(57)【要約】【課題】銅、アルミニウム、金、銀、モリブデン等を用いて形成される配線の加工工程の安定性を高める。または、半導体膜の不純物濃度を低減する。または、半導体装置の電気特性を向上させる。【解決手段】半導体膜と、半導体膜に接する一対の第１の保護膜と、一対の第１の保護膜に接する、銅、アルミニウム、金、銀、またはモリブデンを有する一対の導電膜と、一対の導電膜において、一対の第１の保護膜と反対の面で接する一対の第２の保護膜と、半導体膜に接するゲート絶縁膜と、ゲート絶縁膜を介して、前記半導体膜と重なるゲート電極と、を有し、断面形状において、一対の第２の保護膜の側面が一対の導電膜より外側に位置する半導体装置である。【選択図】図１
2020047952.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体膜と、
前記半導体膜と電気的に接続された、ソース電極又はドレイン電極の一方として機能する第１の電極と、
前記半導体膜と電気的に接続された、ソース電極又はドレイン電極の他方として機能する第２の電極と、
前記第１の電極が有する、銅を有する第１の膜と、前記半導体膜との間に設けられた、第１の保護膜と、
前記第２の電極が有する、銅を有する第２の膜と、前記半導体膜との間に設けられた、第２の保護膜と、
前記第１の膜上の、第３の保護膜と、
前記第２の膜上の、第４の保護膜と、
前記第３の保護膜、前記第４の保護膜、及び前記半導体膜上の絶縁膜と、を有し、
前記第３の保護膜は、第１の領域と、第２の領域と、第３の領域と、を有し、
前記第４の保護膜は、第４の領域と、第５の領域と、第６の領域と、を有し、
前記第１の領域及び前記第３の領域は、前記第１の膜よりも突出した領域であり、
前記第２の領域は、前記第１の膜と重なる領域であり、
前記第４の領域及び前記第６の領域は、前記第２の膜よりも突出した領域であり、
前記第５の領域は、前記第２の膜と重なる領域であり、
前記第１の領域は、前記半導体膜と重なる領域を有し、
前記第３の領域は、前記第２の領域を挟んで前記第１の領域とは反対側に設けられ、
前記第４の領域は、前記半導体膜と重なる領域を有し、
前記第６の領域は、前記第５の領域を挟んで前記第４の領域とは反対側に設けられ、
前記絶縁膜は、前記第１の領域乃至前記第６の領域と接する領域を有し、
前記絶縁膜は、平坦化されてない半導体装置。
【請求項２】
半導体膜と、
前記半導体膜と電気的に接続された、第１の電極と、
前記半導体膜と電気的に接続された、第２の電極と、
前記第１の電極が有する、銅を有する第１の膜と、前記半導体膜との間に設けられた、第１の保護膜と、
前記第２の電極が有する、銅を有する第２の膜と、前記半導体膜との間に設けられた、第２の保護膜と、
前記第１の膜上の、第３の保護膜と、
前記第２の膜上の、第４の保護膜と、
前記第３の保護膜、前記第４の保護膜、及び前記半導体膜上の絶縁膜と、
前記絶縁膜と接する領域を有し、前記第２の電極と電気的に接続された画素電極と、を有し、
前記第３の保護膜は、第１の領域と、第２の領域と、第３の領域と、を有し、
前記第４の保護膜は、第４の領域と、第５の領域と、第６の領域と、を有し、
前記第１の領域及び前記第３の領域は、前記第１の膜よりも突出した領域であり、
前記第２の領域は、前記第１の膜と重なる領域であり、
前記第４の領域及び前記第６の領域は、前記第２の膜よりも突出した領域であり、
前記第５の領域は、前記第２の膜と重なる領域であり、
前記第１の領域は、前記半導体膜と重なる領域を有し、
前記第３の領域は、前記第２の領域を挟んで前記第１の領域とは反対側に設けられ、
前記第４の領域は、前記半導体膜と重なる領域を有し、
前記第６の領域は、前記第５の領域を挟んで前記第４の領域とは反対側に設けられ、
前記絶縁膜は、前記第１の領域乃至前記第６の領域と接する領域を有し、
前記絶縁膜は、平坦化されてない半導体装置。
【請求項３】
請求項２において、
前記画素電極は、前記絶縁膜を介して前記第６の領域と重なる領域を有する半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
トランジスタを有する半導体装置及びその作製方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶表示装置や発光表示装置に代表されるフラットパネルディスプレイの多くに用いら
れているトランジスタは、ガラス基板上に形成されたアモルファスシリコン、単結晶シリ
コンまたは多結晶シリコンなどのシリコン半導体によって構成されている。また、該シリ
コン半導体を用いたトランジスタは、集積回路（ＩＣ）などにも利用されている。
【０００３】
また、フラットパネルディスプレイの大面積化及び高精細化に伴って、駆動周波数が高
まると共に、配線の抵抗及び寄生容量が増大し、配線遅延が生じる。そのため、配線遅延
を抑制するため、銅を用いて配線を形成する技術が検討されている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−１３３４２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、配線の構成元素である、銅、アルミニウム、金、銀、モリブデン等は、
加工しにくく、また、加工の途中において半導体膜に拡散してしまうという問題がある。
【０００６】
配線の構成元素である、銅、アルミニウム、金、銀、モリブデン等は、トランジスタの
電気特性の不良の原因となる不純物の一つである。このため、該不純物が、半導体膜に混
入することにより、当該半導体膜が低抵抗化してしまい、経時変化やストレス試験により
、トランジスタの電気特性、代表的にはしきい値電圧の変動量が増大するという問題があ
る。
【０００７】
そこで、本発明の一態様は、銅、アルミニウム、金、銀、モリブデン等を用いて形成さ
れる配線の加工工程の安定性を高めることを課題とする。または、本発明の一態様は、半
導体膜の不純物濃度を低減することを課題の一とする。または、本発明の一態様は、半導
体装置の電気特性を向上させることを課題の一とする。または、本発明の一態様は、半導
体装置の信頼性を向上させることを課題の一とする。また、本発明の一態様は、半導体装
置の高速動作を実現することを課題とする。また、本発明の一態様は、半導体装置の省電
力化を実現することを課題とする。また、本発明の一態様は、生産性に優れた半導体装置
を実現することを課題とする。なお、本発明の一態様は、これらの課題の全てを解決する
必要はないものとする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一態様は、半導体膜と、半導体膜に接する一対の第１の保護膜と、一対の第１
の保護膜に接する、銅、アルミニウム、金、銀、またはモリブデンを有する一対の導電膜
と、一対の導電膜において、一対の第１の保護膜と反対の面で接する一対の第２の保護膜
と、半導体膜に接するゲート絶縁膜と、ゲート絶縁膜を介して、半導体膜と重なるゲート
電極と、を有し、断面形状において、一対の第２の保護膜の側面が一対の導電膜より外側
に位置する半導体装置である。
【０００９】
本発明の一態様は、半導体膜上に、一対の第１の保護膜となる膜、銅、アルミニウム、
金、銀、またはモリブデンを有する導電膜、及び一対の第２の保護膜となる膜を形成し、
一対の第２の保護膜となる膜上に第１のマスクを形成した後、第１のマスクを用いて一対
の第２の保護膜となる膜の一部をエッチングして、一対の第２の保護膜を形成し、第１の
マスクを除去した後、一対の第２の保護膜を第２のマスクとして、導電膜及び一対の第１
の保護膜となる膜それぞれの一部をエッチングして、一対の第１の保護膜、一対の導電膜
を形成する半導体装置の作製方法である。
【００１０】
本発明の一態様は、半導体膜上に、一対の第１の保護膜となる膜、銅、アルミニウム、
金、銀、またはモリブデンを有する導電膜、及び一対の第２の保護膜となる膜を形成し、
一対の第２の保護膜となる膜上に第１のマスクを形成した後、第１のマスクを用いて一対
の第２の保護膜となる膜及び導電膜それぞれの一部をエッチングして、一対の第２の保護
膜及び一対の導電膜を形成し、第１のマスクを除去した後、一対の第２の保護膜をマスク
として、一対の第１の保護膜となる膜の一部をエッチングして、一対の第１の保護膜を形
成する半導体装置の作製方法である。
【００１１】
なお、半導体膜は、シリコン、ゲルマニウム、ガリウムヒ素、窒化ガリウムなどの半導
体元素を適宜用いて形成することができる。または、半導体膜は、Ｉｎ、Ｇａ、若しくは
Ｚｎを含む酸化物半導体を用いて形成することができる。
【００１２】
本発明の一態様に示す半導体装置含まれるトランジスタにおいて、一対の電極を、少な
くとも第１の保護膜及び導電膜の積層構造とし、導電膜上に該導電膜より外側に側面が位
置する第２の保護膜を有する。導電膜の上面は第２の保護膜に覆われており、且つ第２の
保護膜の側面は該導電膜より外側に位置するため、導電膜において、プラズマ、一例とし
ては酸素プラズマに曝される面積が低減される。この結果、プラズマ照射による導電膜を
構成する金属元素の化合物の生成が低減されるため、導電膜を構成する金属元素が半導体
膜に移動しにくくなる。
【００１３】
また、一対の電極を構成する導電膜において、導電膜を加工する際に、半導体膜が第１
の保護膜に覆われていることで、導電膜を構成する金属元素が第１の保護膜でブロックさ
れ、半導体膜に移動しにくくなる。
【００１４】
これらの結果、配線及び電極の構成元素である、銅、アルミニウム、金、銀、モリブデ
ン等の不純物が、半導体膜へ拡散することを抑制することができる。また、半導体膜にお
ける不純物の濃度を低減することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の一態様により、酸化物半導体膜を用いた半導体装置において、酸化物半導体膜
の欠陥を低減することができる。または、本発明の一態様は、酸化物半導体膜を用いた半
導体装置などにおいて、酸化物半導体膜の不純物を低減することができる。または、本発
明の一態様により、酸化物半導体膜を用いた半導体装置において、電気特性を向上させる
ことができる。または、本発明の一態様により、酸化物半導体膜を用いた半導体装置にお
いて、信頼性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】トランジスタの一形態を説明する上面図及び断面図である。
【図２】トランジスタの作製方法の一形態を説明する断面図である。
【図３】トランジスタの作製方法の一形態を説明する断面図である。
【図４】トランジスタの作製方法の一形態を説明する断面図である。
【図５】トランジスタの一形態を説明する上面図及び断面図である。
【図６】半導体装置の一形態を説明するブロック図及び回路図である。
【図７】半導体装置の一形態を説明する上面図である。
【図８】半導体装置の一形態を説明する断面図である。
【図９】半導体装置の作製方法の一形態を説明する断面図である。
【図１０】半導体装置の作製方法の一形態を説明する断面図である。
【図１１】半導体装置の作製方法の一形態を説明する断面図である。
【図１２】半導体装置の作製方法の一形態を説明する断面図である。
【図１３】半導体装置の作製方法の一形態を説明する断面図である。
【図１４】酸化物半導体膜のナノビーム電子線回折パターンを示す図である。
【図１５】トランジスタの一形態を説明する断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下では、本発明の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。ただし、本発明
は以下の説明に限定されず、本発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及
び詳細を様々に変更し得ることは、当業者であれば容易に理解される。従って、本発明は
、以下に示す実施の形態及び実施例の記載内容に限定して解釈されるものではない。また
、以下に説明する実施の形態及び実施例において、同一部分または同様の機能を有する部
分には、同一の符号または同一のハッチパターン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。
【００１８】
なお、本明細書で説明する各図において、各構成の大きさ、膜の厚さ、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。
【００１９】
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。
【００２０】
また、「ソース」や「ドレイン」の機能は、回路動作において電流の方向が変化する場
合などには入れ替わることがある。このため、本明細書においては、「ソース」や「ドレ
イン」の用語は、入れ替えて用いることができるものとする。
【００２１】
また、電圧とは２点間における電位差のことをいい、電位とはある一点における静電場
の中にある単位電荷が持つ静電エネルギー（電気的な位置エネルギー）のことをいう。た
だし、一般的に、ある一点における電位と基準となる電位（例えば接地電位）との電位差
のことを、単に電位もしくは電圧と呼び、電位と電圧が同義語として用いられることが多
い。このため、本明細書では特に指定する場合を除き、電位を電圧と読み替えてもよいし
、電圧を電位と読み替えてもよいこととする。
【００２２】
本明細書において、フォトリソグラフィ工程を行った後にエッチング工程を行う場合は
、フォトリソグラフィ工程で形成したマスクは除去するものとする。
【００２３】
（実施の形態１）
本実施の形態では、本発明の一態様である半導体装置及びその作製方法について図面を
参照して説明する。
【００２４】
図１（Ａ）乃至図１（Ｃ）に、半導体装置が有するトランジスタ５０の上面図及び断面
図を示す。図１に示すトランジスタ５０は、チャネルエッチ型のトランジスタである。図
１（Ａ）はトランジスタ５０の上面図であり、図１（Ｂ）は、図１（Ａ）の一点鎖線Ａ−
Ｂ間の断面図であり、図１（Ｃ）は、図１（Ａ）の一点鎖線Ｃ−Ｄ間の断面図である。な
お、図１（Ａ）では、明瞭化のため、基板１１、ゲート絶縁膜１３、酸化物絶縁膜２３、
酸化物絶縁膜２４、窒化物絶縁膜２５などを省略している。
【００２５】
図１（Ｂ）及び図１（Ｃ）に示すトランジスタ５０は、基板１１上に設けられるゲート
電極１２と、基板１１及びゲート電極１２上に形成されるゲート絶縁膜１３と、ゲート絶
縁膜１３を介して、ゲート電極１２と重なる半導体膜１４と、半導体膜１４に接する一対
の電極２１、２２とを有する。
【００２６】
一対の電極２１、２２は、ソース電極及びドレイン電極として機能する。一対の電極２
１、２２において、電極２１は、第１の保護膜２１ｂ及び導電膜２１ａを少なくとも有し
、電極２２は、第１の保護膜２２ｂ及び導電膜２２ａを少なくとも有する。第１の保護膜
２１ｂ、２２ｂはそれぞれ半導体膜１４に接する。また、導電膜２１ａ、２２ａそれぞれ
の上に第２の保護膜２０ａ、２０ｂが形成される。
【００２７】
第１の保護膜２１ｂ、２２ｂは、導電膜２１ａ、２２ａを構成する金属元素が半導体膜
１４に拡散することを防ぐ機能を有する。第１の保護膜２１ｂ、２２ｂは、チタン、タン
タル、モリブデンの単体若しくは合金、または窒化チタン、窒化タンタル、窒化モリブデ
ン等を適宜用いて形成される。
【００２８】
導電膜２１ａ、２２ａは、銅、アルミニウム、金、銀、モリブデン等の低抵抗材料から
なる単体若しくは合金、またはこれを主成分とする化合物を、単層構造または積層構造と
して用いる。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、銅−マグネシウム−アルミニウム合金膜上に、銅膜、銀膜、
または金膜を積層する二層構造、アルミニウム膜、銅膜、銀膜、または金膜上にチタン膜
または窒化チタン膜を形成する二層構造、モリブデン膜または窒化モリブデン膜と、その
モリブデン膜または窒化モリブデン膜上に重ねてアルミニウム膜、銅膜、銀膜、または金
膜を積層し、さらにその上にモリブデン膜または窒化モリブデン膜を形成する三層構造等
がある。
【００２９】
一対の電極２１、２２は配線としても機能するため、一対の電極２１、２２に含まれる
導電膜を、銅、アルミニウム、金、銀、モリブデン等の低抵抗材料を用いて形成すること
で、大面積基板を用いて、配線遅延を抑制した半導体装置を作製することができる。また
、消費電力を低減した半導体装置を作製することができる。
【００３０】
一対の電極２１、２２上には、第２の保護膜２０ａ、２０ｂが形成される。また、ゲー
ト絶縁膜１３、半導体膜１４、及び一対の電極２１、２２、第２の保護膜２０ａ、２０ｂ
上には絶縁膜２６が形成される。
【００３１】
第２の保護膜２０ａ、２０ｂは、第１の保護膜及び／または導電膜２１ａ、２２ａを形
成するための加工工程において、エッチング保護膜として機能する。また、第２の保護膜
２０ａ、２０ｂは、導電膜２１ａ、２２ａがプラズマ、代表的には酸素プラズマに曝され
るのを防ぐ機能を有する。また、第２の保護膜２０ａ、２０ｂは、導電膜２１ａ、２２ａ
を構成する金属元素の拡散を防ぐ機能を有する。これらのため、第２の保護膜２０ａ、２
０ｂは、導電膜２１ａ、２２ａのエッチングの際にエッチング耐性を有する材料を用いて
形成される。また、第２の保護膜２０ａ、２０ｂは、プラズマ耐性を有する材料を用いて
形成される。また、第２の保護膜２０ａ、２０ｂは、導電膜２１ａ、２２ａを構成する金
属元素の拡散を防ぐ材料を用いて形成される。
【００３２】
第２の保護膜２０ａ、２０ｂは、窒化シリコン、窒化酸化シリコン、窒化アルミニウム
、窒化酸化アルミニウム等を用いて形成された窒化絶縁膜を適宜用いて形成する。なお、
本明細書中において、窒化酸化シリコン膜、窒化酸化アルミニウム膜とは、酸素よりも窒
素の含有量（原子数比）が多い膜を指し、酸化窒化シリコン膜、酸化窒化アルミニウム膜
とは、窒素よりも酸素の含有量（原子数比）が多い膜を指す。
【００３３】
または、第２の保護膜２０ａ、２０ｂは、インジウム錫酸化物（以下、ＩＴＯとも示す
。）、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、酸化シリコンを含むインジウム錫酸化物等の透光性を有する導電
膜を用いて形成する。
【００３４】
または、第２の保護膜２０ａ、２０ｂは、後述する半導体膜１４または酸化物膜１５に
用いることが可能なＩｎ、Ｇａ、若しくはＺｎを含む酸化物半導体または酸化物を適宜用
いて形成する。
【００３５】
なお、一対の電極２１、２２において、電極２１は少なくとも導電膜２１ａ及び第１の
保護膜２１ｂを有する。また、電極２２は少なくとも導電膜２２ａ及び第１の保護膜２２
ｂを有する。なお、第２の保護膜２０ａ、２０ｂが透光性を有する導電膜を用いて形成さ
れる場合、第２の保護膜２０ａ、２０ｂは、それぞれ電極２１、２２の一部として機能す
る。
【００３６】
図１（Ｂ）に示す断面図において、第２の保護膜２０ａ、２０ｂの側面は、導電膜２１
ａ、２２ａの側面より外側に位置する。即ち、導電膜２１ａ、２２ａの上面は、第２の保
護膜２０ａ、２０ｂに覆われ、且つ導電膜２１ａ、２２ａより第２の保護膜２０ａ、２０
ｂの方が外側へ突出している。このため、第２の保護膜２０ａ、２０ｂをマスクとして第
１の保護膜２１ｂ、２２ｂを形成する場合、導電膜２１ａ、２２ａの側面がプラズマに曝
されにくくなる。
【００３７】
第２の保護膜２０ａ、２０ｂ、導電膜２１ａ、２２ａ、及び第１の保護膜２１ｂ、２２
ｂを形成するために用いる、有機樹脂で形成されたマスク（代表的には、レジストで形成
されたマスク）は、アッシング処理という、酸素プラズマでマスクを気相中で分解する方
法で除去される。または、アッシング処理をすることで、剥離液を用いたマスクの除去が
容易となるため、アッシング処理をした後、剥離液を用いて有機樹脂で形成されたマスク
を除去することができる。
【００３８】
また、導電膜２１ａ、２２ａ上に保護膜として酸化物絶縁膜をスパッタリング法、ＣＶ
Ｄ法等で形成する場合、導電膜２１ａ、２２ａが酸素プラズマに曝される。
【００３９】
しかしながら、導電膜２１ａ、２２ａは、酸素プラズマに曝されると、導電膜を構成す
る金属元素と酸素が反応してしまい、金属酸化物が生成される。当該金属酸化物は反応性
が高いため、半導体膜１４に拡散してしまうという問題がある。一方、導電膜２１ａ、２
２ａ上に、図１（Ｂ）に示すような第２の保護膜２０ａ、２０ｂが設けられると、第２の
保護膜２０ａ、２０ｂがマスクとなり、導電膜２１ａ、２２ａの側面が酸素プラズマに曝
されにくくなる。この結果、導電膜を構成する金属元素と酸素が反応した金属酸化物が生
成されにくくなると共に、導電膜を構成する金属元素の半導体膜１４への移動を低減する
ことができる。
【００４０】
即ち、半導体膜１４の不純物濃度を低減することが可能である。また、半導体膜１４を
有するトランジスタ５０の電気特性の変動を低減することが可能である。
【００４１】
以下に、トランジスタ５０の他の構成の詳細について説明する。
【００４２】
基板１１の材質などに大きな制限はないが、少なくとも、後の熱処理に耐えうる程度の
耐熱性を有している必要がある。例えば、ガラス基板、セラミック基板、石英基板、サフ
ァイア基板等を、基板１１として用いてもよい。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等の化合物半導体基板、ＳＯ
Ｉ基板等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１１として用いてもよい。なお、基板１１として、ガラス基板を用いる場合、第６
世代（１５００ｍｍ×１８５０ｍｍ）、第７世代（１８７０ｍｍ×２２００ｍｍ）、第８
世代（２２００ｍｍ×２４００ｍｍ）、第９世代（２４００ｍｍ×２８００ｍｍ）、第１
０世代（２９５０ｍｍ×３４００ｍｍ）等の大面積基板を用いることで、大型の表示装置
を作製することができる。
【００４３】
また、基板１１として、可撓性基板を用い、可撓性基板上に直接、トランジスタ５０を
形成してもよい。または、基板１１とトランジスタ５０の間に剥離層を設けてもよい。剥
離層は、その上に半導体装置を一部あるいは全部完成させた後、基板１１より分離し、他
の基板に転載するのに用いることができる。その際、トランジスタ５０は耐熱性の劣る基
板や可撓性の基板にも転載できる。
【００４４】
ゲート電極１２は、保護膜１２ａ及び導電膜１２ｂが積層されている。保護膜１２ａは
、第１の保護膜２１ｂ、２２ｂと同様の材料を適宜用いて形成することができる。また、
導電膜１２ｂは、導電膜２１ａ、２２ａと同様の材料を適宜用いて形成することができる
。保護膜１２ａを設けることで、基板１１及び導電膜１２ｂの密着性を高めることができ
る。
【００４５】
また、導電膜１２ｂ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、酸化シリコンを含むイ
ンジウム錫酸化物等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。
【００４６】
なお、ここでは、ゲート電極１２として、保護膜１２ａを設けたが、導電膜１２ｂのみ
でゲート電極１２を形成してもよい。
【００４７】
ゲート絶縁膜１３は、例えば酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコン、窒
化シリコン、酸化アルミニウム、酸化窒化アルミニウム、窒化アルミニウム、窒化酸化ア
ルミニウム、酸化ハフニウム、酸化ガリウムまたはＧａ−Ｚｎ系金属酸化物などを用いれ
ばよく、積層または単層で設ける。
【００４８】
なお、ゲート絶縁膜１３において、ゲート電極１２に接する膜として、窒化シリコン、
窒化酸化シリコン、窒化アルミニウム、窒化酸化アルミニウム等の窒化物絶縁膜を形成す
ることで、ゲート電極１２に含まれる導電膜１２ｂを構成する金属元素の拡散を防ぐこと
ができるため好ましい。
【００４９】
また、ゲート絶縁膜１３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トランジスタのゲートリークを低減できる。
【００５０】
ゲート絶縁膜１３の厚さは、５ｎｍ以上４００ｎｍ以下、より好ましくは１０ｎｍ以上
３００ｎｍ以下、より好ましくは５０ｎｍ以上２５０ｎｍ以下とするとよい。
【００５１】
半導体膜１４は、シリコン、ゲルマニウム、ガリウムヒ素、窒化ガリウムなどの半導体
元素を適宜用いることができる。また、半導体膜１４は、適宜単結晶構造、非単結晶構造
とすることができる。非単結晶構造は、例えば、多結晶構造、微結晶構造、または非晶質
構造を含む。
【００５２】
半導体膜１４としてシリコン、ゲルマニウム、ガリウムヒ素、窒化ガリウムなどの半導
体元素を用いた場合、半導体膜１４の厚さは、２０ｎｍ以上５００ｎｍ以下、好ましくは
５０ｎｍ以上２００ｎｍ以下、さらに好ましくは７０ｎｍ以上１５０ｎｍ以下とする。
【００５３】
また、半導体膜１４は、Ｉｎ、Ｇａ、またはＺｎを含む酸化物半導体を用いることがで
きる。Ｉｎ、Ｇａ、またはＺｎを含む酸化物半導体は、代表的には、Ｉｎ−Ｇａ酸化物、
Ｉｎ−Ｚｎ酸化物、Ｉｎ−Ｍ−Ｚｎ酸化物（Ｍは、Ｔｉ、Ｇａ、Ｙ、Ｚｒ、Ｌａ、Ｃｅ、
Ｎｄ、またはＨｆ）がある。
【００５４】
酸化物半導体がＩｎ−Ｍ−Ｚｎ酸化物（Ｍは、Ｔｉ、Ｇａ、Ｙ、Ｚｒ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｎ
ｄまたはＨｆ）の場合、Ｉｎ−Ｍ−Ｚｎ酸化物を成膜するために用いるスパッタリングタ
ーゲットの金属元素の原子数比は、Ｉｎ≧Ｍ、Ｚｎ≧Ｍを満たすことが好ましい。このよ
うなスパッタリングターゲットの金属元素の原子数比として、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝１：１：
１、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝３：１：２が好ましい。なお、成膜される酸化物半導体膜の原子数
比はそれぞれ、誤差として上記のスパッタリングターゲットに含まれる金属元素の原子数
比のプラスマイナス３０％の変動を含む。
【００５５】
酸化物半導体がＩｎ−Ｍ−Ｚｎ酸化物であるとき、ＩｎおよびＭの和を１００ａｔｏｍ
ｉｃ％とした場合、ＩｎとＭの原子数比率は、好ましくはＩｎが２５ａｔｏｍｉｃ％以上
、Ｍが７５ａｔｏｍｉｃ％未満、さらに好ましくはＩｎが３４ａｔｏｍｉｃ％以上、Ｍが
６６ａｔｏｍｉｃ％未満とする。
【００５６】
酸化物半導体は、エネルギーギャップが２ｅＶ以上、好ましくは２．５ｅＶ以上、より
好ましくは３ｅＶ以上である。このように、エネルギーギャップの広い酸化物半導体を半
導体膜１４に用いることで、トランジスタ５０のオフ電流を低減することができる。
【００５７】
酸化物半導体は、適宜単結晶構造、非単結晶構造とすることができる。非単結晶構造は
、例えば、後述するＣＡＡＣ−ＯＳ（Ｃ  Ａｘｉｓ  Ａｌｉｇｎｅｄ  Ｃｒｙｓｔａｌｌ
ｉｎｅ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）、多結晶構造、後述する微結晶構造
、または非晶質構造を含む。非単結晶構造において、非晶質構造は最も欠陥準位密度が高
く、ＣＡＡＣ−ＯＳは最も欠陥準位密度が低い。
【００５８】
半導体膜１４として酸化物半導体を用いた場合、半導体膜１４の厚さは、３ｎｍ以上２
００ｎｍ以下、好ましくは３ｎｍ以上１００ｎｍ以下、さらに好ましくは３ｎｍ以上５０
ｎｍ以下とする。
【００５９】
なお、酸化物半導体として、不純物濃度が低く、欠陥準位密度の低い酸化物半導体を用
いることで、さらに優れた電気特性を有するトランジスタを作製することができ好ましい
。ここでは、不純物濃度が低く、欠陥準位密度の低い（酸素欠損の少ない）ことを高純度
真性または実質的に高純度真性とよぶ。
【００６０】
高純度真性または実質的に高純度真性である酸化物半導体は、キャリア発生源が少ない
ため、キャリア密度を低くすることができる場合がある。従って、酸化物半導体を用いた
半導体膜１４にチャネル領域が形成されるトランジスタは、しきい値電圧がマイナスとな
る電気特性（ノーマリーオンともいう。）になることが少ない場合がある。
【００６１】
酸化物半導体のキャリア密度は、１×１０１７個／ｃｍ３以下、好ましくは１×１０１
５個／ｃｍ３以下、さらに好ましくは１×１０１３個／ｃｍ３以下、より好ましくは１×
１０１１個／ｃｍ３以下であることが好ましい。
【００６２】
また、高純度真性または実質的に高純度真性である酸化物半導体は、欠陥準位密度が低
いため、トラップ準位密度も低くなる場合がある。
【００６３】
また、高純度真性または実質的に高純度真性である酸化物半導体を有するトランジスタ
は、オフ電流が著しく小さく、チャネル幅が１×１０６μｍでチャネル長Ｌが１０μｍの
素子であっても、ソース電極とドレイン電極間の電圧（ドレイン電圧）が１Ｖから１０Ｖ
の範囲において、オフ電流が、半導体パラメータアナライザの測定限界以下、すなわち１
×１０−１３Ａ以下という特性を得ることができる。
【００６４】
従って、酸化物半導体にチャネル領域が形成されるトランジスタは、電気特性の変動が
小さく、信頼性の高いトランジスタとなる場合がある。なお、酸化物半導体のトラップ準
位に捕獲された電荷は、消失するまでに要する時間が長く、あたかも固定電荷のように振
る舞うことがある。そのため、トラップ準位密度の高い酸化物半導体にチャネル領域が形
成されるトランジスタは、電気特性が不安定となる場合がある。不純物としては、水素、
窒素、アルカリ金属、またはアルカリ土類金属等がある。
【００６５】
酸化物半導体に含まれる水素は金属原子と結合する酸素と反応して水になると共に、酸
素が脱離した格子（または酸素が脱離した部分）に酸素欠損を形成する。当該酸素欠損に
水素が入ることで、キャリアである電子が生成される場合がある。また、水素の一部が金
属原子と結合する酸素と結合することで、キャリアである電子を生成する場合がある。従
って、水素が含まれている酸化物半導体を用いたトランジスタはノーマリーオン特性とな
りやすい。
【００６６】
このため、酸化物半導体は水素ができる限り低減されていることが好ましい。具体的に
は、酸化物半導体において、二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ：Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ  Ｉ
ｏｎ  Ｍａｓｓ  Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）により得られる水素濃度を、５×１０１９
ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、より好ましくは１×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、５×１
０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、好ましくは１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、より
好ましくは５×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、さらに好ましくは１×１０１６ａｔｏ
ｍｓ／ｃｍ３以下とする。
【００６７】
酸化物半導体において、第１４族元素の一つであるシリコンや炭素が含まれると、酸素
欠損が増加し、ｎ型化してしまう。このため、酸化物半導体におけるシリコンや炭素の濃
度、を、２×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、好ましくは２×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃ
ｍ３以下とする。
【００６８】
また、酸化物半導体において、二次イオン質量分析法により得られるアルカリ金属また
はアルカリ土類金属の濃度を、１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、好ましくは２×１
０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下にする。アルカリ金属及びアルカリ土類金属は、酸化物半
導体と結合するとキャリアを生成する場合があり、トランジスタのオフ電流が増大してし
まうことがある。このため、酸化物半導体のアルカリ金属またはアルカリ土類金属の濃度
を低減することが好ましい。
【００６９】
また、酸化物半導体に窒素が含まれていると、キャリアである電子が生じ、キャリア密
度が増加し、ｎ型化しやすい。この結果、窒素が含まれている酸化物半導体を用いたトラ
ンジスタはノーマリーオン特性となりやすい。従って、当該酸化物半導体において、窒素
はできる限り低減されていることが好ましい、例えば、二次イオン質量分析法により得ら
れる窒素濃度は、５×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下にすることが好ましい。
【００７０】
また、半導体膜１４において、銅、アルミニウム、金、銀、またはモリブデンの濃度は
、１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下である。半導体膜１４における銅、アルミニウム
、金、銀、またはモリブデンの濃度を上記濃度とすることで、トランジスタの電気特性を
向上させることができる。また、トランジスタの信頼性を高めることができる。
【００７１】
なお、第１の保護膜２１ｂ、２２ｂとして、チタン、タンタル、またはモリブデンの単
体若しくは合金等の酸素と結合しやすい導電材料を用いると、酸化物半導体に含まれる酸
素と第１の保護膜２１ｂ、２２ｂに含まれる導電材料とが結合し、酸化物半導体で形成さ
れる半導体膜１４において、酸素欠損領域が形成される。また、酸化物半導体で形成され
る半導体膜１４に第１の保護膜２１ｂ、２２ｂを形成する導電材料の構成元素の一部が混
入する場合もある。これらの結果、酸化物半導体で形成される半導体膜１４において、第
１の保護膜２１ｂ、２２ｂと接する領域近傍に、低抵抗領域が形成される。低抵抗領域は
、第１の保護膜２１ｂ、２２ｂに接し、且つゲート絶縁膜１３と、第１の保護膜２１ｂ、
２２ｂの間に形成される。低抵抗領域は、導電性が高いため、酸化物半導体で形成される
半導体膜１４と第１の保護膜２１ｂ、２２ｂとの接触抵抗を低減することが可能であり、
トランジスタのオン電流を増大させることが可能である。
【００７２】
絶縁膜２６は、酸化物絶縁膜、窒化物絶縁膜を適宜用いることができる。
【００７３】
ここでは、半導体膜１４として酸化物半導体を用いた場合、絶縁膜２６として、酸化物
半導体の酸素欠損を低減することが可能な酸化物絶縁膜２３及び酸化物絶縁膜２４と、外
部からの不純物が半導体膜１４に移動するのを防ぐことが可能な窒化物絶縁膜２５とを用
いている。以下に、酸化物絶縁膜２３、酸化物絶縁膜２４、及び窒化物絶縁膜２５の詳細
について説明する。
【００７４】
酸化物絶縁膜２３は、酸素を透過する酸化物絶縁膜である。なお、酸化物絶縁膜２３は
、後に形成する酸化物絶縁膜２４を形成する際の、半導体膜１４へのダメージ緩和膜とし
ても機能する。
【００７５】
酸化物絶縁膜２３としては、厚さが５ｎｍ以上１５０ｎｍ以下、好ましくは５ｎｍ以上
５０ｎｍ以下の酸化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜等を用いることができる。
【００７６】
また、酸化物絶縁膜２３は、欠陥量が少ないことが好ましく、代表的には、ＥＳＲ測定
により、シリコンのダングリングボンドに由来するｇ＝２．００１に現れる信号のスピン
密度が３×１０１７ｓｐｉｎｓ／ｃｍ３以下であることが好ましい。これは、酸化物絶縁
膜２３に含まれる欠陥密度が多いと、当該欠陥に酸素が結合してしまい、酸化物絶縁膜２
３における酸素の透過量が減少してしまうためである。
【００７７】
また、酸化物絶縁膜２３と半導体膜１４との界面における欠陥量が少ないことが好まし
く、代表的には、ＥＳＲ測定により、半導体膜１４の欠陥に由来するｇ＝１．９３に現れ
る信号のスピン密度が１×１０１７ｓｐｉｎｓ／ｃｍ３以下、さらには検出下限以下であ
ることが好ましい。
【００７８】
なお、酸化物絶縁膜２３においては、外部から酸化物絶縁膜２３に入った酸素が全て酸
化物絶縁膜２３の外部に移動せず、酸化物絶縁膜２３にとどまる酸素もある。また、酸化
物絶縁膜２３に酸素が入ると共に、酸化物絶縁膜２３に含まれる酸素が酸化物絶縁膜２３
の外部へ移動することで、酸化物絶縁膜２３において酸素の移動が生じる場合もある。
【００７９】
酸化物絶縁膜２３として酸素を透過する酸化物絶縁膜を形成すると、酸化物絶縁膜２３
上に設けられる、酸化物絶縁膜２４から脱離する酸素を、酸化物絶縁膜２３を介して半導
体膜１４に移動させることができる。
【００８０】
酸化物絶縁膜２３に接するように酸化物絶縁膜２４が形成されている。酸化物絶縁膜２
４は、化学量論的組成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て形成す
る。化学量論的組成を満たす酸素よりも多くの酸素を含む酸化物絶縁膜は、加熱により酸
素の一部が脱離する。化学量論的組成を満たす酸素よりも多くの酸素を含む酸化物絶縁膜
は、ＴＤＳ分析にて、酸素原子に換算しての酸素の脱離量が１．０×１０１８ａｔｏｍｓ
／ｃｍ３以上、好ましくは３．０×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上である酸化物絶縁膜
である。
【００８１】
酸化物絶縁膜２４としては、厚さが３０ｎｍ以上５００ｎｍ以下、好ましくは５０ｎｍ
以上４００ｎｍ以下の、酸化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜等を用いることができる。
【００８２】
また、酸化物絶縁膜２４は、欠陥量が少ないことが好ましく、代表的には、ＥＳＲ測定
により、シリコンのダングリングボンドに由来するｇ＝２．００１に現れる信号のスピン
密度が１．５×１０１８ｓｐｉｎｓ／ｃｍ３未満、更には１×１０１８ｓｐｉｎｓ／ｃｍ
３以下であることが好ましい。なお、酸化物絶縁膜２４は、酸化物絶縁膜２３と比較して
半導体膜１４から離れているため、酸化物絶縁膜２３より、欠陥密度が多くともよい。
【００８３】
さらに、酸化物絶縁膜２４上に、酸素、水素、水、アルカリ金属、アルカリ土類金属等
のブロッキング効果を有する窒化物絶縁膜２５を設けることで、半導体膜１４からの酸素
の外部への拡散と、外部から半導体膜１４への水素、水等の侵入を防ぐことができる。窒
化物絶縁膜としては、窒化シリコン、窒化酸化シリコン、窒化アルミニウム、窒化酸化ア
ルミニウム等がある。なお、酸素、水素、水、アルカリ金属、アルカリ土類金属等のブロ
ッキング効果を有する窒化物絶縁膜の代わりに、酸素、水素、水等のブロッキング効果を
有する酸化物絶縁膜を設けてもよい。酸素、水素、水等のブロッキング効果を有する酸化
物絶縁膜としては、酸化アルミニウム、酸化窒化アルミニウム、酸化ガリウム、酸化窒化
ガリウム、酸化イットリウム、酸化窒化イットリウム、酸化ハフニウム、酸化窒化ハフニ
ウム等がある。
【００８４】
次に、図１に示すトランジスタ５０の作製方法について、図２及び図３を用いて説明す
る。
【００８５】
図２（Ａ）に示すように、基板１１上にゲート電極１２を形成し、ゲート電極１２上に
ゲート絶縁膜１３を形成する。
【００８６】
ここでは、基板１１としてガラス基板を用いる。
【００８７】
ゲート電極１２の形成方法を以下に示す。はじめに、スパッタリング法、ＣＶＤ法、蒸
着法等により、保護膜となる膜及び導電膜を形成し、導電膜上にフォトリソグラフィ工程
によりマスクを形成する。次に、該マスクを用いて保護膜となる膜及び導電膜それぞれの
一部をエッチングして、保護膜１２ａ及び導電膜１２ｂで構成されるゲート電極１２を形
成する。この後、マスクを除去する。
【００８８】
なお、ゲート電極１２は、上記形成方法の代わりに、電解メッキ法、印刷法、インクジ
ェット法等で形成してもよい。
【００８９】
ここでは、厚さ３５ｎｍのチタン膜及び厚さ２００ｎｍの銅膜をスパッタリング法によ
り順に形成する。次に、フォトリソグラフィ工程によりマスクを形成し、当該マスクを用
いて、銅膜の一部をドライエッチングし、チタン膜の一部をドライエッチングして、チタ
ン膜で形成される保護膜１２ａ、及び導電膜１２ｂを形成する。
【００９０】
ゲート絶縁膜１３は、スパッタリング法、ＣＶＤ法、蒸着法等で形成する。
【００９１】
ゲート絶縁膜１３として酸化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜、または窒化酸化シリコ
ン膜を形成する場合、原料ガスとしては、シリコンを含む堆積性気体及び酸化性気体を用
いることが好ましい。シリコンを含む堆積性気体の代表例としては、シラン、ジシラン、
トリシラン、フッ化シラン等がある。酸化性気体としては、酸素、オゾン、一酸化二窒素
、二酸化窒素等がある。
【００９２】
また、ゲート絶縁膜１３として酸化ガリウム膜を形成する場合、ＭＯＣＶＤ（Ｍｅｔａ
ｌ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法を用い
て形成することができる。
【００９３】
次に、図２（Ｂ）に示すように、ゲート絶縁膜１３上に半導体膜１４を形成する。
【００９４】
半導体膜１４の形成方法について、以下に説明する。ゲート絶縁膜１３上に、半導体膜
１４となる半導体膜を形成する。次に、半導体膜上にフォトリソグラフィ工程によりマス
クを形成した後、該マスクを用いて半導体膜の一部をエッチングすることで、図２（Ｂ）
に示すような、素子分離された半導体膜を形成する。この後、マスクを除去する。
【００９５】
半導体膜１４となる半導体膜は、スパッタリング法、塗布法、パルスレーザー蒸着法、
レーザーアブレーション法、ＣＶＤ法等を用いて形成することができる。
【００９６】
なお、半導体膜１４として酸化物半導体膜を形成する場合、スパッタリング法でプラズ
マを発生させるための電源装置は、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。
【００９７】
スパッタリングガスは、希ガス（代表的にはアルゴン）、酸素ガス、希ガス及び酸素の
混合ガスを適宜用いる。なお、希ガス及び酸素の混合ガスの場合、希ガスに対して酸素の
ガス比を高めることが好ましい。
【００９８】
また、ターゲットは、形成する酸化物半導体膜の組成にあわせて、適宜選択すればよい
。
【００９９】
高純度真性または実質的に高純度真性である酸化物半導体膜を得るためには、チャンバ
ー内を高真空排気するのみならずスパッタガスの高純度化も必要である。スパッタガスと
して用いる酸素ガスやアルゴンガスは、露点が−４０℃以下、好ましくは−８０℃以下、
より好ましくは−１００℃以下、より好ましくは−１２０℃以下にまで高純度化したガス
を用いることで酸化物半導体膜に水分等が取り込まれることを可能な限り防ぐことができ
る。
【０１００】
ここでは、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物ターゲット（Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：１）を用
いたスパッタリング法により、酸化物半導体膜として厚さ３５ｎｍのＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸
化物膜を形成する。次に、酸化物半導体膜上にマスクを形成し、酸化物半導体膜の一部を
選択的にエッチングすることで、半導体膜１４を形成する。
【０１０１】
こののち、第１の加熱処理を行ってもよい。半導体膜１４が酸化物半導体膜で形成され
る場合、第１の加熱処理によって、半導体膜１４に含まれる水素、水等を脱離させ、酸化
物半導体膜に含まれる水素濃度及び水濃度を低減することができる。該加熱処理の温度は
、代表的には、３００℃以上４００℃以下、好ましくは３２０℃以上３７０℃以下とする
。
【０１０２】
第１の加熱処理は、電気炉、ＲＴＡ装置等を用いることができる。ＲＴＡ装置を用いる
ことで、短時間に限り、基板の歪み点以上の温度で熱処理を行うことができる。そのため
加熱処理時間を短縮することができる。
【０１０３】
第１の加熱処理は、窒素、酸素、超乾燥空気（水の含有量が２０ｐｐｍ以下、好ましく
は１ｐｐｍ以下、好ましくは１０ｐｐｂ以下の空気）、または希ガス（アルゴン、ヘリウ
ム等）の雰囲気下で行えばよい。なお、上記窒素、酸素、超乾燥空気、または希ガスに水
素、水等が含まれないことが好ましい。また、窒素または希ガス雰囲気で加熱処理した後
、酸素または超乾燥空気雰囲気で加熱してもよい。この結果、半導体膜１４中に含まれる
水素、水等を脱離させると共に、半導体膜１４中に酸素を供給することができる。この結
果、半導体膜１４中に含まれる酸素欠損量を低減することができる。
【０１０４】
次に、図２（Ｃ）に示すように、第１の保護膜となる膜１７ａ、導電膜１７ｂ、及び第
２の保護膜となる膜１８を順に形成する。次に、第２の保護膜となる膜１８上にマスク１
９ａ、１９ｂを形成する。
【０１０５】
第１の保護膜となる膜１７ａ、導電膜１７ｂ、及び第２の保護膜となる膜１８は、スパ
ッタリング法、ＣＶＤ法、蒸着法等を用いて形成する。
【０１０６】
ここでは、第１の保護膜となる膜１７ａとして厚さ３５ｎｍのチタン膜をスパッタリン
グ法により形成する。また、導電膜１７ｂとして厚さ２００ｎｍの銅膜をスパッタリング
法により形成する。また、第２の保護膜となる膜１８として、プラズマＣＶＤ法により厚
さ２００ｎｍの窒化シリコン膜を形成する。また、フォトリソグラフィ工程によりマスク
１９ａ、１９ｂを形成する。
【０１０７】
次に、図２（Ｄ）に示すように、マスク１９ａ、１９ｂを用いて第２の保護膜となる膜
１８の一部をエッチングして、一対の第２の保護膜２０ａ、２０ｂを形成する。第２の保
護膜となる膜１８のエッチングは、ドライエッチング、ウエットエッチング等を適宜用い
ることができる。なお、第２の保護膜２０ａ、２０ｂは、後の工程でハードマスクとして
機能し、第２の保護膜２０ａ、２０ｂの間の距離がトランジスタのチャネル長となるため
、第２の保護膜となる膜１８は異方性エッチングが可能なドライエッチングを用いること
が好ましい。
【０１０８】
次に、図３（Ａ）に示すように、マスク１９ａ、１９ｂを除去する。ここでは、アッシ
ング処理をしてマスク１９ａ、１９ｂを除去しやすくした後、剥離液を用いてマスク１９
ａ、１９ｂを除去する。
【０１０９】
なお、マスク１９ａ、１９ｂを除去する工程において、導電膜１７ｂが露出されるが、
半導体膜１４は第１の保護膜となる膜１７ａに覆われており露出されていないため、導電
膜１７ｂを構成する金属元素が半導体膜１４に移動しない。
【０１１０】
次に、図３（Ｂ）に示すように、第２の保護膜２０ａ、２０ｂを用いて導電膜１７ｂの
一部をエッチングして、一対の導電膜２１ａ、２２ａを形成する。ここでは、第１の保護
膜となる膜１７ａをエッチングせず、導電膜１７ｂを選択的にエッチングする条件を用い
る。この結果、当該エッチング工程において半導体膜１４が露出しないため、導電膜１７
ｂのエッチングの際に導電膜１７ｂを構成する金属元素が半導体膜１４に移動しない。ま
た、ウエットエッチング法を用いて導電膜１７ｂをエッチングすることで、等方的に導電
膜１７ｂをエッチングするため、第２の保護膜２０ａ、２０ｂの側面より内側に側面が位
置するように、導電膜２１ａ、２２ａが形成される。第１の保護膜となる膜１７ａをエッ
チングせず、導電膜１７ｂを選択的にエッチングする条件として、エッチャントに、硝酸
、過塩素酸、燐酸と酢酸と硝酸との混合液（混酸アルミ液）等を適宜用いることができる
。
【０１１１】
ここでは、エッチャントとして過酸化水素、酢酸アンモニウム、マロン酸、エチレンジ
アミン四酢酸、及び５−アミノ−１Ｈ−テトラゾール一水和物の混合液を用いたウエット
エッチング法を用いて、導電膜１７ｂを選択的にエッチングする。
【０１１２】
次に、図３（Ｃ）に示すように、第２の保護膜２０ａ、２０ｂを用いて第１の保護膜と
なる膜１７ａの一部をエッチングして、一対の第１の保護膜２１ｂ、２２ｂを形成する。
第１の保護膜となる膜１７ａのエッチングは、ドライエッチング、ウエットエッチング等
を適宜用いることができる。
【０１１３】
ここでは、塩素をエッチングガスとしたドライエッチング法により、第１の保護膜とな
る膜１７ａをエッチングする。
【０１１４】
第２の保護膜２０ａ、２０ｂの側面は、導電膜２１ａ、２２ａの側面より外側に位置す
る。即ち、導電膜２１ａ、２２ａの上面は、第２の保護膜２０ａ、２０ｂに覆われ、且つ
導電膜２１ａ、２２ａより第２の保護膜２０ａ、２０ｂの方が外側へ突出している。この
ため、第１の保護膜となる膜１７ａの一部をエッチングする際、導電膜２１ａ、２２ａの
側面がプラズマに曝されにくくなる。この結果、半導体膜１４が露出されていても、半導
体膜１４への導電膜２１ａ、２２ａを構成する金属元素の移動を低減することができる。
【０１１５】
この結果、半導体膜１４の不純物濃度を低減することが可能である。
【０１１６】
次に、図３（Ｄ）に示す様に、半導体膜１４、一対の電極２１、２２、及び一対の第２
の保護膜２０ａ、２０ｂ上に絶縁膜２６を形成する。
【０１１７】
絶縁膜２６は、スパッタリング法、ＣＶＤ法等を適宜用いて形成することができる。
【０１１８】
ここでは、半導体膜１４が酸化物半導体膜の場合、酸化物半導体膜の酸素欠損を低減す
ることが可能な絶縁膜２６の形成方法について、以下に説明する。
【０１１９】
半導体膜１４、一対の電極２１、２２、及び一対の第２の保護膜２０ａ、２０ｂ上に、
酸化物絶縁膜２３を形成する。次に、酸化物絶縁膜２３上に酸化物絶縁膜２４を形成する
。
【０１２０】
なお、酸化物絶縁膜２３を形成した後、大気に曝すことなく、連続的に酸化物絶縁膜２
４を形成することが好ましい。酸化物絶縁膜２３を形成した後、大気開放せず、原料ガス
の流量、圧力、高周波電力及び基板温度の一以上を調整して、酸化物絶縁膜２４を連続的
に形成することで、酸化物絶縁膜２３及び酸化物絶縁膜２４における界面の大気成分由来
の不純物濃度を低減することができると共に、酸化物絶縁膜２４に含まれる酸素を半導体
膜１４に移動させることが可能であり、半導体膜１４の酸素欠損量を低減することができ
る。
【０１２１】
酸化物絶縁膜２３としては、プラズマＣＶＤ装置の真空排気された処理室内に載置され
た基板を１８０℃以上４００℃以下、さらに好ましくは２００℃以上３７０℃以下に保持
し、処理室に原料ガスを導入して処理室内における圧力を２０Ｐａ以上２５０Ｐａ以下、
さらに好ましくは１００Ｐａ以上２５０Ｐａ以下とし、処理室内に設けられる電極に高周
波電力を供給する条件により、酸化物絶縁膜２３として酸化シリコン膜または酸化窒化シ
リコン膜を形成することができる。
【０１２２】
酸化物絶縁膜２３の原料ガスとしては、シリコンを含む堆積性気体及び酸化性気体を用
いることが好ましい。シリコンを含む堆積性気体の代表例としては、シラン、ジシラン、
トリシラン、フッ化シラン等がある。酸化性気体としては、酸素、オゾン、一酸化二窒素
、二酸化窒素等がある。
【０１２３】
上記条件を用いることで、酸化物絶縁膜２３として酸素を透過する酸化物絶縁膜を形成
することができる。また、酸化物絶縁膜２３を設けることで、後に形成する酸化物絶縁膜
２４の形成工程において、半導体膜１４へのダメージ低減が可能である。
【０１２４】
なお、酸化物絶縁膜２３は、プラズマＣＶＤ装置の真空排気された処理室内に載置され
た基板を２００℃以上４００℃以下、さらに好ましくは２２０℃以上３７０℃以下、さら
に好ましくは３００℃以上４００℃以下、さらに好ましくは３２０℃以上３７０℃以下に
保持し、処理室に原料ガスを導入して処理室内における圧力を１００Ｐａ以上２５０Ｐａ
以下とし、処理室内に設けられる電極に高周波電力を供給する条件により、酸化物絶縁膜
２３として、酸化シリコン膜または酸化窒化シリコン膜を形成することができる。
【０１２５】
当該成膜条件において、基板温度を３００℃以上４００℃以下、さらに好ましくは３２
０℃以上３７０℃以下とすることで、シリコン及び酸素の結合力が強くなる。この結果、
酸化物絶縁膜２３として、酸素が透過し、緻密であり、且つ硬い酸化物絶縁膜、代表的に
は、２５℃において０．５重量％のフッ酸に対するエッチング速度が１０ｎｍ／分以下、
好ましくは８ｎｍ／分以下である酸化シリコン膜または酸化窒化シリコン膜を形成するこ
とができる。
【０１２６】
また、当該工程において、加熱をしながら酸化物絶縁膜２３を形成するため、当該工程
において半導体膜１４に含まれる水素、水等を脱離させることができる。半導体膜１４に
含まれる水素は、プラズマ中で発生した酸素ラジカルと結合し、水となる。酸化物絶縁膜
２３の成膜工程において基板が加熱されているため、酸素及び水素の結合により生成され
た水は酸化物半導体膜から脱離する。即ち、プラズマＣＶＤ法によって酸化物絶縁膜２３
を形成することで、酸化物半導体膜に含まれる水、水素の含有量を低減することができる
。
【０１２７】
さらには、処理室の圧力を１００Ｐａ以上２５０Ｐａ以下とすることで、酸化物絶縁膜
２３に含まれる水の含有量が少なくなるため、トランジスタ５０の電気特性のばらつきを
低減すると共に、しきい値電圧の変動を抑制することができる。また、処理室の圧力を１
００Ｐａ以上２５０Ｐａ以下とすることで、酸化物絶縁膜２３を成膜する際に、半導体膜
１４へのダメージを低減することが可能であり、半導体膜１４に含まれる酸素欠損量を低
減することができる。特に、酸化物絶縁膜２３または後に形成される酸化物絶縁膜２４の
成膜温度を高くする、代表的には２２０℃より高い温度とすることで、半導体膜１４に含
まれる酸素の一部が脱離し、酸素欠損が形成されやすい。また、トランジスタの信頼性を
高めるため、後に形成する酸化物絶縁膜２４の欠陥量を低減するための成膜条件を用いる
と、酸素脱離量が低減しやすい。これらの結果、半導体膜１４の酸素欠損を低減すること
が困難な場合がある。しかしながら、処理室の圧力を１００Ｐａ以上２５０Ｐａ以下とし
、酸化物絶縁膜２３の成膜時における半導体膜１４へのダメージを低減することで、酸化
物絶縁膜２４からの少ない酸素脱離量でも半導体膜１４中の酸素欠損を低減することが可
能である。
【０１２８】
なお、シリコンを含む堆積性気体に対する酸化性気体量を１００倍以上とすることで、
酸化物絶縁膜２３に含まれる水素含有量を低減することが可能である。この結果、半導体
膜１４に混入する水素量を低減できるため、トランジスタのしきい値電圧のマイナスシフ
トを抑制することができる。
【０１２９】
また、酸化物絶縁膜２３の成膜速度を６０ｎｍ／分以上２００ｎｍ／分以下とすること
で、導電膜２１ａ、２２ａの酸化を抑制しつつ酸化物絶縁膜２３を成膜することが可能で
ある。この結果、導電膜２１ａ、２２ａの安定性を高めつつ、酸化物絶縁膜２３を形成す
ることができる。
【０１３０】
ここでは、酸化物絶縁膜２３として、流量３０ｓｃｃｍのシラン及び流量４０００ｓｃ
ｃｍの一酸化二窒素を原料ガスとし、処理室の圧力を２００Ｐａ、基板温度を２２０℃と
し、２７．１２ＭＨｚの高周波電源を用いて１５０Ｗの高周波電力を平行平板電極に供給
したプラズマＣＶＤ法により、厚さ５０ｎｍの酸化窒化シリコン膜を形成する。当該条件
により、酸素が透過する酸化窒化シリコン膜を形成することができる。なお、本実施の形
態においては、２７．１２ＭＨｚの高周波電源を用いて酸化物絶縁膜２３を形成する方法
について例示したが、これに限定されず、例えば１３．５６ＭＨｚの高周波電源を用いて
酸化物絶縁膜２３を形成してもよい。
【０１３１】
酸化物絶縁膜２４としては、プラズマＣＶＤ装置の真空排気された処理室内に載置され
た基板を１８０℃以上２８０℃以下、さらに好ましくは２００℃以上２４０℃以下に保持
し、処理室に原料ガスを導入して処理室内における圧力を１００Ｐａ以上２５０Ｐａ以下
、さらに好ましくは１００Ｐａ以上２００Ｐａ以下とし、処理室内に設けられる電極に０
．１７Ｗ／ｃｍ２以上０．５Ｗ／ｃｍ２以下、さらに好ましくは０．２５Ｗ／ｃｍ２以上
０．３５Ｗ／ｃｍ２以下の高周波電力を供給する条件により、酸化シリコン膜または酸化
窒化シリコン膜を形成する。
【０１３２】
酸化物絶縁膜２４の原料ガスとしては、シリコンを含む堆積性気体及び酸化性気体を用
いることが好ましい。シリコンを含む堆積性気体の代表例としては、シラン、ジシラン、
トリシラン、フッ化シラン等がある。酸化性気体としては、酸素、オゾン、一酸化二窒素
、二酸化窒素等がある。
【０１３３】
酸化物絶縁膜２４の成膜条件として、上記圧力の処理室において上記パワー密度の高周
波電力を供給することで、プラズマ中で原料ガスの分解効率が高まり、酸素ラジカルが増
加し、原料ガスの酸化が進むため、酸化物絶縁膜２４中における酸素含有量が化学量論的
組成よりも多くなる。一方、基板温度が、上記温度で形成された膜では、シリコンと酸素
の結合力が弱いため、後の工程の加熱処理により膜中の酸素の一部が脱離する。この結果
、化学量論的組成を満たす酸素よりも多くの酸素を含み、加熱により酸素の一部が脱離す
る酸化物絶縁膜を形成することができる。また、半導体膜１４上に酸化物絶縁膜２３が設
けられている。このため、酸化物絶縁膜２４の形成工程において、酸化物絶縁膜２３が半
導体膜１４の保護膜となる。これらの結果、半導体膜１４へのダメージを低減しつつ、パ
ワー密度の高い高周波電力を用いて酸化物絶縁膜２４を形成することができる。
【０１３４】
なお、酸化物絶縁膜２４の成膜条件において、酸化性気体に対するシリコンを含む堆積
性気体の流量を増加することで、酸化物絶縁膜２４の欠陥量を低減することが可能である
。代表的には、ＥＳＲ測定により、シリコンのダングリングボンドに由来するｇ＝２．０
０１に現れる信号のスピン密度が６×１０１７ｓｐｉｎｓ／ｃｍ３未満、好ましくは３×
１０１７ｓｐｉｎｓ／ｃｍ３以下、好ましくは１．５×１０１７ｓｐｉｎｓ／ｃｍ３以下
である欠陥量の少ない酸化物絶縁膜を形成することができる。この結果トランジスタの信
頼性を高めることができる。
【０１３５】
ここでは、酸化物絶縁膜２４として、流量２００ｓｃｃｍのシラン及び流量４０００ｓ
ｃｃｍの一酸化二窒素を原料ガスとし、処理室の圧力を２００Ｐａ、基板温度を２２０℃
とし、２７．１２ＭＨｚの高周波電源を用いて１５００Ｗの高周波電力を平行平板電極に
供給したプラズマＣＶＤ法により、厚さ４００ｎｍの酸化窒化シリコン膜を形成する。な
お、プラズマＣＶＤ装置は電極面積が６０００ｃｍ２である平行平板型のプラズマＣＶＤ
装置であり、供給した電力を単位面積あたりの電力（電力密度）に換算すると０．２５Ｗ
／ｃｍ２である。なお、本実施の形態においては、２７．１２ＭＨｚの高周波電源を用い
て酸化物絶縁膜２４を形成する方法について例示したが、これに限定されず、例えば１３
．５６ＭＨｚの高周波電源を用いて酸化物絶縁膜２４を形成してもよい。
【０１３６】
次に、加熱処理を行ってもよい。該加熱処理の温度は、代表的には、１５０℃以上３０
０℃以下、好ましくは２００℃以上２５０℃以下とする。該加熱処理は、第１の加熱処理
と同様に行うことができる。
【０１３７】
当該加熱処理により、酸化物絶縁膜２４に含まれる酸素の一部を半導体膜１４に移動さ
せ、半導体膜１４に含まれる酸素欠損を低減することが可能である。この結果、半導体膜
１４に含まれる酸素欠損量を低減することができる。
【０１３８】
また、酸化物絶縁膜２３及び酸化物絶縁膜２４に水、水素等が含まる場合、水、水素等
をブロッキングする機能を有する窒化物絶縁膜２５を後に形成し、加熱処理を行うと、酸
化物絶縁膜２３及び酸化物絶縁膜２４に含まれる水、水素等が、半導体膜１４に移動し、
半導体膜１４に欠陥が生じてしまう。しかしながら、当該加熱により、酸化物絶縁膜２３
及び酸化物絶縁膜２４に含まれる水、水素等を脱離させることが可能であり、トランジス
タ５０の電気特性のばらつきを低減すると共に、しきい値電圧の変動を抑制することがで
きる。
【０１３９】
なお、加熱しながら酸化物絶縁膜２４を、酸化物絶縁膜２３上に形成することで、半導
体膜１４に酸素を移動させ、半導体膜１４に含まれる酸素欠損を低減することが可能であ
るため、当該加熱処理を行わなくともよい。
【０１４０】
また、該加熱処理温度を１５０℃以上３００℃以下、好ましくは２００℃以上２５０℃
以下とすることで、銅、アルミニウム、金、銀、モリブデン等の拡散、及び酸化物半導体
膜への混入を抑制することができる。
【０１４１】
ここでは、窒素及び酸素雰囲気で、２２０℃、１時間の加熱処理を行う。
【０１４２】
また、一対の電極２１、２２を形成する際、導電膜のエッチングによって、半導体膜１
４はダメージを受け、半導体膜１４のバックチャネル（半導体膜１４において、ゲート電
極１２と対向する面と反対側の面）側に酸素欠損が生じる。しかし、酸化物絶縁膜２４に
化学量論的組成を満たす酸素よりも多くの酸素を含む酸化物絶縁膜を適用することで、加
熱処理によって当該バックチャネル側に生じた酸素欠損を修復することができる。これに
より、半導体膜１４に含まれる欠陥を低減することができるため、トランジスタ５０の信
頼性を向上させることができる。
【０１４３】
次に、スパッタリング法、ＣＶＤ法等により、窒化物絶縁膜２５を形成する。
【０１４４】
なお、窒化物絶縁膜２５をプラズマＣＶＤ法で形成する場合、プラズマＣＶＤ装置の真
空排気された処理室内に載置された基板を３００℃以上４００℃以下、さらに好ましくは
３２０℃以上３７０℃以下にとすることで、緻密な窒化物絶縁膜を形成できるため好まし
い。
【０１４５】
窒化物絶縁膜２５としてプラズマＣＶＤ法により窒化シリコン膜を形成する場合、シリ
コンを含む堆積性気体、窒素、及びアンモニアを原料ガスとして用いことが好ましい。原
料ガスとして、窒素と比較して少量のアンモニアを用いることで、プラズマ中でアンモニ
アが解離し、活性種が発生する。当該活性種が、シリコンを含む堆積性気体に含まれるシ
リコン及び水素の結合、及び窒素の三重結合を切断する。この結果、シリコン及び窒素の
結合が促進され、シリコン及び水素の結合が少なく、欠陥が少なく、緻密な窒化シリコン
膜を形成することができる。一方、原料ガスにおいて、窒素に対するアンモニアの量が多
いと、シリコンを含む堆積性気体及び窒素それぞれの分解が進まず、シリコン及び水素結
合が残存してしまい、欠陥が増大した、且つ粗な窒化シリコン膜が形成されてしまう。こ
れらのため、原料ガスにおいて、アンモニアに対する窒素の流量比を５以上５０以下、好
ましくは１０以上５０以下とすることが好ましい。
【０１４６】
ここでは、プラズマＣＶＤ装置の処理室に、流量５０ｓｃｃｍのシラン、流量５０００
ｓｃｃｍの窒素、及び流量１００ｓｃｃｍのアンモニアを原料ガスとし、処理室の圧力を
１００Ｐａ、基板温度を３５０℃とし、２７．１２ＭＨｚの高周波電源を用いて１０００
Ｗの高周波電力を平行平板電極に供給したプラズマＣＶＤ法により、厚さ５０ｎｍの窒化
シリコン膜を形成する。なお、プラズマＣＶＤ装置は電極面積が６０００ｃｍ２である平
行平板型のプラズマＣＶＤ装置であり、供給した電力を単位面積あたりの電力（電力密度
）に換算すると１．７×１０−１Ｗ／ｃｍ２である。
【０１４７】
以上の工程により、酸化物絶縁膜２３、酸化物絶縁膜２４、及び窒化物絶縁膜２５で構
成される絶縁膜２６を形成することができる。
【０１４８】
次に、加熱処理を行ってもよい。該加熱処理の温度は、代表的には、１５０℃以上３０
０℃以下、好ましくは２００℃以上２５０℃以下とする。
【０１４９】
以上の工程により、トランジスタ５０を作製することができる。
【０１５０】
なお、本実施の形態では、ゲート電極１２が基板１１と半導体膜１４の間に設けられる
ボトムゲート構造のトランジスタを用いて説明したが、図１５（Ａ）に示すように、絶縁
膜２６をゲート絶縁膜として機能させ、絶縁膜２６上にゲート電極２８を有するトップゲ
ート構造のトランジスタ５２とすることができる。即ち、半導体膜１４上に、第１の保護
膜及び導電膜で構成される一対の電極２１、２２を有し、一対の電極２１、２２上に第２
の保護膜２０ａ、２０ｂを有し、半導体膜１４、一対の電極２１、２２、及び第２の保護
膜２０ａ、２０ｂ上にゲート絶縁膜として機能する絶縁膜２６を有し、絶縁膜２６上にゲ
ート電極２８を有するトランジスタとすることができる。さらには、図１５（Ｂ）に示す
ように、基板１１と半導体膜１４の間にゲート電極１２を有し、さらに絶縁膜２６上にゲ
ート電極２８を有するデュアルゲート構造のトランジスタ５４することができる。
【０１５１】
本実施の形態では、トランジスタにおいて、一対の電極が、第１の保護膜及び導電膜を
少なくとも有する構造であり、導電膜上に該導電膜より外側に側面が位置する第２の保護
膜を有する。導電膜の上面は第２の保護膜に覆われており、且つ第２の保護膜の側面は該
導電膜より外側に位置するため、導電膜において、プラズマ、一例としては酸素プラズマ
に曝される面積が低減される。この結果、プラズマ照射による導電膜を構成する金属元素
の化合物の生成が低減されるため、導電膜を構成する金属元素が半導体膜に移動しにくく
なる。
【０１５２】
また、一対の電極を構成する導電膜において、導電膜を加工する際に、半導体膜が第１
の保護膜となる膜に覆われていることで、導電膜を構成する金属元素が第１の保護膜とな
る膜でブロックされ、半導体膜に移動しにくくなる。
【０１５３】
これらの結果、配線及び電極の構成元素である、銅、アルミニウム、金、銀、モリブデ
ン等の不純物が、半導体膜へ拡散することを抑制できる。また、半導体膜における不純物
の濃度を低減することができる。
【０１５４】
上記より、電気特性が向上した半導体装置を得ることができる。また、信頼性の高い半
導体装置を得ることができる。
【０１５５】
（実施の形態２）
本実施の形態では、実施の形態１における一対の電極の形成方法と異なる方法を図２及
び図４を用いて説明する。
【０１５６】
実施の形態１と同様に、図２の工程を経て、図２（Ｄ）に示すように、基板１１上にゲ
ート電極１２、ゲート絶縁膜１３、半導体膜１４、第１の保護膜となる膜１７ａ、導電膜
１７ｂ、マスク１９ａ、１９ｂ、及び一対の第２の保護膜２０ａ、２０ｂを形成する。
【０１５７】
次に、図４（Ａ）に示すように、マスク１９ａ、１９ｂを用いて、導電膜１７ｂの一部
をエッチングして、一対の導電膜２１ａ、２２ａを形成する。ここでは、実施の形態１と
同様に、第１の保護膜となる膜１７ａをエッチングせず、導電膜１７ｂを選択的にエッチ
ングする方法を用いる。この結果、当該エッチング工程において半導体膜１４が露出しな
いため、導電膜１７ｂのエッチングの際に、導電膜１７ｂを構成する金属元素が半導体膜
１４に移動しない。また、ウエットエッチング法を用いて導電膜１７ｂをエッチングする
ことで、等方的に導電膜１７ｂをエッチングするため、第２の保護膜２０ａ、２０ｂの側
面より内側に側面が位置するように、導電膜２１ａ、２２ａを形成することができる。
【０１５８】
次に、第１の保護膜となる膜１７ａ上に残存する銅を除去するために、第１の保護膜と
なる膜１７ａの表面をエッチングする。この結果、図４（Ｂ）に示すように、第１の保護
膜となる膜１７ｃが形成される。なお、当該エッチング工程において、導電膜２１ａ、２
２ａをエッチングせず、第１の保護膜となる膜１７ａを選択的にエッチングできる条件を
用いることが好ましい。このような条件として、エッチャントにフッ酸、塩酸、リン酸等
を用いることができる。また、エッチングガスとして、ＳＦ６、ＣＦ４等のフッ化物、Ｃ
ｌ２、ＢＣｌ３等の塩化物、またはＳＦ６及びＢＣｌ３等のフッ化物及び塩化物の混合気
体を用いることができる。また、第１の保護膜となる膜１７ｃは半導体膜１４の保護膜と
して機能するため、半導体膜１４を覆うように第１の保護膜となる膜１７ｃを形成するこ
とが好ましい。このため、当該エッチング工程においては、第１の保護膜となる膜１７ａ
を数ｎｍ、代表的には１ｎｍ以上５ｎｍ以下エッチングすればよい。
【０１５９】
次に、図４（Ｃ）に示すように、マスク１９ａ、１９ｂを除去する。ここでは、アッシ
ング処理をしてマスク１９ａ、１９ｂを除去しやすくした後、剥離液を用いてマスク１９
ａ、１９ｂを除去する。
【０１６０】
なお、マスク１９ａ、１９ｂを除去する工程において、半導体膜１４は第１の保護膜と
なる膜１７ｃに覆われており、露出されていないため、導電膜２１ａ、２２ａを構成する
金属元素が半導体膜１４に移動しない。
【０１６１】
また、第１の保護膜となる膜１７ｃを形成する前に、マスク１９ａ、１９ｂを除去して
もよい。この場合、第２の保護膜２０ａ、２０ｂをマスクとして、第１の保護膜となる膜
１７ａをエッチングする。
【０１６２】
次に、図４（Ｄ）に示すように、第２の保護膜２０ａ、２０ｂを用いて第１の保護膜と
なる膜１７ｃの一部をエッチングして、一対の第１の保護膜２１ｂ、２２ｂを形成する。
【０１６３】
ここでは、エッチングガスとして塩素を用いたドライエッチング法により、第１の保護
膜となる膜１７ｃをエッチングする。
【０１６４】
第２の保護膜２０ａ、２０ｂの側面は、導電膜２１ａ、２２ａの側面より外側に位置す
る。即ち、導電膜２１ａ、２２ａの上面は、第２の保護膜２０ａ、２０ｂに覆われ、且つ
導電膜２１ａ、２２ａより第２の保護膜２０ａ、２０ｂの方が外側へ突出している。この
ため、第１の保護膜となる膜１７ｃの一部をエッチングする際、導電膜２１ａ、２２ａの
側面がプラズマに曝されにくくなる。この結果、半導体膜１４が露出されていても、半導
体膜１４への導電膜２１ａ、２２ａを構成する金属元素の移動を低減することができる。
【０１６５】
この結果、半導体膜１４の不純物濃度を低減することが可能である。
【０１６６】
次に、実施の形態１と同様に、図３（Ｄ）に示す様に、半導体膜１４、一対の電極２１
、２２、及び一対の第２の保護膜２０ａ、２０ｂ上に絶縁膜２６を形成する。
【０１６７】
以上の工程により、トランジスタを作製することができる。
【０１６８】
本実施の形態では、トランジスタにおいて、一対の電極が、少なくとも第１の保護膜及
び導電膜を有する構造であり、導電膜上に該導電膜より外側に側面が位置する第２の保護
膜を有する。導電膜の上面は第２の保護膜に覆われており、且つ第２の保護膜の側面は該
導電膜より外側に位置するため、導電膜において、プラズマ、一例としては酸素プラズマ
に曝される面積が低減される。この結果、プラズマ照射による導電膜を構成する金属元素
の化合物の生成が低減されるため、導電膜を構成する金属元素が半導体膜に移動しにくく
なる。
【０１６９】
また、一対の電極を構成する第１の保護膜となる膜及び導電膜において、導電膜を加工
する際に、半導体膜が第１の保護膜となる膜に覆われていることで、導電膜を構成する金
属元素が第１の保護膜となる膜でブロックされ、半導体膜に移動しにくくなる。
【０１７０】
これらの結果、配線及び電極の構成元素である、銅、アルミニウム、金、銀、モリブデ
ン等の不純物が、半導体膜へ拡散することを抑制できる。また、半導体膜における不純物
の濃度を低減することができる。
【０１７１】
上記より、電気特性が向上した半導体装置を得ることができる。また、信頼性の高い半
導体装置を得ることができる。
【０１７２】
（実施の形態３）
本実施の形態では、半導体膜として酸化物半導体膜を用いて形成した場合、酸化物半導
体膜の欠陥量をさらに低減することが可能なトランジスタを有する半導体装置について図
面を参照して説明する。本実施の形態で説明するトランジスタは、実施の形態１と比較し
て、酸化物半導体膜、及び酸化物半導体膜に接する酸化物膜を有する多層膜を有する点が
異なる。
【０１７３】
図５に、半導体装置が有するトランジスタ６０の上面図及び断面図を示す。図５（Ａ）
はトランジスタ６０の上面図であり、図５（Ｂ）は、図５（Ａ）の一点鎖線Ａ−Ｂ間の断
面図であり、図５（Ｃ）は、図５（Ａ）の一点鎖線Ｃ−Ｄ間の断面図である。なお、図５
（Ａ）では、明瞭化のため、基板１１、トランジスタ６０の構成要素の一部（例えば、ゲ
ート絶縁膜１３）、酸化物絶縁膜２３、酸化物絶縁膜２４、窒化物絶縁膜２５などを省略
している。
【０１７４】
図５（Ａ）乃至図５（Ｃ）に示すトランジスタ６０は、ゲート絶縁膜１３を介して、ゲ
ート電極１２と重なる多層膜１６と、多層膜１６に接する一対の電極２１、２２とを有す
る。また、ゲート絶縁膜１３、多層膜１６、及び一対の電極２１、２２上には、酸化物絶
縁膜２３、酸化物絶縁膜２４、及び窒化物絶縁膜２５で構成される絶縁膜２６が形成され
る。
【０１７５】
また、ゲート電極１２は、保護膜１２ａ及び導電膜１２ｂが積層されている。一対の電
極２１、２２において、電極２１は、多層膜１６に接する第１の保護膜２１ｂ及び導電膜
２１ａを少なくとも有し、電極２２は、多層膜１６に接する第１の保護膜２２ｂ及び導電
膜２２ａを少なくとも有する。また、導電膜２１ａ、２２ａそれぞれの上に第２の保護膜
２０ａ、２０ｂが形成される。
【０１７６】
本実施の形態に示すトランジスタ６０において、多層膜１６は、半導体膜１４及び酸化
物膜１５を有する。即ち、多層膜１６は２層構造である。また、半導体膜１４の一部がチ
ャネル領域として機能する。また、多層膜１６に接するように、酸化物絶縁膜２３が形成
されており、酸化物絶縁膜２３に接するように酸化物絶縁膜２４が形成されている。即ち
、半導体膜１４と酸化物絶縁膜２３との間に、酸化物膜１５が設けられている。
【０１７７】
酸化物膜１５は、半導体膜１４として酸化物半導体を用いる場合、酸化物半導体を構成
する元素の一種以上から構成される酸化物膜である。なお、酸化物膜１５は、半導体膜１
４を構成する元素の一種以上から構成されるため、半導体膜１４と酸化物膜１５との界面
において、界面散乱が起こりにくい。従って、該界面においてはキャリアの動きが阻害さ
れないため、トランジスタの電界効果移動度が高くなる。
【０１７８】
酸化物膜１５は、代表的には、Ｉｎ−Ｇａ酸化物、Ｉｎ−Ｚｎ酸化物、Ｉｎ−Ｍ−Ｚｎ
酸化物（Ｍは、Ｔｉ、Ｇａ、Ｙ、Ｚｒ、Ｌａ、Ｃｅ、ＮｄまたはＨｆ）であり、且つ半導
体膜１４よりも伝導帯の下端のエネルギーが真空準位に近く、代表的には、酸化物膜１５
の伝導帯の下端のエネルギーと、半導体膜１４の伝導帯の下端のエネルギーとの差が、０
．０５ｅＶ以上、０．０７ｅＶ以上、０．１ｅＶ以上、または０．１５ｅＶ以上、且つ２
ｅＶ以下、１ｅＶ以下、０．５ｅＶ以下、または０．４ｅＶ以下である。即ち、酸化物膜
１５の電子親和力と、半導体膜１４の電子親和力との差が、０．０５ｅＶ以上、０．０７
ｅＶ以上、０．１ｅＶ以上、または０．１５ｅＶ以上、且つ２ｅＶ以下、１ｅＶ以下、０
．５ｅＶ以下、または０．４ｅＶ以下である。
【０１７９】
酸化物膜１５は、Ｉｎを含むことで、キャリア移動度（電子移動度）が高くなるため好
ましい。
【０１８０】
酸化物膜１５として、Ｔｉ、Ｇａ、Ｙ、Ｚｒ、Ｌａ、Ｃｅ、ＮｄまたはＨｆをＩｎより
高い原子数比で有することで、以下の効果を有する場合がある。（１）酸化物膜１５のエ
ネルギーギャップを大きくする。（２）酸化物膜１５の電子親和力を小さくする。（３）
外部からの不純物を遮蔽する。（４）半導体膜１４と比較して、絶縁性が高くなる。（５
）Ｔｉ、Ｇａ、Ｙ、Ｚｒ、Ｌａ、Ｃｅ、ＮｄまたはＨｆは酸素との結合力が強い金属元素
であるため、Ｔｉ、Ｇａ、Ｙ、Ｚｒ、Ｌａ、Ｃｅ、ＮｄまたはＨｆをＩｎより高い原子数
比で有することで、酸素欠損が生じにくくなる。
【０１８１】
酸化物膜１５がＩｎ−Ｍ−Ｚｎ酸化物膜（Ｍは、Ｔｉ、Ｇａ、Ｙ、Ｚｒ、Ｌａ、Ｃｅ、
ＮｄまたはＨｆ）の場合、Ｉｎ−Ｍ−Ｚｎ酸化物を成膜するために用いるスパッタリング
ターゲットの金属元素の原子数比は、Ｍ＞Ｉｎ、Ｚｎ＞Ｍを満たすことが好ましい。この
ようなスパッタリングターゲットの金属元素の原子数比として、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：
３：４、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：３：５、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：３：６、Ｉｎ：Ｇａ：
Ｚｎ＝１：３：７、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：３：８、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：３：９、Ｉ
ｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：３：１０、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：６：７、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１
：６：８、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：６：９、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：６：１０が好ましい
。
【０１８２】
酸化物膜１５がＩｎ−Ｍ−Ｚｎ酸化物膜であるとき、ＩｎおよびＭの和を１００ａｔｏ
ｍｉｃ％としたとき、ＩｎとＭの原子数比率は、好ましくは、Ｉｎが５０ａｔｏｍｉｃ％
未満、Ｍが５０ａｔｏｍｉｃ％以上、さらに好ましくは、Ｉｎが２５ａｔｏｍｉｃ％未満
、Ｍが７５ａｔｏｍｉｃ％以上とする。
【０１８３】
また、半導体膜１４、及び酸化物膜１５がＩｎ−Ｍ−Ｚｎ酸化物膜（Ｍは、Ｔｉ、Ｇａ
、Ｙ、Ｚｒ、Ｌａ、Ｃｅ、ＮｄまたはＨｆ）の場合、半導体膜１４と比較して、酸化物膜
１５に含まれるＭ（Ｔｉ、Ｇａ、Ｙ、Ｚｒ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｎｄ、またはＨｆ）の原子数比
が大きく、代表的には、半導体膜１４に含まれる上記原子と比較して、１．５倍以上、好
ましくは２倍以上、さらに好ましくは３倍以上高い原子数比である。
【０１８４】
また、半導体膜１４、及び酸化物膜１５がＩｎ−Ｍ−Ｚｎ酸化物膜（Ｍは、Ｔｉ、Ｇａ
、Ｙ、Ｚｒ、Ｌａ、Ｃｅ、ＮｄまたはＨｆ）の場合、酸化物膜１５をＩｎ：Ｍ：Ｚｎ＝ｘ
１：ｙ１：ｚ１［原子数比］、半導体膜１４をＩｎ：Ｍ：Ｚｎ＝ｘ２：ｙ２：ｚ２［原子
数比］とすると、ｙ１／ｘ１がｙ２／ｘ２よりも大きく、好ましくは、ｙ１／ｘ１がｙ２
／ｘ２よりも１．５倍以上である。さらに好ましくは、ｙ１／ｘ１がｙ２／ｘ２よりも２
倍以上大きく、より好ましくは、ｙ１／ｘ１がｙ２／ｘ２よりも３倍以上大きい。このと
き、半導体膜１４において、ｙ２がｘ２以上であると、当該半導体膜１４を用いたトラン
ジスタに安定した電気特性を付与できるため好ましい。ただし、ｙ２がｘ２の３倍以上に
なると、当該半導体膜１４を用いたトランジスタの電界効果移動度が低下してしまうため
、ｙ２はｘ２の３倍未満であると好ましい。
【０１８５】
半導体膜１４として、実施の形態１に示す半導体膜と同様の形成工程を適宜用いること
ができる。
【０１８６】
また、酸化物膜１５として、原子数比がＩｎ：Ｍ：Ｚｎ＝１：３：（３．０５以上１０
以下）であるスパッタリングターゲット、または原子数比がＩｎ：Ｍ：Ｚｎ＝１：６：（
６．０５以上１０以下）であるスパッタリングターゲットを用いることができる。なお、
このようなスパッタリングターゲットを用いて形成した半導体膜１４に含まれるＭ／Ｉｎ
、Ｚｎ／Ｉｎの原子数比はターゲットに含まれる原子数比より小さくなる。また、Ｉｎ−
Ｇａ−Ｚｎ酸化物膜において、Ｍに対するＺｎの原子数比（Ｚｎ／Ｍ）が０．５以上とな
る。
【０１８７】
このようなスパッタリングターゲットを用いたスパッタリング法により、ＣＡＡＣ−Ｏ
ＳであるＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物を成膜することができる。
【０１８８】
酸化物膜１５は、後に形成する酸化物絶縁膜２４を形成する際の、半導体膜１４へのダ
メージ緩和膜としても機能する。この結果、半導体膜１４に含まれる酸素欠損量を低減す
ることができる。さらに、酸化物膜１５を形成することで、当該半導体膜１４上に形成さ
せる絶縁膜、例えば酸化物絶縁膜の構成元素が、当該半導体膜１４に混入することを抑制
できる。
【０１８９】
酸化物膜１５の厚さは、３ｎｍ以上１００ｎｍ以下、好ましくは３ｎｍ以上５０ｎｍ以
下とする。
【０１９０】
また、酸化物膜１５は、半導体膜１４と同様に、適宜単結晶構造、非単結晶構造とする
ことができる。非単結晶構造は、例えば、後述するＣＡＡＣ−ＯＳ（Ｃ  Ａｘｉｓ  Ａｌ
ｉｇｎｅｄ  Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）、多
結晶構造、後述する微結晶構造、または非晶質構造を含む。
【０１９１】
なお、半導体膜１４及び酸化物膜１５がそれぞれ、非晶質構造の領域、微結晶構造の領
域、多結晶構造の領域、ＣＡＡＣ−ＯＳの領域、単結晶構造の領域の二種以上を有する混
合膜であってもよい。混合膜は、例えば、非晶質構造の領域、微結晶構造の領域、多結晶
構造の領域、ＣＡＡＣ−ＯＳの領域、単結晶構造の領域のいずれか二種以上の領域を有す
る単層構造の場合がある。また、混合膜は、例えば、非晶質構造の領域、微結晶構造の領
域、多結晶構造の領域、ＣＡＡＣ−ＯＳの領域、単結晶構造の領域のいずれか二種以上の
層の積層構造を有する場合がある。さらには、半導体膜１４及び酸化物膜１５の順に、微
結晶構造及びＣＡＡＣ−ＯＳの積層構造を有してもよい。または、半導体膜１４が微結晶
構造及びＣＡＡＣ−ＯＳの積層構造であり酸化物膜１５がＣＡＡＣ−ＯＳであってもよい
。
【０１９２】
半導体膜１４及び酸化物膜１５が共にＣＡＡＣ−ＯＳであると、半導体膜１４及び酸化
物膜１５の界面における結晶性を高めることが可能であり好ましい。酸化物膜１５がＣＡ
ＡＣ−ＯＳであると、一対の電極２１、２２に含まれる導電膜２１ａ、２２ａのブロッキ
ング効果を有するため、導電膜２１ａ、２２ａを構成する金属元素が半導体膜１４へ移動
することを抑制することができる。
【０１９３】
なお、多層膜１６において、ゲート電極１２と重なり、且つ一対の電極２１、２２の間
に挟まれる領域をチャネル形成領域という。また、チャネル形成領域において、キャリア
が主に流れる領域をチャネル領域という。ここでは、一対の電極２１、２２の間に設けら
れる半導体膜１４がチャネル領域である。また、一対の電極２１、２２の間の距離をチャ
ネル長という。
【０１９４】
ここでは、半導体膜１４及び酸化物絶縁膜２３の間に、酸化物膜１５が設けられている
。このため、酸化物膜１５と酸化物絶縁膜２３の間において、不純物及び欠陥によりトラ
ップ準位が形成されても、当該トラップ準位と半導体膜１４との間には隔たりがある。こ
の結果、半導体膜１４を流れる電子がトラップ準位に捕獲されにくく、トランジスタのオ
ン電流を増大させることが可能であると共に、電界効果移動度を高めることができる。ま
た、トラップ準位に電子が捕獲されると、該電子がマイナスの固定電荷となってしまう。
この結果、トランジスタのしきい値電圧が変動してしまう。しかしながら、半導体膜１４
とトラップ準位との間に隔たりがあるため、トラップ準位における電子の捕獲を低減する
ことが可能であり、しきい値電圧の変動を低減することができる。
【０１９５】
また、酸化物膜１５は、外部からの不純物を遮蔽することが可能であるため、外部から
半導体膜１４へ移動する不純物量を低減することが可能である。また、酸化物膜１５は、
酸素欠損を形成しにくい。これらのため、半導体膜１４における不純物濃度及び酸素欠損
量を低減することが可能である。
【０１９６】
なお、半導体膜１４及び酸化物膜１５は、各膜を単に積層するのではなく連続接合（こ
こでは特に伝導帯の下端のエネルギーが各膜の間で連続的に変化する構造）が形成される
ように作製する。すなわち、各膜の界面にトラップ中心や再結合中心のような欠陥準位を
形成するような不純物が存在しないような積層構造とする。仮に、積層された半導体膜１
４及び酸化物膜１５の間に不純物が混在していると、エネルギーバンドの連続性が失われ
、界面でキャリアがトラップされ、あるいは再結合して、消滅してしまう。
【０１９７】
連続接合を形成するためには、ロードロック室を備えたマルチチャンバー方式の成膜装
置を用いて各膜を大気に触れさせることなく連続して積層することが必要となる。
【０１９８】
なお、多層膜１６は、ゲート絶縁膜１３と半導体膜１４との間に、酸化物膜１５と同様
の酸化物膜を形成してもよい。
【０１９９】
本実施の形態に示すトランジスタは、半導体膜１４と酸化物絶縁膜２３との間に、酸化
物膜１５が設けられているため、半導体膜１４におけるシリコンや炭素の濃度、または半
導体膜１４及び酸化物膜１５の界面近傍におけるシリコンや炭素の濃度を低減することが
できる。
【０２００】
このような構造を有するトランジスタ６０は、半導体膜１４を含む多層膜１６において
欠陥が極めて少ないため、トランジスタの電気特性を向上させることが可能であり、代表
的には、オン電流の増大及び電界効果移動度の向上が可能である。また、ストレス試験の
一例であるＢＴストレス試験及び光ＢＴストレス試験におけるしきい値電圧の変動量が少
なく、信頼性が高い。
【０２０１】
なお、本実施の形態に示す構成及び方法などは、他の実施の形態、並びに実施例に示す
構成及び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４）
本実施の形態では、本発明の一態様である半導体装置について、図面を用いて説明する
。なお、本実施の形態では、表示装置を例にして本発明の一態様である半導体装置を説明
する。また、本実施の形態では、半導体膜として酸化物半導体膜を用いて説明する。
【０２０３】
図６（Ａ）に、半導体装置の一例を示す。図６（Ａ）に示す半導体装置は、画素部１０
１と、走査線駆動回路１０４と、信号線駆動回路１０６と、各々が平行または略平行に配
設され、且つ走査線駆動回路１０４によって電位が制御されるｍ本の走査線１０７と、各
々が平行または略平行に配設され、且つ信号線駆動回路１０６によって電位が制御される
ｎ本の信号線１０９と、を有する。さらに、画素部１０１はマトリクス状に配設された複
数の画素３０１を有する。また、走査線１０７に沿って、各々が平行または略平行に配設
された容量線１１５を有する。なお、容量線１１５は、信号線１０９に沿って、各々が平
行または略平行に配設されていてもよい。また、走査線駆動回路１０４及び信号線駆動回
路１０６をまとめて駆動回路部という場合がある。
【０２０４】
各走査線１０７は、画素部１０１においてｍ行ｎ列に配設された画素３０１のうち、い
ずれかの行に配設されたｎ個の画素３０１と電気的に接続される。また、各信号線１０９
は、ｍ行ｎ列に配設された画素３０１のうち、いずれかの列に配設されたｍ個の画素３０
１に電気的と接続される。ｍ、ｎは、ともに１以上の整数である。また、各容量線１１５
は、ｍ行ｎ列に配設された画素３０１のうち、いずれかの行に配設されたｎ個の画素３０
１と電気的に接続される。なお、容量線１１５が、信号線１０９に沿って、各々が平行ま
たは略平行に配設されている場合は、ｍ行ｎ列に配設された画素３０１のうち、いずれか
の列に配設されたｍ個の画素３０１に電気的と接続される。
【０２０５】
図６（Ｂ）及び図６（Ｃ）は、図６（Ａ）に示す表示装置の画素３０１に用いることが
できる回路構成を示している。
【０２０６】
図６（Ｂ）に示す画素３０１は、液晶素子１３２と、トランジスタ１３１＿１と、容量
素子１３３＿１と、を有する。
【０２０７】
液晶素子１３２の一対の電極の一方の電位は、画素３０１の仕様に応じて適宜設定され
る。液晶素子１３２は、書き込まれるデータにより配向状態が設定される。なお、複数の
画素３０１のそれぞれが有する液晶素子１３２の一対の電極の一方に共通の電位（コモン
電位）を与えてもよい。また、各行の画素３０１毎の液晶素子１３２の一対の電極の一方
に異なる電位を与えてもよい。
【０２０８】
例えば、液晶素子１３２を備える表示装置の駆動方法としては、ＴＮモード、ＳＴＮモ
ード、ＶＡモード、ＡＳＭ（Ａｘｉａｌｌｙ  Ｓｙｍｍｅｔｒｉｃ  Ａｌｉｇｎｅｄ  Ｍ
ｉｃｒｏ−ｃｅｌｌ）モード、ＯＣＢ（Ｏｐｔｉｃａｌｌｙ  Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｄ  
Ｂｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｃｅ）モード、ＦＬＣ（Ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｌｉｑｕ
ｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ）モード、ＡＦＬＣ（ＡｎｔｉＦｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｌｉ
ｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ）モード、ＭＶＡモード、ＰＶＡ（Ｐａｔｔｅｒｎｅｄ  Ｖｅ
ｒｔｉｃａｌ  Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）モード、ＩＰＳモード、ＦＦＳモード、またはＴＢ
Ａ（Ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ  Ｂｅｎｄ  Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）モードなどを用いてもよい
。また、表示装置の駆動方法としては、上述した駆動方法の他、ＥＣＢ（Ｅｌｅｃｔｒｉ
ｃａｌｌｙ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ  Ｂｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｃｅ）モード、ＰＤＬＣ（
Ｐｏｌｙｍｅｒ  Ｄｉｓｐｅｒｓｅｄ  Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ）モード、ＰＮＬ
Ｃ（Ｐｏｌｙｍｅｒ  Ｎｅｔｗｏｒｋ  Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ）モード、ゲスト
ホストモードなどがある。ただし、これに限定されず、液晶素子及びその駆動方式として
様々なものを用いることができる。
【０２０９】
また、ブルー相（Ｂｌｕｅ  Ｐｈａｓｅ）を示す液晶とカイラル剤とを含む液晶組成物
により液晶素子を構成してもよい。ブルー相を示す液晶は、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。
【０２１０】
ｍ行ｎ列目の画素３０１において、トランジスタ１３１＿１のソース電極及びドレイン
電極の一方は、信号線ＤＬ＿ｎに電気的に接続され、他方は液晶素子１３２の一対の電極
の他方に電気的に接続される。また、トランジスタ１３１＿１のゲート電極は、走査線Ｇ
Ｌ＿ｍに電気的に接続される。トランジスタ１３１＿１は、オン状態またはオフ状態にな
ることにより、データ信号のデータの書き込みを制御する機能を有する。
【０２１１】
容量素子１３３＿１の一対の電極の一方は、電位が供給される配線（以下、容量線ＣＬ
）に電気的に接続され、他方は、液晶素子１３２の一対の電極の他方に電気的に接続され
る。なお、容量線ＣＬの電位の値は、画素３０１の仕様に応じて適宜設定される。容量素
子１３３＿１は、書き込まれたデータを保持する保持容量としての機能を有する。
【０２１２】
例えば、図６（Ｂ）の画素３０１を有する表示装置では、走査線駆動回路１０４により
各行の画素３０１を順次選択し、トランジスタ１３１＿１をオン状態にしてデータ信号の
データを書き込む。
【０２１３】
データが書き込まれた画素３０１は、トランジスタ１３１＿１がオフ状態になることで
保持状態になる。これを行毎に順次行うことにより、画像を表示できる。
【０２１４】
また、図６（Ｃ）に示す画素３０１は、トランジスタ１３１＿２と、容量素子１３３＿
２と、トランジスタ１３４と、発光素子１３５と、を有する。
【０２１５】
トランジスタ１３１＿２のソース電極及びドレイン電極の一方は、データ信号が与えら
れる配線（以下、信号線ＤＬ＿ｎという）に電気的に接続される。さらに、トランジスタ
１３１＿２のゲート電極は、ゲート信号が与えられる配線（以下、走査線ＧＬ＿ｍという
）に電気的に接続される。
【０２１６】
トランジスタ１３１＿２は、オン状態またはオフ状態になることにより、データ信号の
データの書き込みを制御する機能を有する。
【０２１７】
容量素子１３３＿２の一対の電極の一方は、電位が与えられる配線（以下、電位供給線
ＶＬ＿ａという）に電気的に接続され、他方は、トランジスタ１３１＿２のソース電極及
びドレイン電極の他方に電気的に接続される。
【０２１８】
容量素子１３３＿２は、書き込まれたデータを保持する保持容量としての機能を有する
。
【０２１９】
トランジスタ１３４のソース電極及びドレイン電極の一方は、電位供給線ＶＬ＿ａに電
気的に接続される。さらに、トランジスタ１３４のゲート電極は、トランジスタ１３１＿
２のソース電極及びドレイン電極の他方に電気的に接続される。
【０２２０】
発光素子１３５のアノード及びカソードの一方は、電位供給線ＶＬ＿ｂに電気的に接続
され、他方は、トランジスタ１３４のソース電極及びドレイン電極の他方に電気的に接続
される。
【０２２１】
発光素子１３５としては、例えば有機エレクトロルミネセンス素子（有機ＥＬ素子とも
いう）などを用いることができる。ただし、発光素子１３５としては、これに限定されず
、無機材料からなる無機ＥＬ素子を用いても良い。
【０２２２】
なお、電位供給線ＶＬ＿ａ及び電位供給線ＶＬ＿ｂの一方には、高電源電位ＶＤＤが与
えられ、他方には、低電源電位ＶＳＳが与えられる。
【０２２３】
図６（Ｃ）の画素３０１を有する表示装置では、走査線駆動回路１０４により各行の画
素３０１を順次選択し、トランジスタ１３１＿２をオン状態にしてデータ信号のデータを
書き込む。
【０２２４】
データが書き込まれた画素３０１は、トランジスタ１３１＿２がオフ状態になることで
保持状態になる。さらに、書き込まれたデータ信号の電位に応じてトランジスタ１３４の
ソース電極とドレイン電極の間に流れる電流量が制御され、発光素子１３５は、流れる電
流量に応じた輝度で発光する。これを行毎に順次行うことにより、画像を表示できる。
【０２２５】
次いで、画素３０１に液晶素子を用いた液晶表示装置の具体的な例について説明する。
ここでは、図６（Ｂ）に示す画素３０１の上面図を図７に示す。なお、図７においては、
対向電極及び液晶素子、並びに第１の保護膜３１４ｄ、３１４ｅを省略する。
【０２２６】
図７において、走査線として機能する導電膜３０４ｃは、信号線に略直交する方向（図
中左右方向）に延伸して設けられている。信号線として機能する導電膜３１３ｄは、走査
線に略直交する方向（図中上下方向）に延伸して設けられている。容量線として機能する
導電膜３１３ｆは、信号線と平行方向に延伸して設けられている。なお、走査線として機
能する導電膜３０４ｃは、走査線駆動回路１０４（図６（Ａ）を参照。）と電気的に接続
されており、信号線として機能する導電膜３１３ｄ及び容量線として機能する導電膜３１
３ｆは、信号線駆動回路１０６（図６（Ａ）を参照。）に電気的に接続されている。
【０２２７】
トランジスタ１０３は、走査線及び信号線が交差する領域に設けられている。トランジ
スタ１０３は、ゲート電極として機能する導電膜３０４ｃ、ゲート絶縁膜（図７に図示せ
ず。）、ゲート絶縁膜上に形成されたチャネル領域が形成される半導体膜３０８ｂ、ソー
ス電極及びドレイン電極として機能する導電膜３１３ｄ、３１３ｅにより構成される。な
お、導電膜３０４ｃは、走査線としても機能し、半導体膜３０８ｂと重畳する領域がトラ
ンジスタ１０３のゲート電極として機能する。また、導電膜３１３ｄは、信号線としても
機能し、半導体膜３０８ｂと重畳する領域がトランジスタ１０３のソース電極またはドレ
イン電極として機能する。また、図７において、走査線は、上面形状において端部が半導
体膜３０８ｂの端部より外側に位置する。このため、走査線はバックライトなどの光源か
らの光を遮る遮光膜として機能する。この結果、トランジスタに含まれる半導体膜３０８
ｂに光が照射されず、トランジスタの電気特性の変動を抑制することができる。
【０２２８】
また、導電膜３１３ｅは、開口部３６２ｃにおいて、画素電極として機能する透光性を
有する導電膜３２０ｂと電気的に接続されている。
【０２２９】
容量素子１０５は、開口部３６２において容量線として機能する導電膜３１３ｆと接続
されている。また、容量素子１０５は、ゲート絶縁膜上に形成される導電性を有する膜３
０８ｃと、トランジスタ１０３上に設けられる窒化物絶縁膜で形成される誘電体膜と、画
素電極として機能する透光性を有する導電膜３２０ｂとで構成されている。ゲート絶縁膜
上に形成される導電性を有する膜３０８ｃは透光性を有する。即ち、容量素子１０５は透
光性を有する。
【０２３０】
このように容量素子１０５は透光性を有するため、画素３０１内に容量素子１０５を大
きく（大面積に）形成することができる。従って、開口率を高めつつ、５０％以上、好ま
しくは５５％以上、好ましくは６０％以上とすることが可能であると共に、電荷容量を増
大させた半導体装置を得ることができる。例えば、解像度の高い半導体装置、例えば液晶
表示装置においては、画素の面積が小さくなり、容量素子の面積も小さくなる。このため
、解像度の高い半導体装置において、容量素子に蓄積される電荷容量が小さくなる。しか
しながら、本実施の形態に示す容量素子１０５は透光性を有するため、当該容量素子を画
素に設けることで、各画素において十分な電荷容量を得つつ、開口率を高めることができ
る。代表的には、画素密度が２００ｐｐｉ以上、さらには３００ｐｐｉ以上である高解像
度の半導体装置に好適に用いることができる。
【０２３１】
また、図７に示す画素３０１は、信号線として機能する導電膜３１３ｄと平行な辺と比
較して走査線として機能する導電膜３０４ｃと平行な辺の方が長い形状であり、且つ容量
線として機能する導電膜３１３ｆが、信号線として機能する導電膜３１３ｄと平行な方向
に延伸して設けられている。この結果、画素３０１に占める導電膜３１３ｆの面積を低減
することが可能であるため、開口率を高めることができる。また、容量線として機能する
導電膜３１３ｆが接続電極を用いず、直接導電性を有する膜３０８ｃと接するため、さら
に開口率を高めることができる。
【０２３２】
また、本発明の一態様は、高解像度の表示装置においても、開口率を高めることができ
るため、バックライトなどの光源の光を効率よく利用することができ、表示装置の消費電
力を低減することができる。
【０２３３】
次いで、図７の一点鎖線Ｃ−Ｄ間における断面図を図８に示す。なお、図８において、
走査線駆動回路１０４及び信号線駆動回路１０６を含む駆動回路部（上面図を省略する。
）の断面図をＡ−Ｂに示す。本実施の形態においては、縦電界方式の液晶表示装置につい
て説明する。
【０２３４】
本実施の形態に示す液晶表示装置は、一対の基板（基板３０２と基板３４２）間に液晶
素子３２２が挟持されている。
【０２３５】
液晶素子３２２は、基板３０２の上方の透光性を有する導電膜３２０ｂと、配向性を制
御する膜（以下、配向膜３２３、３５２という）と、液晶層３２１と、導電膜３５０と、
を有する。なお、透光性を有する導電膜３２０ｂは、液晶素子３２２の一方の電極として
機能し、導電膜３５０は、液晶素子３２２の他方の電極として機能する。
【０２３６】
このように、液晶表示装置とは、液晶素子を有する装置のことをいう。なお、液晶表示
装置は、複数の画素を駆動させる駆動回路等を含む。また、液晶表示装置は、別の基板上
に配置された制御回路、電源回路、信号生成回路及びバックライトモジュール等を含み、
液晶モジュールとよぶこともある。
【０２３７】
駆動回路部において、ゲート電極として機能する導電膜３０４ａ、ゲート絶縁膜として
機能する絶縁膜３０５及び絶縁膜３０６、チャネル領域が形成される半導体膜３０８ａ、
ソース電極及びドレイン電極として機能する導電膜３１３ａ、３１３ｂ及び第１の保護膜
３１４ａ、３１４ｂによりトランジスタ１０２を構成する。半導体膜３０８ａは、ゲート
絶縁膜上に設けられる。導電膜３１３ａ、３１３ｂ上には第２の保護膜３１２ａ、３１２
ｂが設けられる。なお、第２の保護膜３１２ａ、３１２ｂが透光性を有する導電膜で形成
される場合、第２の保護膜３１２ａ、３１２ｂはソース電極及びドレイン電極として機能
し、且つトランジスタ１０２を構成する。
【０２３８】
画素部において、ゲート電極として機能する導電膜３０４ｃ、ゲート絶縁膜として機能
する絶縁膜３０５及び絶縁膜３０６、ゲート絶縁膜上に形成されたチャネル領域が形成さ
れる半導体膜３０８ｂ、ソース電極及びドレイン電極として機能する導電膜３１３ｄ、３
１３ｅ及び第１の保護膜３１４ｄ、３１４ｅによりトランジスタ１０３を構成する。半導
体膜３０８ｂは、ゲート絶縁膜上に設けられる。導電膜３１３ｄ、３１３ｅ上には第２の
保護膜３１２ｄ、３１２ｇが設けられる。第２の保護膜３１２ｄ、３１２ｇ上には、絶縁
膜３１６、絶縁膜３１８が保護膜として設けられている。なお、第２の保護膜３１２ｄ、
３１２ｇが透光性を有する導電膜で形成される場合、第２の保護膜３１２ｄ、３１２ｇは
ソース電極及びドレイン電極として機能し、且つトランジスタ１０３を構成する。
【０２３９】
また、画素電極として機能する透光性を有する導電膜３２０ｂが、第２の保護膜３１２
ｇ、絶縁膜３１６、及び絶縁膜３１８に設けられた開口部において、導電膜３１３ｅと接
続する。
【０２４０】
また、一方の電極として機能する導電性を有する膜３０８ｃ、誘電体膜として機能する
絶縁膜３１８、他方の電極として機能する透光性を有する導電膜３２０ｂにより容量素子
１０５を構成する。導電性を有する膜３０８ｃは、ゲート絶縁膜上に設けられる。
【０２４１】
また、駆動回路部において、導電膜３０４ａ、３０４ｃと同時に形成された導電膜３０
４ｂと、導電膜３１３ａ、３１３ｂ、３１３ｄ、３１３ｅと同時に形成された導電膜３１
３ｃとは、透光性を有する導電膜３２０ｂと同時に形成された透光性を有する導電膜３２
０ａで接続される。
【０２４２】
導電膜３０４ｂ及び透光性を有する導電膜３２０ａは、絶縁膜３０５、絶縁膜３０６、
絶縁膜３１６、及び絶縁膜３１８に設けられた開口部において接続する。また、導電膜３
１３ｃと透光性を有する導電膜３２０ａは、第２の保護膜３１２ｆ、絶縁膜３１６、及び
絶縁膜３１８に設けられた開口部において接続する。
【０２４３】
ここで、図８に示す表示装置の構成要素について、以下に説明する。
【０２４４】
基板３０２上には、導電膜３０４ａ、３０４ｂ、３０４ｃが形成されている。導電膜３
０４ａは、駆動回路部のトランジスタのゲート電極としての機能を有する。また、導電膜
３０４ｃは、画素部１０１に形成され、画素部のトランジスタのゲート電極として機能す
る。また、導電膜３０４ｂは、走査線駆動回路１０４に形成され、導電膜３１３ｃと接続
する。
【０２４５】
基板３０２は、実施の形態１に示す基板１１の材料を適宜用いることができる。
【０２４６】
導電膜３０４ａ、３０４ｂ、３０４ｃとしては、実施の形態１に示すゲート電極１２の
材料及び作製方法を適宜用いることができる。
【０２４７】
基板３０２、及び導電膜３０４ａ、３０４ｃ、３０４ｂ上には、絶縁膜３０５、絶縁膜
３０６が形成されている。絶縁膜３０５、絶縁膜３０６は、駆動回路部のトランジスタの
ゲート絶縁膜、及び画素部１０１のトランジスタのゲート絶縁膜としての機能を有する。
【０２４８】
絶縁膜３０５としては、実施の形態１に示すゲート絶縁膜１３で説明した窒化物絶縁膜
を用いて形成することが好ましい。絶縁膜３０６としては、実施の形態１に示すゲート絶
縁膜１３で説明した酸化物絶縁膜を用いて形成することが好ましい。
【０２４９】
絶縁膜３０６上には、半導体膜３０８ａ、３０８ｂ、導電性を有する膜３０８ｃが形成
されている。半導体膜３０８ａは、導電膜３０４ａと重畳する位置に形成され、駆動回路
部のトランジスタのチャネル領域として機能する。また、半導体膜３０８ｂは、導電膜３
０４ｃと重畳する位置に形成され、画素部のトランジスタのチャネル領域として機能する
。導電性を有する膜３０８ｃは、容量素子１０５の一方の電極として機能する。
【０２５０】
半導体膜３０８ａ、３０８ｂ、及び導電性を有する膜３０８ｃは、実施の形態１に示す
半導体膜１４の材料及び作製方法を適宜用いることができる。
【０２５１】
導電性を有する膜３０８ｃは、半導体膜３０８ａ、３０８ｂと同様の金属元素を有する
膜であり、且つ不純物が含まれていることを特徴とする。不純物としては、水素がある。
なお、水素の代わりに不純物として、ホウ素、リン、スズ、アンチモン、希ガス元素、ア
ルカリ金属、アルカリ土類金属等が含まれていてもよい。
【０２５２】
半導体膜３０８ａ、３０８ｂ、及び導電性を有する膜３０８ｃは共に、ゲート絶縁膜上
に形成されるが、不純物濃度が異なる。具体的には、半導体膜３０８ａ、３０８ｂと比較
して、導電性を有する膜３０８ｃの不純物濃度が高い。例えば、半導体膜３０８ａ、３０
８ｂに含まれる水素濃度は、５×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、好ましくは５×１０
１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、好ましくは１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、より好
ましくは５×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、さらに好ましくは１×１０１６ａｔｏｍ
ｓ／ｃｍ３以下であり、導電性を有する膜３０８ｃに含まれる水素濃度は、８×１０１９
ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上、好ましくは１×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上、より好まし
くは５×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上である。また、半導体膜３０８ａ、３０８ｂと
比較して、導電性を有する膜３０８ｃに含まれる水素濃度は２倍、好ましくは１０倍以上
である。
【０２５３】
また、導電性を有する膜３０８ｃは、半導体膜３０８ａ、３０８ｂより抵抗率が低い。
導電性を有する膜３０８ｃの抵抗率が、半導体膜３０８ａ、３０８ｂの抵抗率の１×１０
−８倍以上１×１０−１倍以下であることが好ましく、代表的には１×１０−３Ωｃｍ以
上１×１０４Ωｃｍ未満、さらに好ましくは、抵抗率が１×１０−３Ωｃｍ以上１×１０
−１Ωｃｍ未満であるとよい。
【０２５４】
半導体膜３０８ａ、３０８ｂは、絶縁膜３０６及び絶縁膜３１６等の、半導体膜との界
面特性を向上させることが可能な材料で形成される膜と接しているため、半導体膜３０８
ａ、３０８ｂは、半導体として機能し、半導体膜３０８ａ、３０８ｂを有するトランジス
タは、優れた電気特性を有する。
【０２５５】
一方、導電性を有する膜３０８ｃは、開口部３６２（図１１（Ａ）参照。）において絶
縁膜３１８と接する。絶縁膜３１８は、外部からの不純物、例えば、水、アルカリ金属、
アルカリ土類金属等が、半導体膜へ拡散するのを防ぐ材料で形成される膜であり、更には
水素を含む。このため、絶縁膜３１８の水素が半導体膜３０８ａ、３０８ｂと同時に形成
された半導体膜に拡散すると、該半導体膜において水素は酸素と結合し、キャリアである
電子が生成される。また、絶縁膜３１８をプラズマＣＶＤ法またはスパッタリング法で成
膜すると、半導体膜３０８ｄがプラズマに曝され、酸素欠損が生成される。当該酸素欠損
に絶縁膜３１８に含まれる水素が入ることで、キャリアである電子が生成される。これら
の結果、半導体膜は導電性が高くなり、導電性を有する膜３０８ｃとなる。即ち、導電性
を有する膜３０８ｃは、導電性の高い酸化物半導体膜ともいえる。また、導電性を有する
膜３０８ｃは、導電性の高い金属酸化物膜ともいえる。
【０２５６】
ただし、本発明の実施形態の一態様は、これに限定されず、導電性を有する膜３０８ｃ
は、場合によっては、絶縁膜３１８と接していないことも可能である。
【０２５７】
また、本発明の実施形態の一態様は、これに限定されず、導電性を有する膜３０８ｃは
、場合によっては、半導体膜３０８ａ、または、３０８ｂと別々の工程で形成されてもよ
い。その場合には、導電性を有する膜３０８ｃは、半導体膜３０８ａ、３０８ｂと、異な
る材質を有していても良い。例えば、導電性を有する膜３０８ｃ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
ジウム錫酸化物、インジウム亜鉛酸化物、酸化シリコンを含むインジウム錫酸化物等を用
いて形成してもよい。
【０２５８】
本実施の形態に示す半導体装置は、トランジスタの半導体膜と同時に、容量素子の一方
となる電極を形成する。また、画素電極として機能する透光性を有する導電膜を容量素子
の他方の電極として用いる。これらのため、容量素子を形成するために、新たに導電膜を
形成する工程が不要であり、半導体装置の作製工程を削減できる。また、一対の電極が透
光性を有するため、容量素子は透光性を有する。この結果、容量素子の占有面積を大きく
しつつ、画素の開口率を高めることができる。
【０２５９】
第２の保護膜３１２ａ、３１２ｂ、３１２ｄ、３１２ｆ、３１２ｇは、実施の形態１に
示す第２の保護膜２０ａ、２０ｂの材料及び作製方法を適宜用いることができる。
【０２６０】
導電膜３１３ａ、３１３ｂ、３１３ｃ、３１３ｄ、３１３ｅは、実施の形態１に示す一
対の電極２１、２２を構成する導電膜２１ａ、２２ａの材料及び作製方法を適宜用いるこ
とができる。
【０２６１】
第１の保護膜３１４ａ、３１４ｂ、３１４ｃ、３１４ｄ、３１４ｅは、実施の形態１に
示す第１の保護膜２１ｂ、２２ｂの材料及び作製方法を適宜用いることができる。
【０２６２】
絶縁膜３０６、半導体膜３０８ａ、３０８ｂ、導電性を有する膜３０８ｃ、第２の保護
膜３１２ａ、３１２ｂ、３１２ｄ、３１２ｆ、３１２ｇ、導電膜３１３ａ、３１３ｂ、３
１３ｃ、３１３ｄ、３１３ｅ、及び第１の保護膜３１４ａ、３１４ｂ、３１４ｃ、３１４
ｄ、３１４ｅ上には、絶縁膜３１６、絶縁膜３１８が形成されている。絶縁膜３１６は、
絶縁膜３０６と同様に、半導体膜３０８ａ、３０８ｂとの界面特性を向上させることが可
能な材料を用いることが好ましく、少なくとも実施の形態１に示す酸化物絶縁膜２４と同
様の材料及び作製方法を適宜用いることができる。また、実施の形態１に示すように、酸
化物絶縁膜２３及び酸化物絶縁膜２４を積層して形成してもよい。
【０２６３】
絶縁膜３１８は、絶縁膜３０５と同様に、外部からの不純物、例えば、水、アルカリ金
属、アルカリ土類金属等が、半導体膜へ拡散するのを防ぐ材料を用いることが好ましく、
窒化シリコン、窒化酸化シリコン、窒化アルミニウム、窒化酸化アルミニウム等の窒化絶
縁膜を適宜用いることができる。絶縁膜３１８の厚さは、３０ｎｍ以上２００ｎｍ以下、
好ましくは５０ｎｍ以上１５０ｎｍ以下とする。絶縁膜３１８は、スパッタリング法、Ｃ
ＶＤ法等を適宜用いて形成することができる。
【０２６４】
また、絶縁膜３１８上には透光性を有する導電膜３２０ａ、３２０ｂが形成されている
。透光性を有する導電膜３２０ａは、開口部３６４ａ（図１２（Ａ）参照。）において導
電膜３０４ｂと電気的に接続され、開口部３６４ｂ（図１２（Ａ）参照。）において導電
膜３１３ｃと電気的に接続される。即ち、導電膜３０４ｂ及び導電膜３１３ｃを接続する
接続電極として機能する。透光性を有する導電膜３２０ｂは、開口部３６４ｃ（図１２（
Ａ）参照。）において導電膜３１３ｅと電気的に接続され、画素の画素電極としての機能
を有する。また、透光性を有する導電膜３２０ｂは、容量素子の一対の電極の一方として
機能することができる。
【０２６５】
導電膜３０４ｂ及び導電膜３１３ｃが直接接するような接続構造とするには、導電膜３
１３ｃを形成する前に、絶縁膜３０５、絶縁膜３０６に開口部を形成するためにパターニ
ングを行い、マスクを形成する必要があるが、図８の接続構造には、当該フォトマスクが
不要である。しかしながら、図８のように、透光性を有する導電膜３２０ａにより、導電
膜３０４ｂ及び導電膜３１３ｃを接続することで、導電膜３０４ｂ及び導電膜３１３ｃが
直接接する接続部を作製する必要が無くなり、フォトマスクを１枚少なくすることができ
る。即ち、半導体装置の作製工程を削減することが可能である。
【０２６６】
透光性を有する導電膜３２０ａ、３２０ｂとしては、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、ＩＴＯ、インジウム亜鉛酸化物、酸化シ
リコンを含む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
。
【０２６７】
また、基板３４２上には、有色性を有する膜（以下、有色膜３４６という。）が形成さ
れている。有色膜３４６は、カラーフィルタとしての機能を有する。また、有色膜３４６
に隣接する遮光膜３４４が基板３４２上に形成される。遮光膜３４４は、ブラックマトリ
クスとして機能する。また、有色膜３４６は、必ずしも設ける必要はなく、例えば、表示
装置が白黒の場合等によって、有色膜３４６を設けない構成としてもよい。
【０２６８】
有色膜３４６としては、特定の波長帯域の光を透過する有色膜であればよく、例えば、
赤色の波長帯域の光を透過する赤色（Ｒ）のカラーフィルタ、緑色の波長帯域の光を透過
する緑色（Ｇ）のカラーフィルタ、青色の波長帯域の光を透過する青色（Ｂ）のカラーフ
ィルタなどを用いることができる。
【０２６９】
遮光膜３４４としては、特定の波長帯域の光を遮光する機能を有していればよく、金属
膜または黒色顔料等を含んだ有機絶縁膜などを用いることができる。
【０２７０】
また、有色膜３４６上には、絶縁膜３４８が形成されている。絶縁膜３４８は、平坦化
層としての機能、または有色膜３４６が含有しうる不純物を液晶素子側へ拡散するのを抑
制する機能を有する。
【０２７１】
また、絶縁膜３４８上には、導電膜３５０が形成されている。導電膜３５０は、画素部
の液晶素子が有する一対の電極の他方としての機能を有する。なお、透光性を有する導電
膜３２０ａ、３２０ｂ、及び導電膜３５０上には、配向膜としての機能を有する絶縁膜を
別途形成してもよい。
【０２７２】
また、透光性を有する導電膜３２０ａ、３２０ｂと導電膜３５０との間には、液晶層３
２１が形成されている。また液晶層３２１は、シール材（図示しない）を用いて、基板３
０２と基板３４２の間に封止されている。なお、シール材は、外部からの水分等の入り込
みを抑制するために、無機材料と接触する構成が好ましい。
【０２７３】
また、透光性を有する導電膜３２０ａ、３２０ｂと導電膜３５０との間に液晶層３２１
の厚さ（セルギャップともいう）を維持するスペーサを設けてもよい。
【０２７４】
図８に示す半導体装置に示す基板３０２上に設けられた素子部の作製方法について、図
９乃至図１２を用いて説明する。
【０２７５】
まず、基板３０２を準備する。ここでは、基板３０２としてガラス基板を用いる。
【０２７６】
次に、基板３０２上に導電膜を形成し、該導電膜を所望の領域に加工することで、導電
膜３０４ａ、３０４ｂ、３０４ｃを形成する。なお、導電膜３０４ａ、３０４ｂ、３０４
ｃの形成は、所望の領域に第１のパターニングによるマスクの形成を行い、該マスクに覆
われていない領域をエッチングすることで形成することができる（図９（Ａ）参照）。
【０２７７】
また、導電膜３０４ａ、３０４ｂ、３０４ｃとしては、代表的には、蒸着法、ＣＶＤ法
、スパッタリング法、スピンコート法等を用いて形成することができる。
【０２７８】
次に、基板３０２、及び導電膜３０４ａ、３０４ｂ、３０４ｃ上に、絶縁膜３０５を形
成し、絶縁膜３０５上に絶縁膜３０６を形成する（図９（Ａ）参照）。
【０２７９】
絶縁膜３０５及び絶縁膜３０６は、スパッタリング法、ＣＶＤ法等により形成すること
ができる。なお、絶縁膜３０５及び絶縁膜３０６は、真空中で連続して形成すると不純物
の混入が抑制され好ましい。
【０２８０】
次に、絶縁膜３０６上に半導体膜３０７を形成する（図９（Ｂ）参照）。
【０２８１】
半導体膜３０７は、スパッタリング法、塗布法、パルスレーザー蒸着法、レーザーアブ
レーション法などを用いて形成することができる。
【０２８２】
次に、半導体膜３０７を所望の領域に加工することで、島状の半導体膜３０８ａ、３０
８ｂ、３０８ｄを形成する。なお、半導体膜３０８ａ、３０８ｂ、３０８ｄの形成は、所
望の領域に第２のパターニングによるマスクの形成を行い、該マスクに覆われていない領
域をエッチングすることで形成することができる。エッチングとしては、ドライエッチン
グ、ウエットエッチング、または双方を組み合わせたエッチングを用いることができる（
図９（Ｃ）参照）。
【０２８３】
次に、第１の加熱処理を行ってもよい。第１の加熱処理は、実施の形態１に示す第１の
加熱処理と同様の条件を用いる。第１の加熱処理によって、半導体膜３０８ａ、３０８ｂ
、３０８ｄに用いる酸化物半導体の結晶性を高め、さらに絶縁膜３０５、３０６、及び半
導体膜３０８ａ、３０８ｂ、３０８ｄから水素や水などの不純物を除去することができる
。なお、半導体膜３０７をエッチングする前に第１の加熱工程を行ってもよい。
【０２８４】
次に、絶縁膜３０６、及び半導体膜３０８ａ、３０８ｂ、３０８ｄ上に、第１の保護膜
となる膜３０９、導電膜３１０、及び第２の保護膜となる膜３１１を順に形成する（図１
０（Ａ）参照）。
【０２８５】
第１の保護膜となる膜３０９及び導電膜３１０としては、例えば、スパッタリング法を
用いて形成することができる。また、第２の保護膜となる膜３１１としては、例えば、Ｃ
ＶＤ法、スパッタリング法等を用いて形成することができる。
【０２８６】
次に、第２の保護膜となる膜３１１を所望の領域に加工することで、第２の保護膜３１
２ａ、３１２ｂ、３１２ｃ、３１２ｄ、３１２ｅを形成する。なお、第２の保護膜３１２
ａ、３１２ｂ、３１２ｃ、３１２ｄ、３１２ｅの形成は、所望の領域に第３のパターニン
グによるマスクの形成を行い、該マスクに覆われていない領域をエッチングすることで、
形成することができる。この後、マスクを除去する（図１０（Ｂ）参照）。
【０２８７】
次に、導電膜３１０及び第１の保護膜となる膜３０９をそれぞれ所望の領域に加工する
ことで、導電膜３１３ａ、３１３ｂ、３１３ｃ、３１３ｄ、３１３ｅ、及び第１の保護膜
３１４ａ、３１４ｂ、３１４ｃ、３１４ｄ、３１４ｅを形成する。なお、ここでは、第２
の保護膜３１２ａ、３１２ｂ、３１２ｃ、３１２ｄ、３１２ｅをマスクとして機能させ、
該マスクに覆われていない領域をエッチングすることで、導電膜３１３ａ、３１３ｂ、３
１３ｃ、３１３ｄ、３１３ｅ、及び第１の保護膜３１４ａ、３１４ｂ、３１４ｃ、３１４
ｄ、３１４ｅを形成することができる（図１０（Ｃ）参照）。
【０２８８】
次に、絶縁膜３０６、半導体膜３０８ａ、３０８ｂ、３０８ｄ、第２の保護膜３１２ａ
、３１２ｂ、３１２ｃ、３１２ｄ、３１２ｅ、導電膜３１３ａ、３１３ｂ、３１３ｃ、３
１３ｄ、３１３ｅ、第１の保護膜３１４ａ、３１４ｂ、３１４ｃ、３１４ｄ、３１４ｅ上
を覆うように、絶縁膜３１５を形成する（図１１（Ａ）参照）。
【０２８９】
絶縁膜３１５としては、実施の形態１に示す酸化物絶縁膜２３及び酸化物絶縁膜２４と
同様の条件を用いて積層して形成することができる。
【０２９０】
次に、絶縁膜３１５を所望の領域に加工することで、絶縁膜３１６、及び開口部３６２
を形成する。なお、絶縁膜３１６、及び開口部３６２の形成は、所望の領域に第４のパタ
ーニングによるマスクの形成を行い、該マスクに覆われていない領域をエッチングするこ
とで、形成することができる（図１１（Ｂ）参照）。
【０２９１】
なお、開口部３６２は、半導体膜３０８ｄの表面が露出するように形成する。開口部３
６２の形成方法としては、例えば、ドライエッチング法を用いることができる。ただし、
開口部３６２の形成方法としては、これに限定されず、ウエットエッチング法、またはド
ライエッチング法とウエットエッチング法を組み合わせた形成方法としてもよい。
【０２９２】
こののち、第２の加熱処理を行ってもよい。絶縁膜３１６に含まれる酸素の一部を半導
体膜３０８ａ、３０８ｂに移動させ、半導体膜３０８ａ、３０８ｂに含まれる酸素欠損を
低減することが可能である。この結果、半導体膜３０８ａ、３０８ｂに含まれる酸素欠損
量を低減することができる。
【０２９３】
次に、絶縁膜３１６及び半導体膜３０８ｄ上に絶縁膜３１７を形成する（図１１（Ｃ）
参照）。
【０２９４】
絶縁膜３１７としては、外部からの不純物、例えば、酸素、水素、水、アルカリ金属、
アルカリ土類金属等が、半導体膜へ拡散するのを防ぐ材料を用いることが好ましく、更に
は水素を含むことが好ましく、代表的には窒素を含む無機絶縁材料、例えば窒化物絶縁膜
を用いることができる。絶縁膜３１７としては、例えば、ＣＶＤ法、スパッタリング法等
を用いて形成することができる。
【０２９５】
絶縁膜３１７は、ＣＶＤ法、スパッタリング法等を用いて形成されると、半導体膜３０
８ｄがプラズマに曝され、半導体膜３０８ｄに酸素欠損が生成される。また、絶縁膜３１
７は、外部からの不純物、例えば、水、アルカリ金属、アルカリ土類金属等が、半導体膜
へ拡散するのを防ぐ材料で形成される膜であり、更には水素を含む。これらのため、絶縁
膜３１７の水素が半導体膜３０８ｄに拡散すると、該半導体膜３０８ｄにおいて水素は酸
素欠損と結合し、キャリアである電子が生成される。または、絶縁膜３１７の水素が半導
体膜３０８ｄに拡散すると、該半導体膜３０８ｄにおいて水素は酸素と結合し、キャリア
である電子が生成される。この結果、半導体膜３０８ｄは、導電性が高くなり、導電性を
有する膜３０８ｃとなる。
【０２９６】
また、上記絶縁膜３１７は、ブロック性を高めるために、高温で成膜されることが好ま
しく、例えば基板温度１００℃以上基板の歪み点以下、より好ましくは３００℃以上４０
０℃以下の温度で加熱して成膜することが好ましい。また高温で成膜する場合は、半導体
膜３０８ａ、３０８ｂから酸素が脱離し、キャリア濃度が上昇する現象が発生することが
あるため、このような現象が発生しない温度とする。
【０２９７】
なお、絶縁膜３１７を形成する前に半導体膜３０８ｄを希ガス及び水素を含むプラズマ
に曝すことで、半導体膜３０８ｄに酸素欠損を形成するとともに、半導体膜３０８ｄに水
素を添加することが可能である。この結果、半導体膜３０８ｄにおいてキャリアである電
子をさらに増加させることが可能であり、導電性を有する膜３０８ｃの導電性をさらに高
めることができる。
【０２９８】
次に、絶縁膜３０５、３０６、３１６、３１７、第２の保護膜３１２ｃ、３１２ｅを所
望の領域に加工することで、開口部３６４ａ、３６４ｂ、３６４ｃを形成する。なお、該
工程においてエッチングされた絶縁膜３１７を絶縁膜３１８とし、エッチングされた第２
の保護膜３１２ｃ，３１２ｅをそれぞれ第２の保護膜３１２ｆ、３１２ｇとする。絶縁膜
３１８、及び開口部３６４ａ、３６４ｂ、３６４ｃは、所望の領域に第５のパターニング
によるマスクの形成を行い、該マスクに覆われていない領域をエッチングすることで形成
することができる（図１２（Ａ）参照）。なお、第２の保護膜３１２ｃ、３１２ｅが透光
性を有する導電膜で形成される場合、当該工程において第２の保護膜３１２ｃ、３１２ｅ
をエッチングしなくともよい。
【０２９９】
また、開口部３６４ａは、導電膜３０４ｂの表面が露出するように形成する。また、開
口部３６４ｂは、導電膜３１３ｃが露出するように形成する。また、開口部３６４ｃは、
導電膜３１３ｅが露出するように形成する。
【０３００】
なお、開口部３６４ａ、３６４ｂ、３６４ｃの形成方法としては、例えば、ドライエッ
チング法を用いることができる。ただし、開口部３６４ａ、３６４ｂ、３６４ｃの形成方
法としては、これに限定されず、ウエットエッチング法、またはドライエッチング法とウ
エットエッチング法を組み合わせた形成方法としてもよい。
【０３０１】
次に、開口部３６４ａ、３６４ｂ、３６４ｃを覆うように絶縁膜３１８上に導電膜３１
９を形成する（図１２（Ｂ）参照）。
【０３０２】
導電膜３１９としては、例えば、スパッタリング法を用いて形成することができる。
【０３０３】
次に、導電膜３１９を所望の領域に加工することで、透光性を有する導電膜３２０ａ、
３２０ｂを形成する。なお、透光性を有する導電膜３２０ａ、３２０ｂの形成は、所望の
領域に第６のパターニングによるマスクの形成を行い、該マスクに覆われていない領域を
エッチングすることで形成することができる（図１２（Ｃ）参照）。
【０３０４】
以上の工程で、基板３０２上に、トランジスタを有する画素部及び駆動回路部を形成す
ることができる。なお、本実施の形態に示す作製工程においては、第１乃至第６のパター
ニング、すなわち６枚のマスクでトランジスタ、及び容量素子を同時に形成することがで
きる。
【０３０５】
なお、本実施の形態では、絶縁膜３１８に含まれる水素を半導体膜３０８ｄに拡散させ
て、半導体膜３０８ｄの導電性を高めたが、半導体膜３０８ａ、３０８ｂをマスクで覆い
、半導体膜３０８ｄに不純物、代表的には、水素、ホウ素、リン、スズ、アンチモン、希
ガス元素、アルカリ金属、アルカリ土類金属等を添加して、半導体膜３０８ｄの導電性を
高めてもよい。半導体膜３０８ｄに水素、ホウ素、リン、スズ、アンチモン、希ガス元素
等を添加する方法としては、イオンドーピング法、イオン注入法等がある。一方、半導体
膜３０８ｄにアルカリ金属、アルカリ土類金属等を添加する方法としては、該不純物を含
む溶液を半導体膜３０８ｄに曝す方法がある。
【０３０６】
次に、基板３０２に対向して設けられる基板３４２上に形成される構造について、以下
説明を行う。
【０３０７】
まず、基板３４２を準備する。基板３４２としては、基板３０２に示す材料を援用する
ことができる。次に、基板３４２上に遮光膜３４４、有色膜３４６を形成する（図１３（
Ａ）参照）。
【０３０８】
遮光膜３４４及び有色膜３４６は、様々な材料を用いて、印刷法、インクジェット法、
フォトリソグラフィ技術を用いたエッチング方法などでそれぞれ所望の位置に形成する。
【０３０９】
次に、遮光膜３４４、及び有色膜３４６上に絶縁膜３４８を形成する（図１３（Ｂ）参
照）。
【０３１０】
絶縁膜３４８としては、例えばアクリル樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド等の有機絶縁
膜を用いることができる。絶縁膜３４８を形成することによって、例えば、有色膜３４６
中に含まれる不純物等を液晶層３２１側に拡散することを抑制することができる。ただし
、絶縁膜３４８は、必ずしも設ける必要はなく、絶縁膜３４８を形成しない構造としても
よい。
【０３１１】
次に、絶縁膜３４８上に導電膜３５０を形成する（図１３（Ｃ）参照）。導電膜３５０
としては、導電膜３１９に示す材料を援用することができる。
【０３１２】
以上の工程で基板３４２上に形成される構造を形成することができる。
【０３１３】
次に、基板３０２と基板３４２上、より詳しくは基板３０２上に形成された絶縁膜３１
８、透光性を有する導電膜３２０ａ、３２０ｂと、基板３４２上に形成された導電膜３５
０上に、それぞれ配向膜３２３と配向膜３５２を形成する。配向膜３２３、配向膜３５２
は、ラビング法、光配向法等を用いて形成することができる。その後、基板３０２と、基
板３４２との間に液晶層３２１を形成する。液晶層３２１の形成方法としては、ディスペ
ンサ法（滴下法）や、基板３０２と基板３４２とを貼り合わせてから毛細管現象を用いて
液晶を注入する注入法を用いることができる。
【０３１４】
以上の工程で、図８に示す表示装置を作製することができる。
【０３１５】
なお、本実施の形態は、本明細書で示す他の実施の形態と適宜組み合わせることができ
る。
【０３１６】
（実施の形態５）
本実施の形態では、上記実施の形態で説明した半導体装置に含まれているトランジスタ
において、半導体膜１４及び酸化物膜１５に適用可能な一態様について説明する。なお、
ここでは、半導体膜１４として酸化物半導体を用いている。また、酸化物半導体膜を一例
に用いて説明するが、酸化物膜も同様の構造とすることができる。
【０３１７】
酸化物半導体膜は、非単結晶酸化物半導体膜と単結晶酸化物半導体膜とに大別される。
非単結晶酸化物半導体膜とは、ＣＡＡＣ−ＯＳ（Ｃ  Ａｘｉｓ  Ａｌｉｇｎｅｄ  Ｃｒｙ
ｓｔａｌｌｉｎｅ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）膜、多結晶酸化物半導体
膜、微結晶酸化物半導体膜、非晶質酸化物半導体膜などをいう。ここでは、ＣＡＡＣ−Ｏ
Ｓ膜及び微結晶酸化物半導体膜について説明する。
【０３１８】
まずは、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜について説明する。
【０３１９】
ＣＡＡＣ−ＯＳ膜は、複数の結晶部を有する酸化物半導体膜の一つであり、ほとんどの
結晶部は、一辺が１００ｎｍ未満の立方体内に収まる大きさである。従って、ＣＡＡＣ−
ＯＳ膜に含まれる結晶部は、一辺が１０ｎｍ未満、５ｎｍ未満または３ｎｍ未満の立方体
内に収まる大きさの場合も含まれる。ＣＡＡＣ−ＯＳ膜は、微結晶酸化物半導体膜よりも
欠陥準位密度が低いという特徴がある。
【０３２０】
ＣＡＡＣ−ＯＳ膜を透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ：Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ  Ｅｌｅｃ
ｔｒｏｎ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）によって観察すると、結晶部同士の明確な境界、即ち
結晶粒界（グレインバウンダリーともいう。）を確認することができない。そのため、Ｃ
ＡＡＣ−ＯＳ膜は、結晶粒界に起因する電子移動度の低下が起こりにくいといえる。
【０３２１】
ＣＡＡＣ−ＯＳ膜を、試料面と概略平行な方向からＴＥＭによって観察（断面ＴＥＭ観
察）すると、結晶部において、金属原子が層状に配列していることを確認できる。金属原
子の各層は、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜の膜を形成する面（被形成面ともいう。）または上面の凹
凸を反映した形状であり、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜の被形成面または上面と平行に配列する。
【０３２２】
なお、ここでは「平行」とは、二つの直線が−１０°以上１０°以下の角度で配置され
ている状態をいう。従って、−５°以上５°以下の場合も含まれる。また、「垂直」とは
、二つの直線が８０°以上１００°以下の角度で配置されている状態をいう。従って、８
５°以上９５°以下の場合も含まれる。
【０３２３】
一方、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜を、試料面と概略垂直な方向からＴＥＭによって観察（平面Ｔ
ＥＭ観察）すると、結晶部において、金属原子が三角形状または六角形状に配列している
ことを確認できる。しかしながら、異なる結晶部間で、金属原子の配列に規則性は見られ
ない。
【０３２４】
なお、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜に対し、電子線回折を行うと、配向性を示すスポット（輝点）
が観測される。
【０３２５】
断面ＴＥＭ観察および平面ＴＥＭ観察より、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜の結晶部は配向性を有し
ていることがわかる。
【０３２６】
図１４（Ａ）に、厚さが１００ｎｍのＣＡＡＣ−ＯＳを５０ｎｍに薄膜化したサンプル
に対し、表面側からナノビーム電子線回折を行った結果を示す。このとき、電子線の径は
１ｎｍ（φ１ｎｍと表記）、１０ｎｍ（φ１０ｎｍと表記）、２０ｎｍ（φ２０ｎｍと表
記）または３０ｎｍ（φ３０ｎｍと表記）とした。いずれの条件においても、特定の方向
への配向性を確認することができた。また、電子線の径が小さいほど、配向性が高くなっ
ていることがわかった。
【０３２７】
ＣＡＡＣ−ＯＳ膜に対し、Ｘ線回折（ＸＲＤ：Ｘ−Ｒａｙ  Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ）
装置を用いて構造解析を行うと、例えばＩｎＧａＺｎＯ４の結晶を有するＣＡＡＣ−ＯＳ
膜のｏｕｔ−ｏｆ−ｐｌａｎｅ法による解析では、回折角（２θ）が３１°近傍にピーク
が現れる場合がある。このピークは、ＩｎＧａＺｎＯ４の結晶の（００９）面に帰属され
ることから、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜の結晶がｃ軸配向性を有し、ｃ軸が被形成面または上面に
概略垂直な方向を向いていることが確認できる。
【０３２８】
一方、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜に対し、ｃ軸に概略垂直な方向からＸ線を入射させるｉｎ−ｐ
ｌａｎｅ法による解析では、２θが５６°近傍にピークが現れる場合がある。このピーク
は、ＩｎＧａＺｎＯ４の結晶の（１１０）面に帰属される。ＩｎＧａＺｎＯ４の単結晶酸
化物半導体膜であれば、２θを５６°近傍に固定し、試料面の法線ベクトルを軸（φ軸）
として試料を回転させながら分析（φスキャン）を行うと、（１１０）面と等価な結晶面
に帰属されるピークが６本観察される。これに対し、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜の場合は、２θを
５６°近傍に固定してφスキャンした場合でも、明瞭なピークが現れない。
【０３２９】
以上のことから、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜では、異なる結晶部間ではａ軸およびｂ軸の配向は
不規則であるが、ｃ軸配向性を有し、かつｃ軸が被形成面または上面の法線ベクトルに平
行な方向を向いていることがわかる。従って、前述の断面ＴＥＭ観察で確認された層状に
配列した金属原子の各層は、結晶のａｂ面に平行な面である。
【０３３０】
なお、結晶部は、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜を成膜した際、または加熱処理などの結晶化処理を
行った際に形成される。上述したように、結晶のｃ軸は、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜の被形成面ま
たは上面の法線ベクトルに平行な方向に配向する。従って、例えば、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜の
形状をエッチングなどによって変化させた場合、結晶のｃ軸がＣＡＡＣ−ＯＳ膜の被形成
面または上面の法線ベクトルと平行にならないこともある。
【０３３１】
また、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜において、ｃ軸配向した結晶部の分布が均一でなくてもよい。
例えば、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜の結晶部が、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜の上面近傍からの結晶成長によ
って形成される場合、上面近傍の領域は、被形成面近傍の領域よりもｃ軸配向した結晶部
の割合が高くなることがある。また、不純物の添加されたＣＡＡＣ−ＯＳ膜は、不純物が
添加された領域が変質し、部分的に結晶部の割合の異なる領域が形成されることもある。
【０３３２】
なお、ＩｎＧａＺｎＯ４の結晶を有するＣＡＡＣ−ＯＳ膜のｏｕｔ−ｏｆ−ｐｌａｎｅ
法による解析では、２θが３１°近傍のピークの他に、２θが３６°近傍にもピークが現
れる場合がある。２θが３６°近傍のピークは、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜中の一部に、ｃ軸配向
性を有さない結晶が含まれることを示している。ＣＡＡＣ−ＯＳ膜は、２θが３１°近傍
にピークを示し、２θが３６°近傍にピークを示さないことが好ましい。
【０３３３】
ＣＡＡＣ−ＯＳ膜は、不純物濃度の低い酸化物半導体膜である。不純物は、水素、炭素
、シリコン、遷移金属元素などの酸化物半導体膜の主成分以外の元素である。特に、シリ
コンなどの、酸化物半導体膜を構成する金属元素よりも酸素との結合力の強い元素は、酸
化物半導体膜から酸素を奪うことで酸化物半導体膜の原子配列を乱し、結晶性を低下させ
る要因となる。また、鉄やニッケルなどの重金属、アルゴン、二酸化炭素などは、原子半
径（または分子半径）が大きいため、酸化物半導体膜内部に含まれると、酸化物半導体膜
の原子配列を乱し、結晶性を低下させる要因となる。なお、酸化物半導体膜に含まれる不
純物は、キャリアトラップやキャリア発生源となる場合がある。
【０３３４】
また、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜は、欠陥準位密度の低い酸化物半導体膜である。例えば、酸化
物半導体膜中の酸素欠損は、キャリアトラップとなることや、水素を捕獲することによっ
てキャリア発生源となることがある。
【０３３５】
不純物濃度が低く、欠陥準位密度が低い（酸素欠損の少ない）ことを、高純度真性また
は実質的に高純度真性と呼ぶ。高純度真性または実質的に高純度真性である酸化物半導体
膜は、キャリア発生源が少ないため、キャリア密度を低くすることができる。従って、当
該酸化物半導体膜を用いたトランジスタは、しきい値電圧がマイナスとなる電気特性（ノ
ーマリーオンともいう。）になることが少ない。また、高純度真性または実質的に高純度
真性である酸化物半導体膜は、キャリアトラップが少ない。そのため、当該酸化物半導体
膜を用いたトランジスタは、電気特性の変動が小さく、信頼性の高いトランジスタとなる
。なお、酸化物半導体膜のキャリアトラップに捕獲された電荷は、放出するまでに要する
時間が長く、あたかも固定電荷のように振る舞うことがある。そのため、不純物濃度が高
く、欠陥準位密度が高い酸化物半導体膜を用いたトランジスタは、電気特性が不安定とな
る場合がある。
【０３３６】
また、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜を用いたトランジスタは、可視光や紫外光の照射による電気特
性の変動が小さい。
【０３３７】
次に、微結晶酸化物半導体膜について説明する。
【０３３８】
微結晶酸化物半導体膜は、ＴＥＭによる観察像では、明確に結晶部を確認することがで
きない場合がある。微結晶酸化物半導体膜に含まれる結晶部は、１ｎｍ以上１００ｎｍ以
下、または１ｎｍ以上１０ｎｍ以下の大きさであることが多い。特に、１ｎｍ以上１０ｎ
ｍ以下、または１ｎｍ以上３ｎｍ以下の微結晶であるナノ結晶（ｎｃ：ｎａｎｏｃｒｙｓ
ｔａｌ）を有する酸化物半導体膜を、ｎｃ−ＯＳ（ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ  Ｏ
ｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）膜と呼ぶ。また、ｎｃ−ＯＳ膜は、例えば、Ｔ
ＥＭによる観察像では、結晶粒界を明確に確認できない場合がある。
【０３３９】
ｎｃ−ＯＳ膜は、微小な領域（例えば、１ｎｍ以上１０ｎｍ以下の領域、特に１ｎｍ以
上３ｎｍ以下の領域）において原子配列に周期性を有する。また、ｎｃ−ＯＳ膜は、異な
る結晶部間で結晶方位に規則性が見られない。そのため、膜全体で配向性が見られない。
従って、ｎｃ−ＯＳ膜は、分析方法によっては、非晶質酸化物半導体膜と区別が付かない
場合がある。例えば、ｎｃ−ＯＳ膜に対し、結晶部よりも大きい径のＸ線を用いるＸＲＤ
装置を用いて構造解析を行うと、ｏｕｔ−ｏｆ−ｐｌａｎｅ法による解析では、結晶面を
示すピークが検出されない。また、ｎｃ−ＯＳ膜は、結晶部よりも大きい径（例えば５０
ｎｍ以上）の電子線を用いる電子線回折（制限視野電子線回折ともいう。）を行うと、ハ
ローパターンのような回折パターンが観測される。一方、ｎｃ−ＯＳ膜に対し、結晶部の
大きさと近いか結晶部より小さい径（例えば１ｎｍ以上３０ｎｍ以下）の電子線を用いる
電子線回折（ナノビーム電子線回折ともいう。）を行うと、スポットが観測される。また
、ｎｃ−ＯＳ膜に対しナノビーム電子線回折を行うと、円を描くように（リング状に）輝
度の高い領域が観測される場合がある。また、ｎｃ−ＯＳ膜に対しナノビーム電子線回折
を行うと、リング状の領域内に複数のスポットが観測される場合がある。
【０３４０】
図１４は、ｎｃ−ＯＳ膜を有する試料に対し、測定箇所を変えてナノビーム電子線回折
を行った例である。ここでは、試料を、ｎｃ−ＯＳ膜の被形成面に垂直な方向に切断し、
厚さが１０ｎｍ以下となるように薄片化する。また、ここでは、電子線の径が１ｎｍの電
子線を、試料の切断面に垂直な方向から入射させる。図１４より、ｎｃ−ＯＳ膜を有する
試料に対し、ナノビーム電子線回折を行うと、結晶面を示す回折パターンが得られるが、
特定方向の結晶面への配向性は見られないことがわかった。
【０３４１】
ｎｃ−ＯＳ膜は、非晶質酸化物半導体膜よりも規則性の高い酸化物半導体膜である。そ
のため、ｎｃ−ＯＳ膜は、非晶質酸化物半導体膜よりも欠陥準位密度が低くなる。ただし
、ｎｃ−ＯＳ膜は、異なる結晶部間で結晶方位に規則性が見られない。そのため、ｎｃ−
ＯＳ膜は、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜と比べて欠陥準位密度が高くなる。
【０３４２】
なお、酸化物半導体膜は、例えば、非晶質酸化物半導体膜、微結晶酸化物半導体膜、Ｃ
ＡＡＣ−ＯＳ膜のうち、二種以上を有する積層膜であってもよい。
【図１】
2020047952.tif 000003
【図２】
2020047952.tif 000004
【図３】
2020047952.tif 000005
【図４】
2020047952.tif 000006
【図５】
2020047952.tif 000007
【図６】
2020047952.tif 000008
【図７】
2020047952.tif 000009
【図８】
2020047952.tif 000010
【図９】
2020047952.tif 000011
【図１０】
2020047952.tif 000012
【図１１】
2020047952.tif 000013
【図１２】
2020047952.tif 000014
【図１３】
2020047952.tif 000015
【図１４】
2020047952.tif 000016
【図１５】
2020047952.tif 000017