(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に酸化物半導体膜を形成する工程と、
前記酸化物半導体膜上に絶縁層を形成する工程と、
前記絶縁層上に、インジウム、ガリウム、亜鉛、錫から選ばれた少なくとも２つの元素を有する酸窒化物の焼結体よりなるスパッタリングターゲットを用いて、ゲート電極を形成する工程と、を有することを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項２】
請求項１において、
前記酸窒化物の焼結体中の窒素の濃度は、４原子％以上であることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項３】
請求項１又は２において、
前記酸窒化物の焼結体中のアルカリ金属濃度は、５×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下であ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、
前記酸窒化物の焼結体中の水素濃度は、１×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下であることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか一において、
基板上に酸窒化物膜を形成する工程に用いるスパッタリングガスにおける、アルゴン、クリプトン、キセノンの合計の比率が８０％以上である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】
本発明はスパッタリングターゲット及びその製造方法に関する。また、当該スパッタリングターゲットを用いる半導体装置の作製方法に関する。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】
【０００２】
液晶表示装置に代表されるように、ガラス基板などの平板に形成されるトランジスタは、主にアモルファスシリコン、または多結晶シリコンなどの半導体材料を用いて作製される。アモルファスシリコンを用いたトランジスタは、電界効果移動度が低いもののガラス基板の大面積化に対応することができ、一方、多結晶シリコンを用いたトランジスタは、電界効果移動度が高いもののレーザアニールなどの結晶化工程が必要であり、ガラス基板の大面積化には必ずしも適応しないといった特性を有している。
【０００３】
これに対し、半導体材料として酸化物半導体を用いてトランジスタを作製し、該トランジスタを電子デバイスや光デバイスに応用する技術が注目されている。例えば、半導体材料として酸化亜鉛、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系化合物を用いてトランジスタを作製し、画像表示装置のスイッチング素子などに用いる技術が特許文献１及び特許文献２で開示されている。
【０００４】
なお、本明細書では、Ｍ１−Ｍ２−Ｍ３−Ｏ系化合物（Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３は金属元素）とは、金属元素Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３を主成分とする酸素を有する化合物（酸化物）という意味である。その際、特に指定しなければ、Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｏの比率は問わない。また、主成分とならない範囲でＭ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｏ以外の元素を含んでいてもよい。同様に、Ｍ１−Ｍ２−Ｍ３−Ｏ−Ｎ系化合物とは、金属元素Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３を主成分とする酸素と窒素を有する化合物（酸窒化物）という意味である。Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｏ、Ｎの比率は問わない。本明細書における金属元素、主成分、酸化物、酸窒化物の定義は後述する。
【０００５】
酸化物半導体にチャネル形成領域（チャネル領域ともいう）を設けたトランジスタは、アモルファスシリコンを用いたトランジスタよりも高い電界効果移動度が得られている。酸化物半導体膜はスパッタリング法などによって比較的低温で膜形成が可能であり、多結晶シリコンを用いたトランジスタよりも製造工程が簡単である。
【０００６】
このような酸化物半導体を用いてガラス基板、プラスチック基板などにトランジスタを形成し、液晶ディスプレイ、エレクトロルミネセンスディスプレイ（ＥＬディスプレイともいう）または電子ペーパーなどの表示装置への応用が期待されている（非特許文献１参照）。
【０００７】
結晶化したＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系化合物の結晶構造は、ＹｂＦｅ２Ｏ４型あるいはＹｂ２Ｆｅ３Ｏ７型やその派生型であることがわかっている（非特許文献２参照）。一方、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系化合物の酸素の７原子％以上を窒素で置換した材料（Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ−Ｎ系化合物）を結晶化させたものはウルツ鉱型結晶であることが知られている（特許文献３、特許文献４参照）。
【０００８】
Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ−Ｎ系化合物はＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系化合物よりも導電性が高いためトランジスタのソース電極やドレイン電極等の材料として用いることも提案されている（特許文献５参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００７−１２３８６１号公報
【特許文献２】特開２００７−９６０５５号公報
【特許文献３】特開２００９−２７５２３６号公報
【特許文献４】特開２０１０−１１４４２３号公報
【特許文献５】特開２０１０−１３５７７４号公報
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】神谷、野村、細野、「アモルファス酸化物半導体の物性とデバイス開発の現状」、固体物理、２００９年９月号、Ｖｏｌ．４４、ｐｐ．６２１−６３３
【非特許文献２】Ｍ．  Ｎａｋａｍｕｒａ，  Ｎ．  Ｋｉｍｉｚｕｋａ，  ａｎｄ  Ｔ．  Ｍｏｈｒｉ、  ”Ｔｈｅ  Ｐｈａｓｅ  Ｒｅｌａｔｉｏｎｓ  ｉｎ  ｔｈｅ  Ｉｎ２Ｏ３−Ｇａ２ＺｎＯ４−ＺｎＯ  Ｓｙｓｔｅｍ  ａｔ  １３５０℃”、Ｊ．  Ｓｏｌｉｄ  Ｓｔａｔｅ  Ｃｈｅｍ．、１９９１、Ｖｏｌ．９３，  ｐｐ．２９８−３１５．
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、これまで報告されているＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ−Ｎ系化合物は、反応性スパッタリング法によって形成されている。これは、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系化合物を窒素を含む雰囲気中でスパッタリングする方法であるが、この方法では以下に説明するように、成膜レートが低下する。
【００１２】
スパッタリングの効率は、雰囲気（すなわちスパッタリングガス）に重い原子を用いた方が高い。例えば、原子量４０のアルゴンを用いる場合と、分子量２８の窒素を用いる場合では、前者のほうが成膜レートが高く、生産性がよい。
【００１３】
したがって、生産性を高めるためにはスパッタリングの際の雰囲気のアルゴンの比率を上げ、相対的に窒素の比率を低下させる必要がある。しかしながら、反応性スパッタリング法を用いる場合には、雰囲気中の窒素の比率が低下すると、得られるＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ−Ｎ系化合物中の窒素濃度が低下し、必要とする窒素濃度の化合物が得られない場合がある。特に、窒素濃度が２０原子％以上のＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ−Ｎ系化合物を反応性スパッタリング法で安定して得ることは困難である。
【００１４】
上記の課題は、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ−Ｎ系化合物に限らず、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ−Ｎ系化合物、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｚｎ−Ｏ−Ｎ系化合物、Ｉｎ−Ａｌ−Ｚｎ−Ｏ−Ｎ系化合物、Ｓｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ−Ｎ系化合物、Ａｌ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ−Ｎ系化合物、Ｓｎ−Ａｌ−Ｚｎ−Ｏ−Ｎ系化合物、Ｉｎ−Ｚｎ−Ｏ−Ｎ系化合物、Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ−Ｎ系化合物、Ｓｎ−Ｚｎ−Ｏ−Ｎ系化合物、Ａｌ−Ｚｎ−Ｏ−Ｎ系化合物にも共通するものである。
【００１５】
特にガリウムやアルミニウムは酸素と結合しやすいため、ガリウムやアルミニウムを有する酸化物を用いて反応性スパッタリング法で酸窒化物膜を得ようとしても、ガリウムやアルミニウムと結合する酸素を窒素で置換することは非常に難しく、そのため、窒素濃度は低くなってしまう。
【００１６】
本発明の一態様は、目的とする濃度の窒素を有する酸窒化物膜を安定して得る方法と手段、そのために必要な物品等を提供することを課題の一とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明の一態様は、インジウム、ガリウム、亜鉛、錫から選ばれた少なくとも２つの元素を有する酸窒化物よりなるスパッタリングターゲットである。ここで、窒素の濃度は４原子％以上であることが好ましく、２０原子％以上であることがより好ましい。
【００１８】
また、上記のスパッタリングターゲットにおいては、アルカリ金属濃度が５×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下であることが好ましい。さらに、上記のスパッタリングターゲットにおいては水素濃度が１×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、好ましくは１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、さらに好ましくは１×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満であることが好ましい。
【００１９】
より詳細には、Ｎａ（ナトリウム）の濃度を５×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、好ましくは１×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、さらに好ましくは１×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下とするとよい。また、Ｌｉ（リチウム）の濃度を５×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、好ましくは１×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下とするとよい。また、Ｋ（カリウム）の濃度を５×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、好ましくは１×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下とするとよい。
【００２０】
なお、上記の水素やアルカリ金属の濃度は、二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ：Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ  Ｉｏｎ  Ｍａｓｓ  Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）による測定値である。ＳＩＭＳ分析は、その原理上、試料表面近傍や、材質が異なる材料との積層界面近傍のデータを正確に得ることが困難であることが知られている。そこで、対象物における対象元素の濃度の厚さ方向の分布を測定する場合、対象物の存在する範囲において、極端な変動が無く、ほぼ一定の強度が得られる領域における最低値を採用する。
【００２１】
また、測定の対象物の厚さが小さい場合、隣接する材料の影響を受けて、ほぼ一定の強度の得られる領域を見いだせない場合がある。この場合、対象物の存在する領域における、最低値を、対象元素の濃度として採用する。
【００２２】
また、別の本発明の一態様は、上記のスパッタリングターゲットを用いて、スパッタリング法により、基板上に酸窒化物膜を形成する工程を有する半導体装置の作製方法である。その際、用いるスパッタリングガスにおける、アルゴン、クリプトン、キセノンの合計の比率が８０％以上となるようにするとよい。
【００２３】
また、別の本発明の一態様は、窒化インジウム、窒化ガリウム、窒化亜鉛の少なくとも１つを原料の一とし、これと、酸化インジウム、酸化ガリウム、酸化亜鉛の少なくとも１つと混合して窒素雰囲気中で焼結するインジウムとガリウムと亜鉛を有する酸窒化物よりなるスパッタリングターゲットの作製方法である。
【発明の効果】
【００２４】
上記の本発明の態様の少なくとも１つにより得られるスパッタリングターゲットでは、必要とする濃度の窒素を予めターゲット中に確保できる。そのため、スパッタリングガスのアルゴン等の重い希ガスの比率を高めて生産性を高めることができる。これは、特に窒素濃度が４原子％以上、特に２０原子％以上の導電性の高い酸窒化物を効率よく得る上で好ましい。もちろん、スパッタの際の雰囲気に窒素を含ませてもよい。
【００２５】
また、スパッタリングターゲット中の水素や、アルカリ金属や、アルカリ土類金属等の不純物濃度を低減することは得られる半導体装置の信頼性を高めることができる。特に、酸化物半導体を用いたトランジスタのしきい値は酸化物半導体膜に含まれるキャリア密度の影響を受ける。
【００２６】
酸化物半導体膜に含まれるキャリアは、酸化物半導体膜に含まれる不純物からも発生する。例えば、成膜された酸化物半導体膜に含まれる水（Ｈ２Ｏ）に代表される水素原子を含む化合物や、アルカリ金属を含む化合物、もしくはアルカリ土類金属を含む化合物等の不純物は、酸化物半導体膜のキャリア密度を高める。
【００２７】
特にアルカリ金属のうち、Ｎａが含まれる材料に酸化物（酸化シリコン等）が接する場合、その中に拡散し、Ｎａ＋となる。また、酸化物半導体内において、金属と酸素の結合を分断し、あるいは結合中に割り込む。その結果、トランジスタ特性の劣化（例えば、ノーマリーオン化（しきい値の負へのシフト）、移動度の低下等）をもたらす。加えて、特性のばらつきの原因ともなる。
【００２８】
このような問題は、特に酸化物半導体中の水素の濃度が十分に低い場合において顕著となる。したがって、酸化物半導体中の水素の濃度が５×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、特に５×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下である場合には、酸化物半導体と近接する材料に含まれるアルカリ金属の濃度を５×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下にすることが強く求められる。
【００２９】
具体的には、酸化物半導体膜の作製に用いるスパッタリングターゲットの中の不純物であるアルカリ金属、アルカリ土類金属、及び水素を排除すれば、これらの不純物の含有量の少ない酸化物半導体膜を成膜することができる。
【００３０】
さらには、酸化物半導体膜と近接するその他の材料の膜（絶縁膜や導電膜）からもそれらの不純物を排除することが求められる。そのため、酸窒化物のスパッタリングターゲットも、十分に不純物濃度の低いものとすることが好ましい。
【００３１】
なお、上記の議論は未だ一般的なものではない。例えば、非特許文献１では、「酸化物半導体は不純物に対して鈍感であり、膜中にはかなりの金属不純物が含まれていても問題がなく、ナトリウムのようなアルカリ金属が多量に含まれる廉価なソーダ石灰ガラスも使える」と指摘している。
【００３２】
しかし、このような指摘は適切でない。本発明者の知見では、アルカリ金属、及びアルカリ土類金属は酸化物半導体層を用いたトランジスタにとっては悪性の不純物であり、少ないほうがよい。
【００３３】
なお、本発明者の研究の結果、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ−Ｎ系化合物では、電子親和力は、窒素濃度の増加とともに大きくなり、１０原子％以上では、５．６電子ボルト程度となることがわかっている。さらに、バンドギャップも窒素濃度の増加とともに小さくなり、２．８電子ボルト以下となり、さらに、条件によっては、２．３電子ボルト以下となる。また、窒素濃度に応じて、導体となったり、半導体となったりすることも明らかになった。これらのことから、窒素濃度が大きなＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ−Ｎ系化合物の仕事関数は５．６電子ボルト程度であることがわかっている。
【００３４】
このことは特に、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系化合物等の酸化物半導体を用いる半導体装置（トランジスタ等）を作製する上では好ましい。例えば、仕事関数が通常使用できる各種の金属よりも大きいことを利用して、トランジスタのしきい値を高くし、ノーマリーオフ特性を得ることができる。
【００３５】
一般に酸化物半導体はＰＮ接合によるソース／チャネル間やドレイン／チャネル間の分離ができない。そのため、酸化物半導体を用いてトランジスタを作製しても、特にチャネル長が１μｍ以下であると、ゲートの電位が０Ｖであってもソースドレイン間に相当の電流が流れるというノーマリーオン特性となる。このことを抑制するには、ゲートに用いる材料の仕事関数を高めることが必要で、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ−Ｎ系化合物はこの目的に適している。
【００３６】
また、窒素濃度が高くなると、優れた導電性を示すことからゲート以外に、ソース電極やドレイン電極としても用いることができる。特に、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系化合物の電子親和力が４．３電子ボルト程度であるのに対し、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ−Ｎ系化合物の電子親和力（実質的には仕事関数）が上述のとおり、最大で５．６電子ボルト程度であるため、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系化合物とＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ−Ｎ系化合物の接合部には１電子ボルト以上の段差が形成される。
【００３７】
このような段差は、丁度、通常のシリコンＭＯＳトランジスタのＰＮ接合に相当するものであり、特に高濃度にドーピングされたシリコンＭＯＳトランジスタのチャネルとエクステンション領域間の接合と同程度の段差であり、短チャネル効果を抑制する上で効果的である。酸化物半導体をチャネルに用いたチャネル長が２０ｎｍ以下のトランジスタにおいては、チャネルに接する材料にＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ−Ｎ系化合物を用いるとよい。
【００３８】
また、窒素濃度によっては、ドーピングされた半導体としての特性を示すことから、そのようなＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ−Ｎ系化合物膜をトランジスタのチャネルとソース電極やドレイン電極との間に形成することにより、チャネルとソース電極やドレイン電極との間の電界を緩和することができる。
【００３９】
上記の効果は、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ−Ｎ系化合物に限られず、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ−Ｎ系化合物、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｚｎ−Ｏ−Ｎ系化合物、Ｉｎ−Ａｌ−Ｚｎ−Ｏ−Ｎ系化合物、Ｓｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ−Ｎ系化合物、Ａｌ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ−Ｎ系化合物、Ｓｎ−Ａｌ−Ｚｎ−Ｏ−Ｎ系化合物、Ｉｎ−Ｚｎ−Ｏ−Ｎ系化合物、Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ−Ｎ系化合物、Ｓｎ−Ｚｎ−Ｏ−Ｎ系化合物、Ａｌ−Ｚｎ−Ｏ−Ｎ系化合物、Ｉｎ−Ｏ−Ｎ系化合物、Ｓｎ−Ｏ−Ｎ系化合物、Ｇａ−Ｏ−Ｎ系化合物、Ｚｎ−Ｏ−Ｎ系化合物などの酸窒化物でも認められる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】スパッタリングターゲットの製造方法を示すフロー図。
【図２】スパッタリングターゲットの上面を示す図。
【図３】本発明の一態様である半導体装置の一態様を示す上面図及び断面図。
【図４】本発明の一態様である半導体装置の一態様を示す断面図。
【図５】本発明の一態様である半導体装置の作製工程の一例を示す断面図。
【図６】本発明の一態様である半導体装置の作製工程の一例を示す断面図。
【図７】本発明の一態様である半導体装置の作製工程の一例を示す断面図。
【図８】本発明の応用例を説明する図。
【発明を実施するための形態】
【００４１】
以下では、本発明の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。ただし、本発明は以下の説明に限定されず、その形態および詳細を様々に変更し得ることは、当業者であれば容易に理解される。また、本発明は以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。また、以下の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。
【００４２】
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ことがある。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。また、第１、第２として付される序数詞は便宜上用いるものであり、工程順または積層順を示すものではない。また、本明細書において発明を特定するための事項として固有の名称を示すものではない。
【００４３】
本明細書で酸化物とは、その物質（化合物を含む）に含まれる窒素、酸素、フッ素、硫黄、セレン、塩素、臭素、テルル、ヨウ素の占める割合が全体の２５原子％以上で、かつ、以上の元素に対する酸素の割合が７０原子％以上のものをいい、酸窒化物とは、その物質（化合物を含む）に含まれる窒素、酸素、フッ素、硫黄、セレン、塩素、臭素、テルル、ヨウ素の占める割合が全体の２５原子％以上で、かつ、以上の元素に対する酸素と窒素の合計の割合が７０原子％以上のものをいう。
【００４４】
また、本明細書で金属元素とは、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。
【００４５】
さらに、本明細書において、ある（１つの）金属元素を主たる金属成分とする、とはその物質中に金属元素が１つあるいは複数ある中で、当該金属元素が金属元素全体の５０原子％を超える場合を言う。また、ｎ種の金属元素Ｍ１、Ｍ２、・・、Ｍｎを主たる金属成分とするとは、金属元素Ｍ１、Ｍ２、・・、Ｍｎのそれぞれの占める比率の総和が金属元素全体の｛（１−２−ｎ）×１００｝［原子％］を超える場合を言う。
【００４６】
（実施の形態１）
本実施の形態では、本発明の一態様であるスパッタリングターゲットの製造方法について図１を参照して説明する。図１は、本実施の形態に係るスパッタリングターゲットの製造方法の一例を示すフローチャートである。以下では、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ−Ｎ系化合物のスパッタリングターゲットの製造について説明するが、他の酸窒化物のスパッタリングターゲットでも同様に実施できる。
【００４７】
ここでは、原料として、窒化インジウムと窒化ガリウム、酸化インジウムと酸化ガリウム、酸化亜鉛を焼成してスパッタリングターゲットとする場合について説明する。はじめに、亜鉛、インジウム、ガリウムをそれぞれ蒸留、昇華、または再結晶を繰り返して精製する。純度は、９９．９９％以上、好ましくは９９．９９９９％以上とする。その後、それぞれ精製した金属を粉末状に加工する（Ｓ１）。
【００４８】
このようにして高純度化した金属亜鉛、金属インジウム、金属ガリウムを高純度の酸素雰囲気下で焼成して酸化させ、酸化物原料を得る（Ｓ２）。用いる酸素雰囲気は、例えば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０．１ｐｐｍ以下）の純度とする。
【００４９】
一方、一部の高純度化した金属インジウム、金属ガリウムを高純度の窒素雰囲気下あるいはアンモニア雰囲気下で焼成して窒化させ、窒化物原料を得る（Ｓ３）。用いる窒素雰囲気あるいはアンモニア雰囲気は、例えば６Ｎ（９９．９９９９％）以上、好ましくは７Ｎ（９９．９９９９９％）以上の純度とする。なお、アンモニアを使用した場合は、その後で高純度の窒素あるいは希ガス雰囲気下で十分に加熱処理し、水素を脱離させることが好ましい。また、窒化インジウムは大気中の水分と反応して酸化インジウムに分解するので、その後の処理は密閉された環境でおこなうことが好ましい。
【００５０】
その後、得られた各酸化物粉末、窒化物粉末の秤量を適宜おこない、秤量した各粉末を混合する（Ｓ４）。例えば、ＩｎＮ：Ｉｎ２Ｏ３：ＧａＮ：Ｇａ２Ｏ３：ＺｎＯ＝２：１：２：１：４（モル比）あるいは、Ｉｎ２Ｏ３：ＧａＮ：Ｇａ２Ｏ３：ＺｎＯ＝２：２：１：４（モル比）で混合する。混合物に含まれる金属元素の比率は、いずれの場合もＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：１（原子比）となるが、もちろん、この比率に限定されない。
【００５１】
その後、混合物を６Ｎ（９９．９９９９％）以上、好ましくは７Ｎ（９９．９９９９９％）以上の高純度窒素雰囲気下で焼成する（Ｓ５）。混合物を焼成することにより、混合物中から水素や水分やハイドロカーボン等を脱離せしめることができる。焼成は、真空中または減圧雰囲気中でもおこなうことができる。さらに機械的な圧力を加えた後、あるいは機械的な圧力を加えながら焼成をおこなってもよい。このようにして焼結体を得る。なお、焼結体の充填率が９０％以上１００％以下、より好ましくは９５％以上９９．９％以下となるように圧力を調整するとよい。
【００５２】
焼成法としては、上記に記載した方法以外に常圧焼成法、加圧焼成法等を適宜用いることができる。また、加圧焼成法としては、ホットプレス法、熱間等方加圧（ＨＩＰ；Ｈｏｔ  Ｉｓｏｓｔａｔｉｃ  Ｐｒｅｓｓｉｎｇ）法、放電プラズマ焼結法、又は衝撃法を適用することが好ましい。焼成の最高温度は材料の組成にも依存するが、１０００℃〜２０００℃程度とするのが好ましく、１２００℃〜１５００℃とするのがより好ましい。また、最高温度の保持時間は、材料の組成にも依存するが、０．５時間〜３時間とするのが好ましい。
【００５３】
次いで、所望の寸法、所望の形状、及び所望の表面粗さを有するスパッタリングターゲットに成形するために焼結体に機械加工を施す（Ｓ６）。加工手段としては、例えば機械的研磨、化学的機械研磨（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ  ＣＭＰ）を用いることができる。またはこれらを併用してもよい。
【００５４】
機械加工によって発生する細かな塵や、研削液成分の除去のために洗浄をおこなってもよい。例えば、有機溶媒に浸漬させた超音波洗浄等によって加工した焼結体を洗浄してもよい。ただし、水を使用して洗浄することは避けることが好ましい。特に、本実施の形態のように亜鉛やインジウムを含有する酸窒化物は水と反応しやすいため注意が必要である。
【００５５】
その後、焼結体に加熱処理を施す（Ｓ７）。加熱処理は、不活性ガス雰囲気（窒素または希ガス雰囲気）中でおこなうのが好ましく、加熱処理の温度は、焼結体の材料の組成に依存するが、材料が変性しない温度とする。具体的には、１５０℃以上７５０℃以下、好ましくは４２５℃以上７５０℃以下とする。また、加熱時間は、具体的には０．５時間以上、好ましくは１時間以上とする。なお、加熱処理は、真空中または高圧雰囲気中でおこなってもよい。
【００５６】
その後、焼結体をバッキングプレートと呼ばれる金属板に貼り合わせ（ボンディング）、スパッタリングターゲットが完成する（Ｓ８）。バッキングプレートは、スパッタリングターゲットの冷却と電極としての役割を果たすため、熱伝導性および導電性に優れた銅を用いることが好ましい。また、銅以外にも、チタン、銅合金、ステンレス合金等を用いることも可能である。
【００５７】
また、バッキングプレートに焼結体をボンディングする際、焼結体を分割して、あるいは複数の焼結体を一枚のバッキングプレートにボンディングしてもよい。図２（Ａ）（Ｂ）に焼結体を分割して一枚のバッキングプレートにボンディングする例を示す。
【００５８】
図２（Ａ）はバッキングプレート１０に焼結体１１を焼結体１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄと４分割してボンディングする例である。また、図２（Ｂ）は１つの焼結体をより多数に分割し、バッキングプレートにボンディングする例であり、焼結体１２を焼結体１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ、１２ｅ、１２ｆ、１２ｇ、１２ｈ、１２ｉと９分割し、これらをバッキングプレート１０にボンディングする。
【００５９】
なお、焼結体の分割数及び焼結体やターゲットの形状は図２（Ａ）（Ｂ）に限定されない。焼結体を分割するとバッキングプレートにボンディングする際や使用時の焼結体の変形（反りやゆがみ、それらに起因する欠け、ひび割れ）を緩和することができる。このような分割した焼結体を有するスパッタリングターゲットは、大型のスパッタリング装置に特に好適に用いることができる。もちろん、一枚のバッキングプレートに一枚のスパッタリングターゲットをボンディングしてもよい。
【００６０】
また、スパッタリングターゲットは、水分や水素やアルカリ金属などの不純物の再混入を防止するため、高純度の酸素ガス、高純度の窒素ガス、高純度のＮ２Ｏガス、又は超乾燥エア（露点が−４０℃以下、好ましくは−６０℃以下）雰囲気で搬送、保存等するのが好ましい。
【００６１】
または、ステンレス合金等の透水性の低い材料で形成された保護材で覆ってもよく、またその保護材とターゲットの間隙に上述のガスを導入しても良い。酸素ガスまたはＮ２Ｏガスには、水、水素などが含まれないことが好ましい。または、酸素ガス、窒素ガスまたはＮ２Ｏガスの純度を、６Ｎ（９９．９９９９％）以上、好ましくは７Ｎ（９９．９９９９９％）以上とすることが好ましい。
【００６２】
以上により、本実施の形態のスパッタリングターゲットを製造することができる。本実施の形態で示すスパッタリングターゲットは、製造工程において、それぞれ精製した高純度の材料を用いることで不純物の含有量の少ないものとすることができる。また、当該ターゲットを用いて作製された酸化物半導体膜が含有する不純物の濃度も低減することができる。
【００６３】
本実施の形態においては、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ−Ｎ系化合物用スパッタリングターゲットの製造方法を説明したが、同様に、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ−Ｎ系化合物用スパッタリングターゲット、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｚｎ−Ｏ−Ｎ系化合物用スパッタリングターゲット、Ｉｎ−Ａｌ−Ｚｎ−Ｏ−Ｎ系化合物用スパッタリングターゲット、Ｓｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ−Ｎ系化合物用スパッタリングターゲット、Ａｌ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ−Ｎ系化合物用スパッタリングターゲット、Ｓｎ−Ａｌ−Ｚｎ−Ｏ−Ｎ系化合物用スパッタリングターゲット、Ｉｎ−Ｚｎ−Ｏ−Ｎ系化合物用スパッタリングターゲット、Ｓｎ−Ｚｎ−Ｏ−Ｎ系化合物用スパッタリングターゲット、Ａｌ−Ｚｎ−Ｏ−Ｎ系化合物用スパッタリングターゲットなどを製造することもできる。
【００６４】
また、本実施の形態では、窒化物として、窒化インジウムと窒化ガリウムを用いたが、窒化亜鉛を用いることもできる。窒化亜鉛は亜鉛粉末をアンモニア雰囲気中で加熱することにより得られる。なお、窒化亜鉛も窒化インジウムと同様に水と反応して分解するので、取り扱いは不活性ガス中でおこなうことが好ましい。
【００６５】
また、上記スパッタリングターゲットの製造においては、一連の工程は大気にさらさず高純度不活性ガス雰囲気（窒素または希ガス雰囲気）下あるいは高純度酸素雰囲気下、あるいは高純度不活性ガスと高純度酸素の混合雰囲気下でおこなうことが好ましい。なお、スパッタリングターゲットをスパッタリング装置に取り付ける際も、大気にさらさず不活性ガス雰囲気（窒素または希ガス雰囲気）下等でおこなうことで、スパッタリングターゲットに水素や水分やアルカリ金属等が付着することを防ぐことができる。
【００６６】
さらに、スパッタリングターゲットをスパッタ装置に取り付けた後、ターゲット表面やターゲット材料中に残存している水素や水を除去するために加熱処理をおこなうことが好ましい。加熱処理としては成膜チャンバー内を減圧下で２００℃〜６００℃に加熱する方法や、加熱しながら窒素や不活性ガスの導入と排気を繰り返す方法等がある。
【００６７】
また、スパッタリングターゲットを取り付けるスパッタリング装置は、リークレートが１×１０−１０Ｐａ・ｍ３／秒以下であり、排気手段としてクライオポンプを用いて、作製する膜への水の混入を減らし、逆流防止を図る装置を具備していることが好ましい。
【００６８】
（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一形態を、図３乃至図５を用いて説明する。
【００６９】
図３には、本発明の一態様の半導体装置の例として、トップゲートトップコンタクト型であるトランジスタ１５１の上面図及び断面図を示す。ここで、図３（Ａ）は上面図であり、図３（Ｂ）及び図３（Ｃ）はそれぞれ、図３（Ａ）におけるＡ−Ｂ断面及びＣ−Ｄ断面における断面図である。なお、図３（Ａ）では、煩雑になることを避けるため、トランジスタ１５１の構成要素の一部（例えば、ゲート絶縁層１１２など）を省略している。
【００７０】
図３に示すトランジスタ１５１は、基板１００上の、絶縁層１０２、酸化物半導体層１０６、ソース電極１０８ａ、ドレイン電極１０８ｂ、ゲート絶縁層１１２、第１のゲート電極層１１４および第２のゲート電極層１１５を含む。
【００７１】
第１のゲート電極層１１４はゲート絶縁層１１２と接し、インジウムと窒素を含むバンドギャップが２．８電子ボルト未満、好ましくは、２．３電子ボルト未満であるＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ−Ｎ系化合物よりなり、その厚さは５ｎｍ以上２００ｎｍ以下とする。
【００７２】
上記Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ−Ｎ系化合物は金属に比べると導電性が劣るため、第１のゲート電極層１１４の上に、導電性の良好な金属あるいは金属窒化物等により第２のゲート電極層１１５を設けるとよい。もちろん、第１のゲート電極層１１４で十分な導電性が得られるのであれば、第２のゲート電極層１１５を設けなくてもよい。
【００７３】
なお、第１のゲート電極層１１４の厚さを５ｎｍ未満とすると、トランジスタの特性が上記Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ−Ｎ系化合物の仕事関数ではなく、第２のゲート電極層１１５の仕事関数の影響を受けるため、第１のゲート電極層１１４の厚さを５ｎｍ未満とすることは好ましくない。
【００７４】
絶縁層１０２の材料には、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、酸化アルミニウムまたはこれらの混合材料などを用いればよい。また、絶縁層１０２には、前述の材料と酸化シリコン、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、窒化アルミニウムまたはこれらの混合材料などを積層して用いてもよい。
【００７５】
例えば、絶縁層１０２を窒化シリコン層と酸化シリコン層の積層構造とすると、基板１００などからトランジスタ１５１への水分の混入を防ぐことができる。絶縁層１０２を積層構造で形成する場合、酸化物半導体層１０６と接する側を酸化シリコン、酸化窒化シリコン、酸化アルミニウム、これらの混合材料などの酸化物層とするとよい。
【００７６】
なお、絶縁層１０２はトランジスタ１５１の下地層として機能する。絶縁層１０２は加熱により酸素放出可能であることが好ましい。「酸素放出可能」とは、Ｏ２の放出量が１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上、好ましくは３×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上であることを指す。
【００７７】
酸化物半導体層１０６に用いる材料としては、四元系金属酸化物であるＩｎ−Ｓｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系化合物や、三元系金属酸化物であるＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系化合物、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｚｎ−Ｏ系化合物、Ｉｎ−Ａｌ−Ｚｎ−Ｏ系化合物、Ｓｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系化合物、Ａｌ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系化合物、Ｓｎ−Ａｌ−Ｚｎ−Ｏ系化合物や、二元系金属酸化物であるＩｎ−Ｚｎ−Ｏ系化合物、Ｓｎ−Ｚｎ−Ｏ系化合物、Ａｌ−Ｚｎ−Ｏ系化合物、Ｚｎ−Ｍｇ−Ｏ系化合物、Ｓｎ−Ｍｇ−Ｏ系化合物、Ｉｎ−Ｍｇ−Ｏ系化合物、Ｉｎ−Ｇａ−Ｏ系化合物や、Ｉｎ−Ｏ系化合物、Ｓｎ−Ｏ系化合物、Ｚｎ−Ｏ系化合物などを用いることができる。また、上記の材料にシリコンを含ませてもよい。
【００７８】
本実施の形態では、酸化物半導体として、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系化合物を採用する。すなわち、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系化合物をスパッタリングターゲットとしてスパッタリング法により形成する。
【００７９】
酸化物半導体層１０６と下地である絶縁層１０２とが接することで、絶縁層１０２と酸化物半導体層１０６との界面準位及び酸化物半導体層１０６中の酸素欠損を低減することができる。上記界面準位の低減により、ゲート電極に高い電圧を印加した際のしきい値変動を小さくすることができる。
【００８０】
ゲート絶縁層１１２は、絶縁層１０２と同様の構成とすることができ、加熱により酸素放出可能な絶縁層であることが好ましい。このとき、トランジスタのゲート絶縁層として機能することを考慮して、酸化ハフニウムや酸化アルミニウムなどの比誘電率が高い材料を採用してもよい。また、ゲート耐圧や酸化物半導体とゲート絶縁層１１２の間の界面状態などを考慮し、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化シリコンに酸化ハフニウムや酸化アルミニウムなどの比誘電率の高い材料を積層してもよい。
【００８１】
トランジスタ１５１上には、さらに保護絶縁層が設けられていてもよい。保護絶縁層は、絶縁層１０２と同様の構成とすることができる。例えば、厚さ２００ｎｍ乃至５００ｎｍの酸化シリコンと厚さ１０ｎｍ乃至５０ｎｍの酸化アルミニウムの積層とするとよい。また、ソース電極１０８ａやドレイン電極１０８ｂと配線とを電気的に接続させるために、絶縁層１０２、ゲート絶縁層１１２などには開口部が形成されていてもよい。また、酸化物半導体層１０６の下方に、さらに、別のゲート電極を有していてもよい。なお、酸化物半導体層１０６は島状に加工されていることが好ましいが、島状に加工されていなくてもよい。
【００８２】
図４（Ａ）及び（Ｂ）には、トランジスタ１５１とは異なる構成のトランジスタの断面構造を示す。図４（Ａ）に示すトランジスタ１５２は、絶縁層１０２、酸化物半導体層１０６、ソース電極１０８ａ、ドレイン電極１０８ｂ、ゲート絶縁層１１２、第１のゲート電極層１１４、第２のゲート電極層１１５を含む点で、トランジスタ１５１と共通している。
【００８３】
トランジスタ１５２とトランジスタ１５１との相違は、酸化物半導体層１０６と、ソース電極１０８ａやドレイン電極１０８ｂが接続する位置である。即ち、トランジスタ１５２では、酸化物半導体層１０６の下部において、酸化物半導体層１０６と、ソース電極１０８ａやドレイン電極１０８ｂとが接している。その他の構成要素については、図３のトランジスタ１５１と同様である。
【００８４】
図４（Ｂ）に示すトランジスタ１５３は、絶縁層１０２、ゲート絶縁層１１２、第１のゲート電極層１１４、第２のゲート電極層１１５、ソース電極１０８ａ、ドレイン電極１０８ｂを含む点で、トランジスタ１５１及びトランジスタ１５２と共通している。
【００８５】
トランジスタ１５３は、同一平面上の酸化物半導体層中にチャネル領域１２６、ソース領域１２２ａ、ドレイン領域１２２ｂを形成する点でトランジスタ１５１及びトランジスタ１５２との相違がある。ソース領域１２２ａ及びドレイン領域１２２ｂには、保護絶縁層１２４に設けられた開口部を介して、それぞれソース電極１０８ａ及びドレイン電極１０８ｂが接続される。
【００８６】
下地である絶縁層１０２は、トランジスタ１５１と同様の構成とすることができる。酸化物半導体層が形成された後、ゲート絶縁層１１２及び第１のゲート電極層１１４、第２のゲート電極層１１５を形成する。第１のゲート電極層１１４、第２のゲート電極層１１５とゲート絶縁層１１２は同一のマスクを使用して加工することができる。あるいは、第１のゲート電極層１１４と第２のゲート電極層１１５を加工した後、第１のゲート電極層１１４と第２のゲート電極層１１５をマスクに用いてゲート絶縁層１１２を加工してもよい。
【００８７】
また、ソース領域１２２ａ及びドレイン領域１２２ｂは第１のゲート電極層１１４、第２のゲート電極層１１５をマスクに用い、酸化物半導体層を低抵抗化して形成する。第１のゲート電極層１１４下の領域はチャネル領域１２６となる。
【００８８】
以下、図５（Ａ）乃至図５（Ｅ）を用いて、図３に示すトランジスタ１５１の作製工程の一例について説明する。
【００８９】
まず、基板１００上に絶縁層１０２を形成する（図５（Ａ）参照）。絶縁層１０２は、加熱により酸素放出可能であることが好ましい。
【００９０】
基板１００の材質などに大きな制限はないが、少なくとも、後の熱処理に耐えうる程度の耐熱性を有している必要がある。例えば、ガラス基板、セラミック基板、石英基板、サファイア基板などを、基板１００として用いることができる。また、シリコンや炭化シリコンなどの単結晶半導体基板、多結晶半導体基板、シリコンゲルマニウムなどの化合物半導体基板、ＳＯＩ基板などを適用することも可能であり、これらの基板上に半導体素子が設けられたものを、基板１００として用いてもよい。
【００９１】
また、基板にトランジスタにとって好ましくない不純物が含まれている場合には、それらをブロッキングする機能を有する絶縁性の材料（例えば、窒化アルミニウム、酸化アルミニウム、窒化シリコン等）の膜を表面に設けることが望ましい。
【００９２】
絶縁層１０２の形成方法は、例えば、プラズマＣＶＤ法やスパッタリング法などを用いることができる。絶縁層１０２の材料には、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、酸化アルミニウムまたはこれらの混合材料などを用いればよい。また、絶縁層１０２には、前述の材料と酸化シリコン、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、窒化アルミニウムまたはこれらの混合材料などを積層して用いてもよい。
【００９３】
絶縁層１０２を積層構造で形成する場合、酸化物半導体層１０６と接する側を酸化シリコン、酸化窒化シリコン、酸化アルミニウム、これらの混合材料などのような酸化物層とするとよい。絶縁層１０２の合計の膜厚は、好ましくは２０ｎｍ以上、より好ましくは１００ｎｍ以上とする。
【００９４】
例えば、石英（好ましくは合成石英）をスパッタリングターゲットに用い、基板温度３０℃以上４５０℃以下（好ましくは７０℃以上２００℃以下）、基板とスパッタリングターゲットの間の距離を２０ｍｍ以上４００ｍｍ以下（好ましくは４０ｍｍ以上２００ｍｍ以下）、圧力を０．１Ｐａ以上４Ｐａ以下（好ましくは０．２Ｐａ以上１．２Ｐａ以下）、高周波電源を０．５ｋＷ以上１２ｋＷ以下（好ましくは１ｋＷ以上５ｋＷ以下）、成膜ガス中のＯ２／（Ｏ２＋Ａｒ）割合を１％以上１００％以下（好ましくは６％以上１００％以下）として、ＲＦスパッタリング法により酸化シリコン膜を形成する。
【００９５】
次に、絶縁層１０２上に酸化物半導体層を形成し、当該酸化物半導体層を加工して島状の酸化物半導体層１０６を形成する（図５（Ｂ）参照）。なお、絶縁層１０２及び酸化物半導体層１０６は、大気に触れさせることなく連続して成膜するのが好ましい。酸化物半導体層は、例えば、スパッタリング法、真空蒸着法、パルスレーザ堆積法、ＣＶＤ法などを用いて形成することができる。本実施の形態では、酸化物半導体層を、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系化合物の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形成する。また、酸化物半導体層の厚さは、３ｎｍ以上５０ｎｍ以下とすることが好ましい。
【００９６】
Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系化合物のスパッタリングターゲットとしては、例えば、組成比として、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：１［ｍｏｌ数比］の酸化物スパッタリングターゲットを用いることができる。なお、スパッタリングターゲットの材料及び組成を上述したものに限定する必要はない。例えば、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝２：２：１［ｍｏｌ数比］の組成比の酸化物スパッタリングターゲットを用いることもできる。
【００９７】
スパッタリングターゲットの相対密度は、９０％以上１００％以下、好ましくは９５％以上９９．９％以下とする。相対密度の高いスパッタリングターゲットを用いることにより、成膜した酸化物半導体層を緻密な層とすることができるためである。
【００９８】
成膜の雰囲気は、希ガス（代表的にはアルゴン）雰囲気下、酸素雰囲気下または希ガスと酸素の混合雰囲気下などとすればよい。また、酸化物半導体層への水素、水、水酸基、水素化物などの混入を防ぐために、水素、水、水酸基、水素化物などの不純物が十分に除去された高純度ガスを用いた雰囲気とすることが好ましい。
【００９９】
例えば、成膜条件の一例として、基板とスパッタリングターゲットの間との距離を６０ｍｍ、圧力を０．４Ｐａ、直流（ＤＣ）電源を０．５ｋＷ、成膜雰囲気をアルゴンと酸素の混合雰囲気（酸素流量比率３３％）とすることができる。なお、パルスＤＣスパッタリング法を用いると、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、厚さの分布も均一となるため好ましい。
【０１００】
このとき、基板温度を１００℃以上４５０℃以下、好ましくは１５０℃以上３５０℃以下とすることで絶縁層１０２から酸素が放出され、酸化物半導体層中の酸素欠損及び絶縁層１０２と酸化物半導体層との界面準位を低減することができる。
【０１０１】
なお、酸化物半導体層１０６をスパッタリング法により形成する前には、アルゴンガスを導入してプラズマを発生させる逆スパッタを行い、形成表面（例えば絶縁層１０２の表面）の付着物を除去してもよい。
【０１０２】
ここで、逆スパッタとは、通常のスパッタリングにおいては、スパッタターゲットにイオンを衝突させるところを、逆に、処理表面にイオンを衝突させることによってその表面を改質する方法のことをいう。処理表面にイオンを衝突させる方法としては、アルゴン雰囲気下で処理表面側に高周波電圧を印加して、被処理物付近にプラズマを生成する方法などがある。なお、アルゴン雰囲気に代えて窒素、ヘリウム、酸素などによる雰囲気を適用してもよい。
【０１０３】
酸化物半導体層１０６の加工は、所望の形状のマスクを酸化物半導体層上に形成した後、当該酸化物半導体層をエッチングすることによって行うことができる。上述のマスクは、フォトリソグラフィなどの方法を用いて形成することができる。または、インクジェット法などの方法を用いてマスクを形成してもよい。
【０１０４】
なお、酸化物半導体層のエッチングは、ドライエッチングでもウェットエッチングでもよい。もちろん、これらを組み合わせて用いてもよい。
【０１０５】
その後、酸化物半導体層１０６に対して、熱処理（第１の熱処理）を行うことが好ましい。この第１の熱処理によって酸化物半導体層１０６中の、過剰な水素（水や水酸基を含む）を除去し、かつ酸化物半導体の構造を整えることができる。第１の熱処理の温度は、１００℃以上６５０℃以下または基板の歪み点未満、好ましくは２５０℃以上６００℃以下とする。第１の熱処理の雰囲気は、酸化性ガス雰囲気下、もしくは不活性ガス雰囲気下とする。
【０１０６】
なお、不活性ガスとは、窒素または希ガス（ヘリウム、ネオン、アルゴンなど）を主成分とする雰囲気であって、水、水素などが含まれないことが好ましい。例えば、熱処理装置に導入する窒素や、ヘリウム、ネオン、アルゴンなどの希ガスの純度を、６Ｎ（９９．９９９９％）以上、好ましくは７Ｎ（９９．９９９９９％）以上（即ち、不純物濃度が１ｐｐｍ以下、好ましくは０．１ｐｐｍ以下）とする。不活性ガス雰囲気とは、不活性ガスを主成分とする雰囲気で、反応性ガスが１０ｐｐｍ未満である雰囲気のことである。
【０１０７】
なお、酸化性ガスとは、酸素、オゾンまたは二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、熱処理装置に導入する酸素、オゾン、二酸化窒素の純度を、６Ｎ（９９．９９９９％）以上、好ましくは７Ｎ（９９．９９９９９％）以上（即ち、不純物濃度が１ｐｐｍ以下、好ましくは０．１ｐｐｍ以下）とする。酸化性ガス雰囲気には、酸化性ガスを不活性ガスと混合して用いてもよく、酸化性ガスが少なくとも１０ｐｐｍ以上含まれるものとする。
【０１０８】
この第１の熱処理によって、絶縁層１０２から酸素が放出され、絶縁層１０２と酸化物半導体層１０６との界面準位及び酸化物半導体層１０６中の酸素欠損を低減することができる。上記界面準位の低減により、ゲートに高い電圧が印加された際のしきい値電圧変動を小さくし、信頼性の高いトランジスタを得られる。
【０１０９】
また、一般に、酸化物半導体中の酸素欠損はドナーとなり、キャリアである電子の発生源となることが知られている。酸化物半導体層１０６中の酸素欠損が埋められることで、ドナー濃度を低減できる。
【０１１０】
熱処理は、例えば、抵抗発熱体などを用いた電気炉に被処理物を導入し、窒素雰囲気下で、３５０℃、１時間の条件で行うことができる。この間、酸化物半導体層は大気に触れさせず、水や水素の混入が生じないようにする。
【０１１１】
熱処理装置は電気炉に限られず、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、被処理物を加熱する装置を用いてもよい。例えば、ＧＲＴＡ（ＧａｓＲａｐｉｄＴｈｅｒｍａｌＡｎｎｅａｌ）装置、ＬＲＴＡ（ＬａｍｐＲａｐｉｄＴｈｅｒｍａｌＡｎｎｅａｌ）装置などのＲＴＡ（ＲａｐｉｄＴｈｅｒｍａｌＡｎｎｅａｌ）装置を用いることができる。
【０１１２】
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。ガスとしては、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ガスが用いられる。
【０１１３】
例えば、第１の熱処理として、熱せられた不活性ガス雰囲気中に被処理物を投入し、数分間熱した後、当該不活性ガス雰囲気から被処理物を取り出すＧＲＴＡ処理を行ってもよい。ＧＲＴＡ処理を用いると短時間での高温熱処理が可能となる。また、被処理物の耐熱温度を超える温度条件であっても適用が可能となる。なお、処理中に、不活性ガス雰囲気を、酸化性ガスを含む雰囲気に切り替えてもよい。
【０１１４】
酸化性ガスを含む雰囲気において第１の熱処理を行うことで、酸化物半導体層１０６中の酸素欠損を埋めることができるとともに、酸素欠損に起因する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ためである。このような熱処理は、一回に限らず複数回行ってもよい。
【０１１５】
なお、ここでは、酸化物半導体層１０６を島状に加工した後に、第１の熱処理を行う構成について説明したが、これに限定されず、酸化物半導体層に第１の熱処理を行った後に、これをエッチングして、酸化物半導体層１０６を形成してもよい。
【０１１６】
次いで、絶縁層１０２及び酸化物半導体層１０６上に、ソース電極及びドレイン電極（これと同じ層で形成される配線を含む）を形成するための導電層を形成し、当該導電層を加工して、ソース電極１０８ａ及びドレイン電極１０８ｂを形成する（図５（Ｃ）参照）。なお、ここで形成されるソース電極１０８ａの端部とドレイン電極１０８ｂの端部との間隔によって、トランジスタのチャネル長Ｌが決定されることになる。
【０１１７】
ソース電極１０８ａ及びドレイン電極１０８ｂに用いる導電層としては、例えば、アルミニウム、クロム、銅、タンタル、チタン、モリブデン、タングステンから選ばれた元素を含む金属層または上述した元素を成分とする金属窒化物層（窒化チタン層、窒化モリブデン層、窒化タングステン層）などを用いることができる。また、アルミニウム、銅などの金属層の下側または上側の一方または双方にチタン、モリブデン、タングステンなどの高融点金属層またはこれらの金属窒化物層（窒化チタン層、窒化モリブデン層、窒化タングステン層）を積層させた構成を用いてもよい。
【０１１８】
また、ソース電極１０８ａ及びドレイン電極１０８ｂに用いる導電層は、導電性の金属酸化物あるいは金属酸窒化物で形成してもよい。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。
【０１１９】
なお、導電層のエッチングの際に、酸化物半導体層１０６の一部がエッチングされ、溝部（凹部）を有する酸化物半導体層となることもある。
【０１２０】
その後、酸素、オゾン、二酸化窒素などのガスを用いたプラズマ処理を行い、露出している酸化物半導体層１０６の表面を酸化し、酸素欠損を埋めてもよい。プラズマ処理を行った場合、当該プラズマ処理に続けて大気に触れさせることなく、酸化物半導体層１０６の一部に接するゲート絶縁層１１２を形成することが好ましい。
【０１２１】
次に、ソース電極１０８ａ及びドレイン電極１０８ｂを覆い、かつ、酸化物半導体層１０６の一部と接するように、ゲート絶縁層１１２を形成する（図５（Ｄ）参照）。
【０１２２】
ゲート絶縁層１１２は、絶縁層１０２と同様の構成とすることができる。ただし、トランジスタのゲート絶縁層として機能することを考慮して、酸化ハフニウムや酸化アルミニウムなどの比誘電率が高い材料を採用してもよい。また、ゲート耐圧や酸化物半導体とゲート絶縁層１１２の間の界面状態などを考慮し、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化シリコンに酸化ハフニウムや酸化アルミニウムなどの比誘電率の高い材料を積層してもよい。
【０１２３】
ゲート絶縁層１１２の合計の膜厚は、好ましくは１ｎｍ以上３００ｎｍ以下、より好ましくは５ｎｍ以上５０ｎｍ以下とする。ゲート絶縁層が厚いほどゲート電極に高い電圧を印加できるが、一方で短チャネル効果が顕著となり、しきい値電圧がマイナス側へシフトしやすい傾向となる。また、ゲート絶縁層が５ｎｍ以下となるとトンネル電流によるリークが増大することがわかっている。
【０１２４】
ゲート絶縁層１１２の形成後には、第２の熱処理を行うのが好ましい。第２の熱処理の温度は、２５０℃以上７００℃以下、好ましくは３５０℃以上６００℃以下とする。もちろん、温度は基板や成膜された材料の特性を考慮して変更してもよい。
【０１２５】
第２の熱処理は、酸化性ガス雰囲気下または不活性ガス雰囲気下で行えばよいが、雰囲気中に水、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０．１ｐｐｍ以下）とすることが好ましい。
【０１２６】
第２の熱処理においては、酸化物半導体層１０６と、ゲート絶縁層１１２が接した状態で加熱される。したがって、酸化物半導体を構成する主成分材料の一つである酸素を、酸素を含むゲート絶縁層１１２より酸化物半導体層１０６へ供給することができる。これによって、酸化物半導体層１０６の酸素欠損及び酸化物半導体層とゲート絶縁層１１２との界面準位を低減することができる。また、同時にゲート絶縁層１１２中の欠陥も低減することができる。
【０１２７】
なお、第２の熱処理のタイミングは、ゲート絶縁層１１２の形成後であれば特に限定されない。例えば、第２のゲート電極層１１５の形成後に第２の熱処理を行ってもよい。
【０１２８】
その後、第１のゲート電極層１１４および第２のゲート電極層１１５を形成する（図５（Ｅ）参照）。第１のゲート電極層の材料としては、実施の形態１で作製したＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ−Ｎ系化合物をスパッタリングターゲットとして得られるＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ−Ｎ系化合物膜を用いる。
【０１２９】
Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ−Ｎ系化合物膜の厚さは、１０ｎｍ以上５０ｎｍ以下とすることが好ましい。Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ−Ｎ系化合物のスパッタリングターゲットとしては、例えば、組成比として、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：１［ｍｏｌ数比］で、酸素と窒素の比率が７：１のものを用いることができる。なお、スパッタリングターゲットの組成を上述したものに限定する必要はない。例えば、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：２［ｍｏｌ数比］の組成比のスパッタリングターゲットを用いることもできる。
【０１３０】
成膜の雰囲気は、希ガス（代表的にはアルゴン）のみ、あるいは希ガスと窒素の混合雰囲気とするとよく、成膜レートを挙げるために、雰囲気中のアルゴン、クリプトン、キセノンの合計の比率を８０％以上含む雰囲気とするとよい。また、雰囲気中の酸素の濃度は５％以下とすることが好ましい。
【０１３１】
例えば、成膜条件の一例として、基板とスパッタリングターゲットの間との距離を６０ｍｍ、圧力を０．４Ｐａ、直流（ＤＣ）電源を０．５ｋＷ、成膜雰囲気をアルゴンと窒素の混合雰囲気（窒素流量比率１２．５％）とすることができる。
【０１３２】
第２のゲート電極層１１５は、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、スカンジウムなどの金属材料、これらの窒化物、またはこれらを主成分とする合金材料を用いて形成することができる。なお、第２のゲート電極層１１５は、単層構造としてもよいし、積層構造としてもよい。これらの金属をＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ−Ｎ系化合物膜上にスパッタリング法等の方法で堆積する。そして、所望の形状にエッチングして、第１のゲート電極層１１４および第２のゲート電極層１１５を形成する。以上の工程でトランジスタ１５１が作製される。
【０１３３】
本実施の形態では、第１のゲート電極層１１４として、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ−Ｎ系化合物を用いたが、これに限られず、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ−Ｎ系化合物、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｚｎ−Ｏ−Ｎ系化合物、Ｉｎ−Ａｌ−Ｚｎ−Ｏ−Ｎ系化合物、Ｓｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ−Ｎ系化合物、Ａｌ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ−Ｎ系化合物、Ｓｎ−Ａｌ−Ｚｎ−Ｏ−Ｎ系化合物、Ｉｎ−Ｚｎ−Ｏ−Ｎ系化合物、Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ−Ｎ系化合物、Ｓｎ−Ｚｎ−Ｏ−Ｎ系化合物、Ａｌ−Ｚｎ−Ｏ−Ｎ系化合物、Ｉｎ−Ｏ−Ｎ系化合物、Ｓｎ−Ｏ−Ｎ系化合物、Ｇａ−Ｏ−Ｎ系化合物、Ｚｎ−Ｏ−Ｎ系化合物などの酸窒化物を用いてもよい。また、そのために、それらの酸窒化物をスパッタリングターゲットとして用いることができる。
【０１３４】
また、本実施の形態では、酸化物半導体層にＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系化合物を用いたが、これに限られず、少なくともインジウム（Ｉｎ）あるいは亜鉛（Ｚｎ）を含む酸化物半導体を用いればよい。特にＩｎとＺｎ双方を含む酸化物半導体を用いることが好ましい。
【０１３５】
また、酸化物半導体を用いたトランジスタの電気特性のばらつきを減らすためのスタビライザーとして、それらに加えてガリウム（Ｇａ）を有することが好ましい。また、スタビライザーとしてスズ（Ｓｎ）を有することが好ましい。また、スタビライザーとしてハフニウム（Ｈｆ）を有することが好ましい。また、スタビライザーとしてアルミニウム（Ａｌ）を有することが好ましい。また、スタビライザーとしてチタン（Ｔｉ）を有することが好ましい。また、スタビライザーとしてジルコニウム（Ｚｒ）を有することが好ましい。
【０１３６】
また、他のスタビライザーとして、ランタノイドである、ランタン（Ｌａ）、セリウム（Ｃｅ）、プラセオジム（Ｐｒ）、ネオジム（Ｎｄ）、サマリウム（Ｓｍ）、ユウロピウム（Ｅｕ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、テルビウム（Ｔｂ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）、ホルミウム（Ｈｏ）、エルビウム（Ｅｒ）、ツリウム（Ｔｍ）、イッテルビウム（Ｙｂ）、ルテチウム（Ｌｕ）のいずれか一種あるいは複数種を有してもよい。
【０１３７】
例えば、酸化物半導体として、酸化インジウム、酸化スズ、酸化亜鉛、二元系金属の酸化物であるＩｎ−Ｚｎ−Ｏ系化合物、Ｓｎ−Ｚｎ−Ｏ系化合物、Ａｌ−Ｚｎ−Ｏ系化合物、Ｚｎ−Ｍｇ−Ｏ系化合物、Ｓｎ−Ｍｇ−Ｏ系化合物、Ｉｎ−Ｍｇ−Ｏ系化合物、Ｉｎ−Ｇａ−Ｏ系化合物、三元系金属の酸化物であるＩｎ−Ａｌ−Ｚｎ−Ｏ系化合物、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｚｎ−Ｏ系化合物、Ｓｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系化合物、Ａｌ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系化合物、Ｓｎ−Ａｌ−Ｚｎ−Ｏ系化合物、Ｉｎ−Ｈｆ−Ｚｎ−Ｏ系化合物、Ｉｎ−Ｔｉ−Ｚｎ−Ｏ系化合物、Ｉｎ−Ｚｒ−Ｚｎ−Ｏ系化合物、Ｉｎ−Ｌａ−Ｚｎ−Ｏ系化合物、Ｉｎ−Ｃｅ−Ｚｎ−Ｏ系化合物、Ｉｎ−Ｐｒ−Ｚｎ−Ｏ系化合物、Ｉｎ−Ｎｄ−Ｚｎ−Ｏ系化合物、Ｉｎ−Ｓｍ−Ｚｎ−Ｏ系化合物、Ｉｎ−Ｅｕ−Ｚｎ−Ｏ系化合物、Ｉｎ−Ｇｄ−Ｚｎ−Ｏ系化合物、Ｉｎ−Ｔｂ−Ｚｎ−Ｏ系化合物、Ｉｎ−Ｄｙ−Ｚｎ−Ｏ系化合物、Ｉｎ−Ｈｏ−Ｚｎ−Ｏ系化合物、Ｉｎ−Ｅｒ−Ｚｎ−Ｏ系化合物、Ｉｎ−Ｔｍ−Ｚｎ−Ｏ系化合物、Ｉｎ−Ｙｂ−Ｚｎ−Ｏ系化合物、Ｉｎ−Ｌｕ−Ｚｎ−Ｏ系化合物、四元系金属の酸化物であるＩｎ−Ｓｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系化合物、Ｉｎ−Ｈｆ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系化合物、Ｉｎ−Ａｌ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系化合物、Ｉｎ−Ｔｉ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系化合物、Ｉｎ−Ｚｒ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系化合物、Ｉｎ−Ｓｎ−Ａｌ−Ｚｎ−Ｏ系化合物、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｈｆ−Ｚｎ−Ｏ系化合物、Ｉｎ−Ｈｆ−Ａｌ−Ｚｎ−Ｏ系化合物を用いることができる。
【０１３８】
また、酸化物半導体として、ＩｎＭＯ３（ＺｎＯ）ｍ（ｍ＞０、且つ、ｍは整数でない）で表記される材料を用いてもよい。なお、Ｍは、Ｇａ、Ｆｅ、Ｍｎ及びＣｏから選ばれた一の金属元素または複数の金属元素を示す。また、酸化物半導体として、Ｉｎ２ＳｎＯ５（ＺｎＯ）ｎ（ｎ＞０、且つ、ｎは整数）で表記される材料を用いてもよい。
【０１３９】
また、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝２：２：１（＝２／５：２／５：１／５）の原子数比のＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系化合物やその組成の近傍の化合物を用いることができる。あるいは、Ｉｎ：Ｓｎ：Ｚｎ＝１：１：１（＝１／３：１／３：１／３）、Ｉｎ：Ｓｎ：Ｚｎ＝２：１：３（＝１／３：１／６：１／２）あるいはＩｎ：Ｓｎ：Ｚｎ＝２：１：５（＝１／４：１／８：５／８）の原子数比のＩｎ−Ｓｎ−Ｚｎ系化合物やその組成の近傍の化合物を用いるとよい。
【０１４０】
また、酸化物半導体としてＩｎ−Ｚｎ−Ｏ系の材料を用いる場合、用いるターゲットの組成比は、原子数比で、Ｉｎ：Ｚｎ＝５０：１〜１：２、好ましくはＩｎ：Ｚｎ＝２０：１〜１：１、さらに好ましくはＩｎ：Ｚｎ＝１５：１〜３：２とするとよい。さらに、Ｉｎ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物半導体の形成に用いるターゲットは、原子数比がＩｎ：Ｚｎ：Ｏ＝１：１：Ｘのとき、Ｘ＞１、好ましくはＸ＞１．５とすることができる。
【０１４１】
しかし、これらに限られず、必要とする半導体特性（移動度、しきい値、ばらつき等）に応じて適切な組成のものを用いればよい。また、必要とする半導体特性を得るために、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、原子間結合距離、密度等を適切なものとすることが好ましい。
【０１４２】
例えば、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｚｎ−Ｏ系化合物では比較的容易に高い移動度が得られる。しかしながら、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系化合物でも、バルク内欠陥密度を下げることにより移動度を上げることができる。
【０１４３】
なお、例えば、Ｉｎ、Ｇａ、Ｚｎの原子数比がＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝ａ：ｂ：ｃ（ａ＋ｂ＋ｃ＝１）であるＩｎ−Ｓｎ−Ｚｎ−Ｏ系化合物の組成が、原子数比がＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝Ａ：Ｂ：Ｃ（Ａ＋Ｂ＋Ｃ＝１）のＩｎ−Ｓｎ−Ｚｎ−Ｏ系化合物の組成の近傍であるとは、ａ、ｂ、ｃが、
（ａ―Ａ）２＋（ｂ―Ｂ）２＋（ｃ―Ｃ）２≦ｒ２
を満たすことをいい、ｒは、例えば、０．０５とすればよい。他の化合物でも同様である。
【０１４４】
酸化物半導体は単結晶でも、非単結晶でもよい。後者の場合、アモルファスでも、多結晶でもよい。また、アモルファス中に結晶性を有する部分を含む構造でも、非アモルファスでもよい。
【０１４５】
アモルファス状態の酸化物半導体は、比較的容易に平坦な表面を得ることができるため、これを用いてトランジスタを作製した際の界面散乱を低減でき、比較的容易に、比較的高い移動度を得ることができる。
【０１４６】
また、結晶性を有する酸化物半導体では、よりバルク内欠陥を低減することができ、酸化物半導体の表面の平坦性を高めればアモルファス状態の酸化物半導体以上の移動度を得ることができる。表面の平坦性を高めるためには、平坦な表面上に酸化物半導体を形成することが好ましく、具体的には、本実施の形態では絶縁層１０２の表面の平均面粗さ（Ｒａ）が１ｎｍ以下、好ましくは０．３ｎｍ以下、より好ましくは０．１ｎｍ以下の表面上に形成するとよい。
【０１４７】
なお、Ｒａは、ＪＩＳ  Ｂ０６０１で定義されている中心線平均粗さを面に対して適用できるよう三次元に拡張したものであり、「基準面から指定面までの偏差の絶対値を平均した値」と表現できる。
【０１４８】
（実施の形態３）
本実施の形態では、図６（Ａ）乃至図６（Ｅ）を用いて、図４（Ａ）に示すトランジスタ１５２の作製工程の一例について説明する。
【０１４９】
まず、基板１００上に絶縁層１０２を形成する（図６（Ａ）参照）。次に、絶縁層１０２上に、ソース電極及びドレイン電極（これと同じ層で形成される配線を含む）を形成するための導電層を形成し、当該導電層を加工して、ソース電極１０８ａ及びドレイン電極１０８ｂを形成する（図６（Ｂ）参照）。
【０１５０】
次に、絶縁層１０２上に、ソース電極１０８ａ及びドレイン電極１０８ｂと接続する酸化物半導体層を形成し、当該酸化物半導体層を加工して島状の酸化物半導体層１０６を形成する（図６（Ｃ）参照）。その後、トランジスタ１５１と同様に第１の熱処理を行ってもよい。
【０１５１】
次に、ソース電極１０８ａ及びドレイン電極１０８ｂを覆い、かつ、酸化物半導体層１０６の一部と接するように、ゲート絶縁層１１２を形成する（図６（Ｄ）参照）。
【０１５２】
その後、第１のゲート電極層１１４および第２のゲート電極層１１５を形成する（図６（Ｅ）参照）。第１のゲート電極層１１４としては、実施の形態１に示したＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ−Ｎ系化合物のスパッタリングターゲットを用いてスパッタリング法により形成すればよい。以上の工程でトランジスタ１５２が形成される。
【０１５３】
本実施の形態では、第１のゲート電極層１１４として、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ−Ｎ系化合物を用いたが、これに限られず、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ−Ｎ系化合物、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｚｎ−Ｏ−Ｎ系化合物、Ｉｎ−Ａｌ−Ｚｎ−Ｏ−Ｎ系化合物、Ｓｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ−Ｎ系化合物、Ａｌ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ−Ｎ系化合物、Ｓｎ−Ａｌ−Ｚｎ−Ｏ−Ｎ系化合物、Ｉｎ−Ｚｎ−Ｏ−Ｎ系化合物、Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ−Ｎ系化合物、Ｓｎ−Ｚｎ−Ｏ−Ｎ系化合物、Ａｌ−Ｚｎ−Ｏ−Ｎ系化合物、Ｉｎ−Ｏ−Ｎ系化合物、Ｓｎ−Ｏ−Ｎ系化合物、Ｇａ−Ｏ−Ｎ系化合物、Ｚｎ−Ｏ−Ｎ系化合物などの酸窒化物を用いてもよい。また、そのために、それらの酸窒化物をスパッタリングターゲットとして用いることができる。
【０１５４】
（実施の形態４）
本実施の形態では、図７（Ａ）乃至図７（Ｅ）を用いて、図４（Ｂ）に示すトランジスタ１５３の作製工程の一例について説明する。
【０１５５】
まず、基板１００上に絶縁層１０２を形成する（図７（Ａ）参照）。次に、絶縁層１０２上に、酸化物半導体層を形成し、当該酸化物半導体層を加工して島状の酸化物半導体層１０６を形成する（図７（Ｂ）参照）。
【０１５６】
次に、ゲート絶縁層１１２となるべき絶縁層および第１のゲート電極層１１４となるべきＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ−Ｎ系化合物膜と第２のゲート電極層１１５となるべき導電体膜を形成し、フォトリソグラフィにより同様のパターンに加工して、ゲート絶縁層１１２、第１のゲート電極層１１４、第２のゲート電極層１１５を得る（図７（Ｃ）参照）。Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ−Ｎ系化合物膜は、実施の形態１に示したＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ−Ｎ系化合物のスパッタリングターゲットを用いて窒素を含む雰囲気中でスパッタリング法により形成すればよい。
【０１５７】
次に、第１のゲート電極層１１４と第２のゲート電極層１１５をマスクに用いて酸化物半導体層１０６を低抵抗化し、ソース領域１２２ａ及びドレイン領域１２２ｂを形成する。低抵抗化されない第１のゲート電極層１１４と第２のゲート電極層１１５下の領域はチャネル領域１２６となる（図７（Ｄ）参照）。低抵抗化の方法としては、アルゴンプラズマ処理、水素プラズマ処理またはアンモニアプラズマ処理などが挙げられる。また、燐イオンやホウ素イオン等酸化されやすい元素のイオンを注入してもよい。
【０１５８】
このとき、第１のゲート電極層１１４と第２のゲート電極層１１５の幅によってトランジスタのチャネル長Ｌが決定されることになる。このように、第１のゲート電極層１１４と第２のゲート電極層１１５をマスクに用いてパターニングすることで、第１のゲート電極層１１４と第２のゲート電極層１１５とソース領域１２２ａ、ドレイン領域１２２ｂの重なりが生じず、この領域における寄生容量が生じないため、トランジスタ動作を速くすることができる。
【０１５９】
次に、保護絶縁層１２４を形成し、ソース領域１２２ａ及びドレイン領域１２２ｂと重畳する部分の保護絶縁層１２４に開口部を設ける。ソース電極及びドレイン電極（これと同じ層で形成される配線を含む）を形成するための導電層を形成し、当該導電層を加工して、ソース電極１０８ａ及びドレイン電極１０８ｂを形成する（図７（Ｅ）参照）。以上の工程でトランジスタ１５３が作製される。
【０１６０】
本実施の形態では、第１のゲート電極層１１４として、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ−Ｎ系化合物を用いたが、これに限られず、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ−Ｎ系化合物、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｚｎ−Ｏ−Ｎ系化合物、Ｉｎ−Ａｌ−Ｚｎ−Ｏ−Ｎ系化合物、Ｓｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ−Ｎ系化合物、Ａｌ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ−Ｎ系化合物、Ｓｎ−Ａｌ−Ｚｎ−Ｏ−Ｎ系化合物、Ｉｎ−Ｚｎ−Ｏ−Ｎ系化合物、Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ−Ｎ系化合物、Ｓｎ−Ｚｎ−Ｏ−Ｎ系化合物、Ａｌ−Ｚｎ−Ｏ−Ｎ系化合物、Ｉｎ−Ｏ−Ｎ系化合物、Ｓｎ−Ｏ−Ｎ系化合物、Ｇａ−Ｏ−Ｎ系化合物、Ｚｎ−Ｏ−Ｎ系化合物などの酸窒化物を用いてもよい。また、そのために、それらの酸窒化物をスパッタリングターゲットとして用いることができる。
【０１６１】
（実施の形態５）
本発明の一態様である半導体装置は、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などのカメラ、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半導体装置を具備する電子機器の例について説明する。
【０１６２】
図８（Ａ）は、ノート型のパーソナルコンピュータであり、本体３０１、筐体３０２、表示部３０３、キーボード３０４などによって構成されている。実施の形態２乃至４で示した半導体装置を適用することにより、特性が優れ、また、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。
【０１６３】
図８（Ｂ）は、携帯情報端末（ＰＤＡ）であり、本体３１１には表示部３１３と、外部インターフェイス３１５と、操作ボタン３１４などが設けられている。また操作用の付属品としてスタイラス３１２がある。実施の形態２乃至４で示した半導体装置を適用することにより、より特性が優れ、また、信頼性の高い携帯情報端末（ＰＤＡ）とすることができる。
【０１６４】
図８（Ｃ）は、電子書籍の一例を示している。例えば、電子書籍３２０は、筐体３２１及び筐体３２２の２つの筐体で構成されている。筐体３２１及び筐体３２２は、軸部３２５により一体とされており、該軸部３２５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。
【０１６５】
筐体３２１には表示部３２３が組み込まれ、筐体３２２には表示部３２４が組み込まれている。表示部３２３及び表示部３２４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８（Ｃ）では表示部３２３）に文章を表示し、左側の表示部（図８（Ｃ）では表示部３２４）に画像を表示することができる。実施の形態２乃至４で示した半導体装置を適用することにより、特性が優れ、また、信頼性の高い電子書籍とすることができる。
【０１６６】
また、図８（Ｃ）では、筐体３２１に操作部などを備えた例を示している。例えば、筐体３２１において、電源３２６、操作キー３２７、スピーカー３２８などを備えている。操作キー３２７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３２０は、電子辞書としての機能を持たせた構成としてもよい。
【０１６７】
また、電子書籍３２０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。
【０１６８】
図８（Ｄ）は、携帯電話であり、筐体３３０及び筐体３３１の二つの筐体で構成されている。筐体３３１には、表示パネル３３２、スピーカー３３３、マイクロフォン３３４、ポインティングデバイス３３６、カメラ用レンズ３３７、外部接続端子３３８などを備えている。また、筐体３３０には、携帯電話の充電を行う太陽電池セル３４０、外部メモリスロット３４１などを備えている。また、アンテナは筐体３３１内部に内蔵されている。実施の形態２乃至４で示した半導体装置を適用することにより、特性が優れ、また、信頼性の高い携帯電話とすることができる。
【０１６９】
また、表示パネル３３２はタッチパネルを備えており、図８（Ｄ）には映像表示されている複数の操作キー３３５を点線で示している。なお、太陽電池セル３４０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。
【０１７０】
表示パネル３３２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３３２と同一面上にカメラ用レンズ３３７を備えているため、テレビ電話が可能である。スピーカー３３３及びマイクロフォン３３４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３３０と筐体３３１は、スライドし、図８（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。
【０１７１】
外部接続端子３３８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３４１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。
【０１７２】
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。
【０１７３】
図８（Ｅ）は、デジタルビデオカメラであり、本体３５１、第１表示部３５５、接眼部３５３、操作スイッチ３５４、第２表示部３５７、バッテリー３５６などによって構成されている。実施の形態２乃至４で示した半導体装置を適用することにより、特性が優れ、また、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。
【０１７４】
図８（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３６０は、筐体３６１に表示部３６３が組み込まれている。表示部３６３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３６５により筐体３６１を支持した構成を示している。実施の形態２乃至４で示した半導体装置を適用することにより、特性が優れ、また、信頼性の高いテレビジョン装置３６０とすることができる。
【０１７５】
テレビジョン装置３６０の操作は、筐体３６１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。
【０１７６】
なお、テレビジョン装置３６０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。
【符号の説明】
【０１７７】
１０    バッキングプレート
１１    焼結体
１２    焼結体
１００    基板
１０２    絶縁層
１０６    酸化物半導体層
１０８ａ    ソース電極
１０８ｂ    ドレイン電極
１１２    ゲート絶縁層
１１４    第１のゲート電極層
１１５    第２のゲート電極層
１２２ａ    ソース領域
１２２ｂ    ドレイン領域
１２４    保護絶縁層
１２６    チャネル領域
１５１    トランジスタ
１５２    トランジスタ
１５３    トランジスタ
３０１    本体
３０２    筐体
３０３    表示部
３０４    キーボード
３１１    本体
３１２    スタイラス
３１３    表示部
３１４    操作ボタン
３１５    外部インターフェイス
３２０    電子書籍
３２１    筐体
３２２    筐体
３２３    表示部
３２４    表示部
３２５    軸部
３２６    電源
３２７    操作キー
３２８    スピーカー
３３０    筐体
３３１    筐体
３３２    表示パネル
３３３    スピーカー
３３４    マイクロフォン
３３５    操作キー
３３６    ポインティングデバイス
３３７    カメラ用レンズ
３３８    外部接続端子
３４０    太陽電池セル
３４１    外部メモリスロット
３５１    本体
３５３    接眼部
３５４    操作スイッチ
３５５    第１表示部
３５６    バッテリー
３５７    第２表示部
３６０    テレビジョン装置
３６１    筐体
３６３    表示部
３６５    スタンド
【図１】
0005933247.tif 000002
【図２】
0005933247.tif 000003
【図３】
0005933247.tif 000004
【図４】
0005933247.tif 000005
【図５】
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【図６】
0005933247.tif 000007
【図７】
0005933247.tif 000008
【図８】
0005933247.tif 000009