(57)【要約】【課題】酸化物半導体膜を有し、近赤外線の発光を呈する発光装置を提供する。【解決手段】トランジスタを有する半導体装置である。トランジスタは、第１のゲート電極と、第１のゲート電極上の第１の絶縁膜と、第１の絶縁膜を介して第１のゲート電極と重畳する領域を有する酸化物半導体膜と、酸化物半導体膜上の第２の絶縁膜と、第２の絶縁膜を介して酸化物半導体膜と重畳する領域を有する第２のゲート電極と、酸化物半導体膜上及び第２のゲート電極上の第３の絶縁膜と、を有する。酸化物半導体膜は、第２の絶縁膜と接するチャネル領域を有し、チャネル領域は発光を呈する領域を有し、発光は近赤外光を含む。【選択図】図１
2020198434.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
トランジスタを有する半導体装置であって、
前記トランジスタは、
第１の絶縁膜上の酸化物半導体膜と、
前記酸化物半導体膜上の第２の絶縁膜と、
前記第２の絶縁膜を介して前記酸化物半導体膜と重畳する領域を有する、第１のゲート電極と、
前記酸化物半導体膜上、及び前記第１のゲート電極上の第３の絶縁膜と、を有し、
前記酸化物半導体膜は、前記第２の絶縁膜と接するチャネル領域と、前記第３の絶縁膜と接するソース領域と、前記第３の絶縁膜と接するドレイン領域と、を有し、
前記チャネル領域は、発光を呈する領域を有し、
前記発光は、近赤外光を含む半導体装置。
【請求項２】
トランジスタを有する半導体装置であって、
前記トランジスタは、
第１の絶縁膜上の酸化物半導体膜と、
前記酸化物半導体膜上の第２の絶縁膜と、
前記第２の絶縁膜を介して前記酸化物半導体膜と重畳する領域を有する、第１のゲート電極と、
前記酸化物半導体膜上、及び前記第１のゲート電極上の第３の絶縁膜と、を有し、
前記酸化物半導体膜は、前記第２の絶縁膜と接するチャネル領域と、前記第３の絶縁膜と接するソース領域と、前記第３の絶縁膜と接するドレイン領域と、を有し、
前記チャネル領域は、発光を呈する機能を有し、
前記発光は、９００ｎｍ以上１５５０ｎｍ以下の波長領域の光を含む半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の一態様は、酸化物半導体膜を有する半導体装置、及び該半導体装置を有する電子機器に関する。
【０００２】
なお、本発明の一態様は、上記の技術分野に限定されない。本明細書等で開示する発明の一態様の技術分野は、物、方法、または、製造方法に関するものである。または、本発明の一態様は、プロセス、マシン、マニュファクチャ、または、組成物（コンポジション・オブ・マター）に関するものである。そのため、より具体的に本明細書で開示する本発明の一態様の技術分野としては、半導体装置、表示装置、発光装置、照明装置、蓄電装置、記憶装置、撮像装置、それらの駆動方法、または、それらの製造方法、を一例として挙げることができる。
【０００３】
なお、本明細書等において、半導体装置とは、半導体特性を利用することで機能しうる装置全般を指す。トランジスタなどの半導体素子をはじめ、半導体回路、演算装置、記憶装置は、半導体装置の一態様である。撮像装置、表示装置、液晶表示装置、発光装置、電気光学装置、発電装置（薄膜太陽電池、有機薄膜太陽電池等を含む）、及び電子機器は、半導体装置を有している場合がある。
【背景技術】
【０００４】
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）または電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）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）や画像装置（表示装置）のような電子デバイスに広く応用されている。トランジスタに適用可能な半導体薄膜として、シリコンを代表とする半導体材料が広く知られているが、その他の材料として酸化物半導体が注目されている。
【０００５】
例えば、酸化物半導体として、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物を用いてトランジスタを作製する技術が開示されている（特許文献１参照）。また、自己整列トップゲート構造を有する酸化物薄膜のトランジスタを作製する技術が開示されている（特許文献２参照）。
【０００６】
また、近年は情報を入力する機能を有する表示装置の技術開発が進められており、特許文献３には、赤外線を検出することで、入力データを読み取る光学式タッチパネルが開示されている。
【０００７】
また、脈拍、静脈、瞳孔のような生体情報を検出する機能を有する電子機器が注目されており、赤外線を用いた生体センサが開発されている（特許文献４）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００７−９６０５５号公報
【特許文献２】特開２００９−２７８１１５号公報
【特許文献３】特開２０１２−２２６７４号公報
【特許文献４】特開平５−３２９１１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
赤外線を呈する発光ダイオード（ＬＥＤ）を有する光学式タッチパネルにおいては、赤外線を検出するセンサを表示装置の表示面側に有し、赤外線を呈するＬＥＤをバックライトとして有するため、赤外線を呈するＬＥＤと、赤外線を検出するセンサと、の位置が離れている。そのため、検出環境の光や表示装置内の光がノイズとなり、赤外線の検出精度が低下してしまう。
【００１０】
また、生体情報等を読み取る電子機器において、赤外線を照射する発光素子としてＬＥＤを用いる場合、ＬＥＤは、広範囲に赤外線を照射することが可能である一方、微細な領域に赤外線を照射することが難しい。そのため、微細な情報を検出するために赤外線を検出するセンサの精細度を高めるだけでは、検出精度や検出精細度を高めることが難しい。
【００１１】
上記問題に鑑み、本発明の一態様では、赤外線を呈するトランジスタを有する半導体装置を提供することを課題の一つとする。または、本発明の一態様では、高精細に赤外線を呈する半導体装置を提供することを課題の一つとする。または、本発明の一態様では、高精度に赤外線を検出可能な半導体装置を提供することを課題の一つとする。または、本発明の一態様では、高精度に赤外線を検出可能な表示装置を提供することを課題の一つとする。または、本発明の一態様では、高精度に赤外線を検出可能な電子機器を提供することを課題の一つとする。または、本発明の一態様では、新規な半導体装置を提供することを課題の一つとする。または、本発明の一態様では、新規な半導体装置の作製方法を提供することを課題の一つとする。
【００１２】
なお、上記の課題の記載は、他の課題の存在を妨げるものではない。なお、本発明の一態様は、必ずしも、これらの課題の全てを解決する必要はない。上記以外の課題は、明細書等の記載から自ずと明らかになるものであり、明細書等の記載から上記以外の課題を抽出することが可能である。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の一態様は、効率良く赤外線を呈することが可能な、酸化物半導体膜を有する半導体装置である。または、高精細に赤外線を呈することが可能な、酸化物半導体膜を有する半導体装置である。
【００１４】
したがって、本発明の一態様は、トランジスタを有する半導体装置であって、トランジスタは、第１のゲート電極と、第１のゲート電極上の第１の絶縁膜と、第１の絶縁膜を介して第１のゲート電極と重畳する領域を有する酸化物半導体膜と、酸化物半導体膜上の第２の絶縁膜と、第２の絶縁膜を介して酸化物半導体膜と重畳する領域を有する第２のゲート電極と、酸化物半導体膜上及び第２のゲート電極上の第３の絶縁膜と、を有し、酸化物半導体膜は、第２の絶縁膜と接するチャネル領域と、第３の絶縁膜と接するソース領域と、第３の絶縁膜と接するドレイン領域と、を有し、チャネル領域は、発光を呈する領域を有し、発光は、近赤外光を含む、半導体装置である。
【００１５】
また、本発明の他の一態様は、トランジスタを有する半導体装置であって、トランジスタは、第１のゲート電極と、第１のゲート電極上の第１の絶縁膜と、第１の絶縁膜を介して前記第１のゲート電極と重畳する領域を有する酸化物半導体膜と、酸化物半導体膜上の第２の絶縁膜と、第２の絶縁膜を介して酸化物半導体膜と重畳する領域を有する第２のゲート電極と、酸化物半導体膜上及び第２のゲート電極上の第３の絶縁膜と、を有し、酸化物半導体膜は、第２の絶縁膜と接するチャネル領域と、第３の絶縁膜と接するソース領域と、第３の絶縁膜と接するドレイン領域と、を有し、チャネル領域は、発光を呈する機能を有し、発光は、９００ｎｍ以上１５５０ｎｍ以下の波長領域の光を含む、半導体装置である。
【００１６】
また、上記各構成において、トランジスタは、さらに、第３の絶縁膜に設けられた第１の開口部を介して、ソース領域において酸化物半導体膜に電気的に接続するソース電極と、第３の絶縁膜に設けられた第２の開口部を介して、ドレイン領域において酸化物半導体膜に電気的に接続するドレイン電極と、を有する半導体装置である。
【００１７】
また、上記各構成において、酸化物半導体膜は、Ｉｎと、Ｚｎと、Ｍ（Ｍは、Ａｌ、Ｇａ、Ｙ、またはＳｎ）と、を有すると好ましい。また、酸化物半導体膜は、Ｉｎの含有量が、Ｍの含有量以上である領域を有すると好ましい。また、酸化物半導体膜は、結晶部を有し、結晶部は、ｃ軸配向性を有すると好ましい。
【００１８】
また、上記各構成において、第２のゲート電極は、Ｉｎと、Ｚｎと、Ｍ（Ｍは、Ａｌ、Ｇａ、Ｙ、またはＳｎ）と、を有すると好ましい。また、第２のゲート電極は、Ｉｎの含有量が、Ｍの含有量以上である領域を有すると好ましい。また、第２のゲート電極は、酸化物半導体膜よりもキャリア密度が高いと好ましい。
【００１９】
また、上記各構成において、第３の絶縁膜は、窒素および水素の少なくとも一方を有すると好ましい。
【００２０】
また、本発明の他の一態様は、上記各態様の半導体装置と表示素子とを有する表示装置である。また、本発明の他の一態様は、上記態様の半導体装置とセンサとを有する電子機器である。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の一態様により、赤外線を呈するトランジスタを有する半導体装置を提供することができる。または、本発明の一態様により、高精細に赤外線を呈する半導体装置を提供することができる。または、本発明の一態様により、高精度に赤外線を検出可能な半導体装置を提供することができる。または本発明の一態様により、高精度に赤外線を検出可能な表示装置を提供することができる。または、本発明の一態様により、高精度に赤外線を検出可能な電子機器を提供することができる。または、本発明の一態様により、新規な半導体装置を提供することができる。または、本発明の一態様により、新規な半導体装置の作製方法を提供することができる。
【００２２】
なお、これらの効果の記載は、他の効果の存在を妨げるものではない。なお、本発明の一態様は、必ずしも、これらの効果の全てを有する必要はない。なお、これら以外の効果は、明細書、図面、請求項などの記載から、自ずと明らかとなるものであり、明細書、図面、請求項などの記載から、これら以外の効果を抽出することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】半導体装置の上面及び断面を説明する図。
【図２】半導体装置の上面及び断面を説明する図。
【図３】半導体装置の上面及び断面を説明する図。
【図４】半導体装置の断面を説明する図。
【図５】半導体装置の断面を説明する図。
【図６】半導体装置の断面を説明する図。
【図７】半導体装置の断面を説明する図。
【図８】半導体装置の断面を説明する図。
【図９】バンド構造を説明する図。
【図１０】半導体装置の作製方法を説明する断面図。
【図１１】半導体装置の作製方法を説明する断面図。
【図１２】半導体装置の作製方法を説明する断面図。
【図１３】半導体装置の作製方法を説明する断面図。
【図１４】半導体装置の作製方法を説明する断面図。
【図１５】半導体装置の作製方法を説明する断面図。
【図１６】半導体装置の作製方法を説明する断面図。
【図１７】ＣＡＡＣ−ＯＳおよび単結晶酸化物半導体のＸＲＤによる構造解析を説明する図、ならびにＣＡＡＣ−ＯＳの制限視野電子回折パターンを示す図。
【図１８】ＣＡＡＣ−ＯＳの断面ＴＥＭ像、ならびに平面ＴＥＭ像およびその画像解析像。
【図１９】ｎｃ−ＯＳの電子回折パターンを示す図、およびｎｃ−ＯＳの断面ＴＥＭ像。
【図２０】ａ−ｌｉｋｅ  ＯＳの断面ＴＥＭ像。
【図２１】Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物の電子照射による結晶部の変化を示す図。
【図２２】表示装置の構成例を示す断面図。
【図２３】表示装置の一態様を示す上面図。
【図２４】表示装置の一態様を示す断面図。
【図２５】表示装置の一態様を示す断面図。
【図２６】半導体装置の回路構成を説明する図。
【図２７】画素回路の構成を説明する図、及び画素回路の動作を説明するタイミングチャート。
【図２８】表示装置を説明するブロック図及び回路図。
【図２９】表示モジュールを説明する図。
【図３０】電子機器を説明する図。
【図３１】発光素子および受光素子の配置を説明する図。
【図３２】表示部と、発光素子および受光素子との配置を説明する図。
【図３３】実施例における、トランジスタの上面及び断面を説明する図。
【図３４】実施例における、トランジスタのＩｄ−Ｖｇ特性を説明する図。
【図３５】実施例における、トランジスタの発光状態を説明する図。
【図３６】実施例における、トランジスタの発光状態を説明する図。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明の実施の態様について図面を用いて詳細に説明する。但し、本発明は以下の説明に限定されず、本発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細を様々に変更し得ることが可能である。従って、本発明は以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。
【００２５】
なお、図面等において示す各構成の、位置、大きさ、範囲などは、理解の簡単のため、実際の位置、大きさ、範囲などを表していない場合がある。このため、開示する発明は、必ずしも、図面等に開示された位置、大きさ、範囲などに限定されない。
【００２６】
また、本明細書等において、第１、第２等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。そのため、例えば、「第１の」を「第２の」又は「第３の」などと適宜置き換えて説明することができる。また、本明細書等に記載されている序数詞と、本発明の一態様を特定するために用いられる序数詞は一致しない場合がある。
【００２７】
また、本明細書において、「上に」「下に」などの配置を示す語句は、構成同士の位置関係を、図面を参照して説明するために、便宜上用いている。また、構成同士の位置関係は、各構成を描写する方向に応じて適宜変化するものである。従って、明細書で説明した語句に限定されず、状況に応じて適切に言い換えることができる。
【００２８】
また、本明細書等において、図面を用いて発明の構成を説明するにあたり、同じものを指す符号は異なる図面間でも共通して用いる。
【００２９】
また、本明細書等において、「半導体」と表記した場合であっても、例えば、導電性が十分に低い場合は、「絶縁体」としての特性を有する場合がある。また、「半導体」と「絶縁体」とは境界が曖昧であり、厳密に区別できない場合がある。したがって、本明細書等に記載の「半導体」は、「絶縁体」に言い換えることが可能な場合がある。同様に、本明細書等に記載の「絶縁体」は、「半導体」に言い換えることが可能な場合がある。または、本明細書等に記載の「絶縁体」を「半絶縁体」に言い換えることが可能な場合がある。
【００３０】
また、本明細書等において、「半導体」と表記した場合であっても、例えば、導電性が十分に高い場合は、「導電体」としての特性を有する場合がある。また、「半導体」と「導電体」とは境界が曖昧であり、厳密に区別できない場合がある。したがって、本明細書等に記載の「半導体」は、「導電体」に言い換えることが可能な場合がある。同様に、本明細書等に記載の「導電体」は、「半導体」に言い換えることが可能な場合がある。
【００３１】
また、本明細書等において、トランジスタとは、ゲートと、ドレインと、ソースとを含む少なくとも三つの端子を有する素子である。そして、ドレイン（ドレイン端子、ドレイン領域またはドレイン電極）とソース（ソース端子、ソース領域またはソース電極）の間にチャネル領域を有しており、ドレインとチャネル領域とソースとを介して電流を流すことができるものである。なお、本明細書等において、チャネル領域とは、電流が主として流れる領域をいう。
【００３２】
また、ソースやドレインの機能は、異なる極性のトランジスタを採用する場合や、回路動作において電流の方向が変化する場合などには入れ替わることがある。このため、本明細書等においては、ソースやドレインの用語は、入れ替えて用いることができるものとする。
【００３３】
なお、チャネル長とは、例えば、トランジスタの上面図において、半導体（またはトランジスタがオン状態のときに半導体の中で電流の流れる部分）とゲート電極とが互いに重なる領域、またはチャネルが形成される領域における、ソース（ソース領域またはソース電極）とドレイン（ドレイン領域またはドレイン電極）との間の距離をいう。なお、一つのトランジスタにおいて、チャネル長が全ての領域で同じ値をとるとは限らない。即ち、一つのトランジスタのチャネル長は、一つの値に定まらない場合がある。そのため、本明細書等では、チャネル長は、チャネルの形成される領域における、いずれか一の値、最大値、最小値または平均値とする。
【００３４】
チャネル幅とは、例えば、半導体（またはトランジスタがオン状態のときに半導体の中で電流の流れる部分）とゲート電極とが互いに重なる領域、またはチャネルが形成される領域における、ソースとドレインとが向かい合っている部分の長さをいう。なお、一つのトランジスタにおいて、チャネル幅がすべての領域で同じ値をとるとは限らない。即ち、一つのトランジスタのチャネル幅は、一つの値に定まらない場合がある。そのため、本明細書等では、チャネル幅は、チャネルの形成される領域における、いずれか一の値、最大値、最小値または平均値とする。
【００３５】
また、本明細書等において、「電気的に接続」には、「何らかの電気的作用を有するもの」を介して接続されている場合が含まれる。ここで、「何らかの電気的作用を有するもの」は、接続対象間での電気信号の授受を可能とするものであれば、特に制限を受けない。例えば、「何らかの電気的作用を有するもの」には、電極や配線をはじめ、トランジスタなどのスイッチング素子、抵抗素子、インダクタ、キャパシタ、その他の各種機能を有する素子などが含まれる。
【００３６】
また、電圧は、ある電位と、基準の電位（例えば接地電位（ＧＮＤ）またはソース電位）との電位差のことを示す場合が多い。そのため、電圧を電位と言い換えることが可能である。
【００３７】
また、本明細書等において、「膜」という用語と、「層」という用語とは、互いに入れ替えることが可能である。例えば、「導電層」という用語を、「導電膜」という用語に変更することが可能な場合がある。または、例えば、「絶縁膜」という用語を、「絶縁層」という用語に変更することが可能な場合がある。
【００３８】
また、本明細書において、「平行」とは、二つの直線が−１０°以上１０°以下の角度で配置されている状態をいう。したがって、−５°以上５°以下の場合も含まれる。また、「略平行」とは、二つの直線が−３０°以上３０°以下の角度で配置されている状態をいう。また、「垂直」とは、二つの直線が８０°以上１００°以下の角度で配置されている状態をいう。したがって、８５°以上９５°以下の場合も含まれる。また、「略垂直」とは、二つの直線が６０°以上１２０°以下の角度で配置されている状態をいう。
【００３９】
（実施の形態１）
本実施の形態においては、本発明の一態様の半導体装置及び半導体装置の作製方法の一例について、図１乃至図１３を用いて以下説明する。
【００４０】
＜１−１．半導体装置の構成例１＞
図１（Ａ）は、本発明の一態様の半導体装置であるトランジスタ１００の上面図である。また、図１（Ｂ）は、図１（Ａ）に示す一点鎖線Ｘ１−Ｘ２間における切断面の断面図に相当し、図１（Ｃ）は、図１（Ａ）に示す一点鎖線Ｙ１−Ｙ２間における切断面の断面図に相当する。なお、図１（Ａ）においては明瞭化のため、トランジスタ１００の構成要素の一部（基板１０２及び絶縁膜等）を省略して図示している。
【００４１】
また、図１（Ａ）における一点鎖線Ｘ１−Ｘ２方向をトランジスタ１００のチャネル長（Ｌ）方向、一点鎖線Ｙ１−Ｙ２方向をトランジスタ１００のチャネル幅（Ｗ）方向と呼称する場合がある。
【００４２】
トランジスタ１００は、基板１０２上の第１のゲート電極（ボトムゲート電極ともいう）として機能する導電膜１０６と、基板１０２及び導電膜１０６上の絶縁膜１０４と、絶縁膜１０４上の酸化物半導体膜１０８と、酸化物半導体膜１０８上の絶縁膜１１０と、絶縁膜１１０上の第２のゲート電極（トップゲート電極ともいう）として機能する導電膜１１２と、絶縁膜１０４、酸化物半導体膜１０８、及び導電膜１１２上の絶縁膜１１６と、を有する。また、酸化物半導体膜１０８は、導電膜１１２が重畳し、且つ絶縁膜１１０と接するチャネル領域１０８ｉと、絶縁膜１１６と接するソース領域１０８ｓと、絶縁膜１１６と接するドレイン領域１０８ｄと、を有する。
【００４３】
また、トランジスタ１００は、絶縁膜１１６上の絶縁膜１１８と、絶縁膜１１６、及び絶縁膜１１８に設けられた開口部１４１ｓを介して、ソース領域１０８ｓにおいて酸化物半導体膜１０８に電気的に接続される導電膜１２０ｓと、絶縁膜１１６、及び絶縁膜１１８に設けられた開口部１４１ｄを介して、ドレイン領域１０８ｄにおいて酸化物半導体膜１０８に電気的に接続される導電膜１２０ｄと、有する。
【００４４】
なお、本明細書等において、絶縁膜１０４を第１の絶縁膜と、絶縁膜１１０を第２の絶縁膜と、絶縁膜１１６を第３の絶縁膜と、絶縁膜１１８を第４の絶縁膜と、それぞれ呼称する場合がある。また、トランジスタ１００において、絶縁膜１０４は、第１のゲート絶縁膜としての機能を有し、絶縁膜１１０は、第２のゲート絶縁膜としての機能を有する。そのため、本明細書等において、絶縁膜１０４を第１のゲート絶縁膜と、絶縁膜１１０を第２のゲート絶縁膜と呼称する場合がある。また、導電膜１２０ｓは、ソース電極としての機能を有し、導電膜１２０ｄは、ドレイン電極としての機能を有する。
【００４５】
また、トランジスタ１００において、絶縁膜１１０の側端部と、導電膜１１２の側端部とが、揃う領域を有すると好ましい。別言すると、トランジスタ１００において、絶縁膜１１０の上端部と、導電膜１１２の下端部が概略揃う構成である。例えば、導電膜１１２をマスクとして絶縁膜１１０を加工することで、上記構造とすることができる。
【００４６】
また、トランジスタ１００は、絶縁膜１０４、及び絶縁膜１１０に設けられた開口部１４３を介して、導電膜１０６と導電膜１１２とが電気的に接続される。そのため、導電膜１０６と導電膜１１２には、同じ電位が与えられる。
【００４７】
このように、トランジスタ１００は、酸化物半導体膜１０８の上下にゲート電極として機能する導電膜を有する構成である。
【００４８】
≪ｓ−ｃｈａｎｎｅｌ構造≫
酸化物半導体膜１０８は、第１のゲート絶縁膜と、第２のゲート絶縁膜とを介して、導電膜１０６と、導電膜１１２とに挟持される。導電膜１０６のチャネル幅方向の長さは、酸化物半導体膜１０８のチャネル幅方向の長さよりも長い。また、導電膜１１２のチャネル幅方向の長さは、酸化物半導体膜１０８のチャネル幅方向の長さよりも長い。また、導電膜１０６と導電膜１１２とは、絶縁膜１０４及び絶縁膜１１０に設けられる開口部１４３において電気的に接続されているため、酸化物半導体膜１０８のチャネル幅方向の側面の少なくとも一方は、絶縁膜１１０を介して導電膜１１２と対向している。すなわち、酸化物半導体膜１０８のチャネル幅方向全体は、第１のゲート絶縁膜及び第２のゲート絶縁膜を介して導電膜１０６及び導電膜１１２に覆われている。
【００４９】
別言すると、トランジスタ１００のチャネル幅方向において、導電膜１０６及び導電膜１１２は、第１のゲート絶縁膜及び第２のゲート絶縁膜を介して酸化物半導体膜１０８を囲む構成である。
【００５０】
このような構成とすることで、トランジスタ１００が有する酸化物半導体膜１０８を、第１のゲート電極として機能する導電膜１０６及び第２のゲート電極として機能する導電膜１１２の電界によって電気的に囲むことができる。トランジスタ１００のように、第１のゲート電極及び第２のゲート電極の電界によって、チャネル領域が形成される酸化物半導体膜を電気的に囲むトランジスタのデバイス構造をｓｕｒｒｏｕｎｄｅｄ  ｃｈａｎｎｅｌ（ｓ−ｃｈａｎｎｅｌ）構造と呼ぶことができる。
【００５１】
トランジスタ１００は、ｓ−ｃｈａｎｎｅｌ構造を有するため、導電膜１０６及び導電膜１１２によってチャネルを誘起させるための電界を効果的に酸化物半導体膜１０８に印加することができる。したがって、トランジスタ１００の電流駆動能力が向上し、高いオン電流特性を得ることが可能となる。また、オン電流を高くすることが可能であるため、トランジスタ１００を微細化することが可能となる。また、トランジスタ１００は、導電膜１０６及び導電膜１１２によって囲まれた構造を有するため、トランジスタ１００の機械的強度を高めることができる。
【００５２】
また、上記構成とすることによって、酸化物半導体膜１０８においてキャリアの流れる領域が、酸化物半導体膜１０８の絶縁膜１０４側と、及び酸化物半導体膜１０８の絶縁膜１１０側と、さらに酸化物半導体膜１０８の膜中の広い範囲となるため、トランジスタ１００はキャリアの移動量が増加する。その結果、トランジスタ１００のオン電流が大きくなると共に、電界効果移動度が大きくなり、具体的には電界効果移動度が１０ｃｍ２／Ｖ・ｓ以上となる。なお、ここでの電界効果移動度は、酸化物半導体膜の物性値としての移動度の近似値ではなく、トランジスタの飽和領域における電流駆動力の指標であり、見かけの電界効果移動度である。
【００５３】
なお、図１（Ｃ）（トランジスタ１００のチャネル幅方向）において、開口部１４３が形成されている箇所と酸化物半導体膜１０８を挟んだ反対側に、開口部１４３と異なる開口部を形成してもよい。
【００５４】
また、開口部１４３を設けずに、導電膜１０６と、導電膜１１２と、に異なる電位を与えてもよい。すなわち、一方のゲート電極には信号Ａが、他方のゲート電極には固定電位Ｖｂが与えられてもよい。また、一方のゲート電極には信号Ａが、他方のゲート電極には信号Ｂが与えられてもよい。また、一方のゲート電極には固定電位Ｖａが、他方のゲート電極には固定電位Ｖｂが与えられてもよい。
【００５５】
また、トランジスタの両方のゲート電極に固定電位を与える場合、トランジスタを、抵抗素子と同等の素子として機能させることができる場合がある。例えば、トランジスタがｎチャネル型である場合、固定電位Ｖａまたは固定電位Ｖｂを高く（低く）することで、トランジスタの実効抵抗を低く（高く）することができる場合がある。固定電位Ｖａ及び固定電位Ｖｂを共に高く（低く）することで、一つのゲートしか有さないトランジスタによって得られる実効抵抗よりも低い（高い）実効抵抗が得られる場合がある。
【００５６】
このように、トランジスタ１００は、ｓ−ｃｈａｎｎｅｌ構造を有するため、高いオン電流特性を得ることが可能となるが、酸化物半導体膜１０８におけるチャネル領域１０８ｉに電流を流したとき、その電気エネルギーの一部がジュール熱として熱に変換される場合がある。また、トランジスタ１００は、第２のゲート電極として機能する導電膜１１２上に、さらに絶縁膜１１６及び絶縁膜１１８を有する。したがって、酸化物半導体膜１０８におけるチャネル領域１０８ｉは、導電膜１０６、絶縁膜１０４、絶縁膜１１０、導電膜１１２、絶縁膜１１６、及び絶縁膜１１８に挟持される構造を有する。そのため、保温効果に優れ、トランジスタ１００に電流を流した際に発生する熱が放熱されにくい。すなわち、トランジスタ１００は、電流を流したときに高温になりやすく、熱によって発生する赤外線を発光しやすい構造である。特に、高温によって波長が短い赤外線を強く発光することが可能であり、赤外線の中でも７８０ｎｍ乃至２５００ｎｍの波長領域である近赤外線を発光しやすく、中でも９００ｎｍ以上１５５０ｎｍ以下の波長領域の近赤外線を発光しやすい。
【００５７】
なお、より高いオン電流特性を得るためには、トランジスタ１００のチャネル幅は、大きい方が好ましく、具体的には、好ましくは５０μｍ以上、より好ましくは１００μｍ以上である。
【００５８】
また、酸化物半導体膜１０８から、導電膜１２０ｓ及び導電膜１２０ｄへ熱が伝搬しにくいよう、チャネル幅方向における酸化物半導体膜１０８の大きさ（ｄｉｗ）は、酸化物半導体膜１０８と重畳する領域における導電膜１２０ｓのチャネル幅方向の大きさ（ｄｓｗ）及び導電膜１２０ｄのチャネル幅方向の大きさ（ｄｄｗ）と、同程度の大きさである領域を有すると好ましい。もしくは、ｄｉｗがｄｓｗ及びｄｄｗより大きい領域を有すると好ましい。すなわち、トランジスタ１００は、ｄｉｗ≧ｄｓｗ及びｄｉｗ≧ｄｄｗである領域を有すると好ましい。
【００５９】
また、導電膜１２０ｓは、酸化物半導体膜１０８と重畳しない領域におけるチャネル幅方向の大きさ（ｄｓｗ’）が、酸化物半導体膜１０８と重畳する領域におけるチャネル幅方向の大きさ（ｄｓｗ）より、小さい（ｄｓｗ＞ｄｓｗ’）領域を有すると好ましい。また、導電膜１２０ｄは、酸化物半導体膜１０８と重畳しない領域におけるチャネル幅方向の大きさ（ｄｄｗ’）が、酸化物半導体膜１０８と重畳する領域におけるチャネル幅方向の大きさ（ｄｄｗ）より、小さい（ｄｄｗ＞ｄｄｗ’）領域を有すると好ましい。
【００６０】
また、酸化物半導体膜１０８におけるチャネル領域１０８ｉと、開口部１４１ｓにおいて酸化物半導体膜１０８が導電膜１２０ｓと接続する領域との距離（ｄｓｉ）、及びチャネル領域１０８ｉと、開口部１４１ｄにおいて酸化物半導体膜１０８が導電膜１２０ｄと接続する領域との距離（ｄｄｉ）を、それぞれ大きくすることで、チャネル領域１０８ｉで発生した熱を導電膜１２０ｓ及び導電膜１２０ｄへ伝搬させにくくすることが可能であるため好ましく、具体的には、好ましくは５μｍ以上、より好ましくは１０μｍ以上である。
【００６１】
また、開口部１４１ｓ及び開口部１４１ｄの大きさを小さくすることで、チャネル領域１０８ｉで発生した熱を導電膜１２０ｓ及び導電膜１２０ｄへ伝搬させにくくすることが可能であるため好ましい。
【００６２】
また、酸化物半導体膜１０８と接続する導電膜である導電膜１２０ｓ及び導電膜１２０ｄは、熱伝導率が低い物質であることが好ましい。
【００６３】
上記構成とすることで、トランジスタ１００を近赤外線が発光しやすいトランジスタとすることが可能となる。
【００６４】
＜１−２．半導体装置の構成要素＞
以下に本実施の形態の半導体装置に含まれる構成要素について、詳細に説明する。
【００６５】
≪酸化物半導体膜≫
本発明の一態様であるトランジスタ１００における酸化物半導体膜１０８は、金属酸化物を有し、該金属酸化物は少なくともインジウム（Ｉｎ）もしくは亜鉛（Ｚｎ）を有すると好ましい。
【００６６】
酸化物半導体膜がＩｎを有すると、例えばキャリア移動度（電子移動度）が高くなる。また、酸化物半導体膜がＺｎを有すると、酸化物半導体膜の結晶化が起こり易い。
【００６７】
また、酸化物半導体膜がスタビライザーとしての機能を有する元素Ｍを有すると、例えば酸化物半導体膜のエネルギーギャップ（Ｅｇ）が大きくなる。本発明の一態様に好適な酸化物半導体膜としては、エネルギーギャップが２ｅＶ以上、好ましくは２．５ｅＶ以上、より好ましくは３ｅＶ以上である。このように、エネルギーギャップの大きい金属酸化物を酸化物半導体膜１０８に用いることで、トランジスタ１００のオフ電流を低減することができる。なお、元素Ｍは、酸素との結合エネルギーが高い元素であり、酸素との結合エネルギーがＩｎよりも高い。
【００６８】
本発明の一態様の半導体装置に好適な酸化物半導体膜としては、代表的には、Ｉｎ−Ｚｎ酸化物、Ｉｎ−Ｍ酸化物、Ｉｎ−Ｍ−Ｚｎ酸化物を用いることができる。中でもＩｎ−Ｍ−Ｚｎ酸化物（Ｍはアルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）、イットリウム（Ｙ）、またはスズ（Ｓｎ）を表す）を用いることが好ましい。特に、ＭをＧａとする、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物（以下、ＩＧＺＯと呼ぶ場合がある。）を用いることが好ましい。
【００６９】
なお、酸化物半導体膜１０８がＩｎ−Ｍ−Ｚｎ酸化物の場合、ＩｎとＭの原子数比率は、Ｉｎ及びＭの和を１００ａｔｏｍｉｃ％としたときＩｎが２５ａｔｏｍｉｃ％より高く、Ｍが７５ａｔｏｍｉｃ％未満、またはＩｎが３４ａｔｏｍｉｃ％より高く、Ｍが６６ａｔｏｍｉｃ％未満とする。特に、酸化物半導体膜１０８は、Ｉｎの原子数比がＭの原子数比以上である領域を有すると好ましい。
【００７０】
酸化物半導体膜１０８が、Ｉｎの原子数比がＭの原子数比以上である領域を有することで、トランジスタ１００の電界効果移動度（単に移動度、またはμＦＥという場合がある）を高くすることができる。具体的には、トランジスタ１００の電界効果移動度が１０ｃｍ２／Ｖ・ｓより大きくなる、さらに好ましくはトランジスタ１００の電界効果移動度が３０ｃｍ２／Ｖ・ｓより大きくなることが可能となる。
【００７１】
例えば、上記の電界効果移動度が高いトランジスタはチャネル幅を小さくすることができるため、当該トランジスタを、ゲート信号を生成する走査線駆動回路（ゲートドライバともいう）、または走査線駆動回路が有するシフトレジスタの出力端子に接続されるデマルチプレクサに用いることで、走査線駆動回路のサイズを小さくすることができ、額縁幅の狭い（狭額縁ともいう）半導体装置または表示装置を提供することができる。あるいは、当該回路に用いるトランジスタのゲート電圧を低減することが可能となるため、表示装置の消費電力を低減することができる。なお、走査線駆動回路の詳細については、後述する。
【００７２】
また、トランジスタの電界効果移動度を高めることで、表示装置を高精細にすることができる。例えば、４Ｋ×２Ｋ（水平方向画素数＝３８４０、垂直方向画素数＝２１６０）または８Ｋ×４Ｋ（水平方向画素数＝７６８０、垂直方向画素数＝４３２０）に代表される高精細な表示装置の画素回路または駆動回路のトランジスタとして、上記トランジスタは好適である。
【００７３】
酸化物半導体膜１０８の厚さは、３ｎｍ以上２００ｎｍ以下、好ましくは３ｎｍ以上１００ｎｍ以下、さらに好ましくは３ｎｍ以上６０ｎｍ以下である。
【００７４】
酸化物半導体膜１０８がＩｎ−Ｍ−Ｚｎ酸化物で形成される場合、Ｉｎ−Ｍ−Ｚｎ酸化物を成膜するために用いるスパッタリングターゲットの金属元素の原子数比は、ＩｎはＭ以上、ＺｎはＭ以上を満たすことが好ましい。あるいは、スパッタリングターゲットにおいて、金属元素の原子数比をＩｎ：Ｍ：Ｚｎ＝ｘｂ：ｙｂ：ｚｂ［原子数比］とすると、ｘｂ／ｙｂは、１／３以上６以下、さらには１以上６以下であって、ｚｂ／ｙｂは、１／３以上６以下、さらには１以上６以下であることが好ましい。なお、ｚｂ／ｙｂを１以上６以下とすることで、酸化物半導体膜１０８として後述するＣＡＡＣ−ＯＳ（Ｃ  Ａｘｉｓ  Ａｌｉｇｎｅｄ  Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）膜が形成されやすくなる。このようなスパッタリングターゲットの金属元素の原子数比として、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝１：１：１、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝１：１：１．２、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝２：１：１．５、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝２：１：２．３、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝２：１：３、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝３：１：２、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝４：２：４．１、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝５：１：７等、及びその近傍が好ましい。
【００７５】
なお、酸化物半導体膜１０８の原子数比はそれぞれ、誤差として上記の原子数比のプラスマイナス４０％の変動を含む。例えば、スパッタリングターゲットとして、原子数比がＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝４：２：４．１を用いる場合、成膜される酸化物半導体膜の原子数比は、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝４：２：３近傍となる場合がある。または、スパッタリングターゲットとして、原子数比がＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：１．２を用いる場合、成膜される酸化物半導体膜の原子数比は、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：１近傍となる場合がある。または、スパッタリングターゲットとして、原子数比がＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝５：１：７を用いる場合、成膜される酸化物半導体膜の原子数比は、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝５：１：６近傍となる場合がある。
【００７６】
また、酸化物半導体膜１０８中のチャネル領域１０８ｉに混入する水素または水分などの不純物は、トランジスタ特性に影響を与えるため問題となる。したがって、酸化物半導体膜１０８中のチャネル領域１０８ｉにおいては、水素または水分などの不純物が少ないほど好ましい。
【００７７】
酸化物半導体膜１０８に含まれる水素は金属原子と結合する酸素と反応して水になると共に、酸素が脱離した格子（または酸素が脱離した部分）に酸素欠損を形成する。当該酸素欠損に水素が入ることで、キャリアである電子が生成される場合がある。また、水素の一部が金属原子と結合する酸素と結合することで、キャリアである電子を生成する場合がある。したがって、水素が含まれている酸化物半導体膜を用いたトランジスタは、しきい値電圧がマイナスとなる電気特性（ノーマリーオン特性ともいう）となりやすい。
【００７８】
このため、酸化物半導体膜１０８のチャネル領域１０８ｉは、水素ができる限り低減されていることが好ましい。具体的には、酸化物半導体膜１０８において、二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ：Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ  Ｉｏｎ  Ｍａｓｓ  Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）により得られる水素濃度を、２×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、好ましくは５×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、より好ましくは１×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、５×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満、好ましくは１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、より好ましくは５×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、さらに好ましくは１×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下とする。その結果、トランジスタのしきい値電圧がプラスとなる電気特性（ノーマリーオフ特性ともいう）を有する。
【００７９】
また、酸化物半導体膜１０８において、第１４族元素の一つであるシリコンや炭素が含まれると、酸素欠損が増加し、ｎ型となる場合がある。このため、酸化物半導体膜１０８、特にチャネル領域１０８ｉにおいて、シリコンあるいは炭素の濃度（二次イオン質量分析法により得られる濃度）を、２×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、または２×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下とすることができる。この結果、トランジスタは、しきい値電圧がプラスとなる電気特性（ノーマリーオフ特性ともいう。）を有する。
【００８０】
また、チャネル領域１０８ｉにおいて、二次イオン質量分析法により得られるアルカリ金属またはアルカリ土類金属の濃度を、１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、または２×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下とすることができる。アルカリ金属及びアルカリ土類金属は、酸化物半導体と結合するとキャリアを生成する場合があり、トランジスタのオフ電流が増大してしまうことがある。このため、チャネル領域１０８ｉのアルカリ金属またはアルカリ土類金属の濃度を低減することが好ましい。この結果、トランジスタは、しきい値電圧がプラスとなる電気特性（ノーマリーオフ特性ともいう。）を有する。
【００８１】
また、チャネル領域１０８ｉに窒素が含まれていると、キャリアである電子が生じ、キャリア密度が増加し、ｎ型となる場合がある。この結果、窒素が含まれている酸化物半導体膜を用いたトランジスタはノーマリーオン特性となりやすい。従って、チャネル領域１０８ｉにおいて、窒素はできる限り低減されていることが好ましい。例えば、二次イオン質量分析法により得られる窒素濃度を、５×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下とすればよい。
【００８２】
また、チャネル領域１０８ｉにおいて、不純物元素を低減することで、酸化物半導体膜１０８のキャリア密度を低減することができる。このため、チャネル領域１０８ｉにおいては、キャリア密度を１×１０１７／ｃｍ３以下、または１×１０１５／ｃｍ３以下、または１×１０１３／ｃｍ３以下、または１×１０１１／ｃｍ３以下とすることができる。
【００８３】
チャネル領域１０８ｉとして、不純物濃度が低く、欠陥準位密度の低い酸化物半導体膜１０８を用いることで、さらに優れた電気特性を有するトランジスタを作製することができる。ここでは、不純物濃度が低く、欠陥準位密度の低い（酸素欠損の少ない）ことを高純度真性または実質的に高純度真性と呼ぶ。あるいは、真性、または実質的に真性と呼ぶ。高純度真性または実質的に高純度真性である酸化物半導体は、キャリア発生源が少ないため、キャリア密度を低くすることができる場合がある。従って、当該酸化物半導体膜にチャネル領域が形成されるトランジスタは、しきい値電圧がプラスとなる電気特性（ノーマリーオフ特性ともいう。）になりやすい。また、高純度真性または実質的に高純度真性である酸化物半導体膜は、欠陥準位密度が低いため、トラップ準位密度も低くなる場合がある。また、高純度真性または実質的に高純度真性である酸化物半導体膜は、オフ電流が著しく小さい特性を得ることができる。従って、当該酸化物半導体膜にチャネル領域が形成されるトランジスタは、電気特性の変動が小さく、信頼性の高いトランジスタとなる場合がある。
【００８４】
なお、半導体の不純物とは、半導体膜を構成する主成分以外をいう。例えば、濃度が０．１原子％未満の元素は不純物である。不純物が含まれることにより、半導体にＤＯＳ（Ｄｅｎｓｉｔｙ  ｏｆ  Ｓｔａｔｅ）が形成されることや、キャリア移動度が低下することや、結晶性が低下することなどが起こる場合がある。半導体が酸化物半導体を有する場合、半導体の特性を変化させる不純物としては、例えば、第１族元素、第２族元素、第１４族元素、第１５族元素、主成分以外の遷移金属などがあり、特に、水素（水にも含まれる）、リチウム、ナトリウム、シリコン、ホウ素、リン、炭素、窒素などがある。酸化物半導体の場合、例えば水素などの不純物の混入によって酸素欠損を形成する場合がある。また、半導体がシリコンを有する場合、半導体の特性を変化させる不純物としては、例えば、酸素、水素を除く第１族元素、第２族元素、第１３族元素、第１５族元素などがある。
【００８５】
また、高純度真性または実質的に高純度真性である酸化物半導体膜にチャネル領域が形成されるトランジスタは、しきい値電圧がプラスとなる電気特性（ノーマリーオフ特性ともいう）になりやすい。また、高純度真性または実質的に高純度真性である酸化物半導体膜は、欠陥準位密度が低いため、トラップ準位密度も低くなる場合がある。
【００８６】
また、高純度真性または実質的に高純度真性である酸化物半導体膜を用いたトランジスタは、オフ電流が著しく小さく、チャネル幅が１×１０６μｍでチャネル長Ｌが１０μｍの半導体素子であっても、ソース電極とドレイン電極との間の電圧（ドレイン電圧）が１Ｖから１０Ｖ範囲において、オフ電流が、半導体パラメータアナライザの測定限界以下、すなわち１×１０−１３Ａ以下という特性を得ることができる。したがって、酸化物半導体膜にチャネル領域が形成されるトランジスタは、電気特性の変動が小さく、信頼性の高いトランジスタとなる。
【００８７】
また、本明細書等において、特に断りがない場合、オフ電流とは、トランジスタがオフ状態（非導通状態、遮断状態、ともいう）にあるときのドレイン電流をいう。オフ状態とは、特に断りがない場合、ｎチャネル型トランジスタでは、ゲートとソースの間の電圧Ｖｇｓがしきい値電圧Ｖｔｈよりも低い状態、ｐチャネル型トランジスタでは、ゲートとソースの間の電圧Ｖｇｓがしきい値電圧Ｖｔｈよりも高い状態をいう。例えば、ｎチャネル型のトランジスタのオフ電流とは、ゲートとソースの間の電圧Ｖｇｓがしきい値電圧Ｖｔｈよりも低いときのドレイン電流を言う場合がある。
【００８８】
トランジスタのオフ電流は、Ｖｇｓに依存する場合がある。従って、トランジスタのオフ電流がＩ以下である、とは、トランジスタのオフ電流がＩ以下となるＶｇｓの値が存在することを言う場合がある。トランジスタのオフ電流は、所定のＶｇｓにおけるオフ状態、所定の範囲内のＶｇｓにおけるオフ状態、または、十分に低減されたオフ電流が得られるＶｇｓにおけるオフ状態、等におけるオフ電流を指す場合がある。
【００８９】
一例として、しきい値電圧Ｖｔｈが０．５Ｖであり、Ｖｇｓが０．５Ｖにおけるドレイン電流が１×１０−９Ａであり、Ｖｇｓが０．１Ｖにおけるドレイン電流が１×１０−１３Ａであり、Ｖｇｓが−０．５Ｖにおけるドレイン電流が１×１０−１９Ａであり、Ｖｇｓがー０．８Ｖにおけるドレイン電流が１×１０−２２Ａであるようなｎチャネル型トランジスタを想定する。当該トランジスタのドレイン電流は、Ｖｇｓが−０．５Ｖにおいて、または、Ｖｇｓが−０．５Ｖ乃至−０．８Ｖの範囲において、１×１０−１９Ａ以下であるから、当該トランジスタのオフ電流は１×１０−１９Ａ以下である、と言う場合がある。当該トランジスタのドレイン電流が１×１０−２２Ａ以下となるＶｇｓが存在するため、当該トランジスタのオフ電流は１×１０−２２Ａ以下である、と言う場合がある。
【００９０】
トランジスタのオフ電流は、温度に依存する場合がある。本明細書において、オフ電流は、特に記載がない場合、室温、６０℃、８５℃、９５℃、または１２５℃におけるオフ電流を表す場合がある。または、当該トランジスタが含まれる半導体装置等の信頼性が保証される温度、または、当該トランジスタが含まれる半導体装置等が使用される温度（例えば、５℃乃至３５℃のいずれか一の温度）におけるオフ電流、を表す場合がある。トランジスタのオフ電流がＩ以下である、とは、室温、６０℃、８５℃、９５℃、１２５℃、当該トランジスタが含まれる半導体装置等の信頼性が保証される温度、または、当該トランジスタが含まれる半導体装置等が使用される温度（例えば、５℃乃至３５℃のいずれか一の温度）、におけるトランジスタのオフ電流がＩ以下となるＶｇｓの値が存在することを指す場合がある。
【００９１】
トランジスタのオフ電流は、ドレインとソースの間の電圧Ｖｄｓに依存する場合がある。本明細書において、オフ電流は、特に記載がない場合、Ｖｄｓが０．１Ｖ、０．８Ｖ、１Ｖ、１．２Ｖ、１．８Ｖ、２．５Ｖ、３Ｖ、３．３Ｖ、１０Ｖ、１２Ｖ、１６Ｖ、または２０Ｖにおけるオフ電流を表す場合がある。または、当該トランジスタが含まれる半導体装置等の信頼性が保証されるＶｄｓ、または、当該トランジスタが含まれる半導体装置等において使用されるＶｄｓにおけるオフ電流、を表す場合がある。トランジスタのオフ電流がＩ以下である、とは、Ｖｄｓが０．１Ｖ、０．８Ｖ、１Ｖ、１．２Ｖ、１．８Ｖ、２．５Ｖ、３Ｖ、３．３Ｖ、１０Ｖ、１２Ｖ、１６Ｖ、２０Ｖ、当該トランジスタが含まれる半導体装置等の信頼性が保証されるＶｄｓ、または、当該トランジスタが含まれる半導体装置等において使用されるＶｄｓにおけるトランジスタのオフ電流がＩ以下となるＶｇｓの値が存在することを指す場合がある。
【００９２】
上記オフ電流の説明において、ドレインをソースと読み替えてもよい。つまり、オフ電流は、トランジスタがオフ状態にあるときのソースを流れる電流を言う場合もある。
【００９３】
また、本明細書等では、オフ電流と同じ意味で、リーク電流と記載する場合がある。また、本明細書等において、オフ電流とは、例えば、トランジスタがオフ状態にあるときに、ソースとドレインとの間に流れる電流を指す場合がある。
【００９４】
なお、酸化物半導体膜のトラップ準位に捕獲された電荷は、消失するまでに要する時間が長く、あたかも固定電荷のように振る舞うことがある。そのため、トラップ準位密度の高い酸化物半導体膜にチャネル領域が形成されるトランジスタは、電気特性が不安定になる場合がある。不純物としては、水素、窒素、アルカリ金属、またはアルカリ土類金属等がある。
【００９５】
また、酸化物半導体膜１０８中のチャネル領域１０８ｉに形成される酸素欠損は、トランジスタ特性に影響を与えるため問題となる。例えば、酸化物半導体膜１０８のチャネル領域１０８ｉ中に酸素欠損が形成されると、該酸素欠損に水素が結合し、キャリア供給源となる。酸化物半導体膜１０８のチャネル領域１０８ｉ中にキャリア供給源が生成されると、酸化物半導体膜１０８を有するトランジスタ１００の電気特性の変動、代表的にはしきい値電圧のシフトが生じる。したがって、酸化物半導体膜１０８のチャネル領域１０８ｉにおいては、酸素欠損が少ないほど好ましい。
【００９６】
そこで、本発明の一態様においては、酸化物半導体膜に接する絶縁膜、具体的には、酸化物半導体膜１０８の下方に形成される絶縁膜１０４、及び酸化物半導体膜１０８の上方に形成される絶縁膜１１０が過剰酸素を含有する構成である。絶縁膜１０４、及び絶縁膜１１０から酸化物半導体膜１０８へ酸素または過剰酸素を移動させることで、酸化物半導体膜１０８中の酸素欠損を低減することが可能となる。よって、トランジスタ１００の電気特性の変動、特に光照射におけるトランジスタ１００の電気特性の変動を抑制することが可能となる。
【００９７】
また、本発明の一態様においては、絶縁膜１０４、及び絶縁膜１１０に過剰酸素を含有させるために、作製工程の増加がない、または作製工程の増加が極めて少ない作製方法を用いる。よって、トランジスタ１００の歩留まりを高くすることが可能である。
【００９８】
具体的には、酸化物半導体膜１０８を形成する工程において、スパッタリング法を用い、酸素ガスを含む雰囲気にて酸化物半導体膜１０８を形成することで、酸化物半導体膜１０８の被形成面となる絶縁膜１０４に酸素または過剰酸素を添加する。
【００９９】
このような構造を有するトランジスタ１００は、酸化物半導体膜１０８におけるチャネル領域１０８ｉの欠陥が極めて少ないため、電気特性が向上する。代表的には、トランジスタ１００のオン電流の増大および電界効果移動度の向上が可能である。また、トランジスタ１００は、ストレス試験の一例であるＢＴストレス試験及び光ＢＴストレス試験におけるしきい値電圧の変動量が少なく、信頼性が高い。なお、ＢＴストレス試験は加速試験の一種であり、長期間の使用によって起こるトランジスタの特性変化（即ち、経年変化）を、短時間で評価することができる。特に、ＢＴストレス試験前後におけるトランジスタのしきい値電圧の変動量は、信頼性を調べるための重要な指標となる。ＢＴストレス試験前後において、しきい値電圧の変動量が少ないほど、信頼性が高いトランジスタであるといえる。
【０１００】
一方で、ソース領域１０８ｓ、及びドレイン領域１０８ｄは、絶縁膜１１６と接する。ソース領域１０８ｓ、及びドレイン領域１０８ｄが絶縁膜１１６と接することで、絶縁膜１１６からソース領域１０８ｓ、及びドレイン領域１０８ｄに水素及び窒素のいずれか一方または双方が添加されるため、キャリア密度が高くなる。
【０１０１】
なお、酸化物半導体膜１０８としては、上記の構造に限られず、必要とするトランジスタの半導体特性及び電気特性（電界効果移動度、しきい値電圧等）に応じて適切な組成のものを用いればよい。また、必要とするトランジスタの半導体特性を得るために、酸化物半導体膜のキャリア密度や不純物濃度、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。
【０１０２】
また、酸化物半導体膜１０８は、非単結晶構造でもよい。非単結晶構造は、例えば、後述するＣＡＡＣ−ＯＳ（Ｃ  Ａｘｉｓ  Ａｌｉｇｎｅｄ  Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）、多結晶構造、後述する微結晶構造、または非晶質構造を含む。非単結晶構造において、非晶質構造は最も欠陥準位密度が高く、ＣＡＡＣ−ＯＳは最も欠陥準位密度が低い。
【０１０３】
なお、酸化物半導体膜１０８が、非晶質構造の領域、微結晶構造の領域、多結晶構造の領域、ＣＡＡＣ−ＯＳの領域、及び単結晶構造の領域の二種以上を有する単層膜、あるいはこの膜が積層された構造であってもよい。
【０１０４】
なお、酸化物半導体膜１０８において、チャネル領域１０８ｉと、ソース領域１０８ｓ及びドレイン領域１０８ｄとの結晶性が異なる場合がある。具体的には、酸化物半導体膜１０８において、チャネル領域１０８ｉよりもソース領域１０８ｓ及びドレイン領域１０８ｄの方が、結晶性が低い場合がある。これは、ソース領域１０８ｓ及びドレイン領域１０８ｄに不純物元素が添加された際に、ソース領域１０８ｓ及びドレイン領域１０８ｄにダメージが入ってしまい、結晶性が低下するためである。
【０１０５】
また、酸化物半導体膜１０８が有するソース領域１０８ｓ、及びドレイン領域１０８ｄは、それぞれ、酸素欠損を形成する元素を有していてもよい。上記酸素欠損を形成する元素（不純物元素ともいう）としては、代表的には水素、ホウ素、炭素、窒素、フッ素、リン、硫黄、塩素、希ガス等が挙げられる。また、希ガス元素の代表例としては、ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、及びキセノン等がある。
【０１０６】
不純物元素が酸化物半導体膜に添加されると、酸化物半導体膜中の金属元素と酸素の結合が切断され、酸素欠損が形成される。または、不純物元素が酸化物半導体膜に添加されると、酸化物半導体膜中の金属元素と結合していた酸素が不純物元素と結合し、金属元素から酸素が脱離され、酸素欠損が形成される。これらの結果、酸化物半導体膜においてキャリア密度が増加し、導電性が高くなる。
【０１０７】
≪基板≫
基板１０２としては、様々な基板を用いることができ、特定のものに限定されることはない。基板の一例としては、半導体基板（例えば単結晶基板またはシリコン基板）、ＳＯＩ基板、ガラス基板、石英基板、セラミック基板、サファイア基板、プラスチック基板、金属基板、ステンレス・スチル基板、ステンレス・スチル・ホイルを有する基板、タングステン基板、タングステン・ホイルを有する基板、可撓性基板、貼り合わせフィルム、繊維状の材料を含む紙、または基材フィルムなどがある。ガラス基板の一例としては、バリウムホウケイ酸ガラス、アルミノホウケイ酸ガラス、またはソーダライムガラスなどがある。可撓性基板、貼り合わせフィルム、基材フィルムなどの一例としては、以下のものがあげられる。例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）に代表されるプラスチックがある。または、一例としては、アクリル等の合成樹脂などがある。または、一例としては、ポリプロピレン、ポリエステル、ポリフッ化ビニル、ポリ塩化ビニルなどがある。または、一例としては、ポリアミド、ポリイミド、アラミド、エポキシ、無機蒸着フィルム、または紙類などがある。特に、半導体基板、単結晶基板、またはＳＯＩ基板などを用いてトランジスタを製造することによって、特性、サイズ、または形状などのばらつきが少なく、電流能力が高く、サイズの小さいトランジスタを製造することができる。このようなトランジスタによって回路を構成すると、回路の低消費電力化、または回路の高集積化を図ることができる。
【０１０８】
なお、基板１０２として、ガラス基板を用いる場合、第６世代（１５００ｍｍ×１８５０ｍｍ）、第７世代（１８７０ｍｍ×２２００ｍｍ）、第８世代（２２００ｍｍ×２４００ｍｍ）、第９世代（２４００ｍｍ×２８００ｍｍ）、第１０世代（２９５０ｍｍ×３４００ｍｍ）等の大面積基板を用いることで、大型の表示装置を作製することができる。
【０１０９】
また、基板１０２として、可撓性基板を用い、可撓性基板上に直接、トランジスタを形成してもよい。または、基板１０２とトランジスタの間に剥離層を設けてもよい。剥離層は、その上に半導体装置を一部あるいは全部完成させた後、基板１０２より分離し、他の基板に転載するのに用いることができる。その際、トランジスタを耐熱性の劣る基板や可撓性の基板にも転載できる。なお、上述の剥離層には、例えば、タングステン膜と酸化シリコン膜との無機膜の積層構造の構成、または基板上にポリイミド等の有機樹脂膜が形成された構成等を用いることができる。
【０１１０】
トランジスタが転載される基板の一例としては、上述したトランジスタを形成することが可能な基板に加え、紙基板、セロファン基板、アラミドフィルム基板、ポリイミドフィルム基板、石材基板、木材基板、布基板（天然繊維（絹、綿、麻）、合成繊維（ナイロン、ポリウレタン、ポリエステル）若しくは再生繊維（アセテート、キュプラ、レーヨン、再生ポリエステル）などを含む）、皮革基板、またはゴム基板などがある。これらの基板を用いることにより、特性のよいトランジスタの形成、消費電力の小さいトランジスタの形成、壊れにくい装置の製造、耐熱性の付与、軽量化、または薄型化を図ることができる。
【０１１１】
≪第１のゲート絶縁膜として機能する絶縁膜≫
絶縁膜１０４は、スパッタリング法、ＣＶＤ法、蒸着法、パルスレーザー堆積（ＰＬＤ）法、印刷法、塗布法等を適宜用いて形成することができる。また、絶縁膜１０４は、例えば、酸化物絶縁膜および窒化物絶縁膜を単層または積層して形成することができる。なお、酸化物半導体膜１０８との界面特性を向上させるため、絶縁膜１０４において少なくとも酸化物半導体膜１０８と接する領域は酸化物絶縁膜で形成することが好ましい。また、絶縁膜１０４として加熱により酸素を放出する酸化物絶縁膜を用いることで、加熱処理により絶縁膜１０４に含まれる酸素を、酸化物半導体膜１０８に移動させることが可能である。
【０１１２】
絶縁膜１０４の厚さは、５０ｎｍ以上、または１００ｎｍ以上３０００ｎｍ以下、または２００ｎｍ以上１０００ｎｍ以下とすることができる。絶縁膜１０４を厚くすることで、絶縁膜１０４の酸素放出量を増加させることができると共に、絶縁膜１０４と酸化物半導体膜１０８との界面における界面準位、並びに酸化物半導体膜１０８のチャネル領域１０８ｉに含まれる酸素欠損を低減することが可能である。
【０１１３】
絶縁膜１０４として、例えば酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコン、窒化シリコン、酸化アルミニウム、酸化ハフニウム、酸化ガリウムまたはＧａ−Ｚｎ酸化物などを用いればよく、単層または積層で設けることができる。本実施の形態では、絶縁膜１０４として、窒化シリコン膜と、酸化窒化シリコン膜との積層構造を用いる。このように、絶縁膜１０４を積層構造として、下層側に窒化シリコン膜を用い、上層側に酸化窒化シリコン膜を用いることで、酸化物半導体膜１０８中に効率よく酸素を導入することができる。
【０１１４】
なお、本明細書等において、酸化窒化シリコンとは、その組成として、窒素よりも酸素の含有量が多いものを指し、好ましくは酸素が５５原子％以上６５原子％以下、窒素が１原子％以上２０原子％以下、シリコンが２５原子％以上３５原子％以下、水素が０．１原子％以上１０原子％以下の範囲で含まれるものをいう。窒化酸化シリコンとは、その組成として、酸素よりも窒素の含有量が多いものを指し、好ましくは窒素が５５原子％以上６５原子％以下、酸素が１原子％以上２０原子％以下、シリコンが２５原子％以上３５原子％以下、水素が０．１原子％以上１０原子％以下の濃度範囲で含まれるものをいう。
【０１１５】
なお、絶縁膜１０４において少なくとも酸化物半導体膜１０８と接する領域は、酸化物絶縁膜であることが好ましく、化学量論的組成よりも過剰に酸素を含有する領域（酸素過剰領域）を有することがより好ましい。別言すると、絶縁膜１０４は、酸素を放出することが可能な絶縁膜である。なお、絶縁膜１０４に酸素過剰領域を設けるには、例えば、酸素雰囲気下にて絶縁膜１０４を形成すればよい。または、成膜後の絶縁膜１０４に酸素を添加してもよい。成膜後の絶縁膜１０４に酸素を添加する方法については後述する。
【０１１６】
また、絶縁膜１０４として、ハフニウムシリケート（ＨｆＳｉＯｘ）、窒素が添加されたハフニウムシリケート（ＨｆＳｉｘＯｙＮｚ）、窒素が添加されたハフニウムアルミネート（ＨｆＡｌｘＯｙＮｚ）、酸化ハフニウム、酸化イットリウムなどのｈｉｇｈ−ｋ材料を好適に用いることができる。該ハフニウムやイットリウムを有する材料は、酸化シリコンや酸化窒化シリコンと比べて比誘電率が高い。したがって、絶縁膜１０４に上記ｈｉｇｈ−ｋ材料を用いることで、酸化シリコン膜を用いる場合と比べて膜厚を大きくできるため、トンネル電流によるリーク電流を小さくすることができる。すなわち、オフ電流の小さいトランジスタを実現することができる。さらに、結晶構造を有する酸化ハフニウムは、非晶質構造を有する酸化ハフニウムと比べて高い比誘電率を備える。したがって、オフ電流の小さいトランジスタとするためには、結晶構造を有する酸化ハフニウムを用いることが好ましい。結晶構造の例としては、単斜晶系や立方晶系などが挙げられる。ただし、本発明の一態様は、これらに限定されない。
【０１１７】
なお、本実施の形態では、絶縁膜１０４として導電膜１０６側に窒化シリコン膜を、酸化物半導体膜１０８側に酸化シリコン膜を、積層して形成する。窒化シリコン膜は、酸化シリコン膜と比較して比誘電率が高く、酸化シリコン膜と同等の静電容量を得るのに必要な膜厚が大きい。そのため、トランジスタ１００の第１のゲート絶縁膜として、窒化シリコン膜を含むことで、第１のゲート絶縁膜を物理的に厚膜化することができる。よって、トランジスタ１００の絶縁耐圧の低下を抑制、さらには絶縁耐圧を向上させて、トランジスタ１００の静電破壊を抑制することができる。
【０１１８】
≪第２のゲート絶縁膜として機能する絶縁膜≫
絶縁膜１１０は、酸化物絶縁膜または窒化物絶縁膜を単層または積層して形成することができる。なお、酸化物半導体膜１０８との界面特性を向上させるため、絶縁膜１１０において少なくとも酸化物半導体膜１０８と接する領域は酸化物絶縁膜を用いて形成することが好ましい。絶縁膜１１０として、例えば酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコン、窒化シリコン、酸化アルミニウム、酸化ハフニウム、酸化ガリウムまたはＧａ−Ｚｎ酸化物などを用いればよく、単層または積層で設けることができる。
【０１１９】
また、絶縁膜１１０として、酸素、水素、水等のブロッキング効果を有する絶縁膜を設けることで、酸化物半導体膜１０８からの酸素の外部への拡散と、外部から酸化物半導体膜１０８への水素、水等の侵入を防ぐことができる。酸素、水素、水等のブロッキング効果を有する絶縁膜としては、酸化アルミニウム、酸化窒化アルミニウム、酸化ガリウム、酸化窒化ガリウム、酸化イットリウム、酸化窒化イットリウム、酸化ハフニウム、酸化窒化ハフニウム等がある。
【０１２０】
また、絶縁膜１１０として、ハフニウムシリケート（ＨｆＳｉＯｘ）、窒素が添加されたハフニウムシリケート（ＨｆＳｉｘＯｙＮｚ）、窒素が添加されたハフニウムアルミネート（ＨｆＡｌｘＯｙＮｚ）、酸化ハフニウム、酸化イットリウムなどのｈｉｇｈ−ｋ材料を用いることでトランジスタのゲートリークを低減できる。
【０１２１】
また、絶縁膜１１０として、加熱により酸素を放出する酸化物絶縁膜を用いることで、加熱処理により絶縁膜１１０に含まれる酸素を、酸化物半導体膜１０８に移動させることが可能である。
【０１２２】
そのためには、絶縁膜１１０は、少なくとも、化学量論的組成を満たす酸素よりも多くの酸素を含む酸化物絶縁膜を有することが好ましい。なお、第２のゲート絶縁膜を適宜１層、または２層以上とすることができる。なお、これらの場合、少なくとも、化学量論的組成を満たす酸素よりも多くの酸素を含む酸化物絶縁膜を有することが好ましい。
【０１２３】
絶縁膜１１０の厚さは、５ｎｍ以上４００ｎｍ以下、または５ｎｍ以上３００ｎｍ以下、または１０ｎｍ以上２５０ｎｍ以下とすることができる。
【０１２４】
≪第１のゲート電極、及び一対の電極として機能する導電膜≫
導電膜１０６、及び導電膜１２０ｓ、１２０ｄとしては、スパッタリング法、真空蒸着法、パルスレーザー堆積（ＰＬＤ）法、熱ＣＶＤ法等を用いて形成することができる。また、導電膜１２０ｓ、１２０ｄとしては、例えば、アルミニウム、クロム、銅、タンタル、チタン、モリブデン、ニッケル、鉄、コバルト、タングステンから選ばれた金属元素、または上述した金属元素を成分とする合金か、上述した金属元素を組み合わせた合金等を用いて形成することができる。また、マンガン、ジルコニウムのいずれか一または複数から選択された金属元素を用いてもよい。また、導電膜１２０ｓ、１２０ｄは、単層構造でも、二層以上の積層構造としてもよい。例えば、シリコンを含むアルミニウム膜の単層構造、マンガンを含む銅膜の単層構造、アルミニウム膜上にチタン膜を積層する二層構造、窒化チタン膜上にチタン膜を積層する二層構造、窒化チタン膜上にタングステン膜を積層する二層構造、窒化タンタル膜または窒化タングステン膜上にタングステン膜を積層する二層構造、マンガンを含む銅膜上に銅膜を積層する二層構造、チタン膜上に銅膜を積層する二層構造、チタン膜と、そのチタン膜上にアルミニウム膜を積層し、さらにその上にチタン膜を形成する三層構造、マンガンを含む銅膜上に銅膜を積層し、さらにその上にマンガンを含む銅膜を形成する三層構造等がある。また、アルミニウムに、チタン、タンタル、タングステン、モリブデン、クロム、ネオジム、スカンジウムから選ばれた一または複数を組み合わせた合金膜、もしくは窒化膜を用いてもよい。
【０１２５】
また、導電膜１２０ｓ、１２０ｄは、インジウム錫酸化物（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ：ＩＴＯ）、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、シリコンを含むインジウム錫酸化物（Ｉｎ−Ｓｎ−Ｓｉ酸化物：ＩＴＳＯともいう）等の透光性を有する導電性材料を適用することもできる。また、上記透光性を有する導電性材料と、上記金属元素の積層構造とすることもできる。
【０１２６】
導電膜１２０ｓ、１２０ｄの厚さとしては、３０ｎｍ以上５００ｎｍ以下、または１００ｎｍ以上４００ｎｍ以下とすることができる。
【０１２７】
≪第２のゲート電極として機能する導電膜１１２≫
第２のゲート電極として機能する導電膜１１２は、先に示す第１のゲート電極として機能する導電膜１０６、及び一対の電極として機能する導電膜１２０ｓ、１２０ｄと同様の材料及び作製方法を用いて形成することができる。または、これらの積層構造であってもよい。
【０１２８】
また、導電膜１１２としては、先に示す酸化物半導体膜１０８と同様の材料、及び作製方法を用いて形成することができる。例えば、導電膜１１２としては、Ｉｎ酸化物、Ｉｎ−Ｓｎ酸化物、Ｉｎ−Ｚｎ酸化物、Ｉｎ−Ｇａ酸化物、Ｚｎ酸化物、Ａｌ−Ｚｎ酸化物、またはＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物などを用いることができる。特に、Ｉｎ−Ｓｎ酸化物、またはＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物を用いると好ましい。また、導電膜１１２としては、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）、酸化シリコンを添加したインジウム錫酸化物（ＩＴＳＯ）など材料を用いることができる。また、導電膜１１２と、酸化物半導体膜１０８と、が同一の金属元素を有する構成とすることで、製造コストを抑制することが可能となる。
【０１２９】
例えば、導電膜１１２として、Ｉｎ−Ｍ−Ｚｎ酸化物を用いる場合、Ｉｎ−Ｍ−Ｚｎ酸化物を成膜するために用いるスパッタリングターゲットの金属元素の原子数比は、ＩｎがＭ以上である領域を有することが好ましい。このようなスパッタリングターゲットの金属元素の原子数比として、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝２：１：３、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝３：１：２、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝４：２：４．１、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝５：１：７等およびその近傍が挙げられる。なお、導電膜１１２としては、上記のスパッタリングターゲットの組成に限定されない。また、導電膜１１２の構造としては、単層構造または２層以上の積層構造とすることができる。
【０１３０】
また、導電膜１１２は、絶縁膜１１０に酸素を供給する機能を有する。導電膜１１２が、絶縁膜１１０に酸素を供給する機能を有することで、絶縁膜１１０中に過剰酸素を含ませることが可能となる。絶縁膜１１０が過剰酸素領域を有することで、酸化物半導体膜１０８、より具体的にはチャネル領域１０８ｉ中に当該過剰酸素を供給することができる。よって、信頼性の高い半導体装置を提供することができる。
【０１３１】
なお、酸化物半導体膜１０８中に過剰酸素を供給させるためには、酸化物半導体膜１０８の下方に形成される絶縁膜１０４に過剰酸素を供給してもよい。ただし、この場合、絶縁膜１０４中に含まれる酸素は、酸化物半導体膜１０８が有するソース領域１０８ｓ、及びドレイン領域１０８ｄにも供給され得る。ソース領域１０８ｓ、及びドレイン領域１０８ｄ中に過剰酸素が供給されると、ソース領域１０８ｓ、及びドレイン領域１０８ｄ中の抵抗が高くなる場合がある。
【０１３２】
一方で、酸化物半導体膜１０８の上方に形成される絶縁膜１１０に過剰酸素を有する構成とすることで、チャネル領域１０８ｉにのみ選択的に過剰酸素を供給させることが可能となる。あるいは、チャネル領域１０８ｉ、ソース領域１０８ｓ、及びドレイン領域１０８ｄに過剰酸素を供給させたのち、ソース領域１０８ｓ、及びドレイン領域１０８ｄのキャリア密度を選択的に高めればよい。
【０１３３】
また、導電膜１１２は、絶縁膜１１０に酸素を供給したのち、絶縁膜１１６から窒素および水素のいずれか一方または双方が供給されることで、伝導帯近傍にドナー準位が形成され、キャリア密度が高くなる。別言すると、導電膜１１２は、酸化物導電体（ＯＣ：Ｏｘｉｄｅ  Ｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）としての機能も有する。したがって、導電膜１１２は、酸化物半導体膜１０８よりもキャリア密度が高くなる。
【０１３４】
一般に、酸化物半導体は、エネルギーギャップが大きいため、可視光に対して透光性を有する。一方、酸化物導電体は、伝導帯近傍にドナー準位を有する酸化物半導体である。したがって、酸化物導電体は、ドナー準位による吸収の影響は小さく、可視光に対して酸化物半導体と同程度の透光性を有する。そのため、導電膜１１２に酸化物導電体を用いることで、チャネル領域１０８ｉで発光した赤外線を効率よく取り出すことができる。
【０１３５】
≪第３の絶縁膜≫
絶縁膜１１６は、窒素または水素のいずれか一方または双方を有する。絶縁膜１１６が窒素または水素のいずれか一方または双方を有する構成とすることで、酸化物半導体膜１０８、及び導電膜１１２に窒素または水素のいずれか一方または双方を供給することができる。絶縁膜１１６としては、例えば、窒化物絶縁膜が挙げられる。該窒化物絶縁膜としては、窒化シリコン、窒化酸化シリコン、窒化アルミニウム、窒化酸化アルミニウム等を用いて形成することができる。絶縁膜１１６に含まれる水素濃度は、１×１０２２ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上であると好ましい。また、絶縁膜１１６は、酸化物半導体膜１０８のソース領域１０８ｓ、及びドレイン領域１０８ｄと接する。また、絶縁膜１１６は、導電膜１１２と接する。したがって、絶縁膜１１６と接するソース領域１０８ｓ、ドレイン領域１０８ｄ、及び導電膜１１２中の水素濃度が高くなり、ソース領域１０８ｓ、ドレイン領域１０８ｄ、及び導電膜１１２のキャリア密度を高めることができる。なお、ソース領域１０８ｓ、ドレイン領域１０８ｄ、及び導電膜１１２としては、それぞれ絶縁膜１１６と接することで、膜中の水素濃度が同じ領域を有する場合がある。
【０１３６】
≪第４の絶縁膜≫
絶縁膜１１８としては、酸化物絶縁膜または窒化物絶縁膜を単層または積層して形成することができる。絶縁膜１１８として、例えば酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコン、窒化シリコン、酸化アルミニウム、酸化ハフニウム、酸化ガリウムまたはＧａ−Ｚｎ酸化物などを用いればよく、単層または積層で設けることができる。
【０１３７】
また、絶縁膜１１８としては、外部からの水素、水等のバリア膜として機能する膜であることが好ましい。
【０１３８】
絶縁膜１１８の厚さは、３０ｎｍ以上５００ｎｍ以下、または１００ｎｍ以上４００ｎｍ以下とすることができる。
【０１３９】
＜１−３．半導体装置の構成例２乃至６＞
次に、図１（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）に示す半導体装置と異なる構成について、図２乃至図９を用いて説明する。
【０１４０】
≪半導体装置の構成例２≫
図２（Ａ）は、トランジスタ１００Ａの上面図であり、図２（Ｂ）は図２（Ａ）の一点鎖線Ｘ１−Ｘ２間の断面図であり、図２（Ｃ）は図２（Ａ）の一点鎖線Ｙ１−Ｙ２間の断面図である。
【０１４１】
図２（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）に示すトランジスタ１００Ａは、基板１０２上に形成された絶縁膜１０４と、絶縁膜１０４上の酸化物半導体膜１０８と、酸化物半導体膜１０８上の絶縁膜１１０と、絶縁膜１１０上の導電膜１１２と、絶縁膜１０４、酸化物半導体膜１０８、及び導電膜１１２上の絶縁膜１１６と、を有する。また、酸化物半導体膜１０８は、絶縁膜１１０と接するチャネル領域１０８ｉと、絶縁膜１１６と接するソース領域１０８ｓと、絶縁膜１１６と接するドレイン領域１０８ｄと、を有する。
【０１４２】
トランジスタ１００Ａは、先に示すトランジスタ１００の構成と、導電膜１０６、及び開口部１４３を有さない点で異なる。
【０１４３】
このように、図２（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）に示すトランジスタ１００Ａは、先に説明したトランジスタ１００と異なり、酸化物半導体膜１０８の上にのみゲート電極として機能する導電膜を有する構造である。トランジスタ１００Ａに示すように、ゲート電極を１つとすることで、作製が容易になるため、安価に作製することができる。
【０１４４】
≪半導体装置の構成例３≫
次に、図１（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）に示す半導体装置と異なる構成について、図３（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）を用いて説明する。
【０１４５】
図３（Ａ）は、トランジスタ１００Ｂの上面図であり、図３（Ｂ）は図３（Ａ）の一点鎖線Ｘ１−Ｘ２間の断面図であり、図３（Ｃ）は図３（Ａ）の一点鎖線Ｙ１−Ｙ２間の断面図である。
【０１４６】
図３（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）に示すトランジスタ１００Ｂは、先に示すトランジスタ１００と導電膜１１２の形状が異なる。具体的には、トランジスタ１００Ｂが有する導電膜１１２の下端部は、絶縁膜１１０の上端部よりも内側に形成される。別言すると、絶縁膜１１０の側端部は、導電膜１１２の側端部よりも外側に位置する。
【０１４７】
例えば、導電膜１１２と、絶縁膜１１０と、を同じマスクで加工し、導電膜１１２をウエットエッチング法で、絶縁膜１１０をドライエッチング法で、それぞれ加工することで、上記構造とすることができる。
【０１４８】
また、導電膜１１２を上記の構造とすることで、酸化物半導体膜１０８中に、領域１０８ｆが形成される場合がある。領域１０８ｆは、チャネル領域１０８ｉとソース領域１０８ｓとの間、及びチャネル領域１０８ｉとドレイン領域１０８ｄとの間に形成される。
【０１４９】
領域１０８ｆは、高抵抗領域あるいは低抵抗領域のいずれか一方として機能する。高抵抗領域とは、チャネル領域１０８ｉと同等の抵抗を有し、ゲート電極として機能する導電膜１１２が重畳しない領域である。領域１０８ｆが高抵抗領域の場合、領域１０８ｆは、所謂オフセット領域として機能する。領域１０８ｆがオフセット領域として機能する場合においては、トランジスタ１００Ｂのオン電流の低下を抑制するために、チャネル長（Ｌ）方向において、領域１０８ｆを１μｍ以下とすればよい。
【０１５０】
また、低抵抗領域とは、チャネル領域１０８ｉよりも抵抗が低く、且つソース領域１０８ｓ及びドレイン領域１０８ｄよりも抵抗が高い領域である。領域１０８ｆが低抵抗領域の場合、領域１０８ｆは、所謂、ＬＤＤ（Ｌｉｇｈｔｌｙ  Ｄｏｐｅｄ  Ｄｒａｉｎ）領域として機能する。領域１０８ｆがＬＤＤ領域として機能する場合においては、ドレイン領域の電界緩和が可能となるため、ドレイン領域の電界に起因したトランジスタのしきい値電圧の変動を低減することができる。
【０１５１】
なお、領域１０８ｆを低抵抗領域とする場合には、例えば、絶縁膜１１６から領域１０８ｆに水素または窒素のいずれか一方または双方を供給する、あるいは、絶縁膜１１０及び導電膜１１２をマスクとして、導電膜１１２の上方から不純物元素を添加することで、当該不純物が絶縁膜１１０を介し、酸化物半導体膜１０８に添加されることで形成される。
【０１５２】
≪半導体装置の構成例４≫
次に、図３（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）に示す半導体装置の変形例について、図４（Ａ）（Ｂ）を用いて説明する。
【０１５３】
図４（Ａ）（Ｂ）は、トランジスタ１００Ｃの断面図である。トランジスタ１００Ｃの上面図としては、図３（Ａ）に示すトランジスタ１００Ｂと同様であるため、図３（Ａ）を援用して説明する。図４（Ａ）は図３（Ａ）の一点鎖線Ｘ１−Ｘ２間の断面図であり、図４（Ｂ）は図３（Ａ）の一点鎖線Ｙ１−Ｙ２間の断面図である。
【０１５４】
トランジスタ１００Ｃは、先に示すトランジスタ１００Ｂに平坦化絶縁膜として機能する絶縁膜１２２が設けられている点が異なる。それ以外の構成については、先に示すトランジスタ１００Ｂと同様の構成であり、同様の効果を奏する。
【０１５５】
絶縁膜１２２は、トランジスタ等に起因する凹凸等を平坦化させる機能を有する。絶縁膜１２２としては、絶縁性であればよく、無機材料または有機材料を用いて形成される。該無機材料としては、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコン、窒化シリコン、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム等が挙げられる。該有機材料としては、例えば、アクリル樹脂、またはポリイミド樹脂等の感光性の樹脂材料が挙げられる。
【０１５６】
なお、図４（Ａ）（Ｂ）においては、絶縁膜１２２が有する開口部の形状は、開口部１４１ｓ、１４１ｄよりも小さい形状としたが、これに限定されず、例えば、開口部１４１ｓ、１４１ｄと同じ形状、または開口部１４１ｓ、１４１ｄよりも大きい形状としてもよい。
【０１５７】
また、図４（Ａ）（Ｂ）においては、絶縁膜１２２上に導電膜１２０ｓ、１２０ｄを設ける構成について例示したがこれに限定されず、例えば、絶縁膜１１８上に導電膜１２０ｓ、１２０ｄを設け、導電膜１２０ｓ、１２０ｄ上に絶縁膜１２２を設ける構成としてもよい。
【０１５８】
≪半導体装置の構成例５≫
次に、図２（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）に示す半導体装置の変形例について、図５及び図６を用いて説明する。
【０１５９】
図５（Ａ）（Ｂ）は、トランジスタ１００Ｄの断面図である。トランジスタ１００Ｄの上面図としては、図２（Ａ）に示すトランジスタ１００と同様であるため、図２（Ａ）を援用して説明する。図５（Ａ）は図２（Ａ）の一点鎖線Ｘ１−Ｘ２間の断面図であり、図５（Ｂ）は図２（Ａ）の一点鎖線Ｙ１−Ｙ２間の断面図である。
【０１６０】
トランジスタ１００Ｄは、先に示すトランジスタ１００Ａと絶縁膜１１０の形状が異なる。それ以外の構成については、先に示すトランジスタ１００Ａと同様の構成であり、同様の効果を奏する。
【０１６１】
トランジスタ１００Ｄが有する絶縁膜１１０は、導電膜１１２よりも内側に位置する。別言すると、絶縁膜１１０の側面は、導電膜１１２の下端部よりも内側に位置する。例えば、導電膜１１２を加工したあとに、エッチャント等を用い絶縁膜１１０をサイドエッチングすることで、図５（Ａ）（Ｂ）に示す構成とすることができる。なお、絶縁膜１１０を上記構造とすることで、導電膜１１２の下方には、中空領域１４７が形成される。
【０１６２】
中空領域１４７は、空気を有し、ゲート絶縁膜の一部として機能する。なお、中空領域１４７の比誘電率は、空気と同じく、概ね１となる。したがって、トランジスタ１００Ｄの構造とすることで、ゲート電極として機能する導電膜１１２に電圧が印加された場合、中空領域１４７の下方のチャネル領域１０８ｉに与えられる電圧が、絶縁膜１１０の下方のチャネル領域１０８ｉに与えられる電圧よりも低くなる。よって、中空領域１４７の下方のチャネル領域１０８ｉは、実効的にオーバーラップ領域（Ｌｏｖ領域ともいう）として機能する。なお、Ｌｏｖ領域とは、ゲート電極として機能する導電膜１１２と重なり、且つチャネル領域１０８ｉよりも抵抗が低い領域である。
【０１６３】
図６（Ａ）（Ｂ）は、トランジスタ１００Ｅの断面図である。トランジスタ１００Ｅの上面図としては、図２（Ａ）に示すトランジスタ１００と同様であるため、図２（Ａ）を援用して説明する。図９（Ａ）は図２（Ａ）の一点鎖線Ｘ１−Ｘ２間の断面図であり、図９（Ｂ）は図２（Ａ）の一点鎖線Ｙ１−Ｙ２間の断面図である。
【０１６４】
トランジスタ１００Ｅは、先に示すトランジスタ１００Ａと絶縁膜１１０と、絶縁膜１１６の形状が異なる。それ以外の構成については、先に示すトランジスタ１００Ａと同様の構成であり、同様の効果を奏する。
【０１６５】
トランジスタ１００Ｅが有する絶縁膜１１０は、導電膜１１２よりも内側に位置する。別言すると、絶縁膜１１０の側面は、導電膜１１２の下端部よりも内側に位置する。例えば、導電膜１１２を加工したあとに、エッチャント等を用い絶縁膜１１０をサイドエッチングすることで、図６（Ａ）（Ｂ）に示す構成とすることができる。また、絶縁膜１１０を上記構造としたのち、絶縁膜１１６を形成することで、絶縁膜１１６が、導電膜１１２の下側にも入り込み、絶縁膜１１６が、導電膜１１２の下方に位置する酸化物半導体膜１０８と接する。
【０１６６】
上記構成とすることで、ソース領域１０８ｓ、及びドレイン領域１０８ｄは、導電膜１１２の下端部よりも内側に位置する。よって、トランジスタ１００Ｅは、Ｌｏｖ領域を有する。
【０１６７】
トランジスタ１００Ｄ、及びトランジスタ１００ＥのようにＬｏｖ領域を有する構造とすることで、チャネル領域１０８ｉと、ソース領域１０８ｓ及びドレイン領域１０８ｄとの間に高抵抗領域が形成されないため、トランジスタのオン電流を高めることが可能となる。
【０１６８】
≪半導体装置の構成例６≫
次に、図１（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）に示す半導体装置の変形例について、図７乃至図９を用いて説明する。
【０１６９】
図７（Ａ）（Ｂ）は、トランジスタ１００Ｆの断面図である。トランジスタ１００Ｆの上面図としては、図１（Ａ）に示すトランジスタ１００と同様であるため、図１（Ａ）を援用して説明する。図７（Ａ）は図１（Ａ）の一点鎖線Ｘ１−Ｘ２間の断面図であり、図７（Ｂ）は図１（Ａ）の一点鎖線Ｙ１−Ｙ２間の断面図である。
【０１７０】
トランジスタ１００Ｆは、先に示すトランジスタ１００と酸化物半導体膜１０８の構造が異なる。それ以外の構成については、先に示すトランジスタ１００と同様の構成であり、同様の効果を奏する。
【０１７１】
トランジスタ１００Ｆが有する酸化物半導体膜１０８は、絶縁膜１１６上の酸化物半導体膜１０８＿１と、酸化物半導体膜１０８＿１上の酸化物半導体膜１０８＿２と、酸化物半導体膜１０８＿２上の酸化物半導体膜１０８＿３と、を有する。
【０１７２】
また、チャネル領域１０８ｉ、ソース領域１０８ｓ、及びドレイン領域１０８ｄは、それぞれ、酸化物半導体膜１０８＿１、酸化物半導体膜１０８＿２、及び酸化物半導体膜１０８＿３の３層の積層構造である。
【０１７３】
図８（Ａ）（Ｂ）は、トランジスタ１００Ｇの断面図である。トランジスタ１００Ｇの上面図としては、図１（Ａ）に示すトランジスタ１００と同様であるため、図１（Ａ）を援用して説明する。図８（Ａ）は図１（Ａ）の一点鎖線Ｘ１−Ｘ２間の断面図であり、図８（Ｂ）は図１（Ａ）の一点鎖線Ｙ１−Ｙ２間の断面図である。
【０１７４】
トランジスタ１００Ｇは、先に示すトランジスタ１００と酸化物半導体膜１０８の構造が異なる。それ以外の構成については、先に示すトランジスタ１００と同様の構成であり、同様の効果を奏する。
【０１７５】
トランジスタ１００Ｇが有する酸化物半導体膜１０８は、絶縁膜１１６上の酸化物半導体膜１０８＿２と、酸化物半導体膜１０８＿２上の酸化物半導体膜１０８＿３と、を有する。
【０１７６】
また、チャネル領域１０８ｉ、ソース領域１０８ｓ、及びドレイン領域１０８ｄは、それぞれ、酸化物半導体膜１０８＿２、及び酸化物半導体膜１０８＿３の２層の積層構造である。
【０１７７】
また、トランジスタ１００Ｇは、チャネル領域１０８ｉにおいては、酸化物半導体膜１０８＿２、及び酸化物半導体膜１０８＿３の積層構造である。
【０１７８】
≪バンド構造≫
ここで、絶縁膜１０４、酸化物半導体膜１０８＿１、１０８＿２、１０８＿３、及び絶縁膜１１０のバンド構造、並びに、絶縁膜１０４、酸化物半導体膜１０８＿２、１０８＿３、及び絶縁膜１１０のバンド構造について、図９を用いて説明する。
【０１７９】
図９（Ａ）は、絶縁膜１０４、酸化物半導体膜１０８＿１、１０８＿２、１０８＿３、及び絶縁膜１１０を有する積層構造の膜厚方向のバンド構造の一例である。また、図９（Ｂ）は、絶縁膜１０４、酸化物半導体膜１０８＿２、１０８＿３、及び絶縁膜１１０を有する積層構造の膜厚方向のバンド構造の一例である。なお、バンド構造は、理解を容易にするため絶縁膜１０４、酸化物半導体膜１０８＿１、１０８＿２、１０８＿３、及び絶縁膜１１０の伝導帯下端のエネルギー準位（Ｅｃ）を示す。
【０１８０】
また、図９（Ａ）は、絶縁膜１０４、１１０として酸化シリコン膜を用い、酸化物半導体膜１０８＿１として金属元素の原子数比をＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：３：２の金属酸化物ターゲットを用いて形成される酸化物半導体膜を用い、酸化物半導体膜１０８＿２として金属元素の原子数比をＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝４：２：４．１の金属酸化物ターゲットを用いて形成される酸化物半導体膜を用い、酸化物半導体膜１０８＿３として金属元素の原子数比をＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：３：２の金属酸化物ターゲットを用いて形成される酸化物半導体膜を用いる構成のバンド図である。
【０１８１】
また、図９（Ｂ）は、絶縁膜１０４、１１０として酸化シリコン膜を用い、酸化物半導体膜１０８＿２として金属元素の原子数比をＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝４：２：４．１の金属酸化物ターゲットを用いて形成される酸化物半導体膜を用い、酸化物半導体膜１０８＿３として金属元素の原子数比をＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：３：２の金属酸化物ターゲットを用いて形成される酸化物半導体膜を用いる構成のバンド図である。
【０１８２】
図９（Ａ）に示すように、酸化物半導体膜１０８＿１、１０８＿２、１０８＿３において、伝導帯下端のエネルギー準位はなだらかに変化する。また、図９（Ｂ）に示すように、酸化物半導体膜１０８＿２、１０８＿３において、伝導帯下端のエネルギー準位はなだらかに変化する。換言すると、連続的に変化または連続接合するともいうことができる。このようなバンド構造を有するためには、酸化物半導体膜１０８＿１と酸化物半導体膜１０８＿２との界面、または酸化物半導体膜１０８＿２と酸化物半導体膜１０８＿３との界面において、トラップ中心や再結合中心のような欠陥準位を形成するような不純物が存在しないとする。
【０１８３】
酸化物半導体膜１０８＿１、１０８＿２、１０８＿３に連続接合を形成するためには、ロードロック室を備えたマルチチャンバー方式の成膜装置（スパッタリング装置）を用いて各膜を大気に触れさせることなく連続して積層することが必要となる。
【０１８４】
図９（Ａ）（Ｂ）に示す構成とすることで酸化物半導体膜１０８＿２がウェル（井戸）となり、上記積層構造を用いたトランジスタにおいて、チャネル領域が酸化物半導体膜１０８＿２に形成されることがわかる。
【０１８５】
なお、酸化物半導体膜１０８＿１、１０８＿３を設けることにより、酸化物半導体膜１０８＿２に形成されうるトラップ準位を酸化物半導体膜１０８＿２より遠ざけることができる。
【０１８６】
また、トラップ準位がチャネル領域として機能する酸化物半導体膜１０８＿２の伝導帯下端のエネルギー準位（Ｅｃ）より真空準位から遠くなることがあり、トラップ準位に電子が蓄積しやすくなってしまう。トラップ準位に電子が蓄積されることで、マイナスの固定電荷となり、トランジスタのしきい値電圧はプラス方向にシフトしてしまう。したがって、トラップ準位が酸化物半導体膜１０８＿２の伝導帯下端のエネルギー準位（Ｅｃ）より真空準位に近くなるような構成にすると好ましい。このようにすることで、トラップ準位に電子が蓄積しにくくなり、トランジスタのオン電流を増大させることが可能であると共に、電界効果移動度を高めることができる。
【０１８７】
また、酸化物半導体膜１０８＿１、１０８＿３は、酸化物半導体膜１０８＿２よりも伝導帯下端のエネルギー準位が真空準位に近く、代表的には、酸化物半導体膜１０８＿２の伝導帯下端のエネルギー準位と、酸化物半導体膜１０８＿１、１０８＿３の伝導帯下端のエネルギー準位との差が、０．１５ｅＶ以上、または０．５ｅＶ以上、かつ２ｅＶ以下、または１ｅＶ以下である。すなわち、酸化物半導体膜１０８＿１、１０８＿３の電子親和力と、酸化物半導体膜１０８＿２の電子親和力との差が、０．１５ｅＶ以上、または０．５ｅＶ以上、かつ２ｅＶ以下、または１ｅＶ以下である。
【０１８８】
このような構成を有することで、酸化物半導体膜１０８＿２が主な電流経路となる。すなわち、酸化物半導体膜１０８＿２は、チャネル領域としての機能を有し、酸化物半導体膜１０８＿１、１０８＿３は、酸化物絶縁膜としての機能を有する。また、酸化物半導体膜１０８＿１、１０８＿３は、チャネル領域が形成される酸化物半導体膜１０８＿２を構成する金属元素の一種以上から構成される酸化物半導体膜を用いると好ましい。このような構成とすることで、酸化物半導体膜１０８＿１と酸化物半導体膜１０８＿２との界面、または酸化物半導体膜１０８＿２と酸化物半導体膜１０８＿３との界面において、界面散乱が起こりにくい。従って、該界面においてはキャリアの動きが阻害されないため、トランジスタの電界効果移動度が高くなる。
【０１８９】
また、酸化物半導体膜１０８＿１、１０８＿３は、チャネル領域の一部として機能することを防止するため、導電率が十分に低い材料を用いるものとする。そのため、酸化物半導体膜１０８＿１、１０８＿３を、その物性及び／または機能から、それぞれ酸化物絶縁膜とも呼べる。または、酸化物半導体膜１０８＿１、１０８＿３には、電子親和力（真空準位と伝導帯下端のエネルギー準位との差）が酸化物半導体膜１０８＿２よりも小さく、伝導帯下端のエネルギー準位が酸化物半導体膜１０８＿２の伝導帯下端エネルギー準位と差分（バンドオフセット）を有する材料を用いるものとする。また、ドレイン電圧の大きさに依存したしきい値電圧の差が生じることを抑制するためには、酸化物半導体膜１０８＿１、１０８＿３の伝導帯下端のエネルギー準位が、酸化物半導体膜１０８＿２の伝導帯下端のエネルギー準位よりも０．２ｅＶより真空準位に近い材料、好ましくは０．５ｅＶ以上真空準位に近い材料を適用することが好ましい。
【０１９０】
また、酸化物半導体膜１０８＿１、１０８＿３は、膜中にスピネル型の結晶構造が含まれないことが好ましい。酸化物半導体膜１０８＿１、１０８＿３の膜中にスピネル型の結晶構造を含む場合、該スピネル型の結晶構造と他の領域との界面において、導電膜１２０ｓ、１２０ｄの構成元素が酸化物半導体膜１０８＿２へ拡散してしまう場合がある。なお、酸化物半導体膜１０８＿１、１０８＿３がＣＡＡＣ−ＯＳである場合、導電膜１２０ｓ、１２０ｄの構成元素、例えば、銅元素のブロッキング性が高くなり好ましい。
【０１９１】
また、本実施の形態においては、酸化物半導体膜１０８＿１、１０８＿３として、金属元素の原子数比をＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：３：２の金属酸化物ターゲットを用いて形成される酸化物半導体膜を用いる構成について例示したが、これに限定されない。例えば、酸化物半導体膜１０８＿１、１０８＿３として、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：１［原子数比］、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：１．２［原子数比］、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：３：４［原子数比］、またはＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：３：６［原子数比］、及びそれらの近傍の金属酸化物ターゲットを用いて形成される酸化物半導体膜を用いてもよい。
【０１９２】
なお、酸化物半導体膜１０８＿１、１０８＿３として、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：１［原子数比］の金属酸化物ターゲットを用いる場合、酸化物半導体膜１０８＿１、１０８＿３は、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：β１（０＜β１≦２）：β２（０＜β２≦２）となる場合がある。また、酸化物半導体膜１０８＿１、１０８＿３として、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：３：４［原子数比］の金属酸化物ターゲットを用いる場合、酸化物半導体膜１０８＿１、１０８＿３は、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：β３（１≦β３≦５）：β４（２≦β４≦６）となる場合がある。また、酸化物半導体膜１０８＿１、１０８＿３として、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：３：６［原子数比］の金属酸化物ターゲットを用いる場合、酸化物半導体膜１０８＿１、１０８＿３は、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：β５（１≦β５≦５）：β６（４≦β６≦８）となる場合がある。
【０１９３】
＜１−４．半導体装置の作製方法１＞
次に、図１に示すトランジスタ１００の作製方法の一例について、図１０乃至図１２を用いて説明する。なお、図１０乃至図１２は、トランジスタ１００の作製方法を説明するチャネル長（Ｌ）方向、及びチャネル幅（Ｗ）方向の断面図である。
【０１９４】
まず、基板１０２上に導電膜１０６となる導電膜を形成し、その後、当該導電膜を島状に加工することで、導電膜１０６を形成する。次に、基板１０２、及び導電膜１０６上に、絶縁膜１０４を形成し、絶縁膜１０４上に酸化物半導体膜を形成する。その後、当該酸化物半導体膜を島状に加工することで、酸化物半導体膜１０７を形成する（図１０（Ａ）参照）。
【０１９５】
導電膜１０６としては、スパッタリング法、ＣＶＤ法、蒸着法、パルスレーザー堆積（ＰＬＤ）法、印刷法、塗布法等を適宜用いて形成することができる。本実施の形態においては、導電膜１０６として、厚さ１００ｎｍのタングステン膜をスパッタリング法により形成する。
【０１９６】
絶縁膜１０４としては、スパッタリング法、ＣＶＤ法、蒸着法、パルスレーザー堆積（ＰＬＤ）法、印刷法、塗布法等を適宜用いて形成することができる。本実施の形態においては、絶縁膜１０４として、ＰＥＣＶＤ装置を用い、厚さ４００ｎｍの窒化シリコン膜と、厚さ５０ｎｍの酸化窒化シリコン膜とを形成する。
【０１９７】
また、絶縁膜１０４を形成した後、絶縁膜１０４に酸素を添加してもよい。絶縁膜１０４に添加する酸素としては、酸素ラジカル、酸素原子、酸素原子イオン、酸素分子イオン等がある。また、添加方法としては、イオンドーピング法、イオン注入法、プラズマ処理法等がある。また、絶縁膜上に酸素の脱離を抑制する膜を形成した後、該膜を介して絶縁膜１０４に酸素を添加してもよい。
【０１９８】
上述の酸素の脱離を抑制する膜として、インジウム、亜鉛、ガリウム、錫、アルミニウム、クロム、タンタル、チタン、モリブデン、ニッケル、鉄、コバルト、タングステンから選ばれた金属元素、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、上述した金属元素を有する金属窒化物、上述した金属元素を有する金属酸化物、上述した金属元素を有する金属窒化酸化物等の導電性を有する材料を用いて形成することができる。
【０１９９】
また、プラズマ処理で酸素の添加を行う場合、マイクロ波で酸素を励起し、高密度な酸素プラズマを発生させることで、絶縁膜１０４への酸素添加量を増加させることができる。
【０２００】
酸化物半導体膜１０７としては、スパッタリング法、塗布法、パルスレーザー蒸着法、レーザーアブレーション法、熱ＣＶＤ法等により形成することができる。なお、酸化物半導体膜１０７への加工には、酸化物半導体膜上にリソグラフィ工程によりマスクを形成した後、該マスクを用いて酸化物半導体膜の一部をエッチングすること形成することができる。また、印刷法を用いて、素子分離された酸化物半導体膜１０７を直接形成してもよい。
【０２０１】
スパッタリング法で酸化物半導体膜を形成する場合、プラズマを発生させるための電源装置は、ＲＦ電源装置、ＡＣ電源装置、ＤＣ電源装置等を適宜用いることができる。また、酸化物半導体膜を形成する場合のスパッタリングガスは、希ガス（代表的にはアルゴン）、酸素、希ガス及び酸素の混合ガスを適宜用いる。なお、希ガス及び酸素の混合ガスの場合、希ガスに対して酸素のガス比を高めることが好ましい。
【０２０２】
なお、酸化物半導体膜を形成する際に、例えば、スパッタリング法を用いる場合、基板温度を１５０℃以上７５０℃以下、または１５０℃以上４５０℃以下、または２００℃以上３５０℃以下として、酸化物半導体膜を成膜することで、結晶性を高めることができるため好ましい。
【０２０３】
なお、本実施の形態においては、酸化物半導体膜１０７として、スパッタリング装置を用い、スパッタリングターゲットとしてＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ金属酸化物（Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：１．２［原子数比］）を用いて、膜厚４０ｎｍの酸化物半導体膜を成膜する。
【０２０４】
また、酸化物半導体膜１０７を形成した後、加熱処理を行い、酸化物半導体膜１０７の脱水素化または脱水化をしてもよい。加熱処理の温度は、代表的には、１５０℃以上基板歪み点未満、または２５０℃以上４５０℃以下、または３００℃以上４５０℃以下である。
【０２０５】
加熱処理は、ヘリウム、ネオン、アルゴン、キセノン、クリプトン等の希ガス、または窒素を含む不活性ガス雰囲気で行うことができる。または、不活性ガス雰囲気で加熱した後、酸素雰囲気で加熱してもよい。なお、上記不活性雰囲気及び酸素雰囲気に水素、水などが含まれないことが好ましい。処理時間は３分以上２４時間以下とすればよい。
【０２０６】
該加熱処理は、電気炉、ＲＴＡ装置等を用いることができる。ＲＴＡ装置を用いることで、短時間に限り、基板の歪み点以上の温度で熱処理を行うことができる。そのため加熱処理時間を短縮することができる。
【０２０７】
酸化物半導体膜を加熱しながら成膜する、または酸化物半導体膜を形成した後、加熱処理を行うことで、酸化物半導体膜において、二次イオン質量分析法により得られる水素濃度を５×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、または１×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、５×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、または１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、または５×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、または１×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下とすることができる。
【０２０８】
次に、絶縁膜１０４及び酸化物半導体膜１０７上に絶縁膜１１０＿０を形成する（図１０（Ｂ）参照）。
【０２０９】
絶縁膜１１０＿０としては、酸化シリコン膜または酸化窒化シリコン膜を、ＰＥＣＶＤ法を用いて形成することができる。この場合、原料ガスとしては、シリコンを含む堆積性気体及び酸化性気体を用いることが好ましい。シリコンを含む堆積性気体の代表例としては、シラン、ジシラン、トリシラン、フッ化シラン等がある。酸化性気体としては、酸素、オゾン、一酸化二窒素、二酸化窒素等がある。
【０２１０】
また、絶縁膜１１０＿０として、堆積性気体に対する酸化性気体を２０倍より大きく１００倍未満、または４０倍以上８０倍以下とし、処理室内の圧力を１００Ｐａ未満、または５０Ｐａ以下とするＰＥＣＶＤ法を用いることで、欠陥量の少ない酸化窒化シリコン膜を形成することができる。
【０２１１】
また、絶縁膜１１０＿０として、ＰＥＣＶＤ装置の真空排気された処理室内に載置された基板を２８０℃以上４００℃以下に保持し、処理室に原料ガスを導入して処理室内における圧力を２０Ｐａ以上２５０Ｐａ以下、さらに好ましくは１００Ｐａ以上２５０Ｐａ以下とし、処理室内に設けられる電極に高周波電力を供給する条件により、絶縁膜１１０＿０として、緻密である酸化シリコン膜または酸化窒化シリコン膜を形成することができる。
【０２１２】
また、絶縁膜１１０＿０を、マイクロ波を用いたプラズマＣＶＤ法を用いて形成してもよい。マイクロ波とは３００ＭＨｚから３００ＧＨｚの周波数域を指す。マイクロ波において、電子温度が低く、電子エネルギーが小さい。また、供給された電力において、電子の加速に用いられる割合が少なく、より多くの分子の解離及び電離に用いられることが可能であり、密度の高いプラズマ（高密度プラズマ）を励起することができる。このため、被成膜面及び堆積物へのプラズマダメージが少なく、欠陥の少ない絶縁膜１１０＿０を形成することができる。
【０２１３】
また、絶縁膜１１０＿０を、有機シランガスを用いたＣＶＤ法を用いて形成することができる。有機シランガスとしては、珪酸エチル（ＴＥＯＳ：化学式Ｓｉ（ＯＣ２Ｈ５）４）、テトラメチルシラン（ＴＭＳ：化学式Ｓｉ（ＣＨ３）４）、テトラメチルシクロテトラシロキサン（ＴＭＣＴＳ）、オクタメチルシクロテトラシロキサン（ＯＭＣＴＳ）、ヘキサメチルジシラザン（ＨＭＤＳ）、トリエトキシシラン（ＳｉＨ（ＯＣ２Ｈ５）３）、トリスジメチルアミノシラン（ＳｉＨ（Ｎ（ＣＨ３）２）３）などのシリコン含有化合物を用いることができる。有機シランガスを用いたＣＶＤ法を用いることで、被覆性の高い絶縁膜１１０＿０を形成することができる。
【０２１４】
本実施の形態では絶縁膜１１０＿０として、ＰＥＣＶＤ装置を用い、厚さ１００ｎｍの酸化窒化シリコン膜を形成する。
【０２１５】
次に、絶縁膜１１０＿０上の所望の位置に、リソグラフィによりマスクを形成した後、絶縁膜１１０＿０及び絶縁膜１０４の一部をエッチングすることで、導電膜１０６に達する開口部１４３を形成する。
【０２１６】
開口部１４３の形成方法としては、ウエットエッチング法及び／またはドライエッチング法を適宜用いることができる。本実施の形態においては、ドライエッチング法を用い、開口部１４３を形成する。
【０２１７】
次に、開口部１４３を覆うように、絶縁膜１１０＿０上に導電膜１１２＿０を形成する。なお、導電膜１１２＿０の形成時において、導電膜１１２＿０から絶縁膜１１０＿０中に酸素が添加される（図１０（Ｃ）参照）。
【０２１８】
導電膜１１２＿０の形成方法としては、スパッタリング法を用い、形成時に酸素ガスを含む雰囲気で形成すると好ましい。形成時に酸素ガスを含む雰囲気で導電膜１１２＿０を形成することで、絶縁膜１１０＿０中に酸素を好適に添加することができる。
【０２１９】
なお、図１０（Ｃ）において、絶縁膜１１０＿０中に添加される酸素を矢印で模式的に表している。また、開口部１４３を覆うように、導電膜１１２＿０を形成することで、導電膜１０６と、導電膜１１２＿０とが電気的に接続される。なお、導電膜１１２＿０としては、先に記載の酸化物半導体膜１０７と同様の材料を用いることができる。
【０２２０】
本実施の形態においては、導電膜１１２＿０として、スパッタリング装置を用い、スパッタリングターゲットとしてＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ金属酸化物（Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝４：２：４．１［原子数比］）を用いて、膜厚１００ｎｍの酸化物半導体膜を成膜する。
【０２２１】
次に、導電膜１１２＿０上の所望の位置に、リソグラフィ工程によりマスク１４０を形成する（図１０（Ｄ）参照）。
【０２２２】
次に、マスク１４０上から、エッチングを行うことで、導電膜１１２＿０と、絶縁膜１１０＿０と、を加工したのち、マスク１４０を除去することで、島状の導電膜１１２と、島状の絶縁膜１１０とを形成する（図１１（Ａ）参照）。
【０２２３】
本実施の形態においては、導電膜１１２＿０、及び絶縁膜１１０＿０の加工としては、ドライエッチング法を用いて行う。
【０２２４】
なお、導電膜１１２と、絶縁膜１１０との加工の際に、導電膜１１２が重畳しない領域の酸化物半導体膜１０７の膜厚が薄くなる場合がある。または、導電膜１１２と、絶縁膜１１０との加工の際に、酸化物半導体膜１０７が重畳しない領域の絶縁膜１０４の膜厚が薄くなる場合がある。
【０２２５】
次に、絶縁膜１０４、酸化物半導体膜１０７、及び導電膜１１２上から、不純物元素１４５の添加を行う（図１１（Ｂ）参照）。
【０２２６】
不純物元素１４５の添加方法としては、イオンドーピング法、イオン注入法、プラズマ処理法等がある。プラズマ処理法の場合、添加する不純物元素を含むガス雰囲気にてプラズマを発生させて、プラズマ処理を行うことによって、不純物元素を添加することができる。上記プラズマを発生させる装置としては、ドライエッチング装置、アッシング装置、プラズマＣＶＤ装置、高密度プラズマＣＶＤ装置等を用いることができる。
【０２２７】
なお、不純物元素１４５の原料ガスとして、Ｂ２Ｈ６、ＰＨ３、ＣＨ４、Ｎ２、ＮＨ３、ＡｌＨ３、ＡｌＣｌ３、ＳｉＨ４、Ｓｉ２Ｈ６、Ｆ２、ＨＦ、Ｈ２及び希ガスの一以上を用いることができる。または、希ガスで希釈されたＢ２Ｈ６、ＰＨ３、Ｎ２、ＮＨ３、ＡｌＨ３、ＡｌＣｌ３、Ｆ２、ＨＦ、及びＨ２の一以上を用いることができる。希ガスで希釈されたＢ２Ｈ６、ＰＨ３、Ｎ２、ＮＨ３、ＡｌＨ３、ＡｌＣｌ３、Ｆ２、ＨＦ、及びＨ２の一以上を用いて不純物元素１４５を酸化物半導体膜１０７及び導電膜１１２に添加することで、希ガス、水素、ホウ素、炭素、窒素、フッ素、リン、硫黄、及び塩素の一以上を酸化物半導体膜１０７及び導電膜１１２に添加することができる。
【０２２８】
または、希ガスを添加した後、Ｂ２Ｈ６、ＰＨ３、ＣＨ４、Ｎ２、ＮＨ３、ＡｌＨ３、ＡｌＣｌ３、ＳｉＨ４、Ｓｉ２Ｈ６、Ｆ２、ＨＦ、及びＨ２の一以上を酸化物半導体膜１０７及び導電膜１１２に添加してもよい。
【０２２９】
または、Ｂ２Ｈ６、ＰＨ３、ＣＨ４、Ｎ２、ＮＨ３、ＡｌＨ３、ＡｌＣｌ３、ＳｉＨ４、Ｓｉ２Ｈ６、Ｆ２、ＨＦ、及びＨ２の一以上を添加した後、希ガスを酸化物半導体膜１０７及び導電膜１１２に添加してもよい。
【０２３０】
不純物元素１４５の添加は、加速電圧、ドーズ量などの注入条件を適宜設定して制御すればよい。例えば、イオン注入法でアルゴンの添加を行う場合、加速電圧１０ｋＶ以上１００ｋＶ以下、ドーズ量は１×１０１３ｉｏｎｓ／ｃｍ２以上１×１０１６ｉｏｎｓ／ｃｍ２以下とすればよく、例えば、１×１０１４ｉｏｎｓ／ｃｍ２とすればよい。また、イオン注入法でリンイオンの添加を行う場合、加速電圧３０ｋＶ、ドーズ量は１×１０１３ｉｏｎｓ／ｃｍ２以上５×１０１６ｉｏｎｓ／ｃｍ２以下とすればよく、例えば、１×１０１５ｉｏｎｓ／ｃｍ２とすればよい。
【０２３１】
また、本実施の形態においては、マスク１４０を除去してから、不純物元素１４５を添加する構成について例示したが、これに限定されず、例えば、マスク１４０を残したままの状態で不純物元素１４５の添加を行ってもよい。
【０２３２】
また、本実施の形態においては、不純物元素１４５として、ドーピング装置を用いて、アルゴンを酸化物半導体膜１０７及び導電膜１１２に添加する。なお、本実施の形態においては、不純物元素１４５として、アルゴンを添加する構成について例示したがこれに限定されず、例えば、不純物元素１４５を添加する工程を行わなくてもよい。
【０２３３】
次に、絶縁膜１０４、酸化物半導体膜１０７、及び導電膜１１２上に絶縁膜１１６を形成する。なお、絶縁膜１１６を形成することで、絶縁膜１１６と接する酸化物半導体膜１０７は、ソース領域１０８ｓ及びドレイン領域１０８ｄとなる。また、絶縁膜１１６と接しない酸化物半導体膜１０７、別言すると絶縁膜１１０と接する酸化物半導体膜１０７はチャネル領域１０８ｉとなる。これにより、チャネル領域１０８ｉ、ソース領域１０８ｓ、及びドレイン領域１０８ｄを有する酸化物半導体膜１０８が形成される（図１１（Ｃ）参照）。
【０２３４】
絶縁膜１１６としては、絶縁膜１１６に用いることのできる材料を選択することで形成できる。本実施の形態においては、絶縁膜１１６として、ＰＥＣＶＤ装置を用い、厚さ１００ｎｍの窒化シリコン膜を形成する。
【０２３５】
絶縁膜１１６として、窒化シリコン膜を用いることで、絶縁膜１１６に接する導電膜１１２、ソース領域１０８ｓ、及びドレイン領域１０８ｄに窒化シリコン膜中の水素が入り込み、導電膜１１２、ソース領域１０８ｓ、及びドレイン領域１０８ｄのキャリア密度を高めることができる。
【０２３６】
次に、絶縁膜１１６上に絶縁膜１１８を形成する（図１１（Ｄ）参照）。
【０２３７】
絶縁膜１１８としては、絶縁膜１１８に用いることのできる材料を選択することで形成できる。本実施の形態においては、絶縁膜１１８として、ＰＥＣＶＤ装置を用い、厚さ３００ｎｍの酸化窒化シリコン膜を形成する。
【０２３８】
次に、絶縁膜１１８の所望の位置に、リソグラフィによりマスクを形成した後、絶縁膜１１８及び絶縁膜１１６の一部をエッチングすることで、ソース領域１０８ｓに達する開口部１４１ｓと、ドレイン領域１０８ｄに達する開口部１４１ｄと、を形成する（図１２（Ａ）参照）。
【０２３９】
絶縁膜１１８及び絶縁膜１１６をエッチングする方法としては、ウエットエッチング法及び／またはドライエッチング法を適宜用いることができる。本実施の形態においては、ドライエッチング法を用い、絶縁膜１１８、及び絶縁膜１１６を加工する。
【０２４０】
次に、開口部１４１ｓ、１４１ｄを覆うように、絶縁膜１１８上に導電膜１２０を形成する（図１２（Ｂ）参照）。
【０２４１】
導電膜１２０としては、導電膜１２０ｓ、１２０ｄに用いることのできる材料を選択することで形成できる。本実施の形態においては、導電膜１２０として、スパッタリング装置を用い、厚さ５０ｎｍのチタン膜と、厚さ４００ｎｍのアルミニウム膜と、厚さ１００ｎｍのチタン膜の積層膜を形成する。
【０２４２】
次に、導電膜１２０上の所望の位置に、リソグラフィ工程によりマスクを形成した後、導電膜１２０の一部をエッチングすることで、導電膜１２０ｓ、１２０ｄを形成する（図１２（Ｃ）参照）。
【０２４３】
導電膜１２０の加工方法としては、ウエットエッチング法及び／またはドライエッチング法を適宜用いることができる。本実施の形態では、ドライエッチング法を用い、導電膜１２０を加工し、導電膜１２０ｓ、１２０ｄを形成する。
【０２４４】
以上の工程により、図１に示すトランジスタ１００を作製することができる。
【０２４５】
なお、トランジスタ１００を構成する膜（絶縁膜、酸化物半導体膜、導電膜等）は、スパッタリング法、化学気相堆積（ＣＶＤ）法、真空蒸着法、パルスレーザー堆積（ＰＬＤ）法、ＡＬＤ（原子層成膜）法を用いて形成することができる。あるいは、塗布法や印刷法で形成することができる。成膜方法としては、スパッタリング法、プラズマ化学気相堆積（ＰＥＣＶＤ）法が代表的であるが、熱ＣＶＤ法でもよい。熱ＣＶＤ法の例として、ＭＯＣＶＤ（有機金属化学気相堆積）法が挙げられる。
【０２４６】
熱ＣＶＤ法は、チャンバー内を大気圧または減圧下とし、原料ガスと酸化剤を同時にチャンバー内に送り、基板近傍または基板上で反応させて基板上に堆積させることで成膜を行う。このように、熱ＣＶＤ法は、プラズマを発生させない成膜方法であるため、プラズマダメージにより欠陥が生成されることが無いという利点を有する。
【０２４７】
また、ＡＬＤ法は、チャンバー内を大気圧または減圧下とし、反応のための原料ガスをチャンバーに導入・反応させ、これを繰り返すことで成膜を行う。原料ガスと一緒に不活性ガス（アルゴン、或いは窒素など）をキャリアガスとして導入しても良い。例えば２種類以上の原料ガスを順番にチャンバーに供給してもよい。その際、複数種の原料ガスが混ざらないように第１の原料ガスの反応後、不活性ガスを導入し、第２の原料ガスを導入する。あるいは、不活性ガスを導入する代わりに真空排気によって第１の原料ガスを排出した後、第２の原料ガスを導入してもよい。第１の原料ガスが基板の表面に吸着・反応して第１の層を成膜し、後から導入される第２の原料ガスが吸着・反応して、第２の層が第１の層上に積層されて薄膜が形成される。このガス導入順序を制御しつつ所望の厚さになるまで複数回繰り返すことで、段差被覆性に優れた薄膜を形成することができる。薄膜の厚さは、ガス導入を繰り返す回数によって調節することができるため、精密な膜厚調節が可能であり、微細なＦＥＴを作製する場合に適している。
【０２４８】
ＭＯＣＶＤ法などの熱ＣＶＤ法は、上記記載の導電膜、絶縁膜、酸化物半導体膜、金属酸化膜などの膜を形成することができ、例えば、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ膜を成膜する場合には、トリメチルインジウム（Ｉｎ（ＣＨ３）３）、トリメチルガリウム（Ｇａ（ＣＨ３）３）、及びジメチル亜鉛を用いる（Ｚｎ（ＣＨ３）２）。これらの組み合わせに限定されず、トリメチルガリウムに代えてトリエチルガリウム（Ｇａ（Ｃ２Ｈ５）３）を用いることもでき、ジメチル亜鉛に代えてジエチル亜鉛（Ｚｎ（Ｃ２Ｈ５）２）を用いることもできる。
【０２４９】
例えば、ＡＬＤを利用する成膜装置により酸化ハフニウム膜を形成する場合には、溶媒とハフニウム前駆体を含む液体（ハフニウムアルコキシドや、テトラキスジメチルアミドハフニウム（ＴＤＭＡＨ、Ｈｆ［Ｎ（ＣＨ３）２］４）やテトラキス（エチルメチルアミド）ハフニウムなどのハフニウムアミド）を気化させた原料ガスと、酸化剤としてオゾン（Ｏ３）の２種類のガスを用いる。
【０２５０】
例えば、ＡＬＤを利用する成膜装置により酸化アルミニウム膜を形成する場合には、溶媒とアルミニウム前駆体を含む液体（トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ、Ａｌ（ＣＨ３）３）など）を気化させた原料ガスと、酸化剤としてＨ２Ｏの２種類のガスを用いる。他の材料としては、トリス（ジメチルアミド）アルミニウム、トリイソブチルアルミニウム、アルミニウムトリス（２，２，６，６−テトラメチル−３，５−ヘプタンジオナート）などがある。
【０２５１】
例えば、ＡＬＤを利用する成膜装置により酸化シリコン膜を形成する場合には、ヘキサクロロジシランを被成膜面に吸着させ、酸化性ガス（Ｏ２、一酸化二窒素）のラジカルを供給して吸着物と反応させる。
【０２５２】
例えば、ＡＬＤを利用する成膜装置によりタングステン膜を成膜する場合には、ＷＦ６ガスとＢ２Ｈ６ガスを順次導入して初期タングステン膜を形成し、その後、ＷＦ６ガスとＨ２ガスとを用いてタングステン膜を形成する。なお、Ｂ２Ｈ６ガスに代えてＳｉＨ４ガスを用いてもよい。
【０２５３】
例えば、ＡＬＤを利用する成膜装置により酸化物半導体膜、例えばＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ膜を成膜する場合には、Ｉｎ（ＣＨ３）３ガスとＯ３ガスを用いてＩｎ−Ｏ層を形成し、その後、Ｇａ（ＣＨ３）３ガスとＯ３ガスとを用いてＧａＯ層を形成し、更にその後Ｚｎ（ＣＨ３）２ガスとＯ３ガスとを用いてＺｎＯ層を形成する。なお、これらの層の順番はこの例に限らない。また、これらのガスを用いてＩｎ−Ｇａ−Ｏ層やＩｎ−Ｚｎ−Ｏ層、Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ層などの混合化合物層を形成しても良い。なお、Ｏ３ガスに変えてＡｒ等の不活性ガスで水をバブリングして得られたＨ２Ｏガスを用いても良いが、Ｈを含まないＯ３ガスを用いる方が好ましい。
【０２５４】
＜１−５．半導体装置の作製方法２＞
次に、図４に示すトランジスタ１００Ｃの作製方法の一例について、図１３乃至図１６を用いて説明する。なお、図１３乃至図１６は、トランジスタ１００Ｃの作製方法を説明するチャネル長（Ｌ）方向、及びチャネル幅（Ｗ）方向の断面図である。
【０２５５】
まず、基板１０２上に導電膜１０６を形成する。次に、基板１０２、及び導電膜１０６上に絶縁膜１０４を形成し、絶縁膜１０４上に酸化物半導体膜を形成する。その後、当該酸化物半導体膜を島状に加工することで、酸化物半導体膜１０７を形成する（図１３（Ａ）参照）。
【０２５６】
次に、絶縁膜１０４及び酸化物半導体膜１０７上に絶縁膜１１０＿０を形成する（図１３（Ｂ）参照）。
【０２５７】
次に、絶縁膜１１０＿０上の所望の位置に、リソグラフィによりマスクを形成した後、絶縁膜１１０＿０及び絶縁膜１０４の一部をエッチングすることで、導電膜１０６に達する開口部１４３を形成する（図１３（Ｃ）参照）。
【０２５８】
次に、開口部１４３を覆うように、絶縁膜１１０＿０上に導電膜１１２＿０を形成する。なお、導電膜１１２＿０の形成時において、導電膜１１２＿０から絶縁膜１１０＿０中に酸素が添加される（図１３（Ｄ）参照）。
【０２５９】
なお、図１３（Ｄ）において、絶縁膜１１０＿０中に添加される酸素を矢印で模式的に表している。また、開口部１４３を覆うように、導電膜１１２＿０を形成することで、導電膜１０６と、導電膜１１２＿０とが電気的に接続される。
【０２６０】
次に、導電膜１１２＿０上の所望の位置に、リソグラフィ工程によりマスク１４０を形成する（図１４（Ａ）参照）。
【０２６１】
次に、マスク１４０上から、エッチングを行うことで導電膜１１２＿０を加工し、島状の導電膜１１２を形成する（図１４（Ｂ）参照）。
【０２６２】
本実施の形態においては、ウエットエッチング法を用い、導電膜１１２＿０を加工する。
【０２６３】
続けて、マスク１４０上から、エッチングを行うことで絶縁膜１１０＿０を加工し、島状の絶縁膜１１０を形成する（図１４（Ｃ）参照）。
【０２６４】
本実施の形態においては、ドライエッチング法を用い、絶縁膜１１０＿０を加工する。
【０２６５】
次に、マスク１４０を除去した後、絶縁膜１０４、酸化物半導体膜１０７、及び導電膜１１２上から、不純物元素１４５の添加を行う（図１４（Ｄ）参照）。
【０２６６】
なお、不純物元素１４５の添加の際に、酸化物半導体膜１０７の表面が露出している領域（後にソース領域１０８ｓ、及びドレイン領域１０８ｄとなる領域）には、多くの不純物が添加される。一方で、酸化物半導体膜１０７の導電膜１１２が重畳しなく、且つ絶縁膜１１０が重畳する領域（後に領域１０８ｆとなる領域）には、絶縁膜１１０を介して不純物元素１４５が添加されるため、ソース領域１０８ｓ、及びドレイン領域１０８ｄよりも不純物元素１４５の添加量が少なくなる。
【０２６７】
また、本実施の形態においては、不純物元素１４５として、ドーピング装置を用いて、アルゴンを酸化物半導体膜１０７及び導電膜１１２に添加する。
【０２６８】
なお、本実施の形態においては、不純物元素１４５として、アルゴンを添加する構成について例示したがこれに限定されず、例えば、不純物元素１４５を添加する工程を行わなくてもよい。不純物元素１４５を添加する工程を行わない場合、領域１０８ｆは、チャネル領域１０８ｉと同等の不純物濃度となる。
【０２６９】
次に、絶縁膜１０４、酸化物半導体膜１０７、絶縁膜１１０、及び導電膜１１２上に絶縁膜１１６を形成する。なお、絶縁膜１１６を形成することで、絶縁膜１１６と接する酸化物半導体膜１０７は、ソース領域１０８ｓ及びドレイン領域１０８ｄとなる。また、絶縁膜１１６と接しない酸化物半導体膜１０７、別言すると絶縁膜１１０と接する酸化物半導体膜１０７はチャネル領域１０８ｉとなる。これにより、チャネル領域１０８ｉ、ソース領域１０８ｓ、及びドレイン領域１０８ｄを有する酸化物半導体膜１０８が形成される（図１５（Ａ）参照）。
【０２７０】
なお、チャネル領域１０８ｉと、ソース領域１０８ｓとの間、及びチャネル領域１０８ｉと、ドレイン領域１０８ｄとの間には、領域１０８ｆが形成される。
【０２７１】
次に、絶縁膜１１６上に絶縁膜１１８を形成する（図１５（Ｂ）参照）。
【０２７２】
次に、絶縁膜１１８の所望の位置に、リソグラフィによりマスクを形成した後、絶縁膜１１８及び絶縁膜１１６の一部をエッチングすることで、ソース領域１０８ｓに達する開口部１４１ｓと、ドレイン領域１０８ｄに達する開口部１４１ｄと、を形成する（図１５（Ｃ）参照）。
【０２７３】
次に、絶縁膜１１８上に絶縁膜１２２を形成する（図１５（Ｄ）参照）。
【０２７４】
なお、絶縁膜１２２は、平坦化絶縁膜としての機能を有する。また、絶縁膜１２２は、開口部１４１ｓ、及び開口部１４１ｄに重畳する位置に開口部を有する。
【０２７５】
本実施の形態としては、絶縁膜１２２として、スピンコーター装置を用いて感光性のアクリル系樹脂を塗布し、その後該アクリル系樹脂の所望の領域を感光させることで、開口部を有する絶縁膜１２２を形成する。
【０２７６】
次に、開口部１４１ｓ、１４１ｄを覆うように、絶縁膜１２２上に導電膜１２０を形成する（図１６（Ａ）参照）。
【０２７７】
次に、導電膜１２０上の所望の位置に、リソグラフィ工程によりマスクを形成した後、導電膜１２０の一部をエッチングすることで、導電膜１２０ｓ、１２０ｄを形成する（図１６（Ｂ）参照）。
【０２７８】
本実施の形態においては、導電膜１２０の加工にはドライエッチング法を用いる。また、導電膜１２０の加工の際に、絶縁膜１２２の上部の一部が除去される場合がある。
【０２７９】
以上の工程により、図４に示すトランジスタ１００Ｃを作製することができる。
【０２８０】
なお、上記のトランジスタ１００Ｃの作製時において、絶縁膜１０４、酸化物半導体膜１０７、絶縁膜１１０＿０、導電膜１１２＿０、不純物元素１４５、絶縁膜１１６、絶縁膜１１８、開口部１４１ｓ、１４１ｄ、及び導電膜１２０としては、＜１−４．半導体装置の作製方法１＞に記載の内容を援用することで形成することができる。
【０２８１】
また、本実施の形態において、トランジスタが酸化物半導体膜を有する場合の例を示したが、本発明の一態様は、これに限定されない。本発明の一態様では、トランジスタが酸化物半導体膜を有さなくてもよい。一例としては、トランジスタのチャネル領域、チャネル領域の近傍、ソース領域、またはドレイン領域において、Ｓｉ（シリコン）、Ｇｅ（ゲルマニウム）、ＳｉＧｅ（シリコンゲルマニウム）、ＧａＡｓ（ガリウムヒ素）、などを有する材料で形成してもよい。
【０２８２】
以上、本実施の形態で示す構成、方法は、他の実施の形態で示す構成、方法と適宜組み合わせて用いることができる。
【０２８３】
（実施の形態２）
本実施の形態においては、酸化物半導体の構造等について、図１７乃至図２１を参照して説明する。
【０２８４】
＜２−１．酸化物半導体の構造＞
酸化物半導体は、単結晶酸化物半導体と、それ以外の非単結晶酸化物半導体と、に分けられる。非単結晶酸化物半導体としては、ＣＡＡＣ−ＯＳ（ｃ−ａｘｉｓ−ａｌｉｇｎｅｄ  ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ  ｏｘｉｄｅ  ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）、多結晶酸化物半導体、ｎｃ−ＯＳ（ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ  ｏｘｉｄｅ  ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）、擬似非晶質酸化物半導体（ａ−ｌｉｋｅ  ＯＳ：ａｍｏｒｐｈｏｕｓ−ｌｉｋｅ  ｏｘｉｄｅ  ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）および非晶質酸化物半導体などがある。
【０２８５】
また別の観点では、酸化物半導体は、非晶質酸化物半導体と、それ以外の結晶性酸化物半導体と、に分けられる。結晶性酸化物半導体としては、単結晶酸化物半導体、ＣＡＡＣ−ＯＳ、多結晶酸化物半導体およびｎｃ−ＯＳなどがある。
【０２８６】
非晶質構造は、一般に、等方的であって不均質構造を持たない、準安定状態で原子の配置が固定化していない、結合角度が柔軟である、短距離秩序は有するが長距離秩序を有さない、などといわれている。
【０２８７】
逆の見方をすると、安定な酸化物半導体を完全な非晶質（ｃｏｍｐｌｅｔｅｌｙ  ａｍｏｒｐｈｏｕｓ）酸化物半導体とは呼べない。また、等方的でない（例えば、微小な領域において周期構造を有する）酸化物半導体を、完全な非晶質酸化物半導体とは呼べない。一方、ａ−ｌｉｋｅ  ＯＳは、等方的でないが、鬆（ボイドともいう。）を有する不安定な構造である。不安定であるという点では、ａ−ｌｉｋｅ  ＯＳは、物性的に非晶質酸化物半導体に近い。
【０２８８】
＜２−２．ＣＡＡＣ−ＯＳ＞
まずは、ＣＡＡＣ−ＯＳについて説明する。
【０２８９】
ＣＡＡＣ−ＯＳは、ｃ軸配向した複数の結晶部（ペレットともいう。）を有する酸化物半導体の一種である。
【０２９０】
ＣＡＡＣ−ＯＳをＸ線回折（ＸＲＤ：Ｘ−Ｒａｙ  Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ）によって解析した場合について説明する。例えば、空間群Ｒ−３ｍに分類されるＩｎＧａＺｎＯ４の結晶を有するＣＡＡＣ−ＯＳに対し、ｏｕｔ−ｏｆ−ｐｌａｎｅ法による構造解析を行うと、図１７（Ａ）に示すように回折角（２θ）が３１°近傍にピークが現れる。このピークは、ＩｎＧａＺｎＯ４の結晶の（００９）面に帰属されることから、ＣＡＡＣ−ＯＳでは、結晶がｃ軸配向性を有し、ｃ軸がＣＡＡＣ−ＯＳの膜を形成する面（被形成面ともいう。）、または上面に略垂直な方向を向いていることが確認できる。なお、２θが３１°近傍のピークの他に、２θが３６°近傍にもピークが現れる場合がある。２θが３６°近傍のピークは、空間群Ｆｄ−３ｍに分類される結晶構造に起因する。そのため、ＣＡＡＣ−ＯＳは、該ピークを示さないことが好ましい。
【０２９１】
一方、ＣＡＡＣ−ＯＳに対し、被形成面に平行な方向からＸ線を入射させるｉｎ−ｐｌａｎｅ法による構造解析を行うと、２θが５６°近傍にピークが現れる。このピークは、ＩｎＧａＺｎＯ４の結晶の（１１０）面に帰属される。そして、２θを５６°近傍に固定し、試料面の法線ベクトルを軸（φ軸）として試料を回転させながら分析（φスキャン）を行っても、図１７（Ｂ）に示すように明瞭なピークは現れない。一方、単結晶ＩｎＧａＺｎＯ４に対し、２θを５６°近傍に固定してφスキャンした場合、図１７（Ｃ）に示すように（１１０）面と等価な結晶面に帰属されるピークが６本観察される。したがって、ＸＲＤを用いた構造解析から、ＣＡＡＣ−ＯＳは、ａ軸およびｂ軸の配向が不規則であることが確認できる。
【０２９２】
次に、電子回折によって解析したＣＡＡＣ−ＯＳについて説明する。例えば、ＩｎＧａＺｎＯ４の結晶を有するＣＡＡＣ−ＯＳに対し、ＣＡＡＣ−ＯＳの被形成面に平行にプローブ径が３００ｎｍの電子線を入射させると、図１７（Ｄ）に示すような回折パターン（制限視野電子回折パターンともいう。）が現れる場合がある。この回折パターンには、ＩｎＧａＺｎＯ４の結晶の（００９）面に起因するスポットが含まれる。したがって、電子回折によっても、ＣＡＡＣ−ＯＳに含まれるペレットがｃ軸配向性を有し、ｃ軸が被形成面または上面に略垂直な方向を向いていることがわかる。一方、同じ試料に対し、試料面に垂直にプローブ径が３００ｎｍの電子線を入射させたときの回折パターンを図１７（Ｅ）に示す。図１７（Ｅ）より、リング状の回折パターンが確認される。したがって、プローブ径が３００ｎｍの電子線を用いた電子回折によっても、ＣＡＡＣ−ＯＳに含まれるペレットのａ軸およびｂ軸は配向性を有さないことがわかる。なお、図１７（Ｅ）における第１リングは、ＩｎＧａＺｎＯ４の結晶の（０１０）面および（１００）面などに起因すると考えられる。また、図１７（Ｅ）における第２リングは（１１０）面などに起因すると考えられる。
【０２９３】
また、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ：Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）によって、ＣＡＡＣ−ＯＳの明視野像と回折パターンとの複合解析像（高分解能ＴＥＭ像ともいう。）を観察すると、複数のペレットを確認することができる。一方、高分解能ＴＥＭ像であってもペレット同士の境界、即ち結晶粒界（グレインバウンダリーともいう。）を明確に確認することができない場合がある。そのため、ＣＡＡＣ−ＯＳは、結晶粒界に起因する電子移動度の低下が起こりにくいといえる。
【０２９４】
図１８（Ａ）に、試料面と略平行な方向から観察したＣＡＡＣ−ＯＳの断面の高分解能ＴＥＭ像を示す。高分解能ＴＥＭ像の観察には、球面収差補正（Ｓｐｈｅｒｉｃａｌ  Ａｂｅｒｒａｔｉｏｎ  Ｃｏｒｒｅｃｔｏｒ）機能を用いた。球面収差補正機能を用いた高分解能ＴＥＭ像を、特にＣｓ補正高分解能ＴＥＭ像と呼ぶ。Ｃｓ補正高分解能ＴＥＭ像は、例えば、日本電子株式会社製原子分解能分析電子顕微鏡ＪＥＭ−ＡＲＭ２００Ｆなどによって観察することができる。
【０２９５】
図１８（Ａ）より、金属原子が層状に配列している領域であるペレットを確認することができる。ペレット一つの大きさは１ｎｍ以上のものや、３ｎｍ以上のものがあることがわかる。したがって、ペレットを、ナノ結晶（ｎｃ：ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌ）と呼ぶこともできる。また、ＣＡＡＣ−ＯＳを、ＣＡＮＣ（Ｃ−Ａｘｉｓ  Ａｌｉｇｎｅｄ  ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌｓ）を有する酸化物半導体と呼ぶこともできる。ペレットは、ＣＡＡＣ−ＯＳの膜を被形成面または上面の凹凸を反映しており、ＣＡＡＣ−ＯＳの被形成面または上面と平行となる。
【０２９６】
また、図１８（Ｂ）および図１８（Ｃ）に、試料面と略垂直な方向から観察したＣＡＡＣ−ＯＳの平面のＣｓ補正高分解能ＴＥＭ像を示す。図１８（Ｄ）および図１８（Ｅ）は、それぞれ図１８（Ｂ）および図１８（Ｃ）を画像処理した像である。以下では、画像処理の方法について説明する。まず、図１８（Ｂ）を高速フーリエ変換（ＦＦＴ：Ｆａｓｔ  Ｆｏｕｒｉｅｒ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）処理することでＦＦＴ像を取得する。次に、取得したＦＦＴ像において原点を基準に、２．８ｎｍ−１から５．０ｎｍ−１の間の範囲を残すマスク処理する。次に、マスク処理したＦＦＴ像を、逆高速フーリエ変換（ＩＦＦＴ：Ｉｎｖｅｒｓｅ  Ｆａｓｔ  Ｆｏｕｒｉｅｒ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）処理することで画像処理した像を取得する。こうして取得した像をＦＦＴフィルタリング像と呼ぶ。ＦＦＴフィルタリング像は、Ｃｓ補正高分解能ＴＥＭ像から周期成分を抜き出した像であり、格子配列を示している。
【０２９７】
図１８（Ｄ）では、格子配列の乱れた箇所を破線で示している。破線で囲まれた領域が、一つのペレットである。そして、破線で示した箇所がペレットとペレットとの連結部である。破線は、六角形状であるため、ペレットが六角形状であることがわかる。なお、ペレットの形状は、正六角形状とは限らず、非正六角形状である場合が多い。
【０２９８】
図１８（Ｅ）では、格子配列の揃った領域と、別の格子配列の揃った領域と、の間で格子配列の向きが変化している箇所を点線で示し、格子配列の向きの変化を破線で示している。点線近傍においても、明確な結晶粒界を確認することはできない。点線近傍の格子点を中心に周囲の格子点を繋ぐと、歪んだ六角形が形成できる。即ち、格子配列を歪ませることによって結晶粒界の形成を抑制していることがわかる。これは、ＣＡＡＣ−ＯＳが、ａ−ｂ面方向において原子間の結合距離が稠密でないことや、金属元素が置換することで原子間の結合距離が変化することなどによって、歪みを許容することができるためと考えられる。
【０２９９】
以上に示すように、ＣＡＡＣ−ＯＳは、ｃ軸配向性を有し、かつａ−ｂ面方向において複数のペレット（ナノ結晶）が連結し、歪みを有した結晶構造となっている。よって、ＣＡＡＣ−ＯＳを、ＣＡＡ  ｃｒｙｓｔａｌ（ｃ−ａｘｉｓ−ａｌｉｇｎｅｄ  ａ−ｂ−ｐｌａｎｅ−ａｎｃｈｏｒｅｄ  ｃｒｙｓｔａｌ）と称することもできる。
【０３００】
ＣＡＡＣ−ＯＳは結晶性の高い酸化物半導体である。酸化物半導体の結晶性は不純物の混入や欠陥の生成などによって低下する場合があるため、逆の見方をするとＣＡＡＣ−ＯＳは不純物や欠陥（酸素欠損など）の少ない酸化物半導体ともいえる。
【０３０１】
なお、不純物は、酸化物半導体の主成分以外の元素で、水素、炭素、シリコン、遷移金属元素などがある。例えば、シリコンなどの、酸化物半導体を構成する金属元素よりも酸素との結合力の強い元素は、酸化物半導体から酸素を奪うことで酸化物半導体の原子配列を乱し、結晶性を低下させる要因となる。また、鉄やニッケルなどの重金属、アルゴン、二酸化炭素などは、原子半径（または分子半径）が大きいため、酸化物半導体の原子配列を乱し、結晶性を低下させる要因となる。
【０３０２】
酸化物半導体が不純物や欠陥を有する場合、光や熱などによって特性が変動する場合がある。例えば、酸化物半導体に含まれる不純物は、キャリアトラップとなる場合や、キャリア発生源となる場合がある。例えば、酸化物半導体中の酸素欠損は、キャリアトラップとなる場合や、水素を捕獲することによってキャリア発生源となる場合がある。
【０３０３】
不純物および酸素欠損の少ないＣＡＡＣ−ＯＳは、キャリア密度の低い酸化物半導体である。具体的には、８×１０１１／ｃｍ３未満、好ましくは１×１０１１／ｃｍ３未満、さらに好ましくは１×１０１０／ｃｍ３未満であり、１×１０−９／ｃｍ３以上のキャリア密度の酸化物半導体とすることができる。そのような酸化物半導体を、高純度真性または実質的に高純度真性な酸化物半導体と呼ぶ。ＣＡＡＣ−ＯＳは、不純物濃度が低く、欠陥準位密度が低い。即ち、安定な特性を有する酸化物半導体であるといえる。
【０３０４】
＜２−３．ｎｃ−ＯＳ＞
次に、ｎｃ−ＯＳについて説明する。
【０３０５】
ｎｃ−ＯＳをＸＲＤによって解析した場合について説明する。例えば、ｎｃ−ＯＳに対し、ｏｕｔ−ｏｆ−ｐｌａｎｅ法による構造解析を行うと、配向性を示すピークが現れない。即ち、ｎｃ−ＯＳの結晶は配向性を有さない。
【０３０６】
また、例えば、ＩｎＧａＺｎＯ４の結晶を有するｎｃ−ＯＳを薄片化し、厚さが３４ｎｍの領域に対し、被形成面に平行にプローブ径が５０ｎｍの電子線を入射させると、図１９（Ａ）に示すようなリング状の回折パターン（ナノビーム電子回折パターン）が観測される。また、同じ試料にプローブ径が１ｎｍの電子線を入射させたときの回折パターン（ナノビーム電子回折パターン）を図１９（Ｂ）に示す。図１９（Ｂ）より、リング状の領域内に複数のスポットが観測される。したがって、ｎｃ−ＯＳは、プローブ径が５０ｎｍの電子線を入射させることでは秩序性が確認されないが、プローブ径が１ｎｍの電子線を入射させることでは秩序性が確認される。
【０３０７】
また、厚さが１０ｎｍ未満の領域に対し、プローブ径が１ｎｍの電子線を入射させると、図１９（Ｃ）に示すように、スポットが略正六角状に配置された電子回折パターンを観測される場合がある。したがって、厚さが１０ｎｍ未満の範囲において、ｎｃ−ＯＳが秩序性の高い領域、即ち結晶を有することがわかる。なお、結晶が様々な方向を向いているため、規則的な電子回折パターンが観測されない領域もある。
【０３０８】
図１９（Ｄ）に、被形成面と略平行な方向から観察したｎｃ−ＯＳの断面のＣｓ補正高分解能ＴＥＭ像を示す。ｎｃ−ＯＳは、高分解能ＴＥＭ像において、補助線で示す箇所などのように結晶部を確認することのできる領域と、明確な結晶部を確認することのできない領域と、を有する。ｎｃ−ＯＳに含まれる結晶部は、１ｎｍ以上１０ｎｍ以下の大きさであり、特に１ｎｍ以上３ｎｍ以下の大きさであることが多い。なお、結晶部の大きさが１０ｎｍより大きく１００ｎｍ以下である酸化物半導体を微結晶酸化物半導体と呼ぶことがある。ｎｃ−ＯＳは、例えば、高分解能ＴＥＭ像では、結晶粒界を明確に確認できない場合がある。なお、ナノ結晶は、ＣＡＡＣ−ＯＳにおけるペレットと起源を同じくする可能性がある。そのため、以下ではｎｃ−ＯＳの結晶部をペレットと呼ぶ場合がある。
【０３０９】
このように、ｎｃ−ＯＳは、微小な領域（例えば、１ｎｍ以上１０ｎｍ以下の領域、特に１ｎｍ以上３ｎｍ以下の領域）において原子配列に周期性を有する。また、ｎｃ−ＯＳは、異なるペレット間で結晶方位に規則性が見られない。そのため、膜全体で配向性が見られない。したがって、ｎｃ−ＯＳは、分析方法によっては、ａ−ｌｉｋｅ  ＯＳや非晶質酸化物半導体と区別が付かない場合がある。
【０３１０】
なお、ペレット（ナノ結晶）間で結晶方位が規則性を有さないことから、ｎｃ−ＯＳを、ＲＡＮＣ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｌｉｇｎｅｄ  ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌｓ）を有する酸化物半導体、またはＮＡＮＣ（Ｎｏｎ−Ａｌｉｇｎｅｄ  ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌｓ）を有する酸化物半導体と呼ぶこともできる。
【０３１１】
ｎｃ−ＯＳは、非晶質酸化物半導体よりも規則性の高い酸化物半導体である。そのため、ｎｃ−ＯＳは、ａ−ｌｉｋｅ  ＯＳや非晶質酸化物半導体よりも欠陥準位密度が低くなる。ただし、ｎｃ−ＯＳは、異なるペレット間で結晶方位に規則性が見られない。そのため、ｎｃ−ＯＳは、ＣＡＡＣ−ＯＳと比べて欠陥準位密度が高くなる。
【０３１２】
＜２−４．ａ−ｌｉｋｅ  ＯＳ＞
ａ−ｌｉｋｅ  ＯＳは、ｎｃ−ＯＳと非晶質酸化物半導体との間の構造を有する酸化物半導体である。
【０３１３】
図２０に、ａ−ｌｉｋｅ  ＯＳの高分解能断面ＴＥＭ像を示す。ここで、図２０（Ａ）は電子照射開始時におけるａ−ｌｉｋｅ  ＯＳの高分解能断面ＴＥＭ像である。図２０（Ｂ）は４．３×１０８ｅ−／ｎｍ２の電子（ｅ−）照射後におけるａ−ｌｉｋｅ  ＯＳの高分解能断面ＴＥＭ像である。図２０（Ａ）および図２０（Ｂ）より、ａ−ｌｉｋｅ  ＯＳは電子照射開始時から、縦方向に延伸する縞状の明領域が観察されることがわかる。また、明領域は、電子照射後に形状が変化することがわかる。なお、明領域は、鬆または低密度領域と推測される。
【０３１４】
鬆を有するため、ａ−ｌｉｋｅ  ＯＳは、不安定な構造である。以下では、ａ−ｌｉｋｅ  ＯＳが、ＣＡＡＣ−ＯＳおよびｎｃ−ＯＳと比べて不安定な構造であることを示すため、電子照射による構造の変化を示す。
【０３１５】
試料として、ａ−ｌｉｋｅ  ＯＳ、ｎｃ−ＯＳおよびＣＡＡＣ−ＯＳを準備する。いずれの試料もＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物である。
【０３１６】
まず、各試料の高分解能断面ＴＥＭ像を取得する。高分解能断面ＴＥＭ像により、各試料は、いずれも結晶部を有する。
【０３１７】
なお、ＩｎＧａＺｎＯ４の結晶の単位格子は、Ｉｎ−Ｏ層を３層有し、またＧａ−Ｚｎ−Ｏ層を６層有する、計９層がｃ軸方向に層状に重なった構造を有することが知られている。これらの近接する層同士の間隔は、（００９）面の格子面間隔（ｄ値ともいう。）と同程度であり、結晶構造解析からその値は０．２９ｎｍと求められている。したがって、以下では、格子縞の間隔が０．２８ｎｍ以上０．３０ｎｍ以下である箇所を、ＩｎＧａＺｎＯ４の結晶部と見なした。なお、格子縞は、ＩｎＧａＺｎＯ４の結晶のａ−ｂ面に対応する。
【０３１８】
図２１は、各試料の結晶部（２２箇所から３０箇所）の平均の大きさを調査した例である。なお、上述した格子縞の長さを結晶部の大きさとしている。図２１より、ａ−ｌｉｋｅ  ＯＳは、ＴＥＭ像の取得などに係る電子の累積照射量に応じて結晶部が大きくなっていくことがわかる。図２１より、ＴＥＭによる観察初期においては１．２ｎｍ程度の大きさだった結晶部（初期核ともいう。）が、電子（ｅ−）の累積照射量が４．２×１０８ｅ−／ｎｍ２においては１．９ｎｍ程度の大きさまで成長していることがわかる。一方、ｎｃ−ＯＳおよびＣＡＡＣ−ＯＳは、電子照射開始時から電子の累積照射量が４．２×１０８ｅ−／ｎｍ２までの範囲で、結晶部の大きさに変化が見られないことがわかる。図２１より、電子の累積照射量によらず、ｎｃ−ＯＳおよびＣＡＡＣ−ＯＳの結晶部の大きさは、それぞれ１．３ｎｍ程度および１．８ｎｍ程度であることがわかる。なお、電子線照射およびＴＥＭの観察は、日立透過電子顕微鏡Ｈ−９０００ＮＡＲを用いた。電子線照射条件は、加速電圧を３００ｋＶ、電流密度を６．７×１０５ｅ−／（ｎｍ２・ｓ）、照射領域の直径を２３０ｎｍとした。
【０３１９】
このように、ａ−ｌｉｋｅ  ＯＳは、電子照射によって結晶部の成長が見られる場合がある。一方、ｎｃ−ＯＳおよびＣＡＡＣ−ＯＳは、電子照射による結晶部の成長がほとんど見られない。即ち、ａ−ｌｉｋｅ  ＯＳは、ｎｃ−ＯＳおよびＣＡＡＣ−ＯＳと比べて、不安定な構造であることがわかる。
【０３２０】
また、鬆を有するため、ａ−ｌｉｋｅ  ＯＳは、ｎｃ−ＯＳおよびＣＡＡＣ−ＯＳと比べて密度の低い構造である。具体的には、ａ−ｌｉｋｅ  ＯＳの密度は、同じ組成の単結晶の密度の７８．６％以上９２．３％未満となる。また、ｎｃ−ＯＳの密度およびＣＡＡＣ−ＯＳの密度は、同じ組成の単結晶の密度の９２．３％以上１００％未満となる。単結晶の密度の７８％未満となる酸化物半導体は、成膜すること自体が困難である。
【０３２１】
例えば、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：１［原子数比］を満たす酸化物半導体において、菱面体晶構造を有する単結晶ＩｎＧａＺｎＯ４の密度は６．３５７ｇ／ｃｍ３となる。よって、例えば、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：１［原子数比］を満たす酸化物半導体において、ａ−ｌｉｋｅ  ＯＳの密度は５．０ｇ／ｃｍ３以上５．９ｇ／ｃｍ３未満となる。また、例えば、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：１［原子数比］を満たす酸化物半導体において、ｎｃ−ＯＳの密度およびＣＡＡＣ−ＯＳの密度は５．９ｇ／ｃｍ３以上６．３ｇ／ｃｍ３未満となる。
【０３２２】
なお、同じ組成の単結晶が存在しない場合、任意の割合で組成の異なる単結晶を組み合わせることにより、所望の組成における単結晶に相当する密度を見積もることができる。所望の組成の単結晶に相当する密度は、組成の異なる単結晶を組み合わせる割合に対して、加重平均を用いて見積もればよい。ただし、密度は、可能な限り少ない種類の単結晶を組み合わせて見積もることが好ましい。
【０３２３】
以上のように、酸化物半導体は、様々な構造をとり、それぞれが様々な特性を有する。なお、酸化物半導体は、例えば、非晶質酸化物半導体、ａ−ｌｉｋｅ  ＯＳ、ｎｃ−ＯＳ、ＣＡＡＣ−ＯＳのうち、二種以上を有する積層膜であってもよい。
【０３２４】
以上、本実施の形態に示す構成は、他の実施の形態に示す構成と適宜、組み合わせて用いることができる。
【０３２５】
（実施の形態３）
本実施の形態では、先の実施の形態で例示したトランジスタを有する表示装置の一例について、図２２を用いて以下説明する。
【０３２６】
＜３．表示装置の構成例＞
図２２は、本発明の一態様の表示装置の一部の構成例を示す断面図である。図２２に示す表示装置は、トランジスタ２０２、トランジスタ２１２、トランジスタ２２１、発光素子２０４、及びフォトダイオード２０６を有している。トランジスタ２０２、トランジスタ２１２、及びトランジスタ２２１は、先の実施の形態に例示したトランジスタを用いると好ましく、トランジスタ２１２は赤外線を含む光を呈する機能を有することが好ましい。
【０３２７】
トランジスタ２１２は、絶縁表面を有する基板２００上に設けられたゲート電極として機能する導電膜２０２５、ソース電極として機能する導電膜２０２１、ドレイン電極として機能する導電膜２０２２、酸化物半導体膜２０２０、酸化物半導体膜２０２０上に設けられたゲート絶縁膜２０２３、及びゲート絶縁膜２０２３上に設けられたゲート電極として機能する導電膜２０２４、を有する。また、トランジスタ２０２、及びトランジスタ２２１として、トランジスタ２１２と同様の構造を有するトランジスタを適用することが可能である。なお、ここでは、トランジスタ２０２、２１２、２２１が酸化物半導体膜を用いて構成される例について示したが、これらが単結晶シリコン、多結晶シリコン又は非晶質シリコンを用いて構成される構成とすることも可能である。また、ここでは、トランジスタ２０２、２１２、２２１がｓ−ｃｈａｎｎｅｌ構造を有するトランジスタである例について示したが、これらの構造はトップゲート型やボトムゲート型のトランジスタなどであってもよい。
【０３２８】
フォトダイオード２０６は、赤外線が照射されることで光電流を生じるフォトダイオードであればどのような構造であってもよい。フォトダイオード２０６としては、セレンまたはセレンを含む化合物を有する素子、あるいはシリコンを有する素子（例えばｐｉｎ型またはｐｎ型の接合が形成された素子）を用いることができる。また、フォトダイオード２０６の構造は、目的の波長に対応して選択されることが好ましい。例えば、可視光線の波長領域を検出するには非晶質シリコンを用いて構成されるフォトダイオードを用いることが好ましく、赤外線を含む波長領域を検出するには単結晶シリコン又は多結晶シリコンを用いて構成されるフォトダイオードを適用することが好ましい。
【０３２９】
なお、トランジスタ２０２、２１２、２２１上には、絶縁膜２３０が設けられている。また、トランジスタ２０２、及び２２１が有するソース電極およびドレイン電極の一方は、絶縁膜２３０の開口部において導電膜２４１、及び導電膜２４２に接続されている。さらに、導電膜２４１、及び導電膜２４２上には絶縁膜２５０が設けられている。
【０３３０】
発光素子２０４は、絶縁膜２５０の開口部において導電膜２４１に接続された導電膜２６１と、導電膜２６１上に設けられた発光層２７０と、発光層２７０上に設けられた導電膜２８０とを有する。また、フォトダイオード２０６は、絶縁膜２５０の開口部において導電膜２４２に接続された導電膜２６２と、導電膜２６２上に設けられた光電変換層２９０と、光電変換層２９０上に設けられた導電膜２８０とを有する。このように、図２２に示す発光素子２０４、及びフォトダイオード２０６においては、導電膜２８０が共有されてもよい。これにより、簡便に表示用素子及び撮像用素子を作製することが可能である。
【０３３１】
なお、ここでは、発光層２７０は、導電膜２６１及び導電膜２８０の間に生じる電流によって白色を呈する光２３０１（Ｗ）を発光することが可能である。あるいは、赤色を呈する光の波長、緑色を呈する光の波長、青色を呈する光の波長、及び黄色を呈する光の波長の少なくとも一を有する光であってもよい。例えば、発光素子２０４として、発光性の有機材料を有する発光素子（有機エレクトロルミネッセンス素子または有機ＥＬ素子ともいう）や発光性の量子ドットを有する発光素子を適用することが可能である。また、ここでは、導電膜２８０は透光性を有する導電膜によって形成する。これにより、発光素子２０４は、少なくとも導電膜２８０が設けられた電極方向に対して光２３０１（Ｗ）を放射することが可能である。また、ここでは、導電膜２６１、２６２の端部及び絶縁膜２５０の開口部に隔壁２９１が設けられる。なお、隔壁とは有機又は無機の絶縁物からなる層である。隔壁２９１を設けることによって、導電膜２６１または導電膜２６２、及び導電膜２８０の短絡を防止することが可能であり、発光層２７０の段切れを抑制することが可能になる。また、ここでは、発光素子２０４が、トランジスタ２０２と重畳して設けられる。これにより、発光素子２０４の面積（表示装置の開口率）を向上させることが可能である。
【０３３２】
さらに、図２２に示す表示装置は、カラーフィルタ３００が設けられ、且つ透光性を備えた封止基板３１０を有する。なお、発光素子２０４などが存在する領域は、絶縁表面を有する基板２００と封止基板３１０によって密閉される。これにより、発光素子２０４、及びフォトダイオード２０６などへの水分の混入を防ぎ、当該表示装置の信頼性を向上させることが可能である。また、カラーフィルタ３００は、発光素子２０４が設けられた領域の直上に設けられる。カラーフィルタ３００は、発光素子２０４から放射される白色を呈する光２３０１（Ｗ）に含まれる特定範囲の波長の光を吸収し、有彩色を呈する光２３０２（Ｃ）へと変化させることが可能である。なお、ここでは、当該有彩色は、赤色、緑色、青色、又は黄色の少なくとも一であることとする。
【０３３３】
また、トランジスタ２１２、及びフォトダイオード２０６の直上には、当該カラーフィルタ３００は設けられない。したがって、図２２に示す表示装置においては、トランジスタ２１２が発する赤外線を有する光２２０１（ＩＲ）を、例えば指やペンなどの被検出物２１０１に照射し、且つ当該被検出物２１０１によって反射される赤外線を有する光２２０２（ＩＲ）がフォトダイオード２０６に照射されることで、被検出物２１０１の撮像を行うことが可能である。
【０３３４】
なお、トランジスタ２１２は、瞬間的に強く発光することが可能であることが好ましい。したがって、トランジスタ２１２の電流駆動能力は、トランジスタ２０２及びトランジスタ２１２の電流駆動能力よりも高いことが好ましい。例えば、トランジスタ２１２の（Ｗ／Ｌ）の値がトランジスタ２０２及びトランジスタ２２１の（Ｗ／Ｌ）の値よりも大きいことが好ましい。なお、ここで、Ｗはチャネル幅を表し、Ｌはチャネル長を表す。
【０３３５】
このように、赤外線領域の波長の光を含む不可視光（ＩＲ）を用いて撮像を行うことで、当該表示装置における表示に影響を与えることなく撮像を行うことができる。また、表示への影響を考慮することなく当該不可視光（ＩＲ）の強度を高くすることが可能であるため、撮像素子における撮像における外光の影響を低減し、検出精度を向上することが可能となる。また、当該表示装置は、赤外線を有する光によって被検出物を撮像するため、該表示装置と接触する被検出物および接触しない被検出物を検出することができ、被検出物が、単数であっても複数であっても検出することができる。
【０３３６】
以上、本実施の形態で示す構成、方法は、他の実施の形態で示す構成、方法と適宜組み合わせて用いることができる。
【０３３７】
（実施の形態４）
本実施の形態においては、先の実施の形態で例示したトランジスタを有する表示装置の一例について、図２３乃至図２５を用いて以下説明を行う。
【０３３８】
図２３は、表示装置の一例を示す上面図である。図２３に示す表示装置７００は、第１の基板７０１上に設けられた画素部７０２と、第１の基板７０１に設けられたソースドライバ７０４及びゲートドライバ７０６と、画素部７０２、ソースドライバ７０４、及びゲートドライバ７０６を囲むように配置されるシール材７１２と、第１の基板７０１に対向するように設けられる第２の基板７０５と、を有する。なお、第１の基板７０１と第２の基板７０５は、シール材７１２によって封止されている。すなわち、画素部７０２、ソースドライバ７０４、及びゲートドライバ７０６は、第１の基板７０１とシール材７１２と第２の基板７０５によって封止されている。なお、図２３には図示しないが、第１の基板７０１と第２の基板７０５の間には表示素子が設けられる。
【０３３９】
また、表示装置７００は、第１の基板７０１上のシール材７１２によって囲まれている領域とは異なる領域に、画素部７０２、ソースドライバ７０４、ゲートドライバ７０６、及びゲートドライバ７０６と、それぞれ電気的に接続されるＦＰＣ端子部７０８（ＦＰＣ：Ｆｌｅｘｉｂｌｅ  ｐｒｉｎｔｅｄ  ｃｉｒｃｕｉｔ）が設けられる。また、ＦＰＣ端子部７０８には、ＦＰＣ７１６が接続され、ＦＰＣ７１６によって画素部７０２、ソースドライバ７０４、及びゲートドライバ７０６に各種信号等が供給される。また、画素部７０２、ソースドライバ７０４、ゲートドライバ７０６、及びＦＰＣ端子部７０８には、信号線７１０が各々接続されている。ＦＰＣ７１６により供給される各種信号等は、信号線７１０を介して、画素部７０２、ソースドライバ７０４、ゲートドライバ７０６、及びＦＰＣ端子部７０８に与えられる。
【０３４０】
また、表示装置７００にゲートドライバ７０６およびソースドライバ７０４を複数設けてもよい。また、表示装置７００としては、ソースドライバ７０４、及びゲートドライバ７０６を画素部７０２と同じ第１の基板７０１に形成している例を示しているが、この構成に限定されない。例えば、ゲートドライバ７０６のみを第１の基板７０１に形成しても良い、またはソースドライバ７０４のみを第１の基板７０１に形成しても良い。この場合、ソースドライバまたはゲートドライバ等が形成された基板（例えば、単結晶半導体膜、多結晶半導体膜で形成された駆動回路基板）を、第１の基板７０１に実装する構成としても良い。なお、別途形成した駆動回路基板の接続方法は、特に限定されるものではなく、ＣＯＧ（Ｃｈｉｐ  Ｏｎ  Ｇｌａｓｓ）方法、ワイヤボンディング方法などを用いることができる。
【０３４１】
また、表示装置７００が有する画素部７０２、ソースドライバ７０４及びゲートドライバ７０６は、複数のトランジスタを有しており、本発明の一態様の半導体装置であるトランジスタを適用することができる。
【０３４２】
また、表示装置７００は、様々な素子を有することが出来る。該素子の一例としては、例えば、エレクトロルミネッセンス（ＥＬ）素子（有機物及び無機物を含むＥＬ素子、有機ＥＬ素子、無機ＥＬ素子、ＬＥＤなど）、発光トランジスタ素子（電流に応じて発光するトランジスタ）、電子放出素子、液晶素子、電子インク素子、電気泳動素子、エレクトロウェッティング素子、プラズマディスプレイ（ＰＤＰ）、ＭＥＭＳ（マイクロ・エレクトロ・メカニカル・システム）ディスプレイ（例えば、グレーティングライトバルブ（ＧＬＶ）、デジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）、デジタル・マイクロ・シャッター（ＤＭＳ）素子、インターフェロメトリック・モジュレーション（ＩＭＯＤ）素子など）、圧電セラミックディスプレイなどが挙げられる。また、表示装置７００は、センサを有していてもよく、該センサは、赤外線を有する光によって被検出物を撮像する機能を有すると好ましい。
【０３４３】
また、ＥＬ素子を用いた表示装置の一例としては、ＥＬディスプレイなどがある。電子放出素子を用いた表示装置の一例としては、フィールドエミッションディスプレイ（ＦＥＤ）又はＳＥＤ方式平面型ディスプレイ（ＳＥＤ：Ｓｕｒｆａｃｅ−ｃｏｎｄｕｃｔｉｏｎ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ−ｅｍｉｔｔｅｒ  Ｄｉｓｐｌａｙ）などがある。液晶素子を用いた表示装置の一例としては、液晶ディスプレイ（透過型液晶ディスプレイ、半透過型液晶ディスプレイ、反射型液晶ディスプレイ、直視型液晶ディスプレイ、投射型液晶ディスプレイ）などがある。電子インク素子又は電気泳動素子を用いた表示装置の一例としては、電子ペーパーなどがある。なお、半透過型液晶ディスプレイや反射型液晶ディスプレイを実現する場合には、画素電極の一部、または、全部が、反射電極としての機能を有するようにすればよい。例えば、画素電極の一部、または、全部が、アルミニウム、銀、などを有するようにすればよい。さらに、その場合、反射電極の下に、ＳＲＡＭなどの記憶回路を設けることも可能である。これにより、さらに、消費電力を低減することができる。
【０３４４】
なお、表示装置７００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３色に限定されない。例えば、カラー表示する際の画素は、ＲとＧとＢとＷ（白）の４つの色要素からなる画素から構成されてもよい。または、ペンタイル配列のように、ＲＧＢのうちの２色分の色要素で一つの画素を構成し、他の色要素を加えてカラー表示する構成であってもよい。またはＲＧＢに、イエロー、シアン、マゼンタ等を一色以上追加してもよい。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、開示する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。
【０３４５】
また、バックライト（有機ＥＬ素子、無機ＥＬ素子、ＬＥＤ、蛍光灯など）に白色発光（Ｗ）を用いて表示装置をフルカラー表示させるために、着色層（カラーフィルタともいう。）を用いてもよい。着色層は、例えば、レッド（Ｒ）、グリーン（Ｇ）、ブルー（Ｂ）、イエロー（Ｙ）などを適宜組み合わせて用いることができる。着色層を用いることで、着色層を用いない場合と比べて色の再現性を高くすることができる。このとき、着色層を有する領域と、着色層を有さない領域と、を配置することによって、着色層を有さない領域における白色光を直接表示に利用しても構わない。一部に着色層を有さない領域を配置することで、明るい表示の際に、着色層による輝度の低下を少なくでき、消費電力を２割から３割程度低減できる場合がある。ただし、有機ＥＬ素子や無機ＥＬ素子などの自発光素子を用いてフルカラー表示する場合、Ｒ、Ｇ、Ｂ、Ｙ、Ｗを、それぞれの発光色を有する素子から発光させても構わない。自発光素子を用いることで、着色層を用いた場合よりも、さらに消費電力を低減できる場合がある。
【０３４６】
また、カラー化方式としては、上述の白色発光からの発光の一部を、カラーフィルタを通すことで赤色、緑色、青色に変換する方式（カラーフィルタ方式）の他、赤色、緑色、青色の発光をそれぞれ用いる方式（３色方式）、または青色発光からの発光の一部を赤色や緑色に変換する方式（色変換方式、量子ドット方式）を適用してもよい。
【０３４７】
本実施の形態においては、表示素子として液晶素子及びＥＬ素子を用いる構成について、図２４及び図２５を用いて説明する。なお、図２４は、図２３に示す一点鎖線Ｑ−Ｒにおける断面図であり、表示素子として液晶素子を用いた構成である。また、図２５は、図２３に示す一点鎖線Ｑ−Ｒにおける断面図であり、表示素子としてＥＬ素子を用いた構成である。
【０３４８】
まず、図２４及び図２５に示す共通部分について最初に説明し、次に異なる部分について以下説明する。
【０３４９】
＜４−１．表示装置の共通部分に関する説明＞
図２３乃至図２５に示す表示装置７００は、引き回し配線部７１１と、画素部７０２と、ソースドライバ７０４と、ＦＰＣ端子部７０８と、を有する。また、引き回し配線部７１１は、信号線７１０を有する。また、画素部７０２は、トランジスタ７５０及び容量素子７９０を有する。また、ソースドライバ７０４は、トランジスタ７５２を有する。
【０３５０】
トランジスタ７５０及びトランジスタ７５２は、先に示すトランジスタ１００と同様の構成である。なお、トランジスタ７５０及びトランジスタ７５２の構成については、先の実施の形態に示す、その他のトランジスタを用いてもよい。
【０３５１】
本実施の形態で用いるトランジスタは、高純度化し、酸素欠損の形成を抑制した酸化物半導体膜を有する。該トランジスタは、オフ電流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。
【０３５２】
また、本実施の形態で用いるトランジスタは、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。例えば、このような高速駆動が可能なトランジスタを液晶表示装置に用いることで、画素部のスイッチングトランジスタと、駆動回路部に使用するドライバトランジスタを同一基板上に形成することができる。すなわち、別途駆動回路として、シリコンウェハ等により形成された半導体装置を用いる必要がないため、半導体装置の部品点数を削減することができる。また、画素部においても、高速駆動が可能な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。
【０３５３】
容量素子７９０は、トランジスタ７５０が有する第１の酸化物半導体膜と、同一の酸化物半導体膜を加工する工程を経て形成される下部電極と、トランジスタ７５０が有するソース電極及びドレイン電極として機能する導電膜と、同一の導電膜を加工する工程を経て形成される上部電極と、を有する。また、下部電極と上部電極との間には、トランジスタ７５０が有する第２の絶縁膜として機能する絶縁膜、及び第３の絶縁膜として機能する絶縁膜と、同一の絶縁膜を形成する工程を経て形成される絶縁膜が設けられる。すなわち、容量素子７９０は、一対の電極間に誘電体として機能する絶縁膜が挟持された積層型の構造である。
【０３５４】
また、図２４及び図２５において、トランジスタ７５０、トランジスタ７５２、及び容量素子７９０上に平坦化絶縁膜７７０が設けられている。
【０３５５】
平坦化絶縁膜７７０としては、ポリイミド樹脂、アクリル樹脂、ポリイミドアミド樹脂、ベンゾシクロブテン樹脂、ポリアミド樹脂、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。なお、これらの材料で形成される絶縁膜を複数積層させることで、平坦化絶縁膜７７０を形成してもよい。また、平坦化絶縁膜７７０を設けない構成としてもよい。
【０３５６】
また、信号線７１０は、トランジスタ７５０、７５２のソース電極及びドレイン電極として機能する導電膜と同じ工程を経て形成される。なお、信号線７１０は、トランジスタ７５０、７５２のソース電極及びドレイン電極と異なる工程を経て形成された導電膜、例えば、ゲート電極として機能する酸化物半導体膜と同じ工程を経て形成される酸化物半導体膜を用いてもよい。信号線７１０として、例えば、銅を含む材料を用いた場合、配線抵抗に起因する信号遅延等が少なく、大画面での表示が可能となる。
【０３５７】
また、ＦＰＣ端子部７０８は、接続電極７６０、異方性導電膜７８０、及びＦＰＣ７１６を有する。なお、接続電極７６０は、トランジスタ７５０、７５２のソース電極及びドレイン電極として機能する導電膜と同じ工程を経て形成される。また、接続電極７６０は、ＦＰＣ７１６が有する端子と異方性導電膜７８０を介して、電気的に接続される。
【０３５８】
また、第１の基板７０１及び第２の基板７０５としては、例えばガラス基板を用いることができる。また、第１の基板７０１及び第２の基板７０５として、可撓性を有する基板を用いてもよい。該可撓性を有する基板としては、例えばプラスチック基板等が挙げられる。
【０３５９】
また、第１の基板７０１と第２の基板７０５の間には、構造体７７８が設けられる。構造体７７８は、柱状のスペーサであり、第１の基板７０１と第２の基板７０５の間の距離（セルギャップ）を制御するために設けられる。なお、構造体７７８として、球状のスペーサを用いていても良い。
【０３６０】
また、第２の基板７０５側には、ブラックマトリクスとして機能する遮光膜７３８と、カラーフィルタとして機能する着色膜７３６と、遮光膜７３８及び着色膜７３６に接する絶縁膜７３４が設けられる。
【０３６１】
＜４−２．液晶素子を用いる表示装置の構成例＞
図２４に示す表示装置７００は、液晶素子７７５を有する。液晶素子７７５は、導電膜７７２、導電膜７７４、及び液晶層７７６を有する。導電膜７７４は、第２の基板７０５側に設けられ、対向電極としての機能を有する。図２４に示す表示装置７００は、導電膜７７２と導電膜７７４に印加される電圧によって、液晶層７７６の配向状態が変わることによって光の透過、非透過が制御され画像を表示することができる。
【０３６２】
また、導電膜７７２は、トランジスタ７５０が有するソース電極及びドレイン電極として機能する導電膜に接続される。導電膜７７２は、平坦化絶縁膜７７０上に形成され画素電極、すなわち表示素子の一方の電極として機能する。また、導電膜７７２は、反射電極としての機能を有する。図２４に示す表示装置７００は、外光を利用し導電膜７７２で光を反射して着色膜７３６を介して表示する、所謂反射型のカラー液晶表示装置である。
【０３６３】
導電膜７７２としては、可視光において透光性のある導電膜、または可視光において反射性のある導電膜を用いることができる。可視光において透光性のある導電膜としては、例えば、インジウム（Ｉｎ）、亜鉛（Ｚｎ）、錫（Ｓｎ）の中から選ばれた一種を含む材料を用いるとよい。可視光において反射性のある導電膜としては、例えば、アルミニウム、または銀を含む材料を用いるとよい。本実施の形態においては、導電膜７７２として、可視光において、反射性のある導電膜を用いる。
【０３６４】
また、図２４に示す表示装置７００においては、画素部７０２の平坦化絶縁膜７７０の一部に凹凸が設けられている。該凹凸は、例えば、平坦化絶縁膜７７０を樹脂膜で形成し、該樹脂膜の表面に凹凸を設けることで形成することができる。また、反射電極として機能する導電膜７７２は、上記凹凸に沿って形成される。したがって、外光が導電膜７７２に入射した場合において、導電膜７７２の表面で光を乱反射することが可能となり、視認性を向上させることができる。
【０３６５】
なお、図２４では、反射型のカラー液晶表示装置について例示したが、本発明の一態様である表示装置７００はこれに限定されない、例えば、導電膜７７２を可視光に対して、透光性のある導電膜を用いることで透過型のカラー液晶表示装置としてもよい。透過型のカラー液晶表示装置の場合、平坦化絶縁膜７７０に設けられる凹凸については、設けない構成としてもよい。
【０３６６】
なお、図２４において図示しないが、導電膜７７２、７７４の液晶層７７６と接する側に、それぞれ配向膜を設ける構成としてもよい。また、図２４において図示しないが、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）などは適宜設けてもよい。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。
【０３６７】
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。
【０３６８】
また、横電界方式を採用する場合、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数重量％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、応答速度が短く、光学的等方性であるため配向処理が不要である。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。また、ブルー相を示す液晶材料は、視野角依存性が小さい。
【０３６９】
また、表示素子として液晶素子を用いる場合、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。
【０３７０】
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であってもよい。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モードなどを用いることができる。
【０３７１】
＜４−３．発光素子を用いる表示装置＞
図２５に示す表示装置７００は、発光素子７８２を有する。発光素子７８２は、導電膜７８４、ＥＬ層７８６、及び導電膜７８８を有する。図２５に示す表示装置７００は、発光素子７８２が有するＥＬ層７８６が発光することによって、画像を表示することができる。
【０３７２】
また、導電膜７８４は、トランジスタ７５０が有するソース電極及びドレイン電極として機能する導電膜に接続される。導電膜７８４は、平坦化絶縁膜７７０上に形成され画素電極、すなわち表示素子の一方の電極として機能する。導電膜７８４としては、可視光において透光性のある導電膜、または可視光において反射性のある導電膜を用いることができる。可視光において透光性のある導電膜としては、例えば、インジウム（Ｉｎ）、亜鉛（Ｚｎ）、錫（Ｓｎ）の中から選ばれた一種を含む材料を用いるとよい。可視光において反射性のある導電膜としては、例えば、アルミニウム、または銀を含む材料を用いるとよい。
【０３７３】
また、図２５に示す表示装置７００には、平坦化絶縁膜７７０及び導電膜７８４上に絶縁膜７３０が設けられる。絶縁膜７３０は、導電膜７８４の一部を覆う。なお、発光素子７８２はトップエミッション構造である。したがって、導電膜７８８は透光性を有し、ＥＬ層７８６が発する光を透過する。なお、本実施の形態においては、トップエミッション構造について、例示するが、これに限定されない。例えば、導電膜７８４側に光を射出するボトムエミッション構造や、導電膜７８４側及び導電膜７８８側双方に光を射出するデュアルエミッション構造にも適用することができる。
【０３７４】
また、発光素子７８２と重なる位置に、着色膜７３６が設けられ、絶縁膜７３０と重なる位置、引き回し配線部７１１、及びソースドライバ７０４に遮光膜７３８が設けられている。また、着色膜７３６及び遮光膜７３８は、絶縁膜７３４で覆われている。また、発光素子７８２と絶縁膜７３４の間は封止膜７３２で充填されている。なお、図２５に示す表示装置７００においては、着色膜７３６を設ける構成について例示したが、これに限定されない。例えば、ＥＬ層７８６を塗り分けにより形成する場合においては、着色膜７３６を設けない構成としてもよい。
【０３７５】
本実施の形態に示す構成は、他の実施の形態に示す構成と適宜組み合わせて用いることができる。
【０３７６】
（実施の形態５）
本実施の形態では、電力が供給されない状況でも記憶内容の保持が可能で、且つ書き込み回数にも制限が無い半導体装置の回路構成の一例について図２６を用いて説明する。
【０３７７】
＜５−１．回路構成＞
図２６は、半導体装置の回路構成を説明する図である。図２６において、第１の配線（１ｓｔ  Ｌｉｎｅ）と、ｐ型トランジスタ１２８０ａのソース電極またはドレイン電極の一方とは、電気的に接続されている。また、ｐ型トランジスタ１２８０ａのソース電極またはドレイン電極の他方と、ｎ型トランジスタ１２８０ｂのソース電極またはドレイン電極の一方とは、電気的に接続されている。また、ｎ型トランジスタ１２８０ｂのソース電極またはドレイン電極の他方と、ｎ型トランジスタ１２８０ｃのソース電極またはドレイン電極の一方とは、電気的に接続されている。
【０３７８】
また、第２の配線（２ｎｄ  Ｌｉｎｅ）と、トランジスタ１２８２のソース電極またはドレイン電極の一方とは、電気的に接続されている。また、トランジスタ１２８２のソース電極またはドレイン電極の他方と、容量素子１２８１の電極の一方及びｎ型トランジスタ１２８０ｃのゲート電極とは、電気的に接続されている。
【０３７９】
また、第３の配線（３ｒｄ  Ｌｉｎｅ）と、ｐ型トランジスタ１２８０ａ及びｎ型トランジスタ１２８０ｂのゲート電極とは、電気的に接続されている。また、第４の配線（４ｔｈ  Ｌｉｎｅ）と、トランジスタ１２８２のゲート電極とは、電気的に接続されている。また、第５の配線（５ｔｈ  Ｌｉｎｅ）と、容量素子１２８１の電極の他方及びｎ型トランジスタ１２８０ｃのソース電極またはドレイン電極の他方とは、電気的に接続されている。また、第６の配線（６ｔｈ  Ｌｉｎｅ）と、ｐ型トランジスタ１２８０ａのソース電極またはドレイン電極の他方及びｎ型トランジスタ１２８０ｂのソース電極またはドレイン電極の一方とは、電気的に接続されている。
【０３８０】
なお、トランジスタ１２８２は、酸化物半導体（ＯＳ）により形成することができる。したがって、図２６において、トランジスタ１２８２に「ＯＳ」の記号を付記してある。なお、トランジスタ１２８２を酸化物半導体以外の材料により形成してもよい。
【０３８１】
また、図２６において、トランジスタ１２８２のソース電極またはドレイン電極の他方と、容量素子１２８１の電極の一方と、ｎ型トランジスタ１２８０ｃのゲート電極と、の接続箇所には、フローティングノード（ＦＮ）を付記してある。トランジスタ１２８２をオフ状態とすることで、フローティングノード、容量素子１２８１の電極の一方、及びｎ型トランジスタ１２８０ｃのゲート電極に与えられた電位を保持することができる。
【０３８２】
図２６に示す回路構成では、ｎ型トランジスタ１２８０ｃのゲート電極の電位が保持可能という特徴を生かすことで、次のように、情報の書き込み、保持、読み出しが可能である。
【０３８３】
＜５−２．情報の書き込み及び保持＞
まず、情報の書き込み及び保持について説明する。第４の配線の電位を、トランジスタ１２８２がオン状態となる電位にして、トランジスタ１２８２をオン状態とする。これにより、第２の配線の電位がｎ型トランジスタ１２８０ｃのゲート電極、及び容量素子１２８１に与えられる。すなわち、ｎ型トランジスタ１２８０ｃのゲート電極には、所定の電荷が与えられる（書き込み）。その後、第４の配線の電位を、トランジスタ１２８２がオフ状態となる電位にして、トランジスタ１２８２をオフ状態とする。これにより、ｎ型トランジスタ１２８０ｃのゲート電極に与えられた電荷が保持される（保持）。
【０３８４】
トランジスタ１２８２のオフ電流は極めて小さいため、ｎ型トランジスタ１２８０ｃのゲート電極の電荷は長時間にわたって保持される。
【０３８５】
＜５−３．情報の読み出し＞
次に、情報の読み出しについて説明する。第３の配線の電位をＬｏｗレベル電位とした際、ｐ型トランジスタ１２８０ａがオン状態となり、ｎ型トランジスタ１２８０ｂがオフ状態となる。この時、第１の配線の電位は第６の配線に与えられる。一方、第３の配線の電位をＨｉｇｈレベル電位とした際、ｐ型トランジスタ１２８０ａがオフ状態となり、ｎ型トランジスタ１２８０ｂがオン状態となる。この時、フローティングノード（ＦＮ）に保持された電荷量に応じて、第６の配線は異なる電位をとる。このため、第６の配線の電位をみることで、保持されている情報を読み出すことができる（読み出し）。
【０３８６】
また、トランジスタ１２８２は、酸化物半導体をチャネル領域に用いるため、極めてオフ電流が小さいトランジスタである。酸化物半導体を用いたトランジスタ１２８２のオフ電流は、シリコン半導体などで形成されるトランジスタの１０万分の１以下のオフ電流であるため、トランジスタ１２８２のリーク電流による、フローティングノード（ＦＮ）に蓄積される電荷の消失を無視することが可能である。つまり、酸化物半導体を用いたトランジスタ１２８２により、電力の供給が無くても情報の保持が可能な不揮発性の記憶回路を実現することが可能である。
【０３８７】
また、このような回路構成を有する半導体装置を、レジスタやキャッシュメモリなどの記憶装置に用いることで、電源電圧の供給停止による記憶装置内のデータの消失を防ぐことができる。また、電源電圧の供給を再開した後、短時間で電源供給停止前の状態に復帰することができる。よって、記憶装置全体、もしくは記憶装置を構成する一または複数の論理回路において、待機状態のときに短い時間でも電源停止を行うことができるため、消費電力を抑えることができる。また、該半導体装置を、センサに用いることで、ノイズの影響の小さくすることができセンサの検出精度を高めることができる。該センサは、赤外線を有する光を用いることができる。
【０３８８】
以上、本実施の形態に示す構成、方法などは、他の実施の形態に示す構成、方法などと適宜組み合わせて用いることができる。
【０３８９】
（実施の形態６）
本実施の形態では、本発明の一態様の半導体装置に用いることのできる画素回路の構成について、図２７（Ａ）を用いて以下説明を行う。
【０３９０】
＜６−１．画素回路の構成＞
図２７（Ａ）は、画素回路の構成を説明する図である。図２７（Ａ）に示す回路は、光電変換素子１３６０、トランジスタ１３５１、トランジスタ１３５２、トランジスタ１３５３、及びトランジスタ１３５４を有する。
【０３９１】
光電変換素子１３６０のアノードは配線１３１６に電気的に接続され、カソードはトランジスタ１３５１のソース電極またはドレイン電極の一方と接続される。トランジスタ１３５１のソース電極またはドレイン電極の他方は電荷蓄積部（ＦＤ）と接続され、ゲート電極は配線１３１２（ＴＸ）と接続される。トランジスタ１３５２のソース電極またはドレイン電極の一方は配線１３１４（ＧＮＤ）と接続され、ソース電極またはドレイン電極の他方はトランジスタ１３５４のソース電極またはドレイン電極の一方と接続され、ゲート電極は電荷蓄積部（ＦＤ）と接続される。トランジスタ１３５３のソース電極またはドレイン電極の一方は電荷蓄積部（ＦＤ）と接続され、ソース電極またはドレイン電極の他方は配線１３１７と接続され、ゲート電極は配線１３１１（ＲＳ）と接続される。トランジスタ１３５４のソース電極またはドレイン電極の他方は配線１３１５（ＯＵＴ）と接続され、ゲート電極は配線１３１３（ＳＥ）に接続される。なお、上記接続は全て電気的な接続とする。
【０３９２】
なお、配線１３１４には、ＧＮＤ、ＶＳＳ、ＶＤＤなどの電位が供給されていてもよい。ここで、電位や電圧は相対的なものである。そのため、ＧＮＤの電位の大きさは、必ずしも、０ボルトであるとは限らないものとする。
【０３９３】
光電変換素子１３６０は受光素子であり、画素回路に入射した光に応じた電流を生成する機能を有する。トランジスタ１３５３は、光電変換素子１３６０による電荷蓄積部（ＦＤ）への電荷蓄積を制御する機能を有する。トランジスタ１３５４は、電荷蓄積部（ＦＤ）の電位に応じた信号を出力する機能を有する。トランジスタ１３５２は、電荷蓄積部（ＦＤ）の電位のリセットする機能を有する。トランジスタ１３５２は、読み出し時に画素回路の選択を制御する機能を有する。
【０３９４】
なお、電荷蓄積部（ＦＤ）は、電荷保持ノードであり、光電変換素子１３６０が受ける光の量に応じて変化する電荷を保持する。
【０３９５】
なお、トランジスタ１３５２とトランジスタ１３５４とは、配線１３１５と配線１３１４との間で、直列接続されていればよい。したがって、配線１３１４、トランジスタ１３５２、トランジスタ１３５４、配線１３１５の順で並んでもよいし、配線１３１４、トランジスタ１３５４、トランジスタ１３５２、配線１３１５の順で並んでもよい。
【０３９６】
配線１３１１（ＲＳ）は、トランジスタ１３５３を制御するための信号線としての機能を有する。配線１３１２（ＴＸ）は、トランジスタ１３５１を制御するための信号線としての機能を有する。配線１３１３（ＳＥ）は、トランジスタ１３５４を制御するための信号線としての機能を有する。配線１３１４（ＧＮＤ）は、基準電位（例えばＧＮＤ）を設定する信号線としての機能を有する。配線１３１５（ＯＵＴ）は、トランジスタ１３５２から出力される信号を読み出すための信号線としての機能を有する。配線１３１６は電荷蓄積部（ＦＤ）から光電変換素子１３６０を介して電荷を出力するための信号線としての機能を有し、図２７（Ａ）の回路においては低電位線である。また、配線１３１７は電荷蓄積部（ＦＤ）の電位をリセットするための信号線としての機能を有し、図２７（Ａ）の回路においては高電位線である。
【０３９７】
次に、図２７（Ａ）に示す各素子の構成について説明する。
【０３９８】
＜６−２．光電変換素子＞
光電変換素子１３６０には、セレンまたはセレンを含む化合物（以下、セレン系材料とする）を有する素子、あるいはシリコンを有する素子（例えば、ｐｉｎ型の接合が形成された素子）を用いることができる。また、酸化物半導体を用いたトランジスタと、セレン系材料を用いた光電変換素子とを組み合わせることで信頼性を高くすることができるため好ましい。
【０３９９】
＜６−３．トランジスタ＞
トランジスタ１３５１、トランジスタ１３５２、トランジスタ１３５３、およびトランジスタ１３５４は、非晶質シリコン、微結晶シリコン、多結晶シリコン、単結晶シリコンなどのシリコン半導体を用いて形成することも可能であるが、酸化物半導体を用いたトランジスタで形成することが好ましい。酸化物半導体でチャネル領域を形成したトランジスタは、極めてオフ電流が低い特性を示す特徴を有している。また、酸化物半導体でチャネル領域を形成したトランジスタとしては、例えば、実施の形態１に示すトランジスタを用いることができる。
【０４００】
特に、電荷蓄積部（ＦＤ）と接続されているトランジスタ１３５１、及びトランジスタ１３５３のリーク電流が大きいと、電荷蓄積部（ＦＤ）に蓄積された電荷が保持できる時間が十分でなくなる。したがって、少なくとも当該二つのトランジスタに酸化物半導体を用いたトランジスタを使用することで、電荷蓄積部（ＦＤ）からの不要な電荷の流出を防止することができる。
【０４０１】
また、トランジスタ１３５２、及びトランジスタ１３５４においても、リーク電流が大きいと、配線１３１４または配線１３１５に不必要な電荷の出力が起こるため、これらのトランジスタとして、酸化物半導体でチャネル領域を形成したトランジスタを用いることが好ましい。
【０４０２】
また、図２７（Ａ）において、ゲート電極が一つの構成のトランジスタについて例示したが、これに限定されず、例えば、複数のゲート電極を有する構成としてもよい。複数のゲート電極を有するトランジスタとしては、例えば、チャネル領域が形成される半導体膜と重なる、第１のゲート電極と、第２のゲート電極（バックゲート電極ともいう）と、有する構成とすればよい。バックゲート電極としては、例えば、第１のゲート電極と同じ電位、フローティング、または第１のゲート電極と異なる電位を与えればよい。
【０４０３】
＜６−４．回路動作のタイミングチャート＞
次に、図２７（Ａ）に示す回路の動作の一例について図２７（Ｂ）に示すタイミングチャートを用いて説明する。
【０４０４】
図２７（Ｂ）では簡易に説明するため、各配線の電位は、２値変化する信号として与える。ただし、各電位はアナログ信号であるため、実際には状況に応じて２値に限らず種々の値を取り得る。なお、図２７（Ｂ）に示す信号１４０１は配線１３１１（ＲＳ）の電位、信号１４０２は配線１３１２（ＴＸ）の電位、信号１４０３は配線１３１３（ＳＥ）の電位、信号１４０４は電荷蓄積部（ＦＤ）の電位、信号１４０５は配線１３１５（ＯＵＴ）の電位に相当する。なお、配線１３１６の電位は常時”Ｌｏｗ”、配線１３１７の電位は常時”Ｈｉｇｈ”とする。
【０４０５】
時刻Ａにおいて、配線１３１１の電位（信号１４０１）を”Ｈｉｇｈ”、配線１３１２の電位（信号１４０２）を”Ｈｉｇｈ”とすると、電荷蓄積部（ＦＤ）の電位（信号１４０４）は配線１３１７の電位（”Ｈｉｇｈ”）に初期化され、リセット動作が開始される。なお、配線１３１５の電位（信号１４０５）は、”Ｈｉｇｈ”にプリチャージしておく。
【０４０６】
時刻Ｂにおいて、配線１３１１の電位（信号１４０１）を”Ｌｏｗ”とするとリセット動作が終了し、蓄積動作が開始される。ここで、光電変換素子１３６０には逆方向バイアスが印加されるため、逆方向電流により、電荷蓄積部（ＦＤ）（信号１４０４）が低下し始める。光電変換素子１３６０は、光が照射されると逆方向電流が増大するので、照射される光の量に応じて電荷蓄積部（ＦＤ）の電位（信号１４０４）の低下速度は変化する。すなわち、光電変換素子１３６０に照射する光の量に応じて、トランジスタ１３５４のソースとドレイン間のチャネル抵抗が変化する。
【０４０７】
時刻Ｃにおいて、配線１３１２の電位（信号１４０２）を”Ｌｏｗ”とすると蓄積動作が終了し、電荷蓄積部（ＦＤ）の電位（信号１４０４）は一定となる。ここで、当該電位は、蓄積動作中に光電変換素子１３６０が生成した電荷量により決まる。すなわち、光電変換素子１３６０に照射されていた光の量に応じて変化する。また、トランジスタ１３５１およびトランジスタ１３５３は、酸化膜半導体でチャネル領域を形成したオフ電流が極めて低いトランジスタで構成されているため、後の選択動作（読み出し動作）を行うまで、電荷蓄積部（ＦＤ）の電位を一定に保つことが可能である。
【０４０８】
なお、配線１３１２の電位（信号１４０２）を”Ｌｏｗ”とする際に、配線１３１２と電荷蓄積部（ＦＤ）との間における寄生容量により、電荷蓄積部（ＦＤ）の電位に変化が生じることがある。当該電位の変化量が大きい場合は、蓄積動作中に光電変換素子１３６０が生成した電荷量を正確に取得できないことになる。当該電位の変化量を低減するには、トランジスタ１３５１のゲート電極−ソース電極（もしくはゲート電極−ドレイン電極）間容量を低減する、トランジスタ１３５２のゲート容量を増大する、電荷蓄積部（ＦＤ）に保持容量を設ける、などの対策が有効である。なお、本実施の形態では、これらの対策により当該電位の変化を無視できるものとしている。
【０４０９】
時刻Ｄに、配線１３１３の電位（信号１４０３）を”Ｈｉｇｈ”にすると、トランジスタ１３５４が導通して選択動作が開始され、配線１３１４と配線１３１５が、トランジスタ１３５２とトランジスタ１３５４とを介して導通する。そして、配線１３１５の電位（信号１４０５）は、低下していく。なお、配線１３１５のプリチャージは、時刻Ｄ以前に終了しておけばよい。ここで、配線１３１５の電位（信号１４０５）が低下する速さは、トランジスタ１３５２のソース電極とドレイン電極間の電流に依存する。すなわち、蓄積動作中に光電変換素子１３６０に照射されている光の量に応じて変化する。
【０４１０】
時刻Ｅにおいて、配線１３１３の電位（信号１４０３）を”Ｌｏｗ”にすると、トランジスタ１３５４が遮断されて選択動作は終了し、配線１３１５の電位（信号１４０５）は、一定値となる。ここで、一定値となる値は、光電変換素子１３６０に照射されていた光の量に応じて変化する。したがって、配線１３１５の電位を取得することで、蓄積動作中に光電変換素子１３６０に照射されていた光の量を知ることができる。
【０４１１】
より具体的には、光電変換素子１３６０に照射されている光が強いと、電荷蓄積部（ＦＤ）の電位、すなわちトランジスタ１３５２のゲート電圧は低下する。そのため、トランジスタ１３５２のソース電極−ドレイン電極間に流れる電流は小さくなり、配線１３１５の電位（信号１４０５）はゆっくりと低下する。したがって、配線１３１５からは比較的高い電位を読み出すことができる。
【０４１２】
逆に、光電変換素子１３６０に照射されている光が弱いと、電荷蓄積部（ＦＤ）の電位、すなわち、トランジスタ１３５２のゲート電圧は高くなる。そのため、トランジスタ１３５２のソース電極−ドレイン電極間に流れる電流は大きくなり、配線１３１５の電位（信号１４０５）は速く低下する。したがって、配線１３１５からは比較的低い電位を読み出すことができる。
【０４１３】
本実施の形態は、他の実施の形態に記載した構成と適宜組み合わせて実施することが可能である。
【０４１４】
（実施の形態７）
本実施の形態では、本発明の一態様の半導体装置を有する表示装置について、図２８を用いて説明を行う。
【０４１５】
＜７−１．表示装置の構成例＞
図２８（Ａ）に示す表示装置は、表示素子の画素を有する領域（以下、画素部５０２という）と、画素部５０２の外側に配置され、画素を駆動するための回路を有する回路部（以下、駆動回路部５０４という）と、素子の保護機能を有する回路（以下、保護回路５０６という）と、端子部５０７と、を有する。なお、保護回路５０６は、設けない構成としてもよい。
【０４１６】
駆動回路部５０４の一部、または全部は、画素部５０２と同一基板上に形成されていることが望ましい。これにより、部品数や端子数を減らすことが出来る。駆動回路部５０４の一部、または全部が、画素部５０２と同一基板上に形成されていない場合には、駆動回路部５０４の一部、または全部は、ＣＯＧやＴＡＢ（Ｔａｐｅ  Ａｕｔｏｍａｔｅｄ  Ｂｏｎｄｉｎｇ）によって、実装することができる。
【０４１７】
画素部５０２は、Ｘ行（Ｘは２以上の自然数）Ｙ列（Ｙは２以上の自然数）に配置された複数の表示素子を駆動するための回路（以下、画素回路５０１という）を有し、駆動回路部５０４は、画素を選択する信号（走査信号）を出力する回路（以下、ゲートドライバ５０４ａという）、画素の表示素子を駆動するための信号（データ信号）を供給するための回路（以下、ソースドライバ５０４ｂ）などの駆動回路を有する。
【０４１８】
ゲートドライバ５０４ａは、シフトレジスタ等を有する。ゲートドライバ５０４ａは、端子部５０７を介して、シフトレジスタを駆動するための信号が入力され、信号を出力する。例えば、ゲートドライバ５０４ａは、スタートパルス信号、クロック信号等が入力され、パルス信号を出力する。ゲートドライバ５０４ａは、走査信号が与えられる配線（以下、走査線ＧＬ＿１乃至ＧＬ＿Ｘという）の電位を制御する機能を有する。なお、ゲートドライバ５０４ａを複数設け、複数のゲートドライバ５０４ａにより、走査線ＧＬ＿１乃至ＧＬ＿Ｘを分割して制御してもよい。または、ゲートドライバ５０４ａは、初期化信号を供給することができる機能を有する。ただし、これに限定されず、ゲートドライバ５０４ａは、別の信号を供給することも可能である。
【０４１９】
ソースドライバ５０４ｂは、シフトレジスタ等を有する。ソースドライバ５０４ｂは、端子部５０７を介して、シフトレジスタを駆動するための信号の他、データ信号の元となる信号（画像信号）が入力される。ソースドライバ５０４ｂは、画像信号を元に画素回路５０１に書き込むデータ信号を生成する機能を有する。また、ソースドライバ５０４ｂは、スタートパルス、クロック信号等が入力されて得られるパルス信号に従って、データ信号の出力を制御する機能を有する。また、ソースドライバ５０４ｂは、データ信号が与えられる配線（以下、データ線ＤＬ＿１乃至ＤＬ＿Ｙという）の電位を制御する機能を有する。または、ソースドライバ５０４ｂは、初期化信号を供給することができる機能を有する。ただし、これに限定されず、ソースドライバ５０４ｂは、別の信号を供給することも可能である。
【０４２０】
ソースドライバ５０４ｂは、例えば複数のアナログスイッチなどを用いて構成される。ソースドライバ５０４ｂは、複数のアナログスイッチを順次オン状態にすることにより、画像信号を時分割した信号をデータ信号として出力できる。
【０４２１】
複数の画素回路５０１のそれぞれは、走査信号が与えられる複数の走査線ＧＬの一つを介してパルス信号が入力され、データ信号が与えられる複数のデータ線ＤＬの一つを介してデータ信号が入力される。また。複数の画素回路５０１のそれぞれは、ゲートドライバ５０４ａによりデータ信号のデータの書き込み及び保持が制御される。例えば、ｍ行ｎ列目の画素回路５０１は、走査線ＧＬ＿ｍ（ｍはＸ以下の自然数）を介してゲートドライバ５０４ａからパルス信号が入力され、走査線ＧＬ＿ｍの電位に応じてデータ線ＤＬ＿ｎ（ｎはＹ以下の自然数）を介してソースドライバ５０４ｂからデータ信号が入力される。
【０４２２】
図２８（Ａ）に示す保護回路５０６は、例えば、ゲートドライバ５０４ａと画素回路５０１の間の配線である走査線ＧＬに接続される。または、保護回路５０６は、ソースドライバ５０４ｂと画素回路５０１の間の配線であるデータ線ＤＬに接続される。または、保護回路５０６は、ゲートドライバ５０４ａと端子部５０７との間の配線に接続することができる。または、保護回路５０６は、ソースドライバ５０４ｂと端子部５０７との間の配線に接続することができる。なお、端子部５０７は、外部の回路から表示装置に電源及び制御信号、及び画像信号を入力するための端子が設けられた部分をいう。
【０４２３】
保護回路５０６は、自身が接続する配線に一定の範囲外の電位が与えられたときに、該配線と別の配線とを導通状態にする回路である。
【０４２４】
図２８（Ａ）に示すように、画素部５０２と駆動回路部５０４にそれぞれ保護回路５０６を設けることにより、ＥＳＤ（Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｓｔａｔｉｃ  Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ：静電気放電）などにより発生する過電流に対する表示装置の耐性を高めることができる。ただし、保護回路５０６の構成はこれに限定されず、例えば、ゲートドライバ５０４ａに保護回路５０６を接続した構成、またはソースドライバ５０４ｂに保護回路５０６を接続した構成とすることもできる。あるいは、端子部５０７に保護回路５０６を接続した構成とすることもできる。
【０４２５】
また、図２８（Ａ）においては、ゲートドライバ５０４ａとソースドライバ５０４ｂによって駆動回路部５０４を形成している例を示しているが、この構成に限定されない。例えば、ゲートドライバ５０４ａのみを形成し、別途用意されたソースドライバ回路が形成された基板（例えば、単結晶半導体膜、多結晶半導体膜で形成された駆動回路基板）を実装する構成としても良い。
【０４２６】
＜７−２．画素回路の構成例＞
図２８（Ａ）に示す複数の画素回路５０１は、例えば、図２８（Ｂ）に示す構成とすることができる。
【０４２７】
図２８（Ｂ）に示す画素回路５０１は、液晶素子５７０と、トランジスタ５５０と、容量素子５６０と、を有する。トランジスタ５５０に先の実施の形態に示すトランジスタを適用することができる。
【０４２８】
液晶素子５７０の一対の電極の一方の電位は、画素回路５０１の仕様に応じて適宜設定される。液晶素子５７０は、書き込まれるデータにより配向状態が設定される。なお、複数の画素回路５０１のそれぞれが有する液晶素子５７０の一対の電極の一方に共通の電位（コモン電位）を与えてもよい。また、各行の画素回路５０１の液晶素子５７０の一対の電極の一方に異なる電位を与えてもよい。
【０４２９】
例えば、液晶素子５７０を備える表示装置の駆動方法としては、ＴＮモード、ＳＴＮモード、ＶＡモード、ＡＳＭ（Ａｘｉａｌｌｙ  Ｓｙｍｍｅｔｒｉｃ  Ａｌｉｇｎｅｄ  Ｍｉｃｒｏ−ｃｅｌｌ）モード、ＯＣＢ（Ｏｐｔｉｃａｌｌｙ  Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｄ  Ｂｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｃｅ）モード、ＦＬＣ（Ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ）モード、ＡＦＬＣ（ＡｎｔｉＦｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ）モード、ＭＶＡモード、ＰＶＡ（Ｐａｔｔｅｒｎｅｄ  Ｖｅｒｔｉｃａｌ  Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）モード、ＩＰＳモード、ＦＦＳモード、又はＴＢＡ（Ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ  Ｂｅｎｄ  Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）モードなどを用いてもよい。また、表示装置の駆動方法としては、上述した駆動方法の他、ＥＣＢ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ  Ｂｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｃｅ）モード、ＰＤＬＣ（Ｐｏｌｙｍｅｒ  Ｄｉｓｐｅｒｓｅｄ  Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ）モード、ＰＮＬＣ（Ｐｏｌｙｍｅｒ  Ｎｅｔｗｏｒｋ  Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ）モード、ゲストホストモードなどがある。ただし、これに限定されず、液晶素子及びその駆動方式として様々なものを用いることができる。
【０４３０】
ｍ行ｎ列目の画素回路５０１において、トランジスタ５５０のソース電極またはドレイン電極の一方は、データ線ＤＬ＿ｎに電気的に接続され、他方は液晶素子５７０の一対の電極の他方に電気的に接続される。また、トランジスタ５５０のゲート電極は、走査線ＧＬ＿ｍに電気的に接続される。トランジスタ５５０は、データ信号のデータの書き込みを制御する機能を有する。
【０４３１】
容量素子５６０の一対の電極の一方は、電位が供給される配線（以下、電位供給線ＶＬ）に電気的に接続され、他方は、液晶素子５７０の一対の電極の他方に電気的に接続される。なお、電位供給線ＶＬの電位の値は、画素回路５０１の仕様に応じて適宜設定される。容量素子５６０は、書き込まれたデータを保持する保持容量としての機能を有する。
【０４３２】
例えば、図２８（Ｂ）の画素回路５０１を有する表示装置では、例えば、図２８（Ａ）に示すゲートドライバ５０４ａにより各行の画素回路５０１を順次選択し、トランジスタ５５０をオン状態にしてデータ信号のデータを書き込む。
【０４３３】
データが書き込まれた画素回路５０１は、トランジスタ５５０がオフ状態になることで保持状態になる。これを行毎に順次行うことにより、画像を表示できる。
【０４３４】
また、図２８（Ａ）に示す複数の画素回路５０１は、例えば、図２８（Ｃ）に示す構成とすることができる。
【０４３５】
また、図２８（Ｃ）に示す画素回路５０１は、トランジスタ５５２、５５４と、容量素子５６２と、発光素子５７２と、を有する。トランジスタ５５２及びトランジスタ５５４のいずれか一方または双方に先の実施の形態に示すトランジスタを適用することができる。
【０４３６】
トランジスタ５５２のソース電極及びドレイン電極の一方は、データ信号が与えられる配線（以下、信号線ＤＬ＿ｎという）に電気的に接続される。さらに、トランジスタ５５２のゲート電極は、ゲート信号が与えられる配線（以下、走査線ＧＬ＿ｍという）に電気的に接続される。
【０４３７】
トランジスタ５５２は、データ信号のデータの書き込みを制御する機能を有する。
【０４３８】
容量素子５６２の一対の電極の一方は、電位が与えられる配線（以下、電位供給線ＶＬ＿ａという）に電気的に接続され、他方は、トランジスタ５５２のソース電極及びドレイン電極の他方に電気的に接続される。
【０４３９】
容量素子５６２は、書き込まれたデータを保持する保持容量としての機能を有する。
【０４４０】
トランジスタ５５４のソース電極及びドレイン電極の一方は、電位供給線ＶＬ＿ａに電気的に接続される。さらに、トランジスタ５５４のゲート電極は、トランジスタ５５２のソース電極及びドレイン電極の他方に電気的に接続される。
【０４４１】
発光素子５７２のアノード及びカソードの一方は、電位供給線ＶＬ＿ｂに電気的に接続され、他方は、トランジスタ５５４のソース電極及びドレイン電極の他方に電気的に接続される。
【０４４２】
発光素子５７２としては、例えば有機エレクトロルミネセンス素子（有機ＥＬ素子ともいう）などを用いることができる。ただし、発光素子５７２としては、これに限定されず、無機材料からなる無機ＥＬ素子を用いても良い。
【０４４３】
なお、電位供給線ＶＬ＿ａ及び電位供給線ＶＬ＿ｂの一方には、高電源電位ＶＤＤが与えられ、他方には、低電源電位ＶＳＳが与えられる。
【０４４４】
図２８（Ｃ）の画素回路５０１を有する表示装置では、例えば、図２８（Ａ）に示すゲートドライバ５０４ａにより各行の画素回路５０１を順次選択し、トランジスタ５５２をオン状態にしてデータ信号のデータを書き込む。
【０４４５】
データが書き込まれた画素回路５０１は、トランジスタ５５２がオフ状態になることで保持状態になる。さらに、書き込まれたデータ信号の電位に応じてトランジスタ５５４のソース電極とドレイン電極の間に流れる電流量が制御され、発光素子５７２は、流れる電流量に応じた輝度で発光する。これを行毎に順次行うことにより、画像を表示できる。
【０４４６】
本実施の形態に示す構成は、他の実施の形態に示す構成と適宜組み合わせて用いることができる。
【０４４７】
（実施の形態８）
本実施の形態では、本発明の一態様の半導体装置を有する表示モジュール及び電子機器について、図２９及び図３０を用いて説明を行う。
【０４４８】
＜８−１．表示モジュール＞
図２９に示す表示モジュール８０００は、上部カバー８００１と下部カバー８００２との間に、ＦＰＣ８００３に接続されたタッチパネル８００４、ＦＰＣ８００５に接続された表示パネル８００６、バックライト８００７、フレーム８００９、プリント基板８０１０、バッテリ８０１１を有する。
【０４４９】
本発明の一態様の半導体装置は、例えば、表示パネル８００６に用いることができる。
【０４５０】
上部カバー８００１及び下部カバー８００２は、タッチパネル８００４及び表示パネル８００６のサイズに合わせて、形状や寸法を適宜変更することができる。
【０４５１】
タッチパネル８００４は、抵抗膜方式または静電容量方式のタッチパネルを表示パネル８００６に重畳して用いることができる。また、表示パネル８００６の対向基板（封止基板）に、タッチパネル機能を持たせるようにすることも可能である。また、表示パネル８００６の各画素内に光センサを設け、光学式のタッチパネルとすることも可能である。該光学式のタッチパネルは、赤外線を有する光を用いることが好ましい。なお、該光学式のタッチパネルは、被検出物を光によって検出することが可能であるため、被検出物と該タッチパネルとが接触しなくてもよい。
【０４５２】
バックライト８００７は、光源８００８を有する。なお、図２９において、バックライト８００７上に光源８００８を配置する構成について例示したが、これに限定さない。例えば、バックライト８００７の端部に光源８００８を配置し、さらに光拡散板を用いる構成としてもよい。なお、有機ＥＬ素子等の自発光型の発光素子を用いる場合、または反射型パネル等の場合においては、バックライト８００７を設けない構成としてもよい。
【０４５３】
フレーム８００９は、表示パネル８００６の保護機能の他、プリント基板８０１０の動作により発生する電磁波を遮断するための電磁シールドとしての機能を有する。またフレーム８００９は、放熱板としての機能を有していてもよい。
【０４５４】
プリント基板８０１０は、電源回路、ビデオ信号及びクロック信号を出力するための信号処理回路を有する。電源回路に電力を供給する電源としては、外部の商用電源であっても良いし、別途設けたバッテリ８０１１による電源であってもよい。バッテリ８０１１は、商用電源を用いる場合には、省略可能である。
【０４５５】
また、表示モジュール８０００は、偏光板、位相差板、プリズムシートなどの部材を追加して設けてもよい。
【０４５６】
＜８−２．電子機器＞
図３０（Ａ）乃至図３０（Ｇ）は、電子機器を示す図である。これらの電子機器は、筐体９０００、表示部９００１、スピーカ９００３、操作キー９００５（電源スイッチ、又は操作スイッチを含む）、接続端子９００６、センサ９００７（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９００８、等を有することができる。
【０４５７】
図３０（Ａ）乃至図３０（Ｇ）に示す電子機器は、様々な機能を有することができる。例えば、様々な情報（静止画、動画、テキスト画像など）を表示部に表示する機能、タッチパネル機能、カレンダー、日付または時刻などを表示する機能、様々なソフトウェア（プログラム）によって処理を制御する機能、無線通信機能、無線通信機能を用いて様々なコンピュータネットワークに接続する機能、無線通信機能を用いて様々なデータの送信または受信を行う機能、記録媒体に記録されているプログラムまたはデータを読み出して表示部に表示する機能、等を有することができる。なお、図３０（Ａ）乃至図３０（Ｇ）に示す電子機器が有することのできる機能はこれらに限定されず、様々な機能を有することができる。また、図３０（Ａ）乃至図３０（Ｈ）には図示していないが、電子機器には、複数の表示部を有する構成としてもよい。また、該電子機器にカメラ等を設け、静止画を撮影する機能、動画を撮影する機能、撮影した画像を記録媒体（外部またはカメラに内蔵）に保存する機能、撮影した画像を表示部に表示する機能、等を有していてもよい。
【０４５８】
図３０（Ａ）乃至図３０（Ｇ）に示す電子機器の詳細について、以下説明を行う。
【０４５９】
図３０（Ａ）は、テレビジョン装置９１００を示す斜視図である。テレビジョン装置９１００は、表示部９００１を大画面、例えば、５０インチ以上、または１００インチ以上の表示部９００１を組み込むことが可能である。
【０４６０】
図３０（Ｂ）は、携帯情報端末９１０１を示す斜視図である。携帯情報端末９１０１は、例えば電話機、手帳又は情報閲覧装置等から選ばれた一つ又は複数の機能を有する。具体的には、スマートフォンとして用いることができる。なお、携帯情報端末９１０１は、スピーカ、接続端子、センサ等を設けてもよい。また、携帯情報端末９１０１は、文字や画像情報をその複数の面に表示することができる。例えば、３つの操作ボタン９０５０（操作アイコンまたは単にアイコンともいう）を表示部９００１の一の面に表示することができる。また、破線の矩形で示す情報９０５１を表示部９００１の他の面に表示することができる。なお、情報９０５１の一例としては、電子メールやＳＮＳ（ソーシャル・ネットワーキング・サービス）や電話などの着信を知らせる表示、電子メールやＳＮＳなどの題名、電子メールやＳＮＳなどの送信者名、日時、時刻、バッテリの残量、アンテナ受信の強度などがある。または、情報９０５１が表示されている位置に、情報９０５１の代わりに、操作ボタン９０５０などを表示してもよい。
【０４６１】
筐体９０００の材料としては、合金、プラスチック、セラミックス、炭素繊維を含む材料を用いることができる。炭素繊維を含む材料としては、炭素繊維強化樹脂複合材（Ｃａｒｂｏｎ  Ｆｉｂｅｒ  Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ  Ｐｌａｓｔｉｃｓ：ＣＦＲＰ）が軽量であり、且つ、腐食しない利点があるが黒色であり、外観やデザインが限られる。また、ＣＦＲＰは強化プラスチックの一種とも言え、強化プラスチックはガラス繊維を用いてもよいし、ケブラーを用いたＫＦＲＰを用いてもよい。強い衝撃を受けた場合、合金と比較して繊維は樹脂から剥離する恐れがあるため、合金が好ましい。合金としては、アルミニウム合金やマグネシウム合金が挙げられるが、中でもジルコニウムと銅とニッケルとチタンを含む非晶質合金（金属ガラスとも呼ばれる）が弾性強度の点で優れている。この非晶質合金は、室温においてガラス遷移領域を有する非晶質合金であり、バルク凝固非晶質合金とも呼ばれ、実質的に非晶質原子構造を有する合金である。凝固鋳造法により、少なくとも一つの筐体の鋳型内に合金材料が鋳込まれ、凝固させて一部の筐体をバルク凝固非晶質合金で形成する。非晶質合金は、ジルコニウム、銅、ニッケル、チタン以外にもベリリウム、シリコン、ニオブ、ボロン、ガリウム、モリブデン、タングステン、マンガン、鉄、コバルト、イットリウム、バナジウム、リン、炭素などを含んでもよい。また、非晶質合金は、凝固鋳造法に限定されず、真空蒸着法、スパッタ法、電解めっき法、無電解メッキ法などによって形成してもよい。また、非晶質合金は、全体として長距離秩序（周期構造）を持たない状態を維持するのであれば、微結晶またはナノ結晶を含んでもよい。なお、合金とは、単一の固体相構造を有する完全固溶体合金と、２つ以上の相を有する部分溶体の両方を含むこととする。筐体９０００に非晶質合金を用いることで高い弾性を有する筐体を実現できる。従って、携帯情報端末９１０１を落下させても、筐体９０００が非晶質合金であれば、衝撃が加えられた瞬間には一時的に変形しても元に戻るため、携帯情報端末９１０１の耐衝撃性を向上させることができる。
【０４６２】
図３０（Ｃ）は、携帯情報端末９１０２を示す斜視図である。携帯情報端末９１０２は、表示部９００１の３面以上に情報を表示する機能を有する。ここでは、情報９０５２、情報９０５３、情報９０５４がそれぞれ異なる面に表示されている例を示す。例えば、携帯情報端末９１０２の使用者は、洋服の胸ポケットに携帯情報端末９１０２を収納した状態で、その表示（ここでは情報９０５３）を確認することができる。具体的には、着信した電話の発信者の電話番号又は氏名等を、携帯情報端末９１０２の上方から観察できる位置に表示する。使用者は、携帯情報端末９１０２をポケットから取り出すことなく、表示を確認し、電話を受けるか否かを判断できる。
【０４６３】
図３０（Ｄ）は、腕時計型の携帯情報端末９２００を示す斜視図である。携帯情報端末９２００は、移動電話、電子メール、文章閲覧及び作成、音楽再生、インターネット通信、コンピュータゲームなどの種々のアプリケーションを実行することができる。また、表示部９００１はその表示面が湾曲して設けられ、湾曲した表示面に沿って表示を行うことができる。また、携帯情報端末９２００は、通信規格された近距離無線通信を実行することが可能である。例えば無線通信可能なヘッドセットと相互通信することによって、ハンズフリーで通話することもできる。また、携帯情報端末９２００は、接続端子９００６を有し、他の情報端末とコネクターを介して直接データのやりとりを行うことができる。また接続端子９００６を介して充電を行うこともできる。なお、充電動作は接続端子９００６を介さずに無線給電により行ってもよい。
【０４６４】
また、腕時計型の携帯情報端末９２００は、脈拍を検出する機能を有してもよい。腕時計型の携帯情報端末９２００で脈泊を検出することで、定常的または定期的に脈拍を測定することができ、健康管理に好ましい。脈拍の検出には、赤外線を用いることが好ましく、本発明の一態様の半導体素子が好適である。
【０４６５】
図３１（Ａ）（Ｂ）は、赤外線を検出する機能を有する端末における発光素子と受光素子との配置を説明する図である。図３１（Ａ）に示す赤外線を検出する機能を有する端末９５０１は、基板上に配置された受光素子と複数の発光素子とを有する。受光素子９６０１は、赤外線を検出する機能を有し、発光素子９６０２、９６０３、９６０４は、赤外線を呈する機能を有する。
【０４６６】
端末９５０１においては、発光素子９６０２乃至９６０４から射出された赤外線は、検出対象物に照射され、その反射された赤外線を受光素子９６０１で検出することで、検出対象物を検出することができ、当該発光素子からの光に対する検出対象物からの反射光の大きさを基に、検出対象物の位置等を検出することができる。
【０４６７】
また、端末９５０１が表示装置として表示部９００１を有するとき、赤外線を呈する発光素子９６０２乃至９６０４および赤外線を検出する受光素子９６０１は、図３１（Ｃ）のように、表示装置の表示部９００１と同じ面に配置されても良く、図３２（Ａ）のように、表示装置の表示部９００１と異なる面に配置されても良く、図３２（Ｂ）のように、表示装置の表示部９００１の下部にあっても良い。
【０４６８】
なお、図３１（Ｂ）に示す端末９５０２のように、受光素子９６０１および発光素子９６０２乃至発光素子９６０５の配置であってもよい。また、受光素子および発光素子は、それぞれ単数であっても複数であってもよい。
【０４６９】
上記のような発光素子と受光素子とを有する端末により、脈拍などの生体情報を検出することができる。なお、図３１に例示した端末は、赤外線を呈する発光素子と赤外線を検出する受光素子とを有すれば良く、脈拍を検出する端末に限定されない。
【０４７０】
また、本発明の一態様の半導体装置は、静脈、瞳孔、虹彩などの生体情報を検出する機能を有する電子機器に好適である。人体のセンシングにおいては、いわゆる生体の窓と呼ばれる近赤外線の波長領域の光を用いることが好ましい。該波長領域の光は、水への吸収が小さく、ヘモグロビンによりわずかに吸収される程度であるため、生体情報の検出、特に血液状態の検出に好適に用いることができる。また、本発明の一態様の半導体装置を用いることで、上記のような生体情報を高精細に検出することができるため、生体認証の精度を高めることができる。
【０４７１】
図３０（Ｅ）（Ｆ）（Ｇ）は、折り畳み可能な携帯情報端末９２０１を示す斜視図である。また、図３０（Ｅ）が携帯情報端末９２０１を展開した状態の斜視図であり、図３０（Ｆ）が携帯情報端末９２０１を展開した状態または折り畳んだ状態の一方から他方に変化する途中の状態の斜視図であり、図３０（Ｇ）が携帯情報端末９２０１を折り畳んだ状態の斜視図である。携帯情報端末９２０１は、折り畳んだ状態では可搬性に優れ、展開した状態では、継ぎ目のない広い表示領域により表示の一覧性に優れる。携帯情報端末９２０１が有する表示部９００１は、ヒンジ９０５５によって連結された３つの筐体９０００に支持されている。ヒンジ９０５５を介して２つの筐体９０００間を屈曲させることにより、携帯情報端末９２０１を展開した状態から折りたたんだ状態に可逆的に変形させることができる。例えば、携帯情報端末９２０１は、曲率半径１ｍｍ以上１５０ｍｍ以下で曲げることができる。
【０４７２】
本実施の形態において述べた電子機器は、何らかの情報を表示するための表示部を有することを特徴とする。ただし、本発明の一態様の半導体装置は、表示部を有さない電子機器にも適用することができる。
【０４７３】
本実施の形態に示す構成は、他の実施の形態に示す構成と適宜組み合わせて用いることができる。
［実施例］
【０４７４】
本実施例においては、本発明の一態様のトランジスタを作製し、当該トランジスタの電気特性の測定、及び発光状態の観察を行った。
【０４７５】
本実施例で用いた試料の作製方法について、以下説明を行う。なお、本実施例においては、図１（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）に示すトランジスタ１００に相当するトランジスタとして半導体素子１を作製した。なお、以下の説明においては、図１（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）に示すトランジスタ１００が有する構成と同様の機能を有する構成については、同様の符号を用いて説明する。また、比較として、図３３（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）に示す構造のトランジスタを比較半導体素子１として作製した。
＜半導体素子１の作製＞
【０４７６】
ガラス基板である基板１０２上に第１のゲート電極として機能する導電膜１０６を形成した。導電膜１０６としては、厚さ１００ｎｍのタングステン膜を、スパッタリング装置を用いて形成した。
【０４７７】
次に、基板１０２及び導電膜１０６上に第１のゲート絶縁膜として機能する絶縁膜１０４を形成した。なお、本実施例においては、絶縁膜１０４として、絶縁膜１０４＿１と、絶縁膜１０４＿２と、絶縁膜１０４＿３と、絶縁膜１０４＿４とを順に、ＰＥＣＶＤ装置を用いて、真空中で連続して形成した。なお、絶縁膜１０４＿１は、厚さ５０ｎｍの窒化シリコン膜とした。また、絶縁膜１０４＿２は、厚さ３００ｎｍの窒化シリコン膜とした。また、絶縁膜１０４＿３は、厚さ５０ｎｍの窒化シリコン膜とした。また、絶縁膜１０４＿４は、厚さ５０ｎｍの酸化窒化シリコン膜とした。
【０４７８】
次に、絶縁膜１０４上に酸化物半導体膜を形成し、当該酸化物半導体膜を島状に加工することで、酸化物半導体膜１０８を形成した。酸化物半導体膜１０８としては、厚さ４０ｎｍの酸化物半導体膜を形成した。なお、酸化物半導体膜１０８の形成には、スパッタリング装置を用いた。スパッタリング装置に、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝４：２：４．１［原子数比］の金属酸化物を用い、該スパッタリングターゲットにバイアス電圧を印加する電源としてはＡＣ電源を用いた。また、酸化物半導体膜１０８の加工には、ウエットエッチング法を用いた。
【０４７９】
次に、絶縁膜１０４及び酸化物半導体膜１０８上に、後に絶縁膜１１０となる絶縁膜を形成した。当該絶縁膜としては、厚さ２０ｎｍの酸化窒化シリコン膜と、厚さ８０ｎｍの酸化窒化シリコン膜とを、ＰＥＣＶＤ装置を用いて真空中で連続して形成した。
【０４８０】
次に、熱処理を行った。当該熱処理としては、窒素と酸素との混合ガス雰囲気下で、３５０℃  １時間の熱処理とした。
【０４８１】
次に、絶縁膜上に酸化物半導体膜を形成し、当該酸化物半導体膜を島状に加工することで、第２のゲート電極として機能する導電膜１１２を形成した。導電膜１１２としては、スパッタリング装置を用い、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝４：２：４．１［原子数比］の金属酸化物をスパッタリングターゲットとし、厚さ１００ｎｍになるよう、該スパッタリングターゲットに印加する電源としてはＡＣ電源を用いて形成した。また、導電膜１１２を形成後、続けて、導電膜１１２の下側に接する絶縁膜を加工することで、第２のゲート絶縁膜として機能する絶縁膜１１０を形成した。
【０４８２】
なお、導電膜１１２の加工には、ウエットエッチング法を用い、絶縁膜１１０の加工にはドライエッチング法を用いた。
【０４８３】
次に、絶縁膜１０４、酸化物半導体膜１０８、絶縁膜１１０、及び導電膜１１２上から不純物元素の添加処理を行った。不純物元素の添加処理としては、ドーピング装置を用い、不純物元素としてはアルゴンを用いた。
【０４８４】
次に、絶縁膜１０４、酸化物半導体膜１０８、絶縁膜１１０、及び導電膜１１２上に絶縁膜１１６を形成した。絶縁膜１１６としては、厚さ１００ｎｍの窒化シリコン膜を、ＰＥＣＶＤ装置を用いて形成した。
【０４８５】
次に、絶縁膜１１６上に絶縁膜１１８を形成した。絶縁膜１１８としては、厚さ３００ｎｍの酸化窒化シリコン膜を、ＰＥＣＶＤ装置を用いて形成した。
【０４８６】
次に、絶縁膜１１８上にマスクを形成し、当該マスクを用いて、絶縁膜１１６、１１８に開口部１４１ｓ、１４１ｄを形成した。なお、開口部１４１ｓ、１４１ｄの加工にはドライエッチング装置を用いた。
【０４８７】
次に、絶縁膜１１８上に開口部１４１ｓ、１４１ｄを充填するように、導電膜を形成し、当該導電膜を島状に加工することで、ソース電極及びドレイン電極として機能する導電膜１２０ｓ及び導電膜１２０ｄを形成した。
【０４８８】
導電膜１２０ｓ、１２０ｄとしては、厚さ５０ｎｍのチタン膜と、厚さ４００ｎｍのアルミニウム膜と、厚さ１００ｎｍのチタン膜と、スパッタリング装置を用いて真空中で連続して形成した。
【０４８９】
以上の工程により、図１（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）に示すトランジスタ１００に相当するトランジスタである半導体素子１を作製した。
【０４９０】
なお、半導体素子１のチャネル幅Ｗを５０μｍ及び１００μｍとし、チャネル幅Ｌを６μｍとした。
【０４９１】
＜比較半導体素子１の作製＞
ガラス基板である基板１０２上に第１のゲート電極として機能する導電膜１０６を形成した。導電膜１０６としては、厚さ１００ｎｍのタングステン膜を、スパッタリング装置を用いて形成した。
【０４９２】
次に、基板１０２及び導電膜１０６上に、第１のゲート絶縁膜として機能する絶縁膜１０４、１０３を形成した。絶縁膜１０４としては、厚さ４００ｎｍの窒化シリコン膜を、ＰＥＣＶＤ装置を用いて形成した。また、絶縁膜１０３としては、厚さ５０ｎｍの酸化窒化シリコン膜を、ＰＥＣＶＤ装置を用いて形成した。
【０４９３】
次に、絶縁膜１０３上に酸化物半導体膜を形成し、当該酸化物半導体膜を島状に加工することで、酸化物半導体膜１０８を形成した。酸化物半導体膜１０８としては、厚さ２５ｎｍの酸化物半導体膜を形成した。なお、酸化物半導体膜１０８としては、スパッタリング装置を用い、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝４：２：４．１［原子数比］の金属酸化物をスパッタリングターゲットとし、該スパッタリングターゲットに印加する電源としてはＡＣ電源を用いた。
【０４９４】
次に、絶縁膜１０３、酸化物半導体膜１０８上に導電膜を形成し、該導電膜上にレジストマスクを形成し、所望の領域をエッチングすることで、ソース電極及びドレイン電極として機能する導電膜１２０ｓ、及び導電膜１２０ｄを形成した。導電膜１２０ｓ、１２０ｄとしては、厚さ５０ｎｍのタングステン膜と、厚さ４００ｎｍのアルミニウム膜と、厚さ１００ｎｍのチタン膜とを、スパッタリング装置を用いて真空中で連続して形成した。なお、導電膜１２０ｓ、１２０ｄの形成後レジストマスクを除去した。
【０４９５】
次に、絶縁膜１０３、酸化物半導体膜１０８、及び導電膜１２０ｓ、１２０ｄ上から、リン酸水溶液（リン酸の濃度が８５％の水溶液を、さらに純水で１００倍に希釈した水溶液）を塗布し、導電膜１２０ｓ、１２０ｄから露出した酸化物半導体膜１０８の表面の一部を除去した。
【０４９６】
次に、絶縁膜１０３、酸化物半導体膜１０８、及び導電膜１２０ｓ、１２０ｄ上に、第２のゲート絶縁膜として機能する絶縁膜１１４及び絶縁膜１１６を形成した。絶縁膜１１４としては、厚さ５０ｎｍの酸化窒化シリコン膜を、ＰＥＣＶＤ装置を用いて形成した。また、絶縁膜１１６としては、厚さ４００ｎｍの酸化窒化シリコン膜を、ＰＥＣＶＤ装置を用いて形成した。なお、絶縁膜１１４及び絶縁膜１１６としては、ＰＥＣＶＤ装置により真空中で連続して形成した。
【０４９７】
次に、第１の熱処理を行った。該第１の熱処理としては、窒素を含む雰囲気下で３５０℃、１時間とした。
【０４９８】
次に、絶縁膜１１６上に酸化物半導体膜を形成し、該酸化物半導体膜を島状に加工することで第２のゲート電極として機能する導電膜１１２を形成した。導電膜１１２としては、厚さ１００ｎｍの酸化物半導体膜を、スパッタリング装置を用いて形成した。
【０４９９】
次に、絶縁膜１１６及び導電膜１１２上に絶縁膜１１８を形成した。絶縁膜１１８としては、厚さ１００ｎｍの窒化シリコン膜を、ＰＥＣＶＤ装置を用いて形成した。
【０５００】
次に、第２の熱処理を行った。該第２の熱処理としては、第１の熱処理と同様である。
【０５０１】
以上の工程により、図３３（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）に示すトランジスタに相当する比較半導体素子１を作製した。
【０５０２】
なお、比較半導体素子１として、チャネル幅Ｗを１００μｍとし、チャネル幅Ｌを６μｍとした。
【０５０３】
＜電気特性の測定＞
図３４（Ａ）（Ｂ）に、半導体素子１のドレイン電流−ゲート電圧（Ｉｄ−Ｖｇ）特性結果を示す。
【０５０４】
なお、図３４（Ａ）は、Ｗ／Ｌ＝５０μｍ／６μｍの半導体素子１の特性であり、図３４（Ｂ）は、Ｗ／Ｌ＝１００μｍ／６μｍの半導体素子１の特性である。また、図３４（Ａ）（Ｂ）において、実線で示す曲線が第１縦軸に対応するＩｄ（Ａ）を、点線で示す曲線が第２縦軸に対応する電界効果移動度（μＦＥ（ｃｍ２／Ｖｓ））を、それぞれ表す。また、横軸はＶｇ（Ｖ）である。
【０５０５】
なお、トランジスタのＩｄ−Ｖｇ特性の測定条件としては、トランジスタの第１のゲート電極として機能する導電膜１０６に印加する電圧（以下、ゲート電圧（Ｖｇ）ともいう）、及び第２のゲート電極として機能する導電膜１１２に印加する電圧（以下、Ｖｂｇともいう）を、−１５Ｖから＋２０Ｖまで０．２５Ｖのステップで変化させた。また、ソース電極として機能する導電膜１２０ｓに印加する電圧（以下、ソース電圧（Ｖｓ）ともいう）を０Ｖ（ｃｏｍｍ）とし、ドレイン電極として機能する導電膜１２０ｄに印加する電圧（以下、ドレイン電圧（Ｖｄ）ともいう）を、１Ｖまたは２０Ｖとした。
【０５０６】
図３４（Ａ）（Ｂ）に示すように、本実施例で作製したトランジスタは、チャネル長（Ｌ）の長さに起因せずに、良好な電気特性であることが示された。
【０５０７】
＜発光状態の観察＞
次に、上記作製したＷ／Ｌ＝５０μｍ／６μｍの半導体素子１、Ｗ／Ｌ＝１００μｍ／６μｍの半導体素子１、及びＷ／Ｌ＝１００μｍ／６μｍの比較半導体素子１、の発光状態の観察を行った。発光状態の観察結果を図３５及び図３６に示す。
【０５０８】
ここで、各半導体素子を発光させるために、Ｖｇ及びＶｂｇを２０Ｖとし、Ｖｄを２０Ｖとした。また、可視光領域の発光の観察には、４００ｎｍ以上７５０ｎｍ以下に６５％以上の量子効率を有する冷却ＣＣＤカメラを用い、近赤外線領域の発光の観察には、９００ｎｍ以上１５５０ｎｍ以下に６５％以上の量子効率を有するＩｎＧａＡｓカメラ（浜松ホトニクス株式会社製、Ｃ８２５０−３１）を用いた。
【０５０９】
なお、図３５（Ａ）に、Ｗ／Ｌ＝１００μｍ／６μｍの半導体素子１の可視光領域の発光の観察結果を、図３５（Ｂ）に、Ｗ／Ｌ＝１００μｍ／６μｍの半導体素子１の近赤外線領域の発光の観察結果、図３６（Ａ）に、Ｗ／Ｌ＝５０μｍ／６μｍの半導体素子１の近赤外線領域の発光の観察結果を、図３６（Ｂ）に、Ｗ／Ｌ＝１００μｍ／６μｍの比較半導体素子１の近赤外線領域の発光の観察結果を、それぞれ示す。
【０５１０】
図３６（Ａ）に示すように、Ｗ／Ｌ＝５０μｍ／６μｍの半導体素子１からは、近赤外線領域の発光が観察された。また、図３５（Ｂ）に示すように、Ｗ／Ｌ＝１００μｍ／６μｍの半導体素子１からは、強い近赤外線領域の発光が観察された。したがって、チャネル幅Ｗが大きい方が、近赤外線領域の発光を強く呈することができ好ましい。また、図３５（Ａ）に示すように、Ｗ／Ｌ＝１００μｍ／６μｍの半導体素子１からは、可視光領域の発光がほとんど観測されなかった。すなわち、本発明の一態様のトランジスタである半導体素子１は、選択的に赤外線領域の発光を呈する機能を有しており好ましい。
【０５１１】
一方、図３６（Ｂ）に示すように、Ｗ／Ｌ＝１００μｍ／６μｍの比較半導体素子１からは、近赤外線領域の発光がほとんど観測されなかった。本発明の一態様の半導体素子１は、比較半導体素子１と比較して、酸化物半導体膜１０８と、導電膜１２０ｓおよび１２０ｄとが接する領域が、チャネル領域から離れている。そのため、チャネル領域で生成した熱または赤外線のエネルギーが導電膜１２０ｓおよび１２０ｄに移動しにくく、効果的に赤外線領域の発光を呈することができる。
【０５１２】
以上のように、本発明の一態様により、近赤外線領域の発光を呈する機能を有するトランジスタを作製することができることが分かった。
【０５１３】
以上、本実施例に示す構成は、他の実施の形態に示す構成と適宜組み合わせて用いることができる。
【符号の説明】
【０５１４】
１００    トランジスタ
１００Ａ    トランジスタ
１００Ｂ    トランジスタ
１００Ｃ    トランジスタ
１００Ｄ    トランジスタ
１００Ｅ    トランジスタ
１００Ｆ    トランジスタ
１００Ｇ    トランジスタ
１０２    基板
１０３    絶縁膜
１０４    絶縁膜
１０４＿１    絶縁膜
１０４＿２    絶縁膜
１０４＿３    絶縁膜
１０４＿４    絶縁膜
１０６    導電膜
１０７    酸化物半導体膜
１０８    酸化物半導体膜
１０８＿１    酸化物半導体膜
１０８＿２    酸化物半導体膜
１０８＿３    酸化物半導体膜
１０８ｄ    ドレイン領域
１０８ｆ    領域
１０８ｉ    チャネル領域
１０８ｓ    ソース領域
１１０    絶縁膜
１１０＿０    絶縁膜
１１２    導電膜
１１２＿０    導電膜
１１４    絶縁膜
１１６    絶縁膜
１１８    絶縁膜
１２０    導電膜
１２０ｄ    導電膜
１２０ｓ    導電膜
１２２    絶縁膜
１４０    マスク
１４１ｄ    開口部
１４１ｓ    開口部
１４３    開口部
１４５    不純物元素
１４７    中空領域
２００    基板
２０２    トランジスタ
２０４    発光素子
２０６    フォトダイオード
２１２    トランジスタ
２２１    トランジスタ
２３０    絶縁膜
２４１    導電膜
２４２    導電膜
２５０    絶縁膜
２６１    導電膜
２６２    導電膜
２７０    発光層
２８０    導電膜
２９０    光電変換層
２９１    隔壁
３００    カラーフィルタ
３１０    封止基板
５０１    画素回路
５０２    画素部
５０４    駆動回路部
５０４ａ    ゲートドライバ
５０４ｂ    ソースドライバ
５０６    保護回路
５０７    端子部
５５０    トランジスタ
５５２    トランジスタ
５５４    トランジスタ
５６０    容量素子
５６２    容量素子
５７０    液晶素子
５７２    発光素子
７００    表示装置
７０１    基板
７０２    画素部
７０４    ソースドライバ
７０５    基板
７０６    ゲートドライバ
７０８    ＦＰＣ端子部
７１０    信号線
７１１    配線部
７１２    シール材
７１６    ＦＰＣ
７３０    絶縁膜
７３２    封止膜
７３４    絶縁膜
７３６    着色膜
７３８    遮光膜
７５０    トランジスタ
７５２    トランジスタ
７６０    接続電極
７７０    平坦化絶縁膜
７７２    導電膜
７７４    導電膜
７７５    液晶素子
７７６    液晶層
７７８    構造体
７８０    異方性導電膜
７８２    発光素子
７８４    導電膜
７８６    ＥＬ層
７８８    導電膜
７９０    容量素子
１２８０ａ    ｐ型トランジスタ
１２８０ｂ    ｎ型トランジスタ
１２８０ｃ    ｎ型トランジスタ
１２８１    容量素子
１２８２    トランジスタ
１３１１    配線
１３１２    配線
１３１３    配線
１３１４    配線
１３１５    配線
１３１６    配線
１３１７    配線
１３５１    トランジスタ
１３５２    トランジスタ
１３５３    トランジスタ
１３５４    トランジスタ
１３６０    光電変換素子
１４０１    信号
１４０２    信号
１４０３    信号
１４０４    信号
１４０５    信号
２０２０    酸化物半導体膜
２０２１    導電膜
２０２２    導電膜
２０２３    ゲート絶縁膜
２０２４    導電膜
２０２５    導電膜
２１０１    被検出物
２２０１    光
２２０２    光
２３０１    光
２３０２    光
８０００    表示モジュール
８００１    上部カバー
８００２    下部カバー
８００３    ＦＰＣ
８００４    タッチパネル
８００５    ＦＰＣ
８００６    表示パネル
８００７    バックライト
８００８    光源
８００９    フレーム
８０１０    プリント基板
８０１１    バッテリ
９０００    筐体
９００１    表示部
９００３    スピーカ
９００５    操作キー
９００６    接続端子
９００７    センサ
９００８    マイクロフォン
９０５０    操作ボタン
９０５１    情報
９０５２    情報
９０５３    情報
９０５４    情報
９０５５    ヒンジ
９１００    テレビジョン装置
９１０１    携帯情報端末
９１０２    携帯情報端末
９２００    携帯情報端末
９２０１    携帯情報端末
９５０１    端末
９５０２    端末
９６０１    受光素子
９６０２    発光素子
９６０３    発光素子
９６０４    発光素子
９６０５    発光素子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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