半導体装置及び半導体装置の作製方法
【課題】酸化物半導体を用いたトランジスタにおいて、ソースドレイン間のリーク電流を低減する。
【解決手段】ゲート絶縁膜１１２に接する第１のゲート膜１１４として、インジウムと窒素を有し、バンドギャップが２．８電子ボルト未満の化合物導電体を用いる。この化合物導電体は、仕事関数が５電子ボルト以上、好ましくは５．５電子ボルト以上であるので、酸化物半導体膜１０６の電子濃度を極めて低く維持でき、その結果、ソースドレイン間のリーク電流が低減する。
【解決手段】ゲート絶縁膜１１２に接する第１のゲート膜１１４として、インジウムと窒素を有し、バンドギャップが２．８電子ボルト未満の化合物導電体を用いる。この化合物導電体は、仕事関数が５電子ボルト以上、好ましくは５．５電子ボルト以上であるので、酸化物半導体膜１０６の電子濃度を極めて低く維持でき、その結果、ソースドレイン間のリーク電流が低減する。
【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、ゲート電位がソース電位と同じ状態（すなわちゲート電圧が０ボルトである状態）においても、ソースドレイン間に電流（リーク電流）が流れるという現象（いわゆるノーマリーオン）がある。
【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】
本発明の一は、ゲート電圧が０ボルトであっても、ソースドレイン間に流れる単位チャネルあたりの電流が１×１０−１３Ａ／□以下、好ましくは、１×１０−１４Ａ／□以下であるトランジスタあるいはそれに類する特性を有する半導体装置およびその作製方法を提供する。なお、単位チャネルあたりの電流とは、電流値にトランジスタのチャネル長とチャネル幅の比（チャネル長／チャネル幅）を乗じたもので、チャネル長、チャネル幅がさまざまなトランジスタ間の特性を比較する上で便利である。
【０００８】
また、本発明の一は、新規な構造の半導体装置あるいはその作製方法を提供することを課題とする。特に消費電力を低減できる、あるいは信頼性が高い半導体装置あるいは半導体装置の作製方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一態様は、インジウムを有する酸化物半導体膜と、インジウムと窒素を有し、バンドギャップが２．８電子ボルト未満、好ましくは、２．３電子ボルト未満である化合物導電体の膜と、その間に設けられた絶縁膜を有する半導体装置である。
【００１０】
また、本発明の一態様は、インジウムと窒素を有し、バンドギャップが２．８電子ボルト未満、好ましくは、２．３電子ボルト未満である化合物導電体の膜に接して絶縁膜を設ける工程と、絶縁膜上にインジウムを有する酸化物半導体膜を設ける工程を有する半導体装置の作製方法である。
【００１１】
また、本発明の一態様は、インジウムを有する酸化物半導体膜上に絶縁膜を設ける工程と、絶縁膜に接してインジウムと窒素を有し、バンドギャップが２．８電子ボルト未満、好ましくは、２．３電子ボルト未満である化合物導電体の膜を設ける工程を有する半導体装置の作製方法である。
【００１２】
上記において、化合物導電体の仕事関数は５電子ボルト以上、好ましくは５．５電子ボルト以上であるとよい。また、上記において化合物導電体の膜は、窒素を含む雰囲気でスパッタリング法により形成されてもよい。また、上記において、化合物導電体の膜は、酸素濃度が５％以下の雰囲気でスパッタリング法により形成されてもよい。上記において、化合物導電体のイオン化ポテンシャルは７電子ボルト以上、好ましくは７．５電子ボルト以上であるとよい。
【００１３】
また、上記において化合物導電体は全構成元素において窒素の比率が１０原子％以上５０原子％以下、インジウムの比率が１０原子％以上５０原子％以下であってもよい。また、その他に、ガリウムや亜鉛や酸素を有してもよい。これらの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。
【００１４】
なお上記の濃度範囲は、ラザフォード後方散乱法や、水素前方散乱法あるいは二次イオン質量分析法を用いて測定した場合のものである。
【００１５】
また、上記において、酸化物半導体膜のドナーあるいはアクセプタの濃度は１×１０１２ｃｍ−３以下とするとよい。ここで、ドナーあるいはアクセプタとは、電子やホールを放出してイオン化した原子のことであり、同じ元素であってもイオン化していない原子は含めない。例えば、電子やホールを放出できる原子の半導体膜中の濃度が１×１０１８ｃｍ−３であり、そのうちの０．０１％がイオン化して、電子を放出している場合、ドナー濃度は１×１０１８ｃｍ−３の０．０１％の１×１０１４ｃｍ−３である。
【発明の効果】
【００１６】
酸化物半導体は、シリコン半導体とは異なり、ドーピングによりＮ型半導体とＰ型半導体を作り分けることが困難であるため、シリコン半導体のようなＰＮ接合を形成することができない。したがって、酸化物半導体を用いたトランジスタは半導体膜に金属等の導電性材料を接合した導体半導体接合（金属半導体接合とも言う）を用いる。特に、ソース電極やドレイン電極では、オーミック接合となるような導体半導体接合を用いる。
【００１７】
ＰＮ接合であれば、逆方向には大きな抵抗となるが、オーミック接合となるような導体半導体接合では抵抗は大きくなく、半導体膜のキャリア濃度が高いとゲート電圧が０ボルトであってもソースドレイン間に大きな電流が流れてしまう。そこで、半導体膜のドナーあるいはアクセプタの濃度を極めて低くすることにより、リーク電流を低減することが考えられる。
【００１８】
バンドギャップが３．２電子ボルトの酸化物半導体では、室温での熱励起によるキャリア濃度は１×１０−７ｃｍ−３であり、シリコン半導体（バンドギャップ１．１電子ボルト）の１×１０１１ｃｍ−３よりも小さい。
【００１９】
しかしながら、半導体膜中のドナーやアクセプタの濃度は十分に低くとも、ソース電極やドレイン電極を上述のような導体半導体接合により形成すると、導体から半導体への電子の注入により、半導体膜に相応の電子が存在し、ソースとドレイン間の絶縁性を損なう要因となる。このような電子を排除するには、トランジスタのゲートに仕事関数の大きな材料を用いる必要がある。特に、上記の課題を達成するためには仕事関数が５電子ボルト以上、好ましくは５．５電子ボルト以上の材料を用いる必要がある。
【００２０】
より厳密には、半導体膜の電子親和力より０．７電子ボルト以上大きな仕事関数の材料を用いることが好ましい。トランジスタのしきい値は、ゲート絶縁膜が無限に薄い条件では、ゲートの仕事関数及び半導体膜の電子親和力から算出される。例えば、半導体膜の電子親和力が４．６電子ボルト、ゲートの仕事関数が５．５電子ボルトであれば、トランジスタのしきい値は＋０．９ボルトであるが、ゲートの仕事関数が４．３電子ボルトであれば、トランジスタのしきい値は−０．３ボルトとなる。
【００２１】
もちろん、ゲート絶縁膜の厚さが有限の値を有する場合にはトランジスタのしきい値は、ゲート絶縁膜の影響を受け、ゲート絶縁膜が酸化シリコン換算で１００ｎｍ以上であるトランジスタでは、しきい値の決定におけるゲートの仕事関数の寄与は小さくなる。一方、チャネル長が１００ｎｍ以下のトランジスタでは、ゲート絶縁膜の実効的な厚さを極めて小さく（酸化シリコン換算で１０ｎｍ以下）することが求められるので、上記の計算が妥当となる。
【００２２】
すなわち、チャネル長が十分に大きく、ゲート絶縁膜が酸化シリコン換算で１００ｎｍ以上であるトランジスタでは、ゲートの仕事関数はさほど重要ではないが、上記のようなチャネル長が１００ｎｍ以下で、ゲート絶縁膜の実効的な厚さが酸化シリコン換算で１０ｎｍ以下のトランジスタでは、ゲートの仕事関数はトランジスタ特性を決定する上で重要なファクタとなる。
【００２３】
なお、ゲート電圧０ボルトで単位チャネルあたりのソースドレイン間の電流が１×１０−１３Ａ／□以下であるためには、しきい値は＋０．７ボルト以上であることが好ましい。同様に、ゲート電圧０ボルトで単位チャネルあたりのドレイン電流が１×１０−１４Ａ／□以下であるためには、しきい値は＋０．８ボルト以上であることが好ましい。
【００２４】
しかしながら、このような仕事関数の大きな材料は、白金系貴金属のように高価であり、また、埋蔵量も限られており、工業的に用いるには障害が大きい。本発明者は白金系貴金属に代わる仕事関数の大きな材料を探索したところ、上記の様態記載の化合物導電体の少なくとも一は図８（Ａ）に示すようなバンド構造を有し、５電子ボルト以上、好ましくは５．５電子ボルト以上の仕事関数を有することを見出した。
【００２５】
すなわち、これらの材料は紫外線光電子分光法によりイオン化ポテンシャル（Ｉｐ、価電子帯Ｅｃと真空準位Ｅｖａｃとのエネルギー差）が７電子ボルト以上、典型的には７．８電子ボルト程度であることが認められた。また、透過率測定によって得られたバンドギャップ（Ｅｇ）は２．８電子ボルト未満であった。また、キャリアがｎ型の半導体であり、キャリア濃度が１×１０１８ｃｍ−３以上であるため、フェルミレベルは伝導帯（Ｅｃ）の辺りにある。
【００２６】
このため、仕事関数（Ｗ）は電子親和力（χ）と同じとみなしてよい。したがって、仕事関数は、図８（Ａ）に示すように、イオン化ポテンシャル（ＩＰ）−バンドギャップ（Ｅｇ）により算出され、５電子ボルト以上であることがわかる。
【００２７】
また、バンドギャップは化合物導電体の膜中の窒素の比率が高くなるほど低下し、一方で、イオン化ポテンシャルはほとんど変動しない。したがって、仕事関数は窒素の比率が高くなるにしたがって大きくなる。
【００２８】
図８（Ｂ）は、スパッタリング法により化合物導電体の膜を作製する際の雰囲気と得られる膜のバンドギャップの関係を示したものであるが、図８（Ｂ）の実線および白丸は、雰囲気をアルゴンと窒素とした場合のものであるが、成膜時の窒素の流量が大きいほどバンドギャップは低下する傾向が示されている。
【００２９】
一方、図８（Ｂ）の点線および三角形は、雰囲気を酸素と窒素としたものである。雰囲気の酸素濃度を２５％とした場合には、バンドギャップは３電子ボルト以上、典型的には３．３電子ボルト程度となる。そのため、仕事関数は４．５電子ボルト程度に低下する。
【００３０】
このような化合物導電体の膜をゲートとするトランジスタを作製したところ、図９に示すようにゲート電圧が０ボルトであっても、ソースドレイン間の単位チャネルあたりの電流が１×１０−１４Ａ／□以下という特性が得られた。
【００３１】
図９にはトランジスタ（チャネル長２．９μｍ、チャネル幅１０．１μｍ、ゲート絶縁膜（比誘電率４．１）３０ｎｍ）のゲート電圧（Ｖｇ）とソースドレイン間電流（Ｉｄ）の関係を示すものであるが、上記の化合物導電体（仕事関数５電子ボルト）をゲート電極に用いたトランジスタの特性（「Ａ」と表記されている曲線）は、通常の窒化タンタル（仕事関数４．６電子ボルト）をゲート電極に用いたトランジスタの特性（「Ｂ」と表記されている曲線）よりも０．３ボルト程度プラス側にあり、ゲート電圧が０ボルトのときのソースドレイン間の電流は測定下限（１×１０−１４Ａ）以下となっている。
【００３２】
以上は、トランジスタの特性に関するものであったが、トランジスタに限らず、半導体膜と絶縁膜と導電膜の積層構造を有する半導体装置（ダイオード等）では、同様な効果が得られる。このように本発明の一態様により、優れた電気特性を有するトランジスタやダイオード等の半導体装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の一態様である半導体装置の一例を示す上面図及び断面図。
【図２】本発明の一態様である半導体装置の一例を示す断面図。
【図３】本発明の一態様である半導体装置の作製工程の一例を示す断面図。
【図４】本発明の一態様である半導体装置の作製工程の一例を示す断面図。
【図５】本発明の一態様である半導体装置の作製工程の一例を示す断面図。
【図６】本発明の一態様である半導体装置の作製工程の一例を示す断面図。
【図７】本発明の一態様である半導体装置の作製工程の一例を示す断面図。
【図８】本発明の一態様の効果を説明する図。
【図９】本発明の一態様の効果を説明する図。
【図１０】本発明の応用例を説明する図。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
さらに、本明細書で酸化物というのは、その物質（化合物を含む）に含まれる窒素、酸素、フッ素、硫黄、セレン、塩素、臭素、テルル、ヨウ素の占める割合（モル比）が全体の２５％以上で、かつ、以上の元素に対する酸素の割合（モル比）が７０％以上のものをいう。
【００３７】
また、本明細書で金属元素とは、希ガス元素、水素、ホウ素、炭素、窒素、１６族元素（酸素等）、１７族元素（フッ素等）、シリコン、燐、ゲルマニウム、砒素、アンチモン以外の全ての元素のことである。
【００３８】
さらに、本明細書において、ある（１つの）金属元素を主たる金属成分とする、とはその物質中に金属元素が複数ある中で、当該金属元素が金属元素全体の５０％以上を占める場合を言う。また、ｎ種の金属元素Ｍ１、Ｍ２、・・、Ｍｎを主たる金属成分とするとは、金属元素Ｍ１、Ｍ２、・・、Ｍｎのそれぞれの占める比率の総和が金属元素全体の｛（１−２−ｎ）×１００｝［％］以上を占める場合を言う。
【００３９】
なお、本明細書において記載されている膜中の主たる成分でない元素の濃度は、特に断らない限り、二次イオン質量分析法により検出される濃度の最低値である。一般に、二次イオン質量分析法により、単層あるいは多層の膜の深さ方向の元素の濃度の分析をおこなうと、特に微量元素の場合、基板と膜あるいは膜と膜の界面では元素濃度が異常に高くなる傾向があるが、このような部分の濃度は正確な値ではない上、測定ごとのばらつきも大きい。
【００４０】
このように信頼性の低い界面付近の濃度を採用することを避け、その他の濃度の安定した部分を膜の正確な濃度の指標とするため、本明細書では上記のように定義するものである。
【００４１】
また、以下の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。
【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３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、トップゲートトップコンタクト型であるトランジスタ１５１の上面図及び断面図を示す。ここで、図１（Ａ）は上面図であり、図１（Ｂ）及び図１（Ｃ）はそれぞれ、図１（Ａ）におけるＡ−Ｂ断面及びＣ−Ｄ断面における断面図である。なお、図１（Ａ）では、煩雑になることを避けるため、トランジスタ１５１の構成要素の一部（例えば、ゲート絶縁膜１１２など）を省略している。
【００４４】
図１に示すトランジスタ１５１は、基板１００上の、絶縁膜１０２、酸化物半導体膜１０６、ソース電極１０８ａ、ドレイン電極１０８ｂ、ゲート絶縁膜１１２、第１のゲート膜１１４および第２のゲート膜１１５を含む。第１のゲート膜１１４および第２のゲート膜１１５の双方あるいは一方はゲート電極として機能する。
【００４５】
第１のゲート膜１１４はゲート絶縁膜１１２と接し、インジウムと窒素を含むバンドギャップが２．８電子ボルト未満、好ましくは、２．３電子ボルト未満である化合物導電体よりなり、その厚さは５ｎｍ以上２００ｎｍ以下とする。
【００４６】
上記化合物導電体は金属に比べると導電性が劣るため、第１のゲート膜１１４の上に、導電性の良好な金属あるいは金属窒化物等により第２のゲート膜１１５を設けるとよい。もちろん、第１のゲート膜１１４で十分な導電性が得られるのであれば、第２のゲート膜１１５を設けなくてもよい。
【００４７】
なお、第１のゲート膜１１４の厚さを５ｎｍ未満とすると、トランジスタの特性が上記化合物導電体の仕事関数ではなく、第２のゲート膜１１５の仕事関数の影響を受けるため、第１のゲート膜１１４の厚さを５ｎｍ未満とすることは好ましくない。
【００４８】
絶縁膜１０２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。また、絶縁膜１０２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、窒化アルミニウムまたはこれらの混合材料などを積層して用いてもよい。
【００４９】
例えば、絶縁膜１０２を窒化シリコン膜と酸化シリコン膜の積層構造とすると、基板１００などからトランジスタ１５１への水分や水素の混入を防ぐことができる。絶縁膜１０２を積層構造で形成する場合、酸化物半導体膜１０６と接する側を酸化シリコン、酸化窒化シリコン、酸化アルミニウム、これらの混合材料などの酸化物膜とするとよい。
【００５０】
なお、絶縁膜１０２はトランジスタ１５１の下地膜として機能する。絶縁膜１０２は加熱により酸素放出可能であることが好ましい。「加熱により酸素放出可能」とは、Ｏ２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。
【００５１】
酸化物半導体膜１０６に用いる材料としては、そのバンドギャップは２．８電子ボルト以上であることが好ましい。さらに、その電子親和力が３．９電子ボルト以上４．９電子ボルト以下であることが好ましい。
【００５２】
上述のようにゲートの仕事関数と半導体膜の電子親和力が大きいほど、しきい値は大きくなり、ゲート電圧０Ｖでのソースドレイン間の電流を低減できる。一方で、半導体膜の電子親和力が小さくなると、半導体膜とのオーミック接合を形成するためには半導体膜の電子親和力よりも仕事関数の小さな材料が望まれるので、ソースやドレインでのオーミック接合を形成することのできる材料が限られる。したがって、実用的には半導体膜の電子親和力は上記の範囲にあることが好ましい。
【００５３】
なお、酸化物半導体膜１０６に用いる材料としては、少なくともインジウム（Ｉｎ）あるいは亜鉛（Ｚｎ）を含むことが好ましい。特にＩｎとＺｎを含むことが好ましい。また、該酸化物を用いたトランジスタの電気特性のばらつきを減らすためのスタビライザーとして、それらに加えてガリウム（Ｇａ）を有することが好ましい。また、スタビライザーとしてスズ（Ｓｎ）を有することが好ましい。また、スタビライザーとしてハフニウム（Ｈｆ）を有することが好ましい。また、スタビライザーとしてアルミニウム（Ａｌ）を有することが好ましい。また、スタビライザーとしてチタン（Ｔｉ）を有することが好ましい。また、スタビライザーとしてジルコニウム（Ｚｒ）を有することが好ましい。
【００５４】
また、他のスタビライザーとして、ランタノイドである、ランタン（Ｌａ）、セリウム（Ｃｅ）、プラセオジム（Ｐｒ）、ネオジム（Ｎｄ）、サマリウム（Ｓｍ）、ユウロピウム（Ｅｕ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、テルビウム（Ｔｂ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）、ホルミウム（Ｈｏ）、エルビウム（Ｅｒ）、ツリウム（Ｔｍ）、イッテルビウム（Ｙｂ）、ルテチウム（Ｌｕ）のいずれか一種あるいは複数種を有してもよい。
【００５５】
例えば、酸化物半導体として、酸化インジウム、酸化スズ、酸化亜鉛、二元系金属の酸化物であるＩｎ−Ｚｎ系酸化物、Ｓｎ−Ｚｎ系酸化物、Ａｌ−Ｚｎ系酸化物、Ｚｎ−Ｍｇ系酸化物、Ｓｎ−Ｍｇ系酸化物、Ｉｎ−Ｍｇ系酸化物、Ｉｎ−Ｇａ系酸化物、三元系金属の酸化物であるＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物（ＩＧＺＯとも表記する）、Ｉｎ−Ａｌ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｔｉ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｚｒ−Ｚｎ系酸化物、Ｓｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物、Ａｌ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物、Ｓｎ−Ａｌ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｈｆ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｌａ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｃｅ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｐｒ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｎｄ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｓｍ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｅｕ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｇｄ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｔｂ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｄｙ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｈｏ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｅｒ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｔｍ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｙｂ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｌｕ−Ｚｎ系酸化物、四元系金属の酸化物であるＩｎ−Ｓｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｈｆ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ａｌ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｓｎ−Ａｌ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｈｆ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｈｆ−Ａｌ−Ｚｎ系酸化物を用いることができる。
【００５６】
なお、ここで、例えば、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物とは、ＩｎとＧａとＺｎを主たる金属成分として有する酸化物という意味であり、ＩｎとＧａとＺｎの比率は問わない。また、ＩｎとＧａとＺｎ以外の金属元素が入っていてもよい。
【００５７】
また、酸化物半導体として、ＩｎＭＯ３（ＺｎＯ）ｍ（ｍ＞０、且つ、ｍは整数でない）で表記される材料を用いてもよい。なお、Ｍは、Ｇａ、Ｆｅ、Ｍｎ及びＣｏから選ばれた一の金属元素または複数の金属元素を示す。また、酸化物半導体として、Ｉｎ２ＳｎＯ５（ＺｎＯ）ｎ（ｎ＞０、且つ、ｎは整数）で表記される材料を用いてもよい。
【００５８】
例えば、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：１（＝１／３：１／３：１／３）あるいはＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝２：２：１（＝２／５：２／５：１／５）の原子数比のＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物やその組成の近傍の酸化物を用いることができる。あるいは、Ｉｎ：Ｓｎ：Ｚｎ＝１：１：１（＝１／３：１／３：１／３）、Ｉｎ：Ｓｎ：Ｚｎ＝２：１：３（＝１／３：１／６：１／２）あるいはＩｎ：Ｓｎ：Ｚｎ＝２：１：５（＝１／４：１／８：５／８）の原子数比のＩｎ−Ｓｎ−Ｚｎ系酸化物やその組成の近傍の酸化物を用いるとよい。
【００５９】
しかし、これらに限られず、必要とする半導体特性（移動度、しきい値、ばらつき等）に応じて適切な組成のものを用いればよい。また、必要とする半導体特性を得るために、キャリア濃度や不純物濃度、欠陥密度、金属元素と酸素の原子数比、原子間結合距離、密度等を適切なものとすることが好ましい。
【００６０】
例えば、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｚｎ系酸化物では比較的容易に高い移動度が得られる。しかしながら、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物でも、バルク内欠陥密度を下げることにより移動度を上げることができる。
【００６１】
なお、例えば、Ｉｎ、Ｇａ、Ｚｎの原子数比がＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝ａ：ｂ：ｃ（ａ＋ｂ＋ｃ＝１）である酸化物の組成が、原子数比がＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝Ａ：Ｂ：Ｃ（Ａ＋Ｂ＋Ｃ＝１）の酸化物の組成の近傍であるとは、ａ、ｂ、ｃが、
（ａ―Ａ）２＋（ｂ―Ｂ）２＋（ｃ―Ｃ）２≦ｒ２
を満たすことをいい、ｒは、例えば、０．０５とすればよい。他の酸化物でも同様である。
【００６２】
酸化物半導体は単結晶でも、非単結晶でもよい。後者の場合、アモルファスでも、多結晶でもよい。また、アモルファス中に結晶性を有する部分を含む構造でも、非アモルファスでもよい。
【００６３】
アモルファス状態の酸化物半導体は、比較的容易に平坦な表面を得ることができるため、これを用いてトランジスタを作製した際の界面散乱を低減でき、比較的容易に、比較的高い移動度を得ることができる。
【００６４】
また、結晶性を有する酸化物半導体では、よりバルク内欠陥を低減することができ、表面の平坦性を高めればアモルファス状態の酸化物半導体以上の移動度を得ることができる。表面の平坦性を高めるためには、平坦な表面上に酸化物半導体を形成することが好ましく、具体的には、平均面粗さ（Ｒａ）が１ｎｍ以下、好ましくは０．３ｎｍ以下、より好ましくは０．１ｎｍ以下の表面上に形成するとよい。
【００６５】
なお、Ｒａは、ＪＩＳ Ｂ０６０１で定義されている中心線平均粗さを面に対して適用できるよう三次元に拡張したものであり、「基準面から指定面までの偏差の絶対値を平均した値」と表現でき、以下の式にて定義される。
【００６６】
【数１】
【００６７】
なお、上記において、Ｓ０は、測定面（座標（ｘ１，ｙ１）（ｘ１，ｙ２）（ｘ２，ｙ１）（ｘ２，ｙ２）で表される４点によって囲まれる長方形の領域）の面積を指し、Ｚ０は測定面の平均高さを指す。Ｒａは原子間力顕微鏡（ＡＦＭ：Ａｔｏｍｉｃ Ｆｏｒｃｅ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）にて評価可能である。
【００６８】
本実施の形態では、酸化物半導体として、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物を採用する。すなわち、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物をターゲットとしてスパッタリング法により形成する。
【００６９】
酸化物半導体膜１０６と下地である絶縁膜１０２とが接することで、絶縁膜１０２と酸化物半導体膜１０６との界面準位及び酸化物半導体膜１０６中の酸素欠損を低減することができる。上記界面準位の低減により、ゲート電極に高い電圧を印加した際のしきい値変動を小さくすることができる。
【００７０】
ゲート絶縁膜１１２は、絶縁膜１０２と同様の構成とすることができ、加熱により酸素放出可能な絶縁膜であることが好ましい。このとき、トランジスタのゲート絶縁膜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ゲート絶縁膜１１２の間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。
【００７１】
トランジスタ１５１上には、さらに保護絶縁膜が設けられていてもよい。保護絶縁膜は、絶縁膜１０２と同様の構成とすることができる。また、ソース電極１０８ａやドレイン電極１０８ｂと配線とを電気的に接続させるために、絶縁膜１０２、ゲート絶縁膜１１２などには開口部が形成されていてもよい。また、酸化物半導体膜１０６の下方に、さらに、第２のゲート電極を有していてもよい。なお、酸化物半導体膜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。
【００７２】
図２（Ａ）及び図２（Ｂ）には、トランジスタ１５１とは異なる構成のトランジスタの断面構造を示す。図２（Ａ）に示すトランジスタ１５２は、絶縁膜１０２、酸化物半導体膜１０６、ソース電極１０８ａ、ドレイン電極１０８ｂ、ゲート絶縁膜１１２、第１のゲート膜１１４、第２のゲート膜１１５を含む点で、トランジスタ１５１と共通している。
【００７３】
トランジスタ１５２とトランジスタ１５１との相違は、酸化物半導体膜１０６と、ソース電極１０８ａやドレイン電極１０８ｂが接続する位置である。即ち、トランジスタ１５２では、酸化物半導体膜１０６の下部において、酸化物半導体膜１０６と、ソース電極１０８ａやドレイン電極１０８ｂとが接している。その他の構成要素については、図１のトランジスタ１５１と同様である。
【００７４】
図２（Ｂ）に示すトランジスタ１５３は、絶縁膜１０２、ゲート絶縁膜１１２、第１のゲート膜１１４、第２のゲート膜１１５、ソース電極１０８ａ、ドレイン電極１０８ｂを含む点で、トランジスタ１５１及びトランジスタ１５２と共通している。
【００７５】
トランジスタ１５３は、同一平面上の酸化物半導体膜中にチャネル領域１２６、ソース領域１２２ａ、ドレイン領域１２２ｂを形成する点でトランジスタ１５１及びトランジスタ１５２との相違がある。ソース領域１２２ａ及びドレイン領域１２２ｂには、保護絶縁膜１２４を介して、それぞれソース電極１０８ａ及びドレイン電極１０８ｂが接続される。
【００７６】
下地である絶縁膜１０２は、トランジスタ１５１と同様の構成とすることができる。酸化物半導体膜が形成された後、ゲート絶縁膜１１２及び第１のゲート膜１１４、第２のゲート膜１１５を形成する。第１のゲート膜１１４、第２のゲート膜１１５とゲート絶縁膜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、第１のゲート膜１１４と第２のゲート膜１１５を加工した後、第１のゲート膜１１４と第２のゲート膜１１５をマスクに用いてゲート絶縁膜１１２を加工してもよい。
【００７７】
また、ソース領域１２２ａ及びドレイン領域１２２ｂは第１のゲート膜１１４、第２のゲート膜１１５をマスクに用い、酸化物半導体膜を低抵抗化して形成する。第１のゲート膜１１４下の領域はチャネル領域１２６となる。
【００７８】
以下、図３（Ａ）乃至図３（Ｅ）を用いて、図１に示すトランジスタ１５１の作製工程の一例について説明する。
【００７９】
まず、基板１００上に絶縁膜１０２を形成する（図３（Ａ）参照）。絶縁膜１０２は、加熱により酸素放出可能であることが好ましい。
【００８０】
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。
【００８１】
また、基板にトランジスタにとって好ましくない不純物が含まれている場合には、それらをブロッキングする機能を有する絶縁性の材料（例えば、窒化アルミニウム、酸化アルミニウム、窒化シリコン等）の膜を基板１００との界面や表面に設けることが望ましい。
【００８２】
絶縁膜１０２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。絶縁膜１０２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。また、絶縁膜１０２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、窒化アルミニウムまたはこれらの混合材料などを積層して用いてもよい。
【００８３】
絶縁膜１０２を積層構造で形成する場合、酸化物半導体膜１０６と接する側を酸化シリコン、酸化窒化シリコン、酸化アルミニウム、これらの混合材料などのような酸化物膜とするとよい。絶縁膜１０２の合計の厚さは、好ましくは１０ｎｍ以上とする。
【００８４】
例えば、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）、基板とターゲットの間の距離を２０ｍｍ以上４００ｍｍ以下（好ましくは４０ｍｍ以上２００ｍｍ以下）、圧力を０．１Ｐａ以上４Ｐａ以下（好ましくは０．２Ｐａ以上１．２Ｐａ以下）、高周波電源を０．５ｋＷ以上１２ｋＷ以下（好ましくは１ｋＷ以上５ｋＷ以下）、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膜を形成する。
【００８５】
次に、絶縁膜１０２上に酸化物半導体膜を形成し、当該酸化物半導体膜を加工して島状の酸化物半導体膜１０６を形成する（図３（Ｂ）参照）。なお、絶縁膜１０２及び酸化物半導体膜１０６は、大気に触れさせることなく連続して形成することが好ましい。酸化物半導体膜は、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。本実施の形態では、酸化物半導体膜を、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物のターゲットを用いたスパッタリング法により形成する。また、酸化物半導体膜の厚さは、３ｎｍ以上５０ｎｍ以下とすることが好ましい。
【００８６】
Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物の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］の酸化物の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］の組成比の酸化物のターゲットを用いることもできる。
【００８７】
酸化物の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９９．９％以下とする。相対密度の高い酸化物のターゲットを用いることにより、成膜した酸化物半導体膜を緻密な膜とすることができるためである。
【００８８】
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、酸化物半導体膜への水素、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。
【００８９】
例えば、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。
【００９０】
なお、リチウム、ナトリウム、カリウム等のアルカリ金属あるいはアルカリ土類金属も酸化物半導体をトランジスタに用いる場合においては好ましくない元素であるので、トランジスタを構成する材料には可能な限り含まれないようにすることが好ましい。
【００９１】
特にアルカリ金属のうち、ナトリウムは酸化物半導体に接する絶縁性酸化物中に拡散し、ナトリウムイオンとなる。あるいは酸化物半導体内において、金属元素と酸素の結合を分断し、あるいは結合中に割り込む。その結果、トランジスタ特性の劣化（例えば、ノーマリオン化（しきい値の負へのシフト）、移動度の低下等）をもたらす。また、特性のばらつきの原因ともなる。
【００９２】
このような問題は、特に酸化物半導体中の水素の濃度が十分に低い場合において顕著となる。したがって、酸化物半導体中の水素の濃度が５×１０１９ｃｍ−３以下、特に５×１０１８ｃｍ−３以下である場合には、アルカリ金属の濃度を十分に低くすることが強く求められる。
【００９３】
例えば、酸化物半導体膜１０６におけるナトリウムの濃度は、５×１０１６ｃｍ−３以下、好ましくは１×１０１６ｃｍ−３以下、さらに好ましくは１×１０１５ｃｍ−３以下とするとよい。同じく、リチウムの濃度は５×１０１５ｃｍ−３以下、好ましくは１×１０１５ｃｍ−３以下、カリウムの濃度は５×１０１５ｃｍ−３以下、好ましくは１×１０１５ｃｍ−３以下とするとよい。
【００９４】
酸化物半導体膜の形成の際、基板温度を１００℃以上４５０℃以下、好ましくは１５０℃以上３５０℃以下とすることで絶縁膜１０２から酸素が放出され、酸化物半導体膜中の酸素欠損及び絶縁膜１０２と酸化物半導体膜との界面準位を低減することができる。
【００９５】
なお、酸化物半導体膜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おこない、形成表面（例えば絶縁膜１０２の表面）の付着物を除去してもよい。
【００９６】
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、アルゴン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、アルゴン雰囲気に代えて窒素、ヘリウム、酸素などによる雰囲気を適用してもよい。
【００９７】
酸化物半導体膜１０６は、所望の形状のマスクを酸化物半導体膜上に形成した後、当該酸化物半導体膜をエッチングすることによって形成することができる。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。
【００９８】
なお、酸化物半導体膜のエッチングは、ドライエッチングでもウェットエッチングでもよい。もちろん、これらを組み合わせて用いてもよい。
【００９９】
その後、酸化物半導体膜１０６に対して、熱処理（第１の熱処理）をおこなうことが好ましい。この第１の熱処理によって酸化物半導体膜１０６中の、過剰な水素（水や水酸基を含む）を除去し、かつ酸化物半導体の構造を整えることができる。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。
【０１００】
なお、不活性ガスとは、窒素または希ガス（ヘリウム、ネオン、アルゴンなど）を主成分とする雰囲気であって、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。
【０１０１】
なお、酸化性ガス雰囲気とは、酸素、オゾンまたは二酸化窒素、亜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、亜酸化窒素の純度を、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。
【０１０２】
この第１の熱処理によって、絶縁膜１０２から酸素が放出され、絶縁膜１０２と酸化物半導体膜１０６との界面準位及び酸化物半導体膜１０６中の酸素欠損を低減することができる。上記界面準位の低減により、ゲートに高い電圧が印加された際のしきい値電圧変動を小さくし、信頼性の高いトランジスタが得られる。
【０１０３】
また、一般に、酸化物半導体中の酸素欠損はドナーとなり、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。酸化物半導体膜１０６中の酸素欠損が埋められることで、ドナー濃度を低減できる。
【０１０４】
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時間の条件でおこなうことができる。この間、被処理物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。
【０１０５】
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。
【０１０６】
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おこなう装置である。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。
【０１０７】
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処理をおこなってもよい。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。
【０１０８】
酸化性ガスを含む雰囲気において第１の熱処理をおこなうことで、酸化物半導体膜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。このような熱処理は、一回に限らず複数回おこなってもよい。
【０１０９】
なお、ここでは、酸化物半導体膜１０６に加工した後に、第１の熱処理をおこなう構成について説明したが、これに限定されず、酸化物半導体膜に第１の熱処理をおこなった後に、これをエッチングして、酸化物半導体膜１０６を形成してもよい。
【０１１０】
次いで、絶縁膜１０２及び酸化物半導体膜１０６上に、導電膜を形成し、当該導電膜を加工して、ソース電極１０８ａ及びドレイン電極１０８ｂ、その他の配線を形成する（図３（Ｃ）参照）。なお、ここで形成されるソース電極１０８ａの端部とドレイン電極１０８ｂの端部との間隔によって、トランジスタのチャネル長Ｌが決定されることになる。
【０１１１】
ソース電極１０８ａ及びドレイン電極１０８ｂに用いる導電膜としては、例えば、アルミニウム、クロム、銅、タンタル、チタン、モリブデン、タングステンから選ばれた元素を含む金属膜または上述した元素を成分とする金属窒化物膜（窒化チタン膜、窒化モリブデン膜、窒化タングステン膜）などを用いることができる。また、アルミニウム、銅などの金属膜の下側または上側の一方または双方にチタン、モリブデン、タングステンなどの高融点金属膜またはこれらの金属窒化物膜（窒化チタン膜、窒化モリブデン膜、窒化タングステン膜）を積層させた構成を用いてもよい。
【０１１２】
また、ソース電極１０８ａ及びドレイン電極１０８ｂに用いる導電膜は、導電性の酸化物で形成してもよい。導電性の酸化物としては酸化インジウム（Ｉｎ２Ｏ３）、酸化スズ（ＳｎＯ２）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、Ｉｎ−Ｓｎ系酸化物（Ｉｎ２Ｏ３―ＳｎＯ２、ＩＴＯと略記する）、Ｉｎ−Ｚｎ系酸化物（Ｉｎ２Ｏ３―ＺｎＯ）またはこれらの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。
【０１１３】
なお、導電膜のエッチングの際に、酸化物半導体膜１０６の一部がエッチングされ、溝部（凹部）が形成されることもある。
【０１１４】
その後、酸素、オゾン、二酸化窒素、亜酸化窒素などのガスを用いたプラズマ処理をおこない、露出している酸化物半導体膜１０６の表面を酸化し、酸素欠損を埋めてもよい。プラズマ処理をおこなった場合、当該プラズマ処理に続けて大気に触れさせることなく、酸化物半導体膜１０６の一部に接するゲート絶縁膜１１２を形成することが好ましい。
【０１１５】
次に、ソース電極１０８ａ及びドレイン電極１０８ｂを覆い、かつ、酸化物半導体膜１０６の一部と接するように、ゲート絶縁膜１１２を形成する（図３（Ｄ）参照）。
【０１１６】
ゲート絶縁膜１１２は、絶縁膜１０２と同様の構成とすることができる。ただし、トランジスタのゲート絶縁膜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ゲート絶縁膜１１２の間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。
【０１１７】
ゲート絶縁膜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。ゲート絶縁膜が厚いほどゲートに高い電圧を印加できるが、一方で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、ゲート絶縁膜が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。
【０１１８】
ゲート絶縁膜１１２の形成後には、第２の熱処理をおこなうことが好ましい。第２の熱処理の温度は、２５０℃以上７００℃以下、好ましくは３５０℃以上６００℃以下とする。もちろん、温度は基板や成膜された材料の特性を考慮して変更してもよい。
【０１１９】
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おこなえばよいが、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。
【０１２０】
第２の熱処理においては、酸化物半導体膜１０６と、ゲート絶縁膜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、酸素を含むゲート絶縁膜１１２より酸化物半導体膜１０６へ供給することができる。これによって、酸化物半導体膜１０６の酸素欠損及び酸化物半導体膜１０６とゲート絶縁膜１１２との界面準位を低減することができる。また、同時にゲート絶縁膜１１２中の欠陥も低減することができる。
【０１２１】
なお、第２の熱処理のタイミングは、ゲート絶縁膜１１２の形成後であれば特に限定されない。例えば、第２のゲート膜１１５の形成後に第２の熱処理をおこなってもよい。
【０１２２】
その後、第１のゲート膜１１４および第２のゲート膜１１５を形成する（図３（Ｅ）参照）。第１のゲート膜１１４の材料としては、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物をターゲットとし、窒素を含む雰囲気中でスパッタリングすることにより得られる化合物導電体膜を用いる。なお、スパッタリング法に限らず、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。
【０１２３】
化合物導電体膜の厚さは、１０ｎｍ以上５０ｎｍ以下とすることが好ましい。Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物の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］の酸化物の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］の組成比の酸化物のターゲットを用いることもできる。
【０１２４】
なお、製造設備のコストを低減する上では、化合物導電体膜を、酸化物半導体膜１０６を作製するのに用いた装置およびターゲットを用い、成膜時の雰囲気のみを変更して作製してもよい。
【０１２５】
酸化物の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９９．９％以下とする。相対密度の高い酸化物のターゲットを用いることにより、成膜した化合物導電体膜を緻密な膜とすることができるためである。
【０１２６】
成膜の雰囲気は、希ガス（代表的にはアルゴン）と窒素の混合雰囲気あるいは９９％以上の濃度の窒素雰囲気とするとよい。より仕事関数の大きな化合物導電体を得るには、雰囲気中の酸素の濃度は５％以下とすることが好ましい。
【０１２７】
例えば、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窒素の混合雰囲気（窒素流量比率１２．５％）とすることができる。
【０１２８】
第２のゲート膜１１５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、第２のゲート膜１１５は、単層構造としてもよいし、積層構造としてもよい。これらの金属を化合物導電体上にスパッタリング法等の方法で堆積する。そして、所望の形状にエッチングして、第１のゲート膜１１４および第２のゲート膜１１５を形成する。以上の工程でトランジスタ１５１が作製される。
【０１２９】
（実施の形態２）
本実施の形態では、図４（Ａ）乃至図４（Ｅ）を用いて、図２（Ａ）に示すトランジスタ１５２の作製工程の一例について説明する。
【０１３０】
まず、基板１００上に絶縁膜１０２を形成する（図４（Ａ）参照）。次に、絶縁膜１０２上に導電膜を形成し、当該導電膜を加工して、ソース電極１０８ａ及びドレイン電極１０８ｂ、その他の配線を形成する（図４（Ｂ）参照）。
【０１３１】
次に、絶縁膜１０２上に、ソース電極１０８ａ及びドレイン電極１０８ｂと接する酸化物半導体膜を形成し、当該酸化物半導体膜を加工して島状の酸化物半導体膜１０６を形成する（図４（Ｃ）参照）。その後、トランジスタ１５１と同様に第１の熱処理をおこなってもよい。
【０１３２】
次に、ソース電極１０８ａ及びドレイン電極１０８ｂを覆い、かつ、酸化物半導体膜１０６の一部と接するように、ゲート絶縁膜１１２を形成する（図４（Ｄ）参照）。
【０１３３】
その後、第１のゲート膜１１４および第２のゲート膜１１５を形成する（図４（Ｅ）参照）。第１のゲート膜１１４としては、実施の形態１に示したＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物のターゲットを用いて窒素を含む雰囲気中でスパッタリング法により形成されたものを用いればよい。以上の工程でトランジスタ１５２が形成される。
【０１３４】
（実施の形態３）
本実施の形態では、図５（Ａ）乃至図５（Ｅ）を用いて、図２（Ｂ）に示すトランジスタ１５３の作製工程の一例について説明する。
【０１３５】
まず、基板１００上に絶縁膜１０２を形成する（図５（Ａ）参照）。次に、絶縁膜１０２上に、酸化物半導体膜を形成し、当該酸化物半導体膜を加工して島状の酸化物半導体膜１０６を形成する（図５（Ｂ）参照）。
【０１３６】
次に、ゲート絶縁膜１１２となるべき絶縁膜および第１のゲート膜１１４となるべき化合物導電体膜と第２のゲート膜１１５となるべき導電体膜を形成し、フォトリソグラフィにより同様のパターンに加工して、ゲート絶縁膜１１２、第１のゲート膜１１４、第２のゲート膜１１５を得る（図５（Ｃ）参照）。化合物導電体膜は、実施の形態１に示したＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物のターゲットを用いて窒素を含む雰囲気中でスパッタリング法により形成すればよい。
【０１３７】
次に、第１のゲート膜１１４と第２のゲート膜１１５をマスクに用いて酸化物半導体膜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。低抵抗化されない第１のゲート膜１１４と第２のゲート膜１１５下の領域はチャネル領域１２６となる（図５（Ｄ）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、燐イオンあるいは硼素イオンのイオン注入等などが挙げられる。
【０１３８】
このとき、第１のゲート膜１１４と第２のゲート膜１１５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、第１のゲート膜１１４と第２のゲート膜１１５をマスクに用いてパターニングすることで、第１のゲート膜１１４と第２のゲート膜１１５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。
【０１３９】
次に、保護絶縁膜１２４を形成し、ソース領域１２２ａ及びドレイン領域１２２ｂと重畳する部分の保護絶縁膜１２４に開口部を設ける。導電膜を形成し、当該導電膜を加工して、ソース電極１０８ａ及びドレイン電極１０８ｂ、その他の配線を形成する（図５（Ｅ）参照）。以上の工程でトランジスタ１５３が作製される。
【０１４０】
（実施の形態４）
図６（Ａ）乃至図６（Ｅ）に本実施の形態の表示装置の作製工程断面を示す。本実施の形態に示すトランジスタは、ゲート電極が基板側に位置するボトムゲート型で、かつ、ソース電極とドレイン電極がともに半導体膜の上面にコンタクトするトップコンタクト型である。
【０１４１】
以下、作製工程の概略を説明する。図６（Ａ）に示すように、絶縁表面を有する基板２００上に、第２のゲート膜２１５となるべき導電膜２１５ａと第１のゲート膜２１４となるべき化合物導電体膜２１４ａを形成する。導電膜２１５ａの厚さは１００ｎｍ乃至４００ｎｍとし、その材料は、実施の形態１で示した第２のゲート膜１１５に用いる材料を参照すればよい。また、化合物導電体膜２１４ａの厚さは１０ｎｍ以上５０ｎｍ以下とし、その材料や作製方法等は実施の形態１の第１のゲート膜１１４に用いる材料や作製方法等を参照すればよい。
【０１４２】
次に、導電膜２１５ａと化合物導電体膜２１４ａをエッチングして、第２のゲート膜２１５と第１のゲート膜２１４を形成し、さらに、ゲート絶縁膜２１２を形成する。ゲート絶縁膜２１２の厚さや材料、作製方法等については実施の形態１のゲート絶縁膜１１２を参照すればよい（図６（Ｂ）参照）。
【０１４３】
その後、図６（Ｃ）に示すように、酸化物半導体膜２０６ａを形成する。酸化物半導体膜２０６ａに用いる材料や厚さは実施の形態１を参照すればよい。そして、図６（Ｄ）に示すように、酸化物半導体膜２０６ａをエッチングすることで、所望の形状（例えば、島状）を有する酸化物半導体膜２０６を得る。なお、ここでのエッチングに際しては、ゲート絶縁膜２１２をエッチングストッパーとして用いてもよい。その後、酸化物半導体膜２０６に対して、熱処理（第１の熱処理）をおこなうことが望ましい。詳細は実施の形態１を参照すればよい。
【０１４４】
その後、Ｎ型の導電性を示す酸化物半導体膜と金属等の導電膜を堆積する。これらの成膜にはスパッタリング法を用いればよい。Ｎ型の酸化物半導体膜としては、酸化インジウム、酸化インジウム錫、酸化亜鉛、酸化亜鉛アルミニウム等を用いればよい。なお、Ｎ型の酸化物半導体膜は、ソース電極やドレイン電極と酸化物半導体膜２０６との接触抵抗を低減する目的で設けるが、ソース電極やドレイン電極に用いる金属の種類によっては設けなくてもよい。
【０１４５】
導電膜としては、例えば、アルミニウム、クロム、銅、タンタル、チタン、モリブデン、タングステン等から選ばれた元素を含む金属膜、または上述した元素を主たる金属成分とする金属窒化物膜（窒化チタン膜、窒化モリブデン膜、窒化タングステン膜）等を用いることができる。
【０１４６】
また、Ａｌ、Ｃｕなどの金属膜の下又は上の一方または双方にチタン、モリブデン、タングステンなどの高融点金属膜またはそれらの金属窒化物膜（窒化チタン膜、窒化モリブデン膜、窒化タングステン膜）を積層させた構成としても良い。
【０１４７】
そして、これらを所望の形状に加工し、Ｎ型酸化物半導体膜２０７ａおよび２０７ｂと、ソース電極２０８ａとドレイン電極２０８ｂを形成する。以上でトランジスタの基本的な構造が完成する。なお、導電膜のエッチングの際に、酸化物半導体膜２０６の一部もエッチングされ、酸化物半導体膜２０６に溝部（凹部）が形成されることもある。
【０１４８】
上記エッチング後に、アルゴンなどのガスを用いたプラズマ処理をおこない、露出している酸化物半導体膜２０６の表面に付着した吸着水などを除去してもよい。
【０１４９】
さらに、スパッタ法あるいはＣＶＤ法等で第１の絶縁物２０９を形成する。なお、上記のプラズマ処理をおこなった場合、当該プラズマ処理後に、基板２００を大気雰囲気に取り出さずに、連続して第１の絶縁物２０９の成膜をおこなうと、酸化物半導体膜２０６の表面に大気成分（特に水）が吸着されないので望ましい。
【０１５０】
第１の絶縁物２０９は、代表的には酸化シリコン、酸化窒化シリコン、酸化アルミニウム、または酸化窒化アルミニウムなどの無機絶縁物を用いて形成することができる。特に、後述する理由から酸化物であることが好ましく、化学量論比以上の酸素を含有していることが好ましい。
【０１５１】
第１の絶縁物２０９の形成後、第２の熱処理をおこなうのが望ましい。第２の熱処理の温度は、１５０℃以上６００℃以下、好ましくは２５０℃以上４５０℃以下とする。
【０１５２】
第２の熱処理は、窒素、酸素、超乾燥空気（水の含有量が２０ｐｐｍ以下、好ましくは１ｐｐｍ以下、好ましくは１０ｐｐｂ以下の空気）、または希ガス（アルゴン、ヘリウムなど）の雰囲気下でおこなえばよい。また、熱処理装置に導入する窒素、酸素、または希ガスの純度を、６Ｎ以上好ましくは７Ｎ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。
【０１５３】
第２の熱処理においては、酸化物半導体膜２０６と第１の絶縁物２０９とが接した状態で加熱される。したがって、第１の熱処理等の脱水化熱処理あるいは脱水素化熱処理によって減少してしまう可能性のある酸化物半導体膜２０６の酸素を、第１の絶縁物２０９より供給することができる。これによって、酸化物半導体膜２０６の電荷捕獲中心を低減することができる。
【０１５４】
第１の熱処理と第２の熱処理の少なくとも一方を適用することで、酸化物半導体膜２０６を、その主成分以外の不純物が極力含まれないように高純度化することができる。高純度化された酸化物半導体膜２０６にはドナーに由来するキャリアが極めて少なくなる。キャリア濃度は１×１０１４／ｃｍ３未満、好ましくは１×１０１２／ｃｍ３未満、さらに好ましくは１×１０１１／ｃｍ３未満とすることができる。
【０１５５】
次に、表面が平坦な第２の絶縁物２１０を形成する。第２の絶縁物２１０は各種有機材料を用いて形成すればよい。そして、第１の絶縁物２０９と第２の絶縁物２１０を選択的にエッチングして、ドレイン電極２０８ｂに達するコンタクトホールを形成する。このコンタクトホールを介して、ドレイン電極２０８ｂと接触する表示用電極２１１を形成する（図６（Ｅ）参照）。
【０１５６】
表示用電極２１１には、透光性のものや反射性のものを用いることができる。前者としては、Ｉｎ−Ｓｎ系酸化物やＺｎ−Ａｌ系酸化物等のバンドギャップが３電子ボルト以上の導電性半導体を用いることができる。また、金属ナノワイヤ−や厚さ３ｎｍ以下の炭素膜（グラフェン等）を用いることもできる。後者としては、各種金属材料（アルミニウム、銀等）の膜を用いることができる。反射性の表示用電極においては白色を表示するには、その表面に不規則な凹凸を設けるとよい。
【０１５７】
本実施の形態では、トランジスタを用いた表示装置の作製工程を示したが、本実施で開示された方法は表示装置に限らず他の形態の電子機器（例えば、集積回路）でも実施できることは明らかである。
【０１５８】
（実施の形態５）
図７（Ａ）乃至図７（Ｃ）に本実施の形態の表示装置の作製工程断面を示す。本実施の形態に示すトランジスタは、ボトムゲート型である。また、ソース電極とドレイン電極はともに半導体膜の下面にコンタクトするボトムコンタクト型である。
【０１５９】
以下、作製工程の概略を説明する。ただし、実施の形態４と同じ符号で示される構造物に関しては、用いる材料や使用する手段、条件等は、特に断らない限りは、実施の形態４で示したものを用いればよい。図７（Ａ）に示すように、絶縁表面を有する基板２００上に、第１のゲート膜２１４、第２のゲート膜２１５、ゲート絶縁膜２１２を形成する。
【０１６０】
その後、金属等の導電膜を堆積し、これを所望の形状に加工し、図７（Ｂ）に示すように、ソース電極２０８ａとドレイン電極２０８ｂを形成する。さらに、これらの上に酸化物半導体膜２０６を形成する。
【０１６１】
そして、図７（Ｃ）に示すように、第１の絶縁物２０９、表面が平坦な第２の絶縁物２１０を形成する。そして、第１の絶縁物２０９と第２の絶縁物２１０を選択的にエッチングして、ドレイン電極２０８ｂに達するコンタクトホールを形成する。このコンタクトホールを介して、ドレイン電極２０８ｂと接触する表示用電極２１１を形成する。
【０１６２】
本実施の形態で示すトランジスタが、実施の形態４で示すものと異なる点は、酸化物半導体膜２０６とソース電極２０８ａとドレイン電極２０８ｂとの上下関係のみである。
【０１６３】
（実施の形態６）
本発明の一態様である半導体装置は、さまざまな電子機器（遊技機も含む）に適用することができる。電子機器としては、例えば、テレビジョン装置（テレビまたはテレビジョン受信機ともいう）、コンピュータ用などのモニタ、デジタルカメラ、デジタルビデオカメラなどのカメラ、デジタルフォトフレーム、携帯電話機（携帯電話、携帯電話装置ともいう）、携帯型ゲーム機、携帯情報端末、音響再生装置、パチンコ機などの大型ゲーム機などが挙げられる。上記実施の形態で説明した半導体装置を具備する電子機器の例について説明する。
【０１６４】
図１０（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５で示した半導体装置を適用することにより、信頼性の高いノート型のパーソナルコンピュータとすることができる。
【０１６５】
図１０（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５で示した半導体装置を適用することにより、より信頼性の高い携帯情報端末（ＰＤＡ）とすることができる。
【０１６６】
図１０（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おこなうことができる。このような構成により、紙の書籍のような動作をおこなうことが可能となる。
【０１６７】
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１０（Ｃ）では表示部３２３）に文章を表示し、左側の表示部（図１０（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５で示した半導体装置を適用することにより、信頼性の高い電子書籍とすることができる。
【０１６８】
また、図１０（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。
【０１６９】
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。
【０１７０】
図１０（Ｄ）は、携帯電話であり、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おこなう太陽電池セル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５で示した半導体装置を適用することにより、信頼性の高い携帯電話とすることができる。
【０１７１】
また、表示パネル３３２はタッチパネルを備えており、図１０（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。
【０１７２】
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１０（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。
【０１７３】
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。
【０１７４】
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。
【０１７５】
図１０（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５で示した半導体装置を適用することにより、信頼性の高いデジタルビデオカメラとすることができる。
【０１７６】
図１０（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５で示した半導体装置を適用することにより、信頼性の高いテレビジョン装置３６０とすることができる。
【０１７７】
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おこなうことができる。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。
【０１７８】
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おこなうことができ、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）の情報通信をおこなうことも可能である。
【０１７９】
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】
【０１８０】
１００ 基板
１０２ 絶縁膜
１０６ 酸化物半導体膜
１０８ａ ソース電極
１０８ｂ ドレイン電極
１１２ ゲート絶縁膜
１１４ 第１のゲート膜
１１５ 第２のゲート膜
１２２ａ ソース領域
１２２ｂ ドレイン領域
１２４ 保護絶縁膜
１２６ チャネル領域
１５１ トランジスタ
１５２ トランジスタ
１５３ トランジスタ
２００ 基板
２０６ 酸化物半導体膜
２０６ａ 酸化物半導体膜
２０７ａ Ｎ型酸化物半導体膜
２０７ｂ Ｎ型酸化物半導体膜
２０８ａ ソース電極
２０８ｂ ドレイン電極
２０９ 第１の絶縁物
２１０ 第２の絶縁物
２１１ 表示用電極
２１２ ゲート絶縁膜
２１４ 第１のゲート膜
２１４ａ 化合物導電体膜
２１５ 第２のゲート膜
２１５ａ 導電膜
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、ゲート電位がソース電位と同じ状態（すなわちゲート電圧が０ボルトである状態）においても、ソースドレイン間に電流（リーク電流）が流れるという現象（いわゆるノーマリーオン）がある。
【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】
本発明の一は、ゲート電圧が０ボルトであっても、ソースドレイン間に流れる単位チャネルあたりの電流が１×１０−１３Ａ／□以下、好ましくは、１×１０−１４Ａ／□以下であるトランジスタあるいはそれに類する特性を有する半導体装置およびその作製方法を提供する。なお、単位チャネルあたりの電流とは、電流値にトランジスタのチャネル長とチャネル幅の比（チャネル長／チャネル幅）を乗じたもので、チャネル長、チャネル幅がさまざまなトランジスタ間の特性を比較する上で便利である。
【０００８】
また、本発明の一は、新規な構造の半導体装置あるいはその作製方法を提供することを課題とする。特に消費電力を低減できる、あるいは信頼性が高い半導体装置あるいは半導体装置の作製方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一態様は、インジウムを有する酸化物半導体膜と、インジウムと窒素を有し、バンドギャップが２．８電子ボルト未満、好ましくは、２．３電子ボルト未満である化合物導電体の膜と、その間に設けられた絶縁膜を有する半導体装置である。
【００１０】
また、本発明の一態様は、インジウムと窒素を有し、バンドギャップが２．８電子ボルト未満、好ましくは、２．３電子ボルト未満である化合物導電体の膜に接して絶縁膜を設ける工程と、絶縁膜上にインジウムを有する酸化物半導体膜を設ける工程を有する半導体装置の作製方法である。
【００１１】
また、本発明の一態様は、インジウムを有する酸化物半導体膜上に絶縁膜を設ける工程と、絶縁膜に接してインジウムと窒素を有し、バンドギャップが２．８電子ボルト未満、好ましくは、２．３電子ボルト未満である化合物導電体の膜を設ける工程を有する半導体装置の作製方法である。
【００１２】
上記において、化合物導電体の仕事関数は５電子ボルト以上、好ましくは５．５電子ボルト以上であるとよい。また、上記において化合物導電体の膜は、窒素を含む雰囲気でスパッタリング法により形成されてもよい。また、上記において、化合物導電体の膜は、酸素濃度が５％以下の雰囲気でスパッタリング法により形成されてもよい。上記において、化合物導電体のイオン化ポテンシャルは７電子ボルト以上、好ましくは７．５電子ボルト以上であるとよい。
【００１３】
また、上記において化合物導電体は全構成元素において窒素の比率が１０原子％以上５０原子％以下、インジウムの比率が１０原子％以上５０原子％以下であってもよい。また、その他に、ガリウムや亜鉛や酸素を有してもよい。これらの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。
【００１４】
なお上記の濃度範囲は、ラザフォード後方散乱法や、水素前方散乱法あるいは二次イオン質量分析法を用いて測定した場合のものである。
【００１５】
また、上記において、酸化物半導体膜のドナーあるいはアクセプタの濃度は１×１０１２ｃｍ−３以下とするとよい。ここで、ドナーあるいはアクセプタとは、電子やホールを放出してイオン化した原子のことであり、同じ元素であってもイオン化していない原子は含めない。例えば、電子やホールを放出できる原子の半導体膜中の濃度が１×１０１８ｃｍ−３であり、そのうちの０．０１％がイオン化して、電子を放出している場合、ドナー濃度は１×１０１８ｃｍ−３の０．０１％の１×１０１４ｃｍ−３である。
【発明の効果】
【００１６】
酸化物半導体は、シリコン半導体とは異なり、ドーピングによりＮ型半導体とＰ型半導体を作り分けることが困難であるため、シリコン半導体のようなＰＮ接合を形成することができない。したがって、酸化物半導体を用いたトランジスタは半導体膜に金属等の導電性材料を接合した導体半導体接合（金属半導体接合とも言う）を用いる。特に、ソース電極やドレイン電極では、オーミック接合となるような導体半導体接合を用いる。
【００１７】
ＰＮ接合であれば、逆方向には大きな抵抗となるが、オーミック接合となるような導体半導体接合では抵抗は大きくなく、半導体膜のキャリア濃度が高いとゲート電圧が０ボルトであってもソースドレイン間に大きな電流が流れてしまう。そこで、半導体膜のドナーあるいはアクセプタの濃度を極めて低くすることにより、リーク電流を低減することが考えられる。
【００１８】
バンドギャップが３．２電子ボルトの酸化物半導体では、室温での熱励起によるキャリア濃度は１×１０−７ｃｍ−３であり、シリコン半導体（バンドギャップ１．１電子ボルト）の１×１０１１ｃｍ−３よりも小さい。
【００１９】
しかしながら、半導体膜中のドナーやアクセプタの濃度は十分に低くとも、ソース電極やドレイン電極を上述のような導体半導体接合により形成すると、導体から半導体への電子の注入により、半導体膜に相応の電子が存在し、ソースとドレイン間の絶縁性を損なう要因となる。このような電子を排除するには、トランジスタのゲートに仕事関数の大きな材料を用いる必要がある。特に、上記の課題を達成するためには仕事関数が５電子ボルト以上、好ましくは５．５電子ボルト以上の材料を用いる必要がある。
【００２０】
より厳密には、半導体膜の電子親和力より０．７電子ボルト以上大きな仕事関数の材料を用いることが好ましい。トランジスタのしきい値は、ゲート絶縁膜が無限に薄い条件では、ゲートの仕事関数及び半導体膜の電子親和力から算出される。例えば、半導体膜の電子親和力が４．６電子ボルト、ゲートの仕事関数が５．５電子ボルトであれば、トランジスタのしきい値は＋０．９ボルトであるが、ゲートの仕事関数が４．３電子ボルトであれば、トランジスタのしきい値は−０．３ボルトとなる。
【００２１】
もちろん、ゲート絶縁膜の厚さが有限の値を有する場合にはトランジスタのしきい値は、ゲート絶縁膜の影響を受け、ゲート絶縁膜が酸化シリコン換算で１００ｎｍ以上であるトランジスタでは、しきい値の決定におけるゲートの仕事関数の寄与は小さくなる。一方、チャネル長が１００ｎｍ以下のトランジスタでは、ゲート絶縁膜の実効的な厚さを極めて小さく（酸化シリコン換算で１０ｎｍ以下）することが求められるので、上記の計算が妥当となる。
【００２２】
すなわち、チャネル長が十分に大きく、ゲート絶縁膜が酸化シリコン換算で１００ｎｍ以上であるトランジスタでは、ゲートの仕事関数はさほど重要ではないが、上記のようなチャネル長が１００ｎｍ以下で、ゲート絶縁膜の実効的な厚さが酸化シリコン換算で１０ｎｍ以下のトランジスタでは、ゲートの仕事関数はトランジスタ特性を決定する上で重要なファクタとなる。
【００２３】
なお、ゲート電圧０ボルトで単位チャネルあたりのソースドレイン間の電流が１×１０−１３Ａ／□以下であるためには、しきい値は＋０．７ボルト以上であることが好ましい。同様に、ゲート電圧０ボルトで単位チャネルあたりのドレイン電流が１×１０−１４Ａ／□以下であるためには、しきい値は＋０．８ボルト以上であることが好ましい。
【００２４】
しかしながら、このような仕事関数の大きな材料は、白金系貴金属のように高価であり、また、埋蔵量も限られており、工業的に用いるには障害が大きい。本発明者は白金系貴金属に代わる仕事関数の大きな材料を探索したところ、上記の様態記載の化合物導電体の少なくとも一は図８（Ａ）に示すようなバンド構造を有し、５電子ボルト以上、好ましくは５．５電子ボルト以上の仕事関数を有することを見出した。
【００２５】
すなわち、これらの材料は紫外線光電子分光法によりイオン化ポテンシャル（Ｉｐ、価電子帯Ｅｃと真空準位Ｅｖａｃとのエネルギー差）が７電子ボルト以上、典型的には７．８電子ボルト程度であることが認められた。また、透過率測定によって得られたバンドギャップ（Ｅｇ）は２．８電子ボルト未満であった。また、キャリアがｎ型の半導体であり、キャリア濃度が１×１０１８ｃｍ−３以上であるため、フェルミレベルは伝導帯（Ｅｃ）の辺りにある。
【００２６】
このため、仕事関数（Ｗ）は電子親和力（χ）と同じとみなしてよい。したがって、仕事関数は、図８（Ａ）に示すように、イオン化ポテンシャル（ＩＰ）−バンドギャップ（Ｅｇ）により算出され、５電子ボルト以上であることがわかる。
【００２７】
また、バンドギャップは化合物導電体の膜中の窒素の比率が高くなるほど低下し、一方で、イオン化ポテンシャルはほとんど変動しない。したがって、仕事関数は窒素の比率が高くなるにしたがって大きくなる。
【００２８】
図８（Ｂ）は、スパッタリング法により化合物導電体の膜を作製する際の雰囲気と得られる膜のバンドギャップの関係を示したものであるが、図８（Ｂ）の実線および白丸は、雰囲気をアルゴンと窒素とした場合のものであるが、成膜時の窒素の流量が大きいほどバンドギャップは低下する傾向が示されている。
【００２９】
一方、図８（Ｂ）の点線および三角形は、雰囲気を酸素と窒素としたものである。雰囲気の酸素濃度を２５％とした場合には、バンドギャップは３電子ボルト以上、典型的には３．３電子ボルト程度となる。そのため、仕事関数は４．５電子ボルト程度に低下する。
【００３０】
このような化合物導電体の膜をゲートとするトランジスタを作製したところ、図９に示すようにゲート電圧が０ボルトであっても、ソースドレイン間の単位チャネルあたりの電流が１×１０−１４Ａ／□以下という特性が得られた。
【００３１】
図９にはトランジスタ（チャネル長２．９μｍ、チャネル幅１０．１μｍ、ゲート絶縁膜（比誘電率４．１）３０ｎｍ）のゲート電圧（Ｖｇ）とソースドレイン間電流（Ｉｄ）の関係を示すものであるが、上記の化合物導電体（仕事関数５電子ボルト）をゲート電極に用いたトランジスタの特性（「Ａ」と表記されている曲線）は、通常の窒化タンタル（仕事関数４．６電子ボルト）をゲート電極に用いたトランジスタの特性（「Ｂ」と表記されている曲線）よりも０．３ボルト程度プラス側にあり、ゲート電圧が０ボルトのときのソースドレイン間の電流は測定下限（１×１０−１４Ａ）以下となっている。
【００３２】
以上は、トランジスタの特性に関するものであったが、トランジスタに限らず、半導体膜と絶縁膜と導電膜の積層構造を有する半導体装置（ダイオード等）では、同様な効果が得られる。このように本発明の一態様により、優れた電気特性を有するトランジスタやダイオード等の半導体装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の一態様である半導体装置の一例を示す上面図及び断面図。
【図２】本発明の一態様である半導体装置の一例を示す断面図。
【図３】本発明の一態様である半導体装置の作製工程の一例を示す断面図。
【図４】本発明の一態様である半導体装置の作製工程の一例を示す断面図。
【図５】本発明の一態様である半導体装置の作製工程の一例を示す断面図。
【図６】本発明の一態様である半導体装置の作製工程の一例を示す断面図。
【図７】本発明の一態様である半導体装置の作製工程の一例を示す断面図。
【図８】本発明の一態様の効果を説明する図。
【図９】本発明の一態様の効果を説明する図。
【図１０】本発明の応用例を説明する図。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
さらに、本明細書で酸化物というのは、その物質（化合物を含む）に含まれる窒素、酸素、フッ素、硫黄、セレン、塩素、臭素、テルル、ヨウ素の占める割合（モル比）が全体の２５％以上で、かつ、以上の元素に対する酸素の割合（モル比）が７０％以上のものをいう。
【００３７】
また、本明細書で金属元素とは、希ガス元素、水素、ホウ素、炭素、窒素、１６族元素（酸素等）、１７族元素（フッ素等）、シリコン、燐、ゲルマニウム、砒素、アンチモン以外の全ての元素のことである。
【００３８】
さらに、本明細書において、ある（１つの）金属元素を主たる金属成分とする、とはその物質中に金属元素が複数ある中で、当該金属元素が金属元素全体の５０％以上を占める場合を言う。また、ｎ種の金属元素Ｍ１、Ｍ２、・・、Ｍｎを主たる金属成分とするとは、金属元素Ｍ１、Ｍ２、・・、Ｍｎのそれぞれの占める比率の総和が金属元素全体の｛（１−２−ｎ）×１００｝［％］以上を占める場合を言う。
【００３９】
なお、本明細書において記載されている膜中の主たる成分でない元素の濃度は、特に断らない限り、二次イオン質量分析法により検出される濃度の最低値である。一般に、二次イオン質量分析法により、単層あるいは多層の膜の深さ方向の元素の濃度の分析をおこなうと、特に微量元素の場合、基板と膜あるいは膜と膜の界面では元素濃度が異常に高くなる傾向があるが、このような部分の濃度は正確な値ではない上、測定ごとのばらつきも大きい。
【００４０】
このように信頼性の低い界面付近の濃度を採用することを避け、その他の濃度の安定した部分を膜の正確な濃度の指標とするため、本明細書では上記のように定義するものである。
【００４１】
また、以下の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。
【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３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、トップゲートトップコンタクト型であるトランジスタ１５１の上面図及び断面図を示す。ここで、図１（Ａ）は上面図であり、図１（Ｂ）及び図１（Ｃ）はそれぞれ、図１（Ａ）におけるＡ−Ｂ断面及びＣ−Ｄ断面における断面図である。なお、図１（Ａ）では、煩雑になることを避けるため、トランジスタ１５１の構成要素の一部（例えば、ゲート絶縁膜１１２など）を省略している。
【００４４】
図１に示すトランジスタ１５１は、基板１００上の、絶縁膜１０２、酸化物半導体膜１０６、ソース電極１０８ａ、ドレイン電極１０８ｂ、ゲート絶縁膜１１２、第１のゲート膜１１４および第２のゲート膜１１５を含む。第１のゲート膜１１４および第２のゲート膜１１５の双方あるいは一方はゲート電極として機能する。
【００４５】
第１のゲート膜１１４はゲート絶縁膜１１２と接し、インジウムと窒素を含むバンドギャップが２．８電子ボルト未満、好ましくは、２．３電子ボルト未満である化合物導電体よりなり、その厚さは５ｎｍ以上２００ｎｍ以下とする。
【００４６】
上記化合物導電体は金属に比べると導電性が劣るため、第１のゲート膜１１４の上に、導電性の良好な金属あるいは金属窒化物等により第２のゲート膜１１５を設けるとよい。もちろん、第１のゲート膜１１４で十分な導電性が得られるのであれば、第２のゲート膜１１５を設けなくてもよい。
【００４７】
なお、第１のゲート膜１１４の厚さを５ｎｍ未満とすると、トランジスタの特性が上記化合物導電体の仕事関数ではなく、第２のゲート膜１１５の仕事関数の影響を受けるため、第１のゲート膜１１４の厚さを５ｎｍ未満とすることは好ましくない。
【００４８】
絶縁膜１０２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。また、絶縁膜１０２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、窒化アルミニウムまたはこれらの混合材料などを積層して用いてもよい。
【００４９】
例えば、絶縁膜１０２を窒化シリコン膜と酸化シリコン膜の積層構造とすると、基板１００などからトランジスタ１５１への水分や水素の混入を防ぐことができる。絶縁膜１０２を積層構造で形成する場合、酸化物半導体膜１０６と接する側を酸化シリコン、酸化窒化シリコン、酸化アルミニウム、これらの混合材料などの酸化物膜とするとよい。
【００５０】
なお、絶縁膜１０２はトランジスタ１５１の下地膜として機能する。絶縁膜１０２は加熱により酸素放出可能であることが好ましい。「加熱により酸素放出可能」とは、Ｏ２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。
【００５１】
酸化物半導体膜１０６に用いる材料としては、そのバンドギャップは２．８電子ボルト以上であることが好ましい。さらに、その電子親和力が３．９電子ボルト以上４．９電子ボルト以下であることが好ましい。
【００５２】
上述のようにゲートの仕事関数と半導体膜の電子親和力が大きいほど、しきい値は大きくなり、ゲート電圧０Ｖでのソースドレイン間の電流を低減できる。一方で、半導体膜の電子親和力が小さくなると、半導体膜とのオーミック接合を形成するためには半導体膜の電子親和力よりも仕事関数の小さな材料が望まれるので、ソースやドレインでのオーミック接合を形成することのできる材料が限られる。したがって、実用的には半導体膜の電子親和力は上記の範囲にあることが好ましい。
【００５３】
なお、酸化物半導体膜１０６に用いる材料としては、少なくともインジウム（Ｉｎ）あるいは亜鉛（Ｚｎ）を含むことが好ましい。特にＩｎとＺｎを含むことが好ましい。また、該酸化物を用いたトランジスタの電気特性のばらつきを減らすためのスタビライザーとして、それらに加えてガリウム（Ｇａ）を有することが好ましい。また、スタビライザーとしてスズ（Ｓｎ）を有することが好ましい。また、スタビライザーとしてハフニウム（Ｈｆ）を有することが好ましい。また、スタビライザーとしてアルミニウム（Ａｌ）を有することが好ましい。また、スタビライザーとしてチタン（Ｔｉ）を有することが好ましい。また、スタビライザーとしてジルコニウム（Ｚｒ）を有することが好ましい。
【００５４】
また、他のスタビライザーとして、ランタノイドである、ランタン（Ｌａ）、セリウム（Ｃｅ）、プラセオジム（Ｐｒ）、ネオジム（Ｎｄ）、サマリウム（Ｓｍ）、ユウロピウム（Ｅｕ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、テルビウム（Ｔｂ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）、ホルミウム（Ｈｏ）、エルビウム（Ｅｒ）、ツリウム（Ｔｍ）、イッテルビウム（Ｙｂ）、ルテチウム（Ｌｕ）のいずれか一種あるいは複数種を有してもよい。
【００５５】
例えば、酸化物半導体として、酸化インジウム、酸化スズ、酸化亜鉛、二元系金属の酸化物であるＩｎ−Ｚｎ系酸化物、Ｓｎ−Ｚｎ系酸化物、Ａｌ−Ｚｎ系酸化物、Ｚｎ−Ｍｇ系酸化物、Ｓｎ−Ｍｇ系酸化物、Ｉｎ−Ｍｇ系酸化物、Ｉｎ−Ｇａ系酸化物、三元系金属の酸化物であるＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物（ＩＧＺＯとも表記する）、Ｉｎ−Ａｌ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｔｉ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｚｒ−Ｚｎ系酸化物、Ｓｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物、Ａｌ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物、Ｓｎ−Ａｌ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｈｆ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｌａ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｃｅ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｐｒ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｎｄ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｓｍ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｅｕ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｇｄ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｔｂ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｄｙ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｈｏ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｅｒ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｔｍ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｙｂ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｌｕ−Ｚｎ系酸化物、四元系金属の酸化物であるＩｎ−Ｓｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｈｆ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ａｌ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｓｎ−Ａｌ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｈｆ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｈｆ−Ａｌ−Ｚｎ系酸化物を用いることができる。
【００５６】
なお、ここで、例えば、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物とは、ＩｎとＧａとＺｎを主たる金属成分として有する酸化物という意味であり、ＩｎとＧａとＺｎの比率は問わない。また、ＩｎとＧａとＺｎ以外の金属元素が入っていてもよい。
【００５７】
また、酸化物半導体として、ＩｎＭＯ３（ＺｎＯ）ｍ（ｍ＞０、且つ、ｍは整数でない）で表記される材料を用いてもよい。なお、Ｍは、Ｇａ、Ｆｅ、Ｍｎ及びＣｏから選ばれた一の金属元素または複数の金属元素を示す。また、酸化物半導体として、Ｉｎ２ＳｎＯ５（ＺｎＯ）ｎ（ｎ＞０、且つ、ｎは整数）で表記される材料を用いてもよい。
【００５８】
例えば、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：１（＝１／３：１／３：１／３）あるいはＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝２：２：１（＝２／５：２／５：１／５）の原子数比のＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物やその組成の近傍の酸化物を用いることができる。あるいは、Ｉｎ：Ｓｎ：Ｚｎ＝１：１：１（＝１／３：１／３：１／３）、Ｉｎ：Ｓｎ：Ｚｎ＝２：１：３（＝１／３：１／６：１／２）あるいはＩｎ：Ｓｎ：Ｚｎ＝２：１：５（＝１／４：１／８：５／８）の原子数比のＩｎ−Ｓｎ−Ｚｎ系酸化物やその組成の近傍の酸化物を用いるとよい。
【００５９】
しかし、これらに限られず、必要とする半導体特性（移動度、しきい値、ばらつき等）に応じて適切な組成のものを用いればよい。また、必要とする半導体特性を得るために、キャリア濃度や不純物濃度、欠陥密度、金属元素と酸素の原子数比、原子間結合距離、密度等を適切なものとすることが好ましい。
【００６０】
例えば、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｚｎ系酸化物では比較的容易に高い移動度が得られる。しかしながら、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物でも、バルク内欠陥密度を下げることにより移動度を上げることができる。
【００６１】
なお、例えば、Ｉｎ、Ｇａ、Ｚｎの原子数比がＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝ａ：ｂ：ｃ（ａ＋ｂ＋ｃ＝１）である酸化物の組成が、原子数比がＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝Ａ：Ｂ：Ｃ（Ａ＋Ｂ＋Ｃ＝１）の酸化物の組成の近傍であるとは、ａ、ｂ、ｃが、
（ａ―Ａ）２＋（ｂ―Ｂ）２＋（ｃ―Ｃ）２≦ｒ２
を満たすことをいい、ｒは、例えば、０．０５とすればよい。他の酸化物でも同様である。
【００６２】
酸化物半導体は単結晶でも、非単結晶でもよい。後者の場合、アモルファスでも、多結晶でもよい。また、アモルファス中に結晶性を有する部分を含む構造でも、非アモルファスでもよい。
【００６３】
アモルファス状態の酸化物半導体は、比較的容易に平坦な表面を得ることができるため、これを用いてトランジスタを作製した際の界面散乱を低減でき、比較的容易に、比較的高い移動度を得ることができる。
【００６４】
また、結晶性を有する酸化物半導体では、よりバルク内欠陥を低減することができ、表面の平坦性を高めればアモルファス状態の酸化物半導体以上の移動度を得ることができる。表面の平坦性を高めるためには、平坦な表面上に酸化物半導体を形成することが好ましく、具体的には、平均面粗さ（Ｒａ）が１ｎｍ以下、好ましくは０．３ｎｍ以下、より好ましくは０．１ｎｍ以下の表面上に形成するとよい。
【００６５】
なお、Ｒａは、ＪＩＳ Ｂ０６０１で定義されている中心線平均粗さを面に対して適用できるよう三次元に拡張したものであり、「基準面から指定面までの偏差の絶対値を平均した値」と表現でき、以下の式にて定義される。
【００６６】
【数１】
【００６７】
なお、上記において、Ｓ０は、測定面（座標（ｘ１，ｙ１）（ｘ１，ｙ２）（ｘ２，ｙ１）（ｘ２，ｙ２）で表される４点によって囲まれる長方形の領域）の面積を指し、Ｚ０は測定面の平均高さを指す。Ｒａは原子間力顕微鏡（ＡＦＭ：Ａｔｏｍｉｃ Ｆｏｒｃｅ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）にて評価可能である。
【００６８】
本実施の形態では、酸化物半導体として、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物を採用する。すなわち、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物をターゲットとしてスパッタリング法により形成する。
【００６９】
酸化物半導体膜１０６と下地である絶縁膜１０２とが接することで、絶縁膜１０２と酸化物半導体膜１０６との界面準位及び酸化物半導体膜１０６中の酸素欠損を低減することができる。上記界面準位の低減により、ゲート電極に高い電圧を印加した際のしきい値変動を小さくすることができる。
【００７０】
ゲート絶縁膜１１２は、絶縁膜１０２と同様の構成とすることができ、加熱により酸素放出可能な絶縁膜であることが好ましい。このとき、トランジスタのゲート絶縁膜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ゲート絶縁膜１１２の間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。
【００７１】
トランジスタ１５１上には、さらに保護絶縁膜が設けられていてもよい。保護絶縁膜は、絶縁膜１０２と同様の構成とすることができる。また、ソース電極１０８ａやドレイン電極１０８ｂと配線とを電気的に接続させるために、絶縁膜１０２、ゲート絶縁膜１１２などには開口部が形成されていてもよい。また、酸化物半導体膜１０６の下方に、さらに、第２のゲート電極を有していてもよい。なお、酸化物半導体膜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。
【００７２】
図２（Ａ）及び図２（Ｂ）には、トランジスタ１５１とは異なる構成のトランジスタの断面構造を示す。図２（Ａ）に示すトランジスタ１５２は、絶縁膜１０２、酸化物半導体膜１０６、ソース電極１０８ａ、ドレイン電極１０８ｂ、ゲート絶縁膜１１２、第１のゲート膜１１４、第２のゲート膜１１５を含む点で、トランジスタ１５１と共通している。
【００７３】
トランジスタ１５２とトランジスタ１５１との相違は、酸化物半導体膜１０６と、ソース電極１０８ａやドレイン電極１０８ｂが接続する位置である。即ち、トランジスタ１５２では、酸化物半導体膜１０６の下部において、酸化物半導体膜１０６と、ソース電極１０８ａやドレイン電極１０８ｂとが接している。その他の構成要素については、図１のトランジスタ１５１と同様である。
【００７４】
図２（Ｂ）に示すトランジスタ１５３は、絶縁膜１０２、ゲート絶縁膜１１２、第１のゲート膜１１４、第２のゲート膜１１５、ソース電極１０８ａ、ドレイン電極１０８ｂを含む点で、トランジスタ１５１及びトランジスタ１５２と共通している。
【００７５】
トランジスタ１５３は、同一平面上の酸化物半導体膜中にチャネル領域１２６、ソース領域１２２ａ、ドレイン領域１２２ｂを形成する点でトランジスタ１５１及びトランジスタ１５２との相違がある。ソース領域１２２ａ及びドレイン領域１２２ｂには、保護絶縁膜１２４を介して、それぞれソース電極１０８ａ及びドレイン電極１０８ｂが接続される。
【００７６】
下地である絶縁膜１０２は、トランジスタ１５１と同様の構成とすることができる。酸化物半導体膜が形成された後、ゲート絶縁膜１１２及び第１のゲート膜１１４、第２のゲート膜１１５を形成する。第１のゲート膜１１４、第２のゲート膜１１５とゲート絶縁膜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、第１のゲート膜１１４と第２のゲート膜１１５を加工した後、第１のゲート膜１１４と第２のゲート膜１１５をマスクに用いてゲート絶縁膜１１２を加工してもよい。
【００７７】
また、ソース領域１２２ａ及びドレイン領域１２２ｂは第１のゲート膜１１４、第２のゲート膜１１５をマスクに用い、酸化物半導体膜を低抵抗化して形成する。第１のゲート膜１１４下の領域はチャネル領域１２６となる。
【００７８】
以下、図３（Ａ）乃至図３（Ｅ）を用いて、図１に示すトランジスタ１５１の作製工程の一例について説明する。
【００７９】
まず、基板１００上に絶縁膜１０２を形成する（図３（Ａ）参照）。絶縁膜１０２は、加熱により酸素放出可能であることが好ましい。
【００８０】
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。
【００８１】
また、基板にトランジスタにとって好ましくない不純物が含まれている場合には、それらをブロッキングする機能を有する絶縁性の材料（例えば、窒化アルミニウム、酸化アルミニウム、窒化シリコン等）の膜を基板１００との界面や表面に設けることが望ましい。
【００８２】
絶縁膜１０２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。絶縁膜１０２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。また、絶縁膜１０２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、窒化アルミニウムまたはこれらの混合材料などを積層して用いてもよい。
【００８３】
絶縁膜１０２を積層構造で形成する場合、酸化物半導体膜１０６と接する側を酸化シリコン、酸化窒化シリコン、酸化アルミニウム、これらの混合材料などのような酸化物膜とするとよい。絶縁膜１０２の合計の厚さは、好ましくは１０ｎｍ以上とする。
【００８４】
例えば、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）、基板とターゲットの間の距離を２０ｍｍ以上４００ｍｍ以下（好ましくは４０ｍｍ以上２００ｍｍ以下）、圧力を０．１Ｐａ以上４Ｐａ以下（好ましくは０．２Ｐａ以上１．２Ｐａ以下）、高周波電源を０．５ｋＷ以上１２ｋＷ以下（好ましくは１ｋＷ以上５ｋＷ以下）、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膜を形成する。
【００８５】
次に、絶縁膜１０２上に酸化物半導体膜を形成し、当該酸化物半導体膜を加工して島状の酸化物半導体膜１０６を形成する（図３（Ｂ）参照）。なお、絶縁膜１０２及び酸化物半導体膜１０６は、大気に触れさせることなく連続して形成することが好ましい。酸化物半導体膜は、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。本実施の形態では、酸化物半導体膜を、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物のターゲットを用いたスパッタリング法により形成する。また、酸化物半導体膜の厚さは、３ｎｍ以上５０ｎｍ以下とすることが好ましい。
【００８６】
Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物の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］の酸化物の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］の組成比の酸化物のターゲットを用いることもできる。
【００８７】
酸化物の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９９．９％以下とする。相対密度の高い酸化物のターゲットを用いることにより、成膜した酸化物半導体膜を緻密な膜とすることができるためである。
【００８８】
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、酸化物半導体膜への水素、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。
【００８９】
例えば、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。
【００９０】
なお、リチウム、ナトリウム、カリウム等のアルカリ金属あるいはアルカリ土類金属も酸化物半導体をトランジスタに用いる場合においては好ましくない元素であるので、トランジスタを構成する材料には可能な限り含まれないようにすることが好ましい。
【００９１】
特にアルカリ金属のうち、ナトリウムは酸化物半導体に接する絶縁性酸化物中に拡散し、ナトリウムイオンとなる。あるいは酸化物半導体内において、金属元素と酸素の結合を分断し、あるいは結合中に割り込む。その結果、トランジスタ特性の劣化（例えば、ノーマリオン化（しきい値の負へのシフト）、移動度の低下等）をもたらす。また、特性のばらつきの原因ともなる。
【００９２】
このような問題は、特に酸化物半導体中の水素の濃度が十分に低い場合において顕著となる。したがって、酸化物半導体中の水素の濃度が５×１０１９ｃｍ−３以下、特に５×１０１８ｃｍ−３以下である場合には、アルカリ金属の濃度を十分に低くすることが強く求められる。
【００９３】
例えば、酸化物半導体膜１０６におけるナトリウムの濃度は、５×１０１６ｃｍ−３以下、好ましくは１×１０１６ｃｍ−３以下、さらに好ましくは１×１０１５ｃｍ−３以下とするとよい。同じく、リチウムの濃度は５×１０１５ｃｍ−３以下、好ましくは１×１０１５ｃｍ−３以下、カリウムの濃度は５×１０１５ｃｍ−３以下、好ましくは１×１０１５ｃｍ−３以下とするとよい。
【００９４】
酸化物半導体膜の形成の際、基板温度を１００℃以上４５０℃以下、好ましくは１５０℃以上３５０℃以下とすることで絶縁膜１０２から酸素が放出され、酸化物半導体膜中の酸素欠損及び絶縁膜１０２と酸化物半導体膜との界面準位を低減することができる。
【００９５】
なお、酸化物半導体膜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おこない、形成表面（例えば絶縁膜１０２の表面）の付着物を除去してもよい。
【００９６】
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、アルゴン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、アルゴン雰囲気に代えて窒素、ヘリウム、酸素などによる雰囲気を適用してもよい。
【００９７】
酸化物半導体膜１０６は、所望の形状のマスクを酸化物半導体膜上に形成した後、当該酸化物半導体膜をエッチングすることによって形成することができる。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。
【００９８】
なお、酸化物半導体膜のエッチングは、ドライエッチングでもウェットエッチングでもよい。もちろん、これらを組み合わせて用いてもよい。
【００９９】
その後、酸化物半導体膜１０６に対して、熱処理（第１の熱処理）をおこなうことが好ましい。この第１の熱処理によって酸化物半導体膜１０６中の、過剰な水素（水や水酸基を含む）を除去し、かつ酸化物半導体の構造を整えることができる。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。
【０１００】
なお、不活性ガスとは、窒素または希ガス（ヘリウム、ネオン、アルゴンなど）を主成分とする雰囲気であって、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。
【０１０１】
なお、酸化性ガス雰囲気とは、酸素、オゾンまたは二酸化窒素、亜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、亜酸化窒素の純度を、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。
【０１０２】
この第１の熱処理によって、絶縁膜１０２から酸素が放出され、絶縁膜１０２と酸化物半導体膜１０６との界面準位及び酸化物半導体膜１０６中の酸素欠損を低減することができる。上記界面準位の低減により、ゲートに高い電圧が印加された際のしきい値電圧変動を小さくし、信頼性の高いトランジスタが得られる。
【０１０３】
また、一般に、酸化物半導体中の酸素欠損はドナーとなり、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。酸化物半導体膜１０６中の酸素欠損が埋められることで、ドナー濃度を低減できる。
【０１０４】
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時間の条件でおこなうことができる。この間、被処理物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。
【０１０５】
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。
【０１０６】
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おこなう装置である。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。
【０１０７】
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処理をおこなってもよい。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。
【０１０８】
酸化性ガスを含む雰囲気において第１の熱処理をおこなうことで、酸化物半導体膜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。このような熱処理は、一回に限らず複数回おこなってもよい。
【０１０９】
なお、ここでは、酸化物半導体膜１０６に加工した後に、第１の熱処理をおこなう構成について説明したが、これに限定されず、酸化物半導体膜に第１の熱処理をおこなった後に、これをエッチングして、酸化物半導体膜１０６を形成してもよい。
【０１１０】
次いで、絶縁膜１０２及び酸化物半導体膜１０６上に、導電膜を形成し、当該導電膜を加工して、ソース電極１０８ａ及びドレイン電極１０８ｂ、その他の配線を形成する（図３（Ｃ）参照）。なお、ここで形成されるソース電極１０８ａの端部とドレイン電極１０８ｂの端部との間隔によって、トランジスタのチャネル長Ｌが決定されることになる。
【０１１１】
ソース電極１０８ａ及びドレイン電極１０８ｂに用いる導電膜としては、例えば、アルミニウム、クロム、銅、タンタル、チタン、モリブデン、タングステンから選ばれた元素を含む金属膜または上述した元素を成分とする金属窒化物膜（窒化チタン膜、窒化モリブデン膜、窒化タングステン膜）などを用いることができる。また、アルミニウム、銅などの金属膜の下側または上側の一方または双方にチタン、モリブデン、タングステンなどの高融点金属膜またはこれらの金属窒化物膜（窒化チタン膜、窒化モリブデン膜、窒化タングステン膜）を積層させた構成を用いてもよい。
【０１１２】
また、ソース電極１０８ａ及びドレイン電極１０８ｂに用いる導電膜は、導電性の酸化物で形成してもよい。導電性の酸化物としては酸化インジウム（Ｉｎ２Ｏ３）、酸化スズ（ＳｎＯ２）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、Ｉｎ−Ｓｎ系酸化物（Ｉｎ２Ｏ３―ＳｎＯ２、ＩＴＯと略記する）、Ｉｎ−Ｚｎ系酸化物（Ｉｎ２Ｏ３―ＺｎＯ）またはこれらの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。
【０１１３】
なお、導電膜のエッチングの際に、酸化物半導体膜１０６の一部がエッチングされ、溝部（凹部）が形成されることもある。
【０１１４】
その後、酸素、オゾン、二酸化窒素、亜酸化窒素などのガスを用いたプラズマ処理をおこない、露出している酸化物半導体膜１０６の表面を酸化し、酸素欠損を埋めてもよい。プラズマ処理をおこなった場合、当該プラズマ処理に続けて大気に触れさせることなく、酸化物半導体膜１０６の一部に接するゲート絶縁膜１１２を形成することが好ましい。
【０１１５】
次に、ソース電極１０８ａ及びドレイン電極１０８ｂを覆い、かつ、酸化物半導体膜１０６の一部と接するように、ゲート絶縁膜１１２を形成する（図３（Ｄ）参照）。
【０１１６】
ゲート絶縁膜１１２は、絶縁膜１０２と同様の構成とすることができる。ただし、トランジスタのゲート絶縁膜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ゲート絶縁膜１１２の間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。
【０１１７】
ゲート絶縁膜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。ゲート絶縁膜が厚いほどゲートに高い電圧を印加できるが、一方で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、ゲート絶縁膜が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。
【０１１８】
ゲート絶縁膜１１２の形成後には、第２の熱処理をおこなうことが好ましい。第２の熱処理の温度は、２５０℃以上７００℃以下、好ましくは３５０℃以上６００℃以下とする。もちろん、温度は基板や成膜された材料の特性を考慮して変更してもよい。
【０１１９】
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おこなえばよいが、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。
【０１２０】
第２の熱処理においては、酸化物半導体膜１０６と、ゲート絶縁膜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、酸素を含むゲート絶縁膜１１２より酸化物半導体膜１０６へ供給することができる。これによって、酸化物半導体膜１０６の酸素欠損及び酸化物半導体膜１０６とゲート絶縁膜１１２との界面準位を低減することができる。また、同時にゲート絶縁膜１１２中の欠陥も低減することができる。
【０１２１】
なお、第２の熱処理のタイミングは、ゲート絶縁膜１１２の形成後であれば特に限定されない。例えば、第２のゲート膜１１５の形成後に第２の熱処理をおこなってもよい。
【０１２２】
その後、第１のゲート膜１１４および第２のゲート膜１１５を形成する（図３（Ｅ）参照）。第１のゲート膜１１４の材料としては、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物をターゲットとし、窒素を含む雰囲気中でスパッタリングすることにより得られる化合物導電体膜を用いる。なお、スパッタリング法に限らず、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。
【０１２３】
化合物導電体膜の厚さは、１０ｎｍ以上５０ｎｍ以下とすることが好ましい。Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物の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］の酸化物の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］の組成比の酸化物のターゲットを用いることもできる。
【０１２４】
なお、製造設備のコストを低減する上では、化合物導電体膜を、酸化物半導体膜１０６を作製するのに用いた装置およびターゲットを用い、成膜時の雰囲気のみを変更して作製してもよい。
【０１２５】
酸化物の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９９．９％以下とする。相対密度の高い酸化物のターゲットを用いることにより、成膜した化合物導電体膜を緻密な膜とすることができるためである。
【０１２６】
成膜の雰囲気は、希ガス（代表的にはアルゴン）と窒素の混合雰囲気あるいは９９％以上の濃度の窒素雰囲気とするとよい。より仕事関数の大きな化合物導電体を得るには、雰囲気中の酸素の濃度は５％以下とすることが好ましい。
【０１２７】
例えば、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窒素の混合雰囲気（窒素流量比率１２．５％）とすることができる。
【０１２８】
第２のゲート膜１１５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、第２のゲート膜１１５は、単層構造としてもよいし、積層構造としてもよい。これらの金属を化合物導電体上にスパッタリング法等の方法で堆積する。そして、所望の形状にエッチングして、第１のゲート膜１１４および第２のゲート膜１１５を形成する。以上の工程でトランジスタ１５１が作製される。
【０１２９】
（実施の形態２）
本実施の形態では、図４（Ａ）乃至図４（Ｅ）を用いて、図２（Ａ）に示すトランジスタ１５２の作製工程の一例について説明する。
【０１３０】
まず、基板１００上に絶縁膜１０２を形成する（図４（Ａ）参照）。次に、絶縁膜１０２上に導電膜を形成し、当該導電膜を加工して、ソース電極１０８ａ及びドレイン電極１０８ｂ、その他の配線を形成する（図４（Ｂ）参照）。
【０１３１】
次に、絶縁膜１０２上に、ソース電極１０８ａ及びドレイン電極１０８ｂと接する酸化物半導体膜を形成し、当該酸化物半導体膜を加工して島状の酸化物半導体膜１０６を形成する（図４（Ｃ）参照）。その後、トランジスタ１５１と同様に第１の熱処理をおこなってもよい。
【０１３２】
次に、ソース電極１０８ａ及びドレイン電極１０８ｂを覆い、かつ、酸化物半導体膜１０６の一部と接するように、ゲート絶縁膜１１２を形成する（図４（Ｄ）参照）。
【０１３３】
その後、第１のゲート膜１１４および第２のゲート膜１１５を形成する（図４（Ｅ）参照）。第１のゲート膜１１４としては、実施の形態１に示したＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物のターゲットを用いて窒素を含む雰囲気中でスパッタリング法により形成されたものを用いればよい。以上の工程でトランジスタ１５２が形成される。
【０１３４】
（実施の形態３）
本実施の形態では、図５（Ａ）乃至図５（Ｅ）を用いて、図２（Ｂ）に示すトランジスタ１５３の作製工程の一例について説明する。
【０１３５】
まず、基板１００上に絶縁膜１０２を形成する（図５（Ａ）参照）。次に、絶縁膜１０２上に、酸化物半導体膜を形成し、当該酸化物半導体膜を加工して島状の酸化物半導体膜１０６を形成する（図５（Ｂ）参照）。
【０１３６】
次に、ゲート絶縁膜１１２となるべき絶縁膜および第１のゲート膜１１４となるべき化合物導電体膜と第２のゲート膜１１５となるべき導電体膜を形成し、フォトリソグラフィにより同様のパターンに加工して、ゲート絶縁膜１１２、第１のゲート膜１１４、第２のゲート膜１１５を得る（図５（Ｃ）参照）。化合物導電体膜は、実施の形態１に示したＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物のターゲットを用いて窒素を含む雰囲気中でスパッタリング法により形成すればよい。
【０１３７】
次に、第１のゲート膜１１４と第２のゲート膜１１５をマスクに用いて酸化物半導体膜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。低抵抗化されない第１のゲート膜１１４と第２のゲート膜１１５下の領域はチャネル領域１２６となる（図５（Ｄ）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、燐イオンあるいは硼素イオンのイオン注入等などが挙げられる。
【０１３８】
このとき、第１のゲート膜１１４と第２のゲート膜１１５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、第１のゲート膜１１４と第２のゲート膜１１５をマスクに用いてパターニングすることで、第１のゲート膜１１４と第２のゲート膜１１５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。
【０１３９】
次に、保護絶縁膜１２４を形成し、ソース領域１２２ａ及びドレイン領域１２２ｂと重畳する部分の保護絶縁膜１２４に開口部を設ける。導電膜を形成し、当該導電膜を加工して、ソース電極１０８ａ及びドレイン電極１０８ｂ、その他の配線を形成する（図５（Ｅ）参照）。以上の工程でトランジスタ１５３が作製される。
【０１４０】
（実施の形態４）
図６（Ａ）乃至図６（Ｅ）に本実施の形態の表示装置の作製工程断面を示す。本実施の形態に示すトランジスタは、ゲート電極が基板側に位置するボトムゲート型で、かつ、ソース電極とドレイン電極がともに半導体膜の上面にコンタクトするトップコンタクト型である。
【０１４１】
以下、作製工程の概略を説明する。図６（Ａ）に示すように、絶縁表面を有する基板２００上に、第２のゲート膜２１５となるべき導電膜２１５ａと第１のゲート膜２１４となるべき化合物導電体膜２１４ａを形成する。導電膜２１５ａの厚さは１００ｎｍ乃至４００ｎｍとし、その材料は、実施の形態１で示した第２のゲート膜１１５に用いる材料を参照すればよい。また、化合物導電体膜２１４ａの厚さは１０ｎｍ以上５０ｎｍ以下とし、その材料や作製方法等は実施の形態１の第１のゲート膜１１４に用いる材料や作製方法等を参照すればよい。
【０１４２】
次に、導電膜２１５ａと化合物導電体膜２１４ａをエッチングして、第２のゲート膜２１５と第１のゲート膜２１４を形成し、さらに、ゲート絶縁膜２１２を形成する。ゲート絶縁膜２１２の厚さや材料、作製方法等については実施の形態１のゲート絶縁膜１１２を参照すればよい（図６（Ｂ）参照）。
【０１４３】
その後、図６（Ｃ）に示すように、酸化物半導体膜２０６ａを形成する。酸化物半導体膜２０６ａに用いる材料や厚さは実施の形態１を参照すればよい。そして、図６（Ｄ）に示すように、酸化物半導体膜２０６ａをエッチングすることで、所望の形状（例えば、島状）を有する酸化物半導体膜２０６を得る。なお、ここでのエッチングに際しては、ゲート絶縁膜２１２をエッチングストッパーとして用いてもよい。その後、酸化物半導体膜２０６に対して、熱処理（第１の熱処理）をおこなうことが望ましい。詳細は実施の形態１を参照すればよい。
【０１４４】
その後、Ｎ型の導電性を示す酸化物半導体膜と金属等の導電膜を堆積する。これらの成膜にはスパッタリング法を用いればよい。Ｎ型の酸化物半導体膜としては、酸化インジウム、酸化インジウム錫、酸化亜鉛、酸化亜鉛アルミニウム等を用いればよい。なお、Ｎ型の酸化物半導体膜は、ソース電極やドレイン電極と酸化物半導体膜２０６との接触抵抗を低減する目的で設けるが、ソース電極やドレイン電極に用いる金属の種類によっては設けなくてもよい。
【０１４５】
導電膜としては、例えば、アルミニウム、クロム、銅、タンタル、チタン、モリブデン、タングステン等から選ばれた元素を含む金属膜、または上述した元素を主たる金属成分とする金属窒化物膜（窒化チタン膜、窒化モリブデン膜、窒化タングステン膜）等を用いることができる。
【０１４６】
また、Ａｌ、Ｃｕなどの金属膜の下又は上の一方または双方にチタン、モリブデン、タングステンなどの高融点金属膜またはそれらの金属窒化物膜（窒化チタン膜、窒化モリブデン膜、窒化タングステン膜）を積層させた構成としても良い。
【０１４７】
そして、これらを所望の形状に加工し、Ｎ型酸化物半導体膜２０７ａおよび２０７ｂと、ソース電極２０８ａとドレイン電極２０８ｂを形成する。以上でトランジスタの基本的な構造が完成する。なお、導電膜のエッチングの際に、酸化物半導体膜２０６の一部もエッチングされ、酸化物半導体膜２０６に溝部（凹部）が形成されることもある。
【０１４８】
上記エッチング後に、アルゴンなどのガスを用いたプラズマ処理をおこない、露出している酸化物半導体膜２０６の表面に付着した吸着水などを除去してもよい。
【０１４９】
さらに、スパッタ法あるいはＣＶＤ法等で第１の絶縁物２０９を形成する。なお、上記のプラズマ処理をおこなった場合、当該プラズマ処理後に、基板２００を大気雰囲気に取り出さずに、連続して第１の絶縁物２０９の成膜をおこなうと、酸化物半導体膜２０６の表面に大気成分（特に水）が吸着されないので望ましい。
【０１５０】
第１の絶縁物２０９は、代表的には酸化シリコン、酸化窒化シリコン、酸化アルミニウム、または酸化窒化アルミニウムなどの無機絶縁物を用いて形成することができる。特に、後述する理由から酸化物であることが好ましく、化学量論比以上の酸素を含有していることが好ましい。
【０１５１】
第１の絶縁物２０９の形成後、第２の熱処理をおこなうのが望ましい。第２の熱処理の温度は、１５０℃以上６００℃以下、好ましくは２５０℃以上４５０℃以下とする。
【０１５２】
第２の熱処理は、窒素、酸素、超乾燥空気（水の含有量が２０ｐｐｍ以下、好ましくは１ｐｐｍ以下、好ましくは１０ｐｐｂ以下の空気）、または希ガス（アルゴン、ヘリウムなど）の雰囲気下でおこなえばよい。また、熱処理装置に導入する窒素、酸素、または希ガスの純度を、６Ｎ以上好ましくは７Ｎ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。
【０１５３】
第２の熱処理においては、酸化物半導体膜２０６と第１の絶縁物２０９とが接した状態で加熱される。したがって、第１の熱処理等の脱水化熱処理あるいは脱水素化熱処理によって減少してしまう可能性のある酸化物半導体膜２０６の酸素を、第１の絶縁物２０９より供給することができる。これによって、酸化物半導体膜２０６の電荷捕獲中心を低減することができる。
【０１５４】
第１の熱処理と第２の熱処理の少なくとも一方を適用することで、酸化物半導体膜２０６を、その主成分以外の不純物が極力含まれないように高純度化することができる。高純度化された酸化物半導体膜２０６にはドナーに由来するキャリアが極めて少なくなる。キャリア濃度は１×１０１４／ｃｍ３未満、好ましくは１×１０１２／ｃｍ３未満、さらに好ましくは１×１０１１／ｃｍ３未満とすることができる。
【０１５５】
次に、表面が平坦な第２の絶縁物２１０を形成する。第２の絶縁物２１０は各種有機材料を用いて形成すればよい。そして、第１の絶縁物２０９と第２の絶縁物２１０を選択的にエッチングして、ドレイン電極２０８ｂに達するコンタクトホールを形成する。このコンタクトホールを介して、ドレイン電極２０８ｂと接触する表示用電極２１１を形成する（図６（Ｅ）参照）。
【０１５６】
表示用電極２１１には、透光性のものや反射性のものを用いることができる。前者としては、Ｉｎ−Ｓｎ系酸化物やＺｎ−Ａｌ系酸化物等のバンドギャップが３電子ボルト以上の導電性半導体を用いることができる。また、金属ナノワイヤ−や厚さ３ｎｍ以下の炭素膜（グラフェン等）を用いることもできる。後者としては、各種金属材料（アルミニウム、銀等）の膜を用いることができる。反射性の表示用電極においては白色を表示するには、その表面に不規則な凹凸を設けるとよい。
【０１５７】
本実施の形態では、トランジスタを用いた表示装置の作製工程を示したが、本実施で開示された方法は表示装置に限らず他の形態の電子機器（例えば、集積回路）でも実施できることは明らかである。
【０１５８】
（実施の形態５）
図７（Ａ）乃至図７（Ｃ）に本実施の形態の表示装置の作製工程断面を示す。本実施の形態に示すトランジスタは、ボトムゲート型である。また、ソース電極とドレイン電極はともに半導体膜の下面にコンタクトするボトムコンタクト型である。
【０１５９】
以下、作製工程の概略を説明する。ただし、実施の形態４と同じ符号で示される構造物に関しては、用いる材料や使用する手段、条件等は、特に断らない限りは、実施の形態４で示したものを用いればよい。図７（Ａ）に示すように、絶縁表面を有する基板２００上に、第１のゲート膜２１４、第２のゲート膜２１５、ゲート絶縁膜２１２を形成する。
【０１６０】
その後、金属等の導電膜を堆積し、これを所望の形状に加工し、図７（Ｂ）に示すように、ソース電極２０８ａとドレイン電極２０８ｂを形成する。さらに、これらの上に酸化物半導体膜２０６を形成する。
【０１６１】
そして、図７（Ｃ）に示すように、第１の絶縁物２０９、表面が平坦な第２の絶縁物２１０を形成する。そして、第１の絶縁物２０９と第２の絶縁物２１０を選択的にエッチングして、ドレイン電極２０８ｂに達するコンタクトホールを形成する。このコンタクトホールを介して、ドレイン電極２０８ｂと接触する表示用電極２１１を形成する。
【０１６２】
本実施の形態で示すトランジスタが、実施の形態４で示すものと異なる点は、酸化物半導体膜２０６とソース電極２０８ａとドレイン電極２０８ｂとの上下関係のみである。
【０１６３】
（実施の形態６）
本発明の一態様である半導体装置は、さまざまな電子機器（遊技機も含む）に適用することができる。電子機器としては、例えば、テレビジョン装置（テレビまたはテレビジョン受信機ともいう）、コンピュータ用などのモニタ、デジタルカメラ、デジタルビデオカメラなどのカメラ、デジタルフォトフレーム、携帯電話機（携帯電話、携帯電話装置ともいう）、携帯型ゲーム機、携帯情報端末、音響再生装置、パチンコ機などの大型ゲーム機などが挙げられる。上記実施の形態で説明した半導体装置を具備する電子機器の例について説明する。
【０１６４】
図１０（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５で示した半導体装置を適用することにより、信頼性の高いノート型のパーソナルコンピュータとすることができる。
【０１６５】
図１０（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５で示した半導体装置を適用することにより、より信頼性の高い携帯情報端末（ＰＤＡ）とすることができる。
【０１６６】
図１０（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おこなうことができる。このような構成により、紙の書籍のような動作をおこなうことが可能となる。
【０１６７】
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１０（Ｃ）では表示部３２３）に文章を表示し、左側の表示部（図１０（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５で示した半導体装置を適用することにより、信頼性の高い電子書籍とすることができる。
【０１６８】
また、図１０（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。
【０１６９】
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。
【０１７０】
図１０（Ｄ）は、携帯電話であり、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おこなう太陽電池セル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５で示した半導体装置を適用することにより、信頼性の高い携帯電話とすることができる。
【０１７１】
また、表示パネル３３２はタッチパネルを備えており、図１０（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。
【０１７２】
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１０（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。
【０１７３】
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。
【０１７４】
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。
【０１７５】
図１０（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５で示した半導体装置を適用することにより、信頼性の高いデジタルビデオカメラとすることができる。
【０１７６】
図１０（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５で示した半導体装置を適用することにより、信頼性の高いテレビジョン装置３６０とすることができる。
【０１７７】
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おこなうことができる。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。
【０１７８】
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おこなうことができ、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）の情報通信をおこなうことも可能である。
【０１７９】
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】
【０１８０】
１００ 基板
１０２ 絶縁膜
１０６ 酸化物半導体膜
１０８ａ ソース電極
１０８ｂ ドレイン電極
１１２ ゲート絶縁膜
１１４ 第１のゲート膜
１１５ 第２のゲート膜
１２２ａ ソース領域
１２２ｂ ドレイン領域
１２４ 保護絶縁膜
１２６ チャネル領域
１５１ トランジスタ
１５２ トランジスタ
１５３ トランジスタ
２００ 基板
２０６ 酸化物半導体膜
２０６ａ 酸化物半導体膜
２０７ａ Ｎ型酸化物半導体膜
２０７ｂ Ｎ型酸化物半導体膜
２０８ａ ソース電極
２０８ｂ ドレイン電極
２０９ 第１の絶縁物
２１０ 第２の絶縁物
２１１ 表示用電極
２１２ ゲート絶縁膜
２１４ 第１のゲート膜
２１４ａ 化合物導電体膜
２１５ 第２のゲート膜
２１５ａ 導電膜
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】
インジウムを有する酸化物半導体膜と、インジウムと窒素を有し、バンドギャップが２．８電子ボルト未満である化合物導電体の膜と、その間に設けられた絶縁膜を有する半導体装置。
【請求項２】
請求項１において、前記化合物導電体の仕事関数が５電子ボルト以上であることを特徴とする半導体装置。
【請求項３】
請求項１あるいは２のいずれか一において、前記化合物導電体のイオン化ポテンシャルが７電子ボルト以上であ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、前記化合物導電体は全構成元素における窒素の比率が１０原子％以上５０原子％以下、インジウムの比率が１０原子％以上５０原子％以下であることを特徴とする半導体装置。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のいずれか一において、前記酸化物半導体膜のドナーあるいはアクセプタの濃度が１×１０１２ｃｍ−３以下であることを特徴とする半導体装置。
【請求項６】
インジウムと窒素を有し、バンドギャップが２．８電子ボルト未満である化合物導電体の膜に接して絶縁膜を設ける工程と、前記絶縁膜上にインジウムを有する酸化物半導体膜を設ける工程を有する半導体装置の作製方法。
【請求項７】
インジウムを有する酸化物半導体膜上に絶縁膜を設ける工程と、前記絶縁膜に接してインジウムと窒素を有し、バンドギャップが２．８電子ボルト未満である化合物導電体の膜を設ける工程を有する半導体装置の作製方法。
【請求項８】
請求項６あるいは７のいずれか一において、前記化合物導電体の膜は、窒素を含む雰囲気で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９】
請求項６乃至８のいずれか一において、前記化合物導電体の膜は、酸素濃度が５％以下の雰囲気で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１】
インジウムを有する酸化物半導体膜と、インジウムと窒素を有し、バンドギャップが２．８電子ボルト未満である化合物導電体の膜と、その間に設けられた絶縁膜を有する半導体装置。
【請求項２】
請求項１において、前記化合物導電体の仕事関数が５電子ボルト以上であることを特徴とする半導体装置。
【請求項３】
請求項１あるいは２のいずれか一において、前記化合物導電体のイオン化ポテンシャルが７電子ボルト以上であ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、前記化合物導電体は全構成元素における窒素の比率が１０原子％以上５０原子％以下、インジウムの比率が１０原子％以上５０原子％以下であることを特徴とする半導体装置。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のいずれか一において、前記酸化物半導体膜のドナーあるいはアクセプタの濃度が１×１０１２ｃｍ−３以下であることを特徴とする半導体装置。
【請求項６】
インジウムと窒素を有し、バンドギャップが２．８電子ボルト未満である化合物導電体の膜に接して絶縁膜を設ける工程と、前記絶縁膜上にインジウムを有する酸化物半導体膜を設ける工程を有する半導体装置の作製方法。
【請求項７】
インジウムを有する酸化物半導体膜上に絶縁膜を設ける工程と、前記絶縁膜に接してインジウムと窒素を有し、バンドギャップが２．８電子ボルト未満である化合物導電体の膜を設ける工程を有する半導体装置の作製方法。
【請求項８】
請求項６あるいは７のいずれか一において、前記化合物導電体の膜は、窒素を含む雰囲気で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９】
請求項６乃至８のいずれか一において、前記化合物導電体の膜は、酸素濃度が５％以下の雰囲気で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。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１２−１０９５５０（Ｐ２０１２−１０９５５０Ａ）
【公開日】平成２４年６月７日（２０１２．６．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２３０２４７（Ｐ２０１１−２３０２４７）
【出願日】平成２３年１０月２０日（２０１１．１０．２０）
【出願人】（０００１５３８７８）株式会社半導体エネルギー研究所 (5,264)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年６月７日（２０１２．６．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１０月２０日（２０１１．１０．２０）
【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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