(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に第１のゲート電極と、
前記第１のゲート電極上に第１の絶縁膜と、
前記第１の絶縁膜上にガリウムを含む第１の金属酸化物膜と、
前記第１の金属酸化物膜上に前記第１のゲート電極と重なりガリウムを含む酸化物半導体層と、
前記酸化物半導体層上に接するソース電極及びドレイン電極と、
前記酸化物半導体層、前記ソース電極、及び前記ドレイン電極上にガリウムを含む第２の金属酸化物膜と、
前記第２の金属酸化物膜上に第２の絶縁膜と、
前記第２の絶縁膜上に第２のゲート電極と、を有し、
前記第１の絶縁膜及び前記第２の絶縁膜は酸化ハフニウムを有する半導体装置の作製方法であって、
前記第２の金属酸化物膜の成膜後に、前記酸化物半導体層と、前記第１の金属酸化物膜と、前記第２の金属酸化物膜とに対して同時に、水素、水分、水酸基又は水素化合物を低減する工程を有することを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項２】
基板上に第１のゲート電極と、
前記第１のゲート電極上に第１の絶縁膜と、
前記第１の絶縁膜上にガリウムを含む第１の金属酸化物膜と、
前記第１の金属酸化物膜上に前記第１のゲート電極と重なりガリウムを含む酸化物半導体層と、
前記酸化物半導体層上に接するソース電極及びドレイン電極と、
前記酸化物半導体層、前記ソース電極、及び前記ドレイン電極上にガリウムを含む第２の金属酸化物膜と、
前記第２の金属酸化物膜上に第２の絶縁膜と、
前記第２の絶縁膜上に第２のゲート電極と、を有し、
前記第１の絶縁膜は酸化ハフニウムを有する半導体装置の作製方法であって、
前記第２の金属酸化物膜の成膜後に、前記酸化物半導体層と、前記第１の金属酸化物膜と、前記第２の金属酸化物膜とに対して同時に、水素、水分、水酸基又は水素化合物を低減する工程を有することを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項３】
基板上に第１のゲート電極と、
前記第１のゲート電極上に第１の絶縁膜と、
前記第１の絶縁膜上にガリウムを含む第１の金属酸化物膜と、
前記第１の金属酸化物膜上に前記第１のゲート電極と重なりガリウムを含む酸化物半導体層と、
前記酸化物半導体層上に接するソース電極及びドレイン電極と、
前記酸化物半導体層、前記ソース電極、及び前記ドレイン電極上にガリウムを含む第２の金属酸化物膜と、
前記第２の金属酸化物膜上に第２の絶縁膜と、
前記第２の絶縁膜上に第２のゲート電極と、を有し、
前記第２の絶縁膜は酸化ハフニウムを有する半導体装置の作製方法であって、
前記第２の金属酸化物膜の成膜後に、前記酸化物半導体層と、前記第１の金属酸化物膜と、前記第２の金属酸化物膜とに対して同時に、水素、水分、水酸基又は水素化合物を低減する工程を有することを特徴とする半導体装置の作製方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
酸化物半導体を用いる半導体装置及びその作製方法に関する。
【０００２】
なお、本明細書中において半導体装置とは、半導体特性を利用することで機能しうる装置全般を指し、電気光学装置、半導体回路および電子機器は全て半導体装置である。
【背景技術】
【０００３】
近年、絶縁表面を有する基板上に形成された半導体薄膜（厚さ数〜数百ｎｍ程度）を用いて薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を構成する技術が注目されている。薄膜トランジスタはＩＣや電気光学装置のような電子デバイスに広く応用され、特に画像表示装置のスイッチング素子として開発が急がれている。金属酸化物は多様に存在しさまざまな用途に用いられている。
【０００４】
金属酸化物の中には半導体特性を示すものがある。半導体特性を示す金属酸化物としては、例えば、酸化タングステン、酸化錫、酸化インジウム、酸化亜鉛などがあり、このような半導体特性を示す金属酸化物をチャネル形成領域とする薄膜トランジスタが既に知られている（特許文献１及び特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−１２３８６１号公報
【特許文献２】特開２００７−９６０５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、酸化物半導体は薄膜形成工程において、酸素の過不足などによる化学量論的組成からのずれや、電子供与体を形成する水素や水分の混入などが生じると、その電気伝導度が変化してしまう。このような現象は、酸化物半導体を用いたトランジスタにとって電気的特性の変動要因となる。
【０００７】
また、酸化物半導体層と接する絶縁層の材料のエネルギーギャップが、酸化物半導体層の材料と比べて十分大きいと、酸化物半導体層と絶縁層の界面に電荷がたまりやすい。
【０００８】
例えば、絶縁層の材料のエネルギーギャップが、酸化物半導体層の材料と比べて十分大きいと、酸化物半導体層のバックチャネル側に電荷がたまり、寄生チャネルが発生する恐れがある。寄生チャネルが発生すると、しきい値変動などを引き起こし、信頼性を低下させる恐れがある。
【０００９】
このような問題に鑑み、酸化物半導体層を用いた半導体装置に安定した電気的特性を付与し、信頼性の高い半導体装置を作製することを課題の一とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本明細書で開示する本発明の一態様は、ゲート電極と、金属酸化物膜からなるゲート絶縁層と、ゲート絶縁層と接し、ゲート電極と重なる酸化物半導体層と、酸化物半導体層と接するソース電極及びドレイン電極とを有することを特徴とする半導体装置である。金属酸化物膜からなるゲート絶縁層としてガリウム元素を含む絶縁材料を用い、具体的には膜厚３ｎｍ以上３００ｎｍ以下の酸化ガリウム膜を用いる。
【００１１】
トランジスタを組み込んだ集積回路を電子機器に搭載する場合、例えば液晶パネルの画素部においては使用する液晶のモードにもよるが５Ｖ〜１０Ｖの駆動電圧が用いられるため、画素部に配置されるトランジスタには５Ｖ〜１０Ｖの駆動電圧で動作するに適した構造とすることが望ましいとされている。従って、液晶パネルにおいて、ガリウム元素を含む絶縁層をゲート絶縁層とする場合、膜厚は５０ｎｍ以上５００ｎｍ以下、好ましくは６０ｎｍ以上３００ｎｍ以下とする。
【００１２】
ガリウム元素を含むゲート絶縁層は、液晶表示装置に限らず、ＬＳＩにトランジスタを搭載する場合、高速動作を行うため、膜厚は３ｎｍ以上５０ｎｍ以下、好ましくは５ｎｍ以上２０ｎｍ以下とする。また、パワーデバイスなどの高耐圧のトランジスタに用いる場合、５０ｎｍ以上５００ｎｍ以下、好ましくは１００ｎｍ以上３００ｎｍ以下のガリウム元素を含むゲート絶縁層とする。
【００１３】
また、ゲート絶縁層は積層構造としてもよく、その場合、ハフニウムを含む絶縁層との積層としてもよい。積層とする場合には、酸化物半導体層に接する層をガリウム元素を含む絶縁層とし、その膜厚は３ｎｍ以上３０ｎｍ以下、好ましくは３ｎｍ以上１０ｎｍ以下とする。また、積層とする場合、ハフニウムを含む絶縁層の膜厚は、３ｎｍ以上１００ｎｍ以下、好ましくは１０ｎｍ以上２０ｎｍ以下とする。
【００１４】
なお、酸化物半導体層は薄膜形成工程において、酸素の過不足などによる化学量論的組成からのずれや、電子供与体を形成する水素や水分の混入などが生じると、その電気伝導度が変化してしまう。このような現象は、酸化物半導体を用いたトランジスタにとって電気的特性の変動要因となる。したがって、水素、水分、水酸基または水素化物（水素化合物ともいう）などの不純物を酸化物半導体より意図的に排除し、かつ不純物の排除工程によって同時に減少してしまう酸化物半導体を構成する主成分材料である酸素を供給することによって、酸化物半導体層を高純度化および電気的にＩ型（真性）化する。
【００１５】
また、酸化物半導体層だけでなく、ゲート絶縁層も水素、水分、水酸基または水素化物（水素化合物ともいう）などの不純物を意図的に排除し、酸化ガリウムからなるゲート絶縁層を高純度化させる。
【００１６】
高純度化された酸化物半導体層及び高純度化されたゲート絶縁層を有するトランジスタは、しきい値電圧やオン電流などの電気的特性に温度依存性がほとんど見られない。また、光劣化によるトランジスタ特性の変動も少ない。
【００１７】
また、ガリウム元素を含む絶縁層で薄膜トランジスタの酸化物半導体層の上下を挟む構成としてもよく、その構成は、ゲート電極と、第１の金属酸化物膜からなるゲート絶縁層と、ゲート絶縁層と接し、ゲート電極と重なる酸化物半導体層と、酸化物半導体層と接する第２の金属酸化物膜と、酸化物半導体層と接するソース電極及びドレイン電極とを有することを特徴とする半導体装置である。
【００１８】
例えば、ボトムゲート型のトランジスタの場合、ゲート絶縁層としてガリウム元素を含む絶縁層を用い、さらに酸化物半導体層上にガリウム元素を含む絶縁層を配置する場合には、酸化物半導体層上に接する絶縁層として用いる。即ち、ガリウム元素を含む絶縁層で酸化物半導体層の上下を挟む構成となる。
【００１９】
また、トップゲート型のトランジスタの場合、ゲート絶縁層としてガリウム元素を含む絶縁層を用い、さらに酸化物半導体層の下にガリウム元素を含む絶縁層を配置する場合には、基板と接する下地絶縁層として用いる。即ち、ガリウム元素を含む絶縁層で酸化物半導体層の上下を挟む構成となり、その構成は、基板上に第１の金属酸化物膜と、第１の金属酸化物膜上にソース電極及びドレイン電極と、第１の金属酸化物膜、ソース電極、及びドレイン電極上に酸化物半導体層と、酸化物半導体層上に第２の金属酸化物膜からなるゲート絶縁層と、ゲート絶縁層を介して酸化物半導体層と重なるゲート電極とを有し、第１の金属酸化物膜及び第２の金属酸化物膜は酸化ガリウム膜であることを特徴とする半導体装置である。
【００２０】
また、デュアルゲート型のトランジスタの場合、ガリウム元素を含む第１のゲート絶縁層とガリウム元素を含む第２のゲート絶縁層で酸化物半導体層の上下を挟む構成となり、その構成は、基板上に第１のゲート電極と、第１のゲート電極上に第１の金属酸化物膜からなる第１のゲート絶縁層と、第１のゲート絶縁層上に第１のゲート電極と重なる酸化物半導体層と、酸化物半導体層上に接するソース電極及びドレイン電極と、酸化物半導体層、ソース電極、及びドレイン電極上に第２の金属酸化物膜からなる第２のゲート絶縁層と、第２のゲート絶縁層上に第２のゲート電極とを有し、第１の金属酸化物膜及び第２の金属酸化物膜は酸化ガリウム膜であることを特徴とする半導体装置である。デュアルゲート型のトランジスタの場合、第１のゲート電極と第２のゲート電極とで酸化物半導体層の上下を挟む構成となり、外部からの光の入射を効果的に遮光することができる。従って、酸化物半導体層に光が照射されることによるトランジスタの電気特性変動を抑制することができる。
【００２１】
なお、上記各構成において、トランジスタのソース電極とドレイン電極の間隔によって決定されるトランジスタのチャネル長Ｌは、１０ｎｍ以上１０μｍ以下、例えば、０．１μｍ〜０．５μｍとすることができる。もちろん、チャネル長Ｌは、１μｍ以上であっても構わない。また、チャネル幅Ｗについても、１０ｎｍ以上とすることができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明の一形態により、安定した電気特性を有するトランジスタが提供される。
【００２３】
または、本発明の一形態により、電気特性が良好で信頼性の高いトランジスタを有する半導体装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の一態様を示す断面図。
【図２】本発明の一態様を示す断面工程図。
【図３】本発明の一態様を示す断面工程図。
【図４】本発明の一態様を示す断面工程図。
【図５】半導体装置の一形態を説明する図。
【図６】半導体装置の一形態を説明する図。
【図７】半導体装置の一形態を説明する図。
【図８】半導体装置の一形態を説明する図。
【図９】電子機器を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下では、本発明の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。ただし、本発明は以下の説明に限定されず、その形態および詳細を様々に変更し得ることは、当業者であれば容易に理解される。また、本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。
【００２６】
（実施の形態１）
本実施の形態では、本明細書に開示する半導体装置に適用できるトランジスタの例を示す。本明細書に開示する半導体装置に適用できるトランジスタの構造は特に限定されず、例えばゲート電極が、ゲート絶縁層を介して、酸化物半導体層の上側に配置されるトップゲート構造、又はゲート電極が、ゲート絶縁層を介して、酸化物半導体層の下側に配置されるボトムゲート構造のスタガ型及びプレーナ型などを用いることができる。また、トランジスタはチャネル形成領域が一つ形成されるシングルゲート構造でも、二つ形成されるダブルゲート構造もしくは三つ形成されるトリプルゲート構造であっても良い。また、チャネル領域の上下にゲート絶縁層を介して配置された２つのゲート電極を有する、デュアルゲート型でもよい。
【００２７】
なお、図１（Ａ）乃至（Ｄ）にトランジスタの断面構造の一例を以下に示す。図１（Ａ）乃至（Ｄ）に示すトランジスタは、半導体として酸化物半導体を用いるものである。酸化物半導体を用いることのメリットは、トランジスタのオン状態における電界効果移動度の最大値（５ｃｍ２／Ｖｓｅｃ以上、好ましくは１０ｃｍ２／Ｖｓｅｃ以上１５０ｃｍ２／Ｖｓｅｃ以下）が比較的優れていることである。
【００２８】
図１（Ａ）に示すトランジスタ４１０は、ボトムゲート構造のトランジスタの一つであり、逆スタガ型トランジスタともいう。
【００２９】
トランジスタ４１０は、絶縁表面を有する基板４００上に、ゲート電極４０１、酸化ガリウム膜からなるゲート絶縁層４０２、酸化物半導体層４０３、ソース電極４０５ａ、及びドレイン電極４０５ｂを含む。また、トランジスタ４１０を覆い、酸化物半導体層４０３に接する絶縁膜４０７が設けられている。絶縁膜４０７上にはさらに保護絶縁層４０９が形成されている。
【００３０】
ゲート絶縁層４０２に用いる酸化ガリウム膜は、ＧａＯｘ（ただしＸ＞０）とも表記され、酸素が化学量論比よりも過剰となるようｘの値を設定するのが好ましい。例えば、ｘの値を１．４以上２．０以下とするのが好ましく、ｘの値を１．５以上１．８以下とするのがより好ましい。ただし、酸化ガリウム膜中に、イットリウムなどの３族元素、ハフニウムなどの４族元素、アルミニウムなどの１３族元素、シリコンなどの１４族元素、窒素、などの水素以外の不純物元素を含ませることで、酸化ガリウムのエネルギーギャップを拡大させて絶縁性を高めても良い。不純物を含まない酸化ガリウム膜のエネルギーギャップは４．９ｅＶであるが、上述の不純物を、例えば０を超えて２０原子％以下程度含ませることで、そのエネルギーギャップを６ｅＶ程度まで拡大することができる。
【００３１】
図１（Ｂ）に示すトランジスタ４３０はボトムゲート型のトランジスタであり、絶縁表面を有する基板である基板４００上に、ゲート電極４０１、酸化ガリウム膜からなるゲート絶縁層４０２、ソース電極４０５ａ、ドレイン電極４０５ｂ、及び酸化物半導体層４０３を含む。また、トランジスタ４３０を覆い、酸化物半導体層４０３に接する絶縁膜４０７が設けられている。絶縁膜４０７上にはさらに保護絶縁層４０９が形成されている。
【００３２】
トランジスタ４３０においては、ゲート絶縁層４０２は基板４００及びゲート電極４０１上に接して設けられ、ソース電極４０５ａ、ドレイン電極４０５ｂは、ゲート絶縁層４０２上に接して設けられている。そして、ゲート絶縁層４０２、及びソース電極４０５ａ、ドレイン電極４０５ｂ上に酸化物半導体層４０３が設けられている。
【００３３】
図１（Ｃ）に示すトランジスタ４４０は、トップゲート構造のトランジスタの一つである。トランジスタ４４０は、絶縁表面を有する基板４００上に、絶縁膜４３７、酸化物半導体層４０３、ソース電極４０５ａ、及びドレイン電極４０５ｂ、酸化ガリウム膜からなるゲート絶縁層４０２、ゲート電極４０１を含み、ソース電極４０５ａ、ドレイン電極４０５ｂにそれぞれ配線層４３６ａ、配線層４３６ｂが接して設けられ電気的に接続している。
【００３４】
図１（Ｄ）に示すトランジスタ４２０は、デュアルゲート構造のトランジスタの一つである。トランジスタ４２０は、絶縁表面を有する基板４００上に、ゲート電極４０１、酸化ハフニウム膜（比誘電率ε＝１５）からなる第１のゲート絶縁層５０７ａ、酸化ガリウム膜（比誘電率ε＝１０．２）からなる第２のゲート絶縁層５０７ｂ、酸化物半導体層４０３、ソース電極４０５ａ、及びドレイン電極４０５ｂを含む。また、トランジスタ４２０を覆い、酸化物半導体層４０３に接する酸化ガリウムからなる第１の絶縁膜５１６が設けられている。第１の絶縁膜５１６上にはさらに酸化ハフニウム膜からなる第２の絶縁膜５２６が形成されている。
【００３５】
酸化物半導体層をトランジスタのチャネル形成領域を含む半導体層に用いた場合、半導体装置の製造工程によっては、トランジスタのしきい値電圧がマイナス側、或いはプラス側にシフトすることがある。そのため、チャネル形成領域を含む半導体層に酸化物半導体を用いたトランジスタでは、トランジスタ４２０のように、第２の絶縁膜５２６上に第２のゲート電極５０８を設けてデュアルゲート型の構造とし、しきい値電圧の制御を行うことのできる構成が好適であり、ゲート電極４０１または第２のゲート電極５０８の電位を制御することにより所望の値のしきい値電圧に制御することができる。また、ゲート電極４０１及び第２のゲート電極５０８は、外部からの光の照射を遮断し、酸化物半導体層４０３に光が照射されることによるトランジスタの電気特性変動を抑制することができる。
【００３６】
酸化物半導体層４０３を用いたトランジスタ４１０、４２０、４３０、４４０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。
【００３７】
酸化物半導体層４０３に用いる材料としては、四元系金属酸化物であるＩｎ−Ｓｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物半導体や、三元系金属酸化物であるＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物半導体、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物半導体、Ｉｎ−Ａｌ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物半導体、Ｓｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物半導体、Ａｌ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物半導体、Ｓｎ−Ａｌ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物半導体や、二元系金属酸化物であるＩｎ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物半導体、Ｓｎ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物半導体、Ａｌ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物半導体、Ｚｎ−Ｍｇ−Ｏ系酸化物半導体、Ｓｎ−Ｍｇ−Ｏ系酸化物半導体、Ｉｎ−Ｇａ−Ｏ系酸化物半導体や、Ｉｎ−Ｍｇ−Ｏ系酸化物半導体や、Ｉｎ−Ｏ系酸化物半導体、Ｓｎ−Ｏ系酸化物半導体、Ｚｎ−Ｏ系酸化物半導体などを用いることができる。また、上記酸化物半導体にＳｉＯ２を含んでもよい。ここで、例えば、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物半導体とは、インジウム（Ｉｎ）、ガリウム（Ｇａ）、亜鉛（Ｚｎ）を有する酸化物膜、という意味であり、その組成比はとくに問わない。また、ＩｎとＧａとＺｎ以外の元素を含んでもよい。
【００３８】
また、酸化物半導体層は、化学式ＩｎＭＯ３（ＺｎＯ）ｍ（ｍ＞０）で表記される薄膜を用いることができる。ここで、Ｍは、Ｚｎ、Ｇａ、Ａｌ、Ｍｎ及びＣｏから選ばれた一または複数の金属元素を示す。例えばＭとして、Ｇａ、Ｇａ及びＡｌ、Ｇａ及びＭｎ、またはＧａ及びＣｏなどがある。
【００３９】
また、酸化物半導体としてＩｎ−Ｚｎ−Ｏ系の材料を用いる場合、用いるターゲットの組成比は、原子数比で、Ｉｎ：Ｚｎ＝５０：１〜１：２（モル数比に換算するとＩｎ２Ｏ３：ＺｎＯ＝２５：１〜１：４）、好ましくはＩｎ：Ｚｎ＝２０：１〜１：１（モル数比に換算するとＩｎ２Ｏ３：ＺｎＯ＝１０：１〜１：２）、さらに好ましくはＩｎ：Ｚｎ＝１５：１〜１．５：１（モル数比に換算するとＩｎ２Ｏ３：ＺｎＯ＝１５：２〜３：４）とする。例えば、Ｉｎ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物半導体の形成に用いるターゲットは、原子数比がＩｎ：Ｚｎ：Ｏ＝Ｘ：Ｙ：Ｚのとき、Ｚ＞１．５Ｘ＋Ｙとする。
【００４０】
絶縁表面を有する基板４００に使用することができる基板に大きな制限はないが、バリウムホウケイ酸ガラスやアルミノホウケイ酸ガラスなどのガラス基板を用いる。
【００４１】
ゲート電極４０１、配線層４３６ａ、配線層４３６ｂ、及び第２のゲート電極５０８の材料は、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｔａ、Ｗ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｎｄ、Ｓｃ等の金属材料またはこれらを主成分とする合金材料を用いて、単層でまたは積層して形成することができる。
【００４２】
ソース電極４０５ａ、ドレイン電極４０５ｂに用いる導電膜としては、例えば、Ａｌ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｗからから選ばれた元素を含む金属膜、または上述した元素を成分とする金属窒化物膜（窒化チタン膜、窒化モリブデン膜、窒化タングステン膜）等を用いることができる。また、Ａｌ、Ｃｕなどの金属膜の下側又は上側の一方または双方にＴｉ、Ｍｏ、Ｗなどの高融点金属膜またはそれらの金属窒化物膜（窒化チタン膜、窒化モリブデン膜、窒化タングステン膜）を積層させた構成としても良い。
【００４３】
酸化物半導体層の上方に接して設けられる絶縁膜４０７、及び第１の絶縁膜５１６は、代表的には酸化ガリウム膜、酸化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜、酸化アルミニウム膜、または酸化窒化アルミニウム膜などの無機絶縁膜を用いることができる。また、酸化物半導体層の下方に接して設けられる絶縁膜４３７、ゲート絶縁層４０２、及び第２ゲート絶縁層５０７ｂは、代表的には酸化ガリウム膜、酸化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜、酸化アルミニウム膜、または酸化窒化アルミニウム膜などの無機絶縁膜を用いることができる。
【００４４】
また、酸化物半導体層の上方に設けられる保護絶縁層４０９、及び第２の絶縁膜５２６は、酸化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜、窒化シリコン膜、窒化アルミニウム膜、酸化窒化アルミニウム膜、ハフニウムを含むｈｉｇｈ−ｋ膜などを用いることができる。ハフニウムを含むｈｉｇｈ−ｋ膜としては、例えば酸化ハフニウム膜、珪酸ハフニウム膜、珪酸ハフニウムオキシナイトライド膜、ハフニウムアルミネート膜などを用いることができる。
【００４５】
〈トランジスタ４１０の作製工程〉図２（Ａ）乃至図２（Ｅ）を用いて、図１（Ａ）に示すトランジスタ４１０の作製工程の一例について説明する。
【００４６】
まず、基板４００上にゲート電極４０１を形成する。
【００４７】
基板４００の材質等に大きな制限はないが、少なくとも、後の熱処理に耐えうる程度の耐熱性を有していることが必要となる。例えば、ガラス基板、セラミック基板、石英基板、サファイア基板などを、基板４００として用いることができる。また、シリコンや炭化シリコンなどの単結晶半導体基板、多結晶半導体基板、シリコンゲルマニウムなどの化合物半導体基板、ＳＯＩ基板などを適用することも可能であり、これらの基板上に半導体素子が設けられたものを、基板４００として用いてもよい。
【００４８】
また、基板４００として、可撓性基板を用いてもよい。可撓性基板上にトランジスタを設ける場合、可撓性基板上に直接的にトランジスタを作り込んでもよいし、他の基板にトランジスタを形成した後、これを剥離し、可撓性基板に転置しても良い。なお、トランジスタを剥離し、可撓性基板に転置するためには、上記他の基板とトランジスタとの間に剥離層を形成すると良い。
【００４９】
次いで、ゲート電極４０１を覆うゲート絶縁層４０２を形成する。
【００５０】
ゲート絶縁層４０２は、スパッタリング法などを用い、酸化ガリウムからなるターゲットを用いて成膜する。ゲート絶縁層４０２は、水素や水などが混入しにくい方法で作製するのが望ましい。ゲート絶縁層４０２の膜厚は５０ｎｍ以上５００ｎｍ以下、好ましくは６０ｎｍ以上３００ｎｍ以下とする。
【００５１】
次いで、ゲート絶縁層４０２上に接するように、酸化物半導体膜５３０を形成する（図２（Ａ）参照）。本実施の形態では、酸化物半導体膜を、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系の酸化物ターゲットを用いたスパッタリング法により形成する。Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系の酸化物ターゲットとしては、例えば、組成比として、Ｉｎ２Ｏ３：Ｇａ２Ｏ３：ＺｎＯ＝１：１：１［ｍｏｌ数比］の酸化物ターゲットを用いることができる。なお、ターゲットの材料および組成を上述に限定する必要はない。例えば、Ｉｎ２Ｏ３：Ｇａ２Ｏ３：ＺｎＯ＝１：１：２［ｍｏｌ数比］の組成比の酸化物ターゲットを用いることもできる。酸化物ターゲットの充填率は、９０％以上１００％以下、好ましくは９５％以上９９．９％以下とする。充填率の高い金属酸化物ターゲットを用いることにより、成膜した酸化物半導体膜は緻密な膜とすることができるためである。
【００５２】
酸化物半導体膜５３０は、水素や水などが混入しにくい方法で作製するのが望ましい。成膜の雰囲気は、希ガス（代表的にはアルゴン）雰囲気下、酸素雰囲気下、または、希ガスと酸素の混合雰囲気下などとすればよい。また、酸化物半導体膜への水素、水、水酸基、水素化物などの混入を防ぐために、水素、水、水酸基、水素化物などの不純物が十分に除去された高純度ガスを用いた雰囲気とすることが望ましい。例えば、スパッタリング法などを用いて作製することができる。また、酸化物半導体膜の厚さは、３ｎｍ以上３０ｎｍ以下とするのが望ましい。酸化物半導体膜を厚くしすぎると（例えば、膜厚を５０ｎｍ以上）、トランジスタがノーマリーオンとなってしまうおそれがあるためである。なお、ゲート絶縁層４０２、及び酸化物半導体膜５３０は、大気に触れさせることなく連続して成膜するのが好ましい。
【００５３】
例えば、酸化物半導体膜は、次のように形成することで酸化物半導体膜への水素、水、水酸基、水素化物などの混入を防ぐことができる。
【００５４】
まず、減圧状態に保持された成膜室内に基板４００を保持し、基板温度を１００℃以上６００℃以下好ましくは２００℃以上４００℃以下とする。基板４００が加熱された状態で成膜を行うことで、酸化物半導体膜に含まれる不純物濃度を低減することができるためである。また、スパッタリングによる損傷を軽減することができるためである。
【００５５】
次に、成膜室内の残留水分を除去しつつ、水素および水分などの不純物が十分に除去された高純度ガスを導入し、上記ターゲットを用いて基板４００上に酸化物半導体膜を成膜する。成膜室内の残留水分を除去するためには、排気手段として、クライオポンプ、イオンポンプ、チタンサブリメーションポンプなどの吸着型の真空ポンプを用いることが望ましい。また、排気手段は、ターボポンプにコールドトラップを加えたものであってもよい。クライオポンプを用いて排気した成膜室は、例えば、水素分子や、水（Ｈ２Ｏ）などの水素原子を含む化合物などが（より好ましくは炭素原子を含む化合物とともに）除去されているため、当該成膜室で成膜した酸化物半導体膜に含まれる不純物の濃度を低減できる。
【００５６】
成膜条件の一例として、基板とターゲットの間との距離を１００ｍｍ、圧力を０．６Ｐａ、直流（ＤＣ）電源を０．５ｋＷ、成膜雰囲気を酸素（酸素流量比率１００％）雰囲気とすることができる。なお、パルス直流電源を用いると、成膜時に発生する粉状物質（パーティクル、ごみともいう）が軽減でき、膜厚分布も均一となるため好ましい。
【００５７】
次いで、酸化物半導体膜の加工を行う。酸化物半導体膜の加工は、所望の形状のマスクを酸化物半導体膜上に形成した後、当該酸化物半導体膜をエッチングすることによって行う。上述のマスクは、フォトリソグラフィなどの方法を用いて形成することができる。または、インクジェット法などの方法を用いてマスクを形成しても良い。本実施の形態では、酸化物半導体膜としてＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ膜を用い、ゲート絶縁層としてＧａＯｘ膜を用いており、どちらもＧａを含んでいるため、酸化物半導体膜の加工の際に、マスクで覆われていない領域のゲート絶縁層が薄くなる。なお、図２（Ｂ）では簡略化のため、ゲート絶縁層の厚さが領域によって僅かに異なる様子を図示しない。
【００５８】
なお、酸化物半導体膜のエッチングは、ドライエッチングでもウェットエッチングでもよい。もちろん、これらを組み合わせて用いてもよい。
【００５９】
その後、酸化物半導体層に対して、熱処理（第１の熱処理）を行うことが望ましい。この第１の熱処理によって酸化物半導体膜中の、過剰な水素（水や水酸基を含む）を除去し、酸化物半導体層の構造を整え、エネルギーギャップ中の欠陥準位を低減することができる。ここまでの断面図を図２（Ｂ）に示す。第１の熱処理の温度は、２５０℃以上６５０℃以下、好ましくは４５０℃以上６００℃以下、または基板の歪み点未満とする。
【００６０】
さらに、この第１の熱処理によって、ゲート絶縁層４０２中の過剰な水素（水や水酸基を含む）を除去することも可能である。
【００６１】
熱処理は、例えば、抵抗発熱体などを用いた電気炉に被処理物を導入し、窒素雰囲気下、４５０℃、１時間の条件で行うことができる。この間、酸化物半導体層は大気に触れさせず、水や水素の混入が生じないようにする。
【００６２】
熱処理装置は電気炉に限られず、加熱されたガスなどの媒体からの熱伝導、または熱輻射によって、被処理物を加熱する装置を用いても良い。例えば、ＧＲＴＡ（Ｇａｓ  Ｒａｐｉｄ  Ｔｈｅｒｍａｌ  Ａｎｎｅａｌ）装置、ＬＲＴＡ（Ｌａｍｐ  Ｒａｐｉｄ  Ｔｈｅｒｍａｌ  Ａｎｎｅａｌ）装置等のＲＴＡ（Ｒａｐｉｄ  Ｔｈｅｒｍａｌ  Ａｎｎｅａｌ）装置を用いることができる。ＬＲＴＡ装置は、ハロゲンランプ、メタルハライドランプ、キセノンアークランプ、カーボンアークランプ、高圧ナトリウムランプ、高圧水銀ランプなどのランプから発する光（電磁波）の輻射により、被処理物を加熱する装置である。ＧＲＴＡ装置は、高温のガスを用いて熱処理を行う装置である。ガスとしては、アルゴンなどの希ガス、または窒素のような、熱処理によって被処理物と反応しない不活性気体が用いられる。
【００６３】
例えば、第１の熱処理として、熱せられた不活性ガス雰囲気中に被処理物を投入し、数分間熱した後、当該不活性ガス雰囲気から被処理物を取り出すＧＲＴＡ処理を行ってもよい。ＧＲＴＡ処理を用いると短時間での高温熱処理が可能となる。また、被処理物の耐熱温度を超える温度条件であっても適用が可能となる。なお、処理中に、不活性ガスを、酸素を含むガスに切り替えても良い。酸素を含む雰囲気において第１の熱処理を行うことで、酸素欠損に起因するエネルギーギャップ中の欠陥準位を低減することができるためである。
【００６４】
なお、不活性ガス雰囲気としては、窒素、または希ガス（ヘリウム、ネオン、アルゴン等）を主成分とする雰囲気であって、水、水素などが含まれない雰囲気を適用するのが望ましい。例えば、熱処理装置に導入する窒素や、ヘリウム、ネオン、アルゴン等の希ガスの純度を、６Ｎ（９９．９９９９％）以上、好ましくは７Ｎ（９９．９９９９９％）以上（すなわち、不純物濃度が１ｐｐｍ以下、好ましくは０．１ｐｐｍ以下）とする。
【００６５】
いずれにしても、第１の熱処理によって不純物を低減し、ｉ型（真性半導体）またはｉ型に限りなく近い酸化物半導体層を形成することで、極めて優れた特性のトランジスタを実現することができる。
【００６６】
ところで、上述の熱処理（第１の熱処理）には水素や水などを除去する効果があるから、当該熱処理を、脱水化処理や、脱水素化処理などと呼ぶこともできる。当該脱水化処理や、脱水素化処理は、例えば、酸化物半導体膜を島状に加工した後などのタイミングにおいて行うことも可能である。また、このような脱水化処理、脱水素化処理は、一回に限らず複数回行っても良い。
【００６７】
なお、ここでは、酸化物半導体膜を島状に加工した後に、第１の熱処理を行う構成について説明したが、開示する発明の一態様はこれに限定して解釈されない。第１の熱処理を行った後に、酸化物半導体膜を加工しても良い。
【００６８】
次いで、酸化物半導体層４０３上に、ソース電極およびドレイン電極（これと同じ層で形成される配線を含む）を形成するための導電膜をスパッタ法などを用いて形成し、当該導電膜を加工して、ソース電極４０５ａおよびドレイン電極４０５ｂを形成する（図２（Ｃ）参照）。
【００６９】
また、いわゆる多階調マスクによって形成されたレジストマスクを用いてエッチング工程を行ってもよい。多階調マスクを用いて形成されたレジストマスクは、複数の膜厚を有する形状となり、アッシングによってさらに形状を変形させることができるため、異なるパターンに加工する複数のエッチング工程に用いることが可能である。このため、一枚の多階調マスクによって、少なくとも二種類以上の異なるパターンに対応するレジストマスクを形成することができる。つまり、工程の簡略化が可能となる。
【００７０】
なお、導電膜のエッチングの際に、酸化物半導体層４０３の一部がエッチングされ、溝部（凹部）を有する酸化物半導体層となることもある。
【００７１】
その後、Ｎ２Ｏ、Ｎ２、またはＡｒなどのガスを用いたプラズマ処理を行い、露出している酸化物半導体層の表面に付着した吸着水などを除去してもよい。プラズマ処理を行った場合、当該プラズマ処理に続けて大気に触れさせることなく、酸化物半導体層４０３の一部に接する絶縁膜４０７を形成することが望ましい。
【００７２】
絶縁膜４０７は、代表的には酸化ガリウム膜、酸化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜、酸化アルミニウム膜、または酸化窒化アルミニウム膜などの無機絶縁膜を用いる。本実施の形態では、絶縁膜４０７として酸化ガリウム膜を用いる。絶縁膜４０７として酸化ガリウム膜を用い、酸化物半導体層と接触させると、酸化物半導体層界面における電荷捕獲を十分に抑制することができる。
【００７３】
絶縁膜４０７の形成後、または、ソース電極４０５ａおよびドレイン電極４０５ｂの形成後には、第２の熱処理を行うのが望ましい。第２の熱処理の温度は、２５０℃以上７００℃以下、好ましくは４５０℃以上６００℃以下、または基板の歪み点未満とする。
【００７４】
第２の熱処理は、窒素、酸素、超乾燥空気（水の含有量が２０ｐｐｍ以下、好ましくは１ｐｐｍ以下、好ましくは１０ｐｐｂ以下の空気）、または希ガス（アルゴン、ヘリウムなど）の雰囲気下で行えばよいが、上記窒素、酸素、超乾燥空気、または希ガス等の雰囲気に水、水素などが含まれないことが好ましい。また、熱処理装置に導入する窒素、酸素、または希ガスの純度を、６Ｎ以上好ましくは７Ｎ以上（即ち不純物濃度を１ｐｐｍ以下、好ましくは０．１ｐｐｍ以下）とすることが好ましい。
【００７５】
第２の熱処理においては、酸化物半導体層４０３と絶縁膜４０７とが接した状態、ゲート絶縁層４０２と酸化物半導体層４０３とが接した状態で加熱される。したがって、上述の脱水化（または脱水素化）処理によって減少してしまう可能性のある酸化物半導体を構成する主成分材料の一つである酸素を、絶縁膜４０７及びゲート絶縁層４０２の両方より酸化物半導体層へ供給することができる。これによって、酸化物半導体層中の電荷捕獲中心を低減することができる。
【００７６】
また、この第２の熱処理によって、ゲート絶縁層４０２または絶縁膜４０７中の不純物も同時に除去され、高純度化されうる。
【００７７】
上述のように、第１の熱処理と第２の熱処理の少なくとも一方を適用することで、酸化物半導体層４０３を、その主成分以外の不純物が極力含まれないように高純度化することができる。高純度化された酸化物半導体層４０３中にはドナーに由来するキャリアが極めて少なく（ゼロに近い）、キャリア濃度は１×１０１４／ｃｍ３未満、好ましくは１×１０１２／ｃｍ３未満、さらに好ましくは１×１０１１／ｃｍ３未満である。
【００７８】
以上の工程で図２（Ｄ）に示すトランジスタ４１０が形成される。また、必要があれば、さらに絶縁膜４０７上に保護絶縁層４０９を形成してもよい。なお、第２の熱処理のタイミングは、酸化物半導体膜５３０の形成後であれば特に限定されない。例えば、保護絶縁層４０９の形成後に第２の熱処理を行っても良い。または、第１の熱処理に続けて第２の熱処理を行っても良いし、第１の熱処理に第２の熱処理を兼ねさせても良いし、第２の熱処理に第１の熱処理を兼ねさせても良い。
【００７９】
本実施の形態に係るトランジスタは、酸化物半導体層の上面部及び下面部に、酸化物半導体層と同種の成分、即ちガリウムを含む酸化ガリウム膜が設けられる。このように酸化物半導体層と相性の良い材料（即ち、お互いに悪い影響を与えない材料）によって構成された金属酸化物膜を酸化物半導体層と接する態様で存在させることは、トランジスタの電気特性を安定させるために良い構成である。
【００８０】
また、トランジスタの活性層に用いる酸化物半導体層は、熱処理によって、水素、水分、水酸基又は水素化物（水素化合物ともいう）などの不純物を酸化物半導体より排除し、かつ不純物の排除工程によって同時に減少してしまう酸化物半導体を構成する主成分材料である酸素を供給することによって、酸化物半導体層を高純度化及び電気的にＩ型（真性）化されたものである。このように高純度化された酸化物半導体層を含むトランジスタは、電気的特性変動が抑制されており、電気的に安定である。
【００８１】
以上のように、安定した電気的特性を有する酸化物半導体層を用いた半導体装置を提供することができる。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。
【００８２】
（実施の形態２）
図３（Ａ）乃至図３（Ｅ）を用いて、図１（Ｃ）に示すトランジスタ４４０の作製工程の一例について説明する。
【００８３】
まず、基板４００上に絶縁膜４３７を形成し、絶縁膜４３７上に接するように、酸化物半導体膜４１３を形成する（図３（Ａ）参照）。
【００８４】
酸化物半導体膜４１３の加工は、所望の形状のマスクを酸化物半導体膜４１３上に形成した後、当該酸化物半導体膜をエッチングすることによって酸化物半導体層を形成することができる。上述のマスクは、フォトリソグラフィなどの方法を用いて形成することができる。または、インクジェット法などの方法を用いてマスクを形成しても良い。
【００８５】
その後、酸化物半導体層に対して、熱処理（第１の熱処理）を行うことが望ましい。この第１の熱処理によって酸化物半導体層中の、過剰な水素（水や水酸基を含む）を除去し、酸化物半導体層の構造を整え、エネルギーギャップ中の欠陥準位を低減することができる。第１の熱処理の温度は、２５０℃以上６５０℃以下、好ましくは４５０℃以上６００℃以下、または基板の歪み点未満とする。図３（Ｂ）に示すように、第１の熱処理によって十分に水素が低減された酸化物半導体層４０３を得る。なお、第１の熱処理の条件は実施の形態１に示した第１の熱処理条件と同一であるため、ここでは詳細な説明は省略する。
【００８６】
次いで、酸化物半導体層４０３上に、ソース電極およびドレイン電極（これと同じ層で形成される配線を含む）を形成するための導電膜を形成し、当該導電膜を加工して、ソース電極４０５ａおよびドレイン電極４０５ｂを形成する（図３（Ｃ）参照）。なお、ここで形成されるソース電極４０５ａの端部とドレイン電極４０５ｂの端部との間隔によって、トランジスタのチャネル長Ｌが決定されることになる。
【００８７】
ソース電極４０５ａおよびドレイン電極４０５ｂに用いる導電膜としては、例えば、Ａｌ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｗから選ばれた元素を含む金属膜、または上述した元素を成分とする金属窒化物膜（窒化チタン膜、窒化モリブデン膜、窒化タングステン膜）等を用いることができる。また、Ａｌ、Ｃｕなどの金属膜の下側または上側の一方または双方にＴｉ、Ｍｏ、Ｗなどの高融点金属膜またはそれらの金属窒化物膜（窒化チタン膜、窒化モリブデン膜、窒化タングステン膜）を積層させた構成を用いても良い。
【００８８】
導電膜の加工は、レジストマスクを用いたエッチングによって行うことができる。当該エッチングに用いるレジストマスク形成時の露光には、紫外線やＫｒＦレーザ光やＡｒＦレーザ光などを用いるとよい。
【００８９】
なお、チャネル長Ｌ＝２５ｎｍ未満の露光を行う場合には、例えば、数ｎｍ〜数１０ｎｍと極めて波長が短い超紫外線（Ｅｘｔｒｅｍｅ  Ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ）を用いて、レジストマスク形成時の露光を行うとよい。超紫外線による露光は、解像度が高く焦点深度も大きい。したがって、後に形成されるトランジスタのチャネル長Ｌを微細化することが可能であり、回路の動作速度を高めることができる。
【００９０】
なお、導電膜のエッチングの際に、酸化物半導体層４０３の一部がエッチングされ、溝部（凹部）を有する酸化物半導体層となることもある。
【００９１】
その後、Ｎ２Ｏ、Ｎ２、またはＡｒなどのガスを用いたプラズマ処理を行い、露出している酸化物半導体層の表面に付着した吸着水などを除去してもよい。プラズマ処理を行った場合、当該プラズマ処理に続けて大気に触れさせることなく、酸化物半導体層４０３の一部に接するゲート絶縁層４０２を形成する（図３（Ｄ）参照）。本実施の形態では、ゲート絶縁層４０２として、酸化ガリウム膜を用いる。
【００９２】
ゲート絶縁層４０２の形成後には、第２の熱処理を行うのが望ましい。第２の熱処理の温度は、２５０℃以上７００℃以下、好ましくは４５０℃以上６００℃以下、または基板の歪み点未満とする。なお、第２の熱処理の条件は実施の形態１に示した第２の熱処理条件と同一であるため、ここでは詳細な説明は省略する。
【００９３】
第１の熱処理と第２の熱処理の少なくとも一方を適用することで、酸化物半導体層４０３を、その主成分以外の不純物が極力含まれないように高純度化することができる。高純度化された酸化物半導体層４０３中にはドナーに由来するキャリアが極めて少なく（ゼロに近い）、キャリア濃度は１×１０１４／ｃｍ３未満、好ましくは１×１０１２／ｃｍ３未満、さらに好ましくは１×１０１１／ｃｍ３未満である。
【００９４】
その後、ゲート絶縁層４０２を選択的に除去して、ソース電極４０５ａまたはドレイン電極４０５ｂに達するコンタクトホールの形成を行った後、導電膜を成膜する。この導電膜を加工して、ゲート電極４０１、配線層４３６ａ、及び配線層４３６ｂを形成する（図３（Ｅ）参照）。ゲート電極４０１、配線層４３６ａ、及び配線層４３６ｂは、モリブデン、チタン、タンタル、タングステン、アルミニウム、銅、ネオジム、スカンジウム等の金属材料またはこれらを主成分とする合金材料を用いて形成することができる。なお、ゲート電極４０１、配線層４３６ａ、及び配線層４３６ｂは、単層構造としても良いし、積層構造としても良い。
【００９５】
以上の工程でトランジスタ４４０が形成される。
【００９６】
なお、第２の熱処理のタイミングは、酸化物半導体膜４１３の形成後であれば特に限定されない。例えば、ゲート電極４０１の形成後に第２の熱処理を行っても良い。または、第１の熱処理に続けて第２の熱処理を行っても良いし、第１の熱処理に第２の熱処理を兼ねさせても良いし、第２の熱処理に第１の熱処理を兼ねさせても良い。
【００９７】
（実施の形態３）
本実施の形態では、実施の形態２と一部工程が異なるトランジスタの作製例について図４を用いて以下に説明する。実施の形態２のトランジスタとは、酸化物半導体層の下方に設けられる絶縁膜が積層である点、ソース電極およびドレイン電極上に酸化物半導体層が形成される点が主に異なっている。
【００９８】
まず、基板２００上に絶縁膜２０２を形成し、絶縁膜２０２上に接するように、金属酸化物膜２０４を形成する（図４（Ａ）参照）。絶縁膜２０２は、代表的には酸化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜、酸化アルミニウム膜、または酸化窒化アルミニウム膜などの無機絶縁膜を用いることができる。また、金属酸化物膜２０４としては酸化ガリウム膜を用いる。
【００９９】
次に、金属酸化物膜２０４上に、ソース電極およびドレイン電極（これと同じ層で形成される配線を含む）を形成するための導電膜を形成し、当該導電膜を加工して、ソース電極２０８ａおよびドレイン電極２０８ｂを形成する（図４（Ｂ）参照）。詳細については、トランジスタ４４０の作製工程に関する記載を参酌できる。
【０１００】
次に、金属酸化物膜２０４上に接し、且つ、ソース電極２０８ａおよびドレイン電極２０８ｂと接続する酸化物半導体膜を形成し、当該酸化物半導体膜を加工して島状の酸化物半導体層２０６を形成する（図４（Ｃ）参照）。詳細については、トランジスタ４４０の作製工程に関する記載を参酌できる。
【０１０１】
次に、ソース電極２０８ａおよびドレイン電極２０８ｂを覆い、かつ、酸化物半導体層２０６の一部と接するように、ゲート絶縁層２１２を形成する（図４（Ｄ）参照）。詳細については、トランジスタ４４０の作製工程に関する記載を参酌できる。
【０１０２】
その後、ゲート電極２１４を形成する（図４（Ｅ）参照）。詳細については、トランジスタ４４０の作製工程に関する記載を参酌できる。
【０１０３】
以上の工程でトランジスタ２２０が形成される。
【０１０４】
本実施の形態に係るトランジスタは、酸化物半導体層の上面部及び下面部に、酸化物半導体層と同種の成分でなる酸化ガリウム膜が設けられる。このように酸化物半導体層と相性の良い材料によって構成された金属酸化物膜を酸化物半導体層と接する態様で存在させることで、半導体装置の動作などに起因して生じうる電荷などが酸化物半導体層と金属酸化物膜との界面に捕獲されることを抑制する。
【０１０５】
以上のように、安定した電気的特性を有する酸化物半導体を用いた半導体装置を提供することができる。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。
【０１０６】
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。
【０１０７】
（実施の形態４）
実施の形態１または実施の形態３で例示したトランジスタを用いて表示機能を有する半導体装置（表示装置ともいう）を作製することができる。また、トランジスタを含む駆動回路の一部または全体を、画素部と同じ基板上に一体形成し、システムオンパネルを形成することができる。
【０１０８】
図５（Ａ）において、第１の基板４００１上に設けられた画素部４００２を囲むようにして、シール材４００５が設けられ、第２の基板４００６によって封止されている。図５（Ａ）においては、第１の基板４００１上のシール材４００５によって囲まれている領域とは異なる領域に、別途用意された基板上に単結晶半導体膜又は多結晶半導体膜で形成された走査線駆動回路４００４、信号線駆動回路４００３が実装されている。また別途形成された信号線駆動回路４００３と、走査線駆動回路４００４または画素部４００２に与えられる各種信号及び電位は、ＦＰＣ（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ  ｐｒｉｎｔｅｄ  ｃｉｒｃｕｉｔ）４０１８ａ、４０１８ｂから供給されている。
【０１０９】
図５（Ｂ）及び図５（Ｃ）において、第１の基板４００１上に設けられた画素部４００２と、走査線駆動回路４００４とを囲むようにして、シール材４００５が設けられている。また画素部４００２と、走査線駆動回路４００４の上に第２の基板４００６が設けられている。よって画素部４００２と、走査線駆動回路４００４とは、第１の基板４００１とシール材４００５と第２の基板４００６とによって、表示素子と共に封止されている。図５（Ｂ）及び図５（Ｃ）においては、第１の基板４００１上のシール材４００５によって囲まれている領域とは異なる領域に、別途用意された基板上に単結晶半導体膜又は多結晶半導体膜で形成された信号線駆動回路４００３が実装されている。図５（Ｂ）及び図５（Ｃ）においては、別途形成された信号線駆動回路４００３と、走査線駆動回路４００４または画素部４００２に与えられる各種信号及び電位は、ＦＰＣ４０１８から供給されている。
【０１１０】
また図５（Ｂ）及び図５（Ｃ）においては、信号線駆動回路４００３を別途形成し、第１の基板４００１に実装している例を示しているが、この構成に限定されない。走査線駆動回路を別途形成して実装しても良いし、信号線駆動回路の一部または走査線駆動回路の一部のみを別途形成して実装しても良い。
【０１１１】
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（Ｃｈｉｐ  Ｏｎ  Ｇｌａｓｓ）方法、ワイヤボンディング方法、或いはＴＡＢ（Ｔａｐｅ  Ａｕｔｏｍａｔｅｄ  Ｂｏｎｄｉｎｇ）方法などを用いることができる。図５（Ａ）は、ＣＯＧ方法により信号線駆動回路４００３、走査線駆動回路４００４を実装する例であり、図５（Ｂ）は、ＣＯＧ方法により信号線駆動回路４００３を実装する例であり、図５（Ｃ）は、ＴＡＢ方法により信号線駆動回路４００３を実装する例である。
【０１１２】
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。
【０１１３】
なお、本明細書中における表示装置とは、画像表示デバイス、表示デバイス、もしくは光源（照明装置含む）を指す。また、コネクター、例えばＦＰＣもしくはＴＡＢテープもしくはＴＣＰが取り付けられたモジュール、ＴＡＢテープやＴＣＰの先にプリント配線板が設けられたモジュール、または表示素子にＣＯＧ方式によりＩＣ（集積回路）が直接実装されたモジュールも全て表示装置に含むものとする。
【０１１４】
また第１の基板上に設けられた画素部及び走査線駆動回路は、トランジスタを複数有しており、実施の形態１または３のいずれかで一例を示したトランジスタを適用することができる。
【０１１５】
表示装置に設けられる表示素子としては液晶素子（液晶表示素子ともいう）、発光素子（発光表示素子ともいう）、を用いることができる。発光素子は、電流または電圧によって輝度が制御される素子をその範疇に含んでおり、具体的には無機ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）、有機ＥＬ等が含まれる。また、電子インクなど、電気的作用によりコントラストが変化する表示媒体も適用することができる。
【０１１６】
半導体装置の一形態について、図６乃至図８を用いて説明する。図６乃至図８は、図５（Ｂ）のＭ−Ｎにおける断面図に相当する。
【０１１７】
図６乃至図８で示すように、半導体装置は接続端子電極４０１５及び端子電極４０１６を有しており、接続端子電極４０１５及び端子電極４０１６はＦＰＣ４０１８が有する端子と異方性導電膜４０１９を介して、電気的に接続されている。
【０１１８】
接続端子電極４０１５は、第１の電極層４０３０と同じ導電膜から形成され、端子電極４０１６は、トランジスタ４０１０、トランジスタ４０１１のソース電極及びドレイン電極と同じ導電膜で形成されている。
【０１１９】
また第１の基板４００１上に設けられた画素部４００２と、走査線駆動回路４００４は、トランジスタを複数有しており、図６乃至図８では、画素部４００２に含まれるトランジスタ４０１０と、走査線駆動回路４００４に含まれるトランジスタ４０１１とを例示している。
【０１２０】
本実施の形態では、トランジスタ４０１０、トランジスタ４０１１として、実施の形態１で示したトランジスタを適用することができる。トランジスタ４０１０、トランジスタ４０１１は、電気的特性変動が抑制されており、電気的に安定である。よって、図６乃至図８で示す本実施の形態の半導体装置として信頼性の高い半導体装置を提供することができる。
【０１２１】
画素部４００２に設けられたトランジスタ４０１０は表示素子と電気的に接続し、表示パネルを構成する。表示素子は表示を行うことがでれば特に限定されず、様々な表示素子を用いることができる。
【０１２２】
図６に表示素子として液晶素子を用いた液晶表示装置の例を示す。図６において、表示素子である液晶素子４０１３は、第１の電極層４０３０、第２の電極層４０３１、及び液晶層４００８を含む。なお、液晶層４００８を挟持するように配向膜として機能する絶縁膜４０３２、４０３３が設けられている。第２の電極層４０３１は第２の基板４００６側に設けられ、第１の電極層４０３０と第２の電極層４０３１とは液晶層４００８を介して積層する構成となっている。
【０１２３】
また４０３５は絶縁膜を選択的にエッチングすることで得られる柱状のスペーサであり、液晶層４００８の膜厚（セルギャップ）を制御するために設けられている。なお球状のスペーサを用いていても良い。
【０１２４】
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。
【０１２５】
また、配向膜を用いないブルー相を示す液晶を用いてもよい。ブルー相は液晶相の一つであり、コレステリック液晶を昇温していくと、コレステリック相から等方相へ転移する直前に発現する相である。ブルー相は狭い温度範囲でしか発現しないため、温度範囲を改善するために５重量％以上のカイラル剤を混合させた液晶組成物を用いて液晶層に用いる。ブルー相を示す液晶とカイラル剤とを含む液晶組成物は、応答速度が１ｍｓｅｃ以下と短く、光学的等方性であるため配向処理が不要であり、視野角依存性が小さい。また配向膜を設けなくてもよいのでラビング処理も不要となるため、ラビング処理によって引き起こされる静電破壊を防止することができ、作製工程中の液晶表示装置の不良や破損を軽減することができる。よって液晶表示装置の生産性を向上させることが可能となる。
【０１２６】
また、液晶材料の固有抵抗率は、１×１０９Ω・ｃｍ以上であり、好ましくは１×１０１１Ω・ｃｍ以上であり、さらに好ましくは１×１０１２Ω・ｃｍ以上である。なお、本明細書における固有抵抗率の値は、２０℃で測定した値とする。
【０１２７】
液晶表示装置に設けられる保持容量の大きさは、画素部に配置されるトランジスタのリーク電流等を考慮して、所定の期間の間電荷を保持できるように設定される。
【０１２８】
また、本実施の形態で用いる高純度化された酸化物半導体層を用いたトランジスタは、比較的高い電界効果移動度が得られるため、高速駆動が可能である。よって、液晶表示装置の画素部に上記トランジスタを用いることで、高画質な画像を提供することができる。また、上記トランジスタは、同一基板上に駆動回路部または画素部に作り分けて作製することができるため、液晶表示装置の部品点数を削減することができる。
【０１２９】
液晶表示装置には、ＴＮ（Ｔｗｉｓｔｅｄ  Ｎｅｍａｔｉｃ）モード、ＩＰＳ（Ｉｎ−Ｐｌａｎｅ−Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）モード、ＦＦＳ（Ｆｒｉｎｇｅ  Ｆｉｅｌｄ  Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）モード、ＡＳＭ（Ａｘｉａｌｌｙ  Ｓｙｍｍｅｔｒｉｃ  ａｌｉｇｎｅｄ  Ｍｉｃｒｏ−ｃｅｌｌ）モード、ＯＣＢ（Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｄ  Ｂｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｃｅ）モード、ＦＬＣ（Ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ）モード、ＡＦＬＣ（ＡｎｔｉＦｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ）モードなどを用いることができる。
【０１３０】
また、ノーマリーブラック型の液晶表示装置、例えば垂直配向（ＶＡ）モードを採用した透過型の液晶表示装置としてもよい。ここで、垂直配向モードとは、液晶表示パネルの液晶分子の配列を制御する方式の一種であり、電圧が印加されていないときにパネル面に対して液晶分子が垂直方向を向く方式である。垂直配向モードとしては、いくつか挙げられるが、例えば、ＭＶＡ（Ｍｕｌｔｉ−Ｄｏｍａｉｎ  Ｖｅｒｔｉｃａｌ  Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）モード、ＰＶＡ（Ｐａｔｔｅｒｎｅｄ  Ｖｅｒｔｉｃａｌ  Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）モード、ＡＳＶモードなどを用いることができる。また、画素（ピクセル）をいくつかの領域（サブピクセル）に分け、それぞれ別の方向に分子を倒すよう工夫されているマルチドメイン化あるいはマルチドメイン設計といわれる方法を用いることができる。
【０１３１】
また、表示装置において、ブラックマトリクス（遮光層）、偏光部材、位相差部材、反射防止部材などの光学部材（光学基板）などは適宜設ける。特にトランジスタの酸化物半導体層に光が照射されないようにブラックマトリクスで遮光することは、信頼性を向上させる上で重要である。また、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。
【０１３２】
また、バックライトとして複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）を用いて、時間分割表示方式（フィールドシーケンシャル駆動方式）を行うことも可能である。フィールドシーケンシャル駆動方式を適用することで、カラーフィルタを用いることなく、カラー表示を行うことができる。
【０１３３】
また、画素部における表示方式は、プログレッシブ方式やインターレース方式等を用いることができる。また、カラー表示する際に画素で制御する色要素としては、ＲＧＢ（Ｒは赤、Ｇは緑、Ｂは青を表す）の三色に限定されない。例えば、ＲＧＢＷ（Ｗは白を表す）、又はＲＧＢに、イエロー、シアン、マゼンタ等を一色以上追加したものがある。なお、色要素のドット毎にその表示領域の大きさが異なっていてもよい。ただし、本発明はカラー表示の表示装置に限定されるものではなく、モノクロ表示の表示装置に適用することもできる。
【０１３４】
また、表示装置に含まれる表示素子として、エレクトロルミネッセンスを利用する発光素子を適用することができる。エレクトロルミネッセンスを利用する発光素子は、発光材料が有機化合物であるか、無機化合物であるかによって区別され、一般的に、前者は有機ＥＬ素子、後者は無機ＥＬ素子と呼ばれている。
【０１３５】
有機ＥＬ素子は、発光素子に電圧を印加することにより、一対の電極から電子および正孔がそれぞれ発光性の有機化合物を含む層に注入され、電流が流れる。そして、それらキャリア（電子および正孔）が再結合することにより、発光性の有機化合物が励起状態を形成し、その励起状態が基底状態に戻る際に発光する。このようなメカニズムから、このような発光素子は、電流励起型の発光素子と呼ばれる。
【０１３６】
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。
【０１３７】
発光素子は発光を取り出すために少なくとも一対の電極の一方が透明であればよい。そして、基板上にトランジスタ及び発光素子を形成し、基板とは逆側の面から発光を取り出す上面射出や、基板側の面から発光を取り出す下面射出や、基板側及び基板とは反対側の面から発光を取り出す両面射出構造の発光素子があり、どの射出構造の発光素子も適用することができる。
【０１３８】
図７に表示素子として発光素子を用いた発光装置の例を示す。表示素子である発光素子４５１３は、画素部４００２に設けられたトランジスタ４０１０と電気的に接続している。なお発光素子４５１３の構成は、第１の電極層４０３０、電界発光層４５１１、第２の電極層４０３１の積層構造であるが、示した構成に限定されない。発光素子４５１３から取り出す光の方向などに合わせて、発光素子４５１３の構成は適宜変えることができる。
【０１３９】
隔壁４５１０は、有機絶縁材料、又は無機絶縁材料を用いて形成する。特に感光性の樹脂材料を用い、第１の電極層４０３０上に開口部を形成し、その開口部の側壁が連続した曲率を持って形成される傾斜面となるように形成することが好ましい。
【０１４０】
電界発光層４５１１は、単数の層で構成されていても、複数の層が積層されるように構成されていてもどちらでも良い。
【０１４１】
発光素子４５１３に酸素、水素、水分、二酸化炭素等が侵入しないように、第２の電極層４０３１及び隔壁４５１０上に保護膜を形成してもよい。保護膜としては、窒化シリコン膜、窒化酸化シリコン膜、ＤＬＣ膜等を形成することができる。また、第１の基板４００１、第２の基板４００６、及びシール材４００５によって封止された空間には充填材４５１４が設けられ密封されている。このように外気に曝されないように気密性が高く、脱ガスの少ない保護フィルム（貼り合わせフィルム、紫外線硬化樹脂フィルム等）やカバー材でパッケージング（封入）することが好ましい。
【０１４２】
充填材４５１４としては窒素やアルゴンなどの不活性な気体の他に、紫外線硬化樹脂または熱硬化樹脂を用いることができ、ＰＶＣ（ポリビニルクロライド）、アクリル、ポリイミド、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、ＰＶＢ（ポリビニルブチラル）またはＥＶＡ（エチレンビニルアセテート）を用いることができる。例えば充填材として窒素を用いればよい。
【０１４３】
また、必要であれば、発光素子の射出面に偏光板、又は円偏光板（楕円偏光板を含む）、位相差板（λ／４板、λ／２板）、カラーフィルタなどの光学フィルムを適宜設けてもよい。また、偏光板又は円偏光板に反射防止膜を設けてもよい。例えば、表面の凹凸により反射光を拡散し、映り込みを低減できるアンチグレア処理を施すことができる。
【０１４４】
また、表示装置として、電子インクを駆動させる電子ペーパーを提供することも可能である。電子ペーパーは、電気泳動表示装置（電気泳動ディスプレイ）とも呼ばれており、紙と同じ読みやすさ、他の表示装置に比べ低消費電力、薄くて軽い形状とすることが可能という利点を有している。
【０１４５】
電気泳動表示装置は、様々な形態が考えられ得るが、プラスの電荷を有する第１の粒子と、マイナスの電荷を有する第２の粒子とを含むマイクロカプセルが溶媒または溶質に複数分散されたものであり、マイクロカプセルに電界を印加することによって、マイクロカプセル中の粒子を互いに反対方向に移動させて一方側に集合した粒子の色のみを表示するものである。なお、第１の粒子または第２の粒子は染料を含み、電界がない場合において移動しないものである。また、第１の粒子の色と第２の粒子の色は異なるもの（無色を含む）とする。
【０１４６】
このように、電気泳動表示装置は、誘電定数の高い物質が高い電界領域に移動する、いわゆる誘電泳動的効果を利用したディスプレイである。
【０１４７】
上記マイクロカプセルを溶媒中に分散させたものが電子インクと呼ばれるものであり、この電子インクはガラス、プラスチック、布、紙などの表面に印刷することができる。また、カラーフィルタや色素を有する粒子を用いることによってカラー表示も可能である。
【０１４８】
なお、マイクロカプセル中の第１の粒子および第２の粒子は、導電体材料、絶縁体材料、半導体材料、磁性材料、液晶材料、強誘電性材料、エレクトロルミネセント材料、エレクトロクロミック材料、磁気泳動材料から選ばれた一種の材料、またはこれらの複合材料を用いればよい。
【０１４９】
また、電子ペーパーとして、ツイストボール表示方式を用いる表示装置も適用することができる。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表示素子に用いる電極層である第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ての球形粒子の向きを制御することにより、表示を行う方法である。
【０１５０】
図８に、半導体装置の一形態としてアクティブマトリクス型の電子ペーパーを示す。図８の電子ペーパーは、ツイストボール表示方式を用いた表示装置の例である。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表示素子に用いる電極層間に配置し、電極層間に電位差を生じさせて球形粒子の向きを制御することにより、表示を行う方法である。
【０１５１】
トランジスタ４０１０と接続する第１の電極層４０３０と、第２の基板４００６に設けられた第２の電極層４０３１との間には黒色領域４６１５ａ及び白色領域４６１５ｂを有し、球形粒子４６１３が設けられており、球形粒子４６１３の周囲は樹脂等の充填材４６１４で充填されている。第２の電極層４０３１が共通電極（対向電極）に相当する。第２の電極層４０３１は、共通電位線と電気的に接続される。
【０１５２】
なお、図６乃至図８において、第１の基板４００１、第２の基板４００６としては、ガラス基板の他、可撓性を有する基板も用いることができ、例えば透光性を有するプラスチック基板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）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またはアクリル樹脂フィルムを用いることができる。また、アルミニウムホイルを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。
【０１５３】
絶縁層４０２１は、無機絶縁材料又は有機絶縁材料を用いて形成することができる。なお、アクリル樹脂、ポリイミド、ベンゾシクロブテン樹脂、ポリアミド、エポキシ樹脂等の、耐熱性を有する有機絶縁材料を用いると、平坦化絶縁膜として好適である。また上記有機絶縁材料の他に、低誘電率材料（ｌｏｗ−ｋ材料）、シロキサン系樹脂、ＰＳＧ（リンガラス）、ＢＰＳＧ（リンボロンガラス）等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、絶縁層を形成してもよい。
【０１５４】
絶縁層４０２１の形成法は、特に限定されず、その材料に応じて、スパッタリング法、スピンコート法、ディッピング法、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）、ロールコーティング、カーテンコーティング、ナイフコーティング等を用いることができる。
【０１５５】
表示装置は光源又は表示素子からの光を透過させて表示を行う。よって光が透過する画素部に設けられる基板、絶縁膜、導電膜などの薄膜はすべて可視光の波長領域の光に対して透光性とする。
【０１５６】
表示素子に電圧を印加する第１の電極層及び第２の電極層（画素電極層、共通電極層、対向電極層などともいう）においては、取り出す光の方向、電極層が設けられる場所、及び電極層のパターン構造によって透光性、反射性を選択すればよい。
【０１５７】
第１の電極層４０３０、第２の電極層４０３１は、酸化タングステンを含むインジウム酸化物、酸化タングステンを含むインジウム亜鉛酸化物、酸化チタンを含むインジウム酸化物、酸化チタンを含むインジウム錫酸化物、インジウム錫酸化物（以下、ＩＴＯと示す。）、インジウム亜鉛酸化物、酸化ケイ素を添加したインジウム錫酸化物などの透光性を有する導電性材料を用いることができる。
【０１５８】
また、第１の電極層４０３０、第２の電極層４０３１はタングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）、バナジウム（Ｖ）、ニオブ（Ｎｂ）、タンタル（Ｔａ）、クロム（Ｃｒ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、チタン（Ｔｉ）、白金（Ｐｔ）、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）等の金属、又はその合金、若しくはその窒化物から一つ、又は複数種を用いて形成することができる。
【０１５９】
また、第１の電極層４０３０、第２の電極層４０３１として、導電性高分子（導電性ポリマーともいう）を含む導電性組成物を用いて形成することができる。導電性高分子としては、いわゆるπ電子共役系導電性高分子を用いることができる。例えば、ポリアニリンまたはその誘導体、ポリピロールまたはその誘導体、ポリチオフェンまたはその誘導体、若しくはアニリン、ピロールおよびチオフェンの２種以上からなる共重合体若しくはその誘導体などがあげられる。
【０１６０】
また、トランジスタは静電気などにより破壊されやすいため、駆動回路保護用の保護回路を設けることが好ましい。保護回路は、非線形素子を用いて構成することが好ましい。
【０１６１】
以上のように実施の形態１で例示したトランジスタを適用することで、信頼性の高い半導体装置を提供することができる。なお、実施の形態１で例示したトランジスタは上述の表示機能を有する半導体装置のみでなく、電源回路に搭載されるパワーデバイス、ＬＳＩ等の半導体集積回路、対象物の情報を読み取るイメージセンサ機能を有する半導体装置など様々な機能を有する半導体装置に適用することが可能である。
【０１６２】
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。
【０１６３】
（実施の形態５）
本明細書に開示する半導体装置は、さまざまな電子機器（遊技機も含む）に適用することができる。電子機器としては、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等のカメラ、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。上記実施の形態で説明した液晶表示装置を具備する電子機器の例について説明する。
【０１６４】
図９（Ａ）は、ノート型のパーソナルコンピュータであり、本体３００１、筐体３００２、表示部３００３、キーボード３００４などによって構成されている。実施の形態１または３で示した半導体装置を適用することにより、信頼性の高いノート型のパーソナルコンピュータとすることができる。
【０１６５】
図９（Ｂ）は、携帯情報端末（ＰＤＡ）であり、本体３０２１には表示部３０２３と、外部インターフェイス３０２５と、操作ボタン３０２４等が設けられている。また操作用の付属品としてスタイラス３０２２がある。実施の形態１または３で示した半導体装置を適用することにより、より信頼性の高い携帯情報端末（ＰＤＡ）とすることができる。
【０１６６】
図９（Ｃ）は、電子書籍の一例を示している。例えば、電子書籍２７００は、筐体２７０１および筐体２７０３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。
【０１６７】
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９（Ｃ）では表示部２７０５）に文章を表示し、左側の表示部（図９（Ｃ）では表示部２７０７）に画像を表示することができる。実施の形態１または３で示した半導体装置を適用することにより、信頼性の高い電子書籍２７００とすることができる。
【０１６８】
また、図９（Ｃ）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、スピーカー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。
【０１６９】
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。
【０１７０】
図９（Ｄ）は、携帯電話であり、筐体２８００及び筐体２８０１の二つの筐体で構成されている。筐体２８０１には、表示パネル２８０２、スピーカー２８０３、マイクロフォン２８０４、ポインティングデバイス２８０６、カメラ用レンズ２８０７、外部接続端子２８０８などを備えている。また、筐体２８００には、携帯型情報端末の充電を行う太陽電池セル２８１０、外部メモリスロット２８１１などを備えている。また、アンテナは筐体２８０１内部に内蔵されている。実施の形態１または３で示した半導体装置を適用することにより、信頼性の高い携帯電話とすることができる。
【０１７１】
また、表示パネル２８０２はタッチパネルを備えており、図９（Ｄ）には映像表示されている複数の操作キー２８０５を点線で示している。なお、太陽電池セル２８１０で出力される電圧を各回路に必要な電圧に昇圧するための昇圧回路も実装している。
【０１７２】
表示パネル２８０２は、使用形態に応じて表示の方向が適宜変化する。また、表示パネル２８０２と同一面上にカメラ用レンズ２８０７を備えているため、テレビ電話が可能である。スピーカー２８０３及びマイクロフォン２８０４は音声通話に限らず、テレビ電話、録音、再生などが可能である。さらに、筐体２８００と筐体２８０１は、スライドし、図９（Ｄ）のように展開している状態から重なり合った状態とすることができ、携帯に適した小型化が可能である。
【０１７３】
外部接続端子２８０８はＡＣアダプタ及びＵＳＢケーブルなどの各種ケーブルと接続可能であり、充電及びパーソナルコンピュータなどとのデータ通信が可能である。また、外部メモリスロット２８１１に記録媒体を挿入し、より大量のデータ保存及び移動に対応できる。
【０１７４】
また、上記機能に加えて、赤外線通信機能、テレビ受信機能などを備えたものであってもよい。
【０１７５】
図９（Ｅ）は、デジタルビデオカメラであり、本体３０５１、表示部（Ａ）３０５７、接眼部３０５３、操作スイッチ３０５４、表示部（Ｂ）３０５５、バッテリー３０５６などによって構成されている。実施の形態１または３で示した半導体装置を適用することにより、信頼性の高いデジタルビデオカメラとすることができる。
【０１７６】
図９（Ｆ）は、テレビジョン装置の一例を示している。テレビジョン装置９６００は、筐体９６０１に表示部９６０３が組み込まれている。表示部９６０３により、映像を表示することが可能である。また、ここでは、スタンド９６０５により筐体９６０１を支持した構成を示している。実施の形態１または３で示した半導体装置を適用することにより、信頼性の高いテレビジョン装置９６００とすることができる。
【０１７７】
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により行うことができる。また、リモコン操作機に、当該リモコン操作機から出力する情報を表示する表示部を設ける構成としてもよい。
【０１７８】
なお、テレビジョン装置９６００は、受信機やモデムなどを備えた構成とする。受信機により一般のテレビ放送の受信を行うことができ、さらにモデムを介して有線または無線による通信ネットワークに接続することにより、一方向（送信者から受信者）または双方向（送信者と受信者間、あるいは受信者間同士など）の情報通信を行うことも可能である。
【０１７９】
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。
【符号の説明】
【０１８０】
２００    基板
２０２    絶縁膜
２０４    金属酸化物膜
２０６    酸化物半導体層
２０８ａ    ソース電極
２０８ｂ    ドレイン電極
２１２    ゲート絶縁層
２１４    ゲート電極
２２０    トランジスタ
４００    基板
４０１    ゲート電極
４０２    ゲート絶縁層
４０３    酸化物半導体層
４０５ａ  ソース電極
４０５ｂ  ドレイン電極
４０７    絶縁膜
４０９    保護絶縁層
４１０    トランジスタ
４２０    トランジスタ
４３０    トランジスタ
４３６ａ  配線層
４３６ｂ  配線層
４３７    絶縁膜
４４０    トランジスタ
５０７ａ  第１のゲート絶縁層
５０７ｂ  第２のゲート絶縁層
５０８    第２のゲート電極
５１６    第１の絶縁膜
５２６    第２の絶縁膜
５３０    酸化物半導体膜
【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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