(57)【要約】【課題】電気特性の良好な半導体装置およびその作製方法を提供する。【解決手段】酸化物半導体膜上に第１の導電膜を形成し、第１の導電膜上に第２の導電膜を形成し、第２の導電膜の一部を選択的に除去し、第２の導電膜を覆って第３の導電膜を形成し、第１の導電膜と、第３の導電膜の一部を選択的に除去した後、洗浄処理を行う。第２の導電膜に、銅を含む材料を用いる。洗浄処理により、残留した銅元素を除去する。【選択図】図１
2015026830.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸化物半導体膜上に第１の導電膜を形成し、
前記第１の導電膜上に第２の導電膜を形成し、
前記第２の導電膜の一部を選択的に除去し、
前記第２の導電膜を覆って第３の導電膜を形成し、
前記第１の導電膜と、前記第３の導電膜の一部を選択的に除去した後、
洗浄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２】
請求項１において、
前記第２の導電膜は、銅を含むことを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項３】
請求項１または請求項２において、
前記第１の導電膜と、前記第３の導電膜は、
前記第２の導電膜よりも融点が高い材料を含むことを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれか一項において、
前記第１の導電膜は、タングステン、チタン、モリブデン、クロム、またはタンタルを含むことを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のいずれか一項において、
前記第３の導電膜は、タングステン、チタン、モリブデン、クロム、またはタンタルを含むことを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５のいずれか一項において、
前記第３の導電膜は、
金属窒化物または金属酸化物であることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項７】
請求項１乃至請求項６のいずれか一項において、
前記洗浄処理に、リン酸を含む溶液を用い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】
半導体装置及びそ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、発光表示装置、半導体回路、トランジスタ、および電子機器等は全て半導体装置といえる。
【背景技術】
【０００３】
電気光学装置の１つである液晶表示装置や、発光表示装置に代表されるフラットパネルディスプレイの多くに用いられているトランジスタは、ガラス基板上に形成されたアモルファスシリコン、単結晶シリコンまたは多結晶シリコンなどのシリコン半導体によって構成されている。また、該シリコン半導体を用いたトランジスタは、集積回路（ＩＣ）などにも利用されている。
【０００４】
また、フラットパネルディスプレイの大面積化及び高精細化に伴って、駆動周波数が高まると共に、配線の抵抗及び寄生容量が増大し、配線遅延が生じる。そのため、配線遅延を抑制するため、銅、アルミニウム、金、銀、亜鉛、モリブデン等の低抵抗材料を用いて配線を形成する技術が検討されている（特許文献１）。
【０００５】
また、特許文献２では、ゲート配線を、シリコン（Ｓｉ）、チタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）、またはモリブデン（Ｍｏ）で銅（Ｃｕ）を包んだ構造とすることで、配線抵抗の低減と、配線の耐熱性の向上を実現する技術が開示されている。
【０００６】
また、特許文献３では、ゲート配線、ソース配線、またはドレイン配線を、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、クロム（Ｃｒ）などで銅（Ｃｕ）を包む構造とする技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００４−１３３４２２号公報
【特許文献２】特開２０００−２２３７１６号公報
【特許文献３】特開２００７−１６５８６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
銅は、半導体装置の電気特性の不良原因となる不純物の一つであり、加工の途中において半導体層に拡散しやすい。特に、半導体層に接して形成されるソース配線およびドレイン配線に銅を含む材料を用いると、加工の途中において銅が半導体層へ拡散し、半導体装置の特性はらつきや、信頼性の低下を生じやすいという問題がある。
【０００９】
本発明の一態様は、半導体層の不純物濃度を低減することを課題の一とする。
【００１０】
本発明の一態様は、半導体装置の電気特性を向上させることを課題の一とする。
【００１１】
本発明の一態様は、半導体装置の信頼性を向上させることを課題の一とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の一態様は、酸化物半導体膜上に第１の導電膜を形成し、第１の導電膜上に第２の導電膜を形成し、第２の導電膜の一部を選択的に除去し、第２の導電膜を覆って第３の導電膜を形成し、第１の導電膜と、第３の導電膜の一部を選択的に除去した後、洗浄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。
【００１３】
第１の導電膜と第３の導電膜は、第２の導電膜よりも融点が高い材料を用いて形成することが好ましい。例えば、第２の導電膜に銅を含む材料を用いる場合、電極１０６ａおよび電極１０６ｃは、タングステン、チタン、モリブデン、クロム、またはタンタルなどの銅よりも融点が高い金属元素を含む材料を用いて形成することが好ましい。
【００１４】
また、第３の導電膜に、金属窒化物または金属酸化物を用いてもよい。
【００１５】
洗浄処理は、例えばＴＭＡＨ（Ｔｅｔｒａｍｅｔｈｙｌａｍｍｏｎｉｕｍ  Ｈｙｄｒｏｘｉｄｅ）溶液などのアルカリ性の溶液、希フッ酸、シュウ酸、リン酸などの酸性の溶液、またはプラズマ処理（酸素プラズマ処理など）により行うことができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の一態様により、半導体層の不純物濃度を低減することができる。
【００１７】
本発明の一態様により、半導体装置の電気特性を向上させることができる。
【００１８】
本発明の一態様により、半導体装置の信頼性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】半導体装置の一形態を説明する上面図及び断面図。
【図２】半導体装置の作製方法の一形態を説明する断面図。
【図３】半導体装置の作製方法の一形態を説明する断面図。
【図４】半導体装置の一形態を説明する断面図。
【図５】半導体装置の一形態を説明する上面図及び断面図。
【図６】半導体装置の一形態を説明するブロック図及び回路図。
【図７】半導体装置の一形態を説明する上面図。
【図８】半導体装置の一形態を説明する断面図。
【図９】半導体装置の一形態を説明する断面図。
【図１０】半導体装置の作製方法の一形態を説明する断面図。
【図１１】半導体装置の作製方法の一形態を説明する断面図。
【図１２】半導体装置の作製方法の一形態を説明する断面図。
【図１３】半導体装置の作製方法の一形態を説明する断面図。
【図１４】半導体装置の作製方法の一形態を説明する断面図。
【図１５】半導体装置の作製方法の一形態を説明する断面図。
【図１６】半導体装置の作製方法の一形態を説明する断面図。
【図１７】半導体装置の作製方法の一形態を説明する断面図。
【図１８】半導体装置の作製方法の一形態を説明する断面図。
【図１９】半導体装置の作製方法の一形態を説明する断面図。
【図２０】半導体装置の作製方法の一形態を説明する断面図。
【図２１】酸化物半導体膜のナノビーム電子線回折像を示す図。
【図２２】試料Ａ乃至試料Ｄを説明する断面図および断面ＴＥＭ観察像。
【図２３】試料Ａおよび試料ＢのＳＩＭＳ分析結果を示す図。
【図２４】試料Ｃおよび試料ＤのＳＩＭＳ分析結果を示す図。
【図２５】電子機器の一例を説明する図。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
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、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及び実施例の記載内容に限定して解釈されるものではない。また、以下に説明する実施の形態及び実施例において、同一部分または同様の機能を有する部分には、同一の符号または同一のハッチパターン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。
【００２１】
本明細書で説明する各図において、各構成の大きさ、膜の厚さ、または領域は、明瞭化のために誇張されている場合がある。よって、必ずしもそのスケールに限定されない。
【００２２】
また、図面等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、図面等に開示された位置、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。
【００２３】
また、特に上面図（「平面図」ともいう。）において、図面をわかりやすくするために、一部の構成要素の記載を省略する場合がある。
【００２４】
また、本明細書等における「第１」、「第２」等の序数詞は、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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
また、本明細書等において、「電気的に接続」には、「何らかの電気的作用を有するもの」を介して接続されている場合が含まれる。ここで、「何らかの電気的作用を有するもの」は、接続対象間での電気信号の授受を可能とするものであれば、特に制限を受けない。よって、「電気的に接続する」と表現される場合であっても、現実の回路においては、物理的な接続部分がなく、配線が延在しているだけの場合もある。
【００２８】
また、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。
【００２９】
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、「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。
【００３０】
また、本明細書において、フォトリソグラフィ工程を行った後にエッチング工程を行う場合は、特段の説明がない限り、フォトリソグラフィ工程で形成したマスクは、エッチング工程終了後に除去するものとする。
【００３１】
（実施の形態１）
本実施の形態では、本発明の一態様である半導体装置及びその作製方法について図面を参照して説明する。
【００３２】
＜半導体装置の構成例＞
図１に、半導体装置の一例として、トランジスタ１００の上面図及び断面図を示す。トランジスタ１００は、チャネルエッチ型のトランジスタである。
【００３３】
図１（Ａ）はトランジスタ１００の上面図である。また、図１（Ｂ）は、図１（Ａ）中の一点鎖線Ａ１−Ａ２で示す部位の断面図であり、図１（Ｃ）は、図１（Ａ）中の一点鎖線Ｂ１−Ｂ２で示す部位の断面図である。また、図１（Ｄ）は、図１（Ｂ）に示す部位１１５の拡大図である。なお、図１（Ｂ）は、トランジスタ１００のチャネル長方向の断面であり、図１（Ｃ）は、トランジスタ１００のチャネル幅方向の断面である。
【００３４】
トランジスタ１００は、基板１０１上に設けられるゲート電極１０３と、基板１０１及びゲート電極１０３上に形成されるゲート絶縁膜１０４と、ゲート絶縁膜１０４を介して、ゲート電極１０３と重なる酸化物半導体膜１０５と、酸化物半導体膜１０５に接する一対の電極１０６、電極１０７とを有する。また、ゲート絶縁膜１０４、酸化物半導体膜１０５、および一対の電極１０６、電極１０７上には、酸化物絶縁膜１０８、酸化物絶縁膜１０９、及び窒化物絶縁膜１１０を含む保護膜１１１が形成される。また、窒化物絶縁膜１１０上に酸化物半導体膜１０５と重なるゲート電極１１２を有する。
【００３５】
トランジスタ１００は、複数のゲート電極を有し、該電極の間に酸化物半導体膜１０５を有するデュアルゲート構造のトランジスタである。図１（Ｃ）に示すチャネル幅方向において、酸化物半導体膜１０５の外側にゲート電極１１２の端部が位置する。または、チャネル幅方向において、ゲート電極１１２は、保護膜１１１を介して酸化物半導体膜１０５の端部を超えて設けられている。また、チャネル幅方向において、酸化物半導体膜１０５の外側で、ゲート電極１０３およびゲート電極１１２は、ゲート絶縁膜１０４、保護膜１１１を介して対向する。
【００３６】
図１（Ｃ）を用いて、ゲート電極１０３、酸化物半導体膜１０５、ゲート電極１１２の端部の位置について説明する。
【００３７】
ここで、酸化物半導体膜１０５の端部及びゲート電極１１２の端部の距離をｄとし、保護膜１１１の厚さをｔとすると、酸化物半導体膜１０５の端部及びゲート電極１１２の端部の距離ｄは、保護膜１１１の厚さｔ以下であることが好ましい。酸化物半導体膜１０５の端部及びゲート電極１１２の端部の距離ｄを、保護膜１１１の厚さｔ以下とすることで、酸化物半導体膜１０５の端部に、ゲート電極１１２の電界の影響を与えることが可能であり、酸化物半導体膜１０５の端部を含む全体をチャネルとして機能させることができる。
【００３８】
エッチング等で加工された酸化物半導体膜の端部は、加工におけるダメージにより欠陥が形成されると共に、不純物付着などにより汚染されるため、電界などのストレスが与えられることによって活性化しやすい。すなわち、エッチング等で加工された酸化物半導体膜の端部は、ｎ型化（低抵抗化）されやすい。
【００３９】
このように意図せずｎ型化された領域が、電極１０６および電極１０７と接すると、当該領域を介して電極１０６および電極１０７間に意図しない電流（「漏れ電流」または「リーク電流」ともいう。）が流れてしまう。すなわち当該領域が寄生チャネルとして機能する。
【００４０】
しかしながら、図１（Ｃ）に示すように、酸化物半導体膜１０５の外側にゲート電極１１２の端部が位置することで、ゲート電極１１２の電界の影響により、酸化物半導体膜１０５の側面、または側面及びその近傍を含む端部における寄生チャネルの発生が抑制される。この結果、ゲート電圧がしきい値電圧を超えた時のドレイン電流の上昇が急峻となり、電気特性の優れたトランジスタとすることができる。
【００４１】
なお、ゲート電極１０３およびゲート電極１１２のどちらか一方を、単に「ゲート電極」という場合、他方を「バックゲート電極」という場合がある。また、ゲート電極１０３およびゲート電極１１２のどちらか一方を、「第１のゲート電極」といい、他方を「第２のゲート電極」という場合がある。
【００４２】
一般に、バックゲート電極は導電膜で形成され、ゲート電極とバックゲート電極で半導体層のチャネル形成領域を挟むように配置される。よって、バックゲート電極は、ゲート電極と同様に機能させることができる。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く、ＧＮＤ電位や、任意の電位としてもよい。バックゲート電極の電位を変化させることで、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。
【００４３】
また、ゲート電極とバックゲート電極は導電膜で形成されるため、トランジスタの外部で生じる電界が、チャネルが形成される半導体層に作用しないようにする機能（特に静電気に対する静電遮蔽機能）も有する。
【００４４】
また、バックゲート電極側から光が入射する場合に、バックゲート電極を、遮光性を有する導電膜で形成することで、バックゲート電極側から半導体層に光が入射することを防ぐことができる。よって、半導体層の光劣化を防ぎ、トランジスタのしきい値電圧がシフトするなどの電気特性の劣化を防ぐことができる。
【００４５】
酸化物半導体膜１０５を挟んでゲート電極１０３およびゲート電極１１２を設けることで、更にはゲート電極１０３およびゲート電極１１２を同電位とすることで、酸化物半導体膜１０５においてキャリアの流れる領域が膜厚方向においてより大きくなるため、キャリアの移動量が増加する。この結果、トランジスタ１００のオン電流が大きくなる共に、電界効果移動度が高くなる。
【００４６】
また、ゲート電極１０３およびゲート電極１１２を有することで、それぞれが外部からの電界を遮蔽する機能を有するため、基板１０１及びゲート電極１０３の間、ゲート電極１１２上に設けられる荷電粒子等の電荷が酸化物半導体膜１０５に影響しない。この結果、ストレス試験（例えば、ゲートに負の電荷を印加する−ＧＢＴ（Ｇａｔｅ  Ｂｉａｓ−Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ）ストレス試験）の劣化が抑制されると共に、異なるドレイン電圧におけるオン電流の立ち上がり電圧の変動を抑制することができる。なお、この効果は、ゲート電極１０３及びゲート電極１１２が、同電位、または異なる電位の場合において生じる。
【００４７】
なお、ＢＴストレス試験は加速試験の一種であり、長期間の使用によって起こるトランジスタの特性変化（即ち、経年変化）を、短時間で評価することができる。特に、ＢＴストレス試験前後におけるトランジスタのしきい値電圧の変動量は、信頼性を調べるための重要な指標となる。ＢＴストレス試験前後において、しきい値電圧の変動量が少ないほど、信頼性が高いトランジスタであるといえる。
【００４８】
また、ゲート電極１０３およびゲート電極１１２を有し、且つゲート電極１０３およびゲート電極１１２を同電位とすることで、しきい値電圧の変動量が低減される。このため、複数のトランジスタにおける電気特性のばらつきも同時に低減される。
【００４９】
また、トランジスタ１００は、ゲートに正の電荷を印加する＋ＧＢＴストレス試験前後におけるしきい値電圧の変動が小さい。
【００５０】
なお、本実施の形態においては、ゲート電極１０３およびゲート電極１１２が接続され、同電位であるが、ゲート電極１０３およびゲート電極１１２が接続されず、それぞれ異なる電位が印加されてもよい。
【００５１】
以下に、トランジスタ１００の他の構成の詳細について説明する。
【００５２】
基板１０１の材質などに大きな制限はないが、少なくとも、後の熱処理に耐えうる程度の耐熱性を有している必要がある。例えば、ガラス基板、セラミック基板、石英基板、サファイア基板等を、基板１０１として用いてもよい。また、シリコンや炭化シリコンなどの材料を用いた単結晶半導体基板や多結晶半導体基板、シリコンゲルマニウムなどの材料を用いた化合物半導体基板、またはＳＯＩ基板などを適用することも可能であり、これらの基板上に半導体素子が設けられたものを、基板１０１として用いてもよい。なお、基板１０１として、ガラス基板を用いる場合、第６世代（１５００ｍｍ×１８５０ｍｍ）、第７世代（１８７０ｍｍ×２２００ｍｍ）、第８世代（２２００ｍｍ×２４００ｍｍ）、第９世代（２４００ｍｍ×２８００ｍｍ）、第１０世代（２９５０ｍｍ×３４００ｍｍ）等の大面積基板を用いることで、大型の表示装置を作製することができる。
【００５３】
また、基板１０１として、可撓性基板を用い、可撓性基板上に直接、トランジスタ１００を形成してもよい。または、基板１０１とトランジスタ１００の間に剥離層を設けてもよい。剥離層は、その上に半導体装置を一部あるいは全部完成させた後、基板１０１より分離し、他の基板に転載するのに用いることができる。その際、トランジスタ１００は耐熱性の劣る基板や可撓性の基板にも転載できる。
【００５４】
ゲート電極１０３は、アルミニウム、クロム、銅、タンタル、チタン、モリブデン、タングステンから選ばれた金属元素、または上述した金属元素を成分とする合金か、上述した金属元素を組み合わせた合金等を用いて形成することができる。また、マンガン、ジルコニウムのいずれか一または複数から選択された金属元素を用いてもよい。また、ゲート電極１０３は、単層構造でも、二層以上の積層構造としてもよい。例えば、シリコンを含むアルミニウム膜の単層構造、チタン膜上にアルミニウム膜を積層する二層構造、窒化チタン膜上にチタン膜を積層する二層構造、窒化チタン膜上にタングステン膜を積層する二層構造、窒化タンタル膜または窒化タングステン膜上にタングステン膜を積層する二層構造、チタン膜上に銅膜を積層する二層構造、チタン膜と、そのチタン膜上にアルミニウム膜を積層し、さらにその上にチタン膜を形成する三層構造等がある。また、アルミニウムに、チタン、タンタル、タングステン、モリブデン、クロム、ネオジム、スカンジウムから選ばれた元素の膜、または複数組み合わせた合金膜、もしくは窒化膜を用いてもよい。
【００５５】
また、ゲート電極１０３は、インジウム錫酸化物、酸化タングステンを含むインジウム酸化物、酸化タングステンを含むインジウム亜鉛酸化物、酸化チタンを含むインジウム酸化物、酸化チタンを含むインジウム錫酸化物、インジウム亜鉛酸化物、酸化シリコンを添加したインジウム錫酸化物等の透光性を有する導電性材料を適用することもできる。また、上記透光性を有する導電性材料と、上記金属元素の積層構造とすることもできる。
【００５６】
本実施の形態では、ゲート電極１０３をゲート電極１０３ａとゲート電極１０３ｂの積層とする例を示している。ゲート電極１０３ａおよびゲート電極１０３ｂの厚さは、５ｎｍ以上５００ｎｍ以下、より好ましくは１０ｎｍ以上３００ｎｍ以下、より好ましくは１０ｎｍ以上２００ｎｍ以下とするとよい。
【００５７】
ゲート絶縁膜１０４は、例えば酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコン、窒化シリコン、酸化アルミニウム、酸化ハフニウム、酸化ガリウムまたはＧａ−Ｚｎ系金属酸化物、窒化シリコンなどを用いればよく、積層または単層で設ける。
【００５８】
また、ゲート絶縁膜１０４として、ハフニウムシリケート（ＨｆＳｉＯｘ）、窒素が添加されたハフニウムシリケート（ＨｆＳｉｘＯｙＮｚ）、窒素が添加されたハフニウムアルミネート（ＨｆＡｌｘＯｙＮｚ）、酸化ハフニウム、酸化イットリウムなどのｈｉｇｈ−ｋ材料を用いることでトランジスタのゲートリークを低減できる。
【００５９】
ゲート絶縁膜１０４の厚さは、５ｎｍ以上４００ｎｍ以下、より好ましくは１０ｎｍ以上３００ｎｍ以下、より好ましくは５０ｎｍ以上２５０ｎｍ以下とするとよい。
【００６０】
酸化物半導体膜１０５は、代表的には、Ｉｎ−Ｇａ酸化物、Ｉｎ−Ｚｎ酸化物、Ｉｎ−Ｍ−Ｚｎ酸化物（ＭはＡｌ、Ｇａ、Ｙ、Ｚｒ、Ｌａ、Ｃｅ、またはＮｄ）がある。
【００６１】
なお、酸化物半導体膜１０５がＩｎ−Ｍ−Ｚｎ酸化物であるとき、ＩｎおよびＭの和を１００ａｔｏｍｉｃ％とした場合のＩｎとＭの原子数比率は、好ましくは、Ｉｎが２５ａｔｏｍｉｃ％以上、Ｍが７５ａｔｏｍｉｃ％未満、さらに好ましくは、Ｉｎが３４ａｔｏｍｉｃ％以上、Ｍが６６ａｔｏｍｉｃ％未満とする。
【００６２】
酸化物半導体膜１０５は、エネルギーギャップが２ｅＶ以上、好ましくは２．５ｅＶ以上、より好ましくは３ｅＶ以上である。このように、エネルギーギャップの広い酸化物半導体を用いることで、トランジスタのオフ電流を低減することができる。
【００６３】
酸化物半導体膜１０５の厚さは、３ｎｍ以上２００ｎｍ以下、好ましくは３ｎｍ以上１００ｎｍ以下、さらに好ましくは３ｎｍ以上５０ｎｍ以下とする。
【００６４】
酸化物半導体膜１０５がＩｎ−Ｍ−Ｚｎ酸化物（ＭはＡｌ、Ｇａ、Ｙ、Ｚｒ、Ｌａ、Ｃｅ、またはＮｄ）の場合、Ｉｎ−Ｍ−Ｚｎ酸化物を成膜するために用いるスパッタリングターゲットの金属元素の原子数比は、Ｉｎ≧Ｍ、Ｚｎ＞Ｍを満たすことが好ましい。このようなスパッタリングターゲットの金属元素の原子数比として、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝１：１：１、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝３：１：２が好ましい。なお、成膜される酸化物半導体膜１０５の原子数比はそれぞれ、誤差として上記のスパッタリングターゲットに含まれる金属元素の原子数比のプラスマイナス４０％の変動を含む。なお、酸化物半導体膜１０５に含まれるＩｎの含有量が多いと、トランジスタのオン電流が増大し、電界効果移動度が高まる。このため、酸化物半導体膜１０５として、金属元素の原子数比がＩｎ：Ｍ：Ｚｎ＝３：１：２のＩｎ−Ｍ−Ｚｎ酸化物のスパッタリングターゲットを用いて形成することで、電気特性の優れたトランジスタを作製することができる。
【００６５】
酸化物半導体膜１０５としては、キャリア密度の低い酸化物半導体膜を用いる。例えば、酸化物半導体膜１０５は、キャリア密度が１×１０１７個／ｃｍ３以下、好ましくは１×１０１５個／ｃｍ３以下、さらに好ましくは１×１０１３個／ｃｍ３以下、より好ましくは１×１０１１個／ｃｍ３以下の酸化物半導体膜を用いる。
【００６６】
なお、これらに限られず、必要とするトランジスタの半導体特性及び電気特性（電界効果移動度、しきい値電圧等）に応じて適切な組成のものを用いればよい。また、必要とするトランジスタの半導体特性を得るために、酸化物半導体膜１０５のキャリア密度や不純物濃度、欠陥密度、金属元素と酸素の原子数比、原子間距離、密度等を適切なものとすることが好ましい。
【００６７】
なお、酸化物半導体膜１０５として、不純物濃度が低く、欠陥準位密度の低い酸化物半導体膜を用いることで、さらに優れた電気特性を有するトランジスタを作製することができ好ましい。ここでは、不純物濃度が低く、欠陥準位密度の低い（酸素欠損の少ない）ことを「高純度真性」または「実質的に高純度真性」とよぶ。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、キャリア発生源が少ないため、キャリア密度を低くすることができる場合がある。従って、当該酸化物半導体膜にチャネル領域が形成されるトランジスタは、しきい値電圧がマイナスとなる電気特性（ノーマリーオンともいう。）になることが少ない場合がある。また、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膜は、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。また、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膜は、オフ電流が著しく小さく、チャネル幅が１×１０６μｍでチャネル長Ｌが１０μｍの素子であっても、ソース電極とドレイン電極間の電圧（ドレイン電圧）が１Ｖから１０Ｖの範囲において、オフ電流が、半導体パラメータアナライザの測定限界以下、すなわち１×１０−１３Ａ以下という特性を得ることができる。従って、当該酸化物半導体膜にチャネル領域が形成されるトランジスタは、電気特性の変動が小さく、信頼性の高いトランジスタとなる場合がある。なお、酸化物半導体膜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膜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。不純物としては、水素、窒素、アルカリ金属、またはアルカリ土類金属等がある。
【００６８】
酸化物半導体膜に含まれる水素は金属原子と結合する酸素と反応して水になると共に、酸素が脱離した格子（または酸素が脱離した部分）に酸素欠損を形成する。当該酸素欠損に水素が入ることで、キャリアである電子が生成される場合がある。また、水素の一部が金属原子と結合する酸素と結合することで、キャリアである電子を生成する場合がある。従って、水素が含まれている酸化物半導体を用いたトランジスタはノーマリーオン特性となりやすい。
【００６９】
このため、酸化物半導体膜１０５は水素ができる限り低減されていることが好ましい。具体的には、酸化物半導体膜１０５において、二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ：Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ  Ｉｏｎ  Ｍａｓｓ  Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）により得られる水素濃度を、２×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、好ましくは５×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、より好ましくは１×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、５×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満、好ましくは１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、より好ましくは５×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、さらに好ましくは１×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下とする。
【００７０】
酸化物半導体膜１０５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、酸化物半導体膜１０５において酸素欠損が増加し、ｎ型化してしまう。このため、酸化物半導体膜１０５におけるシリコンや炭素の濃度（二次イオン質量分析法により得られる濃度）を、２×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、好ましくは２×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下とする。
【００７１】
また、酸化物半導体膜１０５において、二次イオン質量分析法により得られるアルカリ金属またはアルカリ土類金属の濃度を、１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、好ましくは２×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下にする。アルカリ金属及びアルカリ土類金属は、酸化物半導体と結合するとキャリアを生成する場合があり、トランジスタのオフ電流が増大してしまうことがある。このため、酸化物半導体膜１０５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。
【００７２】
また、酸化物半導体膜１０５に窒素が含まれていると、キャリアである電子が生じ、キャリア密度が増加し、ｎ型化しやすい。この結果、窒素が含まれている酸化物半導体を用いたトランジスタはノーマリーオン特性となりやすい。従って、当該酸化物半導体膜において、窒素はできる限り低減されていることが好ましい、例えば、二次イオン質量分析法により得られる窒素濃度は、５×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下にすることが好ましい。
【００７３】
また、酸化物半導体膜１０５は、例えば非単結晶構造でもよい。非単結晶構造は、例えば、後述するＣＡＡＣ−ＯＳ（Ｃ  Ａｘｉｓ  Ａｌｉｇｎｅｄ  Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）、多結晶構造、後述する微結晶構造、または非晶質構造を含む。非単結晶構造において、非晶質構造は最も欠陥準位密度が高く、ＣＡＡＣ−ＯＳは最も欠陥準位密度が低い。
【００７４】
酸化物半導体膜１０５は、例えば非晶質構造でもよい。非晶質構造の酸化物半導体膜は、例えば、原子配列が無秩序であり、結晶成分を有さない。または、非晶質構造の酸化物膜は、例えば、完全な非晶質構造であり、結晶部を有さない。
【００７５】
なお、酸化物半導体膜１０５が、非晶質構造の領域、微結晶構造の領域、多結晶構造の領域、ＣＡＡＣ−ＯＳの領域、単結晶構造の二種以上を有する混合膜であってもよい。混合膜は、例えば、非晶質構造の領域、微結晶構造の領域、多結晶構造の領域、ＣＡＡＣ−ＯＳの領域、単結晶構造の領域のいずれか二種以上の領域を有する場合がある。また、混合膜は、例えば、非晶質構造の領域、微結晶構造の領域、多結晶構造の領域、ＣＡＡＣ−ＯＳの領域、単結晶構造の領域のいずれか二種以上の領域の積層構造を有する場合がある。
【００７６】
一対の電極１０６、電極１０７は、アルミニウム、チタン、クロム、ニッケル、銅、イットリウム、ジルコニウム、モリブデン、銀、タンタル、またはタングステンからなる単体金属、またはこれを主成分とする合金を単層構造または積層構造として用いる。例えば、シリコンを含むアルミニウム膜の単層構造、チタン膜上にアルミニウム膜を積層する二層構造、タングステン膜上にアルミニウム膜を積層する二層構造、銅−マグネシウム−アルミニウム合金膜上に銅膜を積層する二層構造、チタン膜上に銅膜を積層する二層構造、タングステン膜上に銅膜を積層する二層構造、チタン膜または窒化チタン膜と、そのチタン膜または窒化チタン膜上に重ねてアルミニウム膜または銅膜を積層し、さらにその上にチタン膜または窒化チタン膜を形成する三層構造、モリブデン膜または窒化モリブデン膜と、そのモリブデン膜または窒化モリブデン膜上に重ねてアルミニウム膜または銅膜を積層し、さらにその上にモリブデン膜または窒化モリブデン膜を形成する三層構造、タングステン膜上に銅膜を積層し、さらにその上にタングステン膜を形成する三層構造等がある。
【００７７】
なお、インジウム錫酸化物、亜鉛酸化物、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酸素を含む導電性材料、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、前述した金属元素を含む材料と、酸素を含む導電性材料を組み合わせた積層構造とすることもできる。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を組み合わせた積層構造とすることもできる。また、前述した金属元素を含む材料、酸素を含む導電性材料、および窒素を含む導電性材料を組み合わせた積層構造とすることもできる。
【００７８】
本実施の形態では、電極１０６を、電極１０６ａ、電極１０６ｂ、および電極１０６ｃの積層とする例を示している。また、電極１０６ｂに銅を含む材料を用い、電極１０６ｂを電極１０６ａと電極１０６ｃで包むことにより、銅が酸化物半導体膜１０５への拡散することを防ぐことができる。具体的に、本実施の形態に開示するトランジスタ１００では、電極１０６ａと電極１０６ｃが電極１０６ｂの端部を超えて延伸し、電極１０６ｂの外側で接する構成とすることで、電極１０６ｂを電極１０６ａと電極１０６ｃで完全に包んでいる。
【００７９】
電極１０６ａおよび電極１０６ｃは、電極１０６ｂよりも融点が高い材料を用いて形成することが好ましい。例えば、電極１０６ｂに銅を含む材料を用いる場合、電極１０６ａおよび電極１０６ｃは、タングステン、チタン、モリブデン、クロム、タンタルなどの銅よりも融点が高い金属元素を含む材料を用いて形成することが好ましい。
【００８０】
電極１０６ｂに銅を含む材料を用いることにより電極１０６の抵抗を低減することができる。また、電極１０６と同一工程で同時に形成される他の電極および配線の抵抗も低減することができるため、信号のなまりが軽減され、電気特性の良好な半導体装置を実現することができる。また、電極１０６ｂを電極１０６ａと電極１０６ｃで包むことで、銅の拡散を防ぎ、半導体装置の信頼性を向上することができる。
【００８１】
電極１０６ａ、電極１０６ｂ、および電極１０６ｃの厚さは、それぞれ、５ｎｍ以上５００ｎｍ以下、より好ましくは１０ｎｍ以上３００ｎｍ以下、より好ましくは１０ｎｍ以上２００ｎｍ以下とするとよい。
【００８２】
また、本実施の形態では、電極１０７を、電極１０７ａ、電極１０７ｂ、および電極１０７ｃの積層とする例を示している。電極１０７ａ、電極１０７ｂ、および電極１０７ｃは、それぞれ、電極１０６ａ、電極１０６ｂ、および電極１０６ｃと同一工程で同時に作製することができる。
【００８３】
酸化物絶縁膜１０８は、酸素を透過する酸化物絶縁膜である。なお、酸化物絶縁膜１０８は、後に形成する酸化物絶縁膜１０９を形成する際の、酸化物半導体膜１０５へのダメージ緩和膜としても機能する。
【００８４】
酸化物絶縁膜１０８としては、厚さが５ｎｍ以上１５０ｎｍ以下、好ましくは５ｎｍ以上５０ｎｍ以下の酸化シリコン、酸化窒化シリコン等を用いることができる。なお、本明細書中において、酸化窒化シリコン膜とは、その組成として、窒素よりも酸素の含有量が多い膜を指し、窒化酸化シリコン膜とは、その組成として、酸素よりも窒素の含有量が多い膜を指す。
【００８５】
また、酸化物絶縁膜１０８は、欠陥量が少ないことが好ましく、代表的には、ＥＳＲ測定により、シリコンのダングリングボンドに由来するｇ＝２．００１に現れる信号のスピン密度が３×１０１７ｓｐｉｎｓ／ｃｍ３以下であることが好ましい。これは、酸化物絶縁膜１０８に含まれる欠陥密度が多いと、当該欠陥に酸素が結合してしまい、酸化物絶縁膜１０８における酸素の透過量が減少してしまうためである。
【００８６】
また、酸化物絶縁膜１０８と酸化物半導体膜１０５との界面における欠陥量が少ないことが好ましく、代表的には、ＥＳＲ測定により、酸化物半導体膜１０５の欠陥に由来するｇ＝１．９３に現れる信号のスピン密度が１×１０１７ｓｐｉｎｓ／ｃｍ３以下、さらには検出下限以下であることが好ましい。
【００８７】
なお、酸化物絶縁膜１０８においては、外部から酸化物絶縁膜１０８に入った酸素が全て酸化物絶縁膜１０８の外部に移動せず、酸化物絶縁膜１０８にとどまる酸素もある。また、酸化物絶縁膜１０８に酸素が入ると共に、酸化物絶縁膜１０８に含まれる酸素が酸化物絶縁膜１０８の外部へ移動することで、酸化物絶縁膜１０８において酸素の移動が生じる場合もある。
【００８８】
酸化物絶縁膜１０８として酸素を透過する酸化物絶縁膜を形成すると、酸化物絶縁膜１０８上に設けられる、酸化物絶縁膜１０９から脱離する酸素を、酸化物絶縁膜１０８を介して酸化物半導体膜１０５に移動させることができる。
【００８９】
酸化物絶縁膜１０８に接するように酸化物絶縁膜１０９が形成されている。酸化物絶縁膜１０９は、化学量論的組成を満たす酸素よりも多くの酸素を含む酸化物絶縁膜を用いて形成する。化学量論的組成を満たす酸素よりも多くの酸素を含む酸化物絶縁膜は、加熱により酸素の一部が脱離する。化学量論的組成を満たす酸素よりも多くの酸素を含む酸化物絶縁膜は、ＴＤＳ分析にて、酸素原子に換算しての酸素の脱離量が１．０×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上、好ましくは３．０×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上である酸化物絶縁膜である。なお、上記ＴＤＳ分析時における基板温度としては１００℃以上７００℃以下、または１００℃以上５００℃以下の範囲が好ましい。
【００９０】
酸化物絶縁膜１０９としては、厚さが３０ｎｍ以上５００ｎｍ以下、好ましくは５０ｎｍ以上４００ｎｍ以下の、酸化シリコン、酸化窒化シリコン等を用いることができる。
【００９１】
また、酸化物絶縁膜１０９は、欠陥量が少ないことが好ましく、代表的には、ＥＳＲ測定により、シリコンのダングリングボンドに由来するｇ＝２．００１に現れる信号のスピン密度が１．５×１０１８ｓｐｉｎｓ／ｃｍ３未満、更には１×１０１８ｓｐｉｎｓ／ｃｍ３以下であることが好ましい。なお、酸化物絶縁膜１０９は、酸化物絶縁膜１０８と比較して酸化物半導体膜１０５から離れているため、酸化物絶縁膜１０８より、欠陥密度が多くともよい。
【００９２】
さらに、酸化物絶縁膜１０９上に、酸素、水素、水、アルカリ金属、アルカリ土類金属等のブロッキング効果を有する窒化物絶縁膜１１０を設けることで、酸化物半導体膜１０５からの酸素の外部への拡散と、外部から酸化物半導体膜１０５への水素、水等の侵入を防ぐことができる。窒化物絶縁膜としては、窒化シリコン、窒化酸化シリコン、窒化アルミニウム、窒化酸化アルミニウム等がある。なお、酸素、水素、水、アルカリ金属、アルカリ土類金属等のブロッキング効果を有する窒化物絶縁膜の代わりに、酸素、水素、水等のブロッキング効果を有する酸化物絶縁膜を設けてもよい。酸素、水素、水等のブロッキング効果を有する酸化物絶縁膜としては、酸化アルミニウム、酸化窒化アルミニウム、酸化ガリウム、酸化窒化ガリウム、酸化イットリウム、酸化窒化イットリウム、酸化ハフニウム、酸化窒化ハフニウム等がある。
【００９３】
なお、保護膜１１１の構成は上記構成に限定されず、適宜酸化物絶縁膜または窒化物絶縁膜の単層、または積層とすることができる。または、２層、４層等の積層構造を適宜用いることができる。
【００９４】
保護膜１１１上に形成するゲート電極１１２は、ゲート電極１０３と同様の材料および方法により形成することができる。
【００９５】
＜半導体装置の作製方法＞
次に、図１に示すトランジスタ１００の作製方法について、図２および図３を用いて説明する。なお、図２および図３は、図１（Ａ）中の一点鎖線Ａ１−Ａ２で示す部位の断面に相当する。
【００９６】
図２（Ａ）に示すように、基板１０１上にゲート電極１０３を形成し、ゲート電極１０３上にゲート絶縁膜１０４を形成する。
【００９７】
ここでは、基板１０１としてガラス基板を用いる。
【００９８】
ゲート電極１０３の形成方法を以下に示す。はじめに、スパッタリング法、ＣＶＤ法、蒸着法等により、ゲート電極１０３ａおよびゲート電極１０３ｂとなる導電膜を積層し、該導電膜上にフォトリソグラフィ工程によりマスクを形成する。次に、該マスクを用いてゲート電極１０３ａおよびゲート電極１０３ｂとなる導電膜の一部をエッチングして、ゲート電極１０３ａおよびゲート電極１０３ｂで構成されるゲート電極１０３を形成する。
【００９９】
なお、ゲート電極１０３は、上記形成方法の代わりに、電解メッキ法、印刷法、インクジェット法等で形成してもよい。
【０１００】
ここでは、厚さ３５ｎｍのチタン膜及び厚さ２００ｎｍの銅膜をスパッタリング法により順に形成する。次に、フォトリソグラフィ工程によりマスクを形成し、当該マスクを用いて、銅膜の一部をウエットエッチング法により除去し、続いてチタン膜の一部をドライエッチング法により除去して、ゲート電極１０３ａおよびゲート電極１０３ｂを形成する。この後、マスクを除去する。なお、ドライエッチング法によりエッチングを行った場合、マスクを除去する前にアッシング処理を行うと、剥離液を用いたマスクの除去を容易とすることができる。
【０１０１】
また、ゲート電極１０３を、遮光性を有する導電性材料を用いて形成することで、バックライトなどの光源からの光が、ゲート電極１０３側から酸化物半導体膜１０５に到達しにくくすることができる。その結果、光照射によるトランジスタの電気特性の変動を抑制することができる。特に、ゲート電極１０３を、ゲート電極１０３の端部が酸化物半導体膜１０５の端部より外側に位置するように設けることで、光照射によるトランジスタの電気特性の変動をより抑制することができる。図４（Ａ）に、ゲート電極１０３の端部が酸化物半導体膜１０５の端部より外側に位置するトランジスタ１５０の断面図を示す。
【０１０２】
ゲート絶縁膜１０４は、スパッタリング法、ＣＶＤ法、蒸着法等で形成することができる。
【０１０３】
ゲート絶縁膜１０４として酸化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜、または窒化酸化シリコン膜を形成する場合、原料ガスとしては、シリコンを含む堆積性気体及び酸化性気体を用いることが好ましい。シリコンを含む堆積性気体の代表例としては、シラン、ジシラン、トリシラン、フッ化シラン等がある。酸化性気体としては、酸素、オゾン、一酸化二窒素、二酸化窒素等がある。
【０１０４】
また、ゲート絶縁膜１０４は、窒化物絶縁膜と酸化物絶縁膜をゲート電極１０３側から順に積層する積層構造としてもよい。ゲート電極１０３側に窒化物絶縁膜を設けることで、ゲート電極１０３からの不純物、代表的には、水素、窒素、アルカリ金属、またはアルカリ土類金属等が酸化物半導体膜１０５に移動することを防ぐことができる。また、酸化物半導体膜１０５側に酸化物絶縁膜を設けることで、ゲート絶縁膜１０４及び酸化物半導体膜１０５界面における欠陥準位を低減することが可能である。この結果、電気特性の劣化の少ないトランジスタを得ることができる。なお、酸化物絶縁膜として、酸化物絶縁膜１０９と同様に、化学量論的組成を満たす酸素よりも多くの酸素を含む酸化物絶縁膜を用いて形成すると、ゲート絶縁膜１０４及び酸化物半導体膜１０５界面における欠陥準位をさらに低減することが可能であるため好ましい。
【０１０５】
図４（Ｂ）に、トランジスタ１００のゲート絶縁膜１０４を、ゲート絶縁膜１０４ａとゲート絶縁膜１０４ｂの積層としたトランジスタ２００の断面図を示す。例えば、ゲート電極１０３側に設けるゲート絶縁膜１０４ａを窒化物絶縁膜とし、酸化物半導体膜１０５側に設けるゲート絶縁膜１０４ｂを酸化物絶縁膜とし、ゲート絶縁膜１０４ｂよりもゲート絶縁膜１０４ａの膜厚を厚くする。
【０１０６】
窒化物絶縁膜は酸化物絶縁膜よりも比誘電率が大きいため、ゲート絶縁膜１０４ａの膜厚を厚くしても、ゲート電極１０３に生じる電界を効率よく酸化物半導体膜１０５に伝えることができる。また、ゲート絶縁膜１０４全体を厚くすることで、ゲート絶縁膜１０４の絶縁耐圧を高めることができる。よって、半導体装置の信頼性を高めることができる。
【０１０７】
また、ゲート絶縁膜１０４は、欠陥の少ない第１の窒化物絶縁膜と、水素ブロッキング性の高い第２の窒化物絶縁膜と、酸化物絶縁膜とが、ゲート電極１０３側から順に積層される積層構造とすることができる。ゲート絶縁膜１０４に、欠陥の少ない第１の窒化物絶縁膜を用いることで、ゲート絶縁膜１０４の絶縁耐圧を向上させることができる。また、ゲート絶縁膜１０４に、水素ブロッキング性の高い第２の窒化物絶縁膜を設けることで、ゲート電極１０３及び第１の窒化物絶縁膜に含まれる水素が酸化物半導体膜１０５に移動することを防ぐことができる。
【０１０８】
第１の窒化物絶縁膜、第２の窒化物絶縁膜の作製方法の一例を以下に示す。はじめに、シラン、窒素、及びアンモニアの混合ガスを原料ガスとして用いたプラズマＣＶＤ法により、欠陥の少ない窒化シリコン膜を第１の窒化物絶縁膜として形成する。次に、原料ガスを、シラン及び窒素の混合ガスに切り替えて、水素濃度が少なく、且つ水素をブロッキングすることが可能な窒化シリコン膜を第２の窒化物絶縁膜として成膜する。このような形成方法により、欠陥が少なく、且つ水素のブロッキング性を有する窒化物絶縁膜が積層されたゲート絶縁膜１０４を形成することができる。
【０１０９】
また、ゲート絶縁膜１０４は、不純物のブロッキング性が高い第３の窒化物絶縁膜と、欠陥の少ない第１の窒化物絶縁膜と、水素ブロッキング性の高い第２の窒化物絶縁膜と、酸化物絶縁膜とが、ゲート電極１０３側から順に積層される積層構造とすることができる。ゲート絶縁膜１０４に、不純物のブロッキング性が高い第３の窒化物絶縁膜を設けることで、ゲート電極１０３からの不純物、代表的には、水素、窒素、アルカリ金属、またはアルカリ土類金属等が酸化物半導体膜１０５に移動することを防ぐことができる。
【０１１０】
第１の窒化物絶縁膜乃至第３の窒化物絶縁膜の作製方法の一例を以下に示す。はじめに、シラン、窒素、及びアンモニアの混合ガスを原料ガスとして用いたプラズマＣＶＤ法により、不純物のブロッキング性が高い窒化シリコン膜を第３の窒化物絶縁膜として形成する。次に、アンモニアの流量の増加させることで、欠陥の少ない窒化シリコン膜を第１の窒化物絶縁膜として形成する。次に、原料ガスを、シラン及び窒素の混合ガスに切り替えて、水素濃度が少なく、且つ水素をブロッキングすることが可能な窒化シリコン膜を第２の窒化物絶縁膜として成膜する。このような形成方法により、欠陥が少なく、且つ不純物のブロッキング性を有する窒化物絶縁膜が積層されたゲート絶縁膜１０４を形成することができる。
【０１１１】
また、ゲート絶縁膜１０４として酸化ガリウム膜を形成する場合、ＭＯＣＶＤ（Ｍｅｔａｌ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法を用いて形成することができる。
【０１１２】
なお、必要に応じて、基板１０１及びゲート電極１０３の間に下地絶縁膜として機能する絶縁膜を設けることができる。該絶縁膜としては、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化シリコン、窒化酸化シリコン、酸化ガリウム、酸化ハフニウム、酸化イットリウム、酸化アルミニウム、酸化窒化アルミニウム等がある。なお、該絶縁膜として、窒化シリコン、酸化ガリウム、酸化ハフニウム、酸化イットリウム、酸化アルミニウム等を用いることで、基板１０１から不純物、代表的にはアルカリ金属、水、水素等の酸化物半導体膜１０５への拡散を抑制することができる。
【０１１３】
下地絶縁膜として機能する絶縁膜は、スパッタリング法、ＣＶＤ法等により形成することができる。
【０１１４】
次に、図２（Ｂ）に示すように、ゲート絶縁膜１０４上に酸化物半導体膜１０５を形成する。
【０１１５】
酸化物半導体膜１０５の形成方法について、以下に説明する。ゲート絶縁膜１０４上に、酸化物半導体膜１０５となる酸化物半導体膜を形成する。次に、酸化物半導体膜上にフォトリソグラフィ工程によりマスクを形成した後、該マスクを用いて酸化物半導体膜の一部をエッチングすることで、図２（Ｂ）に示すような、素子分離された酸化物半導体膜を形成する。
【０１１６】
酸化物半導体膜１０５となる酸化物半導体膜は、スパッタリング法、塗布法、パルスレーザー蒸着法、レーザーアブレーション法、ＣＶＤ法等を用いて形成することができる。
【０１１７】
なお、酸化物半導体膜を形成する場合、スパッタリング法でプラズマを発生させるための電源装置は、ＲＦ電源装置、ＡＣ電源装置、ＤＣ電源装置等を適宜用いることができる。
【０１１８】
スパッタリングガスは、希ガス（代表的にはアルゴン）雰囲気、酸素雰囲気、希ガス及び酸素の混合ガスを適宜用いる。なお、希ガス及び酸素の混合ガスの場合、希ガスに対して酸素のガス比を高めることが好ましい。
【０１１９】
また、スパッタリングターゲットは、形成する酸化物半導体膜の組成にあわせて、適宜選択すればよい。
【０１２０】
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膜を得るためには、チャンバー内を高真空排気するのみならずスパッタガスの高純度化も必要である。スパッタガスとして用いる酸素ガスやアルゴンガスは、露点が−４０℃以下、好ましくは−８０℃以下、より好ましくは−１００℃以下、より好ましくは−１２０℃以下にまで高純度化したガスを用いることで酸化物半導体膜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。
【０１２１】
ここでは、酸化物半導体膜として、原子数比でＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：１のＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物ターゲットを用いたスパッタリング法により、厚さ３５ｎｍのＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物膜を形成する。次に、該酸化物半導体膜上にマスクを形成し、該酸化物半導体膜の一部を選択的にエッチングすることで、酸化物半導体膜１０５を形成する。
【０１２２】
こののち、第１の加熱処理を行ってもよい。第１の加熱処理によって、酸化物半導体膜１０５に含まれる水素、水等を脱離させ、酸化物半導体膜１０５に含まれる水素濃度及び水濃度を低減することができる。該加熱処理の温度は、代表的には、３００℃以上４００℃以下、好ましくは３２０℃以上３７０℃以下とする。
【０１２３】
第１の加熱処理は、電気炉、ＲＴＡ装置等を用いることができる。ＲＴＡ装置を用いることで、短時間に限り、基板の歪み点以上の温度で熱処理を行うことができる。そのため加熱処理時間を短縮することができる。
【０１２４】
第１の加熱処理は、窒素、酸素、超乾燥空気（水の含有量が２０ｐｐｍ以下、好ましくは１ｐｐｍ以下、好ましくは１０ｐｐｂ以下の空気）、または希ガス（アルゴン、ヘリウム等）の雰囲気下で行えばよい。なお、上記窒素、酸素、超乾燥空気、または希ガスに水素、水等が含まれないことが好ましい。また、窒素または希ガス雰囲気で加熱処理した後、酸素または超乾燥空気雰囲気で加熱してもよい。この結果、酸化物半導体膜１０５中に含まれる水素、水等を脱離させると共に、酸化物半導体膜１０５中に酸素を供給することができる。この結果、酸化物半導体膜１０５中に含まれる酸素欠損量を低減することができる。
【０１２５】
次に、図２（Ｃ）に示すように、電極１０６ａおよび電極１０７ａとなる導電膜１２６ａと、電極１０６ｂおよび電極１０７ｂとなる導電膜１２６ｂを順に形成する。導電膜１２６ａおよび導電膜１２６ｂは、スパッタリング法、ＣＶＤ法、蒸着法等を用いて形成する。
【０１２６】
なお、電極１０６ａおよび電極１０７ａとなる導電膜１２６ａは、タングステン、チタン、モリブデン、クロム、またはタンタル単体若しくはタンタル合金等の、酸素と結合しやすい金属元素を含む導電材料を用いることが好ましい。この結果、酸化物半導体膜１０５に含まれる酸素と電極１０６ａおよび電極１０７ａを形成する導電材料とが結合し、酸化物半導体膜１０５において、酸素欠損領域が形成される。また、酸化物半導体膜１０５に電極１０６ａおよび電極１０７ａを形成する導電材料の構成元素の一部が混入する場合もある。これらの結果、酸化物半導体膜１０５中の、電極１０６ａおよび電極１０７ａと接する領域近傍に、低抵抗領域が形成される。低抵抗領域は、導電性が高いため、酸化物半導体膜１０５と電極１０６ａおよび電極１０７ａとの接触抵抗を低減することが可能であり、トランジスタのオン電流を増大させることが可能となる。
【０１２７】
また、電極１０６ａおよび電極１０７ａを、上記酸素と結合しやすい導電材料と、窒化チタン、窒化タンタル、ルテニウム等の酸素と結合しにくい導電材料との積層構造としてもよい。
【０１２８】
本実施の形態では、導電膜１２６ａとして厚さ３０ｎｍのタングステン膜をスパッタリング法により形成する。また、導電膜１２６ｂとして厚さ２００ｎｍの銅膜をスパッタリング法により形成する。また、導電膜１２６ｂ上に、フォトリソグラフィ工程によりマスク１３１を形成する。
【０１２９】
次に、図２（Ｄ）に示すように、マスク１３１を用いて導電膜１２６ｂの一部をエッチングし、電極１０６ｂおよび電極１０７ｂを形成する。導電膜１２６ｂのエッチングは、ドライエッチング法でもウエットエッチング法でもよく、両方を用いてもよい。本実施の形態では、ウエットエッチング法により導電膜１２６ｂの一部を除去して、電極１０６ｂおよび電極１０７ｂを形成する。
【０１３０】
電極１０６ｂおよび電極１０７ｂの形成工程において、エッチング溶液中に溶け出した導電膜１２６ｂを構成する金属元素の一部が導電膜１２６ａに付着する場合がある。本実施の形態では、導電膜１２６ｂとして銅を含む材料を用いるため、導電膜１２６ａ上に銅が残留もしくは再付着する。しかしながら、導電膜１２６ａがブロッキング層として機能し、該金属元素が酸化物半導体膜１０５に移動することを防ぐことができる。
【０１３１】
次に、電極１０６ｂ、電極１０７ｂ、および導電膜１２６ａを覆って、導電膜１２６ｃを形成する。導電膜１２６ｃは、導電膜１２６ａと同様の材料を用いて形成してもよいし、異なる材料を用いて形成してもよい。本実施の形態では、導電膜１２６ｃとして厚さ３０ｎｍのタングステン膜をスパッタリング法により形成する。なお、前述した、導電膜１２６ａ上に付着した金属元素は、導電膜１２６ａと導電膜１２６ｃの界面に残存する。
【０１３２】
次に、図３（Ａ）に示すように、導電膜１２６ｃ上に、フォトリソグラフィ工程によりマスク１３２を形成する。マスク１３２は、電極１０６ｂおよび電極１０７ｂを完全に覆うように、電極１０６ｂおよび電極１０７ｂの端部を超えて形成する。
【０１３３】
続いて、図３（Ｂ）に示すように、マスク１３２を用いて導電膜１２６ａおよび導電膜１２６ｃの一部を選択的に除去する。導電膜１２６ａおよび導電膜１２６ｃのエッチングは、ドライエッチング法でもウエットエッチング法でもよく、両方を用いてもよい。本実施の形態では、ドライエッチング法により導電膜１２６ａおよび導電膜１２６ｃの一部を除去して、電極１０６ａ、電極１０６ｃ、電極１０７ａ、および電極１０７ｃを形成する。
【０１３４】
このようにして、電極１０６および電極１０７を形成することができる。また、電極１０６および電極１０７の形成により、酸化物半導体膜１０５の一部が露出する。図３（Ｂ）に、電極１０６および電極１０７の形成により露出された領域を、領域１３３として示す。
【０１３５】
また、導電膜１２６ａと導電膜１２６ｃのエッチングにより、導電膜１２６ａと導電膜１２６ｃの界面に残っていた金属元素（本実施の形態では銅元素。）が領域１３３に付着し、領域１３３の表面および表面近傍が汚染される。
【０１３６】
特に、ドライエッチング法により導電膜１２６ａと導電膜１２６ｃをエッチングする場合は、エッチング条件によって導電膜１２６ａと導電膜１２６ｃのみがエッチングされやすくなる。このため、導電膜１２６ａと導電膜１２６ｃの界面に残っていた金属元素が、露出した酸化物半導体膜１０５表面に再付着しやすい。よって、導電膜１２６ａと導電膜１２６ｃのエッチング後に、領域１３３に付着した該金属元素を除去するための洗浄処理を行うことが好ましい。
【０１３７】
当該洗浄処理は、例えばＴＭＡＨ（Ｔｅｔｒａｍｅｔｈｙｌａｍｍｏｎｉｕｍ  Ｈｙｄｒｏｘｉｄｅ）溶液などのアルカリ性の溶液、希フッ酸、シュウ酸、リン酸などの酸性の溶液、またはプラズマ処理（酸素プラズマ処理など）により行うことができる。本実施の形態では、リン酸を０．８５ｗｔ％含む水溶液を用いて、３０秒間の洗浄処理を行う。
【０１３８】
なお、図３（Ｃ）に示すように、当該洗浄処理により領域１３３の酸化物半導体膜１０５の一部がエッチングされ、酸化物半導体膜１０５の他の部分よりも厚さが薄くなる場合がある。また、当該洗浄処理は、導電膜１２６ａと導電膜１２６ｃのエッチング後であれば、マスク１３２の除去前に行ってもよいし、除去後に行ってもよい。
【０１３９】
また、当該洗浄処理の後、酸化物半導体膜１０５を酸素雰囲気で発生させたプラズマに曝し、酸化物半導体膜１０５に酸素を供給することができる。酸化雰囲気としては、酸素、オゾン、一酸化二窒素、二酸化窒素等の雰囲気がある。さらに、当該プラズマ処理において、基板１０１側にバイアスを印加しない状態で発生したプラズマに酸化物半導体膜１０５を曝すことが好ましい。この結果、酸化物半導体膜１０５にダメージを与えず、且つ酸素を供給することが可能であり、酸化物半導体膜１０５に含まれる酸素欠損量を低減することができる。また、エッチング処理により酸化物半導体膜１０５の表面に残存する不純物、例えば、フッ素、塩素等のハロゲン等を除去することができる。また、当該プラズマ処理を３００℃以上で加熱しながら行うことが好ましい。プラズマ中の酸素と酸化物半導体膜１０５に含まれる水素が結合し、水となる。基板が加熱されているため、当該水は酸化物半導体膜１０５から脱離する。この結果、酸化物半導体膜１０５に含まれる水素及び水の含有量を低減することができる。
【０１４０】
次に、図３（Ｄ）に示すように、酸化物半導体膜１０５、電極１０６、および電極１０７の上に、酸化物絶縁膜１０８を形成する。次に、酸化物絶縁膜１０８上に酸化物絶縁膜１０９を形成する。
【０１４１】
なお、酸化物絶縁膜１０８を形成した後、大気に曝すことなく、連続的に酸化物絶縁膜１０９を形成することが好ましい。酸化物絶縁膜１０８を形成した後、大気開放せず、原料ガスの流量、圧力、高周波電力及び基板温度の一以上を調整して、酸化物絶縁膜１０９を連続的に形成することで、酸化物絶縁膜１０８及び酸化物絶縁膜１０９における界面の大気成分由来の不純物濃度を低減することができると共に、酸化物絶縁膜１０９に含まれる酸素を酸化物半導体膜１０５に移動させることが可能であり、酸化物半導体膜１０５の酸素欠損量を低減することができる。
【０１４２】
酸化物絶縁膜１０８としては、酸化シリコン膜または酸化窒化シリコン膜を用いることが好ましい。酸化物絶縁膜１０８に用いる酸化シリコン膜または酸化窒化シリコン膜は、例えば、プラズマＣＶＤ装置の真空排気された処理室内に載置された基板を２８０℃以上４００℃以下に保持し、処理室に原料ガスを導入して処理室内における圧力を２０Ｐａ以上２５０Ｐａ以下、さらに好ましくは１００Ｐａ以上２５０Ｐａ以下とし、処理室内に設けられる電極に高周波電力を供給する条件により形成することができる。
【０１４３】
酸化シリコン膜または酸化窒化シリコン膜を形成するための原料ガスとして、シリコンを含む堆積性気体及び酸化性気体を用いることが好ましい。シリコンを含む堆積性気体の代表例としては、シラン、ジシラン、トリシラン、フッ化シラン等がある。酸化性気体としては、酸素、オゾン、一酸化二窒素、二酸化窒素等がある。
【０１４４】
上記条件を用いることで、酸化物絶縁膜１０８として酸素を透過する酸化物絶縁膜を形成することができる。また、酸化物絶縁膜１０８を設けることで、酸化物絶縁膜１０９の形成工程における酸化物半導体膜１０５へのダメージを低減することが可能である。
【０１４５】
当該成膜条件において、基板温度を上記温度とすることで、シリコン及び酸素の結合力が強くなる。この結果、酸化物絶縁膜１０８として、酸素が透過し、緻密であり、且つ硬い酸化物絶縁膜、代表的には、２５℃において０．５重量％のフッ酸を用いた場合のエッチング速度が１０ｎｍ／分以下、好ましくは８ｎｍ／分以下である酸化シリコン膜または酸化窒化シリコン膜を形成することができる。
【０１４６】
また、加熱をしながら酸化物絶縁膜１０８を形成することで、当該工程において酸化物半導体膜１０５に含まれる水素、水等を脱離させることができる。具体的には、基板１０１を２８０℃以上４００℃以下に保持しながら酸化物絶縁膜１０８を形成することで、酸化物半導体膜１０５に含まれる水素、水等を脱離させることができる。酸化物半導体膜１０５に含まれる水素は、プラズマ中で発生した酸素ラジカルと結合し、水となる。酸化物絶縁膜１０８の成膜工程において基板が加熱されているため、酸素及び水素の結合により生成された水は、酸化物半導体膜から脱離する。即ち、プラズマＣＶＤ法によって酸化物絶縁膜１０８を形成することで、酸化物半導体膜に含まれる水及び水素の含有量を低減することができる。
【０１４７】
また、酸化物絶縁膜１０８を形成する工程において加熱するため、酸化物半導体膜１０５が露出された状態での加熱時間が少なく、加熱処理による酸化物半導体膜からの酸素の脱離量を低減することができる。即ち、酸化物半導体膜中に含まれる酸素欠損量を低減することができる。
【０１４８】
さらには、処理室の圧力を１００Ｐａ以上２５０Ｐａ以下とすることで、酸化物絶縁膜１０８に含まれる水の含有量が少なくなるため、トランジスタ１００の電気特性のばらつきを低減すると共に、しきい値電圧の変動を抑制することができる。
【０１４９】
また、処理室の圧力を１００Ｐａ以上２５０Ｐａ以下とすることで、酸化物絶縁膜１０８を成膜する際に、酸化物半導体膜１０５へのダメージを低減することが可能であり、酸化物半導体膜１０５に含まれる酸素欠損量を低減することができる。特に、酸化物絶縁膜１０８または後に形成される酸化物絶縁膜１０９の成膜温度を高くする、代表的には２２０℃より高い温度とすることで、酸化物半導体膜１０５に含まれる酸素の一部が脱離し、酸素欠損が形成されやすい。
【０１５０】
また、トランジスタの信頼性を高めるため、後に形成する酸化物絶縁膜１０９を、膜中の欠陥量が少ない成膜条件を用いて形成すると、酸化物絶縁膜１０９からの酸素脱離量が低減しやすくなる。すると、酸化物絶縁膜１０９からの酸素供給により、酸化物半導体膜１０５の酸素欠損を補填することが困難となる場合がある。しかしながら、処理室の圧力を１００Ｐａ以上２５０Ｐａ以下とし、酸化物絶縁膜１０８の成膜時における酸化物半導体膜１０５へのダメージを低減することで、酸化物絶縁膜１０９からの酸素供給量が少なくても、酸化物半導体膜１０５中の酸素欠損を低減することが可能となる。
【０１５１】
なお、シリコンを含む堆積性気体に対する酸化性気体量を１００倍以上とすることで、酸化物絶縁膜１０８に含まれる水素含有量を低減することが可能である。この結果、酸化物半導体膜１０５に混入する水素量を低減できるため、トランジスタのしきい値電圧のマイナスシフトを抑制することができる。
【０１５２】
本実施の形態では、酸化物絶縁膜１０８として、シラン及び一酸化二窒素を原料ガスとしたプラズマＣＶＤ法により、厚さ５０ｎｍの酸化窒化シリコン膜を形成する。当該条件により、酸素が透過する酸化窒化シリコン膜を形成することができる。
【０１５３】
酸化物絶縁膜１０９としては、酸化シリコン膜または酸化窒化シリコン膜を用いることが好ましい。酸化物絶縁膜１０９に用いる酸化シリコン膜または酸化窒化シリコン膜は、例えば、プラズマＣＶＤ装置の真空排気された処理室内に載置された基板を１８０℃以上２８０℃以下、さらに好ましくは２００℃以上２４０℃以下に保持し、処理室に原料ガスを導入して処理室内における圧力を１００Ｐａ以上２５０Ｐａ以下、さらに好ましくは１００Ｐａ以上２００Ｐａ以下とし、処理室内に設けられる電極に０．１７Ｗ／ｃｍ２以上０．５Ｗ／ｃｍ２以下、さらに好ましくは０．２５Ｗ／ｃｍ２以上０．３５Ｗ／ｃｍ２以下の高周波電力を供給する条件により形成することができる。
【０１５４】
酸化物絶縁膜１０９の成膜条件として、上記圧力の反応室において上記パワー密度の高周波電力を供給することで、プラズマ中で原料ガスの分解効率が高まり、酸素ラジカルが増加し、原料ガスの酸化が進むため、酸化物絶縁膜１０９中における酸素含有量が化学量論比よりも多くなる。一方、基板温度が、上記温度で形成された膜では、シリコンと酸素の結合力が弱いため、後の工程の加熱処理により膜中の酸素の一部が脱離する。この結果、化学量論的組成を満たす酸素よりも多くの酸素を含み、加熱により酸素の一部が脱離する酸化物絶縁膜を形成することができる。また、酸化物半導体膜１０５上に酸化物絶縁膜１０８が設けられている。このため、酸化物絶縁膜１０９の形成工程において、酸化物絶縁膜１０８が酸化物半導体膜１０５の保護膜となる。この結果、酸化物半導体膜１０５へのダメージを低減しつつ、パワー密度の高い高周波電力を用いて酸化物絶縁膜１０９を形成することができる。
【０１５５】
なお、酸化物絶縁膜１０９の成膜条件において、酸化性気体に対するシリコンを含む堆積性気体の流量を増加することで、酸化物絶縁膜１０９の欠陥量を低減することが可能である。代表的には、ＥＳＲ測定により、シリコンのダングリングボンドに由来するｇ＝２．００１に現れる信号のスピン密度が６×１０１７ｓｐｉｎｓ／ｃｍ３未満、好ましくは３×１０１７ｓｐｉｎｓ／ｃｍ３以下、好ましくは１．５×１０１７ｓｐｉｎｓ／ｃｍ３以下である欠陥量の少ない酸化物絶縁膜を形成することができる。この結果トランジスタの信頼性を高めることができる。
【０１５６】
本実施の形態では、酸化物絶縁膜１０９として、シラン及び一酸化二窒素を原料ガスとしたプラズマＣＶＤ法により、厚さ４００ｎｍの酸化窒化シリコン膜を形成する。
【０１５７】
次に、加熱処理を行う。該加熱処理の温度は、代表的には、１５０℃以上４００℃以下、好ましくは３００℃以上４００℃以下、好ましくは３２０℃以上３７０℃以下とする。
【０１５８】
該加熱処理は、電気炉、ＲＴＡ装置等を用いることができる。ＲＴＡ装置を用いることで、短時間に限り、基板の歪み点以上の温度で熱処理を行うことができる。そのため加熱処理時間を短縮することができる。
【０１５９】
加熱処理は、窒素、酸素、超乾燥空気（水の含有量が２０ｐｐｍ以下、好ましくは１ｐｐｍ以下、好ましくは１０ｐｐｂ以下の空気）、または希ガス（アルゴン、ヘリウム等）の雰囲気下で行えばよい。なお、上記窒素、酸素、超乾燥空気、または希ガスに水素、水等が含まれないことが好ましい。
【０１６０】
当該加熱処理により、酸化物絶縁膜１０９に含まれる酸素の一部を酸化物半導体膜１０５に移動させ、酸化物半導体膜１０５に含まれる酸素欠損を補填することが可能である。この結果、酸化物半導体膜１０５に含まれる酸素欠損量をさらに低減することができる。
【０１６１】
また、酸化物絶縁膜１０８及び酸化物絶縁膜１０９に水、水素等が含まる場合、水、水素等をブロッキングする機能を有する窒化物絶縁膜１１０を後に形成し、加熱処理を行うと、酸化物絶縁膜１０８及び酸化物絶縁膜１０９に含まれる水、水素等が、酸化物半導体膜１０５に移動し、酸化物半導体膜１０５に欠陥が生じてしまう。しかしながら、当該加熱により、酸化物絶縁膜１０８及び酸化物絶縁膜１０９に含まれる水、水素等を脱離させることが可能であり、トランジスタの電気特性のばらつきを低減すると共に、しきい値電圧の変動を抑制することができる。
【０１６２】
なお、加熱しながら酸化物絶縁膜１０９を、酸化物絶縁膜１０８上に形成することで、酸化物半導体膜１０５に酸素を移動させ、酸化物半導体膜１０５に含まれる酸素欠損を補填することが可能であるため、当該加熱処理を行わなくともよい。
【０１６３】
ここでは、窒素及び酸素の混合ガス雰囲気で、３５０℃、１時間の加熱処理を行う。
【０１６４】
また、一対の電極１０６、電極１０７を形成する際、導電膜のエッチングによって、酸化物半導体膜１０５はダメージを受け、酸化物半導体膜１０５のバックチャネル（酸化物半導体膜１０５において、ゲート電極１０３と対向する面と反対側の面）側に酸素欠損が生じる。しかし、酸化物絶縁膜１０９に化学量論的組成を満たす酸素よりも多くの酸素を含む酸化物絶縁膜を適用することで、加熱処理によって当該バックチャネル側に生じた酸素欠損を修復することができる。これにより、酸化物半導体膜１０５に含まれる欠陥を低減することができるため、トランジスタ１００の信頼性を向上させることができる。
【０１６５】
次に、スパッタリング法、ＣＶＤ法等により、窒化物絶縁膜１１０を形成する。
【０１６６】
なお、窒化物絶縁膜１１０をプラズマＣＶＤ法で形成する場合、プラズマＣＶＤ装置の真空排気された処理室内に載置された基板を３００℃以上４００℃以下、さらに好ましくは３２０℃以上３７０℃以下にとすることで、緻密な窒化物絶縁膜を形成できるため好ましい。
【０１６７】
窒化物絶縁膜１１０としてプラズマＣＶＤ法により形成した窒化シリコン膜を用いる場合、原料ガスとして、シリコンを含む堆積性気体、窒素、及びアンモニアを用いことが好ましい。原料ガスとして、窒素と比較して少量のアンモニアを用いることで、プラズマ中でアンモニアが解離し、活性種が発生する。当該活性種が、シリコンを含む堆積性気体に含まれるシリコン及び水素の結合、及び窒素の三重結合を切断する。この結果、シリコン及び窒素の結合が促進され、シリコン及び水素の結合が少なく、欠陥が少なく、緻密な窒化シリコン膜を形成することができる。一方、原料ガスにおいて、窒素に対するアンモニアの量が多いと、シリコンを含む堆積性気体及び窒素それぞれの分解が進まず、シリコン及び水素結合が残存して膜中の欠陥が増大し、且つ粗な窒化シリコン膜が形成されてしまう。このため、原料ガスにおいて、アンモニアに対する窒素の流量比を５以上５０以下、好ましくは１０以上５０以下とすることが好ましい。
【０１６８】
本実施の形態では、シラン、窒素、及びアンモニアを原料ガスとしたプラズマＣＶＤ法により、厚さ１００ｎｍの窒化シリコン膜を形成する。
【０１６９】
以上の工程により、酸化物絶縁膜１０８、酸化物絶縁膜１０９、及び窒化物絶縁膜１１０で構成される保護膜１１１を形成することができる。
【０１７０】
次に、加熱処理を行ってもよい。該加熱処理の温度は、代表的には、１５０℃以上４００℃以下、好ましくは３００℃以上４００℃以下、好ましくは３２０℃以上３７０℃以下とする。
【０１７１】
ゲート電極１０３及び後に形成するゲート電極１１２を電気的に接続させる場合は、ここで、ゲート絶縁膜１０４、酸化物絶縁膜１０８、酸化物絶縁膜１０９、及び窒化物絶縁膜１１０に開口部を形成する。
【０１７２】
次に、ゲート電極１１２を形成する。ゲート電極１１２の形成方法を以下に示す。はじめに、スパッタリング法、ＣＶＤ法、蒸着法等により導電膜を形成し、導電膜上にフォトリソグラフィ工程によりマスクを形成する。次に、該マスクを用いて導電膜の一部をエッチングして、ゲート電極１１２を形成する。
【０１７３】
なお、図１（Ｃ）に示すように、チャネル幅方向において、酸化物半導体膜１０５の外側にゲート電極１１２の端部が位置するように、ゲート電極１１２を形成する。
【０１７４】
本実施の形態では、厚さ１００ｎｍの酸化シリコンを有するＩＴＯ膜をスパッタリング法により形成する。次に、フォトリソグラフィ工程によりマスクを形成し、当該マスクを用いて酸化シリコンを有するＩＴＯ膜をウエットエッチングして、ゲート電極１１２を形成する。この後、加熱処理を行ってもよい。
【０１７５】
以上の工程により、トランジスタ１００を作製することができる。
【０１７６】
本実施の形態に示すトランジスタは、第１のゲート電極及び第２のゲート電極の間に酸化物半導体膜が設けられるデュアルゲート構造のトランジスタであって、トランジスタのチャネル幅方向において、第１のゲート電極及び第２のゲート電極の端部はそれぞれ、酸化物半導体膜の端部より外側に位置することで、酸化物半導体膜１０５の端部に、ゲート電極１１２の電界の影響を与えることが可能であり、酸化物半導体膜１０５の全体をチャネルとして機能させることができる。この結果、トランジスタのオン電流を増大させると共に、電界効果移動度を高めることが可能である。
【０１７７】
また、本実施の形態に示すトランジスタは、第１のゲート電極及び第２のゲート電極を有するため、それぞれのゲート電極が外部からの電界を遮蔽することが可能である。この結果、ストレス試験の劣化が抑制されると共に、異なるドレイン電圧におけるオン電流の立ち上がり電圧の変動を抑制することができる。この結果、電気特性の優れたトランジスタを有する半導体装置を得ることができる。また、信頼性の高い半導体装置を得ることができる。
【０１７８】
本実施の形態に示す構成及び方法などは、他の実施の形態及び実施例に示す構成及び方法などと適宜組み合わせて用いることができる。
【０１７９】
（実施の形態２）
実施の形態１に半導体装置の一例として示したトランジスタ１００と異なる構成を有するトランジスタ２５０について図面を参照して説明する。
【０１８０】
図５に、トランジスタ２５０の上面図及び断面図を示す。トランジスタ２５０は、チャネルエッチ型のトランジスタである。
【０１８１】
図５（Ａ）はトランジスタ２５０の上面図である。また、図５（Ｂ）は、図５（Ａ）中の一点鎖線Ａ３−Ａ４で示す部位の断面図であり、図５（Ｃ）は、図５（Ａ）中の一点鎖線Ｂ３−Ｂ４で示す部位の断面図である。また、図５（Ｄ）は、図５（Ｂ）に示す部位２１５および部位２１６の拡大図である。なお、図５（Ｂ）は、トランジスタ２５０のチャネル長方向の断面であり、図５（Ｃ）は、トランジスタ２５０のチャネル幅方向の断面である。
【０１８２】
トランジスタ２５０は、電極１０６ｂおよび電極１０７ｂの形状がトランジスタ１００と異なる。トランジスタ２５０は、電極１０６ｂおよび電極１０７ｂを、ゲート電極１０３と重畳しないように形成することで段差を軽減し、上層に形成する絶縁膜や導電膜の被覆をより良好なものとすることができる。
【０１８３】
本実施の形態に示す構成及び方法などは、他の実施の形態及び実施例に示す構成及び方法などと適宜組み合わせて用いることができる。
【０１８４】
（実施の形態３）
本実施の形態では、本発明の一態様である半導体装置について、図面を用いて説明する。なお、本実施の形態では、表示装置を例にして本発明の一態様である半導体装置を説明する。また、本実施の形態では、半導体膜として酸化物半導体膜を用いて説明する。
【０１８５】
図６（Ａ）に、半導体装置の一例を示す。図６（Ａ）に示す半導体装置は、画素部４０１と、走査線駆動回路４０４と、信号線駆動回路４０６と、各々が平行または略平行に配設され、且つ走査線駆動回路４０４によって電位が制御されるｍ本の走査線４０７と、各々が平行または略平行に配設され、且つ信号線駆動回路４０６によって電位が制御されるｎ本の信号線４０９と、を有する。さらに、画素部４０１はマトリクス状に配設された複数の画素４１１を有する。また、走査線４０７に沿って、各々が平行または略平行に配設された容量線４１５を有する。なお、容量線４１５は、信号線４０９に沿って、各々が平行または略平行に配設されていてもよい。また、走査線駆動回路４０４及び信号線駆動回路４０６をまとめて駆動回路部という場合がある。
【０１８６】
各走査線４０７は、画素部４０１においてｍ行ｎ列に配設された画素４１１のうち、いずれかの行に配設されたｎ個の画素４１１と電気的に接続される。また、各信号線４０９は、ｍ行ｎ列に配設された画素４１１のうち、いずれかの列に配設されたｍ個の画素４１１に電気的と接続される。ｍ、ｎは、ともに１以上の整数である。また、各容量線４１５は、ｍ行ｎ列に配設された画素４１１のうち、いずれかの行に配設されたｎ個の画素４１１と電気的に接続される。なお、容量線４１５が、信号線４０９に沿って、各々が平行または略平行に配設されている場合は、ｍ行ｎ列に配設された画素４１１のうち、いずれかの列に配設されたｍ個の画素４１１に電気的と接続される。
【０１８７】
図６（Ｂ）及び図６（Ｃ）は、図６（Ａ）に示す表示装置の画素４１１に用いることができる回路構成を示している。
【０１８８】
図６（Ｂ）に示す画素４１１は、液晶素子４３２と、トランジスタ４３１＿１と、容量素子４３３＿１と、を有する。
【０１８９】
液晶素子４３２の一対の電極の一方の電位は、画素４１１の仕様に応じて適宜設定される。液晶素子４３２は、書き込まれるデータにより配向状態が設定される。なお、複数の画素４１１のそれぞれが有する液晶素子４３２の一対の電極の一方に共通の電位（コモン電位）を与えてもよい。また、各行の画素４１１毎の液晶素子４３２の一対の電極の一方に異なる電位を与えてもよい。
【０１９０】
例えば、液晶素子４３２を備える表示装置の駆動方法としては、ＴＮモード、ＳＴＮモード、ＶＡモード、ＡＳＭ（Ａｘｉａｌｌｙ  Ｓｙｍｍｅｔｒｉｃ  Ａｌｉｇｎｅｄ  Ｍｉｃｒｏ−ｃｅｌｌ）モード、ＯＣＢ（Ｏｐｔｉｃａｌｌｙ  Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｄ  Ｂｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｃｅ）モード、ＦＬＣ（Ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ）モード、ＡＦＬＣ（ＡｎｔｉＦｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ）モード、ＭＶＡモード、ＰＶＡ（Ｐａｔｔｅｒｎｅｄ  Ｖｅｒｔｉｃａｌ  Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）モード、ＩＰＳモード、ＦＦＳモード、またはＴＢＡ（Ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ  Ｂｅｎｄ  Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）モードなどを用いてもよい。また、表示装置の駆動方法としては、上述した駆動方法の他、ＥＣＢ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ  Ｂｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｃｅ）モード、ＰＤＬＣ（Ｐｏｌｙｍｅｒ  Ｄｉｓｐｅｒｓｅｄ  Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ）モード、ＰＮＬＣ（Ｐｏｌｙｍｅｒ  Ｎｅｔｗｏｒｋ  Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ）モード、ゲストホストモードなどがある。ただし、これに限定されず、液晶素子及びその駆動方式として様々なものを用いることができる。
【０１９１】
また、ブルー相（Ｂｌｕｅ  Ｐｈａｓｅ）を示す液晶とカイラル剤とを含む液晶組成物により液晶素子を構成してもよい。ブルー相を示す液晶は、応答速度が１ｍｓｅｃ以下と短く、光学的等方性であるため、配向処理が不要であり、かつ、視野角依存性が小さい。
【０１９２】
ｍ行ｎ列目の画素４１１において、トランジスタ４３１＿１のソース電極及びドレイン電極の一方は、信号線ＤＬ＿ｎに電気的に接続され、他方は液晶素子４３２の一対の電極の他方に電気的に接続される。また、トランジスタ４３１＿１のゲート電極は、走査線ＧＬ＿ｍに電気的に接続される。トランジスタ４３１＿１は、オン状態またはオフ状態になることにより、データ信号のデータの書き込みを制御する機能を有する。
【０１９３】
容量素子４３３＿１の一対の電極の一方は、電位が供給される配線（以下、容量線ＣＬ）に電気的に接続され、他方は、液晶素子４３２の一対の電極の他方に電気的に接続される。なお、容量線ＣＬの電位の値は、画素４１１の仕様に応じて適宜設定される。容量素子４３３＿１は、書き込まれたデータを保持する保持容量としての機能を有する。
【０１９４】
例えば、図６（Ｂ）の画素４１１を有する表示装置では、走査線駆動回路４０４により各行の画素４１１を順次選択し、トランジスタ４３１＿１をオン状態にしてデータ信号のデータを書き込む。
【０１９５】
データが書き込まれた画素４１１は、トランジスタ４３１＿１がオフ状態になることで保持状態になる。これを行毎に順次行うことにより、画像を表示できる。
【０１９６】
また、図６（Ｃ）に示す画素４１１は、トランジスタ４３１＿２と、容量素子４３３＿２と、トランジスタ４３４と、発光素子４３５と、を有する。
【０１９７】
トランジスタ４３１＿２のソース電極及びドレイン電極の一方は、データ信号が与えられる配線（以下、信号線ＤＬ＿ｎという）に電気的に接続される。さらに、トランジスタ４３１＿２のゲート電極は、ゲート信号が与えられる配線（以下、走査線ＧＬ＿ｍという）に電気的に接続される。
【０１９８】
トランジスタ４３１＿２は、オン状態またはオフ状態になることにより、データ信号のデータの書き込みを制御する機能を有する。
【０１９９】
容量素子４３３＿２の一対の電極の一方は、電位が与えられる配線（以下、電位供給線ＶＬ＿ａという）に電気的に接続され、他方は、トランジスタ４３１＿２のソース電極及びドレイン電極の他方に電気的に接続される。
【０２００】
容量素子４３３＿２は、書き込まれたデータを保持する保持容量としての機能を有する。
【０２０１】
トランジスタ４３４のソース電極及びドレイン電極の一方は、電位供給線ＶＬ＿ａに電気的に接続される。さらに、トランジスタ４３４のゲート電極は、トランジスタ４３１＿２のソース電極及びドレイン電極の他方に電気的に接続される。
【０２０２】
発光素子４３５のアノード及びカソードの一方は、電位供給線ＶＬ＿ｂに電気的に接続され、他方は、トランジスタ４３４のソース電極及びドレイン電極の他方に電気的に接続される。
【０２０３】
発光素子４３５としては、例えば有機エレクトロルミネセンス素子（有機ＥＬ素子ともいう）などを用いることができる。ただし、発光素子４３５としては、これに限定されず、無機材料からなる無機ＥＬ素子を用いても良い。
【０２０４】
なお、電位供給線ＶＬ＿ａ及び電位供給線ＶＬ＿ｂの一方には、高電源電位ＶＤＤが与えられ、他方には、低電源電位ＶＳＳが与えられる。
【０２０５】
図６（Ｃ）の画素４１１を有する表示装置では、走査線駆動回路４０４により各行の画素４１１を順次選択し、トランジスタ４３１＿２をオン状態にしてデータ信号のデータを書き込む。
【０２０６】
データが書き込まれた画素４１１は、トランジスタ４３１＿２がオフ状態になることで保持状態になる。さらに、書き込まれたデータ信号の電位に応じてトランジスタ４３４のソース電極とドレイン電極の間に流れる電流量が制御され、発光素子４３５は、流れる電流量に応じた輝度で発光する。これを行毎に順次行うことにより、画像を表示できる。
【０２０７】
次いで、画素４１１に液晶素子を用いた液晶表示装置の具体的な例について説明する。ここでは、図６（Ｂ）に示す画素４１１の上面図を図７に示す。
【０２０８】
図７において、走査線として機能する電極３０４ｃは、信号線に略直交する方向（図中左右方向）に延伸して設けられている。信号線として機能する電極３１３ｄは、走査線に略直交する方向（図中上下方向）に延伸して設けられている。容量線として機能する電極３１３ｆは、信号線と平行方向に延伸して設けられている。なお、走査線として機能する電極３０４ｃは、走査線駆動回路４０４（図５（Ａ）を参照。）と電気的に接続されており、信号線として機能する電極３１３ｄ及び容量線として機能する電極３１３ｆは、信号線駆動回路４０６（図６（Ａ）を参照。）に電気的に接続されている。
【０２０９】
トランジスタ３０３は、走査線及び信号線が交差する領域に設けられている。トランジスタ３０３は、ゲート電極として機能する電極３０４ｃ、ゲート絶縁膜（図７に図示せず。）、ゲート絶縁膜上に形成されたチャネル領域が形成される酸化物半導体膜３０８ｂ、ソース電極及びドレイン電極として機能する電極３１３ｄ、電極３１３ｅにより構成される。なお、電極３０４ｃは、走査線としても機能し、酸化物半導体膜３０８ｂと重畳する領域がトランジスタ３０３のゲート電極として機能する。また、電極３１３ｄは、信号線としても機能し、酸化物半導体膜３０８ｂと重畳する領域がトランジスタ３０３のソース電極またはドレイン電極として機能する。また、図７において、電極３０４ｃは、バックライトなどの光源からの光を遮る遮光膜として機能し、トランジスタに含まれる酸化物半導体膜３０８ｂに光が照射されず、トランジスタの電気特性の変動を抑制することができる。さらに、電極３０４ｃを、上面形状において端部が酸化物半導体膜３０８ｂの端部より外側に位置するように配置すると、外部からの光が酸化物半導体膜３０８ｂにより到達しにくくなるため、トランジスタの電気特性の変動をより抑制することができる。
【０２１０】
また、電極３１３ｅは、開口部３６２ｃにおいて、画素電極として機能する透光性を有する電極３２０ｂと電気的に接続されている。
【０２１１】
容量素子３２５は、開口部３６２において容量線として機能する電極３１３ｆと接続されている。また、容量素子３２５は、ゲート絶縁膜上に形成される導電性を有する酸化物半導体膜３０８ｃと、画素電極として機能する透光性を有する電極３２０ｂと、トランジスタ３０３上に設けられる窒化物絶縁膜で形成される誘電体膜とで構成されている。ゲート絶縁膜上に形成される導電性を有する酸化物半導体膜３０８ｃは透光性を有する。即ち、容量素子３２５は透光性を有する。
【０２１２】
このように容量素子３２５は透光性を有するため、画素４１１内に容量素子３２５を大きく（大面積に）形成することができる。従って、開口率を高めつつ、代表的には５５％以上、好ましくは６０％以上とすることが可能であると共に、電荷容量を増大させた半導体装置を得ることができる。例えば、解像度の高い半導体装置、例えば液晶表示装置においては、画素の面積が小さくなり、容量素子の面積も小さくなる。このため、解像度の高い半導体装置において、容量素子に蓄積される電荷容量が小さくなる。しかしながら、本実施の形態に示す容量素子３２５は透光性を有するため、当該容量素子を画素に設けることで、各画素において十分な電荷容量を得つつ、開口率を高めることができる。代表的には、画素密度が２００ｐｐｉ以上、さらには３００ｐｐｉ以上である高解像度の半導体装置に好適に用いることができる。
【０２１３】
また、図７に示す画素４１１は、電極３１３ｄと平行な辺が、電極３０４ｃと平行な辺よりも短い形状であり、且つ電極３１３ｆが、電極３１３ｄと平行な方向に延伸して設けられている。この結果、画素４１１に占める電極３１３ｆの面積を低減することが可能であるため、開口率を高めることができる。また、電極３１３ｆが接続電極を用いず、直接導電性を有する酸化物半導体膜３０８ｃと接するため、さらに開口率を高めることができる。
【０２１４】
また、本発明の一態様は、高解像度の表示装置においても、開口率を高めることができるため、バックライトなどの光源の光を効率よく利用することができ、表示装置の消費電力を低減することができる。
【０２１５】
次いで、走査線駆動回路４０４及び信号線駆動回路４０６を含む駆動回路部（上面図を省略する。）の断面図をＣ１−Ｃ２として図８に示す。また、図６の一点鎖線Ｄ１−Ｄ２間における断面図を図９に示す。また、本実施の形態においては、縦電界方式の液晶表示装置について説明する。
【０２１６】
本実施の形態に示す表示装置は、一対の基板（基板３０２と基板３４２）間に液晶素子３２２が挟持されている。
【０２１７】
液晶素子３２２は、基板３０２の上方の透光性を有する電極３２０ｂと、液晶層３２１と、液晶層３２１の配向性を制御する膜（以下、配向膜３２３、配向膜３５２という）と、導電膜３５０と、を有する。なお、透光性を有する電極３２０ｂは、液晶素子３２２の一方の電極として機能し、導電膜３５０は、液晶素子３２２の他方の電極として機能する。
【０２１８】
このように、液晶表示装置とは、液晶素子を有する装置のことをいう。なお、液晶表示装置は、複数の画素を駆動させる駆動回路等を含む。また、液晶表示装置は、別の基板上に配置された制御回路、電源回路、信号生成回路及びバックライトモジュール等を含み、液晶モジュールとよぶこともある。
【０２１９】
駆動回路部において、トランジスタ３０６は、ゲート電極として機能する電極３０４ａ、ゲート絶縁膜として機能する絶縁膜３０５、チャネル領域が形成される酸化物半導体膜３０８ａ、ソース電極及びドレイン電極として機能する電極３１３ａ、および電極３１３ｂにより構成される。酸化物半導体膜３０８ａは、ゲート絶縁膜として機能する絶縁膜３０５上に設けられる。
【０２２０】
画素部において、トランジスタ３０３は、ゲート電極として機能する電極３０４ｃ、ゲート絶縁膜として機能する絶縁膜３０５、ゲート絶縁膜上に形成されたチャネル領域が形成される酸化物半導体膜３０８ｂ、ソース電極及びドレイン電極として機能する電極３１３ｄ、および電極３１３ｅにより構成される。酸化物半導体膜３０８ｂは、ゲート絶縁膜として機能する絶縁膜３０５上に設けられる。
【０２２１】
また、画素電極として機能する透光性を有する電極３２０ｂが、絶縁膜３１４、絶縁膜３１６、および絶縁膜３１８に設けられた開口部において、電極３１３ｅと電気的に接続する。
【０２２２】
また、一方の電極として機能する導電性を有する酸化物半導体膜３０８ｃ、誘電体膜として機能する絶縁膜３１８、他方の電極として機能する透光性を有する電極３２０ｂにより容量素子３２５を構成する。導電性を有する酸化物半導体膜３０８ｃは、絶縁膜３０５上に設けられる。
【０２２３】
図９に示す電極３０４ｂは、電極３０４ａ、および電極３０４ｃと同時に形成される。また、図９に示す電極３１３ｃは、電極３１３ａ、電極３１３ｂ、電極３１３ｄ、電極３１３ｅと同時に形成される。駆動回路部において、電極３０４ｂと電極３１３ｃとは、透光性を有する電極３２０ｂと同時に形成された透光性を有する電極３２０ａで電気的に接続される。
【０２２４】
電極３０４ｂ及び透光性を有する電極３２０ａは、絶縁膜３０５、絶縁膜３１４、絶縁膜３１６および絶縁膜３１８に設けられた開口部において電気的に接続する。また、電極３１３ｃと透光性を有する電極３２０ａは、絶縁膜３１４、絶縁膜３１６および絶縁膜３１８に設けられた開口部において電気的に接続する。
【０２２５】
ここで、図８および図９に示す表示装置の構成要素について、以下に説明する。
【０２２６】
基板３０２は、実施の形態１に示す基板１０１と同様の材料および作製方法を適宜用いて形成することができる。
【０２２７】
電極３０４ａ、電極３０４ｂ、電極３０４ｃは、実施の形態１に示すゲート電極１０３と同様の材料および作製方法を適宜用いて形成することができる。
【０２２８】
絶縁膜３０５は、実施の形態１に示すゲート絶縁膜１０４と同様の材料および作製方法を適宜用いて形成することができる。
【０２２９】
酸化物半導体膜３０８ａは、電極３０４ａと重畳する位置に形成され、駆動回路部のトランジスタ３０６のチャネルが形成される半導体層として機能する。また、酸化物半導体膜３０８ｂは、電極３０４ｃと重畳する位置に形成され、画素部のトランジスタ３０１のチャネルが形成される半導体層として機能する。
【０２３０】
酸化物半導体膜３０８ａ、酸化物半導体膜３０８ｂ、及び導電性を有する酸化物半導体膜３０８ｃは、実施の形態１に示す酸化物半導体膜１０５と同様の材料および作製方法を適宜用いて形成することができる。
【０２３１】
導電性を有する酸化物半導体膜３０８ｃは、酸化物半導体膜３０８ａ、酸化物半導体膜３０８ｂと同様の金属元素を有する膜であり、且つ不純物が含まれていることを特徴とする。不純物としては、水素がある。なお、水素の代わりに不純物として、ホウ素、リン、スズ、アンチモン、希ガス元素、アルカリ金属、アルカリ土類金属等が含まれていてもよい。
【０２３２】
酸化物半導体膜３０８ａ、酸化物半導体膜３０８ｂ、及び導電性を有する酸化物半導体膜３０８ｃは共に、絶縁膜３０５上に形成されるが、不純物濃度が異なる。具体的には、酸化物半導体膜３０８ａ、および酸化物半導体膜３０８ｂよりも、導電性を有する酸化物半導体膜３０８ｃの不純物濃度が高い。例えば、酸化物半導体膜３０８ａ、および酸化物半導体膜３０８ｂに含まれる水素濃度は、５×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満、好ましくは５×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満、好ましくは１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、より好ましくは５×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、さらに好ましくは１×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下であり、導電性を有する酸化物半導体膜３０８ｃに含まれる水素濃度は、８×１０１９以上、好ましくは１×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上、より好ましくは５×１０２０以上である。また、酸化物半導体膜３０８ａ、３０８ｂと比較して、導電性を有する酸化物半導体膜３０８ｃに含まれる水素濃度は２倍、好ましくは１０倍以上である。
【０２３３】
また、導電性を有する酸化物半導体膜３０８ｃは、酸化物半導体膜３０８ａおよび酸化物半導体膜３０８ｂよりも抵抗率が低い。酸化物半導体膜３０８ａおよび酸化物半導体膜３０８ｂの抵抗率は、導電性を有する酸化物半導体膜３０８ｃの抵抗率の１×１０１倍以上１×１０８倍未満で有ることが好ましい。導電性を有する酸化物半導体膜３０８ｃの抵抗率は、代表的には１×１０−３Ωｃｍ以上１×１０４Ωｃｍ未満、さらに好ましくは、抵抗率が１×１０−３Ωｃｍ以上１×１０−１Ωｃｍ未満であるとよい。
【０２３４】
導電性を有する酸化物半導体膜３０８ｃは、開口部３６２において絶縁膜３１８と接する。絶縁膜３１８は、外部からの不純物、例えば、水、アルカリ金属、アルカリ土類金属等が、半導体膜へ拡散するのを防ぐ材料で形成される膜であり、更には水素を含む。
絶縁膜３１８の水素が、開口部３６２において酸化物半導体膜３０８ａおよび酸化物半導体膜３０８ｂと同時に形成された半導体膜に拡散すると、該半導体膜において水素は酸素と結合し、キャリアである電子が生成される。
また、絶縁膜３１８をプラズマＣＶＤ法またはスパッタリング法で成膜すると、開口部３６２において酸化物半導体膜３０８ａおよび酸化物半導体膜３０８ｂと同時に形成された半導体膜がプラズマに曝され、酸素欠損が生成される。当該酸素欠損に絶縁膜３１８に含まれる水素が入ることで、キャリアである電子が生成される。これらの結果、酸化物半導体膜３０８ａおよび酸化物半導体膜３０８ｂと同時に形成された半導体膜は導電性が高くなり、導電性を有する酸化物半導体膜３０８ｃとなる。即ち、導電性を有する酸化物半導体膜３０８ｃは、導電性の高い酸化物半導体膜ともいえる。また、導電性を有する酸化物半導体膜３０８ｃは、導電性の高い金属酸化物膜ともいえる。
【０２３５】
ただし、本発明の実施形態の一態様は、これに限定されず、導電性を有する酸化物半導体膜３０８ｃは、場合によっては、絶縁膜３１８と接していないことも可能である。
【０２３６】
また、本発明の実施形態の一態様は、これに限定されず、導電性を有する酸化物半導体膜３０８ｃを、酸化物半導体膜３０８ａ、または酸化物半導体膜３０８ｂと別の工程で形成してもよい。その場合には、導電性を有する酸化物半導体膜３０８ｃは、酸化物半導体膜３０８ａ、酸化物半導体膜３０８ｂと、異なる材質を有していても良い。例えば、導電性を有する酸化物半導体膜３０８ｃ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、インジウム錫酸化物、インジウム亜鉛酸化物、酸化シリコンを含むインジウム錫酸化物等を用いて形成してもよい。
【０２３７】
本実施の形態に示す半導体装置は、トランジスタの半導体膜と同時に、容量素子の一方となる電極を形成する。また、画素電極として機能する透光性を有する導電膜を容量素子の他方の電極として用いる。よって、容量素子を形成するために、新たに導電膜を形成する工程が不要であり、半導体装置の作製工程を削減できる。また、容量素子を構成する一対の電極が透光性を有するため、容量素子は透光性を有する。この結果、容量素子の占有面積を大きくしつつ、画素の開口率を高めることができる。
【０２３８】
電極３１３ａ、電極３１３ｂ、電極３１３ｃ、電極３１３ｄ、電極３１３ｅは、実施の形態１に示す一対の電極１０６および電極１０７と同様の材料および作製方法を適宜用いて形成することができる。
【０２３９】
絶縁膜３１４は、酸化物半導体膜３０８ａおよび酸化物半導体膜３０８ｂとの界面特性を向上させることが可能な材料を用いることが好ましい。絶縁膜３１４は、実施の形態１に示す酸化物絶縁膜１０８と同様の材料及び作製方法を適宜用いて形成することができる。
【０２４０】
絶縁膜３１６は、実施の形態１に示す酸化物絶縁膜１０９と同様の材料及び作製方法を適宜用いて形成することができる。
【０２４１】
絶縁膜３１８は、外部からの不純物、例えば、水、アルカリ金属、アルカリ土類金属等が、半導体膜へ拡散するのを防ぐ材料を用いることが好ましく、窒化シリコン、窒化酸化シリコン、窒化アルミニウム、窒化酸化アルミニウム等の窒化絶縁膜を適宜用いることができる。絶縁膜３１８の厚さは、３０ｎｍ以上２００ｎｍ以下、好ましくは５０ｎｍ以上１５０ｎｍ以下とする。絶縁膜３１８は、スパッタリング法、ＣＶＤ法等を適宜用いて形成することができる。
【０２４２】
なお、電極３０４ｂおよび電極３１３ｃを直接接続する構造とするには、電極３１３ｃを形成する前に、絶縁膜３０５に開口部を形成するためのマスクを形成する必要があるが、図９の接続構造であれば、当該マスクの形成が不要である。図９のように、透光性を有する電極３２０ａにより、電極３０４ｂ及び電極３１３ｃを電気的に接続することで、電極３０４ｂおよび電極３１３ｃが直接接する接続部を作製する必要が無くなる。すなわち、電極３０４ｂと電極３１３ｃを直接接続する工程よりも、フォトマスクを１枚少なくすることができる。即ち、半導体装置の作製工程を削減することが可能である。
【０２４３】
透光性を有する電極３２０ａ、透光性を有する電極３２０ｂとしては、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、酸化シリコンを含むインジウム錫酸化物などの透光性を有する導電性材料を用いることができる。
【０２４４】
また、電極３０４ａ、酸化物半導体膜３０８ａと重畳し、絶縁膜３１８上に形成された電極３２４ｃは、透光性を有する電極３２０ａおよび透光性を有する電極３２０ｂと同時に形成することができる。また、電極３２４ｃは、トランジスタ３０６のバックゲート電極として機能することができる。電極３２４ｃを設けることで、トランジスタ３０６を、デュアルゲート型のトランジスタとすることができる。また、電極３２４ｃは、実施の形態１に示したゲート電極１０３と同様の材料及び作製方法を適宜用いて形成することもできる。
【０２４５】
また、電極３０４ｃ、酸化物半導体膜３０８ｂと重畳し、絶縁膜３１８上に形成された電極３２４ｄは、透光性を有する電極３２０ａおよび透光性を有する電極３２０ｂと同時に形成することができる。また、電極３２４ｄは、トランジスタ３０３のバックゲート電極として機能することができる。電極３２４ｄを設けることで、トランジスタ３０３を、デュアルゲート型のトランジスタとすることができる。また、電極３２４ｄは、実施の形態１に示したゲート電極１０３と同様の材料及び作製方法を適宜用いて形成することもできる。
【０２４６】
また、基板３４２上には、有色性を有する膜（以下、有色膜３４６という。）が形成されている。有色膜３４６は、カラーフィルタとしての機能を有する。また、有色膜３４６に隣接する遮光膜３４４が基板３４２上に形成される。遮光膜３４４は、ブラックマトリクスとして機能する。また、有色膜３４６は、必ずしも設ける必要はなく、例えば、表示装置が白黒の場合等によって、有色膜３４６を設けない構成としてもよい。
【０２４７】
有色膜３４６としては、特定の波長帯域の光を透過する有色膜であればよく、例えば、赤色の波長帯域の光を透過する赤色（Ｒ）のカラーフィルタ、緑色の波長帯域の光を透過する緑色（Ｇ）のカラーフィルタ、青色の波長帯域の光を透過する青色（Ｂ）のカラーフィルタなどを用いることができる。
【０２４８】
遮光膜３４４としては、特定の波長帯域の光を遮光する機能を有していればよく、金属膜または黒色顔料等を含んだ有機絶縁膜などを用いることができる。
【０２４９】
また、有色膜３４６上には、絶縁膜３４８が形成されている。絶縁膜３４８は、平坦化層としての機能、または有色膜３４６が含有しうる不純物を液晶素子側へ拡散するのを抑制する機能を有する。
【０２５０】
また、絶縁膜３４８上には、導電膜３５０が形成されている。導電膜３５０は、画素部の液晶素子が有する一対の電極の他方としての機能を有する。なお、透光性を有する電極３２０ａ、電極３２０ｂ、及び導電膜３５０上に、配向膜としての機能を有する絶縁膜を別途形成してもよい。本実施の形態では、導電膜３５０上に配向膜３５２を形成している。
【０２５１】
液晶層３２１は、シール材（図示しない）を用いて、基板３０２と基板３４２の間に封止されている。なお、シール材は、外部からの水分等の入り込みを抑制するために、無機材料と接触する構成が好ましい。
【０２５２】
また、透光性を有する電極３２０ｂと導電膜３５０との間に、液晶層３２１の厚さ（セルギャップともいう）を維持するスペーサを設けてもよい。
【０２５３】
図８および図９を用いて説明した半導体装置の作製方法について、図１０乃至図１９を用いて説明する。
【０２５４】
まず、基板３０２を準備する。ここでは、基板３０２としてガラス基板を用いる。
【０２５５】
次に、基板３０２上に導電膜を形成し、該導電膜を所望の領域に加工することで、電極３０４ａ、電極３０４ｂ、電極３０４ｃを形成する。なお、電極３０４ａ、電極３０４ｂ、電極３０４ｃの形成は、所望の領域に第１のフォトリソグラフィ工程によるマスクの形成を行い、該マスクに覆われていない領域をエッチングすることで形成することができる（図１０（Ａ）、図１５（Ａ）参照。）。
【０２５６】
次に、基板３０２、及び電極３０４ａ、電極３０４ｂ、電極３０４ｃ上に、絶縁膜３０５を形成する（図１０（Ａ）、図１５（Ａ）参照。）。
【０２５７】
次に、絶縁膜３０５上に半導体膜３０７を形成する（図１０（Ｂ）、図１５（Ｂ）参照。）。
【０２５８】
次に、半導体膜３０７を所望の領域に加工することで、島状の酸化物半導体膜３０８ａ、酸化物半導体膜３０８ｂ、酸化物半導体膜３０８ｄを形成する。なお、酸化物半導体膜３０８ａ、酸化物半導体膜３０８ｂ、酸化物半導体膜３０８ｄの形成は、所望の領域に第２のフォトリソグラフィ工程によるマスクの形成を行い、該マスクに覆われていない領域をエッチングすることで形成することができる。エッチングとしては、ドライエッチング法、ウエットエッチング法、または双方を組み合わせたエッチング法を用いることができる（図１０（Ｃ）、図１５（Ｃ）参照。）。
【０２５９】
次に、第１の加熱処理を行ってもよい。第１の加熱処理は、実施の形態１に示す第１の加熱処理と同様の条件を用いる。第１の加熱処理によって、酸化物半導体膜３０８ａ、酸化物半導体膜３０８ｂ、酸化物半導体膜３０８ｄに用いる酸化物半導体の結晶性を高め、さらに絶縁膜３０５、酸化物半導体膜３０８ａ、酸化物半導体膜３０８ｂ、酸化物半導体膜３０８ｄから水素や水などの不純物を除去することができる。なお、酸化物半導体をエッチングする前に第１の加熱工程を行ってもよい。
【０２６０】
次に、絶縁膜３０５、及び酸化物半導体膜３０８ａ、酸化物半導体膜３０８ｂ、酸化物半導体膜３０８ｄ上に、導電膜３０９および導電膜３１０を順に形成する（図１１（Ａ）、図１６（Ａ）参照。）。本実施の形態では、導電膜３０９としてタングステン膜を成膜し、導電膜３１０として銅膜を成膜する。
【０２６１】
次に、第３のフォトリソグラフィ工程により導電膜３１０上にマスクを形成し、導電膜３１０を所望の領域に加工することで、電極３１０ａ、電極３１０ｂ、電極３１０ｃ、電極３１０ｄ、および電極３１０ｅを形成する（図１１（Ｂ）、図１６（Ｂ）参照。）。
【０２６２】
電極３１０ａ、電極３１０ｂ、電極３１０ｃ、電極３１０ｄ、および電極３１０ｅの形成工程において、エッチング溶液中に溶け出した導電膜１２６ｂを構成する金属元素の一部が導電膜１２６ａに付着する場合がある。本実施の形態では、導電膜３１０として銅を含む材料を用いるため、導電膜１２６ａ上に銅元素が残留もしくは再付着する。しかしながら、導電膜３０９がブロッキング層として機能し、該金属元素が酸化物半導体膜３０８ａ、酸化物半導体膜３０８ｂ、酸化物半導体膜３０８ｄに移動することを防ぐことができる。
【０２６３】
次に、電極３１０ａ、電極３１０ｂ、電極３１０ｃ、電極３１０ｄ、電極３１０ｅ、および導電膜３０９上に、導電膜３１１を形成する（図１１（Ｃ）、図１６（Ｃ）参照。）。本実施の形態では、導電膜３１１としてタングステン膜を成膜する。なお、前述した、導電膜３０９上に付着した銅元素は、導電膜１２６ａと導電膜１２６ｃの界面に残存する。
【０２６４】
次に、第４のフォトリソグラフィ工程により導電膜３１１上にマスクを形成し、導電膜３１１と導電膜３０９の一部を選択的に除去する。この時、マスクが、電極３１０ａ、電極３１０ｂ、電極３１０ｃ、電極３１０ｄ、および電極３１０ｅを完全に覆うように、電極３１０ａ、電極３１０ｂ、電極３１０ｃ、電極３１０ｄ、および電極３１０ｅの端部を超えて形成する。
【０２６５】
このようにして、電極３１０ａ、電極３１０ｂ、電極３１０ｃ、電極３１０ｄが金属層に完全に包まれた電極３１３ａ、電極３１３ｂ、電極３１３ｃ、電極３１３ｄ、および電極３１３ｅを形成することができる（図１２（Ａ）、図１７（Ａ）参照。）。
【０２６６】
次に、導電膜３１１と導電膜３０９が除去された領域に付着した金属元素を除去するための洗浄処理を行う。本実施の形態では、導電膜３１１と導電膜３０９の界面に残留した銅元素が、エッチングにより試料表面に残留もしくは再付着するため、実施の形態１で説明した洗浄処理をおこなう。本実施の形態では、リン酸を０．８５ｗｔ％含む水溶液を用いて、３０秒間の洗浄処理を行う。また、当該洗浄処理は、導電膜１２６ａと導電膜１２６ｃのエッチングであれば、マスク１３２の除去前に行ってもよいし、除去後に行ってもよい。
【０２６７】
なお、当該洗浄処理により領域１３３ａとして示す酸化物半導体膜３０８ａ表面の一部がエッチングされ、酸化物半導体膜３０８ａの他の部分よりも厚さが薄くなる場合がある。また、領域１３３ｂとして示す酸化物半導体膜３０８ｂ表面の一部がエッチングされ、酸化物半導体膜３０８ｂの他の部分よりも厚さが薄くなる場合がある。また、酸化物半導体膜３０８ｄ表面もエッチングされ膜厚が減少する場合がある（図１２（Ｂ）、図１７（Ｂ）参照。）。
【０２６８】
続いて、絶縁膜３１４、絶縁膜３１６を順に形成する（図１２（Ｃ）、図１７（Ｃ）参照。）。
【０２６９】
次に、第５のフォトリソグラフィ工程により絶縁膜３１６上にマスクを形成し、絶縁膜３１４、および絶縁膜３１６の一部を選択的にエッチングして、酸化物半導体膜３０８ｃ上に開口部３６２を形成する。この時、他の開口部も同時に形成する（図１３（Ａ）、図１８（Ａ）参照。）。絶縁膜３１４、および絶縁膜３１６のエッチングは、ドライエッチング法、ウエットエッチング法、または双方を組み合わせたエッチング法を用いることができる。
【０２７０】
この後、第２の加熱処理を行ってもよい。第２の加熱処理により、絶縁膜３１６に含まれる酸素の一部を酸化物半導体膜３０８ａ、および酸化物半導体膜３０８ｂに移動させ、酸化物半導体膜３０８ａ、および酸化物半導体膜３０８ｂに含まれる酸素欠損を低減することが可能である。
【０２７１】
次に、絶縁膜３１６及び酸化物半導体膜３０８ｄ上に絶縁膜３１８を形成する（図１３（Ｂ）、図１８（Ｂ）参照。）。
【０２７２】
絶縁膜３１８としては、外部からの不純物、例えば、酸素、水素、水、アルカリ金属、アルカリ土類金属等が、多層膜へ拡散するのを防ぐ材料を用いることが好ましく、更には水素を含むことが好ましく、代表的には窒素を含む無機絶縁材料、例えば窒化物絶縁膜を用いることができる。絶縁膜３１８としては、例えば、ＣＶＤ法、スパッタリング法等を用いて形成することができる。
【０２７３】
絶縁膜３１８は、ＣＶＤ法、スパッタリング法等を用いて形成すると、酸化物半導体膜３０８ｄがプラズマに曝され、酸化物半導体膜３０８ｄに酸素欠損が生成される。また、絶縁膜３１８は、外部からの不純物、例えば、水、アルカリ金属、アルカリ土類金属等が、半導体膜へ拡散するのを防ぐ材料で形成される膜であり、更には水素を含む。これらのため、絶縁膜３１８の水素が酸化物半導体膜３０８ｄに拡散すると、該酸化物半導体膜３０８ｄにおいて水素は酸素欠損と結合し、キャリアである電子が生成される。または、絶縁膜３１８の水素が酸化物半導体膜３０８ｄに拡散すると、該酸化物半導体膜３０８ｄにおいて水素は酸素と結合し、キャリアである電子が生成される。この結果、酸化物半導体膜３０８ｄは、導電性が高くなり、導電性を有する酸化物半導体膜３０８ｃとなる。
【０２７４】
また、上記窒化シリコン膜は、ブロック性を高めるために、高温で成膜されることが好ましく、例えば基板温度１００℃以上基板の歪み点以下、より好ましくは３００℃以上４００℃以下の温度で加熱して成膜することが好ましい。また高温で成膜する場合は、酸化物半導体膜３０８ａ、酸化物半導体膜３０８ｂから酸素が脱離し、キャリア濃度が上昇する現象が発生することがあるため、このような現象が発生しない温度とする。
【０２７５】
なお、絶縁膜３１８を形成する前に酸化物半導体膜３０８ｄを希ガス及び水素を含むプラズマに曝すことで、酸化物半導体膜３０８ｄに酸素欠損を形成するとともに、酸化物半導体膜３０８ｄに水素を添加することが可能である。この結果、酸化物半導体膜３０８ｄにおいてキャリアである電子をさらに増加させることが可能であり、導電性を有する酸化物半導体膜３０８ｃの導電性をさらに高めることができる。
【０２７６】
次に、絶縁膜３０５、絶縁膜３１４、絶縁膜３１６、絶縁膜３１８の一部を選択的にエッチングすることで、開口部３６４ａ、開口部３６４ｂ、開口部３６４ｃを形成する。なお、開口部３６４ａ、開口部３６４ｂ、開口部３６４ｃは、第６のフォトリソグラフィ工程によるマスクの形成を行い、該マスクに覆われていない領域をエッチングすることで形成することができる（図１４（Ａ）、図１９（Ａ）参照。）。
【０２７７】
また、開口部３６４ａは、電極３０４ａの表面が露出するように形成する。また、開口部３６４ｂは、電極３１３ｃが露出するように形成する。また、開口部３６４ｃは、電極３１３ｅが露出するように形成する。
【０２７８】
なお、開口部３６４ａ、開口部３６４ｂ、開口部３６４ｃの形成方法としては、例えば、ドライエッチング法を用いることができる。ただし、これに限定されず、ウエットエッチング法、またはドライエッチング法とウエットエッチング法を組み合わせた形成方法を用いてもよい。
【０２７９】
次に、開口部３６４ａ、開口部３６４ｂ、開口部３６４ｃを覆い、絶縁膜３１８上に導電膜３１９を形成する（図１４（Ｂ）、図１９（Ｂ）参照。）。
【０２８０】
次に、第７のフォトリソグラフィ工程によりマスクを形成し、導電膜３１９の一部を選択的にエッチングすることで、透光性を有する電極３２０ａ、電極３２０ｂ、電極３２４ｃ、電極３２０ｄを形成する（図８、図９参照。）。
【０２８１】
以上の工程で、基板３０２上に、トランジスタを有する画素部及び駆動回路部を形成することができる。なお、本実施の形態に示す作製工程においては、第１乃至第６のパターニング、すなわち７枚のマスクでトランジスタ、及び容量素子を同時に形成することができる。
【０２８２】
なお、本実施の形態では、絶縁膜３１８に含まれる水素を酸化物半導体膜３０８ｄに拡散させて、酸化物半導体膜３０８ｄの導電性を高めたが、酸化物半導体膜３０８ａ、酸化物半導体膜３０８ｂをマスクで覆い、酸化物半導体膜３０８ｄに不純物、代表的には、水素、ホウ素、リン、スズ、アンチモン、希ガス元素、アルカリ金属、アルカリ土類金属等を添加して、酸化物半導体膜３０８ｄの導電性を高めてもよい。酸化物半導体膜３０８ｄに水素、ホウ素、リン、スズ、アンチモン、希ガス元素等を添加する方法としては、イオンドーピング法、イオン注入法等がある。一方、酸化物半導体膜３０８ｄにアルカリ金属、アルカリ土類金属等を添加する方法としては、該不純物を含む溶液を酸化物半導体膜３０８ｄに塗布する方法がある。
【０２８３】
次に、基板３０２に対向して設けられる基板３４２上に形成される構造について、以下説明を行う。
【０２８４】
まず、基板３４２を準備する。基板３４２としては、基板３０２と同様の材料を用いることができる。次に、基板３４２上に遮光膜３４４、有色膜３４６を形成する（図２０（Ａ）参照）。
【０２８５】
遮光膜３４４及び有色膜３４６は、様々な材料を用いて、印刷法、インクジェット法、フォトリソグラフィ法を用いて、それぞれ所望の位置に形成する。
【０２８６】
次に、遮光膜３４４、及び有色膜３４６上に絶縁膜３４８を形成する（図２０（Ｂ）参照）。
【０２８７】
絶縁膜３４８としては、例えばアクリル樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド等の有機絶縁膜を用いることができる。絶縁膜３４８を形成することによって、例えば、有色膜３４６中に含まれる不純物等を液晶層３２１側に拡散することを抑制することができる。ただし、絶縁膜３４８は、必ずしも設ける必要はなく、絶縁膜３４８を形成しない構造としてもよい。
【０２８８】
次に、絶縁膜３４８上に導電膜３５０を形成する（図２０（Ｃ）参照）。導電膜３５０としては、導電膜３１９と同様の材料および方法で形成することができる。
【０２８９】
以上の工程で基板３４２上に形成される構造を形成することができる。
【０２９０】
次に、基板３０２と基板３４２上、より詳しくは基板３０２上に形成された絶縁膜３１８、透光性を有する電極３２０ａ、電極３２０ｂと、基板３４２上に形成された導電膜３５０上に、それぞれ配向膜３２３と配向膜３５２を形成する。配向膜３２３、配向膜３５２は、ラビング法、光配向法等を用いて形成することができる。その後、基板３０２と、基板３４２との間に液晶層３２１を形成する。液晶層３２１の形成方法としては、ディスペンサ法（滴下法）や、基板３０２と基板３４２とを貼り合わせてから毛細管現象を用いて液晶を注入する注入法を用いることができる。
【０２９１】
以上の工程で、図８および図９に示す表示装置を作製することができる。
【０２９２】
本実施の形態に示す構成及び方法などは、他の実施の形態及び実施例に示す構成及び方法などと適宜組み合わせて用いることができる。
【０２９３】
（実施の形態４）
本実施の形態では、上記実施の形態で説明した半導体装置に含まれているトランジスタにおいて、チャネル領域が形成される酸化物半導体膜、および酸化物膜に適用可能な一態様について説明する。なお、ここでは、酸化物半導体膜を一例に用いて説明するが、酸化物膜も同様の構造とすることができる。
【０２９４】
酸化物半導体膜は、非単結晶酸化物半導体膜と単結晶酸化物半導体膜とに大別される。非単結晶酸化物半導体膜とは、ＣＡＡＣ−ＯＳ（Ｃ  Ａｘｉｓ  Ａｌｉｇｎｅｄ  Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）膜、多結晶酸化物半導体膜、微結晶酸化物半導体膜、非晶質酸化物半導体膜などをいう。ここでは、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜及び微結晶酸化物半導体膜について説明する。
【０２９５】
まずは、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜について説明する。
【０２９６】
ＣＡＡＣ−ＯＳ膜は、複数の結晶部を有する酸化物半導体膜の一つであり、ほとんどの結晶部は、一辺が１００ｎｍ未満の立方体内に収まる大きさである。従って、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜に含まれる結晶部は、一辺が１０ｎｍ未満、５ｎｍ未満または３ｎｍ未満の立方体内に収まる大きさの場合も含まれる。
【０２９７】
ＣＡＡＣ−ＯＳ膜を透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ：Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）によって観察すると、明確な結晶部同士の境界、即ち結晶粒界（グレインバウンダリーともいう。）を確認することができない。そのため、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜は、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。
【０２９８】
ＣＡＡＣ−ＯＳ膜を、試料面と概略平行な方向からＴＥＭによって観察（断面ＴＥＭ観察）すると、結晶部において、金属原子が層状に配列していることを確認できる。金属原子の各層は、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜の膜を形成する面（被形成面ともいう。）または上面の凹凸を反映した形状であり、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜の被形成面または上面と平行に配列する。
【０２９９】
一方、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜を、試料面と概略垂直な方向からＴＥＭによって観察（平面ＴＥＭ観察）すると、結晶部において、金属原子が三角形状または六角形状に配列していることを確認できる。しかしながら、異なる結晶部間で、金属原子の配列に規則性は見られない。
【０３００】
なお、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜に対し、電子線回折を行うと、配向性を示すスポット（輝点）が観測される。
【０３０１】
断面ＴＥＭ観察および平面ＴＥＭ観察より、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜の結晶部は配向性を有していることがわかる。
【０３０２】
図２１（Ａ）に、厚さが１００ｎｍのＣＡＡＣ−ＯＳを５０ｎｍに薄膜化したサンプルに対し、表面側からナノビーム電子線回折を行った結果を示す。このとき、電子ビームのプローブ径は１ｎｍ（φ１ｎｍと表記）、１０ｎｍ（φ１０ｎｍと表記）、２０ｎｍ（φ２０ｎｍと表記）または３０ｎｍ（φ３０ｎｍと表記）とした。いずれの条件においても、特定の方向への配向性を確認することができた。また、プローブ径が小さいほど、配向性が高くなっていることがわかった。
【０３０３】
ＣＡＡＣ−ＯＳ膜に対し、Ｘ線回折（ＸＲＤ：Ｘ−Ｒａｙ  Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ）装置を用いて構造解析を行うと、例えばＩｎＧａＺｎＯ４の結晶を有するＣＡＡＣ−ＯＳ膜のｏｕｔ−ｏｆ−ｐｌａｎｅ法による解析では、回折角（２θ）が３１°近傍にピークが現れる場合がある。このピークは、ＩｎＧａＺｎＯ４の結晶の（００９）面に帰属されることから、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜の結晶がｃ軸配向性を有し、ｃ軸が被形成面または上面に概略垂直な方向を向いていることが確認できる。
【０３０４】
一方、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜に対し、ｃ軸に概略垂直な方向からＸ線を入射させるｉｎ−ｐｌａｎｅ法による解析では、２θが５６°近傍にピークが現れる場合がある。このピークは、ＩｎＧａＺｎＯ４の結晶の（１１０）面に帰属される。ＩｎＧａＺｎＯ４の単結晶酸化物半導体膜であれば、２θを５６°近傍に固定し、試料面の法線ベクトルを軸（φ軸）として試料を回転させながら分析（φスキャン）を行うと、（１１０）面と等価な結晶面に帰属されるピークが６本観察される。これに対し、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜の場合は、２θを５６°近傍に固定してφスキャンした場合でも、明瞭なピークが現れない。
【０３０５】
以上のことから、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜では、異なる結晶部間ではａ軸およびｂ軸の配向は不規則であるが、ｃ軸配向性を有し、かつｃ軸が被形成面または上面の法線ベクトルに平行な方向を向いていることがわかる。従って、前述の断面ＴＥＭ観察で確認された層状に配列した金属原子の各層は、結晶のａｂ面に平行な面である。
【０３０６】
なお、結晶部は、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜を成膜した際、または加熱処理などの結晶化処理を行った際に形成される。上述したように、結晶のｃ軸は、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜の被形成面または上面の法線ベクトルに平行な方向に配向する。従って、例えば、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜の形状をエッチングなどによって変化させた場合、結晶のｃ軸がＣＡＡＣ−ＯＳ膜の被形成面または上面の法線ベクトルと平行にならないこともある。
【０３０７】
また、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜中の結晶化度が均一でなくてもよい。例えば、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜の結晶部が、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜の上面近傍からの結晶成長によって形成される場合、上面近傍の領域は、被形成面近傍の領域よりも結晶化度が高くなることがある。また、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜に不純物を添加する場合、不純物が添加された領域の結晶化度が変化し、部分的に結晶化度の異なる領域が形成されることもある。
【０３０８】
なお、ＩｎＧａＺｎＯ４の結晶を有するＣＡＡＣ−ＯＳ膜のｏｕｔ−ｏｆ−ｐｌａｎｅ法による解析では、２θが３１°近傍のピークの他に、２θが３６°近傍にもピークが現れる場合がある。２θが３６°近傍のピークは、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜中の一部に、ｃ軸配向性を有さない結晶が含まれることを示している。ＣＡＡＣ−ＯＳ膜は、２θが３１°近傍にピークを示し、２θが３６°近傍にピークを示さないことが好ましい。
【０３０９】
ＣＡＡＣ−ＯＳ膜は、不純物濃度の低い酸化物半導体膜である。不純物は、水素、炭素、シリコン、遷移金属元素などの酸化物半導体膜の主成分以外の元素である。特に、シリコンなどの、酸化物半導体膜を構成する金属元素よりも酸素との結合力の強い元素は、酸化物半導体膜から酸素を奪うことで酸化物半導体膜の原子配列を乱し、結晶性を低下させる要因となる。また、鉄やニッケルなどの重金属、アルゴン、二酸化炭素などは、原子半径（または分子半径）が大きいため、酸化物半導体膜内部に含まれると、酸化物半導体膜の原子配列を乱し、結晶性を低下させる要因となる。なお、酸化物半導体膜に含まれる不純物は、キャリアトラップやキャリア発生源となる場合がある。
【０３１０】
また、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜は、欠陥準位密度の低い酸化物半導体膜である。例えば、酸化物半導体膜中の酸素欠損は、キャリアトラップとなることや、水素を捕獲することによってキャリア発生源となることがある。
【０３１１】
不純物濃度が低く、欠陥準位密度が低い（酸素欠損の少ない）ことを、高純度真性または実質的に高純度真性と呼ぶ。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膜は、キャリア発生源が少ないため、キャリア密度を低くすることができる。従って、当該酸化物半導体膜を用いたトランジスタは、しきい値電圧がマイナスとなる電気特性（ノーマリーオンともいう。）になることが少ない。また、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膜は、キャリアトラップが少ない。そのため、当該酸化物半導体膜を用いたトランジスタは、電気特性の変動が小さく、信頼性の高いトランジスタとなる。なお、酸化物半導体膜のキャリアトラップに捕獲された電荷は、放出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、不純物濃度が高く、欠陥準位密度が高い酸化物半導体膜を用いたトランジスタは、電気特性が不安定となる場合がある。
【０３１２】
また、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。
【０３１３】
次に、微結晶酸化物半導体膜について説明する。
【０３１４】
微結晶酸化物半導体膜は、ＴＥＭによる観察像では、明確に結晶部を確認することができない場合がある。微結晶酸化物半導体膜に含まれる結晶部は、１ｎｍ以上１００ｎｍ以下、または１ｎｍ以上１０ｎｍ以下の大きさであることが多い。特に、１ｎｍ以上１０ｎｍ以下、または１ｎｍ以上３ｎｍ以下の微結晶であるナノ結晶（ｎｃ：ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌ）を有する酸化物半導体膜を、ｎｃ−ＯＳ（ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）膜と呼ぶ。また、ｎｃ−ＯＳ膜は、例えば、ＴＥＭによる観察像では、結晶粒界を明確に確認できない場合がある。
【０３１５】
ｎｃ−ＯＳ膜は、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膜は、異なる結晶部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。従って、ｎｃ−ＯＳ膜は、分析方法によっては、非晶質酸化物半導体膜と区別が付かない場合がある。例えば、ｎｃ−ＯＳ膜に対し、結晶部よりも大きい径のＸ線を用いるＸＲＤ装置を用いて構造解析を行うと、ｏｕｔ−ｏｆ−ｐｌａｎｅ法による解析では、結晶面を示すピークが検出されない。また、ｎｃ−ＯＳ膜は、結晶部よりも大きいプローブ径（例えば５０ｎｍ以上）の電子線を用いる電子線回折（制限視野電子線回折ともいう。）を行うと、ハローパターンのような回折像が観測される。一方、ｎｃ−ＯＳ膜は、結晶部の大きさと近いか結晶部より小さいプローブ径（例えば１ｎｍ以上３０ｎｍ以下）の電子線を用いる電子線回折（ナノビーム電子線回折ともいう。）を行うと、スポットが観測される。また、ｎｃ−ＯＳ膜のナノビーム電子線回折を行うと、円を描くように（リング状に）輝度の高い領域が観測される場合がある。また、ｎｃ−ＯＳ膜のナノビーム電子線回折を行うと、リング状の領域内に複数のスポットが観測される場合がある。
【０３１６】
図２１（Ｂ）は、ｎｃ−ＯＳ膜を有する試料に対し、測定箇所を変えてナノビーム電子線回折を行った例である。ここでは、試料を、ｎｃ−ＯＳ膜の被形成面に垂直な方向に切断し、厚さが１０ｎｍ以下となるように薄片化する。また、ここでは、プローブ径が１ｎｍの電子線を、試料の切断面に垂直な方向から入射させる。図２１より、ｎｃ−ＯＳ膜を有する試料に対し、ナノビーム電子線回折を行うと、結晶面を示す回折パターンが得られるが、特定方向の結晶面への配向性は見られない。
【０３１７】
ｎｃ−ＯＳ膜は、非晶質酸化物半導体膜よりも規則性の高い酸化物半導体膜である。そのため、ｎｃ−ＯＳ膜は、非晶質酸化物半導体膜よりも欠陥準位密度が低くなる。ただし、ｎｃ−ＯＳ膜は、異なる結晶部間で結晶方位に規則性が見られない。そのため、ｎｃ−ＯＳ膜は、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜と比べて欠陥準位密度が高くなる。
【０３１８】
なお、酸化物半導体膜は、例えば、非晶質酸化物半導体膜、微結晶酸化物半導体膜、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜のうち、二種以上を有する積層膜であってもよい。
【０３１９】
（実施の形態５）
本実施の形態では、半導体装置の一例として、上記実施の形態で説明した表示装置を搭載することのできる電子機器について説明する。
【０３２０】
電子機器として、例えば、テレビジョン装置（テレビ、またはテレビジョン受信機ともいう）、コンピュータ用などのモニタ、デジタルカメラ、デジタルビデオカメラ、デジタルフォトフレーム、携帯電話機（携帯電話、携帯電話装置ともいう）、携帯型ゲーム機、携帯情報端末、音響再生装置、パチンコ機などの大型ゲーム機などが挙げられる。これらの電子機器の具体例を図２５に示す。
【０３２１】
図２５（Ａ）は、テレビジョン装置の一例を示している。テレビジョン装置７１００は、筐体７１０１に表示部７１０３が組み込まれている。表示部７１０３により、映像を表示することが可能であり、上記実施の形態で説明した表示装置を表示部７１０３に用いることができる。また、ここでは、スタンド７１０５により筐体７１０１を支持した構成を示している。
【０３２２】
テレビジョン装置７１００の操作は、筐体７１０１が備える操作スイッチや、別体のリモートコントローラ７１１０により行うことができる。リモートコントローラ７１１０が備える操作キー７１０９により、チャンネルや音量の操作を行うことができ、表示部７１０３に表示される映像を操作することができる。また、リモートコントローラ７１１０に、当該リモートコントローラから出力する情報を表示する表示部７１０７を設ける構成としてもよい。
【０３２３】
なお、テレビジョン装置７１００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。
【０３２４】
図２５（Ｂ）はコンピュータであり、本体７２０１、筐体７２０２、表示部７２０３、キーボード７２０４、外部接続ポート７２０５、ポインティングデバイス７２０６等を含む。なお、コンピュータは、上記実施の形態で説明した表示装置を表示部７２０３に用いることができる。
【０３２５】
図２５（Ｃ）は携帯型遊技機であり、筐体７３０１と筐体７３０２の２つの筐体で構成されており、連結部７３０３により、開閉可能に連結されている。筐体７３０１には表示部７３０４が組み込まれ、筐体７３０２には表示部７３０５が組み込まれている。また、図２５（Ｃ）に示す携帯型遊技機は、その他、スピーカ部７３０６、記録媒体挿入部７３０７、ＬＥＤランプ７３０８、入力手段（操作キー７３０９、接続端子７３１０、センサ７３１１（力、変位、位置、速度、加速度、角速度、回転数、距離、光、液、磁気、温度、化学物質、音声、時間、硬度、電場、電流、電圧、電力、放射線、流量、湿度、傾度、振動、においまたは赤外線を測定する機能を含むもの）、マイクロフォン７３１２）等を備えている。もちろん、携帯型遊技機の構成は上述のものに限定されず、少なくとも表示部７３０４および表示部７３０５の両方、または一方に上記実施の形態で説明した表示装置を用いていればよく、その他付属設備が適宜設けられた構成とすることができる。図２５（Ｃ）に示す携帯型遊技機は、記録媒体に記録されているプログラムまたはデータを読み出して表示部に表示する機能や、他の携帯型遊技機と無線通信を行って情報を共有する機能を有する。なお、図２５（Ｃ）に示す携帯型遊技機が有する機能はこれに限定されず、様々な機能を有することができる。
【０３２６】
図２５（Ｄ）は、携帯電話機の一例を示している。携帯電話機７４００は、筐体７４０１に組み込まれた表示部７４０２の他、操作ボタン７４０３、外部接続ポート７４０４、スピーカ７４０５、マイク７４０６などを備えている。なお、携帯電話機７４００は、上記実施の形態で説明した表示装置を表示部７４０２に用いることにより作製される。
【０３２７】
図２５（Ｄ）に示す携帯電話機７４００は、表示部７４０２を指などで触れることで、情報を入力することができる。また、電話を掛ける、或いはメールを作成するなどの操作は、表示部７４０２を指などで触れることにより行うことができる。
【０３２８】
表示部７４０２の画面は主として３つのモードがある。第１は、画像の表示を主とする表示モードであり、第２は、文字等の情報の入力を主とする入力モードである。第３は表示モードと入力モードの２つのモードが混合した表示＋入力モードである。
【０３２９】
例えば、電話を掛ける、或いはメールを作成する場合は、表示部７４０２を文字の入力を主とする文字入力モードとし、画面に表示させた文字の入力操作を行えばよい。この場合、表示部７４０２の画面のほとんどにキーボードまたは番号ボタンを表示させることが好ましい。
【０３３０】
また、携帯電話機７４００内部に、ジャイロ、加速度センサ等の傾きを検出するセンサを有する検出装置を設けることで、携帯電話機７４００の向き（縦か横か）を判断して、表示部７４０２の画面表示を自動的に切り替えるようにすることができる。
【０３３１】
また、画面モードの切り替えは、表示部７４０２を触れること、または筐体７４０１の操作ボタン７４０３の操作により行われる。また、表示部７４０２に表示される画像の種類によって切り替えるようにすることもできる。例えば、表示部に表示する画像信号が動画のデータであれば表示モード、テキストデータであれば入力モードに切り替える。
【０３３２】
また、入力モードにおいて、表示部７４０２の光センサで検出される信号を検知し、表示部７４０２のタッチ操作による入力が一定期間ない場合には、画面のモードを入力モードから表示モードに切り替えるように制御してもよい。
【０３３３】
表示部７４０２は、イメージセンサとして機能させることもできる。例えば、表示部７４０２に掌や指で触れ、掌紋、指紋等を撮像することで、本人認証を行うことができる。また、表示部に近赤外光を発光するバックライトまたは近赤外光を発光するセンシング用光源を用いれば、指静脈、掌静脈などを撮像することもできる。
【０３３４】
図２５（Ｅ）は、折りたたみ式のコンピュータの一例を示している。折りたたみ式のコンピュータ７４５０は、ヒンジ７４５４で接続された筐体７４５１Ｌと筐体７４５１Ｒを備えている。また、操作ボタン７４５３、左側スピーカ７４５５Ｌおよび右側スピーカ７４５５Ｒの他、コンピュータ７４５０の側面には図示されていない外部接続ポート７４５６を備える。なお、筐体７４５１Ｌに設けられた表示部７４５２Ｌと、筐体７４５１Ｒに設けられた表示部７４５２Ｒが互いに対峙するようにヒンジ７４５４を折り畳むと、表示部を筐体で保護することができる。
【０３３５】
表示部７４５２Ｌと表示部７４５２Ｒは、画像を表示する他、指などで触れると情報を入力できる。例えば、インストール済みのプログラムを示すアイコンを指でふれて選択し、プログラムを起動できる。または、表示された画像の二箇所に触れた指の間隔を変えて、画像を拡大または縮小できる。または、表示された画像の一箇所に触れた指を移動して画像を移動できる。また、キーボードの画像を表示して、表示された文字や記号を指で触れて選択し、情報を入力することもできる。
【０３３６】
また、コンピュータ７４５０に、ジャイロ、加速度センサ、ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ  Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ）受信機、指紋センサ、ビデオカメラを搭載することもできる。例えば、ジャイロ、加速度センサ等の傾きを検出するセンサを有する検出装置を設けることで、コンピュータ７４５０の向き（縦か横か）を判断して、表示する画面の向きを自動的に切り替えるようにすることができる。
【０３３７】
また、コンピュータ７４５０はネットワークに接続できる。コンピュータ７４５０はインターネット上の情報を表示できる他、ネットワークに接続された他の電子機器を遠隔から操作する端末として用いることができる。
【０３３８】
なお、本実施の形態は、本明細書で示す他の実施の形態と適宜組み合わせることができる。
【実施例１】
【０３３９】
本実施例では、実施の形態１に示した電極１０６および電極１０７の作製工程中における、残留銅元素濃度の調査結果について説明する。
【０３４０】
以下に示す試料Ａ乃至試料Ｄを作製し、銅が除去された領域の銅元素濃度を二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ：Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ  Ｉｏｎ  Ｍａｓｓ  Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）により測定した。
【０３４１】
＜試料Ａ乃至試料Ｄの構造および作製方法＞
試料Ａ乃至試料Ｄの構造および作製方法について説明する。また、試料Ａ乃至試料Ｄの断面模式図を図２２（Ａ１）乃至図２２（Ａ４）に示す。
【０３４２】
また、試料Ａ乃至試料Ｄの断面ＴＥＭ観察像を図２２（Ｂ１）乃至図２２（Ｂ４）に示す。
なお、図２２（Ｂ１）乃至図２２（Ｂ４）は、Ｚコントラスト像である。また、ＴＥＭ観察時のチャージアップを防ぐため、最上層に白金７５１が形成されている。また、図２２（Ｂ１）乃至図２２（Ｂ４）に示すＴＥＭ観察像は、同一試料のＳＩＭＳ分析箇所とは異なる部位の観察像である。
【０３４３】
［試料Ａ］
ガラス基板７０１上に、膜７０２として厚さ１００ｎｍのＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物膜を形成し、次に膜７０３として厚さ３０ｎｍのタングステン膜を形成し、次に膜７０４として厚さ２００ｎｍの銅膜を形成し、次にフォトリソグラフィ法を用いてマスクを形成し、ウエットエッチング法により膜７０４の一部を選択的にエッチングして、試料Ａを作製した（図２２（Ａ１）、図２２（Ｂ１）参照。）。
【０３４４】
［試料Ｂ］
試料Ａと同様の試料を作製し、その上に、膜７０５として厚さ３０ｎｍのタングステン膜を形成し、膜７０５により膜７０４が覆われた試料Ｂを作製した（図２２（Ａ２）、図２２（Ｂ２）参照。）。
【０３４５】
［試料Ｃ］
試料Ｂと同様の試料を作製し、膜７０５上に、フォトリソグラフィ法を用いて膜７０４を覆ってマスクを形成し、マスクに覆われていない領域の、膜７０３と膜７０５をドライエッチング法によりエッチングし、膜７０２の一部を露出させて、試料Ｃを作製した（図２２（Ａ３）、図２２（Ｂ３）参照。）。なお、図２２（Ｂ３）は、該マスク（マスク７４２）を除去する前のＴＥＭ観察像である。
【０３４６】
［試料Ｄ］
試料Ｃを、リン酸を０．８５ｗｔ％含む水溶液に室温で３０秒間含浸して、試料Ｃを作製した（図２２（Ａ４）、図２２（Ｂ４）参照。）。
【０３４７】
＜ＳＩＭＳ分析結果＞
ＳＩＭＳ分析法により、試料Ａ乃至試料Ｄの領域７４１の、深さ方向の銅元素濃度を測定した。図２３（Ａ）、図２３（Ｂ）、図２４（Ａ）、および図２４（Ｂ）にＳＩＭＳ分析結果を示す。図２３（Ａ）、図２３（Ｂ）、図２４（Ａ）、および図２４（Ｂ）の横軸は、試料表面からの深さを示し、縦軸は特定の深さにおける銅元素濃度を示す。
【０３４８】
また、図２３（Ａ）、図２３（Ｂ）、図２４（Ａ）、および図２４（Ｂ）では、タングステンの二次イオン強度変化（図示せず）から推定した、各膜の境界位置を示している。
【０３４９】
なお、ＳＩＭＳ分析法における元素濃度の定量は、不純物濃度が既知の標準試料を用いて、ＳＩＭＳ分析により得られた二次イオン強度をもとに算出される。標準試料は主成分ごとに作製されるため、得られる定量値は、使用する標準試料と主成分が同様の材料中でのみ有効である。
【０３５０】
［試料Ａ］
図２３（Ａ）に、試料ＡのＳＩＭＳ分析結果を示す。図２３（Ａ）の銅元素濃度は、主成分がタングステンの標準試料を用いて定量化した値である。よって、図２３（Ａ）の銅元素濃度は、膜７０３中においてのみ有効である。
【０３５１】
図２３（Ａ）より、膜７０４のエッチング後において、露出した膜７０３の表面からバルク中にかけて、おおよそ１×１０２０乃至１×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３の濃度で銅元素が検出されていることがわかる。
【０３５２】
［試料Ｂ］
図２３（Ｂ）に、試料ＢのＳＩＭＳ分析結果を示す。図２３（Ｂ）の銅元素濃度は、主成分がタングステンの標準試料を用いて定量化した値である。よって、図２３（Ｂ）の銅元素濃度は、膜７０３および膜７０５中においてのみ有効である。
【０３５３】
図２３（Ｂ）より、膜７０３および膜７０５界面のから膜７０３のバルク中にかけて、おおよそ１×１０２０乃至１×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３の濃度で銅元素が検出されていることがわかる。
【０３５４】
［試料Ｃ］
図２４（Ａ）に、試料ＣのＳＩＭＳ分析結果を示す。図２４（Ａ）の銅元素濃度は、主成分がＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物の標準試料を用いて定量化した値である。
【０３５５】
図２４（Ａ）より、露出した膜７０２の表面から深さ５０ｎｍ程度までのバルク中において、おおよそ１×１０１９乃至１×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３の濃度で銅元素が検出されていることがわかる。
【０３５６】
［試料Ｄ］
図２４（Ｂ）に、試料ＤのＳＩＭＳ分析結果を示す。図２４（Ｂ）の銅元素濃度は、主成分がＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物の標準試料を用いて定量化した値である。
【０３５７】
図２４（Ｂ）より、露出した膜７０２の表面近傍の銅元素濃度が、おおよそ１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下の濃度に低減されていることがわかる。よって、洗浄処理を行うことにより、膜７０２の表面近傍の銅元素濃度を低減できることが確認された。
【符号の説明】
【０３５８】
１００    トランジスタ
１０１    基板
１０３    ゲート電極
１０４    ゲート絶縁膜
１０５    酸化物半導体膜
１０６    電極
１０７    電極
１０８    酸化物絶縁膜
１０９    酸化物絶縁膜
１１０    窒化物絶縁膜
１１１    保護膜
１１２    ゲート電極
１１５    部位
１３１    マスク
１３２    マスク
１３３    領域
１５０    トランジスタ
２１５    部位
２１６    部位
３０１    トランジスタ
３０２    基板
３０３    トランジスタ
３０５    絶縁膜
３０６    トランジスタ
３０７    半導体膜
３０９    導電膜
３１０    導電膜
３１１    導電膜
３１４    絶縁膜
３１６    絶縁膜
３１８    絶縁膜
３１９    導電膜
３２１    液晶層
３２２    液晶素子
３２３    配向膜
３２５    容量素子
３４２    基板
３４４    遮光膜
３４６    有色膜
３４８    絶縁膜
３５０    導電膜
３５２    配向膜
３６２    開口部
４０１    画素部
４０４    走査線駆動回路
４０６    信号線駆動回路
４０７    走査線
４０９    信号線
４１１    画素
４１５    容量線
４３２    液晶素子
４３４    トランジスタ
４３５    発光素子
【図１】
2015026830.tif 000003
【図２】
2015026830.tif 000004
【図３】
2015026830.tif 000005
【図４】
2015026830.tif 000006
【図５】
2015026830.tif 000007
【図６】
2015026830.tif 000008
【図７】
2015026830.tif 000009
【図８】
2015026830.tif 000010
【図９】
2015026830.tif 000011
【図１０】
2015026830.tif 000012
【図１１】
2015026830.tif 000013
【図１２】
2015026830.tif 000014
【図１３】
2015026830.tif 000015
【図１４】
2015026830.tif 000016
【図１５】
2015026830.tif 000017
【図１６】
2015026830.tif 000018
【図１７】
2015026830.tif 000019
【図１８】
2015026830.tif 000020
【図１９】
2015026830.tif 000021
【図２０】
2015026830.tif 000022
【図２３】
2015026830.tif 000023
【図２４】
2015026830.tif 000024
【図２５】
2015026830.tif 000025
【図２１】
2015026830.tif 000026
【図２２】
2015026830.tif 000027