(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ゲート電極層を形成し、
前記ゲート電極層上にゲート絶縁膜を形成し、
前記ゲート絶縁膜をはさんで前記ゲート電極層と重なるように酸化物半導体膜を形成し、
前記酸化物半導体膜に熱処理を行って、前記酸化物半導体膜中の水素を低減し、
前記酸化物半導体膜上に、前記酸化物半導体膜に接するように、化学量論比の１倍より大きく２倍未満の酸素を含む第１の絶縁膜を形成し、
熱処理を行って、前記第１の絶縁膜中の酸素を前記酸化物半導体膜に供給することを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項２】
ゲート電極層を形成し、
前記ゲート電極層上にゲート絶縁膜を形成し、
前記ゲート絶縁膜をはさんで前記ゲート電極層と重なるように酸化物半導体膜を形成し、
前記酸化物半導体膜に熱処理を行って、前記酸化物半導体膜中の水素を低減し、
前記酸化物半導体膜上に、前記酸化物半導体膜に接するように化学量論比の１倍より大きく２倍未満の酸素を含む第１の絶縁膜を形成し、
前記化学量論比の１倍より大きく２倍未満の酸素は、前記第１の絶縁膜への酸素ドープ処理によって供給され、
熱処理を行って、前記第１の絶縁膜中の酸素を前記酸化物半導体膜に供給し、
前記第１の絶縁膜上に、前記第１の絶縁膜に接するように、窒化シリコンを含む第２の絶縁膜を形成し、
前記第２の絶縁膜を形成後に熱処理を行うことを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項３】
ゲート電極層を形成し、
前記ゲート電極層上にゲート絶縁膜を形成し、
前記ゲート絶縁膜をはさんで前記ゲート電極層と重なるように酸化物半導体膜を形成し、
前記酸化物半導体膜に熱処理を行って、前記酸化物半導体膜中の水素を低減し、
前記酸化物半導体膜上に、前記酸化物半導体膜に接するように、化学量論比の１倍より大きく２倍未満の酸素を含む第１の絶縁膜を形成し、
前記化学量論比の１倍より大きく２倍未満の酸素は、前記第１の絶縁膜への酸素ドープ処理によって供給され、
熱処理を行って、前記第１の絶縁膜中の酸素を前記酸化物半導体膜に供給し、
前記第１の絶縁膜上に、前記第１の絶縁膜に接するように、窒化シリコンを含む第２の絶縁膜を形成し、
前記第２の絶縁膜を形成後に熱処理を行う半導体装置の作製方法であって、
前記酸化物半導体膜と電気的に接続される第１の電極を有し、
前記第１の電極は、前記第１の絶縁膜及び前記第２の絶縁膜の開口を介して、前記第２の絶縁膜の上方の導電層と電気的に接続され、
前記第１の電極において前記開口と重なる領域は、表面の一部が除去されていることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか一において、
前記ゲート絶縁膜または前記第１の絶縁膜は、前記酸化物半導体膜の成分元素を含むことを特徴とする半導体装置の作製方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
半導体装置及び半導体装置の作製方法に関する。
【０００２】
なお、本明細書中において半導体装置とは、半導体特性を利用することで機能しうる装置
全般を指し、電気光学装置、半導体回路および電子機器は全て半導体装置である。
【背景技術】
【０００３】
絶縁表面を有する基板上に形成された半導体薄膜を用いてトランジスタを構成する技術が
注目されている。該トランジスタは集積回路（ＩＣ）や画像表示装置（表示装置）のよう
な電子デバイスに広く応用されている。トランジスタに適用可能な半導体薄膜としてシリ
コン系半導体材料が広く知られているが、その他の材料として酸化物半導体が注目されて
いる。
【０００４】
例えば、トランジスタの活性層として、電子キャリア濃度が１０１８／ｃｍ３未満である
インジウム（Ｉｎ）、ガリウム（Ｇａ）、及び亜鉛（Ｚｎ）を含む非晶質酸化物を用いた
トランジスタが開示されている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−１６５５２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、酸化物半導体はデバイス作製工程において、電子供与体を形成する水素や水分の
混入などが生じると、その電気伝導度が変化する恐れがある。このような現象は、酸化物
半導体を用いたトランジスタにとって電気的特性の変動要因となる。
【０００７】
このような問題に鑑み、酸化物半導体を用いた半導体装置に安定した電気的特性を付与し
、高信頼性化することを目的の一とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本明細書で開示する発明の一形態は、ゲート電極層を形成し、ゲート電極層上にゲート絶
縁膜を形成し、ゲート絶縁膜上のゲート電極層と重畳する領域に酸化物半導体膜を形成し
、酸化物半導体膜に熱処理を行って、酸化物半導体膜中の水素原子を除去し、酸化物半導
体膜と電気的に接続するソース電極層及びドレイン電極層を形成し、酸化物半導体膜、ソ
ース電極層及びドレイン電極層上に酸化物半導体膜に接して絶縁膜を形成し、絶縁膜に酸
素ドープ処理を行って、絶縁膜に酸素原子を供給する半導体装置の作製方法である。
【０００９】
また、開示する発明の一態様は、ゲート電極層を形成し、ゲート電極層上にゲート絶縁膜
を形成し、ゲート絶縁膜上のゲート電極層と重畳する領域に酸化物半導体膜を形成し、酸
化物半導体膜に熱処理を行って、酸化物半導体膜中の水素原子を除去し、酸化物半導体膜
と電気的に接続するソース電極層及びドレイン電極層を形成し、酸化物半導体膜、ソース
電極層及びドレイン電極層上に酸化物半導体膜に接して絶縁膜を形成し、絶縁膜に酸素ド
ープ処理を行って、絶縁膜に酸素原子を供給した後、熱処理を行う半導体装置の作製方法
である。
【００１０】
また、上記の半導体装置の作製方法において、ゲート絶縁膜または絶縁膜として、酸化物
半導体膜の成分元素を含む絶縁膜を形成してもよい。
【００１１】
または、上記の半導体装置の作製方法において、ゲート絶縁膜または絶縁膜として、酸化
物半導体膜の成分元素を含む絶縁膜と、当該絶縁膜の成分元素とは異なる元素を含む膜を
形成してもよい。
【００１２】
または、上記の半導体装置の作製方法において、ゲート絶縁膜または絶縁膜として、酸化
ガリウムを含む絶縁膜を形成してもよい。
【００１３】
または、上記の半導体装置の作製方法において、ゲート絶縁膜または絶縁膜として、酸化
ガリウムを含む絶縁膜と、酸化ガリウムとは異なる材料を含む膜を形成してもよい。
【００１４】
また、上記の半導体装置の作製方法において、絶縁膜を覆うように、窒素を含有する絶縁
膜を形成してもよい。
【００１５】
酸化物半導体膜を有するトランジスタの作製工程において、酸素ドープ処理を行うことに
よって、積層するゲート絶縁膜の膜中（バルク中）、酸化物半導体膜の膜中（バルク中）
、絶縁膜の膜中（バルク中）、ゲート絶縁膜と酸化物半導体膜の界面、酸化物半導体膜と
絶縁膜との界面において、少なくとも１ヶ所以上、該膜の化学量論比をこえる酸素が存在
する酸素過剰領域を設けることができる。酸素の量は好ましくは化学量論比の１倍を超え
て４倍まで（４倍未満）、より好ましくは、１倍を超えて２倍まで（２倍未満）である。
化学量論比を超える酸素過剰な酸化物とは、例えば、ＩｎａＧａｂＺｎｃＳｉｄＡｌｅＭ
ｇｆＯｇ（ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆ，ｇ≧０）で表される酸化物の場合、２ｇ＞３ａ＋３
ｂ＋２ｃ＋４ｄ＋３ｅ＋２ｆ、である。なお、酸素ドープ処理によって添加された酸素は
、酸化物半導体の格子間に存在する場合もある。
【００１６】
また、上記酸素過剰領域を、積層するゲート絶縁膜、酸化物半導体膜、及び絶縁膜におい
て２ヶ所以上に設けてもよい。例えば作製工程において、酸素ドープ処理を行うことによ
って、ゲート絶縁膜と酸化物半導体膜の界面、酸化物半導体膜の膜中（バルク中）、及び
酸化物半導体膜と絶縁膜との界面にそれぞれ酸素過剰領域を設けることができる。
【００１７】
なお、欠陥（酸素欠損）のない酸化物半導体であれば、化学量論比に一致した量の酸素が
含まれていれば良いが、トランジスタのしきい値電圧の変動を抑えるなどの信頼性を確保
するためには、酸化物半導体には、化学量論比を超える量の酸素が含まれていることが好
ましい。同様に、欠陥（酸素欠損）のない酸化物半導体であれば、ゲート絶縁膜または絶
縁膜を酸素過剰の絶縁膜とする必要はないが、トランジスタのしきい値電圧の変動を抑え
るなどの信頼性を確保するためには、酸化物半導体層に酸素欠損の状態は生じ得ることを
考慮して、ゲート絶縁膜または絶縁膜を酸素過剰の絶縁膜とすることが好ましい。
【００１８】
また、酸化物半導体膜には熱処理による脱水化または脱水素化処理を行い、酸化物半導体
膜中の水素原子または水などの水素原子を含む不純物を除去し、酸化物半導体膜を高純度
化する。なお、酸素ドープ処理により添加される酸素の量は、脱水化または脱水素化処理
により高純度化された酸化物半導体膜中の水素の量より多くなるようにする。上記積層す
るゲート絶縁膜、酸化物半導体膜、及び絶縁膜の少なくとも一部において酸素が多ければ
、それが拡散し、他の不安定要素の原因の水素と反応することにより水素を固定（非可動
イオン化）する。すなわち、信頼性上の不安定性を減らす（又は十分に低減する）ことが
できる。また、酸素を過剰とすることで酸素欠損に起因するしきい値電圧Ｖｔｈのばらつ
き、しきい値電圧のシフトΔＶｔｈを低減することができる。
【００１９】
なお、上記の「酸素ドープ」とは、酸素（少なくとも、酸素ラジカル、酸素原子、酸素イ
オン、のいずれかを含む）をバルクに添加することを言う。なお、当該「バルク」の用語
は、酸素を、薄膜表面のみでなく薄膜内部に添加することを明確にする趣旨で用いている
。また、「酸素ドープ」には、プラズマ化した酸素をバルクに添加する「酸素プラズマド
ープ」が含まれる。
【００２０】
ここで、上述の「酸素プラズマドープ」処理によって、バルク中に酸素が添加される様子
を示す。なお、酸素を一成分として含む酸化物半導体膜中に酸素ドープ処理を行う場合、
一般に、酸素濃度の増減を確認することは困難である。よって、ここでは、シリコンウエ
ハを用いて、酸素ドープ処理の効果を確認した。
【００２１】
酸素ドープ処理は、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ：Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ  Ｃｏｕｐｌｅ
ｄ  Ｐｌａｓｍａ）方式を用いて行った。その条件は、ＩＣＰ電力８００Ｗ、ＲＦバイア
ス電力３００Ｗまたは０Ｗ、圧力１．５Ｐａ、ガス流量７５ｓｃｃｍ、基板温度７０℃で
ある。図１５に、ＳＩＭＳ（ＳＩＭＳ、Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ  Ｉｏｎ  Ｍａｓｓ  Ｓｐｅ
ｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）分析によるシリコンウエハの深さ方向の酸素濃度プロファイルを示
す。図１５において、縦軸は酸素濃度を示し、横軸はシリコンウエハ表面からの深さを示
す。
【００２２】
図１５より、ＲＦバイアス電力が０Ｗの場合および３００Ｗの場合のいずれにおいても、
酸素が添加されていることが確認できる。また、ＲＦバイアス３００Ｗの場合は、ＲＦバ
イアス０Ｗの場合と比較して、酸素がより深く添加されることが確認できる。
【００２３】
次に、酸素ドープ処理を行う前と、酸素ドープを行った後のシリコンウエハの断面をＳＴ
ＥＭ（Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｉｃｒｏｓ
ｃｏｐｙ）で観察した結果を図１６に示す。図１６（Ａ）は、酸素ドープ処理を行う前の
ＳＴＥＭ像であり、図１６（Ｂ）は、上述のＲＦバイアス電力３００Ｗの条件で酸素ドー
プ処理を行った後のＳＴＥＭ像である。図１６（Ｂ）に示すように、酸素ドープを行うこ
とによって、シリコンウエハに酸素高ドープ領域が形成されていることが確認できる。
【００２４】
以上のように、シリコンウエハに対して酸素ドープを行うことで、シリコンウエハに酸素
が添加されることが示された。この結果により、酸化物半導体膜に対して酸素ドープを行
うことによっても、酸化物半導体膜に酸素を当然に添加できることが理解できる。
【００２５】
開示する発明の一態様である上述の構成の効果は、次のように考えると理解が容易である
。ただし、以下の説明は、あくまでも一考察に過ぎないことを付記する。
【００２６】
ゲート電極にプラスの電圧を印加すると、酸化物半導体膜のゲート電極側からバックチャ
ネル側（ゲート絶縁膜と反対側）へ電界が発生するため、酸化物半導体膜中に存在するプ
ラスの電荷を有する水素イオンがバックチャネル側へ移動して、絶縁膜との界面近傍に蓄
積する。蓄積した水素イオンから絶縁膜中の電荷捕獲中心（水素原子、水、あるいは汚染
物等）へプラスの電荷が移動することによって、酸化物半導体膜のバックチャネル側には
マイナスの電荷が蓄積される。すなわち、トランジスタのバックチャネル側に寄生チャネ
ルが発生して、しきい値電圧がマイナス側にシフトし、トランジスタがノーマリーオンの
傾向を示す。
【００２７】
上記の通り、絶縁膜中の水素または水等の電荷捕獲中心がプラスの電荷を捕獲し、絶縁膜
中へプラスの電荷が移動することによってトランジスタの電気的特性が変動するため、ト
ランジスタの電気的特性の変動を抑制するためには、絶縁膜中にこれらの電荷捕獲中心が
存在しない、またはその含有量が少ないことが重要である。したがって、絶縁膜の成膜に
は、成膜時に水素含有量が少ないスパッタリング法を用いるのが望ましい。スパッタリン
グ法により成膜された絶縁膜は、その膜中に電荷捕獲中心が存在しない、または少なく、
ＣＶＤ法等によって成膜した場合と比較してプラスの電荷の移動がおきにくい。よって、
トランジスタのしきい値電圧のシフトを抑制し、トランジスタをノーマリーオフとするこ
とができる。
【００２８】
また、ゲート電極にマイナスの電圧を印加すると、バックチャネル側からゲート電極側へ
電界が発生するため、酸化物半導体膜中に存在する水素イオンがゲート絶縁膜側へ移動し
て、ゲート絶縁膜との界面近傍へと蓄積する。また、これによりトランジスタのしきい値
電圧はマイナス側へシフトする。
【００２９】
なお、ゲート電極にマイナスの電圧を印加した後、電圧を０として放置すると、電荷捕獲
中心からプラスの電荷が解放され、トランジスタのしきい値電圧がプラス側へシフトして
、初期状態に戻る、または、場合によっては初期状態よりもプラス側へシフトする。この
現象は、酸化物半導体膜中に移動しやすいイオンが存在していることを示唆しており、最
も小さい原子である水素が最も移動しやすいイオンとなると考察することができる。
【００３０】
なお、ボトムゲート型のトランジスタにおいては、ゲート絶縁膜上に酸化物半導体膜を形
成した後、熱処理を行うことで、酸化物半導体膜に含まれる水または水素を除去すると同
時に、ゲート絶縁膜中に含まれる水または水素をも除去することができる。よって、ゲー
ト絶縁膜中には、酸化物半導体膜中を移動してきたプラスの電荷を捕獲するための電荷捕
獲中心が少ない。このように、酸化物半導体膜への脱水化または脱水素化のための熱処理
は、酸化物半導体膜に加えて、酸化物半導体膜の下層に存在するゲート絶縁膜に対しても
行われるため、ボトムゲート型のトランジスタにおいては、ゲート絶縁膜はプラズマＣＶ
Ｄ法等のＣＶＤ法を用いて成膜されていても構わない。
【００３１】
また、酸化物半導体膜が光を吸収することによって、光エネルギーによって酸化物半導体
膜中の金属元素（Ｍ）と水素原子（Ｈ）との結合（Ｍ−Ｈ結合とも表記する）が切れる。
なお、波長が４００ｎｍ前後の光エネルギーと、金属元素及び水素原子の結合エネルギー
と、は概略一致している。酸化物半導体膜中の金属元素と水素原子との結合が切れたトラ
ンジスタに負のゲートバイアスを加えると、金属元素との結合が切れた水素イオンがゲー
ト電極側に引き寄せられるため電荷の分布が変化し、トランジスタのしきい値電圧はマイ
ナス側にシフトして、ノーマリーオンの傾向を示す。
【００３２】
なお、トランジスタへの光照射と負のゲートバイアスの印加によってゲート絶縁膜界面に
移動した水素イオンは、電圧の印加を停止すると元に戻る。これは、酸化物半導体膜中の
イオンの移動の代表的な例として理解できる。
【００３３】
このような、電圧印加による電気的特性の変動（ＢＴ劣化）または光照射による電気的特
性の変動（光劣化）への対策は、酸化物半導体膜から水素原子または水などの水素原子を
含む不純物を徹底的に排除し、酸化物半導体膜を高純度化することが最も重要である。電
荷密度が１０１５ｃｍ−３、つまり、単位面積あたりの電荷が１０１０ｃｍ−２の場合、
その電荷はトランジスタ特性に影響しないまたは影響するとしてもごく僅かである。よっ
て、電荷密度は１０１５ｃｍ−３以下であることが望ましい。仮に、酸化物半導体膜に含
まれる水素のうち、１０％の水素が酸化物半導体膜中を移動する場合、水素の濃度は１０
１６ｃｍ−３以下であることが望ましい。さらに、デバイス完成後に水素が外部より侵入
するのを防ぐために、スパッタリング法によって成膜した窒化シリコン膜をパッシベーシ
ョン膜として用い、トランジスタを覆うのが好ましい。
【００３４】
さらに、酸化物半導体膜中に含まれる水素に対して、過剰な酸素をドープする（（水素原
子の数）＜＜（酸素ラジカルの数）または、（酸素イオンの数）とする）ことで、酸化物
半導体膜から水素または水を排除することができる。具体的には、高周波（ＲＦ）を用い
て酸素をプラズマ化し、基板バイアスを大きくして、酸素ラジカル、酸素イオンを基板上
の酸化物半導体膜へドープまたは添加し、酸化物半導体膜中では残存する水素よりも酸素
を多くする。酸素の電気陰性度は３．０と、電気陰性度が約２．０である酸化物半導体膜
中の金属（Ｚｎ、Ｇａ、Ｉｎ）よりも大きいため、水素に対して酸素を過剰に含有させる
ことで、Ｍ−Ｈ結合より水素原子を奪い、ＯＨ基を形成する。なお、このＯＨ基は、Ｍと
結合してＭ−Ｏ−Ｈ基を形成しうる。
【００３５】
なお、酸化物半導体膜の酸素の含有量が、化学量論比よりも過剰となるように酸素をドー
プするのがより好ましい。例えば、酸化物半導体膜としてＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物
半導体膜を用いる場合、酸素のドープなどによって酸素の比率を化学量論比の１倍を超え
て２倍まで（２倍未満）とするのがより好ましい。例えば、理想的なＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−
Ｏ系酸化物半導体の単結晶の化学量論比はＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ：Ｏ＝１：１：１：４である
から、組成がＩｎＧａＺｎＯｘで表される酸化物半導体薄膜において、Ｘは４を超えて８
未満とするのがより好ましい。
【００３６】
光エネルギーやＢＴストレスによって、Ｍ−Ｈ結合から水素イオンが脱離して劣化の原因
となるが、上述のドープによって酸素を注入する場合、注入された酸素が水素イオンと結
合してＯＨ基となる。ＯＨ基は、結合エネルギーが大きいため、トランジスタに光照射や
ＢＴストレスが加えられても水素イオンを放出せず、また、水素イオンより質量も大きい
ため、酸化物半導体膜中を移動しにくい。よって、酸素のドープに起因して形成されるＯ
Ｈ基は、トランジスタの劣化の原因にならないか、または劣化の原因を減らすことができ
る。
【００３７】
なお、酸化物半導体膜の膜厚を大きくする程、トランジスタのしきい値電圧のばらつきが
大きくなる傾向が確認されている。これは、酸化物半導体膜中の酸素欠損がしきい値電圧
の変動の一因であり、膜厚が大きくなるほど酸素欠損が増加するためと推測できる。本発
明の一態様に係るトランジスタにおいて酸化物半導体膜に酸素をドープする工程は、酸化
物半導体膜からの水素または水の排除のみでなく、膜中の酸素欠損の補填に対しても有効
である。よって、本発明の一態様に係るトランジスタは、しきい値電圧のばらつきも抑制
することができる。
【００３８】
また、酸化物半導体膜を挟んで、酸化物半導体膜と同種の成分でなる金属酸化物膜を設け
る構成も、電気的特性の変動防止に効果的である。酸化物半導体膜と同種の成分でなる金
属酸化物膜として、具体的には、酸化物半導体膜の構成元素から選択される一または複数
の金属元素の酸化物を含む膜を用いるのが好ましい。このような材料は酸化物半導体膜と
の相性が良く、酸化物半導体膜を挟んで該金属酸化物膜を設けることで、酸化物半導体膜
との界面の状態を良好に保つことができる。つまり、上述の材料を用いた金属酸化物膜を
、酸化物半導体膜と接する絶縁膜として設けることで、該金属酸化物膜と酸化物半導体膜
との界面及びその近傍への水素イオンの蓄積を抑制または防止することができる。したが
って、酸化物半導体膜を挟んで、例えば酸化シリコン膜等の酸化物半導体膜とは異なる成
分でなる絶縁膜を設けた場合と比較して、トランジスタのしきい値電圧に影響を与える酸
化物半導体膜界面の水素濃度を十分に低減することができる。
【００３９】
なお、該金属酸化物膜としては、酸化ガリウム膜を用いるのが好ましい。酸化ガリウムは
、バンドギャップ（Ｅｇ）が大きいので、酸化ガリウム膜によって酸化物半導体膜を挟む
ことで、酸化物半導体膜と金属酸化物膜との界面において、エネルギー障壁が形成され、
その界面においてキャリアの移動は妨げられる。したがって、キャリアは酸化物半導体か
ら金属酸化物に移動することなく、酸化物半導体膜中を移動する。一方、水素イオンは、
酸化物半導体と金属酸化物との界面を通過して、金属酸化物と絶縁膜との界面付近に蓄積
する。仮に絶縁膜との界面近傍に水素イオンが蓄積されたとしても、金属酸化物膜として
の酸化ガリウム膜にはキャリアが流れうる寄生チャネルが形成されないため、トランジス
タのしきい値電圧への影響を与えない、またはその影響が極めて少ない。なお、酸化ガリ
ウムとＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系の材料を接触させた場合のエネルギー障壁は、伝導帯側で
約０．８ｅＶとなり、価電子帯側で約０．９ｅＶとなる。
【００４０】
開示する発明の一態様に係るトランジスタは、酸素ドープ処理によって、酸化物半導体膜
に接する絶縁膜中、酸化物半導体膜中、またはこれらの界面近傍の少なくともいずれか一
に酸素の含有量を増大させることを技術思想とするものである。
【００４１】
酸化物半導体膜としてインジウムを含む酸化物半導体材料を用いる場合、インジウムと酸
素の結合力は比較的弱いため、酸化物半導体膜に接する絶縁膜にシリコン等のより酸素と
の結合力が強い材料が含まれる場合に、熱処理によって酸化物半導体膜中の酸素が引き抜
かれてしまい、酸化物半導体膜の界面近傍に酸素欠損が形成される恐れがある。しかしな
がら、開示する発明の一態様に係るトランジスタは、酸化物半導体膜と接する絶縁膜に過
剰な酸素を供給することで、酸化物半導体膜からの酸素の引き抜きによる酸素欠損の形成
を抑制することができる。
【００４２】
ここで、トランジスタの作製工程において酸素ドープ処理を行った後では、酸化物半導体
膜または酸化物半導体膜に接する絶縁膜に含有される、化学量論比より過剰な酸素の量が
各層において異なる場合がある。過剰な酸素の量が異なる状態では、各層の酸素の化学ポ
テンシャルが異なり、化学ポテンシャルの相違はトランジスタの作製工程における熱処理
等で、平衡状態へ近づく、または平衡状態となると考えられる。したがって、絶縁膜への
酸素ドープ処理後には、熱処理を行うことがより好ましい。酸素ドープ処理後の熱処理に
よって、絶縁膜に過剰に供給された酸素を拡散させ、十分な量の酸素を酸化物半導体膜に
供給することが可能である。以下では、平衡状態における酸素の分布について検討する。
【００４３】
ある温度Ｔ、圧力Ｐでの平衡状態とは、全系のギブスの自由エネルギーＧが最小となる状
態であり、全系のギブスの自由エネルギーＧは、以下の式（１）で表される。
【００４４】
【数１】
0005608715.tif 000002
【００４５】
式（１）において、Ｇ（１）、Ｇ（２）、Ｇ（３）は、各層のギブスの自由エネルギーを
表す。また、Ｎａ、Ｎｂ、Ｎｃは粒子数を表し、ａ、ｂ、ｃは粒子の種類を表す。粒子ａ
がｉ層からｊ層へδＮａ（ｊ）だけ移動した場合、ギブスの自由エネルギーの変化は、以
下の式（２）のようになる。
【００４６】
【数２】
0005608715.tif 000003
【００４７】
ここでδＧが０、すなわち以下の式（３）が成り立つとき、系が平衡状態となる。
【００４８】
【数３】
0005608715.tif 000004
【００４９】
ギブスの自由エネルギーの粒子数微分は、化学ポテンシャルに相当するので、平衡状態に
おいて、粒子の化学ポテンシャルが全ての層で等しくなる。
【００５０】
つまり、具体的には、酸化物半導体膜と比較して該酸化物半導体膜と接する絶縁膜に酸素
が過剰に含まれている場合、酸化物半導体膜では酸素の化学ポテンシャルが相対的に小さ
く、絶縁膜では化学ポテンシャルが相対的に大きい状態となっている。
【００５１】
そして、トランジスタの作製工程において熱処理を行うことにより、系全体（ここでは、
酸化物半導体膜と、それに接する絶縁膜）が十分高温になり、原子の層内及び層間の拡散
が起こるようになると、化学ポテンシャルが同じになるように酸素の移動が起こる。すな
わち、絶縁膜の酸素が酸化物半導体膜に移動することで、絶縁膜の化学ポテンシャルが小
さくなり、酸化物半導体膜の化学ポテンシャルが大きくなる。
【００５２】
したがって、酸素ドープ処理によって絶縁膜に過剰に供給された酸素は、その後の熱処理
によって系全体を平衡状態とすることで、拡散し、酸化物半導体膜へ酸素が供給される。
上述のように、酸化物半導体膜に供給された酸素は、水素イオンと結合してＯＨ基となり
、トランジスタの劣化の原因にならないか、または劣化の原因を減らすことができる。ま
た、酸化物半導体膜に酸素を供給することは、膜中の酸素欠損の補填に対しても有効であ
る。
【発明の効果】
【００５３】
熱処理による脱水化または脱水素化処理及び酸素ドープ処理された酸化物半導体膜を有す
るトランジスタは、バイアス−熱ストレス試験（ＢＴ試験）前後においてもトランジスタ
のしきい値電圧の変化量が低減できており、安定した電気特性を有する信頼性の高いトラ
ンジスタとすることができる。
【００５４】
また、本発明の一形態は、電気特性が良好で信頼性のよいトランジスタを有する半導体装
置を作製することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】半導体装置の一形態を説明する図。
【図２】半導体装置の作製方法の一形態を説明する図。
【図３】半導体装置の一形態を説明する図。
【図４】半導体装置の作製方法の一形態を説明する図。
【図５】半導体装置の作製方法の一形態を説明する図。
【図６】半導体装置の一形態を説明する図。
【図７】半導体装置の一形態を説明する図。
【図８】半導体装置の一形態を説明する図。
【図９】半導体装置の一形態を説明する図。
【図１０】電子機器を示す図。
【図１１】電子機器を示す図。
【図１２】半導体装置の一形態を説明する図。
【図１３】半導体装置の一形態を説明する図。
【図１４】本発明の一態様を示すプラズマ装置の上面図及び断面図である。
【図１５】ＳＩＭＳの測定結果を示す図である。
【図１６】断面ＳＴＥＭ像を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００５６】
以下では、本明細書に開示する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、本明細書に開示する発明は以下の説明に限定されず、その形態および詳細を様々
に変更し得ることは、当業者であれば容易に理解される。また、本明細書に開示する発明
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。
【００５７】
なお、第１、第２として付される序数詞は便宜上用いるものであり、工程順又は積層順を
示すものではない。また、本明細書において発明を特定するための事項として固有の名称
を示すものではない。
【００５８】
（実施の形態１）
本実施の形態では、半導体装置及び半導体装置の作製方法の一形態を、図１乃至図３を用
いて説明する。本実施の形態では、半導体装置の一例として酸化物半導体膜を有するトラ
ンジスタを示す。
【００５９】
図１に、半導体装置の例として、ボトムゲート型のトランジスタの断面図及び平面図を示
す。図１（Ａ）は平面図であり、図１（Ｂ）及び図１（Ｃ）は、図１（Ａ）におけるＡ−
Ｂ断面及びＣ−Ｄ断面に係る断面図である。なお、図１（Ａ）では、煩雑になることを避
けるため、トランジスタ４１０の構成要素の一部（例えば、絶縁膜４０７など）を省略し
ている。
【００６０】
図１（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）に示すトランジスタ４１０は、絶縁表面を有する基板４００上に
、ゲート電極層４０１、ゲート絶縁膜４０２、酸化物半導体膜４０３、ソース電極層４０
５ａ、ドレイン電極層４０５ｂ及び絶縁膜４０７を含む。
【００６１】
図１に示すトランジスタ４１０において、絶縁膜４０７は、酸素ドープ処理が行われた絶
縁膜であり、酸素過剰領域を有する。絶縁膜４０７が酸素過剰領域を有することにより、
酸化物半導体膜４０３から絶縁膜４０７への酸素の移動を防ぐことができる。また、絶縁
膜４０７から酸化物半導体膜４０３への酸素の供給を行うこともできる。よって、絶縁膜
４０７に酸素ドープ処理を行うことにより、酸化物半導体膜４０３に十分な量の酸素を含
有させることができるので、信頼性が高められたトランジスタ４１０が実現する。
【００６２】
なお、酸素ドープ処理とは、酸素ラジカルまたは酸素原子、酸素イオンを酸化物半導体膜
の表面及びバルクへ添加することである。特に、酸素をプラズマ化することにより、上記
酸素ラジカルまたは酸素原子、酸素イオンを酸化物半導体膜の表面及びバルク膜中に添加
することを酸素プラズマドープ処理ともいう。なお、酸素ドープ処理中に、酸化物半導体
膜が形成される基板にバイアスを印加すると好ましい。
【００６３】
なお、トランジスタ４１０上には、さらに絶縁物が設けられていても良い。また、ソース
電極層４０５ａやドレイン電極層４０５ｂと配線とを電気的に接続させるために、ゲート
絶縁膜４０２などには開口が形成されていても良い。また、酸化物半導体膜４０３の上方
に、さらに、第２のゲート電極を有していても良い。なお、酸化物半導体膜４０３は島状
に加工されていることが望ましいが、島状に加工されていなくても良い。
【００６４】
図２（Ａ）乃至（Ｆ）にトランジスタ４１０の作製方法の一例を示す。
【００６５】
まず、絶縁表面を有する基板４００上に導電膜を形成した後、第１のフォトリソグラフィ
工程によりゲート電極層４０１を形成する。なお、レジストマスクをインクジェット法で
形成してもよい。レジストマスクをインクジェット法で形成するとフォトマスクを使用し
ないため、製造コストを低減できる。
【００６６】
絶縁表面を有する基板４００に使用することができる基板に大きな制限はないが、少なく
とも、後の熱処理に耐えうる程度の耐熱性を有していることが必要となる。例えば、バリ
ウムホウケイ酸ガラスやアルミノホウケイ酸ガラスなどのガラス基板、セラミック基板、
石英基板、サファイア基板などを用いることができる。また、シリコンや炭化シリコンな
どの単結晶半導体基板、多結晶半導体基板、シリコンゲルマニウムなどの化合物半導体基
板、ＳＯＩ基板などを適用することもでき、これらの基板上に半導体素子が設けられたも
のを、基板４００として用いてもよい。
【００６７】
また、基板４００として、可撓性基板を用いてもよい。可撓性基板を用いる場合、可撓性
基板上に酸化物半導体膜を含むトランジスタを直接作製してもよいし、他の作製基板に酸
化物半導体膜を含むトランジスタを作製し、その後作製基板から剥離して可撓性基板に転
置してもよい。なお、作製基板から剥離して、可撓性基板に転置するために、作製基板と
酸化物半導体膜を含むトランジスタとの間に剥離層を設けるとよい。
【００６８】
下地膜となる絶縁膜を基板４００とゲート電極層４０１との間に設けてもよい。下地膜は
、基板４００からの不純物元素の拡散を防止する機能があり、窒化シリコン膜、酸化シリ
コン膜、窒化酸化シリコン膜、又は酸化窒化シリコン膜から選ばれた一又は複数の膜によ
る積層構造により形成することができる。
【００６９】
また、ゲート電極層４０１は、プラズマＣＶＤ法又はスパッタリング法等により、モリブ
デン、チタン、タンタル、タングステン、アルミニウム、銅、ネオジム、スカンジウム等
の金属材料又はこれらを主成分とする合金材料を用いて、単層で又は積層して形成するこ
とができる。
【００７０】
次いで、ゲート電極層４０１上にゲート絶縁膜４０２を形成する。ゲート絶縁膜４０２は
、プラズマＣＶＤ法又はスパッタリング法等により、酸化シリコン、窒化シリコン、酸化
窒化シリコン、窒化酸化シリコン、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸化窒化アル
ミニウム、窒化酸化アルミニウム、酸化ハフニウム、酸化ガリウム、又はこれらの混合材
料を用いて単層で又は積層して形成することができる。
【００７１】
なお、ゲート絶縁膜４０２には、後に形成される酸化物半導体膜と同種の成分でなる絶縁
材料を用いると特に好ましい。このような材料は酸化物半導体膜との相性が良く、これを
ゲート絶縁膜４０２に用いることで、酸化物半導体膜との界面の状態を良好に保つことが
できるからである。ここで、「酸化物半導体膜と同種の成分」とは、酸化物半導体膜の構
成元素から選択される一または複数の元素を含むことを意味する。例えば、酸化物半導体
膜がＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系の酸化物半導体材料によって構成される場合、同種の成分で
なる絶縁材料としては酸化ガリウムなどがある。
【００７２】
ゲート絶縁膜４０２を積層構造とする場合には、酸化物半導体膜と同種の成分でなる絶縁
材料でなる膜（以下、膜ａ）と、膜ａの成分材料とは異なる材料を含む膜（以下、膜ｂ）
との積層構造とするとさらに好ましい。膜ａと膜ｂとを酸化物半導体膜側から順に積層し
た構造とすることで、電荷は、酸化物半導体膜と膜ａとの界面と比較して、膜ａと膜ｂと
の界面の電荷捕獲中心に優先的に捕獲されるため、酸化物半導体膜の界面での電荷捕獲を
十分に抑制することができるようになり、半導体装置の信頼性が向上するためである。
【００７３】
なお、このような積層構造としては、酸化ガリウム膜と酸化シリコン膜の積層構造や、酸
化ガリウム膜と窒化シリコン膜との積層構造などを適用することができる。
【００７４】
また、μ波（例えば周波数２．４５ＧＨｚ）を用いた高密度プラズマＣＶＤは、緻密で絶
縁耐圧の高い高品質な絶縁層を形成できるので、ゲート絶縁膜４０２の形成に用いると好
ましい。高純度化された酸化物半導体と高品質ゲート絶縁膜とが密接することにより、界
面準位を低減して界面特性を良好なものとすることができるからである。
【００７５】
また、成膜後の熱処理によって、膜質、酸化物半導体との界面特性が改質される絶縁層を
ゲート絶縁膜として用いても良い。いずれにしても、ゲート絶縁膜としての膜質が良好で
あることは勿論のこと、酸化物半導体との界面準位密度を低減し、良好な界面を形成でき
るものであれば良い。
【００７６】
また、ゲート絶縁膜４０２、ゲート絶縁膜４０２上に形成される酸化物半導体膜に水素、
水酸基及び水分がなるべく含まれないようにするために、酸化物半導体膜の成膜の前処理
として、スパッタリング装置の予備加熱室でゲート電極層４０１が形成された基板４００
、又はゲート絶縁膜４０２までが形成された基板４００を予備加熱し、基板４００に吸着
した水素、水分などの不純物を脱離し排気することが好ましい。なお、予備加熱室に設け
る排気手段はクライオポンプが好ましい。なお、この予備加熱の処理は省略することもで
きる。またこの予備加熱は、絶縁膜４０７の成膜前に、ソース電極層４０５ａ及びドレイ
ン電極層４０５ｂまで形成した基板４００にも同様に行ってもよい。
【００７７】
次いで、ゲート絶縁膜４０２上に、膜厚２ｎｍ以上２００ｎｍ以下、好ましくは５ｎｍ以
上３０ｎｍ以下の酸化物半導体膜を形成する。
【００７８】
酸化物半導体膜に用いる酸化物半導体としては、四元系金属酸化物であるＩｎ−Ｓｎ−Ｇ
ａ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物半導体や、三元系金属酸化物であるＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物
半導体、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物半導体、Ｉｎ−Ａｌ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物半導体、
Ｓｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物半導体、Ａｌ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物半導体、Ｓｎ−Ａ
ｌ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物半導体や、二元系金属酸化物であるＩｎ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物半導体
、Ｓｎ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物半導体、Ａｌ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物半導体、Ｚｎ−Ｍｇ−Ｏ系酸
化物半導体、Ｓｎ−Ｍｇ−Ｏ系酸化物半導体、Ｉｎ−Ｍｇ−Ｏ系酸化物半導体や、Ｉｎ−
Ｇａ−Ｏ系酸化物半導体、Ｉｎ−Ｏ系酸化物半導体、Ｓｎ−Ｏ系酸化物半導体、Ｚｎ−Ｏ
系酸化物半導体などを用いることができる。また、上記酸化物半導体にＳｉＯ２を含んで
もよい。ここで、例えば、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物半導体とは、インジウム（Ｉｎ
）、ガリウム（Ｇａ）、亜鉛（Ｚｎ）を有する酸化物膜、という意味であり、その化学量
論比はとくに問わない。また、ＩｎとＧａとＺｎ以外の元素を含んでもよい。
【００７９】
また、酸化物半導体膜は、化学式ＩｎＭＯ３（ＺｎＯ）ｍ（ｍ＞０）で表記される薄膜を
用いることができる。ここで、Ｍは、Ｇａ、Ａｌ、ＭｎおよびＣｏから選ばれた一または
複数の金属元素を示す。例えばＭとして、Ｇａ、Ｇａ及びＡｌ、Ｇａ及びＭｎ、またはＧ
ａ及びＣｏなどがある。
【００８０】
酸化物半導体膜に用いる酸化物半導体としては、インジウムを含む酸化物半導体、インジ
ウム及びガリウムを含む酸化物半導体などを好適に用いることができる。
【００８１】
本実施の形態では、酸化物半導体膜としてＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物半導体膜成膜用
ターゲットを用いてスパッタリング法により成膜する。また、酸化物半導体膜は、希ガス
（代表的にはアルゴン）雰囲気下、酸素雰囲気下、又は希ガスと酸素の混合雰囲気下にお
いてスパッタリング法により形成することができる。
【００８２】
酸化物半導体膜をスパッタリング法で作製するためのターゲットとしては、例えば、組成
比として、Ｉｎ２Ｏ３：Ｇａ２Ｏ３：ＺｎＯ＝１：１：１［ｍｏｌ数比］の酸化物半導体
膜成膜用ターゲットを用い、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ膜を成膜する。また、このターゲット
の材料及び組成に限定されず、例えば、Ｉｎ２Ｏ３：Ｇａ２Ｏ３：ＺｎＯ＝１：１：２［
ｍｏｌ数比］の酸化物半導体膜成膜用ターゲットを用いてもよい。
【００８３】
また、酸化物半導体膜成膜用ターゲットの充填率は９０％以上１００％以下、好ましくは
９５％以上９９．９％以下である。充填率の高い酸化物半導体膜成膜用ターゲットを用い
ることにより、成膜した酸化物半導体膜を緻密な膜とすることができる。
【００８４】
酸化物半導体膜を成膜する際に用いるスパッタガスは、水素、水、水酸基又は水素化物な
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。
【００８５】
減圧状態に保持された成膜室内に基板を保持し、基板温度を１００℃以上６００℃以下好
ましくは２００℃以上４００℃以下とする。基板を加熱しながら成膜することにより、成
膜した酸化物半導体膜に含まれる不純物濃度を低減することができる。また、スパッタリ
ングによる損傷が軽減される。そして、成膜室内の残留水分を除去しつつ水素及び水分が
除去されたスパッタガスを導入し、上記ターゲットを用いて基板４００上に酸化物半導体
膜を成膜する。成膜室内の残留水分を除去するためには、吸着型の真空ポンプ、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
。また、排気手段としては、ターボ分子ポンプにコールドトラップを加えたものであって
もよい。クライオポンプを用いて排気した成膜室は、例えば、水素原子、水など水素原子
を含む化合物（より好ましくは炭素原子を含む化合物も）等が排気されるため、当該成膜
室で成膜した酸化物半導体膜に含まれる不純物の濃度を低減できる。
【００８６】
成膜条件の一例としては、基板とターゲットの間との距離を１００ｍｍ、圧力０．６Ｐａ
、直流（ＤＣ）電源０．５ｋＷ、酸素（酸素流量比率１００％）雰囲気下の条件が適用さ
れる。なお、パルス直流電源を用いると、成膜時に発生する粉状物質（パーティクル、ご
みともいう）が軽減でき、膜厚分布も均一となるために好ましい。
【００８７】
次いで、酸化物半導体膜を第２のフォトリソグラフィ工程により島状の酸化物半導体膜４
４１に加工する（図２（Ａ）参照）。また、島状の酸化物半導体膜４４１を形成するため
のレジストマスクをインクジェット法で形成してもよい。レジストマスクをインクジェッ
ト法で形成するとフォトマスクを使用しないため、製造コストを低減できる。
【００８８】
また、ゲート絶縁膜４０２にコンタクトホールを形成する場合、その工程は酸化物半導体
膜の加工時に同時に行うことができる。
【００８９】
なお、ここでの酸化物半導体膜のエッチングは、ドライエッチングでもウェットエッチン
グでもよく、両方を用いてもよい。例えば、酸化物半導体膜のウェットエッチングに用い
るエッチング液としては、燐酸と酢酸と硝酸を混ぜた溶液などを用いることができる。ま
た、ＩＴＯ０７Ｎ（関東化学社製）を用いてもよい。
【００９０】
次いで、酸化物半導体膜４４１に熱処理を行う。この熱処理によって過剰な水素（水や水
酸基を含む）を除去（脱水化または脱水素化）し、酸化物半導体膜の構造を整え、エネル
ギーギャップ中の欠陥準位を低減することができる。熱処理の温度は、２５０℃以上７５
０℃以下、または４００℃以上基板の歪み点未満とする。ここでは、熱処理装置の一つで
ある電気炉に基板を導入し、酸化物半導体膜に対して窒素雰囲気下４５０℃において１時
間の熱処理を行った後、大気に触れることなく、酸化物半導体膜への水や水素の混入を防
ぎ、酸化物半導体膜４０３を得る（図２（Ｂ）参照）。
【００９１】
なお、熱処理装置は電気炉に限られず、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てもよい。例えば、ＧＲＴＡ（Ｇａｓ  Ｒａ
ｐｉｄ  Ｔｈｅｒｍａｌ  Ａｎｎｅａｌ）装置、ＬＲＴＡ（Ｌａｍｐ  Ｒａｐｉｄ  Ｔｈ
ｅｒｍａｌ  Ａｎｎｅａｌ）装置等のＲＴＡ（Ｒａｐｉｄ  Ｔｈｅｒｍａｌ  Ａｎｎｅａ
ｌ）装置を用いることができる。ＬＲＴＡ装置は、ハロゲンランプ、メタルハライドラン
プ、キセノンアークランプ、カーボンアークランプ、高圧ナトリウムランプ、高圧水銀ラ
ンプなどのランプから発する光（電磁波）の輻射により、被処理物を加熱する装置である
。ＧＲＴＡ装置は、高温のガスを用いて熱処理を行う装置である。高温のガスには、アル
ゴンなどの希ガス、または窒素のような、熱処理によって被処理物と反応しない不活性気
体が用いられる。
【００９２】
例えば、熱処理として、６５０℃〜７００℃の高温に加熱した不活性ガス中に基板を移動
させて入れ、数分間加熱した後、基板を移動させて高温に加熱した不活性ガス中から出す
ＧＲＴＡを行ってもよい。
【００９３】
なお、熱処理においては、窒素、またはヘリウム、ネオン、アルゴン等の希ガスに、水、
水素などが含まれないことが好ましい。または、熱処理装置に導入する窒素、またはヘリ
ウム、ネオン、アルゴン等の希ガスの純度を、６Ｎ（９９．９９９９％）以上好ましくは
７Ｎ（９９．９９９９９％）以上（即ち不純物濃度を１ｐｐｍ以下、好ましくは０．１ｐ
ｐｍ以下）とすることが好ましい。
【００９４】
また、熱処理で酸化物半導体膜を加熱した後、同じ炉に高純度の酸素ガス、高純度の二窒
化酸素ガス、又は超乾燥空気（ＣＲＤＳ（キャビティリングダウンレーザー分光法）方式
の露点計を用いて測定した場合の水分量が２０ｐｐｍ（露点換算で−５５℃）以下、好ま
しくは１ｐｐｍ以下、好ましくは１０ｐｐｂ以下の空気）を導入してもよい。酸素ガスま
たは二窒化酸素ガスに、水、水素などが含まれないことが好ましい。または、熱処理装置
に導入する酸素ガスまたは二窒化酸素ガスの純度を、６Ｎ以上好ましくは７Ｎ以上（即ち
、酸素ガスまたは二窒化酸素ガス中の不純物濃度を１ｐｐｍ以下、好ましくは０．１ｐｐ
ｍ以下）とすることが好ましい。酸素ガス又は二窒化酸素ガスの作用により、脱水化また
は脱水素化処理による不純物の排除工程によって同時に減少してしまった酸化物半導体を
構成する主成分材料である酸素を供給することによって、酸化物半導体膜を高純度化及び
電気的にｉ型（真性）化する。
【００９５】
また、酸化物半導体膜の熱処理は、島状の酸化物半導体膜に加工する前の酸化物半導体膜
に行うこともできる。その場合には、熱処理後に、加熱装置から基板を取り出し、酸化物
半導体膜にフォトリソグラフィ工程を行う。また、熱処理は、酸化物半導体膜成膜後であ
れば、島状の酸化物半導体膜上にソース電極層及びドレイン電極層を積層させた後で行っ
ても良い。
【００９６】
次いで、ゲート絶縁膜４０２、及び酸化物半導体膜４０３上に、ソース電極層及びドレイ
ン電極層（これと同じ層で形成される配線を含む）となる導電膜を形成する。ソース電極
層、及びドレイン電極層に用いる導電膜としては、例えば、Ａｌ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｔａ、Ｔ
ｉ、Ｍｏ、Ｗからから選ばれた元素を含む金属膜、または上述した元素を成分とする金属
窒化物膜（窒化チタン膜、窒化モリブデン膜、窒化タングステン膜）等を用いることがで
きる。また、Ａｌ、Ｃｕなどの金属膜の下側又は上側の一方または双方にＴｉ、Ｍｏ、Ｗ
などの高融点金属膜またはそれらの金属窒化物膜（窒化チタン膜、窒化モリブデン膜、窒
化タングステン膜）を積層させた構成としても良い。また、ソース電極層、及びドレイン
電極層に用いる導電膜としては、導電性の金属酸化物で形成しても良い。導電性の金属酸
化物としては酸化インジウム（Ｉｎ２Ｏ３）、酸化スズ（ＳｎＯ２）、酸化亜鉛（ＺｎＯ
）、酸化インジウム酸化スズ合金（Ｉｎ２Ｏ３−ＳｎＯ２、ＩＴＯと略記する）、酸化イ
ンジウム酸化亜鉛合金（Ｉｎ２Ｏ３−ＺｎＯ）またはこれらの金属酸化物材料に酸化シリ
コンを含ませたものを用いることができる。
【００９７】
第３のフォトリソグラフィ工程により導電膜上にレジストマスクを形成し、選択的にエッ
チングを行ってソース電極層４０５ａ、ドレイン電極層４０５ｂを形成した後、レジスト
マスクを除去する（図２（Ｃ）参照）。
【００９８】
また、フォトリソグラフィ工程で用いるフォトマスク数及び工程数を削減するため、透過
した光が複数の強度となる露光マスクである多階調マスクによって形成されたレジストマ
スクを用いてエッチング工程を行ってもよい。多階調マスクを用いて形成したレジストマ
スクは複数の膜厚を有する形状となり、エッチングを行うことでさらに形状を変形するこ
とができるため、異なるパターンに加工する複数のエッチング工程に用いることができる
。よって、一枚の多階調マスクによって、少なくとも二種類以上の異なるパターンに対応
するレジストマスクを形成することができる。よって露光マスク数を削減することができ
、対応するフォトリソグラフィ工程も削減できるため、工程の簡略化が可能となる。
【００９９】
なお、導電膜のエッチングの際に、酸化物半導体膜４０３がエッチングされ、分断するこ
とのないようエッチング条件を最適化することが望まれる。しかしながら、導電膜のみを
エッチングし、酸化物半導体膜４０３を全くエッチングしないという条件を得ることは難
しく、導電膜のエッチングの際に酸化物半導体膜４４１は一部のみがエッチングされ、溝
部（凹部）を有する酸化物半導体膜となることもある。
【０１００】
本実施の形態では、導電膜としてＴｉ膜を用い、酸化物半導体膜４０３にはＩｎ−Ｇａ−
Ｚｎ−Ｏ系酸化物半導体を用いたので、エッチャントとしてアンモニア過水（アンモニア
、水、過酸化水素水の混合液）を用いる。
【０１０１】
次いで、酸化物半導体膜４０３の一部と接し、且つ、ソース電極層４０５ａおよびドレイ
ン電極層４０５ｂを覆う絶縁膜４０７を形成する（図２（Ｄ）参照）。
【０１０２】
絶縁膜４０７は、少なくとも１ｎｍ以上の膜厚とし、スパッタリング法など、絶縁膜４０
７に水、水素等の不純物を混入させない方法を適宜用いて形成することができる。また、
成膜に用いるスパッタガスは水素、水、水酸基又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。絶縁膜４０７に水素が含まれると、その水素の酸化物
半導体膜への侵入、又は水素による酸化物半導体膜中の酸素の引き抜き、が生じ酸化物半
導体膜のバックチャネルが低抵抗化（ｎ型化）してしまい、寄生チャネルが形成されるお
それがある。よって、絶縁膜４０７はできるだけ水素を含まない膜になるように、成膜方
法に水素を用いないことが重要である。
【０１０３】
絶縁膜４０７としては、代表的には酸化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜、酸化アルミニ
ウム膜、酸化窒化アルミニウム膜、又は酸化ガリウム膜などの無機絶縁膜を用いることが
できる。
【０１０４】
本実施の形態では、絶縁膜４０７として膜厚２００ｎｍの酸化ガリウム膜を、スパッタリ
ング法を用いて成膜する。
【０１０５】
なお、絶縁膜４０７には、ゲート絶縁膜４０２と同様に、酸化物半導体膜４０３と同種の
成分でなる絶縁材料を用いると特に好ましい。このような材料は酸化物半導体膜との相性
が良く、これを、絶縁膜４０７に用いることで、酸化物半導体膜との界面の状態を良好に
保つことができるからである。例えば、酸化物半導体膜がＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系の酸化
物半導体材料によって構成される場合、同種の成分でなる絶縁材料としては酸化ガリウム
などがある。
【０１０６】
また、絶縁膜４０７を積層構造とする場合には、酸化物半導体膜と同種の成分でなる絶縁
材料でなる膜（以下、膜ａ）と、膜ａの成分材料とは異なる材料を含む膜（以下、膜ｂ）
との積層構造とするとさらに好ましい。膜ａと膜ｂとを酸化物半導体膜側から順に積層し
た構造とすることで、電荷は、酸化物半導体膜と膜ａとの界面と比較して、膜ａと膜ｂと
の界面の電荷捕獲中心に優先的に捕獲されるため、酸化物半導体膜の界面での電荷捕獲を
十分に抑制することができるようになり、半導体装置の信頼性が向上するためである。
【０１０７】
例えば、絶縁膜４０７として酸化物半導体膜４０３側から酸化ガリウム膜と酸化シリコン
膜との積層、又は酸化ガリウム膜と窒化シリコン膜との積層などを好適に用いることがで
きる。
【０１０８】
また、絶縁膜４０７の成膜時には、酸化物半導体膜の成膜時と同様に成膜室内の残留水分
を除去するため、吸着型の真空ポンプ（クライオポンプなど）を用いることが好ましい。
クライオポンプを用いて排気した成膜室で成膜した絶縁膜４０７に含まれる不純物の濃度
を低減できる。また、絶縁膜４０７の成膜室内の残留水分を除去するための排気手段とし
ては、ターボポンプにコールドトラップを加えたものであってもよい。
【０１０９】
なお、絶縁膜４０７の形成後に、２５０℃以上７００℃以下、好ましくは４５０℃以上６
００℃以下、または基板の歪み点未満の温度範囲で熱処理を行っても良い。この熱処理に
おいては、酸素を含む絶縁膜４０７と酸化物半導体膜４０３と、が接した状態で加熱され
るため、上述の脱水化（または脱水素化）処理によって減少してしまう可能性のある酸素
を、絶縁膜４０７から酸化物半導体膜４０３へ供給することも可能である。熱処理は、窒
素、酸素、超乾燥空気、または希ガス（アルゴン、ヘリウムなど）の雰囲気下で行えばよ
いが、上記窒素、酸素、超乾燥空気、または希ガス等の雰囲気には、水、水素などが含ま
れないことが好ましい。また、熱処理装置に導入する窒素、酸素、または希ガスの純度は
、６Ｎ（９９．９９９９％）以上（即ち不純物濃度を１ｐｐｍ以下）とするのが好ましく
、７Ｎ（９９．９９９９９％）以上（即ち不純物濃度を０．１ｐｐｍ以下）とすると、よ
り好ましい。
【０１１０】
次に、絶縁膜４０７に酸素ドープ処理を行う（図２（Ｅ）参照）。絶縁膜４０７に酸素４
２１をドープすることにより、絶縁膜４０７中に酸素を含有させることができる。これに
より、絶縁膜４０７中に酸素過剰領域が形成されるため、酸化物半導体膜４０３から絶縁
膜４０７への酸素の移動を防ぐことができる。さらに、絶縁膜４０７の膜厚が十分薄い場
合や後述する熱処理を行う場合には、絶縁膜４０７と酸化物半導体膜４０３との界面近傍
、酸化物半導体膜４０３中、酸化物半導体膜４０３とゲート絶縁膜４０２の界面近傍、ま
たは、ゲート絶縁膜４０２中に酸素を供給することもできる。この場合、絶縁膜４０７中
の酸素の含有量は、絶縁膜４０７の化学量論比を超える程度、好ましくは、化学量論比の
１倍を超えて４倍まで（１倍より大きく４倍未満）、より好ましくは１倍を超えて２倍ま
で（１倍より大きく２倍未満）とする。あるいは、酸素の含有量は、単結晶の場合の酸素
の量をＹとして、Ｙを超える程度、好ましくはＹを超えて４Ｙまで、より好ましくはＹを
超えて２Ｙまで、とすることもできる。あるいは、酸素の含有量は、酸素ドープ処理を行
わない場合の絶縁膜中の酸素の量Ｚを基準として、Ｚを超える程度、好ましくはＺを超え
て４Ｚまで、より好ましくはＺを超えて２Ｚまで、とすることもできる。よって、絶縁膜
４０７において酸素の含有量は水素の含有量より大きくなる。
【０１１１】
例えば、組成がＧａＯｘ（ｘ＞０）で表現される絶縁膜を用いる場合、酸化ガリウムの化
学量論比はＧａ：Ｏ＝１：１．５であるので、ｘが１．５を超えて６まで含まれる酸素過
剰領域を有する絶縁膜を形成する。また、例えば、組成がＳｉＯｘ（ｘ＞０）で表現され
る絶縁膜を用いる場合、酸化シリコンの化学量論比はＳｉ：Ｏ＝１：２であるので、ｘが
２を超えて８まで含まれる酸素過剰領域を有する絶縁膜を形成する。なお、このような酸
素過剰領域は、絶縁膜の少なくとも一部（界面も含む）に存在していればよい。
【０１１２】
上述の酸素４２１は、プラズマ発生装置やオゾン発生装置によって発生させることができ
る。より具体的には、例えば、半導体装置に対してエッチング処理を行うことができる装
置や、レジストマスクに対してアッシングを行うことができる装置などを用いて酸素４２
１を発生させ、酸化物半導体膜４０３を処理することができる。ここで、酸素４２１には
、少なくとも、酸素ラジカル、酸素原子、酸素イオン、のいずれかが含まれている。
【０１１３】
なお、酸素の添加をより好適に行うためには、基板には電気的なバイアスを加えておくこ
とが望ましい。
【０１１４】
なお、上述の酸素ドープ処理の後には、熱処理を行うことが好ましい。熱処理の温度は、
例えば１５０℃以上４７０℃以下とする。酸素ドープ処理後の熱処理によって、十分な量
の酸素を酸化物半導体膜に供給することが可能である。当該効果を得るための熱処理のタ
イミングは、上述の酸素ドープ処理の後であればいつでも構わない。また、酸素ドープ処
理と熱処理を繰り返して行っても良い。当該処理を繰り返して行うことにより、トランジ
スタの信頼性をさらに高めることができる。なお、繰り返しの回数は適宜設定することが
できる。
【０１１５】
ここで、酸化物半導体膜４０３中の酸素の含有量は、酸化物半導体膜４０３の化学量論比
を超える程度、好ましくは、化学量論比の１倍を超えて２倍まで（１倍より大きく２倍未
満）、とするのが好ましい。酸素の含有量を多くしすぎると、水素吸蔵合金（水素貯蔵合
金）のように、かえって水素を取り込んでしまうためである。あるいは、酸素の含有量は
、単結晶の場合の酸素の量をＹとして、Ｙを超える程度、好ましくはＹを超えて２Ｙまで
、とすることもできる。あるいは、酸素の含有量は、酸素ドープ処理を行わない場合の酸
化物半導体膜中の酸素の量Ｚを基準として、Ｚを超える程度、好ましくは、Ｚを超えて２
Ｚまで、とすることもできる。よって、酸化物半導体膜において酸素の含有量は水素の含
有量より大きくなる。
【０１１６】
単結晶構造がＩｎＧａＯ３（ＺｎＯ）ｍ（ｍ＞０）で表現される材料の場合、酸化物半導
体膜４０３の組成はＩｎＧａＺｎｍＯｘで表されるから、例えば、ｍ＝１（ＩｎＧａＺｎ
Ｏ４）であれば、ｘは４を超えて８まで、また、ｍ＝２（ＩｎＧａＺｎ２Ｏ５）であれば
、ｘは５を超えて１０まで、が許容される。なお、このような酸素過剰領域は、酸化物半
導体の少なくとも一部（界面も含む）に存在していればよい。
【０１１７】
なお、酸化物半導体膜において、酸素は主たる成分材料の一つである。このため、酸化物
半導体膜中の酸素濃度を、ＳＩＭＳ（Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ  Ｉｏｎ  Ｍａｓｓ  Ｓｐｅｃ
ｔｒｏｍｅｔｒｙ）などの方法を用いて、正確に見積もることは難しい。つまり、酸化物
半導体膜に酸素が意図的に添加されたか否かを判別することは困難であるといえる。
【０１１８】
ところで、酸素には１７Ｏや１８Ｏといった同位体が存在し、自然界におけるこれらの存
在比率はそれぞれ酸素原子全体の０．０３７％、０．２０４％程度であることが知られて
いる。つまり、酸化物半導体膜中におけるこれら同位体の濃度は、ＳＩＭＳなどの方法に
よって見積もることができる程度になるから、これらの濃度を測定することで、酸化物半
導体膜中の酸素濃度をより正確に見積もることが可能な場合がある。よって、これらの濃
度を測定することで、酸化物半導体膜に意図的に酸素が添加されたか否かを判別しても良
い。
【０１１９】
例えば、１８Ｏの濃度を基準に用いると、酸化物半導体膜において、酸素が添加された領
域における酸素の同位体の濃度Ｄ１（１８Ｏ）と、酸素が添加されていない領域における
酸素の同位体の濃度Ｄ２（１８Ｏ）との間には、Ｄ１（１８Ｏ）＞Ｄ２（１８Ｏ）が成立
するといえる。
【０１２０】
また、絶縁膜４０７に添加される酸素４２１の少なくとも一部は、酸化物半導体に供給さ
れた後、酸化物半導体中において未結合手を有することが好ましい。未結合手を有するこ
とにより、膜中に残存しうる水素と結合して、水素を固定化（非可動イオン化）すること
ができるためである。
【０１２１】
以上の工程でトランジスタ４１０が形成される（図２（Ｆ）参照）。トランジスタ４１０
は、脱水化または脱水素化を目的とする熱処理によって、水素、水、水酸基又は水素化物
（水素化合物ともいう）などの不純物を酸化物半導体膜より意図的に排除し、高純度化さ
れた酸化物半導体膜４０３を含むトランジスタである。高純度化された酸化物半導体膜４
０３中にはキャリアが極めて少ない（ゼロに近い）。さらに、絶縁膜４０７に酸素ドープ
処理によって酸素過剰領域を作製することで、酸化物半導体膜４０３からの酸素の引き抜
きを抑制し、酸化物半導体膜中または界面近傍における酸素欠損の形成を抑制することが
できる。また、酸素ドープ処理、またはその後の熱処理によって、酸化物半導体膜４０３
へと酸素を供給することで、酸化物半導体膜４０３の酸素欠損を補填すると共に、酸化物
半導体膜４０３中に残留する水素イオンを固定化することができる。よって、トランジス
タ４１０は、電気的特性変動が抑制されており、電気的に安定である。
【０１２２】
図３（Ａ）乃至図３（Ｄ）に、本実施の形態に係るトランジスタの別の構成例を示す。
【０１２３】
図３（Ａ）に示すトランジスタ４４０は、絶縁表面を有する基板４００上に、ゲート電極
層４０１、ゲート絶縁膜４０２、酸化物半導体膜４０３、ソース電極層４０５ａ、ドレイ
ン電極層４０５ｂ及び、酸素ドープ処理が行われた絶縁膜４０７を含む点でトランジスタ
４１０と共通しており、トランジスタ４４０は、前記構成に加えて、絶縁膜４０７上にさ
らに水分や水素などの不純物が酸化物半導体膜４０３に混入しないように、またゲート絶
縁膜４０２、酸化物半導体膜４０３、絶縁膜４０７及び該界面より酸素が放出されないよ
うに、ブロックする保護絶縁層として絶縁膜４０９を形成したトランジスタである。
【０１２４】
絶縁膜４０９としては、無機絶縁膜を用い、窒化シリコン膜、酸化アルミニウム膜などを
用いればよい。例えば、ＲＦスパッタ法を用いて窒化シリコン膜を形成する。ＲＦスパッ
タ法は、量産性がよいため、絶縁膜４０９の成膜方法として好ましい。
【０１２５】
絶縁膜４０９の形成後、熱処理を行ってもよい。例えば、大気中、１００℃以上２００℃
以下、１時間以上３０時間以下での熱処理を行ってもよい。この熱処理は一定の加熱温度
を保持して加熱してもよいし、室温から、１００℃以上２００℃以下の加熱温度への昇温
と、加熱温度から室温までの降温を複数回くりかえして行ってもよい。
【０１２６】
図３（Ｂ）に示すトランジスタ４６０は、トランジスタ４４０において、ゲート絶縁膜を
積層構造としたトランジスタであり、その他の構成はトランジスタ４４０と同様である。
トランジスタ４６０は、ゲート電極層４０１上に第１のゲート絶縁膜４０２ａ、第２のゲ
ート絶縁膜４０２ｂが積層され、第２のゲート絶縁膜４０２ｂ上に酸化物半導体膜４０３
が形成されている。トランジスタ４６０において、酸化物半導体膜４０３と接する第２の
ゲート絶縁膜４０２ｂを酸化物半導体膜４０３と同種の成分でなる絶縁材料でなる膜（膜
ａ）とし、第２のゲート絶縁膜４０２ｂの下方に形成される第１のゲート絶縁膜４０２ａ
を第２のゲート絶縁膜４０２ｂの成分材料とは異なる材料を含む膜（膜ｂ）で形成する。
【０１２７】
例えば、酸化物半導体膜４０３としてＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系の酸化物半導体膜を用いる
場合、第２のゲート絶縁膜４０２ｂとして酸化ガリウム膜を用い、第１のゲート絶縁膜４
０２ａとして酸化シリコン膜を用いることができる。
【０１２８】
また、酸化物半導体膜４０３と接して上方に形成される絶縁膜４０７にも酸化物半導体膜
と同種の成分でなる絶縁材料でなる膜を用いることが好ましい。このように、酸化物半導
体膜４０３に接して下方及び上方に酸化物半導体膜と同種の成分でなる絶縁材料でなる膜
を設けることによって、該膜で酸化物半導体膜４０３を囲うことができる。酸化物半導体
膜４０３と接して下方及び上方に酸化物半導体膜と同種の成分でなる絶縁材料でなる膜（
膜ａ）を設け、さらに膜ａの外側に膜ａの成分材料とは異なる材料を含む膜（膜ｂ）を設
けることによって、酸化物半導体膜４０３の下方及び上方において電荷が膜ａと膜ｂとの
界面の電荷捕獲中心に優先的に捕獲され、より効果的に酸化物半導体膜の界面での電荷捕
獲を十分に抑制することができるようになり、半導体装置の信頼性が向上する。
【０１２９】
図３（Ｃ）に示すトランジスタ４２０は、チャネル保護型（チャネルストップ型ともいう
）と呼ばれるボトムゲート構造の一つであり逆スタガ型トランジスタともいう。
【０１３０】
トランジスタ４２０は、絶縁表面を有する基板４００上に、ゲート電極層４０１、ゲート
絶縁膜４０２、酸化物半導体膜４０３、酸化物半導体膜４０３のチャネル形成領域を覆う
チャネル保護層として機能する絶縁層４２７、ソース電極層４０５ａ、及びドレイン電極
層４０５ｂを含む。また、トランジスタ４２０を覆い、絶縁膜４０９が形成されている。
【０１３１】
トランジスタ４２０において、絶縁層４２７は、酸素ドープ処理が行われた絶縁層であり
、酸素過剰領域を有する。絶縁層４２７が酸素過剰領域を有することにより、酸化物半導
体膜４０３から絶縁層４２７への酸素の移動を防ぐことができる。また、絶縁層４２７か
ら酸化物半導体膜４０３への酸素の供給を行うこともできる。よって、絶縁層４２７に酸
素ドープ処理を行うことにより、酸化物半導体膜４０３に十分な量の酸素を含有させるこ
とができるので、信頼性が高められたトランジスタ４２０が実現する。
【０１３２】
図３（Ｄ）に示すトランジスタ４３０はボトムゲート型のトランジスタであり、絶縁表面
を有する基板である基板４００上に、ゲート電極層４０１、ゲート絶縁膜４０２、ソース
電極層４０５ａ、ドレイン電極層４０５ｂ、酸化物半導体膜４０３、及び絶縁膜４０７を
含む点で、トランジスタ４１０と共通している。また、絶縁膜４０７上にはさらに絶縁膜
４０９が形成されている。
【０１３３】
トランジスタ４３０においては、ゲート絶縁膜４０２は基板４００及びゲート電極層４０
１上に接して設けられ、ゲート絶縁膜４０２上にソース電極層４０５ａ、ドレイン電極層
４０５ｂが接して設けられている。そして、ゲート絶縁膜４０２、及びソース電極層４０
５ａ、ドレイン電極層４０５ｂ上に酸化物半導体膜４０３が設けられている。
【０１３４】
以上示した、開示する発明の一態様に係るトランジスタは、熱処理によって、水素、水、
水酸基又は水素化物（水素化合物ともいう）などの水素原子を含む不純物を酸化物半導体
より排除し、且つ、不純物の排除工程において減少するおそれのある酸素を供給すること
によって、高純度化およびｉ型（真性）化を図った酸化物半導体膜を用いている。このよ
うに高純度化された酸化物半導体膜を含むトランジスタは、しきい値電圧などの電気的特
性変動が抑制されており、電気的に安定である。
【０１３５】
特に、酸素ドープ処理によって酸化物半導体膜に接する絶縁膜中、及び／または酸化物半
導体膜中の酸素の含有量を増大させることで、電気的バイアスストレスや熱ストレスに起
因する劣化を抑制し、光による劣化を低減することができる。
【０１３６】
また、酸化物半導体膜４０３を用いたトランジスタ４１０、４２０、４３０、４４０、４
６０は、比較的高い電界効果移動度が得られるため、高速駆動が可能である。よって、表
示機能を有する半導体装置の画素部に上記トランジスタを用いることで、高画質な画像を
提供することができる。また、高純度化された酸化物半導体膜を含むトランジスタによっ
て、同一基板上に駆動回路部または画素部を作り分けて作製することができるため、半導
体装置の部品点数を削減することができる。
【０１３７】
以上のように、安定した電気的特性を有する酸化物半導体を用いた半導体装置を提供する
ことができる。よって、信頼性の高い半導体装置を提供することができる。
【０１３８】
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。
【０１３９】
（実施の形態２）
本実施の形態では、半導体装置及び半導体装置の作製方法の他の一形態を、図４及び図５
を用いて説明する。本実施の形態では、半導体装置の一例として酸化物半導体膜を有する
トランジスタを示す。実施の形態１と同一部分又は同様な機能を有する部分、及び工程は
、実施の形態１と同様に行うことができ、繰り返しの説明は省略する。また同じ箇所の詳
細な説明は省略する。
【０１４０】
図４及び図５にトランジスタ４５０の作製方法の一例を示す。本実施の形態では、トラン
ジスタ４５０の作製工程において酸素ドープ処理を複数回行う。
【０１４１】
まず、絶縁表面を有する基板４００上に導電膜を形成した後、第１のフォトリソグラフィ
工程によりゲート電極層４０１を形成する。
【０１４２】
次いで、ゲート電極層４０１上にゲート絶縁膜４０２を形成する（図４（Ａ）参照）。
【０１４３】
次に、ゲート絶縁膜４０２に酸素ドープ処理を行う。ゲート絶縁膜４０２に酸素ドープ処
理を行うことにより、酸素４２１ａをゲート絶縁膜４０２に供給して、酸化物半導体膜４
０３、酸化物半導体膜中、又はゲート絶縁膜４０２中及び該界面近傍に酸素を含有させる
ことができる（図４（Ｂ）参照）。この場合、酸素の含有量は、ゲート絶縁膜４０２の化
学量論比を超える程度、好ましくは、化学量論比の１倍を超えて４倍まで（１倍より大き
く４倍未満）、より好ましくは１倍を超えて２倍まで（１倍より大きく２倍未満）とする
。あるいは、酸素の含有量は、単結晶の場合の酸素の量をＹとして、Ｙを超える程度、好
ましくはＹを超えて４Ｙまで、より好ましくはＹを超えて２Ｙまで、とすることもできる
。あるいは、酸素の含有量は、酸素ドープ処理を行わない場合のゲート絶縁膜中の酸素の
量Ｚを基準として、Ｚを超える程度、好ましくはＺを超えて４Ｚまで、より好ましくはＺ
を超えて２Ｚまで、とすることもできる。なお、ドープされる酸素４２１ａは、酸素ラジ
カル、酸素原子、及び／又は酸素イオンを含む。
【０１４４】
例えば、組成がＧａＯｘ（ｘ＞０）で表現されるゲート絶縁膜を用いる場合、酸化ガリウ
ムの化学量論比はＧａ：Ｏ＝１：１．５であるので、ｘが１．５を超えて６まで含まれる
酸素過剰領域を有するゲート絶縁膜を形成する。また、例えば、組成がＳｉＯｘ（ｘ＞０
）で表現されるゲート絶縁膜を用いる場合、酸化シリコンの化学量論比はＳｉ：Ｏ＝１：
２であるので、ｘが２を超えて８まで含まれる酸素過剰領域を有するゲート絶縁膜を形成
する。なお、このような酸素過剰領域は、ゲート絶縁膜４０２の少なくとも一部（界面も
含む）に存在していればよい。
【０１４５】
酸素ドープは、酸素を含むガスを用いてラジカル発生装置により供給されてもよいし、又
はオゾン発生装置により供給されてもよい。より具体的には、例えば、半導体装置に対し
てエッチング処理を行うための装置や、マスクに対してアッシングを行うための装置など
を用いて酸素４２１ａを発生させ、ゲート絶縁膜４０２を処理することができる。
【０１４６】
また、酸素ドープ処理を行ったゲート絶縁膜４０２に熱処理（温度１５０℃〜４７０℃）
を行ってもよい。熱処理により、酸素４２１ａとゲート絶縁膜４０２との間で反応して生
成された水、水酸化物をゲート絶縁膜４０２から除去することができる。熱処理は、窒素
、酸素、超乾燥空気、または希ガス（アルゴン、ヘリウムなど）の雰囲気下で行えばよい
が、上記窒素、酸素、超乾燥空気、または希ガス等の雰囲気は、水、水素などが含まれず
高純度化されていることが好ましい。
【０１４７】
また、ゲート絶縁膜４０２、ゲート絶縁膜４０２上に形成される酸化物半導体膜に水素、
水酸基及び水分がなるべく含まれないようにするために、酸化物半導体膜の成膜の前処理
として、スパッタリング装置の予備加熱室でゲート電極層４０１が形成された基板４００
、又はゲート絶縁膜４０２までが形成された基板４００を予備加熱し、基板４００に吸着
した水素、水分などの不純物を脱離し排気することが好ましい。なお、予備加熱室に設け
る排気手段はクライオポンプが好ましい。なお、この予備加熱の処理は省略することもで
きる。またこの予備加熱は、絶縁膜４０７の成膜前に、ソース電極層４０５ａ及びドレイ
ン電極層４０５ｂまで形成した基板４００にも同様に行ってもよい。
【０１４８】
次いで、ゲート絶縁膜４０２上に、膜厚２ｎｍ以上２００ｎｍ以下、好ましくは５ｎｍ以
上３０ｎｍ以下の酸化物半導体膜を形成する。
【０１４９】
本実施の形態では、酸化物半導体膜としてＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物ターゲットを用
いてスパッタリング法により成膜する。また、酸化物半導体膜は、希ガス（代表的にはア
ルゴン）雰囲気下、酸素雰囲気下、又は希ガスと酸素の混合雰囲気下においてスパッタリ
ング法により形成することができる。
【０１５０】
酸化物半導体膜をスパッタリング法で作製するためのターゲットとしては、例えば、組成
比として、Ｉｎ２Ｏ３：Ｇａ２Ｏ３：ＺｎＯ＝１：１：１［ｍｏｌ数比］の酸化物ターゲ
ットを用い、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ膜を成膜することができる。
【０１５１】
酸化物半導体膜を、成膜する際に用いるスパッタガスは水素、水、水酸基又は水素化物な
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。
【０１５２】
成膜条件の一例としては、基板とターゲットの間との距離を１００ｍｍ、圧力０．６Ｐａ
、直流（ＤＣ）電源０．５ｋＷ、酸素（酸素流量比率１００％）雰囲気下の条件が適用さ
れる。なお、パルス直流電源を用いると、成膜時に発生する粉状物質（パーティクル、ご
みともいう）が軽減でき、膜厚分布も均一となるために好ましい。
【０１５３】
次いで、酸化物半導体膜を第２のフォトリソグラフィ工程により島状の酸化物半導体膜４
４１に加工する（図４（Ｃ）参照）。
【０１５４】
次いで、酸化物半導体膜４４１に熱処理を行う。この熱処理によって過剰な水素（水や水
酸基を含む）を除去（脱水化または脱水素化）し、酸化物半導体膜の構造を整え、エネル
ギーギャップ中の欠陥準位を低減することができる。熱処理の温度は、２５０℃以上７５
０℃以下、または４００℃以上基板の歪み点未満とする。ここでは、熱処理装置の一つで
ある電気炉に基板を導入し、酸化物半導体膜に対して窒素雰囲気下４５０℃において１時
間の熱処理を行った後、大気に触れることなく、酸化物半導体膜への水や水素の混入を防
ぎ、酸化物半導体膜４０３を得る（図４（Ｄ）参照）。
【０１５５】
なお、熱処理装置は電気炉に限られず、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てもよい。
【０１５６】
例えば、熱処理として、６５０℃〜７００℃の高温に加熱した不活性ガス中に基板を移動
させて入れ、数分間加熱した後、基板を移動させて高温に加熱した不活性ガス中から出す
ＧＲＴＡを行ってもよい。
【０１５７】
また、酸化物半導体膜の熱処理は、島状の酸化物半導体膜に加工する前の酸化物半導体膜
に行うこともできる。その場合には、熱処理後に、加熱装置から基板を取り出し、酸化物
半導体膜にフォトリソグラフィ工程を行う。また、熱処理は、酸化物半導体膜成膜後であ
れば、島状の酸化物半導体膜上にソース電極層及びドレイン電極層を積層させた後で行っ
ても良い。
【０１５８】
次に、脱水化または脱水素化された酸化物半導体膜４０３に酸素ドープ処理を行う。酸化
物半導体膜４０３に酸素ドープ処理を行うことにより、酸素４２１ｂを酸化物半導体膜４
０３に供給して、酸化物半導体膜４０３、酸化物半導体膜中、又は酸化物半導体膜中及び
該界面近傍に酸化物半導体の化学量論比を超えてそれ以上（好ましくは２倍まで（２倍未
満））酸素を含有させる（図４（Ｅ）参照）。酸素の含有量を多くしすぎると、水素吸蔵
合金（水素貯蔵合金）のように、かえって酸化物半導体膜４０３が水素を取り込んでしま
う恐れがあるためである。あるいは、酸素の含有量は、単結晶の場合の酸素の量をＹとし
て、Ｙを超える程度、好ましくは、Ｙを超えて２Ｙまで、とすることもできる。あるいは
、酸素の含有量は、酸素ドープ処理を行わない場合の酸化物半導体膜中の酸素の量Ｚを基
準として、Ｚを超える程度、好ましくは、Ｚを超えて２Ｚまで、とすることもできる。ド
ープされる酸素４２１ｂは、酸素ラジカル、酸素原子、及び／又は酸素イオンを含む。
【０１５９】
例えば、化学量論比がＩｎＧａＯ３（ＺｎＯ）ｍ（ｍ＞０）において、ｍ＝１（ＩｎＧａ
ＺｎＯ４）であれば、酸素は４を超えて例えば８まで、またｍ＝２（ＩｎＧａＺｎ２Ｏ５
）であれば酸素は５を超えて例えば１０まで含まれる酸素過剰領域を有する酸化物半導体
膜を形成する。なお、このような酸素過剰領域は、酸化物半導体膜の一部に存在していれ
ばよい。
【０１６０】
また、酸化物半導体膜に添加される（含まれる）酸素４２１ｂの少なくとも一部は酸素の
未結合手を酸化物半導体中で有することが好ましい。未結合手を有することにより、膜中
に残存しうる水素と結合して、水素を固定化（非可動イオン化）することができるためで
ある。
【０１６１】
ドープされる酸素（酸素ラジカル、酸素原子、及び／又は酸素イオン）は、酸素を含むガ
スを用いてラジカル発生装置により供給されてもよいし、又はオゾン発生装置により供給
されてもよい。より具体的には、例えば、半導体装置に対してエッチング処理を行うため
の装置や、レジストマスクに対してアッシングを行うための装置などを用いて酸素４２１
ｂを発生させ、酸化物半導体膜４０３を処理することができる。
【０１６２】
なお、酸素の添加をより好適に行うためには、基板には電気的なバイアスを加えておくこ
とが望ましい。
【０１６３】
また、酸素ドープ処理を行った酸化物半導体膜４０３に熱処理（温度１５０℃〜４７０℃
）を行ってもよい。熱処理により、酸素４２１ｂと酸化物半導体膜４０３との間で反応し
て生成された水、水酸化物を酸化物半導体膜４０３から除去することができる。熱処理は
、窒素、酸素、超乾燥空気、または希ガス（アルゴン、ヘリウムなど）の雰囲気下で行え
ばよいが、上記窒素、酸素、超乾燥空気、または希ガス等の雰囲気は、水、水素などが含
まれず高純度化されていることが好ましい。
【０１６４】
以上の工程で高純度化し、電気的にｉ型（真性）化された酸化物半導体膜４０３を得る。
高純度化された酸化物半導体膜４０３中には、キャリアが極めて少なく、ゼロに近い。
【０１６５】
また、酸化物半導体膜への酸素ドープ処理は、熱処理後であれば、島状の酸化物半導体膜
への加工前の酸化物半導体膜に行ってもよいし、島状の酸化物半導体膜上にソース電極層
及びドレイン電極層を積層させた後で行ってもよい。
【０１６６】
次いで、ゲート絶縁膜４０２、及び酸化物半導体膜４０３上に、ソース電極層及びドレイ
ン電極層（これと同じ層で形成される配線を含む）となる導電膜を形成する。
【０１６７】
第３のフォトリソグラフィ工程により導電膜上にレジストマスクを形成し、選択的にエッ
チングを行ってソース電極層４０５ａ、ドレイン電極層４０５ｂを形成した後、レジスト
マスクを除去する（図４（Ｆ）参照）。
【０１６８】
なお、導電膜のエッチングの際に、酸化物半導体膜４０３がエッチングされ、分断するこ
とのないようエッチング条件を最適化することが望まれる。しかしながら、導電膜のみを
エッチングし、酸化物半導体膜４０３を全くエッチングしないという条件を得ることは難
しく、導電膜のエッチングの際に酸化物半導体膜４４１は一部のみがエッチングされ、溝
部（凹部）を有する酸化物半導体膜となることもある。
【０１６９】
本実施の形態では、導電膜としてＴｉ膜を用い、酸化物半導体膜４０３にはＩｎ−Ｇａ−
Ｚｎ−Ｏ系酸化物半導体を用いたので、エッチャントとしてアンモニア過水（アンモニア
、水、過酸化水素水の混合液）を用いる。
【０１７０】
次に酸化物半導体膜４０３、ソース電極層４０５ａ及びドレイン電極層４０５ｂ上に絶縁
膜４０７を形成する（図５（Ａ）参照）。
【０１７１】
絶縁膜４０７は、少なくとも１ｎｍ以上の膜厚とし、スパッタリング法など、絶縁膜４０
７に水、水素等の不純物を混入させない方法を適宜用いて形成することができる。
【０１７２】
絶縁膜４０７としては、代表的には酸化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜、酸化アルミニ
ウム膜、酸化窒化アルミニウム膜、又は酸化ガリウム膜などの無機絶縁膜を用いることが
できる。
【０１７３】
なお、絶縁膜４０７には、ゲート絶縁膜４０２と同様に、酸化物半導体膜４０３と同種の
成分でなる絶縁材料を用いると特に好ましい。このような材料は酸化物半導体膜との相性
が良く、これを、絶縁膜４０７に用いることで、酸化物半導体膜との界面の状態を良好に
保つことができるからである。例えば、酸化物半導体膜がＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系の酸化
物半導体材料によって構成される場合、同種の成分でなる絶縁材料としては酸化ガリウム
などがある。
【０１７４】
上述の絶縁膜４０７の形成後には、熱処理を行うのが望ましい。熱処理の温度は、２５０
℃以上７００℃以下、好ましくは４５０℃以上６００℃以下、または基板の歪み点未満と
する。
【０１７５】
熱処理は、窒素、酸素、超乾燥空気、または希ガス（アルゴン、ヘリウムなど）の雰囲気
下で行えばよいが、上記窒素、酸素、超乾燥空気、または希ガス等の雰囲気には、水、水
素などが含まれないことが好ましい。また、熱処理装置に導入する窒素、酸素、または希
ガスの純度は、６Ｎ（９９．９９９９％）以上（即ち不純物濃度を１ｐｐｍ以下）とする
のが好ましく、７Ｎ（９９．９９９９９％）以上（即ち不純物濃度を０．１ｐｐｍ以下）
とすると、より好ましい。
【０１７６】
また、酸化物半導体膜と酸素を含む絶縁膜４０７とを接した状態で熱処理を行うと、酸素
を含む絶縁膜４０７より酸素をさらに酸化物半導体膜へ供給することができる。
【０１７７】
次に、絶縁膜４０７に酸素ドープ処理を行う。絶縁膜４０７に酸素ドープ処理を行うこと
により、酸素４２１ｃを絶縁膜４０７に供給して、酸化物半導体膜４０３、酸化物半導体
膜中、又はゲート絶縁膜４０２中及び該界面近傍に酸素を含有させる（図５（Ｂ）参照）
。この場合、酸素の含有量は、絶縁膜４０７の化学量論比を超える程度、好ましくは、化
学量論比の１倍を超えて４倍まで（１倍より大きく４倍未満）、より好ましくは１倍を超
えて２倍まで（１倍より大きく２倍未満）とする。あるいは、酸素の含有量は、単結晶の
場合の酸素の量をＹとして、Ｙを超える程度、好ましくはＹを超えて４Ｙまで、より好ま
しくはＹを超えて２Ｙまで、とすることもできる。あるいは、酸素の含有量は、酸素ドー
プ処理を行わない場合の絶縁膜中の酸素の量Ｚを基準として、Ｚを超える程度、好ましく
はＺを超えて４Ｚまで、より好ましくはＺを超えて２Ｚまでとすることもできる。ドープ
される酸素４２１ｃは、酸素ラジカル、酸素原子、及び／又は酸素イオンを含む。
【０１７８】
例えば、組成がＧａＯｘ（ｘ＞０）で表現される絶縁膜を用いる場合、酸化ガリウムの化
学量論比はＧａ：Ｏ＝１：１．５であるので、ｘが１．５を超えて６まで含まれる酸素過
剰領域を有する絶縁膜を形成する。また、例えば、組成がＳｉＯｘ（ｘ＞０）で表現され
る絶縁膜を用いる場合、酸化シリコンの化学量論比はＳｉ：Ｏ＝１：２であるので、ｘが
２を超えて８まで含まれる酸素過剰領域を有する酸化物半導体膜を形成する。なお、この
ような酸素過剰領域は、絶縁膜の少なくとも一部（界面も含む）に存在していればよい。
【０１７９】
ドープされる酸素（酸素ラジカル、酸素原子、及び／又は酸素イオン）は、酸素を含むガ
スを用いてラジカル発生装置により供給されてもよいし、又はオゾン発生装置により供給
されてもよい。より具体的には、例えば、半導体装置に対してエッチング処理を行うため
の装置や、レジストマスクに対してアッシングを行うための装置などを用いて酸素４２１
ｃを発生させ、絶縁膜４０７を処理することができる。
【０１８０】
また、酸素ドープ処理を行った絶縁膜４０７に熱処理（温度１５０℃〜４７０℃）を行っ
てもよい。熱処理により、酸素４２１ｃと絶縁膜４０７との間で反応して生成された水、
水酸化物を絶縁膜４０７から除去することができる。熱処理は、窒素、酸素、超乾燥空気
、または希ガス（アルゴン、ヘリウムなど）の雰囲気下で行えばよいが、上記窒素、酸素
、超乾燥空気、または希ガス等の雰囲気は、水、水素などが含まれず高純度化されている
ことが好ましい。
【０１８１】
絶縁膜４０７上にさらに水分や水素などの不純物が酸化物半導体膜４０３に混入しないよ
うに、これらが外部から侵入することをブロックする保護絶縁層として絶縁膜４０９を形
成することが好ましい。絶縁膜４０９としては、無機絶縁膜を用い、窒化シリコン膜、酸
化アルミニウム膜などを用いればよい。例えば、ＲＦスパッタリング法を用いて窒化シリ
コン膜を形成する。ＲＦスパッタリング法は、量産性がよいため、絶縁膜４０９の成膜方
法として好ましい。
【０１８２】
絶縁膜の形成後、熱処理を行ってもよい。例えば、大気中、１００℃以上２００℃以下、
１時間以上３０時間以下での熱処理を行ってもよい。この熱処理は一定の加熱温度を保持
して加熱してもよいし、室温から、１００℃以上２００℃以下の加熱温度への昇温と、加
熱温度から室温までの降温を複数回繰り返して行ってもよい。
【０１８３】
以上の工程でトランジスタ４５０が形成される（図５（Ｃ）参照）。トランジスタ４５０
は、水素、水分、水酸基又は水素化物（水素化合物ともいう）などの不純物を酸化物半導
体膜より意図的に排除し、高純度化された酸化物半導体膜４０３を含むトランジスタであ
る。よって、トランジスタ４５０は、電気的特性変動が抑制されており、電気的に安定で
ある。
【０１８４】
本実施の形態を用いて作製した、高純度化された酸化物半導体膜４０３を用いたトランジ
スタ４５０は、オフ状態における電流値（オフ電流値）を、低くすることができる。
【０１８５】
このように酸素ドープ処理は、絶縁膜４０７の他、ゲート絶縁膜４０２、酸化物半導体膜
４０３に対しても行うことができる。酸素ドープ処理は、ゲート絶縁膜４０２及び酸化物
半導体膜４０３両方に対してそれぞれ行ってもよいし、どちらか一方に対してのみ行って
もよい。
【０１８６】
また、酸素ドープ処理を行った後、熱処理（温度１５０℃〜４７０℃）を行ってもよい。
熱処理は、窒素、酸素、超乾燥空気、または希ガス（アルゴン、ヘリウムなど）の雰囲気
下で行えばよいが、上記窒素、酸素、超乾燥空気、または希ガス等の雰囲気は、水、水素
などが含まれず高純度化されていることが好ましい。
【０１８７】
以上示した、開示する発明の一態様に係るトランジスタは、熱処理によって、水素、水、
水酸基又は水素化物（水素化合物ともいう）などの水素原子を含む不純物を酸化物半導体
より排除し、且つ、不純物の排除工程において減少するおそれのある酸素を供給すること
によって、高純度化およびｉ型（真性）化を図った酸化物半導体膜を用いている。このよ
うに高純度化された酸化物半導体膜を含むトランジスタは、しきい値電圧などの電気的特
性変動が抑制されており、電気的に安定である。
【０１８８】
特に、酸素ドープ処理によって酸化物半導体膜に接する絶縁膜中、及び／または酸化物半
導体膜中の酸素の含有量を増大させることで、電気的バイアスストレスや熱ストレスに起
因する劣化を抑制し、光による劣化を低減することができる。
【０１８９】
また、酸化物半導体膜４０３を用いたトランジスタ４５０は、比較的高い電界効果移動度
が得られるため、高速駆動が可能である。よって、表示機能を有する半導体装置の画素部
に上記トランジスタを用いることで、高画質な画像を提供することができる。また、高純
度化された酸化物半導体膜を含むトランジスタによって、同一基板上に駆動回路部または
画素部を作り分けて作製することができるため、半導体装置の部品点数を削減することが
できる。
【０１９０】
以上、本実施の形態に示す構成、方法などは、他の実施の形態に示す構成、方法などと適
宜組み合わせて用いることができる。
【０１９１】
（実施の形態３）
本実施の形態では、半導体装置の他の一形態を図１３を用いて説明する。上記実施の形態
と同一部分又は同様な機能を有する部分、及び工程は、上記実施の形態と同様に行うこと
ができ、繰り返しの説明は省略する。また同じ箇所の詳細な説明は省略する。
【０１９２】
本実施の形態では、トランジスタのソース電極層又は／及びドレイン電極層に導電層（配
線層や画素電極層など）を接続する構成の一例を示す。なお、本実施の形態は、実施の形
態１又は実施の形態２で示したトランジスタにも適用できる。
【０１９３】
図１３（Ａ）に示すように、トランジスタ４７０は、絶縁表面を有する基板４００上に、
ゲート電極層４０１、ゲート絶縁膜４０２、酸化物半導体膜４０３、ソース電極層４０５
ａ、ドレイン電極層４０５ｂを含む。
【０１９４】
実施の形態２で示したように、トランジスタ４７０の作製工程においても、脱水化または
脱水素化処理として熱処理を行った酸化物半導体膜４０３に酸素ドープ工程を行う。本実
施の形態のトランジスタ４７０は脱水素化処理として熱処理を行った酸化物半導体膜４０
３上にソース電極層４０５ａ、ドレイン電極層４０５ｂを形成した後、酸素ドープ工程を
行う例である。
【０１９５】
この酸素ドープ工程において、酸素ラジカルまたは酸素原子、酸素イオンは酸化物半導体
膜４０３の他、ソース電極層４０５ａ、ドレイン電極層４０５ｂへも到達し、照射（表面
付近に導入）される。よって、図１３（Ａ）に示すように酸素ラジカルまたは酸素原子、
酸素イオンが照射されたソース電極層４０５ａ、ドレイン電極層４０５ｂ表面は酸化され
、絶縁膜４０７の間に酸化金属領域４０４ａ、４０４ｂが形成される場合がある。酸化金
属領域４０４ａ、４０４ｂは膜の形状となる場合もある。
【０１９６】
次に、トランジスタ４７０上に、絶縁膜４０７、及び絶縁膜４０９を順に積層する（図１
３（Ｂ）参照）。
【０１９７】
図１３（Ｂ）のような場合、絶縁膜４０９上に、ソース電極層４０５ａ及びドレイン電極
層４０５ｂに接続する導電層を形成するための開口４５５ａ、４５５ｂは、抵抗の高い酸
化金属領域４０４ａ、４０４ｂも除去し、抵抗の低いソース電極層４０５ａ及びドレイン
電極層４０５ｂが露出するまで形成することが好ましい（図１３（Ｃ）参照）。開口４５
５ａ、４５５ｂは絶縁膜４０９、絶縁膜４０７、酸化金属領域４０４ａ、４０４ｂの一部
を除去して形成する。ソース電極層４０５ａ及びドレイン電極層４０５ｂは一部を除去さ
れることによって凹部を有する形状となる。ソース電極層４０５ａ及びドレイン電極層４
０５ｂにおいて、該凹部の底面に露出する領域の酸素濃度は、ソース電極層４０５ａ及び
ドレイン電極層４０５ｂ表面の酸化金属領域４０４ａ、４０４ｂの酸素濃度より低い。
【０１９８】
例えば、ソース電極層４０５ａ、ドレイン電極層４０５ｂ表面に形成された酸化金属領域
４０４ａ、４０４ｂを除去するために、開口４５５ａ、４５５ｂにおいて、ソース電極層
４０５ａ、ドレイン電極層４０５ｂは表面より該膜厚の２分の１以下（好ましくは３分の
１以下）の膜厚分を除去すればよい。
【０１９９】
次に、開口４５５ａ、４５５ｂにおいて露出されたソース電極層４０５ａ及びドレイン電
極層４０５ｂに接するように導電層４５６ａ、４５６ｂを形成する（図１３（Ｄ）参照）
。導電層４５６ａ、４５６ｂは抵抗の高い酸化金属領域４０４ａ、４０４ｂを介さずに、
直接抵抗の低いソース電極層４０５ａ及びドレイン電極層４０５ｂと接して設けられるた
めに、良好な電気的接続（コンタクト）を行うことができる。
【０２００】
導電層４５６ａ、４５６ｂの上に保護層としてトランジスタ４７０を覆う絶縁膜を形成し
てもよい。さらに絶縁膜を覆うことで、開口４５５ａ、４５５ｂ部分より水素、水分など
の不純物が酸化物半導体膜４０３へ侵入することを防止することができる。
【０２０１】
以上のように、トランジスタの良好な電気的接続及び安定した電気的特性を有する酸化物
半導体を用いた半導体装置を提供することができる。よって、信頼性の高い半導体装置を
提供することができる。
【０２０２】
（実施の形態４）
本実施の形態では、酸素ドープ処理に用いることができるプラズマ装置（アッシング装置
とも呼ぶ）の例を説明する。なお、この装置は、例えば第５世代以降の大型のガラス基板
などに対応することができる点で、イオン注入装置などよりも工業的に適している。
【０２０３】
図１４（Ａ）は、枚葉式マルチチャンバー設備の上面図の一例を示す。図１４（Ｂ）は、
酸素ドープを行うプラズマ装置（アッシング装置とも呼ぶ）の断面図の一例を示す。
【０２０４】
図１４（Ａ）に示す枚葉式マルチチャンバー設備は、図１４（Ｂ）に示すプラズマ装置１
０を３つ有し、被処理基板を収容するカセットポート１４を３つ有する基板供給室１１や
、ロードロック室１２や、搬送室１３などを有している。基板供給室１１に供給された基
板は、ロードロック室１２と搬送室１３を介してプラズマ装置１０内の真空チャンバー１
５に搬送されて酸素ドープが行われる。酸素ドープが終了した基板は、プラズマ装置１０
からロードロック室１２と搬送室１３を介して基板供給室１１に搬送される。なお、基板
供給室１１及び搬送室１３には、被処理基板を搬送するための搬送ロボットがそれぞれ配
置されている。
【０２０５】
図１４（Ｂ）を参照すると、プラズマ装置１０は、真空チャンバー１５を備える。真空チ
ャンバー１５の上部には、複数のガス吹き出し口と、プラズマ発生源であるＩＣＰコイル
１６（誘導結合プラズマコイル）が配置されている。
【０２０６】
ガス吹き出し口は、プラズマ装置１０の上面から見て中央部分に１２個配置されている。
それぞれのガス吹き出し口は、酸素ガスを供給するためのガス供給源とガス流路１７を介
して接続されており、ガス供給源は、マスフローコントローラ等を備え、所望の流量（０
より多く１０００ｓｃｃｍ以下）でガス流路１７に対して酸素ガスを供給することができ
る。ガス供給源から供給される酸素ガスは、ガス流路１７から１２個のガス吹き出し口を
介して真空チャンバー１５内に供給される。
【０２０７】
ＩＣＰコイル１６は、複数本の帯状の導体を螺旋状に配置してなる。各導体の一端は、イ
ンピーダンス調整のためのマッチング回路を介して第１の高周波電源１８（１３．５６Ｍ
Ｈｚ）に電気的に接続され、他端は接地されている。
【０２０８】
真空チャンバーの下部には、下部電極として機能する基板ステージ１９が配置されている
。基板ステージ１９に設けられた静電チャックなどにより、基板ステージ上に被処理基板
２０が着脱可能に保持される。基板ステージ１９には、加熱機構としてヒータ、冷却機構
としてＨｅガス流路を備えている。基板ステージは、基板バイアス電圧印加用の第２の高
周波電源２１（３．２ＭＨｚ）に接続されている。
【０２０９】
また、真空チャンバー１５には、排気口が設けられ、自動圧力制御弁２２（ａｕｔｏｍａ
ｔｉｃ  ｐｒｅｓｓｕｒｅ  ｃｏｎｔｒｏｌ  ｖａｌｖｅ、ＡＰＣとも呼ぶ。）が備えら
れる。ＡＰＣはターボ分子ポンプ２３に接続され、さらにターボ分子ポンプ２３を介して
ドライポンプ２４に接続される。ＡＰＣは真空チャンバー内の圧力制御を行い、ターボ分
子ポンプ２３及びドライポンプ２４は、真空チャンバー１５内を減圧する。
【０２１０】
次に、図１４（Ｂ）に示す真空チャンバー１５内にプラズマを発生させ、被処理基板２０
に設けられている酸化物半導体膜またはゲート絶縁膜に酸素ドープを行う一例を示す。
【０２１１】
まず、ターボ分子ポンプ２３及びドライポンプ２４などを作動させて、真空チャンバー１
５内を所望の圧力に保持した後、被処理基板２０を真空チャンバー１５内の基板ステージ
に設置する。なお、基板ステージに保持する被処理基板２０には少なくとも酸化物半導体
膜またはゲート絶縁膜を備えるものとする。本実施の形態では、真空チャンバー１５内の
圧力を１．３３Ｐａに保持する。なお、酸素ガスをガス吹き出し口から真空チャンバー１
５内に供給する流量を２５０ｓｃｃｍに設定する。
【０２１２】
次いで、第１の高周波電源１８からＩＣＰコイル１６に高周波電力を印加し、プラズマを
発生させる。そして、プラズマを発生させた状態を一定時間（３０秒以上６００秒以下）
維持する。なお、ＩＣＰコイル１６に印加する高周波電力は、１ｋＷ以上１０ｋＷ以下と
する。本実施の形態では、６０００Ｗとする。この際、第２の高周波電源２１から基板ス
テージに基板バイアス電力を印加してもよい。本実施の形態では１０００Ｗとする。
【０２１３】
本実施の形態では、プラズマを発生させた状態を６０秒維持した後、被処理基板２０を真
空チャンバー１５から搬出する。こうして、被処理基板２０に設けられている酸化物半導
体膜またはゲート絶縁膜に酸素ドープを行うことができる。
【０２１４】
本実施の形態は、他の実施の形態に記載した構成と適宜組み合わせて実施することが可能
である。
【０２１５】
（実施の形態５）
実施の形態１乃至３のいずれかで一例を示したトランジスタを用いて表示機能を有する半
導体装置（表示装置ともいう）を作製することができる。また、トランジスタを含む駆動
回路の一部または全体を、画素部と同じ基板上に一体形成し、システムオンパネルを形成
することができる。
【０２１６】
図１２（Ａ）において、第１の基板４００１上に設けられた画素部４００２を囲むように
して、シール材４００５が設けられ、第２の基板４００６によって封止されている。図１
２（Ａ）においては、第１の基板４００１上のシール材４００５によって囲まれている領
域とは異なる領域に、別途用意された基板上に単結晶半導体膜又は多結晶半導体膜で形成
された走査線駆動回路４００４、信号線駆動回路４００３が実装されている。また別途形
成された信号線駆動回路４００３と、走査線駆動回路４００４または画素部４００２に与
えられる各種信号及び電位は、ＦＰＣ（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ  ｐｒｉｎｔｅｄ  ｃｉｒｃｕ
ｉｔ）４０１８ａ、４０１８ｂから供給されている。
【０２１７】
図１２（Ｂ）（Ｃ）において、第１の基板４００１上に設けられた画素部４００２と、走
査線駆動回路４００４とを囲むようにして、シール材４００５が設けられている。また画
素部４００２と、走査線駆動回路４００４の上に第２の基板４００６が設けられている。
よって画素部４００２と、走査線駆動回路４００４とは、第１の基板４００１とシール材
４００５と第２の基板４００６とによって、表示素子と共に封止されている。図１２（Ｂ
）（Ｃ）においては、第１の基板４００１上のシール材４００５によって囲まれている領
域とは異なる領域に、別途用意された基板上に単結晶半導体膜又は多結晶半導体膜で形成
された信号線駆動回路４００３が実装されている。図１２（Ｂ）（Ｃ）においては、別途
形成された信号線駆動回路４００３と、走査線駆動回路４００４または画素部４００２に
与えられる各種信号及び電位は、ＦＰＣ４０１８から供給されている。
【０２１８】
また図１２（Ｂ）（Ｃ）においては、信号線駆動回路４００３を別途形成し、第１の基板
４００１に実装している例を示しているが、この構成に限定されない。走査線駆動回路を
別途形成して実装しても良いし、信号線駆動回路の一部または走査線駆動回路の一部のみ
を別途形成して実装しても良い。
【０２１９】
なお、別途形成した駆動回路の接続方法は、特に限定されるものではなく、ＣＯＧ（Ｃｈ
ｉｐ  Ｏｎ  Ｇｌａｓｓ）方法、ワイヤボンディング方法、或いはＴＡＢ（Ｔａｐｅ  Ａ
ｕｔｏｍａｔｅｄ  Ｂｏｎｄｉｎｇ）方法などを用いることができる。図１２（Ａ）は、
ＣＯＧ方法により信号線駆動回路４００３、走査線駆動回路４００４を実装する例であり
、図１２（Ｂ）は、ＣＯＧ方法により信号線駆動回路４００３を実装する例であり、図１
２（Ｃ）は、ＴＡＢ方法により信号線駆動回路４００３を実装する例である。
【０２２０】
また、表示装置は、表示素子が封止された状態にあるパネルと、該パネルにコントローラ
を含むＩＣ等を実装した状態にあるモジュールとを含む。
【０２２１】
なお、本明細書中における表示装置とは、画像表示デバイス、表示デバイス、もしくは光
源（照明装置含む）を指す。また、コネクター、例えばＦＰＣもしくはＴＡＢテープもし
くはＴＣＰが取り付けられたモジュール、ＴＡＢテープやＴＣＰの先にプリント配線板が
設けられたモジュール、または表示素子にＣＯＧ方式によりＩＣ（集積回路）が直接実装
されたモジュールも全て表示装置に含むものとする。
【０２２２】
また第１の基板上に設けられた画素部及び走査線駆動回路は、トランジスタを複数有して
おり、実施の形態１乃至３のいずれかで一例を示したトランジスタを適用することができ
る。
【０２２３】
表示装置に設けられる表示素子としては液晶素子（液晶表示素子ともいう）、発光素子（
発光表示素子ともいう）、を用いることができる。発光素子は、電流または電圧によって
輝度が制御される素子をその範疇に含んでおり、具体的には無機ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏ  
Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）素子、有機ＥＬ素子等が含まれる。また、電子インクなど、
電気的作用によりコントラストが変化する表示媒体も適用することができる。
【０２２４】
半導体装置の一形態について、図６乃至図８を用いて説明する。図６乃至図８は、図１２
（Ｂ）のＭ−Ｎにおける断面図に相当する。
【０２２５】
図６乃至図８で示すように、半導体装置は接続端子電極４０１５及び端子電極４０１６を
有しており、接続端子電極４０１５及び端子電極４０１６はＦＰＣ４０１８が有する端子
と異方性導電膜４０１９を介して、電気的に接続されている。
【０２２６】
接続端子電極４０１５は、第１の電極層４０３０と同じ導電膜から形成され、端子電極４
０１６は、トランジスタ４０１０、４０１１のソース電極及びドレイン電極と同じ導電膜
で形成されている。
【０２２７】
また第１の基板４００１上に設けられた画素部４００２と、走査線駆動回路４００４は、
トランジスタを複数有しており、図６乃至図８では、画素部４００２に含まれるトランジ
スタ４０１０と、走査線駆動回路４００４に含まれるトランジスタ４０１１とを例示して
いる。図６では、トランジスタ４０１０、４０１１上には絶縁膜４０２０、絶縁膜４０２
４が設けられ、図７及び図８ではさらに、絶縁層４０２１が設けられている。なお、絶縁
膜４０２３は下地膜として機能する絶縁膜である。
【０２２８】
本実施の形態では、トランジスタ４０１０、トランジスタ４０１１として、実施の形態１
乃至３のいずれかで示したトランジスタを適用することができる。トランジスタ４０１０
、トランジスタ４０１１は、電気的特性変動が抑制されており、電気的に安定である。よ
って、図６乃至図８で示す本実施の形態の半導体装置として信頼性の高い半導体装置を提
供することができる。
【０２２９】
また、本実施の形態では、絶縁層上において駆動回路用のトランジスタ４０１１の酸化物
半導体膜のチャネル形成領域と重なる位置には導電層が設けられている。導電層を酸化物
半導体膜のチャネル形成領域と重なる位置に設けることによって、ＢＴ試験前後における
トランジスタ４０１１のしきい値電圧の変化量をさらに低減することができる。また、導
電層は、電位がトランジスタ４０１１のゲート電極と同じでもよいし、異なっていても良
く、第２のゲート電極として機能させることもできる。また、導電層の電位がＧＮＤ、０
Ｖ、或いはフローティング状態であってもよい。
【０２３０】
また、該導電層は外部の電場を遮蔽する、すなわち外部の電場が内部（トランジスタを含
む回路部）に作用しないようにする機能（特に静電気に対する静電遮蔽機能）も有する。
導電層の遮蔽機能により、静電気などの外部の電場の影響によりトランジスタの電気的な
特性が変動することを防止することができる。
【０２３１】
画素部４００２に設けられたトランジスタ４０１０は表示素子と電気的に接続し、表示パ
ネルを構成する。表示素子は表示を行うことができれば特に限定されず、様々な表示素子
を用いることができる。
【０２３２】
図６に表示素子として液晶素子を用いた液晶表示装置の例を示す。図６において、表示素
子である液晶素子４０１３は、第１の電極層４０３０、第２の電極層４０３１、及び液晶
層４００８を含む。なお、液晶層４００８を挟持するように配向膜として機能する絶縁膜
４０３２、４０３３が設けられている。第２の電極層４０３１は第２の基板４００６側に
設けられ、第１の電極層４０３０と第２の電極層４０３１とは液晶層４００８を介して積
層する構成となっている。
【０２３３】
また４０３５は絶縁膜を選択的にエッチングすることで得られる柱状のスペーサであり、
液晶層４００８の膜厚（セルギャップ）を制御するために設けられている。なおスペーサ
の形状は、柱状に限定されるものではなく、例えば、球状のスペーサを用いていても良い
。
【０２３４】
表示素子として、液晶素子を用いる場合、サーモトロピック液晶、低分子液晶、高分子液
晶、高分子分散型液晶、強誘電性液晶、反強誘電性液晶等を用いることができる。これら
の液晶材料は、条件により、コレステリック相、スメクチック相、キュービック相、カイ
ラルネマチック相、等方相等を示す。
【０２３５】
また、配向膜を用いないブルー相を示す液晶を用いてもよい。ブルー相は液晶相の一つで
あり、コレステリック液晶を昇温していくと、コレステリック相から等方相へ転移する直
前に発現する相である。ブルー相は狭い温度範囲でしか発現しないため、温度範囲を改善
するために５重量％以上のカイラル剤を混合させた液晶組成物を液晶層に用いる。ブルー
相を示す液晶とカイラル剤とを含む液晶組成物は、応答速度が１ｍｓｅｃ以下と短く、光
学的等方性であるため配向処理が不要であり、視野角依存性が小さい。また配向膜を設け
なくてもよいのでラビング処理も不要となるため、ラビング処理によって引き起こされる
静電破壊を防止することができ、作製工程中の液晶表示装置の不良や破損を軽減すること
ができる。よって液晶表示装置の生産性を向上させることが可能となる。
【０２３６】
また、液晶材料の固有抵抗率は、１×１０９Ω・ｃｍ以上であり、好ましくは１×１０１
１Ω・ｃｍ以上であり、さらに好ましくは１×１０１２Ω・ｃｍ以上である。なお、本明
細書における固有抵抗率の値は、２０℃で測定した値とする。
【０２３７】
液晶表示装置に設けられる保持容量の大きさは、画素部に配置されるトランジスタのリー
ク電流等を考慮して、所定の期間の間電荷を保持できるように設定される。高純度の酸化
物半導体膜を有するトランジスタを用いることにより、各画素における液晶容量に対して
１／３以下、好ましくは１／５以下の容量の大きさを有する保持容量を設ければ充分であ
る。
【０２３８】
本実施の形態で用いる高純度化された酸化物半導体膜を用いたトランジスタは、オフ状態
における電流値（オフ電流値）を低くすることができる。よって、画像信号等の電気信号
の保持時間を長くすることができ、電源オン状態では書き込み間隔も長く設定できる。よ
って、リフレッシュ動作の頻度を少なくすることができるため、消費電力を抑制する効果
を奏する。
【０２３９】
また、本実施の形態で用いる高純度化された酸化物半導体膜を用いたトランジスタは、比
較的高い電界効果移動度が得られるため、高速駆動が可能である。よって、液晶表示装置
の画素部に上記トランジスタを用いることで、高画質な画像を提供することができる。ま
た、上記トランジスタは、同一基板上に駆動回路部または画素部に作り分けて作製するこ
とができるため、液晶表示装置の部品点数を削減することができる。
【０２４０】
液晶表示装置には、ＴＮ（Ｔｗｉｓｔｅｄ  Ｎｅｍａｔｉｃ）モード、ＩＰＳ（Ｉｎ−Ｐ
ｌａｎｅ−Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）モード、ＦＦＳ（Ｆｒｉｎｇｅ  Ｆｉｅｌｄ  Ｓｗｉｔ
ｃｈｉｎｇ）モード、ＡＳＭ（Ａｘｉａｌｌｙ  Ｓｙｍｍｅｔｒｉｃ  ａｌｉｇｎｅｄ  
Ｍｉｃｒｏ−ｃｅｌｌ）モード、ＯＣＢ（Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｄ  Ｂ
ｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｃｅ）モード、ＦＬＣ（Ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｌｉｑｕｉ
ｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ）モード、ＡＦＬＣ（ＡｎｔｉＦｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｌｉｑ
ｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ）モードなどを用いることができる。
【０２４１】
また、ノーマリーブラック型の液晶表示装置、例えば垂直配向（ＶＡ）モードを採用した
透過型の液晶表示装置としてもよい。ここで、垂直配向モードとは、液晶表示パネルの液
晶分子の配列を制御する方式の一種であり、電圧が印加されていないときにパネル面に対
して液晶分子が垂直方向を向く方式である。垂直配向モードとしては、いくつか挙げられ
るが、例えば、ＭＶＡ（Ｍｕｌｔｉ−Ｄｏｍａｉｎ  Ｖｅｒｔｉｃａｌ  Ａｌｉｇｎｍｅ
ｎｔ）モード、ＰＶＡ（Ｐａｔｔｅｒｎｅｄ  Ｖｅｒｔｉｃａｌ  Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）
モード、ＡＳＶモードなどを用いることができる。また、画素（ピクセル）をいくつかの
領域（サブピクセル）に分け、それぞれ別の方向に分子を倒すよう工夫されているマルチ
ドメイン化あるいはマルチドメイン設計といわれる方法を用いることができる。
【０２４２】
また、表示装置において、ブラックマトリクス（遮光層）、偏光部材、位相差部材、反射
防止部材などの光学部材（光学基板）などは適宜設ける。例えば、偏光基板及び位相差基
板による円偏光を用いてもよい。また、光源としてバックライト、サイドライトなどを用
いてもよい。
【０２４３】
また、バックライトとして複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）を用いて、時間分割表示方式
（フィールドシーケンシャル駆動方式）を行うことも可能である。フィールドシーケンシ
ャル駆動方式を適用することで、カラーフィルタを用いることなく、カラー表示を行うこ
とができる。
【０２４４】
また、画素部における表示方式は、プログレッシブ方式やインターレース方式等を用いる
ことができる。また、カラー表示する際に画素で制御する色要素としては、ＲＧＢ（Ｒは
赤、Ｇは緑、Ｂは青を表す）の三色に限定されない。例えば、ＲＧＢＷ（Ｗは白を表す）
、又はＲＧＢに、イエロー、シアン、マゼンタ等を一色以上追加したものがある。なお、
色要素のドット毎にその表示領域の大きさが異なっていてもよい。ただし、本発明はカラ
ー表示の表示装置に限定されるものではなく、モノクロ表示の表示装置に適用することも
できる。
【０２４５】
また、表示装置に含まれる表示素子として、エレクトロルミネッセンスを利用する発光素
子を適用することができる。エレクトロルミネッセンスを利用する発光素子は、発光材料
が有機化合物であるか、無機化合物であるかによって区別され、一般的に、前者は有機Ｅ
Ｌ素子、後者は無機ＥＬ素子と呼ばれている。
【０２４６】
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。
【０２４７】
無機ＥＬ素子は、その素子構成により、分散型無機ＥＬ素子と薄膜型無機ＥＬ素子とに分
類される。分散型無機ＥＬ素子は、発光材料の粒子をバインダ中に分散させた発光層を有
するものであり、発光メカニズムはドナー準位とアクセプター準位を利用するドナー−ア
クセプター再結合型発光である。薄膜型無機ＥＬ素子は、発光層を誘電体層で挟み込み、
さらにそれを電極で挟んだ構造であり、発光メカニズムは金属イオンの内殻電子遷移を利
用する局在型発光である。なお、ここでは、発光素子として有機ＥＬ素子を用いて説明す
る。
【０２４８】
発光素子は発光を取り出すために少なくとも一対の電極の一方が透明であればよい。そし
て、基板上にトランジスタ及び発光素子を形成し、基板とは逆側の面から発光を取り出す
上面射出や、基板側の面から発光を取り出す下面射出や、基板側及び基板とは反対側の面
から発光を取り出す両面射出構造の発光素子があり、どの射出構造の発光素子も適用する
ことができる。
【０２４９】
図７に表示素子として発光素子を用いた発光装置の例を示す。表示素子である発光素子４
５１３は、画素部４００２に設けられたトランジスタ４０１０と電気的に接続している。
なお発光素子４５１３の構成は、第１の電極層４０３０、電界発光層４５１１、第２の電
極層４０３１の積層構造であるが、示した構成に限定されない。発光素子４５１３から取
り出す光の方向などに合わせて、発光素子４５１３の構成は適宜変えることができる。
【０２５０】
隔壁４５１０は、有機絶縁材料、又は無機絶縁材料を用いて形成する。特に感光性の樹脂
材料を用い、第１の電極層４０３０上に開口部を形成し、その開口部の側壁が連続した曲
率を持って形成される傾斜面となるように形成することが好ましい。
【０２５１】
電界発光層４５１１は、単数の層で構成されていても、複数の層が積層されるように構成
されていてもどちらでも良い。
【０２５２】
発光素子４５１３に酸素、水素、水分、二酸化炭素等が侵入しないように、第２の電極層
４０３１及び隔壁４５１０上に保護膜を形成してもよい。保護膜としては、窒化シリコン
膜、窒化酸化シリコン膜、ＤＬＣ膜等を形成することができる。また、第１の基板４００
１、第２の基板４００６、及びシール材４００５によって封止された空間には充填材４５
１４が設けられ密封されている。このように外気に曝されないように気密性が高く、脱ガ
スの少ない保護フィルム（貼り合わせフィルム、紫外線硬化樹脂フィルム等）やカバー材
でパッケージング（封入）することが好ましい。
【０２５３】
充填材４５１４としては窒素やアルゴンなどの不活性な気体の他に、紫外線硬化樹脂また
は熱硬化樹脂を用いることができ、ＰＶＣ（ポリビニルクロライド）、アクリル、ポリイ
ミド、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、ＰＶＢ（ポリビニルブチラル）またはＥＶＡ（エ
チレンビニルアセテート）を用いることができる。例えば充填材として窒素を用いればよ
い。
【０２５４】
また、必要であれば、発光素子の射出面に偏光板、又は円偏光板（楕円偏光板を含む）、
位相差板（λ／４板、λ／２板）、カラーフィルタなどの光学フィルムを適宜設けてもよ
い。また、偏光板又は円偏光板に反射防止膜を設けてもよい。例えば、表面の凹凸により
反射光を拡散し、映り込みを低減できるアンチグレア処理を施すことができる。
【０２５５】
また、表示装置として、電子インクを駆動させる電子ペーパーを提供することも可能であ
る。電子ペーパーは、電気泳動表示装置（電気泳動ディスプレイ）とも呼ばれており、紙
と同じ読みやすさ、他の表示装置に比べ低消費電力、薄くて軽い形状とすることが可能と
いう利点を有している。
【０２５６】
電気泳動表示装置は、様々な形態が考えられ得るが、プラスの電荷を有する第１の粒子と
、マイナスの電荷を有する第２の粒子とを含むマイクロカプセルが溶媒または溶質に複数
分散されたものであり、マイクロカプセルに電界を印加することによって、マイクロカプ
セル中の粒子を互いに反対方向に移動させて一方側に集合した粒子の色のみを表示するも
のである。なお、第１の粒子または第２の粒子は染料を含み、電界がない場合において移
動しないものである。また、第１の粒子の色と第２の粒子の色は異なるもの（無色を含む
）とする。
【０２５７】
このように、電気泳動表示装置は、誘電定数の高い物質が高い電界領域に移動する、いわ
ゆる誘電泳動的効果を利用したディスプレイである。
【０２５８】
上記マイクロカプセルを溶媒中に分散させたものが電子インクと呼ばれるものであり、こ
の電子インクはガラス、プラスチック、布、紙などの表面に印刷することができる。また
、カラーフィルタや色素を有する粒子を用いることによってカラー表示も可能である。
【０２５９】
なお、マイクロカプセル中の第１の粒子および第２の粒子は、導電体材料、絶縁体材料、
半導体材料、磁性材料、液晶材料、強誘電性材料、エレクトロルミネセント材料、エレク
トロクロミック材料、磁気泳動材料から選ばれた一種の材料、またはこれらの複合材料を
用いればよい。
【０２６０】
また、電子ペーパーとして、ツイストボール表示方式を用いる表示装置も適用することが
できる。ツイストボール表示方式とは、白と黒に塗り分けられた球形粒子を表示素子に用
いる電極層である第１の電極層及び第２の電極層の間に配置し、第１の電極層及び第２の
電極層に電位差を生じさせて球形粒子の向きを制御することにより、表示を行う方法であ
る。
【０２６１】
図８に、半導体装置の一形態としてアクティブマトリクス型の電子ペーパーを示す。図８
の電子ペーパーは、ツイストボール表示方式を用いた表示装置の例である。
【０２６２】
トランジスタ４０１０と接続する第１の電極層４０３０と、第２の基板４００６に設けら
れた第２の電極層４０３１との間には黒色領域４６１５ａ及び白色領域４６１５ｂを有し
、周りに液体で満たされているキャビティ４６１２を含む球形粒子４６１３が設けられて
おり、球形粒子４６１３の周囲は樹脂等の充填材４６１４で充填されている。第２の電極
層４０３１が共通電極（対向電極）に相当する。第２の電極層４０３１は、共通電位線と
電気的に接続される。
【０２６３】
なお、図６乃至図８において、第１の基板４００１、第２の基板４００６としては、ガラ
ス基板の他、可撓性を有する基板も用いることができ、例えば透光性を有するプラスチッ
ク基板などを用いることができる。プラスチックとしては、ＦＲＰ（Ｆｉｂｅｒｇｌａｓ
ｓ−Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ  Ｐｌａｓｔｉｃｓ）板、ＰＶＦ（ポリビニルフルオライド）
フィルム、ポリエステルフィルムまたはアクリル樹脂フィルムを用いることができる。ま
た、アルミニウムホイルをＰＶＦフィルムやポリエステルフィルムで挟んだ構造のシート
を用いることもできる。
【０２６４】
絶縁膜４０２０は、酸化シリコン、酸窒化シリコン、酸化ハフニウム、酸化アルミニウム
、酸化ガリウム等の無機絶縁材料を含む材料を用いて形成することができる。絶縁膜４０
２０の作製方法に特に限定はなく、例えば、プラズマＣＶＤ法やスパッタリング法などの
成膜方法を用いて作製することができる。なお、水素や水などが混入しにくいという点で
は、スパッタリング法が好適である。
【０２６５】
絶縁膜４０２４は、スパッタリング法を用いて、窒化シリコン膜、窒化酸化シリコン膜、
酸化アルミニウム膜、窒化アルミニウム膜、酸化窒化アルミニウム膜、又は窒化酸化アル
ミニウム膜の単層、又は積層で形成すればよく、トランジスタの保護膜として機能する。
【０２６６】
絶縁層４０２１は、無機絶縁材料又は有機絶縁材料を用いて形成することができる。なお
、アクリル樹脂、ポリイミド、ベンゾシクロブテン系樹脂、ポリアミド、エポキシ樹脂等
の、耐熱性を有する有機絶縁材料を用いると、平坦化絶縁膜として好適である。また上記
有機絶縁材料の他に、低誘電率材料（ｌｏｗ−ｋ材料）、シロキサン系樹脂、ＰＳＧ（リ
ンガラス）、ＢＰＳＧ（リンボロンガラス）等を用いることができる。なお、これらの材
料で形成される絶縁膜を複数積層させることで、絶縁層を形成してもよい。
【０２６７】
絶縁層４０２１の形成法は、特に限定されず、その材料に応じて、スパッタリング法、ス
ピンコート法、ディッピング法、スプレー塗布、液滴吐出法（インクジェット法、スクリ
ーン印刷、オフセット印刷等）、ロールコーティング、カーテンコーティング、ナイフコ
ーティング等を用いることができる。
【０２６８】
表示装置は光源又は表示素子からの光を透過させて表示を行う。よって光が透過する画素
部に設けられる基板、絶縁膜、導電膜などの薄膜はすべて可視光の波長領域の光に対して
透光性とする。
【０２６９】
表示素子に電圧を印加する第１の電極層及び第２の電極層（画素電極層、共通電極層、対
向電極層などともいう）においては、取り出す光の方向、電極層が設けられる場所、及び
電極層のパターン構造によって透光性、反射性を選択すればよい。
【０２７０】
第１の電極層４０３０、第２の電極層４０３１は、酸化タングステンを含むインジウム酸
化物、酸化タングステンを含むインジウム亜鉛酸化物、酸化チタンを含むインジウム酸化
物、酸化チタンを含むインジウム錫酸化物、ＩＴＯ、インジウム亜鉛酸化物、酸化ケイ素
を添加したインジウム錫酸化物などの透光性を有する導電性材料を用いることができる。
【０２７１】
また、第１の電極層４０３０、第２の電極層４０３１はタングステン（Ｗ）、モリブデン
（Ｍｏ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）、バナジウム（Ｖ）、ニオブ（Ｎ
ｂ）、タンタル（Ｔａ）、クロム（Ｃｒ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、チタ
ン（Ｔｉ）、白金（Ｐｔ）、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）等の金属、
又はその合金、若しくはその窒化物から一つ、又は複数種を用いて形成することができる
。
【０２７２】
また、トランジスタは静電気などにより破壊されやすいため、駆動回路保護用の保護回路
を設けることが好ましい。保護回路は、非線形素子を用いて構成することが好ましい。
【０２７３】
以上のように実施の形態１乃至３のいずれかで示したトランジスタを適用することで、信
頼性の高い半導体装置を提供することができる。
【０２７４】
本実施の形態は、他の実施の形態に記載した構成と適宜組み合わせて実施することが可能
である。
【０２７５】
（実施の形態６）
実施の形態１乃至３のいずれかで一例を示したトランジスタを用いて、対象物の情報を読
み取るイメージセンサ機能を有する半導体装置を作製することができる。
【０２７６】
図９（Ａ）に、イメージセンサ機能を有する半導体装置の一例を示す。図９（Ａ）はフォ
トセンサの等価回路であり、図９（Ｂ）はフォトセンサの一部を示す断面図である。
【０２７７】
フォトダイオード６０２は、一方の電極がフォトダイオードリセット信号線６５８に、他
方の電極がトランジスタ６４０のゲートに電気的に接続されている。トランジスタ６４０
は、ソース又はドレインの一方がフォトセンサ基準信号線６７２に、ソース又はドレイン
の他方がトランジスタ６５６のソース又はドレインの一方に電気的に接続されている。ト
ランジスタ６５６は、ゲートがゲート信号線６５９に、ソース又はドレインの他方がフォ
トセンサ出力信号線６７１に電気的に接続されている。
【０２７８】
なお、本明細書における回路図において、酸化物半導体膜を用いるトランジスタと明確に
判明できるように、酸化物半導体膜を用いるトランジスタの記号には「ＯＳ」と記載して
いる。図９（Ａ）において、トランジスタ６４０、トランジスタ６５６は酸化物半導体膜
を用いるトランジスタである。
【０２７９】
図９（Ｂ）は、フォトセンサにおけるフォトダイオード６０２及びトランジスタ６４０に
示す断面図であり、絶縁表面を有する基板６０１（ＴＦＴ基板）上に、センサとして機能
するフォトダイオード６０２及びトランジスタ６４０が設けられている。フォトダイオー
ド６０２、トランジスタ６４０の上には接着層６０８を用いて基板６１３が設けられてい
る。
【０２８０】
トランジスタ６４０上には絶縁膜６３１、保護絶縁膜６３２、第１の層間絶縁層６３３、
第２の層間絶縁層６３４が設けられている。フォトダイオード６０２は、第１の層間絶縁
層６３３上に設けられ、第１の層間絶縁層６３３上に形成した電極層６４１と、第２の層
間絶縁層６３４上に設けられた電極層６４２との間に、第１の層間絶縁層６３３側から順
に第１半導体層６０６ａ、第２半導体層６０６ｂ、及び第３半導体層６０６ｃを積層した
構造を有している。
【０２８１】
本実施の形態では、トランジスタ６４０として、実施の形態１乃至３のいずれかで示した
トランジスタを適用することができる。トランジスタ６４０、トランジスタ６５６は、電
気的特性変動が抑制されており、電気的に安定であるため、図９で示す本実施の形態の半
導体装置として信頼性の高い半導体装置を提供することができる。
【０２８２】
電極層６４１は、第２の層間絶縁層６３４上に形成された導電層６４３と電気的に接続し
、電極層６４２は電極層６４１を介してゲート電極６４５と電気的に接続している。ゲー
ト電極６４５は、トランジスタ６４０のゲート電極と電気的に接続しており、フォトダイ
オード６０２はトランジスタ６４０と電気的に接続している。
【０２８３】
ここでは、第１半導体層６０６ａとしてｐ型の導電型を有する半導体層と、第２半導体層
６０６ｂとして高抵抗な半導体層（ｉ型半導体層）、第３半導体層６０６ｃとしてｎ型の
導電型を有する半導体層を積層するｐｉｎ型のフォトダイオードを例示している。
【０２８４】
第１半導体層６０６ａはｐ型半導体層であり、ｐ型を付与する不純物元素を含むアモルフ
ァスシリコン膜により形成することができる。第１半導体層６０６ａの形成には１３族の
不純物元素（例えばボロン（Ｂ））を含む半導体材料ガスを用いて、プラズマＣＶＤ法に
より形成する。半導体材料ガスとしてはシラン（ＳｉＨ４）を用いればよい。または、Ｓ
ｉ２Ｈ６、ＳｉＨ２Ｃｌ２、ＳｉＨＣｌ３、ＳｉＣｌ４、ＳｉＦ４等を用いてもよい。ま
た、不純物元素を含まないアモルファスシリコン膜を形成した後に、拡散法やイオン注入
法を用いて該アモルファスシリコン膜に不純物元素を導入してもよい。イオン注入法等に
より不純物元素を導入した後に加熱等を行うことで、不純物元素を拡散させるとよい。こ
の場合にアモルファスシリコン膜を形成する方法としては、ＬＰＣＶＤ法、気相成長法、
又はスパッタリング法等を用いればよい。第１半導体層６０６ａの膜厚は１０ｎｍ以上５
０ｎｍ以下となるよう形成することが好ましい。
【０２８５】
第２半導体層６０６ｂは、ｉ型半導体層（真性半導体層）であり、アモルファスシリコン
膜により形成する。第２半導体層６０６ｂの形成には、半導体材料ガスを用いて、アモル
ファスシリコン膜をプラズマＣＶＤ法により形成する。半導体材料ガスとしては、シラン
（ＳｉＨ４）を用いればよい。または、Ｓｉ２Ｈ６、ＳｉＨ２Ｃｌ２、ＳｉＨＣｌ３、Ｓ
ｉＣｌ４、ＳｉＦ４等を用いてもよい。第２半導体層６０６ｂの形成は、ＬＰＣＶＤ法、
気相成長法、スパッタリング法等により行っても良い。第２半導体層６０６ｂの膜厚は２
００ｎｍ以上１０００ｎｍ以下となるように形成することが好ましい。
【０２８６】
第３半導体層６０６ｃは、ｎ型半導体層であり、ｎ型を付与する不純物元素を含むアモル
ファスシリコン膜により形成する。第３半導体層６０６ｃの形成には、１５族の不純物元
素（例えばリン（Ｐ））を含む半導体材料ガスを用いて、プラズマＣＶＤ法により形成す
る。半導体材料ガスとしてはシラン（ＳｉＨ４）を用いればよい。または、Ｓｉ２Ｈ６、
ＳｉＨ２Ｃｌ２、ＳｉＨＣｌ３、ＳｉＣｌ４、ＳｉＦ４等を用いてもよい。また、不純物
元素を含まないアモルファスシリコン膜を形成した後に、拡散法やイオン注入法を用いて
該アモルファスシリコン膜に不純物元素を導入してもよい。イオン注入法等により不純物
元素を導入した後に加熱等を行うことで、不純物元素を拡散させるとよい。この場合にア
モルファスシリコン膜を形成する方法としては、ＬＰＣＶＤ法、気相成長法、又はスパッ
タリング法等を用いればよい。第３半導体層６０６ｃの膜厚は２０ｎｍ以上２００ｎｍ以
下となるよう形成することが好ましい。
【０２８７】
また、第１半導体層６０６ａ、第２半導体層６０６ｂ、及び第３半導体層６０６ｃは、ア
モルファス半導体ではなく、多結晶半導体を用いて形成してもよいし、微結晶半導体（セ
ミアモルファス半導体（Ｓｅｍｉ  Ａｍｏｒｐｈｏｕｓ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ：
ＳＡＳ）を用いて形成してもよい。
【０２８８】
微結晶半導体は、ギブスの自由エネルギーを考慮すれば非晶質と単結晶の中間的な準安定
状態に属するものである。すなわち、自由エネルギー的に安定な第３の状態を有する半導
体であって、短距離秩序を持ち格子歪みを有する。柱状または針状結晶が基板表面に対し
て法線方向に成長している。微結晶半導体の代表例である微結晶シリコンは、そのラマン
スペクトルのピークが単結晶シリコンを示す５２０ｃｍ−１よりも低波数側に、シフトし
ている。即ち、単結晶シリコンを示す５２０ｃｍ−１とアモルファスシリコンを示す４８
０ｃｍ−１の間に微結晶シリコンのラマンスペクトルのピークがある。また、ダングリン
グボンドを終端するため水素またはハロゲンを少なくとも１原子％またはそれ以上含ませ
ている。さらに、ヘリウム、アルゴン、クリプトン、ネオンなどの希ガス元素を含ませて
格子歪みをさらに助長させることで、安定性が増し良好な微結晶半導体膜が得られる。
【０２８９】
この微結晶半導体膜は、周波数が数十ＭＨｚ〜数百ＭＨｚの高周波プラズマＣＶＤ法、ま
たは周波数が１ＧＨｚ以上のマイクロ波プラズマＣＶＤ装置により形成することができる
。代表的には、ＳｉＨ４、Ｓｉ２Ｈ６、ＳｉＨ２Ｃｌ２、ＳｉＨＣｌ３、ＳｉＣｌ４、Ｓ
ｉＦ４などを水素で希釈して形成することができる。また、水素化珪素及び水素に加え、
ヘリウム、アルゴン、クリプトン、ネオンから選ばれた一種または複数種の希ガス元素で
希釈して微結晶半導体膜を形成することができる。これらのときの水素化珪素に対して水
素の流量比を５倍以上２００倍以下、好ましくは５０倍以上１５０倍以下、更に好ましく
は１００倍とする。さらには、シリコンを含む気体中に、ＣＨ４、Ｃ２Ｈ６等の炭化物気
体、ＧｅＨ４、ＧｅＦ４等のゲルマニウム化気体、Ｆ２等を混入させてもよい。
【０２９０】
また、光電効果で発生した正孔の移動度は電子の移動度に比べて小さいため、ｐｉｎ型の
フォトダイオードはｐ型の半導体層側を受光面とする方がよい特性を示す。ここでは、ｐ
ｉｎ型のフォトダイオードが形成されている基板６０１の面からフォトダイオード６０２
が受ける光６２２を電気信号に変換する例を示す。また、受光面とした半導体層側とは逆
の導電型を有する半導体層側からの光は外乱光となるため、電極層６４２は遮光性を有す
る導電膜を用いるとよい。また、ｎ型の半導体層側を受光面として用いることもできる。
【０２９１】
第１の層間絶縁層６３３、第２の層間絶縁層６３４としては、表面凹凸を低減するため平
坦化絶縁膜として機能する絶縁層が好ましい。第１の層間絶縁層６３３、第２の層間絶縁
層６３４としては、例えばポリイミド、アクリル樹脂、ベンゾシクロブテン樹脂、ポリア
ミド、エポキシ樹脂等の有機絶縁材料を用いることができる。また上記有機絶縁材料の他
に、低誘電率材料（ｌｏｗ−ｋ材料）、シロキサン系樹脂、ＰＳＧ（リンガラス）、ＢＰ
ＳＧ（リンボロンガラス）等の単層、又は積層を用いることができる。
【０２９２】
絶縁膜６３１、保護絶縁膜６３２、第１の層間絶縁層６３３、第２の層間絶縁層６３４と
しては、絶縁性材料を用いて、その材料に応じて、スパッタリング法、スピンコート法、
ディッピング法、スプレー塗布、液滴吐出法（インクジェット法、スクリーン印刷、オフ
セット印刷等）、ロールコーティング、カーテンコーティング、ナイフコーティング等を
用いて形成することができる。
【０２９３】
フォトダイオード６０２に入射する光を検出することによって、被検出物の情報を読み取
ることができる。なお、被検出物の情報を読み取る際にバックライトなどの光源を用いる
ことができる。
【０２９４】
トランジスタ６４０として、実施の形態１乃至３のいずれかで一例を示したトランジスタ
を用いることができる。水素、水分、水酸基又は水素化物（水素化合物ともいう）などの
不純物を意図的に排除することで高純度化され、また、酸素ドープ処理により酸素を過剰
に含有する酸化物半導体膜を含むトランジスタは、トランジスタの電気的特性変動が抑制
されており、電気的に安定である。よって、信頼性の高い半導体装置を提供することがで
きる。
【０２９５】
本実施の形態は、他の実施の形態に記載した構成と適宜組み合わせて実施することが可能
である。
【０２９６】
（実施の形態７）
本明細書に開示する半導体装置は、さまざまな電子機器（遊技機も含む）に適用すること
ができる。電子機器としては、例えば、テレビジョン装置（テレビ、またはテレビジョン
受信機ともいう）、コンピュータ用などのモニタ、デジタルカメラ、デジタルビデオカメ
ラ等のカメラ、デジタルフォトフレーム、携帯電話機（携帯電話、携帯電話装置ともいう
）、携帯型ゲーム機、携帯情報端末、音響再生装置、パチンコ機などの大型ゲーム機など
が挙げられる。上記実施の形態で説明した液晶表示装置を具備する電子機器の例について
説明する。
【０２９７】
図１０（Ａ）は電子書籍（Ｅ−ｂｏｏｋともいう）であり、筐体９６３０、表示部９６３
１、操作キー９６３２、太陽電池９６３３、充放電制御回路９６３４を有することができ
る。図１０（Ａ）に示した電子書籍は、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。なお、図１０（Ａ）では充放電制御回路９６３４
の一例としてバッテリー９６３５、ＤＣＤＣコンバータ（以下、コンバータと略記）９６
３６を有する構成について示している。上記他の実施の形態のいずれかで示した半導体装
置を表示部９６３１に適用することにより、信頼性の高い電子書籍とすることができる。
【０２９８】
図１０（Ａ）に示す構成とすることにより、表示部９６３１として半透過型、又は反射型
の液晶表示装置を用いる場合、比較的明るい状況下での使用も予想され、太陽電池９６３
３による発電、及びバッテリー９６３５での充電を効率よく行うことができ、好適である
。なお太陽電池９６３３は、筐体９６３０の空きスペース（表面や裏面）に適宜設けるこ
とができるため、効率的なバッテリー９６３５の充電を行う構成とすることができるため
好適である。なおバッテリー９６３５としては、リチウムイオン電池を用いると、小型化
を図れる等の利点がある。
【０２９９】
また図１０（Ａ）に示す充放電制御回路９６３４の構成、及び動作について図１０（Ｂ）
にブロック図を示し説明する。図１０（Ｂ）には、太陽電池９６３３、バッテリー９６３
５、コンバータ９６３６、コンバータ９６３７、スイッチＳＷ１乃至ＳＷ３、表示部９６
３１について示しており、バッテリー９６３５、コンバータ９６３６、コンバータ９６３
７、スイッチＳＷ１乃至ＳＷ３が充放電制御回路９６３４に対応する箇所となる。
【０３００】
まず外光により太陽電池９６３３により発電がされる場合の動作の例について説明する。
太陽電池で発電した電力は、バッテリー９６３５を充電するための電圧となるようコンバ
ータ９６３６で昇圧または降圧がなされる。そして、表示部９６３１の動作に太陽電池９
６３３からの電力が用いられる際にはスイッチＳＷ１をオンにし、コンバータ９６３７で
表示部９６３１に必要な電圧に昇圧または降圧をすることとなる。また、表示部９６３１
での表示を行わない際には、ＳＷ１をオフにし、ＳＷ２をオンにしてバッテリー９６３５
の充電を行う構成とすればよい。
【０３０１】
次いで外光により太陽電池９６３３により発電がされない場合の動作の例について説明す
る。バッテリー９６３５に蓄電された電力は、スイッチＳＷ３をオンにすることでコンバ
ータ９６３７により昇圧または降圧がなされる。そして、表示部９６３１の動作にバッテ
リー９６３５からの電力が用いられることとなる。
【０３０２】
なお太陽電池９６３３については、充電手段の一例として示したが、他の手段によるバッ
テリー９６３５の充電を行う構成であってもよい。また他の充電手段を組み合わせて行う
構成としてもよい。
【０３０３】
図１１（Ａ）は、ノート型のパーソナルコンピュータであり、本体３００１、筐体３００
２、表示部３００３、キーボード３００４などによって構成されている。上記他の実施の
形態のいずれかで示した半導体装置を表示部３００３に適用することにより、信頼性の高
いノート型のパーソナルコンピュータとすることができる。
【０３０４】
図１１（Ｂ）は、携帯情報端末（ＰＤＡ）であり、本体３０２１には表示部３０２３と、
外部インターフェイス３０２５と、操作ボタン３０２４等が設けられている。また操作用
の付属品としてスタイラス３０２２がある。上記他の実施の形態のいずれかで示した半導
体装置を表示部３０２３に適用することにより、より信頼性の高い携帯情報端末（ＰＤＡ
）とすることができる。
【０３０５】
図１１（Ｃ）は、電子書籍の一例を示している。例えば、電子書籍２７００は、筐体２７
０１および筐体２７０３の２つの筐体で構成されている。筐体２７０１および筐体２７０
３は、軸部２７１１により一体とされており、該軸部２７１１を軸として開閉動作を行う
ことができる。このような構成により、紙の書籍のような動作を行うことが可能となる。
【０３０６】
筐体２７０１には表示部２７０５が組み込まれ、筐体２７０３には表示部２７０７が組み
込まれている。表示部２７０５および表示部２７０７は、続き画面を表示する構成として
もよいし、異なる画面を表示する構成としてもよい。異なる画面を表示する構成とするこ
とで、例えば右側の表示部（図１１（Ｃ）では表示部２７０５）に文章を表示し、左側の
表示部（図１１（Ｃ）では表示部２７０７）に画像を表示することができる。上記他の実
施の形態のいずれかで示した半導体装置を表示部２７０５、表示部２７０７に適用するこ
とにより、信頼性の高い電子書籍２７００とすることができる。
【０３０７】
また、図１１（Ｃ）では、筐体２７０１に操作部などを備えた例を示している。例えば、
筐体２７０１において、電源スイッチ２７２１、操作キー２７２３、スピーカー２７２５
などを備えている。操作キー２７２３により、頁を送ることができる。なお、筐体の表示
部と同一面にキーボードやポインティングデバイスなどを備える構成としてもよい。また
、筐体の裏面や側面に、外部接続用端子（イヤホン端子、ＵＳＢ端子など）、記録媒体挿
入部などを備える構成としてもよい。さらに、電子書籍２７００は、電子辞書としての機
能を持たせた構成としてもよい。
【０３０８】
また、電子書籍２７００は、無線で情報を送受信できる構成としてもよい。無線により、
電子書籍サーバから、所望の書籍データなどを購入し、ダウンロードする構成とすること
も可能である。
【０３０９】
図１１（Ｄ）は、携帯電話であり、筐体２８００及び筐体２８０１の二つの筐体で構成さ
れている。筐体２８０１には、表示パネル２８０２、スピーカー２８０３、マイクロフォ
ン２８０４、ポインティングデバイス２８０６、カメラ用レンズ２８０７、外部接続端子
２８０８などを備えている。また、筐体２８００には、携帯電話の充電を行う太陽電池セ
ル２８１０、外部メモリスロット２８１１などを備えている。また、アンテナは筐体２８
０１内部に内蔵されている。上記他の実施の形態のいずれかで示した半導体装置を表示パ
ネル２８０２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。
【０３１０】
また、表示パネル２８０２はタッチパネルを備えており、図１１（Ｄ）には映像表示され
ている複数の操作キー２８０５を点線で示している。なお、太陽電池セル２８１０で出力
される電圧を各回路に必要な電圧に昇圧するための昇圧回路も実装している。
【０３１１】
表示パネル２８０２は、使用形態に応じて表示の方向が適宜変化する。また、表示パネル
２８０２と同一面上にカメラ用レンズ２８０７を備えているため、テレビ電話が可能であ
る。スピーカー２８０３及びマイクロフォン２８０４は音声通話に限らず、テレビ電話、
録音、再生などが可能である。さらに、筐体２８００と筐体２８０１は、スライドし、図
１１（Ｄ）のように展開している状態から重なり合った状態とすることができ、携帯に適
した小型化が可能である。
【０３１２】
外部接続端子２８０８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２８１１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。
【０３１３】
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。
【０３１４】
図１１（Ｅ）は、デジタルビデオカメラであり、本体３０５１、表示部（Ａ）３０５７、
接眼部３０５３、操作スイッチ３０５４、表示部（Ｂ）３０５５、バッテリー３０５６な
どによって構成されている。上記他の実施の形態のいずれかで示した半導体装置を表示部
（Ａ）３０５７、表示部（Ｂ）３０５５に適用することにより、信頼性の高いデジタルビ
デオカメラとすることができる。
【０３１５】
図１１（Ｆ）は、テレビジョン装置の一例を示している。テレビジョン装置９６００は、
筐体９６０１に表示部９６０３が組み込まれている。表示部９６０３により、映像を表示
することが可能である。また、ここでは、スタンド９６０５により筐体９６０１を支持し
た構成を示している。上記他の実施の形態のいずれかで示した半導体装置を表示部９６０
３に適用することにより、信頼性の高いテレビジョン装置９６００とすることができる。
【０３１６】
テレビジョン装置９６００の操作は、筐体９６０１が備える操作スイッチや、別体のリモ
コン操作機により行うことができる。また、リモコン操作機に、当該リモコン操作機から
出力する情報を表示する表示部を設ける構成としてもよい。
【０３１７】
なお、テレビジョン装置９６００は、受信機やモデムなどを備えた構成とする。受信機に
より一般のテレビ放送の受信を行うことができ、さらにモデムを介して有線または無線に
よる通信ネットワークに接続することにより、一方向（送信者から受信者）または双方向
（送信者と受信者間、あるいは受信者間同士など）の情報通信を行うことも可能である。
【０３１８】
本実施の形態は、他の実施の形態に記載した構成と適宜組み合わせて実施することが可能
である。
【符号の説明】
【０３１９】
１０    プラズマ装置
１１    基板供給室
１２    ロードロック室
１３    搬送室
１４    カセットポート
１５    真空チャンバー
１６    ＩＣＰコイル
１７    ガス流路
１８    第１の高周波電源
１９    基板ステージ
２０    被処理基板
２１    第２の高周波電源
２２    自動圧力制御弁
２３    ターボ分子ポンプ
２４    ドライポンプ
４００    基板
４０１    ゲート電極層
４０２    ゲート絶縁膜
４０２ａ    第１のゲート絶縁膜
４０２ｂ    第２のゲート絶縁膜
４０３    酸化物半導体膜
４０４ａ    酸化金属領域
４０４ｂ    酸化金属領域
４０５ａ    ソース電極層
４０５ｂ    ドレイン電極層
４０７    絶縁膜
４０９    絶縁膜
４１０    トランジスタ
４２０    トランジスタ
４２１    酸素
４２１ａ    酸素
４２１ｂ    酸素
４２１ｃ    酸素
４２７    絶縁層
４３０    トランジスタ
４４０    トランジスタ
４４１    酸化物半導体膜
４５０    トランジスタ
４５５ａ    開口
４５５ｂ    開口
４５６ａ    導電層
４５６ｂ    導電層
４６０    トランジスタ
４７０    トランジスタ
６０１    基板
６０２    フォトダイオード
６０６ａ    半導体層
６０６ｂ    半導体層
６０６ｃ    半導体層
６０８    接着層
６１３    基板
６２２    光
６３１    絶縁膜
６３２    保護絶縁膜
６３３    層間絶縁層
６３４    層間絶縁層
６４０    トランジスタ
６４１    電極層
６４２    電極層
６４３    導電層
６４５    ゲート電極
６５６    トランジスタ
６５８    フォトダイオードリセット信号線
６５９    ゲート信号線
６７１    フォトセンサ出力信号線
６７２    フォトセンサ基準信号線
２７００    電子書籍
２７０１    筐体
２７０３    筐体
２７０５    表示部
２７０７    表示部
２７１１    軸部
２７２１    電源スイッチ
２７２３    操作キー
２７２５    スピーカー
２８００    筐体
２８０１    筐体
２８０２    表示パネル
２８０３    スピーカー
２８０４    マイクロフォン
２８０５    操作キー
２８０６    ポインティングデバイス
２８０７    カメラ用レンズ
２８０８    外部接続端子
２８１０    太陽電池セル
２８１１    外部メモリスロット
３００１    本体
３００２    筐体
３００３    表示部
３００４    キーボード
３０２１    本体
３０２２    スタイラス
３０２３    表示部
３０２４    操作ボタン
３０２５    外部インターフェイス
３０５１    本体
３０５３    接眼部
３０５４    操作スイッチ
３０５５    表示部（Ｂ）
３０５６    バッテリー
３０５７    表示部（Ａ）
４００１    基板
４００２    画素部
４００３    信号線駆動回路
４００４    走査線駆動回路
４００５    シール材
４００６    基板
４００８    液晶層
４０１０    トランジスタ
４０１１    トランジスタ
４０１３    液晶素子
４０１５    接続端子電極
４０１６    端子電極
４０１８    ＦＰＣ
４０１８ａ    ＦＰＣ
４０１８ｂ    ＦＰＣ
４０１９    異方性導電膜
４０２０    絶縁膜
４０２１    絶縁層
４０２３    絶縁膜
４０２４    絶縁膜
４０３０    電極層
４０３１    電極層
４０３２    絶縁膜
４０３３    絶縁膜
４５１０    隔壁
４５１１    電界発光層
４５１３    発光素子
４５１４    充填材
４６１２    キャビティ
４６１３    球形粒子
４６１４    充填材
４６１５ａ    黒色領域
４６１５ｂ    白色領域
９６００    テレビジョン装置
９６０１    筐体
９６０３    表示部
９６０５    スタンド
９６３０    筐体
９６３１    表示部
９６３２    操作キー
９６３３    太陽電池
９６３４    充放電制御回路
９６３５    バッテリー
９６３６    コンバータ
９６３７    コンバータ
【図１】
0005608715.tif 000005
【図２】
0005608715.tif 000006
【図３】
0005608715.tif 000007
【図４】
0005608715.tif 000008
【図５】
0005608715.tif 000009
【図６】
0005608715.tif 000010
【図７】
0005608715.tif 000011
【図８】
0005608715.tif 000012
【図９】
0005608715.tif 000013
【図１０】
0005608715.tif 000014
【図１１】
0005608715.tif 000015
【図１２】
0005608715.tif 000016
【図１３】
0005608715.tif 000017
【図１４】
0005608715.tif 000018
【図１５】
0005608715.tif 000019
【図１６】
0005608715.tif 000020