JP2018029186A - 半導体装置の作製方法 - Google Patents

Abstract

【課題】結晶化度の高いＩｎ−Ｚｎ酸化物膜を成膜可能なスパッタリング用ターゲットおよびその使用方法を提供する。
【解決手段】スパッタリング用ターゲット１０００は、平均粒径が０．０６μｍ以上３μｍ以下である複数の結晶粒を有する多結晶Ｉｎ−Ｚｎ酸化物を含む。結晶粒は、劈開面を有し、スパッタリング用ターゲットにイオン１００１を衝突させることによってそれぞれの劈開面からスパッタ粒子１００２を剥離させ、スパッタ粒子が正に帯電することで、スパッタ粒子同士が互いに反発しながら被成膜面に均一に堆積する。
【選択図】図２

Description

スパッタリング用ターゲット、およびその作製方法に関する。また、前述のスパッタリン
グ用ターゲットを用いてスパッタリング成膜される酸化物膜、およびその酸化物膜を用い
た半導体装置に関する。

なお、本明細書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
般をいい、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。

絶縁表面を有する基板上に形成された半導体薄膜を用いてトランジスタを構成する技術が
注目されている。該トランジスタは集積回路（ＩＣ）や画像表示装置（表示装置）のよう
な電子デバイスに広く応用されている。トランジスタに適用可能な半導体薄膜としてシリ
コン膜が広く知られているが、その他として酸化物半導体膜が注目されている。

例えば、電子キャリア密度が１０^１８／ｃｍ^３未満である、Ｉｎ、ＧａおよびＺｎを含む
非晶質酸化物半導体膜を用いたトランジスタが開示されており、当該酸化物半導体膜の成
膜方法としてはスパッタリング法が最適とされている（特許文献１参照。）。

また、ＩｎおよびＺｎを含む非晶質酸化物半導体膜を用いたトランジスタが開示されてい
る（特許文献２参照。）。

ＩｎおよびＺｎを含む酸化物半導体膜は、キャリア密度の制御性が高いものの、非晶質化
しやすく、物性が不安定であるという問題があった。

一方、結晶性酸化物半導体膜を用いたトランジスタは、非晶質酸化物半導体膜を用いたト
ランジスタと比べ、優れた電気特性および信頼性を有することが報告されている（非特許
文献１参照。）。

特開２００６−１６５５２８号公報 特開２０１０−１８４７９号公報

Ｓｈｕｎｐｅｉ Ｙａｍａｚａｋｉ， Ｊｕｎ Ｋｏｙａｍａ， Ｙｏｓｈｉｔａｋａ Ｙａｍａｍｏｔｏ ａｎｄ Ｋｅｎｊｉ Ｏｋａｍｏｔｏ， "Ｒｅｓｅａｒｃｈ， Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ， ａｎｄ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ" ＳＩＤ ２０１２ ＤＩＧＥＳＴ ｐｐ１８３−１８６

Ｉｎ−Ｚｎ酸化物膜の成膜方法であって、結晶性のＩｎ−Ｚｎ酸化物膜を作製する方法を
提供することを課題の一とする。

当該Ｉｎ−Ｚｎ酸化物膜を成膜可能なスパッタリング用ターゲットを提供することを課題
の一とする。

当該スパッタリング用ターゲットの使用方法を提供することを課題の一とする。

Ｉｎ−Ｚｎ酸化物膜を用いた電気特性の安定したトランジスタを提供することを課題の一
とする。

当該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。

本発明の一態様は、複数の結晶粒を有する多結晶Ｉｎ−Ｚｎ酸化物を含み、結晶粒の平均
粒径が３μｍ以下のスパッタリング用ターゲットである。

また、結晶粒は、劈開面を有する。劈開面とは、結晶を構成する原子または分子の結合が
弱い面（劈開する面または劈開しやすい面のこと）をいう。なお、結晶粒の粒径は、例え
ば電子後方散乱回折法によって測定することができる。

または、本発明の一態様は、多結晶Ｉｎ−Ｚｎ酸化物を含むスパッタリング用ターゲット
の使用方法であって、スパッタリング用ターゲットから剥離した平板状の正に帯電した複
数のスパッタ粒子が、互いに反発しながら被成膜面に堆積するスパッタリング用ターゲッ
トの使用方法である。

または、本発明の一態様は、多結晶Ｉｎ−Ｚｎ酸化物を含むスパッタリング用ターゲット
の使用方法であって、スパッタリング用ターゲットにイオンを衝突させることによって平
板状の複数のスパッタ粒子を剥離させ、複数のスパッタ粒子が正に帯電することで、互い
に反発しながら被成膜面に堆積するスパッタリング用ターゲットの使用方法である。

または、本発明の一態様は、平均粒径の３μｍ以下である複数の結晶粒を有する多結晶Ｉ
ｎ−Ｚｎ酸化物を含むスパッタリング用ターゲットの使用方法であって、結晶粒は、劈開
面を有し、スパッタリング用ターゲットにイオンを衝突させることによってそれぞれの劈
開面からスパッタ粒子を剥離させ、スパッタ粒子が正に帯電することで、スパッタ粒子同
士が互いに反発しながら被成膜面に堆積するスパッタリング用ターゲットの使用方法であ
る。

なお、スパッタ粒子は、六角柱状であると均一に堆積しやすいため好ましい。従って、結
晶粒は、六方晶であると好ましい。結晶粒が六方晶である場合、劈開面から剥離されたス
パッタ粒子は内角が１２０°である概略正六角形の上面および下面を有する六角柱状とな
る。なお、結晶粒は三方晶であってもよい。

または、本発明の一態様は、前述のいずれかの方法でスパッタ粒子を堆積させるＩｎ−Ｚ
ｎ酸化物膜の作製方法である。

このようにして剥離したスパッタ粒子は、結晶粒の一部を剥離することで形成されるため
、高い結晶性を有する。従って、当該スパッタ粒子が被成膜面に到達し、堆積することで
、結晶化度の高いＩｎ−Ｚｎ酸化物膜を成膜することができる。

スパッタリング用ターゲットが平均粒径の３μｍ以下である複数の結晶粒を有することで
、当該スパッタリング用ターゲットにイオンを衝突させたときに、結晶粒の劈開面からス
パッタ粒子を剥離させることができる。

なお、スパッタ粒子は劈開面から剥離するため、その形状は平板状（ペレット状ともいう
。）となる。また、平板状のスパッタ粒子は、安定性の観点から自明なように、劈開面（
平板面）と被成膜面とが平行になるよう被成膜面に付着する割合が高い。従って、成膜さ
れるＩｎ−Ｚｎ酸化物膜の結晶部は一つの結晶軸に対して配向することになる。例えば、
結晶粒の劈開面がａ−ｂ面に平行な面である場合、Ｉｎ−Ｚｎ酸化物膜の結晶部はｃ軸配
向する。即ち、被成膜面の法線ベクトルとＩｎ−Ｚｎ酸化物膜に含まれる結晶部のｃ軸と
が平行になる。ただし、ａ軸はｃ軸を基準に回転自在であるため、Ｉｎ−Ｚｎ酸化物膜に
含まれる複数の結晶部のａ軸の方向は一様ではない。

スパッタ粒子は理想的には単結晶であるが、イオンの衝突の影響などによって一部の結晶
性が低下していても構わない。従って、成膜されるＩｎ−Ｚｎ酸化物膜は結晶部と結晶部
との間に結晶性の低い領域を含むことがある。なお、結晶部と結晶部の間に結晶性の低い
領域を含むことで、Ｉｎ−Ｚｎ酸化物膜中の結晶粒界が不明瞭となる。例えば、透過型電
子顕微鏡（ＴＥＭ：Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐ
ｅ）による観察像では、結晶部同士の境界、即ち結晶粒界を明確に判別できない。そのた
め、本発明の一態様に係るＩｎ−Ｚｎ酸化物膜は、結晶粒界に起因する電子移動度の低下
が抑制されるため、高い電子移動度を有する。

なお、スパッタリング用ターゲットは、好ましくは相対密度が９０％以上、９５％以上、
または９９％以上である。なお、スパッタリング用ターゲットの相対密度とは、スパッタ
リング用ターゲットの密度と、それと同一組成の物質の気孔のない状態における密度との
比をいう。

以下に、前述のいずれかの方法でスパッタ粒子を堆積させる方法により得られるＩｎ−Ｚ
ｎ酸化物膜の結晶化度をさらに高める方法を示す。

Ｉｎ−Ｚｎ酸化物膜の不純物混入を低減することで、不純物によって結晶状態が崩れるこ
とを抑制でき、結晶化度の高いＩｎ−Ｚｎ酸化物膜を成膜することができる。例えば、成
膜室内に存在する不純物濃度（水素、水、二酸化炭素および窒素など）を低減すればよい
。また、成膜ガス中の不純物濃度を低減すればよい。具体的には、露点が−８０℃以下、
好ましくは−１００℃以下である成膜ガスを用いる。

また、被成膜面が微細な凹凸を有すると、Ｉｎ−Ｚｎ酸化物膜の結晶化度を低下させる。
従って、Ｉｎ−Ｚｎ酸化物膜の被成膜面の平坦性を高めることで結晶化度の高いＩｎ−Ｚ
ｎ酸化物膜を成膜することができる。

また、成膜時の加熱温度を高めると、結晶化度の高いＩｎ−Ｚｎ酸化物膜を成膜すること
ができる。例えば、成膜時の加熱温度を１００℃以上７４０℃以下、好ましくは２００℃
以上５００℃以下とすればよい。成膜時の加熱温度を高めることで、平板状のスパッタ粒
子が被成膜面に到達した際に、被成膜面上でマイグレーションが起こり、スパッタ粒子の
劈開面と平行な面が被成膜面に付着しやすくなる。その結果、結晶化度の高いＩｎ−Ｚｎ
酸化物膜を成膜することができる。

また、成膜時のプラズマダメージが軽減されることにより、結晶化度の高いＩｎ−Ｚｎ酸
化物膜を成膜することができる。従って、成膜ガス中の酸素割合を高め、電力を最適化す
ることで、結晶化度の高いＩｎ−Ｚｎ酸化物膜を成膜することができる。例えば、成膜ガ
ス中の酸素割合は、３０体積％以上、好ましくは５０体積％以上、より好ましくは８０体
積％以上、さらに好ましくは１００体積％とする。

加えて、成膜後に加熱処理を行うことで、Ｉｎ−Ｚｎ酸化物膜の結晶化度を高めることが
できる。これは、加熱処理によってＩｎ−Ｚｎ酸化物膜中の不純物濃度が低減されるため
である。加熱処理は、不活性雰囲気または減圧下で行うと不純物濃度を低減する効果が高
い。また、不活性雰囲気または減圧下で加熱処理を行った後に、酸化性雰囲気で加熱処理
を行うと好ましい。不活性雰囲気または減圧下で加熱処理を行うと、Ｉｎ−Ｚｎ酸化物膜
中の不純物濃度の低減とともにＩｎ−Ｚｎ酸化物膜中に酸素欠損が生じてしまうことがあ
る。そのため、酸化性雰囲気における加熱処理を行うことで、Ｉｎ−Ｚｎ酸化物膜中の酸
素欠損を低減することが好ましい。

以上のようにして、結晶化度の高いＩｎ−Ｚｎ酸化物膜を成膜することができる。

このような、結晶化度の高いＩｎ−Ｚｎ酸化物膜は、結晶がｃ軸配向性を有している。こ
れをＣＡＡＣ−ＯＳ（Ｃ Ａｘｉｓ Ａｌｉｇｎｅｄ Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ Ｏｘｉ
ｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）膜と呼ぶ。

ＣＡＡＣ−ＯＳ膜は、複数の結晶部を有する酸化物半導体膜の一つであり、ほとんどの結
晶部は、一辺が１００ｎｍ未満の立方体内に収まる大きさである。従って、ＣＡＡＣ−Ｏ
Ｓ膜に含まれる結晶部は、一辺が１０ｎｍ未満、５ｎｍ未満または３ｎｍ未満の立方体内
に収まる大きさの場合も含まれる。ＣＡＡＣ−ＯＳ膜は、微結晶酸化物半導体膜よりも欠
陥準位密度が低いという特徴がある。

ＣＡＡＣ−ＯＳ膜を透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ：Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｅｌｅｃｔ
ｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）によって観察すると、結晶部同士の明確な境界、即ち結
晶粒界（グレインバウンダリーともいう。）を確認することができない。そのため、ＣＡ
ＡＣ−ＯＳ膜は、結晶粒界に起因する電子移動度の低下が起こりにくいといえる。

ＣＡＡＣ−ＯＳ膜を、試料面と概略平行な方向からＴＥＭによって観察（断面ＴＥＭ観察
）すると、結晶部において、金属原子が層状に配列していることを確認できる。金属原子
の各層は、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜の膜を形成する面（被形成面ともいう。）または上面の凹凸
を反映した形状であり、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜の被形成面または上面と平行に配列する。

なお、本明細書において、「平行」とは、二つの直線が−１０°以上１０°以下の角度で
配置されている状態をいう。従って、−５°以上５°以下の場合も含まれる。また、「垂
直」とは、二つの直線が８０°以上１００°以下の角度で配置されている状態をいう。従
って、８５°以上９５°以下の場合も含まれる。

一方、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜を、試料面と概略垂直な方向からＴＥＭによって観察（平面ＴＥ
Ｍ観察）すると、結晶部において、金属原子が三角形状または六角形状に配列しているこ
とを確認できる。しかしながら、異なる結晶部間で、金属原子の配列に規則性は見られな
い。

断面ＴＥＭ観察および平面ＴＥＭ観察より、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜の結晶部は配向性を有して
いることがわかる。

なお、結晶部は、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜を成膜した際、または加熱処理などの結晶化処理を行
った際に形成される。上述したように、結晶のｃ軸は、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜の被形成面また
は上面の法線ベクトルに平行な方向に配向する。従って、例えば、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜の形
状をエッチングなどによって変化させた場合、結晶のｃ軸がＣＡＡＣ−ＯＳ膜の被形成面
または上面の法線ベクトルと平行にならないこともある。

また、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜中の結晶化度が均一でなくてもよい。例えば、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜
の結晶部が、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜の上面近傍からの結晶成長によって形成される場合、上面
近傍の領域は、被形成面近傍の領域よりも結晶化度が高くなることがある。また、ＣＡＡ
Ｃ−ＯＳ膜に不純物を添加する場合、不純物が添加された領域の結晶化度が変化し、部分
的に結晶化度の異なる領域が形成されることもある。

なお、本明細書において、結晶が三方晶または菱面体晶である場合、六方晶系として表す
。

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。

従って、本発明の一態様は当該Ｉｎ−Ｚｎ酸化物膜にチャネルが形成されるトランジスタ
である。

または、本発明の一態様は、当該トランジスタを有する半導体装置である。

複数の結晶粒を有し、結晶粒の平均粒径が３μｍ以下である多結晶Ｉｎ−Ｚｎ酸化物を含
むスパッタリング用ターゲットを提供することができる。

また、当該スパッタリング用ターゲットにイオンを衝突させ、劈開面から剥離することで
、結晶化度の高いＩｎ−Ｚｎ酸化物膜を成膜することができる。

また、結晶化度の高いＩｎ−Ｚｎ酸化物膜を用いることで、電気特性の安定したトランジ
スタを提供することができる。

また、当該トランジスタを有することで、信頼性の高い半導体装置を提供することができ
る。

スパッタリング用ターゲットの作製方法の一例を示すフロー図。 スパッタリング用ターゲットから剥離するスパッタ粒子の様子を示した模式図。 スパッタ粒子が被成膜面に到達する様子を示した模式図。 成膜装置の一例を示す上面図。 成膜室の一例を示す図。 スパッタリング用ターゲット、マグネットおよび基板ホルダの位置関係を示す図。 トランジスタの一例を示す上面図および断面図。 トランジスタの一例を示す上面図および断面図。 トランジスタの一例を示す上面図および断面図。 トランジスタの一例を示す上面図および断面図。 本発明の一態様に係るＥＬ素子を用いた表示装置の上面図、断面図および画素の回路図。 本発明の一態様に係る液晶素子を用いた表示装置の断面図および画素の回路図。 本発明の一態様に係る電子機器を説明する図。 試料の結晶粒マップおよび結晶粒径のヒストグラム。 Ｉｎ−Ｚｎ酸化物膜の結晶配向を示す図。 Ｉｎ−Ｚｎ酸化物膜の断面観察像および電子線回折像。 帯電していないスパッタ粒子が被成膜面に到達する様子を示した模式図。

以下では、本発明の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。ただし、本発明は
以下の説明に限定されず、その形態および詳細を様々に変更しうることは当業者であれば
容易に理解される。また、本発明は以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈され
るものではない。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。なお、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。

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、工程順または積層順
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。

（実施の形態１）
本実施の形態では、本発明の一態様に係るスパッタリング用ターゲットについて説明する
。

スパッタリング用ターゲットは、好ましくは相対密度が９０％以上、９５％以上、または
９９％以上である。

スパッタリング用ターゲットは、複数の結晶粒を有する多結晶Ｉｎ−Ｚｎ酸化物を含み、
結晶粒の平均粒径が３μｍ以下、好ましくは２μｍ以下、さらに好ましくは１μｍ以下で
ある。

または、スパッタリング用ターゲットは、複数の結晶粒を有する多結晶Ｉｎ−Ｚｎ酸化物
を含み、結晶粒のうち、粒径が０．０６μｍ以上１μｍ未満、０．０６μｍ以上０．８μ
ｍ未満、０．０６μｍ以上０．６μｍ未満または０．０６μｍ以上０．４μｍ未満である
結晶粒の全体に対する割合が２０％以上、好ましくは５０％以上、さらに好ましくは８０
％以上である。

なお、結晶粒の粒径は、例えば電子後方散乱回折法（ＥＢＳＤ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｂａ
ｃｋｓｃａｔｔｅｒ Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ）によって測定することができる。ここで
示す結晶粒の粒径は、結晶粒の断面を正円形と仮定したときの断面積から算出される。結
晶粒の断面は、ＥＢＳＤの結晶粒マップから観察することができる。具体的には、結晶粒
の断面積がＳであるとき、結晶粒の半径をｒと置き、Ｓ＝πｒ^２の関係から半径ｒを算出
し、半径ｒの２倍を粒径としている。

また、スパッタリング用ターゲットに含まれる結晶粒は、劈開面を有する。劈開面は、例
えばａ−ｂ面に平行な面である。

結晶粒の粒径が小さいことにより、結晶粒にイオンを衝突させると、劈開面からスパッタ
粒子が剥離する。剥離したスパッタ粒子は、劈開面と平行な上面および下面を有する平板
状となる。また、結晶粒の粒径が小さいことにより、結晶に歪みが生じ、劈開面から剥離
しやすくなる。

また、スパッタリング用ターゲットに含まれる結晶粒が六方晶である場合、平板状のスパ
ッタ粒子は、内角が１２０°である概略正六角形の上面および下面を有する六角柱状とな
る。

また、スパッタ粒子は理想的には単結晶であるが、一部がイオンの衝突の影響などによっ
て結晶性が低下していても構わない。

図１を用いて、上述したスパッタリング用ターゲットの作製方法を示す。

図１（Ａ）では、スパッタリング用ターゲットとなるＩｎ−Ｚｎ酸化物粉末を作製する。
まずは、工程Ｓ１０１にて酸化インジウム粉末および酸化亜鉛粉末を秤量する。

次に、酸化インジウム粉末および酸化亜鉛粉末を所定のｍｏｌ数比で混合する。例えば、
酸化インジウム粉末および酸化亜鉛粉末のｍｏｌ数比を、９：１、２：１、８：３、３：
１、１：１、４：３、１：２、３：４または３：２とする。このようなｍｏｌ数比とする
ことで、後に結晶性の高い多結晶Ｉｎ−Ｚｎ酸化物を含むスパッタリング用ターゲットを
得やすくなる。

次に、工程Ｓ１０２にて、所定のｍｏｌ数比で混合した酸化インジウム粉末および酸化亜
鉛粉末に対し第１の焼成を行うことでＩｎ−Ｚｎ酸化物を得る。なお、第１の焼成は、不
活性雰囲気、酸化性雰囲気または減圧下で行い、温度は４００℃以上１７００℃以下、好
ましくは９００℃以上１５００℃以下とする。第１の焼成の時間は、例えば３分以上２４
時間以下、好ましくは３０分以上１７時間以下、さらに好ましくは３０分以上５時間以下
で行えばよい。第１の焼成を前述の条件で行うことで、Ｉｎ−Ｚｎ酸化物を生成する反応
以外の余分な反応を抑制でき、Ｉｎ−Ｚｎ酸化物中に含まれる不純物濃度を低減すること
ができる。そのため、Ｉｎ−Ｚｎ酸化物を結晶化させ、かつＩｎ−Ｚｎ酸化物の結晶性を
高めることができる。

また、第１の焼成は、温度または／および雰囲気を変えて、複数回行ってもよい。例えば
、第１の雰囲気にて第１の温度でＩｎ−Ｚｎ酸化物を保持した後、第２の雰囲気にて第２
の温度で保持しても構わない。具体的には、第１の雰囲気を不活性雰囲気または減圧下と
して、第２の雰囲気を酸化性雰囲気とすると好ましい。第１の雰囲気にてＩｎ−Ｚｎ酸化
物に含まれる不純物を低減する際にＩｎ−Ｚｎ酸化物中に酸素欠損が生じることがある。
そのため、第２の雰囲気にて得られるＩｎ−Ｚｎ酸化物中の酸素欠損を低減することが好
ましい。Ｉｎ−Ｚｎ酸化物中の不純物濃度を低減し、かつ酸素欠損を低減することにより
、Ｉｎ−Ｚｎ酸化物の結晶性を高めることができる。

次に、工程Ｓ１０３にて、結晶性を有するＩｎ−Ｚｎ酸化物を粉砕して、微粉化すること
でＩｎ−Ｚｎ酸化物粉末を得る（工程Ｓ１０３）。

Ｉｎ−Ｚｎ酸化物は、ａ−ｂ面に平行な面の表面構造を多く含む。そのため、得られるＩ
ｎ−Ｚｎ酸化物粉末は、ａ−ｂ面に平行な上面および下面を有する平板状の結晶粒を多く
含むことになる。また、Ｉｎ−Ｚｎ酸化物の結晶は六方晶となることが多いため、前述の
平板状の結晶粒は内角が１２０°である概略正六角形の面を有する六角柱状であることが
多い。

次に、得られたＩｎ−Ｚｎ酸化物粉末の粒径を工程Ｓ１０４にて確認する。ここでは、Ｉ
ｎ−Ｚｎ酸化物粉末の平均粒径が３μｍ以下、好ましくは２μｍ以下、さらに好ましくは
１μｍ以下となっていることを確認する。なお、工程Ｓ１０４を省略し、粒径フィルター
を用いて、粒径が３μｍ以下、好ましくは２μｍ以下、さらに好ましくは１μｍ以下であ
るＩｎ−Ｚｎ酸化物粉末のみを選り分けてもよい。Ｉｎ−Ｚｎ酸化物粉末を、粒径が３μ
ｍ以下、好ましくは２μｍ以下、さらに好ましくは１μｍ以下に選り分けることで、確実
にＩｎ−Ｚｎ酸化物粉末の平均粒径を３μｍ以下、好ましくは２μｍ以下、さらに好まし
くは１μｍ以下とすることができる。

工程Ｓ１０４にて、Ｉｎ−Ｚｎ酸化物粉末の平均粒径が所定の値を超えた場合、工程Ｓ１
０３に戻り、再びＩｎ−Ｚｎ酸化物粉末を粉砕する。

以上のようにして、平均粒径が３μｍ以下、好ましくは２μｍ以下、さらに好ましくは１
μｍ以下であるＩｎ−Ｚｎ酸化物粉末を得ることができる。なお、平均粒径が３μｍ以下
、好ましくは２μｍ以下、さらに好ましくは１μｍ以下であるＩｎ−Ｚｎ酸化物粉末を得
ることで、後に作製するスパッタリング用ターゲットに含まれる結晶粒の粒径を小さくす
ることができる。

次に、図１（Ｂ）では、図１（Ａ）に示すフローチャートで得られたＩｎ−Ｚｎ酸化物粉
末を用いてスパッタリング用ターゲットを作製する。

工程Ｓ１１１にて、Ｉｎ−Ｚｎ酸化物粉末を型に敷き詰めて成形する。ここで、成形とは
、型に均一な厚さで粉末などを敷き詰めることをいう。具体的には、型にＩｎ−Ｚｎ酸化
物粉末を導入し、外部から振動を与えることで成形すればよい。または、型にＩｎ−Ｚｎ
酸化物粉末を導入し、ローラーなどを用いて均一な厚さに成形すればよい。なお、工程Ｓ
１１１では、Ｉｎ−Ｚｎ酸化物粉末に水と、分散剤と、バインダとを混合したスラリーを
用いてもよい。その場合、フィルターを型に敷き、フィルター上にスラリーを流し込んだ
後で、型の底面から当該フィルターを介して吸引することで成形すればよい。その後、吸
引後の成形体に対し、乾燥処理を行う。乾燥処理は自然乾燥により行うと成形体にひびが
入りにくいため好ましい。その後、３００℃以上７００℃以下の温度で加熱処理すること
で、自然乾燥では取りきれなかった残留水分などを除去する。なお、フィルターは、例え
ば織布またはフェルト上に多孔性の樹脂膜を付着させたフィルターを用いればよい。

ａ−ｂ面に平行な上面および下面を有する平板状の結晶粒を多く含むＩｎ−Ｚｎ酸化物粉
末を型に敷き詰めて成形することで、結晶粒のａ−ｂ面と平行な面が上を向いて並べられ
る。従って、得られたＩｎ−Ｚｎ酸化物粉末を敷き詰めて成形することで、ａ−ｂ面に平
行な表面構造の割合を増加させることができる。なお、型は、金属製または酸化物製とす
ればよく、矩形または丸形の上面形状を有する。

次に、工程Ｓ１１２にて、Ｉｎ−Ｚｎ酸化物粉末に対し第１の加圧処理を行う。その後、
工程Ｓ１１３にて、第２の焼成を行い、板状Ｉｎ−Ｚｎ酸化物を得る。第２の焼成は第１
の焼成と同様の条件および方法で行えばよい。第２の焼成を行うことで、Ｉｎ−Ｚｎ酸化
物の結晶性を高めることができる。

なお、第１の加圧処理は、Ｉｎ−Ｚｎ酸化物粉末を押し固めることができればよく、例え
ば、型と同種で設けられたおもりなどを用いて行えばよい。または、圧縮空気などを用い
て高圧で押し固めてもよい。そのほか、公知の技術を用いて第１の加圧処理を行うことが
できる。なお、第１の加圧処理は、第２の焼成と同時に行っても構わない。

第１の加圧処理の後に平坦化処理を行ってもよい。平坦化処理は、化学機械研磨（ＣＭＰ
：Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）処理などを用いれば
よい。

こうして得られた板状Ｉｎ−Ｚｎ酸化物は、結晶性の高い多結晶Ｉｎ−Ｚｎ酸化物となる
。

次に、工程Ｓ１１４にて、得られた板状Ｉｎ−Ｚｎ酸化物の厚さを確認する。板状Ｉｎ−
Ｚｎ酸化物が所望の厚さより薄い場合は、工程Ｓ１１１に戻り、板状Ｉｎ−Ｚｎ酸化物上
にＩｎ−Ｚｎ酸化物粉末を敷き詰め、成形する。板状Ｉｎ−Ｚｎ酸化物が所望の厚さであ
る場合は、当該板状Ｉｎ−Ｚｎ酸化物を以て、スパッタリング用ターゲットとする。以下
は、板状Ｉｎ−Ｚｎ酸化物が所望の厚さより薄かった場合について説明する。

次に、工程Ｓ１１２にて、板状Ｉｎ−Ｚｎ酸化物、および板状Ｉｎ−Ｚｎ酸化物上のＩｎ
−Ｚｎ酸化物粉末に対し第２の加圧処理を行う。その後、工程Ｓ１１３にて、第３の焼成
を行い、Ｉｎ−Ｚｎ酸化物粉末の分だけ厚さの増した板状Ｉｎ−Ｚｎ酸化物を得る。板状
Ｉｎ−Ｚｎ酸化物は、板状Ｉｎ−Ｚｎ酸化物を種結晶として結晶成長させて得られるため
、結晶性の高い多結晶Ｉｎ−Ｚｎ酸化物となる。

なお、第３の焼成は第２の焼成と同様の条件および方法で行えばよい。また、第２の加圧
処理は第１の加圧処理と同様の条件および方法で行えばよい。第２の加圧処理は、第３の
焼成と同時に行っても構わない。

再び、工程Ｓ１１４にて、得られた板状Ｉｎ−Ｚｎ酸化物の厚さを確認する。

以上の工程によって、結晶の配向性を高めつつ徐々に板状Ｉｎ−Ｚｎ酸化物を厚くするこ
とができる。

この板状Ｉｎ−Ｚｎ酸化物を厚くする工程をｎ回（ｎは自然数）繰り返すことで、所望の
厚さ（ｔ）、例えば２ｍｍ以上２０ｍｍ以下、好ましくは３ｍｍ以上２０ｍｍ以下の板状
Ｉｎ−Ｚｎ酸化物を得ることができる。当該板状Ｉｎ−Ｚｎ酸化物を以て、スパッタリン
グ用ターゲットとする。

その後、平坦化処理を行ってもよい。

なお、得られたスパッタリング用ターゲットに対し、第４の焼成を行っても構わない。第
４の焼成は第１の焼成と同様の条件および方法で行えばよい。第４の焼成を行うことで、
さらに結晶性の高い多結晶Ｉｎ−Ｚｎ酸化物を含むスパッタリング用ターゲットを得るこ
とができる。

以上のようにして、ａ−ｂ面に平行な劈開面を有し、複数の結晶粒を有する多結晶Ｉｎ−
Ｚｎ酸化物を含み、結晶粒の平均粒径が小さいスパッタリング用ターゲットを作製するこ
とができる。

なお、このようにして作製したスパッタリング用ターゲットは高密度にすることができる
。スパッタリング用ターゲットの密度が高いことで、成膜される膜密度も高くできる。具
体的には、スパッタリング用ターゲットの相対密度が９０％以上、９５％以上、または９
９％以上とできる。

本実施の形態は、適宜他の実施の形態、実施例と組み合わせて用いることができる。

（実施の形態２）
本実施の形態では、多結晶Ｉｎ−Ｚｎ酸化物を含むスパッタリング用ターゲットを使用す
る方法について説明する。

図２（Ａ）は、スパッタリング用ターゲット１０００にイオン１００１が衝突し、スパッ
タ粒子１００２が剥離する様子を示した模式図である。なお、スパッタ粒子１００２は、
六角形の面がａ−ｂ面と平行な面である六角柱状であってもよい。その場合、六角形の面
と垂直な方向がｃ軸方向である（図２（Ｂ）参照。）。スパッタ粒子１００２は、ａ−ｂ
面と平行な面の直径が１ｎｍ以上３０ｎｍ以下程度となる。なお、イオン１００１は、酸
素の陽イオンを用いる。また、酸素の陽イオンに加えて、アルゴンの陽イオンを用いても
よい。なお、アルゴンの陽イオンに代えて、その他希ガスの陽イオンを用いてもよい。な
お、面の円相当径とは、面の面積と等しい正円の直径をいう。

イオン１００１として酸素の陽イオンを用いることで、成膜時のプラズマダメージを軽減
することができる。従って、イオン１００１がスパッタリング用ターゲット１０００の表
面に衝突した際に、スパッタリング用ターゲット１０００の結晶性が低下すること、また
は非晶質化することを抑制できる。

剥離されたスパッタ粒子１００２は、正に帯電させることが好ましい。スパッタ粒子１０
０２が、正に帯電するタイミングは特に問わないが、具体的にはイオン１００１の衝突時
に電荷を受け取ることで正に帯電させればよい。または、プラズマが生じている場合、ス
パッタ粒子１００２をプラズマに曝すことで正に帯電させればよい。または、酸素の陽イ
オンであるイオン１００１をスパッタ粒子１００２の側面、上面または下面に結合させる
ことで正に帯電させればよい。

以下に、スパッタ粒子が被成膜面に輸送され、堆積する様子を図３と図１７を用いて説明
する。なお、図１７は、スパッタ粒子が帯電していない場合を示し、図３は、スパッタ粒
子が正に帯電している場合を示す。

図１７より、スパッタ粒子１００２が帯電していない場合、スパッタ粒子１００２は被成
膜面１００３に不規則に降り注ぐ。従って、スパッタ粒子１００２が既に他のスパッタ粒
子１００２が堆積している領域も含め、無秩序に堆積していく。即ち、堆積して得られる
Ｉｎ−Ｚｎ酸化物膜は厚さが均一でなく、結晶の配向もバラバラになる。

なお、被成膜面１００３は絶縁表面を有すると好ましい。被成膜面１００３が絶縁表面を
有することにより、被成膜面１００３に堆積したスパッタ粒子１００２から正の電荷が消
失しにくくなる。ただし、スパッタ粒子１００２の堆積速度が正の電荷の消失よりも遅い
場合は、被成膜面１００３が導電性を有していても構わない。

図３より、スパッタ粒子１００２が正に帯電している場合、スパッタ粒子１００２は被成
膜面１００３において、他のスパッタ粒子１００２の堆積していない領域に堆積していく
。これは、スパッタ粒子１００２が正に帯電していることにより、スパッタ粒子１００２
同士が互いに反発し合うためである。また、このようにして堆積したスパッタ粒子１００
２の結晶部は、被成膜面１００３に垂直な方向にｃ軸が揃っており、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜と
なる。即ち、堆積して得られるＩｎ−Ｚｎ酸化物膜は厚さが均一であり、結晶の配向の揃
ったＩｎ−Ｚｎ酸化物膜となる。このように、スパッタ粒子が、無秩序に堆積するのでは
なく、正に帯電したスパッタ粒子同士が作用し合って被成膜面に垂直な方向にｃ軸が揃う
ように整然と堆積していく。

以上のような方法でスパッタリング用ターゲットを使用することで、厚さが均一であり、
結晶の配向の揃ったＩｎ−Ｚｎ酸化物膜を成膜することができる。

本実施の形態は、適宜他の実施の形態、実施例と組み合わせて用いることができる。

（実施の形態３）
本実施の形態では、実施の形態２で示した結晶化度の高いＩｎ−Ｚｎ酸化物膜を成膜する
ための成膜装置について説明する。

まずは、成膜時に膜中に不純物の混入が少ない成膜装置の構成について図４および図５を
用いて説明する。

図４は、枚葉式マルチチャンバーの成膜装置４０００の上面図を模式的に示している。成
膜装置４０００は、基板を収容するカセットポート４１０１と、基板のアライメントを行
うアライメントポート４１０２と、を備える大気側基板供給室４００１と、大気側基板供
給室４００１から、基板を搬送する大気側基板搬送室４００２と、基板の搬入を行い、か
つ室内の圧力を大気圧から減圧、または減圧から大気圧へ切り替えるロードロック室４０
０３ａと、基板の搬出を行い、かつ室内の圧力を減圧から大気圧、または大気圧から減圧
へ切り替えるアンロードロック室４００３ｂと、真空中の基板の搬送を行う搬送室４００
４と、基板の加熱を行う基板加熱室４００５と、ターゲットが配置され成膜を行う成膜室
４００６ａ、４００６ｂ、４００６ｃと、を有する。

なお、カセットポート４１０１は、図４に示すように複数（図４においては、３つ）有し
ていてもよい。

また、大気側基板搬送室４００２は、ロードロック室４００３ａおよびアンロードロック
室４００３ｂと接続され、ロードロック室４００３ａおよびアンロードロック室４００３
ｂは、搬送室４００４と接続され、搬送室４００４は、基板加熱室４００５、成膜室４０
０６ａ、成膜室４００６ｂ、成膜室４００６ｃと接続する。

なお、各室の接続部にはゲートバルブ４１０４が設けられており、大気側基板供給室４０
０１と、大気側基板搬送室４００２を除き、各室を独立して真空状態に保持することがで
きる。また、大気側基板搬送室４００２および搬送室４００４は、搬送ロボット４１０３
を有し、ガラス基板を搬送することができる。

また、基板加熱室４００５は、プラズマ処理室を兼ねると好ましい。成膜装置４０００は
、処理と処理の間で基板を大気暴露することなく搬送することが可能なため、基板に不純
物が吸着することを抑制できる。また、成膜や加熱処理などの順番を自由に構築すること
ができる。なお、搬送室、成膜室、ロードロック室、アンロードロック室および基板加熱
室は、上述の数に限定されず、設置スペースやプロセス条件に合わせて、適宜最適な数を
設けることができる。

次に、図４に示す成膜装置４０００の一点鎖線Ｘ１−Ｘ２、一点鎖線Ｙ１−Ｙ２、および
一点鎖線Ｙ２−Ｙ３に相当する断面を図５に示す。

図５（Ａ）は、基板加熱室４００５と、搬送室４００４の断面を示しており、基板加熱室
４００５は、基板を格納することができる複数の加熱ステージ４１０５を有している。な
お、図５（Ａ）において、加熱ステージ４１０５は、７段の構成について示すが、これに
限定されず、１段以上７段未満の構成や８段以上の構成としてもよい。加熱ステージ４１
０５の段数を増やすことで複数の基板を同時に加熱処理できるため、生産性が向上するた
め好ましい。また、基板加熱室４００５は、バルブを介して真空ポンプ４２００と接続さ
れている。真空ポンプ４２００としては、例えば、ドライポンプ、およびメカニカルブー
スターポンプ等を用いることができる。

また、基板加熱室４００５に用いることのできる加熱機構としては、例えば、抵抗発熱体
などを用いて加熱する加熱機構としてもよい。または、加熱されたガスなどの媒体からの
熱伝導または熱輻射によって、加熱する加熱機構としてもよい。例えば、ＧＲＴＡ（Ｇａ
ｓ Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ａｎｎｅａｌ）、ＬＲＴＡ（Ｌａｍｐ Ｒａｐｉｄ
Ｔｈｅｒｍａｌ Ａｎｎｅａｌ）などのＲＴＡ（Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ａｎｎｅ
ａｌ）を用いることができる。ＬＲＴＡ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。ＧＲＴＡは、高
温のガスを用いて熱処理を行う。ガスとしては、不活性ガスが用いられる。

また、基板加熱室４００５は、マスフローコントローラ４３００を介して、精製機４３０
１と接続される。なお、マスフローコントローラ４３００および精製機４３０１は、ガス
種の数だけ設けられるが、理解を容易にするため一つのみを示す。基板加熱室４００５に
導入されるガスは、露点が−８０℃以下、好ましくは−１００℃以下であるガスを用いる
ことができ、例えば、酸素ガス、窒素ガス、および希ガス（アルゴンガスなど）を用いる
。

搬送室４００４は、搬送ロボット４１０３を有している。搬送ロボット４１０３は、複数
の可動部と、基板を保持するアームと、を有し、各室へ基板を搬送することができる。ま
た、搬送室４００４は、バルブを介して真空ポンプ４２００と、クライオポンプ４２０１
と、接続されている。このような構成とすることで、搬送室４００４は、大気圧から低真
空または中真空（０．１〜数百Ｐａ程度）まで真空ポンプ４２００を用いて排気され、バ
ルブを切り替えて中真空から高真空または超高真空（０．１Ｐａ〜１×１０^−７Ｐａ）ま
ではクライオポンプ４２０１を用いて排気される。

また、例えば、クライオポンプ４２０１は、搬送室４００４に対して２台以上並列に接続
してもよい。このような構成とすることで、１台のクライオポンプがリジェネ中であって
も、残りのクライオポンプを使って排気することが可能となる。なお、上述したリジェネ
とは、クライオポンプ内にため込まれた分子（または原子）を放出する処理をいう。クラ
イオポンプは、分子（または原子）をため込みすぎると排気能力が低下してくるため、定
期的にリジェネが行われる。

図５（Ｂ）は、成膜室４００６ｂと、搬送室４００４と、ロードロック室４００３ａの断
面を示している。

ここで、図５（Ｂ）を用いて、成膜室（スパッタリング室）の詳細について説明する。図
５（Ｂ）に示す成膜室４００６ｂは、ターゲット４１０６と、防着板４１０７と、基板ス
テージ４１０８と、を有する。なお、ここでは基板ステージ４１０８には、基板４１０９
が設置されている。基板ステージ４１０８は、図示しないが、基板４１０９を保持する基
板保持機構や、基板４１０９を裏面から加熱する裏面ヒーター等を備えていてもよい。

なお、基板ステージ４１０８は、成膜時に床面に対して概略垂直状態に保持され、基板受
け渡し時には床面に対して概略水平状態に保持される。なお、図５（Ｂ）中において、破
線で示す箇所が基板受け渡し時の基板ステージ４１０８の保持される位置となる。このよ
うな構成とすることで成膜時に混入しうるゴミまたはパーティクルが、基板４１０９に付
着する確率を水平状態に保持するよりも抑制することができる。ただし、基板ステージ４
１０８を床面に対して垂直（９０°）状態に保持すると、基板４１０９が落下する可能性
があるため、基板ステージ４１０８は、８０°以上９０°未満とすることが好ましい。

また、防着板４１０７は、ターゲット４１０６からスパッタリングされる粒子が不要な領
域に推積することを抑制できる。また、防着板４１０７は、累積されたスパッタ粒子が剥
離しないように、加工することが望ましい。例えば、表面粗さを増加させるブラスト処理
、または防着板４１０７の表面に凹凸を設けてもよい。

また、成膜室４００６ｂは、ガス加熱機構４３０２を介してマスフローコントローラ４３
００と接続され、ガス加熱機構４３０２はマスフローコントローラ４３００を介して精製
機４３０１と接続される。ガス加熱機構４３０２により、成膜室４００６ｂに導入される
ガスを４０℃以上４００℃以下、好ましくは５０℃以上２００℃以下に加熱することがで
きる。なお、ガス加熱機構４３０２、マスフローコントローラ４３００、および精製機４
３０１は、ガス種の数だけ設けられるが、理解を容易にするため一つのみを示す。成膜室
４００６ｂに導入されるガスは、露点が−８０℃以下、好ましくは−１００℃以下である
ガスを用いることができ、例えば、酸素ガス、窒素ガス、および希ガス（アルゴンガスな
ど）を用いる。

成膜室４００６ｂに、対向ターゲット式スパッタリング装置を適用してもよい。具体的な
スパッタリング用ターゲット、マグネットおよび基板ホルダの位置関係を図６を用いて説
明する。

図６（Ａ）乃至図６（Ｄ）に示す構成は、いずれも第１のスパッタリング用ターゲット４
０３２ａ、第２のスパッタリング用ターゲット４０３２ｂ、第１のカソードマグネット４
０３３ａ、第２のカソードマグネット４０３３ｂおよび基板ホルダ４０３５を有する。即
ち、図６（Ａ）乃至図６（Ｄ）は、それぞれ位置関係が異なるのみである。

図６（Ａ）に示す構成は、第１のスパッタリング用ターゲット４０３２ａと第２のスパッ
タリング用ターゲット４０３２ｂとが平行に向かい合って設けられている。また、第１の
カソードマグネット４０３３ａと第２のカソードマグネット４０３３ｂとが同じ極性が向
かい合うように設けられている。なお、第１のカソードマグネット４０３３ａおよび第２
のカソードマグネット４０３３ｂのＳ極が向かい合うように設けられているが、Ｎ極が向
かい合うように設けられていても構わない。基板ホルダ４０３５は、第１のスパッタリン
グ用ターゲット４０３２ａと第２のスパッタリング用ターゲット４０３２ｂとが向かい合
う領域外の下側に設けられるが、上側に設けられても構わない。また、下側および上側に
設けられても構わない。下側および上側に基板ホルダ４０３５を設けることにより、生産
性を高めることができる。なお、基板ホルダ４０３５の上面が、第１のスパッタリング用
ターゲット４０３２ａおよび第２のスパッタリング用ターゲット４０３２ｂの上面に垂直
となるように設けられているが、基板ホルダ４０３５を傾けて設けてもよい。図６（Ａ）
に示すような位置関係とすることで、堆積速度を高めることができる。

図６（Ｂ）に示す構成は、第１のスパッタリング用ターゲット４０３２ａと第２のスパッ
タリング用ターゲット４０３２ｂとが平行に向かい合って設けられている。また、第１の
カソードマグネット４０３３ａと第２のカソードマグネット４０３３ｂとが異なる極性が
向かい合うように設けられている。基板ホルダ４０３５は、第１のスパッタリング用ター
ゲット４０３２ａと第２のスパッタリング用ターゲット４０３２ｂとが向かい合う領域外
の下側に設けられるが、上側に設けられても構わない。また、下側および上側に設けられ
ても構わない。下側および上側に基板ホルダ４０３５を設けることにより、生産性を高め
ることができる。なお、基板ホルダ４０３５の上面が、第１のスパッタリング用ターゲッ
ト４０３２ａおよび第２のスパッタリング用ターゲット４０３２ｂの上面に垂直となるよ
うに設けられているが、基板ホルダ４０３５を傾けて設けてもよい。図６（Ｂ）に示すよ
うな位置関係とすることで、堆積速度を高めることができる。

図６（Ｃ）に示す構成は、第１のスパッタリング用ターゲット４０３２ａと第２のスパッ
タリング用ターゲット４０３２ｂとが対称に傾いた状態で向かい合って（逆さＶ字状に）
設けられている。また、第１のカソードマグネット４０３３ａと第２のカソードマグネッ
ト４０３３ｂとが同じ極性が向かい合うように設けられている。なお、第１のカソードマ
グネット４０３３ａおよび第２のカソードマグネット４０３３ｂのＳ極が向かい合うよう
に設けられているが、Ｎ極が向かい合うように設けられていても構わない。基板ホルダ４
０３５は、第１のスパッタリング用ターゲット４０３２ａと第２のスパッタリング用ター
ゲット４０３２ｂとが向かい合う領域外の下側（ターゲット間距離が広い側）に設けられ
る。図６（Ｃ）に示すような位置関係とすることで、効率よくスパッタ粒子が基板ホルダ
４０３５に降り注ぐため、堆積速度を高めることができる。

図６（Ｄ）に示す構成は、第１のスパッタリング用ターゲット４０３２ａと第２のスパッ
タリング用ターゲット４０３２ｂとが対称に傾いた状態で向かい合って（逆さＶ字状に）
設けられている。また、第１のカソードマグネット４０３３ａと第２のカソードマグネッ
ト４０３３ｂとが異なる極性が向かい合うように設けられている。基板ホルダ４０３５は
、第１のスパッタリング用ターゲット４０３２ａと第２のスパッタリング用ターゲット４
０３２ｂとが向かい合う領域外の下側（ターゲット間距離が広い側）に設けられる。図６
（Ｄ）に示すような位置関係とすることで、効率よくスパッタ粒子が基板ホルダ４０３５
に降り注ぐため、堆積速度を高めることができる。

以上に示した対向ターゲット式スパッタリング装置は、プラズマがターゲット間に閉じこ
められるため、基板へのプラズマダメージを低減することができる。また、ターゲットの
傾きによっては、スパッタ粒子の基板への入射角度を浅くすることができるため、段差被
覆性を高めることができる。

なお、成膜室４００６ｂに、平行平板型スパッタリング装置、イオンビームスパッタリン
グ装置を適用しても構わない。

なお、ガスを導入する直前に精製機を設ける場合、精製機から成膜室４００６ｂまでの配
管の長さを１０ｍ以下、好ましくは５ｍ以下、さらに好ましくは１ｍ以下とする。配管の
長さを１０ｍ以下、５ｍ以下または１ｍ以下とすることで、配管からの放出ガスの影響を
長さに応じて低減できる。さらに、ガスの配管には、フッ化鉄、酸化アルミニウム、酸化
クロムなどで内部が被覆された金属配管を用いるとよい。前述の配管は、例えばＳＵＳ３
１６Ｌ−ＥＰ配管と比べ、不純物を含むガスの放出量が少なく、ガスへの不純物の入り込
みを低減できる。また、配管の継手には、高性能超小型メタルガスケット継手（ＵＰＧ継
手）を用いるとよい。また、配管を全て金属で構成することで、樹脂等を用いた場合と比
べ、生じる放出ガスおよび外部リークの影響を低減できて好ましい。

また、成膜室４００６ｂは、バルブを介してターボ分子ポンプ４２０２および真空ポンプ
４２００と接続される。

また、成膜室４００６ｂは、クライオトラップ４１１０が設けられる。

クライオトラップ４１１０は、水などの比較的融点の高い分子（または原子）を吸着する
ことができる機構である。ターボ分子ポンプ４２０２は大きいサイズの分子（または原子
）を安定して排気し、かつメンテナンスの頻度が低いため、生産性に優れる一方、水素や
水の排気能力が低い。そこで、水などに対する排気能力を高めるため、クライオトラップ
４１１０が成膜室４００６ｂに接続された構成としている。クライオトラップ４１１０の
冷凍機の温度は１００Ｋ以下、好ましくは８０Ｋ以下とする。また、クライオトラップ４
１１０が複数の冷凍機を有する場合、冷凍機ごとに温度を変えると、効率的に排気するこ
とが可能となるため好ましい。例えば、１段目の冷凍機の温度を１００Ｋ以下とし、２段
目の冷凍機の温度を２０Ｋ以下とすればよい。

なお、成膜室４００６ｂの排気方法は、これに限定されず、先の搬送室４００４に示す排
気方法（クライオポンプと真空ポンプとの排気方法）と同様の構成としてもよい。もちろ
ん、搬送室４００４の排気方法を成膜室４００６ｂと同様の構成（ターボ分子ポンプと真
空ポンプとの排気方法）と同様の構成としてもよい。

なお、上述した搬送室４００４、基板加熱室４００５、および成膜室４００６ｂの背圧（
全圧）、ならびに各気体分子（原子）の分圧は、以下の通りとすると好ましい。とくに、
成膜室４００６ｂの背圧、ならびに各気体分子（原子）の分圧は、形成される膜中に不純
物が混入され得る可能性があるので、注意する必要がある。

上述した各室の背圧（全圧）は、１×１０^−４Ｐａ以下、好ましくは３×１０^−５Ｐａ以
下、さらに好ましくは１×１０^−５Ｐａ以下である。上述した各室の質量電荷比（ｍ／ｚ
）が１８である気体分子（原子）の分圧は、３×１０^−５Ｐａ以下、好ましくは１×１０
^−５Ｐａ以下、さらに好ましくは３×１０^−６Ｐａ以下である。また、上述した各室のｍ
／ｚが２８である気体分子（原子）の分圧は、３×１０^−５Ｐａ以下、好ましくは１×１
０^−５Ｐａ以下、さらに好ましくは３×１０^−６Ｐａ以下である。また、上述した各室の
ｍ／ｚが４４である気体分子（原子）の分圧は、３×１０^−５Ｐａ以下、好ましくは１×
１０^−５Ｐａ以下、さらに好ましくは３×１０^−６Ｐａ以下である。

なお、真空チャンバー内の全圧および分圧は、質量分析計を用いて測定することができる
。例えば、株式会社アルバック製四重極形質量分析計（Ｑ−ｍａｓｓともいう。）Ｑｕｌ
ｅｅ ＣＧＭ−０５１を用いればよい。

また、上述した搬送室４００４、基板加熱室４００５、および成膜室４００６ｂは、外部
リークまたは内部リークが少ない構成とすることが望ましい。

例えば、上述した搬送室４００４、基板加熱室４００５、および成膜室４００６ｂのリー
クレートは、３×１０^−６Ｐａ・ｍ^３／ｓ以下、好ましくは１×１０^−６Ｐａ・ｍ^３／ｓ
以下である。また、ｍ／ｚが１８である気体分子（原子）のリークレートが１×１０^−７
Ｐａ・ｍ^３／ｓ以下、好ましくは３×１０^−８Ｐａ・ｍ^３／ｓ以下である。また、ｍ／ｚ
が２８である気体分子（原子）のリークレートが１×１０^−５Ｐａ・ｍ^３／ｓ以下、好ま
しくは１×１０^−６Ｐａ・ｍ^３／ｓ以下である。また、ｍ／ｚが４４である気体分子（原
子）のリークレートが３×１０^−６Ｐａ・ｍ^３／ｓ以下、好ましくは１×１０^−６Ｐａ・
ｍ^３／ｓ以下である。

なお、リークレートに関しては、前述の質量分析計を用いて測定した全圧および分圧から
導出すればよい。

リークレートは、外部リークおよび内部リークに依存する。外部リークは、微小な穴やシ
ール不良などによって真空系外から気体が流入することである。内部リークは、真空系内
のバルブなどの仕切りからの漏れや内部の部材からの放出ガスに起因する。リークレート
を上述の数値以下とするために、外部リークおよび内部リークの両面から対策をとる必要
がある。

例えば、成膜室４００６ｂの開閉部分はメタルガスケットでシールするとよい。メタルガ
スケットは、フッ化鉄、酸化アルミニウム、または酸化クロムによって被覆された金属を
用いると好ましい。メタルガスケットはＯリングと比べ密着性が高く、外部リークを低減
できる。また、フッ化鉄、酸化アルミニウム、酸化クロムなどによって被覆された金属の
不動態を用いることで、メタルガスケットから放出される不純物を含む放出ガスが抑制さ
れ、内部リークを低減することができる。

また、成膜装置４０００を構成する部材として、不純物を含む放出ガスの少ないアルミニ
ウム、クロム、チタン、ジルコニウム、ニッケルまたはバナジウムを用いる。また、前述
の部材を鉄、クロムおよびニッケルなどを含む合金に被覆して用いてもよい。鉄、クロム
およびニッケルなどを含む合金は、剛性があり、熱に強く、また加工に適している。ここ
で、表面積を小さくするために部材の表面凹凸を研磨などによって低減しておくと、放出
ガスを低減できる。

または、前述の成膜装置４０００の部材をフッ化鉄、酸化アルミニウム、酸化クロムなど
で被覆してもよい。

成膜装置４０００の部材は、極力金属のみで構成することが好ましく、例えば石英などで
構成される覗き窓などを設置する場合も、放出ガスを抑制するために表面をフッ化鉄、酸
化アルミニウム、酸化クロムなどで薄く被覆するとよい。

成膜室に存在する吸着物は、内壁などに吸着しているために成膜室の圧力に影響しないが
、成膜室を排気した際のガス放出の原因となる。そのため、リークレートと排気速度に相
関はないものの、排気能力の高いポンプを用いて、成膜室に存在する吸着物をできる限り
脱離し、あらかじめ排気しておくことは重要である。なお、吸着物の脱離を促すために、
成膜室をベーキングしてもよい。ベーキングすることで吸着物の脱離速度を１０倍程度大
きくすることができる。ベーキングは１００℃以上４５０℃以下で行えばよい。このとき
、不活性ガスを成膜室に導入しながら吸着物の除去を行うと、排気するだけでは脱離しに
くい水などの脱離速度をさらに大きくすることができる。なお、導入する不活性ガスをベ
ーキングの温度と同程度に加熱することで、吸着物の脱離速度をさらに高めることができ
る。ここで不活性ガスとして希ガスを用いると好ましい。また、成膜する膜種によっては
不活性ガスの代わりに酸素などを用いても構わない。例えば、Ｉｎ−Ｚｎ酸化物を成膜す
る場合は、主成分である酸素を用いた方が好ましい場合もある。

または、加熱した希ガスなどの不活性ガスまたは酸素などを導入することで成膜室内の圧
力を高め、一定時間経過後に再び成膜室を排気する処理を行うと好ましい。加熱したガス
の導入により成膜室内の吸着物を脱離させることができ、成膜室内に存在する不純物を低
減することができる。なお、この処理は２回以上３０回以下、好ましくは５回以上１５回
以下の範囲で繰り返し行うと効果的である。具体的には、温度が４０℃以上４００℃以下
、好ましくは５０℃以上２００℃以下である不活性ガスまたは酸素などを導入することで
成膜室内の圧力を０．１Ｐａ以上１０ｋＰａ以下、好ましくは１Ｐａ以上１ｋＰａ以下、
さらに好ましくは５Ｐａ以上１００Ｐａ以下とし、圧力を保つ期間を１分以上３００分以
下、好ましくは５分以上１２０分以下とすればよい。その後、成膜室を５分以上３００分
以下、好ましくは１０分以上１２０分以下の期間排気する。

また、ダミー成膜を行うことでも吸着物の脱離速度をさらに高めることができる。ダミー
成膜とは、ダミー基板に対してスパッタリング法などによる成膜を行うことで、ダミー基
板および成膜室内壁に膜を堆積させ、成膜室内の不純物および成膜室内壁の吸着物を膜中
に閉じこめることをいう。ダミー基板は、放出ガスの少ない基板が好ましい。ダミー成膜
を行うことで、後に成膜される膜中の不純物濃度を低減することができる。なお、ダミー
成膜はベーキングと同時に行ってもよい。

次に、図５（Ｂ）に示す搬送室４００４、およびロードロック室４００３ａと、図５（Ｃ
）に示す大気側基板搬送室４００２、および大気側基板供給室４００１の詳細について以
下説明を行う。なお、図５（Ｃ）は、大気側基板搬送室４００２、および大気側基板供給
室４００１の断面を示している。

図５（Ｂ）に示す搬送室４００４については、図５（Ａ）に示す搬送室４００４の記載を
参照する。

ロードロック室４００３ａは、基板受け渡しステージ４１１１を有する。ロードロック室
４００３ａは、減圧状態から大気まで圧力を上昇させ、ロードロック室４００３ａの圧力
が大気圧になった時に、大気側基板搬送室４００２に設けられている搬送ロボット４１０
３から基板受け渡しステージ４１１１に基板を受け取る。その後、ロードロック室４００
３ａを真空引きし、減圧状態としたのち、搬送室４００４に設けられている搬送ロボット
４１０３が基板受け渡しステージ４１１１から基板を受け取る。

また、ロードロック室４００３ａは、バルブを介して真空ポンプ４２００、およびクライ
オポンプ４２０１と接続されている。真空ポンプ４２００、およびクライオポンプ４２０
１の排気系の接続方法は、搬送室４００４の接続方法を参考とすることで接続できるため
、ここでの説明は省略する。なお、図４に示すアンロードロック室４００３ｂは、ロード
ロック室４００３ａと同様の構成とすることができる。

大気側基板搬送室４００２は、搬送ロボット４１０３を有する。搬送ロボット４１０３に
より、カセットポート４１０１とロードロック室４００３ａとの基板の受け渡しを行うこ
とができる。また、大気側基板搬送室４００２、および大気側基板供給室４００１の上方
にＨＥＰＡフィルター（Ｈｉｇｈ Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ａ
ｉｒ Ｆｉｌｔｅｒ）等のゴミまたはパーティクルを清浄化するための機構を設けてもよ
い。

大気側基板供給室４００１は、複数のカセットポート４１０１を有する。カセットポート
４１０１は、複数の基板を格納することができる。

以上の成膜装置を用いて、Ｉｎ−Ｚｎ酸化物膜を成膜することで、Ｉｎ−Ｚｎ酸化物膜へ
の不純物の混入を抑制できる。さらには、以上の成膜装置を用いて、Ｉｎ−Ｚｎ酸化物膜
に接する膜を成膜することで、Ｉｎ−Ｚｎ酸化物膜に接する膜からＩｎ−Ｚｎ酸化物膜へ
不純物が混入することを抑制できる。

次に、上述した成膜装置を用いたＣＡＡＣ−ＯＳ膜の成膜方法について説明する。

Ｉｎ−Ｚｎ酸化物膜の成膜には、実施の形態１で示したスパッタリング用ターゲットを用
いる。

スパッタリング用ターゲットは、表面温度が１００℃以下、好ましくは５０℃以下、さら
に好ましくは室温程度（代表的には２５℃）とする。大面積の基板に対応するスパッタリ
ング装置では大面積のスパッタリング用ターゲットを用いることが多い。ところが、大面
積に対応した大きさのスパッタリング用ターゲットをつなぎ目なく作製することは困難で
ある。現実には複数のスパッタリング用ターゲットをなるべく隙間のないように並べて大
きな形状としているが、どうしても僅かな隙間が生じてしまう。こうした僅かな隙間から
、スパッタリング用ターゲットの表面温度が高まることでＺｎなどが揮発し、徐々に隙間
が広がっていくことがある。隙間が広がると、バッキングプレートや接着に用いている金
属がスパッタリングされることがあり、不純物濃度を高める要因となる。従って、スパッ
タリング用ターゲットは、十分に冷却されていることが好ましい。

具体的には、バッキングプレートとして、高い導電性および高い放熱性を有する金属（具
体的にはＣｕ）を用いる。また、バッキングプレート内に水路を形成し、水路に十分な量
の冷却水を流すことで、効率的にスパッタリング用ターゲットを冷却できる。

Ｉｎ−Ｚｎ酸化物膜は、基板加熱温度を１００℃以上６００℃以下、好ましくは１５０℃
以上５５０℃以下、さらに好ましくは２００℃以上５００℃以下とし、酸素ガス雰囲気で
成膜する。Ｉｎ−Ｚｎ酸化物膜の厚さは、１ｎｍ以上４０ｎｍ以下、好ましくは３ｎｍ以
上２０ｎｍ以下とする。成膜時の加熱温度が高いほど、得られるＩｎ−Ｚｎ酸化物膜の不
純物濃度は低くなる。また、被成膜面でスパッタ粒子のマイグレーションが起こりやすく
なるため、Ｉｎ−Ｚｎ酸化物膜中の原子配列が整い、高密度化され、結晶化度の高いＣＡ
ＡＣ−ＯＳ膜が成膜されやすくなる。さらに、酸素ガス雰囲気で成膜することで、プラズ
マダメージが軽減され、また希ガスなどの余分な原子が含まれないため、結晶化度の高い
ＣＡＡＣ−ＯＳ膜が成膜されやすくなる。ただし、酸素ガスと希ガスの混合雰囲気として
もよく、その場合は酸素ガスの割合は３０体積％以上、好ましくは５０体積％以上、より
好ましくは８０体積％以上とする。

なお、スパッタリング用ターゲットがＺｎを含む場合、酸素ガス雰囲気で成膜することに
より、プラズマダメージが軽減され、Ｚｎの揮発が起こりにくいＩｎ−Ｚｎ酸化物膜を得
ることができる。

Ｉｎ−Ｚｎ酸化物膜は、成膜圧力を０．８Ｐａ以下、好ましくは０．４Ｐａ以下とし、ス
パッタリング用ターゲットと基板との距離を１００ｍｍ以下、好ましくは４０ｍｍ以下、
より好ましくは２５ｍｍ以下として成膜する。このような条件でＩｎ−Ｚｎ酸化物膜を成
膜することで、スパッタ粒子と、別のスパッタ粒子、ガス分子またはイオンとが衝突する
頻度を下げることができる。即ち、成膜圧力に応じてスパッタリング用ターゲットと基板
との距離をスパッタ粒子、ガス分子またはイオンの平均自由行程よりも小さくすることで
膜中に取り込まれる不純物濃度を低減できる。

例えば、圧力を０．４Ｐａ、温度を２５℃（絶対温度を２９８Ｋ）における平均自由行程
は、水素分子（Ｈ_２）が４８．７ｍｍ、ヘリウム原子（Ｈｅ）が５７．９ｍｍ、水分子（
Ｈ_２Ｏ）が３１．３ｍｍ、メタン分子（ＣＨ_４）が１３．２ｍｍ、ネオン原子（Ｎｅ）が
４２．３ｍｍ、窒素分子（Ｎ_２）が２３．２ｍｍ、一酸化炭素分子（ＣＯ）が１６．０ｍ
ｍ、酸素分子（Ｏ_２）が２６．４ｍｍ、アルゴン原子（Ａｒ）が２８．３ｍｍ、二酸化炭
素分子（ＣＯ_２）が１０．９ｍｍ、クリプトン原子（Ｋｒ）が１３．４ｍｍ、キセノン原
子（Ｘｅ）が９．６ｍｍである。なお、圧力が２倍になれば平均自由行程は２分の１にな
り、絶対温度が２倍になれば平均自由行程は２倍になる。

平均自由行程は、圧力、温度および分子（原子）の直径から決まる。圧力および温度を一
定とした場合は、分子（原子）の直径が大きいほど平均自由行程は短くなる。なお、各分
子（原子）の直径は、Ｈ_２が０．２１８ｎｍ、Ｈｅが０．２００ｎｍ、Ｈ_２Ｏが０．２７
２ｎｍ、ＣＨ_４が０．４１９ｎｍ、Ｎｅが０．２３４ｎｍ、Ｎ_２が０．３１６ｎｍ、ＣＯ
が０．３８０ｎｍ、Ｏ_２が０．２９６ｎｍ、Ａｒが０．２８６ｎｍ、ＣＯ_２が０．４６０
ｎｍ、Ｋｒが０．４１５ｎｍ、Ｘｅが０．４９１ｎｍである。

従って、分子（原子）の直径が大きいほど、平均自由行程が短くなり、かつ膜中に取り込
まれた際には、分子（原子）の直径が大きいために結晶化度を低下させる。そのため、例
えば、Ａｒ以上の直径を有する分子（原子）は不純物になりやすいといえる。

次に、加熱処理を行う。加熱処理は、減圧下、不活性雰囲気または酸化性雰囲気で行う。
加熱処理により、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜中の不純物濃度を低減することができる。

加熱処理は、減圧下または不活性雰囲気で加熱処理を行った後、温度を保持しつつ酸化性
雰囲気に切り替えてさらに加熱処理を行うと好ましい。これは、減圧下または不活性雰囲
気にて加熱処理を行うと、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜中の不純物濃度を低減することができるが、
同時に酸素欠損も生じてしまうためであり、このとき生じた酸素欠損を、酸化性雰囲気で
の加熱処理により低減することができる。

ＣＡＡＣ−ＯＳ膜は、成膜時の基板加熱に加え、加熱処理を行うことで、膜中の不純物濃
度を低減することが可能となる。

具体的には、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜中の水素濃度は、二次イオン質量分析（ＳＩＭＳ：Ｓｅｃ
ｏｎｄａｒｙ Ｉｏｎ Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）において、２×１０^２０
ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下、好ましくは５×１０^１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下、より好まし
くは１×１０^１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下、さらに好ましくは５×１０^１８ａｔｏｍｓ／
ｃｍ^３以下とすることができる。

また、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜中の窒素濃度は、ＳＩＭＳにおいて、５×１０^１９ａｔｏｍｓ／
ｃｍ^３未満、好ましくは５×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下、より好ましくは１×１０
^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下、さらに好ましくは５×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下と
することができる。

また、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜中の炭素濃度は、ＳＩＭＳにおいて、５×１０^１９ａｔｏｍｓ／
ｃｍ^３未満、好ましくは５×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下、より好ましくは１×１０
^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下、さらに好ましくは５×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下と
することができる。

また、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜は、昇温脱離ガス分光法（ＴＤＳ：Ｔｈｅｒｍａｌ Ｄｅｓｏｒ
ｐｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）分析によるｍ／ｚが２（水素分子など）である
気体分子（原子）、ｍ／ｚが１８である気体分子（原子）、ｍ／ｚが２８である気体分子
（原子）およびｍ／ｚが４４である気体分子（原子）の放出量が、それぞれ１×１０^１９
個／ｃｍ^３以下、好ましくは１×１０^１８個／ｃｍ^３以下とすることができる。

なお、ＴＤＳ分析にて放出量を測定する方法については、後述する酸素原子の放出量の測
定方法を参照する。

以上のようにして、結晶化度の高いＣＡＡＣ−ＯＳ膜を成膜することができる。

本実施の形態は、適宜他の実施の形態、実施例と組み合わせて用いることができる。

（実施の形態４）
本実施の形態では、本発明の一態様に係るトランジスタについて説明する。

図７（Ａ）は本発明の一態様に係るトランジスタの上面図である。図７（Ａ）に示す一点
鎖線Ａ１−Ａ２に対応する断面図を図７（Ｂ）に示す。また、図７（Ａ）に示す一点鎖線
Ａ３−Ａ４に対応する断面図を図７（Ｃ）に示す。なお、簡単のため、図７（Ａ）におい
ては、ゲート絶縁膜１１２などを省略して示す。

図７（Ｂ）は、基板１００上に設けられた下地絶縁膜１０２と、下地絶縁膜１０２上に設
けられたゲート電極１０４と、ゲート電極１０４上に設けられたゲート絶縁膜１１２と、
ゲート絶縁膜１１２上にあり、ゲート電極１０４と重畳して設けられた酸化物半導体膜１
０６と、酸化物半導体膜１０６上に設けられたソース電極１１６ａおよびドレイン電極１
１６ｂと、酸化物半導体膜１０６、ソース電極１１６ａおよびドレイン電極１１６ｂ上に
設けられた保護絶縁膜１１８と、を有するトランジスタの断面図である。なお、図７（Ｂ
）では下地絶縁膜１０２の設けられた構造を示すが、これに限定されない。例えば、下地
絶縁膜１０２が設けられない構造としても構わない。

ここで、酸化物半導体膜１０６は、先の実施の形態で示した結晶化度の高いＩｎ−Ｚｎ酸
化物膜を適用する。

また、酸化物半導体膜１０６は、水素濃度を、２×１０^２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下、好
ましくは５×１０^１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下、より好ましくは１×１０^１９ａｔｏｍｓ
／ｃｍ^３以下、さらに好ましくは５×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下とする。これは、
酸化物半導体膜１０６に含まれる水素が、意図しないキャリアを生成することがあるため
である。生成されたキャリアは、トランジスタのオフ電流を増大させ、かつトランジスタ
の電気特性を変動させる要因となる。

基板１００に大きな制限はない。例えば、ガラス基板、セラミック基板、石英基板、サフ
ァイア基板などを、基板１００として用いてもよい。また、シリコンや炭化シリコンなど
の単結晶半導体基板、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（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板などを適用することも可能
であり、これらの基板上に半導体素子が設けられたものを、基板１００として用いてもよ
い。

また、基板１００として、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（２８８０ｍｍ×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１００の縮みによっ
て、微細な加工が困難になる場合ある。そのため、前述したような大型ガラス基板を基板
１００として用いる場合、加熱処理による縮みの小さいものを用いることが好ましい。例
えば、基板１００として、４００℃、好ましくは４５０℃、さらに好ましくは５００℃の
温度で１時間加熱処理を行った後の縮み量が１０ｐｐｍ以下、好ましくは５ｐｐｍ以下、
さらに好ましくは３ｐｐｍ以下である大型ガラス基板を用いればよい。

また、基板１００として、可とう性基板を用いてもよい。なお、可とう性基板上にトラン
ジスタを設ける方法としては、非可とう性の基板上にトランジスタを作製した後、トラン
ジスタを剥離し、可とう性基板である基板１００に転置する方法もある。その場合には、
非可とう性基板とトランジスタとの間に剥離層を設けるとよい。

下地絶縁膜１０２は、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化シリコン、酸化窒化シ
リコン、酸化ガリウム、酸化ゲルマニウム、酸化イットリウム、酸化ジルコニウム、酸化
ランタン、酸化ネオジム、酸化ハフニウムおよび酸化タンタルを一種以上含む絶縁膜から
選択して、単層で、または積層で用いればよい。

ゲート電極１０４は、Ａｌ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｙ、Ｚｒ、Ｍｏ、Ａｇ、Ｔ
ａおよびＷを一種以上含む、単体、窒化物、酸化物または合金を、単層で、または積層で
用いればよい。

ソース電極１１６ａおよびドレイン電極１１６ｂは、Ａｌ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃ
ｕ、Ｙ、Ｚｒ、Ｍｏ、Ａｇ、ＴａおよびＷを一種以上含む、単体、窒化物、酸化物または
合金を、単層で、または積層で用いればよい。なお、ソース電極１１６ａとドレイン電極
１１６ｂは同一組成であってもよいし、異なる組成であってもよい。

なお、ソース電極１１６ａおよびドレイン電極１１６ｂが酸化物半導体膜１０６の下面で
接する構造としても構わない。

ゲート絶縁膜１１２は、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化シリコン、酸化窒化
シリコン、酸化ガリウム、酸化ゲルマニウム、酸化イットリウム、酸化ジルコニウム、酸
化ランタン、酸化ネオジム、酸化ハフニウムおよび酸化タンタルを一種以上含む絶縁膜か
ら選択して、単層で、または積層で用いればよい。

保護絶縁膜１１８は、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化シリコン、酸化窒化シ
リコン、酸化ガリウム、酸化ゲルマニウム、酸化イットリウム、酸化ジルコニウム、酸化
ランタン、酸化ネオジム、酸化ハフニウムおよび酸化タンタルを一種以上含む絶縁膜から
選択して、単層で、または積層で用いればよい。

保護絶縁膜１１８は、例えば、１層目を酸化シリコン膜とし、２層目を窒化シリコン膜と
した積層膜とすればよい。この場合、酸化シリコン膜は酸化窒化シリコン膜でも構わない
。酸化シリコン膜は、欠陥密度の小さい酸化シリコン膜を用いると好ましい。具体的には
、電子スピン共鳴（ＥＳＲ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｓｐｉｎ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）にてｇ
値が２．００１の信号に由来するスピンのスピン密度が３×１０^１７ｓｐｉｎｓ／ｃｍ^３
以下、好ましくは５×１０^１６ｓｐｉｎｓ／ｃｍ^３以下である酸化シリコン膜を用いる。
窒化シリコン膜は水素およびアンモニアの放出量が少ない窒化シリコン膜を用いる。水素
、アンモニアの放出量は、ＴＤＳ（Ｔｈｅｒｍａｌ Ｄｅｓｏｒｐｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｔ
ｒｏｓｃｏｐｙ：昇温脱離ガス分光法）分析にて測定すればよい。また、窒化シリコン膜
は、酸素を透過しない、またはほとんど透過しない窒化シリコン膜を用いる。

保護絶縁膜１１８は、例えば、１層目を第１の酸化シリコン膜とし、２層目を第２の酸化
シリコン膜とし、３層目を窒化シリコン膜とした積層膜とすればよい。この場合、第１の
酸化シリコン膜または／およびだい２の酸化シリコン膜は酸化窒化シリコン膜でも構わな
い。第１の酸化シリコン膜は、欠陥密度の小さい酸化シリコン膜を用いると好ましい。具
体的には、ＥＳＲにてｇ値が２．００１の信号に由来するスピンのスピン密度が３×１０
^１７ｓｐｉｎｓ／ｃｍ^３以下、好ましくは５×１０^１６ｓｐｉｎｓ／ｃｍ^３以下である酸
化シリコン膜を用いる。第２の酸化シリコン膜は、過剰酸素を有する酸化シリコン膜を用
いる。窒化シリコン膜は水素およびアンモニアの放出量が少ない窒化シリコン膜を用いる
。また、窒化シリコン膜は、酸素を透過しない、またはほとんど透過しない窒化シリコン
膜を用いる。

過剰酸素を含む酸化シリコン膜とは、加熱処理などによって酸素を放出することができる
酸化シリコン膜をいう。また、過剰酸素を有する絶縁膜は、加熱処理によって酸素を放出
する機能を有する絶縁膜である。

加熱処理によって酸素を放出する膜は、ＴＤＳ分析によって１×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃ
ｍ^３以上、１×１０^１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上または１×１０^２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３
以上の酸素（酸素原子数に換算）を放出することもある。

ここで、ＴＤＳ分析を用いた酸素の放出量の測定方法について、以下に説明する。

測定試料をＴＤＳ分析したときの気体の全放出量は、放出ガスのイオン強度の積分値に比
例する。そして標準試料との比較により、気体の全放出量を計算することができる。

例えば、標準試料である所定の密度の水素を含むシリコンウェハのＴＤＳ分析結果、およ
び測定試料のＴＤＳ分析結果から、測定試料の酸素分子の放出量（Ｎ_Ｏ２）は、数式（１
）で求めることができる。ここで、ＴＤＳ分析で得られる質量数３２で検出されるガスの
全てが酸素分子由来と仮定する。質量数３２のものとしてほかにＣＨ_３ＯＨがあるが、存
在する可能性が低いものとしてここでは考慮しない。また、酸素原子の同位体である質量
数１７の酸素原子および質量数１８の酸素原子を含む酸素分子についても、自然界におけ
る存在比率が極微量であるため考慮しない。

Ｎ_Ｈ２は、標準試料から脱離した水素分子を密度で換算した値である。Ｓ_Ｈ２は、標準試
料をＴＤＳ分析したときのイオン強度の積分値である。ここで、標準試料の基準値を、Ｎ
_Ｈ２／Ｓ_Ｈ２とする。Ｓ_Ｏ２は、測定試料をＴＤＳ分析したときのイオン強度の積分値で
ある。αは、ＴＤＳ分析におけるイオン強度に影響する係数である。数式（１）の詳細に
関しては、特開平６−２７５６９７公報を参照する。なお、上記酸素の放出量は、電子科
学株式会社製の昇温脱離分析装置ＥＭＤ−ＷＡ１０００Ｓ／Ｗを用い、標準試料として１
×１０^１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ^２の水素原子を含むシリコンウェハを用いて測定した。

また、ＴＤＳ分析において、酸素の一部は酸素原子として検出される。酸素分子と酸素原
子の比率は、酸素分子のイオン化率から算出することができる。なお、上述のαは酸素分
子のイオン化率を含むため、酸素分子の放出量を評価することで、酸素原子の放出量につ
いても見積もることができる。

なお、Ｎ_Ｏ２は酸素分子の放出量である。酸素原子に換算したときの放出量は、酸素分子
の放出量の２倍となる。

または、加熱処理によって酸素を放出する膜は、過酸化ラジカルを含むこともある。具体
的には、過酸化ラジカルに起因するスピン密度が、５×１０^１７ｓｐｉｎｓ／ｃｍ^３以上
であることをいう。なお、過酸化ラジカルを含む膜は、ＥＳＲにて、ｇ値が２．０１近傍
に非対称の信号を有することもある。

または、過剰酸素を含む絶縁膜は、酸素が過剰な酸化シリコン（ＳｉＯ_Ｘ（Ｘ＞２））で
あってもよい。酸素が過剰な酸化シリコン（ＳｉＯ_Ｘ（Ｘ＞２））は、シリコン原子数の
２倍より多い酸素原子を単位体積当たりに含むものである。単位体積当たりのシリコン原
子数および酸素原子数は、ラザフォード後方散乱法（ＲＢＳ：Ｒｕｔｈｅｒｆｏｒｄ Ｂ
ａｃｋｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）により測定した値である。

ゲート絶縁膜１１２および保護絶縁膜１１８の少なくとも一方は、過剰酸素を含む絶縁膜
であると好ましい。

ゲート絶縁膜１１２および保護絶縁膜１１８の少なくとも一方が過剰酸素を含む絶縁膜で
ある場合、酸化物半導体膜１０６の酸素欠損を低減することができる。

なお、図７に示したトランジスタに、バックゲート電極１１４を設けたものが図８に示す
トランジスタである。

図８（Ａ）は本発明の一態様に係るトランジスタの上面図である。図８（Ａ）に示す一点
鎖線Ａ１−Ａ２に対応する断面図を図８（Ｂ）に示す。また、図８（Ａ）に示す一点鎖線
Ａ３−Ａ４に対応する断面図を図８（Ｃ）に示す。なお、簡単のため、図８（Ａ）におい
ては、ゲート絶縁膜１１２などを省略して示す。

図８に示すトランジスタは、バックゲート電極１１４が設けられたことにより、しきい値
電圧の制御が容易となる。また、ゲート電極１０４とバックゲート電極１１４とを接続す
ることにより、トランジスタのオン電流を高めることができる。または、バックゲート電
極１１４を負電位（トランジスタのソース電位よりも低い電位）またはソース電位とする
ことにより、トランジスタのオフ電流を低減することができる。

次に、図７および図８とは異なる構造のトランジスタについて、図９を用いて説明する。

図９（Ａ）は本発明の一態様に係るトランジスタの上面図である。図９（Ａ）に示す一点
鎖線Ｃ１−Ｃ２に対応する断面図を図９（Ｂ）に示す。また、図９（Ａ）に示す一点鎖線
Ｃ３−Ｃ４に対応する断面図を図９（Ｃ）に示す。なお、簡単のため、図９（Ａ）におい
ては、ゲート絶縁膜３１２などを省略して示す。

図９（Ｂ）は、基板３００上に設けられた下地絶縁膜３０２と、下地絶縁膜３０２上に設
けられた酸化物半導体膜３０６と、酸化物半導体膜３０６上に設けられたソース電極３１
６ａおよびドレイン電極３１６ｂと、酸化物半導体膜３０６、ソース電極３１６ａおよび
ドレイン電極３１６ｂ上に設けられたゲート絶縁膜３１２と、ゲート絶縁膜３１２上にあ
り、酸化物半導体膜３０６と重畳して設けられたゲート電極３０４と、を有するトランジ
スタの断面図である。なお、図９（Ｂ）では下地絶縁膜３０２の設けられた構造を示すが
、これに限定されない。例えば、下地絶縁膜３０２が設けられない構造としても構わない
。

酸化物半導体膜３０６は、酸化物半導体膜１０６の記載を参照する。

基板３００は、基板１００の記載を参照する。

下地絶縁膜３０２は、保護絶縁膜１１８と同様の絶縁膜を用いればよい。なお、下地絶縁
膜３０２を保護絶縁膜１１８の例として示した積層構造とする場合、積層する順番を反対
にすればよい。

なお、下地絶縁膜３０２は平坦性を有すると好ましい。具体的には、下地絶縁膜３０２は
、平均面粗さ（Ｒａ）が１ｎｍ以下、０．３ｎｍ以下、または０．１ｎｍ以下にできる。

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、数式（２）にて定義される。

ここで、指定面とは、粗さ計測の対象となる面であり、座標（（ｘ_１，ｙ_１，ｆ（ｘ_１，
ｙ_１））（ｘ_１，ｙ_２，ｆ（ｘ_１，ｙ_２））（ｘ_２，ｙ_１，ｆ（ｘ_２，ｙ_１））（ｘ_２，
ｙ_２，ｆ（ｘ_２，ｙ_２））の４点で表される四角形の領域とし、指定面をｘｙ平面に投影
した長方形の面積をＳ_０、基準面の高さ（指定面の平均の高さ）をＺ_０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。

また、下地絶縁膜３０２は、過剰酸素を含む絶縁膜であると好ましい。

ソース電極３１６ａおよびドレイン電極３１６ｂは、ソース電極１１６ａおよびドレイン
電極１１６ｂの記載を参照する。

なお、ソース電極３１６ａおよびドレイン電極３１６ｂが酸化物半導体膜３０６の下面で
接する構造としても構わない。

ゲート絶縁膜３１２は、ゲート絶縁膜１１２と同様の絶縁膜を用いればよい。

ゲート電極３０４は、ゲート電極１０４の記載を参照する。

なお、図示しないが図９に示すトランジスタの下地絶縁膜３０２下にバックゲート電極が
設けられても構わない。当該バックゲート電極は、バックゲート電極１１４の記載を参照
する。

次に、図７乃至図９とは異なる構造のトランジスタについて、図１０を用いて説明する。

図１０（Ａ）は本発明の一態様に係るトランジスタの上面図である。図１０（Ａ）に示す
一点鎖線Ｅ１−Ｅ２に対応する断面図を図１０（Ｂ）に示す。また、図１０（Ａ）に示す
一点鎖線Ｅ３−Ｅ４に対応する断面図を図１０（Ｃ）に示す。なお、簡単のため、図１０
（Ａ）においては、ゲート絶縁膜５１２などを省略して示す。

図１０（Ｂ）は、基板５００上に設けられた下地絶縁膜５０２と、下地絶縁膜５０２上に
設けられた酸化物半導体膜５０６と、酸化物半導体膜５０６上に設けられたゲート絶縁膜
５１２と、ゲート絶縁膜５１２上にあり、酸化物半導体膜５０６と重畳して設けられたゲ
ート電極５０４と、酸化物半導体膜５０６およびゲート電極５０４上に設けられた層間絶
縁膜５１８と、を有するトランジスタの断面図である。なお、図１０（Ｂ）では下地絶縁
膜５０２の設けられた構造を示すが、これに限定されない。例えば、下地絶縁膜５０２が
設けられない構造としても構わない。

図１０（Ｂ）に示す断面図では、層間絶縁膜５１８は、酸化物半導体膜５０６に達する開
口部を有し、当該開口部を介して、層間絶縁膜５１８上に設けられた配線５２４ａおよび
配線５２４ｂは酸化物半導体膜５０６と接する。

なお、図１０（Ｂ）では、ゲート絶縁膜５１２がゲート電極５０４と重畳する領域のみに
設けられているが、これに限定されない。例えば、ゲート絶縁膜５１２が酸化物半導体膜
５０６を覆うように設けられていてもよい。また、ゲート電極５０４の側壁に接して側壁
絶縁膜を有しても構わない。

また、ゲート電極５０４の側壁に接して側壁絶縁膜を設ける場合、酸化物半導体膜５０６
の側壁絶縁膜と重畳する領域は、ゲート電極５０４と重畳する領域よりも低抵抗であると
好ましい。例えば、酸化物半導体膜５０６のゲート電極５０４と重畳しない領域は、酸化
物半導体膜５０６を低抵抗化する不純物を有する領域であってもよい。また、欠陥によっ
て低抵抗化された領域であってもよい。酸化物半導体膜５０６の側壁絶縁膜と重畳する領
域が、ゲート電極５０４と重畳する領域よりも低抵抗であることにより、当該領域をＬＤ
Ｄ（Ｌｉｇｈｔｌｙ Ｄｏｐｅｄ Ｄｒａｉｎ）領域として機能する。トランジスタが、
ＬＤＤ領域を有することによって、ＤＩＢＬ（Ｄｒａｉｎ Ｉｎｄｕｃｅｄ Ｂａｒｒｉ
ｅｒ Ｌｏｗｅｒｉｎｇ）およびホットキャリア劣化を抑制することができる。ただし、
酸化物半導体膜５０６の側壁絶縁膜と重畳する領域をオフセット領域としても構わない。
トランジスタが、オフセット領域を有することでも、ＤＩＢＬおよびホットキャリア劣化
を抑制することができる。

酸化物半導体膜５０６は、酸化物半導体膜１０６の記載を参照する。

基板５００は、基板１００の記載を参照する。

下地絶縁膜５０２は、下地絶縁膜３０２と同様の絶縁膜を用いればよい。

ゲート絶縁膜５１２は、ゲート絶縁膜１１２と同様の絶縁膜を用いればよい。

ゲート電極５０４は、ゲート電極１０４の記載を参照する。

層間絶縁膜５１８は、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化シリコン、酸化窒化シ
リコン、酸化ガリウム、酸化ゲルマニウム、酸化イットリウム、酸化ジルコニウム、酸化
ランタン、酸化ネオジム、酸化ハフニウムおよび酸化タンタルを一種以上含む絶縁膜から
選択して、単層で、または積層で用いればよい。

配線５２４ａおよび配線５２４ｂは、Ａｌ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｙ、Ｚｒ、
Ｍｏ、Ａｇ、ＴａおよびＷを一種以上含む、単体、窒化物、酸化物または合金を、単層で
、または積層で用いればよい。なお、配線５２４ａと配線５２４ｂは同一組成であっても
よいし、異なる組成であってもよい。

なお、図示しないが図１０に示すトランジスタの下地絶縁膜５０２下にバックゲート電極
が設けられても構わない。当該バックゲート電極は、バックゲート電極１１４の記載を参
照する。

図１０に示すトランジスタは、ゲート電極５０４と他の配線および電極との重畳する領域
が小さいため、寄生容量が発生しにくく、トランジスタのスイッチング特性を高めること
ができる。また、トランジスタのチャネル長がゲート電極５０４の幅で決定されるため、
チャネル長の小さい、微細なトランジスタを作製しやすい構造である。

図７乃至図１０に示したトランジスタは、先の実施の形態で示した結晶化度の高いＩｎ−
Ｚｎ酸化物膜を酸化物半導体膜として用いたトランジスタである。従って、安定した電気
特性を有する。なお、本実施の形態で示したトランジスタを、表示装置、記憶装置、ＣＰ
Ｕなどの半導体装置へ適用することで、信頼性に優れた半導体装置が実現ができる。

本実施の形態は、他の実施の形態および実施例と適宜組み合わせて用いることができる。

（実施の形態５）
本実施の形態では、先の実施の形態で示したトランジスタを適用した表示装置について説
明する。

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。）など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などを含む。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表示素子として適用することができる。
本実施の形態では、表示装置の一例としてＥＬ素子を用いた表示装置および液晶素子を用
いた表示装置について説明する。

なお、本実施の形態における表示装置は、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などを実装した状態にあるモジュールとを含む。

また、本実施の形態における表示装置は画像表示デバイス、表示デバイス、または光源（
照明装置含む）を指す。また、コネクター、例えばＦＰＣ、ＴＣＰが取り付けられたモジ
ュール、ＴＣＰの先にプリント配線板が設けられたモジュールまたは表示素子にＣＯＧ方
式によりＩＣ（集積回路）が直接実装されたモジュールも全て表示装置に含むものとする
。

図１１は、ＥＬ素子を用いた表示装置の一例を示す上面図、断面図および画素の回路図で
ある。

図１１（Ａ）は、ＥＬ素子を用いた表示装置の上面図である。ＥＬ素子を有する表示装置
は、基板１００と、基板７００と、シール材７３４と、駆動回路７３５と、駆動回路７３
６と、画素７３７と、ＦＰＣ７３２と、を有する。シール材７３４は、画素７３７、駆動
回路７３５および駆動回路７３６を囲むように基板１００と基板７００との間に設けられ
る。なお、駆動回路７３５または／および駆動回路７３６をシール材７３４の外側に設け
ても構わない。

図１１（Ｂ）は、図１１（Ａ）の一点鎖線Ｍ−Ｎに対応するＥＬ素子を用いた表示装置の
断面図である。ＦＰＣ７３２は、端子７３１を介して配線７３３と接続される。なお、配
線７３３は、ゲート電極１０４と同一層である。

なお、図１１（Ｂ）は、トランジスタ７４１とキャパシタ７４２とが、同一平面に設けら
れた例を示す。このような構造とすることで、キャパシタ７４２をトランジスタ７４１の
ゲート電極、ゲート絶縁膜およびソース電極（ドレイン電極）と同一平面に作製すること
ができる。このように、トランジスタ７４１とキャパシタ７４２とを同一平面に設けるこ
とにより、表示装置の作製工程を短縮化し、生産性を高めることができる。

図１１（Ｂ）では、トランジスタ７４１として、図７に示したトランジスタを適用した例
を示す。そのため、トランジスタ７４１の各構成のうち、以下で特に説明しないものにつ
いては、先の実施の形態の説明を参照する。

トランジスタ７４１およびキャパシタ７４２上には、絶縁膜７２０が設けられる。

ここで、絶縁膜７２０および保護絶縁膜１１８には、トランジスタ７４１のソース電極１
１６ａに達する開口部が設けられる。

絶縁膜７２０上には、電極７８１が設けられる。電極７８１は、絶縁膜７２０および保護
絶縁膜１１８に設けられた開口部を介してトランジスタ７４１のソース電極１１６ａと接
する。

電極７８１上には、電極７８１に達する開口部を有する隔壁７８４が設けられる。

隔壁７８４上には、隔壁７８４に設けられた開口部で電極７８１と接する発光層７８２が
設けられる。

発光層７８２上には、電極７８３が設けられる。

電極７８１、発光層７８２および電極７８３の重畳する領域が、発光素子７１９となる。

なお、絶縁膜７２０は、保護絶縁膜１１８の記載を参照する。または、ポリイミド樹脂、
アクリル樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂などの樹脂膜を用いても構わない。

発光層は、一層に限定されず、複数種の発光層などを積層して設けてもよい。例えば、第
１の中間層、第１の発光層、第２の中間層、第２の発光層、第３の中間層、第３の発光層
および第４の中間層の順番で積層した構造とすればよい。このとき、第１の発光層、第２
の発光層および第３の発光層に適切な発光色の発光層を用いると演色性の高い、または発
光効率の高い、発光素子７１９を形成することができる。

発光層を複数種積層して設けることで、白色光を得てもよい。図１１（Ｂ）には示さない
が、白色光を着色層を介して取り出す構造としても構わない。

ここでは発光層７８２を３層および中間層を４層設けた例を示しているが、これに限定さ
れるものではなく、適宜発光層の数および中間層の数を変更することができる。例えば、
第１の中間層、第１の発光層、第２の中間層、第２の発光層および第３の中間層のみで構
成することもできる。また、第１の中間層、第１の発光層、第２の中間層、第２の発光層
、第３の発光層および第４の中間層で構成し、第３の中間層を省いた構造としても構わな
い。

また、中間層は、正孔注入層、正孔輸送層、電子輸送層および電子注入層などを積層構造
で用いることができる。なお、中間層は、これらの層を全て備えなくてもよい。これらの
層は適宜選択して設ければよい。なお、同様の機能を有する層を重複して設けてもよい。
また、中間層としてキャリア発生層のほか、電子リレー層などを適宜加えてもよい。

電極７８１は、可視光透過性を有する導電膜を用いればよい。可視光透過性を有するとは
、可視光領域（例えば４００ｎｍ〜８００ｎｍの波長範囲）における平均の透過率が７０
％以上、特に８０％以上であることをいう。

電極７８１としては、例えば、先の実施の形態で示した結晶性の高いＩｎ−Ｚｎ酸化物膜
を用いればよい。または、電極７８１としては、Ｉｎ−Ｚｎ−Ｗ酸化物膜、Ｉｎ−Ｓｎ酸
化物膜、Ｉｎ酸化物膜、Ｚｎ酸化物膜およびＳｎ酸化物膜などの酸化物膜を用いればよい
。また、前述の酸化物膜は、Ａｌ、Ｇａ、Ｓｂ、Ｆなどが微量添加されてもよい。また、
光を透過する程度の金属薄膜（好ましくは、５ｎｍ〜３０ｎｍ程度）を用いることもでき
る。例えば５ｎｍの膜厚を有するＡｇ膜、Ｍｇ膜またはＡｇ−Ｍｇ合金膜を用いてもよい
。

または、電極７８１は、可視光を効率よく反射する膜が好ましい。電極７８１は、例えば
、リチウム、アルミニウム、チタン、マグネシウム、ランタン、銀、シリコンまたはニッ
ケルを含む膜を用いればよい。

電極７８３は、電極７８１として示した膜から選択して用いることができる。ただし、電
極７８１が可視光透過性を有する場合は、電極７８３が可視光を効率よく反射すると好ま
しい。また、電極７８１が可視光を効率よく反射する場合は、電極７８３が可視光透過性
を有すると好ましい。

なお、電極７８１および電極７８３を図１１（Ｂ）に示す構造で設けているが、電極７８
１と電極７８３を入れ替えても構わない。アノードとして機能する電極には、仕事関数の
大きい導電膜を用いることが好ましく、カソードとして機能する電極には仕事関数の小さ
い導電膜を用いることが好ましい。ただし、アノードと接してキャリア発生層を設ける場
合には、仕事関数を考慮せずに様々な導電膜をアノードに用いることができる。

隔壁７８４は、保護絶縁膜１１８の記載を参照する。または、ポリイミド樹脂、アクリル
樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂などの樹脂膜を用いても構わない。

発光素子７１９と接続するトランジスタ７４１は、安定した電気特性を有する。そのため
、表示品位の高い表示装置を提供することができる。

図１１（Ｃ）はＥＬ素子を用いた表示装置の画素の回路図である。ＥＬ素子を用いた表示
装置の画素は、スイッチ素子７４３と、トランジスタ７４１と、キャパシタ７４２と、発
光素子７１９と、を有する。

トランジスタ７４１のゲートはスイッチ素子７４３の一端およびキャパシタ７４２の一端
と電気的に接続される。トランジスタ７４１のソースは発光素子７１９の一端と電気的に
接続される。トランジスタ７４１のドレインはキャパシタ７４２の他端と電気的に接続さ
れ、電源電位ＶＤＤが与えられる。スイッチ素子７４３の他端は信号線７４４と電気的に
接続される。発光素子７１９の他端は定電位が与えられる。なお、定電位は接地電位ＧＮ
Ｄまたはそれより小さい電位とする。

スイッチ素子７４３としては、トランジスタを用いると好ましい。トランジスタを用いる
ことで、画素の面積を小さくでき、解像度の高い表示装置とすることができる。また、ス
イッチ素子７４３として、先の実施の形態で示した酸化物半導体膜を用いたトランジスタ
を用いてもよい。スイッチ素子７４３として当該トランジスタを用いることで、トランジ
スタ７４１と同一工程によってスイッチ素子７４３を作製することができ、表示装置の生
産性を高めることができる。

次に、液晶素子を用いた表示装置について説明する。図１２は、液晶素子を用いた表示装
置の一例を示す断面図および画素の回路図である。

なお、液晶素子を用いた表示装置も、上面図はＥＬ素子を用いた表示装置と概略同様であ
る。図１１（Ａ）の一点鎖線Ｍ−Ｎに対応する液晶素子を用いた表示装置の断面図を図１
２（Ａ）に示す。図１２（Ａ）において、ＦＰＣ７３２は、端子７３１を介して配線７３
３と接続される。なお、配線７３３は、電極７９１と同一層である。

図１２（Ａ）には、トランジスタ７５１とキャパシタ７５２とが、同一平面に設けられた
例を示す。このような構造とすることで、キャパシタ７５２をトランジスタ７５１のゲー
ト電極、ゲート絶縁膜およびソース電極（ドレイン電極）と同一平面に作製することがで
きる。このように、トランジスタ７５１とキャパシタ７５２とを同一平面に設けることに
より、表示装置の作製工程を短縮化し、生産性を高めることができる。

トランジスタ７５１としては、先の実施の形態で示したトランジスタを適用することがで
きる。図１２（Ａ）においては、図７に示したトランジスタを適用した例を示す。そのた
め、トランジスタ７５１の各構成のうち、以下で特に説明しないものについては、先の実
施の形態の説明を参照する。

トランジスタ７５１およびキャパシタ７５２上には、絶縁膜７２１が設けられる。

ここで、絶縁膜７２１および保護絶縁膜１１８には、トランジスタ７５１のドレイン電極
１１６ｂに達する開口部が設けられる。

絶縁膜７２１上には、電極７９１が設けられる。電極７９１は、絶縁膜７２１および保護
絶縁膜１１８に設けられた開口部を介してトランジスタ７５１のドレイン電極１１６ｂと
接する。

電極７９１上には、配向膜として機能する絶縁膜７９２が設けられる。

絶縁膜７９２上には、液晶層７９３が設けられる。

液晶層７９３上には、配向膜として機能する絶縁膜７９４が設けられる。

絶縁膜７９４上には、スペーサ７９５が設けられる。

スペーサ７９５および絶縁膜７９４上には、電極７９６が設けられる。

電極７９６上には、基板７９７が設けられる。

なお、絶縁膜７２１は、保護絶縁膜１１８の記載を参照する。または、ポリイミド樹脂、
アクリル樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂などの樹脂膜を用いても構わない。

液晶層７９３は、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、反強誘電性液晶などを用いればよい。これらの液晶は、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、等方相などを
示す。

なお、液晶層７９３として、ブルー相を示す液晶を用いてもよい。その場合、配向膜とし
て機能する絶縁膜７９２および絶縁膜７９４を設けない構成とすればよい。

電極７９１は、可視光透過性を有する導電膜を用いればよい。

電極７９１としては、例えば、先の実施の形態で示した結晶性の高いＩｎ−Ｚｎ酸化物膜
を用いればよい。または、電極７９１としては、Ｉｎ−Ｚｎ−Ｗ酸化物膜、Ｉｎ−Ｓｎ酸
化物膜、Ｉｎ酸化物膜、Ｚｎ酸化物膜およびＳｎ酸化物膜などの酸化物膜を用いればよい
。また、前述の酸化物膜は、Ａｌ、Ｇａ、Ｓｂ、Ｆなどが微量添加されてもよい。また、
光を透過する程度の金属薄膜（好ましくは、５ｎｍ〜３０ｎｍ程度）を用いることもでき
る。

または、電極７９１は、可視光を効率よく反射する膜が好ましい。電極７９１は、例えば
、アルミニウム、チタン、クロム、銅、モリブデン、銀、タンタルまたはタングステンを
含む膜を用いればよい。

電極７９６は、電極７９１として示した膜から選択して用いることができる。ただし、電
極７９１が可視光透過性を有する場合は、電極７９６が可視光を効率よく反射すると好ま
しい。また、電極７９１が可視光を効率よく反射する場合は、電極７９６が可視光透過性
を有すると好ましい。

なお、電極７９１および電極７９６を図１２（Ａ）に示す構造で設けているが、電極７９
１と電極７９６を入れ替えても構わない。

絶縁膜７９２および絶縁膜７９４は、有機化合物または無機化合物から選択して用いれば
よい。

スペーサ７９５は、有機化合物または無機化合物から選択して用いればよい。なお、スペ
ーサ７９５の形状は、柱状、球状など様々にとることができる。

電極７９１、絶縁膜７９２、液晶層７９３、絶縁膜７９４および電極７９６の重畳する領
域が、液晶素子７５３となる。

基板７９７は、ガラス、樹脂または金属などを用いればよい。基板７９７は可とう性を有
してもよい。

図１２（Ｂ）は、液晶素子を用いた表示装置の画素の構成例を示す回路図である。図１２
（Ｂ）に示す画素７５０は、トランジスタ７５１と、キャパシタ７５２と、液晶素子７５
３とを有する。なお、液晶素子とは、一対の電極間に液晶の充填された素子をいう。

トランジスタ７５１では、ソースおよびドレインの一方が信号線７５５に電気的に接続さ
れ、ゲートが走査線７５４に電気的に接続されている。

キャパシタ７５２では、一方の電極がトランジスタ７５１のソースおよびドレインの他方
に電気的に接続され、他方の電極が共通電位を供給する配線に電気的に接続されている。

液晶素子７５３では、一方の電極がトランジスタ７５１のソースおよびドレインの他方に
電気的に接続され、他方の電極が共通電位を供給する配線に電気的に接続されている。な
お、上述のキャパシタ７５２の他方の電極が電気的に接続する配線に与えられる共通電位
と、液晶素子７５３の他方の電極に与えられる共通電位とが異なる電位であってもよい。

本実施の形態は、適宜他の実施の形態、実施例と組み合わせて用いることができる。

（実施の形態６）
本実施の形態では、先の実施の形態で示した半導体装置を適用した電子機器の例について
説明する。

図１３（Ａ）は携帯型情報端末である。図１３（Ａ）に示す携帯型情報端末は、筐体９３
００と、ボタン９３０１と、マイクロフォン９３０２と、表示部９３０３と、スピーカ９
３０４と、カメラ９３０５と、を具備し、携帯型電話機としての機能を有する。本発明の
一形態は、本体内部にある演算装置、無線回路または記憶回路に適用することができる。
または、本発明の一態様は表示部９３０３に適用することができる。

図１３（Ｂ）は、ディスプレイである。図１３（Ｂ）に示すディスプレイは、筐体９３１
０と、表示部９３１１と、を具備する。本発明の一形態は、本体内部にある演算装置、無
線回路または記憶回路に適用することができる。または、本発明の一態様は表示部９３１
１に適用することができる。

図１３（Ｃ）は、デジタルスチルカメラである。図１３（Ｃ）に示すデジタルスチルカメ
ラは、筐体９３２０と、ボタン９３２１と、マイクロフォン９３２２と、表示部９３２３
と、を具備する。本発明の一形態は、本体内部にある演算装置、無線回路または記憶回路
に適用することができる。または、本発明の一態様は表示部９３２３に適用することがで
きる。

図１３（Ｄ）は２つ折り可能な携帯情報端末である。図１３（Ｄ）に示す２つ折り可能な
携帯情報端末は、筐体９６３０、表示部９６３１ａ、表示部９６３１ｂ、留め具９６３３
、操作スイッチ９６３８、を有する。本発明の一形態は、本体内部にある演算装置、無線
回路または記憶回路に適用することができる。または、本発明の一態様は表示部９６３１
ａおよび表示部９６３１ｂに適用することができる。

なお、表示部９６３１ａまたは／および表示部９６３１ｂは、一部または全部をタッチパ
ネルとすることができ、表示された操作キーに触れることでデータ入力などを行うことが
できる。

本発明の一態様に係る半導体装置を用いることで、安定した性能を有する電子機器を提供
することができる。

本実施の形態は、適宜他の実施の形態、実施例と組み合わせて用いることができる。

本実施例では、多結晶Ｉｎ−Ｚｎ酸化物を含むスパッタリング用ターゲットおよびＩｎ−
Ｚｎ酸化物膜の結晶状態を評価した。

スパッタリング用ターゲットである試料は、実施の形態１で示した方法を適用して作製し
たものである。ここで、Ｉｎ_２Ｏ_３粉末およびＺｎＯ粉末のｍｏｌ数比を１：１とした。

次に、試料の結晶粒マップを図１４（Ａ）に、結晶粒径のヒストグラムを図１４（Ｂ）に
、それぞれ示す。なお、測定した領域は１６μｍ×１６μｍの四角形で、ステップは０．
０６μｍとした。当該条件においては、結晶粒の粒径が０．０６μｍ未満程度は結晶粒と
して数えることができない。従って、０．２μｍ未満として測定される結晶粒は、具体的
には０．０６μｍ以上０．２μｍ未満の結晶粒である。

表１に、ＥＢＳＤより得られた試料の結晶粒の粒径および個数を示す。

なお、試料に含まれる結晶粒の平均粒径は０．７１μｍであった。また、全体に対する０
．０６μｍ以上１μｍ未満の結晶粒の割合は８０．３％、０．０６μｍ以上０．８μｍ未
満の結晶粒の割合は６５．３％、０．０６μｍ以上０．６μｍ未満の結晶粒の割合は４５
．８％、０．０６μｍ以上０．４μｍ未満の結晶粒の割合は２２．１％であった。

次に、試料をスパッタリング用ターゲットとし、Ｉｎ−Ｚｎ酸化物膜を成膜した。

Ｉｎ−Ｚｎ酸化物膜は、石英基板上に１００ｎｍの厚さで成膜した。成膜には、ＤＣマグ
ネトロンスパッタリング法を用いた。そのほかの成膜条件は、電力を１００Ｗ、圧力を０
．４Ｐａ、基板加熱温度を２００℃、酸素ガスを１５ｓｃｃｍとした。

次に、試料をスパッタリング用ターゲットに用いて成膜したＩｎ−Ｚｎ酸化物膜に対しＸ
線回折（ＸＲＤ：Ｘ−Ｒａｙ Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ）装置を用い、結晶状態を評価し
た。測定は、Ｏｕｔ−ｏｆ−ｐｌａｎｅ法による２θ／ωスキャンにて行った。結果を図
１５に示す。

図１５より、Ｉｎ−Ｚｎ酸化物膜はいずれも３０°近傍にピークを有することがわかった
。なお、２０°から２５°の間に石英基板起因のピークがある。即ち、試料をスパッタリ
ング用ターゲットに用いて成膜した酸化物膜中の結晶が、特定の結晶方位に配向性を有し
ていることがわかった。

次に、Ｉｎ−Ｚｎ酸化物膜の断面の原子配列を観察した（図１６（Ａ）参照。）。断面の
原子配列は、日立透過電子顕微鏡Ｈ−９０００ＮＡＲを用い、高分解能ＴＥＭ像（明視野
像および回折像の複合解析像）を観察した。なお、加速電圧３００ｋＶとした。

図１６（Ａ）より、Ｉｎ−Ｚｎ酸化物膜は、上面に平行に規則的な原子配列を有すること
がわかった。当該観察領域において電子線回折を測定し、回折パターンを図１６（Ｂ）に
示す。なお、電子線回折の測定は、日立電界放出形透過電子顕微鏡ＨＦ−２０００を用い
た。なお、加速電圧は２００ｋＶとした。

図１６（Ｂ）の回折パターンより、最も強い回折を示す回折スポットＡの面間距離（ｄ値
ともいう。）は０．２９５ｎｍ、回折スポットＢのｄ値は０．２６６ｎｍ、回折スポット
Ｃのｄ値は０．１６５ｎｍであった。また、スポットＯ（透過波または原点ともいう。）
を基準とし、回折スポットＡ、回折スポットＢおよび回折スポットＣが為す角度は、∠Ａ
ＯＢが６９°、∠ＡＯＣが３５°、∠ＢＯＣが３４°であった。

ここで、Ｉｎ−Ｚｎ酸化物の結晶面とｄ値の関係を表２に示す。なお、表２では、Ｉｎ_２
ＺｎＯ_４の三方晶およびＩｎ_２Ｚｎ_２Ｏ_５の六方晶の場合を示す。

また、Ｉｎ_２ＺｎＯ_４の三方晶およびＩｎ_２Ｚｎ_２Ｏ_５の六方晶において、二種の結晶面
の為す角度を表３に示す。

なお、表２および表３を作成するにあたり、ＪＣＰＤＳカードのＮｏ．２０−１４４２、
Ｙ． Ｙａｎ ｅｔ．ａｌ， Ａｐｐｌ． Ｐｈｙｓ． Ｌｅｔｔ． ７３， ２５８５
（１９９８）、およびＪ． Ｌ． Ｆ． Ｄａ Ｓｉｌｖａ ｅｔ．ａｌ， Ｐｈｙｓ
． Ｒｅｖ． Ｌｅｔｔ． １００， ２５５５０１ （２００８）を参考とした。

図１６（Ａ）に示す断面像および図１６（Ｂ）に示す回折パターンより、Ｉｎ−Ｚｎ酸化
物膜がＩｎ_２ＺｎＯ_４の三方晶である場合、回折スポットＡは（０ ０ ９）面、回折ス
ポットＢが（１ ０ ３）面、回折スポットＣが（１ ０ １２）面を示すことがわかる
。また、Ｉｎ−Ｚｎ酸化物膜がＩｎ_２Ｚｎ_２Ｏ_５の六方晶である場合、回折スポットＡは
（０ ０ ８）面、回折スポットＢが（１ ０ ４）面、回折スポットＣが（１ ０ １
２）面を示すことがわかる。従って、最も強い回折を示す回折スポットＡが（０ ０ ９
）面または（０ ０ ８）面を示すことから、Ｉｎ−Ｚｎ酸化物膜は、六方晶である場合
も、三方晶を六方晶系として表した場合にもｃ軸配向性を有していることがわかる。

本実施例より、平均粒径の小さい多結晶Ｉｎ−Ｚｎ酸化物を含むスパッタリング用ターゲ
ットを用いて成膜したＩｎ−Ｚｎ酸化物膜は、高い結晶性を有することがわかる。

１００ 基板
１０２ 下地絶縁膜
１０４ ゲート電極
１０６ 酸化物半導体膜
１１２ ゲート絶縁膜
１１４ バックゲート電極
１１６ａ ソース電極
１１６ｂ ドレイン電極
１１８ 保護絶縁膜
３００ 基板
３０２ 下地絶縁膜
３０４ ゲート電極
３０６ 酸化物半導体膜
３１２ ゲート絶縁膜
３１６ａ ソース電極
３１６ｂ ドレイン電極
５００ 基板
５０２ 下地絶縁膜
５０４ ゲート電極
５０６ 酸化物半導体膜
５１２ ゲート絶縁膜
５１８ 層間絶縁膜
５２４ａ 配線
５２４ｂ 配線
７００ 基板
７１９ 発光素子
７２０ 絶縁膜
７２１ 絶縁膜
７３１ 端子
７３２ ＦＰＣ
７３３ 配線
７３４ シール材
７３５ 駆動回路
７３６ 駆動回路
７３７ 画素
７４１ トランジスタ
７４２ キャパシタ
７４３ スイッチ素子
７４４ 信号線
７５０ 画素
７５１ トランジスタ
７５２ キャパシタ
７５３ 液晶素子
７５４ 走査線
７５５ 信号線
７８１ 電極
７８２ 発光層
７８３ 電極
７８４ 隔壁
７９１ 電極
７９２ 絶縁膜
７９３ 液晶層
７９４ 絶縁膜
７９５ スペーサ
７９６ 電極
７９７ 基板
１０００ スパッタリング用ターゲット
１００１ イオン
１００２ スパッタ粒子
１００３ 被成膜面
４０００ 成膜装置
４００１ 大気側基板供給室
４００２ 大気側基板搬送室
４００３ａ ロードロック室
４００３ｂ アンロードロック室
４００４ 搬送室
４００５ 基板加熱室
４００６ａ 成膜室
４００６ｂ 成膜室
４００６ｃ 成膜室
４０３２ａ スパッタリング用ターゲット
４０３２ｂ スパッタリング用ターゲット
４０３３ａ カソードマグネット
４０３３ｂ カソードマグネット
４０３５ 基板ホルダ
４１０１ カセットポート
４１０２ アライメントポート
４１０３ 搬送ロボット
４１０４ ゲートバルブ
４１０５ 加熱ステージ
４１０６ ターゲット
４１０７ 防着板
４１０８ 基板ステージ
４１０９ 基板
４１１０ クライオトラップ
４１１１ ステージ
４２００ 真空ポンプ
４２０１ クライオポンプ
４２０２ ターボ分子ポンプ
４３００ マスフローコントローラ
４３０１ 精製機
４３０２ ガス加熱機構
９３００ 筐体
９３０１ ボタン
９３０２ マイクロフォン
９３０３ 表示部
９３０４ スピーカ
９３０５ カメラ
９３１０ 筐体
９３１１ 表示部
９３２０ 筐体
９３２１ ボタン
９３２２ マイクロフォン
９３２３ 表示部
９６３０ 筐体
９６３１ａ 表示部
９６３１ｂ 表示部
９６３３ 留め具
９６３８ 操作スイッチ

Claims (1)

1. 基板上に、ゲート電極と、ゲート絶縁膜と、前記ゲート絶縁膜を介して前記ゲート電極と重なる領域を有する酸化物膜と、を形成し、
   前記酸化物膜に電気的に接続されたソース電極およびドレイン電極を形成し、
   前記酸化物膜は、劈開面を有する多結晶Ｉｎ−Ｚｎ酸化物を含むスパッタリング用ターゲットにイオンを衝突させて、前記劈開面から剥離した平板状のスパッタ粒子を堆積させて形成され、
   前記酸化物膜は、ｃ軸配向した結晶を有することを特徴とする半導体装置の作製方法。