(57)【要約】【課題】酸化物半導体を用いた新たな半導体装置を提供することを課題とする。【解決手段】基板（例えば絶縁表面を有する基板）と、基板上の第１の電極層と、その一部が第１の電極層上に存在する酸化物半導体層と、酸化物半導体層の側面を覆うゲート絶縁層と、ゲート絶縁層の開口部において、酸化物半導体層と電気的に接続した第２の電極層と、ゲート絶縁層を介して酸化物半導体層の側面に電圧を印加する第３の電極層と、を有する。【選択図】図１
2010177450.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板上の第１の電極層と、
その一部が前記第１の電極層上に存在する酸化物半導体層と、
前記酸化物半導体層の側面を覆うゲート絶縁層と、
前記ゲート絶縁層の開口部において、前記酸化物半導体層と電気的に接続した第２の電極層と、
前記ゲート絶縁層を介して前記酸化物半導体層の側面に電圧を印加する第３の電極層と、
を有することを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
基板と、
前記基板上の第１の電極層と、
前記第１の電極層上に設けられた絶縁層と、
前記第１の電極層の端部および前記絶縁層の端部を覆う酸化物半導体層と、
前記酸化物半導体層を覆うゲート絶縁層と、
前記ゲート絶縁層の開口部において、前記酸化物半導体層と電気的に接続した第２の電極層と、
前記ゲート絶縁層を介して前記酸化物半導体層に電圧を印加する第３の電極層と、
を有することを特徴とする半導体装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２において、
前記第１の電極層または前記第２の電極層に、酸素親和性の高い金属を含有する材料を用いたことを特徴とする半導体装置。
【請求項４】
請求項３において、
前記酸素親和性の高い金属は、チタン、アルミニウム、マンガン、マグネシウム、ジルコニウム、ベリリウム、トリウム、銅のいずれか一または複数から選択された材料であることを特徴とする半導体装置。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のいずれか一において、
前記酸化物半導体層の前記第１の電極層または前記第２の電極層と電気的に接続される領域は、前記酸化物半導体層の他の領域と比較して酸素の組成比が小さいことを特徴とする半導体装置。
【請求項６】
基板と、
前記基板上の第１の電極層と、
前記第１の電極層上の第１の低抵抗半導体層と、
その一部が前記第１の低抵抗半導体層上に存在する酸化物半導体層と、
前記酸化物半導体層上の第２の低抵抗半導体層と、
前記酸化物半導体層の側面を覆うゲート絶縁層と、
前記第２の低抵抗半導体層と電気的に接続した第２の電極層と、
前記ゲート絶縁層を介して前記酸化物半導体層の側面に電圧を印加する第３の電極層と、
を有することを特徴とする半導体装置。
【請求項７】
基板と、
前記基板上の第１の電極層と、
前記第１の電極層上の第１の低抵抗半導体層と、
前記第１の低抵抗半導体層上の絶縁層と、
前記絶縁層上の第２の低抵抗半導体層と、
前記第１の電極層の端部、前記第１の低抵抗半導体層の端部、前記絶縁層の端部、および前記第２の低抵抗半導体層の端部を覆う酸化物半導体層と、
前記酸化物半導体層を覆うゲート絶縁層と、
前記第２の低抵抗半導体層と電気的に接続した第２の電極層と、
前記ゲート絶縁層を介して前記酸化物半導体層に電圧を印加する第３の電極層と、
を有することを特徴とする半導体装置。
【請求項８】
請求項１乃至請求項７のいずれか一において、
前記酸化物半導体層には、シリコンが添加されたことを特徴とする半導体装置。
【請求項９】
請求項１乃至請求項８のいずれか一において、
前記酸化物半導体層は、非晶質構造を有することを特徴とする半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
技術分野は、酸化物半導体を用いた薄膜トランジスタ（以下、ＴＦＴという）を有する半導体装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
金属酸化物は多様に存在し、さまざまな用途に用いられている。酸化インジウムはよく知られた材料であり、液晶ディスプレイなどで必要とされる透明電極材料として用いられている。
【０００３】
金属酸化物の中には半導体特性を示すものがある。半導体特性を示す金属酸化物は化合物半導体の一種である。化合物半導体とは、２種以上の原子がイオン結合により結合してできる半導体である。一般的に、イオン結合は陽イオンと陰イオンとの強い静電引力によって絶縁体となる。しかし、陽イオンと陰イオンの組み合わせによっては、静電引力が弱く半導体となることが知られている。
【０００４】
例えば、金属酸化物の中で、酸化タングステン、酸化錫、酸化インジウム、酸化亜鉛などは半導体特性を示すことが知られている。このような金属酸化物で構成される透明半導体層をチャネル形成領域とする薄膜トランジスタが開示されている（特許文献１乃至４、非特許文献１）。
【０００５】
ところで、金属酸化物は一元系酸化物のみでなく多元系酸化物も知られている。例えば、ホモロガス相を有するＩｎＧａＯ３（ＺｎＯ）ｍ（ｍ：自然数）は公知の材料である（非特許文献２乃至４）。
【０００６】
そして、上記のようなＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物を薄膜トランジスタのチャネル層として適用可能であることが確認されている（特許文献５、非特許文献５および６）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開昭６０−１９８８６１号公報
【特許文献２】特開平８−２６４７９４号公報
【特許文献３】特表平１１−５０５３７７号公報
【特許文献４】特開２０００−１５０９００号公報
【特許文献５】特開２００４−１０３９５７号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】Ｍ．  Ｗ．  Ｐｒｉｎｓ，  Ｋ．  Ｏ．  Ｇｒｏｓｓｅ−Ｈｏｌｚ，  Ｇ．  Ｍｕｌｌｅｒ，  Ｊ．  Ｆ．  Ｍ．  Ｃｉｌｌｅｓｓｅｎ，  Ｊ．  Ｂ．  Ｇｉｅｓｂｅｒｓ，  Ｒ．  Ｐ．  Ｗｅｅｎｉｎｇ，  ａｎｄ  Ｒ．  Ｍ．  Ｗｏｌｆ、「Ａ  ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ  ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ  ｔｈｉｎ−ｆｉｌｍ  ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ」、  Ａｐｐｌ．  Ｐｈｙｓ．  Ｌｅｔｔ．、１７  Ｊｕｎｅ  １９９６、  Ｖｏｌ．６８  ｐ．３６５０
【非特許文献２】Ｍ．  Ｎａｋａｍｕｒａ，  Ｎ．  Ｋｉｍｉｚｕｋａ，  ａｎｄ  Ｔ．  Ｍｏｈｏｒｉ、「Ｔｈｅ  Ｐｈａｓｅ  Ｒｅｌａｔｉｏｎｓ  ｉｎ  ｔｈｅ  Ｉｎ２Ｏ３−Ｇａ２ＺｎＯ４−ＺｎＯ  Ｓｙｓｔｅｍ  ａｔ  １３５０℃」、Ｊ．  Ｓｏｌｉｄ  Ｓｔａｔｅ  Ｃｈｅｍ．、１９９１、Ｖｏｌ．９３，  ｐ．２９８
【非特許文献３】Ｎ．  Ｋｉｍｉｚｕｋａ，  Ｍ．  Ｉｓｏｂｅ，  ａｎｄ  Ｍ．  Ｎａｋａｍｕｒａ、「Ｓｙｎｔｈｅｓｅｓ  ａｎｄ  Ｓｉｎｇｌｅ−Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｄａｔａ  ｏｆ  Ｈｏｍｏｌｏｇｏｕｓ  Ｃｏｍｐｏｕｎｄｓ，  Ｉｎ２Ｏ３（ＺｎＯ）ｍ（ｍ＝３，４，  ａｎｄ  ５），  ＩｎＧａＯ３（ＺｎＯ）３，  ａｎｄ  Ｇａ２Ｏ３（ＺｎＯ）ｍ（ｍ＝７，８，９，  ａｎｄ  １６）  ｉｎ  ｔｈｅ  Ｉｎ２Ｏ３−ＺｎＧａ２Ｏ４−ＺｎＯ  Ｓｙｓｔｅｍ」、  Ｊ．  Ｓｏｌｉｄ  Ｓｔａｔｅ  Ｃｈｅｍ．、１９９５、Ｖｏｌ．１１６，  ｐ．１７０
【非特許文献４】中村真佐樹、君塚昇、毛利尚彦、磯部光正、「ホモロガス相、ＩｎＦｅＯ３（ＺｎＯ）ｍ（ｍ：自然数）とその同型化合物の合成および結晶構造」、固体物理、１９９３年、Ｖｏｌ．２８、Ｎｏ．５、ｐ．３１７
【非特許文献５】Ｋ．  Ｎｏｍｕｒａ，  Ｈ．  Ｏｈｔａ，  Ｋ．  Ｕｅｄａ，  Ｔ．  Ｋａｍｉｙａ，  Ｍ．  Ｈｉｒａｎｏ，  ａｎｄ  Ｈ．  Ｈｏｓｏｎｏ、「Ｔｈｉｎ−ｆｉｌｍ  ｔｒａｎｓｉｓｉｔｏｒ  ｆａｂｒｉｃａｔｅｄ  ｉｎ  ｓｉｎｇｌｅ−ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ  ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ  ｏｘｉｄｅ  ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ」、ＳＣＩＥＮＣＥ、２００３、Ｖｏｌ．３００、ｐ．１２６９
【非特許文献６】Ｋ．  Ｎｏｍｕｒａ，  Ｈ．  Ｏｈｔａ，  Ａ．  Ｔａｋａｇｉ，  Ｔ．  Ｋａｍｉｙａ，  Ｍ．  Ｈｉｒａｎｏ，  ａｎｄ  Ｈ．  Ｈｏｓｏｎｏ、「Ｒｏｏｍ−ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ  ｏｆ  ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ  ｆｌｅｘｉｂｌｅ  ｔｈｉｎ−ｆｉｌｍ  ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒｓ  ｕｓｉｎｇ  ａｍｏｒｐｈｏｕｓ  ｏｘｉｄｅ  ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓ」、ＮＡＴＵＲＥ、２００４、Ｖｏｌ．４３２  ｐ．４８８
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本明細書等（少なくとも、明細書、特許請求の範囲、および図面を含む）において開示する発明の一態様では、酸化物半導体を用いた新たな半導体装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本明細書等において開示する発明の一態様では、トランジスタを、酸化物半導体材料を用いて形成する。より詳細には、次の通りである。
【００１１】
本明細書等において開示する発明の一態様は、基板（例えば絶縁表面を有する基板）と、基板上の第１の電極層と、その一部が第１の電極層上に存在する酸化物半導体層と、酸化物半導体層の側面を覆うゲート絶縁層と、ゲート絶縁層の開口部において、酸化物半導体層と電気的に接続した第２の電極層と、ゲート絶縁層を介して酸化物半導体層の側面に電圧を印加する第３の電極層と、を有することを特徴とする半導体装置である。
【００１２】
また、本明細書等において開示する発明の別の一態様は、基板と、基板上の第１の電極層と、第１の電極層上に設けられた絶縁層と、第１の電極層の端部および絶縁層の端部を覆う酸化物半導体層と、酸化物半導体層を覆うゲート絶縁層と、ゲート絶縁層の開口部において、酸化物半導体層と電気的に接続した第２の電極層と、ゲート絶縁層を介して酸化物半導体層に電圧を印加する第３の電極層と、を有することを特徴とする半導体装置である。
【００１３】
なお、上記において、第１の電極層または第２の電極層に、酸素親和性の高い金属を含有する材料を用いていることが好ましい。また、上記酸素親和性の高い金属は、チタン、アルミニウム、マンガン、マグネシウム、ジルコニウム、ベリリウム、トリウムのいずれか一または複数から選択された材料であることが好ましい。
【００１４】
また、上記において、酸化物半導体層の第１の電極層または第２の電極層と電気的に接続される領域は、酸化物半導体層の他の領域と比較して酸素の組成比が小さいことが好ましい。
【００１５】
本明細書等において開示する発明の別の一態様は、基板と、基板上の第１の電極層と、第１の電極層上の第１の低抵抗半導体層と、その一部が第１の低抵抗半導体層上に存在する酸化物半導体層と、酸化物半導体層上の第２の低抵抗半導体層と、酸化物半導体層の側面を覆うゲート絶縁層と、第２の低抵抗半導体層と電気的に接続した第２の電極層と、ゲート絶縁層を介して酸化物半導体層の側面に電圧を印加する第３の電極層と、を有することを特徴とする半導体装置である。
【００１６】
また、本明細書等において開示する発明の別の一態様は、基板と、基板上の第１の電極層と、第１の電極層上の第１の低抵抗半導体層と、第１の低抵抗半導体層上の絶縁層と、絶縁層上の第２の低抵抗半導体層と、第１の電極層の端部、第１の低抵抗半導体層の端部、絶縁層の端部、および第２の低抵抗半導体層の端部を覆う酸化物半導体層と、酸化物半導体層を覆うゲート絶縁層と、第２の低抵抗半導体層と電気的に接続した第２の電極層と、ゲート絶縁層を介して酸化物半導体層に電圧を印加する第３の電極層と、を有することを特徴とする半導体装置である。
【００１７】
なお、上記において、酸化物半導体層には、シリコンが添加されていることが好ましい。また、酸化物半導体層は、非晶質構造を有することが好ましい。また、酸化物半導体層は、インジウム、ガリウムおよび亜鉛を含む酸化物半導体からなることが好ましい。
【００１８】
本明細書等において開示する発明に用いることができる酸化物半導体の一例としては、ＩｎＭＯ３（ＺｎＯ）ｍ（ｍ＞０）で表記されるものがある。ここで、Ｍは、ガリウム（Ｇａ）、鉄（Ｆｅ）、ニッケル（Ｎｉ）、マンガン（Ｍｎ）およびコバルト（Ｃｏ）から選ばれた一の金属元素または複数の金属元素を示す。例えば、ＭとしてＧａが選択される場合には、Ｇａのみの場合の他に、ＧａとＮｉや、ＧａとＦｅなど、Ｇａ以外の上記金属元素が選択される場合を含む。また、上記酸化物半導体において、Ｍとして含まれる金属元素の他に、不純物元素としてＦｅ、Ｎｉその他の遷移金属元素、または該遷移金属の酸化物が含まれているものがある。本明細書等においては、上記酸化物半導体のうち、Ｍとして少なくともガリウムを含むものをＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物半導体と呼び、当該材料を用いた薄膜をＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系非単結晶膜と呼ぶことがある。
【００１９】
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得る装置全般を指し、半導体回路、表示装置、電気光学装置、発光表示装置、電子機器などは全て半導体装置に含まれる。
【００２０】
また、本明細書等において表示装置とは、画像表示デバイス、発光デバイス、または光源（照明装置含む）を指す。ここで、コネクター、例えば、ＦＰＣ（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ  ｐｒｉｎｔｅｄ  ｃｉｒｃｕｉｔ）やＴＡＢ（Ｔａｐｅ  Ａｕｔｏｍａｔｅｄ  Ｂｏｎｄｉｎｇ）テープ、ＴＣＰ（Ｔａｐｅ  Ｃａｒｒｉｅｒ  Ｐａｃｋａｇｅ）などが取り付けられたモジュール、ＴＡＢテープやＴＣＰの先にプリント配線基板が設けられたモジュール、表示素子にＣＯＧ（Ｃｈｉｐ  Ｏｎ  Ｇｌａｓｓ）方式によりＩＣ（集積回路）が直接実装されたモジュールなどは全て表示装置に含まれる。
【発明の効果】
【００２１】
本明細書等により開示される発明の一態様では、酸化物半導体を用いて半導体装置を作製している。これにより、優れた半導体装置を提供することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】半導体装置の断面図および平面図である。
【図２】半導体装置の作製方法を説明する断面図である。
【図３】半導体装置の作製方法を説明する断面図である。
【図４】半導体装置の断面図および平面図である。
【図５】半導体装置の作製方法を説明する断面図である。
【図６】半導体装置の作製方法を説明する断面図である。
【図７】半導体装置の作製方法を説明する断面図である。
【図８】半導体装置の断面図および平面図である。
【図９】半導体装置の断面図および平面図である。
【図１０】半導体装置の断面図および平面図である。
【図１１】半導体装置の断面図および平面図である。
【図１２】半導体装置の断面図および平面図である。
【図１３】半導体装置の断面図および平面図である。
【図１４】半導体装置の平面図および断面図である。
【図１５】半導体装置の断面図である。
【図１６】半導体装置の断面図である。
【図１７】半導体装置の断面図である。
【図１８】半導体装置の平面図および断面図である。
【図１９】電子ペーパーの使用形態の例を説明する図である。
【図２０】電子書籍の例を示す外観図である。
【図２１】テレビジョン装置およびデジタルフォトフレームの例を示す外観図である。
【図２２】遊技機の例を示す外観図である。
【図２３】携帯電話機の例を示す外観図である。
【図２４】計算による状態密度を示す図である。
【図２５】計算による構造を示す図である。
【図２６】計算前後における、原子の密度を示す図である。
【図２７】試料の断面ＴＥＭ像である。
【図２８】異相の構成元素の百分率を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。但し、発明は以下に示す実施の形態の記載内容に限定されず、本明細書等において開示する発明の趣旨から逸脱することなく形態および詳細を様々に変更し得ることは当業者にとって自明である。また、異なる実施の形態に係る構成は、適宜組み合わせて実施することが可能である。なお、以下に説明する発明の構成において、同一部分または同様な機能を有する部分には同一の符号を用い、その繰り返しの説明は省略する。
【００２４】
（実施の形態１）
本実施の形態では、半導体装置の構成について、図１を用いて説明する。
【００２５】
図１には、本実施の形態に係る半導体装置の構成の一例を示す。図１（Ａ）は断面図であり、図１（Ｂ）は平面図である。図１（Ａ）は、図１（Ｂ）のＡ−Ｂにおける断面を表すものである。なお、平面図においては、簡単のため、一部の構成を省略している。
【００２６】
図１に示す半導体装置は、基板１００（例えば、絶縁表面を有する基板）と、基板１００上の第１の電極層１０４と、第１の電極層１０４上の第１の低抵抗半導体層１１２と、第１の低抵抗半導体層１１２上の酸化物半導体層１１４と、酸化物半導体層１１４上の第２の低抵抗半導体層１１６と、酸化物半導体層１１４の側面を覆うゲート絶縁層１１８と、第２の低抵抗半導体層１１６と電気的に接続した第２の電極層１２４と、ゲート絶縁層１１８を介して酸化物半導体層１１４の側面に電圧を印加する第３の電極層１２６と、を有するトランジスタ１５０である（図１（Ａ）、図１（Ｂ）参照）。ここで、第１の電極層１０４はソース電極（またはドレイン電極）として機能し、第２の電極層１２４はドレイン電極（またはソース電極）として機能し、第３の電極層１２６はゲート電極として機能する。なお、トランジスタにおけるソース電極およびドレイン電極は、キャリアの流れる方向によってその機能が入れ替わることがあるから、ソース電極およびドレイン電極の称呼は便宜的なものに過ぎない。つまり、各種導電層の機能が、上記称呼に限定して解釈されるものではない。また、各種電極層は、配線としての機能を有していても良い。
【００２７】
図１では、第１の低抵抗半導体層１１２が酸化物半導体層１１４の下部全面に存在する構成の一例について示しているが、開示する発明の一態様はこれに限定されない。例えば、第１の電極層１０４と酸化物半導体層１１４との間の領域にのみ、第１の低抵抗半導体層１１２を設ける構成としても良い。つまり、酸化物半導体層１１４は、少なくともその一部が第１の低抵抗半導体層１１２上に存在していればよい。また、第１の低抵抗半導体層１１２および第２の低抵抗半導体層１１６を設けない構成とすることもできる。この場合、第１の電極上には酸化物半導体層が設けられ、第２の電極層は酸化物半導体層と電気的に接続されることになる。他の構成要素についても同様に、半導体装置としての機能を確保できる態様において、適宜変更することが可能である。
【００２８】
第１の低抵抗半導体層１１２および第２の低抵抗半導体層１１６を設けない構成とする場合には、第１の電極層１０４または第２の電極層１２４は、酸素親和性の高い金属を用いたものとすることが好ましい。酸素親和性の高い金属としては、例えば、チタン、アルミニウム、マンガン、マグネシウム、ジルコニウム、ベリリウム、トリウムなどの、亜鉛と比較して標準電極電位が小さい金属が挙げられる。また、銅などを用いても良い。このように、酸素親和性の高い金属と、酸化物半導体層とが接する構成として熱処理等を行うことにより、酸化物半導体層の第１の電極層または第２の電極層と接する領域の酸素の組成比は、他の領域のそれと比較して小さくなる。該低酸素領域においては導電性が向上する傾向にあるから、上記の低抵抗半導体層と同様な機能を有せしめることが可能である。なお、酸素親和性の高い金属は上記材料に限定されない。
【００２９】
上記現象は、酸素親和性の高い金属が酸化物半導体層から酸素を引き抜くことに起因するものであるから、電極層の酸化物半導体層と接する領域の酸素の組成比は、他の領域のそれと比較して大きくなると考えられる（つまり、該領域において、電極層は酸化される）。これを考慮するならば、酸化物半導体層と接する領域の電極層において形成される金属酸化物は、導電性を有していることが好ましい。例えば、酸素親和性の高い金属としてチタンを用いる場合であれば、一酸化物に近い組成比（例えば、ＴｉＯｘとした場合に０．５＜ｘ＜１．５程度）の酸化物が形成される条件で各種処理を行えばよい。これは、チタンの一酸化物は導電性を有するが、チタンの二酸化物は絶縁性を有するためである。
【００３０】
ここで、酸素親和性の高い金属を電極層として用いる場合の効果について、計算機シミュレーションに基づいて説明する。ここでは、酸素親和性の高い金属としてチタンを用い、酸化物半導体層として、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系の酸化物半導体材料を用いる場合について計算を行っているが、開示する発明の一態様はこれに限定されない。なお、計算において、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系の酸化物半導体材料の組成はＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ：Ｏ＝１：１：１：４とした。
【００３１】
はじめに、非晶質状態の酸化物半導体から酸素が失われることによる効果を検証した。
【００３２】
まず、古典ＭＤ（分子動力学）計算を用いたｍｅｌｔ−ｑｕｅｎｃｈ法により、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物半導体の非晶質構造を用意した。ここでは、総原子数が８４個、密度が５．９ｇ／ｃｍ３の構造について計算を行っている。金属−酸素間および酸素−酸素間についてはＢｏｒｎ−Ｍａｙｅｒ−Ｈｕｇｇｉｎｓ型のポテンシャルを、金属−金属間についてはＬｅｎｎａｒｄ−Ｊｏｎｅｓ型のポテンシャルを用い、ＮＶＴアンサンブルで計算を行った。計算プログラムとしては、Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  Ｅｘｐｌｏｒｅｒを用いた。
【００３３】
その後、上記古典ＭＤ計算により得られた構造に対して、密度汎関数理論（ＤＦＴ）に基づく平面波−擬ポテンシャル法を用いた第一原理計算（量子ＭＤ計算）により、構造を最適化し、状態密度を求めた。また、任意の酸素原子を一つ取り除いた構造に対しても構造最適化を行い、状態密度を計算した。計算プログラムとしてはＣＡＳＴＥＰを、交換相関汎関数としてはＧＧＡ−ＰＢＥを用いた。
【００３４】
図２４に、上記計算結果により得られた構造の状態密度を示す。図２４（Ａ）は、酸素欠損のない構造の状態密度であり、図２４（Ｂ）は、酸素欠損がある構造の状態密度である。ここで、０（ｅＶ）はフェルミ準位に対応するエネルギーを表している。図２４（Ａ）および図２４（Ｂ）より、酸素欠損がない構造では、フェルミ準位は価電子帯の上端に存在するのに対して、酸素欠損がある構造では、フェルミ準位は伝導帯中に存在することが分かる。酸素欠損がある構造ではフェルミ準位が伝導帯中に存在するため、伝導に寄与する電子数が増加し、抵抗が低い（導電率の高い）構造が得られる。
【００３５】
次に、電極層として酸素親和性の高い金属を用いることにより、非晶質状態の酸化物半導体から酸素親和性の高い金属へと酸素が移動する様子を確認した。
【００３６】
ここでは、前述の第一原理計算によって得られたＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系の非晶質構造上にチタン結晶を積層し、当該構造に対してＮＶＴアンサンブルで量子ＭＤ計算を行った。計算プログラムとしてはＣＡＳＴＥＰを、交換相関汎関数としてはＧＧＡ−ＰＢＥを用いた。また、温度条件は６２３Ｋ（３５０℃）とした。
【００３７】
図２５に量子ＭＤ計算前後の構造を示す。図２５（Ａ）は、量子ＭＤ計算前の構造であり、図２５（Ｂ）は、量子ＭＤ計算後の構造である。量子ＭＤ計算後の構造では、量子ＭＤ計算前と比較して、チタンと結合した酸素の数が増加している。該構造変化は、非晶質状態の酸化物半導体層から酸素親和性の高い金属層へと酸素原子が移動することを示唆している。
【００３８】
図２６に量子ＭＤ計算前後における、チタンおよび酸素の密度を示す。各曲線はそれぞれ、量子ＭＤ計算前のチタンの密度（Ｔｉ＿ｂｅｆｏｒｅ）、量子ＭＤ計算後のチタンの密度（Ｔｉ＿ａｆｔｅｒ）、量子ＭＤ計算前の酸素の密度（Ｏ＿ｂｅｆｏｒｅ）、量子ＭＤ計算後の酸素の密度（Ｔｉ＿ａｆｔｅｒ）を表している。図２６からも、酸素親和性の高い金属へと酸素原子が移動することが分かる。
【００３９】
このように、酸化物半導体層と、酸素親和性の高い金属層とを接触させて熱処理を行うことにより、酸化物半導体層から金属層へと酸素原子が移動し、界面付近においてキャリア密度が増加することが確認された。これは、界面付近において低抵抗な領域が形成されることを示唆するものであり、半導体層と電極層とのコンタクト抵抗低減の効果をもたらすといえる。
【００４０】
続いて、非晶質酸化物半導体と酸素親和性の高い金属を積層した構造の試料につき、熱処理の効果を確認した。ここで、熱処理は３５０℃の条件にて行った。なお、酸素親和性の高い金属としてチタンを用い、非晶質酸化物半導体として、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系の酸化物半導体材料を用いた実験を行っているが、開示する発明の一態様はこれに限定されない。
【００４１】
図２７に、熱処理前後の試料の断面ＴＥＭ像を示す。図２７（Ａ）は熱処理前の像であり、図２７（Ｂ）は、熱処理後の像である。図中の領域はそれぞれ、非晶質酸化物半導体層（ａ−ＩＧＺＯ  ｌａｙｅｒ）、チタン層（Ｔｉ  ｌａｙｅｒ）、およびこれらとは異なる層（異層）を表している。
【００４２】
図２７から分かるように、熱処理後には、非晶質酸化物半導体層とチタン層との間に、異層が形成されている。これは、非晶質酸化物半導体層からチタン層へと酸素原子が移動したためであると考察される。すなわち、異層の主成分は、酸化チタン（または酸素とチタン）であると考察される。
【００４３】
図２８に、非晶質酸化物半導体層とチタン層との間に形成された異相の構成元素の百分率を示す。図２８から分かるように、異層には、酸素が３８．５原子％、チタンが３０．５原子％含まれており、その比は１：１に近くなっている。一酸化チタンは導電性を示すため、このような組成においては極めて良好なコンタクトが得られるものと解される。なお、上記異層は、厳密な意味での酸化チタンである必要はなく、炭素やシリコン、酸化物半導体を構成する元素などが含まれていても良いことは言うまでもない。
【００４４】
このように、酸化物半導体層と、酸素親和性の高い金属層とを接触させて熱処理を行うことにより、酸化物半導体層から金属層へと酸素原子が移動して、低抵抗な（導電率の高い）酸化物半導体領域が形成されると共に、導電性の金属酸化物層が形成されることが確認された。
【００４５】
酸化物半導体層１１４は、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系の酸化物半導体材料をはじめ、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｚｎ−Ｏ系、Ｉｎ−Ａｌ−Ｚｎ−Ｏ系、Ｓｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系、Ａｌ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系、Ｓｎ−Ａｌ−Ｚｎ−Ｏ系、Ｉｎ−Ｚｎ−Ｏ系、Ｓｎ−Ｚｎ−Ｏ系、Ａｌ−Ｚｎ−Ｏ系、Ｚｎ−Ｏ系など、各種の酸化物半導体材料を用いたものとすることができる。
【００４６】
酸化物半導体層には、絶縁性の不純物を含ませても良い。該不純物としては、酸化シリコンに代表される絶縁性酸化物、窒化シリコンに代表される絶縁性窒化物、酸化窒化シリコンや窒化酸化シリコンなどに代表される絶縁性酸化窒化物（窒化酸化物）などが適用される。これらの不純物は、酸化物半導体の電気伝導性を損なわない濃度で添加される。例えば、ＳｉＯ２を０．１重量％以上１０重量％以下、好ましくは１重量％以上６重量％以下含む酸化物半導体のターゲットを用いたスパッタ法により、酸化シリコンが添加された酸化物半導体層を形成することができる。もちろん、不純物の添加方法はスパッタ法に限定されない。
【００４７】
なお、本明細書等において、酸化窒化物とは、その組成において、窒素よりも酸素の含有量（原子数）が多いものを示し、例えば、酸化窒化シリコンとは、酸素が５０原子％以上７０原子％以下、窒素が０．５原子％以上１５原子％以下、シリコンが２５原子％以上３５原子％以下、水素が０．１原子％以上１０原子％以下の範囲で含まれるものをいう。また、窒化酸化物とは、その組成において、酸素よりも窒素の含有量（原子数）が多いものを示し、例えば、窒化酸化シリコンとは、酸素が５原子％以上３０原子％以下、窒素が２０原子％以上５５原子％以下、シリコンが２５原子％以上３５原子％以下、水素が１０原子％以上２５原子％以下の範囲で含まれるものをいう。但し、上記範囲は、ラザフォード後方散乱法（ＲＢＳ：Ｒｕｔｈｅｒｆｏｒｄ  Ｂａｃｋｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ  Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）や、水素前方散乱法（ＨＦＳ：Ｈｙｄｒｏｇｅｎ  Ｆｏｒｗａｒｄ  Ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ）を用いて測定した場合のものである。また、構成元素の含有比率の合計は１００原子％を超えない。
【００４８】
酸化物半導体に上述の不純物を含ませることにより、該酸化物半導体の結晶化を抑制することができる。酸化物半導体の結晶化を抑制することにより、トランジスタの特性を安定化することが可能となる。
【００４９】
例えば、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系の酸化物半導体に酸化シリコンなどの不純物を含ませておくことで、３００℃乃至６００℃の熱処理を行っても、該酸化物半導体の結晶化や、微結晶粒の生成を防ぐことができる。Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系の酸化物半導体層をチャネル形成領域とするトランジスタの製造過程では、熱処理を行うことでＳ値（ｓｕｂｔｈｒｅｓｈｏｌｄ  ｓｗｉｎｇ  ｖａｌｕｅ）や電界効果移動度を向上させることが可能であるが、そのような場合でも、トランジスタがノーマリーオンになってしまうことを抑制することができる。また、該トランジスタに熱ストレス、バイアスストレスなどが加わった場合でも、しきい値電圧の変動を防ぐことができる。
【００５０】
なお、上記においては絶縁性の不純物を添加する場合について説明しているが、酸素と結合することで絶縁性の不純物を生じる材料を添加しても良い。該材料としては、例えば、シリコンや窒素などがある。これにより、上述のように絶縁性の不純物を添加した場合と同様の効果を得ることができる。
【００５１】
本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせて用いることができる。
【００５２】
（実施の形態２）
本実施の形態では、半導体装置の作製方法の一例について、図２および図３を用いて説明する。
【００５３】
はじめに、基板１００（例えば、絶縁表面を有する基板）上に導電層１０２を形成する（図２（Ａ）参照）。
【００５４】
基板１００としては、例えば、液晶表示装置などに使用される可視光透過性を有するガラス基板を用いることができる。上記のガラス基板は無アルカリガラス基板であることが好ましい。無アルカリガラス基板には、例えば、アルミノシリケートガラス、アルミノホウケイ酸ガラス、バリウムホウケイ酸ガラスなどのガラス材料が用いられている。他にも、基板１００として、セラミック基板、石英基板、サファイア基板などの絶縁体でなる絶縁性基板、珪素などの半導体材料でなる半導体基板の表面を絶縁材料で被覆した基板、金属やステンレスなどの導電体でなる導電性基板の表面を絶縁材料で被覆した基板、などを用いることができる。
【００５５】
図示しないが、基板１００上には下地層を設けるとよい。下地層は、基板１００からのアルカリ金属（Ｌｉ、Ｃｓ、Ｎａ等）やアルカリ土類金属（Ｃａ、Ｍｇ等）、その他の不純物の拡散を防止する機能を有する。つまり、下地層を設けることより、半導体装置の信頼性向上という課題を解決することができる。下地層は、窒化シリコン、酸化シリコン、窒化酸化シリコン、酸化窒化シリコン、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸化窒化アルミニウム、窒化酸化アルミニウムなどから選ばれた一または複数の材料を用いて形成することができる。なお、下地層は単層構造としても良いし、積層構造としても良い。
【００５６】
導電層１０２は、アルミニウム（Ａｌ）、タングステン（Ｗ）、チタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）、モリブデン（Ｍｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、白金（Ｐｔ）、銅（Ｃｕ）、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、マンガン（Ｍｎ）、ネオジム（Ｎｄ）などの金属材料、またはこれらの金属材料を主成分とする合金材料、またはこれらの金属材料を成分とする窒化物を用いて、単層構造または積層構造で形成することができる。なお、導電層１０２の作製方法としては真空蒸着法やスパッタリング法などが挙げられるが、これらに限定する必要はない。
【００５７】
次に、導電層１０２上にレジストマスクを形成し、該レジストマスクを用いて導電層１０２を選択的にエッチングして、第１の電極層１０４を形成する（図２（Ｂ）参照）。上記のエッチングとしては、ウエットエッチング、ドライエッチングのいずれを用いても良い。なお、上記エッチングの後にはレジストマスクは除去する。第１の電極層１０４は、後に形成される酸化物半導体層などの被覆性を向上し、段切れを防止するために、その端部がテーパー形状となるように形成しても良い。このように、第１の電極層１０４をテーパー形状となるように形成することで、半導体装置の歩留まり向上といった課題を解決することができる。
【００５８】
第１の電極層１０４はトランジスタのソース電極（またはドレイン電極）として機能する。なお、第１の電極層１０４の機能は、ソース電極またはドレイン電極の称呼に限定して解釈されるものではない。
【００５９】
次に、第１の電極層１０４を覆うように第１の低抵抗半導体層１０６、酸化物半導体層１０８、および第２の低抵抗半導体層１１０を順に積層して形成する（図２（Ｃ）参照）。なお、ここでは、第１の電極層１０４を覆うように上記積層構造を形成するが、開示される発明はこれに限定されない。
【００６０】
酸化物半導体層１０８は、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系の酸化物半導体材料をはじめ、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｚｎ−Ｏ系、Ｉｎ−Ａｌ−Ｚｎ−Ｏ系、Ｓｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系、Ａｌ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系、Ｓｎ−Ａｌ−Ｚｎ−Ｏ系、Ｉｎ−Ｚｎ−Ｏ系、Ｓｎ−Ｚｎ−Ｏ系、Ａｌ−Ｚｎ−Ｏ系、Ｚｎ−Ｏ系など、各種の酸化物半導体材料を用いて形成することができる。例えば、Ｉｎ、Ｇａ、Ｚｎを含む酸化物半導体ターゲット（Ｉｎ２Ｏ３：Ｇａ２Ｏ３：ＺｎＯ＝１：１：１）を用いたスパッタ法で、酸化物半導体層１０８を形成する。スパッタの条件は、例えば、基板１００とターゲットとの距離を３０ｍｍ〜５００ｍｍ、圧力を０．１Ｐａ〜２．０Ｐａ、直流（ＤＣ）電源を０．２５ｋＷ〜５．０ｋＷ（直径８インチのターゲット使用時）、雰囲気をアルゴン雰囲気、酸素雰囲気、またはアルゴンと酸素との混合雰囲気とすることができる。なお、酸化物半導体層１０８の厚さは、５ｎｍ〜５００ｎｍ程度とすればよいが、これに限定する必要はない。トランジスタのチャネル長（Ｌ）は酸化物半導体層１０８の厚さによって決定されるから、チャネル長（Ｌ）に対する要求に応じて、酸化物半導体層１０８の厚さを適宜設定することができる。
【００６１】
上記のスパッタ法としては、スパッタ用電源に高周波電源を用いるＲＦスパッタ法や、ＤＣスパッタ法、パルス的に直流バイアスを加えるパルスＤＣスパッタ法などを用いることができる。なお、パルス直流（ＤＣ）電源を用いると、ごみが軽減でき、膜厚分布も均一となるため好ましい。この場合、半導体装置の歩留まり向上、信頼性向上といった課題を解決することができる
【００６２】
また、材料の異なるターゲットを複数設置できる多元スパッタ装置を用いてもよい。多元スパッタ装置では、同一チャンバーで異なる複数の膜を形成することも、同一チャンバーで複数種類の材料を同時にスパッタして一の膜を形成することもできる。さらに、チャンバー内部に磁界発生機構を備えたマグネトロンスパッタ装置を用いる方法（マグネトロンスパッタ法）や、マイクロ波を用いて発生させたプラズマを用いるＥＣＲスパッタ法等を用いてもよい。また、成膜中にターゲット物質とスパッタガス成分とを化学反応させてそれらの化合物を形成するリアクティブスパッタ法や、成膜中に基板にも電圧を印加するバイアススパッタ法等を用いてもよい。
【００６３】
第１の低抵抗半導体層１０６（または第２の低抵抗半導体層１１０）は、酸化物半導体層１０８と同様の材料、作製方法で形成することができる。なお、第１の低抵抗半導体層１０６（または第２の低抵抗半導体層１１０）と、酸化物半導体層１０８の材料（構成元素）は同じであっても良いし、異なっていても良い。同じ材料を用いる場合には、第１の低抵抗半導体層１０６（または第２の低抵抗半導体層１１０）と酸化物半導体層１０８の成膜条件を異ならせる必要がある。例えば、第１の低抵抗半導体層１０６（または第２の低抵抗半導体層１１０）の成膜条件は、酸化物半導体層１０８の成膜条件より、アルゴンガスの流量に対する酸素ガスの流量を小さいものとする。具体的には、第１の低抵抗半導体層１０６（または第２の低抵抗半導体層１１０）の成膜条件は、希ガス（アルゴン、又はヘリウムなど）雰囲気下、または、酸素ガス１０％以下、希ガス９０％以上の雰囲気下とし、酸化物半導体層１０８の成膜条件は、酸素雰囲気下、または、希ガスに対する酸素ガスの流量比が１以上の雰囲気下とする。このように成膜条件を異ならせることで、導電性の異なる２種類以上の半導体層を形成することができる。
【００６４】
なお、第１の低抵抗半導体層１０６および第２の低抵抗半導体層１１０は、酸化物半導体層１０８との比較において低抵抗であれば良く、第１の低抵抗半導体層１０６および第２の低抵抗半導体層１１０が同等なものであることに限定されない。例えば、第１の低抵抗半導体層１０６より第２の低抵抗半導体層１１０が低抵抗であっても良いし、その逆でも良い。また、第１の低抵抗半導体層１０６（または第２の低抵抗半導体層１１０）の厚さは、２ｎｍ〜２００ｎｍ程度とすればよいが、これに限定する必要はない。
【００６５】
なお、第１の低抵抗半導体層１０６を形成する前に、それが形成される表面（例えば、第１の電極層１０４の表面など）にプラズマ処理を行ってもよい。プラズマ処理を行うことにより、表面に付着しているゴミなどを除去することができる。また、上述のプラズマ処理を行った後、大気に曝すことなく第１の低抵抗半導体層１０６を形成することにより、第１の電極層１０４と、第１の低抵抗半導体層１０６との電気的接続を良好に行うことができる。つまり、半導体装置の歩留まり向上、信頼性向上といった課題を解決することが可能である。
【００６６】
なお、スパッタ法により酸化物半導体層１０８を形成する場合、そのターゲットに絶縁性の不純物を含ませておいても良い。該不純物としては、酸化シリコンや酸化ゲルマニウム、酸化アルミニウムなどに代表される絶縁性酸化物、窒化シリコンや窒化アルミニウムなどに代表される絶縁性窒化物、酸化窒化シリコンや窒化酸化シリコン、酸化窒化アルミニウムなどに代表される絶縁性酸化窒化物（窒化酸化物）などを用いればよい。これらの不純物は、酸化物半導体層１０８の電気伝導性を損なわない濃度で添加される。例えば、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系の酸化物半導体材料を用いて酸化物半導体層１０８を形成する場合には、Ｉｎ、Ｇａ、及びＺｎを含む酸化物半導体ターゲットに、ＳｉＯ２を０．１重量％以上１０重量％以下（好ましくは１重量％以上６重量％以下）の割合で含ませておくと良い。
【００６７】
酸化物半導体層１０８に上述の不純物を含ませることにより、酸化物半導体層１０８の非晶質化が容易となる。また、酸化物半導体層１０８の結晶化を抑制することができる。酸化物半導体層１０８の結晶化を抑制することにより、トランジスタの特性を安定化することが可能となる。すなわち、半導体装置の信頼性向上という課題を解決することができる。
【００６８】
なお、上記においては絶縁性の不純物を添加する場合について説明しているが、酸素と結合することで絶縁性の不純物を生じる材料を用いても良い。該材料としては、例えば、シリコンやゲルマニウム、窒素、アルミニウムなどがある。これにより、上述のように絶縁性の不純物を添加した場合と同様の効果を得ることができる。
【００６９】
また、第１の低抵抗半導体層１０６や第２の低抵抗半導体層１１０に対して、上述の不純物を添加しても良い。
【００７０】
次に、第２の低抵抗半導体層１１０上にレジストマスクを形成し、該レジストマスクを用いて、第１の低抵抗半導体層１０６、酸化物半導体層１０８、および第２の低抵抗半導体層１１０を選択的にエッチングして、第１の低抵抗半導体層１１２、酸化物半導体層１１４、および第２の低抵抗半導体層１１６を形成する（図２（Ｄ）参照）。第１の低抵抗半導体層１１２、酸化物半導体層１１４、および第２の低抵抗半導体層１１６は島状に形成される。ここで、酸化物半導体層１１４はトランジスタの活性層となる。また、第１の低抵抗半導体層１１２、および第２の低抵抗半導体層１１６には、電極層とのオーミックコンタクトを実現する効果がある。このため、これらの低抵抗半導体層を形成することにより、半導体装置の特性向上という課題を解決することができる。なお、本実施の形態においては、第１の低抵抗半導体層１１２、および第２の低抵抗半導体層１１６を形成する場合について説明しているが、これらは必須の構成要素ではない。つまり、第１の低抵抗半導体層１１２、および第２の低抵抗半導体層１１６を省略した構成としても良い。
【００７１】
第１の低抵抗半導体層１０６、酸化物半導体層１０８、および第２の低抵抗半導体層１１０のエッチングの方法としては、ウエットエッチングまたはドライエッチングを用いることができる。ここでは、酢酸と硝酸と燐酸との混合液を用いたウエットエッチングにより、上記積層構造の不要な部分を除去して、第１の低抵抗半導体層１１２、酸化物半導体層１１４、および第２の低抵抗半導体層１１６を形成する。なお、上記エッチングの後にはレジストマスクは除去する。上記のウエットエッチングに用いることができるエッチャント（エッチング液）は、第１の低抵抗半導体層１１２、酸化物半導体層１１４、および第２の低抵抗半導体層１１６をエッチングできるものであればよく、上述したものに限られない。
【００７２】
ドライエッチングを行う場合は、例えば、塩素を含有するガス、または塩素を含有するガスに酸素が添加されたガスを用いると良い。塩素と酸素を含有するガスを用いることで、導電層や下地層とのエッチング選択比がとりやすくなるためである。
【００７３】
ドライエッチングに用いるエッチング装置としては、反応性イオンエッチング法（ＲＩＥ法）を用いたエッチング装置や、ＥＣＲ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ  Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）やＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｐｌａｚｍａ）などの高密度プラズマ源を用いたドライエッチング装置を用いることができる。また、ＩＣＰエッチング装置と比べて広い面積に渡って一様な放電が得られるＥＣＣＰ（Ｅｎｈａｎｃｅｄ  Ｃａｐａｃｉｔｉｖｅｌｙ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｐｌａｓｍａ）モードのエッチング装置を用いても良い。ＥＣＣＰモードのエッチング装置であれば、基板として第１０世代以降の基板を用いるような場合においても対応が容易である。
【００７４】
なお、本実施の形態においては、第１の低抵抗半導体層１０６、酸化物半導体層１０８、および第２の低抵抗半導体層１１０の積層構造を形成して、エッチングを行うことで第１の低抵抗半導体層１１２、酸化物半導体層１１４、および第２の低抵抗半導体層１１６の積層構造を形成する工程について示しているが、開示する発明の一態様はこれに限定されない。例えば、導電層１０２上に第１の低抵抗半導体層１０６を形成し、第１の電極層１０４を形成する際のエッチングにより第１の低抵抗半導体層１０６をエッチングし、酸化物半導体層１０８および第２の低抵抗半導体層１１０を形成して、第１の低抵抗半導体層１１２、酸化物半導体層１１４、および第２の低抵抗半導体層１１６を形成しても良い。この場合、第１の低抵抗半導体層１１２は、第１の電極層上のみ形成される場合がある。
【００７５】
次に、第１の低抵抗半導体層１１２、酸化物半導体層１１４、および第２の低抵抗半導体層１１６を覆うように、ゲート絶縁層１１８を形成する（図３（Ａ）参照）。
【００７６】
ゲート絶縁層１１８は、酸化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜、窒化シリコン膜、窒化酸化シリコン膜、酸化アルミニウム膜、窒化アルミニウム膜、酸化窒化アルミニウム膜、窒化酸化アルミニウム膜、または酸化タンタル膜の単層構造または積層構造とすることができる。例えば、スパッタ法などを用いて、１０ｎｍ以上５００ｎｍ以下の厚さで形成すれば良い。ここでは、スパッタ法を用いて、酸化シリコン膜を１００ｎｍの厚さで形成する。
【００７７】
次に、ゲート絶縁層１１８上にレジストマスクを形成し、該レジストマスクを用いてゲート絶縁層１１８を選択的にエッチングして、コンタクトホール１２０を形成する（図３（Ｂ）参照）。上記のエッチングとしては、ウエットエッチング、ドライエッチングのいずれを用いても良い。なお、上記エッチングの後にはレジストマスクは除去する。
【００７８】
次に、ゲート絶縁層１１８上に、導電層１２２を形成する（図３（Ｃ）参照）。導電層１２２は、導電層１０２と同様の材料、作製方法により形成することができる。導電層１２２の詳細については、導電層１０２に係る説明を参照することができるから、ここでは省略する。
【００７９】
なお、導電層１０２と導電層１２２とを同じ材料を用いて形成する場合には、材料および製造装置を共有することが容易になるため、低コスト化、スループットの向上などに寄与する。ただし、導電層１０２および導電層１２２を同じ材料を用いて形成することは必須の要件ではないから、導電層１０２および導電層１２２を異なる材料を用いて形成しても良い。
【００８０】
次に、導電層１２２上にレジストマスクを形成し、該レジストマスクを用いて導電層１２２を選択的にエッチングして、第２の電極層１２４および第３の電極層１２６を形成する（図３（Ｄ）参照）。上記のエッチングとしては、ウエットエッチング、ドライエッチングのいずれを用いても良い。なお、上記エッチングの後にはレジストマスクは除去する。
【００８１】
第２の電極層１２４はトランジスタのドレイン電極（またはソース電極）として機能し、第３の電極層１２６はトランジスタのゲート電極として機能する。なお、第２の電極層１０４の機能は、ソース電極またはドレイン電極の称呼に限定して解釈されるものではない。
【００８２】
その後、２００℃〜６００℃、代表的には３００℃〜５００℃の熱処理を行うと良い。ここでは、窒素雰囲気下で３５０℃、１時間の熱処理を行う。この熱処理により酸化物半導体層１１４の半導体特性を向上させることができる。なお、上記熱処理のタイミングは、酸化物半導体層１１４の形成後であれば特に限定されない。例えば、ゲート絶縁層１１８を形成する前に上記熱処理を行うことも可能である。
【００８３】
以上により、積層構造のトランジスタ１５０を備えた半導体装置を作製することができる（図３（Ｄ）参照）。
【００８４】
本実施の形態において示すように、電極層や酸化物半導体層を積層して、トランジスタ１５０のチャネル形成領域を基板表面に対して垂直方向（厳密に垂直である必要はない）に形成することで、チャネル長（Ｌ）の短縮が容易になる。これにより、チャネル幅（Ｗ）／チャネル長（Ｌ）を大きくすることが可能であるため、トランジスタの電流電圧特性を向上させることができる。このように、開示する発明の一態様により、高性能化を実現した新たな半導体装置を提供することが可能である。
【００８５】
本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせて用いることができる。
【００８６】
（実施の形態３）
本実施の形態では、先の実施の形態とは異なる構成の半導体装置の一例について、図４乃至図７を用いて説明する。なお、本実施の形態に係る半導体装置は、多くの部分で先の実施の形態に係る半導体装置と共通している。したがって、以下においては、重複する構成などの説明は省略する。
【００８７】
図４には、本実施の形態に係る半導体装置の構成の一例を示す。図４（Ａ）は断面図であり、図４（Ｂ）は平面図である。図４（Ａ）は、図４（Ｂ）のＡ−Ｂにおける断面を表すものである。なお、平面図においては、簡単のため、一部の構成を省略している。
【００８８】
図４に示す半導体装置は、図１に示す半導体装置を変形した一例であって、基板２００（例えば、絶縁表面を有する基板）と、基板２００上の第１の電極層２０４と、第１の電極層２０４上の第１の低抵抗半導体層２１２と、第１の低抵抗半導体層２１２上の絶縁層２１４と、絶縁層２１４上の第２の低抵抗半導体層２１６と、第１の電極層２０４の端部、第１の低抵抗半導体層２１２の端部、絶縁層２１４の端部、および第２の低抵抗半導体層２１６の端部を覆う酸化物半導体層２２０と、酸化物半導体層２２０を覆うゲート絶縁層２２２と、第２の低抵抗半導体層２１６と電気的に接続した第２の電極層２２８と、ゲート絶縁層２２２を介して酸化物半導体層２２０に電圧を印加する第３の電極層２３０と、を有するトランジスタ２５０である（図４（Ａ）、図４（Ｂ）参照）。ここで、第１の電極層２０４はソース電極（またはドレイン電極）として機能し、第２の電極層２２８はドレイン電極（またはソース電極）として機能し、第３の電極層２３０はゲート電極として機能する。
【００８９】
図４に示す構成と図１に示す構成との相違点の一は、酸化物半導体層の配置にある。一方で、トランジスタ１５０とトランジスタ２５０では、半導体装置としての機能について大きく変わるところはない。酸化物半導体層や電極層の詳細については、図１の対応する部分を参照することができる。
【００９０】
次に、半導体装置の作製方法について説明する。
【００９１】
はじめに、基板２００上に導電層２０２を形成する（図５（Ａ）参照）。基板２００および導電層２０２の詳細については、先の実施の形態における基板および導電層の詳細を参照することができる。なお、本実施の形態においても、基板２００上には下地層を形成することができる。
【００９２】
次に、導電層２０２上にレジストマスクを形成し、該レジストマスクを用いて導電層２０２を選択的にエッチングして、第１の電極層２０４を形成する（図５（Ｂ）参照）。第１の電極層２０４の形成工程の詳細についても、先の実施の形態における第１の電極層の形成工程を参照することができる。なお、本実施の形態における第１の電極層２０４は、後に形成される酸化物半導体層の被覆性を良好なものとするために、その端部がテーパー形状となっていることが好ましい。
【００９３】
次に、第１の電極層２０４を覆うように第１の低抵抗半導体層２０６、絶縁層２０８、および第２の低抵抗半導体層２１０を順に積層して形成する（図５（Ｃ）参照）。
【００９４】
第１の低抵抗半導体層２０６（または第２の低抵抗半導体層２１０）の形成工程については、先の実施の形態における第１の低抵抗半導体層１０６（または第２の低抵抗半導体層１１０）の形成工程を参照することができる。
【００９５】
絶縁層２０８は、後に形成される酸化物半導体層と接することになるから、ゲート絶縁層と同様の材料を用いて形成することが好ましい。具体的には、例えば、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化シリコン、窒化酸化シリコン、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸化窒化アルミニウム、窒化酸化アルミニウム、または酸化タンタルなどの材料を用いて形成することができる。絶縁層２０８は単層構造とすることが好ましいが、積層構造としてもよい。絶縁層２０８を積層構造とする場合には、各層の厚みや、その材質の組み合わせなどによって半導体特性が変化する可能性がある。これを利用して、所望の半導体特性が得られるように設計することも可能である。本実施の形態においては、絶縁層２０８として、スパッタ法を用いて３００ｎｍの厚さの酸化シリコン膜を形成する。なお、絶縁層２０８の厚さは、例えば、５ｎｍ〜５００ｎｍ程度とすることができるが、これに限定する必要はない。トランジスタのチャネル長（Ｌ）は、絶縁層２０８の厚さと、後のエッチングの際のテーパー角によって決定されることになるから、この点を考慮して絶縁層２０８の厚さを適宜設定することができる。
【００９６】
次に、第２の低抵抗半導体層２１０上にレジストマスクを形成し、該レジストマスクを用いて、第１の低抵抗半導体層２０６、絶縁層２０８、および第２の低抵抗半導体層２１０を選択的にエッチングして、第１の低抵抗半導体層２１２、絶縁層２１４、および第２の低抵抗半導体層２１６を形成する（図５（Ｄ）参照）。第１の低抵抗半導体層２１２、絶縁層２１４、および第２の低抵抗半導体層２１６は島状に形成される。ここで、第１の低抵抗半導体層２１２および第２の低抵抗半導体層２１６との電気的接続を良好なものとするために、第１の低抵抗半導体層２１２、絶縁層２１４、および第２の低抵抗半導体層２１６は、テーパー形状を有するように形成することが好ましい。なお、該テーパー形状のテーパー角（対象物の底面と側面とが作る角度）は要求されるチャネル長（Ｌ）と絶縁層２０８の厚さを元に設定することができる。
【００９７】
なお、第１の低抵抗半導体層２１２、および第２の低抵抗半導体層２１６には、電極層とのオーミックコンタクトを実現する効果がある。このため、これらの低抵抗半導体層を形成することにより、半導体装置の特性向上という課題を解決することができる。なお、本実施の形態においては、第１の低抵抗半導体層２１２、および第２の低抵抗半導体層２１６を形成する場合について説明しているが、これらは必須の構成要素ではない。つまり、第１の低抵抗半導体層２１２、および第２の低抵抗半導体層２１６を省略した構成としても良い。特に、第１の低抵抗半導体層２１２は容易に省略することができる。
【００９８】
第１の低抵抗半導体層２０６、絶縁層２０８、および第２の低抵抗半導体層２１０のエッチングの方法としては、ウエットエッチングまたはドライエッチングを用いることができる。そして、上記エッチングの後にはレジストマスクは除去する。
【００９９】
次に、第１の電極層２０４、第１の低抵抗半導体層２１２、絶縁層２１４、第２の低抵抗半導体層２１６を覆うように酸化物半導体層２１８を形成する（図６（Ａ）参照）。酸化物半導体層２１８の形成工程については、先の実施の形態における酸化物半導体層１０８の形成工程を参照することができる。ただし、本実施の形態に係る構成では、酸化物半導体層２１８の厚さはチャネル長（Ｌ）に影響しないから、酸化物半導体層２１８の厚さは適切なものとすることが好ましい。例えば、５ｎｍ〜３００ｎｍ程度とすればよい。
【０１００】
なお、本実施の形態においても、酸化物半導体層２１８に不純物を含ませることができる。これにより、酸化物半導体層２１８の非晶質化が容易となる。また、酸化物半導体層２１８の結晶化を抑制することができる。酸化物半導体層２１８の結晶化を抑制することにより、トランジスタの特性を安定化することが可能となる。すなわち、半導体装置の信頼性向上という課題を解決することができる。もちろん、第１の低抵抗半導体層２０６や第２の低抵抗半導体層２１０に対して、不純物を添加しておいても良い。
【０１０１】
次に、酸化物半導体層２１８上にレジストマスクを形成し、該レジストマスクを用いて酸化物半導体層２１８を選択的にエッチングして、酸化物半導体層２２０を形成する（図６（Ｂ）参照）。ここで、酸化物半導体層２２０はトランジスタの活性層となる。エッチングの方法としては、ウエットエッチングまたはドライエッチングを用いることができる。そして、上記エッチングの後にはレジストマスクは除去する。エッチングの詳細については、先の実施の形態を参照することができる。
【０１０２】
次に、少なくとも酸化物半導体層２２０を覆うようにゲート絶縁層２２２を形成する（図６（Ｃ）参照）。ゲート絶縁層２２２の詳細については、先の実施の形態におけるゲート絶縁層１１８の詳細を参照すればよい。ここでは、スパッタ法を用いて、酸化シリコン膜を１００ｎｍの厚さで形成する。
【０１０３】
次に、ゲート絶縁層２２２上にレジストマスクを形成し、該レジストマスクを用いてゲート絶縁層２２２を選択的にエッチングして、コンタクトホール２２４を形成する（図６（Ｄ）参照）。上記のエッチングとしては、ウエットエッチング、ドライエッチングのいずれを用いても良い。なお、上記エッチングの後にはレジストマスクは除去する。
【０１０４】
次に、ゲート絶縁層２２２上に、導電層２２６を形成する（図７（Ａ）参照）。導電層２２６は、導電層２０２と同様の材料、作製方法により形成することができる。
【０１０５】
次に、導電層２２６上にレジストマスクを形成し、該レジストマスクを用いて導電層２２６を選択的にエッチングして、第２の電極層２２８および第３の電極層２３０を形成する（図７（Ｂ）参照）。上記のエッチングとしては、ウエットエッチング、ドライエッチングのいずれを用いても良い。なお、上記エッチングの後にはレジストマスクは除去する。
【０１０６】
その後、２００℃〜６００℃、代表的には３００℃〜５００℃の熱処理を行うと良い。ここでは、窒素雰囲気下で３５０℃、１時間の熱処理を行う。この熱処理により酸化物半導体層２２０の半導体特性を向上させることができる。なお、上記熱処理のタイミングは、酸化物半導体層２２０の形成後であれば特に限定されない。例えば、ゲート絶縁層２２２を形成する前に上記熱処理を行うことも可能である。
【０１０７】
以上により、積層構造のトランジスタ２５０を備えた半導体装置を作製することができる（図７（Ｂ）参照）。
【０１０８】
本実施の形態において示すように、電極層や酸化物半導体層を積層して、トランジスタ２５０のチャネル形成領域を基板表面に対して所定の角度をもった方向に形成することで、チャネル長（Ｌ）の短縮が容易になる。これにより、チャネル幅（Ｗ）／チャネル長（Ｌ）を大きくすることが可能であるため、トランジスタの電流電圧特性を向上させることができる。このように、開示する発明の一態様により、高性能化を実現した新たな半導体装置を提供することが可能である。
【０１０９】
本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせて用いることができる。
【０１１０】
（実施の形態４）
本実施の形態では、先の実施の形態とは異なる構成の半導体装置の例について、図８乃至図１１を用いて説明する。なお、本実施の形態に係る半導体装置は、多くの部分で先の実施の形態に係る半導体装置と共通している。したがって、以下においては、重複する構成などの説明は省略する。
【０１１１】
図８乃至図１１には、本実施の形態に係る半導体装置の構成の例を示す。図８（Ａ）、図９（Ａ）、図１０（Ａ）、図１１（Ａ）は断面図であり、図８（Ｂ）、図９（Ｂ）、図１０（Ｂ）、図１１（Ｂ）は平面図である。各図面の（Ａ）は、（Ｂ）のＡ−Ｂにおける断面を表すものである。なお、平面図においては、簡単のため、一部の構成を省略している。
【０１１２】
図８に示す半導体装置は、図１に示す半導体装置を変形した一例であって、基板１００（例えば、絶縁表面を有する基板）と、基板１００上の第１の電極層１０４と、第１の電極層１０４上の酸化物半導体層１１４と、酸化物半導体層１１４の側面を覆うゲート絶縁層１１８と、酸化物半導体層１１４と電気的に接続した第２の電極層１２４と、ゲート絶縁層１１８を介して酸化物半導体層１１４の側面に電圧を印加する第３の電極層１２６と、を有するトランジスタ１６０である（図８（Ａ）、図８（Ｂ）参照）。ここで、第１の電極層１０４はソース電極（またはドレイン電極）として機能し、第２の電極層１２４はドレイン電極（またはソース電極）として機能し、第３の電極層１２６はゲート電極として機能する。
【０１１３】
図８に示す構成と図１に示す構成との相違点の一は、第１の低抵抗半導体層および第２の低抵抗半導体層の有無にある。つまり、図８に示す構成には第１の低抵抗半導体層および第２の低抵抗半導体層が存在しない。
【０１１４】
ここで、第１の電極層１０４および第２の電極層１２４は、酸素親和性の高い金属を含む材料を用いて形成することが好ましい。形成工程中の熱処理などによって、酸化物半導体層１１４の第１の電極層１０４と接する領域１４０（または第２の電極層１２４と接する領域１４２）の酸素が引き抜かれ、該領域の抵抗が低下するためである。これにより、電極層とのオーミックコンタクトを実現することができる。つまり、半導体装置の特性向上という課題を解決することができる。なお、酸素親和性の高い金属としては、例えば、チタン、アルミニウム、マンガン、マグネシウム、ジルコニウム、ベリリウム、トリウムなどの、亜鉛と比較して標準電極電位が小さい金属を用いることができる。もちろん、酸素親和性の高い金属は上記材料に限定されない。銅などを用いることもできる。
【０１１５】
上記現象は、酸素親和性の高い金属が酸化物半導体層から酸素を引き抜くことに起因するものであるから、電極層の酸化物半導体層と接する領域の酸素の組成比は、他の領域のそれと比較して大きくなると考えられる（つまり、該領域において、電極層は酸化される）。これを考慮するならば、酸化物半導体層と接する領域の電極層において形成される金属酸化物は、導電性を有していることが好ましい。例えば、酸素親和性の高い金属としてチタンを用いる場合であれば、一酸化物に近い組成比（例えば、ＴｉＯｘとした場合に０．５＜ｘ＜１．５程度）の酸化物が形成される条件で各種処理を行えばよい。これは、チタンの一酸化物は導電性を有するが、チタンの二酸化物は絶縁性を有するためである。
【０１１６】
また、酸化物半導体層１１４には、絶縁性の不純物を含ませても良い。この場合、酸化物半導体層１１４の結晶化を抑制することができる。酸化物半導体層１１４の結晶化を抑制することにより、トランジスタの特性を安定化することが可能となる。すなわち、半導体装置の信頼性向上という課題を解決することができる。
【０１１７】
なお、トランジスタ１５０とトランジスタ１６０では、半導体装置としての機能について大きく変わるところはない。酸化物半導体層や電極層、その他の詳細については、先の実施の形態を参照することができる。
【０１１８】
図９に示す半導体装置は、図１に示す半導体装置を変形した一例であって、基板１００（例えば、絶縁表面を有する基板）と、基板１００上の第１の電極層１０４と、第１の電極層１０４上の第１の低抵抗半導体層１１２と、第１の低抵抗半導体層１１２上の酸化物半導体層１１４と、酸化物半導体層１１４上の第２の低抵抗半導体層１１６と、酸化物半導体層１１４の側面を覆うゲート絶縁層１１８と、第２の低抵抗半導体層１１６と電気的に接続した第２の電極層１２４と、ゲート絶縁層１１８を介して酸化物半導体層１１４の側面に電圧を印加する第３の電極層１２６と、を有するトランジスタ１７０である（図９（Ａ）、図９（Ｂ）参照）。ここで、第１の電極層１０４はソース電極（またはドレイン電極）として機能し、第２の電極層１２４はドレイン電極（またはソース電極）として機能し、第３の電極層１２６はゲート電極として機能する。
【０１１９】
図９に示す構成と図１に示す構成との相違点の一は、その平面レイアウトにある。つまり、図９に示す構成では、第３の電極層１２６等が略Ｕ字型の形状を有している。これにより、チャネル幅（Ｗ）の拡張が可能である。つまり、半導体特性の向上という課題を解決することができる。もちろん、その平面レイアウトは略Ｕ字型に限定する必要はない。例えば、略Ｏ型の平面レイアウトを採用することもできる。
【０１２０】
なお、図９に示す構成の変形例として、第１の低抵抗半導体層および第２の低抵抗半導体層が存在しない構成を採用することもできる。
【０１２１】
また、酸化物半導体層１１４には、絶縁性の不純物を含ませても良い。この場合、酸化物半導体層１１４の結晶化を抑制することができる。酸化物半導体層１１４の結晶化を抑制することにより、トランジスタの特性を安定化することが可能となる。すなわち、半導体装置の信頼性向上という課題を解決することができる。
【０１２２】
図１０に示す半導体装置は、図９に示す半導体装置をさらに変形した一例であって、基板１００（例えば、絶縁表面を有する基板）と、基板１００上の第１の電極層１０４と、第１の電極層１０４上の第１の低抵抗半導体層１１２と、第１の低抵抗半導体層１１２上の酸化物半導体層１１４と、酸化物半導体層１１４上の第２の低抵抗半導体層１１６と、第２の低抵抗半導体層１１６上の導電層１８２と、酸化物半導体層１１４の側面を覆うゲート絶縁層１１８と、導電層１８２と電気的に接続した第２の電極層１２４と、ゲート絶縁層１１８を介して酸化物半導体層１１４の側面に電圧を印加する第３の電極層１２６と、を有するトランジスタ１８０である（図１０（Ａ）、図１０（Ｂ）参照）。ここで、第１の電極層１０４はソース電極（またはドレイン電極）として機能し、第２の電極層１２４はドレイン電極（またはソース電極）として機能し、第３の電極層１２６はゲート電極として機能する。なお、図９に示す半導体装置との相違点は、第２の低抵抗半導体層１１６上に導電層１８２が形成されている点にある。これにより、第２の低抵抗半導体層１１６の全面に、均一な電圧を印加することができる。
【０１２３】
図１１に示す半導体装置は、図４に示す半導体装置を変形した一例であって、基板２００（例えば、絶縁表面を有する基板）と、基板２００上の第１の電極層２０４と、第１の電極層２０４上の絶縁層２１４と、第１の電極層２０４の端部、および絶縁層２１４の端部を覆う酸化物半導体層２２０と、酸化物半導体層２２０を覆うゲート絶縁層２２２と、酸化物半導体層２２０と電気的に接続した第２の電極層２２８と、ゲート絶縁層２２２を介して酸化物半導体層２２０に電圧を印加する第３の電極層２３０と、を有するトランジスタ２６０である（図１１（Ａ）、図１１（Ｂ）参照）。ここで、第１の電極層２０４はソース電極（またはドレイン電極）として機能し、第２の電極層２２８はドレイン電極（またはソース電極）として機能し、第３の電極層２３０はゲート電極として機能する。
【０１２４】
図１１に示す構成と図４に示す構成との相違点の一は、第１の低抵抗半導体層および第２の低抵抗半導体層の有無にある。つまり、図１１に示す構成には第１の低抵抗半導体層および第２の低抵抗半導体層が存在しない。
【０１２５】
ここで、第１の電極層２０４および第２の電極層２２８は、酸素親和性の高い金属を含む材料を用いて形成することが好ましい。形成工程中の熱処理などによって、酸化物半導体層２２０の第１の電極層２０４と接する領域２４０（または第２の電極層２２８と接する領域２４２）の酸素が引き抜かれ、該領域の抵抗が低下するためである。これにより、電極層とのオーミックコンタクトを実現することができる。つまり、半導体装置の特性向上という課題を解決することができる。なお、詳細については図８の説明を参照することができる。
【０１２６】
また、酸化物半導体層２２０には、絶縁性の不純物を含ませても良い。この場合、酸化物半導体層２２０の結晶化を抑制することができる。酸化物半導体層２２０の結晶化を抑制することにより、トランジスタの特性を安定化することが可能となる。すなわち、半導体装置の信頼性向上という課題を解決することができる。
【０１２７】
なお、トランジスタ２５０とトランジスタ２６０では、半導体装置としての機能について大きく変わるところはない。酸化物半導体層や電極層、その他の詳細については、先の実施の形態を参照することができる。
【０１２８】
図１２に示す半導体装置は、図４に示す半導体装置を変形した一例であって、基板２００（例えば、絶縁表面を有する基板）と、基板２００上の第１の電極層２０４と、第１の電極層２０４上の第１の低抵抗半導体層２１２と、第１の低抵抗半導体層２１２上の絶縁層２１４と、絶縁層２１４上の第２の低抵抗半導体層２１６と、第１の電極層２０４の端部、第１の低抵抗半導体層２１２の端部、絶縁層２１４の端部、および第２の低抵抗半導体層２１６の端部を覆う酸化物半導体層２２０と、酸化物半導体層２２０を覆うゲート絶縁層２２２と、第２の低抵抗半導体層２１６と電気的に接続した第２の電極層２２８と、ゲート絶縁層２２２を介して酸化物半導体層２２０に電圧を印加する第３の電極層２３０と、を有するトランジスタ２７０である（図１２（Ａ）、図１２（Ｂ）参照）。ここで、第１の電極層２０４はソース電極（またはドレイン電極）として機能し、第２の電極層２２８はドレイン電極（またはソース電極）として機能し、第３の電極層２３０はゲート電極として機能する。
【０１２９】
図１２に示す構成と図４に示す構成との相違点の一は、その平面レイアウトにある。つまり、図１２に示す構成では、第３の電極層１２６等が略Ｕ字型の形状を有している。これにより、チャネル幅（Ｗ）の拡張が可能である。つまり、半導体特性の向上という課題を解決することができる。もちろん、その平面レイアウトは略Ｕ字型に限定する必要はない。例えば、略Ｏ型の平面レイアウトを採用することもできる。
【０１３０】
なお、図１２に示す構成の変形例として、第１の低抵抗半導体層および第２の低抵抗半導体層が存在しない構成を採用することもできる。
【０１３１】
また、酸化物半導体層１１４には、絶縁性の不純物を含ませても良い。この場合、酸化物半導体層１１４の結晶化を抑制することができる。酸化物半導体層１１４の結晶化を抑制することにより、トランジスタの特性を安定化することが可能となる。すなわち、半導体装置の信頼性向上という課題を解決することができる。
【０１３２】
図１３に示す半導体装置は、図１２に示す半導体装置をさらに変形した一例であって、基板２００（例えば、絶縁表面を有する基板）と、基板２００上の第１の電極層２０４と、第１の電極層２０４上の第１の低抵抗半導体層２１２と、第１の低抵抗半導体層２１２上の絶縁層２１４と、絶縁層２１４上の第２の低抵抗半導体層２１６と、第２の低抵抗半導体層２１６上の導電層２８２と、第１の電極層２０４の端部、第１の低抵抗半導体層２１２の端部、絶縁層２１４の端部、第２の低抵抗半導体層２１６の端部、および導電層２８２の端部を覆う酸化物半導体層２２０と、酸化物半導体層２２０を覆うゲート絶縁層２２２と、導電層２８２と電気的に接続した第２の電極層２２８と、ゲート絶縁層２２２を介して酸化物半導体層２２０に電圧を印加する第３の電極層２３０と、を有するトランジスタ２８０である（図１３（Ａ）、図１３（Ｂ）参照）。ここで、第１の電極層２０４はソース電極（またはドレイン電極）として機能し、第２の電極層２２８はドレイン電極（またはソース電極）として機能し、第３の電極層２３０はゲート電極として機能する。なお、図１２に示す半導体装置との相違点は、第２の低抵抗半導体層２１６上に導電層２８２が形成されている点にある。これにより、第２の低抵抗半導体層２１６の全面に、均一な電圧を印加することができる。
【０１３３】
本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせて用いることができる。
【０１３４】
（実施の形態５）
本実施の形態では、薄膜トランジスタを作製し、該薄膜トランジスタを、画素部や周辺回路部（駆動回路など）に用いて表示機能を有する半導体装置（表示装置）を作製する場合について説明する。周辺回路部の一部または全部を、画素部と同じ基板上に一体形成することにより、システムオンパネルを形成することができる。
【０１３５】
表示装置は表示素子を含む。表示素子としては液晶素子（液晶表示素子ともいう）や、発光素子（発光表示素子ともいう）などを用いることができる。発光素子は、電流または電圧によって輝度が制御される素子をその範疇に含んでおり、具体的には無機ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）、有機ＥＬ等が含まれる。また、電子インクなど、電気的作用によりコントラストが変化する表示媒体を適用しても良い。
【０１３６】
また、表示装置は、表示素子が封止された状態にあるパネルと、該パネルにコントローラを含むＩＣ等を実装した状態にあるモジュールとを含む。さらに、表示装置を構成する素子基板は、電流を表示素子に供給するための手段を各画素部に備える。素子基板は、具体的には、表示素子の画素電極が形成された状態であっても良いし、画素電極となる導電層の成膜後、エッチング前の状態であっても良い。
【０１３７】
以下、本実施の形態では、液晶表示装置の一例について示す。図１４は、第１の基板４００１上に形成された薄膜トランジスタ４０１０、薄膜トランジスタ４０１１および液晶素子４０１３を、第２の基板４００６とシール材４００５によって封止した、パネルの平面図および断面図である。ここで、図１４（Ａ１）および図１４（Ａ２）は平面図を示し、図１４（Ｂ）は、図１４（Ａ１）および図１４（Ａ２）のＭ−Ｎにおける断面図に相当する。
【０１３８】
第１の基板４００１上に設けられた画素部４００２および走査線駆動回路４００４を囲むようにして、シール材４００５が設けられている。また、画素部４００２と走査線駆動回路４００４の上に、第２の基板４００６が設けられている。つまり、画素部４００２と走査線駆動回路４００４は、第１の基板４００１とシール材４００５と第２の基板４００６とによって、液晶層４００８と共に封止されている。また、第１の基板４００１上のシール材４００５によって囲まれる領域とは異なる領域に、別途用意された基板上に単結晶半導体または多結晶半導体で形成された信号線駆動回路４００３が実装されている。
【０１３９】
なお、別途形成した駆動回路の接続方法は、特に限定されるものではなく、ＣＯＧ法、ワイヤボンディング法、ＴＡＢ法などを適宜用いることができる。図１４（Ａ１）は、ＣＯＧ法により信号線駆動回路４００３を実装する例であり、図１４（Ａ２）は、ＴＡＢ法により信号線駆動回路４００３を実装する例である。
【０１４０】
また、第１の基板４００１上に設けられた画素部４００２と走査線駆動回路４００４は、薄膜トランジスタを複数有しており、図１４（Ｂ）では、画素部４００２に含まれる薄膜トランジスタ４０１０と、走査線駆動回路４００４に含まれる薄膜トランジスタ４０１１を例示している。薄膜トランジスタ４０１０、薄膜トランジスタ４０１１上には絶縁層４０２０が設けられている。
【０１４１】
薄膜トランジスタ４０１０、薄膜トランジスタ４０１１には、先の実施の形態などに示すトランジスタを適用することができる。なお、本実施の形態において、薄膜トランジスタ４０１０、薄膜トランジスタ４０１１はｎチャネル型トランジスタとした。
【０１４２】
また、液晶素子４０１３が有する画素電極層４０３０は、薄膜トランジスタ４０１０と電気的に接続されている。そして、液晶素子４０１３の対向電極層４０３１は第２の基板４００６上に形成されている。上記の画素電極層４０３０と対向電極層４０３１、液晶層４００８により、液晶素子４０１３が形成される。なお、画素電極層４０３０、対向電極層４０３１には、それぞれ配向膜として機能する絶縁層４０３２、絶縁層４０３３が設けられ、画素電極層４０３０および対向電極層４０３１は、これらを介して液晶層４００８を挟持している。
【０１４３】
なお、第１の基板４００１、第２の基板４００６としては、ガラス、金属（代表的にはステンレス）、セラミックス、プラスチックなどを用いることができる。プラスチックとしては、ＦＲＰ（Ｆｉｂｅｒｇｌａｓｓ−Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ  Ｐｌａｓｔｉｃｓ）基板、ＰＶＦ（ポリビニルフルオライド）フィルム、ポリエステルフィルム、ポリエステルフィルム、アクリル樹脂フィルムなどを用いることができる。また、アルミニウム薄をＰＶＦフィルムやポリエステルフィルムで挟んだ構造のシートを用いることもできる。
【０１４４】
また、画素電極層４０３０と対向電極層４０３１との間の距離（セルギャップ）を制御するために、柱状のスペーサ４０３５が設けられている。柱状のスペーサ４０３５は絶縁膜を選択的にエッチングすることで得られる。なお、柱状のスペーサに代えて球状のスペーサを用いていても良い。また、対向電極層４０３１は、薄膜トランジスタ４０１０と同一基板上に設けられる共通電位線と電気的に接続される。例えば、一対の基板間に配置される導電性粒子を介して、対向電極層４０３１と共通電位線とを電気的に接続することができる。なお、導電性粒子はシール材４００５に含有させると良い。
【０１４５】
また、配向膜が不要なブルー相を示す液晶を用いてもよい。ブルー相は液晶相の一つであり、昇温によってコレステリック相から等方相へ転移する直前に発現する相である。ブルー相は狭い温度範囲でしか発現しないため、５重量％以上のカイラル剤を混合させた液晶組成物を用いると良い。これにより、温度範囲を改善することができる。ブルー相を示す液晶とカイラル剤とを含む液晶組成物は、応答時間が１０μｓ〜１００μｓと短く、光学的等方性を有するため配向処理が不要であり、視野角依存性が小さい、といった特徴を有している。
【０１４６】
なお、本実施の形態では透過型液晶表示装置の一例を示しているが、これに限定されず、反射型液晶表示装置としても良いし、半透過型液晶表示装置としても良い。
【０１４７】
また、本実施の形態で示す液晶表示装置では、基板の外側（視認側）に偏光板を設け、内側に着色層、および表示素子に用いる電極層を設ける例について示すが、偏光板は基板の内側に設けてもよい。また、偏光板と着色層の積層構造も本実施の形態に限定されず、偏光板及び着色層の材料や作製工程条件によって適宜設定すればよい。また、遮光膜として、ブラックマスク（ブラックマトリクス）を設けてもよい。
【０１４８】
また、本実施の形態では、薄膜トランジスタの表面凹凸を低減するため、先の実施の形態で得られた薄膜トランジスタを絶縁層４０２０で覆う構成を採用しているが、開示される発明はこれに限定されない。
【０１４９】
絶縁層４０２０としては、ポリイミド、アクリル、ポリイミド、ベンゾシクロブテン、ポリアミド、エポキシ等の、耐熱性を有する有機材料を用いることができる。また上記有機材料の他に、低誘電率材料（ｌｏｗ−ｋ材料）、シロキサン系樹脂、ＰＳＧ（リンガラス）、ＢＰＳＧ（リンボロンガラス）等を用いることができる。なお、これらの材料で形成される絶縁膜を複数積層させて、絶縁層４０２０を形成してもよい。
【０１５０】
ここで、シロキサン系樹脂とは、シロキサン系材料を出発材料として形成されたＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む樹脂に相当する。置換基としては、有機基（例えばアルキル基やアリール基）やフルオロ基を用いても良い。また、有機基はフルオロ基を有していても良い。
【０１５１】
絶縁層４０２１の形成方法は、特に限定されず、その材料に応じて、スパッタ法、ＳＯＧ法、スピンコート、ディップ、スプレー塗布、液滴吐出法（インクジェット法、スクリーン印刷、オフセット印刷等）、ドクターナイフ、ロールコーター、カーテンコーター、ナイフコーター等を用いることができる。
【０１５２】
画素電極層４０３０、対向電極層４０３１は、酸化タングステンを含むインジウム酸化物、酸化タングステンを含むインジウム亜鉛酸化物、酸化チタンを含むインジウム酸化物、酸化チタンを含むインジウム錫酸化物、インジウム錫酸化物（以下、ＩＴＯと示す。）、インジウム亜鉛酸化物、酸化ケイ素を添加したインジウム錫酸化物などの透光性を有する導電性材料を用いることができる。
【０１５３】
また、画素電極層４０３０、対向電極層４０３１に、導電性高分子（導電性ポリマーともいう）を含む導電性組成物を用いても良い。導電性組成物を用いて形成した画素電極は、シート抵抗が１．０×１０４Ω／ｓｑ．以下、波長５５０ｎｍにおける透光率が７０％以上であることが好ましい。また、導電性組成物に含まれる導電性高分子の抵抗率は０．１Ω・ｃｍ以下であることが好ましい。
【０１５４】
導電性高分子としては、いわゆるπ電子共役系導電性高分子が用いることができる。例えば、ポリアニリンまたはその誘導体、ポリピロールまたはその誘導体、ポリチオフェンまたはその誘導体、若しくはこれらの２種以上の共重合体などがあげられる。
【０１５５】
信号線駆動回路４００３、走査線駆動回路４００４、画素部４００２などに与えられる各種信号は、ＦＰＣ４０１８から供給されている。
【０１５６】
また、接続端子電極４０１５は、液晶素子４０１３が有する画素電極層４０３０と同じ導電膜から形成され、端子電極４０１６は、薄膜トランジスタ４０１０、薄膜トランジスタ４０１１のソース電極層及びドレイン電極層と同じ導電膜で形成されている。
【０１５７】
接続端子電極４０１５は、ＦＰＣ４０１８が有する端子と、異方性導電膜４０１９を介して電気的に接続されている。
【０１５８】
なお、図１４においては、信号線駆動回路４００３を別途形成し、第１の基板４００１に実装する例を示しているが、本実施の形態はこの構成に限定されない。走査線駆動回路を別途形成して実装しても良いし、信号線駆動回路の一部または走査線駆動回路の一部のみを別途形成して実装しても良い。
【０１５９】
図１５は、半導体装置の一形態に相当する液晶表示モジュールに、ＴＦＴ基板２６００を用いる例を示している。
【０１６０】
図１５では、ＴＦＴ基板２６００と対向基板２６０１がシール材２６０２により固着され、その間にＴＦＴ等を含む素子層２６０３、配向膜や液晶層を含む液晶層２６０４、着色層２６０５、偏光板２６０６などが設けられることにより表示領域が形成されている。着色層２６０５はカラー表示を行う場合に必要であり、ＲＧＢ方式の場合には、赤、緑、青の各色に対応した着色層が、各画素に対応して設けられている。ＴＦＴ基板２６００と対向基板２６０１の外側には偏光板２６０６、偏光板２６０７、拡散板２６１３が配設されている。また、光源は冷陰極管２６１０と反射板２６１１により構成されている。回路基板２６１２は、フレキシブル配線基板２６０９によりＴＦＴ基板２６００の配線回路部２６０８と接続され、これによって、コントロール回路や電源回路などの外部回路が液晶モジュールに組みこまれる。また、偏光板と液晶層との間には、位相差板を設けても良い。
【０１６１】
液晶の駆動方式としては、ＴＮ（Ｔｗｉｓｔｅｄ  Ｎｅｍａｔｉｃ）モード、ＩＰＳ（Ｉｎ−Ｐｌａｎｅ−Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）モード、ＦＦＳ（Ｆｒｉｎｇｅ  Ｆｉｅｌｄ  Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）モード、ＭＶＡ（Ｍｕｌｔｉ−ｄｏｍａｉｎ  Ｖｅｒｔｉｃａｌ  Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）モード、ＰＶＡ（Ｐａｔｔｅｒｎｅｄ  Ｖｅｒｔｉｃａｌ  Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）、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）などを用いることができる。
【０１６２】
以上の工程により、高性能な液晶表示装置を作製することができる。本実施の形態は、他の実施の形態または実施例と適宜組み合わせて用いることができる。
【０１６３】
（実施の形態６）
本実施の形態では、図１６を参照して半導体装置の一例であるアクティブマトリクス型の電子ペーパーについて説明する。半導体装置に用いられる薄膜トランジスタ６５０は、先の実施の形態で示すトランジスタと同様に作製することができる。
【０１６４】
図１６に示す電子ペーパーは、ツイストボール表示方式を用いたものの一例である。ツイストボール表示方式とは、白と黒に塗り分けられた球形粒子を第１の電極層及び第２の電極層の間に配置し、第１の電極層及び第２の電極層に電位差を生じさせることによって、球形粒子の向きを制御して、表示を行う方法である。
【０１６５】
基板６００上に設けられた薄膜トランジスタ６５０は開示する発明の一態様に係るトランジスタであり、半導体層が、その上方のソース電極層またはドレイン電極層と、その下方のソース電極層またはドレイン電極層とによって挟まれた構造を有している。なお、ソース電極層またはドレイン電極層は、絶縁層に形成されたコンタクトホールを介して、第１の電極層６６０と電気的に接続している。基板６０２には第２の電極層６７０が設けられており、第１の電極層６６０と第２の電極層６７０との間には、黒色領域６８０ａ及び白色領域６８０ｂを有する球形粒子６８０が設けられている。また、球形粒子６８０の周囲は樹脂等の充填材６８２で満たされている（図１６参照）。図１６において、第１の電極層６６０が画素電極に相当し、第２の電極層６７０が共通電極に相当する。第２の電極層６７０は、薄膜トランジスタ６５０と同一基板上に設けられる共通電位線と電気的に接続される。
【０１６６】
ツイストボールの代わりに、電気泳動表示素子を用いることも可能である。その場合、例えば、透明な液体と、正に帯電した白い微粒子と負に帯電した黒い微粒子とを封入した直径１０μｍ〜２００μｍ程度のマイクロカプセルを用いる。第１の電極層と第２の電極層によって電場が与えられると、白い微粒子と黒い微粒子が互いに逆方向に移動し、白または黒が表示される。電気泳動表示素子は液晶表示素子に比べて反射率が高いため、補助ライトが不要であり、また、明るさが十分ではない場所であっても表示部を認識することが可能である。また、表示部に電源が供給されない場合であっても、一度表示した像を保持することが可能であるという利点も有している。
【０１６７】
以上のように、開示する発明を用いることで高性能な電子ペーパーを作製することができる。なお、本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせて用いることができる。
【０１６８】
（実施の形態７）
本実施の形態では、半導体装置として発光表示装置の例を示す。表示装置の有する表示素子としては、ここではエレクトロルミネッセンスを利用する発光素子を用いて示す。エレクトロルミネッセンスを利用する発光素子は、発光材料が有機化合物であるか、無機化合物であるかによって区別され、一般的に、前者は有機ＥＬ素子、後者は無機ＥＬ素子と呼ばれている。
【０１６９】
有機ＥＬ素子は、発光素子に電圧を印加することにより、一対の電極から電子および正孔がそれぞれ発光性の有機化合物を含む層に注入され、電流が流れる。そして、それらキャリア（電子および正孔）が再結合することにより発光する。このようなメカニズムから、該発光素子は、電流励起型の発光素子と呼ばれる。
【０１７０】
無機ＥＬ素子は、その素子構成により、分散型無機ＥＬ素子と薄膜型無機ＥＬ素子とに分類される。分散型無機ＥＬ素子は、発光材料の粒子をバインダ中に分散させた発光層を有するものであり、発光メカニズムはドナー準位とアクセプター準位を利用するドナー−アクセプター再結合型発光である。薄膜型無機ＥＬ素子は、発光層を誘電体層で挟み込み、さらにそれを電極で挟んだ構造であり、発光メカニズムは金属イオンの内殻電子遷移を利用する局在型発光である。なお、ここでは、発光素子として有機ＥＬ素子を用いて説明する。
【０１７１】
発光素子の構成について、図１７を用いて説明する。ここでは、駆動用ＴＦＴがｎ型の場合を例に挙げて、画素の断面構造について説明する。図１７（Ａ）、図１７（Ｂ）、図１７（Ｃ）の半導体装置に用いられるＴＦＴ７０１、ＴＦＴ７１１、ＴＦＴ７２１は、先の実施の形態で示すトランジスタと同様に作製することができる。
【０１７２】
発光素子は、光を取り出すために、陽極または陰極の少なくとも一方が透明になっている。ここで、透明とは、少なくとも発光波長における透過率が十分に高いことを意味する。光の取り出し方式としては、基板上に薄膜トランジスタ及び発光素子を形成し、該基板とは反対側の面から光を取り出す上面射出方式（上面取り出し方式）や、基板側の面から光を取り出す下面射出方式（下面取り出し方式）、基板側およびその反対側の面から光を取り出す両面射出方式（両面取り出し方式）などがある。
【０１７３】
上面射出方式の発光素子について図１７（Ａ）を参照して説明する。
【０１７４】
図１７（Ａ）は、発光素子７０２から発せられる光が陽極７０５側に抜ける場合の、画素の断面図を示している。ここでは、駆動用ＴＦＴ７０１と電気的に接続された導電層７０７上に、発光素子７０２が形成されており、陰極７０３上に発光層７０４、陽極７０５が順に積層されている。陰極７０３としては、仕事関数が小さく、光を反射する導電膜を用いることができる。例えば、Ｃａ、Ａｌ、ＣａＦ、ＭｇＡｇ、ＡｌＬｉ等の材料を用いて陰極７０３を形成することが望ましい。なお、導電層７０７に陰極７０３の機能を持たせる場合には、陰極７０３を省略することができる。発光層７０４は、単層で構成されていても、複数の層が積層されるように構成されていても良い。複数の層で構成されている場合、陰極７０３上に電子注入層、電子輸送層、発光層、ホール輸送層、ホール注入層の順に積層すると良いが、もちろん、これらの層を全て設ける必要はない。陽極７０５は光を透過する導電性材料を用いて形成する。例えば、酸化タングステンを含むインジウム酸化物、酸化タングステンを含むインジウム亜鉛酸化物、酸化チタンを含むインジウム酸化物、酸化チタンを含むインジウム錫酸化物、インジウム錫酸化物（以下、ＩＴＯと示す。）、インジウム亜鉛酸化物、酸化ケイ素を添加したインジウム錫酸化物などの透光性を有する導電性材料を用いれば良い。
【０１７５】
陰極７０３及び陽極７０５で発光層７０４を挟んだ構造を、発光素子７０２と呼ぶことができる。図１７（Ａ）に示した画素の場合、発光素子７０２から発せられる光は、矢印で示すように陽極７０５側に射出される。
【０１７６】
次に、下面射出方式の発光素子について図１７（Ｂ）を参照して説明する。
【０１７７】
図１７（Ｂ）は、発光素子７１２から発せられる光が陰極７１３側に抜ける場合の、画素の断面図を示している。ここでは、駆動用ＴＦＴ７１１と電気的に接続された透光性を有する導電層７１７上に、発光素子７１２の陰極７１３が形成されており、陰極７１３上に発光層７１４、陽極７１５が順に積層されている。なお、陽極７１５が透光性を有する場合、該陽極７１５上を覆うように遮光膜７１６を設けても良い。陰極７１３は、図１７（Ａ）の場合と同様に、仕事関数が小さい導電性材料を用いることができる。ただしその膜厚は、光を透過する程度（好ましくは、５ｎｍ〜３０ｎｍ程度）とする。例えば２０ｎｍ程度の膜厚を有するアルミニウム膜を、陰極７１３として用いることができる。発光層７１４は、図１７（Ａ）と同様に、単層で構成されていても、複数の層が積層されるように構成されていても良い。陽極７１５は、光を透過する必要はないが、図１７（Ａ）と同様に、透光性を有する導電性材料を用いて形成しても良い。遮光膜７１６には、光を反射する金属等を用いることができるが、これに限定されない。なお、遮光膜７１６に反射機能を有せしめることにより、光の取り出し効率を向上させることが可能である。
【０１７８】
陰極７１３及び陽極７１５で、発光層７１４を挟んだ構造を発光素子７１２と呼ぶことができる。図１７（Ｂ）に示した画素の場合、発光素子７１２から発せられる光は、矢印で示すように陰極７１３側に射出される。
【０１７９】
次に、両面射出方式の発光素子について、図１７（Ｃ）を参照して説明する。
【０１８０】
図１７（Ｃ）は、駆動用ＴＦＴ７２１と電気的に接続された透光性を有する導電層７２７上に、発光素子７２２の陰極７２３が形成されており、陰極７２３上に発光層７２４、陽極７２５が順に積層されている。陰極７２３は、図１７（Ａ）の場合と同様に、仕事関数が小さい導電性材料を用いることができる。ただしその膜厚は、光を透過する程度とする。例えば２０ｎｍの膜厚を有するアルミニウム膜を、陰極７２３として用いることができる。発光層７２４は、図１７（Ａ）と同様に、単層で構成されていても、複数の層が積層されるように構成されていても良い。陽極７２５は、図１７（Ａ）と同様に、透光性を有する導電性材料を用いて形成することができる。
【０１８１】
陰極７２３と、発光層７２４と、陽極７２５とが重なった構造を発光素子７２２と呼ぶことができる。図１７（Ｃ）に示した画素の場合、発光素子７２２から発せられる光は、矢印で示すように陽極７２５側と陰極７２３側の両方に射出される。
【０１８２】
なお、ここでは、発光素子として有機ＥＬ素子について述べたが、発光素子として無機ＥＬ素子を設けることも可能である。また、ここでは、発光素子の駆動を制御する薄膜トランジスタ（駆動用ＴＦＴ）と発光素子が電気的に接続されている例を示したが、駆動用ＴＦＴと発光素子との間に電流制御用ＴＦＴが接続されている構成であってもよい。
【０１８３】
なお、本実施の形態で示す半導体装置は、図１７に示した構成に限定されるものではなく、各種の変形が可能である。
【０１８４】
次に、半導体装置の一形態に相当する発光表示パネル（発光パネルともいう）の外観及び断面について、図１８を参照して説明する。図１８は、第１の基板４５０１上に形成された薄膜トランジスタ４５０９、薄膜トランジスタ４５１０および発光素子４５１１を、第２の基板４５０６とシール材４５０５によって封止したパネルの平面図および断面図である。ここで、図１８（Ａ）は平面図を示し、図１８（Ｂ）は、図１８（Ａ）のＨ−Ｉにおける断面図に相当する。
【０１８５】
第１の基板４５０１上に設けられた画素部４５０２、信号線駆動回路４５０３ａ、４５０３ｂ、走査線駆動回路４５０４ａ、走査線駆動回路４５０４ｂを囲むようにして、シール材４５０５が設けられている。また、画素部４５０２、信号線駆動回路４５０３ａ、信号線駆動回路４５０３ｂ、走査線駆動回路４５０４ａ、走査線駆動回路４５０４ｂの上に第２の基板４５０６が設けられている。つまり、画素部４５０２、信号線駆動回路４５０３ａ、４５０３ｂ、走査線駆動回路４５０４ａ、走査線駆動回路４５０４ｂは、第１の基板４５０１とシール材４５０５と第２の基板４５０６とによって、充填材４５０７と共に密封されている。このように、気密性が高く、脱ガスの少ない保護フィルム（貼り合わせフィルム、紫外線硬化樹脂フィルム等）やカバー材などを用いてパッケージング（封入）することが好ましい。
【０１８６】
また、第１の基板４５０１上に設けられた画素部４５０２、信号線駆動回路４５０３ａ、信号線駆動回路４５０３ｂ、走査線駆動回路４５０４ａ、走査線駆動回路４５０４ｂは、薄膜トランジスタを複数有しており、図１８（Ｂ）では、画素部４５０２に含まれる薄膜トランジスタ４５１０と、信号線駆動回路４５０３ａに含まれる薄膜トランジスタ４５０９を例示している。
【０１８７】
薄膜トランジスタ４５０９、薄膜トランジスタ４５１０は、先の実施の形態において示したトランジスタを適用することができる。なお、本実施の形態において、薄膜トランジスタ４５０９、薄膜トランジスタ４５１０はｎチャネル型トランジスタである。
【０１８８】
また、４５１１は発光素子に相当し、発光素子４５１１が有する画素電極である第１の電極層４５１７は、薄膜トランジスタ４５１０のソース電極層またはドレイン電極層と電気的に接続されている。なお、発光素子４５１１の構成は、第１の電極層４５１７、第２の電極４５１２、電界発光層４５１３、第３の電極層４５１４の積層構造であるが、本実施の形態に示した構成に限定されない。発光素子４５１１から取り出す光の方向などに合わせて、上記構成は適宜変更することができる。
【０１８９】
隔壁４５２０は、有機樹脂膜、無機絶縁膜、有機ポリシロキサンなどを用いて形成する。特に、感光性を有する材料を用いて第１の電極層４５１７上に開口部を形成し、その開口部の側壁が、連続した曲率を持つ傾斜面となるようにすることが好ましい。
【０１９０】
電界発光層４５１３は、単層で構成されていても、複数の層が積層されるように構成されていても良い。
【０１９１】
発光素子４５１１に酸素、水素、水、二酸化炭素等が侵入しないように、第３の電極層４５１４及び隔壁４５２０上に保護膜を形成してもよい。保護膜としては、窒化珪素膜、窒化酸化珪素膜、ＤＬＣ膜等を形成することができる。
【０１９２】
また、信号線駆動回路４５０３ａ、信号線駆動回路４５０３ｂ、走査線駆動回路４５０４ａ、走査線駆動回路４５０４ｂ、画素部４５０２などに与えられる各種信号は、ＦＰＣ４５１８ａ、ＦＰＣ４５１８ｂから供給されている。
【０１９３】
本実施の形態では、接続端子電極４５１５が、発光素子４５１１の第１の電極層４５１７と同じ導電膜から形成され、端子電極４５１６は、薄膜トランジスタ４５０９や薄膜トランジスタ４５１０のソース電極層及びドレイン電極層と同じ導電膜から形成される例について示している。
【０１９４】
接続端子電極４５１５は、ＦＰＣ４５１８ａが有する端子と、異方性導電膜４５１９を介して電気的に接続されている。
【０１９５】
発光素子４５１１からの光の取り出し方向に位置する基板は、透光性を有さなければならない。透光性を有する基板としては、ガラス板、プラスチック板、ポリエステルフィルム、アクリルフィルムなどがある。
【０１９６】
充填材４５０７としては、窒素やアルゴンなどの不活性な気体の他に、紫外線硬化樹脂や熱硬化樹脂などを用いることができる。例えば、ＰＶＣ（ポリビニルクロライド）、アクリル、ポリイミド、エポキシ樹脂、シリコン樹脂、ＰＶＢ（ポリビニルブチラル）、ＥＶＡ（エチレンビニルアセテート）などを用いることができる。本実施の形態では、充填材として窒素を用いる例について示している。
【０１９７】
必要であれば、発光素子の射出面に偏光板、円偏光板（楕円偏光板を含む）、位相差板（λ／４板、λ／２板）、カラーフィルタなどの光学フィルムを設けてもよい。また、表面には反射防止処理を施しても良い。例えば、表面の凹凸により反射光を拡散し、映り込みを低減できるアンチグレア処理を施すことができる。
【０１９８】
信号線駆動回路４５０３ａ、信号線駆動回路４５０３ｂ、走査線駆動回路４５０４ａ、走査線駆動回路４５０４ｂは、別途用意された基板上の単結晶半導体または多結晶半導体によって形成されていても良い。また、信号線駆動回路のみ、若しくはその一部、または走査線駆動回路のみ、若しくはその一部のみを別途形成して実装しても良く、本実施の形態は図１８の構成に限定されない。
【０１９９】
以上の工程により、高性能な発光表示装置（表示パネル）を作製することができる。なお、本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせて用いることができる。
【０２００】
（実施の形態８）
半導体装置は、電子ペーパーとして適用することができる。電子ペーパーは、情報を表示する、あらゆる分野の電子機器に用いることが可能である。例えば、電子ペーパーを、電子書籍（電子ブック）、ポスター、電車などの乗り物の車内広告、クレジットカード等の各種カードにおける表示部分などに適用することができる。電子機器の一例を図１９、図２０に示す。
【０２０１】
図１９（Ａ）は、電子ペーパーで作られたポスター２６３１を示している。広告媒体が紙の印刷物である場合には、広告の交換は人手によって行われるが、電子ペーパーを用いれば短時間で広告の表示を変えることができる。また、表示も崩れることなく安定した画像が得られる。なお、ポスターは無線で情報を送受信できる構成としてもよい。
【０２０２】
また、図１９（Ｂ）は、電車などの乗り物の車内広告２６３２を示している。広告媒体が紙の印刷物である場合には、広告の交換は人手によって行われるが、電子ペーパーを用いれば人手を多くかけることなく短時間で広告の表示を変えることができる。また表示も崩れることなく安定した画像が得られる。なお、ポスターは無線で情報を送受信できる構成としてもよい。
【０２０３】
また、図２０は、電子書籍２７００の一例を示している。例えば、電子書籍２７００は、筐体２７０１および筐体２７０３の２つの筐体で構成されている。筐体２７０１および筐体２７０３は、軸部２７１１により一体とされており、該軸部２７１１を軸として開閉動作を行うことができる。このような構成により、紙の書籍のような動作を行うことが可能となる。
【０２０４】
筐体２７０１には表示部２７０５が組み込まれ、筐体２７０３には表示部２７０７が組み込まれている。表示部２７０５および表示部２７０７は、続き画面を表示する構成としてもよいし、異なる画面を表示する構成としてもよい。異なる画面を表示する構成とすることで、例えば右側の表示部（図２０では表示部２７０５）に文章を表示し、左側の表示部（図２０では表示部２７０７）に画像を表示することができる。
【０２０５】
また、図２０では、筐体２７０１に操作部などを備えた例を示している。例えば、筐体２７０１において、電源２７２１、操作キー２７２３、スピーカ２７２５などを備えている。操作キー２７２３により、頁を送ることができる。なお、筐体の表示部と同一面にキーボードやポインティングディバイスなどを備える構成としてもよい。また、筐体の裏面や側面に、外部接続用端子（イヤホン端子、ＵＳＢ端子、またはＡＣアダプタおよびＵＳＢケーブルなどの各種ケーブルと接続可能な端子など）、記録媒体挿入部などを備える構成としてもよい。さらに、電子書籍２７００は、電子辞書としての機能を持たせた構成としてもよい。
【０２０６】
また、電子書籍２７００は、無線で情報を送受信できる構成としてもよい。無線により、電子書籍サーバから、所望の書籍データなどを購入し、ダウンロードする構成とすることも可能である。
【０２０７】
本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせて用いることができる。
【０２０８】
（実施の形態９）
半導体装置は、さまざまな電子機器（遊技機も含む）に適用することができる。電子機器としては、例えば、テレビジョン装置（テレビ、またはテレビジョン受信機ともいう）、コンピュータ用などのモニタ、デジタルカメラ、デジタルビデオカメラ、デジタルフォトフレーム、携帯電話機（携帯電話、携帯電話装置ともいう）、携帯型ゲーム機、携帯情報端末、音響再生装置、パチンコ機などの大型ゲーム機などが挙げられる。
【０２０９】
図２１（Ａ）は、テレビジョン装置９６００の一例を示している。テレビジョン装置９６００は、筐体９６０１に表示部９６０３が組み込まれている。表示部９７０３により、映像を表示することが可能である。また、ここでは、スタンド９６０５により筐体９６０１を支持した構成を示している。
【０２１０】
テレビジョン装置９６００の操作は、筐体９６０１が備える操作スイッチや、別体のリモコン操作機９６１０により行うことができる。リモコン操作機９６１０が備える操作キー９６０９により、チャンネルや音量の操作を行うことができ、表示部９６０３に表示される映像を操作することができる。また、リモコン操作機９６１０に、当該リモコン操作機９６１０から出力する情報を表示する表示部９６０７を設ける構成としてもよい。
【０２１１】
なお、テレビジョン装置９６００は、受信機やモデムなどを備えた構成とする。受信機により一般のテレビ放送の受信を行うことができ、さらにモデムを介して優先または無線による通信ネットワークに接続することにより、一方向（送信者から受信者）または双方向（送信者と受信者間、あるいは受信者間同士など）の情報通信を行うことも可能である。
【０２１２】
図２１（Ｂ）は、デジタルフォトフレーム９７００の一例を示している。例えば、デジタルフォトフレーム９７００は、筐体９７０１に表示部９７０３が組み込まれている。表示部９７０３は、各種画像を表示することが可能であり、例えばデジタルカメラなどで撮影した画像データを表示させることで、通常の写真立てと同様に機能させることができる。
【０２１３】
なお、デジタルフォトフレーム９７００は、操作部、外部接続用端子（ＵＳＢ端子、ＵＳＢケーブルなどの各種ケーブルと接続可能な端子など）、記録媒体挿入部などを備える構成とする。これらの構成は、表示部と同一面に組み込まれていてもよいが、側面や裏面に備えるとデザイン性が向上するため好ましい。例えば、デジタルフォトフレームの記録媒体挿入部に、デジタルカメラで撮影した画像データを記憶したメモリを挿入して画像データを取り込み、取り込んだ画像データを表示部９７０３に表示させることができる。
【０２１４】
また、デジタルフォトフレーム９７００は、無線で情報を送受信できる構成としてもよい。無線により、所望の画像データを取り込み、表示させる構成とすることもできる。
【０２１５】
図２２（Ａ）は携帯型遊技機であり、筐体９８８１と筐体９８９１の２つの筐体で構成されており、連結部９８９３により、開閉可能に連結されている。筐体９８８１には表示部９８８２が組み込まれ、筐体９８９１には表示部９８８３が組み込まれている。また、図２２（Ａ）に示す携帯型遊技機は、その他、スピーカ部９８８４、記録媒体挿入部９８８６、ＬＥＤランプ９８９０、入力手段（操作キー９８８５、接続端子９８８７、センサ９８８８（力、変位、位置、速度、加速度、角速度、回転数、距離、光、液、磁気、温度、化学物質、音声、時間、硬度、電場、電流、電圧、電力、放射線、流量、湿度、傾度、振動、においまたは赤外線を測定する機能を含むもの）、マイクロフォン９８８９）等を備えている。もちろん、携帯型遊技機の構成は上述のものに限定されず、少なくとも半導体装置を備えた構成であればよく、その他付属設備が適宜設けられた構成とすることができる。図２２（Ａ）に示す携帯型遊技機は、記録媒体に記録されているプログラムまたはデータを読み出して表示部に表示する機能や、他の携帯型遊技機と無線通信を行って情報を共有する機能を有する。なお、図２２（Ａ）に示す携帯型遊技機が有する機能はこれに限定されず、様々な機能を有することができる。
【０２１６】
図２２（Ｂ）は大型遊技機であるスロットマシン９９００の一例を示している。スロットマシン９９００は、筐体９９０１に表示部９９０３が組み込まれている。また、スロットマシン９９００は、その他、スタートレバーやストップスイッチなどの操作手段、コイン投入口、スピーカなどを備えている。もちろん、スロットマシン９９００の構成は上述のものに限定されず、少なくとも半導体装置を備えた構成であればよく、その他付属設備が適宜設けられた構成とすることができる。
【０２１７】
図２３（Ａ）は、携帯電話機１０００の一例を示している。携帯電話機１０００は、筐体１００１に組み込まれた表示部１００２の他、操作ボタン１００３、外部接続ポート１００４、スピーカ１００５、マイク１００６などを備えている。
【０２１８】
図２３（Ａ）に示す携帯電話機１０００は、表示部１００２を指などで触れることで、情報を入力ことができる。また、電話を掛ける、或いはメールを打つなどの操作は、表示部１００２を指などで触れることにより行うことができる。
【０２１９】
表示部１００２の画面は主として３つのモードがある。第１は、画像の表示を主とする表示モードであり、第２は、文字等の情報の入力を主とする入力モードである。第３は表示モードと入力モードの２つのモードが混合した表示＋入力モードである。
【０２２０】
例えば、電話を掛ける、或いはメールを作成する場合は、表示部１００２を文字の入力を主とする文字入力モードとし、画面に表示させた文字の入力操作を行えばよい。この場合、表示部１００２の画面のほとんどにキーボードまたは番号ボタンを表示させることが好ましい。
【０２２１】
また、携帯電話機１０００内部に、ジャイロ、加速度センサ等の傾きを検出するセンサを有する検出装置を設けることで、携帯電話機１０００の向き（縦か横か）を判断して、表示部１００２の画面表示を自動的に切り替えるようにすることができる。
【０２２２】
また、画面モードの切り替えは、表示部１００２を触れること、または筐体１００１の操作ボタン１００３の操作により行われる。また、表示部１００２に表示される画像の種類によって切り替えるようにすることもできる。例えば、表示部に表示する画像信号が動画のデータであれば表示モード、テキストデータであれば入力モードに切り替える。
【０２２３】
また、入力モードにおいて、表示部１００２の光センサで検出される信号を検知し、表示部１００２のタッチ操作による入力が一定期間ない場合には、画面のモードを入力モードから表示モードに切り替えるように制御してもよい。
【０２２４】
表示部１００２は、イメージセンサとして機能させることもできる。例えば、表示部１００２に掌や指を触れることで、掌紋、指紋等を撮像することで、本人認証を行うことができる。また、表示部に近赤外光を発光するバックライトまたは近赤外光を発光するセンシング用光源を用いれば、指静脈、掌静脈などを撮像することもできる。
【０２２５】
図２３（Ｂ）も携帯電話機の一例である。図２３（Ｂ）の携帯電話機は、筐体９４１１に、表示部９４１２、及び操作ボタン９４１３を含む表示装置９４１０と、筐体９４０１に走査ボタン９４０２、外部入力端子９４０３、マイク９４０４、スピーカ９４０５、及び着信時に発光する発光部９４０６を含む通信装置９４００とを有しており、表示機能を有する表示装置９４１０は電話機能を有する通信装置９４００と矢印の２方向に脱着可能である。よって、表示装置９４１０と通信装置９４００の短軸同士を取り付けることも、表示装置９４１０と通信装置９４００の長軸同士を取り付けることもできる。また、表示機能のみを必要とする場合、通信装置９４００より表示装置９４１０を取り外し、表示装置９４１０を単独で用いることもできる。通信装置９４００と表示装置９４１０とは無線通信または有線通信により画像または入力情報を授受することができ、それぞれ充電可能なバッテリーを有する。
【０２２６】
なお、本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせて用いることができる。
【符号の説明】
【０２２７】
１００    基板
１０２    導電層
１０４    電極層
１０６    低抵抗半導体層
１０８    酸化物半導体層
１１０    低抵抗半導体層
１１２    低抵抗半導体層
１１４    酸化物半導体層
１１６    低抵抗半導体層
１１８    ゲート絶縁層
１２０    コンタクトホール
１２２    導電層
１２４    電極層
１２６    電極層
１４０    領域
１４２    領域
１５０    トランジスタ
１６０    トランジスタ
１７０    トランジスタ
１８０    トランジスタ
１８２    導電層
２００    基板
２０２    導電層
２０４    電極層
２０６    低抵抗半導体層
２０８    絶縁層
２１０    低抵抗半導体層
２１２    低抵抗半導体層
２１４    絶縁層
２１６    低抵抗半導体層
２１８    酸化物半導体層
２２０    酸化物半導体層
２２２    ゲート絶縁層
２２４    コンタクトホール
２２６    導電層
２２８    電極層
２３０    電極層
２４０    領域
２４２    領域
２５０    トランジスタ
２６０    トランジスタ
２７０    トランジスタ
２８０    トランジスタ
２８２    導電層
６００    基板
６０２    基板
６５０    薄膜トランジスタ
６６０    電極層
６７０    電極層
６８０    球形粒子
６８０ａ    黒色領域
６８０ｂ    白色領域
６８２    充填材
７０１    ＴＦＴ
７０２    発光素子
７０３    陰極
７０４    発光層
７０５    陽極
７０７    導電層
７１１    ＴＦＴ
７１２    発光素子
７１３    陰極
７１４    発光層
７１５    陽極
７１６    遮光膜
７１７    導電層
７２１    ＴＦＴ
７２２    発光素子
７２３    陰極
７２４    発光層
７２５    陽極
７２７    導電層
１０００    携帯電話機
１００１    筐体
１００２    表示部
１００３    操作ボタン
１００４    外部接続ポート
１００５    スピーカ
１００６    マイク
２６００    ＴＦＴ基板
２６０１    対向基板
２６０２    シール材
２６０３    素子層
２６０４    液晶層
２６０５    着色層
２６０６    偏光板
２６０７    偏光板
２６０８    配線回路部
２６０９    フレキシブル配線基板
２６１０    冷陰極管
２６１１    反射板
２６１２    回路基板
２６１３    拡散板
２６３１    ポスター
２６３２    車内広告
２７００    電子書籍
２７０１    筐体
２７０３    筐体
２７０５    表示部
２７０７    表示部
２７１１    軸部
２７２１    電源
２７２３    操作キー
２７２５    スピーカ
４００１    基板
４００２    画素部
４００３    信号線駆動回路
４００４    走査線駆動回路
４００５    シール材
４００６    基板
４００８    液晶層
４０１０    薄膜トランジスタ
４０１１    薄膜トランジスタ
４０１３    液晶素子
４０１５    接続端子電極
４０１６    端子電極
４０１８    ＦＰＣ
４０１９    異方性導電膜
４０２０    絶縁層
４０２１    絶縁層
４０３０    画素電極層
４０３１    対向電極層
４０３２    絶縁層
４０３３    絶縁層
４０３５    スペーサ
４５０１    基板
４５０２    画素部
４５０３ａ    信号線駆動回路
４５０３ｂ    信号線駆動回路
４５０４ａ    走査線駆動回路
４５０４ｂ    走査線駆動回路
４５０５    シール材
４５０６    基板
４５０７    充填材
４５０９    薄膜トランジスタ
４５１０    薄膜トランジスタ
４５１１    発光素子
４５１２    電極
４５１３    電界発光層
４５１４    電極層
４５１５    接続端子電極
４５１６    端子電極
４５１７    電極層
４５１８ａ    ＦＰＣ
４５１８ｂ    ＦＰＣ
４５１９    異方性導電膜
４５２０    隔壁
９４００    通信装置
９４０１    筐体
９４０２    走査ボタン
９４０３    外部入力端子
９４０４    マイク
９４０５    スピーカ
９４０６    発光部
９４１０    表示装置
９４１１    筐体
９４１２    表示部
９４１３    操作ボタン
９６００    テレビジョン装置
９６０１    筐体
９６０３    表示部
９６０５    スタンド
９６０７    表示部
９６０９    操作キー
９６１０    リモコン操作機
９７００    デジタルフォトフレーム
９７０１    筐体
９７０３    表示部
９８８１    筐体
９８８２    表示部
９８８３    表示部
９８８４    スピーカ部
９８８５    操作キー
９８８６    記録媒体挿入部
９８８７    接続端子
９８８８    センサ
９８８９    マイクロフォン
９８９０    ＬＥＤランプ
９８９１    筐体
９８９３    連結部
９９００    スロットマシン
９９０１    筐体
９９０３    表示部
【図１】
2010177450.tif 000003
【図２】
2010177450.tif 000004
【図３】
2010177450.tif 000005
【図４】
2010177450.tif 000006
【図５】
2010177450.tif 000007
【図６】
2010177450.tif 000008
【図７】
2010177450.tif 000009
【図８】
2010177450.tif 000010
【図９】
2010177450.tif 000011
【図１０】
2010177450.tif 000012
【図１１】
2010177450.tif 000013
【図１２】
2010177450.tif 000014
【図１３】
2010177450.tif 000015
【図１４】
2010177450.tif 000016
【図１５】
2010177450.tif 000017
【図１６】
2010177450.tif 000018
【図１７】
2010177450.tif 000019
【図１８】
2010177450.tif 000020
【図１９】
2010177450.tif 000021
【図２０】
2010177450.tif 000022
【図２１】
2010177450.tif 000023
【図２２】
2010177450.tif 000024
【図２３】
2010177450.tif 000025
【図２４】
2010177450.tif 000026
【図２６】
2010177450.tif 000027
【図２８】
2010177450.tif 000028
【図２５】
2010177450.tif 000029
【図２７】
2010177450.tif 000030