酸化物半導体膜及び半導体装置
【課題】より安定した電気的特性の酸化インジウム亜鉛でなる酸化物半導体膜を提供する。また、当該酸化物半導体膜を用いることにより、半導体装置に安定した電気的特性を付与し、信頼性の高い半導体装置を提供する。
【解決手段】酸化インジウム亜鉛でなる酸化物半導体膜において、当該酸化物半導体膜は、ａ−ｂ面が酸化物半導体膜表面に概略平行である六方晶の結晶構造と、ａ−ｂ面が該酸化物半導体膜表面に概略平行である菱面体晶の結晶構造と、を有する酸化物半導体膜である。
【解決手段】酸化インジウム亜鉛でなる酸化物半導体膜において、当該酸化物半導体膜は、ａ−ｂ面が酸化物半導体膜表面に概略平行である六方晶の結晶構造と、ａ−ｂ面が該酸化物半導体膜表面に概略平行である菱面体晶の結晶構造と、を有する酸化物半導体膜である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
酸化物半導体膜、及び該酸化物半導体膜を用いる半導体装置に関する。
【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、半導体回路及び電子機器は全て半導体装置である。
【背景技術】
【０００３】
液晶表示装置に代表されるように、ガラス基板等に形成されるトランジスタはアモルファスシリコン、多結晶シリコンなどによって構成されている。アモルファスシリコンを用いたトランジスタは、ガラス基板の大面積化に容易に対応することができる。しかし、アモルファスシリコンを用いたトランジスタは、電界効果移動度が低いという欠点を有している。また、多結晶シリコンを用いたトランジスタは電界効果移動度が高いが、ガラス基板の大面積化には適していないという欠点を有している。
【０００４】
このような欠点を有するシリコンを用いたトランジスタに対して、酸化物半導体を用いてトランジスタを作製し、電子デバイスや光デバイスに応用する技術が注目されている。例えば酸化物半導体として、Ｉｎ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｓｎなどを含むアモルファス（非晶質）の酸化物を用いてトランジスタを作製する技術が特許文献１で開示されている。また、同様のトランジスタを作製して表示装置の画素のスイッチング素子などに用いる技術が特許文献２で開示されている。
【０００５】
また、このようなトランジスタに用いる酸化物半導体について、「酸化物半導体は不純物に対して鈍感であり、膜中にはかなりの金属不純物が含まれていても問題がなく、ナトリウムのようなアルカリ金属が多量に含まれる廉価なソーダ石灰ガラスも使える」といったことも述べられている（非特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−１６５５２９号公報
【特許文献２】特開２００６−１６５５２８号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】神谷、野村、細野、「アモルファス酸化物半導体の物性とデバイス開発の現状」、固体物理、２００９年９月号、Ｖｏｌ．４４、ｐｐ．６２１−６３３
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、酸化物半導体膜がアモルファスのままであると、酸化物半導体膜に酸素欠損やダングリングボンドが生じやすく、これら単独あるいは酸素欠損やダングリングボンドが水素等と結合することにより膜中にキャリアを発生させてしまう。そのため、酸化物半導体膜の電気伝導度等の電気的特性が変化する恐れがある。また、酸化物半導体膜を用いたトランジスタにとっても電気的特性が変化する要因となり、半導体装置の信頼性を低下させることになる。
【０００９】
酸化物半導体膜の中でも、とりわけインジウム及び亜鉛を有する酸化物半導体膜である酸化インジウム亜鉛（Ｉｎｄｉｕｍ Ｚｉｎｃ Ｏｘｉｄｅ）膜は、移動度等の電気的特性に優れており、トランジスタのチャネル領域を形成する有望な材料として期待されている。しかしながらインジウム及び亜鉛を有する酸化物半導体膜がアモルファスの場合には、上述したように、酸素欠損やダングリングボンドに起因した酸化物半導体膜に共通の課題である電気的特性の変動による信頼性の低下の問題が残る。
【００１０】
その一方で、酸化物半導体膜の成膜過程において、当該酸化物半導体膜の結晶性を向上させ電気的特性が改善することが明らかになりつつある。また酸化物半導体膜の成膜過程において、当該酸化物半導体膜を用いたトランジスタの信頼性を向上させることが、明らかになりつつある。
【００１１】
このような問題に鑑み、電気的特性の安定した酸化インジウム亜鉛でなる酸化物半導体膜を提供することを課題の一とする。また、当該酸化物半導体膜を用いることにより、半導体装置に安定した電気的特性を付与し、信頼性の高い半導体装置を提供することを課題の一とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
開示する発明の一態様は、酸化インジウム亜鉛でなる酸化物半導体膜において、酸化物半導体膜は、ａ−ｂ面が酸化物半導体膜表面に概略平行である六方晶の結晶構造と、ａ−ｂ面が該酸化物半導体膜表面に概略平行である菱面体晶の結晶構造と、を有する酸化物半導体膜である。
【００１３】
開示する発明の一態様は、酸化インジウム亜鉛でなる酸化物半導体膜において、酸化物半導体膜は、ａ−ｂ面が酸化物半導体膜表面に概略平行である六方晶の結晶構造と、ａ−ｂ面が該酸化物半導体膜表面に概略平行である菱面体晶の結晶構造と、を有し、六方晶の結晶構造は、Ｉｎ：Ｚｎ＝１：１の組成比を有する酸化物半導体の結晶構造であり、菱面体晶の結晶構造は、Ｉｎ：Ｚｎ＝２：１の組成比を有する酸化物半導体の結晶構造である酸化物半導体膜である。
【００１４】
開示する発明の一態様は、ゲート電極と、ゲート電極上に設けられた第１の絶縁膜と、第１の絶縁膜上に設けられた酸化インジウム亜鉛でなる酸化物半導体膜と、酸化物半導体膜と接するように設けられたソース電極およびドレイン電極と、酸化物半導体膜上に設けられた第２の絶縁膜と、を有し、酸化物半導体膜は、ａ−ｂ面が酸化物半導体膜表面に概略平行である六方晶の結晶構造と、ａ−ｂ面が該酸化物半導体膜表面に概略平行である菱面体晶の結晶構造と、を有する半導体装置である。
【００１５】
開示する発明の一態様は、ゲート電極と、ゲート電極上に設けられた第１の絶縁膜と、第１の絶縁膜上に設けられた酸化インジウム亜鉛でなる酸化物半導体膜と、酸化物半導体膜と接するように設けられたソース電極およびドレイン電極と、酸化物半導体膜上に設けられた第２の絶縁膜と、を有し、酸化物半導体膜は、ａ−ｂ面が酸化物半導体膜表面に概略平行である六方晶の結晶構造と、ａ−ｂ面が該酸化物半導体膜表面に概略平行である菱面体晶の結晶構造と、を有し、六方晶の結晶構造は、Ｉｎ：Ｚｎ＝１：１の組成比を有する酸化物半導体の結晶構造であり、菱面体晶の結晶構造は、Ｉｎ：Ｚｎ＝２：１の組成比を有する酸化物半導体の結晶構造である半導体装置である。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の一態様で開示する酸化インジウム亜鉛でなる酸化物半導体膜は、安定した電気的特性を有することができる。このような酸化インジウム亜鉛でなる酸化物半導体膜をトランジスタに用いることによって、安定した電気的特性を有する、信頼性の高い半導体装置とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一態様に係る断面ＴＥＭ像。
【図２】本発明の一態様に係る電子線回折図。
【図３】本発明の一態様に係るＸＲＤスペクトル図。
【図４】本発明の一態様に係るＸＲＤスペクトル図。
【図５】本発明の一態様に係る半導体装置の作製工程を説明する断面図。
【図６】スパッタリング装置を説明する模式図である。
【図７】種結晶の結晶構造を説明する模式図である。
【図８】本発明の一態様に係る半導体装置の作製工程を説明する断面図。
【図９】本発明の一態様に係る半導体装置を説明する断面図。
【図１０】本発明の一態様を示すブロック図及び等価回路図。
【図１１】本発明の一態様を示す電子機器の外観図。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
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。但し、本発明は以下の説明に限定されず、本発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細を様々に変更し得ることは当業者であれば容易に理解される。従って、本発明は以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。なお、以下に説明する本発明の構成において、同一部分または同様な機能を有する部分には同一の符号を異なる図面間で共通して用い、その繰り返しの説明は省略する。
【００１９】
なお、本明細書で説明する各図において、各構成の大きさ、層の厚さ、または領域は、明瞭化のために誇張されている場合がある。よって、必ずしもそのスケールに限定されない。
【００２０】
また、本明細書にて用いる第１、第２、第３などの用語は、構成要素の混同を避けるために付したものであり、数的に限定するものではない。そのため、例えば、「第１の」を「第２の」または「第３の」などと適宜置き換えて説明することができる。
【００２１】
（実施の形態１）
本実施の形態では、酸化インジウム亜鉛でなる酸化物半導体膜（以下、酸化インジウム亜鉛膜という）の構成について、図１乃至図４を用いて説明する。
【００２２】
本実施の形態に係る酸化インジウム亜鉛膜は、結晶構造を有する領域を含む。当該結晶構造を有する領域は、ａ−ｂ面が酸化インジウム亜鉛膜表面に概略平行である六方晶の結晶構造と、ａ−ｂ面が該酸化インジウム亜鉛膜表面に概略平行である菱面体晶の結晶構造と、を有する。
【００２３】
ここで、実際に作製した、六方晶の結晶構造及び菱面体晶の結晶構造を有する酸化インジウム亜鉛膜の断面を透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ：ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）で観察した結果（断面ＴＥＭ像）を図１に示す。図１に示す断面ＴＥＭ像では、層状に原子が配向した領域が、酸化インジウム亜鉛膜中に複数観察される。
【００２４】
なお図１に示す酸化インジウム亜鉛膜の断面ＴＥＭ像のサンプルは、石英基板上に酸化インジウム亜鉛を５０ｎｍの膜厚で成膜したものである。酸化インジウム亜鉛膜の断面ＴＥＭ像は、Ｉｎ：Ｚｎ＝２：１の組成比の酸化インジウム亜鉛をターゲットにして、スパッタリング装置で成膜したものを成膜直後に観察したものである。スパッタリング装置での成膜条件は、石英基板を２００℃に加熱した状態で、１００ＷのＤＣ電源、酸素の流量：アルゴン及び酸素の混合気体の流量＝３：１０としたガスを用いて、成膜圧力を０．４Ｐａとして行ったものである。
【００２５】
次いで、図１の六方晶の結晶構造及び菱面体晶の結晶構造を有する酸化インジウム亜鉛膜断面に対して垂直に電子線を照射して得られた電子線回折パターンを図２（Ａ）及び図２（Ｂ）に示す。ここで、図２（Ａ）及び図２（Ｂ）に示す電子線回折パターンがサンプルの断面となるので、パターンの垂直（縦）方向がｃ軸方向となる。
【００２６】
なお断面ＴＥＭ像及び電子線回折パターンは、株式会社日立ハイテクノロジーズ社製の透過電子顕微鏡Ｈ−９０００ＮＡＲを用い、加速電圧を３００ｋＶとして８００万倍の倍率で撮影したものである。
【００２７】
図２（Ａ）及び図２（Ｂ）に示す電子線回折パターンは、結晶構造の逆格子点を表している。試料が結晶構造を持つ場合にはスポット状（図中、Ａ点、Ｂ点、Ｃ点）になり、結晶方位がランダムな多結晶構造またはアモルファス構造の場合にはリング状（同心円状ともいう）となる。従って、図２（Ａ）及び図２（Ｂ）に示す電子線回折パターンより、図１に示す酸化インジウム亜鉛膜は結晶構造を有することがわかる。また図２（Ａ）及び図２（Ｂ）に示す電子線回折パターンの違いは、結晶構造の違いを表している。
【００２８】
図２（Ａ）及び図２（Ｂ）に示す電子線回折パターンにおいて、Ａ点、Ｂ点、Ｃ点の各回折スポットは、電子線の入射による格子面からの回折スポットを表したものである。電子線は、酸化インジウム亜鉛膜の断面に対して、垂直となる方向より入射させている。
【００２９】
図２（Ａ）及び図２（Ｂ）のＡ点は、ほぼ紙面水平軸に対して概略垂直な軸上に位置する。そのため、酸化インジウム亜鉛膜の当該結晶構造は、ａ軸及びｂ軸に平行な石英基板上の平面に対して、概略垂直となるｃ軸方向に配向していることがわかる。すなわち、酸化インジウム亜鉛膜は、石英基板に概略平行な平面である酸化インジウム亜鉛膜の表面に対し、概略平行なａ軸及びｂ軸でなるａ−ｂ面を有する結晶構造を有することがわかる。
【００３０】
図２（Ａ）及び図２（Ｂ）に示す電子線回折パターンにおいて、電子ビームを入射し、回折せずに酸化インジウム亜鉛膜を透過した電子波の回折スポットを（０００）スポット（電子線回折パターンの中心点：図中、Ｏ点）とする。各回折スポットと当該回折スポットの間の（０００）スポットとのなす角は、各格子面の法線のなす角を表す。これらの角度を調べることにより結晶構造を類推することができる。
【００３１】
具体的には、図２（Ａ）中のＡ点、Ｏ点、Ｂ点でなる角度ＡＯＢは、９０．０°である。また、図２（Ｂ）中のＡ点、Ｏ点、Ｂ点でなる角度ＡＯＢは、６９．０°であり、Ａ点、Ｏ点、Ｃ点でなる角度ＡＯＣは、３８．７°であり、Ｂ点、Ｏ点、Ｃ点でなる角度ＢＯＣは、３０．３°である。これらより類推すると、図２（Ａ）に示す電子線回折パターンは菱面体晶（三方晶ともいう）であり、図２（Ｂ）に示す電子線回折パターンは六方晶であるとわかる。
【００３２】
従って、図２（Ａ）及び図２（Ｂ）に示す電子線回折パターンから図１に示す酸化インジウム亜鉛膜は、ａ−ｂ面が酸化物半導体膜の表面に概略平行である菱面体晶の結晶構造、及びａ−ｂ面が酸化物半導体膜の表面に概略平行である六方晶の結晶構造を有するとわかる。
【００３３】
さらに、各回折スポットと（０００）スポットとの距離［ｍ］をｒ（ｈｋｌ）、格子面間隔［ｍ］をｄ（ｈｋｌ）、電子線の波長［ｍ］をλ、酸化インジウム亜鉛膜と回折パターン像が得られるフィルムとの間の距離（カメラ長）［ｍ］をＬとおけば以下の式（１）が成り立つ。
【００３４】
ｒ（ｈｋｌ）×ｄ（ｈｋｌ）＝λ×Ｌ （１）
【００３５】
なお電子線回折パターンの測定時、カメラ長Ｌは０．８に設定している。また電子線の波長λは、式（２）より導出するものである。
【００３６】
λ＝（ｈ２／（２ｍＥ））１／２ （２）
【００３７】
式（２）より電子線の波長λは、２．７５×１０−１２ｍであることがわかる。なお式（２）においてｈはプランク定数（６．６２６×１０−３４Ｊ・ｓ）であり、ｍは電子の静止質量（９．１０×１０−３１ｋｇ）、Ｅは電子の加速エネルギーを表す。ここで、電子の加速電圧を２００ｋＶに設定したので電子の加速エネルギーＥは２００×１０３×１．６×１０−１９Ｊとなる。
【００３８】
上記の通り、電子線の波長λ及びカメラ長Ｌは既知なので、電子線回折パターンからｒ（ｈｋｌ）を測定すれば格子面間隔ｄ（ｈｋｌ）を見積もることができる。見積もられた格子面間隔ｄ（ｈｋｌ）を表１に示す。なお格子面間隔ｄ（ｈｋｌ）に対応するミラー指数は、該当する可能性のある物質の既知の結晶データ、例えばＪＣＰＤＳカードを参照して得られる指数である。
【００３９】
【表１】
【００４０】
格子面間隔ｄ（ｈｋｌ）及びミラー指数による解析により、図２（Ａ）に示す電子線回折パターンは、Ｉｎ：Ｚｎ＝２：１の組成比を有するＩｎ２ＺｎＯ４によるパターンであり、図２（Ｂ）に示す電子線回折パターンはＩｎ：Ｚｎ＝１：１の組成比を有するＩｎ２Ｚｎ２Ｏ５によるパターンであると推定される。なお図２（Ａ）に示す電子線回折パターンにおいて、得られる回折スポットのｃ軸方向のミラー指数である「ｌ」が３の倍数であることがわかる。当該結果からも、対称性を考慮すれば、図２（Ａ）に示す電子線回折パターンは菱面体晶（三方晶ともいう）のパターンであるとわかる。また図２（Ｂ）に示す電子線回折パターンにおいて、得られる回折スポットのｃ軸方向のミラー指数である「ｌ」が２の倍数であることがわかる。当該結果からも、対称性を考慮すれば、図２（Ｂ）に示す電子線回折パターンは六方晶のパターンであるとわかる。
【００４１】
次いで表２には、ミラー指数が見積もられた２カ所の回折スポットと、当該回折スポットの間の（０００）スポットと、を結んでなす角の角度を測定した結果を示す。なお表１及び表２をみると、図２（Ａ）における菱面体晶と図２（Ｂ）における六方晶とは、格子面間隔ｄ（ｈｋｌ）、ミラー指数が見積もられた各回折スポットと、当該回折スポットの間の（０００）スポットと、を結んでなす角が異なることがわかる。
【００４２】
【表２】
【００４３】
表２に示す結果と、前述の推定された既知の結晶データとの照合によって、図２（Ａ）に示す電子線回折パターンは、Ｉｎ：Ｚｎ＝２：１の組成比を有するＩｎ２ＺｎＯ４によるパターンであり、図２（Ｂ）に示す電子線回折パターンはＩｎ：Ｚｎ＝１：１の組成比を有するＩｎ２Ｚｎ２Ｏ５によるパターンであると同定される。
【００４４】
以上の図１及び図２（Ａ）、図２（Ｂ）の結果から、本実施の形態に係る酸化インジウム亜鉛膜は、菱面体晶の結晶構造であるＩｎ２ＺｎＯ４、及び六方晶であるＩｎ２Ｚｎ２Ｏ５を有する領域を含むことがわかる。すなわち、当該結晶構造を有する領域は、ａ−ｂ面が酸化インジウム亜鉛膜表面に概略平行である六方晶のＩｎ２Ｚｎ２Ｏ５による結晶構造と、ａ−ｂ面が該酸化インジウム亜鉛膜表面に概略平行である菱面体晶のＩｎ２ＺｎＯ４による結晶構造と、を有するものである。
【００４５】
従って六方晶及び菱面体晶の結晶構造を含む酸化インジウム亜鉛膜は、全体がアモルファス構造の酸化物半導体膜と比較して良好な結晶性を有するので、酸素欠損やダングリングボンド、あるいはダングリングボンドなどに結合する水素などの不純物が低減されている。これらの酸素欠損やダングリングボンド、あるいはダングリングボンドなどに結合する水素などは、酸化物半導体膜中でキャリアのトラップあるいはキャリアの供給源のように機能するため、当該酸化物半導体膜の電気伝導度が変動する原因となりうる。よって、これらが低減されている、六方晶及び菱面体晶の結晶構造を含む酸化物半導体膜は、電気伝導度が安定しており、可視光や紫外光などの照射に対してもより電気的に安定な構造を有することができる。
【００４６】
なお本実施の形態に係る酸化インジウム亜鉛膜は、菱面体晶及び六方晶の結晶構造を有する領域を複数含んでいても良く、それぞれの領域において、結晶構造のａ軸あるいはｂ軸の方向は互いに異なっていてもよい。ただし、ａ軸あるいはｂ軸の方向が異なる領域どうしが接しないようにすることで、互いの領域が接する界面に粒界を形成しないようにすることが好ましい。よって、六方晶の結晶構造及び菱面体晶の結晶構造を有する領域を覆うようにアモルファス構造の領域を有する酸化物半導体膜とすることが好ましい。
【００４７】
また、酸化インジウム亜鉛膜についてさらにＸ線回折（ＸＲＤ：Ｘ−ｒａｙ ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ）測定を行い、上記の図１及び図２（Ａ）、図２（Ｂ）の結果を補強する測定結果を示す。
【００４８】
図３（Ａ）に酸化インジウム亜鉛膜について、ｏｕｔ−ｏｆ−ｐｌａｎｅ法を用いてＸＲＤスペクトルを測定した結果を示す。また図３（Ｂ）に比較例として、ガリウムを含む酸化インジウム亜鉛（Ｉｎｄｉｕｍ Ｇａｌｌｉｕｍ Ｚｉｎｃ Ｏｘｉｄｅ：ＩＧＺＯ）膜について、ｏｕｔ−ｏｆ−ｐｌａｎｅ法を用いてＸＲＤスペクトルを測定した結果を示す。図３（Ａ）、図３（Ｂ）は、縦軸にＸ線回折強度（任意単位）をとり、横軸に回転角２θ（ｄｅｇ．）をとって測定したものである。
【００４９】
また図３（Ａ）に示すＸＲＤスペクトルを測定した結果は、酸化インジウム亜鉛の成膜時に基板の加熱温度を室温（Ｔｓｕｂ＝Ｒ．Ｔ．）、酸化インジウム亜鉛の成膜時に基板の加熱温度を１００℃（Ｔｓｕｂ＝１００℃）、または酸化インジウム亜鉛の成膜時に基板の加熱温度を２００℃（Ｔｓｕｂ＝２００℃）として、酸化インジウム亜鉛を成膜した際の膜について、並べて示したものである。また図３（Ｂ）に示すＸＲＤスペクトルを測定した結果は、ガリウムを含む酸化インジウム亜鉛の成膜時に基板の加熱温度を２００℃（Ｔｓｕｂ＝２００℃）として、ガリウムを含む酸化インジウム亜鉛を成膜した際の膜について示したものである。なお基板である石英基板の温度以外について、酸化インジウム亜鉛、及びガリウムを含む酸化インジウム亜鉛は、同じ条件である。
【００５０】
図３（Ａ）の基板の加熱温度を２００℃（Ｔｓｕｂ＝２００℃）として成膜した酸化インジウム亜鉛膜では、２θ＝３０°近傍に強いピークが見られるのに対して、基板の加熱温度を１００℃（Ｔｓｕｂ＝１００℃）及び室温（Ｔｓｕｂ＝Ｒ．Ｔ．）として成膜した酸化インジウム亜鉛膜では、ほとんどピークが見られないことが分かる。同様に、図３（Ｂ）の基板の加熱温度を２００℃（Ｔｓｕｂ＝２００℃）として成膜したガリウムを含む酸化インジウム亜鉛膜でも、２θ＝３０°近傍のピークが見られないことが分かる。当該図３（Ａ）のピークは、Ｉｎ２Ｚｎ２Ｏ５の結晶構造の（００８）面における回折に起因するものである。このことから、基板の加熱温度を２００℃（Ｔｓｕｂ＝２００℃）として成膜した酸化インジウム亜鉛膜は、同じ基板加熱温度の条件で成膜したガリウムを含む酸化インジウム亜鉛膜よりも結晶化しやすいことが分かる。
【００５１】
また図４（Ａ）には基板の加熱温度を２００℃（Ｔｓｕｂ＝２００℃）として成膜した成膜直後の酸化インジウム亜鉛膜について、ｏｕｔ−ｏｆ−ｐｌａｎｅ法を用いてＸＲＤスペクトルを測定した結果を示し、図４（Ｂ）には基板の加熱温度を２００℃（Ｔｓｕｂ＝２００℃）として成膜した成膜後に窒素及び酸素を含む雰囲気中で３５０℃の熱処理をした酸化インジウム亜鉛膜について、ｏｕｔ−ｏｆ−ｐｌａｎｅ法を用いてＸＲＤスペクトルを測定した結果を示す。熱処理の前後において、基板の加熱温度を２００℃（Ｔｓｕｂ＝２００℃）として成膜した酸化インジウム亜鉛膜では、２θ＝３０°近傍に強いピークが見られるのが分かる。当該ピークは前述したように、Ｉｎ２Ｚｎ２Ｏ５の結晶構造の（００８）面における回折に起因するものである。このことから、成膜後の結晶構造が安定した結晶構造であることがわかる。
【００５２】
以上説明したＸ線回折測定により、本実施の形態に係る酸化インジウム亜鉛膜は、アモルファス構造の酸化物半導体膜と明確に異なり、結晶構造を有するものと言うことができる。また本発明の一態様に係る酸化インジウム亜鉛膜は、同じ温度条件で成膜したガリウムを有する酸化物半導体膜である酸化インジウム亜鉛膜と比較して、成膜する基板の温度が低温であっても結晶構造を取りうることが可能である。なお本実施の形態に係る酸化インジウム亜鉛膜の結晶構造は、ａ−ｂ面が酸化インジウム亜鉛膜表面に概略平行である六方晶のＩｎ２Ｚｎ２Ｏ５による結晶構造と、ａ−ｂ面が該酸化インジウム亜鉛膜表面に概略平行である菱面体晶のＩｎ２ＺｎＯ４による結晶構造と、を有するものである。
【００５３】
なお、本実施の形態に係る酸化インジウム亜鉛膜は、酸化物半導体膜中のアルカリ金属等の不純物は低減されていることが好ましい。例えば、酸化物半導体膜において、リチウムの濃度が５×１０１５ｃｍ−３以下、好ましくは１×１０１５ｃｍ−３以下、ナトリウムの濃度が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、カリウムの濃度が５×１０１５ｃｍ−３以下、好ましくは１×１０１５ｃｍ−３以下とする。
【００５４】
アルカリ金属、及びアルカリ土類金属は酸化物半導体にとっては悪性の不純物であり、少ないほうがよい。特に、当該不純物を含む酸化物半導体膜をトランジスタに用いる場合、アルカリ金属のうちナトリウムは酸化物半導体膜に接する絶縁膜に拡散し、トランジスタの閾値電圧の変動などを引き起こす可能性がある。また酸化物半導体膜内において、金属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。加えて、特性のばらつきの原因ともなる。
【００５５】
よって、六方晶の結晶構造及び菱面体晶の結晶構造を有する酸化物半導体膜中の不純物を極めて低減し、アルカリ金属の濃度を５×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、水素の濃度を５×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下とすることが好ましい。
【００５６】
以上説明した六方晶の結晶構造及び菱面体晶の結晶構造を有する酸化インジウム亜鉛膜は、全体がアモルファス構造の酸化物半導体膜と比較して良好な結晶性を有するので、酸素欠損やダングリングボンド、あるいはダングリングボンドなどに結合する水素などの不純物が低減されている。これらの酸素欠損やダングリングボンド、あるいはダングリングボンドなどに結合する水素などは、酸化物半導体膜中でキャリアのトラップ、あるいはキャリアの供給源のように機能するため、当該酸化物半導体膜の電気伝導度が変動する原因となりうる。よって、これらが低減されている、六方晶及び菱面体晶の結晶構造を含む酸化物半導体膜は、電気伝導度が安定しており、可視光や紫外光などの照射に対してもより電気的に安定な構造を有することができる。
【００５７】
以上、本実施の形態に示す構成などは、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。
【００５８】
（実施の形態２）
本実施の形態では、実施の形態１に示す、六方晶の結晶構造及び菱面体晶の結晶構造を有する酸化インジウム亜鉛膜、及び当該酸化インジウム亜鉛膜を有するトランジスタの作製方法について図５乃至図９を用いて説明する。図５は、半導体装置の構成の一形態である、トップゲート構造のトランジスタ１２０の作製工程を示す断面図である。
【００５９】
まず、六方晶の結晶構造及び菱面体晶の結晶構造を有する酸化インジウム亜鉛膜を成膜する前に、図５（Ａ）に示すように、基板５１上に下地絶縁膜５３を形成することが好ましい。
【００６０】
基板５１は、少なくとも、後の加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。基板５１としてガラス基板を用いる場合、歪み点が７３０℃以上のものを用いることが好ましい。ガラス基板には、例えば、アルミノシリケートガラス、アルミノホウケイ酸ガラス、バリウムホウケイ酸ガラスなどのガラス材料が用いられる。なお、Ｂ２Ｏ３よりＢａＯを多く含むガラス基板を用いることが好ましい。基板５１がマザーガラスの場合、基板の大きさは、第１世代（３２０ｍｍ×４００ｍｍ）、第２世代（４００ｍｍ×５００ｍｍ）、第３世代（５５０ｍｍ×６５０ｍｍ）、第４世代（６８０ｍｍ×８８０ｍｍ、または７３０ｍｍ×９２０ｍｍ）、第５世代（１０００ｍｍ×１２００ｍｍまたは１１００ｍｍ×１２５０ｍｍ）、第６世代（１５００ｍｍ×１８００ｍｍ）、第７世代（１９００ｍｍ×２２００ｍｍ）、第８世代（２１６０ｍｍ×２４６０ｍｍ）、第９世代（２４００ｍｍ×２８００ｍｍ、または２４５０ｍｍ×３０５０ｍｍ）、第１０世代（２９５０ｍｍ×３４００ｍｍ）等を用いることができる。マザーガラスは、処理温度が高く、処理時間が長いと大幅に収縮するため、マザーガラスを使用して大量生産を行う場合、作製工程の加熱処理は、６００℃以下、好ましくは４５０℃以下とすることが望ましい。
【００６１】
なお、上記のガラス基板に代えて、セラミック基板、石英基板、サファイア基板などの絶縁体でなる基板を用いることができる。他にも、結晶化ガラスなどを用いることができる。さらには、シリコンウェハ等の半導体基板の表面や金属材料よりなる導電性の基板の表面に絶縁層を形成したものを用いることもできる。
【００６２】
下地絶縁膜５３は、加熱処理により酸素の一部が放出する酸化物絶縁膜を用いて形成することが好ましい。加熱処理により酸素の一部が放出する酸化物絶縁膜としては、化学量論比を満たす酸素よりも多くの酸素を含む酸化物絶縁膜を用いることが好ましい。加熱処理により酸素の一部が放出する酸化物絶縁膜を下地絶縁膜５３に用いることで、後の工程で加熱処理を行う際に酸化インジウム亜鉛膜に酸素を拡散させることができる。加熱処理により酸素の一部が放出する酸化物絶縁膜としては、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、酸化窒化アルミニウム、酸化ガリウム、酸化ハフニウム、酸化イットリウム等の膜を用いることができる。
【００６３】
下地絶縁膜５３は、５０ｎｍ以上、好ましくは２００ｎｍ以上５００ｎｍ以下とする。下地絶縁膜５３を厚くすることで、下地絶縁膜５３からの酸素放出量を増加させることができると共に、その増加によって下地絶縁膜５３及び後に形成される酸化インジウム亜鉛膜との界面における欠陥を低減することが可能である。
【００６４】
下地絶縁膜５３は、スパッタリング法、ＣＶＤ法等により形成する。なお、加熱処理により酸素の一部が放出する酸化物絶縁膜は、スパッタリング法を用いることで容易に形成することができる。加熱処理により酸素の一部を放出する酸化物絶縁膜をスパッタリング法により形成する場合は、成膜ガス中の酸素量が高いことが好ましく、酸素、または酸素及び希ガスの混合ガス等を用いることができる。代表的には、成膜ガス中の酸素濃度を６％以上１００％以下にすることが好ましい。
【００６５】
また、下地絶縁膜５３は、必ずしも加熱処理により酸素の一部が放出する酸化物絶縁膜を用いて形成する必要はなく、窒化シリコン、窒化酸化シリコン、窒化アルミニウムなどを用いて窒化物絶縁膜を形成してもよい。また、下地絶縁膜５３は、上記の酸化物絶縁膜と窒化物絶縁膜の積層構造としてもよく、その場合には窒化物絶縁膜上に酸化物絶縁膜を設けることが好ましい。下地絶縁膜５３として窒化物絶縁膜を用いることにより、アルカリ金属などの不純物を含むガラス基板を用いる場合、アルカリ金属などの酸化インジウム亜鉛膜への侵入を防止できる。リチウム、ナトリウム、カリウム等のアルカリ金属は、酸化インジウム亜鉛に対して悪性の不純物であるために酸化インジウム亜鉛膜中の含有量を少なくすることが好ましい。窒化物絶縁膜は、ＣＶＤ法、スパッタリング法等で形成することができる。
【００６６】
次に、図５（Ｂ）に示すように、スパッタリング装置を用いたスパッタリング法により、下地絶縁膜５３上に厚さ３０ｎｍ以上５０μｍ以下の六方晶の結晶構造及び菱面体晶の結晶構造を有する酸化インジウム亜鉛膜５５を成膜する。
【００６７】
ここで、スパッタリング装置の処理室について、図６（Ａ）を用いて説明する。処理室３１には、排気手段３３及びガス供給手段３５が接続される。また、処理室３１内には、基板支持体４０及びターゲット４１が設けられる。ターゲット４１は、電源装置３７に接続される。
【００６８】
処理室３１は、ＧＮＤに接続されている。また、処理室３１のリークレートを１×１０−１０Ｐａ・ｍ３／秒以下とすることで、スパッタリング法により成膜する膜への不純物の混入を低減することができる。
【００６９】
リークレートを低くするには、外部リークのみならず内部リークを低減する必要がある。外部リークとは、微小な穴やシール不良などによって真空系の外から気体が流入することである。内部リークとは、真空系内のバルブなどの仕切りからの漏れや内部の部材からの放出ガスに起因する。リークレートを１×１０−１０Ｐａ・ｍ３／秒以下とするためには、外部リーク及び内部リークの両面から対策をとる必要がある。
【００７０】
外部リークを減らすには、処理室３１の開閉部分はメタルガスケットでシールするとよい。メタルガスケットは、フッ化鉄、酸化アルミニウム、または酸化クロムによって被覆された金属材料を用いると好ましい。メタルガスケットはＯリングと比べ密着性が高く、外部リークを低減できる。また、フッ化鉄、酸化アルミニウム、酸化クロムなどの不動態によって被覆された金属材料を用いることで、メタルガスケットから生じる水素を含む放出ガスが抑制され、内部リークも低減することができる。
【００７１】
処理室３１の内壁を構成する部材として、水素を含む放出ガスの少ないアルミニウム、クロム、チタン、ジルコニウム、ニッケルまたはバナジウムを用いる。また、前述の材料を鉄、クロム及びニッケルなどを含む合金材料に被覆して用いてもよい。鉄、クロム及びニッケルなどを含む合金材料は、剛性があり、熱に強く、また加工に適している。ここで、表面積を小さくするために部材の表面凹凸を研磨などによって低減しておくと、放出ガスを低減できる。あるいは、前述の成膜装置の部材をフッ化鉄、酸化アルミニウム、酸化クロムなどの不動態で被覆してもよい。
【００７２】
処理室３１の内部に設ける部材は、極力金属材料のみで構成することが好ましく、例えば石英などで構成される覗き窓などを設置する場合も、放出ガスを抑制するために表面をフッ化鉄、酸化アルミニウム、酸化クロムなどの不動態で薄く被覆するとよい。
【００７３】
さらに、スパッタリングガスを処理室３１に導入する直前に、スパッタリングガスの精製機を設けることが好ましい。このとき、精製機から処理室３１までの配管の長さを５ｍ以下、好ましくは１ｍ以下とする。配管の長さを５ｍ以下または１ｍ以下とすることで、配管からの放出ガスの影響を長さに応じて低減できる。
【００７４】
シリンダから処理室３１まで、スパッタリングガスを流すための配管にはフッ化鉄、酸化アルミニウム、酸化クロムなどの不動態で内部が被覆された金属配管を用いることが好ましい。前述の配管は、例えばＳＵＳ３１６Ｌ−ＥＰ配管と比べ、水素を含むガスの放出量が少なく、成膜ガスへの不純物の混入を低減できる。また、配管の継手には、高性能超小型メタルガスケット継手（ＵＰＧ継手）を用いるとよい。また、配管の材料を全て金属材料で構成することで、樹脂等を用いた場合と比べ、生じる放出ガス及び外部リークの影響を低減できるため好ましい。
【００７５】
処理室３１の排気は、ドライポンプなどの粗引きポンプと、スパッタイオンポンプ、ターボ分子ポンプ及びクライオポンプなどの高真空ポンプとを適宜組み合わせて行うとよい。ターボ分子ポンプは大きいサイズの分子の排気が優れる一方、水素や水の排気能力が低い。そこで、水の排気能力の高いクライオポンプ及び水素の排気能力の高いスパッタイオンポンプを組み合わせることが有効となる。
【００７６】
処理室３１の内側に存在する吸着物は、内壁に吸着しているために処理室３１の圧力に影響しないが、処理室３１を排気した際のガス放出の原因となる。そのため、リークレートと排気速度に相関はないが、排気能力の高いポンプを用いて、処理室３１に存在する吸着物をできる限り脱離し、予め排気しておくことが重要である。なお、吸着物の脱離を促すために、処理室３１をベーキングしてもよい。ベーキングすることで吸着物の脱離速度を１０倍程度大きくすることができる。ベーキングは１００℃以上４５０℃以下で行えばよい。このとき、不活性ガスを導入しながら吸着物の除去を行うと、排気するだけでは脱離しにくい水などの脱離速度をさらに大きくすることができる。
【００７７】
排気手段３３は、処理室３１内の不純物を排気すると共に、処理室３１内の圧力を制御することができる。排気手段３３は、吸着型の真空ポンプを用いることが好ましい。例えば、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を用いることが好ましい。上記吸着型の真空ポンプを用いることで、酸化インジウム亜鉛膜に含まれる水素の量を低減することができる。
【００７８】
なお、酸化インジウム亜鉛膜に含まれる水素は、水素原子の他、水素分子、水、水酸基、または水素化物として含まれる場合もある。
【００７９】
ガス供給手段３５は、ターゲットをスパッタリングするためのガスを処理室３１内に供給する手段である。ガス供給手段３５は、ガスが充填されたシリンダ、圧力調整弁、ストップバルブ、マスフローコントローラ等で構成されている。なお、ガス供給手段３５に精製機を設けることで、処理室３１内に導入するガスに含まれる不純物を低下することができる。ターゲットをスパッタリングするガスとしては、ヘリウム、ネオン、アルゴン、キセノン、クリプトン等の希ガスを用いる。または、上記希ガスの一と、酸素との混合ガスを用いることができる。
【００８０】
電源装置３７は、ＲＦ電源装置、ＡＣ電源装置、ＤＣ電源装置等を適宜用いることができる。なお、図示しないがターゲットを支持するターゲット支持体の内部または外側にマグネットを設けると、ターゲット周辺に高密度のプラズマを閉じこめることができ、成膜速度の向上及び基板へのプラズマダメージを低減できる。当該方法は、マグネトロンスパッタリング法とよばれる。更には、マグネトロンスパッタリング法において、マグネットを回転可能にすると、磁界の偏りを低減できるため、ターゲットの使用効率が高まり、かつ基板の面内における膜質のばらつきを低減できる。
【００８１】
基板支持体４０は、ＧＮＤに接続されている。基板支持体４０にはヒータが設けられている。ヒータとしては、抵抗発熱体などの発熱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ることができる。
【００８２】
ターゲット４１としては、亜鉛を含む金属酸化物ターゲットを用いることが好ましい。ターゲット４１は、二元系金属酸化物であるＩｎ−Ｚｎ−Ｏ系金属酸化物のターゲットを用いることができる。Ｉｎ−Ｚｎ−Ｏ系金属酸化物のターゲットは、一例として、Ｉｎ２Ｏ３：ＺｎＯ＝１：１［ｍｏｌ数比］の組成比を有するターゲットを用いることができるが、Ｉｎ２Ｏ３：ＺｎＯのモル数比はこれに限定されない。
【００８３】
なお、ターゲット４１と基板５１との間隔（Ｔ−Ｓ間距離）は、原子量の小さい原子が優先的に基板５１上の下地絶縁膜５３に到着することが可能な間隔とすることが好ましい。
【００８４】
図６（Ａ）に示すように、スパッタリング装置の処理室３１において、下地絶縁膜５３が形成された基板５１を基板支持体４０上に設置する。次に、ガス供給手段３５から処理室３１にターゲット４１をスパッタリングするガスを導入する。ターゲット４１の純度は、９９．９％以上、好ましくは９９．９９％以上のものを用いる。次に、ターゲット４１に接続される電源装置３７に電力を供給する。この結果、ガス供給手段３５から処理室３１に導入されたスパッタリングガスのイオン４３及び電子が、ターゲット４１をスパッタリングする。
【００８５】
ここで、ターゲット４１及び基板５１の間隔を、原子量の小さい原子が優先的に基板５１上の下地絶縁膜５３に到着し堆積することが可能な間隔としておくことにより、拡大部５０として図６（Ｂ）に示すように、ターゲット４１に含まれる原子において、原子量の少ない原子４５が、原子量の大きい原子４７より優先的に基板側へ移動することができる。
【００８６】
亜鉛は、インジウムよりも原子量が小さい。このため、亜鉛が優先的に下地絶縁膜５３上に堆積する。また、成膜時の雰囲気に酸素を含み、基板支持体４０には、成膜時に基板及び堆積膜を加熱するヒータが設けられるため、下地絶縁膜５３上に堆積した亜鉛が酸化され、亜鉛を含む六方晶または菱面体晶の結晶構造の種結晶５５ａ、代表的には酸化亜鉛を有する六方晶または菱面体晶の結晶構造の種結晶が形成される。
【００８７】
六方晶または菱面体晶の結晶構造の種結晶５５ａ、例えば亜鉛を含む六方晶の結晶構造の種結晶は、ａ−ｂ面において六角形の格子を有する結合を有する。亜鉛を含む六方晶の結晶構造の種結晶の場合、亜鉛を含み、ａ−ｂ面が酸化インジウム亜鉛膜表面に概略平行であり、ｃ軸が該酸化インジウム亜鉛膜表面に垂直である六方晶のウルツ鉱構造の結晶を有する。
【００８８】
ここで、亜鉛を含み、ａ−ｂ面において六角形の格子を有する結合を有し、ａ−ｂ面が酸化インジウム亜鉛膜表面に概略平行であり、ｃ軸が該酸化インジウム亜鉛膜表面に垂直である六方晶の結晶構造の結晶について、図７を用いて説明する。ここでは、亜鉛を含む六方晶の結晶構造の結晶の代表例として、酸化亜鉛を用いて説明し、黒丸が亜鉛、白丸が酸素を示す。図７（Ａ）は、ａ−ｂ面における、六方晶の結晶構造を有する酸化亜鉛の模式図であり、図７（Ｂ）は、紙面の縦方向をｃ軸方向とした、六方晶の結晶構造を有する酸化亜鉛の模式図である。図７（Ａ）に示すように、ａ−ｂ面における上平面において、亜鉛及び酸素が六角形をなす結合をしている。また、図７（Ｂ）に示すように、亜鉛及び酸素がなす六角形の格子を有する結合を有する層が積層され、ｃ軸方向はａ−ｂ面に垂直である。種結晶５５ａは、ａ−ｂ面において六角形の格子を有する結合を有する層をｃ軸方向に１原子層以上有する。
【００８９】
なお種結晶５５ａは、亜鉛を含む六方晶の結晶構造の種結晶の他にも、亜鉛を含む菱面体晶の結晶構造の種結晶を有し、この場合種結晶５５ａは、ａ−ｂ面において四角形の格子を有する結合を有する。亜鉛を含む菱面体晶の結晶構造の種結晶の場合、亜鉛を含み、ａ−ｂ面が酸化インジウム亜鉛膜表面に概略平行であり、ｃ軸が該酸化インジウム亜鉛膜表面に非垂直である菱面体晶の結晶構造の結晶を有する。
【００９０】
連続して、ターゲット４１をスパッタリングガスでスパッタリングすることで、種結晶５５ａ上にターゲットに含まれる原子が堆積するが、このとき種結晶５５ａを核として結晶成長するため、種結晶５５ａ上に六方晶の結晶構造を有する酸化インジウム亜鉛膜５５ｂを形成することができる。なお、基板５１は、基板支持体４０に設けられるヒータによって加熱されるため、種結晶５５ａを核とし、被表面に堆積する原子が酸化されつつ結晶成長する。
【００９１】
酸化インジウム亜鉛膜５５ｂは、六方晶または菱面体晶の結晶構造の種結晶５５ａを核とし、ターゲット４１の表面における原子量の大きい原子、及び種結晶５５ａの形成の後にスパッタリングされた原子量の小さい原子が酸化されつつ結晶成長するため、種結晶５５ａと同様に、ａ−ｂ面において六角形または四角形の格子を有する結合を有し、ａ−ｂ面が酸化インジウム亜鉛膜表面に概略平行である結晶構造を有する領域を含む。なお、図５（Ｂ）では、種結晶５５ａと酸化インジウム亜鉛膜５５ｂの界面を点線で示し、酸化インジウム亜鉛膜の積層構造を説明しているが、明確な界面が存在しているのではなく、あくまで分かりやすく説明するために図示している。
【００９２】
このときのヒータによる基板の加熱温度は１００℃より大きく４００℃以下、好ましくは２５０℃以上３５０℃以下とする。１００℃より大きく４００℃以下、好ましくは２５０℃以上３５０℃以下に基板を加熱しながら成膜をすることによって、成膜と同時に加熱処理がなされるので、六方晶の結晶構造及び菱面体晶の結晶構造を有する酸化インジウム亜鉛膜を成膜することができる。なお、スパッタリング時における被成膜面の温度は、２５０℃以上基板の熱処理上限温度以下とする。
【００９３】
なお、スパッタリングガスは、希ガス（代表的にはアルゴン）、酸素、希ガス及び酸素の混合ガスを適宜用いる。また、スパッタリングガスには、水素、水、水酸基または水素化物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。
【００９４】
なお、基板支持体４０及びターゲット４１を有する処理室の圧力を０．４Ｐａ以下とすることで、六方晶の結晶構造及び菱面体晶の結晶構造を有する酸化インジウム亜鉛膜の表面及び膜中への、アルカリ金属、水素等の不純物の混入を低減することができる。
【００９５】
また、スパッタリング装置の処理室のリークレートを１×１０−１０Ｐａ・ｍ３／秒以下とすることで、スパッタリング法による成膜途中における六方晶の結晶構造及び菱面体晶の結晶構造を有する酸化インジウム亜鉛膜への、アルカリ金属、水素、水、水酸基または水素化物等の不純物の混入を低減することができる。また、排気系として吸着型の真空ポンプを用いることで、排気系からアルカリ金属、水素、水、水酸基または水素化物等の不純物の逆流を低減することができる。
【００９６】
また、ターゲット４１の純度を、９９．９９％以上とすることで六方晶の結晶構造及び菱面体晶の結晶構造を有する酸化インジウム亜鉛膜に混入するアルカリ金属、水素、水、水酸基または水素化物等を低減することができる。また、当該ターゲットを用いることで、酸化インジウム亜鉛膜５５において、リチウムの濃度を５×１０１５ｃｍ−３以下、好ましくは１×１０１５ｃｍ−３以下、ナトリウムの濃度を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、カリウムの濃度を５×１０１５ｃｍ−３以下、好ましくは１×１０１５ｃｍ−３以下とすることができる。
【００９７】
上記の成膜方法では、同一のスパッタリング工程において、ターゲットに含まれる原子量の違いを利用し、原子量の小さい亜鉛を優先的に酸化絶縁膜に堆積させ、種結晶を形成すると共に、種結晶上に原子量の大きいインジウム等を結晶成長させつつ堆積させるため、複数の工程を経ずとも、六方晶の結晶構造及び菱面体晶の結晶構造を有する酸化インジウム亜鉛膜を形成することができる。
【００９８】
上記の酸化インジウム亜鉛膜５５の成膜方法では、スパッタリング法によって、種結晶５５ａと酸化インジウム亜鉛膜５５ｂとを一括で成膜しながら結晶化したが、本実施の形態に係る酸化物半導体膜は必ずしもこのように成膜する必要はない。たとえば、種結晶と酸化インジウム亜鉛膜の成膜と結晶化をそれぞれ別々に行っても良い。
【００９９】
以下に、図８を用いて、種結晶と酸化インジウム亜鉛膜の成膜と結晶化をそれぞれ別々に行う方法について説明する。また、以下のように六方晶の結晶構造及び菱面体晶の結晶構造を有する酸化インジウム亜鉛膜を成膜する方法を、本明細書中で２ｓｔｅｐ法とよぶ場合がある。
【０１００】
まず、下地絶縁膜５３上に膜厚１ｎｍ以上１０ｎｍ以下の第１の酸化インジウム亜鉛膜を形成する。第１の酸化インジウム亜鉛膜の形成は、スパッタリング法を用い、そのスパッタリング法による成膜時の基板温度は２００℃以上４００℃以下とすることが好ましい。その他の成膜条件については、上記の酸化インジウム亜鉛膜の成膜方法と同様である。
【０１０１】
次いで、基板を配置するチャンバー雰囲気を窒素、または乾燥空気とし、第１の加熱処理を行う。第１の加熱処理の温度は、４００℃以上７５０℃以下とする。第１の加熱処理によって、第１の酸化インジウム亜鉛膜を結晶化し、種結晶５６ａを形成する（図８（Ａ）参照）。
【０１０２】
第１の加熱処理の温度にもよるが、第１の加熱処理によって、膜表面から結晶化が起こり、膜の表面から内部に向かって結晶成長し、六方晶の結晶構造及び菱面体晶の結晶構造を有する酸化物半導体膜が得られる。第１の加熱処理によって、亜鉛と酸素が膜表面に多く集まり、上平面において六角形及び四角形をなす結合をしている亜鉛と酸素からなるグラフェンタイプの二次元結晶が最表面に１層または複数層形成され、これが膜厚方向に成長して重なり積層となる。加熱処理の温度を上げると表面から内部、そして内部から底部と結晶成長が進行する。
【０１０３】
また、下地絶縁膜５３に加熱処理により酸素の一部が放出される酸化インジウム亜鉛膜を用いることにより、第１の加熱処理によって、下地絶縁膜５３中の酸素を種結晶５６ａとの界面またはその近傍（界面からプラスマイナス５ｎｍ）に拡散させて、種結晶５６ａの酸素欠損を低減することができる。
【０１０４】
次いで、種結晶５６ａ上に１０ｎｍよりも厚い第２の酸化インジウム亜鉛膜を形成する。第２の酸化インジウム亜鉛膜の形成は、スパッタリング法を用い、その成膜時における基板温度は２００℃以上４００℃以下とする。その他の成膜条件については、上記の酸化インジウム亜鉛膜の成膜方法と同様である。
【０１０５】
次いで、基板を配置するチャンバー雰囲気を窒素、または乾燥空気とし、第２の加熱処理を行う。第２の加熱処理の温度は、４００℃以上７５０℃以下とする。第２の加熱処理によって、第２の酸化インジウム亜鉛膜を結晶化し、酸化インジウム亜鉛膜５６ｂを形成する（図８（Ｂ）参照）。第２の加熱処理は、窒素雰囲気下、酸素雰囲気下、或いは窒素と酸素の混合雰囲気下で行うことにより、酸化インジウム亜鉛膜５６ｂの高密度化及び酸素欠損数の減少を図る。第２の加熱処理によって、種結晶５６ａを核として膜厚方向、即ち底部から内部に結晶成長が進行して六方晶の結晶構造及び菱面体晶の結晶構造を有する酸化インジウム亜鉛膜５６ｂが形成される。このようにして、種結晶５６ａと酸化インジウム亜鉛膜５６ｂとからなる酸化インジウム亜鉛膜５６が形成される。図８（Ｂ）では、種結晶５６ａと酸化インジウム亜鉛膜５６ｂの界面を点線で示し、酸化インジウム亜鉛膜と説明しているが、明確な界面が存在しているのではなく、あくまで分かりやすく説明するために図示している。
【０１０６】
また、下地絶縁膜５３の形成から第２の加熱処理までの工程を大気に触れることなく連続的に行うことが好ましい。下地絶縁膜５３の形成から第２の加熱処理までの工程は、水素及び水分をほとんど含まない雰囲気（不活性雰囲気、減圧雰囲気、乾燥空気雰囲気など）下に制御することが好ましく、例えば、水分については露点−４０℃以下、好ましくは露点−５０℃以下の乾燥窒素雰囲気とすることが好ましい。
【０１０７】
上記の成膜方法では、原子量の小さい原子を優先的に酸化絶縁膜に堆積させる成膜方法と比較して、成膜時の基板温度が低くても、良好な六方晶の結晶構造及び菱面体晶の結晶構造を有する酸化インジウム亜鉛膜を形成することができる。なお、上記の２ｓｔｅｐ法を用いて成膜した、酸化インジウム亜鉛膜５６も、原子量の小さい原子を優先的に酸化絶縁膜に堆積させる成膜方法を用いて成膜した酸化インジウム亜鉛膜５５と同程度の結晶性を有し、電気伝導度も安定している。よって、どちらの方法で成膜した酸化インジウム亜鉛膜を用いても、安定した電気的特性を有する、信頼性の高い半導体装置を提供することができる。なお、以下の工程においては、酸化インジウム亜鉛膜５５を用いてトランジスタ１２０を作製する工程を説明するが、もちろん同様に酸化インジウム亜鉛膜５６も用いることができる。
【０１０８】
以上の工程により、下地絶縁膜５３上に種結晶５５ａと酸化インジウム亜鉛膜５５ｂの積層からなる酸化インジウム亜鉛膜５５を成膜することができる。次に、基板５１に加熱処理を施して、酸化インジウム亜鉛膜５５から水素を放出させると共に、下地絶縁膜５３に含まれる酸素の一部を、酸化インジウム亜鉛膜５５と、下地絶縁膜５３と酸化インジウム亜鉛膜５５の界面近傍と、に拡散させることが好ましい。
【０１０９】
加熱処理温度は、酸化インジウム亜鉛膜５５から水素を放出させると共に、下地絶縁膜５３に含まれる酸素の一部を放出させ、さらには酸化インジウム亜鉛膜５５に拡散させる温度が好ましく、代表的には、１５０℃以上基板５１の歪み点未満、好ましくは２５０℃以上４５０℃以下とする。なお、加熱処理温度は、六方晶の結晶構造及び菱面体晶の結晶構造を有する酸化物半導体膜の成膜温度より高くすることで、下地絶縁膜５３に含まれる酸素の一部をより多く放出させることができる。
【０１１０】
加熱処理は、水素及び水分をほとんど含まない、不活性ガス雰囲気、酸素雰囲気、窒素雰囲気、酸素と窒素の混合雰囲気などで行うことが好ましい。不活性ガス雰囲気としては、代表的には、ヘリウム、ネオン、アルゴン、キセノン、クリプトン等の希ガス雰囲気で行うことが好ましい。また、加熱処理の加熱時間は１分以上２４時間以下とする。
【０１１１】
当該加熱処理により、酸化インジウム亜鉛膜５５から水素を放出させると共に、下地絶縁膜５３に含まれる酸素の一部を、酸化インジウム亜鉛膜５５と、下地絶縁膜５３と酸化インジウム亜鉛膜５５の界面近傍と、に拡散させることができる。当該工程により、酸化インジウム亜鉛膜５５中に含まれる酸素欠損を低減することができる。この結果、水素濃度及び酸素欠損が低減された六方晶の結晶構造及び菱面体晶の結晶構造を有する酸化物半導体である酸化インジウム亜鉛膜を形成することができる。
【０１１２】
次に、図５（Ｃ）に示すように、酸化インジウム亜鉛膜５５上にマスクを形成し、当該マスクを用いて酸化インジウム亜鉛膜５５を選択的にエッチングして、酸化インジウム亜鉛膜５９を形成する。この後、マスクは除去する。
【０１１３】
酸化インジウム亜鉛膜５５をエッチングするためのマスクは、フォトリソグラフィ法、インクジェット法、印刷法等を適宜用いて作製することができる。また、酸化インジウム亜鉛膜５５のエッチングはウエットエッチングまたはドライエッチングを適宜用いることができる。
【０１１４】
次に、図５（Ｄ）に示すように、酸化インジウム亜鉛膜５９に接するソース電極６１ａ及びドレイン電極６１ｂを形成する。
【０１１５】
ソース電極６１ａ及びドレイン電極６１ｂは、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、マンガン、ジルコニウムから選ばれた金属元素、または上述した金属元素を成分とする合金か、上述した金属元素を組み合わせた合金などを用いて形成することができる。また、アルミニウムに、チタン、タンタル、タングステン、モリブデン、クロム、ネオジム、スカンジウムから選ばれた金属元素を単数または複数組み合わせた合金膜、もしくは窒化膜を用いてもよい。また、ソース電極６１ａ及びドレイン電極６１ｂは、単層構造でも、二層以上の積層構造としてもよい。例えば、シリコンを含むアルミニウム膜の単層構造、Ｃｕ−Ｍｇ−Ａｌ合金膜上に銅膜を積層する２層構造、アルミニウム膜上にチタン膜を積層する二層構造、窒化チタン膜上にチタン膜を積層する二層構造、窒化チタン膜上にタングステン膜を積層する二層構造、窒化タンタル膜上にタングステン膜を積層する二層構造、チタン膜と、そのチタン膜上にアルミニウム膜を積層し、さらにその上にチタン膜を形成する三層構造などがある。
【０１１６】
また、ソース電極６１ａ及びドレイン電極６１ｂは、インジウム錫酸化物、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適用することもできる。また、上記透光性を有する導電性材料と、上記金属元素の積層構造とすることもできる。
【０１１７】
ソース電極６１ａ及びドレイン電極６１ｂは、スパッタリング法、ＣＶＤ法、蒸着法等で導電膜を形成した後、該導電膜上にマスクを形成して導電膜をエッチングして形成する。導電膜上に形成するマスクは印刷法、インクジェット法、フォトリソグラフィ法を適宜用いることができる。また、ソース電極６１ａ及びドレイン電極６１ｂは、印刷法またはインクジェット法により直接形成することもできる。
【０１１８】
ここでは、酸化インジウム亜鉛膜５９及び下地絶縁膜５３上に導電膜を成膜した後、導電膜を所定の形状にエッチングしてソース電極６１ａ及びドレイン電極６１ｂを形成する。
【０１１９】
なお、酸化インジウム亜鉛膜５５上に導電膜を形成した後、多階調フォトマスクを用いて、酸化インジウム亜鉛膜５５及び導電膜のエッチングを行って、酸化インジウム亜鉛膜５９、ソース電極６１ａ及びドレイン電極６１ｂを形成しても良い。このように、凹凸状のマスクを形成し、当該マスクを用いて酸化インジウム亜鉛膜５５及び導電膜をエッチングした後、アッシングにより凹凸状のマスクを分離し、当該分離されたマスクにより導電膜を選択的にエッチングすることで、酸化インジウム亜鉛膜５９、ソース電極６１ａ及びドレイン電極６１ｂを形成することができる。当該工程により、フォトマスク数及びフォトリソグラフィ工程数を削減することができる。
【０１２０】
次に、図５（Ｅ）に示すように、酸化インジウム亜鉛膜５９、ソース電極６１ａ及びドレイン電極６１ｂ上にゲート絶縁膜６３を形成する。
【０１２１】
ゲート絶縁膜６３は、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化シリコン、窒化酸化シリコン、酸化アルミニウム、酸化窒化アルミニウム、または酸化ガリウムを単層でまたは積層して形成することができる。なお、ゲート絶縁膜６３は、酸化インジウム亜鉛膜５９と接する部分が酸素を含むことが好ましく、特に好ましくは下地絶縁膜５３と同様に加熱処理により酸素を放出する酸化物絶縁膜を用いて形成する。酸素を放出する酸化物絶縁膜として酸化シリコン膜を用いることで、後の工程で加熱処理を行う際に酸化インジウム亜鉛膜５９に酸素を拡散させることができ、トランジスタ１２０の特性を良好にすることができる。
【０１２２】
また、ゲート絶縁膜６３として、ハフニウムシリケート（ＨｆＳｉＯｘ）、窒素が添加されたハフニウムシリケート（ＨｆＳｉｘＯｙＮｚ）、窒素が添加されたハフニウムアルミネート（ＨｆＡｌｘＯｙＮｚ）、酸化ハフニウム、酸化イットリウムなどのｈｉｇｈ−ｋ材料を用いることでゲートリークを低減できる。さらには、ｈｉｇｈ−ｋ材料と、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化シリコン、窒化酸化シリコン、酸化アルミニウム、酸化窒化アルミニウム、及び酸化ガリウムのいずれか一以上との積層構造とすることができる。ゲート絶縁膜６３の厚さは、１ｎｍ以上３００ｎｍ以下、より好ましくは５ｎｍ以上５０ｎｍ以下とするとよい。ゲート絶縁膜６３の厚さを５ｎｍ以上とすることで、ゲートリーク電流を低減することができる。
【０１２３】
なお、ゲート絶縁膜６３を形成する前に、酸化インジウム亜鉛膜５９の表面を、酸素、オゾン、一酸化二窒素等の酸化性ガスのプラズマに曝し、酸化インジウム亜鉛膜５９の表面を酸化し、酸素欠損を低減してもよい。
【０１２４】
次に、ゲート絶縁膜６３上であって、酸化インジウム亜鉛膜５９と重畳する領域にゲート電極６５を形成する。
【０１２５】
ゲート電極６５は、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、マンガン、ジルコニウムから選ばれた金属元素、または上述した金属元素を成分とする合金か、上述した金属元素を組み合わせた合金などを用いて形成することができる。また、アルミニウムに、チタン、タンタル、タングステン、モリブデン、クロム、ネオジム、スカンジウムから選ばれた金属元素を単数または複数組み合わせた合金膜、もしくは窒化膜を用いてもよい。また、ゲート電極６５は、単層構造でも、二層以上の積層構造としてもよい。例えば、シリコンを含むアルミニウム膜の単層構造、アルミニウム膜上にチタン膜を積層する二層構造、窒化チタン膜上にチタン膜を積層する二層構造、窒化チタン膜上にタングステン膜を積層する二層構造、窒化タンタル膜上にタングステン膜を積層する二層構造、チタン膜と、そのチタン膜上にアルミニウム膜を積層し、さらにその上にチタン膜を形成する三層構造などがある。
【０１２６】
また、ゲート電極６５は、インジウム錫酸化物、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適用することもできる。また、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系金属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を用いても良い。また、上記透光性を有する導電性材料と、上記金属元素の積層構造とすることもできる。
【０１２７】
さらに、ゲート電極６５上に保護膜として絶縁膜６９を形成してもよい（図５（Ｅ）参照）。また、ゲート絶縁膜６３及び絶縁膜６９にコンタクトホールを形成した後、ソース電極６１ａ及びドレイン電極６１ｂに接続する配線を形成してもよい。
【０１２８】
絶縁膜６９は、ゲート絶縁膜６３と同様の絶縁膜を適宜用いて形成することができる。また、絶縁膜６９としてスパッタリング法で得られる窒化シリコン膜を形成すると、外部からの水分やアルカリ金属の侵入を防止することが可能であり、酸化インジウム亜鉛膜５９の不純物の含有量を低減することができる。
【０１２９】
なお、ゲート絶縁膜６３の形成の後、または絶縁膜６９の形成の後、加熱処理を行ってもよい。当該加熱処理によって、酸化インジウム亜鉛膜５９から水素を放出させると共に、下地絶縁膜５３、ゲート絶縁膜６３または絶縁膜６９に含まれる酸素の一部を、酸化インジウム亜鉛膜５９と、下地絶縁膜５３と酸化インジウム亜鉛膜５９の界面近傍と、ゲート絶縁膜６３と酸化インジウム亜鉛膜５９の界面近傍と、に拡散させることができる。当該工程により、酸化インジウム亜鉛膜５９中に含まれる酸素欠損を低減することができると共に、酸化インジウム亜鉛膜５９と下地絶縁膜５３、または酸化インジウム亜鉛膜５９とゲート絶縁膜６３の界面における酸素欠損を低減することができる。この結果、水素濃度及び酸素欠損が低減された酸化インジウム亜鉛膜５９を形成することができる。
【０１３０】
以上の工程により、六方晶の結晶構造及び菱面体晶の結晶構造を有する酸化インジウム亜鉛膜をチャネル領域に有するトランジスタ１２０を作製することができる。図５（Ｅ）に示すように、トランジスタ１２０は、基板５１上に設けられた下地絶縁膜５３と、下地絶縁膜５３上に設けられた酸化インジウム亜鉛膜５９と、酸化インジウム亜鉛膜５９の上面及び側面と接するように設けられたソース電極６１ａ及びドレイン電極６１ｂと、酸化インジウム亜鉛膜５９上に設けられたゲート絶縁膜６３と、酸化インジウム亜鉛膜５９と重畳してゲート絶縁膜６３上に設けられたゲート電極６５と、ゲート電極６５上に設けられた絶縁膜６９とを有する。
【０１３１】
トランジスタ１２０に用いられている六方晶の結晶構造及び菱面体晶の結晶構造を有する酸化物半導体である酸化インジウム亜鉛膜は、全体がアモルファス構造の酸化物半導体膜と比較して良好な結晶性を有するので、酸素欠損やダングリングボンド、あるいはダングリングボンドなどに結合する水素などの不純物が低減されている。これらの酸素欠損に代表されるような欠損やダングリングボンド、あるいはダングリングボンドなどに結合する水素などは、酸化物半導体膜中でキャリアのトラップあるいはキャリアの供給源のように機能するため、当該酸化物半導体膜の電気伝導度が変動する原因となりうる。よって、これらが低減されている、六方晶の結晶構造及び菱面体晶の結晶構造を有する酸化インジウム亜鉛膜は、電気伝導度が安定しており、可視光や紫外光などの照射に対してもより電気的に安定な構造を有する。このような六方晶の結晶構造及び菱面体晶の結晶構造を有する酸化インジウム亜鉛膜をトランジスタに用いることによって、安定した電気的特性を有する、信頼性の高い半導体装置を提供することができる。
【０１３２】
また、本発明の一態様に係る半導体装置は、図５に示すトランジスタ１２０に限られるものではない。例えば、図９（Ａ）に示すトランジスタ１３０のような構造としても良い。トランジスタ１３０は、基板５１上に設けられた下地絶縁膜５３と、下地絶縁膜５３上に設けられたソース電極６１ａ及びドレイン電極６１ｂと、ソース電極６１ａ及びドレイン電極６１ｂの上面及び側面と接するように設けられた酸化インジウム亜鉛膜５９と、酸化インジウム亜鉛膜５９上に設けられたゲート絶縁膜６３と、酸化インジウム亜鉛膜５９と重畳してゲート絶縁膜６３上に設けられたゲート電極６５と、ゲート電極６５上に設けられた絶縁膜６９とを有する。つまり、トランジスタ１３０は、酸化インジウム亜鉛膜５９がソース電極６１ａ及びドレイン電極６１ｂの上面及び側面と接するように設けられている点において、トランジスタ１２０と異なる。
【０１３３】
また、図９（Ｂ）に示すトランジスタ１４０のような構造としても良い。トランジスタ１４０は、基板５１上に設けられた下地絶縁膜５３と、下地絶縁膜５３上に設けられたゲート電極６５と、ゲート電極６５上に設けられたゲート絶縁膜６３と、ゲート絶縁膜６３上に設けられた酸化インジウム亜鉛膜５９と、酸化インジウム亜鉛膜５９の上面及び側面と接するように設けられたソース電極６１ａ及びドレイン電極６１ｂと、酸化インジウム亜鉛膜５９上に設けられた絶縁膜６９とを有する。つまり、トランジスタ１４０は、ゲート電極６５とゲート絶縁膜６３が酸化インジウム亜鉛膜５９の下に設けられた、ボトムゲート構造である点において、トランジスタ１２０と異なる。
【０１３４】
また、図９（Ｃ）に示すトランジスタ１５０のような構造としても良い。トランジスタ１５０は、基板５１上に設けられた下地絶縁膜５３と、下地絶縁膜５３上に設けられたゲート電極６５と、ゲート電極６５上に設けられたゲート絶縁膜６３と、ゲート絶縁膜６３上に設けられたソース電極６１ａ及びドレイン電極６１ｂと、ソース電極６１ａ及びドレイン電極６１ｂの上面及び側面と接するように設けられた酸化インジウム亜鉛膜５９と、酸化インジウム亜鉛膜５９上に設けられた絶縁膜６９とを有する。つまり、トランジスタ１５０は、ゲート電極６５とゲート絶縁膜６３が酸化インジウム亜鉛膜５９の下に設けられた、ボトムゲート構造である点において、トランジスタ１３０と異なる。
【０１３５】
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。
【０１３６】
（実施の形態３）
本実施の形態では、同一基板上に少なくとも駆動回路の一部と、画素部に配置するトランジスタを作製する例について以下に説明する。
【０１３７】
画素部に配置するトランジスタは、実施の形態２に従って形成する。また、当該トランジスタはｎチャネル型とすることが容易なので、駆動回路のうち、ｎチャネル型のトランジスタで構成することができる駆動回路の一部を画素部のトランジスタと同一基板上に形成する。このように、画素部や駆動回路に先の実施の形態に示すトランジスタを用いることにより、信頼性の高い表示装置を提供することができる。
【０１３８】
アクティブマトリクス型表示装置のブロック図の一例を図１０（Ａ）に示す。表示装置の基板５００上には、画素部５０１、第１の走査線駆動回路５０２、第２の走査線駆動回路５０３、信号線駆動回路５０４を有する。画素部５０１には、複数の信号線が信号線駆動回路５０４から延伸して配置され、複数の走査線が第１の走査線駆動回路５０２、及び第２の走査線駆動回路５０３から延伸して配置されている。なお走査線と信号線との交差領域には、各々、表示素子を有する画素がマトリクス状に設けられている。また、表示装置の基板５００はＦＰＣ（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）等の接続部を介して、タイミング制御回路（コントローラ、制御ＩＣともいう）に接続されている。
【０１３９】
図１０（Ａ）では、第１の走査線駆動回路５０２、第２の走査線駆動回路５０３、信号線駆動回路５０４は、画素部５０１と同じ基板５００上に形成される。そのため、外部に設ける駆動回路等の部品の数が減るので、コストの低減を図ることができる。また、基板５００外部に駆動回路を設けた場合、配線を延伸させる必要が生じ、配線間の接続数が増える。同じ基板５００上に駆動回路を設けた場合、その配線間の接続数を減らすことができ、信頼性の向上、又は歩留まりの向上を図ることができる。
【０１４０】
また、画素部の回路構成の一例を図１０（Ｂ）に示す。ここでは、ＶＡ型液晶表示パネルの画素構造を示す。
【０１４１】
この画素構造は、一つの画素に複数の画素電極層が有り、それぞれの画素電極層にトランジスタが接続されている。各トランジスタは、異なるゲート信号で駆動されるように構成されている。すなわち、マルチドメイン設計された画素において、個々の画素電極層に印加する信号を、独立して制御する構成を有している。
【０１４２】
トランジスタ５１６のゲート配線５１２と、トランジスタ５１７のゲート配線５１３は、異なるゲート信号を与えることができるように分離されている。一方、データ線として機能するソース電極層又はドレイン電極層５１４は、トランジスタ５１６とトランジスタ５１７で共通に用いられている。トランジスタ５１６とトランジスタ５１７は先の実施の形態に示すトランジスタを適宜用いることができる。これにより、信頼性の高い液晶表示パネルを提供することができる。
【０１４３】
トランジスタ５１６と接続する第１の画素電極層と、トランジスタ５１７と接続する第２の画素電極層の形状は異なっており、スリットによって分離されている。Ｖ字型に広がる第１の画素電極層の外側を囲むように第２の画素電極層が形成されている。第１の画素電極層と第２の画素電極層に印加する電圧のタイミングを、トランジスタ５１６及びトランジスタ５１７により異ならせることで、液晶の配向を制御している。トランジスタ５１６はゲート配線５１２と接続し、トランジスタ５１７はゲート配線５１３と接続している。ゲート配線５１２とゲート配線５１３に異なるゲート信号を与えることで、トランジスタ５１６とトランジスタ５１７の動作タイミングを異ならせることができる。
【０１４４】
また、容量配線５１０と、誘電体として機能するゲート絶縁膜と、第１の画素電極層または第２の画素電極層と接続する容量電極とで保持容量を形成する。
【０１４５】
第１の画素電極層と液晶層と対向電極層が重なり合うことで、第１の液晶素子５１８が形成されている。また、第２の画素電極層と液晶層と対向電極層が重なり合うことで、第２の液晶素子５１９が形成されている。また、一画素に第１の液晶素子５１８と第２の液晶素子５１９が設けられたマルチドメイン構造である。
【０１４６】
なお、図１０（Ｂ）に示す画素構成は、これに限定されない。例えば、図１０（Ｂ）に示す画素に新たにスイッチ、抵抗素子、容量素子、トランジスタ、センサ、又は論理回路などを追加してもよい。
【０１４７】
また、画素部の回路構成の一例を図１０（Ｃ）に示す。ここでは、有機ＥＬ素子を用いた表示パネルの画素構造を示す。
【０１４８】
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。
【０１４９】
有機ＥＬ素子を駆動可能な画素の構成及び画素の動作について説明する。ここでは酸化インジウム亜鉛膜をチャネル領域に用いるｎチャネル型のトランジスタを１つの画素に２つ用いる例を示す。
【０１５０】
画素５２０は、スイッチング用トランジスタ５２１、駆動用トランジスタ５２２、発光素子５２４及び容量素子５２３を有している。スイッチング用トランジスタ５２１は、ゲート電極層が走査線５２６に接続され、第１電極（ソース電極層及びドレイン電極層の一方）が信号線５２５に接続され、第２電極（ソース電極層及びドレイン電極層の他方）が駆動用トランジスタ５２２のゲート電極層に接続されている。駆動用トランジスタ５２２は、ゲート電極層が容量素子５２３を介して電源線５２７に接続され、第１電極が電源線５２７に接続され、第２電極が発光素子５２４の第１電極（画素電極）に接続されている。発光素子５２４の第２電極は共通電極５２８に相当する。共通電極５２８は、同一基板上に形成される共通電位線に接続される。
【０１５１】
スイッチング用トランジスタ５２１および駆動用トランジスタ５２２は実施の形態２に示すトランジスタを適宜用いることができる。これにより、信頼性の高い有機ＥＬ素子を用いた表示パネルを提供することができる。
【０１５２】
なお、発光素子５２４の第２電極（共通電極５２８）には低電源電位が設定されている。なお、低電源電位とは、電源線５２７に設定される高電源電位を基準にして低電源電位＜高電源電位を満たす電位であり、低電源電位としては例えばＧＮＤ、０Ｖなどが設定されていても良い。この高電源電位と低電源電位との電位差を発光素子５２４に印加して、発光素子５２４に電流を流して発光素子５２４を発光させるため、高電源電位と低電源電位との電位差が発光素子５２４の順方向しきい値電圧以上となるようにそれぞれの電位を設定する。
【０１５３】
なお、容量素子５２３は駆動用トランジスタ５２２のゲート容量を代用して省略することも可能である。駆動用トランジスタ５２２のゲート容量については、チャネル領域とゲート電極層との間で容量が形成されていてもよい。
【０１５４】
ここで、アナログ階調駆動を行う場合、駆動用トランジスタ５２２のゲート電極層に発光素子５２４の順方向電圧＋駆動用トランジスタ５２２のＶｔｈ以上の電圧をかける。発光素子５２４の順方向電圧とは、所望の輝度とする場合の電圧を指しており、少なくとも順方向しきい値電圧を含む。なお、駆動用トランジスタ５２２が飽和領域で動作するようなビデオ信号を入力することで、発光素子５２４に電流を流すことができる。駆動用トランジスタ５２２を飽和領域で動作させるため、電源線５２７の電位は、駆動用トランジスタ５２２のゲート電位よりも高くする。ビデオ信号をアナログとすることで、発光素子５２４にビデオ信号に応じた電流を流し、アナログ階調駆動を行うことができる。
【０１５５】
なお、図１０（Ｃ）に示す画素構成は、これに限定されない。例えば、図１０（Ｃ）に示す画素に新たにスイッチ、抵抗素子、容量素子、センサ、トランジスタ又は論理回路などを追加してもよい。
【０１５６】
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。
【０１５７】
（実施の形態４）
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表示装置を具備する電子機器の例について説明する。
【０１５８】
図１１（Ａ）は、携帯型の情報端末であり、本体１００１、筐体１００２、表示部１００３ａ、１００３ｂなどによって構成されている。表示部１００３ｂはタッチパネルとなっており、表示部１００３ｂに表示されるキーボードボタン１００４に触れることで画面操作や、文字入力を行うことができる。勿論、表示部１００３ａをタッチパネルとして構成してもよい。先の実施の形態で示したトランジスタをスイッチング素子として液晶パネルや有機発光パネルを作製して表示部１００３ａ、１００３ｂに適用することにより、信頼性の高い携帯型の情報端末とすることができる。
【０１５９】
図１１（Ａ）に示す携帯型の情報端末は、様々な情報（静止画、動画、テキスト画像など）を表示する機能、カレンダー、日付又は時刻などを表示部に表示する機能、表示部に表示した情報を操作又は編集する機能、様々なソフトウェア（プログラム）によって処理を制御する機能、等を有することができる。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。
【０１６０】
また、図１１（Ａ）に示す携帯型の情報端末は、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。
【０１６１】
図１１（Ｂ）は、携帯音楽プレイヤーであり、本体１０２１には表示部１０２３と、耳に装着するための固定部１０２２と、スピーカー、操作ボタン１０２４、外部メモリスロット１０２５等が設けられている。先の実施の形態で示したトランジスタをスイッチング素子として液晶パネルや有機発光パネルを作製して表示部１０２３に適用することにより、より信頼性の高い携帯音楽プレイヤーとすることができる。
【０１６２】
さらに、図１１（Ｂ）に示す携帯音楽プレイヤーにアンテナやマイク機能や無線機能を持たせ、携帯電話と連携させれば、乗用車などを運転しながらワイヤレスによるハンズフリーでの会話も可能である。
【０１６３】
図１１（Ｃ）は、携帯電話であり、筐体１０３０及び筐体１０３１の二つの筐体で構成されている。筐体１０３１には、表示パネル１０３２、スピーカー１０３３、マイクロフォン１０３４、ポインティングデバイス１０３６、カメラ用レンズ１０３７、外部接続端子１０３８などを備えている。また、筐体１０３０には、携帯電話の充電を行う太陽電池セル１０４０、外部メモリスロット１０４１などを備えている。また、アンテナは筐体１０３１内部に内蔵されている。先の実施の形態で示したトランジスタを表示パネル１０３２に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。
【０１６４】
また、表示パネル１０３２はタッチパネルを備えており、図１１（Ｃ）には映像表示されている複数の操作キー１０３５を点線で示している。なお、太陽電池セル１０４０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。
【０１６５】
例えば、昇圧回路などの電源回路に用いられるパワートランジスタも先の実施の形態に示したトランジスタの酸化物半導体膜の膜厚を２μｍ以上５０μｍ以下とすることで形成することができる。
【０１６６】
表示パネル１０３２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１０３２と同一面上にカメラ用レンズ１０３７を備えているため、テレビ電話が可能である。スピーカー１０３３及びマイクロフォン１０３４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１０３０と筐体１０３１は、スライドし、図１１（Ｃ）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。
【０１６７】
外部接続端子１０３８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１０４１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。
【０１６８】
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。
【０１６９】
図１１（Ｄ）は、テレビジョン装置の一例を示している。テレビジョン装置１０５０は、筐体１０５１に表示部１０５３が組み込まれている。表示部１０５３により、映像を表示することが可能である。また、ここでは、ＣＰＵを内蔵したスタンド１０５５により筐体１０５１を支持した構成を示している。先の実施の形態で示したトランジスタを表示部１０５３に適用することにより、信頼性の高いテレビジョン装置１０５０とすることができる。
【０１７０】
テレビジョン装置１０５０の操作は、筐体１０５１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。
【０１７１】
なお、テレビジョン装置１０５０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。
【０１７２】
また、テレビジョン装置１０５０は、外部接続端子１０５４や、記憶媒体再生録画部１０５２、外部メモリスロットを備えている。外部接続端子１０５４は、ＵＳＢケーブルなどの各種ケーブルと接続可能であり、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。記憶媒体再生録画部１０５２では、ディスク状の記録媒体を挿入し、記録媒体に記憶されているデータの読み出し、記録媒体への書き込みが可能である。また、外部メモリスロットに差し込まれた外部メモリ１０５６にデータ保存されている画像や映像などを表示部１０５３に映し出すことも可能である。
【０１７３】
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】
【０１７４】
３１ 処理室
３３ 排気手段
３５ ガス供給手段
３７ 電源装置
４０ 基板支持体
４１ ターゲット
４３ イオン
４５ 原子
４７ 原子
５０ 拡大部
５１ 基板
５３ 下地絶縁膜
５５ 酸化インジウム亜鉛膜
５５ａ 種結晶
５５ｂ 酸化インジウム亜鉛膜
５６ａ 種結晶
５６ｂ 酸化インジウム亜鉛膜
５６ 酸化インジウム亜鉛膜
５９ 酸化インジウム亜鉛膜
６１ａ ソース電極
６１ｂ ドレイン電極
６３ ゲート絶縁膜
６５ ゲート電極
６９ 絶縁膜
１２０ トランジスタ
１３０ トランジスタ
１４０ トランジスタ
１５０ トランジスタ
５００ 基板
５０１ 画素部
５０２ 走査線駆動回路
５０３ 走査線駆動回路
５０４ 信号線駆動回路
５１０ 容量配線
５１２ ゲート配線
５１３ ゲート配線
５１４ ドレイン電極層
５１６ トランジスタ
５１７ トランジスタ
５１８ 液晶素子
５１９ 液晶素子
５２０ 画素
５２１ スイッチング用トランジスタ
５２２ 駆動用トランジスタ
５２３ 容量素子
５２４ 発光素子
５２５ 信号線
５２６ 走査線
５２７ 電源線
５２８ 共通電極
１００１ 本体
１００２ 筐体
１００３ａ 表示部
１００３ｂ 表示部
１００４ キーボードボタン
１０２１ 本体
１０２２ 固定部
１０２３ 表示部
１０２４ 操作ボタン
１０２５ 外部メモリスロット
１０３０ 筐体
１０３１ 筐体
１０３２ 表示パネル
１０３３ スピーカー
１０３４ マイクロフォン
１０３５ 操作キー
１０３６ ポインティングデバイス
１０３７ カメラ用レンズ
１０３８ 外部接続端子
１０４０ 太陽電池セル
１０４１ 外部メモリスロット
１０５０ テレビジョン装置
１０５１ 筐体
１０５２ 記憶媒体再生録画部
１０５３ 表示部
１０５４ 外部接続端子
１０５５ スタンド
１０５６ 外部メモリ
【技術分野】
【０００１】
酸化物半導体膜、及び該酸化物半導体膜を用いる半導体装置に関する。
【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、半導体回路及び電子機器は全て半導体装置である。
【背景技術】
【０００３】
液晶表示装置に代表されるように、ガラス基板等に形成されるトランジスタはアモルファスシリコン、多結晶シリコンなどによって構成されている。アモルファスシリコンを用いたトランジスタは、ガラス基板の大面積化に容易に対応することができる。しかし、アモルファスシリコンを用いたトランジスタは、電界効果移動度が低いという欠点を有している。また、多結晶シリコンを用いたトランジスタは電界効果移動度が高いが、ガラス基板の大面積化には適していないという欠点を有している。
【０００４】
このような欠点を有するシリコンを用いたトランジスタに対して、酸化物半導体を用いてトランジスタを作製し、電子デバイスや光デバイスに応用する技術が注目されている。例えば酸化物半導体として、Ｉｎ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｓｎなどを含むアモルファス（非晶質）の酸化物を用いてトランジスタを作製する技術が特許文献１で開示されている。また、同様のトランジスタを作製して表示装置の画素のスイッチング素子などに用いる技術が特許文献２で開示されている。
【０００５】
また、このようなトランジスタに用いる酸化物半導体について、「酸化物半導体は不純物に対して鈍感であり、膜中にはかなりの金属不純物が含まれていても問題がなく、ナトリウムのようなアルカリ金属が多量に含まれる廉価なソーダ石灰ガラスも使える」といったことも述べられている（非特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−１６５５２９号公報
【特許文献２】特開２００６−１６５５２８号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】神谷、野村、細野、「アモルファス酸化物半導体の物性とデバイス開発の現状」、固体物理、２００９年９月号、Ｖｏｌ．４４、ｐｐ．６２１−６３３
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、酸化物半導体膜がアモルファスのままであると、酸化物半導体膜に酸素欠損やダングリングボンドが生じやすく、これら単独あるいは酸素欠損やダングリングボンドが水素等と結合することにより膜中にキャリアを発生させてしまう。そのため、酸化物半導体膜の電気伝導度等の電気的特性が変化する恐れがある。また、酸化物半導体膜を用いたトランジスタにとっても電気的特性が変化する要因となり、半導体装置の信頼性を低下させることになる。
【０００９】
酸化物半導体膜の中でも、とりわけインジウム及び亜鉛を有する酸化物半導体膜である酸化インジウム亜鉛（Ｉｎｄｉｕｍ Ｚｉｎｃ Ｏｘｉｄｅ）膜は、移動度等の電気的特性に優れており、トランジスタのチャネル領域を形成する有望な材料として期待されている。しかしながらインジウム及び亜鉛を有する酸化物半導体膜がアモルファスの場合には、上述したように、酸素欠損やダングリングボンドに起因した酸化物半導体膜に共通の課題である電気的特性の変動による信頼性の低下の問題が残る。
【００１０】
その一方で、酸化物半導体膜の成膜過程において、当該酸化物半導体膜の結晶性を向上させ電気的特性が改善することが明らかになりつつある。また酸化物半導体膜の成膜過程において、当該酸化物半導体膜を用いたトランジスタの信頼性を向上させることが、明らかになりつつある。
【００１１】
このような問題に鑑み、電気的特性の安定した酸化インジウム亜鉛でなる酸化物半導体膜を提供することを課題の一とする。また、当該酸化物半導体膜を用いることにより、半導体装置に安定した電気的特性を付与し、信頼性の高い半導体装置を提供することを課題の一とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
開示する発明の一態様は、酸化インジウム亜鉛でなる酸化物半導体膜において、酸化物半導体膜は、ａ−ｂ面が酸化物半導体膜表面に概略平行である六方晶の結晶構造と、ａ−ｂ面が該酸化物半導体膜表面に概略平行である菱面体晶の結晶構造と、を有する酸化物半導体膜である。
【００１３】
開示する発明の一態様は、酸化インジウム亜鉛でなる酸化物半導体膜において、酸化物半導体膜は、ａ−ｂ面が酸化物半導体膜表面に概略平行である六方晶の結晶構造と、ａ−ｂ面が該酸化物半導体膜表面に概略平行である菱面体晶の結晶構造と、を有し、六方晶の結晶構造は、Ｉｎ：Ｚｎ＝１：１の組成比を有する酸化物半導体の結晶構造であり、菱面体晶の結晶構造は、Ｉｎ：Ｚｎ＝２：１の組成比を有する酸化物半導体の結晶構造である酸化物半導体膜である。
【００１４】
開示する発明の一態様は、ゲート電極と、ゲート電極上に設けられた第１の絶縁膜と、第１の絶縁膜上に設けられた酸化インジウム亜鉛でなる酸化物半導体膜と、酸化物半導体膜と接するように設けられたソース電極およびドレイン電極と、酸化物半導体膜上に設けられた第２の絶縁膜と、を有し、酸化物半導体膜は、ａ−ｂ面が酸化物半導体膜表面に概略平行である六方晶の結晶構造と、ａ−ｂ面が該酸化物半導体膜表面に概略平行である菱面体晶の結晶構造と、を有する半導体装置である。
【００１５】
開示する発明の一態様は、ゲート電極と、ゲート電極上に設けられた第１の絶縁膜と、第１の絶縁膜上に設けられた酸化インジウム亜鉛でなる酸化物半導体膜と、酸化物半導体膜と接するように設けられたソース電極およびドレイン電極と、酸化物半導体膜上に設けられた第２の絶縁膜と、を有し、酸化物半導体膜は、ａ−ｂ面が酸化物半導体膜表面に概略平行である六方晶の結晶構造と、ａ−ｂ面が該酸化物半導体膜表面に概略平行である菱面体晶の結晶構造と、を有し、六方晶の結晶構造は、Ｉｎ：Ｚｎ＝１：１の組成比を有する酸化物半導体の結晶構造であり、菱面体晶の結晶構造は、Ｉｎ：Ｚｎ＝２：１の組成比を有する酸化物半導体の結晶構造である半導体装置である。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の一態様で開示する酸化インジウム亜鉛でなる酸化物半導体膜は、安定した電気的特性を有することができる。このような酸化インジウム亜鉛でなる酸化物半導体膜をトランジスタに用いることによって、安定した電気的特性を有する、信頼性の高い半導体装置とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一態様に係る断面ＴＥＭ像。
【図２】本発明の一態様に係る電子線回折図。
【図３】本発明の一態様に係るＸＲＤスペクトル図。
【図４】本発明の一態様に係るＸＲＤスペクトル図。
【図５】本発明の一態様に係る半導体装置の作製工程を説明する断面図。
【図６】スパッタリング装置を説明する模式図である。
【図７】種結晶の結晶構造を説明する模式図である。
【図８】本発明の一態様に係る半導体装置の作製工程を説明する断面図。
【図９】本発明の一態様に係る半導体装置を説明する断面図。
【図１０】本発明の一態様を示すブロック図及び等価回路図。
【図１１】本発明の一態様を示す電子機器の外観図。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
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。但し、本発明は以下の説明に限定されず、本発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細を様々に変更し得ることは当業者であれば容易に理解される。従って、本発明は以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。なお、以下に説明する本発明の構成において、同一部分または同様な機能を有する部分には同一の符号を異なる図面間で共通して用い、その繰り返しの説明は省略する。
【００１９】
なお、本明細書で説明する各図において、各構成の大きさ、層の厚さ、または領域は、明瞭化のために誇張されている場合がある。よって、必ずしもそのスケールに限定されない。
【００２０】
また、本明細書にて用いる第１、第２、第３などの用語は、構成要素の混同を避けるために付したものであり、数的に限定するものではない。そのため、例えば、「第１の」を「第２の」または「第３の」などと適宜置き換えて説明することができる。
【００２１】
（実施の形態１）
本実施の形態では、酸化インジウム亜鉛でなる酸化物半導体膜（以下、酸化インジウム亜鉛膜という）の構成について、図１乃至図４を用いて説明する。
【００２２】
本実施の形態に係る酸化インジウム亜鉛膜は、結晶構造を有する領域を含む。当該結晶構造を有する領域は、ａ−ｂ面が酸化インジウム亜鉛膜表面に概略平行である六方晶の結晶構造と、ａ−ｂ面が該酸化インジウム亜鉛膜表面に概略平行である菱面体晶の結晶構造と、を有する。
【００２３】
ここで、実際に作製した、六方晶の結晶構造及び菱面体晶の結晶構造を有する酸化インジウム亜鉛膜の断面を透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ：ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）で観察した結果（断面ＴＥＭ像）を図１に示す。図１に示す断面ＴＥＭ像では、層状に原子が配向した領域が、酸化インジウム亜鉛膜中に複数観察される。
【００２４】
なお図１に示す酸化インジウム亜鉛膜の断面ＴＥＭ像のサンプルは、石英基板上に酸化インジウム亜鉛を５０ｎｍの膜厚で成膜したものである。酸化インジウム亜鉛膜の断面ＴＥＭ像は、Ｉｎ：Ｚｎ＝２：１の組成比の酸化インジウム亜鉛をターゲットにして、スパッタリング装置で成膜したものを成膜直後に観察したものである。スパッタリング装置での成膜条件は、石英基板を２００℃に加熱した状態で、１００ＷのＤＣ電源、酸素の流量：アルゴン及び酸素の混合気体の流量＝３：１０としたガスを用いて、成膜圧力を０．４Ｐａとして行ったものである。
【００２５】
次いで、図１の六方晶の結晶構造及び菱面体晶の結晶構造を有する酸化インジウム亜鉛膜断面に対して垂直に電子線を照射して得られた電子線回折パターンを図２（Ａ）及び図２（Ｂ）に示す。ここで、図２（Ａ）及び図２（Ｂ）に示す電子線回折パターンがサンプルの断面となるので、パターンの垂直（縦）方向がｃ軸方向となる。
【００２６】
なお断面ＴＥＭ像及び電子線回折パターンは、株式会社日立ハイテクノロジーズ社製の透過電子顕微鏡Ｈ−９０００ＮＡＲを用い、加速電圧を３００ｋＶとして８００万倍の倍率で撮影したものである。
【００２７】
図２（Ａ）及び図２（Ｂ）に示す電子線回折パターンは、結晶構造の逆格子点を表している。試料が結晶構造を持つ場合にはスポット状（図中、Ａ点、Ｂ点、Ｃ点）になり、結晶方位がランダムな多結晶構造またはアモルファス構造の場合にはリング状（同心円状ともいう）となる。従って、図２（Ａ）及び図２（Ｂ）に示す電子線回折パターンより、図１に示す酸化インジウム亜鉛膜は結晶構造を有することがわかる。また図２（Ａ）及び図２（Ｂ）に示す電子線回折パターンの違いは、結晶構造の違いを表している。
【００２８】
図２（Ａ）及び図２（Ｂ）に示す電子線回折パターンにおいて、Ａ点、Ｂ点、Ｃ点の各回折スポットは、電子線の入射による格子面からの回折スポットを表したものである。電子線は、酸化インジウム亜鉛膜の断面に対して、垂直となる方向より入射させている。
【００２９】
図２（Ａ）及び図２（Ｂ）のＡ点は、ほぼ紙面水平軸に対して概略垂直な軸上に位置する。そのため、酸化インジウム亜鉛膜の当該結晶構造は、ａ軸及びｂ軸に平行な石英基板上の平面に対して、概略垂直となるｃ軸方向に配向していることがわかる。すなわち、酸化インジウム亜鉛膜は、石英基板に概略平行な平面である酸化インジウム亜鉛膜の表面に対し、概略平行なａ軸及びｂ軸でなるａ−ｂ面を有する結晶構造を有することがわかる。
【００３０】
図２（Ａ）及び図２（Ｂ）に示す電子線回折パターンにおいて、電子ビームを入射し、回折せずに酸化インジウム亜鉛膜を透過した電子波の回折スポットを（０００）スポット（電子線回折パターンの中心点：図中、Ｏ点）とする。各回折スポットと当該回折スポットの間の（０００）スポットとのなす角は、各格子面の法線のなす角を表す。これらの角度を調べることにより結晶構造を類推することができる。
【００３１】
具体的には、図２（Ａ）中のＡ点、Ｏ点、Ｂ点でなる角度ＡＯＢは、９０．０°である。また、図２（Ｂ）中のＡ点、Ｏ点、Ｂ点でなる角度ＡＯＢは、６９．０°であり、Ａ点、Ｏ点、Ｃ点でなる角度ＡＯＣは、３８．７°であり、Ｂ点、Ｏ点、Ｃ点でなる角度ＢＯＣは、３０．３°である。これらより類推すると、図２（Ａ）に示す電子線回折パターンは菱面体晶（三方晶ともいう）であり、図２（Ｂ）に示す電子線回折パターンは六方晶であるとわかる。
【００３２】
従って、図２（Ａ）及び図２（Ｂ）に示す電子線回折パターンから図１に示す酸化インジウム亜鉛膜は、ａ−ｂ面が酸化物半導体膜の表面に概略平行である菱面体晶の結晶構造、及びａ−ｂ面が酸化物半導体膜の表面に概略平行である六方晶の結晶構造を有するとわかる。
【００３３】
さらに、各回折スポットと（０００）スポットとの距離［ｍ］をｒ（ｈｋｌ）、格子面間隔［ｍ］をｄ（ｈｋｌ）、電子線の波長［ｍ］をλ、酸化インジウム亜鉛膜と回折パターン像が得られるフィルムとの間の距離（カメラ長）［ｍ］をＬとおけば以下の式（１）が成り立つ。
【００３４】
ｒ（ｈｋｌ）×ｄ（ｈｋｌ）＝λ×Ｌ （１）
【００３５】
なお電子線回折パターンの測定時、カメラ長Ｌは０．８に設定している。また電子線の波長λは、式（２）より導出するものである。
【００３６】
λ＝（ｈ２／（２ｍＥ））１／２ （２）
【００３７】
式（２）より電子線の波長λは、２．７５×１０−１２ｍであることがわかる。なお式（２）においてｈはプランク定数（６．６２６×１０−３４Ｊ・ｓ）であり、ｍは電子の静止質量（９．１０×１０−３１ｋｇ）、Ｅは電子の加速エネルギーを表す。ここで、電子の加速電圧を２００ｋＶに設定したので電子の加速エネルギーＥは２００×１０３×１．６×１０−１９Ｊとなる。
【００３８】
上記の通り、電子線の波長λ及びカメラ長Ｌは既知なので、電子線回折パターンからｒ（ｈｋｌ）を測定すれば格子面間隔ｄ（ｈｋｌ）を見積もることができる。見積もられた格子面間隔ｄ（ｈｋｌ）を表１に示す。なお格子面間隔ｄ（ｈｋｌ）に対応するミラー指数は、該当する可能性のある物質の既知の結晶データ、例えばＪＣＰＤＳカードを参照して得られる指数である。
【００３９】
【表１】
【００４０】
格子面間隔ｄ（ｈｋｌ）及びミラー指数による解析により、図２（Ａ）に示す電子線回折パターンは、Ｉｎ：Ｚｎ＝２：１の組成比を有するＩｎ２ＺｎＯ４によるパターンであり、図２（Ｂ）に示す電子線回折パターンはＩｎ：Ｚｎ＝１：１の組成比を有するＩｎ２Ｚｎ２Ｏ５によるパターンであると推定される。なお図２（Ａ）に示す電子線回折パターンにおいて、得られる回折スポットのｃ軸方向のミラー指数である「ｌ」が３の倍数であることがわかる。当該結果からも、対称性を考慮すれば、図２（Ａ）に示す電子線回折パターンは菱面体晶（三方晶ともいう）のパターンであるとわかる。また図２（Ｂ）に示す電子線回折パターンにおいて、得られる回折スポットのｃ軸方向のミラー指数である「ｌ」が２の倍数であることがわかる。当該結果からも、対称性を考慮すれば、図２（Ｂ）に示す電子線回折パターンは六方晶のパターンであるとわかる。
【００４１】
次いで表２には、ミラー指数が見積もられた２カ所の回折スポットと、当該回折スポットの間の（０００）スポットと、を結んでなす角の角度を測定した結果を示す。なお表１及び表２をみると、図２（Ａ）における菱面体晶と図２（Ｂ）における六方晶とは、格子面間隔ｄ（ｈｋｌ）、ミラー指数が見積もられた各回折スポットと、当該回折スポットの間の（０００）スポットと、を結んでなす角が異なることがわかる。
【００４２】
【表２】
【００４３】
表２に示す結果と、前述の推定された既知の結晶データとの照合によって、図２（Ａ）に示す電子線回折パターンは、Ｉｎ：Ｚｎ＝２：１の組成比を有するＩｎ２ＺｎＯ４によるパターンであり、図２（Ｂ）に示す電子線回折パターンはＩｎ：Ｚｎ＝１：１の組成比を有するＩｎ２Ｚｎ２Ｏ５によるパターンであると同定される。
【００４４】
以上の図１及び図２（Ａ）、図２（Ｂ）の結果から、本実施の形態に係る酸化インジウム亜鉛膜は、菱面体晶の結晶構造であるＩｎ２ＺｎＯ４、及び六方晶であるＩｎ２Ｚｎ２Ｏ５を有する領域を含むことがわかる。すなわち、当該結晶構造を有する領域は、ａ−ｂ面が酸化インジウム亜鉛膜表面に概略平行である六方晶のＩｎ２Ｚｎ２Ｏ５による結晶構造と、ａ−ｂ面が該酸化インジウム亜鉛膜表面に概略平行である菱面体晶のＩｎ２ＺｎＯ４による結晶構造と、を有するものである。
【００４５】
従って六方晶及び菱面体晶の結晶構造を含む酸化インジウム亜鉛膜は、全体がアモルファス構造の酸化物半導体膜と比較して良好な結晶性を有するので、酸素欠損やダングリングボンド、あるいはダングリングボンドなどに結合する水素などの不純物が低減されている。これらの酸素欠損やダングリングボンド、あるいはダングリングボンドなどに結合する水素などは、酸化物半導体膜中でキャリアのトラップあるいはキャリアの供給源のように機能するため、当該酸化物半導体膜の電気伝導度が変動する原因となりうる。よって、これらが低減されている、六方晶及び菱面体晶の結晶構造を含む酸化物半導体膜は、電気伝導度が安定しており、可視光や紫外光などの照射に対してもより電気的に安定な構造を有することができる。
【００４６】
なお本実施の形態に係る酸化インジウム亜鉛膜は、菱面体晶及び六方晶の結晶構造を有する領域を複数含んでいても良く、それぞれの領域において、結晶構造のａ軸あるいはｂ軸の方向は互いに異なっていてもよい。ただし、ａ軸あるいはｂ軸の方向が異なる領域どうしが接しないようにすることで、互いの領域が接する界面に粒界を形成しないようにすることが好ましい。よって、六方晶の結晶構造及び菱面体晶の結晶構造を有する領域を覆うようにアモルファス構造の領域を有する酸化物半導体膜とすることが好ましい。
【００４７】
また、酸化インジウム亜鉛膜についてさらにＸ線回折（ＸＲＤ：Ｘ−ｒａｙ ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ）測定を行い、上記の図１及び図２（Ａ）、図２（Ｂ）の結果を補強する測定結果を示す。
【００４８】
図３（Ａ）に酸化インジウム亜鉛膜について、ｏｕｔ−ｏｆ−ｐｌａｎｅ法を用いてＸＲＤスペクトルを測定した結果を示す。また図３（Ｂ）に比較例として、ガリウムを含む酸化インジウム亜鉛（Ｉｎｄｉｕｍ Ｇａｌｌｉｕｍ Ｚｉｎｃ Ｏｘｉｄｅ：ＩＧＺＯ）膜について、ｏｕｔ−ｏｆ−ｐｌａｎｅ法を用いてＸＲＤスペクトルを測定した結果を示す。図３（Ａ）、図３（Ｂ）は、縦軸にＸ線回折強度（任意単位）をとり、横軸に回転角２θ（ｄｅｇ．）をとって測定したものである。
【００４９】
また図３（Ａ）に示すＸＲＤスペクトルを測定した結果は、酸化インジウム亜鉛の成膜時に基板の加熱温度を室温（Ｔｓｕｂ＝Ｒ．Ｔ．）、酸化インジウム亜鉛の成膜時に基板の加熱温度を１００℃（Ｔｓｕｂ＝１００℃）、または酸化インジウム亜鉛の成膜時に基板の加熱温度を２００℃（Ｔｓｕｂ＝２００℃）として、酸化インジウム亜鉛を成膜した際の膜について、並べて示したものである。また図３（Ｂ）に示すＸＲＤスペクトルを測定した結果は、ガリウムを含む酸化インジウム亜鉛の成膜時に基板の加熱温度を２００℃（Ｔｓｕｂ＝２００℃）として、ガリウムを含む酸化インジウム亜鉛を成膜した際の膜について示したものである。なお基板である石英基板の温度以外について、酸化インジウム亜鉛、及びガリウムを含む酸化インジウム亜鉛は、同じ条件である。
【００５０】
図３（Ａ）の基板の加熱温度を２００℃（Ｔｓｕｂ＝２００℃）として成膜した酸化インジウム亜鉛膜では、２θ＝３０°近傍に強いピークが見られるのに対して、基板の加熱温度を１００℃（Ｔｓｕｂ＝１００℃）及び室温（Ｔｓｕｂ＝Ｒ．Ｔ．）として成膜した酸化インジウム亜鉛膜では、ほとんどピークが見られないことが分かる。同様に、図３（Ｂ）の基板の加熱温度を２００℃（Ｔｓｕｂ＝２００℃）として成膜したガリウムを含む酸化インジウム亜鉛膜でも、２θ＝３０°近傍のピークが見られないことが分かる。当該図３（Ａ）のピークは、Ｉｎ２Ｚｎ２Ｏ５の結晶構造の（００８）面における回折に起因するものである。このことから、基板の加熱温度を２００℃（Ｔｓｕｂ＝２００℃）として成膜した酸化インジウム亜鉛膜は、同じ基板加熱温度の条件で成膜したガリウムを含む酸化インジウム亜鉛膜よりも結晶化しやすいことが分かる。
【００５１】
また図４（Ａ）には基板の加熱温度を２００℃（Ｔｓｕｂ＝２００℃）として成膜した成膜直後の酸化インジウム亜鉛膜について、ｏｕｔ−ｏｆ−ｐｌａｎｅ法を用いてＸＲＤスペクトルを測定した結果を示し、図４（Ｂ）には基板の加熱温度を２００℃（Ｔｓｕｂ＝２００℃）として成膜した成膜後に窒素及び酸素を含む雰囲気中で３５０℃の熱処理をした酸化インジウム亜鉛膜について、ｏｕｔ−ｏｆ−ｐｌａｎｅ法を用いてＸＲＤスペクトルを測定した結果を示す。熱処理の前後において、基板の加熱温度を２００℃（Ｔｓｕｂ＝２００℃）として成膜した酸化インジウム亜鉛膜では、２θ＝３０°近傍に強いピークが見られるのが分かる。当該ピークは前述したように、Ｉｎ２Ｚｎ２Ｏ５の結晶構造の（００８）面における回折に起因するものである。このことから、成膜後の結晶構造が安定した結晶構造であることがわかる。
【００５２】
以上説明したＸ線回折測定により、本実施の形態に係る酸化インジウム亜鉛膜は、アモルファス構造の酸化物半導体膜と明確に異なり、結晶構造を有するものと言うことができる。また本発明の一態様に係る酸化インジウム亜鉛膜は、同じ温度条件で成膜したガリウムを有する酸化物半導体膜である酸化インジウム亜鉛膜と比較して、成膜する基板の温度が低温であっても結晶構造を取りうることが可能である。なお本実施の形態に係る酸化インジウム亜鉛膜の結晶構造は、ａ−ｂ面が酸化インジウム亜鉛膜表面に概略平行である六方晶のＩｎ２Ｚｎ２Ｏ５による結晶構造と、ａ−ｂ面が該酸化インジウム亜鉛膜表面に概略平行である菱面体晶のＩｎ２ＺｎＯ４による結晶構造と、を有するものである。
【００５３】
なお、本実施の形態に係る酸化インジウム亜鉛膜は、酸化物半導体膜中のアルカリ金属等の不純物は低減されていることが好ましい。例えば、酸化物半導体膜において、リチウムの濃度が５×１０１５ｃｍ−３以下、好ましくは１×１０１５ｃｍ−３以下、ナトリウムの濃度が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、カリウムの濃度が５×１０１５ｃｍ−３以下、好ましくは１×１０１５ｃｍ−３以下とする。
【００５４】
アルカリ金属、及びアルカリ土類金属は酸化物半導体にとっては悪性の不純物であり、少ないほうがよい。特に、当該不純物を含む酸化物半導体膜をトランジスタに用いる場合、アルカリ金属のうちナトリウムは酸化物半導体膜に接する絶縁膜に拡散し、トランジスタの閾値電圧の変動などを引き起こす可能性がある。また酸化物半導体膜内において、金属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。加えて、特性のばらつきの原因ともなる。
【００５５】
よって、六方晶の結晶構造及び菱面体晶の結晶構造を有する酸化物半導体膜中の不純物を極めて低減し、アルカリ金属の濃度を５×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、水素の濃度を５×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下とすることが好ましい。
【００５６】
以上説明した六方晶の結晶構造及び菱面体晶の結晶構造を有する酸化インジウム亜鉛膜は、全体がアモルファス構造の酸化物半導体膜と比較して良好な結晶性を有するので、酸素欠損やダングリングボンド、あるいはダングリングボンドなどに結合する水素などの不純物が低減されている。これらの酸素欠損やダングリングボンド、あるいはダングリングボンドなどに結合する水素などは、酸化物半導体膜中でキャリアのトラップ、あるいはキャリアの供給源のように機能するため、当該酸化物半導体膜の電気伝導度が変動する原因となりうる。よって、これらが低減されている、六方晶及び菱面体晶の結晶構造を含む酸化物半導体膜は、電気伝導度が安定しており、可視光や紫外光などの照射に対してもより電気的に安定な構造を有することができる。
【００５７】
以上、本実施の形態に示す構成などは、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。
【００５８】
（実施の形態２）
本実施の形態では、実施の形態１に示す、六方晶の結晶構造及び菱面体晶の結晶構造を有する酸化インジウム亜鉛膜、及び当該酸化インジウム亜鉛膜を有するトランジスタの作製方法について図５乃至図９を用いて説明する。図５は、半導体装置の構成の一形態である、トップゲート構造のトランジスタ１２０の作製工程を示す断面図である。
【００５９】
まず、六方晶の結晶構造及び菱面体晶の結晶構造を有する酸化インジウム亜鉛膜を成膜する前に、図５（Ａ）に示すように、基板５１上に下地絶縁膜５３を形成することが好ましい。
【００６０】
基板５１は、少なくとも、後の加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。基板５１としてガラス基板を用いる場合、歪み点が７３０℃以上のものを用いることが好ましい。ガラス基板には、例えば、アルミノシリケートガラス、アルミノホウケイ酸ガラス、バリウムホウケイ酸ガラスなどのガラス材料が用いられる。なお、Ｂ２Ｏ３よりＢａＯを多く含むガラス基板を用いることが好ましい。基板５１がマザーガラスの場合、基板の大きさは、第１世代（３２０ｍｍ×４００ｍｍ）、第２世代（４００ｍｍ×５００ｍｍ）、第３世代（５５０ｍｍ×６５０ｍｍ）、第４世代（６８０ｍｍ×８８０ｍｍ、または７３０ｍｍ×９２０ｍｍ）、第５世代（１０００ｍｍ×１２００ｍｍまたは１１００ｍｍ×１２５０ｍｍ）、第６世代（１５００ｍｍ×１８００ｍｍ）、第７世代（１９００ｍｍ×２２００ｍｍ）、第８世代（２１６０ｍｍ×２４６０ｍｍ）、第９世代（２４００ｍｍ×２８００ｍｍ、または２４５０ｍｍ×３０５０ｍｍ）、第１０世代（２９５０ｍｍ×３４００ｍｍ）等を用いることができる。マザーガラスは、処理温度が高く、処理時間が長いと大幅に収縮するため、マザーガラスを使用して大量生産を行う場合、作製工程の加熱処理は、６００℃以下、好ましくは４５０℃以下とすることが望ましい。
【００６１】
なお、上記のガラス基板に代えて、セラミック基板、石英基板、サファイア基板などの絶縁体でなる基板を用いることができる。他にも、結晶化ガラスなどを用いることができる。さらには、シリコンウェハ等の半導体基板の表面や金属材料よりなる導電性の基板の表面に絶縁層を形成したものを用いることもできる。
【００６２】
下地絶縁膜５３は、加熱処理により酸素の一部が放出する酸化物絶縁膜を用いて形成することが好ましい。加熱処理により酸素の一部が放出する酸化物絶縁膜としては、化学量論比を満たす酸素よりも多くの酸素を含む酸化物絶縁膜を用いることが好ましい。加熱処理により酸素の一部が放出する酸化物絶縁膜を下地絶縁膜５３に用いることで、後の工程で加熱処理を行う際に酸化インジウム亜鉛膜に酸素を拡散させることができる。加熱処理により酸素の一部が放出する酸化物絶縁膜としては、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、酸化窒化アルミニウム、酸化ガリウム、酸化ハフニウム、酸化イットリウム等の膜を用いることができる。
【００６３】
下地絶縁膜５３は、５０ｎｍ以上、好ましくは２００ｎｍ以上５００ｎｍ以下とする。下地絶縁膜５３を厚くすることで、下地絶縁膜５３からの酸素放出量を増加させることができると共に、その増加によって下地絶縁膜５３及び後に形成される酸化インジウム亜鉛膜との界面における欠陥を低減することが可能である。
【００６４】
下地絶縁膜５３は、スパッタリング法、ＣＶＤ法等により形成する。なお、加熱処理により酸素の一部が放出する酸化物絶縁膜は、スパッタリング法を用いることで容易に形成することができる。加熱処理により酸素の一部を放出する酸化物絶縁膜をスパッタリング法により形成する場合は、成膜ガス中の酸素量が高いことが好ましく、酸素、または酸素及び希ガスの混合ガス等を用いることができる。代表的には、成膜ガス中の酸素濃度を６％以上１００％以下にすることが好ましい。
【００６５】
また、下地絶縁膜５３は、必ずしも加熱処理により酸素の一部が放出する酸化物絶縁膜を用いて形成する必要はなく、窒化シリコン、窒化酸化シリコン、窒化アルミニウムなどを用いて窒化物絶縁膜を形成してもよい。また、下地絶縁膜５３は、上記の酸化物絶縁膜と窒化物絶縁膜の積層構造としてもよく、その場合には窒化物絶縁膜上に酸化物絶縁膜を設けることが好ましい。下地絶縁膜５３として窒化物絶縁膜を用いることにより、アルカリ金属などの不純物を含むガラス基板を用いる場合、アルカリ金属などの酸化インジウム亜鉛膜への侵入を防止できる。リチウム、ナトリウム、カリウム等のアルカリ金属は、酸化インジウム亜鉛に対して悪性の不純物であるために酸化インジウム亜鉛膜中の含有量を少なくすることが好ましい。窒化物絶縁膜は、ＣＶＤ法、スパッタリング法等で形成することができる。
【００６６】
次に、図５（Ｂ）に示すように、スパッタリング装置を用いたスパッタリング法により、下地絶縁膜５３上に厚さ３０ｎｍ以上５０μｍ以下の六方晶の結晶構造及び菱面体晶の結晶構造を有する酸化インジウム亜鉛膜５５を成膜する。
【００６７】
ここで、スパッタリング装置の処理室について、図６（Ａ）を用いて説明する。処理室３１には、排気手段３３及びガス供給手段３５が接続される。また、処理室３１内には、基板支持体４０及びターゲット４１が設けられる。ターゲット４１は、電源装置３７に接続される。
【００６８】
処理室３１は、ＧＮＤに接続されている。また、処理室３１のリークレートを１×１０−１０Ｐａ・ｍ３／秒以下とすることで、スパッタリング法により成膜する膜への不純物の混入を低減することができる。
【００６９】
リークレートを低くするには、外部リークのみならず内部リークを低減する必要がある。外部リークとは、微小な穴やシール不良などによって真空系の外から気体が流入することである。内部リークとは、真空系内のバルブなどの仕切りからの漏れや内部の部材からの放出ガスに起因する。リークレートを１×１０−１０Ｐａ・ｍ３／秒以下とするためには、外部リーク及び内部リークの両面から対策をとる必要がある。
【００７０】
外部リークを減らすには、処理室３１の開閉部分はメタルガスケットでシールするとよい。メタルガスケットは、フッ化鉄、酸化アルミニウム、または酸化クロムによって被覆された金属材料を用いると好ましい。メタルガスケットはＯリングと比べ密着性が高く、外部リークを低減できる。また、フッ化鉄、酸化アルミニウム、酸化クロムなどの不動態によって被覆された金属材料を用いることで、メタルガスケットから生じる水素を含む放出ガスが抑制され、内部リークも低減することができる。
【００７１】
処理室３１の内壁を構成する部材として、水素を含む放出ガスの少ないアルミニウム、クロム、チタン、ジルコニウム、ニッケルまたはバナジウムを用いる。また、前述の材料を鉄、クロム及びニッケルなどを含む合金材料に被覆して用いてもよい。鉄、クロム及びニッケルなどを含む合金材料は、剛性があり、熱に強く、また加工に適している。ここで、表面積を小さくするために部材の表面凹凸を研磨などによって低減しておくと、放出ガスを低減できる。あるいは、前述の成膜装置の部材をフッ化鉄、酸化アルミニウム、酸化クロムなどの不動態で被覆してもよい。
【００７２】
処理室３１の内部に設ける部材は、極力金属材料のみで構成することが好ましく、例えば石英などで構成される覗き窓などを設置する場合も、放出ガスを抑制するために表面をフッ化鉄、酸化アルミニウム、酸化クロムなどの不動態で薄く被覆するとよい。
【００７３】
さらに、スパッタリングガスを処理室３１に導入する直前に、スパッタリングガスの精製機を設けることが好ましい。このとき、精製機から処理室３１までの配管の長さを５ｍ以下、好ましくは１ｍ以下とする。配管の長さを５ｍ以下または１ｍ以下とすることで、配管からの放出ガスの影響を長さに応じて低減できる。
【００７４】
シリンダから処理室３１まで、スパッタリングガスを流すための配管にはフッ化鉄、酸化アルミニウム、酸化クロムなどの不動態で内部が被覆された金属配管を用いることが好ましい。前述の配管は、例えばＳＵＳ３１６Ｌ−ＥＰ配管と比べ、水素を含むガスの放出量が少なく、成膜ガスへの不純物の混入を低減できる。また、配管の継手には、高性能超小型メタルガスケット継手（ＵＰＧ継手）を用いるとよい。また、配管の材料を全て金属材料で構成することで、樹脂等を用いた場合と比べ、生じる放出ガス及び外部リークの影響を低減できるため好ましい。
【００７５】
処理室３１の排気は、ドライポンプなどの粗引きポンプと、スパッタイオンポンプ、ターボ分子ポンプ及びクライオポンプなどの高真空ポンプとを適宜組み合わせて行うとよい。ターボ分子ポンプは大きいサイズの分子の排気が優れる一方、水素や水の排気能力が低い。そこで、水の排気能力の高いクライオポンプ及び水素の排気能力の高いスパッタイオンポンプを組み合わせることが有効となる。
【００７６】
処理室３１の内側に存在する吸着物は、内壁に吸着しているために処理室３１の圧力に影響しないが、処理室３１を排気した際のガス放出の原因となる。そのため、リークレートと排気速度に相関はないが、排気能力の高いポンプを用いて、処理室３１に存在する吸着物をできる限り脱離し、予め排気しておくことが重要である。なお、吸着物の脱離を促すために、処理室３１をベーキングしてもよい。ベーキングすることで吸着物の脱離速度を１０倍程度大きくすることができる。ベーキングは１００℃以上４５０℃以下で行えばよい。このとき、不活性ガスを導入しながら吸着物の除去を行うと、排気するだけでは脱離しにくい水などの脱離速度をさらに大きくすることができる。
【００７７】
排気手段３３は、処理室３１内の不純物を排気すると共に、処理室３１内の圧力を制御することができる。排気手段３３は、吸着型の真空ポンプを用いることが好ましい。例えば、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を用いることが好ましい。上記吸着型の真空ポンプを用いることで、酸化インジウム亜鉛膜に含まれる水素の量を低減することができる。
【００７８】
なお、酸化インジウム亜鉛膜に含まれる水素は、水素原子の他、水素分子、水、水酸基、または水素化物として含まれる場合もある。
【００７９】
ガス供給手段３５は、ターゲットをスパッタリングするためのガスを処理室３１内に供給する手段である。ガス供給手段３５は、ガスが充填されたシリンダ、圧力調整弁、ストップバルブ、マスフローコントローラ等で構成されている。なお、ガス供給手段３５に精製機を設けることで、処理室３１内に導入するガスに含まれる不純物を低下することができる。ターゲットをスパッタリングするガスとしては、ヘリウム、ネオン、アルゴン、キセノン、クリプトン等の希ガスを用いる。または、上記希ガスの一と、酸素との混合ガスを用いることができる。
【００８０】
電源装置３７は、ＲＦ電源装置、ＡＣ電源装置、ＤＣ電源装置等を適宜用いることができる。なお、図示しないがターゲットを支持するターゲット支持体の内部または外側にマグネットを設けると、ターゲット周辺に高密度のプラズマを閉じこめることができ、成膜速度の向上及び基板へのプラズマダメージを低減できる。当該方法は、マグネトロンスパッタリング法とよばれる。更には、マグネトロンスパッタリング法において、マグネットを回転可能にすると、磁界の偏りを低減できるため、ターゲットの使用効率が高まり、かつ基板の面内における膜質のばらつきを低減できる。
【００８１】
基板支持体４０は、ＧＮＤに接続されている。基板支持体４０にはヒータが設けられている。ヒータとしては、抵抗発熱体などの発熱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ることができる。
【００８２】
ターゲット４１としては、亜鉛を含む金属酸化物ターゲットを用いることが好ましい。ターゲット４１は、二元系金属酸化物であるＩｎ−Ｚｎ−Ｏ系金属酸化物のターゲットを用いることができる。Ｉｎ−Ｚｎ−Ｏ系金属酸化物のターゲットは、一例として、Ｉｎ２Ｏ３：ＺｎＯ＝１：１［ｍｏｌ数比］の組成比を有するターゲットを用いることができるが、Ｉｎ２Ｏ３：ＺｎＯのモル数比はこれに限定されない。
【００８３】
なお、ターゲット４１と基板５１との間隔（Ｔ−Ｓ間距離）は、原子量の小さい原子が優先的に基板５１上の下地絶縁膜５３に到着することが可能な間隔とすることが好ましい。
【００８４】
図６（Ａ）に示すように、スパッタリング装置の処理室３１において、下地絶縁膜５３が形成された基板５１を基板支持体４０上に設置する。次に、ガス供給手段３５から処理室３１にターゲット４１をスパッタリングするガスを導入する。ターゲット４１の純度は、９９．９％以上、好ましくは９９．９９％以上のものを用いる。次に、ターゲット４１に接続される電源装置３７に電力を供給する。この結果、ガス供給手段３５から処理室３１に導入されたスパッタリングガスのイオン４３及び電子が、ターゲット４１をスパッタリングする。
【００８５】
ここで、ターゲット４１及び基板５１の間隔を、原子量の小さい原子が優先的に基板５１上の下地絶縁膜５３に到着し堆積することが可能な間隔としておくことにより、拡大部５０として図６（Ｂ）に示すように、ターゲット４１に含まれる原子において、原子量の少ない原子４５が、原子量の大きい原子４７より優先的に基板側へ移動することができる。
【００８６】
亜鉛は、インジウムよりも原子量が小さい。このため、亜鉛が優先的に下地絶縁膜５３上に堆積する。また、成膜時の雰囲気に酸素を含み、基板支持体４０には、成膜時に基板及び堆積膜を加熱するヒータが設けられるため、下地絶縁膜５３上に堆積した亜鉛が酸化され、亜鉛を含む六方晶または菱面体晶の結晶構造の種結晶５５ａ、代表的には酸化亜鉛を有する六方晶または菱面体晶の結晶構造の種結晶が形成される。
【００８７】
六方晶または菱面体晶の結晶構造の種結晶５５ａ、例えば亜鉛を含む六方晶の結晶構造の種結晶は、ａ−ｂ面において六角形の格子を有する結合を有する。亜鉛を含む六方晶の結晶構造の種結晶の場合、亜鉛を含み、ａ−ｂ面が酸化インジウム亜鉛膜表面に概略平行であり、ｃ軸が該酸化インジウム亜鉛膜表面に垂直である六方晶のウルツ鉱構造の結晶を有する。
【００８８】
ここで、亜鉛を含み、ａ−ｂ面において六角形の格子を有する結合を有し、ａ−ｂ面が酸化インジウム亜鉛膜表面に概略平行であり、ｃ軸が該酸化インジウム亜鉛膜表面に垂直である六方晶の結晶構造の結晶について、図７を用いて説明する。ここでは、亜鉛を含む六方晶の結晶構造の結晶の代表例として、酸化亜鉛を用いて説明し、黒丸が亜鉛、白丸が酸素を示す。図７（Ａ）は、ａ−ｂ面における、六方晶の結晶構造を有する酸化亜鉛の模式図であり、図７（Ｂ）は、紙面の縦方向をｃ軸方向とした、六方晶の結晶構造を有する酸化亜鉛の模式図である。図７（Ａ）に示すように、ａ−ｂ面における上平面において、亜鉛及び酸素が六角形をなす結合をしている。また、図７（Ｂ）に示すように、亜鉛及び酸素がなす六角形の格子を有する結合を有する層が積層され、ｃ軸方向はａ−ｂ面に垂直である。種結晶５５ａは、ａ−ｂ面において六角形の格子を有する結合を有する層をｃ軸方向に１原子層以上有する。
【００８９】
なお種結晶５５ａは、亜鉛を含む六方晶の結晶構造の種結晶の他にも、亜鉛を含む菱面体晶の結晶構造の種結晶を有し、この場合種結晶５５ａは、ａ−ｂ面において四角形の格子を有する結合を有する。亜鉛を含む菱面体晶の結晶構造の種結晶の場合、亜鉛を含み、ａ−ｂ面が酸化インジウム亜鉛膜表面に概略平行であり、ｃ軸が該酸化インジウム亜鉛膜表面に非垂直である菱面体晶の結晶構造の結晶を有する。
【００９０】
連続して、ターゲット４１をスパッタリングガスでスパッタリングすることで、種結晶５５ａ上にターゲットに含まれる原子が堆積するが、このとき種結晶５５ａを核として結晶成長するため、種結晶５５ａ上に六方晶の結晶構造を有する酸化インジウム亜鉛膜５５ｂを形成することができる。なお、基板５１は、基板支持体４０に設けられるヒータによって加熱されるため、種結晶５５ａを核とし、被表面に堆積する原子が酸化されつつ結晶成長する。
【００９１】
酸化インジウム亜鉛膜５５ｂは、六方晶または菱面体晶の結晶構造の種結晶５５ａを核とし、ターゲット４１の表面における原子量の大きい原子、及び種結晶５５ａの形成の後にスパッタリングされた原子量の小さい原子が酸化されつつ結晶成長するため、種結晶５５ａと同様に、ａ−ｂ面において六角形または四角形の格子を有する結合を有し、ａ−ｂ面が酸化インジウム亜鉛膜表面に概略平行である結晶構造を有する領域を含む。なお、図５（Ｂ）では、種結晶５５ａと酸化インジウム亜鉛膜５５ｂの界面を点線で示し、酸化インジウム亜鉛膜の積層構造を説明しているが、明確な界面が存在しているのではなく、あくまで分かりやすく説明するために図示している。
【００９２】
このときのヒータによる基板の加熱温度は１００℃より大きく４００℃以下、好ましくは２５０℃以上３５０℃以下とする。１００℃より大きく４００℃以下、好ましくは２５０℃以上３５０℃以下に基板を加熱しながら成膜をすることによって、成膜と同時に加熱処理がなされるので、六方晶の結晶構造及び菱面体晶の結晶構造を有する酸化インジウム亜鉛膜を成膜することができる。なお、スパッタリング時における被成膜面の温度は、２５０℃以上基板の熱処理上限温度以下とする。
【００９３】
なお、スパッタリングガスは、希ガス（代表的にはアルゴン）、酸素、希ガス及び酸素の混合ガスを適宜用いる。また、スパッタリングガスには、水素、水、水酸基または水素化物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。
【００９４】
なお、基板支持体４０及びターゲット４１を有する処理室の圧力を０．４Ｐａ以下とすることで、六方晶の結晶構造及び菱面体晶の結晶構造を有する酸化インジウム亜鉛膜の表面及び膜中への、アルカリ金属、水素等の不純物の混入を低減することができる。
【００９５】
また、スパッタリング装置の処理室のリークレートを１×１０−１０Ｐａ・ｍ３／秒以下とすることで、スパッタリング法による成膜途中における六方晶の結晶構造及び菱面体晶の結晶構造を有する酸化インジウム亜鉛膜への、アルカリ金属、水素、水、水酸基または水素化物等の不純物の混入を低減することができる。また、排気系として吸着型の真空ポンプを用いることで、排気系からアルカリ金属、水素、水、水酸基または水素化物等の不純物の逆流を低減することができる。
【００９６】
また、ターゲット４１の純度を、９９．９９％以上とすることで六方晶の結晶構造及び菱面体晶の結晶構造を有する酸化インジウム亜鉛膜に混入するアルカリ金属、水素、水、水酸基または水素化物等を低減することができる。また、当該ターゲットを用いることで、酸化インジウム亜鉛膜５５において、リチウムの濃度を５×１０１５ｃｍ−３以下、好ましくは１×１０１５ｃｍ−３以下、ナトリウムの濃度を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、カリウムの濃度を５×１０１５ｃｍ−３以下、好ましくは１×１０１５ｃｍ−３以下とすることができる。
【００９７】
上記の成膜方法では、同一のスパッタリング工程において、ターゲットに含まれる原子量の違いを利用し、原子量の小さい亜鉛を優先的に酸化絶縁膜に堆積させ、種結晶を形成すると共に、種結晶上に原子量の大きいインジウム等を結晶成長させつつ堆積させるため、複数の工程を経ずとも、六方晶の結晶構造及び菱面体晶の結晶構造を有する酸化インジウム亜鉛膜を形成することができる。
【００９８】
上記の酸化インジウム亜鉛膜５５の成膜方法では、スパッタリング法によって、種結晶５５ａと酸化インジウム亜鉛膜５５ｂとを一括で成膜しながら結晶化したが、本実施の形態に係る酸化物半導体膜は必ずしもこのように成膜する必要はない。たとえば、種結晶と酸化インジウム亜鉛膜の成膜と結晶化をそれぞれ別々に行っても良い。
【００９９】
以下に、図８を用いて、種結晶と酸化インジウム亜鉛膜の成膜と結晶化をそれぞれ別々に行う方法について説明する。また、以下のように六方晶の結晶構造及び菱面体晶の結晶構造を有する酸化インジウム亜鉛膜を成膜する方法を、本明細書中で２ｓｔｅｐ法とよぶ場合がある。
【０１００】
まず、下地絶縁膜５３上に膜厚１ｎｍ以上１０ｎｍ以下の第１の酸化インジウム亜鉛膜を形成する。第１の酸化インジウム亜鉛膜の形成は、スパッタリング法を用い、そのスパッタリング法による成膜時の基板温度は２００℃以上４００℃以下とすることが好ましい。その他の成膜条件については、上記の酸化インジウム亜鉛膜の成膜方法と同様である。
【０１０１】
次いで、基板を配置するチャンバー雰囲気を窒素、または乾燥空気とし、第１の加熱処理を行う。第１の加熱処理の温度は、４００℃以上７５０℃以下とする。第１の加熱処理によって、第１の酸化インジウム亜鉛膜を結晶化し、種結晶５６ａを形成する（図８（Ａ）参照）。
【０１０２】
第１の加熱処理の温度にもよるが、第１の加熱処理によって、膜表面から結晶化が起こり、膜の表面から内部に向かって結晶成長し、六方晶の結晶構造及び菱面体晶の結晶構造を有する酸化物半導体膜が得られる。第１の加熱処理によって、亜鉛と酸素が膜表面に多く集まり、上平面において六角形及び四角形をなす結合をしている亜鉛と酸素からなるグラフェンタイプの二次元結晶が最表面に１層または複数層形成され、これが膜厚方向に成長して重なり積層となる。加熱処理の温度を上げると表面から内部、そして内部から底部と結晶成長が進行する。
【０１０３】
また、下地絶縁膜５３に加熱処理により酸素の一部が放出される酸化インジウム亜鉛膜を用いることにより、第１の加熱処理によって、下地絶縁膜５３中の酸素を種結晶５６ａとの界面またはその近傍（界面からプラスマイナス５ｎｍ）に拡散させて、種結晶５６ａの酸素欠損を低減することができる。
【０１０４】
次いで、種結晶５６ａ上に１０ｎｍよりも厚い第２の酸化インジウム亜鉛膜を形成する。第２の酸化インジウム亜鉛膜の形成は、スパッタリング法を用い、その成膜時における基板温度は２００℃以上４００℃以下とする。その他の成膜条件については、上記の酸化インジウム亜鉛膜の成膜方法と同様である。
【０１０５】
次いで、基板を配置するチャンバー雰囲気を窒素、または乾燥空気とし、第２の加熱処理を行う。第２の加熱処理の温度は、４００℃以上７５０℃以下とする。第２の加熱処理によって、第２の酸化インジウム亜鉛膜を結晶化し、酸化インジウム亜鉛膜５６ｂを形成する（図８（Ｂ）参照）。第２の加熱処理は、窒素雰囲気下、酸素雰囲気下、或いは窒素と酸素の混合雰囲気下で行うことにより、酸化インジウム亜鉛膜５６ｂの高密度化及び酸素欠損数の減少を図る。第２の加熱処理によって、種結晶５６ａを核として膜厚方向、即ち底部から内部に結晶成長が進行して六方晶の結晶構造及び菱面体晶の結晶構造を有する酸化インジウム亜鉛膜５６ｂが形成される。このようにして、種結晶５６ａと酸化インジウム亜鉛膜５６ｂとからなる酸化インジウム亜鉛膜５６が形成される。図８（Ｂ）では、種結晶５６ａと酸化インジウム亜鉛膜５６ｂの界面を点線で示し、酸化インジウム亜鉛膜と説明しているが、明確な界面が存在しているのではなく、あくまで分かりやすく説明するために図示している。
【０１０６】
また、下地絶縁膜５３の形成から第２の加熱処理までの工程を大気に触れることなく連続的に行うことが好ましい。下地絶縁膜５３の形成から第２の加熱処理までの工程は、水素及び水分をほとんど含まない雰囲気（不活性雰囲気、減圧雰囲気、乾燥空気雰囲気など）下に制御することが好ましく、例えば、水分については露点−４０℃以下、好ましくは露点−５０℃以下の乾燥窒素雰囲気とすることが好ましい。
【０１０７】
上記の成膜方法では、原子量の小さい原子を優先的に酸化絶縁膜に堆積させる成膜方法と比較して、成膜時の基板温度が低くても、良好な六方晶の結晶構造及び菱面体晶の結晶構造を有する酸化インジウム亜鉛膜を形成することができる。なお、上記の２ｓｔｅｐ法を用いて成膜した、酸化インジウム亜鉛膜５６も、原子量の小さい原子を優先的に酸化絶縁膜に堆積させる成膜方法を用いて成膜した酸化インジウム亜鉛膜５５と同程度の結晶性を有し、電気伝導度も安定している。よって、どちらの方法で成膜した酸化インジウム亜鉛膜を用いても、安定した電気的特性を有する、信頼性の高い半導体装置を提供することができる。なお、以下の工程においては、酸化インジウム亜鉛膜５５を用いてトランジスタ１２０を作製する工程を説明するが、もちろん同様に酸化インジウム亜鉛膜５６も用いることができる。
【０１０８】
以上の工程により、下地絶縁膜５３上に種結晶５５ａと酸化インジウム亜鉛膜５５ｂの積層からなる酸化インジウム亜鉛膜５５を成膜することができる。次に、基板５１に加熱処理を施して、酸化インジウム亜鉛膜５５から水素を放出させると共に、下地絶縁膜５３に含まれる酸素の一部を、酸化インジウム亜鉛膜５５と、下地絶縁膜５３と酸化インジウム亜鉛膜５５の界面近傍と、に拡散させることが好ましい。
【０１０９】
加熱処理温度は、酸化インジウム亜鉛膜５５から水素を放出させると共に、下地絶縁膜５３に含まれる酸素の一部を放出させ、さらには酸化インジウム亜鉛膜５５に拡散させる温度が好ましく、代表的には、１５０℃以上基板５１の歪み点未満、好ましくは２５０℃以上４５０℃以下とする。なお、加熱処理温度は、六方晶の結晶構造及び菱面体晶の結晶構造を有する酸化物半導体膜の成膜温度より高くすることで、下地絶縁膜５３に含まれる酸素の一部をより多く放出させることができる。
【０１１０】
加熱処理は、水素及び水分をほとんど含まない、不活性ガス雰囲気、酸素雰囲気、窒素雰囲気、酸素と窒素の混合雰囲気などで行うことが好ましい。不活性ガス雰囲気としては、代表的には、ヘリウム、ネオン、アルゴン、キセノン、クリプトン等の希ガス雰囲気で行うことが好ましい。また、加熱処理の加熱時間は１分以上２４時間以下とする。
【０１１１】
当該加熱処理により、酸化インジウム亜鉛膜５５から水素を放出させると共に、下地絶縁膜５３に含まれる酸素の一部を、酸化インジウム亜鉛膜５５と、下地絶縁膜５３と酸化インジウム亜鉛膜５５の界面近傍と、に拡散させることができる。当該工程により、酸化インジウム亜鉛膜５５中に含まれる酸素欠損を低減することができる。この結果、水素濃度及び酸素欠損が低減された六方晶の結晶構造及び菱面体晶の結晶構造を有する酸化物半導体である酸化インジウム亜鉛膜を形成することができる。
【０１１２】
次に、図５（Ｃ）に示すように、酸化インジウム亜鉛膜５５上にマスクを形成し、当該マスクを用いて酸化インジウム亜鉛膜５５を選択的にエッチングして、酸化インジウム亜鉛膜５９を形成する。この後、マスクは除去する。
【０１１３】
酸化インジウム亜鉛膜５５をエッチングするためのマスクは、フォトリソグラフィ法、インクジェット法、印刷法等を適宜用いて作製することができる。また、酸化インジウム亜鉛膜５５のエッチングはウエットエッチングまたはドライエッチングを適宜用いることができる。
【０１１４】
次に、図５（Ｄ）に示すように、酸化インジウム亜鉛膜５９に接するソース電極６１ａ及びドレイン電極６１ｂを形成する。
【０１１５】
ソース電極６１ａ及びドレイン電極６１ｂは、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、マンガン、ジルコニウムから選ばれた金属元素、または上述した金属元素を成分とする合金か、上述した金属元素を組み合わせた合金などを用いて形成することができる。また、アルミニウムに、チタン、タンタル、タングステン、モリブデン、クロム、ネオジム、スカンジウムから選ばれた金属元素を単数または複数組み合わせた合金膜、もしくは窒化膜を用いてもよい。また、ソース電極６１ａ及びドレイン電極６１ｂは、単層構造でも、二層以上の積層構造としてもよい。例えば、シリコンを含むアルミニウム膜の単層構造、Ｃｕ−Ｍｇ−Ａｌ合金膜上に銅膜を積層する２層構造、アルミニウム膜上にチタン膜を積層する二層構造、窒化チタン膜上にチタン膜を積層する二層構造、窒化チタン膜上にタングステン膜を積層する二層構造、窒化タンタル膜上にタングステン膜を積層する二層構造、チタン膜と、そのチタン膜上にアルミニウム膜を積層し、さらにその上にチタン膜を形成する三層構造などがある。
【０１１６】
また、ソース電極６１ａ及びドレイン電極６１ｂは、インジウム錫酸化物、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適用することもできる。また、上記透光性を有する導電性材料と、上記金属元素の積層構造とすることもできる。
【０１１７】
ソース電極６１ａ及びドレイン電極６１ｂは、スパッタリング法、ＣＶＤ法、蒸着法等で導電膜を形成した後、該導電膜上にマスクを形成して導電膜をエッチングして形成する。導電膜上に形成するマスクは印刷法、インクジェット法、フォトリソグラフィ法を適宜用いることができる。また、ソース電極６１ａ及びドレイン電極６１ｂは、印刷法またはインクジェット法により直接形成することもできる。
【０１１８】
ここでは、酸化インジウム亜鉛膜５９及び下地絶縁膜５３上に導電膜を成膜した後、導電膜を所定の形状にエッチングしてソース電極６１ａ及びドレイン電極６１ｂを形成する。
【０１１９】
なお、酸化インジウム亜鉛膜５５上に導電膜を形成した後、多階調フォトマスクを用いて、酸化インジウム亜鉛膜５５及び導電膜のエッチングを行って、酸化インジウム亜鉛膜５９、ソース電極６１ａ及びドレイン電極６１ｂを形成しても良い。このように、凹凸状のマスクを形成し、当該マスクを用いて酸化インジウム亜鉛膜５５及び導電膜をエッチングした後、アッシングにより凹凸状のマスクを分離し、当該分離されたマスクにより導電膜を選択的にエッチングすることで、酸化インジウム亜鉛膜５９、ソース電極６１ａ及びドレイン電極６１ｂを形成することができる。当該工程により、フォトマスク数及びフォトリソグラフィ工程数を削減することができる。
【０１２０】
次に、図５（Ｅ）に示すように、酸化インジウム亜鉛膜５９、ソース電極６１ａ及びドレイン電極６１ｂ上にゲート絶縁膜６３を形成する。
【０１２１】
ゲート絶縁膜６３は、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化シリコン、窒化酸化シリコン、酸化アルミニウム、酸化窒化アルミニウム、または酸化ガリウムを単層でまたは積層して形成することができる。なお、ゲート絶縁膜６３は、酸化インジウム亜鉛膜５９と接する部分が酸素を含むことが好ましく、特に好ましくは下地絶縁膜５３と同様に加熱処理により酸素を放出する酸化物絶縁膜を用いて形成する。酸素を放出する酸化物絶縁膜として酸化シリコン膜を用いることで、後の工程で加熱処理を行う際に酸化インジウム亜鉛膜５９に酸素を拡散させることができ、トランジスタ１２０の特性を良好にすることができる。
【０１２２】
また、ゲート絶縁膜６３として、ハフニウムシリケート（ＨｆＳｉＯｘ）、窒素が添加されたハフニウムシリケート（ＨｆＳｉｘＯｙＮｚ）、窒素が添加されたハフニウムアルミネート（ＨｆＡｌｘＯｙＮｚ）、酸化ハフニウム、酸化イットリウムなどのｈｉｇｈ−ｋ材料を用いることでゲートリークを低減できる。さらには、ｈｉｇｈ−ｋ材料と、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化シリコン、窒化酸化シリコン、酸化アルミニウム、酸化窒化アルミニウム、及び酸化ガリウムのいずれか一以上との積層構造とすることができる。ゲート絶縁膜６３の厚さは、１ｎｍ以上３００ｎｍ以下、より好ましくは５ｎｍ以上５０ｎｍ以下とするとよい。ゲート絶縁膜６３の厚さを５ｎｍ以上とすることで、ゲートリーク電流を低減することができる。
【０１２３】
なお、ゲート絶縁膜６３を形成する前に、酸化インジウム亜鉛膜５９の表面を、酸素、オゾン、一酸化二窒素等の酸化性ガスのプラズマに曝し、酸化インジウム亜鉛膜５９の表面を酸化し、酸素欠損を低減してもよい。
【０１２４】
次に、ゲート絶縁膜６３上であって、酸化インジウム亜鉛膜５９と重畳する領域にゲート電極６５を形成する。
【０１２５】
ゲート電極６５は、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、マンガン、ジルコニウムから選ばれた金属元素、または上述した金属元素を成分とする合金か、上述した金属元素を組み合わせた合金などを用いて形成することができる。また、アルミニウムに、チタン、タンタル、タングステン、モリブデン、クロム、ネオジム、スカンジウムから選ばれた金属元素を単数または複数組み合わせた合金膜、もしくは窒化膜を用いてもよい。また、ゲート電極６５は、単層構造でも、二層以上の積層構造としてもよい。例えば、シリコンを含むアルミニウム膜の単層構造、アルミニウム膜上にチタン膜を積層する二層構造、窒化チタン膜上にチタン膜を積層する二層構造、窒化チタン膜上にタングステン膜を積層する二層構造、窒化タンタル膜上にタングステン膜を積層する二層構造、チタン膜と、そのチタン膜上にアルミニウム膜を積層し、さらにその上にチタン膜を形成する三層構造などがある。
【０１２６】
また、ゲート電極６５は、インジウム錫酸化物、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適用することもできる。また、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系金属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を用いても良い。また、上記透光性を有する導電性材料と、上記金属元素の積層構造とすることもできる。
【０１２７】
さらに、ゲート電極６５上に保護膜として絶縁膜６９を形成してもよい（図５（Ｅ）参照）。また、ゲート絶縁膜６３及び絶縁膜６９にコンタクトホールを形成した後、ソース電極６１ａ及びドレイン電極６１ｂに接続する配線を形成してもよい。
【０１２８】
絶縁膜６９は、ゲート絶縁膜６３と同様の絶縁膜を適宜用いて形成することができる。また、絶縁膜６９としてスパッタリング法で得られる窒化シリコン膜を形成すると、外部からの水分やアルカリ金属の侵入を防止することが可能であり、酸化インジウム亜鉛膜５９の不純物の含有量を低減することができる。
【０１２９】
なお、ゲート絶縁膜６３の形成の後、または絶縁膜６９の形成の後、加熱処理を行ってもよい。当該加熱処理によって、酸化インジウム亜鉛膜５９から水素を放出させると共に、下地絶縁膜５３、ゲート絶縁膜６３または絶縁膜６９に含まれる酸素の一部を、酸化インジウム亜鉛膜５９と、下地絶縁膜５３と酸化インジウム亜鉛膜５９の界面近傍と、ゲート絶縁膜６３と酸化インジウム亜鉛膜５９の界面近傍と、に拡散させることができる。当該工程により、酸化インジウム亜鉛膜５９中に含まれる酸素欠損を低減することができると共に、酸化インジウム亜鉛膜５９と下地絶縁膜５３、または酸化インジウム亜鉛膜５９とゲート絶縁膜６３の界面における酸素欠損を低減することができる。この結果、水素濃度及び酸素欠損が低減された酸化インジウム亜鉛膜５９を形成することができる。
【０１３０】
以上の工程により、六方晶の結晶構造及び菱面体晶の結晶構造を有する酸化インジウム亜鉛膜をチャネル領域に有するトランジスタ１２０を作製することができる。図５（Ｅ）に示すように、トランジスタ１２０は、基板５１上に設けられた下地絶縁膜５３と、下地絶縁膜５３上に設けられた酸化インジウム亜鉛膜５９と、酸化インジウム亜鉛膜５９の上面及び側面と接するように設けられたソース電極６１ａ及びドレイン電極６１ｂと、酸化インジウム亜鉛膜５９上に設けられたゲート絶縁膜６３と、酸化インジウム亜鉛膜５９と重畳してゲート絶縁膜６３上に設けられたゲート電極６５と、ゲート電極６５上に設けられた絶縁膜６９とを有する。
【０１３１】
トランジスタ１２０に用いられている六方晶の結晶構造及び菱面体晶の結晶構造を有する酸化物半導体である酸化インジウム亜鉛膜は、全体がアモルファス構造の酸化物半導体膜と比較して良好な結晶性を有するので、酸素欠損やダングリングボンド、あるいはダングリングボンドなどに結合する水素などの不純物が低減されている。これらの酸素欠損に代表されるような欠損やダングリングボンド、あるいはダングリングボンドなどに結合する水素などは、酸化物半導体膜中でキャリアのトラップあるいはキャリアの供給源のように機能するため、当該酸化物半導体膜の電気伝導度が変動する原因となりうる。よって、これらが低減されている、六方晶の結晶構造及び菱面体晶の結晶構造を有する酸化インジウム亜鉛膜は、電気伝導度が安定しており、可視光や紫外光などの照射に対してもより電気的に安定な構造を有する。このような六方晶の結晶構造及び菱面体晶の結晶構造を有する酸化インジウム亜鉛膜をトランジスタに用いることによって、安定した電気的特性を有する、信頼性の高い半導体装置を提供することができる。
【０１３２】
また、本発明の一態様に係る半導体装置は、図５に示すトランジスタ１２０に限られるものではない。例えば、図９（Ａ）に示すトランジスタ１３０のような構造としても良い。トランジスタ１３０は、基板５１上に設けられた下地絶縁膜５３と、下地絶縁膜５３上に設けられたソース電極６１ａ及びドレイン電極６１ｂと、ソース電極６１ａ及びドレイン電極６１ｂの上面及び側面と接するように設けられた酸化インジウム亜鉛膜５９と、酸化インジウム亜鉛膜５９上に設けられたゲート絶縁膜６３と、酸化インジウム亜鉛膜５９と重畳してゲート絶縁膜６３上に設けられたゲート電極６５と、ゲート電極６５上に設けられた絶縁膜６９とを有する。つまり、トランジスタ１３０は、酸化インジウム亜鉛膜５９がソース電極６１ａ及びドレイン電極６１ｂの上面及び側面と接するように設けられている点において、トランジスタ１２０と異なる。
【０１３３】
また、図９（Ｂ）に示すトランジスタ１４０のような構造としても良い。トランジスタ１４０は、基板５１上に設けられた下地絶縁膜５３と、下地絶縁膜５３上に設けられたゲート電極６５と、ゲート電極６５上に設けられたゲート絶縁膜６３と、ゲート絶縁膜６３上に設けられた酸化インジウム亜鉛膜５９と、酸化インジウム亜鉛膜５９の上面及び側面と接するように設けられたソース電極６１ａ及びドレイン電極６１ｂと、酸化インジウム亜鉛膜５９上に設けられた絶縁膜６９とを有する。つまり、トランジスタ１４０は、ゲート電極６５とゲート絶縁膜６３が酸化インジウム亜鉛膜５９の下に設けられた、ボトムゲート構造である点において、トランジスタ１２０と異なる。
【０１３４】
また、図９（Ｃ）に示すトランジスタ１５０のような構造としても良い。トランジスタ１５０は、基板５１上に設けられた下地絶縁膜５３と、下地絶縁膜５３上に設けられたゲート電極６５と、ゲート電極６５上に設けられたゲート絶縁膜６３と、ゲート絶縁膜６３上に設けられたソース電極６１ａ及びドレイン電極６１ｂと、ソース電極６１ａ及びドレイン電極６１ｂの上面及び側面と接するように設けられた酸化インジウム亜鉛膜５９と、酸化インジウム亜鉛膜５９上に設けられた絶縁膜６９とを有する。つまり、トランジスタ１５０は、ゲート電極６５とゲート絶縁膜６３が酸化インジウム亜鉛膜５９の下に設けられた、ボトムゲート構造である点において、トランジスタ１３０と異なる。
【０１３５】
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。
【０１３６】
（実施の形態３）
本実施の形態では、同一基板上に少なくとも駆動回路の一部と、画素部に配置するトランジスタを作製する例について以下に説明する。
【０１３７】
画素部に配置するトランジスタは、実施の形態２に従って形成する。また、当該トランジスタはｎチャネル型とすることが容易なので、駆動回路のうち、ｎチャネル型のトランジスタで構成することができる駆動回路の一部を画素部のトランジスタと同一基板上に形成する。このように、画素部や駆動回路に先の実施の形態に示すトランジスタを用いることにより、信頼性の高い表示装置を提供することができる。
【０１３８】
アクティブマトリクス型表示装置のブロック図の一例を図１０（Ａ）に示す。表示装置の基板５００上には、画素部５０１、第１の走査線駆動回路５０２、第２の走査線駆動回路５０３、信号線駆動回路５０４を有する。画素部５０１には、複数の信号線が信号線駆動回路５０４から延伸して配置され、複数の走査線が第１の走査線駆動回路５０２、及び第２の走査線駆動回路５０３から延伸して配置されている。なお走査線と信号線との交差領域には、各々、表示素子を有する画素がマトリクス状に設けられている。また、表示装置の基板５００はＦＰＣ（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）等の接続部を介して、タイミング制御回路（コントローラ、制御ＩＣともいう）に接続されている。
【０１３９】
図１０（Ａ）では、第１の走査線駆動回路５０２、第２の走査線駆動回路５０３、信号線駆動回路５０４は、画素部５０１と同じ基板５００上に形成される。そのため、外部に設ける駆動回路等の部品の数が減るので、コストの低減を図ることができる。また、基板５００外部に駆動回路を設けた場合、配線を延伸させる必要が生じ、配線間の接続数が増える。同じ基板５００上に駆動回路を設けた場合、その配線間の接続数を減らすことができ、信頼性の向上、又は歩留まりの向上を図ることができる。
【０１４０】
また、画素部の回路構成の一例を図１０（Ｂ）に示す。ここでは、ＶＡ型液晶表示パネルの画素構造を示す。
【０１４１】
この画素構造は、一つの画素に複数の画素電極層が有り、それぞれの画素電極層にトランジスタが接続されている。各トランジスタは、異なるゲート信号で駆動されるように構成されている。すなわち、マルチドメイン設計された画素において、個々の画素電極層に印加する信号を、独立して制御する構成を有している。
【０１４２】
トランジスタ５１６のゲート配線５１２と、トランジスタ５１７のゲート配線５１３は、異なるゲート信号を与えることができるように分離されている。一方、データ線として機能するソース電極層又はドレイン電極層５１４は、トランジスタ５１６とトランジスタ５１７で共通に用いられている。トランジスタ５１６とトランジスタ５１７は先の実施の形態に示すトランジスタを適宜用いることができる。これにより、信頼性の高い液晶表示パネルを提供することができる。
【０１４３】
トランジスタ５１６と接続する第１の画素電極層と、トランジスタ５１７と接続する第２の画素電極層の形状は異なっており、スリットによって分離されている。Ｖ字型に広がる第１の画素電極層の外側を囲むように第２の画素電極層が形成されている。第１の画素電極層と第２の画素電極層に印加する電圧のタイミングを、トランジスタ５１６及びトランジスタ５１７により異ならせることで、液晶の配向を制御している。トランジスタ５１６はゲート配線５１２と接続し、トランジスタ５１７はゲート配線５１３と接続している。ゲート配線５１２とゲート配線５１３に異なるゲート信号を与えることで、トランジスタ５１６とトランジスタ５１７の動作タイミングを異ならせることができる。
【０１４４】
また、容量配線５１０と、誘電体として機能するゲート絶縁膜と、第１の画素電極層または第２の画素電極層と接続する容量電極とで保持容量を形成する。
【０１４５】
第１の画素電極層と液晶層と対向電極層が重なり合うことで、第１の液晶素子５１８が形成されている。また、第２の画素電極層と液晶層と対向電極層が重なり合うことで、第２の液晶素子５１９が形成されている。また、一画素に第１の液晶素子５１８と第２の液晶素子５１９が設けられたマルチドメイン構造である。
【０１４６】
なお、図１０（Ｂ）に示す画素構成は、これに限定されない。例えば、図１０（Ｂ）に示す画素に新たにスイッチ、抵抗素子、容量素子、トランジスタ、センサ、又は論理回路などを追加してもよい。
【０１４７】
また、画素部の回路構成の一例を図１０（Ｃ）に示す。ここでは、有機ＥＬ素子を用いた表示パネルの画素構造を示す。
【０１４８】
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。
【０１４９】
有機ＥＬ素子を駆動可能な画素の構成及び画素の動作について説明する。ここでは酸化インジウム亜鉛膜をチャネル領域に用いるｎチャネル型のトランジスタを１つの画素に２つ用いる例を示す。
【０１５０】
画素５２０は、スイッチング用トランジスタ５２１、駆動用トランジスタ５２２、発光素子５２４及び容量素子５２３を有している。スイッチング用トランジスタ５２１は、ゲート電極層が走査線５２６に接続され、第１電極（ソース電極層及びドレイン電極層の一方）が信号線５２５に接続され、第２電極（ソース電極層及びドレイン電極層の他方）が駆動用トランジスタ５２２のゲート電極層に接続されている。駆動用トランジスタ５２２は、ゲート電極層が容量素子５２３を介して電源線５２７に接続され、第１電極が電源線５２７に接続され、第２電極が発光素子５２４の第１電極（画素電極）に接続されている。発光素子５２４の第２電極は共通電極５２８に相当する。共通電極５２８は、同一基板上に形成される共通電位線に接続される。
【０１５１】
スイッチング用トランジスタ５２１および駆動用トランジスタ５２２は実施の形態２に示すトランジスタを適宜用いることができる。これにより、信頼性の高い有機ＥＬ素子を用いた表示パネルを提供することができる。
【０１５２】
なお、発光素子５２４の第２電極（共通電極５２８）には低電源電位が設定されている。なお、低電源電位とは、電源線５２７に設定される高電源電位を基準にして低電源電位＜高電源電位を満たす電位であり、低電源電位としては例えばＧＮＤ、０Ｖなどが設定されていても良い。この高電源電位と低電源電位との電位差を発光素子５２４に印加して、発光素子５２４に電流を流して発光素子５２４を発光させるため、高電源電位と低電源電位との電位差が発光素子５２４の順方向しきい値電圧以上となるようにそれぞれの電位を設定する。
【０１５３】
なお、容量素子５２３は駆動用トランジスタ５２２のゲート容量を代用して省略することも可能である。駆動用トランジスタ５２２のゲート容量については、チャネル領域とゲート電極層との間で容量が形成されていてもよい。
【０１５４】
ここで、アナログ階調駆動を行う場合、駆動用トランジスタ５２２のゲート電極層に発光素子５２４の順方向電圧＋駆動用トランジスタ５２２のＶｔｈ以上の電圧をかける。発光素子５２４の順方向電圧とは、所望の輝度とする場合の電圧を指しており、少なくとも順方向しきい値電圧を含む。なお、駆動用トランジスタ５２２が飽和領域で動作するようなビデオ信号を入力することで、発光素子５２４に電流を流すことができる。駆動用トランジスタ５２２を飽和領域で動作させるため、電源線５２７の電位は、駆動用トランジスタ５２２のゲート電位よりも高くする。ビデオ信号をアナログとすることで、発光素子５２４にビデオ信号に応じた電流を流し、アナログ階調駆動を行うことができる。
【０１５５】
なお、図１０（Ｃ）に示す画素構成は、これに限定されない。例えば、図１０（Ｃ）に示す画素に新たにスイッチ、抵抗素子、容量素子、センサ、トランジスタ又は論理回路などを追加してもよい。
【０１５６】
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。
【０１５７】
（実施の形態４）
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表示装置を具備する電子機器の例について説明する。
【０１５８】
図１１（Ａ）は、携帯型の情報端末であり、本体１００１、筐体１００２、表示部１００３ａ、１００３ｂなどによって構成されている。表示部１００３ｂはタッチパネルとなっており、表示部１００３ｂに表示されるキーボードボタン１００４に触れることで画面操作や、文字入力を行うことができる。勿論、表示部１００３ａをタッチパネルとして構成してもよい。先の実施の形態で示したトランジスタをスイッチング素子として液晶パネルや有機発光パネルを作製して表示部１００３ａ、１００３ｂに適用することにより、信頼性の高い携帯型の情報端末とすることができる。
【０１５９】
図１１（Ａ）に示す携帯型の情報端末は、様々な情報（静止画、動画、テキスト画像など）を表示する機能、カレンダー、日付又は時刻などを表示部に表示する機能、表示部に表示した情報を操作又は編集する機能、様々なソフトウェア（プログラム）によって処理を制御する機能、等を有することができる。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。
【０１６０】
また、図１１（Ａ）に示す携帯型の情報端末は、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。
【０１６１】
図１１（Ｂ）は、携帯音楽プレイヤーであり、本体１０２１には表示部１０２３と、耳に装着するための固定部１０２２と、スピーカー、操作ボタン１０２４、外部メモリスロット１０２５等が設けられている。先の実施の形態で示したトランジスタをスイッチング素子として液晶パネルや有機発光パネルを作製して表示部１０２３に適用することにより、より信頼性の高い携帯音楽プレイヤーとすることができる。
【０１６２】
さらに、図１１（Ｂ）に示す携帯音楽プレイヤーにアンテナやマイク機能や無線機能を持たせ、携帯電話と連携させれば、乗用車などを運転しながらワイヤレスによるハンズフリーでの会話も可能である。
【０１６３】
図１１（Ｃ）は、携帯電話であり、筐体１０３０及び筐体１０３１の二つの筐体で構成されている。筐体１０３１には、表示パネル１０３２、スピーカー１０３３、マイクロフォン１０３４、ポインティングデバイス１０３６、カメラ用レンズ１０３７、外部接続端子１０３８などを備えている。また、筐体１０３０には、携帯電話の充電を行う太陽電池セル１０４０、外部メモリスロット１０４１などを備えている。また、アンテナは筐体１０３１内部に内蔵されている。先の実施の形態で示したトランジスタを表示パネル１０３２に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。
【０１６４】
また、表示パネル１０３２はタッチパネルを備えており、図１１（Ｃ）には映像表示されている複数の操作キー１０３５を点線で示している。なお、太陽電池セル１０４０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。
【０１６５】
例えば、昇圧回路などの電源回路に用いられるパワートランジスタも先の実施の形態に示したトランジスタの酸化物半導体膜の膜厚を２μｍ以上５０μｍ以下とすることで形成することができる。
【０１６６】
表示パネル１０３２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１０３２と同一面上にカメラ用レンズ１０３７を備えているため、テレビ電話が可能である。スピーカー１０３３及びマイクロフォン１０３４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１０３０と筐体１０３１は、スライドし、図１１（Ｃ）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。
【０１６７】
外部接続端子１０３８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１０４１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。
【０１６８】
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。
【０１６９】
図１１（Ｄ）は、テレビジョン装置の一例を示している。テレビジョン装置１０５０は、筐体１０５１に表示部１０５３が組み込まれている。表示部１０５３により、映像を表示することが可能である。また、ここでは、ＣＰＵを内蔵したスタンド１０５５により筐体１０５１を支持した構成を示している。先の実施の形態で示したトランジスタを表示部１０５３に適用することにより、信頼性の高いテレビジョン装置１０５０とすることができる。
【０１７０】
テレビジョン装置１０５０の操作は、筐体１０５１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。
【０１７１】
なお、テレビジョン装置１０５０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。
【０１７２】
また、テレビジョン装置１０５０は、外部接続端子１０５４や、記憶媒体再生録画部１０５２、外部メモリスロットを備えている。外部接続端子１０５４は、ＵＳＢケーブルなどの各種ケーブルと接続可能であり、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。記憶媒体再生録画部１０５２では、ディスク状の記録媒体を挿入し、記録媒体に記憶されているデータの読み出し、記録媒体への書き込みが可能である。また、外部メモリスロットに差し込まれた外部メモリ１０５６にデータ保存されている画像や映像などを表示部１０５３に映し出すことも可能である。
【０１７３】
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】
【０１７４】
３１ 処理室
３３ 排気手段
３５ ガス供給手段
３７ 電源装置
４０ 基板支持体
４１ ターゲット
４３ イオン
４５ 原子
４７ 原子
５０ 拡大部
５１ 基板
５３ 下地絶縁膜
５５ 酸化インジウム亜鉛膜
５５ａ 種結晶
５５ｂ 酸化インジウム亜鉛膜
５６ａ 種結晶
５６ｂ 酸化インジウム亜鉛膜
５６ 酸化インジウム亜鉛膜
５９ 酸化インジウム亜鉛膜
６１ａ ソース電極
６１ｂ ドレイン電極
６３ ゲート絶縁膜
６５ ゲート電極
６９ 絶縁膜
１２０ トランジスタ
１３０ トランジスタ
１４０ トランジスタ
１５０ トランジスタ
５００ 基板
５０１ 画素部
５０２ 走査線駆動回路
５０３ 走査線駆動回路
５０４ 信号線駆動回路
５１０ 容量配線
５１２ ゲート配線
５１３ ゲート配線
５１４ ドレイン電極層
５１６ トランジスタ
５１７ トランジスタ
５１８ 液晶素子
５１９ 液晶素子
５２０ 画素
５２１ スイッチング用トランジスタ
５２２ 駆動用トランジスタ
５２３ 容量素子
５２４ 発光素子
５２５ 信号線
５２６ 走査線
５２７ 電源線
５２８ 共通電極
１００１ 本体
１００２ 筐体
１００３ａ 表示部
１００３ｂ 表示部
１００４ キーボードボタン
１０２１ 本体
１０２２ 固定部
１０２３ 表示部
１０２４ 操作ボタン
１０２５ 外部メモリスロット
１０３０ 筐体
１０３１ 筐体
１０３２ 表示パネル
１０３３ スピーカー
１０３４ マイクロフォン
１０３５ 操作キー
１０３６ ポインティングデバイス
１０３７ カメラ用レンズ
１０３８ 外部接続端子
１０４０ 太陽電池セル
１０４１ 外部メモリスロット
１０５０ テレビジョン装置
１０５１ 筐体
１０５２ 記憶媒体再生録画部
１０５３ 表示部
１０５４ 外部接続端子
１０５５ スタンド
１０５６ 外部メモリ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸化インジウム亜鉛でなる酸化物半導体膜において、
前記酸化物半導体膜は、ａ−ｂ面が前記酸化物半導体膜表面に概略平行である六方晶の結晶構造と、ａ−ｂ面が前記酸化物半導体膜表面に概略平行である菱面体晶の結晶構造と、を有する酸化物半導体膜。
【請求項２】
酸化インジウム亜鉛でなる酸化物半導体膜において、
前記酸化物半導体膜は、ａ−ｂ面が前記酸化物半導体膜表面に概略平行である六方晶の結晶構造と、ａ−ｂ面が前記酸化物半導体膜表面に概略平行である菱面体晶の結晶構造と、を有し、
前記六方晶の結晶構造は、Ｉｎ：Ｚｎ＝１：１の組成比を有する酸化物半導体であり、前記菱面体晶の結晶構造は、Ｉｎ：Ｚｎ＝２：１の組成比を有する酸化物半導体である酸化物半導体膜。
【請求項３】
ゲート電極と、
前記ゲート電極上に設けられた第１の絶縁膜と、
前記第１の絶縁膜上に設けられた酸化インジウム亜鉛でなる酸化物半導体膜と、
前記酸化物半導体膜と接するように設けられたソース電極およびドレイン電極と、
前記酸化物半導体膜上に設けられた第２の絶縁膜と、を有し、
前記酸化物半導体膜は、ａ−ｂ面が前記酸化物半導体膜表面に概略平行である六方晶の結晶構造と、ａ−ｂ面が前記酸化物半導体膜表面に概略平行である菱面体晶の結晶構造と、を有する半導体装置。
【請求項４】
ゲート電極と、
前記ゲート電極上に設けられた第１の絶縁膜と、
前記第１の絶縁膜上に設けられた酸化インジウム亜鉛でなる酸化物半導体膜と、
前記酸化物半導体膜と接するように設けられたソース電極およびドレイン電極と、
前記酸化物半導体膜上に設けられた第２の絶縁膜と、を有し、
前記酸化物半導体膜は、ａ−ｂ面が前記酸化物半導体膜表面に概略平行である六方晶の結晶構造と、ａ−ｂ面が前記酸化物半導体膜表面に概略平行である菱面体晶の結晶構造と、を有し、
前記六方晶の結晶構造は、Ｉｎ：Ｚｎ＝１：１の組成比を有する酸化物半導体であり、前記菱面体晶の結晶構造は、Ｉｎ：Ｚｎ＝２：１の組成比を有する酸化物半導体である半導体装置。
【請求項１】
酸化インジウム亜鉛でなる酸化物半導体膜において、
前記酸化物半導体膜は、ａ−ｂ面が前記酸化物半導体膜表面に概略平行である六方晶の結晶構造と、ａ−ｂ面が前記酸化物半導体膜表面に概略平行である菱面体晶の結晶構造と、を有する酸化物半導体膜。
【請求項２】
酸化インジウム亜鉛でなる酸化物半導体膜において、
前記酸化物半導体膜は、ａ−ｂ面が前記酸化物半導体膜表面に概略平行である六方晶の結晶構造と、ａ−ｂ面が前記酸化物半導体膜表面に概略平行である菱面体晶の結晶構造と、を有し、
前記六方晶の結晶構造は、Ｉｎ：Ｚｎ＝１：１の組成比を有する酸化物半導体であり、前記菱面体晶の結晶構造は、Ｉｎ：Ｚｎ＝２：１の組成比を有する酸化物半導体である酸化物半導体膜。
【請求項３】
ゲート電極と、
前記ゲート電極上に設けられた第１の絶縁膜と、
前記第１の絶縁膜上に設けられた酸化インジウム亜鉛でなる酸化物半導体膜と、
前記酸化物半導体膜と接するように設けられたソース電極およびドレイン電極と、
前記酸化物半導体膜上に設けられた第２の絶縁膜と、を有し、
前記酸化物半導体膜は、ａ−ｂ面が前記酸化物半導体膜表面に概略平行である六方晶の結晶構造と、ａ−ｂ面が前記酸化物半導体膜表面に概略平行である菱面体晶の結晶構造と、を有する半導体装置。
【請求項４】
ゲート電極と、
前記ゲート電極上に設けられた第１の絶縁膜と、
前記第１の絶縁膜上に設けられた酸化インジウム亜鉛でなる酸化物半導体膜と、
前記酸化物半導体膜と接するように設けられたソース電極およびドレイン電極と、
前記酸化物半導体膜上に設けられた第２の絶縁膜と、を有し、
前記酸化物半導体膜は、ａ−ｂ面が前記酸化物半導体膜表面に概略平行である六方晶の結晶構造と、ａ−ｂ面が前記酸化物半導体膜表面に概略平行である菱面体晶の結晶構造と、を有し、
前記六方晶の結晶構造は、Ｉｎ：Ｚｎ＝１：１の組成比を有する酸化物半導体であり、前記菱面体晶の結晶構造は、Ｉｎ：Ｚｎ＝２：１の組成比を有する酸化物半導体である半導体装置。
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１】
【図２】
【図７】
【図４】
【図５】
【図６】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１】
【図２】
【図７】
【公開番号】特開２０１２−２１６７９１（Ｐ２０１２−２１６７９１Ａ）
【公開日】平成２４年１１月８日（２０１２．１１．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−６２９２０（Ｐ２０１２−６２９２０）
【出願日】平成２４年３月２０日（２０１２．３．２０）
【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１１月８日（２０１２．１１．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年３月２０日（２０１２．３．２０）
【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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