JP5951191B2

JP5951191B2 - 半導体装置の作製方法

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Publication number: JP5951191B2
Application number: JP2011110963A
Authority: JP
Inventors: 山崎　舜平; 舜平山崎; 須沢　英臣; 英臣須沢; 慎也笹川
Original assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Current assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Priority date: 2010-05-20
Filing date: 2011-05-18
Publication date: 2016-07-13
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Description

本発明は、酸化物半導体を用いた半導体素子を有する半導体装置の作製方法に係り、開示される発明の一形態は、初期特性が良好で長期的な特性変動の小さい酸化物半導体素子を有する半導体装置の作製方法に関する。

金属酸化物は多様に存在し、さまざまな用途に用いられている。酸化インジウムはよく知られた材料であり、液晶ディスプレイなどで必要とされる透明電極材料として用いられている。

金属酸化物の中には半導体特性を示すものがある。半導体特性を示す金属酸化物としては、例えば、酸化タングステン、酸化錫、酸化インジウム、酸化亜鉛などがあり、このような半導体特性を示す金属酸化物をチャネル形成領域とする薄膜トランジスタが既に知られている（例えば、特許文献１乃至特許文献４、非特許文献１等参照）。

ところで、金属酸化物は一元系酸化物のみでなく多元系酸化物も知られている。例えば、ホモロガス相を有するＩｎＧａＯ_３（ＺｎＯ）_ｍ（ｍ：自然数）は、Ｉｎ、Ｇａ及びＺｎを有する多元系酸化物半導体として知られている（例えば、非特許文献２乃至非特許文献４等参照）。

そして、上記のようなＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物で構成される酸化物半導体を薄膜トランジスタのチャネル層として適用可能であることが確認されている（例えば、特許文献５、非特許文献５および非特許文献６等参照）。

特開昭６０−１９８８６１号公報特開平８−２６４７９４号公報特表平１１−５０５３７７号公報特開２０００−１５０９００号公報特開２００４−１０３９５７号公報

Ｍ．Ｗ．Ｐｒｉｎｓ，Ｋ．Ｏ．Ｇｒｏｓｓｅ−Ｈｏｌｚ，Ｇ．Ｍｕｌｌｅｒ，Ｊ．Ｆ．Ｍ．Ｃｉｌｌｅｓｓｅｎ，Ｊ．Ｂ．Ｇｉｅｓｂｅｒｓ，Ｒ．Ｐ．Ｗｅｅｎｉｎｇ，ａｎｄＲ．Ｍ．Ｗｏｌｆ、「Ａｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔｔｈｉｎ−ｆｉｌｍｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ」、Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．、１７Ｊｕｎｅ１９９６、Ｖｏｌ．６８ｐ．３６５０−３６５２Ｍ．Ｎａｋａｍｕｒａ，Ｎ．Ｋｉｍｉｚｕｋａ，ａｎｄＴ．Ｍｏｈｒｉ、「ＴｈｅＰｈａｓｅＲｅｌａｔｉｏｎｓｉｎｔｈｅＩｎ２Ｏ３−Ｇａ２ＺｎＯ４−ＺｎＯＳｙｓｔｅｍａｔ１３５０℃」、Ｊ．ＳｏｌｉｄＳｔａｔｅＣｈｅｍ．、１９９１、Ｖｏｌ．９３，ｐ．２９８−３１５Ｎ．Ｋｉｍｉｚｕｋａ，Ｍ．Ｉｓｏｂｅ，ａｎｄＭ．Ｎａｋａｍｕｒａ、「ＳｙｎｔｈｅｓｅｓａｎｄＳｉｎｇｌｅ−ＣｒｙｓｔａｌＤａｔａｏｆＨｏｍｏｌｏｇｏｕｓＣｏｍｐｏｕｎｄｓ，Ｉｎ２Ｏ３（ＺｎＯ）ｍ（ｍ＝３，４，ａｎｄ５），ＩｎＧａＯ３（ＺｎＯ）３，ａｎｄＧａ２Ｏ３（ＺｎＯ）ｍ（ｍ＝７，８，９，ａｎｄ１６）ｉｎｔｈｅＩｎ２Ｏ３−ＺｎＧａ２Ｏ４−ＺｎＯＳｙｓｔｅｍ」、Ｊ．ＳｏｌｉｄＳｔａｔｅＣｈｅｍ．、１９９５、Ｖｏｌ．１１６，ｐ．１７０−１７８中村真佐樹、君塚昇、毛利尚彦、磯部光正、「ホモロガス相、ＩｎＦｅＯ３（ＺｎＯ）ｍ（ｍ：自然数）とその同型化合物の合成および結晶構造」、固体物理、１９９３年、Ｖｏｌ．２８、Ｎｏ．５、ｐ．３１７−３２７Ｋ．Ｎｏｍｕｒａ，Ｈ．Ｏｈｔａ，Ｋ．Ｕｅｄａ，Ｔ．Ｋａｍｉｙａ，Ｍ．Ｈｉｒａｎｏ，ａｎｄＨ．Ｈｏｓｏｎｏ、「Ｔｈｉｎ−ｆｉｌｍｔｒａｎｓｉｓｔｏｒｆａｂｒｉｃａｔｅｄｉｎｓｉｎｇｌｅ−ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔｏｘｉｄｅｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ」、ＳＣＩＥＮＣＥ、２００３、Ｖｏｌ．３００、ｐ．１２６９−１２７２Ｋ．Ｎｏｍｕｒａ，Ｈ．Ｏｈｔａ，Ａ．Ｔａｋａｇｉ，Ｔ．Ｋａｍｉｙａ，Ｍ．Ｈｉｒａｎｏ，ａｎｄＨ．Ｈｏｓｏｎｏ、「Ｒｏｏｍ−ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎｏｆｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔｆｌｅｘｉｂｌｅｔｈｉｎ−ｆｉｌｍｔｒａｎｓｉｓｔｏｒｓｕｓｉｎｇａｍｏｒｐｈｏｕｓｏｘｉｄｅｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓ」、ＮＡＴＵＲＥ、２００４、Ｖｏｌ．４３２ｐ．４８８−４９２

このように、酸化物半導体に関する研究は精力的に行われているが、その組成の複雑さなどから、酸化物半導体材料自体の性質は未だ解明に至っていない。このような事情と相まって、酸化物半導体を用いた半導体素子に関して、良好な特性が得られる作製条件は見出されていないというのが現状である。特に、ノーマリーオンになりやすい、特性の変動が大きいなどの欠点が顕著に見られる。ノーマリーオンになりやすい原因は酸化物半導体中にキャリアが多く存在するためである。キャリアの生成の原因となるものとして酸化物半導体中の水素や酸素欠損の存在などがある。

上述の問題点に鑑み、本明細書等（少なくとも明細書、特許請求の範囲、図面を含む）において開示する発明の一形態は、長期的な特性変動の少ない酸化物半導体素子を有する半導体装置を提供することを目的の一とする。また、ノーマリーオフの酸化物半導体素子を得ることを目的の一とする。

本発明の一形態は、酸化物半導体層に対して、酸素、ハロゲンから選ばれた一、またはそれらの内の２元素以上を含む陽イオンの添加を行い、半導体素子を形成するものである。それに加えて、当該陽イオンの添加は、当該酸化物半導体層に接する絶縁層または絶縁体に対して行ってもよい。

例えば、本明細書において開示する発明の一形態は、基板上に、ゲート電極として機能する第１の導電層を形成する工程と、第１の導電層を覆うように第１の絶縁層を形成する工程と、第１の導電層と一部が重畳するように、第１の絶縁層上に酸化物半導体層を形成する工程と、酸化物半導体層と電気的に接続されるように第２の導電層を形成する工程と、酸化物半導体層および第２の導電層を覆う第２の絶縁層を形成する工程と、酸化物半導体層に、酸素、ハロゲンから選ばれた一、またはそれらの内の２元素以上を含む陽イオンを添加する工程と、を有することを特徴とする半導体装置の作製方法である。

なお、上述の酸化物半導体層は、インジウム、ガリウムおよび亜鉛を含むと好ましい。

また、上記において、酸化物半導体層と第２の導電層の位置関係や形成順序などは特に限定されない。第２の導電層を積層構造とする場合には、第２の導電層で酸化物半導体層の上下を挟み込むような構成としても良い。

また、上記において、酸化物半導体層を熱処理する工程を含んでいてもよい。当該熱処理は、１００℃以上５００℃以下、好ましくは２００℃以上４００℃以下であることが望ましい。当該熱処理は、陽イオンの添加中であってもよい。これにより、水素の添加を抑制できる。

また、上記において、酸化物半導体層に陽イオンを添加する工程は、少なくとも酸化物半導体層の一部が露出している段階で行うことが好ましい。

また、上記において、第１の絶縁層または第２の絶縁層に対し、酸素、ハロゲンから選ばれた一、またはそれらの内の２元素以上を含む陽イオンを添加すると好ましい。

また、上記において、陽イオンを添加する工程は、電子サイクロトン共鳴プラズマ（ＥＣＲ：ＥｌｅｃｔｒｏｎＣｙｃｌｏｔｒｏｎＲｅｓｏｎａｎｃｅＰｌａｓｍａ）方式、ヘリコン波励起プラズマ（ＨＷＰ：ＨｅｌｉｃｏｎＷａｖｅＰｌａｓｍａ）方式、誘導結合型プラズマ（ＩＣＰ：ＩｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙＣｏｕｐｌｅｄＰｌａｓｍａ）方式、マイクロ波励起表面波プラズマ（ＳＷＰ：ＳｕｒｆａｃｅＷａｖｅＰｌａｓｍａ）方式から選ばれた一つの方式、または、それらの組み合わせにより為されると、添加される対象へのダメージが小さいため好ましい。

例えば、本明細書において開示する他の発明の一形態は、絶縁体上に酸化物半導体層を形成する工程と、酸化物半導体層と電気的に接続されるように第１の導電層を形成する工程と、酸化物半導体層および第１の導電層を覆う絶縁層を形成する工程と、絶縁層の上に、酸化物半導体層と一部重畳するように第２の導電層を形成する工程と、酸化物半導体層に、酸素、ハロゲンから選ばれた一、またはそれらの内の２元素以上を含む陽イオンを添加する工程と、を有することを特徴とする半導体装置の作製方法である。

また、上記において、絶縁体または絶縁層に対し、酸素、ハロゲンから選ばれた一、またはそれらの内の２元素以上を含む陽イオンを添加すると好ましい。

また、上記において、陽イオンを添加する工程は、電子サイクロトン共鳴プラズマ（ＥＣＲ：ＥｌｅｃｔｒｏｎＣｙｃｌｏｔｒｏｎＲｅｓｏｎａｎｃｅＰｌａｓｍａ）方式、ヘリコン波励起プラズマ（ＨＷＰ：ＨｅｌｉｃｏｎＷａｖｅＰｌａｓｍａ）方式、誘導結合型プラズマ（ＩＣＰ：ＩｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙＣｏｕｐｌｅｄＰｌａｓｍａ）方式、マイクロ波励起表面波プラズマ（ＳＷＰ：ＳｕｒｆａｃｅＷａｖｅＰｌａｓｍａ）方式から選ばれた一つの方式、または、それらの組み合わせにより成されると、添加される対象へのダメージが小さいため好ましい。

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し、表示装置、半導体回路および電子機器は全て半導体装置に含まれる。

開示する発明の一形態は、酸化物半導体層に対して、酸素、ハロゲンから選ばれた一、またはそれらの内の２元素以上を含む陽イオンの添加を行うものである。酸素を含む陽イオンの添加により、酸化物半導体中の酸素欠損部を減らすことができる。これにより、キャリアの数を減らすことができるため、ノーマリーオフの電界効果トランジスタを得ることが出来る。また、酸化物半導体層からの酸素の脱離を抑制できるため、長期的な特性変動の少ない酸化物半導体素子を有する半導体装置を提供することが出来る。

酸素の脱離は、酸化物半導体内に酸素欠損を生じさせ、キャリア数の増加の原因となるため好ましくない。さらなる酸素脱離の抑制には、それに加えて、酸素を含む陽イオンの添加を、当該酸化物半導体層に接する絶縁層または絶縁体に対して行うと効果的である。なお、これらの処理には、半導体素子の特性ばらつきを抑制する効果もある。

他方、ハロゲンを含む陽イオンを酸化物半導体層に添加することにより、あらかじめ水素を脱離させる、または、水素の動きを抑制することができるため、より真性に近い酸化物半導体を得ることができる。これにより、ノーマリーオフの電界効果トランジスタを得ることが出来る。ハロゲンを含む陽イオンは、隣接する絶縁層または絶縁体にも添加すると、酸化物半導体層の外からの水素の進入を抑えることができるため好ましい。

以上のように、開示する発明の一形態により、特性の良い半導体素子を有する半導体装置を提供することができる。

半導体装置に用いる半導体素子の作製方法について説明する断面図である。半導体装置に用いる半導体素子の作製方法について説明する断面図である。半導体装置に用いる半導体素子の作製方法について説明する断面図である。半導体装置に用いる半導体素子の作製方法について説明する断面図である。半導体装置に用いる半導体素子の作製方法について説明する断面図である。半導体装置に用いる半導体素子の作製方法について説明する断面図である。半導体装置の作製方法を説明する断面図である。半導体装置の作製方法を説明する断面図である。半導体装置の平面図である。半導体装置を説明する図である。半導体装置を説明する図である。半導体装置を説明する図である。半導体装置を説明する図である。半導体装置を説明する図である。電子ペーパーの使用形態の例を説明する図である。電子書籍の例を示す外観図である。テレビジョン装置およびデジタルフォトフレームの例を示す外観図である。遊技機の例を示す外観図である。携帯電話機の例を示す外観図である。

以下、実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。但し、発明は以下に示す実施の形態の記載内容に限定されず、本明細書等において開示する発明の趣旨から逸脱することなく形態および詳細を様々に変更し得ることは当業者にとって自明である。また、異なる実施の形態に係る構成は、適宜組み合わせて実施することが可能である。なお、以下に説明する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用い、その繰り返しの説明は省略する。また、本明細書中において半導体装置とは、半導体特性を利用することで機能しうる装置全般を指すものとする。

（実施の形態１）
本実施の形態では、半導体装置に用いられる半導体素子の作製方法の一例について、図面を参照して説明する。本明細書中において、第一のプラズマ処理と第二のプラズマ処理を開示するが、第二のプラズマ処理を行うことが非常に重要である。第一のプラズマ処理については要求される仕様により実施者が適宜選択して実施すればよい。なお、本明細書中において、第一のプラズマ処理とは酸化物半導体層に隣接する絶縁体または絶縁層に対し為されるものであり、第二のプラズマ処理とは酸化物半導体層に対し為されるものであると定義する。

はじめに、基板１００上に導電膜１０２を形成する（図１（Ａ）参照）。

基板１００は、絶縁表面を有する基板であればよく、例えば、ガラス基板とすることができる。ガラス基板は無アルカリガラス基板であることが好ましい。無アルカリガラス基板には、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等のガラス材料が用いられる。他にも、基板１００として、セラミック基板、石英基板やサファイア基板等の絶縁体でなる絶縁性基板、シリコン等の半導体材料でなる半導体基板の表面を絶縁材料で被覆したもの、金属やステンレス等の導電体でなる導電性基板の表面を絶縁材料で被覆したものを用いることができる。また、作製工程の熱処理に耐えられるのであれば、プラスチック基板を用いることもできる。

導電膜１０２は、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、チタン（Ｔｉ）等の導電性材料で形成することが望ましい。形成方法としては、スパッタリング法や真空蒸着法、プラズマＣＶＤ法などがある。なお、導電膜１０２にアルミニウム（または銅）を用いる場合、アルミニウム単体（または銅単体）では耐熱性が低く、腐蝕しやすい等の問題があるため、耐熱性導電性材料と組み合わせて形成することが好ましい。

耐熱性導電性材料としては、チタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、クロム（Ｃｒ）、ネオジム（Ｎｄ）、スカンジウム（Ｓｃ）から選ばれた元素を含む金属、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、または上述した元素を成分とする窒化物などを用いることができる。これらの耐熱性導電性材料とアルミニウム（または銅）を積層させて、導電膜１０２を形成すればよい。

図示しないが、基板１００上には下地層を設けても良い。下地層は、基板１００からのアルカリ金属（Ｌｉ、Ｃｓ、Ｎａ等）やアルカリ土類金属（Ｃａ、Ｍｇ等）、その他の不純物の拡散を防止する機能を有する。つまり、下地層を設けることにより、半導体装置の信頼性向上という課題を解決することができる。下地層は、窒化シリコン、酸化シリコンなどの各種絶縁材料を用いて、単層構造または積層構造で形成すればよい。具体的には、例えば、基板１００側から窒化シリコンと酸化シリコンを順に積層した構成とすることが好適である。窒化シリコンは、不純物に対するブロッキング効果が高いためである。一方で、窒化シリコンが半導体と接する場合には、半導体素子に不具合が発生する可能性もあるため、半導体と接する材料としては、酸化シリコンを適用するのがよい。

次に、導電膜１０２上に選択的にレジストマスク１０４を形成し、該レジストマスク１０４を用いて導電膜１０２を選択的にエッチングすることで、ゲート電極として機能する導電層１０６を形成する（図１（Ｂ）参照）。

レジストマスク１０４は、レジスト材料の塗布、フォトマスクを用いた露光、現像、等の工程を経ることにより形成される。レジスト材料の塗布は、スピンコート法などの方法を適用することができる。また、レジストマスク１０４は、液滴吐出法やスクリーン印刷法などを用いて選択的に形成しても良い。この場合、フォトマスクを用いた露光、現像等の工程が不要になるため、生産性向上という課題を解決することが可能である。なお、レジストマスク１０４は、導電膜１０２のエッチングにより導電層１０６が形成された後には除去される。

上述のエッチングには、ドライエッチングを用いても良いし、ウエットエッチングを用いても良い。また、後に形成されるゲート絶縁層等の被覆性を向上し、段切れを防止するために、導電層１０６の端部がテーパー形状となるようエッチングすると良い。例えば、テーパー角が２０°以上９０°未満となるような形状とすることが好ましい。ここで、「テーパー角」とは、テーパー形状を有する層を断面方向から観察した際に、当該層の側面と底面とがなす鋭角をいう。

次に、導電層１０６を覆うように、ゲート絶縁層として機能する絶縁層１０８を形成する（図１（Ｃ）参照）。絶縁層１０８は、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化シリコン、窒化酸化シリコン、酸化アルミニウム、酸化タンタル等の材料を用いて形成することができる。また、これらの材料からなる膜を積層させて形成しても良い。これらの膜は、スパッタリング法等を用いて厚さが５ｎｍ以上２５０ｎｍ以下となるように形成すると好ましい。例えば、絶縁層１０８として、スパッタリング法を用いて、酸化シリコン膜を１００ｎｍの厚さで形成することができる。

他の方法（プラズマＣＶＤ法など）を用いて絶縁層１０８を形成する場合には、膜中の水素や窒素などの影響を考慮すべきであるが、所定の絶縁層１０８が得られるのであれば、作製方法については特に限定されない。例えば、絶縁層１０８中の水素濃度、窒素濃度が、後に形成される酸化物半導体層中より低いことを目安とすればよい。より具体的には、絶縁層１０８中の水素の濃度が１×１０^２１ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下（好ましくは、５×１０^２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下）、絶縁層１０８中の窒素の濃度が１×１０^１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下とすれば良い。なお、良好な特性の絶縁層１０８を得るためには、成膜の温度条件は４００℃以下とすることが望ましいが、開示する発明の一形態がこれに限定して解釈されるものではない。また、上記濃度は、絶縁層１０８中での平均値を示している。

また、スパッタリング法とＣＶＤ法（プラズマＣＶＤ法など）とを組み合わせて、積層構造の絶縁層１０８を形成しても良い。例えば、絶縁層１０８の下層（導電層１０６と接する領域）をプラズマＣＶＤ法により形成し、絶縁層１０８の上層をスパッタリング法により形成することができる。プラズマＣＶＤ法は、段差被覆性の良い膜を形成することが容易であるため、導電層１０６の直上に形成する膜を形成する方法として適している。また、スパッタリング法では、プラズマＣＶＤ法と比較して、膜中の水素濃度を低減することが容易であるため、スパッタリング法による膜を酸化物半導体層と接する領域に設けることで、絶縁層１０８中の水素が酸化物半導体層中へ拡散することを防止できる。酸化物半導体層内もしくはその近傍に存在する水素の半導体特性に与える影響は極めて大きいため、このような構成を採用することは効果的である。

なお、本明細書等において、酸化窒化物とは、その組成において、窒素よりも酸素の含有量（原子数）が多いものを示し、例えば、酸化窒化シリコンとは、酸素が５０原子％以上７０原子％以下、窒素が０．５原子％以上１５原子％以下、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、窒化酸化物とは、その組成において、酸素よりも窒素の含有量（原子数）が多いものを示し、例えば、窒化酸化シリコンとは、酸素が５原子％以上３０原子％以下、窒素が２０原子％以上５５原子％以下、シリコンが２５原子％以上３５原子％以下、水素が１０原子％以上２５原子％以下の範囲で含まれるものをいう。但し、上記範囲は、ラザフォード後方散乱法（ＲＢＳ：ＲｕｔｈｅｒｆｏｒｄＢａｃｋｓｃａｔｔｅｒｉｎｇＳｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）や、水素前方散乱法（ＨＦＳ：ＨｙｄｒｏｇｅｎＦｏｒｗａｒｄＳｃａｔｔｅｒｉｎｇ）を用いて測定した場合のものである。また、構成元素の含有比率の合計は１００原子％を超えない。

つづいて、絶縁層１０８に対し、第一のプラズマ処理を行う。当該処理は、酸素、またはハロゲン、またはそれらの内の２元素以上を含むプラズマを発生させて行う。プラズマを発生させる方式として、電子サイクロトン共鳴プラズマ（ＥＣＲ：ＥｌｅｃｔｒｏｎＣｙｃｌｏｔｒｏｎＲｅｓｏｎａｎｃｅＰｌａｓｍａ）方式、ヘリコン波励起プラズマ（ＨＷＰ：ＨｅｌｉｃｏｎＷａｖｅＰｌａｓｍａ）方式、誘導結合型プラズマ（ＩＣＰ：ＩｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙＣｏｕｐｌｅｄＰｌａｓｍａ）方式、マイクロ波励起表面波プラズマ（ＳＷＰ：ＳｕｒｆａｃｅＷａｖｅＰｌａｓｍａ）方式などがある。これらの方式では、放電パワーによるイオンフラックスの制御と、バイアスパワーによるイオンエネルギーをそれぞれ独立で制御でき、１×１０^１１ｉｏｎｓ／ｃｍ^３以上１×１０^１３ｉｏｎｓ／ｃｍ^３以下程度の高い電子密度が得られる。このとき、基板１００には負のバイアスがかかっているため、絶縁層１０８に導入されるイオンは陽イオンのみである。代表的には、Ｏ^＋、Ｏ^２＋、Ｏ^３＋、Ｏ^４＋、Ｏ^５＋、Ｏ^６＋などの酸素イオン、Ｃｌ^＋、Ｃｌ^２＋、Ｃｌ^３＋、Ｃｌ^４＋、Ｃｌ^５＋、Ｃｌ^６＋、Ｃｌ^７＋などの塩素イオン、Ｆ^＋、Ｆ^２＋、Ｆ^３＋、Ｆ^４＋、Ｆ^５＋、Ｆ^６＋、Ｆ^７＋などのフッ素イオンなどが絶縁層１０８に注入される。

プラズマのエネルギーを高くすることにより、低い価数の陽イオンに加え、高い価数の陽イオンが生成される。高い価数の陽イオンはより高いエネルギーを持って絶縁層１０８に注入されるため、低い価数の陽イオンと比較して、絶縁層１０８の表面からより深い位置に添加される。その深さは価数におおよそ比例する。これにより、陽イオンは絶縁層１０８に対してより一様な分布で添加されるため好ましい。具体的には、１価の陽イオンが深さｄあたりにピークを持つ分布を形成するのであれば、２価の陽イオンは深さ２ｄあたりにピークを形成する。同様に３価、４価と価数が増えるに従って、ピーク位置も３ｄ、４ｄと深くなる。また、当該ピーク位置が深くなるに伴い、分布も広がる傾向にある。従って、例えば、ｄ＝１０ｎｍの場合、厚さ５０ｎｍの絶縁層１０８に対しては、２価以上好ましくは４価以上の陽イオンを含むプラズマを形成し、添加することが好ましい。厚さ７０ｎｍの絶縁層１０８に対しては、３価以上好ましくは６価以上の陽イオンを含むプラズマを形成し、添加することが好ましい。陽イオンを添加する層の厚さｔと、含まれると好ましい陽イオンの価数ｎとの関係式を以下に示す。ｎ＝［ｔ／２ｄ］、好ましくは、ｎ＝２×［ｔ／２ｄ］である。なお、［ｘ］は、ｘを超えない最大の整数を示す。

このような高い価数の陽イオンを生成するためには、プラズマの電子温度を５ｅＶ以上１００ｅＶ以下とすればよい。また、陽イオンの添加の際、基板温度を１００℃以上５００℃以下とすることで、同時に添加される水素の量を抑えることができるため好ましい。基板温度を高温にすればするほど絶縁層１０８からの水素の脱離が顕著となるためである。しかし、５００℃以上の高温としてしまうと、低温で作製可能な酸化物半導体素子の特長を損なうため好ましくない。また、当該熱処理後、冷却速度を高める工程を入れてもよい。なお、当該第一のプラズマ処理は室温（本明細書中では２５℃と定義する）で行ってもよく、室温より低い温度にて行ってもよい。

本実施の形態において、上記第一のプラズマ処理に、誘導結合型プラズマ（ＩＣＰ）方式を採用した。推奨される処理条件の一例は、ＩＣＰへの投入電力１００Ｗ以上２０００Ｗ以下、基板側に設けられる下部電極への投入電力０Ｗ以上３００Ｗ以下、処理時間１０秒以上１００秒以下、処理チャンバー内圧力０．１Ｐａ以上１００Ｐａ以下、酸素（Ｏ_２）流量１０ｓｃｃｍ以上５００ｓｃｃｍ以下、下部電極温度−２０℃以上５００℃以下、ＩＣＰのＲＦ電源周波数１３．５６ＭＨｚである。なお、下部電極温度は基板に伝わるため、基板温度が５００℃を超えないようにする。また、下部電極へ電力を投入する場合、下部電極に与えるＲＦ電源周波数は、３．２ＭＨｚまたは１３．５６ＭＨｚを推奨する。なお、酸素（Ｏ_２）の代わりにフッ素や塩素などのハロゲンを同程度の流量にて流してもよい。また、これらの元素を２元素以上含む気体を流してもよい。

次に、絶縁層１０８を覆うように酸化物半導体膜１１０を形成する（図１（Ｄ）参照）。本実施の形態においては、酸化物半導体膜１１０に金属酸化物半導体材料を用いる。

酸化物半導体層としては、少なくともＩｎ、Ｇａ、Ｓｎ、Ｚｎ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｈｆ及びランタノイドから選ばれた一種以上の元素を含有する。例えば、四元系金属の酸化物であるＩｎ−Ｓｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物半導体や、三元系金属の酸化物であるＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物半導体、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物半導体、Ｉｎ−Ａｌ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物半導体、Ｓｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物半導体、Ａｌ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物半導体、Ｓｎ−Ａｌ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物半導体、Ｉｎ−Ｈｆ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物半導体、Ｉｎ−Ｌａ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物半導体、Ｉｎ−Ｃｅ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物半導体、Ｉｎ−Ｐｒ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物半導体、Ｉｎ−Ｎｄ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物半導体、Ｉｎ−Ｐｍ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物半導体、Ｉｎ−Ｓｍ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物半導体、Ｉｎ−Ｅｕ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物半導体、Ｉｎ−Ｇｄ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物半導体、Ｉｎ−Ｔｂ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物半導体、Ｉｎ−Ｄｙ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物半導体、Ｉｎ−Ｈｏ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物半導体、Ｉｎ−Ｅｒ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物半導体、Ｉｎ−Ｔｍ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物半導体、Ｉｎ−Ｙｂ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物半導体、Ｉｎ−Ｌｕ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物半導体や、二元系金属の酸化物であるＩｎ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物半導体、Ｓｎ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物半導体、Ａｌ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物半導体、Ｚｎ−Ｍｇ−Ｏ系酸化物半導体、Ｓｎ−Ｍｇ−Ｏ系酸化物半導体、Ｉｎ−Ｍｇ−Ｏ系酸化物半導体や、Ｉｎ−Ｇａ−Ｏ系の材料、一元系金属の酸化物であるＩｎ−Ｏ系酸化物半導体、Ｓｎ−Ｏ系酸化物半導体、Ｚｎ−Ｏ系酸化物半導体などを用いることができる。また、上記酸化物半導体にＩｎとＧａとＳｎとＺｎとＡｌとＭｇとＨｆ及びランタノイド以外の元素、例えばＳｉＯ_２を含ませてもよい。

例えば、Ｉｎ―Ｇａ―Ｚｎ―Ｏ系酸化物半導体とは、インジウム（Ｉｎ）、ガリウム（Ｇａ）、亜鉛（Ｚｎ）を有する酸化物半導体、という意味であり、その組成比は問わない。

上記酸化物半導体材料の一例としては、ＩｎＭＯ_３（ＺｎＯ）_ｍ（ｍ＞０）で表記されるものがある。ここで、Ｍは、亜鉛（Ｚｎ）、ガリウム（Ｇａ）、鉄（Ｆｅ）、ニッケル（Ｎｉ）、マンガン（Ｍｎ）、コバルト（Ｃｏ）などから選ばれた一の金属元素または複数の金属元素を示す。例えばＭとしてＧａが選択される場合には、Ｇａのみの場合の他に、ＧａとＮｉや、ＧａとＦｅなど、Ｇａ以外の上記金属元素が選択される場合を含む。また、上記酸化物半導体において、Ｍとして含まれる金属元素の他に、不純物元素としてＦｅ、Ｎｉその他の遷移金属元素、または該遷移金属の酸化物が含まれているものがある。もちろん、酸化物半導体材料は上記の材料に限定されず、酸化亜鉛や酸化インジウムをはじめとする各種酸化物半導体材料を用いることができる。

酸化物半導体材料としてＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系の材料を用いて酸化物半導体膜１１０を形成する場合には、例えば、Ｉｎ、Ｇａ、Ｚｎを含む酸化物半導体ターゲット（Ｉｎ_２Ｏ_３：Ｇａ_２Ｏ_３：ＺｎＯ＝１：１：１）を用いたスパッタリング法で形成することができる。該スパッタリングは、例えば、基板１００とターゲットとの距離を３０ｍｍ〜５００ｍｍ、圧力を０．１Ｐａ〜２．０Ｐａ、直流（ＤＣ）電源を０．２５ｋＷ〜５．０ｋＷ、温度を２０℃〜１００℃、雰囲気をアルゴン等の希ガス雰囲気、酸素雰囲気、またはアルゴン等の希ガスと酸素との混合雰囲気とする条件で行うことができる。また、上記のスパッタリング法としては、スパッタリング用電源に高周波電源を用いるＲＦスパッタリング法や、直流電源を用いるＤＣスパッタリング法、パルス的に直流バイアスを加えるパルスＤＣスパッタリング法などを用いることができる。

また、酸化物半導体としてＩｎ−Ｚｎ−Ｏ系の材料を用いる場合、用いるターゲットの組成比は、原子数比で、Ｉｎ：Ｚｎ＝５０：１〜１：２（モル数比に換算するとＩｎ_２Ｏ_３：ＺｎＯ＝２５：１〜１：４）、好ましくはＩｎ：Ｚｎ＝２０：１〜１：１（モル数比に換算するとＩｎ_２Ｏ_３：ＺｎＯ＝１０：１〜１：２）、さらに好ましくはＩｎ：Ｚｎ＝１５：１〜１．５：１（モル数比に換算するとＩｎ_２Ｏ_３：ＺｎＯ＝１５：２〜３：４）とする。例えば、Ｉｎ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物半導体の形成に用いるターゲットは、原子数比がＩｎ：Ｚｎ：Ｏ＝Ｘ：Ｙ：Ｚのとき、Ｚ＞１．５Ｘ＋Ｙとする。

本実施の形態においては、酸化物半導体膜１１０を単層で形成する場合について示しているが、酸化物半導体膜１１０は、積層構造としても良い。例えば、絶縁層１０８上に、酸化物半導体膜１１０と同様の組成の酸化物半導体膜（以下「通常の導電性の酸化物半導体膜」と呼ぶ）を形成し、その後、酸化物半導体膜１１０と構成元素が同じでその構成比率が異なる酸化物半導体膜（以下「導電性の高い酸化物半導体膜」と呼ぶ）を形成して、上記構成に代えることができる。この場合、導電性の高い酸化物半導体膜をソース電極（またはドレイン電極）と通常の導電性の酸化物半導体膜との間に設けることになるため、素子特性の向上につながる。

通常の導電性の酸化物半導体膜と、導電性の高い酸化物半導体膜とは、例えば、成膜条件を異ならせることで形成することができる。この場合、導電性の高い酸化物半導体膜の成膜条件は、通常の導電性の酸化物半導体膜の成膜条件より、アルゴンガスの流量に対する酸素ガスの流量を小さいものとすると良い。より具体的には、導電性の高い酸化物半導体膜の成膜条件は、希ガス（アルゴン、又はヘリウムなど）雰囲気下、または、酸素ガス１０％以下、希ガス９０％以上の雰囲気下とし、通常の導電性の酸化物半導体膜の成膜条件は、酸素雰囲気下、または、希ガスに対する酸素ガスの流量比が１以上の雰囲気下とする。このようにすることで、導電性の異なる２種類の酸化物半導体膜を形成することができる。

また、プラズマ処理を行った後、大気に曝すことなく酸化物半導体膜１１０を形成する場合には、絶縁層１０８と酸化物半導体膜１１０の界面にゴミや水分が付着することを抑制することができる。

なお、酸化物半導体膜１１０の膜厚は、５ｎｍ〜２００ｎｍ程度とすればよい。

つづいて、酸化物半導体膜１１０に対し、第二のプラズマ処理を行う。図１（Ｄ）中の＋の記号は陽イオンを示す。当該処理は、第一のプラズマ処理と同様の方法を用いて行うことができる。なお、当該第二のプラズマ処理は、酸化物半導体膜１１０の露出している段階で行えばよいため、必ずしもこの段階で行う必要はない。当該プラズマ処理を行うことで、半導体素子の特性を飛躍的に向上させ、また、特性ばらつきを低減させることができる。

また、酸化物半導体膜１１０をｍ層の多層構造とする場合、例えば第１層から（ｍ−１）層を形成後のいずれかの段階において、第二のプラズマ処理を行ってもよい。また、当該第二のプラズマ処理での熱処理後、冷却速度を高める工程を入れてもよい。なお、当該第二のプラズマ処理は室温で行ってもよく、室温より低い温度にて行ってもよい。

次に、酸化物半導体膜１１０上に選択的にレジストマスク１１２を形成し、該レジストマスク１１２を用いて酸化物半導体膜１１０を選択的にエッチングすることで、酸化物半導体層１１４を形成する（図１（Ｅ）参照）。ここで、レジストマスク１１２は、レジストマスク１０４と同様の方法で形成することができる。また、レジストマスク１１２は、酸化物半導体膜１１０のエッチングにより酸化物半導体層１１４が形成された後には除去される。

酸化物半導体膜１１０のエッチングの方法としては、ウエットエッチングまたはドライエッチングを用いることができる。ここでは、酢酸と硝酸と燐酸との混合液を用いたウエットエッチングにより、酸化物半導体膜１１０の不要な部分を除去して、酸化物半導体層１１４を形成する。なお、上記のウエットエッチングに用いることができるエッチャント（エッチング液）は酸化物半導体膜１１０をエッチングできるものであればよく、上述したものに限られない。

ドライエッチングを行う場合は、例えば、塩素原子を含有するガス（例えば、塩素（Ｃｌ_２）、二酸化塩素（ＣｌＯ_２）など）または塩素原子を含有するガスに酸素（Ｏ_２）が添加されたガスを用いると良い。塩素原子を含有するガスを用いることで、導電層や下地層と、酸化物半導体膜１１０とのエッチング選択比がとりやすくなるためである。

ドライエッチングには、反応性イオンエッチング法（ＲＩＥ法）を用いたエッチング装置や、ＥＣＲ（ＥｌｅｃｔｒｏｎＣｙｃｌｏｔｒｏｎＲｅｓｏｎａｎｃｅ）やＩＣＰ（ＩｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙＣｏｕｐｌｅｄＰｌａｓｍａ）などの高密度プラズマ源を用いたドライエッチング装置を用いることができる。また、それらに類似した技術を用いてもよい。

次に、絶縁層１０８および酸化物半導体層１１４を覆うように、導電膜１１６を形成する（図２（Ａ）参照）。導電膜１１６は、導電膜１０２と同様の材料、方法によって形成することができる。例えば、導電膜１１６を、モリブデン膜やチタン膜の単層構造で形成することができる。また、導電膜１１６を積層構造で形成してもよく、例えば、アルミニウム膜とチタン膜との積層構造とすることができる。また、チタン膜と、アルミニウム膜と、チタン膜とを順に積層した３層構造としてもよい。また、モリブデン膜とアルミニウム膜とモリブデン膜とを順に積層した３層構造としてもよい。また、これらの積層構造に用いるアルミニウム膜として、ネオジムを含むアルミニウム（Ａｌ−Ｎｄ）膜を用いてもよい。さらに、導電膜１１６を、シリコンを含むアルミニウムの単層構造としてもよい。

次に、導電膜１１６上に選択的にレジストマスク１１８およびレジストマスク１２０を形成し、該レジストマスクを用いて導電膜１１６を選択的にエッチングすることで、ソース電極またはドレイン電極の一方として機能する導電層１２２およびソース電極またはドレイン電極の他方として機能する導電層１２４を形成する（図２（Ｂ）参照）。ここで、レジストマスク１１８およびレジストマスク１２０は、レジストマスク１０４と同様の方法で形成することができる。また、レジストマスク１１８およびレジストマスク１２０は、導電膜１１６のエッチングにより導電層１２２および導電層１２４が形成された後には除去される。

レジストマスク１１８は、多階調マスクを用いて形成しても良い。ここで、多階調マスクとは、多段階の光量で露光を行うことが可能なマスクをいう。これを用いることで、一度の露光および現像工程によって、複数（代表的には２種類）の厚さのレジストマスクを形成することができる。つまり、多階調マスクを用いることで、工程数の増加を抑制することができる。

導電膜１１６のエッチングの方法としては、ウエットエッチングまたはドライエッチングを用いることができる。ここでは、ドライエッチングにより導電膜１１６の不要な部分を除去して、導電層１２２および導電層１２４を形成する。

なお、本実施の形態においては、上記導電膜１１６のエッチングの際に酸化物半導体層１１４の一部が除去される構成（チャネルエッチ型）としているが、開示する発明の一形態はこれに限定されない。エッチングの進行を停止させる層（エッチストッパ）を酸化物半導体層１１４と導電膜１１６との間に形成して、酸化物半導体層１１４がエッチングされない構成（エッチストップ型）とすることもできる。

導電層１２２および導電層１２４を形成した後には、１００℃〜５００℃、代表的には２００℃〜４００℃の熱処理を行う。熱処理の雰囲気は、例えば、大気雰囲気や窒素雰囲気、酸素雰囲気等とすることができる。また、熱処理時間は、０．１時間〜５時間程度とすればよい。ここでは、大気雰囲気下で３５０℃、１時間の熱処理を行うこととする。なお、該熱処理のタイミングは、酸化物半導体膜１１０を形成した後、層間絶縁層にあたる絶縁層を形成する前であれば特に限定されない。例えば、酸化物半導体膜１１０を形成した直後に上記の熱処理を行っても良い。また、酸化物半導体層１１４を形成した直後や、導電膜１１６を形成した直後であっても良い。当該熱処理（第１の熱処理）と後の熱処理（第２の熱処理）とを行うことで、半導体素子の特性を向上させ、また、特性ばらつきを低減させることができる。

なお、上記熱処理の条件を４００℃以下とすることは、ゲート絶縁層として機能する絶縁層１０８の特性を変化させない（劣化させない）ために好適である。もちろん、開示する発明の一形態がこれに限定して解釈されるものではない。

次に、導電層１２２、導電層１２４、酸化物半導体層１１４などを覆うように絶縁層１２６を形成する（図２（Ｃ）参照）。ここで、絶縁層１２６は、いわゆる層間絶縁層にあたる。絶縁層１２６は、酸化シリコン、酸化アルミニウム、酸化タンタル等の材料を用いて形成することができる。また、これらの材料からなる膜を積層させて形成しても良い。

絶縁層１２６中の水素の濃度が１×１０^２１ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下（特に、５×１０^２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下）であると好ましい。また、絶縁層１２６中の窒素の濃度が１×１０^１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下であると好ましい。なお、上記濃度は、絶縁層１２６中での平均値を示している。

上述のような条件を満たす絶縁層１２６のより具体的な一例として、スパッタリング法により形成された酸化シリコン膜を挙げることができる。スパッタリング法を用いる場合には、プラズマＣＶＤ法を用いる場合と比較して、膜中の水素濃度の低減が容易になるためである。もちろん、上述の条件を満たすのであれば、プラズマＣＶＤ法を含む他の方法により形成しても良い。例えば、プラズマＣＶＤ法にて絶縁層１２６を形成後、絶縁層１０８に対して行ったのと同様のプラズマ処理を当該絶縁層１２６に施して、膜中の水素濃度を下げることができる。絶縁層１２６のその他の条件については、特に限定されない。例えば、絶縁層１２６の厚さについては、実現可能な範囲であればどのような値をとっても良い。

その後、各種電極や配線を形成することでトランジスタ１５０を具備する半導体装置が完成する（図２（Ｄ）参照）。本実施の形態においては代表的に、表示装置の画素電極として機能する導電層１２８を形成する例について示すが、開示する発明の一形態はこれに限定されない。

導電層１２８を形成した後には、１００℃〜５００℃、代表的には２００℃〜４００℃の熱処理を行う。熱処理の雰囲気は、例えば、大気雰囲気や窒素雰囲気、酸素雰囲気等とすることができる。また、熱処理時間は、０．１時間〜５時間程度とすればよい。ここでは、大気雰囲気下で３５０℃、１時間の熱処理を行うこととする。なお、該熱処理のタイミングは、絶縁層１２６を形成した後であれば特に限定されない。例えば、絶縁層１２６を形成した直後に上記の熱処理を行っても良いし、さらに他の絶縁層や導電層などを形成した後に、上記の熱処理を行っても良い。当該熱処理（第２の熱処理）と先の熱処理（第１の熱処理）とを行うことによって、半導体素子の特性を向上させ、また、特性ばらつきを低減させることができる。

なお、第２の熱処理の効果は、上述のものに留まらない。例えば、第２の熱処理は、絶縁層１２６の欠陥を修復するという効果をも有している。絶縁層１２６は比較的低温で形成されるため、膜中には欠陥が存在しており、そのまま使用した場合には素子特性に悪影響を及ぼすおそれがある。このような絶縁層１２６中の欠陥を修復するという観点からも、上述の熱処理は重要な役割を果たすと言える。

また、上記熱処理の条件を４００℃以下とすることは、ゲート絶縁層として機能する絶縁層１０８の特性を変化させない（劣化させない）ために好適である。もちろん、開示する発明の一形態がこれに限定して解釈されるものではない。

本実施の形態において示すように、酸化物半導体膜１１０に陽イオンによるプラズマ処理を施すことにより、優れた特性の酸化物半導体素子を提供することができる。当該処理は、酸化物半導体膜１１０に接する絶縁層１０８または絶縁層１２６またはそれらの両方にも行うことにより、より信頼性の高い半導体素子を得ることができる。これにより、優れた特性の酸化物半導体素子を備えた半導体装置を提供することができる。

本実施の形態は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２）
本実施の形態では、半導体装置に用いられる半導体素子の作製方法につき、上記実施の形態と異なる一例について図面を参照して説明する。なお、本実施の形態における半導体装置の作製工程は、多くの部分で先の実施の形態と共通している。したがって、以下においては、重複する部分の説明は省略し、異なる点について詳細に説明する。

はじめに、基板２００上に導電膜２０２を形成する（図３（Ａ）参照）。基板２００、導電膜２０２、その他の詳細については、先の実施の形態（図１（Ａ）の説明部分など）を参照すればよい。また、基板２００上には下地層を設けても良い。下地層の詳細についても、先の実施の形態を参照することができる。

次に、導電膜２０２上に選択的にレジストマスク２０４を形成し、該レジストマスク２０４を用いて導電膜２０２を選択的にエッチングすることで、ゲート電極として機能する導電層２０６を形成する（図３（Ｂ）参照）。レジストマスク２０４、導電層２０６、エッチング、その他の詳細については、先の実施の形態（図１（Ｂ）の説明部分など）を参照することができる。

次に、導電層２０６を覆うように、ゲート絶縁層として機能する絶縁層２０８を形成する（図３（Ｃ）参照）。絶縁層２０８、その他の詳細については、先の実施の形態（図１（Ｃ）の説明部分など）を参照すればよい。

つづいて、実施の形態１で示した第一のプラズマ処理と同様の処理を行う。当該プラズマ処理は、絶縁層２０８の少なくとも一部が露出している段階で行えばよく、必ずしもこの段階で行う必要はない。当該プラズマはマイクロ波により生成してもよい。このときの周波数は例えば、２．４５ＧＨｚとする。

次に、絶縁層２０８を覆うように導電膜２１０を形成する（図３（Ｄ）参照）。導電膜２１０は、導電膜２０２と同様の材料、方法によって形成することができる。つまり、詳細については、先の実施の形態（図１（Ａ）、図２（Ａ）の説明部分など）を参照すればよい。

次に、導電膜２１０上に選択的にレジストマスク２１２およびレジストマスク２１４を形成し、該レジストマスクを用いて導電膜２１０を選択的にエッチングすることで、ソース電極またはドレイン電極の一方として機能する導電層２１６およびソース電極またはドレイン電極の他方として機能する導電層２１８を形成する（図３（Ｅ）参照）。レジストマスク２１２およびレジストマスク２１４は、レジストマスク２０４と同様にして形成することができる。つまり、レジストマスクの詳細については、先の実施の形態（図１（Ｂ）、図２（Ｂ）の説明部分など）を参照すればよい。

導電膜２１０のエッチングの方法としては、ウエットエッチングまたはドライエッチングを用いることができる。ここでは、ドライエッチングにより導電膜２１０の不要な部分を除去して、導電層２１６および導電層２１８を形成する。なお、本実施の形態においては示していないが、当該エッチングにより絶縁層２０８の一部が除去されることがある。

次に、絶縁層２０８、導電層２１６、導電層２１８等を覆うように酸化物半導体膜２２０を形成する（図４（Ａ）参照）。酸化物半導体膜２２０の詳細については、先の実施の形態（図１（Ｄ）の説明部分など）を参照することができる。

つづいて、実施の形態１で示した第二のプラズマ処理と同様の処理を行う。図４（Ａ）中の＋の記号は陽イオンを示す。当該プラズマ処理は、酸化物半導体膜２２０の少なくとも一部が露出している段階で行えばよく、必ずしもこの段階で行う必要はない。当該プラズマはマイクロ波により生成してもよい。このときの周波数は例えば、２．４５ＧＨｚとする。

次に、酸化物半導体膜２２０上に選択的にレジストマスク２２２を形成し、該レジストマスク２２２を用いて酸化物半導体膜２２０を選択的にエッチングすることで、酸化物半導体層２２４を形成する（図４（Ｂ）参照）。レジストマスク２２２の詳細については、先の実施の形態（図１（Ｂ）、図１（Ｅ）の説明部分など）を参照すればよい。

酸化物半導体膜２２０のエッチングの方法としては、ウエットエッチングまたはドライエッチングを用いることができる。ここでは、酢酸と硝酸と燐酸との混合液を用いたウエットエッチングにより、酸化物半導体膜２２０の不要な部分を除去して、酸化物半導体層２２４を形成する。なお、上記のウエットエッチングに用いることができるエッチャント（エッチング液）は酸化物半導体膜２２０をエッチングできるものであればよく、上述したものに限られない。

ドライエッチングを行う場合は、例えば、塩素原子を含有するガス（例えば、塩素（Ｃｌ_２）、二酸化塩素（ＣｌＯ_２）など）または塩素原子を含有するガスに酸素（Ｏ_２）が添加されたガスを用いると良い。塩素原子を含有するガスを用いることで、導電層や下地層と、酸化物半導体膜２２０とのエッチング選択比がとりやすくなるためである。なお、エッチングのその他の詳細については、先の実施の形態を参照すればよい。

酸化物半導体層２２４を形成した後には、１００℃〜５００℃、代表的には２００℃〜４００℃の熱処理を行う。熱処理の雰囲気は、例えば、大気雰囲気や窒素雰囲気、酸素雰囲気等とすることができる。また、熱処理時間は、０．１時間〜５時間程度とすればよい。ここでは、大気雰囲気下で３５０℃、１時間の熱処理を行うこととする。なお、該熱処理のタイミングは、酸化物半導体膜２２０を形成した後、層間絶縁層にあたる絶縁層を形成する前であれば特に限定されない。例えば、酸化物半導体膜２２０を形成した直後に上記の熱処理を行っても良い。当該熱処理（第１の熱処理）と後の熱処理（第２の熱処理）とを行うことで、半導体素子の特性を向上させ、また、特性ばらつきを低減させることができる。

なお、上記熱処理の条件を４００℃以下とすることは、ゲート絶縁層として機能する絶縁層２０８の特性を変化させない（劣化させない）ために好適である。もちろん、開示する発明の一形態がこれに限定して解釈されるものではない。

次に、導電層２１６、導電層２１８、酸化物半導体層２２４などを覆うように絶縁層２２６を形成する（図４（Ｃ）参照）。ここで、絶縁層２２６は、いわゆる層間絶縁層にあたる。絶縁層２２６は、酸化シリコン、酸化アルミニウム、酸化タンタル等の材料を用いて形成することができる。また、これらの材料からなる膜を積層させて形成しても良い。

つづいて、実施の形態１で示した第一のプラズマ処理と同様の処理を行う。当該プラズマ処理は、絶縁層２２６の少なくとも一部が露出している段階で行えばよく、必ずしもこの段階で行う必要はない。

絶縁層２２６中の水素の濃度が１×１０^２１ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下（特に、５×１０^２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下）であると好ましい。また、絶縁層２２６中の窒素の濃度が１×１０^１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下であると好ましい。なお、上記濃度は、絶縁層２２６中での平均値を示している。

上述のような条件を満たす絶縁層２２６のより具体的な一例として、スパッタリング法により形成された酸化シリコン膜を挙げることができる。スパッタリング法を用いる場合には、プラズマＣＶＤ法を用いる場合と比較して、膜中の水素濃度の低減が容易になるためである。もちろん、上述の条件を満たすのであれば、プラズマＣＶＤ法を含む他の方法により形成しても良い。例えば、プラズマＣＶＤ法にて絶縁層２２６を形成後、先の実施の形態１に示した絶縁層１０８に対して行ったのと同様のプラズマ処理を当該絶縁層２２６に施して、膜中の水素濃度を下げることができる。絶縁層２２６のその他の条件については、特に限定されない。例えば、絶縁層２２６の厚さについては、実現可能な範囲であればどのような値をとっても良い。

その後、各種電極や配線を形成することでトランジスタ２５０を具備する半導体装置が完成する（図４（Ｄ）参照）。本実施の形態においては代表的に、表示装置の画素電極として機能する導電層２２８を形成する例について示す（図４（Ｄ）参照）が、開示する発明の一形態はこれに限定されない。

導電層２２８を形成した後には、１００℃〜５００℃、代表的には２００℃〜４００℃の熱処理を行う。熱処理の雰囲気は、例えば、大気雰囲気や窒素雰囲気、酸素雰囲気等とすることができる。また、熱処理時間は、０．１時間〜５時間程度とすればよい。ここでは、大気雰囲気下で３５０℃、１時間の熱処理を行うこととする。なお、該熱処理のタイミングは、絶縁層２２６を形成した後であれば特に限定されない。例えば、絶縁層２２６を形成した直後に上記の熱処理を行っても良いし、さらに他の絶縁層や導電層などを形成した後に、上記の熱処理を行っても良い。当該熱処理（第２の熱処理）と先の熱処理（第１の熱処理）とを行うことによって、半導体素子の特性を向上させ、また、特性ばらつきを低減させることができる。

なお、第２の熱処理の効果は、上述のものに留まらない。例えば、第２の熱処理は、絶縁層２２６の欠陥を修復するという効果をも有している。絶縁層２２６は比較的低温で形成されるため、膜中には欠陥が存在しており、そのまま使用した場合には素子特性に悪影響を及ぼすおそれがある。このような絶縁層２２６中の欠陥を修復するという観点からも、上述の熱処理は重要な役割を果たすと言える。

また、上記熱処理の条件を４００℃以下とすることは、ゲート絶縁層として機能する絶縁層２０８の特性を変化させない（劣化させない）ために好適である。もちろん、開示する発明の一形態がこれに限定して解釈されるものではない。

本実施の形態において示すように、酸化物半導体膜２２０に陽イオンによるプラズマ処理を施すことにより、優れた特性の酸化物半導体素子を提供することができる。当該処理は、酸化物半導体膜２２０に接する絶縁層２０８または絶縁層２２６、またはそれらの両方にも行うことにより、より信頼性の高い半導体素子を得ることができる。これにより、優れた特性の酸化物半導体素子を備えた半導体装置を提供することができる。

なお、本実施の形態は、先の実施の形態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、半導体装置に用いられる半導体素子の作製方法の一例について、図面を参照して説明する。

はじめに、基板５００上に導電膜５０２を形成する（図５（Ａ）参照）。導電膜５０２を形成する前に、絶縁体である基板５００に対し、実施の形態１で示した第一のプラズマ処理と同様の処理を行ってもよい。当該プラズマ処理は、後に形成する酸化物半導体層５０８に接する基板の絶縁表面に施せばよいため、必ずしもこの段階で行う必要はない。また、後に説明する下地層５０１を基板５００と導電膜５０２の間に絶縁層として形成する場合は、下地層５０１に対して行ってもよい。なお、当該プラズマはマイクロ波により生成してもよい。このときの周波数は例えば、２．４５ＧＨｚとする。

基板５００は、絶縁表面を有する基板であればよく、例えば、ガラス基板とすることができる。ガラス基板は無アルカリガラス基板であることが好ましい。無アルカリガラス基板には、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等のガラス材料が用いられる。他にも、基板５００として、セラミック基板、石英基板やサファイア基板等の絶縁体でなる絶縁性基板、シリコン等の半導体材料でなる半導体基板の表面を絶縁材料で被覆したもの、金属やステンレス等の導電体でなる導電性基板の表面を絶縁材料で被覆したものを用いることができる。また、作製工程の熱処理に耐えられるのであれば、プラスチック基板を用いることもできる。

導電膜５０２は、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、チタン（Ｔｉ）等の導電性材料で形成することが望ましい。形成方法としては、スパッタリング法や真空蒸着法、プラズマＣＶＤ法などがある。なお、導電膜５０２にアルミニウム（または銅）を用いる場合、アルミニウム単体（または銅単体）では耐熱性が低く、腐蝕しやすい等の問題があるため、耐熱性導電性材料と組み合わせて形成することが好ましい。

耐熱性導電性材料としては、チタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、クロム（Ｃｒ）、ネオジム（Ｎｄ）、スカンジウム（Ｓｃ）から選ばれた元素を含む金属、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、または上述した元素を成分とする窒化物などを用いることができる。これらの耐熱性導電性材料とアルミニウム（または銅）を積層させて、導電膜５０２を形成すればよい。

基板５００上には下地層５０１を設けても良い。下地層５０１は、基板５００からのアルカリ金属（Ｌｉ、Ｃｓ、Ｎａ等）やアルカリ土類金属（Ｃａ、Ｍｇ等）、その他の不純物の拡散を防止する機能を有する。つまり、下地層５０１を設けることより、半導体装置の信頼性向上という課題を解決することができる。下地層５０１は、窒化シリコン、酸化シリコンなどの各種絶縁材料を用いて、単層構造または積層構造で形成すればよい。具体的には、例えば、基板５００側から窒化シリコンと酸化シリコンを順に積層した構成とすることが好適である。窒化シリコンは、不純物に対するブロッキング効果が高いためである。一方で、窒化シリコンが半導体と接する場合には、半導体素子に不具合が発生する可能性もあるため、半導体と接する材料としては、酸化シリコンを適用するのがよい。下地層５０１は、スパッタリング法やプラズマＣＶＤ法などにより形成できる。

次に、導電膜５０２上に選択的にレジストマスクを形成し、該レジストマスクを用いて導電膜５０２を選択的にエッチングすることで、ソース電極、またはドレイン電極として機能する導電層５０６を形成する。

レジストマスクは、レジスト材料の塗布、フォトマスクを用いた露光、現像、等の工程を経ることにより形成される。レジスト材料の塗布は、スピンコート法などの方法を適用することができる。また、レジストマスクは、液滴吐出法やスクリーン印刷法などを用いて選択的に形成しても良い。この場合、フォトマスクを用いた露光、現像等の工程が不要になるため、生産性向上という課題を解決することが可能である。なお、レジストマスクは、導電膜５０２のエッチングにより導電層５０６が形成された後には除去される。

レジストマスクは、多階調マスクを用いて形成しても良い。ここで、多階調マスクとは、多段階の光量で露光を行うことが可能なマスクをいう。これを用いることで、一度の露光および現像工程によって、複数（代表的には２種類）の厚さのレジストマスクを形成することができる。つまり、多階調マスクを用いることで、工程数の増加を抑制することができる。

上述のエッチングには、ドライエッチングを用いても良いし、ウエットエッチングを用いても良い。また、後に形成されるゲート絶縁層等の被覆性を向上し、段切れを防止するために、導電層５０６の端部がテーパー形状となるようエッチングすると良い。例えば、テーパー角が２０°以上９０°未満となるような形状とすることが好ましい。ここで、「テーパー角」とは、テーパー形状を有する層を断面方向から観察した際に、当該層の側面と底面とがなす鋭角をいう。

次に、導電層５０６を覆うように、酸化物半導体膜５０３を形成する（図５（Ｂ）参照）。酸化物半導体膜５０３は、実施の形態１にて示した材料、方法にて形成することができる。なお、酸化物半導体膜５０３を形成後、島状に加工する前もしくは後に熱処理を行ってもよい。本実施の形態では、実施の形態１に示した第一の熱処理と同様の処理を行う。

引き続き、第二のプラズマ処理と同様の処理を酸化物半導体膜５０３に対して行う。この処理は、酸化物半導体膜５０３を島状に分割する前（図５（Ｂ）参照）もしくは後（図５（Ｃ）参照）に行う。酸化物半導体膜５０３は、フォトリソグラフィー法などにより島状に加工され、酸化物半導体層５０８となる。当該プラズマはマイクロ波により生成してもよい。このときの周波数は例えば、２．４５ＧＨｚとする。

つづいて、ゲート絶縁膜として機能する絶縁層５１０を形成する。その後、絶縁層５１０に対し、第一のプラズマ処理と同様の処理を行ってもよい。つぎに、ゲート電極として機能する導電層５１２を形成する。これらの層は、先の実施の形態にて示した材料、方法にて形成できる。当該プラズマはマイクロ波により生成してもよい。このときの周波数は例えば、２．４５ＧＨｚとする。

次に、導電層５１２、絶縁層５１０を覆うように絶縁層５１４を形成する（図５（Ｃ）参照）。ここで、絶縁層５１４は、いわゆる層間絶縁層にあたる。絶縁層５１４は、酸化シリコン、酸化アルミニウム、酸化タンタル等の材料を用いて形成することができる。また、これらの材料からなる膜を積層させて形成しても良い。

その後、各種電極や配線を形成することでトランジスタ５５０を具備する半導体装置が完成する（図５（Ｄ）参照）。本実施の形態においては代表的に、表示装置の画素電極として機能する導電層５２８を形成する例について示す（図５（Ｄ）参照）が、開示する発明の一形態はこれに限定されない。

導電層５２８を形成した後には、１００℃〜５００℃、代表的には２００℃〜４００℃の熱処理を行う。熱処理の雰囲気は、例えば、大気雰囲気や窒素雰囲気、酸素雰囲気等とすることができる。また、熱処理時間は、０．１時間〜５時間程度とすればよい。ここでは、窒素雰囲気下で２５０℃、１時間の熱処理を行うこととする。なお、該熱処理のタイミングは、絶縁層５１０を形成した後であれば特に限定されない。例えば、絶縁層５１０を形成した直後に上記の熱処理を行っても良いし、さらに他の絶縁層や導電層などを形成した後に、上記の熱処理を行っても良い。当該熱処理（第２の熱処理）と先の熱処理（第１の熱処理）とを行うことによって、半導体素子の特性を向上させ、また、特性ばらつきを低減させることができる。

また、上記熱処理の条件を４００℃以下とすることは、ゲート絶縁層として機能する絶縁層５１０の特性を変化させない（劣化させない）ために好適である。もちろん、開示する発明の一形態がこれに限定して解釈されるものではない。

本実施の形態において示すように、酸化物半導体膜５０３または酸化物半導体層５０８に陽イオンによるプラズマ処理を施すことにより、優れた特性の酸化物半導体素子を提供することができる。当該処理は、酸化物半導体層５０８に接する絶縁層５１０にも行うことにより、より信頼性の高い半導体素子を得ることができる。また、酸化物半導体層５０８に接する基板５００または下地層５０１に同様の処理を行ってもよい。これにより、優れた特性の酸化物半導体素子を備えた半導体装置を提供することができる。

また、図６（Ｄ）に示すように、導電層５０６と酸化物半導体層５０８の積層順を逆にしてもよい。この場合、酸化物半導体層の露出している段階で第二のプラズマ処理と同様の処理を行うと好ましい。例えば、図６（Ａ）に示すように、酸化物半導体膜５０３を形成した後、島状に加工する前や、図６（Ｂ）に示すように、酸化物半導体膜５０３を島状の酸化物半導体層５０８とした後や、図６（Ｃ）に示すように、導電層５０６を形成した後などに行うとよい。当該プラズマはマイクロ波により生成してもよい。このときの周波数は例えば、２．４５ＧＨｚとする。

（実施の形態４）
本実施の形態では、半導体装置の一例であるアクティブマトリクス基板の作製工程について、図面を用いて説明する。なお、本実施の形態で示す作製工程は、多くの部分で先の実施の形態と共通している。したがって、以下においては、重複する部分の説明は省略し、異なる点について詳細に説明する。なお、以下の説明において、図７、図８は断面図を示しており、図９は平面図を示している。また、図７および図８のＡ１−Ａ２、Ｂ１−Ｂ２はそれぞれ、図９のＡ１−Ａ２、Ｂ１−Ｂ２に対応する領域を示す。また、本実施の形態においてＡ１−Ａ２に示す半導体素子は、実施の形態２において示した半導体素子と類似する。

はじめに、基板３００上に配線または電極（ゲート電極３０２、容量配線３０４、第１の端子３０６）を形成する（図７（Ａ）参照）。具体的には、基板上に導電層を形成した後、レジストマスクを用いたエッチングにより各種配線、各種電極を形成する。本実施の形態においては、先の実施の形態に示した方法と同様の方法で各種配線、各種電極を形成することができるから、詳細については先の実施の形態（図１（Ａ）、図１（Ｂ）、図３（Ａ）、図３（Ｂ）の説明部分など）を参照すればよい。なお、上記において、電極と配線との区別は便宜的なものに過ぎないから、その機能は電極または配線の称呼に限定して解釈されない。例えば、ゲート電極はゲート配線を指す場合がある。

なお、容量配線３０４、第１の端子３０６については、ゲート電極３０２と同一の材料および作製方法を用いて、同時に形成することができる。このため、例えば、ゲート電極３０２と第１の端子３０６とを電気的に接続する構成とすることが可能である。ゲート電極３０２の材料や作製方法の詳細については、先の実施の形態を参照することができる。

次に、ゲート電極３０２上にゲート絶縁層３０８を形成し、第１の端子３０６を露出させるようにゲート絶縁層３０８を選択的にエッチングして、コンタクトホールを形成する（図７（Ｂ）参照）。ゲート絶縁層３０８についての詳細は、先の実施の形態（図１（Ｃ）、図３（Ｃ）の説明部分など）を参照すればよい。エッチング処理については特に限定されず、ウエットエッチングを用いても良いし、ドライエッチングを用いても良い。

次に、ゲート絶縁層３０８や第１の端子３０６を覆う導電膜を形成した後、該導電膜を選択的にエッチングすることでソース電極３１０、ドレイン電極３１２、接続電極３１４、第２の端子３１６を形成する（図７（Ｃ）参照）。なお、上記において、電極と配線との区別は便宜的なものに過ぎないから、その機能は電極または配線の称呼に限定して解釈されない。例えば、ソース電極はソース配線と同一物を指す場合がある。また、ソース電極及びドレイン電極はトランジスタの構造や動作条件によって入れ替わることがある。

上記導電膜の材料や作製方法、エッチング処理などについては、先の実施の形態（図２（Ａ）、図２（Ｂ）、図３（Ｄ）、図３（Ｅ）の説明部分など）を参照すればよい。なお、エッチング処理においてドライエッチングを用いる場合には、ウエットエッチングを用いる場合と比較して配線構造の微細化が可能になるというメリットがある。接続電極３１４は、ゲート絶縁層３０８に形成されたコンタクトホールを介して第１の端子３０６と直接接続する構成とすることができる。また、第２の端子３１６は、ソース電極３１０と電気的に接続する構成とすることができる。

次に、少なくともソース電極３１０およびドレイン電極３１２を覆うように酸化物半導体膜を形成した後、該酸化物半導体膜を選択的にエッチングして酸化物半導体層３１８を形成する（図８（Ａ）参照）。ここで、酸化物半導体層３１８は、ソース電極３１０およびドレイン電極３１２の一部と接している。酸化物半導体層３１８の詳細についても、先の実施の形態（図１（Ｄ）、図１（Ｅ）、図４（Ａ）、図４（Ｂ）の説明部分など）を参照することができる。

つづいて、実施の形態１で示した第二のプラズマ処理と同様の処理を行う。当該プラズマ処理は、酸化物半導体層３１８の少なくとも一部が露出している段階で行えばよく、必ずしもこの段階で行う必要はない。なお、当該処理に加え、酸化物半導体層３１８に隣接する絶縁層の少なくとも一部が露出している段階で、先の実施の形態の第一のプラズマ処理と同様の処理を行ってもよい。

酸化物半導体層３１８を形成した後には、１００℃〜５００℃、代表的には２００℃〜４００℃の熱処理を行う。熱処理の雰囲気は、例えば、大気雰囲気や窒素雰囲気、酸素雰囲気等とすることができる。また、熱処理時間は、０．１時間〜５時間程度とすればよい。ここでは、大気雰囲気下で３５０℃、１時間の熱処理を行うこととする。なお、該熱処理のタイミングは、酸化物半導体層３１８を形成した後、層間絶縁層にあたる絶縁層を形成する前であれば特に限定されない。例えば、酸化物半導体層３１８を形成した直後に上記の熱処理を行っても良い。当該熱処理（第１の熱処理）と後の熱処理（第２の熱処理）とを行うことで、半導体素子の特性を向上させ、また、特性ばらつきを低減させることができる。

なお、上記熱処理の条件を４００℃以下とすることは、ゲート絶縁層３０８の特性を変化させない（劣化させない）ために好適である。もちろん、開示する発明の一形態がこれに限定して解釈されるものではない。

次に、ソース電極３１０、ドレイン電極３１２、酸化物半導体層３１８などを覆うように絶縁層３２０を形成し、当該絶縁層３２０を選択的にエッチングしてドレイン電極３１２、接続電極３１４、および第２の端子３１６に達するコンタクトホールを形成する（図８（Ｂ）参照）。絶縁層３２０は、酸化シリコン、酸化アルミニウム、酸化タンタル等の材料を用いて形成することができる。また、これらの材料からなる膜を積層させて形成しても良い。

絶縁層３２０中の水素の濃度が１×１０^２１ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下（好ましくは、５×１０^２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下）であると好ましい。また、絶縁層３２０中の窒素の濃度が１×１０^１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下であると好ましい。なお、上記濃度は、絶縁層３２０中での平均値を示している。

上述のような条件を満たす絶縁層３２０のより具体的な一例として、スパッタリング法により形成された酸化シリコン膜を挙げることができる。スパッタリング法を用いる場合には、プラズマＣＶＤ法を用いる場合と比較して、膜中の水素濃度の低減が容易になるためである。もちろん、上述の条件を満たすのであれば、プラズマＣＶＤ法を含む他の方法により形成しても良い。例えば、プラズマＣＶＤ法にて絶縁層３２０を形成後、実施の形態１に示した絶縁層１０８に対して行ったのと同様のプラズマ処理を当該絶縁層３２０に施して、膜中の水素濃度を下げることができる。絶縁層３２０のその他の条件については、特に限定されない。例えば、絶縁層３２０の厚さについては、実現可能な範囲であればどのような値をとっても良い。

次に、ドレイン電極３１２と電気的に接続する透明導電層３２２、接続電極３１４と電気的に接続する透明導電層３２４および第２の端子３１６と電気的に接続する透明導電層３２６を形成する（図８（Ｃ）、図９参照）。

透明導電層３２２は画素電極として機能し、透明導電層３２４および透明導電層３２６は、ＦＰＣ（Ｆｌｅｘｉｂｌｅｐｒｉｎｔｅｄｃｉｒｃｕｉｔｓ）との接続に用いられる電極または配線として機能する。より具体的には、接続電極３１４上に形成された透明導電層３２４をゲート配線の入力端子として機能する接続用の端子電極として用い、第２の端子３１６上に形成された透明導電層３２６をソース配線の入力端子として機能する接続用の端子電極として用いることができる。

また、容量配線３０４、ゲート絶縁層３０８、および透明導電層３２２により保持容量を形成することができる。

透明導電層３２２、透明導電層３２４、透明導電層３２６は、酸化インジウム（Ｉｎ_２Ｏ_３）、インジウム錫酸化物（Ｉｎ_２Ｏ_３―ＳｎＯ_２、ＩＴＯとも称す）、酸化インジウム酸化亜鉛合金（Ｉｎ_２Ｏ_３―ＺｎＯ）等の材料を用いて形成することができる。例えば、上記材料を含有する膜をスパッタリング法や真空蒸着法等を用いて形成した後、エッチングにより不要な部分を除去することで形成すれば良い。

透明導電層３２２、透明導電層３２４、透明導電層３２６を形成した後には、１００℃〜５００℃、代表的には２００℃〜４００℃の熱処理を行う。熱処理の雰囲気は、例えば、大気雰囲気や窒素雰囲気、酸素雰囲気等とすることができる。また、熱処理時間は、０．１時間〜５時間程度とすればよい。ここでは、大気雰囲気下で３５０℃、１時間の熱処理を行うこととする。なお、該熱処理のタイミングは、絶縁層３２０を形成した後であれば特に限定されない。例えば、絶縁層３２０を形成した直後に上記の熱処理を行っても良いし、絶縁層３２０にコンタクトホールを形成した後に熱処理を行っても良い。さらに他の絶縁層や導電層などを形成した後に、上記の熱処理を行っても良い。当該熱処理（第２の熱処理）と先の熱処理（第１の熱処理）とを行うことによって、半導体素子の特性を向上させ、また、特性ばらつきを低減させることができる。

なお、第２の熱処理の効果は、上述のものに留まらない。例えば、第２の熱処理は、絶縁層３２０の欠陥を修復するという効果をも有している。絶縁層３２０は比較的低温で形成されるため、膜中には欠陥が存在しており、そのまま使用した場合には素子特性に悪影響を及ぼすおそれがある。このような絶縁層３２０中の欠陥を修復するという観点からも、上述の熱処理は重要な役割を果たすと言える。

また、上記熱処理の条件を４００℃以下とすることは、ゲート絶縁層３０８の特性を変化させない（劣化させない）ために好適である。もちろん、開示する発明の一形態がこれに限定して解釈されるものではない。

以上の工程により、ボトムゲート型のトランジスタ３５０や保持容量等の素子を有するアクティブマトリクス基板を完成させることができる。例えば、これを用いてアクティブマトリクス型の液晶表示装置を作製する場合には、アクティブマトリクス基板と、対向電極が設けられた対向基板との間に液晶層を設け、アクティブマトリクス基板と対向基板とを固定すれば良い。

本実施の形態において示すように、酸化物半導体層３１８に陽イオンによるプラズマ処理を施すことにより、優れた特性の酸化物半導体素子を提供することができる。当該処理は、酸化物半導体層３１８に接する絶縁層３０８または絶縁層３２０、またはそれらの両方にも行うことにより、より信頼性の高い半導体素子を得ることができる。これにより、優れた特性の酸化物半導体素子を備えた半導体装置を提供することができる。

なお、本実施の形態においては、実施の形態２に示す方法を用いてトランジスタ３５０やその他の構成を形成する場合について説明しているが、開示される発明はこれに限定されない。実施の形態１などに示す方法を用いても良い。なお、本実施の形態は、先の実施の形態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、薄膜トランジスタを作製し、該薄膜トランジスタを画素部や駆動回路に用いて表示機能を有する半導体装置（表示装置ともいう）を作製する例について説明する。また、駆動回路の一部または全体を、画素部と同じ基板上に一体形成し、システムオンパネルを形成することができる。

表示装置は表示素子を含む。表示素子としては液晶素子（液晶表示素子ともいう）や、発光素子（発光表示素子ともいう）などを用いることができる。発光素子は、電流または電圧によって輝度が制御される素子をその範疇に含んでおり、具体的には無機ＥＬ（ＥｌｅｃｔｒｏＬｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）、有機ＥＬ等が含まれる。また、電子インクなど、電気的作用によりコントラストが変化する表示媒体を適用しても良い。

また、表示装置は、表示素子が封止された状態にあるパネルと、該パネルにコントローラを含むＩＣ等を実装した状態にあるモジュールとを含む。さらに、表示装置を構成する素子基板は、電流を表示素子に供給するための手段を各画素に備える。素子基板は、具体的には、表示素子の画素電極のみが形成された状態であっても良いし、画素電極となる導電膜の成膜後、エッチング前の状態であっても良い。

なお、本明細書中における表示装置とは、画像表示デバイス、表示デバイス、光源（照明装置含む）などを指す。また、ＦＰＣ（Ｆｌｅｘｉｂｌｅｐｒｉｎｔｅｄｃｉｒｃｕｉｔ）、ＴＡＢ（ＴａｐｅＡｕｔｏｍａｔｅｄＢｏｎｄｉｎｇ）テープ、ＴＣＰ（ＴａｐｅＣａｒｒｉｅｒＰａｃｋａｇｅ）などのコネクターが取り付けられたモジュール、ＴＡＢテープやＴＣＰの先にプリント配線板が設けられたモジュール、表示素子にＣＯＧ（ＣｈｉｐＯｎＧｌａｓｓ）方式によりＩＣ（集積回路）が直接実装されたモジュールなども全て表示装置に含むものとする。

以下、本実施の形態では、液晶表示装置の一例について示す。図１０は、第１の基板４００１上に形成された薄膜トランジスタ４０１０、薄膜トランジスタ４０１１および液晶素子４０１３を、第２の基板４００６とシール材４００５によって封止した、パネルの平面図および断面図である。ここで、図１０（Ａ１）および図１０（Ａ２）は平面図を示し、図１０（Ｂ）は、図１０（Ａ１）および図１０（Ａ２）のＭ−Ｎにおける断面図に相当する。

第１の基板４００１上に設けられた画素部４００２および走査線駆動回路４００４を囲むようにして、シール材４００５が設けられている。また、画素部４００２と走査線駆動回路４００４の上に、第２の基板４００６が設けられている。つまり、画素部４００２と走査線駆動回路４００４は、第１の基板４００１とシール材４００５と第２の基板４００６とによって、液晶層４００８と共に封止されている。また、第１の基板４００１上のシール材４００５によって囲まれる領域とは異なる領域に、別途用意された基板上に単結晶半導体膜または多結晶半導体膜で形成された信号線駆動回路４００３が実装されている。

なお、別途形成した駆動回路の接続方法は、特に限定されるものではなく、ＣＯＧ法、ワイヤボンディング法、ＴＡＢ法などを適宜用いることができる。図１０（Ａ１）は、ＣＯＧ法により信号線駆動回路４００３を実装する例であり、図１０（Ａ２）は、ＴＡＢ法により信号線駆動回路４００３を実装する例である。

また、第１の基板４００１上に設けられた画素部４００２と走査線駆動回路４００４は、薄膜トランジスタを複数有しており、図１０（Ｂ）では、画素部４００２に含まれる薄膜トランジスタ４０１０と、走査線駆動回路４００４に含まれる薄膜トランジスタ４０１１を例示している。薄膜トランジスタ４０１０、薄膜トランジスタ４０１１上には絶縁層４０２０、絶縁層４０２１が設けられている。

薄膜トランジスタ４０１０、薄膜トランジスタ４０１１には、先の実施の形態において示したトランジスタなどを適用することができる。なお、本実施の形態において、薄膜トランジスタ４０１０、薄膜トランジスタ４０１１はｎチャネル型薄膜トランジスタとした。

また、液晶素子４０１３が有する画素電極層４０３０は、薄膜トランジスタ４０１０と電気的に接続されている。そして、液晶素子４０１３の対向電極層４０３１は第２の基板４００６上に形成されている。上記の画素電極層４０３０と対向電極層４０３１、液晶層４００８により、液晶素子４０１３が形成される。なお、画素電極層４０３０、対向電極層４０３１には、それぞれ配向膜として機能する絶縁層４０３２、絶縁層４０３３が設けられ、画素電極層４０３０および対向電極層４０３１は、これらを介して液晶層４００８を挟持している。

なお、第１の基板４００１、第２の基板４００６としては、ガラス、金属（代表的にはステンレス）、セラミックス、プラスチックなどを用いることができる。プラスチックとしては、ＦＲＰ（Ｆｉｂｅｒｇｌａｓｓ−ＲｅｉｎｆｏｒｃｅｄＰｌａｓｔｉｃｓ）基板、ＰＶＦ（ポリビニルフルオライド）フィルム、ポリエステルフィルム、アクリル樹脂フィルムなどを用いることができる。また、アルミニウム箔をＰＶＦフィルムやポリエステルフィルムで挟んだ構造のシートを用いることもできる。

また、画素電極層４０３０と対向電極層４０３１との間の距離（セルギャップ）を制御するために、柱状のスペーサ４０３５が設けられている。柱状のスペーサ４０３５は絶縁膜を選択的にエッチングすることで得られる。なお、柱状のスペーサに代えて球状のスペーサを用いていても良い。また、対向電極層４０３１は、薄膜トランジスタ４０１０と同一基板上に設けられる共通電位線と電気的に接続される。例えば、一対の基板間に配置される導電性粒子を介して、対向電極層４０３１と共通電位線とを電気的に接続することができる。なお、導電性粒子はシール材４００５に含有させると良い。

また、横電界方式を採用する場合、配向膜が不要なブルー相を示す液晶を用いてもよい。ブルー相は液晶相の一つであり、昇温によってコレステリック相から等方相へ転移する直前に発現する相である。ブルー相は狭い温度範囲でしか発現しないため、５重量％以上のカイラル剤を混合させた液晶組成物を用いると良い。これにより、発現する温度範囲を広げることができる。ブルー相を示す液晶とカイラル剤とを含む液晶組成物は、応答時間が１０μｓ〜１００μｓと短く、光学的等方性を有するため配向処理が不要であり、視野角依存性が小さい、といった特徴を有している。

なお、本実施の形態では透過型液晶表示装置の一例を示しているが、これに限定されず、反射型液晶表示装置としても良いし、半透過型液晶表示装置としても良い。

また、本実施の形態で示す液晶表示装置では、基板の外側（視認側）に偏光板を設け、内側に着色層、表示素子に用いる電極層を順に設ける例を示す（図１１参照）が、偏光板は基板の内側に設けてもよい。また、偏光板と着色層の積層構造も本実施の形態に限定されず、偏光板や着色層の材料、作製条件などに合わせて適宜変更することができる。また、ブラックマトリクスとして機能する遮光膜を設けてもよい。

また、本実施の形態では、薄膜トランジスタの表面凹凸を低減するため、先の実施の形態で得られたトランジスタを絶縁層４０２１で覆う構成を採用している。絶縁層４０２１としては、ポリイミド、アクリル樹脂、ベンゾシクロブテン樹脂、ポリアミド、エポキシ樹脂等の、耐熱性を有する有機材料を用いることができる。また上記有機材料の他に、低誘電率材料（ｌｏｗ−ｋ材料）、シロキサン系樹脂、ＰＳＧ（リンガラス）、ＢＰＳＧ（リンボロンガラス）等を用いることができる。なお、これらの材料で形成される絶縁膜を複数積層させて、絶縁層４０２１を形成してもよい。

ここで、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。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良い。また、有機基はフルオロ基を有していても良い。

絶縁層４０２１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、オフセット印刷等）等の成膜方法や、ドクターナイフ、ロールコーター、カーテンコーター、ナイフコーター等の器具を用いることができる。

画素電極層４０３０、対向電極層４０３１は、酸化タングステンを含むインジウム酸化物、酸化タングステンを含むインジウム亜鉛酸化物、酸化チタンを含むインジウム酸化物、酸化チタンを含むインジウム錫酸化物、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）、インジウム亜鉛酸化物、酸化ケイ素を添加したインジウム錫酸化物などの透光性を有する導電性材料を用いることができる。

また、画素電極層４０３０、対向電極層４０３１に、導電性高分子（導電性ポリマーともいう）を含む導電性組成物を用いても良い。導電性組成物を用いて形成した画素電極は、シート抵抗が１．０×１０^４Ω／ｓｑ．以下、波長５５０ｎｍにおける透光率が７０％以上であることが好ましい。また、導電性組成物に含まれる導電性高分子の抵抗率は０．１Ω・ｃｍ以下であることが好ましい。

導電性高分子としては、いわゆるπ電子共役系導電性高分子を用いることができる。例えば、ポリアニリンまたはその誘導体、ポリピロールまたはその誘導体、ポリチオフェンまたはその誘導体、若しくはアニリン、ピロール、およびチオフェン２種以上からなる共重合体若しくはその誘導体などがあげられる。

信号線駆動回路４００３、走査線駆動回路４００４、画素部４００２などに与えられる各種信号は、ＦＰＣ４０１８から供給されている。

また、接続端子電極４０１５は、液晶素子４０１３が有する画素電極層４０３０と同じ導電膜から形成され、端子電極４０１６は、薄膜トランジスタ４０１０、薄膜トランジスタ４０１１のソース電極層およびドレイン電極層と同じ導電膜で形成されている。

接続端子電極４０１５は、ＦＰＣ４０１８が有する端子と、異方性導電膜４０１９を介して電気的に接続されている。

なお、図１０においては、信号線駆動回路４００３を別途形成し、第１の基板４００１に実装する例を示しているが、本実施の形態はこの構成に限定されない。走査線駆動回路を別途形成して実装しても良いし、信号線駆動回路の一部または走査線駆動回路の一部のみを別途形成して実装しても良い。

図１１は、半導体装置の一形態に相当する液晶表示モジュールを、酸化物半導体素子を形成した基板２６００を用いて構成する一例を示している。

図１１では、酸化物半導体素子を形成した基板２６００と対向基板２６０１がシール材２６０２により固着され、その間に酸化物半導体素子等を含む素子層２６０３、配向膜や液晶層を含む液晶層２６０４、着色層２６０５、偏光板２６０６などが設けられることにより表示領域が形成されている。着色層２６０５、偏光板２６０６はカラー表示を行う場合に必要であり、ＲＧＢ方式の場合には、赤、緑、青の各色に対応した着色層が、各画素に対応して設けられている。酸化物半導体素子を形成した基板２６００と対向基板２６０１の外側には偏光板２６０６、偏光板２６０７、拡散板２６１３が配設されている。また、光源は冷陰極管２６１０と反射板２６１１により構成されている。回路基板２６１２は、フレキシブル配線基板２６０９により酸化物半導体素子を形成した基板２６００の配線回路部２６０８と接続され、これによって、コントロール回路や電源回路などの外部回路が液晶モジュールに組みこまれる。また、偏光板と液晶層との間には、位相差板を設けても良い。

液晶の駆動方式としては、ＴＮ（ＴｗｉｓｔｅｄＮｅｍａｔｉｃ）モード、ＩＰＳ（Ｉｎ−Ｐｌａｎｅ−Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）モード、ＦＦＳ（ＦｒｉｎｇｅＦｉｅｌｄＳｗｉｔｃｈｉｎｇ）モード、ＭＶＡ（Ｍｕｌｔｉ−ｄｏｍａｉｎＶｅｒｔｉｃａｌＡｌｉｇｎｍｅｎｔ）モード、ＰＶＡ（ＰａｔｔｅｒｎｅｄＶｅｒｔｉｃａｌＡｌｉｇｎｍｅｎｔ）モード、ＡＳＭ（ＡｘｉａｌｌｙＳｙｍｍｅｔｒｉｃａｌｉｇｎｅｄＭｉｃｒｏ−ｃｅｌｌ）モード、ＯＣＢ（ＯｐｔｉｃａｌＣｏｍｐｅｎｓａｔｅｄＢｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｃｅ）モード、ＦＬＣ（ＦｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃＬｉｑｕｉｄＣｒｙｓｔａｌ）モード、ＡＦＬＣ（ＡｎｔｉＦｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃＬｉｑｕｉｄＣｒｙｓｔａｌ）モードなどを用いることができる。

以上により、高性能な液晶表示装置を作製することができる。本実施の形態は、先の実施の形態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、図１２を参照して半導体装置の一例であるアクティブマトリクス型の電子ペーパーについて説明する。半導体装置に用いられる薄膜トランジスタ６５０は、先の実施の形態において示したトランジスタなどと同様に作製することができる。

図１２に示す電子ペーパーは、ツイストボール表示方式を用いたものの一例である。ツイストボール表示方式とは、白と黒に塗り分けられた球形粒子を第１の電極層及び第２の電極層の間に配置し、第１の電極層及び第２の電極層に電位差を生じさせることによって、球形粒子の向きを制御して、表示を行う方法である。

薄膜トランジスタ６５０のソース電極層またはドレイン電極層は、絶縁層に形成されたコンタクトホールを介して、第１の電極層６６０と電気的に接続している。基板６０２には第２の電極層６７０が設けられており、第１の電極層６６０と第２の電極層６７０との間には、黒色領域６８０ａ及び白色領域６８０ｂを有する球形粒子６８０が設けられている。また、球形粒子６８０の周囲は樹脂等の充填材６８２で満たされている（図１２参照）。図１２において、第１の電極層６６０が画素電極に相当し、第２の電極層６７０が共通電極に相当する。第２の電極層６７０は、薄膜トランジスタ６５０と同一基板上に設けられる共通電位線と電気的に接続される。

ツイストボールの代わりに、電気泳動表示素子を用いることも可能である。その場合、例えば、透明な液体と、正に帯電した白い微粒子と負に帯電した黒い微粒子とを封入した直径１０μｍ〜２００μｍ程度のマイクロカプセルを用いると良い。第１の電極層と第２の電極層によって電場が与えられると、白い微粒子と黒い微粒子が互いに逆方向に移動し、白または黒が表示される。電気泳動表示素子は液晶表示素子に比べて反射率が高いため、補助ライトが不要であり、また、明るさが十分ではない場所であっても表示部を認識することが可能である。また、表示部に電源が供給されない場合であっても、一度表示した像を保持することが可能であるという利点も有している。

以上、開示する発明の一形態により高性能な電子ペーパーを作製することができる。なお、本実施の形態は、先の実施の形態と適宜組み合わせて用いることができる。

（実施の形態７）
本実施の形態では、半導体装置の一例である発光表示装置について説明する。ここでは、表示素子としてエレクトロルミネッセンスを利用する発光素子を用いる場合について示す。なお、エレクトロルミネッセンスを利用する発光素子は、発光材料が有機化合物であるか、無機化合物であるかによって区別され、一般的に、前者は有機ＥＬ素子、後者は無機ＥＬ素子と呼ばれている。

有機ＥＬ素子は、発光素子に電圧を印加することにより、一対の電極から電子および正孔がそれぞれ発光性の有機化合物を含む層に注入される。そして、それらキャリア（電子および正孔）が再結合することにより発光する。このようなメカニズムから、該発光素子は、電流励起型の発光素子と呼ばれる。

無機ＥＬ素子は、その素子構成により、分散型無機ＥＬ素子と薄膜型無機ＥＬ素子とに分類される。分散型無機ＥＬ素子は、発光材料の粒子をバインダ中に分散させた発光層を有するものであり、発光メカニズムはドナー準位とアクセプター準位を利用するもの（ドナー−アクセプター再結合型発光）である。薄膜型無機ＥＬ素子は、発光層を誘電体層で挟み込み、さらにそれを電極で挟んだ構造であり、発光メカニズムは金属イオンの内殻電子遷移を利用するもの（局在型発光）である。なお、ここでは、発光素子として有機ＥＬ素子を用いて説明する。

発光素子の構成について、図１３を用いて説明する。ここでは、駆動用トランジスタがｎ型の場合を例に挙げて、画素の断面構造について説明する。図１３（Ａ）、図１３（Ｂ）、図１３（Ｃ）の半導体装置に用いられるトランジスタ７０１、トランジスタ７１１、トランジスタ７２１は、先の実施の形態で示すトランジスタと同様に作製することができる。

発光素子は、光を取り出すために、陽極または陰極の少なくとも一方が透明になっている。ここで、透明とは、少なくとも発光波長における透過率が十分に高いことを意味する。光の取り出し方式としては、基板上に薄膜トランジスタおよび発光素子を形成し、該基板とは反対側の面から光を取り出す上面射出方式（上面取り出し方式）や、基板側の面から光を取り出す下面射出方式（下面取り出し方式）、基板側およびその反対側の面から光を取り出す両面射出方式（両面取り出し方式）などがある。

上面射出方式の発光素子について図１３（Ａ）を参照して説明する。

図１３（Ａ）は、発光素子７０２から発せられる光が陽極７０５側に抜ける場合の、画素の断面図を示している。ここでは、発光素子７０２の陰極７０３と駆動用トランジスタであるトランジスタ７０１が電気的に接続されており、陰極７０３上に発光層７０４、陽極７０５が順に積層されている。陰極７０３としては、仕事関数が小さく、光を反射する導電膜を用いることができる。例えば、Ｃａ、Ａｌ、ＭｇＡｇ、ＡｌＬｉ等の材料を用いて陰極７０３を形成することが望ましい。発光層７０４は、単層で構成されていても、複数の層が積層されるように構成されていても良い。複数の層で構成されている場合、陰極７０３上に電子注入層、電子輸送層、発光層、ホール輸送層、ホール注入層の順に積層すると良いが、もちろん、これらの層を全て設ける必要はないし、異なる積層構造としてもよい。陽極７０５は光を透過する導電性材料を用いて形成する。例えば、酸化タングステンを含むインジウム酸化物、酸化タングステンを含むインジウム亜鉛酸化物、酸化チタンを含むインジウム酸化物、酸化チタンを含むインジウム錫酸化物、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）、インジウム亜鉛酸化物、酸化ケイ素を添加したインジウム錫酸化物などの透光性を有する導電性材料を用いれば良い。

陰極７０３および陽極７０５で発光層７０４を挟んだ構造を、発光素子７０２と呼ぶことができる。図１３（Ａ）に示した画素の場合、発光素子７０２から発せられる光は、矢印で示すように陽極７０５側に射出される。

次に、下面射出方式の発光素子について図１３（Ｂ）を参照して説明する。

図１３（Ｂ）は、発光素子７１２から発せられる光が陰極７１３側に抜ける場合の、画素の断面図を示している。ここでは、駆動用のトランジスタ７１１と電気的に接続された透光性を有する導電膜７１７上に、発光素子７１２の陰極７１３が形成されており、陰極７１３上に発光層７１４、陽極７１５が順に積層されている。なお、陽極７１５が透光性を有する場合、該陽極７１５上を覆うように遮蔽膜７１６を設けても良い。陰極７１３は、図１３（Ａ）の場合と同様に、仕事関数が小さい導電性材料を用いることができる。ただしその膜厚は、光を透過する程度（好ましくは、５ｎｍ〜３０ｎｍ程度）とする。例えば２０ｎｍ程度の膜厚を有するアルミニウム膜を、陰極７１３として用いることができる。発光層７１４は、図１３（Ａ）と同様に、単層で構成されていても、複数の層が積層されるように構成されていても良い。陽極７１５は、光を透過する必要はないが、図１３（Ａ）と同様に、透光性を有する導電性材料を用いて形成しても良い。遮蔽膜７１６には、光を反射する金属等を用いることができるが、これに限定されない。例えば、黒の顔料を添加した樹脂等を用いることもできる。

陰極７１３および陽極７１５で、発光層７１４を挟んだ構造を発光素子７１２と呼ぶことができる。図１３（Ｂ）に示した画素の場合、発光素子７１２から発せられる光は、矢印で示すように陰極７１３側に射出される。

次に、両面射出方式の発光素子について、図１３（Ｃ）を参照して説明する。

図１３（Ｃ）は、駆動用のトランジスタ７２１と電気的に接続された透光性を有する導電膜７２７上に、発光素子７２２の陰極７２３が形成されており、陰極７２３上に発光層７２４、陽極７２５が順に積層されている。陰極７２３は、図１３（Ａ）の場合と同様に、仕事関数が小さい導電性材料を用いることができる。ただしその膜厚は、光を透過する程度とする。例えば２０ｎｍの膜厚を有するＡｌを、陰極７２３として用いることができる。発光層７２４は、図１３（Ａ）と同様に、単層で構成されていても、複数の層が積層されるように構成されていても良い。陽極７２５は、図１３（Ａ）と同様に、透光性を有する導電性材料を用いて形成することができる。

陰極７２３と、発光層７２４と、陽極７２５とが重なった構造を発光素子７２２と呼ぶことができる。図１３（Ｃ）に示した画素の場合、発光素子７２２から発せられる光は、矢印で示すように陽極７２５側と陰極７２３側の両方に射出される。

なお、ここでは、発光素子として有機ＥＬ素子を用いる場合について述べたが、発光素子として無機ＥＬ素子を用いることも可能である。また、ここでは、発光素子の駆動を制御する薄膜トランジスタ（駆動用トランジスタ）と発光素子が電気的に接続されている例を示したが、駆動用トランジスタと発光素子との間に電流制御用トランジスタなどが接続されていてもよい。

なお、本実施の形態で示す半導体装置は、図１３に示した構成に限定されるものではなく、各種の変形が可能である。

次に、発光表示パネル（発光パネルともいう）の外観及び断面について、図１４を参照して説明する。図１４は、第１の基板４５０１上に形成された薄膜トランジスタ４５０９、薄膜トランジスタ４５１０および発光素子４５１１を、第２の基板４５０６とシール材４５０５によって封止したパネルの平面図および断面図である。ここで、図１４（Ａ）は平面図を示し、図１４（Ｂ）は、図１４（Ａ）のＨ−Ｉにおける断面図に相当する。

第１の基板４５０１上に設けられた画素部４５０２、信号線駆動回路４５０３ａ、４５０３ｂ、走査線駆動回路４５０４ａ、走査線駆動回路４５０４ｂを囲むようにして、シール材４５０５が設けられている。また、画素部４５０２、信号線駆動回路４５０３ａ、信号線駆動回路４５０３ｂ、走査線駆動回路４５０４ａ、走査線駆動回路４５０４ｂの上に第２の基板４５０６が設けられている。つまり、画素部４５０２、信号線駆動回路４５０３ａ、信号線駆動回路４５０３ｂ、走査線駆動回路４５０４ａ、走査線駆動回路４５０４ｂは、第１の基板４５０１とシール材４５０５と第２の基板４５０６とによって、充填材４５０７と共に密封されている。このように、気密性が高く、脱ガスの少ない保護フィルム（貼り合わせフィルム、紫外線硬化樹脂フィルム等）やカバー材などを用いてパッケージング（封入）することが好ましい。

また、第１の基板４５０１上に設けられた画素部４５０２、信号線駆動回路４５０３ａ、信号線駆動回路４５０３ｂ、走査線駆動回路４５０４ａ、走査線駆動回路４５０４ｂは、薄膜トランジスタを複数有しており、図１４（Ｂ）では、画素部４５０２に含まれる薄膜トランジスタ４５１０と、信号線駆動回路４５０３ａに含まれる薄膜トランジスタ４５０９を例示している。

薄膜トランジスタ４５０９、薄膜トランジスタ４５１０は、先の実施の形態において示したトランジスタを適用することができる。なお、本実施の形態において、薄膜トランジスタ４５０９、薄膜トランジスタ４５１０はｎチャネル型の薄膜トランジスタである。

また、４５１１は発光素子に相当し、発光素子４５１１が有する画素電極である第１の電極層４５１７は、薄膜トランジスタ４５１０のソース電極層またはドレイン電極層と電気的に接続されている。なお発光素子４５１１の構成は、第１の電極層４５１７、電界発光層４５１２、第２の電極層４５１３の積層構造であるが、本実施の形態に示した構成に限定されない。発光素子４５１１から取り出す光の方向などに合わせて、発光素子４５１１の構成は適宜変えることができる。

隔壁４５２０は、有機樹脂膜、無機絶縁膜、有機ポリシロキサンなどを用いて形成する。特に、感光性を有する材料を用いて第１の電極層４５１７上に開口部を形成し、その開口部の側壁が、連続した曲率を持つ傾斜面となるようにすることが好ましい。

電界発光層４５１２は、単層で構成されていても、複数の層が積層されるように構成されていても良い。

発光素子４５１１に酸素、水素、水分、二酸化炭素等が侵入しないように、第２の電極層４５１３および隔壁４５２０上に保護膜を形成してもよい。保護膜としては、窒化珪素膜、窒化酸化珪素膜、ＤＬＣ（ＤｉａｍｏｎｄＬｉｋｅＣａｒｂｏｎ）膜等を形成することができる。

また、信号線駆動回路４５０３ａ、信号線駆動回路４５０３ｂ、走査線駆動回路４５０４ａ、走査線駆動回路４５０４ｂ、画素部４５０２などに与えられる各種信号は、ＦＰＣ４５１８ａ、ＦＰＣ４５１８ｂから供給されている。

本実施の形態では、接続端子電極４５１５が、発光素子４５１１の第１の電極層４５１７と同じ導電膜から形成され、端子電極４５１６は、薄膜トランジスタ４５０９や薄膜トランジスタ４５１０のソース電極層及びドレイン電極層と同じ導電膜から形成される例について示している。

接続端子電極４５１５は、ＦＰＣ４５１８ａが有する端子と、異方性導電膜４５１９を介して電気的に接続されている。

発光素子４５１１からの光の取り出し方向に位置する基板は、透光性を有している必要がある。透光性を有する基板としては、ガラス板、プラスチック板、ポリエステルフィルム、アクリルフィルムなどがある。

充填材４５０７としては、窒素やアルゴンなどの不活性な気体の他に、紫外線硬化樹脂や熱硬化樹脂などを用いることができる。例えば、ＰＶＣ（ポリビニルクロライド）、アクリル、ポリイミド、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、ＰＶＢ（ポリビニルブチラル）、ＥＶＡ（エチレンビニルアセテート）などを用いることができる。本実施の形態では、充填材として窒素を用いる例について示している。

必要であれば、発光素子の射出面に偏光板、円偏光板（楕円偏光板を含む）、位相差板（λ／４板、λ／２板）、カラーフィルタなどの光学フィルムを設けてもよい。また、表面には反射防止処理を施しても良い。例えば、表面の凹凸により反射光を拡散し、映り込みを低減できるアンチグレア処理を施すことができる。

信号線駆動回路４５０３ａ、信号線駆動回路４５０３ｂ、走査線駆動回路４５０４ａ、走査線駆動回路４５０４ｂは、別途用意された基板上の単結晶半導体膜または多結晶半導体膜によって形成されていても良い。また、信号線駆動回路のみ、若しくはその一部、または走査線駆動回路のみ、若しくはその一部のみを別途形成して実装しても良く、本実施の形態は図１４の構成に限定されない。

以上により、高性能な発光表示装置（表示パネル）を作製することができる。なお、本実施の形態は、先の実施の形態と適宜組み合わせて用いることができる。

（実施の形態８）
本発明の一実施形態に係る半導体装置の作製方法により作製された半導体装置は、電子ペーパーとして適用することができる。電子ペーパーは、情報を表示するものであればあらゆる分野の電子機器に用いることが可能である。例えば、電子ペーパーを用いて、電子書籍（電子ブック）、ポスター、電車などの乗り物の車内広告、クレジットカード等の各種カードにおける表示等に適用することができる。電子機器の一例を図１５、図１６に示す。

図１５（Ａ）は、電子ペーパーで作られたポスター２６３１を示している。広告媒体が紙の印刷物である場合には、広告の交換は人手によって行われるが、電子ペーパーを用いれば短時間で広告の表示を変えることができる。また、表示も崩れることなく安定した画像が得られる。なお、ポスターは無線で情報を送受信できる構成としてもよい。

また、図１５（Ｂ）は、電車などの乗り物の車内広告２６３２を示している。広告媒体が紙の印刷物である場合には、広告の交換は人手によって行われるが、電子ペーパーを用いれば人手を多くかけることなく短時間で広告の表示を変えることができる。また表示も崩れることなく安定した画像が得られる。なお、車内広告は無線で情報を送受信できる構成としてもよい。

また、図１６は、電子書籍の一例を示している。例えば、電子書籍２７００は、筐体２７０１および筐体２７０３で構成されている。筐体２７０１および筐体２７０３は、軸部２７１１により一体とされており、該軸部２７１１を軸として開閉動作を行うことができる。このような構成により、紙の書籍のような動作を行うことが可能となる。

筐体２７０１には表示部２７０５が組み込まれ、筐体２７０３には表示部２７０７が組み込まれている。表示部２７０５および表示部２７０７は、続き画面を表示する構成としてもよいし、異なる画面を表示する構成としてもよい。異なる画面を表示する構成とすることで、例えば右側の表示部（図１６では表示部２７０５）に文章を表示し、左側の表示部（図１６では表示部２７０７）に画像を表示することができる。

また、図１６では、筐体２７０１に操作部などを備えた例を示している。例えば、筐体２７０１において、電源２７２１、操作キー２７２３、スピーカ２７２５などを備えている。操作キー２７２３により、頁を送ることができる。なお、筐体の表示部と同一面にキーボードやポインティングディバイスなどを備える構成としてもよい。また、筐体の裏面や側面に、外部接続用端子（イヤホン端子、ＵＳＢ端子、またはＡＣアダプタおよびＵＳＢケーブルなどの各種ケーブルと接続可能な端子など）、記録媒体挿入部などを備える構成としてもよい。さらに、電子書籍２７００は、電子辞書としての機能を持たせた構成としてもよい。

また、電子書籍２７００は、無線で情報を送受信できる構成としてもよい。無線により、電子書籍サーバから、所望の書籍データなどを購入し、ダウンロードする構成とすることも可能である。

本実施の形態は、先の実施の形態と適宜組み合わせて用いることができる。

（実施の形態９）
本発明の一実施形態に係る半導体装置の作製方法により作製された半導体装置は、さまざまな電子機器（遊技機も含む）に適用することができる。電子機器としては、例えば、テレビジョン装置（テレビ、またはテレビジョン受信機ともいう）、コンピュータ用などのモニタ、デジタルカメラ、デジタルビデオカメラ、デジタルフォトフレーム、携帯電話機（携帯電話、携帯電話装置ともいう）、携帯型ゲーム機、携帯情報端末、音響再生装置、パチンコ機などの大型ゲーム機などが挙げられる。

図１７（Ａ）は、テレビジョン装置の一例を示している。テレビジョン装置９６００は、筐体９６０１に表示部９６０３が組み込まれている。表示部９６０３により、映像を表示することが可能である。また、ここでは、スタンド９６０５により筐体９６０１を支持した構成を示している。

テレビジョン装置９６００の操作は、筐体９６０１が備える操作スイッチや、別体のリモコン操作機９６１０により行うことができる。リモコン操作機９６１０が備える操作キー９６０９により、チャンネルや音量の操作を行うことができ、表示部９６０３に表示される映像を操作することができる。また、リモコン操作機９６１０に、当該リモコン操作機９６１０から出力する情報を表示する表示部９６０７を設ける構成としてもよい。

なお、テレビジョン装置９６００は、受信機やモデムなどを備えた構成とする。受信機により一般のテレビ放送の受信を行うことができ、さらにモデムを介して有線または無線による通信ネットワークに接続することにより、一方向（送信者から受信者）または双方向（送信者と受信者間、あるいは受信者間同士など）の情報通信を行うことも可能である。

図１７（Ｂ）は、デジタルフォトフレームの一例を示している。例えば、デジタルフォトフレーム９７００は、筐体９７０１に表示部９７０３が組み込まれている。表示部９７０３は、各種画像を表示することが可能であり、例えばデジタルカメラなどで撮影した画像データを表示させることで、通常の写真立てと同様に機能させることができる。

なお、デジタルフォトフレーム９７００は、操作部、外部接続用端子（ＵＳＢ端子、ＵＳＢケーブルなどの各種ケーブルと接続可能な端子など）、記録媒体挿入部などを備える構成とする。これらの構成は、表示部と同一面に組み込まれていてもよいが、側面や裏面に備えるとデザイン性が向上するため好ましい。例えば、デジタルフォトフレームの記録媒体挿入部に、デジタルカメラで撮影した画像データを記憶したメモリを挿入して画像データを取り込み、取り込んだ画像データを表示部９７０３に表示させることができる。

また、デジタルフォトフレーム９７００は、無線で情報を送受信できる構成としてもよい。無線により、所望の画像データを取り込み、表示させる構成とすることもできる。

図１８（Ａ）は携帯型遊技機であり、筐体９８８１と筐体９８９１で構成されており、連結部９８９３により、開閉可能に連結されている。筐体９８８１には表示部９８８２が組み込まれ、筐体９８９１には表示部９８８３が組み込まれている。また、図１８（Ａ）に示す携帯型遊技機は、その他、スピーカ部９８８４、記録媒体挿入部９８８６、ＬＥＤランプ９８９０、入力手段（操作キー９８８５、接続端子９８８７、センサ９８８８（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、におい又は赤外線を測定する機能を含むもの）、マイクロフォン９８８９）等を備えている。もちろん、携帯型遊技機の構成は上述のものに限定されず、少なくとも半導体装置を備えた構成であればよく、その他付属設備が適宜設けられた構成とすることができる。図１８（Ａ）に示す携帯型遊技機は、記録媒体に記録されているプログラム又はデータを読み出して表示部に表示する機能や、他の携帯型遊技機と無線通信を行って情報を共有する機能を有する。なお、図１８（Ａ）に示す携帯型遊技機が有する機能はこれに限定されず、様々な機能を有することができる。

図１８（Ｂ）は大型遊技機であるスロットマシンの一例を示している。スロットマシン９９００は、筐体９９０１に表示部９９０３が組み込まれている。また、スロットマシン９９００は、その他、スタートレバーやストップスイッチなどの操作手段、コイン投入口、スピーカなどを備えている。もちろん、スロットマシン９９００の構成は上述のものに限定されず、少なくとも半導体装置を備えた構成であればよく、その他付属設備が適宜設けられた構成とすることができる。

図１９（Ａ）は、携帯電話機の一例を示している。携帯電話機１０００は、筐体１００１に組み込まれた表示部１００２の他、操作ボタン１００３、外部接続ポート１００４、スピーカ１００５、マイク１００６などを備えている。

図１９（Ａ）に示す携帯電話機１０００は、表示部１００２を指などで触れることで、情報を入力することができる。また、電話を掛ける、或いはメールを打つなどの操作は、表示部１００２を指などで触れることにより行うことができる。

表示部１００２の画面は主として３つのモードがある。第１は、画像の表示を主とする表示モードであり、第２は、文字等の情報の入力を主とする入力モードである。第３は表示モードと入力モードの２つのモードが混合した表示＋入力モードである。

例えば、電話を掛ける、或いはメールを作成する場合は、表示部１００２を文字の入力を主とする文字入力モードとし、画面に表示させた文字の入力操作を行えばよい。この場合、表示部１００２の画面のほとんどにキーボードまたは番号ボタンを表示させることが好ましい。

また、携帯電話機１０００内部に、ジャイロ、加速度センサ等の傾きを検出するセンサを有する検出装置を設けることで、携帯電話機１０００の向き（縦か横か）を判断して、表示部１００２の画面表示を自動的に切り替えるようにすることができる。

また、画面モードの切り替えは、表示部１００２を触れること、又は筐体１００１の操作ボタン１００３の操作により行われる。また、表示部１００２に表示される画像の種類によって切り替えるようにすることもできる。例えば、表示部に表示する画像信号が動画のデータであれば表示モード、テキストデータであれば入力モードに切り替える。

また、入力モードにおいて、表示部１００２の光センサで検出される信号を検知し、表示部１００２のタッチ操作による入力が一定期間ない場合には、画面のモードを入力モードから表示モードに切り替えるように制御してもよい。

表示部１００２は、イメージセンサとして機能させることもできる。例えば、表示部１００２に掌や指を触れることで、掌紋、指紋等を撮像することで、本人認証を行うことができる。また、表示部に近赤外光を発光するバックライトまたは近赤外光を発光するセンシング用光源を用いれば、指静脈、掌静脈などを撮像することもできる。

図１９（Ｂ）も携帯電話機の一例である。図１９（Ｂ）の携帯電話機は、筐体９４１１に、表示部９４１２、及び操作ボタン９４１３を含む表示装置９４１０と、筐体９４０１に操作ボタン９４０２、外部入力端子９４０３、マイク９４０４、スピーカ９４０５、及び着信時に発光する発光部９４０６を含む通信装置９４００とを有しており、表示機能を有する表示装置９４１０は電話機能を有する通信装置９４００と矢印の２方向に脱着可能である。よって、表示装置９４１０と通信装置９４００の短軸同士を取り付けることも、表示装置９４１０と通信装置９４００の長軸同士を取り付けることもできる。また、表示機能のみを必要とする場合、通信装置９４００より表示装置９４１０を取り外し、表示装置９４１０を単独で用いることもできる。通信装置９４００と表示装置９４１０とは無線通信又は有線通信により画像又は入力情報を授受することができ、それぞれ充電可能なバッテリーを有する。

１００基板
１０２導電膜
１０４レジストマスク
１０６導電層
１０８絶縁層
１１０酸化物半導体膜
１１２レジストマスク
１１４酸化物半導体層
１１６導電膜
１１８レジストマスク
１２０レジストマスク
１２２導電層
１２４導電層
１２６絶縁層
１２８導電層
１５０トランジスタ
２００基板
２０２導電膜
２０４レジストマスク
２０６導電層
２０８絶縁層
２１０導電膜
２１２レジストマスク
２１４レジストマスク
２１６導電層
２１８導電層
２２０酸化物半導体膜
２２２レジストマスク
２２４酸化物半導体層
２２６絶縁層
２２８導電層
２５０トランジスタ
３００基板
３０２ゲート電極
３０４容量配線
３０６端子
３０８絶縁層
３１０ソース電極
３１２ドレイン電極
３１４接続電極
３１６端子
３１８酸化物半導体層
３２０絶縁層
３２２透明導電層
３２４透明導電層
３２６透明導電層
３５０トランジスタ
５００基板
５０１下地層
５０２導電膜
５０３酸化物半導体膜
５０６導電層
５０８酸化物半導体層
５１０絶縁層
５１２導電層
５１４絶縁層
５２８導電層
５５０トランジスタ
６０２基板
６５０薄膜トランジスタ
６６０電極層
６７０電極層
６８０球形粒子
６８０ａ黒色領域
６８０ｂ白色領域
６８２充填材
７０１トランジスタ
７０２発光素子
７０３陰極
７０４発光層
７０５陽極
７１１トランジスタ
７１２発光素子
７１３陰極
７１４発光層
７１５陽極
７１６遮蔽膜
７１７導電膜
７２１トランジスタ
７２２発光素子
７２３陰極
７２４発光層
７２５陽極
７２７導電膜
１０００携帯電話機
１００１筐体
１００２表示部
１００３操作ボタン
１００４外部接続ポート
１００５スピーカ
１００６マイク
２６００基板
２６０１対向基板
２６０２シール材
２６０３素子層
２６０４液晶層
２６０５着色層
２６０６偏光板
２６０７偏光板
２６０８配線回路部
２６０９フレキシブル配線基板
２６１０冷陰極管
２６１１反射板
２６１２回路基板
２６１３拡散板
２６３１ポスター
２６３２車内広告
２７００電子書籍
２７０１筐体
２７０３筐体
２７０５表示部
２７０７表示部
２７１１軸部
２７２１電源
２７２３操作キー
２７２５スピーカ
４００１基板
４００２画素部
４００３信号線駆動回路
４００４走査線駆動回路
４００５シール材
４００６基板
４００８液晶層
４０１０薄膜トランジスタ
４０１１薄膜トランジスタ
４０１３液晶素子
４０１５接続端子電極
４０１６端子電極
４０１８ＦＰＣ
４０１９異方性導電膜
４０２０絶縁層
４０２１絶縁層
４０３０画素電極層
４０３１対向電極層
４０３２絶縁層
４０３３絶縁層
４０３５スペーサ
４５０１基板
４５０２画素部
４５０３ａ信号線駆動回路
４５０３ｂ信号線駆動回路
４５０４ａ走査線駆動回路
４５０４ｂ走査線駆動回路
４５０５シール材
４５０６基板
４５０７充填材
４５０９薄膜トランジスタ
４５１０薄膜トランジスタ
４５１１発光素子
４５１２電界発光層
４５１３電極層
４５１５接続端子電極
４５１６端子電極
４５１７電極層
４５１８ａＦＰＣ
４５１８ｂＦＰＣ
４５１９異方性導電膜
４５２０隔壁
９４００通信装置
９４０１筐体
９４０２操作ボタン
９４０３外部入力端子
９４０４マイク
９４０５スピーカ
９４０６発光部
９４１０表示装置
９４１１筐体
９４１２表示部
９４１３操作ボタン
９６００テレビジョン装置
９６０１筐体
９６０３表示部
９６０５スタンド
９６０７表示部
９６０９操作キー
９６１０リモコン操作機
９７００デジタルフォトフレーム
９７０１筐体
９７０３表示部
９８８１筐体
９８８２表示部
９８８３表示部
９８８４スピーカ部
９８８５操作キー
９８８６記録媒体挿入部
９８８７接続端子
９８８８センサ
９８８９マイクロフォン
９８９０ＬＥＤランプ
９８９１筐体
９８９３連結部
９９００スロットマシン
９９０１筐体
９９０３表示部

Claims

絶縁体上に、ゲート電極として機能する第１の導電層を形成する工程と、
前記第１の導電層を覆う第１の絶縁層を形成する工程と、
前記第１の導電層と重畳するように、前記第１の絶縁層上に酸化物半導体層を形成する工程と、
前記酸化物半導体層と電気的に接続される、ソース電極およびドレイン電極を含む第２の導電層を形成する工程と、
前記酸化物半導体層および前記第２の導電層を覆う第２の絶縁層を形成する工程と、
前記酸化物半導体層に、酸素、ハロゲンから選ばれた一、またはそれらの内の２元素以上を含む陽イオンを添加する工程と、
前記第１の絶縁層または前記第２の絶縁層に、酸素、ハロゲンから選ばれた一、またはそれらの内の２元素以上を含む陽イオンを添加する工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の作製方法。
絶縁体上に酸化物半導体層を形成する工程と、
前記酸化物半導体層と電気的に接続される、ソース電極およびドレイン電極を含む第１の導電層を形成する工程と、
前記酸化物半導体層および前記第１の導電層を覆う絶縁層を形成する工程と、
前記絶縁層の上に、前記酸化物半導体層と重畳するように、ゲート電極として機能する第２の導電層を形成する工程と、
前記酸化物半導体層に、酸素、ハロゲンから選ばれた一、またはそれらの内の２元素以上を含む陽イオンを添加する工程と、
前記絶縁体または前記絶縁層に、酸素、ハロゲンから選ばれた一、またはそれらの内の２元素以上を含む陽イオンを添加する工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の作製方法。