バックゲート電極上に絶縁膜を形成する半導体装置の作製方法。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれか１項において、前記加熱処理は３５０℃以上６５０℃以下で行う半導体装置の作製方法。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のいずれか１項において、前記バックゲート電極は、チタン、白金、バナジウム、ジルコニウム、ハフニウム、パラジウム、マグネシウム、ニオブまたは希土類の金属のうち、いずれか一つまたは複数を含む混合物、金属化合物または合金を有する半導体装置の作製方法。
【請求項６】
請求項１乃至請求項４のいずれか１項において、前記バックゲート電極は水素吸蔵合金を有する半導体装置の作製方法。
【請求項７】
請求項１乃至請求項６のいずれか１項において、前記加熱処理は、不活性ガス雰囲気下または減圧雰囲気下で行う半導体装置の作製方法。
【請求項８】
絶縁表面上のゲート電極と、
前記ゲート電極上のゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜上の酸化物半導体膜と、
前記酸化物半導体膜上の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おいて、前記酸化物半導体膜と接する酸化物絶縁膜と、
前記酸化物絶縁膜上において、前記ゲート電極及び前記酸化物半導体膜と重なるバックゲート電極とを有し、
前記バックゲート電極は、チタン、白金、バナジウム、ジルコニウム、ハフニウム、パラジウム、マグネシウム、ニオブまたは希土類の金属のうち、いずれか一つまたは複数を含む混合物、金属化合物または合金を有する半導体装置。
【請求項９】
絶縁表面上のゲート電極と、
前記ゲート電極上のゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜上のソース電極及びドレイン電極と、
前記ソース電極及び前記ドレイン電極上の酸化物半導体膜と、
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おいて、前記酸化物半導体膜と接する酸化物絶縁膜と、
前記酸化物絶縁膜上において、前記ゲート電極及び前記酸化物半導体膜と重なるバックゲート電極とを有し、
前記バックゲート電極は、チタン、白金、バナジウム、ジルコニウム、ハフニウム、パラジウム、マグネシウム、ニオブまたは希土類の金属のうち、いずれか一つまたは複数を含む混合物、金属化合物または合金を有する半導体装置。
【請求項１０】
絶縁表面上のゲート電極と、
前記ゲート電極上のゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜上の酸化物半導体膜と、
前記酸化物半導体膜上のチャネル保護膜と、
前記酸化物半導体膜上のソース電極及びドレイン電極と、
前記チャネル保護膜、前記ソース電極及び前記ドレイン電極上の酸化物絶縁膜と、
前記酸化物絶縁膜上において、前記ゲート電極及び前記酸化物半導体膜と重なるバックゲート電極とを有し、
前記バックゲート電極は、チタン、白金、バナジウム、ジルコニウム、ハフニウム、パラジウム、マグネシウム、ニオブまたは希土類の金属のうち、いずれか一つまたは複数を含む混合物、金属化合物または合金を有する半導体装置。
【請求項１１】
絶縁表面上のゲート電極と、
前記ゲート電極上のゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜上の酸化物半導体膜と、
前記酸化物半導体膜上の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おいて、前記酸化物半導体膜と接する酸化物絶縁膜と、
前記酸化物絶縁膜上において、前記ゲート電極及び前記酸化物半導体膜と重なるバックゲート電極とを有し、
前記バックゲート電極は水素吸蔵合金を有する半導体装置。
【請求項１２】
絶縁表面上のゲート電極と、
前記ゲート電極上のゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜上のソース電極及びドレイン電極と、
前記ソース電極及び前記ドレイン電極上の酸化物半導体膜と、
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おいて、前記酸化物半導体膜と接する酸化物絶縁膜と、
前記酸化物絶縁膜上において、前記ゲート電極及び前記酸化物半導体膜と重なるバックゲート電極とを有し、
前記バックゲート電極は水素吸蔵合金を有する半導体装置。
【請求項１３】
絶縁表面上のゲート電極と、
前記ゲート電極上のゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜上の酸化物半導体膜と、
前記酸化物半導体膜上のチャネル保護膜と、
前記酸化物半導体膜上のソース電極及びドレイン電極と、
前記チャネル保護膜、前記ソース電極及び前記ドレイン電極上の酸化物絶縁膜と、
前記酸化物絶縁膜上において、前記ゲート電極及び前記酸化物半導体膜と重なるバックゲート電極とを有し、
前記バックゲート電極は水素吸蔵合金を有する半導体装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【公開番号】特開２０１１−９７０３２（Ｐ２０１１−９７０３２Ａ）
【公開日】平成２３年５月１２日（２０１１．５．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２１０３４３（Ｐ２０１０−２１０３４３）
【出願日】平成２２年９月２１日（２０１０．９．２１）
【出願人】（０００１５３８７８）株式会社半導体エネルギー研究所 (5,264)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年５月１２日（２０１１．５．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年９月２１日（２０１０．９．２１）
【出願人】（０００１５３８７８）株式会社半導体エネルギー研究所 (5,264)
【Ｆターム（参考）】
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