(57)【要約】【課題】ノーマリーオフの電気特性を有するトランジスタを提供する。【解決手段】基板上の第１の絶縁体と、その上の第１の酸化物と、第１の酸化物の上面の少なくとも一部に接する第２の酸化物と、第２の酸化物の上面の少なくとも一部に接する第１の導電体及び第２の導電体と、第１の導電体と第２の導電体の上に配置され、第２の酸化物の上面の少なくとも一部に接する第３の酸化物と、その上の第２の絶縁体と、第２の絶縁体の上に配置され、少なくとも一部が第１の導電体と第２の導電体の間に重なる第３の導電体と、第３の導電体の上に配置され、少なくとも一部が第１の絶縁体の上面と接する第３の絶縁体と、を有し、第１の絶縁体の第３の絶縁体と接する領域の膜厚は、第１の絶縁体の第１の酸化物と接する領域の膜厚より小さい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に配置された第１の絶縁体と、
前記第１の絶縁体の上に配置された第１の酸化物と、
前記第１の酸化物の上面の少なくとも一部に接して配置された第２の酸化物と、
前記第２の酸化物の上面の少なくとも一部に接して配置された第１の導電体と、
前記第２の酸化物の上面の少なくとも一部に接して配置され、前記第１の導電体と対向して配置された第２の導電体と、
前記第１の導電体と前記第２の導電体の上に配置され、前記第２の酸化物の上面の少なくとも一部に接して配置された第３の酸化物と、
前記第３の酸化物の上に配置された第２の絶縁体と、
前記第２の絶縁体の上に配置され、少なくとも一部が前記第１の導電体と前記第２の導電体の間に重なるように配置された第３の導電体と、
前記第３の導電体の上に配置され、少なくとも一部が前記第１の絶縁体の上面と接して配置された第３の絶縁体と、を有し、
前記第１の酸化物の側面部と、前記第３の酸化物の側面部と、前記第２の絶縁体の側面部と、が略一致し、
前記第１の絶縁体の前記第３の絶縁体と接する領域の膜厚は、前記第１の絶縁体の前記第１の酸化物と接する領域の膜厚より小さいことを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記第１の導電体の側面部と、前記第２の酸化物の側面部と、が略一致し、
前記第２の導電体の側面部と、前記第２の酸化物の側面部と、が略一致し、
前記第２の酸化物の側面部は、前記第１の酸化物の側面部より内側に位置することを特徴とする半導体装置。
【請求項３】
請求項２において、
チャネル幅方向の断面において、前記第３の導電体の側面部は、前記第１の酸化物の側面部より内側に位置することを特徴とする半導体装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか一において、
前記第１の絶縁体の前記第３の絶縁体と接する領域の膜厚と、前記第１の絶縁体の前記第１の酸化物と接する領域の膜厚の差が、５ｎｍ以上であることを特徴とする半導体装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか一において、
前記第１の絶縁体の前記第３の絶縁体と接する領域は、ＥＳＲ測定におけるｇ＝２．０近傍のスピン密度が２．０×１０１７ｓｐｉｎｓ／ｃｍ３以下であることを特徴とする半導体装置。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか一において、
前記第１の酸化物の前記第３の酸化物と接する領域の膜厚は、前記第１の酸化物の前記第２の酸化物と接する領域の膜厚より小さいことを特徴とする半導体装置。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか一において、
前記第１の絶縁体の下に、前記第３の導電体と少なくとも一部が重なるように配置された第４の導電体を有することを特徴とする半導体装置。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれか一において、
前記第１の酸化物、前記第２の酸化物及び前記第３の酸化物は、インジウム、元素Ｍ（Ｔｉ、Ｇａ、Ｙ、Ｚｒ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｎｄ、ＳｎまたはＨｆ）、亜鉛及び酸素を有することを特徴とする半導体装置。
【請求項９】
請求項１乃至８のいずれか一において、
前記第３の絶縁体は、酸素及びアルミニウムを有することを特徴とする半導体装置。
【請求項１０】
請求項１乃至９のいずれか一において、
前記第１の酸化物及び前記第３の酸化物の伝導帯下端のエネルギー準位は、前記第２の酸化物の伝導帯下端のエネルギー準位より真空準位に近いことを特徴とする半導体装置。
【請求項１１】
基板上に第１の絶縁膜を成膜し、
前記第１の絶縁膜の上に第１の酸化膜、第２の酸化膜、及び第１の導電膜を成膜し、
前記第２の酸化膜及び前記第１の導電膜の一部を選択的に除去して、前記第１の酸化膜の上に、第１の酸化物、第１の導電体及び第２の導電体を形成し、
前記第１の酸化膜、前記第１の酸化物、前記第１の導電体及び前記第２の導電体の上に第３の酸化膜及び第２の絶縁膜を成膜し、
前記第２の絶縁膜の上に第３の導電体を形成し、
前記第１の酸化膜、前記第３の酸化膜及び前記第２の絶縁膜にドライエッチング処理を行って、第２の酸化物、第３の酸化物及び第１の絶縁体を形成し、かつ、前記第１の絶縁膜の前記第２の酸化物と重なっていない領域の表面近傍を除去し、
前記第３の導電体の上に、少なくとも一部が前記第１の絶縁膜と接するように、スパッタリング法を用いて第３の絶縁膜を成膜し、
熱処理を行うことを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項１２】
請求項１１において、
前記ドライエッチング処理で塩素を含むガスを用いることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項１３】
基板上に第１の絶縁膜を成膜し、
前記第１の絶縁膜の上に第１の酸化膜、第２の酸化膜、及び第１の導電膜を成膜し、
前記第２の酸化膜及び前記第１の導電膜の一部を選択的に除去して、前記第１の酸化膜の上に、第１の酸化物、第１の導電体及び第２の導電体を形成し、
前記第１の酸化膜、前記第１の酸化物、前記第１の導電体及び前記第２の導電体の上に第３の酸化膜及び第２の絶縁膜を成膜し、
前記第２の絶縁膜の上に第３の導電体を形成し、
前記第１の酸化膜、前記第３の酸化膜及び前記第２の絶縁膜にドライエッチング処理を行って、第２の酸化物、第３の酸化物及び第１の絶縁体を形成し、
前記第１の絶縁膜にウェットエッチング処理を行って、前記第１の絶縁膜の前記第２の酸化物と重なっていない領域の表面近傍を除去し、
前記第３の導電体の上に、少なくとも一部が前記第１の絶縁膜と接するように、スパッタリング法を用いて第３の絶縁膜を成膜し、
熱処理を行うことを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項１４】
請求項１１乃至１３のいずれか一において、
前記第１の酸化物、前記第２の酸化物及び前記第３の酸化物は、インジウム、元素Ｍ（Ｔｉ、Ｇａ、Ｙ、Ｚｒ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｎｄ、ＳｎまたはＨｆ）、亜鉛及び酸素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１５】
請求項１１乃至１４のいずれか一において、
前記第３の絶縁膜は、酸素及びアルミニウムを有す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】
本発明の一態様は、半導体装置、及び半導体装置の作製方法に関する。
【０００２】
なお、本発明の一態様は、上記の技術分野に限定されない。本明細書等で開示する発明の一態様は、物、方法、または、製造方法に関するものである。または、本発明の一態様は、プロセス、マシン、マニュファクチャ、または、組成物（コンポジション・オブ・マター）に関するものである。
【０００３】
なお、本明細書等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す。表示装置（液晶表示装置、発光表示装置など）、投影装置、照明装置、電気光学装置、蓄電装置、記憶装置、半導体回路、撮像装置および電子機器などは、半導体装置を有すると言える場合がある。
【背景技術】
【０００４】
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（単に表示装置とも表記する）等の電子デバイスに広く応用されている。トランジスタに適用可能な半導体薄膜としてシリコン系半導体材料が広く知られているが、その他の材料として酸化物半導体が注目されている。
【０００５】
例えば、酸化物半導体として、酸化亜鉛、又はＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物を活性層とするトランジスタを用いて、表示装置を作製する技術が開示されている（特許文献１及び特許文献２参照）。
【０００６】
さらに近年、酸化物半導体を有するトランジスタを用いて、記憶装置の集積回路を作製する技術が公開されている（特許文献３参照）。また、記憶装置だけでなく、演算装置等も、酸化物半導体を有するトランジスタによって作製されてきている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【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２０１１−１１９６７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、半導体層として酸化物半導体が設けられたトランジスタには、酸化物半導体中の酸素欠損などによって、その電気特性が変動しやすく、信頼性が低くなるという問題点もある。例えば、バイアス−熱ストレス試験（ＢＴ試験）前後において、トランジスタのしきい値電圧は変動してしまうことがある。
【０００９】
そこで、本発明の一態様は、安定した電気特性を有するトランジスタを提供することを課題の一とする。または、本発明の一態様は、ノーマリーオフの電気特性を有するトランジスタを提供することを課題の一とする。または、本発明の一態様は、非導通時のリーク電流の小さいトランジスタを提供することを課題の一とする。または、本発明の一態様は、信頼性の高いトランジスタを提供することを課題の一とする。または、本発明の一態様は、サブスレッショルドスイング値の小さいトランジスタを提供することを課題の一とする。
【００１０】
または、本発明の一態様は、該トランジスタを有する半導体装置を提供することを課題の一とする。または、本発明の一態様は、該半導体装置を有するモジュールを提供することを課題の一とする。または、本発明の一態様は、該半導体装置、または該モジュールを有する電子機器を提供することを課題の一とする。または、本発明の一態様は、新規な半導体装置を提供することを課題の一とする。または、本発明の一態様は、新規なモジュールを提供することを課題の一とする。または、本発明の一態様は、新規な電子機器を提供することを課題の一とする。
【００１１】
なお、これらの課題の記載は、他の課題の存在を妨げるものではない。なお、本発明の一態様は、これらの課題の全てを解決する必要はないものとする。なお、これら以外の課題は、明細書、図面、請求項などの記載から、自ずと明らかとなるものであり、明細書、図面、請求項などの記載から、これら以外の課題を抽出することが可能である。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
そこで、本発明の一態様においては、酸化物半導体の周囲の絶縁体から酸化物半導体に酸素を供給することで、酸化物半導体中の酸素欠損の低減を図る。特に酸化物半導体の下に配置される絶縁体（以下、下地絶縁膜という場合がある。）から酸化物半導体に酸素を供給する。
【００１３】
下地絶縁膜から酸化物半導体に酸素を供給する場合、下地絶縁膜の表面近傍に酸素を添加し、当該酸素を熱拡散によって、酸化物半導体に供給することができる。下地絶縁膜への酸素の添加は、例えば、当該下地絶縁膜の上面に接するように、スパッタリング法などを用いて酸素を含む絶縁膜を成膜することで、当該絶縁膜の成膜と同時に行うことができる。
【００１４】
しかしながら、下地絶縁膜に酸素の添加を行うときに、当該下地絶縁膜の表面が損傷していると、下地絶縁膜に酸素の添加を行っても、下地絶縁膜の損傷した領域（以下、損傷領域という場合がある。）で酸素の拡散が妨げられ、酸化物半導体に十分な量の酸素が供給されない場合がある。下地絶縁膜の損傷領域は、例えば、下地絶縁膜の上面に接して、他の膜を成膜することによって形成される。
【００１５】
そこで、下地絶縁膜の損傷領域を除去してから、下地絶縁膜に酸素の添加を行うことによって、添加した酸素が、損傷領域に妨げられずに、下地絶縁膜中を拡散できるようにする。
【００１６】
このようにして、酸化物半導体に酸素を供給して、当該酸化物半導体中の酸素欠損の低減を図る。
【００１７】
本発明の一態様は、基板上に配置された第１の絶縁体と、第１の絶縁体の上に配置された第１の酸化物と、第１の酸化物の上面の少なくとも一部に接して配置された第２の酸化物と、第２の酸化物の上面の少なくとも一部に接して配置された第１の導電体と、第２の酸化物の上面の少なくとも一部に接して配置され、第１の導電体と対向して配置された第２の導電体と、第１の導電体と第２の導電体の上に配置され、第２の酸化物の上面の少なくとも一部に接して配置された第３の酸化物と、第３の酸化物の上に配置された第２の絶縁体と、第２の絶縁体の上に配置され、少なくとも一部が第１の導電体と第２の導電体の間に重なるように配置された第３の導電体と、第３の導電体の上に配置され、少なくとも一部が第１の絶縁体の上面と接して配置された第３の絶縁体と、を有し、第１の酸化物の側面部と、第３の酸化物の側面部と、第２の絶縁体の側面部と、が略一致し、第１の絶縁体の第３の絶縁体と接する領域の膜厚は、第１の絶縁体の第１の酸化物と接する領域の膜厚より小さいことを特徴とする半導体装置である。
【００１８】
上記において、第１の導電体の側面部と、第２の酸化物の側面部と、が略一致し、第２の導電体の側面部と、第２の酸化物の側面部と、が略一致し、第２の酸化物の側面部は、第１の酸化物の側面部より内側に位置することが好ましい。
【００１９】
また、上記において、チャネル幅方向の断面において、第３の導電体の側面部は、第１の酸化物の側面部より内側に位置することが好ましい。
【００２０】
また、上記において、第１の絶縁体の第３の絶縁体と接する領域の膜厚と、第１の絶縁体の第１の酸化物と接する領域の膜厚の差が、５ｎｍ以上であることが好ましい。
【００２１】
また、上記において、第１の絶縁体の第３の絶縁体と接する領域は、ＥＳＲ測定におけるｇ＝２．０近傍のスピン密度が２．０×１０１７ｓｐｉｎｓ／ｃｍ３以下であることが好ましい。
【００２２】
また、上記において、第１の酸化物の第３の酸化物と接する領域の膜厚は、第１の酸化物の第２の酸化物と接する領域の膜厚より小さいことが好ましい。
【００２３】
また、上記において、第１の酸化物、第２の酸化物及び第３の酸化物は、インジウム、元素Ｍ（Ｔｉ、Ｇａ、Ｙ、Ｚｒ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｎｄ、ＳｎまたはＨｆ）、亜鉛及び酸素を有することが好ましい。また、上記において、第１の酸化物及び第３の酸化物の伝導帯下端のエネルギー準位は、第２の酸化物の伝導帯下端のエネルギー準位より真空準位に近い構成にしてもよい。
【００２４】
また、上記において、第１の絶縁体の下に、第３の導電体と少なくとも一部が重なるように配置された第４の導電体を有することが好ましい。
【００２５】
また、上記において、第３の絶縁体は、酸素及びアルミニウムを有することが好ましい。
【００２６】
また、本発明の他の一態様は、基板上に第１の絶縁膜を成膜し、第１の絶縁膜の上に第１の酸化膜、第２の酸化膜、及び第１の導電膜を成膜し、第２の酸化膜及び第１の導電膜の一部を選択的に除去して、第１の酸化膜の上に、第１の酸化物、第１の導電体及び第２の導電体を形成し、第１の酸化膜、第１の酸化物、第１の導電体及び第２の導電体の上に第３の酸化膜及び第２の絶縁膜を成膜し、第２の絶縁膜の上に第３の導電体を形成し、第１の酸化膜、第３の酸化膜及び第２の絶縁膜にドライエッチング処理を行って、第２の酸化物、第３の酸化物及び第１の絶縁体を形成し、かつ、第１の絶縁膜の第２の酸化物と重なっていない領域の表面近傍を除去し、第３の導電体の上に、少なくとも一部が第１の絶縁膜と接するように、スパッタリング法を用いて第３の絶縁膜を成膜し、熱処理を行うことを特徴とする半導体装置の作製方法である。
【００２７】
また、上記において、ドライエッチング処理で塩素を含むガスを用いることが好ましい。
【００２８】
また、本発明の他の一態様は、基板上に第１の絶縁膜を成膜し、第１の絶縁膜の上に第１の酸化膜、第２の酸化膜、及び第１の導電膜を成膜し、第２の酸化膜及び第１の導電膜の一部を選択的に除去して、第１の酸化膜の上に、第１の酸化物、第１の導電体及び第２の導電体を形成し、第１の酸化膜、第１の酸化物、第１の導電体及び第２の導電体の上に第３の酸化膜及び第２の絶縁膜を成膜し、第２の絶縁膜の上に第３の導電体を形成し、第１の酸化膜、第３の酸化膜及び第２の絶縁膜にドライエッチング処理を行って、第２の酸化物、第３の酸化物及び第１の絶縁体を形成し、第１の絶縁膜にウェットエッチング処理を行って、第１の絶縁膜の第２の酸化物と重なっていない領域の表面近傍を除去し、第３の導電体の上に、少なくとも一部が第１の絶縁膜と接するように、スパッタリング法を用いて第３の絶縁膜を成膜し、熱処理を行うことを特徴とする半導体装置の作製方法である。
【００２９】
また、上記において、第１の酸化物、第２の酸化物及び第３の酸化物は、インジウム、元素Ｍ（Ｔｉ、Ｇａ、Ｙ、Ｚｒ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｎｄ、ＳｎまたはＨｆ）、亜鉛及び酸素を有することが好ましい。また、上記において、第３の絶縁膜は、酸素及びアルミニウムを有すること好ましい。
【発明の効果】
【００３０】
本発明の一態様は、安定した電気特性を有するトランジスタを提供することができる。または、本発明の一態様は、ノーマリーオフの電気特性を有するトランジスタを提供することができる。または、本発明の一態様は、非導通時のリーク電流の小さいトランジスタを提供することができる。または、本発明の一態様は、信頼性の高いトランジスタを提供することができる。または、本発明の一態様は、サブスレッショルドスイング値の小さいトランジスタを提供することができる。
【００３１】
または、本発明の一態様は、該トランジスタを有する半導体装置を提供することができる。または、本発明の一態様は、該半導体装置を有するモジュールを提供することができる。または、本発明の一態様は、該半導体装置、または、該モジュールを有する電子機器を提供することができる。または、本発明の一態様は、新規な半導体装置を提供することができる。または、本発明の一態様は、新規なモジュールを提供することができる。または、本発明の一態様は、新規な電子機器を提供することができる。
【００３２】
なお、これらの効果の記載は、他の効果の存在を妨げるものではない。なお、本発明の一態様は、これらの効果の全てを有する必要はない。なお、これら以外の効果は、明細書、図面、請求項などの記載から、自ずと明らかとなるものであり、明細書、図面、請求項などの記載から、これら以外の効果を抽出することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の一態様に係るトランジスタを説明する上面図および断面図。
【図２】酸素が拡散する様子を示す模式図。
【図３】酸素が拡散する様子を示す模式図。
【図４】本発明の一態様に係るトランジスタの作製方法を説明する断面図。
【図５】本発明の一態様に係るトランジスタの作製方法を説明する断面図。
【図６】本発明の一態様に係るトランジスタの作製方法を説明する断面図。
【図７】本発明の一態様に係るトランジスタを説明する上面図および断面図。
【図８】本発明の一態様に係るトランジスタを説明する上面図および断面図。
【図９】本発明の一態様に係るトランジスタを説明する上面図および断面図。
【図１０】本発明の一態様に係るトランジスタを説明する上面図および断面図。
【図１１】本発明の一態様に係るトランジスタを説明する上面図および断面図。
【図１２】本発明に係る酸化物半導体の原子数比の範囲を説明する図。
【図１３】酸化物半導体の積層構造のバンド図。
【図１４】本発明の一態様に係る半導体装置を説明する断面図。
【図１５】本発明の一態様に係る半導体ウエハの上面図。
【図１６】電子部品の作製工程例を説明するフローチャートおよび斜視模式図。
【図１７】実施例で測定したＴＤＳ分析の結果のグラフ。
【図１８】実施例で測定したＥＳＲ測定の結果のグラフ。
【図１９】実施例で測定したＳＳＤＰ−ＳＩＭＳ測定の結果のグラフ。
【図２０】実施例で測定したＴＯＦ−ＳＩＭＳ測定の結果のグラフ。
【図２１】実施例で測定したＴＤＳ分析の結果のグラフ。
【図２２】実施例で観察したトランジスタの断面写真およびＩｄ−Ｖｇ特性のグラフ。
【図２３】実施例で観察したトランジスタの断面写真およびＩｄ−Ｖｇ特性のグラフ。
【図２４】実施例で観察したトランジスタの断面写真およびＩｄ−Ｖｇ特性のグラフ。
【図２５】実施例で観察したトランジスタの断面写真およびＩｄ−Ｖｇ特性のグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。但し、本発明は以下の説明に限定されず、本発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細を様々に変更し得ることは当業者であれば容易に理解される。従って、本発明は以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。なお、以下に説明する発明の構成において、同一部分又は同様な機能を有する部分には同一の符号を異なる図面間で共通して用い、その繰り返しの説明は省略する場合がある。
【００３５】
また、図面などにおいて示す各構成の、位置、大きさ、範囲などは、発明の理解を容易とするため、実際の位置、大きさ、範囲などを表していない場合がある。このため、開示する発明は、必ずしも、図面などに開示された位置、大きさ、範囲などに限定されない。例えば、実際の製造工程において、エッチングなどの処理により層やレジストマスクなどが意図せずに目減りすることがあるが、理解を容易とするために省略して示すことがある。
【００３６】
また、特に上面図（「平面図」ともいう。）や斜視図などにおいて、発明の理解を容易とするため、一部の構成要素の記載を省略する場合がある。また、一部の隠れ線などの記載を省略する場合がある。
【００３７】
本明細書等における「第１」、「第２」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、工程順または積層順など、なんらかの順番や順位を示すものではない。また、本明細書等において序数詞が付されていない用語であっても、構成要素の混同を避けるため、特許請求の範囲において序数詞が付される場合がある。また、本明細書等において序数詞が付されている用語であっても、特許請求の範囲において異なる序数詞が付される場合がある。また、本明細書等において序数詞が付されている用語であっても、特許請求の範囲などにおいて序数詞を省略する場合がある。
【００３８】
なお、「半導体」と表記した場合でも、例えば、導電性が十分低い場合は「絶縁体」としての特性を有する場合がある。また、「半導体」と「絶縁体」は境界が曖昧であり、厳密に区別できない場合がある。したがって、本明細書に記載の「半導体」は、「絶縁体」と言い換えることができる場合がある。同様に、本明細書に記載の「絶縁体」は、「半導体」と言い換えることができる場合がある。
【００３９】
また、「半導体」と表記した場合でも、例えば、導電性が十分高い場合は「導電体」としての特性を有する場合がある。また、「半導体」と「導電体」は境界が曖昧であり、厳密に区別できない場合がある。したがって、本明細書に記載の「半導体」は、「導電体」と言い換えることができる場合がある。同様に、本明細書に記載の「導電体」は、「半導体」と言い換えることができる場合がある。
【００４０】
また、本明細書等において「電極」や「配線」の用語は、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」の用語は、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。
【００４１】
なお、本明細書等において「上」や「下」の用語は、構成要素の位置関係が直上または直下で、かつ、直接接していることを限定するものではない。例えば、「絶縁層Ａ上の電極Ｂ」の表現であれば、絶縁層Ａの上に電極Ｂが直接接して形成されている必要はなく、絶縁層Ａと電極Ｂとの間に他の構成要素を含むものを除外しない。
【００４２】
また、ソースおよびドレインの機能は、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、動作条件などによって互いに入れ替わるため、いずれがソースまたはドレインであるかを限定することが困難である。このため、本明細書においては、ソースおよびドレインの用語は、入れ替えて用いることができるものとする。
【００４３】
なお、チャネル長とは、例えば、トランジスタの上面図において、半導体（またはトランジスタがオン状態のときに半導体の中で電流の流れる部分）とゲート電極とが互いに重なる領域、またはチャネルが形成される領域における、ソース（ソース領域またはソース電極）とドレイン（ドレイン領域またはドレイン電極）との間の距離をいう。なお、一つのトランジスタにおいて、チャネル長が全ての領域で同じ値をとるとは限らない。即ち、一つのトランジスタのチャネル長は、一つの値に定まらない場合がある。そのため、本明細書では、チャネル長は、チャネルの形成される領域における、いずれか一の値、最大値、最小値または平均値とする。
【００４４】
チャネル幅とは、例えば、半導体（またはトランジスタがオン状態のときに半導体の中で電流の流れる部分）とゲート電極とが互いに重なる領域、またはチャネルが形成される領域における、ソースとドレインとが向かい合っている部分の長さをいう。なお、一つのトランジスタにおいて、チャネル幅がすべての領域で同じ値をとるとは限らない。即ち、一つのトランジスタのチャネル幅は、一つの値に定まらない場合がある。そのため、本明細書では、チャネル幅は、チャネルの形成される領域における、いずれか一の値、最大値、最小値または平均値とする。
【００４５】
なお、トランジスタの構造によっては、実際にチャネルの形成される領域におけるチャネル幅（以下、「実効的なチャネル幅」ともいう。）と、トランジスタの上面図において示されるチャネル幅（以下、「見かけ上のチャネル幅」ともいう。）と、が異なる場合がある。例えば、ゲート電極が半導体の側面を覆う場合、実効的なチャネル幅が、見かけ上のチャネル幅よりも大きくなり、その影響が無視できなくなる場合がある。例えば、微細かつゲート電極が半導体の側面を覆うトランジスタでは、半導体の側面に形成されるチャネル形成領域の割合が大きくなる場合がある。その場合は、見かけ上のチャネル幅よりも、実効的なチャネル幅の方が大きくなる。
【００４６】
このような場合、実効的なチャネル幅の、実測による見積もりが困難となる場合がある。例えば、設計値から実効的なチャネル幅を見積もるためには、半導体の形状が既知という仮定が必要である。したがって、半導体の形状が正確にわからない場合には、実効的なチャネル幅を正確に測定することは困難である。
【００４７】
そこで、本明細書では、見かけ上のチャネル幅を、「囲い込みチャネル幅（ＳＣＷ：Ｓｕｒｒｏｕｎｄｅｄ  Ｃｈａｎｎｅｌ  Ｗｉｄｔｈ）」と呼ぶ場合がある。また、本明細書では、単にチャネル幅と記載した場合には、囲い込みチャネル幅または見かけ上のチャネル幅を指す場合がある。または、本明細書では、単にチャネル幅と記載した場合には、実効的なチャネル幅を指す場合がある。なお、チャネル長、チャネル幅、実効的なチャネル幅、見かけ上のチャネル幅、囲い込みチャネル幅などは、断面ＴＥＭ像などを解析することなどによって、値を決定することができる。
【００４８】
なお、トランジスタの電界効果移動度や、チャネル幅当たりの電流値などを計算して求める場合、囲い込みチャネル幅を用いて計算する場合がある。その場合には、実効的なチャネル幅を用いて計算する場合とは異なる値をとる場合がある。
【００４９】
なお、半導体の不純物とは、例えば、半導体を構成する主成分以外をいう。例えば、濃度が０．１原子％未満の元素は不純物と言える。不純物が含まれることにより、例えば、半導体のＤＯＳ（Ｄｅｎｓｉｔｙ  ｏｆ  Ｓｔａｔｅｓ）が高くなることや、キャリア移動度が低下することや、結晶性が低下することなどが起こる場合がある。半導体が酸化物半導体である場合、半導体の特性を変化させる不純物としては、例えば、第１族元素、第２族元素、第１３族元素、第１４族元素、第１５族元素、および酸化物半導体の主成分以外の遷移金属などがあり、例えば、水素、リチウム、ナトリウム、シリコン、ホウ素、リン、炭素、窒素などがある。酸化物半導体の場合、水も不純物として機能する場合がある。また、酸化物半導体の場合、例えば不純物の混入によって酸素欠損を形成する場合がある。また、半導体がシリコンである場合、半導体の特性を変化させる不純物としては、例えば、酸素、水素を除く第１族元素、第２族元素、第１３族元素、第１５族元素などがある。
【００５０】
また、本明細書において、「平行」とは、二つの直線が−１０°以上１０°以下の角度で配置されている状態をいう。従って、−５°以上５°以下の場合も含まれる。また、「略平行」とは、二つの直線が−３０°以上３０°以下の角度で配置されている状態をいう。また、「垂直」および「直交」とは、二つの直線が８０°以上１００°以下の角度で配置されている状態をいう。従って、８５°以上９５°以下の場合も含まれる。また、「略垂直」とは、二つの直線が６０°以上１２０°以下の角度で配置されている状態をいう。
【００５１】
なお、本明細書等において、計数値および計量値に関して「同一」、「同じ」、「等しい」または「均一」（これらの同意語を含む）などと言う場合は、明示されている場合を除き、プラスマイナス２０％の誤差を含むものとする。
【００５２】
また、本明細書等において、フォトリソグラフィ法によりレジストマスクを形成し、その後にエッチング工程（除去工程）を行う場合は、特段の説明がない限り、当該レジストマスクは、エッチング工程終了後に除去するものとする。
【００５３】
なお、「膜」という言葉と、「層」という言葉とは、場合によっては、または、状況に応じて、互いに入れ替えることが可能である。例えば、「導電層」という用語を、「導電膜」という用語に変更することが可能な場合がある。または、例えば、「絶縁膜」という用語を、「絶縁層」という用語に変更することが可能な場合がある。
【００５４】
また、本明細書等において、「絶縁体」という用語を、絶縁膜または絶縁層と言い換えることができる。また、「導電体」という用語を、導電膜または導電層と言い換えることができる。また、「半導体」という用語を、半導体膜または半導体層と言い換えることができる。
【００５５】
また、本明細書等に示すトランジスタは、明示されている場合を除き、エンハンスメント型（ノーマリーオフ型）の電界効果トランジスタとする。また、本明細書等に示すトランジスタは、明示されている場合を除き、ｎチャネル型のトランジスタとする。よって、そのしきい値電圧（「Ｖｔｈ」ともいう。）は、明示されている場合を除き、０Ｖよりも大きいものとする。
【００５６】
（実施の形態１）
本実施の形態では、良好な信頼性を有するトランジスタ、及び当該トランジスタの作製方法について、図１乃至図１３を用いて説明する。本実施の形態に示すトランジスタでは、半導体層として酸化物半導体を用いている。当該酸化物半導体中に過剰酸素を供給して酸素欠損を低減させることにより、当該酸化物半導体が設けられたトランジスタの信頼性を向上させることができる。
【００５７】
＜トランジスタの構成例＞
図１（Ａ）から（Ｄ）は、トランジスタ２００ａを示す上面図および断面図である。ここで、図１（Ａ）はトランジスタ２００ａの上面図である。図１（Ｂ）は、図１（Ａ）中の一点鎖線Ａ１−Ａ２に対応しており、トランジスタ２００ａのチャネル長方向の断面図である。また、図１（Ｃ）は、図１（Ａ）中の一点鎖線Ａ３−Ａ４に対応しており、トランジスタ２００ａのチャネル幅方向の断面図である。また、図１（Ｄ）は、図１（Ｂ）の絶縁体２２４と絶縁体２７２が接する領域近傍の拡大図である。
【００５８】
図１（Ａ）から（Ｄ）に示すように、トランジスタ２００ａは、基板（図示せず）の上に配置された絶縁体２２４と、絶縁体２２４の上に配置された酸化物２３０ａと、酸化物２３０ａの上面の少なくとも一部に接して配置された酸化物２３０ｂと、酸化物２３０ｂの上面の少なくとも一部に接して配置された導電体２４０ａと、酸化物２３０ｂの上面の少なくとも一部に接して配置され、導電体２４０ａと対向して配置された導電体２４０ｂと、導電体２４０ａと導電体２４０ｂの上に配置され、酸化物２３０ｂの上面の少なくとも一部に接して配置された酸化物２３０ｃと、酸化物２３０ｃの上に配置された絶縁体２５０と、絶縁体２５０の上に配置され、少なくとも一部が導電体２４０ａと導電体２４０ｂの間に重なって配置された導電体２６０と、導電体２６０の上に配置され、少なくとも一部が絶縁体２２４の上面と接して配置された絶縁体２７２と、を有する。ここで、絶縁体２２４の絶縁体２７２と接する領域の膜厚Ｔ２は、絶縁体２２４の酸化物２３０ａと接する領域の膜厚Ｔ１より小さい。
【００５９】
また、トランジスタ２００ａは、基板の上に絶縁体２１４を配置する構成にしてもよい。また、絶縁体２１４の上に配置された絶縁体２１６と、絶縁体２１６に埋め込まれるように配置された導電体２０５と、を有する構成にしてもよい。また、絶縁体２１６及び導電体２０５の上に配置された絶縁体２２０と、絶縁体２２０の上に配置された絶縁体２２２と、を有し、絶縁体２２２の上に絶縁体２２４を設ける構成にしてもよい。
【００６０】
なお、以下において酸化物２３０ａ、酸化物２３０ｂ、および酸化物２３０ｃをまとめて酸化物２３０という場合がある。また、導電体２４０ａと導電体２４０ｂをまとめて導電体２４０という場合がある。
【００６１】
絶縁体２１４は、下層から水または水素などの不純物がトランジスタ２００ａなどに混入するのを防ぐバリア絶縁膜として機能できる。絶縁体２１４は、水または水素などの不純物が透過しにくい絶縁性材料を用いることが好ましく、例えば、酸化アルミニウムなどを用いることが好ましい。これにより、絶縁体２１４より下層から水または水素などの不純物が絶縁体２１４より上層に拡散するのを抑制することができる。なお、絶縁体２１４は、水素原子、水素分子、水分子、窒素原子、窒素分子、酸化窒素分子（Ｎ２Ｏ、ＮＯ、ＮＯ２など）、銅原子などの不純物の少なくとも一が透過しにくいことが好ましい。また、以下において、不純物が透過しにくい絶縁性材料について記載する場合も同様である。
【００６２】
また、絶縁体２１４は、酸素（例えば、酸素原子または酸素分子など）が透過しにくい絶縁性材料を用いることが好ましい。これにより、絶縁体２２４などに含まれる酸素が下方拡散するのを抑制することができる。これにより、酸化物２３０ｂに効果的に酸素を供給することができる。
【００６３】
絶縁体２１６に開口が形成されており、当該開口の中に埋め込まれるように導電体２０５が形成されている。導電体２０５は、導電体２６０と少なくとも一部が重なるように配置される。ここで、導電体２０５の上面の高さと、絶縁体２１６の上面の高さは同程度にすることができる。導電体２０５は、ゲート電極の一方として機能できる。
【００６４】
また、絶縁体２２２は、水または水素などの不純物、および酸素が透過しにくい絶縁性材料を用いることが好ましく、例えば、酸化アルミニウムまたは酸化ハフニウムなどを用いることが好ましい。これにより、絶縁体２２２より下層から水または水素などの不純物が絶縁体２２２より上層に拡散するのを抑制することができる。さらに、絶縁体２２４などに含まれる酸素が下方拡散するのを抑制することができる。
【００６５】
絶縁体２２４は、加熱により酸素が放出される絶縁体を用いて形成することが好ましい。具体的には、昇温脱離ガス分析法（ＴＤＳ（Ｔｈｅｒｍａｌ  Ｄｅｓｏｒｐｔｉｏｎ  Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ））にて、酸素原子に換算した酸素の脱離量が１．０×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上、好ましくは３．０×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上である絶縁体を用いることが好ましい。なお、加熱により放出される酸素を「過剰酸素」ともいう。このような絶縁体２２４を酸化物２３０に接して設けることにより、酸化物２３０ｂに効果的に酸素を供給することができる。
【００６６】
また、絶縁体２２４中の水、水素または窒素酸化物などの不純物濃度が低減されていることが好ましい。例えば、絶縁体２２４の水素の脱離量は、ＴＤＳにおいて、５０℃から５００℃の範囲において、水素分子に換算した脱離量が、絶縁体２２４の面積当たりに換算して、２×１０１５ｍｏｌｅｃｕｌｅｓ／ｃｍ２以下、好ましくは１×１０１５ｍｏｌｅｃｕｌｅｓ／ｃｍ２以下、より好ましくは５×１０１４ｍｏｌｅｃｕｌｅｓ／ｃｍ２以下であればよい。
【００６７】
絶縁体２２０、絶縁体２２２、および絶縁体２２４は、ゲート絶縁膜として機能できる。
【００６８】
酸化物２３０ａは、例えば、酸素雰囲気下で成膜した酸化物を用いることが好ましい。これにより、酸化物２３０ａの形状の安定を図ることができる。なお、酸化物２３０ａ乃至酸化物２３０ｃの構成の詳細については後述する。
【００６９】
酸化物２３０ａは、酸化物２３０ｃと接する領域の膜厚が、酸化物２３０ｂと接する領域の膜厚より小さいことが好ましい。
【００７０】
酸化物２３０ｂは、酸化物中の不純物及び酸素欠損が低減され、高純度真性または実質的に高純度真性であることが好ましい。ここで、酸化物中に多く酸素欠損が含まれていると、当該酸素欠損に不純物が捕獲されやすくなる。酸化物中の不純物濃度の増大に伴い、欠陥準位密度が大きくなり、トラップ準位密度も大きくなる。酸化物のトラップ準位に捕獲された電荷は、消失するまでに要する時間が長く、あたかも固定電荷のように振る舞うことがある。そのため、トラップ準位密度の高い酸化物にチャネル領域が形成されるトランジスタは、電気特性が不安定となり、信頼性が低下する場合がある。
【００７１】
従って、トランジスタの電気特性を安定させ、信頼性を向上させるためには、酸化物２３０ｂに酸素を供給して酸化物２３０ｂ中の酸素欠損を低減し、酸化物２３０ｂが高純度真性または実質的に高純度真性となることが好ましい。
【００７２】
また、酸化物２３０ｂは、酸化物２３０ａおよび酸化物２３０ｃよりも電子親和力の大きい酸化物を用いてもよい。例えば、酸化物２３０ｂとして、酸化物２３０ａおよび酸化物２３０ｃよりも電子親和力が０．０７ｅＶ以上１．３ｅＶ以下、好ましくは０．１ｅＶ以上０．７ｅＶ以下、さらに好ましくは０．１ｅＶ以上０．４ｅＶ以下大きい酸化物を用いる。なお、電子親和力は、真空準位と伝導帯下端のエネルギーとの差である。
【００７３】
また、酸化物２３０ｂは、第１の領域、第２の領域、および第３の領域を有する。第３の領域は、上面図において第１の領域と第２の領域に挟まれる。トランジスタ２００ａは、酸化物２３０ｂの第１の領域上に接して導電体２４０ａを有する。また、トランジスタ２００ａは、酸化物２３０ｂの第２の領域上に接して導電体２４０ｂを有する。導電体２４０ａは、ソース電極またはドレイン電極の一方として機能し、導電体２４０ｂは、ソース電極またはドレイン電極の他方として機能できる。よって、酸化物２３０ｂの第１の領域または第２の領域の一方は、ソース領域として機能でき、他方はドレイン領域として機能できる。また、酸化物２３０ｂの第３の領域はチャネル形成領域２３０ｄとして機能できる。
【００７４】
なお、酸化物２３０ｂに含まれる酸素欠損の量は、例えば、一定電流測定法（ＣＰＭ：Ｃｏｎｓｔａｎｔ  Ｐｈｏｔｏｃｕｒｒｅｎｔ  Ｍｅｔｈｏｄ）などを用いて評価すればよい。ＣＰＭを用いることで、試料中の酸素欠損に起因する深い欠陥準位について評価を行うことができる。また、酸化物２３０ｂに含まれる酸素欠損に捕獲された水素の量は、例えば、電子スピン共鳴（ＥＳＲ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｓｐｉｎ  Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）分析などを用いて評価すればよい。ＥＳＲを用いることで、試料中の酸素欠損に捕獲された水素に起因する伝導電子について評価を行うことができる。
【００７５】
トランジスタ２００ａにおいて、導電体２４０ａの側面部と、酸化物２３０ｂの側面部の一方が略一致し、導電体２４０ｂの側面部と、酸化物２３０ｂの側面部の他方が略一致することが好ましい。さらにトランジスタ２００ａにおいて、酸化物２３０ｂの側面部は、酸化物２３０ａの側面部より内側に位置することが好ましい。
【００７６】
また、導電体２４０ａ及び導電体２４０ｂの導電体２６０により近い側面が９０°未満のテーパー角を有することが好ましい。導電体２４０ａ及び導電体２４０ｂの導電体２６０により近い側面と底面のなす角が４５°以上７５°以下であることが好ましい。このように導電体２４０ａ及び導電体２４０ｂを形成することにより、酸化物２３０ｃを導電体２４０が形成される段差部にも被覆性良く成膜することができる。これにより、酸化物２３０ｃが段切れなどを起こして、酸化物２３０ｂと絶縁体２５０などが接するのを防ぐことができる。
【００７７】
酸化物２３０ｃは、導電体２４０ａ、導電体２４０ｂ、酸化物２３０ｂ、および酸化物２３０ａ上に形成される。ここで、酸化物２３０ｃは、酸化物２３０ｂの上面と、酸化物２３０ｂの側面と、酸化物２３０ａの上面と接する。酸化物２３０ｃは、酸化物２３０ｂに酸素を供給する機能を有する場合がある。また、酸化物２３０ｃの上に絶縁体２５０を形成することにより、絶縁体２５０から水または水素などの不純物が酸化物２３０ｂに直接浸入することを防ぐことができる。また、例えば、酸素雰囲気下で成膜した酸化物を用いることが好ましい。これにより、酸化物２３０ｃの形状の安定を図ることができる。
【００７８】
絶縁体２５０はゲート絶縁膜として機能できる。絶縁体２５０は、絶縁体２２４と同様に、加熱により酸素が放出される絶縁体を用いて形成することが好ましい。このような絶縁体２５０を酸化物２３０に接して設けることにより、酸化物２３０ｂに効果的に酸素を供給することができる。また、絶縁体２２４と同様に、絶縁体２５０中の水または水素などの不純物濃度が低減されていることが好ましい。
【００７９】
トランジスタ２００ａにおいて、絶縁体２５０の側面部と、酸化物２３０ｃの側面部と、酸化物２３０ａの側面部と、が略一致することが好ましい。
【００８０】
トランジスタ２００ａは、絶縁体２５０上に導電体２６０を有する。絶縁体２５０および導電体２６０は、酸化物２３０ｂのチャネル形成領域２３０ｄと重なる領域を有する。導電体２６０は、トランジスタ２００ａのゲート電極として機能できる。
【００８１】
また、図１（Ｃ）に示すように、トランジスタ２００ａのチャネル幅方向の断面において、導電体２６０の側面部は、酸化物２３０ａの側面部より内側に位置することが好ましい。
【００８２】
また、導電体２０５を設ける場合、導電体２０５または導電体２６０の一方はゲート電極として機能でき、他方はバックゲート電極として機能できる。ゲート電極とバックゲート電極で半導体のチャネル形成領域を挟むように配置される。バックゲート電極の電位は、ゲート電極と同電位としてもよいし、接地電位や、任意の電位としてもよい。また、バックゲート電極の電位をゲート電極と連動させず独立して変化させることで、トランジスタのしきい値電圧を変化させることができる。
【００８３】
絶縁体２７２は、酸化物２３０、導電体２４０、絶縁体２５０、および導電体２６０を覆って設けられている。さらに絶縁体２７２は、少なくとも絶縁体２２４の上面と接して設けられている。絶縁体２７２は、上層から水または水素などの不純物がトランジスタ２００ａなどに混入するのを防ぐバリア絶縁膜として機能できる。
【００８４】
絶縁体２７２は、水または水素などの不純物が透過しにくい絶縁性材料を用いることが好ましく、例えば、酸化アルミニウムなどを用いることが好ましい。このような絶縁体２７２を用いることにより、絶縁体２７２より上層から水または水素などの不純物が絶縁体２７２より下層に拡散するのを抑制することができる。
【００８５】
ここで、絶縁体２７２は、スパッタリング法を用いて成膜された酸化物絶縁体を用いることが好ましく、例えば酸化アルミニウムを用いることが好ましい。このような絶縁体２７２を用いることにより、絶縁体２２４の絶縁体２７２と接する領域に酸素を添加して、絶縁体２２４を酸素過剰な状態にすることができる。また、絶縁体２７２は、絶縁体２５０の絶縁体２７２と接する領域に酸素を添加する場合もある。
【００８６】
図２及び図３を用いて、絶縁体２２４上に絶縁体２７２を成膜して、絶縁体２２４に酸素を添加する工程について説明する。図２及び図３は、図１（Ｂ）に示す絶縁体２２４と絶縁体２７２の界面近傍に対応する拡大図である。ここで、図２は、酸化物２３０ａの成膜などにより絶縁体２２４の表面に形成された損傷領域２９０を除去せずに、絶縁体２７２を成膜する場合の工程を示す。また、図３は、酸化物２３０ａの成膜などにより絶縁体２２４の表面に形成された損傷領域２９０を除去してから、絶縁体２７２を成膜する場合の工程を示す。なお、以下の説明においては、絶縁体２２４として代表的に酸化シリコンを用い、絶縁体２７２として代表的に酸化アルミニウムを用いる場合について説明する。
【００８７】
まず、図２に示す、損傷領域２９０を除去せずに、絶縁体２７２を成膜して絶縁体２２４に酸素を添加する工程について説明する。
【００８８】
図２（Ａ）に示すように、トランジスタ２００ａの作製工程において、絶縁体２２４の表面近傍に損傷領域２９０が形成される場合がある。損傷領域２９０は、例えば、絶縁体２２４の上面に膜をスパッタリング法で成膜することで形成され得る。このとき、絶縁体２２４の表面近傍には、スパッタ粒子などが叩き付けられるため、損傷領域２９０には、酸素欠損の形成、不純物元素の混入などが起こる。
【００８９】
さらに、絶縁体２２４上に接して設けられた膜がエッチングなどで除去されると、損傷領域２９０がエッチングガスに曝されて、より多くの酸素欠損の形成、不純物元素の混入などが起こる。特に絶縁体２２４に対するエッチングガスのエッチング速度が遅い場合、当該エッチング中に損傷領域２９０がほとんどエッチングされないので、より損傷の度合いが大きくなる。さらに、露出された絶縁体２２４の上に新たな膜を成膜することで、損傷領域２９０が成膜ガスに曝されて、さらに多くの酸素欠損の形成、不純物元素の混入などが起こる。
【００９０】
このような損傷領域２９０では、エッチングガスなどに含まれる不純物元素が、絶縁体２２４の表面を基準として深さ０ｎｍから１０ｎｍ程度まで含まれ、当該不純物元素の濃度が深さ５ｎｍ程度でピークを持つ場合がある。また、損傷領域２９０のＥＳＲ分析を行うと、ｇ＝２．００１近傍に大きなピークが見られる場合がある。ｇ＝２．００１近傍のピークはＥ’センターと呼ばれるものであり、シリコンのダングリングボンドに起因する。また、このｇ＝２．００１近傍のピークに対応するスピン密度は、２．１×１０１７［ｓｐｉｎｓ／ｃｍ３］程度になる場合がある。
【００９１】
次に、絶縁体２２４上、つまり損傷領域２９０上に、絶縁体２７２を成膜する（図２（Ｂ）参照）。詳細については、後述する図３に示す工程で説明するが、スパッタリング法で絶縁体２７２の成膜を行うことにより、成膜と同時に絶縁体２２４の表面近傍に酸素２９１が添加される。よって、酸素２９１は、損傷領域２９０に添加されることになる。なお、絶縁体２２４の表面近傍に形成される、酸素２９１の濃度が大きい領域を酸素添加領域２９２と呼ぶ場合がある。酸素添加領域２９２では酸素２９１の濃度が、酸素添加領域２９２より下の層と比較して大きくなる。
【００９２】
次に、熱処理を行って、酸素添加領域２９２に添加された酸素２９１を拡散させる（図２（Ｃ）参照）。しかしながら、損傷領域２９０中の酸素欠損や不純物元素などとの反応により、酸素２９１の拡散は阻害されてしまう。このため、図２に示す工程では、絶縁体２２４を介して酸化物２３０に酸素を供給することは困難である。
【００９３】
次に、図３に示す、損傷領域を２９０除去してから、絶縁体２７２を成膜して絶縁体２２４に酸素を添加する工程について説明する。まず、図２（Ａ）と同様に、絶縁体２２４の表面近傍に損傷領域２９０が形成される（図３（Ａ）参照）。
【００９４】
次に、ドライエッチングまたはウェットエッチングを用いて絶縁体２２４の表面近傍に形成された損傷領域２９０を除去する（図３（Ｂ）参照）。ドライエッチングまたはウェットエッチングは、絶縁体２２４に対するエッチング速度を大きくすることにより、絶縁体２２４から損傷領域２９０を除去することができる。
【００９５】
また、上記の損傷領域２９０の深さを考えて、絶縁体２２４の表面から５ｎｍ以上、好ましくは１０ｎｍ以上、より好ましくは２０ｎｍ以上をエッチングにより除去することが好ましい。また、損傷領域２９０を除去した絶縁体２２４の表面は、ＥＳＲ測定におけるｇ＝２．０近傍のスピン密度が２．０×１０１７ｓｐｉｎｓ／ｃｍ３以下であることが好ましい。
【００９６】
次に、露出した絶縁体２２４の上に絶縁体２７２を成膜する（図３（Ｃ）参照）。ここで、絶縁体２７２の成膜は、スパッタリング法を用いて行うことが好ましく、酸素を含む雰囲気下でスパッタリング法を用いて行うことがより好ましい。スパッタリング法で絶縁体２７２の成膜をおこなうことにより、成膜と同時に絶縁体２２４の表面（絶縁体２７２成膜後は絶縁体２２４と絶縁体２７２の界面）近傍に酸素２９１が添加される。これにより、絶縁体２２４の表面近傍に酸素添加領域２９２が形成される。ここで、酸素２９１は、例えば、酸素ラジカルとして絶縁体２２４に添加されるが、酸素２９１が添加されるときの状態はこれに限定されない。酸素２９１は、酸素原子、又は酸素イオンなどの状態で絶縁体２２４に添加されてもよい。なお、酸素２９１の添加に伴い、絶縁体２２４中に酸素が化学量論的組成を超えて含まれる場合があり、このときの酸素２９１を過剰酸素と呼ぶこともできる。
【００９７】
このようにして、絶縁体２２４の表面近傍に酸素２９１が添加される。添加された酸素２９１を、熱処理によって酸素添加領域２９２から絶縁体２２４中に拡散させる（図３（Ｄ）参照）。本工程では、図２（Ｃ）に示す工程とは異なり、損傷領域２９０は除去されており、酸素２９１は、絶縁体２２４中を拡散する。少なくとも加熱処理中において、絶縁体２２４は、酸素２９１の拡散に対して十分に原子間距離が大きく、酸素２９１に対して多孔性を有しているようにみなすことができる。このため、絶縁体２２４に対して加熱処理を行うことにより、図１（Ａ）から図１（Ｃ）及び図３（Ｄ）に示すように、極めて容易に酸素２９１を拡散させることができる。ここで、加熱処理は、例えば、２５０℃以上６５０℃以下、好ましくは３５０℃以上４５０℃以下で行えばよい。これにより、酸素２９１の濃度が大きい酸素添加領域２９２を中心に、絶縁体２２４中に酸素２９１を拡散させることができる。
【００９８】
ここで、絶縁体２７２は、絶縁体２２４より酸素を透過させにくい絶縁体であり、酸素をブロックするバリア膜として機能する。このような絶縁体２７２が絶縁体２２４上に形成されているので、絶縁体２２４中を拡散する酸素２９１が絶縁体２２４の上方に拡散せず、絶縁体２２４を主に横方向または下方向に拡散していく。このように、絶縁体２２４に拡散した酸素２９１は、酸化物２３０、特に酸化物２３０ｂのチャネル形成領域２３０ｄへと供給される。
【００９９】
このとき、酸素をブロックする機能を有する絶縁体２２２を絶縁体２２４と導電体２０５の間に設けることで絶縁体２２４に拡散した酸素２９１が導電体２０５に引き抜かれるのを防ぐことができる。また、絶縁体２２４に拡散した酸素２９１が絶縁体２２４より下層に拡散するのを防ぐことができる。これにより、酸素２９１を絶縁体２２４より上の層、つまり酸化物２３０に供給することができる。
【０１００】
このようにして、図１に示す酸化物２３０、特に酸化物２３０ｂ中に酸素２９１を供給して、酸素欠損を低減することができる。酸化物２３０中で、酸素欠損に水素がトラップされることにより浅いドナー準位が形成される。つまり、酸素欠損を低減させることにより、高純度真性または実質的に高純度真性な酸化物半導体とすることができる。
【０１０１】
また、４００℃１時間の熱処理において、絶縁体２２４中の酸素の拡散長は、３μｍ程度に見積もられる。このため、図１（Ａ）などに示す酸素添加領域２９２とチャネル形成領域２３０ｄとの距離は３μｍ以下とするのが好ましく、１μｍ以下とするのがより好ましい。
【０１０２】
以上のように、損傷領域２９０を除去してトランジスタ２００ａを作製することにより、図１（Ｄ）に示す拡大図のように、絶縁体２２４の絶縁体２７２と接する領域の膜厚Ｔ２は、絶縁体２２４の酸化物２３０ａと接する領域の膜厚Ｔ１より小さくなる。ここで、膜厚Ｔ１と膜厚Ｔ２の差は、５ｎｍ以上、好ましくは１０ｎｍ以上、より好ましくは２０ｎｍ以上とすればよい。また、膜厚Ｔ２は、少なくとも３ｎｍ以上、好ましくは５ｎｍ以上、より好ましくは１０ｎｍ以上とすればよい。
【０１０３】
また、絶縁体２２４の絶縁体２７２と接する領域は、ＥＳＲ測定におけるｇ＝２．０近傍のスピン密度が２．０×１０１７ｓｐｉｎｓ／ｃｍ３以下であることが好ましい。
【０１０４】
以上のような構成でトランジスタを形成することにより、ノーマリーオフの電気特性を有するトランジスタを提供することができる。または、安定した電気特性を有するトランジスタを提供することができる。または、非導通時のリーク電流の小さいトランジスタを提供することができる。または、信頼性の高いトランジスタを提供することができる。または、サブスレッショルドスイング値の小さいトランジスタを提供することができる。
【０１０５】
また、トランジスタ２００ａは、絶縁体２７２と絶縁体２１４に挟まれる構造とすることによって、酸素を外方拡散させず、絶縁体２２４、酸化物２３０、および絶縁体２５０中に多くの酸素を含有させることができる。さらに、絶縁体２７２の上方および絶縁体２１４の下方から水または水素などの不純物が混入するのを防ぎ、絶縁体２２４、酸化物２３０、および絶縁体２５０中の不純物濃度を低減させることができる。
【０１０６】
このようにして、トランジスタ２００ａの半導体層として機能する酸化物２３０ｂ中の酸素欠損を低減することで、トランジスタ２００ａの電気特性を安定させ、信頼性を向上させることができる。
【０１０７】
＜構成材料について＞
〔絶縁体〕
絶縁体２１６、絶縁体２２０、絶縁体２２４、および絶縁体２５０は、例えば、ホウ素、炭素、窒素、酸素、フッ素、マグネシウム、アルミニウム、シリコン、リン、アルゴン、ガリウム、ゲルマニウム、イットリウム、ジルコニウム、ランタン、ネオジム、ハフニウムまたはタンタルを含む絶縁材料を、単層で、または積層で用いればよい。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、窒化アルミニウム、酸化アルミニウム、窒化酸化アルミニウム、酸化窒化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化ガリウム、酸化ゲルマニウム、酸化イットリウム、酸化ジルコニウム、酸化ランタン、酸化ネオジム、酸化ハフニウム、酸化タンタル、アルミニウムシリケートなどから選ばれた材料を、単層でまたは積層して用いる。また、酸化物材料、窒化物材料、酸化窒化物材料、窒化酸化物材料のうち、複数の材料を混合した材料を用いてもよい。
【０１０８】
なお、本明細書中において、窒化酸化物とは、酸素よりも窒素の含有量が多い化合物をいう。また、酸化窒化物とは、窒素よりも酸素の含有量が多い化合物をいう。なお、各元素の含有量は、例えば、ラザフォード後方散乱法（ＲＢＳ：Ｒｕｔｈｅｒｆｏｒｄ  Ｂａｃｋｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ  Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）等を用いて測定することができる。
【０１０９】
絶縁体２１４、絶縁体２２２、および絶縁体２７２は、絶縁体２２４および絶縁体２５０より、水または水素などの不純物が透過しにくい絶縁性材料を用いて形成することが好ましい。例えば、不純物が透過しにくい絶縁性材料として、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸化窒化アルミニウム、窒化酸化アルミニウム、酸化ガリウム、酸化ゲルマニウム、酸化イットリウム、酸化ジルコニウム、酸化ランタン、酸化ネオジム、酸化ハフニウム、酸化タンタル、窒化シリコンなどを挙げることができる。これらを単層で、または積層で用いればよい。
【０１１０】
絶縁体２１４、および絶縁体２２２に不純物が透過しにくい絶縁性材料を用いることで、基板側からトランジスタへの不純物の拡散を抑制し、トランジスタの信頼性を高めることができる。絶縁体２７２に不純物が透過しにくい絶縁性材料を用いることで、絶縁体２７２よりも上層からトランジスタへの不純物の拡散を抑制し、トランジスタの信頼性を高めることができる。
【０１１１】
なお、絶縁体２１４および絶縁体２７２として、これらの材料で形成される絶縁層を複数積層して用いてもよい。
【０１１２】
ここで、不純物が透過しにくい絶縁性材料とは、水または水素などの不純物の拡散を抑制する機能を有し、耐酸化性が高く、酸素の拡散を抑制する機能を有する。
【０１１３】
例えば、酸化シリコンに対し、酸化アルミニウムは、３５０℃または４００℃の雰囲気下において、一時間当たりの酸素または水素の拡散距離が非常に小さい。従って、酸化アルミニウムは不純物が透過しにくい材料であるといえる。
【０１１４】
また、不純物が透過しにくい絶縁性材料の一例として、例えば、ＣＶＤ法で形成した窒化シリコンを用いることができる。ここで、トランジスタ２００ａ等の酸化物半導体を有する半導体素子に、水素が拡散することで、該半導体素子の特性が低下する場合がある。従って、トランジスタ２００ａは、水素の拡散を抑制する膜で封止されていることが好ましい。水素の拡散を抑制する膜とは、具体的には、水素の脱離量が少ない膜とする。
【０１１５】
水素の脱離量は、例えば、ＴＤＳなどを用いて分析することができる。例えば、絶縁体２１４の水素の脱離量は、ＴＤＳにおいて、５０℃から５００℃の範囲において、水素分子に換算した脱離量が、絶縁体２１４の面積当たりに換算して、２×１０１５ｍｏｌｅｃｕｌｅｓ／ｃｍ２以下、好ましくは１×１０１５ｍｏｌｅｃｕｌｅｓ／ｃｍ２以下、より好ましくは５×１０１４ｍｏｌｅｃｕｌｅｓ／ｃｍ２以下であればよい。
【０１１６】
また、酸化物２３０として酸化物半導体を用いる場合は、酸化物２３０中の水素濃度の増加を防ぐために、絶縁体中の水素濃度を低減することが好ましい。具体的には、絶縁体中の水素濃度を、（二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ：Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ  Ｉｏｎ  Ｍａｓｓ  Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）において２×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、好ましくは５×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、より好ましくは１×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、さらに好ましくは５×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下とする。特に、絶縁体２１６、絶縁体２２４、および絶縁体２５０の水素濃度を低減することが好ましい。少なくとも、酸化物２３０と接する絶縁体２２４、および絶縁体２５０の水素濃度を低減することが好ましい。
【０１１７】
また、酸化物２３０中の窒素濃度の増加を防ぐために、絶縁体中の窒素濃度を低減することが好ましい。具体的には、絶縁体中の窒素濃度を、ＳＩＭＳにおいて５×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、好ましくは５×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、より好ましくは１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、さらに好ましくは５×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下とする。
【０１１８】
また、絶縁体２２４の少なくとも酸化物２３０と接する領域と、絶縁体２５０の少なくとも酸化物２３０と接する領域は、欠陥が少ないことが好ましく、代表的には、電子スピン共鳴法（ＥＳＲ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｓｐｉｎ  Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）で観察されるシグナルが少ない方が好ましい。例えば、上述のシグナルとしては、ｇ値が２．００１に観察されるＥ’センターが挙げられる。なお、Ｅ’センターは、シリコンのダングリングボンドに起因する。絶縁体２２４および絶縁体２５０として酸化シリコン層または酸化窒化シリコン層を用いる場合は、Ｅ’センター起因のスピン密度が、３×１０１７ｓｐｉｎｓ／ｃｍ３以下、好ましくは５×１０１６ｓｐｉｎｓ／ｃｍ３以下である酸化シリコン層、または酸化窒化シリコン層を用いればよい。
【０１１９】
また、上述のシグナル以外に二酸化窒素（ＮＯ２）に起因するシグナルが観察される場合がある。当該シグナルは、Ｎの核スピンにより３つのシグナルに分裂しており、それぞれのｇ値が２．０３７以上２．０３９以下（第１のシグナルとする）、ｇ値が２．００１以上２．００３以下（第２のシグナルとする）、及びｇ値が１．９６４以上１．９６６以下（第３のシグナルとする）に観察される。
【０１２０】
例えば、絶縁体２２４および絶縁体２５０として、二酸化窒素（ＮＯ２）起因のスピン密度が、１×１０１７ｓｐｉｎｓ／ｃｍ３以上１×１０１８ｓｐｉｎｓ／ｃｍ３未満である絶縁層を用いると好適である。
【０１２１】
なお、二酸化窒素（ＮＯ２）を含む窒素酸化物（ＮＯｘ）は、絶縁層中に準位を形成する。当該準位は、酸化物半導体のエネルギーギャップ内に位置する。そのため、窒素酸化物（ＮＯｘ）が、絶縁層と酸化物半導体の界面に拡散すると、当該準位が絶縁層側において電子をトラップする場合がある。この結果、トラップされた電子が、絶縁層と酸化物半導体の界面近傍に留まるため、トランジスタのしきい値電圧をプラス方向にシフトさせてしまう。したがって、絶縁体２２４および絶縁体２５０として窒素酸化物の含有量が少ない膜を用いると、トランジスタのしきい値電圧のシフトを低減することができる。
【０１２２】
窒素酸化物（ＮＯｘ）の放出量が少ない絶縁層としては、例えば、酸化窒化シリコン層を用いることができる。当該酸化窒化シリコン層は、ＴＤＳにおいて、窒素酸化物（ＮＯｘ）の放出量よりアンモニアの放出量が多い層であり、代表的にはアンモニアの放出量が１×１０１８／ｃｍ３以上５×１０１９／ｃｍ３以下である。なお、上記のアンモニアの放出量は、ＴＤＳにおける加熱処理の温度が５０℃以上６５０℃以下、または５０℃以上５５０℃以下の範囲での総量である。
【０１２３】
窒素酸化物（ＮＯｘ）は、加熱処理においてアンモニア及び酸素と反応するため、アンモニアの放出量が多い絶縁層を用いることで窒素酸化物（ＮＯｘ）が低減される。
【０１２４】
また、絶縁体２１６、絶縁体２２４、および絶縁体２５０の少なくとも１つは、加熱により酸素が放出される絶縁体を用いて形成することが好ましい。具体的には、ＴＤＳにて、酸素原子に換算した酸素の脱離量が１．０×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上、好ましくは３．０×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上である絶縁体を用いることが好ましい。
【０１２５】
また、過剰酸素を含む絶縁層は、絶縁層に酸素を添加する処理を行って形成することもできる。酸素を添加する処理は、酸素雰囲気下による加熱処理や、イオン注入法、イオンドーピング法、プラズマイマージョンイオン注入法、またはプラズマ処理などを用いて行うことができる。また、酸素を含むプラズマ処理は、例えばマイクロ波を用いた高密度プラズマを発生させる電源を有する装置を用いることが好ましい。または、基板側にＲＦ（Ｒａｄｉｏ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）を印加する電源を有してもよい。高密度プラズマを用いることより高密度の酸素ラジカルを生成することができ、基板側にＲＦを印加することで高密度プラズマによって生成された酸素ラジカルを効率よく対象となる膜内に導くことができる。または、この装置を用いて不活性ガスを含むプラズマ処理を行った後に脱離した酸素を補うために酸素を含むプラズマ処理を行ってもよい。なお、酸素を添加するためのガスとしては、１６Ｏ２もしくは１８Ｏ２などの酸素ガス、亜酸化窒素ガスまたはオゾンガスなどを用いることができる。なお、本明細書では酸素を添加する処理を「酸素ドープ処理」ともいう。
【０１２６】
また、酸素ドープ処理によって、半導体の結晶性を高めることや、水または水素などの不純物を除去することなどができる場合がある。つまり、「酸素ドープ処理」は、「不純物除去処理」ともいえる。特に、酸素ドープ処理として、減圧状態で酸素を含むプラズマ処理を行うことで、対象となる絶縁体、または酸化物中の水素、および水に関する結合が切断されることにより、水素、および水が脱離しやすい状態に変化する。従って、加熱しながらのプラズマ処理、または、プラズマ処理後に加熱処理を行うことが好ましい。また、加熱処理後に、プラズマ処理を行い、さらに加熱処理を行うことで、対象となる膜中の不純物濃度を低減することができる。
【０１２７】
絶縁体の形成方法は、特に限定されず、その材料に応じて、スパッタ法、ＳＯＧ法、スピンコート、ディップ、スプレー塗布、液滴吐出法（インクジェット法など）、印刷法（スクリーン印刷、オフセット印刷など）などを用いればよい。
【０１２８】
〔酸化物半導体〕
酸化物２３０に用いる酸化物半導体としては、少なくともインジウムまたは亜鉛を含むことが好ましい。特にインジウムおよび亜鉛を含むことが好ましい。また、それらに加えて、アルミニウム、ガリウム、イットリウムまたはスズなどが含まれていることが好ましい。また、ホウ素、シリコン、チタン、鉄、ニッケル、ゲルマニウム、ジルコニウム、モリブデン、ランタン、セリウム、ネオジム、ハフニウム、タンタル、タングステン、またはマグネシウムなどから選ばれた一種、または複数種が含まれていてもよい。
【０１２９】
ここでは、酸化物半導体が、インジウム、元素Ｍ及び亜鉛を有するＩｎＭＺｎＯである場合を考える。なお、元素Ｍは、アルミニウム、ガリウム、イットリウムまたはスズなどとする。そのほかの元素Ｍに適用可能な元素としては、ホウ素、シリコン、チタン、鉄、ニッケル、ゲルマニウム、ジルコニウム、モリブデン、ランタン、セリウム、ネオジム、ハフニウム、タンタル、タングステン、マグネシウムなどがある。ただし、元素Ｍとして、前述の元素を複数組み合わせても構わない場合がある。
【０１３０】
また、酸化物半導体のバンドギャップは２ｅＶ以上あるため、上記のように、酸素欠損及び不純物を低減した酸化物２３０を酸化物半導体として用いると、オフ電流が極めて少ないトランジスタを実現することができる。具体的には、ソースとドレイン間の電圧が３．５Ｖ、室温（代表的には２５℃）下において、チャネル幅１μｍ当たりのオフ電流を１×１０−２０Ａ未満、１×１０−２２Ａ未満、あるいは１×１０−２４Ａ未満とすることができる。すなわち、オンオフ比を２０桁以上１５０桁以下とすることができる。また、酸化物２３０に酸化物半導体を用いたトランジスタは、ソースとドレイン間の絶縁耐圧が高い。よって、信頼性の良好なトランジスタを提供できる。また、出力電圧が大きく高耐圧なトランジスタを提供できる。また、信頼性の良好な半導体装置などを提供できる。また、出力電圧が大きく高耐圧な半導体装置を提供することができる。
【０１３１】
＜構造＞
酸化物半導体は、単結晶酸化物半導体と、それ以外の非単結晶酸化物半導体と、に分けられる。非単結晶酸化物半導体としては、例えば、ＣＡＡＣ−ＯＳ（ｃ−ａｘｉｓ  ａｌｉｇｎｅｄ  ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ  ｏｘｉｄｅ  ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）、多結晶酸化物半導体、ｎｃ−ＯＳ（ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ  ｏｘｉｄｅ  ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）、擬似非晶質酸化物半導体（ａ−ｌｉｋｅ  ＯＳ：ａｍｏｒｐｈｏｕｓ−ｌｉｋｅ  ｏｘｉｄｅ  ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）および非晶質酸化物半導体などがある。
【０１３２】
ＣＡＡＣ−ＯＳは、ｃ軸配向性を有し、かつａ−ｂ面方向において複数のナノ結晶が連結し、歪みを有した結晶構造となっている。なお、歪みとは、複数のナノ結晶が連結する領域において、格子配列の揃った領域と、別の格子配列の揃った領域と、の間で格子配列の向きが変化している箇所を指す。
【０１３３】
ナノ結晶は、六角形を基本とするが、正六角形状とは限らず、非正六角形状である場合がある。また、歪みにおいて、五角形、および七角形などの格子配列を有する場合がある。なお、ＣＡＡＣ−ＯＳにおいて、歪み近傍においても、明確な結晶粒界（グレインバウンダリーともいう）を確認することはできない。即ち、格子配列の歪みによって、結晶粒界の形成が抑制されていることがわかる。これは、ＣＡＡＣ−ＯＳが、ａ−ｂ面方向において酸素原子の配列が稠密でないことや、金属元素が置換することで原子間の結合距離が変化することなどによって、歪みを許容することができるためと考えられる。
【０１３４】
また、ＣＡＡＣ−ＯＳは、インジウム、および酸素を有する層（以下、Ｉｎ層）と、元素Ｍ、亜鉛、および酸素を有する層（以下、（Ｍ，Ｚｎ）層）とが積層した、層状の結晶構造（層状構造ともいう）を有する傾向がある。なお、インジウムと元素Ｍは、互いに置換可能であり、（Ｍ，Ｚｎ）層の元素Ｍがインジウムと置換した場合、（Ｉｎ，Ｍ，Ｚｎ）層と表すこともできる。また、Ｉｎ層のインジウムが元素Ｍと置換した場合、（Ｉｎ，Ｍ）層と表すこともできる。
【０１３５】
ｎｃ−ＯＳは、微小な領域（例えば、１ｎｍ以上１０ｎｍ以下の領域、特に１ｎｍ以上３ｎｍ以下の領域）において原子配列に周期性を有する。また、ｎｃ−ＯＳは、異なるナノ結晶間で結晶方位に規則性が見られない。そのため、膜全体で配向性が見られない。したがって、ｎｃ−ＯＳは、分析方法によっては、ａ−ｌｉｋｅ  ＯＳや非晶質酸化物半導体と区別が付かない場合がある。
【０１３６】
ａ−ｌｉｋｅ  ＯＳは、ｎｃ−ＯＳと非晶質酸化物半導体との間の構造を有する酸化物半導体である。ａ−ｌｉｋｅ  ＯＳは、鬆または低密度領域を有する。即ち、ａ−ｌｉｋｅ  ＯＳは、ｎｃ−ＯＳおよびＣＡＡＣ−ＯＳと比べて、結晶性が低い。
【０１３７】
酸化物半導体は、多様な構造をとり、それぞれが異なる特性を有する。本発明の一態様の酸化物半導体は、非晶質酸化物半導体、多結晶酸化物半導体、ａ−ｌｉｋｅ  ＯＳ、ｎｃ−ＯＳ、ＣＡＡＣ−ＯＳのうち、二種以上を有していてもよい。
【０１３８】
＜原子数比＞
次に、図１２（Ａ）、図１２（Ｂ）、および図１２（Ｃ）を用いて、本発明に係る酸化物半導体が有するインジウム、元素Ｍ及び亜鉛の原子数比の好ましい範囲について説明する。なお、図１２（Ａ）、図１２（Ｂ）、および図１２（Ｃ）には、酸素の原子数比については記載しない。また、酸化物半導体が有するインジウム、元素Ｍ、及び亜鉛の原子数比のそれぞれの項を［Ｉｎ］、［Ｍ］、および［Ｚｎ］とする。
【０１３９】
図１２（Ａ）、図１２（Ｂ）、および図１２（Ｃ）において、破線は、［Ｉｎ］：［Ｍ］：［Ｚｎ］＝（１＋α）：（１−α）：１の原子数比（−１≦α≦１）となるライン、［Ｉｎ］：［Ｍ］：［Ｚｎ］＝（１＋α）：（１−α）：２の原子数比となるライン、［Ｉｎ］：［Ｍ］：［Ｚｎ］＝（１＋α）：（１−α）：３の原子数比となるライン、［Ｉｎ］：［Ｍ］：［Ｚｎ］＝（１＋α）：（１−α）：４の原子数比となるライン、および［Ｉｎ］：［Ｍ］：［Ｚｎ］＝（１＋α）：（１−α）：５の原子数比となるラインを表す。
【０１４０】
また、一点鎖線は、［Ｉｎ］：［Ｍ］：［Ｚｎ］＝５：１：βの原子数比（β≧０）となるライン、［Ｉｎ］：［Ｍ］：［Ｚｎ］＝２：１：βの原子数比となるライン、［Ｉｎ］：［Ｍ］：［Ｚｎ］＝１：１：βの原子数比となるライン、［Ｉｎ］：［Ｍ］：［Ｚｎ］＝１：２：βの原子数比となるライン、［Ｉｎ］：［Ｍ］：［Ｚｎ］＝１：３：βの原子数比となるライン、及び［Ｉｎ］：［Ｍ］：［Ｚｎ］＝１：４：βの原子数比となるラインを表す。
【０１４１】
また、図１２（Ａ）、図１２（Ｂ）、および図１２（Ｃ）に示す、［Ｉｎ］：［Ｍ］：［Ｚｎ］＝０：２：１の原子数比、およびその近傍値の酸化物半導体は、スピネル型の結晶構造をとりやすい。
【０１４２】
また、酸化物半導体中に複数の相が共存する場合がある（二相共存、三相共存など）。例えば、原子数比が［Ｉｎ］：［Ｍ］：［Ｚｎ］＝０：２：１の近傍値である場合、スピネル型の結晶構造と層状の結晶構造との二相が共存しやすい。また、原子数比が［Ｉｎ］：［Ｍ］：［Ｚｎ］＝１：０：０の近傍値である場合、ビックスバイト型の結晶構造と層状の結晶構造との二相が共存しやすい。酸化物半導体中に複数の相が共存する場合、異なる結晶構造の間において、結晶粒界が形成される場合がある。
【０１４３】
図１２（Ａ）に示す領域Ａは、酸化物半導体が有する、インジウム、元素Ｍ、及び亜鉛の原子数比の好ましい範囲の一例について示している。
【０１４４】
酸化物半導体は、インジウムの含有率を高くすることで、酸化物半導体のキャリア移動度（電子移動度）を高くすることができる。従って、インジウムの含有率が高い酸化物半導体はインジウムの含有率が低い酸化物半導体と比較してキャリア移動度が高くなる。
【０１４５】
一方、酸化物半導体中のインジウムおよび亜鉛の含有率が低くなると、キャリア移動度が低くなる。従って、原子数比が［Ｉｎ］：［Ｍ］：［Ｚｎ］＝０：１：０、およびその近傍値である場合（例えば図１２（Ｃ）に示す領域Ｃ）は、絶縁性が高くなる。
【０１４６】
従って、本発明の一態様の酸化物半導体は、キャリア移動度が高く、かつ、結晶粒界が少ない層状構造となりやすい、図１２（Ａ）の領域Ａで示される原子数比を有することが好ましい。
【０１４７】
特に、図１２（Ｂ）に示す領域Ｂでは、領域Ａの中でも、ＣＡＡＣ−ＯＳとなりやすく、キャリア移動度も高い優れた酸化物半導体が得られる。
【０１４８】
ＣＡＡＣ−ＯＳは結晶性の高い酸化物半導体である。一方、ＣＡＡＣ−ＯＳは、明確な結晶粒界を確認することはできないため、結晶粒界に起因する電子移動度の低下が起こりにくいといえる。また、酸化物半導体の結晶性は不純物の混入や欠陥の生成などによって低下する場合があるため、ＣＡＡＣ−ＯＳは不純物や欠陥（酸素欠損など）の少ない酸化物半導体ともいえる。従って、ＣＡＡＣ−ＯＳを有する酸化物半導体は、物理的性質が安定する。そのため、ＣＡＡＣ−ＯＳを有する酸化物半導体は熱に強く、信頼性が高い。
【０１４９】
なお、領域Ｂは、［Ｉｎ］：［Ｍ］：［Ｚｎ］＝４：２：３から４．１、およびその近傍値を含む。近傍値には、例えば、［Ｉｎ］：［Ｍ］：［Ｚｎ］＝５：３：４が含まれる。また、領域Ｂは、［Ｉｎ］：［Ｍ］：［Ｚｎ］＝５：１：６、およびその近傍値、および［Ｉｎ］：［Ｍ］：［Ｚｎ］＝５：１：７、およびその近傍値を含む。
【０１５０】
なお、酸化物半導体が有する性質は、原子数比によって一義的に定まらない。同じ原子数比であっても、形成条件により、酸化物半導体の性質が異なる場合がある。例えば、酸化物半導体をスパッタリング装置にて成膜する場合、ターゲットの原子数比からずれた原子数比の膜が形成される。また、成膜時の基板温度によっては、ターゲットの［Ｚｎ］よりも、膜の［Ｚｎ］が小さくなる場合がある。従って、図示する領域は、酸化物半導体が特定の特性を有する傾向がある原子数比を示す領域であり、領域Ａ乃至領域Ｃの境界は厳密ではない。
【０１５１】
［酸化物半導体を有するトランジスタ］
続いて、上記酸化物半導体をトランジスタに用いる場合について説明する。
【０１５２】
なお、上記酸化物半導体をトランジスタに用いることで、結晶粒界におけるキャリア散乱等を減少させることができるため、高い電界効果移動度のトランジスタを実現することができる。また、信頼性の高いトランジスタを実現することができる。
【０１５３】
また、トランジスタには、キャリア密度の低い酸化物半導体を用いることが好ましい。酸化物半導体膜のキャリア密度を低くする場合においては、酸化物半導体膜中の不純物濃度を低くし、欠陥準位密度を低くすればよい。本明細書等において、不純物濃度が低く、欠陥準位密度の低いことを高純度真性または実質的に高純度真性と言う。例えば、酸化物半導体は、キャリア密度が８×１０１１／ｃｍ３未満、好ましくは１×１０１１／ｃｍ３未満、さらに好ましくは１×１０１０／ｃｍ３未満であり、１×１０−９／ｃｍ３以上とすればよい。
【０１５４】
高純度真性または実質的に高純度真性である酸化物半導体は、欠陥準位密度が低いため、トラップ準位密度も低くなる場合がある。
【０１５５】
また、酸化物半導体のトラップ準位に捕獲された電荷は、消失するまでに要する時間が長く、あたかも固定電荷のように振る舞うことがある。そのため、トラップ準位密度の高い酸化物半導体にチャネル領域が形成されるトランジスタは、電気特性が不安定となる場合がある。
【０１５６】
従って、トランジスタの電気特性を安定にするためには、酸化物半導体中の不純物濃度を低減することが有効である。また、酸化物半導体中の不純物濃度を低減するためには、近接する膜中の不純物濃度も低減することが好ましい。不純物としては、水素、窒素、アルカリ金属、アルカリ土類金属、鉄、ニッケル、シリコン等がある。
【０１５７】
＜不純物＞
ここで、酸化物半導体中における各不純物の影響について説明する。
【０１５８】
酸化物半導体において、第１４族元素の一つであるシリコンや炭素が含まれると、酸化物半導体において欠陥準位が形成される。このため、酸化物半導体におけるシリコンや炭素の濃度と、酸化物半導体との界面近傍のシリコンや炭素の濃度（ＳＩＭＳ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。
【０１５９】
また、酸化物半導体にアルカリ金属またはアルカリ土類金属が含まれると、欠陥準位を形成し、キャリアを生成する場合がある。従って、アルカリ金属またはアルカリ土類金属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。このため、酸化物半導体中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。具体的には、ＳＩＭＳにより得られる酸化物半導体中の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。
【０１６０】
また、酸化物半導体において、窒素が含まれると、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半導体に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、該酸化物半導体において、窒素はできる限り低減されていることが好ましい、例えば、酸化物半導体中の窒素濃度は、ＳＩＭＳにおいて、５×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満、好ましくは５×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、より好ましくは１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、さらに好ましくは５×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下とする。
【０１６１】
また、酸化物半導体に含まれる水素は、金属原子と結合する酸素と反応して水になるため、酸素欠損を形成する場合がある。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して、キャリアである電子を生成することがある。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。このため、酸化物半導体中の水素はできる限り低減されていることが好ましい。具体的には、酸化物半導体において、ＳＩＭＳにより得られる水素濃度を、１×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満、好ましくは１×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満、より好ましくは５×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満、さらに好ましくは１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満とする。
【０１６２】
酸素が十分に供給され、不純物、酸素欠損が十分に低減された酸化物半導体をトランジスタのチャネル領域に用いることで、ノーマリーオフの電気特性、安定した電気特性、および良好な信頼性を付与することができる。
【０１６３】
＜バンド図＞
続いて、該酸化物半導体を２層構造、または３層構造とした場合について述べる。酸化物半導体Ｓ１、酸化物半導体Ｓ２、および酸化物半導体Ｓ３の積層構造、および積層構造に接する絶縁体のバンド図と、酸化物半導体Ｓ２および酸化物半導体Ｓ３の積層構造、および積層構造に接する絶縁体のバンド図と、酸化物半導体Ｓ１および酸化物半導体Ｓ２の積層構造、および積層構造に接する絶縁体のバンド図と、について、図１３を用いて説明する。
【０１６４】
図１３（Ａ）は、絶縁体Ｉ１、酸化物半導体Ｓ１、酸化物半導体Ｓ２、酸化物半導体Ｓ３、及び絶縁体Ｉ２を有する積層構造の膜厚方向のバンド図の一例である。また、図１３（Ｂ）は、絶縁体Ｉ１、酸化物半導体Ｓ２、酸化物半導体Ｓ３、及び絶縁体Ｉ２を有する積層構造の膜厚方向のバンド図の一例である。また、図１３（Ｃ）は、絶縁体Ｉ１、酸化物半導体Ｓ１、酸化物半導体Ｓ２、及び絶縁体Ｉ２を有する積層構造の膜厚方向のバンド図の一例である。なお、バンド図は、理解を容易にするため絶縁体Ｉ１、酸化物半導体Ｓ１、酸化物半導体Ｓ２、酸化物半導体Ｓ３、及び絶縁体Ｉ２の伝導帯下端のエネルギー準位（Ｅｃ）を示す。
【０１６５】
酸化物半導体Ｓ１、酸化物半導体Ｓ３は、酸化物半導体Ｓ２よりも伝導帯下端のエネルギー準位が真空準位に近く、代表的には、酸化物半導体Ｓ２の伝導帯下端のエネルギー準位と、酸化物半導体Ｓ１、酸化物半導体Ｓ３の伝導帯下端のエネルギー準位との差が、０．１５ｅＶ以上、または０．５ｅＶ以上、かつ２ｅＶ以下、または１ｅＶ以下であることが好ましい。すなわち、酸化物半導体Ｓ１、酸化物半導体Ｓ３の電子親和力よりも、酸化物半導体Ｓ２の電子親和力が大きく、酸化物半導体Ｓ１、酸化物半導体Ｓ３の電子親和力と、酸化物半導体Ｓ２の電子親和力との差は、０．１５ｅＶ以上、または０．５ｅＶ以上、かつ２ｅＶ以下、または１ｅＶ以下であることが好ましい。
【０１６６】
図１３（Ａ）、図１３（Ｂ）、および図１３（Ｃ）に示すように、酸化物半導体Ｓ１、酸化物半導体Ｓ２、酸化物半導体Ｓ３において、伝導帯下端のエネルギー準位はなだらかに変化する。換言すると、連続的に変化または連続接合するともいうことができる。このようなバンド図を有するためには、酸化物半導体Ｓ１と酸化物半導体Ｓ２との界面、または酸化物半導体Ｓ２と酸化物半導体Ｓ３との界面において形成される混合層の欠陥準位密度を低くするとよい。
【０１６７】
具体的には、酸化物半導体Ｓ１と酸化物半導体Ｓ２、酸化物半導体Ｓ２と酸化物半導体Ｓ３が、酸素以外に共通の元素を有する（主成分とする）ことで、欠陥準位密度が低い混合層を形成することができる。例えば、酸化物半導体Ｓ２がＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物半導体の場合、酸化物半導体Ｓ１、酸化物半導体Ｓ３として、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物半導体、Ｇａ−Ｚｎ酸化物半導体、酸化ガリウムなどを用いるとよい。
【０１６８】
このとき、キャリアの主たる経路は酸化物半導体Ｓ２となる。酸化物半導体Ｓ１と酸化物半導体Ｓ２との界面、および酸化物半導体Ｓ２と酸化物半導体Ｓ３との界面における欠陥準位密度を低くすることができるため、界面散乱によるキャリア伝導への影響が小さく、高いオン電流が得られる。
【０１６９】
トラップ準位に電子が捕獲されることで、捕獲された電子は固定電荷のように振る舞うため、トランジスタのしきい値電圧はプラス方向にシフトしてしまう。酸化物半導体Ｓ１、酸化物半導体Ｓ３を設けることにより、トラップ準位を酸化物半導体Ｓ２より遠ざけることができる。当該構成とすることで、トランジスタのしきい値電圧がプラス方向にシフトすることを防止することができる。
【０１７０】
酸化物半導体Ｓ１、酸化物半導体Ｓ３は、酸化物半導体Ｓ２と比較して、導電率が十分に低い材料を用いる。このとき、酸化物半導体Ｓ２、酸化物半導体Ｓ２と酸化物半導体Ｓ１との界面、および酸化物半導体Ｓ２と酸化物半導体Ｓ３との界面が、主にチャネル領域として機能する。例えば、酸化物半導体Ｓ１、酸化物半導体Ｓ３には、図１２（Ｃ）において、絶縁性が高くなる領域Ｃで示す原子数比の酸化物半導体を用いればよい。なお、図１２（Ｃ）に示す領域Ｃは、［Ｉｎ］：［Ｍ］：［Ｚｎ］＝０：１：０、およびその近傍値、［Ｉｎ］：［Ｍ］：［Ｚｎ］＝１：３：２およびその近傍値、および［Ｉｎ］：［Ｍ］：［Ｚｎ］＝１：３：４、およびその近傍値である原子数比を示している。
【０１７１】
特に、酸化物半導体Ｓ２に領域Ａで示される原子数比の酸化物半導体を用いる場合、酸化物半導体Ｓ１および酸化物半導体Ｓ３には、［Ｍ］／［Ｉｎ］が１以上、好ましくは２以上である酸化物半導体を用いることが好ましい。また、酸化物半導体Ｓ３として、十分に高い絶縁性を得ることができる［Ｍ］／（［Ｚｎ］＋［Ｉｎ］）が１以上である酸化物半導体を用いることが好適である。
【０１７２】
なお、本実施の形態ではトランジスタ２００ａの酸化物２３０を上述の３層構造としているが、本発明の一態様はこれに限定されない。例えば、酸化物２３０を、酸化物２３０ａまたは酸化物２３０ｃの一方がない２層構造としても構わない。もしくは、酸化物２３０ａ、酸化物２３０ｂ、または酸化物２３０ｃのいずれか一を用いた単層構造としても構わない。または、酸化物２３０ａの上もしくは下、または酸化物２３０ｃの上もしくは下に、前述した半導体のいずれか一を有する４層構造としても構わない。または、酸化物２３０ａの上、酸化物２３０ａの下、酸化物２３０ｃの上、酸化物２３０ｃの下のいずれか二箇所以上に、酸化物２３０ａ、酸化物２３０ｂおよび酸化物２３０ｃとして例示した半導体のいずれか一を有するｎ層構造（ｎは５以上の整数）としても構わない。
【０１７３】
また、本明細書等において、チャネルが形成される半導体に酸化物半導体を用いたトランジスタを「ＯＳトランジスタ」ともいう。また、本明細書等において、チャネルが形成される半導体に結晶性を有するシリコンを用いたトランジスタを「結晶性Ｓｉトランジスタ」ともいう。
【０１７４】
結晶性Ｓｉトランジスタは、ＯＳトランジスタよりも比較的高い移動度を得やすい。一方で、結晶性Ｓｉトランジスタは、ＯＳトランジスタのように極めて少ないオフ電流の実現が困難である。よって、半導体に用いる半導体材料は、目的や用途に応じて適宜使い分けることが肝要である。例えば、目的や用途に応じて、ＯＳトランジスタと結晶性Ｓｉトランジスタなどを組み合わせて用いてもよい。
【０１７５】
なお、インジウムガリウム酸化物は、小さい電子親和力と、高い酸素ブロック性を有する。そのため、酸化物２３０ｃがインジウムガリウム酸化物を含むと好ましい。ガリウム原子割合［Ｇａ／（Ｉｎ＋Ｇａ）］は、例えば、７０％以上、好ましくは８０％以上、さらに好ましくは９０％以上とする。
【０１７６】
ただし、酸化物２３０ａ、および酸化物２３０ｃが、酸化ガリウムであっても構わない。例えば、酸化物２３０ｃとして、酸化ガリウムを用いると導電体２０５と酸化物２３０との間に生じるリーク電流を低減することができる。即ち、トランジスタ２００ａのオフ電流を小さくすることができる。
【０１７７】
このとき、ゲート電圧を印加すると、酸化物２３０ａ、酸化物２３０ｂ、酸化物２３０ｃのうち、電子親和力の大きい酸化物２３０ｂにチャネルが形成される。
【０１７８】
酸化物半導体を用いたトランジスタに安定した電気特性と良好な信頼性を付与するためには、酸化物半導体中の不純物及び酸素欠損を低減して高純度真性化し、少なくとも酸化物２３０ｂを真性または実質的に真性と見なせる酸化物半導体とすることが好ましい。また、少なくとも酸化物２３０ｂ中のチャネル形成領域が真性または実質的に真性と見なせる半導体とすることが好ましい。
【０１７９】
〔導電体〕
導電体２０５、導電体２４０、および導電体２６０を形成するための導電性材料としては、アルミニウム、クロム、銅、銀、金、白金、タンタル、ニッケル、チタン、モリブデン、タングステン、ハフニウム、バナジウム、ニオブ、マンガン、マグネシウム、ジルコニウム、ベリリウム、インジウムなどから選ばれた金属元素を１種以上含む材料を用いることができる。また、リン等の不純物元素を含有させた多結晶シリコンに代表される、電気伝導度が高い半導体、ニッケルシリサイドなどのシリサイドを用いてもよい。
【０１８０】
また、前述した金属元素および酸素を含む導電性材料を用いてもよい。また、前述した金属元素および窒素を含む導電性材料を用いてもよい。例えば、窒化チタン、窒化タンタルなどの窒素を含む導電性材料を用いてもよい。また、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ：Ｉｎｄｉｕｍ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ）、タングステンを含むインジウム酸化物、タングステンを含むインジウム亜鉛酸化物、チタンを含むインジウム酸化物、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、シリコンを添加したインジウム錫酸化物を用いてもよい。また、窒素を含むインジウムガリウム亜鉛酸化物を用いてもよい。
【０１８１】
また、上記の材料で形成される導電層を複数積層して用いてもよい。例えば、前述した金属元素を含む材料と、酸素を含む導電性材料と、を組み合わせた積層構造としてもよい。また、前述した金属元素を含む材料と、窒素を含む導電性材料と、を組み合わせた積層構造としてもよい。また、前述した金属元素を含む材料と、酸素を含む導電性材料と、窒素を含む導電性材料と、を組み合わせた積層構造としてもよい。
【０１８２】
〔基板〕
基板として用いる材料に大きな制限はないが、少なくとも後の加熱処理に耐えうる程度の耐熱性を有していることが必要となる。例えば、基板としてシリコンや炭化シリコンなどを材料とした単結晶半導体基板、多結晶半導体基板、シリコンゲルマニウムなどを材料とした化合物半導体基板等を用いることができる。また、ＳＯＩ基板や、半導体基板上に歪トランジスタやＦＩＮ型トランジスタなどの半導体素子が設けられたものなどを用いることもできる。または、高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ：Ｈｉｇｈ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｏｂｉｌｉｔｙ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）に適用可能なヒ化ガリウム、ヒ化アルミニウムガリウム、ヒ化インジウムガリウム、窒化ガリウム、リン化インジウム、シリコンゲルマニウムなどを用いてもよい。すなわち、基板は、単なる支持基板に限らず、他のトランジスタなどのデバイスが形成された基板であってもよい。この場合、トランジスタ２００ａのゲート、ソース、またはドレインの少なくとも一つは、上記他のデバイスと電気的に接続されていてもよい。
【０１８３】
また、基板として、バリウムホウケイ酸ガラスやアルミノホウケイ酸ガラスなどのガラス基板、セラミック基板、石英基板、サファイア基板などを用いることもできる。なお、基板として、可撓性基板（フレキシブル基板）を用いてもよい。可撓性基板を用いる場合、可撓性基板上に、トランジスタや容量素子などを直接作製してもよいし、他の作製基板上にトランジスタや容量素子などを作製し、その後可撓性基板に剥離、転置してもよい。なお、作製基板から可撓性基板に剥離、転置するために、作製基板とトランジスタや容量素子などとの間に剥離層を設けるとよい。
【０１８４】
可撓性基板としては、例えば、金属、合金、樹脂もしくはガラス、またはそれらの繊維などを用いることができる。基板に用いる可撓性基板は、線膨張率が低いほど環境による変形が抑制されて好ましい。基板に用いる可撓性基板は、例えば、線膨張率が１×１０−３／Ｋ以下、５×１０−５／Ｋ以下、または１×１０−５／Ｋ以下である材質を用いればよい。樹脂としては、例えば、ポリエステル、ポリオレフィン、ポリアミド（ナイロン、アラミドなど）、ポリイミド、ポリカーボネート、アクリルなどがある。特に、アラミドは、線膨張率が低いため、可撓性基板として好適である。
【０１８５】
＜トランジスタの作製方法例＞
次に、トランジスタ２００ａの作製方法例について図４乃至図７を用いて説明する。ここで、図４乃至図７は、図１（Ｂ）に示すＡ１−Ａ２方向の断面図、及び図１（Ｃ）に示すＡ３−Ａ４方向の断面図と対応している。
【０１８６】
なお、以下において、絶縁体を形成するための絶縁性材料、導電体を形成するための導電性材料、または半導体を形成するための半導体材料は、スパッタリング法、スピンコート法、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法（熱ＣＶＤ法、ＭＯＣＶＤ（Ｍｅｔａｌ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、ＰＥＣＶＤ（Ｐｌａｓｍａ  Ｅｎｈａｎｃｅｄ  ＣＶＤ）法、高密度プラズマＣＶＤ（Ｈｉｇｈ  ｄｅｎｓｉｔｙ  ｐｌａｓｍａ  ＣＶＤ）法、ＬＰＣＶＤ法（ｌｏｗ  ｐｒｅｓｓｕｒｅ  ＣＶＤ）、ＡＰＣＶＤ法（ａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃ  ｐｒｅｓｓｕｒｅ  ＣＶＤ）等を含む）、ＡＬＤ法、または、ＭＢＥ（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  Ｂｅａｍ  Ｅｐｉｔａｘｙ）法、または、ＰＬＤ（Ｐｕｌｓｅｄ  Ｌａｓｅｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法を適宜用いて形成することができる。
【０１８７】
プラズマＣＶＤ法は、比較的低温で高品質の膜が得られる。ＭＯＣＶＤ法、ＡＬＤ法、または熱ＣＶＤ法などの、成膜時にプラズマを用いない成膜方法を用いると、被形成面にダメージが生じにくく、また、欠陥の少ない膜が得られる。
【０１８８】
なお、ＡＬＤ法により成膜する場合は、材料ガスとして塩素を含まないガスを用いることが好ましい。
【０１８９】
まず、基板（図示せず）の上に絶縁体２１４および絶縁体２１６を順に成膜する。本実施の形態では、基板として単結晶シリコン基板（ｐ型の半導体基板、またはｎ型の半導体基板を含む）を用いる。
【０１９０】
本実施の形態では、絶縁体２１４として、スパッタリング法により酸化アルミニウムを形成する。また、絶縁体２１４を積層構造にしてもよく、例えば、スパッタリング法で成膜した酸化アルミニウムの上または下にＡＬＤ法で成膜した酸化アルミニウムを設けてもよい。また、前述した通り、絶縁体２１６は過剰酸素を含む絶縁体であることが好ましい。また、絶縁体２１６の形成後に酸素ドープ処理を行ってもよい。
【０１９１】
次に、絶縁体２１６上にレジストマスクを形成して絶縁体２１６に、導電体２０５に対応する開口を形成する。レジストマスクの形成は、フォトリソグラフィ法、印刷法、インクジェット法等を適宜用いて行うことができる。レジストマスクを印刷法やインクジェット法などで形成すると、フォトマスクを使用しないため製造コストを低減できる。
【０１９２】
フォトリソグラフィ法によるレジストマスクの形成は、感光性レジストにフォトマスクを介して光を照射し、現像液を用いて感光した部分（または感光していない部分）のレジストを除去して行なうことができる。感光性レジストに照射する光は、ＫｒＦエキシマレーザ光、ＡｒＦエキシマレーザ光、ＥＵＶ（Ｅｘｔｒｅｍｅ  Ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ）光などがある。また、基板と投影レンズとの間に液体（例えば水）を満たして露光する液浸技術を用いてもよい。また、前述した光に代えて、電子ビームやイオンビームを用いてもよい。なお、電子ビームやイオンビームを用いる場合には、フォトマスクは不要となる。なお、レジストマスクの除去は、アッシングなどのドライエッチング法または専用の剥離液などを用いたウェットエッチング法で行うことができる。ドライエッチング法とウェットエッチング法の両方を用いてもよい。
【０１９３】
絶縁体２１６のエッチングは、ドライエッチング法や、ウェットエッチング法などを用いて行なうことができる。ドライエッチング法とウェットエッチング法の両方を用いてもよい。開口を形成後、レジストマスクを除去する。なお、絶縁体２１６の開口の形成時に、絶縁体２１４の一部も除去される場合がある。
【０１９４】
次に、絶縁体２１６上に、導電体２０５となる導電膜を成膜する。本実施の形態では、導電体２０５となる導電膜としてスパッタリング法によりタングステン膜を形成する。
【０１９５】
次に、化学的機械研磨（ＣＭＰ：Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）処理（「ＣＭＰ処理」ともいう。）を行って、導電体２０５を形成する（図４（Ａ）及び図４（Ｂ）参照）。ＣＭＰ処理によって、導電膜の一部が除去される。この時、絶縁体２１６の表面の一部も除去される場合がある。ＣＭＰ処理を行うことで試料表面の凹凸が低減し、この後形成される絶縁層や導電層の被覆性を高めることができる。
【０１９６】
絶縁体２１６及び導電体２０５上に、絶縁体２２０、絶縁体２２２、および絶縁膜２２４Ａを順に成膜する（図４（Ｃ）及び図４（Ｄ）参照）。ここで、絶縁膜２２４Ａは、後の工程で絶縁体２２４となる絶縁体である。本実施の形態では、絶縁体２２０としてＡＬＤ法により、酸化ハフニウムを成膜し、絶縁体２２０及び絶縁膜２２４ＡとしてＣＶＤ法により、酸化シリコンを成膜する。
【０１９７】
ここで、絶縁膜２２４Ａは、膜中の水または水素などの不純物濃度が低減されていることが好ましい。このため、窒素や希ガスなどを含む不活性ガス雰囲気下で加熱処理を行って、水または水素などの不純物を外方拡散させることが好ましい。加熱処理の詳細については、後述する。また、絶縁膜２２４Ａは過剰酸素を含む絶縁層であることが好ましい。このため、絶縁膜２２４Ａの形成後に酸素ドープ処理を行ってもよい。
【０１９８】
次に、酸化膜２３０Ａ、酸化膜２３０Ｂ、および導電膜２４０Ａを順に成膜する（図４（Ｅ）及び図４（Ｆ）参照）。
【０１９９】
酸化物２３０が酸化物半導体を含む場合は、酸化物２３０を形成する酸化膜２３０Ａ及び酸化膜２３０Ｂをスパッタリング法で形成することが好ましい。スパッタリング法で形成すると酸化物２３０の密度を高められるため、好適である。スパッタリングガスには、希ガス（代表的にはアルゴン）、酸素、または、希ガスおよび酸素の混合ガスを用いればよい。また、基板を加熱しながら成膜を行ってもよい。
【０２００】
また、スパッタリングガスの高純度化も必要である。例えば、スパッタリングガスとして用いる酸素ガスや希ガスは、露点が−６０℃以下、好ましくは−１００℃以下にまで高純度化したガスを用いる。高純度化されたスパッタリングガスを用いて成膜することで、酸化物２３０に水分等が取り込まれることを可能な限り防ぐことができる。
【０２０１】
また、スパッタリング法で酸化膜２３０Ａ及び酸化膜２３０Ｂを成膜する場合、スパッタリング装置が有する成膜室内の水分を可能な限り除去することが好ましい。例えば、クライオポンプのような吸着式の真空排気ポンプを用いて、成膜室内を高真空（５×１０−７Ｐａから１×１０−４Ｐａ程度まで）に排気することが好ましい。特に、スパッタリング装置の待機時における、成膜室内のＨ２Ｏに相当するガス分子（ｍ／ｚ＝１８に相当するガス分子）の分圧を１×１０−４Ｐａ以下、好ましく５×１０−５Ｐａ以下とすることが好ましい。
【０２０２】
本実施の形態では、酸化膜２３０Ａをスパッタリング法で成膜する。また、スパッタリングガスとして酸素、または、酸素と希ガスの混合ガスを用いる。スパッタリングガスに含まれる酸素の割合を高めることで、成膜される酸化膜中の過剰酸素を増やすことができる。
【０２０３】
また、酸化膜２３０Ａの成膜時に、スパッタリングガスに含まれる酸素の一部が絶縁膜２２４Ａなどに供給される場合がある。スパッタリングガスに含まれる酸素が多いほど、絶縁膜２２４Ａなどに供給される酸素も増加する。従って、絶縁膜２２４Ａなどに過剰酸素を有する領域を形成することができる。また、絶縁膜２２４Ａなどに供給された酸素の一部は、絶縁膜２２４Ａなどに残存する水素と反応して水となり、後の加熱処理によって絶縁膜２２４Ａなどから放出される。このようにして、絶縁膜２２４Ａなどの水素濃度を低減することができる。
【０２０４】
ここで、酸化膜２３０Ａのスパッタリング成膜によって、図３（Ａ）に示すように、絶縁膜２２４Ａの表面近傍に損傷領域が形成される。以下の構成において、絶縁体２７２を成膜して絶縁体２２４に酸素を添加する直前まで、酸化膜２３０Ａを島状に加工して絶縁膜２２４Ａの上面を露出させるのを避けることが好ましい。これにより、絶縁膜２２４Ａの上面が、他の膜の成膜ガスやエッチングガスなどに曝されて、損傷領域にさらに酸素欠損の形成や不純物混入が起こるのを低減することができる。
【０２０５】
続いて、酸化膜２３０Ｂをスパッタリング法で成膜する。この時、スパッタリングガスに含まれる酸素の割合を１％以上３０％以下、好ましくは５％以上２０％以下として成膜すると、酸素欠乏型の酸化物半導体が形成される。酸素欠乏型の酸化物半導体を用いたトランジスタは、比較的高い電界効果移動度が得られる。
【０２０６】
なお、酸化膜２３０Ｂに酸素欠乏型の酸化物半導体を用いる場合は、酸化膜２３０Ａに過剰酸素を含む酸化膜を用いることが好ましい。また、酸化膜２３０Ｂの形成後に酸素ドープ処理を行ってもよい。
【０２０７】
なお、酸化膜２３０Ａおよび酸化膜２３０Ｂの成膜後に、加熱処理を行うことが好ましい。加熱処理条件の詳細については、後述する。本実施の形態では、酸素ガス雰囲気中で４００℃１時間の加熱処理行う。これにより、酸化膜２３０Ａ、および酸化膜２３０Ｂ中に酸素が導入される。より好ましくは、酸素ガス雰囲気の加熱処理の前に、窒素ガス雰囲気中で４００℃、１時間の加熱処理を行なう。始めに窒素ガス雰囲気中で加熱処理を行うことにより、酸化膜２３０Ａ、および酸化膜２３０Ｂに含まれる水または水素などの不純物が放出されて、酸化膜２３０Ａ、および酸化膜２３０Ｂ中の不純物濃度を低減することができる。
【０２０８】
次に、導電膜２４０Ａを成膜する。ここで、導電膜２４０Ａは、後の工程で導電体２４０ａ及び導電体２４０ｂとなる絶縁体である。本実施の形態では、導電膜２４０Ａとして、窒化タンタル膜をスパッタリング法で形成する。窒化タンタルは、耐酸化性が高いため、後工程において加熱処理を行う場合に好ましい。
【０２０９】
次に、フォトリソグラフィ法を用いて、導電膜２４０Ａを加工して、導電膜２４０Ａの導電体２０５と重なる領域に開口を形成する。
【０２１０】
なお、開口を形成する際に、導電膜２４０Ａの開口側の側面は、酸化膜２３０Ｂの上面に対して、角度を有することが好ましい。なお、角度は、３０度以上９０度以下、好ましくは４５度以上８０度以下とする。
【０２１１】
次に、フォトリソグラフィ法を用いて、酸化膜２３０Ｂ及び導電膜２４０Ａの一部を選択的に除去して、島状の酸化物２３０ｂ、導電体２４０ａ、および導電体２４０ｂを形成する（図４（Ｇ）及び図４（Ｈ）参照）。
【０２１２】
ここで、酸化膜２３０Ａは島状に加工しないことが好ましく、酸化物２３０ｂと重ならない領域の表面近傍が除去された酸化膜２３０Ｄを形成することが好ましい。このように、膜状の酸化膜２３０Ｄを絶縁膜２２４Ａの上に残存させることにより、絶縁膜２２４Ａの上面が本工程で用いるエッチングガスなどに直接曝されることをふせぐことができる。これにより、絶縁膜２２４Ａの表面の損傷領域に、さらに酸素欠損の形成や不純物元素の混入が起こることを低減することができる。
【０２１３】
酸化膜２３０Ｂ及び導電膜２４０Ａの選択的除去は、ドライエッチング法や、ウェットエッチング法などを用いて行なうことができる。ドライエッチング法とウェットエッチング法の両方を用いてもよい。
【０２１４】
このようにエッチングを行うことにより、導電体２４０ａの側面部と、酸化物２３０ｂの側面部の一方が略一致し、導電体２４０ｂの側面部と、酸化物２３０ｂの側面部の他方が略一致することになる。また、このように酸化膜２３０Ｄが形成されることにより、酸化物２３０ａの酸化物２３０ｃと接する領域の膜厚が、酸化物２３０ａの酸化物２３０ｂと接する領域の膜厚より小さくなる。
【０２１５】
なお、導電膜２４０Ａの導電体２０５と重なる領域に開口を形成する工程と、酸化膜２３０Ｂ及び導電膜２４０Ａの一部を選択的に除去して島状に加工する工程とは、どちらの工程から行ってもよい。
【０２１６】
次に、酸化膜２３０Ｄ、および酸化物２３０ｂに含まれる水または水素などの不純物をさらに低減して、酸化膜２３０Ｄ、および酸化物２３０ｂを高純度化するために、加熱処理を行うことが好ましい。
【０２１７】
また、加熱処理の前に、酸化性ガスを用いたプラズマ処理を行ってもよい。例えば、亜酸化窒素ガスを用いたプラズマ処理を行う。当該プラズマ処理を行うことで、露出した絶縁層中のフッ素濃度を低減することができる。また、試料表面の有機物を除去する効果も得られる。
【０２１８】
加熱処理は、例えば、窒素や希ガスなどを含む不活性ガス雰囲気下、酸化性ガス雰囲気下、又は超乾燥エア（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、好ましくは１０ｐｐｂ以下の空気）雰囲気下で行なう。なお、「酸化性ガス雰囲気」とは、酸素、オゾンまたは窒化酸素などの酸化性ガスを１０ｐｐｍ以上含有する雰囲気をいう。また、「不活性ガス雰囲気」とは、前述の酸化性ガスが１０ｐｐｍ未満であり、その他、窒素または希ガスで充填された雰囲気をいう。加熱処理中の圧力に特段の制約はないが、加熱処理は減圧下で行なうことが好ましい。
【０２１９】
また、加熱処理を行うことにより、不純物の放出と同時に絶縁体２２４に含まれる酸素を酸化膜２３０Ｄ、および酸化物２３０ｂ中に拡散させ、該酸化膜および該酸化物に含まれる酸素欠損を低減することができる。なお、不活性ガス雰囲気で加熱処理した後に、脱離した酸素を補うために酸化性ガスを１０ｐｐｍ以上、１％以上または１０％以上含む雰囲気で加熱処理を行ってもよい。なお、加熱処理は酸化物２３０ｂの形成後であればいつ行ってもよい。
【０２２０】
加熱処理は、２５０℃以上６５０℃以下、好ましくは３００℃以上５００℃以下で行えばよい。処理時間は２４時間以内とする。２４時間を超える加熱処理は生産性の低下を招くため好ましくない。また、導電体としてＣｕなどの加熱により拡散しやすい金属を用いている場合、加熱処理温度を４１０℃以下、好ましくは４００℃以下とすればよい。
【０２２１】
本実施の形態では、窒素ガス雰囲気中で４００℃、１時間の加熱処理を行った後、窒素ガスを酸素ガスに換えて、さらに４００℃、１時間の加熱処理を行なう。始めに窒素ガス雰囲気中で加熱処理を行うことにより、酸化物２３０ａ、および酸化物２３０ｂに含まれる水または水素などの不純物が放出されて、酸化物２３０ａ、および酸化物２３０ｂ中の不純物濃度が低減される。続いて酸素ガス雰囲気中で加熱処理を行うことにより、酸化物２３０ａ、および酸化物２３０ｂ中に酸素が導入される。
【０２２２】
次に、後に酸化物２３０ｃとなる酸化膜２３０Ｃを成膜する。本実施の形態では、酸化膜２３０Ｃは、酸化膜２３０Ａと同様に、過剰酸素を多く含む酸化物を用いる。酸化膜２３０Ｃに過剰酸素を含む半導体を用いることで、後の加熱処理によって酸化物２３０ｂに酸素を供給することができる。
【０２２３】
また、酸化膜２３０Ａと同様に、酸化膜２３０Ｃの成膜時に、スパッタリングガスに含まれる酸素の一部が絶縁膜２２４Ａなどに供給され、過剰酸素領域を形成する場合がある。また、絶縁膜２２４Ａなどに供給された酸素の一部は、絶縁膜２２４Ａなどに残存する水素と反応して水となり、後の加熱処理によって絶縁膜２２４Ａなどから放出される。よって、絶縁膜２２４Ａなどの水素濃度を低減することができる。
【０２２４】
なお、酸化膜２３０Ｃを成膜後に、酸素ドープ処理、または加熱処理の一方、あるいは両方を行ってもよい。加熱処理を行うことで、酸化膜２３０Ａおよび酸化膜２３０Ｃに含まれる酸素を酸化物２３０ｂに供給することができる。酸化物２３０ｂに酸素を供給することで、酸化物２３０ｂ中の酸素欠損を低減することができる。よって、酸化物２３０ｂに酸素欠乏型の酸化物半導体を用いる場合は、酸化膜２３０Ｃに過剰酸素を含む半導体を用いることが好ましい。
【０２２５】
次に、酸化膜２３０Ｃ上に絶縁膜２５０Ａを成膜する（図５（Ａ）及び図５（Ｂ）参照）。本実施の形態では、絶縁膜２５０ＡとしてＣＶＤ法により酸化窒化シリコン膜を形成する。なお、絶縁膜２５０Ａは過剰酸素を含む絶縁層であることが好ましい。また、絶縁膜２５０Ａに酸素ドープ処理を行ってもよい。また、絶縁膜２５０Ａ形成後に、加熱処理を行ってもよい。
【０２２６】
次に、導電体２６０となる導電膜を成膜する。当該導電膜にフォトリソグラフィ法を用いて、導電体２６０を形成する（図５（Ｃ）及び図５（Ｄ）参照）。
【０２２７】
次に、フォトリソグラフィ法を用いて、酸化膜２３０Ｄ、酸化膜２３０Ｃ、および絶縁膜２５０Ａの一部を選択的に除去して、酸化物２３０ａ、酸化物２３０ｃ、および絶縁体２５０を形成する（図５（Ｅ）及び図５（Ｆ）参照）。
【０２２８】
ここで、酸化膜２３０Ｄ、酸化膜２３０Ｃ、および絶縁膜２５０Ａのエッチングで、絶縁膜２２４Ａの酸化物２３０ａと重ならない領域の表面近傍を除去し、絶縁体２２４を形成することが好ましい。これにより、図３（Ｂ）に示すように、酸化膜２３０Ａの成膜で形成された損傷領域を除去することができる。
【０２２９】
絶縁体２２４の上面が露出された領域の膜厚Ｔ２は、絶縁体２２４の酸化物２３０ａと接する領域の膜厚Ｔ１より小さい。ここで、膜厚Ｔ１と膜厚Ｔ２の差は、５ｎｍ以上、好ましくは１０ｎｍ以上、より好ましくは２０ｎｍ以上とすればよい。また、膜厚Ｔ２は、少なくとも３ｎｍ以上、好ましくは５ｎｍ以上、より好ましくは１０ｎｍ以上とすればよい。
【０２３０】
酸化膜２３０Ｄ、酸化膜２３０Ｃ、絶縁膜２５０Ａおよび絶縁膜２２４Ａの損傷領域のエッチングは、ドライエッチング法や、ウェットエッチング法などを用いて行なうことができる。ドライエッチング法とウェットエッチング法の両方を用いてもよい。
【０２３１】
例えば、ドライエッチング処理を行う場合、エッチングガスとしては、塩素を含むガス（塩素系ガス、例えばＣｌ２ガス、ＢＣｌ３ガス、ＳｉＣｌ４ガス、ＣＣｌ４ガスなど）が好ましい。また、フッ素を含むガス（フッ素系ガス、例えばＣ４Ｆ６ガス、Ｃ２Ｆ６ガス、Ｃ４Ｆ８ガス、ＣＦ４ガス、ＳＦ６ガス、ＮＦ３ガス、ＣＨＦ３ガスなど）が好ましい。また、これらのガスに、酸素ガス、ヘリウムガス、アルゴンガス、または水素ガスなどを適宜添加することができる。
【０２３２】
ドライエッチング法としては、平行平板型ＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ  Ｉｏｎ  Ｅｔｃｈｉｎｇ）法や、ＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｐｌａｓｍａ：誘導結合型プラズマ）エッチング法を用いることができる。所望の加工形状にエッチングできるように、エッチング条件（コイル型の電極に印加される電力量、基板側の電極に印加される電力量、基板側の電極温度等）を適宜調節する。
【０２３３】
上記においては、酸化膜２３０Ｄ、酸化膜２３０Ｃ、絶縁膜２５０Ａおよび絶縁膜２２４Ａを一括してエッチング場合について説明したが、本実施の形態はこれに限られるものではない。例えば、最初に、酸化膜２３０Ｄ、酸化膜２３０Ｃ、および絶縁膜２５０Ａのエッチングを行い、エッチング条件を変えて、絶縁膜２２４Ａの損傷領域のエッチングを行ってもよい。
【０２３４】
例えば、酸化膜２３０Ｄ、酸化膜２３０Ｃ、および絶縁膜２５０Ａのエッチングを行った後で、フッ酸系のエッチャント（例えば、フッ化水素酸、バッファードフッ酸、フッ化水素酸と硝酸との混合液、フッ化アンモニウム、またはフッ化アンモニウムと硝酸との混合液など）を用いて、絶縁膜２２４Ａの表面近傍のエッチングを行って、損傷領域を除去すればよい。ここで、バッファードフッ酸とは、ＨＦ（フッ化水素酸）とＮＨ４Ｆ（フッ化アンモニウム）とを混合したものであり、例えば、ＨＦ：ＮＨ４Ｆ（重量比）＝１：１００〜１：１０の溶液を用いることができる。
【０２３５】
このように、酸化膜２３０Ｄ、酸化膜２３０Ｃ、および絶縁膜２５０Ａのエッチングを行った後で、エッチング条件を変えて、絶縁膜２２４Ａの表面近傍のエッチングを行うことにより、絶縁膜２２４Ａをエッチングし過ぎることなく、絶縁体２２４が膜厚Ｔ２になるように、絶縁体２２４を精度よくエッチングすることができる。また、絶縁体２２４の損傷領域にウェットエッチングを行うことで、絶縁体２２４の上部に付着した不純物元素を洗浄することもできる。
【０２３６】
以上のようにエッチングを行うことにより、酸化物２３０ｂの側面部は、酸化物２３０ａの側面部より内側に位置することになる。また、絶縁体２５０の側面部と、酸化物２３０ｃの側面部と、酸化物２３０ａの側面部と、が略一致することになる。また、導電体２６０を形成した後で、酸化物２３０ａを形成することにより、図５（Ｆ）に示すように、トランジスタ２００ａのチャネル幅方向の断面において、導電体２６０の側面部は、酸化物２３０ａの側面部より内側に位置することになる。
【０２３７】
次に、導電体２６０の上に、スパッタリング法を用いて絶縁体２７２を成膜する（図６（Ａ）及び図６（Ｂ）参照）。ここで、絶縁体２７２は、少なくとも一部が絶縁体２２４と接するように成膜される。本実施の形態では、絶縁体２７２の膜厚を、５ｎｍ以上１００ｎｍ以下、好ましくは５ｎｍ以上２０ｎｍ以下、より好ましくは５ｎｍ以上１０ｎｍ以下程度に成膜する。
【０２３８】
絶縁体２７２は、酸素を含む雰囲気でスパッタリング法を用いて成膜することが好ましい。また、絶縁体２７２は、水または水素などの不純物が透過しにくい絶縁性材料を用いることが好ましい。本実施の形態では、絶縁体２７２として、酸素を含む雰囲気でスパッタリング法を用いて酸化アルミニウム膜を成膜する。これにより、図３（Ｃ）などに示すように、絶縁体２７２は絶縁体２２４の表面近傍に酸素を添加して、酸素添加領域２９２を形成することができる。ここで、酸素は、例えば、酸素ラジカルとして添加されるが、酸素が添加されるときの状態はこれに限定されない。酸素は、酸素原子、又は酸素イオンなどの状態で添加されてもよい。後の工程の熱処理によって、酸素を拡散させて酸化物２３０ｂに効果的に酸素を供給することができる。
【０２３９】
なお、絶縁体２７２を成膜する際に、基板加熱を行うことが好ましい。基板加熱は、１００℃よりも高く、３００℃以下であることが好ましい。より、好ましくは１２０℃以上２５０℃以下で行えばよい。基板温度を、１００℃よりも高くすることで、酸化物２３０中の水を除去することができる。また、形成した膜上に、表面吸着水が付着することを防止することができる。また、このように基板加熱を行いながら絶縁体２７２を成膜することにより、成膜しながら酸素を酸化物２３０に拡散させることができる。
【０２４０】
このように、トランジスタ２００ａを、絶縁体２７２および絶縁体２１４で挟まれる構造とすることによって、酸素を外方拡散させず、絶縁体２２４、酸化物２３０、および絶縁体２５０中に多くの酸素を含有させることができる。さらに、絶縁体２７２の上方および絶縁体２１４の下方から水または水素などの不純物が混入するのを防ぎ、絶縁体２２４、酸化物２３０、および絶縁体２５０中の不純物濃度を低減させることができる。
【０２４１】
次に、加熱処理を行う（図６（Ｃ）及び図６（Ｄ）参照）。当該加熱処理は、２５０℃以上６５０℃以下、好ましくは３００℃以上５００℃以下で行えばよい。当該加熱処理は、酸素雰囲気で行えばよい。または、不活性ガス雰囲気、または酸化性ガスを１０ｐｐｍ以上、１％以上もしくは１０％以上含む雰囲気で行えばよい。ここで不活性ガスとしては、例えば窒素ガスまたは希ガスなどを用いることができる。当該加熱処理は減圧状態で行ってもよい。または、当該加熱処理は、不活性ガス雰囲気で加熱処理した後に、脱離した酸素を補うために酸化性ガスを１０ｐｐｍ以上、１％以上または１０％以上含む雰囲気で加熱処理を行ってもよい。本実施の形態では、酸素ガス雰囲気中で４００℃、１時間の加熱処理を行う。
【０２４２】
上述の通り、本実施の形態では、絶縁体２２４表面に損傷領域が形成されていない。そのため、当該熱処理を行うことにより、図３（Ｄ）に示すように、損傷領域に阻害されることなく、絶縁体２２４の酸素添加領域２９２から酸素を拡散させることができる。よって、図６（Ａ）（Ｂ）に示す工程で絶縁体２２４に添加した酸素を、酸化物２３０中に供給することができる。これにより、酸化物２３０ａ、酸化物２３０ｂおよび酸化物２３０ｃの酸素欠損を低減することができる。ここで、絶縁体２１４及び絶縁体２７２によって、酸素がトランジスタ２００ａの上方及び下方に拡散することを防ぐことができ、酸化物２３０ｂに効果的に酸素を供給することができる。
【０２４３】
このようにして、トランジスタ２００ａの半導体層として機能する酸化物２３０ｂ中の酸素欠損を低減し、水または水素などの不純物を低減することで、トランジスタ２００ａにノーマリーオフの電気特性を与え、電気特性を安定させ、信頼性を向上させることができる。
【０２４４】
〔変形例〕
本実施の形態に示す半導体装置は図１に示すものに限られるものではない。以下では、図７から図１１を用いて、本実施の形態に示すトランジスタの変形例について説明する。
【０２４５】
まず、変形例の一として、トランジスタ２００ｂについて、図７（Ａ）から（Ｃ）を用いて説明する。ここで、図７（Ａ）はトランジスタ２００ｂの上面図である。図７（Ｂ）は、図７（Ａ）中の一点鎖線Ａ１−Ａ２に対応しており、トランジスタ２００ｂのチャネル長方向の断面図である。また、図７（Ｃ）は、図７（Ａ）中の一点鎖線Ａ３−Ａ４に対応しており、トランジスタ２００ｂのチャネル幅方向の断面図である。なお、以下図８から図１１についても同様に上面図と断面図を示す。
【０２４６】
図７（Ａ）に示すように、トランジスタ２００ｂは、酸化物２３０ａ、酸化物２３０ｃ、および絶縁体２５０の上面形状が十字型である点において、トランジスタ２００ａと異なる。トランジスタ２００ｂの他の構造については、トランジスタ２００ａと同様であり、トランジスタ２００ａの記載を参酌することができる。
【０２４７】
図７（Ａ）に示すように、酸化物２３０ａ、酸化物２３０ｃ、および絶縁体２５０の上面形状を十字型にすることで、絶縁体２７２と絶縁体２２４が接する領域、つまり酸素添加領域２９２の面積を、トランジスタ２００ａのように略長方形状の場合より大きくすることができる。これにより、絶縁体２２４に添加される酸素の量を増加させ、かつ酸素添加領域２９２とチャネル形成領域２３０ｄの距離を小さくすることができるので、酸化物２３０ｂ、特にチャネル形成領域２３０ｄに効果的に酸素２９１を供給することができる。
【０２４８】
なお、酸化物２３０ａ、酸化物２３０ｃ、および絶縁体２５０の上面形状を十字状としたが、これに限られることなく、上面形状は適宜設定すればよい。例えば、酸化物２３０ａ、酸化物２３０ｃ、および絶縁体２５０の上面形状を、角を丸めた十字状にしてもよい。
【０２４９】
次に、変形例の一として、トランジスタ２００ｃについて図８（Ａ）から（Ｃ）を用いて説明する。図８（Ａ）から（Ｃ）に示すように、トランジスタ２００ｃは、導電体２４０ａの側面部と、酸化物２３０ａ及び酸化物２３０ｂの側面部の一方が略一致し、導電体２４０ｂの側面部と、酸化物２３０ａ及び酸化物２３０ｂの側面部の他方が略一致する点において、トランジスタ２００ａと異なる。また、トランジスタ２００ｃは、酸化物２３０ｃ及び絶縁体２５０が導電体２４０ａ、導電体２４０ｂ、および酸化物２３０ｂの端部を覆っていない点においてトランジスタ２００ａと異なる。トランジスタ２００ｃの他の構造については、トランジスタ２００ａと同様であり、トランジスタ２００ａの記載を参酌することができる。
【０２５０】
次に、変形例の一として、トランジスタ２００ｄについて図９（Ａ）から（Ｃ）を用いて説明する。図９（Ａ）から（Ｃ）に示すように、トランジスタ２００ｄは、導電体２４０ａの側面部と、酸化物２３０ａ及び酸化物２３０ｂの側面部の一方が略一致し、導電体２４０ｂの側面部と、酸化物２３０ａ及び酸化物２３０ｂの側面部の他方が略一致する点において、トランジスタ２００ａと異なる。また、トランジスタ２００ｄは、酸化物２３０ｃ及び絶縁体２５０が導電体２４０ａ、導電体２４０ｂ、酸化物２３０ｂ、および酸化物２３０ａの端部を覆い、かつ酸化物２３０ｃの一部が絶縁体２２４の上面に接する点においてトランジスタ２００ａと異なる。トランジスタ２００ｄの他の構造については、トランジスタ２００ａと同様であり、トランジスタ２００ａの記載を参酌することができる。
【０２５１】
次に、変形例の一として、トランジスタ２００ｅについて図１０（Ａ）から（Ｃ）を用いて説明する。図１０（Ａ）から（Ｃ）に示すように、トランジスタ２００ｅは、トランジスタ２００ｃの構成要素の一部を積層構造にした例である。
【０２５２】
トランジスタ２００ｅでは、絶縁体２１４の下に絶縁体２１２を配置する。ここで、絶縁体２１２は、絶縁体２１４と同様に、水または水素などの不純物が透過しにくい絶縁性材料を用いることが好ましく、例えば、酸化アルミニウムなどを用いることが好ましい。さらに、絶縁体２１２を、ＡＬＤ法を用いて成膜することで、絶縁体２１４にクラックやピンホールなどが形成されていたとしても、これを埋めるように、被覆性良く絶縁体２１２を成膜することができる。
【０２５３】
また、トランジスタ２００ｅでは、導電体２０５として、導電体２０５ａの上に導電体２０５ｂを配置した積層構造を用いる。ここで、導電体２０５ａは、水または水素などの不純物が透過しにくい導電性材料を用いることが好ましい。また、例えば、タンタル、窒化タンタル、ルテニウムまたは酸化ルテニウムなどを用いることが好ましく、単層または積層とすればよい。なお、導電体２０５ａは、水素原子、水素分子、水分子、酸素原子、酸素分子、窒素原子、窒素分子、酸化窒素分子（Ｎ２Ｏ、ＮＯ、ＮＯ２など）、銅原子などの不純物または、酸素（例えば、酸素原子、酸素分子など）の少なくとも一が透過しにくいことが好ましい。導電体２０５ａが酸素の透過を抑制する機能を持つことにより、酸化により導電体２０５ｂの導電率が低下することを防ぐことができる。
【０２５４】
また、トランジスタ２００ｅでは、導電体２４０ａの上に接してバリア膜２４５ａが設けられ、導電体２４０ｂの上に接してバリア膜２４５ｂが設けられる。バリア膜２４５ａ及びバリア膜２４５ｂは、水または水素などの不純物および酸素の透過を抑制する機能を有する。バリア膜２４５ａ及びバリア膜２４５ｂとして、例えば、酸化アルミニウムなどを用いることができる。これにより、導電体２４０ａ及び導電体２４０ｂの酸化に周囲の過剰酸素が用いられることを防ぐことができる。また、導電体２４０ａ及び導電体２４０ｂの酸化による電気抵抗値の増加を防ぐことができる。
【０２５５】
また、トランジスタ２００ｅでは、導電体２６０として、導電体２６０ａの上に導電体２６０ｂを配置し、導電体２６０ｂの上に導電体２６０ｃを配置した積層構造を用いる。導電体２６０ａは、酸化物で導電性を有するものが好ましい。例えば、酸化物２３０ａ、酸化物２３０ｂまたは酸化物２３０ｃとして用いることができる金属酸化物を用いることができる。特に、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物のうち、導電性が高い、金属の原子数比が［Ｉｎ］：［Ｇａ］：［Ｚｎ］＝４：２：３から４．１、およびその近傍値のものを用いることが好ましい。このような導電体２６０ａを設けることで、導電体２６０ｂ及び導電体２６０ｃへの酸素の透過を抑制し、導電体２６０ｂ及び導電体２６０ｃが酸化によって電気抵抗値が増加することを防ぐことができる。また、酸化物２３０ｂに過剰酸素を供給することが可能となる。導電体２６０ｂは、導電体２６０ａに窒素などの不純物を添加して導電体２６０ａの導電性を向上できる導電体が好ましい。例えば導電体２６０ｂは、窒化チタンなどを用いることが好ましい。
【０２５６】
また、トランジスタ２００ｅでは、導電体２６０上にバリア膜２７０が設けられていることが好ましい。ここで、バリア膜２７０は、酸素が透過しにくい材料を用いることが好ましく、例えば酸化アルミニウムなどを用いることができる。これにより、導電体２６０の酸化に周囲の過剰酸素が用いられることを防ぐことができる。このように、バリア膜２７０はゲートを保護するゲートキャップとしての機能を有する。なお、バリア膜２７０を設けない構成としてもよい。
【０２５７】
また、トランジスタ２００ｅでは、絶縁体２７２の上に絶縁体２７４が設けられる。ここで、絶縁体２７４は、絶縁体２７２と同様に、水または水素などの不純物が透過しにくい絶縁性材料を用いることが好ましく、例えば、酸化アルミニウムなどを用いることが好ましい。さらに、絶縁体２７４を、ＡＬＤ法を用いて成膜することで、絶縁体２７２にクラックやピンホールなどが形成されていたとしても、これを埋めるように、被覆性良く絶縁体２７４を成膜することができる。
【０２５８】
また、トランジスタ２００ｅでは、絶縁体２７４の上に層間膜として機能する絶縁体２８０が設けられることが好ましい。また、絶縁体２８０の上に絶縁体２８２及び絶縁体２８４を設けることが好ましい。絶縁体２８２は絶縁体２７２と同様の構成とすればよく、絶縁体２８４は絶縁体２７４と同様の構成にすればよい。
【０２５９】
また、トランジスタ２００ｅのように、絶縁体２７２と同様の構成を有する絶縁体２８２を絶縁体２８０上に設ける場合、絶縁体２７２及び絶縁体２７４を設けない構成にしてもよい。このような構成のトランジスタ２００ｆを図１１（Ａ）から（Ｃ）に示す。トランジスタ２００ｆは、絶縁体２７２及び絶縁体２７４を設けない点において、トランジスタ２００ｅと異なる。トランジスタ２００ｆの他の構造については、トランジスタ２００ｅと同様であり、トランジスタ２００ｅの記載を参酌することができる。
【０２６０】
トランジスタ２００ｆでは、絶縁体２８０の表面近傍（絶縁体２８０と絶縁体２８２の界面近傍）に酸素添加領域２９２が形成される。また、絶縁体２２４の絶縁体２８０と接する領域を領域２９３とする。ここで、絶縁体２２４の表面近傍（領域２９３の上）に形成されていた損傷領域は、上記トランジスタと同様に除去されている。このため、酸素添加領域２９２から拡散した酸素２９１は、領域２９３を通って絶縁体２２４に供給される。絶縁体２２４に供給された酸素２９１は、上記トランジスタと同様に、絶縁体２２４中を拡散し、酸化物２３０に供給される。
【０２６１】
以上のようにして、本発明の一態様は、安定した電気特性を有するトランジスタを提供することができる。または、本発明の一態様は、ノーマリーオフの電気特性を有するトランジスタを提供することができる。または、本発明の一態様は、非導通時のリーク電流の小さいトランジスタを提供することができる。または、本発明の一態様は、信頼性の高いトランジスタを提供することができる。または、本発明の一態様は、サブスレッショルドスイング値の小さいトランジスタを提供することができる。
【０２６２】
本実施の形態は、他の実施の形態や実施例などに記載した構成と適宜組み合わせて実施することが可能である。
【０２６３】
（実施の形態２）
＜ＣＡＣ−ＯＳの構成＞
以下では、本発明の一態様で開示されるトランジスタに用いることができるＣＡＣ（Ｃｌｏｕｄ−Ａｌｉｇｎｅｄ  Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ）−ＯＳの構成について説明する。
【０２６４】
ＣＡＣ−ＯＳとは、例えば、酸化物半導体を構成する元素が、０．５ｎｍ以上１０ｎｍ以下、好ましくは、１ｎｍ以上２ｎｍ以下、またはその近傍のサイズで偏在した材料の一構成である。なお、以下では、酸化物半導体において、一つあるいはそれ以上の金属元素が偏在し、該金属元素を有する領域が、０．５ｎｍ以上１０ｎｍ以下、好ましくは、１ｎｍ以上２ｎｍ以下、またはその近傍のサイズで混合した状態をモザイク状、またはパッチ状ともいう。
【０２６５】
なお、酸化物半導体は、少なくともインジウムを含むことが好ましい。特にインジウムおよび亜鉛を含むことが好ましい。また、それらに加えて、アルミニウム、ガリウム、イットリウム、銅、バナジウム、ベリリウム、ホウ素、シリコン、チタン、鉄、ニッケル、ゲルマニウム、ジルコニウム、モリブデン、ランタン、セリウム、ネオジム、ハフニウム、タンタル、タングステン、またはマグネシウムなどから選ばれた一種、または複数種が含まれていてもよい。
【０２６６】
例えば、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物におけるＣＡＣ−ＯＳ（ＣＡＣ−ＯＳの中でもＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物を、特にＣＡＣ−ＩＧＺＯと呼称してもよい。）とは、インジウム酸化物（以下、ＩｎＯＸ１（Ｘ１は０よりも大きい実数）とする。）、またはインジウム亜鉛酸化物（以下、ＩｎＸ２ＺｎＹ２ＯＺ２（Ｘ２、Ｙ２、およびＺ２は０よりも大きい実数）とする。）と、ガリウム酸化物（以下、ＧａＯＸ３（Ｘ３は０よりも大きい実数）とする。）、またはガリウム亜鉛酸化物（以下、ＧａＸ４ＺｎＹ４ＯＺ４（Ｘ４、Ｙ４、およびＺ４は０よりも大きい実数）とする。）などと、に材料が分離することでモザイク状となり、モザイク状のＩｎＯＸ１、またはＩｎＸ２ＺｎＹ２ＯＺ２が、膜中に均一に分布した構成（以下、クラウド状ともいう。）である。
【０２６７】
つまり、ＣＡＣ−ＯＳは、ＧａＯＸ３が主成分である領域と、ＩｎＸ２ＺｎＹ２ＯＺ２、またはＩｎＯＸ１が主成分である領域とが、混合している構成を有する複合酸化物半導体である。なお、本明細書において、例えば、第１の領域の元素Ｍに対するＩｎの原子数比が、第２の領域の元素Ｍに対するＩｎの原子数比よりも大きいことを、第１の領域は、第２の領域と比較して、Ｉｎの濃度が高いとする。
【０２６８】
なお、ＩＧＺＯは通称であり、Ｉｎ、Ｇａ、Ｚｎ、およびＯによる１つの化合物をいう場合がある。代表例として、ＩｎＧａＯ３（ＺｎＯ）ｍ１（ｍ１は自然数）、またはＩｎ（１＋ｘ０）Ｇａ（１−ｘ０）Ｏ３（ＺｎＯ）ｍ０（−１≦ｘ０≦１、ｍ０は任意数）で表される結晶性の化合物が挙げられる。
【０２６９】
上記結晶性の化合物は、単結晶構造、多結晶構造、またはＣＡＡＣ構造を有する。なお、ＣＡＡＣ構造とは、複数のＩＧＺＯのナノ結晶がｃ軸配向を有し、かつａ−ｂ面においては配向せずに連結した結晶構造である。
【０２７０】
一方、ＣＡＣ−ＯＳは、酸化物半導体の材料構成に関する。ＣＡＣ−ＯＳとは、Ｉｎ、Ｇａ、Ｚｎ、およびＯを含む材料構成において、一部にＧａを主成分とするナノ粒子状領域が観察され、一部にＩｎを主成分とするナノ粒子状領域が観察され、それぞれモザイク状にランダムに分散している構成をいう。従って、ＣＡＣ−ＯＳにおいて、結晶構造は副次的な要素である。
【０２７１】
なお、ＣＡＣ−ＯＳは、組成の異なる二種類以上の膜の積層構造は含まないものとする。例えば、Ｉｎを主成分とする膜と、Ｇａを主成分とする膜との２層からなる構造は、含まない。
【０２７２】
なお、ＧａＯＸ３が主成分である領域と、ＩｎＸ２ＺｎＹ２ＯＺ２、またはＩｎＯＸ１が主成分である領域とは、明確な境界が観察できない場合がある。
【０２７３】
なお、ガリウムの代わりに、アルミニウム、イットリウム、銅、バナジウム、ベリリウム、ホウ素、シリコン、チタン、鉄、ニッケル、ゲルマニウム、ジルコニウム、モリブデン、ランタン、セリウム、ネオジム、ハフニウム、タンタル、タングステン、またはマグネシウムなどから選ばれた一種、または複数種が含まれている場合、ＣＡＣ−ＯＳは、一部に該金属元素を主成分とするナノ粒子状に観察される領域と、一部にＩｎを主成分とするナノ粒子状に観察される領域とが、それぞれモザイク状にランダムに分散している構成をいう。
【０２７４】
ＣＡＣ−ＯＳは、例えば基板を意図的に加熱しない条件で、スパッタリング法により形成することができる。また、ＣＡＣ−ＯＳをスパッタリング法で形成する場合、成膜ガスとして、不活性ガス（代表的にはアルゴン）、酸素ガス、及び窒素ガスの中から選ばれたいずれか一つまたは複数を用いればよい。また、成膜時の成膜ガスの総流量に対する酸素ガスの流量比は低いほど好ましく、例えば酸素ガスの流量比を０％以上３０％未満、好ましくは０％以上１０％以下とすることが好ましい。
【０２７５】
ＣＡＣ−ＯＳは、Ｘ線回折（ＸＲＤ：Ｘ−ｒａｙ  ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ）測定法のひとつであるＯｕｔ−ｏｆ−ｐｌａｎｅ法によるθ／２θスキャンを用いて測定したときに、明確なピークが観察されないという特徴を有する。すなわち、Ｘ線回折から、測定領域のａ−ｂ面方向、およびｃ軸方向の配向は見られないことが分かる。
【０２７６】
またＣＡＣ−ＯＳは、プローブ径が１ｎｍの電子線（ナノビーム電子線ともいう。）を照射することで得られる電子線回折パターンにおいて、リング状に輝度の高い領域と、該リング領域に複数の輝点が観測される。従って、電子線回折パターンから、ＣＡＣ−ＯＳの結晶構造が、平面方向、および断面方向において、配向性を有さないｎｃ（ｎａｎｏ−ｃｒｙｓｔａｌ）構造を有することがわかる。
【０２７７】
また例えば、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物におけるＣＡＣ−ＯＳでは、エネルギー分散型Ｘ線分光法（ＥＤＸ：Ｅｎｅｒｇｙ  Ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ  Ｘ−ｒａｙ  ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）を用いて取得したＥＤＸマッピングにより、ＧａＯＸ３が主成分である領域と、ＩｎＸ２ＺｎＹ２ＯＺ２、またはＩｎＯＸ１が主成分である領域とが、偏在し、混合している構造を有することが確認できる。
【０２７８】
ＣＡＣ−ＯＳは、金属元素が均一に分布したＩＧＺＯ化合物とは異なる構造であり、ＩＧＺＯ化合物と異なる性質を有する。つまり、ＣＡＣ−ＯＳは、ＧａＯＸ３などが主成分である領域と、ＩｎＸ２ＺｎＹ２ＯＺ２、またはＩｎＯＸ１が主成分である領域と、に互いに相分離し、各元素を主成分とする領域がモザイク状である構造を有する。
【０２７９】
ここで、ＩｎＸ２ＺｎＹ２ＯＺ２、またはＩｎＯＸ１が主成分である領域は、ＧａＯＸ３などが主成分である領域と比較して、導電性が高い領域である。つまり、ＩｎＸ２ＺｎＹ２ＯＺ２、またはＩｎＯＸ１が主成分である領域を、キャリアが流れることにより、酸化物半導体としての導電性が発現する。従って、ＩｎＸ２ＺｎＹ２ＯＺ２、またはＩｎＯＸ１が主成分である領域が、酸化物半導体中にクラウド状に分布することで、高い電界効果移動度（μ）が実現できる。
【０２８０】
一方、ＧａＯＸ３などが主成分である領域は、ＩｎＸ２ＺｎＹ２ＯＺ２、またはＩｎＯＸ１が主成分である領域と比較して、絶縁性が高い領域である。つまり、ＧａＯＸ３などが主成分である領域が、酸化物半導体中に分布することで、リーク電流を抑制し、良好なスイッチング動作を実現できる。
【０２８１】
従って、ＣＡＣ−ＯＳを半導体素子に用いた場合、ＧａＯＸ３などに起因する絶縁性と、ＩｎＸ２ＺｎＹ２ＯＺ２、またはＩｎＯＸ１に起因する導電性とが、相補的に作用することにより、高いオン電流（Ｉｏｎ）、および高い電界効果移動度（μ）を実現することができる。
【０２８２】
また、ＣＡＣ−ＯＳを用いた半導体素子は、信頼性が高い。従って、ＣＡＣ−ＯＳは、記憶装置をはじめとするさまざまな半導体装置に最適である。
【０２８３】
本実施の形態は、少なくともその一部を本明細書中に記載する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。
【０２８４】
（実施の形態３）
本実施の形態では、半導体装置の一形態を、図１４を用いて説明する。
【０２８５】
［記憶装置］
本発明の一態様である半導体装置を使用した、記憶装置の一例を図１４に示す。
【０２８６】
図１４に示す記憶装置は、トランジスタ４００、トランジスタ３００、トランジスタ２００、および容量素子１００を有している。ここで図１４に示すトランジスタ２００及びその近傍には、先の実施の形態に示すトランジスタと同様に、絶縁体２１２と、絶縁体２１４と、絶縁体２１６と、導電体２０５と、絶縁体２２０と、絶縁体２２２と、絶縁体２２４と、酸化物２３０ａと、酸化物２３０ｂと、導電体２４０ａと、導電体２４０ｂと、バリア膜２４５ａと、バリア膜２４５ｂと、酸化物２３０ｃと、絶縁体２５０と、導電体２６０と、バリア膜２７０と、絶縁体２７２と、絶縁体２７４と、絶縁体２８０と、絶縁体２８２と、絶縁体２８４と、が設けられる。
【０２８７】
トランジスタ２００は、酸化物半導体を有する半導体層にチャネルが形成されるトランジスタである。トランジスタ２００は、オフ電流が小さいため、これを記憶装置に用いることにより長期にわたり記憶内容を保持することが可能である。つまり、リフレッシュ動作を必要としない、あるいは、リフレッシュ動作の頻度が極めて少ないため、記憶装置の消費電力を十分に低減することができる。
【０２８８】
さらにトランジスタ２００のバックゲートに負の電位を印加することで、トランジスタ２００のオフ電流をより小さくすることができる。この場合、トランジスタ２００のバックゲート電圧を維持できる構成とすることにより、電源の供給なしで長期間の記憶保持が可能となる。
【０２８９】
トランジスタ４００は、トランジスタ２００と同じ層に形成されており、並行して作製することができるトランジスタである。トランジスタ４００は、絶縁体２１６と、絶縁体２１６の開口部内に配置された導電体２０５ｃ、導電体２０５ｄ、および導電体２０５ｅと、これらの上の、絶縁体２２０、絶縁体２２２および絶縁体２２４と、絶縁体２２４上の酸化物２３０ｅと、酸化物２３０ｅ上の絶縁体２５０ａと、絶縁体２５０ａ上の導電体２６０ｄと、を有する。導電体２０５ｃ、導電体２０５ｄ、および導電体２０５ｅは導電体２０５と同じ層である。導電体２６０ｄは導電体２６０と同じ層である。
【０２９０】
導電体２０５ｃおよび導電体２０５ｅは、絶縁体２２０、２２２、２２４に形成された開口を介して酸化物２３０ｅと接している。よって、導電体２０５ｃまたは導電体２０５ｅは、ソース電極又はドレイン電極のいずれかとして機能できる。また、導電体２６０ｄまたは導電体２０５ｄの一方は、ゲート電極として機能でき、他方はバックゲート電極として機能できる。
【０２９１】
トランジスタ４００の半導体層として機能する酸化物２３０ｅは、酸化物２３０ｃなどと同様に、酸素欠損が低減され、水または水素などの不純物が低減されている。これにより、トランジスタ４００のしきい値電圧を０Ｖより大きくし、オフ電流を低減し、Ｉｃｕｔを非常に小さくすることができる。ここで、Ｉｃｕｔとは、バックゲート電圧及びトップゲート電圧が０Ｖのときのドレイン電流のことを指す。
【０２９２】
トランジスタ２００のバックゲート電圧を、トランジスタ４００によって制御する。例えば、トランジスタ４００のトップゲート及びバックゲートをソースとダイオード接続し、トランジスタ４００のソースとトランジスタ２００のバックゲートを接続する構成とする。この構成でトランジスタ２００のバックゲートの負電位を保持するとき、トランジスタ４００のトップゲートーソース間の電圧および、バックゲートーソース間の電圧は、０Ｖになる。トランジスタ４００のＩｃｕｔは非常に小さいので、この構成とすることにより、トランジスタ２００およびトランジスタ４００に電源供給をしなくてもトランジスタ２００のバックゲートの負電位を長時間維持することができる。これにより、トランジスタ２００及びトランジスタ４００を有する記憶装置は、長期にわたり記憶内容を保持することが可能である。
【０２９３】
図１４において、配線３００１はトランジスタ３００のソースと電気的に接続され、配線３００２はトランジスタ３００のドレインと電気的に接続されている。また、配線３００３はトランジスタ２００のソースおよびドレインの一方と電気的に接続され、配線３００４はトランジスタ２００のゲートと電気的に接続され、配線３００６はトランジスタ２００のバックゲートと電気的に接続されている。そして、トランジスタ３００のゲート、およびトランジスタ２００のソースおよびドレインの他方は、容量素子１００の電極の一方と電気的に接続され、配線３００５は容量素子１００の電極の他方と電気的に接続されている。配線３００７はトランジスタ４００のソースと電気的に接続され、配線３００８はトランジスタ４００のゲートと電気的に接続され、配線３００９はトランジスタ４００のバックゲートと電気的に接続され、配線３０１０はトランジスタ４００のドレインと電気的に接続されている。ここで、配線３００６、配線３００７、配線３００８、及び配線３００９が電気的に接続されている。
【０２９４】
＜記憶装置の構成１＞
図１４に示す記憶装置は、トランジスタ３００のゲートの電位が保持可能という特性を有することで、以下に示すように、情報の書き込み、保持、読み出しが可能である。
【０２９５】
情報の書き込みおよび保持について説明する。まず、配線３００４の電位を、トランジスタ２００が導通状態となる電位にして、トランジスタ２００を導通状態とする。これにより、配線３００３の電位が、トランジスタ３００のゲート、および容量素子１００の電極の一方と電気的に接続するノードＦＧに与えられる。即ち、トランジスタ３００のゲートには、所定の電荷が与えられる（書き込み）。ここでは、異なる二つの電位レベルを与える電荷（以下Ｌｏｗレベル電荷、Ｈｉｇｈレベル電荷という。）のどちらかが与えられるものとする。その後、配線３００４の電位を、トランジスタ２００が非導通状態となる電位にして、トランジスタ２００を非導通状態とすることにより、ノードＦＧに電荷が保持される（保持）。
【０２９６】
トランジスタ２００のオフ電流が小さい場合、ノードＦＧの電荷は長期間にわたって保持される。
【０２９７】
次に情報の読み出しについて説明する。配線３００１に所定の電位（定電位）を与えた状態で、配線３００５に適切な電位（読み出し電位）を与えると、配線３００２は、ノードＦＧに保持された電荷量に応じた電位をとる。これは、トランジスタ３００をｎチャネル型とすると、トランジスタ３００のゲートにＨｉｇｈレベル電荷が与えられている場合の見かけ上のしきい値電圧Ｖｔｈ＿Ｈは、トランジスタ３００のゲートにＬｏｗレベル電荷が与えられている場合の見かけ上のしきい値電圧Ｖｔｈ＿Ｌより低くなるためである。ここで、見かけ上のしきい値電圧とは、トランジスタ３００を「導通状態」とするために必要な配線３００５の電位をいうものとする。したがって、配線３００５の電位をＶｔｈ＿ＨとＶｔｈ＿Ｌの間の電位Ｖ０とすることにより、ノードＦＧに与えられた電荷を判別できる。例えば、書き込みにおいて、ノードＦＧにＨｉｇｈレベル電荷が与えられていた場合には、配線３００５の電位がＶ０（＞Ｖｔｈ＿Ｈ）となれば、トランジスタ３００は「導通状態」となる。一方、ノードＦＧにＬｏｗレベル電荷が与えられていた場合には、配線３００５の電位がＶ０（＜Ｖｔｈ＿Ｌ）となっても、トランジスタ３００は「非導通状態」のままである。このため、配線３００２の電位を判別することで、ノードＦＧに保持されている情報を読み出すことができる。
【０２９８】
また、図１４に示す記憶装置をマトリクス状に配置することで、メモリセルアレイを構成することができる。
【０２９９】
メモリセルをアレイ状に配置する場合、読み出し時には、所望のメモリセルの情報を読み出さなくてはならない。例えば、メモリセルアレイがＮＯＲ型の構成の場合、情報を読み出さないメモリセルのトランジスタ３００を非導通状態にすることで、所望のメモリセルの情報のみを読み出すことができる。この場合、ノードＦＧに与えられた電荷によらずトランジスタ３００が「非導通状態」となるような電位、つまり、Ｖｔｈ＿Ｈより低い電位を、情報を読み出さないメモリセルと接続される配線３００５に与えればよい。または、例えば、メモリセルアレイがＮＡＮＤ型の構成の場合、情報を読み出さないメモリセルのトランジスタ３００を導通状態にすることで、所望のメモリセルの情報をのみ読み出すことができる。この場合、ノードＦＧに与えられた電荷によらずトランジスタ３００が「導通状態」となるような電位、つまり、Ｖｔｈ＿Ｌより高い電位を、情報を読み出さないメモリセルと接続される配線３００５に与えればよい。
【０３００】
＜記憶装置の構成２＞
図１４に示す記憶装置は、トランジスタ３００を有さない構成としてもよい。トランジスタ３００を有さない場合も、先に述べた記憶装置と同様の動作により情報の書き込みおよび保持動作が可能である。
【０３０１】
例えば、トランジスタ３００を有さない場合における、情報の読み出しについて説明する。トランジスタ２００が導通状態になると、浮遊状態である配線３００３と容量素子１００とが導通し、配線３００３と容量素子１００の間で電荷が再分配される。その結果、配線３００３の電位が変化する。配線３００３の電位の変化量は、容量素子１００の電極の一方の電位（または容量素子１００に蓄積された電荷）によって、異なる値をとる。
【０３０２】
例えば、容量素子１００の電極の一方の電位をＶ、容量素子１００の容量をＣ、配線３００３が有する容量成分をＣＢ、電荷が再分配される前の配線３００３の電位をＶＢ０とすると、電荷が再分配された後の配線３００３の電位は、（ＣＢ×ＶＢ０＋ＣＶ）／（ＣＢ＋Ｃ）となる。したがって、メモリセルの状態として、容量素子１００の電極の一方の電位がＶ１とＶ０（Ｖ１＞Ｖ０）の２つの状態をとるとすると、電位Ｖ１を保持している場合の配線３００３の電位（＝（ＣＢ×ＶＢ０＋ＣＶ１）／（ＣＢ＋Ｃ））は、電位Ｖ０を保持している場合の配線３００３の電位（＝（ＣＢ×ＶＢ０＋ＣＶ０）／（ＣＢ＋Ｃ））よりも高くなることがわかる。
【０３０３】
そして、配線３００３の電位を所定の電位と比較することで、情報を読み出すことができる。
【０３０４】
本構成とする場合、例えば、メモリセルを駆動させるための駆動回路にシリコンが適用されたトランジスタを用い、トランジスタ２００として、酸化物半導体が適用されたトランジスタを駆動回路上に積層して配置する構成とすればよい。
【０３０５】
以上に示した記憶装置は、酸化物半導体を用いたオフ電流の小さいトランジスタを適用することで、長期にわたって記憶内容を保持することが可能となる。つまり、リフレッシュ動作が不要となるか、またはリフレッシュ動作の頻度を極めて低くすることが可能となるため、消費電力の低い記憶装置を実現することができる。また、電力の供給がない場合（ただし、電位は固定されていることが好ましい）であっても、長期にわたって記憶内容を保持することが可能である。
【０３０６】
また、該記憶装置は、情報の書き込みに高い電圧が不要であるため、素子の劣化が起こりにくい。例えば、従来の不揮発性メモリのように、フローティングゲートへの電子の注入や、フローティングゲートからの電子の引き抜きを行わないため、絶縁体の劣化といった問題が生じない。即ち、本発明の一態様に係る記憶装置は、従来の不揮発性メモリとは異なり書き換え可能回数に制限はなく、信頼性が飛躍的に向上した記憶装置である。さらに、トランジスタの導通状態、非導通状態によって、情報の書き込みが行われるため、高速な動作が可能となる。
【０３０７】
＜記憶装置の構造＞
本発明の一態様の記憶装置の一例を、図１４に示す。記憶装置は、トランジスタ４００、トランジスタ３００、トランジスタ２００、容量素子１００を有する。トランジスタ２００はトランジスタ３００の上方に設けられ、容量素子１００はトランジスタ３００、およびトランジスタ２００の上方に設けられている。
【０３０８】
トランジスタ３００は、基板３１１上に設けられ、導電体３１６、絶縁体３１４、基板３１１の一部からなる半導体領域３１２、およびソース領域またはドレイン領域として機能する低抵抗領域３１８ａ、および低抵抗領域３１８ｂを有する。
【０３０９】
トランジスタ３００は、ｐチャネル型、あるいはｎチャネル型のいずれでもよい。
【０３１０】
半導体領域３１２のチャネルが形成される領域、その近傍の領域、ソース領域、またはドレイン領域となる低抵抗領域３１８ａ、および低抵抗領域３１８ｂなどにおいて、シリコン系半導体などの半導体を含むことが好ましく、単結晶シリコンを含むことがより好ましい。または、Ｇｅ（ゲルマニウム）、ＳｉＧｅ（シリコンゲルマニウム）、ＧａＡｓ（ガリウムヒ素）、ＧａＡｌＡｓ（ガリウムアルミニウムヒ素）などを有する材料で形成してもよい。結晶格子に応力を与え、格子間隔を変化させることで有効質量を制御したシリコンを用いた構成としてもよい。またはＧａＡｓとＧａＡｌＡｓ等を用いることで、トランジスタ３００をＨＥＭＴ（Ｈｉｇｈ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｏｂｉｌｉｔｙ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）としてもよい。なお、基板３１１としてＳＯＩ基板を用いてもよい。
【０３１１】
低抵抗領域３１８ａ、および低抵抗領域３１８ｂは、半導体領域３１２に適用される半導体材料に加え、ヒ素、リンなどのｎ型の導電性を付与する元素、またはホウ素などのｐ型の導電性を付与する元素を含む。
【０３１２】
ゲート電極として機能する導電体３１６は、ヒ素、リンなどのｎ型の導電性を付与する元素、もしくはホウ素などのｐ型の導電性を付与する元素を含むシリコンなどの半導体材料、金属材料、合金材料、または金属酸化物材料などの導電性材料を用いることができる。
【０３１３】
なお、導電体の材料により、仕事関数を定めることで、しきい値電圧を調整することができる。具体的には、導電体に窒化チタンや窒化タンタルなどの材料を用いることが好ましい。さらに導電性と埋め込み性を両立するために導電体にタングステンやアルミニウムなどの金属材料を積層として用いることが好ましく、特にタングステンを用いることが耐熱性の点で好ましい。
【０３１４】
なお、図１４に示すトランジスタ３００は一例であり、その構造に限定されず、回路構成や駆動方法に応じて適切なトランジスタを用いればよい。例えば、トランジスタ３００としてＦＩＮ型トランジスタを用いてもよい。また、＜記憶装置の構成２＞に示す構成とする場合、トランジスタ３００を設けなくともよい。
【０３１５】
トランジスタ３００を覆って、絶縁体３２０、絶縁体３２２、絶縁体３２４、および絶縁体３２６が順に積層して設けられている。
【０３１６】
絶縁体３２０、絶縁体３２２、絶縁体３２４、および絶縁体３２６として、例えば、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコン、窒化シリコン、酸化アルミニウム、酸化窒化アルミニウム、窒化酸化アルミニウム、窒化アルミニウムなどを用いればよい。
【０３１７】
絶縁体３２２は、その下方に設けられるトランジスタ３００などによって生じる段差を平坦化する平坦化膜として機能を有していてもよい。例えば、絶縁体３２２の上面は、平坦性を高めるためにＣＭＰ法等を用いた平坦化処理により平坦化されていてもよい。
【０３１８】
また、絶縁体３２４には、基板３１１、またはトランジスタ３００などから、トランジスタ２００及びトランジスタ４００が設けられる領域に、水または水素などの不純物が拡散しないようなバリア性を有する膜を用いることが好ましい。ここで、バリア性とは、水または水素などの不純物の拡散を抑制する機能とする。例えば、３５０℃または４００℃の雰囲気下において、バリア性を有する膜中の一時間当たりの水素の拡散距離が５０ｎｍ以下であればよい。好ましくは、３５０℃または４００℃の雰囲気下において、バリア性を有する膜中における一時間当たりの水素の拡散距離が３０ｎｍ以下、さらに好ましくは２０ｎｍ以下であるとよい。
【０３１９】
水素に対するバリア性を有する膜の一例として、例えば、ＣＶＤ法で形成した窒化シリコンを用いることができる。ここで、トランジスタ２００等の酸化物半導体を有する半導体素子に、水素が拡散することで、該半導体素子の特性が低下する場合がある。従って、トランジスタ２００及びトランジスタ４００と、トランジスタ３００との間に、水素の拡散を抑制する膜を用いることが好ましい。水素の拡散を抑制する膜とは、具体的には、水素の脱離量が少ない膜とする。
【０３２０】
水素の脱離量は、例えば、ＴＤＳなどを用いて分析することができる。例えば、絶縁体３２４の水素の脱離量は、ＴＤＳ分析において、５０℃から５００℃の範囲において、水素分子に換算した脱離量が、絶縁体３２４の面積当たりに換算して、２×１０１５ｍｏｌｅｃｕｌｅｓ／ｃｍ２以下、好ましくは１×１０１５ｍｏｌｅｃｕｌｅｓ／ｃｍ２以下、より好ましくは５×１０１４ｍｏｌｅｃｕｌｅｓ／ｃｍ２以下であればよい。
【０３２１】
なお、絶縁体３２６は、絶縁体３２４よりも誘電率が低いことが好ましい。例えば、絶縁体３２６の比誘電率は４未満が好ましく、３未満がより好ましい。また例えば、絶縁体３２６の比誘電率は、絶縁体３２４の比誘電率の０．７倍以下が好ましく、０．６倍以下がより好ましい。誘電率が低い材料を層間膜とすることで、配線間に生じる寄生容量を低減することができる。
【０３２２】
また、絶縁体３２０、絶縁体３２２、絶縁体３２４、および絶縁体３２６には容量素子１００、またはトランジスタ２００と電気的に接続する導電体３２８、および導電体３３０等が埋め込まれている。なお、導電体３２８、および導電体３３０はプラグ、または配線として機能を有する。また、後述するが、プラグまたは配線として機能を有する導電体は、複数の構造をまとめて同一の符号を付与する場合がある。また、本明細書等において、配線と、配線と電気的に接続するプラグとが一体物であってもよい。すなわち、導電体の一部が配線として機能する場合、および導電体の一部がプラグとして機能する場合もある。
【０３２３】
各プラグ、および配線（導電体３２８、および導電体３３０等）の材料としては、金属材料、合金材料、金属窒化物材料、または金属酸化物材料などの導電性材料を、単層または積層して用いることができる。耐熱性と導電性を両立するタングステンやモリブデンなどの高融点材料を用いることが好ましく、タングステンを用いることが好ましい。または、アルミニウムや銅などの低抵抗導電性材料で形成することが好ましい。低抵抗導電性材料を用いることで配線抵抗を低くすることができる。また、各プラグ、および配線は複数の層から形成されていても良い。例えば、導電材料からなるシード層やバリア層、あるいは後から形成する導電材料と絶縁体との密着性を向上させるための層を形成後にさらに導電材料を形成して、導電体としても良い。例えば、チタン、窒化チタン、タンタル及び窒化タンタルから選ばれた材料を一層目として形成した後にタングステン、モリブデン、アルミニウムあるいは銅を形成することで導電体を形成することができる。
【０３２４】
絶縁体３２６、および導電体３３０上に、配線層を設けてもよい。例えば、図１４において、絶縁体３５０、絶縁体３５２、及び絶縁体３５４が順に積層して設けられている。また、絶縁体３５０、絶縁体３５２、及び絶縁体３５４には、導電体３５６が形成されている。導電体３５６は、プラグ、または配線として機能を有する。なお導電体３５６は、導電体３２８、および導電体３３０と同様の材料で形成しても良いし、異なる材料で形成しても良い。
【０３２５】
なお、例えば、絶縁体３５０は、絶縁体３２４と同様に、水素に対するバリア性を有する絶縁体を用いることが好ましい。また、導電体３５６は、水素に対するバリア性を有する導電体を含むことが好ましい。特に、水素に対するバリア性を有する絶縁体３５０が有する開口部に、水素に対するバリア性を有する導電体が形成される。当該構成により、トランジスタ３００とトランジスタ２００及びトランジスタ４００とは、バリア層により分離することができ、トランジスタ３００からトランジスタ２００及びトランジスタ４００への水素の拡散を抑制することができる。
【０３２６】
なお、水素に対するバリア性を有する導電体としては、例えば、窒化タンタル等を用いるとよい。また、窒化タンタルと導電性が高いタングステンを積層することで、配線としての導電性を保持したまま、トランジスタ３００からの水素の拡散を抑制することができる。この場合、水素に対するバリア性を有する窒化タンタル層が、水素に対するバリア性を有する絶縁体３５０と接する構造であることが好ましい。
【０３２７】
絶縁体３５４上には、絶縁体３５８、絶縁体２１０、絶縁体２１２、絶縁体２１４、および絶縁体２１６が、順に積層して設けられている。絶縁体３５８、絶縁体２１０、絶縁体２１２、絶縁体２１４、および絶縁体２１６のいずれかは、酸素や水素に対してバリア性のある物質を用いることが好ましい。
【０３２８】
例えば、絶縁体３５８、絶縁体２１２、および絶縁体２１４には、例えば、基板３１１、またはトランジスタ３００を設ける領域などから、トランジスタ２００及びトランジスタ４００を設ける領域に、水または水素などの不純物が拡散しないようなバリア性を有する膜を用いることが好ましい。従って、絶縁体３２４と同様の材料を用いることができる。
【０３２９】
また、水素に対するバリア性を有する膜の一例として、ＣＶＤ法で形成した窒化シリコンを用いることができる。ここで、トランジスタ２００等の酸化物半導体を有する半導体素子に、水素が拡散することで、該半導体素子の特性が低下する場合がある。従って、トランジスタ２００及びトランジスタ４００と、トランジスタ３００との間に、水素の拡散を抑制する膜を用いることが好ましい。水素の拡散を抑制する膜とは、具体的には、水素の脱離量が少ない膜とする。
【０３３０】
また、水素に対するバリア性を有する膜として、例えば、絶縁体２１２、および絶縁体２１４には、酸化アルミニウム、酸化ハフニウム、酸化タンタルなどの金属酸化物を用いることが好ましい。
【０３３１】
特に、酸化アルミニウムは、酸素、およびトランジスタの電気特性の変動要因となる水または水素などの不純物、の両方に対して膜を透過させない遮断効果が高い。したがって、酸化アルミニウムは、トランジスタの作製工程中および作製後において、水または水素などの不純物のトランジスタ２００及びトランジスタ４００への混入を防止することができる。また、トランジスタ２００を構成する酸化物からの酸素の放出を抑制することができる。そのため、トランジスタ２００及びトランジスタ４００に対する保護膜として用いることに適している。
【０３３２】
また、例えば、絶縁体２１０、および絶縁体２１６には、絶縁体３２０と同様の材料を用いることができる。また、当該絶縁体に、比較的誘電率が低い材料を用いることで、配線間に生じる寄生容量を低減することができる。例えば、絶縁体２１６として、酸化シリコン膜や酸化窒化シリコン膜などを用いることができる。
【０３３３】
また、絶縁体３５８、絶縁体２１０、絶縁体２１２、絶縁体２１４、および絶縁体２１６には、導電体２１８、及びトランジスタ２００及びトランジスタ４００を構成する導電体（導電体２０５、導電体２０５ｃ、導電体２０５ｄ、および導電体２０５ｅ）等が埋め込まれている。なお、導電体２１８は、容量素子１００、またはトランジスタ３００と電気的に接続するプラグ、または配線としての機能を有する。導電体２１８は、導電体３２８、および導電体３３０と同様の材料を用いて設けることができる。
【０３３４】
特に、絶縁体３５８、絶縁体２１２、および絶縁体２１４と接する領域の導電体２１８は、酸素、水素、および水に対するバリア性を有する導電体であることが好ましい。当該構成により、トランジスタ３００とトランジスタ２００とは、酸素、水素、および水に対するバリア性を有する層で、完全により分離することができ、トランジスタ３００からトランジスタ２００及びトランジスタ４００への水素の拡散を抑制することができる。
【０３３５】
絶縁体２１６の上方には、トランジスタ２００及びトランジスタ４００が設けられている。トランジスタ２００及びトランジスタ４００の上方には、絶縁体２８２及び絶縁体２８４が設けられている。絶縁体２８２及び絶縁体２８４は、絶縁体２１４および絶縁体２１２と同様の材料を用いることができる。これにより、絶縁体２８２及び絶縁体２８４は、トランジスタ２００及びトランジスタ４００に対する保護膜として機能する。さらに、図１４に示すように、絶縁体２１６、２２０、２２２、２２４、２７２、２７４、２８０に開口を形成して絶縁体２１４と絶縁体２８２及び絶縁体２８４が接する構成とすることが好ましい。このような構成とすることにより、絶縁体２１４と絶縁体２８２及び絶縁体２８４でトランジスタ２００、トランジスタ４００を封止することができ、水または水素などの不純物の浸入を防ぐことができる。
【０３３６】
トランジスタ２００及びトランジスタ４００の上方には、絶縁体１１０が設けられている。絶縁体１１０は、絶縁体３２０と同様の材料を用いることができる。また、当該絶縁体に、比較的誘電率が低い材料を用いることで、配線間に生じる寄生容量を低減することができる。例えば、絶縁体１１０として、酸化シリコン膜や酸化窒化シリコン膜などを用いることができる。
【０３３７】
また、絶縁体２２０、絶縁体２２２、絶縁体２２４、絶縁体２７２、絶縁体２７４、および絶縁体１１０には、導電体２８５等が埋め込まれている。
【０３３８】
導電体２８５は、容量素子１００、トランジスタ２００、またはトランジスタ３００と電気的に接続するプラグ、または配線として機能を有する。導電体２８５は、導電体３２８、および導電体３３０と同様の材料を用いて設けることができる。
【０３３９】
例えば、導電体２８５を積層構造として設ける場合、酸化しにくい（耐酸化性が高い）導電体を含むことが好ましい。特に、過剰酸素領域を有する絶縁体２２４と接する領域に、耐酸化性が高い導電体を設けることが好ましい。当該構成により、絶縁体２２４から過剰な酸素を、導電体２８５が吸収することを抑制することができる。また、導電体２８５は、水素に対するバリア性を有する導電体を含むことが好ましい。特に、過剰酸素領域を有する絶縁体２２４と接する領域に、水または水素などの不純物に対するバリア性を有する導電体を設けることで、導電体２８５中の不純物、および導電体２８５の一部の拡散や、外部からの不純物の拡散経路となることを抑制することができる。
【０３４０】
また、絶縁体１１０、および導電体２８５上に、導電体２８７、および容量素子１００などを設ける。なお、容量素子１００は、導電体１１２と、絶縁体１３０、絶縁体１３２、絶縁体１３４、および導電体１１６とを有する。導電体１１２、および導電体１１６は、容量素子１００の電極として機能を有し、絶縁体１３０、絶縁体１３２、および絶縁体１３４は容量素子１００の誘電体として機能を有する。
【０３４１】
導電体２８７は、容量素子１００、トランジスタ２００、またはトランジスタ３００と電気的に接続するプラグ、または配線として機能を有する。また、導電体１１２は、容量素子１００の電極の一方として機能を有する。なお、導電体２８７、および導電体１１２は、同時に形成することができる。
【０３４２】
導電体２８７、および導電体１１２には、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、クロム、ネオジム、スカンジウム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（窒化タンタル膜、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。又は、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、酸化ケイ素を添加したインジウム錫酸化物などの導電性材料を適用することもできる。
【０３４３】
絶縁体１３０、絶縁体１３２および絶縁体１３４は、例えば、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコン、窒化シリコン、酸化アルミニウム、酸化窒化アルミニウム、窒化酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸化ハフニウム、酸化窒化ハフニウム、窒化酸化ハフニウム、窒化ハフニウムなどを用いればよく、積層または単層で設けることができる。
【０３４４】
例えば、絶縁体１３２に、酸化アルミニウムなどの高誘電率（ｈｉｇｈ−ｋ）材料を用いた場合、容量素子１００は、単位面積当たりの容量を大きくすることができる。また、絶縁体１３０、および絶縁体１３４には、酸化窒化シリコンなどの絶縁耐力が大きい材料を用いるとよい。絶縁耐力が大きい絶縁体により、高誘電体を挟むことで、容量素子１００の静電破壊を抑制し、かつ容量の大きな容量素子とすることができる。
【０３４５】
また、導電体１１６は、絶縁体１３０、絶縁体１３２および絶縁体１３４を介して、導電体１１２の側面、および上面を覆うように設ける。当該構成により、導電体１１２の側面は、絶縁体を介して、導電体１１６に包まれる。当該構成とすることで、導電体１１２の側面でも容量が形成されるため、容量素子の投影面積当たりの容量を増加させることができる。従って、記憶装置の小面積化、高集積化、および微細化が可能となる。
【０３４６】
なお、導電体１１６は、金属材料、合金材料、または金属酸化物材料などの導電性材料を用いることができる。耐熱性と導電性を両立するタングステンやモリブデンなどの高融点材料を用いることが好ましく、特にタングステンを用いることが好ましい。また、導電体などの他の構造と同時に形成する場合は、低抵抗金属材料であるＣｕやＡｌ等を用いればよい。
【０３４７】
導電体１１６、および絶縁体１３４上には、絶縁体１５０が設けられている。絶縁体１５０は、絶縁体３２０と同様の材料を用いて設けることができる。また、絶縁体１５０は、その下方の凹凸形状を被覆する平坦化膜として機能してもよい。
【０３４８】
以上が構成例についての説明である。本構成を用いることで、酸化物半導体を有するトランジスタを用いた記憶装置において、電気特性の変動を抑制すると共に、信頼性を向上させることができる。または、消費電力が低減された記憶装置を提供することができる。
【０３４９】
本実施の形態は、少なくともその一部を本明細書中に記載する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。
【０３５０】
（実施の形態４）
本実施の形態では、半導体装置の一形態を、図１５及び図１６を用いて説明する。
【０３５１】
＜半導体ウエハ、チップ＞
図１５（Ａ）は、ダイシング処理が行なわれる前の基板７１１の上面図を示している。基板７１１としては、例えば、半導体基板（「半導体ウエハ」ともいう。）を用いることができる。基板７１１上には、複数の回路領域７１２が設けられている。回路領域７１２には、本発明の一態様に係る半導体装置、記憶装置、または当該半導体装置を有するＣＰＵなどを設けることができる。
【０３５２】
複数の回路領域７１２は、それぞれが分離領域７１３に囲まれている。分離領域７１３と重なる位置に分離線（「ダイシングライン」ともいう。）７１４が設定される。分離線７１４に沿って基板７１１を切断することで、回路領域７１２を含むチップ７１５を基板７１１から切り出すことができる。図１５（Ｂ）にチップ７１５の拡大図を示す。
【０３５３】
また、分離領域７１３に導電層、半導体層などを設けてもよい。分離領域７１３に導電層、半導体層などを設けることで、ダイシング工程時に生じうるＥＳＤを緩和し、ダイシング工程に起因する歩留まりの低下を防ぐことができる。また、一般にダイシング工程は、基板の冷却、削りくずの除去、帯電防止などを目的として、炭酸ガスなどを溶解させて比抵抗を下げた純水を切削部に供給しながら行なう。分離領域７１３に導電層、半導体層などを設けることで、当該純水の使用量を削減することができる。よって、半導体装置の生産コストを低減することができる。また、半導体装置の生産性を高めることができる。
【０３５４】
＜電子部品＞
チップ７１５を用いた電子部品の一例について、図１６（Ａ）および図１６（Ｂ）を用いて説明する。なお、電子部品は、半導体パッケージ、またはＩＣ用パッケージともいう。電子部品は、端子取り出し方向、端子の形状などに応じて、複数の規格、名称などが存在する。
【０３５５】
電子部品は、組み立て工程（後工程）において、上記実施の形態に示した半導体装置と該半導体装置以外の部品が組み合わされて完成する。
【０３５６】
図１６（Ａ）に示すフローチャートを用いて、後工程について説明する。前工程において基板７１１に本発明の一態様に係る半導体装置などを形成した後、基板７１１の裏面（半導体装置などが形成されていない面）を研削する「裏面研削工程」を行なう（ステップＳ７２１）。研削により基板７１１を薄くすることで、電子部品の小型化を図ることができる。
【０３５７】
次に、基板７１１を複数のチップ７１５に分離する「ダイシング工程」を行う（ステップＳ７２２）。そして、分離したチップ７１５を個々のリードフレーム上に接合する「ダイボンディング工程」を行う（ステップＳ７２３）。ダイボンディング工程におけるチップ７１５とリードフレームとの接合は、樹脂による接合、またはテープによる接合など、適宜製品に応じて適した方法を選択する。なお、リードフレームに代えてインターポーザ基板上にチップ７１５を接合してもよい。
【０３５８】
次いで、リードフレームのリードとチップ７１５上の電極とを、金属の細線（ワイヤー）で電気的に接続する「ワイヤーボンディング工程」を行う（ステップＳ７２４）。金属の細線には、銀線、金線などを用いることができる。また、ワイヤーボンディングは、例えば、ボールボンディング、またはウェッジボンディングを用いることができる。
【０３５９】
ワイヤーボンディングされたチップ７１５は、エポキシ樹脂などで封止される「封止工程（モールド工程）」が施される（ステップＳ７２５）。封止工程を行うことで電子部品の内部が樹脂で充填され、チップ７１５とリードを接続するワイヤーを機械的な外力から保護することができ、また水分、埃などによる特性の劣化（信頼性の低下）を低減することができる。
【０３６０】
次いで、リードフレームのリードをめっき処理する「リードめっき工程」を行なう（ステップＳ７２６）。めっき処理によりリードの錆を防止し、後にプリント基板に実装する際のはんだ付けをより確実に行うことができる。次いで、リードを切断および成形加工する「成形工程」を行なう（ステップＳ７２７）。
【０３６１】
次いで、パッケージの表面に印字処理（マーキング）を施す「マーキング工程」を行なう（ステップＳ７２８）。そして外観形状の良否、動作不良の有無などを調べる「検査工程」（ステップＳ７２９）を経て、電子部品が完成する。
【０３６２】
また、完成した電子部品の斜視模式図を図１６（Ｂ）に示す。図１６（Ｂ）では、電子部品の一例として、ＱＦＰ（Ｑｕａｄ  Ｆｌａｔ  Ｐａｃｋａｇｅ）の斜視模式図を示している。図１６（Ｂ）に示す電子部品７５０は、リード７５５およびチップ７１５を有する。電子部品７５０は、チップ７１５を複数有していてもよい。
【０３６３】
図１６（Ｂ）に示す電子部品７５０は、例えばプリント基板７５２に実装される。このような電子部品７５０が複数組み合わされて、それぞれがプリント基板７５２上で電気的に接続されることで電子部品が実装された基板（実装基板７５４）が完成する。完成した実装基板７５４は、電子機器などに用いられる。
【０３６４】
本実施の形態は、少なくともその一部を本明細書中に記載する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１】
【０３６５】
本実施例では、酸化シリコン膜上にＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物膜（以下、ＩＧＺＯ膜と呼ぶ。）を成膜し、当該ＩＧＺＯ膜を除去し、酸化アルミニウム膜を成膜し、当該酸化アルミニウム膜を除去した試料を作製し、当該試料について分析した結果について説明する。
【０３６６】
まず、上述の試料を作製し、ＴＤＳの評価を行った。以下に、ＴＤＳの評価に用いた試料１Ａ及び試料１Ｂの作製方法について説明する。
【０３６７】
まず、試料１Ａ及び試料１Ｂとして、シリコンウェハを熱酸化し、シリコンウェハ表面に膜厚１００ｎｍ狙いで酸化シリコン膜を形成した。熱酸化の条件は９５０℃で３時間３９分であり、熱酸化の雰囲気は、３体積％ＨＣｌを含む酸素雰囲気とした。
【０３６８】
さらに、試料１Ｂでは、以下の工程を行った。
【０３６９】
まず、ＤＣスパッタリング法を用いて膜厚４０ｎｍを狙って、ＩＧＺＯ膜を成膜した。なお、ＩＧＺＯ膜の成膜には、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：３：４［原子数比］ターゲットを用いた（以下、当該ＩＧＺＯ膜をＩＧＺＯ膜（１３４）と呼ぶ）。また、成膜ガスとしてアルゴンガス４０ｓｃｃｍおよび酸素ガス５ｓｃｃｍを用い、成膜圧力を０．７Ｐａ（キヤノンアネルバ製ミニチュアゲージＭＧ−２によって計測した。）とし、成膜電力を５００Ｗとし、基板温度を２００℃とし、ターゲット−基板間距離を６０ｍｍとした。
【０３７０】
さらに連続して、ＤＣスパッタリング法を用いて膜厚２０ｎｍを狙って、ＩＧＺＯ膜を成膜した。なお、ＩＧＺＯ膜の成膜には、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：１［原子数比］ターゲットを用いた（以下、当該ＩＧＺＯ膜をＩＧＺＯ膜（１１１）と呼ぶ）。また、成膜ガスとしてアルゴンガス３０ｓｃｃｍおよび酸素ガス１５ｓｃｃｍを用い、成膜圧力を０．７Ｐａ（キヤノンアネルバ製ミニチュアゲージＭＧ−２によって計測した。）とし、成膜電力を５００Ｗとし、基板温度を３００℃とし、ターゲット−基板間距離を６０ｍｍとした。
【０３７１】
次に、窒素雰囲気下で４００℃１時間の加熱処理を行い、さらに酸素雰囲気下で４００℃１時間の加熱処理を行った。
【０３７２】
次に、ＩＧＺＯ膜（１３４）及びＩＧＺＯ膜（１１１）を、ドライエッチング法を用いて除去した。
【０３７３】
ＩＧＺＯ膜（１３４）及びＩＧＺＯ膜（１１１）の除去は、エッチング処理とアッシング処理の２ステップで行った。エッチング処理の条件は、圧力を１．２Ｐａ、ＲＦ電源の電力を上部側１０００Ｗ、下側を４００Ｗ、エッチングガスをメタン２０ｓｃｃｍ、アルゴン８０ｓｃｃｍ、とした。エッチング処理は、装置で終点検出後さらに２３秒間行った。アッシング処理の条件は、圧力を２．６Ｐａ、ＲＦ電源の電力を上部側５００Ｗ、下側を５０Ｗ、酸素ガスを２００ｓｃｃｍ、処理時間を６０ｓｅｃとした。
【０３７４】
次に、ＲＦスパッタリング法を用いて膜厚１４０ｎｍを狙って、酸化アルミニウム膜を成膜した。なお、酸化アルミニウム膜の成膜には、Ａｌ２Ｏ３ターゲットを用いた。成膜ガスとしてアルゴンガス２５ｓｃｃｍおよび酸素ガス２５ｓｃｃｍを用い、成膜圧力を０．４Ｐａ（キヤノンアネルバ製Ｂ−ＡゲージＢＲＧ−１Ｂによって計測した。）とし、成膜電力を２５００Ｗとし、基板温度を２５０℃とし、ターゲット−基板間距離を６０ｍｍとした。
【０３７５】
次に、酸素雰囲気下で４００℃１時間の加熱処理を行った。
【０３７６】
次に、液温１００℃でウェットエッチングを行って酸化アルミニウム膜を除去した。ウェットエッチングには、和光純薬工業株式会社製の混酸アルミ液（２．０重量％の硝酸と、９．８重量％の酢酸と、７２．３重量％のリン酸と、を含有する水溶液）を用いた。
【０３７７】
以上のようにして作製した試料１Ａ及び試料１Ｂに、ＴＤＳ分析を行った結果を図１７に示す。なお、当該ＴＤＳ分析においては、酸素分子に相当する質量電荷比ｍ／ｚ＝３２の放出量を測定した。図１７で横軸は基板の加熱温度［℃］をとり、縦軸は質量電荷比の放出量に比例する強度をとる。
【０３７８】
図１７に示すように、試料１Ａでは基板温度３００℃近傍にピークを持つプロファイルが見られ、酸素分子の放出が確認された。これに対して、試料１Ｂではプロファイルにピークが見られず、酸素分子の放出は確認されなかった。
【０３７９】
上記実施の形態に示すように、酸化シリコン膜の上にスパッタリング法を用いて酸化アルミニウム膜を成膜することで、酸化シリコン膜中に酸素を添加することができるはずである。しかしながら、酸化シリコン膜の上に酸化アルミニウム膜を成膜した試料１Ｂは、酸化シリコン膜の上に酸化アルミニウム膜を成膜していない試料１Ａより酸素分子の放出量が著しく少ない。
【０３８０】
これは、ＩＧＺＯ膜の成膜及び当該ＩＧＺＯ膜のドライエッチング処理によって、試料１Ｂの酸化シリコン膜の表面近傍に損傷領域が形成されているためと考えられる。
【０３８１】
そこで、次に、ＥＳＲ分析を行って、酸化シリコン膜表面の損傷領域を評価した。ＥＳＲ分析には、試料１Ｃ及び試料１Ｄを用いた。試料１Ｃは、試料１Ａと同じ方法で作製した試料である。試料１Ｄは、試料１Ｂと同様に、シリコンウェハの上に酸化シリコン膜、ＩＧＺＯ膜（１３４）及びＩＧＺＯ膜（１１１）の順に成膜を行い、ＩＧＺＯ膜（１３４）及びＩＧＺＯ膜（１１１）を除去した試料である。
【０３８２】
なお、試料１ＤのＩＧＺＯ膜（１３４）及びＩＧＺＯ膜（１１１）の除去は、エッチング処理とアッシング処理の２ステップで行った。エッチング処理の条件は、圧力を０．６Ｐａ、ＲＦ電源の電力を上部側１０００Ｗ、下側を４００Ｗ、エッチングガスをメタン１８ｓｃｃｍ、アルゴン４２ｓｃｃｍ、とした。エッチング処理は、装置で終点検出後さらに１３秒間行った。アッシング処理の条件は、圧力を２．６Ｐａ、ＲＦ電源の電力を上部側５００Ｗ、下側を５０Ｗ、酸素ガスを２００ｓｃｃｍ、処理時間を６０ｓｅｃとした。
【０３８３】
以上のようにして作製した試料１Ｃ及び試料１Ｄに、ＥＳＲ分析を行った結果を図１８に示す。ＥＳＲ分析は、測定温度１０Ｋ、マイクロ波電力０．１ｍＷ、周波数９．５６ＧＨｚとして測定を行った。図１８では、横軸にｇ値をとり、縦軸に任意強度をとる。
【０３８４】
図１８に示すように、試料１Ｃでは大きなピークは見られないが、試料１Ｄではｇ＝２．００１近傍に大きなピークが見られる。試料１Ｄのｇ＝２．００１近傍のピークはＥ’センターと呼ばれるものであり、シリコンのダングリングボンドに起因する。つまり、試料１Ｄは、酸化シリコン膜表面に試料１Ｃより多くのダングリングボンドが形成されている。これは、試料１Ｄにおいて、上記実施の形態に示すように、酸化シリコン膜表面に損傷領域が形成されていることを示唆している。よって、試料１Ｂにおいて、ＴＤＳ測定で酸素の脱離が測定されなかった要因の一つが、酸化シリコン膜表面に損傷領域が形成されていることと考えられる。
【０３８５】
また、試料１Ｃで測定されたｇ＝２．００１近傍のスピン密度は２．１×１０１７［ｓｐｉｎｓ／ｃｍ３］であり、試料１Ｄで測定されたｇ＝２．００１近傍のスピン密度は１．０×１０１６［ｓｐｉｎｓ／ｃｍ３］であった。よって、上記実施の形態に示すように、トランジスタにおいて、上面が酸化物膜（例えば、ＩＧＺＯ膜（１３４））などと接する絶縁膜（例えば、酸化シリコン膜）の表面のスピン密度は、ｇ＝２．０近傍のスピン密度が２．０×１０１７ｓｐｉｎｓ／ｃｍ３以下であることが好ましい。
【０３８６】
そして、次に、ＳＳＤＰ（Ｓｕｂｓｔｒａｔｅ  Ｓｉｄｅ  Ｄｅｐｔｈ  Ｐｒｏｆｉｌｅ）−ＳＩＭＳ分析（裏面からのＳＩＭＳ分析）を行って、酸化シリコン膜中の酸素拡散の様子について評価した。ＳＳＤＰ−ＳＩＭＳ分析には、試料１Ｅと試料１Ｆを用いた。試料１Ｅは、試料１Ｃと同じ方法で作製した試料に、さらに酸化アルミニウム膜を成膜した試料である。試料１Ｆは、試料１Ｄと同様に、シリコンウェハの上に酸化シリコン膜、ＩＧＺＯ膜（１３４）及びＩＧＺＯ膜（１１１）の順に成膜を行い、ＩＧＺＯ膜（１３４）及びＩＧＺＯ膜（１１１）を除去し、酸化アルミニウム膜を成膜した試料である。
【０３８７】
なお、試料１Ｅ及び試料１Ｆの酸化アルミニウムの成膜は、ＲＦスパッタリング法を用いて膜厚１４０ｎｍを狙って、酸化アルミニウム膜を成膜した。なお、酸化アルミニウム膜の成膜には、Ａｌ２Ｏ３ターゲットを用いた。成膜ガスとしてアルゴンガス２５ｓｃｃｍおよび酸素ガス２５ｓｃｃｍを用い、成膜圧力を０．４Ｐａ（キヤノンアネルバ製Ｂ−ＡゲージＢＲＧ−１Ｂによって計測した。）とし、成膜電力を２５００Ｗとし、基板温度を２５０℃とし、ターゲット−基板間距離を６０ｍｍとした。なお、スパッタリングガスに使用する酸素ガスとして、質量数１８の酸素原子からなる酸素分子（１８Ｏ２）のガスを用いた。
【０３８８】
さらに、試料１Ｅ及び試料１Ｆで酸化アルミニウムの成膜の後で、酸素雰囲気下で４００℃１時間の加熱処理を行った。
【０３８９】
以上のようにして作製した試料１Ｅ及び試料１Ｆに、ＳＳＤＰ−ＳＩＭＳ分析を行って１８Ｏを検出した結果を図１９に示す。図１９で横軸は深さ［ｎｍ］をとり、縦軸は１８Ｏの濃度［ａｔｏｍｓ／ｃｍ３］をとる。なお、ＳＩＭＳ分析は、アルバック・ファイ社製四重極型質量分析装置（ＡＤＥＰＴ１０１０特型）を用いた。
【０３９０】
図１９より、試料１Ｆの方が試料１Ｅより、１８Ｏの拡散量が少ないことが分かる。つまり、試料１Ｆでは、酸化アルミニウムの成膜によって酸化シリコン膜の表面近傍に添加された、酸素の熱拡散が妨げられている。これにより、ＩＧＺＯ膜（１３４）及びＩＧＺＯ膜（１１１）をスパッタリング法を用いて成膜し、メタンガスとアルゴンガスを用いてエッチングすることで、酸化シリコン膜の表面近傍に、酸素の拡散を妨げる損傷領域が形成されていることが示唆される。
【０３９１】
次に、飛行時間型二次イオン質量分析法（ＴＯＦ−ＳＩＭＳ：Ｔｉｍｅ−ｏｆ−ｆｌｉｇｈｔ  ｓｅｃｏｎｄａｒｙ  ｉｏｎ  ｍａｓｓ  ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）を用いて酸化シリコン膜表面の損傷領域の評価を行った。ＴＯＦ−ＳＩＭＳ分析には、試料１Ｇ、試料１Ｈ及び試料１Ｊを用いた。試料１Ｇは、試料１Ｃと同様の構成の試料である。また、試料１Ｈは、試料１Ｄと同様の構成の試料である。
【０３９２】
試料１Ｊは、試料１Ｈにおいて行った、ＩＧＺＯ膜（１３４）及びＩＧＺＯ膜（１１１）の成膜と、その後の加熱処理を行わず、酸化シリコン膜に試料１Ｈと同様のドライエッチング処理を行った試料である。ただし、試料１Ｊのドライエッチングの１ステップ目のエッチング処理は、処理時間を１００秒として行った。
【０３９３】
以上のようにして作製した試料１Ｇ、試料１Ｈ及び試料１Ｊに、ＴＯＦ−ＳＩＭＳ分析を行って酸化シリコン膜表面近傍の水素を検出した結果を図２０に示す。図２０で横軸は酸化シリコン膜表面からの深さ［ｎｍ］をとり、縦軸は水素の二次イオン強度［ｃｐｓ］をとる。なお、ＴＯＦ−ＳＩＭＳ分析は、ＩＯＮ−ＴＯＦ社製のＴＯＦ−ＳＩＭＳ３００を用いて、一次イオン源をＢｉとして行った。
【０３９４】
酸化シリコン膜の成膜を行い、さらにメタンガスを用いたエッチング処理を行った、試料１Ｊは、酸化シリコン膜の成膜だけを行った試料１Ｇよりも、全体的に水素の二次イオン強度が大きい。さらに、ＩＧＺＯ膜（１３４）及びＩＧＺＯ膜（１１１）を成膜してから、メタンガスを用いたエッチング処理を行った、試料１Ｈの水素の二次イオン強度は、酸化シリコン膜の表面から深さ５ｎｍ近傍に大きなピークを持っている。当該ピークの裾は、酸化シリコン膜の表面を基準として深さ０ｎｍから１０ｎｍ程度に広がっている。
【０３９５】
このように、他の試料と異なり、試料１Ｈは、酸化シリコン膜の表面近傍に水素濃度の高い領域が形成されている。図１７から図１９の結果も合わせて考えると、試料１Ｈの水素濃度が高い領域は、上記実施の形態に示す損傷領域に対応していることが示唆される。同じくメタンガスによるドライエッチングを行った試料１Ｊの酸化シリコン膜の表面近傍に水素濃度が高い領域が形成されていないことから、酸化シリコン膜にＩＧＺＯ膜（１３４）及びＩＧＺＯ膜（１１１）のスパッタリング成膜を行い、ドライエッチング処理を行うことで、酸化シリコン膜表面近傍に損傷領域が形成されることが推測される。
【０３９６】
次に、酸化シリコン膜の表面近傍に形成された損傷領域を除去することにより、ＴＤＳ測定の結果がどのように変化するか調べた。本ＴＤＳ測定では、試料１Ｋ、試料１Ｌ、試料１Ｍ、試料１Ｎ及び試料１Ｐを用いた。ここで、試料１Ｋは、酸化シリコン膜上にＩＧＺＯ膜（１３４）及びＩＧＺＯ膜（１１１）を成膜しなかった試料である。試料１Ｌ、試料１Ｍ及び試料１Ｎは酸化シリコン膜上にＩＧＺＯ膜（１３４）及びＩＧＺＯ膜（１１１）を成膜し、ＩＧＺＯ膜（１３４）及びＩＧＺＯ膜（１１１）を除去するときに、酸化シリコン膜の表面の層も除去した試料である。なお、試料１Ｌ、試料１Ｍ及び試料１Ｎは、それぞれ除去した酸化シリコン膜の表面の層の膜厚が異なる。また、試料１Ｐは、酸化シリコン膜上にＩＧＺＯ膜（１３４）及びＩＧＺＯ膜（１１１）を成膜し、ＩＧＺＯ膜（１３４）及びＩＧＺＯ膜（１１１）を除去するときに、メタンガスを用いてドライエッチングを行い、酸化シリコン膜の表面の層が除去されていない試料である。以下に、試料１Ｋ、試料１Ｌ、試料１Ｍ、試料１Ｎ及び試料１Ｐの作製方法を示す。
【０３９７】
まず、全試料でシリコンウェハを熱酸化し、シリコンウェハ表面に酸化シリコン膜を形成した。酸化シリコン膜の形成は試料１Ａと同様の条件で行った。
【０３９８】
次に、試料１Ｌ、試料１Ｍ、試料１Ｎ及び試料１ＰにＩＧＺＯ膜（１３４）を成膜し、さらにＩＧＺＯ膜（１１１）を成膜した。ＩＧＺＯ膜（１３４）及びＩＧＺＯ膜（１１１）の成膜は、試料１Ｂと同様の条件で行った。
【０３９９】
次に、試料１Ｌ、試料１Ｍ、試料１Ｎ及び試料１Ｐに、窒素雰囲気下で４００℃１時間の加熱処理を行い、さらに酸素雰囲気下で４００℃１時間の加熱処理を行った。
【０４００】
次に、試料１Ｌ、試料１Ｍ、試料１Ｎ及び試料１Ｐに、ドライエッチング処理を行い、ＩＧＺＯ膜（１３４）及びＩＧＺＯ膜（１１１）を除去した。ＩＧＺＯ膜（１３４）及びＩＧＺＯ膜（１１１）の除去は、試料１Ｄと同様の条件で行った。
【０４０１】
次に、試料１Ｌ、試料１Ｍ及び試料１Ｎにウェットエッチング処理を行い、酸化シリコン膜の表面の層を除去した。試料１Ｌは酸化シリコン膜の表面から２０ｎｍの厚さまで除去し、試料１Ｍは酸化シリコン膜の表面から１５ｎｍの厚さまで除去し、試料１Ｎは酸化シリコン膜の表面から８ｎｍの厚さまで除去した。酸化シリコン膜のウェットエッチングは、エッチャントとして一水素二フッ化アンモニウム（ＮＨ４ＨＦ２）の０．１％水溶液（ステラケミファ社製、商品名ＬＡＬ１５）を用いて、室温で処理を行った。
【０４０２】
次に、全試料に酸化アルミニウム膜を成膜し、それから酸素雰囲気で加熱処理を行った。酸化アルミニウム膜の成膜、及びその後の加熱処理は試料１Ｂと同様の条件で行った。
【０４０３】
次に、全試料にウェットエッチング処理を行い、酸化アルミニウム膜を除去した。酸化アルミニウム膜の除去は、試料１Ｂと同様の条件で行った。
【０４０４】
以上のようにして作製した試料１Ｋ、試料１Ｌ、試料１Ｍ、試料１Ｎ及び試料１Ｐに、ＴＤＳ分析を行った結果を図２１に示す。なお、当該ＴＤＳ分析においては、酸素分子に相当する質量電荷比ｍ／ｚ＝３２の放出量と、を測定した。図２１で横軸は基板の加熱温度［℃］をとり、縦軸は質量電荷比の放出量に比例する強度をとる。
【０４０５】
図２１に示すように、試料１Ｋ、試料１Ｌ、試料１Ｍ及び試料１Ｎでは基板温度３００℃近傍にピークを持つプロファイルが見られ、酸素分子の放出が確認された。ここで、基板温度３００℃近傍のピークは、試料１Ｋが最も高く、以下試料１Ｌ、試料１Ｍ、試料１Ｎの順番でピークが低くなっている。酸素分子の放出量は、試料１Ｋが９．０×１０１４［ｍｏｌｅｃｕｌｅｓ／ｃｍ２］、試料１Ｌが８．４×１０１４［ｍｏｌｅｃｕｌｅｓ／ｃｍ２］、試料１Ｍが８．３×１０１４［ｍｏｌｅｃｕｌｅｓ／ｃｍ２］、試料１Ｎが８．０×１０１４［ｍｏｌｅｃｕｌｅｓ／ｃｍ２］となった。これに対して、試料１Ｐではプロファイルにピークが見られず、酸素分子の放出は確認されなかった。
【０４０６】
ＩＧＺＯ膜の成膜と除去を行わなかった試料１Ｋでは、試料１Ａと同様に、酸素分子の放出が観測された。これに対して、ＩＧＺＯ膜の成膜と除去を行い、酸化シリコン膜の表面近傍に損傷領域が形成された試料１Ｐでは、試料１Ｂと同様に、酸素分子の放出が見られなかった。
【０４０７】
ＩＧＺＯ膜の成膜と除去を行い、酸化シリコン膜の損傷領域を除去した試料１Ｌ、試料１Ｍ及び試料１Ｎでは、除去した損傷領域の膜厚の大きさに応じて、放出される酸素分子の増加が見られた。
【０４０８】
以上より、酸化シリコン膜の表面近傍に形成された損傷領域を除去することにより、酸化シリコン膜から酸素を放出できることが示された。これにより、上記実施の形態に示すように、損傷領域が除去された酸化シリコン膜の上に設けられたＩＧＺＯ膜に酸素を供給できることが示唆される。さらに、上記図２０に示す結果と合わせて、酸化シリコン膜の表面から少なくとも５ｎｍ、好ましくは１０ｎｍ、より好ましくは２０ｎｍ、の深さまで除去することで、損傷領域を除去することができる。
【実施例２】
【０４０９】
本実施例では、本発明の一態様に係るトランジスタとして、図１（Ｄ）に示す膜厚Ｔ２が異なる複数の試料を作製し、観察と電気特性の評価を行った結果について説明する。なお、トランジスタの構成については、図１に示すトランジスタ２００ａを参照することができ、トランジスタの作製方法については、図４から図６などを参酌することができる。
【０４１０】
本実施例では、Ｔ２＝Ｔ１とした試料２Ａ、Ｔ２＞Ｔ１−Ｔ２とした試料２Ｂ、Ｔ２＜Ｔ１−Ｔ２（ただし、Ｔ２＞０）とした試料２Ｃ、およびＴ２＝０とした試料２Ｄを作製した。
【０４１１】
まず、ｐ型の導電型を有するシリコン基板に熱処理を行い、シリコン基板表面に酸化シリコン膜を形成した。
【０４１２】
次に、酸化シリコン膜上に、絶縁体２１４として、スパッタリング法を用いて厚さが５０ｎｍの酸化アルミニウムを成膜した。
【０４１３】
次に、絶縁体２１４上に、絶縁体２１６として、ＰＥＣＶＤ法を用いて厚さが１６０ｎｍの酸化窒化シリコンを成膜した。それからフォトリソグラフィ法を用いて絶縁体２１６に開口を形成した。
【０４１４】
次に、厚さが５ｎｍの窒化チタンと、厚さが２５０ｎｍのタングステンを順番に成膜した。それから、ＣＭＰ処理を行って、上記開口の中に、導電体２０５として、窒化チタンとタングステンの積層膜を形成した（図４（Ａ）及び図４（Ｂ）参照）。
【０４１５】
次に、絶縁体２１６及び導電体２０５上に、絶縁体２２０として、ＰＥＣＶＤ法を用いて厚さが１０ｎｍの酸化窒化シリコンを成膜した。
【０４１６】
次に、絶縁体２２０上に、絶縁体２２２として、ＡＬＤ法を用いて厚さが２０ｎｍの酸化ハフニウムを成膜した。次に、絶縁体２２２上に、絶縁膜２２４Ａとして、ＰＥＣＶＤ法を用いて厚さが３０ｎｍの酸化窒化シリコンを成膜した（図４（Ｃ）及び図４（Ｄ）参照）。
【０４１７】
次に、酸素雰囲気下で５５０℃１時間の加熱処理を行った。
【０４１８】
次に、酸化膜２３０Ａとして、ＤＣスパッタリング法によって厚さが４０ｎｍのＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物を成膜した。なお、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物の成膜には、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：３：４［原子数比］ターゲットを用い、成膜ガスとしてアルゴンガス４０ｓｃｃｍおよび酸素ガス５ｓｃｃｍを用い、成膜圧力を０．７Ｐａ（キヤノンアネルバ製ミニチュアゲージＭＧ−２によって計測した。）とし、成膜電力を５００Ｗとし、基板温度を２００℃とし、ターゲット−基板間距離を６０ｍｍとした。
【０４１９】
次に、酸化膜２３０Ｂとして、ＤＣスパッタリング法によって厚さが２０ｎｍのＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物を成膜した。なお、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物の成膜には、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：１［原子数比］ターゲットを用い、成膜ガスとしてアルゴンガス３０ｓｃｃｍおよび酸素ガス１５ｓｃｃｍを用い、成膜圧力を０．７Ｐａ（キヤノンアネルバ製ミニチュアゲージＭＧ−２によって計測した。）とし、成膜電力を５００Ｗとし、基板温度を３００℃とし、ターゲット−基板間距離を６０ｍｍとした。
【０４２０】
次に、窒素雰囲気下で５５０℃１時間の加熱処理を行い、さらに酸素雰囲気下で５５０℃１時間の加熱処理を行った。
【０４２１】
次に、導電膜２４０Ａとして、ＤＣスパッタリング法によって厚さが５０ｎｍのタングステンを成膜した（図４（Ｅ）及び図４（Ｆ）参照）。
【０４２２】
次に、フォトリソグラフィ法を用いて、導電膜２４０Ａに、導電体２０５と重なる開口を形成した。
【０４２３】
次に、フォトリソグラフィ法を用いて、酸化膜２３０Ｂ及び導電膜２４０Ａを島状に加工し、酸化物２３０ｂ、導電体２４０ａ、および導電体２４０ｂを形成した（図４（Ｇ）及び図４（Ｈ）参照。）。ここで、エッチングにはドライエッチング処理を用いた。酸化物２３０ｂを形成した時、酸化膜２３０Ａの表面の一部もドライエッチング処理で除去され、酸化膜２３０Ｄが形成された。
【０４２４】
次に、窒素雰囲気下で４００℃１時間の加熱処理を行った。
【０４２５】
次に、酸化膜２３０Ｃとして、ＤＣスパッタリング法を用いて、厚さが５ｎｍのＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物を成膜した。なお、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物の成膜には、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：３：２［原子数比］ターゲットを用い、成膜ガスとしてアルゴンガス３０ｓｃｃｍおよび酸素ガス１５ｓｃｃｍを用い、成膜圧力を０．７Ｐａとし、成膜電力を５００Ｗとし、基板温度を２００℃とし、ターゲット−基板間距離を６０ｍｍとした。
【０４２６】
次に、絶縁膜２５０Ａとして、ＰＥＣＶＤ法によって厚さが１３ｎｍの酸化窒化シリコンを成膜した（図５（Ａ）及び図５（Ｂ）参照）。
【０４２７】
次に、厚さが３０ｎｍの窒化チタンと、厚さが１３５ｎｍのタングステンを順番に成膜した。それから、フォトリソグラフィ法を用いて、窒化チタンとタングステンの積層膜を加工し、導電体２６０を形成した（図５（Ｃ）及び図５（Ｄ）参照）。
【０４２８】
次に、フォトリソグラフィ法を用いて、酸化膜２３０Ｄ、酸化膜２３０Ｃ、および絶縁膜２５０Ａを島状に加工し、酸化物２３０ａ、酸化物２３０ｃ、および絶縁体２５０を形成した（図５（Ｅ）及び図５（Ｆ）参照）。ここで、エッチングにはドライエッチング処理を用いた。ドライエッチング処理はＩＣＰエッチング装置を用いて行い、エッチング条件は、ＢＣｌ３ガス流量８０ｓｃｃｍ、電源電力４５０Ｗ、バイアス電力１００Ｗ、圧力１．２Ｐａ、基板温度７０℃とした。
【０４２９】
ここで、試料２Ａでは、Ｔ２＝Ｔ１となるように、絶縁体２２４の酸化物２３０ａと重なっていない領域がエッチングされないようにした。試料２Ｂでは、Ｔ２＞Ｔ１−Ｔ２となるように、絶縁体２２４の酸化物２３０ａと重なっていない領域をエッチングした。試料２Ｃでは、Ｔ２＜Ｔ１−Ｔ２（ただし、Ｔ２＞０）となるように、絶縁体２２４の酸化物２３０ａと重なっていない領域をエッチングした。試料２Ｄでは、Ｔ２＝０となるように、絶縁体２２４の酸化物２３０ａと重なっていない領域をエッチングして除去した。
【０４３０】
次に、絶縁体２７２として、ＲＦスパッタリング法によって厚さが３０ｎｍの酸化アルミニウムを成膜した（図６（Ａ）及び図６（Ｂ）参照）。なお、ＲＦスパッタリング法では、成膜ガスとしてアルゴンガス２５ｓｃｃｍおよび酸素ガス２５ｓｃｃｍを用い、成膜圧力を０．４Ｐａとし、成膜電力を２５００Ｗとし、基板温度を２５０℃とし、ターゲット−基板間距離を６０ｍｍとした。さらに、絶縁体２７２の成膜後、その上にＡＬＤ法を用いて厚さが１０ｎｍの酸化アルミニウムを成膜した。
【０４３１】
次に、酸素雰囲気下で４００℃１時間の加熱処理を行った（図６（Ｃ）及び図６（Ｄ）参照）。
【０４３２】
以上のようにして、チャネル長Ｌが０．２２μｍ、チャネル幅Ｗが０．２９μｍのトランジスタである、試料２Ａから試料２Ｄを作製した。なお、さらに絶縁体２７２の上に、層間膜として機能する絶縁膜や、配線として機能する導電膜などを設けた。
【０４３３】
次に、試料２Ａから試料２Ｄについて、走査型透過電子顕微鏡（ＳＴＥＭ：Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）を用いて、断面観察を行った。断面観察は、日立ハイテクノロジーズ社製ＨＤ−２３００を用いて、倍率２０００００倍で行った。
【０４３４】
試料２Ａから試料２Ｄの断面写真を図２２（Ａ）、図２３（Ａ）、図２４（Ａ）、および図２５（Ａ）に示す。図２２（Ａ）に示すように、試料２Ａでは、ほぼＴ２＝Ｔ１となっており、Ｔ２＝３１．７ｎｍだった。図２３（Ａ）に示すように、試料２Ｂでは、Ｔ２＞Ｔ１―Ｔ２となっており、Ｔ２＝１９．８ｎｍだった。図２４（Ａ）に示すように、試料２Ｃでは、Ｔ２＜Ｔ１―Ｔ２となっており、Ｔ２＝３〜５ｎｍ程度だった。図２５（Ａ）に示すように、試料２Ｄでは、Ｔ２＝０ｎｍとなっており、該当する領域の絶縁体２２４は消失していた。
【０４３５】
次に、試料２Ａから試料２Ｄについて、Ｉｄ−Ｖｇ特性（ドレイン電流−ゲート電圧特性）を測定した。Ｉｄ−Ｖｇ特性の測定は、ドレイン電圧（Ｖｄ）を０．１Ｖまたは３．３Ｖとし、バックゲート電圧を０Ｖとし、ゲート電圧を−３．３Ｖから３．３Ｖまで０．１Ｖステップで掃引させた。
【０４３６】
さらに、測定したＩｄ−Ｖｇ特性から、ドレイン電流の立ち上がりのゲート電圧（以下、Ｓｈｉｆｔと呼ぶ。）を測定した。本明細書におけるＳｈｉｆｔは、ゲート電圧Ｖｇ［Ｖ］を横軸、ドレイン電流Ｉｄ［Ａ］の対数を縦軸としてプロットしたＶｇ−Ｉｄ曲線において、曲線上の傾きが最大である点における接線と、Ｉｄ＝１．０×１０−１２［Ａ］の直線との交点におけるゲート電圧と定義する。なお、ここではドレイン電圧Ｖｄ＝３．３Ｖとして、Ｓｈｉｆｔを算出する。
【０４３７】
試料２Ａから試料２ＤのＩｄ−Ｖｇ特性の測定結果を図２２（Ｂ）、図２３（Ｂ）、図２４（Ｂ）、および図２５（Ｂ）に示す。それぞれの図は、横軸にゲート電圧Ｖｇ［Ｖ］、縦軸にドレイン電流Ｉｄ［Ａ］をとる。また、Ｖｄ＝０．１Ｖのドレイン電流を細い実線で示し、Ｖｄ＝３．３Ｖのドレイン電流を太い実線で示している。
【０４３８】
図２２（Ｂ）に示すように、試料２Ａでは、Ｓｈｉｆｔが−０．３４Ｖであり、ノーマリーオンの電気特性を示している。図２３（Ｂ）に示すように、試料２Ｂでは、Ｓｈｉｆｔが０．２０Ｖであり、ノーマリーオフの電気特性を示している。図２４（Ｂ）に示すように、試料２Ｃでは、Ｓｈｉｆｔが０．１８Ｖであり、ノーマリーオフの電気特性を示している。図２５（Ｂ）に示すように、試料２Ｄでは、Ｖｇに依らずドレイン電流が流れており、スイッチング特性が得られなかった。
【０４３９】
このように、各試料の絶縁体２２４の膜厚Ｔ２とＩｄ−Ｖｇ特性には相関がみられる。これは、実施例１で記載したように、トランジスタの作成過程において、絶縁体２２４の表面に上述の損傷領域が形成されていることを示唆している。
【０４４０】
試料２Ａでは、絶縁体２２４の表面に形成された損傷領域を除去せず、トランジスタを作製した。よって、図６（Ｃ）（Ｄ）に示す工程で酸素の拡散が損傷領域に阻害されたため、酸化物２３０ｂに十分な量の酸素が供給されなかった。これにより、試料２Ａでは、酸化物２３０ｂ中の酸素欠損を十分に低減できず、トランジスタの電気特性がノーマリーオンになったと推測される。
【０４４１】
これに対して、試料２Ｂ及び試料２Ｃでは、絶縁体２２４の表面に形成された損傷領域を除去して、トランジスタを作製した。よって、図６（Ｃ）（Ｄ）に示す工程で酸素の拡散が損傷領域に阻害されなかったため、酸化物２３０ｂに十分な量の酸素が供給された。これにより、試料２Ｂ及び試料２Ｃでは、酸化物２３０ｂ中の酸素欠損を十分に低減することができ、トランジスタの電気特性がノーマリーオフになったと推測される。
【０４４２】
試料２Ｂでは、絶縁体２２４の表面を深さ１０ｎｍ程度までエッチングしている。これは、実施例１で図２０及び図２１を用いて示した損傷領域の深さとよい対応を示す。よって、絶縁体２２４の表面から少なくとも５ｎｍ、好ましくは１０ｎｍ、より好ましくは２０ｎｍ、の深さまで除去することで、損傷領域を除去することができる。
【０４４３】
また、試料２Ｃでは、絶縁体２２４の膜厚Ｔ２が３〜５ｎｍ程度であったが、良好な電気特性が得られた。このことから、絶縁体２２４の膜厚Ｔ２は少なくとも３〜５ｎｍ程度以上あれば、酸化物２３０ｂに十分な量の酸素を供給することができる。
【０４４４】
なお、試料２Ｄでは、絶縁体２２４の酸化物２３０ａと重なる領域以外は消失してしまったため、図６（Ｃ）（Ｄ）に示す工程で酸化物２３０ｂに酸素がほとんど供給されなかった。これにより、試料２Ｄでは、酸化物２３０ｂに多くの酸素欠損が形成されたままだったため、トランジスタのスイッチング特性が得られなかったと考えられる。
【０４４５】
以上に示すように、絶縁体２２４表面の損傷領域を除去して、酸化物２３０ｂに酸素を十分供給してやることにより、トランジスタにノーマリーオフの電気特性を付与することができる。
【符号の説明】
【０４４６】
１００    容量素子
１１０    絶縁体
１１２    導電体
１１６    導電体
１３０    絶縁体
１３２    絶縁体
１３４    絶縁体
１５０    絶縁体
２００    トランジスタ
２００ａ    トランジスタ
２００ｂ    トランジスタ
２００ｃ    トランジスタ
２００ｄ    トランジスタ
２００ｅ    トランジスタ
２００ｆ    トランジスタ
２０５    導電体
２０５ａ    導電体
２０５ｂ    導電体
２０５ｃ    導電体
２０５ｄ    導電体
２０５ｅ    導電体
２１０    絶縁体
２１２    絶縁体
２１４    絶縁体
２１６    絶縁体
２１８    導電体
２２０    絶縁体
２２２    絶縁体
２２４    絶縁体
２２４Ａ    絶縁膜
２３０    酸化物
２３０ａ    酸化物
２３０Ａ    酸化膜
２３０ｂ    酸化物
２３０Ｂ    酸化膜
２３０ｃ    酸化物
２３０Ｃ    酸化膜
２３０ｄ    チャネル形成領域
２３０Ｄ    酸化膜
２３０ｅ    酸化物
２４０    導電体
２４０ａ    導電体
２４０Ａ    導電膜
２４０ｂ    導電体
２４５ａ    バリア膜
２４５ｂ    バリア膜
２５０    絶縁体
２５０ａ    絶縁体
２５０Ａ    絶縁膜
２６０    導電体
２６０ａ    導電体
２６０ｂ    導電体
２６０ｃ    導電体
２６０ｄ    導電体
２７０    バリア膜
２７２    絶縁体
２７４    絶縁体
２８０    絶縁体
２８２    絶縁体
２８４    絶縁体
２８５    導電体
２８７    導電体
２９０    損傷領域
２９１    酸素
２９２    酸素添加領域
２９３    領域
３００    トランジスタ
３１１    基板
３１２    半導体領域
３１４    絶縁体
３１６    導電体
３１８ａ    低抵抗領域
３１８ｂ    低抵抗領域
３２０    絶縁体
３２２    絶縁体
３２４    絶縁体
３２６    絶縁体
３２８    導電体
３３０    導電体
３５０    絶縁体
３５２    絶縁体
３５４    絶縁体
３５６    導電体
３５８    絶縁体
４００    トランジスタ
７１１    基板
７１２    回路領域
７１３    分離領域
７１４    分離線
７１５    チップ
７５０    電子部品
７５２    プリント基板
７５４    実装基板
７５５    リード
３００１    配線
３００２    配線
３００３    配線
３００４    配線
３００５    配線
３００６    配線
３００７    配線
３００８    配線
３００９    配線
３０１０    配線
【図１】
2018067708.tif 000003
【図２】
2018067708.tif 000004
【図３】
2018067708.tif 000005
【図４】
2018067708.tif 000006
【図５】
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【図６】
2018067708.tif 000008
【図７】
2018067708.tif 000009
【図８】
2018067708.tif 000010
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
2018067708.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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