JP6087111B2 - 半導体装置 - Google Patents

Description

半導体装置及び半導体装置の作製方法に関する。

なお、本明細書中において半導体装置とは、半導体特性を利用することで機能しうる装置全般を指し、電気光学装置、半導体回路および電子機器は全て半導体装置である。

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

例えば、インジウム（Ｉｎ）、ガリウム（Ｇａ）、及び亜鉛（Ｚｎ）を含むアモルファス酸化物（ＩＧＺＯ系アモルファス酸化物）からなる半導体層を用いたトランジスタが開示されている（特許文献１参照）。

特開２０１１−１８１８０１号公報

ところで、酸化物半導体を用いたトランジスタを有する半導体装置において、高信頼性の達成は、製品化にむけて重要事項である。

しかし、半導体装置は複雑な構造の複数の薄膜で構成されており、多種の材料、方法及び工程で作製される。よって、用いられる作製工程によっては、得られる半導体装置の形状不良や電気特性の低下が生じる恐れがある。

このような問題に鑑み、酸化物半導体を用いたトランジスタを有する信頼性の高い半導体装置を提供することを課題の一とする。

また、信頼性の高い半導体装置を歩留まりよく作製し、生産性の良い半導体装置を提供することを課題の一とする。

本発明の一態様は、チャネルが形成される酸化物半導体層の上に、ＩｎまたはＺｎの少なくとも一方を含む酸化物絶縁材料、または、該酸化物半導体層よりも絶縁性の高い酸化物半導体材料を用いた保護層を形成することを特徴とする半導体装置である。

また、ＩｎまたはＺｎの少なくとも一方を含む酸化物絶縁材料、または、該酸化物半導体層よりも絶縁性の高い酸化物半導体材料は、チャネルが形成される酸化物半導体層の下に形成してもよいし、該酸化物半導体層の上および下に形成してもよい。

本発明の一態様は、チャネルが形成される酸化物半導体層上に、Ｉｎ、元素Ｍ（元素Ｍは、３Ａ族元素、４Ａ族元素、または４Ｂ族元素）、およびＺｎを含む酸化物材料、または、Ｉｎ、元素Ｍ_１（元素Ｍ_１は、３Ｂ族元素）、元素Ｍ_２（元素Ｍ_２は、３Ａ族元素、４Ａ族元素、または４Ｂ族元素）、およびＺｎを含む酸化物材料を用いた保護層を形成することを特徴とする半導体装置である。

本発明の一態様は、ゲート電極と、ゲート絶縁層と、酸化物半導体層と、保護層と、を有し、酸化物半導体層は、ゲート絶縁層を介してゲート電極と重畳し、保護層は、酸化物半導体層を介してゲート絶縁層と重畳し、また、保護層は、Ｉｎ、元素Ｍ、およびＺｎを含む酸化物材料で形成されていることを特徴とする半導体装置である。

Ｉｎ、元素Ｍ、およびＺｎを含む酸化物材料としては、化学式ＩｎＭＺｎＯ_Ｘ（Ｘ＞０）で表記される材料を用いることができる。

元素Ｍとしては、例えば、４Ａ族元素であるチタン（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）、４Ｂ族元素であるゲルマニウム（Ｇｅ）、３Ａ族元素であるセリウム（Ｃｅ）、イットリウム（Ｙ）などを用いることができる。

また、元素Ｍの含有量は、Ｉｎの含有量の０．３倍以上１．３倍未満である。また、元素Ｍの含有量は、Ｚｎの含有量の０．３倍以上１．３倍未満である。元素Ｍに対して相対的にＩｎまたはＺｎの数を減らすと、絶縁性を高めることができる。

本発明の一態様は、ゲート電極と、ゲート絶縁層と、酸化物半導体層と、保護層と、を有し、酸化物半導体層は、ゲート絶縁層を介してゲート電極と重畳し、保護層は、酸化物半導体層を介してゲート絶縁層と重畳し、また、保護層は、Ｉｎ、元素Ｍ_１、元素Ｍ_２、およびＺｎを含む酸化物材料で形成されていることを特徴とする半導体装置である。

Ｉｎ、元素Ｍ_１、元素Ｍ_２、およびＺｎを含む酸化物材料としては、化学式ＩｎＭ_１ＸＭ_{２（１−Ｘ）}ＺｎＯ（０＜Ｘ＜１＋α、ただしαは０．３未満）で表記される材料を用いることができる。なお、元素Ｍ_２において（１−Ｘ）の値がマイナスとなることはない。

元素Ｍ_１としては、例えば、３Ｂ族元素であるガリウム（Ｇａ）を用いることができる。また、元素Ｍ_２としては、例えば、４Ａ族元素であるチタン（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）、４Ｂ族元素であるゲルマニウム（Ｇｅ）、３Ａ族元素であるセリウム（Ｃｅ）、イットリウム（Ｙ）などを用いることができる。

また、元素Ｍ_１に対して、元素Ｍ_２を１原子％以上５０原子％未満、好ましくは３原子％以上４０原子％以下とすることで、絶縁性を高めることができる。

ＩｎまたはＺｎの少なくとも一方を含む酸化物絶縁材料で形成された保護層を酸化物半導体層に接して形成することにより、保護層と酸化物半導体層の界面の状態を良好に保つことができ、トランジスタの特性を良好なものとすることができる。従って、安定した電気特性を有する信頼性の高い半導体装置を提供することができる。

酸化物半導体層の上層または下層に、酸化物半導体層よりも絶縁性の高い酸化物半導体を形成することで、絶縁層のチャージアップによるしきい値電圧の変動を抑え、静電気などによるトランジスタの特性劣化や破損を防ぐことができる。従って、半導体装置を歩留まりよく作製することができ、半導体装置の生産性を向上させることができる。

半導体装置の構成を説明する図。 半導体装置の作製方法を説明する図。 半導体装置の構成を説明する図。 半導体装置の作製方法を説明する図。 半導体装置の作製方法を説明する図。 多階調マスクを説明する図。 半導体装置の構成を説明する図。 半導体装置の構成を説明する図。 半導体装置の構成を説明する図。 半導体装置の構成を説明する図。 半導体装置の構成を説明する図。 半導体装置の構成と等価回路を説明する図。 電子機器を示す図。 電子機器を示す図と充放電制御回路のブロック図。

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。ただし、本明細書に開示する発明は以下の説明に限定されず、その形態および詳細を様々に変更し得ることは、当業者であれば容易に理解される。また、本明細書に開示する発明は以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。なお、第１、第２として付される序数詞は便宜上用いるものであり、工程順又は積層順を示すものではない。また、本明細書において発明を特定するための事項として固有の名称を示すものではない。

トランジスタは半導体素子の一種であり、電流や電圧の増幅や、導通または非導通を制御するスイッチング動作などを実現することができる。本明細書におけるトランジスタは、ＩＧＦＥＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）や薄膜トランジスタ（ＴＦＴ：Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）を含む。

また、トランジスタの「ソース」や「ドレイン」の機能は、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。

また、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。

（実施の形態１）
本実施の形態では、半導体装置及び半導体装置の作製方法の一形態として、チャネルが形成される半導体層に酸化物半導体を用いたトランジスタを例として、図１及び図２を用いて説明する。図１（Ａ）は、チャネルが形成される半導体層に酸化物半導体を用いたトランジスタ１１０の平面構成を示す上面図であり、図１（Ｂ）は、図１（Ａ）中でＡ１−Ａ２の鎖線で示した部位の断面構成を示す断面図である。また、図１（Ｃ）は、図１（Ｂ）における部位１９９の拡大図である。なお、図面をわかりやすくするため、図１（Ａ）では基板１０１、絶縁層１０２、ゲート絶縁層１０４、絶縁層１０８の記載を省略している。

図１に示すトランジスタ１１０は、チャネル保護型（チャネルストップ型ともいう）と呼ばれるボトムゲート構造のトランジスタの一つである、また、逆スタガ型と呼ばれるトランジスタの一つでもある。

図１において、基板１０１上に絶縁層１０２が形成され、絶縁層１０２上にゲート電極１０３が形成されている。また、ゲート電極１０３上にゲート絶縁層１０４が形成され、ゲート絶縁層１０４上に酸化物半導体層１０５が形成されている。また、酸化物半導体層１０５上に保護層１０６が形成され、保護層１０６及び酸化物半導体層１０５の一部と接して、ソース電極１０７ａ及びドレイン電極１０７ｂが形成されている。さらに、保護層１０６上に絶縁層１０８を形成してもよい。なお、保護層１０６は、後述するチャネル幅方向において、酸化物半導体層１０５の端部を越えて伸長している。

酸化物半導体層１０５に用いる酸化物半導体としては、少なくともインジウム（Ｉｎ）を含む。特にＩｎと亜鉛（Ｚｎ）を含むことが好ましい。また、該酸化物を用いたトランジスタの電気特性のばらつきを減らすためのスタビライザーとして、それらに加えてガリウム（Ｇａ）を有することが好ましい。また、スタビライザーとしてスズ（Ｓｎ）を有することが好ましい。また、スタビライザーとしてハフニウム（Ｈｆ）を有することが好ましい。また、スタビライザーとしてアルミニウム（Ａｌ）を有することが好ましい。また、スタビライザーとしてジルコニウム（Ｚｒ）を有することが好ましい。

また、他のスタビライザーとして、ランタノイドである、ランタン（Ｌａ）、セリウム（Ｃｅ）、プラセオジム（Ｐｒ）、ネオジム（Ｎｄ）、サマリウム（Ｓｍ）、ユウロピウム（Ｅｕ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、テルビウム（Ｔｂ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）、ホルミウム（Ｈｏ）、エルビウム（Ｅｒ）、ツリウム（Ｔｍ）、イッテルビウム（Ｙｂ）、ルテチウム（Ｌｕ）のいずれか一種あるいは複数種を有してもよい。

例えば、酸化物半導体として、酸化インジウム、酸化スズ、酸化亜鉛、二元系金属の酸化物であるＩｎ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｍｇ系酸化物、Ｉｎ−Ｇａ系酸化物、三元系金属の酸化物であるＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物（ＩＧＺＯとも表記する）、Ｉｎ−Ａｌ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｈｆ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｌａ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｃｅ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｐｒ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｎｄ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｓｍ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｅｕ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｇｄ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｔｂ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｄｙ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｈｏ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｅｒ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｔｍ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｙｂ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｌｕ−Ｚｎ系酸化物、四元系金属の酸化物であるＩｎ−Ｓｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｈｆ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ａｌ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｓｎ−Ａｌ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｈｆ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｈｆ−Ａｌ−Ｚｎ系酸化物を用いることができる。

なお、ここで、例えば、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物とは、ＩｎとＧａとＺｎを主成分として有する酸化物という意味であり、ＩｎとＧａとＺｎの比率は問わない。また、ＩｎとＧａとＺｎ以外の金属元素が入っていてもよい。

また、酸化物半導体として、元素Ｑを含む化学式ＩｎＱＯ_３（ＺｎＯ）_ｍ（ｍ＞０）で表記される材料を用いてもよい。なお、元素Ｑは、Ｚｎ、Ｇａ、Ａｌ、Ｆｅ、Ｍｎ及びＣｏ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。また、酸化物半導体として、Ｉｎ_２ＳｎＯ_５（ＺｎＯ）_ｎ（ｎ＞０）で表記される材料を用いてもよい。

例えば、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：１（＝１／３：１／３：１／３）、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝２：２：１（＝２／５：２／５：１／５）、あるいはＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝３：１：２（＝１／２：１／６：１／３）の原子数比のＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物やその組成の近傍の酸化物を用いることができる。あるいは、Ｉｎ：Ｓｎ：Ｚｎ＝１：１：１（＝１／３：１／３：１／３）、Ｉｎ：Ｓｎ：Ｚｎ＝２：１：３（＝１／３：１／６：１／２）あるいはＩｎ：Ｓｎ：Ｚｎ＝２：１：５（＝１／４：１／８：５／８）の原子数比のＩｎ−Ｓｎ−Ｚｎ系酸化物やその組成の近傍の酸化物を用いるとよい。

しかし、インジウムを含む酸化物半導体は、これらに限られず、必要とする半導体特性（移動度、しきい値、ばらつき等）に応じて適切な組成のものを用いればよい。また、必要とする半導体特性を得るために、キャリア濃度や不純物濃度、欠陥密度、金属元素と酸素の原子数比、原子間距離、密度等を適切なものとすることが好ましい。

例えば、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｚｎ系酸化物では比較的容易に高い移動度が得られる。しかしながら、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物でも、バルク内欠陥密度を低くすることにより移動度を上げることができる。

なお、例えば、Ｉｎ、Ｇａ、Ｚｎの原子数比がＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝ａ：ｂ：ｃ（ａ＋ｂ＋ｃ＝１）である酸化物の組成が、原子数比がＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝Ａ：Ｂ：Ｃ（Ａ＋Ｂ＋Ｃ＝１）の酸化物の組成の近傍であるとは、ａ、ｂ、ｃが、（ａ−Ａ）^２＋（ｂ−Ｂ）^２＋（ｃ−Ｃ）^２≦ｒ^２を満たすことをいう。ｒとしては、例えば、０．０５とすればよい。他の酸化物でも同様である。

酸化物半導体層１０５に用いる酸化物半導体は、単結晶、多結晶（ポリクリスタルともいう。）または非晶質などの状態をとる。

好ましくは、酸化物半導体層１０５に用いる酸化物半導体は、ＣＡＡＣ−ＯＳ（Ｃ Ａｘｉｓ Ａｌｉｇｎｅｄ Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）とする。

ＣＡＡＣ−ＯＳは、完全な単結晶ではなく、完全な非晶質でもない。ＣＡＡＣ−ＯＳは、非晶質相に結晶部を有する結晶−非晶質混相構造の酸化物半導体膜である。なお、当該結晶部は、一辺が１００ｎｍ未満の立方体内に収まる大きさであることが多い。また、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ：Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）による観察像では、ＣＡＡＣ−ＯＳに含まれる非晶質部と結晶部との境界は明確ではない。また、ＴＥＭによってＣＡＡＣ−ＯＳには粒界（グレインバウンダリーともいう。）は確認できない。そのため、ＣＡＡＣ−ＯＳは、粒界に起因する電子移動度の低下が抑制される。

ＣＡＡＣ−ＯＳに含まれる結晶部は、ｃ軸がＣＡＡＣ−ＯＳの被形成面または表面に垂直な方向に揃い、かつａｂ面に垂直な方向から見て三角形状または六角形状の原子配列を有し、ｃ軸に垂直な方向から見て金属原子が層状または金属原子と酸素原子とが層状に配列している。なお、異なる結晶部間で、それぞれａ軸およびｂ軸の向きが異なっていてもよい。本明細書において、単に垂直と記載する場合、８５°以上９５°以下の範囲も含まれることとする。

なお、ＣＡＡＣ−ＯＳにおいて、結晶部の分布が一様でなくてもよい。例えば、ＣＡＡＣ−ＯＳの形成過程において、酸化物半導体膜の表面側から結晶成長させる場合、被形成面の近傍に対し表面の近傍では結晶部の占める割合が高くなることがある。また、ＣＡＡＣ−ＯＳへ不純物を添加することにより、当該不純物添加領域において結晶部が非晶質化することもある。

ＣＡＡＣ−ＯＳに含まれる結晶部のｃ軸は、ＣＡＡＣ−ＯＳの被形成面または表面に垂直な方向に揃うため、ＣＡＡＣ−ＯＳの形状（被形成面の断面形状または表面の断面形状）によっては互いに異なる方向を向くことがある。なお、結晶部のｃ軸の方向は、ＣＡＡＣ−ＯＳが形成されたときの被形成面または表面に垂直な方向となる。結晶部は、成膜することにより、または成膜後に加熱処理などの結晶化処理を行うことにより形成される。

また、ＣＡＡＣ−ＯＳの被形成面は非晶質であることが好ましい。ＣＡＡＣ−ＯＳの被形成面が結晶質であると、結晶性が乱れやすくＣＡＡＣ−ＯＳが形成されにくい。本実施の形態に示すトランジスタ１１０は、ゲート絶縁層１０４上に酸化物半導体層１０５を形成する。よって、酸化物半導体層１０５にＣＡＡＣ−ＯＳを用いる場合、ゲート絶縁層１０４は非晶質であることが好ましい。

なお、ＣＡＡＣ−ＯＳの被形成面がＣＡＡＣ−ＯＳと同様の結晶質を有する場合はこの限りではない。ＣＡＡＣ−ＯＳと同様の結晶質を有する表面上に酸化物半導体層を形成すると、該化物半導体層はＣＡＡＣ−ＯＳになりやすい。

ＣＡＡＣ−ＯＳを用いたトランジスタは、可視光や紫外光の照射による電気特性の変動が小さい。よって、当該トランジスタは、信頼性が高い。

なお、酸化物半導体膜を構成する酸素の一部は窒素で置換されてもよい。

また、ＣＡＡＣ−ＯＳのように結晶部を有する酸化物半導体では、よりバルク内欠陥を低減することができ、表面の平坦性を高めればアモルファス状態の酸化物半導体以上の移動度を得ることができる。表面の平坦性を高めるためには、平坦な表面上に酸化物半導体を形成することが好ましく、具体的には、平均面粗さ（Ｒａ）が１ｎｍ以下、好ましくは０．３ｎｍ以下、より好ましくは０．１ｎｍ以下の表面上に形成するとよい。Ｒａは原子間力顕微鏡（ＡＦＭ：Ａｔｏｍｉｃ Ｆｏｒｃｅ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）にて評価可能である。

ただし、本実施の形態で説明するトランジスタ１１０は、ボトムゲート型であるため、酸化物半導体膜の下方には、ゲート電極１０３とゲート絶縁層１０４が存在している。従って、上記平坦な表面を得るために基板上にゲート電極１０３及びゲート絶縁層１０４を形成した後、少なくともゲート電極１０３と重畳するゲート絶縁層１０４の表面に対してＣＭＰ処理などの平坦化処理を行ってもよい。

酸化物半導体層１０５の膜厚は、１ｎｍ以上３０ｎｍ以下（好ましくは５ｎｍ以上１０ｎｍ以下）とし、スパッタリング法、ＭＢＥ（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｂｅａｍ Ｅｐｉｔａｘｙ）法、ＣＶＤ法、パルスレーザ堆積法、ＡＬＤ（Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法等を適宜用いることができる。また、酸化物半導体層１０５は、スパッタリングターゲット表面に対し、概略垂直に複数の基板表面がセットされた状態で成膜を行うスパッタ装置を用いて成膜してもよい。

保護層１０６は、ゲート電極１０３及び酸化物半導体層１０５と重畳する位置に形成され、チャネル保護層として機能する。トランジスタ１１０のチャネル領域は、酸化物半導体層１０５中の、ゲート電極１０３と保護層１０６が重畳する位置に形成される。このため、トランジスタ１１０のチャネル長Ｌは、キャリアが流れる方向と平行な方向の、保護層１０６の長さで定義される。また、トランジスタ１１０のチャネル幅Ｗは、キャリアが流れる方向と直交する方向の、酸化物半導体層１０５と保護層１０６とソース電極１０７ａが接する部位の長さと、酸化物半導体層１０５と保護層１０６とドレイン電極１０７ｂが接する部位の長さのうち、短い方の長さ、もしくは、両長さの平均値で定義される。

チャネル領域中の凹凸を軽減するため、少なくともチャネル長方向の断面構成において、ゲート電極１０３の端部が保護層１０６の端部より外側に位置するように構成することが好ましい。

保護層１０６の断面形状、具体的には端部の断面形状（テーパー角や膜厚など）を工夫することにより、ソース電極１０７ａ又はドレイン電極１０７ｂと重畳する保護層１０６の端部近傍に生じる恐れのある電界集中を緩和し、トランジスタ１１０の電気特性の劣化を抑えることができる。

具体的には、保護層１０６の断面形状が台形または三角形状となるように、保護層１０６の端部をテーパー形状とする。ここで、保護層１０６端部のテーパー角θを、６０°以下、好ましくは４５°以下、さらに好ましくは３０°以下とする。このような角度範囲とすることで、高いゲート電圧がゲート電極１０３に印加される場合、ソース電極１０７ａ又はドレイン電極１０７ｂの端部近傍に生じる恐れのある電界集中を緩和することができる。なお、テーパー角θとは、テーパー形状を有する層を、その断面（基板の表面と直交する面）に垂直な方向から観察した際に、当該層の側面と底面がなす傾斜角を示す（図１（Ｃ）参照）。また、テーパー角が９０°未満である場合を順テーパーといい、テーパー角が９０°以上である場合を逆テーパーという。各層の端部を順テーパー形状とすることで、その上に形成する層が途切れてしまう現象（段切れ）を防ぎ、被覆性を向上させることができる。

また、保護層１０６の膜厚は、０．３μｍ以下、好ましくは５ｎｍ以上０．１μｍ以下とする。このような膜厚範囲とすることで、電界強度のピークを小さくできる、或いは電界集中が分散されて電界の集中する箇所が複数となり、結果的にソース電極１０７ａ又はドレイン電極１０７ｂの端部近傍に生じる恐れのある電界集中を緩和することができる。

続いて、トランジスタ１１０の作製方法の一例を、図２を用いて説明する。

まず、基板１０１上に絶縁層１０２を形成する。基板１０１に使用することができる基板に大きな制限はないが、少なくとも、後の熱処理に耐えうる程度の耐熱性を有していることが必要となる。例えば、ガラス基板、セラミック基板、シリコンや炭化シリコンなどの単結晶半導体基板、多結晶半導体基板、シリコンゲルマニウムなどの化合物半導体基板、ＳＯＩ基板の他、本作製工程の処理温度に耐えうる程度の耐熱性を有するプラスチック基板等を用いることができる。また、これらの基板上に半導体素子が設けられたものを、基板１０１として用いてもよい。

ガラス基板としては、例えば、バリウムホウケイ酸ガラス、アルミノホウケイ酸ガラス若しくはアルミノケイ酸ガラス等の無アルカリガラス基板を用いるとよい。他に、石英基板、サファイア基板などを用いることができる。また、基板１０１として、可撓性基板（フレキシブル基板）を用いてもよい。可撓性基板を用いる場合、可撓性基板上に、トランジスタ１１０を直接作製してもよいし、他の作製基板上にトランジスタ１１０を作製し、その後可撓性基板に剥離、転置してもよい。なお、作製基板から可撓性基板に剥離、転置するために、作製基板とトランジスタとの間に、剥離層を設けるとよい。本実施の形態では、基板１０１として、アルミノホウケイ酸ガラスを用いる。

絶縁層１０２は下地層として機能し、基板１０１からの不純物元素の拡散を防止または低減することができる。絶縁層１０２は、窒化アルミニウム、酸化アルミニウム、窒化酸化アルミニウム、酸化窒化アルミニウム、窒化シリコン、酸化シリコン、窒化酸化シリコンまたは酸化窒化シリコンから選ばれた材料を、単層でまたは積層して形成する。なお、本明細書中において、窒化酸化とは、その組成として、酸素よりも窒素の含有量が多いものであって、酸化窒化とは、その組成として、窒素よりも酸素の含有量が多いものを示す。なお、各元素の含有量は、例えば、ラザフォード後方散乱法（ＲＢＳ：Ｒｕｔｈｅｒｆｏｒｄ Ｂａｃｋｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）等を用いて測定することができる。絶縁層１０２は、スパッタリング法、ＣＶＤ法、塗布法、印刷法等を用いて形成することができる。

また、下地層に、塩素、フッ素などのハロゲン元素を含ませることで、基板１０１からの不純物元素の拡散を防止または低減する機能をさらに高めることができる。下地層に含ませるハロゲン元素の濃度は、二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ：Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ Ｉｏｎ Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）を用いた分析により得られる濃度ピークにおいて、１×１０^１５／ｃｍ^３以上１×１０^２０／ｃｍ^３以下とすればよい。

本実施の形態では、基板１０１上に絶縁層１０２としてプラズマＣＶＤ法を用いて膜厚２００ｎｍの酸化窒化シリコンを形成する。また、絶縁層１０２形成時の温度は、基板１０１が耐えうる温度以下で、より高いほうが好ましい。例えば、基板１０１を３５０℃以上４５０℃以下の温度に加熱しながら絶縁層１０２を形成する。なお、絶縁層１０２形成時の温度は一定であることが好ましい。例えば、絶縁層１０２の形成を、基板を３５０℃に加熱して行う。

また、絶縁層１０２の形成後、減圧下、窒素雰囲気下、希ガス雰囲気下、または超乾燥エア窒素雰囲気下において、加熱処理を行ってもよい。加熱処理により絶縁層１０２に含まれる水素、水分、水素化物、または水酸化物などの濃度を低減することができる。加熱処理温度は、基板１０１が耐えうる温度以下で、より高い温度で行うことが好ましい。具体的には、絶縁層１０２の成膜温度以上、基板１０１の歪点以下で行うことが好ましい。

なお、絶縁層１０２中の水素濃度は、５×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３未満、好ましくは１×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下、より好ましくは５×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下、更に好ましくは１×１０^１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下とすることが望ましい。

また、絶縁層１０２の形成後、絶縁層１０２に酸素（少なくとも、酸素ラジカル、酸素原子、酸素イオン、のいずれかを含む）を導入して絶縁層１０２を酸素過剰な状態としてもよい。酸素の導入は、イオン注入法、イオンドーピング法、プラズマイマージョンイオンインプランテーション法、酸素雰囲気下で行うプラズマ処理などを用いることができる。

また、酸素の導入により、絶縁層１０２を構成する元素と水素の間の結合、或いは該元素と水酸基の間の結合を切断するとともに、これらの水素または水酸基が酸素と反応することで水を生成するため、酸素の導入後に加熱処理を行うと、不純物である水素または水酸基が、水として脱離しやすくなる。このため、絶縁層１０２へ酸素を導入した後に加熱処理を行ってもよい。その後、さらに絶縁層１０２に酸素を導入し、絶縁層１０２を酸素過剰な状態としてもよい。

次に、スパッタリング法、真空蒸着法、またはメッキ法を用いて後にゲート電極１０３となる導電層を形成する。ゲート電極１０３となる導電層は、アルミニウム（Ａｌ）、クロム（Ｃｒ）、銅（Ｃｕ）、タンタル（Ｔａ）、チタン（Ｔｉ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、ネオジム（Ｎｄ）、スカンジウム（Ｓｃ）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、上述した金属元素を組み合わせた合金、上述した金属元素の窒化物などを用いて形成することができる。また、マンガン（Ｍｎ）、マグネシウム（Ｍｇ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ベリリウム（Ｂｅ）のいずれか一または複数から選択された金属元素を含む材料用いてもよい。また、リン等の不純物元素を含有させた多結晶シリコンに代表される半導体、ニッケルシリサイドなどのシリサイドを用いてもよい。

また、ゲート電極１０３となる導電層は、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を用いた単層構造、アルミニウム上にチタンを積層する二層構造、窒化チタン上にチタンを積層する二層構造、窒化チタン上にタングステンを積層する二層構造、窒化タンタル上にタングステンを積層する二層構造、Ｃｕ−Ｍｇ−Ａｌ合金上にＣｕを積層する二層構造、窒化チタン上に銅を積層し、さらにその上にタングステンを形成する三層構造などがある。

また、ゲート電極１０３となる導電層は、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、上記金属元素を含む材料の積層構造とすることもできる。

また、ゲート電極１０３となる導電層として、窒素を含む金属酸化物、具体的には、窒素を含むＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物や、窒素を含むＩｎ−Ｓｎ系酸化物や、窒素を含むＩｎ−Ｇａ系酸化物や、窒素を含むＩｎ−Ｚｎ系酸化物や、窒素を含むＳｎ系酸化物や、窒素を含むＩｎ系酸化物や、金属窒化膜（ＩｎＮ、ＳｎＮなど）を用いることができる。

これらの材料は５ｅＶ（電子ボルト）以上の仕事関数を有し、ゲート電極として用いた場合、トランジスタの電気特性のしきい値電圧をプラスにすることができ、所謂ノーマリーオフのｎ型トランジスタを実現できる。

本実施の形態では、ゲート電極１０３となる導電層として、スパッタリング法により厚さ１００ｎｍのタングステンを形成する。

次に、ゲート電極１０３となる導電層の一部を選択的にエッチングして、ゲート電極１０３（これと同じ層で形成される配線を含む）を形成する（図２（Ａ）参照）。導電層の一部を選択的にエッチングする場合は、導電層上にレジストマスクを形成し、ドライエッチング法またはウェットエッチング法により、導電層の不要部分を除去すればよい。また、導電層のエッチングを、ドライエッチング法とウェットエッチング法の両方を組み合わせて行ってもよい。導電層上に形成するレジストマスクはフォトリソグラフィ法、印刷法、インクジェット法等を適宜用いることができる。レジストマスクをインクジェット法で形成するとフォトマスクを使用しないため、製造コストを低減できる。

導電層のエッチングをドライエッチング法で行う場合は、エッチングガスとしてハロゲン元素を含むガスを用いることができる。ハロゲン元素を含むガスの一例としては、塩素（Ｃｌ_２）、三塩化硼素（ＢＣｌ_３）、四塩化珪素（ＳｉＣｌ_４）もしくは四塩化炭素（ＣＣｌ_４）などを代表とする塩素系ガス、四フッ化炭素（ＣＦ_４）、六フッ化硫黄（ＳＦ_６）、三フッ化窒素（ＮＦ_３）もしくはトリフルオロメタン（ＣＨＦ_３）などを代表とするフッ素系ガス、臭化水素（ＨＢｒ）または酸素を適宜用いることができる。また用いるエッチング用ガスに不活性気体を添加してもよい。また、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、基板側の電極温度等）を適宜調節する。

なお、フォトリソグラフィ法を用いて導電層や絶縁層上に任意形状のレジストマスクを形成する工程をフォトリソグラフィ工程と言うが、一般にレジストマスク形成後には、エッチング工程とレジストマスクの剥離工程が行われることが多い。このため、特段の説明が無い限り、本明細書で言うフォトリソグラフィ工程には、レジストマスクの形成工程と、導電層または絶縁層のエッチング工程と、レジストマスクの剥離工程が含まれているものとする。

次いで、ゲート電極１０３上にゲート絶縁層１０４を形成する。

なお、ゲート絶縁層１０４の被覆性を向上させるために、ゲート電極１０３表面に平坦化処理を行ってもよい。特にゲート絶縁層１０４として膜厚の薄い絶縁層を用いる場合、ゲート電極１０３表面の平坦性が良好であることが好ましい。

ゲート絶縁層１０４は、スパッタリング法、ＭＢＥ法、ＣＶＤ法、パルスレーザ堆積法、ＡＬＤ法等を適宜用いて形成することができる。また、μ波（例えば周波数２．４５ＧＨｚ）を用いた高密度プラズマＣＶＤ法などを適用することができる。また、ゲート絶縁層１０４は、スパッタリングターゲット表面に対し、概略垂直に複数の基板表面がセットされた状態で成膜を行うスパッタ装置を用いて成膜してもよい。

ゲート絶縁層１０４の材料としては、窒化アルミニウム、酸化アルミニウム、窒化酸化アルミニウム、酸化窒化アルミニウム、酸化ガリウム、窒化シリコン、酸化シリコン、窒化酸化シリコンまたは酸化窒化シリコンから選ばれた材料を、単層でまたは積層して形成することができる。

また、酸化物半導体層１０５のチャネルが形成される領域とゲート電極１０３間で形成される容量値は大きいほうが好ましいが、容量値を増やすためにゲート絶縁層１０４を薄くすると、ゲート電極１０３と酸化物半導体層１０５間に生じる漏れ電流（リーク電流）が増加しやすくなる。

ゲート絶縁層１０４として、ハフニウムシリケート（ＨｆＳｉ_ｘＯ_ｙ）、窒素が添加されたハフニウムシリケート（ＨｆＳｉ_ｘＯ_ｙＮ_ｚ）、窒素が添加されたハフニウムアルミネート（ＨｆＡｌ_ｘＯ_ｙＮ_ｚ）、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、ゲート絶縁層１０４を厚くしても、ゲート電極１０３と酸化物半導体層１０５間の容量値を十分確保することが可能となる。

例えば、ゲート絶縁層１０４に酸化シリコンを用いた場合と同等の容量値を、ゲート絶縁層１０４を厚くしても実現できるため、ゲート電極１０３と酸化物半導体層１０５間に生じる漏れ電流（リーク電流）を低減できる。また、ゲート電極１０３と同じ層を用いて形成された配線と、該配線と重畳する他の配線との間に生じる漏れ電流（リーク電流）を低減できる。なお、ｈｉｇｈ−ｋ材料と、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、酸化窒化アルミニウム、及び酸化ガリウムのいずれか一以上との積層構造としてもよい。ゲート絶縁層１０４の厚さは、１０ｎｍ以上３００ｎｍ以下、より好ましくは５０ｎｍ以上２００ｎｍ以下とするとよい。例えば、ゲート絶縁層１０４を、厚さ１０ｎｍ以上５０ｎｍ以下の窒化シリコンと、厚さ１００ｎｍ以上３００ｎｍ以下の酸化窒化シリコンの積層構造としてもよい。

また、ゲート絶縁層１０４形成時の温度は、基板１０１及びゲート電極１０３が耐えうる温度以下で、より高いほうが好ましい。例えば、ゲート絶縁層１０４として基板１０１を３５０℃以上４５０℃以下に加熱しながら、高密度プラズマＣＶＤ法により厚さ２００ｎｍの酸化窒化シリコンを形成する。なお、ゲート絶縁層１０４形成時の温度は一定であることが好ましい。例えば、ゲート絶縁層１０４の形成を、基板を３５０℃に加熱して行う。

また、ゲート絶縁層１０４の形成後、減圧下、窒素雰囲気下、希ガス雰囲気下、または超乾燥エア窒素雰囲気下において、加熱処理を行ってもよい。加熱処理によりゲート絶縁層１０４に含まれる水素、水分、水素化物、または水酸化物などの濃度を低減することができる。加熱処理温度は、基板１０１が耐えうる温度以下で、より高い温度で行うことが好ましい。具体的には、ゲート絶縁層１０４の成膜温度以上、基板１０１の歪点以下で行うことが好ましい。

なお、ゲート絶縁層１０４中の水素濃度は、５×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３未満、好ましくは１×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下、より好ましくは５×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下、更に好ましくは１×１０^１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下とすることが望ましい。

また、ゲート絶縁層１０４は、酸化物半導体層１０５と接する部分において酸素を含むことが好ましい。特に、ゲート絶縁層１０４は、層中（バルク中）に少なくとも化学量論比を超える量の酸素が存在することが好ましく、例えば、ゲート絶縁層１０４として、酸化シリコンを用いる場合には、ＳｉＯ_２＋α（ただし、α＞０）とする。

また、ゲート絶縁層１０４の形成後、ゲート絶縁層１０４に酸素（少なくとも、酸素ラジカル、酸素原子、酸素イオン、のいずれかを含む）を導入してゲート絶縁層１０４を酸素過剰な状態としてもよい。酸素の導入は、イオン注入法、イオンドーピング法、プラズマイマージョンイオンインプランテーション法、酸素雰囲気下で行うプラズマ処理などを用いることができる。

また、酸素の導入により、ゲート絶縁層１０４を構成する元素と水素の間の結合、或いは該元素と水酸基の間の結合を切断するとともに、これらの水素または水酸基が酸素と反応することで水を生成するため、酸素の導入後に加熱処理を行うと、不純物である水素または水酸基が、水として脱離しやすくなる。このため、ゲート絶縁層１０４へ酸素を導入した後に加熱処理を行ってもよい。その後、さらにゲート絶縁層１０４に酸素を導入し、ゲート絶縁層１０４を酸素過剰な状態としてもよい。

酸素の供給源となる酸素を多く（過剰に）含むゲート絶縁層１０４を酸化物半導体層１０５と接して設けることによって、該ゲート絶縁層１０４から酸化物半導体層１０５へ酸素を供給することができる。酸化物半導体層１０５及びゲート絶縁層１０４を少なくとも一部が接した状態で加熱処理を行うことによって酸化物半導体層１０５への酸素の供給を行ってもよい。

酸化物半導体層１０５へ酸素を供給することにより、酸化物半導体層１０５中の酸素欠損を補填することができる。さらに、ゲート絶縁層１０４は、作製するトランジスタのサイズやゲート絶縁層１０４の段差被覆性を考慮して形成することが好ましい。

次に、ゲート絶縁層１０４上に、後に酸化物半導体層１０５となる酸化物半導体層をスパッタリング法により形成する。

また、酸化物半導体層の形成に先立ち、ゲート絶縁層１０４の酸化物半導体層１０５が接して形成される領域に、平坦化処理を行ってもよい。平坦化処理としては、特に限定されないが、研磨処理（例えば、化学的機械研磨法（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ：ＣＭＰ））、ドライエッチング処理、プラズマ処理を用いることができる。

プラズマ処理としては、例えば、アルゴンガスを導入してプラズマを発生させる逆スパッタリングを行うことができる。逆スパッタリングとは、アルゴン雰囲気下で基板側にＲＦ電源を用いて電圧を印加して基板近傍にプラズマを形成して表面を改質する方法である。なお、アルゴン雰囲気に代えて窒素、ヘリウム、酸素などを用いてもよい。逆スパッタリングを行うと、ゲート絶縁層１０４の表面に付着している粉状物質（パーティクル、ごみともいう）を除去することができる。

また、平坦化処理としての、研磨処理、ドライエッチング処理、プラズマ処理は複数回行ってもよく、それらを組み合わせて行ってもよい。また、組み合わせて行う場合、工程順も特に限定されず、ゲート絶縁層１０４表面の凹凸状態に合わせて適宜設定すればよい。

なお、酸化物半導体層を形成するためのスパッタガスは、希ガス（代表的にはアルゴン）雰囲気、酸素雰囲気、希ガス及び酸素の混合ガスを適宜用いる。また、スパッタガスには、水素、水、水酸基または水素化物などの不純物が除去された高純度ガスを用いることが好ましい。

なお、後に酸化物半導体層１０５となる酸化物半導体層は、成膜時に酸素が多く含まれるような条件（例えば、酸素１００％の雰囲気下でスパッタリング法により成膜を行うなど）で成膜して、酸素を多く含む（好ましくは酸化物半導体が結晶状態における化学量論的組成に対し、酸素の含有量が過剰な領域が含まれている）膜とすることが好ましい。

酸化物半導体をスパッタリング法で作製するためのターゲットは、例えば、Ｉｎ、Ｇａ、及びＺｎを含む金属酸化物を、Ｉｎ_２Ｏ_３：Ｇａ_２Ｏ_３：ＺｎＯ＝１：１：１［ｍｏｌ数比］の組成で有するターゲットを用いることができる。また、Ｉｎ_２Ｏ_３：Ｇａ_２Ｏ_３：ＺｎＯ＝１：１：２［ｍｏｌ数比］の組成を有するターゲット、またはＩｎ_２Ｏ_３：Ｇａ_２Ｏ_３：ＺｎＯ＝１：１：４［ｍｏｌ数比］の組成を有するターゲット、Ｉｎ_２Ｏ_３：Ｇａ_２Ｏ_３：ＺｎＯ＝２：１：８［ｍｏｌ数比］の組成を有するターゲットを用いることもできる。

また、金属酸化物ターゲットの相対密度は９０％以上１００％以下、好ましくは９５％以上９９．９％以下である。相対密度の高い金属酸化物ターゲットを用いることにより、成膜した酸化物半導体を緻密な膜とすることができる。

酸化物半導体の成膜は、減圧状態に保持された成膜室内に基板を保持し、基板温度を１００℃以上６００℃以下好ましくは３００℃以上５００℃以下として行う。

基板を加熱しながら成膜することにより、成膜した酸化物半導体に含まれる水素、水分、水素化物、または水酸化物などの不純物濃度を低減することができる。また、スパッタリングによる損傷が軽減される。そして、成膜室内の残留水分を除去しつつ水素及び水分が除去されたスパッタガスを導入し、上記ターゲットを用いて酸化物半導体を形成する。

また、酸化物半導体中のＮａやＬｉなどのアルカリ金属の濃度は、１×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下、好ましくは２×１０^１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下とするとよい。

成膜条件の一例としては、基板とターゲットの間との距離を１００ｍｍ、圧力０．６Ｐａ、直流（ＤＣ）電源電力０．５ｋＷ、酸素（酸素流量比率１００％）雰囲気下の条件が適用される。なお、パルス直流電源を用いると、成膜時に発生する粉状物質（パーティクル、ごみともいう）が軽減でき、膜厚分布も均一となるために好ましい。

なお、上記スパッタリング装置を用いても、酸化物半導体は少なからず窒素を含んで形成される場合がある。例えば、ＳＩＭＳで測定される酸化物半導体中の窒素濃度が、５×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３未満で含まれる場合がある。

ここで、酸化物半導体を形成するスパッタリング装置について、以下に詳細を説明する。

酸化物半導体を形成する処理室は、リークレートを１×１０^−１０Ｐａ・ｍ^３／秒以下とすることが好ましく、それによりスパッタリング法により成膜する際、膜中への不純物の混入を低減することができる。

リークレートを低くするには、外部リークのみならず内部リークを低減する必要がある。外部リークとは、微小な穴やシール不良などによって真空系の外から気体が流入することである。内部リークとは、真空系内のバルブなどの仕切りからの漏れや内部の部材からの放出ガスに起因する。リークレートを１×１０^−１０Ｐａ・ｍ^３／秒以下とするためには、外部リーク及び内部リークの両面から対策をとる必要がある。

外部リークを減らすには、成膜室の開閉部分はメタルガスケットでシールするとよい。メタルガスケットは、フッ化鉄、酸化アルミニウム、または酸化クロムによって被覆された金属材料を用いると好ましい。メタルガスケットはＯリングと比べ密着性が高く、外部リークを低減できる。また、フッ化鉄、酸化アルミニウム、酸化クロムなどの不動態によって被覆された金属材料を用いることで、メタルガスケットから生じる水素を含む放出ガスが抑制され、内部リークも低減することができる。

処理室の内壁を構成する部材として、水素を含む放出ガスの少ないアルミニウム、クロム、チタン、ジルコニウム、ニッケルまたはバナジウムを用いる。また、前述の材料を鉄、クロム及びニッケルなどを含む合金材料に被覆して用いてもよい。鉄、クロム及びニッケルなどを含む合金材料は、剛性があり、熱に強く、また加工に適している。ここで、表面積を小さくするために部材の表面凹凸を研磨などによって低減しておくと、放出ガスを低減できる。あるいは、前述の成膜装置の部材をフッ化鉄、酸化アルミニウム、酸化クロムなどの不動態で被覆してもよい。

さらに、スパッタガスを処理室に導入する直前に、スパッタガスの精製機を設けることが好ましい。このとき、精製機から成膜室までの配管の長さを５ｍ以下、好ましくは１ｍ以下とする。配管の長さを５ｍ以下または１ｍ以下とすることで、配管からの放出ガスの影響を長さに応じて低減できる。

処理室の排気は、ドライポンプなどの粗引きポンプと、スパッタイオンポンプ、ターボ分子ポンプ及びクライオポンプなどの高真空ポンプとを適宜組み合わせて行うとよい。また、成膜室内の残留水分を除去するためには、吸着型の真空ポンプ、例えば、クライオポンプ、イオンポンプ、チタンサブリメーションポンプを用いることが好ましい。ターボ分子ポンプは大きいサイズの分子の排気が優れる一方、水素や水の排気能力が低い。さらに、水の排気能力の高いクライオポンプまたは水素の排気能力の高いスパッタイオンポンプを組み合わせることが有効となる。また、ターボ分子ポンプにコールドトラップを加えたものであってもよい。クライオポンプ等の吸着型の真空ポンプを用いて排気した成膜室は、例えば、水素原子、水（Ｈ_２Ｏ）など水素原子を含む化合物（より好ましくは炭素原子を含む化合物も）等が排気されるため、当該成膜室で成膜した酸化物半導体に含まれる不純物の濃度を低減できる。

処理室の内側に存在する吸着物は、内壁に吸着しているために成膜室の圧力に影響しないが、成膜室を排気した際のガス放出の原因となる。そのため、リークレートと排気速度に相関はないが、排気能力の高いポンプを用いて、成膜室に存在する吸着物をできる限り脱離し、予め排気しておくことが重要である。なお、吸着物の脱離を促すために、成膜室をベーキングしてもよい。ベーキングすることで吸着物の脱離速度を１０倍程度大きくすることができる。ベーキングは１００℃以上４５０℃以下で行えばよい。このとき、不活性ガスを添加しながら吸着物の除去を行うと、排気するだけでは脱離しにくい水などの脱離速度をさらに大きくすることができる。

スパッタリング法において、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。なお、パルス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、ごみともいう）が軽減でき、膜厚分布も均一となるために好ましい。

本実施の形態では、後に酸化物半導体層１０５となる酸化物半導体層として、ＡＣ電源装置を有するスパッタリング装置を用いたスパッタリング法により、膜厚３５ｎｍのＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物（ＩＧＺＯ）を形成する。また、ターゲットとして、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：１（＝１／３：１／３：１／３）の原子比のＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物ターゲットを用いる。なお、成膜条件は、酸素及びアルゴン雰囲気下（酸素流量比率５０％）、圧力０．６Ｐａ、電源電力５ｋＷ、基板温度１７０℃とする。この成膜条件での成膜速度は、１６ｎｍ／ｍｉｎである。

また、酸化物半導体層中のナトリウム（Ｎａ）、リチウム（Ｌｉ）、カリウム（Ｋ）などのアルカリ金属の濃度は、Ｎａは５×１０^１６ｃｍ^−３以下、好ましくは１×１０^１６ｃｍ^−３以下、さらに好ましくは１×１０^１５ｃｍ^−３以下、Ｌｉは５×１０^１５ｃｍ^−３以下、好ましくは１×１０^１５ｃｍ^−３以下、Ｋは５×１０^１５ｃｍ^−３以下、好ましくは１×１０^１５ｃｍ^−３以下とすることが好ましい。

酸化物半導体は不純物に対して鈍感であり、酸化物半導体中にはかなりの金属不純物が含まれていても問題がなく、ナトリウムのようなアルカリ金属が多量に含まれる廉価なソーダ石灰ガラスも使えると指摘されている（神谷、野村、細野、「アモルファス酸化物半導体の物性とデバイス開発の現状」、固体物理、２００９年９月号、Ｖｏｌ．４４、ｐ．６２１−６３３）しかし、このような指摘は適切でない。アルカリ金属は酸化物半導体を構成する元素ではないため、不純物である。アルカリ土類金属も、酸化物半導体を構成する元素ではない場合において、不純物となる。特に、アルカリ金属のうちＮａは、酸化物半導体層に接する絶縁層が酸化物である場合、当該絶縁層中に拡散してＮａ^＋となる。また、Ｎａは、酸化物半導体層内において、酸化物半導体を構成する金属と酸素の結合を分断する、或いは、その結合中に割り込む。その結果、例えば、閾値電圧がマイナス方向にシフトすることによるノーマリオン化、移動度の低下等の、トランジスタの特性の劣化が起こり、加えて、特性のばらつきも生じる。この不純物によりもたらされるトランジスタの特性の劣化と、特性のばらつきは、酸化物半導体層中の水素の濃度が十分に低い場合において顕著に現れる。したがって、酸化物半導体中の水素の濃度が５×１０^１９ｃｍ^−３以下、特に５×１０^１８ｃｍ^−３以下である場合には、酸化物半導体中のアルカリ金属の濃度を上記の値にすることが強く求められる。

また、酸化物半導体層１０５となる酸化物半導体層形成前に、減圧下、窒素雰囲気下、希ガス雰囲気下、または超乾燥エア窒素雰囲気下において、加熱処理を行ってもよい。例えば、窒素雰囲気下で３５０℃以上４５０℃以下の温度で加熱処理を行ってもよい。例えば、３５０℃で、１時間の加熱処理を行う。該加熱処理により、ゲート絶縁層１０４表面に付着した水素、水分、ハイドロカーボンなどの不純物を軽減することができる。なお、該加熱処理後に基板１０１を大気に曝すことなく、連続して酸化物半導体層を形成することが好ましい。

また、ゲート絶縁層１０４の形成から酸化物半導体層の形成までの工程は、途中で大気に曝すことなく連続して行うことが好ましい。ゲート絶縁層１０４と酸化物半導体層を途中で大気に曝すことなく連続して形成すると、ゲート絶縁層１０４表面に水素、水分、ハイドロカーボンなどの不純物が吸着することを防ぐことができる。すなわち、ゲート絶縁層１０４と酸化物半導体層の界面を清浄な状態とすることができるため、半導体装置の信頼性を向上することが可能となる。

次に、フォトリソグラフィ工程を用いて、酸化物半導体層を島状の酸化物半導体層１０５に加工する（図２（Ｂ）参照）。また、酸化物半導体層１０５を形成するためのレジストマスクをインクジェット法で形成してもよい。レジストマスクをインクジェット法で形成するとフォトマスクを使用しないため、製造コストを低減できる。

なお、酸化物半導体層のエッチングは、ドライエッチング法でもウェットエッチング法でもよく、両方を用いてもよい。ウェットエッチング法により、酸化物半導体層のエッチングを行う場合は、エッチング液として、燐酸と酢酸と硝酸を混ぜた溶液や、シュウ酸を含む溶液などを用いることができる。また、ＩＴＯ−０７Ｎ（関東化学社製）を用いてもよい。また、ドライエッチング法で酸化物半導体層のエッチングを行う場合は、例えば、反応性イオンエッチング法（Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ法）や、ＥＣＲ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）またはＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ）などの高密度プラズマ源を用いたドライエッチング法を用いることができる。また、広い面積に渡って一様な放電が得られやすいドライエッチング法として、ＥＣＣＰ（Ｅｎｈａｎｃｅｄ Ｃａｐａｃｉｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ）モードを用いたドライエッチング法がある。このドライエッチング法であれば、例えば基板として、第１０世代の３ｍを超えるサイズの基板を用いる場合にも対応することができる。

また、酸化物半導体層１０５に、過剰な水素（水や水酸基を含む）を除去（脱水化または脱水素化）するための加熱処理を行ってもよい。加熱処理の温度は、３００℃以上７００℃以下、または基板の歪点未満とする。加熱処理は減圧下又は窒素雰囲気下、希ガス雰囲気下などで行うことができる。

本実施の形態では、加熱処理装置の一つである電気炉に基板を導入し、酸化物半導体層１０５に対して窒素雰囲気下において３５０℃以上４５０℃以下の温度で１時間の加熱処理を行い、さらに窒素及び酸素雰囲気下において３５０℃以上４５０℃以下の温度で１時間の加熱処理を行う。例えば、３５０℃で、１時間の加熱処理を行う。

なお、加熱処理装置は電気炉に限られず、抵抗発熱体などの発熱体からの熱伝導または熱輻射によって、被処理物を加熱する装置を用いてもよい。例えば、ＧＲＴＡ（Ｇａｓ Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ａｎｎｅａｌ）装置、ＬＲＴＡ（Ｌａｍｐ Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ａｎｎｅａｌ）装置等のＲＴＡ（Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ａｎｎｅａｌ）装置を用いることができる。ＬＲＴＡ装置は、ハロゲンランプ、メタルハライドランプ、キセノンアークランプ、カーボンアークランプ、高圧ナトリウムランプ、高圧水銀ランプなどのランプから発する光（電磁波）の輻射により、被処理物を加熱する装置である。ＧＲＴＡ装置は、高温のガスを用いて加熱処理を行う装置である。高温のガスには、アルゴンなどの希ガス、または窒素のような、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、加熱処理として、６５０℃〜７００℃の高温に加熱した不活性ガス中に基板を入れ、数分間加熱した後、基板を不活性ガス中から出すＧＲＴＡを行ってもよい。

なお、加熱処理においては、窒素、またはヘリウム、ネオン、アルゴン等の希ガスに、水、水素などが含まれないことが好ましい。または、熱処理装置に導入する窒素、またはヘリウム、ネオン、アルゴン等の希ガスの純度を、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、加熱処理で酸化物半導体層１０５を加熱した後、同じ炉に高純度の酸素ガス、高純度の一酸化二窒素ガス、又は超乾燥エア（ＣＲＤＳ（キャビティリングダウンレーザー分光法）方式の露点計を用いて測定した場合の水分量が２０ｐｐｍ（露点換算で−５５℃）以下、好ましくは１ｐｐｍ以下、より好ましくは１０ｐｐｂ以下の空気）を導入してもよい。酸素ガスまたは一酸化二窒素ガスに、水、水素などが含まれないことが好ましい。または、熱処理装置に導入する酸素ガスまたは一酸化二窒素ガスの純度を、６Ｎ以上好ましくは７Ｎ以上（即ち、酸素ガスまたは一酸化二窒素ガス中の不純物濃度を１ｐｐｍ以下、好ましくは０．１ｐｐｍ以下）とすることが好ましい。酸素ガス又は一酸化二窒素ガスの作用により、脱水化または脱水素化処理による不純物の排除工程によって同時に減少してしまった酸化物半導体を構成する主成分材料である酸素を供給することによって、酸化物半導体層１０５を高純度化及びｉ型（真性）化することができる。

また、脱水化又は脱水素化処理によって、酸化物半導体を構成する主成分材料である酸素が同時に脱離して減少してしまうおそれがある。酸化物半導体膜において、酸素が脱離した箇所では酸素欠損が存在し、該酸素欠損に起因してトランジスタの電気的特性変動を招くドナー準位が生じてしまう。

このため、脱水化又は脱水素化処理を行った酸化物半導体層１０５に、酸素（少なくとも、酸素ラジカル、酸素原子、酸素イオン、のいずれかを含む）を導入して膜中に酸素を供給してもよい。

酸素の導入は、イオン注入法、イオンドーピング法、プラズマイマージョンイオンインプランテーション法、酸素雰囲気下で行うプラズマ処理などを用いることができる。

また、酸素の導入により、酸化物半導体を構成している元素と水素の間の結合、或いは該元素と水酸基の間の結合を切断するとともに、これら水素、または水酸基が、酸素と反応することで水を生成するため、後に行われる加熱処理により、不純物である水素、または水酸基を、水として、脱離させやすくすることができる。このため、酸化物半導体層１０５へ酸素を導入した後に加熱処理を行い、その後、酸化物半導体層１０５へ酸素の導入を行ってもよい。

脱水化又は脱水素化処理を行った酸化物半導体層１０５に、酸素を導入して層中に酸素を供給することによって、酸化物半導体層１０５を高純度化、及びｉ型（真性）化することができる。高純度化し、ｉ型（真性）化した酸化物半導体層１０５を有するトランジスタは、電気特性変動が抑制されており、電気的に安定である。

なお、上記脱水化又は脱水素化のための加熱処理、および酸素の導入は、酸化物半導体層を形成した後、該酸化物半導体層を島状の酸化物半導体層１０５に加工する前に行ってもよいし、島状の酸化物半導体層１０５形成後に行ってもよい。また、脱水化又は脱水素化のための加熱処理および酸素の導入を複数回行ってもよい。

なお、酸化物半導体層１０５中の水素濃度は、５×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３未満、好ましくは１×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下、より好ましくは５×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下、更に好ましくは１×１０^１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下とすることが望ましい。

次に、酸化物半導体層１０５上に保護層を形成し、フォトリソグラフィ工程により島状の保護層１０６を形成する（図２（Ｃ）参照）。保護層１０６に適用する材料としては、ＩｎまたはＺｎの少なくとも一方を含む酸化物絶縁材料、または、酸化物半導体層１０５よりも絶縁性の高い酸化物半導体材料を用いる。

例えば、保護層１０６として、元素Ｍを含む化学式ＩｎＭＺｎＯ_Ｘ（Ｘ＞０）で表記される材料を用いることができる。この時、元素Ｍとして、保護層１０６の絶縁性が酸化物半導体層１０５よりも高くなるような元素を適用する。例えば、元素Ｍとして４Ａ族元素であるチタン（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）や、３Ａ族元素であるセリウム（Ｃｅ）、４Ｂ族元素であるゲルマニウム（Ｇｅ）などの４価のイオンとなる金属元素を適用することができる。

４価の金属元素は３価の金属元素（例えば、Ｇａなど）よりも結合手が一本多く、３価の金属元素よりも酸素との結合力が強いため、化学式ＩｎＭＺｎＯ_Ｘ（Ｘ＞０）で表記される材料の絶縁性を高めることができる。例えば、ＩｎＺｒＺｎＯのエネルギーギャップは、ＩｎＧａＺｎＯのエネルギーギャップ（約３．２ｅＶ）よりも大きく、ＩｎＧａＺｎＯよりも絶縁性が高いといえる。

なお、絶縁性を高める元素であれば、３Ａ族元素を用いることも可能である。そのような元素の一例としては、イットリウム（Ｙ）が挙げられる。イットリウムはＧａよりも電気陰性度が小さいため、酸化物半導体中での酸素との結合をより強くすることができる。

なお、本明細書において、「エネルギーギャップ」という用語は、「バンドギャップ」や、「禁制帯幅」と同じ意味で用いている。また、バンドギャップの値は、材料の単膜のエリプソで測定して得られる値を用いる。

また、化学式ＩｎＭＺｎＯ_Ｘ（Ｘ＞０）で表記される材料中の元素Ｍの含有量は、Ｉｎの含有量の０．３倍以上１．３倍未満である。また、化学式ＩｎＭＺｎＯ_Ｘ（Ｘ＞０）で表記される材料中の元素Ｍの含有量は、Ｚｎの含有量の０．３倍以上１．３倍未満である。元素Ｍに対して相対的にＩｎまたはＺｎの数を減らすと、絶縁性を高めることができる。

具体的には、元素Ｍを含ませた酸化物半導体材料をスパッタリング法で形成する場合、好ましくは原子数比がＩｎ：Ｍ：Ｚｎ＝１：１：１、３：１：３、３：２：４、２：１：３、４：５：４、または４：２：３で示される酸化物ターゲットを用いる。

また、保護層１０６として、元素Ｍ_１および元素Ｍ_２を含む化学式ＩｎＭ_１ＸＭ_{２（１−Ｘ）}ＺｎＯ（０＜Ｘ＜１＋α、ただしαは０．３未満）で示される酸化物材料を適用してもよい。具体的には、上記材料において、元素Ｍ_１は３価のイオンとなる金属元素であり、その一部を元素Ｍ_２として４価のイオンとなる金属元素で置き換える。４価の金属元素は３価の金属元素よりも結合手が一本多いので、元素Ｍ_１を元素Ｍ_２に置換することで酸素との結合力を高め、酸素欠損が形成されることを抑える。すなわち、元素Ｍ_１に対する元素Ｍ_２の比率を高めることで、上記材料の絶縁性を高めることができる。

具体的には、該酸化物材料において、元素Ｍ_１に対して、元素Ｍ_２を１原子％以上５０原子％未満、好ましくは３原子％以上４０原子％以下加えて、材料中に酸素欠損が形成されることを抑え、絶縁性を高める。なお、Ｘは自然数とは限らず、非自然数を含む。なお、元素Ｍ_２において（１−Ｘ）の値がマイナスとなることはない。

元素Ｍ_１としては、３Ｂ族元素であるガリウム（Ｇａ）などが挙げられる。元素Ｍ_２としては、４Ａ族元素であるチタン（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）や、３Ａ族元素であるセリウム（Ｃｅ）、４Ｂ族元素であるゲルマニウム（Ｇｅ）などが挙げられる。なお、上記材料は、非単結晶である。

なお、絶縁性を高める元素であれば、元素Ｍ_２として３価の金属元素を用いることも可能である。そのような元素の一例としては、３Ａ族元素であるイットリウム（Ｙ）が挙げられる。イットリウムはＧａよりも電気陰性度が小さいため、酸化物半導体中での酸素との結合を強くし、絶縁性を高めることができる。

また、上記材料において、構成元素以外の重金属不純物はほとんど含まれず、上記材料の純度は３Ｎ、好ましくは４Ｎ以上である。

本実施の形態では、保護層１０６として化学式ＩｎＭ_１ＸＭ_{２（１−Ｘ）}ＺｎＯ（０＜Ｘ＜１＋α、ただしαは０．３未満、かつ、（１−Ｘ）＞０）で示される材料を用いる。具体的には、Ｘ＝０．０５としたＩｎ：Ｚｒ：Ｇａ：Ｚｎ＝３：０．０５：０．９５：２のターゲットを用いて、スパッタリング法により、ＩｎＺｒＧａＺｎＯ膜を形成する。

化学式ＩｎＭＺｎＯ_Ｘ（Ｘ＞０）で表記される材料や、化学式ＩｎＭ_１ＸＭ_{２（１−Ｘ）}ＺｎＯ（０＜Ｘ＜１＋α、ただしαは０．３未満、かつ、（１−Ｘ）＞０）で表記される材料は、酸化物半導体層１０５との界面の状態を良好に保つことができ、トランジスタの特性を良好なものとすることができる。また、保護層１０６に酸化物半導体層１０５よりも絶縁性の高い酸化物半導体を用いることで、寄生チャネルが生じることなく、絶縁層のチャージアップによるしきい値電圧の変動を抑えることができる。酸化物半導体層１０５よりも絶縁性の高い酸化物半導体としては、上記化学式で表記される材料を適用することができる。

また、保護層１０６形成後に、酸素（少なくとも、酸素ラジカル、酸素原子、酸素イオン、のいずれかを含む）を導入して膜中に酸素を供給してもよい。酸素の導入は、保護層１０６に直接導入してもよいし、絶縁層１０８などの他の膜を通過して保護層１０６へ導入してもよい。酸素を他の膜を通過して導入する場合は、イオン注入法、イオンドーピング法、プラズマイマージョンイオンインプランテーション法などを用いればよい。また、保護層１０６へ直接酸素を導入する場合は、上記の方法に加えて酸素雰囲気下で行うプラズマ処理なども用いることができる。

酸素の導入により、保護層１０６を構成している元素と水素の間の結合、或いは該元素と水酸基の間の結合を切断するとともに、これら水素、または水酸基が、酸素と反応することで水を生成するため、酸素の導入後に加熱処理を行うことで、不純物である水素、または水酸基を、水として、脱離させやすくすることができる。すなわち、保護層１０６中の不純物濃度をさらに低減することができる。このため、保護層１０６へ酸素を導入した後に加熱処理を行ってもよい。その後、さらに保護層１０６に酸素を導入し、保護層１０６を酸素過剰な状態としてもよい。

なお、保護層１０６中の水素濃度は、５×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３未満、好ましくは１×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下、より好ましくは５×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下、更に好ましくは１×１０^１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下とすることが望ましい。

また、保護層１０６形成前に、酸素プラズマ処理または一酸化二窒素プラズマ処理などを行い、表面に付着した水分や有機物を除去することが好ましい。保護層１０６の形成は、酸素プラズマ処理または一酸化二窒素プラズマ処理などを行った後、大気に曝すことなく連続して行うことが好ましい。

また、保護層１０６のエッチングは、ウェットエッチング法またはドライエッチング法で行うことができる。

島状の保護層１０６の形成後、窒素雰囲気下、希ガス雰囲気下、酸素雰囲気下、窒素と酸素、または希ガスと酸素の混合ガス雰囲気下で加熱処理を行ってもよい。本実施の形態では、窒素と酸素の混合ガス雰囲気下３００℃で１時間の加熱処理を行う。

次いで、酸化物半導体層１０５、及び保護層１０６上に、後にソース電極１０７ａ及びドレイン電極１０７ｂとなる導電層を形成する（図２（Ｄ）参照）。

ソース電極１０７ａ及びドレイン電極１０７ｂとなる導電層は後の加熱処理に耐えられる材料を用いる。ソース電極１０７ａ及びドレイン電極１０７ｂとなる導電層としては、例えば、Ａｌ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｗから選ばれた元素を含む金属、または上述した元素を成分とする金属窒化物（窒化チタン、窒化モリブデン、窒化タングステン）等を用いることができる。また、Ａｌ、Ｃｕなどの金属層の下側又は上側の一方または双方にＴｉ、Ｍｏ、Ｗなどの高融点金属またはそれらの金属窒化物（窒化チタン、窒化モリブデン、窒化タングステン）を積層させた構成としても良い。また、ソース電極１０７ａ及びドレイン電極１０７ｂとなる導電層としては、導電性の金属酸化物で形成しても良い。導電性の金属酸化物としては酸化インジウム（Ｉｎ_２Ｏ_３）、酸化スズ（ＳｎＯ_２）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化インジウム酸化スズ（Ｉｎ_２Ｏ_３―ＳｎＯ_２、ＩＴＯと略記する）、酸化インジウム酸化亜鉛（Ｉｎ_２Ｏ_３―ＺｎＯ）またはこれらの金属酸化物材料に酸化シリコンを含ませたものを用いることができる。

本実施の形態では、ソース電極１０７ａ及びドレイン電極１０７ｂとなる導電層としてスパッタリング法により膜厚１００ｎｍのチタン、膜厚４００ｎｍのアルミニウム、膜厚１００ｎｍのチタンの積層を形成する。導電層のエッチングは、ＩＣＰエッチング法により、チタン、アルミニウム、チタンの積層をエッチングして、ソース電極１０７ａ及びドレイン電極１０７ｂ（これと同じ層で形成される配線を含む）を形成する。その結果、ソース電極１０７ａ及びドレイン電極１０７ｂの端部は、保護層１０６の上面または側面に位置する構成となる。

導電層のエッチングは、ゲート電極１０３の形成と同様の方法で行うことができる。

本実施の形態では、第１のエッチング条件でチタンとアルミニウムの２層をエッチングした後、第２のエッチング条件で残りのチタン膜単層を除去する。なお、第１のエッチング条件は、エッチングガス（ＢＣｌ_３：Ｃｌ_２＝７５０ｓｃｃｍ：１５０ｓｃｃｍ）を用い、バイアス電力を１５００Ｗとし、ＩＣＰ電源電力を０Ｗとし、圧力を２．０Ｐａとする。第２のエッチング条件は、エッチングガス（ＢＣｌ_３：Ｃｌ_２＝７００ｓｃｃｍ：１００ｓｃｃｍ）を用い、バイアス電力を７５０Ｗとし、ＩＣＰ電源電力を０Ｗとし、圧力を２．０Ｐａとする。

なお、ソース電極１０７ａ及びドレイン電極１０７ｂの形成により露出した酸化物半導体層１０５及び保護層１０６の表面や側面には、ソース電極１０７ａ及びドレイン電極１０７ｂを構成する元素や、処理室内に存在する元素、エッチングに用いたエッチングガスまたはエッチング液を構成する元素が不純物として付着する場合がある。

不純物が付着すると、トランジスタのオフ電流の増加、或いはトランジスタの電気的特性の劣化がもたらされやすい。また、酸化物半導体層１０５に寄生チャネルが生じやすくなり、電気的に分離されるべき電極が酸化物半導体層１０５を介して電気的に接続されやすくなる。

また、不純物によっては、酸化物半導体層１０５内の表面近傍や側面近傍に混入し、酸化物半導体層１０５中の酸素を引き抜いてしまい、酸化物半導体層１０５の表面近傍や側面近傍に酸素欠損が形成されることがある。例えば、上述したエッチングガスに含まれる塩素やボロンや、処理室の構成材料であるアルミニウムは、酸化物半導体層１０５が低抵抗化（ｎ型化）する要因の一つとなりうる。

そこで、本発明の一態様では、ソース電極１０７ａ及びドレイン電極１０７ｂを形成するためのエッチングが終了した後、酸化物半導体層１０５及び保護層１０６の表面や側面に付着した不純物を除去するための洗浄処理（不純物除去処理）を行う。

不純物除去処理は、プラズマ処理、または溶液による処理によって行うことができる。プラズマ処理としては、酸素プラズマ処理または一酸化二窒素プラズマ処理などを用いることができる。また、プラズマ処理として希ガス（代表的にはアルゴン）を用いてもよい。

また、溶液による洗浄処理としては、ＴＭＡＨ溶液などのアルカリ性の溶液、水、希フッ酸などの酸性の溶液を用いて行うことができる。例えば、希フッ酸を用いる場合、５０重量％フッ酸を、水で１／１０^２乃至１／１０^５程度、好ましくは１／１０^３乃至１／１０^５程度に希釈した希フッ酸を使用する。すなわち、濃度が０．５重量％乃至５×１０^−４重量％の希フッ酸、好ましくは５×１０^−２重量％乃至５×１０^−４重量％の希フッ酸を洗浄処理に用いることが望ましい。洗浄処理により、酸化物半導体層１０５、保護層１０６などの表面に付着した上記不純物を除去することができる。

また、希フッ酸溶液を用いて不純物除去処理を行うと、保護層１０６及び酸化物半導体層１０５の表面や側面をエッチングすることができる。すなわち、保護層１０６及び酸化物半導体層１０５の表面や側面に付着した不純物や、または保護層１０６及び酸化物半導体層１０５内の表面近傍や側面近傍に混入した不純物を、保護層１０６及び酸化物半導体層１０５の一部とともに除去することができる。これにより、酸化物半導体層１０５において、保護層１０６と重畳する領域の膜厚が、保護層１０６と重畳しない領域の膜厚より大きくなる。例えば、１／１０^３希フッ酸（０．０５％重量フッ酸）で、ＩＧＺＯ膜を処理すると、１秒あたり１〜３ｎｍ膜厚が減少し、２／１０^５希フッ酸（０．００２５％重量フッ酸）で、ＩＧＺＯ膜を処理すると、１秒あたり０．１ｎｍ程度膜厚が減少する。

不純物除去処理を行うことで、ＳＩＭＳを用いた分析により得られる濃度ピークにおいて、絶縁層表面及び酸化物半導体層表面における塩素濃度を１×１０^１９／ｃｍ^３以下（好ましくは５×１０^１８／ｃｍ^３以下、さらに好ましくは１×１０^１８／ｃｍ^３以下）とすることができる。また、ボロン濃度を１×１０^１９／ｃｍ^３以下（好ましくは５×１０^１８／ｃｍ^３以下、さらに好ましくは１×１０^１８／ｃｍ^３以下）とすることができる。また、アルミニウム濃度を１×１０^１９／ｃｍ^３以下（好ましくは５×１０^１８／ｃｍ^３以下、さらに好ましくは１×１０^１８／ｃｍ^３以下）とすることができる。

不純物除去処理を行うことで、安定した電気特性を有する信頼性の高いトランジスタ１１０を実現することができる。

上記不純物除去処理は、チャネル保護層として機能する保護層１０６を形成した後、ソース電極１０７ａ及びドレイン電極１０７ｂを形成する前に行っても良い。保護層１０６を形成した後、上記不純物除去処理を行うことで、酸化物半導体層１０５の表面に付着した不純物を除去することができる。

このようにして、トランジスタ１１０を作製することができる。なお、上記洗浄処理を行った場合でも、大気中に含まれる水分や炭素などの不純物が、酸化物半導体層１０５、保護層１０６、ソース電極１０７ａ及びドレイン電極１０７ｂの表面や側面に付着する場合がある。このため、保護層１０６、ソース電極１０７ａ及びドレイン電極１０７ｂ上に、さらに絶縁層１０８を形成してもよい（図２（Ｅ）参照）。絶縁層１０８は、絶縁層１０２、ゲート絶縁層１０４、保護層１０６と同様の材料及び方法で形成することができる。また、絶縁層１０８には、水分や、水素イオンや、ＯＨ⁻などの不純物をほとんど含まず、更にこれらの外部からの侵入を防ぐことのできる材料を用いることが好ましい。

また、絶縁層１０８の形成後、絶縁層１０８に酸素（少なくとも、酸素ラジカル、酸素原子、酸素イオン、のいずれかを含む）を導入して絶縁層１０８を酸素過剰な状態としてもよい。酸素の導入は、イオン注入法、イオンドーピング法、プラズマイマージョンイオンインプランテーション法、酸素雰囲気下で行うプラズマ処理などを用いることができる。

酸素の導入により、絶縁層１０８を構成する元素と水素の間の結合、或いは該元素と水酸基の間の結合を切断するとともに、これらの水素または水酸基が酸素と反応することで水を生成するため、酸素の導入後に加熱処理を行うと、不純物である水素または水酸基が、水として脱離しやすくなる。このため、絶縁層１０８へ酸素を導入した後に加熱処理を行ってもよい。その後、さらに絶縁層１０８に酸素を導入し、絶縁層１０８を酸素過剰な状態としてもよい。

なお、絶縁層１０８中の水素濃度は、５×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３未満、好ましくは１×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下、より好ましくは５×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下、更に好ましくは１×１０^１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下とすることが望ましい。

また、絶縁層１０８を形成する前に、酸素、一酸化二窒素、もしくは希ガス（代表的にはアルゴン）などを用いたプラズマ処理により、表面や側面に付着した水分や有機物などの不純物を除去することが好ましい。絶縁層１０８は、酸素プラズマ処理または一酸化二窒素プラズマ処理などを行った後、大気に曝すことなく連続して形成することが好ましい。

また、絶縁層１０８として緻密性の高い無機絶縁膜を設けてもよい。例えば、絶縁層１０８として、スパッタリング法により形成した酸化アルミニウムを用いる。酸化アルミニウムを高密度（膜密度３．２ｇ／ｃｍ^３以上、好ましくは３．６ｇ／ｃｍ^３以上）とすることによって、トランジスタ１１０に安定な電気特性を付与することができる。膜密度はラザフォード後方散乱法（ＲＢＳ：Ｒｕｔｈｅｒｆｏｒｄ Ｂａｃｋｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）や、Ｘ線反射率測定法（ＸＲＲ：Ｘ−Ｒａｙ Ｒｅｆｌｅｃｔｏｍｅｔｒｙ）によって測定することができる。

酸化アルミニウムは、トランジスタ１１０の保護絶縁層として機能することができ、水素、水分などの不純物、及び酸素の両方に対して膜を通過させない遮断効果（ブロック効果）が高い。

従って、酸化アルミニウムは、作製工程中及び作製後において、変動要因となる水素、水分などの不純物の酸化物半導体層１０５への混入、及び酸化物半導体を構成する主成分材料である酸素の酸化物半導体層１０５からの放出を防止する。本実施の形態では、絶縁層１０８として、スパッタリング法により酸化アルミニウムを形成する。

トランジスタ１１０の形成後、またはトランジスタ１１０上に絶縁層１０８を形成後、さらに大気中で１００℃以上３００℃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。この加熱処理は一定の加熱温度を保持して加熱してもよいし、室温から加熱温度への昇温と加熱温度から室温までの降温を１サイクルとする処理を複数回繰り返して行ってもよい。

本実施の形態によれば、安定した電気特性を有するトランジスタを含む信頼性の高い半導体装置を提供することができる。また、信頼性の高い半導体装置を歩留まりよく作製し、半導体装置の生産性を向上させることができる。

本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせて実施することが可能である。

（実施の形態２）
本実施の形態では、半導体装置の一形態として、上記実施の形態で開示したトランジスタ１１０と異なる構成を有するトランジスタと、その作製方法について、図３乃至図５を用いて説明する。図３（Ａ）は、チャネルが形成される半導体層に酸化物半導体を用いたトランジスタ１２０の平面構成を示す上面図であり、図３（Ｂ）は、図３（Ａ）中でＢ１−Ｂ２の鎖線で示した部位の断面構成を示す断面図である。また、図３（Ｃ）は、図３（Ａ）中でＢ１−Ｂ２の鎖線で示した部位の、図３（Ｂ）とは異なる断面構成を示す断面図である。なお、図面をわかりやすくするため、図３（Ａ）では基板１０１、絶縁層１０２、ゲート絶縁層１０４、保護層１０６ｂ、絶縁層１０８の記載を省略している。

図３に示すトランジスタ１２０は、トランジスタ１１０と同じチャネル保護型（チャネルストップ型ともいう）のトランジスタである。本実施の形態では、トランジスタ１２０のトランジスタ１１０と異なる部位の構成及び作製方法について説明する。

トランジスタ１１０では、チャネル幅方向において、保護層１０６が酸化物半導体層１０５の端部を越えて伸長しているが、トランジスタ１２０では、保護層１０６が酸化物半導体層１０５の内側に形成されている。すなわち、トランジスタ１２０は、チャネル幅方向において、酸化物半導体層１０５が保護層１０６の端部を越えて伸長していると言い換えることができる。このような構成とすることで、酸化物半導体層１０５の形成と保護層１０６の形成を一回のフォトリソグラフィ工程で行うことが可能となり、半導体装置の生産性を向上することが可能となる。

また、図３（Ｃ）は、保護層１０６を保護層１０６ａと保護層１０６ｂの積層構造とする構成例を示している。保護層１０６ａと保護層１０６ｂのどちらか一方を、絶縁層１０２またはゲート絶縁層１０４と同様の材料及び方法で形成し、保護層１０６ａと保護層１０６ｂの他方を、上記実施の形態で示した化学式ＩｎＭＺｎＯ_Ｘ（Ｘ＞０）で表記される材料、または化学式ＩｎＭ_１ＸＭ_{２（１−Ｘ）}ＺｎＯ（０＜Ｘ＜１＋α、ただしαは０．３未満、かつ、（１−Ｘ）＞０）で表記される材料を用いて形成する。

例えば、酸化物半導体層１０５に接する保護層１０６ａを化学式ＩｎＭＺｎＯ_Ｘまたは化学式ＩｎＭ_１ＸＭ_{２（１−Ｘ）}ＺｎＯ（０＜Ｘ＜１＋α、ただしαは０．３未満、かつ、（１−Ｘ）＞０）で表記される材料を用いて形成し、保護層１０６ａ上に形成する保護層１０６ｂを保護層１０６ａよりもエッチングレートの大きい材料で形成することで、実施の形態１に示した効果に加え、保護層１０６の端部にテーパー形状を付与し易くすることができる。また、保護層１０６を複数層からなる積層構造とすることで、保護層１０６の端部を階段形状とすることができ、その上に形成する層の段切れを防ぎ、被覆性を向上させることができる。

また、酸化物半導体層１０５に接する保護層１０６ａを、酸素を多く含む材料で形成し、保護層１０６ａ上に形成する保護層１０６ｂを化学式ＩｎＭＺｎＯ_Ｘまたは化学式ＩｎＭ_１ＸＭ_{２（１−Ｘ）}ＺｎＯ（０＜Ｘ＜１＋α、ただしαは０．３未満、かつ、（１−Ｘ）＞０）で表記される材料を用いて形成することで、実施の形態１に示した効果に加え、酸化物半導体層１０５へ酸素を供給し、酸化物半導体層１０５中の酸素欠損を補填することができる。従って、安定した電気特性を有する信頼性の高い半導体装置を提供することができる。

次に、酸化物半導体層１０５の形成と保護層１０６の形成を一回のフォトリソグラフィ工程で行うトランジスタ１２０の作製方法について図４及び図５を用いて説明する。図４（Ａ１）乃至図４（Ａ３）は、トランジスタ１２０の作製途中における上面図である。図４（Ｂ１）乃至図４（Ｂ３）は、図４（Ａ１）乃至図４（Ａ３）中のＢ１−Ｂ２の一点鎖線で示した部位の断面構成を示す断面図である。また、図５（Ａ１）乃至図５（Ａ３）は、トランジスタ１２０の作製途中における上面図である。図５（Ｂ１）乃至図５（Ｂ３）は、図５（Ａ１）乃至図５（Ａ３）中のＢ１−Ｂ２の一点鎖線で示した部位の断面構成を示す断面図である。

以下、トランジスタ１２０の作製方法について説明する。まず、実施の形態１に示した作製方法と同様に、基板１０１上に絶縁層１０２を形成し、絶縁層１０２上にゲート電極１０３を形成する。続いて、ゲート電極１０３上にゲート絶縁層１０４と、酸化物半導体層２０１と、絶縁層２０２を形成する（図４（Ａ１）及び（Ｂ１）参照）。ゲート絶縁層１０４と、酸化物半導体層２０１と、絶縁層２０２の形成は、途中で大気に曝すことなく連続して形成することが好ましい。酸化物半導体層２０１は、実施の形態１に示した後に酸化物半導体層１０５となる酸化物半導体層と同様の材料及び方法で形成することが出来る。また、絶縁層２０２は、実施の形態１に示した後に保護層１０６となる絶縁層と同様の材料及び方法で形成することが出来る。

次に、絶縁層２０２上に厚さの異なる領域を有するレジストマスクを形成する。厚さの異なる領域を有するレジストマスクは、多階調マスクを用いて形成することができる。多階調マスクを用いることで、１枚のフォトマスクで酸化物半導体層１０５と保護層１０６を形成することができるため、フォトリソグラフィ工程数を削減することができる。

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であり、代表的には、露光領域、半露光領域および未露光領域の３段階の光量で露光を行う。多階調マスクを用いることで、一度の露光および現像工程によって、複数（代表的には二種類）の厚さを有するレジストマスクを形成することができる。そのため、多階調マスクを用いることで、フォトマスクの枚数を削減することができる。

多階調マスクについて図６を用いて説明する。図６（Ａ１）および図６（Ｂ１）は、代表的な多階調マスクの断面を示す。図６（Ａ１）には、グレイトーンマスク３０４を示し、図６（Ｂ１）にはハーフトーンマスク３１４を示す。

図６（Ａ１）に示すグレイトーンマスク３０４は、透光性を有する基板３０１に遮光層により形成された遮光部３０２、および遮光層のパターンにより設けられた回折格子部３０３で構成されている。

回折格子部３０３は、露光に用いる光の解像度限界以下の間隔で設けられたスリット、ドットまたはメッシュ等を有することで、光の透過率を制御する。なお、回折格子部３０３に設けられるスリット、ドットまたはメッシュは周期的なものであってもよいし、非周期的なものであってもよい。

透光性を有する基板３０１としては、石英等を用いることができる。遮光部３０２および回折格子部３０３を構成する遮光層は、金属膜を用いて形成すればよく、好ましくはクロムまたは酸化クロム等により設けられる。

グレイトーンマスク３０４に露光するための光を照射した場合、図６（Ａ２）に示すように、遮光部３０２に重畳する領域における透光率は０％となり、遮光部３０２も回折格子部３０３も設けられていない領域における透光率は１００％となる。また、回折格子部３０３における透光率は、概ね１０％〜７０％の範囲であり、回折格子のスリット、ドットまたはメッシュの間隔等により調節可能である。

図６（Ｂ１）に示すハーフトーンマスク３１４は、透光性を有する基板３１１上に半透光層により形成された半透光部３１２および遮光層により形成された遮光部３１３で構成されている。

半透光部３１２は、ＭｏＳｉＮ、ＭｏＳｉ、ＭｏＳｉＯ、ＭｏＳｉＯＮ、ＣｒＳｉ等の層を用いて形成することができる。遮光部３１３は、グレイトーンマスクの遮光層と同様の金属膜を用いて形成すればよく、好ましくはクロムまたは酸化クロム等により設けられる。

ハーフトーンマスク３１４に露光するための光を照射した場合、図６（Ｂ２）に示すように、遮光部３１３に重畳する領域における透光率は０％となり、遮光部３１３も半透光部３１２も設けられていない領域における透光率は１００％となる。また、半透光部３１２における透光率は、概ね１０％〜７０％の範囲であり、形成する材料の種類または形成する膜厚等により調整可能である。

多階調マスクを用いることにより、露光部分、中間露光部分、および未露光部分の３つの露光レベルのマスクを形成することができ、一度の露光および現像工程により、複数（代表的には二種類）の厚さの領域を有するレジストマスクを形成することができる。このため、多階調マスクを用いることで、トランジスタ１２０を作製工程におけるフォトマスクの枚数を削減することができる。

したがって、多階調マスクを用いて、レジストマスク２０３を保護層１０６が形成される領域は厚く、それ以外の領域は薄くなるように形成する（図４（Ａ２）及び（Ｂ２）参照）。なお、保護層１０６及び酸化物半導体層１０５とも形成されない領域には、レジストマスク２０３も形成されないようにする。

次に、レジストマスク２０３を用いて、絶縁層２０２と酸化物半導体層２０１の一部を選択的に除去（エッチング）する。このエッチングにより、島状に加工された絶縁層２０２と酸化物半導体層１０５が形成される（図４（Ａ３）及び（Ｂ３）参照）。

次に、レジストマスク２０３を縮小（後退）させて、レジストマスク２０３の薄い領域を除去し、レジストマスク２０４を形成する。レジストマスク２０３の縮小（後退）には、例えば酸素プラズマによるアッシングを用いればよい。レジストマスク２０３の縮小（後退）は厚さ方向のみでなく、平面方向にも生じるため、レジストマスク２０４は酸化物半導体層１０５の内側に形成されることになる（図５（Ａ１）及び（Ｂ１）参照）。

次に、レジストマスク２０４を用いて島状に加工された絶縁層２０２をエッチングし、保護層１０６を形成する（図５（Ａ２）及び（Ｂ２）参照）。そして、該エッチングの後にレジストマスク２０４を除去する（図５（Ａ３）及び（Ｂ３）参照）。

絶縁層２０２をエッチングする際に、レジストマスク２０４もエッチングされる条件でエッチングを行うと、保護層１０６の側面にテーパー形状を付与しやすくなる。また、エッチング条件を工夫し、レジストマスク２０４に対するエッチングレートと、保護層１０６に対するエッチングレートを適宜調節することで、保護層１０６側面のテーパー角θを制御することも可能である。

その後の作製工程は、実施の形態１に示したトランジスタ１１０と同様に行うことが出来る。半導体装置の作製工程において、フォトマスクの使用枚数が増えることは、それだけフォトリソグラフィ工程の回数が増えることになり、歩留まりの低下や生産コスト増加の原因となる。本実施の形態によれば、少ないフォトリソグラフィ工程で半導体装置を作製することが可能になるため、半導体装置の生産性を向上することができる。

本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせて実施することが可能である。

（実施の形態３）
本実施の形態では、半導体装置の一形態として、上記実施の形態で開示したトランジスタ１１０と異なる構成を有するトランジスタについて、図７を用いて説明する。図７（Ａ）は、チャネルが形成される半導体層に酸化物半導体を用いたトランジスタ１３０の平面構成を示す上面図であり、図７（Ｂ）は、図７（Ａ）中でＣ１−Ｃ２の鎖線で示した部位の断面構成を示す断面図である。また、図７（Ｃ）は、図７（Ａ）中でＤ１−Ｄ２の鎖線で示した部位の断面構成を示す断面図である。なお、図面をわかりやすくするため、図７（Ａ）では基板１０１、絶縁層１０２、ゲート絶縁層１０４、絶縁層１０８の記載を省略している。

トランジスタ１３０は、実施の形態１に示したトランジスタ１１０と同様に作製することができるが、保護層１０６、ソース電極１０７ａ及びドレイン電極１０７ｂにより酸化物半導体層１０５が完全に覆われている点が異なる。

また、保護層１０６形成後に、実施の形態１に示した不純物除去処理を行ってもよい。また、本実施の形態で開示するトランジスタ１３０は、保護層１０６、ソース電極１０７ａ及びドレイン電極１０７ｂにより酸化物半導体層１０５が完全に覆われているため、ソース電極１０７ａ及びドレイン電極１０７ｂの形成時に生じる不純物の影響を受けにくい。このため、半導体装置の信頼性を高めることができる。また、ソース電極１０７ａ及びドレイン電極１０７ｂ形成後の不純物除去処理を省略することが可能であり、半導体装置の生産性を向上させることができる。

本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせて実施することが可能である。

（実施の形態４）
本実施の形態では、上記実施の形態で開示したトランジスタと異なる構成を有するトランジスタについて、図８を用いて説明する。図８（Ａ）は、チャネルが形成される半導体層に酸化物半導体を用いたトランジスタ１４０の平面構成を示す上面図であり、図８（Ｂ）は、図８（Ａ）中でＤ１−Ｄ２の鎖線で示した部位の断面構成を示す断面図である。また、図８（Ｃ）も、図８（Ａ）中でＤ１−Ｄ２の鎖線で示した部位の断面構成を示す断面図であるが、図８（Ｃ）は図８（Ｂ）で示す断面構成の変形例を示している。なお、図面をわかりやすくするため、図８（Ａ）では基板１０１、絶縁層１０２、ゲート絶縁層１０４、保護層１０６ｂ、絶縁層１０８、平坦化層１１２の記載を省略している。

トランジスタ１４０は、上記実施の形態に示したトランジスタと同様に作製することができるが、保護層１０６中にコンタクトホール１１１ａ及びコンタクトホール１１１ｂを有する点が異なる。

以下、トランジスタ１４０の作製方法について説明する。まず、上記実施の形態に示した作製方法と同様に、基板１０１上に絶縁層１０２を形成し、絶縁層１０２上にゲート電極１０３を形成する。続いて、ゲート電極１０３上にゲート絶縁層１０４を形成し、ゲート絶縁層１０４上に酸化物半導体層１０５を形成し、酸化物半導体層１０５上に保護層１０６を形成する。

続いて、フォトリソグラフィ工程を用いて、酸化物半導体層１０５と重畳する保護層１０６の一部を選択的に除去（エッチング）し、コンタクトホール１１１ａ及びコンタクトホール１１１ｂを形成する。このようにして、開口部（コンタクトホール）を有する保護層１０６を形成する。なお、コンタクトホール１１１ａ及びコンタクトホール１１１ｂの底部において、酸化物半導体層１０５が露出される。また、開口部であるコンタクトホール１１１ａ及びコンタクトホール１１１ｂの形成は、上記実施の形態に示した島状の保護層１０６の形成方法と同様に行うことが出来る。

なお、開口部を有する保護層１０６をドライエッチング法で形成した場合に、保護層１０６及び露出した酸化物半導体層１０５の表面に不純物が残存することを防止するため、実施の形態１に示した不純物除去処理を行ってもよい。不純物除去処理は、実施の形態１に示す工程と同様に、プラズマ処理、または溶液による処理によって行うことができる。プラズマ処理としては、酸素プラズマ処理または一酸化二窒素プラズマ処理などを用いることができる。また、プラズマ処理として希ガス（代表的にはアルゴン）を用いてもよい。また、溶液による処理としては、希フッ酸溶液による洗浄処理を用いることができる。例えば、希フッ酸溶液を用いる場合、５０重量％フッ酸を１／１０^２乃至１／１０^５程度、好ましくは１／１０^３乃至１／１０^５程度に希釈する。また、溶液による処理としてＴＭＡＨ溶液などのアルカリ性の溶液による処理を行ってもよい。また、溶液の代わりに水を用いて洗浄処理を行ってもよい。

次に、コンタクトホール１１１ａ及びコンタクトホール１１１ｂを覆って、ソース電極１０７ａ及びドレイン電極１０７ｂを形成する。ソース電極１０７ａ及びドレイン電極１０７ｂは、上記実施の形態と同様の材料及び方法で形成することが出来る。ソース電極１０７ａはコンタクトホール１１１ａを介して酸化物半導体層１０５と接続し、ドレイン電極１０７ｂはコンタクトホール１１１ｂを介して酸化物半導体層１０５と接続する。このようにして、トランジスタ１４０を作製することができる。

なお、本実施の形態で開示するトランジスタ１４０は、保護層１０６、ソース電極１０７ａ及びドレイン電極１０７ｂにより酸化物半導体層１０５が完全に覆われるため、ソース電極１０７ａ及びドレイン電極１０７ｂの形成時に生じる不純物の影響を受けにくい。このため、半導体装置の信頼性を高めることができる。また、ソース電極１０７ａ及びドレイン電極１０７ｂ形成後の不純物除去処理を省略することが可能であり、半導体装置の生産性を向上させることができる。

また、ソース電極１０７ａ及びドレイン電極１０７ｂ上に、さらに絶縁層１０８を形成してもよい。絶縁層１０８は、上記実施の形態と同様の材料及び方法で形成することが出来る。

なお、トランジスタ１４０のチャネル領域は、ゲート電極１０３と重畳する酸化物半導体層１０５中の、コンタクトホール１１１ａとコンタクトホール１１１ｂの間に形成される。すなわち、トランジスタ１４０のチャネル長Ｌは、キャリアが流れる方向と平行な方向において、酸化物半導体層１０５上に形成されたコンタクトホール１１１ａとコンタクトホール１１１ｂの最短距離で定義される。また、トランジスタ１４０のチャネル幅Ｗは、キャリアが流れる方向と直交する方向におけるコンタクトホール１１１ａの長さ、またはコンタクトホール１１１ｂの長さのうち、短いほうの長さ、もしくは、両長さの平均値で定義される。

図８（Ｃ）は、保護層１０６を保護層１０６ａと保護層１０６ｂの積層構造とし、ソース電極１０７ａ及びドレイン電極１０７ｂ上に平坦化層１１２を形成するトランジスタ１４０の構成例を示している。保護層１０６ａ及び保護層１０６ｂは、上記実施の形態と同様の材料及び方法で形成することが出来る。開口部を有する保護層１０６を積層構造とすることで、上記実施の形態で説明した島状の保護層１０６を積層構造とした場合と同様の効果が期待できる。

トランジスタ１４０起因の表面凹凸を低減するために、図８（Ｃ）に示すように平坦化層１１２を形成してもよい。平坦化層１１２としては、ポリイミド、アクリル樹脂、ベンゾシクロブテン系樹脂、ポリアミド、エポキシ樹脂等の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層を複数積層させることで、平坦化層１１２を形成してもよい。

平坦化層１１２の形成方法は特に限定されず、その材料に応じて、スパッタリング法、スピンコート法、ディッピング法、スプレー塗布法、液滴吐出法（インクジェット法、スクリーン印刷法、オフセット印刷法等）、ロールコーティング法、カーテンコーティング法、ナイフコーティング法等を用いることができる。

例えば、平坦化層１１２として、膜厚１５００ｎｍのアクリル樹脂層を形成すればよい。アクリル樹脂層はスピンコート法による塗布後、焼成（例えば窒素雰囲気下２５０℃１時間）して形成することができる。

平坦化層１１２を形成後、加熱処理を行ってもよい。例えば、窒素雰囲気下２５０℃で１時間加熱処理を行う。

本実施の形態は、他の実施の形態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）
本実施の形態では、上記実施の形態で開示したトランジスタと異なる構成を有するトランジスタについて、図９を用いて説明する。図９（Ａ）は、チャネルが形成される半導体層に酸化物半導体を用いたトランジスタ１５０の平面構成を示す上面図であり、図９（Ｂ）は、図９（Ａ）中でＥ１−Ｅ２の鎖線で示した部位の断面構成を示す断面図である。また、図９（Ｃ）も、図９（Ａ）中でＥ１−Ｅ２の鎖線で示した部位の断面構成を示す断面図であるが、図９（Ｃ）は図９（Ｂ）で示す断面構成の変形例を示している。なお、図面をわかりやすくするため、図９（Ａ）では基板１０１、絶縁層１０２、ゲート絶縁層１０４の記載を省略している。

図９に示すトランジスタ１５０は、チャネルエッチング型と呼ばれるボトムゲート構造のトランジスタの一つである、また、逆スタガ型と呼ばれるトランジスタの一つでもある。

チャネルエッチング型のトランジスタ１５０は、上記実施の形態で示したトランジスタ１１０乃至トランジスタ１４０と比較して、ソース電極１０７ａ及びドレイン電極１０７ｂと、酸化物半導体層１０５の間にチャネル保護層として機能する保護層１０６を形成しない点が異なる。このため、トランジスタ１５０は多階調マスクを用いなくても、トランジスタ１１０、トランジスタ１３０、及びトランジスタ１４０よりも少ないフォトリソグラフィ工程で作製することが可能となる。

以下、トランジスタ１５０の作製方法について説明する。まず、上記実施の形態に示した作製方法と同様に、基板１０１上に絶縁層１０２を形成し、絶縁層１０２上にゲート電極１０３を形成する。続いて、ゲート電極１０３上にゲート絶縁層１０４を形成し、ゲート絶縁層１０４上に酸化物半導体層１０５を形成する。

次に、酸化物半導体層１０５上に導電層を形成し、フォトリソグラフィ工程によりソース電極１０７ａ及びドレイン電極１０７ｂを形成する。ソース電極１０７ａ及びドレイン電極１０７ｂを形成するための材料及び方法は、上記実施の形態に示した材料及び方法と同様に行うことができる。

なお、トランジスタ１５０のチャネル領域は、ゲート電極１０３と重畳する酸化物半導体層１０５中の、ソース電極１０７ａとドレイン電極１０７ｂに挟まれた領域に形成される。このため、トランジスタ１５０のチャネル長Ｌは、酸化物半導体層１０５のゲート電極１０３と重畳する領域の、酸化物半導体層１０５と接するソース電極１０７ａの端部から、酸化物半導体層１０５と接するドレイン電極１０７ｂの端部までの最短距離により決定される。また、トランジスタ１５０のチャネル幅Ｗは、酸化物半導体層１０５のゲート電極１０３と重畳する領域の、チャネル長Ｌと直交する方向における、酸化物半導体層１０５とソース電極１０７ａが接する長さと、酸化物半導体層１０５とドレイン電極１０７ｂが接する長さのうち、短い方の長さ、もしくは、両長さの平均値で定義される。

ソース電極１０７ａ及びドレイン電極１０７ｂの形成後に、実施の形態１で示した不純物除去処理を行う。トランジスタ１５０はチャネルエッチング型のトランジスタであるため、ソース電極１０７ａ及びドレイン電極１０７ｂの形成後に、チャネル領域に不純物が付着すると、トランジスタのオフ電流の増加や、ソース電極１０７ａ及びドレイン電極１０７ｂの短絡によりトランジスタの電気的特性の劣化が生じやすい。このため、ソース電極１０７ａ及びドレイン電極１０７ｂの形成後に不純物除去処理を行うことで、安定した電気特性を有する信頼性の高いトランジスタ１１０を実現することができる。

次に、ソース電極１０７ａ及びドレイン電極１０７ｂ上に、酸化物半導体層１０５の一部に接して保護層１１６を形成する。保護層１１６は、絶縁層１０２、ゲート絶縁層１０４、保護層１０６、及び絶縁層１０８と同様の材料及び方法で形成することができる。

また、保護層１１６形成前に、酸素プラズマ処理または一酸化二窒素プラズマ処理などを行い、表面に付着した水分や有機物を除去することが好ましい。保護層１１６は、酸素プラズマ処理または一酸化二窒素プラズマ処理などを行った後、大気に曝すことなく連続して形成することが好ましい。

また、保護層１１６に、上記実施の形態に示した化学式ＩｎＭＺｎＯ_Ｘ（Ｘ＞０）で表記される材料や、化学式ＩｎＭ_１ＸＭ_{２（１−Ｘ）}ＺｎＯ（０＜Ｘ＜１＋α、ただしαは０．３未満、かつ、（１−Ｘ）＞０）で表記される材料を用いると、バックチャネル側の酸化物半導体層１０５と保護層１１６の界面の状態を良好に保つことができる。従って、安定した電気特性を有する信頼性の高い半導体装置を提供することができる。

また、酸化物半導体層１０５の上層または下層に、酸化物半導体層１０５よりも絶縁性の高い酸化物半導体を用いることで、寄生チャネルが生じることなく、絶縁層のチャージアップによるしきい値電圧の変動を抑えることができる。従って、静電気などによるトランジスタの特性劣化や破損を防ぐことができるため、半導体装置を歩留まりよく作製することができ、半導体装置の生産性を向上させることができる。また、半導体装置の信頼性を向上させることができる。酸化物半導体層１０５よりも絶縁性の高い酸化物半導体としては、上記化学式で表記される材料を適用することができる。

また、図９（Ｃ）は、ゲート絶縁層１０４をゲート絶縁層１０４ａとゲート絶縁層１０４ｂの積層構造とする構成例を示している。ゲート絶縁層１０４ａとゲート絶縁層１０４ｂのどちらか一方を、絶縁層１０２またはゲート絶縁層１０４と同様の材料及び方法で形成し、ゲート絶縁層１０４ａとゲート絶縁層１０４ｂの他方を、化学式ＩｎＭＺｎＯ_Ｘで表記される材料、または化学式ＩｎＭ_１ＸＭ_{２（１−Ｘ）}ＺｎＯで表記される材料を用いて形成する。

例えば、酸化物半導体層１０５に接するゲート絶縁層１０４ｂを化学式ＩｎＭＺｎＯ_Ｘで表記される材料、または化学式ＩｎＭ_１ＸＭ_{２（１−Ｘ）}ＺｎＯで表記される材料を用いて形成することで、酸化物半導体層１０５とゲート絶縁層１０４ｂの界面の状態を良好に保つことができ、トランジスタの特性を良好なものとすることができる。従って、安定した電気特性を有する信頼性の高い半導体装置を提供することができる。

また、酸化物半導体層１０５より上層と、酸化物半導体層１０５より下層に、化学式ＩｎＭＺｎＯ_Ｘで表記される材料、または化学式ＩｎＭ_１ＸＭ_{２（１−Ｘ）}ＺｎＯで表記される材料用いて絶縁層を形成することで、半導体装置の信頼性をさらに向上させることができる。

本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせて実施することが可能である。

（実施の形態６）
上記実施の形態で一例を示したトランジスタを用いて表示機能を有する半導体装置（表示装置ともいう）を作製することができる。また、トランジスタを含む駆動回路の一部または全体を、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。本実施の形態では、上記実施の形態で一例を示したトランジスタを用いた表示装置の例について、図１０及び図１１を用いて説明する。なお、図１１（Ａ）及び図１１（Ｂ）は、図１０（Ｂ）中でＭ−Ｎの鎖線で示した部位の断面構成を示す断面図である。

図１０（Ａ）において、第１の基板４００１上に設けられた画素部４００２を囲むようにして、シール材４００５が設けられ、第２の基板４００６によって封止されている。図１０（Ａ）においては、第１の基板４００１上のシール材４００５によって囲まれている領域とは異なる領域に、別途用意された基板上に単結晶半導体又は多結晶半導体で形成された信号線駆動回路４００３、及び走査線駆動回路４００４が実装されている。また、信号線駆動回路４００３、走査線駆動回路４００４、または画素部４００２に与えられる各種信号及び電位は、ＦＰＣ（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ ｐｒｉｎｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ）４０１８ａ、ＦＰＣ４０１８ｂから供給されている。

図１０（Ｂ）及び図１０（Ｃ）において、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とを囲むようにして、シール材４００５が設けられている。また画素部４００２と、走査線駆動回路４００４の上に第２の基板４００６が設けられている。よって画素部４００２と、走査線駆動回路４００４とは、第１の基板４００１とシール材４００５と第２の基板４００６とによって、表示素子と共に封止されている。図１０（Ｂ）及び図１０（Ｃ）においては、第１の基板４００１上のシール材４００５によって囲まれている領域とは異なる領域に、別途用意された基板上に単結晶半導体又は多結晶半導体で形成された信号線駆動回路４００３が実装されている。図１０（Ｂ）及び図１０（Ｃ）においては、信号線駆動回路４００３、走査線駆動回路４００４、または画素部４００２に与えられる各種信号及び電位は、ＦＰＣ４０１８から供給されている。

また図１０（Ｂ）及び図１０（Ｃ）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、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を別途形成して実装しても良い。

なお、別途形成した駆動回路の実装方法は、ＣＯＧ（Ｃｈｉｐ Ｏｎ Ｇｌａｓｓ）方法、ワイヤボンディング方法、或いはＴＣＰ（Ｔａｐｅ Ｃａｒｒｉｅｒ Ｐａｃｋａｇｅ）を用いる方法などの、既知の実装方法を用いることができる。図１０（Ａ）は、別途用意された基板上に形成された信号線駆動回路４００３、走査線駆動回路４００４をＣＯＧ方法により実装する例であり、図１０（Ｂ）は、別途用意された基板上に形成された信号線駆動回路４００３をＣＯＧ方法により実装する例であり、図１０（Ｃ）は、別途用意された基板上に形成された信号線駆動回路４００３をＴＣＰとして実装する例である。

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。

なお、本明細書中における表示装置とは、画像表示デバイス、表示デバイス、もしくは光源（照明装置含む）を指す。また、コネクター、例えばＦＰＣやＴＣＰが取り付けられたモジュール、ＦＰＣやＴＣＰの先にプリント配線板が設けられたモジュール、または表示素子にＣＯＧ方式によりＩＣ（集積回路）が直接実装されたモジュールも全て表示装置に含むものとする。

また第１の基板上に設けられた画素部及び走査線駆動回路は、トランジスタを複数有しており、上記実施の形態で示したトランジスタを適用することができる。

表示装置に設けられる表示素子としては液晶素子（液晶表示素子ともいう）、発光素子（発光表示素子ともいう）、を用いることができる。発光素子は、電流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（Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）、有機ＥＬ等が含まれる。また、電子インクなど、電気的作用によりコントラストが変化する表示媒体も適用することができる。

図１１（Ａ）及び図１１（Ｂ）で示すように、半導体装置は接続端子電極４０１５及び端子電極４０１６を有しており、接続端子電極４０１５及び端子電極４０１６はＦＰＣ４０１８が有する端子と異方性導電層４０１９を介して、電気的に接続されている。

接続端子電極４０１５は、第１の電極層４０３０と同じ導電層から形成され、端子電極４０１６は、トランジスタ４０１０、４０１１のソース電極及びドレイン電極と同じ導電層で形成されている。

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、トランジスタを複数有しており、図１１（Ａ）及び図１１（Ｂ）では、画素部４００２に含まれるトランジスタ４０１０と、走査線駆動回路４００４に含まれるトランジスタ４０１１とを例示している。図１１（Ａ）では、トランジスタ４０１０、４０１１上には絶縁層４０２０が設けられ、図１１（Ｂ）では、絶縁層４０２４の上にさらに平坦化層４０２１が設けられている。なお、絶縁層４０２３は下地層として機能する絶縁層である。

本実施の形態では、トランジスタ４０１０、トランジスタ４０１１として、上記実施の形態で示したトランジスタを適用することができる。

上記実施の形態で示したトランジスタは、電気的特性変動が抑制されており、電気的に安定である。よって、図１１（Ａ）及び図１１（Ｂ）で示す本実施の形態の半導体装置として信頼性の高い半導体装置を提供することができる。

また、図１１（Ｂ）では、絶縁層４０２４上において、駆動回路用のトランジスタ４０１１の酸化物半導体層のチャネル形成領域と重なる位置に導電層４０１７が設けられている例である。本実施の形態では、導電層４０１７を第１の電極層４０３０と同じ導電層で形成する。導電層４０１７を酸化物半導体層のチャネル形成領域と重なる位置に設けることによって、ＢＴ試験前後におけるトランジスタ４０１１のしきい値電圧の変化量をさらに低減することができる。また、導電層４０１７の電位は、トランジスタ４０１１のゲート電極と同じでもよいし、異なっていても良く、導電層４０１７を第２のゲート電極として機能させることもできる。また、導電層４０１７の電位は、ＧＮＤ、０Ｖ、或いはフローティング状態であってもよい。

また、導電層４０１７は外部の電場を遮蔽する機能も有する。すなわち外部の電場が内部（薄膜トランジスタを含む回路部）に作用しないようにする機能（特に静電気に対する静電遮蔽機能）も有する。導電層４０１７の遮蔽機能により、静電気などの外部の電場の影響によりトランジスタの電気的な特性が変動することを防止することができる。導電層４０１７は、上記実施の形態で示した、いずれのトランジスタにも適用可能である。

画素部４００２に設けられたトランジスタ４０１０は表示素子と電気的に接続し、表示パネルを構成する。表示素子は表示を行うことができれば特に限定されず、様々な表示素子を用いることができる。

図１１（Ａ）に表示素子として液晶素子を用いた液晶表示装置の例を示す。図１１（Ａ）において、表示素子である液晶素子４０１３は、第１の電極層４０３０、第２の電極層４０３１、及び液晶層４００８を含む。なお、液晶層４００８を挟持するように配向膜として機能する絶縁層４０３２、絶縁層４０３３が設けられている。第２の電極層４０３１は第２の基板４００６側に設けられ、第１の電極層４０３０と第２の電極層４０３１とは液晶層４００８を介して重畳する構成となっている。

またスペーサ４０３５は絶縁層を選択的にエッチングすることで得られる柱状のスペーサであり、第１の電極層４０３０と第２の電極層４０３１との間隔（セルギャップ）を制御するために設けられている。なお球状のスペーサを用いていても良い。

表示素子として、液晶素子を用いる場合、サーモトロピック液晶、低分子液晶、高分子液晶、高分子分散型液晶、強誘電性液晶、反強誘電性液晶等を用いることができる。これらの液晶材料は、条件により、コレステリック相、スメクチック相、キュービック相、カイラルネマチック相、等方相等を示す。

また、配向膜を用いない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、コレステリック液晶を昇温していくと、コレステリック相から等方相へ転移する直前に発現する相である。ブルー相は狭い温度範囲でしか発現しないため、温度範囲を改善するために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て液晶層に用いる。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、応答速度が１ｍｓｅｃ以下と短く、光学的等方性であるため配向処理が不要であり、視野角依存性が小さい。また配向膜を設けなくてもよいのでラビング処理も不要となるため、ラビング処理によって引き起こされる静電破壊を防止することができ、作製工程中の液晶表示装置の不良や破損を軽減することができる。よって液晶表示装置の生産性を向上させることが可能となる。酸化物半導体層を用いるトランジスタは、静電気の影響によりトランジスタの電気的な特性が著しく変動して設計範囲を逸脱する恐れがある。よって酸化物半導体層を用いるトランジスタを有する液晶表示装置にブルー相の液晶材料を用いることはより効果的である。

また、液晶材料の固有抵抗は、１×１０^９Ω・ｃｍ以上であり、好ましくは１×１０^１１Ω・ｃｍ以上であり、さらに好ましくは１×１０^１２Ω・ｃｍ以上である。なお、本明細書における固有抵抗の値は、２０℃で測定した値とする。

本実施の形態で用いる高純度化された酸化物半導体層を用いたトランジスタは、オフ状態における電流値（オフ電流値）を低くすることができる。よって、画像信号等の電気信号の保持時間を長くすることができ、電源オン状態では書き込み間隔も長く設定できる。よって、リフレッシュ動作の頻度を少なくすることができるため、消費電力を抑制する効果を奏する。

液晶表示装置に設けられる保持容量の大きさは、画素部に配置されるトランジスタのリーク電流等を考慮して、所定の期間の間電荷を保持できるように設定される。保持容量の大きさは、トランジスタのオフ電流等を考慮して設定すればよい。高純度の酸化物半導体層を有するトランジスタを用いることにより、各画素における液晶容量に対して１／３以下、好ましくは１／５以下の容量の大きさを有する保持容量を設ければ充分である。

また、上述の酸化物半導体を用いたトランジスタは、比較的高い電界効果移動度が得られるため、高速駆動が可能である。よって、表示機能を有する半導体装置の画素部に上記トランジスタを用いることで、高画質な画像を提供することができる。また、同一基板上に駆動回路部または画素部を作り分けて作製することが可能となるため、半導体装置の部品点数を削減することができる。

液晶表示装置には、ＴＮ（Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ）モード、ＩＰＳ（Ｉｎ−Ｐｌａｎｅ−Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）モード、ＦＦＳ（Ｆｒｉｎｇｅ Ｆｉｅｌｄ Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）モード、ＡＳＭ（Ａｘｉａｌｌｙ Ｓｙｍｍｅｔｒｉｃ ａｌｉｇｎｅｄ Ｍｉｃｒｏ−ｃｅｌｌ）モード、ＯＣＢ（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｄ Ｂｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｃｅ）モード、ＦＬＣ（Ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ）モード、ＡＦＬＣ（ＡｎｔｉＦｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ）モードなどを用いることができる。

また、ノーマリーブラック型の液晶表示装置、例えば垂直配向（ＶＡ）モードを採用した透過型の液晶表示装置としてもよい。ここで、垂直配向モードとは、液晶表示パネルの液晶分子の配列を制御する方式の一種であり、電圧が印加されていないときにパネル面に対して液晶分子が垂直方向を向く方式である。垂直配向モードとしては、いくつか挙げられるが、例えば、ＭＶＡ（Ｍｕｌｔｉ−Ｄｏｍａｉｎ Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）モード、ＰＶＡ（Ｐａｔｔｅｒｎｅｄ Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）モード、ＡＳＶ（Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｓｕｐｅｒ Ｖｉｅｗ）モードなどを用いることができる。また、画素（ピクセル）をいくつかの領域（サブピクセル）に分け、それぞれ別の方向に分子を倒すよう工夫されているマルチドメイン化あるいはマルチドメイン設計といわれる方法を用いることができる。

また、表示装置において、ブラックマトリクス（遮光層）、偏光部材、位相差部材、反射防止部材などの光学部材（光学基板）などは適宜設ける。例えば、偏光基板及び位相差基板による円偏光を用いてもよい。また、光源としてバックライト、サイドライトなどを用いてもよい。

また、画素部における表示方式は、プログレッシブ方式やインターレース方式等を用いることができる。また、カラー表示する際に画素で制御する色要素としては、ＲＧＢ（Ｒは赤、Ｇは緑、Ｂは青を表す）の三色に限定されない。例えば、ＲＧＢＷ（Ｗは白を表す）、又はＲＧＢに、イエロー、シアン、マゼンタ等を一色以上追加したものがある。なお、色要素のドット毎にその表示領域の大きさが異なっていてもよい。ただし、本発明はカラー表示の表示装置に限定されるものではなく、モノクロ表示の表示装置に適用することもできる。

また、表示装置に含まれる表示素子として、エレクトロルミネッセンスを利用する発光素子を適用することができる。エレクトロルミネッセンスを利用する発光素子は、発光材料が有機化合物であるか、無機化合物であるかによって区別され、一般的に、前者は有機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、電流が流れる。そして、それらキャリア（電子および正孔）が再結合することにより、発光性の有機化合物が励起状態を形成し、その励起状態が基底状態に戻る際に発光する。このようなメカニズムから、このような発光素子は、電流励起型の発光素子と呼ばれる。

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

発光素子は発光を取り出すために少なくとも一対の電極の一方が透明であればよい。そして、基板上にトランジスタ及び発光素子を形成し、基板とは逆側の面から発光を取り出す上面射出や、基板側の面から発光を取り出す下面射出や、基板側及び基板とは反対側の面から発光を取り出す両面射出構造の発光素子があり、どの射出構造の発光素子も適用することができる。

図１１（Ｂ）に表示素子として発光素子を用いた発光装置の例を示す。表示素子である発光素子４５１３は、画素部４００２に設けられたトランジスタ４０１０と電気的に接続している。なお発光素子４５１３の構成は、第１の電極層４０３０、電界発光層４５１１、第２の電極層４０３１の積層構造であるが、示した構成に限定されない。発光素子４５１３から取り出す光の方向などに合わせて、発光素子４５１３の構成は適宜変えることができる。

隔壁４５１０は、有機絶縁材料、又は無機絶縁材料を用いて形成する。特に感光性の樹脂材料を用い、第１の電極層４０３０上に開口部を形成し、その開口部の側壁が連続した曲率を持って形成される傾斜面となるように形成することが好ましい。

電界発光層４５１１は、単数の層で構成されていても、複数の層が積層されるように構成されていてもどちらでも良い。

発光素子４５１３に酸素、水素、水分、二酸化炭素等が侵入しないように、第２の電極層４０３１及び隔壁４５１０上に保護層を形成してもよい。保護層としては、窒化シリコン、窒化酸化シリコン、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸化窒化アルミニウム、窒化酸化アルミニウム、ＤＬＣ膜等を形成することができる。また、第１の基板４００１、第２の基板４００６、及びシール材４００５によって封止された空間には充填材４５１４が設けられ密封されている。このように外気に曝されないように気密性が高く、脱ガスの少ない保護フィルム（貼り合わせフィルム、紫外線硬化樹脂フィルム等）やカバー材でパッケージング（封入）することが好ましい。

充填材４５１４としては窒素やアルゴンなどの不活性な気体の他に、紫外線硬化樹脂または熱硬化樹脂を用いることができ、ＰＶＣ（ポリビニルクロライド）、アクリル樹脂、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）またはＥＶＡ（エチレンビニルアセテート）を用いることができる。例えば充填材として窒素を用いればよい。

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

表示素子に電圧を印加する第１の電極層４０３０及び第２の電極層４０３１（画素電極層、共通電極層、対向電極層などともいう）においては、取り出す光の方向、電極層が設けられる場所、及び電極層のパターン構造によって透光性、反射性を選択すればよい。

第１の電極層４０３０、第２の電極層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（以下、ＩＴＯと示す。）、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、第１の電極層４０３０、第２の電極層４０３１はタングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）、バナジウム（Ｖ）、ニオブ（Ｎｂ）、タンタル（Ｔａ）、クロム（Ｃｒ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、チタン（Ｔｉ）、白金（Ｐｔ）、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）等の金属、又はその合金、若しくはその金属窒化物から一つ、又は複数種を用いて形成することができる。

また、第１の電極層４０３０、第２の電極層４０３１として、導電性高分子（導電性ポリマーともいう）を含む導電性組成物を用いて形成することができる。導電性高分子としては、いわゆるπ電子共役系導電性高分子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の２種以上からなる共重合体またはその誘導体などがあげられる。

また、トランジスタは静電気などにより破壊されやすいため、駆動回路保護用の保護回路を設けることが好ましい。保護回路は、非線形素子を用いて構成することが好ましい。

以上のように上記実施の形態で示したトランジスタを適用することで、表示機能を有する信頼性のよい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）
上記実施の形態に示したトランジスタを用いて、対象物の情報を読み取るイメージセンサ機能を有する半導体装置を作製することができる。

図１２（Ａ）に、イメージセンサ機能を有する半導体装置の一例を示す。図１２（Ａ）はフォトセンサの等価回路であり、図１２（Ｂ）はフォトセンサの一部を示す断面図である。

フォトダイオード６０２は、一方の電極がフォトダイオードリセット信号線６５８に、他方の電極がトランジスタ６４０のゲートに電気的に接続されている。トランジスタ６４０は、ソース又はドレインの一方がフォトセンサ基準信号線６７２に、ソース又はドレインの他方がトランジスタ６５６のソース又はドレインの一方に電気的に接続されている。トランジスタ６５６は、ゲートがゲート信号線６５９に、ソース又はドレインの他方がフォトセンサ出力信号線６７１に電気的に接続されている。

なお、本明細書における回路図において、酸化物半導体層を用いるトランジスタと明確に判明できるように、酸化物半導体層を用いるトランジスタの記号には「ＯＳ」と記載している。図１２（Ａ）において、トランジスタ６４０、トランジスタ６５６は上記実施の形態に示したトランジスタが適用でき、チャネルが形成される半導体層に酸化物半導体を用いるトランジスタである。本実施の形態では、実施の形態４で示したトランジスタ１４０と同様な構造を有するトランジスタを適用する例を示す。トランジスタ６４０は、酸化物半導体層上にチャネル保護層として機能する絶縁層が設けられた、ボトムゲート構造の逆スタガ型トランジスタである。

図１２（Ｂ）は、フォトセンサにおけるフォトダイオード６０２及びトランジスタ６４０の構成例を示す断面図であり、絶縁表面を有する基板６０１（ＴＦＴ基板）上に、センサとして機能するフォトダイオード６０２及びトランジスタ６４０が設けられている。フォトダイオード６０２、トランジスタ６４０の上には接着層６０８を用いて基板６１３が設けられている。

トランジスタ６４０上には絶縁層６３１、絶縁層６３３、絶縁層６３４が設けられている。フォトダイオード６０２は、絶縁層６３３上に設けられ、絶縁層６３３上に形成した電極６４１ａ、電極６４１ｂと、絶縁層６３４上に設けられた電極層６４２との間に、絶縁層６３３側から順に第１半導体層６０６ａ、第２半導体層６０６ｂ、及び第３半導体層６０６ｃを積層した構造を有している。

電極６４１ｂは、絶縁層６３４上に形成された導電層６４３と電気的に接続し、電極層６４２は電極６４１ａを介して導電層６４５と電気的に接続している。導電層６４５は、トランジスタ６４０のゲート電極層と電気的に接続しており、フォトダイオード６０２はトランジスタ６４０と電気的に接続している。

ここでは、第１半導体層６０６ａとしてｐ型の導電型を有する半導体層と、第２半導体層６０６ｂとして高抵抗な半導体層（ｉ型半導体層）、第３半導体層６０６ｃとしてｎ型の導電型を有する半導体層を積層するｐｉｎ型のフォトダイオードを例示している。

第１半導体層６０６ａはｐ型半導体層であり、ｐ型を付与する不純物元素を含むアモルファスシリコンにより形成することができる。第１半導体層６０６ａの形成には１３族の不純物元素（例えばボロン（Ｂ））を含む半導体材料ガスを用いて、プラズマＣＶＤ法により形成する。半導体材料ガスとしてはシラン（ＳｉＨ_４）を用いればよい。または、Ｓｉ_２Ｈ_６、ＳｉＨ_２Ｃｌ_２、ＳｉＨＣｌ_３、ＳｉＣｌ_４、ＳｉＦ_４等を用いてもよい。また、不純物元素を含まないアモルファスシリコンを形成した後に、拡散法やイオン注入法を用いて該アモルファスシリコンに不純物元素を導入してもよい。イオン注入法等により不純物元素を導入した後に加熱等を行うことで、不純物元素を拡散させるとよい。この場合にアモルファスシリコンを形成する方法としては、ＬＰＣＶＤ法、気相成長法、又はスパッタリング法等を用いればよい。第１半導体層６０６ａの膜厚は１０ｎｍ以上５０ｎｍ以下となるよう形成することが好ましい。

第２半導体層６０６ｂは、Ｉ型半導体層（真性半導体層）であり、アモルファスシリコンにより形成する。第２半導体層６０６ｂの形成には、半導体材料ガスを用いて、アモルファスシリコンをプラズマＣＶＤ法により形成する。半導体材料ガスとしては、シラン（ＳｉＨ_４）を用いればよい。または、Ｓｉ_２Ｈ_６、ＳｉＨ_２Ｃｌ_２、ＳｉＨＣｌ_３、ＳｉＣｌ_４、ＳｉＦ_４等を用いてもよい。第２半導体層６０６ｂの形成は、ＬＰＣＶＤ法、気相成長法、スパッタリング法等により行ってもよい。第２半導体層６０６ｂの膜厚は２００ｎｍ以上１０００ｎｍ以下となるように形成することが好ましい。

第３半導体層６０６ｃは、ｎ型半導体層であり、ｎ型を付与する不純物元素を含むアモルファスシリコンにより形成する。第３半導体層６０６ｃの形成には、１５族の不純物元素（例えばリン（Ｐ））を含む半導体材料ガスを用いて、プラズマＣＶＤ法により形成する。半導体材料ガスとしてはシラン（ＳｉＨ_４）を用いればよい。または、Ｓｉ_２Ｈ_６、ＳｉＨ_２Ｃｌ_２、ＳｉＨＣｌ_３、ＳｉＣｌ_４、ＳｉＦ_４等を用いてもよい。また、不純物元素を含まないアモルファスシリコンを形成した後に、拡散法やイオン注入法を用いて該アモルファスシリコンに不純物元素を導入してもよい。イオン注入法等により不純物元素を導入した後に加熱等を行うことで、不純物元素を拡散させるとよい。この場合にアモルファスシリコンを形成する方法としては、ＬＰＣＶＤ法、気相成長法、又はスパッタリング法等を用いればよい。第３半導体層６０６ｃの膜厚は２０ｎｍ以上２００ｎｍ以下となるよう形成することが好ましい。

また、第１半導体層６０６ａ、第２半導体層６０６ｂ、及び第３半導体層６０６ｃは、アモルファス半導体ではなく、多結晶半導体を用いて形成してもよいし、微結晶半導体や、セミアモルファス半導体（Ｓｅｍｉ Ａｍｏｒｐｈｏｕｓ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ：ＳＡＳ）を用いて形成してもよい。

また、光電効果で発生した正孔の移動度は電子の移動度に比べて小さいため、ｐｉｎ型のフォトダイオードはｐ型の半導体層側を受光面とする方がよい特性を示す。ここでは、ｐｉｎ型のフォトダイオードが形成されている基板６０１の面からフォトダイオード６０２が受ける光６２２を電気信号に変換する例を示す。また、受光面とした半導体層側とは逆の導電型を有する半導体層側からの光は外乱光となるため、電極層は遮光性を有する導電層を用いるとよい。また、ｎ型の半導体層側を受光面として用いることもできる。

絶縁層６３１、絶縁層６３３、絶縁層６３４としては、絶縁性材料を用いて、その材料に応じて、スパッタリング法、プラズマＣＶＤ法、ＳＯＧ法、スピンコート、ディップ、スプレー塗布、液滴吐出法（インクジェット法等）、印刷法（スクリーン印刷、オフセット印刷等）等を用いて形成することができる。

絶縁層６３１としては、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、又は酸化窒化アルミニウムなどの酸化物絶縁物、窒化シリコン、窒化酸化シリコン、窒化アルミニウム、又は窒化酸化アルミニウムなどの窒化物絶縁物を単層又は積層して用いることができる。

本実施の形態では、絶縁層６３１として酸化アルミニウムを用いる。絶縁層６３１はスパッタリング法によって形成することができる。

酸化物半導体層上に絶縁層６３１として設けられた酸化アルミニウムは、水素、水分などの不純物、及び酸素の両方に対して膜を透過させない遮断効果（ブロック効果）が高い。

従って、酸化アルミニウムは、作製工程中及び作製後において、変動要因となる水素、水分などの不純物の酸化物半導体層への混入、及び酸化物半導体を構成する主成分材料である酸素の酸化物半導体層からの放出を防止する保護層として機能する。

絶縁層６３３、絶縁層６３４としては、表面凹凸を低減するため平坦化層として機能する絶縁層が好ましい。絶縁層６３３、６３４としては、例えばポリイミド、アクリル樹脂、ベンゾシクロブテン樹脂、ポリアミド、エポキシ樹脂等の、耐熱性を有する有機絶縁材料を用いることができる。また上記有機絶縁材料の他に、低誘電率材料（ｌｏｗ−ｋ材料）、シロキサン系樹脂、ＰＳＧ（リンガラス）、ＢＰＳＧ（リンボロンガラス）等の単層、又は積層を用いることができる。

フォトダイオード６０２に入射する光を検出することによって、被検出物の情報を読み取ることができる。なお、被検出物の情報を読み取る際にバックライトなどの光源を用いることができる。

上記実施の形態で示したトランジスタは、電気的特性変動が抑制されており、電気的に安定である。従って、安定した電気特性を有するトランジスタ６４０を含む信頼性の高い半導体装置を提供することができる。また、信頼性の高い半導体装置を歩留まりよく作製し、高生産化を達成することができる。

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）
本明細書に開示する半導体装置は、さまざまな電子機器（遊技機も含む）に適用することができる。電子機器としては、テレビジョン装置（テレビ、又はテレビジョン受信機ともいう）、コンピュータ用などのモニタ、デジタルカメラ、デジタルビデオカメラ、デジタルフォトフレーム、携帯電話機、携帯型ゲーム機、携帯情報端末、音響再生装置、遊技機（パチンコ機、スロットマシン等）、ゲーム筐体が挙げられる。これらの電子機器の具体例を図１３に示す。

図１３（Ａ）は、表示部を有するテーブル９０００を示している。テーブル９０００は、筐体９００１に表示部９００３が組み込まれており、表示部９００３により映像を表示することが可能である。なお、４本の脚部９００２により筐体９００１を支持した構成を示している。また、電力供給のための電源コード９００５を筐体９００１に有している。

実施の形態１乃至４のいずれかに示す半導体装置は、表示部９００３に用いることが可能であり、電子機器に高い信頼性を付与することができる。

表示部９００３は、タッチ入力機能を有しており、テーブル９０００の表示部９００３に表示された表示ボタン９００４を指などで触れることで、画面操作や、情報を入力することができ、また他の家電製品との通信を可能とする、又は制御を可能とすることで、画面操作により他の家電製品をコントロールする制御装置としてもよい。例えば、実施の形態３に示したイメージセンサ機能を有する半導体装置を用いれば、表示部９００３にタッチ入力機能を持たせることができる。

また、筐体９００１に設けられたヒンジによって、表示部９００３の画面を床に対して垂直に立てることもでき、テレビジョン装置としても利用できる。狭い部屋においては、大きな画面のテレビジョン装置は設置すると自由な空間が狭くなってしまうが、テーブルに表示部が内蔵されていれば、部屋の空間を有効に利用することができる。

図１３（Ｂ）は、テレビジョン装置９１００を示している。テレビジョン装置９１００は、筐体９１０１に表示部９１０３が組み込まれており、表示部９１０３により映像を表示することが可能である。なお、ここではスタンド９１０５により筐体９１０１を支持した構成を示している。

テレビジョン装置９１００の操作は、筐体９１０１が備える操作スイッチや、別体のリモコン操作機９１１０により行うことができる。リモコン操作機９１１０が備える操作キー９１０９により、チャンネルや音量の操作を行うことができ、表示部９１０３に表示される映像を操作することができる。また、リモコン操作機９１１０に、当該リモコン操作機９１１０から出力する情報を表示する表示部９１０７を設ける構成としてもよい。

図１３（Ｂ）に示すテレビジョン装置９１００は、受信機やモデムなどを備えている。テレビジョン装置９１００は、受信機により一般のテレビ放送の受信を行うことができ、さらにモデムを介して有線又は無線による通信ネットワークに接続することにより、一方向（送信者から受信者）又は双方向（送信者と受信者間、あるいは受信者間同士など）の情報通信を行うことも可能である。

実施の形態１乃至４のいずれかに示す半導体装置は、表示部９１０３、９１０７に用いることが可能であり、テレビジョン装置、及びリモコン操作機に高い信頼性を付与することができる。

図１３（Ｃ）はコンピュータであり、本体９２０１、筐体９２０２、表示部９２０３、キーボード９２０４、外部接続ポート９２０５、ポインティングデバイス９２０６等を含む。コンピュータは、本発明の一態様を用いて作製される半導体装置をその表示部９２０３に用いることにより作製される。先の実施の形態に示した半導体装置を利用すれば、信頼性の高いコンピュータとすることが可能となる。

図１４（Ａ）及び図１４（Ｂ）は２つ折り可能なタブレット型端末である。図１４（Ａ）は、開いた状態であり、タブレット型端末は、筐体９６３０、表示部９６３１ａ、表示部９６３１ｂ、表示モード切り替えスイッチ９０３４、電源スイッチ９０３５、省電力モード切り替えスイッチ９０３６、留め具９０３３、操作スイッチ９０３８、を有する。

実施の形態１乃至４のいずれかに示す半導体装置は、表示部９６３１ａ、表示部９６３１ｂに用いることが可能であり、信頼性の高いタブレット型端末とすることが可能となる。

表示部９６３１ａは、一部をタッチパネルの領域９６３２ａとすることができ、表示された操作キー９６３８にふれることでデータ入力をすることができる。なお、表示部９６３１ａにおいては、一例として半分の領域が表示のみの機能を有する構成、もう半分の領域がタッチパネルの機能を有する構成を示しているが該構成に限定されない。表示部９６３１ａの全ての領域がタッチパネルの機能を有する構成としても良い。例えば、表示部９６３１ａの全面をキーボードボタン表示させてタッチパネルとし、表示部９６３１ｂを表示画面として用いることができる。

また、表示部９６３１ｂにおいても表示部９６３１ａと同様に、表示部９６３１ｂの一部をタッチパネルの領域９６３２ｂとすることができる。また、タッチパネルのキーボード表示切り替えボタン９６３９が表示されている位置に指やスタイラスなどでふれることで表示部９６３１ｂにキーボードボタン表示することができる。

また、タッチパネルの領域９６３２ａとタッチパネルの領域９６３２ｂに対して同時にタッチ入力することもできる。

また、表示モード切り替えスイッチ９０３４は、縦表示又は横表示などの表示の向きを切り替え、白黒表示やカラー表示の切り替えなどを選択できる。省電力モード切り替えスイッチ９０３６は、タブレット型端末に内蔵している光センサで検出される使用時の外光の光量に応じて表示の輝度を最適なものとすることができる。タブレット型端末は光センサだけでなく、ジャイロ、加速度センサ等の傾きを検出するセンサなどの他の検出装置を内蔵させてもよい。

また、図１４（Ａ）では表示部９６３１ｂと表示部９６３１ａの表示面積が同じ例を示しているが特に限定されず、一方のサイズともう一方のサイズが異なっていてもよく、表示の品質も異なっていてもよい。例えば一方が他方よりも高精細な表示を行える表示パネルとしてもよい。

図１４（Ｂ）は、閉じた状態であり、タブレット型端末は、筐体９６３０、太陽電池９６３３、充放電制御回路９６３４、バッテリー９６３５、ＤＣＤＣコンバータ９６３６を有する。なお、図１４（Ｂ）では充放電制御回路９６３４の一例としてバッテリー９６３５、ＤＣＤＣコンバータ９６３６を有する構成について示している。

なお、タブレット型端末は２つ折り可能なため、未使用時に筐体９６３０を閉じた状態にすることができる。従って、表示部９６３１ａ、表示部９６３１ｂを保護できるため、耐久性に優れ、長期使用の観点からも信頼性の優れたタブレット型端末を提供できる。

また、この他にも図１４（Ａ）及び図１４（Ｂ）に示したタブレット型端末は、様々な情報（静止画、動画、テキスト画像など）を表示する機能、カレンダー、日付又は時刻などを表示部に表示する機能、表示部に表示した情報をタッチ入力操作又は編集するタッチ入力機能、様々なソフトウェア（プログラム）によって処理を制御する機能、等を有することができる。

タブレット型端末の表面に装着された太陽電池９６３３によって、電力をタッチパネル、表示部、又は映像信号処理部等に供給することができる。なお、太陽電池９６３３は、筐体９６３０の片面又は両面に設けることができ、バッテリー９６３５の充電を効率的に行う構成とすることができるため好適である。なおバッテリー９６３５としては、リチウムイオン電池を用いると、小型化を図れる等の利点がある。

また、図１４（Ｂ）に示す充放電制御回路９６３４の構成、及び動作について図１４（Ｃ）にブロック図を示し説明する。図１４（Ｃ）には、太陽電池９６３３、バッテリー９６３５、ＤＣＤＣコンバータ９６３６、コンバータ９６３７、スイッチＳＷ１乃至ＳＷ３、表示部９６３１について示しており、バッテリー９６３５、ＤＣＤＣコンバータ９６３６、コンバータ９６３７、スイッチＳＷ１乃至ＳＷ３が、図１４（Ｂ）に示す充放電制御回路９６３４に対応する箇所となる。

まず外光により太陽電池９６３３により発電がされる場合の動作の例について説明する。太陽電池９６３３で発電した電力は、バッテリー９６３５を充電するための電圧となるようＤＣＤＣコンバータ９６３６で昇圧又は降圧がなされる。そして、表示部９６３１の動作に太陽電池９６３３からの電力が用いられる際にはスイッチＳＷ１をオンにし、コンバータ９６３７で表示部９６３１に必要な電圧に昇圧又は降圧をすることとなる。また、表示部９６３１での表示を行わない際には、ＳＷ１をオフにし、ＳＷ２をオンにしてバッテリー９６３５の充電を行う構成とすればよい。

なお太陽電池９６３３については、発電手段の一例として示したが、特に限定されず、圧電素子（ピエゾ素子）や熱電変換素子（ペルティエ素子）などの他の発電手段によるバッテリー９６３５の充電を行う構成であってもよい。例えば、無線（非接触）で電力を送受信して充電する無接点電力伝送モジュールや、また他の充電手段を組み合わせて行う構成としてもよい。

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。

１０１ 基板
１０２ 絶縁層
１０３ ゲート電極
１０４ ゲート絶縁層
１０５ 酸化物半導体層
１０６ 保護層
１０８ 絶縁層
１１０ トランジスタ
１１２ 平坦化層
１１６ 保護層
１２０ トランジスタ
１３０ トランジスタ
１４０ トランジスタ
１５０ トランジスタ
１９９ 部位
２０１ 酸化物半導体層
２０２ 絶縁層
２０３ レジストマスク
２０４ レジストマスク
３０１ 基板
３０２ 遮光部
３０３ 回折格子部
３０４ グレイトーンマスク
３１１ 基板
３１２ 半透光部
３１３ 遮光部
３１４ ハーフトーンマスク
６０１ 基板
６０２ フォトダイオード
６０８ 接着層
６１３ 基板
６２２ 光
６３１ 絶縁層
６３３ 絶縁層
６３４ 絶縁層
６４０ トランジスタ
６４２ 電極層
６４３ 導電層
６４５ 導電層
６５６ トランジスタ
６５８ フォトダイオードリセット信号線
６５９ ゲート信号線
６７１ フォトセンサ出力信号線
６７２ フォトセンサ基準信号線
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 トランジスタ
４０１１ トランジスタ
４０１３ 液晶素子
４０１５ 接続端子電極
４０１６ 端子電極
４０１７ 導電層
４０１８ ＦＰＣ
４０１９ 異方性導電層
４０２０ 絶縁層
４０２１ 平坦化層
４０２３ 絶縁層
４０２４ 絶縁層
４０３０ 電極層
４０３１ 電極層
４０３２ 絶縁層
４０３３ 絶縁層
４０３５ スペーサ
４５１０ 隔壁
４５１１ 電界発光層
４５１３ 発光素子
４５１４ 充填材
９０００ テーブル
９００１ 筐体
９００２ 脚部
９００３ 表示部
９００４ 表示ボタン
９００５ 電源コード
９０３３ 留め具
９０３４ スイッチ
９０３５ 電源スイッチ
９０３６ スイッチ
９０３８ 操作スイッチ
９１００ テレビジョン装置
９１０１ 筐体
９１０３ 表示部
９１０５ スタンド
９１０７ 表示部
９１０９ 操作キー
９１１０ リモコン操作機
９２０１ 本体
９２０２ 筐体
９２０３ 表示部
９２０４ キーボード
９２０５ 外部接続ポート
９２０６ ポインティングデバイス
９６３０ 筐体
９６３１ 表示部
９６３３ 太陽電池
９６３４ 充放電制御回路
９６３５ バッテリー
９６３６ ＤＣＤＣコンバータ
９６３７ コンバータ
９６３８ 操作キー
９６３９ ボタン
１０４ａ ゲート絶縁層
１０４ｂ ゲート絶縁層
１０６ａ 保護層
１０６ｂ 保護層
１０７ａ ソース電極
１０７ｂ ドレイン電極
１１１ａ コンタクトホール
１１１ｂ コンタクトホール
４０１８ｂ ＦＰＣ
６０６ａ 半導体層
６０６ｂ 半導体層
６０６ｃ 半導体層
６４１ａ 電極
６４１ｂ 電極
９６３１ａ 表示部
９６３１ｂ 表示部
９６３２ａ 領域
９６３２ｂ 領域

Claims (5)

1. 基板上に、ゲート電極と、トランジスタのチャネルが形成される酸化物半導体層と、前記酸化物半導体層よりも絶縁性が高い層と、を有し、
   前記ゲート電極は、ゲート絶縁層を介して前記酸化物半導体層と重なる領域を有し、
   前記酸化物半導体層は、Ｉｎと、Ｇａと、Ｚｎとを含み、
   前記絶縁性が高い層は、Ｉｎと、Ｚｎと、Ｔｉ、Ｇｅ、Ｃｅ、またはＹと、を含む酸化物半導体材料でなり、
   前記トランジスタのチャネル幅方向において、前記絶縁性が高い層は前記酸化物半導体層の端部を越えて設けられ、
   前記基板上面に垂直な方向で、且つ、前記トランジスタのチャネル長方向の断面において、前記絶縁性が高い層の端部はテーパー形状を有することを特徴とする半導体装置。
2. 基板上に、ゲート電極と、トランジスタのチャネルが形成される酸化物半導体層と、前記酸化物半導体層よりも絶縁性が高い層と、を有し、
   前記ゲート電極は、ゲート絶縁層を介して前記酸化物半導体層と重なる領域を有し、
   前記酸化物半導体層は、Ｉｎと、Ｇａと、Ｚｎとを含み、
   前記絶縁性が高い層は、Ｉｎと、Ｚｎと、Ｔｉ、Ｇｅ、Ｃｅ、またはＹと、を含む酸化物半導体材料でなり、
   前記トランジスタのチャネル幅方向において、前記絶縁性が高い層は前記酸化物半導体層の端部を越えて設けられ、
   前記基板上面に垂直な方向で、且つ、前記トランジスタのチャネル長方向の断面において、前記絶縁性が高い層の下面と側面のなす角度は、６０°以下であることを特徴とする半導体装置。
3. 基板上に、ゲート電極と、トランジスタのチャネルが形成される酸化物半導体層と、前記酸化物半導体層よりも絶縁性が高い層と、を有し、
   前記ゲート電極は、ゲート絶縁層を介して前記酸化物半導体層と重なる領域を有し、
   前記絶縁性が高い層は、Ｉｎと、Ｚｎと、Ｔｉ、Ｇｅ、Ｃｅ、またはＹと、を含む酸化物半導体材料でなり、
   前記トランジスタのチャネル幅方向において、前記絶縁性が高い層は前記酸化物半導体層の端部を越えて設けられ、
   前記基板上面に垂直な方向で、且つ、前記トランジスタのチャネル長方向の断面において、前記絶縁性が高い層の端部はテーパー形状を有することを特徴とする半導体装置。
4. 基板上に、ゲート電極と、トランジスタのチャネルが形成される酸化物半導体層と、前記酸化物半導体層よりも絶縁性が高い層と、を有し、
   前記ゲート電極は、ゲート絶縁層を介して前記酸化物半導体層と重なる領域を有し、
   前記絶縁性が高い層は、Ｉｎと、Ｚｎと、Ｔｉ、Ｇｅ、Ｃｅ、またはＹと、を含む酸化物半導体材料でなり、
   前記トランジスタのチャネル幅方向において、前記絶縁性が高い層は前記酸化物半導体層の端部を越えて設けられ、
   前記基板上面に垂直な方向で、且つ、前記トランジスタのチャネル長方向の断面において、前記絶縁性が高い層の下面と側面のなす角度は、６０°以下であることを特徴とする半導体装置。
5. 請求項１乃至４のいずれか一において、
   前記絶縁性が高い層における水素濃度は、５×１０ ^１８ ａｔｏｍｓ／ｃｍ ^３ 未満であることを特徴とする半導体装置。

Images