(57)【要約】【課題】単結晶領域を有する金属酸化物膜を提供する。【解決手段】ｃ軸配向した多結晶スパッタリングターゲットを用いて、２００℃以上５００℃以下の基板温度でスパッタリング法によりインジウムと亜鉛を有する酸化物半導体膜を形成する。その際、酸化物半導体膜は、厚さ０．１ｎｍ以上５ｎｍ以下のｃ軸配向した酸化亜鉛膜上に形成する。すなわち、平均的厚さが０．５μｍ以下、好ましくは５ｎｍ〜０．１μｍであり、面積が５μｍ２以上、好ましくは１０００μｍ２以上であるアイランド状の単結晶を形成できる。また、そのようなアイランド状の単結晶を８０％以上、好ましくは９５％以上有する限りなく単結晶に近い薄膜である。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
非晶質表面上に形成された、平均の厚さが０．５μｍ以下、面積が５μｍ２以上であるアイランド状の、アルミニウム、錫、ガリウム、イットリウム、ジルコニウム、ランタン、セリウム、ネオジムの少なくとも一とインジウムと亜鉛を有する単結晶酸化物半導体。
【請求項２】
平均の厚さが５ｎｍ以上０．１μｍ以下であり、面積が１０００μｍ２以上である請求項１記載の単結晶酸化物半導体。
【請求項３】
前記非晶質表面の上に設けられた厚さ０．１ｎｍ以上５ｎｍ以下の酸化亜鉛膜の上に形成された請求項１または２記載の単結晶酸化物半導体。
【請求項４】
請求項１乃至３記載の単結晶酸化物半導体の占める面積が８０％以上である薄膜。
【請求項５】
前記単結晶酸化物半導体の占める面積が９５％以上である請求項４記載の薄膜。
【請求項６】
請求項１乃至３記載の単結晶酸化物半導体と厚さ０．１ｎｍ以上５ｎｍ以下の酸化亜鉛膜よりなる酸化物積層体。
【請求項７】
露点が−６０℃以下のスパッタガスを用い、
基板温度を２００℃以上５００℃以下とし、
スパッタ面に対してｃ軸配向した、アルミニウム、錫、ガリウム、イットリウム、ジルコニウム、ランタン、セリウム、ネオジムの少なくとも一とインジウムと亜鉛を有する多結晶酸化物半導体をターゲットとし、
非晶質表面に形成された酸化亜鉛膜上に、アルミニウム、錫、ガリウム、イットリウム、ジルコニウム、ランタン、セリウム、ネオジムの少なくとも一とインジウムと亜鉛を有する酸化物半導体を形成するスパッタリング法による成膜方法。
【請求項８】
露点が−１００℃以下のスパッタガスを用いることを特徴とする請求項７記載の成膜方法。
【請求項９】
前記ターゲットの背面には単結晶酸化亜鉛が設けられていることを特徴とする請求項７または８記載の成膜方法。
【請求項１０】
前記酸化亜鉛膜の形成に用いるターゲットが、前記酸化物半導体の形成に用いるターゲットと同一であることを特徴とする請求項７乃至９記載の成膜方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属酸化物膜に関する。
【０００２】
なお、本明細書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いい、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】
絶縁体の金属酸化物、導電体の金属酸化物、および半導体の金属酸化物（酸化物半導体ともいう）の薄膜が、半導体装置をはじめとする様々な製品に用いられている。
【０００４】
スパッタリング法は、基板への付着力の強い膜の形成が可能、スパッタリングターゲットの組成をほぼ保ったまま膜形成が可能、時間制御だけで精度の高い膜厚の制御が可能、といった様々な利点がある。例えば、非晶質シリコン薄膜より高いキャリア移動度を持つ等の性質が注目され、盛んに研究開発が行われている、インジウム、ガリウムおよび亜鉛を含む酸化物半導体の成膜方法として広く用いられている（特許文献１）。
【０００５】
インジウム、ガリウムおよび亜鉛を含む酸化物半導体膜を用いたトランジスタは、比較的容易にトランジスタ特性が得られものの、物性が不安定であるため、トランジスタの信頼性の確保が困難であった。
【０００６】
しかしながら、近年の研究開発の結果、結晶性を有する酸化物半導体膜を用いると、トランジスタの信頼性が向上することが明らかとなってきた（特許文献２乃至４、非特許文献１）。
【０００７】
また酸化物半導体膜に限らず、スパッタリング法を用いて結晶性を有する金属酸化物膜を形成することができれば、導電率の高い導電体膜、耐圧の高い絶縁体膜等となることが期待でき、これらを用いた様々な応用が可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】国際公開ＷＯ２００５／０８８７２６号パンフレット
【特許文献２】米国特許公開２０１１／０１４７７３９号明細書
【特許文献３】米国特許公開２０１２／００６４６６４号明細書
【特許文献４】米国特許公開２０１２／０３１２６８１号明細書
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】Ｓｈｕｎｐｅｉ  Ｙａｍａｚａｋｉ，  Ｊｕｎ  Ｋｏｙａｍａ，  Ｙｏｓｈｉｔａｋａ  Ｙａｍａｍｏｔｏ  ａｎｄ  Ｋｅｎｊｉ  Ｏｋａｍｏｔｏ，  ”Ｒｅｓｅａｒｃｈ，  Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ，  ａｎｄ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ”  ＳＩＤ  ２０１２  ＤＩＧＥＳＴ  ｐｐ１８３−１８６
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
そこで本発明の一態様では、結晶性を有する金属酸化物膜を提供することを目的の一とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために、本発明の一態様では、金属酸化物のｃ軸配向した多結晶スパッタリングターゲットを用いて、２００℃以上５００℃以下の基板温度でスパッタリング法により該金属酸化物膜を形成する。その際、該金属酸化物膜は、厚さ０．１ｎｍ以上５ｎｍ以下、好ましくは、１ｎｍ以上３ｎｍ以下のｃ軸配向した結晶性酸化物（例えば、酸化亜鉛）の膜上に形成する。このようにして得られた金属酸化物膜は結晶性が極めて優れている。
【００１２】
また上記において、ｃ軸配向した結晶性酸化物は、六方晶でもよい。
【００１３】
また上記において、シリコンおよび炭素の含有量が、それぞれ、１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満でもよい。
【００１４】
上記において、金属酸化物は、Ｉｎ−Ｍ−Ｚｎ酸化物（Ｍは一または複数の金属元素で、アルミニウム、錫、ガリウム、イットリウム、ジルコニウム、ランタン、セリウム、ネオジムの少なくとも１つを含む）であり、Ｍの原子数比より、亜鉛の原子数比の方が大きくてもよい。また、インジウムの原子数比より、亜鉛の原子数比の方が大きくてもよい。
【００１５】
また、上記金属酸化物の製造に用いる多結晶Ｉｎ−Ｍ−Ｚｎ酸化物スパッタリングターゲットにおいて、Ｍの原子数比より、亜鉛の原子数比の方が大きくてもよい。また、インジウムの原子数比より、亜鉛の原子数比の方が大きくてもよい。なお、スパッタリングターゲット中の亜鉛の原子数比は、上記金属酸化物中の亜鉛の原子数比より大きくてもよい。
【００１６】
また、上記スパッタリングターゲットの製造に用いるＩｎ−Ｍ−Ｚｎ酸化物はホモロガス化合物でもよい。ここで、Ｉｎ−Ｍ−Ｚｎ酸化物中で、Ｍの原子数比より、亜鉛の原子数比の方が大きくてもよい。また、インジウムの原子数比より、亜鉛の原子数比の方が大きくてもよい。
【００１７】
また、本発明の一態様は、非晶質表面上に形成されたＩｎ−Ｍ−Ｚｎ酸化物（Ｍは一または複数の金属元素で、アルミニウム、錫、ガリウム、イットリウム、ジルコニウム、ランタン、セリウム、ネオジムの少なくとも１つを含む）よりなり、平均的厚さが０．５μｍ以下、好ましくは５ｎｍ以上０．１μｍ以下であり、面積が５μｍ２以上、好ましくは１０００μｍ２以上である単結晶薄膜もしくはアイランド状の単結晶（もしくは単結晶状の物体）である。また、そのようなアイランド状の単結晶を８０％以上、好ましくは９５％以上有する限りなく単結晶に近い薄膜、あるいは単結晶と同等の薄膜である。なお、結晶欠陥、積層欠陥、転位欠陥等が含まれていてもよい。
【００１８】
上記Ｉｎ−Ｍ−Ｚｎ酸化物と基板との間に酸化亜鉛膜を有してもよい。
【００１９】
非晶質表面は絶縁性を呈してもよい。なお、非晶質表面が凹凸を有することもあり、その場合には、酸化亜鉛膜あるいは上記の単結晶薄膜もしくはアイランド状の単結晶（もしくは単結晶状の物体）はその凹凸の影響を受け、凹凸に沿った原子配列となることがある。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の一態様により、結晶性を有する金属酸化物膜を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】スパッタリングターゲットの一例を示す図。
【図２】スパッタリングターゲットの作製方法の一例を示すフロー図。
【図３】スパッタリングターゲットの作製方法の一例を示す図。
【図４】スパッタリングターゲットからスパッタリング粒子を剥離させる様子を示した模式図。
【図５】スパッタリング粒子が被成膜面に到達し、堆積する様子を示した模式図。
【図６】金属酸化物の作製方法を説明する模式図。
【図７】Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物の結晶構造の一例を示す図。
【図８】成膜装置を説明する上面図。
【図９】成膜装置を説明する断面図。
【図１０】ＤＣ電源、ＡＣ電源を用いたスパッタリング法におけるプラズマ放電を説明する図。
【図１１】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１２】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１３】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１４】半導体装置の一形態を説明する上面図及び断面図である。
【図１５】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１６】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１７】ＦＩＮ型トランジスタの作製方法の一形態を説明する斜視図である。
【図１８】ＦＩＮ型トランジスタの作製方法の一形態を説明する斜視図である。
【図１９】アクティブマトリクス型発光装置の概念図。
【図２０】アクティブマトリクス型発光装置の概念図。
【図２１】電子機器を表す図。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下では、本発明の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。ただし、本発明は以下の説明に限定されず、その形態および詳細を様々に変更しうることは当業者であれば容易に理解される。また、本発明は以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。なお、図面を用いて発明の構成を説明するにあたり、同じものを指す符号は異なる図面間でも共通して用いる。なお、同様のものを指す際にはハッチパターンを同じくし、特に符号を付さない場合がある。
【００２３】
なお、第１、第２として付される序数詞は便宜上用いるものであり、工程順または積層順を示すものではない。そのため、例えば、「第１の」を「第２の」又は「第３の」などと適宜置き換えて説明することができる。また、本明細書等に記載されている序数詞と、本発明の一態様を特定するために用いられる序数詞は一致しない場合がある。
【００２４】
また本明細書等において、結晶領域の大きさとは、金属酸化物のある平面に現れる結晶領域の大きさを表すこととする。金属酸化物のある平面に現れる結晶領域の大きさは、光学式顕微鏡、走査型電子顕微鏡の反射電子像や透過型電子顕微鏡像等から計測することができる。
【００２５】
（実施の形態１）
本実施の形態では、ｃ軸配向した多結晶金属酸化物を有するターゲットとそれを用いた成膜方法について説明する。なお、ｃ軸配向性を示すことから明らかなように、金属酸化物の結晶構造は、立方晶ではなく、例えば、六方晶等の構造を有する。また、本明細書において、結晶が三方晶または菱面体晶である場合、六方晶系として表す。
【００２６】
なお、ある面にｃ軸配向しているとは、８０％以上の結晶において、そのｃ軸がある面の法線に対してなす角度が、−１５°以上１５°以内にあることをいう。その角度が０°であるとは、ｃ軸がある面の法線に平行な場合である。
【００２７】
＜ターゲット＞
図１（Ａ）は本発明の一態様であるｃ軸配向した多結晶金属酸化物のターゲット１００を示す図であり、図１（Ｂ）はターゲット１００の一部を拡大した模式図である。図１（Ａ）に示すように、ターゲット１００は主としてスパッタリングされる面（いわゆるスパッタ面１０１）、側面１０２、背面１０３を有する。ここで、スパッタ面１０１は、スパッタリングの際、プラズマに面する。また、背面１０３はバッキングプレートに貼り付けられる面である。図１（Ａ）に示すターゲットは円盤状であるが、その他の形状であってもよい。
【００２８】
また、図１（Ｂ）に示すようにターゲット１００は複数の結晶粒１０９を有する。
【００２９】
結晶粒径の平均は０．０１μｍ以上３．０μｍ以下が好ましく、０．１μｍ以上２．０μｍ以下がより好ましい。
【００３０】
また結晶粒径の標準偏差は、結晶粒径の平均以下が好ましく、結晶粒径の平均の１／２以下がより好ましく、結晶粒径の平均の１／５以下がさらに好ましい。また、結晶粒の６８％の粒径が結晶粒径の平均の２倍以下であることが好ましく、結晶粒の６８％の粒径が結晶粒径の平均の０．５倍以上かつ結晶粒径の平均の１．５倍以下であることがより好ましく、結晶粒の６８％の粒径が結晶粒径の平均の０．８倍以上かつ１．２倍以下であることがさらに好ましい。
【００３１】
ターゲット１００が有する金属酸化物の組成は、目的の金属酸化物膜に応じて適宜決定することができるが、少なくともインジウムを含むことが好ましく、インジウムおよび亜鉛を共に含むことがより好ましい。また、これらに加えてガリウム、スズ、ハフニウムおよびアルミニウムの少なくともいずれかを有すると、電気特性のばらつきを低減することができ、より好ましい。
【００３２】
また、ターゲットが、インジウムと亜鉛とその他の金属元素（例えば、アルミニウム、錫、ガリウム、イットリウム、ジルコニウム、ランタン、セリウム、ネオジム等）を含む場合、亜鉛の原子数がその他の金属元素全体の原子数よりも多いことが好ましい。なお、金属元素とは、希ガス元素、水素、ホウ素、炭素、窒素、１６族元素（酸素等）、１７族元素（フッ素等）、シリコン、燐、ゲルマニウム、砒素、アンチモン以外の全ての元素のことである。
【００３３】
たとえば、インジウム、ガリウム、亜鉛の組成（原子数比）が、インジウム：ガリウム：亜鉛＝１：１：１、インジウム：ガリウム：亜鉛＝５：５：６、インジウム：ガリウム：亜鉛＝１：３：４、インジウム：ガリウム：亜鉛＝１：３：５、インジウム：ガリウム：亜鉛＝１：３：６、インジウム：ガリウム：亜鉛＝１：３：７、インジウム：ガリウム：亜鉛＝１：３：８、インジウム：ガリウム：亜鉛＝１：３：９、インジウム：ガリウム：亜鉛＝１：３：１０、インジウム：ガリウム：亜鉛＝１：６：７、インジウム：ガリウム：亜鉛＝１：６：８、インジウム：ガリウム：亜鉛＝１：６：９、インジウム：ガリウム：亜鉛＝１：６：１０であるターゲットとする。
【００３４】
上記のターゲットを用いて酸化物半導体膜を形成する場合、ターゲット中に不純物が含まれると、該ターゲットを用いて形成された酸化物半導体膜を用いたトランジスタの電気的特性に悪影響を及ぼしうる。そのため、ターゲット中の不純物濃度は低減されていることが好ましい。ターゲット中の不純物としては、シリコン、炭素、窒素、ホウ素、ヒ素、その他意図せず混入した金属元素等が挙げられる。特にシリコンおよび炭素は、酸化物半導体膜中で不純物準位を形成し、キャリアを生成して酸化物半導体膜をｎ型化させる、またはトラップ準位となることが明らかとなっている。そのためターゲット中のシリコンおよび炭素の含有量は、いずれも、１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満であることが好ましく、３×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満であることがより好ましい。
【００３５】
なお、ターゲット１００は、補助的な材料を有してもよい。図１（Ｃ）に示すターゲット１００では、成膜に使用する金属酸化物層１０４が補助酸化物層１０５の上に形成されている例を示す。すなわち、ターゲット１００の背面に補助酸化物層１０５がある。ここで、補助酸化物層１０５は成膜に使用する金属酸化物層１０４のｃ軸配向度を高めるために使用される。
【００３６】
例えば、単結晶の酸化亜鉛あるいはｃ軸配向した酸化亜鉛焼結体を補助酸化物層１０５とし、その上に金属酸化物として、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物の粉末もしくは粉末を加圧成型したものを密着させ、加圧しつつ加熱することで、多結晶でありながら、ｃ軸配向したＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物焼結体（成膜に使用する金属酸化物層１０４）を得ることができる。
【００３７】
＜ターゲットの作製方法＞
多結晶金属酸化物を有するターゲット１００の作製方法の一例を、図２を参照して以下に説明する。ここではインジウム、ガリウムおよび亜鉛を含むターゲットを例にとって説明するが、原料を変更することで他の組成のターゲットも同様に作製することができる。
【００３８】
まず、原料となる金属酸化物を合成する（工程Ｓ１０１）。酸化インジウム、酸化ガリウムおよび酸化亜鉛を含むターゲットを作製する場合、原料は酸化インジウム粉末、酸化ガリウム粉末および酸化亜鉛粉末である。このとき、それぞれの原料粉末は十分に純度が高いことが必要で、例えば、純度を９９．９９９９％以上とする。
【００３９】
原料の合成方法としては、公知の方法を用いることができる。たとえば金属酸化物の粉末の合成方法の一つとして、硝酸塩や硫酸塩等の金属塩とアルカリ溶液とを混合して中和することによって、金属水酸化物を沈殿生成させ、濾過等で金属水酸化物の沈殿を回収した後、該金属水酸化物を焼成して金属酸化物とする方法がある。
【００４０】
次に、工程Ｓ１０１で得られた原料を粉砕する（工程Ｓ１０２）。このとき１μｍ以下に粉砕された金属酸化物の粉末とすることが好ましく、０．１７μｍ以下に粉砕された金属酸化物の粉末とすることがより好ましく、０．０３μｍ以下に粉砕された金属酸化物の粉末とすることがさらに好ましい。
【００４１】
粉砕の方法としては、ボールミル、ビーズミルなどの粉砕機、解砕機を用いる方法、ジェットミルを用いる方法、振動ふるいを用いる方法、超音波を用いる方法等がある。ビーズミルを用いると、金属酸化物の粉末を数十ｎｍにまで粉砕することができる。またジェットミルを用いると、他の意図しない元素の混入を抑制することができる。なお、工程Ｓ１０１における金属水酸化物の沈殿を回収した後、金属水酸化物を焼成する前に、この工程Ｓ１０２の粉砕工程を行ってもよい。
【００４２】
なお、工程Ｓ１０２で得られた金属酸化物の粉末について、分級を１回あるいは複数回行ってもよい。例えば、第１の分級を行った金属酸化物の粉末について、第２の分級を行うとよい。
【００４３】
第１の分級および第２の分級の一方で粗粒を除き、他方で微粒を除くことで、均一な粒径の金属酸化物の粉末とする。具体的には、結晶粒径の標準偏差が結晶粒径の平均以下、好ましくは結晶粒径の平均の１／２以下、より好ましくは結晶粒径の平均の１／５以下の粉末とするとよい。
【００４４】
分級の方法としては、乾式、湿式、ふるい分けのいずれを用いてもよい。ふるい分けによる分級は、１μｍ以下の微粒子でも精度よく分級でき、コストが低いといった利点がある。湿式分級の一つである遠心沈降機や液体サイクロンによる分級は、処理能力が高く分級性能もよいという利点がある。
【００４５】
次に、得られた金属酸化物の粉末を調合・混合する（工程Ｓ１０３）。ここでは酸化インジウム、酸化ガリウムおよび酸化亜鉛の粉末を目的とする組成となるように調合したのち、ボールミル等で混合する。
【００４６】
次に、調合・混合された粉末を粉末のまま焼成する（工程Ｓ１０４）。焼成は、例えば、３００℃以上１６００℃未満で行う。焼成温度が３００℃未満であると、原料である酸化インジウム、酸化ガリウムおよび酸化亜鉛のそれぞれの結晶から、インジウム−ガリウム−亜鉛を含む酸化物への結晶化が十分に進まない恐れがある。また、焼成温度が高いほど、結晶がａ軸、ｂ軸方向に成長し、はっきりと認識できる平板状結晶となり、後述するように、ターゲットのスパッタ面をｃ軸配向させる上では都合がよい。しかし、焼成温度が１６００℃以上であると、金属組成が意図したものからずれることがある。特に、亜鉛は蒸発しやすいため、亜鉛の原子数比が、当初の調合比率から低下することがある。
【００４７】
次に、焼成された粉末を粉砕する（工程Ｓ１０５）。例えば、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物であれば、ａｂ面が劈開しやすいため、平板状の粉末状結晶が得られる。
【００４８】
次に、工程Ｓ１０５で得られた粉末状結晶を、ターゲットの形状に加圧成形および焼結する（工程Ｓ１０６）。上述のとおり、結晶は平板状であるため一方向に圧力をかけると結晶が圧力の方向と垂直となるように配置しやすい。そのため、ターゲットとして使用する場合、スパッタ面（あるいは背面）の法線に平行な圧力をかけることにより、ｃ軸がスパッタ面（あるいは背面）の法線に平行となるように結晶を揃えて成形（成型、を含む）することができる。
【００４９】
成形体を形成する方法としては、金型成形法、冷間静水圧加圧成形法等がある。なお、成形処理において、適宜ポリビニルアルコール、メチルセルロース、ポリワックス、オレイン酸等の成形助剤を用いてもよい。
【００５０】
焼結は、例えば、１２００℃以上１６００℃未満、好ましくは１３００℃以上１５００℃未満で行う。焼結温度が１２００℃未満であると、焼結が十分に進まない恐れがある。また焼結温度が１６００℃以上であると、金属組成が意図したものからずれることがある。上述のとおり、亜鉛は蒸発しやすいため、ターゲットの内部より表面の亜鉛の原子数比が低下することがある。
【００５１】
なお、成形工程と焼成工程を同時に行うことで、スパッタリングターゲットを製造することができる。このような成形方法としては、ホットプレス、熱間静水圧焼成等がある。ホットプレス焼結を行うと、空隙が少なく高密度かつｃ軸配向したスパッタリングターゲットを作製することが容易であり好ましい。
【００５２】
こののち、焼結体を水素、メタン、一酸化炭素等の還元雰囲気、または窒素、希ガス等の不活性ガス雰囲気で加熱処理してもよい。この結果、焼結体の抵抗のばらつきを低下することができる。
【００５３】
次に、工程Ｓ１０６で得られた焼結体に仕上げ処理を行う（工程Ｓ１０７）。仕上げ処理としては、切削加工、表面研削、およびバッキングプレートへのボンディング等を行うことができる。特に、焼結体は切削した後、鏡面加工を施し、表面粗さ（Ｒａ）を５μｍ以下、好ましくは２μｍ以下とするとよい。鏡面加工方法としては、機械的研磨、化学的研磨、ＣＭＰ等がある。
【００５４】
以上の工程により、スパッタ面がｃ軸配向した多結晶金属酸化物を有するターゲット１００を作製することが可能である。なお、ターゲット１００の表面と内部とで配向の程度が異なることがあり、例えば、ホットプレスによる加工では、表面は内部よりも配向性が高い。ｃ軸配向した多結晶金属酸化物を有するターゲットとは、少なくとも表面がｃ軸配向していればよい。
【００５５】
以上は、多結晶金属酸化物層のみからなるターゲットの作製方法であるが、例えば、図１（Ｃ）に示すような、補助酸化物層１０５を有するターゲットの作製方法について、以下に説明する。この場合は、補助酸化物層は、単結晶あるいはｃ軸配向した多結晶焼結体であり、上記の工程Ｓ１０５で得られた多結晶酸化物の粉末性結晶を補助酸化物層の上に乗せ、加圧成形する。その後、焼結することで、ｃ軸配向した焼結体が得られるので、これを加工することでターゲットを得る。
【００５６】
＜金属酸化物膜の作製方法＞
上述のｃ軸配向したターゲットを用いて、非晶質表面上に金属酸化物膜を作製する方法の一例を、図３（Ａ）および図３（Ｂ）を参照して以下に説明する。
【００５７】
まず、非晶質表面を有する基板１０６上にｃ軸配向した酸化亜鉛膜１０７を厚さ０．１ｎｍ以上５ｎｍ以下、好ましくは、１ｎｍ以上３ｎｍ以下に形成する（図３（Ａ）参照）。非晶質表面を有する基板１０６の例としては、各種ガラス基板、プラスチック基板、金属基板、半導体基板（シリコンウェハ等）を酸化シリコン、窒化シリコン、酸化窒化シリコン、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム等で被覆したものが挙げられるが、それらに限定されない。非晶質表面は絶縁性でもよい。
【００５８】
酸化亜鉛膜１０７はスパッタリング法により作製できる。また、酸化亜鉛膜１０７は亜鉛以外の一以上の金属元素を亜鉛の１０％まで含むことができる。すなわち、酸化亜鉛膜１０７を構成する金属元素のうち亜鉛を９０％よりも多くする。
【００５９】
酸化亜鉛膜１０７は成膜時に加熱してもよい。また、酸化亜鉛膜１０７は成膜後に加熱処理して結晶化させてもよい。いずれにせよ、ｃ軸配向した酸化亜鉛膜１０７を形成する。例えば、スパッタガスとしてアルゴンと酸素の混合ガスを用い、その流量比を、アルゴン：酸素＝２０ｓｃｃｍ：１０ｓｃｃｍ、圧力を０．４Ｐａ、基板１０６の温度を２００℃とすることにより十分にｃ軸配向した酸化亜鉛膜１０７が得られる。
【００６０】
その後、上記の金属酸化物ターゲットを用いたスパッタリング法で、基板１０６上に厚さ０．５μｍ以下、好ましくは５ｎｍ乃至０．１μｍの金属酸化物膜１０８を形成する。このとき、基板１０６の温度は２００℃以上５００℃以下とする。
【００６１】
金属酸化物膜１０８を形成する際、成膜チャンバー（反応容器）内の水素、水素化合物、水蒸気等の合計分圧は３０ｐｐｍ以下、好ましくは３０ｐｐｂ以下とする。そのため、チャンバー内の酸素や水などのガスの残留を極力低減するため、到達最低圧力を１×１０−５Ｐａ以上１×１０−８Ｐａ以下の超高真空（ＵＨＶ）領域に下げる。その後、成膜に使用するガス（スパッタガス）を導入する。スパッタガスは露点−６０℃以下、好ましくは−１００℃以下の高純度ガスを用いる。
【００６２】
また、金属酸化物膜１０８の成膜は、酸化性雰囲気下で行うことが好ましい。酸化性雰囲気とは、酸化性ガスを含む雰囲気をいう。酸化性ガスとは、酸素、オゾンまたは亜酸化窒素などであって、水、水素などが含まれないことが好ましい。例えば、酸素、オゾン、亜酸化窒素の純度を、８Ｎ（９９．９９９９９９％）以上、好ましくは９Ｎ（９９．９９９９９９９％）以上とする。
【００６３】
酸化性雰囲気には、酸化性ガスと不活性ガスが混合されていてもよい。その場合、酸化性ガスが少なくとも１０ｐｐｍ以上含まれる雰囲気とする。また、不活性雰囲気とは、窒素、希ガスなどの不活性ガスを含む雰囲気または酸化性ガスなどの反応性ガスを含まない雰囲気をいう。具体的には、酸化性ガスなどの反応性ガスが１０ｐｐｍ未満である雰囲気とする。なお、酸化性雰囲気および不活性雰囲気は圧力が１００Ｐａ以下、１０Ｐａ以下または１Ｐａ以下の減圧下であっても構わない。
【００６４】
なお、本明細書では、便宜上、酸化亜鉛膜１０７と金属酸化物膜１０８の界面が明瞭に判別できるものとして記載するが、金属酸化物膜１０８は酸化亜鉛膜１０７の上に堆積されるものの、その界面が明確にならない場合、あるいは、界面が消失してしまう場合、あるいは、酸化亜鉛膜１０７が消失してしまう場合がある。これらの場合には、金属酸化物膜１０８を作製した後に酸化亜鉛膜１０７を確認できない。
【００６５】
しかしながら、非晶質表面（界面）にほぼ接して、５ｎｍ以上の結晶状態の金属酸化物膜を容易に確認できる。なお、非晶質表面に直接、金属酸化物膜を形成した場合には、金属酸化物膜のうち、非晶質表面（界面）から５ｎｍ程度の部分では、２ｎｍ以上の長さの秩序性（結晶性）が確認できない。
【００６６】
なお、例えば、図３（Ｃ）に示すように、基板１０６の表面に凹凸がある（湾曲している）場合、酸化亜鉛膜１０７も表面の凹凸に沿って形成される。その後、金属酸化物膜１０８を堆積すると、金属酸化物膜１０８は、図３（Ｄ）に示すように、湾曲した酸化亜鉛膜１０７の結晶性を引き継いだ結晶性を呈する。
【００６７】
ここで、金属酸化物膜１０８の成膜メカニズムについて説明する。
【００６８】
図４（Ａ）は、ターゲット１００にイオン１１１が衝突し、スパッタリング粒子１１２が生成される様子を示した模式図である。図４（Ａ）のターゲット１００は、図１の多結晶金属酸化物を有するターゲットであり、結晶粒１０９を有する。スパッタリング粒子１１２はターゲットの組成によって異なるが、ここでは、結晶粒１０９を構成する複数の原子からなり、結晶性を有するものとする。
【００６９】
イオン１１１は、酸素イオンを用いることができる。また、酸素イオンに加えて、アルゴンイオンを用いてもよい。その他の希ガスイオンを用いてもよい。イオン１１１として酸素イオンを用いることで、成膜時のプラズマダメージを軽減することができる。従って、イオン１１１がターゲット１００の表面に衝突した際に、ターゲット１００の結晶性が低下することを抑制できる。
【００７０】
結晶粒１０９からスパッタリング粒子１１２が剥離する様子の詳細を図４（Ｃ）に示す。図４（Ｃ）によれば、結晶粒１０９は、ターゲット１００のスパッタ面と平行な劈開面１１４を有する。また、結晶粒１０９は、原子間の結合の弱い部分を有する。結晶粒１０９にイオン１１１が衝突した際に、原子間の結合の弱い部分の原子間結合が切れる。従って、スパッタリング粒子１１２は、劈開面１１４および原子間の結合の弱い部分によって切断され、平板状で剥離する。このような平板形状のスパッタリング粒子１１２を、ペレット、ともいう。
【００７１】
なお、スパッタリング粒子１１２は、劈開面１１４がａ−ｂ面と平行な平面である六角柱状であってもよい。その場合、六角形の面と垂直な方向が結晶のｃ軸方向である（図４（Ｂ１）参照）。また、スパッタリング粒子１１２は、劈開面がａ−ｂ面と平行な平面である三角柱状であってもよい。その場合、三角形の面と垂直な方向が結晶のｃ軸方向である（図４（Ｂ２）参照）。または、その他の多角柱状であってもよい。
【００７２】
スパッタリング粒子１１２は、正または負に帯電させることが好ましい。スパッタリング粒子１１２が、帯電するタイミングは特に問わないが、具体的にはイオン１１１の衝突時に電荷を受け取ることで帯電させればよい。または、プラズマが生じている場合、スパッタリング粒子１１２をプラズマに曝すことで帯電させればよい。または、イオン１１１をスパッタリング粒子１１２の表面に結合させることで帯電させればよい。なお、スパッタリング粒子１１２はその頂点の一部もしくは全部に酸素イオンが結合した状態となり、負に帯電することがある。
【００７３】
以下に、スパッタリング粒子の被成膜面に堆積する様子を、図５を用いて説明する。
【００７４】
図５（Ａ）では、被成膜面１１３はスパッタリング粒子１１２が堆積した表面を有する。図５（Ａ）より、スパッタリング粒子１１２が正または負に帯電していることで、スパッタリング粒子１１２は、他のスパッタリング粒子１１２の堆積していない領域に堆積していく。これは、スパッタリング粒子１１２が帯電していることにより、スパッタリング粒子１１２同士が互いに反発し合うためである。この際、先に堆積したスパッタリング粒子１１２の影響を受けて、ａ軸やｂ軸、ｃ軸が揃うように配列する。
【００７５】
このように、堆積して得られる金属酸化物膜は厚さが均一な金属酸化物膜となる。すなわち、スパッタリング粒子が、無秩序に堆積するのではなく、帯電したスパッタリング粒子同士が作用し合ってｃ軸のみならずａ軸やｂ軸も揃うように整然と被成膜面に垂直な方向に堆積していく。
【００７６】
特にｃ軸配向した多結晶金属酸化物よりなるターゲット１００では、ターゲット１００の表面の結晶性の低下を抑制できる。ターゲット１００の表面の結晶性が低下しなければ、スパッタリング粒子１１２の結晶性も維持され、結晶性の良好な金属酸化物膜１０８を得ることができる。結晶性の良好なスパッタリング粒子１１２は、被成膜面１１３の結晶性に応じて堆積するからである。
【００７７】
逆に、ターゲット１００の表面の結晶性が低下すると、スパッタリング粒子１１２も、それらが堆積した被成膜面１１３も結晶性が低く、そのため、配列が乱れやすくなる。
【００７８】
図５（Ｂ）は、図５（Ａ）の一点鎖線Ｘ−Ｙに対応する断面図である。一例としては、堆積したスパッタリング粒子１１２は、被成膜面１１３に垂直な方向に結晶のｃ軸が揃った金属酸化物膜１０８（ＣＡＡＣ金属酸化物膜）となる。また、金属酸化物膜１０８の下に形成された酸化亜鉛膜１０７の結晶性を受け継ぐ形で金属酸化物膜１０８が堆積するため、金属酸化物膜１０８は一定の大きさの単結晶となる。
【００７９】
すなわち、５μｍ２以上、好ましくは１０００μｍ２以上の面積を有する金属酸化物単結晶薄膜が形成される。また、その単結晶薄膜は酸化亜鉛膜の上に存在する。なお、金属酸化物膜１０８は単結晶領域を有していなくてもよい。
【００８０】
図７（Ａ）に、ａ−ｂ面と平行な方向から見たＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物の結晶構造の一例を示す。また、図７（Ａ）において、破線で囲った部分を拡大し図７（Ｂ）に示す。
【００８１】
例えば、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物に含まれる結晶粒において、図７（Ｂ）に示すガリウム原子または／および亜鉛原子ならびに酸素原子を有する第１の層と、ガリウム原子または／および亜鉛原子ならびに酸素原子を有する第２の層と、の間の面が劈開面である。これは、第１の層および第２の層の有する負の電荷を有する酸素原子同士が近距離にあるためである（図７（Ｂ）の囲み部参照。）。このように、劈開面はａ−ｂ面に平行な平面であるため、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物からなるスパッタリング粒子は、ａ−ｂ面に平行な平面を有する平板状となる。
【００８２】
Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物は、インジウム原子−酸素原子間の結合が弱く、最も切れやすく、酸素欠損も生じやすい。このように、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物の結晶は、インジウム原子−酸素原子間の結合が切れた場合に生じる、ａ−ｂ面に垂直な面を複数有することがわかる。
【００８３】
Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物の結晶は六方晶であるため、平板状のスパッタリング粒子は内角が１２０°である正六角形の面を有する六角柱状となりやすい。ただし、平板状のスパッタリング粒子は六角柱状に限定されず、内角が６０°である正三角形の面を有する三角柱状、またはその他の多角柱状の場合もある。
【００８４】
上記酸素欠損は、スパッタガス中の酸素イオンが結合することによって埋められることもある。なお、堆積した結晶性金属酸化物膜に対し、酸素欠損を低減するために酸化性雰囲気での加熱処理を行うことが好ましい。
【００８５】
本実施の形態で示したようにスパッタリング粒子を堆積させることで、少なくとも、結晶性を有する金属酸化物を形成することができる。またこのように形成された結晶性を有する金属酸化物は、単結晶あるいは単結晶と同等な膜となることもある。
【００８６】
以上の例は、酸化亜鉛膜１０７を堆積した後に、金属酸化物膜１０８を堆積する例であるが、酸化亜鉛膜１０７を堆積しなくても、同様なメカニズムにより単結晶領域を有する金属酸化物膜１０８を得ることができる。その例を図６（Ａ）乃至図６（Ｃ）で説明する。
【００８７】
図６（Ａ）に示すように、基板ホルダー１１５に固定された基板１０６と、実施の形態１で作製され、ターゲットホルダー１１６に固定されたターゲット１００が対向して設けられている。アルゴン等の不活性ガスまたは酸素等のスパッタリングガスを導入し、ターゲット１００に電圧を印加し、プラズマ１１７を発生させる。プラズマ１１７中においてスパッタリングガスがイオン化し、イオン１１１が生じる。ターゲット１００にイオン１１１が衝突すると、ターゲット１００に含まれる原子間結合が切断され、ターゲット１００からスパッタリング粒子１１２が剥離する。このため、プラズマ１１７中には、イオン１１１、スパッタリング粒子１１２、電子等が存在する。
【００８８】
ターゲットをＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物とすると、図６（Ａ）のスパッタリング粒子１１２としては、亜鉛粒子、酸素粒子、酸化亜鉛粒子、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物粒子等がある。ターゲット１００が、ＧａよりＺｎを多く含む場合には、ターゲット１００から、亜鉛粒子、酸素粒子、または酸化亜鉛粒子が優先的に剥離する。
【００８９】
はじめに、スパッタリング粒子１１２として亜鉛粒子及び酸素粒子がターゲット１００から剥離する。次に、亜鉛粒子及び酸素粒子が基板に移動することで、図６（Ａ）に示すように、酸化亜鉛粒子１０７ａが基板上に形成される。
【００９０】
酸化亜鉛はａｂ面と平行な方向における結晶成長が早いため、基板温度が２００℃以上５００℃未満の場合、酸化亜鉛粒子１０７ａは、基板１０６の表面と平行な方向、即ち横方向に結晶成長する。この結果、図６（Ｂ）に示すように、酸化亜鉛膜１０７が形成される。なお、酸化亜鉛膜１０７において、単結晶領域ではない領域を含む場合もある。
【００９１】
このとき、酸化亜鉛膜１０７は十分に薄いことが重要である。酸化亜鉛膜１０７が十分に薄ければ、隣接する結晶の影響を受けやすく、隣接する結晶に応じて、結晶の配置を変更しやすいからである。その結果、酸化亜鉛膜１０７は単結晶の領域が広がる。ある程度の厚さを有する酸化亜鉛膜では、そのような変更が困難となり、隣接する結晶との間で結晶方位が異なる状態、すなわち、粒界が発生する。
【００９２】
その後、酸素と亜鉛以外のスパッタリング粒子１１２、例えば、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物粒子が剥離し、酸化亜鉛膜１０７上に堆積し、図６（Ｃ）に示すように、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物を有する金属酸化物膜１０８が形成される。なお、当該工程において、スパッタリング粒子として亜鉛粒子、酸素粒子、及び酸化亜鉛粒子も堆積している。Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物粒子は、単結晶の酸化亜鉛膜１０７の結晶性を受け継いで堆積するため、相応の面積の単結晶薄膜となることがある。
【００９３】
なお、Ｇａを多く含むＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物の結晶性薄膜を５００℃以下の基板温度で得ることは困難であるが、酸化亜鉛膜１０７の上に形成した場合には容易に得ることができる。
【００９４】
その性質を用いて、性質や組成の異なる金属酸化物膜の単結晶薄膜を作製することもできる。例えば、図３（Ｅ）に示すように、第１の金属酸化物膜１０８ａの上に第２の金属酸化物膜１０８ｂを堆積すると、第１の金属酸化物膜１０８ａも第２の金属酸化物膜１０８ｂも相応の領域において単結晶となることがある。
【００９５】
例えば、第１の金属酸化物膜１０８ａとして、ターゲットの組成が、インジウム：ガリウム：亜鉛＝１：３：４である場合、非晶質表面に直接、成膜した場合は、目的とする結晶構造のもの以外が得られたり、十分に結晶性の高いものは得られないことがあったりするが、ｃ軸配向した酸化亜鉛膜１０７の上に形成すると、目的とする結晶性を有するものが得られる。
【００９６】
ターゲットの組成が、インジウム：ガリウム：亜鉛＝１：３：４である場合に得られる第１の金属酸化物膜１０８ａのバンドギャップは、ターゲットの組成が、インジウム：ガリウム：亜鉛＝１：１：１である場合に得られる第２の金属酸化物膜１０８ｂのバンドギャップより若干大きいので、この積層においては、電流の主要な通路は、第２の金属酸化物膜１０８ｂとなり、したがって、第１の金属酸化物膜１０８ａはある種の緩衝層（バッファレイヤー）となる。
【００９７】
同様に、さらに第３の金属酸化物膜１０８ｃを堆積してもよい。このとき、例えば、第３の金属酸化物膜１０８ｃとして、ターゲットの組成が、インジウム：ガリウム：亜鉛＝１：３：４であるものを用いると、第２の金属酸化物膜１０８ｂが、よりバンドギャップの広い第１の金属酸化物膜１０８ａと第３の金属酸化物膜１０８ｃで挟まれるため、埋め込みチャネルとなる。
【００９８】
次に、成膜時に膜中に不純物の混入が少ない成膜装置の構成について図８及び図９を用いて説明する。
【００９９】
図８は、枚葉式マルチチャンバーの成膜装置１２０の上面図を模式的に示している。成膜装置１２０は、基板を収容するカセットポート１２７と、基板のアライメントを行うアライメントポート１２８と、を備える大気側基板供給室１２１と、大気側基板供給室１２１から、基板を搬送する大気側基板搬送室１２２と、基板の搬入を行い、且つ室内の圧力を大気圧から減圧、または減圧から大気圧へ切り替えるロードロック室１２３ａと、基板の搬出を行い、且つ室内の圧力を減圧から大気圧、または大気圧から減圧へ切り替えるアンロードロック室１２３ｂと、真空中の基板の搬送を行う搬送室１２４と、基板の加熱を行う基板加熱室１２５と、ターゲットが配置され成膜を行う成膜室１２６ａ、成膜室１２６ｂ、成膜室１２６ｃと、を有する。
【０１００】
なお、カセットポート１２７は、図８に示すように複数（図８においては、３つ）有していてもよい。
【０１０１】
また、大気側基板搬送室１２２は、ロードロック室１２３ａ及びアンロードロック室１２３ｂと接続され、ロードロック室１２３ａ及びアンロードロック室１２３ｂは、搬送室１２４と接続され、搬送室１２４は、基板加熱室１２５、成膜室１２６ａ、成膜室１２６ｂ、成膜室１２６ｃと接続する。
【０１０２】
なお、各室の接続部にはゲートバルブ１３０が設けられており、大気側基板供給室１２１と、大気側基板搬送室１２２を除き、各室を独立して真空状態に保持することができる。また、大気側基板搬送室１２２及び搬送室１２４は、基板搬送ロボット１２９を有し、基板を搬送することができる。
【０１０３】
成膜装置１２０は、処理と処理の間で基板を大気暴露することなく搬送することが可能なため、基板に不純物が吸着されることを抑制できる。なお、搬送室、成膜室、ロードロック室、アンロードロック室および基板加熱室は、上述の数に限定されず、設置スペースやプロセス条件に合わせて、適宜最適な数を設けることができる。
【０１０４】
基板加熱室１２５に用いることのできる加熱機構としては、例えば、抵抗発熱体、ランプなどを用いて加熱する加熱機構としてもよい。または、加熱されたガスなどの媒体からの熱伝導または熱輻射によって、加熱する加熱機構としてもよい。例えば、ＧＲＴＡ（Ｇａｓ  Ｒａｐｉｄ  Ｔｈｅｒｍａｌ  Ａｎｎｅａｌ）、ＬＲＴＡ（Ｌａｍｐ  Ｒａｐｉｄ  Ｔｈｅｒｍａｌ  Ａｎｎｅａｌ）などのＲＴＡ（Ｒａｐｉｄ  Ｔｈｅｒｍａｌ  Ａｎｎｅａｌ）を用いることができる。ＬＲＴＡ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。ＧＲＴＡは、高温のガスを用いて熱処理を行う。ガスとしては、不活性ガスが用いられる。
【０１０５】
搬送室１２４は、基板搬送ロボット１２９を有している。基板搬送ロボット１２９は、複数の可動部と、基板を保持するアームと、を有し、各室へ基板を搬送することができる。
【０１０６】
次に、図８に示す成膜装置１２０の一点鎖線Ａ１−Ａ２に相当する断面を図９に示す。図９は、成膜室１２６ｂと、搬送室１２４と、ロードロック室１２３ａの断面を示している。
【０１０７】
搬送室１２４は、バルブを介して真空ポンプ１３７ｂと、ターボ分子ポンプ１３６ｂと、接続されている。このような構成とすることで、搬送室１２４は、大気圧から低真空または中真空（０．１乃至数１００Ｐａ程度）まで真空ポンプ１３７ｂを用いて排気され、バルブを切り替えて中真空から高真空または超高真空（０．１Ｐａ乃至１×１０−７Ｐａ）まではターボ分子ポンプ１３６ｂを用いて排気される。
【０１０８】
なお、ターボ分子ポンプ１３６ｂの代わりにクライオポンプを用いてもよい。また、その場合、例えば、クライオポンプは、搬送室１２４に対して２台以上並列に接続してもよい。このような構成とすることで、１台のクライオポンプがリジェネ（クライオポンプ内にため込まれた分子（または原子）を放出する処理）中であっても、残りのクライオポンプを使って排気することが可能となる。クライオポンプは、分子（または原子）をため込みすぎると排気能力が低下してくるため、定期的にリジェネが行われる。
【０１０９】
ロードロック室１２３ａは、バルブを介して真空ポンプ１３７ｃと、ターボ分子ポンプ１３６ｃと、接続されている。このような構成とすることで、ロードロック室１２３ａは、大気圧から低真空または中真空（０．１乃至数１００Ｐａ程度）まで真空ポンプ１３７ｃを用いて排気され、バルブを切り替えて中真空から高真空または超高真空（０．１Ｐａ乃至１×１０−７Ｐａ）まではターボ分子ポンプ１３６ｃを用いて排気される。
【０１１０】
ここで、成膜室１２６ｂの詳細について説明する。ここでは、成膜室１２６ｂではスパッタリング法により成膜するものとして説明する。なお、本実施の形態に示す成膜室１２６ｂでは、スパッタリングターゲット及び基板を縦置きとして図示している。
【０１１１】
図９に示す成膜室１２６ｂは、ターゲット１３１と、防着板１３２と、基板ステージ１３３と、を有する。なお、ここでは基板ステージ１３３には、基板１３４が設置されている。基板ステージ１３３は、図示しないが、基板１３４を保持する基板保持機構や、基板１３４を裏面から加熱する裏面ヒーター等を備えていてもよい。
【０１１２】
スパッタリングターゲットに電圧を印加するための電源としては、直流（ＤＣ）電源を用いることが好ましい。また、高周波（ＲＦ）電源、交流（ＡＣ）電源を用いることもできる。ただし、ＲＦ電源を用いたスパッタリング法において、大面積に均質なプラズマ放電が困難である。また、以下に示す観点からＡＣ電源よりもＤＣ電源が好ましい場合がある。
【０１１３】
ＤＣ電源を用いたスパッタリング法では、例えば、図１０（Ａ１）に示すように、スパッタリングターゲット基板間に直流電圧が印加される。従って、スパッタリングターゲットと基板との電圧は、図１０（Ｂ１）に示すように、時間に依存せず、一定となる。このように、ＤＣ電源を用いたスパッタリング法は、持続的なプラズマ放電を維持することができる。
【０１１４】
一方、ＡＣ電源を用いたスパッタリング法では、例えば、図１０（Ａ２）に示すように、隣接するスパッタリングターゲットにおいて、期間Ａと期間Ｂとでカソードとアノードとが切り替わる。例えば、図１０（Ｂ２）に示す期間Ａにおいては、スパッタリングターゲット（１）がカソードとして機能し、スパッタリングターゲット（２）がアノードとして機能する。また、例えば、図１０（Ｂ２）に示す期間Ｂにおいては、スパッタリングターゲット（１）がアノードとして機能し、スパッタリングターゲット（２）がカソードとして機能する。期間Ａおよび期間Ｂを合わせると、例えば、２０マイクロ秒乃至５０マイクロ秒程度である。このように、ＡＣ電源を用いたスパッタリング法は、期間Ａと期間Ｂとを交互に切り替えながらプラズマ放電する。
【０１１５】
なお、基板ステージ１３３は、成膜時に床面に対して概略垂直状態に保持され、基板受け渡し時には床面に対して概略水平状態に保持される。なお、図９中において、破線で示す１３３ａが基板受け渡し時の基板ステージ１３３の保持される位置となる。このような構成とすることで成膜時に混入しうるゴミまたはパーティクルが、基板１３４に付着する確率を水平状態に保持するよりも低減することができる。ただし、基板ステージ１３３を床面に対して垂直（９０°）状態に保持すると、基板１３４が落下する可能性があるため、基板ステージ１３３は、８０°以上９０°未満とすることが好ましい。
【０１１６】
また、防着板１３２は、ターゲット１３１からスパッタリングされる粒子が不要な領域に堆積することを抑制できる。また、防着板１３２は、累積されたスパッタリング粒子が剥離しないように、加工することが望ましい。例えば、防着板１３２に表面粗さを増加させるブラスト処理をおこなってもよいし、または防着板１３２の表面に凹凸を設けてもよい。
【０１１７】
また、成膜室１２６ｂは、ガス加熱機構１４０を介してマスフローコントローラ１３８と接続され、ガス加熱機構１４０はマスフローコントローラ１３８を介して精製機１３９と接続される。ガス加熱機構１４０により、成膜室１２６ｂに導入されるガスを４０℃以上４００℃以下、好ましくは５０℃以上２００℃以下に加熱することができる。なお、ガス加熱機構１４０、マスフローコントローラ１３８、および精製機１３９は、ガス種の数だけ設けられるが、簡単のため一つのみを示す。成膜室１２６ｂに導入されるガスは、露点が−６０℃以下、好ましくは−１００℃以下、さらに好ましくは−１２０℃以下であるガスを用いることができ、例えば、酸素ガス、窒素ガス、及び希ガス（アルゴンガスなど）を用いる。
【０１１８】
また、成膜室１２６ｂは、バルブを介してターボ分子ポンプ１３６ａおよび真空ポンプ１３７ａと接続される。
【０１１９】
また、成膜室１２６ｂは、クライオトラップ１３５が設けられる。
【０１２０】
クライオトラップ１３５は、水などの比較的融点の高い分子（または原子）を吸着することができる機構である。ターボ分子ポンプ１３６ａは大きいサイズの分子（または原子）を安定して排気し、かつメンテナンスの頻度が低いため、生産性に優れる一方、水素や水の排気能力が低い。そこで、水などに対する排気能力を高めるため、クライオトラップ１３５が成膜室１２６ｂに接続された構成としている。クライオトラップ１３５の冷凍機の温度を、１００Ｋ以下、好ましくは８０Ｋ以下とする。また、クライオトラップ１３５が複数の冷凍機を有する場合、冷凍機ごとに温度を変えると、効率的に排気することが可能となるため好ましい。例えば、１段目の冷凍機の温度を１００Ｋ以下とし、２段目の冷凍機の温度を２０Ｋ以下とすればよい。
【０１２１】
なお、成膜室１２６ｂの排気方法は、これに限定されず、クライオポンプと真空ポンプとの排気方法としてもよい。
【０１２２】
なお、上述した搬送室１２４、基板加熱室１２５、及び成膜室１２６ｂの背圧（全圧）、ならびに各気体分子（原子）の分圧は、以下の通りとすると好ましい。とくに、成膜室１２６ｂの背圧、ならびに各気体分子（原子）の分圧は、形成される膜中に不純物が混入され得る可能性があるので、注意する必要がある。
【０１２３】
上述した各室の背圧（全圧）は、１×１０−４Ｐａ以下、好ましくは３×１０−５Ｐａ以下、さらに好ましくは１×１０−５Ｐａ以下である。上述した各室の質量電荷比（ｍ／ｚ）が１８である気体分子（原子）の分圧は、３×１０−５Ｐａ以下、好ましくは１×１０−５Ｐａ以下、さらに好ましくは３×１０−６Ｐａ以下である。また、上述した各室のｍ／ｚが２８である気体分子（原子）の分圧は、３×１０−５Ｐａ以下、好ましくは１×１０−５Ｐａ以下、さらに好ましくは３×１０−６Ｐａ以下である。また、上述した各室のｍ／ｚが４４である気体分子（原子）の分圧は、３×１０−５Ｐａ以下、好ましくは１×１０−５Ｐａ以下、さらに好ましくは３×１０−６Ｐａ以下である。
【０１２４】
なお、真空チャンバー内の全圧および分圧は、質量分析計を用いて測定することができる。例えば、株式会社アルバック製四重極形質量分析計（Ｑ−ｍａｓｓともいう。）Ｑｕｌｅｅ  ＣＧＭ−０５１を用いればよい。
【０１２５】
また、上述した搬送室１２４、基板加熱室１２５、及び成膜室１２６ｂは、外部リークまたは内部リークが少ない構成とすることが望ましい。
【０１２６】
例えば、上述した搬送室１２４、基板加熱室１２５、及び成膜室１２６ｂのリークレートは、３×１０−６Ｐａ・ｍ３／ｓ以下、好ましくは１×１０−６Ｐａ・ｍ３／ｓ以下である。また、ｍ／ｚが１８である気体分子（原子）のリークレートが１×１０−７Ｐａ・ｍ３／ｓ以下、好ましくは３×１０−８Ｐａ・ｍ３／ｓ以下である。また、ｍ／ｚが２８である気体分子（原子）のリークレートが１×１０−５Ｐａ・ｍ３／ｓ以下、好ましくは１×１０−６Ｐａ・ｍ３／ｓ以下である。また、ｍ／ｚが４４である気体分子（原子）のリークレートが３×１０−６Ｐａ・ｍ３／ｓ以下、好ましくは１×１０−６Ｐａ・ｍ３／ｓ以下である。
【０１２７】
なお、リークレートに関しては、前述の質量分析計を用いて測定した全圧および分圧から導出すればよい。
【０１２８】
以上の成膜装置を用いて、酸化物膜を成膜することで、酸化物膜への不純物の混入を抑制できる。
【０１２９】
なお、本実施の形態では、ｃ軸配向したターゲットを用いることで単結晶領域を有する酸化物半導体膜を形成することを開示したが、本実施の形態で開示したｃ軸配向したターゲットを用いて、ｃ軸配向した酸化亜鉛膜上に、非単結晶の酸化物半導体膜を形成することもできる。
【０１３０】
（実施の形態２）
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。
【０１３１】
図１１（Ａ）乃至図１１（Ｃ）に、半導体装置が有するトランジスタ２００の上面図及び断面図を示す。図１１に示すトランジスタ２００は、チャネルエッチ型のトランジスタである。図１１（Ａ）はトランジスタ２００の上面図であり、図１１（Ｂ）は、図１１（Ａ）の一点鎖線Ａ−Ｂ間の断面図であり、図１１（Ｃ）は、図１１（Ａ）の一点鎖線Ｃ−Ｄ間の断面図である。なお、図１１（Ａ）では、明瞭化のため、トランジスタ２００の構成要素の一部（例えば、基板２０１、ゲート絶縁膜２０３、酸化物絶縁膜２１０、酸化物絶縁膜２１１、窒化物絶縁膜２１２など）を省略している。
【０１３２】
図１１（Ｂ）及び図１１（Ｃ）に示すトランジスタ２００は、基板２０１上に設けられるゲート電極２０２を有する。また、基板２０１及びゲート電極２０２上に形成されるゲート絶縁膜２０３と、ゲート絶縁膜２０３上に、ゲート電極２０２と重なる酸化物半導体層２０５と、酸化物半導体層２０５の下面に密着する酸化亜鉛層２０４、酸化物半導体層２０５に接する一対の電極２０８、電極２０９とを有する。また、ゲート絶縁膜２０３、酸化物半導体層２０５、及び一対の電極２０８、電極２０９上には、酸化物絶縁膜２１０、酸化物絶縁膜２１１、及び窒化物絶縁膜２１２で構成される保護膜２１３が形成される。
【０１３３】
本実施の形態に示すトランジスタ２００において、酸化物半導体層２０５の一部がチャネル領域として機能する。また、酸化物半導体層２０５に接するように、酸化物絶縁膜２１０が形成されており、酸化物絶縁膜２１０に接するように酸化物絶縁膜２１１が形成されている。
【０１３４】
酸化物半導体層２０５は、代表的には、Ｉｎ−Ｍ−Ｚｎ酸化物（Ｍはアルミニウム、錫、ガリウム、イットリウム、ジルコニウム、ランタン、セリウム、ネオジム）である。
【０１３５】
酸化物半導体層２０５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用いることで、トランジスタ２００のオフ電流を低減することができる。
【０１３６】
酸化物半導体層２０５の平均的な厚さは、５００ｎｍ以下、好ましくは５ｎｍ以上１００ｎｍ以下とする。
【０１３７】
酸化物半導体層２０５として、実施の形態１に示すスパッタリングターゲットを用いて形成することが好ましく、代表的には、原子数比がインジウム：ガリウム：亜鉛＝１：１：１．０５以上１．５以下であるｃ軸配向した多結晶酸化物の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酸化物半導体層２０５において、Ｉｎに対するＭの原子数比、及びＩｎに対するＺｎの原子数比は、スパッタリングターゲットと比較して小さくなる。
【０１３８】
酸化物半導体層２０５としては、キャリア密度の低い酸化物半導体膜を用いる。例えば、酸化物半導体層２０５は、キャリア密度が１×１０１７個／ｃｍ３以下、好ましくは１×１０１５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以下の酸化物半導体膜を用いる。
【０１３９】
なお、これらに限られず、必要とするトランジスタの半導体特性及び電気特性（電界効果移動度、しきい値電圧等）に応じて適切な組成のものを用いればよい。また、必要とするトランジスタの半導体特性及び電気特性を得るために、酸化物半導体層２０５のキャリア密度や不純物濃度、欠陥密度、金属元素と酸素の原子数比、原子間距離、密度等を適切なものとすることが好ましい。
【０１４０】
酸化物半導体膜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。
【０１４１】
このため、酸化物半導体層２０５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、酸化物半導体層２０５において、二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ：Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ  Ｉｏｎ  Ｍａｓｓ  Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）により得られる水素濃度を、２×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、例えば、５×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、別の例では、１×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、さらに別の例では、５×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満、さらに別の例では、１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、さらに別の例では、５×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、さらに別の例では、１×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下とする。
【０１４２】
酸化物半導体層２０５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、酸化物半導体層２０５において酸素欠損が増加し、ｎ型化してしまう。このため、酸化物半導体層２０５におけるシリコンや炭素の濃度（二次イオン質量分析法により得られる濃度）を、２×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、好ましくは２×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下とする。
【０１４３】
また、酸化物半導体層２０５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２×１０１６ａｔｏｍｓ／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、酸化物半導体層２０５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。
【０１４４】
また、酸化物半導体層２０５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、当該酸化物半導体膜において、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。
【０１４５】
また、酸化物半導体層２０５は、実施の形態１に示す成膜モデルによって、単結晶の酸化亜鉛層２０４の上に成膜される。したがって、酸化物半導体層２０５は、５μｍ２以上、好ましくは１０００μｍ２以上の面積の単結晶領域を含む。
【０１４６】
酸化物絶縁膜２１０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２１０は、後に形成する酸化物絶縁膜２１１を形成する際の、酸化物半導体層２０５へのダメージ緩和膜としても機能する。
【０１４７】
酸化物絶縁膜２１０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。なお、本明細書中において、酸化窒化シリコン膜とは、その組成として、窒素よりも酸素の含有量が多い膜を指し、窒化酸化シリコン膜とは、その組成として、酸素よりも窒素の含有量が多い膜を指す。
【０１４８】
また、酸化物絶縁膜２１０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２１０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２１０における酸素の透過量が減少してしまうためである。
【０１４９】
また、酸化物絶縁膜２１０と酸化物半導体層２０５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、酸化物半導体層２０５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。
【０１５０】
酸化物絶縁膜２１０に接するように酸化物絶縁膜２１１が形成されている。酸化物絶縁膜２１１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。
【０１５１】
酸化物絶縁膜２１１としては、厚さが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。
【０１５２】
また、酸化物絶縁膜２１１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／ｃｍ３以下であることが好ましい。なお、酸化物絶縁膜２１１は、酸化物絶縁膜２１０と比較して酸化物半導体層２０５から離れているため、酸化物絶縁膜２１０より、欠陥密度が多くともよい。
【０１５３】
さらに、酸化物絶縁膜２１１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２１２を設けることで、酸化物半導体層２０５からの酸素の外部への拡散と、外部から酸化物半導体層２０５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。
【０１５４】
また、ゲート電極２０２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、酸化シリコンを添加した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。
【０１５５】
ゲート絶縁膜２０３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。
【０１５６】
また、ゲート絶縁膜２０３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材料を用いてもよい。
【０１５７】
ゲート絶縁膜２０３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。
【０１５８】
次に、図１１に示すトランジスタ２００の作製方法について、図１２を用いて説明する。
【０１５９】
図１２（Ａ）に示すように、基板２０１上にゲート電極２０２を形成し、ゲート電極２０２上にゲート絶縁膜２０３を形成する。例えば、基板２０１としてガラス基板を用いる。
【０１６０】
ゲート電極２０２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、該マスクを用いて導電膜の一部をエッチングして、ゲート電極２０２を形成する。この後、マスクを除去する。なお、フォトリソグラフィ工程の代わりに電子線リソグラフィ法を用いてもよい。
【０１６１】
例えば、厚さ１００ｎｍのタングステン膜をスパッタリング法により形成する。次に、フォトリソグラフィ法によりマスクを形成し、当該マスクを用いてタングステン膜をドライエッチングして、ゲート電極２０２を形成する。なお、フォトリソグラフィ工程の代わりに電子線リソグラフィ法を用いてもよい。
【０１６２】
ゲート絶縁膜２０３は、スパッタリング法、プラズマＣＶＤ法、蒸着法等で形成する。ゲート絶縁膜２０３として酸化ガリウム膜を形成する場合、ＭＯＣＶＤ（Ｍｅｔａｌ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法を用いて形成することができる。
【０１６３】
例えば、ゲート絶縁膜２０３として、厚さ４００ｎｍの窒化シリコン膜と、厚さ５０ｎｍの酸化窒化シリコン膜をプラズマＣＶＤ法により積層して形成する。
【０１６４】
次に、実施の形態１で示したように、ゲート絶縁膜２０３上に単結晶領域を含む酸化亜鉛膜を形成し、さらに、やはり、実施の形態１で示したようにｃ軸配向したＩｎ−Ｍ−Ｚｎ酸化物ターゲットを用いてＩｎ−Ｍ−Ｚｎ酸化物膜を形成する。Ｉｎ−Ｍ−Ｚｎ酸化物膜には５μｍ２以上、好ましくは１０００μｍ２以上の面積の単結晶領域が含まれている。その後、酸化亜鉛膜、Ｉｎ−Ｍ−Ｚｎ酸化物膜をエッチングして、図１２（Ｂ）に示すように、ゲート絶縁膜２０３上に酸化物半導体層２０５を形成する。
【０１６５】
次に、図１２（Ｃ）に示すように、一対の電極２０８、電極２０９を形成する。例えば、厚さ５０ｎｍのタングステン膜、厚さ４００ｎｍのアルミニウム膜、及び厚さ１００ｎｍのチタン膜を順にスパッタリング法により積層する。次に、チタン膜上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タングステン膜、アルミニウム膜、及びチタン膜をドライエッチングあるいはウェットエッチングして、一対の電極２０８、電極２０９を形成する。なお、フォトリソグラフィ工程の代わりに電子線リソグラフィ法を用いてもよい。
【０１６６】
次に、図１２（Ｄ）に示すように、酸化物半導体層２０５及び一対の電極２０８、電極２０９上に、酸化物絶縁膜２１０を形成する。次に、酸化物絶縁膜２１０上に酸化物絶縁膜２１１を形成する。
【０１６７】
酸化物絶縁膜２１０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２８０℃以上４００℃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２１０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。
【０１６８】
酸化物絶縁膜２１０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。
【０１６９】
上記条件を用いることで、酸化物絶縁膜２１０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２１０を設けることで、後に形成する酸化物絶縁膜２１１の形成工程において、酸化物半導体層２０５へのダメージ低減が可能である。この結果、酸化物半導体膜に含まれる酸素欠損量を低減することができる。
【０１７０】
上記成膜条件において、基板温度を上記温度とすることで、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２１０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％のフッ酸も用いた場合のエッチング速度が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。
【０１７１】
例えば、酸化物絶縁膜２１０として、流量３０ｓｃｃｍのシラン及び流量４０００ｓｃｃｍ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。
【０１７２】
酸化物絶縁膜２１１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、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、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、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。
【０１７３】
酸化物絶縁膜２１１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。
【０１７４】
例えば、酸化物絶縁膜２１１として、流量２００ｓｃｃｍのシラン及び流量４０００ｓｃｃｍ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。
【０１７５】
次に、加熱処理を行う。該加熱処理の温度は、代表的には、２５０℃以上基板歪み点未満、好ましくは３００℃以上５５０℃以下、さらに好ましくは３５０℃以上５１０℃以下とする。
【０１７６】
該加熱処理は、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。
【０１７７】
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、より好ましくは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。
【０１７８】
なお、加熱処理において用いる加熱処理装置は、実施の形態１に示す基板加熱室１２５に設けられた加熱機構を適宜用いることができる。
【０１７９】
当該加熱処理により、酸化物絶縁膜２１１に含まれる酸素の一部を酸化物半導体層２０５に移動させ、酸化物半導体層２０５に含まれる酸素欠損を補填することが可能である。この結果、酸化物半導体層２０５に含まれる酸素欠損量をさらに低減することができる。
【０１８０】
また、酸化物絶縁膜２１０及び酸化物絶縁膜２１１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２１２を後に形成し、加熱処理を行うと、酸化物絶縁膜２１０及び酸化物絶縁膜２１１に含まれる水、水素等が、酸化物半導体層２０５に移動し、酸化物半導体層２０５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２１０及び酸化物絶縁膜２１１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２００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。
【０１８１】
なお、加熱しながら酸化物絶縁膜２１１を、酸化物絶縁膜２１０上に形成することで、酸化物半導体層２０５に酸素を移動させ、酸化物半導体層２０５に含まれる酸素欠損を補填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。
【０１８２】
次に、スパッタリング法、ＣＶＤ法等により、窒化物絶縁膜２１２を形成する。なお、窒化物絶縁膜２１２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、好ましくは３２０℃以上３７０℃以下とすることで、緻密な窒化物絶縁膜を形成できるため好ましい。
【０１８３】
例えば、プラズマＣＶＤ装置の処理室に、流量５０ｓｃｃｍのシラン、流量５０００ｓｃｃｍ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１０００Ｗ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。
【０１８４】
以上の工程により、酸化物絶縁膜２１０、酸化物絶縁膜２１１、及び窒化物絶縁膜２１２で構成される保護膜２１３を形成することができる。
【０１８５】
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、３００℃以上４００℃以下、好ましくは３２０℃以上３７０℃以下とする。
【０１８６】
以上の工程により、トランジスタ２００を作製することができる。
【０１８７】
上記より、酸化物半導体膜を用いた半導体装置において、欠陥量が低減された半導体装置を得ることができる。また、酸化物半導体膜を用いた半導体装置において電気特性が向上した半導体装置を得ることができる。
【０１８８】
本実施の形態に示す構成及び方法などは、他の実施の形態及びその変形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。
【０１８９】
（実施の形態３）
本実施の形態では、実施の形態２と比較して、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２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を有する多層膜を有する点が異なる。
【０１９０】
図１３に、半導体装置が有するトランジスタ２２０の上面図及び断面図を示す。図１３（Ａ）はトランジスタ２２０の上面図であり、図１３（Ｂ）は、図１３（Ａ）の一点鎖線Ａ−Ｂ間の断面図であり、図１３（Ｃ）は、図１３（Ａ）の一点鎖線Ｃ−Ｄ間の断面図である。なお、図１３（Ａ）では、明瞭化のため、トランジスタ２２０の構成要素の一部（例えば、基板２０１、ゲート絶縁膜２０３、酸化物絶縁膜２１０、酸化物絶縁膜２１１、窒化物絶縁膜２１２など）を省略している。
【０１９１】
図１３（Ａ）乃至図１３（Ｃ）に示すトランジスタ２２０は、ゲート絶縁膜２０３上に、ゲート電極２０２と重なる酸化物積層体２０７と、酸化物半導体層２０５の下面に密着する酸化亜鉛層２０４、酸化物積層体２０７に接する一対の電極２０８、電極２０９とを有する。また、ゲート絶縁膜２０３、酸化物積層体２０７、及び一対の電極２０８、電極２０９上には、酸化物絶縁膜２１０、酸化物絶縁膜２１１、及び窒化物絶縁膜２１２で構成される保護膜２１３が形成される。
【０１９２】
本実施の形態に示すトランジスタ２２０において、酸化物積層体２０７は、酸化物半導体層２０５及び酸化物層２０６を有する。即ち、酸化物積層体２０７は２層構造である。また、酸化物半導体層２０５の一部がチャネル領域として機能する。また、酸化物積層体２０７に接するように、酸化物絶縁膜２１０が形成されており、酸化物絶縁膜２１０に接するように酸化物絶縁膜２１１が形成されている。即ち、酸化物半導体層２０５と酸化物絶縁膜２１０との間に、酸化物層２０６が設けられている。
【０１９３】
酸化物層２０６は、酸化物半導体層２０５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、酸化物層２０６は、酸化物半導体層２０５を構成する元素の一種以上から構成されるため、酸化物半導体層２０５と酸化物層２０６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。
【０１９４】
酸化物層２０６は、代表的には、Ｉｎ−Ｇａ酸化物、Ｉｎ−Ｚｎ酸化物、Ｉｎ−Ｍ−Ｚｎ酸化物（ＭはＡｌ、Ｔｉ、Ｇａ、Ｙ、Ｚｒ、Ｌａ、Ｃｅ、ＮｄまたはＨｆ）であり、且つ酸化物半導体層２０５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、酸化物層２０６の伝導帯の下端のエネルギーと、酸化物半導体層２０５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２ｅＶ以下、１ｅＶ以下、０．５ｅＶ以下、または０．４ｅＶ以下である。即ち、酸化物層２０６の電子親和力と、酸化物半導体層２０５の電子親和力との差が、０．０５ｅＶ以上、０．０７ｅＶ以上、０．１ｅＶ以上、または０．１５ｅＶ以上、且つ２ｅＶ以下、１ｅＶ以下、０．５ｅＶ以下、または０．４ｅＶ以下である。
【０１９５】
酸化物層２０６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。
【０１９６】
酸化物層２０６として、Ａｌ、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）酸化物層２０６のエネルギーギャップを大きくする。（２）酸化物層２０６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）酸化物半導体層２０５と比較して、酸化物層２０６の絶縁性が高くなる。（５）酸素との結合力が強い金属元素であるため、酸素欠損が生じにくくなる。
【０１９７】
酸化物層２０６がＩｎ−Ｍ−Ｚｎ酸化物（ＭはＡｌ、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、インジウム：ガリウム：亜鉛＝１：３：４、インジウム：ガリウム：亜鉛＝１：３：５、インジウム：ガリウム：亜鉛＝１：３：６、インジウム：ガリウム：亜鉛＝１：３：７、インジウム：ガリウム：亜鉛＝１：３：８、インジウム：ガリウム：亜鉛＝１：３：９、インジウム：ガリウム：亜鉛＝１：３：１０、インジウム：ガリウム：亜鉛＝１：６：７、インジウム：ガリウム：亜鉛＝１：６：８、インジウム：ガリウム：亜鉛＝１：６：９、インジウム：ガリウム：亜鉛＝１：６：１０が好ましい。
【０１９８】
酸化物層２０６がＩｎ−Ｍ−Ｚｎ酸化物であるとき、ＩｎとＭの原子数比率は、好ましくは、Ｉｎが５０％未満（すなわち、Ｍが５０％以上）、さらに好ましくは、Ｉｎが２５％未満（Ｍが７５％以上）とする。
【０１９９】
また、酸化物半導体層２０５、及び酸化物層２０６がＩｎ−Ｍ−Ｚｎ酸化物（ＭはＡｌ、Ｔｉ、Ｇａ、Ｙ、Ｚｒ、Ｌａ、Ｃｅ、ＮｄまたはＨｆ）の場合、酸化物半導体層２０５と比較して、酸化物層２０６に含まれるＭ（Ａｌ、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、酸化物半導体層２０５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。
【０２００】
また、酸化物半導体層２０５、及び酸化物層２０６がＩｎ−Ｍ−Ｚｎ酸化物（ＭはＡｌ、Ｔｉ、Ｇａ、Ｙ、Ｚｒ、Ｌａ、Ｃｅ、ＮｄまたはＨｆ）の場合、酸化物層２０６をＩｎ：Ｍ：Ｚｎ＝ｘ１：ｙ１：ｚ１［原子数比］、酸化物半導体層２０５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、酸化物半導体膜において、ｙ２がｘ２以上であると、当該酸化物半導体膜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、当該酸化物半導体膜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以下であると好ましい。
【０２０１】
また、酸化物層２０６は、実施の形態１に示すスパッタリングターゲットを用いて形成することが好ましく、代表的には、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酸化物半導体層２０５に含まれるＭ／Ｉｎ、Ｚｎ／Ｉｎの原子数比はスパッタリング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。
【０２０２】
酸化物層２０６は、後に形成する酸化物絶縁膜２１１を形成する際の、酸化物半導体層２０５へのダメージ緩和膜としても機能する。この結果、酸化物半導体層２０５に含まれる酸素欠損量を低減することができる。さらに、酸化物層２０６を形成することで、当該酸化物半導体層２０５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、当該酸化物半導体層２０５に混入することを抑制できる。
【０２０３】
酸化物層２０６の厚さは、３ｎｍ以上１００ｎｍ以下、好ましくは３ｎｍ以上５０ｎｍ以下とする。
【０２０４】
また、酸化物層２０６は、酸化物半導体層２０５と同様に、５μｍ２以上、好ましくは１０００μｍ２以上の面積の単結晶領域を含む。
【０２０５】
本実施の形態のトランジスタ２２０では、酸化物半導体層２０５及び酸化物絶縁膜２１０の間に、酸化物層２０６が設けられている。このため、酸化物層２０６と酸化物絶縁膜２１０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酸化物半導体層２０５との間には隔たりがある。この結果、酸化物半導体層２０５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、酸化物半導体層２０５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。
【０２０６】
また、酸化物層２０６は、外部からの不純物を遮蔽することが可能であるため、外部から酸化物半導体層２０５へ移動する不純物量を低減することが可能である。また、酸化物層２０６は、酸素欠損を形成しにくい。これらのため、酸化物半導体層２０５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。
【０２０７】
なお、酸化物半導体層２０５及び酸化物層２０６は、各膜を単に積層するのではなく連続接合（例えば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、各膜の界面において、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、積層された酸化物半導体層２０５及び酸化物層２０６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。
【０２０８】
連続接合を形成するためには、実施の形態１に示す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。
【０２０９】
なお、本実施の形態に示す構成及び方法などは、他の実施の形態及びその変形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。
【０２１０】
（実施の形態４）
本実施の形態では、トップゲート構造のトランジスタの作製方法について説明する。
【０２１１】
図１４（Ａ）乃至図１４（Ｃ）は、半導体装置が有するトランジスタ２３０の上面図及び断面図である。図１４（Ａ）はトランジスタ２３０の上面図であり、図１４（Ｂ）は、図１４（Ａ）の一点鎖線Ａ−Ｂ間の断面図であり、図１４（Ｃ）は、図１４（Ａ）の一点鎖線Ｃ−Ｄ間の断面図である。なお、図１４（Ａ）では、明瞭化のため、トランジスタ２３０の構成要素の一部（例えば、基板２３１、第３の酸化物半導体層２３８、ゲート絶縁層２４０）、絶縁膜２４１、絶縁膜２４２などを省略している。
【０２１２】
図１４に示すトランジスタ２３０は、基板２３１上に設けられる酸化物絶縁膜２３４と、酸化物絶縁膜２３４上に形成される酸化亜鉛層２４７と、酸化亜鉛層２４７上に形成される第１の酸化物半導体層２３２と、第１の酸化物半導体層２３２上に設けられる第２の酸化物半導体層２３３と、第２の酸化物半導体層２３３に接する一対の電極２３５、電極２３６と、酸化物絶縁膜２３４、第２の酸化物半導体層２３３、及び一対の電極２３５、電極２３６に接する第３の酸化物半導体層２３８と、第３の酸化物半導体層２３８に接するゲート絶縁層２４０と、ゲート絶縁層２４０を介して第２の酸化物半導体層２３３と重なるゲート電極２３７とを有する。なお、第１の酸化物半導体層２３２、第２の酸化物半導体層２３３、及び第３の酸化物半導体層２３８を酸化物半導体積層体２３９という。また、ゲート絶縁層２４０及びゲート電極２３７を覆う絶縁膜２４１と、絶縁膜２４１を覆う絶縁膜２４２とを有してもよい。また、ゲート絶縁層２４０、絶縁膜２４１、絶縁膜２４２の開口部２４５、開口部２４６において、一対の電極２３５、電極２３６と接する配線２４３、配線２４４を有してもよい。
【０２１３】
以下に、トランジスタ２３０の各構成について説明する。
【０２１４】
下地絶縁膜となる酸化物絶縁膜２３４としては、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化シリコン、窒化酸化シリコン、酸化ガリウム、酸化ハフニウム、酸化イットリウム、酸化アルミニウム、酸化窒化アルミニウム等がある。なお、下地絶縁膜となる酸化物絶縁膜２３４として、窒化シリコン、酸化ガリウム、酸化ハフニウム、酸化イットリウム、酸化アルミニウム等を用いることで、基板２３１から不純物、代表的には、アルカリ金属、水、水素等の酸化物半導体膜への拡散を抑制することができる。
【０２１５】
また、酸化物絶縁膜２３４として、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ことができる。即ち、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。このようにすることで、酸化物絶縁膜２３４に含まれる当該酸素を第２の酸化物半導体層２３３に移動させることで、酸化物絶縁膜２３４と第１の酸化物半導体層２３２の界面に含まれる欠陥準位を低減できると共に、第２の酸化物半導体層２３３に含まれる酸素欠損を充填することで、酸素欠損をさらに低減することが可能となる。
【０２１６】
酸化亜鉛層２４７については、実施の形態１を参照すればよい。
【０２１７】
酸化物半導体積層体２３９を構成する第１の酸化物半導体層２３２及び第２の酸化物半導体層２３３、第３の酸化物半導体層２３８は、それぞれ、実施の形態１、あるいは、図３（Ｆ）を参照できる。また、酸化物半導体積層体２３９の平均的な厚さは０．５μｍ以下、好ましくは５ｎｍ以上５００ｎｍ以下とする。
【０２１８】
第２の酸化物半導体層２３３の厚さは、３ｎｍ以上２００ｎｍ以下、好ましくは３ｎｍ以上１００ｎｍ以下、さらに好ましくは３ｎｍ以上５０ｎｍ以下とする。
【０２１９】
第１の酸化物半導体層２３２及び第３の酸化物半導体層２３８の厚さは、０．３ｎｍ以上２００ｎｍ以下、好ましくは３ｎｍ以上１００ｎｍ以下、より好ましくは３ｎｍ以上５０ｎｍ以下とする。なお、第１の酸化物半導体層２３２は、第２の酸化物半導体層２３３より薄いことが好ましい。また、第３の酸化物半導体層２３８は、第２の酸化物半導体層２３３より薄いことが好ましい。
【０２２０】
第１の酸化物半導体層２３２が薄いと、第１の酸化物半導体層２３２及び第２の酸化物半導体層２３３の界面において電子が捕獲され、トランジスタのオン電流が低下してしまう。一方、第１の酸化物半導体層２３２が厚いと、酸化物絶縁膜２３４から第２の酸化物半導体層２３３に移動する酸素量が低減してしまい、第２の酸化物半導体層２３３の酸素欠損量及び水素量を低減することが困難となる。このため、第１の酸化物半導体層２３２を、第２の酸化物半導体層２３３より薄く、且つ２０ｎｍ以上２００ｎｍ以下とすることが好ましい。
【０２２１】
第１の酸化物半導体層２３２、第２の酸化物半導体層２３３、及び第３の酸化物半導体層２３８は、実施の形態１に示す成膜モデルによって、単結晶領域を有する酸化亜鉛層２４７の上に成膜される。したがって、第１の酸化物半導体層２３２、第２の酸化物半導体層２３３は、５μｍ２以上、好ましくは１０００μｍ２以上の面積の単結晶領域を含む。また、第３の酸化物半導体層２３８も５μｍ２以上、好ましくは１０００μｍ２以上の面積の単結晶領域を含む。
【０２２２】
絶縁膜２４１、絶縁膜２４２は、実施の形態２に示す酸化物絶縁膜２１０、酸化物絶縁膜２１１を適宜用いることができる。なお、絶縁膜２４１として、酸素のブロッキング膜として用いることが可能な酸化アルミニウム膜、酸化ハフニウム膜、酸化イットリウム膜等を用いることができる。
【０２２３】
また、第３の酸化物半導体層２３８、ゲート絶縁層２４０、及びゲート電極２３７の側面を略一致する構造とし、絶縁膜２４１が、一対の電極２３５、電極２３６の表面、第３の酸化物半導体層２３８、ゲート絶縁層２４０、及びゲート電極２３７と接するようにすることで、後の加熱処理において、酸化物半導体積層体２３９からの酸素の脱離が低減できるため、トランジスタ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。
【０２２４】
なお、例えば、絶縁膜２４１、絶縁膜２４２の積層構造としたが、単層構造としてもよい。
【０２２５】
配線２４３、配線２４４は、一対の電極２３５、電極２３６と同様の材料を適宜用いることができる。
【０２２６】
本実施の形態に示すトランジスタは、第３の酸化物半導体層２３８及びゲート絶縁層２４０の端部が、ゲート電極２３７の端部と略一致することを特徴とする。このような第３の酸化物半導体層２３８及びゲート絶縁層２４０は、図１６（Ａ）において、ゲート電極２３７を形成したのち、第３の酸化物半導体膜２５２及びゲート絶縁膜２５３をエッチングすることで、マスクの枚数を増やすことなく、第３の酸化物半導体層２３８及びゲート絶縁層２４０を形成することが可能である。
【０２２７】
トランジスタ２３０においては、ゲート電極２３７の形成の際のエッチング残渣を第３の酸化物半導体層２３８及びゲート絶縁層２４０の形成工程の際に除去することが可能であるため、ゲート電極２３７と、配線２４３、配線２４４との間に生じるリーク電流を低減することが可能である。
【０２２８】
次に、トランジスタ２３０の作製方法について、図１５及び図１６を用いて説明する。
【０２２９】
図１５（Ａ）に示すように、基板２３１上に下地絶縁膜である酸化物絶縁膜２４８を形成し、酸化物絶縁膜２４８上に、酸化亜鉛膜２５１、第１の酸化物半導体膜２４９及び第２の酸化物半導体膜２５０を形成する。
【０２３０】
例えば、基板２３１としてガラス基板を用いる。
【０２３１】
酸化物絶縁膜２４８は、スパッタリング法またはＣＶＤ法を用いて形成することができる。
【０２３２】
また、実施の形態２に示す酸化物絶縁膜２１１と同様に、酸化物絶縁膜２４８として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絶縁膜を形成する場合、ＣＶＤ法またはスパッタリング法等により形成することができる。また、ＣＶＤ法またはスパッタリング法等により酸化絶縁膜を形成した後、イオン注入法、イオンドーピング法、プラズマ処理などを用いて当該酸化絶縁膜に酸素を添加してもよい。
【０２３３】
例えば、酸化物絶縁膜２４８としてスパッタリング法により厚さ３００ｎｍの酸化シリコン膜を用いる。
【０２３４】
酸化亜鉛膜２５１、第１の酸化物半導体膜２４９及び第２の酸化物半導体膜２５０は実施の形態１に示した方法で形成することができる。第１の酸化物半導体膜２４９及び第２の酸化物半導体膜２５０は、単結晶領域を有する酸化亜鉛膜２５１の上に成膜される。したがって、第１の酸化物半導体膜２４９、第２の酸化物半導体膜２５０は、５μｍ２以上、好ましくは１０００μｍ２以上の面積の単結晶領域を含む。
【０２３５】
例えば、原子数比がインジウム：ガリウム：亜鉛＝１：３：４である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厚さ５０ｎｍのＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物膜を、第１の酸化物半導体膜２４９として形成する。また、原子数比がインジウム：ガリウム：亜鉛＝５：５：６である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厚さ２０ｎｍのＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物膜を、第２の酸化物半導体膜２５０として形成する。
【０２３６】
次に、第２の酸化物半導体膜２５０上にフォトリソグラフィ法あるいは電子線リソグラフィ法によりマスクを形成した後、該マスクを用いて、酸化亜鉛膜２５１、第１の酸化物半導体膜２４９及び第２の酸化物半導体膜２５０のそれぞれ一部をエッチングすることで、図１５（Ｂ）に示すように、第１の酸化物半導体層２３２及び第２の酸化物半導体層２３３を形成する。この後、マスクを除去する。なお、当該エッチング工程において、酸化物絶縁膜２４８の一部がエッチングされる場合がある。例えば、一部がエッチングされた酸化物絶縁膜２４８を酸化物絶縁膜２３４とする。
【０２３７】
次に、図１５（Ｃ）に示すように、第２の酸化物半導体層２３３上に一対の電極２３５、電極２３６を形成する。一対の電極２３５、電極２３６の間隔は３０ｎｍ以下としてもよい。また、その際、電子線リソグラフィ法を用いてもよい。
【０２３８】
次に、図１５（Ｄ）に示すように、第２の酸化物半導体層２３３及び一対の電極２３５、電極２３６上に、第３の酸化物半導体膜２５２を形成し、第３の酸化物半導体膜２５２上にゲート絶縁膜２５３を形成する。
【０２３９】
第３の酸化物半導体膜２５２は、第１の酸化物半導体層２３２と同様に形成することができる。このとき、第１の酸化物半導体層２３２、第２の酸化物半導体層２３３が５μｍ２以上、好ましくは１０００μｍ２以上の面積の単結晶領域を含むので、その上に密着して形成される第３の酸化物半導体膜２５２も５μｍ２以上、好ましくは１０００μｍ２以上の面積の単結晶領域を含む。
【０２４０】
例えば、原子数比がインジウム：ガリウム：亜鉛＝１：３：４である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、第３の酸化物半導体膜２５２として、厚さ５ｎｍのＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物膜を形成する。
【０２４１】
次に、図１６（Ａ）に示すように、ゲート絶縁膜２５３上にであって、第２の酸化物半導体層２３３と重なる領域にゲート電極２３７を形成する。
【０２４２】
次に、図１６（Ｂ）に示すように、ゲート電極２３７をマスクとして、第３の酸化物半導体膜２５２及びゲート絶縁膜２５３をエッチングし、第３の酸化物半導体層２３８及びゲート絶縁層２４０を形成する。第３の酸化物半導体層２３８及びゲート絶縁層２４０の端部が、ゲート電極２３７の端部と略一致する。
【０２４３】
また、トランジスタ２３０においては、ゲート電極２３７の形成の際のエッチング残渣を第３の酸化物半導体層２３８及びゲート絶縁層２４０の形成工程の際に除去することが可能であるため、ゲート電極２３７と、後に形成される配線２４３、配線２４４との間に生じるリーク電流を低減することが可能である。
【０２４４】
次に、図１６（Ｃ）に示すように、一対の電極２３５、電極２３６及びゲート電極２３７上に絶縁膜２４１及び絶縁膜２４２を順に積層形成する。次に、加熱処理を行う。次に、絶縁膜２４１及び絶縁膜２４２に開口部を形成した後、配線２４３、配線２４４を形成する。
【０２４５】
絶縁膜２４１及び絶縁膜２４２は、スパッタリング法、ＣＶＤ法等を適宜用いることができる。絶縁膜２４１として、酸素のブロッキング膜を用いることで、後の加熱処理において、酸化物半導体積層体２３９からの酸素の脱離が低減できるため、トランジスタ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。
【０２４６】
例えば、絶縁膜２４１として、プラズマＣＶＤ法により厚さ３００ｎｍの酸化窒化シリコン膜を形成し、絶縁膜２４２として、スパッタリング法により厚さ５０ｎｍの窒化シリコン膜を形成する。また、窒素及び酸素雰囲気で、３５０℃、１時間の加熱処理を行う。
【０２４７】
以上の工程により、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る。また、経時変化やストレス試験による電気特性の変動の少ない、信頼性の高いトランジスタを作製することができる。
【０２４８】
なお、本実施の形態に示す構成及び方法などは、他の実施の形態及びその変形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。
【０２４９】
（実施の形態５）
本実施の形態ではＦＩＮ型トランジスタに、実施の形態１で説明した単結晶領域を有する酸化物半導体を用いる例を図１７および図１８を参照しながら説明する。
【０２５０】
＜図１７（Ａ）＞
非晶質絶縁膜２６１上に、実施の形態１で説明した方法にしたがって、酸化亜鉛膜２６２、第１の酸化物半導体膜２６３、第２の酸化物半導体膜２６４を堆積する。実施の形態１で説明したように、第１の酸化物半導体膜２６３、第２の酸化物半導体膜２６４は単結晶領域を有する５μｍ２以上、好ましくは１０００μｍ２以上であるアイランド状の単結晶薄膜を有し、そのようなアイランド状の単結晶薄膜を８０％以上、好ましくは９５％以上有する限りなく単結晶に近い薄膜である。
【０２５１】
＜図１７（Ｂ）＞
酸化亜鉛膜２６２、第１の酸化物半導体膜２６３、第２の酸化物半導体膜２６４をエッチングし、短冊状の形状の酸化亜鉛層２６６、第１の酸化物半導体層２６７、第２の酸化物半導体層２６８を形成する。この際、非晶質絶縁膜２６１もエッチングされ、凸状の部分２６５が形成されることがある。また、酸化亜鉛層２６６、第１の酸化物半導体層２６７、第２の酸化物半導体層２６８および凸状の部分２６５の幅Ｘは、１０ｎｍ乃至３０ｎｍとするとよい。
【０２５２】
＜図１７（Ｃ）＞
酸化亜鉛層２６６、第１の酸化物半導体層２６７、第２の酸化物半導体層２６８の上に第１の導電体膜を形成し、選択的に除去することで一対の電極２６９、電極２７０を形成する。電極２６９、電極２７０は、いずれかがソース電極、他方がドレイン電極となる。
【０２５３】
＜図１８（Ａ）＞
酸化亜鉛層２６６、第１の酸化物半導体層２６７、第２の酸化物半導体層２６８、電極２６９、電極２７０の上に第３の酸化物半導体膜２７１を形成する。
【０２５４】
＜図１８（Ｂ）＞
第３の酸化物半導体膜２７１の上に絶縁膜と第２の導電体膜を形成し、第３の酸化物半導体膜２７１、絶縁膜、第２の導電体膜を選択的に除去する。この結果、ゲート電極２７４と、これとほぼ同形状のゲート絶縁層２７３、第３の酸化物半導体層２７２が得られる。以上でＦＩＮ型トランジスタ２６０が形成される。
【０２５５】
なお、本実施の形態に示す構成及び方法などは、他の実施の形態及びその変形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。
【０２５６】
（実施の形態６）
本実施の形態では、実施の形態１乃至実施の形態５に記載の単結晶もしくは単結晶と同等な金属酸化物を、トランジスタの半導体膜に適用して作製された半導体装置について説明する。単結晶もしくは単結晶と同等な酸化物半導体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く、信頼性が高いため、様々な半導体装置に好適に用いることができる。
【０２５７】
まず、単結晶もしくは単結晶と同等な酸化物半導体膜を用いたトランジスタを有する、アクティブマトリックス型の発光装置について図１９を用いて説明する。
【０２５８】
図１９（Ａ）及び（Ｂ）は、着色層等を設けることによってフルカラー化した発光装置の例である。図１９（Ａ）には単結晶もしくは単結晶と同等な酸化物半導体膜を用いたトランジスタ３０６、トランジスタ３０７、トランジスタ３０８、基板３０１、下地絶縁膜３０２、絶縁膜３０３、第１の層間絶縁膜３２０、第２の層間絶縁膜３２１、周辺部３４２、画素部３４０、駆動回路部３４１、発光素子の第１の電極３２４Ｗ、第１の電極３２４Ｒ、第１の電極３２４Ｇ、第１の電極３２４Ｂ、隔壁３２５、ＥＬ層３２８、発光素子の第２の電極３２９、封止基板３３１、シール材３３２ａ、シール材３３２ｂなどが図示されている。シール材３３２ｂには乾燥剤を混ぜることもできる。また、着色層（赤色の着色層３３４Ｒ、緑色の着色層３３４Ｇ、青色の着色層３３４Ｂ）は透明な基材３３３に設ける。また、黒色層（ブラックマトリックス）３３５をさらに設けても良い。着色層及び黒色層が設けられた透明な基材３３３は、位置合わせし、基板３０１に固定する。なお、着色層、及び黒色層は、オーバーコート層３３６で覆われている。また、本実施の形態においては、光が着色層を透過せずに外部へと出る発光層と、各色の着色層を透過して外部に光が出る発光層とがあり、着色層を透過しない光は白、着色層を透過する光は赤、青、緑となることから、４色の画素で映像を表現することができる。
【０２５９】
また、以上に説明した発光装置では、ＴＦＴが形成されている基板３０１側に光を取り出す構造（ボトムエミッション型）の発光装置としたが、封止基板３３１側に発光を取り出す構造（トップエミッション型）の発光装置としても良い。トップエミッション型の発光装置の断面図を図２０に示す。この場合、基板３０１は光を通さない基板を用いることができる。ＴＦＴと発光素子の陽極とを接続する接続電極を作製するまでは、ボトムエミッション型の発光装置と同様に形成する。その後、第３の層間絶縁膜３３７を、電極３２２を覆って形成する。この絶縁膜は平坦化の役割を担っていても良い。第３の層間絶縁膜３３７は第２の層間絶縁膜３２１と同様の材料の他、他の公知の材料を用いて形成することができる。またシール材３３２ｂを、発光素子と封止基板３３１との間に充填する構成とすることで、光取り出し効率を向上させることができる。
【０２６０】
発光素子の第１の電極３２４Ｗ、３２４Ｒ、３２４Ｇ、３２４Ｂはここでは陽極とするが、陰極であっても構わない。また、図２０のようなトップエミッション型の発光装置である場合、第１の電極を反射電極とすることが好ましい。ＥＬ層３２８の構成は白色の発光が得られるような素子構造とする。白色の発光が得られる構成としては、ＥＬ層を２層用いた場合には一方のＥＬ層における発光層から青色の光が、もう一方のＥＬ層における発光層から橙色の光が得られるような構成や、一方のＥＬ層における発光層から青色の光が、もう一方のＥＬ層における発光層からは赤色と緑色の光が得られるような構成などが考えられる。また、ＥＬ層を３層用いた場合には、それぞれの発光層から、赤色、緑色、青色の発光が得られるようにすることで白色発光を呈する発光素子を得ることができる。
【０２６１】
着色層は、発光素子からの光が外部へとでる光路上に設ける。図１９（Ａ）のようなボトムエミッション型の発光装置の場合、透明な基材３３３に着色層３３４Ｒ、３３４Ｇ、３３４Ｂを設けて基板３０１に固定することによって設けることができる。また、図１９（Ｂ）のように着色層を絶縁膜３０３と第１の層間絶縁膜３２０との間に設ける構成としても良い。図２０のようなトップエミッションの構造であれば着色層（赤色の着色層３３４Ｒ、緑色の着色層３３４Ｇ、青色の着色層３３４Ｂ）を設けた封止基板３３１で封止を行うこともできる。封止基板３３１には画素と画素との間に位置するように黒色層（ブラックマトリックス）３３５を設けても良い。着色層（赤色の着色層３３４Ｒ、緑色の着色層３３４Ｇ、青色の着色層３３４Ｂ）や黒色層（ブラックマトリックス）はオーバーコート層３３６によって覆われていても良い。なお封止基板３３１は透光性を有する基板を用いることとする。
【０２６２】
こうして得られた発光素子の一対の電極間に電圧を印加すると白色の発光領域３４４Ｗが得られる。また、着色層と組み合わせることで、赤色の発光領域３４４Ｒと、青色の発光領域３４４Ｂと、緑色の発光領域３４４Ｇとが得られる。本実施の形態の発光装置は実施の形態１乃至実施の形態５に記載の単結晶もしくは単結晶に限りなく近い酸化物半導体やそれを用いたトランジスタを用いていることから、信頼性が高い発光装置の実現が可能である。
【０２６３】
また、ここでは赤、緑、青、白の４色でフルカラー表示を行う例を示したが特に限定されず、赤、緑、青の３色でフルカラー表示を行ってもよい。
【０２６４】
次に、実施の形態１乃至実施の形態５に記載の単結晶もしくは単結晶と同等な酸化物半導体やそれを用いたトランジスタをその一部に含む電子機器の例について説明する。
【０２６５】
上記トランジスタを適用した電子機器として、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、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。これらの電子機器の具体例を以下に示す。
【０２６６】
図２１（Ａ）は、テレビジョン装置の一例を示している。テレビジョン装置は、筐体４１１に表示部４１３が組み込まれている。また、ここでは、取り付け具４１５により筐体４１１を壁面に支持できる構成を示している。表示部４１３により、映像を表示することが可能であり、表示部４１３は、実施の形態１乃至実施の形態５に記載の単結晶もしくは単結晶と同等な酸化物半導体やそれを用いたトランジスタを有する。そのため信頼性の高いテレビジョン装置とすることができる。
【０２６７】
テレビジョン装置の操作は、筐体４１１が備える操作スイッチや、別体のリモコン操作機４２０により行うことができる。リモコン操作機４２０が備える操作キー４１９により、チャンネルや音量の操作を行うことができ、表示部４１３に表示される映像を操作することができる。また、リモコン操作機４２０に、当該リモコン操作機４２０から出力する情報を表示する表示部４１７を設ける構成としてもよい。
【０２６８】
図２１（Ｂ１）はコンピュータであり、本体４２１、筐体４２２、表示部４２３、キーボード４２４、外部接続ポート４２５、ポインティングデバイス４２６等を含む。なお、このコンピュータは、実施の形態１乃至実施の形態５に記載の単結晶もしくは単結晶と同等な酸化物半導体やそれを用いたトランジスタを有する。図２１（Ｂ１）のコンピュータは、図２１（Ｂ２）のような形態であっても良い。図２１（Ｂ２）のコンピュータは、キーボード４２４、ポインティングデバイス４２６の代わりに第２の表示部４３０が設けられている。第２の表示部４３０はタッチパネル式となっており、第２の表示部４３０に表示された入力用の表示を指や専用のペンで操作することによって入力を行うことができる。また、第２の表示部４３０は入力用表示だけでなく、その他の画像を表示することも可能である。また表示部４２３もタッチパネルであっても良い。二つの画面がヒンジで接続されていることによって、収納や運搬をする際に画面を傷つける、破損するなどのトラブルの発生も防止することができる。なお、このコンピュータは、実施の形態１乃至実施の形態５に記載の単結晶もしくは単結晶と同等な酸化物半導体やそれを用いたトランジスタを有するため、信頼性の高いコンピュータとすることができる。
【０２６９】
図２１（Ｃ）は携帯型遊技機であり、筐体４３１と筐体４３２の２つの筐体で構成されており、連結部４３３により、開閉可能に連結されている。筐体４３１および筐体４３２には、実施の形態１乃至実施の形態５に記載の単結晶もしくは単結晶と同等な酸化物半導体やそれを用いたトランジスタが組み込まれ、筐体４３１には表示部４３４が組み込まれ、筐体４３２には表示部４３５が組み込まれている。また、図２１（Ｃ）に示す携帯型遊技機は、その他、スピーカ部４３６、記録媒体挿入部４３７、ＬＥＤランプ４３８、入力手段（操作キー４３９、接続端子４４０、センサ４４１（力、変位、位置、速度、加速度、角速度、回転数、距離、光、液、磁気、温度、化学物質、音声、時間、硬度、電場、電流、電圧、電力、放射線、流量、湿度、傾度、振動、におい又は赤外線を測定する機能を含むもの）、マイクロフォン４４２）等を備えている。図２１（Ｃ）に示す携帯型遊技機は、記録媒体に記録されているプログラム又はデータを読み出して表示部に表示する機能や、他の携帯型遊技機と無線通信を行って情報を共有する機能を有する。なお、図２１（Ｃ）に示す携帯型遊技機が有する機能はこれに限定されず、様々な機能を有することができる。上述のような表示部４３４及び表示部４３５を有する携帯型遊技機は、実施の形態１乃至実施の形態５に記載の単結晶もしくは単結晶と同等な酸化物半導体やそれを用いたトランジスタを有するため、信頼性の高い携帯型遊技機とすることができる。
【０２７０】
図２１（Ｄ）は、携帯電話機の一例を示している。図２１（Ｄ）に示す携帯電話機は、筐体４５１に組み込まれた表示部４５２の他、操作ボタン４５３、外部接続ポート４５４、スピーカ４５５、マイク４５６などを備えている。なお、図２１（Ｄ）に示す携帯電話機は、実施の形態１乃至実施の形態５に記載の単結晶もしくは単結晶と同等な酸化物半導体やそれを用いたトランジスタを有している。そのため、信頼性の高い携帯電話機とすることが可能である。
【０２７１】
図２１（Ｄ）に示す携帯電話機は、表示部４５２を指などで触れることで、情報を入力することができる構成とすることもできる。この場合、電話を掛ける、或いはメールを作成するなどの操作は、表示部４５２を指などで触れることにより行うことができる。
【０２７２】
表示部４５２の画面は主として３つのモードがある。第１は、画像の表示を主とする表示モードであり、第２は、文字等の情報の入力を主とする入力モードである。第３は表示モードと入力モードの２つのモードが混合した表示＋入力モードである。
【０２７３】
例えば、電話を掛ける、或いはメールを作成する場合は、表示部４５２を文字の入力を主とする文字入力モードとし、画面に表示させた文字の入力操作を行えばよい。この場合、表示部４５２の画面のほとんどにキーボードまたは番号ボタンを表示させることが好ましい。
【０２７４】
また、携帯電話機内部に、ジャイロ、加速度センサ等の傾きを検出するセンサを有する検出装置を設けることで、携帯電話機の向き（縦か横か）を判断して、表示部４５２の画面表示を自動的に切り替えるようにすることができる。
【０２７５】
また、画面モードの切り替えは、表示部４５２を触れること、又は筐体４５１の操作ボタン４５３の操作により行われる。また、表示部４５２に表示される画像の種類によって切り替えるようにすることもできる。例えば、表示部に表示する画像信号が動画のデータであれば表示モード、テキストデータであれば入力モードに切り替える。
【０２７６】
また、入力モードにおいて、表示部４５２の光センサで検出される信号を検知し、表示部４５２のタッチ操作による入力が一定期間ない場合には、画面のモードを入力モードから表示モードに切り替えるように制御してもよい。
【０２７７】
表示部４５２は、イメージセンサとして機能させることもできる。例えば、表示部４５２に掌や指で触れ、掌紋、指紋等を撮像することで、本人認証を行うことができる。また、表示部に近赤外光を発光するバックライトまたは近赤外光を発光するセンシング用光源を用いれば、指静脈、掌静脈などを撮像することもできる。
【０２７８】
なお、本実施の形態に示す構成は、実施の形態１乃至実施の形態５に示した構成を適宜組み合わせて用いることができる。
【符号の説明】
【０２７９】
１００    ターゲット
１０１    スパッタ面
１０２    側面
１０３    背面
１０４    成膜に使用する金属酸化物層
１０５    補助酸化物層
１０６    基板
１０７    酸化亜鉛膜
１０７ａ    酸化亜鉛粒子
１０８    金属酸化物膜
１０８ａ    第１の金属酸化物膜
１０８ｂ    第２の金属酸化物膜
１０８ｃ    第３の金属酸化物膜
１０９    結晶粒
１１１    イオン
１１２    スパッタリング粒子
１１３    被成膜面
１１４    劈開面
１１５    基板ホルダー
１１６    ターゲットホルダー
１１７    プラズマ
１２０    成膜装置
１２１    大気側基板供給室
１２２    大気側基板搬送室
１２３ａ    ロードロック室
１２３ｂ    アンロードロック室
１２４    搬送室
１２５    基板加熱室
１２６ａ    成膜室
１２６ｂ    成膜室
１２６ｃ    成膜室
１２７    カセットポート
１２８    アライメントポート
１２９    基板搬送ロボット
１３０    ゲートバルブ
１３１    ターゲット
１３２    防着板
１３３    基板ステージ
１３３ａ    基板受け渡し時の基板ステージの位置
１３４    基板
１３５    クライオトラップ
１３６ａ    ターボ分子ポンプ
１３６ｂ    ターボ分子ポンプ
１３６ｃ    ターボ分子ポンプ
１３７ａ    真空ポンプ
１３７ｂ    真空ポンプ
１３７ｃ    真空ポンプ
１３８    マスフローコントローラ
１３９    精製機
１４０    ガス加熱機構
２００    トランジスタ
２０１    基板
２０２    ゲート電極
２０３    ゲート絶縁膜
２０４    酸化亜鉛層
２０５    酸化物半導体層
２０６    酸化物層
２０７    酸化物積層体
２０８    電極
２０９    電極
２１０    酸化物絶縁膜
２１１    酸化物絶縁膜
２１２    窒化物絶縁膜
２１３    保護膜
２２０    トランジスタ
２３０    トランジスタ
２３１    基板
２３２    第１の酸化物半導体層
２３３    第２の酸化物半導体層
２３４    酸化物絶縁膜
２３５    電極
２３６    電極
２３７    ゲート電極
２３８    第３の酸化物半導体層
２３９    酸化物半導体積層体
２４０    ゲート絶縁層
２４１    絶縁膜
２４２    絶縁膜
２４３    配線
２４４    配線
２４５    開口部
２４６    開口部
２４７    酸化亜鉛層
２４８    酸化物絶縁膜
２４９    第１の酸化物半導体膜
２５０    第２の酸化物半導体膜
２５１    酸化亜鉛膜
２５２    第３の酸化物半導体膜
２５３    ゲート絶縁膜
２６０    ＦＩＮ型トランジスタ
２６１    非晶質絶縁膜
２６２    酸化亜鉛膜
２６３    第１の酸化物半導体膜
２６４    第２の酸化物半導体膜
２６５    凸状の部分
２６６    酸化亜鉛層
２６７    第１の酸化物半導体層
２６８    第２の酸化物半導体層
２６９    電極
２７０    電極
２７１    第３の酸化物半導体膜
２７２    第３の酸化物半導体層
２７３    ゲート絶縁層
２７４    ゲート電極
３０１    基板
３０２    下地絶縁膜
３０３    絶縁膜
３０６    トランジスタ
３０７    トランジスタ
３０８    トランジスタ
３２０    層間絶縁膜
３２１    層間絶縁膜
３２２    電極
３２４Ｂ    電極
３２４Ｇ    電極
３２４Ｒ    電極
３２４Ｗ    電極
３２５    隔壁
３２８    ＥＬ層
３２９    電極
３３１    封止基板
３３２ａ    シール材
３３２ｂ    シール材
３３３    基材
３３４Ｂ    着色層
３３４Ｇ    着色層
３３４Ｒ    着色層
３３６    オーバーコート層
３３７    層間絶縁膜
３４０    画素部
３４１    駆動回路部
３４２    周辺部
３４４Ｂ    発光領域
３４４Ｇ    発光領域
３４４Ｒ    発光領域
３４４Ｗ    発光領域
４１１    筐体
４１３    表示部
４１５    取り付け具
４１７    表示部
４１９    操作キー
４２０    リモコン操作機
４２１    本体
４２２    筐体
４２３    表示部
４２４    キーボード
４２５    外部接続ポート
４２６    ポインティングデバイス
４３０    表示部
４３１    筐体
４３２    筐体
４３３    連結部
４３４    表示部
４３５    表示部
４３６    スピーカ部
４３７    記録媒体挿入部
４３８    ＬＥＤランプ
４３９    操作キー
４４０    接続端子
４４１    センサ
４４２    マイクロフォン
４５１    筐体
４５２    表示部
４５３    操作ボタン
４５４    外部接続ポート
４５５    スピーカ
４５６    マイク
【図１】
2014210702.tif 000003
【図２】
2014210702.tif 000004
【図３】
2014210702.tif 000005
【図４】
2014210702.tif 000006
【図５】
2014210702.tif 000007
【図６】
2014210702.tif 000008
【図８】
2014210702.tif 000009
【図９】
2014210702.tif 000010
【図１０】
2014210702.tif 000011
【図１１】
2014210702.tif 000012
【図１２】
2014210702.tif 000013
【図１３】
2014210702.tif 000014
【図１４】
2014210702.tif 000015
【図１５】
2014210702.tif 000016
【図１６】
2014210702.tif 000017
【図１７】
2014210702.tif 000018
【図１８】
2014210702.tif 000019
【図１９】
2014210702.tif 000020
【図２０】
2014210702.tif 000021
【図２１】
2014210702.tif 000022
【図７】
2014210702.tif 000023