(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のセルを有し、
前記複数のセルはそれぞれ、トランジスタと、アンテナと、を有し、
前記トランジスタのチャネル形成領域は、酸化物半導体層に設けられ、
前記アンテナの一方の端子は、前記トランジスタのソースまたはドレインの一方と電気的に接続された半導体装置であって、
前記複数のセルにおいて、前記トランジスタのソースまたはドレインの他方に第１の周波数の信号を供給し、前記アンテナの他方の端子の電位を検出することによって、前記複数のセルのうち前記アンテナが受電装置に近接したセルを特定する機能と、
特定されたセルにおいて、前記トランジスタのソースまたはドレインの他方に第２の周波数の信号を供給し、前記アンテナから前記受電装置に電力を供給する機能と、を有し、
前記第１の周波数は、前記第２の周波数よりも小さく、
前記酸化物半導体層は、Ｉｎ、Ｇａ、及びＺｎを有し、
前記酸化物半導体層は、前記酸化物半導体層の表面に対して垂直にｃ軸配向した結晶を有し、
前記酸化物半導体層は、キャリア濃度が１×１０１２／ｃｍ３未満であり、
前記トランジスタのチャネル幅１μｍあたりのオフ電流は、室温下において、１×ｚＡ／μｍ以下であ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】
本発明は電力供給装置に関する。特に、無線信号により電力の供給を行う電力供給装置に
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、撮像装置、表示装置、電気光学装置、電力供給装置、半導体回路及び電子機
器などは全て半導体装置である。
【背景技術】
【０００３】
近年、情報通信技術の進歩により、さまざまな電子機器をコンピューターネットワークに
接続し、情報の自在なやりとりや様々なサービスを享受できるユビキタス社会の実現が提
唱されている。「ユビキタス」の語源は「あまねく存在する」という意味のラテン語にあ
り、いつでもどこでもコンピューターを意識せず、コンピューターを利用した情報処理が
電子機器を通じて生活環境の中に自然に溶け込んでいるという意味に用いられている。
【０００４】
電子機器を機能させるためには、電子機器に電力を供給する（以下、「給電」ともいう）
必要がある。携帯電話機などに代表される携帯型電子機器は、内蔵された蓄電池により電
力が供給されるが、蓄電池の充電は、電子機器を充電器にセットして、各戸に配電されて
いる商用電源から受電することで行われている。また、電子機器と充電器を接続するため
には接点を設ける必要があるが、接点不良による故障の解消や、防水機能を付与したデザ
インの作りやすさなどから、接点を必要としない電磁誘導現象を利用した無接点電力供給
手段が知られている。
【０００５】
電磁誘導による充電は、給電側と受電側の位置あわせを正確に行わないと、効率よく電力
を供給することが難しかったが、近年、複数の給電コイルを並べてシート状に配置し、受
電する電子機器が配置された給電コイルのみから電力を供給することで電力供給効率を向
上させた、シート状の電力供給装置が知られている。（非特許文献１）
【０００６】
電磁誘導による無線信号により電力を供給することで、電源コードや、コンセントの位置
などを気にすることなく電子機器を機能させることができる。給電コイルは、無線信号に
より電力を供給するためのアンテナとして機能する。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】Ｍ．  Ｔａｋａｍｉｙａ，  Ｔ．  Ｓｅｋｉｔａｎｉ，  Ｙ．  Ｍｉｙａｍｏｔｏ，  Ｙ．  Ｎｏｇｕｃｈｉ  ，  Ｈ．  Ｋａｗａｇｕｃｈｉ，Ｔ．  Ｓｏｍｅｙａ，  ａｎｄ  Ｔ．  Ｓａｋｕｒａｉ、「Ｗｉｒｅｌｅｓｓ  Ｐｏｗｅｒ  Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ  Ｓｈｅｅｔ  ｗｉｔｈ  Ｏｒｇａｎｉｃ  ＦＥＴｓ  ａｎｄ  Ｐｌａｓｔｉｃ  ＭＥＭＳ  Ｓｗｉｔｃｈｅｓ」、ＩＤＷ、２００７、ｐ．９５−９８
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述の複数の給電コイル（給電アンテナ）を有するシート状の電力供給装置は、特定の給
電コイルに高周波電力（以下、「高周波」ともいう）を供給するための給電スイッチと、
受電する電子機器がどの給電コイル上に配置されているかを、高周波を用いて検出するた
めの位置検出スイッチを有している。給電スイッチには、高電圧かつ大電流を流す必要か
ら、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍ）技
術を用いて作製した機械式スイッチが用いられるが、動作速度が遅く、また、耐久性も悪
いため長期間の使用に耐えられない問題があった。
【０００９】
位置検出スイッチには、給電スイッチよりも高速動作が要求され、インクジェット法．な
どに代表される印刷法による作製が容易であることから、ＯＦＥＴ（Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｆ
ｉｅｌｄ  Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）が用いられている。しかしながら、Ｏ
ＦＥＴは駆動電圧が数十Ｖと大きく、位置検出動作における消費電力が大きいという問題
があった。位置検出スイッチには、駆動電圧の低減と、さらなる高速動作が求められてい
る。
【００１０】
給電スイッチと位置検出スイッチは、異なる要求仕様を満たすため、それぞれ別に形成す
る必要があり、作製工程が複雑になるといった問題があった。
【００１１】
電力を供給するための高周波と、位置を検出するための高周波で、異なる周波数を有する
高周波を用いるため、電力供給用の高周波供給回路と、位置検出のための高周波供給回路
をそれぞれ別に設ける必要があり、回路構成が複雑になるといった問題があった。そのた
め、構成部品が増え、生産性の向上やコストダウンが行いにくいという問題があった。
【００１２】
本発明の一態様では、長期間の使用に耐え、信頼性の高い電力供給装置を提供することを
目的の一とする。
【００１３】
本発明の一態様では、生産性の良い電力供給装置を提供することを目的の一とする。
【００１４】
本発明の一態様では、消費電力が低減された電力供給装置を提供することを目的の一とす
る。
【００１５】
本明細書で開示する発明の一態様は、上記課題の少なくとも一つを解決する。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明の一態様は、アンテナと、酸化物半導体を有するスイッチと、高周波供給回路を有
する電力供給装置であって、アンテナと高周波供給回路は、酸化物半導体を有するスイッ
チを介して接続されていることを特徴とする電力供給装置である。
【００１７】
本発明の一態様は、マトリックス状に配置された複数個のセルと、高周波供給回路と、ス
イッチ制御回路と、電位検出回路を有し、セルは、アンテナと、酸化物半導体をチャネル
形成領域に用いたトランジスタを有し、アンテナの一方の電極（端子）は、酸化物半導体
をチャネル形成領域に用いたトランジスタを介して高周波供給回路に接続され、アンテナ
の他方の電極（端子）は、電位検出回路に接続されていることを特徴とする電力供給装置
である。
【００１８】
位置検出動作により、マトリックス状に配置された複数個のセルの中から、受電装置が配
置されたセルを検出し、給電動作により受電装置が配置されたセルからのみ電力を伝送す
ることで、効率の良い電力伝送を実現する。
【００１９】
位置検出動作と給電動作に用いる高周波は、同じ周波数の高周波を用いることができる。
位置検出動作は、給電動作よりも少ない電力で行うことができる。
【００２０】
位置検出動作と給電動作は交互に行われるが、給電動作期間を位置検出動作期間よりも長
くすることが好ましい。
【００２１】
本発明の一態様は、マトリックス状に配置された複数個の給電セルと、第１の高周波供給
回路と、第２の高周波供給回路と、第１のスイッチ制御回路と、第２のスイッチ制御回路
と、電位検出回路を有し、給電セルは、アンテナと、第１のスイッチと、第２のスイッチ
を有し、アンテナの一方の電極（端子）に、第１のスイッチを介して第１の高周波供給回
路が接続され、第２のスイッチを介して第２の高周波供給回路が接続され、アンテナの他
方の電極（端子）に電位検出回路が接続されていることを特徴とする電力供給装置である
。
【００２２】
第１のスイッチまたは第２のスイッチのどちらか一方、もしくは両方に、酸化物半導体を
チャネル形成領域に用いたトランジスタを用いる。
【００２３】
第１の高周波供給回路から、給電動作用の高周波が供給され、第２の高周波供給回路から
、位置検出動作用の高周波が供給される。
【００２４】
給電動作と位置検出動作で、異なる周波数の高周波を用いることで、給電動作と位置検出
動作を同時に行うことができる。また、給電動作用の高周波の周波数は、位置検出動作用
の高周波の周波数よりも高い周波数を用いることが好ましい。
【発明の効果】
【００２５】
長期間の使用に耐え、信頼性の高い電力供給装置を提供することができる。消費電力が低
減された電力供給装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】電力供給装置と受電装置を説明する図。
【図２】位置検出装置を説明する図。
【図３】従来の電力供給装置を説明する図。
【図４】従来の電力供給装置を説明する図。
【図５】電力供給装置を説明する図。
【図６】トランジスタの構造例を説明する図。
【図７】トランジスタの構造例を説明する図。
【図８】トランジスタの作製工程を説明する図。
【図９】電力供給装置の利用形態の一例を説明する図。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
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。
【００２８】
トランジスタは半導体素子の一種であり、電流や電圧の増幅や、導通または非導通を制御
するスイッチング動作などを実現することができる。本明細書におけるトランジスタは、
ＩＧＦＥＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｆｉｅｌｄ  Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉ
ｓｔｏｒ）や薄膜トランジスタ（ＴＦＴ：Ｔｈｉｎ  Ｆｉｌｍ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）
を含む。
【００２９】
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、理解を簡単にするため
、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。なお、実施の
形態を説明するための全図において、同一部分又は同様な機能を有する部分には同一の符
号を付し、その繰り返しの説明は省略する。
【００３０】
なお、本明細書等において「電極」や「配線」の用語は、これらの構成要素を機能的に限
定するものではない。例えば、「電極」は「配線」の一部として用いられることがあり、
その逆もまた同様である。さらに、「電極」や「配線」の用語は、複数の「電極」や「配
線」が一体となって形成されている場合なども含む。
【００３１】
なお、本明細書等において「接続」の用語は、直接接している場合のみでなく、その目的
または機能が損なわれない範囲において、間接的に接している場合を含む。
【００３２】
なお、本明細書等における「第１」、「第２」、「第３」などの序数は、構成要素の混同
を避けるために付すものであり、数的に限定するものではない。
【００３３】
なお、本明細書等において、トランジスタのソースとドレインは、トランジスタの構造や
動作条件などによって互いに入れ替わるため、いずれがソースまたはドレインであるかを
限定することが困難である。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。
【００３４】
（実施の形態１）
本実施の形態では、本発明の一形態である電力供給装置の一例について図１を用いて説明
する。
【００３５】
図１（Ａ）に示す電力供給装置１００は、給電スイッチ制御回路１１１、高周波供給回路
１１２、及び少なくとも一つの給電セル１０１を有している。給電セル１０１は、給電ア
ンテナ１０２と、給電スイッチ１０３を有している。給電スイッチ１０３には、酸化物半
導体をチャネル形成領域に用いたトランジスタを用いる。給電スイッチ１０３は、給電ア
ンテナ１０２への高周波の供給を制御するためのスイッチとして機能する。給電スイッチ
１０３のソース電極またはドレイン電極の一方の電極（端子）は配線１０６に接続されて
おり、給電スイッチ１０３のゲート電極（制御端子）は、配線１０５に接続されている。
また、給電スイッチ１０３のソース電極またはドレイン電極の他方の電極（端子）は、給
電アンテナ１０２の一方の電極（端子）と接続されており、給電アンテナ１０２の他方の
電極（端子）は、配線１０４に接続されている。
【００３６】
本実施の形態では、給電アンテナ１０２の形状としてコイル状のものを示すが、給電アン
テナ１０２の形状はこれに限定されず、電力の供給に用いる高周波の周波数を考慮して適
宜設定すれば良い。コイル状のアンテナ以外にも、モノポールアンテナ、ダイポールアン
テナ、パッチアンテナなどを用いることができる。
【００３７】
配線１０４には、共通電位やグラウンド電位が与えられるが、任意の電位を与えることも
できる。また、配線１０４を他の回路に接続する構成としても良い。配線１０５は、給電
スイッチ制御回路１１１に接続され、給電スイッチ制御回路１１１から、給電スイッチ１
０３をオン状態またはオフ状態とするための信号（電位）を、給電スイッチ１０３の制御
端子に送る。高周波供給回路１１２は、高周波を発生する高周波電源を有し、配線１０６
及び給電スイッチ１０３を介して給電アンテナ１０２に高周波を供給する。
【００３８】
図１（Ｂ）に示す受電装置１２０は、受電回路１２１と整流回路１２５を有している。受
電回路１２１は、受電アンテナ１２２と共振容量１２３を有し、ＬＣ並列共振回路を構成
している。また、受電アンテナ１２２は配線１２４に接続されている。配線１２４には、
共通電位やグラウンド電位が与えられるが、任意の電位を与えることもできる。また、配
線１２４を他の回路に接続する構成としても良い。整流回路１２５は、整流素子１２６と
平滑容量１２７を有している。
【００３９】
高周波供給回路１１２が供給する高周波の周波数は、特定の周波数に限定されず、例えば
サブミリ波である３００ＧＨｚ以上３ＴＨｚ未満、ミリ波である３０ＧＨｚ以上３００Ｇ
Ｈｚ未満、マイクロ波である３ＧＨｚ以上３０ＧＨｚ未満、極超短波である３００ＭＨｚ
以上３ＧＨｚ未満、超短波である３０ＭＨｚ以上３００ＭＨｚ未満、短波である３ＭＨｚ
以上３０ＭＨｚ未満、中波である３００ｋＨｚ以上３ＭＨｚ未満、長波である３０ｋＨｚ
以上３００ｋＨｚ未満、及び超長波である３ｋＨｚ以上３０ｋＨｚ未満のいずれの周波数
も用いることができる。
【００４０】
ここで、電力供給装置１００から受電装置１２０への無接点での電力供給について説明す
る。電力供給装置１００から受電装置１２０への電力供給方式は、電磁結合方式又は電磁
誘導方式により行うことができる。すなわち、電界密度の変化による電磁誘導現象を利用
することで、電気的な接点を用いずに給電を行う。具体的には、まず、高周波供給回路１
１２から配線１０６に高周波（例えば、１３．５６ＭＨｚ）を供給する。続いて、給電ス
イッチ制御回路１１１から、配線１０５を介して給電スイッチ１０３の制御端子に給電ス
イッチ１０３をオン状態とする信号が送られると、給電スイッチ１０３がオン状態となり
、給電アンテナ１０２に高周波が供給される。給電アンテナ１０２に高周波が供給される
と、給電アンテナ１０２から、高周波の周波数に応じて密度が変化する磁界が発せられる
。
【００４１】
給電アンテナ１０２が発する磁界の変化は、受電回路１２１が有する受電アンテナ１２２
に誘導電流を生じさせる。このようにして、電力供給装置１００から受電装置１２０へ電
力を供給することができる。
【００４２】
また、受電回路１２１は、受電アンテナ１２２と共振容量１２３を組み合わせたＬＣ並列
共振回路を有しており、特定周波数の電力のみを受け取ることができる。特定周波数は、
受電アンテナ１２２のインダクタンスと共振容量１２３のコンダクタンスにより決定され
る。異なる周波数を有する複数の磁界を同時に受信すると、電磁誘導現象が生じにくくな
るため、特定周波数の電力のみを受け取ることで、効率よく電力を受け取ることができる
。
【００４３】
なお、受電回路１２１が受け取る電力は交流であるが、整流回路１２５により直流に変換
することができる。直流に変換する必要が無い場合は、整流回路１２５を特に設けなくて
もよい。
【００４４】
電力供給方式は、電磁結合方式、電磁誘導方式以外にも、マイクロ波方式等を用いること
ができる。電力供給方式は、実施者が適宜使用用途を考慮して選択すればよい。
【００４５】
本実施の形態では、給電スイッチに、酸化物半導体をチャネル形成領域に用いたトランジ
スタを用いる。酸化物半導体のバンドギャップは３ｅＶ以上あり、シリコンやゲルマニウ
ムなどに比べて充分広いため、大電流を流した場合であっても、ホットキャリア劣化が起
きにくく、大きな電力を供給することが可能となる。また、酸化物半導体をチャネル形成
領域に用いたトランジスタは機械的な接点を有しないため、耐久性に優れ、長期間の使用
に耐える信頼性の高い電力供給装置を提供することができる。
【００４６】
また、酸化物半導体をチャネル形成領域に用いたトランジスタは、チャネル幅１μｍあた
りのオフ電流値を室温下において１０ａＡ／μｍ（１×１０−１７Ａ／μｍ）以下にする
こと、さらには、１ａＡ／μｍ（１×１０−１８Ａ／μｍ）以下、さらには１ｚＡ／μｍ
（１×１０−２１Ａ／μｍ）以下、さらには１ｙＡ／μｍ（１×１０−２４Ａ／μｍ）以
下にすることが可能である。従って、酸化物半導体をチャネル形成領域に用いたトランジ
スタを給電スイッチに用いることで、給電アンテナ１０２への不必要な高周波の出力を防
ぐことができる。
【００４７】
給電スイッチとして、チャネル形成領域にシリコン（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、シ
リコンカーバイト（ＳｉＣ）などの無機半導体を用いたトランジスタを用いることも可能
であるが、劣化が起きにくく、大電流の供給と、少ないオフ電流を同時に実現できる酸化
物半導体をチャネル形成領域に用いたトランジスタを用いることが望ましい。
【００４８】
この様に、電力供給装置１００が有する給電スイッチに、酸化物半導体をチャネル形成領
域に用いたトランジスタを用いることで、大きな電力を供給することが可能で、消費電力
の少ない、長期間の使用に耐える信頼性の高い電力供給装置を提供することができる。
【００４９】
本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせて実施することが可能である。
【００５０】
（実施の形態２）
本実施の形態では、本発明の一形態である電力供給装置に用いることができる、位置検出
装置について説明する。位置検出装置を用いることで、受電装置の有無を検出することが
できる。
【００５１】
図２に示す位置検出装置２００は、位置検出スイッチ制御回路２１１、高周波供給回路２
１２、及び少なくとも一つの位置検出セル２０１を有している。位置検出セル２０１は、
位置検出アンテナ２０２と、位置検出スイッチ２０３を有している。位置検出スイッチ２
０３には、酸化物半導体をチャネル形成領域に用いたトランジスタを用いる。位置検出ス
イッチ２０３は、位置検出アンテナ２０２への高周波の供給を制御するためのスイッチと
して機能する。位置検出スイッチ２０３のソース電極またはドレイン電極の一方の電極（
端子）は配線２０６に接続されており、位置検出スイッチ２０３のゲート電極（制御端子
）は、配線２０５に接続されている。また、位置検出スイッチ２０３のソース電極または
ドレイン電極の他方の電極（端子）は、位置検出アンテナ２０２の一方の電極（端子）と
接続されており、位置検出アンテナ２０２の他方の電極（端子）は、電位検出回路２１３
に接続されている。
【００５２】
本実施の形態では、位置検出アンテナ２０２の形状としてコイル状のものを示すが、位置
検出アンテナ２０２の形状はこれに限定されず、電力の供給に用いる高周波の周波数を考
慮して適宜設定すれば良い。コイル状のアンテナ以外にも、モノポールアンテナ、ダイポ
ールアンテナ、パッチアンテナなどを用いることができる。
【００５３】
配線２０５は、位置検出スイッチ制御回路２１１に接続され、位置検出スイッチ制御回路
２１１から、位置検出スイッチ２０３をオン状態またはオフ状態とするための信号（電位
）を、位置検出スイッチ２０３の制御端子に送る。高周波供給回路２１２は、高周波を発
生する高周波電源を有し、配線２０６及び位置検出スイッチ２０３を介して位置検出アン
テナ２０２に高周波を供給する。
【００５４】
高周波供給回路２１２が供給する高周波の周波数は、特定の周波数に限定されず、例えば
サブミリ波である３００ＧＨｚ以上３ＴＨｚ未満、ミリ波である３０ＧＨｚ以上３００Ｇ
Ｈｚ未満、マイクロ波である３ＧＨｚ以上３０ＧＨｚ未満、極超短波である３００ＭＨｚ
以上３ＧＨｚ未満、超短波である３０ＭＨｚ以上３００ＭＨｚ未満、短波である３ＭＨｚ
以上３０ＭＨｚ未満、中波である３００ｋＨｚ以上３ＭＨｚ未満、長波である３０ｋＨｚ
以上３００ｋＨｚ未満、及び超長波である３ｋＨｚ以上３０ｋＨｚ未満のいずれの周波数
も用いることができる。
【００５５】
続いて、位置検出装置２００による受電装置１２０の検出方法について説明する。位置検
出装置２００による受電装置１２０の検出は、位置検出装置２００に受電装置１２０が近
接した時に生じる、位置検出セル２０１のインピーダンスの変化を、電位の変化として検
出することで行う。
【００５６】
具体的には、まず、対象となる位置検出セル２０１に受電装置１２０が配置されていない
状態で、高周波供給回路２１２から配線２０６に高周波（例えば、３．５ＭＨｚ）を供給
し、位置検出スイッチ制御回路２１１から、配線２０５を介して位置検出スイッチ２０３
の制御端子に位置検出スイッチ２０３をオン状態とする信号が送られると、位置検出スイ
ッチ２０３がオン状態となり、位置検出アンテナ２０２に高周波が供給される。この時の
ノード２０７の電位を、電位検出回路２１３で検出し、記憶しておく。
【００５７】
対象となる位置検出セル２０１に受電装置１２０が近づくと、受電装置１２０が有する受
電アンテナ１２２の影響により、位置検出アンテナ２０２の見かけ上のインダクタンスが
変化する。すなわち、位置検出セル２０１のインピーダンスが変化するため、ノード２０
７の電位も変化する。ノード２０７の電位を、先に記憶した電位と比較することで、対象
となる位置検出セル２０１に受電装置１２０が配置されているかどうかを判断することが
できる。
【００５８】
位置検出セル２０１のインピーダンスは、位置検出に用いる高周波の周波数が高いほど大
きくなるため、ノード２０７の電位変化も大きくなる。すなわち、位置検出に用いる高周
波の周波数が高いほど、感度良く位置検出を行うことができる。位置検出に用いる高周波
の周波数は、好ましくは１ＭＨｚ以上、さらに好ましくは３ＭＨｚ以上、より好ましくは
５ＭＨｚ以上である。より高い周波数の高周波を用いることで、素早く正確な位置検出を
行うことができる。
【００５９】
従来位置検出スイッチとして用いられていたＯＦＥＴは、ＭＥＭＳスイッチより動作速度
が速いものの、５ＭＨｚより高い周波数の高周波を位置検出に用いることが難しかった。
酸化物半導体をチャネル形成領域に用いたトランジスタは、ＯＦＥＴよりも電界効果移動
度が高く、動作速度が速いため、位置検出スイッチに酸化物半導体をチャネル形成領域に
用いたトランジスタを用いることで、より高い周波数の高周波を位置検出に用いることが
できる。
【００６０】
また、酸化物半導体のバンドギャップは３ｅＶ以上あり、シリコンやゲルマニウムなどに
比べて充分広いため、ホットキャリア劣化が起きにくく、長期間の使用に耐える信頼性の
高い位置検出装置を提供することができる。
【００６１】
また、酸化物半導体をチャネル形成領域に用いたトランジスタは、チャネル幅１μｍあた
りのオフ電流値を室温下において１０ａＡ／μｍ（１×１０−１７Ａ／μｍ）以下にする
こと、さらには、１ａＡ／μｍ（１×１０−１８Ａ／μｍ）以下、さらには１ｚＡ／μｍ
（１×１０−２１Ａ／μｍ）以下、さらには１ｙＡ／μｍ（１×１０−２４Ａ／μｍ）以
下にすることが可能である。従って、酸化物半導体をチャネル形成領域に用いたトランジ
スタを位置検出スイッチに用いることで、位置検出アンテナ２０２への不必要な高周波の
出力を防ぐことができる。
【００６２】
位置検出スイッチ２０３として、チャネル形成領域にシリコン（Ｓｉ）、ゲルマニウム（
Ｇｅ）、シリコンカーバイト（ＳｉＣ）などの無機半導体を用いたトランジスタを用いる
ことも可能であるが、劣化が起きにくく、動作速度が速く、少ないオフ電流を同時に実現
できる酸化物半導体をチャネル形成領域に用いたトランジスタを用いることが望ましい。
【００６３】
この様に、位置検出装置２００が有する位置検出スイッチ２０３に、ＯＦＥＴに替えて酸
化物半導体をチャネル形成領域に用いたトランジスタを用いることで、位置検出に用いる
高周波の周波数を高くすることができるため、素早く正確な位置検出を実現し、消費電力
の少ない、長期間の使用に耐える信頼性の高い電力供給装置を提供することができる。
【００６４】
本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせて実施することが可能である。
【００６５】
（実施の形態３）
本実施の形態では、実施の形態１と実施の形態２で説明した、給電スイッチと位置検出ス
イッチを、マトリックス状に配置する例について説明する。給電セルと位置検出セルのど
ちらか一方または両方をマトリックス状に配置することで、アンテナシートを形成するこ
とができる。
【００６６】
ここではまず、図３を用いて、従来の電力供給装置５００の構成及びその動作について説
明しておく。図３（Ａ）に示す従来の電力供給装置５００は、給電セル５０１、第１の高
周波供給回路５０６、第２の高周波供給回路５０８、給電スイッチ制御回路５１１、位置
検出スイッチ制御回路５１２、及び電位検出回路５１０を有している。
【００６７】
給電セル５０１は、コイル状のアンテナ５０２を給電と位置検出で共用とし、アンテナ５
０２の一方の電極に、給電スイッチ５０５を介して給電のための第１の高周波供給回路５
０６を接続し、また、位置検出スイッチ５０７を介して位置検出のための第２の高周波供
給回路５０８が接続されている。給電スイッチ５０５にはＭＥＭＳスイッチが用いられ、
位置検出スイッチ５０７にはＯＦＥＴが用いられている。アンテナ５０２の他方の電極は
、電位検出回路５１０に接続されている。また、アンテナ５０２と容量素子５０３が並列
に接続されている。
【００６８】
図３（Ｂ）は、電位検出回路５１０の一例であり、抵抗素子５２２と容量素子５２３を有
し、また、抵抗素子５２２と容量素子５２３を並列接続とした例について示している。
【００６９】
給電スイッチ５０５のオンオフ動作は、給電スイッチ制御回路５１１により制御される。
位置検出スイッチ５０７のオンオフ動作は、位置検出スイッチ制御回路５１２により制御
される。
【００７０】
第１の高周波供給回路５０６及び第２の高周波供給回路５０８は、それぞれ高周波を発生
する高周波電源を有し、給電スイッチ５０５または位置検出スイッチ５０７を介してアン
テナ５０２に高周波を供給する。
【００７１】
第１の高周波供給回路５０６が供給する高周波の周波数と、第２の高周波供給回路５０８
が供給する高周波の周波数は、それぞれ異なる周波数が用いられる。第１の高周波供給回
路５０６からは、給電用の周波数（例えば、１３．５６ＭＨｚ）を有する高周波が供給さ
れ、第２の高周波供給回路５０８からは、位置検出用の周波数（例えば、３．５ＭＨｚ）
を有する高周波が供給される。異なる周波数の高周波を用いることで、給電と位置検出を
同時に行う。
【００７２】
例えば、給電動作中に位置検出が行われると、給電スイッチ５０５と位置検出スイッチ５
０７が同時にオン状態となり、ノード５２０には周波数１３．５６ＭＨｚと３．５ＭＨｚ
の高周波が重畳された高周波が与えられる。
【００７３】
そこで、アンテナ５０２に容量素子５０３を並列接続し、ＬＣ並列共振回路を構成するこ
とで、２つの高周波が重畳された高周波から周波数１３．５６ＭＨｚの高周波を取り出し
、給電のために用いる。また、電位検出回路５１０が有する抵抗素子５２２に容量素子５
２３を並列接続し、電位５３０もしくは、ノード５２１の電位を検出することで、周波数
３．５ＭＨｚの高周波の電位変化を検出する。
【００７４】
図４は、図３（Ａ）で示した給電セル５０１を、マトリックス状に配置した従来例を示し
ている。図４では１６個の給電セル５０１を４行４列のマトリックス状に配置した電力供
給装置５００を示している。
【００７５】
図４において、１行目の全ての給電セル５０１が有する位置検出スイッチ５０７のゲート
電極は、ＷＰ−１に接続されている。また、１行目の全ての給電セル５０１が有する給電
スイッチ５０５のゲート電極は、ＷＳ−１に接続されている。また、１列目の全ての給電
セル５０１が有する位置検出スイッチ５０７のソース電極またはドレイン電極の一方は、
ＢＰ−１に接続されている。また、１列目の全ての給電セル５０１が有する給電スイッチ
５０５のソース電極またはドレイン電極の一方は、ＢＳ−１に接続されている。また、１
列目の全ての給電セル５０１が有するアンテナ５０２の、位置検出スイッチ５０７及び給
電スイッチ５０５と接続していない側の電極は、ＳＬ−１に接続されている。
【００７６】
このようにして、図４では、４行４列のマトリックス状に配置された１６個の給電セル５
０１が、ＷＰ−１乃至ＷＰ−４、ＷＳ−１乃至ＷＳ−４、ＢＰ−１乃至ＢＰ−４、ＢＳ−
１乃至ＢＳ−４、及びＳＬ−１乃至ＳＬ−４に接続している。また、ＷＰ−１乃至ＷＰ−
４は位置検出スイッチ制御回路５１２に接続され、ＷＳ−１乃至ＷＳ−４は給電スイッチ
制御回路５１１に接続され、ＢＰ−１乃至ＢＰ−４は第２の高周波供給回路５０８に接続
され、ＢＳ−１乃至ＢＳ−４は第１の高周波供給回路５０６に接続され、ＳＬ−１乃至Ｓ
Ｌ−４は電位検出回路５１０に接続されている。
【００７７】
給電セル５０１に近接した受電装置１２０の有無は、以下の動作により検出することがで
きる（位置検出動作）。まず、ＷＰ−２乃至ＷＰ−４に位置検出スイッチ５０７をオフ状
態とする電位を供給し、ＷＰ−１に位置検出スイッチ５０７をオン状態とする電位を供給
し、ＢＳ−１乃至ＢＳ−４に位置検出用の周波数（例えば、３．５ＭＨｚ）を有する高周
波を供給し、ＳＬ−１乃至ＳＬ−４の電位をそれぞれ検出する。
【００７８】
続いて、ＷＰ−１、ＷＰ−３、及びＷＰ−４に、位置検出スイッチ５０７をオフ状態とす
る電位を供給し、ＷＰ−２に位置検出スイッチ５０７をオン状態とする電位を供給し、Ｂ
Ｓ−１乃至ＢＳ−４に位置検出用の周波数（例えば、３．５ＭＨｚ）を有する高周波を供
給し、ＳＬ−１乃至ＳＬ−４の電位をそれぞれ検出する。
【００７９】
このようにして、ＷＰ−１乃至ＷＰ−４を順に選択することで、受電装置１２０が近接し
ている給電セル５０１の位置を特定することができる。
【００８０】
そして、位置が特定された給電セル５０１の給電スイッチ５０５をオン状態とし、第１の
高周波供給回路５０６から給電用の周波数（例えば、１３．５６ＭＨｚ）を有する高周波
を供給する（給電動作）。また、位置検出動作により、給電動作中のセルから受電装置１
２０が離されたと判断された場合は、給電スイッチ５０５をオフ状態とし、第１の高周波
供給回路５０６から当該給電セル５０１への給電用の高周波の供給を停止する。このよう
にして、位置検出動作と給電動作を行う。
【００８１】
給電スイッチ５０５と、位置検出スイッチ５０７に、それぞれ酸化物半導体をチャネル形
成領域に用いたトランジスタを適用することで、消費電力が少なく、位置検出感度に優れ
、信頼性の高い電力供給装置を提供することができる。
【００８２】
実施の形態１で説明したように、酸化物半導体をチャネル形成領域に用いたトランジスタ
はオフ電流が極めて少なく、大電流を流した場合であっても、ホットキャリア劣化が起き
にくい。また、機械的な接点を有しないため、給電スイッチ５０５を、酸化物半導体をチ
ャネル形成領域に用いたトランジスタで置き換えることで、消費電力が少なく、大きな電
力を供給することを可能とし、また、長期間の使用に耐える信頼性の高い電力供給装置を
提供することができる。
【００８３】
また、実施の形態２で説明したように、酸化物半導体をチャネル形成領域に用いたトラン
ジスタはＯＦＥＴよりも電界効果移動度が高く、動作速度が速いため、位置検出スイッチ
５０７を、酸化物半導体をチャネル形成領域に用いたトランジスタで置き換えることで、
位置検出により高い周波数の高周波を用いることができ、素早く正確な位置検出を提供す
ることができる。
【００８４】
酸化物半導体をチャネル形成領域に用いたトランジスタは、ＯＦＥＴよりも電界効果移動
度が高いため動作速度が速く、給電セルの数が多くても、受電装置１２０が配置された給
電セル５０１の特定を素早く行うことができる。また、より高い周波数を有する高周波を
位置検出に用いることができるため、より正確な位置検出を提供することができる。
【００８５】
ただし、給電用の周波数と、位置検出用の周波数に同じ周波数の高周波を用いると、給電
動作と位置検出動作を同時に行うことができないため、給電用の周波数と、位置検出用の
周波数は、異なる周波数を用いる必要がある。また、位置検出用の高周波の周波数は、給
電用の周波数よりも低い周波数とすることが好ましい。
【００８６】
続いて、図５を用いて、給電スイッチと位置検出スイッチに共通のトランジスタを用いて
、給電セルが有するスイッチを１つとして給電と位置検出の機能を提供する構成について
説明する。
【００８７】
図５に示すセル３０１は、実施の形態１で説明した給電セル１０１と同様の構成を有して
おり、また、実施の形態２で説明した位置検出セルとしても機能する。すなわち、図５に
おけるアンテナ３０２は、給電アンテナとしても、位置検出アンテナとしても機能する。
また、スイッチ３０３は、給電スイッチとしても、位置検出スイッチとしても機能する。
【００８８】
図５では１６個のセル３０１を４行４列のマトリックス状に配置した電力供給装置３００
を示しているが、セル３０１の個数や、配置形式はこれに限定されず、実施者が適宜使用
用途を考慮して決めることができる。
【００８９】
図５において、１行目の全てのセル３０１が有するスイッチ３０３のゲート電極は、ＷＬ
−１に接続されている。また、１列目の全てのセル３０１が有するスイッチ３０３のソー
ス電極またはドレイン電極の一方は、ＢＬ−１に接続されている。また、１列目の全ての
セル３０１が有するアンテナ３０２の、スイッチ３０３と接続していない側の電極は、Ｓ
Ｌ−１に接続されている。ここでは、ＷＬ−１は実施の形態１で説明した配線１０５に相
当し、ＢＬ−１は配線１０６に相当し、ＳＬ−１は配線１０４に相当する（図１（Ａ）参
照）。
【００９０】
このようにして、図５では、４行４列のマトリックス状に配置された１６個のセル３０１
が、ＷＬ−１乃至ＷＬ−４、ＢＬ−１乃至ＢＬ−４、ＳＬ−１乃至ＳＬ−４に接続してい
る。また、ＷＬ−１乃至ＷＬ−４はスイッチ制御回路３１１に接続され、ＢＬ−１乃至Ｂ
Ｌ−４は高周波供給回路３０８に接続され、ＳＬ−１乃至ＳＬ−４は電位検出回路３１０
に接続されている。
【００９１】
高周波供給回路３０８は、高周波を発生する高周波電源を有し、スイッチ３０３を介して
アンテナ３０２に高周波を供給する。
【００９２】
給電動作における電力供給装置３００から受電装置１２０への給電は、全てのセル３０１
から同時に行わず、受電装置１２０が近接されたセル３０１からのみ行う。ただし、近接
する受電装置１２０の数や構成によっては、複数のセル３０１もしくは全てのセル３０１
から給電しても構わない。
【００９３】
受電装置１２０が近接されていないセル３０１からの給電を制限することで、不必要な給
電を減らすことができるため、電力供給装置全体の消費電力を下げ、効率良く給電を行う
ことができる。
【００９４】
酸化物半導体をチャネル形成領域に用いたトランジスタは、消費電力が少なく、大きな電
力を供給することが可能であり、ホットキャリア劣化が起きにくい信頼性の高いトランジ
スタである。加えて、酸化物半導体をチャネル形成領域に用いたトランジスタは、ＯＦＥ
Ｔよりも電界効果移動度が高く、動作速度が速い。酸化物半導体をチャネル形成領域に用
いたトランジスタを用いることで、給電スイッチと位置検出スイッチを１つのトランジス
タで兼ねることができる。
【００９５】
さらに、酸化物半導体をチャネル形成領域に用いたトランジスタは、５ＭＨｚ以上の周波
数を有する高周波を位置検出に用いることができる。このため、消費電力が低く、信頼性
が高いことに加え、位置検出用と給電用に、同じ周波数の高周波を用いることも可能とな
る。このため、従来位置検出用と給電用にそれぞれ設ける必要があった高周波供給回路を
、１つの高周波供給回路とすることができる。また、位置検出用と給電用にそれぞれ設け
る必要があったスイッチ制御回路を、１つのスイッチ制御回路とすることができる。
【００９６】
さらに、１つの周波数の高周波で位置検出と給電を行うことができるため、容量素子を用
いた高周波の分離が不要となる。このため、図３で説明した容量素子５０３及び容量素子
５２３を不要とすることができる。ただし、ノイズ成分除去等の目的のため、容量素子を
付加する場合はこれに限らない。
【００９７】
１つの周波数の高周波で位置検出動作と給電動作を行う場合は、位置検出動作中に給電動
作を停止させる必要がある。図５に示す構成では、例えば２列目の全ての給電セルが有す
るアンテナ３０２は、全てＳＬ−２に接続されているため、２列目のどれかの給電セル上
に受電装置が配置されていると、見かけ上全ての２列目の給電セルに受電装置が配置され
ているように検出されてしまう。このため、給電スイッチと位置検出スイッチを１つのト
ランジスタで兼ねる構成とする場合は、位置検出動作と給電動作を交互に行う必要がある
。
【００９８】
位置検出動作は、以下の様に行う。まず、スイッチ制御回路３１１から、ＷＬ−２乃至Ｗ
Ｌ−４にスイッチ３０３をオフ状態とする信号を供給し、ＷＬ−１にスイッチ３０３をオ
ン状態とする信号を供給し、ＢＬ−１乃至ＢＬ−４に特定周波数（例えば１３．５６ＭＨ
ｚ）の高周波を高周波供給回路３０８から供給し、ＳＬ−１乃至ＳＬ−４の電位を検出す
る。
【００９９】
続いて、スイッチ制御回路３１１から、ＷＬ−１、ＷＬ−３、及びＷＬ−４に、スイッチ
３０３をオフ状態とする信号を供給し、ＷＬ−２にスイッチ３０３をオン状態とする信号
を供給し、ＢＬ−１乃至ＢＬ−４に特定周波数（例えば１３．５６ＭＨｚ）の高周波を高
周波供給回路３０８から供給し、ＳＬ−１乃至ＳＬ−４の電位を検出する。
【０１００】
このようにして、ＷＬ−１乃至ＷＬ−４を順に走査することで、受電装置１２０が配置さ
れたセル３０１の位置を特定することができる。
【０１０１】
なお、位置検出動作は、給電動作のように電力を供給するための動作ではなく、また、酸
化物半導体をチャネル形成領域に用いたトランジスタを用いることにより、位置検出のた
めの周波数を高くすることができるため、給電動作に用いる電力よりも少ない電力で位置
検出動作を行うことができる。すなわち、消費電力の少ない電力供給装置を提供すること
ができる。
【０１０２】
次いで、給電動作を行う。給電動作は、まず、位置検出動作によって検出された、受電装
置１２０が配置されているセル３０１に高周波供給回路３０８から給電用の高周波を供給
する。次に、スイッチ制御回路３１１から、該セル３０１が有するスイッチ３０３の制御
端子に、スイッチ３０３がオン状態となる信号を供給すると、アンテナ３０２に給電用の
高周波が供給され、受電装置１２０に電力を供給することができる。
【０１０３】
スイッチ３０３に酸化物半導体をチャネル形成領域に用いたトランジスタを用いることで
、素早く正確な位置検出動作が可能となり、位置検出動作期間、すなわち、給電動作の中
断期間を短くすることが可能となる。給電動作期間は、位置検出動作期間よりも長いこと
が好ましい。また、給電動作期間を位置検出動作期間の５倍以上、好ましくは１０倍以上
とすると、実質的に給電動作の中断が無いものとみなせるため、さらに好ましい。
【０１０４】
このように、給電スイッチと位置検出スイッチを１つの酸化物半導体をチャネル形成領域
に用いたトランジスタで兼ねることにより、回路構成が簡単になり、部品点数を削減する
ことができ、生産性の良い電力供給装置を提供することができる。また、位置検出及び給
電を行うセルの占有面積を小さくすることができるため、複数のセルを高密度に配置する
ことができ、位置検出における空間分解能を高めることができる。また、消費電力が少な
く、長期間の使用に耐える信頼性の高い電力供給装置を提供することができる。
【０１０５】
（実施の形態４）
本実施の形態では、本明細書に開示する電力供給装置に適用できるトランジスタの例を示
す。
【０１０６】
本明細書に開示する電力供給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
えばトップゲート構造、又は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。
【０１０７】
なお、図６（Ａ）乃至（Ｄ）、及び図７にトランジスタの断面構造の一例を示す。本発明
の一態様は、これらのトランジスタのゲート電極と対向し、ゲート絶縁層、チャネル形成
領域となる半導体層、絶縁層を介して形成された導電層をバックゲート電極として用いる
ことを特徴としている。
【０１０８】
図６（Ａ）乃至（Ｄ）、及び図７に示すトランジスタは、チャネル形成領域となる半導体
層に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、高い移
動度と低いオフ電流が得られることであるが、目的や用途によって他の半導体を用いても
よい。
【０１０９】
図６（Ａ）に示すトランジスタ２４１０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。
【０１１０】
トランジスタ２４１０は、絶縁表面を有する基板２４００上に、ゲート電極層２４０１、
ゲート絶縁層２４０２、酸化物半導体層２４０３、ソース電極層２４０５ａ、及びドレイ
ン電極層２４０５ｂを含む。また、これらを覆う様に絶縁層２４０７及び保護絶縁層２４
０９が形成されている。
【０１１１】
なお、図７に示すようにトランジスタ２４１０の絶縁層２４０７または保護絶縁層２４０
９の上に、チャネル形成領域と重なる様に導電層２４１２を形成しても良い。この導電層
２４１２はバックゲートとして作用させることができる。バックゲートの電位を変化させ
ることで、トランジスタのしきい値電圧を変化させることができる。トップゲート構造を
除く以下の構造についても同様な構成とすることができる。
【０１１２】
図６（Ｂ）に示すトランジスタ２４２０は、チャネル保護型と呼ばれるボトムゲート構造
の一つであり逆スタガ型トランジスタともいう。
【０１１３】
トランジスタ２４２０は、絶縁表面を有する基板２４００上に、ゲート電極層２４０１、
ゲート絶縁層２４０２、酸化物半導体層２４０３、酸化物半導体層２４０３のチャネル形
成領域を覆うチャネル保護層として機能する絶縁層２４２７、ソース電極層２４０５ａ、
及びドレイン電極層２４０５ｂを含む。また、これらを覆う様に保護絶縁層２４０９が形
成されている。
【０１１４】
図６（Ｃ）に示すトランジスタ２４３０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２４００上に、ゲート電極層２４０１、ゲート絶縁層２４０２
、ソース電極層２４０５ａ、ドレイン電極層２４０５ｂ、及び酸化物半導体層２４０３を
含む。また、これらを覆う様に絶縁層２４０７及び保護絶縁層２４０９が形成されている
。
【０１１５】
トランジスタ２４３０においては、ゲート絶縁層２４０２は基板２４００及びゲート電極
層２４０１上に接して設けられ、ゲート絶縁層２４０２上にソース電極層２４０５ａ、ド
レイン電極層２４０５ｂが接して設けられている。そして、ゲート絶縁層２４０２、及び
ソース電極層２４０５ａ、ドレイン電極層２４０５ｂ上に酸化物半導体層２４０３が設け
られている。
【０１１６】
図６（Ｄ）に示すトランジスタ２４４０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２４４０は、絶縁表面を有する基板２４００上に、絶縁層２４３７、酸
化物半導体層２４０３、ソース電極層２４０５ａ、及びドレイン電極層２４０５ｂ、ゲー
ト絶縁層２４０２、ゲート電極層２４０１を含み、ソース電極層２４０５ａ、ドレイン電
極層２４０５ｂにそれぞれ配線層２４３６ａ、配線層２４３６ｂが接続している。この構
造にバックゲートを設けるには、酸化物半導体層２４０３を形成する前に導電層と絶縁層
をチャネル形成領域と重なる領域に形成しておく。
【０１１７】
本実施の形態では、上述のとおり、チャネルが形成される半導体層に酸化物半導体層２４
０３を用いる。酸化物半導体層２４０３に用いる酸化物半導体材料としては、四元系金属
酸化物であるＩｎ−Ｓｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系や、三元系金属酸化物であるＩｎ−Ｇａ−Ｚ
ｎ−Ｏ系、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｚｎ−Ｏ系、Ｉｎ−Ａｌ−Ｚｎ−Ｏ系、Ｓｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系
、Ａｌ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系、Ｓｎ−Ａｌ−Ｚｎ−Ｏ系や、二元系金属酸化物であるＩｎ−
Ｚｎ−Ｏ系、Ｓｎ−Ｚｎ−Ｏ系、Ａｌ−Ｚｎ−Ｏ系、Ｚｎ−Ｍｇ−Ｏ系、Ｓｎ−Ｍｇ−Ｏ
系、Ｉｎ−Ｍｇ−Ｏ系、Ｉｎ−Ｇａ−Ｏ系や、一元系金属酸化物であるＩｎ−Ｏ系、Ｓｎ
−Ｏ系、Ｚｎ−Ｏ系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、少なくともＩ
ｎとＧａとＺｎを含む酸化物のことであり、その組成比に特に制限はない。また、Ｉｎと
ＧａとＺｎ以外の元素を含んでもよい。
【０１１８】
また、酸化物半導体層２４０３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、Ｇａ、Ａｌ、ＭｎおよびＣｏから選ばれた
一つ、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Ｍ
ｎ、またはＧａ及びＣｏなどがある。
【０１１９】
酸化物半導体層２４０３をチャネルが形成される半導体層として用いたトランジスタ２４
１０、２４２０、２４３０、２４４０は、オフ状態における電流値（オフ電流値）を低く
することができる。よって、消費電力を抑制する効果を奏する。
【０１２０】
また、酸化物半導体層２４０３をチャネルが形成される半導体層として用いたトランジス
タ２４１０、２４２０、２４３０、２４４０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。従って、スイッチ３０３が形成される基板と同一の基板上に
、電位検出回路３１０、スイッチ制御回路３１１、高周波供給回路３０８などの高速駆動
を要する駆動回路を作製することができるため、部品点数を削減することができる。
【０１２１】
基板２４００には、ガラス基板、セラミック基板、石英基板、サファイア基板の他、結晶
化ガラス基板などを用いることができる。
【０１２２】
また、基板２４００として、可撓性基板（フレキシブル基板）を用いてもよい。可撓性基
板を用いる場合、可撓性基板上に、酸化物半導体をチャネル形成領域に用いたトランジス
タを直接作製してもよいし、他の作製基板に、酸化物半導体をチャネル形成領域に用いた
トランジスタを作製し、その後、作製基板からトランジスタを剥離し、可撓性基板に転置
してもよい。なお、作製基板からトランジスタを剥離し、可撓性基板に転置するために、
作製基板と、酸化物半導体をチャネル形成領域に用いたトランジスタとの間に、剥離層を
設けるとよい。
【０１２３】
可撓性を有する電力供給装置を作製するには、可撓性基板上に酸化物半導体層２４０３を
チャネル形成領域に用いたトランジスタを直接作製してもよいし、他の作製基板に酸化物
半導体層２４０３をチャネル形成領域に用いたトランジスタを作製し、その後、作製基板
からトランジスタを剥離し、可撓性基板に転置してもよい。なお、作製基板からトランジ
スタを剥離し、可撓性基板に転置するために、作製基板と、酸化物半導体をチャネル形成
領域に用いたトランジスタとの間に、剥離層を設けるとよい。
【０１２４】
ボトムゲート構造のトランジスタ２４１０、２４２０、２４３０においては、下地層とな
る絶縁層を基板とゲート電極層の間に設けてもよい。下地層は、基板からの不純物元素の
拡散を防止する機能があり、窒化シリコン層、酸化シリコン層、窒化酸化シリコン層、又
は酸化窒化シリコン層から選ばれた一つ、又は複数の層による積層構造により形成するこ
とができる。
【０１２５】
また、下地絶縁層に、塩素、フッ素などのハロゲン元素を含ませることで、基板２４００
からの不純物元素の拡散を防止する機能をさらに高めることができる。下地絶縁層中に含
ませるハロゲン元素の濃度は、ＳＩＭＳ（二次イオン質量分析計）を用いた分析により得
られる濃度ピークにおいて、１×１０１５／ｃｍ３以上１×１０２０／ｃｍ３以下とすれ
ばよい。
【０１２６】
ゲート電極層２４０１には、モリブデン（Ｍｏ）、チタン（Ｔｉ）、クロム（Ｃｒ）、タ
ンタル（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、ネオジム（
Ｎｄ）、スカンジウム（Ｓｃ）、マクネシウム（Ｍｇ）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ることができる。また、ゲート電極層２４０１は単層に限らず
異なる層の積層でも良い。
【０１２７】
ゲート絶縁層２４０２には、酸化シリコン、窒化シリコン、酸化窒化シリコン、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、酸化タンタル、酸化イットリウム、酸化ハフニウム、ハフニウムシリケート（
ＨｆＳｉｘＯｙ（ｘ＞０、ｙ＞０））、窒素が添加されたハフニウムシリケート（ＨｆＳ
ｉｘＯｙＮｚ（ｘ＞０、ｙ＞０、ｚ＞０））、窒素が添加されたハフニウムアルミネート
（ＨｆＡｌｘＯｙＮｚ（ｘ＞０、ｙ＞０、ｚ＞０））等を用いることができ、プラズマＣ
ＶＤ法やスパッタ法等で形成することができる。また、ゲート絶縁層２４０２は単層に限
らず異なる層の積層でも良い。例えば、プラズマＣＶＤ法により第１のゲート絶縁層とし
て窒化シリコン層（ＳｉＮｙ（ｙ＞０））を形成し、第１のゲート絶縁層上に第２のゲー
ト絶縁層として酸化シリコン層（ＳｉＯｘ（ｘ＞０））を積層して、ゲート絶縁層として
も良い。
【０１２８】
ソース電極層２４０５ａ、ドレイン電極層２４０５ｂに用いる導電層としては、例えば、
Ａｌ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｗ、Ｍｇから選ばれた元素、またはこれらの元素
を含む合金等を用いることができる。また、Ａｌ、Ｃｕなどの金属層の下側又は上側の一
方または双方にＴｉ、Ｍｏ、Ｗなどの高融点金属層を積層させた構成としても良い。また
、アルミニウム層に生ずるヒロックやウィスカー等の発生を防止する元素（Ｓｉ、Ｎｄま
たはＳｃなど）が添加されているアルミニウム材料を用いることで耐熱性を向上させるこ
とが可能となる。
【０１２９】
また、ソース電極層２４０５ａ、ドレイン電極層２４０５ｂに接続する配線層２４３６ａ
、配線層２４３６ｂなどの導電層も、ソース電極層２４０５ａ、ドレイン電極層２４０５
ｂと同様な材料を用いて形成することができる。
【０１３０】
また、ソース電極層２４０５ａ、ドレイン電極層２４０５ｂ（これと同じ層で形成される
配線層を含む）となる導電層としては導電性の金属酸化物で形成しても良い。導電性の金
属酸化物としては酸化インジウム（Ｉｎ２Ｏ３）、酸化スズ（ＳｎＯ２）、酸化亜鉛（Ｚ
ｎＯ）、酸化インジウム酸化スズ合金（Ｉｎ２Ｏ３―ＳｎＯ２、ＩＴＯと略記する）、酸
化インジウム酸化亜鉛合金（Ｉｎ２Ｏ３―ＺｎＯ）またはこれらの金属酸化物材料に酸化
シリコンを含ませたものを用いることができる。
【０１３１】
絶縁層２４０７、２４２７、２４３７は、代表的には酸化シリコン層、酸化窒化シリコン
層、酸化アルミニウム層、または酸化窒化アルミニウム層などの無機絶縁層を用いること
ができる。
【０１３２】
保護絶縁層２４０９は、窒化シリコン層、窒化酸化シリコン層、酸化アルミニウム層、窒
化アルミニウム層、窒化酸化アルミニウム層などの無機絶縁層を用いることができる。
【０１３３】
また、トランジスタの構造に起因する表面凹凸を低減するために保護絶縁層２４０９上に
平坦化絶縁層を形成してもよい。平坦化絶縁層としては、ポリイミド、アクリル樹脂、ベ
ンゾシクロブテン系樹脂等の有機材料を用いることができる。また上記有機材料の他に、
低誘電率材料（ｌｏｗ−ｋ材料）等を用いることができる。なお、これらの材料で形成さ
れる絶縁層を複数積層させることで、平坦化絶縁層を形成してもよい。
【０１３４】
このように、本実施の形態において、酸化物半導体をチャネル形成領域に用いたトランジ
スタを用いることにより、高機能な電力供給装置を提供することができる。
【０１３５】
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。
【０１３６】
（実施の形態５）
本実施の形態は、酸化物半導体をチャネル形成領域に用いたトランジスタ、及び作製方法
の一例を図面を用いて詳細に説明する。
【０１３７】
図８（Ａ）乃至図８（Ｅ）にトランジスタの断面構造の一例を示す。図８（Ａ）乃至図８
（Ｅ）に示すトランジスタ２５１０は、図６（Ａ）に示すトランジスタ２４１０と同様な
ボトムゲート構造の逆スタガ型トランジスタである。
【０１３８】
本実施の形態の半導体層に用いる酸化物半導体は、ドナーとなる性質を持つ水素を酸化物
半導体から極力除去し、酸化物半導体の主成分以外の不純物が極力含まれないように高純
度化することによりｉ型（真性）の酸化物半導体、又はｉ型（真性）に限りなく近い酸化
物半導体としたものである。すなわち、不純物を添加してｉ型化するのでなく、水素や水
等の不純物を極力除去したことにより、高純度化されたｉ型（真性）又はそれに近づける
ことを特徴としている。従って、トランジスタ２５１０が有するチャネル形成領域に用い
られる酸化物半導体層は、高純度化され電気的にｉ型（真性）化した酸化物半導体層であ
る。
【０１３９】
また、高純度化された酸化物半導体中にはキャリアが極めて少なく（ゼロに近い）、キャ
リア密度は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。
【０１４０】
酸化物半導体中にキャリアが極めて少ないため、トランジスタのオフ電流を少なくするこ
とができる。オフ電流は少なければ少ないほど好ましい。
【０１４１】
具体的には、上述の酸化物半導体をチャネル形成領域に用いたトランジスタは、チャネル
幅１μｍあたりのオフ電流値を室温下において１０ａＡ／μｍ（１×１０−１７Ａ／μｍ
）以下にすること、さらには、１ａＡ／μｍ（１×１０−１８Ａ／μｍ）以下、さらには
１ｚＡ／μｍ（１×１０−２１Ａ／μｍ）以下、さらには１ｙＡ／μｍ（１×１０−２４
Ａ／μｍ）以下にすることが可能である。
【０１４２】
また、上述の酸化物半導体をチャネル形成領域に用いたトランジスタ２５１０は、オン電
流の温度依存性がほとんど見られず、オフ電流の変化も非常に小さい。
【０１４３】
以下、図８（Ａ）乃至図８（Ｅ）を用い、基板２５０５上にトランジスタ２５１０を作製
する工程を説明する。
【０１４４】
まず、絶縁表面を有する基板２５０５上に導電層を形成した後、第１のフォトリソグラフ
ィ工程とエッチング工程でゲート電極層２５１１を形成する。なお、レジストマスクをイ
ンクジェット法で形成してもよい。レジストマスクをインクジェット法で形成するとフォ
トマスクを使用しないため、製造コストを低減できる。
【０１４５】
絶縁表面を有する基板２５０５は、実施の形態４に示した基板２４００と同様な基板を用
いることができる。本実施の形態では基板２５０５としてガラス基板を用いる。
【０１４６】
下地層となる絶縁層を基板２５０５とゲート電極層２５１１との間に設けてもよい。下地
層は、基板２５０５からの不純物元素の拡散を防止する機能があり、窒化シリコン層、酸
化シリコン層、窒化酸化シリコン層、又は酸化窒化シリコン層から選ばれた一つ、又は複
数の層による積層構造により形成することができる。
【０１４７】
また、ゲート電極層２５１１には、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、マグネシウム等の金属材料、又はこれらを主成
分とする合金材料を用いることができる。また、ゲート電極層２５１１は単層に限らず異
なる層の積層でも良い。
【０１４８】
次いで、ゲート電極層２５１１上にゲート絶縁層２５０７を形成する。ゲート絶縁層２５
０７には、ＣＶＤ法やスパッタリング法等を用いて得られる酸化シリコン、窒化シリコン
、酸化窒化シリコン、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、酸化タンタル、酸化イットリウム、酸化ハフニ
ウム、ハフニウムシリケート（ＨｆＳｉｘＯｙ（ｘ＞０、ｙ＞０）、窒素が添加されたハ
フニウムシリケート（ＨｆＳｉｘＯｙＮｚ（ｘ＞０、ｙ＞０、ｚ＞０））、窒素が添加さ
れたハフニウムアルミネート（ＨｆＡｌｘＯｙＮｚ（ｘ＞０、ｙ＞０、ｚ＞０））等を含
む膜の単層構造または積層構造とすると良い。また、ゲート絶縁層２５０７の厚さは、例
えば、１ｎｍ以上２００ｎｍ以下、好ましくは１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下とすることが
できる。
【０１４９】
本実施の形態の酸化物半導体は、不純物が除去され、ｉ型化又は実質的にｉ型化された酸
化物半導体を用いる。このような高純度化された酸化物半導体は界面準位、界面電荷に対
して極めて敏感であるため、酸化物半導体層とゲート絶縁層との界面は重要である。その
ため高純度化された酸化物半導体に接するゲート絶縁層は、高品質化が要求される。
【０１５０】
例えば、μ波（例えば、周波数２．４５ＧＨｚ）を用いた高密度プラズマＣＶＤは、緻密
で絶縁耐圧の高い高品質な絶縁層を形成できるので好ましい。高純度化された酸化物半導
体と高品質なゲート絶縁層とが密接することにより、界面準位を低減して界面特性を良好
なものとすることができるからである。
【０１５１】
もちろん、ゲート絶縁層として良質な絶縁層を形成できるものであれば、スパッタ法やプ
ラズマＣＶＤ法など他の成膜方法を適用することができる。また、成膜後の熱処理によっ
てゲート絶縁層の膜質、酸化物半導体との界面特性が改質される絶縁層であっても良い。
いずれにしても、ゲート絶縁層としての膜質が良好であることは勿論のこと、酸化物半導
体との界面準位密度を低減し、良好な界面を形成できるものであれば良い。ここではスパ
ッタ法を用いる例について説明する。
【０１５２】
ゲート絶縁層２５０７、酸化物半導体層２５３０に水素、水酸基及び水分がなるべく含ま
れないようにするために、酸化物半導体層２５３０の成膜の前処理として、スパッタ装置
の予備加熱室でゲート電極層２５１１が形成された基板２５０５、又はゲート絶縁層２５
０７までが形成された基板２５０５を予備加熱し、基板２５０５に吸着した水素、水分な
どの不純物を脱離させ排気することが好ましい。なお、予備加熱室に設ける排気手段はク
ライオポンプが好ましい。なお、この予備加熱の処理は省略することもできる。またこの
予備加熱は、絶縁層２５１６の成膜前に、ソース電極層２５１５ａ及びドレイン電極層２
５１５ｂまで形成した基板２５０５にも同様の処理を行ってもよい。
【０１５３】
次いで、ゲート絶縁層２５０７上に、膜厚２ｎｍ以上２００ｎｍ以下、好ましくは５ｎｍ
以上３０ｎｍ以下の酸化物半導体層２５３０を形成する（図８（Ａ）参照）。
【０１５４】
なお、酸化物半導体層２５３０をスパッタ法により成膜する前に、アルゴンガスを導入し
てプラズマを発生させる逆スパッタを行い、ゲート絶縁層２５０７の表面に付着している
粉状物質（「パーティクル」、「ごみ」ともいう）を除去することが好ましい。逆スパッ
タとは、ターゲット側に電圧を印加せずに、アルゴン雰囲気下で基板側にＲＦ電源を用い
て電圧を印加して基板近傍にプラズマを形成して表面を改質する方法である。なお、アル
ゴン雰囲気に代えて窒素、ヘリウム、酸素などを用いてもよい。
【０１５５】
酸化物半導体層２５３０に用いる酸化物半導体は、実施の形態４に示した四元系金属酸化
物や、三元系金属酸化物や、二元系金属酸化物や、一元系金属酸化物であるＩｎ−Ｏ系、
Ｓｎ−Ｏ系、Ｚｎ−Ｏ系などの酸化物半導体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。本実施の形態では、酸化物半導体層２５３０としてＩｎ
−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物ターゲットを用いてスパッタ法により成膜する。この段階での
断面図が図８（Ａ）に相当する。また、酸化物半導体層２５３０は、希ガス（代表的には
アルゴン）雰囲気下、酸素雰囲気下、又は希ガスと酸素の混合雰囲気下においてスパッタ
法により形成することができる。
【０１５６】
酸化物半導体層２５３０をスパッタ法で作製するための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］（すなわち、
Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：０．５［ａｔｏｍ比］）を用いることができる。また、他に
も、Ｉｎ２Ｏ３：Ｇａ２Ｏ３：ＺｎＯ＝１：１：２［ｍｏｌ数比］、Ｉｎ２Ｏ３：Ｇａ２
Ｏ３：ＺｎＯ＝２：２：１［ｍｏｌ数比］、またはＩｎ２Ｏ３：Ｇａ２Ｏ３：ＺｎＯ＝１
：１：４［ｍｏｌ数比］の組成比を有するターゲットを用いてもよい。また、Ｉｎ２Ｏ３
：Ｇａ２Ｏ３：ＺｎＯ＝２：０：１［ｍｏｌ数比］の組成比を有するターゲットを用いる
こともできる。
【０１５７】
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＝１
５：１〜１．５：１（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。
【０１５８】
これらの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
％以下である。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
半導体層は緻密な膜となる。
【０１５９】
酸化物半導体層２５３０を成膜する際に用いるスパッタガスは水素、水、水酸基又は水素
化物などの不純物が除去された高純度ガスを用いることが好ましい。
【０１６０】
減圧状態に保持された成膜室内に基板を保持し、基板温度を１００℃以上６００℃以下好
ましくは２００℃以上４００℃以下とする。基板を加熱しながら成膜することにより、成
膜した酸化物半導体層に含まれる不純物濃度を低減することができる。また、スパッタに
よる酸化物半導体層の損傷が軽減される。そして、成膜室内の残留水分を除去しつつ水素
及び水分が除去されたスパッタガスを導入し、上記ターゲットを用いて基板２５０５上に
酸化物半導体層２５３０を成膜する。成膜室内の残留水分を除去するためには、吸着型の
真空ポンプ、例えば、クライオポンプ、イオンポンプ、チタンサブリメーションポンプを
用いることが好ましい。また、排気手段としては、ターボ分子ポンプにコールドトラップ
を加えたものであってもよい。クライオポンプを用いて排気した成膜室は、例えば、水素
原子、水（Ｈ２Ｏ）など水素原子を含む化合物（より好ましくは炭素原子を含む化合物も
）等が排気されるため、当該成膜室で成膜した酸化物半導体層に含まれる不純物の濃度を
低減できる。
【０１６１】
成膜条件の一例としては、基板とターゲットとの間の距離を１００ｍｍ、圧力０．６Ｐａ
、直流（ＤＣ）電源０．５ｋＷ、酸素（酸素流量比率１００％）雰囲気下の条件が適用さ
れる。なお、パルス直流電源を用いると、成膜時に発生する粉状物質（「パーティクル」
、「ごみ」ともいう）が軽減でき、膜厚分布も均一となるために好ましい。
【０１６２】
次いで、酸化物半導体層２５３０を第２のフォトリソグラフィ工程とエッチング工程で島
状の酸化物半導体層に加工する。ここで、島状の酸化物半導体層を形成するためのレジス
トマスクは、インクジェット法で形成してもよい。レジストマスクをインクジェット法で
形成するとフォトマスクを使用しないため、製造コストを低減できる。
【０１６３】
また、ゲート絶縁層２５０７にコンタクトホールを形成する場合、その工程は酸化物半導
体層２５３０の加工時に同時に行うことができる。
【０１６４】
なお、ここでの酸化物半導体層２５３０のエッチングは、ドライエッチングでもウェット
エッチングでもよく、両方を用いてもよい。例えば、酸化物半導体層２５３０のウェット
エッチングに用いるエッチング液としては、燐酸、酢酸及び硝酸を混ぜた溶液、またはＩ
ＴＯ−０７Ｎ（関東化学社製）などを用いることができる。
【０１６５】
次いで、酸化物半導体層に第１の加熱処理を行う。この第１の加熱処理によって酸化物半
導体層の脱水化または脱水素化を行うことができる。第１の加熱処理は、窒素、またはヘ
リウム、ネオン、アルゴン等の希ガス雰囲気中で、４００℃以上７５０℃以下、または４
００℃以上基板の歪み点未満の温度で行う。ここでは、加熱処理装置の一つである電気炉
に基板を導入し、酸化物半導体層に対して窒素雰囲気下４５０℃において１時間の加熱処
理を行い、脱水化または脱水素化した酸化物半導体層２５３１とする（図８（Ｂ）参照）
。
【０１６６】
なお、加熱処理装置は電気炉に限られず、抵抗発熱体などの発熱体からの熱伝導または熱
輻射によって、被処理物を加熱する装置を備えていてもよい。例えば、ＧＲＴＡ（Ｇａｓ
Ｒａｐｉｄ  Ｔｈｅｒｍａｌ  Ａｎｎｅａｌ）装置、ＬＲＴＡ（Ｌａｍｐ  Ｒａｐｉｄ
Ｔｈｅｒｍａｌ  Ａｎｎｅａｌ）装置等のＲＴＡ（Ｒａｐｉｄ  Ｔｈｅｒｍａｌ  Ａｎ
ｎｅａｌ）装置を用いることができる。ＬＲＴＡ装置は、ハロゲンランプ、メタルハライ
ドランプ、キセノンアークランプ、カーボンアークランプ、高圧ナトリウムランプ、高圧
水銀ランプなどのランプから発する光（電磁波）の輻射により、被処理物を加熱する装置
である。ＧＲＴＡ装置は、高温のガスを用いて加熱処理を行う装置である。高温のガスに
は、アルゴンなどの希ガス、または窒素のような、加熱処理によって被処理物と反応しな
い不活性ガスが用いられる。
【０１６７】
例えば、第１の加熱処理として、６５０℃以上７００℃以下の高温に加熱した不活性ガス
中に基板を移動させて入れ、数分間加熱した後、基板を移動させて高温に加熱した不活性
ガス中から出すＧＲＴＡを行ってもよい。
【０１６８】
なお、第１の加熱処理においては、加熱処理装置に導入する不活性ガスに、水、水素など
が含まれないことが好ましい。または、該不活性ガスの純度を、６Ｎ（９９．９９９９％
）以上、好ましくは７Ｎ（９９．９９９９９％）以上、（即ち不純物濃度を１ｐｐｍ以下
、好ましくは０．１ｐｐｍ以下）とすることが好ましい。
【０１６９】
また、第１の加熱処理で酸化物半導体層を加熱した後、同じ炉に高純度の酸素ガス、高純
度のＮ２Ｏガス、又は超乾燥エア（露点が−４０℃以下、好ましくは−６０℃以下）を導
入してもよい。加熱処理装置に導入する酸素ガスまたはＮ２Ｏガスの純度は、６Ｎ以上、
好ましくは７Ｎ以上、（即ち、酸素ガスまたはＮ２Ｏガス中の不純物濃度を１ｐｐｍ以下
、好ましくは０．１ｐｐｍ以下）とすることが好ましい。特にこれらのガスには、水、水
素などが含まれないことが好ましい。酸素ガス又はＮ２Ｏガスの作用によって、脱水化ま
たは脱水素化処理による不純物の排除工程で脱離してしまった酸化物半導体を構成する主
成分材料である酸素を供給することができる。この工程により、酸化物半導体層を高純度
化させ電気的にｉ型（真性）化することができる。
【０１７０】
また、酸化物半導体層の第１の加熱処理は、島状の酸化物半導体層に加工する前の酸化物
半導体層２５３０に行うこともできる。その場合には、第１の加熱処理後に、加熱処理装
置から基板を取り出し、フォトリソグラフィ工程を行う。
【０１７１】
なお、第１の加熱処理は、上記以外にも、酸化物半導体層成膜後であれば、酸化物半導体
層上にソース電極層及びドレイン電極層を積層させた後、あるいは、ソース電極層及びド
レイン電極層上に絶縁層を形成した後、のいずれで行っても良い。
【０１７２】
また、ゲート絶縁層２５０７にコンタクトホールを形成する場合、その工程は酸化物半導
体層２５３０に第１の加熱処理を行う前でも行った後に行ってもよい。
【０１７３】
また、酸化物半導体を２回に分けて成膜し、２回に分けて加熱処理を行って結晶化した酸
化物半導体層を用いても良い。この様な工程を行うことで、下地部材を問わず、膜表面に
対して垂直にｃ軸配向した膜厚の厚い結晶領域（単結晶領域）を形成することができる。
【０１７４】
例えば、３ｎｍ以上１５ｎｍ以下の第１の酸化物半導体層を成膜し、窒素、酸素、希ガス
、または乾燥空気の雰囲気下で４５０℃以上８５０℃以下、好ましくは５５０℃以上７５
０℃以下の第１の加熱処理を行い、表面を含む領域に結晶領域（板状結晶を含む）を有す
る第１の酸化物半導体層を形成する。そして、第１の酸化物半導体層よりも厚い第２の酸
化物半導体層を形成し、４５０℃以上８５０℃以下、好ましくは６００℃以上７００℃以
下の第２の加熱処理を行う。
【０１７５】
この工程により、第１の酸化物半導体層が種結晶となり、第２の酸化物半導体層全体を下
部から上部に向かって結晶成長させることができ、結果として膜厚の厚い結晶領域を有す
る酸化物半導体層が形成される。
【０１７６】
次いで、ゲート絶縁層２５０７、及び酸化物半導体層２５３１上に、ソース電極層及びド
レイン電極層（これと同じ層で形成される配線層を含む）となる導電層を形成する。ソー
ス電極層、及びドレイン電極層に用いる導電層としては、実施の形態４に示したソース電
極層２４０５ａ、ドレイン電極層２４０５ｂと同様の材料を用いることができる。
【０１７７】
第３のフォトリソグラフィ工程により導電層上にレジストマスクを形成し、選択的にエッ
チングを行ってソース電極層２５１５ａ、ドレイン電極層２５１５ｂを形成した後、レジ
ストマスクを除去する（図８（Ｃ）参照）。
【０１７８】
第３のフォトリソグラフィ工程での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レーザ光を用いるとよい。酸化物半導体層２５３１上で隣り合うソース電
極層の下端部とドレイン電極層の下端部との間隔幅によって後に形成されるトランジスタ
のチャネル長Ｌが決定される。なお、チャネル長Ｌ＝２５ｎｍ未満の場合には、数ｎｍ乃
至数１０ｎｍと極めて波長が短い超紫外線（Ｅｘｔｒｅｍｅ  Ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ）
を用いて第３のフォトリソグラフィ工程での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。従って、後に形成されるトラン
ジスタのチャネル長Ｌを１０ｎｍ以上１０００ｎｍ以下とすることも可能であり、回路の
動作速度を高速化でき、さらにオフ電流値が極めて小さいため、低消費電力化も図ること
ができる。
【０１７９】
また、フォトリソグラフィ工程で用いるフォトマスク数及び工程数を削減するため、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
階調マスクは透過した光が複数の強度となるため、部分的に膜厚の異なるレジストマスク
を形成することができる。該レジストマスクは、アッシングを行うことで形状を変形させ
ることができるため、フォトリソグラフィ工程を行わずに異なる形状のレジストマスクを
形成することができる。従って、露光マスク数を削減することができ、対応するフォトリ
ソグラフィ工程も削減できるため、工程の簡略化が可能となる。
【０１８０】
なお、導電層のエッチングの際に、酸化物半導体層２５３１がエッチングされ、分断する
ことのないようエッチング条件を最適化することが望まれる。しかしながら、導電層のみ
をエッチングし、酸化物半導体層２５３１を全くエッチングしないという条件を得ること
は難しく、導電層のエッチングの際に酸化物半導体層２５３１は一部のみがエッチングさ
れ、溝部（凹部）を有する酸化物半導体層となることもある。
【０１８１】
本実施の形態では、導電層としてＴｉ層を用い、酸化物半導体層２５３１にはＩｎ−Ｇａ
−Ｚｎ−Ｏ系酸化物半導体を用いるため、導電層をエッチングするためのエッチャントに
はアンモニア過水（３１重量％過酸化水素水、２８重量％アンモニア水、水を体積比で２
：１：１で混合した水溶液）を用いると良い。
【０１８２】
次いで、酸化物半導体層の一部に接する保護絶縁層となる絶縁層２５１６を形成する。こ
の絶縁層２５１６を形成する前に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
。
【０１８３】
絶縁層２５１６は、少なくとも１ｎｍ以上の膜厚とし、スパッタ法など、絶縁層２５１６
に水、水素等の不純物を混入させない方法を適宜用いて形成することができる。絶縁層２
５１６に水素が含まれると、その水素が酸化物半導体層に侵入する現象や、水素が酸化物
半導体層中の酸素を引き抜く現象が生じることがある。この場合、酸化物半導体層のバッ
クチャネル側が低抵抗化（Ｎ型化）してしまい、寄生チャネルが形成されることがある。
従って、絶縁層２５１６は、水素及び水素を含む不純物が含まれない方法を用いて成膜す
ることが重要である。
【０１８４】
なお、絶縁層２５１６の代わり、または、絶縁層２５１６と酸化物半導体層の間に、酸化
物半導体層の一部に接するように酸化ガリウム層を形成してもよい。酸化ガリウムは帯電
しにくい材料であるため、絶縁層のチャージアップによるしきい値電圧の変動を抑えるこ
とができる。
【０１８５】
本実施の形態では、絶縁層２５１６として膜厚２００ｎｍの酸化シリコン層をスパッタ法
を用いて成膜する。成膜時の基板温度は、室温以上３００℃以下とすればよく、本実施の
形態では１００℃とする。酸化シリコン層のスパッタ法による成膜は、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において行う
ことができる。また、ターゲットには、酸化シリコンまたはシリコンを用いることができ
る。例えば、シリコンをターゲットに用いて、酸素を含む雰囲気下でスパッタを行うと酸
化シリコン層を形成することができる。酸化物半導体層に接して形成する絶縁層２５１６
には、水分や、水素イオンや、水酸基などの不純物をほとんど含まず、これらが外部から
侵入することをブロックする無機絶縁層を用いることが好ましい。代表的には酸化シリコ
ン層、酸化窒化シリコン層、酸化アルミニウム層、または酸化窒化アルミニウム層などを
用いることができる。
【０１８６】
酸化物半導体層２５３０の成膜時と同様に、絶縁層２５１６の成膜室内の残留水分を除去
するためには、吸着型の真空ポンプ（クライオポンプなど）を用いることが好ましい。ク
ライオポンプを用いて排気した成膜室で成膜した絶縁層２５１６は、膜中に含まれる不純
物の濃度を低減することができる。また、絶縁層２５１６の成膜室内の残留水分を除去す
るための排気手段としては、ターボ分子ポンプにコールドトラップを加えたものであって
もよい。
【０１８７】
絶縁層２５１６を成膜する際に用いるスパッタガスは、水素、水、水酸基又は水素化物な
どの不純物が除去された高純度ガスを用いることが好ましい。
【０１８８】
次いで、不活性ガス雰囲気下、または酸素ガス雰囲気下で第２の加熱処理（好ましくは２
００℃以上４００℃以下、例えば２５０℃以上３５０℃以下）を行う。例えば、窒素雰囲
気下で２５０℃、１時間の第２の加熱処理を行う。第２の加熱処理を行うと、酸化物半導
体層の一部（チャネル形成領域）は絶縁層２５１６と接した状態で昇温される。
【０１８９】
以上の工程を経ることによって、酸化物半導体層に対して第１の加熱処理を行って水素、
水分、水酸基又は水素化物（「水素化合物」ともいう）などの不純物と同時に減少してし
まった酸化物半導体を構成する主成分材料の一つである酸素を供給することができる。従
って、酸化物半導体層は高純度化され電気的にｉ型（真性）化する。
【０１９０】
以上の工程でトランジスタ２５１０が形成される（図８（Ｄ）参照）。
【０１９１】
また、酸化物絶縁層に欠陥を多く含む酸化シリコン層を用いると、酸化シリコン層形成後
の加熱処理によって酸化物半導体層中に含まれる水素、水分、水酸基又は水素化物などの
不純物を酸化シリコン層中に拡散させることができる。つまり、酸化物半導体層中に含ま
れる該不純物をより低減させる効果を奏する。
【０１９２】
絶縁層２５１６上にさらに保護絶縁層２５０６を形成してもよい。例えば、スパッタ法を
用いて窒化シリコン層を形成する。保護絶縁層には、水分などの不純物をほとんど含まず
、更にこれらの外部からの侵入を防ぐことのできる無機絶縁層である窒化シリコン層、窒
化アルミニウム層などを用いると良い。本実施の形態では、保護絶縁層２５０６に窒化シ
リコン層を用いる（図８（Ｅ）参照）。
【０１９３】
保護絶縁層２５０６に用いる窒化シリコン層は、絶縁層２５１６まで形成された基板２５
０５を１００℃以上４００℃以下の温度に加熱し、水素及び水分が除去された高純度窒素
を含むスパッタガスを導入し、シリコンのターゲットを用いて成膜する。この場合におい
ても、絶縁層２５１６と同様に、処理室内の残留水分を除去しつつ保護絶縁層２５０６を
成膜することが好ましい。
【０１９４】
保護絶縁層の形成後、さらに大気中で１００℃以上２００℃以下、１時間以上３０時間以
下での加熱処理を行ってもよい。この加熱処理は一定の加熱温度を保持して加熱してもよ
いし、室温から加熱温度への昇温と加熱温度から室温までの降温を１サイクルとする処理
を複数回繰り返して行ってもよい。
【０１９５】
このように、本実施の形態を用いて作製した、高純度化された酸化物半導体をチャネル形
成領域に用いたトランジスタを用いることにより、オフ状態における電流値（オフ電流値
）をより低くすることができる。
【０１９６】
また、高純度化された酸化物半導体をチャネル形成領域に用いたトランジスタは、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。従って、スイッチ３０３が形成さ
れる基板と同一の基板上に、  電位検出回路３１０、スイッチ制御回路３１１、高周波供
給回路３０８などの高速駆動を要する駆動回路部を作製することができるため、部品点数
を削減することができる。
【０１９７】
本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせて実施することが可能である。
【０１９８】
（実施の形態６）
本実施の形態では、上記実施の形態で示した電力供給装置の利用形態の一例について図９
を用いて説明する。
【０１９９】
図９（Ａ）は、テーブル８１００に、給電セル８１１０がマトリックス状に配置された電
力供給装置を設ける例を示している。電力供給装置は天板最上部に設ける必要はなく、天
板内部や、下部に設けることができる。すなわち、テーブル８１００の外観を損なうこと
なく電力供給装置を設けることができる。
【０２００】
テーブル８１００上に置かれたテーブルランプ８１２０は受電装置を有しており、電力供
給装置から伝送される電力を受電装置により受け取ることで、ランプを点灯させることが
できる。給電セル８１１０はテーブル８１００の天板全体に設けられているため、テーブ
ルランプ８１２０を天板上のどの位置に置いても、電源コードを気にすることなくランプ
を点灯させることができる。
【０２０１】
また、受電装置を有する携帯電話８２１０をテーブル８１００上に置くことで、電気的な
接点を設けることなく、携帯電話８２１０に内蔵された蓄電池に充電することができる。
携帯電話８２１０に電気的な接点を設ける必要がないため、携帯電話８２１０に防水機能
等を付与し易くなる。
【０２０２】
図９（Ｂ）は、壁８３００及び床８３５０に、給電セル８３１０がマトリックス状に配置
された電力供給装置を設ける例を示している。電力供給装置は壁や床の内部に設けること
ができるため、壁や床の外観を損なうことなく電力供給装置を設けることができる。
【０２０３】
壁８３００上に配置されたテレビ８３２０は受電装置を有しており、壁８３００に設けら
れた電力供給装置から伝送される電力を受電装置により受け取ることで、映像を表示させ
ることができる。壁８３００全体に電力供給装置を設けることにより、電源コードを気に
することなく壁８３００の任意の位置にテレビ８３２０を配置することができる。
【０２０４】
床８３５０に配置されたノート型コンピューター８３７０は受電装置を有しており、電力
供給装置から伝送される電力を受電装置により受け取ることで、ノート型コンピューター
８３７０を動作させることができ、内蔵された蓄電池に充電することができる。床８３５
０全体に電力供給装置を設けることにより、電源コードを気にすることなく床８３５０の
任意の位置でノート型コンピューター８３７０を動作させることができる。
【符号の説明】
【０２０５】
１００    電力供給装置
１０１    給電セル
１０２    給電アンテナ
１０３    給電スイッチ
１０４    配線
１０５    配線
１０６    配線
１１１    給電スイッチ制御回路
１１２    高周波供給回路
１２０    受電装置
１２１    受電回路
１２２    受電アンテナ
１２３    共振容量
１２４    配線
１２５    整流回路
１２６    整流素子
１２７    平滑容量
２００    位置検出装置
２０１    位置検出セル
２０２    位置検出アンテナ
２０３    位置検出スイッチ
２０５    配線
２０６    配線
２０７    ノード
２１１    位置検出スイッチ制御回路
２１２    高周波供給回路
２１３    電位検出回路
３００    電力供給装置
３０１    セル
３０２    アンテナ
３０３    スイッチ
３０８    高周波供給回路
３１０    電位検出回路
３１１    スイッチ制御回路
５００    電力供給装置
５０１    給電セル
５０２    アンテナ
５０３    容量素子
５０５    給電スイッチ
５０６    第１の高周波供給回路
５０７    位置検出スイッチ
５０８    第２の高周波供給回路
５１０    電位検出回路
５１１    給電スイッチ制御回路
５１２    位置検出スイッチ制御回路
５２０    ノード
５２１    ノード
５２２    抵抗素子
５２３    容量素子
５３０    電位
２４００    基板
２４０１    ゲート電極層
２４０２    ゲート絶縁層
２４０３    酸化物半導体層
２４０７    絶縁層
２４０９    保護絶縁層
２４１０    トランジスタ
２４１２    導電層
２４２０    トランジスタ
２４２７    絶縁層
２４３０    トランジスタ
２４３７    絶縁層
２４４０    トランジスタ
２５０５    基板
２５０６    保護絶縁層
２５０７    ゲート絶縁層
２５１０    トランジスタ
２５１１    ゲート電極層
２５１６    絶縁層
２５３０    酸化物半導体層
２５３１    酸化物半導体層
８１００    テーブル
８１１０    給電セル
８１２０    テーブルランプ
８２１０    携帯電話
８３００    壁
８３１０    給電セル
８３２０    テレビ
８３５０    床
８３７０    ノート型コンピューター
２４０５ａ    ソース電極層
２４０５ｂ    ドレイン電極層
２４３６ａ    配線層
２４３６ｂ    配線層
２５１５ａ    ソース電極層
２５１５ｂ    ドレイン電極層
【図１】
0005917663.tif 000002
【図２】
0005917663.tif 000003
【図３】
0005917663.tif 000004
【図４】
0005917663.tif 000005
【図５】
0005917663.tif 000006
【図６】
0005917663.tif 000007
【図７】
0005917663.tif 000008
【図８】
0005917663.tif 000009
【図９】
0005917663.tif 000010