半導体装置
【課題】電気的特性が向上した、酸化物半導体を用いた半導体装置を提供することを目的の一とする。
【解決手段】１３族元素および酸素を含む第１の絶縁膜と、第１の絶縁膜と一部が接する酸化物半導体膜と、酸化物半導体膜と電気的に接続するソース電極およびドレイン電極と、酸化物半導体膜と重畳するゲート電極と、酸化物半導体膜とゲート電極の間の、酸化物半導体膜と一部が接する第２の絶縁膜と、を有する半導体装置である。また、１３族元素および酸素を含む第１の絶縁膜には、化学量論的組成比より酸素が多い領域が含まれる構成とする。
【解決手段】１３族元素および酸素を含む第１の絶縁膜と、第１の絶縁膜と一部が接する酸化物半導体膜と、酸化物半導体膜と電気的に接続するソース電極およびドレイン電極と、酸化物半導体膜と重畳するゲート電極と、酸化物半導体膜とゲート電極の間の、酸化物半導体膜と一部が接する第２の絶縁膜と、を有する半導体装置である。また、１３族元素および酸素を含む第１の絶縁膜には、化学量論的組成比より酸素が多い領域が含まれる構成とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
半導体装置および半導体装置の作製方法に関する。
【０００２】
なお、本明細書中において半導体装置とは、半導体特性を利用することで機能しうる装置全般を指し、電気光学装置、半導体回路および電子機器は全て半導体装置である。
【背景技術】
【０００３】
絶縁表面を有する基板上に形成された半導体薄膜を用いてトランジスタを構成する技術が注目されている。該トランジスタは集積回路（ＩＣ）や画像表示装置（表示装置）のような電子デバイスに広く応用されている。トランジスタに適用可能な半導体薄膜としてシリコン系半導体材料が広く知られているが、その他の材料として酸化物半導体が注目されている。
【０００４】
例えば、トランジスタのチャネル形成領域に用いられる半導体層として、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）、および亜鉛（Ｚｎ）を含む非晶質酸化物を用いたトランジスタが開示されている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【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】
【０００６】
しかしながら、酸化物半導体は、酸素の不足などによる化学量論的組成比からのずれや、デバイス作製工程において電子供与体を形成する水素や水の混入などが生じると、その電気伝導度が変化する恐れがある。このような現象は、酸化物半導体を用いたトランジスタなどの半導体装置にとって、電気的特性の変動要因となる。
【０００７】
上述の問題に鑑み、電気的特性が向上した、酸化物半導体を用いた半導体装置を提供することを目的の一とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一態様では、酸化物半導体膜に含まれる成分元素（例えば、１３族元素や酸素など）を含む絶縁膜を、酸化物半導体膜と接する態様で設けることにより、酸化物半導体膜と絶縁膜との界面の状態を良好に保つ。より具体的には、例えば、次のような構成を採用することができる。
【０００９】
本発明の一態様は、１３族元素および酸素を含む第１の絶縁膜と、第１の絶縁膜と一部が接する酸化物半導体膜と、酸化物半導体膜と電気的に接続するソース電極およびドレイン電極と、酸化物半導体膜と重畳するゲート電極と、酸化物半導体膜とゲート電極の間の、酸化物半導体膜と一部が接する第２の絶縁膜と、を有する半導体装置である。
【００１０】
上記構成において、１３族元素および酸素を含む第１の絶縁膜には、化学量論的組成比より酸素が多い領域が含まれることが好ましい。また、上記構成において、１３族元素および酸素を含む第１の絶縁膜には、酸化ガリウム、酸化アルミニウム、酸化アルミニウムガリウムおよび酸化ガリウムアルミニウムのいずれか一または複数を含まれることが好ましい。
【００１１】
１３族元素および酸素を含む第１の絶縁膜は、アルミニウム、ガリウム、酸素を含み、見かけの組成式は、ＡｌｘＧａ２−ｘＯ３＋α（１＜ｘ＜２、１＞α＞０）またはＡｌｘＧａ２−ｘＯ３＋α（０＜ｘ≦１、１＞α＞０）で表される。
【００１２】
本発明の他の一態様は、第１の絶縁膜と、第１の絶縁膜と一部が接する酸化物半導体膜と、酸化物半導体膜と電気的に接続するソース電極およびドレイン電極と、酸化物半導体膜と重畳するゲート電極と、酸化物半導体膜とゲート電極の間の、酸化物半導体膜と一部が接する１３族元素および酸素を含む第２の絶縁膜と、を有する半導体装置である。
【００１３】
上記構成において、１３族元素および酸素を含む第２の絶縁膜には、化学量論的組成比より酸素が多い領域が含まれることが好ましい。また、上記構成において、１３族元素および酸素を含む第２の絶縁膜には、酸化ガリウム、酸化アルミニウム、酸化アルミニウムガリウムおよび酸化ガリウムアルミニウムのいずれか一または複数を含まれることが好ましい。
【００１４】
１３族元素および酸素を含む第２の絶縁膜は、アルミニウム、ガリウム、酸素を含み、見かけの組成式は、ＡｌｘＧａ２−ｘＯ３＋α（１＜ｘ＜２、１＞α＞０）またはＡｌｘＧａ２−ｘＯ３＋α（０＜ｘ≦１、１＞α＞０）で表される。
【００１５】
本発明の他の一態様は、１３族元素および酸素を含む第１の絶縁膜と、第１の絶縁膜と一部が接する酸化物半導体膜と、酸化物半導体膜と電気的に接続するソース電極およびドレイン電極と、酸化物半導体膜と重畳するゲート電極と、酸化物半導体膜とゲート電極の間の、酸化物半導体膜と一部が接する１３族元素および酸素を含む第２の絶縁膜と、を有する半導体装置である。
【００１６】
上記構成において、１３族元素および酸素を含む第１の絶縁膜および１３族元素および酸素を含む第２の絶縁膜には、化学量論的組成比より酸素が多い領域が含まれることが好ましい。また、１３族元素および酸素を含む第１の絶縁膜および１３族元素および酸素を含む第２の絶縁膜には、酸化ガリウム、酸化アルミニウム、酸化アルミニウムガリウムおよび酸化ガリウムアルミニウムのいずれか一または複数を含まれることが好ましい。
【００１７】
上記構成において、１３族元素および酸素を含む第２の絶縁膜は、ソース電極およびドレイン電極と接し、かつ１３族元素および酸素を含む第１の絶縁膜と接して設けられることが好ましい。また、上記構成において、酸化物半導体膜は、１３族元素および酸素を含む第１の絶縁膜および１３族元素および酸素を含む第２の絶縁膜に囲まれることが好ましい。
【００１８】
上記構成において、酸化物半導体膜には、Ｉｎ、Ｇａ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｈｆ及びランタノイドの少なくとも一が含まれることが好ましい。
【００１９】
上記において、１３族元素および酸素を含む第１の絶縁膜、および１３族元素および酸素を含む第２の絶縁膜に対して、酸素ドープ処理を行うことが好ましい。酸素ドープ処理を行うことにより、１３族元素および酸素を含む第１の絶縁膜、および１３族元素および酸素を含む第２の絶縁膜に、化学量論的組成比より酸素が多い領域を形成することができる。
【００２０】
なお、上記の「酸素ドープ」とは、酸素（少なくとも、酸素ラジカル、酸素原子、酸素イオン、のいずれかを含む）をバルクに添加することを言う。なお、当該「バルク」の用語は、酸素を、薄膜表面のみでなく薄膜内部に添加することを明確にする趣旨で用いている。また、「酸素ドープ」には、プラズマ化した酸素をバルクに添加する「酸素プラズマドープ」が含まれる。
【００２１】
なお、上記の酸素ドープ処理は、酸化物半導体膜に対して行ってもよい。
【００２２】
なお、酸化物半導体膜は、ｉ型化されたものであることが望ましい。ここで、ｉ型（真性）の酸化物半導体とは、酸化物半導体にとってのｎ型不純物である水素を酸化物半導体から除去し、酸化物半導体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と共に、酸素を供給して酸素欠陥（または酸素欠損ともいう）を低減した酸化物半導体をいう。ｉ型化された酸化物半導体膜では、電子供与体である水素原子が十分に低減されており、また、酸素不足に起因する欠陥が十分に低減されているため、これらに起因する界面特性の悪化を抑制することができる。
【００２３】
なお、酸化物半導体の高純度化には、トランジスタの電気的特性変動抑止の効果もある。よって、酸化物半導体の高純度化は、トランジスタの諸特性の向上に極めて効果的である。
【発明の効果】
【００２４】
本発明の一態様により、酸化物半導体膜と絶縁膜との界面の状態を良好に保つことが可能である。このため、電気的特性が向上した半導体装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】半導体装置の一態様を示す平面図および断面図。
【図２】半導体装置を示す図。
【図３】半導体装置の作製工程の一例を示す図。
【図４】半導体装置の作製工程の一例を示す図。
【図５】半導体装置の作製工程の一例を示す図。
【図６】半導体装置の一形態を説明する図。
【図７】半導体装置の一形態を説明する図。
【図８】半導体装置の一形態を説明する図。
【図９】半導体装置の一形態を説明する図。
【図１０】電子機器を示す図。
【図１１】ＡＣスパッタリング法の放電状態を説明する図。
【図１２】ＳＩＭＳによる水素及び酸素のイオン強度を示す図。
【図１３】ＳＩＭＳによる水素及び酸素のイオン強度を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下では、本発明の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。ただし、本発明は以下の説明に限定されず、その形態および詳細を様々に変更し得ることは、当業者であれば容易に理解される。また、本発明は以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。
【００２７】
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。
【００２８】
（実施の形態１）
本実施の形態では、半導体装置および半導体装置の作製方法の一態様を、図１乃至図５を用いて説明する。
【００２９】
〈半導体装置の構成例〉
図１には、本発明の一態様に係る半導体装置の例として、トランジスタ１１０の平面図および断面図を示す。ここで、図１（Ａ）は平面図であり、図１（Ｂ）は図１（Ａ）におけるＡ−Ｂ断面、図１（Ｃ）は、図１（Ａ）におけるＣ−Ｄ断面に係る断面図である。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１１０の構成要素の一部（例えば絶縁膜２１２、など）を省略している。
【００３０】
図１に示すトランジスタ１１０は、基板２００上の、絶縁膜２０２、酸化物半導体膜２０６ａ、ソース電極２０８ａ、ドレイン電極２０８ｂ、絶縁膜２１２、ゲート電極２１４を含む。図１に示すトランジスタ１１０において、酸化物半導体膜２０６ａは、絶縁膜２０２および絶縁膜２１２に接して設けられている。
【００３１】
ここで、酸化物半導体膜２０６ａは水素や水などの不純物が十分に除去されることにより、または、十分な酸素が供給されることにより、高純度化されたものであることが望ましい。具体的には、例えば、酸化物半導体膜２０６ａの水素濃度は５×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、望ましくは５×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、より望ましくは５×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下とする。なお、上述の酸化物半導体膜２０６ａ中の水素濃度は、二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ：Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ Ｉｏｎ Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）で測定されるものである。このように、水素濃度が十分に低減されて高純度化され、十分な酸素の供給により酸素欠乏に起因するエネルギーギャップ中の欠陥準位が低減された酸化物半導体膜２０６ａでは、キャリア濃度が１×１０１２／ｃｍ３未満、望ましくは、１×１０１１／ｃｍ３未満、より望ましくは１．４５×１０１０／ｃｍ３未満となる。例えば、室温（２５℃）でのオフ電流（ここでは、単位チャネル幅（１μｍ）あたりの値）は１００ｚＡ（１ｚＡ（ゼプトアンペア）は１×１０−２１Ａ）以下、望ましくは１０ｚＡ以下となる。このように、ｉ型化された酸化物半導体を用いることで、良好な電気特性のトランジスタを得ることができる。
【００３２】
絶縁膜２０２は、トランジスタ１１０の下地膜として機能する。絶縁膜２０２は、例えば、酸化シリコン、窒化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコンなどのシリコン系の材料を用いて成膜する。また、絶縁膜２０２は、１３族元素および酸素を含む材料を用いて成膜することもできる。１３族元素および酸素を含む材料としては、例えば、酸化ガリウム、酸化アルミニウム、酸化アルミニウムガリウムおよび酸化ガリウムアルミニウムのいずれか一または複数を含む材料などがある。ここで、酸化アルミニウムガリウムとは、ガリウムの含有量（原子％）よりアルミニウムの含有量（原子％）が多いものを示し、酸化ガリウムアルミニウムとは、ガリウムの含有量（原子％）がアルミニウムの含有量（原子％）より多いものを示す。絶縁膜２０２は、上述の材料を用いて、単層構造または積層構造で成膜することができる。
【００３３】
例えば、絶縁膜２０２を単層で設ける場合には、１３族元素および酸素を含む材料を用いることが好ましく、絶縁膜２０２を積層して設ける場合には、シリコン系の材料からなる膜の上に、１３族元素および酸素を含む材料からなる膜を設けることが好ましい。これにより、１３族元素および酸素を含む膜（絶縁膜）と酸化物半導体膜２０６ａとを接して設けることができる。
【００３４】
酸化物半導体膜２０６ａに用いられる酸化物半導体材料には、１３族元素を含むものが多い。このため、１３族元素および酸素を含む膜（絶縁膜２０２）と酸化物半導体膜２０６ａとを接して設ける場合には、酸化物半導体膜との界面の状態を良好に保つことができる。これは、１３族元素および酸素を含む材料と、酸化物半導体材料との相性が良いことによる。
【００３５】
例えば、ガリウムを含有する酸化物半導体膜を形成する場合には、酸化ガリウムを含む材料を絶縁膜２０２に用いることで、酸化物半導体膜と絶縁膜２０２の界面特性を良好に保つことができる。例えば、酸化物半導体膜と酸化ガリウムを含む絶縁膜とを接して設けることにより、酸化物半導体膜と絶縁膜の界面における水素のパイルアップを低減することができる。なお、酸化物半導体の成分元素と同じ族の元素を用いる場合には、同様の効果を得ることが可能である。つまり、酸化アルミニウムなどを含む材料を用いて絶縁膜２０２を形成することも有効である。なお、酸化アルミニウムは、水を透過させにくいという特性を有しているため、当該材料を用いることは、酸化物半導体膜への水の侵入防止という点においても好ましい。
【００３６】
また、酸化物半導体膜はイオン結合性が強く、シリコン系の酸化物膜は共有結合性が強いため、これらの膜が接すると、共有結合性が強いシリコン系の酸化物膜に水素がパイルアップされやすくなると考えられる。これに対し、１３族元素および酸素を含む膜は、酸化物半導体膜と同じイオン結合性を有するため、これらの膜が接しても、水素がパイルアップされにくいと考えられる。
【００３７】
なお、絶縁膜２０２に含まれる１３族元素は、二種類以上であっても良い。例えば、上述のガリウムとアルミニウムを含有する酸化アルミニウムガリウム（または酸化ガリウムアルミニウム）などの材料を、絶縁膜２０２に用いても良い。この場合、ガリウムを含有することに起因する効果と、アルミニウムを含有することに起因する効果を合わせて得ることができるため、好適である。例えば、酸化物半導体膜と酸化アルミニウムガリウムとを接して設けることにより、酸化物半導体膜への水の侵入を防ぎ、酸化物半導体膜と絶縁膜の界面におけるパイルアップを十分に低減することができる。
【００３８】
また、絶縁膜２０２は、化学量論的組成比より酸素が多い領域を含むことが好ましい。これにより、酸化物半導体膜に酸素を供給し、酸化物半導体膜中、または酸化物半導体膜と絶縁膜２０２の界面における酸素欠陥を低減することができる。
【００３９】
なお、酸素欠陥のない酸化物半導体を用いる場合であれば、絶縁膜２０２には、化学量論的組成比に一致した量の酸素が含まれていれば良いが、トランジスタのしきい値電圧の変動を抑えるなどの信頼性を確保するためには、酸化物半導体層に酸素欠陥の状態は生じ得ることを考慮して、絶縁膜２０２の酸素を化学量論的組成比より多くしておくことが好ましい。
【００４０】
絶縁膜２１２は、トランジスタ１１０のゲート絶縁膜として機能する。絶縁膜２１２は、例えば、酸化シリコン、窒化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコンなどの材料を用いて形成する。また、絶縁膜２１２は、１３族元素および酸素を含む材料を用いて形成することもできる。１３族元素および酸素を含む材料としては、例えば、酸化ガリウム、酸化アルミニウム、酸化アルミニウムガリウムおよび酸化ガリウムアルミニウムのいずれか一または複数を含む材料などがある。ここで、酸化アルミニウムガリウムとは、ガリウムの含有量（原子％）よりアルミニウムの含有量（原子％）が多いものを示し、酸化ガリウムアルミニウムとは、アルミニウムの含有量（原子％）よりガリウムの含有量（原子％）が多いものを示す。また、酸化ハフニウム、酸化タンタル、酸化イットリウム、ハフニウムシリケート（ＨｆＳｉｘＯｙ（ｘ＞０、ｙ＞０））、窒素が添加されたハフニウムシリケート（ＨｆＳｉｘＯｙ（ｘ＞０、ｙ＞０））、窒素が添加されたハフニウムアルミネート（ＨｆＡｌｘＯｙ（ｘ＞０、ｙ＞０））、などの比誘電率が高い材料を採用しても良い。絶縁膜２１２は、上述の材料を用いて、単層構造または積層構造で形成することができる。
【００４１】
なお、酸化物半導体材料には、１３族元素を含むものが多い。このため、１３族元素および酸素を含む材料を用いて、酸化物半導体膜と接する絶縁膜２１２を形成する場合には、酸化物半導体膜との界面の状態を良好に保つことができる。これは、１３族元素および酸素を含む材料と、酸化物半導体材料との相性が良いことによる。
【００４２】
例えば、ガリウムを含有する酸化物半導体膜を形成する場合には、酸化ガリウムを含む材料を絶縁膜２１２に用いることで、酸化物半導体膜とゲート絶縁膜の界面特性を良好に保つことができる。なお、酸化物半導体の成分元素と同じ族の元素を用いる場合には、同様の効果を得ることが可能である。つまり、酸化アルミニウムなどを含む材料を用いて絶縁膜２１２を形成することも有効である。なお、酸化アルミニウムは、水を透過させにくいという特性を有しているため、当該材料を用いることは、酸化物半導体膜への水の侵入防止という点においても好ましい。
【００４３】
なお、絶縁膜２１２に含まれる１３族元素は、二種類以上であっても良い。例えば、上述のガリウムとアルミニウムを含有する酸化アルミニウムガリウム（または酸化ガリウムアルミニウム）などの材料を、絶縁膜２１２に用いても良い。この場合、ガリウムを含有することに起因する効果と、アルミニウムを含有することに起因する効果を合わせて得ることができるため、好適である。
【００４４】
また、絶縁膜２１２は、化学量論的組成比より酸素が多い領域を含むことが好ましい。これにより、酸化物半導体膜に酸素を供給し、酸化物半導体膜中、または酸化物半導体膜と絶縁膜２１２の界面における酸素欠陥を低減することができる。
【００４５】
なお、酸素欠陥のない酸化物半導体を用いる場合であれば、絶縁膜２１２には、化学量論的組成に一致した量の酸素が含まれていれば良いが、トランジスタのしきい値電圧の変動を抑えるなどの信頼性を確保するためには、酸化物半導体層に酸素欠陥の状態は生じ得ることを考慮して、絶縁膜２１２の酸素を化学量論的組成より多くしておくことが好ましい。
【００４６】
次に、図２（Ａ）乃至図２（Ｄ）に、トランジスタ１１０とは異なる構成のトランジスタの断面構造を示す。本発明の一態様に係るトランジスタとして、図２（Ａ）では、トップゲート型のトランジスタ、図２（Ｂ）乃至図２（Ｄ）では、ボトムゲート型のトランジスタを示す。
【００４７】
図２（Ａ）に示すトランジスタ１２０は、基板２００上に、絶縁膜２０２、酸化物半導体膜２０６ａ、ソース電極２０８ａ、ドレイン電極２０８ｂ、絶縁膜２１２、ゲート電極２１４を含む点で、トランジスタ１１０と共通している。トランジスタ１２０とトランジスタ１１０との相違は、酸化物半導体膜２０６ａと、ソース電極２０８ａ及びドレイン電極２０８ｂとが接続する位置である。すなわち、トランジスタ１２０では、酸化物半導体膜２０６ａの下部において、酸化物半導体膜２０６ａと、ソース電極２０８ａやドレイン電極２０８ｂとが接している構造となる。
【００４８】
図２（Ｂ）に示すトランジスタ３１０は、ボトムゲート型のトランジスタであり、基板４００上に、ゲート電極４０２、絶縁膜４０４、酸化物半導体膜４０６ａ、ソース電極４０８ａ、ドレイン電極４０８ｂ、および絶縁膜４１０を含む。絶縁膜４０４は、ゲート絶縁膜として機能し、絶縁膜４１０はパッシベーション膜として機能する。なお、絶縁膜４０４は、図１のトランジスタ１１０の絶縁膜２１２に相当する。つまり、絶縁膜４０４は、ゲート絶縁膜として機能する。
【００４９】
図２（Ｃ）に示すトランジスタ３２０は、トランジスタ３１０の構成に対して、絶縁膜４１０上であって酸化物半導体膜４０６ａのチャネル形成領域に重畳する領域に導電層４１２を設けた構成である。その他の構成要素については、図２（Ｂ）と同様である。なお、導電層４１２は、バックゲート電極として機能する。このため、トランジスタ３２０は、トップゲート型のトランジスタ、または、デュアルゲート型のトランジスタと呼ぶこともできる。導電層４１２とゲート電極４０２とで、酸化物半導体膜４０６ａのチャネル形成領域を挟むように配置される。バックゲート電極の電位を変化させることで、トランジスタのしきい値電圧を変化させることができる。
【００５０】
図２（Ｄ）に示すトランジスタ３３０は、基板４００上に、ゲート電極４０２、絶縁膜４０４、酸化物半導体膜４０６ａ、ソース電極４０８ａ、ドレイン電極４０８ｂ、および絶縁膜４１０を含む点で、図２（Ｂ）に示すトランジスタ３１０に示すトランジスタと共通している。図２（Ｂ）に示すトランジスタ３１０と、図２（Ｄ）に示すトランジスタ３３０との相違は、酸化物半導体膜４０６ａと、ソース電極４０８ａやドレイン電極４０８ｂが接続する位置である。すなわち、トランジスタ３３０では、酸化物半導体膜４０６ａの下部において、酸化物半導体膜４０６ａと、ソース電極４０８ａやドレイン電極４０８ｂとが接している構造となる。
【００５１】
〈トランジスタの作製工程の例〉
以下、図３乃至図５を用いて、トランジスタの作製工程の例について説明する。
【００５２】
〈トランジスタ１１０の作製工程〉
図３（Ａ）乃至図３（Ｅ）を用いて、図１に示すトランジスタ１１０の作製工程の一例について説明する。
【００５３】
まず、基板２００上に絶縁膜２０２を形成する（図３（Ａ）参照）。
【００５４】
基板２００の材質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ことが必要となる。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２００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２００として用いてもよい。
【００５５】
また、基板２００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、例えば、可撓性基板上に直接的にトランジスタを作り込むことができる。
【００５６】
絶縁膜２０２は、トランジスタ１１０の下地膜として機能する。絶縁膜２０２は、例えば、酸化シリコン、窒化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコンなどのシリコン系の材料を用いて成膜する。また、絶縁膜２０２は、１３族元素および酸素を含む材料を用いて成膜することもできる。１３族元素および酸素を含む材料としては、例えば、酸化ガリウム、酸化アルミニウム、酸化アルミニウムガリウムおよび酸化ガリウムアルミニウムのいずれか一または複数を含む材料などがある。絶縁膜２０２は、上述の材料を用いて単層構造または積層構造で成膜することができる。
【００５７】
例えば、絶縁膜２０２を単層で設ける場合には、１３族元素および酸素を含む材料を用いることが好ましく、絶縁膜２０２を積層して設ける場合には、シリコン系の材料からなる膜の上に、１３族元素および酸素を含む材料からなる膜を成膜することが好ましい。
【００５８】
また、絶縁膜２０２として上述の１３族元素（および酸素）を含む材料を用いる場合、複数種類の１３族元素を含ませることができる。また、１３族元素の他に、イットリウムなどの３族元素、ハフニウムなどの４族元素、シリコンなどの１４族元素、窒素など、水素以外の不純物元素を含ませることができる。このように、絶縁膜に上述の元素を添加する場合には、絶縁膜のエネルギーギャップを、上述の元素の添加量により制御することができる。
【００５９】
なお、酸化物半導体層に用いられる酸化物半導体材料には、１３族元素を含むものが多い。このため、１３族元素および酸素を含む材料からなる膜（絶縁膜２０２）と酸化物半導体膜２０６ａとを接して成膜する場合には、酸化物半導体膜との界面の状態を良好に保つことができる。これは、１３族元素および酸素を含む材料と、酸化物半導体材料との相性が良いことによる。
【００６０】
絶縁膜２０２は、水素、水などの不純物を混入させない方法を用いて成膜することが好ましい。絶縁膜２０２に水素、水などの不純物が含まれると、後に形成される酸化物半導体膜に水素、水などの不純物の侵入や、水素、水などの不純物による酸化物半導体膜中の酸素の引き抜き、などによって酸化物半導体膜のバックチャネルが低抵抗化（ｎ型化）してしまい、寄生チャネルが形成されるおそれがあるためである。よって、絶縁膜２０２はできるだけ水素、水などの不純物が含まれないように作製することが好ましい。例えば、スパッタリング法によって成膜するのが好ましい。成膜する際に用いるスパッタガスとしては、水素、水などの不純物が除去された高純度ガスを用いることが好ましい。
【００６１】
絶縁膜２０２を成膜する際、スパッタリング装置の成膜室に導入するスパッタガスをガス精製器により高純度化する。具体的には、窒素ガス、酸素ガス、アルゴンガスのそれぞれにおいて、露点−９３℃以下、Ｈ２Ｏ含有量５２．８ｐｐｂ以下、水素含有量５ｐｐｂ以下としたものを用いることが好ましい。スパッタガスに微量の水分や水素が含まれていると、絶縁膜を堆積する過程で水素や水分が多量に膜中に取り込まれてしまうからである。なお、スパッタガスを高純度化することの必要性は、後述する酸化物半導体膜を成膜するときにも同様である。
【００６２】
スパッタリング法としては、直流電源を用いるＤＣスパッタリング法、パルス的に直流バイアスを加えるパルスＤＣスパッタリング法、又はＡＣスパッタリング法などを用いることができる。
【００６３】
ここで、ＡＣ放電を用いるスパッタリング法について図１１を用いて説明する。ＡＣ放電は、隣接するターゲットが互いにカソード電位とアノード電位を繰り返す。図１１（Ａ）に示す期間Ａでは、図１１（Ｂ１）に示すようにターゲット３０１がカソードとして機能し、ターゲット３０２がアノードとして機能する。また、図１１（Ａ）に示す期間Ｂでは、図１１（Ｂ２）に示すようにターゲット３０１がアノードとして機能し、ターゲット３０２がカソードとして機能する。期間Ａと期間Ｂを合わせると２０〜５０μｓｅｃであり、期間Ａと期間Ｂを一定周期で繰り返している。このように、隣接して配置される２つのターゲットのカソードとアノードを交互に入れ替えることで、放電を安定なものとすることができる。その結果、大面積の基板を用いた場合においても均一に放電が可能となるため、大面積の基板に対しても均一な膜特性を得ることができる。また、大面積の基板を用いることができるため、量産性を向上させることができる。
【００６４】
例えば、ＡＣスパッタリング法において、ターゲット３０１に酸化アルミニウムを用い、ターゲット３０２に酸化ガリウムを用いることにより、酸化ガリウムアルミニウム膜または酸化アルミニウムガリウム膜を形成することができる。また、ターゲット３０１およびターゲット３０２に、酸化アルミニウムガリウムターゲットを用いても、同様に酸化アルミニウムガリウム膜を形成することができる。
【００６５】
ターゲットとして、アルミニウムパーティクルが添加された酸化ガリウムターゲットを用いてもよい。アルミニウム元素が添加された酸化ガリウムターゲットを用いることにより、ターゲットの導電性を高めることができるため、スパッタリング時の放電を容易なものとすることができる。このようなターゲットを用いることで、量産化に適した、酸化物半導体と同族元素を含む酸化物絶縁膜を作製することができる。
【００６６】
次に、絶縁膜２０２に対して、酸素ドープ処理を行うことが好ましい。酸素ドープとは、酸素をバルクに添加することをいう。なお、当該バルクの用語は、酸素を薄膜表面のみでなく薄膜内部に添加することを明確にする趣旨で用いている。また、酸素ドープには、プラズマ化した酸素をバルクに添加する酸素プラズマドープが含まれる。
【００６７】
絶縁膜２０２に対して、酸素ドープ処理を行うことにより、絶縁膜２０２には化学量論的組成比より酸素が多い領域が形成される。このような領域を備えることにより、酸化物半導体膜に酸素を供給し、酸化物半導体膜中の酸素欠陥を低減することができる。
【００６８】
なお、酸素欠陥のない酸化物半導体を用いる場合であれば、絶縁膜２０２には、化学量論的組成に一致した量の酸素が含まれていれば良いが、トランジスタのしきい値電圧の変動を抑えるなどの信頼性を確保するためには、酸化物半導体層に酸素欠陥の状態は生じ得ることを考慮して、絶縁膜２０２の酸素を化学量論的組成比より多くしておくことが好ましい。
【００６９】
絶縁膜２０２として酸化ガリウム膜を用いた場合、酸素ドープを行うことにより、Ｇａ２Ｏ３＋α（１＞α＞０）とすることができる。αは、０．０４以上０．０９以下とすることができる。または、絶縁膜２０２として酸化アルミニウム膜を用いた場合、酸素ドープを行うことにより、Ａｌ２Ｏ３＋α（１＞α＞０）とすることができる。または、絶縁膜２０２として酸化アルミニウムガリウム膜を用いた場合、酸素ドープを行うことにより、ＡｌｘＧａ２−ｘＯ３＋α（１＜ｘ＜２、１＞α＞０）とすることができる。または、絶縁膜２０２として酸化ガリウムアルミニウム膜を用いた場合、酸素ドープを行うことにより、ＡｌｘＧａ２−ｘＯ３＋α（０＜ｘ≦１、１＞α＞０）とすることができる。
【００７０】
次に、絶縁膜２０２上に酸化物半導体膜２０６を形成する（図３（Ｂ）参照）。
【００７１】
酸化物半導体膜２０６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、Ｉｎ−Ｈｆ−Ｚｎ−Ｏ系の材料、Ｉｎ−Ｌａ−Ｚｎ−Ｏ系の材料、Ｉｎ−Ｃｅ−Ｚｎ−Ｏ系の材料、Ｉｎ−Ｐｒ−Ｚｎ−Ｏ系の材料、Ｉｎ−Ｎｄ−Ｚｎ−Ｏ系の材料、Ｉｎ−Ｓｍ−Ｚｎ−Ｏ系の材料、Ｉｎ−Ｅｕ−Ｚｎ−Ｏ系の材料、Ｉｎ−Ｇｄ−Ｚｎ−Ｏ系の材料、Ｉｎ−Ｔｂ−Ｚｎ−Ｏ系の材料、Ｉｎ−Ｄｙ−Ｚｎ−Ｏ系の材料、Ｉｎ−Ｈｏ−Ｚｎ−Ｏ系の材料、Ｉｎ−Ｅｒ−Ｚｎ−Ｏ系の材料、Ｉｎ−Ｔｍ−Ｚｎ−Ｏ系の材料、Ｉｎ−Ｙｂ−Ｚｎ−Ｏ系の材料、Ｉｎ−Ｌｕ−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ＳｉＯ２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）を有する酸化物膜、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。
【００７２】
また、酸化物半導体膜２０６は、化学式ＩｎＭＯ３（ＺｎＯ）ｍ（ｍ＞０）で表記される材料を用いた薄膜とすることができる。ここで、Ｍは、Ｇａ、Ａｌ、ＭｎおよびＣｏから選ばれた一または複数の金属元素を示す。例えば、Ｍとして、Ｇａ、ＧａおよびＡｌ、ＧａおよびＭｎ、またはＧａおよびＣｏなどを用いることができる。
【００７３】
また、酸化物半導体膜２０６の厚さは、３ｎｍ以上３０ｎｍ以下とするのが望ましい。酸化物半導体膜２０６を厚くしすぎると（例えば、膜厚を５０ｎｍ以上）、トランジスタがノーマリーオンとなってしまうおそれがあるためである。
【００７４】
酸化物半導体膜２０６は、水素、水、水酸基を有する化合物などの不純物が混入しにくい方法で作製するのが望ましい。例えば、スパッタリング法などを用いて作製することができる。
【００７５】
酸化物半導体としてＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系の材料を用いる場合、用いるターゲットの組成比は、Ｉｎ２Ｏ３：Ｇａ２Ｏ３：ＺｎＯ＝１：１：１［ｍｏｌ数比］のターゲットを用いることができる。なお、ターゲットの材料および組成を上述に限定する必要はない。例えば、Ｉｎ２Ｏ３：Ｇａ２Ｏ３：ＺｎＯ＝１：１：２［ｍｏｌ数比］の組成比のターゲットを用いることもできる。
【００７６】
また、酸化物半導体としてＩｎ−Ｚｎ−Ｏ系の材料を用いる場合、用いるターゲットの組成比は、原子数比で、Ｉｎ：Ｚｎ＝５０：１〜１：２（モル数比に換算するとＩｎ２Ｏ３：ＺｎＯ＝２５：１〜１：４）、好ましくはＩｎ：Ｚｎ＝２０：１〜１：１（モル数比に換算するとＩｎ２Ｏ３：ＺｎＯ＝１０：１〜１：２）、さらに好ましくはＩｎ：Ｚｎ＝１．５：１〜１５：１（モル数比に換算するとＩｎ２Ｏ３：ＺｎＯ＝３：４〜１５：２）とする。例えば、Ｉｎ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物半導体の形成に用いるターゲットは、原子数比がＩｎ：Ｚｎ：Ｏ＝Ｘ：Ｙ：Ｚのとき、Ｚ＞１．５Ｘ＋Ｙとする。
【００７７】
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２０６を緻密な膜とすることができるためである。
【００７８】
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２０６への水素、水などの不純物の混入を防ぐために、水素、水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望ましい。
【００７９】
本実施の形態では、酸化物半導体膜２０６を、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系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。
【００８０】
まず、減圧状態に保持された成膜室内に基板２００を保持し、基板温度が、２００℃を超えて５００℃以下、好ましくは３００℃を超えて５００℃以下、より好ましくは３５０℃以上４５０℃以下となるように加熱する。
【００８１】
次に、成膜室内の残留水分を除去しつつ、水素、水などの不純物が十分に除去された高純度ガスを導入し、上記Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系のターゲットを用いて絶縁膜２０２上に酸化物半導体膜２０６を成膜する。成膜室内の残留水分を除去するためには、排気手段として、クライオポンプ、イオンポンプ、チタンサブリメーションポンプなどの吸着型の真空ポンプを用いることが望ましい。また、排気手段は、ターボポンプにコールドトラップを加えたものであってもよい。クライオポンプを用いて排気した成膜室は、例えば、水素、水などの不純物（より好ましくは炭素原子を含む化合物も）などが除去されているため、当該成膜室で成膜した酸化物半導体膜２０６に含まれる水素、水などの不純物の濃度を低減することができる。
【００８２】
成膜中の基板温度が低温（例えば、１００℃以下）の場合、酸化物半導体膜２０６に水素、水などの不純物が混入するおそれがあるため、基板２００を上述の温度で加熱することが好ましい。基板２００を上述の温度で加熱して、酸化物半導体膜２０６の成膜を行うことにより、基板は高温となるため、水素結合は熱により切断され、酸化物半導体膜２０６に取り込まれにくい。したがって、基板２００が上述の温度で加熱された状態で、酸化物半導体膜２０６の成膜を行うことにより、酸化物半導体膜２０６に含まれる水素、水などの不純物の濃度を十分に低減することができる。また、スパッタリングによる損傷を軽減することができる。
【００８３】
なお、酸化物半導体膜２０６に含まれる水の含有量の測定法としては、昇温脱離分析法（ＴＤＳ：Ｔｈｅｒｍａｌ Ｄｅｓｏｒｐｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）が挙げられる。例えば、室温から４００℃程度に温度を上げていくことにより、２００℃から３００℃程度にかけて酸化物半導体膜に含まれる水、水素、水酸基を有する化合物などの脱離を観測することができる。
【００８４】
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、基板温度を４００℃、成膜雰囲気を酸素（酸素流量比率１００％）雰囲気とする。なお、パルス直流電源を用いると、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、膜厚分布も均一となるため好ましい。
【００８５】
なお、酸化物半導体膜２０６をスパッタリング法により形成する前に、アルゴンガスを導入してプラズマを発生させる逆スパッタを行い、絶縁膜２０２の表面に付着している粉状物質（パーティクル、ごみともいう）を除去することが好ましい。逆スパッタとは、基板に電圧を印加し、基板近傍にプラズマを形成して、基板側の表面を改質する方法である。なお、アルゴンに代えて、窒素、ヘリウム、酸素などのガスを用いてもよい。
【００８６】
次に、酸化物半導体膜２０６を加工して島状の酸化物半導体膜２０６ａを形成する（図３（Ｃ）参照）。
【００８７】
酸化物半導体膜２０６の加工は、所望の形状のマスクを酸化物半導体膜２０６上に形成した後、当該酸化物半導体膜２０６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良い。なお、酸化物半導体膜２０６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。
【００８８】
その後、酸化物半導体膜２０６ａに対して、熱処理（第１の熱処理）を行ってもよい。熱処理を行うことによって、酸化物半導体膜２０６ａ中に含まれる水素、水などの不純物をさらに除去し、酸化物半導体膜２０６ａの構造を整え、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。
【００８９】
熱処理の温度は、不活性ガス雰囲気下、２５０℃以上７００℃以下、好ましくは４５０℃以上６００℃以下、または基板の歪み点未満とする。不活性ガス雰囲気としては、窒素、または希ガス（ヘリウム、ネオン、アルゴン等）を主成分とする雰囲気であって、水素、水などの不純物が含まれない雰囲気を適用するのが望ましい。例えば、熱処理装置に導入する窒素や、ヘリウム、ネオン、アルゴン等の希ガスの純度を、６Ｎ（９９．９９９９％）以上、好ましくは７Ｎ（９９．９９９９９％）以上（すなわち、不純物濃度が１ｐｐｍ以下、好ましくは０．１ｐｐｍ以下）とする。
【００９０】
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、４５０℃、１時間の条件で行うことができる。この間、酸化物半導体膜２０６ａは大気に触れさせず、水素、水などの不純物の混入が生じないようにする。
【００９１】
ところで、上述の熱処理には水素、水などの不純物を除去する効果があるから、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。当該熱処理は、例えば、酸化物半導体膜２０６を成膜した後などのタイミングにおいて行うことも可能である。また、このような脱水化処理、脱水素化処理は、一回に限らず複数回行っても良い。
【００９２】
次に、酸化物半導体膜２０６ａに対して、酸素を供給する処理（酸素ドープ処理などとも呼ぶ）を行うことが望ましい。酸素を供給する処理としては、酸素雰囲気における熱処理（第２の熱処理）や、酸素プラズマによる処理などがある。また、電界で加速した酸素イオンを照射して、酸素を添加してもよい。
【００９３】
なお、酸素の添加をより好適に行うために、基板には電気的なバイアスを加えておいても良い。
【００９４】
酸化物半導体膜２０６ａに酸素ドープ処理を行うことにより、酸化物半導体膜２０６ａ中、酸化物半導体膜２０６ａ界面近傍、または、酸化物半導体膜２０６ａ中および該界面近傍に酸素を含有させることができる。この場合、酸素の含有量は、酸化物半導体膜２０６ａの化学量論的組成比を超える程度とするのが望ましい。
【００９５】
なお、酸素ドープ処理を行った後に、酸化物半導体膜２０６ａに熱処理を行っても良い。当該熱処理の温度は、２５０℃以上７００℃以下、好ましくは４００℃以上６００℃以下、または基板の歪み点未満とする。
【００９６】
当該熱処理により、酸素と酸化物半導体材料との反応によって生成された水、水酸基（ＯＨ）を有する化合物などを酸化物半導体膜から除去することができる。また、上述の酸素ドープ処理において、酸化物半導体膜２０６ａなどに混入した水素なども当該熱処理で除去することができる。熱処理は、水、水素などが十分に低減された窒素、酸素、超乾燥空気（ＣＲＤＳ（キャビティリングダウンレーザー分光法）方式の露点計を用いて測定した場合の水分量が２０ｐｐｍ（露点換算で−５５℃）以下、好ましくは１ｐｐｍ以下、好ましくは１０ｐｐｂ以下の空気）、希ガス（アルゴン、ヘリウムなど）などの雰囲気下で行えばよく、特に酸素を含む雰囲気で行うことが好ましい。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は、６Ｎ（９９．９９９９％）以上（即ち不純物濃度を１ｐｐｍ以下）とするのが好ましく、７Ｎ（９９．９９９９９％）以上（即ち不純物濃度を０．１ｐｐｍ以下）とすると、より好ましい。
【００９７】
なお、酸素ドープ処理のタイミングは、上記に限定されない。ただし、脱水化等を目的とする熱処理以降に行うことが望ましい。
【００９８】
上述のように、脱水化等を目的とする熱処理と、酸素ドープ処理または加酸化を目的とする熱処理とを適用することで、酸化物半導体膜２０６ａを、その主成分以外の元素（不純物元素）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２０６ａ中にはドナーに由来するキャリアが極めて少ない。
【００９９】
次に、絶縁膜２０２および酸化物半導体膜２０６ａ上に、ソース電極およびドレイン電極（これと同じ層で形成される配線を含む）を形成するための導電膜を形成し、当該導電膜を加工して、ソース電極２０８ａおよびドレイン電極２０８ｂを形成する（図３（Ｄ）参照）。なお、ここで形成されるソース電極２０８ａの端部とドレイン電極２０８ｂ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。
【０１００】
ソース電極２０８ａおよびドレイン電極２０８ｂ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）等を用いることができる。ソース電極２０８ａおよびドレイン電極２０８ｂは、単層構造としても良いし、積層構造としてもよい。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）を積層させた構成を用いても良い。
【０１０１】
また、ソース電極２０８ａおよびドレイン電極２０８ｂに用いる導電膜は、導電性の金属酸化物で形成しても良い。導電性の金属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）、酸化インジウム酸化スズ（Ｉｎ２Ｏ３−ＳｎＯ２、ＩＴＯと略記する）、酸化インジウム酸化亜鉛（Ｉｎ２Ｏ３―ＺｎＯ）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。
【０１０２】
導電膜の加工は、所望の形状のマスクを導電膜上に形成した後、当該導電膜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、レジストマスクなどを用いることができる。当該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。
【０１０３】
なお、チャネル長Ｌ＝２５ｎｍ未満の露光を行う場合には、例えば、数ｎｍ〜数１０ｎｍと極めて波長が短い超紫外線（Ｅｘｔｒｅｍｅ Ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ）を用いて、レジストマスク形成時の露光を行うとよい。超紫外線による露光は、解像度が高く焦点深度も大きい。したがって、後に形成されるトランジスタのチャネル長Ｌを微細化することが可能であり、回路の動作速度を高めることができる。
【０１０４】
また、いわゆる多階調マスクによって形成されたレジストマスクを用いてエッチング工程を行ってもよい。多階調マスクを用いて形成されたレジストマスクは、複数の膜厚を有する形状となり、アッシングによってさらに形状を変形させることができるため、異なるパターンに加工する複数のエッチング工程に用いることが可能である。このため、一枚の多階調マスクによって、少なくとも二種類以上の異なるパターンに対応するレジストマスクを形成することができる。つまり、工程の簡略化が可能となる。
【０１０５】
なお、導電膜のエッチングの際に、酸化物半導体膜２０６ａの一部がエッチングされ、溝部（凹部）を有する酸化物半導体膜２０６ａとなることもある。
【０１０６】
その後、Ｎ２Ｏ、Ｎ２、またはＡｒなどのガスを用いたプラズマ処理を行い、露出している酸化物半導体膜２０６ａの表面に付着した水素、水などの不純物を除去してもよい。
【０１０７】
次に、ソース電極２０８ａおよびドレイン電極２０８ｂを覆い、かつ、酸化物半導体膜２０６ａの一部と接するように、絶縁膜２１２を形成する。その後、ゲート電極（これと同じ層で形成される配線を含む）を形成するための導電膜を形成し、当該導電膜を加工して、ゲート電極２１４を形成する（図３（Ｅ）参照）。
【０１０８】
絶縁膜２１２は、トランジスタ１１０のゲート絶縁膜として機能する。絶縁膜２１２は、例えば、酸化シリコン、窒化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコンなどのシリコン系の材料を用いて形成する。また、絶縁膜２１２は、１３族元素および酸素を含む材料を用いて形成することもできる。１３族元素および酸素を含む材料としては、例えば、酸化ガリウム、酸化アルミニウム、酸化アルミニウムガリウムおよび酸化ガリウムアルミニウムのいずれか一または複数を含む材料などがある。また、酸化ハフニウム、酸化タンタル、酸化イットリウム、ハフニウムシリケート（ＨｆＳｉｘＯｙ（ｘ＞０、ｙ＞０））、窒素が添加されたハフニウムシリケート（ＨｆＳｉｘＯｙ（ｘ＞０、ｙ＞０））、窒素が添加されたハフニウムアルミネート（ＨｆＡｌｘＯｙ（ｘ＞０、ｙ＞０））、などの比誘電率が高い材料を採用しても良い。絶縁膜２１２は、上述の材料を用いて単層構造または積層構造で成膜する。
【０１０９】
絶縁膜２１２は、水素、水などの不純物を混入させない方法を用いて成膜することが好ましい。絶縁膜２１２に水素、水などの不純物が含まれると、後に形成される酸化物半導体膜に水素、水などの不純物が侵入や、水素、水などの不純物による酸化物半導体膜中の酸素の引き抜き、などによって酸化物半導体膜のバックチャネルが低抵抗化（ｎ型化）してしまい、寄生チャネルが形成されるおそれがあるためである。よって、絶縁膜２１２はできるだけ水素、水などの不純物が含まれないように作製することが好ましい。例えば、スパッタリング法によって成膜するのが好ましく、成膜する際に用いるスパッタガスとしては、水素、水などの不純物が除去された高純度ガスを用いることが好ましい。
【０１１０】
なお、１３族元素および酸素を含む材料からなる膜と酸化物半導体膜２０６ａとは接するように成膜することが好ましい。例えば、絶縁膜２１２を単層で設ける場合には、１３族元素および酸素を含む材料を用いることが好ましく、絶縁膜２１２を積層して設ける場合には１３族元素および酸素を含む材料からなる膜上に、シリコン系の材料からなる膜または比誘電率が高い材料からなる膜を成膜することが好ましい。
【０１１１】
なお、酸化物半導体層に用いられる酸化物半導体材料には、１３族元素を含むものが多い。このため、酸化物半導体膜と、１３族元素および酸素を含む材料からなる膜（絶縁膜２１２）と、を接して成膜する場合には、酸化物半導体膜との界面の状態を良好に保つことができる。これは、１３族元素および酸素を含む材料と、酸化物半導体材料との相性が良いことによる。
【０１１２】
次に、絶縁膜２１２に対して、酸素ドープ処理を行うことが好ましい。酸素ドープとは、酸素（少なくとも、酸素ラジカル、酸素原子、酸素イオン、のいずれかを含む）をバルクに添加することをいう。なお、当該バルクの用語は、酸素を薄膜表面のみでなく薄膜内部に添加することを明確にする趣旨で用いている。また、酸素ドープには、プラズマ化した酸素をバルクに添加する酸素プラズマドープが含まれる。
【０１１３】
絶縁膜２１２に対して、酸素ドープ処理を行うことにより、絶縁膜２１２には化学量論的組成比より酸素が多い領域が形成される。このような領域を備えることにより、酸化物半導体膜に酸素を供給し、酸化物半導体膜中の酸素欠陥を低減することができる。
【０１１４】
なお、酸素欠陥のない酸化物半導体を用いる場合であれば、絶縁膜２１２には、化学量論的組成に一致した量の酸素が含まれていれば良いが、トランジスタのしきい値電圧の変動を抑えるなどの信頼性を確保するためには、酸化物半導体層に酸素欠陥の状態は生じ得ることを考慮して、絶縁膜２１２の酸素を化学量論的組成より多くしておくことが好ましい。
【０１１５】
ゲート電極２１４に用いる導電膜としては、例えば、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成分とする合金材料などを用いることができる。ゲート電極２１４は、単層構造としても良いし、積層構造としてもよい。
【０１１６】
導電膜の加工は、所望の形状のマスクを導電膜上に形成した後、当該導電膜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、レジストマスクなどを用いることができる。
【０１１７】
以上の工程で、トランジスタ１１０を作製することができる（図３（Ｅ）参照）。
【０１１８】
〈トランジスタ１２０の作製工程〉
次に、図２（Ａ）に示すトランジスタ１２０の作製工程の一例について図４を用いて説明する。なお、トランジスタ１２０の作製工程は、多くの部分でトランジスタ１１０と共通している。したがって、以下においては、重複する部分の説明は省略し、異なる点について詳細に説明する。
【０１１９】
まず、基板２００上に絶縁膜２０２を形成する。絶縁膜２０２は、下地膜として機能する。詳細は、トランジスタ１１０における絶縁膜２０２と同様である。
【０１２０】
次に、絶縁膜２０２上に、ソース電極およびドレイン電極（これと同じ層で形成される配線を含む）を形成するための導電膜を形成し、当該導電膜を加工して、ソース電極２０８ａおよびドレイン電極２０８ｂを形成する（図４（Ａ）参照）。
【０１２１】
次に、絶縁膜２０２上に、ソース電極２０８ａおよびドレイン電極２０８ｂと接続する酸化物半導体膜２０６を形成する（図４（Ｂ）参照）。その後、当該酸化物半導体膜２０６を加工して島状の酸化物半導体膜２０６ａを形成する（図４（Ｃ）参照）。
【０１２２】
酸化物半導体膜２０６の成膜後、または島状の酸化物半導体膜２０６ａの形成後には、熱処理（脱水化処理、脱水素化処理）を行うことが好ましい。また、酸化物半導体膜２０６、または島状の酸化物半導体膜２０６ａに対しては、酸素ドープ処理を行うことが望ましい。酸素ドープ処理の詳細は、トランジスタ１１０における処理と同様である。
【０１２３】
次に、ソース電極２０８ａおよびドレイン電極２０８ｂを覆い、かつ、酸化物半導体膜２０６ａの一部と接するように絶縁膜２１２を形成し、その後、ゲート電極２１４を形成する（図４（Ｄ）参照）。絶縁膜２１２およびゲート電極２１４の詳細については、トランジスタ１１０の作製工程に関する記載を参酌できる。
【０１２４】
以上の工程で、トランジスタ１２０を作製することができる（図４（Ｄ）参照）。
【０１２５】
〈トランジスタ３１０およびトランジスタ３２０の作製工程〉
次に、図５（Ａ）乃至図５（Ｄ）を用いて、図２（Ｂ）に示すトランジスタ３１０、および図２（Ｃ）に示すトランジスタ３２０の作製工程の一例について説明する。
【０１２６】
まず、基板４００上にゲート電極（これと同じ層で形成される配線を含む）を形成するための導電膜を形成し、当該導電膜を加工して、ゲート電極４０２を形成する。その後、ゲート電極４０２を覆うように絶縁膜４０４を形成する（図５（Ａ）参照）。基板４００およびゲート電極４０２の詳細については、それぞれ、基板２００およびゲート電極２１４に関する記載を参酌できる。また、絶縁膜４０４の詳細については、絶縁膜２１２に関する記載を参酌できる。絶縁膜４０４は、ゲート絶縁膜として機能する。
【０１２７】
次に、絶縁膜４０４上に酸化物半導体膜４０６を形成する（図５（Ｂ）参照）。酸化物半導体膜４０６の詳細については、酸化物半導体膜２０６の記載を参酌できる。
【０１２８】
次に、酸化物半導体膜４０６を加工して島状の酸化物半導体膜４０６ａを形成する（図５（Ｃ）参照）。酸化物半導体膜４０６の加工方法の詳細については、酸化物半導体膜２０６の加工方法に関する記載を参酌できる。
【０１２９】
次に、絶縁膜４０４および酸化物半導体膜４０６ａ上に、ソース電極およびドレイン電極（これと同じ層で形成される配線を含む）を形成するための導電膜を形成し、当該導電膜を加工して、ソース電極４０８ａおよびドレイン電極４０８ｂを形成する。その後、酸化物半導体膜４０６ａ、ソース電極４０８ａおよびドレイン電極４０８ｂを覆うように絶縁膜４１０を形成する（図５（Ｄ）参照）。ソース電極４０８ａおよびドレイン電極４０８ｂの詳細については、ソース電極２０８ａおよびドレイン電極２０８ｂの記載を参酌できる。
【０１３０】
ここで、絶縁膜４１０は、保護膜として機能する。材料や作製方法などの詳細は、下地膜として機能する絶縁膜２０２に関する記載を参酌することができる。
【０１３１】
以上の工程で、トランジスタ３１０を作製することができる（図５（Ｄ）参照）。
【０１３２】
さらに、図５（Ｄ）において絶縁膜４１０上に導電層４１２を形成することにより、図２（Ｃ）に示すトランジスタ３２０を形成することができる。導電層４１２は、バックゲート電極として機能する。このため、導電層４１２の詳細については、ゲート電極４０２に関する記載を参酌できる。なお、バックゲート電極の電位を変化させることで、トランジスタのしきい値電圧を変化させることが可能である。
【０１３３】
なお、トランジスタ３１０及びトランジスタ３２０の作製工程において、酸化物半導体膜を形成した後のいずれかの工程で、酸化物半導体膜の脱水化処理、脱水素化処理、酸素ドープ処理などを行うことが好ましい。
【０１３４】
〈トランジスタ３３０の作製工程〉
次に、図２（Ｄ）に示すトランジスタ３３０の作製工程について説明する。
【０１３５】
まず、基板４００上にゲート電極（これと同じ層で形成される配線を含む）を形成するための導電膜を形成し、当該導電膜を加工して、ゲート電極４０２を形成する。その後、ゲート電極４０２を覆うように絶縁膜４０４を形成する。基板４００およびゲート電極４０２の詳細については、それぞれ、基板２００およびゲート電極２１４に関する記載を参酌できる。
【０１３６】
次に、絶縁膜４０４上にソース電極およびドレイン電極（これと同じ層で形成される配線を含む）を形成するための導電膜を形成し、当該導電膜を加工して、ソース電極４０８ａおよびドレイン電極４０８ｂを形成する。ソース電極４０８ａおよびドレイン電極４０８ｂの詳細については、ソース電極２０８ａおよびドレイン電極２０８ｂの記載を参酌できる。
【０１３７】
次に、絶縁膜４０４、ソース電極４０８ａおよびドレイン電極４０８ｂ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４０６ａを形成する。酸化物半導体膜４０６ａの詳細については、酸化物半導体膜２０６ａに関する記載を参酌できる。
【０１３８】
次に、酸化物半導体膜４０６ａ、ソース電極４０８ａおよびドレイン電極４０８ｂを覆うように絶縁膜４１０を形成する。絶縁膜４０４及び絶縁膜４１０の詳細については、絶縁膜２０２の記載を参酌できる。例えば、絶縁膜４０４をガリウム酸化物膜で形成し、絶縁膜４１０をシリコン酸化物膜で形成することができる。
【０１３９】
以上の工程でトランジスタ３３０を作製することができる（図５（Ｄ）参照）。
【０１４０】
なお、トランジスタ３３０の作製工程において、酸化物半導体膜を形成した後のいずれかの工程で、酸化物半導体膜の脱水化処理、脱水素化処理を行うことが好ましい。
【０１４１】
以上、本実施の形態において示すように、１３族元素および酸素を含む材料からなる膜と、酸化物半導体膜とを接して設けることにより、酸化物半導体膜との界面の状態を良好に保つことができる。
【０１４２】
また、酸化物半導体膜と接する絶縁膜が、化学量論的組成比より酸素が多い領域を含むことにより、酸化物半導体膜に酸素を供給し、酸化物半導体膜中の酸素欠陥を低減することができる。
【０１４３】
これにより、安定した電気的特性を有する酸化物半導体を用いた半導体装置を提供することができる。よって、信頼性の高い半導体装置を提供することができる。
【０１４４】
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。
【０１４５】
（実施の形態２）
実施の形態１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。
【０１４６】
図６（Ａ）において、第１の基板４００１上に設けられた画素部４００２を囲むようにして、シール材４００５が設けられ、第２の基板４００６によって封止されている。図６（Ａ）においては、第１の基板４００１上のシール材４００５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膜又は多結晶半導体膜で形成された走査線駆動回路４００４、信号線駆動回路４００３が実装されている。また別途形成された信号線駆動回路４００３と、走査線駆動回路４００４または画素部４００２に与えられる各種信号および電位は、ＦＰＣ（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ ｐｒｉｎｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ）４０１８ａ、４０１８ｂから供給されている。
【０１４７】
図６（Ｂ）および図６（Ｃ）において、第１の基板４００１上に設けられた画素部４００２と、走査線駆動回路４００４とを囲むようにして、シール材４００５が設けられている。また画素部４００２と、走査線駆動回路４００４の上に第２の基板４００６が設けられている。よって画素部４００２と、走査線駆動回路４００４とは、第１の基板４００１とシール材４００５と第２の基板４００６とによって、表示素子と共に封止されている。図６（Ｂ）および図６（Ｃ）においては、第１の基板４００１上のシール材４００５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膜又は多結晶半導体膜で形成された信号線駆動回路４００３が実装されている。図６（Ｂ）および図６（Ｃ）においては、別途形成された信号線駆動回路４００３と、走査線駆動回路４００４または画素部４００２に与えられる各種信号および電位は、ＦＰＣ４０１８から供給されている。
【０１４８】
また図６（Ｂ）および図６（Ｃ）においては、信号線駆動回路４００３を別途形成し、第１の基板４００１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良いし、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良い。
【０１４９】
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６（Ａ）は、ＣＯＧ方法により信号線駆動回路４００３、走査線駆動回路４００４を実装する例であり、図６（Ｂ）は、ＣＯＧ方法により信号線駆動回路４００３を実装する例であり、図６（Ｃ）は、ＴＡＢ方法により信号線駆動回路４００３を実装する例である。
【０１５０】
また、表示装置は、表示素子が封止された状態にあるパネルと、該パネルにコントローラを含むＩＣ等を実装した状態にあるモジュールとを含む。
【０１５１】
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。
【０１５２】
また第１の基板上に設けられた画素部およ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で示したトランジスタを適用することができる。
【０１５３】
表示装置に設けられる表示素子としては液晶素子（液晶表示素子ともいう）、発光素子（発光表示素子ともいう）、を用いることができる。発光素子は、電流または電圧によって輝度が制御される素子をその範疇に含んでおり、具体的には無機ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）、有機ＥＬ等が含まれる。また、電子インクなど、電気的作用によりコントラストが変化する表示媒体も適用することができる。
【０１５４】
半導体装置の一形態について、図７乃至図９を用いて説明する。図７乃至図９は、図６（Ｂ）のＭ−Ｎにおける断面図に相当する。
【０１５５】
図７乃至図９で示すように、半導体装置は接続端子電極４０１５および端子電極４０１６を有しており、接続端子電極４０１５および端子電極４０１６はＦＰＣ４０１８が有する端子と異方性導電膜４０１９を介して、電気的に接続されている。
【０１５６】
接続端子電極４０１５は、第１の電極層４０３０と同じ導電膜から形成され、端子電極４０１６は、トランジスタ４０１０、トランジスタ４０１１のソース電極およびドレイン電極と同じ導電膜で形成されている。
【０１５７】
また第１の基板４００１上に設けられた画素部４００２と、走査線駆動回路４００４は、トランジスタを複数有しており、図７乃至図９では、画素部４００２に含まれるトランジスタ４０１０と、走査線駆動回路４００４に含まれるトランジスタ４０１１とを例示している。
【０１５８】
本実施の形態では、トランジスタ４０１０、トランジスタ４０１１として、実施の形態１で示したトランジスタを適用することができる。トランジスタ４０１０、トランジスタ４０１１は、電気的特性変動が抑制されており、電気的に安定である。よって、図７乃至図９で示す本実施の形態の半導体装置として信頼性の高い半導体装置を提供することができる。
【０１５９】
画素部４００２に設けられたトランジスタ４０１０は表示素子と電気的に接続し、表示パネルを構成する。表示素子は表示を行うことがでれば特に限定されず、様々な表示素子を用いることができる。
【０１６０】
図７に表示素子として液晶素子を用いた液晶表示装置の例を示す。図７において、表示素子である液晶素子４０１３は、第１の電極層４０３０、第２の電極層４０３１、および液晶層４００８を含む。なお、液晶層４００８を挟持するように配向膜として機能する絶縁膜４０３２、４０３３が設けられている。第２の電極層４０３１は第２の基板４００６側に設けられ、第１の電極層４０３０と第２の電極層４０３１とは液晶層４００８を介して積層する構成となっている。
【０１６１】
また、４０３５は絶縁膜を選択的にエッチングすることで得られる柱状のスペーサであり、液晶層４００８の膜厚（セルギャップ）を制御するために設けられている。なお球状のスペーサを用いていても良い。
【０１６２】
表示素子として、液晶素子を用いる場合、サーモトロピック液晶、低分子液晶、高分子液晶、高分子分散型液晶、強誘電性液晶、反強誘電性液晶等を用いることができる。これらの液晶材料は、条件により、コレステリック相、スメクチック相、キュービック相、カイラルネマチック相、等方相等を示す。
【０１６３】
また、配向膜を用いないブルー相を示す液晶を用いてもよい。ブルー相は液晶相の一つであり、コレステリック液晶を昇温していくと、コレステリック相から等方相へ転移する直前に発現する相である。ブルー相は狭い温度範囲でしか発現しないため、温度範囲を改善するために５重量％以上のカイラル剤を混合させた液晶組成物を用いて液晶層に用いる。ブルー相を示す液晶とカイラル剤とを含む液晶組成物は、応答速度が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。また配向膜を設けなくてもよいのでラビング処理も不要となるため、ラビング処理によって引き起こされる静電破壊を防止することができ、作製工程中の液晶表示装置の不良や破損を軽減することができる。よって液晶表示装置の生産性を向上させることが可能となる。
【０１６４】
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。
【０１６５】
液晶表示装置に設けられる保持容量の大きさは、画素部に配置されるトランジスタのリーク電流等を考慮して、所定の期間の間電荷を保持できるように設定される。高純度の酸化物半導体膜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。
【０１６６】
実施の形態１に示すトランジスタは、オフ状態における電流値（オフ電流値）を低くすることができる。よって、画像信号等の電気信号の保持時間を長くすることができ、電源オン状態では書き込み間隔も長く設定できる。よって、リフレッシュ動作の頻度を少なくすることができるため、消費電力を抑制する効果を奏する。
【０１６７】
また、実施の形態１に示すトランジスタは、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。
【０１６８】
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。
【０１６９】
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。
【０１７０】
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、偏光基板および位相差基板による円偏光を用いてもよい。また、光源としてバックライト、サイドライトなどを用いてもよい。
【０１７１】
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。
【０１７２】
また、画素部における表示方式は、プログレッシブ方式やインターレース方式等を用いることができる。また、カラー表示する際に画素で制御する色要素としては、ＲＧＢ（Ｒは赤、Ｇは緑、Ｂは青を表す）の三色に限定されない。例えば、ＲＧＢＷ（Ｗは白を表す）、又はＲＧＢに、イエロー、シアン、マゼンタ等を一色以上追加したものがある。なお、色要素のドット毎にその表示領域の大きさが異なっていてもよい。ただし、本発明の一態様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。
【０１７３】
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。
【０１７４】
有機ＥＬ素子は、発光素子に電圧を印加することにより、一対の電極から電子および正孔がそれぞれ発光性の有機化合物を含む層に注入され、電流が流れる。そして、それらキャリア（電子および正孔）が再結合することにより、発光性の有機化合物が励起状態を形成し、その励起状態が基底状態に戻る際に発光する。このようなメカニズムから、このような発光素子は、電流励起型の発光素子と呼ばれる。
【０１７５】
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。
【０１７６】
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およ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、基板側およ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。
【０１７７】
図８に表示素子として発光素子を用いた発光装置の例を示す。表示素子である発光素子４５１３は、画素部４００２に設けられたトランジスタ４０１０と電気的に接続している。なお発光素子４５１３の構成は、第１の電極層４０３０、電界発光層４５１１、第２の電極層４０３１の積層構造であるが、示した構成に限定されない。発光素子４５１３から取り出す光の方向などに合わせて、発光素子４５１３の構成は適宜変えることができる。
【０１７８】
隔壁４５１０は、有機絶縁材料、又は無機絶縁材料を用いて形成する。特に感光性の樹脂材料を用い、第１の電極層４０３０上に開口部を形成し、その開口部の側壁が連続した曲率を持って形成される傾斜面となるように形成することが好ましい。
【０１７９】
電界発光層４５１１は、単数の層で構成されていても、複数の層が積層されるように構成されていてもどちらでも良い。
【０１８０】
発光素子４５１３に酸素、水素、水分、二酸化炭素等が侵入しないように、第２の電極層４０３１および隔壁４５１０上に保護膜を形成してもよい。保護膜としては、窒化シリコン膜、窒化酸化シリコン膜、ＤＬＣ膜等を形成することができる。また、第１の基板４００１、第２の基板４００６、およびシール材４００５によって封止された空間には充填材４５１４が設けられ密封されている。このように外気に曝されないように気密性が高く、脱ガスの少ない保護フィルム（貼り合わせフィルム、紫外線硬化樹脂フィルム等）やカバー材でパッケージング（封入）することが好ましい。
【０１８１】
充填材４５１４としては窒素やアルゴンなどの不活性な気体の他に、紫外線硬化樹脂または熱硬化樹脂を用いることができ、ＰＶＣ（ポリビニルクロライド）、アクリル、ポリイミド、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、ＰＶＢ（ポリビニルブチラル）またはＥＶＡ（エチレンビニルアセテート）を用いることができる。例えば充填材として窒素を用いればよい。
【０１８２】
また、必要であれば、発光素子の射出面に偏光板、又は円偏光板（楕円偏光板を含む）、位相差板（λ／４板、λ／２板）、カラーフィルタなどの光学フィルムを適宜設けてもよい。また、偏光板又は円偏光板に反射防止膜を設けてもよい。例えば、表面の凹凸により反射光を拡散し、映り込みを低減できるアンチグレア処理を施すことができる。
【０１８３】
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。
【０１８４】
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。
【０１８５】
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。
【０１８６】
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。
【０１８７】
なお、マイクロカプセル中の第１の粒子および第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。
【０１８８】
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の電極層および第２の電極層の間に配置し、第１の電極層および第２の電極層に電位差を生じさせての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。
【０１８９】
図９に、半導体装置の一形態としてアクティブマトリクス型の電子ペーパーを示す。図９の電子ペーパーは、ツイストボール表示方式を用いた表示装置の例である。
【０１９０】
トランジスタ４０１０と接続する第１の電極層４０３０と、第２の基板４００６に設けられた第２の電極層４０３１との間には黒色領域４６１５ａおよび白色領域４６１５ｂを有し、周りに液体で満たされているキャビティ４６１２を含む球形粒子４６１３が設けられており、球形粒子４６１３の周囲は樹脂等の充填材４６１４で充填されている。第２の電極層４０３１が共通電極（対向電極）に相当する。第２の電極層４０３１は、共通電位線と電気的に接続される。
【０１９１】
なお、図７乃至図９において、第１の基板４００１、第２の基板４００６としては、ガラス基板の他、可撓性を有する基板も用いることができ、例えば透光性を有するプラスチック基板などを用いることができる。プラスチックとしては、ＦＲＰ（Ｆｉｂｅｒｇｌａｓｓ−Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｐｌａｓｔｉｃｓ）板、ＰＶＦ（ポリビニルフルオライド）フィルム、ポリエステルフィルムまたはアクリル樹脂フィルムを用いることができる。また、アルミニウムホイルをＰＶＦフィルムやポリエステルフィルムで挟んだ構造のシートを用いることもできる。
【０１９２】
絶縁層４０２１は、無機絶縁材料又は有機絶縁材料を用いて形成することができる。なお、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、エポキシ樹脂等の、耐熱性を有する有機絶縁材料を用いると、平坦化絶縁膜として好適である。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）等を用いることができる。なお、これらの材料で形成される絶縁膜を複数積層させることで、絶縁層を形成してもよい。
【０１９３】
絶縁層４０２１の形成法は、特に限定されず、その材料に応じて、スパッタリング法、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、オフセット印刷等、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等を用いることができる。
【０１９４】
表示装置は光源又は表示素子からの光を透過させて表示を行う。よって光が透過する画素部に設けられる基板、絶縁膜、導電膜などの薄膜はすべて可視光の波長領域の光に対して透光性とする。
【０１９５】
表示素子に電圧を印加する第１の電極層および第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、およ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。
【０１９６】
第１の電極層４０３０、第２の電極層４０３１は、酸化タングステンを含むインジウム酸化物、酸化タングステンを含むインジウム亜鉛酸化物、酸化チタンを含むインジウム酸化物、酸化チタンを含むインジウム錫酸化物、インジウム錫酸化物（以下、ＩＴＯと示す。）、インジウム亜鉛酸化物、酸化ケイ素を添加したインジウム錫酸化物などの透光性を有する導電性材料を用いることができる。
【０１９７】
また、第１の電極層４０３０、第２の電極層４０３１はタングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）、バナジウム（Ｖ）、ニオブ（Ｎｂ）、タンタル（Ｔａ）、クロム（Ｃｒ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、チタン（Ｔｉ）、白金（Ｐｔ）、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）等の金属、又はその合金、若しくはその窒化物から一つ、又は複数種を用いて形成することができる。
【０１９８】
また、第１の電極層４０３０、第２の電極層４０３１として、導電性高分子（導電性ポリマーともいう）を含む導電性組成物を用いて形成することができる。導電性高分子としては、いわゆるπ電子共役系導電性高分子が用いることができる。例えば、ポリアニリンまたはその誘導体、ポリピロールまたはその誘導体、ポリチオフェンまたはその誘導体、若しくはアニリン、ピロールおよびチオフェンの２種以上からなる共重合体若しくはその誘導体などがあげられる。
【０１９９】
また、トランジスタは静電気などにより破壊されやすいため、駆動回路保護用の保護回路を設けることが好ましい。保護回路は、非線形素子を用いて構成することが好ましい。
【０２００】
以上のように実施の形態１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で例示したトランジスタは上述の表示機能を有する半導体装置のみでなく、電源回路に搭載されるパワーデバイス、ＬＳＩ等の半導体集積回路、対象物の情報を読み取るイメージセンサ機能を有する半導体装置など様々な機能を有する半導体装置に適用することが可能である。
【０２０１】
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。
【０２０２】
（実施の形態３）
本明細書に開示する半導体装置は、さまざまな電子機器（遊技機も含む）に適用することができる。電子機器としては、例えば、テレビジョン装置（テレビ、またはテレビジョン受信機ともいう）、コンピュータ用などのモニタ、デジタルカメラ、デジタルビデオカメラ等のカメラ、デジタルフォトフレーム、携帯電話機（携帯電話、携帯電話装置ともいう）、携帯型ゲーム機、携帯情報端末、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液晶表示装置を具備する電子機器の例について説明する。
【０２０３】
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３００１、筐体３００２、表示部３００３、キーボード３００４などによって構成されている。実施の形態１または２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。
【０２０４】
図１０（Ｂ）は、携帯情報端末（ＰＤＡ）であり、本体３０２１には表示部３０２３と、外部インターフェイス３０２５と、操作ボタン３０２４等が設けられている。また操作用の付属品としてスタイラス３０２２がある。実施の形態１または２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。
【０２０５】
図１０（Ｃ）は、電子書籍の一例を示している。例えば、電子書籍２７００は、筐体２７０１および筐体２７０３の２つの筐体で構成されている。筐体２７０１および筐体２７０３は、軸部２７１１により一体とされており、該軸部２７１１を軸として開閉動作を行うことができる。このような構成により、紙の書籍のような動作を行うことが可能となる。
【０２０６】
筐体２７０１には表示部２７０５が組み込まれ、筐体２７０３には表示部２７０７が組み込まれている。表示部２７０５および表示部２７０７は、続き画面を表示する構成としてもよいし、異なる画面を表示する構成としてもよい。異なる画面を表示する構成とすることで、例えば右側の表示部（図１０（Ｃ）では表示部２７０５）に文章を表示し、左側の表示部（図１０（Ｃ）では表示部２７０７）に画像を表示することができる。実施の形態１または２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２７００とすることができる。
【０２０７】
また、図１０（Ｃ）では、筐体２７０１に操作部などを備えた例を示している。例えば、筐体２７０１において、電源２７２１、操作キー２７２３、スピーカー２７２５などを備えている。操作キー２７２３により、頁を送ることができる。なお、筐体の表示部と同一面にキーボードやポインティングデバイスなどを備える構成としてもよい。また、筐体の裏面や側面に、外部接続用端子（イヤホン端子、ＵＳＢ端子など）、記録媒体挿入部などを備える構成としてもよい。さらに、電子書籍２７００は、電子辞書としての機能を持たせた構成としてもよい。
【０２０８】
また、電子書籍２７００は、無線で情報を送受信できる構成としてもよい。無線により、電子書籍サーバから、所望の書籍データなどを購入し、ダウンロードする構成とすることも可能である。
【０２０９】
図１０（Ｄ）は、携帯電話であり、筐体２８００および筐体２８０１の二つの筐体で構成されている。筐体２８０１には、表示パネル２８０２、スピーカー２８０３、マイクロフォン２８０４、ポインティングデバイス２８０６、カメラ用レンズ２８０７、外部接続端子２８０８などを備えている。また、筐体２８００には、携帯電話の充電を行う太陽電池セル２８１０、外部メモリスロット２８１１などを備えている。また、アンテナは筐体２８０１内部に内蔵されている。実施の形態１または２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。
【０２１０】
また、表示パネル２８０２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２８０５を点線で示している。なお、太陽電池セル２８１０で出力される電圧を各回路に必要な電圧に昇圧するための昇圧回路も実装している。
【０２１１】
表示パネル２８０２は、使用形態に応じて表示の方向が適宜変化する。また、表示パネル２８０２と同一面上にカメラ用レンズ２８０７を備えているため、テレビ電話が可能である。スピーカー２８０３およびマイクロフォン２８０４は音声通話に限らず、テレビ電話、録音、再生などが可能である。さらに、筐体２８００と筐体２８０１は、スライドし、図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。
【０２１２】
外部接続端子２８０８はＡＣアダプタおよびＵＳＢケーブルなどの各種ケーブルと接続可能であり、充電およびパーソナルコンピュータなどとのデータ通信が可能である。また、外部メモリスロット２８１１に記録媒体を挿入し、より大量のデータ保存および移動に対応できる。
【０２１３】
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。
【０２１４】
図１０（Ｅ）は、デジタルビデオカメラであり、本体３０５１、表示部（Ａ）３０５７、接眼部３０５３、操作スイッチ３０５４、表示部（Ｂ）３０５５、バッテリー３０５６などによって構成されている。実施の形態１または２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。
【０２１５】
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９６００は、筐体９６０１に表示部９６０３が組み込まれている。表示部９６０３により、映像を表示することが可能である。また、ここでは、スタンド９６０５により筐体９６０１を支持した構成を示している。実施の形態１または２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９６００とすることができる。
【０２１６】
テレビジョン装置９６００の操作は、筐体９６０１が備える操作スイッチや、別体のリモコン操作機により行うことができる。また、リモコン操作機に、当該リモコン操作機から出力する情報を表示する表示部を設ける構成としてもよい。
【０２１７】
なお、テレビジョン装置９６００は、受信機やモデムなどを備えた構成とする。受信機により一般のテレビ放送の受信を行うことができ、さらにモデムを介して有線または無線による通信ネットワークに接続することにより、一方向（送信者から受信者）または双方向（送信者と受信者間、あるいは受信者間同士など）の情報通信を行うことも可能である。
【０２１８】
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。
【実施例】
【０２１９】
本実施例では、本発明の一態様に係る半導体装置において、酸化物半導体膜と絶縁膜との界面における水素のパイルアップについて評価した結果について、図１２及び図１３を参照して説明する。評価方法としては、二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ：Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ Ｉｏｎ Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）を用いた。
【０２２０】
まず、本実施例で用いた試料について説明する。本実施例では、石英基板上に酸化物半導体膜と酸化ガリウム膜が成膜された試料Ａと、石英基板上に酸化物半導体膜と酸化シリコン膜が成膜された試料Ｂとを用いた。
【０２２１】
試料Ａ及び試料Ｂにおいて、酸化物半導体膜として、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系の酸化物半導体膜を用いた。Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系の酸化物半導体膜の成膜条件は、スパッタリング法により、原子数比Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：０．５のターゲットを用い、石英基板とターゲットとの距離を６０ｍｍ、圧力０．４Ｐａ、電源０．５ｋＷ、アルゴン及び酸素（Ａｒ：Ｏ２＝１０：５ｓｃｃｍ）雰囲気下、基板温度は室温として、３００ｎｍ成膜した。
【０２２２】
また、試料Ａにおいて、酸化ガリウムの成膜条件は、酸化物半導体膜上に、スパッタリング法により、酸化ガリウムターゲットを用い、石英基板とターゲットとの距離を６０ｍｍ、圧力０．４Ｐａ、電源１．０ｋＷ、アルゴン及び酸素（Ａｒ：Ｏ２＝２５：２５ｓｃｃｍ）雰囲気下、基板温度は室温として、２００ｎｍ成膜した。
【０２２３】
また、試料Ｂにおいて、酸化シリコン膜の成膜条件は、酸化物半導体膜上に、スパッタリング法により、酸化シリコンターゲットを用い、石英基板とターゲットとの距離を６０ｍｍ、圧力０．４Ｐａ、電源１．５ｋＷ、アルゴン及び酸素（Ａｒ：Ｏ２＝２５：２５ｓｃｃｍ）雰囲気下、基板温度は２５０℃として、２００ｎｍ成膜した。
【０２２４】
次に、試料Ａ及び試料Ｂに熱処理を行った。熱処理の条件は、熱処理を行うための電気炉としてマッフル炉により、窒素雰囲気中で４５０℃、１時間行った。
【０２２５】
次に、試料Ａ及び試料Ｂについて、ＳＩＭＳにより水素及び酸素のイオン強度を測定した。図１２に、試料ＡのＳＩＭＳによる水素及び酸素のイオン強度を示し、図１３に、試料ＢのＳＩＭＳによる水素及び酸素のイオン強度を示す。縦軸はイオン強度（ｃｏｕｎｔｓ／ｓｅｃ）であり、横軸は表面からの深さ（μｍ）である。
【０２２６】
図１３に示す試料Ｂでは、酸化物半導体膜と酸化シリコン膜との界面において、水素に由来する強いイオン強度を観測した。これに対し、図１２に示す試料Ａでは、酸化物半導体膜と酸化ガリウムとの界面において、水素に由来するイオン強度は大きく低下した。つまり、酸化ガリウムと酸化物半導体膜との界面は、酸化シリコン膜と酸化物半導体膜との界面に比較して水素のパイルアップを低減できることがわかった。
【０２２７】
酸化シリコンは共有結合性を有しているため、イオン結合性を有するＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系の酸化物半導体膜との界面の結合性が低下することで、酸素原子のダングリングボンドが増加したと考えられる。これにより、水素原子のパイルアップが増加したと考えられる。これに対し、酸化ガリウムはイオン結合性を有しているため、同じイオン結合性を有するＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系の酸化物半導体膜との界面の結合性は良好である。結果として、酸化ガリウム膜とＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系の酸化物半導体膜との界面において、酸素原子のダングリングボンドが低減したことにより、水素原子のパイルアップが低減したと考えられる。
【０２２８】
以上の結果から、酸化物半導体膜と酸化ガリウムとを接して設けることにより、酸化物半導体膜と酸化ガリウムとの界面における水素原子のパイルアップを低減できることが証明された。
【符号の説明】
【０２２９】
１１０ トランジスタ
１２０ トランジスタ
２００ 基板
２０２ 絶縁膜
２０６ 酸化物半導体膜
２０６ａ 酸化物半導体膜
２０８ａ ソース電極
２０８ｂ ドレイン電極
２１２ 絶縁膜
２１４ ゲート電極
３１０ トランジスタ
３２０ トランジスタ
３３０ トランジスタ
４００ 基板
４０２ ゲート電極
４０４ 絶縁膜
４０６ 酸化物半導体膜
４０６ａ 酸化物半導体膜
４０８ａ ソース電極
４０８ｂ ドレイン電極
４１０ 絶縁膜
４１２ 導電層
２７００ 電子書籍
２７０１ 筐体
２７０３ 筐体
２７０５ 表示部
２７０７ 表示部
２７１１ 軸部
２７２１ 電源
２７２３ 操作キー
２７２５ スピーカー
２８００ 筐体
２８０１ 筐体
２８０２ 表示パネル
２８０３ スピーカー
２８０４ マイクロフォン
２８０５ 操作キー
２８０６ ポインティングデバイス
２８０７ カメラ用レンズ
２８０８ 外部接続端子
２８１０ 太陽電池セル
２８１１ 外部メモリスロット
３００１ 本体
３００２ 筐体
３００３ 表示部
３００４ キーボード
３０２１ 本体
３０２２ スタイラス
３０２３ 表示部
３０２４ 操作ボタン
３０２５ 外部インターフェイス
３０５１ 本体
３０５３ 接眼部
３０５４ 操作スイッチ
３０５５ 表示部（Ｂ）
３０５６ バッテリー
３０５７ 表示部（Ａ）
４００１ 基板
４００２ 画素部
４００３ 信号線駆動回路
４００４ 走査線駆動回路
４００５ シール材
４００６ 基板
４００８ 液晶層
４０１０ トランジスタ
４０１１ トランジスタ
４０１３ 液晶素子
４０１５ 接続端子電極
４０１６ 端子電極
４０１８ ＦＰＣ
４０１８ａ ＦＰＣ
４０１８ｂ ＦＰＣ
４０１９ 異方性導電膜
４０２１ 絶縁層
４０３０ 電極層
４０３１ 電極層
４０３２ 絶縁膜
４０３３ 絶縁膜
４５１０ 隔壁
４５１１ 電界発光層
４５１３ 発光素子
４５１４ 充填材
４６１２ キャビティ
４６１３ 球形粒子
４６１４ 充填材
４６１５ａ 黒色領域
４６１５ｂ 白色領域
９６００ テレビジョン装置
９６０１ 筐体
９６０３ 表示部
９６０５ スタンド
【技術分野】
【０００１】
半導体装置および半導体装置の作製方法に関する。
【０００２】
なお、本明細書中において半導体装置とは、半導体特性を利用することで機能しうる装置全般を指し、電気光学装置、半導体回路および電子機器は全て半導体装置である。
【背景技術】
【０００３】
絶縁表面を有する基板上に形成された半導体薄膜を用いてトランジスタを構成する技術が注目されている。該トランジスタは集積回路（ＩＣ）や画像表示装置（表示装置）のような電子デバイスに広く応用されている。トランジスタに適用可能な半導体薄膜としてシリコン系半導体材料が広く知られているが、その他の材料として酸化物半導体が注目されている。
【０００４】
例えば、トランジスタのチャネル形成領域に用いられる半導体層として、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）、および亜鉛（Ｚｎ）を含む非晶質酸化物を用いたトランジスタが開示されている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【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】
【０００６】
しかしながら、酸化物半導体は、酸素の不足などによる化学量論的組成比からのずれや、デバイス作製工程において電子供与体を形成する水素や水の混入などが生じると、その電気伝導度が変化する恐れがある。このような現象は、酸化物半導体を用いたトランジスタなどの半導体装置にとって、電気的特性の変動要因となる。
【０００７】
上述の問題に鑑み、電気的特性が向上した、酸化物半導体を用いた半導体装置を提供することを目的の一とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一態様では、酸化物半導体膜に含まれる成分元素（例えば、１３族元素や酸素など）を含む絶縁膜を、酸化物半導体膜と接する態様で設けることにより、酸化物半導体膜と絶縁膜との界面の状態を良好に保つ。より具体的には、例えば、次のような構成を採用することができる。
【０００９】
本発明の一態様は、１３族元素および酸素を含む第１の絶縁膜と、第１の絶縁膜と一部が接する酸化物半導体膜と、酸化物半導体膜と電気的に接続するソース電極およびドレイン電極と、酸化物半導体膜と重畳するゲート電極と、酸化物半導体膜とゲート電極の間の、酸化物半導体膜と一部が接する第２の絶縁膜と、を有する半導体装置である。
【００１０】
上記構成において、１３族元素および酸素を含む第１の絶縁膜には、化学量論的組成比より酸素が多い領域が含まれることが好ましい。また、上記構成において、１３族元素および酸素を含む第１の絶縁膜には、酸化ガリウム、酸化アルミニウム、酸化アルミニウムガリウムおよび酸化ガリウムアルミニウムのいずれか一または複数を含まれることが好ましい。
【００１１】
１３族元素および酸素を含む第１の絶縁膜は、アルミニウム、ガリウム、酸素を含み、見かけの組成式は、ＡｌｘＧａ２−ｘＯ３＋α（１＜ｘ＜２、１＞α＞０）またはＡｌｘＧａ２−ｘＯ３＋α（０＜ｘ≦１、１＞α＞０）で表される。
【００１２】
本発明の他の一態様は、第１の絶縁膜と、第１の絶縁膜と一部が接する酸化物半導体膜と、酸化物半導体膜と電気的に接続するソース電極およびドレイン電極と、酸化物半導体膜と重畳するゲート電極と、酸化物半導体膜とゲート電極の間の、酸化物半導体膜と一部が接する１３族元素および酸素を含む第２の絶縁膜と、を有する半導体装置である。
【００１３】
上記構成において、１３族元素および酸素を含む第２の絶縁膜には、化学量論的組成比より酸素が多い領域が含まれることが好ましい。また、上記構成において、１３族元素および酸素を含む第２の絶縁膜には、酸化ガリウム、酸化アルミニウム、酸化アルミニウムガリウムおよび酸化ガリウムアルミニウムのいずれか一または複数を含まれることが好ましい。
【００１４】
１３族元素および酸素を含む第２の絶縁膜は、アルミニウム、ガリウム、酸素を含み、見かけの組成式は、ＡｌｘＧａ２−ｘＯ３＋α（１＜ｘ＜２、１＞α＞０）またはＡｌｘＧａ２−ｘＯ３＋α（０＜ｘ≦１、１＞α＞０）で表される。
【００１５】
本発明の他の一態様は、１３族元素および酸素を含む第１の絶縁膜と、第１の絶縁膜と一部が接する酸化物半導体膜と、酸化物半導体膜と電気的に接続するソース電極およびドレイン電極と、酸化物半導体膜と重畳するゲート電極と、酸化物半導体膜とゲート電極の間の、酸化物半導体膜と一部が接する１３族元素および酸素を含む第２の絶縁膜と、を有する半導体装置である。
【００１６】
上記構成において、１３族元素および酸素を含む第１の絶縁膜および１３族元素および酸素を含む第２の絶縁膜には、化学量論的組成比より酸素が多い領域が含まれることが好ましい。また、１３族元素および酸素を含む第１の絶縁膜および１３族元素および酸素を含む第２の絶縁膜には、酸化ガリウム、酸化アルミニウム、酸化アルミニウムガリウムおよび酸化ガリウムアルミニウムのいずれか一または複数を含まれることが好ましい。
【００１７】
上記構成において、１３族元素および酸素を含む第２の絶縁膜は、ソース電極およびドレイン電極と接し、かつ１３族元素および酸素を含む第１の絶縁膜と接して設けられることが好ましい。また、上記構成において、酸化物半導体膜は、１３族元素および酸素を含む第１の絶縁膜および１３族元素および酸素を含む第２の絶縁膜に囲まれることが好ましい。
【００１８】
上記構成において、酸化物半導体膜には、Ｉｎ、Ｇａ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｈｆ及びランタノイドの少なくとも一が含まれることが好ましい。
【００１９】
上記において、１３族元素および酸素を含む第１の絶縁膜、および１３族元素および酸素を含む第２の絶縁膜に対して、酸素ドープ処理を行うことが好ましい。酸素ドープ処理を行うことにより、１３族元素および酸素を含む第１の絶縁膜、および１３族元素および酸素を含む第２の絶縁膜に、化学量論的組成比より酸素が多い領域を形成することができる。
【００２０】
なお、上記の「酸素ドープ」とは、酸素（少なくとも、酸素ラジカル、酸素原子、酸素イオン、のいずれかを含む）をバルクに添加することを言う。なお、当該「バルク」の用語は、酸素を、薄膜表面のみでなく薄膜内部に添加することを明確にする趣旨で用いている。また、「酸素ドープ」には、プラズマ化した酸素をバルクに添加する「酸素プラズマドープ」が含まれる。
【００２１】
なお、上記の酸素ドープ処理は、酸化物半導体膜に対して行ってもよい。
【００２２】
なお、酸化物半導体膜は、ｉ型化されたものであることが望ましい。ここで、ｉ型（真性）の酸化物半導体とは、酸化物半導体にとってのｎ型不純物である水素を酸化物半導体から除去し、酸化物半導体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と共に、酸素を供給して酸素欠陥（または酸素欠損ともいう）を低減した酸化物半導体をいう。ｉ型化された酸化物半導体膜では、電子供与体である水素原子が十分に低減されており、また、酸素不足に起因する欠陥が十分に低減されているため、これらに起因する界面特性の悪化を抑制することができる。
【００２３】
なお、酸化物半導体の高純度化には、トランジスタの電気的特性変動抑止の効果もある。よって、酸化物半導体の高純度化は、トランジスタの諸特性の向上に極めて効果的である。
【発明の効果】
【００２４】
本発明の一態様により、酸化物半導体膜と絶縁膜との界面の状態を良好に保つことが可能である。このため、電気的特性が向上した半導体装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】半導体装置の一態様を示す平面図および断面図。
【図２】半導体装置を示す図。
【図３】半導体装置の作製工程の一例を示す図。
【図４】半導体装置の作製工程の一例を示す図。
【図５】半導体装置の作製工程の一例を示す図。
【図６】半導体装置の一形態を説明する図。
【図７】半導体装置の一形態を説明する図。
【図８】半導体装置の一形態を説明する図。
【図９】半導体装置の一形態を説明する図。
【図１０】電子機器を示す図。
【図１１】ＡＣスパッタリング法の放電状態を説明する図。
【図１２】ＳＩＭＳによる水素及び酸素のイオン強度を示す図。
【図１３】ＳＩＭＳによる水素及び酸素のイオン強度を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下では、本発明の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。ただし、本発明は以下の説明に限定されず、その形態および詳細を様々に変更し得ることは、当業者であれば容易に理解される。また、本発明は以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。
【００２７】
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。
【００２８】
（実施の形態１）
本実施の形態では、半導体装置および半導体装置の作製方法の一態様を、図１乃至図５を用いて説明する。
【００２９】
〈半導体装置の構成例〉
図１には、本発明の一態様に係る半導体装置の例として、トランジスタ１１０の平面図および断面図を示す。ここで、図１（Ａ）は平面図であり、図１（Ｂ）は図１（Ａ）におけるＡ−Ｂ断面、図１（Ｃ）は、図１（Ａ）におけるＣ−Ｄ断面に係る断面図である。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１１０の構成要素の一部（例えば絶縁膜２１２、など）を省略している。
【００３０】
図１に示すトランジスタ１１０は、基板２００上の、絶縁膜２０２、酸化物半導体膜２０６ａ、ソース電極２０８ａ、ドレイン電極２０８ｂ、絶縁膜２１２、ゲート電極２１４を含む。図１に示すトランジスタ１１０において、酸化物半導体膜２０６ａは、絶縁膜２０２および絶縁膜２１２に接して設けられている。
【００３１】
ここで、酸化物半導体膜２０６ａは水素や水などの不純物が十分に除去されることにより、または、十分な酸素が供給されることにより、高純度化されたものであることが望ましい。具体的には、例えば、酸化物半導体膜２０６ａの水素濃度は５×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、望ましくは５×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、より望ましくは５×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下とする。なお、上述の酸化物半導体膜２０６ａ中の水素濃度は、二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ：Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ Ｉｏｎ Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）で測定されるものである。このように、水素濃度が十分に低減されて高純度化され、十分な酸素の供給により酸素欠乏に起因するエネルギーギャップ中の欠陥準位が低減された酸化物半導体膜２０６ａでは、キャリア濃度が１×１０１２／ｃｍ３未満、望ましくは、１×１０１１／ｃｍ３未満、より望ましくは１．４５×１０１０／ｃｍ３未満となる。例えば、室温（２５℃）でのオフ電流（ここでは、単位チャネル幅（１μｍ）あたりの値）は１００ｚＡ（１ｚＡ（ゼプトアンペア）は１×１０−２１Ａ）以下、望ましくは１０ｚＡ以下となる。このように、ｉ型化された酸化物半導体を用いることで、良好な電気特性のトランジスタを得ることができる。
【００３２】
絶縁膜２０２は、トランジスタ１１０の下地膜として機能する。絶縁膜２０２は、例えば、酸化シリコン、窒化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコンなどのシリコン系の材料を用いて成膜する。また、絶縁膜２０２は、１３族元素および酸素を含む材料を用いて成膜することもできる。１３族元素および酸素を含む材料としては、例えば、酸化ガリウム、酸化アルミニウム、酸化アルミニウムガリウムおよび酸化ガリウムアルミニウムのいずれか一または複数を含む材料などがある。ここで、酸化アルミニウムガリウムとは、ガリウムの含有量（原子％）よりアルミニウムの含有量（原子％）が多いものを示し、酸化ガリウムアルミニウムとは、ガリウムの含有量（原子％）がアルミニウムの含有量（原子％）より多いものを示す。絶縁膜２０２は、上述の材料を用いて、単層構造または積層構造で成膜することができる。
【００３３】
例えば、絶縁膜２０２を単層で設ける場合には、１３族元素および酸素を含む材料を用いることが好ましく、絶縁膜２０２を積層して設ける場合には、シリコン系の材料からなる膜の上に、１３族元素および酸素を含む材料からなる膜を設けることが好ましい。これにより、１３族元素および酸素を含む膜（絶縁膜）と酸化物半導体膜２０６ａとを接して設けることができる。
【００３４】
酸化物半導体膜２０６ａに用いられる酸化物半導体材料には、１３族元素を含むものが多い。このため、１３族元素および酸素を含む膜（絶縁膜２０２）と酸化物半導体膜２０６ａとを接して設ける場合には、酸化物半導体膜との界面の状態を良好に保つことができる。これは、１３族元素および酸素を含む材料と、酸化物半導体材料との相性が良いことによる。
【００３５】
例えば、ガリウムを含有する酸化物半導体膜を形成する場合には、酸化ガリウムを含む材料を絶縁膜２０２に用いることで、酸化物半導体膜と絶縁膜２０２の界面特性を良好に保つことができる。例えば、酸化物半導体膜と酸化ガリウムを含む絶縁膜とを接して設けることにより、酸化物半導体膜と絶縁膜の界面における水素のパイルアップを低減することができる。なお、酸化物半導体の成分元素と同じ族の元素を用いる場合には、同様の効果を得ることが可能である。つまり、酸化アルミニウムなどを含む材料を用いて絶縁膜２０２を形成することも有効である。なお、酸化アルミニウムは、水を透過させにくいという特性を有しているため、当該材料を用いることは、酸化物半導体膜への水の侵入防止という点においても好ましい。
【００３６】
また、酸化物半導体膜はイオン結合性が強く、シリコン系の酸化物膜は共有結合性が強いため、これらの膜が接すると、共有結合性が強いシリコン系の酸化物膜に水素がパイルアップされやすくなると考えられる。これに対し、１３族元素および酸素を含む膜は、酸化物半導体膜と同じイオン結合性を有するため、これらの膜が接しても、水素がパイルアップされにくいと考えられる。
【００３７】
なお、絶縁膜２０２に含まれる１３族元素は、二種類以上であっても良い。例えば、上述のガリウムとアルミニウムを含有する酸化アルミニウムガリウム（または酸化ガリウムアルミニウム）などの材料を、絶縁膜２０２に用いても良い。この場合、ガリウムを含有することに起因する効果と、アルミニウムを含有することに起因する効果を合わせて得ることができるため、好適である。例えば、酸化物半導体膜と酸化アルミニウムガリウムとを接して設けることにより、酸化物半導体膜への水の侵入を防ぎ、酸化物半導体膜と絶縁膜の界面におけるパイルアップを十分に低減することができる。
【００３８】
また、絶縁膜２０２は、化学量論的組成比より酸素が多い領域を含むことが好ましい。これにより、酸化物半導体膜に酸素を供給し、酸化物半導体膜中、または酸化物半導体膜と絶縁膜２０２の界面における酸素欠陥を低減することができる。
【００３９】
なお、酸素欠陥のない酸化物半導体を用いる場合であれば、絶縁膜２０２には、化学量論的組成比に一致した量の酸素が含まれていれば良いが、トランジスタのしきい値電圧の変動を抑えるなどの信頼性を確保するためには、酸化物半導体層に酸素欠陥の状態は生じ得ることを考慮して、絶縁膜２０２の酸素を化学量論的組成比より多くしておくことが好ましい。
【００４０】
絶縁膜２１２は、トランジスタ１１０のゲート絶縁膜として機能する。絶縁膜２１２は、例えば、酸化シリコン、窒化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコンなどの材料を用いて形成する。また、絶縁膜２１２は、１３族元素および酸素を含む材料を用いて形成することもできる。１３族元素および酸素を含む材料としては、例えば、酸化ガリウム、酸化アルミニウム、酸化アルミニウムガリウムおよび酸化ガリウムアルミニウムのいずれか一または複数を含む材料などがある。ここで、酸化アルミニウムガリウムとは、ガリウムの含有量（原子％）よりアルミニウムの含有量（原子％）が多いものを示し、酸化ガリウムアルミニウムとは、アルミニウムの含有量（原子％）よりガリウムの含有量（原子％）が多いものを示す。また、酸化ハフニウム、酸化タンタル、酸化イットリウム、ハフニウムシリケート（ＨｆＳｉｘＯｙ（ｘ＞０、ｙ＞０））、窒素が添加されたハフニウムシリケート（ＨｆＳｉｘＯｙ（ｘ＞０、ｙ＞０））、窒素が添加されたハフニウムアルミネート（ＨｆＡｌｘＯｙ（ｘ＞０、ｙ＞０））、などの比誘電率が高い材料を採用しても良い。絶縁膜２１２は、上述の材料を用いて、単層構造または積層構造で形成することができる。
【００４１】
なお、酸化物半導体材料には、１３族元素を含むものが多い。このため、１３族元素および酸素を含む材料を用いて、酸化物半導体膜と接する絶縁膜２１２を形成する場合には、酸化物半導体膜との界面の状態を良好に保つことができる。これは、１３族元素および酸素を含む材料と、酸化物半導体材料との相性が良いことによる。
【００４２】
例えば、ガリウムを含有する酸化物半導体膜を形成する場合には、酸化ガリウムを含む材料を絶縁膜２１２に用いることで、酸化物半導体膜とゲート絶縁膜の界面特性を良好に保つことができる。なお、酸化物半導体の成分元素と同じ族の元素を用いる場合には、同様の効果を得ることが可能である。つまり、酸化アルミニウムなどを含む材料を用いて絶縁膜２１２を形成することも有効である。なお、酸化アルミニウムは、水を透過させにくいという特性を有しているため、当該材料を用いることは、酸化物半導体膜への水の侵入防止という点においても好ましい。
【００４３】
なお、絶縁膜２１２に含まれる１３族元素は、二種類以上であっても良い。例えば、上述のガリウムとアルミニウムを含有する酸化アルミニウムガリウム（または酸化ガリウムアルミニウム）などの材料を、絶縁膜２１２に用いても良い。この場合、ガリウムを含有することに起因する効果と、アルミニウムを含有することに起因する効果を合わせて得ることができるため、好適である。
【００４４】
また、絶縁膜２１２は、化学量論的組成比より酸素が多い領域を含むことが好ましい。これにより、酸化物半導体膜に酸素を供給し、酸化物半導体膜中、または酸化物半導体膜と絶縁膜２１２の界面における酸素欠陥を低減することができる。
【００４５】
なお、酸素欠陥のない酸化物半導体を用いる場合であれば、絶縁膜２１２には、化学量論的組成に一致した量の酸素が含まれていれば良いが、トランジスタのしきい値電圧の変動を抑えるなどの信頼性を確保するためには、酸化物半導体層に酸素欠陥の状態は生じ得ることを考慮して、絶縁膜２１２の酸素を化学量論的組成より多くしておくことが好ましい。
【００４６】
次に、図２（Ａ）乃至図２（Ｄ）に、トランジスタ１１０とは異なる構成のトランジスタの断面構造を示す。本発明の一態様に係るトランジスタとして、図２（Ａ）では、トップゲート型のトランジスタ、図２（Ｂ）乃至図２（Ｄ）では、ボトムゲート型のトランジスタを示す。
【００４７】
図２（Ａ）に示すトランジスタ１２０は、基板２００上に、絶縁膜２０２、酸化物半導体膜２０６ａ、ソース電極２０８ａ、ドレイン電極２０８ｂ、絶縁膜２１２、ゲート電極２１４を含む点で、トランジスタ１１０と共通している。トランジスタ１２０とトランジスタ１１０との相違は、酸化物半導体膜２０６ａと、ソース電極２０８ａ及びドレイン電極２０８ｂとが接続する位置である。すなわち、トランジスタ１２０では、酸化物半導体膜２０６ａの下部において、酸化物半導体膜２０６ａと、ソース電極２０８ａやドレイン電極２０８ｂとが接している構造となる。
【００４８】
図２（Ｂ）に示すトランジスタ３１０は、ボトムゲート型のトランジスタであり、基板４００上に、ゲート電極４０２、絶縁膜４０４、酸化物半導体膜４０６ａ、ソース電極４０８ａ、ドレイン電極４０８ｂ、および絶縁膜４１０を含む。絶縁膜４０４は、ゲート絶縁膜として機能し、絶縁膜４１０はパッシベーション膜として機能する。なお、絶縁膜４０４は、図１のトランジスタ１１０の絶縁膜２１２に相当する。つまり、絶縁膜４０４は、ゲート絶縁膜として機能する。
【００４９】
図２（Ｃ）に示すトランジスタ３２０は、トランジスタ３１０の構成に対して、絶縁膜４１０上であって酸化物半導体膜４０６ａのチャネル形成領域に重畳する領域に導電層４１２を設けた構成である。その他の構成要素については、図２（Ｂ）と同様である。なお、導電層４１２は、バックゲート電極として機能する。このため、トランジスタ３２０は、トップゲート型のトランジスタ、または、デュアルゲート型のトランジスタと呼ぶこともできる。導電層４１２とゲート電極４０２とで、酸化物半導体膜４０６ａのチャネル形成領域を挟むように配置される。バックゲート電極の電位を変化させることで、トランジスタのしきい値電圧を変化させることができる。
【００５０】
図２（Ｄ）に示すトランジスタ３３０は、基板４００上に、ゲート電極４０２、絶縁膜４０４、酸化物半導体膜４０６ａ、ソース電極４０８ａ、ドレイン電極４０８ｂ、および絶縁膜４１０を含む点で、図２（Ｂ）に示すトランジスタ３１０に示すトランジスタと共通している。図２（Ｂ）に示すトランジスタ３１０と、図２（Ｄ）に示すトランジスタ３３０との相違は、酸化物半導体膜４０６ａと、ソース電極４０８ａやドレイン電極４０８ｂが接続する位置である。すなわち、トランジスタ３３０では、酸化物半導体膜４０６ａの下部において、酸化物半導体膜４０６ａと、ソース電極４０８ａやドレイン電極４０８ｂとが接している構造となる。
【００５１】
〈トランジスタの作製工程の例〉
以下、図３乃至図５を用いて、トランジスタの作製工程の例について説明する。
【００５２】
〈トランジスタ１１０の作製工程〉
図３（Ａ）乃至図３（Ｅ）を用いて、図１に示すトランジスタ１１０の作製工程の一例について説明する。
【００５３】
まず、基板２００上に絶縁膜２０２を形成する（図３（Ａ）参照）。
【００５４】
基板２００の材質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ことが必要となる。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２００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２００として用いてもよい。
【００５５】
また、基板２００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、例えば、可撓性基板上に直接的にトランジスタを作り込むことができる。
【００５６】
絶縁膜２０２は、トランジスタ１１０の下地膜として機能する。絶縁膜２０２は、例えば、酸化シリコン、窒化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコンなどのシリコン系の材料を用いて成膜する。また、絶縁膜２０２は、１３族元素および酸素を含む材料を用いて成膜することもできる。１３族元素および酸素を含む材料としては、例えば、酸化ガリウム、酸化アルミニウム、酸化アルミニウムガリウムおよび酸化ガリウムアルミニウムのいずれか一または複数を含む材料などがある。絶縁膜２０２は、上述の材料を用いて単層構造または積層構造で成膜することができる。
【００５７】
例えば、絶縁膜２０２を単層で設ける場合には、１３族元素および酸素を含む材料を用いることが好ましく、絶縁膜２０２を積層して設ける場合には、シリコン系の材料からなる膜の上に、１３族元素および酸素を含む材料からなる膜を成膜することが好ましい。
【００５８】
また、絶縁膜２０２として上述の１３族元素（および酸素）を含む材料を用いる場合、複数種類の１３族元素を含ませることができる。また、１３族元素の他に、イットリウムなどの３族元素、ハフニウムなどの４族元素、シリコンなどの１４族元素、窒素など、水素以外の不純物元素を含ませることができる。このように、絶縁膜に上述の元素を添加する場合には、絶縁膜のエネルギーギャップを、上述の元素の添加量により制御することができる。
【００５９】
なお、酸化物半導体層に用いられる酸化物半導体材料には、１３族元素を含むものが多い。このため、１３族元素および酸素を含む材料からなる膜（絶縁膜２０２）と酸化物半導体膜２０６ａとを接して成膜する場合には、酸化物半導体膜との界面の状態を良好に保つことができる。これは、１３族元素および酸素を含む材料と、酸化物半導体材料との相性が良いことによる。
【００６０】
絶縁膜２０２は、水素、水などの不純物を混入させない方法を用いて成膜することが好ましい。絶縁膜２０２に水素、水などの不純物が含まれると、後に形成される酸化物半導体膜に水素、水などの不純物の侵入や、水素、水などの不純物による酸化物半導体膜中の酸素の引き抜き、などによって酸化物半導体膜のバックチャネルが低抵抗化（ｎ型化）してしまい、寄生チャネルが形成されるおそれがあるためである。よって、絶縁膜２０２はできるだけ水素、水などの不純物が含まれないように作製することが好ましい。例えば、スパッタリング法によって成膜するのが好ましい。成膜する際に用いるスパッタガスとしては、水素、水などの不純物が除去された高純度ガスを用いることが好ましい。
【００６１】
絶縁膜２０２を成膜する際、スパッタリング装置の成膜室に導入するスパッタガスをガス精製器により高純度化する。具体的には、窒素ガス、酸素ガス、アルゴンガスのそれぞれにおいて、露点−９３℃以下、Ｈ２Ｏ含有量５２．８ｐｐｂ以下、水素含有量５ｐｐｂ以下としたものを用いることが好ましい。スパッタガスに微量の水分や水素が含まれていると、絶縁膜を堆積する過程で水素や水分が多量に膜中に取り込まれてしまうからである。なお、スパッタガスを高純度化することの必要性は、後述する酸化物半導体膜を成膜するときにも同様である。
【００６２】
スパッタリング法としては、直流電源を用いるＤＣスパッタリング法、パルス的に直流バイアスを加えるパルスＤＣスパッタリング法、又はＡＣスパッタリング法などを用いることができる。
【００６３】
ここで、ＡＣ放電を用いるスパッタリング法について図１１を用いて説明する。ＡＣ放電は、隣接するターゲットが互いにカソード電位とアノード電位を繰り返す。図１１（Ａ）に示す期間Ａでは、図１１（Ｂ１）に示すようにターゲット３０１がカソードとして機能し、ターゲット３０２がアノードとして機能する。また、図１１（Ａ）に示す期間Ｂでは、図１１（Ｂ２）に示すようにターゲット３０１がアノードとして機能し、ターゲット３０２がカソードとして機能する。期間Ａと期間Ｂを合わせると２０〜５０μｓｅｃであり、期間Ａと期間Ｂを一定周期で繰り返している。このように、隣接して配置される２つのターゲットのカソードとアノードを交互に入れ替えることで、放電を安定なものとすることができる。その結果、大面積の基板を用いた場合においても均一に放電が可能となるため、大面積の基板に対しても均一な膜特性を得ることができる。また、大面積の基板を用いることができるため、量産性を向上させることができる。
【００６４】
例えば、ＡＣスパッタリング法において、ターゲット３０１に酸化アルミニウムを用い、ターゲット３０２に酸化ガリウムを用いることにより、酸化ガリウムアルミニウム膜または酸化アルミニウムガリウム膜を形成することができる。また、ターゲット３０１およびターゲット３０２に、酸化アルミニウムガリウムターゲットを用いても、同様に酸化アルミニウムガリウム膜を形成することができる。
【００６５】
ターゲットとして、アルミニウムパーティクルが添加された酸化ガリウムターゲットを用いてもよい。アルミニウム元素が添加された酸化ガリウムターゲットを用いることにより、ターゲットの導電性を高めることができるため、スパッタリング時の放電を容易なものとすることができる。このようなターゲットを用いることで、量産化に適した、酸化物半導体と同族元素を含む酸化物絶縁膜を作製することができる。
【００６６】
次に、絶縁膜２０２に対して、酸素ドープ処理を行うことが好ましい。酸素ドープとは、酸素をバルクに添加することをいう。なお、当該バルクの用語は、酸素を薄膜表面のみでなく薄膜内部に添加することを明確にする趣旨で用いている。また、酸素ドープには、プラズマ化した酸素をバルクに添加する酸素プラズマドープが含まれる。
【００６７】
絶縁膜２０２に対して、酸素ドープ処理を行うことにより、絶縁膜２０２には化学量論的組成比より酸素が多い領域が形成される。このような領域を備えることにより、酸化物半導体膜に酸素を供給し、酸化物半導体膜中の酸素欠陥を低減することができる。
【００６８】
なお、酸素欠陥のない酸化物半導体を用いる場合であれば、絶縁膜２０２には、化学量論的組成に一致した量の酸素が含まれていれば良いが、トランジスタのしきい値電圧の変動を抑えるなどの信頼性を確保するためには、酸化物半導体層に酸素欠陥の状態は生じ得ることを考慮して、絶縁膜２０２の酸素を化学量論的組成比より多くしておくことが好ましい。
【００６９】
絶縁膜２０２として酸化ガリウム膜を用いた場合、酸素ドープを行うことにより、Ｇａ２Ｏ３＋α（１＞α＞０）とすることができる。αは、０．０４以上０．０９以下とすることができる。または、絶縁膜２０２として酸化アルミニウム膜を用いた場合、酸素ドープを行うことにより、Ａｌ２Ｏ３＋α（１＞α＞０）とすることができる。または、絶縁膜２０２として酸化アルミニウムガリウム膜を用いた場合、酸素ドープを行うことにより、ＡｌｘＧａ２−ｘＯ３＋α（１＜ｘ＜２、１＞α＞０）とすることができる。または、絶縁膜２０２として酸化ガリウムアルミニウム膜を用いた場合、酸素ドープを行うことにより、ＡｌｘＧａ２−ｘＯ３＋α（０＜ｘ≦１、１＞α＞０）とすることができる。
【００７０】
次に、絶縁膜２０２上に酸化物半導体膜２０６を形成する（図３（Ｂ）参照）。
【００７１】
酸化物半導体膜２０６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、Ｉｎ−Ｈｆ−Ｚｎ−Ｏ系の材料、Ｉｎ−Ｌａ−Ｚｎ−Ｏ系の材料、Ｉｎ−Ｃｅ−Ｚｎ−Ｏ系の材料、Ｉｎ−Ｐｒ−Ｚｎ−Ｏ系の材料、Ｉｎ−Ｎｄ−Ｚｎ−Ｏ系の材料、Ｉｎ−Ｓｍ−Ｚｎ−Ｏ系の材料、Ｉｎ−Ｅｕ−Ｚｎ−Ｏ系の材料、Ｉｎ−Ｇｄ−Ｚｎ−Ｏ系の材料、Ｉｎ−Ｔｂ−Ｚｎ−Ｏ系の材料、Ｉｎ−Ｄｙ−Ｚｎ−Ｏ系の材料、Ｉｎ−Ｈｏ−Ｚｎ−Ｏ系の材料、Ｉｎ−Ｅｒ−Ｚｎ−Ｏ系の材料、Ｉｎ−Ｔｍ−Ｚｎ−Ｏ系の材料、Ｉｎ−Ｙｂ−Ｚｎ−Ｏ系の材料、Ｉｎ−Ｌｕ−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ＳｉＯ２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）を有する酸化物膜、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。
【００７２】
また、酸化物半導体膜２０６は、化学式ＩｎＭＯ３（ＺｎＯ）ｍ（ｍ＞０）で表記される材料を用いた薄膜とすることができる。ここで、Ｍは、Ｇａ、Ａｌ、ＭｎおよびＣｏから選ばれた一または複数の金属元素を示す。例えば、Ｍとして、Ｇａ、ＧａおよびＡｌ、ＧａおよびＭｎ、またはＧａおよびＣｏなどを用いることができる。
【００７３】
また、酸化物半導体膜２０６の厚さは、３ｎｍ以上３０ｎｍ以下とするのが望ましい。酸化物半導体膜２０６を厚くしすぎると（例えば、膜厚を５０ｎｍ以上）、トランジスタがノーマリーオンとなってしまうおそれがあるためである。
【００７４】
酸化物半導体膜２０６は、水素、水、水酸基を有する化合物などの不純物が混入しにくい方法で作製するのが望ましい。例えば、スパッタリング法などを用いて作製することができる。
【００７５】
酸化物半導体としてＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系の材料を用いる場合、用いるターゲットの組成比は、Ｉｎ２Ｏ３：Ｇａ２Ｏ３：ＺｎＯ＝１：１：１［ｍｏｌ数比］のターゲットを用いることができる。なお、ターゲットの材料および組成を上述に限定する必要はない。例えば、Ｉｎ２Ｏ３：Ｇａ２Ｏ３：ＺｎＯ＝１：１：２［ｍｏｌ数比］の組成比のターゲットを用いることもできる。
【００７６】
また、酸化物半導体としてＩｎ−Ｚｎ−Ｏ系の材料を用いる場合、用いるターゲットの組成比は、原子数比で、Ｉｎ：Ｚｎ＝５０：１〜１：２（モル数比に換算するとＩｎ２Ｏ３：ＺｎＯ＝２５：１〜１：４）、好ましくはＩｎ：Ｚｎ＝２０：１〜１：１（モル数比に換算するとＩｎ２Ｏ３：ＺｎＯ＝１０：１〜１：２）、さらに好ましくはＩｎ：Ｚｎ＝１．５：１〜１５：１（モル数比に換算するとＩｎ２Ｏ３：ＺｎＯ＝３：４〜１５：２）とする。例えば、Ｉｎ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物半導体の形成に用いるターゲットは、原子数比がＩｎ：Ｚｎ：Ｏ＝Ｘ：Ｙ：Ｚのとき、Ｚ＞１．５Ｘ＋Ｙとする。
【００７７】
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２０６を緻密な膜とすることができるためである。
【００７８】
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２０６への水素、水などの不純物の混入を防ぐために、水素、水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望ましい。
【００７９】
本実施の形態では、酸化物半導体膜２０６を、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系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。
【００８０】
まず、減圧状態に保持された成膜室内に基板２００を保持し、基板温度が、２００℃を超えて５００℃以下、好ましくは３００℃を超えて５００℃以下、より好ましくは３５０℃以上４５０℃以下となるように加熱する。
【００８１】
次に、成膜室内の残留水分を除去しつつ、水素、水などの不純物が十分に除去された高純度ガスを導入し、上記Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系のターゲットを用いて絶縁膜２０２上に酸化物半導体膜２０６を成膜する。成膜室内の残留水分を除去するためには、排気手段として、クライオポンプ、イオンポンプ、チタンサブリメーションポンプなどの吸着型の真空ポンプを用いることが望ましい。また、排気手段は、ターボポンプにコールドトラップを加えたものであってもよい。クライオポンプを用いて排気した成膜室は、例えば、水素、水などの不純物（より好ましくは炭素原子を含む化合物も）などが除去されているため、当該成膜室で成膜した酸化物半導体膜２０６に含まれる水素、水などの不純物の濃度を低減することができる。
【００８２】
成膜中の基板温度が低温（例えば、１００℃以下）の場合、酸化物半導体膜２０６に水素、水などの不純物が混入するおそれがあるため、基板２００を上述の温度で加熱することが好ましい。基板２００を上述の温度で加熱して、酸化物半導体膜２０６の成膜を行うことにより、基板は高温となるため、水素結合は熱により切断され、酸化物半導体膜２０６に取り込まれにくい。したがって、基板２００が上述の温度で加熱された状態で、酸化物半導体膜２０６の成膜を行うことにより、酸化物半導体膜２０６に含まれる水素、水などの不純物の濃度を十分に低減することができる。また、スパッタリングによる損傷を軽減することができる。
【００８３】
なお、酸化物半導体膜２０６に含まれる水の含有量の測定法としては、昇温脱離分析法（ＴＤＳ：Ｔｈｅｒｍａｌ Ｄｅｓｏｒｐｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）が挙げられる。例えば、室温から４００℃程度に温度を上げていくことにより、２００℃から３００℃程度にかけて酸化物半導体膜に含まれる水、水素、水酸基を有する化合物などの脱離を観測することができる。
【００８４】
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、基板温度を４００℃、成膜雰囲気を酸素（酸素流量比率１００％）雰囲気とする。なお、パルス直流電源を用いると、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、膜厚分布も均一となるため好ましい。
【００８５】
なお、酸化物半導体膜２０６をスパッタリング法により形成する前に、アルゴンガスを導入してプラズマを発生させる逆スパッタを行い、絶縁膜２０２の表面に付着している粉状物質（パーティクル、ごみともいう）を除去することが好ましい。逆スパッタとは、基板に電圧を印加し、基板近傍にプラズマを形成して、基板側の表面を改質する方法である。なお、アルゴンに代えて、窒素、ヘリウム、酸素などのガスを用いてもよい。
【００８６】
次に、酸化物半導体膜２０６を加工して島状の酸化物半導体膜２０６ａを形成する（図３（Ｃ）参照）。
【００８７】
酸化物半導体膜２０６の加工は、所望の形状のマスクを酸化物半導体膜２０６上に形成した後、当該酸化物半導体膜２０６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良い。なお、酸化物半導体膜２０６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。
【００８８】
その後、酸化物半導体膜２０６ａに対して、熱処理（第１の熱処理）を行ってもよい。熱処理を行うことによって、酸化物半導体膜２０６ａ中に含まれる水素、水などの不純物をさらに除去し、酸化物半導体膜２０６ａの構造を整え、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。
【００８９】
熱処理の温度は、不活性ガス雰囲気下、２５０℃以上７００℃以下、好ましくは４５０℃以上６００℃以下、または基板の歪み点未満とする。不活性ガス雰囲気としては、窒素、または希ガス（ヘリウム、ネオン、アルゴン等）を主成分とする雰囲気であって、水素、水などの不純物が含まれない雰囲気を適用するのが望ましい。例えば、熱処理装置に導入する窒素や、ヘリウム、ネオン、アルゴン等の希ガスの純度を、６Ｎ（９９．９９９９％）以上、好ましくは７Ｎ（９９．９９９９９％）以上（すなわち、不純物濃度が１ｐｐｍ以下、好ましくは０．１ｐｐｍ以下）とする。
【００９０】
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、４５０℃、１時間の条件で行うことができる。この間、酸化物半導体膜２０６ａは大気に触れさせず、水素、水などの不純物の混入が生じないようにする。
【００９１】
ところで、上述の熱処理には水素、水などの不純物を除去する効果があるから、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。当該熱処理は、例えば、酸化物半導体膜２０６を成膜した後などのタイミングにおいて行うことも可能である。また、このような脱水化処理、脱水素化処理は、一回に限らず複数回行っても良い。
【００９２】
次に、酸化物半導体膜２０６ａに対して、酸素を供給する処理（酸素ドープ処理などとも呼ぶ）を行うことが望ましい。酸素を供給する処理としては、酸素雰囲気における熱処理（第２の熱処理）や、酸素プラズマによる処理などがある。また、電界で加速した酸素イオンを照射して、酸素を添加してもよい。
【００９３】
なお、酸素の添加をより好適に行うために、基板には電気的なバイアスを加えておいても良い。
【００９４】
酸化物半導体膜２０６ａに酸素ドープ処理を行うことにより、酸化物半導体膜２０６ａ中、酸化物半導体膜２０６ａ界面近傍、または、酸化物半導体膜２０６ａ中および該界面近傍に酸素を含有させることができる。この場合、酸素の含有量は、酸化物半導体膜２０６ａの化学量論的組成比を超える程度とするのが望ましい。
【００９５】
なお、酸素ドープ処理を行った後に、酸化物半導体膜２０６ａに熱処理を行っても良い。当該熱処理の温度は、２５０℃以上７００℃以下、好ましくは４００℃以上６００℃以下、または基板の歪み点未満とする。
【００９６】
当該熱処理により、酸素と酸化物半導体材料との反応によって生成された水、水酸基（ＯＨ）を有する化合物などを酸化物半導体膜から除去することができる。また、上述の酸素ドープ処理において、酸化物半導体膜２０６ａなどに混入した水素なども当該熱処理で除去することができる。熱処理は、水、水素などが十分に低減された窒素、酸素、超乾燥空気（ＣＲＤＳ（キャビティリングダウンレーザー分光法）方式の露点計を用いて測定した場合の水分量が２０ｐｐｍ（露点換算で−５５℃）以下、好ましくは１ｐｐｍ以下、好ましくは１０ｐｐｂ以下の空気）、希ガス（アルゴン、ヘリウムなど）などの雰囲気下で行えばよく、特に酸素を含む雰囲気で行うことが好ましい。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は、６Ｎ（９９．９９９９％）以上（即ち不純物濃度を１ｐｐｍ以下）とするのが好ましく、７Ｎ（９９．９９９９９％）以上（即ち不純物濃度を０．１ｐｐｍ以下）とすると、より好ましい。
【００９７】
なお、酸素ドープ処理のタイミングは、上記に限定されない。ただし、脱水化等を目的とする熱処理以降に行うことが望ましい。
【００９８】
上述のように、脱水化等を目的とする熱処理と、酸素ドープ処理または加酸化を目的とする熱処理とを適用することで、酸化物半導体膜２０６ａを、その主成分以外の元素（不純物元素）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２０６ａ中にはドナーに由来するキャリアが極めて少ない。
【００９９】
次に、絶縁膜２０２および酸化物半導体膜２０６ａ上に、ソース電極およびドレイン電極（これと同じ層で形成される配線を含む）を形成するための導電膜を形成し、当該導電膜を加工して、ソース電極２０８ａおよびドレイン電極２０８ｂを形成する（図３（Ｄ）参照）。なお、ここで形成されるソース電極２０８ａの端部とドレイン電極２０８ｂ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。
【０１００】
ソース電極２０８ａおよびドレイン電極２０８ｂ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）等を用いることができる。ソース電極２０８ａおよびドレイン電極２０８ｂは、単層構造としても良いし、積層構造としてもよい。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）を積層させた構成を用いても良い。
【０１０１】
また、ソース電極２０８ａおよびドレイン電極２０８ｂに用いる導電膜は、導電性の金属酸化物で形成しても良い。導電性の金属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）、酸化インジウム酸化スズ（Ｉｎ２Ｏ３−ＳｎＯ２、ＩＴＯと略記する）、酸化インジウム酸化亜鉛（Ｉｎ２Ｏ３―ＺｎＯ）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。
【０１０２】
導電膜の加工は、所望の形状のマスクを導電膜上に形成した後、当該導電膜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、レジストマスクなどを用いることができる。当該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。
【０１０３】
なお、チャネル長Ｌ＝２５ｎｍ未満の露光を行う場合には、例えば、数ｎｍ〜数１０ｎｍと極めて波長が短い超紫外線（Ｅｘｔｒｅｍｅ Ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ）を用いて、レジストマスク形成時の露光を行うとよい。超紫外線による露光は、解像度が高く焦点深度も大きい。したがって、後に形成されるトランジスタのチャネル長Ｌを微細化することが可能であり、回路の動作速度を高めることができる。
【０１０４】
また、いわゆる多階調マスクによって形成されたレジストマスクを用いてエッチング工程を行ってもよい。多階調マスクを用いて形成されたレジストマスクは、複数の膜厚を有する形状となり、アッシングによってさらに形状を変形させることができるため、異なるパターンに加工する複数のエッチング工程に用いることが可能である。このため、一枚の多階調マスクによって、少なくとも二種類以上の異なるパターンに対応するレジストマスクを形成することができる。つまり、工程の簡略化が可能となる。
【０１０５】
なお、導電膜のエッチングの際に、酸化物半導体膜２０６ａの一部がエッチングされ、溝部（凹部）を有する酸化物半導体膜２０６ａとなることもある。
【０１０６】
その後、Ｎ２Ｏ、Ｎ２、またはＡｒなどのガスを用いたプラズマ処理を行い、露出している酸化物半導体膜２０６ａの表面に付着した水素、水などの不純物を除去してもよい。
【０１０７】
次に、ソース電極２０８ａおよびドレイン電極２０８ｂを覆い、かつ、酸化物半導体膜２０６ａの一部と接するように、絶縁膜２１２を形成する。その後、ゲート電極（これと同じ層で形成される配線を含む）を形成するための導電膜を形成し、当該導電膜を加工して、ゲート電極２１４を形成する（図３（Ｅ）参照）。
【０１０８】
絶縁膜２１２は、トランジスタ１１０のゲート絶縁膜として機能する。絶縁膜２１２は、例えば、酸化シリコン、窒化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコンなどのシリコン系の材料を用いて形成する。また、絶縁膜２１２は、１３族元素および酸素を含む材料を用いて形成することもできる。１３族元素および酸素を含む材料としては、例えば、酸化ガリウム、酸化アルミニウム、酸化アルミニウムガリウムおよび酸化ガリウムアルミニウムのいずれか一または複数を含む材料などがある。また、酸化ハフニウム、酸化タンタル、酸化イットリウム、ハフニウムシリケート（ＨｆＳｉｘＯｙ（ｘ＞０、ｙ＞０））、窒素が添加されたハフニウムシリケート（ＨｆＳｉｘＯｙ（ｘ＞０、ｙ＞０））、窒素が添加されたハフニウムアルミネート（ＨｆＡｌｘＯｙ（ｘ＞０、ｙ＞０））、などの比誘電率が高い材料を採用しても良い。絶縁膜２１２は、上述の材料を用いて単層構造または積層構造で成膜する。
【０１０９】
絶縁膜２１２は、水素、水などの不純物を混入させない方法を用いて成膜することが好ましい。絶縁膜２１２に水素、水などの不純物が含まれると、後に形成される酸化物半導体膜に水素、水などの不純物が侵入や、水素、水などの不純物による酸化物半導体膜中の酸素の引き抜き、などによって酸化物半導体膜のバックチャネルが低抵抗化（ｎ型化）してしまい、寄生チャネルが形成されるおそれがあるためである。よって、絶縁膜２１２はできるだけ水素、水などの不純物が含まれないように作製することが好ましい。例えば、スパッタリング法によって成膜するのが好ましく、成膜する際に用いるスパッタガスとしては、水素、水などの不純物が除去された高純度ガスを用いることが好ましい。
【０１１０】
なお、１３族元素および酸素を含む材料からなる膜と酸化物半導体膜２０６ａとは接するように成膜することが好ましい。例えば、絶縁膜２１２を単層で設ける場合には、１３族元素および酸素を含む材料を用いることが好ましく、絶縁膜２１２を積層して設ける場合には１３族元素および酸素を含む材料からなる膜上に、シリコン系の材料からなる膜または比誘電率が高い材料からなる膜を成膜することが好ましい。
【０１１１】
なお、酸化物半導体層に用いられる酸化物半導体材料には、１３族元素を含むものが多い。このため、酸化物半導体膜と、１３族元素および酸素を含む材料からなる膜（絶縁膜２１２）と、を接して成膜する場合には、酸化物半導体膜との界面の状態を良好に保つことができる。これは、１３族元素および酸素を含む材料と、酸化物半導体材料との相性が良いことによる。
【０１１２】
次に、絶縁膜２１２に対して、酸素ドープ処理を行うことが好ましい。酸素ドープとは、酸素（少なくとも、酸素ラジカル、酸素原子、酸素イオン、のいずれかを含む）をバルクに添加することをいう。なお、当該バルクの用語は、酸素を薄膜表面のみでなく薄膜内部に添加することを明確にする趣旨で用いている。また、酸素ドープには、プラズマ化した酸素をバルクに添加する酸素プラズマドープが含まれる。
【０１１３】
絶縁膜２１２に対して、酸素ドープ処理を行うことにより、絶縁膜２１２には化学量論的組成比より酸素が多い領域が形成される。このような領域を備えることにより、酸化物半導体膜に酸素を供給し、酸化物半導体膜中の酸素欠陥を低減することができる。
【０１１４】
なお、酸素欠陥のない酸化物半導体を用いる場合であれば、絶縁膜２１２には、化学量論的組成に一致した量の酸素が含まれていれば良いが、トランジスタのしきい値電圧の変動を抑えるなどの信頼性を確保するためには、酸化物半導体層に酸素欠陥の状態は生じ得ることを考慮して、絶縁膜２１２の酸素を化学量論的組成より多くしておくことが好ましい。
【０１１５】
ゲート電極２１４に用いる導電膜としては、例えば、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成分とする合金材料などを用いることができる。ゲート電極２１４は、単層構造としても良いし、積層構造としてもよい。
【０１１６】
導電膜の加工は、所望の形状のマスクを導電膜上に形成した後、当該導電膜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、レジストマスクなどを用いることができる。
【０１１７】
以上の工程で、トランジスタ１１０を作製することができる（図３（Ｅ）参照）。
【０１１８】
〈トランジスタ１２０の作製工程〉
次に、図２（Ａ）に示すトランジスタ１２０の作製工程の一例について図４を用いて説明する。なお、トランジスタ１２０の作製工程は、多くの部分でトランジスタ１１０と共通している。したがって、以下においては、重複する部分の説明は省略し、異なる点について詳細に説明する。
【０１１９】
まず、基板２００上に絶縁膜２０２を形成する。絶縁膜２０２は、下地膜として機能する。詳細は、トランジスタ１１０における絶縁膜２０２と同様である。
【０１２０】
次に、絶縁膜２０２上に、ソース電極およびドレイン電極（これと同じ層で形成される配線を含む）を形成するための導電膜を形成し、当該導電膜を加工して、ソース電極２０８ａおよびドレイン電極２０８ｂを形成する（図４（Ａ）参照）。
【０１２１】
次に、絶縁膜２０２上に、ソース電極２０８ａおよびドレイン電極２０８ｂと接続する酸化物半導体膜２０６を形成する（図４（Ｂ）参照）。その後、当該酸化物半導体膜２０６を加工して島状の酸化物半導体膜２０６ａを形成する（図４（Ｃ）参照）。
【０１２２】
酸化物半導体膜２０６の成膜後、または島状の酸化物半導体膜２０６ａの形成後には、熱処理（脱水化処理、脱水素化処理）を行うことが好ましい。また、酸化物半導体膜２０６、または島状の酸化物半導体膜２０６ａに対しては、酸素ドープ処理を行うことが望ましい。酸素ドープ処理の詳細は、トランジスタ１１０における処理と同様である。
【０１２３】
次に、ソース電極２０８ａおよびドレイン電極２０８ｂを覆い、かつ、酸化物半導体膜２０６ａの一部と接するように絶縁膜２１２を形成し、その後、ゲート電極２１４を形成する（図４（Ｄ）参照）。絶縁膜２１２およびゲート電極２１４の詳細については、トランジスタ１１０の作製工程に関する記載を参酌できる。
【０１２４】
以上の工程で、トランジスタ１２０を作製することができる（図４（Ｄ）参照）。
【０１２５】
〈トランジスタ３１０およびトランジスタ３２０の作製工程〉
次に、図５（Ａ）乃至図５（Ｄ）を用いて、図２（Ｂ）に示すトランジスタ３１０、および図２（Ｃ）に示すトランジスタ３２０の作製工程の一例について説明する。
【０１２６】
まず、基板４００上にゲート電極（これと同じ層で形成される配線を含む）を形成するための導電膜を形成し、当該導電膜を加工して、ゲート電極４０２を形成する。その後、ゲート電極４０２を覆うように絶縁膜４０４を形成する（図５（Ａ）参照）。基板４００およびゲート電極４０２の詳細については、それぞれ、基板２００およびゲート電極２１４に関する記載を参酌できる。また、絶縁膜４０４の詳細については、絶縁膜２１２に関する記載を参酌できる。絶縁膜４０４は、ゲート絶縁膜として機能する。
【０１２７】
次に、絶縁膜４０４上に酸化物半導体膜４０６を形成する（図５（Ｂ）参照）。酸化物半導体膜４０６の詳細については、酸化物半導体膜２０６の記載を参酌できる。
【０１２８】
次に、酸化物半導体膜４０６を加工して島状の酸化物半導体膜４０６ａを形成する（図５（Ｃ）参照）。酸化物半導体膜４０６の加工方法の詳細については、酸化物半導体膜２０６の加工方法に関する記載を参酌できる。
【０１２９】
次に、絶縁膜４０４および酸化物半導体膜４０６ａ上に、ソース電極およびドレイン電極（これと同じ層で形成される配線を含む）を形成するための導電膜を形成し、当該導電膜を加工して、ソース電極４０８ａおよびドレイン電極４０８ｂを形成する。その後、酸化物半導体膜４０６ａ、ソース電極４０８ａおよびドレイン電極４０８ｂを覆うように絶縁膜４１０を形成する（図５（Ｄ）参照）。ソース電極４０８ａおよびドレイン電極４０８ｂの詳細については、ソース電極２０８ａおよびドレイン電極２０８ｂの記載を参酌できる。
【０１３０】
ここで、絶縁膜４１０は、保護膜として機能する。材料や作製方法などの詳細は、下地膜として機能する絶縁膜２０２に関する記載を参酌することができる。
【０１３１】
以上の工程で、トランジスタ３１０を作製することができる（図５（Ｄ）参照）。
【０１３２】
さらに、図５（Ｄ）において絶縁膜４１０上に導電層４１２を形成することにより、図２（Ｃ）に示すトランジスタ３２０を形成することができる。導電層４１２は、バックゲート電極として機能する。このため、導電層４１２の詳細については、ゲート電極４０２に関する記載を参酌できる。なお、バックゲート電極の電位を変化させることで、トランジスタのしきい値電圧を変化させることが可能である。
【０１３３】
なお、トランジスタ３１０及びトランジスタ３２０の作製工程において、酸化物半導体膜を形成した後のいずれかの工程で、酸化物半導体膜の脱水化処理、脱水素化処理、酸素ドープ処理などを行うことが好ましい。
【０１３４】
〈トランジスタ３３０の作製工程〉
次に、図２（Ｄ）に示すトランジスタ３３０の作製工程について説明する。
【０１３５】
まず、基板４００上にゲート電極（これと同じ層で形成される配線を含む）を形成するための導電膜を形成し、当該導電膜を加工して、ゲート電極４０２を形成する。その後、ゲート電極４０２を覆うように絶縁膜４０４を形成する。基板４００およびゲート電極４０２の詳細については、それぞれ、基板２００およびゲート電極２１４に関する記載を参酌できる。
【０１３６】
次に、絶縁膜４０４上にソース電極およびドレイン電極（これと同じ層で形成される配線を含む）を形成するための導電膜を形成し、当該導電膜を加工して、ソース電極４０８ａおよびドレイン電極４０８ｂを形成する。ソース電極４０８ａおよびドレイン電極４０８ｂの詳細については、ソース電極２０８ａおよびドレイン電極２０８ｂの記載を参酌できる。
【０１３７】
次に、絶縁膜４０４、ソース電極４０８ａおよびドレイン電極４０８ｂ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４０６ａを形成する。酸化物半導体膜４０６ａの詳細については、酸化物半導体膜２０６ａに関する記載を参酌できる。
【０１３８】
次に、酸化物半導体膜４０６ａ、ソース電極４０８ａおよびドレイン電極４０８ｂを覆うように絶縁膜４１０を形成する。絶縁膜４０４及び絶縁膜４１０の詳細については、絶縁膜２０２の記載を参酌できる。例えば、絶縁膜４０４をガリウム酸化物膜で形成し、絶縁膜４１０をシリコン酸化物膜で形成することができる。
【０１３９】
以上の工程でトランジスタ３３０を作製することができる（図５（Ｄ）参照）。
【０１４０】
なお、トランジスタ３３０の作製工程において、酸化物半導体膜を形成した後のいずれかの工程で、酸化物半導体膜の脱水化処理、脱水素化処理を行うことが好ましい。
【０１４１】
以上、本実施の形態において示すように、１３族元素および酸素を含む材料からなる膜と、酸化物半導体膜とを接して設けることにより、酸化物半導体膜との界面の状態を良好に保つことができる。
【０１４２】
また、酸化物半導体膜と接する絶縁膜が、化学量論的組成比より酸素が多い領域を含むことにより、酸化物半導体膜に酸素を供給し、酸化物半導体膜中の酸素欠陥を低減することができる。
【０１４３】
これにより、安定した電気的特性を有する酸化物半導体を用いた半導体装置を提供することができる。よって、信頼性の高い半導体装置を提供することができる。
【０１４４】
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。
【０１４５】
（実施の形態２）
実施の形態１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。
【０１４６】
図６（Ａ）において、第１の基板４００１上に設けられた画素部４００２を囲むようにして、シール材４００５が設けられ、第２の基板４００６によって封止されている。図６（Ａ）においては、第１の基板４００１上のシール材４００５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膜又は多結晶半導体膜で形成された走査線駆動回路４００４、信号線駆動回路４００３が実装されている。また別途形成された信号線駆動回路４００３と、走査線駆動回路４００４または画素部４００２に与えられる各種信号および電位は、ＦＰＣ（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ ｐｒｉｎｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ）４０１８ａ、４０１８ｂから供給されている。
【０１４７】
図６（Ｂ）および図６（Ｃ）において、第１の基板４００１上に設けられた画素部４００２と、走査線駆動回路４００４とを囲むようにして、シール材４００５が設けられている。また画素部４００２と、走査線駆動回路４００４の上に第２の基板４００６が設けられている。よって画素部４００２と、走査線駆動回路４００４とは、第１の基板４００１とシール材４００５と第２の基板４００６とによって、表示素子と共に封止されている。図６（Ｂ）および図６（Ｃ）においては、第１の基板４００１上のシール材４００５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膜又は多結晶半導体膜で形成された信号線駆動回路４００３が実装されている。図６（Ｂ）および図６（Ｃ）においては、別途形成された信号線駆動回路４００３と、走査線駆動回路４００４または画素部４００２に与えられる各種信号および電位は、ＦＰＣ４０１８から供給されている。
【０１４８】
また図６（Ｂ）および図６（Ｃ）においては、信号線駆動回路４００３を別途形成し、第１の基板４００１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良いし、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良い。
【０１４９】
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６（Ａ）は、ＣＯＧ方法により信号線駆動回路４００３、走査線駆動回路４００４を実装する例であり、図６（Ｂ）は、ＣＯＧ方法により信号線駆動回路４００３を実装する例であり、図６（Ｃ）は、ＴＡＢ方法により信号線駆動回路４００３を実装する例である。
【０１５０】
また、表示装置は、表示素子が封止された状態にあるパネルと、該パネルにコントローラを含むＩＣ等を実装した状態にあるモジュールとを含む。
【０１５１】
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。
【０１５２】
また第１の基板上に設けられた画素部およ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で示したトランジスタを適用することができる。
【０１５３】
表示装置に設けられる表示素子としては液晶素子（液晶表示素子ともいう）、発光素子（発光表示素子ともいう）、を用いることができる。発光素子は、電流または電圧によって輝度が制御される素子をその範疇に含んでおり、具体的には無機ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）、有機ＥＬ等が含まれる。また、電子インクなど、電気的作用によりコントラストが変化する表示媒体も適用することができる。
【０１５４】
半導体装置の一形態について、図７乃至図９を用いて説明する。図７乃至図９は、図６（Ｂ）のＭ−Ｎにおける断面図に相当する。
【０１５５】
図７乃至図９で示すように、半導体装置は接続端子電極４０１５および端子電極４０１６を有しており、接続端子電極４０１５および端子電極４０１６はＦＰＣ４０１８が有する端子と異方性導電膜４０１９を介して、電気的に接続されている。
【０１５６】
接続端子電極４０１５は、第１の電極層４０３０と同じ導電膜から形成され、端子電極４０１６は、トランジスタ４０１０、トランジスタ４０１１のソース電極およびドレイン電極と同じ導電膜で形成されている。
【０１５７】
また第１の基板４００１上に設けられた画素部４００２と、走査線駆動回路４００４は、トランジスタを複数有しており、図７乃至図９では、画素部４００２に含まれるトランジスタ４０１０と、走査線駆動回路４００４に含まれるトランジスタ４０１１とを例示している。
【０１５８】
本実施の形態では、トランジスタ４０１０、トランジスタ４０１１として、実施の形態１で示したトランジスタを適用することができる。トランジスタ４０１０、トランジスタ４０１１は、電気的特性変動が抑制されており、電気的に安定である。よって、図７乃至図９で示す本実施の形態の半導体装置として信頼性の高い半導体装置を提供することができる。
【０１５９】
画素部４００２に設けられたトランジスタ４０１０は表示素子と電気的に接続し、表示パネルを構成する。表示素子は表示を行うことがでれば特に限定されず、様々な表示素子を用いることができる。
【０１６０】
図７に表示素子として液晶素子を用いた液晶表示装置の例を示す。図７において、表示素子である液晶素子４０１３は、第１の電極層４０３０、第２の電極層４０３１、および液晶層４００８を含む。なお、液晶層４００８を挟持するように配向膜として機能する絶縁膜４０３２、４０３３が設けられている。第２の電極層４０３１は第２の基板４００６側に設けられ、第１の電極層４０３０と第２の電極層４０３１とは液晶層４００８を介して積層する構成となっている。
【０１６１】
また、４０３５は絶縁膜を選択的にエッチングすることで得られる柱状のスペーサであり、液晶層４００８の膜厚（セルギャップ）を制御するために設けられている。なお球状のスペーサを用いていても良い。
【０１６２】
表示素子として、液晶素子を用いる場合、サーモトロピック液晶、低分子液晶、高分子液晶、高分子分散型液晶、強誘電性液晶、反強誘電性液晶等を用いることができる。これらの液晶材料は、条件により、コレステリック相、スメクチック相、キュービック相、カイラルネマチック相、等方相等を示す。
【０１６３】
また、配向膜を用いないブルー相を示す液晶を用いてもよい。ブルー相は液晶相の一つであり、コレステリック液晶を昇温していくと、コレステリック相から等方相へ転移する直前に発現する相である。ブルー相は狭い温度範囲でしか発現しないため、温度範囲を改善するために５重量％以上のカイラル剤を混合させた液晶組成物を用いて液晶層に用いる。ブルー相を示す液晶とカイラル剤とを含む液晶組成物は、応答速度が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。また配向膜を設けなくてもよいのでラビング処理も不要となるため、ラビング処理によって引き起こされる静電破壊を防止することができ、作製工程中の液晶表示装置の不良や破損を軽減することができる。よって液晶表示装置の生産性を向上させることが可能となる。
【０１６４】
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。
【０１６５】
液晶表示装置に設けられる保持容量の大きさは、画素部に配置されるトランジスタのリーク電流等を考慮して、所定の期間の間電荷を保持できるように設定される。高純度の酸化物半導体膜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。
【０１６６】
実施の形態１に示すトランジスタは、オフ状態における電流値（オフ電流値）を低くすることができる。よって、画像信号等の電気信号の保持時間を長くすることができ、電源オン状態では書き込み間隔も長く設定できる。よって、リフレッシュ動作の頻度を少なくすることができるため、消費電力を抑制する効果を奏する。
【０１６７】
また、実施の形態１に示すトランジスタは、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。
【０１６８】
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。
【０１６９】
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。
【０１７０】
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、偏光基板および位相差基板による円偏光を用いてもよい。また、光源としてバックライト、サイドライトなどを用いてもよい。
【０１７１】
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。
【０１７２】
また、画素部における表示方式は、プログレッシブ方式やインターレース方式等を用いることができる。また、カラー表示する際に画素で制御する色要素としては、ＲＧＢ（Ｒは赤、Ｇは緑、Ｂは青を表す）の三色に限定されない。例えば、ＲＧＢＷ（Ｗは白を表す）、又はＲＧＢに、イエロー、シアン、マゼンタ等を一色以上追加したものがある。なお、色要素のドット毎にその表示領域の大きさが異なっていてもよい。ただし、本発明の一態様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。
【０１７３】
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。
【０１７４】
有機ＥＬ素子は、発光素子に電圧を印加することにより、一対の電極から電子および正孔がそれぞれ発光性の有機化合物を含む層に注入され、電流が流れる。そして、それらキャリア（電子および正孔）が再結合することにより、発光性の有機化合物が励起状態を形成し、その励起状態が基底状態に戻る際に発光する。このようなメカニズムから、このような発光素子は、電流励起型の発光素子と呼ばれる。
【０１７５】
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。
【０１７６】
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およ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、基板側およ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。
【０１７７】
図８に表示素子として発光素子を用いた発光装置の例を示す。表示素子である発光素子４５１３は、画素部４００２に設けられたトランジスタ４０１０と電気的に接続している。なお発光素子４５１３の構成は、第１の電極層４０３０、電界発光層４５１１、第２の電極層４０３１の積層構造であるが、示した構成に限定されない。発光素子４５１３から取り出す光の方向などに合わせて、発光素子４５１３の構成は適宜変えることができる。
【０１７８】
隔壁４５１０は、有機絶縁材料、又は無機絶縁材料を用いて形成する。特に感光性の樹脂材料を用い、第１の電極層４０３０上に開口部を形成し、その開口部の側壁が連続した曲率を持って形成される傾斜面となるように形成することが好ましい。
【０１７９】
電界発光層４５１１は、単数の層で構成されていても、複数の層が積層されるように構成されていてもどちらでも良い。
【０１８０】
発光素子４５１３に酸素、水素、水分、二酸化炭素等が侵入しないように、第２の電極層４０３１および隔壁４５１０上に保護膜を形成してもよい。保護膜としては、窒化シリコン膜、窒化酸化シリコン膜、ＤＬＣ膜等を形成することができる。また、第１の基板４００１、第２の基板４００６、およびシール材４００５によって封止された空間には充填材４５１４が設けられ密封されている。このように外気に曝されないように気密性が高く、脱ガスの少ない保護フィルム（貼り合わせフィルム、紫外線硬化樹脂フィルム等）やカバー材でパッケージング（封入）することが好ましい。
【０１８１】
充填材４５１４としては窒素やアルゴンなどの不活性な気体の他に、紫外線硬化樹脂または熱硬化樹脂を用いることができ、ＰＶＣ（ポリビニルクロライド）、アクリル、ポリイミド、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、ＰＶＢ（ポリビニルブチラル）またはＥＶＡ（エチレンビニルアセテート）を用いることができる。例えば充填材として窒素を用いればよい。
【０１８２】
また、必要であれば、発光素子の射出面に偏光板、又は円偏光板（楕円偏光板を含む）、位相差板（λ／４板、λ／２板）、カラーフィルタなどの光学フィルムを適宜設けてもよい。また、偏光板又は円偏光板に反射防止膜を設けてもよい。例えば、表面の凹凸により反射光を拡散し、映り込みを低減できるアンチグレア処理を施すことができる。
【０１８３】
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。
【０１８４】
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。
【０１８５】
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。
【０１８６】
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。
【０１８７】
なお、マイクロカプセル中の第１の粒子および第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。
【０１８８】
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の電極層および第２の電極層の間に配置し、第１の電極層および第２の電極層に電位差を生じさせての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。
【０１８９】
図９に、半導体装置の一形態としてアクティブマトリクス型の電子ペーパーを示す。図９の電子ペーパーは、ツイストボール表示方式を用いた表示装置の例である。
【０１９０】
トランジスタ４０１０と接続する第１の電極層４０３０と、第２の基板４００６に設けられた第２の電極層４０３１との間には黒色領域４６１５ａおよび白色領域４６１５ｂを有し、周りに液体で満たされているキャビティ４６１２を含む球形粒子４６１３が設けられており、球形粒子４６１３の周囲は樹脂等の充填材４６１４で充填されている。第２の電極層４０３１が共通電極（対向電極）に相当する。第２の電極層４０３１は、共通電位線と電気的に接続される。
【０１９１】
なお、図７乃至図９において、第１の基板４００１、第２の基板４００６としては、ガラス基板の他、可撓性を有する基板も用いることができ、例えば透光性を有するプラスチック基板などを用いることができる。プラスチックとしては、ＦＲＰ（Ｆｉｂｅｒｇｌａｓｓ−Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｐｌａｓｔｉｃｓ）板、ＰＶＦ（ポリビニルフルオライド）フィルム、ポリエステルフィルムまたはアクリル樹脂フィルムを用いることができる。また、アルミニウムホイルをＰＶＦフィルムやポリエステルフィルムで挟んだ構造のシートを用いることもできる。
【０１９２】
絶縁層４０２１は、無機絶縁材料又は有機絶縁材料を用いて形成することができる。なお、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、エポキシ樹脂等の、耐熱性を有する有機絶縁材料を用いると、平坦化絶縁膜として好適である。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）等を用いることができる。なお、これらの材料で形成される絶縁膜を複数積層させることで、絶縁層を形成してもよい。
【０１９３】
絶縁層４０２１の形成法は、特に限定されず、その材料に応じて、スパッタリング法、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、オフセット印刷等、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等を用いることができる。
【０１９４】
表示装置は光源又は表示素子からの光を透過させて表示を行う。よって光が透過する画素部に設けられる基板、絶縁膜、導電膜などの薄膜はすべて可視光の波長領域の光に対して透光性とする。
【０１９５】
表示素子に電圧を印加する第１の電極層および第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、およ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。
【０１９６】
第１の電極層４０３０、第２の電極層４０３１は、酸化タングステンを含むインジウム酸化物、酸化タングステンを含むインジウム亜鉛酸化物、酸化チタンを含むインジウム酸化物、酸化チタンを含むインジウム錫酸化物、インジウム錫酸化物（以下、ＩＴＯと示す。）、インジウム亜鉛酸化物、酸化ケイ素を添加したインジウム錫酸化物などの透光性を有する導電性材料を用いることができる。
【０１９７】
また、第１の電極層４０３０、第２の電極層４０３１はタングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）、バナジウム（Ｖ）、ニオブ（Ｎｂ）、タンタル（Ｔａ）、クロム（Ｃｒ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、チタン（Ｔｉ）、白金（Ｐｔ）、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）等の金属、又はその合金、若しくはその窒化物から一つ、又は複数種を用いて形成することができる。
【０１９８】
また、第１の電極層４０３０、第２の電極層４０３１として、導電性高分子（導電性ポリマーともいう）を含む導電性組成物を用いて形成することができる。導電性高分子としては、いわゆるπ電子共役系導電性高分子が用いることができる。例えば、ポリアニリンまたはその誘導体、ポリピロールまたはその誘導体、ポリチオフェンまたはその誘導体、若しくはアニリン、ピロールおよびチオフェンの２種以上からなる共重合体若しくはその誘導体などがあげられる。
【０１９９】
また、トランジスタは静電気などにより破壊されやすいため、駆動回路保護用の保護回路を設けることが好ましい。保護回路は、非線形素子を用いて構成することが好ましい。
【０２００】
以上のように実施の形態１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で例示したトランジスタは上述の表示機能を有する半導体装置のみでなく、電源回路に搭載されるパワーデバイス、ＬＳＩ等の半導体集積回路、対象物の情報を読み取るイメージセンサ機能を有する半導体装置など様々な機能を有する半導体装置に適用することが可能である。
【０２０１】
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。
【０２０２】
（実施の形態３）
本明細書に開示する半導体装置は、さまざまな電子機器（遊技機も含む）に適用することができる。電子機器としては、例えば、テレビジョン装置（テレビ、またはテレビジョン受信機ともいう）、コンピュータ用などのモニタ、デジタルカメラ、デジタルビデオカメラ等のカメラ、デジタルフォトフレーム、携帯電話機（携帯電話、携帯電話装置ともいう）、携帯型ゲーム機、携帯情報端末、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液晶表示装置を具備する電子機器の例について説明する。
【０２０３】
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３００１、筐体３００２、表示部３００３、キーボード３００４などによって構成されている。実施の形態１または２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。
【０２０４】
図１０（Ｂ）は、携帯情報端末（ＰＤＡ）であり、本体３０２１には表示部３０２３と、外部インターフェイス３０２５と、操作ボタン３０２４等が設けられている。また操作用の付属品としてスタイラス３０２２がある。実施の形態１または２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。
【０２０５】
図１０（Ｃ）は、電子書籍の一例を示している。例えば、電子書籍２７００は、筐体２７０１および筐体２７０３の２つの筐体で構成されている。筐体２７０１および筐体２７０３は、軸部２７１１により一体とされており、該軸部２７１１を軸として開閉動作を行うことができる。このような構成により、紙の書籍のような動作を行うことが可能となる。
【０２０６】
筐体２７０１には表示部２７０５が組み込まれ、筐体２７０３には表示部２７０７が組み込まれている。表示部２７０５および表示部２７０７は、続き画面を表示する構成としてもよいし、異なる画面を表示する構成としてもよい。異なる画面を表示する構成とすることで、例えば右側の表示部（図１０（Ｃ）では表示部２７０５）に文章を表示し、左側の表示部（図１０（Ｃ）では表示部２７０７）に画像を表示することができる。実施の形態１または２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２７００とすることができる。
【０２０７】
また、図１０（Ｃ）では、筐体２７０１に操作部などを備えた例を示している。例えば、筐体２７０１において、電源２７２１、操作キー２７２３、スピーカー２７２５などを備えている。操作キー２７２３により、頁を送ることができる。なお、筐体の表示部と同一面にキーボードやポインティングデバイスなどを備える構成としてもよい。また、筐体の裏面や側面に、外部接続用端子（イヤホン端子、ＵＳＢ端子など）、記録媒体挿入部などを備える構成としてもよい。さらに、電子書籍２７００は、電子辞書としての機能を持たせた構成としてもよい。
【０２０８】
また、電子書籍２７００は、無線で情報を送受信できる構成としてもよい。無線により、電子書籍サーバから、所望の書籍データなどを購入し、ダウンロードする構成とすることも可能である。
【０２０９】
図１０（Ｄ）は、携帯電話であり、筐体２８００および筐体２８０１の二つの筐体で構成されている。筐体２８０１には、表示パネル２８０２、スピーカー２８０３、マイクロフォン２８０４、ポインティングデバイス２８０６、カメラ用レンズ２８０７、外部接続端子２８０８などを備えている。また、筐体２８００には、携帯電話の充電を行う太陽電池セル２８１０、外部メモリスロット２８１１などを備えている。また、アンテナは筐体２８０１内部に内蔵されている。実施の形態１または２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。
【０２１０】
また、表示パネル２８０２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２８０５を点線で示している。なお、太陽電池セル２８１０で出力される電圧を各回路に必要な電圧に昇圧するための昇圧回路も実装している。
【０２１１】
表示パネル２８０２は、使用形態に応じて表示の方向が適宜変化する。また、表示パネル２８０２と同一面上にカメラ用レンズ２８０７を備えているため、テレビ電話が可能である。スピーカー２８０３およびマイクロフォン２８０４は音声通話に限らず、テレビ電話、録音、再生などが可能である。さらに、筐体２８００と筐体２８０１は、スライドし、図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。
【０２１２】
外部接続端子２８０８はＡＣアダプタおよびＵＳＢケーブルなどの各種ケーブルと接続可能であり、充電およびパーソナルコンピュータなどとのデータ通信が可能である。また、外部メモリスロット２８１１に記録媒体を挿入し、より大量のデータ保存および移動に対応できる。
【０２１３】
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。
【０２１４】
図１０（Ｅ）は、デジタルビデオカメラであり、本体３０５１、表示部（Ａ）３０５７、接眼部３０５３、操作スイッチ３０５４、表示部（Ｂ）３０５５、バッテリー３０５６などによって構成されている。実施の形態１または２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。
【０２１５】
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９６００は、筐体９６０１に表示部９６０３が組み込まれている。表示部９６０３により、映像を表示することが可能である。また、ここでは、スタンド９６０５により筐体９６０１を支持した構成を示している。実施の形態１または２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９６００とすることができる。
【０２１６】
テレビジョン装置９６００の操作は、筐体９６０１が備える操作スイッチや、別体のリモコン操作機により行うことができる。また、リモコン操作機に、当該リモコン操作機から出力する情報を表示する表示部を設ける構成としてもよい。
【０２１７】
なお、テレビジョン装置９６００は、受信機やモデムなどを備えた構成とする。受信機により一般のテレビ放送の受信を行うことができ、さらにモデムを介して有線または無線による通信ネットワークに接続することにより、一方向（送信者から受信者）または双方向（送信者と受信者間、あるいは受信者間同士など）の情報通信を行うことも可能である。
【０２１８】
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。
【実施例】
【０２１９】
本実施例では、本発明の一態様に係る半導体装置において、酸化物半導体膜と絶縁膜との界面における水素のパイルアップについて評価した結果について、図１２及び図１３を参照して説明する。評価方法としては、二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ：Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ Ｉｏｎ Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）を用いた。
【０２２０】
まず、本実施例で用いた試料について説明する。本実施例では、石英基板上に酸化物半導体膜と酸化ガリウム膜が成膜された試料Ａと、石英基板上に酸化物半導体膜と酸化シリコン膜が成膜された試料Ｂとを用いた。
【０２２１】
試料Ａ及び試料Ｂにおいて、酸化物半導体膜として、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系の酸化物半導体膜を用いた。Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系の酸化物半導体膜の成膜条件は、スパッタリング法により、原子数比Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：０．５のターゲットを用い、石英基板とターゲットとの距離を６０ｍｍ、圧力０．４Ｐａ、電源０．５ｋＷ、アルゴン及び酸素（Ａｒ：Ｏ２＝１０：５ｓｃｃｍ）雰囲気下、基板温度は室温として、３００ｎｍ成膜した。
【０２２２】
また、試料Ａにおいて、酸化ガリウムの成膜条件は、酸化物半導体膜上に、スパッタリング法により、酸化ガリウムターゲットを用い、石英基板とターゲットとの距離を６０ｍｍ、圧力０．４Ｐａ、電源１．０ｋＷ、アルゴン及び酸素（Ａｒ：Ｏ２＝２５：２５ｓｃｃｍ）雰囲気下、基板温度は室温として、２００ｎｍ成膜した。
【０２２３】
また、試料Ｂにおいて、酸化シリコン膜の成膜条件は、酸化物半導体膜上に、スパッタリング法により、酸化シリコンターゲットを用い、石英基板とターゲットとの距離を６０ｍｍ、圧力０．４Ｐａ、電源１．５ｋＷ、アルゴン及び酸素（Ａｒ：Ｏ２＝２５：２５ｓｃｃｍ）雰囲気下、基板温度は２５０℃として、２００ｎｍ成膜した。
【０２２４】
次に、試料Ａ及び試料Ｂに熱処理を行った。熱処理の条件は、熱処理を行うための電気炉としてマッフル炉により、窒素雰囲気中で４５０℃、１時間行った。
【０２２５】
次に、試料Ａ及び試料Ｂについて、ＳＩＭＳにより水素及び酸素のイオン強度を測定した。図１２に、試料ＡのＳＩＭＳによる水素及び酸素のイオン強度を示し、図１３に、試料ＢのＳＩＭＳによる水素及び酸素のイオン強度を示す。縦軸はイオン強度（ｃｏｕｎｔｓ／ｓｅｃ）であり、横軸は表面からの深さ（μｍ）である。
【０２２６】
図１３に示す試料Ｂでは、酸化物半導体膜と酸化シリコン膜との界面において、水素に由来する強いイオン強度を観測した。これに対し、図１２に示す試料Ａでは、酸化物半導体膜と酸化ガリウムとの界面において、水素に由来するイオン強度は大きく低下した。つまり、酸化ガリウムと酸化物半導体膜との界面は、酸化シリコン膜と酸化物半導体膜との界面に比較して水素のパイルアップを低減できることがわかった。
【０２２７】
酸化シリコンは共有結合性を有しているため、イオン結合性を有するＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系の酸化物半導体膜との界面の結合性が低下することで、酸素原子のダングリングボンドが増加したと考えられる。これにより、水素原子のパイルアップが増加したと考えられる。これに対し、酸化ガリウムはイオン結合性を有しているため、同じイオン結合性を有するＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系の酸化物半導体膜との界面の結合性は良好である。結果として、酸化ガリウム膜とＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系の酸化物半導体膜との界面において、酸素原子のダングリングボンドが低減したことにより、水素原子のパイルアップが低減したと考えられる。
【０２２８】
以上の結果から、酸化物半導体膜と酸化ガリウムとを接して設けることにより、酸化物半導体膜と酸化ガリウムとの界面における水素原子のパイルアップを低減できることが証明された。
【符号の説明】
【０２２９】
１１０ トランジスタ
１２０ トランジスタ
２００ 基板
２０２ 絶縁膜
２０６ 酸化物半導体膜
２０６ａ 酸化物半導体膜
２０８ａ ソース電極
２０８ｂ ドレイン電極
２１２ 絶縁膜
２１４ ゲート電極
３１０ トランジスタ
３２０ トランジスタ
３３０ トランジスタ
４００ 基板
４０２ ゲート電極
４０４ 絶縁膜
４０６ 酸化物半導体膜
４０６ａ 酸化物半導体膜
４０８ａ ソース電極
４０８ｂ ドレイン電極
４１０ 絶縁膜
４１２ 導電層
２７００ 電子書籍
２７０１ 筐体
２７０３ 筐体
２７０５ 表示部
２７０７ 表示部
２７１１ 軸部
２７２１ 電源
２７２３ 操作キー
２７２５ スピーカー
２８００ 筐体
２８０１ 筐体
２８０２ 表示パネル
２８０３ スピーカー
２８０４ マイクロフォン
２８０５ 操作キー
２８０６ ポインティングデバイス
２８０７ カメラ用レンズ
２８０８ 外部接続端子
２８１０ 太陽電池セル
２８１１ 外部メモリスロット
３００１ 本体
３００２ 筐体
３００３ 表示部
３００４ キーボード
３０２１ 本体
３０２２ スタイラス
３０２３ 表示部
３０２４ 操作ボタン
３０２５ 外部インターフェイス
３０５１ 本体
３０５３ 接眼部
３０５４ 操作スイッチ
３０５５ 表示部（Ｂ）
３０５６ バッテリー
３０５７ 表示部（Ａ）
４００１ 基板
４００２ 画素部
４００３ 信号線駆動回路
４００４ 走査線駆動回路
４００５ シール材
４００６ 基板
４００８ 液晶層
４０１０ トランジスタ
４０１１ トランジスタ
４０１３ 液晶素子
４０１５ 接続端子電極
４０１６ 端子電極
４０１８ ＦＰＣ
４０１８ａ ＦＰＣ
４０１８ｂ ＦＰＣ
４０１９ 異方性導電膜
４０２１ 絶縁層
４０３０ 電極層
４０３１ 電極層
４０３２ 絶縁膜
４０３３ 絶縁膜
４５１０ 隔壁
４５１１ 電界発光層
４５１３ 発光素子
４５１４ 充填材
４６１２ キャビティ
４６１３ 球形粒子
４６１４ 充填材
４６１５ａ 黒色領域
４６１５ｂ 白色領域
９６００ テレビジョン装置
９６０１ 筐体
９６０３ 表示部
９６０５ スタンド
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１３族元素および酸素を含む第１の絶縁膜と、
前記第１の絶縁膜と一部が接する酸化物半導体膜と、
前記酸化物半導体膜と電気的に接続するソース電極およびドレイン電極と、
前記酸化物半導体膜と重畳するゲート電極と、
前記酸化物半導体膜と前記ゲート電極の間の、前記酸化物半導体膜と一部が接する第２の絶縁膜と、を有する半導体装置。
【請求項２】
前記１３族元素および酸素を含む第１の絶縁膜には、化学量論的組成比より酸素が多い領域が含まれる、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記１３族元素および酸素を含む第１の絶縁膜には、酸化ガリウム、酸化アルミニウム、酸化アルミニウムガリウムおよび酸化ガリウムアルミニウムのいずれか一または複数が含まれる、請求項１または２に記載の半導体装置。
【請求項４】
第１の絶縁膜と、
前記第１の絶縁膜と一部が接する酸化物半導体膜と、
前記酸化物半導体膜と電気的に接続するソース電極およびドレイン電極と、
前記酸化物半導体膜と重畳するゲート電極と、
前記酸化物半導体膜と前記ゲート電極の間の、前記酸化物半導体膜と一部が接する１３族元素および酸素を含む第２の絶縁膜と、を有する半導体装置。
【請求項５】
前記１３族元素および酸素を含む第２の絶縁膜には、化学量論的組成比より酸素が多い領域が含まれる、請求項４に記載の半導体装置。
【請求項６】
前記１３族元素および酸素を含む第２の絶縁膜には、酸化ガリウム、酸化アルミニウム、酸化アルミニウムガリウムおよび酸化ガリウムアルミニウムのいずれか一または複数が含まれる、請求項４または５に記載の半導体装置。
【請求項７】
１３族元素および酸素を含む第１の絶縁膜と、
前記第１の絶縁膜と一部が接する酸化物半導体膜と、
前記酸化物半導体膜と電気的に接続するソース電極およびドレイン電極と、
前記酸化物半導体膜と重畳するゲート電極と、
前記酸化物半導体膜と前記ゲート電極の間の、前記酸化物半導体膜と一部が接する１３族元素および酸素を含む第２の絶縁膜と、を有する半導体装置。
【請求項８】
前記１３族元素および酸素を含む第１の絶縁膜および前記１３族元素および酸素を含む第２の絶縁膜には、化学量論的組成比より酸素が多い領域が含まれる、請求項７に記載の半導体装置。
【請求項９】
前記１３族元素および酸素を含む第１の絶縁膜および前記１３族元素および酸素を含む第２の絶縁膜には、酸化ガリウム、酸化アルミニウム、酸化アルミニウムガリウムおよび酸化ガリウムアルミニウムのいずれか一または複数を含まれる、請求項７または８に記載の半導体装置。
【請求項１０】
前記１３族元素および酸素を含む第２の絶縁膜は、前記ソース電極および前記ドレイン電極と接し、かつ前記１３族元素および酸素を含む第１の絶縁膜と接して設けられる、請求項７乃至９のいずれか一に記載の半導体装置。
【請求項１１】
前記酸化物半導体膜は、前記１３族元素および酸素を含む第１の絶縁膜および前記１３族元素および酸素を含む第２の絶縁膜に囲まれた請求項７に記載の半導体装置。
【請求項１２】
前記酸化物半導体膜には、Ｉｎ、Ｇａ、Ｚｎの少なくとも一が含まれる、請求項１乃至請求項１１のいずれか一に記載の半導体装置。
【請求項１】
１３族元素および酸素を含む第１の絶縁膜と、
前記第１の絶縁膜と一部が接する酸化物半導体膜と、
前記酸化物半導体膜と電気的に接続するソース電極およびドレイン電極と、
前記酸化物半導体膜と重畳するゲート電極と、
前記酸化物半導体膜と前記ゲート電極の間の、前記酸化物半導体膜と一部が接する第２の絶縁膜と、を有する半導体装置。
【請求項２】
前記１３族元素および酸素を含む第１の絶縁膜には、化学量論的組成比より酸素が多い領域が含まれる、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記１３族元素および酸素を含む第１の絶縁膜には、酸化ガリウム、酸化アルミニウム、酸化アルミニウムガリウムおよび酸化ガリウムアルミニウムのいずれか一または複数が含まれる、請求項１または２に記載の半導体装置。
【請求項４】
第１の絶縁膜と、
前記第１の絶縁膜と一部が接する酸化物半導体膜と、
前記酸化物半導体膜と電気的に接続するソース電極およびドレイン電極と、
前記酸化物半導体膜と重畳するゲート電極と、
前記酸化物半導体膜と前記ゲート電極の間の、前記酸化物半導体膜と一部が接する１３族元素および酸素を含む第２の絶縁膜と、を有する半導体装置。
【請求項５】
前記１３族元素および酸素を含む第２の絶縁膜には、化学量論的組成比より酸素が多い領域が含まれる、請求項４に記載の半導体装置。
【請求項６】
前記１３族元素および酸素を含む第２の絶縁膜には、酸化ガリウム、酸化アルミニウム、酸化アルミニウムガリウムおよび酸化ガリウムアルミニウムのいずれか一または複数が含まれる、請求項４または５に記載の半導体装置。
【請求項７】
１３族元素および酸素を含む第１の絶縁膜と、
前記第１の絶縁膜と一部が接する酸化物半導体膜と、
前記酸化物半導体膜と電気的に接続するソース電極およびドレイン電極と、
前記酸化物半導体膜と重畳するゲート電極と、
前記酸化物半導体膜と前記ゲート電極の間の、前記酸化物半導体膜と一部が接する１３族元素および酸素を含む第２の絶縁膜と、を有する半導体装置。
【請求項８】
前記１３族元素および酸素を含む第１の絶縁膜および前記１３族元素および酸素を含む第２の絶縁膜には、化学量論的組成比より酸素が多い領域が含まれる、請求項７に記載の半導体装置。
【請求項９】
前記１３族元素および酸素を含む第１の絶縁膜および前記１３族元素および酸素を含む第２の絶縁膜には、酸化ガリウム、酸化アルミニウム、酸化アルミニウムガリウムおよび酸化ガリウムアルミニウムのいずれか一または複数を含まれる、請求項７または８に記載の半導体装置。
【請求項１０】
前記１３族元素および酸素を含む第２の絶縁膜は、前記ソース電極および前記ドレイン電極と接し、かつ前記１３族元素および酸素を含む第１の絶縁膜と接して設けられる、請求項７乃至９のいずれか一に記載の半導体装置。
【請求項１１】
前記酸化物半導体膜は、前記１３族元素および酸素を含む第１の絶縁膜および前記１３族元素および酸素を含む第２の絶縁膜に囲まれた請求項７に記載の半導体装置。
【請求項１２】
前記酸化物半導体膜には、Ｉｎ、Ｇａ、Ｚｎの少なくとも一が含まれる、請求項１乃至請求項１１のいずれか一に記載の半導体装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１２−２３１１００（Ｐ２０１２−２３１１００Ａ）
【公開日】平成２４年１１月２２日（２０１２．１１．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１２７４７４（Ｐ２０１１−１２７４７４）
【出願日】平成２３年６月７日（２０１１．６．７）
【出願人】（０００１５３８７８）株式会社半導体エネルギー研究所 (5,264)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月２２日（２０１２．１１．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月７日（２０１１．６．７）
【出願人】（０００１５３８７８）株式会社半導体エネルギー研究所 (5,264)
【Ｆターム（参考）】
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