半導体装置及びその作製方法
【課題】酸化物半導体を用いたトランジスタにおいて、電気的特性の変動が小さく、信頼性の高く、かつ、オン電流の大きい半導体装置を作製する。
【解決手段】酸化物半導体層のチャネル領域に接する絶縁層として、酸素放出量の多い絶縁層を用い、酸化物半導体層のソース領域及びドレイン領域に接する絶縁層として、酸素放出量の少ない絶縁層を用いる。酸素放出量の多い絶縁層から酸素が放出されることにより、チャネル領域中の酸素欠損及び当該絶縁層とチャネル領域の界面準位密度を低減することができ、電気的特性の変動が小さく、信頼性の高い半導体装置を作製することができる。ソース領域及びドレイン領域については、酸素放出量の少ない絶縁層に接して設けることで、ソース領域及びドレイン領域の高抵抗化を抑制する。
【解決手段】酸化物半導体層のチャネル領域に接する絶縁層として、酸素放出量の多い絶縁層を用い、酸化物半導体層のソース領域及びドレイン領域に接する絶縁層として、酸素放出量の少ない絶縁層を用いる。酸素放出量の多い絶縁層から酸素が放出されることにより、チャネル領域中の酸素欠損及び当該絶縁層とチャネル領域の界面準位密度を低減することができ、電気的特性の変動が小さく、信頼性の高い半導体装置を作製することができる。ソース領域及びドレイン領域については、酸素放出量の少ない絶縁層に接して設けることで、ソース領域及びドレイン領域の高抵抗化を抑制する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
半導体装置及び半導体装置の作製方法に関する。
【０００２】
なお、本明細書中において半導体装置とは、半導体特性を利用することで機能し得る装置全般をいい、電気光学装置、半導体回路及び電子機器は全て半導体装置である。
【背景技術】
【０００３】
絶縁表面を有する基板上に形成された半導体薄膜を用いてトランジスタを構成する技術が注目されている。該トランジスタは集積回路（ＩＣ）や画像表示装置（表示装置）のような電子デバイスに広く応用されている。トランジスタに適用可能な半導体薄膜としてシリコン系半導体材料が広く知られているが、その他の材料として酸化物半導体が注目されている。
【０００４】
例えば、トランジスタの活性層として、電子キャリア濃度が１０１８／ｃｍ３未満であるインジウム（Ｉｎ）、ガリウム（Ｇａ）、及び亜鉛（Ｚｎ）を含む非晶質酸化物を用いたトランジスタが開示されている（特許文献１参照。）。
【０００５】
酸化物半導体を用いたトランジスタは、アモルファスシリコンを用いたトランジスタよりも動作が速く、多結晶シリコンを用いたトランジスタよりも製造が容易であるものの、電気的特性が変動しやすく信頼性が低いという問題点が知られている。例えば、バイアス−熱ストレス試験（ＢＴ試験）後に、トランジスタのしきい値電圧は変動してしまう。なお、本明細書において、しきい値電圧とは、トランジスタを「オン状態」にするために必要なゲートの電圧をいう。そして、ゲート電圧とは、ソースの電位を基準としたゲートの電位との電位差をいう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−１６５５２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
酸化物半導体を用いたトランジスタのＢＴ試験によるしきい値電圧の変動は、酸化物半導体を用いたトランジスタの信頼性を著しく低下させる。本発明の一態様は、酸化物半導体を用いた半導体装置の信頼性を向上することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一態様は、酸化物半導体層のチャネル領域に接する絶縁層として、加熱により酸素を放出する絶縁層を用い、酸化物半導体層のソース領域及びドレイン領域に接する絶縁層として、酸素放出量が上記チャネル領域に接する絶縁層より少ない絶縁層を用いることを技術的思想とする半導体装置または半導体装置の作製方法である。
【０００９】
本発明の一態様は、第１の領域及び第２の領域を有する絶縁層と、第１の領域及び第２の領域に接して設けられ、チャネル領域、ソース領域及びドレイン領域を有する酸化物半導体層と、を有し、酸化物半導体層のチャネル領域は、第１の領域に接して設けられ、酸化物半導体層のソース領域及びドレイン領域は、第２の領域に接して設けられ、第１の領域は、加熱により酸素を放出する絶縁層であり、第２の領域は、酸素放出量が第１の領域より少ない絶縁層である半導体装置または半導体装置の作製方法である。
【００１０】
「加熱により酸素を放出する」とは、ＴＤＳ（Ｔｈｅｒｍａｌ Ｄｅｓｏｒｐｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ：昇温脱離ガス分光法）分析にて、酸素原子に換算しての酸素の放出量が１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上、好ましくは３×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上であることをいう。
【００１１】
チャネル領域に接する絶縁層である第１の領域からチャネル領域に酸素が供給されることで、チャネル領域と第１の領域との界面準位密度を低減できる。この結果、半導体装置の動作などに起因して生じうる電荷などが、第１の領域とチャネル領域との界面で捕獲されることを十分に抑制することができる。
【００１２】
さらに、チャネル領域の酸素欠損に起因して電荷が生じる場合がある。一般にチャネル領域中の酸素欠損は、一部がドナーとなりキャリアである電子を生じる。この結果、トランジスタのしきい値電圧がマイナス方向にシフトしてしまう。チャネル領域に接する絶縁層である第１の領域からチャネル領域に酸素が十分に放出されることにより、しきい値電圧がマイナス方向へシフトする要因であるチャネル領域中の酸素欠損を補うことができる。
【００１３】
即ち、チャネル領域に酸素欠損が生じると、チャネル領域に接する絶縁層である第１の領域とチャネル領域との界面における電荷の捕獲を抑制するのが困難になるが、第１の領域として加熱により酸素を放出する絶縁層を設けることにより、チャネル領域と第１の領域との界面準位密度、及びチャネル領域の酸素欠損を低減し、チャネル領域と第１の領域との界面における電荷の捕獲の影響を小さくすることができる。
【００１４】
また、ソース領域及びドレイン領域については、酸素放出量が第１の領域より少ない第２の領域に接して設けることで、ソース領域及びドレイン領域には酸素が供給されないようにしている。これは、酸化物半導体層において、酸素欠損の一部はキャリアである電子の発生源となることに着目した構成である。つまり、酸素が供給されることによって酸素欠損が低減し、ソース領域及びドレイン領域が高抵抗化することを抑制するという技術的思想に基づく。例えば、ソース領域及びドレイン領域に接する第２の領域として、ＴＤＳ分析にて酸素の放出量が１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満である絶縁層を用いることができる。
【００１５】
このように、本発明の一態様による効果は、加熱により酸素を放出する絶縁層と酸素放出量が当該絶縁層より少ない絶縁層とに起因するものである。
【００１６】
上述した酸化物半導体層のチャネル領域の界面における電荷の捕獲を抑制し、かつソース領域及びドレイン領域の高抵抗化を抑制する効果により、ソース領域及びドレイン領域が高抵抗化することで、ソース領域及びドレイン領域を流れる電流の低下が寄与してトランジスタのオン電流の低下が起こるといった不具合を抑制することができる。また、酸化物半導体を用いたトランジスタのオフ電流の増加、しきい値電圧の変動などの不具合を抑制することができる。加えて半導体装置の信頼性を向上させることができる。
【００１７】
なお、加熱により酸素を放出する絶縁層は、酸化物半導体層に対して十分な厚みを有していることが好ましい。加熱により酸素を放出する絶縁層が酸化物半導体層に対して薄い場合には、酸化物半導体層への酸素供給が十分でなくなる場合があるためである。
【００１８】
本発明の一態様は、第１の領域及び第２の領域を有する絶縁層と、第１の領域及び第２の領域に接して設けられ、チャネル領域、ソース領域及びドレイン領域を有する酸化物半導体層と、酸化物半導体層に接して設けられたゲート絶縁層と、ゲート絶縁層に接して設けられたゲート電極と、を有し、酸化物半導体層のチャネル領域は、第１の領域に接して設けられ、酸化物半導体層のソース領域及びドレイン領域は、第２の領域に接して設けられ、第１の領域は、加熱により酸素を放出する絶縁層であり、第２の領域は、酸素放出量が第１の領域より少ない絶縁層である半導体装置または半導体装置の作製方法である。なお、第１の領域と第２の領域とで、構成元素が同じ材料または構成元素の二つ以上が同じ材料を用いてもよいし、構成元素の異なる材料を用いてもよい。
【００１９】
上記構成において、加熱により酸素を放出する絶縁層は、酸素が過剰な酸化シリコン（ＳｉＯＸ（Ｘ＞２））であってもよい。酸素が過剰な酸化シリコン（ＳｉＯＸ（Ｘ＞２））とは、シリコン原子数の２倍より多い酸素原子を単位体積当たりに含むものである。単位体積当たりのシリコン原子数及び酸素原子数は、ラザフォード後方散乱法により測定した値である。
【００２０】
上記構成において、加熱により酸素を放出する絶縁層には、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、酸化アルミニウムを用いても良い。また、酸素放出量が第１の領域より少ない絶縁層には、酸化シリコン、窒化シリコン、窒化酸化シリコン、酸化窒化シリコン、酸化アルミニウム、窒化アルミニウムまたは酸化窒化アルミニウムを用いてもよい。または、第１の領域と第２の領域とで、構成元素の異なる材料を用いてもよい。例えば、加熱により酸素を放出する絶縁層には、酸化シリコンを用い、酸素放出量が第１の領域より少ない絶縁層には、窒化シリコン、窒化酸化シリコン、酸化窒化シリコン、酸化アルミニウム、窒化アルミニウムまたは酸化窒化アルミニウムを用いてもよい。例えば、第１の領域として酸化シリコンを用いた場合、第２の領域として、任意の温度において酸化シリコンよりも酸素の拡散係数の低い酸化アルミニウムを用いると好ましい。第１の領域よりも酸素の拡散係数の低い第２の領域を設けることによって、第１の領域で放出された酸素が第２の領域に拡散していく量を低減することができる。
【００２１】
ここで、酸化窒化シリコンとは、その組成において、窒素よりも酸素の含有量が多いものを示し、例えば、酸素が５０原子％以上７０原子％以下、窒素が０．５原子％以上１５原子％以下、シリコンが２５原子％以上３５原子％以下、水素が０原子％以上１０原子％以下の範囲で含まれるものをいう。また、窒化酸化シリコンとは、その組成において、酸素よりも窒素の含有量が多いものを示し、例えば、酸素が５原子％以上３０原子％以下、窒素が２０原子％以上５５原子％以下、シリコンが２５原子％以上３５原子％以下、水素が１０原子％以上２５原子％以下の範囲で含まれるものをいう。但し、上記範囲は、ラザフォード後方散乱法（ＲＢＳ：Ｒｕｔｈｅｒｆｏｒｄ Ｂａｃｋｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）や、水素前方散乱法（ＨＦＳ：Ｈｙｄｒｏｇｅｎ Ｆｏｒｗａｒｄ Ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ）を用いて測定した場合のものである。また、構成元素の含有比率は、その合計が１００原子％を超えない値をとる。酸化窒化アルミニウムとは、その組成において、窒素よりも酸素の含有量が多いものを示す。
【００２２】
また、上記構成において、第１の領域の表面及び第２の領域の表面が揃っていることが好ましい。換言すると、第１の領域及び第２の領域の厚さは同じであることが好ましい。または、第１の領域及び第２の領域の境界付近において、第１の領域の表面及び第２の領域の表面が連続的に形成されていることが好ましい。
【００２３】
また、上記構成において、第２の領域を設けない構成とすることも可能である。この場合、基板上に選択的に第１の絶縁層を設け、当該第１の絶縁層を加熱により酸素を放出する絶縁層として用いればよい。または、基板上に第２の絶縁層を設け、第２の絶縁層上に選択的に第１の絶縁層を設け、当該第１の絶縁層を加熱により酸素を放出する絶縁層として用いればよい。
【００２４】
即ち、本発明の一態様は、基板または基板上に設けられた第２の絶縁層上に選択的に設けられた第１の絶縁層と、基板または第２の絶縁層、及び前記第１の絶縁層に接して設けられ、チャネル領域、ソース領域及びドレイン領域を有する酸化物半導体層と、酸化物半導体層に接して設けられたゲート絶縁層と、ゲート絶縁層に接して設けられたゲート電極と、を有し、酸化物半導体層のチャネル領域は、第１の絶縁層に接して設けられ、酸化物半導体層のソース領域及びドレイン領域は、基板または第２の絶縁層に接して設けられ、第１の絶縁層は、加熱により酸素を放出する絶縁層である半導体装置または半導体装置の作製方法である。
【００２５】
上記構成において、加熱により酸素を放出する絶縁層は、酸素が過剰な酸化シリコン（ＳｉＯＸ（Ｘ＞２））であってもよい。酸素が過剰な酸化シリコン（ＳｉＯＸ（Ｘ＞２））とは、シリコン原子数の２倍より多い酸素原子を単位体積当たりに含むものである。単位体積当たりのシリコン原子数及び酸素原子数は、ラザフォード後方散乱法により測定した値である。
【００２６】
上記構成において、加熱により酸素を放出する絶縁層には、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、酸化アルミニウムを用いても良い。
【００２７】
上記構成において、基板または第２の絶縁層は、酸素放出量が第１の絶縁層より少ないことが好ましい。
【００２８】
上記構成において、第２の絶縁層には、酸化シリコン、窒化シリコン、窒化酸化シリコン、酸化窒化シリコン、酸化アルミニウム、窒化アルミニウムまたは酸化窒化アルミニウムを用いてもよい。
【００２９】
上記構成において、加熱により酸素を放出する絶縁層をゲート絶縁層として用いることが好ましい。または、シリコン原子数の２倍より多い酸素原子を単位体積当たりに含む酸化シリコンをゲート絶縁層として用いることが好ましい。
【００３０】
上記構成において、さらに、ゲート電極上に設けられた層間絶縁層と、層間絶縁層上に設けられ、層間絶縁層に設けられた開口部を通して酸化物半導体層に接する配線と、を有してもよい。
【００３１】
上記構成において、ソース領域及びドレイン領域は、酸化物半導体層を低抵抗化した領域である。即ち、ソース領域及びドレイン領域は、酸化物半導体層の一部に低抵抗化の処理を行うことで形成される。それと同時に、酸化物半導体層にチャネル領域が形成される。
【００３２】
上記構成において、加熱により酸素を放出する絶縁層は、スパッタリング法により形成されることが好ましい。または、加熱により酸素を放出する絶縁層は、酸素または、酸素とアルゴンの混合ガスを用いたスパッタリング法により形成されることが好ましい。
【００３３】
上記構成において、酸化物半導体層は、スパッタリング法により形成されることが好ましい。
【００３４】
上記構成において、酸化物半導体層の形成後、１００℃以上６５０℃以下で熱処理を行うことが好ましい。
【００３５】
上記構成において、ソース領域及びドレイン領域は、ゲート電極をマスクに用いて、酸化物半導体層の一部に低抵抗化の処理を行うことで形成してもよい。その場合、酸化物半導体層のうちゲート電極でマスクされた部分にチャネル領域が形成される。
【００３６】
なお、上記構成において、トランジスタのチャネル長Ｌは、１０ｎｍ以上１０μｍ以下、例えば、０．１μｍ〜０．５μｍとすることができる。もちろん、チャネル長Ｌは、１０μｍ以上であっても構わない。また、チャネル幅Ｗについても、１０μｍ以上とすることができる。
【発明の効果】
【００３７】
本発明の一態様により、酸化物半導体層のチャネル領域に接する絶縁層として加熱により酸素を放出する絶縁層を設け、酸化物半導体層のソース領域及びドレイン領域に接する絶縁層として酸素放出量がチャネル領域に接する絶縁層より少ない絶縁層を設けることで、オフ電流が小さく、しきい値電圧のばらつきが少なく、オン電流が大きい、安定した電気特性を有するトランジスタが提供される。
【００３８】
または、本発明の一態様により、電気特性が良好で信頼性の高いトランジスタを有する半導体装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】半導体装置の一形態を示す断面図。
【図２】半導体装置の作製工程の一例を示す断面図。
【図３】半導体装置の作製工程の一例を示す断面図。
【図４】半導体装置の作製工程の一例を示す断面図。
【図５】半導体装置の作製工程の一例を示す断面図。
【図６】半導体装置の一形態を示す断面図。
【図７】半導体装置の一形態を説明する図。
【図８】半導体装置としての電子機器を示す図。
【図９】半導体装置の一形態を示す上面図及び断面図。
【発明を実施するための形態】
【００４０】
以下では、本発明の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。ただし、本発明は以下の説明に限定されず、その形態及び詳細を様々に変更し得ることは、当業者であれば容易に理解される。また、本発明は以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。なお、図面を用いて発明の構成を説明するにあたり、同じものを指す符号は異なる図面間でも共通して用いる。なお、同様のものを指す際にはハッチパターンを同じくし、特に符号を付さない場合がある。
【００４１】
なお、第１、第２として付される序数詞は便宜上用いるものであり、工程順または積層順を示すものではない。また、本明細書において発明を特定するための事項として固有の名称を示すものではない。
【００４２】
（実施の形態１）
本実施の形態では、半導体装置及び半導体装置の作製方法の一形態を、図１乃至図５を用いて説明する。
【００４３】
図１には、本発明の一態様の半導体装置の例として、トップゲート型の一形態であるコプラナー型のトランジスタ１５５の断面図を示す。
【００４４】
図１（Ａ）に示すトランジスタ１５５は、基板１００上の、絶縁層１０３、酸化物半導体層１０６、ゲート絶縁層１１２、ゲート電極１１４を含む。絶縁層１０３は第１の領域１０１及び第２の領域１０２を有する。トランジスタ１５５は、酸化物半導体層１０６中にチャネル領域１２６、ソース領域１２２ａ及びドレイン領域１２２ｂを有する。チャネル領域１２６、ソース領域１２２ａ及びドレイン領域１２２ｂは、同一層中に設けられている。
【００４５】
酸化物半導体層１０６は、第１の領域１０１及び第２の領域１０２に接して設けられており、酸化物半導体層１０６のチャネル領域１２６は第１の領域１０１に接して設けられ、酸化物半導体層１０６のソース領域１２２ａ及びドレイン領域１２２ｂは第２の領域１０２に接して設けられている。ゲート絶縁層１１２は酸化物半導体層１０６に接して設けられ、ゲート電極１１４はゲート絶縁層１１２に接して設けられている。ゲート電極１１４上には層間絶縁層１２４が設けられている。そして、ソース領域１２２ａ及びドレイン領域１２２ｂには、層間絶縁層１２４を介して、それぞれ配線１０８ａ及び配線１０８ｂが電気的に接続されている。配線１０８ａ及び配線１０８ｂは、ソース電極及びドレイン電極として機能する。なお、図１（Ａ）では、ゲート絶縁層１１２とゲート電極１１４との幅が同様であるように記載されているが、これに限定されるものではない。図１（Ｂ）に示すようにゲート絶縁層１１２に代えてゲート絶縁層１１３が、絶縁層１０３及び酸化物半導体層１０６上に設けられていても構わない。なお、ゲート絶縁層１１３は、ゲート絶縁膜１１２と同様の方法及び同様の材料で形成すればよく、本明細書中のゲート絶縁層１１２を適宜ゲート絶縁膜１１３と置き換えることができる。
【００４６】
第１の領域１０１の材料には、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、酸化アルミニウムまたはこれらの混合材料などを用いればよい。第１の領域１０１は加熱により酸素を放出することを特徴とする。「加熱により酸素を放出する」とは、ＴＤＳ（Ｔｈｅｒｍａｌ Ｄｅｓｏｒｐｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ：昇温脱離ガス分光法）分析にて、酸素原子に換算しての酸素の放出量が１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上、好ましくは３×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上であることをいう。または、第１の領域１０１の材料には、酸素が過剰な酸化シリコン（ＳｉＯＸ（Ｘ＞２））を用いてもよい。酸素が過剰な酸化シリコン（ＳｉＯＸ（Ｘ＞２））とは、シリコン原子数の２倍より多い酸素原子を単位体積当たりに含むものである。単位体積当たりのシリコン原子数及び酸素原子数は、ラザフォード後方散乱法により測定した値である。
【００４７】
第２の領域１０２の材料には、酸化シリコン、窒化シリコン、窒化酸化シリコン、酸化窒化シリコン、酸化アルミニウム、窒化アルミニウムまたは酸化窒化アルミニウムを用いればよい。第２の領域１０２は酸素放出量が第１の領域１０１より少ない絶縁層であることを特徴とする。なお、第１の領域１０１と第２の領域１０２とで、構成元素が同じ材料または構成元素の二つ以上が同じ材料を用いてもよいし、構成元素の異なる材料を用いてもよい。第１の領域１０１と第２の領域１０２とで構成元素が同じ材料または構成元素の二つ以上が同じ材料を用いる場合は、第２の領域１０２の材料として、単位体積当たりの酸素原子数が第１の領域１０１より少ない材料を用いてもよい。例えば、第１の領域１０１の材料には、シリコン原子数の２倍より多い酸素原子を単位体積当たりに含む酸化シリコン（ＳｉＯＸ（Ｘ＞２））を用い、第２の領域１０２の材料には、単位体積当たりの酸素原子数が第１の領域１０１より少ない酸化シリコン（ＳｉＯＸ（Ｘ≦２））を用いてもよい。または、第２の領域１０２の材料には、単位体積当たりの酸素原子数が第１の領域１０１より少ない酸化窒化シリコンを用いてもよい。また、第２の領域１０２の材料にはアクリル樹脂、ポリイミド、ベンゾシクロブテン樹脂、ポリアミド、エポキシ樹脂などの湿式法で形成可能な有機絶縁材料を用いてもよい。また上記有機絶縁材料の他に、低誘電率材料（ｌｏｗ−ｋ材料）、シロキサン系樹脂、ＰＳＧ（リンガラス）、ＢＰＳＧ（リンボロンガラス）などの湿式法で形成可能な無機絶縁材料を用いてもよい。また、第２の領域１０２は、第１の領域１０１よりも任意の温度（例えば１００℃から６５０℃の範囲）における酸素の拡散係数が低いことが好ましい。このようにすることで、第１の領域１０１で放出された酸素が第２の領域１０２に拡散していく量を低減することができる。
【００４８】
また、第１の領域１０１及び第２の領域１０２を有する絶縁層１０３には、前述の材料と酸化シリコン、窒化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコン、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸化窒化アルミニウムまたはこれらの混合材料などを積層して用いてもよい。絶縁層１０３を積層構造で形成する場合、酸化物半導体層１０６と接する側を、前述の第１の領域１０１の材料及び第２の領域１０２の材料とするとよい。なお、絶縁層１０３はトランジスタ１５５の下地層として機能する。
【００４９】
酸化物半導体層１０６に用いる材料としては、四元系金属酸化物であるＩｎ−Ｓｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系の材料や、三元系金属酸化物であるＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系の材料、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｚｎ−Ｏ系の材料、Ｉｎ−Ａｌ−Ｚｎ−Ｏ系の材料、Ｓｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系の材料、Ａｌ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系の材料、Ｓｎ−Ａｌ−Ｚｎ−Ｏ系の材料や、二元系金属酸化物であるＩｎ−Ｚｎ−Ｏ系の材料、Ｓｎ−Ｚｎ−Ｏ系の材料、Ａｌ−Ｚｎ−Ｏ系の材料、Ｚｎ−Ｍｇ−Ｏ系の材料、Ｓｎ−Ｍｇ−Ｏ系の材料、Ｉｎ−Ｍｇ−Ｏ系の材料、Ｉｎ−Ｇａ−Ｏ系の材料や、Ｉｎ−Ｏ系の材料、Ｓｎ−Ｏ系の材料、Ｚｎ−Ｏ系の材料などを用いることができる。また、上記の材料に酸化シリコンを含ませてもよい。ここで、例えば、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系の材料とは、インジウム（Ｉｎ）、ガリウム（Ｇａ）、亜鉛（Ｚｎ）を有する酸化物層、という意味であり、その組成比は特に問わない。また、ＩｎとＧａとＺｎ以外の元素を含んでいてもよい。
【００５０】
酸化物半導体層１０６としてＩｎ−Ｚｎ−Ｏ系の材料を用いる場合、原子数比で、Ｉｎ／Ｚｎ＝０．５以上５０以下、好ましくはＩｎ／Ｚｎ＝１以上２０以下、さらに好ましくはＩｎ／Ｚｎ＝１．５以上１５以下とする。Ｚｎの原子数比を前述の範囲とすることで、トランジスタの電界効果移動度を向上させることができる。ここで、化合物の原子数比がＩｎ：Ｚｎ：Ｏ＝Ｘ：Ｙ：Ｚのとき、Ｚ＞１．５Ｘ＋Ｙとすると好ましい。
【００５１】
また、酸化物半導体層１０６は、化学式ＩｎＭＯ３（ＺｎＯ）ｍ（ｍ＞０）で表記される材料を用いた薄膜により形成することができる。ここで、Ｍは、Ｇａ、Ａｌ、Ｍｎ及びＣｏから選ばれた一または複数の金属元素を示す。例えば、Ｍとして、Ｇａ、Ｇａ及びＡｌ、Ｇａ及びＭｎまたはＧａ及びＣｏなどを用いることができる。
【００５２】
チャネル領域１２６と第１の領域１０１とが接することで、第１の領域１０１とチャネル領域１２６との界面準位密度及びチャネル領域１２６中の酸素欠損を低減することができる。
この結果、半導体装置の動作などに起因して生じうる電荷などが、第１の領域１０１とチャネル領域１２６との界面に捕獲されることを十分に抑制することができる。
【００５３】
さらに、チャネル領域１２６の酸素欠損に起因して電荷が生じる場合がある。一般にチャネル領域中の酸素欠損は、一部がドナーとなりキャリアである電子を生じる。この結果、トランジスタのしきい値電圧がマイナス方向にシフトしてしまう。チャネル領域１２６に接する絶縁層である第１の領域１０１からチャネル領域１２６に酸素が十分に放出されることにより、しきい値電圧がマイナス方向へシフトする要因であるチャネル領域１２６中の酸素欠損を補うことができる。
【００５４】
即ち、チャネル領域１２６に酸素欠損が生じると、チャネル領域１２６に接する絶縁層である第１の領域１０１とチャネル領域１２６との界面における電荷の捕獲を抑制するのが困難になるが、第１の領域１０１として加熱により酸素を放出する絶縁層を設けることにより、チャネル領域１２６と第１の領域１０１との界面準位密度、及びチャネル領域１２６の酸素欠損を低減し、チャネル領域１２６と第１の領域１０１との界面における電荷の捕獲の影響を小さくすることができる。
【００５５】
また、ソース領域１２２ａ及びドレイン領域１２２ｂと、酸素放出量が第１の領域１０１より少ない第２の領域１０２とが接することで、ソース領域１２２ａ及びドレイン領域１２２ｂには酸素が供給されないようにしている。これは、酸化物半導体層において、酸素欠損の一部はキャリアである電子の発生源となることに起因する。つまり、酸素が供給されることによって酸素欠損が低減し、ソース領域１２２ａ及びドレイン領域１２２ｂが高抵抗化することを抑制するという技術的思想に基づく。例えば、ソース領域１２２ａ及びドレイン領域１２２ｂに接する第２の領域１０２として、ＴＤＳ分析にて酸素の放出量が１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満である絶縁層を用いることができる。
【００５６】
上述した酸化物半導体層のチャネル領域１２６の界面における電荷の捕獲を抑制し、かつソース領域１２２ａ及びドレイン領域１２２ｂの高抵抗化を抑制する効果により、仮にソース領域１２２ａ及びドレイン領域１２２ｂが高抵抗化することで、ソース領域１２２ａ及びドレイン領域１２２ｂを流れる電流の低下が寄与してトランジスタ１５５のオン電流の低下が起こるといった不具合を抑制することができる。また、酸化物半導体を用いたトランジスタ１５５のオフ電流の増加、しきい値電圧の変動などの不具合を抑制することができる。加えて半導体装置の信頼性を向上させることができる。
【００５７】
ゲート絶縁層１１２は、第１の領域１０１と同様の構成（例えば同様の材料）としてもよい。即ち、ゲート絶縁層１１２は、加熱により酸素を放出する絶縁層としてもよい。または、トランジスタのゲート絶縁層として機能することを考慮して、酸化ハフニウムや酸化アルミニウムなどの比誘電率が高い材料を採用してもよい。また、ゲート耐圧や酸化物半導体との界面状態などを考慮し、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化シリコンに酸化ハフニウムや酸化アルミニウムなどの比誘電率の高い材料を積層してもよい。
【００５８】
ゲート電極１１４は、モリブデン、チタン、タンタル、タングステン、アルミニウム、銅、ネオジム、スカンジウムなどの金属材料、これらの窒化物、またはこれらを主成分とする合金材料を用いて形成することができる。なお、ゲート電極１１４は、単層構造としてもよいし、積層構造としてもよい。
【００５９】
トランジスタ１５５上には、さらに層間絶縁層１２４が設けられていてもよい。層間絶縁層１２４は、第２の領域１０２と同様の構成（例えば同様の材料）としてもよい。また、配線１０８ａや配線１０８ｂを電気的に接続させるために、層間絶縁層１２４には開口部が形成されていてもよい。
【００６０】
配線１０８ａ及び配線１０８ｂに用いる導電層としては、例えば、Ａｌ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｗから選ばれた元素を含む金属層または上述した元素を成分とする金属窒化物層（窒化チタン層、窒化モリブデン層、窒化タングステン層）などを用いることができる。また、Ａｌ、Ｃｕなどの金属層の下側または上側の一方または双方にＴｉ、Ｍｏ、Ｗなどの高融点金属層またはこれらの金属窒化物層（窒化チタン層、窒化モリブデン層、窒化タングステン層）を積層させた構成を用いてもよい。
【００６１】
また、トランジスタ１５５は酸化物半導体層１０６の下方に、第２のゲート電極を有していてもよい。なお、酸化物半導体層１０６は島状に加工されていることが好ましいが、島状に加工されていなくてもよい。
【００６２】
以下、図２乃至図５を用いて、図１（Ａ）に示すトランジスタ１５５の作製工程の例について説明する。
【００６３】
まず、図２（Ａ）乃至図２（Ｄ）及び図３（Ａ）乃至図３（Ｄ）を用いて、図１（Ａ）に示すトランジスタ１５５の作製工程の一例について説明する。
【００６４】
基板１００上に第１の絶縁層１３１を形成し（図２（Ａ）参照。）、第１の絶縁層１３１をフォトリソグラフィなどの方法を用いて加工して島状の第１の領域１０１を形成する（図２（Ｂ）参照。）。第１の領域１０１の形成時に用いるフォトマスクは、ゲート電極形成時に用いるフォトマスクと同じものを用いることができる。第１の領域１０１は加熱により酸素を放出することを特徴とする。または、第１の領域１０１の材料には、酸素が過剰な酸化シリコン（ＳｉＯＸ（Ｘ＞２））を用いてもよい。
【００６５】
基板１００の材質などに大きな制限はないが、少なくとも、後の熱処理に耐えうる程度の耐熱性を有している必要がある。例えば、ガラス基板、セラミック基板、石英基板、サファイア基板などを、基板１００として用いることができる。また、シリコンや炭化シリコンなどの単結晶半導体基板、多結晶半導体基板、シリコンゲルマニウムなどの化合物半導体基板、ＳＯＩ基板などを適用することも可能であり、これらの基板上に半導体素子が設けられたものを、基板１００として用いてもよい。
【００６６】
また、基板１００として、可撓性基板を用いてもよい。可撓性基板上にトランジスタを設ける場合、可撓性基板上に直接トランジスタを作り込んでもよいし、他の基板にトランジスタを形成した後、これを剥離し、基板１００である可撓性基板に転置してもよい。なお、トランジスタを剥離し、可撓性基板に転置するためには、上記他の基板とトランジスタとの間に剥離層を形成するとよい。
【００６７】
第１の領域１０１となる第１の絶縁層１３１の形成方法は、例えば、プラズマＣＶＤ法やスパッタリング法などを用いることができる。加熱により酸素を放出する絶縁層の形成にはスパッタリング法を用いることが好ましい。
【００６８】
スパッタリング法を用いて、加熱により酸素を放出する絶縁層を形成するには、成膜ガスとして、酸素または、酸素と希ガス（アルゴンなど）の混合ガスを用いる場合、酸素と希ガスの混合割合を、酸素の割合を高めて形成するとよい。例えば、全ガス中の酸素の濃度を６％以上１００％未満にするとよい。
【００６９】
第１の領域１０１となる第１の絶縁層１３１の材料には、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、酸化アルミニウムまたはこれらの混合材料などを用いればよい。
【００７０】
例えば、第１の絶縁層１３１として、石英（好ましくは合成石英）をターゲットに用い、基板温度３０℃以上４５０℃以下（好ましくは７０℃以上２００℃以下）、成膜ガスとして酸素または、酸素及びアルゴンを用い、成膜ガス中のＯ２／（Ｏ２＋Ａｒ）割合を１％以上１００％以下（好ましくは６％以上１００％以下）として、ＲＦスパッタリング法により酸化シリコンを形成する。
【００７１】
第１の絶縁層１３１及び第１の領域１０１の膜厚は、好ましくは５０ｎｍ以上、より好ましくは２００ｎｍ以上とする。第１の絶縁層１３１及び第１の領域１０１を厚く形成することにより、第１の領域１０１からの酸素放出量を増加することができる。
【００７２】
次に、基板１００及び第１の領域１０１上に、第２の絶縁層１３２を形成する（図２（Ｃ）参照。）。その後、第１の領域１０１の表面が露出するまで第２の絶縁層１３２を加工して、第１の領域１０１に接する第２の領域１０２を有する絶縁層１０３を形成する（図２（Ｄ）参照。）。第２の領域１０２は酸素放出量が第１の領域１０１より少ない絶縁層であることを特徴とする。なお、第２の絶縁層１３２を加工する際に、同時に第１の領域１０１の表面が加工され、第１の領域１０１の一部が除去されてもよい。
【００７３】
第２の絶縁層１３２の形成方法は、例えば、プラズマＣＶＤ法やスパッタリング法などを用いることができる。
【００７４】
第２の絶縁層１３２の材料には、酸化シリコン、窒化シリコン、窒化酸化シリコン、酸化窒化シリコン、酸化アルミニウム、窒化アルミニウムまたは酸化窒化アルミニウムを用いればよい。
【００７５】
例えば、第２の絶縁層１３２として、プラズマＣＶＤ法により窒化シリコンを形成する。または、第２の絶縁層１３２として、プラズマＣＶＤ法により酸化シリコンを形成してもよい。
【００７６】
上記工程を経たのち、第１の領域１０１の表面及び第２の領域１０２の表面が揃っていることが好ましい。例えば、第１の領域１０１の表面が露出するまで、第２の絶縁層１３２をＣＭＰ（化学的機械的研磨）などの研磨処理またはエッチング処理することで、第１の領域１０１に接する第２の領域１０２を有し、かつ、第１の領域１０１の表面及び第２の領域１０２の表面が揃った絶縁層１０３を形成することができる。第１の領域１０１の表面及び第２の領域１０２の表面を揃えることで、その上に形成する酸化物半導体層の段切れを防止することができる。この効果は酸化物半導体層が薄いときに顕著である。酸化物半導体層の段切れを防止することにより、ソース領域及びドレイン領域の段切れを防止することができ、オン電流の低下を抑制することができる。さらに、酸化物半導体層の上に形成するゲート絶縁層の段切れを防止することができる。ゲート絶縁層の段切れを防止することにより、リーク電流の増大や破壊耐圧の低下を抑制することができる。
【００７７】
なお、第２の領域１０２の膜厚、即ち絶縁層１０３の膜厚は、第１の絶縁層１３１及び第１の領域１０１の膜厚と同様とする。具体的には、第２の領域１０２の膜厚、即ち絶縁層１０３の膜厚は、好ましくは５０ｎｍ以上、より好ましくは２００ｎｍ以上とする。ただし、研磨処理またはエッチング処理を行うことで、第１の絶縁層１３１の膜厚は、形成時の膜厚よりも薄くなっている場合がある。
【００７８】
また、第１の領域１０１及び第２の領域１０２を有する絶縁層１０３には、前述の材料と酸化シリコン、窒化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコン、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸化窒化アルミニウムまたはこれらの混合材料などを積層して用いてもよい。絶縁層１０３を積層構造で形成する場合、酸化物半導体層１０６と接する側を、前述の第１の領域１０１の材料及び第２の領域１０２の材料とするとよい。なお、絶縁層１０３はトランジスタ１５５の下地層として機能する。
【００７９】
なお、ここでは第１の領域１０１を形成した後に第２の領域１０２を形成する例を示したが、第１の領域１０１及び第２の領域１０２の形成順序を逆にし、第２の領域１０２を形成した後に第１の領域１０１を形成してもよい。その場合には、選択的に第２の領域１０２を形成した後、全面に第１の絶縁層１３１を形成し、第２の領域１０２の表面が露出するまで第１の絶縁層１３１を研磨処理またはエッチング処理することで、第１の領域１０１に接する第２の領域１０２を有する絶縁層１０３を形成することができる。
【００８０】
次に、絶縁層１０３上に、酸化物半導体層を形成し、当該酸化物半導体層を加工して島状の酸化物半導体層１０６を形成する（図３（Ａ）参照。）。酸化物半導体層１０６は、第１の領域１０１及び第２の領域１０２に接して形成される。
【００８１】
酸化物半導体層１０６は、例えば、スパッタリング法、真空蒸着法、パルスレーザ堆積法、ＣＶＤ法などを用いて形成することができる。また、酸化物半導体層１０６の厚さは、３ｎｍ以上５０ｎｍ以下とすることが好ましい。酸化物半導体層１０６を厚くしすぎると（例えば、厚さを１００ｎｍ以上）、短チャネル効果の影響が大きくなり、サイズの小さなトランジスタでノーマリーオンになるおそれがあるためである。ここで、「ノーマリーオン」とは、ゲート電極に電圧を印加しなくてもチャネルが存在し、トランジスタに電流が流れてしまう状態のことである。
【００８２】
本実施の形態では、酸化物半導体層１０６を、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系の酸化物ターゲットを用いたスパッタリング法により形成する。
【００８３】
Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系の酸化物ターゲットとしては、例えば、組成比として、Ｉｎ２Ｏ３：Ｇａ２Ｏ３：ＺｎＯ＝１：１：１［ｍｏｌ数比］の酸化物ターゲットを用いることができる。なお、ターゲットの材料及び組成を上述したものに限定する必要はない。例えば、Ｉｎ２Ｏ３：Ｇａ２Ｏ３：ＺｎＯ＝１：１：２［ｍｏｌ数比］の組成比の酸化物ターゲットを用いることもできる。
【００８４】
酸化物ターゲットの相対密度は、９０％以上１００％以下、好ましくは９５％以上１００％以下とする。相対密度の高い金属酸化物ターゲットを用いることにより、成膜した酸化物半導体層を緻密な層とすることができるためである。
【００８５】
成膜の雰囲気は、希ガス（代表的にはアルゴン）雰囲気下、酸素雰囲気下または希ガスと酸素の混合雰囲気下などとすればよい。また、酸化物半導体層への水素、水、水酸基、水素化物などの混入を防ぐために、水素、水、水酸基、水素化物などの不純物が十分に除去された高純度ガスを用いた雰囲気とすることが好ましい。
【００８６】
例えば、酸化物半導体層１０６は、次のように形成することができる。
【００８７】
成膜条件の一例として、基板とターゲットの間との距離を６０ｍｍ、圧力を０．４Ｐａ、直流（ＤＣ）電源を０．５ｋＷ、成膜雰囲気をアルゴンと酸素の混合雰囲気（酸素流量比率３３％）とすることができる。なお、パルスＤＣスパッタリング法を用いると、成膜時に発生する粉状物質（パーティクル、ごみともいう）が軽減でき、厚さの分布も均一となるため好ましい。
【００８８】
このとき、基板温度を１００℃以上４５０℃以下、好ましくは１５０℃以上２５０℃以下とすることで第１の領域１０１から酸素が放出され、酸化物半導体層１０６の第１の領域１０１に接する部分（チャネル領域１２６となる部分）において酸素欠損を低減することができ、かつ、酸化物半導体層１０６と第１の領域１０１との界面準位密度を低減することができる。
【００８９】
また、酸化物半導体層１０６の第１の領域１０１に接しない部分（ソース領域１２２ａ及びドレイン領域１２２ｂとなる部分）については、酸素放出量が第１の領域１０１より少ない第２の領域１０２が接することで、当該部分の酸化物半導体層１０６の高抵抗化を抑制することができる。
【００９０】
なお、酸化物半導体層１０６をスパッタリング法により形成する前には、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、形成表面（例えば絶縁層１０３の表面）の付着物を除去してもよい。ここで、逆スパッタとは、通常のスパッタリングにおいては、スパッタターゲットにイオンを衝突させるところを、逆に、処理表面にイオンを衝突させることによってその表面を改質する方法のことをいう。処理表面にイオンを衝突させる方法としては、希ガス雰囲気下で処理表面側に高周波電圧を印加して、被処理物付近にプラズマを生成する方法などがある。なお、希ガス雰囲気に代えて窒素または酸素などによる雰囲気を適用してもよい。
【００９１】
酸化物半導体層１０６の加工は、所望の形状のマスクを酸化物半導体層上に形成した後、当該酸化物半導体層をエッチングすることによって行うことができる。上述のマスクは、フォトリソグラフィなどの方法を用いて形成することができる。または、インクジェット法などの方法を用いてマスクを形成してもよい。
【００９２】
なお、酸化物半導体層のエッチングは、ドライエッチングでもウェットエッチングでもよい。もちろん、これらを組み合わせて用いてもよい。
【００９３】
その後、酸化物半導体層１０６に対して、熱処理（第１の熱処理）を行うことが好ましい。この第１の熱処理によって酸化物半導体層１０６中の、過剰な水素（水や水酸基を含む）を除去することができる。第１の熱処理の温度は、１００℃以上６５０℃以下または基板の歪み点未満、好ましくは２５０℃以上６００℃以下とする。第１の熱処理の雰囲気は、酸化性ガス雰囲気下、もしくは不活性ガス雰囲気下とする。
【００９４】
なお、不活性ガスは、窒素または希ガス（ヘリウム、ネオン、アルゴンなど）を主成分とし、水、水素などが含まれないことが好ましい。例えば、熱処理装置に導入する窒素や、ヘリウム、ネオン、アルゴンなどの希ガスの純度を、６Ｎ（９９．９９９９％）以上、好ましくは７Ｎ（９９．９９９９９％）以上（即ち、不純物濃度が１ｐｐｍ以下、好ましくは０．１ｐｐｍ以下）とする。不活性ガス雰囲気とは、不活性ガスを主成分とする雰囲気で、反応性ガスが１０ｐｐｍ未満である雰囲気のことである。
【００９５】
なお、酸化性ガスは、酸素、オゾンまたは二酸化窒素などであって、水、水素などが含まれないことが好ましい。例えば、熱処理装置に導入する酸素、オゾン、二酸化窒素の純度を、６Ｎ（９９．９９９９％）以上、好ましくは７Ｎ（９９．９９９９９％）以上（即ち、不純物濃度が１ｐｐｍ以下、好ましくは０．１ｐｐｍ以下）とする。酸化性ガス雰囲気には、酸化性ガスを不活性ガスと混合して用いてもよく、酸化性ガスが少なくとも１０ｐｐｍ以上含まれるものとする。
【００９６】
この第１の熱処理によって、第１の領域１０１から酸素が放出され、第１の領域１０１と酸化物半導体層１０６の第１の領域１０１に接する部分（チャネル領域１２６となる部分）との界面準位密度を低減することができ、かつ、第１の領域１０１に接する部分の酸化物半導体層１０６中の酸素欠損を低減することができる。上記界面準位密度の低減により、ＢＴ試験後のしきい値電圧変動を小さくすることができる。また、一般に、酸化物半導体層中の酸素欠損は一部がドナーとなり、キャリアである電子の発生源となることが知られている。酸化物半導体層１０６中に電子が生じることで、トランジスタ１５５のしきい値電圧がマイナス方向へシフトし、ノーマリーオンになりやすい。酸化物半導体層１０６中の酸素欠損が埋められることで、しきい値電圧がマイナス方向へシフトする量を低減できる。
【００９７】
また、酸化物半導体層１０６の第１の領域１０１に接しない部分（ソース領域１２２ａ及びドレイン領域１２２ｂとなる部分）については、酸素放出量が第１の領域１０１より少ない第２の領域１０２が接することで、当該部分の酸化物半導体層１０６の高抵抗化を抑制することができる。
【００９８】
熱処理は、例えば、抵抗発熱体などを用いた電気炉に被処理物を導入し、窒素雰囲気下で、３５０℃、１時間の条件で行うことができる。この間、酸化物半導体層は大気に触れさせず、水や水素の混入が生じないようにする。
【００９９】
熱処理装置は電気炉に限られず、加熱されたガスなどの媒体からの熱伝導または熱輻射によって、被処理物を加熱する装置を用いてもよい。例えば、ＧＲＴＡ（Ｇａｓ Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ａｎｎｅａｌ）装置、ＬＲＴＡ（Ｌａｍｐ Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ａｎｎｅａｌ）装置などのＲＴＡ（Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ａｎｎｅａｌ）装置を用いることができる。ＬＲＴＡ装置は、ハロゲンランプ、メタルハライドランプ、キセノンアークランプ、カーボンアークランプ、高圧ナトリウムランプ、高圧水銀ランプなどのランプから発する光（電磁波）の輻射により、被処理物を加熱する装置である。ＧＲＴＡ装置は、高温のガスを用いて熱処理を行う装置である。ガスとしては、アルゴンなどの希ガスまたは窒素のような、熱処理によって被処理物と反応しない不活性ガスが用いられる。
【０１００】
例えば、第１の熱処理として、熱せられた不活性ガス雰囲気中に被処理物を投入し、数分間熱した後、当該不活性ガス雰囲気から被処理物を取り出すＧＲＴＡ処理を行ってもよい。ＧＲＴＡ処理を用いると短時間での高温熱処理が可能となる。また、被処理物の耐熱温度を超える温度条件であっても適用が可能となる。なお、処理中に、不活性ガス雰囲気を、酸化性ガスを含む雰囲気に切り替えてもよい。酸化性ガスを含む雰囲気において第１の熱処理を行うことで、酸化物半導体層１０６中の酸素欠損を埋めることができるとともに、酸素欠損に起因するエネルギーギャップ中の欠陥準位を低減することができるためである。
【０１０１】
ところで、上述の熱処理（第１の熱処理）には水素や水などを除去する効果があるため、当該熱処理を、脱水化処理や、脱水素化処理などと呼ぶこともできる。また、絶縁層や熱処理雰囲気などから酸素を供給する効果があることから、加酸素化処理と呼ぶこともできる。当該脱水化処理、脱水素化処理、加酸素化処理は、例えば、酸化物半導体層を島状に加工した後などのタイミングにおいて行うことが可能である。また、このような脱水化処理、脱水素化処理、加酸素化処理は、一回に限らず複数回行ってもよい。
【０１０２】
なお、ここでは、酸化物半導体層１０６を島状に加工した後に、第１の熱処理を行う構成について説明したが、これに限定されず、第１の熱処理を行った後に、酸化物半導体層１０６を加工してもよい。
【０１０３】
次に、酸化物半導体層１０６に接して絶縁層を形成し、当該絶縁層に接して導電層を形成し、フォトリソグラフィにより絶縁層及び導電層を同様のパターンに加工してゲート絶縁層１１２及びゲート電極１１４を形成する（図３（Ｂ）参照。）。即ち、ゲート電極１１４とゲート絶縁層１１２は同一のマスクを使用して加工することができる。あるいは、ゲート電極１１４を加工し、その後、ゲート電極１１４をマスクにしてゲート絶縁層１１２を加工してもよい。
【０１０４】
ゲート絶縁層１１２は、第１の領域１０１と同様の構成（例えば同様の材料）としてもよい。または、トランジスタのゲート絶縁層として機能することを考慮して、酸化ハフニウムや酸化アルミニウムなどの比誘電率が高い材料を採用してもよい。また、ゲート耐圧や酸化物半導体との界面状態などを考慮し、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化シリコンに酸化ハフニウムや酸化アルミニウムなどの比誘電率の高い材料を積層してもよい。ゲート絶縁層１１２の合計の膜厚は、好ましくは１ｎｍ以上３００ｎｍ以下、より好ましくは５ｎｍ以上５０ｎｍ以下とする。ゲート絶縁層が厚いほど短チャネル効果が顕著となり、しきい値電圧がマイナス側へシフトしやすい傾向となる。また、ゲート絶縁層が５ｎｍ以下となるとトンネル電流によるリークが増大することがわかっている。
【０１０５】
ゲート絶縁層１１２の形成後には、第２の熱処理を行うのが好ましい。第２の熱処理の温度は、１００℃以上６５０℃以下または基板の歪み点未満、好ましくは２５０℃以上６００℃以下または基板の歪み点未満とする。
【０１０６】
第２の熱処理は、酸化性ガス雰囲気下または不活性ガス雰囲気下で行えばよいが、雰囲気中に水、水素などが含まれないことが好ましい。また、熱処理装置に導入するガスの純度を、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。
【０１０７】
第２の熱処理においては、酸化物半導体層１０６と、第１の領域１０１及びゲート絶縁層１１２が接した状態で加熱される。したがって、酸化物半導体を構成する主成分材料の一つである酸素を、酸素を含む第１の領域１０１及びゲート絶縁層１１２から酸化物半導体層１０６へ供給することができる。これによって、酸化物半導体層１０６の酸素欠損、第１の領域１０１と酸化物半導体層１０６との界面準位密度及び酸化物半導体層とゲート絶縁層１１２との界面準位密度を低減することができる。また、同時にゲート絶縁層１１２中の欠陥も低減することができる。
【０１０８】
なお、第２の熱処理のタイミングは、ゲート絶縁層１１２の形成後であれば特に限定されない。また、第２の熱処理を複数回行ってもよい。
【０１０９】
ゲート電極１１４は、モリブデン、チタン、タンタル、タングステン、アルミニウム、銅、ネオジム、スカンジウムなどの金属材料、これらの窒化物、またはこれらを主成分とする合金材料を用いて形成することができる。なお、ゲート電極１１４は、単層構造としてもよいし、積層構造としてもよい。
【０１１０】
次に、ゲート電極１１４をマスクに用いて酸化物半導体層１０６を低抵抗化し、ソース領域１２２ａ及びドレイン領域１２２ｂを形成する。低抵抗化されないゲート電極１１４下の領域はチャネル領域１２６となる（図３（Ｃ）参照。）。低抵抗化の方法としては、アルゴンプラズマ処理、水素プラズマ処理またはアンモニアプラズマ処理などが挙げられる。このとき、ゲート電極１１４の幅によってトランジスタのチャネル長Ｌが決定されることになる。このように、ゲート電極１１４をマスクに用いてパターニングすることで、ゲート電極１１４とソース領域１２２ａ、ドレイン領域１２２ｂの重なりが生じず、この領域における寄生容量が生じないため、トランジスタ動作を速くすることができる。
【０１１１】
次に、層間絶縁層１２４を形成し、ソース領域１２２ａ及びドレイン領域１２２ｂと重畳する部分の層間絶縁層１２４に開口部を設ける。そして、導電層を形成し、当該導電層を加工して、配線１０８ａ及び配線１０８ｂを形成する（図３（Ｄ）参照。）。
【０１１２】
配線１０８ａ及び配線１０８ｂに用いる導電層としては、例えば、Ａｌ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｗから選ばれた元素を含む金属層または上述した元素を成分とする金属窒化物層（窒化チタン層、窒化モリブデン層、窒化タングステン層）などを用いることができる。また、Ａｌ、Ｃｕなどの金属層の下側または上側の一方または双方にＴｉ、Ｍｏ、Ｗなどの高融点金属層またはこれらの金属窒化物層（窒化チタン層、窒化モリブデン層、窒化タングステン層）を積層させた構成を用いてもよい。
【０１１３】
また、配線１０８ａ及び配線１０８ｂに用いる導電層は、導電性の金属酸化物で形成してもよい。導電性の金属酸化物としては酸化インジウム（Ｉｎ２Ｏ３等）、酸化スズ（ＳｎＯ２等）、酸化亜鉛（ＺｎＯ等）、酸化インジウム酸化スズ（Ｉｎ２Ｏ３―ＳｎＯ２等、ＩＴＯと略記する）、酸化インジウム酸化亜鉛（Ｉｎ２Ｏ３―ＺｎＯ等）またはこれらの金属酸化物材料に酸化シリコンを含ませたものを用いることができる。
【０１１４】
導電層の加工は、レジストマスクを用いたエッチングによって行うことができる。当該エッチングに用いるレジストマスク形成時の露光には、紫外線やＫｒＦレーザ光やＡｒＦレーザ光などを用いるとよい。
【０１１５】
以上の工程でトランジスタ１５５が作製される。
【０１１６】
次に、図４（Ａ）乃至図４（Ｄ）を用いて、絶縁層１０３の作製工程の一例について説明する。まず、図２（Ａ）乃至図２（Ｃ）と同様の工程により、基板１００上に第１の領域１０１を形成し、基板１００及び第１の領域１０１上に第２の絶縁層１３２を形成する（図４（Ａ）参照。）。次に、第２の絶縁層１３２上に第３の絶縁層１３３を形成する（図４（Ｂ）参照。）。第３の絶縁層１３３には、平坦化絶縁層を用いることができる。例えば、第３の絶縁層１３３の材料にはアクリル樹脂、ポリイミド、ベンゾシクロブテン樹脂、ポリアミド、エポキシ樹脂などの湿式法で形成可能な有機絶縁材料を用いることができる。また上記有機絶縁材料の他に、低誘電率材料（ｌｏｗ−ｋ材料）、シロキサン系樹脂、ＰＳＧ（リンガラス）、ＢＰＳＧ（リンボロンガラス）などの湿式法で形成可能な無機絶縁材料を用いることができる。
【０１１７】
第３の絶縁層１３３の形成法は、その材料に応じて、スピンコート法、ディッピング法、スプレー塗布、液滴吐出法（インクジェット法、スクリーン印刷、オフセット印刷など）、ロールコーティング、カーテンコーティング、ナイフコーティングなどを用いることができる。
【０１１８】
次に、第３の絶縁層１３３及び第２の絶縁層１３２をエッチング処理する。エッチング処理に用いるエッチャントは、第３の絶縁層１３３と第２の絶縁層１３２とのエッチング選択比が１対１またはその近傍のものを用いる。これにより、第３の絶縁層１３３と第２の絶縁層１３２とのエッチング速度をほぼ同程度とすることができる（図４（Ｃ）参照。）。なお、第３の絶縁層１３３及び第２の絶縁層１３２のエッチングは、ドライエッチングでもウェットエッチングでもよい。
【０１１９】
そして、第１の領域１０１の表面が露出するまで第３の絶縁層１３３及び第２の絶縁層１３２をエッチング処理することで、第１の領域１０１に接する第２の領域１０２を有し、かつ、第１の領域１０１の表面及び第２の領域１０２の表面が揃った絶縁層１０３を形成することができる（図４（Ｄ）参照。）。第１の領域１０１の表面及び第２の領域１０２の表面を揃えることで、その上に形成する酸化物半導体層の段切れを防止することができる。この効果は酸化物半導体層１０６の膜厚が薄いときに顕著である。酸化物半導体層１０６の段切れを防止することにより、ソース領域１２２ａ及びドレイン領域１２２ｂの段切れを防止することができ、オン電流の低下を抑制することができる。さらに、酸化物半導体層１０６の上に形成するゲート絶縁層１１２の段切れを防止することができる。ゲート絶縁層１１２の段切れを防止することにより、リーク電流の増大や破壊耐圧の低下を抑制することができる。
【０１２０】
なお、ここでは第１の領域１０１を形成した後に第２の領域１０２を形成する例を示したが、第１の領域１０１及び第２の領域１０２の形成順序を逆にし、第２の領域１０２を形成した後に第１の領域１０１を形成してもよい。その場合には、選択的に第２の領域１０２を形成した後に、全面に第１の絶縁層１３１を形成し、第１の絶縁層１３１上に第３の絶縁層１３３を形成する。そして、第２の領域１０２の表面が露出するまで第３の絶縁層１３３及び第１の絶縁層１３１をエッチング処理することで、第１の領域１０１に接する第２の領域１０２を有し、かつ、第１の領域１０１の表面及び第２の領域１０２の表面が揃った絶縁層１０３を形成することができる。この場合も、第３の絶縁層１３３及び第１の絶縁層１３１のエッチングは、ドライエッチングでもウェットエッチングでもよい。
【０１２１】
また、ここでは第２の絶縁層１３２と第３の絶縁層１３３とを形成する例を示したが、第３の絶縁層１３３と同じ材料及び同じ方法を用いて第２の絶縁層１３２を形成することで表面が平坦な第２の絶縁層１３２を形成してもよい。即ち、図５（Ａ）に示すように、基板１００及び第１の領域１０１上に第３の絶縁層１３３と同じ材料及び同じ方法を用いて第２の絶縁層１３２を形成することで表面が平坦な第２の絶縁層１３２を形成してもよい。表面が平坦な第２の絶縁層１３２を第１の領域１０１の表面が露出するまでエッチング処理することで、図５（Ｂ）に示すように第２の領域１０２を形成することができる。その結果、第１の領域１０１の表面及び第２の領域１０２の表面が揃った絶縁層１０３を形成することができる。この場合にも、第２の領域１０２に用いる材料は、酸素放出量が第１の領域１０１より少ない絶縁層であることを特徴とする。図５に示す作製方法により、図４に示す作製方法と比べて絶縁層１０３を形成するための成膜回数が減り、加工も容易になる。
【０１２２】
その後の工程は、図３（Ａ）乃至図３（Ｄ）と同様とすることができる。
【０１２３】
本実施の形態により、酸化物半導体層１０６のチャネル領域１２６に接する絶縁層として加熱により酸素を放出する第１の領域１０１を設け、酸化物半導体層１０６のソース領域１２２ａ及びドレイン領域１２２ｂに接する絶縁層として酸素放出量が第１の領域１０１より少ない第２の領域１０２を設けることで、オフ電流が小さく、しきい値電圧のばらつきが少なく、オン電流が大きい、安定した電気特性を有するトランジスタが提供される。
【０１２４】
または、本実施の形態により、電気特性が良好で信頼性の高いトランジスタを有する半導体装置が提供される。
【０１２５】
以上、本実施の形態に示す構成、方法などは、他の実施の形態に示す構成、方法などと適宜組み合わせて用いることができる。
【０１２６】
（実施の形態２）
本実施の形態では、半導体装置の一形態を、図６を用いて説明する。図６には、図１（Ａ）に示すトランジスタ１５５とは異なる構成のトランジスタ１５６の断面構造を示す。図６に示すトランジスタ１５６は、図１（Ａ）に示すトランジスタ１５５において第２の領域１０２を設けない構成である。
【０１２７】
図６に示すトランジスタ１５６は、基板１００上の、第１の絶縁層１０４、酸化物半導体層１０６、ゲート絶縁層１１２、ゲート電極１１４を含む。トランジスタ１５６は、酸化物半導体層１０６中にチャネル領域１２６、ソース領域１２２ａ及びドレイン領域１２２ｂを有する。チャネル領域１２６、ソース領域１２２ａ及びドレイン領域１２２ｂは、同一層中に設けられている。
【０１２８】
トランジスタ１５６下には、第２の絶縁層１０５が設けられていてもよい。第２の絶縁層１０５は、トランジスタ１５６の下地層として機能する。
【０１２９】
基板１００または基板１００上に設けられた第２の絶縁層１０５上には、第１の絶縁層１０４が選択的に設けられている。第１の絶縁層１０４上には、酸化物半導体層１０６が設けられている。酸化物半導体層１０６は、基板１００または基板１００上に設けられた第２の絶縁層１０５、及び第１の絶縁層１０４に接して設けられており、酸化物半導体層１０６のチャネル領域１２６は、第１の絶縁層１０４に接して設けられ、酸化物半導体層１０６のソース領域１２２ａ及びドレイン領域１２２ｂは、基板１００または基板１００上に設けられた第２の絶縁層１０５に接して設けられている。
【０１３０】
ゲート絶縁層１１２は酸化物半導体層１０６に接して設けられ、ゲート電極１１４はゲート絶縁層１１２に接して設けられている。ゲート電極１１４上には層間絶縁層１２４が設けられている。そして、ソース領域１２２ａ及びドレイン領域１２２ｂには、層間絶縁層１２４を介して、それぞれ配線１０８ａ及び配線１０８ｂが電気的に接続されている。配線１０８ａ及び配線１０８ｂは、ソース電極及びドレイン電極として機能する。
【０１３１】
第１の絶縁層１０４の材料は、実施の形態１に示した第１の領域１０１の材料と同様の構成とすることができる。即ち、第１の絶縁層１０４の材料には、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、酸化アルミニウムまたはこれらの混合材料などを用いればよい。第１の絶縁層１０４は加熱により酸素を放出することを特徴とする。「加熱により酸素を放出する」とは、ＴＤＳ（Ｔｈｅｒｍａｌ Ｄｅｓｏｒｐｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｔｒｏｃｏｐｙ：昇温脱離ガス分光法）分析にて酸素原子に換算しての酸素の放出量が１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上、好ましくは３×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上であることを指す。または、第１の絶縁層１０４の材料には、酸素が過剰な酸化シリコン（ＳｉＯＸ（Ｘ＞２））を用いてもよい。酸素が過剰な酸化シリコン（ＳｉＯＸ（Ｘ＞２））とは、シリコン原子数の２倍より多い酸素原子を単位体積当たりに含むものである。単位体積当たりのシリコン原子数及び酸素原子数は、ラザフォード後方散乱法により測定した値である。
【０１３２】
第２の絶縁層１０５を設ける場合には、第２の絶縁層１０５の材料は、実施の形態１に示した第２の領域１０２の材料と同様の構成とすることができる。即ち、第２の絶縁層１０５の材料には、酸化シリコン、窒化シリコン、窒化酸化シリコン、酸化窒化シリコン、酸化アルミニウム、窒化アルミニウムまたは酸化窒化アルミニウムなどを用いればよい。第２の絶縁層１０５は酸素放出量が第１の絶縁層１０４より少ない絶縁層であることを特徴とする。
【０１３３】
また、第１の絶縁層１０４及び／または第２の絶縁層１０５には、前述の材料と酸化シリコン、窒化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコン、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸化窒化アルミニウムまたはこれらの混合材料などを積層して用いてもよい。第１の絶縁層１０４及び／または第２の絶縁層１０５を積層構造で形成する場合、酸化物半導体層１０６と接する側を、前述の第１の絶縁層１０４または第２の絶縁層１０５の材料とするとよい。
【０１３４】
チャネル領域１２６と第１の絶縁層１０４とが接することで、第１の絶縁層１０４とチャネル領域１２６との界面準位密度及びチャネル領域１２６中の酸素欠損を低減することができる。上記界面準位密度の低減により、ＢＴ試験後にしきい値電圧がマイナス方向にシフトすることを低減できる。あるいは、キャリアの生成を抑制できるため、ノーマリーオフの特性が得られる。
【０１３５】
また、ソース領域１２２ａ及びドレイン領域１２２ｂと、基板１００または第２の絶縁層１０５とが接することで、ソース領域１２２ａ及びドレイン領域１２２ｂの高抵抗化を抑制し、電気特性が良好で信頼性の高いトランジスタ１５６を有する半導体装置を提供することができる。
【０１３６】
基板１００の材質などに大きな制限はないが、少なくとも、後の熱処理に耐えうる程度の耐熱性を有している必要がある。例えば、ガラス基板、セラミック基板、石英基板、サファイア基板などを、基板１００として用いることができる。また、シリコンや炭化シリコンなどの単結晶半導体基板、多結晶半導体基板、シリコンゲルマニウムなどの化合物半導体基板、ＳＯＩ基板などを適用することも可能であり、これらの基板上に半導体素子が設けられたものを、基板１００として用いてもよい。
【０１３７】
また、基板１００として、可撓性基板を用いてもよい。可撓性基板上にトランジスタを設ける場合、可撓性基板上に直接トランジスタを作り込んでもよいし、他の基板にトランジスタを形成した後、これを剥離し、基板１００である可撓性基板に転置してもよい。なお、トランジスタを剥離し、可撓性基板に転置するためには、上記他の基板とトランジスタとの間に剥離層を形成するとよい。
【０１３８】
なお、第２の絶縁層１０５を設けない場合には、基板１００として酸素放出量が第１の絶縁層１０４より少ない材料からなる基板を用いることが好ましい。例えば、第２の絶縁層１０５を設けない場合には、基板１００としてガラス基板、セラミック基板、石英基板、サファイア基板、ＳＯＩ基板などを用いることが好ましい。
【０１３９】
トランジスタ１５６の作製工程について説明する。基板１００上の全面に第２の絶縁層１０５を形成し、第２の絶縁層１０５上に選択的に第１の絶縁層１０４を形成する。第１の絶縁層１０４は加熱により酸素を放出することを特徴とする。または、第１の絶縁層１０４の材料には、酸素が過剰な酸化シリコン（ＳｉＯＸ（Ｘ＞２））を用いてもよい。なお、後で形成する酸化物半導体層１０６の被覆性を向上させるために、第１の絶縁層１０４の端部は傾斜を有するように形成することが好ましい。また、第１の絶縁層１０４の形成時に用いるフォトマスクは、ゲート電極１１４形成時に用いるフォトマスクと同じものを用いることができる。
【０１４０】
その後の作製工程は、実施の形態１に示した作製工程と同様とすることができる。
【０１４１】
本実施の形態に示すトランジスタ１５６は、絶縁層の表面を揃える工程を省くことができ、低コストかつ簡便な方法でスループットの高いトランジスタ１５６を提供することができる。
【０１４２】
本実施の形態により、酸化物半導体層１０６のチャネル領域１２６に接する絶縁層として加熱により酸素を放出する第１の絶縁層１０４を設け、酸化物半導体層１０６のソース領域１２２ａ及びドレイン領域１２２ｂに接する基板または絶縁層として酸素放出量が第１の絶縁層１０４より少ない基板１００または第２の絶縁層１０５を設けることで、オフ電流が小さく、しきい値電圧のばらつきが少なく、オン電流が大きい、安定した電気特性を有するトランジスタが提供される。
【０１４３】
または、本実施の形態により、電気特性が良好で信頼性の高いトランジスタを有する半導体装置が提供される。
【０１４４】
本実施の形態に示す構成、方法などは、他の実施の形態に示す構成、方法などと適宜組み合わせて用いることができる。
【０１４５】
（実施の形態３）
本実施の形態では、半導体装置の一形態を、図９を用いて説明する。図９（Ａ）には、トランジスタの上面図を示す。図９（Ｂ）には、図９（Ａ）で示す一点鎖線Ａ−Ｂに対応する断面構造を示す。
【０１４６】
図９（Ｂ）に示すトランジスタは、基板１００上の、絶縁層１０３、酸化物半導体層１３６、ゲート絶縁層１１２、ゲート電極１１４、側壁絶縁層１３０、ソース電極１１６ａ、ドレイン電極１１６ｂを含む。絶縁層１０３は第１の領域１０１及び第２の領域１０２を有する。図９（Ｂ）に示すトランジスタは、酸化物半導体層１３６中にチャネル領域１２６、ソース領域１２２ａ、ドレイン領域１２２ｂ、オフセット領域１２３ａおよびオフセット領域１２３ｂを有する。チャネル領域１２６、ソース領域１２２ａ、ドレイン領域１２２ｂ、オフセット領域１２３ａおよびオフセット領域１２３ｂは、同一層中に設けられている。
【０１４７】
オフセット領域１２３ａ及びオフセット領域１２３ｂは、チャネル領域１２６よりも抵抗が低く、ソース領域１２２ａおよびドレイン領域１２２ｂよりも抵抗が高い領域である。オフセット領域１２３ａまたはオフセット領域１２３ｂの幅はＬｏｆｆともいい、図９（Ａ）に示す幅となる。Ｌｏｆｆを有することで、トランジスタの短チャネル効果が低減するため、短チャネル効果が顕著にあらわれるような微細なトランジスタを用いる場合は、図９（Ｂ）に示す構造（Ｌｏｆｆ構造ともいう。）が好ましい。また、Ｌｏｆｆ構造とすることで、ホットキャリア劣化などのトランジスタの劣化も低減できる。
【０１４８】
酸化物半導体層１３６は、第１の領域１０１及び第２の領域１０２に接して設けられており、酸化物半導体層１３６のチャネル領域１２６は第１の領域１０１に接して設けられ、酸化物半導体層１３６のソース領域１２２ａ、ドレイン領域１２２ｂ、オフセット領域１２３ａおよびオフセット領域１２３ｂは第２の領域１０２に接して設けられている。オフセット領域１２３ａおよびオフセット領域１２３ｂは、ソース領域１２２ａおよびドレイン領域１２２ｂよりもチャネル領域１２６に近い場所に位置する。
【０１４９】
ゲート絶縁層１１２はチャネル領域１２６、オフセット領域１２３ａおよびオフセット領域１２３ｂに接して設けられ、側壁絶縁層１３０はゲート電極１１４の周辺に設けられる。ゲート絶縁層１１２に接してゲート電極１１４および側壁絶縁層１３０が設けられている。ゲート電極１１４および側壁絶縁層１３０上には層間絶縁層１２４が設けられている。そして、ソース領域１２２ａ及びドレイン領域１２２ｂに接してソース電極１１６ａおよびドレイン電極１１６ｂがそれぞれ設けられ、ソース電極１１６ａおよびドレイン電極１１６ｂには層間絶縁層１２４を介して、それぞれ配線１０８ａ及び配線１０８ｂが電気的に接続されている。
【０１５０】
ソース電極１１６ａおよびドレイン電極１１６ｂに用いる導電層としては、例えば、Ａｌ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｗから選ばれた元素を含む金属層または上述した元素を成分とする金属窒化物層（窒化チタン層、窒化モリブデン層、窒化タングステン層）などを用いることができる。また、Ａｌ、Ｃｕなどの金属層の下側または上側の一方または双方にＴｉ、Ｍｏ、Ｗなどの高融点金属層またはこれらの金属窒化物層（窒化チタン層、窒化モリブデン層、窒化タングステン層）を積層させた構成を用いてもよい。
【０１５１】
また、オフセット領域１２３ａおよびオフセット領域１２３ｂと、酸素放出量が第１の領域１０１より少ない第２の領域１０２とが接することで、オフセット領域１２３ａおよびオフセット領域１２３ｂには酸素が供給されないようにしている。
【０１５２】
オフセット領域１２３ａおよびオフセット領域１２３ｂは、特に低抵抗化された領域ではなく、絶縁層１０３の接する領域によってチャネル領域１２６と区別される。即ち、オフセット領域１２３ａおよびオフセット領域１２３ｂは、加熱により酸素を放出する絶縁層と接していない酸化物半導体層１３６の領域である。
【０１５３】
本実施の形態に示すトランジスタは、オフセット領域を有することで、さらに良好な電気特性を有し、かつ信頼性の高いトランジスタを提供することができる。
【０１５４】
ただし、必ずしもオフセット領域を設けなくてはならないわけではない。例えば、図９（Ｃ）に示すトランジスタは、オフセット領域の設けられていない点で図９（Ｂ）と異なる構造を有する。
【０１５５】
または、本実施の形態により、電気特性が良好で信頼性の高いトランジスタを有する半導体装置が提供される。
【０１５６】
本実施の形態に示す構成、方法などは、他の実施の形態に示す構成、方法などと適宜組み合わせて用いることができる。
【０１５７】
（実施の形態４）
実施の形態１、実施の形態２または実施の形態３で例示したトランジスタを用いて表示機能を有する半導体装置（表示装置ともいう）を作製することができる。また、トランジスタを含む駆動回路の一部または全体を、画素部と同じ基板上に一体形成し、システムオンパネルを形成することができる。
【０１５８】
図７（Ａ）において、第１の基板２０１上に設けられた画素部２０２を囲むようにして、シール材２０５が設けられ、第２の基板２０６によって封止されている。図７（Ａ）においては、第１の基板２０１上のシール材２０５によって囲まれている領域とは異なる領域に、別途用意された基板上に単結晶半導体層または多結晶半導体層で形成された走査線駆動回路２０４、信号線駆動回路２０３が実装されている。また別途形成された信号線駆動回路２０３と、走査線駆動回路２０４または画素部２０２に与えられる各種信号及び電位は、ＦＰＣ（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ ｐｒｉｎｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ）２１８ａ、２１８ｂから供給されている。
【０１５９】
図７（Ｂ）及び図７（Ｃ）において、第１の基板２０１上に設けられた画素部２０２と、走査線駆動回路２０４とを囲むようにして、シール材２０５が設けられている。また画素部２０２と、走査線駆動回路２０４の上に第２の基板２０６が設けられている。よって画素部２０２と、走査線駆動回路２０４とは、第１の基板２０１とシール材２０５と第２の基板２０６とによって、表示素子と共に封止されている。図７（Ｂ）及び図７（Ｃ）においては、第１の基板２０１上のシール材２０５によって囲まれている領域とは異なる領域に、別途用意された基板上に単結晶半導体層または多結晶半導体層で形成された信号線駆動回路２０３が実装されている。図７（Ｂ）及び図７（Ｃ）においては、別途形成された信号線駆動回路２０３と、走査線駆動回路２０４または画素部２０２に与えられる各種信号及び電位は、ＦＰＣ２１８から供給されている。
【０１６０】
また図７（Ｂ）及び図７（Ｃ）においては、信号線駆動回路２０３を別途形成し、第１の基板２０１に実装している例を示しているが、この構成に限定されない。走査線駆動回路を別途形成して実装してもよいし、信号線駆動回路の一部または走査線駆動回路の一部のみを別途形成して実装してもよい。
【０１６１】
なお、別途形成した駆動回路の接続方法は、特に限定されるものではなく、ＣＯＧ（Ｃｈｉｐ Ｏｎ Ｇｌａｓｓ）方法、ワイヤボンディング方法、或いはＴＡＢ（Ｔａｐｅ Ａｕｔｏｍａｔｅｄ Ｂｏｎｄｉｎｇ）方法などを用いることができる。図７（Ａ）は、ＣＯＧ方法により信号線駆動回路２０３、走査線駆動回路２０４を実装する例であり、図７（Ｂ）は、ＣＯＧ方法により信号線駆動回路２０３を実装する例であり、図７（Ｃ）は、ＴＡＢ方法により信号線駆動回路２０３を実装する例である。
【０１６２】
また、表示装置は、表示素子が封止された状態にあるパネルと、該パネルにコントローラを含むＩＣなどを実装した状態にあるモジュールとを含む。
【０１６３】
なお、本明細書中における表示装置とは、画像表示デバイス、表示デバイス、もしくは光源（照明装置含む）を指す。また、コネクター、例えばＦＰＣもしくはＴＡＢテープもしくはＴＣＰが取り付けられたモジュール、ＴＡＢテープやＴＣＰの先にプリント配線板が設けられたモジュールまたは表示素子にＣＯＧ方式によりＩＣ（集積回路）が直接実装されたモジュールも全て表示装置に含むものとする。
【０１６４】
また第１の基板２０１上に設けられた画素部及び走査線駆動回路は、トランジスタを複数有しており、実施の形態１、実施の形態２または実施の形態３で一例を示したトランジスタを適用することができる。
【０１６５】
表示装置に設けられる表示素子としては液晶素子（液晶表示素子ともいう）、発光素子（発光表示素子ともいう）、を用いることができる。発光素子は、電流または電圧によって輝度が制御される素子をその範疇に含んでおり、具体的には無機ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）、有機ＥＬなどを含む。また、電子インクなど、電気的作用によりコントラストが変化する表示媒体も適用することができる。
【０１６６】
表示素子として、液晶素子を用いる場合、サーモトロピック液晶、低分子液晶、高分子液晶、高分子分散型液晶、強誘電性液晶、反強誘電性液晶などを用いることができる。これらの液晶材料は、条件により、コレステリック相、スメクチック相、キュービック相、カイラルネマチック相、等方相などを示す。
【０１６７】
また、配向層を不要とすることができるブルー相を示す液晶を用いてもよい。ブルー相は液晶相の一つであり、コレステリック液晶を昇温していくと、コレステリック相から等方相へ転移する直前に発現する相である。ブルー相は狭い温度範囲でしか発現しないため、温度範囲を改善するためにカイラル剤を混合させた液晶組成物を用いて液晶層に用いる。ブルー相を示す液晶とカイラル剤とを含む液晶組成物は、応答速度が１ｍｓｅｃ以下と短く、光学的等方性であるため配向処理が不要であり、視野角依存性が小さい。また配向層を設けなくてもよいのでラビング処理も不要となるため、ラビング処理によって引き起こされる静電破壊を防止することができ、作製工程中の液晶表示装置の不良や破損を軽減することができる。よって液晶表示装置の生産性を向上させることが可能となる。
【０１６８】
また、液晶材料の固有抵抗率は、１×１０９Ω・ｃｍ以上であり、好ましくは１×１０１１Ω・ｃｍ以上であり、さらに好ましくは１×１０１２Ω・ｃｍ以上である。なお、本明細書における固有抵抗率の値は、２０℃で測定した値とする。
【０１６９】
液晶表示装置に設けられる保持容量の大きさは、画素部に配置されるトランジスタのリーク電流などを考慮して、所定の期間の間電荷を保持できるように設定される。高純度の酸化物半導体層を有するトランジスタを用いることにより、各画素における液晶容量に対して１／３以下、好ましくは１／５以下の容量の大きさを有する保持容量を設ければ充分である。
【０１７０】
本実施の形態で用いる酸化物半導体層を用いたトランジスタは、オフ状態における電流値（オフ電流値）を低くすることができる。よって、画像信号などの電気信号の保持時間を長くすることができ、電源オン状態では書き込み間隔も長く設定できる。よって、リフレッシュ動作の頻度を少なくすることができるため、消費電力を抑制する効果を奏する。
【０１７１】
また、本実施の形態で用いる酸化物半導体層を用いたトランジスタは、比較的高い電界効果移動度が得られるため、高速駆動が可能である。よって、液晶表示装置の画素部に上記トランジスタを用いることで、高画質な画像を提供することができる。また、上記トランジスタは、同一基板上に駆動回路部または画素部に作り分けて作製することができるため、液晶表示装置の部品点数を削減することができる。
【０１７２】
液晶表示装置には、ＴＮ（Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ）モード、ＩＰＳ（Ｉｎ−Ｐｌａｎｅ−Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）モード、ＦＦＳ（Ｆｒｉｎｇｅ Ｆｉｅｌｄ Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）モード、ＡＳＭ（Ａｘｉａｌｌｙ Ｓｙｍｍｅｔｒｉｃ ａｌｉｇｎｅｄ Ｍｉｃｒｏ−ｃｅｌｌ）モード、ＯＣＢ（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｄ Ｂｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｃｅ）モード、ＦＬＣ（Ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ）モード、ＡＦＬＣ（ＡｎｔｉＦｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ）モードなどを用いることができる。
【０１７３】
また、ノーマリーブラック型の液晶表示装置、例えば垂直配向（ＶＡ）モードを採用した透過型の液晶表示装置としてもよい。ここで、垂直配向モードとは、液晶表示パネルの液晶分子の配列を制御する方式の一種であり、電圧が印加されていないときにパネル面に対して液晶分子が垂直方向を向く方式である。垂直配向モードとしては、いくつか挙げられるが、例えば、ＭＶＡ（Ｍｕｌｔｉ−Ｄｏｍａｉｎ Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）モード、ＰＶＡ（Ｐａｔｔｅｒｎｅｄ Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）モード、ＡＳＶモードなどを用いることができる。また、画素（ピクセル）をいくつかの領域（サブピクセル）に分け、それぞれ別の方向に分子を倒すよう工夫されているマルチドメイン化あるいはマルチドメイン設計といわれる方法を用いることができる。
【０１７４】
また、表示装置において、ブラックマトリクス（遮光層）、偏光部材、位相差部材、反射防止部材などの光学部材（光学基板）などは適宜設ける。例えば、偏光基板及び位相差基板による円偏光を用いてもよい。また、光源としてバックライト、サイドライトなどを用いてもよい。
【０１７５】
また、バックライトとして複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）を用いて、時間分割表示方式（フィールドシーケンシャル駆動方式）を行うことも可能である。フィールドシーケンシャル駆動方式を適用することで、カラーフィルタを用いることなく、カラー表示を行うことができる。
【０１７６】
また、画素部における表示方式は、プログレッシブ方式やインターレース方式などを用いることができる。また、カラー表示する際に画素で制御する色要素としては、ＲＧＢ（Ｒは赤、Ｇは緑、Ｂは青を表す）の三色に限定されない。例えば、ＲＧＢＷ（Ｗは白を表す）、またはＲＧＢに、イエロー、シアン、マゼンタなどを一色以上追加したものがある。なお、色要素のドット毎にその表示領域の大きさが異なっていてもよい。ただし、本発明はカラー表示の表示装置に限定されるものではなく、モノクロ表示の表示装置に適用することもできる。
【０１７７】
また、表示装置に含まれる表示素子として、エレクトロルミネッセンスを利用する発光素子を適用することができる。エレクトロルミネッセンスを利用する発光素子は、発光材料が有機化合物であるか、無機化合物であるかによって区別され、一般的に、前者は有機ＥＬ素子、後者は無機ＥＬ素子と呼ばれている。
【０１７８】
有機ＥＬ素子は、発光素子に電圧を印加することにより、一対の電極から電子及び正孔がそれぞれ発光性の有機化合物を含む層に注入され、電流が流れる。そして、これらキャリア（電子及び正孔）が再結合することにより、発光性の有機化合物が励起状態を形成し、その励起状態が基底状態に戻る際に発光する。このようなメカニズムから、このような発光素子は、電流励起型の発光素子と呼ばれる。
【０１７９】
無機ＥＬ素子は、その素子構成により、分散型無機ＥＬ素子と薄膜型無機ＥＬ素子とに分類される。分散型無機ＥＬ素子は、発光材料の粒子をバインダ中に分散させた発光層を有するものであり、発光メカニズムはドナー準位とアクセプター準位を利用するドナー−アクセプター再結合型発光である。薄膜型無機ＥＬ素子は、発光層を誘電体層で挟み込み、さらにそれを電極で挟んだ構造であり、発光メカニズムは金属イオンの内殻電子遷移を利用する局在型発光である。なお、ここでは、発光素子として有機ＥＬ素子を用いて説明する。
【０１８０】
発光素子は発光を取り出すために少なくとも一対の電極の一方が透明であればよい。そして、基板上にトランジスタ及び発光素子を形成し、基板とは逆側の面から発光を取り出す上面射出や、基板側の面から発光を取り出す下面射出や、基板側及び基板とは反対側の面から発光を取り出す両面射出構造の発光素子があり、どの射出構造の発光素子も適用することができる。
【０１８１】
また、表示装置として、電子インクを駆動させる電子ペーパーを提供することも可能である。電子ペーパーは、電気泳動表示装置（電気泳動ディスプレイ）とも呼ばれており、紙と同じ読みやすさ、他の表示装置に比べ低消費電力、薄くて軽い形状とすることが可能という利点を有している。
【０１８２】
電気泳動表示装置は、様々な形態が考えられ得るが、プラスの電荷を有する第１の粒子と、マイナスの電荷を有する第２の粒子とを含むマイクロカプセルが溶媒または溶質に複数分散されたものであり、マイクロカプセルに電界を印加することによって、マイクロカプセル中の粒子を互いに反対方向に移動させて一方側に集合した粒子の色のみを表示するものである。なお、第１の粒子または第２の粒子は染料を含み、電界がない場合において移動しないものである。また、第１の粒子の色と第２の粒子の色は異なるもの（無色を含む）とする。
【０１８３】
このように、電気泳動表示装置は、誘電定数の高い物質が高い電界領域に移動する、いわゆる誘電泳動的効果を利用したディスプレイである。
【０１８４】
上記マイクロカプセルを溶媒中に分散させたものが電子インクと呼ばれるものであり、この電子インクはガラス、プラスチック、布、紙などの表面に印刷することができる。また、カラーフィルタや色素を有する粒子を用いることによってカラー表示も可能である。
【０１８５】
なお、マイクロカプセル中の第１の粒子及び第２の粒子は、導電体材料、絶縁体材料、半導体材料、磁性材料、液晶材料、強誘電性材料、エレクトロルミネセント材料、エレクトロクロミック材料、磁気泳動材料から選ばれた一種の材料またはこれらの複合材料を用いればよい。
【０１８６】
また、電子ペーパーとして、ツイストボール表示方式を用いる表示装置も適用することができる。ツイストボール表示方式とは、白と黒に塗り分けられた球形粒子を表示素子に用いる電極層である第１の電極層及び第２の電極層の間に配置し、第１の電極層及び第２の電極層に電位差を生じさせて球形粒子の向きを制御することにより、表示を行う方法である。
【０１８７】
表示装置は光源または表示素子からの光を透過させて表示を行う。よって光が透過する画素部に設けられる基板、絶縁層、導電層などの薄膜はすべて可視光の波長領域の光に対して透光性とする。
【０１８８】
表示素子に電圧を印加する第１の電極層及び第２の電極層（画素電極層、共通電極層、対向電極層などともいう）においては、取り出す光の方向、電極層が設けられる場所、及び電極層のパターン構造によって透光性、反射性を選択すればよい。
【０１８９】
以上のように実施の形態１、実施の形態２または実施の形態３で例示したトランジスタを適用することで、信頼性の高い半導体装置を提供することができる。なお、実施の形態１、実施の形態２または実施の形態３で例示したトランジスタは上述の表示機能を有する半導体装置のみでなく、電源回路に搭載されるパワーデバイス、ＬＳＩなどの半導体集積回路、対象物の情報を読み取るイメージセンサ機能を有する半導体装置など様々な機能を有する半導体装置に適用することが可能である。
【０１９０】
以上、本実施の形態に示す構成、方法などは、他の実施の形態に示す構成、方法などと適宜組み合わせて用いることができる。
【０１９１】
（実施の形態５）
本発明の一態様である半導体装置は、さまざまな電子機器（遊技機も含む）に適用することができる。電子機器としては、例えば、テレビジョン装置（テレビまたはテレビジョン受信機ともいう）、コンピュータ用などのモニタ、デジタルカメラ、デジタルビデオカメラなどのカメラ、デジタルフォトフレーム、携帯電話機（携帯電話、携帯電話装置ともいう）、携帯型ゲーム機、携帯情報端末、音響再生装置、パチンコ機などの大型ゲーム機などが挙げられる。上記実施の形態で説明した半導体装置を具備する電子機器の例について説明する。
【０１９２】
図８（Ａ）は、ノート型のパーソナルコンピュータであり、本体３０１、筐体３０２、表示部３０３、キーボード３０４などによって構成されている。実施の形態１乃至４のいずれかで示した半導体装置を適用することにより、信頼性の高いノート型のパーソナルコンピュータとすることができる。
【０１９３】
図８（Ｂ）は、携帯情報端末（ＰＤＡ）であり、本体３１１には表示部３１３と、外部インターフェイス３１５と、操作ボタン３１４などが設けられている。また操作用の付属品としてスタイラス３１２がある。実施の形態１乃至３のいずれかで示した半導体装置を適用することにより、より信頼性の高い携帯情報端末（ＰＤＡ）とすることができる。
【０１９４】
図８（Ｃ）は、電子書籍の一例を示している。例えば、電子書籍３２０は、筐体３２１及び筐体３２２の２つの筐体で構成されている。筐体３２１及び筐体３２２は、軸部３２５により一体とされており、該軸部３２５を軸として開閉動作を行うことができる。このような構成により、紙の書籍のような動作を行うことが可能となる。
【０１９５】
筐体３２１には表示部３２３が組み込まれ、筐体３２２には表示部３２４が組み込まれている。表示部３２３及び表示部３２４は、続き画面を表示する構成としてもよいし、異なる画面を表示する構成としてもよい。異なる画面を表示する構成とすることで、例えば右側の表示部（図８（Ｃ）では表示部３２３）に文章を表示し、左側の表示部（図８（Ｃ）では表示部３２４）に画像を表示することができる。実施の形態１乃至４のいずれかで示した半導体装置を適用することにより、信頼性の高い電子書籍とすることができる。
【０１９６】
また、図８（Ｃ）では、筐体３２１に操作部などを備えた例を示している。例えば、筐体３２１において、電源３２６、操作キー３２７、スピーカー３２８などを備えている。操作キー３２７により、頁を送ることができる。なお、筐体の表示部と同一面にキーボードやポインティングデバイスなどを備える構成としてもよい。また、筐体の裏面や側面に、外部接続用端子（イヤホン端子、ＵＳＢ端子など）、記録媒体挿入部などを備える構成としてもよい。さらに、電子書籍３２０は、電子辞書としての機能を持たせた構成としてもよい。
【０１９７】
また、電子書籍３２０は、無線で情報を送受信できる構成としてもよい。無線により、電子書籍サーバから、所望の書籍データなどを購入し、ダウンロードする構成とすることも可能である。
【０１９８】
図８（Ｄ）は、携帯型情報端末であり、筐体３３０及び筐体３３１の二つの筐体で構成されている。筐体３３１には、表示パネル３３２、スピーカー３３３、マイクロフォン３３４、ポインティングデバイス３３６、カメラ用レンズ３３７、外部接続端子３３８などを備えている。また、筐体３３０には、携帯型情報端末の充電を行う太陽電池セル３４０、外部メモリスロット３４１などを備えている。また、アンテナは筐体３３１内部に内蔵されている。実施の形態１乃至４のいずれかで示した半導体装置を適用することにより、信頼性の高い携帯型情報端末とすることができる。
【０１９９】
また、表示パネル３３２はタッチパネルを備えており、図８（Ｄ）には映像表示されている複数の操作キー３３５を点線で示している。なお、太陽電池セル３４０で出力される電圧を各回路に必要な電圧に昇圧するための昇圧回路も実装している。
【０２００】
表示パネル３３２は、使用形態に応じて表示の方向が適宜変化する。また、表示パネル３３２と同一面上にカメラ用レンズ３３７を備えているため、テレビ電話が可能である。スピーカー３３３及びマイクロフォン３３４は音声通話に限らず、テレビ電話、録音、再生などが可能である。さらに、筐体３３０と筐体３３１は、スライドし、図８（Ｄ）のように展開している状態から重なり合った状態とすることができ、携帯に適した小型化が可能である。
【０２０１】
外部接続端子３３８はＡＣアダプタ及びＵＳＢケーブルなどの各種ケーブルと接続可能であり、充電及びパーソナルコンピュータなどとのデータ通信が可能である。また、外部メモリスロット３４１に記録媒体を挿入し、より大量のデータ保存及び移動に対応できる。
【０２０２】
また、上記機能に加えて、赤外線通信機能、テレビ受信機能などを備えたものであってもよい。
【０２０３】
図８（Ｅ）は、デジタルビデオカメラであり、本体３５１、表示部（Ａ）３５７、接眼部３５３、操作スイッチ３５４、表示部（Ｂ）３５５、バッテリー３５６などによって構成されている。実施の形態１乃至４のいずれかで示した半導体装置を適用することにより、信頼性の高いデジタルビデオカメラとすることができる。
【０２０４】
図８（Ｆ）は、テレビジョン装置の一例を示している。テレビジョン装置３６０は、筐体３６１に表示部３６３が組み込まれている。表示部３６３により、映像を表示することが可能である。また、ここでは、スタンド３６５により筐体３６１を支持した構成を示している。実施の形態１乃至４のいずれかで示した半導体装置を適用することにより、信頼性の高いテレビジョン装置３６０とすることができる。
【０２０５】
テレビジョン装置３６０の操作は、筐体３６１が備える操作スイッチや、別体のリモコン操作機により行うことができる。また、リモコン操作機に、当該リモコン操作機から出力する情報を表示する表示部を設ける構成としてもよい。
【０２０６】
なお、テレビジョン装置３６０は、受信機やモデムなどを備えた構成とする。受信機により一般のテレビ放送の受信を行うことができ、さらにモデムを介して有線または無線による通信ネットワークに接続することにより、一方向（送信者から受信者）または双方向（送信者と受信者間、あるいは受信者間同士など）の情報通信を行うことも可能である。
【０２０７】
以上、本実施の形態に示す構成、方法などは、他の実施の形態に示す構成、方法などと適宜組み合わせて用いることができる。
【符号の説明】
【０２０８】
１００ 基板
１０１ 第１の領域
１０２ 第２の領域
１０３ 絶縁層
１０４ 第１の絶縁層
１０５ 第２の絶縁層
１０６ 酸化物半導体層
１０８ａ 配線
１０８ｂ 配線
１１２ ゲート絶縁層
１１３ ゲート絶縁層
１１４ ゲート電極
１１６ａ ソース電極
１１６ｂ ドレイン電極
１２２ａ ソース領域
１２２ｂ ドレイン領域
１２３ａ オフセット領域
１２３ｂ オフセット領域
１２４ 層間絶縁層
１２６ チャネル領域
１３０ 側壁絶縁層
１３１ 第１の絶縁層
１３２ 第２の絶縁層
１３３ 第３の絶縁層
１３６ 酸化物半導体層
１５５ トランジスタ
１５６ トランジスタ
２０１ 基板
２０２ 画素部
２０３ 信号線駆動回路
２０４ 走査線駆動回路
２０５ シール材
２０６ 基板
２１８ ＦＰＣ
２１８ａ ＦＰＣ
２１８ｂ ＦＰＣ
３０１ 本体
３０２ 筐体
３０３ 表示部
３０４ キーボード
３１１ 本体
３１２ スタイラス
３１３ 表示部
３１４ 操作ボタン
３１５ 外部インターフェイス
３２０ 電子書籍
３２１ 筐体
３２２ 筐体
３２３ 表示部
３２４ 表示部
３２５ 軸部
３２６ 電源
３２７ 操作キー
３２８ スピーカー
３３０ 筐体
３３１ 筐体
３３２ 表示パネル
３３３ スピーカー
３３４ マイクロフォン
３３５ 操作キー
３３６ ポインティングデバイス
３３７ カメラ用レンズ
３３８ 外部接続端子
３４０ 太陽電池セル
３４１ 外部メモリスロット
３５１ 本体
３５３ 接眼部
３５４ 操作スイッチ
３５５ 表示部（Ｂ）
３５６ バッテリー
３５７ 表示部（Ａ）
３６０ テレビジョン装置
３６１ 筐体
３６３ 表示部
３６５ スタンド
【技術分野】
【０００１】
半導体装置及び半導体装置の作製方法に関する。
【０００２】
なお、本明細書中において半導体装置とは、半導体特性を利用することで機能し得る装置全般をいい、電気光学装置、半導体回路及び電子機器は全て半導体装置である。
【背景技術】
【０００３】
絶縁表面を有する基板上に形成された半導体薄膜を用いてトランジスタを構成する技術が注目されている。該トランジスタは集積回路（ＩＣ）や画像表示装置（表示装置）のような電子デバイスに広く応用されている。トランジスタに適用可能な半導体薄膜としてシリコン系半導体材料が広く知られているが、その他の材料として酸化物半導体が注目されている。
【０００４】
例えば、トランジスタの活性層として、電子キャリア濃度が１０１８／ｃｍ３未満であるインジウム（Ｉｎ）、ガリウム（Ｇａ）、及び亜鉛（Ｚｎ）を含む非晶質酸化物を用いたトランジスタが開示されている（特許文献１参照。）。
【０００５】
酸化物半導体を用いたトランジスタは、アモルファスシリコンを用いたトランジスタよりも動作が速く、多結晶シリコンを用いたトランジスタよりも製造が容易であるものの、電気的特性が変動しやすく信頼性が低いという問題点が知られている。例えば、バイアス−熱ストレス試験（ＢＴ試験）後に、トランジスタのしきい値電圧は変動してしまう。なお、本明細書において、しきい値電圧とは、トランジスタを「オン状態」にするために必要なゲートの電圧をいう。そして、ゲート電圧とは、ソースの電位を基準としたゲートの電位との電位差をいう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−１６５５２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
酸化物半導体を用いたトランジスタのＢＴ試験によるしきい値電圧の変動は、酸化物半導体を用いたトランジスタの信頼性を著しく低下させる。本発明の一態様は、酸化物半導体を用いた半導体装置の信頼性を向上することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一態様は、酸化物半導体層のチャネル領域に接する絶縁層として、加熱により酸素を放出する絶縁層を用い、酸化物半導体層のソース領域及びドレイン領域に接する絶縁層として、酸素放出量が上記チャネル領域に接する絶縁層より少ない絶縁層を用いることを技術的思想とする半導体装置または半導体装置の作製方法である。
【０００９】
本発明の一態様は、第１の領域及び第２の領域を有する絶縁層と、第１の領域及び第２の領域に接して設けられ、チャネル領域、ソース領域及びドレイン領域を有する酸化物半導体層と、を有し、酸化物半導体層のチャネル領域は、第１の領域に接して設けられ、酸化物半導体層のソース領域及びドレイン領域は、第２の領域に接して設けられ、第１の領域は、加熱により酸素を放出する絶縁層であり、第２の領域は、酸素放出量が第１の領域より少ない絶縁層である半導体装置または半導体装置の作製方法である。
【００１０】
「加熱により酸素を放出する」とは、ＴＤＳ（Ｔｈｅｒｍａｌ Ｄｅｓｏｒｐｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ：昇温脱離ガス分光法）分析にて、酸素原子に換算しての酸素の放出量が１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上、好ましくは３×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上であることをいう。
【００１１】
チャネル領域に接する絶縁層である第１の領域からチャネル領域に酸素が供給されることで、チャネル領域と第１の領域との界面準位密度を低減できる。この結果、半導体装置の動作などに起因して生じうる電荷などが、第１の領域とチャネル領域との界面で捕獲されることを十分に抑制することができる。
【００１２】
さらに、チャネル領域の酸素欠損に起因して電荷が生じる場合がある。一般にチャネル領域中の酸素欠損は、一部がドナーとなりキャリアである電子を生じる。この結果、トランジスタのしきい値電圧がマイナス方向にシフトしてしまう。チャネル領域に接する絶縁層である第１の領域からチャネル領域に酸素が十分に放出されることにより、しきい値電圧がマイナス方向へシフトする要因であるチャネル領域中の酸素欠損を補うことができる。
【００１３】
即ち、チャネル領域に酸素欠損が生じると、チャネル領域に接する絶縁層である第１の領域とチャネル領域との界面における電荷の捕獲を抑制するのが困難になるが、第１の領域として加熱により酸素を放出する絶縁層を設けることにより、チャネル領域と第１の領域との界面準位密度、及びチャネル領域の酸素欠損を低減し、チャネル領域と第１の領域との界面における電荷の捕獲の影響を小さくすることができる。
【００１４】
また、ソース領域及びドレイン領域については、酸素放出量が第１の領域より少ない第２の領域に接して設けることで、ソース領域及びドレイン領域には酸素が供給されないようにしている。これは、酸化物半導体層において、酸素欠損の一部はキャリアである電子の発生源となることに着目した構成である。つまり、酸素が供給されることによって酸素欠損が低減し、ソース領域及びドレイン領域が高抵抗化することを抑制するという技術的思想に基づく。例えば、ソース領域及びドレイン領域に接する第２の領域として、ＴＤＳ分析にて酸素の放出量が１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満である絶縁層を用いることができる。
【００１５】
このように、本発明の一態様による効果は、加熱により酸素を放出する絶縁層と酸素放出量が当該絶縁層より少ない絶縁層とに起因するものである。
【００１６】
上述した酸化物半導体層のチャネル領域の界面における電荷の捕獲を抑制し、かつソース領域及びドレイン領域の高抵抗化を抑制する効果により、ソース領域及びドレイン領域が高抵抗化することで、ソース領域及びドレイン領域を流れる電流の低下が寄与してトランジスタのオン電流の低下が起こるといった不具合を抑制することができる。また、酸化物半導体を用いたトランジスタのオフ電流の増加、しきい値電圧の変動などの不具合を抑制することができる。加えて半導体装置の信頼性を向上させることができる。
【００１７】
なお、加熱により酸素を放出する絶縁層は、酸化物半導体層に対して十分な厚みを有していることが好ましい。加熱により酸素を放出する絶縁層が酸化物半導体層に対して薄い場合には、酸化物半導体層への酸素供給が十分でなくなる場合があるためである。
【００１８】
本発明の一態様は、第１の領域及び第２の領域を有する絶縁層と、第１の領域及び第２の領域に接して設けられ、チャネル領域、ソース領域及びドレイン領域を有する酸化物半導体層と、酸化物半導体層に接して設けられたゲート絶縁層と、ゲート絶縁層に接して設けられたゲート電極と、を有し、酸化物半導体層のチャネル領域は、第１の領域に接して設けられ、酸化物半導体層のソース領域及びドレイン領域は、第２の領域に接して設けられ、第１の領域は、加熱により酸素を放出する絶縁層であり、第２の領域は、酸素放出量が第１の領域より少ない絶縁層である半導体装置または半導体装置の作製方法である。なお、第１の領域と第２の領域とで、構成元素が同じ材料または構成元素の二つ以上が同じ材料を用いてもよいし、構成元素の異なる材料を用いてもよい。
【００１９】
上記構成において、加熱により酸素を放出する絶縁層は、酸素が過剰な酸化シリコン（ＳｉＯＸ（Ｘ＞２））であってもよい。酸素が過剰な酸化シリコン（ＳｉＯＸ（Ｘ＞２））とは、シリコン原子数の２倍より多い酸素原子を単位体積当たりに含むものである。単位体積当たりのシリコン原子数及び酸素原子数は、ラザフォード後方散乱法により測定した値である。
【００２０】
上記構成において、加熱により酸素を放出する絶縁層には、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、酸化アルミニウムを用いても良い。また、酸素放出量が第１の領域より少ない絶縁層には、酸化シリコン、窒化シリコン、窒化酸化シリコン、酸化窒化シリコン、酸化アルミニウム、窒化アルミニウムまたは酸化窒化アルミニウムを用いてもよい。または、第１の領域と第２の領域とで、構成元素の異なる材料を用いてもよい。例えば、加熱により酸素を放出する絶縁層には、酸化シリコンを用い、酸素放出量が第１の領域より少ない絶縁層には、窒化シリコン、窒化酸化シリコン、酸化窒化シリコン、酸化アルミニウム、窒化アルミニウムまたは酸化窒化アルミニウムを用いてもよい。例えば、第１の領域として酸化シリコンを用いた場合、第２の領域として、任意の温度において酸化シリコンよりも酸素の拡散係数の低い酸化アルミニウムを用いると好ましい。第１の領域よりも酸素の拡散係数の低い第２の領域を設けることによって、第１の領域で放出された酸素が第２の領域に拡散していく量を低減することができる。
【００２１】
ここで、酸化窒化シリコンとは、その組成において、窒素よりも酸素の含有量が多いものを示し、例えば、酸素が５０原子％以上７０原子％以下、窒素が０．５原子％以上１５原子％以下、シリコンが２５原子％以上３５原子％以下、水素が０原子％以上１０原子％以下の範囲で含まれるものをいう。また、窒化酸化シリコンとは、その組成において、酸素よりも窒素の含有量が多いものを示し、例えば、酸素が５原子％以上３０原子％以下、窒素が２０原子％以上５５原子％以下、シリコンが２５原子％以上３５原子％以下、水素が１０原子％以上２５原子％以下の範囲で含まれるものをいう。但し、上記範囲は、ラザフォード後方散乱法（ＲＢＳ：Ｒｕｔｈｅｒｆｏｒｄ Ｂａｃｋｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）や、水素前方散乱法（ＨＦＳ：Ｈｙｄｒｏｇｅｎ Ｆｏｒｗａｒｄ Ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ）を用いて測定した場合のものである。また、構成元素の含有比率は、その合計が１００原子％を超えない値をとる。酸化窒化アルミニウムとは、その組成において、窒素よりも酸素の含有量が多いものを示す。
【００２２】
また、上記構成において、第１の領域の表面及び第２の領域の表面が揃っていることが好ましい。換言すると、第１の領域及び第２の領域の厚さは同じであることが好ましい。または、第１の領域及び第２の領域の境界付近において、第１の領域の表面及び第２の領域の表面が連続的に形成されていることが好ましい。
【００２３】
また、上記構成において、第２の領域を設けない構成とすることも可能である。この場合、基板上に選択的に第１の絶縁層を設け、当該第１の絶縁層を加熱により酸素を放出する絶縁層として用いればよい。または、基板上に第２の絶縁層を設け、第２の絶縁層上に選択的に第１の絶縁層を設け、当該第１の絶縁層を加熱により酸素を放出する絶縁層として用いればよい。
【００２４】
即ち、本発明の一態様は、基板または基板上に設けられた第２の絶縁層上に選択的に設けられた第１の絶縁層と、基板または第２の絶縁層、及び前記第１の絶縁層に接して設けられ、チャネル領域、ソース領域及びドレイン領域を有する酸化物半導体層と、酸化物半導体層に接して設けられたゲート絶縁層と、ゲート絶縁層に接して設けられたゲート電極と、を有し、酸化物半導体層のチャネル領域は、第１の絶縁層に接して設けられ、酸化物半導体層のソース領域及びドレイン領域は、基板または第２の絶縁層に接して設けられ、第１の絶縁層は、加熱により酸素を放出する絶縁層である半導体装置または半導体装置の作製方法である。
【００２５】
上記構成において、加熱により酸素を放出する絶縁層は、酸素が過剰な酸化シリコン（ＳｉＯＸ（Ｘ＞２））であってもよい。酸素が過剰な酸化シリコン（ＳｉＯＸ（Ｘ＞２））とは、シリコン原子数の２倍より多い酸素原子を単位体積当たりに含むものである。単位体積当たりのシリコン原子数及び酸素原子数は、ラザフォード後方散乱法により測定した値である。
【００２６】
上記構成において、加熱により酸素を放出する絶縁層には、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、酸化アルミニウムを用いても良い。
【００２７】
上記構成において、基板または第２の絶縁層は、酸素放出量が第１の絶縁層より少ないことが好ましい。
【００２８】
上記構成において、第２の絶縁層には、酸化シリコン、窒化シリコン、窒化酸化シリコン、酸化窒化シリコン、酸化アルミニウム、窒化アルミニウムまたは酸化窒化アルミニウムを用いてもよい。
【００２９】
上記構成において、加熱により酸素を放出する絶縁層をゲート絶縁層として用いることが好ましい。または、シリコン原子数の２倍より多い酸素原子を単位体積当たりに含む酸化シリコンをゲート絶縁層として用いることが好ましい。
【００３０】
上記構成において、さらに、ゲート電極上に設けられた層間絶縁層と、層間絶縁層上に設けられ、層間絶縁層に設けられた開口部を通して酸化物半導体層に接する配線と、を有してもよい。
【００３１】
上記構成において、ソース領域及びドレイン領域は、酸化物半導体層を低抵抗化した領域である。即ち、ソース領域及びドレイン領域は、酸化物半導体層の一部に低抵抗化の処理を行うことで形成される。それと同時に、酸化物半導体層にチャネル領域が形成される。
【００３２】
上記構成において、加熱により酸素を放出する絶縁層は、スパッタリング法により形成されることが好ましい。または、加熱により酸素を放出する絶縁層は、酸素または、酸素とアルゴンの混合ガスを用いたスパッタリング法により形成されることが好ましい。
【００３３】
上記構成において、酸化物半導体層は、スパッタリング法により形成されることが好ましい。
【００３４】
上記構成において、酸化物半導体層の形成後、１００℃以上６５０℃以下で熱処理を行うことが好ましい。
【００３５】
上記構成において、ソース領域及びドレイン領域は、ゲート電極をマスクに用いて、酸化物半導体層の一部に低抵抗化の処理を行うことで形成してもよい。その場合、酸化物半導体層のうちゲート電極でマスクされた部分にチャネル領域が形成される。
【００３６】
なお、上記構成において、トランジスタのチャネル長Ｌは、１０ｎｍ以上１０μｍ以下、例えば、０．１μｍ〜０．５μｍとすることができる。もちろん、チャネル長Ｌは、１０μｍ以上であっても構わない。また、チャネル幅Ｗについても、１０μｍ以上とすることができる。
【発明の効果】
【００３７】
本発明の一態様により、酸化物半導体層のチャネル領域に接する絶縁層として加熱により酸素を放出する絶縁層を設け、酸化物半導体層のソース領域及びドレイン領域に接する絶縁層として酸素放出量がチャネル領域に接する絶縁層より少ない絶縁層を設けることで、オフ電流が小さく、しきい値電圧のばらつきが少なく、オン電流が大きい、安定した電気特性を有するトランジスタが提供される。
【００３８】
または、本発明の一態様により、電気特性が良好で信頼性の高いトランジスタを有する半導体装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】半導体装置の一形態を示す断面図。
【図２】半導体装置の作製工程の一例を示す断面図。
【図３】半導体装置の作製工程の一例を示す断面図。
【図４】半導体装置の作製工程の一例を示す断面図。
【図５】半導体装置の作製工程の一例を示す断面図。
【図６】半導体装置の一形態を示す断面図。
【図７】半導体装置の一形態を説明する図。
【図８】半導体装置としての電子機器を示す図。
【図９】半導体装置の一形態を示す上面図及び断面図。
【発明を実施するための形態】
【００４０】
以下では、本発明の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。ただし、本発明は以下の説明に限定されず、その形態及び詳細を様々に変更し得ることは、当業者であれば容易に理解される。また、本発明は以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。なお、図面を用いて発明の構成を説明するにあたり、同じものを指す符号は異なる図面間でも共通して用いる。なお、同様のものを指す際にはハッチパターンを同じくし、特に符号を付さない場合がある。
【００４１】
なお、第１、第２として付される序数詞は便宜上用いるものであり、工程順または積層順を示すものではない。また、本明細書において発明を特定するための事項として固有の名称を示すものではない。
【００４２】
（実施の形態１）
本実施の形態では、半導体装置及び半導体装置の作製方法の一形態を、図１乃至図５を用いて説明する。
【００４３】
図１には、本発明の一態様の半導体装置の例として、トップゲート型の一形態であるコプラナー型のトランジスタ１５５の断面図を示す。
【００４４】
図１（Ａ）に示すトランジスタ１５５は、基板１００上の、絶縁層１０３、酸化物半導体層１０６、ゲート絶縁層１１２、ゲート電極１１４を含む。絶縁層１０３は第１の領域１０１及び第２の領域１０２を有する。トランジスタ１５５は、酸化物半導体層１０６中にチャネル領域１２６、ソース領域１２２ａ及びドレイン領域１２２ｂを有する。チャネル領域１２６、ソース領域１２２ａ及びドレイン領域１２２ｂは、同一層中に設けられている。
【００４５】
酸化物半導体層１０６は、第１の領域１０１及び第２の領域１０２に接して設けられており、酸化物半導体層１０６のチャネル領域１２６は第１の領域１０１に接して設けられ、酸化物半導体層１０６のソース領域１２２ａ及びドレイン領域１２２ｂは第２の領域１０２に接して設けられている。ゲート絶縁層１１２は酸化物半導体層１０６に接して設けられ、ゲート電極１１４はゲート絶縁層１１２に接して設けられている。ゲート電極１１４上には層間絶縁層１２４が設けられている。そして、ソース領域１２２ａ及びドレイン領域１２２ｂには、層間絶縁層１２４を介して、それぞれ配線１０８ａ及び配線１０８ｂが電気的に接続されている。配線１０８ａ及び配線１０８ｂは、ソース電極及びドレイン電極として機能する。なお、図１（Ａ）では、ゲート絶縁層１１２とゲート電極１１４との幅が同様であるように記載されているが、これに限定されるものではない。図１（Ｂ）に示すようにゲート絶縁層１１２に代えてゲート絶縁層１１３が、絶縁層１０３及び酸化物半導体層１０６上に設けられていても構わない。なお、ゲート絶縁層１１３は、ゲート絶縁膜１１２と同様の方法及び同様の材料で形成すればよく、本明細書中のゲート絶縁層１１２を適宜ゲート絶縁膜１１３と置き換えることができる。
【００４６】
第１の領域１０１の材料には、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、酸化アルミニウムまたはこれらの混合材料などを用いればよい。第１の領域１０１は加熱により酸素を放出することを特徴とする。「加熱により酸素を放出する」とは、ＴＤＳ（Ｔｈｅｒｍａｌ Ｄｅｓｏｒｐｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ：昇温脱離ガス分光法）分析にて、酸素原子に換算しての酸素の放出量が１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上、好ましくは３×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上であることをいう。または、第１の領域１０１の材料には、酸素が過剰な酸化シリコン（ＳｉＯＸ（Ｘ＞２））を用いてもよい。酸素が過剰な酸化シリコン（ＳｉＯＸ（Ｘ＞２））とは、シリコン原子数の２倍より多い酸素原子を単位体積当たりに含むものである。単位体積当たりのシリコン原子数及び酸素原子数は、ラザフォード後方散乱法により測定した値である。
【００４７】
第２の領域１０２の材料には、酸化シリコン、窒化シリコン、窒化酸化シリコン、酸化窒化シリコン、酸化アルミニウム、窒化アルミニウムまたは酸化窒化アルミニウムを用いればよい。第２の領域１０２は酸素放出量が第１の領域１０１より少ない絶縁層であることを特徴とする。なお、第１の領域１０１と第２の領域１０２とで、構成元素が同じ材料または構成元素の二つ以上が同じ材料を用いてもよいし、構成元素の異なる材料を用いてもよい。第１の領域１０１と第２の領域１０２とで構成元素が同じ材料または構成元素の二つ以上が同じ材料を用いる場合は、第２の領域１０２の材料として、単位体積当たりの酸素原子数が第１の領域１０１より少ない材料を用いてもよい。例えば、第１の領域１０１の材料には、シリコン原子数の２倍より多い酸素原子を単位体積当たりに含む酸化シリコン（ＳｉＯＸ（Ｘ＞２））を用い、第２の領域１０２の材料には、単位体積当たりの酸素原子数が第１の領域１０１より少ない酸化シリコン（ＳｉＯＸ（Ｘ≦２））を用いてもよい。または、第２の領域１０２の材料には、単位体積当たりの酸素原子数が第１の領域１０１より少ない酸化窒化シリコンを用いてもよい。また、第２の領域１０２の材料にはアクリル樹脂、ポリイミド、ベンゾシクロブテン樹脂、ポリアミド、エポキシ樹脂などの湿式法で形成可能な有機絶縁材料を用いてもよい。また上記有機絶縁材料の他に、低誘電率材料（ｌｏｗ−ｋ材料）、シロキサン系樹脂、ＰＳＧ（リンガラス）、ＢＰＳＧ（リンボロンガラス）などの湿式法で形成可能な無機絶縁材料を用いてもよい。また、第２の領域１０２は、第１の領域１０１よりも任意の温度（例えば１００℃から６５０℃の範囲）における酸素の拡散係数が低いことが好ましい。このようにすることで、第１の領域１０１で放出された酸素が第２の領域１０２に拡散していく量を低減することができる。
【００４８】
また、第１の領域１０１及び第２の領域１０２を有する絶縁層１０３には、前述の材料と酸化シリコン、窒化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコン、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸化窒化アルミニウムまたはこれらの混合材料などを積層して用いてもよい。絶縁層１０３を積層構造で形成する場合、酸化物半導体層１０６と接する側を、前述の第１の領域１０１の材料及び第２の領域１０２の材料とするとよい。なお、絶縁層１０３はトランジスタ１５５の下地層として機能する。
【００４９】
酸化物半導体層１０６に用いる材料としては、四元系金属酸化物であるＩｎ−Ｓｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系の材料や、三元系金属酸化物であるＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系の材料、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｚｎ−Ｏ系の材料、Ｉｎ−Ａｌ−Ｚｎ−Ｏ系の材料、Ｓｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系の材料、Ａｌ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系の材料、Ｓｎ−Ａｌ−Ｚｎ−Ｏ系の材料や、二元系金属酸化物であるＩｎ−Ｚｎ−Ｏ系の材料、Ｓｎ−Ｚｎ−Ｏ系の材料、Ａｌ−Ｚｎ−Ｏ系の材料、Ｚｎ−Ｍｇ−Ｏ系の材料、Ｓｎ−Ｍｇ−Ｏ系の材料、Ｉｎ−Ｍｇ−Ｏ系の材料、Ｉｎ−Ｇａ−Ｏ系の材料や、Ｉｎ−Ｏ系の材料、Ｓｎ−Ｏ系の材料、Ｚｎ−Ｏ系の材料などを用いることができる。また、上記の材料に酸化シリコンを含ませてもよい。ここで、例えば、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系の材料とは、インジウム（Ｉｎ）、ガリウム（Ｇａ）、亜鉛（Ｚｎ）を有する酸化物層、という意味であり、その組成比は特に問わない。また、ＩｎとＧａとＺｎ以外の元素を含んでいてもよい。
【００５０】
酸化物半導体層１０６としてＩｎ−Ｚｎ−Ｏ系の材料を用いる場合、原子数比で、Ｉｎ／Ｚｎ＝０．５以上５０以下、好ましくはＩｎ／Ｚｎ＝１以上２０以下、さらに好ましくはＩｎ／Ｚｎ＝１．５以上１５以下とする。Ｚｎの原子数比を前述の範囲とすることで、トランジスタの電界効果移動度を向上させることができる。ここで、化合物の原子数比がＩｎ：Ｚｎ：Ｏ＝Ｘ：Ｙ：Ｚのとき、Ｚ＞１．５Ｘ＋Ｙとすると好ましい。
【００５１】
また、酸化物半導体層１０６は、化学式ＩｎＭＯ３（ＺｎＯ）ｍ（ｍ＞０）で表記される材料を用いた薄膜により形成することができる。ここで、Ｍは、Ｇａ、Ａｌ、Ｍｎ及びＣｏから選ばれた一または複数の金属元素を示す。例えば、Ｍとして、Ｇａ、Ｇａ及びＡｌ、Ｇａ及びＭｎまたはＧａ及びＣｏなどを用いることができる。
【００５２】
チャネル領域１２６と第１の領域１０１とが接することで、第１の領域１０１とチャネル領域１２６との界面準位密度及びチャネル領域１２６中の酸素欠損を低減することができる。
この結果、半導体装置の動作などに起因して生じうる電荷などが、第１の領域１０１とチャネル領域１２６との界面に捕獲されることを十分に抑制することができる。
【００５３】
さらに、チャネル領域１２６の酸素欠損に起因して電荷が生じる場合がある。一般にチャネル領域中の酸素欠損は、一部がドナーとなりキャリアである電子を生じる。この結果、トランジスタのしきい値電圧がマイナス方向にシフトしてしまう。チャネル領域１２６に接する絶縁層である第１の領域１０１からチャネル領域１２６に酸素が十分に放出されることにより、しきい値電圧がマイナス方向へシフトする要因であるチャネル領域１２６中の酸素欠損を補うことができる。
【００５４】
即ち、チャネル領域１２６に酸素欠損が生じると、チャネル領域１２６に接する絶縁層である第１の領域１０１とチャネル領域１２６との界面における電荷の捕獲を抑制するのが困難になるが、第１の領域１０１として加熱により酸素を放出する絶縁層を設けることにより、チャネル領域１２６と第１の領域１０１との界面準位密度、及びチャネル領域１２６の酸素欠損を低減し、チャネル領域１２６と第１の領域１０１との界面における電荷の捕獲の影響を小さくすることができる。
【００５５】
また、ソース領域１２２ａ及びドレイン領域１２２ｂと、酸素放出量が第１の領域１０１より少ない第２の領域１０２とが接することで、ソース領域１２２ａ及びドレイン領域１２２ｂには酸素が供給されないようにしている。これは、酸化物半導体層において、酸素欠損の一部はキャリアである電子の発生源となることに起因する。つまり、酸素が供給されることによって酸素欠損が低減し、ソース領域１２２ａ及びドレイン領域１２２ｂが高抵抗化することを抑制するという技術的思想に基づく。例えば、ソース領域１２２ａ及びドレイン領域１２２ｂに接する第２の領域１０２として、ＴＤＳ分析にて酸素の放出量が１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満である絶縁層を用いることができる。
【００５６】
上述した酸化物半導体層のチャネル領域１２６の界面における電荷の捕獲を抑制し、かつソース領域１２２ａ及びドレイン領域１２２ｂの高抵抗化を抑制する効果により、仮にソース領域１２２ａ及びドレイン領域１２２ｂが高抵抗化することで、ソース領域１２２ａ及びドレイン領域１２２ｂを流れる電流の低下が寄与してトランジスタ１５５のオン電流の低下が起こるといった不具合を抑制することができる。また、酸化物半導体を用いたトランジスタ１５５のオフ電流の増加、しきい値電圧の変動などの不具合を抑制することができる。加えて半導体装置の信頼性を向上させることができる。
【００５７】
ゲート絶縁層１１２は、第１の領域１０１と同様の構成（例えば同様の材料）としてもよい。即ち、ゲート絶縁層１１２は、加熱により酸素を放出する絶縁層としてもよい。または、トランジスタのゲート絶縁層として機能することを考慮して、酸化ハフニウムや酸化アルミニウムなどの比誘電率が高い材料を採用してもよい。また、ゲート耐圧や酸化物半導体との界面状態などを考慮し、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化シリコンに酸化ハフニウムや酸化アルミニウムなどの比誘電率の高い材料を積層してもよい。
【００５８】
ゲート電極１１４は、モリブデン、チタン、タンタル、タングステン、アルミニウム、銅、ネオジム、スカンジウムなどの金属材料、これらの窒化物、またはこれらを主成分とする合金材料を用いて形成することができる。なお、ゲート電極１１４は、単層構造としてもよいし、積層構造としてもよい。
【００５９】
トランジスタ１５５上には、さらに層間絶縁層１２４が設けられていてもよい。層間絶縁層１２４は、第２の領域１０２と同様の構成（例えば同様の材料）としてもよい。また、配線１０８ａや配線１０８ｂを電気的に接続させるために、層間絶縁層１２４には開口部が形成されていてもよい。
【００６０】
配線１０８ａ及び配線１０８ｂに用いる導電層としては、例えば、Ａｌ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｗから選ばれた元素を含む金属層または上述した元素を成分とする金属窒化物層（窒化チタン層、窒化モリブデン層、窒化タングステン層）などを用いることができる。また、Ａｌ、Ｃｕなどの金属層の下側または上側の一方または双方にＴｉ、Ｍｏ、Ｗなどの高融点金属層またはこれらの金属窒化物層（窒化チタン層、窒化モリブデン層、窒化タングステン層）を積層させた構成を用いてもよい。
【００６１】
また、トランジスタ１５５は酸化物半導体層１０６の下方に、第２のゲート電極を有していてもよい。なお、酸化物半導体層１０６は島状に加工されていることが好ましいが、島状に加工されていなくてもよい。
【００６２】
以下、図２乃至図５を用いて、図１（Ａ）に示すトランジスタ１５５の作製工程の例について説明する。
【００６３】
まず、図２（Ａ）乃至図２（Ｄ）及び図３（Ａ）乃至図３（Ｄ）を用いて、図１（Ａ）に示すトランジスタ１５５の作製工程の一例について説明する。
【００６４】
基板１００上に第１の絶縁層１３１を形成し（図２（Ａ）参照。）、第１の絶縁層１３１をフォトリソグラフィなどの方法を用いて加工して島状の第１の領域１０１を形成する（図２（Ｂ）参照。）。第１の領域１０１の形成時に用いるフォトマスクは、ゲート電極形成時に用いるフォトマスクと同じものを用いることができる。第１の領域１０１は加熱により酸素を放出することを特徴とする。または、第１の領域１０１の材料には、酸素が過剰な酸化シリコン（ＳｉＯＸ（Ｘ＞２））を用いてもよい。
【００６５】
基板１００の材質などに大きな制限はないが、少なくとも、後の熱処理に耐えうる程度の耐熱性を有している必要がある。例えば、ガラス基板、セラミック基板、石英基板、サファイア基板などを、基板１００として用いることができる。また、シリコンや炭化シリコンなどの単結晶半導体基板、多結晶半導体基板、シリコンゲルマニウムなどの化合物半導体基板、ＳＯＩ基板などを適用することも可能であり、これらの基板上に半導体素子が設けられたものを、基板１００として用いてもよい。
【００６６】
また、基板１００として、可撓性基板を用いてもよい。可撓性基板上にトランジスタを設ける場合、可撓性基板上に直接トランジスタを作り込んでもよいし、他の基板にトランジスタを形成した後、これを剥離し、基板１００である可撓性基板に転置してもよい。なお、トランジスタを剥離し、可撓性基板に転置するためには、上記他の基板とトランジスタとの間に剥離層を形成するとよい。
【００６７】
第１の領域１０１となる第１の絶縁層１３１の形成方法は、例えば、プラズマＣＶＤ法やスパッタリング法などを用いることができる。加熱により酸素を放出する絶縁層の形成にはスパッタリング法を用いることが好ましい。
【００６８】
スパッタリング法を用いて、加熱により酸素を放出する絶縁層を形成するには、成膜ガスとして、酸素または、酸素と希ガス（アルゴンなど）の混合ガスを用いる場合、酸素と希ガスの混合割合を、酸素の割合を高めて形成するとよい。例えば、全ガス中の酸素の濃度を６％以上１００％未満にするとよい。
【００６９】
第１の領域１０１となる第１の絶縁層１３１の材料には、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、酸化アルミニウムまたはこれらの混合材料などを用いればよい。
【００７０】
例えば、第１の絶縁層１３１として、石英（好ましくは合成石英）をターゲットに用い、基板温度３０℃以上４５０℃以下（好ましくは７０℃以上２００℃以下）、成膜ガスとして酸素または、酸素及びアルゴンを用い、成膜ガス中のＯ２／（Ｏ２＋Ａｒ）割合を１％以上１００％以下（好ましくは６％以上１００％以下）として、ＲＦスパッタリング法により酸化シリコンを形成する。
【００７１】
第１の絶縁層１３１及び第１の領域１０１の膜厚は、好ましくは５０ｎｍ以上、より好ましくは２００ｎｍ以上とする。第１の絶縁層１３１及び第１の領域１０１を厚く形成することにより、第１の領域１０１からの酸素放出量を増加することができる。
【００７２】
次に、基板１００及び第１の領域１０１上に、第２の絶縁層１３２を形成する（図２（Ｃ）参照。）。その後、第１の領域１０１の表面が露出するまで第２の絶縁層１３２を加工して、第１の領域１０１に接する第２の領域１０２を有する絶縁層１０３を形成する（図２（Ｄ）参照。）。第２の領域１０２は酸素放出量が第１の領域１０１より少ない絶縁層であることを特徴とする。なお、第２の絶縁層１３２を加工する際に、同時に第１の領域１０１の表面が加工され、第１の領域１０１の一部が除去されてもよい。
【００７３】
第２の絶縁層１３２の形成方法は、例えば、プラズマＣＶＤ法やスパッタリング法などを用いることができる。
【００７４】
第２の絶縁層１３２の材料には、酸化シリコン、窒化シリコン、窒化酸化シリコン、酸化窒化シリコン、酸化アルミニウム、窒化アルミニウムまたは酸化窒化アルミニウムを用いればよい。
【００７５】
例えば、第２の絶縁層１３２として、プラズマＣＶＤ法により窒化シリコンを形成する。または、第２の絶縁層１３２として、プラズマＣＶＤ法により酸化シリコンを形成してもよい。
【００７６】
上記工程を経たのち、第１の領域１０１の表面及び第２の領域１０２の表面が揃っていることが好ましい。例えば、第１の領域１０１の表面が露出するまで、第２の絶縁層１３２をＣＭＰ（化学的機械的研磨）などの研磨処理またはエッチング処理することで、第１の領域１０１に接する第２の領域１０２を有し、かつ、第１の領域１０１の表面及び第２の領域１０２の表面が揃った絶縁層１０３を形成することができる。第１の領域１０１の表面及び第２の領域１０２の表面を揃えることで、その上に形成する酸化物半導体層の段切れを防止することができる。この効果は酸化物半導体層が薄いときに顕著である。酸化物半導体層の段切れを防止することにより、ソース領域及びドレイン領域の段切れを防止することができ、オン電流の低下を抑制することができる。さらに、酸化物半導体層の上に形成するゲート絶縁層の段切れを防止することができる。ゲート絶縁層の段切れを防止することにより、リーク電流の増大や破壊耐圧の低下を抑制することができる。
【００７７】
なお、第２の領域１０２の膜厚、即ち絶縁層１０３の膜厚は、第１の絶縁層１３１及び第１の領域１０１の膜厚と同様とする。具体的には、第２の領域１０２の膜厚、即ち絶縁層１０３の膜厚は、好ましくは５０ｎｍ以上、より好ましくは２００ｎｍ以上とする。ただし、研磨処理またはエッチング処理を行うことで、第１の絶縁層１３１の膜厚は、形成時の膜厚よりも薄くなっている場合がある。
【００７８】
また、第１の領域１０１及び第２の領域１０２を有する絶縁層１０３には、前述の材料と酸化シリコン、窒化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコン、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸化窒化アルミニウムまたはこれらの混合材料などを積層して用いてもよい。絶縁層１０３を積層構造で形成する場合、酸化物半導体層１０６と接する側を、前述の第１の領域１０１の材料及び第２の領域１０２の材料とするとよい。なお、絶縁層１０３はトランジスタ１５５の下地層として機能する。
【００７９】
なお、ここでは第１の領域１０１を形成した後に第２の領域１０２を形成する例を示したが、第１の領域１０１及び第２の領域１０２の形成順序を逆にし、第２の領域１０２を形成した後に第１の領域１０１を形成してもよい。その場合には、選択的に第２の領域１０２を形成した後、全面に第１の絶縁層１３１を形成し、第２の領域１０２の表面が露出するまで第１の絶縁層１３１を研磨処理またはエッチング処理することで、第１の領域１０１に接する第２の領域１０２を有する絶縁層１０３を形成することができる。
【００８０】
次に、絶縁層１０３上に、酸化物半導体層を形成し、当該酸化物半導体層を加工して島状の酸化物半導体層１０６を形成する（図３（Ａ）参照。）。酸化物半導体層１０６は、第１の領域１０１及び第２の領域１０２に接して形成される。
【００８１】
酸化物半導体層１０６は、例えば、スパッタリング法、真空蒸着法、パルスレーザ堆積法、ＣＶＤ法などを用いて形成することができる。また、酸化物半導体層１０６の厚さは、３ｎｍ以上５０ｎｍ以下とすることが好ましい。酸化物半導体層１０６を厚くしすぎると（例えば、厚さを１００ｎｍ以上）、短チャネル効果の影響が大きくなり、サイズの小さなトランジスタでノーマリーオンになるおそれがあるためである。ここで、「ノーマリーオン」とは、ゲート電極に電圧を印加しなくてもチャネルが存在し、トランジスタに電流が流れてしまう状態のことである。
【００８２】
本実施の形態では、酸化物半導体層１０６を、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系の酸化物ターゲットを用いたスパッタリング法により形成する。
【００８３】
Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系の酸化物ターゲットとしては、例えば、組成比として、Ｉｎ２Ｏ３：Ｇａ２Ｏ３：ＺｎＯ＝１：１：１［ｍｏｌ数比］の酸化物ターゲットを用いることができる。なお、ターゲットの材料及び組成を上述したものに限定する必要はない。例えば、Ｉｎ２Ｏ３：Ｇａ２Ｏ３：ＺｎＯ＝１：１：２［ｍｏｌ数比］の組成比の酸化物ターゲットを用いることもできる。
【００８４】
酸化物ターゲットの相対密度は、９０％以上１００％以下、好ましくは９５％以上１００％以下とする。相対密度の高い金属酸化物ターゲットを用いることにより、成膜した酸化物半導体層を緻密な層とすることができるためである。
【００８５】
成膜の雰囲気は、希ガス（代表的にはアルゴン）雰囲気下、酸素雰囲気下または希ガスと酸素の混合雰囲気下などとすればよい。また、酸化物半導体層への水素、水、水酸基、水素化物などの混入を防ぐために、水素、水、水酸基、水素化物などの不純物が十分に除去された高純度ガスを用いた雰囲気とすることが好ましい。
【００８６】
例えば、酸化物半導体層１０６は、次のように形成することができる。
【００８７】
成膜条件の一例として、基板とターゲットの間との距離を６０ｍｍ、圧力を０．４Ｐａ、直流（ＤＣ）電源を０．５ｋＷ、成膜雰囲気をアルゴンと酸素の混合雰囲気（酸素流量比率３３％）とすることができる。なお、パルスＤＣスパッタリング法を用いると、成膜時に発生する粉状物質（パーティクル、ごみともいう）が軽減でき、厚さの分布も均一となるため好ましい。
【００８８】
このとき、基板温度を１００℃以上４５０℃以下、好ましくは１５０℃以上２５０℃以下とすることで第１の領域１０１から酸素が放出され、酸化物半導体層１０６の第１の領域１０１に接する部分（チャネル領域１２６となる部分）において酸素欠損を低減することができ、かつ、酸化物半導体層１０６と第１の領域１０１との界面準位密度を低減することができる。
【００８９】
また、酸化物半導体層１０６の第１の領域１０１に接しない部分（ソース領域１２２ａ及びドレイン領域１２２ｂとなる部分）については、酸素放出量が第１の領域１０１より少ない第２の領域１０２が接することで、当該部分の酸化物半導体層１０６の高抵抗化を抑制することができる。
【００９０】
なお、酸化物半導体層１０６をスパッタリング法により形成する前には、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、形成表面（例えば絶縁層１０３の表面）の付着物を除去してもよい。ここで、逆スパッタとは、通常のスパッタリングにおいては、スパッタターゲットにイオンを衝突させるところを、逆に、処理表面にイオンを衝突させることによってその表面を改質する方法のことをいう。処理表面にイオンを衝突させる方法としては、希ガス雰囲気下で処理表面側に高周波電圧を印加して、被処理物付近にプラズマを生成する方法などがある。なお、希ガス雰囲気に代えて窒素または酸素などによる雰囲気を適用してもよい。
【００９１】
酸化物半導体層１０６の加工は、所望の形状のマスクを酸化物半導体層上に形成した後、当該酸化物半導体層をエッチングすることによって行うことができる。上述のマスクは、フォトリソグラフィなどの方法を用いて形成することができる。または、インクジェット法などの方法を用いてマスクを形成してもよい。
【００９２】
なお、酸化物半導体層のエッチングは、ドライエッチングでもウェットエッチングでもよい。もちろん、これらを組み合わせて用いてもよい。
【００９３】
その後、酸化物半導体層１０６に対して、熱処理（第１の熱処理）を行うことが好ましい。この第１の熱処理によって酸化物半導体層１０６中の、過剰な水素（水や水酸基を含む）を除去することができる。第１の熱処理の温度は、１００℃以上６５０℃以下または基板の歪み点未満、好ましくは２５０℃以上６００℃以下とする。第１の熱処理の雰囲気は、酸化性ガス雰囲気下、もしくは不活性ガス雰囲気下とする。
【００９４】
なお、不活性ガスは、窒素または希ガス（ヘリウム、ネオン、アルゴンなど）を主成分とし、水、水素などが含まれないことが好ましい。例えば、熱処理装置に導入する窒素や、ヘリウム、ネオン、アルゴンなどの希ガスの純度を、６Ｎ（９９．９９９９％）以上、好ましくは７Ｎ（９９．９９９９９％）以上（即ち、不純物濃度が１ｐｐｍ以下、好ましくは０．１ｐｐｍ以下）とする。不活性ガス雰囲気とは、不活性ガスを主成分とする雰囲気で、反応性ガスが１０ｐｐｍ未満である雰囲気のことである。
【００９５】
なお、酸化性ガスは、酸素、オゾンまたは二酸化窒素などであって、水、水素などが含まれないことが好ましい。例えば、熱処理装置に導入する酸素、オゾン、二酸化窒素の純度を、６Ｎ（９９．９９９９％）以上、好ましくは７Ｎ（９９．９９９９９％）以上（即ち、不純物濃度が１ｐｐｍ以下、好ましくは０．１ｐｐｍ以下）とする。酸化性ガス雰囲気には、酸化性ガスを不活性ガスと混合して用いてもよく、酸化性ガスが少なくとも１０ｐｐｍ以上含まれるものとする。
【００９６】
この第１の熱処理によって、第１の領域１０１から酸素が放出され、第１の領域１０１と酸化物半導体層１０６の第１の領域１０１に接する部分（チャネル領域１２６となる部分）との界面準位密度を低減することができ、かつ、第１の領域１０１に接する部分の酸化物半導体層１０６中の酸素欠損を低減することができる。上記界面準位密度の低減により、ＢＴ試験後のしきい値電圧変動を小さくすることができる。また、一般に、酸化物半導体層中の酸素欠損は一部がドナーとなり、キャリアである電子の発生源となることが知られている。酸化物半導体層１０６中に電子が生じることで、トランジスタ１５５のしきい値電圧がマイナス方向へシフトし、ノーマリーオンになりやすい。酸化物半導体層１０６中の酸素欠損が埋められることで、しきい値電圧がマイナス方向へシフトする量を低減できる。
【００９７】
また、酸化物半導体層１０６の第１の領域１０１に接しない部分（ソース領域１２２ａ及びドレイン領域１２２ｂとなる部分）については、酸素放出量が第１の領域１０１より少ない第２の領域１０２が接することで、当該部分の酸化物半導体層１０６の高抵抗化を抑制することができる。
【００９８】
熱処理は、例えば、抵抗発熱体などを用いた電気炉に被処理物を導入し、窒素雰囲気下で、３５０℃、１時間の条件で行うことができる。この間、酸化物半導体層は大気に触れさせず、水や水素の混入が生じないようにする。
【００９９】
熱処理装置は電気炉に限られず、加熱されたガスなどの媒体からの熱伝導または熱輻射によって、被処理物を加熱する装置を用いてもよい。例えば、ＧＲＴＡ（Ｇａｓ Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ａｎｎｅａｌ）装置、ＬＲＴＡ（Ｌａｍｐ Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ａｎｎｅａｌ）装置などのＲＴＡ（Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ａｎｎｅａｌ）装置を用いることができる。ＬＲＴＡ装置は、ハロゲンランプ、メタルハライドランプ、キセノンアークランプ、カーボンアークランプ、高圧ナトリウムランプ、高圧水銀ランプなどのランプから発する光（電磁波）の輻射により、被処理物を加熱する装置である。ＧＲＴＡ装置は、高温のガスを用いて熱処理を行う装置である。ガスとしては、アルゴンなどの希ガスまたは窒素のような、熱処理によって被処理物と反応しない不活性ガスが用いられる。
【０１００】
例えば、第１の熱処理として、熱せられた不活性ガス雰囲気中に被処理物を投入し、数分間熱した後、当該不活性ガス雰囲気から被処理物を取り出すＧＲＴＡ処理を行ってもよい。ＧＲＴＡ処理を用いると短時間での高温熱処理が可能となる。また、被処理物の耐熱温度を超える温度条件であっても適用が可能となる。なお、処理中に、不活性ガス雰囲気を、酸化性ガスを含む雰囲気に切り替えてもよい。酸化性ガスを含む雰囲気において第１の熱処理を行うことで、酸化物半導体層１０６中の酸素欠損を埋めることができるとともに、酸素欠損に起因するエネルギーギャップ中の欠陥準位を低減することができるためである。
【０１０１】
ところで、上述の熱処理（第１の熱処理）には水素や水などを除去する効果があるため、当該熱処理を、脱水化処理や、脱水素化処理などと呼ぶこともできる。また、絶縁層や熱処理雰囲気などから酸素を供給する効果があることから、加酸素化処理と呼ぶこともできる。当該脱水化処理、脱水素化処理、加酸素化処理は、例えば、酸化物半導体層を島状に加工した後などのタイミングにおいて行うことが可能である。また、このような脱水化処理、脱水素化処理、加酸素化処理は、一回に限らず複数回行ってもよい。
【０１０２】
なお、ここでは、酸化物半導体層１０６を島状に加工した後に、第１の熱処理を行う構成について説明したが、これに限定されず、第１の熱処理を行った後に、酸化物半導体層１０６を加工してもよい。
【０１０３】
次に、酸化物半導体層１０６に接して絶縁層を形成し、当該絶縁層に接して導電層を形成し、フォトリソグラフィにより絶縁層及び導電層を同様のパターンに加工してゲート絶縁層１１２及びゲート電極１１４を形成する（図３（Ｂ）参照。）。即ち、ゲート電極１１４とゲート絶縁層１１２は同一のマスクを使用して加工することができる。あるいは、ゲート電極１１４を加工し、その後、ゲート電極１１４をマスクにしてゲート絶縁層１１２を加工してもよい。
【０１０４】
ゲート絶縁層１１２は、第１の領域１０１と同様の構成（例えば同様の材料）としてもよい。または、トランジスタのゲート絶縁層として機能することを考慮して、酸化ハフニウムや酸化アルミニウムなどの比誘電率が高い材料を採用してもよい。また、ゲート耐圧や酸化物半導体との界面状態などを考慮し、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化シリコンに酸化ハフニウムや酸化アルミニウムなどの比誘電率の高い材料を積層してもよい。ゲート絶縁層１１２の合計の膜厚は、好ましくは１ｎｍ以上３００ｎｍ以下、より好ましくは５ｎｍ以上５０ｎｍ以下とする。ゲート絶縁層が厚いほど短チャネル効果が顕著となり、しきい値電圧がマイナス側へシフトしやすい傾向となる。また、ゲート絶縁層が５ｎｍ以下となるとトンネル電流によるリークが増大することがわかっている。
【０１０５】
ゲート絶縁層１１２の形成後には、第２の熱処理を行うのが好ましい。第２の熱処理の温度は、１００℃以上６５０℃以下または基板の歪み点未満、好ましくは２５０℃以上６００℃以下または基板の歪み点未満とする。
【０１０６】
第２の熱処理は、酸化性ガス雰囲気下または不活性ガス雰囲気下で行えばよいが、雰囲気中に水、水素などが含まれないことが好ましい。また、熱処理装置に導入するガスの純度を、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。
【０１０７】
第２の熱処理においては、酸化物半導体層１０６と、第１の領域１０１及びゲート絶縁層１１２が接した状態で加熱される。したがって、酸化物半導体を構成する主成分材料の一つである酸素を、酸素を含む第１の領域１０１及びゲート絶縁層１１２から酸化物半導体層１０６へ供給することができる。これによって、酸化物半導体層１０６の酸素欠損、第１の領域１０１と酸化物半導体層１０６との界面準位密度及び酸化物半導体層とゲート絶縁層１１２との界面準位密度を低減することができる。また、同時にゲート絶縁層１１２中の欠陥も低減することができる。
【０１０８】
なお、第２の熱処理のタイミングは、ゲート絶縁層１１２の形成後であれば特に限定されない。また、第２の熱処理を複数回行ってもよい。
【０１０９】
ゲート電極１１４は、モリブデン、チタン、タンタル、タングステン、アルミニウム、銅、ネオジム、スカンジウムなどの金属材料、これらの窒化物、またはこれらを主成分とする合金材料を用いて形成することができる。なお、ゲート電極１１４は、単層構造としてもよいし、積層構造としてもよい。
【０１１０】
次に、ゲート電極１１４をマスクに用いて酸化物半導体層１０６を低抵抗化し、ソース領域１２２ａ及びドレイン領域１２２ｂを形成する。低抵抗化されないゲート電極１１４下の領域はチャネル領域１２６となる（図３（Ｃ）参照。）。低抵抗化の方法としては、アルゴンプラズマ処理、水素プラズマ処理またはアンモニアプラズマ処理などが挙げられる。このとき、ゲート電極１１４の幅によってトランジスタのチャネル長Ｌが決定されることになる。このように、ゲート電極１１４をマスクに用いてパターニングすることで、ゲート電極１１４とソース領域１２２ａ、ドレイン領域１２２ｂの重なりが生じず、この領域における寄生容量が生じないため、トランジスタ動作を速くすることができる。
【０１１１】
次に、層間絶縁層１２４を形成し、ソース領域１２２ａ及びドレイン領域１２２ｂと重畳する部分の層間絶縁層１２４に開口部を設ける。そして、導電層を形成し、当該導電層を加工して、配線１０８ａ及び配線１０８ｂを形成する（図３（Ｄ）参照。）。
【０１１２】
配線１０８ａ及び配線１０８ｂに用いる導電層としては、例えば、Ａｌ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｗから選ばれた元素を含む金属層または上述した元素を成分とする金属窒化物層（窒化チタン層、窒化モリブデン層、窒化タングステン層）などを用いることができる。また、Ａｌ、Ｃｕなどの金属層の下側または上側の一方または双方にＴｉ、Ｍｏ、Ｗなどの高融点金属層またはこれらの金属窒化物層（窒化チタン層、窒化モリブデン層、窒化タングステン層）を積層させた構成を用いてもよい。
【０１１３】
また、配線１０８ａ及び配線１０８ｂに用いる導電層は、導電性の金属酸化物で形成してもよい。導電性の金属酸化物としては酸化インジウム（Ｉｎ２Ｏ３等）、酸化スズ（ＳｎＯ２等）、酸化亜鉛（ＺｎＯ等）、酸化インジウム酸化スズ（Ｉｎ２Ｏ３―ＳｎＯ２等、ＩＴＯと略記する）、酸化インジウム酸化亜鉛（Ｉｎ２Ｏ３―ＺｎＯ等）またはこれらの金属酸化物材料に酸化シリコンを含ませたものを用いることができる。
【０１１４】
導電層の加工は、レジストマスクを用いたエッチングによって行うことができる。当該エッチングに用いるレジストマスク形成時の露光には、紫外線やＫｒＦレーザ光やＡｒＦレーザ光などを用いるとよい。
【０１１５】
以上の工程でトランジスタ１５５が作製される。
【０１１６】
次に、図４（Ａ）乃至図４（Ｄ）を用いて、絶縁層１０３の作製工程の一例について説明する。まず、図２（Ａ）乃至図２（Ｃ）と同様の工程により、基板１００上に第１の領域１０１を形成し、基板１００及び第１の領域１０１上に第２の絶縁層１３２を形成する（図４（Ａ）参照。）。次に、第２の絶縁層１３２上に第３の絶縁層１３３を形成する（図４（Ｂ）参照。）。第３の絶縁層１３３には、平坦化絶縁層を用いることができる。例えば、第３の絶縁層１３３の材料にはアクリル樹脂、ポリイミド、ベンゾシクロブテン樹脂、ポリアミド、エポキシ樹脂などの湿式法で形成可能な有機絶縁材料を用いることができる。また上記有機絶縁材料の他に、低誘電率材料（ｌｏｗ−ｋ材料）、シロキサン系樹脂、ＰＳＧ（リンガラス）、ＢＰＳＧ（リンボロンガラス）などの湿式法で形成可能な無機絶縁材料を用いることができる。
【０１１７】
第３の絶縁層１３３の形成法は、その材料に応じて、スピンコート法、ディッピング法、スプレー塗布、液滴吐出法（インクジェット法、スクリーン印刷、オフセット印刷など）、ロールコーティング、カーテンコーティング、ナイフコーティングなどを用いることができる。
【０１１８】
次に、第３の絶縁層１３３及び第２の絶縁層１３２をエッチング処理する。エッチング処理に用いるエッチャントは、第３の絶縁層１３３と第２の絶縁層１３２とのエッチング選択比が１対１またはその近傍のものを用いる。これにより、第３の絶縁層１３３と第２の絶縁層１３２とのエッチング速度をほぼ同程度とすることができる（図４（Ｃ）参照。）。なお、第３の絶縁層１３３及び第２の絶縁層１３２のエッチングは、ドライエッチングでもウェットエッチングでもよい。
【０１１９】
そして、第１の領域１０１の表面が露出するまで第３の絶縁層１３３及び第２の絶縁層１３２をエッチング処理することで、第１の領域１０１に接する第２の領域１０２を有し、かつ、第１の領域１０１の表面及び第２の領域１０２の表面が揃った絶縁層１０３を形成することができる（図４（Ｄ）参照。）。第１の領域１０１の表面及び第２の領域１０２の表面を揃えることで、その上に形成する酸化物半導体層の段切れを防止することができる。この効果は酸化物半導体層１０６の膜厚が薄いときに顕著である。酸化物半導体層１０６の段切れを防止することにより、ソース領域１２２ａ及びドレイン領域１２２ｂの段切れを防止することができ、オン電流の低下を抑制することができる。さらに、酸化物半導体層１０６の上に形成するゲート絶縁層１１２の段切れを防止することができる。ゲート絶縁層１１２の段切れを防止することにより、リーク電流の増大や破壊耐圧の低下を抑制することができる。
【０１２０】
なお、ここでは第１の領域１０１を形成した後に第２の領域１０２を形成する例を示したが、第１の領域１０１及び第２の領域１０２の形成順序を逆にし、第２の領域１０２を形成した後に第１の領域１０１を形成してもよい。その場合には、選択的に第２の領域１０２を形成した後に、全面に第１の絶縁層１３１を形成し、第１の絶縁層１３１上に第３の絶縁層１３３を形成する。そして、第２の領域１０２の表面が露出するまで第３の絶縁層１３３及び第１の絶縁層１３１をエッチング処理することで、第１の領域１０１に接する第２の領域１０２を有し、かつ、第１の領域１０１の表面及び第２の領域１０２の表面が揃った絶縁層１０３を形成することができる。この場合も、第３の絶縁層１３３及び第１の絶縁層１３１のエッチングは、ドライエッチングでもウェットエッチングでもよい。
【０１２１】
また、ここでは第２の絶縁層１３２と第３の絶縁層１３３とを形成する例を示したが、第３の絶縁層１３３と同じ材料及び同じ方法を用いて第２の絶縁層１３２を形成することで表面が平坦な第２の絶縁層１３２を形成してもよい。即ち、図５（Ａ）に示すように、基板１００及び第１の領域１０１上に第３の絶縁層１３３と同じ材料及び同じ方法を用いて第２の絶縁層１３２を形成することで表面が平坦な第２の絶縁層１３２を形成してもよい。表面が平坦な第２の絶縁層１３２を第１の領域１０１の表面が露出するまでエッチング処理することで、図５（Ｂ）に示すように第２の領域１０２を形成することができる。その結果、第１の領域１０１の表面及び第２の領域１０２の表面が揃った絶縁層１０３を形成することができる。この場合にも、第２の領域１０２に用いる材料は、酸素放出量が第１の領域１０１より少ない絶縁層であることを特徴とする。図５に示す作製方法により、図４に示す作製方法と比べて絶縁層１０３を形成するための成膜回数が減り、加工も容易になる。
【０１２２】
その後の工程は、図３（Ａ）乃至図３（Ｄ）と同様とすることができる。
【０１２３】
本実施の形態により、酸化物半導体層１０６のチャネル領域１２６に接する絶縁層として加熱により酸素を放出する第１の領域１０１を設け、酸化物半導体層１０６のソース領域１２２ａ及びドレイン領域１２２ｂに接する絶縁層として酸素放出量が第１の領域１０１より少ない第２の領域１０２を設けることで、オフ電流が小さく、しきい値電圧のばらつきが少なく、オン電流が大きい、安定した電気特性を有するトランジスタが提供される。
【０１２４】
または、本実施の形態により、電気特性が良好で信頼性の高いトランジスタを有する半導体装置が提供される。
【０１２５】
以上、本実施の形態に示す構成、方法などは、他の実施の形態に示す構成、方法などと適宜組み合わせて用いることができる。
【０１２６】
（実施の形態２）
本実施の形態では、半導体装置の一形態を、図６を用いて説明する。図６には、図１（Ａ）に示すトランジスタ１５５とは異なる構成のトランジスタ１５６の断面構造を示す。図６に示すトランジスタ１５６は、図１（Ａ）に示すトランジスタ１５５において第２の領域１０２を設けない構成である。
【０１２７】
図６に示すトランジスタ１５６は、基板１００上の、第１の絶縁層１０４、酸化物半導体層１０６、ゲート絶縁層１１２、ゲート電極１１４を含む。トランジスタ１５６は、酸化物半導体層１０６中にチャネル領域１２６、ソース領域１２２ａ及びドレイン領域１２２ｂを有する。チャネル領域１２６、ソース領域１２２ａ及びドレイン領域１２２ｂは、同一層中に設けられている。
【０１２８】
トランジスタ１５６下には、第２の絶縁層１０５が設けられていてもよい。第２の絶縁層１０５は、トランジスタ１５６の下地層として機能する。
【０１２９】
基板１００または基板１００上に設けられた第２の絶縁層１０５上には、第１の絶縁層１０４が選択的に設けられている。第１の絶縁層１０４上には、酸化物半導体層１０６が設けられている。酸化物半導体層１０６は、基板１００または基板１００上に設けられた第２の絶縁層１０５、及び第１の絶縁層１０４に接して設けられており、酸化物半導体層１０６のチャネル領域１２６は、第１の絶縁層１０４に接して設けられ、酸化物半導体層１０６のソース領域１２２ａ及びドレイン領域１２２ｂは、基板１００または基板１００上に設けられた第２の絶縁層１０５に接して設けられている。
【０１３０】
ゲート絶縁層１１２は酸化物半導体層１０６に接して設けられ、ゲート電極１１４はゲート絶縁層１１２に接して設けられている。ゲート電極１１４上には層間絶縁層１２４が設けられている。そして、ソース領域１２２ａ及びドレイン領域１２２ｂには、層間絶縁層１２４を介して、それぞれ配線１０８ａ及び配線１０８ｂが電気的に接続されている。配線１０８ａ及び配線１０８ｂは、ソース電極及びドレイン電極として機能する。
【０１３１】
第１の絶縁層１０４の材料は、実施の形態１に示した第１の領域１０１の材料と同様の構成とすることができる。即ち、第１の絶縁層１０４の材料には、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、酸化アルミニウムまたはこれらの混合材料などを用いればよい。第１の絶縁層１０４は加熱により酸素を放出することを特徴とする。「加熱により酸素を放出する」とは、ＴＤＳ（Ｔｈｅｒｍａｌ Ｄｅｓｏｒｐｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｔｒｏｃｏｐｙ：昇温脱離ガス分光法）分析にて酸素原子に換算しての酸素の放出量が１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上、好ましくは３×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上であることを指す。または、第１の絶縁層１０４の材料には、酸素が過剰な酸化シリコン（ＳｉＯＸ（Ｘ＞２））を用いてもよい。酸素が過剰な酸化シリコン（ＳｉＯＸ（Ｘ＞２））とは、シリコン原子数の２倍より多い酸素原子を単位体積当たりに含むものである。単位体積当たりのシリコン原子数及び酸素原子数は、ラザフォード後方散乱法により測定した値である。
【０１３２】
第２の絶縁層１０５を設ける場合には、第２の絶縁層１０５の材料は、実施の形態１に示した第２の領域１０２の材料と同様の構成とすることができる。即ち、第２の絶縁層１０５の材料には、酸化シリコン、窒化シリコン、窒化酸化シリコン、酸化窒化シリコン、酸化アルミニウム、窒化アルミニウムまたは酸化窒化アルミニウムなどを用いればよい。第２の絶縁層１０５は酸素放出量が第１の絶縁層１０４より少ない絶縁層であることを特徴とする。
【０１３３】
また、第１の絶縁層１０４及び／または第２の絶縁層１０５には、前述の材料と酸化シリコン、窒化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコン、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸化窒化アルミニウムまたはこれらの混合材料などを積層して用いてもよい。第１の絶縁層１０４及び／または第２の絶縁層１０５を積層構造で形成する場合、酸化物半導体層１０６と接する側を、前述の第１の絶縁層１０４または第２の絶縁層１０５の材料とするとよい。
【０１３４】
チャネル領域１２６と第１の絶縁層１０４とが接することで、第１の絶縁層１０４とチャネル領域１２６との界面準位密度及びチャネル領域１２６中の酸素欠損を低減することができる。上記界面準位密度の低減により、ＢＴ試験後にしきい値電圧がマイナス方向にシフトすることを低減できる。あるいは、キャリアの生成を抑制できるため、ノーマリーオフの特性が得られる。
【０１３５】
また、ソース領域１２２ａ及びドレイン領域１２２ｂと、基板１００または第２の絶縁層１０５とが接することで、ソース領域１２２ａ及びドレイン領域１２２ｂの高抵抗化を抑制し、電気特性が良好で信頼性の高いトランジスタ１５６を有する半導体装置を提供することができる。
【０１３６】
基板１００の材質などに大きな制限はないが、少なくとも、後の熱処理に耐えうる程度の耐熱性を有している必要がある。例えば、ガラス基板、セラミック基板、石英基板、サファイア基板などを、基板１００として用いることができる。また、シリコンや炭化シリコンなどの単結晶半導体基板、多結晶半導体基板、シリコンゲルマニウムなどの化合物半導体基板、ＳＯＩ基板などを適用することも可能であり、これらの基板上に半導体素子が設けられたものを、基板１００として用いてもよい。
【０１３７】
また、基板１００として、可撓性基板を用いてもよい。可撓性基板上にトランジスタを設ける場合、可撓性基板上に直接トランジスタを作り込んでもよいし、他の基板にトランジスタを形成した後、これを剥離し、基板１００である可撓性基板に転置してもよい。なお、トランジスタを剥離し、可撓性基板に転置するためには、上記他の基板とトランジスタとの間に剥離層を形成するとよい。
【０１３８】
なお、第２の絶縁層１０５を設けない場合には、基板１００として酸素放出量が第１の絶縁層１０４より少ない材料からなる基板を用いることが好ましい。例えば、第２の絶縁層１０５を設けない場合には、基板１００としてガラス基板、セラミック基板、石英基板、サファイア基板、ＳＯＩ基板などを用いることが好ましい。
【０１３９】
トランジスタ１５６の作製工程について説明する。基板１００上の全面に第２の絶縁層１０５を形成し、第２の絶縁層１０５上に選択的に第１の絶縁層１０４を形成する。第１の絶縁層１０４は加熱により酸素を放出することを特徴とする。または、第１の絶縁層１０４の材料には、酸素が過剰な酸化シリコン（ＳｉＯＸ（Ｘ＞２））を用いてもよい。なお、後で形成する酸化物半導体層１０６の被覆性を向上させるために、第１の絶縁層１０４の端部は傾斜を有するように形成することが好ましい。また、第１の絶縁層１０４の形成時に用いるフォトマスクは、ゲート電極１１４形成時に用いるフォトマスクと同じものを用いることができる。
【０１４０】
その後の作製工程は、実施の形態１に示した作製工程と同様とすることができる。
【０１４１】
本実施の形態に示すトランジスタ１５６は、絶縁層の表面を揃える工程を省くことができ、低コストかつ簡便な方法でスループットの高いトランジスタ１５６を提供することができる。
【０１４２】
本実施の形態により、酸化物半導体層１０６のチャネル領域１２６に接する絶縁層として加熱により酸素を放出する第１の絶縁層１０４を設け、酸化物半導体層１０６のソース領域１２２ａ及びドレイン領域１２２ｂに接する基板または絶縁層として酸素放出量が第１の絶縁層１０４より少ない基板１００または第２の絶縁層１０５を設けることで、オフ電流が小さく、しきい値電圧のばらつきが少なく、オン電流が大きい、安定した電気特性を有するトランジスタが提供される。
【０１４３】
または、本実施の形態により、電気特性が良好で信頼性の高いトランジスタを有する半導体装置が提供される。
【０１４４】
本実施の形態に示す構成、方法などは、他の実施の形態に示す構成、方法などと適宜組み合わせて用いることができる。
【０１４５】
（実施の形態３）
本実施の形態では、半導体装置の一形態を、図９を用いて説明する。図９（Ａ）には、トランジスタの上面図を示す。図９（Ｂ）には、図９（Ａ）で示す一点鎖線Ａ−Ｂに対応する断面構造を示す。
【０１４６】
図９（Ｂ）に示すトランジスタは、基板１００上の、絶縁層１０３、酸化物半導体層１３６、ゲート絶縁層１１２、ゲート電極１１４、側壁絶縁層１３０、ソース電極１１６ａ、ドレイン電極１１６ｂを含む。絶縁層１０３は第１の領域１０１及び第２の領域１０２を有する。図９（Ｂ）に示すトランジスタは、酸化物半導体層１３６中にチャネル領域１２６、ソース領域１２２ａ、ドレイン領域１２２ｂ、オフセット領域１２３ａおよびオフセット領域１２３ｂを有する。チャネル領域１２６、ソース領域１２２ａ、ドレイン領域１２２ｂ、オフセット領域１２３ａおよびオフセット領域１２３ｂは、同一層中に設けられている。
【０１４７】
オフセット領域１２３ａ及びオフセット領域１２３ｂは、チャネル領域１２６よりも抵抗が低く、ソース領域１２２ａおよびドレイン領域１２２ｂよりも抵抗が高い領域である。オフセット領域１２３ａまたはオフセット領域１２３ｂの幅はＬｏｆｆともいい、図９（Ａ）に示す幅となる。Ｌｏｆｆを有することで、トランジスタの短チャネル効果が低減するため、短チャネル効果が顕著にあらわれるような微細なトランジスタを用いる場合は、図９（Ｂ）に示す構造（Ｌｏｆｆ構造ともいう。）が好ましい。また、Ｌｏｆｆ構造とすることで、ホットキャリア劣化などのトランジスタの劣化も低減できる。
【０１４８】
酸化物半導体層１３６は、第１の領域１０１及び第２の領域１０２に接して設けられており、酸化物半導体層１３６のチャネル領域１２６は第１の領域１０１に接して設けられ、酸化物半導体層１３６のソース領域１２２ａ、ドレイン領域１２２ｂ、オフセット領域１２３ａおよびオフセット領域１２３ｂは第２の領域１０２に接して設けられている。オフセット領域１２３ａおよびオフセット領域１２３ｂは、ソース領域１２２ａおよびドレイン領域１２２ｂよりもチャネル領域１２６に近い場所に位置する。
【０１４９】
ゲート絶縁層１１２はチャネル領域１２６、オフセット領域１２３ａおよびオフセット領域１２３ｂに接して設けられ、側壁絶縁層１３０はゲート電極１１４の周辺に設けられる。ゲート絶縁層１１２に接してゲート電極１１４および側壁絶縁層１３０が設けられている。ゲート電極１１４および側壁絶縁層１３０上には層間絶縁層１２４が設けられている。そして、ソース領域１２２ａ及びドレイン領域１２２ｂに接してソース電極１１６ａおよびドレイン電極１１６ｂがそれぞれ設けられ、ソース電極１１６ａおよびドレイン電極１１６ｂには層間絶縁層１２４を介して、それぞれ配線１０８ａ及び配線１０８ｂが電気的に接続されている。
【０１５０】
ソース電極１１６ａおよびドレイン電極１１６ｂに用いる導電層としては、例えば、Ａｌ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｗから選ばれた元素を含む金属層または上述した元素を成分とする金属窒化物層（窒化チタン層、窒化モリブデン層、窒化タングステン層）などを用いることができる。また、Ａｌ、Ｃｕなどの金属層の下側または上側の一方または双方にＴｉ、Ｍｏ、Ｗなどの高融点金属層またはこれらの金属窒化物層（窒化チタン層、窒化モリブデン層、窒化タングステン層）を積層させた構成を用いてもよい。
【０１５１】
また、オフセット領域１２３ａおよびオフセット領域１２３ｂと、酸素放出量が第１の領域１０１より少ない第２の領域１０２とが接することで、オフセット領域１２３ａおよびオフセット領域１２３ｂには酸素が供給されないようにしている。
【０１５２】
オフセット領域１２３ａおよびオフセット領域１２３ｂは、特に低抵抗化された領域ではなく、絶縁層１０３の接する領域によってチャネル領域１２６と区別される。即ち、オフセット領域１２３ａおよびオフセット領域１２３ｂは、加熱により酸素を放出する絶縁層と接していない酸化物半導体層１３６の領域である。
【０１５３】
本実施の形態に示すトランジスタは、オフセット領域を有することで、さらに良好な電気特性を有し、かつ信頼性の高いトランジスタを提供することができる。
【０１５４】
ただし、必ずしもオフセット領域を設けなくてはならないわけではない。例えば、図９（Ｃ）に示すトランジスタは、オフセット領域の設けられていない点で図９（Ｂ）と異なる構造を有する。
【０１５５】
または、本実施の形態により、電気特性が良好で信頼性の高いトランジスタを有する半導体装置が提供される。
【０１５６】
本実施の形態に示す構成、方法などは、他の実施の形態に示す構成、方法などと適宜組み合わせて用いることができる。
【０１５７】
（実施の形態４）
実施の形態１、実施の形態２または実施の形態３で例示したトランジスタを用いて表示機能を有する半導体装置（表示装置ともいう）を作製することができる。また、トランジスタを含む駆動回路の一部または全体を、画素部と同じ基板上に一体形成し、システムオンパネルを形成することができる。
【０１５８】
図７（Ａ）において、第１の基板２０１上に設けられた画素部２０２を囲むようにして、シール材２０５が設けられ、第２の基板２０６によって封止されている。図７（Ａ）においては、第１の基板２０１上のシール材２０５によって囲まれている領域とは異なる領域に、別途用意された基板上に単結晶半導体層または多結晶半導体層で形成された走査線駆動回路２０４、信号線駆動回路２０３が実装されている。また別途形成された信号線駆動回路２０３と、走査線駆動回路２０４または画素部２０２に与えられる各種信号及び電位は、ＦＰＣ（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ ｐｒｉｎｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ）２１８ａ、２１８ｂから供給されている。
【０１５９】
図７（Ｂ）及び図７（Ｃ）において、第１の基板２０１上に設けられた画素部２０２と、走査線駆動回路２０４とを囲むようにして、シール材２０５が設けられている。また画素部２０２と、走査線駆動回路２０４の上に第２の基板２０６が設けられている。よって画素部２０２と、走査線駆動回路２０４とは、第１の基板２０１とシール材２０５と第２の基板２０６とによって、表示素子と共に封止されている。図７（Ｂ）及び図７（Ｃ）においては、第１の基板２０１上のシール材２０５によって囲まれている領域とは異なる領域に、別途用意された基板上に単結晶半導体層または多結晶半導体層で形成された信号線駆動回路２０３が実装されている。図７（Ｂ）及び図７（Ｃ）においては、別途形成された信号線駆動回路２０３と、走査線駆動回路２０４または画素部２０２に与えられる各種信号及び電位は、ＦＰＣ２１８から供給されている。
【０１６０】
また図７（Ｂ）及び図７（Ｃ）においては、信号線駆動回路２０３を別途形成し、第１の基板２０１に実装している例を示しているが、この構成に限定されない。走査線駆動回路を別途形成して実装してもよいし、信号線駆動回路の一部または走査線駆動回路の一部のみを別途形成して実装してもよい。
【０１６１】
なお、別途形成した駆動回路の接続方法は、特に限定されるものではなく、ＣＯＧ（Ｃｈｉｐ Ｏｎ Ｇｌａｓｓ）方法、ワイヤボンディング方法、或いはＴＡＢ（Ｔａｐｅ Ａｕｔｏｍａｔｅｄ Ｂｏｎｄｉｎｇ）方法などを用いることができる。図７（Ａ）は、ＣＯＧ方法により信号線駆動回路２０３、走査線駆動回路２０４を実装する例であり、図７（Ｂ）は、ＣＯＧ方法により信号線駆動回路２０３を実装する例であり、図７（Ｃ）は、ＴＡＢ方法により信号線駆動回路２０３を実装する例である。
【０１６２】
また、表示装置は、表示素子が封止された状態にあるパネルと、該パネルにコントローラを含むＩＣなどを実装した状態にあるモジュールとを含む。
【０１６３】
なお、本明細書中における表示装置とは、画像表示デバイス、表示デバイス、もしくは光源（照明装置含む）を指す。また、コネクター、例えばＦＰＣもしくはＴＡＢテープもしくはＴＣＰが取り付けられたモジュール、ＴＡＢテープやＴＣＰの先にプリント配線板が設けられたモジュールまたは表示素子にＣＯＧ方式によりＩＣ（集積回路）が直接実装されたモジュールも全て表示装置に含むものとする。
【０１６４】
また第１の基板２０１上に設けられた画素部及び走査線駆動回路は、トランジスタを複数有しており、実施の形態１、実施の形態２または実施の形態３で一例を示したトランジスタを適用することができる。
【０１６５】
表示装置に設けられる表示素子としては液晶素子（液晶表示素子ともいう）、発光素子（発光表示素子ともいう）、を用いることができる。発光素子は、電流または電圧によって輝度が制御される素子をその範疇に含んでおり、具体的には無機ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）、有機ＥＬなどを含む。また、電子インクなど、電気的作用によりコントラストが変化する表示媒体も適用することができる。
【０１６６】
表示素子として、液晶素子を用いる場合、サーモトロピック液晶、低分子液晶、高分子液晶、高分子分散型液晶、強誘電性液晶、反強誘電性液晶などを用いることができる。これらの液晶材料は、条件により、コレステリック相、スメクチック相、キュービック相、カイラルネマチック相、等方相などを示す。
【０１６７】
また、配向層を不要とすることができるブルー相を示す液晶を用いてもよい。ブルー相は液晶相の一つであり、コレステリック液晶を昇温していくと、コレステリック相から等方相へ転移する直前に発現する相である。ブルー相は狭い温度範囲でしか発現しないため、温度範囲を改善するためにカイラル剤を混合させた液晶組成物を用いて液晶層に用いる。ブルー相を示す液晶とカイラル剤とを含む液晶組成物は、応答速度が１ｍｓｅｃ以下と短く、光学的等方性であるため配向処理が不要であり、視野角依存性が小さい。また配向層を設けなくてもよいのでラビング処理も不要となるため、ラビング処理によって引き起こされる静電破壊を防止することができ、作製工程中の液晶表示装置の不良や破損を軽減することができる。よって液晶表示装置の生産性を向上させることが可能となる。
【０１６８】
また、液晶材料の固有抵抗率は、１×１０９Ω・ｃｍ以上であり、好ましくは１×１０１１Ω・ｃｍ以上であり、さらに好ましくは１×１０１２Ω・ｃｍ以上である。なお、本明細書における固有抵抗率の値は、２０℃で測定した値とする。
【０１６９】
液晶表示装置に設けられる保持容量の大きさは、画素部に配置されるトランジスタのリーク電流などを考慮して、所定の期間の間電荷を保持できるように設定される。高純度の酸化物半導体層を有するトランジスタを用いることにより、各画素における液晶容量に対して１／３以下、好ましくは１／５以下の容量の大きさを有する保持容量を設ければ充分である。
【０１７０】
本実施の形態で用いる酸化物半導体層を用いたトランジスタは、オフ状態における電流値（オフ電流値）を低くすることができる。よって、画像信号などの電気信号の保持時間を長くすることができ、電源オン状態では書き込み間隔も長く設定できる。よって、リフレッシュ動作の頻度を少なくすることができるため、消費電力を抑制する効果を奏する。
【０１７１】
また、本実施の形態で用いる酸化物半導体層を用いたトランジスタは、比較的高い電界効果移動度が得られるため、高速駆動が可能である。よって、液晶表示装置の画素部に上記トランジスタを用いることで、高画質な画像を提供することができる。また、上記トランジスタは、同一基板上に駆動回路部または画素部に作り分けて作製することができるため、液晶表示装置の部品点数を削減することができる。
【０１７２】
液晶表示装置には、ＴＮ（Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ）モード、ＩＰＳ（Ｉｎ−Ｐｌａｎｅ−Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）モード、ＦＦＳ（Ｆｒｉｎｇｅ Ｆｉｅｌｄ Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）モード、ＡＳＭ（Ａｘｉａｌｌｙ Ｓｙｍｍｅｔｒｉｃ ａｌｉｇｎｅｄ Ｍｉｃｒｏ−ｃｅｌｌ）モード、ＯＣＢ（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｄ Ｂｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｃｅ）モード、ＦＬＣ（Ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ）モード、ＡＦＬＣ（ＡｎｔｉＦｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ）モードなどを用いることができる。
【０１７３】
また、ノーマリーブラック型の液晶表示装置、例えば垂直配向（ＶＡ）モードを採用した透過型の液晶表示装置としてもよい。ここで、垂直配向モードとは、液晶表示パネルの液晶分子の配列を制御する方式の一種であり、電圧が印加されていないときにパネル面に対して液晶分子が垂直方向を向く方式である。垂直配向モードとしては、いくつか挙げられるが、例えば、ＭＶＡ（Ｍｕｌｔｉ−Ｄｏｍａｉｎ Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）モード、ＰＶＡ（Ｐａｔｔｅｒｎｅｄ Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）モード、ＡＳＶモードなどを用いることができる。また、画素（ピクセル）をいくつかの領域（サブピクセル）に分け、それぞれ別の方向に分子を倒すよう工夫されているマルチドメイン化あるいはマルチドメイン設計といわれる方法を用いることができる。
【０１７４】
また、表示装置において、ブラックマトリクス（遮光層）、偏光部材、位相差部材、反射防止部材などの光学部材（光学基板）などは適宜設ける。例えば、偏光基板及び位相差基板による円偏光を用いてもよい。また、光源としてバックライト、サイドライトなどを用いてもよい。
【０１７５】
また、バックライトとして複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）を用いて、時間分割表示方式（フィールドシーケンシャル駆動方式）を行うことも可能である。フィールドシーケンシャル駆動方式を適用することで、カラーフィルタを用いることなく、カラー表示を行うことができる。
【０１７６】
また、画素部における表示方式は、プログレッシブ方式やインターレース方式などを用いることができる。また、カラー表示する際に画素で制御する色要素としては、ＲＧＢ（Ｒは赤、Ｇは緑、Ｂは青を表す）の三色に限定されない。例えば、ＲＧＢＷ（Ｗは白を表す）、またはＲＧＢに、イエロー、シアン、マゼンタなどを一色以上追加したものがある。なお、色要素のドット毎にその表示領域の大きさが異なっていてもよい。ただし、本発明はカラー表示の表示装置に限定されるものではなく、モノクロ表示の表示装置に適用することもできる。
【０１７７】
また、表示装置に含まれる表示素子として、エレクトロルミネッセンスを利用する発光素子を適用することができる。エレクトロルミネッセンスを利用する発光素子は、発光材料が有機化合物であるか、無機化合物であるかによって区別され、一般的に、前者は有機ＥＬ素子、後者は無機ＥＬ素子と呼ばれている。
【０１７８】
有機ＥＬ素子は、発光素子に電圧を印加することにより、一対の電極から電子及び正孔がそれぞれ発光性の有機化合物を含む層に注入され、電流が流れる。そして、これらキャリア（電子及び正孔）が再結合することにより、発光性の有機化合物が励起状態を形成し、その励起状態が基底状態に戻る際に発光する。このようなメカニズムから、このような発光素子は、電流励起型の発光素子と呼ばれる。
【０１７９】
無機ＥＬ素子は、その素子構成により、分散型無機ＥＬ素子と薄膜型無機ＥＬ素子とに分類される。分散型無機ＥＬ素子は、発光材料の粒子をバインダ中に分散させた発光層を有するものであり、発光メカニズムはドナー準位とアクセプター準位を利用するドナー−アクセプター再結合型発光である。薄膜型無機ＥＬ素子は、発光層を誘電体層で挟み込み、さらにそれを電極で挟んだ構造であり、発光メカニズムは金属イオンの内殻電子遷移を利用する局在型発光である。なお、ここでは、発光素子として有機ＥＬ素子を用いて説明する。
【０１８０】
発光素子は発光を取り出すために少なくとも一対の電極の一方が透明であればよい。そして、基板上にトランジスタ及び発光素子を形成し、基板とは逆側の面から発光を取り出す上面射出や、基板側の面から発光を取り出す下面射出や、基板側及び基板とは反対側の面から発光を取り出す両面射出構造の発光素子があり、どの射出構造の発光素子も適用することができる。
【０１８１】
また、表示装置として、電子インクを駆動させる電子ペーパーを提供することも可能である。電子ペーパーは、電気泳動表示装置（電気泳動ディスプレイ）とも呼ばれており、紙と同じ読みやすさ、他の表示装置に比べ低消費電力、薄くて軽い形状とすることが可能という利点を有している。
【０１８２】
電気泳動表示装置は、様々な形態が考えられ得るが、プラスの電荷を有する第１の粒子と、マイナスの電荷を有する第２の粒子とを含むマイクロカプセルが溶媒または溶質に複数分散されたものであり、マイクロカプセルに電界を印加することによって、マイクロカプセル中の粒子を互いに反対方向に移動させて一方側に集合した粒子の色のみを表示するものである。なお、第１の粒子または第２の粒子は染料を含み、電界がない場合において移動しないものである。また、第１の粒子の色と第２の粒子の色は異なるもの（無色を含む）とする。
【０１８３】
このように、電気泳動表示装置は、誘電定数の高い物質が高い電界領域に移動する、いわゆる誘電泳動的効果を利用したディスプレイである。
【０１８４】
上記マイクロカプセルを溶媒中に分散させたものが電子インクと呼ばれるものであり、この電子インクはガラス、プラスチック、布、紙などの表面に印刷することができる。また、カラーフィルタや色素を有する粒子を用いることによってカラー表示も可能である。
【０１８５】
なお、マイクロカプセル中の第１の粒子及び第２の粒子は、導電体材料、絶縁体材料、半導体材料、磁性材料、液晶材料、強誘電性材料、エレクトロルミネセント材料、エレクトロクロミック材料、磁気泳動材料から選ばれた一種の材料またはこれらの複合材料を用いればよい。
【０１８６】
また、電子ペーパーとして、ツイストボール表示方式を用いる表示装置も適用することができる。ツイストボール表示方式とは、白と黒に塗り分けられた球形粒子を表示素子に用いる電極層である第１の電極層及び第２の電極層の間に配置し、第１の電極層及び第２の電極層に電位差を生じさせて球形粒子の向きを制御することにより、表示を行う方法である。
【０１８７】
表示装置は光源または表示素子からの光を透過させて表示を行う。よって光が透過する画素部に設けられる基板、絶縁層、導電層などの薄膜はすべて可視光の波長領域の光に対して透光性とする。
【０１８８】
表示素子に電圧を印加する第１の電極層及び第２の電極層（画素電極層、共通電極層、対向電極層などともいう）においては、取り出す光の方向、電極層が設けられる場所、及び電極層のパターン構造によって透光性、反射性を選択すればよい。
【０１８９】
以上のように実施の形態１、実施の形態２または実施の形態３で例示したトランジスタを適用することで、信頼性の高い半導体装置を提供することができる。なお、実施の形態１、実施の形態２または実施の形態３で例示したトランジスタは上述の表示機能を有する半導体装置のみでなく、電源回路に搭載されるパワーデバイス、ＬＳＩなどの半導体集積回路、対象物の情報を読み取るイメージセンサ機能を有する半導体装置など様々な機能を有する半導体装置に適用することが可能である。
【０１９０】
以上、本実施の形態に示す構成、方法などは、他の実施の形態に示す構成、方法などと適宜組み合わせて用いることができる。
【０１９１】
（実施の形態５）
本発明の一態様である半導体装置は、さまざまな電子機器（遊技機も含む）に適用することができる。電子機器としては、例えば、テレビジョン装置（テレビまたはテレビジョン受信機ともいう）、コンピュータ用などのモニタ、デジタルカメラ、デジタルビデオカメラなどのカメラ、デジタルフォトフレーム、携帯電話機（携帯電話、携帯電話装置ともいう）、携帯型ゲーム機、携帯情報端末、音響再生装置、パチンコ機などの大型ゲーム機などが挙げられる。上記実施の形態で説明した半導体装置を具備する電子機器の例について説明する。
【０１９２】
図８（Ａ）は、ノート型のパーソナルコンピュータであり、本体３０１、筐体３０２、表示部３０３、キーボード３０４などによって構成されている。実施の形態１乃至４のいずれかで示した半導体装置を適用することにより、信頼性の高いノート型のパーソナルコンピュータとすることができる。
【０１９３】
図８（Ｂ）は、携帯情報端末（ＰＤＡ）であり、本体３１１には表示部３１３と、外部インターフェイス３１５と、操作ボタン３１４などが設けられている。また操作用の付属品としてスタイラス３１２がある。実施の形態１乃至３のいずれかで示した半導体装置を適用することにより、より信頼性の高い携帯情報端末（ＰＤＡ）とすることができる。
【０１９４】
図８（Ｃ）は、電子書籍の一例を示している。例えば、電子書籍３２０は、筐体３２１及び筐体３２２の２つの筐体で構成されている。筐体３２１及び筐体３２２は、軸部３２５により一体とされており、該軸部３２５を軸として開閉動作を行うことができる。このような構成により、紙の書籍のような動作を行うことが可能となる。
【０１９５】
筐体３２１には表示部３２３が組み込まれ、筐体３２２には表示部３２４が組み込まれている。表示部３２３及び表示部３２４は、続き画面を表示する構成としてもよいし、異なる画面を表示する構成としてもよい。異なる画面を表示する構成とすることで、例えば右側の表示部（図８（Ｃ）では表示部３２３）に文章を表示し、左側の表示部（図８（Ｃ）では表示部３２４）に画像を表示することができる。実施の形態１乃至４のいずれかで示した半導体装置を適用することにより、信頼性の高い電子書籍とすることができる。
【０１９６】
また、図８（Ｃ）では、筐体３２１に操作部などを備えた例を示している。例えば、筐体３２１において、電源３２６、操作キー３２７、スピーカー３２８などを備えている。操作キー３２７により、頁を送ることができる。なお、筐体の表示部と同一面にキーボードやポインティングデバイスなどを備える構成としてもよい。また、筐体の裏面や側面に、外部接続用端子（イヤホン端子、ＵＳＢ端子など）、記録媒体挿入部などを備える構成としてもよい。さらに、電子書籍３２０は、電子辞書としての機能を持たせた構成としてもよい。
【０１９７】
また、電子書籍３２０は、無線で情報を送受信できる構成としてもよい。無線により、電子書籍サーバから、所望の書籍データなどを購入し、ダウンロードする構成とすることも可能である。
【０１９８】
図８（Ｄ）は、携帯型情報端末であり、筐体３３０及び筐体３３１の二つの筐体で構成されている。筐体３３１には、表示パネル３３２、スピーカー３３３、マイクロフォン３３４、ポインティングデバイス３３６、カメラ用レンズ３３７、外部接続端子３３８などを備えている。また、筐体３３０には、携帯型情報端末の充電を行う太陽電池セル３４０、外部メモリスロット３４１などを備えている。また、アンテナは筐体３３１内部に内蔵されている。実施の形態１乃至４のいずれかで示した半導体装置を適用することにより、信頼性の高い携帯型情報端末とすることができる。
【０１９９】
また、表示パネル３３２はタッチパネルを備えており、図８（Ｄ）には映像表示されている複数の操作キー３３５を点線で示している。なお、太陽電池セル３４０で出力される電圧を各回路に必要な電圧に昇圧するための昇圧回路も実装している。
【０２００】
表示パネル３３２は、使用形態に応じて表示の方向が適宜変化する。また、表示パネル３３２と同一面上にカメラ用レンズ３３７を備えているため、テレビ電話が可能である。スピーカー３３３及びマイクロフォン３３４は音声通話に限らず、テレビ電話、録音、再生などが可能である。さらに、筐体３３０と筐体３３１は、スライドし、図８（Ｄ）のように展開している状態から重なり合った状態とすることができ、携帯に適した小型化が可能である。
【０２０１】
外部接続端子３３８はＡＣアダプタ及びＵＳＢケーブルなどの各種ケーブルと接続可能であり、充電及びパーソナルコンピュータなどとのデータ通信が可能である。また、外部メモリスロット３４１に記録媒体を挿入し、より大量のデータ保存及び移動に対応できる。
【０２０２】
また、上記機能に加えて、赤外線通信機能、テレビ受信機能などを備えたものであってもよい。
【０２０３】
図８（Ｅ）は、デジタルビデオカメラであり、本体３５１、表示部（Ａ）３５７、接眼部３５３、操作スイッチ３５４、表示部（Ｂ）３５５、バッテリー３５６などによって構成されている。実施の形態１乃至４のいずれかで示した半導体装置を適用することにより、信頼性の高いデジタルビデオカメラとすることができる。
【０２０４】
図８（Ｆ）は、テレビジョン装置の一例を示している。テレビジョン装置３６０は、筐体３６１に表示部３６３が組み込まれている。表示部３６３により、映像を表示することが可能である。また、ここでは、スタンド３６５により筐体３６１を支持した構成を示している。実施の形態１乃至４のいずれかで示した半導体装置を適用することにより、信頼性の高いテレビジョン装置３６０とすることができる。
【０２０５】
テレビジョン装置３６０の操作は、筐体３６１が備える操作スイッチや、別体のリモコン操作機により行うことができる。また、リモコン操作機に、当該リモコン操作機から出力する情報を表示する表示部を設ける構成としてもよい。
【０２０６】
なお、テレビジョン装置３６０は、受信機やモデムなどを備えた構成とする。受信機により一般のテレビ放送の受信を行うことができ、さらにモデムを介して有線または無線による通信ネットワークに接続することにより、一方向（送信者から受信者）または双方向（送信者と受信者間、あるいは受信者間同士など）の情報通信を行うことも可能である。
【０２０７】
以上、本実施の形態に示す構成、方法などは、他の実施の形態に示す構成、方法などと適宜組み合わせて用いることができる。
【符号の説明】
【０２０８】
１００ 基板
１０１ 第１の領域
１０２ 第２の領域
１０３ 絶縁層
１０４ 第１の絶縁層
１０５ 第２の絶縁層
１０６ 酸化物半導体層
１０８ａ 配線
１０８ｂ 配線
１１２ ゲート絶縁層
１１３ ゲート絶縁層
１１４ ゲート電極
１１６ａ ソース電極
１１６ｂ ドレイン電極
１２２ａ ソース領域
１２２ｂ ドレイン領域
１２３ａ オフセット領域
１２３ｂ オフセット領域
１２４ 層間絶縁層
１２６ チャネル領域
１３０ 側壁絶縁層
１３１ 第１の絶縁層
１３２ 第２の絶縁層
１３３ 第３の絶縁層
１３６ 酸化物半導体層
１５５ トランジスタ
１５６ トランジスタ
２０１ 基板
２０２ 画素部
２０３ 信号線駆動回路
２０４ 走査線駆動回路
２０５ シール材
２０６ 基板
２１８ ＦＰＣ
２１８ａ ＦＰＣ
２１８ｂ ＦＰＣ
３０１ 本体
３０２ 筐体
３０３ 表示部
３０４ キーボード
３１１ 本体
３１２ スタイラス
３１３ 表示部
３１４ 操作ボタン
３１５ 外部インターフェイス
３２０ 電子書籍
３２１ 筐体
３２２ 筐体
３２３ 表示部
３２４ 表示部
３２５ 軸部
３２６ 電源
３２７ 操作キー
３２８ スピーカー
３３０ 筐体
３３１ 筐体
３３２ 表示パネル
３３３ スピーカー
３３４ マイクロフォン
３３５ 操作キー
３３６ ポインティングデバイス
３３７ カメラ用レンズ
３３８ 外部接続端子
３４０ 太陽電池セル
３４１ 外部メモリスロット
３５１ 本体
３５３ 接眼部
３５４ 操作スイッチ
３５５ 表示部（Ｂ）
３５６ バッテリー
３５７ 表示部（Ａ）
３６０ テレビジョン装置
３６１ 筐体
３６３ 表示部
３６５ スタンド
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の領域及び第２の領域を有する絶縁層と、
前記第１の領域及び前記第２の領域に接して設けられた酸化物半導体層と、
前記酸化物半導体層に接して設けられたゲート絶縁層と、
前記ゲート絶縁層に接して設けられたゲート電極と、を有し、
前記酸化物半導体層は、チャネル領域、ソース領域及びドレイン領域を有し、
前記チャネル領域は、前記第１の領域に接して設けられ、
前記ソース領域及び前記ドレイン領域は、前記第２の領域に接して設けられ、
前記第１の領域は、加熱により酸素を放出し、
前記第２の領域は、酸素放出量が前記第１の領域より少ないことを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
第１の領域及び第２の領域を有する絶縁層と、
前記第１の領域及び前記第２の領域に接して設けられた酸化物半導体層と、
前記酸化物半導体層に接して設けられたゲート絶縁層と、
前記ゲート絶縁層に接して設けられたゲート電極と、を有し、
前記酸化物半導体層は、チャネル領域、ソース領域及びドレイン領域を有し、
前記チャネル領域は、前記第１の領域に接して設けられ、
前記ソース領域及び前記ドレイン領域は、前記第２の領域に接して設けられ、
前記第１の領域は、シリコン原子数の２倍より多い酸素原子を単位体積当たりに含む酸化シリコンを用い、
前記第２の領域には、単位体積当たりの酸素原子数が前記第１の領域より少ない酸化シリコンまたは酸化窒化シリコンを用いることを特徴とする半導体装置。
【請求項３】
請求項１において、
前記第１の領域には、酸化シリコンを用い、
前記第２の領域には、窒化シリコン、窒化酸化シリコン、酸化窒化シリコン、酸化アルミニウム、窒化アルミニウムまたは酸化窒化アルミニウムを用いることを特徴とする半導体装置。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれか一において、
前記第１の領域は、昇温脱離ガス分光法において、酸素原子に換算しての酸素の放出量が１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上であることを特徴とする半導体装置。
【請求項５】
基板または前記基板上に設けられた第２の絶縁層上に選択的に設けられた第１の絶縁層と、
前記基板または前記第２の絶縁層、及び前記第１の絶縁層に接して設けられた酸化物半導体層と、
前記酸化物半導体層に接して設けられたゲート絶縁層と、
前記ゲート絶縁層に接して設けられたゲート電極と、を有し、
前記酸化物半導体層は、チャネル領域、ソース領域及びドレイン領域を有し、
前記チャネル領域は、前記第１の絶縁層に接して設けられ、
前記ソース領域及び前記ドレイン領域は、前記基板または前記第２の絶縁層に接して設けられ、
前記第１の絶縁層は、加熱により酸素を放出することを特徴とする半導体装置。
【請求項６】
基板または前記基板上に設けられた第２の絶縁層上に選択的に設けられた第１の絶縁層と、
前記基板または前記第２の絶縁層、及び前記第１の絶縁層に接して設けられた酸化物半導体層と、
前記酸化物半導体層に接して設けられたゲート絶縁層と、
前記ゲート絶縁層に接して設けられたゲート電極と、を有し、
前記酸化物半導体層は、チャネル領域、ソース領域及びドレイン領域を有し、
前記チャネル領域は、前記第１の絶縁層に接して設けられ、
前記ソース領域及び前記ドレイン領域は、前記基板または前記第２の絶縁層に接して設けられ、
前記第１の絶縁層は、シリコン原子数の２倍より多い酸素原子を単位体積当たりに含む酸化シリコンを用いることを特徴とする半導体装置。
【請求項７】
請求項５において、
前記第１の絶縁層には、酸化シリコンを用いることを特徴とする半導体装置。
【請求項８】
請求項５乃至請求項７のいずれか一において、
前記第１の絶縁層は、昇温脱離ガス分光法において、酸素原子に換算しての酸素の放出量が１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上であることを特徴とする半導体装置。
【請求項９】
請求項１乃至請求項８のいずれか一において、
前記ソース領域及び前記ドレイン領域は、前記酸化物半導体層を低抵抗化した領域であることを特徴とする半導体装置。
【請求項１０】
請求項１乃至請求項９のいずれか一において、
前記ゲート絶縁層は、加熱により酸素を放出することを特徴とする半導体装置。
【請求項１１】
請求項１乃至請求項９のいずれか一において、
前記ゲート絶縁層には、シリコン原子数の２倍より多い酸素原子を単位体積当たりに含む酸化シリコンを用いることを特徴とする半導体装置。
【請求項１２】
請求項１乃至請求項１１のいずれか一において、
前記ゲート電極上に設けられた層間絶縁層と、
前記層間絶縁層上に設けられ、前記層間絶縁層に設けられた開口部を通して前記酸化物半導体層に接する配線と、を有することを特徴とする半導体装置。
【請求項１３】
請求項１乃至請求項４のいずれか一において、
前記第１の領域の表面及び前記第２の領域の表面が揃っていることを特徴とする半導体装置。
【請求項１４】
第１の領域及び第２の領域を有する絶縁層を形成し、
前記第１の領域及び前記第２の領域に接する酸化物半導体層を形成し、
前記酸化物半導体層に接するゲート絶縁層と、前記ゲート絶縁層に接するゲート電極とを形成し、
前記酸化物半導体層の一部に低抵抗化の処理を行うことで前記酸化物半導体層にソース領域及びドレイン領域を形成し、かつ、前記酸化物半導体層にチャネル領域を形成し、
前記チャネル領域は、前記第１の領域に接して形成され、
前記ソース領域及び前記ドレイン領域は、前記第２の領域に接して形成され、
前記第１の領域は、加熱により酸素を放出し、
前記第２の領域は、酸素放出量が前記第１の領域より少ないことを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項１５】
第１の領域及び第２の領域を有する絶縁層を形成し、
前記第１の領域及び前記第２の領域に接する酸化物半導体層を形成し、
前記酸化物半導体層に接するゲート絶縁層と、前記ゲート絶縁層に接するゲート電極とを形成し、
前記酸化物半導体層の一部に低抵抗化の処理を行うことで前記酸化物半導体層にソース領域及びドレイン領域を形成し、かつ、前記酸化物半導体層にチャネル領域を形成し、
前記チャネル領域は、前記第１の領域に接して形成され、
前記ソース領域及び前記ドレイン領域は、前記第２の領域に接して形成され、
前記第１の領域は、シリコン原子数の２倍より多い酸素原子を単位体積当たりに含む酸化シリコンを用い、
前記第２の領域は、単位体積当たりの酸素原子数が前記第１の領域より少ない酸化シリコンまたは酸化窒化シリコンを用いることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項１６】
請求項１４において、
前記第１の領域には、酸化シリコンを用い、
前記第２の領域には、窒化シリコン、窒化酸化シリコン、酸化窒化シリコン、酸化アルミニウム、窒化アルミニウムまたは酸化窒化アルミニウムを用いることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項１７】
請求項１４乃至請求項１６のいずれか一において、
前記第１の領域は、スパッタリング法により形成されることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項１８】
請求項１４乃至請求項１６のいずれか一において、
前記第１の領域は、酸素または、酸素とアルゴンの混合ガスを用いたスパッタリング法により形成されることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項１９】
基板または前記基板上に設けられた第２の絶縁層上に選択的に第１の絶縁層を形成し、
前記基板または前記第２の絶縁層、及び前記第１の絶縁層に接する酸化物半導体層を形成し、
前記酸化物半導体層に接するゲート絶縁層と、前記ゲート絶縁層に接するゲート電極とを形成し、
前記酸化物半導体層の一部に低抵抗化の処理を行うことで前記酸化物半導体層にソース領域及びドレイン領域を形成し、かつ、前記酸化物半導体層にチャネル領域を形成し、
前記チャネル領域は、前記第１の絶縁層に接して形成され、
前記ソース領域及び前記ドレイン領域は、前記基板または前記第２の絶縁層に接して形成され、
前記第１の絶縁層は、加熱により酸素を放出することを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項２０】
基板または前記基板上に設けられた第２の絶縁層上に選択的に第１の絶縁層を形成し、
前記基板または前記第２の絶縁層、及び前記第１の絶縁層に接する酸化物半導体層を形成し、
前記酸化物半導体層に接するゲート絶縁層と、前記ゲート絶縁層に接するゲート電極とを形成し、
前記酸化物半導体層の一部に低抵抗化の処理を行うことで前記酸化物半導体層にソース領域及びドレイン領域を形成し、かつ、前記酸化物半導体層にチャネル領域を形成し、
前記チャネル領域は、前記第１の絶縁層に接して形成され、
前記ソース領域及び前記ドレイン領域は、前記基板または前記第２の絶縁層に接して形成され、
前記第１の絶縁層は、シリコン原子数の２倍より多い酸素原子を単位体積当たりに含む酸化シリコンを用いることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項２１】
請求項１９において、
前記第１の絶縁層には、酸化シリコンを用いることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項２２】
請求項１９乃至請求項２１のいずれか一において、
前記第１の絶縁層は、スパッタリング法により形成されることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項２３】
請求項１９乃至請求項２１のいずれか一において、
前記第１の絶縁層は、酸素または、酸素とアルゴンの混合ガスを用いたスパッタリング法により形成されることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項２４】
請求項１４乃至請求項２３のいずれか一において、
前記酸化物半導体層は、スパッタリング法により形成されることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項２５】
請求項１４乃至請求項２４のいずれか一において、
前記酸化物半導体層の形成後、１００℃以上６５０℃以下で熱処理を行うことを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項２６】
請求項１４乃至請求項２５のいずれか一において、
前記ゲート電極をマスクに用いて、前記酸化物半導体層の一部に低抵抗化の処理を行うことで前記酸化物半導体層に前記ソース領域及び前記ドレイン領域を形成し、かつ、前記酸化物半導体層の前記ゲート電極でマスクされた部分に前記チャネル領域を形成することを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項２７】
請求項１４乃至請求項２６のいずれか一において、
前記ゲート電極上に層間絶縁層を形成し、
前記層間絶縁層上に、前記層間絶縁層に設けられた開口部を通して前記酸化物半導体層に接する配線を形成することを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項２８】
請求項１４乃至請求項１８のいずれか一において、
前記第１の領域の表面及び前記第２の領域の表面が揃っていることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項１】
第１の領域及び第２の領域を有する絶縁層と、
前記第１の領域及び前記第２の領域に接して設けられた酸化物半導体層と、
前記酸化物半導体層に接して設けられたゲート絶縁層と、
前記ゲート絶縁層に接して設けられたゲート電極と、を有し、
前記酸化物半導体層は、チャネル領域、ソース領域及びドレイン領域を有し、
前記チャネル領域は、前記第１の領域に接して設けられ、
前記ソース領域及び前記ドレイン領域は、前記第２の領域に接して設けられ、
前記第１の領域は、加熱により酸素を放出し、
前記第２の領域は、酸素放出量が前記第１の領域より少ないことを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
第１の領域及び第２の領域を有する絶縁層と、
前記第１の領域及び前記第２の領域に接して設けられた酸化物半導体層と、
前記酸化物半導体層に接して設けられたゲート絶縁層と、
前記ゲート絶縁層に接して設けられたゲート電極と、を有し、
前記酸化物半導体層は、チャネル領域、ソース領域及びドレイン領域を有し、
前記チャネル領域は、前記第１の領域に接して設けられ、
前記ソース領域及び前記ドレイン領域は、前記第２の領域に接して設けられ、
前記第１の領域は、シリコン原子数の２倍より多い酸素原子を単位体積当たりに含む酸化シリコンを用い、
前記第２の領域には、単位体積当たりの酸素原子数が前記第１の領域より少ない酸化シリコンまたは酸化窒化シリコンを用いることを特徴とする半導体装置。
【請求項３】
請求項１において、
前記第１の領域には、酸化シリコンを用い、
前記第２の領域には、窒化シリコン、窒化酸化シリコン、酸化窒化シリコン、酸化アルミニウム、窒化アルミニウムまたは酸化窒化アルミニウムを用いることを特徴とする半導体装置。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれか一において、
前記第１の領域は、昇温脱離ガス分光法において、酸素原子に換算しての酸素の放出量が１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上であることを特徴とする半導体装置。
【請求項５】
基板または前記基板上に設けられた第２の絶縁層上に選択的に設けられた第１の絶縁層と、
前記基板または前記第２の絶縁層、及び前記第１の絶縁層に接して設けられた酸化物半導体層と、
前記酸化物半導体層に接して設けられたゲート絶縁層と、
前記ゲート絶縁層に接して設けられたゲート電極と、を有し、
前記酸化物半導体層は、チャネル領域、ソース領域及びドレイン領域を有し、
前記チャネル領域は、前記第１の絶縁層に接して設けられ、
前記ソース領域及び前記ドレイン領域は、前記基板または前記第２の絶縁層に接して設けられ、
前記第１の絶縁層は、加熱により酸素を放出することを特徴とする半導体装置。
【請求項６】
基板または前記基板上に設けられた第２の絶縁層上に選択的に設けられた第１の絶縁層と、
前記基板または前記第２の絶縁層、及び前記第１の絶縁層に接して設けられた酸化物半導体層と、
前記酸化物半導体層に接して設けられたゲート絶縁層と、
前記ゲート絶縁層に接して設けられたゲート電極と、を有し、
前記酸化物半導体層は、チャネル領域、ソース領域及びドレイン領域を有し、
前記チャネル領域は、前記第１の絶縁層に接して設けられ、
前記ソース領域及び前記ドレイン領域は、前記基板または前記第２の絶縁層に接して設けられ、
前記第１の絶縁層は、シリコン原子数の２倍より多い酸素原子を単位体積当たりに含む酸化シリコンを用いることを特徴とする半導体装置。
【請求項７】
請求項５において、
前記第１の絶縁層には、酸化シリコンを用いることを特徴とする半導体装置。
【請求項８】
請求項５乃至請求項７のいずれか一において、
前記第１の絶縁層は、昇温脱離ガス分光法において、酸素原子に換算しての酸素の放出量が１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上であることを特徴とする半導体装置。
【請求項９】
請求項１乃至請求項８のいずれか一において、
前記ソース領域及び前記ドレイン領域は、前記酸化物半導体層を低抵抗化した領域であることを特徴とする半導体装置。
【請求項１０】
請求項１乃至請求項９のいずれか一において、
前記ゲート絶縁層は、加熱により酸素を放出することを特徴とする半導体装置。
【請求項１１】
請求項１乃至請求項９のいずれか一において、
前記ゲート絶縁層には、シリコン原子数の２倍より多い酸素原子を単位体積当たりに含む酸化シリコンを用いることを特徴とする半導体装置。
【請求項１２】
請求項１乃至請求項１１のいずれか一において、
前記ゲート電極上に設けられた層間絶縁層と、
前記層間絶縁層上に設けられ、前記層間絶縁層に設けられた開口部を通して前記酸化物半導体層に接する配線と、を有することを特徴とする半導体装置。
【請求項１３】
請求項１乃至請求項４のいずれか一において、
前記第１の領域の表面及び前記第２の領域の表面が揃っていることを特徴とする半導体装置。
【請求項１４】
第１の領域及び第２の領域を有する絶縁層を形成し、
前記第１の領域及び前記第２の領域に接する酸化物半導体層を形成し、
前記酸化物半導体層に接するゲート絶縁層と、前記ゲート絶縁層に接するゲート電極とを形成し、
前記酸化物半導体層の一部に低抵抗化の処理を行うことで前記酸化物半導体層にソース領域及びドレイン領域を形成し、かつ、前記酸化物半導体層にチャネル領域を形成し、
前記チャネル領域は、前記第１の領域に接して形成され、
前記ソース領域及び前記ドレイン領域は、前記第２の領域に接して形成され、
前記第１の領域は、加熱により酸素を放出し、
前記第２の領域は、酸素放出量が前記第１の領域より少ないことを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項１５】
第１の領域及び第２の領域を有する絶縁層を形成し、
前記第１の領域及び前記第２の領域に接する酸化物半導体層を形成し、
前記酸化物半導体層に接するゲート絶縁層と、前記ゲート絶縁層に接するゲート電極とを形成し、
前記酸化物半導体層の一部に低抵抗化の処理を行うことで前記酸化物半導体層にソース領域及びドレイン領域を形成し、かつ、前記酸化物半導体層にチャネル領域を形成し、
前記チャネル領域は、前記第１の領域に接して形成され、
前記ソース領域及び前記ドレイン領域は、前記第２の領域に接して形成され、
前記第１の領域は、シリコン原子数の２倍より多い酸素原子を単位体積当たりに含む酸化シリコンを用い、
前記第２の領域は、単位体積当たりの酸素原子数が前記第１の領域より少ない酸化シリコンまたは酸化窒化シリコンを用いることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項１６】
請求項１４において、
前記第１の領域には、酸化シリコンを用い、
前記第２の領域には、窒化シリコン、窒化酸化シリコン、酸化窒化シリコン、酸化アルミニウム、窒化アルミニウムまたは酸化窒化アルミニウムを用いることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項１７】
請求項１４乃至請求項１６のいずれか一において、
前記第１の領域は、スパッタリング法により形成されることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項１８】
請求項１４乃至請求項１６のいずれか一において、
前記第１の領域は、酸素または、酸素とアルゴンの混合ガスを用いたスパッタリング法により形成されることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項１９】
基板または前記基板上に設けられた第２の絶縁層上に選択的に第１の絶縁層を形成し、
前記基板または前記第２の絶縁層、及び前記第１の絶縁層に接する酸化物半導体層を形成し、
前記酸化物半導体層に接するゲート絶縁層と、前記ゲート絶縁層に接するゲート電極とを形成し、
前記酸化物半導体層の一部に低抵抗化の処理を行うことで前記酸化物半導体層にソース領域及びドレイン領域を形成し、かつ、前記酸化物半導体層にチャネル領域を形成し、
前記チャネル領域は、前記第１の絶縁層に接して形成され、
前記ソース領域及び前記ドレイン領域は、前記基板または前記第２の絶縁層に接して形成され、
前記第１の絶縁層は、加熱により酸素を放出することを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項２０】
基板または前記基板上に設けられた第２の絶縁層上に選択的に第１の絶縁層を形成し、
前記基板または前記第２の絶縁層、及び前記第１の絶縁層に接する酸化物半導体層を形成し、
前記酸化物半導体層に接するゲート絶縁層と、前記ゲート絶縁層に接するゲート電極とを形成し、
前記酸化物半導体層の一部に低抵抗化の処理を行うことで前記酸化物半導体層にソース領域及びドレイン領域を形成し、かつ、前記酸化物半導体層にチャネル領域を形成し、
前記チャネル領域は、前記第１の絶縁層に接して形成され、
前記ソース領域及び前記ドレイン領域は、前記基板または前記第２の絶縁層に接して形成され、
前記第１の絶縁層は、シリコン原子数の２倍より多い酸素原子を単位体積当たりに含む酸化シリコンを用いることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項２１】
請求項１９において、
前記第１の絶縁層には、酸化シリコンを用いることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項２２】
請求項１９乃至請求項２１のいずれか一において、
前記第１の絶縁層は、スパッタリング法により形成されることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項２３】
請求項１９乃至請求項２１のいずれか一において、
前記第１の絶縁層は、酸素または、酸素とアルゴンの混合ガスを用いたスパッタリング法により形成されることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項２４】
請求項１４乃至請求項２３のいずれか一において、
前記酸化物半導体層は、スパッタリング法により形成されることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項２５】
請求項１４乃至請求項２４のいずれか一において、
前記酸化物半導体層の形成後、１００℃以上６５０℃以下で熱処理を行うことを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項２６】
請求項１４乃至請求項２５のいずれか一において、
前記ゲート電極をマスクに用いて、前記酸化物半導体層の一部に低抵抗化の処理を行うことで前記酸化物半導体層に前記ソース領域及び前記ドレイン領域を形成し、かつ、前記酸化物半導体層の前記ゲート電極でマスクされた部分に前記チャネル領域を形成することを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項２７】
請求項１４乃至請求項２６のいずれか一において、
前記ゲート電極上に層間絶縁層を形成し、
前記層間絶縁層上に、前記層間絶縁層に設けられた開口部を通して前記酸化物半導体層に接する配線を形成することを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項２８】
請求項１４乃至請求項１８のいずれか一において、
前記第１の領域の表面及び前記第２の領域の表面が揃っていることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１２−４９５１３（Ｐ２０１２−４９５１３Ａ）
【公開日】平成２４年３月８日（２０１２．３．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１５７７５８（Ｐ２０１１−１５７７５８）
【出願日】平成２３年７月１９日（２０１１．７．１９）
【出願人】（０００１５３８７８）株式会社半導体エネルギー研究所 (5,264)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年３月８日（２０１２．３．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年７月１９日（２０１１．７．１９）
【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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