(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ゲート電極層を形成し、
前記ゲート電極層上にゲート絶縁膜を形成し、
前記ゲート絶縁膜上に酸化物半導体膜を形成し、
前記酸化物半導体膜上にソース電極層及びドレイン電極層を形成し、
前記ソース電極層上及び前記ドレイン電極層上に絶縁膜を形成し、
前記絶縁膜を形成後に第１の熱処理を行い、
前記第１の熱処理後に、前記絶縁膜に酸素を供給し、
前記酸素を供給した後に、第２の熱処理を行うことを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項２】
ゲート電極層を形成し、
前記ゲート電極層上にゲート絶縁膜を形成し、
前記ゲート絶縁膜上に酸化物半導体膜を形成し、
前記酸化物半導体膜上にソース電極層及びドレイン電極層を形成し、
前記ソース電極層上及び前記ドレイン電極層上に酸化窒化シリコン膜を形成し、
前記酸化窒化シリコン膜を形成後に第１の熱処理を行い、
前記第１の熱処理後に、前記酸化窒化シリコン膜に酸素を供給し、
前記酸素を供給した後に、第２の熱処理を行う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】
半導体装置及び半導体装置の作製方法に関する。
【０００２】
なお、本明細書中において半導体装置とは、半導体特性を利用することで機能しうる装置
全般を指し、電気光学装置、半導体回路および電子機器は全て半導体装置である。
【背景技術】
【０００３】
絶縁表面を有する基板上に形成された半導体薄膜を用いてトランジスタ（薄膜トランジス
タ（ＴＦＴ）ともいう）を構成する技術が注目されている。該トランジスタは集積回路（
ＩＣ）や画像表示装置（表示装置）のような電子デバイスに広く応用されている。トラン
ジスタに適用可能な半導体薄膜としてシリコン系半導体材料が広く知られているが、その
他の材料として酸化物半導体が注目されている。
【０００４】
例えば、基板上にインジウム（Ｉｎ）、ガリウム（Ｇａ）、及び亜鉛（Ｚｎ）を含むアモ
ルファス酸化物（Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系アモルファス酸化物）からなる半導体層を用い
たトランジスタが開示されている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１１−１８１８０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、酸化物半導体を用いたトランジスタを有する半導体装置において、高信頼性の
達成は、製品化にむけて重要事項である。
【０００７】
特に、半導体装置の電気特性の変動や低下は信頼性の低下を招く要因である。
【０００８】
このような問題に鑑み、酸化物半導体を用いたトランジスタを有する信頼性の高い半導体
装置を提供することを課題の一とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
酸化物半導体膜を有するボトムゲート構造のトランジスタを有する半導体装置の作製工程
において、酸化物半導体膜と接する絶縁膜に、熱処理による脱水化又は脱水素化処理を行
った後、酸素ドープ処理を行う。
【００１０】
酸化物半導体膜と接する絶縁膜は、酸化物半導体膜下に設けられるゲート絶縁膜と、酸化
物半導体膜上に設けられる保護絶縁膜（及び層間絶縁膜）として機能する絶縁膜である。
本明細書に開示する発明において、ゲート絶縁膜、及び／又は絶縁膜に熱処理による脱水
化又は脱水素化処理を行った後、酸素ドープ処理を行う。
【００１１】
熱処理による脱水化又は脱水素化処理を行う前の絶縁膜にも、酸素ドープ処理を行ってお
いてもよい。絶縁膜に酸素ドープ処理と熱処理とを複数回繰り返し行ってもよい。絶縁膜
に対して、熱処理の前に酸素ドープ処理を行うと、絶縁膜の脱水化又は脱水素化処理を効
果的に行うことができる。
【００１２】
脱水化又は脱水素化処理と酸素ドープ処理を行ったゲート絶縁膜及び／又は絶縁膜と、酸
化物半導体膜とを接した状態で、熱処理を行うことが好ましい。該熱処理により、ゲート
絶縁膜及び／又は絶縁膜から酸化物半導体膜へ酸素を供給することができる。酸化物半導
体膜へ酸素を供給することにより、膜中の酸素欠損を補填することができる。
【００１３】
本明細書で開示する発明の構成の一形態は、ゲート電極層を形成し、ゲート電極層上にゲ
ート絶縁膜を形成し、ゲート絶縁膜に熱処理を行って、ゲート絶縁膜中の水又は水素を除
去し、水又は水素が除去されたゲート絶縁膜に酸素ドープ処理を行って、ゲート絶縁膜に
酸素を供給し、ゲート絶縁膜上のゲート電極層と重畳する領域に酸化物半導体膜を形成し
、酸化物半導体膜と電気的に接続するソース電極層及びドレイン電極層を形成する半導体
装置の作製方法である。
【００１４】
ゲート絶縁膜に熱処理による脱水化又は脱水素化処理を行う前に、ゲート絶縁膜に酸素ド
ープ処理を行ってもよい。
【００１５】
また、熱処理による脱水化又は脱水素化処理及び酸素ドープ処理を行ったゲート絶縁膜上
に酸化物半導体膜を形成した後、該ゲート絶縁膜及び酸化物半導体膜に熱処理を行うこと
が好ましい。
【００１６】
本明細書で開示する発明の構成の他の一形態は、ゲート電極層を形成し、ゲート電極層上
にゲート絶縁膜を形成し、ゲート絶縁膜上のゲート電極層と重畳する領域に酸化物半導体
膜を形成し、酸化物半導体膜と電気的に接続するソース電極層及びドレイン電極層を形成
し、酸化物半導体膜、ソース電極層及びドレイン電極層上に酸化物半導体膜に接して絶縁
膜を形成し、絶縁膜に熱処理を行って、絶縁膜中の水又は水素を除去し、水又は水素が除
去された絶縁膜に酸素ドープ処理を行って、絶縁膜に酸素を供給する半導体装置の作製方
法である。
【００１７】
絶縁膜に熱処理による脱水化又は脱水素化処理を行う前に、絶縁膜に酸素ドープ処理を行
ってもよい。
【００１８】
本明細書で開示する発明の構成の他の一形態は、ゲート電極層を形成し、ゲート電極層上
にゲート絶縁膜を形成し、ゲート絶縁膜に第１の熱処理を行って、ゲート絶縁膜中の水又
は水素を除去し、水又は水素が除去されたゲート絶縁膜に第１の酸素ドープ処理を行って
、ゲート絶縁膜に酸素を供給し、ゲート絶縁膜上のゲート電極層と重畳する領域に酸化物
半導体膜を形成し、酸化物半導体膜と電気的に接続するソース電極層及びドレイン電極層
を形成し、酸化物半導体膜、ソース電極層及びドレイン電極層上に酸化物半導体膜に接し
て絶縁膜を形成し、絶縁膜に第２の熱処理を行って、絶縁膜中の水又は水素を除去し、水
又は水素が除去された絶縁膜に第２の酸素ドープ処理を行って、絶縁膜に酸素を供給する
半導体装置の作製方法である。
【００１９】
上記構成において、ゲート絶縁膜に第１の熱処理による脱水化又は脱水素化処理を行う前
に、ゲート絶縁膜に酸素ドープ処理を行ってもよい。絶縁膜に第２の熱処理による脱水化
又は脱水素化処理を行う前に、絶縁膜に酸素ドープ処理を行ってもよい。
【００２０】
また、熱処理による脱水化又は脱水素化処理及び酸素ドープ処理を行ったゲート絶縁膜、
及び絶縁膜上に緻密性の高い膜、代表的には酸化アルミニウム膜を形成した後、ゲート絶
縁膜、酸化物半導体膜、及び絶縁膜に熱処理を行うことが好ましい。酸化アルミニウム膜
は、水素、水分などの不純物、及び酸素の両方に対して膜を通過させない遮断効果（ブロ
ック効果）が高い。従って、酸化アルミニウム膜は、作製工程中及び作製後において、変
動要因となる水素、水分などの不純物のゲート絶縁膜、酸化物半導体膜、絶縁膜への混入
、及び酸素のゲート絶縁膜、酸化物半導体膜、絶縁膜からの放出を防止することができる
。
【００２１】
ゲート絶縁膜、又は／及び絶縁膜は成膜ガスを用いる成膜方法により形成することができ
る。例えば、化学気相成長（ＣＶＤ：Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉ
ｏｎ）法により形成することができる。
【００２２】
なお、上記の「酸素ドープ」とは、酸素（少なくとも、酸素ラジカル、酸素原子、酸素分
子、オゾン、酸素イオン（酸素分子イオン）、及び／又は酸素クラスタイオンのいずれか
を含む）をバルクに添加することを言う。なお、当該「バルク」の用語は、酸素を、薄膜
表面のみでなく薄膜内部に添加することを明確にする趣旨で用いている。また、「酸素ド
ープ」には、プラズマ化した酸素をバルクに添加する「酸素プラズマドープ」が含まれる
。
【００２３】
酸素ドープ処理には、酸素を含むガスを用いることができる。酸素を含むガスとしては、
酸素、一酸化二窒素、二酸化窒素、二酸化炭素、一酸化炭素などを用いることができる。
また、酸素ドープ処理において、希ガスを用いてもよい。
【００２４】
本発明の一形態は、トランジスタ若しくはトランジスタを含んで構成される回路を有する
半導体装置に関する。例えば、酸化物半導体でチャネル形成領域が形成される、トランジ
スタ若しくはトランジスタを含んで構成される回路を有する半導体装置に関する。例えば
、ＬＳＩや、ＣＰＵや、電源回路に搭載されるパワーデバイスや、メモリ、サイリスタ、
コンバータ、イメージセンサなどを含む半導体集積回路、液晶表示パネルに代表される電
気光学装置や発光素子を有する発光表示装置を部品として搭載した電子機器に関する。
【発明の効果】
【００２５】
酸化物半導体を用いたトランジスタを有する信頼性の高い半導体装置を提供する。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】半導体装置の作製方法の一形態を説明する断面図。
【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平面図及び断面図。
【図５】半導体装置の一形態を説明する平面図及び断面図。
【図６】半導体装置の一形態を説明する平面図及び断面図。
【図７】半導体装置の一形態を説明する平面図及び断面図。
【図８】半導体装置の一形態を説明する平面図。
【図９】半導体装置の一形態を説明する平面図及び断面図。
【図１０】半導体装置の一態様を示す断面図。
【図１１】半導体装置の一形態を示す回路図及び断面図。
【図１２】電子機器を示す図。
【図１３】電子機器を示す図。
【図１４】ＣＡＡＣ−ＯＳ膜の概念図。
【図１５】実施例で作製したサンプルＡの断面ＴＥＭ写真。
【図１６】実施例で作製したサンプルＢの断面ＴＥＭ写真。
【図１７】半導体装置の一態様を説明する断面図。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下では、本明細書に開示する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、本明細書に開示する発明は以下の説明に限定されず、その形態および詳細を様々
に変更し得ることは、当業者であれば容易に理解される。また、本明細書に開示する発明
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、第１、第
２として付される序数詞は便宜上用いるものであり、工程順又は積層順を示すものではな
い。また、本明細書において発明を特定するための事項として固有の名称を示すものでは
ない。
【００２８】
（実施の形態１）
本実施の形態では、半導体装置及び半導体装置の作製方法の一形態を、図１を用いて説明
する。本実施の形態では、半導体装置の一例として酸化物半導体膜を有するトランジスタ
を示す。
【００２９】
トランジスタはチャネル形成領域が１つ形成されるシングルゲート構造でも、２つ形成さ
れるダブルゲート構造もしくは３つ形成されるトリプルゲート構造であってもよい。また
、チャネル形成領域の上下にゲート絶縁膜を介して配置された２つのゲート電極層を有す
る、デュアルゲート型でもよい。
【００３０】
図４に示すトランジスタ４４０（４４０ａ、４４０ｂ、４４０ｃ）は、ボトムゲート構造
の一つであり逆スタガ型トランジスタともいうトランジスタの一例である。図４（Ａ）は
平面図であり、図４（Ａ）中の一点鎖線Ｖ−Ｚで切断した断面が図４（Ｂ）に相当する。
【００３１】
トランジスタ４４０（４４０ａ、４４０ｂ、４４０ｃ）のチャネル長方向の断面図である
図４（Ｂ）に示すように、トランジスタ４４０（４４０ａ、４４０ｂ、４４０ｃ）を含む
半導体装置は、基板４００上に、ゲート電極層４０１と、ゲート電極層４０１上にゲート
絶縁膜４０２、酸化物半導体膜４０３、ソース電極層４０５ａ、及びドレイン電極層４０
５ｂを有する。また、トランジスタ４４０を覆う絶縁膜４０７が設けられている。
【００３２】
本明細書に開示するトランジスタ４４０（４４０ａ、４４０ｂ、４４０ｃ）は、該作製工
程において、酸化物半導体膜４０３と接する絶縁膜（ゲート絶縁膜４０２、及び／又は絶
縁膜４０７）に、熱処理による脱水化又は脱水素化処理を行った後、酸素ドープ処理を行
う。
【００３３】
本実施の形態では、酸化物半導体膜の下層に接して設けられるゲート絶縁膜に熱処理によ
る脱水化又は脱水素化処理を行った後、酸素ドープ処理を行い、作製するトランジスタ４
４０ａを例として示す。
【００３４】
酸化物半導体膜４０３に用いる酸化物半導体としては、少なくともインジウム（Ｉｎ）を
含む。特にＩｎと亜鉛（Ｚｎ）を含むことが好ましい。また、該酸化物半導体を用いたト
ランジスタの電気特性のばらつきを減らすためのスタビライザーとして、それらに加えて
ガリウム（Ｇａ）を有することが好ましい。また、スタビライザーとしてスズ（Ｓｎ）を
有することが好ましい。また、スタビライザーとしてハフニウム（Ｈｆ）を有することが
好ましい。また、スタビライザーとしてアルミニウム（Ａｌ）を有することが好ましい。
また、スタビライザーとしてジルコニウム（Ｚｒ）を有することが好ましい。
【００３５】
また、他のスタビライザーとして、ランタノイドである、ランタン（Ｌａ）、セリウム（
Ｃｅ）、プラセオジム（Ｐｒ）、ネオジム（Ｎｄ）、サマリウム（Ｓｍ）、ユウロピウム
（Ｅｕ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、テルビウム（Ｔｂ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）、ホル
ミウム（Ｈｏ）、エルビウム（Ｅｒ）、ツリウム（Ｔｍ）、イッテルビウム（Ｙｂ）、ル
テチウム（Ｌｕ）のいずれか一種あるいは複数種を有してもよい。
【００３６】
例えば、酸化物半導体として、酸化インジウム、酸化スズ、酸化亜鉛、二元系金属の酸化
物であるＩｎ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｍｇ系酸化物、Ｉｎ−Ｇａ系酸化物、三元系金属の
酸化物であるＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物（ＩＧＺＯとも表記する）、Ｉｎ−Ａｌ−Ｚｎ系
酸化物、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｈｆ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｌａ−Ｚｎ系酸
化物、Ｉｎ−Ｃｅ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｐｒ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｎｄ−Ｚｎ系酸化
物、Ｉｎ−Ｓｍ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｅｕ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｇｄ−Ｚｎ系酸化物
、Ｉｎ−Ｔｂ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｄｙ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｈｏ−Ｚｎ系酸化物、
Ｉｎ−Ｅｒ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｔｍ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｙｂ−Ｚｎ系酸化物、Ｉ
ｎ−Ｌｕ−Ｚｎ系酸化物、四元系金属の酸化物であるＩｎ−Ｓｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物、
Ｉｎ−Ｈｆ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ａｌ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｓｎ−Ａｌ
−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｈｆ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｈｆ−Ａｌ−Ｚｎ系酸化物を
用いることができる。
【００３７】
なお、ここで、例えば、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物とは、ＩｎとＧａとＺｎを主成分とし
て有する酸化物という意味であり、ＩｎとＧａとＺｎの比率は問わない。また、ＩｎとＧ
ａとＺｎ以外の金属元素が入っていてもよい。
【００３８】
また、酸化物半導体として、ＩｎＭＯ３（ＺｎＯ）ｍ（ｍ＞０、且つ、ｍは整数でない）
で表記される材料を用いてもよい。なお、Ｍは、Ｇａ、Ｆｅ、Ｍｎ及びＣｏから選ばれた
一の金属元素又は複数の金属元素を示す。また、酸化物半導体として、Ｉｎ２ＳｎＯ５（
ＺｎＯ）ｎ（ｎ＞０、且つ、ｎは整数）で表記される材料を用いてもよい。
【００３９】
例えば、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：１（＝１／３：１／３：１／３）、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚ
ｎ＝２：２：１（＝２／５：２／５：１／５）、あるいはＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝３：１：２
（＝１／２：１／６：１／３）の原子数比のＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物やその組成の近傍
の酸化物を用いることができる。あるいは、Ｉｎ：Ｓｎ：Ｚｎ＝１：１：１（＝１／３：
１／３：１／３）、Ｉｎ：Ｓｎ：Ｚｎ＝２：１：３（＝１／３：１／６：１／２）あるい
はＩｎ：Ｓｎ：Ｚｎ＝２：１：５（＝１／４：１／８：５／８）の原子数比のＩｎ−Ｓｎ
−Ｚｎ系酸化物やその組成の近傍の酸化物を用いるとよい。
【００４０】
しかし、インジウムを含む酸化物半導体は、これらに限られず、必要とする半導体特性（
移動度、しきい値、ばらつき等）に応じて適切な組成のものを用いればよい。また、必要
とする半導体特性を得るために、キャリア濃度や不純物濃度、欠陥密度、金属元素と酸素
の原子数比、原子間距離、密度等を適切なものとすることが好ましい。
【００４１】
例えば、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｚｎ系酸化物では比較的容易に高い移動度が得られる。しかしなが
ら、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物でも、バルク内欠陥密度を低くすることにより移動度を上
げることができる。
【００４２】
なお、例えば、Ｉｎ、Ｇａ、Ｚｎの原子数比がＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝ａ：ｂ：ｃ（ａ＋ｂ＋
ｃ＝１）である酸化物の組成が、原子数比がＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝Ａ：Ｂ：Ｃ（Ａ＋Ｂ＋Ｃ
＝１）の酸化物の組成の近傍であるとは、ａ、ｂ、ｃが、（ａ−Ａ）２＋（ｂ−Ｂ）２＋
（ｃ−Ｃ）２≦ｒ２を満たすことをいう。ｒとしては、例えば、０．０５とすればよい。
他の酸化物でも同様である。
【００４３】
酸化物半導体膜４０３は、単結晶、多結晶（ポリクリスタルともいう。）または非晶質な
どの状態をとる。
【００４４】
好ましくは、酸化物半導体膜は、ＣＡＡＣ−ＯＳ（Ｃ  Ａｘｉｓ  Ａｌｉｇｎｅｄ  Ｃｒ
ｙｓｔａｌｌｉｎｅ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）膜とする。
【００４５】
ＣＡＡＣ−ＯＳ膜は、完全な単結晶ではなく、完全な非晶質でもない（図１４参照）。Ｃ
ＡＡＣ−ＯＳ膜は、非晶質相に結晶部を有する結晶−非晶質混相構造の酸化物半導体膜で
ある。なお、当該結晶部は、一辺が１００ｎｍ未満の立方体内に収まる大きさであること
が多い。また、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ：Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ  Ｅｌｅｃｔｒｏ
ｎ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）による観察像では、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜に含まれる非晶質部と
結晶部との境界は明確ではない。また、ＴＥＭによってＣＡＡＣ−ＯＳ膜には粒界（グレ
インバウンダリーともいう。）は確認できない。そのため、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜は、粒界に
起因する電子移動度の低下が抑制される。
【００４６】
ＣＡＡＣ−ＯＳ膜は、ｃ軸に対しては単結晶化した薄膜であり、ａ−ｂ面はモザイク状に
なっており、結晶粒界が不明確である。ＣＡＡＣ−ＯＳ膜に含まれる結晶部は、ｃ軸がＣ
ＡＡＣ−ＯＳ膜の被形成面の法線ベクトルまたは表面の法線ベクトルに平行な方向に揃い
、かつａｂ面に垂直な方向から見て三角形状または六角形状の原子配列を有し、ｃ軸に垂
直な方向から見て金属原子が層状または金属原子と酸素原子とが層状に配列している。な
お、異なる結晶部間で、それぞれａ軸およびｂ軸の向きが異なっていてもよい。本明細書
において、単に垂直と記載する場合、８５°以上９５°以下の範囲も含まれることとする
。また、単に平行と記載する場合、−５°以上５°以下の範囲も含まれることとする。
【００４７】
なお、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜において、結晶部の分布が一様でなくてもよい。例えば、ＣＡＡ
Ｃ−ＯＳ膜の形成過程において、酸化物半導体膜の表面側から結晶成長させる場合、被形
成面の近傍に対し表面の近傍では結晶部の占める割合が高くなることがある。また、ＣＡ
ＡＣ−ＯＳ膜へ不純物を添加することにより、当該不純物添加領域において結晶部が非晶
質化することもある。
【００４８】
ＣＡＡＣ−ＯＳ膜に含まれる結晶部のｃ軸は、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜の被形成面の法線ベクト
ルまたは表面の法線ベクトルに平行な方向に揃うため、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜の形状（被形成
面の断面形状または表面の断面形状）によっては互いに異なる方向を向くことがある。な
お、結晶部のｃ軸の方向は、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜が形成されたときの被形成面の法線ベクト
ルまたは表面の法線ベクトルに平行な方向となる。結晶部は、成膜することにより、また
は成膜後に熱処理などの結晶化処理を行うことにより形成される。
【００４９】
ＣＡＡＣ−ＯＳ膜を用いたトランジスタは、可視光や紫外光の照射による電気特性の変動
が小さい。よって、当該トランジスタは、信頼性が高い。
【００５０】
なお、酸化物半導体膜を構成する酸素の一部は窒素で置換されてもよい。
【００５１】
また、ＣＡＡＣ−ＯＳのように結晶部を有する酸化物半導体では、よりバルク内欠陥を低
減することができ、表面の平坦性を高めればアモルファス状態の酸化物半導体以上の移動
度を得ることができる。表面の平坦性を高めるためには、平坦な表面上に酸化物半導体を
形成することが好ましく、具体的には、平均面粗さ（Ｒａ）が１ｎｍ以下、好ましくは０
．３ｎｍ以下、より好ましくは０．１ｎｍ以下の表面上に形成するとよい。
【００５２】
なお、Ｒａとは、ＪＩＳ  Ｂ  ０６０１：２００１（ＩＳＯ４２８７：１９９７）で定義
されている算術平均粗さを曲面に対して適用できるよう三次元に拡張したものであり、「
基準面から指定面までの偏差の絶対値を平均した値」で表現でき、以下の式にて定義され
る。
【００５３】
【数１】
0006317500.tif 000002
【００５４】
なお、ここで、指定面とは、粗さ計測の対象となる面であり、座標（（ｘ１，ｙ１，ｆ（
ｘ１，ｙ１）），（ｘ１，ｙ２，ｆ（ｘ１，ｙ２）），（ｘ２，ｙ１，ｆ（ｘ２，ｙ１）
），（ｘ２，ｙ２，ｆ（ｘ２，ｙ２））の４点で表される四角形の領域とし、指定面をｘ
ｙ平面に投影した長方形の面積をＳ０、基準面の高さ（指定面の平均の高さ）をＺ０とす
る。Ｒａは原子間力顕微鏡（ＡＦＭ：Ａｔｏｍｉｃ  Ｆｏｒｃｅ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ
）にて測定可能である。
【００５５】
ただし、トランジスタ４４０（４４０ａ、４４０ｂ、４４０ｃ）は、ボトムゲート型であ
るため、酸化物半導体膜の下方には基板４００とゲート電極層４０１とゲート絶縁膜４０
２が存在している。従って、上記平坦な表面を得るためにゲート電極層４０１及びゲート
絶縁膜４０２を形成した後、ＣＭＰ処理などの平坦化処理を行ってもよい。
【００５６】
酸化物半導体膜４０３の膜厚は、１ｎｍ以上３０ｎｍ以下（好ましくは５ｎｍ以上１０ｎ
ｍ以下）とし、スパッタリング法、ＭＢＥ（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  Ｂｅａｍ  Ｅｐｉｔａ
ｘｙ）法、ＣＶＤ法、パルスレーザ堆積法、ＡＬＤ（Ａｔｏｍｉｃ  Ｌａｙｅｒ  Ｄｅｐ
ｏｓｉｔｉｏｎ）法等を適宜用いることができる。また、酸化物半導体膜４０３は、スパ
ッタリングターゲット表面に対し、概略垂直に複数の基板表面がセットされた状態で成膜
を行うスパッタ装置を用いて成膜してもよい。
【００５７】
また、酸化物半導体膜４０３において、銅、アルミニウム、塩素などの不純物がほとんど
含まれない高純度化されたものであることが望ましい。トランジスタの製造工程において
、これらの不純物が混入または酸化物半導体膜表面に付着する恐れのない工程を適宜選択
することが好ましく、酸化物半導体膜表面に付着した場合には、シュウ酸や希フッ酸など
に曝す、またはプラズマ処理（Ｎ２Ｏプラズマ処理など）を行うことにより、酸化物半導
体膜表面の不純物を除去することが好ましい。具体的には、酸化物半導体膜の銅濃度は１
×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、好ましくは１×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下と
する。また、酸化物半導体膜のアルミニウム濃度は１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下
とする。また、酸化物半導体膜の塩素濃度は２×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下とする
。
【００５８】
図１（Ａ）乃至（Ｅ）にトランジスタ４４０ａを有する半導体装置の作製方法の一例を示
す。
【００５９】
絶縁表面を有する基板４００に使用することができる基板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ことが必要となる。例えば、バリ
ウムホウケイ酸ガラスやアルミノホウケイ酸ガラスなどのガラス基板などの電子工業用に
使われる各種ガラス基板を用いることが出来る。なお、基板としては、熱膨張係数が２５
×１０−７／℃以上５０×１０−７／℃以下（好ましくは、３０×１０−７／℃以上４０
×１０−７／℃以下）であり、歪み点が６５０℃以上７５０℃以下（好ましくは、７００
℃以上７４０℃以下）である基板を用いることが好ましい。
【００６０】
第５世代（１０００ｍｍ×１２００ｍｍまたは１３００ｍｍ×１５００ｍｍ）、第６世代
（１５００ｍｍ×１８００ｍｍ）、第７世代（１８７０ｍｍ×２２００ｍｍ）、第８世代
（２２００ｍｍ×２５００ｍｍ）、第９世代（２４００ｍｍ×２８００ｍｍ）、第１０世
代（２８８０×３１３０ｍｍ）などの大型ガラス基板を用いる場合、半導体装置の作製工
程における加熱処理などで生じる基板の縮みによって、微細な加工が困難になる場合があ
る。そのため、前述したような大型ガラス基板を基板として用いる場合、縮みの少ないも
のを用いることが好ましい。例えば、基板として、好ましくは４５０℃、好ましくは５０
０℃の温度で１時間加熱処理を行った後の縮み量が２０ｐｐｍ以下、好ましくは１０ｐｐ
ｍ以下、さらに好ましくは５ｐｐｍ以下である大型ガラス基板を用いればよい。
【００６１】
または、基板４００として、セラミック基板、石英基板、サファイア基板などを用いるこ
とができる。また、シリコンや炭化シリコンなどの単結晶半導体基板、多結晶半導体基板
、シリコンゲルマニウムなどの化合物半導体基板、ＳＯＩ基板などを適用することもでき
る。これらの基板上に半導体素子が設けられたものを用いてもよい。
【００６２】
また、基板４００として、可撓性基板を用いて半導体装置を作製してもよい。可撓性を有
する半導体装置を作製するには、可撓性基板上に酸化物半導体膜４０３を含むトランジス
タ４４０ａを直接作製してもよいし、他の作製基板に酸化物半導体膜４０３を含むトラン
ジスタ４４０ａを作製し、その後可撓性基板に剥離、転置してもよい。なお、作製基板か
ら可撓性基板に剥離、転置するために、作製基板と酸化物半導体膜を含むトランジスタ４
４０ａとの間に剥離層を設けるとよい。
【００６３】
基板４００上に下地膜として絶縁膜を設けてもよい。絶縁膜としては、プラズマＣＶＤ法
又はスパッタリング法等により、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、酸化アルミニウム、
酸化窒化アルミニウム、酸化ハフニウム、酸化ガリウムなどの酸化物絶縁膜、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などの窒化物絶縁膜、
又はこれらの混合材料を用いて形成することができる。
【００６４】
基板４００（又は基板４００及び下地膜）に熱処理を行ってもよい。例えば、高温のガス
を用いて熱処理を行うＧＲＴＡ（Ｇａｓ  Ｒａｐｉｄ  Ｔｈｅｒｍａｌ  Ａｎｎｅａｌ）
装置により、６５０℃、１分〜５分間、熱処理を行えばよい。なお、ＧＲＴＡにおける高
温のガスには、アルゴンなどの希ガス、または窒素のような、熱処理によって被処理物と
反応しない不活性気体が用いられる。また、電気炉により、５００℃、３０分〜１時間、
熱処理を行ってもよい。
【００６５】
次に基板４００上に導電膜を形成し、該導電膜をエッチングして、ゲート電極層４０１を
形成する。導電膜のエッチングは、ドライエッチングでもウェットエッチングでもよく、
両方を用いてもよい。
【００６６】
ゲート電極層４０１の材料は、モリブデン、チタン、タンタル、タングステン、アルミニ
ウム、銅、クロム、ネオジム、スカンジウム等の金属材料またはこれらを主成分とする合
金材料を用いて形成することができる。また、ゲート電極層４０１としてリン等の不純物
元素をドーピングした多結晶シリコン膜に代表される半導体膜、ニッケルシリサイドなど
のシリサイド膜を用いてもよい。ゲート電極層４０１は、単層構造としてもよいし、積層
構造としてもよい。
【００６７】
また、ゲート電極層４０１の材料は、酸化インジウム酸化スズ、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、酸化インジウム酸化亜鉛、酸化
ケイ素を添加したインジウム錫酸化物などの導電性材料を適用することもできる。また、
上記導電性材料と、上記金属材料の積層構造とすることもできる。
【００６８】
また、ゲート電極層４０１として、窒素を含む金属酸化物、具体的には、窒素を含むＩｎ
−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ膜や、窒素を含むＩｎ−Ｓｎ−Ｏ膜や、窒素を含むＩｎ−Ｇａ−Ｏ膜や
、窒素を含むＩｎ−Ｚｎ−Ｏ膜や、窒素を含むＳｎ−Ｏ膜や、窒素を含むＩｎ−Ｏ膜や、
金属窒化膜（ＩｎＮ、ＳｎＮなど）を用いることができる。これらの膜は５ｅＶ（電子ボ
ルト）、好ましくは５．５ｅＶ（電子ボルト）以上の仕事関数を有し、ゲート電極層とし
て用いた場合、トランジスタの電気特性のしきい値電圧をプラスにすることができ、所謂
ノーマリーオフのスイッチング素子を実現できる。
【００６９】
本実施の形態では、スパッタリング法により膜厚１００ｎｍのタングステン膜を形成する
。
【００７０】
また、ゲート電極層４０１形成後に、基板４００、及びゲート電極層４０１に熱処理を行
ってもよい。例えば、ＧＲＴＡ装置により、６５０℃、１分〜５分間、熱処理を行えばよ
い。また、電気炉により、５００℃、３０分〜１時間、熱処理を行ってもよい。
【００７１】
次いで、ゲート電極層４０１上にゲート絶縁膜４９１を形成する（図１（Ａ）参照）。
【００７２】
なお、ゲート絶縁膜４９１の被覆性を向上させるために、ゲート電極層４０１表面に平坦
化処理を行ってもよい。特にゲート絶縁膜４９１として膜厚の薄い絶縁膜を用いる場合、
ゲート電極層４０１表面の平坦性が良好であることが好ましい。
【００７３】
ゲート絶縁膜４９１の膜厚は、１ｎｍ以上３００ｎｍ以下とし、成膜ガスを用いたＣＶＤ
法を用いることができる。ＣＶＤ法としては、ＬＰＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法などを用
いることができ、また他の方法としては、塗布膜なども用いることができる。
【００７４】
ゲート絶縁膜４９１の材料としては、酸化シリコン膜、酸化ガリウム膜、酸化アルミニウ
ム膜、窒化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜、酸化窒化アルミニウム膜、または窒化酸化
シリコン膜を用いて形成することができる。
【００７５】
また、ゲート絶縁膜４９１の材料として酸化ハフニウム、酸化イットリウム、ハフニウム
シリケート（ＨｆＳｉｘＯｙ（ｘ＞０、ｙ＞０））、窒素が添加されたハフニウムシリケ
ート（ＨｆＳｉＯｘＮｙ（ｘ＞０、ｙ＞０））、ハフニウムアルミネート（ＨｆＡｌｘＯ
ｙ（ｘ＞０、ｙ＞０））、酸化ランタンなどのｈｉｇｈ−ｋ材料を用いることでゲートリ
ーク電流を低減できる。さらに、ゲート絶縁膜４９１は、単層構造としても良いし、積層
構造としても良い。
【００７６】
本実施の形態では、ゲート絶縁膜４９１として、プラズマＣＶＤ法により膜厚２００ｎｍ
の酸化窒化シリコン膜を形成する。ゲート絶縁膜４９１の成膜条件は、例えば、ＳｉＨ４
とＮ２Ｏのガス流量比をＳｉＨ４：Ｎ２Ｏ＝４ｓｃｃｍ：８００ｓｃｃｍ、圧力４０Ｐａ
、ＲＦ電源電力（電源出力）５０Ｗ、基板温度３５０℃とすればよい。
【００７７】
ゲート絶縁膜４９１に熱処理による脱水化又は脱水素化処理を行う。
【００７８】
本実施の形態では、ゲート絶縁膜４９１の成膜ガスとして、水素を含むガスを用いても、
ゲート絶縁膜４９１に脱水素化処理を行うため、ゲート絶縁膜４９１中の水素を除去する
ことができる。よって、プラズマＣＶＤ法を好適に用いることができる。プラズマＣＶＤ
法は、成膜時に膜へごみなどが付着、混入しにくい上、比較的速い成膜速度で成膜するこ
とができるので、厚膜化が可能であり、生産性に有利である。
【００７９】
熱処理の温度は、３００℃以上７００℃以下、または基板の歪み点未満とする。熱処理の
温度は、ゲート絶縁膜４９１の成膜温度より高い方が、脱水化または脱水素化の効果が高
いため好ましい。例えば、熱処理装置の一つである電気炉に基板を導入し、ゲート絶縁膜
４９１に対して真空下４５０℃において１時間の熱処理を行う。
【００８０】
なお、熱処理装置は電気炉に限られず、抵抗発熱体などの発熱体からの熱伝導または熱輻
射によって、被処理物を加熱する装置を用いてもよい。例えば、ＧＲＴＡ（Ｇａｓ  Ｒａ
ｐｉｄ  Ｔｈｅｒｍａｌ  Ａｎｎｅａｌ）装置、ＬＲＴＡ（Ｌａｍｐ  Ｒａｐｉｄ  Ｔｈ
ｅｒｍａｌ  Ａｎｎｅａｌ）装置等のＲＴＡ（Ｒａｐｉｄ  Ｔｈｅｒｍａｌ  Ａｎｎｅａ
ｌ）装置を用いることができる。ＬＲＴＡ装置は、ハロゲンランプ、メタルハライドラン
プ、キセノンアークランプ、カーボンアークランプ、高圧ナトリウムランプ、高圧水銀ラ
ンプなどのランプから発する光（電磁波）の輻射により、被処理物を加熱する装置である
。ＧＲＴＡ装置は、高温のガスを用いて熱処理を行う装置である。高温のガスには、アル
ゴンなどの希ガス、または窒素のような、熱処理によって被処理物と反応しない不活性気
体が用いられる。
【００８１】
例えば、熱処理として、６５０℃〜７００℃の高温に加熱した不活性ガス中に基板を入れ
、数分間加熱した後、基板を不活性ガス中から出すＧＲＴＡを行ってもよい。
【００８２】
熱処理は、減圧（真空）下、窒素雰囲気下、又は希ガス雰囲気下で行えばよい。また、上
記窒素、または希ガス等の雰囲気に水、水素などが含まれないことが好ましい。また、熱
処理装置に導入する窒素、または希ガスの純度を、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。
【００８３】
熱処理によって、ゲート絶縁膜４９１の脱水化または脱水素化を行うことができ、トラン
ジスタの特性変動を引き起こす水素、又は水などの不純物が排除されたゲート絶縁膜４９
２を形成することができる（図１（Ｂ）参照。）。
【００８４】
脱水化又は脱水素化処理を行う熱処理において、ゲート絶縁膜４９１表面は水素又は水等
の放出を妨害するような状態（例えば、水素又は水等を通過させない（ブロックする）膜
などを設ける等）とせず、ゲート絶縁膜４９１は表面を露出した状態とすることが好まし
い。
【００８５】
また、脱水化又は脱水素化のための熱処理は、複数回行ってもよく、他の熱処理と兼ねて
もよい。
【００８６】
次に、脱水化または脱水素化されたゲート絶縁膜４９２に酸素ドープ処理を行い、酸素を
過剰に含むゲート絶縁膜４０２を形成する（図１（Ｃ）参照）。ゲート絶縁膜４９２に酸
素ドープ処理を行うことにより、酸素４３１をゲート絶縁膜４９２に供給して、ゲート絶
縁膜４９２中、又はゲート絶縁膜４９２中及び後工程でゲート絶縁膜４０２上に形成され
る酸化物半導体膜４４１との界面近傍に酸素を含有させる。
【００８７】
ゲート絶縁膜４０２は、膜中（バルク中）に少なくとも化学量論比を超える量の酸素が存
在することが好ましい。
【００８８】
ドープされる酸素（酸素ラジカル、酸素原子、酸素分子、オゾン、酸素イオン（酸素分子
イオン）、及び／又は酸素クラスタイオン）４３１は、イオン注入法、イオンドーピング
法、プラズマイマージョンイオンインプランテーション法、プラズマ処理などを用いるこ
とができる。また、イオン注入法にはガスクラスタイオンビームを用いてもよい。酸素の
ドープ処理は、全面を一度に行ってもよいし、線状のイオンビーム等を用いて移動（スキ
ャン）させ行ってもよい。
【００８９】
例えば、ドープされる酸素（酸素ラジカル、酸素原子、酸素分子、オゾン、酸素イオン（
酸素分子イオン）、及び／又は酸素クラスタイオン）４３１は、酸素を含むガスを用いて
プラズマ発生装置により供給されてもよいし、又はオゾン発生装置により供給されてもよ
い。より具体的には、例えば、半導体装置に対してエッチング処理を行うための装置や、
レジストマスクに対してアッシングを行うための装置などを用いて酸素４３１を発生させ
、ゲート絶縁膜４９１を処理してゲート絶縁膜４０２を形成することができる。
【００９０】
酸素ドープ処理には、酸素を含むガスを用いることができる。酸素を含むガスとしては、
酸素、一酸化二窒素、二酸化窒素、二酸化炭素、一酸化炭素などを用いることができる。
また、酸素ドープ処理において、希ガスを用いてもよい。
【００９１】
酸素４３１のドープ処理は、例えば、イオン注入法で酸素イオンの注入を行う場合、ドー
ズ量を１×１０１３ｉｏｎｓ／ｃｍ２以上５×１０１６ｉｏｎｓ／ｃｍ２以下とすればよ
い。
【００９２】
また、酸素ドープ処理によって、ゲート絶縁膜４０２の表面の平坦性を向上させることが
できる。
【００９３】
次に、ゲート絶縁膜４０２上に膜状の酸化物半導体膜４４１を形成する（図１（Ｄ）参照
）。なお、本実施の形態では、酸化物半導体膜４４１は膜状の酸化物半導体膜であり、完
成したトランジスタ４４０ａに含まれる酸化物半導体膜４０３は島状の酸化物半導体膜で
ある。
【００９４】
ゲート絶縁膜４０２において酸化物半導体膜４４１が接して形成される領域に、平坦化処
理を行ってもよい。平坦化処理としては、特に限定されないが、研磨処理（例えば、化学
的機械研磨法（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ：ＣＭＰ
））、ドライエッチング処理、プラズマ処理を用いることができる。また、先の酸素ドー
プ処理を、ゲート絶縁膜４０２の平坦化処理と兼ねることも可能である。
【００９５】
プラズマ処理としては、例えば、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
タリングを行うことができる。逆スパッタリングとは、アルゴン雰囲気下で基板側に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、酸素などを用いてもよい。逆スパッタリ
ングを行うと、ゲート絶縁膜４０２の表面に付着している粉状物質（パーティクル、ごみ
ともいう）を除去することができる。
【００９６】
平坦化処理として、研磨処理、ドライエッチング処理、プラズマ処理は複数回行ってもよ
く、それらを組み合わせて行ってもよい。また、組み合わせて行う場合、工程順も特に限
定されず、ゲート絶縁膜４０２表面の凹凸状態に合わせて適宜設定すればよい。
【００９７】
なお、酸化物半導体膜４４１は、成膜時に酸素が多く含まれるような条件（例えば、酸素
１００％の雰囲気下でスパッタリング法により成膜を行うなど）で成膜して、酸素を多く
含む（好ましくは酸化物半導体が結晶状態における化学量論的組成に対し、酸素の含有量
が過剰な領域が含まれている）膜とすることが好ましい。
【００９８】
なお、本実施の形態において、酸化物半導体膜４４１として、ＡＣ電源装置を有するスパ
ッタリング装置を用いたスパッタリング法を用い、膜厚３５ｎｍのＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸
化物膜（ＩＧＺＯ膜）を成膜する。本実施の形態において、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：
１（＝１／３：１／３：１／３）の原子比のＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物ターゲットを用い
る。なお、成膜条件は、酸素及びアルゴン雰囲気下（酸素流量比率５０％）、圧力０．６
Ｐａ、電源電力５ｋＷ、基板温度１７０℃とする。この成膜条件での成膜速度は、１６ｎ
ｍ／ｍｉｎである。
【００９９】
酸化物半導体膜４４１を、成膜する際に用いるスパッタリングガスは水素、水、水酸基又
は水素化物などの不純物が除去された高純度ガスを用いることが好ましい。
【０１００】
減圧状態に保持された成膜室内に基板を保持する。そして、成膜室内の残留水分を除去し
つつ水素及び水分が除去されたスパッタガスを導入し、上記ターゲットを用いて基板４０
０上に酸化物半導体膜４４１を成膜する。成膜室内の残留水分を除去するためには、吸着
型の真空ポンプ、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
プを用いることが好ましい。また、排気手段としては、ターボ分子ポンプにコールドトラ
ップを加えたものであってもよい。クライオポンプを用いて排気した成膜室は、例えば、
水素（水素原子）、水（Ｈ２Ｏ）など水素（水素原子）を含む化合物（より好ましくは炭
素原子を含む化合物も）等が排気されるため、当該成膜室で成膜した酸化物半導体膜４４
１に含まれる不純物の濃度を低減できる。
【０１０１】
酸化物半導体膜４０３と接するゲート絶縁膜４０２は、酸素の供給源となる酸素を多く（
過剰に）含むので、該ゲート絶縁膜４０２から酸化物半導体膜４０３へ酸素を供給するこ
とができる。
【０１０２】
酸化物半導体膜４０３とゲート絶縁膜４０２とを接した状態で熱処理を行うことが好まし
い。熱処理によってゲート絶縁膜４０２から酸化物半導体膜４０３への酸素の供給を効果
的に行うことができる。
【０１０３】
なお、ゲート絶縁膜４０２から酸化物半導体膜４０３への酸素の供給のための熱処理を、
酸化物半導体膜４４１が島状に加工される前に行うと、ゲート絶縁膜４０２に含まれる酸
素が熱処理によって放出されるのを防止することができるため好ましい。
【０１０４】
酸化物半導体膜４０３へ酸素を供給することにより、酸化物半導体膜４０３中の酸素欠損
を補填することができる。
【０１０５】
酸化物半導体膜４４１をフォトリソグラフィ工程により加工して、島状の酸化物半導体膜
４０３を形成する。
【０１０６】
また、島状の酸化物半導体膜４０３を形成するためのレジストマスクをインクジェット法
で形成してもよい。レジストマスクをインクジェット法で形成するとフォトマスクを使用
しないため、製造コストを低減できる。
【０１０７】
なお、酸化物半導体膜４４１のエッチングは、ドライエッチングでもウェットエッチング
でもよく、両方を用いてもよい。例えば、酸化物半導体膜４４１のウェットエッチングに
用いるエッチング液としては、燐酸と酢酸と硝酸を混ぜた溶液などを用いることができる
。また、ＩＴＯ−０７Ｎ（関東化学社製）を用いてもよい。また、ＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔ
ｉｖｅｌｙ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｐｌａｓｍａ：誘導結合型プラズマ）エッチング法による
ドライエッチングによってエッチング加工してもよい。
【０１０８】
次いで、ゲート電極層４０１、ゲート絶縁膜４０２、及び酸化物半導体膜４０３上に、ソ
ース電極層及びドレイン電極層（これと同じ層で形成される配線を含む）となる導電膜を
形成する。
【０１０９】
導電膜は後の熱処理に耐えられる材料を用いる。ソース電極層、及びドレイン電極層に用
いる導電膜としては、例えば、Ａｌ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｗから選ばれた元
素を含む金属膜、または上述した元素を成分とする金属窒化物膜（窒化チタン膜、窒化モ
リブデン膜、窒化タングステン膜）等を用いることができる。また、Ａｌ、Ｃｕなどの金
属膜の下側又は上側の一方または双方にＴｉ、Ｍｏ、Ｗなどの高融点金属膜またはそれら
の金属窒化物膜（窒化チタン膜、窒化モリブデン膜、窒化タングステン膜）を積層させた
構成としても良い。また、ソース電極層、及びドレイン電極層に用いる導電膜としては、
導電性の金属酸化物で形成しても良い。導電性の金属酸化物としては酸化インジウム（Ｉ
ｎ２Ｏ３）、酸化スズ（ＳｎＯ２）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化インジウム酸化スズ（Ｉ
ｎ２Ｏ３−ＳｎＯ２）、酸化インジウム酸化亜鉛（Ｉｎ２Ｏ３−ＺｎＯ）またはこれらの
金属酸化物材料に酸化シリコンを含ませたものを用いることができる。
【０１１０】
フォトリソグラフィ工程により導電膜上にレジストマスクを形成し、選択的にエッチング
を行ってソース電極層４０５ａ、ドレイン電極層４０５ｂを形成する。ソース電極層４０
５ａ、ドレイン電極層４０５ｂを形成した後、レジストマスクを除去する。
【０１１１】
レジストマスク形成時の露光には、紫外線やＫｒＦレーザ光やＡｒＦレーザ光を用いると
よい。酸化物半導体膜４０３上で隣り合うソース電極層４０５ａの下端部とドレイン電極
層４０５ｂの下端部との間隔幅によって後に形成されるトランジスタ４４０のチャネル長
Ｌが決定される。なお、チャネル長Ｌ＝２５ｎｍ未満の露光を行う場合には、数ｎｍ〜数
１０ｎｍと極めて波長が短い超紫外線（Ｅｘｔｒｅｍｅ  Ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ）を用
いてレジストマスク形成時の露光を行うとよい。超紫外線による露光は、解像度が高く焦
点深度も大きい。従って、後に形成されるトランジスタのチャネル長Ｌを１０ｎｍ以上１
０００ｎｍ以下とすることも可能であり、回路の動作速度を高速化できる。
【０１１２】
また、フォトリソグラフィ工程で用いるフォトマスク数及び工程数を削減するため、透過
した光が複数の強度となる露光マスクである多階調マスクによって形成されたレジストマ
スクを用いてエッチング工程を行ってもよい。多階調マスクを用いて形成したレジストマ
スクは複数の膜厚を有する形状となり、エッチングを行うことでさらに形状を変形するこ
とができるため、異なるパターンに加工する複数のエッチング工程に用いることができる
。よって、一枚の多階調マスクによって、少なくとも二種類以上の異なるパターンに対応
するレジストマスクを形成することができる。よって露光マスク数を削減することができ
、対応するフォトリソグラフィ工程も削減できるため、工程の簡略化が可能となる。
【０１１３】
本実施の形態では、導電膜のエッチングには、塩素を含むガス、例えば、塩素（Ｃｌ２）
、三塩化硼素（ＢＣｌ３）、四塩化珪素（ＳｉＣｌ４）、四塩化炭素（ＣＣｌ４）などを
含むガスを用いることができる。また、フッ素を含むガス、例えば、四弗化炭素（ＣＦ４
）、六弗化硫黄（ＳＦ６）、三弗化窒素（ＮＦ３）、トリフルオロメタン（ＣＨＦ３）な
どを含むガスを用いることができる。また、これらのガスにヘリウム（Ｈｅ）やアルゴン
（Ａｒ）などの希ガスを添加したガス、などを用いることができる。
【０１１４】
エッチング法としては、平行平板型ＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ  Ｉｏｎ  Ｅｔｃｈｉｎｇ
）法や、ＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｐｌａｓｍａ：誘導結合型
プラズマ）エッチング法を用いることができる。所望の加工形状にエッチングできるよう
に、エッチング条件（コイル型の電極に印加される電力量、基板側の電極に印加される電
力量、基板側の電極温度等）を適宜調節する。
【０１１５】
本実施の形態では、導電膜としてスパッタリング法により膜厚１００ｎｍのチタン膜、膜
厚４００ｎｍのアルミニウム膜、膜厚１００ｎｍのチタン膜の積層を用いる。導電膜のエ
ッチングは、ドライエッチング法により、チタン膜、アルミニウム膜、チタン膜の積層を
エッチングして、ソース電極層４０５ａ、ドレイン電極層４０５ｂを形成する。
【０１１６】
本実施の形態では、第１のエッチング条件でチタン膜とアルミニウム膜の２層をエッチン
グした後、第２のエッチング条件で残りのチタン膜単層を除去する。なお、第１のエッチ
ング条件は、エッチングガス（ＢＣｌ３：Ｃｌ２＝７５０ｓｃｃｍ：１５０ｓｃｃｍ）を
用い、バイアス電力を１５００Ｗとし、ＩＣＰ電源電力を０Ｗとし、圧力を２．０Ｐａと
する。第２のエッチング条件は、エッチングガス（ＢＣｌ３：Ｃｌ２＝７００ｓｃｃｍ：
１００ｓｃｃｍ）を用い、バイアス電力を７５０Ｗとし、ＩＣＰ電源電力を０Ｗとし、圧
力を２．０Ｐａとする。
【０１１７】
なお、導電膜のエッチング工程の際に、酸化物半導体膜４０３がエッチングされ、分断す
ることのないようエッチング条件を最適化することが望まれる。しかしながら、導電膜の
みをエッチングし、酸化物半導体膜４０３を全くエッチングしないという条件を得ること
は難しく、導電膜のエッチングの際に酸化物半導体膜４０３は一部のみがエッチングされ
、溝部（凹部）を有する酸化物半導体膜となることもある。また、酸化物半導体膜４０３
のうち、ソース電極層４０５ａ、ドレイン電極層４０５ｂと接する部分の近傍では、その
他の部分より導電率が高くなることがある。この場合、ソース電極層４０５ａの近傍の導
電率が高い部分をソースと称し、ドレイン電極層４０５ｂの近傍の導電率が高い部分をド
レインと称してもよい。
【０１１８】
以上の工程で、本実施の形態のトランジスタ４４０ａが作製される。
【０１１９】
本実施の形態では、ソース電極層４０５ａ、ドレイン電極層４０５ｂ上に、酸化物半導体
膜４０３と接して、絶縁膜４０９を形成する（図１（Ｅ）参照）。
【０１２０】
絶縁膜４０９としては、代表的には酸化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜、酸化アルミニ
ウム膜、酸化窒化アルミニウム膜、酸化ハフニウム膜、又は酸化ガリウム膜、窒化シリコ
ン膜、窒化アルミニウム膜、窒化酸化シリコン膜、窒化酸化アルミニウム膜などの無機絶
縁膜の単層又は積層を用いることができる。
【０１２１】
また、さらに絶縁膜４０９上に緻密性の高い無機絶縁膜を設けてもよい。例えば、絶縁膜
４０９上にスパッタリング法により酸化アルミニウム膜を形成する。酸化アルミニウム膜
を高密度（膜密度３．２ｇ／ｃｍ３以上、好ましくは３．６ｇ／ｃｍ３以上）とすること
によって、トランジスタ４４０ａに安定な電気特性を付与することができる。膜密度はラ
ザフォード後方散乱法（ＲＢＳ：Ｒｕｔｈｅｒｆｏｒｄ  Ｂａｃｋｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ
Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）や、Ｘ線反射率測定法（ＸＲＲ：Ｘ−Ｒａｙ  Ｒｅｆｌｅ
ｃｔｉｏｎ）によって測定することができる。
【０１２２】
トランジスタ４４０ａ上に設けられる絶縁膜として用いることのできる酸化アルミニウム
膜は、水素、水分などの不純物、及び酸素の両方に対して膜を通過させない遮断効果（ブ
ロック効果）が高い。
【０１２３】
従って、酸化アルミニウム膜は、作製工程中及び作製後において、変動要因となる水素、
水分などの不純物の酸化物半導体膜４０３への混入、及び酸化物半導体を構成する主成分
材料である酸素の酸化物半導体膜４０３からの放出を防止する保護膜として機能する。
【０１２４】
また、トランジスタ４４０ａ起因の表面凹凸を低減するために平坦化絶縁膜を形成しても
よい。平坦化絶縁膜としては、ポリイミド、アクリル、ベンゾシクロブテン系樹脂等の有
機材料を用いることができる。また上記有機材料の他に、低誘電率材料（ｌｏｗ−ｋ材料
）等を用いることができる。なお、これらの材料で形成される絶縁膜を複数積層させるこ
とで、平坦化絶縁膜を形成してもよい。
【０１２５】
例えば、平坦化絶縁膜として、膜厚１５００ｎｍのアクリル樹脂膜を形成すればよい。ア
クリル樹脂膜は塗布法による塗布後、焼成（例えば窒素雰囲気下２５０℃１時間）して形
成することができる。
【０１２６】
平坦化絶縁膜を形成後、熱処理を行ってもよい。例えば、窒素雰囲気下２５０℃で１時間
熱処理を行う。
【０１２７】
このように、トランジスタ４４０ａ形成後、熱処理を行ってもよい。また、熱処理は複数
回行ってもよい。
【０１２８】
酸化物半導体膜４０３に接するゲート絶縁膜４０２に、熱処理による脱水化又は脱水素化
処理を行い、かつ脱水化又は脱水素化処理後に酸素ドープ処理を行って作製されたトラン
ジスタ４４０ａは、電気特性変動が抑制されており、電気的に安定である。
【０１２９】
よって、安定した電気特性を有するトランジスタ４４０ａを作製することができる。
【０１３０】
また、本発明の一形態は、電気特性が良好で信頼性のよいトランジスタ４４０ａを含む半
導体装置を作製することができる。
【０１３１】
（実施の形態２）
本実施の形態では、半導体装置及び半導体装置の作製方法の他の一形態を、図２を用いて
説明する。上記実施の形態と同一部分又は同様な機能を有する部分、及び工程は、上記実
施の形態と同様に行うことができ、繰り返しの説明は省略する。また同じ箇所の詳細な説
明は省略する。
【０１３２】
本実施の形態では、酸化物半導体層上に接して設けられる絶縁膜に熱処理による脱水化又
は脱水素化処理を行った後、酸素ドープ処理を行い、作製するトランジスタ４４０ｂを例
として示す。
【０１３３】
図２（Ａ）乃至（Ｄ）にトランジスタ４４０ｂを有する半導体装置の作製方法の一例を示
す。
【０１３４】
絶縁表面を有する基板４００上に導電膜を形成し、該導電膜をエッチングして、ゲート電
極層４０１を形成する。本実施の形態では、スパッタリング法により膜厚１００ｎｍのタ
ングステン膜を形成する。
【０１３５】
次に、ゲート電極層４０１上にゲート絶縁膜４０８を形成する。ゲート絶縁膜４０８の材
料又は膜厚等は、実施の形態１と同様とすることができる。
【０１３６】
ゲート絶縁膜４０８上に酸化物半導体膜を成膜後、該酸化物半導体膜を島状に加工して酸
化物半導体膜４０３を形成する。本実施の形態において、酸化物半導体膜４０３として、
ＡＣ電源装置を有するスパッタリング装置を用いたスパッタリング法を用い、膜厚３５ｎ
ｍのＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物膜（ＩＧＺＯ膜）を成膜する。本実施の形態において、Ｉ
ｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：１（＝１／３：１／３：１／３）の原子比のＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ
系酸化物ターゲットを用いる。なお、成膜条件は、酸素及びアルゴン雰囲気下（酸素流量
比率５０％）、圧力０．６Ｐａ、電源電力５ｋＷ、基板温度１７０℃とする。この成膜条
件での成膜速度は、１６ｎｍ／ｍｉｎである。
【０１３７】
なお、ゲート絶縁膜４０８を大気に解放せずにゲート絶縁膜４０８と酸化物半導体膜を連
続的に形成することが好ましい。ゲート絶縁膜４０８を大気に曝露せずにゲート絶縁膜４
０８と酸化物半導体膜を連続して形成すると、ゲート絶縁膜４０８表面に水素や水分など
の不純物が吸着することを防止することができる。
【０１３８】
酸化物半導体膜４０３に、過剰な水素（水や水酸基を含む）を除去（脱水化または脱水素
化）するための熱処理を行ってもよい。例えば、熱処理装置の一つである電気炉に基板を
導入し、酸化物半導体膜４０３に対して窒素雰囲気下４５０℃において１時間、さらに窒
素及び酸素雰囲気下４５０℃において１時間の熱処理を行えばよい。酸化物半導体膜４０
３に脱水化又は脱水素化処理を行った後に、酸素を含む雰囲気下で熱処理を行うことによ
り、酸化物半導体膜４０３を高純度化することができる。
【０１３９】
次いで、ゲート電極層４０１、ゲート絶縁膜４０２、及び酸化物半導体膜４０３上に、ソ
ース電極層及びドレイン電極層となる導電膜を形成する。
【０１４０】
本実施の形態では、導電膜としてスパッタリング法により形成した膜厚１００ｎｍのチタ
ン膜、膜厚４００ｎｍのアルミニウム膜、膜厚１００ｎｍのチタン膜の積層の導電膜を用
いる。導電膜のエッチングは、ドライエッチング法により、チタン膜、アルミニウム膜、
チタン膜の積層をエッチングして、ソース電極層４０５ａ、ドレイン電極層４０５ｂを形
成する。
【０１４１】
本実施の形態では、第１のエッチング条件でチタン膜とアルミニウム膜の２層をエッチン
グした後、第２のエッチング条件で残りのチタン膜単層を除去する。なお、第１のエッチ
ング条件は、エッチングガス（ＢＣｌ３：Ｃｌ２＝７５０ｓｃｃｍ：１５０ｓｃｃｍ）を
用い、バイアス電力を１５００Ｗとし、ＩＣＰ電源電力を０Ｗとし、圧力を２．０Ｐａと
する。第２のエッチング条件は、エッチングガス（ＢＣｌ３：Ｃｌ２＝７００ｓｃｃｍ：
１００ｓｃｃｍ）を用い、バイアス電力を７５０Ｗとし、ＩＣＰ電源電力を０Ｗとし、圧
力を２．０Ｐａとする。
【０１４２】
ソース電極層４０５ａ、ドレイン電極層４０５ｂ上に、酸化物半導体膜４０３と接して、
絶縁膜４９６を形成する（図２（Ａ）参照）。
【０１４３】
絶縁膜４９６としては、代表的には酸化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜、酸化アルミニ
ウム膜、酸化窒化アルミニウム膜、酸化ハフニウム膜、酸化ガリウム膜、窒化シリコン膜
、窒化アルミニウム膜、窒化酸化シリコン膜、又は窒化酸化アルミニウム膜などの無機絶
縁膜の単層又は積層を用いることができる。
【０１４４】
絶縁膜４９６の形成方法としては、成膜ガスを用いたＣＶＤ法を用いることができる。Ｃ
ＶＤ法としては、ＬＰＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法などを用いることができ、また他の方
法としては、塗布膜なども用いることができる。
【０１４５】
本実施の形態では、絶縁膜４９６として、プラズマＣＶＤ法により膜厚３００ｎｍの酸化
窒化シリコン膜を形成する。絶縁膜４９６の成膜条件は、例えば、ＳｉＨ４とＮ２Ｏのガ
ス流量比をＳｉＨ４：Ｎ２Ｏ＝４ｓｃｃｍ：８００ｓｃｃｍ、圧力４０Ｐａ、ＲＦ電源電
力（電源出力）５０Ｗ、基板温度３５０℃とすればよい。
【０１４６】
絶縁膜４９６に熱処理による脱水化又は脱水素化処理を行う。
【０１４７】
本実施の形態では、絶縁膜４９６の成膜ガスとして、水素を含むガスを用いても、絶縁膜
４９６に脱水素化処理を行うため、絶縁膜４９６中の水素を除去することができる。よっ
て、プラズマＣＶＤ法を好適に用いることができる。プラズマＣＶＤ法は、成膜時に膜へ
ごみなどが付着、混入しにくい上、比較的速い成膜速度で成膜することができるので、厚
膜化が可能であり、生産性に有利である。
【０１４８】
熱処理の温度は、３００℃以上７００℃以下、または基板の歪み点未満とする。熱処理の
温度は、絶縁膜４９６の成膜温度より高い方が、脱水化または脱水素化の効果が高いため
好ましい。例えば、熱処理装置の一つである電気炉に基板を導入し、絶縁膜４９６に対し
て真空下４５０℃において１時間の熱処理を行う。
【０１４９】
なお、熱処理装置は電気炉に限られず、抵抗発熱体などの発熱体からの熱伝導または熱輻
射によって、被処理物を加熱する装置を用いてもよい。例えば、ＧＲＴＡ（Ｇａｓ  Ｒａ
ｐｉｄ  Ｔｈｅｒｍａｌ  Ａｎｎｅａｌ）装置、ＬＲＴＡ（Ｌａｍｐ  Ｒａｐｉｄ  Ｔｈ
ｅｒｍａｌ  Ａｎｎｅａｌ）装置等のＲＴＡ（Ｒａｐｉｄ  Ｔｈｅｒｍａｌ  Ａｎｎｅａ
ｌ）装置を用いることができる。ＬＲＴＡ装置は、ハロゲンランプ、メタルハライドラン
プ、キセノンアークランプ、カーボンアークランプ、高圧ナトリウムランプ、高圧水銀ラ
ンプなどのランプから発する光（電磁波）の輻射により、被処理物を加熱する装置である
。ＧＲＴＡ装置は、高温のガスを用いて熱処理を行う装置である。高温のガスには、アル
ゴンなどの希ガス、または窒素のような、熱処理によって被処理物と反応しない不活性気
体が用いられる。
【０１５０】
例えば、熱処理として、６５０℃〜７００℃の高温に加熱した不活性ガス中に基板を入れ
、数分間加熱した後、基板を不活性ガス中から出すＧＲＴＡを行ってもよい。
【０１５１】
熱処理は、減圧下、窒素雰囲気下、又は希ガス雰囲気下で行えばよい。また、上記窒素、
または希ガス等の雰囲気に水、水素などが含まれないことが好ましい。また、熱処理装置
に導入する窒素、または希ガスの純度を、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。
【０１５２】
熱処理によって、絶縁膜４９６の脱水化または脱水素化を行うことができ、水素、又は水
などの不純物が排除された絶縁膜４９７を形成することができる（図２（Ｂ）参照。）。
【０１５３】
脱水化又は脱水素化処理を行う熱処理において、絶縁膜４９６表面は水素又は水等の放出
を妨害するような状態（例えば、水素又は水等を通過させない（ブロックする）膜などを
設ける等）とせず、絶縁膜４９６は表面を露出した状態とすることが好ましい。
【０１５４】
また、脱水化又は脱水素化のための熱処理は、複数回行ってもよく、他の熱処理と兼ねて
もよい。
【０１５５】
脱水素化又は脱水素化のための熱処理を行うことにより、絶縁膜４９７に含まれる、水、
水素等の不純物を除去し、低減させることができる。絶縁膜４９７に水素が含まれると、
その水素の酸化物半導体膜４０３への侵入、又は水素による酸化物半導体膜４０３中の酸
素の引き抜きが生じ酸化物半導体膜４０３のバックチャネルが低抵抗化（Ｎ型化）してし
まい、寄生チャネルが形成される恐れがある。よって、脱水素化又は脱水素化のための熱
処理を行うことにより、絶縁膜４９７はできるだけ水素を含まない膜とすることで、トラ
ンジスタ４４０ｂの特性変動を抑制し、安定した電気特性を付与することができる。
【０１５６】
次に、脱水化または脱水素化された絶縁膜４９７に酸素ドープ処理を行い、酸素を過剰に
含む絶縁膜４０７を形成する（図２（Ｃ）参照）。絶縁膜４９７に酸素ドープ処理を行う
ことにより、酸素４３１を絶縁膜４９７に供給して、絶縁膜４９７中、又は絶縁膜４９７
中及び酸化物半導体膜４０３との界面近傍に酸素を含有させる。
【０１５７】
絶縁膜４０７は、膜中（バルク中）に少なくとも化学量論比を超える量の酸素が存在する
ことが好ましい。
【０１５８】
ドープされる酸素（酸素ラジカル、酸素原子、酸素分子、オゾン、酸素イオン（酸素分子
イオン）、及び／又は酸素クラスタイオン）４３１は、イオン注入法、イオンドーピング
法、プラズマイマージョンイオンインプランテーション法、プラズマ処理などを用いるこ
とができる。また、イオン注入法にはガスクラスタイオンビームを用いてもよい。酸素の
ドープ処理は、全面を一度に行ってもよいし、線状のイオンビーム等を用いて移動（スキ
ャン）させ行ってもよい。
【０１５９】
例えば、ドープされる酸素（酸素ラジカル、酸素原子、酸素分子、酸素イオン（酸素分子
イオン）、及び／又は酸素クラスタイオン）４３１は、酸素を含むガスを用いてプラズマ
発生装置により供給されてもよいし、又はオゾン発生装置により供給されてもよい。より
具体的には、例えば、半導体装置に対してエッチング処理を行うための装置や、レジスト
マスクに対してアッシングを行うための装置などを用いて酸素４３１を発生させ、絶縁膜
４９７を処理して絶縁膜４０７を形成することができる。
【０１６０】
酸素ドープ処理には、酸素を含むガスを用いることができる。酸素を含むガスとしては、
酸素、一酸化二窒素、二酸化窒素、二酸化炭素、一酸化炭素などを用いることができる。
また、酸素ドープ処理において、希ガスを用いてもよい。
【０１６１】
酸素４３１のドープ処理は、例えば、イオン注入法で酸素イオンの注入を行う場合、ドー
ズ量を１×１０１３ｉｏｎｓ／ｃｍ２以上５×１０１６ｉｏｎｓ／ｃｍ２以下とすればよ
い。
【０１６２】
絶縁膜４０７は酸素ドープ処理により、酸素を多く（過剰）含む膜（好ましくは結晶状態
における化学量論的組成に対し、酸素の含有量が過剰な領域が含まれている膜）であるの
で、酸化物半導体膜４０３に対する酸素の供給源として好適に機能させることができる。
【０１６３】
酸化物半導体膜４０３に、一部（チャネル形成領域）が絶縁膜４０７と接した状態で熱処
理を行うことが好ましい。熱処理によって絶縁膜４０７から酸化物半導体膜４０３への酸
素の供給を効果的に行うことができる。
【０１６４】
本実施の形態において、脱水化又は脱水素化した酸化物半導体膜４０３に、酸素を導入し
て膜中に酸素を供給することによって、酸化物半導体膜４０３を高純度化、及び電気的に
Ｉ型（真性）化することができる。
【０１６５】
熱処理の温度は、２５０℃以上７００℃以下、または４００℃以上７００℃以下、または
基板の歪み点未満とする。例えば、熱処理装置の一つである電気炉に基板を導入し、酸化
物半導体膜に対して窒素雰囲気下２５０℃において１時間の熱処理を行う。
【０１６６】
この熱処理は絶縁膜４０７の脱水化又は脱水素化処理を行う熱処理と同様の加熱方法及び
加熱装置を用いることができる。
【０１６７】
熱処理は、減圧下、又は窒素、酸素、超乾燥エア（ＣＲＤＳ（キャビティリングダウンレ
ーザー分光法）方式の露点計を用いて測定した場合の水分量が２０ｐｐｍ（露点換算で−
５５℃）以下、好ましくは１ｐｐｍ以下、好ましくは１０ｐｐｂ以下の空気）、若しくは
希ガス（アルゴン、ヘリウムなど）の雰囲気下で行えばよいが、上記窒素、酸素、超乾燥
エア、または希ガス等の雰囲気に水、水素などが含まれないことが好ましい。また、熱処
理装置に導入する窒素、酸素、または希ガスの純度を、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。
【０１６８】
酸化物半導体膜４０３と酸素を過剰に含む絶縁膜４０７とを接した状態で熱処理を行うた
め、酸化物半導体膜４０３を構成する主成分材料の一つである酸素を、酸素を含む絶縁膜
４０７より酸化物半導体膜４０３へ供給することができる。
【０１６９】
また、上記熱処理は、絶縁膜４０７上に緻密性の高い無機絶縁膜を設けた後行うことが好
ましい。例えば、絶縁膜４０７上にスパッタリング法により酸化アルミニウム膜を形成す
る。
【０１７０】
絶縁膜４０７上に設けられる絶縁膜として用いることのできる酸化アルミニウム膜は、水
素、水分などの不純物、及び酸素の両方に対して膜を通過させない遮断効果（ブロック効
果）が高い。酸化アルミニウム膜を高密度（膜密度３．２ｇ／ｃｍ３以上、好ましくは３
．６ｇ／ｃｍ３以上）とすることによって、上記ブロック効果をより高めることができる
。
【０１７１】
従って、酸化アルミニウム膜により酸素ドープ処理を行った絶縁膜４０７を覆い、熱処理
を行うことで、絶縁膜４０７から酸化アルミニウム膜方向への酸素の放出を防止し、絶縁
膜４０７から酸化物半導体膜４０３への酸素の供給を効果的に行うことができる。さらに
、作製工程中及び作製後において、変動要因となる水素、水分などの不純物の酸化物半導
体膜４０３への混入、及び酸化物半導体を構成する主成分材料である酸素の酸化物半導体
膜４０３からの放出を防止する保護膜として機能する。
【０１７２】
以上の工程で、トランジスタ４４０ｂを作製する（図２（Ｄ）参照）。
【０１７３】
酸化物半導体膜４０３に接する絶縁膜４０７に、熱処理による脱水化又は脱水素化処理を
行い、かつ脱水化又は脱水素化処理後に酸素ドープ処理を行って作製されたトランジスタ
４４０ｂは、電気特性変動が抑制されており、電気的に安定である。
【０１７４】
よって、安定した電気特性を有するトランジスタ４４０ｂを作製することができる。
【０１７５】
また、本発明の一形態は、電気特性が良好で信頼性のよいトランジスタ４４０ｂを含む半
導体装置を作製することができる。
【０１７６】
（実施の形態３）
本実施の形態では、半導体装置及び半導体装置の作製方法の他の一形態を、図３を用いて
説明する。上記実施の形態と同一部分又は同様な機能を有する部分、及び工程は、上記実
施の形態と同様に行うことができ、繰り返しの説明は省略する。また同じ箇所の詳細な説
明は省略する。
【０１７７】
本実施の形態では、酸化物半導体膜の下層に接して設けられるゲート絶縁膜と、酸化物半
導体膜上に接して設けられる絶縁膜との双方に熱処理による脱水化又は脱水素化処理を行
った後、酸素ドープ処理を行い、作製するトランジスタ４４０ｃを例として示す。
【０１７８】
図３（Ａ）乃至（Ｆ）にトランジスタ４４０ｃを有する半導体装置の作製方法の一例を示
す。
【０１７９】
基板４００上に導電膜を形成し、該導電膜をエッチングして、ゲート電極層４０１を形成
する。
【０１８０】
本実施の形態では、スパッタリング法により膜厚１００ｎｍのタングステン膜を形成する
。
【０１８１】
次いで、ゲート電極層４０１上にゲート絶縁膜を形成する。
【０１８２】
本実施の形態では、ゲート絶縁膜として、プラズマＣＶＤ法により膜厚２００ｎｍの酸化
窒化シリコン膜を形成する。ゲート絶縁膜の成膜条件は、例えば、ＳｉＨ４とＮ２Ｏのガ
ス流量比をＳｉＨ４：Ｎ２Ｏ＝４ｓｃｃｍ：８００ｓｃｃｍ、圧力４０Ｐａ、ＲＦ電源電
力（電源出力）５０Ｗ、基板温度３５０℃とすればよい。
【０１８３】
ゲート絶縁膜に熱処理による脱水化又は脱水素化処理を行う。
【０１８４】
本実施の形態では、ゲート絶縁膜の成膜ガスとして、水素を含むガスを用いても、ゲート
絶縁膜に脱水素化処理を行うため、ゲート絶縁膜中の水素を除去することができる。よっ
て、プラズマＣＶＤ法を好適に用いることができる。プラズマＣＶＤ法は、成膜時に膜へ
ごみなどが付着、混入しにくい上、比較的速い成膜速度で成膜することができるので、厚
膜化が可能であり、生産性に有利である。
【０１８５】
熱処理の温度は、３００℃以上７００℃以下、または基板の歪み点未満とする。熱処理の
温度は、ゲート絶縁膜の成膜温度より高い方が、脱水化または脱水素化の効果が高いため
好ましい。例えば、熱処理装置の一つである電気炉に基板を導入し、ゲート絶縁膜に対し
て窒素雰囲気下４５０℃において１時間の熱処理を行う。
【０１８６】
熱処理によって、ゲート絶縁膜の脱水化または脱水素化を行うことができ、トランジスタ
の特性変動を引き起こす水素、又は水などの不純物が排除されたゲート絶縁膜４９２を形
成することができる（図３（Ａ）参照。）。
【０１８７】
次に、脱水化または脱水素化されたゲート絶縁膜４９２に酸素ドープ処理を行い、酸素を
過剰に含むゲート絶縁膜４０２を形成する（図３（Ｂ）参照）。ゲート絶縁膜４９２に酸
素ドープ処理を行うことにより、酸素４３１ａをゲート絶縁膜４９２に供給して、ゲート
絶縁膜４９２中、又はゲート絶縁膜４９２中及び後工程でゲート絶縁膜４０２上に形成さ
れる酸化物半導体膜４０３との界面近傍に酸素を含有させる。
【０１８８】
ゲート絶縁膜４０２は、膜中（バルク中）に少なくとも化学量論比を超える量の酸素が存
在することが好ましい。
【０１８９】
ドープされる酸素（酸素ラジカル、酸素原子、酸素分子、オゾン、酸素イオン（酸素分子
イオン）、及び／又は酸素クラスタイオン）４３１ａは、イオン注入法、イオンドーピン
グ法、プラズマイマージョンイオンインプランテーション法、プラズマ処理などを用いる
ことができる。また、イオン注入法にはガスクラスタイオンビームを用いてもよい。酸素
のドープ処理は、全面を一度に行ってもよいし、線状のイオンビーム等を用いて移動（ス
キャン）させ行ってもよい。
【０１９０】
例えば、ドープされる酸素（酸素ラジカル、酸素原子、酸素分子、オゾン、酸素イオン（
酸素分子イオン）、及び／又は酸素クラスタイオン）４３１ａは、酸素を含むガスを用い
てプラズマ発生装置により供給されてもよいし、又はオゾン発生装置により供給されても
よい。より具体的には、例えば、半導体装置に対してエッチング処理を行うための装置や
、レジストマスクに対してアッシングを行うための装置などを用いて酸素４３１ａを発生
させ、ゲート絶縁膜４９１を処理してゲート絶縁膜４０２を形成することができる。
【０１９１】
酸素ドープ処理には、酸素を含むガスを用いることができる。酸素を含むガスとしては、
酸素、一酸化二窒素、二酸化窒素、二酸化炭素、一酸化炭素などを用いることができる。
また、酸素ドープ処理において、希ガスを用いてもよい。
【０１９２】
なお、酸素ドープ処理によって、ゲート絶縁膜４０２の表面の平坦性を向上させることが
できる。
【０１９３】
次に、ゲート絶縁膜４０２上に酸化物半導体膜４４１を形成する（図３（Ｃ）参照）。
【０１９４】
なお、本実施の形態において、酸化物半導体膜４４１として、ＡＣ電源装置を有するスパ
ッタリング装置を用いたスパッタリング法を用い、膜厚３５ｎｍのＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸
化物膜（ＩＧＺＯ膜）を成膜する。本実施の形態において、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：
１（＝１／３：１／３：１／３）の原子比のＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物ターゲットを用い
る。なお、成膜条件は、酸素及びアルゴン雰囲気下（酸素流量比率５０％）、圧力０．６
Ｐａ、電源電力５ｋＷ、基板温度１７０℃とする。この成膜条件での成膜速度は、１６ｎ
ｍ／ｍｉｎである。
【０１９５】
酸化物半導体膜４０３と接するゲート絶縁膜４０２は、酸素の供給源となる酸素を多く（
過剰に）含むので、該ゲート絶縁膜４０２から酸化物半導体膜４０３へ酸素を供給するこ
とができる。
【０１９６】
酸化物半導体膜４０３とゲート絶縁膜４０２とを接した状態で熱処理を行うことが好まし
い。熱処理によってゲート絶縁膜４０２から酸化物半導体膜４０３への酸素の供給を効果
的に行うことができる。
【０１９７】
なお、ゲート絶縁膜４０２から酸化物半導体膜４０３への酸素の供給のための熱処理を、
酸化物半導体膜４４１が島状に加工される前に行うと、ゲート絶縁膜４０２に含まれる酸
素が熱処理によって放出されるのを防止することができるため好ましい。
【０１９８】
酸化物半導体膜４０３へ酸素を供給することにより、酸化物半導体膜４０３中の酸素欠損
を補填することができる。
【０１９９】
酸素ドープ処理を行ったゲート絶縁膜４０２から酸化物半導体膜４０３へ酸素の供給を行
うための熱処理は、この後に行われる熱処理と兼ねてもよい。例えば、絶縁膜４０７の脱
水化又は脱水素化のための熱処理、酸素ドープ処理を行った絶縁膜４０７から酸化物半導
体膜４０３へ酸素の供給を行う熱処理と兼ねることができる。
【０２００】
酸化物半導体膜４４１をフォトリソグラフィ工程により加工して、島状の酸化物半導体膜
４０３を形成する。
【０２０１】
次いで、ゲート電極層４０１、ゲート絶縁膜４０２、及び酸化物半導体膜４０３上に、ソ
ース電極層及びドレイン電極層となる導電膜を形成する。
【０２０２】
本実施の形態では、導電膜としてスパッタリング法により形成した膜厚１００ｎｍのチタ
ン膜、膜厚４００ｎｍのアルミニウム膜、膜厚１００ｎｍのチタン膜の積層の導電膜を用
いる。導電膜のエッチングは、ドライエッチング法により、チタン膜、アルミニウム膜、
チタン膜の積層をエッチングして、ソース電極層４０５ａ、ドレイン電極層４０５ｂを形
成する。
【０２０３】
ソース電極層４０５ａ、ドレイン電極層４０５ｂ上に、酸化物半導体膜４０３と接して、
絶縁膜を形成する。
【０２０４】
本実施の形態では、絶縁膜として、プラズマＣＶＤ法により膜厚３００ｎｍの酸化窒化シ
リコン膜を形成する。絶縁膜の成膜条件は、例えば、ＳｉＨ４とＮ２Ｏのガス流量比をＳ
ｉＨ４：Ｎ２Ｏ＝４ｓｃｃｍ：８００ｓｃｃｍ、圧力４０Ｐａ、ＲＦ電源電力（電源出力
）５０Ｗ、基板温度３５０℃とすればよい。
【０２０５】
絶縁膜に熱処理による脱水化又は脱水素化処理を行う。
【０２０６】
本実施の形態では、絶縁膜の成膜ガスとして、水素を含むガスを用いても、ゲート絶縁膜
に脱水素化処理を行うため、絶縁膜中の水素を除去することができる。よって、プラズマ
ＣＶＤ法を好適に用いることができる。プラズマＣＶＤ法は、成膜時に膜へごみなどが付
着、混入しにくい上、比較的速い成膜速度で成膜することができるので、厚膜化が可能で
あり、生産性に有利である。
【０２０７】
熱処理の温度は、３００℃以上７００℃以下、または基板の歪み点未満とする。熱処理の
温度は、絶縁膜の成膜温度より高い方が、脱水化または脱水素化の効果が高いため好まし
い。例えば、熱処理装置の一つである電気炉に基板を導入し、絶縁膜に対して窒素雰囲気
下４５０℃において１時間の熱処理を行う。
【０２０８】
熱処理によって、絶縁膜の脱水化または脱水素化を行うことができ、水素、又は水などの
不純物が排除された絶縁膜４９７を形成することができる（図３（Ｄ）参照。）。
【０２０９】
脱水化又は脱水素化処理を行う熱処理において、絶縁膜４９６表面は水素又は水等の放出
を妨害するような状態（例えば、水素又は水等を通過させない（ブロックする）膜などを
設ける等）とせず、絶縁膜４９６は表面を露出した状態とすることが好ましい。
【０２１０】
また、脱水化又は脱水素化のための熱処理は、複数回行ってもよく、他の熱処理と兼ねて
もよい。
【０２１１】
脱水素化又は脱水素化のための熱処理を行うことにより、絶縁膜４９７（絶縁膜４０７）
に含まれる、水、水素等の不純物を除去し、低減させることができる。絶縁膜４９７（絶
縁膜４０７）に水素が含まれると、その水素の酸化物半導体膜４０３への侵入、又は水素
による酸化物半導体膜４０３中の酸素の引き抜きが生じ酸化物半導体膜４０３のバックチ
ャネルが低抵抗化（Ｎ型化）してしまい、寄生チャネルが形成される恐れがある。よって
、脱水素化又は脱水素化のための熱処理を行うことにより、絶縁膜４９７（絶縁膜４０７
）はできるだけ水素を含まない膜とすることで、トランジスタ４４０ｂの特性変動を抑制
し、安定した電気特性を付与することができる。
【０２１２】
次に、脱水化または脱水素化された絶縁膜４９７に酸素ドープ処理を行い、酸素を過剰に
含む絶縁膜４０７を形成する（図３（Ｅ）参照）。絶縁膜４９７に酸素ドープ処理を行う
ことにより、酸素４３１ｂを絶縁膜４９７に供給して、絶縁膜４９７中、又は絶縁膜４９
７中及び酸化物半導体膜４０３との該界面近傍に酸素を含有させる。
【０２１３】
絶縁膜４０７は、膜中（バルク中）に少なくとも化学量論比を超える量の酸素が存在する
ことが好ましい。
【０２１４】
ドープされる酸素（酸素ラジカル、酸素原子、酸素分子、オゾン、酸素イオン（酸素分子
イオン）、及び／又は酸素クラスタイオン）４３１ｂは、イオン注入法、イオンドーピン
グ法、プラズマイマージョンイオンインプランテーション法、プラズマ処理などを用いる
ことができる。また、イオン注入法にはガスクラスタイオンビームを用いてもよい。酸素
のドープ処理は、全面を一度に行ってもよいし、線状のイオンビーム等を用いて移動（ス
キャン）させ行ってもよい。
【０２１５】
例えば、ドープされる酸素（酸素ラジカル、酸素原子、酸素分子、オゾン、酸素イオン（
酸素分子イオン）、及び／又は酸素クラスタイオン）４３１ｂは、酸素を含むガスを用い
てプラズマ発生装置により供給されてもよいし、又はオゾン発生装置により供給されても
よい。より具体的には、例えば、半導体装置に対してエッチング処理を行うための装置や
、レジストマスクに対してアッシングを行うための装置などを用いて酸素４３１ｂを発生
させ、絶縁膜４９７を処理して絶縁膜４０７を形成することができる。
【０２１６】
酸素ドープ処理には、酸素を含むガスを用いることができる。酸素を含むガスとしては、
酸素、一酸化二窒素、二酸化窒素、二酸化炭素、一酸化炭素などを用いることができる。
また、酸素ドープ処理において、希ガスを用いてもよい。
【０２１７】
絶縁膜４０７は酸素ドープ処理により、酸素を多く（過剰）含む膜（好ましくは結晶状態
における化学量論的組成に対し、酸素の含有量が過剰な領域が含まれている膜）であるの
で、酸化物半導体膜４０３に対する酸素の供給源として好適に機能させることができる。
【０２１８】
酸化物半導体膜４０３に、一部（チャネル形成領域）が絶縁膜４０７と接した状態で熱処
理を行うことが好ましい。熱処理によって絶縁膜４０７から酸化物半導体膜４０３への酸
素の供給を効果的に行うことができる。
【０２１９】
熱処理の温度は、２５０℃以上７００℃以下、または４００℃以上７００℃以下、または
基板の歪み点未満とする。例えば、熱処理装置の一つである電気炉に基板を導入し、酸化
物半導体膜に対して窒素雰囲気下２５０℃において１時間の熱処理を行う。
【０２２０】
この熱処理は絶縁膜４０７の脱水化又は脱水素化処理を行う熱処理と同様の加熱方法及び
加熱装置を用いることができる。
【０２２１】
熱処理は、減圧下、又は窒素、酸素、超乾燥エア（ＣＲＤＳ（キャビティリングダウンレ
ーザー分光法）方式の露点計を用いて測定した場合の水分量が２０ｐｐｍ（露点換算で−
５５℃）以下、好ましくは１ｐｐｍ以下、好ましくは１０ｐｐｂ以下の空気）、若しくは
希ガス（アルゴン、ヘリウムなど）の雰囲気下で行えばよいが、上記窒素、酸素、超乾燥
エア、または希ガス等の雰囲気に水、水素などが含まれないことが好ましい。また、熱処
理装置に導入する窒素、酸素、または希ガスの純度を、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。
【０２２２】
酸化物半導体膜４０３と酸素を過剰に含む絶縁膜４０７とを接した状態で熱処理を行うた
め、酸化物半導体膜４０３を構成する主成分材料の一つである酸素を、酸素を含む絶縁膜
４０７より酸化物半導体膜４０３へ供給することができる。
【０２２３】
また、上記熱処理は、絶縁膜４０７上に緻密性の高い無機絶縁膜を設けた後行うことが好
ましい。例えば、絶縁膜４０７上にスパッタリング法により酸化アルミニウム膜を形成す
る。
【０２２４】
絶縁膜４０７上に設けられる絶縁膜として用いることのできる酸化アルミニウム膜は、水
素、水分などの不純物、及び酸素の両方に対して膜を通過させない遮断効果（ブロック効
果）が高い。酸化アルミニウム膜を高密度（膜密度３．２ｇ／ｃｍ３以上、好ましくは３
．６ｇ／ｃｍ３以上）とすることによって、上記ブロック効果をより高めることができる
。
【０２２５】
従って、酸化アルミニウム膜により、酸素ドープ処理を行った絶縁膜４０７を覆い、熱処
理を行うことで、絶縁膜４０７から酸化アルミニウム膜方向への酸素の放出を防止し、絶
縁膜４０７から酸化物半導体膜４０３への酸素の供給を効果的に行うことができる。さら
に、作製工程中及び作製後において、変動要因となる水素、水分などの不純物の酸化物半
導体膜４０３への混入、及び酸化物半導体を構成する主成分材料である酸素の酸化物半導
体膜４０３からの放出を防止する保護膜として機能する。
【０２２６】
以上の工程で、トランジスタ４４０ｃを作製する（図３（Ｆ）参照）。
【０２２７】
酸化物半導体膜４０３に接するゲート絶縁膜４０２及び絶縁膜４０７に、熱処理による脱
水化又は脱水素化処理を行い、かつ脱水化又は脱水素化処理後に酸素ドープ処理を行って
作製されたトランジスタ４４０ｃは、電気特性変動が抑制されており、電気的に安定であ
る。
【０２２８】
よって、安定した電気特性を有するトランジスタ４４０ｃを作製することができる。
【０２２９】
また、本発明の一形態は、電気特性が良好で信頼性のよいトランジスタ４４０ｃを含む半
導体装置を作製することができる。
【０２３０】
なお、上述したように、ゲート絶縁膜及び／又は酸化物半導体膜上に接して設けられる絶
縁膜は、積層構造してもよい。図１７に、ゲート絶縁膜４０２及び絶縁膜４０７を積層構
造としたトランジスタ４４０ｄ及びトランジスタ４４０ｅを例示する。
【０２３１】
図１７（Ａ）に示すトランジスタ４４０ｅは、ゲート電極層４０１側から順に、ゲート絶
縁膜４０２ａ及びゲート絶縁膜４０２ｂが積層されたゲート絶縁膜４０２と、酸化物半導
体膜４０３側から順に、絶縁膜４０７ａ及び絶縁膜４０７ｂが積層された絶縁膜４０７と
、を含む。
【０２３２】
ゲート絶縁膜４０２に含まれる積層構造のうち、少なくとも酸化物半導体膜４０３と接す
るゲート絶縁膜４０２ｂは、脱水化又は脱水素化処理によって膜中の水素が低減され、且
つ、その後の酸素ドープ処理によって酸素を過剰に含む膜であることが好ましい。同様に
、絶縁膜４０７に含まれる積層構造のうち、少なくとも酸化物半導体膜４０３と接する絶
縁膜４０７ａは、脱水化又は脱水素化処理によって膜中の水素が低減され、且つ、その後
の酸素ドープ処理によって酸素を過剰に含む膜であることが好ましい。これにより、酸化
物半導体膜４０３と接する絶縁膜から酸化物半導体膜４０３に酸素を供給し、酸化物半導
体膜４０３中、又は酸化物半導体膜４０３とそれに接する絶縁膜との界面における酸素欠
損を低減することができる。
【０２３３】
本実施の形態においては、ゲート絶縁膜４０２ｂ及び絶縁膜４０７ａとして、窒化酸化シ
リコン膜を用いるものとする。
【０２３４】
また、絶縁膜４０７ｂは、トランジスタ４４０ｄの保護膜として機能する絶縁膜である。
よって、絶縁膜４０７ｂとしては酸化アルミニウム膜を設けることが好ましい。同様に、
ゲート絶縁膜４０２に含まれる積層構造のうち、ゲート電極層４０１と接する側に位置す
るゲート絶縁膜４０２ａとして、酸化アルミニウム膜を設けることが好ましい。
【０２３５】
酸化アルミニウム膜は、水素、水分などの不純物、及び酸素の両方に対して膜を透過させ
ない遮断（ブロッキング）効果が高い。したがって、ゲート絶縁膜４０２ａ及び絶縁膜４
０７ｂとして酸化アルミニウム膜を用いることで、酸化物半導体膜４０３、並びにそれに
接するゲート絶縁膜４０２ｂ及び絶縁膜４０７ａからの酸素の脱離を防止するとともに、
酸化物半導体膜４０３への水及び水素の混入を防止することができる。
【０２３６】
なお、酸化アルミニウム膜を高密度（膜密度３．２ｇ／ｃｍ３以上、好ましくは３．６ｇ
／ｃｍ３以上）とすると、トランジスタ４４０ｄに安定な電気特性を付与することができ
るため、より好ましい。
【０２３７】
なお、ゲート絶縁膜４０２ａは、ゲート絶縁膜４０２ｂへの脱水化又は脱水素化処理及び
その後の酸素ドープ処理によって、ゲート絶縁膜４０２ｂと同様に膜中の水素が低減され
、酸素を過剰に含む膜となり得る。又は、ゲート絶縁膜４０２ａの脱水化又は脱水素化処
理を目的とした工程を別途設けてもよいし、ゲート絶縁膜４０２ａへの酸素ドープ処理を
目的とした工程を別途設けてもよい。
【０２３８】
また、絶縁膜４０７ａへの脱水化又は脱水素化処理、及び／又はその後の酸素ドープ処理
は、絶縁膜４０７ｂの形成前に行ってもよいし、絶縁膜４０７ｂを形成後に行うことも可
能である。絶縁膜４０７ｂを形成後に、絶縁膜４０７ａへの脱水化又は脱水素化処理と、
酸素ドープ処理を行った場合、絶縁膜４０７ｂも同様に膜中の水素が低減され、酸素を過
剰に含む膜となり得る。又は、絶縁膜４０７ｂへの脱水化又脱水素化処理を目的とした工
程を別途設けてもよいし、絶縁膜４０７ｂへの酸素ドープ処理を目的とした工程を別途設
けてもよい。
【０２３９】
トランジスタ４４０ｄにおいて、ゲート絶縁膜４０２ｂと、絶縁膜４０７ａと、は、ソー
ス電極層４０５ａ及びドレイン電極層４０５ｂが存在しない領域において接している。つ
まり、酸化物半導体膜４０３は、ゲート絶縁膜４０２ｂ及び絶縁膜４０７ａに囲まれて設
けられている。なお、図１７（Ｂ）に示すトランジスタ４４０ｅのように、ゲート絶縁膜
４０２ａと、絶縁膜４０７ｂと、がソース電極層４０５ａ及びドレイン電極層４０５ｂが
存在しない領域において接する構成としてもよい。
【０２４０】
酸化物半導体膜４０３と接して、膜中の水素を低減され、酸素を過剰に含む絶縁膜を設け
、その外側にブロッキング効果を有する絶縁膜（本実施の形態では酸化アルミニウム膜）
を設けることで、トランジスタの電気的特性をより安定化させることができる。
【０２４１】
（実施の形態４）
本実施の形態では、半導体装置及び半導体装置の作製方法の他の一形態を、図５を用いて
説明する。上記実施の形態と同一部分又は同様な機能を有する部分、及び工程は、上記実
施の形態と同様に行うことができ、繰り返しの説明は省略する。また同じ箇所の詳細な説
明は省略する。
【０２４２】
図５（Ａ）及び図５（Ｂ）に示すトランジスタ４３０は、チャネル保護型（チャネルスト
ップ型ともいう）と呼ばれるボトムゲート構造の一つであり逆スタガ型トランジスタとも
いうトランジスタの一例である。図５（Ａ）は平面図であり、図５（Ａ）中の一点鎖線Ｘ
１−Ｙ１で切断した断面が図５（Ｂ）に相当する。
【０２４３】
トランジスタ４３０のチャネル長方向の断面図である図５（Ｂ）に示すように、トランジ
スタ４３０を含む半導体装置は、基板４００上に、ゲート電極層４０１と、ゲート電極層
４０１上にゲート絶縁膜４０２ａ、ゲート絶縁膜４０２ｂ、酸化物半導体膜４０３、ソー
ス電極層４０５ａ、及びドレイン電極層４０５ｂを有する。また、酸化物半導体膜４０３
に接する絶縁層４１３を有する。
【０２４４】
トランジスタ４３０はゲート絶縁膜として積層構造のゲート絶縁膜４０２ａ、ゲート絶縁
膜４０２ｂを有する例である。
【０２４５】
酸化物半導体膜４０３に接する絶縁層４１３は、ゲート電極層４０１と重畳する酸化物半
導体膜４０３のチャネル形成領域上に設けられており、チャネル保護膜として機能する。
【０２４６】
チャネル形成領域上に重なる絶縁層４１３の断面形状、具体的には端部の断面形状（テー
パ角や膜厚など）を工夫することにより、ドレイン電極層４０５ｂの端部近傍に生じる恐
れのある電界集中を緩和し、トランジスタ４３０のスイッチング特性の劣化を抑えること
ができる。
【０２４７】
具体的には、チャネル形成領域上に重なる絶縁層４１３の断面形状は、台形または三角形
状とし、断面形状の下端部のテーパ角を６０°以下、好ましくは４５°以下、さらに好ま
しくは３０°以下とする。このような角度範囲とすることで、高いゲート電圧がゲート電
極層４０１に印加される場合、ドレイン電極層４０５ｂの端部近傍に生じる恐れのある電
界集中を緩和することができる。
【０２４８】
また、チャネル形成領域上に重なる絶縁層４１３の膜厚は、０．３μｍ以下、好ましくは
５ｎｍ以上０．１μｍ以下とする。このような膜厚範囲とすることで、電界強度のピーク
を小さくできる、或いは電界集中が分散されて電界の集中する箇所が複数となり、結果的
にドレイン電極層４０５ｂの端部近傍に生じる恐れのある電界集中を緩和することができ
る。
【０２４９】
以下、トランジスタ４３０を有する半導体装置の作製方法の一例を示す。
【０２５０】
本実施の形態のトランジスタ４３０は、該作製工程において、酸化物半導体膜４０３と接
する絶縁膜（ゲート絶縁膜４０２ｂ、及び／又は絶縁層４１３）に、熱処理による脱水化
又は脱水素化処理を行った後、酸素ドープ処理を行う。本実施の形態では、ゲート絶縁膜
４０２ｂ、及び絶縁層４１３に熱処理による脱水化又は脱水素化処理を行った後、酸素ド
ープ処理を行い、作製するトランジスタ４３０を例として示す。熱処理による脱水化又は
脱水素化処理及び酸素ドープ処理は、ゲート絶縁膜４０２ｂ及び絶縁層４１３のどちらか
一方にのみ行ってもよい。
【０２５１】
絶縁表面を有する基板４００上に導電膜を形成し、該導電膜をエッチングして、ゲート電
極層４０１を形成する。本実施の形態では、スパッタリング法により膜厚１００ｎｍのタ
ングステン膜を形成する。
【０２５２】
次に、ゲート電極層４０１上にゲート絶縁膜４０２ａ、ゲート絶縁膜４０２ｂを積層する
。本実施の形態では、ゲート絶縁膜４０２ａに窒化物絶縁膜（例えば、膜厚３０ｎｍ以上
５０ｎｍ以下の窒化シリコン膜、窒化酸化シリコン膜）、ゲート絶縁膜４０２ｂに酸化物
絶縁膜（例えば、酸化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜）を用いる。
【０２５３】
本実施の形態ではゲート絶縁膜４０２ａとしてプラズマＣＶＤ法を用いて膜厚３０ｎｍの
窒化シリコン膜を形成し、ゲート絶縁膜４０２ｂとしてプラズマＣＶＤ法を用いて膜厚２
００ｎｍの酸化窒化シリコン膜を形成する。
【０２５４】
ゲート絶縁膜４０２ａ、４０２ｂに熱処理による脱水化又は脱水素化処理を行う。
【０２５５】
本実施の形態では、ゲート絶縁膜４０２ａ、４０２ｂの成膜ガスとして、水素を含むガス
を用いても、ゲート絶縁膜４０２ａ、４０２ｂに脱水素化処理を行うため、ゲート絶縁膜
４０２ａ、４０２ｂ中の水素を除去することができる。よって、プラズマＣＶＤ法を好適
に用いることができる。プラズマＣＶＤ法は、成膜時に膜へごみなどが付着、混入しにく
い上、比較的速い成膜速度で成膜することができるので、厚膜化が可能であり、生産性に
有利である。
【０２５６】
熱処理の温度は、３００℃以上７００℃以下、または基板の歪み点未満とする。熱処理の
温度は、ゲート絶縁膜４０２ａ、４０２ｂの成膜温度より高い方が、脱水化または脱水素
化の効果が高いため好ましい。例えば、熱処理装置の一つである電気炉に基板を導入し、
ゲート絶縁膜４０２ａ、４０２ｂに対して窒素雰囲気下４５０℃において１時間の熱処理
を行う。
【０２５７】
熱処理によって、ゲート絶縁膜４０２ａ、４０２ｂの脱水化または脱水素化を行うことが
でき、トランジスタ４３０の特性変動を引き起こす水素、又は水などの不純物が排除され
たゲート絶縁膜４０２ａ、４０２ｂを形成することができる。
【０２５８】
次に、脱水化または脱水素化されたゲート絶縁膜４０２ａ、４０２ｂに酸素ドープ処理を
行い、酸素を過剰に含むゲート絶縁膜４０２ａ、４０２ｂとする。ゲート絶縁膜４０２ａ
、４０２ｂに酸素ドープ処理を行うことにより、酸素をゲート絶縁膜４０２ａ、４０２ｂ
に供給して、ゲート絶縁膜４０２ａ、４０２ｂ中、又はゲート絶縁膜４０２ａ、４０２ｂ
中及び該界面近傍に酸素を含有させる。
【０２５９】
酸素ドープ処理は、少なくとも酸化物半導体膜４０３と接するゲート絶縁膜４０２ｂに行
えばよく、ゲート絶縁膜４０２ａには必ずしも行わなくてもよい。
【０２６０】
ゲート絶縁膜４０２ａ、４０２ｂ上に酸化物半導体膜４０３を形成する。本実施の形態に
おいて、酸化物半導体膜４０３として、ＡＣ電源装置を有するスパッタリング装置を用い
たスパッタリング法を用い、膜厚３５ｎｍのＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物膜（ＩＧＺＯ膜）
を成膜する。本実施の形態において、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：１（＝１／３：１／３
：１／３）の原子比のＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物ターゲットを用いる。なお、成膜条件は
、酸素及びアルゴン雰囲気下（酸素流量比率５０％）、圧力０．６Ｐａ、電源電力５ｋＷ
、基板温度１７０℃とする。この成膜条件での成膜速度は、１６ｎｍ／ｍｉｎである。
【０２６１】
酸化物半導体膜４０３と接するゲート絶縁膜４０２ｂは、酸素の供給源となる酸素を多く
（過剰に）含むので、該ゲート絶縁膜４０２ｂから酸化物半導体膜４０３へ酸素を供給す
ることができる。
【０２６２】
酸化物半導体膜４０３とゲート絶縁膜４０２ｂとを接した状態で熱処理を行うことが好ま
しい。熱処理によってゲート絶縁膜４０２ｂから酸化物半導体膜４０３への酸素の供給を
効果的に行うことができる。
【０２６３】
酸化物半導体膜４０３へ酸素を供給することにより、酸化物半導体膜４０３中の酸素欠損
を補填することができる。
【０２６４】
酸素ドープ処理を行ったゲート絶縁膜４０２ｂから酸化物半導体膜４０３へ酸素の供給を
行うための熱処理は、この後に行われる熱処理と兼ねてもよい。例えば、絶縁層４１３の
脱水化又は脱水素化のための熱処理、酸素ドープ処理を行った絶縁層４１３から酸化物半
導体膜４０３へ酸素の供給を行う熱処理と兼ねることができる。
【０２６５】
次にゲート電極層４０１と重畳する酸化物半導体膜４０３のチャネル形成領域上に絶縁層
４１３となる絶縁膜を形成する。
【０２６６】
絶縁層４１３となる絶縁膜はプラズマＣＶＤ法、スパッタリング法により成膜した絶縁膜
をエッチングにより加工して形成することができる。絶縁層４１３として、代表的には酸
化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜、酸化アルミニウム膜、酸化窒化アルミニウム膜、酸
化ハフニウム膜、又は酸化ガリウム膜、窒化シリコン膜、窒化アルミニウム膜、窒化酸化
シリコン膜、窒化酸化アルミニウム膜、酸化アルミニウム膜などの無機絶縁膜の単層又は
積層を用いることができる。
【０２６７】
本実施の形態では、酸化物半導体膜４０３上に、酸化物半導体膜４０３と接して、絶縁膜
として、プラズマＣＶＤ法により膜厚２００ｎｍの酸化窒化シリコン膜を形成する。
【０２６８】
絶縁膜に熱処理による脱水化又は脱水素化処理を行う。
【０２６９】
本実施の形態では、絶縁膜の成膜ガスとして、水素を含むガスを用いても、絶縁膜に脱水
素化処理を行うため、絶縁膜中の水素を除去することができる。よって、プラズマＣＶＤ
法を好適に用いることができる。プラズマＣＶＤ法は、成膜時に膜へごみなどが付着、混
入しにくい上、比較的速い成膜速度で成膜することができるので、厚膜化が可能であり、
生産性に有利である。
【０２７０】
熱処理の温度は、３００℃以上７００℃以下、または基板の歪み点未満とする。熱処理の
温度は、絶縁膜の成膜温度より高い方が、脱水化または脱水素化の効果が高いため好まし
い。例えば、熱処理装置の一つである電気炉に基板を導入し、絶縁膜に対して窒素雰囲気
下４５０℃において１時間の熱処理を行う。
【０２７１】
熱処理によって、絶縁膜の脱水化または脱水素化を行うことができ、水素、又は水などの
不純物が排除された絶縁膜を形成することができる。
【０２７２】
脱水素化又は脱水素化のための熱処理を行うことにより、絶縁膜に含まれる、水、水素等
の不純物を除去し、低減させることができる。絶縁膜をできるだけ水素を含まない膜とす
ることで、トランジスタ４３０の特性変動を抑制し、安定した電気特性を付与することが
できる。
【０２７３】
次に、脱水化または脱水素化された絶縁膜に酸素ドープ処理を行い、酸素を過剰に含む絶
縁膜を形成する。
【０２７４】
絶縁膜は酸素ドープ処理により、酸素を多く（過剰）含む膜（好ましくは結晶状態におけ
る化学量論的組成に対し、酸素の含有量が過剰な領域が含まれている膜）であるので、酸
化物半導体膜４０３に対する酸素の供給源として好適に機能させることができる。
【０２７５】
酸化物半導体膜４０３に絶縁膜と接した状態で熱処理を行うことが好ましい。熱処理によ
って絶縁膜から酸化物半導体膜４０３への酸素の供給を効果的に行うことができる。本実
施の形態では、窒素雰囲気下３００℃で１時間熱処理を行う。
【０２７６】
絶縁膜を選択的にエッチングして、断面形状が台形または三角形状であり、断面形状の下
端部のテーパ角が６０°以下、好ましくは４５°以下、さらに好ましくは３０°以下の絶
縁層４１３を形成する。なお、絶縁層４１３の平面形状は矩形である。なお、本実施の形
態では、フォトリソグラフィ工程により酸化窒化シリコン膜上にレジストマスクを形成し
、選択的にエッチングを行って絶縁層４１３の下端部のテーパ角を約３０°とする。
【０２７７】
次いで、ゲート電極層４０１、ゲート絶縁膜４０２ａ、４０２ｂ、酸化物半導体膜４０３
、及び絶縁層４１３上に、ソース電極層及びドレイン電極層となる導電膜を形成する。
【０２７８】
本実施の形態では、導電膜としてスパッタリング法により形成した膜厚１００ｎｍのチタ
ン膜、膜厚４００ｎｍのアルミニウム膜、膜厚１００ｎｍのチタン膜の積層の導電膜を用
いる。導電膜のエッチングは、ドライエッチング法により、チタン膜、アルミニウム膜、
チタン膜の積層をエッチングして、ソース電極層４０５ａ、ドレイン電極層４０５ｂを形
成する。
【０２７９】
本実施の形態では、第１のエッチング条件でチタン膜とアルミニウム膜の２層をエッチン
グした後、第２のエッチング条件で残りのチタン膜単層を除去する。なお、第１のエッチ
ング条件は、エッチングガス（ＢＣｌ３：Ｃｌ２＝７５０ｓｃｃｍ：１５０ｓｃｃｍ）を
用い、バイアス電力を１５００Ｗとし、ＩＣＰ電源電力を０Ｗとし、圧力を２．０Ｐａと
する。第２のエッチング条件は、エッチングガス（ＢＣｌ３：Ｃｌ２＝７００ｓｃｃｍ：
１００ｓｃｃｍ）を用い、バイアス電力を７５０Ｗとし、ＩＣＰ電源電力を０Ｗとし、圧
力を２．０Ｐａとする。
【０２８０】
以上の工程で、本実施の形態のトランジスタ４３０が作製される。
【０２８１】
ソース電極層４０５ａ、ドレイン電極層４０５ｂ上に絶縁膜を形成してもよい。
【０２８２】
絶縁膜は、絶縁層４１３と同様な材料及び方法を用いて形成することができる。例えば、
ＣＶＤ法により形成した酸化窒化シリコン膜を４００ｎｍ形成する。また、絶縁膜の形成
後、熱処理を行ってもよい。例えば、窒素雰囲気下３００℃で１時間熱処理を行う。
【０２８３】
また、トランジスタ４３０起因の表面凹凸を低減するために平坦化絶縁膜を形成してもよ
い。
【０２８４】
例えば、絶縁膜上に平坦化絶縁膜として、膜厚１５００ｎｍのアクリル樹脂膜を形成すれ
ばよい。アクリル樹脂膜は塗布法による塗布後、焼成（例えば窒素雰囲気下２５０℃１時
間）して形成することができる。
【０２８５】
平坦化絶縁膜を形成後、熱処理を行ってもよい。例えば、窒素雰囲気下２５０℃で１時間
熱処理を行う。
【０２８６】
酸化物半導体膜４０３に接するゲート絶縁膜４０２ｂ及び／又は絶縁層４１３に、熱処理
による脱水化又は脱水素化処理を行い、かつ脱水化又は脱水素化処理後に酸素ドープ処理
を行って作製されたトランジスタ４３０は、電気特性変動が抑制されており、電気的に安
定である。
【０２８７】
よって、安定した電気特性を有するトランジスタ４３０を作製することができる。
【０２８８】
また、本発明の一形態は、電気特性が良好で信頼性のよいトランジスタ４３０を含む半導
体装置を作製することができる。
【０２８９】
（実施の形態５）
本実施の形態では、半導体装置及び半導体装置の作製方法の他の一形態を、図６を用いて
説明する。上記実施の形態と同一部分又は同様な機能を有する部分、及び工程は、上記実
施の形態と同様に行うことができ、繰り返しの説明は省略する。また同じ箇所の詳細な説
明は省略する。
【０２９０】
図６（Ａ）及び（Ｂ）に示すトランジスタ４２０は、チャネル保護型（チャネルストップ
型ともいう）と呼ばれるボトムゲート構造の一つであり逆スタガ型トランジスタともいう
トランジスタの一例である。図６（Ａ）は平面図であり、図６（Ａ）中の一点鎖線Ｘ２−
Ｙ２で切断した断面が図６（Ｂ）に相当する。
【０２９１】
チャネル長方向の断面図である図６（Ｂ）に示すように、トランジスタ４２０を含む半導
体装置は、基板４００上に、ゲート電極層４０１と、ゲート電極層４０１上にゲート絶縁
膜４０２、酸化物半導体膜４０３、絶縁層４２３、ソース電極層４０５ａ、ドレイン電極
層４０５ｂを有する。
【０２９２】
絶縁層４２３は、少なくともゲート電極層４０１と重畳する酸化物半導体膜４０３のチャ
ネル形成領域上を含めた酸化物半導体膜４０３上に設けられており、チャネル保護膜とし
て機能する。さらに、絶縁層４２３は、酸化物半導体膜４０３に達し、かつソース電極層
４０５ａ又はドレイン電極層４０５ｂが内壁を覆うように設けられた開口４２５ａ、４２
５ｂを有している。従って、酸化物半導体膜４０３の周縁部は、絶縁層４２３で覆われて
おり、層間絶縁膜としても機能している。ゲート配線とソース配線の交差部において、ゲ
ート絶縁膜４０２だけでなく、絶縁層４２３も層間絶縁膜として配置することで寄生容量
を低減できる。
【０２９３】
トランジスタ４２０において、酸化物半導体膜４０３は、絶縁層４２３、ソース電極層４
０５ａ、及びドレイン電極層４０５ｂに覆われる構成となっている。
【０２９４】
絶縁層４２３はプラズマＣＶＤ法、スパッタリング法により成膜した絶縁膜をエッチング
により加工して形成することができる。また、絶縁層４２３の開口４２５ａ、４２５ｂの
内壁は、テーパ形状を有している。
【０２９５】
絶縁層４２３は、少なくともゲート電極層４０１と重畳する酸化物半導体膜４０３のチャ
ネル形成領域上を含めた酸化物半導体膜４０３上に設けられており、一部がチャネル保護
膜として機能する。
【０２９６】
本実施の形態のトランジスタ４２０は、該作製工程において、酸化物半導体膜４０３と接
する絶縁膜（ゲート絶縁膜４０２、及び／又は絶縁層４２３）に、熱処理による脱水化又
は脱水素化処理を行った後、酸素ドープ処理を行う。本実施の形態では、ゲート絶縁膜４
０２及び絶縁層４２３に熱処理による脱水化又は脱水素化処理を行った後、酸素ドープ処
理を行い、作製するトランジスタ４２０を例として示す。熱処理による脱水化又は脱水素
化処理及び酸素ドープ処理は、ゲート絶縁膜４０２及び絶縁層４２３のどちらか一方にの
み行ってもよい。
【０２９７】
よって、酸化物半導体膜４０３には、トランジスタ４２０の特性変動を引き起こす水素、
又は水などの不純物が混入せず、かつ酸素欠損を補填する酸素が供給される。
【０２９８】
酸化物半導体膜４０３に接するゲート絶縁膜４０２及び／又は絶縁層４２３に、熱処理に
よる脱水化又は脱水素化処理を行い、かつ脱水化又は脱水素化処理後に酸素ドープ処理を
行って作製されたトランジスタ４２０は、電気特性変動が抑制されており、電気的に安定
である。
【０２９９】
よって、安定した電気特性を有するトランジスタ４２０を作製することができる。
【０３００】
また、本発明の一形態は、電気特性が良好で信頼性のよいトランジスタ４２０を含む半導
体装置を作製することができる。
【０３０１】
（実施の形態６）
本実施の形態では、半導体装置及び半導体装置の作製方法の他の一形態を、図７を用いて
説明する。上記実施の形態と同一部分又は同様な機能を有する部分、及び工程は、上記実
施の形態と同様に行うことができ、繰り返しの説明は省略する。また同じ箇所の詳細な説
明は省略する。
【０３０２】
図７（Ａ）及び図７（Ｂ）に示すトランジスタ４１０は、ボトムゲート構造のトランジス
タの一例である。図７（Ａ）は平面図であり、図７（Ａ）中の一点鎖線Ｑ−Ｒで切断した
断面が図７（Ｂ）に相当する。
【０３０３】
トランジスタ４１０のチャネル長方向の断面図である図７（Ｂ）に示すように、トランジ
スタ４１０を含む半導体装置は、基板４００上に、ゲート電極層４０１と、ゲート電極層
４０１上にゲート絶縁膜４０２、ソース電極層４０５ａ、ドレイン電極層４０５ｂ、及び
酸化物半導体膜４０３を有する。また、酸化物半導体膜４０３に接し、トランジスタ４１
０を覆う絶縁膜４０７を有する。
【０３０４】
以下、トランジスタ４１０を有する半導体装置の作製方法の一例を示す。
【０３０５】
本実施の形態のトランジスタ４１０は、該作製工程において、酸化物半導体膜４０３と接
する絶縁膜（ゲート絶縁膜４０２、及び／又は絶縁膜４０７）に、熱処理による脱水化又
は脱水素化処理を行った後、酸素ドープ処理を行う。本実施の形態では、ゲート絶縁膜４
０２及び絶縁膜４０７に熱処理による脱水化又は脱水素化処理を行った後、酸素ドープ処
理を行い、作製するトランジスタ４１０を例として示す。熱処理による脱水化又は脱水素
化処理及び酸素ドープ処理は、ゲート絶縁膜４０２及び絶縁膜４０７のどちらか一方にの
み行ってもよい。
【０３０６】
絶縁表面を有する基板４００上に導電膜を形成し、該導電膜をエッチングして、ゲート電
極層４０１を形成する。本実施の形態では、スパッタリング法により膜厚１００ｎｍのタ
ングステン膜を形成する。
【０３０７】
次に、ゲート電極層４０１上にゲート絶縁膜４０２を形成する。本実施の形態では、プラ
ズマＣＶＤ法により膜厚２００ｎｍの酸化窒化シリコン膜を形成する。
【０３０８】
ゲート絶縁膜４０２に熱処理による脱水化又は脱水素化処理を行う。
【０３０９】
本実施の形態では、ゲート絶縁膜４０２の成膜ガスとして、水素を含むガスを用いても、
ゲート絶縁膜４０２に脱水素化処理を行うため、ゲート絶縁膜４０２中の水素を除去する
ことができる。よって、プラズマＣＶＤ法を好適に用いることができる。プラズマＣＶＤ
法は、成膜時に膜へごみなどが付着、混入しにくい上、比較的速い成膜速度で成膜するこ
とができるので、厚膜化が可能であり、生産性に有利である。
【０３１０】
熱処理の温度は、３００℃以上７００℃以下、または基板の歪み点未満とする。熱処理の
温度は、ゲート絶縁膜４０２の成膜温度より高い方が、脱水化または脱水素化の効果が高
いため好ましい。例えば、熱処理装置の一つである電気炉に基板を導入し、ゲート絶縁膜
４０２に対して窒素雰囲気下４５０℃において１時間の熱処理を行う。
【０３１１】
熱処理によって、ゲート絶縁膜４０２の脱水化または脱水素化を行うことができ、トラン
ジスタ４１０の特性変動を引き起こす水素、又は水などの不純物が排除されたゲート絶縁
膜４０２を形成することができる。
【０３１２】
次に、脱水化または脱水素化されたゲート絶縁膜４０２に酸素ドープ処理を行い、酸素を
過剰に含むゲート絶縁膜４０２とする。ゲート絶縁膜４０２に酸素ドープ処理を行うこと
により、酸素をゲート絶縁膜４０２に供給して、ゲート絶縁膜４０２中、又はゲート絶縁
膜４０２中及び後工程でゲート絶縁膜４０２上に形成される酸化物半導体膜４０３との界
面近傍に酸素を含有させる。
【０３１３】
次いで、ゲート電極層４０１、ゲート絶縁膜４０２上に、ソース電極層及びドレイン電極
層となる導電膜を形成する。
【０３１４】
本実施の形態では、導電膜としてスパッタリング法により形成した膜厚１００ｎｍのタン
グステン膜を用いる。ドライエッチング法により導電膜をエッチングして、ソース電極層
４０５ａ、及びドレイン電極層４０５ｂを形成する。
【０３１５】
ソース電極層４０５ａ、及びドレイン電極層４０５ｂ上に酸化物半導体膜４０３を形成す
る。本実施の形態において、酸化物半導体膜４０３として、ＡＣ電源装置を有するスパッ
タリング装置を用いたスパッタリング法を用い、膜厚３５ｎｍのＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化
物膜（ＩＧＺＯ膜）を成膜する。本実施の形態において、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：１
（＝１／３：１／３：１／３）の原子比のＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物ターゲットを用いる
。なお、成膜条件は、酸素及びアルゴン雰囲気下（酸素流量比率５０％）、圧力０．６Ｐ
ａ、電源電力５ｋＷ、基板温度１７０℃とする。この成膜条件での成膜速度は、１６ｎｍ
／ｍｉｎである。
【０３１６】
酸化物半導体膜４０３と接するゲート絶縁膜４０２は、酸素の供給源となる酸素を多く（
過剰に）含むので、該ゲート絶縁膜４０２から酸化物半導体膜４０３へ酸素を供給するこ
とができる。
【０３１７】
酸化物半導体膜４０３とゲート絶縁膜４０２とを接した状態で熱処理を行うことが好まし
い。熱処理によってゲート絶縁膜４０２から酸化物半導体膜４０３への酸素の供給を効果
的に行うことができる。
【０３１８】
酸化物半導体膜４０３へ酸素を供給することにより、酸化物半導体膜４０３中の酸素欠損
を補填することができる。
【０３１９】
酸素ドープ処理を行ったゲート絶縁膜４０２から酸化物半導体膜４０３へ酸素の供給を行
うための熱処理は、この後に行われる熱処理と兼ねてもよい。例えば、絶縁膜４０７の脱
水化又は脱水素化のための熱処理、酸素ドープ処理を行った絶縁膜４０７から酸化物半導
体膜４０３へ酸素の供給を行う熱処理と兼ねることができる。
【０３２０】
本実施の形態では、酸化物半導体膜４０３上に、酸化物半導体膜４０３と接して、絶縁膜
４０７を形成する。
【０３２１】
本実施の形態では、絶縁膜４０７として、プラズマＣＶＤ法により膜厚４００ｎｍの酸化
窒化シリコン膜を形成する。
【０３２２】
絶縁膜４０７に熱処理による脱水化又は脱水素化処理を行う。
【０３２３】
本実施の形態では、絶縁膜４０７の成膜ガスとして、水素を含むガスを用いても、絶縁膜
４０７に脱水素化処理を行うため、絶縁膜４０７中の水素を除去することができる。よっ
て、プラズマＣＶＤ法を好適に用いることができる。プラズマＣＶＤ法は、成膜時に膜へ
ごみなどが付着、混入しにくい上、比較的速い成膜速度で成膜することができるので、厚
膜化が可能であり、生産性に有利である。
【０３２４】
熱処理の温度は、３００℃以上７００℃以下、または基板の歪み点未満とする。熱処理の
温度は、絶縁膜４０７の成膜温度より高い方が、脱水化または脱水素化の効果が高いため
好ましい。例えば、熱処理装置の一つである電気炉に基板を導入し、絶縁膜４０７に対し
て窒素雰囲気下４５０℃において１時間の熱処理を行う。
【０３２５】
熱処理によって、絶縁膜４０７の脱水化または脱水素化を行うことができ、水素、又は水
などの不純物が排除された絶縁膜を形成することができる。
【０３２６】
脱水素化又は脱水素化のための熱処理を行うことにより、絶縁膜４０７に含まれる、水、
水素等の不純物を除去し、低減させることができる。絶縁膜４０７をできるだけ水素を含
まない膜とすることで、トランジスタ４１０の特性変動を抑制し、安定した電気特性を付
与することができる。
【０３２７】
次に、脱水化または脱水素化された絶縁膜４０７に酸素ドープ処理を行い、酸素を過剰に
含む絶縁膜４０７を形成する。
【０３２８】
絶縁膜４０７は酸素ドープ処理により、酸素を多く（過剰）含む膜（好ましくは結晶状態
における化学量論的組成に対し、酸素の含有量が過剰な領域が含まれている膜）であるの
で、酸化物半導体膜４０３に対する酸素の供給源として好適に機能させることができる。
【０３２９】
酸化物半導体膜４０３に絶縁膜４０７と接した状態で熱処理を行うことが好ましい。熱処
理によって絶縁膜４０７から酸化物半導体膜４０３への酸素の供給を効果的に行うことが
できる。本実施の形態では、窒素雰囲気下３００℃で１時間熱処理を行う。
【０３３０】
また、上記熱処理は、絶縁膜４０７上に緻密性の高い無機絶縁膜を設けた後行うことが好
ましい。例えば、絶縁膜４０７上にスパッタリング法により酸化アルミニウム膜を形成す
る。
【０３３１】
以上の工程で、本実施の形態のトランジスタ４１０が作製される。
【０３３２】
また、トランジスタ４１０起因の表面凹凸を低減するために平坦化絶縁膜を形成してもよ
い。
【０３３３】
例えば、絶縁膜上に平坦化絶縁膜として、膜厚１５００ｎｍのアクリル樹脂膜を形成すれ
ばよい。アクリル樹脂膜は塗布法による塗布後、焼成（例えば窒素雰囲気下２５０℃１時
間）して形成することができる。
【０３３４】
平坦化絶縁膜を形成後、熱処理を行ってもよい。例えば、窒素雰囲気下２５０℃で１時間
熱処理を行う。
【０３３５】
酸化物半導体膜４０３に接するゲート絶縁膜４０２及び／又は絶縁膜４０７に、熱処理に
よる脱水化又は脱水素化処理を行い、かつ脱水化又は脱水素化処理後に酸素ドープ処理を
行って作製されたトランジスタ４１０は、電気特性変動が抑制されており、電気的に安定
である。
【０３３６】
よって、安定した電気特性を有するトランジスタ４１０を作製することができる。
【０３３７】
また、本発明の一形態は、電気特性が良好で信頼性のよいトランジスタ４１０を含む半導
体装置を作製することができる。
【０３３８】
（実施の形態７）
本実施の形態では、半導体装置の作製方法の他の一形態を説明する。上記実施の形態と同
一部分又は同様な機能を有する部分、及び工程は、上記実施の形態と同様に行うことがで
き、繰り返しの説明は省略する。また同じ箇所の詳細な説明は省略する。
【０３３９】
本実施の形態では、熱処理による脱水化又は脱水素化処理を行う前の、酸化物半導体膜と
接する絶縁膜にも、酸素ドープ処理を行う例を示す。
【０３４０】
なお、酸化物半導体膜と接する絶縁膜とは、実施の形態１乃至６においてはゲート絶縁膜
４０２、絶縁膜４０７、絶縁層４１３、絶縁層４２３である。本実施の形態は、実施の形
態１乃至６におけるトランジスタ４４０ａ、４４０ｂ、４４０ｃ、４３０、４２０、４１
０に適用することができる。
【０３４１】
熱処理による脱水化又は脱水素化処理を行う前の絶縁膜にも、酸素ドープ処理を行ってお
いてもよい。絶縁膜に酸素ドープ処理と熱処理とを複数回繰り返し行ってもよい。絶縁膜
に対して、熱処理の前に酸素ドープ処理を行うと、絶縁膜の脱水化又は脱水素化処理を効
果的に行うことができる。
【０３４２】
酸化物半導体膜と接する絶縁膜に酸素をドープすることにより、絶縁膜を構成している元
素（例えば金属元素）と水素との間の結合が切断され、後に行われる熱処理により不純物
である水素を絶縁膜から脱離させやすくすることができる。さらに、酸素のドープによっ
て膜中にボイド（欠陥）が形成されるため、結合が切断された水素は、該ボイドを通じて
容易に膜中から脱離することができる。
【０３４３】
また、水素の脱離は、絶縁膜に酸素をドープすることにより、絶縁膜を構成している元素
（例えば金属元素）と水酸基との間の結合も切断されるため、結合が切断された水素と水
酸基が結合し、水として絶縁膜中から脱離する場合もある。
【０３４４】
ドープされる酸素（酸素ラジカル、酸素原子、酸素分子、オゾン、酸素イオン（酸素分子
イオン）、及び／又は酸素クラスタイオン）は、イオン注入法、イオンドーピング法、プ
ラズマイマージョンイオンインプランテーション法、プラズマ処理などを用いることがで
きる。また、イオン注入法にはガスクラスタイオンビームを用いてもよい。
【０３４５】
例えば、ドープされる酸素（酸素ラジカル、酸素原子、酸素分子、オゾン、酸素イオン（
酸素分子イオン）、及び／又は酸素クラスタイオン）は、酸素を含むガスを用いてプラズ
マ発生装置により供給されてもよいし、又はオゾン発生装置により供給されてもよい。よ
り具体的には、例えば、半導体装置に対してエッチング処理を行うための装置や、レジス
トマスクに対してアッシングを行うための装置などを用いて酸素を発生させ、絶縁膜を処
理してもよい。
【０３４６】
酸素ドープ処理には、酸素を含むガスを用いることができる。酸素を含むガスとしては、
酸素、一酸化二窒素、二酸化窒素、二酸化炭素、一酸化炭素などを用いることができる。
【０３４７】
また、脱水化又は脱水素化処理のための熱処理の前にドープする元素として希ガスを用い
てもよい。
【０３４８】
希ガスは上記酸素を含むガス中に混合して用いてもよいし、希ガスドープ処理と、酸素ド
ープ処理を両方用いてもよい。
【０３４９】
絶縁膜に酸素ドープ処理と脱水化又は脱水素化処理のための熱処理とを複数回繰り返し行
ってもよい。絶縁膜に対して、脱水化又は脱水素化処理のための熱処理の前に酸素ドープ
処理を行うと、絶縁膜の脱水化又は脱水素化処理を効果的に行うことができる。
【０３５０】
よって、安定し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る。
【０３５１】
また、本発明の一形態は、電気特性が良好で信頼性のよいトランジスタを含む半導体装置
を作製することができる。
【０３５２】
本実施の形態に示す構成、方法などは、他の実施の形態に示す構成、方法などと適宜組み
合わせて用いることができる。
【０３５３】
（実施の形態８）
実施の形態１乃至７のいずれかに示したトランジスタを用いて表示機能を有する半導体装
置（表示装置ともいう）を作製することができる。また、トランジスタを含む駆動回路の
一部又は全体を、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。
【０３５４】
図８（Ａ）において、基板４００１上に設けられた画素部４００２を囲むようにして、シ
ール材４００５が設けられ、基板４００６によって封止されている。図８（Ａ）において
は、基板４００１上のシール材４００５によって囲まれている領域とは異なる領域に、Ｉ
Ｃチップ、又は別途用意された基板上に単結晶半導体膜又は多結晶半導体膜で形成された
走査線駆動回路４００４、信号線駆動回路４００３が実装されている。また別途形成され
た信号線駆動回路４００３と、走査線駆動回路４００４又は画素部４００２に与えられる
各種信号及び電位は、ＦＰＣ（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ  ｐｒｉｎｔｅｄ  ｃｉｒｃｕｉｔ）４
０１８ａ、４０１８ｂから供給されている。
【０３５５】
図８（Ｂ）、及び図８（Ｃ）において、基板４００１上に設けられた画素部４００２と、
走査線駆動回路４００４とを囲むようにして、シール材４００５が設けられている。また
画素部４００２と、走査線駆動回路４００４の上に基板４００６が設けられている。よっ
て画素部４００２と、走査線駆動回路４００４とは、基板４００１とシール材４００５と
基板４００６とによって、表示素子と共に封止されている。図８（Ｂ）、及び（Ｃ）にお
いては、基板４００１上のシール材４００５によって囲まれている領域とは異なる領域に
、ＩＣチップ、又は別途用意された基板上に単結晶半導体膜又は多結晶半導体膜で形成さ
れた信号線駆動回路４００３が実装されている。図８（Ｂ）、及び図８（Ｃ）においては
、別途形成された信号線駆動回路４００３と、走査線駆動回路４００４又は画素部４００
２に与えられる各種信号及び電位は、ＦＰＣ４０１８から供給されている。
【０３５６】
また図８（Ｂ）、及び図８（Ｃ）においては、信号線駆動回路４００３を別途形成し、基
板４００１に実装している例を示しているが、この構成に限定されない。走査線駆動回路
を別途形成して実装してもよいし、信号線駆動回路の一部又は走査線駆動回路の一部のみ
を別途形成して実装してもよい。
【０３５７】
なお、別途形成した駆動回路の接続方法は、特に限定されるものではなく、ＣＯＧ（Ｃｈ
ｉｐ  Ｏｎ  Ｇｌａｓｓ）方法、ワイヤボンディング方法、或いはＴＡＢ（Ｔａｐｅ  Ａ
ｕｔｏｍａｔｅｄ  Ｂｏｎｄｉｎｇ）方法などを用いることができる。図８（Ａ）は、Ｃ
ＯＧ方法により信号線駆動回路４００３、走査線駆動回路４００４を実装する例であり、
図８（Ｂ）は、ＣＯＧ方法により信号線駆動回路４００３を実装する例であり、図８（Ｃ
）は、ＴＡＢ方法により信号線駆動回路４００３を実装する例である。
【０３５８】
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。
【０３５９】
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もしくはＴＡＢテープもし
くはＴＣＰが取り付けられたモジュール、ＴＡＢテープやＴＣＰの先にプリント配線板が
設けられたモジュール、又は表示素子にＣＯＧ方式によりＩＣ（集積回路）が直接実装さ
れたモジュールも全て表示装置に含むものとする。
【０３６０】
また基板上に設けられた画素部及び走査線駆動回路は、トランジスタを複数有しており、
実施の形態１乃至７のいずれかに示したトランジスタを適用することができる。
【０３６１】
表示装置に設けられる表示素子としては液晶素子（液晶表示素子ともいう）、発光素子（
発光表示素子ともいう）、を用いることができる。発光素子は、電流又は電圧によって輝
度が制御される素子をその範疇に含んでおり、具体的には無機ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｌ
ｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）、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。
【０３６２】
また、半導体装置の一形態について、図８乃至図１０を用いて説明する。図１０は、図８
（Ｂ）のＭ−Ｎにおける断面図に相当する。
【０３６３】
図８及び図１０で示すように、半導体装置は接続端子電極４０１５及び端子電極４０１６
を有しており、接続端子電極４０１５及び端子電極４０１６はＦＰＣ４０１８（ＦＰＣ４
０１８ａ、４０１８ｂ）が有する端子と異方性導電膜４０１９を介して、電気的に接続さ
れている。
【０３６４】
接続端子電極４０１５は、第１の電極層４０３０と同じ導電膜から形成され、端子電極４
０１６は、トランジスタ４０４０、４０１１のソース電極層及びドレイン電極層と同じ導
電膜で形成されている。
【０３６５】
また基板４００１上に設けられた画素部４００２と、走査線駆動回路４００４は、トラン
ジスタを複数有しており、図８及び図１０では、画素部４００２に含まれるトランジスタ
４０４０と、走査線駆動回路４００４に含まれるトランジスタ４０１１とを例示している
。図１０（Ａ）では、トランジスタ４０４０、４０１１上には絶縁膜４０２０が設けられ
、図１０（Ｂ）では、さらに、絶縁膜４０２１が設けられている。
【０３６６】
トランジスタ４０１０、４０１１としては、実施の形態１乃至７のいずれかに示したトラ
ンジスタを適用することができる。本実施の形態では、実施の形態１で示したトランジス
タ４４０と同様な構造を有するトランジスタを適用する例を示す。トランジスタ４０１０
、４０１１は、ボトムゲート構造のスタガ型トランジスタである。
【０３６７】
トランジスタ４０１０、４０１１は、酸化物半導体膜に接するゲート絶縁膜及び／又は絶
縁膜４０２０に、熱処理による脱水化又は脱水素化処理を行い、かつ脱水化又は脱水素化
処理後に酸素ドープ処理を行って作製されたトランジスタである。よって、酸化物半導体
膜には、トランジスタ４０１０、４０１１の特性変動を引き起こす水素、又は水などの不
純物が混入せず、かつ酸素欠損を補填する酸素が供給される。よって、トランジスタ４０
１０、４０１１は、電気特性変動が抑制されている。
【０３６８】
従って、図８及び図１０で示す本実施の形態の酸化物半導体膜を用いた安定した電気特性
を有するトランジスタ４０１０、４０１１を含む半導体装置として信頼性の高い半導体装
置を提供することができる。
【０３６９】
また、駆動回路用のトランジスタ４０１１の酸化物半導体膜のチャネル形成領域と重なる
位置にさらに導電層を設けてもよい。導電層を酸化物半導体膜のチャネル形成領域と重な
る位置に設けることによって、バイアス−熱ストレス試験（ＢＴ試験）前後におけるトラ
ンジスタ４０１１のしきい値電圧の変化量をさらに低減することができる。また、導電層
は、電位がトランジスタ４０１１のゲート電極層と同じでもよいし、異なっていても良く
、第２のゲート電極層として機能させることもできる。また、導電層の電位がＧＮＤ、０
Ｖ、或いはフローティング状態であってもよい。
【０３７０】
また、該導電層は外部の電場を遮蔽する、すなわち外部の電場が内部（トランジスタを含
む回路部）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。
導電層の遮蔽機能により、静電気などの外部の電場の影響によりトランジスタの電気的な
特性が変動することを防止することができる。
【０３７１】
画素部４００２に設けられたトランジスタ４０１０は表示素子と電気的に接続し、表示パ
ネルを構成する。表示素子は表示を行うことができれば特に限定されず、様々な表示素子
を用いることができる。
【０３７２】
図１０（Ａ）に表示素子として液晶素子を用いた液晶表示装置の例を示す。図１０（Ａ）
において、表示素子である液晶素子４０１３は、第１の電極層４０３０、第２の電極層４
０３１、及び液晶層４００８を含む。なお、液晶層４００８を挟持するように配向膜とし
て機能する絶縁膜４０３２、４０３３が設けられている。第２の電極層４０３１は基板４
００６側に設けられ、第１の電極層４０３０と第２の電極層４０３１とは液晶層４００８
を介して積層する構成となっている。
【０３７３】
またスペーサ４０３５は絶縁膜を選択的にエッチングすることで得られる柱状のスペーサ
であり、液晶層４００８の膜厚（セルギャップ）を制御するために設けられている。なお
球状のスペーサを用いていてもよい。
【０３７４】
表示素子として、液晶素子を用いる場合、サーモトロピック液晶、低分子液晶、高分子液
晶、高分子分散型液晶、強誘電性液晶、反強誘電性液晶等を用いることができる。これら
の液晶材料（液晶組成物）は、条件により、コレステリック相、スメクチック相、キュー
ビック相、カイラルネマチック相、等方相等を示す。
【０３７５】
また、液晶層４００８に、配向膜を用いないブルー相を発現する液晶組成物を用いてもよ
い。この場合、液晶層４００８と、第１の電極層４０３０及び第２の電極層４０３１とは
接する構造となる。ブルー相は液晶相の一つであり、コレステリック液晶を昇温していく
と、コレステリック相から等方相へ転移する直前に発現する相である。ブルー相は、液晶
及びカイラル剤を混合させた液晶組成物を用いて発現させることができる。また、ブルー
相が発現する温度範囲を広げるために、ブルー相を発現する液晶組成物に重合性モノマー
及び重合開始剤などを添加し、高分子安定化させる処理を行って液晶層を形成することも
できる。ブルー相を発現する液晶組成物は、応答速度が短く、光学的等方性であるため配
向処理が不要であり、視野角依存性が小さい。また配向膜を設けなくてもよいのでラビン
グ処理も不要となるため、ラビング処理によって引き起こされる静電破壊を防止すること
ができ、作製工程中の液晶表示装置の不良や破損を軽減することができる。よって液晶表
示装置の生産性を向上させることが可能となる。酸化物半導体膜を用いるトランジスタは
、静電気の影響によりトランジスタの電気的な特性が著しく変動して設計範囲を逸脱する
恐れがある。よって酸化物半導体膜を用いるトランジスタを有する液晶表示装置にブルー
相を発現する液晶組成物を用いることはより効果的である。
【０３７６】
また、液晶材料の固有抵抗は、１×１０９Ω・ｃｍ以上であり、好ましくは１×１０１１
Ω・ｃｍ以上であり、さらに好ましくは１×１０１２Ω・ｃｍ以上である。なお、本明細
書における固有抵抗の値は、２０℃で測定した値とする。
【０３７７】
液晶表示装置に設けられる保持容量の大きさは、画素部に配置されるトランジスタのリー
ク電流等を考慮して、所定の期間の間電荷を保持できるように設定される。保持容量の大
きさは、トランジスタのオフ電流等を考慮して設定すればよい。本明細書に開示する酸化
物半導体膜を有するトランジスタを用いることにより、各画素における液晶容量に対して
１／３以下、好ましくは１／５以下の容量の大きさを有する保持容量を設ければ充分であ
る。
【０３７８】
本明細書に開示する酸化物半導体膜を用いたトランジスタは、オフ状態における電流値（
オフ電流値）を低く制御することができる。よって、画像信号等の電気信号の保持時間を
長くすることができ、電源オン状態では書き込み間隔も長く設定できる。よって、リフレ
ッシュ動作の頻度を少なくすることができるため、消費電力を抑制する効果を奏する。
【０３７９】
また、本明細書に開示する酸化物半導体膜を用いたトランジスタは、比較的高い電界効果
移動度が得られるため、高速駆動が可能である。例えば、このような高速駆動が可能なト
ランジスタを液晶表示装置に用いることで、画素部のスイッチングトランジスタと、駆動
回路部に使用するドライバートランジスタを同一基板上に形成することができる。すなわ
ち、別途駆動回路として、シリコンウェハ等により形成された半導体装置を用いる必要が
ないため、半導体装置の部品点数を削減することができる。また、画素部においても、高
速駆動が可能なトランジスタを用いることで、高画質な画像を提供することができる。
【０３８０】
液晶表示装置には、ＴＮ（Ｔｗｉｓｔｅｄ  Ｎｅｍａｔｉｃ）モード、ＩＰＳ（Ｉｎ−Ｐ
ｌａｎｅ−Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）モード、ＦＦＳ（Ｆｒｉｎｇｅ  Ｆｉｅｌｄ  Ｓｗｉｔ
ｃｈｉｎｇ）モード、ＡＳＭ（Ａｘｉａｌｌｙ  Ｓｙｍｍｅｔｒｉｃ  ａｌｉｇｎｅｄ  
Ｍｉｃｒｏ−ｃｅｌｌ）モード、ＯＣＢ（Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｄ  Ｂ
ｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｃｅ）モード、ＦＬＣ（Ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｌｉｑｕｉ
ｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ）モード、ＡＦＬＣ（ＡｎｔｉＦｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｌｉｑ
ｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ）モードなどを用いることができる。
【０３８１】
また、ノーマリーブラック型の液晶表示装置、例えば垂直配向（ＶＡ）モードを採用した
透過型の液晶表示装置としてもよい。垂直配向モードとしては、いくつか挙げられるが、
例えば、ＭＶＡ（Ｍｕｌｔｉ−Ｄｏｍａｉｎ  Ｖｅｒｔｉｃａｌ  Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）
モード、ＰＶＡ（Ｐａｔｔｅｒｎｅｄ  Ｖｅｒｔｉｃａｌ  Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）モード
、ＡＳＶ（Ａｄｖａｎｃｅｄ  Ｓｕｐｅｒ  Ｖｉｅｗ）モードなどを用いることができる
。また、ＶＡ型の液晶表示装置にも適用することができる。ＶＡ型の液晶表示装置とは、
液晶表示パネルの液晶分子の配列を制御する方式の一種である。ＶＡ型の液晶表示装置は
、電圧が印加されていないときにパネル面に対して液晶分子が垂直方向を向く方式である
。また、画素（ピクセル）をいくつかの領域（サブピクセル）に分け、それぞれ別の方向
に分子を倒すよう工夫されているマルチドメイン化あるいはマルチドメイン設計といわれ
る方法を用いることができる。
【０３８２】
また、表示装置において、ブラックマトリクス（遮光層）、偏光部材、位相差部材、反射
防止部材などの光学部材（光学基板）などは適宜設ける。例えば、偏光基板及び位相差基
板による円偏光を用いてもよい。また、光源としてバックライト、サイドライトなどを用
いてもよい。
【０３８３】
また、画素部における表示方式は、プログレッシブ方式やインターレース方式等を用いる
ことができる。また、カラー表示する際に画素で制御する色要素としては、ＲＧＢ（Ｒは
赤、Ｇは緑、Ｂは青を表す）の三色に限定されない。例えば、ＲＧＢＷ（Ｗは白を表す）
、又はＲＧＢに、イエロー、シアン、マゼンタ等を一色以上追加したものがある。なお、
色要素のドット毎にその表示領域の大きさが異なっていてもよい。ただし、開示する発明
はカラー表示の表示装置に限定されるものではなく、モノクロ表示の表示装置に適用する
こともできる。
【０３８４】
また、表示装置に含まれる表示素子として、エレクトロルミネッセンスを利用する発光素
子を適用することができる。エレクトロルミネッセンスを利用する発光素子は、発光材料
が有機化合物であるか、無機化合物であるかによって区別され、一般的に、前者は有機Ｅ
Ｌ素子、後者は無機ＥＬ素子と呼ばれている。
【０３８５】
有機ＥＬ素子は、発光素子に電圧を印加することにより、一対の電極から電子および正孔
がそれぞれ発光性の有機化合物を含む層に注入され、電流が流れる。そして、それらキャ
リア（電子および正孔）が再結合することにより、発光性の有機化合物が励起状態を形成
し、その励起状態が基底状態に戻る際に発光する。このようなメカニズムから、このよう
な発光素子は、電流励起型の発光素子と呼ばれる。本実施の形態では、発光素子として有
機ＥＬ素子を用いる例を示す。
【０３８６】
無機ＥＬ素子は、その素子構成により、分散型無機ＥＬ素子と薄膜型無機ＥＬ素子とに分
類される。分散型無機ＥＬ素子は、発光材料の粒子をバインダ中に分散させた発光層を有
するものであり、発光メカニズムはドナー準位とアクセプター準位を利用するドナー−ア
クセプター再結合型発光である。薄膜型無機ＥＬ素子は、発光層を誘電体層で挟み込み、
さらにそれを電極で挟んだ構造であり、発光メカニズムは金属イオンの内殻電子遷移を利
用する局在型発光である。なお、ここでは、発光素子として有機ＥＬ素子を用いて説明す
る。
【０３８７】
発光素子は発光を取り出すために少なくとも一対の電極の一方が透光性であればよい。そ
して、基板上にトランジスタ及び発光素子を形成し、基板とは逆側の面から発光を取り出
す上面射出や、基板側の面から発光を取り出す下面射出や、基板側及び基板とは反対側の
面から発光を取り出す両面射出構造の発光素子があり、どの射出構造の発光素子も適用す
ることができる。
【０３８８】
図９（Ａ）（Ｂ）及び図１０（Ｂ）に表示素子として発光素子を用いた発光装置の例を示
す。
【０３８９】
図９（Ａ）は発光装置の平面図であり、図９（Ａ）中の一点鎖線Ｓ１−Ｔ１、Ｓ２−Ｔ２
、及びＳ３−Ｔ３で切断した断面が図９（Ｂ）に相当する。なお、図９（Ａ）の平面図に
おいては、電界発光層５４２及び第２の電極層５４３は省略してあり図示していない。
【０３９０】
図９に示す発光装置は、基板５００上に、トランジスタ５１０、容量素子５２０、配線層
交差部５３０を有しており、トランジスタ５１０は発光素子５４０と電気的に接続してい
る。なお、図９は基板５００を通過して発光素子５４０からの光を取り出す、下面射出型
構造の発光装置である。
【０３９１】
トランジスタ５１０としては、実施の形態１乃至７のいずれかで示したトランジスタを適
用することができる。本実施の形態では、実施の形態１で示したトランジスタ４４０と同
様な構造を有するトランジスタを適用する例を示す。トランジスタ５１０は、ボトムゲー
ト構造のスタガ型トランジスタである。
【０３９２】
トランジスタ５１０はゲート電極層５１１ａ、５１１ｂ、ゲート絶縁膜５０２、酸化物半
導体膜５１２、ソース電極層又はドレイン電極層として機能する導電層５１３ａ、５１３
ｂを含む。
【０３９３】
トランジスタ５１０は、酸化物半導体膜に接するゲート絶縁膜５０２及び／又は層間絶縁
膜５０４に、熱処理による脱水化又は脱水素化処理を行い、かつ脱水化又は脱水素化処理
後に酸素ドープ処理を行って作製されたトランジスタである。よって、酸化物半導体膜に
は、トランジスタ５１０の特性変動を引き起こす水素、又は水などの不純物が混入せず、
かつ酸素欠損を補填する酸素が供給される。よって、トランジスタ５１０は、電気特性変
動が抑制されている。
【０３９４】
従って、図９で示す本実施の形態の酸化物半導体膜５１２を用いた安定した電気特性を有
するトランジスタ５１０を含む半導体装置として信頼性の高い半導体装置を提供すること
ができる。また、そのような信頼性の高い半導体装置を歩留まりよく作製し、高生産化を
達成することができる。
【０３９５】
容量素子５２０は、導電層５２１ａ、５２１ｂ、ゲート絶縁膜５０２、酸化物半導体膜５
２２、導電層５２３を含み、導電層５２１ａ、５２１ｂと導電層５２３とで、ゲート絶縁
膜５０２及び酸化物半導体膜５２２を挟む構成とすることで容量を形成する。
【０３９６】
配線層交差部５３０は、ゲート電極層５１１ａ、５１１ｂと、導電層５３３との交差部で
あり、ゲート電極層５１１ａ、５１１ｂと、導電層５３３とは、間にゲート絶縁膜５０２
を介して交差する。
【０３９７】
本実施の形態においては、ゲート電極層５１１ａ及び導電層５２１ａとして膜厚３０ｎｍ
のチタン膜を用い、ゲート電極層５１１ｂ及び導電層５２１ｂとして膜厚２００ｎｍの銅
薄膜を用いる。よって、ゲート電極層はチタン膜と銅薄膜との積層構造となる。
【０３９８】
酸化物半導体膜５１２、５２２としては膜厚２５ｎｍのＩＧＺＯ膜を用いる。
【０３９９】
トランジスタ５１０、容量素子５２０、及び配線層交差部５３０上には層間絶縁膜５０４
が形成され、層間絶縁膜５０４上において発光素子５４０と重畳する領域にカラーフィル
タ層５０５が設けられている。層間絶縁膜５０４及びカラーフィルタ層５０５上には平坦
化絶縁膜として機能する絶縁膜５０６が設けられている。
【０４００】
絶縁膜５０６上に第１の電極層５４１、電界発光層５４２、第２の電極層５４３の順に積
層した積層構造を含む発光素子５４０が設けられている。発光素子５４０とトランジスタ
５１０とは、導電層５１３ａに達する絶縁膜５０６及び層間絶縁膜５０４に形成された開
口において、第１の電極層５４１及び導電層５１３ａとは接することによって電気的に接
続されている。なお、第１の電極層５４１の一部及び該開口を覆うように隔壁５０７が設
けられている。
【０４０１】
層間絶縁膜５０４には、プラズマＣＶＤ法による膜厚２００ｎｍ以上６００ｎｍ以下の酸
化窒化シリコン膜を用いることができる。また、絶縁膜５０６には膜厚１５００ｎｍの感
光性のアクリル膜、隔壁５０７には膜厚１５００ｎｍの感光性のポリイミド膜を用いるこ
とができる。
【０４０２】
カラーフィルタ層５０５としては、例えば有彩色の透光性樹脂を用いることができる。有
彩色の透光性樹脂としては、感光性、非感光性の有機樹脂を用いることができるが、感光
性の有機樹脂層を用いるとレジストマスク数を削減することができるため、工程が簡略化
し好ましい。
【０４０３】
有彩色は、黒、灰、白などの無彩色を除く色であり、カラーフィルタ層は、着色された有
彩色の光のみを透過する材料で形成される。有彩色としては、赤色、緑色、青色などを用
いることができる。また、シアン、マゼンダ、イエロー（黄）などを用いてもよい。着色
された有彩色の光のみを透過するとは、カラーフィルタ層における透過光は、その有彩色
の光の波長にピークを有するということである。カラーフィルタ層は、含ませる着色材料
の濃度と光の透過率の関係に考慮して、最適な膜厚を適宜制御するとよい。例えば、カラ
ーフィルタ層５０５の膜厚は１５００ｎｍ以上２０００ｎｍ以下とすればよい。
【０４０４】
図１０（Ｂ）に示す発光装置においては、表示素子である発光素子４５１３は、画素部４
００２に設けられたトランジスタ４０１０と電気的に接続している。なお発光素子４５１
３の構成は、第１の電極層４０３０、電界発光層４５１１、第２の電極層４０３１の積層
構造であるが、示した構成に限定されない。発光素子４５１３から取り出す光の方向など
に合わせて、発光素子４５１３の構成は適宜変えることができる。
【０４０５】
隔壁４５１０、５０７は、有機絶縁材料、又は無機絶縁材料を用いて形成する。特に感光
性の樹脂材料を用い、第１の電極層４０３０、５４１上に開口部を形成し、その開口部の
側壁が連続した曲率を持って形成される傾斜面となるように形成することが好ましい。
【０４０６】
電界発光層４５１１、５４２は、単数の層で構成されていても、複数の層が積層されるよ
うに構成されていてもどちらでもよい。
【０４０７】
発光素子４５１３、５４０に酸素、水素、水分、二酸化炭素等が侵入しないように、第２
の電極層４０３１、５４３及び隔壁４５１０、５０７上に保護膜を形成してもよい。保護
膜としては、窒化シリコン膜、窒化酸化シリコン膜、ＤＬＣ膜等を形成することができる
。
【０４０８】
また、発光素子４５１３、５４０に酸素、水素、水分、二酸化炭素等が侵入しないように
、発光素子４５１３、５４０を覆う有機化合物を含む層を蒸着法により形成してもよい。
【０４０９】
また、基板４００１、基板４００６、及びシール材４００５によって封止された空間には
充填材４５１４が設けられ密封されている。このように外気に曝されないように気密性が
高く、脱ガスの少ない保護フィルム（貼り合わせフィルム、紫外線硬化樹脂フィルム等）
やカバー材でパッケージング（封入）することが好ましい。
【０４１０】
充填材４５１４としては窒素やアルゴンなどの不活性な気体の他に、紫外線硬化樹脂又は
熱硬化樹脂を用いることができ、ＰＶＣ（ポリビニルクロライド）、アクリル、ポリイミ
ド、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、ＰＶＢ（ポリビニルブチラル）又はＥＶＡ（エチレ
ンビニルアセテート）を用いることができる。例えば充填材として窒素を用いればよい。
【０４１１】
また、必要であれば、発光素子の射出面に偏光板、又は円偏光板（楕円偏光板を含む）、
位相差板（λ／４板、λ／２板）、カラーフィルタなどの光学フィルムを適宜設けてもよ
い。また、偏光板又は円偏光板に反射防止膜を設けてもよい。例えば、表面の凹凸により
反射光を拡散し、映り込みを低減できるアンチグレア処理を施すことができる。
【０４１２】
また、表示装置として、電子インクを駆動させる電子ペーパーを提供することも可能であ
る。電子ペーパーは、電気泳動表示装置（電気泳動ディスプレイ）とも呼ばれており、紙
と同じ読みやすさ、他の表示装置に比べ低消費電力、薄くて軽い形状とすることが可能と
いう利点を有している。
【０４１３】
電気泳動表示装置は、様々な形態が考えられ得るが、プラスの電荷を有する第１の粒子と
、マイナスの電荷を有する第２の粒子とを含むマイクロカプセルが溶媒又は溶質に複数分
散されたものであり、マイクロカプセルに電界を印加することによって、マイクロカプセ
ル中の粒子を互いに反対方向に移動させて一方側に集合した粒子の色のみを表示するもの
である。なお、第１の粒子又は第２の粒子は染料を含み、電界がない場合において移動し
ないものである。また、第１の粒子の色と第２の粒子の色は異なるもの（無色を含む）と
する。
【０４１４】
このように、電気泳動表示装置は、誘電定数の高い物質が高い電界領域に移動する、いわ
ゆる誘電泳動的効果を利用したディスプレイである。
【０４１５】
上記マイクロカプセルを溶媒中に分散させたものが電子インクと呼ばれるものであり、こ
の電子インクはガラス、プラスチック、布、紙などの表面に印刷することができる。また
、カラーフィルタや色素を有する粒子を用いることによってカラー表示も可能である。
【０４１６】
なお、マイクロカプセル中の第１の粒子および第２の粒子は、導電体材料、絶縁体材料、
半導体材料、磁性材料、液晶材料、強誘電性材料、エレクトロルミネセント材料、エレク
トロクロミック材料、磁気泳動材料から選ばれた一種の材料、又はこれらの複合材料を用
いればよい。
【０４１７】
また、電子ペーパーとして、ツイストボール表示方式を用いる表示装置も適用することが
できる。ツイストボール表示方式とは、白と黒に塗り分けられた球形粒子を、表示素子に
用いる電極層である第１の電極層及び第２の電極層の間に配置し、第１の電極層及び第２
の電極層に電位差を生じさせて球形粒子の向きを制御することにより、表示を行う方法で
ある。
【０４１８】
なお、図８乃至図１０において、基板４００１、５００、基板４００６としては、ガラス
基板の他、可撓性を有する基板も用いることができ、例えば透光性を有するプラスチック
基板などを用いることができる。プラスチックとしては、ＦＲＰ（Ｆｉｂｅｒｇｌａｓｓ
−Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ  Ｐｌａｓｔｉｃｓ）板、ＰＶＦ（ポリビニルフルオライド）フ
ィルム、ポリエステルフィルム又はアクリル樹脂フィルムを用いることができる。また、
透光性が必要でなければ、アルミニウムやステンレスなどの金属基板（金属フィルム）を
用いてもよい。例えば、アルミニウムホイルをＰＶＦフィルムやポリエステルフィルムで
挟んだ構造のシートを用いることもできる。
【０４１９】
本実施の形態では、絶縁膜４０２０としてプラズマＣＶＤ法によって形成する酸化窒化シ
リコン膜を用い、脱水化又は脱水素化のための熱処理及び酸素ドープ処理を行う。
【０４２０】
さらに、脱水化又は脱水素化のための熱処理及び酸素ドープ処理を行った酸化窒化シリコ
ン膜上に酸化アルミニウム膜を形成し、熱処理を行うことが好ましい。
【０４２１】
酸化アルミニウム膜は、水素、水分などの不純物、及び酸素の両方に対して膜を透過させ
ない遮断効果（ブロック効果）が高い。
【０４２２】
従って、酸化アルミニウム膜は、作製工程中及び作製後において、脱水化又は脱水素化の
ための熱処理及び酸素ドープ処理を行った酸化窒化シリコン膜への変動要因となる水素、
水分などの不純物の混入、及び酸素の放出を防止する保護膜として機能する。
【０４２３】
また、平坦化絶縁膜として機能する絶縁膜４０２１、５０６は、アクリル、ポリイミド、
ベンゾシクロブテン系樹脂、ポリアミド、エポキシ等の、耐熱性を有する有機材料を用い
ることができる。また上記有機材料の他に、低誘電率材料（ｌｏｗ−ｋ材料）、シロキサ
ン系樹脂、ＰＳＧ（リンガラス）、ＢＰＳＧ（リンボロンガラス）等を用いることができ
る。なお、これらの材料で形成される絶縁膜を複数積層させることで、絶縁膜を形成して
もよい。
【０４２４】
絶縁膜４０２１、５０６の形成法は、特に限定されず、その材料に応じて、スパッタリン
グ法、スピンコート、ディップ、スプレー塗布、液滴吐出法（インクジェット法等）、印
刷法（スクリーン印刷、オフセット印刷等）、ドクターナイフ、ロールコーター、カーテ
ンコーター、ナイフコーター等を用いることができる。
【０４２５】
表示装置は光源又は表示素子からの光を透過させて表示を行う。よって光が透過する画素
部に設けられる基板、絶縁膜、導電膜などの薄膜はすべて可視光の波長領域の光に対して
透光性とする。
【０４２６】
表示素子に電圧を印加する第１の電極層及び第２の電極層（画素電極層、共通電極層、対
向電極層などともいう）においては、取り出す光の方向、電極層が設けられる場所、及び
電極層のパターン構造によって透光性、反射性を選択すればよい。
【０４２７】
第１の電極層４０３０、５４１、第２の電極層４０３１、５４３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、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、グラフェンなどの透光性
を有する導電性材料を用いることができる。
【０４２８】
また、第１の電極層４０３０、５４１、第２の電極層４０３１、５４３はタングステン（
Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）、バナジウム（
Ｖ）、ニオブ（Ｎｂ）、タンタル（Ｔａ）、クロム（Ｃｒ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケ
ル（Ｎｉ）、チタン（Ｔｉ）、白金（Ｐｔ）、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、銀（
Ａｇ）等の金属、又はその合金、若しくはその金属窒化物から一つ、又は複数種を用いて
形成することができる。
【０４２９】
本実施の形態においては、図９に示す発光装置は下面射出型なので、第１の電極層５４１
は透光性、第２の電極層５４３は反射性を有する。よって、第１の電極層５４１に金属膜
を用いる場合は透光性を保てる程度膜厚を薄く、第２の電極層５４３に透光性を有する導
電膜を用いる場合は、反射性を有する導電膜を積層するとよい。
【０４３０】
また、第１の電極層４０３０、５４１、第２の電極層４０３１、５４３として、導電性高
分子（導電性ポリマーともいう）を含む導電性組成物を用いて形成することができる。導
電性高分子としては、いわゆるπ電子共役系導電性高分子が用いることができる。例えば
、ポリアニリン又はその誘導体、ポリピロール又はその誘導体、ポリチオフェン又はその
誘導体、若しくはアニリン、ピロールおよびチオフェンの２種以上からなる共重合体若し
くはその誘導体などがあげられる。
【０４３１】
また、トランジスタは静電気などにより破壊されやすいため、駆動回路保護用の保護回路
を設けることが好ましい。保護回路は、非線形素子を用いて構成することが好ましい。
【０４３２】
以上のように実施の形態１乃至７のいずれかで示したトランジスタを適用することで、様
々な機能を有する半導体装置を提供することができる。
【０４３３】
本実施の形態に示す構成、方法などは、他の実施の形態に示す構成、方法などと適宜組み
合わせて用いることができる。
【０４３４】
（実施の形態９）
実施の形態１乃至７のいずれかに示したトランジスタを用いて、対象物の情報を読み取る
イメージセンサ機能を有する半導体装置を作製することができる。
【０４３５】
図１１（Ａ）に、イメージセンサ機能を有する半導体装置の一例を示す。図１１（Ａ）は
フォトセンサの等価回路であり、図１１（Ｂ）はフォトセンサの一部を示す断面図である
。
【０４３６】
フォトダイオード６０２は、一方の電極がフォトダイオードリセット信号線６５８に、他
方の電極がトランジスタ６４０のゲートに電気的に接続されている。トランジスタ６４０
は、ソース又はドレインの一方がフォトセンサ基準信号線６７２に、ソース又はドレイン
の他方がトランジスタ６５６のソース又はドレインの一方に電気的に接続されている。ト
ランジスタ６５６は、ゲートがゲート信号線６５９に、ソース又はドレインの他方がフォ
トセンサ出力信号線６７１に電気的に接続されている。
【０４３７】
なお、本明細書における回路図において、酸化物半導体膜を用いるトランジスタと明確に
判明できるように、酸化物半導体膜を用いるトランジスタの記号には「ＯＳ」と記載して
いる。図１１（Ａ）において、トランジスタ６４０、トランジスタ６５６は実施の形態１
乃至７のいずれかに示したトランジスタが適用でき、酸化物半導体膜を用いるトランジス
タである。本実施の形態では、実施の形態１で示したトランジスタ４４０と同様な構造を
有するトランジスタを適用する例を示す。トランジスタ６４０は、ボトムゲート構造のス
タガ型トランジスタである。
【０４３８】
図１１（Ｂ）は、フォトセンサにおけるフォトダイオード６０２及びトランジスタ６４０
に示す断面図であり、絶縁表面を有する基板６０１（素子基板）上に、センサとして機能
するフォトダイオード６０２及びトランジスタ６４０が設けられている。フォトダイオー
ド６０２、トランジスタ６４０の上には接着層６０８を用いて基板６１３が設けられてい
る。
【０４３９】
トランジスタ６４０上には絶縁膜６３１、層間絶縁膜６３３、層間絶縁膜６３４が設けら
れている。フォトダイオード６０２は、層間絶縁膜６３３上に設けられ、層間絶縁膜６３
３上に形成した電極層６４１ａ、６４１ｂと、層間絶縁膜６３４上に設けられた電極層６
４２との間に、層間絶縁膜６３３側から順に第１半導体膜６０６ａ、第２半導体膜６０６
ｂ、及び第３半導体膜６０６ｃを積層した構造を有している。
【０４４０】
電極層６４１ｂは、層間絶縁膜６３４に形成された導電層６４３と電気的に接続し、電極
層６４２は電極層６４１ａを介して導電層６４５と電気的に接続している。導電層６４５
は、トランジスタ６４０のゲート電極層と電気的に接続しており、フォトダイオード６０
２はトランジスタ６４０と電気的に接続している。
【０４４１】
ここでは、第１半導体膜６０６ａとしてｐ型の導電型を有する半導体膜と、第２半導体膜
６０６ｂとして高抵抗な半導体膜（Ｉ型半導体膜）、第３半導体膜６０６ｃとしてｎ型の
導電型を有する半導体膜を積層するｐｉｎ型のフォトダイオードを例示している。
【０４４２】
第１半導体膜６０６ａはｐ型半導体膜であり、ｐ型を付与する不純物元素を含むアモルフ
ァスシリコン膜により形成することができる。第１半導体膜６０６ａの形成には１３族の
不純物元素（例えばボロン（Ｂ））を含む半導体材料ガスを用いて、プラズマＣＶＤ法に
より形成する。半導体材料ガスとしてはシラン（ＳｉＨ４）を用いればよい。または、Ｓ
ｉ２Ｈ６、ＳｉＨ２Ｃｌ２、ＳｉＨＣｌ３、ＳｉＣｌ４、ＳｉＦ４等を用いてもよい。ま
た、不純物元素を含まないアモルファスシリコン膜を形成した後に、拡散法やイオン注入
法を用いて該アモルファスシリコン膜に不純物元素を導入してもよい。イオン注入法等に
より不純物元素を導入した後に加熱等を行うことで、不純物元素を拡散させるとよい。こ
の場合にアモルファスシリコン膜を形成する方法としては、ＬＰＣＶＤ法、気相成長法、
又はスパッタリング法等を用いればよい。第１半導体膜６０６ａの膜厚は１０ｎｍ以上５
０ｎｍ以下となるよう形成することが好ましい。
【０４４３】
第２半導体膜６０６ｂは、Ｉ型半導体膜（真性半導体膜）であり、アモルファスシリコン
膜により形成する。第２半導体膜６０６ｂの形成には、半導体材料ガスを用いて、アモル
ファスシリコン膜をプラズマＣＶＤ法により形成する。半導体材料ガスとしては、シラン
（ＳｉＨ４）を用いればよい。または、Ｓｉ２Ｈ６、ＳｉＨ２Ｃｌ２、ＳｉＨＣｌ３、Ｓ
ｉＣｌ４、ＳｉＦ４等を用いてもよい。第２半導体膜６０６ｂの形成は、ＬＰＣＶＤ法、
気相成長法、スパッタリング法等により行ってもよい。第２半導体膜６０６ｂの膜厚は２
００ｎｍ以上１０００ｎｍ以下となるように形成することが好ましい。
【０４４４】
第３半導体膜６０６ｃは、ｎ型半導体膜であり、ｎ型を付与する不純物元素を含むアモル
ファスシリコン膜により形成する。第３半導体膜６０６ｃの形成には、１５族の不純物元
素（例えばリン（Ｐ））を含む半導体材料ガスを用いて、プラズマＣＶＤ法により形成す
る。半導体材料ガスとしてはシラン（ＳｉＨ４）を用いればよい。または、Ｓｉ２Ｈ６、
ＳｉＨ２Ｃｌ２、ＳｉＨＣｌ３、ＳｉＣｌ４、ＳｉＦ４等を用いてもよい。また、不純物
元素を含まないアモルファスシリコン膜を形成した後に、拡散法やイオン注入法を用いて
該アモルファスシリコン膜に不純物元素を導入してもよい。イオン注入法等により不純物
元素を導入した後に加熱等を行うことで、不純物元素を拡散させるとよい。この場合にア
モルファスシリコン膜を形成する方法としては、ＬＰＣＶＤ法、気相成長法、又はスパッ
タリング法等を用いればよい。第３半導体膜６０６ｃの膜厚は２０ｎｍ以上２００ｎｍ以
下となるよう形成することが好ましい。
【０４４５】
また、第１半導体膜６０６ａ、第２半導体膜６０６ｂ、及び第３半導体膜６０６ｃは、ア
モルファス半導体ではなく、多結晶半導体を用いて形成してもよいし、微結晶（セミアモ
ルファス（Ｓｅｍｉ  Ａｍｏｒｐｈｏｕｓ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ：ＳＡＳ））半
導体を用いて形成してもよい。
【０４４６】
また、光電効果で発生した正孔の移動度は電子の移動度に比べて小さいため、ｐｉｎ型の
フォトダイオードはｐ型の半導体膜側を受光面とする方がよい特性を示す。ここでは、ｐ
ｉｎ型のフォトダイオードが形成されている基板６０１の面からフォトダイオード６０２
が受ける光を電気信号に変換する例を示す。また、受光面とした半導体膜側とは逆の導電
型を有する半導体膜側からの光は外乱光となるため、電極層は遮光性を有する導電膜を用
いるとよい。また、ｎ型の半導体膜側を受光面として用いることもできる。
【０４４７】
絶縁膜６３１、層間絶縁膜６３３、層間絶縁膜６３４としては、絶縁性材料を用いて、そ
の材料に応じて、スパッタリング法、プラズマＣＶＤ法、スピンコート、ディップ、スプ
レー塗布、液滴吐出法（インクジェット法等）、印刷法（スクリーン印刷、オフセット印
刷等）等を用いて形成することができる。
【０４４８】
絶縁膜６３１としては、無機絶縁材料としては、酸化シリコン層、酸化窒化シリコン層、
酸化アルミニウム層、又は酸化窒化アルミニウム層などの酸化物絶縁膜、窒化シリコン層
、窒化酸化シリコン層、窒化アルミニウム層、又は窒化酸化アルミニウム層などの窒化物
絶縁膜の単層、又は積層を用いることができる。
【０４４９】
本実施の形態では、絶縁膜６３１としてプラズマＣＶＤ法によって形成する酸化窒化シリ
コン膜を用い、脱水化又は脱水素化のための熱処理及び酸素ドープ処理を行う。
【０４５０】
さらに、脱水化又は脱水素化のための熱処理及び酸素ドープ処理を行った酸化窒化シリコ
ン膜上に酸化アルミニウム膜を形成し、熱処理を行うことが好ましい。
【０４５１】
酸化アルミニウム膜は、水素、水分などの不純物、及び酸素の両方に対して膜を透過させ
ない遮断効果（ブロック効果）が高い。
【０４５２】
従って、酸化アルミニウム膜は、作製工程中及び作製後において、脱水化又は脱水素化の
ための熱処理及び酸素ドープ処理を行った酸化窒化シリコン膜への変動要因となる水素、
水分などの不純物の混入、及び酸素の放出を防止する保護膜として機能する。
【０４５３】
層間絶縁膜６３３、６３４としては、表面凹凸を低減するため平坦化絶縁膜として機能す
る絶縁膜が好ましい。層間絶縁膜６３３、６３４としては、例えばポリイミド、アクリル
樹脂、ベンゾシクロブテン系樹脂、ポリアミド、エポキシ樹脂等の、耐熱性を有する有機
絶縁材料を用いることができる。また上記有機絶縁材料の他に、低誘電率材料（ｌｏｗ−
ｋ材料）、シロキサン系樹脂、ＰＳＧ（リンガラス）、ＢＰＳＧ（リンボロンガラス）等
の単層、又は積層を用いることができる。
【０４５４】
フォトダイオード６０２に入射する光を検出することによって、被検出物の情報を読み取
ることができる。なお、被検出物の情報を読み取る際にバックライトなどの光源を用いる
ことができる。
【０４５５】
トランジスタ６４０は、酸化物半導体膜に接するゲート絶縁膜及び／又は絶縁膜６３１に
、熱処理による脱水化又は脱水素化処理を行い、かつ脱水化又は脱水素化処理後に酸素ド
ープ処理を行って作製されたトランジスタである。よって、酸化物半導体膜には、トラン
ジスタ６４０の特性変動を引き起こす水素、又は水などの不純物が混入せず、かつ酸素欠
損を補填する酸素が供給される。よって、トランジスタ６４０は、電気特性変動が抑制さ
れている。
【０４５６】
従って、本実施の形態の酸化物半導体膜を用いた安定した電気特性を有するトランジスタ
６４０を含む信頼性の高い半導体装置を提供することができる。また、信頼性の高い半導
体装置を歩留まりよく作製し、高生産化を達成することができる。
【０４５７】
本実施の形態に示す構成、方法などは、他の実施の形態に示す構成、方法などと適宜組み
合わせて用いることができる。
【０４５８】
（実施の形態１０）
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、テレビジョン装置（テレビ、又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、携帯型ゲーム機、携帯情報端末、音響再生装置、遊技機
（パチンコ機、スロットマシン等）、ゲーム筐体が挙げられる。これらの電子機器の具体
例を図１２に示す。
【０４５９】
図１２（Ａ）は、表示部を有するテーブル９０００を示している。テーブル９０００は、
筐体９００１に表示部９００３が組み込まれており、表示部９００３により映像を表示す
ることが可能である。なお、４本の脚部９００２により筐体９００１を支持した構成を示
している。また、電力供給のための電源コード９００５を筐体９００１に有している。
【０４６０】
実施の形態１乃至９のいずれかに示す半導体装置は、表示部９００３に用いることが可能
であり、電子機器に高い信頼性を付与することができる。
【０４６１】
表示部９００３は、タッチ入力機能を有しており、テーブル９０００の表示部９００３に
表示された表示ボタン９００４を指などで触れることで、画面操作や、情報を入力するこ
とができ、また他の家電製品との通信を可能とする、又は制御を可能とすることで、画面
操作により他の家電製品をコントロールする制御装置としてもよい。例えば、実施の形態
９に示したイメージセンサ機能を有する半導体装置を用いれば、表示部９００３にタッチ
入力機能を持たせることができる。
【０４６２】
また、筐体９００１に設けられたヒンジによって、表示部９００３の画面を床に対して垂
直に立てることもでき、テレビジョン装置としても利用できる。狭い部屋においては、大
きな画面のテレビジョン装置は設置すると自由な空間が狭くなってしまうが、テーブルに
表示部が内蔵されていれば、部屋の空間を有効に利用することができる。
【０４６３】
図１２（Ｂ）は、テレビジョン装置９１００を示している。テレビジョン装置９１００は
、筐体９１０１に表示部９１０３が組み込まれており、表示部９１０３により映像を表示
することが可能である。なお、ここではスタンド９１０５により筐体９１０１を支持した
構成を示している。
【０４６４】
テレビジョン装置９１００の操作は、筐体９１０１が備える操作スイッチや、別体のリモ
コン操作機９１１０により行うことができる。リモコン操作機９１１０が備える操作キー
９１０９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９１０３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９１１０に、当該リモコン操作機
９１１０から出力する情報を表示する表示部９１０７を設ける構成としてもよい。
【０４６５】
図１２（Ｂ）に示すテレビジョン装置９１００は、受信機やモデムなどを備えている。テ
レビジョン装置９１００は、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又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）又は双方向（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。
【０４６６】
実施の形態１乃至９のいずれかに示す半導体装置は、表示部９１０３、９１０７に用いる
ことが可能であり、テレビジョン装置、及びリモコン操作機に高い信頼性を付与すること
ができる。
【０４６７】
図１２（Ｃ）はコンピュータであり、本体９２０１、筐体９２０２、表示部９２０３、キ
ーボード９２０４、外部接続ポート９２０５、ポインティングデバイス９２０６等を含む
。
【０４６８】
実施の形態１乃至９のいずれかに示す半導体装置は、表示部９２０３に用いることが可能
であり、コンピュータに高い信頼性を付与することができる。
【０４６９】
図１３（Ａ）及び図１３（Ｂ）は２つ折り可能なタブレット型端末である。図１３（Ａ）
は、開いた状態であり、タブレット型端末は、筐体９６３０、表示部９６３１ａ、表示部
９６３１ｂ、表示モード切り替えスイッチ９０３４、電源スイッチ９０３５、省電力モー
ド切り替えスイッチ９０３６、留め具９０３３、操作スイッチ９０３８、を有する。
【０４７０】
実施の形態１乃至９のいずれかに示す半導体装置は、表示部９６３１ａ、表示部９６３１
ｂに用いることが可能であり、信頼性の高いタブレット型端末とすることが可能となる。
【０４７１】
表示部９６３１ａは、一部をタッチパネルの領域９６３２ａとすることができ、表示され
た操作キー９６３８にふれることでデータ入力をすることができる。なお、表示部９６３
１ａにおいては、一例として半分の領域が表示のみの機能を有する構成、もう半分の領域
がタッチパネルの機能を有する構成を示しているが該構成に限定されない。表示部９６３
１ａの全ての領域がタッチパネルの機能を有する構成としても良い。例えば、表示部９６
３１ａの全面をキーボードボタン表示させてタッチパネルとし、表示部９６３１ｂを表示
画面として用いることができる。
【０４７２】
また、表示部９６３１ｂにおいても表示部９６３１ａと同様に、表示部９６３１ｂの一部
をタッチパネルの領域９６３２ｂとすることができる。また、タッチパネルのキーボード
表示切り替えボタン９６３９が表示されている位置に指やスタイラスなどでふれることで
表示部９６３１ｂにキーボードボタン表示することができる。
【０４７３】
また、タッチパネルの領域９６３２ａとタッチパネルの領域９６３２ｂに対して同時にタ
ッチ入力することもできる。
【０４７４】
また、表示モード切り替えスイッチ９０３４は、縦表示又は横表示などの表示の向きを切
り替え、白黒表示やカラー表示の切り替えなどを選択できる。省電力モード切り替えスイ
ッチ９０３６は、タブレット型端末に内蔵している光センサで検出される使用時の外光の
光量に応じて表示の輝度を最適なものとすることができる。タブレット型端末は光センサ
だけでなく、ジャイロ、加速度センサ等の傾きを検出するセンサなどの他の検出装置を内
蔵させてもよい。
【０４７５】
また、図１３（Ａ）では表示部９６３１ｂと表示部９６３１ａの表示面積が同じ例を示し
ているが特に限定されず、一方のサイズともう一方のサイズが異なっていてもよく、表示
の品質も異なっていてもよい。例えば一方が他方よりも高精細な表示を行える表示パネル
としてもよい。
【０４７６】
図１３（Ｂ）は、閉じた状態であり、タブレット型端末は、筐体９６３０、太陽電池９６
３３、充放電制御回路９６３４、バッテリー９６３５、ＤＣＤＣコンバータ９６３６を有
する。なお、図１３（Ｂ）では充放電制御回路９６３４の一例としてバッテリー９６３５
、ＤＣＤＣコンバータ９６３６を有する構成について示している。
【０４７７】
なお、タブレット型端末は２つ折り可能なため、未使用時に筐体９６３０を閉じた状態に
することができる。従って、表示部９６３１ａ、表示部９６３１ｂを保護できるため、耐
久性に優れ、長期使用の観点からも信頼性の優れたタブレット型端末を提供できる。
【０４７８】
また、この他にも図１３（Ａ）及び図１３（Ｂ）に示したタブレット型端末は、様々な情
報（静止画、動画、テキスト画像など）を表示する機能、カレンダー、日付又は時刻など
を表示部に表示する機能、表示部に表示した情報をタッチ入力操作又は編集するタッチ入
力機能、様々なソフトウェア（プログラム）によって処理を制御する機能、等を有するこ
とができる。
【０４７９】
タブレット型端末の表面に装着された太陽電池９６３３によって、電力をタッチパネル、
表示部、又は映像信号処理部等に供給することができる。なお、太陽電池９６３３は、筐
体９６３０の片面又は両面に設けることができ、バッテリー９６３５の充電を効率的に行
う構成とすることができるため好適である。なおバッテリー９６３５としては、リチウム
イオン電池を用いると、小型化を図れる等の利点がある。
【０４８０】
また、図１３（Ｂ）に示す充放電制御回路９６３４の構成、及び動作について図１３（Ｃ
）にブロック図を示し説明する。図１３（Ｃ）には、太陽電池９６３３、バッテリー９６
３５、ＤＣＤＣコンバータ９６３６、コンバータ９６３７、スイッチＳＷ１乃至ＳＷ３、
表示部９６３１について示しており、バッテリー９６３５、ＤＣＤＣコンバータ９６３６
、コンバータ９６３７、スイッチＳＷ１乃至ＳＷ３が、図１３（Ｂ）に示す充放電制御回
路９６３４に対応する箇所となる。
【０４８１】
まず外光により太陽電池９６３３により発電がされる場合の動作の例について説明する。
太陽電池で発電した電力は、バッテリー９６３５を充電するための電圧となるようＤＣＤ
Ｃコンバータ９６３６で昇圧又は降圧がなされる。そして、表示部９６３１の動作に太陽
電池９６３３からの電力が用いられる際にはスイッチＳＷ１をオンにし、コンバータ９６
３７で表示部９６３１に必要な電圧に昇圧又は降圧をすることとなる。また、表示部９６
３１での表示を行わない際には、ＳＷ１をオフにし、ＳＷ２をオンにしてバッテリー９６
３５の充電を行う構成とすればよい。
【０４８２】
なお太陽電池９６３３については、発電手段の一例として示したが、特に限定されず、圧
電素子（ピエゾ素子）や熱電変換素子（ペルティエ素子）などの他の発電手段によるバッ
テリー９６３５の充電を行う構成であってもよい。例えば、無線（非接触）で電力を送受
信して充電する無接点電力電送モジュールや、また他の充電手段を組み合わせて行う構成
としてもよい。
【０４８３】
本実施の形態に示す構成、方法などは、他の実施の形態に示す構成、方法などと適宜組み
合わせて用いることができる。
【実施例】
【０４８４】
本実施例では、酸素ドープ処理を行わない絶縁膜と、酸素ドープ処理を行った後の絶縁膜
の断面を透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ：Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍ
ｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）により観察した結果を図１５に示す。
【０４８５】
本実施例では、ガラス基板上に膜厚２００ｎｍの窒化酸化シリコン膜を成膜し、これをサ
ンプルＡとした。また、サンプルＡに酸素ドープ処理を施し、これをサンプルＢとした。
【０４８６】
サンプルＡ及びサンプルＢにおいて、窒化酸化シリコン膜の成膜にはプラズマＣＶＤ装置
を用いた。また、成膜条件は、成膜ガスとしてＳｉＨ４及びＮ２Ｏ（ＳｉＨ４：Ｎ２Ｏ＝
１００ｓｃｃｍ：２０００ｓｃｃｍ）を用い、圧力を４０Ｐａとし、基板温度を３５０℃
とし、高周波（ＲＦ）電源電力を１０００Ｗとした。
【０４８７】
また、サンプルＢにおいて、酸素ドープ処理には、アッシング装置を用いた。酸素ドープ
処理の条件は、ＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｐｌａｓｍａ：誘導
結合型プラズマ）電力を９０００Ｗとし、バイアス電力を５０００Ｗとし、圧力を１．３
３Ｐａとして、Ｏ２ガスを流量２５０ｓｃｃｍ（１６Ｏ：１８Ｏ＝１５０ｓｃｃｍ：１０
０ｓｃｃｍ）で流した。
【０４８８】
以上のサンプルＡ及びサンプルＢについて、ＴＥＭを用いて撮影した断面ＴＥＭ像を図１
５及び図１６に示す。図１５（Ａ）はサンプルＡの倍率５０００００倍の断面ＴＥＭ像で
あり、図１５（Ｂ）はサンプルＡの倍率１００００００倍の断面ＴＥＭ像である。また、
図１６（Ａ）はサンプルＢの倍率５０００００倍の断面ＴＥＭ像であり、図１６（Ｂ）は
サンプルＢの倍率１００００００倍の断面ＴＥＭ像である。なお、本実施例において断面
ＴＥＭ像は、株式会社日立ハイテクノロジーズ製Ｈ−９０００ＮＡＲを用い、加速電圧を
３００ｋＶとして撮影した。
【０４８９】
図１５（Ａ）及び図１５（Ｂ）に示すように、酸素ドープ処理を行っていないサンプルＡ
の窒化酸化シリコン膜の表面は凹凸が形成されていた。一方、図１６（Ａ）及び図１６（
Ｂ）に示すように、酸素ドープ処理を行ったサンプルＢの窒化酸化シリコン膜の表面は、
前述の凹凸がほとんどみられず、高い平坦性を有することが確認された。また、サンプル
Ａでは、窒化酸化シリコン膜の膜厚が１９７．５ｎｍであったのに対して、サンプルＢで
は窒化酸化シリコン膜の膜厚は１８２．２ｎｍであり、酸素ドープ処理によって窒化酸化
シリコン膜の膜厚が減少することが確認された。
【０４９０】
以上より、絶縁膜に酸素ドープ処理（本実施例においては、酸素プラズマドープ処理）を
行うことで、当該絶縁膜の表面の平坦性を向上させることが示された。
【０４９１】
酸素ドープ処理を行った絶縁膜を、例えば上記実施の形態で示したトランジスタのゲート
絶縁膜として用いることで、酸化物半導体膜の被成膜面の平坦性を向上させることができ
るため、該ゲート絶縁膜上に形成される酸化物半導体膜の表面の平坦性も向上する。した
がって、該酸化物半導体膜を用いたトランジスタの移動度を高めることができる。また、
酸化物半導体膜の被成膜面の平坦性を向上させることで、酸化物半導体膜の結晶性を向上
させることができ、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜を効果的に形成しうる。
【図１】
0006317500.tif 000003
【図２】
0006317500.tif 000004
【図３】
0006317500.tif 000005
【図４】
0006317500.tif 000006
【図５】
0006317500.tif 000007
【図６】
0006317500.tif 000008
【図７】
0006317500.tif 000009
【図８】
0006317500.tif 000010
【図９】
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【図１０】
0006317500.tif 000012
【図１１】
0006317500.tif 000013
【図１２】
0006317500.tif 000014
【図１３】
0006317500.tif 000015
【図１４】
0006317500.tif 000016
【図１５】
0006317500.tif 000017
【図１６】
0006317500.tif 000018
【図１７】
0006317500.tif 000019