JP2018201051A - 半導体装置の作製方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】電気特性の変動が抑制されると共に、信頼性が向上した半導体装置の作製方法を提供する。【解決手段】酸化物半導体膜上に絶縁膜を形成し、絶縁膜上に緩衝膜を形成し、緩衝膜及び絶縁膜に酸素を添加し、酸素が添加された緩衝膜上に導電膜を形成し、導電膜をマスクとして、酸化物半導体膜に不純物元素を添加する半導体装置の作製方法である。なお、酸化物半導体膜に不純物元素を添加した後、酸化物半導体膜と重なる水素を有する絶縁膜を形成してもよい。【選択図】図３

Description

本発明は、物、方法、または、製造方法に関する。または、本発明は、プロセス、マシ
ン、マニュファクチャ、または、組成物（コンポジション・オブ・マター）に関する。特
に、本発明の一態様は、半導体装置、表示装置、発光装置、蓄電装置、記憶装置、それら
の駆動方法、またはそれらの製造方法に関する。特に、本発明の一態様は、電界効果トラ
ンジスタを有する半導体装置に関する。
なお、本明細書等において、半導体装置とは、半導体特性を利用することで機能しうる
装置全般を指す。トランジスタなどの半導体素子をはじめ、半導体回路、演算装置、記憶
装置は、半導体装置の一態様である。撮像装置、表示装置、液晶表示装置、発光装置、電
気光学装置、発電装置（薄膜太陽電池、有機薄膜太陽電池等を含む）、入出力装置、およ
び電子機器は、半導体装置を有している場合がある。
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（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を代表とする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。
また、チャネルが形成される酸化物半導体膜の下地絶縁膜として、加熱により酸素を放
出する絶縁膜を用いる半導体装置が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２０１２−９８３６号公報
酸化物半導体膜を用いたトランジスタにおいて、酸化物半導体膜のチャネル領域に含ま
れる酸素欠損は、トランジスタの電気特性の不良に繋がる。例えば、酸化物半導体膜のチ
ャネル領域に酸素欠損が含まれているトランジスタは、しきい値電圧がマイナス方向に変
動しやすく、ノーマリーオン特性となりやすい。これは、チャネル領域に含まれる酸素欠
損に起因して電荷が生じてしまい、低抵抗化するためである。
また、酸化物半導体膜のチャネル領域に酸素欠損が含まれると、経時変化や光ゲートＢ
Ｔ（Ｂｉａｓ−Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ）ストレス試験により、トランジスタの電気特性
、代表的にはしきい値電圧が変動してしまうという問題がある。
上記問題に鑑み、本発明の一態様は、電気特性の変動が抑制されると共に、信頼性が向
上した半導体装置の作製方法を提供することを課題の一とする。または、本発明の一態様
は、消費電力が低減された半導体装置の作製方法を提供することを課題の一とする。また
は、本発明の一態様は、新規な半導体装置の作製方法を提供することを課題の一とする。
または、酸化物半導体を有するトランジスタを用いた半導体装置において、電気特性の変
動を抑制すると共に、信頼性を向上させることを課題の一とする。または、本発明の一態
様は、消費電力が低減された半導体装置を提供することを課題の一とする。または、本発
明の一態様は、新規な半導体装置を提供することを課題の一とする。
なお、これらの課題の記載は、他の課題の存在を妨げるものではない。なお、本発明の
一態様は、これらの課題の全てを解決する必要はないものとする。なお、これら以外の課
題は、明細書、図面、請求項などの記載から、自ずと明らかとなるものであり、明細書、
図面、請求項などの記載から、これら以外の課題を抽出することが可能である。
本発明の一態様は、酸化物半導体膜上に絶縁膜を形成し、絶縁膜上に緩衝膜を形成し、
緩衝膜及び絶縁膜に酸素を添加し、酸素が添加された緩衝膜上に導電膜を形成し、導電膜
をマスクとして、酸化物半導体膜に不純物元素を添加する半導体装置の作製方法である。
なお、酸化物半導体膜に不純物元素を添加した後、酸化物半導体膜と重なる水素を有す
る絶縁膜を形成してもよい。
または、酸素が添加された絶縁膜及び酸素が添加された緩衝膜をエッチングして、酸化
物半導体膜の一部を露出させた後、導電膜をマスクとして、酸化物半導体膜に不純物元素
を添加し、酸化物半導体膜と重なる水素を有する絶縁膜を形成してもよい。
本発明の一態様は、酸化物半導体膜上に絶縁膜を形成し、酸化物半導体膜と重なる端部
を有する緩衝膜を絶縁膜上に形成し、緩衝膜及び絶縁膜に酸素を添加し、酸素が添加され
た緩衝膜上に導電膜を形成し、導電膜をマスクとして、酸化物半導体膜に不純物元素を添
加する半導体装置の作製方法である。
なお、酸化物半導体膜に不純物元素を添加した後、酸化物半導体膜と重なる水素を有す
る絶縁膜を形成してもよい。
または、酸素が添加された絶縁膜をエッチングして、酸化物半導体膜の一部を露出させ
た後、導電膜をマスクとして、酸化物半導体膜に不純物元素を添加し、酸化物半導体膜と
重なる水素を有する絶縁膜を形成してもよい。
または、緩衝膜及び絶縁膜に酸素を添加した後、加熱処理を行ってもよい。
なお、酸素が添加された緩衝膜が絶縁体の場合、導電膜はゲート電極として機能する。
または、酸素が添加された緩衝膜が半導体の場合、導電膜及び酸素が添加された緩衝膜は
ゲート電極として機能する。
また、緩衝膜が、インジウム、亜鉛、チタン、アルミニウム、タングステン、タンタル
、及びモリブデンの一以上を有してもよい。
なお、不純物元素は、水素、ホウ素、窒素、フッ素、アルミニウム、リン、および希ガ
スの一以上である。または、不純物元素は、ホウ素、窒素、フッ素、アルミニウム、リン
、および希ガスの一以上と、水素とである。
また、酸化物半導体膜は、水素を有する絶縁膜と接する領域を有する。水素を有する絶
縁膜の代表例としては、窒化物絶縁膜があり、窒化物絶縁膜の代表例としては、窒化シリ
コン膜がある。
また、ゲート電極は、酸化物半導体膜と同じ金属元素を有してもよい。その場合、ゲー
ト電極は、導電性を有する酸化物半導体膜で形成される。
本発明の一態様により、電気特性の変動が抑制されると共に、信頼性が向上した半導体
装置を作製することができる。または、本発明の一態様により、消費電力が低減された半
導体装置を作製することができる。または、本発明の一態様により、新規な半導体装置の
作製方法を提供することができる。
なお、これらの効果の記載は、他の効果の存在を妨げるものではない。なお、本発明の
一態様は、必ずしも、これらの効果の全てを有する必要はない。なお、これら以外の効果
は、明細書、図面、請求項などの記載から、自ずと明らかとなるものであり、明細書、図
面、請求項などの記載から、これら以外の効果を抽出することが可能である。
半導体装置の一形態を説明する断面図。 半導体装置の一形態を説明する断面図。 半導体装置の作製工程の一形態を説明する断面図。 半導体装置の作製工程の一形態を説明する断面図。 半導体装置の一形態を説明する断面図。 半導体装置の一形態を説明する断面図。 半導体装置の作製工程の一形態を説明する断面図。 半導体装置の作製工程の一形態を説明する断面図。 半導体装置の作製工程の一形態を説明する断面図。 半導体装置の一形態を説明する断面図。 半導体装置の一形態を説明する断面図。 半導体装置の一形態を説明する断面図。 半導体装置の作製工程の一形態を説明する断面図。 半導体装置の作製工程の一形態を説明する断面図。 半導体装置の一形態を説明する断面図。 半導体装置の作製工程の一形態を説明する断面図。 半導体装置の作製工程の一形態を説明する断面図。 半導体装置の作製工程の一形態を説明する断面図。 計算モデルを説明する図。 初期状態と最終状態を説明する図。 活性化障壁を説明する図。 初期状態と最終状態を説明する図。 活性化障壁を説明する図。 ＶｏＨの遷移レベルを説明する図。 抵抗率の温度依存性を説明する図。 半導体装置の一形態を説明する断面図。 半導体装置の一形態を説明する断面図。 本発明の一形態に係るトランジスタの構造およびバンド構造を説明する図。 半導体装置の一形態を説明する断面図。 ＣＡＡＣ−ＯＳの断面におけるＣｓ補正高分解能ＴＥＭ像、およびＣＡＡＣ−ＯＳの断面模式図。 ＣＡＡＣ−ＯＳの平面におけるＣｓ補正高分解能ＴＥＭ像。 ＣＡＡＣ−ＯＳおよび単結晶酸化物半導体のＸＲＤによる構造解析を説明する図。 ＣＡＡＣ−ＯＳの電子回折パターンを示す図。 Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物の電子照射による結晶部の変化を示す図。 実施の形態に係る入出力装置の構成を説明する投影図。 実施の形態に係る入出力装置の構成を説明する断面図。 実施の形態に係る検知回路１９および変換器ＣＯＮＶの構成および駆動方法を説明する図。 電子機器を説明する図。
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
。但し、本発明は以下の説明に限定されず、本発明の趣旨およびその範囲から逸脱するこ
となく、その形態および詳細を様々に変更し得ることは当業者であれば容易に理解される
。従って、本発明は以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない
。
なお、図面等において示す各構成の、位置、大きさ、範囲などは、理解の簡単のため、
実際の位置、大きさ、範囲などを表していない場合がある。このため、開示する発明は、
必ずしも、図面等に開示された位置、大きさ、範囲などに限定されない。
なお、本明細書等における「第１」、「第２」、「第３」などの序数詞は、構成要素の
混同を避けるために付すものであり、数的に限定するものではないことを付記する。
なお、本明細書等において「上」や「下」の用語は、構成要素の位置関係が「直上」ま
たは「直下」であることを限定するものではない。例えば、「ゲート絶縁膜上のゲート電
極」の表現であれば、ゲート絶縁膜とゲート電極との間に他の構成要素を含むものを除外
しない。
また、本明細書等において「電極」や「配線」の用語は、これらの構成要素を機能的に
限定するものではない。例えば、「電極」は「配線」の一部として用いられることがあり
、その逆もまた同様である。さらに、「電極」や「配線」の用語は、複数の「電極」や「
配線」が一体となって形成されている場合なども含む。
また、本明細書等において、トランジスタとは、ゲートと、ドレインと、ソースとを含
む少なくとも三つの端子を有する素子である。そして、ドレイン（ドレイン端子、ドレイ
ン領域またはドレイン電極）とソース（ソース端子、ソース領域またはソース電極）の間
にチャネル領域を有しており、ドレインとチャネル領域とソースとを介して電流を流すこ
とができるものである。なお、本明細書等において、チャネル領域とは、電流が主として
流れる領域をいう。
また、「ソース」や「ドレイン」の機能は、異なる極性のトランジスタを採用する場合
や、回路動作において電流の方向が変化する場合などには入れ替わることがある。このた
め、本明細書等においては、「ソース」や「ドレイン」の用語は、入れ替えて用いること
ができるものとする。
なお、本明細書等において、「電気的に接続」には、「何らかの電気的作用を有するも
の」を介して接続されている場合が含まれる。ここで、「何らかの電気的作用を有するも
の」は、接続対象間での電気信号の授受を可能とするものであれば、特に制限を受けない
。例えば、「何らかの電気的作用を有するもの」には、電極や配線をはじめ、トランジス
タなどのスイッチング素子、抵抗素子、インダクタ、キャパシタ、その他の各種機能を有
する素子などが含まれる。
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。したがって、−５°以上５°以下の場合も含まれる。また、「略
平行」とは、二つの直線が−３０°以上３０°以下の角度で配置されている状態をいう。
また、「垂直」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。したがって、８５°以上９５°以下の場合も含まれる。また、「略垂直」とは、
二つの直線が６０°以上１２０°以下の角度で配置されている状態をいう。
また、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。
（実施の形態１）
本実施の形態では、半導体装置および半導体装置の作製方法の一形態を、図１乃至図４
を用いて説明する。
＜半導体装置の構成＞
図１（Ａ）乃至図１（Ｄ）に、半導体装置に含まれるトランジスタの一例として、トッ
プゲート・セルフアライン構造のトランジスタの断面図を示す。
図１（Ａ）に示すトランジスタは、酸化物半導体膜５５と、酸化物半導体膜５５に接す
る絶縁膜５７と、絶縁膜５７上の緩衝膜６０と、緩衝膜６０と接し且つ酸化物半導体膜５
５と重畳する導電膜６１と、を有する。
酸化物半導体膜５５は、第１の領域５５ａおよび該第１の領域５５ａを挟む第２の領域
５５ｂ、５５ｃを有する。第１の領域５５ａは、チャネル領域としての機能を有する。第
２の領域５５ｂ、５５ｃは、ソース領域およびドレイン領域の機能を有する。なお、第２
の領域５５ｂ、５５ｃは、第１の領域５５ａと比較して抵抗率が低いため、低抵抗領域と
いうこともできる。
また、トランジスタにおける酸化物半導体膜５５は、基板５１上の絶縁膜５３上に形成
される。また、酸化物半導体膜５５における第２の領域５５ｂ、５５ｃに接して、水素を
有する絶縁膜６５が設けられてもよい。
また、水素を有する絶縁膜６５に接して、絶縁膜６７が設けられてもよい。また、水素
を有する絶縁膜６５および絶縁膜６７の開口部において、酸化物半導体膜５５における第
２の領域５５ｂ、５５ｃと接する一対の導電膜６８、６９が、設けられてもよい。また、
絶縁膜６７、一対の導電膜６８、６９上に、絶縁膜７９が設けられてもよい。
酸化物半導体膜５５において、第１の領域５５ａは、第２の領域５５ｂ、５５ｃと比較
して、酸素欠損が少ないことを特徴とする。
トランジスタのチャネル領域において、酸素欠損が形成されると、酸素欠損に起因して
キャリアである電子が生じ、ノーマリーオン特性になりやすい。酸化物半導体膜５５にお
いて第１の領域５５ａはチャネル領域としての機能を有するため、第１の領域５５ａの酸
素欠損を減らすことが、安定したトランジスタ特性を得る上でも重要となる。
本実施の形態のトランジスタの作製方法においては、絶縁膜（図１に示す絶縁膜５７と
なる絶縁膜）上に緩衝膜（図１に示す緩衝膜６０となる膜）を形成し、緩衝膜を介して絶
縁膜に過剰な酸素を添加する。緩衝膜は、酸素の添加工程において、酸素の脱離を抑制す
ると共に、絶縁膜へのダメージを低減する。この結果、絶縁膜に過剰な酸素が添加される
。また、加熱処理によって、絶縁膜に含まれる過剰な酸素を酸化物半導体膜（図１に示す
酸化物半導体膜５５となる酸化物半導体膜）に移動させる。この結果、酸化物半導体膜の
酸素欠損を低減することができる。上記過剰な酸素を導入する方法としては、例えば、イ
オン注入法、イオンドーピング法、プラズマ処理等を用いることができる。
なお、緩衝膜を絶縁膜上に形成せず、過剰な酸素を絶縁膜に直接導入すると、絶縁膜の
表面が数ｎｍ程度エッチングされてしまう。絶縁膜の表面には添加された酸素が含まれる
ため、該エッチングにより、添加された酸素の一部が放出されてしまう。この結果、酸化
物半導体膜の酸素欠損を低減するのに十分な量の酸素が、絶縁膜に添加されない。しかし
ながら、絶縁膜上に緩衝膜を設けて、絶縁膜に酸素を添加することで、緩衝膜が、絶縁膜
の表面のエッチングを防ぐことが可能である。この結果、酸化物半導体膜の酸素欠損を低
減するのに十分な酸素を絶縁膜に添加することができる。
また、緩衝膜を介して絶縁膜に酸素を添加するため、絶縁膜に与えるダメージを軽減し
つつ、絶縁膜に過剰な酸素を添加することができる。したがって、緩衝膜を介して絶縁膜
に過剰な酸素を導入することで、緩衝膜は、絶縁膜の緩衝材としての機能を有する。
緩衝膜６０は、インジウム、亜鉛、チタン、アルミニウム、タングステン、タンタル、
及びモリブデンの一以上を有する。例えば、上述した金属元素を有する金属酸化物、また
は上述した金属元素を有する金属酸化窒化物等を用いて形成する。
また、緩衝膜６０は、金属元素の種類によって、絶縁体または半導体の特性を有する。
緩衝膜６０が絶縁体で形成される場合、即ち、緩衝膜６０が絶縁膜の場合、絶縁膜５７及
び緩衝膜６０がゲート絶縁膜としての機能を有し、導電膜６１はゲート電極としての機能
を有する。または、緩衝膜６０が半導体で形成される場合、即ち、緩衝膜６０が半導体膜
の場合、絶縁膜５７がゲート絶縁膜としての機能を有し、緩衝膜６０及び導電膜６１がゲ
ート電極としての機能を有する。
酸化物半導体膜５５において、第２の領域５５ｂ、５５ｃは、不純物元素を有する領域
を有する。
また、酸化物半導体膜の原料ガスに不純物元素が含まれる場合、第１の領域５５ａおよ
び第２の領域５５ｂ、５５ｃは、不純物元素を有する。この場合、第２の領域５５ｂ、５
５ｃは、第１の領域５５ａと不純物元素の濃度が異なる領域を有する。代表的には、第２
の領域５５ｂ、５５ｃは、第１の領域５５ａと比較して不純物元素の濃度が高い領域を有
する。例えば、スパッタリングガスとして希ガスを用いたスパッタリング法により酸化物
半導体膜５５が形成される場合、酸化物半導体膜５５に希ガスが含まれる。一方、酸素欠
損を形成するために、第２の領域５５ｂ、５５ｃに意図的に希ガスを添加することで、第
２の領域５５ｂ、５５ｃにおいて、希ガスの濃度が高い領域が形成される。これらの結果
、第２の領域５５ｂ、５５ｃにおいて、第１の領域５５ａと比較して希ガスの濃度が高い
領域が形成される。なお、第２の領域５５ｂ、５５ｃにおいて、第１の領域５５ａと異な
る不純物元素が添加されていてもよい。
不純物元素の代表例としては、希ガス、水素、ホウ素、窒素、フッ素、アルミニウム、
およびリンの一以上がある。希ガスの代表例としては、ヘリウム、ネオン、アルゴン、ク
リプトンおよびキセノンがある。
不純物元素として、ホウ素、窒素、フッ素、アルミニウム、またはリンが第２の領域５
５ｂ、５５ｃに含まれる場合、第１の領域５５ａと比較して、第２の領域５５ｂ、５５ｃ
の方が、不純物元素の濃度が高い。
また、酸化物半導体膜５５において、第２の領域５５ｂ、５５ｃは、希ガス、ホウ素、
窒素、フッ素、アルミニウム、およびリンの一以上と、水素とを有する。さらに、第２の
領域５５ｂ、５５ｃは、第１の領域５５ａと水素の濃度が異なる領域を有する。具体的に
は、第２の領域５５ｂ、５５ｃは、第１の領域５５ａと比較して、水素の濃度が高い領域
を有する。これは、酸化物半導体膜５５が水素を有する絶縁膜６５と接することで、もし
くは絶縁膜５７を介して、絶縁膜６５に含まれる水素が酸化物半導体膜５５に含まれる第
２の領域５５ｂ、５５ｃに拡散するためである。
第２の領域５５ｂ、５５ｃの二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ：Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ
Ｉｏｎ Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）により得られる水素濃度は、８×１０１
９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上、好ましくは１×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上、より好ま
しくは５×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上である。なお、第１の領域５５ａの二次イオ
ン質量分析法により得られる水素濃度は、５×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、より好
ましくは１×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、５×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、
好ましくは１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、より好ましくは５×１０１７ａｔｏｍ
ｓ／ｃｍ３以下、さらに好ましくは１×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下である。
第１の領域５５ａの水素濃度を上記範囲とすることで、第１の領域５５ａにおけるキャ
リアである電子の生成を抑制することが可能であり、トランジスタは、しきい値電圧がプ
ラスとなる電気特性（ノーマリーオフ特性ともいう。）を有する。
不純物元素の添加により酸素欠損が形成された酸化物半導体膜に水素が含まれると、酸
素欠損サイトに水素が入り伝導帯近傍にドナー準位が形成される。この結果、酸化物半導
体膜は、導電性が高くなり、導電体化する。導電体化された酸化物半導体膜を酸化物導電
体膜ということができる。即ち、酸化物半導体膜５５において、第１の領域５５ａは、酸
化物半導体で形成され、第２の領域５５ｂ、５５ｃは酸化物導電体で形成されるといえる
。酸化物半導体膜５５において、第２の領域５５ｂ、５５ｃは、第１の領域５５ａと比較
して水素濃度が高く、且つ不純物元素の添加による酸素欠損量が多い。代表的には、第２
の領域５５ｂ、５５ｃの抵抗率は、１×１０−３Ωｃｍ以上１×１０４Ωｃｍ未満、さら
に好ましくは、抵抗率が１×１０−３Ωｃｍ以上１×１０−１Ωｃｍ未満であることが好
ましい。
なお、一般に、酸化物半導体は、エネルギーギャップが大きいため、可視光に対して透
光性を有する。一方、酸化物導電体は、伝導帯近傍にドナー準位を有する酸化物半導体で
ある。したがって、該ドナー準位による吸収の影響は小さく、可視光に対して酸化物半導
体と同程度の透光性を有する。
なお、緩衝膜６０が絶縁膜で形成される場合、図１（Ａ）に示すトランジスタは、第１
の領域５５ａと、第２の領域５５ｂ、５５ｃとの界面は、導電膜６１の端部と略一致して
もよい。この場合、チャネル長は、第２の領域５５ｂと、第２の領域５５ｃとの間の距離
となる。
または、緩衝膜６０が絶縁膜で形成される場合、図１（Ｂ）に示すトランジスタのよう
に、第２の領域５５ｂ、５５ｃの一部は、導電膜６１の一部と重なる領域を有してもよい
。該領域をオーバーラップ領域Ｌｏｖということができる。なお、オーバーラップ領域Ｌ
ｏｖの長さは、チャネル長Ｌの２０％未満、または１０％未満、または５％未満、または
２％未満であることが好ましい。この場合、チャネル長は、第２の領域５５ｂと、第２の
領域５５ｃとの間の距離となる。
または、緩衝膜６０が絶縁膜で形成される場合、図１（Ｃ）に示すトランジスタのよう
に、第１の領域５５ａと、第２の領域５５ｂ、５５ｃとの間に、第３の領域５５ｄ、５５
ｅを有してもよい。なお、第３の領域５５ｄ、５５ｅは、第２の領域５５ｂ、５５ｃより
、不純物元素濃度が低く、抵抗率が高く、電界緩和領域として機能する。この場合、チャ
ネル長は、第３の領域５５ｄと、第３の領域５５ｅとの間の距離となる。
または、緩衝膜６０が絶縁膜で形成される場合、図１（Ｄ）に示すトランジスタのよう
に、第２の領域５５ｂ、５５ｃの一部は、導電膜６１と重ならなくともよい。即ち、第１
の領域５５ａと、第２の領域５５ｂ、５５ｃとの界面は、導電膜６１より外側に位置して
もよい。第１の領域５５ａにおいて、導電膜６１と重ならない領域をオフセット領域Ｌｏ
ｆｆということができる。この場合、チャネル長は、第１の領域５５ａであって、且つ導
電膜６１と重なる領域の幅となる。なお、オフセット領域Ｌｏｆｆの長さは、チャネル長
の２０％未満、または１０％未満、または５％未満、または２％未満であることが好まし
い。
なお、図１（Ａ）乃至図１（Ｄ）に示すトランジスタにおいて、緩衝膜６０が半導体膜
で形成される場合、緩衝膜６０及び導電膜６１がゲート電極として機能する。
このため、緩衝膜６０が半導体膜で形成される場合、図１（Ａ）において、第１の領域
５５ａと、第２の領域５５ｂ、５５ｃとの界面は、緩衝膜６０の端部と略一致してもよい
。
また、緩衝膜６０が半導体膜で形成される場合、図１（Ｂ）において、オーバーラップ
領域Ｌｏｖは、第２の領域５５ｂ、５５ｃにおいて、少なくとも緩衝膜６０と重なる領域
である。
また、緩衝膜６０が半導体膜で形成される場合、図１（Ｄ）において、チャネル長は、
第１の領域５５ａであって、且つ緩衝膜６０と重なる領域の幅となる。
以下に、図１に示す構成の詳細について説明する。
基板５１としては、様々な基板を用いることができ、特定のものに限定されることはな
い。基板の一例としては、半導体基板（例えば単結晶基板またはシリコン基板）、ＳＯＩ
基板、ガラス基板、石英基板、プラスチック基板、金属基板、ステンレス・スチル基板、
ステンレス・スチル・ホイルを有する基板、タングステン基板、タングステン・ホイルを
有する基板、可撓性基板、貼り合わせフィルム、繊維状の材料を含む紙、または基材フィ
ルムなどがある。ガラス基板の一例としては、バリウムホウケイ酸ガラス、アルミノホウ
ケイ酸ガラス、またはソーダライムガラスなどがある。可撓性基板、貼り合わせフィルム
、基材フィルムなどの一例としては、以下のものがあげられる。例えば、ポリエチレンテ
レフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリエーテルサルフォ
ン（ＰＥＳ）に代表されるプラスチックがある。または、一例としては、アクリル等の合
成樹脂などがある。または、一例としては、ポリプロピレン、ポリエステル、ポリフッ化
ビニル、またはポリ塩化ビニルなどがある。または、一例としては、ポリアミド、ポリイ
ミド、アラミド、エポキシ、無機蒸着フィルム、または紙類などがある。特に、半導体基
板、単結晶基板、またはＳＯＩ基板などを用いてトランジスタを製造することによって、
特性、サイズ、または形状などのばらつきが少なく、電流能力が高く、サイズの小さいト
ランジスタを製造することができる。このようなトランジスタによって回路を構成すると
、回路の低消費電力化、または回路の高集積化を図ることができる。
また、基板５１として、可撓性基板を用い、可撓性基板上に直接、トランジスタを形成
してもよい。または、基板５１とトランジスタの間に剥離層を設けてもよい。剥離層は、
その上に半導体装置を一部あるいは全部完成させた後、基板５１より分離し、他の基板に
転載するのに用いることができる。その際、トランジスタは耐熱性の劣る基板や可撓性の
基板にも転載できる。なお、上述の剥離層には、例えば、タングステン膜と酸化シリコン
膜との無機膜の積層構造の構成や、基板上にポリイミド等の有機樹脂膜が形成された構成
等を用いることができる。
トランジスタが転載される基板の一例としては、上述したトランジスタを形成すること
が可能な基板に加え、紙基板、セロファン基板、アラミドフィルム基板、ポリイミドフィ
ルム基板、石材基板、木材基板、布基板（天然繊維（絹、綿、麻）、合成繊維（ナイロン
、ポリウレタン、ポリエステル）若しくは再生繊維（アセテート、キュプラ、レーヨン、
再生ポリエステル）などを含む）、皮革基板、またはゴム基板などがある。これらの基板
を用いることにより、特性のよいトランジスタの形成、消費電力の小さいトランジスタの
形成、壊れにくい装置の製造、耐熱性の付与、軽量化、または薄型化を図ることができる
。
絶縁膜５３は、酸素を有する絶縁膜または窒素を有する絶縁膜を、単層または積層して
形成することができる。酸素を有する絶縁膜の代表例としては、酸化物絶縁膜がある。ま
た、窒素を有する絶縁膜の代表例としては、窒化物絶縁膜がある。なお、酸化物半導体膜
５５との界面特性を向上させるため、絶縁膜５３において少なくとも酸化物半導体膜５５
と接する領域は、酸素を有する絶縁膜で形成されることが好ましい。また、絶縁膜５３と
して、加熱処理により酸素を放出する機能を有する酸化物絶縁膜を用いることで、該加熱
処理によって、絶縁膜５３が有する酸素を、酸化物半導体膜５５に移動させることが可能
であるため好ましい。
絶縁膜５３として、例えば酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコン、窒化
シリコン、酸化アルミニウム、酸化ハフニウム、酸化ガリウムまたはＧａ−Ｚｎ酸化物な
どを用いればよく、積層または単層で設けることができる。
なお、本明細書等において、酸化窒化シリコン膜とは、その組成として、窒素よりも酸
素の含有量が多い膜を指し、好ましくは酸素が５５原子％以上６５原子％以下、窒素が１
原子％以上２０原子％以下、シリコンが２５原子％以上３５原子％以下、水素が０．１原
子％以上１０原子％以下の範囲で含まれるものをいう。また、窒化酸化シリコン膜とは、
その組成として、酸素よりも窒素の含有量が多い膜を指し、好ましくは窒素が５５乃至６
５原子％、酸素が１乃至２０原子％、シリコンが２５乃至３５原子％、水素が０．１乃至
１０原子％の濃度範囲で含まれるものをいう。
酸化物半導体膜５５は、代表的には、Ｉｎ−Ｇａ酸化物、Ｉｎ−Ｚｎ酸化物、Ｉｎ−Ｍ
−Ｚｎ酸化物（ＭはＡｌ、Ｇａ、Ｙ、Ｚｒ、Ｓｎ、Ｌａ、Ｃｅ、またはＮｄ）等の金属酸
化物で形成される。
なお、酸化物半導体膜５５がＩｎ−Ｍ−Ｚｎ酸化物であるとき、ＩｎとＭの原子数比率
は、ＩｎおよびＭの和を１００ａｔｏｍｉｃ％としたとき、Ｉｎが２５ａｔｏｍｉｃ％以
上、Ｍが７５ａｔｏｍｉｃ％未満、さらに好ましくはＩｎが３４ａｔｏｍｉｃ％以上、Ｍ
が６６ａｔｏｍｉｃ％未満とする。
酸化物半導体膜５５は、エネルギーギャップが２ｅＶ以上、好ましくは２．５ｅＶ以上
、より好ましくは３ｅＶ以上である。
酸化物半導体膜５５の厚さは、３ｎｍ以上２００ｎｍ以下、好ましくは３ｎｍ以上１０
０ｎｍ以下、さらに好ましくは３ｎｍ以上５０ｎｍ以下とする。
酸化物半導体膜５５がＩｎ−Ｍ−Ｚｎ酸化物（ＭはＡｌ、Ｇａ、Ｙ、Ｚｒ、Ｓｎ、Ｌａ
、Ｃｅ、またはＮｄ）の場合、Ｉｎ−Ｍ−Ｚｎ酸化物を成膜するために用いるスパッタリ
ングターゲットの金属元素の原子数比は、Ｉｎの原子数がＭの原子数以上、且つＺｎの原
子数がＭの原子数以上であることを満たすことが好ましい。このようなスパッタリングタ
ーゲットの金属元素の原子数比として、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝１：１：１、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝
１：１：１．２、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝２：１：１．５、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝２：１：２．３、
Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝２：１：３、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝３：１：２等が好ましい。なお、成膜さ
れる酸化物半導体膜５５の原子数比はそれぞれ、誤差として上記のスパッタリングターゲ
ットに含まれる金属元素の原子数比のプラスマイナス４０％の変動を含む。
また、酸化物半導体膜５５において、第１４族元素の一つであるシリコンや炭素が含ま
れると、酸化物半導体膜５５において酸素欠損が増加し、ｎ型化してしまう。このため、
酸化物半導体膜５５におけるシリコンや炭素の濃度（二次イオン質量分析法により得られ
る濃度）を、２×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、好ましくは２×１０１７ａｔｏｍｓ
／ｃｍ３以下とする。この結果、トランジスタは、しきい値電圧がプラスとなる電気特性
（ノーマリーオフ特性ともいう。）を有する。
また、酸化物半導体膜５５において、二次イオン質量分析法により得られるアルカリ金
属またはアルカリ土類金属の濃度を、１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、好ましくは
２×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下にする。アルカリ金属およびアルカリ土類金属は、
酸化物半導体と結合するとキャリアを生成する場合があり、トランジスタのオフ電流が増
大してしまうことがある。このため、酸化物半導体膜５５のアルカリ金属またはアルカリ
土類金属の濃度を低減することが好ましい。この結果、トランジスタは、しきい値電圧が
プラスとなる電気特性（ノーマリーオフ特性ともいう。）を有する。
また、酸化物半導体膜５５に窒素が含まれていると、キャリアである電子が生じ、キャ
リア密度が増加し、ｎ型化しやすい。この結果、窒素が含まれている酸化物半導体を用い
たトランジスタはノーマリーオン特性となりやすい。従って、当該酸化物半導体膜５５の
第１の領域５５ａにおいて、窒素はできる限り低減されていることが好ましい。例えば、
二次イオン質量分析法により得られる窒素濃度は、５×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下
にすることが好ましい。
酸化物半導体膜５５の第１の領域５５ａの不純物を低減することで、酸化物半導体膜５
５の第１の領域５５ａのキャリア密度を低減することができる。このため、酸化物半導体
膜５５の第１の領域５５ａは、キャリア密度が８×１０１１／ｃｍ３未満であること、好
ましくは１×１０１１／ｃｍ３未満であること、さらに好ましくは、１×１０１０／ｃｍ
３未満１×１０−９／ｃｍ３以上であることが好ましい。
酸化物半導体膜５５の第１の領域５５ａとして、不純物濃度が低く、欠陥準位密度の低
い酸化物半導体膜を用いることで、さらに優れた電気特性を有するトランジスタを作製す
ることができる。ここでは、不純物濃度が低く、欠陥準位密度の低い（酸素欠損の少ない
）ことを高純度真性または実質的に高純度真性とよぶ。高純度真性または実質的に高純度
真性である酸化物半導体は、キャリア発生源が少ないため、キャリア密度を低くすること
ができる場合がある。従って、当該酸化物半導体膜５５の第１の領域５５ａにチャネル領
域が形成されるトランジスタは、しきい値電圧がプラスとなる電気特性（ノーマリーオフ
特性ともいう。）になりやすい。また、高純度真性または実質的に高純度真性である酸化
物半導体膜は、欠陥準位密度が低いため、トラップ準位密度も低くなる場合がある。また
、高純度真性または実質的に高純度真性である酸化物半導体膜は、オフ電流が著しく小さ
く、チャネル幅が１×１０６μｍでチャネル長Ｌが１０μｍの半導体素子であっても、ソ
ース電極とドレイン電極間の電圧（ドレイン電圧）が１Ｖから１０Ｖの範囲において、オ
フ電流が、半導体パラメータアナライザの測定限界以下、すなわち１×１０−１３Ａ以下
という特性を得ることができる。従って、当該酸化物半導体膜５５の第１の領域５５ａに
チャネル領域が形成されるトランジスタは、電気特性の変動が小さく、信頼性の高いトラ
ンジスタとなる場合がある。
また、酸化物半導体膜５５は、例えば非単結晶構造でもよい。非単結晶構造は、例えば
、後述するＣＡＡＣ−ＯＳ（Ｃ Ａｘｉｓ Ａｌｉｇｎｅｄ Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ
Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）、多結晶構造、後述する微結晶構造、または
非晶質構造を含む。非単結晶構造において、非晶質構造は最も欠陥準位密度が高く、ＣＡ
ＡＣ−ＯＳは最も欠陥準位密度が低い。
なお、酸化物半導体膜５５が、非晶質構造の領域、微結晶構造の領域、多結晶構造の領
域、ＣＡＡＣ−ＯＳの領域、単結晶構造の領域の二種以上を有する混合膜であってもよい
。混合膜は、例えば、非晶質構造の領域、微結晶構造の領域、多結晶構造の領域、ＣＡＡ
Ｃ−ＯＳの領域、単結晶構造の領域のいずれか二種以上の領域を有する単層構造がある。
また、混合膜は、例えば、非晶質構造の領域、微結晶構造の領域、多結晶構造の領域、Ｃ
ＡＡＣ−ＯＳの領域、単結晶構造の領域のいずれか二種以上の領域の積層構造を有する場
合がある。
絶縁膜５７は、酸素を有する絶縁膜または窒素を有する絶縁膜を、単層または積層して
形成することが好ましい。代表的には、酸素を有する絶縁膜として酸化物絶縁膜を用いる
ことが可能であり、窒素を有する絶縁膜として窒化物絶縁膜を用いることが可能である。
なお、酸化物半導体膜５５との界面特性を向上させるため、絶縁膜５７において少なくと
も酸化物半導体膜５５と接する領域は酸素を有する絶縁膜で形成することが好ましく、代
表的には酸化物絶縁膜で形成することが好ましい。
酸化物絶縁膜として、例えば酸化シリコン、酸化窒化シリコン、酸化アルミニウム、酸
化ハフニウム、酸化ガリウムまたはＧａ−Ｚｎ酸化物などを用いることができる。また、
窒化物絶縁膜として、窒化酸化シリコン、窒化シリコンなどを用いることができる。
また、絶縁膜５７として、酸素、水素、水等のブロッキング効果を有する絶縁膜を設け
ることで、酸化物半導体膜５５における第１の領域５５ａからの酸素の外部への拡散と、
外部から酸化物半導体膜５５における第１の領域５５ａへの水素、水等の侵入を防ぐこと
ができる。酸素、水素、水等のブロッキング効果を有する絶縁膜としては、酸化アルミニ
ウム、酸化窒化アルミニウム、酸化ガリウム、酸化窒化ガリウム、酸化イットリウム、酸
化窒化イットリウム、酸化ハフニウム、酸化窒化ハフニウム等を用いて形成することがで
きる。
また、絶縁膜５７として、ハフニウムシリケート（ＨｆＳｉＯｘ）、窒素が添加された
ハフニウムシリケート（ＨｆＳｉｘＯｙＮｚ）、窒素が添加されたハフニウムアルミネー
ト（ＨｆＡｌｘＯｙＮｚ）、酸化ハフニウム、酸化イットリウムなどのｈｉｇｈ−ｋ材料
を用いることでトランジスタのゲートリークを低減できる。
導電膜６１は、アルミニウム、クロム、銅、タンタル、チタン、モリブデン、ニッケル
、鉄、コバルト、タングステンから選ばれた金属元素、または上述した金属元素を成分と
する合金か、上述した金属元素を組み合わせた合金等を用いて形成することができる。ま
た、マンガン、ジルコニウムのいずれか一または複数から選択された金属元素を用いても
よい。また、導電膜６１は、単層構造でも、二層以上の積層構造としてもよい。例えば、
シリコンを含むアルミニウム膜の単層構造、マンガンを含む銅膜の単層構造、アルミニウ
ム膜上にチタン膜を積層する二層構造、窒化チタン膜上にチタン膜を積層する二層構造、
窒化チタン膜上にタングステン膜を積層する二層構造、窒化タンタル膜または窒化タング
ステン膜上にタングステン膜を積層する二層構造、マンガンを含む銅膜上に銅膜を積層す
る二層構造、チタン膜と、そのチタン膜上にアルミニウム膜を積層し、さらにその上にチ
タン膜を形成する三層構造、マンガンを含む銅膜上に銅膜を積層し、さらにその上にマン
ガンを含む銅膜を形成する三層構造等がある。また、アルミニウムに、チタン、タンタル
、タングステン、モリブデン、クロム、ネオジム、スカンジウムから選ばれた一または複
数を組み合わせた合金膜、もしくは窒化膜を用いてもよい。
また、導電膜６１は、インジウム錫酸化物、酸化タングステンを含むインジウム酸化物
、酸化タングステンを含むインジウム亜鉛酸化物、酸化チタンを含むインジウム酸化物、
酸化チタンを含むインジウム錫酸化物、インジウム亜鉛酸化物、酸化シリコンを含むイン
ジウム錫酸化物等の透光性を有する導電性材料を適用することもできる。また、上記透光
性を有する導電性材料と、上記金属元素の積層構造とすることもできる。
また、図２に示すように、導電膜６１は、積層構造であり、緩衝膜６０と接する導電膜
６１ａ、および導電膜６１ａに接する導電膜６１ｂを有してもよい。また、導電膜６１ａ
の端部は、導電膜６１ｂの端部より外側に位置してもよい。即ち、導電膜６１ａが、導電
膜６１ｂから迫り出した形状を有してもよい。
水素を有する絶縁膜６５は、窒化物絶縁膜を用いて形成することが好ましい。窒化物絶
縁膜として、窒化シリコン、窒化酸化シリコン、窒化アルミニウム、窒化酸化アルミニウ
ム等を用いて形成することができる。絶縁膜６５に含まれる水素濃度は、１×１０２２ａ
ｔｏｍｓ／ｃｍ３以上であると、酸化物半導体膜に水素を拡散させることが可能であるた
め、好ましい。
一対の導電膜６８、６９は、アルミニウム、チタン、クロム、ニッケル、銅、イットリ
ウム、ジルコニウム、モリブデン、鉄、コバルト、銀、タンタル、またはタングステンな
どの金属、またはこれを主成分とする合金を単層構造または積層構造として用いる。例え
ば、シリコンを含むアルミニウム膜の単層構造、マンガンを含む銅膜の単層構造、チタン
膜上にアルミニウム膜を積層する二層構造、タングステン膜上にアルミニウム膜を積層す
る二層構造、銅−マグネシウム−アルミニウム合金膜上に銅膜を積層する二層構造、チタ
ン膜上に銅膜を積層する二層構造、タングステン膜上に銅膜を積層する二層構造、マンガ
ンを含む銅膜上に銅膜を積層する二層構造、チタン膜または窒化チタン膜と、そのチタン
膜または窒化チタン膜上に重ねてアルミニウム膜または銅膜を積層し、さらにその上にチ
タン膜または窒化チタン膜を形成する三層構造、モリブデン膜または窒化モリブデン膜と
、そのモリブデン膜または窒化モリブデン膜上に重ねてアルミニウム膜または銅膜を積層
し、さらにその上にモリブデン膜または窒化モリブデン膜を形成する三層構造、マンガン
を含む銅膜上に銅膜を積層し、さらにその上にマンガンを含む銅膜を形成する三層構造等
がある。なお、酸化インジウム、酸化錫または酸化亜鉛を含む透明導電材料を用いてもよ
い。
絶縁膜６７、７９は、絶縁膜５３または絶縁膜５７の材料を適宜用いることができる。
なお、一対の導電膜６８、６９が銅を含む場合、絶縁膜７９は、窒素を有する絶縁膜を
用いて形成することで、銅の拡散を防ぐことが可能であり好ましい。窒素を有する絶縁膜
の代表例としては、窒化物絶縁膜がある。窒化物絶縁膜は、窒化シリコン、窒化酸化シリ
コン、窒化アルミニウム、窒化酸化アルミニウム等を用いて形成することができる。
＜半導体装置の作製方法＞
次に、図１（Ａ）に示すトランジスタの作製方法について、図３および図４を用いて説
明する。
トランジスタを構成する膜（絶縁膜、酸化物半導体膜、金属酸化物膜、導電膜等）は、
スパッタリング法、化学気相堆積（ＣＶＤ）法、真空蒸着法、パルスレーザー堆積（ＰＬ
Ｄ）法を用いて形成することができる。あるいは、塗布法や印刷法で形成することができ
る。成膜方法としては、スパッタリング法、プラズマ化学気相堆積（ＰＥＣＶＤ）法が代
表的であるが、熱ＣＶＤ法でもよい。熱ＣＶＤ法の例として、ＭＯＣＶＤ（有機金属化学
堆積：Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉ
ｏｎ）法やＡＬＤ（原子層成膜：Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法
を使ってもよい。また、ロードロック室を備えたマルチチャンバー方式の成膜装置を用い
て各膜を大気に触れさせることなく連続して積層することで、各膜の界面における不純物
量を低減できるため好ましい。
熱ＣＶＤ法は、チャンバー内を大気圧または減圧下とし、原料ガスと酸化剤を同時にチ
ャンバー内に送り、基板近傍または基板上で反応させて基板上に堆積させることで成膜を
行う。このように、熱ＣＶＤ法は、プラズマを発生させない成膜方法であるため、プラズ
マダメージにより欠陥が生成されることが無いという利点を有する。
また、ＡＬＤ法は、チャンバー内を大気圧または減圧下とし、反応のための原料ガスが
順次にチャンバーに導入され、そのガス導入の順序を繰り返すことで成膜を行う。例えば
、それぞれのスイッチングバルブ（高速バルブともよぶ。）を切り替えて２種類以上の原
料ガスを順番にチャンバーに供給し、複数種の原料ガスが混ざらないように第１の原料ガ
スと同時またはその後に不活性ガス（アルゴン、或いは窒素など）などを導入し、第２の
原料ガスを導入する。なお、同時に不活性ガスを導入する場合には、不活性ガスはキャリ
アガスとなり、また、第２の原料ガスの導入時にも同時に不活性ガスを導入してもよい。
また、不活性ガスを導入する代わりに真空排気によって第１の原料ガスを排出した後、第
２の原料ガスを導入してもよい。第１の原料ガスが基板の表面に吸着して第１の単原子層
を成膜し、後から導入される第２の原料ガスと反応して、第２の単原子層が第１の単原子
層上に積層されて薄膜が形成される。
このガス導入順序を制御しつつ所望の厚さになるまで複数回繰り返すことで、段差被覆
性に優れた薄膜を形成することができる。薄膜の厚さは、ガス導入順序を繰り返す回数に
よって調節することができるため、精密な膜厚調節が可能であり、微細なトランジスタを
作製する場合に適している。
図３（Ａ）に示すように、基板５１上に、絶縁膜５３および酸化物半導体膜５４を形成
する。次に、酸化物半導体膜５４上に絶縁膜５６を形成し、絶縁膜５６上に緩衝膜５８を
形成する。次に、緩衝膜５８を介して、絶縁膜５６に、酸素６２を添加する。
絶縁膜５３は、スパッタリング法、ＣＶＤ法、蒸着法、パルスレーザー堆積（ＰＬＤ）
法、印刷法、塗布法等を適宜用いて形成することができる。また、基板５１上に絶縁膜を
形成した後、該絶縁膜に酸素を添加して、絶縁膜５３を形成することができる。絶縁膜に
添加する酸素としては、酸素ラジカル、酸素原子、酸素原子イオン、酸素分子イオン等が
ある。また、添加方法としては、イオンドーピング法、イオン注入法、プラズマ処理法等
がある。
酸化物半導体膜５４の形成方法について以下に説明する。絶縁膜５３上にスパッタリン
グ法、塗布法、パルスレーザー蒸着法、レーザーアブレーション法、熱ＣＶＤ法等により
酸化物半導体膜を形成する。次に、酸化物半導体膜上にリソグラフィ工程によりマスクを
形成した後、該マスクを用いて酸化物半導体膜の一部をエッチングすることで、図３（Ａ
）に示すように、酸化物半導体膜５４を形成することができる。この後、マスクを除去す
る。
また、酸化物半導体膜５４として印刷法を用いることで、素子分離された酸化物半導体
膜５４を直接形成することができる。
スパッタリング法で酸化物半導体膜を形成する場合、プラズマを発生させるための電源
装置は、ＲＦ電源装置、ＡＣ電源装置、ＤＣ電源装置等を適宜用いることができる。
スパッタリングガスは、希ガス（代表的にはアルゴン）雰囲気、酸素雰囲気、希ガスお
よび酸素の混合ガスを適宜用いる。なお、希ガスおよび酸素の混合ガスの場合、希ガスに
対して酸素のガス比を高めることが好ましい。
また、ターゲットは、形成する酸化物半導体膜の組成にあわせて、適宜選択すればよい
。
なお、酸化物半導体膜を形成する際に、例えば、スパッタリング法を用いる場合、基板
温度を１５０℃以上７５０℃以下、好ましくは１５０℃以上４５０℃以下、さらに好まし
くは２００℃以上３５０℃以下として、酸化物半導体膜を成膜することで、ＣＡＡＣ−Ｏ
Ｓ膜を形成することができる。
また、後述するＣＡＡＣ−ＯＳ膜を成膜するために、以下の条件を適用することが好ま
しい。
成膜時の不純物混入を抑制することで、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、成膜ガス中の酸素割合を高め、電力を最適化することで成膜時のプラズマダメー
ジを軽減すると好ましい。成膜ガス中の酸素割合は、３０体積％以上、好ましくは１００
体積％とする。
また、酸化物半導体膜を形成した後、加熱処理を行い、酸化物半導体膜の脱水素化また
は脱水化をしてもよい。加熱処理の温度は、代表的には、１５０℃以上基板歪み点未満、
好ましくは２５０℃以上４５０℃以下、更に好ましくは３００℃以上４５０℃以下とする
。
加熱処理は、ヘリウム、ネオン、アルゴン、キセノン、クリプトン等の希ガス、または
窒素を含む不活性ガス雰囲気で行う。または、不活性ガス雰囲気で加熱した後、酸素雰囲
気で加熱してもよい。なお、上記不活性雰囲気および酸素雰囲気に水素、水などが含まれ
ないことが好ましい。処理時間は３分以上２４時間以下とする。
該加熱処理は、電気炉、ＲＴＡ装置等を用いることができる。ＲＴＡ装置を用いること
で、短時間に限り、基板の歪み点以上の温度で熱処理を行うことができる。そのため加熱
処理時間を短縮することができる。
酸化物半導体膜を加熱しながら成膜することで、さらには酸化物半導体膜を形成した後
、加熱処理を行うことで、酸化物半導体膜において、水素濃度を５×１０１９ａｔｏｍｓ
／ｃｍ３以下、より好ましくは１×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、５×１０１８ａｔ
ｏｍｓ／ｃｍ３未満、好ましくは１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、より好ましくは
５×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、さらに好ましくは１×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ
３以下とすることができる。
ＡＬＤを利用する成膜装置により酸化物半導体膜、例えばＩｎＧａＺｎＯＸ（Ｘ＞０）
膜を成膜する場合には、Ｉｎ（ＣＨ３）３ガスとＯ３ガスを順次繰り返し導入してＩｎＯ
２層を形成し、その後、Ｇａ（ＣＨ３）３ガスとＯ３ガスを同時に導入してＧａＯ層を形
成し、更にその後Ｚｎ（ＣＨ３）２とＯ３ガスを同時に導入してＺｎＯ層を形成する。な
お、これらの層の順番はこの例に限らない。また、これらのガスを混ぜてＩｎＧａＯ２層
やＩｎＺｎＯ２層、ＧａＩｎＯ層、ＺｎＩｎＯ層、ＧａＺｎＯ層などの混合化合物層を形
成してもよい。なお、Ｏ３ガスに変えてＡｒ等の不活性ガスでバブリングしたＨ２Ｏガス
を用いてもよいが、Ｈを含まないＯ３ガスを用いる方が好ましい。また、Ｉｎ（ＣＨ３）
３ガスにかえて、Ｉｎ（Ｃ２Ｈ５）３ガスを用いてもよい。また、Ｇａ（ＣＨ３）３ガス
にかえて、Ｇａ（Ｃ２Ｈ５）３ガスを用いてもよい。また、Ｚｎ（ＣＨ３）２ガスにかえ
て、Ｚｎ（Ｃ２Ｈ５）２ガスを用いてもよい。
ここでは、スパッタリング法により、厚さ３５ｎｍの酸化物半導体膜を形成した後、当
該酸化物半導体膜上にマスクを形成し、酸化物半導体膜の一部を選択的にエッチングする
。次に、マスクを除去した後、窒素および酸素を含む混合ガス雰囲気で加熱処理を行うこ
とで、酸化物半導体膜５４を形成する。
なお、加熱処理は、３５０℃より高く６５０℃以下、好ましくは４５０℃以上６００℃
以下で行うことで、後述するＣＡＡＣ化率が、６０％以上１００％未満、好ましくは８０
％以上１００％未満、より好ましくは９０％以上１００％未満、さらに好ましくは９５％
以上９８％以下である酸化物半導体膜を得ることができる。また、水素、水等の含有量が
低減された酸化物半導体膜を得ることが可能である。すなわち、不純物濃度が低く、欠陥
準位密度の低い酸化物半導体膜を形成することができる。
絶縁膜５６は、のちの工程によりゲート絶縁膜となる絶縁膜である。絶縁膜５６は、ス
パッタリング法、ＣＶＤ法、真空蒸着法、パルスレーザー堆積（ＰＬＤ）法、熱ＣＶＤ法
等で形成する。
絶縁膜５６として酸化シリコン膜または酸化窒化シリコン膜を形成する場合、原料ガス
としては、シリコンを含む堆積性気体および酸化性気体を用いることが好ましい。シリコ
ンを含む堆積性気体の代表例としては、シラン、ジシラン、トリシラン、フッ化シラン等
がある。酸化性気体としては、酸素、オゾン、一酸化二窒素、二酸化窒素等がある。
また、絶縁膜５６として酸化ガリウム膜を形成する場合、ＭＯＣＶＤ法を用いて形成す
ることができる。
また、絶縁膜５６として、ＭＯＣＶＤ法やＡＬＤ法などの熱ＣＶＤ法を用いて、酸化ハ
フニウム膜を形成する場合には、溶媒とハフニウム前駆体化合物を含む液体（ハフニウム
アルコキシドや、テトラキスジメチルアミドハフニウム（ＴＤＭＡＨ）などのハフニウム
アミド）を気化させた原料ガスと、酸化剤としてオゾン（Ｏ３）の２種類のガスを用いる
。なお、テトラキスジメチルアミドハフニウムの化学式はＨｆ［Ｎ（ＣＨ３）２］４であ
る。また、他の材料液としては、テトラキス（エチルメチルアミド）ハフニウムなどがあ
る。
また、絶縁膜５６として、ＭＯＣＶＤ法やＡＬＤ法などの熱ＣＶＤ法を用いて、酸化ア
ルミニウム膜を形成する場合には、溶媒とアルミニウム前駆体化合物を含む液体（トリメ
チルアルミニウムＴＭＡなど）を気化させた原料ガスと、酸化剤としてＨ２Ｏの２種類の
ガスを用いる。なお、トリメチルアルミニウムの化学式はＡｌ（ＣＨ３）３である。また
、他の材料液としては、トリス（ジメチルアミド）アルミニウム、トリイソブチルアルミ
ニウム、アルミニウムトリス（２，２，６，６−テトラメチル−３，５−ヘプタンジオナ
ート）などがある。なお、ＡＬＤ法で形成することで、被覆率が高く、膜厚の薄い絶縁膜
５６を形成することが可能である。
また、絶縁膜５６として、ＭＯＣＶＤ法やＡＬＤ法などの熱ＣＶＤ法を用いて、酸化シ
リコン膜を形成する場合には、ヘキサクロロジシランを被成膜面に吸着させ、吸着物に含
まれる塩素を除去し、酸化性ガス（Ｏ２、一酸化二窒素）のラジカルを供給して吸着物と
反応させる。
ここでは、絶縁膜５６として、プラズマＣＶＤ法により酸化窒化シリコン膜を形成する
。
緩衝膜５８は、インジウム、亜鉛、チタン、アルミニウム、タングステン、タンタル、
またはモリブデンの中から選ばれる少なくとも１以上を有する。例えば、上述した金属元
素を有する合金、上述した金属元素を有する金属酸化物、上述した金属元素を有する金属
窒化物、または上述した金属元素を有する金属窒化酸化物等の導電性を有する材料を用い
て形成する。
緩衝膜５８としては、例えば、窒化タンタル膜、チタン膜、インジウム錫酸化物（以下
ＩＴＯともいう）膜、アルミニウム膜、酸化物半導体膜（例えば、ＩＧＺＯ膜（Ｉｎ：Ｇ
ａ：Ｚｎ＝１：４：５（原子数比））等）を用いることができる。
緩衝膜５８の厚さは、１ｎｍ以上２０ｎｍ以下、または２ｎｍ以上１０ｎｍ以下とする
ことができる。緩衝膜５８の厚さを上記範囲とすることで、緩衝膜５８と共に、絶縁膜５
６により多くの酸素を添加することができる。
また、緩衝膜５８の物性が、半導体または導電体の場合、イオンドーピング法、イオン
注入法、プラズマ処理法等において、イオン化された酸素が緩衝膜５８に引きよせられや
すい。このため、半導体または導電体を用いて形成された緩衝膜５８を用いることで、緩
衝膜５８を介して絶縁膜５６により多くの酸素を添加することが可能であり、好ましい。
本実施の形態では、緩衝膜５８としては、スパッタリング装置を用いて、厚さ５ｎｍの
窒化タンタル膜を形成する。
緩衝膜５８を介して絶縁膜５６に酸素６２を添加する方法としては、イオンドーピング
法、イオン注入法、プラズマ処理法等がある。該プラズマ処理としては、例えば、ドライ
エッチング装置またはアッシング装置を用いて、平行平板のカソード側に基板を設置し、
基板側にバイアスが印加されるようにＲＦ電力を供給すればよい。基板側にバイアスを印
加することによって、酸素６２を絶縁膜５６に効率よく導入することができるため好適で
ある。絶縁膜５６上に緩衝膜５８を設けることで、酸素６２を添加する際に、絶縁膜５６
に与えられるダメージを緩和することができる。また、緩衝膜５８が絶縁膜５６から酸素
が脱離することを抑制する保護膜として機能する。このため、絶縁膜５６により多くの酸
素を添加することができる。または、絶縁膜５６と、緩衝膜５８との界面近傍に酸素を添
加することができる。
また、プラズマ処理で酸素の導入を行う場合、マイクロ波で酸素を励起し、高密度な酸
素プラズマを発生させることで、絶縁膜５６への酸素導入量を増加させることができる。
なお、緩衝膜５８に酸素が添加されることで形成された緩衝膜５９を図３（Ｂ）に示す
。図３（Ａ）に示す緩衝膜５８は、酸素６２が添加されることにより、緩衝膜５８に含ま
れる金属元素の一部が酸化される場合がある。この場合、図３（Ｂ）に示す緩衝膜５９は
、金属元素（インジウム、亜鉛、チタン、アルミニウム、タングステン、タンタル、また
はモリブデン）を有する金属酸化物、または上述した金属元素を有する金属酸化窒化物と
なる。なお、緩衝膜５９の物性は、絶縁体または半導体である。
次に、加熱処理を行ってもよい。該加熱処理の温度は、代表的には、１５０℃以上基板
歪み点未満、好ましくは２００℃以上４５０℃以下、更に好ましくは３００℃以上４５０
℃以下とする。当該工程により、絶縁膜５６に含まれる酸素が酸化物半導体膜５４に移動
し、酸化物半導体膜５４に含まれる酸素欠損量を低減することができる。なお、ここで加
熱処理を行わず、のちに行われる加熱処理によって、絶縁膜５６に含まれる酸素を酸化物
半導体膜５４に移動させてもよい。
次に、緩衝膜５９上に導電膜６１を形成する（図３（Ｃ）参照）。
導電膜６１の形成方法を以下に示す。はじめに、スパッタリング法、真空蒸着法、パル
スレーザー堆積（ＰＬＤ）法、熱ＣＶＤ法等により導電膜を形成し、導電膜上にリソグラ
フィ工程によりマスクを形成する。次に、該マスクを用いて導電膜の一部をエッチングし
て、導電膜６１を形成する。この後、マスクを除去する。
なお、導電膜６１は、上記形成方法の代わりに、電解メッキ法、印刷法、インクジェッ
ト法等で形成してもよい。
また、ＡＬＤを利用する成膜装置により導電膜としてタングステン膜を成膜することが
できる。この場合には、ＷＦ６ガスとＢ２Ｈ６ガスを順次繰り返し導入して初期タングス
テン膜を形成し、その後、ＷＦ６ガスとＨ２ガスを同時に導入してタングステン膜を形成
する。なお、Ｂ２Ｈ６ガスに代えてＳｉＨ４ガスを用いてもよい。
次に、図３（Ｄ）に示すように、導電膜６１をマスクとして絶縁膜５６及び緩衝膜５９
をエッチングして、絶縁膜５７及び緩衝膜６０を形成する。
次に、図４（Ａ）に示すように、導電膜６１をマスクとして、酸化物半導体膜５４に不
純物元素６３を添加する。この結果、酸化物半導体膜５４の露出部に不純物元素が添加さ
れる。不純物元素６３の添加によるダメージを受け、酸化物半導体膜５４には、欠陥、代
表的には酸素欠損が形成される。なお、不純物元素によっては、酸化物半導体膜５４に酸
素欠損を形成するが、酸化物半導体膜５４内には残存せず、放出される不純物元素もある
が、このような現象も含めて、ここでは、酸化物半導体膜に不純物元素を添加する、と表
記して説明する。
不純物元素６３の添加方法としては、イオンドーピング法、イオン注入法、プラズマ処
理法等がある。プラズマ処理法の場合、添加する不純物元素を含むガス雰囲気にてプラズ
マを発生させて、プラズマ処理を行うことによって、加速させた不純物元素イオンを酸化
物半導体膜５４に衝突させ、酸化物半導体膜５４に酸素欠損を形成することができる。上
記プラズマを発生させる装置としては、ドライエッチング装置やプラズマＣＶＤ装置、マ
イクロ波を用いた高密度プラズマＣＶＤ装置等を用いることができる。また、プラズマ処
理を行う場合は、平行平板のカソード側に基板を設置し、基板５１側にバイアスが印加さ
れるように、ＲＦ電力を供給すればよい。該ＲＦ電力としては、例えば、電力密度を０．
１Ｗ／ｃｍ２以上２Ｗ／ｃｍ２以下とすればよい。この結果、酸化物半導体膜５４へ不純
物元素の添加量を増加させることが可能であり、酸化物半導体膜５４により多くの酸素欠
損を形成できる。
なお、不純物元素６３の原料ガスとして、Ｂ２Ｈ６、ＰＨ３、ＣＨ４、Ｎ２、ＮＨ３、
ＡｌＨ３、ＡｌＣｌ３、ＳｉＨ４、Ｓｉ２Ｈ６、Ｆ２、ＨＦ、Ｈ２および希ガスの一以上
を用いることができる。または、希ガスで希釈されたＢ２Ｈ６、ＰＨ３、Ｎ２、ＮＨ３、
ＡｌＨ３、ＡｌＣｌ３、Ｆ２、ＨＦおよびＨ２の一以上を用いることができる。希ガスで
希釈されたＢ２Ｈ６、ＰＨ３、Ｎ２、ＮＨ３、ＡｌＨ３、ＡｌＣｌ３、Ｆ２、ＨＦおよび
Ｈ２の一以上を用いて酸化物半導体膜５４に添加することで、希ガスと、水素、ホウ素、
炭素、窒素、フッ素、アルミニウム、シリコン、リンおよび塩素の一以上とを同時に酸化
物半導体膜５４に添加することができる。
または、希ガスを酸化物半導体膜５４に添加した後、Ｂ２Ｈ６、ＰＨ３、ＣＨ４、Ｎ２
、ＮＨ３、ＡｌＨ３、ＡｌＣｌ３、ＳｉＨ４、Ｓｉ２Ｈ６、Ｆ２、ＨＦおよびＨ２の一以
上を酸化物半導体膜５４に添加してもよい。
または、Ｂ２Ｈ６、ＰＨ３、ＣＨ４、Ｎ２、ＮＨ３、ＡｌＨ３、ＡｌＣｌ３、ＳｉＨ４
、Ｓｉ２Ｈ６、Ｆ２、ＨＦおよびＨ２の一以上を酸化物半導体膜５４に添加した後、希ガ
スを酸化物半導体膜５４に添加してもよい。
イオンドーピング法またはイオン注入法を用いる場合、加速電圧、ドーズ量などの注入
条件を適宜設定して制御すればよい。例えば、イオン注入法でアルゴンの添加を行う場合
、加速電圧１０ｋＶ、ドーズ量は１×１０１３ｉｏｎｓ／ｃｍ２以上１×１０１６ｉｏｎ
ｓ／ｃｍ２以下とすればよく、例えば、１×１０１４ｉｏｎｓ／ｃｍ２とすればよい。ま
た、イオン注入法でリンイオンの添加を行う場合、加速電圧３０ｋＶ、ドーズ量は１×１
０１３ｉｏｎｓ／ｃｍ２以上５×１０１６ｉｏｎｓ／ｃｍ２以下とすればよく、例えば、
１×１０１５ｉｏｎｓ／ｃｍ２とすればよい。
なお、不純物元素６３の代わりに、酸化物半導体膜５４に紫外線等を照射して、酸化物
半導体膜５４に酸素欠損を形成してもよい。または、酸化物半導体膜５４にレーザ光を照
射して、酸化物半導体膜５４に酸素欠損を形成してもよい。
なお、導電膜６１が露出した状態で不純物元素６３を添加すると、導電膜６１の一部が
剥離し、絶縁膜５７の側面に付着してしまう場合がある。この結果、トランジスタのリー
ク電流が増大してしまう。このため、導電膜６１の上面をマスクで覆った状態で、酸化物
半導体膜５４に不純物元素６３を添加することで、導電膜６１の一部が絶縁膜５７の側壁
に付着することを防ぐことができる。
次に、図４（Ｂ）に示すように、酸化物半導体膜５４、絶縁膜５７、緩衝膜６０および
導電膜６１上に、水素を有する絶縁膜６４を形成する。水素を有する絶縁膜６４の形成方
法としては、スパッタリング法、ＣＶＤ法、真空蒸着法、パルスレーザー堆積（ＰＬＤ）
法等がある。なお、水素を有する絶縁膜６４の成膜方法として、ＡＬＤ（原子層成膜）法
を用いることで、段差被覆性に優れた水素を有する絶縁膜６４を形成することができる。
水素を有する絶縁膜６４には水素が含まれている。このため、酸化物半導体膜５４にお
いて不純物元素が添加された領域と、水素を有する絶縁膜６４とが接することで、絶縁膜
６４に含まれる水素が、酸化物半導体膜５４において不純物元素が添加された領域に移動
する。この結果、不純物元素が添加されない第１の領域５５ａと、不純物元素および水素
を有する第２の領域５５ｂ、５５ｃとが形成される。また、第１の領域５５ａ及び第２の
領域５５ｂ、５５ｃを有する酸化物半導体膜５５が形成される。なお、絶縁膜６４に含ま
れる水素は、絶縁膜５７の一部を介して酸化物半導体膜５５の一部に拡散する。この結果
、第２の領域５５ｂ、５５ｃの一部は、絶縁膜５７と重なる場合がある。以上の工程によ
り、導電膜６１の一部と重なる第２の領域５５ｂ、５５ｃを形成することができる。
また、第２の領域５５ｂ、５５ｃは、不純物元素の添加により生じた酸素欠損、および
水素を有する。酸素欠損および水素の相互作用により、第２の領域５５ｂ、５５ｃは導電
性が高くなる。すなわち、第２の領域５５ｂ、５５ｃは、低抵抗領域となる。
次に、加熱処理を行ってもよい。該加熱処理の温度は、代表的には、１５０℃以上基板
歪み点未満、好ましくは２００℃以上４５０℃以下、更に好ましくは３００℃以上４５０
℃以下とする。当該工程により、第２の領域５５ｂ、５５ｃの導電性がさらに高まる。ま
た、当該工程により、絶縁膜５７に含まれる酸素を酸化物半導体膜５５に移動させること
ができる。
次に、水素を有する絶縁膜６４上に、のちに開口部を有する絶縁膜６７となる絶縁膜を
形成してもよい。該絶縁膜を形成することで、のちに形成される一対の導電膜６８、６９
と、導電膜６１との間における寄生容量を低減することができる。
次に、水素を有する絶縁膜６４の一部をエッチングして、開口部を有する絶縁膜６５を
形成し、第２の領域５５ｂ、５５ｃの一部を露出させる。その後、一対の導電膜６８、６
９を形成する。次に、絶縁膜６７、一対の導電膜６８、６９上に絶縁膜７９を形成する（
図４（Ｃ）参照。）。
一対の導電膜６８、６９は、導電膜６１と同様の形成方法を適宜用いることができる。
絶縁膜７９は、絶縁膜５３、絶縁膜５６と同様に形成することができる。
以上の工程により、図１（Ａ）に示すトランジスタを作製することができる。
本実施の形態では、緩衝膜を介して絶縁膜に酸素を添加し、該絶縁膜に含まれる酸素を
酸化物半導体膜に移動させることで、酸化物半導体膜の酸素欠損量を低減することができ
る。また、ゲート電極としての機能を有する導電膜をマスクとして、酸化物半導体膜に不
純物元素を添加する。酸化物半導体膜において、ゲート電極としての機能を有する導電膜
と重畳する領域は、チャネル領域としての機能を有し、不純物元素が添加された領域はソ
ース領域及びドレイン領域としての機能を有する。このため、本実施の形態に示すトラン
ジスタにおいて、チャネル領域は酸素欠損量が少なく、且つ不純物元素が添加されない。
一方、ソース領域及びドレイン領域には、不純物元素が添加されるため、抵抗率が低い。
以上のことから、本実施の形態では、ノーマリーオフ特性を有し、且つオン電流の高いト
ランジスタを作製することができる。また、信頼性の高いトランジスタを作製することが
できる。
また、本実施の形態に示すトランジスタは、抵抗率の変動量の小さい領域を形成できる
ため、従来と比べ、オン電流が向上すると共に、トランジスタのばらつきを低減できる。
以上、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。
（実施の形態２）
本実施の形態では、実施の形態１に示す半導体装置の構造及び作製方法と異なる形態を
、図５乃至図９を用いて説明する。
本実施の形態に示すトランジスタは、導電膜６１の側面より、緩衝膜６０の側面が外側
にせり出している点が実施の形態１と異なる。
＜半導体装置の構成１＞
半導体装置が有するトランジスタの構造について、図５（Ａ）乃至（Ｄ）を用いて説明
する。
図５（Ａ）に示すトランジスタは、酸化物半導体膜５５と、酸化物半導体膜５５に接す
る絶縁膜５７と、絶縁膜５７上の緩衝膜６０と、緩衝膜６０と接し且つ酸化物半導体膜５
５と重畳する導電膜６１と、を有する。緩衝膜６０は、導電膜６１の側面より外側にせり
出している。即ち、緩衝膜６０の上面形状における面積は、導電膜６１より大きい。また
、絶縁膜５７の側面は、緩衝膜６０の側面と、略一致している。
その他の構造は、実施の形態１に示すトランジスタと同じ構造であるため、ここでは詳
細な説明を省略する。
本実施の形態に示すトランジスタの作製工程において、少なくともチャネル領域を覆う
島状の緩衝膜（図５に示す緩衝膜６０となる緩衝膜）を介して、酸化物半導体膜（図５に
示す酸化物半導体膜５５となる酸化物半導体膜）と接する絶縁膜（図５に示す絶縁膜５７
となる絶縁膜）に酸素を添加する。この結果、絶縁膜に過剰な酸素が添加される。また、
加熱処理により、絶縁膜に含まれる過剰な酸素を酸化物半導体膜に移動させる。この結果
、少なくともチャネル領域の酸素欠損を低減することができる。一方、ソース領域及びド
レイン領域は抵抗率が低い方が好ましいため、酸素欠損が多くてもよい。このため、少な
くともチャネル領域を覆う島状の緩衝膜を介して絶縁膜に酸素を添加し、該絶縁膜に含ま
れる酸素を選択的に酸化物半導体膜５５に添加することで、オフ電流が小さく、オン電流
が大きいトランジスタを作製することができる。即ち、電気特性の優れたトランジスタを
作製することができる。
なお、緩衝膜６０が絶縁膜で形成される場合、図５（Ａ）に示すトランジスタは、第１
の領域５５ａと、第２の領域５５ｂ、５５ｃとの界面は、導電膜６１の端部と略一致して
もよい。
または、緩衝膜６０が絶縁膜で形成される場合、図５（Ｂ）に示すトランジスタのよう
に、第２の領域５５ｂ、５５ｃの一部は、導電膜６１の一部と重なるオーバーラップ領域
Ｌｏｖを有してもよい。
または、緩衝膜６０が絶縁膜で形成される場合、図５（Ｃ）に示すトランジスタのよう
に、第１の領域５５ａと、第２の領域５５ｂ、５５ｃとの間に、第３の領域５５ｄ、５５
ｅを有してもよい。
または、緩衝膜６０が絶縁膜で形成される場合、図５（Ｄ）に示すトランジスタのよう
に、第２の領域５５ｂ、５５ｃの一部は、導電膜６１と重ならず、オフセット領域Ｌｏｆ
ｆを有してもよい。
なお、図５（Ａ）乃至図５（Ｄ）に示すトランジスタにおいて、緩衝膜６０が半導体膜
で形成される場合、緩衝膜６０及び導電膜６１がゲート電極として機能する。
このため、緩衝膜６０が半導体膜で形成される場合、図５（Ａ）において、第１の領域
５５ａと、第２の領域５５ｂ、５５ｃとの界面は、緩衝膜６０の端部と略一致してもよい
。
また、緩衝膜６０が半導体膜で形成される場合、図５（Ｂ）において、オーバーラップ
領域Ｌｏｖは、第２の領域５５ｂ、５５ｃにおいて、少なくとも緩衝膜６０と重なる領域
である。
また、緩衝膜６０が半導体膜で形成される場合、図５（Ｄ）において、チャネル長は、
第１の領域５５ａであって、且つ緩衝膜６０と重なる領域の幅となる。
＜半導体装置の構成２＞
半導体装置が有するトランジスタの構造について、図６（Ａ）乃至（Ｄ）を用いて説明
する。
図６（Ａ）乃至（Ｄ）に示すトランジスタは、図５に示すトランジスタと比較して、酸
化物半導体膜５５と緩衝膜６０の間に設けられる絶縁膜５６が分離されていない点が異な
る。即ち、絶縁膜５６は、酸化物半導体膜５５の緩衝膜６０側の面を覆う。
その他の構造は、実施の形態１に示すトランジスタと同じ構造であるため、ここでは詳
細な説明を省略する。
なお、絶縁膜５６の厚さは、絶縁膜５６を介して酸化物半導体膜５５に不純物元素が移
動する厚さで形成することが好ましい。絶縁膜５６の厚さは、代表的には５ｎｍ以上１０
０ｎｍ以下、好ましくは１０ｎｍ以上３０ｎｍ以下とすることができる。
なお、緩衝膜６０が絶縁膜で形成される場合、図６（Ａ）に示すトランジスタは、第１
の領域５５ａと、第２の領域５５ｂ、５５ｃとの界面は、導電膜６１の端部と略一致して
もよい。
または、緩衝膜６０が絶縁膜で形成される場合、図６（Ｂ）に示すトランジスタのよう
に、第２の領域５５ｂ、５５ｃの一部は、導電膜６１の一部と重なるオーバーラップ領域
Ｌｏｖを有してもよい。
または、緩衝膜６０が絶縁膜で形成される場合、図６（Ｃ）に示すトランジスタのよう
に、第１の領域５５ａと、第２の領域５５ｂ、５５ｃの間に、第３の領域５５ｄ、５５ｅ
を有してもよい。
または、緩衝膜６０が絶縁膜で形成される場合、図６（Ｄ）に示すトランジスタのよう
に、第２の領域５５ｂ、５５ｃの一部は、導電膜６１と重ならず、オフセット領域Ｌｏｆ
ｆを有してもよい。
なお、図６（Ａ）乃至図６（Ｄ）に示すトランジスタにおいて、緩衝膜６０が半導体膜
で形成される場合、緩衝膜６０及び導電膜６１がゲート電極として機能する。
このため、緩衝膜６０が半導体膜で形成される場合、図６（Ａ）において、第１の領域
５５ａと、第２の領域５５ｂ、５５ｃとの界面は、緩衝膜６０の端部と略一致してもよい
。
また、緩衝膜６０が半導体膜で形成される場合、図６（Ｂ）において、オーバーラップ
領域Ｌｏｖは、第２の領域５５ｂ、５５ｃにおいて、少なくとも緩衝膜６０と重なる領域
である。
また、緩衝膜６０が半導体膜で形成される場合、図６（Ｄ）において、チャネル長は、
第１の領域５５ａであって、且つ緩衝膜６０と重なる領域の幅となる。
＜半導体装置の作製方法１＞
次に、図５（Ａ）に示すトランジスタの作製方法について、図７および図８を用いて説
明する。
実施の形態１と同様に、図７（Ａ）に示すように、基板５１上の絶縁膜５３と、絶縁膜
５３上の酸化物半導体膜５４と、酸化物半導体膜５４上の絶縁膜５６と、絶縁膜５６上の
緩衝膜５８ａとを形成する。なお、緩衝膜５８ａは分離されており、緩衝膜５８ａの側面
が酸化物半導体膜５４と重なる。
また、ゲート電極としての機能を有する導電膜６１が形成される領域と重なる領域に、
緩衝膜５８ａを形成する。即ち、のちに酸化物半導体膜５５のチャネル領域となる領域と
重なる領域に、緩衝膜５８ａを形成する。即ち、絶縁膜５６のゲート絶縁膜として機能す
る領域と重なる領域に、緩衝膜５８ａを形成する。なお、絶縁膜５６においてゲート絶縁
膜として機能する領域は、酸化物半導体膜５４及び導電膜６１の間の領域を少なくとも含
む。
次に、図７（Ｂ）に示すように、実施の形態１と同様に、緩衝膜５８ａに酸素６２を添
加する。絶縁膜５６において、酸素６２が直接添加される領域においては、酸素６２の添
加と共に、絶縁膜５６の表面が数ｎｍ程度エッチングされてしまい、添加された酸素の一
部が放出してしまう。このため、絶縁膜５６に十分な量の酸素が添加されない場合がある
。一方、絶縁膜５６において、緩衝膜５８ａを介して酸素６２が添加される領域において
は、緩衝膜５８ａが、絶縁膜５６の表面の数ｎｍ程度のエッチングを防ぐ保護膜として機
能するため、のちに酸化物半導体膜５５のチャネル領域となる領域の酸素欠損を低減する
のに十分な酸素を、絶縁膜５６に添加することができる。
また、緩衝膜５８ａを介して絶縁膜５６に酸素を添加するため、絶縁膜５６においてゲ
ート絶縁膜として機能する領域に与えるダメージを軽減しつつ、絶縁膜５６に過剰な酸素
を添加することができる。
のちに酸化物半導体膜５５のチャネル領域となる領域と重なる領域に島状に形成された
緩衝膜５８ａを介して絶縁膜５６に酸素を添加する。このため、絶縁膜５６に含まれる酸
素を、のちに酸化物半導体膜５５のチャネル領域となる領域に選択的に添加することがで
きる。
なお、緩衝膜５８ａは、酸素６２が添加されることにより、金属元素（インジウム、亜
鉛、チタン、アルミニウム、タングステン、タンタル、またはモリブデン）を有する金属
酸化物、または上述した金属元素を有する金属酸化窒化物で形成される緩衝膜６０となる
（図７（Ｃ）参照）。なお、緩衝膜６０の物性は、絶縁体または半導体である。
次に、実施の形態１と同様に、加熱処理を行ってもよい。当該工程により、絶縁膜５６
に含まれる酸素が酸化物半導体膜５４に移動し、酸化物半導体膜５４に含まれる酸素欠損
量を低減することができる。なお、ここで加熱処理を行わず、のちに行われる加熱処理に
よって、絶縁膜５６に含まれる酸素が酸化物半導体膜５４に移動させてもよい。
次に、図７（Ｄ）に示すように、実施の形態１と同様に、緩衝膜６０上に導電膜６１を
形成する。
次に、図８（Ａ）に示すように、緩衝膜６０及び導電膜６１をマスクとして、絶縁膜５
６をエッチングして、絶縁膜５７を形成する。
次に、図８（Ｂ）に示すように、実施の形態１と同様に、緩衝膜６０及び導電膜６１を
マスクとして、酸化物半導体膜５４に不純物元素６３を添加する。
次に、実施の形態１と同様に、加熱処理を行って、第２の領域５５ｂ、５５ｃとなる領
域の導電性を高めてもよい。また、当該工程により、絶縁膜５７に含まれる酸素を酸化物
半導体膜５４に移動させることができる。
次に、図８（Ｃ）に示すように、実施の形態１と同様に、酸化物半導体膜５４、絶縁膜
５７、緩衝膜６０および導電膜６１上に水素を有する絶縁膜６４を形成する。この結果、
不純物元素が添加されない第１の領域５５ａと、不純物元素および水素を有する第２の領
域５５ｂ、５５ｃとが形成される。また、第１の領域５５ａ及び第２の領域５５ｂ、５５
ｃを有する酸化物半導体膜５５が形成される。
次に、実施の形態１に示すように、水素を有する絶縁膜６４上に、のちに開口部を有す
る絶縁膜６７となる絶縁膜を形成してもよい。次に、水素を有する絶縁膜６４の一部をエ
ッチングして、開口部を有する絶縁膜６５を形成し、第２の領域５５ｂ、５５ｃの一部を
露出させる。その後、一対の導電膜６８、６９を形成してもよい。次に、絶縁膜６７、一
対の導電膜６８、６９上に絶縁膜７９を形成してもよい（図８（Ｄ）参照。）。
以上の工程により、図５（Ａ）に示すトランジスタを作製することができる。
＜半導体装置の作製方法２＞
次に、図６（Ａ）に示すトランジスタの作製方法について、図７及び図９を用いて説明
する。
上述した＜半導体装置の作製方法１＞に示す図７（Ａ）乃至図７（Ｄ）の工程を経て、
図９（Ａ）に示すように、基板５１上の絶縁膜５３と、絶縁膜５３上の酸化物半導体膜５
４と、酸化物半導体膜５４上の絶縁膜５６と、絶縁膜５６上の緩衝膜６０と、緩衝膜６０
上の導電膜６１とを形成する。
次に、図９（Ａ）に示すように、緩衝膜６０及び導電膜６１をマスクとして、絶縁膜５
６を介して酸化物半導体膜５４に不純物元素６３を添加する。
次に、図９（Ｂ）に示すように、絶縁膜５６、緩衝膜６０および導電膜６１上に水素を
有する絶縁膜６４を形成する。この結果、不純物元素が添加されない第１の領域５５ａと
、不純物元素および水素を有する第２の領域５５ｂ、５５ｃとが形成される。また、第１
の領域５５ａ及び第２の領域５５ｂ、５５ｃを有する酸化物半導体膜５５が形成される。
次に、実施の形態１に示すように、水素を有する絶縁膜６４上に、のちに開口部を有す
る絶縁膜６７となる絶縁膜を形成してもよい。次に、水素を有する絶縁膜６４の一部をエ
ッチングして、開口部を有する絶縁膜６５を形成し、第２の領域５５ｂ、５５ｃの一部を
露出させる。その後、一対の導電膜６８、６９を形成してもよい。次に、絶縁膜６７、一
対の導電膜６８、６９上に絶縁膜７９を形成してもよい（図９（Ｃ）参照。）。
以上の工程により、図６（Ａ）に示すトランジスタを作製することができる。
本実施の形態では、緩衝膜を介して絶縁膜に酸素を添加し、該絶縁膜に含まれる酸素を
酸化物半導体膜に移動させることで、酸化物半導体膜の酸素欠損量を低減することができ
る。また、ゲート電極としての機能を有する導電膜をマスクとして、酸化物半導体膜に不
純物元素を添加する。酸化物半導体膜において、ゲート電極としての機能を有する導電膜
と重畳する領域は、チャネル領域としての機能を有し、不純物元素が添加された領域はソ
ース領域及びドレイン領域としての機能を有する。このため、本実施の形態に示すトラン
ジスタにおいて、チャネル領域は酸素欠損量が少なく、且つ不純物元素が添加されない。
一方、ソース領域及びドレイン領域には、不純物元素が添加されるため、抵抗率が低い。
以上のことから、本実施の形態では、ノーマリーオフ特性を有し、且つオン電流の高いト
ランジスタを作製することができる。また、信頼性の高いトランジスタを作製することが
できる。
また、本実施の形態では、酸化物半導体膜のチャネル領域と重なる絶縁膜に選択的に酸
素を添加することが可能であるため、選択的にチャネル領域の酸素欠損量を低減する。こ
の結果、本実施の形態では、ノーマリーオフ特性を有し、且つオン電流の高いトランジス
タを作製することができる。また、信頼性の高いトランジスタを作製することができる。
以上、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。
（実施の形態３）
本実施の形態では、実施の形態１及び実施の形態２に示す半導体装置の構造及び作製方
法と異なる一形態を、図３、図７、図１０乃至図１３を用いて説明する。
本実施の形態に示すトランジスタは、酸化物半導体膜５５または絶縁膜５７上に、水素
を有する絶縁膜が形成されない点が実施の形態１及び実施の形態２と異なる。
＜半導体装置の構成１＞
半導体装置が有するトランジスタの構造について、図１０（Ａ）乃至（Ｄ）を用いて説
明する。
図１０（Ａ）に示すトランジスタは、酸化物半導体膜５５と、酸化物半導体膜５５に接
する絶縁膜５７と、絶縁膜５７上の緩衝膜６０と、緩衝膜６０と接し且つ酸化物半導体膜
５５と重畳する導電膜６１と、を有する。
また、トランジスタに含まれる酸化物半導体膜５５は、基板５１上の絶縁膜５３上に形
成される。また、酸化物半導体膜５５に含まれる第２の領域５５ｂ、５５ｃに接する絶縁
膜６７と、絶縁膜６７の開口部において、酸化物半導体膜５５に含まれる第２の領域５５
ｂ、５５ｃと接する一対の導電膜６８、６９が、設けられてもよい。また、絶縁膜６７、
一対の導電膜６８、６９上に絶縁膜７９が、設けられてもよい。
その他の構造は、実施の形態１に示すトランジスタと同じ構造であるため、ここでは詳
細な説明を省略する。
なお、緩衝膜６０が絶縁膜で形成される場合、図１０（Ａ）に示すトランジスタは、第
１の領域５５ａと、第２の領域５５ｂ、５５ｃとの界面は、導電膜６１の端部と略一致し
てもよい。
または、緩衝膜６０が絶縁膜で形成される場合、図１０（Ｂ）に示すトランジスタのよ
うに、第２の領域５５ｂ、５５ｃの一部は、導電膜６１の一部と重なるオーバーラップ領
域Ｌｏｖを有してもよい。
または、緩衝膜６０が絶縁膜で形成される場合、図１０（Ｃ）に示すトランジスタのよ
うに、第１の領域５５ａと、第２の領域５５ｂ、５５ｃとの間に、第３の領域５５ｄ、５
５ｅを有してもよい。
または、緩衝膜６０が絶縁膜で形成される場合、図１０（Ｄ）に示すトランジスタのよ
うに、第２の領域５５ｂ、５５ｃの一部は、導電膜６１と重ならず、オフセット領域Ｌｏ
ｆｆを有してもよい。
なお、図１０（Ａ）乃至図１０（Ｄ）に示すトランジスタにおいて、緩衝膜６０が半導
体膜で形成される場合、緩衝膜６０及び導電膜６１がゲート電極として機能する。
このため、緩衝膜６０が半導体膜で形成される場合、図１０（Ａ）において、第１の領
域５５ａと、第２の領域５５ｂ、５５ｃとの界面は、緩衝膜６０の端部と略一致してもよ
い。
また、緩衝膜６０が半導体膜で形成される場合、図１０（Ｂ）において、オーバーラッ
プ領域Ｌｏｖは、第２の領域５５ｂ、５５ｃにおいて、少なくとも緩衝膜６０と重なる領
域である。
また、緩衝膜６０が半導体膜で形成される場合、図１０（Ｄ）において、チャネル長は
、第１の領域５５ａであって、且つ緩衝膜６０と重なる領域の幅となる。
＜半導体装置の構成２＞
半導体装置が有するトランジスタの構造について、図１１（Ａ）乃至（Ｄ）を用いて説
明する。
図１１（Ａ）に示すトランジスタは、図１０に示すトランジスタと比較して、緩衝膜６
０が、導電膜６１の側面より外側にせり出している点が異なる。即ち、緩衝膜６０の上面
形状における面積は、導電膜６１より大きい。また、絶縁膜５７の側面は、緩衝膜６０の
側面と、略一致している。
その他の構造は、図１０に示すトランジスタと同じ構造であるため、ここでは詳細な説
明を省略する。
なお、緩衝膜６０が絶縁膜で形成される場合、図１１（Ａ）に示すトランジスタは、第
１の領域５５ａと、第２の領域５５ｂ、５５ｃとの界面は、導電膜６１の端部と略一致し
てもよい。
または、緩衝膜６０が絶縁膜で形成される場合、図１１（Ｂ）に示すトランジスタのよ
うに、第２の領域５５ｂ、５５ｃの一部は、導電膜６１の一部と重なるオーバーラップ領
域Ｌｏｖを有してもよい。
または、緩衝膜６０が絶縁膜で形成される場合、図１１（Ｃ）に示すトランジスタのよ
うに、第１の領域５５ａと、第２の領域５５ｂ、５５ｃの間に、第３の領域５５ｄ、５５
ｅを有してもよい。
または、緩衝膜６０が絶縁膜で形成される場合、図１１（Ｄ）に示すトランジスタのよ
うに、第２の領域５５ｂ、５５ｃの一部は、導電膜６１と重ならず、オフセット領域Ｌｏ
ｆｆを有してもよい。
なお、図１１（Ａ）乃至図１１（Ｄ）に示すトランジスタにおいて、緩衝膜６０の物性
が半導体の場合、緩衝膜６０及び導電膜６１がゲート電極として機能する。
このため、緩衝膜６０の物性が半導体の場合、図１１（Ａ）において、第１の領域５５
ａと、第２の領域５５ｂ、５５ｃとの界面は、緩衝膜６０の端部と略一致してもよい。
また、緩衝膜６０の物性が半導体の場合、図１１（Ｂ）において、オーバーラップ領域
Ｌｏｖは、第２の領域５５ｂ、５５ｃにおいて、少なくとも緩衝膜６０と重なる領域であ
る。
また、緩衝膜６０の物性が半導体の場合、図１１（Ｄ）において、チャネル長は、第１
の領域５５ａであって、且つ緩衝膜６０と重なる領域の幅となる。
＜半導体装置の構成３＞
半導体装置が有するトランジスタの構造について、図１２（Ａ）乃至（Ｄ）を用いて説
明する。
図１２（Ａ）に示すトランジスタは、図１１に示すトランジスタと比較して、酸化物半
導体膜５５と緩衝膜６０の間に設けられる絶縁膜５６が分離されていない点が異なる。即
ち、絶縁膜５６は、酸化物半導体膜５５の緩衝膜６０側の面を覆う。
その他の構造は、図１１に示すトランジスタと同じ構造であるため、ここでは詳細な説
明を省略する。
なお、緩衝膜６０が絶縁膜で形成される場合、図１２（Ａ）に示すトランジスタは、第
１の領域５５ａと、第２の領域５５ｂ、５５ｃとの界面は、導電膜６１の端部と略一致し
てもよい。
または、緩衝膜６０が絶縁膜で形成される場合、図１２（Ｂ）に示すトランジスタのよ
うに、第２の領域５５ｂ、５５ｃの一部は、導電膜６１の一部と重なるオーバーラップ領
域Ｌｏｖを有してもよい。
または、緩衝膜６０が絶縁膜で形成される場合、図１２（Ｃ）に示すトランジスタのよ
うに、第１の領域５５ａと、第２の領域５５ｂ、５５ｃの間に、第３の領域５５ｄ、５５
ｅを有してもよい。
または、緩衝膜６０が絶縁膜で形成される場合、図１２（Ｄ）に示すトランジスタのよ
うに、第２の領域５５ｂ、５５ｃの一部は、導電膜６１と重ならず、オフセット領域Ｌｏ
ｆｆを有してもよい。
なお、図１２（Ａ）乃至図１２（Ｄ）に示すトランジスタにおいて、緩衝膜６０の物性
が半導体の場合、緩衝膜６０及び導電膜６１がゲート電極として機能する。
このため、緩衝膜６０の物性が半導体の場合、図１２（Ａ）において、第１の領域５５
ａと、第２の領域５５ｂ、５５ｃとの界面は、緩衝膜６０の端部と略一致してもよい。
また、緩衝膜６０の物性が半導体の場合、図１２（Ｂ）において、オーバーラップ領域
Ｌｏｖは、第２の領域５５ｂ、５５ｃにおいて、少なくとも緩衝膜６０と重なる領域であ
る。
また、緩衝膜６０の物性が半導体の場合、図１２（Ｄ）において、チャネル長は、第１
の領域５５ａであって、且つ緩衝膜６０と重なる領域の幅となる。
＜半導体装置の作製方法１＞
次に、図１０（Ａ）に示すトランジスタの作製方法について、図３および図１３を用い
て説明する。
上述した実施の形態１の＜半導体装置の作製方法＞に示すように、図３の工程を経て、
基板５１上の絶縁膜５３と、絶縁膜５３上の酸化物半導体膜５４と、酸化物半導体膜５４
上の絶縁膜５７と、絶縁膜５７上の緩衝膜６０と、緩衝膜６０上の導電膜６１とを形成す
る。
次に、図１３（Ａ）に示すように、緩衝膜６０及び導電膜６１をマスクとして、酸化物
半導体膜５４に不純物元素６３を添加する。ここでは、不純物元素６３として、希ガス、
ホウ素、窒素、フッ素、アルミニウム、およびリンの一以上と、水素とを同時または別々
に添加することで、図１３（Ｂ）に示すように、不純物元素が添加されない第１の領域５
５ａと、不純物元素および水素を有する第２の領域５５ｂ、５５ｃとを形成することがで
きる。また、第１の領域５５ａと、第２の領域５５ｂ、５５ｃとを有する酸化物半導体膜
５５を形成することができる。
次に、酸化物半導体膜５５、絶縁膜５７、緩衝膜６０および導電膜６１上に、開口部を
有する絶縁膜６７を形成してもよい。次に、一対の導電膜６８、６９を形成してもよい。
次に、絶縁膜６７、一対の導電膜６８、６９上に絶縁膜７９を形成してもよい（図１３（
Ｃ）参照。）。
以上の工程により、図１０（Ａ）に示すトランジスタを作製することができる。
＜半導体装置の作製方法２＞
次に、図１１（Ａ）に示すトランジスタの作製方法について、図７（Ａ）乃至（Ｄ）お
よび図８（Ａ）（Ｂ）を用いて説明する。
上述した実施の形態２の＜半導体装置の作製方法１＞に示すように、図７及び図８（Ａ
）の工程を経て、基板５１上の絶縁膜５３と、絶縁膜５３上の酸化物半導体膜５４と、酸
化物半導体膜５４上の絶縁膜５７と、絶縁膜５７上の緩衝膜６０と、緩衝膜６０上の導電
膜６１とを形成する。
次に、図８（Ｂ）に示すように、緩衝膜６０及び導電膜６１をマスクとして、酸化物半
導体膜５４に不純物元素６３を添加する。ここでは、不純物元素６３として、希ガス、ホ
ウ素、窒素、フッ素、アルミニウム、およびリンの一以上と、水素とを同時または別々に
添加することで、図１１（Ａ）に示すように、不純物元素が添加されない第１の領域５５
ａと、不純物元素および水素を有する第２の領域５５ｂ、５５ｃとを形成することができ
る。また、第１の領域５５ａと、第２の領域５５ｂ、５５ｃとを有する酸化物半導体膜５
５を形成することができる。
次に、酸化物半導体膜５５、絶縁膜５７、緩衝膜６０および導電膜６１上に、開口部を
有する絶縁膜６７を形成してもよい。次に、一対の導電膜６８、６９を形成してもよい。
次に、絶縁膜６７、一対の導電膜６８、６９上に絶縁膜７９を形成してもよい。
以上の工程により、図１１（Ａ）に示すトランジスタを作製することができる。
＜半導体装置の作製方法３＞
次に、図１２（Ａ）に示すトランジスタの作製方法について、図７（Ａ）乃至（Ｄ）お
よび図９（Ａ）を用いて説明する。
上述した実施の形態２の＜半導体装置の作製方法１＞に示すように、図７の工程を経て
、基板５１上の絶縁膜５３と、絶縁膜５３上の酸化物半導体膜５４と、酸化物半導体膜５
４上の絶縁膜５６と、絶縁膜５６上の緩衝膜６０と、緩衝膜６０上の導電膜６１とを形成
する。
次に、図９（Ａ）に示すように、緩衝膜６０及び導電膜６１をマスクとして、酸化物半
導体膜５４に不純物元素６３を添加する。ここでは、不純物元素６３として、希ガス、ホ
ウ素、窒素、フッ素、アルミニウム、およびリンの一以上と、水素とを同時または別々に
添加することで、図１２（Ａ）に示すように、不純物元素が添加されない第１の領域５５
ａと、不純物元素および水素を有する第２の領域５５ｂ、５５ｃとを形成することができ
る。また、第１の領域５５ａと、第２の領域５５ｂ、５５ｃとを有する酸化物半導体膜５
５を形成することができる。
次に、絶縁膜５６、緩衝膜６０および導電膜６１上に、開口部を有する絶縁膜６７を形
成してもよい。また、絶縁膜５６に開口部を形成し、酸化物半導体膜５５に含まれる第２
の領域５５ｂ、５５ｃの一部を露出してもよい。次に、一対の導電膜６８、６９を形成し
てもよい。次に、絶縁膜６７、一対の導電膜６８、６９上に絶縁膜７９を形成してもよい
。
以上の工程により、図１２（Ａ）に示すトランジスタを作製することができる。
以上、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。
（実施の形態４）
実施の形態１乃至実施の形態３において、絶縁膜５３に過剰な酸素を添加する方法を、
図１４を用いて説明する。
図１４（Ａ）に示すように、基板５１上に絶縁膜５３を形成する。次に、絶縁膜５３上
に緩衝膜８１を形成する。次に、実施の形態１と同様に、緩衝膜８１に酸素８２を添加す
る。この結果、図１４（Ｂ）に示すように、酸素が添加された絶縁膜５３ａと、酸素が添
加された緩衝膜８３を形成することができる。
緩衝膜８１は、実施の形態１に示す緩衝膜５８と同様の材料及び形成方法を適宜用いる
ことができる。また、緩衝膜８３は、実施の形態１に示す緩衝膜５９と同様に形成される
。
こののち、図１４（Ｃ）に示すように、緩衝膜８３を除去してもよい。さらには、酸素
が添加された絶縁膜５３ａ上に酸化物半導体膜を形成してもよい。この結果、のちの加熱
処理工程において、絶縁膜５３ａに含まれる酸素を酸化物半導体膜に移動させることが可
能であり、酸化物半導体膜の酸素欠損量を低減することができる。
以上、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。
（実施の形態５）
本実施の形態では、実施の形態１乃至実施の形態４に適用可能な構成を有するトランジ
スタおよびトランジスタの作製方法の一形態を、図１５乃至図１８を用いて説明する。こ
こでは、実施の形態１を用いて説明する。
＜半導体装置の構成＞
図１５に、半導体装置に含まれるトランジスタの一例として、トップゲート・セルフア
ライン構造のトランジスタの断面図を示す。本実施の形態に示すトランジスタは、実施の
形態１に示すトランジスタと比較して、ゲート絶縁膜が積層構造である点が異なる。
図１５（Ａ）に示すトランジスタは、酸化物半導体膜５５と、酸化物半導体膜５５に接
するゲート絶縁膜と、ゲート絶縁膜と接し、且つ酸化物半導体膜５５と重畳する導電膜６
１と、を有する。ゲート絶縁膜は、絶縁膜５７および緩衝膜６０が、酸化物半導体膜５５
側から順に積層されている。即ち、絶縁膜５７は、酸化物半導体膜５５に接する。緩衝膜
６０は、絶縁膜５７および導電膜６１の間に設けられる。なお、ここでは、図示しないが
、絶縁膜５７及び緩衝膜６０の間に、別途絶縁膜を有してもよい。または、緩衝膜６０及
び導電膜６１の間に、別途絶縁膜を有してもよい。
絶縁膜５７は、実施の形態１に示す絶縁膜５７を適宜用いることが可能である。なお、
絶縁膜５７は、酸化物半導体膜５５との界面において欠陥準位を形成しにくい材料を用い
て形成することが好ましい。
緩衝膜６０は、実施の形態１に示す緩衝膜６０を適宜用いることが可能である。なお、
緩衝膜６０は、エッチングされる際において、等方的にエッチングされる材料を用いて形
成することが好ましい。
その他の構造は、実施の形態１に示すトランジスタと同じ構造であるため、ここでは詳
細な説明を省略する。
本実施の形態に示すトランジスタは、緩衝膜６０が、側面において、凹部を有すること
を特徴とする。具体的には、緩衝膜６０が、導電膜６１と比較して、幅が狭い領域を有す
る。即ち、緩衝膜６０の側面が、導電膜６１の側面の一部より内側である領域を有する。
絶縁膜５７は、第２の領域５５ｂ、５５ｃに不純物元素を添加することが可能な厚さと
することが好ましい。絶縁膜５７の厚さは、代表的には５ｎｍ以上１００ｎｍ以下、好ま
しくは１０ｎｍ以上３０ｎｍ以下とすることができる。
緩衝膜６０は、絶縁膜５７と共に、ゲート絶縁膜として機能できる厚さとすることが好
ましい。
また、本実施の形態に示すトランジスタは、酸化物半導体膜５５に含まれる第２の領域
５５ｂ、５５ｃが、導電膜６１の一部と重なる領域を有することを特徴とする。
ここで、図１５（Ｂ）乃至図１５（Ｄ）に、図１５（Ａ）に示すトランジスタに含まれ
る酸化物半導体膜５５近傍の拡大断面図を示す。
図１５（Ｂ）に示すように、緩衝膜６０の側面の一部または全部は、導電膜６１の側面
より内側に位置する。さらに、絶縁膜５７の幅は、導電膜６１と比較して、狭い。また、
酸化物半導体膜５５に含まれる第２の領域５５ｂ、５５ｃは、導電膜６１の一部と重なる
領域を有する。該領域をオーバーラップ領域Ｌｏｖということができる。
または、図１５（Ｃ）に示すように、緩衝膜６０の側面の一部または全部は、導電膜６
１の側面より内側に位置する。さらに、絶縁膜５７の幅は、導電膜６１と比較して、広い
。また、酸化物半導体膜５５に含まれる第２の領域５５ｂ、５５ｃは、導電膜６１の一部
と重なるオーバーラップ領域Ｌｏｖを有する。
または、図１５（Ｄ）に示すように、緩衝膜６０の側面の一部または全部は、導電膜６
１の側面より内側に位置する。さらに、絶縁膜５７の幅は、導電膜６１の幅と略同一であ
る。また、酸化物半導体膜５５に含まれる第２の領域５５ｂ、５５ｃは、導電膜６１の一
部と重なるオーバーラップ領域Ｌｏｖを有する。
なお、オーバーラップ領域Ｌｏｖの長さは、チャネル長Ｌの２０％未満、または１０％
未満、または５％未満、または２％未満であることが好ましい。
絶縁膜５７は、酸化物半導体膜５５との界面における欠陥準位を形成しにくい材料を用
いて形成される。このため、絶縁膜５７が酸化物半導体膜５５と接することから、酸化物
半導体膜５５および絶縁膜５７の界面における欠陥準位密度を低くすることができる。ま
た、緩衝膜６０は、等方的にエッチングすることが可能な材料を用いて形成される。この
ため、導電膜６１をマスクとしてエッチングすることで、導電膜６１より幅の狭い緩衝膜
６０を形成することができる。なお、緩衝膜６０は、エッチング工程におけるエッチング
速度が酸化物半導体膜と異なってもよい。この場合、酸化物半導体膜が露出した状態にお
いて、緩衝膜６０を選択的に、且つ等方的に、エッチングすることができる。
また、絶縁膜５７は膜厚が薄いため、絶縁膜５７を介して、第２の領域５５ｂ、５５ｃ
に不純物元素を添加することが可能である。さらには、絶縁膜６５に含まれる水素を第２
の領域５５ｂ、５５ｃに拡散させることが可能である。この結果、絶縁膜５７の下に第２
の領域５５ｂ、５５ｃを形成することが可能である。
図１５に示すトランジスタは、緩衝膜６０が、側面において、凹部を有する。このため
、酸素欠損を形成するために酸化物半導体膜５５に不純物元素を添加する際に、ゲート絶
縁膜の側面の凹部内にも不純物元素が侵入する。さらには、絶縁膜５７は、膜厚が薄いた
め、絶縁膜５７を介して、酸化物半導体膜５５に不純物元素が添加される。これらの結果
、酸化物半導体膜５５であって、導電膜６１の一部と重なる領域に、不純物元素が添加さ
れると共に、酸素欠損が形成される。
また、不純物元素が添加された領域に水素を有する絶縁膜６５が接することで、もしく
は絶縁膜５７を介して、絶縁膜６５に含まれる水素が、酸化物半導体膜５５における不純
物元素が添加された領域に拡散する。
これらの結果、酸化物半導体膜５５において、導電膜６１の一部と重なる領域に、酸素
欠損及び水素を有する第２の領域５５ｂ、５５ｃが形成される。
即ち、本実施の形態は、緩衝膜６０及び絶縁膜５７の形状を利用して酸化物半導体膜に
選択的に不純物元素を添加すること、あるいは緩衝膜６０及び絶縁膜５７の形状を利用し
て酸化物半導体膜に選択的に水素を拡散させること、により、酸化物半導体膜に酸素欠損
及び水素を有する第２の領域５５ｂ、５５ｃを選択的に形成する。実施の形態６で後述す
るが、水素は、酸素欠損において安定であり、酸素欠損から水素は放出されにくい。この
ため、第２の領域５５ｂ、５５ｃに含まれる水素は、チャネル領域である第１の領域５５
ａへ拡散しにくく、トランジスタの電気特性の劣化を低減することができる。
また、酸素欠損に水素が入り伝導帯近傍にドナー準位が形成され、導電性が高くなる。
このため、第２の領域５５ｂ、５５ｃは、ソース領域およびドレイン領域としての機能を
有する。第２の領域５５ｂ、５５ｃが導電膜６１の一部と重なる領域は、オーバーラップ
領域Ｌｏｖとなる。本実施の形態に示すトランジスタは、オーバーラップ領域Ｌｏｖを有
するため、チャネル領域とソース領域およびドレイン領域との間に、高抵抗領域が形成さ
れない。この結果、本実施の形態に示すトランジスタは、オン電流が高い。また、トラン
ジスタにおいて、チャネル領域とソース領域およびドレイン領域との間に高抵抗領域を有
すると、トランジスタの電気特性の劣化が生じやすいが、本実施の形態に示すトランジス
タは、オーバーラップ領域Ｌｏｖを有するため、電気特性の劣化が少なく、信頼性が高い
。
また、本実施の形態に示すトランジスタにおいて、第２の領域５５ｂ、５５ｃは、不純
物元素の添加により酸素欠損が形成されると共に、水素を有する。このため、第２の領域
５５ｂ、５５ｃにおける抵抗率を低減することが可能であるとともに、トランジスタごと
の第２の領域５５ｂ、５５ｃの抵抗率のばらつきを低減することが可能である。すなわち
、酸化物半導体膜に不純物元素を添加し、酸素欠損を形成することで、第２の領域５５ｂ
、５５ｃの抵抗率の制御が可能である。
＜半導体装置の作製方法１＞
次に、図１５（Ａ）に示すトランジスタの作製方法について、図１６および図１７を用
いて説明する。
実施の形態１と同様に、図１６（Ａ）に示すように、基板５１上の絶縁膜５３と、絶縁
膜５３上の酸化物半導体膜５４と、酸化物半導体膜５４上の絶縁膜５６と、絶縁膜５６上
の緩衝膜５８とを形成する。次に、緩衝膜５８に酸素６２を添加する。この結果、絶縁膜
５６に、より多くの酸素を添加することができる。
ここでは、絶縁膜５６として、酸化シリコン膜を形成し、緩衝膜５８として、ＩＴＯ膜
を形成する。
なお、緩衝膜５８に酸素が添加されることで形成された緩衝膜５９を図１６（Ｂ）に示
す。次に、緩衝膜５９上に、導電膜６１を形成する。
次に、図１６（Ｃ）に示すように、導電膜６１をマスクとして緩衝膜５９をエッチング
して、緩衝膜６０を形成する。ここでは、絶縁膜５６と比較して、緩衝膜５９のエッチン
グ速度の速いエッチャントを用いたウエットエッチング法を用いることができる。または
、絶縁膜５６と比較して、緩衝膜５９のエッチング速度が速く、且つ等方的にエッチング
することが可能なエッチングガスを用いたドライエッチング法を用いることができる。こ
の結果、側面に凹部を有する緩衝膜６０を形成することができる。
ここでは、エッチャントとしてシュウ酸を含む水溶液を用いることで、絶縁膜５６を残
存させつつ、緩衝膜５９を選択的にエッチングすることができる。また、等方的に緩衝膜
５９をエッチングすることが可能である。これらの結果、側面が凹状である緩衝膜６０を
形成することができる。
次に、図１６（Ｄ）に示すように、導電膜６１をマスクとして、絶縁膜５６をエッチン
グして、絶縁膜５７を形成する。以上の工程により、絶縁膜５７を形成すると共に、酸化
物半導体膜５４の一部を露出させることができる。ここでは、歩留まりを高めるために、
酸化物半導体膜５４をエッチングせず、絶縁膜５６を選択的にエッチングすることが好ま
しく、ドライエッチング法を用いることが好ましい。
次に、実施の形態１と同様に、図１７（Ａ）に示すように、導電膜６１をマスクとして
、酸化物半導体膜５４に不純物元素６３を添加する。この結果、酸化物半導体膜５４の露
出部に不純物元素が添加される。また、絶縁膜５７を介して、酸化物半導体膜５４に不純
物元素が添加される。なお、不純物元素６３の添加によるダメージを受け、酸化物半導体
膜５４には、欠陥、代表的には酸素欠損が形成される。
次に、実施の形態１と同様に、図１７（Ｂ）に示すように、酸化物半導体膜５４、絶縁
膜５７、および導電膜６１上に、水素を有する絶縁膜６４を形成する。
水素を有する絶縁膜６４には水素が含まれている。このため、酸化物半導体膜５４にお
いて不純物元素が添加された領域と、水素を有する絶縁膜６４とが接することで、絶縁膜
６４に含まれる水素が、酸化物半導体膜５４において不純物元素が添加された領域に移動
する。この結果、不純物元素が添加されない第１の領域５５ａと、不純物元素および水素
を有する第２の領域５５ｂ、５５ｃとを有する酸化物半導体膜５５が形成される。なお、
絶縁膜６４に含まれる水素は、絶縁膜５７を介して酸化物半導体膜５５の一部に拡散する
。この結果、第２の領域５５ｂ、５５ｃの一部は、絶縁膜５７と重なる場合がある。以上
の工程により、導電膜６１の一部と重なる第２の領域５５ｂ、５５ｃを形成することがで
きる。
次に、加熱処理を行って、第２の領域５５ｂ、５５ｃの導電性を高めてもよい。
次に、図１７（Ｃ）に示すように、水素を有する絶縁膜６４上に、のちに開口部を有す
る絶縁膜６７となる絶縁膜を形成してもよい。該絶縁膜を形成することで、のちに形成さ
れる一対の導電膜６８、６９と、導電膜６１との間における寄生容量を低減することがで
きる。
次に、実施の形態１と同様に、水素を有する絶縁膜６４の一部をエッチングして、開口
部を有する絶縁膜６５を形成し、第２の領域５５ｂ、５５ｃの一部を露出させる。その後
、一対の導電膜６８、６９を形成してもよい。次に、絶縁膜６７、一対の導電膜６８、６
９上に絶縁膜７９を形成してもよい。
以上の工程により、図１５（Ａ）に示すトランジスタを作製することができる。
＜半導体装置の作製方法２＞
絶縁膜５７および緩衝膜６０の形成方法の変形例を説明する。
実施の形態１と同様に、図１８（Ａ）に示すように、基板５１上の絶縁膜５３と、絶縁
膜５３上の酸化物半導体膜５４と、酸化物半導体膜５４上の絶縁膜５６と、絶縁膜５６上
の緩衝膜５９と、緩衝膜５９上の導電膜６１とを形成する。
次に、図１８（Ｂ）に示すように、導電膜６１をマスクとして、絶縁膜５６および緩衝
膜５９をそれぞれエッチングして、絶縁膜５７および緩衝膜６０ａを形成する。
歩留まりを高めるために、酸化物半導体膜５４をエッチングせず、絶縁膜５６および緩
衝膜５９を選択的にエッチングすることが好ましい。このため、ここでは、ドライエッチ
ング法を用いる。
次に、図１８（Ｃ）に示すように、緩衝膜６０ａをエッチングして、側面に凹部を有す
る緩衝膜６０を形成する。
こののち、上記の＜半導体装置の作製方法１＞と同様の工程を経て、トランジスタを作
製することができる。
以上、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。
（実施の形態６）
本実施の形態では、酸化物半導体膜５５に含まれる第２の領域５５ｂ、５５ｃが、酸素
欠損及び水素を有することで、抵抗率が低減することについて説明する。具体的には、酸
化物半導体膜５５に含まれる第２の領域５５ｂ、５５ｃに形成されるＶｏＨについて説明
する。なお、ここでは、酸素欠損Ｖｏ中に水素原子Ｈがある状態をＶｏＨと表記する。
＜（１）． ＶｏＨの形成しやすさおよび安定性＞
酸化物半導体膜（以下、ＩＧＺＯと示す。）が結晶の場合、室温では、Ｈは、優先的に
ａｂ面に沿って拡散する。また、４５０℃の加熱処理の際には、Ｈは、ａｂ面およびｃ軸
方向それぞれに拡散する。そこで、ここでは、ＩＧＺＯに酸素欠損Ｖｏが存在する場合、
Ｈは酸素欠損Ｖｏ中に入りやすいか否かについて説明する。
計算には、図１９に示すＩｎＧａＺｎＯ４結晶モデルを用いた。ここで、ＶｏＨ中のＨ
がＶｏから出ていき、酸素と結合する反応経路の活性化障壁（Ｅａ）を、ＮＥＢ（Ｎｕｄ
ｇｅｄ Ｅｌａｓｔｉｃ Ｂａｎｄ）法を用いて計算した。計算条件を表１に示す。
また、ＩｎＧａＺｎＯ４結晶モデルにおいて、酸素が結合する金属元素およびその数の
違いから、図１９に示すように酸素サイト１乃至酸素サイト４がある。ここでは、酸素欠
損Ｖｏを形成しやすい酸素サイト１および酸素サイト２について計算を行った。
はじめに、酸素欠損Ｖｏを形成しやすい酸素サイト１として、３個のＩｎと１個のＺｎ
と結合した酸素サイトについて計算を行った。
初期状態のモデルを図２０（Ａ）に示し、最終状態のモデルを図２０（Ｂ）に示す。ま
た、初期状態および最終状態において、算出した活性化障壁（Ｅａ）を図２１に示す。な
お、ここでの初期状態とは、酸素欠損Ｖｏ中にＨがある状態（ＶｏＨ）であり、最終状態
とは、酸素欠損Ｖｏと、１個のＧａおよび２個のＺｎと結合した酸素とＨとが結合した状
態（Ｈ−Ｏ）を有する構造である。
計算の結果、酸素欠損Ｖｏ中のＨが他のＯと結合するには約１．５２ｅＶのエネルギー
が必要であるのに対して、Ｏと結合したＨが酸素欠損Ｖｏ中に入るには約０．４６ｅＶの
エネルギーが必要であった。
ここで、計算により得られた活性化障壁（Ｅａ）と式（１）より、反応頻度（Γ）を算
出した。なお、式（１）において、ｋＢはボルツマン定数であり、Ｔは絶対温度である。
頻度因子ν＝１０１３／ｓと仮定して３５０℃における反応頻度を算出した。図２０（
Ａ）に示すモデルから図２０（Ｂ）に示すモデルへＨが移動する頻度は５．５２×１００
／ｓであった。また、図２０（Ｂ）に示すモデルから図２０（Ａ）に示すモデルへＨが移
動する頻度は１．８２×１０９／ｓであった。このことから、ＩＧＺＯ中を拡散するＨは
、近くに酸素欠損ＶｏがあるとＶｏＨを形成しやすく、一旦ＶｏＨを形成すると酸素欠損
Ｖｏから放出されにくいと考えられる。
次に、酸素欠損Ｖｏを形成しやすい酸素サイト２として、１個のＧａと２個のＺｎと結
合した酸素サイトについて計算を行った。
初期状態のモデルを図２２（Ａ）に示し、最終状態のモデルを図２２（Ｂ）に示す。ま
た、初期状態および最終状態において、算出した活性化障壁（Ｅａ）を図２３に示す。な
お、ここでの初期状態とは、酸素欠損Ｖｏ中にＨがある状態（ＶｏＨ）であり、最終状態
とは、酸素欠損Ｖｏと、１個のＧａおよび２個のＺｎと結合した酸素とＨとが結合した状
態（Ｈ−Ｏ）を有する構造である。
計算の結果、酸素欠損Ｖｏ中のＨが他のＯと結合するには約１．７５ｅＶのエネルギー
が必要であるのに対して、Ｏと結合したＨが酸素欠損Ｖｏ中に入るには約０．３５ｅＶの
エネルギーが必要であった。
また、計算により得られた活性化障壁（Ｅａ）と上記の式（１）より、反応頻度（Γ）
を算出した。
頻度因子ν＝１０１３／ｓと仮定して３５０℃における反応頻度を算出した。図２２（
Ａ）に示すモデルから図２２（Ｂ）に示すモデルへＨが移動する頻度は７．５３×１０−
２／ｓであった。また、図２２（Ｂ）に示すモデルから図２２（Ａ）に示すモデルへＨが
移動する頻度は１．４４×１０１０／ｓであった。このことから、一旦ＶｏＨを形成する
と酸素欠損ＶｏからＨは放出されにくいと考えられる。
以上のことから、加熱処理時にＩＧＺＯ中のＨは拡散し易く、酸素欠損Ｖｏがある場合
は酸素欠損Ｖｏの中に入ってＶｏＨとなりやすいことが分かった。
＜（２）． ＶｏＨの遷移レベル＞
ＩＧＺＯ中において酸素欠損ＶｏとＨが存在する場合、＜（１）． ＶｏＨの形成しや
すさおよび安定性＞で示した、ＮＥＢ法を用いた計算より、酸素欠損ＶｏとＨはＶｏＨを
形成しやすく、さらにＶｏＨは安定であると考えられる。そこで、ＶｏＨがキャリアトラ
ップに関与するかを調べるため、ＶｏＨの遷移レベルの算出を行った。
計算にはＩｎＧａＺｎＯ４結晶モデル（１１２原子）を用いた。図１９に示す酸素サイ
ト１および酸素サイト２に対してＶｏＨモデルを作成し、遷移レベルの算出を行った。計
算条件を表２に示す。
実験値に近いバンドギャップが出るよう、交換項の混合比を調整したことで、欠陥のな
いＩｎＧａＺｎＯ４結晶モデルのバンドギャップは３．０８ｅＶとなり、実験値の３．１
５ｅＶと近い結果となった。
欠陥Ｄをもつモデルの遷移レベル（ε（ｑ／ｑ’））は、以下の式（２）により算出さ
れる。なお、ΔＥ（Ｄｑ）は欠陥Ｄの電荷ｑにおける形成エネルギーであり、式（３）よ
り算出される。
式（２）および式（３）において、Ｅｔｏｔ（Ｄｑ）は欠陥Ｄを含むモデルの電荷ｑに
おける全エネルギー、Ｅｔｏｔ（ｂｕｌｋ）は欠陥のないモデルの全エネルギー、Δｎｉ
は欠陥に関する原子ｉの増減数、μｉは原子ｉの化学ポテンシャル、εＶＢＭは欠陥のな
いモデルにおける価電子帯上端のエネルギー、ΔＶｑは静電ポテンシャルに関する補正項
、ＥＦはフェルミエネルギーである。
算出したＶｏＨの遷移レベルを図２４に示す。図２４中の数値は伝導帯下端からの深さ
である。図２４より、酸素サイト１に対するＶｏＨの遷移レベルは伝導帯下端の下０．０
５ｅＶに存在し、酸素サイト２に対するＶｏＨの遷移レベルは伝導帯下端の下０．１１ｅ
Ｖに存在するため、それぞれのＶｏＨは電子トラップに関与すると考えられる。すなわち
、ＶｏＨはドナーとして振る舞うことが明らかになった。また、ＶｏＨを有するＩＧＺＯ
は抵抗率が低く、導電性を有することが明らかになった。
＜（３）抵抗率の温度依存性＞
ここで、酸化物導電体で形成される膜（以下、酸化物導電体膜という。）における、抵
抗率の温度依存性について、図２５を用いて説明する。
ここでは、酸化物導電体膜を有する試料を作製した。酸化物導電体膜としては、酸化物
半導体膜が窒化シリコン膜に接することで形成された酸化物導電体膜（ＯＣ＿ＳｉＮｘ）
、ドーピング装置において酸化物半導体膜にアルゴンが添加され、且つ窒化シリコン膜と
接することで形成された酸化物導電体膜（ＯＣ＿Ａｒ ｄｏｐｅ＋ＳｉＮｘ）、およびプ
ラズマ処理装置において酸化物半導体膜がアルゴンプラズマに曝され、且つ窒化シリコン
膜と接することで形成された酸化物導電体膜（ＯＣ＿Ａｒ ｐｌａｓｍａ＋ＳｉＮｘ）を
作製した。なお、窒化シリコン膜は、水素を有する。
酸化物導電体膜（ＯＣ＿ＳｉＮｘ）を含む試料の作製方法を以下に示す。ガラス基板上
に、厚さ４００ｎｍの酸化窒化シリコン膜をプラズマＣＶＤ法により形成した後、酸素プ
ラズマに曝し、酸素イオンを酸化窒化シリコン膜に添加することで、加熱により酸素を放
出する酸化窒化シリコン膜を形成した。次に、加熱により酸素を放出する酸化窒化シリコ
ン膜上に、原子数比がＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：１．２のスパッタリングターゲットを
用いたスパッタリング法により、厚さ１００ｎｍのＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物膜を形成し、
４５０℃の窒素雰囲気で加熱処理した後、４５０℃の窒素および酸素の混合ガス雰囲気で
加熱処理した。次に、プラズマＣＶＤ法で、厚さ１００ｎｍの窒化シリコン膜を形成した
。次に、３５０℃の窒素および酸素の混合ガス雰囲気で加熱処理した。
酸化物導電体膜（ＯＣ＿Ａｒ ｄｏｐｅ＋ＳｉＮｘ）を含む試料の作製方法を以下に示
す。ガラス基板上に、厚さ４００ｎｍの酸化窒化シリコン膜をプラズマＣＶＤ法により形
成した後、酸素プラズマに曝し、酸素イオンを酸化窒化シリコン膜に添加することで、加
熱により酸素を放出する酸化窒化シリコン膜を形成した。次に、加熱により酸素を放出す
る酸化窒化シリコン膜上に、原子数比がＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：１．２のスパッタリ
ングターゲットを用いたスパッタリング法により、厚さ１００ｎｍのＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸
化物膜を形成し、４５０℃の窒素雰囲気で加熱処理した後、４５０℃の窒素および酸素の
混合ガス雰囲気で加熱処理した。次に、ドーピング装置を用いて、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化
物膜に、加速電圧を１０ｋＶとし、ドーズ量が５×１０１４／ｃｍ２のアルゴンを添加し
て、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物膜に酸素欠損を形成した。次に、プラズマＣＶＤ法で、厚さ
１００ｎｍの窒化シリコン膜を形成した。次に、３５０℃の窒素および酸素の混合ガス雰
囲気で加熱処理した。
酸化物導電体膜（ＯＣ＿Ａｒ ｐｌａｓｍａ＋ＳｉＮｘ）を含む試料の作製方法を以下
に示す。ガラス基板上に、厚さ４００ｎｍの酸化窒化シリコン膜をプラズマＣＶＤ法によ
り形成した後、酸素プラズマに曝すことで、加熱により酸素を放出する酸化窒化シリコン
膜を形成した。次に、加熱により酸素を放出する酸化窒化シリコン膜上に、原子数比がＩ
ｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：１．２のスパッタリングターゲットを用いたスパッタリング法
により、厚さ１００ｎｍのＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物膜を形成し、４５０℃の窒素雰囲気で
加熱処理した後、４５０℃の窒素および酸素の混合ガス雰囲気で加熱処理した。次に、プ
ラズマ処理装置において、アルゴンプラズマを発生させ、加速させたアルゴンイオンをＩ
ｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物膜に衝突させることで酸素欠損を形成した。次に、プラズマＣＶＤ
法で、厚さ１００ｎｍの窒化シリコン膜を形成した。次に、３５０℃の窒素および酸素の
混合ガス雰囲気で加熱処理した。
次に、各試料の抵抗率を測定した結果を図２５に示す。ここで、抵抗率の測定は４端子
のｖａｎ−ｄｅｒ−Ｐａｕｗ法で行った。図２５において、横軸は測定温度を示し、縦軸
は抵抗率を示す。また、酸化物導電体膜（ＯＣ＿ＳｉＮｘ）の測定結果を四角印で示し、
酸化物導電体膜（ＯＣ＿Ａｒ ｄｏｐｅ＋ＳｉＮｘ）の測定結果を丸印で示し、酸化物導
電体膜（ＯＣ＿Ａｒ ｐｌａｓｍａ＋ＳｉＮｘ）の測定結果を三角印で示す。
なお、図示しないが、窒化シリコン膜と接しない酸化物半導体膜は、抵抗率が高く、抵
抗率の測定が困難であった。このため、酸化物導電体膜は、酸化物半導体膜より抵抗率が
低いことがわかる。
図２５からわかるように、酸化物導電体膜（ＯＣ＿Ａｒ ｄｏｐｅ＋ＳｉＮｘ）および
酸化物導電体膜（ＯＣ＿Ａｒ ｐｌａｓｍａ＋ＳｉＮｘ）が、酸素欠損および水素を含む
場合、抵抗率の変動が小さい。代表的には、８０Ｋ以上２９０Ｋ以下において、抵抗率の
変動率は、プラスマイナス２０％未満である。または、１５０Ｋ以上２５０Ｋ以下におい
て、抵抗率の変動率は、プラスマイナス１０％未満である。即ち、酸化物導電体は、縮退
半導体であり、伝導帯端とフェルミ準位とが一致または略一致していると推定される。こ
のため、酸化物導電体膜をトランジスタのソース領域およびドレイン領域として用いるこ
とで、酸化物導電体膜とソース電極およびドレイン電極として機能する導電膜との接触が
オーミック接触となり、酸化物導電体膜とソース電極およびドレイン電極として機能する
導電膜との接触抵抗を低減できる。また、酸化物導電体の抵抗率は温度依存性が低いため
、酸化物導電体膜とソース電極およびドレイン電極として機能する導電膜との接触抵抗の
変動量が少なく、信頼性の高いトランジスタを作製することが可能である。
以上、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。
（実施の形態７）
実施の形態１乃至実施の形態６に適用可能なゲート電極の構成について、図２６を用い
て説明する。
本実施の形態では、酸化物半導体膜５５に含まれる第２の領域５５ｂ、５５ｃと同様に
、導電性を有する酸化物半導体膜を用いて導電膜６１を形成してもよい（図２６参照。）
。導電性を有する酸化物半導体膜は、酸化物半導体膜５５と同様に透光性を有するため、
透光性を有するトランジスタを作製することができる。
なお、導電性を有する酸化物半導体膜は、金属で形成された導電膜と比較すると抵抗率
が高いため、基板５１として大面積基板を用いる場合、導電膜６１に接続する導電膜７７
を絶縁膜６７上に設けることが好ましい。
図２６に示すトランジスタの作製方法を、図３および図４を用いて説明する。
図３（Ｃ）の工程において、導電膜６１の代わりに酸化物半導体膜を形成する。
次に、図４（Ａ）に示すように、絶縁膜５７を形成した後、酸化物半導体膜５４および
絶縁膜５７上の酸化物半導体膜に不純物元素６３を添加する。
次に、図４（Ｂ）に示すように、水素を有する絶縁膜６４を形成することで、酸化物半
導体膜５５に含まれる第２の領域５５ｂ、５５ｃと同様に、導電膜６１（図２６参照。）
を形成することができる。
次に、開口部を有する絶縁膜６７を形成した後、一対の導電膜６８、６９を形成する。
次に、開口部を有する絶縁膜７９を形成した後、一対の導電膜６８、６９と同様の方法を
用いて、導電膜６１に接続する導電膜７７（図２６参照。）を作製する。
以上の工程により、セルフアライン構造のトランジスタを作製することが可能である。
以上、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。
（実施の形態８）
本実施の形態では、先に示す実施の形態に適用可能な酸化物半導体膜の構造について、
図２７を用いて説明する。なお、ここでは、実施の形態１に示すトランジスタを用いて説
明するが、適宜先に示す実施の形態に示すトランジスタに本実施の形態を適用することが
可能である。
図２７（Ａ）に示すトランジスタは、実施の形態１の図１（Ａ）に示すトランジスタと
同じ構造であるが、酸化物半導体膜５５の構造が異なる。酸化物半導体膜５５近傍を囲む
領域７１の拡大図を図２７（Ｂ）乃至図２７（Ｄ）に示す。
図２７（Ｂ）に示すように、酸化物半導体膜５５は、絶縁膜５３と接する第１の酸化物
半導体膜５５＿１と、第１の酸化物半導体膜５５＿１および絶縁膜５７と接する第２の酸
化物半導体膜５５＿２を有する。
または、図２７（Ｃ）に示すように、酸化物半導体膜５５は、絶縁膜５３と接する第２
の酸化物半導体膜５５＿２と、第２の酸化物半導体膜５５＿２および絶縁膜５７と接する
第３の酸化物半導体膜５５＿３を有する。
または、図２７（Ｄ）に示すように、酸化物半導体膜５５は、絶縁膜５３と接する第１
の酸化物半導体膜５５＿１と、第１の酸化物半導体膜５５＿１と接する第２の酸化物半導
体膜５５＿２と、第２の酸化物半導体膜５５＿２および絶縁膜５７と接する第３の酸化物
半導体膜５５＿３を有する。
第１の酸化物半導体膜５５＿１、第２の酸化物半導体膜５５＿２、および第３の酸化物
半導体膜５５＿３がＩｎ−Ｍ−Ｚｎ酸化物（ＭはＡｌ、Ｔｉ、Ｇａ、Ｙ、Ｚｒ、Ｓｎ、Ｌ
ａ、Ｃｅ、ＮｄまたはＨｆ）の場合、第１の酸化物半導体膜５５＿１および第３の酸化物
半導体膜５５＿３をＩｎ：Ｍ：Ｚｎ＝ｘ１：ｙ１：ｚ１［原子数比］、第２の酸化物半導
体膜５５＿２をＩｎ：Ｍ：Ｚｎ＝ｘ２：ｙ２：ｚ２［原子数比］とすると、ｙ１／ｘ１が
ｙ２／ｘ２よりも大きく、好ましくは、ｙ１／ｘ１がｙ２／ｘ２よりも１．５倍以上であ
る。さらに好ましくは、ｙ１／ｘ１がｙ２／ｘ２よりも２倍以上大きく、より好ましくは
、ｙ１／ｘ１がｙ２／ｘ２よりも３倍以上大きい。このとき、第１の酸化物半導体膜５５
＿１および第３の酸化物半導体膜５５＿３において、ｙ１がｘ１以上であると、当該第２
の酸化物半導体膜５５＿２を用いたトランジスタに安定した電気特性を付与できるため好
ましい。一方、ｙ１がｘ１の３倍以上になると、当該第２の酸化物半導体膜５５＿２を用
いたトランジスタの電界効果移動度が低下してしまうため、ｙ１はｘ１の３倍未満である
と好ましい。
第２の酸化物半導体膜５５＿２がＩｎ−Ｍ−Ｚｎ酸化物（Ｍは、Ｇａ、Ｙ、Ｚｒ、Ｌａ
、Ｃｅ、またはＮｄ）の場合、第２の酸化物半導体膜５５＿２を成膜するために用いるタ
ーゲットにおいて、金属元素の原子数比をＩｎ：Ｍ：Ｚｎ＝ｘ１：ｙ１：ｚ１とすると、
ｘ１／ｙ１は、１／３以上６以下、さらには１以上６以下であって、ｚ１／ｙ１は、１／
３以上６以下、さらには１以上６以下であることが好ましい。なお、ｚ１／ｙ１を１以上
６以下とすることで、第２の酸化物半導体膜５５＿２としてＣＡＡＣ−ＯＳ膜が形成され
やすくなる。ターゲットの金属元素の原子数比の代表例としては、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝１：
１：１、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝１：１：１．２、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝２：１：１．５、Ｉｎ：Ｍ
：Ｚｎ＝２：１：２．３、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝２：１：３、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝３：１：２等
がある。
第１の酸化物半導体膜５５＿１および第３の酸化物半導体膜５５＿３がＩｎ−Ｍ−Ｚｎ
酸化物（Ｍは、Ｇａ、Ｙ、Ｚｒ、Ｌａ、Ｃｅ、またはＮｄ）の場合、第１の酸化物半導体
膜５５＿１および第３の酸化物半導体膜５５＿３を成膜するために用いるターゲットにお
いて、金属元素の原子数比をＩｎ：Ｍ：Ｚｎ＝ｘ２：ｙ２：ｚ２とすると、ｘ２／ｙ２＜
ｘ１／ｙ１であって、ｚ２／ｙ２は、１／３以上６以下、さらには１以上６以下であるこ
とが好ましい。なお、ｚ２／ｙ２を１以上６以下とすることで、第１の酸化物半導体膜５
５＿１および第３の酸化物半導体膜５５＿３としてＣＡＡＣ−ＯＳ膜が形成されやすくな
る。ターゲットの金属元素の原子数比の代表例としては、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝１：３：２、
Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝１：３：４、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝１：３：６、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝１：３：
８、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝１：４：３、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝１：４：４、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝１：
４：５、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝１：４：６、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝１：６：３、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝
１：６：４、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝１：６：５、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝１：６：６、Ｉｎ：Ｍ：Ｚ
ｎ＝１：６：７、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝１：６：８、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝１：６：９等がある。
なお、第１の酸化物半導体膜５５＿１、第２の酸化物半導体膜５５＿２および第３の酸
化物半導体膜５５＿３の原子数比はそれぞれ、誤差として上記の原子数比のプラスマイナ
ス４０％の変動を含む。
なお、原子数比はこれらに限られず、必要とする半導体特性に応じて適切な原子数比の
ものを用いればよい。
また、第１の酸化物半導体膜５５＿１または／および第３の酸化物半導体膜５５＿３と
して、酸化ガリウムを用いて形成することができる。第１の酸化物半導体膜５５＿１およ
び第３の酸化物半導体膜５５＿３として、酸化ガリウムを用いることで、トランジスタの
リーク電流を低減することが可能である。
また、図２７（Ｄ）において、第１の酸化物半導体膜５５＿１および第３の酸化物半導
体膜５５＿３は同じ組成でもよい。例えば、第１の酸化物半導体膜５５＿１および第３の
酸化物半導体膜５５＿３としてＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：３：２、１：３：４、または１：
４：５の原子数比のＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物を用いてもよい。
または、図２７（Ｄ）において、第１の酸化物半導体膜５５＿１および第３の酸化物半
導体膜５５＿３は異なった組成でもよい。例えば、第１の酸化物半導体膜５５＿１として
Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：３：２の原子数比のＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物を用い、第３の酸化
物半導体膜５５＿３としてＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：３：４または１：４：５の原子数比の
Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物を用いてもよい。
第１の酸化物半導体膜５５＿１および第３の酸化物半導体膜５５＿３の厚さは、３ｎｍ
以上１００ｎｍ以下、好ましくは３ｎｍ以上５０ｎｍ以下とする。第２の酸化物半導体膜
５５＿２の厚さは、３ｎｍ以上２００ｎｍ以下、好ましくは３ｎｍ以上１００ｎｍ以下、
さらに好ましくは３ｎｍ以上５０ｎｍ以下とする。なお、第１の酸化物半導体膜５５＿１
および第３の酸化物半導体膜５５＿３はそれぞれ第２の酸化物半導体膜５５＿２より厚さ
を薄くすることで、トランジスタのしきい値電圧の変動量を低減することが可能である。
また、第３の酸化物半導体膜５５＿３に含まれる酸素が一対の導電膜６８、６９に拡散し
、一対の導電膜６８、６９が酸化するのを防ぐため、第３の酸化物半導体膜５５＿３の膜
厚は薄い方が好ましい。
第１の酸化物半導体膜５５＿１、第２の酸化物半導体膜５５＿２、および第３の酸化物
半導体膜５５＿３それぞれの界面は、ＳＴＥＭ（Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓ
ｉｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ）を用いて観察することができる。
第１の酸化物半導体膜５５＿１、第２の酸化物半導体膜５５＿２、および第３の酸化物
半導体膜５５＿３は、実施の形態１に示す酸化物半導体膜５５の結晶構造を適宜用いるこ
とができる。
第２の酸化物半導体膜５５＿２と比較して酸素欠損の生じにくい酸化物半導体膜を第２
の酸化物半導体膜５５＿２の上または／および下に接して設けることで、第２の酸化物半
導体膜５５＿２における酸素欠損を低減することができる。また、第２の酸化物半導体膜
５５＿２は、第２の酸化物半導体膜５５＿２を構成する金属元素の一以上を有する第１の
酸化物半導体膜５５＿１または／および第３の酸化物半導体膜５５＿３と接するため、第
１の酸化物半導体膜５５＿１と第２の酸化物半導体膜５５＿２との界面、第２の酸化物半
導体膜５５＿２と第３の酸化物半導体膜５５＿３との界面における界面準位密度が極めて
低い。このため、第２の酸化物半導体膜５５＿２に含まれる酸素欠損を低減することが可
能である。
また、第２の酸化物半導体膜５５＿２が、構成元素の異なる絶縁膜（例えば、酸化シリ
コン膜を含むゲート絶縁膜）と接する場合、界面準位が形成され、該界面準位はチャネル
を形成することがある。このような場合、しきい値電圧の異なる第２のトランジスタが出
現し、トランジスタの見かけ上のしきい値電圧が変動することがある。しかしながら、第
２の酸化物半導体膜５５＿２を構成する金属元素を一種以上含む第１の酸化物半導体膜５
５＿１が第２の酸化物半導体膜５５＿２と接するため、第１の酸化物半導体膜５５＿１と
第２の酸化物半導体膜５５＿２の界面に界面準位を形成しにくくなる。よって第１の酸化
物半導体膜５５＿１を設けることにより、トランジスタのしきい値電圧などの電気特性の
ばらつきを低減することができる。
また、絶縁膜５７と第２の酸化物半導体膜５５＿２との界面にチャネルが形成される場
合、該界面で界面散乱が起こり、トランジスタの電界効果移動度が低くなる。しかしなが
ら、第２の酸化物半導体膜５５＿２を構成する金属元素を一種以上含む第３の酸化物半導
体膜５５＿３が第２の酸化物半導体膜５５＿２に接して設けられるため、第２の酸化物半
導体膜５５＿２と第３の酸化物半導体膜５５＿３との界面ではキャリアの散乱が起こりに
くく、トランジスタの電界効果移動度を高くすることができる。
また、第１の酸化物半導体膜５５＿１および第３の酸化物半導体膜５５＿３は、絶縁膜
５３および絶縁膜５７の構成元素が第２の酸化物半導体膜５５＿２へ混入して、不純物に
よる準位が形成されることを抑制するためのバリア膜としても機能する。
例えば、絶縁膜５３および絶縁膜５７がシリコンを有する場合、絶縁膜５３および絶縁
膜５７中のシリコン、または絶縁膜５３および絶縁膜５７中に混入されうる炭素が、第１
の酸化物半導体膜５５＿１または／および第３の酸化物半導体膜５５＿３の中へ界面から
数ｎｍ程度まで混入することがある。シリコン、炭素等の不純物が第２の酸化物半導体膜
５５＿２中に入ると不純物準位を形成し、不純物準位がドナーとなり電子を生成すること
でｎ型化することがある。
しかしながら、第１の酸化物半導体膜５５＿１および第３の酸化物半導体膜５５＿３の
膜厚が、数ｎｍよりも厚ければ、混入したシリコン、炭素等の不純物が第２の酸化物半導
体膜５５＿２にまで到達しないため、不純物準位の影響は低減される。
以上のことから、本実施の形態に示すトランジスタは、しきい値電圧などの電気特性の
ばらつきが低減されたトランジスタである。
＜バンド構造＞
次に、本実施の形態に示すトランジスタの代表例として、図２８（Ａ）に示すトランジ
スタの任意断面におけるバンド構造について説明する。なお、図２８（Ａ）に示す破線で
囲まれた領域７１ａの拡大図を図２８（Ｂ）に示し、破線で囲まれた領域７１ｂの拡大図
を図２８（Ｃ）に示し、破線で囲まれた領域７１ｃの拡大図を図２８（Ｄ）に示す。即ち
、図２８（Ａ）に示すトランジスタは、第１の領域５５ａ、第２の領域５５ｂ、５５ｃを
有する酸化物半導体膜５５を有する。また、図２８（Ｂ）に示すように、第１の領域５５
ａは、第１の領域５５＿２ａおよび第１の領域５５＿３ａが、絶縁膜５３および絶縁膜５
７の間に設けられる。また、図２８（Ｃ）に示すように、第２の領域５５ｂは、第２の領
域５５＿２ｂおよび第２の領域５５＿３ｂが、絶縁膜５３および水素を有する絶縁膜６５
の間に設けられる。また、図２８（Ｄ）に示すように、第２の領域５５ｃは、第２の領域
５５＿２ｃおよび第２の領域５５＿３ｃが、絶縁膜５３および水素を有する絶縁膜６５の
間に設けられる。
図２８（Ｅ）に、図２８（Ａ）に示すトランジスタのチャネル領域を含むＯ−Ｐ断面に
おけるバンド構造を示す。なお、第１の領域５５＿３ａは、第１の領域５５＿２ａよりも
エネルギーギャップが少し大きいとする。また、絶縁膜５３および絶縁膜５７は、第１の
領域５５＿２ａおよび第１の領域５５＿３ａよりも十分にエネルギーギャップが大きいと
する。また、第１の領域５５＿２ａ、第１の領域５５＿３ａ、絶縁膜５３および絶縁膜５
７のフェルミ準位（Ｅｆと表記する。）は、それぞれの真性フェルミ準位（Ｅｉと表記す
る。）の位置とする。また、導電膜６１の仕事関数は、該フェルミ準位と同じ位置とする
。また、伝導帯下端のエネルギーをＥｃと表記し、価電子帯上端のエネルギーをＥｖと表
記する。
ゲート電圧をトランジスタのしきい値電圧以上としたとき、第１の領域５５＿２ａと第
１の領域５５＿３ａとの間の伝導帯下端のエネルギーの差により、電子は第１の領域５５
＿２ａを優先的に流れる。即ち、第１の領域５５＿２ａに電子が埋め込まれると推定する
ことができる。
したがって、本発明の一態様に係るトランジスタは、電子の埋め込みによって界面散乱
の影響が低減されている。そのため、本発明の一態様に係るトランジスタは、チャネル領
域における抵抗が小さい。
次に、図２８（Ｆ）に、図２８（Ａ）に示すトランジスタのソース領域またはドレイン
領域を含むＱ−Ｒ断面におけるバンド構造を示す。なお、第２の領域５５＿２ｂ、５５＿
２ｃ、第２の領域５５＿３ｂ、５５＿３ｃは、縮退状態とする。また、第２の領域５５＿
２ｂにおいて、伝導帯下端のエネルギーは第１の領域５５＿２ａのフェルミ準位と同程度
とする。また、第２の領域５５＿３ｂにおいて、伝導帯下端のエネルギーは第１の領域５
５＿３ａのフェルミ準位と同程度とする。第２の領域５５＿２ｃおよび第２の領域５５＿
３ｃも同様である。
このとき、導電膜６８と、第２の領域５５＿３ｂと、はエネルギー障壁が十分小さいた
め、オーミック接触となる。また、第２の領域５５＿３ｂと、第２の領域５５＿２ｂと、
はオーミック接触となる。同様に、導電膜６９と、第２の領域５５＿３ｃと、はエネルギ
ー障壁が十分小さいため、オーミック接触となる。また、第２の領域５５＿３ｃと、第２
の領域５５＿２ｃと、はオーミック接触となる。したがって、導電膜６８および導電膜６
９と、第１の領域５５＿２ａおよび第１の領域５５＿３ａと、の間で、電子の授受がスム
ーズに行われることがわかる。
以上に示したように、本発明の一態様に係るトランジスタは、ソース電極およびドレイ
ン電極と、チャネル領域との間の電子の授受がスムーズに行われるため、チャネル領域に
おける抵抗の小さいトランジスタである。即ち、優れたスイッチング特性を有するトラン
ジスタであることがわかる。
以上、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。
（実施の形態９）
本実施の形態では、先に示す実施の形態に適用可能なトランジスタの構造について、図
２９を用いて説明する。なお、ここでは、実施の形態１に示すトランジスタを用いて説明
するが、適宜先に示す実施の形態に示すトランジスタに本実施の形態を適用することが可
能である。図２９（Ａ）は、トランジスタのチャネル長方向における断面図であり、図２
９（Ｂ）は、トランジスタのチャネル幅方向における断面図である。
本実施の形態に示すトランジスタは、図２９に示すように、絶縁膜５３を介して酸化物
半導体膜５５と重なるゲート電極７３を有することを特徴とする。
ゲート電極７３の電位を導電膜６１と異なる電位とすることで、トランジスタのしきい
値電圧を制御することが可能であり、ノーマリーオフのトランジスタを作製することがで
きる。または、図２９（Ｂ）に示すように、絶縁膜５３および絶縁膜５７に設けられる開
口部において、導電膜６１およびゲート電極７３が接続されることで、ゲート電極７３の
電位を導電膜６１と同じ電位とすることが可能であり、トランジスタのオン電流を増大さ
せることが可能である。
その他の構造は、実施の形態１に示すトランジスタと同じ構造であるため、ここでは詳
細な説明を省略する。
以上、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。
（実施の形態１０）
本実施の形態では、先に示す実施の形態に適用可能な酸化物半導体の詳細について、以
下説明する。
＜酸化物半導体の構造＞
以下では、酸化物半導体の構造について説明する。
酸化物半導体は、単結晶酸化物半導体と、それ以外の非単結晶酸化物半導体とに分けら
れる。非単結晶酸化物半導体としては、ＣＡＡＣ−ＯＳ（Ｃ Ａｘｉｓ Ａｌｉｇｎｅｄ
Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）、多結晶酸化物
半導体、ｎｃ−ＯＳ（ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄ
ｕｃｔｏｒ）、擬似非晶質酸化物半導体（ａ−ｌｉｋｅ ＯＳ：ａｍｏｒｐｈｏｕｓ ｌ
ｉｋｅ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）、非晶質酸化物半導体などがある。
また別の観点では、酸化物半導体は、非晶質酸化物半導体と、それ以外の結晶性酸化物
半導体とに分けられる。結晶性酸化物半導体としては、単結晶酸化物半導体、ＣＡＡＣ−
ＯＳ、多結晶酸化物半導体、ｎｃ−ＯＳなどがある。
非晶質構造の定義としては、一般に、準安定状態で固定化していないこと、等方的であ
って不均質構造を持たないことなどが知られている。また、結合角度が柔軟であり、短距
離秩序性は有するが、長距離秩序性を有さない構造と言い換えることもできる。
逆の見方をすると、本質的に安定な酸化物半導体の場合、完全な非晶質（ｃｏｍｐｌｅ
ｔｅｌｙ ａｍｏｒｐｈｏｕｓ）酸化物半導体と呼ぶことはできない。また、等方的でな
い（例えば、微小な領域において周期構造を有する）酸化物半導体を、完全な非晶質酸化
物半導体と呼ぶことはできない。ただし、ａ−ｌｉｋｅ ＯＳは、微小な領域において周
期構造を有するものの、鬆（ボイドともいう。）を有し、不安定な構造である。そのため
、物性的には非晶質酸化物半導体に近いといえる。
＜ＣＡＡＣ−ＯＳ＞
まずは、ＣＡＡＣ−ＯＳについて説明する。
ＣＡＡＣ−ＯＳは、ｃ軸配向した複数の結晶部（ペレットともいう。）を有する酸化物
半導体の一つである。
透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ：Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒ
ｏｓｃｏｐｅ）によって、ＣＡＡＣ−ＯＳの明視野像と回折パターンとの複合解析像（高
分解能ＴＥＭ像ともいう。）を観察すると、複数のペレットを確認することができる。一
方、高分解能ＴＥＭ像ではペレット同士の境界、即ち結晶粒界（グレインバウンダリーと
もいう。）を明確に確認することができない。そのため、ＣＡＡＣ−ＯＳ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。
以下では、ＴＥＭによって観察したＣＡＡＣ−ＯＳについて説明する。図３０（Ａ）に
、試料面と略平行な方向から観察したＣＡＡＣ−ＯＳの断面の高分解能ＴＥＭ像を示す。
高分解能ＴＥＭ像の観察には、球面収差補正（Ｓｐｈｅｒｉｃａｌ Ａｂｅｒｒａｔｉｏ
ｎ Ｃｏｒｒｅｃｔｏｒ）機能を用いた。球面収差補正機能を用いた高分解能ＴＥＭ像を
、特にＣｓ補正高分解能ＴＥＭ像と呼ぶ。Ｃｓ補正高分解能ＴＥＭ像の取得は、例えば、
日本電子株式会社製原子分解能分析電子顕微鏡ＪＥＭ−ＡＲＭ２００Ｆなどによって行う
ことができる。
図３０（Ａ）の領域（１）を拡大したＣｓ補正高分解能ＴＥＭ像を図３０（Ｂ）に示す
。図３０（Ｂ）より、ペレットにおいて、金属原子が層状に配列していることを確認でき
る。金属原子の各層の配列は、ＣＡＡＣ−ＯＳ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ており、ＣＡＡＣ−ＯＳの被形成面または上面と平行となる。
図３０（Ｂ）に示すように、ＣＡＡＣ−ＯＳは特徴的な原子配列を有する。図３０（Ｃ
）は、特徴的な原子配列を、補助線で示したものである。図３０（Ｂ）および図３０（Ｃ
）より、ペレット一つの大きさは１ｎｍ以上のものや、３ｎｍ以上のものがあり、ペレッ
トとペレットとの傾きにより生じる隙間の大きさは０．８ｎｍ程度であることがわかる。
したがって、ペレットを、ナノ結晶（ｎｃ：ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌ）と呼ぶこともでき
る。また、ＣＡＡＣ−ＯＳを、ＣＡＮＣ（Ｃ−Ａｘｉｓ Ａｌｉｇｎｅｄ ｎａｎｏｃｒ
ｙｓｔａｌｓ）を有する酸化物半導体と呼ぶこともできる。
ここで、Ｃｓ補正高分解能ＴＥＭ像をもとに、基板５１２０上のＣＡＡＣ−ＯＳのペレ
ット５１００の配置を模式的に示すと、レンガまたはブロックが積み重なったような構造
となる（図３０（Ｄ）参照。）。図３０（Ｃ）で観察されたペレットとペレットとの間で
傾きが生じている箇所は、図３０（Ｄ）に示す領域５１６１に相当する。
また、図３１（Ａ）に、試料面と略垂直な方向から観察したＣＡＡＣ−ＯＳの平面のＣ
ｓ補正高分解能ＴＥＭ像を示す。図３１（Ａ）の領域（１）、領域（２）および領域（３
）を拡大したＣｓ補正高分解能ＴＥＭ像を、それぞれ図３１（Ｂ）、図３１（Ｃ）および
図３１（Ｄ）に示す。図３１（Ｂ）、図３１（Ｃ）および図３１（Ｄ）より、ペレットは
、金属原子が三角形状、四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、異なるペレット間で、金属原子の配列に規則性は見られない。
次に、Ｘ線回折（ＸＲＤ：Ｘ−Ｒａｙ Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ）によって解析したＣ
ＡＡＣ−ＯＳについて説明する。例えば、ＩｎＧａＺｎＯ４の結晶を有するＣＡＡＣ−Ｏ
Ｓに対し、ｏｕｔ−ｏｆ−ｐｌａｎｅ法による構造解析を行うと、図３２（Ａ）に示すよ
うに回折角（２θ）が３１°近傍にピークが現れる場合がある。このピークは、ＩｎＧａ
ＺｎＯ４の結晶の（００９）面に帰属されることから、ＣＡＡＣ−ＯＳの結晶がｃ軸配向
性を有し、ｃ軸が被形成面または上面に略垂直な方向を向いていることが確認できる。
なお、ＣＡＡＣ−ＯＳのｏｕｔ−ｏｆ−ｐｌａｎｅ法による構造解析では、２θが３１
°近傍のピークの他に、２θが３６°近傍にもピークが現れる場合がある。２θが３６°
近傍のピークは、ＣＡＡＣ−ＯＳ中の一部に、ｃ軸配向性を有さない結晶が含まれること
を示している。より好ましいＣＡＡＣ−ＯＳは、ｏｕｔ−ｏｆ−ｐｌａｎｅ法による構造
解析では、２θが３１°近傍にピークを示し、２θが３６°近傍にピークを示さない。
一方、ＣＡＡＣ−ＯＳに対し、ｃ軸に略垂直な方向からＸ線を入射させるｉｎ−ｐｌａ
ｎｅ法による構造解析を行うと、２θが５６°近傍にピークが現れる。このピークは、Ｉ
ｎＧａＺｎＯ４の結晶の（１１０）面に帰属される。ＣＡＡＣ−ＯＳの場合は、２θを５
６°近傍に固定し、試料面の法線ベクトルを軸（φ軸）として試料を回転させながら分析
（φスキャン）を行っても、図３２（Ｂ）に示すように明瞭なピークは現れない。これに
対し、ＩｎＧａＺｎＯ４の単結晶酸化物半導体であれば、２θを５６°近傍に固定してφ
スキャンした場合、図３２（Ｃ）に示すように（１１０）面と等価な結晶面に帰属される
ピークが６本観察される。したがって、ＸＲＤを用いた構造解析から、ＣＡＡＣ−ＯＳは
、ａ軸およびｂ軸の配向が不規則であることが確認できる。
次に、電子回折によって解析したＣＡＡＣ−ＯＳについて説明する。例えば、ＩｎＧａ
ＺｎＯ４の結晶を有するＣＡＡＣ−ＯＳに対し、試料面に平行にプローブ径が３００ｎｍ
の電子線を入射させると、図３３（Ａ）に示すような回折パターン（制限視野透過電子回
折パターンともいう。）が現れる場合がある。この回折パターンには、ＩｎＧａＺｎＯ４
の結晶の（００９）面に起因するスポットが含まれる。したがって、電子回折によっても
、ＣＡＡＣ−ＯＳに含まれるペレットがｃ軸配向性を有し、ｃ軸が被形成面または上面に
略垂直な方向を向いていることがわかる。一方、同じ試料に対し、試料面に垂直にプロー
ブ径が３００ｎｍの電子線を入射させたときの回折パターンを図３３（Ｂ）に示す。図３
３（Ｂ）より、リング状の回折パターンが確認される。したがって、電子回折によっても
、ＣＡＡＣ−ＯＳに含まれるペレットのａ軸およびｂ軸は配向性を有さないことがわかる
。なお、図３３（Ｂ）における第１リングは、ＩｎＧａＺｎＯ４の結晶の（０１０）面お
よび（１００）面などに起因すると考えられる。また、図３３（Ｂ）における第２リング
は（１１０）面などに起因すると考えられる。
上述したように、ＣＡＡＣ−ＯＳは結晶性の高い酸化物半導体である。酸化物半導体の
結晶性は不純物の混入や欠陥の生成などによって低下する場合があるため、逆の見方をす
るとＣＡＡＣ−ＯＳは不純物や欠陥（酸素欠損など）の少ない酸化物半導体ともいえる。
なお、不純物は、酸化物半導体の主成分以外の元素で、水素、炭素、シリコン、遷移金
属元素などがある。例えば、シリコンなどの、酸化物半導体を構成する金属元素よりも酸
素との結合力の強い元素は、酸化物半導体から酸素を奪うことで酸化物半導体の原子配列
を乱し、結晶性を低下させる要因となる。また、鉄やニッケルなどの重金属、アルゴン、
二酸化炭素などは、原子半径（または分子半径）が大きいため、酸化物半導体の原子配列
を乱し、結晶性を低下させる要因となる。
酸化物半導体が不純物や欠陥を有する場合、光や熱などによって特性が変動する場合が
ある。例えば、酸化物半導体に含まれる不純物は、キャリアトラップとなる場合や、キャ
リア発生源となる場合がある。また、酸化物半導体中の酸素欠損は、キャリアトラップと
なる場合や、水素を捕獲することによってキャリア発生源となる場合がある。
不純物および酸素欠損の少ないＣＡＡＣ−ＯＳは、キャリア密度の低い酸化物半導体で
ある。具体的には、８×１０１１／ｃｍ３未満、好ましくは１×１０１１／ｃｍ３未満、
さらに好ましくは１×１０１０／ｃｍ３未満であり、１×１０−９／ｃｍ３以上のキャリ
ア密度の酸化物半導体とすることができる。そのような酸化物半導体を、高純度真性また
は実質的に高純度真性な酸化物半導体と呼ぶ。ＣＡＡＣ−ＯＳは、不純物濃度が低く、欠
陥準位密度が低い。即ち、安定な特性を有する酸化物半導体であるといえる。
＜ｎｃ−ＯＳ＞
次に、ｎｃ−ＯＳについて説明する。
ｎｃ−ＯＳは、高分解能ＴＥＭ像において、結晶部を確認することのできる領域と、明
確な結晶部を確認することのできない領域と、を有する。ｎｃ−ＯＳに含まれる結晶部は
、１ｎｍ以上１０ｎｍ以下、または１ｎｍ以上３ｎｍ以下の大きさであることが多い。な
お、結晶部の大きさが１０ｎｍより大きく１００ｎｍ以下である酸化物半導体を微結晶酸
化物半導体と呼ぶことがある。ｎｃ−ＯＳは、例えば、高分解能ＴＥＭ像では、結晶粒界
を明確に確認できない場合がある。なお、ナノ結晶は、ＣＡＡＣ−ＯＳにおけるペレット
と起源を同じくする可能性がある。そのため、以下ではｎｃ−ＯＳの結晶部をペレットと
呼ぶ場合がある。
ｎｃ−ＯＳは、微小な領域（例えば、１ｎｍ以上１０ｎｍ以下の領域、特に１ｎｍ以上
３ｎｍ以下の領域）において原子配列に周期性を有する。また、ｎｃ−ＯＳは、異なるペ
レット間で結晶方位に規則性が見られない。そのため、膜全体で配向性が見られない。し
たがって、ｎｃ−ＯＳは、分析方法によっては、ａ−ｌｉｋｅ ＯＳや非晶質酸化物半導
体と区別が付かない場合がある。例えば、ｎｃ−ＯＳに対し、ペレットよりも大きい径の
Ｘ線を用いた場合、ｏｕｔ−ｏｆ−ｐｌａｎｅ法による解析では、結晶面を示すピークは
検出されない。また、ｎｃ−ＯＳに対し、ペレットよりも大きいプローブ径（例えば５０
ｎｍ以上）の電子線を用いる電子回折を行うと、ハローパターンのような回折パターンが
観測される。一方、ｎｃ−ＯＳに対し、ペレットの大きさと近いかペレットより小さいプ
ローブ径の電子線を用いるナノビーム電子回折を行うと、スポットが観測される。また、
ｎｃ−ＯＳに対しナノビーム電子回折を行うと、円を描くように（リング状に）輝度の高
い領域が観測される場合がある。さらに、リング状の領域内に複数のスポットが観測され
る場合がある。
このように、ペレット（ナノ結晶）間では結晶方位が規則性を有さないことから、ｎｃ
−ＯＳを、ＲＡＮＣ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｌｉｇｎｅｄ ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌｓ）を有
する酸化物半導体、またはＮＡＮＣ（Ｎｏｎ−Ａｌｉｇｎｅｄ ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌ
ｓ）を有する酸化物半導体と呼ぶこともできる。
ｎｃ−ＯＳは、非晶質酸化物半導体よりも規則性の高い酸化物半導体である。そのため
、ｎｃ−ＯＳは、ａ−ｌｉｋｅ ＯＳや非晶質酸化物半導体よりも欠陥準位密度が低くな
る。ただし、ｎｃ−ＯＳは、異なるペレット間で結晶方位に規則性が見られない。そのた
め、ｎｃ−ＯＳは、ＣＡＡＣ−ＯＳと比べて欠陥準位密度が高くなる。
＜ａ−ｌｉｋｅ ＯＳ＞
ａ−ｌｉｋｅ ＯＳは、ｎｃ−ＯＳと非晶質酸化物半導体との間の構造を有する酸化物
半導体である。
ａ−ｌｉｋｅ ＯＳは、高分解能ＴＥＭ像において鬆が観察される場合がある。また、
高分解能ＴＥＭ像において、明確に結晶部を確認することのできる領域と、結晶部を確認
することのできない領域と、を有する。
鬆を有するため、ａ−ｌｉｋｅ ＯＳは、不安定な構造である。以下では、ａ−ｌｉｋ
ｅ ＯＳが、ＣＡＡＣ−ＯＳおよびｎｃ−ＯＳと比べて不安定な構造であることを示すた
め、電子照射による構造の変化を示す。
電子照射を行う試料として、ａ−ｌｉｋｅ ＯＳ（試料Ａと表記する。）、ｎｃ−ＯＳ
（試料Ｂと表記する。）およびＣＡＡＣ−ＯＳ（試料Ｃと表記する。）を準備する。いず
れの試料もＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物である。
まず、各試料の高分解能断面ＴＥＭ像を取得する。高分解能断面ＴＥＭ像により、各試
料は、いずれも結晶部を有することがわかる。
なお、どの部分を一つの結晶部と見なすかの判定は、以下のように行えばよい。例えば
、ＩｎＧａＺｎＯ４の結晶の単位格子は、Ｉｎ−Ｏ層を３層有し、またＧａ−Ｚｎ−Ｏ層
を６層有する、計９層がｃ軸方向に層状に重なった構造を有することが知られている。こ
れらの近接する層同士の間隔は、（００９）面の格子面間隔（ｄ値ともいう。）と同程度
であり、結晶構造解析からその値は０．２９ｎｍと求められている。したがって、格子縞
の間隔が０．２８ｎｍ以上０．３０ｎｍ以下である箇所を、ＩｎＧａＺｎＯ４の結晶部と
見なすことができる。なお、格子縞は、ＩｎＧａＺｎＯ４の結晶のａ−ｂ面に対応する。
図３４は、各試料の結晶部（２２箇所から４５箇所）の平均の大きさを調査した例であ
る。ただし、上述した格子縞の長さを結晶部の大きさとしている。図３４より、ａ−ｌｉ
ｋｅ ＯＳは、電子の累積照射量に応じて結晶部が大きくなっていくことがわかる。具体
的には、図３４中に（１）で示すように、ＴＥＭによる観察初期においては１．２ｎｍ程
度の大きさだった結晶部（初期核ともいう。）が、累積照射量が４．２×１０８ｅ−／ｎ
ｍ２においては２．６ｎｍ程度の大きさまで成長していることがわかる。一方、ｎｃ−Ｏ
ＳおよびＣＡＡＣ−ＯＳは、電子照射開始時から電子の累積照射量が４．２×１０８ｅ−
／ｎｍ２までの範囲で、結晶部の大きさに変化が見られないことがわかる。具体的には、
図３４中の（２）および（３）で示すように、電子の累積照射量によらず、ｎｃ−ＯＳお
よびＣＡＡＣ−ＯＳの結晶部の大きさは、それぞれ１．４ｎｍ程度および２．１ｎｍ程度
であることがわかる。
このように、ａ−ｌｉｋｅ ＯＳは、電子照射によって結晶部の成長が見られる場合が
ある。一方、ｎｃ−ＯＳおよびＣＡＡＣ−ＯＳは、電子照射による結晶部の成長がほとん
ど見られないことがわかる。即ち、ａ−ｌｉｋｅ ＯＳは、ｎｃ−ＯＳおよびＣＡＡＣ−
ＯＳと比べて、不安定な構造であることがわかる。
また、鬆を有するため、ａ−ｌｉｋｅ ＯＳは、ｎｃ−ＯＳおよびＣＡＡＣ−ＯＳと比
べて密度の低い構造である。具体的には、ａ−ｌｉｋｅ ＯＳの密度は、同じ組成の単結
晶の密度の７８．６％以上９２．３％未満となる。また、ｎｃ−ＯＳの密度およびＣＡＡ
Ｃ−ＯＳの密度は、同じ組成の単結晶の密度の９２．３％以上１００％未満となる。単結
晶の密度の７８％未満となる酸化物半導体は、成膜すること自体が困難である。
例えば、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：１［原子数比］を満たす酸化物半導体において、
菱面体晶構造を有する単結晶ＩｎＧａＺｎＯ４の密度は６．３５７ｇ／ｃｍ３となる。よ
って、例えば、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：１［原子数比］を満たす酸化物半導体におい
て、ａ−ｌｉｋｅ ＯＳの密度は５．０ｇ／ｃｍ３以上５．９ｇ／ｃｍ３未満となる。ま
た、例えば、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：１［原子数比］を満たす酸化物半導体において
、ｎｃ−ＯＳの密度およびＣＡＡＣ−ＯＳの密度は５．９ｇ／ｃｍ３以上６．３ｇ／ｃｍ
３未満となる。
なお、同じ組成の単結晶が存在しない場合がある。その場合、任意の割合で組成の異な
る単結晶を組み合わせることにより、所望の組成における単結晶に相当する密度を見積も
ることができる。所望の組成の単結晶に相当する密度は、組成の異なる単結晶を組み合わ
せる割合に対して、加重平均を用いて見積もればよい。ただし、密度は、可能な限り少な
い種類の単結晶を組み合わせて見積もることが好ましい。
以上のように、酸化物半導体は、様々な構造をとり、それぞれが様々な特性を有する。
なお、酸化物半導体は、例えば、非晶質酸化物半導体、ａ−ｌｉｋｅ ＯＳ、ｎｃ−ＯＳ
、ＣＡＡＣ−ＯＳのうち、二種以上を有する積層膜であってもよい。
以上、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。
（実施の形態１１）
本実施の形態では、本発明の一態様の入出力装置の構成について、図３５および図３６
を参照しながら説明する。なお、入出力装置はタッチパネルということもできる。
図３５（Ａ）（Ｂ）は本発明の一態様の入出力装置の構成を説明する投影図である。
図３５（Ａ）は本発明の一態様の入出力装置５００の投影図であり、図３５（Ｂ）は入
出力装置５００が備える検知ユニット１０Ｕの構成を説明する投影図である。
図３６（Ａ）乃至（Ｃ）は本発明の一態様の入出力装置５００の構成を説明する断面図
である。
図３６（Ａ）は図３５（Ａ）に示す本発明の一態様の入出力装置５００のＺ１−Ｚ２に
おける断面図である。
＜入出力装置の構成例＞
本実施の形態で説明する入出力装置５００は、可視光を透過する窓部１４を具備し且つ
マトリクス状に配設される複数の検知ユニット１０Ｕ、行方向（図中に矢印Ｒで示す）に
配置される複数の検知ユニット１０Ｕと電気的に接続する走査線Ｇ１、列方向（図中に矢
印Ｃで示す）に配置される複数の検知ユニット１０Ｕと電気的に接続する信号線ＤＬなら
びに、検知ユニット１０Ｕ、走査線Ｇ１および信号線ＤＬを支持する可撓性の基材１６を
備える可撓性の入力装置１００と、窓部１４に重なり且つマトリクス状に配設される複数
の画素５０２および画素５０２を支持する可撓性の第２の基材５１０を備える表示部５０
１と、を有する（図３５（Ａ）乃至図３５（Ｃ）参照）。
検知ユニット１０Ｕは、窓部１４に重なる検知素子Ｃおよび検知素子Ｃと電気的に接続
される検知回路１９を備える（図３５（Ｂ）参照）。
検知素子Ｃは、絶縁膜１３、絶縁膜１３を挟持する第１の電極１１および第２の電極１
２を備える（図３６（Ａ）参照）。
検知回路１９は、選択信号を供給され且つ検知素子Ｃの容量の変化に基づいて検知信号
ＤＡＴＡを供給する。
走査線Ｇ１は、選択信号を供給することができ、信号線ＤＬは、検知信号ＤＡＴＡを供
給することができ、検知回路１９は、複数の窓部１４の間隙に重なるように配置される。
また、本実施の形態で説明する入出力装置５００は、検知ユニット１０Ｕおよび検知ユ
ニット１０Ｕの窓部１４と重なる画素５０２の間に、着色膜を備える。
本実施の形態で説明する入出力装置５００は、可視光を透過する窓部１４を具備する検
知ユニット１０Ｕを複数備える可撓性の入力装置１００と、窓部１４に重なる画素５０２
を複数備える可撓性の表示部５０１と、を有し、窓部１４と画素５０２の間に着色膜を含
んで構成される。
これにより、入出力装置は容量の変化に基づく検知信号およびそれを供給する検知ユニ
ットの位置情報を供給すること、検知ユニットの位置情報と関連付けられた画像情報を表
示すること、ならびに曲げることができる。その結果、利便性または信頼性に優れた新規
な入出力装置を提供することができる。
また、入出力装置５００は、入力装置１００が供給する信号を供給されるフレキシブル
基板ＦＰＣ１または／および画像情報を含む信号を表示部５０１に供給するフレキシブル
基板ＦＰＣ２を備えていてもよい。
また、傷の発生を防いで入出力装置５００を保護する保護膜１７ｐまたは／および入出
力装置５００が反射する外光の強度を弱める反射防止膜５６７ｐを備えていてもよい。
また、入出力装置５００は、表示部５０１の操作線に選択信号を供給する走査線駆動回
路５０３ｇ、信号を供給する配線５１１およびフレキシブル基板ＦＰＣ２と電気的に接続
される端子５１９を有する。
以下に、入出力装置５００を構成する個々の要素について説明する。なお、これらの構
成は明確に分離できず、一つの構成が他の構成を兼ねる場合や他の構成の一部を含む場合
がある。
例えば、複数の窓部１４に重なる位置に着色膜を備える入力装置１００は、入力装置１
００であるとともにカラーフィルタでもある。
また、例えば入力装置１００が表示部５０１に重ねられた入出力装置５００は、入力装
置１００であるとともに表示部５０１でもある。
＜全体の構成＞
入出力装置５００は、入力装置１００と、表示部５０１と、を備える（図３５（Ａ）参
照）。
＜入力装置１００＞
入力装置１００は複数の検知ユニット１０Ｕおよび検知ユニットを支持する可撓性の基
材１６を備える。例えば、４０行１５列のマトリクス状に複数の検知ユニット１０Ｕを可
撓性の基材１６に配設する。
＜窓部１４、着色膜および遮光膜ＢＭ＞
窓部１４は可視光を透過する。
窓部１４に重なる位置に所定の色の光を透過する着色膜を備える。例えば、青色の光を
透過する着色膜ＣＦＢ、緑色の光を透過する着色膜ＣＦＧまたは赤色の光を透過する着色
膜ＣＦＲを備える（図３５（Ｂ）参照）。
なお、青色、緑色または／および赤色に加えて、白色の光を透過する着色膜または黄色
の光を透過する着色膜などさまざまな色の光を透過する着色膜を備えることができる。
着色膜に金属材料、顔料または染料等を用いることができる。
窓部１４を囲むように遮光膜ＢＭを備える。遮光膜ＢＭは窓部１４より光を透過しにく
い。
カーボンブラック、金属酸化物、複数の金属酸化物の固溶体を含む複合酸化物等を遮光
膜ＢＭに用いることができる。
遮光膜ＢＭと重なる位置に走査線Ｇ１、信号線ＤＬ、配線ＶＰＩ、配線ＲＥＳおよび配
線ＶＲＥＳならびに検知回路１９を備える。
なお、着色膜および遮光膜ＢＭを覆う透光性のオーバーコート膜を備えることができる
。
＜検知素子Ｃ＞
検知素子Ｃは、第１の電極１１、第２の電極１２および第１の電極１１と第２の電極１
２の間に絶縁膜１３を有する（図３６（Ａ）参照）。
第１の電極１１は他の領域から分離されるように、例えば島状に形成される。特に、入
出力装置５００の使用者に第１の電極１１が識別されないように、第１の電極１１と同一
の工程で作製することができる層を第１の電極１１に近接して配置する構成が好ましい。
より好ましくは、第１の電極１１および第１の電極１１に近接して配置する層の間隙に配
置する窓部１４の数をできるだけ少なくするとよい。特に、当該間隙に窓部１４を配置し
ない構成が好ましい。
第１の電極１１と重なるように第２の電極１２を備え、第１の電極１１と第２の電極１
２の間に絶縁膜１３を備える。
例えば、大気中に置かれた検知素子Ｃの第１の電極１１または第２の電極１２に、大気
と異なる誘電率を有するものが近づくと、検知素子Ｃの容量が変化する。具体的には、指
などのものが検知素子Ｃに近づくと、検知素子Ｃの容量が変化する。これにより、近接検
知器に用いることができる。
例えば、変形することができる検知素子Ｃの容量は、変形に伴い変化する。
具体的には、指などのものが検知素子Ｃに触れることにより、第１の電極１１と第２の
電極１２の間隔が狭くなると、検知素子Ｃの容量は大きくなる。これにより、接触検知器
に用いることができる。
具体的には、検知素子Ｃを折り曲げることにより、第１の電極１１と第２の電極１２の
間隔が狭くなる。これにより、検知素子Ｃの容量は大きくなる。これにより、屈曲検知器
に用いることができる。
第１の電極１１および第２の電極１２は、導電性の材料を含む。
例えば、無機導電性材料、有機導電性材料、金属または導電性セラミックスなどを第１
の電極１１および第２の電極１２に用いることができる。
具体的には、アルミニウム、クロム、銅、タンタル、チタン、モリブデン、タングステ
ン、ニッケル、銀またはマンガンから選ばれた金属元素、上述した金属元素を成分とする
合金または上述した金属元素を組み合わせた合金などを用いることができる。なお、光が
透過する厚さとすることが好ましい。
または、酸化インジウム、インジウム錫酸化物、インジウム亜鉛酸化物、酸化亜鉛、ガ
リウムを添加した酸化亜鉛などの導電性酸化物を用いることができる。
または、グラフェンまたはグラファイトを用いることができる。グラフェンを含む膜は
、例えば膜状に形成された酸化グラフェンを含む膜を還元して形成することができる。還
元する方法としては、熱を加える方法や還元剤を用いる方法等を挙げることができる。
または、導電性高分子を用いることができる。
＜検知回路１９＞
検知回路１９は例えばトランジスタＭ１乃至トランジスタＭ３を含む。また、検知回路
１９は電源電位および信号を供給する配線を含む。例えば、信号線ＤＬ、配線ＶＰＩ、配
線ＣＳ、走査線Ｇ１、配線ＲＥＳ、配線ＶＲＥＳなどを含む。なお、検知回路１９の具体
的な構成は実施の形態１２で詳細に説明する。
なお、検知回路１９を窓部１４と重ならない領域に配置してもよい。例えば、窓部１４
と重ならない領域に配線を配置することにより、入力装置１００の一方の側から他方の側
にあるものを視認し易くできる。
例えば、同一の工程で形成することができるトランジスタをトランジスタＭ１乃至トラ
ンジスタＭ３に用いることができる。
トランジスタＭ１は半導体膜を有する。例えば、４族の元素、化合物半導体または酸化
物半導体を半導体膜に用いることができる。具体的には、シリコンを含む半導体、ガリウ
ムヒ素を含む半導体またはインジウムを含む酸化物半導体などを適用できる。また、トラ
ンジスタＭ１は、先の実施の形態で説明したトランジスタを適宜用いることができる。
導電性を有する材料を配線に適用できる。
例えば、無機導電性材料、有機導電性材料、金属または導電性セラミックスなどを配線
に用いることができる。具体的には、第１の電極１１および第２の電極１２に用いること
ができる材料と同一の材料を適用できる。
アルミニウム、金、白金、銀、ニッケル、チタン、タングステン、クロム、モリブデン
、鉄、コバルト、銅、またはパラジウム等の金属材料や、該金属材料を含む合金材料を走
査線Ｇ１、信号線ＤＬ、配線ＶＰＩ、配線ＲＥＳおよび配線ＶＲＥＳに用いることができ
る。
基材１６に形成した膜を加工して、基材１６に検知回路１９を形成してもよい。
または、他の基材に形成された検知回路１９を基材１６に転置してもよい。
＜基材１６＞
有機材料、無機材料または有機材料と無機材料の複合材料を可撓性の基材１６に用いる
ことができる。
５μｍ以上２５００μｍ以下、好ましくは５μｍ以上６８０μｍ以下、より好ましくは
５μｍ以上１７０μｍ以下、より好ましくは５μｍ以上４５μｍ以下、より好ましくは８
μｍ以上２５μｍ以下の厚さを有する材料を、基材１６に用いることができる。
また、不純物の透過が抑制された材料を基材１６に好適に用いることができる。例えば
、水蒸気の透過率が１０−５ｇ／（ｍ２・ｄａｙ）以下、好ましくは１０−６ｇ／（ｍ２
・ｄａｙ）以下である材料を好適に用いることができる。
また、線膨張率がおよそ等しい材料を基材１６および基材５１０に好適に用いることが
できる。例えば、線膨張率が１×１０−３／Ｋ以下、好ましくは５×１０−５／Ｋ以下、
より好ましくは１×１０−５／Ｋ以下である材料を好適に用いることができる。
例えば、樹脂、樹脂フィルムまたはプラスチックフィルム等の有機材料を、基材１６に
用いることができる。
例えば、金属板または厚さ１０μｍ以上５０μｍ以下の薄板状のガラス板等の無機材料
を、基材１６に用いることができる。
例えば、金属板、薄板状のガラス板または無機材料の膜を、樹脂膜を用いて樹脂フィル
ム等に貼り合せて形成された複合材料を、基材１６に用いることができる。
例えば、繊維状または粒子状の金属、ガラスもしくは無機材料を樹脂または樹脂フィル
ムに分散した複合材料を、基材１６に用いることができる。
例えば、熱硬化性樹脂や紫外線硬化樹脂を樹脂膜に用いることができる。
具体的には、ポリエステル、ポリオレフィン、ポリアミド、ポリイミド、ポリカーボネ
ート若しくはアクリル樹脂等の樹脂フィルムまたは樹脂板を用いることができる。
具体的には、無アルカリガラス、ソーダ石灰ガラス、カリガラス若しくはクリスタルガ
ラス等を用いることができる。
具体的には、金属酸化物膜、金属窒化物膜若しくは金属酸窒化物膜等を用いることがで
きる。例えば、酸化シリコン、窒化シリコン、酸窒化シリコン、アルミナ膜等を適用でき
る。
具体的には、開口部が設けられたステンレス・スチルまたはアルミニウム等を用いるこ
とができる。
具体的には、アクリル、ウレタン、エポキシ、またはシロキサン結合を有する樹脂など
の樹脂を用いることができる。
例えば、可撓性を有する基材１６ｂと、不純物の拡散を防ぐバリア膜１６ａと、基材１
６ｂおよびバリア膜１６ａを貼り合わせる樹脂膜１６ｃと、が積層された積層体を基材１
６に好適に用いることができる（図３６（Ａ）参照）。
具体的には、６００ｎｍの酸化窒化シリコン膜および厚さ２００ｎｍの窒化シリコン膜
が積層された積層材料を含む膜を、バリア膜１６ａに用いることができる。
具体的には、厚さ６００ｎｍの酸化窒化シリコン膜、厚さ２００ｎｍの窒化シリコン膜
、厚さ２００ｎｍの酸化窒化シリコン膜、厚さ１４０ｎｍの窒化酸化シリコン膜および厚
さ１００ｎｍの酸化窒化シリコン膜がこの順に積層された積層材料を含む膜を、バリア膜
１６ａに用いることができる。
ポリエステル、ポリオレフィン、ポリアミド、ポリイミド、ポリカーボネート若しくは
アクリル樹脂等の樹脂フィルム、樹脂板または積層体等を基材１６ｂに用いることができ
る。
例えば、ポリエステル、ポリオレフィン、ポリアミド（ナイロン、アラミド等）、ポリ
イミド、ポリカーボネートまたはアクリル、ウレタン、エポキシもしくはシロキサン結合
を有する樹脂を含む材料を樹脂膜１６ｃに用いることができる。
＜保護基材１７、保護膜１７ｐ＞
可撓性の保護基材１７または／および保護膜１７ｐを備えることができる。可撓性の保
護基材１７または保護膜１７ｐは傷の発生を防いで入力装置１００を保護する。
例えば、ポリエステル、ポリオレフィン、ポリアミド、ポリイミド、ポリカーボネート
若しくはアクリル樹脂等の樹脂フィルム、樹脂板または積層体等を保護基材１７に用いる
ことができる。
例えば、ハードコート層またはセラミックコート層を保護膜１７ｐに用いることができ
る。具体的には、紫外線硬化樹脂または酸化アルミニウムを含む層を第２の電極１２に重
なる位置に形成してもよい。
＜表示部５０１＞
表示部５０１は、マトリクス状に配置された複数の画素５０２を備える（図３５（Ｃ）
参照）。
例えば、画素５０２は副画素５０２Ｂ、副画素５０２Ｇおよび副画素５０２Ｒを含み、
それぞれの副画素は表示素子と表示素子を駆動する画素回路を備える。
なお、画素５０２の副画素５０２Ｂは着色膜ＣＦＢと重なる位置に配置され、副画素５
０２Ｇは着色膜ＣＦＧと重なる位置に配置され、副画素５０２Ｒは着色膜ＣＦＲと重なる
位置に配置される。
本実施の形態では、白色の光を射出する有機エレクトロルミネッセンス素子を表示素子
に適用する場合について説明するが、表示素子はこれに限られない。
例えば、副画素毎に射出する光の色が異なるように、発光色が異なる有機エレクトロル
ミネッセンス素子を副画素毎に適用してもよい。
また、有機エレクトロルミネッセンス素子の他、電気泳動方式や電子粉流体（登録商標
）方式やエレクトロウェッティング方式などにより表示を行う表示素子（電子インクとも
いう）、シャッター方式のＭＥＭＳ表示素子、光干渉方式のＭＥＭＳ表示素子、液晶素子
など、様々な表示素子を表示素子に用いることができる。
また、透過型液晶ディスプレイ、半透過型液晶ディスプレイ、反射型液晶ディスプレイ
、直視型液晶ディスプレイなどにも適用できる。なお、半透過型液晶ディスプレイや反射
型液晶ディスプレイを実現する場合には、画素電極の一部、または、全部が、反射電極と
しての機能を有するようにすればよい。例えば、画素電極の一部、または、全部が、アル
ミニウム、銀、などを有するようにすればよい。さらに、その場合、反射電極の下に、Ｓ
ＲＡＭなどの記憶回路を設けることも可能である。これにより、さらに、消費電力を低減
することができる。また、適用する表示素子に好適な構成を様々な画素回路から選択して
用いることができる。
また、表示部において、画素に能動素子を有するアクティブマトリクス方式、または、
画素に能動素子を有しないパッシブマトリクス方式を用いることが出来る。
アクティブマトリクス方式では、能動素子（アクティブ素子、非線形素子）として、ト
ランジスタだけでなく、さまざまな能動素子（アクティブ素子、非線形素子）を用いるこ
とが出来る。例えば、ＭＩＭ（Ｍｅｔａｌ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ Ｍｅｔａｌ）、または
ＴＦＤ（Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｄｉｏｄｅ）などを用いることも可能である。これらの素
子は、製造工程が少ないため、製造コストの低減、または歩留まりの向上を図ることがで
きる。または、これらの素子は、素子のサイズが小さいため、開口率を向上させることが
でき、低消費電力化や高輝度化をはかることが出来る。
アクティブマトリクス方式以外のものとして、能動素子（アクティブ素子、非線形素子
）を用いないパッシブマトリクス型を用いることも可能である。能動素子（アクティブ素
子、非線形素子）を用いないため、製造工程が少ないため、製造コストの低減、または歩
留まりの向上を図ることができる。または、能動素子（アクティブ素子、非線形素子）を
用いないため、開口率を向上させることができ、低消費電力化、または高輝度化などを図
ることが出来る。
＜基材５１０＞
可撓性を有する材料を基材５１０に用いることができる。例えば、基材１６に用いるこ
とができる材料を基材５１０に適用することができる。
例えば、可撓性を有する基材５１０ｂと、不純物の拡散を防ぐバリア膜５１０ａと、基
材５１０ｂおよびバリア膜５１０ａを貼り合わせる樹脂膜５１０ｃと、が積層された積層
体を基材５１０に好適に用いることができる（図３６（Ａ）参照）。
＜封止材５６０＞
封止材５６０は基材１６と基材５１０を貼り合わせる。封止材５６０は空気より大きい
屈折率を備える。また、封止材５６０側に光を取り出す場合は、封止材５６０は封止材５
６０と接する層との屈折率段差を低減することができる。
画素回路および発光素子（例えば発光素子５５０Ｒ）は基材５１０と基材１６の間にあ
る。
＜画素の構成＞
副画素５０２Ｒは発光モジュール５８０Ｒを備える。
副画素５０２Ｒは、発光素子５５０Ｒおよび発光素子５５０Ｒに電力を供給することが
できるトランジスタ５０２ｔを含む画素回路を備える。また、発光モジュール５８０Ｒは
発光素子５５０Ｒおよび光学素子（例えば着色膜ＣＦＲ）を備える。
発光素子５５０Ｒは、下部電極、上部電極、下部電極と上部電極の間に発光性の有機化
合物を含む層を有する。
発光モジュール５８０Ｒは、光を取り出す方向に着色膜ＣＦＲを有する。着色膜は特定
の波長を有する光を透過するものであればよく、例えば赤色、緑色または青色等を呈する
光を選択的に透過するものを用いることができる。なお、他の副画素を着色膜が設けられ
ていない窓部に重なるように配置して、着色膜を透過しないで発光素子の発する光を射出
させてもよい。
また、封止材５６０が光を取り出す側に設けられている場合、封止材５６０は、発光素
子５５０Ｒと着色膜ＣＦＲに接する。
着色膜ＣＦＲは発光素子５５０Ｒと重なる位置にある。これにより、発光素子５５０Ｒ
が発する光の一部は着色膜ＣＦＲを透過して、図中に示す矢印の方向の発光モジュール５
８０Ｒの外部に射出される。
着色膜（例えば着色膜ＣＦＲ）を囲むように遮光膜ＢＭがある。
＜画素回路の構成＞
画素回路に含まれるトランジスタ５０２ｔを覆う絶縁膜５２１を備える。絶縁膜５２１
は画素回路に起因する凹凸を平坦化するための膜として用いることができる。また、不純
物の拡散を抑制できる層を含む積層膜を、絶縁膜５２１に適用することができる。これに
より、不純物の拡散によるトランジスタ５０２ｔ等の信頼性の低下を抑制できる。
絶縁膜５２１の上に下部電極が配置され、下部電極の端部に重なるように隔壁５２８が
絶縁膜５２１の上に配設される。
下部電極は、上部電極との間に発光性の有機化合物を含む層を挟持して発光素子（例え
ば発光素子５５０Ｒ）を構成する。画素回路は発光素子に電力を供給する。
また、隔壁５２８上に、基材１６と基材５１０の間隔を制御するスペーサを有する。
＜走査線駆動回路の構成＞
走査線駆動回路５０３ｇ（１）は、トランジスタ５０３ｔおよび容量５０３ｃを含む。
なお、画素回路と同一の工程で同一基板上に形成することができるトランジスタを駆動回
路に用いることができる。
＜変換器ＣＯＮＶ＞
検知ユニット１０Ｕが供給する検知信号ＤＡＴＡを変換してフレキシブル基板ＦＰＣ１
に供給することができるさまざまな回路を、変換器ＣＯＮＶに用いることができる（図３
５（Ａ）および図３６（Ａ）参照）。
例えば、トランジスタＭ４を変換器ＣＯＮＶに用いることができる。
＜他の構成＞
表示部５０１は、反射防止膜５６７ｐを画素に重なる位置に備える。反射防止膜５６７
ｐとして、例えば円偏光板を用いることができる。
表示部５０１は、信号を供給することができる配線５１１を備え、端子５１９が配線５
１１に設けられている。なお、画像信号および同期信号等の信号を供給することができる
フレキシブル基板ＦＰＣ２が端子５１９に電気的に接続されている。
なお、フレキシブル基板ＦＰＣ２にはプリント配線基板（ＰＷＢ）が取り付けられてい
ても良い。
表示部５０１は、走査線、信号線および電源線等の配線を有する。様々な導電膜を配線
に用いることができる。
具体的には、アルミニウム、クロム、銅、タンタル、チタン、モリブデン、タングステ
ン、ニッケル、イットリウム、ジルコニウム、銀またはマンガンから選ばれた金属元素、
上述した金属元素を成分とする合金または上述した金属元素を組み合わせた合金等を用い
ることができる。とくに、アルミニウム、クロム、銅、タンタル、チタン、モリブデン、
タングステンの中から選択される一以上の元素を含むと好ましい。特に、銅とマンガンの
合金がウエットエッチング法を用いた微細加工に好適である。
または、アルミニウム膜上にチタン、タンタル、タングステン、モリブデン、クロム、
ネオジム、スカンジウムから選ばれた一または複数を組み合わせた合金膜、もしくは窒化
膜を積層する積層構造を用いることができる。
具体的には、アルミニウム膜上にチタン膜を積層する二層構造、窒化チタン膜上にチタ
ン膜を積層する二層構造、窒化チタン膜上にタングステン膜を積層する二層構造、窒化タ
ンタル膜または窒化タングステン膜上にタングステン膜を積層する二層構造、チタン膜と
、そのチタン膜上にアルミニウム膜を積層し、さらにその上にチタン膜を形成する三層構
造等を用いることができる。
また、酸化インジウム、酸化錫または酸化亜鉛を含む透光性を有する導電材料を用いて
もよい。
＜表示部の変形例＞
様々なトランジスタを表示部５０１に適用できる。
ボトムゲート型のトランジスタを表示部５０１に適用する場合の構成を図３６（Ａ）お
よび図３６（Ｂ）に図示する。
例えば、酸化物半導体、アモルファスシリコン等を含む半導体膜を図３６（Ａ）に図示
するトランジスタ５０２ｔおよびトランジスタ５０３ｔに適用することができる。
トップゲート型のトランジスタを表示部５０１に適用する場合の構成を、図３６（Ｃ）
に図示する。
例えば、多結晶シリコン膜または単結晶シリコン基板等から転置された単結晶シリコン
膜等を含む半導体膜を、図３６（Ｃ）に図示するトランジスタ５０２ｔおよびトランジス
タ５０３ｔに適用することができる。または、先の実施の形態に示すトランジスタをトラ
ンジスタ５０２ｔおよびトランジスタ５０３ｔに用いることができる。
なお、本実施の形態は、本明細書で示す他の実施の形態と適宜組み合わせることができ
る。
（実施の形態１２）
本実施の形態では、本発明の一態様の入出力装置の検知ユニットに用いることができる
検知回路の構成および駆動方法について、図３７を参照しながら説明する。
図３７は本発明の一態様の検知回路１９および変換器ＣＯＮＶの構成および駆動方法を
説明する図である。
図３７（Ａ）は本発明の一態様の検知回路１９および変換器ＣＯＮＶの構成を説明する
回路図であり、図３７（Ｂ−１）および図３７（Ｂ−２）は駆動方法を説明するタイミン
グチャートである。
本発明の一態様の検知回路１９は、ゲートが検知素子Ｃの第１の電極１１と電気的に接
続され、第１の電極が例えば接地電位を供給することができる配線ＶＰＩと電気的に接続
される第１のトランジスタＭ１を備える（図３７（Ａ）参照）。
また、ゲートが選択信号を供給することができる走査線Ｇ１と電気的に接続され、第１
の電極が第１のトランジスタＭ１の第２の電極と電気的に接続され、第２の電極が例えば
検知信号ＤＡＴＡを供給することができる信号線ＤＬと電気的に接続される第２のトラン
ジスタＭ２を備える構成であってもよい。
また、ゲートがリセット信号を供給することができる配線ＲＥＳと電気的に接続され、
第１の電極が検知素子Ｃの第１の電極１１と電気的に接続され、第２の電極が例えば接地
電位を供給することができる配線ＶＲＥＳと電気的に接続される第３のトランジスタＭ３
を備える構成であってもよい。
検知素子Ｃの容量は、例えば、第１の電極１１または第２の電極１２にものが近接する
こと、もしくは第１の電極１１および第２の電極１２の間隔が変化することにより変化す
る。これにより、検知回路１９は検知素子Ｃの容量の変化に基づく検知信号ＤＡＴＡを供
給することができる。
なお、検知素子Ｃの第１の電極１１、第１のトランジスタＭ１のゲートおよび第３のト
ランジスタの第１の電極が電気的に接続される結節部をノードＡという。
配線ＶＲＥＳおよび配線ＶＰＩは例えば接地電位を供給することができ、配線ＶＰＯお
よび配線ＢＲは例えば高電源電位を供給することができる。
また、配線ＲＥＳはリセット信号を供給することができ、走査線Ｇ１は選択信号を供給
することができ、配線ＣＳは検知素子の第２の電極１２の電位を制御する制御信号を供給
することができる。
また、信号線ＤＬは検知信号ＤＡＴＡを供給することができ、端子ＯＵＴは検知信号Ｄ
ＡＴＡに基づいて変換された信号を供給することができる。
なお、検知信号ＤＡＴＡを変換して端子ＯＵＴに供給することができるさまざまな回路
を、変換器ＣＯＮＶに用いることができる。例えば、変換器ＣＯＮＶを検知回路１９と電
気的に接続することにより、ソースフォロワ回路またはカレントミラー回路などが構成さ
れるようにしてもよい。
具体的には、トランジスタＭ４を用いた変換器ＣＯＮＶを用いて、ソースフォロワ回路
を構成できる（図３７（Ａ）参照）。なお、第１のトランジスタＭ１乃至第３のトランジ
スタＭ３と同一の工程で作製することができるトランジスタをトランジスタＭ４に用いて
もよい。
また、トランジスタＭ１乃至トランジスタＭ３は半導体膜を有する。例えば、４族の元
素、化合物半導体または酸化物半導体を半導体膜に用いることができる。具体的には、シ
リコンを含む半導体、ガリウムヒ素を含む半導体またはインジウムを含む酸化物半導体な
どを適用できる。また、トランジスタＭ１乃至トランジスタＭ３として、先の実施の形態
に示すトランジスタを用いることができる。
＜検知回路１９の駆動方法＞
検知回路１９の駆動方法について説明する。
＜第１のステップ＞
第１のステップにおいて、第３のトランジスタを導通状態にした後に非導通状態にする
リセット信号をゲートに供給し、検知素子Ｃの第１の電極の電位を所定の電位にする（図
３７（Ｂ−１）期間Ｔ１参照）。
具体的には、リセット信号を配線ＲＥＳに供給させる。リセット信号が供給された第３
のトランジスタは、ノードＡの電位を例えば接地電位にする（図３７（Ａ）参照）。
＜第２のステップ＞
第２のステップにおいて、第２のトランジスタＭ２を導通状態にする選択信号をゲート
に供給し、第１のトランジスタの第２の電極を信号線ＤＬに電気的に接続する。
具体的には、走査線Ｇ１に選択信号を供給させる。選択信号が供給された第２のトラン
ジスタＭ２は、第１のトランジスタの第２の電極を信号線ＤＬに電気的に接続する（図３
７（Ｂ−１）期間Ｔ２参照）。
＜第３のステップ＞
第３のステップにおいて、制御信号を検知素子の第２の電極に供給し、制御信号および
検知素子Ｃの容量に基づいて変化する電位を第１のトランジスタＭ１のゲートに供給する
。
具体的には、配線ＣＳに矩形の制御信号を供給させる。矩形の制御信号を第２の電極１
２に供給された検知素子Ｃでは、検知素子Ｃの容量に基づいてノードＡの電位が上昇する
（図３７（Ｂ−１）期間Ｔ２の後半を参照）。
例えば、検知素子が大気中に置かれている場合、大気より誘電率の高いものが、検知素
子Ｃの第２の電極１２に近接して配置された場合、検知素子Ｃの容量は見かけ上大きくな
る。
これにより、矩形の制御信号がもたらすノードＡの電位の変化は、大気より誘電率の高
いものが近接して配置されていない場合に比べて小さくなる（図３７（Ｂ−２）実線参照
）。
＜第４のステップ＞
第４のステップにおいて、第１のトランジスタＭ１のゲートの電位の変化がもたらす信
号を信号線ＤＬに供給する。
例えば、第１のトランジスタＭ１のゲートの電位の変化がもたらす電流の変化を信号線
ＤＬに供給する。
変換器ＣＯＮＶは、信号線ＤＬを流れる電流の変化を電圧の変化に変換して供給する。
＜第５のステップ＞
第５のステップにおいて、第２のトランジスタを非導通状態にする選択信号をゲートに
供給する。
なお、本実施の形態は、本明細書で示す他の実施の形態と適宜組み合わせることができ
る。
（実施の形態１３）
本実施の形態では、本発明の一態様の半導体装置を用いることができる電子機器につい
て、図３８を用いて説明を行う。
図３８（Ａ）乃至図３８（Ｄ）は、電子機器を示す図である。これらの電子機器は、筐
体６００、表示部６０１、スピーカ６０３、ＬＥＤランプ６０４、操作キー６０５（電源
スイッチ、または操作スイッチを含む）、接続端子６０６、センサ６０７（力、変位、位
置、速度、加速度、角速度、回転数、距離、光、液、磁気、温度、化学物質、音声、時間
、硬度、電場、電流、電圧、電力、放射線、流量、湿度、傾度、振動、においまたは赤外
線を測定する機能を含むもの）、マイクロフォン６０８、等を有することができる。
図３８（Ａ）はモバイルコンピュータであり、上述したものの他に、スイッチ６０９、
赤外線ポート６２０、等を有することができる。図３８（Ｂ）は記録媒体を備えた携帯型
の画像再生装置（たとえば、ＤＶＤ再生装置）であり、上述したものの他に、第２表示部
６０２、記録媒体読込部６２１、等を有することができる。図３８（Ｃ）はテレビ受像器
であり、上述したものの他に、チューナ、画像処理部、等を有することができる。図３８
（Ｄ）は持ち運び型テレビ受像器であり、上述したものの他に、信号の送受信が可能な充
電器６２７等を有することができる。
図３８（Ｅ）乃至図３８（Ｇ）に、折りたたみ可能な携帯情報端末６１０を示す。図３
８（Ｅ）に展開した状態の携帯情報端末６１０を示す。図３８（Ｆ）に展開した状態また
は折りたたんだ状態の一方から他方に変化する途中の状態の携帯情報端末６１０を示す。
図３８（Ｇ）に折りたたんだ状態の携帯情報端末６１０を示す。携帯情報端末６１０は、
折りたたんだ状態では可搬性に優れ、展開した状態では、継ぎ目のない広い表示領域によ
り表示の一覧性に優れる。
表示部６１２はヒンジ６１３によって連結された３つの筐体６１５に支持されている。
ヒンジ６１３を介して２つの筐体６１５間を屈曲させることにより、携帯情報端末６１０
を展開した状態から折りたたんだ状態に可逆的に変形させることができる。本発明の一態
様を適用して作製された表示装置を表示部６１２に用いることができる。例えば、曲率半
径１ｍｍ以上１５０ｍｍ以下で曲げることができる表示装置を適用できる。
図３８（Ａ）乃至図３８（Ｇ）に示す電子機器は、様々な機能を有することができる。
例えば、様々な情報（静止画、動画、テキスト画像など）を表示部に表示する機能、タッ
チパネル機能、カレンダー、日付または時刻などを表示する機能、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、無線通信機能、無線通信機能を用いて様々な
コンピュータネットワークに接続する機能、無線通信機能を用いて様々なデータの送信ま
たは受信を行う機能、記録媒体に記録されているプログラムまたはデータを読み出して表
示部に表示する機能、等を有することができる。さらに、複数の表示部を有する電子機器
においては、一つの表示部を主として画像情報を表示し、別の一つの表示部を主として文
字情報を表示する機能、または、複数の表示部に視差を考慮した画像を表示することで立
体的な画像を表示する機能、等を有することができる。さらに、受像部を有する電子機器
においては、静止画を撮影する機能、動画を撮影する機能、撮影した画像を自動または手
動で補正する機能、撮影した画像を記録媒体（外部またはカメラに内蔵）に保存する機能
、撮影した画像を表示部に表示する機能、等を有することができる。なお、図３８（Ａ）
乃至図３８（Ｇ）に示す電子機器が有することのできる機能はこれらに限定されず、様々
な機能を有することができる。
本実施の形態において述べた電子機器は、何らかの情報を表示するための表示部を有す
ることを特徴とする。なお、本発明の一態様の半導体装置は、表示部を有さない電子機器
にも適用することができる。
本実施の形態に示す構成は、他の実施の形態に示す構成と適宜組み合わせて用いること
ができる。
なお、明細書の中の図面や文章において規定されていない内容について、その内容を除
くことを規定した発明の一態様を構成することが出来る。または、ある値について、上限
値と下限値などで示される数値範囲が記載されている場合、その範囲を任意に狭めること
で、または、その範囲の中の一点を除くことで、その範囲を一部除いた発明の一態様を規
定することができる。これらにより、例えば、従来技術が本発明の一態様の技術的範囲内
に入らないことを規定することができる。
具体例としては、ある回路において、第１乃至第５のトランジスタを用いている回路図
が記載されているとする。その場合、その回路が、第６のトランジスタを有していないこ
とを発明として規定することが可能である。または、その回路が、容量素子を有していな
いことを規定することが可能である。さらに、その回路が、ある特定の接続構造をとって
いるような第６のトランジスタを有していない、と規定して発明を構成することができる
。または、その回路が、ある特定の接続構造をとっている容量素子を有していない、と規
定して発明を構成することができる。例えば、ゲートが第３のトランジスタのゲートと接
続されている第６のトランジスタを有していない、と発明を規定することが可能である。
または、例えば、第１の電極が第３のトランジスタのゲートと接続されている容量素子を
有していない、と発明を規定することが可能である。
別の具体例としては、ある値について、例えば、「ある電圧が、３Ｖ以上１０Ｖ以下で
あることが好適である」と記載されているとする。その場合、例えば、ある電圧が、−２
Ｖ以上１Ｖ以下である場合を除く、と発明の一態様を規定することが可能である。または
、例えば、ある電圧が、１３Ｖ以上である場合を除く、と発明の一態様を規定することが
可能である。なお、例えば、その電圧が、５Ｖ以上８Ｖ以下であると発明を規定すること
も可能である。なお、例えば、その電圧が、概略９Ｖであると発明を規定することも可能
である。なお、例えば、その電圧が、３Ｖ以上１０Ｖ以下であるが、９Ｖである場合を除
くと発明を規定することも可能である。なお、ある値について、「このような範囲である
ことが好ましい」、「これらを満たすことが好適である」となどと記載されていたとして
も、ある値は、それらの記載に限定されない。つまり、「好ましい」、「好適である」な
どと記載されていたとしても、必ずしも、それらの記載には、限定されない。
別の具体例としては、ある値について、例えば、「ある電圧が、１０Ｖであることが好
適である」と記載されているとする。その場合、例えば、ある電圧が、−２Ｖ以上１Ｖ以
下である場合を除く、と発明の一態様を規定することが可能である。または、例えば、あ
る電圧が、１３Ｖ以上である場合を除く、と発明の一態様を規定することが可能である。
別の具体例としては、ある物質の性質について、例えば、「ある膜は、絶縁膜である」
と記載されているとする。その場合、例えば、その絶縁膜が、有機絶縁膜である場合を除
く、と発明の一態様を規定することが可能である。または、例えば、その絶縁膜が、無機
絶縁膜である場合を除く、と発明の一態様を規定することが可能である。または、例えば
、その膜が、導電膜である場合を除く、と発明の一態様を規定することが可能である。ま
たは、例えば、その膜が、半導体膜である場合を除く、と発明の一態様を規定することが
可能である。
別の具体例としては、ある積層構造について、例えば、「Ａ膜とＢ膜との間に、ある膜
が設けられている」と記載されているとする。その場合、例えば、その膜が、４層以上の
積層膜である場合を除く、と発明を規定することが可能である。または、例えば、Ａ膜と
その膜との間に、導電膜が設けられている場合を除く、と発明を規定することが可能であ
る。
なお、本明細書等において記載されている発明の一態様は、さまざまな人が実施するこ
とが出来る。しかしながら、その実施は、複数の人にまたがって実施される場合がある。
例えば、送受信システムの場合において、Ａ社が送信機を製造および販売し、Ｂ社が受信
機を製造および販売する場合がある。別の例としては、トランジスタおよび発光素子を有
する発光装置の場合において、トランジスタが形成された半導体装置は、Ａ社が製造およ
び販売する。そして、Ｂ社がその半導体装置を購入して、その半導体装置に発光素子を成
膜して、発光装置として完成させる、という場合がある。
このような場合、Ａ社またはＢ社のいずれに対しても、特許侵害を主張できるような発
明の一態様を、構成することが出来る。つまり、Ａ社のみが実施するような発明の一態様
を構成することが可能であり、別の発明の一態様として、Ｂ社のみが実施するような発明
の一態様を構成することが可能である。また、Ａ社またはＢ社に対して、特許侵害を主張
できるような発明の一態様は、明確であり、本明細書等に記載されていると判断する事が
出来る。例えば、送受信システムの場合において、送信機のみの場合の記載や、受信機の
みの場合の記載が本明細書等になかったとしても、送信機のみで発明の一態様を構成する
ことができ、受信機のみで別の発明の一態様を構成することができ、それらの発明の一態
様は、明確であり、本明細書等に記載されていると判断することが出来る。別の例として
は、トランジスタおよび発光素子を有する発光装置の場合において、トランジスタが形成
された半導体装置のみの場合の記載や、発光素子を有する発光装置のみの場合の記載が本
明細書等になかったとしても、トランジスタが形成された半導体装置のみで発明の一態様
を構成することができ、発光素子を有する発光装置のみで発明の一態様を構成することが
でき、それらの発明の一態様は、明確であり、本明細書等に記載されていると判断するこ
とが出来る。
なお、本明細書等においては、能動素子（トランジスタ、ダイオードなど）、受動素子
（容量素子、抵抗素子など）などが有するすべての端子について、その接続先を特定しな
くても、当業者であれば、発明の一態様を構成することは可能な場合がある。つまり、接
続先を特定しなくても、発明の一態様が明確であると言える。そして、接続先が特定され
た内容が、本明細書等に記載されている場合、接続先を特定しない発明の一態様が、本明
細書等に記載されていると判断することが可能な場合がある。特に、端子の接続先が複数
のケース考えられる場合には、その端子の接続先を特定の箇所に限定する必要はない。し
たがって、能動素子（トランジスタ、ダイオードなど）、受動素子（容量素子、抵抗素子
など）などが有する一部の端子についてのみ、その接続先を特定することによって、発明
の一態様を構成することが可能な場合がある。
なお、本明細書等においては、ある回路について、少なくとも接続先を特定すれば、当
業者であれば、発明を特定することが可能な場合がある。または、ある回路について、少
なくとも機能を特定すれば、当業者であれば、発明を特定することが可能な場合がある。
つまり、機能を特定すれば、発明の一態様が明確であると言える。そして、機能が特定さ
れた発明の一態様が、本明細書等に記載されていると判断することが可能な場合がある。
したがって、ある回路について、機能を特定しなくても、接続先を特定すれば、発明の一
態様として開示されているものであり、発明の一態様を構成することが可能である。また
は、ある回路について、接続先を特定しなくても、機能を特定すれば、発明の一態様とし
て開示されているものであり、発明の一態様を構成することが可能である。
なお、本明細書等においては、ある一つの実施の形態において述べる図または文章にお
いて、その一部分を取り出して、発明の一態様を構成することは可能である。したがって
、ある部分を述べる図または文章が記載されている場合、その一部分の図または文章を取
り出した内容も、発明の一態様として開示されているものであり、発明の一態様を構成す
ることが可能であるものとする。そして、その発明の一態様は明確であると言える。その
ため、例えば、能動素子（トランジスタ、ダイオードなど）、配線、受動素子（容量素子
、抵抗素子など）、導電膜、絶縁膜、半導体膜、有機材料、無機材料、部品、装置、動作
方法、製造方法などが単数もしくは複数記載された図面または文章において、その一部分
を取り出して、発明の一態様を構成することが可能であるものとする。例えば、Ｎ個（Ｎ
は整数）の回路素子（トランジスタ、容量素子等）を有して構成される回路図から、Ｍ個
（Ｍは整数で、Ｍ＜Ｎ）の回路素子（トランジスタ、容量素子等）を抜き出して、発明の
一態様を構成することは可能である。別の例としては、Ｎ個（Ｎは整数）の層を有して構
成される断面図から、Ｍ個（Ｍは整数で、Ｍ＜Ｎ）の層を抜き出して、発明の一態様を構
成することは可能である。さらに別の例としては、Ｎ個（Ｎは整数）の要素を有して構成
されるフローチャートから、Ｍ個（Ｍは整数で、Ｍ＜Ｎ）の要素を抜き出して、発明の一
態様を構成することは可能である。さらに別の例としては、「Ａは、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、ま
たは、Ｆを有する」と記載されている文章から、一部の要素を任意に抜き出して、「Ａは
、ＢとＥとを有する」、「Ａは、ＥとＦとを有する」、「Ａは、ＣとＥとＦとを有する」
、または、「Ａは、ＢとＣとＤとＥとを有する」などの発明の一態様を構成することは可
能である。
なお、本明細書等においては、ある一つの実施の形態において述べる図または文章にお
いて、少なくとも一つの具体例が記載される場合、その具体例の上位概念を導き出すこと
は、当業者であれば容易に理解される。したがって、ある一つの実施の形態において述べ
る図または文章において、少なくとも一つの具体例が記載される場合、その具体例の上位
概念も、発明の一態様として開示されているものであり、発明の一態様を構成することが
可能である。そして、その発明の一態様は、明確であると言える。
なお、本明細書等においては、少なくとも図に記載した内容（図の中の一部でもよい）
は、発明の一態様として開示されているものであり、発明の一態様を構成することが可能
である。したがって、ある内容について、図に記載されていれば、文章を用いて述べてい
なくても、その内容は、発明の一態様として開示されているものであり、発明の一態様を
構成することが可能である。同様に、図の一部を取り出した図についても、発明の一態様
として開示されているものであり、発明の一態様を構成することが可能である。そして、
その発明の一態様は明確であると言える。
１０Ｕ 検知ユニット
１１ 電極
１２ 電極
１３ 絶縁膜
１４ 窓部
１６ 基材
１６ａ バリア膜
１６ｂ 基材
１６ｃ 樹脂膜
１７ 保護基材
１７ｐ 保護膜
１９ 検知回路
５１ 基板
５３ 絶縁膜
５３ａ 絶縁膜
５４ 酸化物半導体膜
５５ 酸化物半導体膜
５５＿１ 酸化物半導体膜
５５＿２ 酸化物半導体膜
５５＿２ａ 領域
５５＿２ｂ 領域
５５＿２ｃ 領域
５５＿３ 酸化物半導体膜
５５＿３ａ 領域
５５＿３ｂ 領域
５５＿３ｃ 領域
５５ａ 領域
５５ｂ 領域
５５ｃ 領域
５５ｄ 領域
５５ｅ 領域
５６ 絶縁膜
５７ 絶縁膜
５８ 緩衝膜
５８ａ 緩衝膜
５９ 緩衝膜
６０ 緩衝膜
６０ａ 緩衝膜
６１ 導電膜
６１ａ 導電膜
６１ｂ 導電膜
６２ 酸素
６３ 不純物元素
６４ 絶縁膜
６５ 絶縁膜
６７ 絶縁膜
６８ 導電膜
６９ 導電膜
７１ 領域
７１ａ 領域
７１ｂ 領域
７１ｃ 領域
７３ ゲート電極
７７ 導電膜
７９ 絶縁膜
８１ 緩衝膜
８２ 酸素
８３ 緩衝膜
１００ 入力装置
５００ 入出力装置
５０１ 表示部
５０２ 画素
５０２Ｂ 副画素
５０２Ｇ 副画素
５０２Ｒ 副画素
５０２ｔ トランジスタ
５０３ｃ 容量
５０３ｇ 走査線駆動回路
５０３ｔ トランジスタ
５１０ 基材
５１０ａ バリア膜
５１０ｂ 基材
５１０ｃ 樹脂膜
５１１ 配線
５１９ 端子
５２１ 絶縁膜
５２８ 隔壁
５５０Ｒ 発光素子
５６０ 封止材
５６７ｐ 反射防止膜
５８０Ｒ 発光モジュール
６００ 筐体
６０１ 表示部
６０２ 表示部
６０３ スピーカ
６０４ ＬＥＤランプ
６０５ 操作キー
６０６ 接続端子
６０７ センサ
６０８ マイクロフォン
６０９ スイッチ
６１０ 携帯情報端末
６１２ 表示部
６１３ ヒンジ
６１５ 筐体
６２０ 赤外線ポート
６２１ 記録媒体読込部
６２７ 充電器
５１００ ペレット
５１２０ 基板
５１６１ 領域

Claims (6)

  1. 酸化物半導体膜を形成し、
    前記酸化物半導体膜上に、ゲート絶縁膜となる膜を形成し、
    前記ゲート絶縁膜となる膜上に接して、金属酸化物膜を形成し、
    前記金属酸化物膜を形成後、熱処理を行い、
    前記熱処理後、前記金属酸化物膜上に、ゲート電極となる膜を形成する、半導体装置の作製方法。
  2. 酸化物半導体膜を形成し、
    前記酸化物半導体膜上に、ゲート絶縁膜となる膜を形成し、
    前記ゲート絶縁膜となる膜上に接して、金属酸化物膜を形成し、
    前記金属酸化物膜を形成後、熱処理を行い、
    前記熱処理後、前記金属酸化物膜上に、ゲート電極となる膜を形成し、
    前記ゲート電極は、前記金属酸化物膜及び前記ゲート絶縁膜を介して、前記酸化物半導体膜と重なる領域を有する、半導体装置の作製方法。
  3. 酸化物半導体膜を形成し、
    前記酸化物半導体膜上に、ゲート絶縁膜となる膜を形成し、
    前記ゲート絶縁膜となる膜上に接して、第１の金属酸化物膜を形成し、
    前記第１の金属酸化物膜を形成後、熱処理を行い、
    前記熱処理後、前記第１の金属酸化物膜上に、ゲート電極となる膜を形成し、
    前記酸化物半導体膜の第１の領域及び第２の領域を露出するように、前記ゲート絶縁膜となる膜、前記第１の金属酸化物膜、及び前記ゲート電極となる膜の各々を加工して、前記ゲート絶縁膜、第２の金属酸化物膜、及び前記ゲート電極を形成し、
    前記第１の領域上、前記第２の領域上、及び前記ゲート電極上に窒化物絶縁膜を形成し、
    前記窒化物絶縁膜は、前記第１の領域の上面と接する領域と、前記第２の領域の上面と接する領域と、前記ゲート電極の上面と接する領域と、前記ゲート電極の側面と接する領域と、前記第２の金属酸化物膜の側面と接する領域と、前記ゲート絶縁膜の側面と接する領域と、を有し、
    前記酸化物半導体膜は、前記第１の領域と前記第２の領域との間に第３の領域を有し、
    前記ゲート電極は、前記第２の金属酸化物膜及び前記ゲート絶縁膜を介して、前記第３の領域と重なる領域を有する、半導体装置の作製方法。
  4. 酸化物半導体膜を形成し、
    前記酸化物半導体膜に第１の熱処理を行い、
    前記第１の熱処理後、前記酸化物半導体膜上に、ゲート絶縁膜となる膜を形成し、
    前記ゲート絶縁膜となる膜上に接して、金属酸化物膜を形成し、
    前記金属酸化物膜を形成後、第２の熱処理を行い、
    前記第２の熱処理後、前記金属酸化物膜上に、ゲート電極となる膜を形成する、半導体装置の作製方法。
  5. 酸化物半導体膜を形成し、
    前記酸化物半導体膜に第１の熱処理を行い、
    前記第１の熱処理後、前記酸化物半導体膜上に、ゲート絶縁膜となる膜を形成し、
    前記ゲート絶縁膜となる膜上に接して、金属酸化物膜を形成し、
    前記金属酸化物膜を形成後、第２の熱処理を行い、
    前記第２の熱処理後、前記金属酸化物膜上に、ゲート電極となる膜を形成し、
    前記ゲート電極は、前記金属酸化物膜及び前記ゲート絶縁膜を介して、前記酸化物半導体膜と重なる領域を有する、半導体装置の作製方法。
  6. 酸化物半導体膜を形成し、
    前記酸化物半導体膜に第１の熱処理を行い、
    前記第１の熱処理後、前記酸化物半導体膜上に、ゲート絶縁膜となる膜を形成し、
    前記ゲート絶縁膜となる膜上に接して、第１の金属酸化物膜を形成し、
    前記第１の金属酸化物膜を形成後、第２の熱処理を行い、
    前記第２の熱処理後、前記第１の金属酸化物膜上に、ゲート電極となる膜を形成し、
    前記酸化物半導体膜の第１の領域及び第２の領域を露出するように、前記ゲート絶縁膜となる膜、前記第１の金属酸化物膜、及び前記ゲート電極となる膜の各々を加工して、前記ゲート絶縁膜、第２の金属酸化物膜、及び前記ゲート電極を形成し、
    前記第１の領域上、前記第２の領域上、及び前記ゲート電極上に窒化物絶縁膜を形成し、
    前記窒化物絶縁膜は、前記第１の領域の上面と接する領域と、前記第２の領域の上面と接する領域と、前記ゲート電極の上面と接する領域と、前記ゲート電極の側面と接する領域と、前記第２の金属酸化物膜の側面と接する領域と、前記ゲート絶縁膜の側面と接する領域と、を有し、
    前記酸化物半導体膜は、前記第１の領域と前記第２の領域との間に第３の領域を有し、
    前記ゲート電極は、前記第２の金属酸化物膜及び前記ゲート絶縁膜を介して、前記第３の領域と重なる領域を有する、半導体装置の作製方法。
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