(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に第１の絶縁層を形成する工程と、
前記第１の絶縁層上面に接して酸化物半導体層を形成する工程と、
前記酸化物半導体層に対して第１の加熱処理を行う工程と、
前記第１の加熱処理後、前記酸化物半導体層上面に接する領域を有する、ソース電極層及びドレイン電極層を形成する工程と、
前記酸化物半導体層上面に接する領域と、前記ソース電極層上面に接する領域と、前記ドレイン電極層上面に接する領域とを有する第２の絶縁層を形成する工程と、
前記第２の絶縁層に対して第２の加熱処理を行う工程と、
前記第２の加熱処理後、前記第２の絶縁層上に、前記酸化物半導体層と重なる領域を有するゲート電極層を形成する工程と、を有し、
前記第１の絶縁層及び前記第２の絶縁層の少なくとも一方は、酸化シリコンを含む層を有し、且つ水素濃度が６×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満である領域を有し、
前記酸化シリコンを含む層は、堆積性ガスとしてＳｉＦ４を用いてプラズマＣＶＤ法によって形成され、
前記堆積性ガスはＳｉＨ４を含まないことを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項２】
基板上に第１の絶縁層を形成する工程と、
前記第１の絶縁層上面に接して酸化物半導体層を形成する工程と、
前記酸化物半導体層に対して第１の加熱処理を行う工程と、
前記第１の加熱処理後、前記酸化物半導体層上面に接する領域を有する、ソース電極層及びドレイン電極層を形成する工程と、
前記酸化物半導体層上面に接する領域と、前記ソース電極層上面に接する領域と、前記ドレイン電極層上面に接する領域とを有する第２の絶縁層を形成する工程と、
前記第２の絶縁層に対して第２の加熱処理を行う工程と、
前記第２の加熱処理後、前記第２の絶縁層上に、前記酸化物半導体層と重なる領域を有するゲート電極層を形成する工程と、を有し、
前記第１の絶縁層及び前記第２の絶縁層の少なくとも一方は、酸化シリコンを含む層と、酸化ハフニウムを含む層と、を有し、且つ水素濃度が６×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満である領域を有し、
前記酸化シリコンを含む層は、堆積性ガスとしてＳｉＦ４を用いてプラズマＣＶＤ法によって形成され、
前記堆積性ガスはＳｉＨ４を含まないことを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項３】
基板上に第１の絶縁層を形成する工程と、
前記第１の絶縁層上面に接して酸化物半導体層を形成する工程と、
前記酸化物半導体層に対して、露点がマイナス６０℃以下の空気下において第１の加熱処理を行う工程と、
前記第１の加熱処理後、前記酸化物半導体層上面に接する領域を有する、ソース電極層及びドレイン電極層を形成する工程と、
前記酸化物半導体層上面に接する領域と、前記ソース電極層上面に接する領域と、前記ドレイン電極層上面に接する領域とを有する第２の絶縁層を形成する工程と、
前記第２の絶縁層に対して第２の加熱処理を行う工程と、
前記第２の加熱処理後、前記第２の絶縁層上に、前記酸化物半導体層と重なる領域を有するゲート電極層を形成する工程と、を有し、
前記第１の絶縁層及び前記第２の絶縁層の少なくとも一方は、酸化シリコンを含む層を有し、且つ水素濃度が６×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満である領域を有し、
前記酸化シリコンを含む層は、堆積性ガスとしてＳｉＦ４を用いてプラズマＣＶＤ法によって形成され、
前記堆積性ガスはＳｉＨ４を含まない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】
酸化物半導体を用いる半導体装置、およ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、半導体回路および電子機器は全て半導体装置である。
【背景技術】
【０００３】
近年、フラットパネルディスプレイに代表される液晶表示装置や発光表示装置において
、その多くに用いられているトランジスタは、ガラス基板上にて、アモルファスシリコン
や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。
【０００４】
そのシリコン半導体に代わって、酸化物半導体をトランジスタに用いる技術が注目され
ている。
【０００５】
例えば、酸化物半導体として、一元系金属酸化物である酸化亜鉛や、ホモロガス化合物
であるＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物があり、それらを用いてトランジスタを作製し、表
示装置の画素のスイッチング素子などに用いる技術が開示されている（特許文献１乃至特
許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−１６５５２８号公報
【特許文献２】特開２００７−９６０５５号公報
【特許文献３】特開２００７−１２３８６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
酸化物半導体をチャネル領域に用いたトランジスタは、しきい値電圧（Ｖｔｈ）が、マ
イナス方向に変動してしまい、ゲート電極に電圧が印加されていない状態（Ｖｇ＝０Ｖ）
においても、ドレイン電流が流れるという問題がある。
【０００８】
このような状況を鑑み、本明細書中で開示する発明の一態様は、良好な電気特性を有す
る半導体装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するには、チャネル領域を形成する酸化物半導体層と接する絶縁層に、
水素含有量の低い絶縁層を用いることで、酸化物半導体層に水素が拡散することを抑制す
る。具体的には、酸化物半導体層と接する絶縁層に、水素濃度が６×１０２０ａｔｏｍｓ
／ｃｍ３未満、好ましくは５×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、さらに好ましくは５×
１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下である絶縁層を用いる。
【００１０】
本発明の一態様は、ゲート電極層と、チャネル領域を形成する酸化物半導体層と、酸化
物半導体層と接するソース電極層およびドレイン電極層と、ゲート電極層と酸化物半導体
層の間に設けられるゲート絶縁層と、酸化物半導体層を介して、ゲート絶縁層と対向し、
且つ該酸化物半導体層に接し、水素濃度が６×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満、好まし
くは５×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、さらに好ましくは５×１０１９ａｔｏｍｓ／
ｃｍ３以下である絶縁層を有する半導体装置である。
【００１１】
また、ゲート電極層が、ゲート絶縁層を介して、酸化物半導体層に重畳するトップゲー
ト構造のトランジスタには、ソース電極層およびドレイン電極層と絶縁層との間に、酸化
物半導体層を有するトップコンタクト型と、酸化物半導体層と絶縁層との間に、ソース電
極層およびドレイン電極層を有するボトムコンタクト型がある。
【００１２】
本発明の別の一態様は、トップゲート構造−トップコンタクト型およびトップゲート構
造−ボトムコンタクト型のトランジスタにおいて、酸化物半導体層と接する絶縁層の水素
濃度が６×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満、好ましくは５×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ
３以下、さらに好ましくは５×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下であることを特徴とする
半導体装置である。
【００１３】
また、本発明の別の一態様は、絶縁層を、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化
シリコン、酸化ハフニウム、酸化アルミニウム、または酸化タンタルである酸化物絶縁層
とすることである。
【００１４】
さらに、トップゲート構造−トップコンタクト型およびトップゲート構造−ボトムコン
タクト型のトランジスタに設けられるゲート絶縁層においても、水素の含有量が少ないゲ
ート絶縁層を用いることで、良好な電気特性を有する半導体装置とすることができる。
【００１５】
本発明の別の一態様は、酸化物半導体層と接するゲート絶縁層の水素濃度が６×１０２
０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満、好ましくは５×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、さらに好
ましくは５×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下であることを特徴とする半導体装置である
。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の一態様によれば、良好な電気特性を有する半導体装置を提供することができる
。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】トランジスタを説明する上面図および断面図である。
【図２】トランジスタの作製方法を説明する断面図である。
【図３】トランジスタを説明する上面図および断面図である。
【図４】トランジスタの作製方法を説明する断面図である。
【図５】電子書籍の一例を示す外観図である。
【図６】テレビジョン装置およびデジタルフォトフレームの例を示す外観図である。
【図７】携帯型のコンピュータの一例を示す斜視図である。
【図８】絶縁層に含まれる水素濃度を示す図である。
【図９】トランジスタの電気特性の測定結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
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、本発明の趣旨およびその範囲から逸脱することなくその形態
および詳細を様々に変更し得ることは、当業者であれば容易に理解される。したがって、
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、
図面を用いて発明の構成を説明するにあたり、同じものを指す符号は異なる図面間でも共
通して用いる。また、同様のものを指す際にはハッチパターンを同じくし、特に符号を付
さない場合がある。また、便宜上、絶縁層は上面図には表さない場合がある。なお、各図
面において示す各構成の、大きさ、層の厚さ、または領域は、明瞭化のために誇張されて
表記している場合がある。従って、必ずしもそのスケールに限定されない。
【００１９】
ＡとＢとが接続されている、と記載する場合は、ＡとＢとが電気的に接続されている場
合と、ＡとＢとが直接接続されている場合とを含むものとする。ここで、Ａ、Ｂは、対象
物（例えば、装置、素子、回路、配線、電極、端子、導電膜、層、など）であるとする。
【００２０】
「ソース」や「ドレイン」の機能は、回路動作において電流の方向が変化する場合など
には入れ替わることがある。このため、本明細書においては、「ソース」や「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。
【００２１】
（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について図１を用いて説明する。
【００２２】
図１（Ａ）は、半導体装置の有するトランジスタ１００の上面図である。図１（Ｂ）は
、図１（Ａ）のＡ１−Ｂ１における断面図である。トランジスタ１００は、基板１０２上
に絶縁層１０４と、ソース電極層１０６ａおよびドレイン電極層１０６ｂと、チャネル領
域を形成する酸化物半導体層１０８と、ゲート絶縁層１１０と、ゲート電極層１１２を含
む。
【００２３】
トランジスタ１００は、ゲート電極層１１２がゲート絶縁層１１０を介して、酸化物半
導体層１０８に重畳して形成されるトップゲート構造のトランジスタである。さらに、ト
ランジスタ１００は、酸化物半導体層１０８と絶縁層１０４との間にソース電極層１０６
ａおよびドレイン電極層１０６ｂを有するボトムコンタクト型である。
【００２４】
トランジスタ１００は、トップゲート構造−ボトムコンタクト型のトランジスタである
ため、絶縁層１０４の上面一部と酸化物半導体層１０８の下面一部が接する構造となる。
それゆえ、トランジスタ１００の作製工程において、絶縁層１０４に水素が多く存在する
場合、酸化物半導体層１０８に水素が拡散する。酸化物半導体層１０８に水素が拡散する
ことで、酸化物半導体層１０８内のキャリアが過剰となる。このため、トランジスタ１０
０のしきい値電圧（Ｖｔｈ）が、マイナス方向に変動してしまい、ゲート電極に電圧が印
加されていない状態（Ｖｇ＝０Ｖ）においても、ドレイン電流が流れる（ノーマリーオン
）。従って、絶縁層１０４に水素が多く存在する場合、トランジスタ１００は電気特性が
不良なトランジスタとなる。
【００２５】
酸化物半導体層１０８から拡散した水素を取り除くために、酸化物半導体層１０８を加
熱処理する方法がある。しかし、トランジスタの作製工程を増やすほど、コストがかかり
、歩留まりを悪くする可能性がある。
【００２６】
そこで、酸化物半導体層１０８と接する絶縁層１０４を、水素濃度が６×１０２０ａｔ
ｏｍｓ／ｃｍ３未満、好ましくは５×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、さらに好ましく
は５×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下である絶縁層とすることで、酸化物半導体層１０
８に水素が拡散することを抑制でき、良好な電気特性を有するトランジスタを得ることが
できる。このようにすることで、トランジスタの作製工程を増やさずに、良好な電気特性
を有するトランジスタを得ることができる。
【００２７】
また、ゲート絶縁層１１０においても水素濃度が６×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満
、好ましくは５×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、さらに好ましくは５×１０１９ａｔ
ｏｍｓ／ｃｍ３以下とすることができる。つまり、絶縁層１０４およびゲート絶縁層１１
０を水素濃度が６×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満、好ましくは５×１０２０ａｔｏｍ
ｓ／ｃｍ３以下、さらに好ましくは５×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下とすることで、
酸化物半導体層１０８に水素が拡散することを抑制できる。
【００２８】
基板１０２としては、後の作製工程に耐えられるものであれば特に限定されない。例え
ば、基板１０２として、ガラス基板、セラミック基板、石英基板、若しくはサファイア基
板などの絶縁性基板、シリコンなどの半導体材料でなる半導体基板、金属若しくはステン
レスなどの導電体でなる導電性基板、または、半導体基板若しくは導電性基板の表面を絶
縁材料で被覆した基板などを用いることができる。また、プラスチック基板も適宜用いる
ことができる。
【００２９】
また、ガラス基板としては、トランジスタの作製工程に加熱温度の高い加熱処理を行う
場合には、歪点が７３０℃以上のものを用いるとよい。例えば、アルミノシリケートガラ
ス、アルミノホウケイ酸ガラス、バリウムホウケイ酸ガラスなどのガラス材料が用いられ
ている。一般に酸化ホウ素と比較して酸化バリウム（ＢａＯ）を多く含ませることで、よ
り実用的な耐熱ガラスが得られる。このため、Ｂ２Ｏ３よりＢａＯを多く含むガラス基板
を用いることが好ましい。
【００３０】
絶縁層１０４は、基板１０２からの不純物元素の拡散を防止する下地となる他に、トラ
ンジスタの作製工程におけるエッチング工程によって、基板がエッチングされることを防
ぐ下地となる。絶縁層１０４の厚さに限定はないが、上記より、絶縁層１０４の厚さは５
０ｎｍ以上とすることが好ましい。
【００３１】
絶縁層１０４には、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコン、酸化ハフニ
ウム、酸化アルミニウム、または酸化タンタルなどの酸化物絶縁層を用いて、単層構造ま
たは２層以上の積層構造で形成する。また、積層構造とする際、例えば、基板１０２と接
する絶縁層を窒化シリコンとし、酸化物半導体層１０８と接する絶縁層１０４を該酸化物
絶縁層で形成すればよい。酸化物半導体層１０８と接する絶縁層１０４を、水素濃度が低
減された酸化物絶縁層とすることで、酸化物半導体層１０８に水素の拡散を抑制する他に
、酸化物半導体層１０８の欠陥に絶縁層１０４から酸素が供給されるため、トランジスタ
の電気特性が良好になる。この際、上記したように、絶縁層１０４の水素濃度は６×１０
２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満、好ましくは５×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、さらに
好ましくは５×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下とすることが必要である。
【００３２】
ここで、酸化窒化シリコンとは、その組成において、窒素よりも酸素の含有量が多いも
のを示し、例として、少なくとも酸素が５０原子％以上７０原子％以下、窒素が０．５原
子％以上１５原子％以下、珪素が２５原子％以上３５原子％以下の範囲で含まれるものを
いう。また、窒化酸化シリコンとは、その組成において、酸素よりも窒素の含有量が多い
ものを示し、例として、少なくとも酸素が５原子％以上３０原子％以下、窒素が２０原子
％以上５５原子％以下、珪素が２５原子％以上３５原子％以下の範囲で含まれるものをい
う。但し、上記範囲は、ラザフォード後方散乱法（ＲＢＳ：Ｒｕｔｈｅｒｆｏｒｄ  Ｂａ
ｃｋｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ  Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）や、水素前方散乱法（ＨＦＳ：
Ｈｙｄｒｏｇｅｎ  Ｆｏｒｗａｒｄ  Ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ）を用いて測定した場合のも
のである。また、構成元素の含有比率は、その合計が１００原子％を超えない値をとる。
【００３３】
本実施の形態では、絶縁層１０４にスパッタリング法で形成する酸化シリコン層を用い
る場合と、絶縁層１０４にプラズマＣＶＤ（Ｐｌａｓｍａ  Ｅｎｈａｎｃｅｄ  Ｃｈｅｍ
ｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法で形成する酸化シリコン層を用いる場
合について記載する。
【００３４】
スパッタリング法で絶縁層１０４を形成する場合、シリコン元素を含むターゲットを用
いればよい。つまり、ＳｉターゲットまたはＳｉＯ２ターゲットなどを用いることができ
る。得られる酸化シリコン層の水素濃度を低減させるため、好ましくは、ＳｉＯ２ターゲ
ットとし、より好ましくは、ＳｉＯ２ターゲットに含まれる水酸基濃度が１０００ｐｐｍ
以下、またはＳＩＭＳ（Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ  Ｉｏｎ  Ｍａｓｓ  Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔ
ｒｙ）で測定した水素濃度が３．５×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下であるＳｉＯ２タ
ーゲットとすることである。さらに、形成する際に供給するガスは、アルゴン等の希ガス
および、酸素とする。そして、形成する際に供給するガスは、水素、水、水酸基または水
素化物などの不純物濃度がｐｐｍ程度およびｐｐｂ程度まで除去された高純度ガスを用い
ることが好ましい。
【００３５】
スパッタリング法にはスパッタリング用電源に高周波電源を用いるＲＦスパッタリング
法と、ＤＣスパッタリング法があり、さらにパルス的にバイアスを与えるパルスＤＣスパ
ッタリング法もある。
【００３６】
また、材料の異なるターゲットを複数設置できる多元スパッタリング装置を用いて形成
してもよい。多元スパッタリング装置は、同一チャンバーで異なる材料の膜を積層形成す
ることや、同一チャンバーで複数種類の材料を同時に放電させて形成することもできる。
【００３７】
また、チャンバー内部に磁石機構を備えたマグネトロンスパッタリング法を用いるスパ
ッタ装置や、グロー放電を使わずマイクロ波を用いて発生させたプラズマを用いるＥＣＲ
スパッタリング法を用いるスパッタリング装置がある。
【００３８】
また、スパッタリング法として、ターゲット物質とスパッタガス成分とを化学反応させ
てそれらの化合物薄膜を形成するリアクティブスパッタリング法や、基板にも電圧をかけ
ながら形成するバイアススパッタリング法を用いることもできる。
【００３９】
本明細書のスパッタリングにおいては、基板を加熱しながらスパッタリングすることが
でき、上記したスパッタリング装置およびスパッタリング方法を適宜用いることができる
。
【００４０】
このようにすることで、得られる酸化シリコン層の水素濃度を、６×１０２０ａｔｏｍ
ｓ／ｃｍ３未満、好ましくは５×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、さらに好ましくは５
×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下とすることができる。
【００４１】
絶縁層１０４の形成はスパッタリング法の他にプラズマＣＶＤ法を用いることができる
。プラズマＣＶＤ法とは、プラズマＣＶＤ装置内の反応室に、原料となる堆積性ガスを供
給し、プラズマエネルギーを援用して、膜を形成する方法である。
【００４２】
プラズマＣＶＤ装置は、高周波電源を用いる容量結合型高周波プラズマＣＶＤ装置や、
誘導結合型高周波プラズマＣＶＤ装置、マイクロ波発生源であるマグネトロンおよび誘電
体を有し、マイクロ波を用いてプラズマを発生させるマイクロ波プラズマＣＶＤ装置（電
子サイクロトロン共鳴プラズマＣＶＤ装置）その他、ヘリコン波プラズマＣＶＤ装置など
があり、本明細書中のプラズマＣＶＤ法においては、グロー放電プラズマを膜形成に利用
するＣＶＤ装置を適宜用いることができる。また、プラズマＣＶＤ法においても、基板を
加熱しながら行うことができる。
【００４３】
水素濃度が低減した絶縁層１０４をプラズマＣＶＤ法で形成する場合、堆積性ガスとし
て分子構造に水素が含まれていないガスを選択する必要がある。
【００４４】
つまり、堆積性ガスとしてＳｉＨ４ではなく、ＳｉＦ４を使用する。さらに、堆積する
膜を酸化物絶縁膜とするために水素や水の含有量が少ないＮ２ＯまたはＯ２の酸化ガスも
使用する。また、プラズマＣＶＤ装置で発生するプラズマの広がりを考慮してその他添加
するガス（アルゴンなどの希ガス）においても、水素や水の含有量が少ないガスとする。
【００４５】
プラズマＣＶＤ法で絶縁層１０４となる酸化シリコン層を形成する際は、プラズマＣＶ
Ｄ装置の反応室内に残留している、または該反応室の内壁に吸着している水素や水などの
不純物を除去したのち、上記ガスを用いて形成する。以上のようにすることで、プラズマ
ＣＶＤ法を用いて形成する絶縁層１０４の水素濃度を６×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未
満、好ましくは５×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、さらに好ましくは５×１０１９ａ
ｔｏｍｓ／ｃｍ３以下とすることができる。
【００４６】
ソース電極層１０６ａおよびドレイン電極層１０６ｂは絶縁層１０４上に形成される。
ソース電極層１０６ａおよびドレイン電極層１０６ｂの材料は、モリブデン、チタン、ク
ロム、タンタル、タングステン、ネオジム、スカンジウム等の金属材料、これら金属材料
を主成分とする合金材料を用いた導電膜、或いはこれら金属の窒化物を、単層でまたは積
層で用いることができる。なお、後の工程において行われる加熱処理の温度に耐えうるの
であれば、上記金属材料としてアルミニウム、銅を用いることもできる。アルミニウムま
たは銅は、耐熱性や腐食性の問題を回避するために、高融点金属材料と組み合わせて用い
るとよい。高融点金属材料としては、モリブデン、チタン、クロム、タンタル、タングス
テン、ネオジム、スカンジウム等を用いることができる。
【００４７】
例えば、ソース電極層１０６ａおよびドレイン電極層１０６ｂとしては、アルミニウム
膜上にモリブデン膜が積層された二層の積層構造、または銅膜上にモリブデン膜を積層し
た二層構造、または銅膜上に窒化チタン膜若しくは窒化タンタル膜を積層した二層構造、
窒化チタン膜とモリブデン膜とを積層した二層構造、または銅−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とすることが好ましい。三層構造を有するソース
電極層１０６ａおよびドレイン電極層１０６ｂとしては、アルミニウム膜、アルミニウム
とシリコンの合金膜、アルミニウムとチタンの合金膜またはアルミニウムとネオジムの合
金膜を中間層とし、タングステン膜、窒化タングステン膜、窒化チタン膜またはチタン膜
を上下層として積層した構造とすることが好ましい。
【００４８】
また、ソース電極層１０６ａおよびドレイン電極層１０６ｂに、酸化インジウム、酸化
インジウム酸化スズ合金、酸化インジウム酸化亜鉛合金、酸化亜鉛、酸化亜鉛アルミニウ
ム、酸窒化亜鉛アルミニウム、または酸化亜鉛ガリウム等の透光性を有する酸化物導電膜
を用いることができる。
【００４９】
ソース電極層１０６ａおよびドレイン電極層１０６ｂの厚さは、特に限定はなく、ソー
ス電極層１０６ａおよびドレイン電極層１０６ｂとして機能する導電膜の電気抵抗や作製
工程にかかる時間を考慮し、適宜決めることができる。例えば、１０ｎｍ〜５００ｎｍで
形成すればよい。
【００５０】
チャネル領域を形成する酸化物半導体層１０８は、ソース電極層１０６ａおよびドレイ
ン電極層１０６ｂの上面一部と絶縁層１０４の上面一部と接して形成される。上記のよう
に、絶縁層１０４は水素濃度が６×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満、好ましくは５×１
０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、さらに好ましくは５×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下
であることから、酸化物半導体層１０８を形成する際に、酸化物半導体層１０８に水素が
拡散することを抑制する。また酸化物半導体層１０８の厚さは、１０ｎｍ〜３００ｎｍ、
好ましくは２０ｎｍ〜１００ｎｍとする。
【００５１】
酸化物半導体層１０８は、Ｉｎ、Ｇａ、およびＺｎを含むＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系非単
結晶膜を用い、ＩｎＭＯ３（ＺｎＯ）ｍ（ｍ＞０）で表記される構造とする。なお、Ｍは
、ガリウム（Ｇａ）、鉄（Ｆｅ）、ニッケル（Ｎｉ）、マンガン（Ｍｎ）およびコバルト
（Ｃｏ）から選ばれた一の金属元素または複数の金属元素を示す。例えばＭとして、Ｇａ
の場合があることの他、ＧａとＮｉまたはＧａとＦｅなど、Ｇａ以外の上記金属元素が含
まれる場合がある。また、上記酸化物半導体において、Ｍとして含まれる金属元素の他に
、不純物元素としてＦｅ、Ｎｉその他の遷移金属元素、または該遷移金属の酸化物が含ま
れているものがある。そして、金属酸化物ターゲット中の金属酸化物の相対密度は８０％
以上、好ましくは９５％以上、さらに好ましくは９９．９％以上とする相対密度の高い金
属酸化物ターゲットを用いる。
【００５２】
具体的には、四元系金属酸化物であるＩｎ−Ｓｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系や、三元系金属酸
化物であるＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｚｎ−Ｏ系、Ｉｎ−Ａｌ−Ｚｎ−Ｏ系
、Ｓｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系、Ａｌ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系、Ｓｎ−Ａｌ−Ｚｎ−Ｏ系や、二元
系金属酸化物であるＩｎ−Ｚｎ−Ｏ系、Ｓｎ−Ｚｎ−Ｏ系、Ａｌ−Ｚｎ−Ｏ系、Ｚｎ−Ｍ
ｇ−Ｏ系、Ｓｎ−Ｍｇ−Ｏ系、Ｉｎ−Ｍｇ−Ｏ系や、Ｉｎ−Ｏ系、Ｓｎ−Ｏ系、Ｚｎ−Ｏ
系などの酸化物半導体を用いて形成することができる。ここで、例えば、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚ
ｎ−Ｏ系酸化物半導体とは、少なくともＩｎとＧａとＺｎとを含み、半導体特性を有する
金属酸化物であり、その組成比は問わない。また、ＩｎとＧａとＺｎ以外の元素を含んで
もよい。また、上記酸化物半導体に酸化シリコンを含んでもよい。
【００５３】
ゲート絶縁層１１０は、ソース電極層１０６ａ、ドレイン電極層１０６ｂおよび、酸化
物半導体層１０８を覆うように形成される。また、ゲート絶縁層１１０は、絶縁層１０４
と同様に酸化物絶縁層で形成すればよい。ゲート絶縁層１１０の水素の含有量を低くする
ことで、良好な電気特性を有する半導体装置とすることができる。従って、酸化物半導体
層と接するゲート絶縁層の水素濃度が６×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満、好ましくは
５×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、さらに好ましくは５×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ
３以下であることが好ましい。
【００５４】
ゲート電極１１２は、ゲート絶縁層１１０を介して、酸化物半導体層１０８に重畳して
形成される。そして、ゲート電極１１２は、ソース電極層１０６ａおよびドレイン電極層
１０６ｂと同様の構成とすることができる。
【００５５】
なお、図１には示していないが、トランジスタ１００上にパッシベーション層や層間絶
縁層として機能する絶縁層を形成することが好ましい。
【００５６】
以上より、絶縁層１０４またはゲート絶縁層１１０の一方または双方の水素濃度を６×
１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満、好ましくは５×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、さ
らに好ましくは５×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下とすることで、酸化物半導体層１０
８に水素が拡散することを抑制でき、良好な電気特性を有する半導体装置を得ることがで
きる。
【００５７】
なお、本実施の形態で示した構成は、本明細書の他の実施の形態および実施例で示す構
成と適宜組み合わせることができる。
【００５８】
（実施の形態２）
本実施の形態では、実施の形態１で示した半導体装置の作製方法について図２を用いて
説明する。
【００５９】
図２（Ａ）に示したように、基板１０２上に絶縁層１０４を形成する。基板１０２およ
び絶縁層１０４は実施の形態１に記載したものを用いることができ、本実施の形態では、
基板１０２にガラス基板を用いる。絶縁層１０４は、ターゲットをＳｉＯ２とし、形成す
る際の供給するガスをアルゴン等の希ガスおよび、酸素として、ＲＦスパッタリング法で
酸化シリコン層を２００ｎｍ形成する。
【００６０】
また、実施の形態１で記載したが、絶縁層１０４をプラズマＣＶＤ法で形成する場合は
、プラズマＣＶＤ装置内の反応室の内壁を加熱して、反応室の内壁から不純物を放出させ
、反応室内に残留しているまたは反応室の内壁に吸着している不純物を除去した後、堆積
性ガスとして、ＳｉＦ４を、さらに、酸化させるためのガスとしてＮ２Ｏを、添加ガスと
してアルゴンを、反応室に供給し、プラズマエネルギーを援用して、絶縁層１０４を形成
する。また、本実施の形態では、高周波電源を用いたプラズマＣＶＤ装置を用いる。
【００６１】
反応室内に残留しているまたは反応室の内壁に吸着している不純物を除去する方法とし
て、排気工程や、三フッ化窒素などのフッ素化合物を用いたプラズマクリーニングを行う
ことが好ましい。
【００６２】
次いで、ソース電極層１０６ａ、ドレイン電極層１０６ｂとして機能する導電膜を形成
する。該導電膜として、本実施の形態では、チタンターゲットを用いたＤＣスパッタリン
グ法で厚さ１５０ｎｍのチタン膜を形成する。その後、第１のフォトリソグラフィ工程お
よびエッチング工程を行い、厚さ１５０ｎｍのソース電極層１０６ａおよびドレイン電極
層１０６ｂを形成する。
【００６３】
該導電膜のエッチングには、ウェットエッチング、ドライエッチングのいずれを用いて
もよい。なお、素子の微細化という観点からはドライエッチングを用いるのが好適である
。エッチングガスやエッチング液については被エッチング材料に応じて適宜選択すること
ができる。
【００６４】
なお、ソース電極層１０６ａおよびドレイン電極層１０６ｂの側面はテーパ形状とする
ことが好ましい。ソース電極層１０６ａおよびドレイン電極層１０６ｂ上には、後の工程
で酸化物半導体膜およびゲート電極となる導電膜を形成するので、段差の箇所における配
線切れ防止のためである。ソース電極層１０６ａおよびドレイン電極層１０６ｂの側面を
テーパ形状とするためにはレジストマスクを後退させつつエッチングを行えばよい。
【００６５】
そして、厚さ５０ｎｍの酸化物半導体膜を、ＤＣスパッタリング法で形成する。該酸化
物半導体膜は絶縁層１０４と接して形成されるため、絶縁層１０４から、該酸化物半導体
膜の欠陥に酸素が供給される。その後、第２のフォトリソグラフィ工程およびエッチング
工程を行い、島状に加工された酸化物半導体層１０７を形成する。本実施の形態では、Ｄ
Ｃスパッタリング法を用いるが、真空蒸着法、パルスレーザ堆積法、ＣＶＤ法などを用い
て形成してもよい。
【００６６】
酸化物半導体膜は、実施の形態１で説明した酸化物半導体を用いることができる。本実
施の形態では、Ｉｎ（インジウム）、Ｇａ（ガリウム）、およびＺｎ（亜鉛）を含む酸化
物半導体ターゲット（モル数比がＩｎ２Ｏ３：Ｇａ２Ｏ３：ＺｎＯ＝１：１：１、Ｉｎ２
Ｏ３：Ｇａ２Ｏ３：ＺｎＯ＝１：１：２）を用いて、スパッタリング法により、厚さ５０
ｎｍのＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系非単結晶膜を形成する。さらに、本実施の形態では、ＤＣ
スパッタリング法を用い、アルゴンの流量３０ｓｃｃｍとし、酸素の流量１５ｓｃｃｍと
し、基板温度は室温（１５℃から３５℃）とする。
【００６７】
また、酸化物半導体膜として、Ｉｎ−Ｚｎ−Ｏ系の酸化物半導体を用いる場合、用いる
ターゲットの組成比は、原子数比で、Ｉｎ：Ｚｎ＝５０：１〜１：２（モル数比に換算す
るとＩｎ２Ｏ３：ＺｎＯ＝２５：１〜１：４）、好ましくはＩｎ：Ｚｎ＝２０：１〜１：
１（モル数比に換算するとＩｎ２Ｏ３：ＺｎＯ＝１０：１〜１：２）、さらに好ましくは
Ｉｎ：Ｚｎ＝１５：１〜３：２（モル数比に換算するとＩｎ２Ｏ３：ＺｎＯ＝１５：２〜
３：４）とする。例えば、Ｉｎ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物半導体の形成に用いるターゲットは、
原子数比がＩｎ：Ｚｎ：Ｏ＝Ｘ：Ｙ：Ｚのとき、Ｚ＞１．５Ｘ＋Ｙとする。
【００６８】
なお、酸化物半導体膜をスパッタリング法により形成する前に、アルゴンガスを導入し
てプラズマを発生させる逆スパッタを行うことが好ましい。逆スパッタとは、アルゴン雰
囲気下で基板にＲＦ電源を用いて電圧を印加して基板近傍にプラズマを形成して表面を改
質する方法である。なお、アルゴン雰囲気に代えて窒素、ヘリウムなどを用いてもよい。
また、アルゴン雰囲気に酸素、亜酸化窒素などを加えた雰囲気で行ってもよい。また、ア
ルゴン雰囲気に塩素、四フッ化炭素などを加えた雰囲気で行ってもよい。
【００６９】
酸化物半導体膜の形成の際には、例えば、減圧状態に保持された処理室内に基板を保持
し、基板の温度が１００℃以上５５０℃未満、好ましくは２００℃以上４００℃以下とな
るように基板を熱する。または、酸化物半導体膜の形成の際の基板の温度は、室温（１５
℃から３５℃）としてもよい。そして、処理室内の水分を除去しつつ、水素や水などが除
去されたスパッタガスを導入し、酸化物半導体ターゲットを用いて酸化物半導体膜を形成
する。基板を熱しながら酸化物半導体膜を形成することにより、酸化物半導体膜に含まれ
る不純物を低減することができる。また、スパッタによる損傷を軽減することができる。
処理室内の水分を除去するためには、吸着型の真空ポンプを用いることが好ましい。例え
ば、クライオポンプ、イオンポンプ、チタンサブリメーションポンプなどを用いることが
できる。また、ターボポンプにコールドトラップを加えたものを用いてもよい。クライオ
ポンプなどを用いて排気することで、処理室から水素や水などを除去することができるた
め、酸化物半導体膜中の不純物濃度を低減できる。
【００７０】
ここまでの工程で得られた構成を図２（Ｂ）に示す。
【００７１】
次いで、大気雰囲気または不活性ガス雰囲気（窒素、またはヘリウム、ネオン、アルゴ
ン等）下、或いは大気圧下の露点がマイナス６０℃以下の、水分含有量が少ない空気下に
おいて、酸化物半導体層１０７に加熱処理を施してもよい。具体的には、大気雰囲気下に
おいて、１００℃以上４００℃以下で、１０分間以上、好ましくは３５０℃、６０分間の
加熱処理で行うことである。本実施の形態では、酸化物半導体層１０７に加熱処理を施す
ことで、水分、水素が脱離した酸化物半導体層１０８が形成される。この際、絶縁層１０
４から、酸化物半導体層１０８の欠陥に酸素が供給される。
【００７２】
また、不活性ガス雰囲気（窒素、またはヘリウム、ネオン、アルゴン等）下において、
５００℃以上７５０℃以下（若しくはガラス基板の歪点以下の温度）で１分間以上１０分
間以下程度、好ましくは６００℃、３分間以上６分間以下程度のＲＴＡ（Ｒａｐｉｄ  Ｔ
ｈｅｒｍａｌ  Ａｎｎｅａｌ）処理で行うことができる。ＲＴＡ法を用いれば、短時間に
脱水化または脱水素化が行えるため、ガラス基板の歪点を超える温度でも処理することが
できる。なお、加熱処理においては、不活性ガス（窒素、またはヘリウム、ネオン、アル
ゴン等の希ガス）に、水分、水素などが含まれないことが好ましい。または、加熱処理装
置に導入する窒素、またはヘリウム、ネオン、アルゴン等の希ガスの純度を、６Ｎ（９９
．９９９９％）以上、好ましくは７Ｎ（９９．９９９９９％）以上、（即ち不純物濃度を
１ｐｐｍ以下、好ましくは０．１ｐｐｍ以下）とすることが好ましい。
【００７３】
なお、上記加熱処理は、島状の酸化物半導体層１０８形成後のタイミングに限らず、島
状の酸化物半導体層１０８形成前の酸化物半導体膜に対して行ってもよい。また、上記加
熱処理を、酸化物半導体膜１０７形成後に複数回行ってもよい。
【００７４】
本実施の形態では、大気雰囲気下において、基板温度が設定温度の３５０℃に達した状
態で６０分間、加熱処理を行う。加熱処理は、電気炉を用いた加熱方法、加熱した気体を
用いるＧＲＴＡ（Ｇａｓ  Ｒａｐｉｄ  Ｔｈｅｒｍａｌ  Ａｎｎｅａｌ）法またはランプ
光を用いるＬＲＴＡ（Ｌａｍｐ  Ｒａｐｉｄ  Ｔｈｅｒｍａｌ  Ａｎｎｅａｌ）法などの
瞬間加熱方法などを用いることができる。例えば、電気炉を用いて加熱処理を行う場合、
昇温特性を０．１℃／ｍｉｎ以上２０℃／ｍｉｎ以下、降温特性を０．１℃／ｍｉｎ以上
１５℃／ｍｉｎ以下とすることが好ましい。
【００７５】
不活性ガス雰囲気下における加熱処理後の、島状の酸化物半導体層１０８は、非晶質で
あることが好ましいが、一部結晶化していてもよい。
【００７６】
ここで、酸化物半導体層１０８の露出した表面に、酸素、オゾン、一酸化二窒素を用い
て、プラズマ処理を施してもよい。プラズマ処理をすることで、酸化物半導体層１０８の
欠陥に酸素を供給することができる。
【００７７】
次いで、ゲート絶縁層１１０を形成する。ゲート絶縁層１１０は、絶縁層１０４と同様
にして形成することができる。本実施の形態では、ターゲットをＳｉＯ２とし、形成する
際に供給するガスをアルゴン等の希ガスおよび、酸素として、ＲＦスパッタリング法で酸
化シリコン層を２００ｎｍ形成する。
【００７８】
ここまでの工程で得られた構成を図２（Ｃ）に示す。
【００７９】
なお、ゲート絶縁層１１０を形成した後に、加熱処理を施してもよい。加熱処理は大気
雰囲気下、または不活性ガス雰囲気（窒素、またはヘリウム、ネオン、アルゴン等）下に
おいて行う。好ましくは２００℃以上４００℃以下で行うこととし、本実施の形態では、
大気雰囲気下で３５０℃、１時間の加熱処理を行う。または、ゲート絶縁層１１０を形成
する前に行った先の加熱処理と同様に、高温短時間のＲＴＡ処理を行ってもよい。この加
熱処理を行うタイミングは、ゲート絶縁層１１０の形成後であれば特に限定されず、他の
工程、例えば透明導電膜を低抵抗化させるための加熱処理と兼ねることで、工程数を増や
すことなく行うことができる。
【００８０】
ゲート絶縁層１１０の上に、ゲート電極層１１２として機能する導電膜を形成し、第３
のフォトリソグラフィ工程およびエッチング工程を行い、ゲート電極層１１２を形成する
。該導電膜は、ソース電極層１０６ａおよびドレイン電極層１０６ｂと同様の構成とする
ことができる。本実施の形態では、チタンターゲットを用いたＤＣスパッタリング法で厚
さ１５０ｎｍのチタン膜を形成し、第３のフォトリソグラフィ工程およびエッチング工程
により、ゲート電極層１１２を形成した。
【００８１】
ここまでの工程を経て得られた構成を図２（Ｄ）に示す。
【００８２】
以上により、実施の形態１で示した半導体装置を作製することができる。
【００８３】
なお、本実施の形態で示した構成は、本明細書の他の実施の形態および実施例で示す構
成と適宜組み合わせることができる。
【００８４】
（実施の形態３）
本実施の形態では、本発明の別の一態様である半導体装置について図３を用いて説明す
る。
【００８５】
図３（Ａ）は、半導体装置の有するトランジスタ２００の上面図である。図３（Ｂ）は
、図３（Ａ）のＡ２−Ｂ２における断面図である。トランジスタ２００は、基板１０２上
に絶縁層１０４と、チャネル領域を形成する酸化物半導体層２０８と、ソース電極層２０
６ａおよびドレイン電極層２０６ｂと、ゲート絶縁層２１０と、ゲート電極層２１２を含
む。
【００８６】
トランジスタ２００は、ゲート電極層２１２がゲート絶縁層２１０を介して、酸化物半
導体層２０８に重畳して形成されるトップゲート構造のトランジスタである。さらに、ト
ランジスタ２００は、ソース電極層２０６ａおよびドレイン電極層２０６ｂと絶縁層１０
４との間に、酸化物半導体層２０８を有するトップコンタクト型である。
【００８７】
トランジスタ２００は、上記トップゲート構造−トップコンタクト型のトランジスタで
あるため、絶縁層１０４の上面一部と酸化物半導体層２０８下面一部が接する構造となる
。それゆえ、トランジスタ２００の作製工程において、絶縁層１０４に水素が多く存在す
る場合、酸化物半導体層２０８に水素が拡散する。酸化物半導体層２０８に水素が拡散す
ることで、酸化物半導体層２０８内のキャリアが過剰となる。このため、トランジスタ２
００のしきい値電圧が、マイナス方向に変動してしまい、ゲート電極に電圧が印加されて
いない状態（Ｖｇ＝０Ｖ）においても、ドレイン電流が流れる（ノーマリーオン）ため、
電気特性が不良なトランジスタとなる。
【００８８】
酸化物半導体層２０８から拡散した水素を取り除くために、酸化物半導体層２０８を加
熱処理する方法がある。しかし、トランジスタの作製工程を増やすほど、コストがかかり
、歩留まりを悪くする可能性がある。
【００８９】
そこで、酸化物半導体層２０８と接する絶縁層１０４を、水素濃度が６×１０２０ａｔ
ｏｍｓ／ｃｍ３未満、好ましくは５×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、さらに好ましく
は５×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下である絶縁層とすることで、酸化物半導体層２０
８に水素が拡散することを抑制でき、良好な電気特性を有するトランジスタを得ることが
できる。この方法にすることで、トランジスタの作製工程を増やさずに、良好な電気特性
を有するトランジスタを得ることができる。
【００９０】
また、ゲート絶縁層２１０においても水素濃度が６×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満
、好ましくは５×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、さらに好ましくは５×１０１９ａｔ
ｏｍｓ／ｃｍ３以下とすることができる。つまり、絶縁層１０４およびゲート絶縁層２１
０の水素濃度が６×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満、好ましくは５×１０２０ａｔｏｍ
ｓ／ｃｍ３以下、さらに好ましくは５×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下とすることで、
酸化物半導体層２０８に水素が拡散することを抑制できる。
【００９１】
基板１０２は、実施の形態１の説明と同様である。
【００９２】
絶縁層１０４は、実施の形態１で説明した同様の構成からなる同様のものとすることが
できる。絶縁層１０４は、基板１０２からの不純物元素の拡散を防止する下地となる他に
、トランジスタの作製工程におけるエッチング工程によって、基板がエッチングされるこ
とを防ぐ下地となる。それゆえ、絶縁層１０４の厚さは５０ｎｍ以上とすることが好まし
い。
【００９３】
絶縁層１０４には、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、酸化ハフニウム、酸化アルミニウム、または酸化タンタルなどの酸化物絶縁層を用い
て、単層構造または２層以上の積層構造で形成する。また、２層以上の積層構造とする際
に、基板１０２と接する絶縁層を窒化シリコン層とし、酸化物半導体層２０８と接する絶
縁層１０４を上記したもので形成してもよい。酸化物半導体層２０８と接する絶縁層１０
４を、水素濃度が低減された酸化物絶縁層とすることで、酸化物半導体層２０８の欠陥に
、絶縁層１０４から酸素が供給されるため、トランジスタの電気特性が良好になる。この
際、上記したように、水素濃度が６×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満、好ましくは５×
１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、さらに好ましくは５×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以
下である絶縁層１０４とすることが必要である。
【００９４】
そして、本実施の形態における絶縁層１０４は、実施の形態１で示したように、スパッ
タリング法で形成する酸化シリコン層または、プラズマＣＶＤ法で形成する酸化シリコン
層を用いることができる。
【００９５】
スパッタリング法で絶縁層１０４を形成する場合、シリコン元素を含むターゲットを用
いればよい。つまり、ＳｉターゲットまたはＳｉＯ２ターゲットなどを用いることができ
る。
得られる酸化シリコン層の水素濃度を低減させるため、好ましくは、ＳｉＯ２ターゲット
とし、より好ましくは、ＳｉＯ２ターゲットに含まれる水酸基濃度が１０００ｐｐｍ以下
、またはＳＩＭＳで測定した水素濃度が３．５×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下である
ＳｉＯ２ターゲットとすることである。さらに、形成する際に供給するガスはアルゴン等
の希ガスおよび、酸素とする。そして、該形成する際に供給するガスは、水素、水、水酸
基または水素化物などの不純物濃度がｐｐｍ程度、またはｐｐｂ程度まで除去された高純
度ガスを用いることが好ましい。
【００９６】
絶縁層１０４をスパッタリング法で形成する代わりに、プラズマＣＶＤ法を用いること
ができる。プラズマＣＶＤ法とは、プラズマＣＶＤ装置内の反応室に、原料となる堆積性
ガスを供給し、プラズマエネルギーを援用して、膜を形成する方法である。
【００９７】
プラズマＣＶＤ法で酸化シリコン層を形成する際には、堆積性ガスとして分子構造に水
素が含まれていないガスを選択し、形成する必要がある。
【００９８】
堆積性ガスとしてＳｉＨ４ではなく、ＳｉＦ４を使用する。さらに、酸化させるための
ガスについて、水素や水の含有量が少ないＮ２ＯまたはＯ２とし、プラズマの広がりを考
慮してアルゴンなどその他に添加するガスにおいても、水素や水の含有量が少ないガスと
する。
【００９９】
さらに、プラズマＣＶＤ法で酸化シリコン層を形成する際に、プラズマＣＶＤ装置の反
応室内に残留しているまたは反応室の内壁に吸着している水素や水などの不純物を除去し
たのち、上記構成のガスを用いて形成する。以上のようにすることで、プラズマＣＶＤ法
を用いた絶縁層１０４の水素濃度を６×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満、好ましくは５
×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、さらに好ましくは５×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３
以下とすることができる。
【０１００】
チャネル領域を形成する酸化物半導体層２０８は、絶縁層１０４上に形成される。酸化
物半導体層２０８は実施の形態１の酸化物半導体層１０８と同様である。実施の形態１に
記載したように、絶縁層１０４は水素濃度が６×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満、好ま
しくは５×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、さらに好ましくは５×１０１９ａｔｏｍｓ
／ｃｍ３以下であることから、酸化物半導体層２０８を形成する際に、酸化物半導体層２
０８に水素が拡散することを抑制する。
【０１０１】
ゲート絶縁層２１０は、ソース電極層２０６ａ、ドレイン電極層２０６ｂおよび、酸化
物半導体層２０８を覆うように形成される。ゲート絶縁層２１０は、実施の形態１のゲー
ト絶縁層１１０と同様である。さらに、ゲート絶縁層２１０は、絶縁層１０４と同様に水
素の含有量が少ない酸化物絶縁層を用いることで、良好な電気特性を有する半導体装置と
することができるため、酸化物半導体層と接するゲート絶縁層の水素濃度が６×１０２０
ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満、好ましくは５×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、さらに好ま
しくは５×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下であることが好ましい。
【０１０２】
ソース電極２０６ａおよびドレイン電極２０６ｂは絶縁層１０４上面一部および、酸化
物半導体層２０８の上面一部に形成される。ソース電極層２０６ａおよびドレイン電極層
２０６ｂは、実施の形態１のソース電極層１０６ａおよびドレイン電極層１０６ｂと同様
である。
【０１０３】
ゲート電極２１２は、ゲート絶縁層２１０を介して、酸化物半導体層２０８に重畳して
形成される。そして、ゲート電極２１２は、実施の形態１のゲート電極１１２と同様であ
る。
【０１０４】
なお、図３には示していないが、トランジスタ２００上にパッシベーション層や層間絶
縁層として機能する絶縁層を形成することができる。
【０１０５】
以上により、絶縁層１０４または、絶縁層１０４およびゲート絶縁層２１０の水素濃度
を６×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満、好ましくは５×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以
下、さらに好ましくは５×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下とすることで、酸化物半導体
層２０８に水素が拡散することを抑制でき、良好な電気特性を有する半導体装置を得るこ
とができる。
【０１０６】
なお、本実施の形態で示した構成は、本明細書の他の実施の形態および実施例で示す構
成と適宜組み合わせることができる。
【０１０７】
（実施の形態４）
本実施の形態では、実施の形態３に記載した半導体装置の作製方法について図４を用い
て説明する。
【０１０８】
図４（Ａ）に示したように、基板１０２上に絶縁層１０４を形成する。基板１０２およ
び絶縁層１０４は実施の形態３に記載したものを用いることができ、本実施の形態では、
基板１０２にガラス基板を用いる。絶縁層１０４は、ターゲットをＳｉＯ２とし、形成す
る際の供給するガスにアルゴン等の希ガスおよび、酸素として、ＲＦスパッタリング法で
酸化シリコン層を２００ｎｍ形成する。
【０１０９】
また、絶縁層１０４をプラズマＣＶＤ法で形成する場合は、実施の形態２で記載したよ
うにして形成すればよい。
【０１１０】
そして、厚さ５０ｎｍの酸化物半導体膜を、スパッタリング法で成膜する。絶縁層１０
４と接して形成されるため、絶縁層１０４から、酸化物半導体膜の欠陥に酸素が供給され
る。その後、第１のフォトリソグラフィ工程およびエッチング工程を行い、島状に加工さ
れた酸化物半導体層２０７を形成する。
【０１１１】
酸化物半導体膜は、実施の形態２に記載したようにして形成すればよい。
【０１１２】
ここまでの工程で得られた構成を図４（Ａ）に示す。
【０１１３】
次いで、ソース電極層２０６ａ、ドレイン電極層２０６ｂとして機能する導電膜を成膜
する。該導電膜として、本実施の形態では、実施の形態２と同様に、チタンターゲットを
用いたＤＣスパッタリング法で厚さ１５０ｎｍのチタン膜を成膜する。その後、第２のフ
ォトリソグラフィ工程およびエッチング工程を行い、厚さ１５０ｎｍのソース電極層２０
６ａおよびドレイン電極層２０６ｂを形成した。
【０１１４】
該導電膜のエッチングには、実施の形態２で説明した同様の方法を用いることが出来る
。
【０１１５】
次いで、実施の形態２で説明したように、大気雰囲気または不活性ガス雰囲気（窒素、
またはヘリウム、ネオン、アルゴン等）下、或いは大気圧下の露点がマイナス６０℃以下
の、水分含有量が少ない空気下において、酸化物半導体層２０７に加熱処理を施してもよ
い。具体的には、大気雰囲気下において、１００℃以上４００℃以下、で１０分間以上、
好ましくは３５０℃、６０分間の加熱処理で行うことである。本実施の形態では、酸化物
半導体層２０７に加熱処理を施すことで、水分、水素が脱離した酸化物半導体層２０８が
形成される。この際、絶縁層１０４から、酸化物半導体層２０８の欠陥に酸素が供給され
る。
【０１１６】
なお、上記加熱処理は、ソース電極層２０６ａ、ドレイン電極層２０６ｂ形成後のタイ
ミングに限らず、ソース電極層２０６ａ、ドレイン電極層２０６ｂ形成前の、第１のフォ
トリソグラフィ工程およびエッチング工程により形成した島状の酸化物半導体層２０７に
対して行ってもよい。また、上記加熱処理を、酸化物半導体層２０７形成後に複数回行っ
てもよい。
【０１１７】
本実施の形態では、大気雰囲気下において、３５０℃、基板温度が上記設定温度に達し
た状態で６０分間、加熱処理を行う。本実施の形態における加熱処理の詳細は、実施の形
態２と同様である。ここまでの工程で得られた構成を図４（Ｂ）に示す。
【０１１８】
ここで、酸化物半導体層２０８の露出した表面に、酸素、オゾン、一酸化二窒素を用い
て、プラズマ処理を施してもよい。プラズマ処理をすることで、酸化物半導体層２０８の
欠陥に酸素を供給することができる。
【０１１９】
次いで、ゲート絶縁層２１０を形成する。ゲート絶縁層２１０は、絶縁層１０４と同様
にして出来る。本実施の形態では、実施の形態２と同様にターゲットをＳｉＯ２とし、形
成する際の雰囲気ガスにアルゴン等の希ガスおよび、酸素として、ＲＦスパッタリング法
で酸化シリコン層を２００ｎｍ形成する。
【０１２０】
ここまでの工程で得られた構成を図４（Ｃ）に示す。
【０１２１】
なお、ゲート絶縁層２１０を形成した後に、加熱処理を施してもよい。本加熱処理の方
法や加熱処理を行うタイミングは実施の形態２に記述した通りである。
【０１２２】
ゲート絶縁層２１０の上に、ゲート電極層２１２として機能する導電膜を成膜し、第３
のフォトリソグラフィ工程およびエッチング工程を行い、ゲート電極層２１２を形成する
。該導電膜は、ソース電極層２０６ａおよびドレイン電極層２０６ｂと同様の構成とする
ことができる。本実施の形態では、実施の形態２と同様にチタンターゲットを用いたＤＣ
スパッタリング法で厚さ１５０ｎｍのチタン膜を成膜し、第３のフォトリソグラフィ工程
およびエッチング工程により、ゲート電極層２１２を形成する。
【０１２３】
ここまでの工程を経て得られた構成を図４（Ｄ）に示す。
【０１２４】
以上により、実施の形態３で示した半導体装置を作製することができる。
【０１２５】
なお、本実施の形態で示した構成は、本明細書の他の実施の形態および実施例で示す構
成と適宜組み合わせることができる。
【０１２６】
（実施の形態５）
上記実施の形態で説明したトランジスタを作製し、該トランジスタを画素部、さらには
駆動回路に用いて表示機能を有する半導体装置（表示装置ともいう）を作製することがで
きる。また、トランジスタを用いた駆動回路の一部または全体を、画素部と同じ基板上に
一体形成し、システムオンパネルを形成することができる。また、上記実施の形態で記載
した酸化物半導体を用いたトランジスタで、メモリセルを含んだ半導体装置を作製するこ
ともできる。
【０１２７】
表示装置は表示素子を含む。表示素子としては液晶素子（液晶表示素子ともいう）、発
光素子（発光表示素子ともいう）を用いることができる。発光素子は、電流または電圧に
よって輝度が制御される素子をその範疇に含んでおり、具体的には無機ＥＬ（Ｅｌｅｃｔ
ｒｏ  Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）、有機ＥＬ等が含まれる。また、電子インクなど、電
気的作用によりコントラストが変化する表示媒体も適用することができる。
【０１２８】
また、表示装置は、表示素子が封止された状態にあるパネルと、該パネルにコントロー
ラを含むＩＣ等を実装した状態にあるモジュールとを含む。さらに、該表示装置を作製す
る過程における、表示素子が完成する前の一形態に相当する素子基板に関し、該素子基板
は、電流を表示素子に供給するための手段を複数の各画素に備える。素子基板は、具体的
には、表示素子の画素電極のみが形成された状態であってもよいし、画素電極となる導電
膜を形成した後であって、エッチングして画素電極を形成する前の状態であってもよいし
、あらゆる形態があてはまる。
【０１２９】
なお、本明細書中における表示装置とは、画像表示デバイス、表示デバイス、もしくは
光源（照明装置含む）を指す。また、コネクター、例えばＦＰＣ（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ  ｐ
ｒｉｎｔｅｄ  ｃｉｒｃｕｉｔ）もしくはＴＡＢ（Ｔａｐｅ  Ａｕｔｏｍａｔｅｄ  Ｂｏ
ｎｄｉｎｇ）テープもしくはＴＣＰ（Ｔａｐｅ  Ｃａｒｒｉｅｒ  Ｐａｃｋａｇｅ）が取
り付けられたモジュール、ＴＡＢテープやＴＣＰの先にプリント配線板が設けられたモジ
ュール、または表示素子にＣＯＧ（Ｃｈｉｐ  Ｏｎ  Ｇｌａｓｓ）方式によりＩＣ（集積
回路）が直接実装されたモジュールも全て表示装置に含むものとする。
【０１３０】
（実施の形態６）
上記実施の形態で説明したトランジスタを用いた表示装置は、電子インクを駆動させて
表示する電子ペーパーに適用することができる。電子ペーパーは、情報を表示するもので
あればあらゆる分野の電子機器に用いることが可能である。例えば、電子ペーパーを用い
て、電子書籍（電子ブック）、ポスター、デジタルサイネージ、ＰＩＤ（Ｐｕｂｌｉｃ  
Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ  Ｄｉｓｐｌａｙ）、電車などの乗り物の車内広告、クレジット
カード等の各種カードにおける表示等に適用することができる。電子機器の一例を図５に
示す。
【０１３１】
図５は、電子機器の一例として電子書籍２７００を示している。例えば、電子書籍２７
００は、筐体２７０１および筐体２７０３の２つの筐体で構成されている。筐体２７０１
および筐体２７０３は、軸部２７１１により一体とされており、該軸部２７１１を軸とし
て開閉動作を行うことができる。このような構成により、紙の書籍のような動作を行うこ
とが可能となる。
【０１３２】
筐体２７０１には表示部２７０５および光電変換装置２７０６が組み込まれ、筐体２７
０３には表示部２７０７および光電変換装置２７０８が組み込まれている。表示部２７０
５および表示部２７０７は、続き画面を表示する構成としてもよいし、異なる画面を表示
する構成としてもよい。異なる画面を表示する構成とすることで、例えば右側の表示部（
図５では表示部２７０５）に文章を表示し、左側の表示部（図５では表示部２７０７）に
画像を表示することができる。
【０１３３】
また、図５では、筐体２７０１に操作部などを備えた例を示している。例えば、筐体２
７０１において、電源２７２１、操作キー２７２３、スピーカ２７２５などを備えている
。操作キー２７２３により、頁を送ることができる。なお、筐体の表示部と同一面にキー
ボードやポインティングデバイスなどを備える構成としてもよい。また、筐体の裏面や側
面に、外部接続用端子（イヤホン端子、ＵＳＢ端子、またはＡＣアダプタおよびＵＳＢケ
ーブルなどの各種ケーブルと接続可能な端子など）、記録媒体挿入部などを備える構成と
してもよい。さらに、電子書籍２７００は、電子辞書としての機能を持たせた構成として
もよい。
【０１３４】
また、電子書籍２７００は、無線で情報を送受信できる構成としてもよい。無線により
、電子書籍サーバから、所望の書籍データなどを購入し、ダウンロードする構成とするこ
とも可能である。
【０１３５】
（実施の形態７）
本明細書に開示する半導体装置は、さまざまな電子機器（遊技機も含む）に適用するこ
とができる。電子機器としては、例えば、テレビジョン装置（テレビ、またはテレビジョ
ン受信機ともいう）、コンピュータ用などのモニタ、デジタルカメラやデジタルビデオカ
メラ等のカメラ、デジタルフォトフレーム、携帯電話機（携帯電話、携帯電話装置ともい
う）、携帯型ゲーム機、携帯情報端末、音響再生装置、パチンコ機などの大型ゲーム機な
どがある。
【０１３６】
図６（Ａ）は、電子機器の一例としてテレビジョン装置９６００を示している。テレビ
ジョン装置９６００は、筐体９６０１に表示部９６０３が組み込まれている。表示部９６
０３により、映像を表示することが可能である。また、ここでは、スタンド９６０５によ
り筐体９６０１を支持した構成を示している。
【０１３７】
テレビジョン装置９６００の操作は、筐体９６０１が備える操作スイッチや、別体のリ
モコン操作機９６１０により行うことができる。リモコン操作機９６１０が備える操作キ
ー９６０９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９６０３に表示さ
れる映像を操作することができる。また、リモコン操作機９６１０に、当該リモコン操作
機９６１０から出力する情報を表示する表示部９６０７を設ける構成としてもよい。
【０１３８】
なお、テレビジョン装置９６００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
。
【０１３９】
図６（Ｂ）は、電子機器の一例としてデジタルフォトフレーム９７００を示している。
例えば、デジタルフォトフレーム９７００は、筐体９７０１に表示部９７０３が組み込ま
れている。表示部９７０３は、各種画像を表示することが可能であり、例えばデジタルカ
メラなどで撮影した画像データを表示させることで、通常の写真立てと同様に機能させる
ことができる。
【０１４０】
なお、デジタルフォトフレーム９７００は、操作部、外部接続用端子（ＵＳＢ端子、Ｕ
ＳＢケーブルなどの各種ケーブルと接続可能な端子など）、記録媒体挿入部などを備える
構成とする。これらの構成は、表示部と同一面に組み込まれていてもよいが、側面や裏面
に備えるとデザイン性が向上するため好ましい。例えば、デジタルフォトフレームの記録
媒体挿入部に、デジタルカメラで撮影した画像データを記憶したメモリを挿入して画像デ
ータを取り込み、取り込んだ画像データを表示部９７０３に表示させることができる。
【０１４１】
また、デジタルフォトフレーム９７００は、無線で情報を送受信できる構成としてもよ
い。無線により、所望の画像データを取り込み、表示させる構成とすることもできる。
【０１４２】
図７は携帯型のコンピュータの一例を示す斜視図である。
【０１４３】
図７の携帯型のコンピュータは、上部筐体９３０１と下部筐体９３０２とを接続するヒ
ンジユニットを閉状態として表示部９３０３を有する上部筐体９３０１と、キーボード９
３０４を有する下部筐体９３０２とを重ねた状態とすることができ、持ち運ぶことが便利
であるとともに、使用者がキーボード入力する場合には、ヒンジユニットを開状態として
、表示部９３０３を見て入力操作を行うことができる。
【０１４４】
また、下部筐体９３０２はキーボード９３０４の他に入力操作を行うポインティングデ
バイス９３０６を有する。また、表示部９３０３をタッチ入力パネルとすれば、表示部の
一部に触れることで入力操作を行うこともできる。また、下部筐体９３０２はＣＰＵやハ
ードディスク等の演算機能部を有している。また、下部筐体９３０２は他の機器、例えば
ＵＳＢの通信規格に準拠した通信ケーブルが差し込まれる外部接続ポート９３０５を有し
ている。
【０１４５】
上部筐体９３０１には更に上部筐体９３０１内部にスライドさせて収納可能な表示部９
３０７を有しており、広い表示画面を実現することができる。また、収納可能な表示部９
３０７の画面の向きを使用者は調節できる。また、収納可能な表示部９３０７をタッチ入
力パネルとすれば、収納可能な表示部の一部に触れることで入力操作を行うこともできる
。
【０１４６】
表示部９３０３または収納可能な表示部９３０７は、液晶表示パネル、有機発光素子ま
たは無機発光素子などの発光表示パネルなどの映像表示装置を用いる。
【０１４７】
また、図７の携帯型のコンピュータは、受信機などを備えた構成として、テレビ放送を
受信して映像を表示部９３０３または表示部９３０７に表示することができる。また、上
部筐体９３０１と下部筐体９３０２とを接続するヒンジユニットを閉状態としたまま、表
示部９３０７をスライドさせて画面全面を露出させ、画面角度を調節して使用者がテレビ
放送を見ることもできる。この場合には、ヒンジユニットを開状態として表示部９３０３
を表示させることをせず、さらにテレビ放送を表示するだけの回路の起動のみを行うため
、最小限の消費電力とすることができ、バッテリー容量の限られている携帯型のコンピュ
ータにおいて有用である。
【実施例１】
【０１４８】
上記実施の形態で説明した絶縁層において、ターゲットをＳｉＯ２としたスパッタリン
グ法を用いて形成した絶縁層Ａと、堆積性ガスにＳｉＨ４を用いた、プラズマＣＶＤ法で
形成した絶縁層Ｂに含まれる水素濃度について、図８を用いて示す。
【０１４９】
はじめに試料の作製方法について説明する。絶縁層Ａは、シリコン基板上に、以下の方
法で酸化シリコン層を２００ｎｍ形成した。ＳｉＯ２をターゲットとし、流量４０ｓｃｃ
ｍのアルゴンおよび、流量１０ｓｃｃｍの酸素を供給しながら、１．５ｋＷの電力、０．
４Ｐａの圧力に調整し、ＲＦスパッタリング法で形成した。この際、基板温度は１００℃
とし、スパッタリング装置の電極間距離は、６０ｍｍとした。
【０１５０】
絶縁層Ｂは、シリコン基板上に、以下の方法で酸化窒化シリコン層を１００ｎｍ形成し
た。堆積性ガスとして流量４ｓｃｃｍのＳｉＨ４を、酸化窒化ガスとして流量８００ｓｃ
ｃｍのＮ２Ｏを供給して安定させ、処理室内の圧力を４０Ｐａ、ＲＦ電源周波数を２７Ｍ
Ｈｚ、ＲＦ電源の電力を５０Ｗとしてプラズマ放電を行う、プラズマＣＶＤ法で形成した
。この際、基板温度を４００℃、プラズマＣＶＤ装置の電極間距離は、１５ｍｍとした。
【０１５１】
次に、絶縁層Ａおよび絶縁層ＢにおけるＳＩＭＳでの測定結果を、図８に示す。図８に
おいて、縦軸は絶縁層Ａおよび絶縁層Ｂに含まれる水素濃度を表し、横軸は、絶縁層Ａお
よび絶縁層Ｂの絶縁層表面から基板方向への深さを表している。また、絶縁層Ａの濃度プ
ロファイルを実線で示し、絶縁層Ｂの濃度プロファイルを破線で示す。絶縁層Ａにおいて
、横軸７０ｎｍから１２０ｎｍを定量範囲とし、横軸２００ｎｍ以上はシリコン基板を表
わす。絶縁層Ｂにおいて、横軸１０ｎｍから６０ｎｍを定量範囲とし、横軸１００ｎｍ以
上はシリコン基板を表す。なお、本実施例における定量範囲とは、ＳＩＭＳでの測定結果
（水素濃度）において、信頼性の高い範囲のことをいう。つまり、絶縁層Ａおよび絶縁層
Ｂのそれぞれの定量範囲における測定結果（水素濃度）が、絶縁層Ａおよび絶縁層Ｂのそ
れぞれに含まれる水素濃度である。
【０１５２】
図８より、絶縁層Ａおよび絶縁層Ｂの定量範囲おいて両者を比較すると、絶縁層Ａの水
素濃度は４．９×１０１９以上、５．２×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下であるのに対
して、絶縁層Ｂの水素濃度は、６．４×１０２０以上、９．６×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃ
ｍ３以下であることが確認された。
【０１５３】
絶縁層Ａは、ＳｉＯ２をターゲットとし、アルゴンおよび酸素を供給しながら、スパッ
タリング法で形成したために、水素の拡散が抑制された酸化シリコン層が形成されたこと
がわかった。絶縁層Ｂは、堆積性ガスとしてＳｉＨ４を用いているために、酸化窒化シリ
コン層に水素が拡散することがわかった。
【実施例２】
【０１５４】
本実施例では、実施の形態１に記載したトップゲート構造−ボトムコンタクト型トラン
ジスタにおいて、実施例１で記載した絶縁層Ａの酸化シリコンを用いたトランジスタ（試
料Ａ）と、実施例１で記載した絶縁層Ｂの酸化窒化シリコンを用いたトランジスタ（試料
Ｂ）の電気特性について説明する。トランジスタにおけるその他の構成は、試料Ａおよび
試料Ｂともに同じである。
【０１５５】
試料Ａおよび、試料Ｂの作製工程を、図２を用いて示す。基板１０２として、ガラス基
板（コーニング製ＥＡＧＬＥ−２０００）を用いた。
【０１５６】
図２（Ａ）に示したように基板１０２上に、絶縁層１０４を形成した。
【０１５７】
試料Ａおよび試料Ｂの絶縁層１０４は、厚さ２００ｎｍとして、実施例１で記載した方
法用いて形成した。
【０１５８】
次いで、ソース電極層１０６ａ、ドレイン電極層１０６ｂとして機能する導電膜を形成
した。チタンターゲットとし、流量２０ｓｃｃｍのアルゴンを供給しながら、１２ｋＷの
電力、０．１Ｐａの圧力に調整し、ＤＣスパッタリング法で、チタン膜を１５０ｎｍ形成
した。この際、基板温度は室温（１５℃から３５℃）とし、スパッタリング装置の電極間
距離は、４００ｍｍとした。
【０１５９】
該チタン膜上にレジストを塗布した後、第１のフォトマスクを用いて露光した後、現像
してレジストマスクを形成した。次に、レジストマスクを用いてエッチング処理を行い、
ソース電極層１０６ａ、ドレイン電極層１０６ｂを形成した。ここでは、ＩＣＰ（Ｉｎｄ
ｕｃｔｉｖｅｌｙ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｐｌａｓｍａ：誘導結合型プラズマ）装置を用い、
ＩＣＰパワー４５０Ｗ、バイアスパワー１００Ｗ、圧力１．９Ｐａ、エッチングガスに流
量６０ｓｃｃｍの塩化ボロン、流量２０ｓｃｃｍの塩素を用いて第１のエッチングを行っ
た。この後、レジストマスクを除去した。
【０１６０】
次いで、絶縁層１０４、ソース電極層１０６ａおよびドレイン電極層１０６ｂの上に、
酸化物半導体膜を５０ｎｍの厚さで形成した。ここでは、インジウム（Ｉｎ）、ガリウム
（Ｇａ）、亜鉛（Ｚｎ）、そして酸素原子を含む酸化物半導体膜を、基板加熱せずにＤＣ
スパッタリング法を用いて形成した。なお、該酸化物半導体のターゲット組成はＩｎ２Ｏ
３：Ｇａ２Ｏ３：ＺｎＯ＝１：１：１（Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：０．５）であり、流
量３０ｓｃｃｍのアルゴンおよび、流量１５ｓｃｃｍの酸素を供給しながら、０．５ｋｗ
の電力と０．４Ｐａの圧力で形成した。
【０１６１】
該酸化物半導体膜上にレジストを塗布した後、第２のフォトマスク用いて露光した後、
現像してレジストマスクを形成した。次に、レジストマスクを用いてエッチング処理を行
い、島状の酸化物半導体層１０７を形成した。ここでは、エッチング液として、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）を用いて、ウェットエッチングを行った。この
後、レジストマスクを除去した。ここまでの工程で得られた構成は図２（Ｂ）である。
【０１６２】
次いで、大気雰囲気下、３５０℃で６０分間の加熱処理を行い、島状の酸化物半導体層
１０８を得た。島状の酸化物半導体層１０８の上に、ゲート絶縁層１１０を形成した。ゲ
ート絶縁層１１０は、ＳｉＯ２をターゲットとし、流量２５ｓｃｃｍのアルゴンおよび、
流量２５ｓｃｃｍの酸素を供給しながら、１．５ｋＷの電力、０．４Ｐａの圧力に調整し
、ＲＦスパッタリング法で、酸化シリコン層を２００ｎｍ形成した。この際、基板温度は
１００℃とし、スパッタリング装置の電極間距離は、６０ｍｍとした。ここまでの工程で
得られた構成は図２（Ｃ）である。
【０１６３】
次いで、大気雰囲気下、３５０℃で６０分間の加熱処理を行った後、ゲート電極層１１
２して機能する導電膜を形成した。ここでは、チタンターゲットとし、流量２０ｓｃｃｍ
のアルゴンを供給しながら、１２ｋＷの電力、０．１Ｐａの圧力に調整し、ＤＣスパッタ
リング法で、チタン膜を１５０ｎｍ形成した。この際、基板温度は室温（１５℃から３５
℃）とし、スパッタリング装置の電極間距離は、４００ｍｍとした。
【０１６４】
該チタン膜上にレジストを塗布した後、第３のフォトマスクを用いて露光した後、現像
してレジストマスクを形成した。次に、レジストマスクを用いてエッチング処理を行い、
ゲート電極層１１２を形成した。ここでは、ＩＣＰ装置を用い、ＩＣＰパワー４５０Ｗ、
バイアスパワー１００Ｗ、圧力１．９Ｐａ、エッチングガスに流量６０ｓｃｃｍの塩化ボ
ロン、流量２０ｓｃｃｍの塩素を用いて第１のエッチングを行った。この後、レジストマ
スクを除去した。以上の工程により、トランジスタを作製した（図２（Ｄ）参照）。
【０１６５】
試料Ａおよび試料Ｂの電気特性を測定した結果を、図９に示す。ドレイン電圧が１０Ｖ
の電流電圧特性および、電界効果移動度を試料Ａは実線で示し、試料Ｂは破線で示した。
なお、本実施例のトランジスタのチャネル長を３．０μｍ、チャネル幅は１０μｍとして
形成した。
【０１６６】
図９より、絶縁層の水素濃度が６×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満である試料Ａは、
良好な電気特性を示しているが、絶縁層の水素濃度が６×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以
上である試料Ｂは、しきい値電圧がマイナス方向に変動してしまい、ゲート電極に電圧が
印加されていない状態（Ｖｇ＝０Ｖ）においても、ドレイン電流が流れ、電気特性が不良
であることがわかった。
【０１６７】
上記より、絶縁層の水素濃度が６×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上である試料Ｂは、
トランジスタの作製工程において、チャネル領域を形成する酸化物半導体層に水素が拡散
するために、上記不良を示すことがわかった。
【０１６８】
上記より、試料Ａは、絶縁層の水素濃度が６×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満であり
、トランジスタの作製工程において、チャネル領域を形成する酸化物半導体層に水素が拡
散することが抑制されたために、良好な電気特性を示すことがわかった。
【０１６９】
以上より、絶縁層の水素濃度を６×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満とすることで良好
な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。
【符号の説明】
【０１７０】
１００    トランジスタ
１０２    基板
１０４    絶縁層
１０６ａ    ソース電極層
１０６ｂ    ドレイン電極層
１０７    酸化物半導体層
１０８    酸化物半導体層
１１０    ゲート絶縁層
１１２    ゲート電極層
２００    トランジスタ
２０６ａ    ソース電極層
２０６ｂ    ドレイン電極層
２０７    酸化物半導体層
２０８    酸化物半導体層
２１０    ゲート絶縁層
２１２    ゲート電極層
２７００    電子書籍
２７０１    筐体
２７０３    筐体
２７０５    表示部
２７０６    光電変換装置
２７０７    表示部
２７０８    光電変換装置
２７１１    軸部
２７２１    電源
２７２３    操作キー
２７２５    スピーカ
９３０１    上部筐体
９３０２    下部筐体
９３０３    表示部
９３０４    キーボード
９３０５    外部接続ポート
９３０６    ポインティングデバイス
９３０７    表示部
９６００    テレビジョン装置
９６０１    筐体
９６０３    表示部
９６０５    スタンド
９６０７    表示部
９６０９    操作キー
９６１０    リモコン操作機
９７００    デジタルフォトフレーム
９７０１    筐体
９７０３    表示部
【図１】
0006469797.tif 000002
【図２】
0006469797.tif 000003
【図３】
0006469797.tif 000004
【図４】
0006469797.tif 000005
【図５】
0006469797.tif 000006
【図６】
0006469797.tif 000007
【図７】
0006469797.tif 000008
【図８】
0006469797.tif 000009
【図９】
0006469797.tif 000010