JP5667414B2 - 半導体装置 - Google Patents

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Description

本発明は、酸化物半導体を用いた非線形素子とこれを有する表示装置などの半導体装置に関する。更には、これらを有する電子機器に関する。
半導体デバイスの中でダイオードには耐圧が高いこと、逆方向飽和電流が低いことなどが要求されている。このような要求を満たすために、炭化シリコン（ＳｉＣ）を用いたダイオードが検討されている。すなわち、半導体材料としての炭化シリコンは、禁制帯幅が３ｅＶ以上であり高温での電気伝導度の制御性に優れ、シリコンより絶縁破壊しにくいため、逆方向飽和電流が低く耐圧が高いダイオードへの適用が検討されている。例えば、逆方向のもれ電流を低減した、炭化シリコンを用いたショットキーバリアダイオードが知られている（特許文献１参照）。
しかし、炭化シリコンは良質な結晶を得ることが困難であり、デバイスを作製するときのプロセス温度が高いといった問題を有している。例えば、炭化シリコンに不純物領域を形成するにはイオン注入法が用いられるが、ドーパントの活性化やイオン注入により誘起された結晶欠陥の回復には１５００℃以上の熱処理が必要となる。
また、炭素が成分として含まれていることにより、熱酸化により良質な絶縁膜を作製することができないという問題がある。さらに、炭化シリコンは化学的にも極めて安定であるため、通常のウエットエッチングが困難であるという問題を抱えている。
特開２０００−１３３８１９号公報
このように、炭化シリコンを用いる非線形素子（例えば、ダイオード）は、高耐圧、低逆方向飽和電流を実現することが期待されているが、実際にこれを製造するには、非常に多くの問題が内在しており、実現は困難を極めている。
そこで本発明の一態様は、逆方向飽和電流の低い非線形素子を提供することを目的とする。また、逆方向飽和電流の低い非線形素子を低いプロセス温度（例えば、８００℃以下）で製造することを目的とする。
本発明の一態様は、低いプロセス温度で作製可能な、オン電流が大きく、オフ電流が小さい電界効果トランジスタ（例えば薄膜トランジスタ）によって構成される、微細化が可能な非線形素子（例えば、ダイオード）を提供する。基板上に設けられた第１の電極と、第１の電極上に接して設けられ、高純度化された酸化物半導体膜と、酸化物半導体膜上に接して設けられた第２の電極と、第１の電極、酸化物半導体膜、及び第２の電極を覆うゲート絶縁膜と、ゲート絶縁膜に接して設けられ、第１の電極、酸化物半導体膜、及び前記第２の電極を介して対向し、または前記第２の電極を囲う第３の電極と、を有し、第３の電極は、前記第１の電極または前記第２の電極と接続され、前記第１の電極と第２の電極の間に電流が流れることを特徴とする。
微細化が可能でオン電流が大きく、オフ電流が小さい電界効果トランジスタ（例えば薄膜トランジスタ）によって、逆方向電流が非常に小さいダイオードを得ることができる。従って、降伏現象が起きにくい（すなわち、耐圧が高い）ダイオードを作製することができる。
本発明の一態様であるダイオードを説明する上面図及び断面図である。 本発明の一態様であるダイオードを説明する上面図及び断面図である。 本発明の一態様であるダイオードを説明する上面図及び断面図である。 本発明の一態様であるダイオードを説明する上面図及び断面図である。 本発明の一態様であるダイオードを説明する上面図及び断面図である。 本発明の一態様であるダイオードを説明する上面図及び断面図である。 本発明の一態様であるダイオードの作製方法を説明する断面図である。 本発明の一態様であるダイオードの作製方法を説明する断面図である。 本発明の一態様である表示装置を説明する図である。 本発明の一態様である表示装置に設けられる保護回路を説明する図である。 本発明の一態様である電子機器を説明する図である。
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。但し、本発明は以下の説明に限定されず、本発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細を様々に変更し得ることは当業者であれば容易に理解される。従って、本発明は以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。なお、以下に説明する本発明の構成において、同一部分または同様な機能を有する部分には同一の符号を異なる図面間で共通して用い、その繰り返しの説明は省略する。
なお、本明細書で説明する各図において、各構成の大きさ、層の厚さ、または領域は、明瞭化のために誇張されている場合がある。よって、必ずしもそのスケールに限定されない。
また、本明細書にて用いる第１、第２、第３などの用語は、構成要素の混同を避けるために付したものであり、数的に限定するものではない。そのため、例えば、「第１の」を「第２の」または「第３の」などと適宜置き換えて説明することができる。
また、電圧とは２点間における電位差のことをいい、電位とはある一点における静電場の中にある単位電荷が持つ静電エネルギー（電気的な位置エネルギー）のことをいう。ただし、一般的に、ある一点における電位と基準となる電位（例えば接地電位）との電位差のことを、単に電位もしくは電圧と呼び、電位と電圧が同義語として用いられることが多い。このため、本明細書では特に指定する場合を除き、電位を電圧と読み替えてもよいし、電圧を電位と読み替えてもよいこととする。
（実施の形態１）
本実施の形態では、本発明の一態様であるダイオードの構造の一例について、図１を用いて説明する。本実施の形態にて説明するダイオードは、電界効果トランジスタ、例えば薄膜トランジスタのソースまたはドレインにゲートが接続されたものである。
図１に示すダイオードでは、配線１２５が第３の電極１１３および第３の電極１１５と接続され、更には第２の電極１０９と接続され、第２の電極１０９は酸化物半導体膜１０７を介して第１の電極１０５に接続されている。第１の電極１０５は配線１３１に接続されている。
図１（Ａ）はダイオード接続された薄膜トランジスタ１３３の上面図であり、図１（Ｂ）は図１（Ａ）の一点鎖線Ａ−Ｂの断面図に相当する。
図１（Ｂ）に示すように、基板１０１上に形成された絶縁膜１０３上に、第１の電極１０５、酸化物半導体膜１０７、及び第２の電極１０９が積層される。また、第１の電極１０５、酸化物半導体膜１０７、及び第２の電極１０９を覆うように、ゲート絶縁膜１１１が設けられている。ゲート絶縁膜１１１上には、第３の電極１１３及び第３の電極１１５が設けられている。ゲート絶縁膜１１１及び第３の電極１１３及び第３の電極１１５上には層間絶縁膜として機能する絶縁膜１１７が設けられている。ゲート絶縁膜１１１及び絶縁膜１１７上には、開口部が形成されており、開口部において第１の電極１０５と接続する配線１３１（図１（Ａ）参照）、第２の電極１０９および第３の電極１１３及び第３の電極１１５と接続する配線１２５が形成される。第１の電極１０５は、薄膜トランジスタのソース電極またはドレイン電極の一方として機能する。第２の電極１０９は、薄膜トランジスタのソース電極またはドレイン電極の他方として機能する。第３の電極１１３及び第３の電極１１５は、薄膜トランジスタのゲート電極として機能する。
本実施の形態の薄膜トランジスタは、縦型薄膜トランジスタであり、ゲート電極として機能する第３の電極１１３と、第３の電極１１５とは分離しており、且つ第１の電極１０５、酸化物半導体膜１０７、及び第２の電極１０９を介して対向していることを特徴とする。
なお、薄膜トランジスタは、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り、ドレイン領域とソース領域の間にチャネル形成領域を有しており、ドレイン領域とチャネル形成領域とソース領域とを介して電流を流すことができる。ここで、ソースとドレインとは、薄膜トランジスタの構造や動作条件などによって変わるため、いずれがソースまたはドレインであるかを限定することが困難である。そこで、ソース及びドレインとして機能する領域を、ソースもしくはドレインとよばない場合がある。その場合、一例としては、それぞれを第１の端子、第２の端子と表記する場合がある。あるいは、それぞれを第１の電極、第２の電極と表記する場合がある。あるいは、第１の領域、第２の領域と表記する場合がある。
基板１０１は、少なくとも、後の加熱処理に耐えうる程度の耐熱性を有していることが必要となる。基板１０１としては、バリウムホウケイ酸ガラスやアルミノホウケイ酸ガラスなどのガラス基板を用いることができる。
また、ガラス基板としては、後の加熱処理の温度が高い場合には、歪み点が７３０℃以上のものを用いるとよい。また、ガラス基板には、例えば、アルミノシリケートガラス、アルミノホウケイ酸ガラス、バリウムホウケイ酸ガラスなどのガラス材料が用いられている。なお、一般に、酸化ホウ素と比較して酸化バリウム（ＢａＯ）を多く含ませることで、より実用的な耐熱ガラスが得られる。このため、Ｂ２Ｏ３よりＢａＯを多く含むガラス基板を用いることが好ましい。
なお、上記のガラス基板に代えて、セラミック基板、石英基板、サファイア基板などの絶縁体でなる基板を用いてもよい。他にも、結晶化ガラスなどを用いることができる。
絶縁膜１０３は、酸化シリコン、酸化窒化シリコンなど酸化物絶縁膜、または窒化シリコン膜、窒化酸化シリコン膜、窒化アルミニウム膜、または窒化酸化アルミニウムなどの窒化物絶縁膜で形成する。また、絶縁膜１０３は積層構造でもよく、例えば、基板１０１側から上記した窒化物絶縁膜のいずれか一つ以上と、上記した酸化物絶縁膜のいずれか一つ以上との積層構造とすることができる。
第１の電極１０５及び第２の電極１０９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、イットリウムから選ばれた元素、または上述した元素を成分とする合金、上述した元素を組み合わせた合金などで形成する。また、マンガン、マグネシウム、ジルコニウム、ベリリウム、トリウムのいずれか一または複数から選択された材料を用いることができる。また、第１の電極１０５は、単層構造、または二層以上の積層構造とすることができる。例えば、シリコンを含むアルミニウム膜の単層構造、アルミニウム膜上にチタン膜を積層する二層構造、タングステン膜上にチタン膜を積層する二層構造、チタン膜と、そのチタン膜上に重ねて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などが挙げられる。また、アルミニウムに、チタン、タンタル、タングステン、モリブデン、クロム、ネオジム、スカンジウムから選ばれた元素を単数、または複数組み合わせた膜、合金膜、もしくは窒化膜を用いてもよい。
なお、酸化物半導体膜１０７は、ＩｎＭＯ３（ＺｎＯ）ｍ（ｍ＞０、且つ、ｍは整数でない）で表記される薄膜を用いることができる。ここで、Ｍは、Ｇａ、Ｆｅ、Ｎｉ、ＭｎおよびＣｏから選ばれた一または複数の金属元素を示す。例えばＭとして、Ｇａ、ＧａとＮｉ、またはＧａとＦｅなどが挙げられる。また、上記の酸化物半導体膜において、Ｍとして含まれる金属元素の他に、不純物元素としてその他の遷移金属元素、または該遷移金属の酸化物が含まれていてもよい。ＩｎＭＯ３（ＺｎＯ）ｍ（ｍ＞０、且つ、ｍは整数でない。）で表記される構造の酸化物半導体層のうち、ＭとしてＧａを含む構造の酸化物半導体をＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物半導体とよび、その薄膜をＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系膜とも呼ぶこととする。
酸化物半導体膜１０７は、上記したＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系膜の他に、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｚｎ−Ｏ系、Ｉｎ−Ａｌ−Ｚｎ−Ｏ系、Ｓｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系、Ａｌ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系、Ｓｎ−Ａｌ−Ｚｎ−Ｏ系、Ｉｎ−Ｚｎ−Ｏ系、Ｓｎ−Ｚｎ−Ｏ系、Ａｌ−Ｚｎ−Ｏ系、Ｉｎ−Ｏ系、Ｓｎ−Ｏ系、Ｚｎ−Ｏ系の酸化物半導体膜を用いてもよい。また、上記酸化物半導体膜にＳｉを含んでもよい。
本実施の形態で用いる酸化物半導体膜１０７は、酸化物半導体膜に含まれる水素が５×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、好ましくは５×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、より好ましくは５×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下であり、酸化物半導体膜に含まれる水素が除去されている。即ち、酸化物半導体膜の主成分以外の不純物が極力含まれないように高純度化されている。また、酸化物半導体膜１０７のキャリア濃度が５×１０１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、好ましくは１×１０１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、好ましくは５×１０１２ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、好ましくは１×１０１２ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下である。即ち、酸化物半導体膜のキャリア濃度は、ゼロに近い。また、エネルギーギャップは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。なお、酸化物半導体膜中の水素濃度測定は、二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ：Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ Ｉｏｎ Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）で行えばよい。また、キャリア密度は、ホール効果測定により測定することができる。
酸化物半導体膜１０７の厚さは、３０ｎｍ以上３０００ｎｍ以下とするとよい。酸化物半導体膜１０７の厚さを薄くすることで、薄膜トランジスタのチャネル長を小さくすることが可能であり、オン電流及び電界効果移動度の高い薄膜トランジスタを作製することができる。一方、酸化物半導体膜１０７の厚さを厚くすることで、代表的には１００ｎｍ以上３０００ｎｍ以下とすることで、大電力用の半導体装置を作製することができる。
ゲート絶縁膜１１１は、酸化シリコン膜、窒化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜、窒化酸化シリコン膜、または酸化アルミニウム膜を単層でまたは積層して形成することができる。ゲート絶縁膜１１１は、酸化物半導体膜１０７と接する部分が酸素を含むことが好ましく、特に好ましくは酸化シリコン膜により形成する。酸化シリコン膜を用いることで、酸化物半導体膜１０７に酸素を供給することができ、特性を良好にすることができる。ゲート絶縁膜１１１の厚さは、５０ｎｍ以上５００ｎｍ以下とするとよい。ゲート絶縁膜１１１の厚さを薄くすることで、電界効果移動度の高い薄膜トランジスタを作製することができ、駆動回路を同一基板に作製することができる。一方、ゲート絶縁膜１１１の厚さを厚くすることで、ゲートリーク電流を低減することができる。
また、ゲート絶縁膜１１１として、ハフニウムシリケート（ＨｆＳｉＯｘ（ｘ＞０））、Ｎが添加されたＨｆＳｉＯｘ（ｘ＞０）、ハフニウムアルミネート（ＨｆＡｌＯｘ（ｘ＞０））、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ゲートリークを低減できる。さらには、ｈｉｇｈ−ｋ材料と、酸化シリコン膜、窒化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜、窒化酸化シリコン膜、または酸化アルミニウム膜のいずれか一以上との積層構造とすることができる。
ゲート電極として機能する第３の電極１１３及び第３の電極１１５は、アルミニウム、クロム、銅、タンタル、チタン、モリブデン、タングステンから選ばれた元素、または上述した元素を成分とする合金か、上述した元素を組み合わせた合金膜などを用いて形成することができる。また、マンガン、マグネシウム、ジルコニウム、ベリリウムのいずれか一または複数から選択された材料を用いてもよい。また、第３の電極１１３及び第３の電極１１５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、アルミニウム膜上にチタ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などがある。また、アルミニウムに、チタン、タンタル、タングステン、モリブデン、クロム、ネオジム、スカンジウムから選ばれた元素の膜、または複数組み合わせた合金膜、もしくは窒化膜を用いてもよい。
本実施の形態に係る酸化物半導体膜は、ｎ型不純物である水素を酸化物半導体膜から除去し、酸化物半導体膜の主成分以外の不純物が極力含まれないように高純度化することにより真性（ｉ型）とし、または真性型とせんとしたものである。すなわち、不純物を添加してｉ型化するのでなく、水素、水、水酸基または水素化物などの不純物を極力除去することにより、高純度化されたｉ型（真性半導体）またはそれに近づけることを特徴としている。そうすることにより、フェルミ準位（Ｅｆ）は真性フェルミ準位（Ｅｉ）と同じレベルにまですることができる。
上記したように、不純物を極力除去することにより、例えば、薄膜トランジスタのチャネル幅Ｗが１×１０４μｍでチャネル長が３μｍの素子であっても、オフ電流が１０−１３Ａ以下ときわめて低く、サブスレッショルドスイング値（Ｓ値）は０．１Ｖ／ｄｅｃ．（ゲート絶縁膜厚１００ｎｍ）となる。
このように、酸化物半導体膜の主成分以外の不純物、代表的には水素、水、水酸基または水素化物などが極力含まれないように高純度化することにより、薄膜トランジスタの動作を良好なものとすることができる。特に、オフ電流を低減することができる。
ところで、チャネルが基板と概略平行に形成される横型薄膜トランジスタにおいては、チャネルのほかにソース及びドレインを横方向に設ける必要があり、基板における薄膜トランジスタの占有面積が大きくなってしまい、微細化の妨げとなる。しかしながら、縦型薄膜トランジスタにおいては、ソース、チャネル、及びドレインを積層するため、基板表面における占有面積を低減することができる。この結果、薄膜トランジスタの微細化が可能である。
また、縦型薄膜トランジスタのチャネル長は、酸化物半導体膜の厚さで制御できるため、酸化物半導体膜１０７の厚さを薄くすることでチャネル長の小さい薄膜トランジスタとすることが可能である。チャネル長を小さくすることで、ソース、チャネル、及びドレインの直列抵抗を低減できるため、薄膜トランジスタのオン電流および電界効果移動度を上昇させることができる。また、水素濃度が低減され高純度化された酸化物半導体膜を有する薄膜トランジスタは、オフ電流が極めて低く、オフ時には電流がほとんど流れない絶縁状態となる。このため、酸化物半導体膜の厚さを薄くし、縦型薄膜トランジスタのチャネル長を小さくしても、非導通状態のオフ電流がほとんど無い薄膜トランジスタとすることができる。
このように、水素濃度が低減され高純度化された酸化物半導体膜を用いることで、高精細化に適し、動作速度が速く、オン時には大電流を流すことができ、オフ時にはほとんど電流を流さない薄膜トランジスタを作製することができる。
なお、本実施の形態のダイオードは、図１に示すものに限定されない。図１に示すダイオードでは、酸化物半導体膜１０７中を第２の電極１０９から第１の電極１０５に電流が流れるが、図２に示すように、酸化物半導体膜１０７中を第１の電極１０５から第２の電極１０９に電流が流れる構成としてもよい。
図２に示すダイオードでは、配線１２５が第３の電極１１３および第３の電極１１５と接続され、更には第１の電極１０５と接続されている。第１の電極１０５は酸化物半導体膜１０７を介して第２の電極１０９と接続されている。第２の電極１０９は、配線１３１に接続されている。
なお、図２に示すダイオードでは、配線１２５が他の電極との重なりを避けて設けられているため、配線１２５と、これらの電極との間に生じる寄生容量を抑えつつ動作させることができる。
このような薄膜トランジスタのソースまたはドレインをゲートと接続させることで、逆方向電流が非常に小さいダイオードを得ることができる。従って、降伏現象が起きにくい（すなわち、耐圧が高い）ダイオードを作製することができる。
（実施の形態２）
本実施の形態では、本発明の一態様であるダイオードの一例であって、実施の形態１とは異なる構造のものについて、図３を用いて説明する。本実施の形態にて説明するダイオードは、電界効果トランジスタ、例えば薄膜トランジスタのソースまたはドレインにゲートが接続されたものである。
図３に示すダイオードでは、配線１３１が第１の電極１０５および第３の電極１１３と接続され、配線１３２が第１の電極１０６および第３の電極１１５と接続されている。第１の電極１０５および第１の電極１０６は酸化物半導体膜１０７を介して第２の電極１０９と接続されている。第２の電極１０９は、配線１２９に接続されている。
図３（Ａ）はダイオード接続された薄膜トランジスタ１４１、１４３の上面図であり、図３（Ｂ）は図３（Ａ）の一点鎖線Ａ−Ｂの断面図に相当する。
図３（Ｂ）に示すように、基板１０１上に形成された絶縁膜１０３上に、第１の電極１０５、第１の電極１０６、酸化物半導体膜１０７、及び第２の電極１０９が積層される。また、第１の電極１０５、第１の電極１０６、酸化物半導体膜１０７、及び第２の電極１０９を覆うように、ゲート絶縁膜１１１が設けられている。ゲート絶縁膜１１１上には、第３の電極１１３及び第３の電極１１５が設けられている。ゲート絶縁膜１１１及び第３の電極１１３及び第３の電極１１５上には層間絶縁膜として機能する絶縁膜１１７が設けられている。絶縁膜１１７上には、開口部が形成されており、開口部において第１の電極１０５及び第３の電極１１３と接続する配線１３１、第１の電極１０６及び第３の電極１１５と接続する配線１３２（図３（Ａ）参照）、第２の電極１０９と接続する配線１２９が形成される。
第１の電極１０５は、薄膜トランジスタ１４１のソース電極またはドレイン電極の一方として機能する。第１の電極１０６は、薄膜トランジスタ１４３のソース電極またはドレイン電極の一方として機能する。第２の電極１０９は、薄膜トランジスタ１４１、１４３のソース電極またはドレイン電極の他方として機能する。第３の電極１１３は、薄膜トランジスタ１４１のゲート電極として機能する。第３の電極１１５は、薄膜トランジスタ１４３のゲート電極として機能する。
本実施の形態では、第１の電極１０５と、第１の電極１０６とが分離されていることを特徴とする（図３（Ａ）及び（Ｂ）を参照）。
更には、図３（Ａ）及び（Ｂ）では、薄膜トランジスタ１４１と、薄膜トランジスタ１４３とが、第２の電極１０９及び配線１２９で並列に接続していることを特徴とする。この場合、第１の電極１０５は、薄膜トランジスタ１４１のソース電極及びドレイン電極の一方（例えばソース）として機能する。第２の電極１０９は、薄膜トランジスタ１４１のソース電極及びドレイン電極の他方（例えばドレイン）として機能する。第３の電極１１３は、薄膜トランジスタ１４１のゲート電極として機能する。また、第２の電極１０９は、薄膜トランジスタ１４３のソース電極及びドレイン電極の一方（例えばドレイン）として機能する。第１の電極１０６は、薄膜トランジスタ１４３のソース電極及びドレイン電極の他方（例えばソース）として機能する。第３の電極１１５は、薄膜トランジスタ１４３のゲート電極として機能する。
または、薄膜トランジスタ１４１と薄膜トランジスタ１４３が直列に接続されていてもよい。即ち、薄膜トランジスタ１４１と薄膜トランジスタ１４３が第２の電極１０９で直列に接続されていてもよい。この場合、配線１２９を設けなくともよい。このとき、配線１３２から信号が出力される構成とすればよい。
薄膜トランジスタ１４１と薄膜トランジスタ１４３が第２の電極１０９で直列に接続されている場合にも、第１の電極１０５は、薄膜トランジスタ１４１のソース電極及びドレイン電極の一方（例えばソース）として機能する。第２の電極１０９は、薄膜トランジスタ１４１のソース電極及びドレイン電極の他方（例えばドレイン）として機能する。第３の電極１１３は、薄膜トランジスタ１４１のゲート電極として機能する。また、第２の電極１０９は、薄膜トランジスタ１４３のソース電極及びドレイン電極の一方（例えばソース）として機能する。第１の電極１０６は、薄膜トランジスタ１４３のソース電極及びドレイン電極の他方（例えばドレイン）として機能する。第３の電極１１５は、薄膜トランジスタ１４３のゲート電極として機能する。
本実施の形態の薄膜トランジスタ１４１、１４３は、実施の形態１と同様に、水素濃度が低減され高純度化された酸化物半導体膜を用いている。このため、薄膜トランジスタの動作を良好なものとすることができる。特に、オフ電流を低減することができる。この結果、高精細化に適し、動作速度が速く、オン時には大電流を流すことができ、オフ時にはほとんど電流を流さない薄膜トランジスタを作製することができる。
なお、本実施の形態のダイオードは、図３に示すものに限定されない。図３に示すダイオードでは、酸化物半導体膜１０７中を第１の電極１０５及び第１の電極１０６から第２の電極１０９に電流が流れるが、図４に示すように、酸化物半導体膜１０７中を第２の電極１０９から第１の電極１０５及び第１の電極１０６に電流が流れる構成としてもよい。
図４に示すダイオードでは、配線１２５が第３の電極１１３および第３の電極１１５と接続され、更には第２の電極１０９と接続され、第２の電極１０９は酸化物半導体膜１０７を介して第１の電極１０５及び第１の電極１０６に接続されている。第１の電極１０５は配線１３１に接続され、第１の電極１０６は配線１３２に接続されている。
なお、図４に示すダイオードでは、配線１２５が薄膜トランジスタ１４１および薄膜トランジスタ１４３と重畳して設けられているが、これに限定されず、図２と同様に、配線１２５が薄膜トランジスタ１４１および薄膜トランジスタ１４３と重畳しないように設けてもよく、配線１２５が薄膜トランジスタ１４１および薄膜トランジスタ１４３と重畳しない場合には、配線１２５と、これらの電極との間に生じる寄生容量を抑えつつ動作させることができる。
このような薄膜トランジスタのソースまたはドレインをゲートと接続させることで、逆方向電流が非常に小さいダイオードを得ることができる。従って、降伏現象が起きにくい（すなわち、耐圧が高い）ダイオードを作製することができる。
（実施の形態３）
本実施の形態では、本発明の一態様であるダイオードの一例であって、実施の形態１及び実施の形態２とは異なる構造のものについて、図５を用いて説明する。本実施の形態にて説明するダイオードは、電界効果トランジスタ、例えば薄膜トランジスタのソースまたはドレインにゲートが接続されたものである。
図５に示すダイオードでは、配線１３１が第１の電極１０５および第３の電極１１３と接続されている。第１の電極１０５は酸化物半導体膜１０７を介して第２の電極１０９と接続されている。第２の電極１０９は、配線１２９に接続されている。
図５（Ａ）はダイオード接続された薄膜トランジスタ１４５の上面図であり、図５（Ｂ）は図５（Ａ）の一点鎖線Ａ−Ｂの断面図に相当する。
図５（Ｂ）に示すように、基板１０１上に形成された絶縁膜１０３上に、第１の電極１０５、酸化物半導体膜１０７、及び第２の電極１０９が積層される。また、第１の電極１０５、酸化物半導体膜１０７、及び第２の電極１０９を覆うように、ゲート絶縁膜１１１が設けられている。ゲート絶縁膜１１１上には、第３の電極１１３が設けられている。ゲート絶縁膜１１１及び第３の電極１１３上には層間絶縁膜として機能する絶縁膜１１７が設けられている。絶縁膜１１７上には、開口部が形成されており、開口部において第１の電極１０５及び第３の電極１１３と接続する配線１３１（図５（Ａ）参照）、第２の電極１０９と接続する配線１２９が形成される。
第１の電極１０５は、薄膜トランジスタ１４５のソース電極またはドレイン電極の一方として機能する。第２の電極１０９は、薄膜トランジスタ１４５のソース電極またはドレイン電極の他方として機能する。第３の電極１１３は、薄膜トランジスタ１４５のゲート電極として機能する。
本実施の形態では、ゲート電極として機能する第３の電極１１３が環状であることを特徴とする。ゲート電極として機能する第３の電極１１３を環状とすることで、薄膜トランジスタのチャネル幅を大きくすることができる。このため、薄膜トランジスタのオン電流を高めることができる。
本実施の形態の薄膜トランジスタ１４５は、実施の形態１と同様に、水素濃度が低減され高純度化された酸化物半導体膜を用いている。このため、薄膜トランジスタの動作を良好なものとすることができる。特に、オフ電流を低減することができる。この結果、高精細化に適し、動作速度が速く、オン時には大電流を流すことができ、オフ時にはほとんど電流を流さない薄膜トランジスタを作製することができる。
なお、本実施の形態のダイオードは、図５に示すものに限定されない。図５に示すダイオードでは、酸化物半導体膜１０７中を第１の電極１０５から第２の電極１０９に電流が流れるが、図６に示すように、酸化物半導体膜１０７中を第２の電極１０９から第１の電極１０５に電流が流れる構成としてもよい。
図６に示すダイオードでは、配線１２９が第２の電極１０９および第３の電極１１３と接続されている。第２の電極１０９は酸化物半導体膜１０７を介して第１の電極１０５と接続されている。第１の電極１０５は配線１３１と接続されている。
このような薄膜トランジスタのソースまたはドレインをゲートと接続させることで、逆方向電流が非常に小さいダイオードを得ることができる。従って、降伏現象が起きにくい（すなわち、耐圧が高い）ダイオードを作製することができる。
（実施の形態４）
本実施の形態では、図１に示すダイオード接続された薄膜トランジスタの作製工程について、図７を用いて説明する。
図７（Ａ）に示すように、基板１０１上に絶縁膜１０３を形成し、絶縁膜１０３上に第１の電極１０５を形成する。第１の電極１０５は、薄膜トランジスタのソース電極またはドレイン電極の一方として機能する。
絶縁膜１０３は、スパッタリング法、ＣＶＤ法、塗布法などで形成することができる。
なお、スパッタリング法で絶縁膜１０３を形成する場合、処理室内に残留する水素、水、水酸基または水素化物などを除去しつつ絶縁膜１０３を形成することが好ましい。これは、絶縁膜１０３に水素、水、水酸基または水素化物などが含まれないようにするためである。処理室内に残留する水素、水、水酸基または水素化物などを除去するためには、吸着型の真空ポンプを用いることが好ましい。吸着型の真空ポンプとしては、例えば、クライオポンプ、イオンポンプ、チタンサブリメーションポンプを用いることが好ましい。また、排気手段としては、ターボポンプにコールドトラップを加えたものであってもよい。クライオポンプを用いて排気した処理室では、水素、水、水酸基または水素化物などが排気されるため、当該処理室で絶縁膜１０３を形成すると、絶縁膜１０３に含まれる不純物の濃度を低減できる。
また、絶縁膜１０３を形成する際に用いるスパッタガスは、水素、水、水酸基または水素化物などの不純物が濃度１ｐｐｍ以下（好ましくは濃度１０ｐｐｂ以下）まで除去された、高純度ガスであることが好ましい。なお、スパッタガスとは、スパッタリングを行う処理室内に導入するガスをいう。
スパッタリング法にはスパッタ用電源に高周波電源を用いるＲＦスパッタリング法、直流電源を用いるスパッタリング法、さらにパルス的にバイアスを与えるパルスＤＣスパッタリング法がある。ＲＦスパッタリング法は主に絶縁膜を形成する場合に用いられ、ＤＣスパッタリング法は主に金属膜を形成する場合に用いられる。
また、材料の異なるターゲットを複数設置できる多元スパッタ装置もある。多元スパッタ装置は、同一チャンバーで異なる材料の膜を積層形成することも、同一チャンバーで複数種類の材料を同時に放電させて形成することもできる。
また、チャンバー内部に磁石機構を備えたマグネトロンスパッタリング法を用いるスパッタ装置や、グロー放電を使わずマイクロ波を用いて発生させたプラズマを用いるＥＣＲスパッタリング法を用いるスパッタ装置がある。
また、スパッタリング法として、成膜中にターゲット物質とスパッタガス成分とを化学反応させてそれらの化合物薄膜を形成するリアクティブスパッタリング法や、成膜中に基板にも電圧をかけるバイアススパッタリング法を用いることもできる。
本明細書のスパッタリングにおいては、上記したスパッタリング装置及びスパッタリング方法を適宜用いることができる。
本実施の形態では、基板１０１を処理室へ搬送し、水素、水、水酸基または水素化物などが除去された高純度酸素を含むスパッタガスを導入し、シリコンターゲットを用いて、基板１０１に絶縁膜１０３として、酸化シリコン膜を形成する。なお、絶縁膜１０３を形成する際は、基板１０１は加熱されていてもよい。
例えば、石英（好ましくは合成石英）を用い、基板温度１０８℃、基板とターゲットの間との距離（Ｔ−Ｓ間距離）を６０ｍｍ、圧力０．４Ｐａ、高周波電源１．５ｋＷ、酸素及びアルゴン（酸素流量２５ｓｃｃｍ：アルゴン流量２５ｓｃｃｍ＝１：１）雰囲気下でＲＦスパッタリング法により酸化シリコン膜を形成する。膜厚は、例えば１００ｎｍとするとよい。なお、石英（好ましくは合成石英）に代えてシリコンターゲットを用いることができる。なお、スパッタガスとして、酸素、または酸素及びアルゴンの混合ガスを用いて行う。
また、絶縁膜１０３を積層構造で形成する場合、例えば、酸化シリコン膜と基板との間に水素、水、水酸基または水素化物などが除去された高純度窒素を含むスパッタガス及びシリコンターゲットを用いて窒化シリコン膜を形成する。この場合においても、酸化シリコン膜と同様に、処理室内に残留する水素、水、水酸基または水素化物などを除去しつつ窒化シリコン膜を形成することが好ましい。なお、当該工程において、基板１０１は加熱されていてもよい。
絶縁膜１０３として窒化シリコン膜と酸化シリコン膜とを積層する場合、窒化シリコン膜と酸化シリコン膜を同じ処理室において、共通のシリコンターゲットを用いて形成することができる。先に窒素を含むスパッタガスを導入して、処理室内に装着されたシリコンターゲットを用いて窒化シリコン膜を形成し、次に酸素を含むスパッタガスに切り替えて同じシリコンターゲットを用いて酸化シリコン膜を形成する。窒化シリコン膜及び酸化シリコン膜を大気に曝露せずに連続して形成することができるため、窒化シリコン膜表面に水素、水、水酸基または水素化物などの不純物が吸着することを防止することができる。
第１の電極１０５は、基板１０１上に導電膜をスパッタリング法、ＣＶＤ法、または真空蒸着法で形成し、当該導電膜上にフォトリソグラフィ工程によりレジストマスクを形成し、当該レジストマスクを用いて導電膜をエッチングして、形成することができる。または、フォトリソグラフィ工程を用いず、印刷法、インクジェット法で第１の電極１０５を形成することで、工程数を削減することができる。なお、第１の電極１０５の端部をテーパ形状とすると、後に形成されるゲート絶縁膜の被覆性が向上するため好ましい。第１の電極１０５の端部と絶縁膜１０３のなす角の角度を３０°以上６０°以下（好ましくは４０°以上５０°以下）とすることで、後に形成されるゲート絶縁膜の被覆性を向上させることができる。
本実施の形態では、第１の電極１０５となる導電膜として、スパッタリング法により膜厚５０ｎｍのチタン膜を形成し、厚さ１００ｎｍのアルミニウム膜を形成し、厚さ５０ｎｍのチタン膜を形成する。次に、フォトリソグラフィ工程により形成したレジストマスクを用いてエッチングして、島状の第１の電極１０５を形成する。
次に、図７（Ｂ）に示すように、第１の電極１０５上に酸化物半導体膜１０７及び第２の電極１０９を形成する。酸化物半導体膜１０７は薄膜トランジスタのチャネル形成領域として機能し、第２の電極１０９は薄膜トランジスタのソース電極またはドレイン電極の他方として機能する。
ここで、酸化物半導体膜１０７及び第２の電極１０９の作製方法について、説明する。
基板１０１及び第１の電極１０５上にスパッタリング法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導電膜を形成する。
酸化物半導体膜１０７に水素がなるべく含まれないようにするために、前処理として、スパッタリング装置の予備加熱室で第１の電極１０５が形成された基板１０１を予備加熱し、基板１０１に吸着した水素、水、水酸基または水素化物などの不純物を脱離し排気することが好ましい。なお、予備加熱室に設ける排気手段はクライオポンプが好ましい。なお、この予備加熱の処理は省略することもできる。またこの予備加熱は、後に形成するゲート絶縁膜１１１の形成前の基板１０１に行ってもよいし、後に形成する第３の電極１１３及び第３の電極１１５形成前の基板１０１に行ってもよい。
なお、酸化物半導体膜をスパッタリング法により形成する前に、アルゴンガスを導入してプラズマを発生させる逆スパッタを行い、第１の電極１０５の表面に付着しているゴミや酸化膜を除去することで、第１の電極１０５及び酸化物半導体膜の界面における抵抗を低減することができるため好ましい。逆スパッタとは、ターゲット側に電圧を印加せずに、アルゴン雰囲気下で基板側に高周波電源を用いて電圧を印加して基板近傍にプラズマを形成して表面を改質する方法である。なお、アルゴン雰囲気に代えて窒素、ヘリウムなどを用いてもよい。
本実施の形態では、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系金属酸化物ターゲットを用いたスパッタリング法により酸化物半導体膜を形成する。また、酸化物半導体膜は、希ガス（代表的にはアルゴン）雰囲気下、酸素雰囲気下、または希ガス（代表的にはアルゴン）及び酸素雰囲気下においてスパッタリング法により形成することができる。また、スパッタリング法を用いる場合、ＳｉＯ２を２重量％以上１０重量％以下含むターゲットを用いて形成してもよい。
酸化物半導体膜を形成する際に用いるスパッタガスは水素、水、水酸基または水素化物などの不純物が濃度１ｐｐｍ以下（好ましくは濃度１０ｐｐｂ以下）まで除去された、高純度ガスであることが好ましい。なお、スパッタガスとは、スパッタリングを行う処理室内に導入するガスをいう。
酸化物半導体膜をスパッタリング法で作製するためのターゲットとして、酸化亜鉛を主成分とする金属酸化物のターゲットを用いることができる。また、金属酸化物のターゲットの他の例としては、Ｉｎ、Ｇａ、及びＺｎを含む金属酸化物ターゲット（組成比として、Ｉｎ２Ｏ３：Ｇａ２Ｏ３：ＺｎＯ＝１：１：１［ｍｏｌ数比］、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：０．５［ｍｏｌ数比］）を用いることができる。また、Ｉｎ、Ｇａ、及びＺｎを含む金属酸化物ターゲットとして、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：１［ｍｏｌ数比］、またはＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：２［ｍｏｌ数比］の組成比を有するターゲットを用いることもできる。金属酸化物ターゲットにおいて充填率は９０％以上１００％以下、好ましくは９５％以上９９．９％以下である。このように、充填率の高い金属酸化物ターゲットを用いて形成した酸化物半導体膜は緻密な膜となる。
酸化物半導体膜は、減圧状態の処理室内に基板を保持し、処理室内に残留する水分を除去しつつ、水素、水、水酸基または水素化物などが除去されたスパッタリングガスを導入し、金属酸化物をターゲットとして基板１０１上に酸化物半導体膜を形成する。処理室内に残留する水素、水、水酸基または水素化物などを除去するためには、吸着型の真空ポンプを用いることが好ましい。例えば、クライオポンプ、イオンポンプ、チタンサブリメーションポンプを用いることが好ましい。また、排気手段としては、ターボポンプにコールドトラップを加えたものであってもよい。クライオポンプを用いて排気した処理室は、例えば、水素、水、水酸基または水素化物など（より好ましくは炭素原子を含む化合物も）が排気されるため、酸化物半導体膜に含まれる不純物の濃度を低減できる。また、基板を加熱しながら酸化物半導体膜を形成してもよい。
本実施の形態では、酸化物半導体膜の成膜条件の一例として、基板温度室温、基板とターゲットの間との距離を１１０ｍｍ、圧力０．４Ｐａ、直流（ＤＣ）電源０．５ｋＷ、酸素及びアルゴン（酸素流量１５ｓｃｃｍ：アルゴン流量３０ｓｃｃｍ）雰囲気下の条件が適用される。なお、パルス直流（ＤＣ）電源を用いると、成膜時に発生する粉状物質（パーティクル、ゴミともいう）が軽減でき、膜厚分布も均一となるために好ましい。酸化物半導体膜は好ましくは３０ｎｍ以上３０００ｎｍ以下とする。なお、適用する酸化物半導体膜材料により適切な厚みは異なり、材料に応じて適宜厚みを選択すればよい。
なお、酸化物半導体膜を形成する際のスパッタリング法及びスパッタリング装置は、絶縁膜１０３に示したスパッタリング法及びスパッタリング装置を適宜用いることができる。
第２の電極１０９となる導電膜は、第１の電極１０５の材料及び手法を適宜用いることができる。ここでは、第２の電極１０９となる導電膜として、厚さ５０ｎｍのチタン膜、厚さ１００ｎｍのアルミニウム膜、及び厚さ５０ｎｍのチタン膜を順に積層する。
次に、フォトリソグラフィ工程により導電膜上にレジストマスクを形成し、当該レジストマスクを用いて第２の電極１０９となる導電膜及び酸化物半導体膜１０７となる酸化物半導体膜をエッチングして、島状の第２の電極１０９及び酸化物半導体膜１０７を形成する。なお、フォトリソグラフィ工程により形成したレジストマスクの代わりに、インクジェット法を用いてレジストマスクを作製することで、工程数を削減することができる。当該エッチングにより、第２の電極１０９及び酸化物半導体膜１０７の端部と、第１の電極１０５のなす角の角度を３０°以上６０°以下（好ましくは４０°以上５０°以下）とすることで、後に形成されるゲート絶縁膜の被覆性を向上させることができるため好ましい。
なお、ここでの導電膜及び酸化物半導体膜のエッチングは、ドライエッチングでもウエットエッチングでもよく、両方を用いてもよい。所望の形状の酸化物半導体膜１０７及び第２の電極１０９を形成するために、材料に合わせてエッチング条件（エッチング液、エッチング時間、温度など）を適宜調節する。
なお、第２の電極１０９となる導電膜及び酸化物半導体膜と、第１の電極１０５とのエッチングレートが異なる場合は、第１の電極１０５のエッチングレートが低く、第２の電極１０９となる導電膜及び酸化物半導体膜のエッチングレートの高い条件を選択する。または、酸化物半導体膜のエッチングレートが低く、第２の電極１０９となる導電膜のエッチングレートの高い条件を選択して、第２の電極１０９となる導電膜をエッチングした後、第１の電極１０５のエッチングレートが低く、酸化物半導体膜のエッチングレートの高い条件を選択する。
酸化物半導体膜をウエットエッチングするエッチング液としては、燐酸と酢酸と硝酸を混ぜた溶液、アンモニア過水（３１重量％過酸化水素水：２８重量％アンモニア水：水＝５：２：２）などを用いることができる。また、ＩＴＯ０７Ｎ（関東化学社製）を用いてもよい。
また、ウエットエッチング後のエッチング液はエッチングされた材料とともに洗浄によって除去される。その除去された材料を含むエッチング液の廃液を精製し、含まれる材料を再利用してもよい。当該エッチング後の廃液から酸化物半導体膜に含まれるインジウムなどの材料を回収して再利用することにより、資源を有効活用し低コスト化することができる。
また、酸化物半導体膜のドライエッチングに用いるエッチングガスとしては、塩素を含むガス（塩素系ガス、例えば塩素（Ｃｌ２）、三塩化硼素（ＢＣｌ３）、四塩化シリコン（ＳｉＣｌ４）、四塩化炭素（ＣＣｌ４）など）が好ましい。
また、フッ素を含むガス（フッ素系ガス、例えば四弗化炭素（ＣＦ４）、六弗化硫黄（ＳＦ６）、三弗化窒素（ＮＦ３）、トリフルオロメタン（ＣＨＦ３）など）、臭化水素（ＨＢｒ）、酸素（Ｏ２）、これらのガスにヘリウム（Ｈｅ）やアルゴン（Ａｒ）などの希ガスを添加したガス、などを用いることができる。
ドライエッチング法としては、平行平板型ＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ）法や、ＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ：誘導結合型プラズマ）エッチング法を用いることができる。所望の加工形状にエッチングできるように、エッチング条件（コイル型の電極に印加される電力量、基板側の電極に印加される電力量、基板側の電極温度など）を適宜調節する。
本実施の形態では、エッチャントとしてアンモニア過水（アンモニア、水、過酸化水素水の混合液）を用いて、第２の電極１０９となる導電膜をエッチングした後、燐酸と酢酸と硝酸を混ぜた溶液で酸化物半導体膜をエッチングして、島状の酸化物半導体膜１０７を形成する。
次に、本実施の形態では、第１の加熱処理を行う。第１の加熱処理の温度は、４００℃以上７５０℃以下、好ましくは４００℃以上基板の歪み点未満とする。ここでは、加熱処理装置の一つである電気炉に基板を導入し、酸化物半導体膜に対して窒素、希ガスなどの不活性ガス雰囲気下において４５０℃において１時間の加熱処理を行った後、大気に触れさせずに、酸化物半導体膜への水素、水、水酸基または水素化物などの再侵入を防ぐことで、水素濃度が低減され高純度化され、ｉ型化または実質的にｉ型化された酸化物半導体膜を得ることができる。即ち、この第１の加熱処理によって酸化物半導体膜１０７の脱水化及び脱水素化の少なくとも一方を行うことができる。
なお、第１の加熱処理においては、窒素、またはヘリウム、ネオン、アルゴンなどの希ガスに、水素、水、水酸基または水素化物などが含まれないことが好ましい。または、加熱処理装置に導入する窒素、またはヘリウム、ネオン、アルゴンなどの希ガスの純度を、６Ｎ（９９．９９９９％）以上、好ましくは７Ｎ（９９．９９９９９％）以上、（即ち不純物濃度を１ｐｐｍ以下、好ましくは０．１ｐｐｍ以下）とすることが好ましい。
また、第１の加熱処理の条件、または酸化物半導体膜の材料によっては、酸化物半導体膜が結晶化し、微結晶膜または多結晶膜となる場合もある。例えば、結晶化率が９０％以上、または８０％以上の微結晶の酸化物半導体膜となる場合もある。また、第１の加熱処理の条件、または酸化物半導体膜の材料によっては、結晶成分を含まない非晶質の酸化物半導体膜となる場合もある。また、非晶質の酸化物半導体膜の中に微結晶部（粒径１ｎｍ以上２０ｎｍ以下（代表的には２ｎｍ以上４ｎｍ以下））が混在する酸化物半導体膜となる場合もある。
また、酸化物半導体膜の第１の加熱処理は、島状の酸化物半導体膜を形成する前の酸化物半導体膜に行ってもよい。その場合には、第１の加熱処理後に、加熱装置から基板を取り出し、フォトリソグラフィ工程を行う。
なお、酸化物半導体膜に対する脱水化、脱水素化の効果を奏する加熱処理は、酸化物半導体膜を形成した後、酸化物半導体膜上に第２の電極となる導電膜を積層した後、第１の電極、酸化物半導体膜及び第２の電極上にゲート絶縁膜を形成した後、またはゲート電極を形成した後のいずれで行ってもよい。
次に、図７（Ｃ）に示すように、第１の電極１０５、酸化物半導体膜１０７、第２の電極１０９上にゲート絶縁膜１１１を形成する。
不純物を除去することによりｉ型化または実質的にｉ型化された酸化物半導体膜（水素濃度が低減され高純度化された酸化物半導体膜）は界面準位、界面電荷に対して極めて敏感であるため、ゲート絶縁膜１１１との界面は重要である。そのため高純度化された酸化物半導体膜に接するゲート絶縁膜１１１は、高品質化が要求される。
例えば、μ波（２．４５ＧＨｚ）を用いた高密度プラズマＣＶＤにより、緻密で絶縁耐圧の高い高品質な絶縁膜を形成できるので好ましい。水素濃度が低減され高純度化された酸化物半導体膜と高品質ゲート絶縁膜とが密接することにより、界面準位を低減して界面特性を良好なものとすることができるからである。
もちろん、ゲート絶縁膜として良質な絶縁膜を形成できるものであれば、スパッタリング法やプラズマＣＶＤ法など他の成膜方法を適用することができる。また、ゲート絶縁膜の形成後の加熱処理によってゲート絶縁膜の膜質、酸化物半導体膜との界面特性が改質される絶縁膜であっても良い。いずれにしても、ゲート絶縁膜としての膜質が良好であることは勿論のこと、酸化物半導体膜との界面準位密度を低減し、良好な界面を形成できるものであれば良い。
さらに、８５℃、２×１０６Ｖ／ｃｍ、１２時間のゲートバイアス・熱ストレス試験（ＢＴ試験）においては、不純物が酸化物半導体膜に添加されていると、不純物と酸化物半導体膜の主成分との結合が、強電界（Ｂ：バイアス）と高温（Ｔ：温度）により切断され、生成された未結合手がしきい値電圧（Ｖｔｈ）のドリフトを誘発することとなる。
これに対して、酸化物半導体膜の不純物、特に水素や水などを極力除去し、上記のようにゲート絶縁膜との界面特性を良好にすることにより、ＢＴ試験に対しても安定な薄膜トランジスタを得ることを可能としている。
スパッタリング法でゲート絶縁膜１１１を形成することでゲート絶縁膜１１１中の水素濃度を低減することができる。スパッタリング法により酸化シリコン膜を形成する場合には、ターゲットとしてシリコンまたは石英を用い、スパッタガスとして酸素または、酸素及びアルゴンの混合ガスを用いて行う。
ゲート絶縁膜１１１は、第１の電極１０５、酸化物半導体膜１０７、及び第２の電極１０９側から酸化シリコン膜と窒化シリコン膜を積層した構造とすることもできる。例えば、第１のゲート絶縁膜として膜厚５ｎｍ以上３００ｎｍ以下の酸化シリコン膜（ＳｉＯｘ（ｘ＞０））を形成し、第１のゲート絶縁膜上に第２のゲート絶縁膜としてスパッタリング法により膜厚５０ｎｍ以上２００ｎｍ以下の窒化シリコン膜（ＳｉＮｙ（ｙ＞０））を積層して、膜厚１００ｎｍのゲート絶縁膜としてもよい。本実施の形態では、圧力０．４Ｐａ、高周波電源１．５ｋＷ、酸素及びアルゴン（酸素流量２５ｓｃｃｍ：アルゴン流量２５ｓｃｃｍ＝１：１）雰囲気下でＲＦスパッタリング法により膜厚１００ｎｍの酸化シリコン膜を形成する。
次に、不活性ガス雰囲気下、または酸素ガス雰囲気下で第２の加熱処理（好ましくは２００℃以上４００℃以下、例えば２５０℃以上３５０℃以下）を行ってもよい。なお、当該第２の加熱処理は、のちに形成される第３の電極１１３及び第３の電極１１５、絶縁膜１１７、または配線１２５、１３１のいずれかを形成した後に行ってもよい。当該加熱処理により、酸化物半導体膜中に含まれる水素若しくは水分をゲート絶縁膜に拡散させることができる。
次に、ゲート絶縁膜１１１上にゲート電極として機能する第３の電極１１３及び第３の電極１１５を形成する。
第３の電極１１３及び第３の電極１１５は、ゲート絶縁膜１１１上に第３の電極１１３及び第３の電極１１５となる導電膜をスパッタリング法、ＣＶＤ法、または真空蒸着法で形成し、当該導電膜上にフォトリソグラフィ工程によりレジストマスクを形成し、当該レジストマスクを用いて導電膜をエッチングして、形成することができる。
本実施の形態では、厚さ１５０ｎｍのチタン膜をスパッタリング法により形成した後、フォトリソグラフィ工程により形成したレジストマスクを用いてエッチングして、第３の電極１１３及び第３の電極１１５を形成する。
以上の工程で、水素濃度が低減され高純度化された酸化物半導体膜１０７を有する薄膜トランジスタ１３３を形成することができる。
次に、図７（Ｄ）に示すように、ゲート絶縁膜１１１及び第３の電極１１３及び第３の電極１１５上に絶縁膜１１７を形成した後、コンタクトホール１１９、コンタクトホール１２１、及びコンタクトホール１２３を形成する。
絶縁膜１１７は、酸化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜、酸化アルミニウム膜、または酸化窒化アルミニウム膜などの酸化物絶縁膜、窒化シリコン膜、窒化酸化シリコン膜、窒化アルミニウム膜、または窒化酸化アルミニウム膜などの窒化物絶縁膜を用いる。または、酸化物絶縁膜及び窒化物絶縁膜の積層とすることもできる。
絶縁膜１１７は、スパッタリング法、ＣＶＤ法などで形成する。なお、スパッタリング法で絶縁膜１１７を形成する場合、基板１０１を１００℃〜４００℃の温度に加熱し、水素、水、水酸基または水素化物などが除去された高純度窒素を含むスパッタガスを導入しシリコンターゲットを用いて絶縁膜を形成してもよい。この場合においても、処理室内に残留する水素、水、水酸基または水素化物などを除去しつつ絶縁膜を形成することが好ましい。
なお、絶縁膜１１７の形成後、さらに、大気中、１００℃以上２００℃以下、１時間以上３０時間以下での加熱処理を行ってもよい。この加熱処理によって、ノーマリーオフとなる薄膜トランジスタを得ることができる。よって半導体装置の信頼性を向上できる。
コンタクトホール１１９、コンタクトホール１２１、及びコンタクトホール１２３は、フォトリソグラフィ工程によりレジストマスクを形成し、選択的にエッチングを行ってゲート絶縁膜１１１及び絶縁膜１１７の一部を除去して形成することができる。
次に、ゲート絶縁膜１１１、コンタクトホール１１９、コンタクトホール１２１、及びコンタクトホール１２３上に導電膜を形成した後、フォトリソグラフィ工程により形成したレジストマスクを用いてエッチングして、配線１２５及び配線１３１を形成する。なお、レジストマスクをインクジェット法で形成してもよい。レジストマスクをインクジェット法で形成するとフォトマスクを使用しないため、製造コストを削減できる。
配線１２５及び配線１３１は、第１の電極１０５と同様に形成することができる。
なお、第３の電極１１３及び第３の電極１１５と、配線１２５及び配線１３１の間に平坦化のための平坦化絶縁膜を設けてもよい。平坦化絶縁膜の代表例としては、ポリイミド、アクリル、ベンゾシクロブテン、ポリアミド、エポキシなどの、耐熱性を有する有機材料を用いることができる。また上記有機材料の他に、低誘電率材料（ｌｏｗ−ｋ材料）、シロキサン系樹脂、ＰＳＧ（リンガラス）、ＢＰＳＧ（リンボロンガラス）などがある。なお、これらの材料で形成される絶縁膜を複数積層させることで、平坦化絶縁膜を形成してもよい。
なおシロキサン系樹脂とは、シロキサン系材料を出発材料として形成されたＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む樹脂に相当する。シロキサン系樹脂は置換基としては有機基（例えばアルキル基やアリール基）やフルオロ基を用いてもよい。また、有機基はフルオロ基を有していてもよい。
平坦化絶縁膜の形成法は、特に限定されず、その材料に応じて、スパッタリング法、ＳＯＧ法、スピンコート、ディップ、スプレー塗布、液滴吐出法（インクジェット法、スクリーン印刷、オフセット印刷など）、ドクターナイフ、ロールコーター、カーテンコーター、ナイフコーターなどを用いることができる。
上記の工程を経て酸化物半導体膜中の水素の濃度を低減し、高純度化することができる。それにより酸化物半導体膜の安定化を図ることができる。また、ガラス転移温度以下の加熱処理で、少数キャリアの数が極端に少なく、バンドギャップの広い酸化物半導体膜を形成することができる。その結果、大面積基板を用いて薄膜トランジスタを作製することができるため、量産性を高めることができる。また、当該水素濃度が低減され高純度化された酸化物半導体膜を用いることで、高精細化に適し、動作速度が速く、オン時には大電流を流すことができ、オフ時にはほとんど電流を流さない薄膜トランジスタを作製することができる。
このような薄膜トランジスタのソースまたはドレインをゲートと接続させることで、逆方向電流が非常に小さいダイオードを得ることができる。従って、本実施の形態によって、降伏現象が起きにくい（すなわち、耐圧が高い）ダイオードを作製することができる。
なお、酸化物半導体膜、または該酸化物半導体膜に接して設けられる絶縁膜との界面に存在しうる、水素、水分、水酸基または水素化物（水素化合物ともいう）などの不純物を排除するため、酸化物半導体膜に接して設けられる絶縁膜にハロゲン元素（例えば、フッ素または塩素）を含ませ、または酸化物半導体膜を露出させた状態でハロゲン元素を含むガス雰囲気中でのプラズマ処理によって酸化物半導体膜にハロゲン元素を含ませてもよい。絶縁膜にハロゲン元素を含ませる場合には、該絶縁膜中におけるハロゲン元素濃度は、５×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３〜１×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３程度とすればよい。
なお、上記したように酸化物半導体膜中または酸化物半導体膜とこれに接する絶縁膜との界面にハロゲン元素を含ませ、酸化物半導体膜と接して設けられた絶縁膜が酸化物絶縁膜である場合には、酸化物半導体膜と接しない側の酸化物絶縁膜を、窒素系絶縁膜で覆うことが好ましい。すなわち、酸化物半導体膜に接する酸化物絶縁膜の上に接して窒化シリコン膜などを設ければよい。このような構造とすることで、水素、水分、水酸基または水素化物などの不純物が酸化物絶縁膜に侵入することを防止することができる。
なお、図２乃至図６に示すダイオードも同様に形成することができる。
本実施の形態は、他の実施の形態に記載した構成と適宜組み合わせて実施することが可能である。
（実施の形態５）
本実施の形態の形態では、実施の形態４とは異なる形態の酸化物半導体膜を有するダイオード接続された薄膜トランジスタとその作製方法について、図７及び図８を用いて説明する。
実施の形態４と同様に、図７（Ａ）に示すように、基板１０１上に絶縁膜１０３及び第１の電極１０５を形成する。次に、図７（Ｂ）に示すように、第１の電極１０５上に酸化物半導体膜１０７及び第２の電極１０９を形成する。
次に、第１の加熱処理を行う。本実施の形態における第１の加熱処理は、上記実施の形態における第１の加熱処理とは異なるものであり、当該加熱処理によって、図８（Ａ）に示すように、表面に結晶粒が形成される酸化物半導体膜１５１を形成することができる。本実施の形態では、抵抗発熱体などの発熱体からの熱伝導及び熱輻射の少なくとも一方によって被処理物を加熱する装置を用いて第１の加熱処理を行う。ここで、加熱処理の温度は５００℃以上７００℃以下、好ましくは６５０℃以上７００℃以下とすることが好適である。なお、加熱処理温度の上限に関し、発明の本質的な部分からの要求はないが、加熱処理温度の上限は基板１０１の耐熱温度の範囲内とする必要がある。また、加熱処理の時間は、１分以上１０分以下とすることが好適である。ＲＴＡ処理を適用することで、短時間に加熱処理を行うことができるため、基板１０１に対する熱の影響を小さくすることができる。つまり、加熱処理を長時間行う場合と比較して、加熱処理温度の上限を引き上げることが可能である。また、酸化物半導体膜の表面近傍に、所定の構造の結晶粒を選択的に形成することが可能である。
本実施の形態で用いることができる加熱装置としては、ＧＲＴＡ（Ｇａｓ Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ａｎｎｅａｌ）装置、ＬＲＴＡ（Ｌａｍｐ Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ａｎｎｅａｌ）装置などのＲＴＡ（Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ａｎｎｅａｌ）装置などがある。ＬＲＴＡ装置は、ハロゲンランプ、メタルハライドランプ、キセノンアークランプ、カーボンアークランプ、高圧ナトリウムランプ、高圧水銀ランプなどのランプから発する光（電磁波）の輻射により、被処理物を加熱する装置である。ＧＲＴＡ装置は、高温のガスを用いて加熱処理を行う装置である。気体には、アルゴンなどの希ガス、または窒素のような、加熱処理によって被処理物と反応しない不活性気体が用いられる。
例えば、第１の加熱処理として、６５０℃〜７００℃の高温に加熱した窒素または希ガスなどの不活性ガス雰囲気に基板を移動し、数分間加熱した後、高温に加熱した不活性ガス中から基板を出すＧＲＴＡを行ってもよい。ＧＲＴＡを用いると短時間での高温加熱処理が可能となる。
なお、第１の加熱処理においては、窒素、またはヘリウム、ネオン、アルゴンなどの希ガスに、水素、水、水酸基または水素化物などが含まれないことが好ましい。または、加熱処理装置に導入する窒素、またはヘリウム、ネオン、アルゴンなどの希ガスの純度を、６Ｎ（９９．９９９９％）以上、好ましくは７Ｎ（９９．９９９９９％）以上、（即ち不純物濃度を１ｐｐｍ以下、好ましくは０．１ｐｐｍ以下）とすることが好ましい。
なお、上記の加熱処理は、酸化物半導体膜１０７を形成した後であればいずれのタイミングで行ってもよいが、脱水化または脱水素化を促進させるためには、酸化物半導体膜１０７の表面に他の構成要素を設ける前に行うのが好適である。また、上記の加熱処理は、一回に限らず、複数回行っても良い。
ここで、図８（Ａ）の破線部１５３の拡大図を図８（Ｂ）に示す。
酸化物半導体膜１５１は、非晶質を主たる構成とする非晶質領域１５５と、酸化物半導体膜１５１の表面に形成される結晶粒１５７とを有する。また、結晶粒１５７は、表面からの距離（深さ）が２０ｎｍ以下の領域（表面近傍）に形成される。ただし、酸化物半導体膜１５１の厚さが大きくなる場合にはこの限りではない。例えば、酸化物半導体膜１５１の厚さが２００ｎｍ以上となる場合には、「表面の近傍（表面近傍）」とは、表面からの距離（深さ）が酸化物半導体膜の厚さの１０％以下である領域をいう。
ここで、非晶質領域１５５は、非晶質酸化物半導体膜を主たる構成としている。なお、「主たる」とは、例えば、５０％以上を占める状態をいい、この場合には、非晶質酸化物半導体膜が体積％（または重量％）で５０％以上を占める状態をいうものとする。つまり、非晶質酸化物半導体膜以外にも、酸化物半導体膜の結晶などを含むことがあるが、その含有率は体積％（または重量％）で５０％未満であることが望ましいがこれらの範囲に限定される必要はない。
酸化物半導体膜の材料としてＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系の酸化物半導体膜を用いる場合には、上記の非晶質領域１５５の組成は、Ｚｎの含有量（原子％）が、ＩｎまたはＧａの含有量（原子％）未満となるようにするのが好適である。このような組成とすることにより、所定の組成の結晶粒１５７を形成することが容易になるためである。
この後、実施の形態４と同様に、ゲート絶縁膜と、ゲート電極として機能する第３の電極を形成して薄膜トランジスタを作製する。
酸化物半導体膜１５１の表面はゲート絶縁膜と接するため、チャネルとなる。チャネルとなる領域に結晶粒を有することで、ソース、チャネル、及びドレイン間の抵抗が低減すると共に、キャリア移動度が上昇する。このため、当該酸化物半導体膜１５１を有する薄膜トランジスタの電界効果移動度が上昇し、良好な電気特性を実現できる。
また、結晶粒１５７は、非晶質領域１５５と比較して安定であるため、これを酸化物半導体膜１５１の表面近傍に有することで、非晶質領域１５５に不純物（例えば水素、水、水酸基または水素化物など）が取り込まれることを低減することが可能である。このため、酸化物半導体膜１５１の信頼性を向上させることができる。
以上の工程により酸化物半導体膜中の水素の濃度を低減し、高純度化することができる。それにより酸化物半導体膜の安定化を図ることができる。また、ガラス転移温度以下の加熱処理で、少数キャリアの数が極端に少なく、バンドギャップの広い酸化物半導体膜を形成することができる。このため、大面積基板を用いて薄膜トランジスタを作製することができるため、量産性を高めることができる。また、当該水素濃度が低減され高純度化された酸化物半導体膜を用いることで、高精細化に適し、動作速度が速く、オン時には大電流を流すことができ、オフ時にはほとんど電流を流さない薄膜トランジスタを作製することができる。
このような薄膜トランジスタのソースまたはドレインをゲートと接続させることで、逆方向電流が非常に小さいダイオードを得ることができる。従って、本実施の形態によって、降伏現象が起きにくい（すなわち、耐圧が高い）ダイオードを作製することができる。
本実施の形態は、他の実施の形態に記載した構成と適宜組み合わせて実施することが可能である。
（実施の形態６）
本実施の形態では、図１に示すダイオード接続された薄膜トランジスタの作製工程であって、実施の形態４及び実施の形態５とは異なるものについて、図７を用いて説明する。
実施の形態４と同様に、図７（Ａ）に示すように、基板１０１上に第１の電極１０５を形成する。
次に、図７（Ｂ）に示すように、第１の電極１０５上に酸化物半導体膜１０７及び第２の電極１０９を形成する。
なお、酸化物半導体膜をスパッタリング法により形成する前に、アルゴンガスを導入してプラズマを発生させる逆スパッタを行い、第１の電極１０５の表面に付着しているゴミや酸化膜を除去することで、第１の電極１０５及び酸化物半導体膜の界面における抵抗を低減することができるため好ましい。なお、アルゴン雰囲気に代えて窒素、ヘリウムなどを用いてもよい。
基板１０１及び第１の電極１０５上にスパッタリング法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導電膜を形成する。
本実施の形態では、酸化物半導体膜をＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系金属酸化物ターゲットを用いたスパッタリング法により形成する。本実施の形態では、減圧状態の処理室内に基板を保持し、基板を室温または４００℃未満の温度に加熱する。そして、処理室内に残留する水素、水、水酸基または水素化物などを除去しつつ、水素、水、水酸基または水素化物などが除去されたスパッタガスを導入し、金属酸化物をターゲットとして基板１０１及び第１の電極１０５上に酸化物半導体膜を形成する。処理室内に残留する水素、水、水酸基または水素化物などを除去するためには、吸着型の真空ポンプを用いることが好ましい。例えば、クライオポンプ、イオンポンプ、チタンサブリメーションポンプを用いることが好ましい。また、排気手段としては、ターボポンプにコールドトラップを加えたものであってもよい。クライオポンプを用いて排気した処理室は、例えば、水素、水、水酸基または水素化物（より好ましくは炭素原子を含む化合物も）などが排気されるため、当該処理室で形成した酸化物半導体膜に含まれる不純物の濃度を低減できる。また、クライオポンプにより処理室内に残留する水素、水、水酸基または水素化物などを除去しながらスパッタ形成を行うことで、基板温度が室温から４００℃未満でも水素原子、水などの不純物を低減した酸化物半導体膜を形成することができる。
本実施の形態では、基板とターゲットの間との距離を１００ｍｍ、圧力０．６Ｐａ、直流（ＤＣ）電源０．５ｋＷ、酸素（酸素流量比率１００％）雰囲気下での成膜条件が適用される。なお、パルス直流（ＤＣ）電源を用いると、成膜時に発生する粉状物質（パーティクル、ゴミともいう）が軽減でき、膜厚分布も均一となるために好ましい。酸化物半導体膜は、好ましくは３０ｎｍ以上３０００ｎｍ以下とする。なお、適用する酸化物半導体膜材料により適切な厚みは異なり、材料に応じて適宜厚みを選択すればよい。
なお、酸化物半導体膜を形成する際のスパッタリング法及びスパッタリング装置は、絶縁膜１０３に示したスパッタリング法を適宜用いることができる。
次に、第２の電極１０９となる導電膜を、第１の電極１０５の材料及び手法を用いて形成する。
次に、実施の形態４と同様に、第２の電極１０９となる導電膜及び酸化物半導体膜１０７となる酸化物半導体膜をエッチングして、島状の第２の電極１０９及び酸化物半導体膜１０７を形成する。所望の形状の酸化物半導体膜１０７及び第２の電極１０９を形成するために、材料に合わせてエッチング条件（エッチング液、エッチング時間、温度など）を適宜調節する。
次に、図７（Ｃ）に示すように、実施の形態４と同様に、第１の電極１０５、酸化物半導体膜１０７、第２の電極１０９上にゲート絶縁膜１１１を形成する。ゲート絶縁膜１１１は、酸化物半導体膜１０７との界面特性が良好なものとすることが好ましく、μ波（２．４５ＧＨｚ）を用いた高密度プラズマＣＶＤ法でゲート絶縁膜１１１を形成することで、緻密で絶縁耐圧の高い高品質な絶縁膜を形成できるので好ましい。また、ゲート絶縁膜として良質な絶縁膜を形成できるものであれば、スパッタリング法やプラズマＣＶＤ法など他の形成方法を適用することができる。
なお、ゲート絶縁膜１１１を形成する前に逆スパッタを行い、少なくとも酸化物半導体膜１０７の表面に付着しているレジスト残渣などを除去することが好ましい。
また、ゲート絶縁膜１１１を形成する前にＮ２Ｏ、Ｎ２、またはＡｒなどのガスを用いたプラズマ処理によって露出している酸化物半導体膜の表面に付着した水素、水、水酸基または水素化物などを除去してもよい。また、酸素とアルゴンの混合ガスを用いてプラズマ処理を行ってもよい。プラズマ処理を行った場合、大気に触れることなく、酸化物半導体膜の一部に接するゲート絶縁膜１１１を形成することが好ましい。
また、ゲート絶縁膜１１１に、水素、水、水酸基または水素化物などがなるべく含まれないようにするために、前処理として、スパッタリング装置の予備加熱室で第１の電極１０５から第２の電極１０９まで形成された基板１０１を予備加熱し、基板１０１に吸着した水素、水、水酸基または水素化物などの不純物を脱離し排気することが好ましい。または、ゲート絶縁膜１１１を形成した後、基板１０１を、スパッタリング装置の予備加熱室で予備加熱して、基板１０１に吸着した水素、水、水酸基または水素化物などの不純物を脱離し排気することが好ましい。なお、予備加熱の温度としては、１００℃以上４００℃以下好ましくは１５０℃以上３００℃以下である。なお、予備加熱室に設ける排気手段はクライオポンプが好ましい。なお、この予備加熱の処理は省略することもできる。
ゲート絶縁膜１１１は、第１の電極１０５、酸化物半導体膜１０７、及び第２の電極１０９側から酸化シリコン膜と窒化シリコン膜とを積層した構造とすることもできる。例えば、第１のゲート絶縁膜としてスパッタリング法により膜厚５ｎｍ以上３００ｎｍ以下の酸化シリコン膜（ＳｉＯｘ（ｘ＞０））を形成し、第１のゲート絶縁膜上に第２のゲート絶縁膜として膜厚５０ｎｍ以上２００ｎｍ以下の窒化シリコン膜（ＳｉＮｙ（ｙ＞０））を積層して、ゲート絶縁膜とする。
次に、図７（Ｃ）に示すように、実施の形態４と同様に、ゲート絶縁膜１１１上にゲート電極として機能する第３の電極１１３及び第３の電極１１５を形成する。
以上の工程で、水素濃度が低減された酸化物半導体膜１０７を有する薄膜トランジスタ１３３を形成することができる。
上記のように酸化物半導体膜を形成する際に、反応雰囲気中に残留する水素、水、水酸基または水素化物などを除去することで、該酸化物半導体膜中の水素濃度を低減することができる。それにより酸化物半導体膜の安定化を図ることができる。
次に、図７（Ｄ）に示すように、実施の形態４と同様に、ゲート絶縁膜１１１及び第３の電極１１３及び第３の電極１１５上に絶縁膜１１７を形成した後、コンタクトホール１１９、コンタクトホール１２１、及びコンタクトホール１２３を形成する。
次に、図７（Ｅ）に示すように、実施の形態４と同様に、配線１２５及び配線１３１を形成する。
絶縁膜１１７の形成後、さらに、実施の形態４と同様に、大気中、１００℃以上２００℃以下、１時間以上３０時間以下での加熱処理を行ってもよい。この加熱処理によって、ノーマリーオフとなる薄膜トランジスタを得ることができる。よって半導体装置の信頼性を向上できる。
なお、第３の電極１１３及び第３の電極１１５及び配線１２５及び配線１３１の間に平坦化のための平坦化絶縁膜を設けてもよい。
上記のように酸化物半導体膜を形成するに際し、反応雰囲気中に残留する水素、水、水酸基または水素化物などを除去することで、該酸化物半導体膜中の水素の濃度を低減し、高純度化することができる。それにより酸化物半導体膜の安定化を図ることができる。また、ガラス転移温度以下の加熱処理で、少数キャリアの数が極端に少なく、バンドギャップの広い酸化物半導体膜を形成することができる。このため、大面積基板を用いて薄膜トランジスタを作製することができるため、量産性を高めることができる。また、当該水素濃度が低減され高純度化された酸化物半導体膜を用いることで、高精細化に適し、動作速度が速く、オン時には大電流を流すことができ、オフ時にはほとんど電流を流さない薄膜トランジスタを作製することができる。
このような薄膜トランジスタのソースまたはドレインをゲートと接続させることで、逆方向電流が非常に小さいダイオードを得ることができる。従って、本実施の形態によって、降伏現象が起きにくい（すなわち、耐圧が高い）ダイオードを作製することができる。
本実施の形態は、他の実施の形態に記載した構成と適宜組み合わせて実施することが可能である。
（実施の形態７）
上記実施の形態にて説明したダイオードは、半導体装置に適用することができる。半導体装置として、例えば表示装置を挙げることができる。
本発明の一態様である表示装置の構成について、図９を参照して説明する。図９は、表示装置が形成された基板２００の上面図を示す。基板２００上には、画素部２０１が形成されている。また、入力端子２０２及び入力端子２０３は、基板２００上に形成された画素回路に対して画像を表示するための信号及び電源電力を供給する。
なお、本発明の一態様である表示装置は、図９に示す形態に限定されない。すなわち、基板２００上には、走査線駆動回路及び信号線駆動回路の一方または双方が形成されていてもよい。
そして、基板２００上に形成された走査線側の入力端子２０２及び信号線側の入力端子２０３と、画素部２０１とは、縦横に延びた配線によって接続されており、該配線は保護回路２０４〜２０７に接続されている。
画素部２０１と、入力端子２０２とは、配線２０９によって接続されている。保護回路２０４は、画素部２０１と、入力端子２０２との間に配設され、配線２０９に接続されている。保護回路２０４を設けることによって、画素部２０１が有する薄膜トランジスタ等の各種半導体素子を保護することができ、これらが劣化し、または破壊することを防止できる。なお、配線２０９は、図中では一の配線を指し示しているが、配線２０９と平行に設けられている複数の配線のすべてが配線２０９と同様の接続関係を有する。なお、配線２０９は、走査線として機能するものである。
なお、走査線側には、入力端子２０２と画素部２０１との間に設けられている保護回路２０４のみならず、画素部２０１を挟んで入力端子２０２の反対側にも保護回路が設けられていても良い（図９の保護回路２０５を参照）。
一方で、画素部２０１と、入力端子２０３とは配線２０８によって接続されている。保護回路２０６は、画素部２０１と、入力端子２０３との間に配設され、配線２０８に接続されている。保護回路２０６を設けることによって、画素部２０１が有する薄膜トランジスタ等の各種半導体素子を保護することができ、これらが劣化し、または破壊されることを防止できる。なお、配線２０８は、図中では一の配線を指し示しているが、配線２０８と平行に設けられている複数の配線のすべてが配線２０８と同様の接続関係を有する。なお、配線２０８は、信号線として機能するものである。
なお、信号線側には、入力端子２０３と画素部２０１との間に設けられている保護回路２０６のみならず、画素部２０１を挟んで入力端子２０３の反対側にも設けられていても良い（図９の保護回路２０７を参照）。
なお、保護回路２０４〜２０７は全て設ける必要はない。しかし、少なくとも保護回路２０４は設ける必要がある。走査線に過大な電流が生じることで、画素部２０１が有する薄膜トランジスタのゲート絶縁層が破壊され、多数の点欠陥を生じうるからである。
また、保護回路２０４のみならず保護回路２０６を設けることで信号線に過大な電流が生じることを防止できる。そのため、保護回路２０４のみを設ける場合と比較して信頼性が向上し、歩留まりが向上する。保護回路２０６を有することで、薄膜トランジスタ形成後のラビング工程等にて生じうる、静電気による破壊を防止することもできる。
更には、保護回路２０５及び保護回路２０７を有することで、信頼性を更に向上させることができる。また、歩留まりを高くすることができる。保護回路２０５及び保護回路２０７は、入力端子２０２及び入力端子２０３とは反対側に設けられている。そのため、これらは表示装置の作製工程（例えば、液晶表示装置の作製工程におけるラビング工程）中において生じる、各種半導体素子の劣化及び破壊を防止することに寄与する。
なお、図９では、基板２００とは別に形成した信号線駆動回路及び走査線駆動回路をＣＯＧ方式やＴＡＢ方式等の公知の方式により基板２００に実装する。しかし、これに限定されず、走査線駆動回路と画素部とを基板２００上に形成し、信号線駆動回路は別に形成したものを実装してもよい。または、走査線駆動回路の一部或いは信号線駆動回路の一部を、画素部２０１と共に基板２００上に形成し、走査線駆動回路の他の部分或いは信号線駆動回路の他の部分を実装するようにしても良い。走査線駆動回路の一部が画素部２０１と走査線側の入力端子２０２との間に設けられている場合には、走査線側の入力端子２０２と基板２００上の走査線駆動回路の一部との間に保護回路を設けても良いし、走査線駆動回路の一部と画素部２０１との間に保護回路を設けても良いし、これらの双方に保護回路を設けても良い。また、信号線駆動回路の一部が画素部２０１と信号線側の入力端子２０３との間に設けられている場合には、信号線側の入力端子２０３と基板２００上の信号線駆動回路の一部との間に保護回路を設けても良いし、信号線駆動回路の一部と画素部２０１との間に保護回路を設けても良いし、これらの双方に保護回路を設けても良い。つまり、駆動回路の形態は様々であるため、保護回路はその形態に合わせて設ける数と場所を定める。
次に、図９における保護回路２０４〜２０７に用いられる保護回路の具体的な回路構成の例について、図１０を参照して説明する。以下の説明ではｎ型トランジスタを設ける場合についてのみ説明する。
図１０（Ａ）に示す保護回路は、複数の薄膜トランジスタを用いた保護ダイオード２１１〜２１４を有する。保護ダイオード２１１は、直列に接続されたｎ型薄膜トランジスタ２１１ａ及びｎ型薄膜トランジスタ２１１ｂを有している。そして、ｎ型薄膜トランジスタ２１１ａのソース電極及びドレイン電極の一方は、ｎ型薄膜トランジスタ２１１ａ及びｎ型薄膜トランジスタ２１１ｂのゲート電極と接続され、且つ電位Ｖｓｓに保たれている。ｎ型薄膜トランジスタ２１１ａのソース電極及びドレイン電極の他方は、ｎ型薄膜トランジスタ２１１ｂのソース電極及びドレイン電極の一方に接続されている。ｎ型薄膜トランジスタ２１１ｂのソース電極及びドレイン電極の他方は保護ダイオード２１２に接続されている。そして、他の保護ダイオード２１２〜２１４も保護ダイオード２１１と同様に、それぞれ直列に接続された複数の薄膜トランジスタを有し、且つ直列に接続された複数の薄膜トランジスタの一端は、複数の薄膜トランジスタのゲート電極と接続されている。
なお、保護ダイオード２１１〜２１４のそれぞれが有する薄膜トランジスタの数及び極性は、図１０（Ａ）に示す構成に限定されない。例えば、保護ダイオード２１１は、直列に接続された三つの薄膜トランジスタにより構成されていてもよい。
そして、保護ダイオード２１１〜２１４は順に直列に接続されており、且つ保護ダイオード２１２と保護ダイオード２１３の間は、配線２１５に接続されている。なお、配線２１５は、保護対象となる半導体素子に電気的に接続されているものである。なお、配線２１５と接続する配線は、保護ダイオード２１２と保護ダイオード２１３との間の配線に限定されない。即ち、配線２１５は、保護ダイオード２１１と保護ダイオード２１２との間に接続されていても良いし、保護ダイオード２１３と保護ダイオード２１４との間に接続されていても良い。
そして、保護ダイオード２１４の一端は電源電位Ｖｄｄに保たれている。また、保護ダイオード２１１〜２１４のそれぞれは、逆方向バイアスの電圧がかかるように接続されている。
図１０（Ｂ）に示す保護回路は、保護ダイオード２２０、保護ダイオード２２１、容量素子２２２、容量素子２２３及び抵抗素子２２４を有する。抵抗素子２２４は２端子の抵抗であり、その一端には配線２２５から電位Ｖｉｎが供給され、他端には電位Ｖｓｓが供給される。抵抗素子２２４は、電位Ｖｉｎが供給されなくなったときに配線２２５の電位をＶｓｓにするために設けられており、その抵抗値は配線２２５の配線抵抗よりも十分に大きくなるように設定する。保護ダイオード２２０及び保護ダイオード２２１は、ダイオード接続されたｎ型薄膜トランジスタを用いている。
なお、図１０に示す保護ダイオードは、更に複数の薄膜トランジスタを直列に接続したものであっても良い。
ここで、図１０に示す保護回路が動作する場合について考える。このとき、保護ダイオード２１１、２１２、２２１、２３０、２３１、２３４、２３５のソース電極及びドレイン電極において、電位Ｖｓｓに保持される側がドレイン電極である。また他方はソース電極となる。保護ダイオード２１３、２１４、２２０、２３２、２３３、２３６、２３７のソース電極及びドレイン電極において、電位Ｖｄｄに保持される側をソース電極とし、他方がドレイン電極となる。また、保護ダイオードを構成する薄膜トランジスタのしきい値電圧をＶｔｈと示す。
また、保護ダイオード２１１、２１２、２２１、２３０、２３１、２３４、２３５は電位Ｖｉｎが電位Ｖｓｓより高いときに逆方向バイアスの電圧がかかり、電流が流れにくい。一方、保護ダイオード２１３、２１４、２２０、２３２、２３３、２３６、２３７は、電位Ｖｉｎが電位Ｖｄｄより低いときに逆方向バイアスの電圧がかかり、電流が流れにくい。
ここでは、電位Ｖｏｕｔが概ね電位Ｖｓｓと電位Ｖｄｄの間となるように設けられた保護回路の動作について説明する。
まず、電位Ｖｉｎが電位Ｖｄｄよりも高い場合を考える。電位Ｖｉｎが電位Ｖｄｄよりも高い場合、保護ダイオード２１３、２１４、２２０、２３２、２３３、２３６、２３７のゲート電極とソース電極間の電位差Ｖｇｓ＝Ｖｉｎ−Ｖｄｄ＞Ｖｔｈのときに、当該ｎ型薄膜トランジスタはオンする。ここでは、Ｖｉｎが異常に高い場合を想定しているため、当該ｎ型薄膜トランジスタはオンする。このとき、保護ダイオード２１１、２１２、２２１、２３０、２３１、２３４、２３５が有するｎ型薄膜トランジスタは、オフする。そうすると、保護ダイオード２１３、２１４、２２０、２３２、２３３、２３６、２３７を介して、Ｖｏｕｔの電位がＶｄｄとなる。従って、ノイズ等により電位Ｖｉｎが電位Ｖｄｄよりも異常に高くなったとしても、Ｖｏｕｔの電位は、電位Ｖｄｄよりも高くなることはない。
一方で、電位Ｖｉｎが電位Ｖｓｓよりも低い場合には、保護ダイオード２１１、２１２、２２１、２３０、２３１、２３４、２３５のゲート電極とソース電極間の電位差Ｖｇｓ＝Ｖｓｓ−Ｖｉｎ＞Ｖｔｈのときに、当該ｎ型薄膜トランジスタはオンする。ここでは、Ｖｉｎが異常に低い場合を想定しているため、ｎ型薄膜トランジスタはオンする。このとき、保護ダイオード２１３、２１４、２２０、２３２、２３３、２３６、２３７が有するｎ型薄膜トランジスタはオフする。そうすると、保護ダイオード２１１、２１２、２２１、２３０、２３１、２３４、２３５を介して、Ｖｏｕｔの電位がＶｓｓとなる。従って、ノイズ等により、電位Ｖｉｎが電位Ｖｓｓより異常に低くなったとしても、Ｖｏｕｔの電位は、電位Ｖｓｓよりも低くなることはない。さらに、容量素子２２２、２２３は、入力電位Ｖｉｎが有するパルス状のノイズを鈍らせ、ノイズによる電位の急峻な変化を緩和する働きをする。
なお、電位Ｖｉｎが、Ｖｓｓ−ＶｔｈからＶｄｄ＋Ｖｔｈの間の場合には、すべての保護ダイオードが有するｎ型薄膜トランジスタがオフとなり、電位Ｖｉｎが電位Ｖｏｕｔへ入力される。
以上説明したように保護回路を配置することで、Ｖｏｕｔの電位は、概ね電位Ｖｓｓと電位Ｖｄｄの間に保たれることになる。従って、Ｖｏｕｔがこの範囲から大きく外れる電位となることを防止することができる。つまり、Ｖｏｕｔが異常に高い電位または異常に低い電位となることを防止し、当該保護回路の後段の回路が破壊されまたは劣化することを防止し、後段の回路を保護することができる。
さらに、図１０（Ｂ）に示すように、入力端子に抵抗素子２２４を有する保護回路を設けることで、信号が入力されていないときに、信号が与えられる全ての配線の電位を、一定（ここでは電位Ｖｓｓ）とすることができる。つまり信号が入力されていないときは、配線同士をショートさせることができるショートリングとしての機能も有する。そのため、配線間に生じる電位差に起因する静電破壊を防止することができる。また、抵抗素子２２４の抵抗値が配線抵抗に対して十分に大きいので、信号の入力時に、配線に与えられる信号が電位Ｖｓｓまで降下することを防止することができる。
ここで、一例として、図１０（Ｂ）の保護ダイオード２２０及び保護ダイオード２２１に閾値電圧Ｖｔｈ＝０のｎ型薄膜トランジスタを用いた場合について説明する。
まず、Ｖｉｎ＞Ｖｄｄの場合には、保護ダイオード２２０はＶｇｓ＝Ｖｉｎ−Ｖｄｄ＞０となり、オンする。保護ダイオード２２１はオフする。従って、配線２２５の電位はＶｄｄとなり、Ｖｏｕｔ＝Ｖｄｄとなる。
一方で、Ｖｉｎ＜Ｖｓｓの場合には、保護ダイオード２２０はオフする。保護ダイオード２２１はＶｇｓ＝Ｖｓｓ−Ｖｉｎ＞０となり、オンする。従って、配線２２５の電位はＶｓｓとなり、Ｖｏｕｔ＝Ｖｓｓとなる。
このように、Ｖｉｎ＜ＶｓｓまたはＶｄｄ＜Ｖｉｎとなる場合であっても、Ｖｓｓ＜Ｖｏｕｔ＜Ｖｄｄの範囲で動作させることができる。従って、Ｖｉｎが過大な場合または過小な場合であっても、Ｖｏｕｔが過大になりまたは過小となることを防止することができる。従って、例えばノイズ等により、電位Ｖｉｎが電位Ｖｓｓより低くなる場合であっても、配線２２５の電位は、電位Ｖｓｓよりも遙かに低くなることはない。さらに、容量素子２２２及び容量素子２２３は、入力電位Ｖｉｎが有するパルス状のノイズを鈍らせ、電位の急峻な変化を緩和する働きをする。
以上説明したように保護回路を配置することで、配線２２５の電位は、電位Ｖｓｓと電位Ｖｄｄの間に概ね保たれることになる。従って、配線２２５がこの範囲から大きくはずれた電位となることを防止することができ、当該保護回路の後段の回路（入力部がＶｏｕｔに電気的に接続された回路）を破壊または劣化から保護することができる。さらに、入力端子に保護回路を設けることで、信号が入力されていないときに、信号が与えられる全ての配線の電位を、一定（ここでは電位Ｖｓｓ）に保つことができる。つまり、信号が入力されていないときは、配線同士をショートさせることができるショートリングとしての機能も有する。そのため、配線間に生じる電位差に起因する静電破壊を防止することができる。また、抵抗素子２２４の抵抗値が十分に大きいので、信号の入力時には、配線２２５に与えられる信号の電位の低下を防止できる。
図１０（Ｃ）に示す保護回路は、保護ダイオード２２０及び保護ダイオード２２１を、それぞれ２つのｎ型薄膜トランジスタで代用したものである。
なお、図１０（Ｂ）及び図１０（Ｃ）に示す保護回路は、保護ダイオードとしてダイオード接続されたｎ型薄膜トランジスタを用いているが、これに限定されない。
また、図１０（Ｄ）に示す保護回路は、保護ダイオード２３０〜２３７と、抵抗素子２３８と、を有する。抵抗素子２３８は配線２３９Ａと配線２３９Ｂの間に直列に接続されている。保護ダイオード２３０〜２３３のそれぞれは、ダイオード接続されたｎ型薄膜トランジスタを用いており、保護ダイオード２３４〜２３７のそれぞれは、ダイオード接続されたｎ型薄膜トランジスタを用いている。
保護ダイオード２３０と保護ダイオード２３１は直列に接続されており、一端は電位Ｖｓｓに保持され、他端は電位Ｖｉｎの配線２３９Ａに接続されている。保護ダイオード２３２と保護ダイオード２３３は直列に接続されており、一端は電位Ｖｄｄに保持され、他端は電位Ｖｉｎの配線２３９Ａに接続されている。保護ダイオード２３４と保護ダイオード２３５は直列に接続されており、一端は電位Ｖｓｓに保持され、他端は電位Ｖｏｕｔの配線２３９Ｂに接続されている。保護ダイオード２３６と保護ダイオード２３７は直列に接続されており、一端は電位Ｖｄｄに保持され、他端は電位Ｖｏｕｔの配線２３９Ｂに接続されている。
また、図１０（Ｅ）に示す保護回路は、抵抗素子２４０と、抵抗素子２４１と、保護ダイオード２４２と、を有する。図１０（Ｅ）では、保護ダイオード２４２としてダイオード接続されたｎ型薄膜トランジスタを用いているが、これに限定されない。ダイオード接続された複数の薄膜トランジスタを用いても良い。抵抗素子２４０と、抵抗素子２４１と、保護ダイオード２４２は、配線２４３に直列に接続されている。
抵抗素子２４０及び抵抗素子２４１によって、配線２４３の電位の急激な変動を緩和し、半導体素子の劣化または破壊を防止することができる。また、保護ダイオード２４２によって、電位の変動により配線２４３に逆方向バイアスの電流が流れることを防止することができる。
なお、図１０（Ａ）に示す保護回路は、図１０（Ｆ）に示す構成に置き換えることも可能である。図１０（Ｆ）は、図１０（Ａ）に示した保護ダイオード２１１及び保護ダイオード２１２を保護ダイオード２１６に、保護ダイオード２１３及び保護ダイオード２１４を保護ダイオード２１７に置き換えた構成を示している。特に、上記実施の形態で説明したダイオードは、耐圧が高いため、図１０（Ｆ）のような構成を用いることができる。
なお、抵抗素子のみを配線に直列に接続する場合には、配線の電位の急激な変動を緩和し、半導体素子の劣化または破壊を防止することができる。また、保護ダイオードのみを配線に直列に接続する場合、電位の変動により配線に逆方向の電流が流れるのを防ぐことができる。
なお、本発明の一態様である表示装置に設けられる保護回路は図１０に示す構成に限定されるものではなく、同様の働きをする回路構成であれば、適宜設計変更が可能である。
（実施の形態８）
実施の形態７で説明した保護回路を有する表示装置は、電子機器に適用することができる。
実施の形態７の表示装置を表示部に適用した電子機器として、例えば、ビデオカメラ、デジタルカメラ等のカメラ、ゴーグル型ディスプレイ、ナビゲーションシステム、音響再生装置（カーオーディオ、オーディオコンポなど）、コンピュータ、ゲーム機器、携帯情報端末（モバイルコンピュータ、携帯電話、携帯型ゲーム機または電子書籍など）、記録媒体を備えた画像再生装置（具体的にはＤｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｃ（ＤＶＤ）などの記録媒体を再生し、その画像を表示しうるディスプレイを備えた装置）などが挙げられる。
図１１（Ａ）に示すディスプレイは、筐体３００、支持台３０１および表示部３０２を含み、入力された様々な情報（静止画、動画、テキスト画像など）を表示部３０２に表示する機能を有する。なお、図１１（Ａ）に示すディスプレイが有する機能はこれに限定されず、例えばスピーカーを具備していてもよいし、情報の表示のみならず入力も可能なタッチパネルであってもよい。
図１１（Ｂ）に示すテレビジョン装置は、筐体に表示部３１２が組み込まれている。表示部３１２により、映像を表示することが可能である。また、ここでは、壁３１０に固定して筐体の裏側を支持した構成を示している。
図１１（Ｂ）に示すテレビジョン装置の操作は、筐体３１１が備える操作スイッチや、リモコン操作機３１５により行うことができる。リモコン操作機３１５が備える操作キー３１４により、チャンネルや音量の操作を行うことができ、表示部３１２に表示される映像を操作することができる。また、リモコン操作機３１５に、当該リモコン操作機３１５から出力する情報を表示する表示部３１３を設ける構成としてもよい。
なお、図１１（Ｂ）に示すテレビジョン装置は、受信機やモデムなどを備えた構成とするとよい。受信機により一般のテレビ放送の受信を行うことができ、さらにモデムを介して有線または無線による通信ネットワークに接続することにより、一方向（送信者から受信者）または双方向（送信者と受信者間、あるいは受信者間同士など）の情報通信を行うことも可能である。
図１１（Ｃ）に示すコンピュータは、本体３２０、筐体３２１、表示部３２２、キーボード３２３、外部接続ポート３２４およびポインティングデバイス３２５を含み、様々な情報（静止画、動画、テキスト画像など）を表示部３２２に表示する機能を有する。なお、図１１（Ｃ）に示すコンピュータが有する機能はこれに限定されず、例えば、情報の表示のみならず入力も可能なタッチパネルであってもよい。
本実施の形態で説明したように、本発明の一態様であるダイオードを表示装置に適用することができる。
１０１ 基板
１０３ 絶縁膜
１０５ 第１の電極
１０６ 第１の電極
１０７ 酸化物半導体膜
１０９ 第２の電極
１１１ ゲート絶縁膜
１１３ 第３の電極
１１５ 第３の電極
１１７ 絶縁膜
１１９ コンタクトホール
１２１ コンタクトホール
１２３ コンタクトホール
１２５ 配線
１２９ 配線
１３１ 配線
１３２ 配線
１３３ 薄膜トランジスタ
１４１ 薄膜トランジスタ
１４３ 薄膜トランジスタ
１４５ 薄膜トランジスタ
１５１ 酸化物半導体膜
１５３ 破線部
１５５ 非晶質領域
１５７ 結晶粒
２００ 基板
２０１ 画素部
２０２ 入力端子
２０３ 入力端子
２０４ 保護回路
２０５ 保護回路
２０６ 保護回路
２０７ 保護回路
２０８ 配線
２０９ 配線
２１１ 保護ダイオード
２１１ａ ｎ型薄膜トランジスタ
２１１ｂ ｎ型薄膜トランジスタ
２１２ 保護ダイオード
２１３ 保護ダイオード
２１４ 保護ダイオード
２１５ 配線
２１６ 保護ダイオード
２１７ 保護ダイオード
２２０ 保護ダイオード
２２１ 保護ダイオード
２２２ 容量素子
２２３ 容量素子
２２４ 抵抗素子
２２５ 配線
２３０ 保護ダイオード
２３１ 保護ダイオード
２３２ 保護ダイオード
２３３ 保護ダイオード
２３４ 保護ダイオード
２３５ 保護ダイオード
２３６ 保護ダイオード
２３７ 保護ダイオード
２３８ 抵抗素子
２３９Ａ 配線
２３９Ｂ 配線
２４０ 抵抗素子
２４１ 抵抗素子
２４２ 保護ダイオード
２４３ 配線
３００ 筐体
３０１ 支持台
３０２ 表示部
３１０ 壁
３１１ 筐体
３１２ 表示部
３１３ 表示部
３１４ 操作キー
３１５ リモコン操作機
３２０ 本体
３２１ 筐体
３２２ 表示部
３２３ キーボード
３２４ 外部接続ポート
３２５ ポインティングデバイス

Claims (6)

  1. 第１の電極と、
    前記第１の電極上方の酸化物半導体膜と、
    前記酸化物半導体膜上方の第２の電極と、
    前記第１の電極、前記酸化物半導体膜、及び前記第２の電極を覆う領域を有する絶縁膜と、
    前記絶縁膜上方の、第３の電極及び第４の電極と、を有し、
    前記第３の電極は、前記第１の電極、前記酸化物半導体膜、及び前記第２の電極を介して、前記第４の電極と対向する位置に設けられ、
    前記第３の電極及び前記第４の電極は、前記第１の電極又は前記第２の電極と電気的に接続され、
    前記酸化物半導体膜中、又は前記酸化物半導体膜と前記絶縁膜との界面に、ハロゲン元素を有し、
    前記絶縁膜は、酸化物絶縁膜であり、
    前記絶縁膜は、窒素を含む絶縁膜に覆われた領域を有することを特徴とする半導体装置。
  2. 第１の電極及び第２の電極と、
    前記第１の電極及び前記第２の電極上方の酸化物半導体膜と、
    前記酸化物半導体膜上方の第３の電極と、
    前記第１の電極、前記第２の電極、前記酸化物半導体膜、及び前記第３の電極を覆う領域を有する絶縁膜と、
    前記絶縁膜上方の、第４の電極及び第５の電極と、を有し、
    前記第４の電極は、前記第１の電極、前記第２の電極、前記酸化物半導体膜、及び前記第３の電極を介して、前記第５の電極と対向する位置に設けられ、
    前記第４の電極及び前記第５の電極は、前記第１の電極又は前記第２の電極と電気的に接続され、
    前記酸化物半導体膜中、又は前記酸化物半導体膜と前記絶縁膜との界面に、ハロゲン元素を有し、
    前記絶縁膜は、酸化物絶縁膜であり、
    前記絶縁膜は、窒素を含む絶縁膜に覆われた領域を有することを特徴とする半導体装置。
  3. 第１の電極と、
    前記第１の電極上方の酸化物半導体膜と、
    前記酸化物半導体膜上方の第２の電極と、
    前記第１の電極、前記酸化物半導体膜、及び前記第２の電極を覆う領域を有する絶縁膜と、
    前記絶縁膜上方の、環状の形状を有する第３の電極と、を有し、
    前記第３の電極は、前記第１の電極又は前記第２の電極と電気的に接続され、
    前記酸化物半導体膜中、又は前記酸化物半導体膜と前記絶縁膜との界面に、ハロゲン元素を有し、
    前記絶縁膜は、酸化物絶縁膜であり、
    前記絶縁膜は、窒素を含む絶縁膜に覆われた領域を有することを特徴とする半導体装置。
  4. 請求項１乃至３のいずれか一項において、
    前記酸化物半導体膜は、表面近傍に結晶を有することを特徴とする半導体装置。
  5. 請求項１乃至４のいずれか一項において、
    前記酸化物半導体膜は、二次イオン質量分析法で検出される水素濃度が５×１０ １９ ａｔｏｍｓ／ｃｍ ３ 以下の領域を有することを特徴とする半導体装置。
  6. 請求項１乃至５のいずれか一項において、
    前記酸化物半導体膜は、キャリア濃度が５×１０１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下の領域を有することを特徴とする半導体装置。
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