(57)【要約】【課題】酸化物半導体を用いた半導体装置において、より安定した電気的特性を付与し、信頼性の高い半導体装置を提供する。また、当該半導体装置の作製方法を提供する。【解決手段】ゲート電極と、ゲート電極上に形成されたゲート絶縁膜と、ゲート絶縁膜上に形成された酸化物半導体膜と、酸化物半導体膜上に形成されたソース電極およびドレイン電極と、保護膜と、を有し、該保護膜は金属酸化膜を有し、該金属酸化膜は、膜密度が３．２ｇ／ｃｍ３以上である。【選択図】図１
2018067721.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の金属酸化膜と、
前記第１の金属酸化膜上方のゲート電極と、
前記ゲート電極上方のゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜上方の第２の金属酸化膜と、
前記第２の金属酸化膜上方の酸化物半導体膜と、
前記酸化物半導体膜上方のソース電極及びドレイン電極と、
前記酸化物半導体膜上方、前記ソース電極上方、及び前記ドレイン電極上方の酸化物絶縁膜と、
前記酸化物絶縁膜上方の第３の金属酸化膜と、を有し、
前記酸化物半導体膜は、前記酸化物絶縁膜と接する領域を有し、
前記第１の金属酸化膜、前記第２の金属酸化膜、及び前記第３の金属酸化膜は、酸化アルミニウムを含む半導体装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記酸化物絶縁膜は、酸化シリコンを含む半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
半導体装置およ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の材料と
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、トランジスタに用いる半導体薄膜として、電子キャリア濃度が１０１８／ｃｍ
３未満であるインジウム（Ｉｎ）、ガリウム（Ｇａ）、および亜鉛（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（例えば、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】
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や水素の混入など
が生じることや酸化物半導体膜から酸素が抜けてしまうことによって、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、信頼性の高い半導体装置を提供することを課題の一とする。また、当該半導体装置の
作製方法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】
【０００８】
酸化物半導体膜を含む半導体装置において、酸化物半導体膜に接する保護膜に、金属酸
化膜を用いる。金属酸化膜は、酸化物半導体膜を構成する酸素以外の元素と同族からなる
元素を含む材料により形成する。また、金属酸化膜は、水や水素が酸化物半導体膜に侵入
し、拡散することを抑制することができる。また、酸化物半導体膜から酸素が抜けてしま
うことを抑制することができる。また、金属酸化膜と酸化物半導体膜とが接する構成にす
ると金属酸化膜と酸化物半導体膜の界面は、金属酸化膜と酸化物半導体膜とが同族の金属
元素を含んだ構成となるため、界面特性が非常に安定である。
【０００９】
また、酸化物半導体膜を含む半導体装置において、ボトムゲート構造のトランジスタを
形成する場合、酸化物半導体膜下の膜を、金属酸化膜とすると好ましい。酸化物半導体膜
に接して金属酸化膜を設けることにより、界面特性が非常に安定し、より優れた半導体装
置を提供することができる。
【００１０】
本発明の一態様は、ゲート電極と、ゲート電極上に形成されたゲート絶縁膜と、ゲート
絶縁膜上に形成された酸化物半導体膜と、酸化物半導体膜上に形成されたソース電極およ
びドレイン電極と、酸化物半導体膜、ソース電極およびドレイン電極上に形成された保護
膜と、を有し、保護膜は、酸化物絶縁膜上に金属酸化膜がある積層膜であり、金属酸化膜
は、膜密度が３．２ｇ／ｃｍ３以上である半導体装置である。
【００１１】
本発明の他の一態様は、ゲート電極と、ゲート電極上に形成されたゲート絶縁膜と、ゲ
ート絶縁膜上に形成された酸化物半導体膜と、酸化物半導体膜上に形成されたソース電極
およびドレイン電極と、酸化物半導体膜、ソース電極およびドレイン電極上に形成された
保護膜と、を有し、保護膜は、酸化物絶縁膜上に金属酸化膜がある積層膜であり、金属酸
化膜は、酸化アルミニウムを含む膜であり、金属酸化膜の膜密度が３．２ｇ／ｃｍ３以上
である半導体装置である。
【００１２】
また、上記構成において、保護膜の金属酸化膜に接して導電膜があると好ましい。
【００１３】
また、上記構成において、導電膜は、酸化亜鉛、インジウム錫酸化物、酸化チタン、ア
ルミニウムおよびチタンの中から、少なくともいずれか一種を含んでいると好ましい。
【００１４】
また、上記構成において、酸化物半導体膜は、インジウム、亜鉛、ガリウム、ジルコニ
ウム、スズ、ガドリニウム、チタンおよびセリウムの酸化物の中から、少なくともいずれ
か一種を含んでいると好ましい。
【００１５】
また、上記構成において、ゲート電極の下で接している下地絶縁膜を有し、下地絶縁膜
は、ゲート電極と接する面に金属酸化膜を有し、金属酸化膜の膜密度が３．２ｇ／ｃｍ３
以上であると好ましい。
【００１６】
また、本発明の他の一態様は、ゲート電極を形成し、ゲート電極上にゲート絶縁膜を形
成し、ゲート絶縁膜形成後に加熱処理し、ゲート絶縁膜上に酸化物半導体膜を形成し、酸
化物半導体膜上にソース電極およびドレイン電極を形成し、ソース電極およびドレイン電
極形成後に保護膜を形成し、保護膜は、酸化物絶縁膜上に金属酸化膜がある積層膜で形成
され、金属酸化膜は、膜密度が３．２ｇ／ｃｍ３以上である半導体装置の作製方法である
。
【００１７】
また、本発明の他の一態様は、ゲート電極を形成し、ゲート電極上にゲート絶縁膜を形
成し、ゲート絶縁膜形成後に加熱処理し、ゲート絶縁膜上に酸化物半導体膜を形成し、酸
化物半導体膜上にソース電極およびドレイン電極を形成し、ソース電極およびドレイン電
極形成後に保護膜を形成し、保護膜は、酸化物絶縁膜上に金属酸化膜がある積層膜で形成
され、金属酸化膜は、酸化アルミニウムを含む膜またはＧａ−Ｚｎ系酸化物膜であり、金
属酸化膜の膜密度が３．２ｇ／ｃｍ３以上である半導体装置の作製方法である。
【００１８】
また、上記作製方法において、保護膜の金属酸化膜に接して導電膜を形成すると好まし
い。
【００１９】
また、上記作製方法において、ゲート絶縁膜上に接して金属酸化膜が形成され、該金属
酸化膜は、膜密度が３．２ｇ／ｃｍ３以上であると好ましい。金属酸化膜は酸化アルミニ
ウム膜またはＧａ−Ｚｎ系酸化物膜であることが好ましい。
【発明の効果】
【００２０】
酸化物半導体を用いた半導体装置において、より安定した電気的特性を付与し、信頼性
の高い半導体装置を提供することができる。また、当該半導体装置の作製方法を提供する
ことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】半導体装置の一形態の断面を説明する図。
【図２】半導体装置の作製方法の一形態を説明する図。
【図３】半導体装置の作製方法の一形態を説明する図。
【図４】半導体装置の一形態の断面を説明する図。
【図５】半導体装置の一形態の平面を説明する図。
【図６】半導体装置の一形態の断面を説明する図。
【図７】半導体装置の一形態の断面を説明する図。
【図８】電子機器を説明する図。
【図９】実施例の金属酸化膜の一例を説明する図。
【図１０】酸化アルミニウム膜の膜密度測定の結果を示す図。
【図１１】実施例の金属酸化膜の一例を説明する図。
【図１２】ＳＩＭＳ分析の測定結果を示す図。
【図１３】実施例の金属酸化膜の一例を説明する図。
【図１４】ＴＤＳ分析の測定結果を示す図。
【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。
【００２３】
以下に説明する実施の形態において、同じものを指す符号は異なる図面間で共通して用
いる場合がある。なお、図面において示す構成要素、すなわち層や領域等の厚さ、幅、相
対的な位置関係等は、実施の形態において説明する上で明確性のために誇張して示される
場合がある。
【００２４】
なお、本明細書等における「第１」、「第２」、「第３」などの序数詞は、構成要素の
混同を避けるために付すものであり、数的に限定するものではないことを付記する。
【００２５】
また、本明細書等において「電極」や「配線」という用語は、これらの構成要素を機能
的に限定するものではない。例えば、「電極」は「配線」の一部として用いられることが
あり、その逆もまた同様である。さらに、「電極」や「配線」という用語は、複数の「電
極」や「配線」が一体となって形成されている場合なども含む。
【００２６】
また、「ソース」や「ドレイン」の機能は、異なる極性のトランジスタを採用する場合
や、回路動作において電流の方向が変化する場合などには入れ替わることがある。このた
め、本明細書等においては、「ソース」や「ドレイン」という用語は、入れ替えて用いる
ことができるものとする。
【００２７】
また、本明細書等において、平均面粗さ（Ｒａ）とは、ＪＩＳ  Ｂ  ０６０１：２００
１（ＩＳＯ４２８７：１９９７）で定義されている算術平均粗さを、曲面に対して適用で
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
値で表現される。
【００２８】
そして、平均面粗さ（Ｒａ）は、指定面をＺ０＝ｆ（ｘ，ｙ）で表すとき、基準面から
指定面までの偏差の絶対値を平均した値で表現され、次の式（１）で与えられる。
【００２９】
【数１】
2018067721.tif 000003
【００３０】
ここで、指定面とは、粗さ計測の対象となる面であり、座標（ｘ１，ｙ１，ｆ（ｘ１，
ｙ１））、（ｘ１，ｙ２，ｆ（ｘ１，ｙ２））、（ｘ２，ｙ１，ｆ（ｘ２，ｙ１））、（
ｘ２，ｙ２，ｆ（ｘ２，ｙ２））で表される４点により囲まれる四角形の領域とし、指定
面をｘｙ平面に投影した長方形の面積をＳ０、基準面の高さ（指定面の平均の高さ）をＺ
０とする。平均面粗さ（Ｒａ）は原子間力顕微鏡（ＡＦＭ：Ａｔｏｍｉｃ  Ｆｏｒｃｅ  
Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）にて測定可能である。
【００３１】
（実施の形態１）
本実施の形態は、本発明の一態様であるトランジスタを有する半導体装置およびその作
製方法について、図１乃至図３を用いて説明する。
【００３２】
＜本実施の形態における半導体装置の構成＞
図１は酸化物半導体膜を有する半導体装置の断面図である。図１に示すトランジスタ１
５０は、下地絶縁膜１０４が設けられた絶縁表面を有する基板１０２上に形成されたゲー
ト電極１０６と、下地絶縁膜１０４およびゲート電極１０６上に形成されたゲート絶縁膜
１０８と、ゲート絶縁膜１０８上に形成された酸化物半導体膜１１０と、ゲート絶縁膜１
０８および酸化物半導体膜１１０上に形成されたソース電極１１２ａおよびドレイン電極
１１２ｂと、酸化物半導体膜１１０、ソース電極１１２ａおよびドレイン電極１１２ｂ上
に形成された保護膜１１４と、を有し、保護膜１１４は、酸化物絶縁膜１１４ａと、金属
酸化膜１１４ｂと、の積層膜を用いている。
【００３３】
金属酸化膜１１４ｂは、酸化物半導体膜１１０を構成する元素の一つと同族の１２族の
元素、１３族の元素もしくは１３族の元素と同様の性質を示す３族の元素を含む材料で形
成する。例えば、酸化物半導体膜１１０がインジウム（Ｉｎ）および亜鉛（Ｚｎ）の酸化
物を含む酸化物半導体材料である場合、金属酸化膜１１４ｂは亜鉛と同じ族に属する元素
、すなわち１２族の元素でなる絶縁性の金属酸化膜、またはインジウムと同じ族に属する
元素、すなわち１３族の元素、若しくは１３族の元素と同様の性質を示す３族の元素でな
る絶縁性の金属酸化膜を用いることが好ましい。３族の元素としてランタノイド系の元素
、例えば、セリウム（Ｃｅ）やガドリニウム（Ｇｄ）の酸化膜を用いると良い。金属酸化
膜１１４ｂとして酸化アルミニウム膜、酸化ガリウム膜、酸化亜鉛膜、Ｇａ−Ｚｎ系酸化
物膜は好適な一例として選択することができる。
【００３４】
また、金属酸化膜１１４ｂは、特に膜密度が３．２ｇ／ｃｍ３以上、さらに好ましくは
３．６ｇ／ｃｍ３以上の酸化アルミニウム膜を用いるとよい。金属酸化膜１１４ｂとして
、酸化アルミニウム膜を用い、当該酸化アルミニウム膜の膜密度を上記数値とすることで
、水や水素が酸化物半導体膜に侵入し、拡散することを抑制することができる。また、酸
化物半導体膜から酸素が抜けてしまうことを抑制することができる。
【００３５】
＜本実施の形態における半導体装置の作製方法＞
トランジスタ１５０の作製方法について図２および図３を用いて説明する。
【００３６】
まず、基板１０２上に下地絶縁膜１０４を形成する。
【００３７】
基板１０２としては、アルミノシリケートガラス、アルミノホウケイ酸ガラス、バリウ
ムホウケイ酸ガラスなどのガラス材料を用いる。量産する上では、基板１０２は、第８世
代（２１６０ｍｍ×２４６０ｍｍ）、第９世代（２４００ｍｍ×２８００ｍｍ、または２
４５０ｍｍ×３０５０ｍｍ）、第１０世代（２９５０ｍｍ×３４００ｍｍ）等のマザーガ
ラスを用いることが好ましい。マザーガラスは、処理温度が高く、処理時間が長いと大幅
に収縮するため、マザーガラスを使用して量産を行う場合、作製工程の加熱処理は、７０
０℃以下、好ましくは４５０℃以下、さらに好ましくは３５０℃以下とすることが望まし
い。
【００３８】
下地絶縁膜１０４は、プラズマＣＶＤ法またはスパッタリング法を用いて５０ｎｍ以上
６００ｎｍ以下の膜厚で、酸化シリコン膜、酸化ガリウム膜、酸化アルミニウム膜、窒化
シリコン膜、酸化窒化シリコン膜、酸化窒化アルミニウム膜、または窒化酸化シリコン膜
から選ばれた一層またはこれらの積層膜を用いる。下地絶縁膜１０４により、基板１０２
側からの不純物の侵入を抑制することができる。なお、下地絶縁膜１０４が不要な場合、
例えば、基板１０２の表面吸着した水分、および基板１０２に含有する水分が少ない場合
には下地絶縁膜１０４を設けない構成としてもよい。
【００３９】
また、後に形成されるゲート電極１０６に接する金属酸化膜を設けると良い。特に膜密
度が３．２ｇ／ｃｍ３以上、さらに好ましくは３．６ｇ／ｃｍ３以上の酸化アルミニウム
膜を設けるとよい。酸化アルミニウム膜の膜厚は、３０ｎｍ以上１５０ｎｍ以下、好まし
くは５０ｎｍ以上１００ｎｍ以下であるとよい。当該酸化アルミニウム膜の膜密度を上記
数値とすることで、水や水素が酸化物半導体膜に侵入し、拡散することを抑制することが
できる。また、酸化物半導体膜から酸素が抜けてしまうことを抑制することができる。
【００４０】
なお、本明細書中において、酸化窒化シリコンなどの「酸化窒化物」とは、その組成と
して、窒素よりも酸素の含有量が多いものをいう。
【００４１】
なお、本明細書中において、窒化酸化シリコンなどの「窒化酸化物」とは、その組成と
して、酸素よりも窒素の含有量が多いものをいう。
【００４２】
次に、下地絶縁膜１０４上に、導電膜を形成した後、フォトリソグラフィ工程およびエ
ッチング工程によりゲート電極１０６を形成する（図２（Ａ）参照）。ゲート電極１０６
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、およびスカンジウム等の金属材料、または、これらを含む合金材
料を用いて、単層、または積層して形成することができる。
【００４３】
次に、下地絶縁膜１０４およびゲート電極１０６上にゲート絶縁膜１０８を形成する（
図２（Ｂ）参照）。本実施の形態においては、ゲート絶縁膜１０８として、酸化窒化シリ
コン膜を用いることができる。
【００４４】
酸化窒化シリコン膜は、プラズマＣＶＤ装置を用いて、真空中で連続して形成すること
ができる。
【００４５】
酸化窒化シリコン膜は、例えば、ＳｉＨ４、Ｎ２Ｏ、ＮＨ３、Ｎ２等のガスを用いて形
成することができる。
【００４６】
また、ゲート絶縁膜１０８は化学量論比より酸素の含有量が過剰な領域が含まれている
のが好ましい。この場合、酸素の含有量は、ゲート絶縁膜１０８の化学量論比を超える程
度とする。例えば、組成がＳｉＯｘ（ｘ＞０）で表現される酸化シリコン膜の場合、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を超える酸素過剰領域を有
する酸化シリコン膜を用いることが好ましい。このような酸素過剰領域は、酸化シリコン
膜の一部（界面も含む）に存在していればよい。
【００４７】
後に形成される酸化物半導体膜１１０と接するゲート絶縁膜１０８が化学量論比より酸
素の含有量が過剰な領域を有していると、酸化物半導体膜１１０からこれと接するゲート
絶縁膜１０８への酸素の移動を抑制することができ、かつ、酸化物半導体膜１１０と接す
るゲート絶縁膜１０８から酸化物半導体膜１１０への酸素の供給を行うこともできるため
である。
【００４８】
次に、酸化窒化シリコン膜が形成された基板１０２に対して、水分や水素などを除去す
るための加熱処理を行う。
【００４９】
なお、加熱処理としては、電気炉、もしくは抵抗発熱体などの発熱体からの熱伝導また
は熱輻射によって、被処理物を加熱する装置を用いることができる。例えば、ＬＲＴＡ（
Ｌａｍｐ  Ｒａｐｉｄ  Ｔｈｅｒｍａｌ  Ａｎｎｅａｌ）装置、ＧＲＴＡ（Ｇａｓ  Ｒａ
ｐｉｄ  Ｔｈｅｒｍａｌ  Ａｎｎｅａｌ）装置等のＲＴＡ（Ｒａｐｉｄ  Ｔｈｅｒｍａｌ
Ａｎｎｅａｌ）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加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、加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。
【００５０】
例えば、加熱処理として、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を、酸素を含
むガスに切り替えても良い。酸素を含む雰囲気において加熱処理を行うことで、膜中の欠
陥密度を低減することができる。
【００５１】
なお、不活性ガス雰囲気としては、窒素、または希ガス（ヘリウム、ネオン、アルゴン
等）を主成分とする雰囲気であって、水分、水素などが含まれない雰囲気を適用するのが
望ましい。例えば、熱処理装置に導入する窒素や、ヘリウム、ネオン、アルゴン等の希ガ
スの純度を、６Ｎ（９９．９９９９％）以上、好ましくは７Ｎ（９９．９９９９９％）以
上（すなわち、不純物濃度が１ｐｐｍ以下、好ましくは０．１ｐｐｍ以下）とする。
【００５２】
加熱処理温度は、基板１０２として、マザーガラスを用いた場合、処理温度が高く、処
理時間が長いと大幅に収縮するため、２００℃以上４５０℃以下、さらに好ましくは、２
５０℃以上３５０℃以下である。
【００５３】
なお、加熱処理を行うことで、酸化窒化シリコン膜中の水や水素等の不純物を除去する
ことができる。また、当該加熱処理により、膜中の欠陥密度を低減することができる。酸
化窒化シリコン膜は、膜中の不純物、または膜中の欠陥密度が低減することにより、半導
体装置の信頼性が向上する。例えば、半導体装置の信頼性試験の一つである光負バイアス
ストレス試験における半導体装置の劣化を抑制させることができる。
【００５４】
ところで、上述の加熱処理には水分や水素などを除去する効果があるから、当該加熱処
理を、脱水化処理や、脱水素化処理などと呼ぶこともできる。また、このような脱水化処
理、脱水素化処理は、一回に限らず複数回行っても良い。
【００５５】
次に、酸化物半導体膜１１０を形成する（図２（Ｃ）参照）。
【００５６】
酸化物半導体膜１１０を形成する酸化物半導体としては、不純物が除去され、酸化物半
導体の主成分以外のキャリア供与体となる不純物が極力含まれないように高純度化するこ
とにより真性（ｉ型）化または実質的に真性（ｉ型）化された酸化物半導体を用いる。
【００５７】
酸化物半導体膜１１０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。
【００５８】
アモルファス状態の酸化物半導体膜は、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。
【００５９】
また、結晶性を有する酸化物半導体膜（結晶性酸化物半導体膜）では、よりバルク内欠
陥を低減することができ、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膜以
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
半導体膜を形成することが好ましく、具体的には、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。な
お、平均面粗さ（Ｒａ）が０に近いほど好ましい。
【００６０】
結晶性酸化物半導体膜における結晶状態は、結晶軸の方向が無秩序な状態でも、一定の
配向性を有する状態であってもよい。
【００６１】
また、酸化物半導体膜として、ＣＡＡＣ−ＯＳ（Ｃ  Ａｘｉｓ  Ａｌｉｇｎｅｄ  Ｃｒ
ｙｓｔａｌｌｉｎｅ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）膜を用いることができ
る。
【００６２】
ＣＡＡＣ−ＯＳ膜は、完全な単結晶ではなく、完全な非晶質でもない。ＣＡＡＣ−ＯＳ
膜は、非晶質相に結晶部および非晶質部を有する結晶−非晶質混相構造の酸化物半導体膜
である。なお、当該結晶部は、一辺が１００ｎｍ未満の立方体内に収まる大きさであるこ
とが多い。また、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ：Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ  Ｅｌｅｃｔｒ
ｏｎ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）による観察像では、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜に含まれる非晶質部
と結晶部との境界は明確ではない。また、ＴＥＭによってＣＡＡＣ−ＯＳ膜には粒界（グ
レインバウンダリーともいう）は確認できない。そのため、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜では、粒界
に起因する電子移動度の低下が抑制される。
【００６３】
ＣＡＡＣ−ＯＳ膜に含まれる結晶部は、ｃ軸がＣＡＡＣ−ＯＳ膜の被形成面の法線ベク
トルまたは表面の法線ベクトルに平行な方向に揃い、かつ、ａｂ面に垂直な方向から見て
三角形状または六角形状の原子配列を有し、金属原子および酸素原子を有する層が重なる
（なお、当該層の法線ベクトルがｃ軸方向である）。なお、異なる結晶部間で、それぞれ
ａ軸およびｂ軸の向きが異なっていてもよい。本明細書において、単に垂直と記載する場
合、８５°以上９５°以下の範囲も含まれることとする。また、単に平行と記載する場合
、−５°以上５°以下の範囲も含まれることとする。
【００６４】
なお、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜において、結晶部の分布が一様でなくてもよい。例えば、ＣＡ
ＡＣ−ＯＳ膜の形成過程において、酸化物半導体膜の表面側から結晶成長させる場合、被
形成面の近傍に対し、表面の近傍では結晶部の占める割合が高くなることがある。また、
ＣＡＡＣ−ＯＳ膜へ不純物を添加することにより、当該不純物添加領域において結晶部が
非晶質化することもある。
【００６５】
ＣＡＡＣ−ＯＳ膜に含まれる結晶部のｃ軸は、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜の被形成面の法線ベク
トルまたは表面の法線ベクトルに平行な方向に揃うため、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜の形状（被形
成面の断面形状または表面の断面形状）によっては互いに異なる方向を向くことがある。
なお、結晶部のｃ軸の方向は、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜が形成されたときの被形成面の法線ベク
トルまたは表面の法線ベクトルに平行な方向となる。結晶部は、成膜することにより、ま
たは成膜後に熱処理などの結晶化処理を行うことにより形成される。
【００６６】
ＣＡＡＣ−ＯＳ膜を用いたトランジスタは、可視光や紫外光の照射による電気特性の変
動が小さい。よって、当該トランジスタは、信頼性が高い。
【００６７】
ＣＡＡＣ−ＯＳ膜は、例えば、多結晶である酸化物半導体スパッタリング用ターゲット
を用い、スパッタリング法によって成膜する。当該スパッタリング用ターゲットにイオン
が衝突すると、スパッタリング用ターゲットに含まれる結晶領域がａ−ｂ面から劈開し、
ａ−ｂ面に平行な面を有する平板状またはペレット状のスパッタリング粒子として剥離す
ることがある。この場合、当該平板状のスパッタリング粒子が、結晶状態を維持したまま
基板に到達することで、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜を成膜することができる。
【００６８】
また、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜を成膜するために、以下の条件を適用することが好ましい。
【００６９】
成膜時の不純物混入を低減することで、不純物によって結晶状態が崩れることを抑制で
きる。例えば、成膜室内に存在する不純物濃度（水素、水、二酸化炭素および窒素など）
を低減すればよい。また、成膜ガス中の不純物濃度を低減すればよい。具体的には、露点
が−８０℃以下、好ましくは−１００℃以下である成膜ガスを用いる。
【００７０】
また、成膜時の基板加熱温度を高めることで、基板到達後にスパッタリング粒子のマイ
グレーションが起こる。具体的には、基板加熱温度を１００℃以上７４０℃以下、好まし
くは２００℃以上５００℃以下として成膜する。成膜時の基板加熱温度を高めることで、
平板状のスパッタリング粒子が基板に到達した場合、基板上でマイグレーションが起こり
、スパッタリング粒子の平らな面が基板に付着する。
【００７１】
また、成膜ガス中の酸素割合を高め、電力を最適化することで成膜時のプラズマダメー
ジを軽減すると好ましい。成膜ガス中の酸素割合は、３０体積％以上、好ましくは１００
体積％とする。
【００７２】
スパッタリング用ターゲットの一例として、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物ターゲットにつ
いて以下に示す。
【００７３】
ＩｎＯＸ粉末、ＧａＯＹ粉末およびＺｎＯＺ粉末を所定のｍｏｌ比で混合し、加圧処理
後、１０００℃以上１５００℃以下の温度で加熱処理をすることで多結晶であるＩｎ−Ｇ
ａ−Ｚｎ系酸化物ターゲットとする。なお、Ｘ、ＹおよびＺは任意の正数である。ここで
、所定のｍｏｌ比は、例えば、ＩｎＯＸ粉末、ＧａＯＹ粉末およびＺｎＯＺ粉末が、２：
２：１、８：４：３、３：１：１、１：１：１、４：２：３または３：１：２である。な
お、粉末の種類、およびその混合するｍｏｌ比は、作製するスパッタリング用ターゲット
によって適宜変更すればよい。
【００７４】
酸化物半導体膜１１０の膜厚は、１ｎｍ以上２００ｎｍ以下、好ましくは１５ｎｍ以上
３０ｎｍ以下とし、スパッタリング法、ＭＢＥ（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  Ｂｅａｍ  Ｅｐｉ
ｔａｘｙ）法、パルスレーザ堆積法、ＡＬＤ（Ａｔｏｍｉｃ  Ｌａｙｅｒ  Ｄｅｐｏｓｉ
ｔｉｏｎ）法等を適宜用いることができる。また、酸化物半導体膜１１０は、スパッタリ
ングターゲット表面に対し、概略垂直に複数の基板表面がセットされた状態で成膜を行う
スパッタ装置を用いて成膜してもよい。
【００７５】
なお、酸化物半導体の成膜を行う前に、成膜室の加熱および排気を行って、成膜室中の
水素、水、水酸基、水素化物などの不純物を除去しておくことが好ましい。特に成膜室の
内壁に吸着して存在するこれらの不純物を除去することが重要である。ここで、加熱処理
は、例えば、１００℃以上４５０℃以下で行えばよい。また、処理室の排気は、ドライポ
ンプなどの粗引きポンプと、スパッタイオンポンプ、ターボ分子ポンプおよびクライオポ
ンプなどの高真空ポンプとを適宜組み合わせて行うとよい。ターボ分子ポンプは大きいサ
イズの分子の排気が優れる一方、水分や水素の排気能力が低い。さらに、水分の排気能力
の高いクライオポンプまたは水素の排気能力の高いスパッタイオンポンプを組み合わせる
ことが有効となる。また、このとき、不活性ガスを導入しながら不純物の除去を行うと、
排気するだけでは脱離しにくい水分などの脱離速度をさらに大きくすることができる。こ
のような処理を行って酸化物半導体の成膜前に成膜室の不純物を除去することにより、酸
化物半導体膜１１０への水素、水、水酸基、水素化物などの混入を抑制することができる
。
【００７６】
用いる酸化物半導体としては、少なくともインジウム（Ｉｎ）あるいは亜鉛（Ｚｎ）を
含むことが好ましい。特にＩｎとＺｎを含むことが好ましい。また、該酸化物半導体を用
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（Ｓ
ｎ）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。
【００７７】
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。
【００７８】
例えば、酸化物半導体として、単元系金属の酸化物である酸化インジウム、酸化スズ、
酸化亜鉛、二元系金属の酸化物であるＩｎ−Ｚｎ系酸化物、Ｓｎ−Ｚｎ系酸化物、Ａｌ−
Ｚｎ系酸化物、Ｚｎ−Ｍｇ系酸化物、Ｓｎ−Ｍｇ系酸化物、Ｉｎ−Ｍｇ系酸化物、Ｉｎ−
Ｇａ系酸化物、三元系金属の酸化物であるＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物（ＩＧＺＯとも表記
する）、Ｉｎ−Ａｌ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｚｎ系酸化物、Ｓｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸
化物、Ａｌ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物、Ｓｎ−Ａｌ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｈｆ−Ｚｎ系酸化
物、Ｉｎ−Ｌａ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｃｅ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｐｒ−Ｚｎ系酸化物
、Ｉｎ−Ｎｄ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｓｍ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｅｕ−Ｚｎ系酸化物、
Ｉｎ−Ｇｄ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｔｂ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｄｙ−Ｚｎ系酸化物、Ｉ
ｎ−Ｈｏ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｅｒ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｔｍ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ
−Ｙｂ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｌｕ−Ｚｎ系酸化物、四元系金属の酸化物であるＩｎ−Ｓ
ｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｈｆ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ａｌ−Ｇａ−Ｚｎ系
酸化物、Ｉｎ−Ｓｎ−Ａｌ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｈｆ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｈ
ｆ−Ａｌ−Ｚｎ系酸化物を用いることができる。
【００７９】
なお、ここで、例えば、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物とは、ＩｎとＧａとＺｎを主成分と
して有する酸化物という意味であり、ＩｎとＧａとＺｎの比率は問わない。また、Ｉｎと
ＧａとＺｎ以外の金属元素が入っていてもよい。
【００８０】
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および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、Ｉｎ２Ｓｎ
Ｏ５（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。
【００８１】
例えば、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：１あるいはＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝２：２：１の原子
比のＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物やその組成の近傍の酸化物を用いることができる。あるい
は、Ｉｎ：Ｓｎ：Ｚｎ＝１：１：１、Ｉｎ：Ｓｎ：Ｚｎ＝２：１：３あるいはＩｎ：Ｓｎ
：Ｚｎ＝２：１：５の原子比のＩｎ−Ｓｎ−Ｚｎ系酸化物やその組成の近傍の酸化物を用
いるとよい。
【００８２】
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、
キャリア濃度や不純物濃度、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。
【００８３】
例えば、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｚｎ系酸化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系酸化物でも、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。
【００８４】
なお、例えば、Ｉｎ、Ｇａ、Ｚｎの原子数比がＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝ａ：ｂ：ｃ（ａ＋ｂ
＋ｃ＝１）である酸化物の組成が、原子数比がＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝Ａ：Ｂ：Ｃ（Ａ＋Ｂ＋
Ｃ＝１）の酸化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を満たすことをいう。ｒとしては、例えば、０．０５とすればよい
。他の酸化物でも同様である。
【００８５】
酸化物半導体としてＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ系の酸化物を用いる場合、用いるターゲットの組
成はＩｎ２Ｏ３：Ｇａ２Ｏ３：ＺｎＯ＝１：ｘ：ｙ［ｍｏｌ比］（ｘは０以上、ｙは０．
５以上５以下）を用いるのが好適である。例えば、Ｉｎ２Ｏ３：Ｇａ２Ｏ３：ＺｎＯ＝１
：１：２［ｍｏｌ比］の組成を有するターゲットなどを用いることができる。また、Ｉｎ
２Ｏ３：Ｇａ２Ｏ３：ＺｎＯ＝１：１：１［ｍｏｌ比］の組成を有するターゲットや、Ｉ
ｎ２Ｏ３：Ｇａ２Ｏ３：ＺｎＯ＝１：１：４［ｍｏｌ比］の組成を有するターゲットを用
いることもできる。
【００８６】
また、酸化物半導体としてＩｎ−Ｓｎ−Ｚｎ系の酸化物を用いる場合、用いるターゲッ
ト中の金属元素の原子数比は、Ｉｎ：Ｓｎ：Ｚｎ＝１：２：２、Ｉｎ：Ｓｎ：Ｚｎ＝２：
１：３、Ｉｎ：Ｓｎ：Ｚｎ＝１：１：１あるいはＩｎ：Ｓｎ：Ｚｎ＝２０：４５：３５な
どとすればよい。
【００８７】
また、酸化物半導体としてＩｎ−Ｚｎ系の酸化物を用いる場合、用いるターゲット中の
金属元素の原子数比は、Ｉｎ：Ｚｎ＝５０：１〜１：２（ｍｏｌ比に換算するとＩｎ２Ｏ
３：ＺｎＯ＝２５：１〜１：４）、好ましくはＩｎ：Ｚｎ＝２０：１〜１：１（ｍｏｌ比
に換算するとＩｎ２Ｏ３：ＺｎＯ＝１０：１〜１：２）、さらに好ましくはＩｎ：Ｚｎ＝
１５：１〜１．５：１（ｍｏｌ比に換算するとＩｎ２Ｏ３：ＺｎＯ＝１５：２〜３：４）
とする。例えば、Ｉｎ−Ｚｎ系の酸化物の形成に用いるターゲットは、原子数比がＩｎ：
Ｚｎ：Ｏ＝Ｘ：Ｙ：Ｚのとき、Ｚ＞１．５Ｘ＋Ｙとする。
【００８８】
なお、酸化物半導体膜１１０は、成膜時に酸素が多く含まれるような条件（例えば、酸
素１００％の雰囲気下でスパッタリング法により成膜を行うなど）で成膜して、酸素を多
く含む（好ましくは酸化物半導体が結晶状態における化学量論的組成に対し、酸素の含有
量が過剰な領域が含まれている）膜とすることが好ましい。
【００８９】
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。ここで、成膜時に希ガスより酸素の体積比
を大きくすることにより、酸化物半導体膜１１０に酸素を容易に供給することができ、酸
化物半導体膜１１０中の酸素欠損を低減することができる。また、酸化物半導体膜１１０
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望ましい。
【００９０】
酸化物半導体膜１１０成膜後、酸化物半導体膜１１０に対して、過剰な水素（水分や水
酸基を含む）を除去（脱水化または脱水素化）するための加熱処理を行ってもよい。加熱
処理を行うことによって、酸化物半導体膜１１０中に含まれる水素原子、または水素原子
を含む物質をさらに除去することができる。加熱処理の温度は、不活性ガス雰囲気下、２
５０℃以上７００℃以下、好ましくは４５０℃以上６００℃以下、かつ、基板の歪み点未
満とする。不活性ガス雰囲気としては、窒素、または希ガス（ヘリウム、ネオン、アルゴ
ン等）を主成分とする雰囲気であって、水分、水素などが含まれない雰囲気を適用するの
が望ましい。例えば、熱処理装置に導入する窒素や、ヘリウム、ネオン、アルゴン等の希
ガスの純度を、６Ｎ（９９．９９９９％）以上、好ましくは７Ｎ（９９．９９９９９％）
以上（すなわち、不純物濃度が１ｐｐｍ以下、好ましくは０．１ｐｐｍ以下）とする。
【００９１】
当該加熱処理は、例えば、抵抗発熱体などを用いた電気炉に基板を導入し、窒素雰囲気
下、４５０℃、１時間の条件で行うことができる。
【００９２】
また、加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良い。例えば、ＬＲＴＡ（Ｌａ
ｍｐ  Ｒａｐｉｄ  Ｔｈｅｒｍａｌ  Ａｎｎｅａｌ）装置、ＧＲＴＡ（Ｇａｓ  Ｒａｐｉ
ｄ  Ｔｈｅｒｍａｌ  Ａｎｎｅａｌ）装置等のＲＴＡ（Ｒａｐｉｄ  Ｔｈｅｒｍａｌ  Ａ
ｎｎｅａｌ）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。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
活性気体が用いられる。なお、加熱処理装置としてＧＲＴＡ装置を用いる場合には、その
熱処理時間が短いため、６５０℃〜７００℃の高温に加熱した不活性ガス中で基板を加熱
してもよい。
【００９３】
なお、上述の加熱処理には水分や水素などを除去する効果があるため、当該加熱処理を
、脱水化処理や、脱水素化処理などと呼ぶこともできる。当該加熱処理は、例えば、酸化
物半導体膜を島状に加工した後などのタイミングにおいて行うことも可能である。また、
このような脱水化処理、脱水素化処理は、一回に限らず複数回行っても良い。
【００９４】
また、上記の加熱処理で酸化物半導体膜１１０を加熱した後、同じ炉にて加酸素化（酸
化物半導体膜に酸素を加えることをいう。以降、同様である。）のための加熱処理を行っ
てもよい。該加熱処理は、加熱処理装置に高純度の酸素ガス、高純度のＮ２Ｏガス、また
は超乾燥エア（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、さらに好ましくは１０ｐｐｂ以下の空気）を導入し、２００℃以上基板の歪み点未
満で加熱処理を行えばよい。好ましくは、２５０℃以上４５０℃以下で加熱処理を行えば
よい。特にこれらのガスには、水分、水素などが含まれないことが好ましい。また、同じ
炉に導入する酸素ガスまたはＮ２Ｏガスの純度を、６Ｎ以上好ましくは７Ｎ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。酸素ガ
スまたはＮ２Ｏガスの作用によって、脱水化または脱水素化処理による不純物の排除工程
で低減してしまった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供給すること
ができる。この工程により、脱水化または脱水素化処理により生じた酸素欠損を補填する
ことができる。
【００９５】
なお、上述の加熱処理には脱水化処理または脱水素化処理により酸化物半導体中に生じ
た酸素欠損を補填する効果があるため、当該加熱処理を、加酸素化処理などと呼ぶことも
できる。当該加熱処理は、例えば、酸化物半導体膜を島状に加工した後などのタイミング
において行うことも可能である。また、このような加酸素化処理は、一回に限らず複数回
行っても良い。
【００９６】
次に、ゲート絶縁膜１０８および酸化物半導体膜１１０上に、導電膜を形成し、当該導
電膜をフォトリソグラフィ工程およびエッチング工程を行い、ソース電極１１２ａおよび
ドレイン電極１１２ｂを形成する（図３（Ａ）参照）。
【００９７】
ソース電極１１２ａおよびドレイン電極１１２ｂに用いる導電膜としては、例えば、Ａ
ｌ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｗ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または上側の一方また
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。
【００９８】
次に、酸化物半導体膜１１０、ソース電極１１２ａおよびドレイン電極１１２ｂ上に保
護膜１１４を形成する（図３（Ｂ）参照）。本実施の形態においては、保護膜１１４とし
て、酸化物絶縁膜１１４ａと、金属酸化膜１１４ｂと、の積層膜を用いることができる。
【００９９】
酸化物絶縁膜１１４ａは、化学量論比より酸素の含有量が過剰な領域が含まれているの
が好ましい。化学量論比より酸素の含有量が過剰な領域を有していると、酸化物半導体膜
１１０からこれと接する酸化物絶縁膜１１４ａへの酸素の移動を抑制することができ、か
つ、酸化物半導体膜１１０と接する酸化物絶縁膜１１４ａから酸化物半導体膜１１０への
酸素の供給を行うこともできるためである。また、例えば、酸化物絶縁膜１１４ａとして
酸化シリコン膜を用いた場合、スパッタリング法やプラズマＣＶＤ法によって形成するこ
とができる。
【０１００】
金属酸化膜１１４ｂは、酸化物半導体膜１１０を構成する元素の一つと同族の１２族の
元素、１３族の元素、もしくは１３族の元素と同様の性質を示す３族の元素を含む材料で
形成することが好ましい。例えば、インジウム（Ｉｎ）および亜鉛（Ｚｎ）の酸化物を含
む酸化物半導体膜１１０である場合、亜鉛と同じ族に属する元素、すなわち１２族の元素
でなる絶縁性の金属酸化膜、またはインジウムと同じ族に属する元素、すなわち１３族の
元素、若しくは１３族の元素と同様の性質を示す３族の元素でなる絶縁性の金属酸化膜１
１４ｂを用いることが好ましい。３族の元素としてランタノイド系の元素、例えば、セリ
ウム（Ｃｅ）やガドリニウム（Ｇｄ）の酸化膜を用いると良い。金属酸化膜１１４ｂとし
て酸化アルミニウム膜、酸化ガリウム膜、酸化亜鉛膜は好適な一例として選択することが
できる。
【０１０１】
金属酸化膜１１４ｂは、スパッタリング法にて、金属酸化物ターゲット、または金属タ
ーゲットを用いて形成することができる。スパッタリング時の雰囲気としては、不活性ガ
ス雰囲気、酸素ガス雰囲気、不活性ガスと酸素ガスの混合ガス雰囲気等で行うことができ
る。また、スパッタリング法には、スパッタリング用電源に高周波電源を用いるＲＦスパ
ッタリング法、直流電源を用いるＤＣスパッタリング法、交流電源を用いるＡＣスパッタ
リング法等がある。また、さらにパルス的にバイアスを与えるパルスＤＣスパッタリング
法もある。金属酸化膜１１４ｂは、ＲＦスパッタリング法、ＡＣスパッタリング法を用い
ることで、緻密な膜が形成できるので好適である。また、金属酸化膜１１４ｂを形成する
際に、基板を加熱することで、緻密な膜が形成できるので好適である。
【０１０２】
また、金属酸化膜１１４ｂの形成工程において、金属酸化膜１１４ｂに水や水素などの
不純物がなるべく含まれないようにするために、金属酸化膜１１４ｂの前処理として、ス
パッタリング装置の予備加熱室で加熱処理を行い、水素、水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。
【０１０３】
また、金属酸化膜１１４ｂは、特に膜密度が３．２ｇ／ｃｍ３以上、さらに好ましくは
３．６ｇ／ｃｍ３以上の酸化アルミニウム膜を用いるとよい。酸化アルミニウム膜の膜厚
は、３０ｎｍ以上１５０ｎｍ以下、好ましくは５０ｎｍ以上１００ｎｍ以下であるとよい
。金属酸化膜１１４ｂとして、酸化アルミニウム膜を用い、当該酸化アルミニウム膜の膜
密度を上記数値とすることで、水や水素が酸化物半導体膜に侵入し、拡散することを抑制
することができる。また、酸化物半導体膜から酸素が抜けてしまうことを抑制することが
できる。
【０１０４】
金属酸化膜１１４ｂ形成後に、加熱処理を行っても良い。加熱処理を行うことにより、
酸化物半導体膜１１０へ酸素を供給し、膜中に含まれるミクロな欠陥や、積層界面の欠陥
を修復することができる。このため、酸化物半導体膜１１０はより高純度化し、ｉ型（真
性）化することができる。該加熱処理の温度は、好ましくは３００℃以上３５０℃以下で
ある。
【０１０５】
なお、保護膜１１４上にトランジスタ１５０の凹凸を低減するために、さらに平坦化絶
縁膜を形成してもよい。平坦化絶縁膜としては、ポリイミド系樹脂、アクリル樹脂、ベン
ゾシクロブテン系樹脂、等の有機材料を用いることができる。
【０１０６】
また、金属酸化膜１１４ｂに接して、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、インジウム錫酸化物（ＩＴ
Ｏ）、酸化チタン（ＴｉＯｘ）、アルミニウム（Ａｌ）およびチタン（Ｔｉ）から選ばれ
た一層またはこれらの積層膜を設けてもよい。
【０１０７】
金属酸化膜１１４ｂに接して、上記の金属酸化物や金属を設けることにより、酸化物絶
縁膜１１４ａと金属酸化膜１１４ｂである酸化アルミニウム膜との間に溜まった電荷を逃
がすことができ、また、保護膜１１４表面に電荷が溜まることを抑制することができる。
【０１０８】
以上のように、本実施の形態に示す酸化物半導体を用いた半導体装置において、酸化物
半導体膜に接する保護膜として、金属酸化膜を含む膜を設ける。また、金属酸化膜は、水
や水素が酸化物半導体膜に侵入し、拡散することを抑制することができる。また、酸化物
半導体膜から酸素が抜けてしまうことを抑制することができる。
【０１０９】
したがって、酸化物半導体を用いた半導体装置において、より安定した電気的特性を付
与し、信頼性の高い半導体装置を提供することができる。また、当該半導体装置の作製方
法を提供することができる。
【０１１０】
本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせて実施することができる。
【０１１１】
（実施の形態２）
本実施の形態は、本発明の他の一態様であるトランジスタを有する半導体装置およびそ
の作製方法について、図４を用いて説明する。
【０１１２】
＜本実施の形態における半導体装置の構成＞
図４は、酸化物半導体膜を有する半導体装置の断面図である。図４に示すトランジスタ
２５０は、下地絶縁膜１０４が設けられた絶縁表面を有する基板１０２上に形成されたゲ
ート電極１０６と、下地絶縁膜１０４およびゲート電極１０６上に形成されたゲート絶縁
膜２０８ａと、ゲート絶縁膜２０８ａ上に形成された金属酸化膜２０８ｂと、金属酸化膜
２０８ｂ上に形成された酸化物半導体膜１１０と、金属酸化膜２０８ｂおよび酸化物半導
体膜１１０上に形成されたソース電極１１２ａおよびドレイン電極１１２ｂと、酸化物半
導体膜１１０、ソース電極１１２ａおよびドレイン電極１１２ｂ上に形成された保護膜１
１４と、を有し、保護膜１１４は、酸化物絶縁膜１１４ａと金属酸化膜１１４ｂと、の積
層膜を用いている。
【０１１３】
ここで、実施の形態１と異なる点は、ゲート絶縁膜上に金属酸化膜がある点である。
【０１１４】
＜本実施の形態における半導体装置の作製方法＞
トランジスタ２５０の作製方法について説明する。
【０１１５】
まず、基板１０２上に下地絶縁膜１０４を形成し、下地絶縁膜１０４上にゲート電極１
０６を形成する。
【０１１６】
基板１０２、下地絶縁膜１０４およびゲート電極１０６の形成方法、材料などは実施の
形態１を参酌することができる。
【０１１７】
次に、下地絶縁膜１０４およびゲート電極１０６上にゲート絶縁膜２０８ａを形成する
。
【０１１８】
ゲート絶縁膜２０８ａの形成方法、材料などは実施の形態１を参酌することができる。
【０１１９】
次に、ゲート絶縁膜２０８ａ上に、金属酸化膜２０８ｂおよび酸化物半導体膜１１０を
形成する。
【０１２０】
金属酸化膜２０８ｂおよび酸化物半導体膜１１０は、マルチチャンバー構造のスパッタ
リング装置を用いて、真空中で連続して形成することができる。
【０１２１】
金属酸化膜２０８ｂ成膜前に加熱処理を行う場合、マルチチャンバー構造のスパッタリ
ング装置を用いることで、加熱処理、金属酸化膜２０８ｂの成膜および酸化物半導体膜１
１０の成膜を、真空中で連続して行うことができる。
【０１２２】
また、金属酸化膜２０８ｂは、酸化物半導体膜１１０に接するため、酸化物半導体膜１
１０を構成する元素の一つと同族の１２族の元素、１３族の元素もしくは３族の元素を含
む材料で形成することが好ましい。例えば、インジウムおよび亜鉛の酸化物を含む酸化物
半導体膜１１０である場合、亜鉛と同じ族に属する元素、すなわち１２族の元素でなる絶
縁性の金属酸化膜、またはインジウムと同じ族に属する元素、すなわち１３族の元素、若
しくは１３族の元素と同様の性質を示す３族の元素でなる絶縁性の金属酸化膜２０８ｂを
用いることが好ましい。３族の元素としてランタノイド系の元素、例えば、セリウム（Ｃ
ｅ）やガドリニウム（Ｇｄ）の酸化膜を用いると良い。金属酸化膜２０８ｂとして酸化ア
ルミニウム膜、酸化ガリウム膜、酸化亜鉛膜は好適な一例として選択することができる。
【０１２３】
金属酸化膜２０８ｂは、スパッタリング法にて、金属酸化物ターゲット、または金属タ
ーゲットを用いて形成することができる。スパッタリング時の雰囲気としては、不活性ガ
ス雰囲気、酸素ガス雰囲気、不活性ガスと酸素ガスの混合ガス雰囲気等で行うことができ
る。また、スパッタリング法には、スパッタリング用電源に高周波電源を用いるＲＦスパ
ッタリング法、直流電源を用いるＤＣスパッタリング法、交流電源を用いるＡＣスパッタ
リング法等がある。また、さらにパルス的にバイアスを与えるパルスＤＣスパッタリング
法もある。金属酸化膜２０８ｂは、ＲＦスパッタリング法、ＡＣスパッタリング法を用い
ることで、緻密な膜が形成できるので好適である。また、金属酸化膜２０８ｂを形成する
際に、基板を加熱することで、緻密な膜が形成できるので好適である。
【０１２４】
また、金属酸化膜２０８ｂおよび酸化物半導体膜１１０の形成工程において、金属酸化
膜２０８ｂおよび酸化物半導体膜１１０に水分、または水素がなるべく含まれないように
するために、金属酸化膜２０８ｂの前処理として、スパッタリング装置の予備加熱室、す
なわち真空中で、ゲート絶縁膜２０８ａが形成された基板１０２の加熱処理を行い、基板
１０２およびゲート絶縁膜２０８ａに吸着した水素、水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。
【０１２５】
ここで、酸化物半導体膜１１０の材料などは実施の形態１を参酌することができる。
【０１２６】
次に、金属酸化膜２０８ｂおよび酸化物半導体膜１１０上に導電膜を形成し、当該導電
膜をフォトリソグラフィ工程およびエッチング工程を行い、ソース電極１１２ａおよびド
レイン電極１１２ｂを形成する。
【０１２７】
次に、酸化物半導体膜１１０、ソース電極１１２ａおよびドレイン電極１１２ｂ上に保
護膜１１４を形成し、トランジスタ２５０を形成する。
【０１２８】
ここで、ソース電極１１２ａ、ドレイン電極１１２ｂおよび保護膜１１４の材料などは
実施の形態１を参酌することができる。
【０１２９】
また、保護膜１１４の金属酸化膜１１４ｂは、特に膜密度が３．２ｇ／ｃｍ３以上、さ
らに好ましくは３．６ｇ／ｃｍ３以上の酸化アルミニウム膜を用いるとよい。酸化アルミ
ニウム膜の膜厚は、３０ｎｍ以上１５０ｎｍ以下、好ましくは５０ｎｍ以上１００ｎｍ以
下であるとよい。金属酸化膜１１４ｂとして、酸化アルミニウム膜を用い、当該酸化アル
ミニウム膜の膜密度を上記数値とすることで、水や水素が酸化物半導体膜に侵入し、拡散
することを抑制することができる。また、酸化物半導体膜から酸素が抜けてしまうことを
抑制することができる。
【０１３０】
金属酸化膜１１４ｂ形成後に、加熱処理を行っても良い。加熱処理を行うことにより、
酸化物半導体膜１１０へ酸素を供給し、膜中に含まれるミクロな欠陥や、積層界面の欠陥
を修復することができる。このため、酸化物半導体膜１１０はより高純度化し、ｉ型（真
性）化することができる。該加熱処理の温度は、好ましくは３００℃以上３５０℃以下で
ある。
【０１３１】
なお、保護膜１１４上にトランジスタ２５０の凹凸を低減するために、さらに平坦化絶
縁膜を形成してもよい。平坦化絶縁膜としては、ポリイミド系樹脂、アクリル樹脂、ベン
ゾシクロブテン系樹脂等の有機材料を用いることができる。
【０１３２】
また、金属酸化膜１１４ｂに接して、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、インジウム錫酸化物（ＩＴ
Ｏ）、酸化チタン（ＴｉＯｘ）、アルミニウム（Ａｌ）およびチタン（Ｔｉ）から選ばれ
た一層またはこれらの積層膜を設けてもよい。
【０１３３】
酸化アルミニウム膜に接して、上記の金属酸化物や金属を設けることにより、酸化物絶
縁膜１１４ａと金属酸化膜１１４ｂである酸化アルミニウム膜との間に溜まった電荷を逃
がすことができ、また、保護膜１１４表面に電荷が溜まることを抑制することができる。
【０１３４】
以上のように、本実施の形態に示す酸化物半導体を用いた半導体装置において、酸化物
半導体膜に接する保護膜として、金属酸化膜を含む膜を設ける。また、金属酸化膜は、酸
化物半導体膜を構成する酸素以外の元素と同族からなる元素を含む材料により形成するた
め、金属酸化膜と酸化物半導体膜とが接する構成にすると界面特性が非常に安定である。
また、金属酸化膜は、水や水素が酸化物半導体膜に侵入し、拡散することを抑制すること
ができる。また、酸化物半導体膜から酸素が抜けてしまうことを抑制することができる。
【０１３５】
また、金属酸化膜と、酸化物半導体膜と、を大気に暴露せずに真空中で連続して形成す
ることにより、金属酸化膜と酸化物半導体膜との界面を清浄に保つことができる。
【０１３６】
したがって、酸化物半導体を用いた半導体装置において、より安定した電気的特性を付
与し、信頼性の高い半導体装置を提供することができる。また、当該半導体装置の作製方
法を提供することができる。
【０１３７】
本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせて実施することができる。
【０１３８】
（実施の形態３）
実施の形態１で例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。
【０１３９】
図５（Ａ）において、第１の基板４０１上に設けられた画素部４０２を囲むようにして
、シール材４０５が設けられ、第２の基板４０６によって封止されている。図５（Ａ）に
おいては、第１の基板４０１上のシール材４０５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または多結晶半導体膜で形成された走査線
駆動回路４０４、信号線駆動回路４０３が実装されている。また、別途形成された信号線
駆動回路４０３と、走査線駆動回路４０４または画素部４０２に与えられる各種信号およ
び電位は、ＦＰＣ（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ  ｐｒｉｎｔｅｄ  ｃｉｒｃｕｉｔ）４１８ａ、Ｆ
ＰＣ４１８ｂから供給されている。
【０１４０】
図５（Ｂ）、図５（Ｃ）において、第１の基板４０１上に設けられた画素部４０２と、
走査線駆動回路４０４とを囲むようにして、シール材４０５が設けられている。また、画
素部４０２と、走査線駆動回路４０４の上に第２の基板４０６が設けられている。よって
、画素部４０２と走査線駆動回路４０４とが、第１の基板４０１とシール材４０５と第２
の基板４０６とによって、表示素子と共に封止されている。図５（Ｂ）、図５（Ｃ）にお
いては、第１の基板４０１上のシール材４０５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または多結晶半導体膜で形成された信号線駆
動回路４０３が実装されている。図５（Ｂ）、図５（Ｃ）においては、別途形成された信
号線駆動回路４０３と、走査線駆動回路４０４または画素部４０２に与えられる各種信号
および電位は、ＦＰＣ４１８から供給されている。
【０１４１】
また、図５（Ｂ）、図５（Ｃ）においては、信号線駆動回路４０３を別途形成し、第１
の基板４０１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。
【０１４２】
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（Ｃ
ｈｉｐ  Ｏｎ  Ｇｌａｓｓ）方法、ワイヤボンディング方法、或いはＴＡＢ（Ｔａｐｅ  
Ａｕｔｏｍａｔｅｄ  Ｂｏｎｄｉｎｇ）方法などを用いることができる。図５（Ａ）は、
ＣＯＧ方法により信号線駆動回路４０３、走査線駆動回路４０４を実装する例であり、図
５（Ｂ）は、ＣＯＧ方法により信号線駆動回路４０３を実装する例であり、図５（Ｃ）は
、ＴＡＢ方法により信号線駆動回路４０３を実装する例である。
【０１４３】
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。
【０１４４】
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（照明装置を含む）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。
【０１４５】
また、第１の基板４０１上に設けられた画素部４０２および走査線駆動回路４０４は、
トランジスタを複数有しており、実施の形態１で例示したトランジスタを適用することが
できる。
【０１４６】
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）、有機ＥＬ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。
【０１４７】
半導体装置の一形態について、図６および図７を用いて説明する。図６および図７は、
図５（Ｂ）のＱ−Ｒにおける断面図に相当する。
【０１４８】
図６および図７で示すように、半導体装置は接続端子電極層４１５および端子電極層４
１６を有しており、接続端子電極層４１５および端子電極層４１６はＦＰＣ４１８が有す
る端子と異方性導電膜４１９を介して電気的に接続されている。
【０１４９】
接続端子電極層４１５は、第１の電極層４３０と同じ導電膜から形成され、端子電極層
４１６は、トランジスタ４１０、トランジスタ４１１のソース電極層およびドレイン電極
層と同じ導電膜で形成されている。
【０１５０】
また、第１の基板４０１上に設けられた画素部４０２と、走査線駆動回路４０４は、ト
ランジスタを複数有しており、図６および図７では、画素部４０２に含まれるトランジス
タ４１０と、走査線駆動回路４０４に含まれるトランジスタ４１１とを例示している。図
６では、トランジスタ４１０、トランジスタ４１１上には保護膜４２０が設けられ、図７
ではさらに、保護膜４２４、絶縁膜４２１が設けられている。なお、絶縁膜４２３は下地
膜として機能する絶縁膜である。
【０１５１】
本実施の形態では、トランジスタ４１０、トランジスタ４１１として、実施の形態１で
示したトランジスタを適用することができる。
【０１５２】
トランジスタ４１０およびトランジスタ４１１は酸素欠損の形成を抑制および水や水素
の混入を抑えた酸化物半導体膜を有するトランジスタである。よって、トランジスタ４１
０およびトランジスタ４１１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
。
【０１５３】
よって、図６および図７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。
【０１５４】
画素部４０２に設けられたトランジスタ４１０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。
【０１５５】
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４１３は、第１の電極層４３０、第２の電極層４３１、および液晶層
４０８を含む。なお、液晶層４０８を挟持するように配向膜として機能する絶縁膜４３２
、絶縁膜４３３が設けられている。第２の電極層４３１は第２の基板４０６側に設けられ
、第１の電極層４３０と第２の電極層４３１とは液晶層４０８を介して積層する構成とな
っている。
【０１５６】
また、柱状のスペーサ４３５は絶縁膜を選択的にエッチングすることで得られ、液晶層
４０８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、球状のスペーサ
を用いていても良い。
【０１５７】
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。
【０１５８】
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
善するために数重量％以上のカイラル剤を混合させた液晶組成物を用いて液晶層に用いる
。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。酸化物半導体膜を用
いるトランジスタは、静電気の影響によりトランジスタの電気的な特性が著しく変動して
設計範囲を逸脱する恐れがある。よって酸化物半導体膜を用いるトランジスタを有する液
晶表示装置にブルー相の液晶材料を用いることはより効果的である。
【０１５９】
また、液晶材料の固有抵抗は、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の値は、２０℃で測定した値とする。
【０１６０】
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、電荷を保持できるように設定される。保持容量の大
きさは、トランジスタのオフ電流等を考慮して設定すればよい。酸素過剰領域を有する酸
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。
【０１６１】
本実施の形態で用いる酸素欠損の形成を抑制した酸化物半導体膜を有するトランジスタ
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。
【０１６２】
また、本実施の形態で用いる酸素欠損の形成を抑制した酸化物半導体膜を有するトラン
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。例えば、
このような高速駆動が可能なトランジスタを液晶表示装置に用いることで、画素部のスイ
ッチングトランジスタと、駆動回路部に使用するドライバートランジスタを同一基板上に
形成することができる。すなわち、別途駆動回路として、シリコンウェハ等により形成さ
れた半導体装置を用いる必要がないため、半導体装置の部品点数を削減することができる
。また、画素部においても、高速駆動が可能な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。
【０１６３】
液晶表示装置には、ＴＮ（Ｔｗｉｓｔｅｄ  Ｎｅｍａｔｉｃ）モード、ＩＰＳ（Ｉｎ−
Ｐｌａｎｅ−Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）モード、ＦＦＳ（Ｆｒｉｎｇｅ  Ｆｉｅｌｄ  Ｓｗｉ
ｔｃｈｉｎｇ）モード、ＡＳＭ（Ａｘｉａｌｌｙ  Ｓｙｍｍｅｔｒｉｃ  ａｌｉｇｎｅｄ
Ｍｉｃｒｏ−ｃｅｌｌ）モード、ＯＣＢ（Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｄ  
Ｂｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｃｅ）モード、ＦＬＣ（Ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｌｉｑｕ
ｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ）モード、ＡＦＬＣ（ＡｎｔｉＦｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｌｉ
ｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ）モードなどを用いることができる。
【０１６４】
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。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  Ａｌｉｇｎｍｅｎ
ｔ）モード、ＰＶＡ（Ｐａｔｔｅｒｎｅｄ  Ｖｅｒｔｉｃａｌ  Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）モ
ード、ＡＳＶ（Ａｄｖａｎｃｅｄ  Ｓｕｐｅｒ  Ｖｉｅｗ）モードなどを用いることがで
きる。また、ＶＡ型の液晶表示装置にも適用することができる。ＶＡ型とは、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る。ＶＡ型は、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。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。
【０１６５】
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、偏光基板および位相
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。
【０１６６】
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
）、または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、開示する
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。
【０１６７】
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
ＥＬ素子、後者は無機ＥＬ素子と呼ばれている。
【０１６８】
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。
【０１６９】
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。
【０１７０】
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光性であればよい。
そして、基板上にトランジスタおよ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、基板側および基板とは反
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。
【０１７１】
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
４５３は、画素部４０２に設けられたトランジスタ４１０と電気的に接続している。なお
、発光素子４５３の構成は、第１の電極層４３０、電界発光層４５２、第２の電極層４３
１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４５３から取り出す光の方
向などに合わせて、発光素子４５３の構成は適宜変えることができる。
【０１７２】
隔壁４５１は、有機絶縁材料、また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４３０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。
【０１７３】
電界発光層４５２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。
【０１７４】
発光素子４５３に酸素、水素、水、二酸化炭素等が侵入しないように、第２の電極層４
３１および隔壁４５１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（Ｄｉａｍｏｎｄ  Ｌｉｋｅ  Ｃａｒｂｏｎ）膜等を形成す
ることができる。また、第１の基板４０１、第２の基板４０６、およびシール材４０５に
よって封止された空間には充填材４５４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。
【０１７５】
充填材４５４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）、アクリル樹脂、ポ
リイミド系樹脂、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。
【０１７６】
また、必要であれば、発光素子の射出面に偏光板、または円偏光板（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、偏光板また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。
【０１７７】
なお、図６および図７において、第１の基板４０１、第２の基板４０６としては、ガラ
ス基板の他、可とう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（Ｆｉｂｅｒｇｌ
ａｓｓ−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。
【０１７８】
本実施の形態では、保護膜４２０として酸化シリコン膜を用い、図７の保護膜４２４と
して酸化アルミニウム膜を用いる。保護膜４２０、保護膜４２４はスパッタリング法やプ
ラズマＣＶＤ法によって形成することができる。
【０１７９】
酸化物半導体膜上に保護膜４２４として設けられた酸化アルミニウム膜は、膜密度が３
．２ｇ／ｃｍ３以上、さらに好ましくは３．６ｇ／ｃｍ３以上であると好ましい。そうす
ることにより、水素、水などの不純物、および酸素の両方に対して膜を透過させない遮断
効果（ブロック効果）が高い。
【０１８０】
従って、酸化アルミニウム膜は、作製工程中および作製後において、変動要因となる水
素、水などの不純物の酸化物半導体膜への混入、および酸化物半導体膜を構成する主成分
材料である酸素の酸化物半導体膜からの放出を防止する保護膜として機能する。
【０１８１】
また、保護膜４２０として酸化物半導体膜と接して設けられた酸化シリコン膜は、酸素
を酸化物半導体膜へ供給する機能を有する。よって、保護膜４２０は酸素を多く含む酸化
絶縁膜が好ましい。
【０１８２】
トランジスタ４１０、およびトランジスタ４１１は、高純度化し、酸素欠損の形成を抑
制した酸化物半導体膜を有する。また、トランジスタ４１０、およびトランジスタ４１１
は、ゲート絶縁膜として、窒化酸化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜、および金属酸化膜
により構成されている。このようなゲート絶縁膜の構成とすることで、特性変動が抑制さ
れており、電気的に安定である。
【０１８３】
また、平坦化絶縁膜として機能する絶縁膜４２１は、アクリル樹脂、ポリイミド系樹脂
、ベンゾシクロブテン系樹脂、ポリアミド樹脂、エポキシ樹脂等の、耐熱性を有する有機
材料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、絶縁膜４２１を形成してもよい。
【０１８４】
絶縁膜４２１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、Ｓ
ＯＧ法、スピンコート、ディップ、スプレー塗布、液滴吐出法（インクジェット法等）、
印刷法（スクリーン印刷、オフセット印刷等）、ドクターナイフ、ロールコーター、カー
テンコーター、ナイフコーター等を用いることができる。
【０１８５】
表示装置は光源また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。
【０１８６】
表示素子に電圧を印加する第１の電極層および第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、
およ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。
【０１８７】
第１の電極層４３０、第２の電極層４３１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、グラフェン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。
【０１８８】
また、第１の電極層４３０、第２の電極層４３１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（Ｎｂ
）、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、ま
たはその合金、若しくはその金属窒化物から一つ、または複数種を用いて形成することが
できる。
【０１８９】
また、第１の電極層４３０、第２の電極層４３１として、導電性高分子（導電性ポリマ
ーともいう）を含む導電性組成物を用いて形成することができる。導電性高分子としては
、いわゆるπ電子共役系導電性高分子を用いることができる。例えば、ポリアニリンまた
はその誘導体、ポリピロールまたはその誘導体、ポリチオフェンまたはその誘導体、若し
くはアニリン、ピロールおよびチオフェンの２種以上からなる共重合体若しくはその誘導
体などがあげられる。
【０１９０】
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。
【０１９１】
以上のように先の実施の形態で示したトランジスタを適用することで、様々な機能を有
する半導体装置を提供することができる。
【０１９２】
以上のように、膜密度が３．２ｇ／ｃｍ３以上、さらに好ましくは３．６ｇ／ｃｍ３以
上の酸化アルミニウム膜を形成することにより、トランジスタを用いて表示機能を有する
半導体装置において、大気から水や水素が酸化物半導体膜に侵入し、拡散することを抑制
することができる。よって、トランジスタは、電気的特性変動が抑制されており、電気的
に安定である。したがって、該トランジスタを用い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。
【０１９３】
本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせて実施することができる。
【０１９４】
（実施の形態４）
本明細書に開示する半導体装置は、さまざまな電子機器（遊技機も含む）に適用するこ
とができる。電子機器としては、例えば、テレビジョン装置（テレビ、またはテレビジョ
ン受信機ともいう）、コンピュータ用などのモニタ、デジタルカメラ、デジタルビデオカ
メラ等のカメラ、デジタルフォトフレーム、携帯電話機（携帯電話、携帯電話装置ともい
う）、携帯型ゲーム機、携帯情報端末、音響再生装置、パチンコ機などの大型ゲーム機な
どが挙げられる。上記実施の形態で説明した半導体装置を具備する電子機器の例について
説明する。
【０１９５】
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。
【０１９６】
図８（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。
【０１９７】
図８（Ｃ）は、電子書籍の一例を示している。例えば、電子書籍は、筐体２７０１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２７０３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。また、こ
のような構成により、より強い外部からの衝撃に耐えることが可能となる。また、該軸部
２７１１を取り外して、筐体２７０１と筐体２７０３を分離することも可能である。
【０１９８】
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８（Ｃ）では表示部２７０５）に文章を表示し、左側
の表示部（図８（Ｃ）では表示部２７０７）に画像を表示することができる。上記実施の
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とすることができる。表示部２７０５として半透過型、また
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るため、
太陽電池を設け、太陽電池による発電、およびバッテリーでの充電を行えるようにしても
よい。なお、バッテリーとしては、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。
【０１９９】
また、図８（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、電子書籍は、電子辞書としての機能をもたせた構成
としてもよい。
【０２００】
また、電子書籍は、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。
【０２０１】
図８（Ｄ）は、携帯電話であり、筐体２８００および筐体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２
８０１内部に内蔵されている。上記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。
【０２０２】
また、表示パネル２８０２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。
【０２０３】
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およびマイクロフォン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。
【０２０４】
外部接続端子２８０８はＡＣアダプタおよびＵＳＢケーブルなどの各種ケーブルと接続
可能であり、充電およ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および移動に
対応できる。
【０２０５】
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。
【０２０６】
図８（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。
【０２０７】
図８（Ｆ）は、テレビジョン装置の一例を示している。テレビジョン装置は、筐体９６
０１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。上記実施の形態のいずれかで示した半導体装置を表示部９６０３に適用する
ことにより、信頼性の高いテレビジョン装置とすることができる。
【０２０８】
テレビジョン装置の操作は、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。
【０２０９】
なお、テレビジョン装置は、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。
【０２１０】
本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせて実施することができる。
【実施例】
【０２１１】
本実施例では、開示する発明に係る半導体装置において、用いることのできる金属酸化
膜の一例として、酸化アルミニウム膜について評価を行った。図９乃至図１４を用いて説
明を行う。なお、評価方法としては、Ｘ線反射率測定法（ＸＲＲ：Ｘ−Ｒａｙ  Ｒｅｆｌ
ｅｃｔｏｍｅｔｒｙ）と、二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ：Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ  Ｉｏ
ｎ  Ｍａｓｓ  Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）と、昇温脱離ガス分光法（ＴＤＳ：Ｔｈｅｒ
ｍａｌ  Ｄｅｓｏｒｐｔｉｏｎ  Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）を用いた。
【０２１２】
まず、ＸＲＲ測定による評価を示す。ＸＲＲ測定で用いたサンプルの構造を図９（Ａ）
および図９（Ｂ）に示す。
【０２１３】
図９（Ａ）および図９（Ｂ）に示すサンプルは、ガラス基板５０２上に、金属酸化膜５
１２ａと、金属酸化膜５１２ｂをそれぞれ形成した。
【０２１４】
金属酸化膜５１２ａは、スパッタリング装置を用いて酸化アルミニウム膜を形成した。
金属酸化膜５１２ａの形成条件としては、基板温度は室温とし、Ｏ２＝５０ｓｃｃｍ（Ｏ
２＝１００％）、電力６ｋＷ（ＤＣ−Ｐｕｌｓｅ電源、Ｐｕｌｓｅ＝３００ｋＨｚ）、圧
力０．４Ｐａ、膜厚１００ｎｍとした。なお、スパッタリングターゲットとしては、金属
アルミニウムターゲットを用いた。
【０２１５】
金属酸化膜５１２ｂは、スパッタリング装置を用いて酸化アルミニウム膜を形成した。
金属酸化膜５１２ｂの形成条件としては、基板温度は１５０℃とし、Ｏ２＝３００ｓｃｃ
ｍ（Ｏ２＝１００％）、電力３０ｋＷ（ＡＣ電源）、圧力０．７Ｐａ、膜厚１００ｎｍと
した。なお、スパッタリングターゲットとしては、金属アルミニウムターゲットを用いた
。
【０２１６】
図９（Ａ）に示す構造を有するサンプルをサンプル１、図９（Ｂ）に示す構造を有する
サンプルをサンプル２とし、ＸＲＲ測定により、各酸化アルミニウム膜の膜密度を評価し
た。なお、ＸＲＲ測定は、各サンプルの面内を３点測定した。また、酸化アルミニウムの
組成を、理想的な組成であるＡｌ２Ｏ３（Ｚ／Ａ＝０．４８８２（Ｚ：原子番号／Ａ：質
量数））として用い、算出した。
【０２１７】
測定結果を図１０に示す。図１０より、サンプル１については、酸化アルミニウム膜の
膜密度が約３．０ｇ／ｃｍ３であり、サンプル２については、酸化アルミニウム膜の膜密
度が約３．８ｇ／ｃｍ３であった。
【０２１８】
次に、ＳＩＭＳ分析による評価を示す。ＳＩＭＳ分析に用いたサンプルの構造を図１１
（Ａ）および図１１（Ｂ）に示す。
【０２１９】
図１１（Ａ）および図１１（Ｂ）に示す評価用サンプルは、ガラス基板５０２上に酸化
シリコン膜５０４ａおよび酸化シリコン膜５０４ｂをそれぞれ形成し、酸化シリコン膜５
０４ａおよび酸化シリコン膜５０４ｂ上に、金属酸化膜５１３ａおよび金属酸化膜５１３
ｂをそれぞれ形成した。なお、図１１（Ａ）に示す構造を有するサンプルをサンプル３、
図１１（Ｂ）に示す構造を有するサンプルをサンプル４とした。
【０２２０】
酸化シリコン膜５０４ａの形成条件として、スパッタリング法を用い、基板温度２００
℃とし、Ｏ２＝５０ｓｃｃｍ（Ｏ２＝１００％）、電力６ｋＷ（ＤＣ−Ｐｕｌｓｅ電源、
Ｐｕｌｓｅ＝３００ｋＨｚ）、圧力０．４Ｐａ、膜厚１００ｎｍとした。
【０２２１】
酸化シリコン膜５０４ｂの形成条件として、スパッタリング法を用い、基板温度は室温
とし、Ｏ２＝３００ｓｃｃｍ（Ｏ２＝１００％）、電力６ｋＷ（ＡＣ電源）、圧力０．７
Ｐａ、膜厚４００ｎｍとした。
【０２２２】
金属酸化膜５１３ａは、スパッタリング装置を用いて酸化アルミニウム膜を形成した。
金属酸化膜５１３ａの形成条件としては、基板温度は室温とし、Ｏ２＝５０ｓｃｃｍ（Ｏ
２＝１００％）、電力６ｋＷ（ＤＣ−Ｐｕｌｓｅ電源、Ｐｕｌｓｅ＝３００ｋＨｚ）、圧
力０．４Ｐａ、膜厚５０ｎｍとした。なお、スパッタリングターゲットとしては、金属ア
ルミニウムターゲットを用いた。
【０２２３】
金属酸化膜５１３ｂは、スパッタリング装置を用いて酸化アルミニウム膜を形成した。
金属酸化膜５１３ｂの形成条件としては、基板温度は１５０℃とし、Ｏ２＝３００ｓｃｃ
ｍ（Ｏ２＝１００％）、電力３０ｋＷ（ＡＣ電源）、圧力０．７Ｐａ、膜厚１００ｎｍと
した。なお、スパッタリングターゲットとしては、金属アルミニウムターゲットを用いた
。
【０２２４】
なお、金属酸化膜５１３ａ、および金属酸化膜５１３ｂの酸化アルミニウム膜の膜密度
は、それぞれ、３．０ｇ／ｃｍ３、３．８ｇ／ｃｍ３とした。
【０２２５】
上述したサンプル３、およびサンプル４の構造を表１に示す。
【０２２６】
【表１】
2018067721.tif 000004
【０２２７】
表１に示す、サンプル３およびサンプル４について、プレッシャークッカー試験（ＰＣ
Ｔ：Ｐｒｅｓｓｕｒｅ  Ｃｏｏｋｅｒ  Ｔｅｓｔ）を行った。本実施例では、ＰＣＴとし
て、温度１３０℃、湿度８５％（気体中に含まれる水蒸気の体積比率がＨ２Ｏ（水）：Ｄ
２Ｏ（重水）＝３：１）、２．３気圧（０．２３ＭＰａ）の条件でサンプル３およびサン
プル４を１００時間保持した。
【０２２８】
本実施例において、重水などで表現している「Ｄ原子」とは、質量数が２である水素原
子（２Ｈ）を表している。
【０２２９】
ＰＣＴ後のサンプル３およびサンプル４のＳＩＭＳ分析としてＳＳＤＰ（Ｓｕｂｓｔｒ
ａｔｅ  Ｓｉｄｅ  Ｄｅｐｔｈ  Ｐｒｏｆｉｌｅ）−ＳＩＭＳを用いて、膜中の水素（Ｈ
）原子および重水素（Ｄ）原子の濃度測定を行った。サンプル３、およびサンプル４の評
価結果を、それぞれ、図１２（Ａ）および図１２（Ｂ）に示す。
【０２３０】
なお、ＳＩＭＳ分析は、その測定原理上、試料表面近傍や、材質が異なる膜との積層界
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、膜中におけ
る水素（Ｈ）原子および重水素（Ｄ）原子濃度の厚さ方向の分布を、ＳＩＭＳで分析する
場合、対象となる膜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
れる領域における平均値を採用する。
【０２３１】
図１２（Ａ）より、サンプル３の酸化シリコン膜５０４ａの膜中の水素（Ｈ）原子およ
び重水素（Ｄ）原子の濃度は、それぞれ、１．４×１０２１ａｔｏｍｓ／ｃｍ３、２．９
×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３であった。
【０２３２】
図１２（Ｂ）より、サンプル４の酸化シリコン膜５０４ｂの膜中の水素（Ｈ）原子およ
び重水素（Ｄ）原子の濃度は、それぞれ、２．２×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３、検出下
限以下であった。なお、本実施例におけるＳＩＭＳ分析の重水素（Ｄ）原子濃度の検出下
限は、１．０×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３である。
【０２３３】
なお、本実施例のＳＩＭＳ分析結果は、すべて酸化シリコン膜の標準試料により定量し
た結果を示している。
【０２３４】
図１２より、酸化アルミニウム膜の膜密度を３．０ｇ／ｃｍ３としたサンプル３におい
ては、水素（Ｈ）原子および重水素（Ｄ）原子が酸化アルミニウム膜を通過し、酸化シリ
コン膜中に拡散していることがわかる。一方、酸化アルミニウム膜の膜密度を３．８ｇ／
ｃｍ３としたサンプル４においては、水素（Ｈ）原子および重水素（Ｄ）原子が酸化アル
ミニウム膜中で拡散を抑制していることがわかる。サンプル４を見ると、水素（Ｈ）原子
および重水素（Ｄ）原子ともに、酸化アルミニウム膜の３０ｎｍ付近で急激に濃度低下が
見られることより、サンプル３同様に酸化アルミニウム膜の膜厚が５０ｎｍとしても、水
素（Ｈ）原子および重水素（Ｄ）原子を抑制できると示唆している。
【０２３５】
以上のように酸化アルミニウム膜の膜密度により水素（Ｈ）原子および重水素（Ｄ）原
子に対し、バリア性が異なることが確認された。
【０２３６】
次に、ＴＤＳ分析による評価を示す。ＴＤＳ分析に用いたサンプルの構造を図１３（Ａ
）および図１３（Ｂ）に示す。
【０２３７】
図１３（Ａ）に示すサンプルは、ガラス基板５０２上に、窒化シリコン膜５０５を形成
した。図１３（Ｂ）に示すサンプルは、ガラス基板５０２上に、窒化シリコン膜５０５を
形成し、窒化シリコン膜５０５上に金属酸化膜５１４として酸化アルミニウム膜を形成し
た。
【０２３８】
窒化シリコン膜５０５の成膜条件は、プラズマＣＶＤ装置を用いて、基板温度２２０℃
、ＳｉＨ４＝２７０ｓｃｃｍ、Ｈ２＝４０００ｓｃｃｍ、Ｎ２Ｏ＝２７００ｓｃｃｍ、膜
厚１００ｎｍとした。
【０２３９】
金属酸化膜５１４は、スパッタリング装置を用い酸化アルミニウム膜を形成した。酸化
アルミニウム膜の成膜条件は、基板温度は１５０℃とし、Ｏ２＝３００ｓｃｃｍ（Ｏ２＝
１００％）、電力３０ｋＷ（ＡＣ電源）、圧力０．７Ｐａ、膜厚１００ｎｍとした。
【０２４０】
なお、図１３（Ａ）に示す構造を有するサンプルをサンプル５、図１３（Ｂ）に示す構
造を有するサンプルをサンプル６とし、サンプル５およびサンプル６のＴＤＳ分析を行っ
た。図１４（Ａ）に各サンプルのｍ／ｚ（ｍ：質量、ｚ：電荷）＝２（Ｈ２）のＴＤＳ結
果を、図１４（Ｂ）にｍ／ｚ＝１８（Ｈ２Ｏ）のＴＤＳ結果を、それぞれ示す。なお、図
１４（Ａ）および図１４（Ｂ）において、横軸は基板温度を、縦軸は検出強度を表してい
る。
【０２４１】
図１４（Ａ）より、サンプル５については、３５０℃付近にピークを有し、水素（Ｈ２
）の放出が確認される。この放出は、窒化シリコン膜５０５膜中に含有されたＨ２と考え
られる。一方、サンプル６については、測定範囲内では、概ねフラットな強度分布となっ
ており、顕著な水素（Ｈ２）の放出は認められない。窒化シリコン膜５０５膜中に含有さ
れたＨ２は、金属酸化膜５１４により、外部への放出を抑制されると考えられる。
【０２４２】
図１４（Ｂ）より、サンプル５およびサンプル６ともに、５０℃〜１００℃付近に水（
Ｈ２Ｏ）のピークを有するが、このピークは、サンプル表面に付着している吸着水分と考
えられる。また、サンプル５とサンプル６を比較した場合、サンプル６の方が、サンプル
５よりもＨ２Ｏの放出量が少ない。金属酸化膜５１４を最表面とすることにより、表面に
付着する吸着水分が減少した可能性が示唆される。
【０２４３】
以上のように、窒化シリコン膜の上方に金属酸化膜を形成することで、窒化シリコン膜
中に水分、水素等を含有していても、当該金属酸化膜により、放出を抑制することが確認
された。
【０２４４】
本実施例は、他の実施の形態と適宜組み合わせて実施することができる。
【符号の説明】
【０２４５】
１０２    基板
１０４    下地絶縁膜
１０６    ゲート電極
１０８    ゲート絶縁膜
１１０    酸化物半導体膜
１１２ａ    ソース電極
１１２ｂ    ドレイン電極
１１４    保護膜
１１４ａ    酸化物絶縁膜
１１４ｂ    金属酸化膜
１５０    トランジスタ
２０８ａ    ゲート絶縁膜
２０８ｂ    金属酸化膜
２５０    トランジスタ
４０１    第１の基板
４０２    画素部
４０３    信号線駆動回路
４０４    走査線駆動回路
４０５    シール材
４０６    基板
４０８    液晶層
４１０    トランジスタ
４１１    トランジスタ
４１３    液晶素子
４１５    接続端子電極層
４１６    端子電極層
４１８    ＦＰＣ
４１８ａ    ＦＰＣ
４１８ｂ    ＦＰＣ
４１９    異方性導電膜
４２０    保護膜
４２１    絶縁膜
４２３    絶縁膜
４２４    保護膜
４３０    第１の電極層
４３１    第２の電極層
４３２    絶縁膜
４３３    絶縁膜
４３５    スペーサ
４５１    隔壁
４５２    電界発光層
４５３    発光素子
４５４    充填材
５０２    ガラス基板
５０４ａ    酸化シリコン膜
５０４ｂ    酸化シリコン膜
５０５    窒化シリコン膜
５１２ａ    金属酸化膜
５１２ｂ    金属酸化膜
５１３ａ    金属酸化膜
５１３ｂ    金属酸化膜
５１４    金属酸化膜
２７０１    筐体
２７０３    筐体
２７０５    表示部
２７０７    表示部
２７１１    軸部
２７２１    電源
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
３０５６    バッテリー
９６０１    筐体
９６０３    表示部
９６０５    スタンド
【図１】
2018067721.tif 000005
【図２】
2018067721.tif 000006
【図３】
2018067721.tif 000007
【図４】
2018067721.tif 000008
【図５】
2018067721.tif 000009
【図６】
2018067721.tif 000010
【図７】
2018067721.tif 000011
【図８】
2018067721.tif 000012
【図９】
2018067721.tif 000013
【図１０】
2018067721.tif 000014
【図１１】
2018067721.tif 000015
【図１２】
2018067721.tif 000016
【図１３】
2018067721.tif 000017
【図１４】
2018067721.tif 000018