(57)【要約】【課題】ドレインとゲート間でリークの小さいトランジスタを有する半導体装置を提供する。【解決手段】第１の導電体の角部を覆うように設けられた絶縁膜と、その絶縁膜を介して第１の導電体の角部と重なるように設けられた第２の導電体において、第１の導電体の角部を丸みを帯びた形状とすることで絶縁膜の膜厚がばらつくことを防ぐことができる。また、第１の導電体の角部による電界集中を緩和することができる。これにより第１の導電体と第２の導電体の間のリークを低減する。【選択図】図１
2018037651.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁表面上の半導体層と、
前記半導体層上の第１の導電体および第２の導電体と
前記半導体層、前記第１の導電体および前記第２の導電体を覆う絶縁体と、
前記絶縁体上の第３の導電体を有する半導体装置において、
前記半導体層は第１の領域、第２の領域および前記第１の領域と前記第２の領域の間の第３の領域を有し、
前記第１の導電体は前記第１の領域上に位置し、
前記第２の導電体は前記第２の領域上に位置し、
前記第１の導電体の前記第２の導電体と向かい合う第１の側面と、前記第１の側面と接する前記第１の導電体の第２の側面が形成する辺は、前記絶縁表面の垂直方向から見たときに丸みを帯びており、
前記第３の導電体は前記絶縁体を介して、前記第１の導電体の丸みを帯びた部分と、前記第２の導電体および前記半導体層の第３の領域それぞれの少なくとも一部と重なっていることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記第１の側面と前記第２の側面のなす角は、７５°以上１５０°以下であることを特徴とする半導体装置。
【請求項３】
請求項１乃至請求項２において、
前記絶縁表面と前記第１の導電体の側端部のなす角は、４５°以上９０°未満の断面形状を有し、
前記絶縁表面と前記第２の導電体の側端部のなす角は、４５°以上９０°未満の断面形状を有することを特徴とする半導体装置。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３において、
前記絶縁表面と前記半導体層の間に金属酸化物が設けられてい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において、
前記第１の導電体の丸みを帯びた部分を覆う前記絶縁体の厚さは、前記第１の側面を覆う前記絶縁体の厚さの９０％以上１００％以下であることを特徴とする半導体装置。
【請求項６】
絶縁表面上の半導体層と、
前記半導体層上の第１の導電体及び第２の導電体と、
前記半導体層、前記第１の導電体、及び前記第２の導電体上のゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜上のゲート電極と、を含むトランジスタを有し、
第１の導電体は、前記第２の導電体と対向する第１の面と、前記半導体層の側面と重なる第２の面と、前記第１の面及び前記第２の面の間の第３の面を有し、
前記第３の面は湾曲部を有し、
前記ゲート電極は、前記ゲート絶縁膜を介して、前記半導体層及び前記第１の導電体の第３の面のそれぞれ一部と重なることを特徴とする半導体装置。
【請求項７】
請求項６において、
前記第１の面と前記第２の面のなす角は、７５°以上１５０°以下であることを特徴とする半導体装置。
【請求項８】
請求項６乃至請求項７において、
前記絶縁表面と前記第１の導電体の側端部のなす角は、４５°以上９０°未満の断面形状を有し、
前記絶縁表面と前記第２の導電体の側端部のなす角は、４５°以上９０°未満の断面形状を有することを特徴とする半導体装置。
【請求項９】
請求項６乃至請求項８において、
前記絶縁表面と前記半導体層の間に金属酸化物が設けられていることを特徴とする半導体装置。
【請求項１０】
請求項６乃至請求項９において、
前記第３の面を覆う前記ゲート絶縁膜の厚さは、前記第１の面を覆う前記ゲート絶縁膜の厚さの９０％以上１００％以下であることを特徴とする半導体装置。
【請求項１１】
絶縁表面上に半導体膜を形成し、
前記半導体膜上に第１の導電膜を形成し、
前記第１の導電膜上に第１の開口部を有する第１のマスクを形成し、
前記第１の導電膜をエッチングして第１の導電膜に第２の開口部を形成し、
前記第１のマスクを除去し、第２の開口部の少なくとも一部と重なるように第１の導電膜上に第２のマスクを形成し、
前記第２のマスクを用いて、第１の導電膜および前記半導体膜を順次エッチングし、前記半導体膜を島状の半導体層に加工すると同時に、前記第１の導電膜を第１の導電体および第２の導電体に加工する工程を有し、
前記第１のマスクは第１の開口部の内側に突き出た第１の凸部を有し、
前記第２の開口部において、前記第１の導電膜は、前記第２の開口部の内側に突き出た第２の凸部を有し、
前記第２の凸部が有する角部は、前記絶縁表面の垂直方向から見たときに丸みを帯びており、
前記第２の凸部の丸みを帯びた部分は前記島状の半導体層上に設けられることが特徴の半導体装置の作製方法。
【請求項１２】
請求項１１において、
前記島状の半導体層、第１の導電体、および第２の導電体を覆うように絶縁膜を形成する工程と、
前記絶縁膜上に第２の導電膜を形成する工程と、
第２の導電膜を加工することで、前記絶縁膜を間に挟み、前記第２の凸部の丸みを帯びた部分を覆うように第３の導電体を形成する工程を有することが特徴の半導体装置の作製方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、トランジスタ及び半導体装置に関する。または、本発明は、例えば、トランジスタ及び半導体装置の製造方法に関する。または、本発明は、例えば、表示装置、発光装置、照明装置、蓄電装置、記憶装置、プロセッサ、電子機器に関する。または、表示装置、液晶表示装置、発光装置、記憶装置、電子機器の製造方法に関する。
【０００２】
なお、本発明の一態様は、上記の技術分野に限定されない。本明細書等で開示する発明の一態様の技術分野は、物、方法、または、製造方法に関するものである。または、本発明の一態様は、プロセス、マシン、マニュファクチャ、または、組成物（コンポジション・オブ・マター）に関するものである。
【０００３】
なお、本明細書等において半導体装置とは、半導体特性を利用することで機能しうる装置全般を指す。表示装置、発光装置、照明装置、電気光学装置、半導体回路及び電子機器は、半導体装置を有する場合がある。
【背景技術】
【０００４】
半導体薄膜を用いてトランジスタを構成する技術が注目されている。該トランジスタは集積回路（ＩＣ）や画像表示装置（単に表示装置とも表記する）等の電子デバイスに広く応用されている。トランジスタに適用可能な半導体薄膜としてシリコン系半導体材料が広く知られているが、その他の材料として金属酸化物が注目されている。
【０００５】
例えば、金属酸化物として、酸化亜鉛、又はＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物を半導体層とするトランジスタを用いて、表示装置を作製する技術が開示されている（特許文献１及び特許文献２参照）。
【０００６】
さらに近年、金属酸化物を有するトランジスタを用いて、記憶装置の集積回路を作製する技術が公開されている（特許文献３参照）。また、記憶装置だけでなく、演算装置等も、金属酸化物を有するトランジスタによって作製されてきている。
【０００７】
以上のような半導体を用いたトランジスタを記憶装置や表示装置のスイッチや電荷保持回路として用いることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００７−１２３８６１号公報
【特許文献２】特開２００７−９６０５５号公報
【特許文献３】特開２０１１−１１９６７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ここで、トランジスタを形成するうえで、第１の導電体の角部を覆うように絶縁膜を設け、その絶縁膜を介して第１の導電体の角部と重なるようにに第２の導電体を形成する際、絶縁膜の膜厚ばらつきや、第１の導電体の角部による電界集中により、第１の導電体と第２の導電体の間でリークが生じる懸念がある。
【００１０】
本発明の一態様は、安定した電気特性を有する半導体装置を提供することを課題の一とする。また、本発明の一態様は、トランジスタのオフ時のドレインとゲート間でリークの小さいトランジスタを有する半導体装置を提供することを課題の一とする。また、本発明の一態様は、トランジスタのオフ時のソースとドレイン間でリークの小さいトランジスタを有する半導体装置を提供することを課題の一とする。また、本発明の一態様は、信頼性の高い半導体装置を提供することを課題の一とする。
【００１１】
なお、これらの課題の記載は、他の課題の存在を妨げるものではない。なお、本発明の一態様は、これらの課題の全てを解決する必要はないものとする。なお、これら以外の課題は、明細書、図面、請求項などの記載から、自ずと明らかとなるものであり、明細書、図面、請求項などの記載から、これら以外の課題を抽出することが可能である。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の一態様は、第１の導電体の角部を覆うように設けられた絶縁膜と、その絶縁膜を介して第１の導電体の角部と重なるように設けられた第２の導電体において、第１の導電体の角部と重なる絶縁膜の膜厚が第１の導電体のその他の部分と重なる絶縁膜の膜厚と同等になることを特徴の一つとする半導体装置またはその作製方法である。
【００１３】
また、本発明の一態様は、第１の導電体の角部を、丸みを帯びた形状とすることで、当該角部を覆うように設けられた絶縁膜と、その絶縁膜を介して第１の導電体の角部と重なるように設けられた第２の導電体において、第１の導電体の角部と重なる絶縁膜の膜厚がその他の部分と重なる絶縁膜の膜厚と同等になることを特徴の一つとする半導体装置またはその作製方法である。
【００１４】
また、本発明の一態様は、絶縁表面上の半導体層と、半導体層上の第１の導電体および第２の導電体と半導体層、第１の導電体および第２の導電体を覆う絶縁体と、絶縁体上の第３の導電体を有する半導体装置において、半導体層は第１の領域、第２の領域および第１の領域と第２の領域の間の第３の領域を有し、第１の導電体は半導体層の第１の領域上に位置し、第２の導電体は半導体層の第２の領域上に位置し、第１の導電体の第２の導電体と向かい合う第１の側面と、第１の側面と接する第１の導電体の第２の側面が形成する辺は、絶縁表面の垂直方向から見たときに丸みを帯びており、第３の導電体は絶縁体を介して、第１の導電体の丸みを帯びた部分と、第２の導電体および半導体層の第３の領域それぞれの少なくとも一部と重なっていることを特徴の一つとする半導体装置である。
【００１５】
なお、上記半導体装置において、第１の側面と、第２の側面のなす角は、７５°以上１５０°以下であることが好ましい。
【００１６】
なお、上記半導体装置において、絶縁表面と第１の導電体の側端部のなす角は、４５°以上９０°未満の断面形状を有し、絶縁表面と第２の導電体の側端部のなす角は、４５°以上９０°未満の断面形状を有していることが好ましい。
【００１７】
なお、上記半導体装置において、第１の導電体の丸みを帯びた部分を覆う絶縁膜の厚さは、第１の側面を覆う絶縁膜の厚さの９０％以上１００％以下であることが好ましい。
【００１８】
また、本発明の一態様は、絶縁表面上に半導体膜を形成し、半導体膜上に第１の導電膜を形成し、第１の導電膜上に第１の開口部を有する第１のマスクを形成し、第１の導電膜をエッチングして第１の導電膜に第２の開口部を形成し、第１のマスクを除去し、第２の開口部の少なくとも一部と重なるように第１の導電膜上に第２のマスクを形成し、第２のマスクを用いて、第１の導電膜および半導体膜を順次エッチングし、半導体膜を島状の半導体層に加工すると同時に、第１の導電膜を第１の導電体および第２の導電体に加工する工程を有し、第１のマスクは第１の開口部の内側に突き出た第１の凸部を有し、第２の開口部において、第１の導電膜は、第２の開口部の内側に突き出た第２の凸部を有し、第２の凸部が有する角部は、絶縁表面の垂直方向から見たときに丸みを帯びており、第２の凸部の丸みを帯びた部分は島状の半導体層上に設けられることを特徴の一つとする半導体装置の作製方法である。
【００１９】
なお、上記半導体装置の作製方法において、さらに島状の半導体層、第１の導電体、および第２の導電体を覆うように絶縁膜を形成する工程と、絶縁膜上に第２の導電膜を形成する工程と、第２の導電膜を加工することで、絶縁膜を間に挟み、第２の凸部の丸みを帯びた部分を覆うように第３の導電体を形成する工程を有してもよい。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の一態様により、安定した電気特性を有する半導体装置を提供することができる。また、本発明の一態様により、トランジスタのオフ時のドレインとゲート間でリークの小さいトランジスタを有する半導体装置を提供することができる。また、本発明の一態様により、トランジスタのオフ時のソースとドレイン間でリークの小さいトランジスタを有する半導体装置を提供することができる。また、本発明の一態様により、信頼性の高い半導体装置を提供することができる。
【００２１】
また、本発明の一態様により、トランジスタの形成において、導電体の角部と重なる絶縁膜の膜厚が、導電体のその他の部分と重なる絶縁膜の膜厚と同等にすることができ、導電体間でリークのきわめて小さい半導体装置を提供することができる。
【００２２】
なお、これらの効果の記載は、他の効果の存在を妨げるものではない。なお、本発明の一態様は、これらの効果の全てを有する必要はない。なお、これら以外の効果は、明細書、図面、請求項などの記載から、自ずと明らかとなるものであり、明細書、図面、請求項などの記載から、これら以外の効果を抽出することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の一態様に係る半導体装置を示す図である。
【図２】本発明の一態様に係る半導体装置の作製方法を示す図である。
【図３】本発明の一態様に係る半導体装置の作製方法を示す図である。
【図４】本発明の一態様に係る半導体装置の作製方法を示す図である。
【図５】本発明の一態様に係る半導体装置を示す図である。
【図６】本発明の一態様に係るマスクパターンを示す図である。
【図７】本発明の一態様に係る半導体装置の作製方法を示す上面図である。
【図８】本発明の一態様に係る半導体装置を示す図である。
【図９】本発明の一態様に係る半導体装置を示す図である。
【図１０】本発明の一態様に対する比較例を示す図である。
【図１１】本発明の一態様に係る半導体装置の作製方法を示す断面図である。
【図１２】本発明の一態様に係る半導体装置の作製方法を示す断面図である。
【図１３】本発明の一態様に係る半導体装置の作製方法を示す断面図である。
【図１４】本発明の一態様に係る半導体装置の作製方法を示す断面図である。
【図１５】本発明の一態様に係る半導体装置を示す図である。
【図１６】本発明の一態様に係る半導体装置を示す断面図である。
【図１７】本発明の一態様に係る表示装置を示す図である。
【図１８】本発明の一態様に係る表示装置を示す断面図である。
【図１９】本発明の一態様に係る表示装置を示す断面図である。
【図２０】本発明の一態様に係る表示装置を示す斜視図である。
【図２１】本発明の一態様に係る表示装置を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
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。なお、図面を用いて発明の構成を説明するにあたり、同じものを指す符号は異なる図面間でも共通して用いる。なお、同様のものを指す際にはハッチパターンを同じくし、特に符号を付さない場合がある。
【００２５】
以下の実施の形態に示す構成は、実施の形態に示す他の構成に対して適宜、適用、組み合わせ、又は置き換えなどを行って、本発明の一態様とすることができる。
【００２６】
なお、図において、大きさ、膜（層）の厚さ、または領域は、明瞭化のために誇張されている場合がある。
【００２７】
なお、本明細書において、「膜」という表記と、「層」という表記と、を互いに入れ替えることが可能である。
【００２８】
また、電圧は、ある電位と、基準の電位（例えば接地電位（ＧＮＤ）またはソース電位）との電位差のことを示す場合が多い。よって、電圧を電位と言い換えることが可能である。一般的に、電位（電圧）は、相対的なものであり、基準の電位からの相対的な大きさによって決定される。したがって、「接地電位」などと記載されている場合であっても、電位が０Ｖであるとは限らない。例えば、回路で最も低い電位が、「接地電位」となる場合もある。または、回路で中間くらいの電位が、「接地電位」となる場合もある。その場合には、その電位を基準として、正の電位と負の電位が規定される。
【００２９】
なお、第１、第２として付される序数詞は便宜的に用いるものであり、工程順または積層順を示すものではない。そのため、例えば、「第１の」を「第２の」または「第３の」などと適宜置き換えて説明することができる。また、本明細書などに記載されている序数詞と、本発明の一態様を特定するために用いられる序数詞は一致しない場合がある。
【００３０】
なお、「半導体」と表記した場合でも、例えば、導電性が十分低い場合は「絶縁体」としての特性を有する場合がある。また、「半導体」と「絶縁体」は境界が曖昧であり、厳密に区別できない場合がある。したがって、本明細書に記載の「半導体」は、「絶縁体」と言い換えることができる場合がある。同様に、本明細書に記載の「絶縁体」は、「半導体」と言い換えることができる場合がある。
【００３１】
また、「半導体」と表記した場合でも、例えば、導電性が十分高い場合は「導電体」としての特性を有する場合がある。また、「半導体」と「導電体」は境界が曖昧であり、厳密に区別できない場合がある。したがって、本明細書に記載の「半導体」は、「導電体」と言い換えることができる場合がある。同様に、本明細書に記載の「導電体」は、「半導体」と言い換えることができる場合がある。
【００３２】
なお、半導体の不純物とは、例えば、半導体を構成する主成分以外をいう。例えば、濃度が０．１原子％未満の元素は不純物である。不純物が含まれることにより、例えば、半導体にＤＯＳ（Ｄｅｎｓｉｔｙ  ｏｆ  Ｓｔａｔｅｓ）が形成されることや、キャリア移動度が低下することや、結晶性が低下することなどが起こる場合がある。半導体が酸化物半導体である場合、半導体の特性を変化させる不純物としては、例えば、第１族元素、第２族元素、第１３族元素、第１４族元素、第１５族元素、主成分以外の遷移金属などがあり、特に、例えば、水素（水にも含まれる）、リチウム、ナトリウム、シリコン、ホウ素、リン、炭素、窒素などがある。酸化物半導体の場合、例えば水素などの不純物の混入によって酸素欠損を形成する場合がある。また、半導体がシリコン層である場合、半導体の特性を変化させる不純物としては、例えば、酸素、水素を除く第１族元素、第２族元素、第１３族元素、第１５族元素などがある。
【００３３】
なお、チャネル長とは、例えば、トランジスタの上面図において、半導体（またはトランジスタがオン状態のときに半導体の中で電流の流れる部分）とゲート電極とが互いに重なる領域、またはチャネルが形成される領域における、ソース（ソース領域またはソース電極）とドレイン（ドレイン領域またはドレイン電極）との間の距離をいう。なお、一つのトランジスタにおいて、チャネル長が全ての領域で同じ値をとるとは限らない。即ち、一つのトランジスタのチャネル長は、一つの値に定まらない場合がある。そのため、本明細書では、チャネル長は、チャネルの形成される領域における、いずれか一の値、最大値、最小値または平均値とする。
【００３４】
チャネル幅とは、例えば、半導体（またはトランジスタがオン状態のときに半導体の中で電流の流れる部分）とゲート電極とが互いに重なる領域、またはチャネルが形成される領域における、ソースとドレインとが向かい合っている部分の長さをいう。なお、一つのトランジスタにおいて、チャネル幅がすべての領域で同じ値をとるとは限らない。即ち、一つのトランジスタのチャネル幅は、一つの値に定まらない場合がある。そのため、本明細書では、チャネル幅は、チャネルの形成される領域における、いずれか一の値、最大値、最小値または平均値とする。
【００３５】
なお、トランジスタの構造によっては、実際にチャネルの形成される領域におけるチャネル幅（以下、実効的なチャネル幅と呼ぶ。）と、トランジスタの上面図において示されるチャネル幅（以下、見かけ上のチャネル幅と呼ぶ。）と、が異なる場合がある。例えば、立体的な構造を有するトランジスタでは、実効的なチャネル幅が、トランジスタの上面図において示される見かけ上のチャネル幅よりも大きくなり、その影響が無視できなくなる場合がある。例えば、微細かつ立体的な構造を有するトランジスタでは、半導体の側面に形成されるチャネル領域の割合が大きくなる場合がある。その場合は、上面図において示される見かけ上のチャネル幅よりも、実際にチャネルの形成される実効的なチャネル幅の方が大きくなる。
【００３６】
ところで、立体的な構造を有するトランジスタにおいては、実効的なチャネル幅の、実測による見積もりが困難となる場合がある。例えば、設計値から実効的なチャネル幅を見積もるためには、半導体の形状が既知という仮定が必要である。したがって、半導体の形状が正確にわからない場合には、実効的なチャネル幅を正確に測定することは困難である。
【００３７】
そこで、本明細書では、トランジスタの上面図において、半導体とゲート電極とが互いに重なる領域における、ソースとドレインとが向かい合っている部分の長さである見かけ上のチャネル幅を、「囲い込みチャネル幅（ＳＣＷ：Ｓｕｒｒｏｕｎｄｅｄ  Ｃｈａｎｎｅｌ  Ｗｉｄｔｈ）」と呼ぶ場合がある。また、本明細書では、単にチャネル幅と記載した場合には、囲い込みチャネル幅または見かけ上のチャネル幅を指す場合がある。または、本明細書では、単にチャネル幅と記載した場合には、実効的なチャネル幅を指す場合がある。なお、チャネル長、チャネル幅、実効的なチャネル幅、見かけ上のチャネル幅、囲い込みチャネル幅などは、断面ＴＥＭ像などを取得して、その画像を解析することなどによって、値を決定することができる。
【００３８】
なお、トランジスタの電界効果移動度や、チャネル幅当たりの電流値などを計算して求める場合、囲い込みチャネル幅を用いて計算する場合がある。その場合には、実効的なチャネル幅を用いて計算する場合とは異なる値をとる場合がある。
【００３９】
なお、本明細書等において、酸化窒化シリコンとは、その組成として、窒素よりも酸素の含有量が多いものであって、好ましくは酸素が５５原子％以上６５原子％以下、窒素が１原子％以上２０原子％以下、シリコンが２５原子％以上３５原子％以下、水素が０．１原子％以上１０原子％以下の濃度範囲で含まれるものをいう。また、窒化酸化シリコンとは、その組成として、酸素よりも窒素の含有量が多いものであって、好ましくは窒素が５５原子％以上６５原子％以下、酸素が１原子％以上２０原子％以下、シリコンが２５原子％以上３５原子％以下、水素が０．１原子％以上１０原子％以下の濃度範囲で含まれるものをいう。
【００４０】
本明細書において、「平行」とは、二つの直線が−１０°以上１０°以下の角度で配置されている状態をいう。したがって、−５°以上５°以下の場合も含まれる。また、「略平行」とは、二つの直線が−３０°以上３０°以下の角度で配置されている状態をいう。また、「垂直」とは、二つの直線が８０°以上１００°以下の角度で配置されている状態をいう。したがって、８５°以上９５°以下の場合も含まれる。また、「略垂直」とは、二つの直線が６０°以上１２０°以下の角度で配置されている状態をいう。
【００４１】
（実施の形態１）
本実施の形態のトランジスタを図１（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）に示す。図１（Ａ）はトランジスタの上面図で、図１（Ｂ）は、図１（Ａ）のＡ−Ｂ断面をＸ方向から見た断面図である。図１（Ｃ）は、図１（Ａ）のＣ−Ｄ断面をＹ方向から見た断面図である。基板１０１上に絶縁膜１０２が設けられ、絶縁膜１０２上に島状の半導体層１０４が設けられている。半導体層１０４上には、一対の導電体１０６が設けられている。これら導電体の一方は、ソース電極およびドレイン電極の一方として機能することができる。また、これら導電体の他方は、ソース電極およびドレイン電極の他方として機能することができる。また、ソース電極およびドレイン電極はその機能を考慮して、書き込みビット線（ＷＢＬ）およびフローティングノード（ＦＮ）と呼ぶこともある。
【００４２】
半導体層１０４、導電体１０６を覆うように絶縁膜１０７が設けられ、さらに絶縁膜１０７上には、ゲート電極１０９が設けられている。絶縁膜１０７はゲート絶縁膜として機能する。ゲート電極１０９は絶縁膜１０７を介して、導電体１０６の一部を覆っている。導電体１０６は、半導体層１０４上に角部を有し、その角部が絶縁膜１０７を介してゲート電極１０９に覆われているが、本実施の形態ではこの角部は湾曲している、すなわち丸みを帯びている。そのため、導電体１０６の角部を覆う絶縁膜１０７の膜厚と、導電体１０６のそれ以外の部分を覆う絶縁膜１０７の膜厚のばらつきを小さくすることができる。特に、導電体１０６の角部を覆う絶縁膜１０７の膜厚が薄くなることを防ぐことができる。すなわち、導電体１０６と、絶縁膜１０７上に設けられるゲート電極１０９の距離が部分的に短くなることを防ぐことができる。したがって、導電体１０６とゲート電極１０９間のリークを低減することができる。また、導電体１０６の角部が丸みを帯びているため、電界集中によるデバイスの不具合を低減することができる。
【００４３】
ここで、本実施の形態で用いる角部について説明する。図１（Ｄ）は、図１（Ａ）中の一点鎖線で囲んだ部分の拡大図である。なお、図１（Ｄ）では、導電体の詳細を見やすくするため、ゲート電極１０９を点線で示している。また、導電体１０６の一方を導電体１４１、導電体１０６の他方を導電体１４３とする。図１（Ｄ）において、導電体１４１の導電体１４３と向かい合う側面を１４５とし、側面１４５と接する側面を１４７とする。側面１４５と側面１４７により形成される辺を角部と呼び、図１（Ｄ）では、１４９として示している。角部１４９は湾曲している、すなわち丸みを帯びている。
【００４４】
また、導電体１４１は、半導体層１０４の側面と重なる側面１５１を有している。この側面１５１と側面１４５の間に側面１５３が存在する。この側面１５３は湾曲した、すなわち丸みを帯びた側面である。
【００４５】
また、図１（Ｅ）は、図１（Ｄ）とは異なる導電体の形状を示している。詳細は後述するが、図７（Ｆ）に示すトランジスタに対応している。この場合も、湾曲した、すなわち丸みを帯びた角部１４９と、湾曲した、すなわち丸みを帯びた側面１５３を有している。
【００４６】
以上のように、導電体１４１の有する角部１４９は丸みを帯びており、絶縁膜１０７を介してゲート電極１０９に覆われている。また、側面１４７は湾曲部を有し、その一部は絶縁膜１０７を介してゲート電極１０９に覆われている。
【００４７】
よって、安定した電気特性を有する半導体装置を提供することができる。また、トランジスタのオフ時のドレインとゲート間でリークの小さいトランジスタを有する半導体装置を提供することができる。また、トランジスタのオフ時のソースとドレイン間でリークの小さいトランジスタを有する半導体装置を提供することができる。また、信頼性の高い半導体装置を提供することができる。
【００４８】
次に、図２乃至図８を用いて本実施の形態のトランジスタの作製方法を示す。
【００４９】
絶縁表面上に半導体膜を形成する。絶縁表面とは、基板上に形成された絶縁膜の表面でもよいし、絶縁性を有する基板の表面でもよい。また、本実施の形態に示すトランジスタが、半導体層の下方にゲート電極を有するバックゲート構造の場合は、ゲート電極上に形成されたゲート絶縁膜上に半導体膜を形成する。
【００５０】
本実施の形態では、図２（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）に示すように、基板１０１上に絶縁膜１０２を形成し、その上に半導体膜１０３を形成する。なお、図２（Ｂ）は、図２（Ａ）のＡ−Ｂ断面をＸ方向から見た断面図である。図２（Ｃ）は、図２（Ａ）のＣ−Ｄ断面をＹ方向から見た断面図である。なお、トランジスタ形成後、図中Ｘ方向はトランジスタのチャネル幅方向となり、Ｙ方向はチャネル長方向となる。さらに、半導体膜１０３上にソース電極およびドレイン電極として機能する導電膜１０５を形成する。図２乃至図４では、本実施の形態をシンプルに説明するため、絶縁膜１０２、半導体膜１０３および導電膜１０５はそれぞれ単層で示しているが、これに限定されない。絶縁膜１０２、半導体膜１０３および導電膜１０５はいずれも、２層以上の多層膜で形成されてもよい。
【００５１】
詳細は後述するが、本実施の形態で用いることができる基板として、例えば、絶縁体基板、半導体基板または導電体基板等が挙げられる。また、詳細は後述するが、本実施の形態で用いることができる絶縁膜として、例えば、酸化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜、窒化酸化シリコン膜、窒化シリコン膜、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸化ハフニウム、窒化ハフニウム等の単層、あるいはこれら材料から選ばれた２種類以上の積層が挙げられる。絶縁膜はプラズマＣＶＤ法、スパッタリング法、ＡＬＤ法等を用いて形成することができる。また、詳細は後述するが、本実施の形態で用いることができる半導体膜の材料として、例えば、シリコンや金属酸化物等が挙げられる。
【００５２】
また、詳細は後述するが、本実施の形態で用いることができる導電膜として、例えば、アルミニウム、クロム、銅、銀、金、白金、タンタル、ニッケル、チタン、モリブデン、タングステン、ハフニウム、バナジウム、ニオブ、マンガン、マグネシウム、ジルコニウム、ベリリウム、インジウムなどから選ばれた金属元素を１種以上含む材料からなる単層、あるいは２層以上の積層を用いることができる。なお、２層以上の積層構造を用いる場合、各層は、異なる金属元素を含む材料であることが好ましい。または、一金属元素の含有率がそれぞれ異なる材料による積層構造としてもよい。または、３層以上の積層構造を用いる場合、同じ金属元素を含む材料で、異なる金属元素を含む材料を挟む構造としてもよい。さらに、導電膜上には、酸化アルミニウムや酸化ハフニウム等の金属酸化膜や、窒化アルミニウム、窒化ハフニウム、窒化シリコン等の窒化膜を形成してもよい。このような金属酸化膜や窒化膜に、導電膜の酸化を防ぐためのバリア膜としての機能を持たせてもよい。
【００５３】
図２（Ｄ）、（Ｅ）、（Ｆ）に示すように、導電膜１０５上に開口部を有するマスク１１１を形成する。なお、図２（Ｅ）は、図２（Ｄ）のＡ−Ｂ断面をＸ方向から見た断面図である。図２（Ｆ）は、図２（Ｄ）のＣ−Ｄ断面をＹ方向から見た断面図である。マスク１１１は開口部内にＹ方向に沿って突き出した凸部１２２を有している。また、少なくとも凸部１２２の角部は湾曲している、すなわち丸みを帯びている。マスク１１１の形成には、フォトマスクを用いて、感光性のレジストに光を照射するフォトリソグラフィ法や、電子ビームやイオンビームを用いた直接描画法を用いることができる。
【００５４】
フォトリソグラフィ法を用いる場合は、マスク１１１の形成にはフォトマスクが必要となる。一方、直接描画の場合は、マスク１１１の設計データをレジストに直接描画できるため、フォトマスクは不要となる。
【００５５】
マスク１１１をフォトリソグラフィ法で形成する場合、図６（Ａ）に示すように、マスク１１１の開口部１２０に設けられた凸部１２２の角部に対応する、フォトマスク１１５の開口部１１７に設けられた凸部１１９の角部は尖っていてもよい。このように凸部１１９の角部が尖ったフォトマスク１１５を用いて、フォトリソグラフィ法によりマスク１１１を形成すると、図６（Ｂ）に示すように、凸部１２２の角部が丸みを帯びたマスク１１１が形成される。
【００５６】
また、マスク１１１を直接描画法で形成する場合、マスク１１１の設計データにおいて開口部に設けられる凸部の角部は尖っていてもよい。このような設計データをもとにマスク１１１を形成すると、図６（Ｂ）に示すように、凸部１２２の角部が丸みを帯びたマスク１１１が形成される。
【００５７】
図３（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）に示すように、マスク１１１を用いて導電膜１０５をエッチングし、開口部を形成し、半導体膜１０３の一部を露出する。なお、図３（Ｂ）は、図３（Ａ）のＡ−Ｂ断面をＸ方向から見た断面図である。図３（Ｃ）は、図３（Ａ）のＣ−Ｄ断面をＹ方向から見た断面図である。ここで、本実施の形態のマスク１１１を使用することで、導電膜１０５は開口部内に突き出すように凸部を有する。また、凸部の角部が丸みを帯びた導電膜１０５を形成することができる。導電膜１０５形成後にマスク１１１を除去する（図３（Ｄ）、（Ｅ）、（Ｆ）参照。図３（Ｅ）は、図３（Ｄ）のＡ−Ｂ断面をＸ方向から見た断面図である。図３（Ｆ）は、図３（Ｄ）のＣ−Ｄ断面をＹ方向から見た断面図である）。
【００５８】
また、導電膜１０５が互いに向き合う側の側面が９０°未満のテーパー角を有することが好ましい。導電膜１０５が互いに向き合う側の側面と底面のなす角部が４５°以上９０°未満、好ましくは、４５°以上７５°以下であることが好ましい。このように導電膜１０５を形成することにより、絶縁膜１０７を導電膜１０５が形成する段差部にも被覆性良く成膜することができる。
【００５９】
図４（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）に示すように、マスク１１１を除去後、新たにマスク１１３を形成する。なお、図４（Ｂ）は、図４（Ａ）のＡ−Ｂ断面をＸ方向から見た断面図である。図４（Ｃ）は、図４（Ａ）のＣ−Ｄ断面をＹ方向から見た断面図である。マスク１１３を用いて導電膜１０５および半導体膜１０３をエッチングする（図４（Ｄ）、（Ｅ）、（Ｆ）参照。図４（Ｅ）は、図４（Ｄ）のＡ−Ｂ断面をＸ方向から見た断面図である。図４（Ｆ）は、図４（Ｄ）のＣ−Ｄ断面をＹ方向から見た断面図である）。
【００６０】
導電膜１０５をエッチングする際、導電膜１０５のエッチング条件により半導体膜１０３もエッチングされる場合、図４（Ｃ）で導電膜１０５と重ならない領域の半導体膜１０３は、導電膜１０５と重なる領域の半導体膜１０３より早くエッチングされ、下地として機能する絶縁膜１０２が露出する。露出した絶縁膜１０２は、導電膜１０５のエッチング、あるいは導電膜１０５と重なり、導電膜１０５の下層に位置する半導体膜１０３のエッチング中にエッチングされる。その結果、図４（Ｆ）に示すように、絶縁膜１０２は、膜厚の異なる領域を有することになる。一方、導電膜１０５のエッチング条件にて半導体膜１０３がエッチングされない、あるいは導電膜１０５のエッチングレートに比べ、半導体膜１０３のエッチングレートが遅い場合は、導電膜１０５のエッチング中に絶縁膜１０２が露出することは無く、絶縁膜１０２に膜厚の異なる領域は形成されない。
【００６１】
以上の工程により、島状の半導体層１０４、および島状の半導体層１０４上に一対の導電体１０６が形成される。一対の導電体１０６の一方は、書き込みビット線（ＷＢＬ）の一部として機能し、他方はフローティングノードとして機能する。丸みを帯びた角を有する導電体１０６の凸部は島状の半導体層１０４と重なるように形成される。
【００６２】
また、導電体１０６の側面が９０°未満のテーパー角を有することが好ましい。導電体１０６の側面と底面のなす角部が４５°以上９０°未満、好ましくは、４５°以上７５°以下であることが好ましい。このように導電体１０６を形成することにより、絶縁膜１０７を導電体１０６が形成する段差部にも被覆性良く成膜することができる。なお、導電体１０６が互いに向き合う側の側面がなす角と、導電体１０６のその他の側面がなす角は、同じでもよいし、異なっていてもよい。
【００６３】
なお、本実施の形態では、まず図２（Ｄ）においてマスク１１１を用いて導電膜１０５をエッチングしてから、図４（Ａ）においてマスク１１３を用いて導電膜１０５および半導体膜１０３をエッチングする例を示したが、本実施の形態はこれに限らない。先にマスク１１３を用いて導電膜１０５および半導体膜１０３をエッチングしてから、マスク１１１を用いて、導電膜１０５をエッチングしてもよい。このような順番で処理を行っても、角部が丸みを帯びた導電体１０６を形成することができる。
【００６４】
さらに、本実施の形態では、半導体膜１０３上に導電膜１０５を形成してから、導電膜１０５や半導体膜１０３の加工を行っているが、本実施の形態はこれに限定されない。半導体膜１０３形成後にマスク１１３を用いて半導体膜１０３の加工を行い、島状の半導体層１０４を形成してもよい。その後、島状の半導体層１０４を覆うように導電膜１０５を形成し、導電膜１０５の加工を行ってもよい。この場合、導電膜１０５を加工して得られた一対の導電体１０６は半導体層１０４の側面の一部を覆うように設けられてもよいし、半導体層１０４の上部のみに設けられてもよい。
【００６５】
次に、島状の半導体層１０４、導電体１０６を覆うように絶縁膜１０７を形成する。絶縁膜１０７は単層でも多層でも良く、例えば、インジウム、ガリウム、および亜鉛を含む酸化物や、ガリウム酸化物などからなる一層目と、酸化シリコン膜あるいは酸化窒化シリコン膜からなる二層目を積層したものを用いることができる。
【００６６】
導電体１０６の角部が丸みを帯びているため、絶縁膜１０７のカバレッジは良好である。そのため、導電体１０６の角部と重なる絶縁膜１０７の膜厚は極端に薄くなることなく、ゲート電極と導電体間のリークを低減できる。導電体１０６の角部と重なる絶縁膜１０７の膜厚は、導電体１０６上の絶縁膜１０７の膜厚、あるいは導電体１０６の角部以外の側端部と重なる絶縁膜１０７の膜厚の８０％以上１００％以下、好ましくは９０％以上１００％以下とすることが好ましい。
【００６７】
次に、絶縁膜１０７上にゲート電極１０９を形成する。ゲート電極１０９は、導電体１０６と一部重なるように設けられる。特に、導電体１０６の角部と重なるように設けても、角部と重なる絶縁膜のカバレッジが良好であるため、ゲート電極１０９と導電体１０６間のリークを低減できる。以上の工程により、図１（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）に示すトランジスタを作製することができる。
【００６８】
以上の工程により、安定した電気特性を有するトランジスタを有する半導体装置を作製することができる。特に、トランジスタのオフ時のドレインとゲート間でのリーク、およびソースとドレイン間でのリークの小さいトランジスタを有する半導体装置を作製することができる。
【００６９】
なお、図５に示すように、導電膜１０５、半導体膜１０３、およびゲート電極１０９の加工に用いるマスクや、エッチング条件などの加工条件によっては、導電体１０６、半導体層１０４、またはゲート電極１０９の断面は、側面と上面との間に、湾曲面を有する場合がある。つまり、側面の端部と上面の端部は、湾曲している場合がある（以下、ラウンド状ともいう）。
【００７０】
図５（Ｄ）は、図５（Ｂ）に示すトランジスタの断面図において、一点鎖線で囲んだ部分を拡大したものである。導電体１０６の上面を水平方向に延伸した補助線と、導電体１０６の側面を延伸した補助線を点線で示している。導電体１０６の側面の端部、および上面の端部は、これら補助線に囲まれる領域より内側に配置されている。本明細書では、このような状態を、導電体１０６が湾曲面を有する、導電体１０６が湾曲している、または導電体１０６がラウンド状であると呼ぶ。なお、導電体１０６だけでなく、半導体層１０４、およびゲート電極１０９に関しても、同様に湾曲面を定義することができる。
【００７１】
導電体１０６、半導体層１０４、およびゲート電極１０９の少なくとも一つにおいて、側面と上面との間に、湾曲面を有する断面形状とすることで、以降の成膜工程における膜の被覆性が向上する。
【００７２】
なお、図１乃至図５ではマスク１１１の凸部における角の角度θが９０°の例を示したが、本実施の形態は、これに限られない。被処理膜上に形成されるマスク１１１が凸部を有し、その角部が丸みを帯びていればよく、角の角度θは７５°以上、１５０°以下、好ましくは８５°以上、１３０°以下とすることができる。図７は凸部の角の角度θを約１２０°とした例を示す。
【００７３】
図７（Ａ）は図２（Ｄ）と対応し、図７（Ｂ）は図３（Ａ）と対応し、図７（Ｃ）は図３（Ｄ）と対応し、図７（Ｄ）は図４（Ａ）と対応し、図７（Ｅ）は図４（Ｄ）と対応し、図７（Ｆ）は図１（Ａ）と対応する。
【００７４】
また、導電体に凸部を設け、その角を丸くする構造は、必ずしもソースとドレインの両方に採用する必要は無い。図８（Ａ）および図８（Ｂ）に示すように、ソースおよびドレインの一方に用いることで、リークに関する課題を解決できる場合がある。後の実施の形態に示すが、本実施の形態のトランジスタを記憶素子に用いる場合は、容量素子側の電極であるフローティングノードの導電体１２１のみに凸部を設け、その角を丸くしてもよい。少なくともフローティングノードの導電体１２１に凸部を設け、その角を丸くすることで、容量素子に保持される電荷のリークを防ぐことができる。このような記憶装置は、電源供給がなくても長期にわたり記憶内容を保持することが可能となる。
【００７５】
図８（Ａ）に示すトランジスタを作製するためには、図８（Ｃ）に示すような開口部１２５を有するマスク１２７を用いて、導電体１２１および導電体１２３を形成すればよく、図８（Ｂ）に示すトランジスタを作製するためには、図８（Ｄ）に示すような開口部１２９を有するマスク１３１を用いて、導電体１２１および導電体１２３を形成すればよい。
【００７６】
また、トランジスタの特性を決めるパラメータの一つでもある、チャネル幅を制御するため、導電体１２３の幅を適宜調整してもよい。図８（Ｅ）および図８（Ｆ）は、ゲート電極と重なる導電体１２３の幅を狭くした図を示す。
【００７７】
図９は、本実施の形態のトランジスタの一態様を示す図である。図９（Ａ）は、トランジスタの上面図を示す。図９（Ｂ）は、図９（Ａ）におけるＡ１−Ａ２の断面図を示す。図９（Ｃ）は、図９（Ａ）におけるＢ１−Ｂ２の断面図を示す。図９（Ｄ）は、図９（Ａ）におけるＣ１−Ｃ２の断面図であり、導電体１０６の角部での断面を示す。なお、図９（Ｂ）、図９（Ｃ）および図９（Ｄ）においては絶縁膜１０７およびゲート電極１０９を示しているが、図９（Ａ）においては説明しやすくするためこれらを省略して図示している。
【００７８】
図９（Ｄ）は、導電体１０６の角部における断面を示している。本実施の形態では、角部が丸みを帯びており、絶縁膜１０７において矢印で示す部分の膜厚は、図９（Ｃ）における絶縁膜１０７の矢印で示す部分の膜厚と、概略一致する。また、図９（Ｄ）における絶縁膜１０７の矢印で示す部分の膜厚は、絶縁膜１０２上の絶縁膜１０７、または導電体１０６上の絶縁膜１０７の膜厚の８０％以上１００％以下、好ましくは９０％以上１００％以下とすることが好ましい。
【００７９】
＜比較例＞
図１０は、導電体１０６の角部が丸みを帯びていないトランジスタの例を示す。図１０（Ａ）は、トランジスタの上面図を示す。図１０（Ｂ）は、図１０（Ａ）におけるＡ１−Ａ２の断面図を示す。図１０（Ｃ）は、図１０（Ａ）におけるＢ１−Ｂ２の断面図を示す。図１０（Ｄ）は、図１０（Ａ）におけるＣ１−Ｃ２の断面図であり、導電体１０６の角部での断面を示す。なお、図１０（Ｂ）、図１０（Ｃ）および図１０（Ｄ）においては絶縁膜１０７およびゲート電極１０９を示しているが、図１０（Ａ）においては説明しやすくするためこれらを省略して図示している。
【００８０】
図１０（Ａ）では、マスク１１１において開口部の内側に突き出す凸部が設けられていないため、導電体１０６の角部に丸みが生じていない。よって、図１０（Ａ）および図１０（Ｃ）のＢ１−Ｂ２で示す絶縁膜１０７に比べ、図１０（Ａ）および図１０（Ｄ）のＣ１−Ｃ２で示す絶縁膜１０７は薄くなっている。このため、導電体１０６の角部において、導電体１０６およびゲート電極１０９の間にリークの発生する恐れがある。また、導電体１０６の角部が尖っているため、角部にて電界が集中し、デバイスの破壊や駆動時の動作不具合を引き起こす恐れがある。
【００８１】
本実施の形態は、少なくともその一部を本明細書中に記載する他の実施の形態と適宜組み合わせて実施することができる。
【００８２】
（実施の形態２）
本実施の形態では、実施の形態１に示すトランジスタの作製方法とは異なる例を示す。具体的には、ソース電極またはドレイン電極、あるいは書き込みビット線（ＷＢＬ）またはフローティングノード（ＦＮ）として機能する導電膜上に、バリア膜を有するトランジスタ４００を作製する例を示す。また、トランジスタ４００のソース電極、ドレイン電極、および半導体層の形成において、ハードマスクを用いる例を示す。
【００８３】
また、トランジスタ４００と同時に形成が可能で、トランジスタ４００とは異なる半導体層を有するトランジスタ９００の作製方法も説明する。詳細は後述するが、本実施の形態の半導体装置として、記憶装置を作製する場合、トランジスタ９００のゲート電圧が０Ｖの時のドレイン電流（Ｉｃｕｔと呼ぶ場合がある）は非常に小さいので、トランジスタ４００及びトランジスタ９００を組み合わせて用いることで得られた記憶装置は、電源供給がなくても長期にわたり記憶内容を保持することが可能となる。
【００８４】
なお、トランジスタ９００は必ずしも設ける必要は無く、トランジスタ４００のみ、あるいは、トランジスタ９００を用いず、トランジスタ４００と、その他の構成要素で記憶装置などの半導体装置を構成してもよい。
【００８５】
図１１（Ａ）は、バックゲート電極として機能する導電体３１０が設けられた基板８１１を示す。本実施の形態では、基板８１１上に絶縁体４０１となる酸化アルミニウム膜と絶縁体３０１となる酸化窒化珪素膜を積層して設け、絶縁体３０１に溝のパターンを形成する。その後、導電体３１０となる導電膜を絶縁体３０１上、および溝の内部に形成する。この時、溝の内部に導電膜が充填されるように基板上に導電膜を形成する。絶縁体３０１上方に位置する導電膜をＣＭＰやエッチングなどにより除去して、導電体３１０を形成することができる。このようなプロセスをダマシンプロセスと呼ぶことがある。
【００８６】
絶縁体４０１に用いられる酸化アルミニウム膜は、基板８１１に含まれる水素や水分が、後の工程で形成される半導体層や周囲の絶縁膜に拡散することを防ぐバリア膜として機能する。さらに、酸化アルミニウム膜は、半導体層に添加するための酸素を基板８１１側に放出することを防ぐ膜としても機能する。
【００８７】
また、溝は絶縁体３０１を加工して形成することができる。絶縁体３０１の加工は、エッチングにより行えばよい。エッチングは、ドライエッチングを用いてもよいし、ウェットエッチングを用いてもよいが、微細加工や寸法制御の点から、ドライエッチングを用いる方が好ましい。ここで、酸化アルミニウム膜を絶縁体４０１として用いることで、絶縁体４０１は絶縁体３０１に溝を形成する際のエッチングストッパーとしても機能する。
【００８８】
酸化アルミニウム膜からなる絶縁体４０１は、上記の機能を有することから、設けることが好ましいが、本実施の形態は、これに限らない。上記機能と同等の機能を有するならば、酸化アルミニウム膜以外の材料を用いて絶縁体４０１を形成し、バリア膜あるいはエッチングストッパーを構成しても構わない。また、上記の機能を有する膜が不要であれば、必ずしも絶縁体４０１を設ける必要は無い。
【００８９】
ゲート電極として機能する導電体３１０は、導電体３１０ａと導電体３１０ｂからなる。導電体３１０ｂは、導電体３１０ａを形成するためのシード層の機能を有してもよいし、導電体３１０ｂが銅等、デバイス中に拡散する恐れがある材料を用いている場合は、導電体３１０ａはバリア層としての機能を有してもよい。また、導電体３１０ａおよび導電体３１０ｂはそれぞれ単層構造に限らず、積層構造としてもよい。
【００９０】
本実施の形態では、導電体３１０ａとして、窒化タンタルを用い、導電体３１０ｂとして窒化チタンとタングステンの積層膜を用いた。窒化タンタルは、基板８１１に含まれる水素や水等の不純物が、後工程で形成される絶縁膜や半導体層に拡散することを防ぐバリア膜として機能する。これは、後で説明するデュアルダマシン工程等により、絶縁体４０１にコンタクトホールを形成する場合に特に有効である。また、窒化チタンは、メタルＣＶＤ法にてタングステンを成膜する際、シード層として機能することができる。
【００９１】
導電体３１０は、ゲート電極としてだけでなく、引き回し配線として機能してもよい。また、導電体３１０は、ダマシンプロセスの一つであるシングルダマシンプロセスにより形成しているが、本実施の形態は、これに限らない。導電体３１０より下層に配線やトランジスタ、容量などの素子が設けられており、これらの素子と、導電体３１０を接続する必要がある場合は、導電体３１０をデュアルダマシンプロセスにより形成してもよい。デュアルダマシンプロセスとは、溝の底部にコンタクトホールを設け、溝およびコンタクトホールの内部に、配線とビアを同時に形成するプロセスである。デュアルダマシンプロセスには、溝を形成してからコンタクトホールを形成する方法と、コンタクトホールを形成してから溝を形成する方法と、コンタクトホールを途中まで形成し、そこから溝とコンタクトホールを同時に形成する方法等、複数の方法がある。
【００９２】
導電体３１０と絶縁体３０１を覆うように絶縁体３０２、３０３、４０２を順次形成する。この絶縁体３０２、３０３、４０２は、バックゲート側のゲート絶縁膜として機能する。本実施の形態では、絶縁体３０２、３０３、４０２として、それぞれ酸化窒化シリコン膜を１０ｎｍ、酸化アルミニウム膜を２０ｎｍ、酸化窒化シリコン膜を３０ｎｍ積層した３層構造の絶縁膜を用いているが、本実施の形態はこれに限らない。
【００９３】
詳細は後述するが、本実施の形態で用いることができる絶縁膜として、例えば、酸化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜、窒化酸化シリコン膜、窒化シリコン膜、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸化ハフニウム、窒化ハフニウム等の単層、あるいはこれら材料から選ばれた２種類以上の積層が挙げられる。絶縁膜はプラズマＣＶＤ法、スパッタリング法、ＡＬＤ法等を用いて形成することができる。
【００９４】
絶縁体４０２上に半導体膜４０５を形成する。詳細は後述するが、本実施の形態で用いることができる半導体膜の材料として、例えば、シリコンや金属酸化物等が挙げられる。半導体膜に金属酸化物を用いる場合、絶縁体４０２と半導体膜４０５の間に、半導体膜４０５の金属酸化物とは異なる組成の金属酸化物を設けることが好ましい。
【００９５】
半導体膜４０５上に、導電体４１６と、導電膜の酸化を防ぐバリア膜４１７を形成し、バリア膜４１７の上にはハードマスクとして機能する導電膜４３０を設ける。
【００９６】
詳細は後述するが、本実施の形態で用いることができる導電体４１６として、例えば、アルミニウム、クロム、銅、銀、金、白金、タンタル、ニッケル、チタン、モリブデン、タングステン、ハフニウム、バナジウム、ニオブ、マンガン、マグネシウム、ジルコニウム、ベリリウム、インジウムなどから選ばれた金属元素を１種以上含む材料からなる単層、あるいは２層以上の積層を用いることができる。なお、２層以上の積層構造を用いる場合、各層は、異なる金属元素を含む材料であることが好ましい。または、一金属元素の含有率がそれぞれ異なる材料による積層構造としてもよい。または、３層以上の積層構造を用いる場合、同じ金属元素を含む材料で、異なる金属元素を含む材料を挟む構造としてもよい。本実施の形態では、導電体４１６としてスパッタリング法を用いて形成された３０ｎｍの窒化タンタルを用いる。
【００９７】
また、導電体４１６上に酸化アルミニウムや酸化ハフニウム等の金属酸化膜や、窒化アルミニウム、窒化ハフニウム、窒化シリコン等の窒化膜を形成してバリア膜４１７を形成することができる。本実施の形態では、バリア膜４１７として、ＡＬＤ法を用いて形成された５ｎｍの酸化アルミニウムを用いる。
【００９８】
また、導電膜４３０も導電体４１６と同様の材料を用いることができる。導電膜４３０は、導電体４１６と同じ材料を用いてもよいし、異なる材料を用いてもよい。本実施の形態では、導電膜４３０としてスパッタリング法を用いて形成された１５ｎｍのタングステンを用いる。
【００９９】
ハードマスクとして機能する導電膜４３０上に、レジストマスク４３１を形成する。ここまでの工程で、図１１（Ａ）に示す断面構造が得られる。レジストマスク４３１は、図２（Ｄ）や図７（Ａ）で示したマスク１１１と同様の形状を有する。このレジストマスク４３１の開口部の一部が、後工程で形成されるトランジスタのチャネル形成領域に対応する。
【０１００】
図１１（Ｂ）に示すように、レジストマスク４３１を用いて、導電膜４３０、およびバリア膜４１７の一部をエッチングし、除去する。エッチングは、ドライエッチングを用いてもよいし、ウェットエッチングを用いてもよいが、微細加工や寸法制御の点から、ドライエッチングを用いる方が好ましい。導電膜４３０とバリア膜４１７のエッチング後に、レジストマスク４３１を除去する。レジストマスク４３１は、酸素プラズマ等を用いたアッシングにより除去してもよいし、薬液を用いて除去してもよいし、これらを組み合わせて除去してもよい。
【０１０１】
続いて、島状の半導体層を形成するためのマスク４３２を形成する。マスク４３２には、レジストマスクや樹脂を用いる。本実施の形態では、スピンコーティング法により樹脂膜４３２ａを１２０ｎｍの厚さで形成し、その上にレジストマスク４３２ｂを形成する。レジストマスク４３２ｂを用いて樹脂膜４３２ａおよび導電膜４３０をエッチングする（図１１（Ｃ）参照）。
【０１０２】
樹脂膜４３２ａおよび導電膜４３０のエッチング後に、レジストマスク４３２ｂを除去する（図１２（Ａ）参照）。エッチングされた樹脂膜４３２ａおよび導電膜４３０は、後工程でハードマスクとして機能する。
【０１０３】
次に、樹脂膜４３２ａおよび導電膜４３０をマスクに用いて、バリア膜４１７、導電体４１６および半導体膜４０５をエッチングする。これにより、島状の半導体層４０６を形成することができる。なお、半導体膜４０５として金属酸化膜を用い、絶縁体４０２と半導体膜４０５の間に、半導体膜４０５の金属酸化物とは異なる組成の金属酸化物を設けている場合は、半導体膜４０５のエッチングに続けて、金属酸化物をエッチングすればよい。その後、樹脂膜４３２ａを除去する（図１２（Ｂ）参照）。樹脂膜４３２ａは、酸素プラズマ等を用いたアッシングにより除去することができる。
【０１０４】
次に、導電体４１６の一部と、導電膜４３０を除去する（図１２（Ｃ）参照）。導電体４１６は、バリア膜４１７に覆われていない部分を除去する。導電体４１６と導電膜４３０が同じ材料からなる場合は単一のエッチング条件にて除去できるため好ましい。一方、導電体４１６と導電膜４３０が異なる材料だとしても、エッチング条件を調整し、一括でエッチングすることが好ましい。本実施の形態では、導電体４１６を窒化タンタルとし、導電膜４３０をタングステンとして、塩素を含むガスを用いてドライエッチングを行ったが、これに限定されない。導電体４１６と導電膜４３０を同じ材料としてもよい。あるいは、導電体４１６と導電膜４３０が同時にエッチングできるならば、異なる材料としても良く、エッチングガスに塩素を含むガス以外のガスを用いて導電体４１６および導電膜４３０をエッチングしてもよい。
【０１０５】
例えば、塩素を含むガスとして、Ｃｌ２、ＢＣｌ３、ＳｉＣｌ４、ＣＣｌ４等を用いることができる。また、塩素を含むガス以外のガスとして、ＣＦ４やＳＦ６等のフッ素を含むガスを用いることができる。また、塩素を含むガスとフッ素を含むガスの混合ガスを用いてもよいし、これらのガスに酸素や窒素、ハロゲン等を添加したものをエッチングガスとして用いてもよい。
【０１０６】
続いて、半導体層４０６と、導電体４１６と、バリア膜４１７を覆うように酸化物４０６ｃを形成する。酸化物４０６ｃは半導体層４０６よりバンドギャップが広い材料であることが好ましい。本実施の形態では、酸化物４０６ｃとして、インジウム（Ｉｎ）：ガリウム（Ｇａ）：亜鉛（Ｚｎ）を１：１：１で含む金属酸化物を用いる。また、トランジスタ９００において、酸化物４０６ｃは、チャネル形成領域を有する半導体層として用いられる。酸化物４０６ｃ上にゲート絶縁膜として機能する絶縁体４１２およびゲート電極として機能する導電体４０４を形成する（図１３（Ａ））。
【０１０７】
導電体４１６の角部が丸みを帯びているため、酸化物４０６ｃおよび絶縁体４１２のカバレッジは良好である。導電体４１６の角部と重なる酸化物４０６ｃおよび絶縁体４１２の膜厚は極端に薄くなることなく、導電体４０４と導電体４１６の間のリークを低減できる。角部と重なる酸化物４０６ｃと絶縁体４１２の膜厚は、それぞれ、導電体４１６上の酸化物４０６ｃと絶縁体４１２の膜厚の８０％以上１００％以下、好ましくは９０％以上１００％以下とすることが好ましい。
【０１０８】
導電体４０４は、導電体４１６と一部重なるように設けられる。特に、導電体４１６の角部と重なるように設けても、角部と重なる絶縁膜のカバレッジが良好であるため、導電体４０４と導電体４１６間のリークを低減できる。
【０１０９】
次に、図１３（Ｂ）に示すように、酸化物４０６ｃを所望の形状に加工するためのマスク４３３を絶縁体４１２、導電体４０４上に形成する。続けて、図１３（Ｃ）に示すように、絶縁体４１２および酸化物４０６ｃの一部をエッチングして除去する。本実施の形態では、ドライエッチングを用いて絶縁体４１２および酸化物４０６ｃのエッチングを行ったが、本実施の形態はこれに限定されない。ウェットエッチングにより絶縁体４１２および酸化物４０６ｃの加工を行ってもよいし、ウェットエッチングとドライエッチングを組み合わせてこれらの加工を行ってもよい。上記加工により、トランジスタ４００には、酸化物４０６ｃ、トランジスタ９００には、酸化物４０６ｆが形成される。絶縁体４１２および酸化物４０６ｃの加工後にマスク４３３を除去する。
【０１１０】
次に、導電体４０４の酸化防止等のため、導電体４０４、絶縁体４１２、酸化物４０６ｃ、絶縁体４０２等を覆うように、バリア膜４１８としてＡＬＤ法にて、酸化アルミニウム膜を形成し、さらにその上にマスク４３４を形成する（図１４（Ａ））。
【０１１１】
ドライエッチングやウェットエッチングにより、不要な部分のバリア膜４１８を除去し、マスク４３４を除去する（図１４（Ｂ））。以上の工程により、島状の半導体層４０６とその上に設けられた導電体４１６と、導電体４１６を保護するために設けられたバリア膜４１７と、ゲート絶縁膜として機能する絶縁体４１２と、ゲート電極として機能する導電体４０４を有するトランジスタ４００が形成される。また、酸化物４０６ｃと同じ層からなる酸化物４０６ｆを半導体層として用いるトランジスタ９００が形成される。トランジスタ４００とトランジスタ９００は異なる断面形状を有しているが、特別な工程の増加は無く、これらの形成を同時に行うことができる。
【０１１２】
一方、図１３（Ｃ）で説明した、絶縁体４１２および酸化物４０６ｃのエッチングを行わず、図１４（Ｂ）で説明した、バリア膜４１８のエッチングに続けて、絶縁体４１２および酸化物４０６ｃのエッチングを行ってもよい。このように加工することで、図１４（Ｃ）に示すようなトランジスタ４００ａおよびトランジスタ９００ａを形成することができる。マスク４３４を用い、バリア膜４１８、絶縁体４１２、および酸化物４０６ｃを加工することで、マスク４３３の形成を削減でき、マスク形成工程や、エッチング工程が短縮できるため、好ましい。
【０１１３】
なお、図１５に示すように、導電体４１６、バリア膜４１７、および導電体４０４の加工に用いるマスクや、エッチング条件などの加工条件によっては、導電体４１６、バリア膜４１７、または導電体４０４の断面は、側面と上面との間に、湾曲面を有する場合がある。つまり、側面の端部と上面の端部は、湾曲している場合がある（以下、ラウンド状ともいう）。図１５では、導電体４１６とバリア膜４１７の積層体の側面と上面の間に湾曲面を有する例を示しているが、本実施の形態はこれに限らない。例えば、バリア膜４１７の側面と上面の間のみに湾曲面を有していてもよい。
【０１１４】
図１５（Ｂ）は、図１５（Ａ）に示すトランジスタの断面図において、一点鎖線で囲んだ部分を拡大したものである。バリア膜４１７の上面を水平方向に延伸した補助線と、導電体４１６の側面を延伸した補助線を点線で示している。導電体４１６、およびバリア膜４１７の側面の端部、および上面の端部は、これら補助線に囲まれる領域より内側に配置されている。本明細書では、このような状態を、導電体４１６、およびバリア膜４１７が湾曲面を有する、導電体４１６、およびバリア膜４１７が湾曲している、または導電体４１６、およびバリア膜４１７がラウンド状であると呼ぶ。なお、導電体４１６、およびバリア膜４１７だけでなく、導電体４０４に関しても、同様に湾曲面を定義することができる。
【０１１５】
導電体４１６、バリア膜４１７、および導電体４０４の少なくとも一つにおいて、側面と上面との間に、湾曲面を有する断面形状とすることで、以降の成膜工程における膜の被覆性が向上する。
【０１１６】
以上の工程により、安定した電気特性を有する半導体装置を作製することができる。特に、トランジスタのオフ時にドレインとゲート間のリーク、およびソースとドレイン間のリークの小さいトランジスタを有する半導体装置を作製することができる。
【０１１７】
［各構成要素について］
以下では、上記に示す各構成要素について説明する。
【０１１８】
〔基板〕
本実施の形態に示すトランジスタを設ける基板としては、例えば、絶縁体基板、半導体基板または導電体基板を用いればよい。絶縁体基板としては、例えば、ガラス基板、石英基板、サファイア基板、安定化ジルコニア基板（イットリア安定化ジルコニア基板など）、樹脂基板などがある。また、半導体基板としては、例えば、シリコン、ゲルマニウムなどの半導体基板、または炭化シリコン、シリコンゲルマニウム、ヒ化ガリウム、リン化インジウム、酸化亜鉛、酸化ガリウムからなる化合物半導体基板などがある。さらには、前述の半導体基板内部に絶縁体領域を有する半導体基板、例えばＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ  Ｏｎ  Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板などがある。導電体基板としては、黒鉛基板、金属基板、合金基板、導電性樹脂基板などがある。または、金属の窒化物を有する基板、金属の酸化物を有する基板などがある。さらには、絶縁体基板に導電体または半導体が設けられた基板、半導体基板に導電体または絶縁体が設けられた基板、導電体基板に半導体または絶縁体が設けられた基板などがある。または、これらの基板に素子が設けられたものを用いてもよい。基板に設けられる素子としては、容量素子、抵抗素子、スイッチ素子、発光素子、記憶素子などがある。
【０１１９】
また、基板として、可とう性基板を用いてもよい。なお、可とう性基板上にトランジスタを設ける方法としては、非可とう性の基板上にトランジスタを作製した後、トランジスタを剥離し、可とう性基板に転置する方法もある。その場合には、非可とう性基板とトランジスタとの間に剥離層を設けるとよい。なお、基板として、繊維を編みこんだシート、フィルムまたは箔などを用いてもよい。また、基板が伸縮性を有してもよい。また、基板は、折り曲げや引っ張りをやめた際に、元の形状に戻る性質を有してもよい。または、元の形状に戻らない性質を有してもよい。基板は、例えば、５μｍ以上７００μｍ以下、好ましくは１０μｍ以上５００μｍ以下、さらに好ましくは１５μｍ以上３００μｍ以下の厚さとなる領域を有する。基板を薄くすると、トランジスタを有する半導体装置を軽量化することができる。また、基板を薄くすることで、ガラスなどを用いた場合にも伸縮性を有する場合や、折り曲げや引っ張りをやめた際に、元の形状に戻る性質を有する場合がある。そのため、落下などによって基板上の半導体装置に加わる衝撃などを緩和することができる。即ち、丈夫な半導体装置を提供することができる。
【０１２０】
可とう性基板としては、例えば、金属、合金、樹脂もしくはガラス、またはそれらの繊維などを用いることができる。可とう性基板は、線膨張率が低いほど環境による変形が抑制されて好ましい。可とう性基板としては、例えば、線膨張率が１×１０−３／Ｋ以下、５×１０−５／Ｋ以下、または１×１０−５／Ｋ以下である材質を用いればよい。樹脂としては、例えば、ポリエステル、ポリオレフィン、ポリアミド（ナイロン、アラミドなど）、ポリイミド、ポリカーボネート、アクリルなどがある。特に、アラミドは、線膨張率が低いため、可とう性基板として好適である。
【０１２１】
また、本実施の形態に示すトランジスタを表示装置に用いる場合、基板には平坦面を有する材料を用いることができる。表示素子からの光を取り出す側の基板には、該光を透過する材料を用いる。例えば、ガラス、石英、セラミック、サファイヤ、有機樹脂などの材料を用いることができる。
【０１２２】
厚さの薄い基板を用いることで、表示パネルの軽量化、薄型化を図ることができる。さらに、可撓性を有する程度の厚さの基板を用いることで、可撓性を有する表示パネルを実現できる。
【０１２３】
また、発光を取り出さない側の基板は、透光性を有していなくてもよいため、上記に挙げた基板の他に、金属基板等を用いることもできる。金属基板は熱伝導性が高く、基板全体に熱を容易に伝導できるため、表示パネルの局所的な温度上昇を抑制することができ、好ましい。可撓性や曲げ性を得るためには、金属基板の厚さは、１０μｍ以上２００μｍ以下が好ましく、２０μｍ以上５０μｍ以下であることがより好ましい。
【０１２４】
金属基板を構成する材料としては、特に限定はないが、例えば、アルミニウム、銅、ニッケル等の金属、もしくはアルミニウム合金またはステンレス等の合金などを好適に用いることができる。
【０１２５】
また、金属基板の表面を酸化する、または表面に絶縁膜を形成するなどにより、絶縁処理が施された基板を用いてもよい。例えば、スピンコート法やディップ法などの塗布法、電着法、蒸着法、またはスパッタリング法などを用いて絶縁膜を形成してもよいし、酸素雰囲気で放置するまたは加熱するほか、陽極酸化法などによって、基板の表面に酸化膜を形成してもよい。
【０１２６】
可撓性を有し、可視光に対する透過性を有する材料としては、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）等のポリエステル樹脂、ポリアクリロニトリル樹脂、ポリイミド樹脂、ポリメチルメタクリレート樹脂、ポリカーボネート（ＰＣ）樹脂、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）樹脂、ポリアミド樹脂、シクロオレフィン樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）樹脂等が挙げられる。特に、熱膨張係数の低い材料を用いることが好ましく、例えば、熱膨張係数が３０×１０−６／Ｋ以下であるポリアミドイミド樹脂、ポリイミド樹脂、ＰＥＴ等を好適に用いることができる。また、ガラス繊維に有機樹脂を含浸した基板や、無機フィラーを有機樹脂に混ぜて熱膨張係数を下げた基板を使用することもできる。このような材料を用いた基板は、重量が軽いため、該基板を用いた表示パネルも軽量にすることができる。
【０１２７】
上記材料中に繊維体が含まれている場合、繊維体は有機化合物または無機化合物の高強度繊維を用いる。高強度繊維とは、具体的には引張弾性率またはヤング率の高い繊維のことを言い、代表例としては、ポリビニルアルコール系繊維、ポリエステル系繊維、ポリアミド系繊維、ポリエチレン系繊維、アラミド系繊維、ポリパラフェニレンベンゾビスオキサゾール繊維、ガラス繊維、または炭素繊維が挙げられる。ガラス繊維としては、Ｅガラス、Ｓガラス、Ｄガラス、Ｑガラス等を用いたガラス繊維が挙げられる。これらは、織布または不織布の状態で用い、この繊維体に樹脂を含浸させ樹脂を硬化させた構造物を、可撓性を有する基板として用いてもよい。可撓性を有する基板として、繊維体と樹脂からなる構造物を用いると、曲げや局所的押圧による破損に対する信頼性が向上するため、好ましい。
【０１２８】
または、可撓性を有する程度に薄いガラス、金属などを基板に用いることもできる。または、ガラスと樹脂材料とが接着層により貼り合わされた複合材料を用いてもよい。
【０１２９】
可撓性を有する基板に、表示パネルの表面を傷などから保護するハードコート層（例えば、窒化シリコン、酸化アルミニウムなど）や、押圧を分散可能な材質の層（例えば、アラミド樹脂など）等が積層されていてもよい。また、水分等による表示素子の寿命の低下等を抑制するために、可撓性を有する基板に透水性の低い絶縁膜が積層されていてもよい。例えば、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、窒化アルミニウム等の無機絶縁材料を用いることができる。
【０１３０】
基板は、複数の層を積層して用いることもできる。特に、ガラス層を有する構成とすると、水や酸素に対するバリア性を向上させ、信頼性の高い表示パネルとすることができる。
【０１３１】
〔トランジスタ〕
トランジスタは、ゲート電極として機能する導電層と、半導体層と、ソース電極として機能する導電層と、ドレイン電極として機能する導電層と、ゲート絶縁膜として機能する絶縁層と、を有する。
【０１３２】
なお、本発明の一態様の表示装置が有するトランジスタの構造は特に限定されない。例えば、プレーナ型のトランジスタとしてもよいし、スタガ型のトランジスタとしてもよいし、逆スタガ型のトランジスタとしてもよい。また、トップゲート型またはボトムゲート型のいずれのトランジスタ構造としてもよい。または、本実施の形態のようにチャネルの上下にゲート電極が設けられていてもよい。
【０１３３】
トランジスタに用いる半導体材料の結晶性についても特に限定されず、非晶質半導体、結晶性を有する半導体（微結晶半導体、多結晶半導体、単結晶半導体、または一部に結晶領域を有する半導体）のいずれを用いてもよい。結晶性を有する半導体を用いると、トランジスタ特性の劣化を抑制できるため好ましい。
【０１３４】
また、トランジスタに用いる半導体材料としては、エネルギーギャップが２ｅＶ以上、好ましくは２．５ｅＶ以上、より好ましくは３ｅＶ以上である金属酸化物を用いることができる。代表的には、インジウムを含む酸化物半導体などであり、例えば、後述するＣＡＣ−ＯＳなどを用いることができる。
【０１３５】
シリコンよりもバンドギャップが広く、且つキャリア密度の小さい酸化物半導体を用いたトランジスタは、その低いオフ電流により、トランジスタと直列に接続された容量素子に蓄積した電荷を長期間に亘って保持することが可能である。
【０１３６】
半導体層は、例えばインジウム、亜鉛およびＭ（アルミニウム、チタン、ガリウム、ゲルマニウム、イットリウム、ジルコニウム、ランタン、セリウム、スズ、ネオジムまたはハフニウム等の金属）を含むＩｎ−Ｍ−Ｚｎ系酸化物で表記される膜とすることができる。
【０１３７】
半導体層を構成する酸化物半導体がＩｎ−Ｍ−Ｚｎ系酸化物の場合、Ｉｎ−Ｍ−Ｚｎ酸化物を成膜するために用いるスパッタリングターゲットの金属元素の原子数比は、Ｉｎ≧Ｍ、Ｚｎ≧Ｍを満たすことが好ましい。このようなスパッタリングターゲットの金属元素の原子数比として、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝１：１：１、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝１：１：１．２、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝３：１：２、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝４：２：３、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝４：２：４．１、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝５：１：６、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝５：１：７、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝５：１：８等が好ましい。なお、成膜される半導体層の原子数比はそれぞれ、上記のスパッタリングターゲットに含まれる金属元素の原子数比のプラスマイナス４０％の変動を含む。
【０１３８】
半導体層としては、キャリア密度の低い酸化物半導体膜を用いる。例えば、半導体層は、キャリア密度が１×１０１７／ｃｍ３以下、好ましくは１×１０１５／ｃｍ３以下、さらに好ましくは１×１０１３／ｃｍ３以下、より好ましくは１×１０１１／ｃｍ３以下、さらに好ましくは１×１０１０／ｃｍ３未満であり、１×１０−９／ｃｍ３以上のキャリア密度の酸化物半導体を用いることができる。そのような酸化物半導体を、高純度真性または実質的に高純度真性な酸化物半導体と呼ぶ。これにより不純物濃度が低く、欠陥準位密度が低いため、安定な特性を有する酸化物半導体であるといえる。
【０１３９】
なお、これらに限られず、必要とするトランジスタの半導体特性および電気特性（電界効果移動度、しきい値電圧等）に応じて適切な組成のものを用いればよい。また、必要とするトランジスタの半導体特性を得るために、半導体層のキャリア密度や不純物濃度、欠陥密度、金属元素と酸素の原子数比、原子間距離、密度等を適切なものとすることが好ましい。
【０１４０】
半導体層を構成する酸化物半導体において、第１４族元素の一つであるシリコンや炭素が含まれると、半導体層において酸素欠損が増加し、ｎ型化してしまう。このため、半導体層におけるシリコンや炭素の濃度（二次イオン質量分析法により得られる濃度）を、２×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、好ましくは２×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下とする。
【０１４１】
また、アルカリ金属およびアルカリ土類金属は、酸化物半導体と結合するとキャリアを生成する場合があり、トランジスタのオフ電流が増大してしまうことがある。このため半導体層における二次イオン質量分析法により得られるアルカリ金属またはアルカリ土類金属の濃度を、１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、好ましくは２×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下にする。
【０１４２】
また、半導体層を構成する酸化物半導体に窒素が含まれていると、キャリアである電子が生じ、キャリア密度が増加し、ｎ型化しやすい。この結果、窒素が含まれている酸化物半導体を用いたトランジスタはノーマリーオン特性となりやすい。このため半導体層における二次イオン質量分析法により得られる窒素濃度は、５×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下にすることが好ましい。
【０１４３】
また、半導体層は、例えば非単結晶構造でもよい。非単結晶構造は、例えば、ｃ軸に配向した結晶を有するＣＡＡＣ−ＯＳ（Ｃ−Ａｘｉｓ  Ａｌｉｇｎｅｄ  Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ、または、Ｃ−Ａｘｉｓ  Ａｌｉｇｎｅｄ  ａｎｄ  Ａ−Ｂ−ｐｌａｎｅ  Ａｎｃｈｏｒｅｄ  Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）、多結晶構造、微結晶構造、または非晶質構造を含む。非単結晶構造において、非晶質構造は最も欠陥準位密度が高く、ＣＡＡＣ−ＯＳは最も欠陥準位密度が低い。
【０１４４】
非晶質構造の酸化物半導体膜は、例えば、原子配列が無秩序であり、結晶成分を有さない。または、非晶質構造の酸化物膜は、例えば、完全な非晶質構造であり、結晶部を有さない。
【０１４５】
なお、半導体層が、非晶質構造の領域、微結晶構造の領域、多結晶構造の領域、ＣＡＡＣ−ＯＳの領域、単結晶構造の領域のうち、二種以上を有する混合膜であってもよい。混合膜は、例えば上述した領域のうち、いずれか二種以上の領域を含む単層構造、または積層構造を有する場合がある。
【０１４６】
＜ＣＡＣ−ＯＳの構成＞
以下では、本発明の一態様で開示されるトランジスタに用いることができるＣＡＣ（Ｃｌｏｕｄ−Ａｌｉｇｎｅｄ  Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ）−ＯＳの構成について説明する。
【０１４７】
ＣＡＣ−ＯＳとは、例えば、酸化物半導体を構成する元素が、０．５ｎｍ以上１０ｎｍ以下、好ましくは、１ｎｍ以上２ｎｍ以下、またはその近傍のサイズで偏在した材料の一構成である。なお、以下では、酸化物半導体において、一つあるいはそれ以上の金属元素が偏在し、該金属元素を有する領域が、０．５ｎｍ以上１０ｎｍ以下、好ましくは、１ｎｍ以上２ｎｍ以下、またはその近傍のサイズで混合した状態をモザイク状、またはパッチ状ともいう。
【０１４８】
なお、酸化物半導体は、少なくともインジウムを含むことが好ましい。特にインジウムおよび亜鉛を含むことが好ましい。また、それらに加えて、アルミニウム、ガリウム、イットリウム、銅、バナジウム、ベリリウム、ホウ素、シリコン、チタン、鉄、ニッケル、ゲルマニウム、ジルコニウム、モリブデン、ランタン、セリウム、ネオジム、ハフニウム、タンタル、タングステン、またはマグネシウムなどから選ばれた一種、または複数種が含まれていてもよい。
【０１４９】
例えば、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物におけるＣＡＣ−ＯＳ（ＣＡＣ−ＯＳの中でもＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物を、特にＣＡＣ−ＩＧＺＯと呼称してもよい。）とは、インジウム酸化物（以下、ＩｎＯＸ１（Ｘ１は０よりも大きい実数）とする。）、またはインジウム亜鉛酸化物（以下、ＩｎＸ２ＺｎＹ２ＯＺ２（Ｘ２、Ｙ２、およびＺ２は０よりも大きい実数）とする。）と、ガリウム酸化物（以下、ＧａＯＸ３（Ｘ３は０よりも大きい実数）とする。）、またはガリウム亜鉛酸化物（以下、ＧａＸ４ＺｎＹ４ＯＺ４（Ｘ４、Ｙ４、およびＺ４は０よりも大きい実数）とする。）などと、に材料が分離することでモザイク状となり、モザイク状のＩｎＯＸ１、またはＩｎＸ２ＺｎＹ２ＯＺ２が、膜中に均一に分布した構成（以下、クラウド状ともいう。）である。
【０１５０】
つまり、ＣＡＣ−ＯＳは、ＧａＯＸ３が主成分である領域と、ＩｎＸ２ＺｎＹ２ＯＺ２、またはＩｎＯＸ１が主成分である領域とが、混合している構成を有する複合酸化物半導体である。なお、本明細書において、例えば、第１の領域の元素Ｍに対するＩｎの原子数比が、第２の領域の元素Ｍに対するＩｎの原子数比よりも大きいことを、第１の領域は、第２の領域と比較して、Ｉｎの濃度が高いとする。
【０１５１】
なお、ＩＧＺＯは通称であり、Ｉｎ、Ｇａ、Ｚｎ、およびＯによる１つの化合物をいう場合がある。代表例として、ＩｎＧａＯ３（ＺｎＯ）ｍ１（ｍ１は自然数）、またはＩｎ（１＋ｘ０）Ｇａ（１−ｘ０）Ｏ３（ＺｎＯ）ｍ０（−１≦ｘ０≦１、ｍ０は任意数）で表される結晶性の化合物が挙げられる。
【０１５２】
上記結晶性の化合物は、単結晶構造、多結晶構造、またはＣＡＡＣ構造を有する。なお、ＣＡＡＣ構造とは、複数のＩＧＺＯのナノ結晶がｃ軸配向を有し、かつａ−ｂ面においては配向せずに連結した結晶構造である。
【０１５３】
一方、ＣＡＣ−ＯＳは、酸化物半導体の材料構成に関する。ＣＡＣ−ＯＳとは、Ｉｎ、Ｇａ、Ｚｎ、およびＯを含む材料構成において、一部にＧａを主成分とするナノ粒子状に観察される領域と、一部にＩｎを主成分とするナノ粒子状に観察される領域とが、それぞれモザイク状にランダムに分散している構成をいう。従って、ＣＡＣ−ＯＳにおいて、結晶構造は副次的な要素である。
【０１５４】
なお、ＣＡＣ−ＯＳは、組成の異なる二種類以上の膜の積層構造は含まないものとする。例えば、Ｉｎを主成分とする膜と、Ｇａを主成分とする膜との２層からなる構造は、含まない。
【０１５５】
なお、ＧａＯＸ３が主成分である領域と、ＩｎＸ２ＺｎＹ２ＯＺ２、またはＩｎＯＸ１が主成分である領域とは、明確な境界が観察できない場合がある。
【０１５６】
なお、ガリウムの代わりに、アルミニウム、イットリウム、銅、バナジウム、ベリリウム、ホウ素、シリコン、チタン、鉄、ニッケル、ゲルマニウム、ジルコニウム、モリブデン、ランタン、セリウム、ネオジム、ハフニウム、タンタル、タングステン、またはマグネシウムなどから選ばれた一種、または複数種が含まれている場合、ＣＡＣ−ＯＳは、一部に該金属元素を主成分とするナノ粒子状に観察される領域と、一部にＩｎを主成分とするナノ粒子状に観察される領域とが、それぞれモザイク状にランダムに分散している構成をいう。
【０１５７】
ＣＡＣ−ＯＳは、例えば基板を意図的に加熱しない条件で、スパッタリング法により形成することができる。また、ＣＡＣ−ＯＳをスパッタリング法で形成する場合、成膜ガスとして、不活性ガス（代表的にはアルゴン）、酸素ガス、および窒素ガスの中から選ばれたいずれか一つまたは複数を用いればよい。また、成膜時の成膜ガスの総流量に対する酸素ガスの流量比は低いほど好ましく、例えば酸素ガスの流量比を０％以上３０％未満、好ましくは０％以上１０％以下とすることが好ましい。
【０１５８】
ＣＡＣ−ＯＳは、Ｘ線回折（ＸＲＤ：Ｘ−ｒａｙ  ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ）測定法のひとつであるＯｕｔ−ｏｆ−ｐｌａｎｅ法によるθ／２θスキャンを用いて測定したときに、明確なピークが観察されないという特徴を有する。すなわち、Ｘ線回折から、測定領域のａ−ｂ面方向、およびｃ軸方向の配向は見られないことが分かる。
【０１５９】
また、ＣＡＣ−ＯＳは、プローブ径が１ｎｍの電子線（ナノビーム電子線ともいう。）を照射することで得られる電子線回折パターンにおいて、リング状に輝度の高い領域と、該リング領域に複数の輝点が観測される。従って、電子線回折パターンから、ＣＡＣ−ＯＳの結晶構造が、平面方向、および断面方向において、配向性を有さないｎｃ（ｎａｎｏ−ｃｒｙｓｔａｌ）構造を有することがわかる。
【０１６０】
また、例えば、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物におけるＣＡＣ−ＯＳでは、エネルギー分散型Ｘ線分光法（ＥＤＸ：Ｅｎｅｒｇｙ  Ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ  Ｘ−ｒａｙ  ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）を用いて取得したＥＤＸマッピングにより、ＧａＯＸ３が主成分である領域と、ＩｎＸ２ＺｎＹ２ＯＺ２、またはＩｎＯＸ１が主成分である領域とが、偏在し、混合している構造を有することが確認できる。
【０１６１】
ＣＡＣ−ＯＳは、金属元素が均一に分布したＩＧＺＯ化合物とは異なる構造であり、ＩＧＺＯ化合物と異なる性質を有する。つまり、ＣＡＣ−ＯＳは、ＧａＯＸ３などが主成分である領域と、ＩｎＸ２ＺｎＹ２ＯＺ２、またはＩｎＯＸ１が主成分である領域と、に互いに相分離し、各元素を主成分とする領域がモザイク状である構造を有する。
【０１６２】
ここで、ＩｎＸ２ＺｎＹ２ＯＺ２、またはＩｎＯＸ１が主成分である領域は、ＧａＯＸ３などが主成分である領域と比較して、導電性が高い領域である。つまり、ＩｎＸ２ＺｎＹ２ＯＺ２、またはＩｎＯＸ１が主成分である領域を、キャリアが流れることにより、酸化物半導体としての導電性が発現する。従って、ＩｎＸ２ＺｎＹ２ＯＺ２、またはＩｎＯＸ１が主成分である領域が、酸化物半導体中にクラウド状に分布することで、高い電界効果移動度（μ）が実現できる。
【０１６３】
一方、ＧａＯＸ３などが主成分である領域は、ＩｎＸ２ＺｎＹ２ＯＺ２、またはＩｎＯＸ１が主成分である領域と比較して、絶縁性が高い領域である。つまり、ＧａＯＸ３などが主成分である領域が、酸化物半導体中に分布することで、リーク電流を抑制し、良好なスイッチング動作を実現できる。
【０１６４】
したがって、ＣＡＣ−ＯＳを半導体素子に用いた場合、ＧａＯＸ３などに起因する絶縁性と、ＩｎＸ２ＺｎＹ２ＯＺ２、またはＩｎＯＸ１に起因する導電性とが、相補的に作用することにより、高いオン電流（Ｉｏｎ）、および高い電界効果移動度（μ）を実現することができる。
【０１６５】
また、ＣＡＣ−ＯＳを用いた半導体素子は、信頼性が高い。従って、ＣＡＣ−ＯＳは、ディスプレイをはじめとするさまざまな半導体装置に最適である。
【０１６６】
または、トランジスタのチャネルが形成される半導体にシリコンを用いてもよい。シリコンとしてアモルファスシリコンを用いてもよいが、特に結晶性を有するシリコンを用いることが好ましい。例えば、微結晶シリコン、多結晶シリコン、単結晶シリコンなどを用いることが好ましい。特に、多結晶シリコンは、単結晶シリコンに比べて低温で形成でき、且つアモルファスシリコンに比べて高い電界効果移動度と高い信頼性を備える。
【０１６７】
〔導電層〕
トランジスタのゲート、ソースおよびドレイン等、各種配線および電極などの導電層に用いることのできる材料としては、アルミニウム、チタン、クロム、ニッケル、銅、イットリウム、ジルコニウム、モリブデン、銀、タンタル、またはタングステンなどの金属、またはこれを主成分とする合金などが挙げられる。またこれらの材料を含む膜を単層で、または積層構造として用いることができる。例えば、シリコンを含むアルミニウム膜の単層構造、チタン膜上にアルミニウム膜を積層する二層構造、タングステン膜上にアルミニウム膜を積層する二層構造、銅−マグネシウム−アルミニウム合金膜上に銅膜を積層する二層構造、チタン膜上に銅膜を積層する二層構造、タングステン膜上に銅膜を積層する二層構造、チタン膜または窒化チタン膜と、その上に重ねてアルミニウム膜または銅膜を積層し、さらにその上にチタン膜または窒化チタン膜を形成する三層構造、モリブデン膜または窒化モリブデン膜と、その上に重ねてアルミニウム膜または銅膜を積層し、さらにその上にモリブデン膜または窒化モリブデン膜を形成する三層構造等がある。なお、酸化インジウム、酸化錫または酸化亜鉛等の酸化物を用いてもよい。また、マンガンを含む銅を用いると、エッチングによる形状の制御性が高まるため好ましい。
【０１６８】
また、透光性を有する導電性材料としては、酸化インジウム、インジウム錫酸化物、インジウム亜鉛酸化物、酸化亜鉛、ガリウムを添加した酸化亜鉛などの導電性酸化物またはグラフェンを用いることができる。または、金、銀、白金、マグネシウム、ニッケル、タングステン、クロム、モリブデン、鉄、コバルト、銅、パラジウム、またはチタンなどの金属材料や、該金属材料を含む合金材料を用いることができる。または、該金属材料の窒化物（例えば、窒化チタン）などを用いてもよい。なお、金属材料、合金材料（またはそれらの窒化物）を用いる場合には、透光性を有する程度に薄くすればよい。また、上記材料の積層膜を導電層として用いることができる。例えば、銀とマグネシウムの合金とインジウムスズ酸化物の積層膜などを用いると、導電性を高めることができるため好ましい。本実施の形態に示すトランジスタを表示装置に用いる場合、これらの導電性材料は、表示装置を構成する各種配線および電極などの導電層や、表示素子が有する導電層（画素電極や共通電極として機能する導電層）にも用いることができる。
【０１６９】
〔絶縁層〕
各絶縁層に用いることのできる絶縁材料としては、例えば、アクリル、エポキシなどの樹脂、シリコーン等のシロキサン結合を有する樹脂の他、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコン、窒化シリコン、酸化アルミニウムなどの無機絶縁材料を用いることもできる。
【０１７０】
また、発光素子は、一対の透水性の低い絶縁膜の間に設けられていることが好ましい。これにより、発光素子に水等の不純物が侵入することを抑制でき、装置の信頼性の低下を抑制できる。
【０１７１】
透水性の低い絶縁膜としては、窒化シリコン膜、窒化酸化シリコン膜等の窒素と珪素を含む膜や、窒化アルミニウム膜等の窒素とアルミニウムを含む膜等が挙げられる。また、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等を用いてもよい。
【０１７２】
例えば、透水性の低い絶縁膜の水蒸気透過量は、１×１０−５［ｇ／（ｍ２・ｄａｙ）］以下、好ましくは１×１０−６［ｇ／（ｍ２・ｄａｙ）］以下、より好ましくは１×１０−７［ｇ／（ｍ２・ｄａｙ）］以下、さらに好ましくは１×１０−８［ｇ／（ｍ２・ｄａｙ）］以下とする。
【０１７３】
本実施の形態は、少なくともその一部を本明細書中に記載する他の実施の形態と適宜組み合わせて実施することができる。
【０１７４】
（実施の形態３）
本実施の形態では、実施の形態１または実施の形態２で説明したトランジスタを有する半導体装置の一形態として、記憶装置の例を図１６を用いて説明する。本記憶装置は、記憶装置だけでなく、ＣＰＵ等の演算装置の一部として用いることもできる。
【０１７５】
図１６に示す記憶装置は、トランジスタ９００、トランジスタ８００、トランジスタ４００、および容量素子４５０を有している。
【０１７６】
トランジスタ４００は、酸化物半導体を有する半導体層にチャネルが形成されるトランジスタである。トランジスタ４００は、オフ電流が小さいため、これを記憶装置に用いることにより長期にわたり記憶内容を保持することが可能である。つまり、リフレッシュ動作を必要としない、あるいは、リフレッシュ動作の頻度が極めて少ないため、記憶装置の消費電力を十分に低減することができる。
【０１７７】
さらにトランジスタ４００のバックゲートに負の電位を印加することで、トランジスタ４００のオフ電流をより小さくすることができる。この場合、トランジスタ４００のバックゲート電圧を維持できる構成とすることにより、電源の供給なしで長期間の記憶保持が可能となる。
【０１７８】
＜トランジスタの構成＞
トランジスタ４００は、導電体３１０（導電体３１０ａ及び導電体３１０ｂ）と、導電体３１０の上に配置された絶縁体３０２、絶縁体３０３及び絶縁体４０２と、絶縁体３０２、絶縁体３０３及び絶縁体４０２の上に配置された酸化物４０６ａと、酸化物４０６ａの上に配置された酸化物４０６ｂと、酸化物４０６ｂの上に、離間して配置された導電体４１６ａ１及び導電体４１６ａ２と、導電体４１６ａ１及び導電体４１６ａ２の上にそれぞれ配置されたバリア膜４１７ａ１と、バリア膜４１７ａ２と、絶縁体４０２、酸化物４０６ｂ、導電体４１６ａ１及び導電体４１６ａ２の上に配置された酸化物４０６ｃと、酸化物４０６ｃの上に配置された絶縁体４１２と、少なくとも一部が酸化物４０６ｂと重なるように、絶縁体４１２の上に配置された導電体４０４（導電体４０４ａ、導電体４０４ｂ及び導電体４０４ｃ）と、バリア膜４１８と、絶縁体４０２、絶縁体４１２及び導電体４０４の上に配置された絶縁体４０８ａおよび絶縁体４０８ｂと、絶縁体４１０と、絶縁体４２０と、絶縁体４２２を有する。
【０１７９】
導電体３１０は、絶縁体３０１に形成された開口に設けられている。絶縁体３０１の開口の内壁に接して導電体３１０ａが形成され、さらに内側に導電体３１０ｂが形成されている。ここで、導電体３１０ａおよび導電体３１０ｂの上面の高さと、絶縁体３０１の上面の高さは同程度にできる。導電体３１０は、ゲート電極として機能できる。
【０１８０】
ここで、導電体３１０ａは、水または水素などの不純物が透過しにくい導電性材料を用いることが好ましい。また、例えば、タンタル、窒化タンタル、ルテニウムまたは酸化ルテニウムなどを用いることが好ましく、単層または積層とすればよい。これにより、絶縁体４０１より下層から水素、水などの不純物が導電体３１０を通じて上層に拡散するのを抑制することができる。なお、導電体３１０ａは、水素原子、水素分子、水分子、酸素原子、酸素分子、窒素原子、窒素分子、酸化窒素分子（Ｎ２Ｏ、ＮＯ、ＮＯ２など）、銅原子などの不純物または、酸素（例えば、酸素原子、酸素分子など）の少なくとも一が透過しにくいことが好ましい。また、以下において、不純物が透過しにくい導電性材料について記載する場合も同様である。導電体３１０ａが酸素の透過を抑制する機能を持つことにより、導電体３１０ｂが酸化により導電率が低下することを防ぐことができる。
【０１８１】
絶縁体３０１は、基板８１１の上方に設けられた絶縁体４０１の上に配置されている。絶縁体４０１は、下層から水または水素などの不純物がトランジスタに混入するのを防ぐバリア絶縁膜として機能できる。絶縁体４０１は、水または水素などの不純物が透過しにくい絶縁性材料を用いることが好ましく、例えば、酸化アルミニウムなどを用いることが好ましい。これにより、水素、水などの不純物が絶縁体４０１より上層に拡散するのを抑制することができる。なお、絶縁体４０１は、水素原子、水素分子、水分子、窒素原子、窒素分子、酸化窒素分子（Ｎ２Ｏ、ＮＯ、ＮＯ２など）、銅原子などの不純物の少なくとも一が透過しにくいことが好ましい。また、以下において、不純物が透過しにくい絶縁性材料について記載する場合も同様である。
【０１８２】
また、絶縁体４０１は、酸素（例えば、酸素原子または酸素分子など）が透過しにくい絶縁性材料を用いることが好ましい。これにより、絶縁体４０２などに含まれる酸素が下方拡散するのを抑制することができる。これにより、酸化物４０６ｂに効果的に酸素を供給することができる。
【０１８３】
また、絶縁体３０３は、水または水素などの不純物、および酸素が透過しにくい絶縁性材料を用いることが好ましく、例えば、酸化アルミニウムまたは酸化ハフニウムなどを用いることが好ましい。これにより、絶縁体３０３より下層から水素、水などの不純物が絶縁体３０３より上層に拡散するのを抑制することができる。さらに、絶縁体４０２などに含まれる酸素が下方拡散するのを抑制することができる。
【０１８４】
絶縁体４０２は、加熱により酸素が放出される絶縁体を用いて形成することが好ましい。具体的には、昇温脱離ガス分析法（ＴＤＳ（Ｔｈｅｒｍａｌ  Ｄｅｓｏｒｐｔｉｏｎ  Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ））にて、酸素原子に換算した酸素の脱離量が１．０×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上、好ましくは３．０×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上である絶縁体を用いることが好ましい。なお、上記ＴＤＳ分析時における膜の表面温度としては１００℃以上７００℃以下、または１００℃以上４００℃以下の範囲が好ましい。なお、加熱により放出される酸素を「過剰酸素」ともいう。このような絶縁体４０２を酸化物４０６ａに接して設けることにより、酸化物４０６ｂに効果的に酸素を供給することができる。
【０１８５】
また、絶縁体４０２中の水、水素または窒素酸化物などの不純物濃度が低減されていることが好ましい。例えば、絶縁体４０２の水素の脱離量は、ＴＤＳにおいて、膜の表面温度が、５０℃から５００℃の範囲において、水素分子に換算した脱離量が、絶縁体４０２の面積当たりに換算して、２×１０１５ｍｏｌｅｃｕｌｅｓ／ｃｍ２以下、好ましくは１×１０１５ｍｏｌｅｃｕｌｅｓ／ｃｍ２以下、より好ましくは５×１０１４ｍｏｌｅｃｕｌｅｓ／ｃｍ２以下であればよい。
【０１８６】
絶縁体３０２、絶縁体３０３、および絶縁体４０２は、ゲート絶縁膜として機能できる。
【０１８７】
次に、酸化物４０６ａ、酸化物４０６ｂ及び酸化物４０６ｃに用いることができる金属酸化物について説明する。
【０１８８】
酸化物４０６ａ、酸化物４０６ｂ及び酸化物４０６ｃとして用いる金属酸化物は、少なくともインジウムを含むことが好ましい。特にインジウムおよび亜鉛を含むことが好ましい。また、それらに加えて、元素Ｍ（元素Ｍは、ガリウム、アルミニウム、シリコン、ホウ素、イットリウム、銅、バナジウム、ベリリウム、チタン、鉄、ニッケル、ゲルマニウム、ジルコニウム、モリブデン、ランタン、セリウム、ネオジム、ハフニウム、タンタル、タングステン、またはマグネシウムなどから選ばれた一種、または複数種）が含まれていることが好ましい。
【０１８９】
また、上記金属酸化物、例えば酸化物４０６ｂは、窒素を有していてもよい。具体的には、当該金属酸化物において、ＳＩＭＳにより得られる窒素濃度が、１×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上、好ましくは１×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上２×１０２２ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下とすればよい。なお、金属酸化物に窒素を添加すると、エネルギーギャップが狭くなり、導電性が向上する傾向がある。従って、本明細書等において、金属酸化物は、窒素などが添加された金属酸化物も含むものとする。また、窒素を有する金属酸化物を金属酸窒化物（Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｙｎｉｔｒｉｄｅ）と呼称してもよい。
【０１９０】
また、上記金属酸化物は、エネルギーギャップが２ｅＶ以上、好ましくは２．５ｅＶ以上である。このように、エネルギーギャップの広い金属酸化物を用いることで、トランジスタのオフ電流を低減することができる。
【０１９１】
また、上記金属酸化物は、非単結晶構造であると好ましい。非単結晶構造は、例えば、後述するＣＡＡＣ−ＯＳ、多結晶構造、微結晶構造、または非晶質構造を含む。非単結晶構造において、非晶質構造は最も欠陥準位密度が高い。
【０１９２】
酸化物４０６ａおよび酸化物４０６ｃに用いる金属酸化物は、元素Ｍ（元素Ｍは、Ａｌ、Ｇａ、Ｓｉ、Ｂ、Ｙ、Ｔｉ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｇｅ、Ｚｒ、Ｍｏ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｎｄ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｍｇ、Ｖ、Ｂｅ、またはＣｕのいずれか一つ、または複数）を含む酸化物である。酸化物４０６ａおよび酸化物４０６ｃは、例えば、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物、酸化ガリウム、酸化ホウ素などを用いることができる。
【０１９３】
ここで、酸化物４０６ａおよび酸化物４０６ｃに用いる金属酸化物において、構成元素中の元素Ｍの原子数比が、酸化物４０６ｂに用いる金属酸化物における、構成元素中の元素Ｍの原子数比より大きいことが好ましい。また、酸化物４０６ａおよび酸化物４０６ｃに用いる金属酸化物において、Ｉｎに対する元素Ｍの原子数比が、酸化物４０６ｂに用いる金属酸化物における、Ｉｎに対する元素Ｍの原子数比より大きいことが好ましい。
【０１９４】
また、酸化物４０６ａおよび酸化物４０６ｃに用いる金属酸化物は、非単結晶構造であると好ましい。非単結晶構造は、例えば、後述するＣＡＡＣ−ＯＳ、多結晶構造、微結晶構造、または非晶質構造を含む。酸化物４０６ａおよび酸化物４０６ｃに用いる金属酸化物は、ＣＡＡＣ構造を有することが好ましい。よって、酸化物４０６ａおよび酸化物４０６ｃに用いる金属酸化物は、複数のＩＧＺＯのナノ結晶がｃ軸配向を有し、かつａ−ｂ面においては配向せずに連結した層状の結晶構造を有する。
【０１９５】
また、酸化物４０６ａおよび酸化物４０６ｃに用いる金属酸化物は、酸化物４０６ｂに用いる金属酸化物より高い結晶性を有することが好ましい。ここで、酸化物４０６ａおよび酸化物４０６ｃに用いる金属酸化物は、例えば、酸素雰囲気下で成膜した酸化物を用いることが好ましい。これにより、酸化物４０６ａおよび酸化物４０６ｃに高い結晶性を有せしめることができる。また、酸化物４０６ａおよび酸化物４０６ｃの形状の安定を図ることができる。
【０１９６】
以上のような金属酸化物を酸化物４０６ｃとして用いて、酸化物４０６ｃの伝導帯下端のエネルギーが、酸化物４０６ｂのＣＡＣ−ＯＳの伝導帯下端のエネルギーより高くなることが好ましい。また、言い換えると、酸化物４０６ｃの電子親和力が、酸化物４０６ｂのＣＡＣ−ＯＳの電子親和力より小さいことが好ましい。ここで、電子親和力とは、真空準位と伝導帯下端のエネルギー準位の差を指す。
【０１９７】
また同様に、以上のような金属酸化物を酸化物４０６ａとして用いて、酸化物４０６ａの伝導帯下端のエネルギーが、酸化物４０６ｂのＣＡＣ−ＯＳの伝導帯下端のエネルギーより高くなることが好ましい。また、言い換えると、酸化物４０６ａの電子親和力が、酸化物４０６ｂのＣＡＣ−ＯＳの電子親和力より小さいことが好ましい。
【０１９８】
ここで、酸化物４０６ａ、酸化物４０６ｂ及び酸化物４０６ｃにおいて、伝導帯下端のエネルギー準位はなだらかに変化する。換言すると、連続的に変化または連続接合するともいうことができる。このようにするためには、酸化物４０６ａと酸化物４０６ｂとの界面、または酸化物４０６ｂと酸化物４０６ｃとの界面において形成される混合層の欠陥準位密度を低くするとよい。
【０１９９】
具体的には、酸化物４０６ａと酸化物４０６ｂ、酸化物４０６ｂと酸化物４０６ｃが、酸素以外に共通の元素を有する（主成分とする）ことで、欠陥準位密度が低い混合層を形成することができる。例えば、酸化物４０６ｂがＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物の場合、酸化物４０６ａ、酸化物４０６ｃとして、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物、Ｇａ−Ｚｎ酸化物、酸化ガリウムなどを用いるとよい。
【０２００】
このとき、キャリアの主たる経路は酸化物４０６ｂに形成されるナローギャップ部分となる。酸化物４０６ａと酸化物４０６ｂとの界面、および酸化物４０６ｂと酸化物４０６ｃとの界面における欠陥準位密度を低くすることができるため、界面散乱によるキャリア伝導への影響が小さく、高いオン電流が得られる。
【０２０１】
絶縁体４０２、および絶縁体４１２、または、それぞれの界面のトラップ準位に電子が捕獲されることで、捕獲された電子は固定電荷のように振る舞うため、トランジスタのしきい値電圧はプラス方向にシフトしてしまう。酸化物４０６ａ、酸化物４０６ｃを設けることにより、トラップ準位を、キャリアの主たる経路となる酸化物４０６ｂより遠ざけることができる。当該構成とすることで、トランジスタのしきい値電圧がプラス方向にシフトすることを防止することができる。
【０２０２】
なお、本実施の形態ではトランジスタに用いる金属酸化物を上述の３層構造としているが、本発明の一態様はこれに限定されない。例えば、酸化物４０６ａまたは酸化物４０６ｃの一方がない２層構造としても構わない。または、酸化物４０６ａの上もしくは下、または酸化物４０６ｃの上もしくは下に、前述した半導体のいずれか一を有する４層構造としても構わない。または、酸化物４０６ａの上、酸化物４０６ａの下、酸化物４０６ｃの上、酸化物４０６ｃの下のいずれか二箇所以上に、酸化物４０６ａ、酸化物４０６ｂおよび酸化物４０６ｃとして例示した半導体のいずれか一を有するｎ層構造（ｎは５以上の整数）としても構わない。
【０２０３】
本実施の形態に示すトランジスタは、以上に示す酸化物４０６ａ、酸化物４０６ｂ及び酸化物４０６ｃを有する。
【０２０４】
酸化物４０６ａは、絶縁体４０２の上面に接して配置されることが好ましい。酸化物４０６ｂは酸化物４０６ａの上面に接して配置されることが好ましい。
【０２０５】
また、酸化物４０６ｂは、第１の領域、第２の領域、および第３の領域を有する。第３の領域は、第１の領域と第２の領域に挟まれる。本実施の形態に示すトランジスタは、酸化物４０６ｂの第１の領域上に接して導電体４１６ａ１を有する。また、酸化物４０６ｂの第２の領域上に接して導電体４１６ａ２を有する。酸化物４０６ｂの第１の領域または第２の領域の一方は、ソース領域として機能でき、他方はドレイン領域として機能できる。また、酸化物４０６ｂの第３の領域はチャネル形成領域として機能できる。
【０２０６】
酸化物４０６ｃは、酸化物４０６ｂの第３の領域に接して、酸化物４０６ａ、酸化物４０６ｂ、導電体４１６ａ１、４１６ａ２、及びバリア膜４１７ａ１、４１７ａ２を覆うように配置されることが好ましい。特に、酸化物４０６ａ及び酸化物４０６ｂの側面を酸化物４０６ｃが覆うことが好ましい。すなわち、酸化物４０６ａ及び酸化物４０６ｂのチャネル長方向の側面が酸化物４０６ｃに接することが好ましい。さらに、酸化物４０６ａ及び酸化物４０６ｂのチャネル幅方向の側面が酸化物４０６ｃに接することが好ましい。また、酸化物４０６ｃは、酸化物４０６ａ及び酸化物４０６ｂの外側の領域において、絶縁体４０２の上面と接することが好ましい。
【０２０７】
このように、酸化物４０６ｂが酸化物４０６ａの上面に接して形成され、且つ酸化物４０６ｃに覆われる構成とすることにより、絶縁体４０２または絶縁体４１２などから水または水素などの不純物、および導電体４０４からの金属元素の酸化物４０６ｂへの混入を防ぐことができる。
【０２０８】
導電体４１６ａ１及び導電体４１６ａ２は、離間して配置され、酸化物４０６ｂの上面に接して配置されることが好ましい。ここで、導電体４１６ａ１は、ソース電極およびドレイン電極の一方として機能でき、導電体４１６ａ２は、ソース電極およびドレイン電極の他方として機能できる。
【０２０９】
また、図１６に示すように、導電体４１６ａ１の一方の側端部は、酸化物４０６ａの一方の側端部及び酸化物４０６ｂの一方の側端部と略一致することが好ましい。また、同様に、導電体４１６ａ２の一方の側端部は、酸化物４０６ａの他方の側端部及び酸化物４０６ｂの他方の側端部と略一致することが好ましい。このような構成にすることにより、酸化物４０６ａ及び酸化物４０６ｂの側面が導電体４１６ａ１及び導電体４１６ａ２に接しないので、酸化物４０６ａ及び酸化物４０６ｂの側面において、酸素が引き抜かれて酸素欠損が形成される恐れや、酸化物４０６ａ及び酸化物４０６ｂの側面から不純物が混入する恐れが無くなる。一方、後工程にて酸素欠損の修復が行える場合や、酸素欠損や不純物によるデバイス特性への影響が小さい場合は、必ずしもこのような構造にする必要は無く、酸化物４０６ａ及び酸化物４０６ｂの側面と導電体４１６ａ１及び導電体４１６ａ２が接するような構造としてもよい。
【０２１０】
ここで、導電体４１６ａ１の側端部と導電体４１６ａ２の側端部との互いに向かい合う距離、即ちトランジスタのチャネル長は、１０ｎｍ以上３００ｎｍ以下、代表的には２０ｎｍ以上１８０ｎｍ以下とする。
【０２１１】
また、導電体４１６ａ１及び導電体４１６ａ２が互いに向き合う側の側面が９０°未満のテーパー角を有することが好ましい。導電体４１６ａ１及び導電体４１６ａ２が互いに向き合う側の側面と底面のなす角部が４５°以上９０°未満、好ましくは、４５°以上７５°以下であることが好ましい。このように導電体４１６ａ１及び導電体４１６ａ２を形成することにより、酸化物４０６ｃを導電体４１６ａ１及び導電体４１６ａ２が形成する段差部にも被覆性良く成膜することができる。これにより、酸化物４０６ｃの段切れなどにより、酸化物４０６ｂと絶縁体４１２などが接するのを防ぐことができる。
【０２１２】
また、導電体４１６ａ１の上面に接してバリア膜４１７ａ１が配置され、導電体４１６ａ２の上面に接してバリア膜４１７ａ２が設けられることが好ましい。バリア膜４１７ａ１及びバリア膜４１７ａ２は、水素や水などの不純物および酸素の透過を抑制する機能を有する。バリア膜４１７ａ１及びバリア膜４１７ａ２として、例えば、酸化アルミニウムなどを用いることができる。これにより、導電体４１６ａ１及び導電体４１６ａ２の酸化によって周囲の過剰酸素が消費されることを防ぐことができる。また、導電体４１６ａ１および導電体４１６ａ２の酸化による電気抵抗値の増加を防ぐことができる。なお、導電体の電気抵抗値の測定は、２端子法などを用いて測定することができる。なお、バリア膜４１７ａ１、４１７ａ２を設けない構成としてもよい。
【０２１３】
実施の形態１に示したマスクおよび実施の形態２に示した作製方法により導電体４１６ａ１、導電体４１６ａ２およびバリア膜４１７ａ１、４１７ａ２を形成しているため、酸化物４０６ｂ上に設けられる導電体４１６ａ１、導電体４１６ａ２およびバリア膜４１７ａ１、４１７ａ２の角部は丸みを帯び、酸化物４０６ｃおよび絶縁体４１２のカバレッジは良好になる。導電体４１６ａ１、導電体４１６ａ２およびバリア膜４１７ａ１、４１７ａ２の角部に形成される酸化物４０６ｃおよび絶縁体４１２が他の部分の酸化物４０６ｃおよび絶縁体４１２に比べて薄くなることが抑制される。よって、導電体４１６ａ１または導電体４１６ａ２と導電体４０４の間でリークのきわめて小さいトランジスタが得られる。
【０２１４】
また、導電体４０４と導電体４１６ａ１の間に、絶縁体４１２、酸化物４０６ｃに加えて、バリア膜４１７ａ１を有しているので、導電体４０４と導電体４１６ａ１の間の寄生容量を小さくすることができる。同様に、導電体４０４と導電体４１６ａ２の間に、絶縁体４１２、酸化物４０６ｃに加えて、バリア膜４１７ａ２を有しているので、導電体４０４と導電体４１６ａ２の間の寄生容量を小さくすることができる。よって、本実施の形態に示すトランジスタは、周波数特性に優れたトランジスタとなる。
【０２１５】
絶縁体４１２はゲート絶縁膜として機能でき、酸化物４０６ｃの上面に接して配置されることが好ましい。絶縁体４１２は、絶縁体４０２と同様に、加熱により酸素が放出される絶縁体を用いて形成することが好ましい。このような絶縁体４１２を酸化物４０６ｃの上面に接して設けることにより、酸化物４０６ｂに効果的に酸素を供給することができる。また、絶縁体４０２と同様に、絶縁体４１２中の水または水素などの不純物濃度が低減されていることが好ましい。
【０２１６】
導電体４０４は、導電体４０４ａ、導電体４０４ｂ及び導電体４０４ｃが積層された構成とすることが好ましい。絶縁体４１２上に導電体４０４ａが配置され、導電体４０４ａ上に導電体４０４ｂが配置され、導電体４０４ｂ上に導電体４０４ｃが配置される。絶縁体４１２および導電体４０４は、酸化物４０６ｂと重なる領域を有する。また、導電体４０４ａ、導電体４０４ｂおよび導電体４０４ｃの端部は概略一致する。ここで、導電体４０４はゲート電極として機能する。また、ゲート電極としての機能を有する導電体４０４のチャネル長方向の幅は、１０ｎｍ以上３００ｎｍ以下、好ましくは、２０ｎｍ以上１８０ｎｍ以下とする。
【０２１７】
言い換えると、導電体３１０および導電体４０４の一方はゲート電極として機能でき、他方はバックゲート電極として機能できる。ゲート電極とバックゲート電極で酸化物のチャネル形成領域を挟むように配置される。バックゲート電極の電位は、ゲート電極と同電位としてもよいし、接地電位や、任意の電位としてもよい。また、バックゲート電極の電位をゲート電極と連動させず独立して変化させることで、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。
【０２１８】
導電体４０４ａは、酸化物からなり、導電性を有するものが好ましい。例えば、酸化物４０６ａ、酸化物４０６ｂまたは酸化物４０６ｃとして用いることができるＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物のうち、導電性が高い、金属の原子数比が［Ｉｎ］：［Ｇａ］：［Ｚｎ］＝４：２：３から４．１、およびその近傍値のものを用いることが好ましい。このような導電体４０４ａを設けることで、導電体４０４ｂ及び導電体４０４ｃへの酸素の透過を抑制し、導電体４０４ｂ及び導電体４０４ｃが酸化によって電気抵抗値が増加することを防ぐことができる。
【０２１９】
導電体４０４ｂは、導電体４０４ａに窒素などの不純物を添加して導電体４０４ａの導電性を向上できる導電体が好ましい。例えば導電体４０４ｂは、窒化チタンなどを用いることが好ましい。
【０２２０】
ここで、ゲート電極の機能を有する導電体４０４が、絶縁体４１２及び酸化物４０６ｃを介して、酸化物４０６ｂの第３の領域近傍の上面及びチャネル幅方向の側面を覆うように設けられる。従って、ゲート電極としての機能を有する導電体４０４の電界によって、酸化物４０６ｂの第３の領域近傍の上面及びチャネル幅方向の側面を電気的に囲むことができる。導電体４０４の電界によって、チャネル形成領域を電気的に囲むトランジスタの構造を、ｓｕｒｒｏｕｎｄｅｄ  ｃｈａｎｎｅｌ（ｓ−ｃｈａｎｎｅｌ）構造とよぶ。そのため、酸化物４０６ｂの第３の領域近傍の上面及びチャネル幅方向の側面にチャネルを形成することができるので、ソース−ドレイン間に大電流を流すことができ、導通時の電流（オン電流）を大きくすることができる。また、酸化物４０６ｂの第３の領域近傍の上面及びチャネル幅方向の側面が、導電体４０４の電界によって囲まれていることから、非導通時の電流（オフ電流）を小さくすることができる。
【０２２１】
また、導電体４０４上にバリア膜４１８が設けられていることが好ましい。ここで、バリア膜４１８は、酸素が透過しにくい材料を用いることが好ましく、例えば酸化アルミニウムなどを用いることができる。これにより、導電体４０４の酸化によって周囲の過剰酸素が消費されることを防ぐことができる。このように、バリア膜４１８はゲートを保護するゲートキャップとしての機能を有する。なお、バリア膜４１８を設けない構成としてもよい。
【０２２２】
絶縁体４０８ａは、酸化物４０６ａ、酸化物４０６ｂ、酸化物４０６ｃ、導電体４１６ａ１、４１６ａ２、バリア膜４１７ａ１、４１７ａ２、絶縁体４１２、導電体４０４、およびバリア膜４１８を覆って設けられている。また、絶縁体４０８ａの一部が、絶縁体４０２の上面に接していることが好ましい。例えば、絶縁体４０８ａの一部が、絶縁体４０２の絶縁体４１２と重なる領域の外側において、絶縁体４０２の上面に接することが好ましい。また、絶縁体４０８ａの一部が、絶縁体４１２の上面に接していることが好ましい。例えば、絶縁体４０８ａの一部が、絶縁体４１２の導電体４０４及びバリア膜４１８と重ならない領域において、絶縁体４１２の上面に接することが好ましい。さらに、絶縁体４０８ａの上に絶縁体４０８ｂが設けられている。絶縁体４０８ａ及び絶縁体４０８ｂは、上層から水または水素などの不純物がトランジスタなどに混入するのを防ぐバリア絶縁膜として機能できる。
【０２２３】
ここで、絶縁体４０８ａは、スパッタリング法を用いて成膜された酸化物絶縁体を用いることが好ましく、例えば酸化アルミニウムを用いることが好ましい。このような絶縁体４０８ａを用いることにより、絶縁体４０２及び絶縁体４１２の絶縁体４０８ａと接する面に酸素を添加して、酸素過剰な状態にできる。上記のように、絶縁体４０８ａが、絶縁体４１２の導電体４０４及びバリア膜４１８と重ならない領域において、絶縁体４１２の上面に接する構成とすることにより、酸化物４０６ａ、酸化物４０６ｂ及び酸化物４０６ｃを覆う絶縁体４１２の広い範囲に酸素を添加することができる。これにより、酸化物４０６ａ、酸化物４０６ｂ及び酸化物４０６ｃに効果的に酸素を供給することができる。
【０２２４】
さらに、絶縁体４０８ａとして酸化アルミニウムなどの酸素が透過しにくい絶縁性材料を用いることにより、絶縁体４０２及び絶縁体４１２に添加した酸素が、成膜中に上方拡散するのを抑制することができる。これにより、さらに効率よく絶縁体４０２及び絶縁体４１２に酸素を添加することができる。
【０２２５】
ここで、絶縁体４０８ａと、酸化物４０６ａ及び酸化物４０６ｂの側面との間に、絶縁体４１２と酸化物４０６ｃが設けられている。これにより、スパッタリング法を用いた絶縁体４０８ａの成膜時に、酸化物４０６ａ及び酸化物４０６ｂの側面へのダメージを軽減することができる。
【０２２６】
絶縁体４０８ａ及び絶縁体４０８ｂは、水または水素などの不純物が透過しにくい絶縁性材料を用いることが好ましく、例えば、酸化アルミニウムなどを用いることが好ましい。このような絶縁体４０８ａを用いることにより、絶縁体４０８ｂより上層から水素、水などの不純物が絶縁体４０８ａより下層に拡散するのを抑制することができる。
【０２２７】
さらに、絶縁体４０８ｂは原子層堆積（ＡＬＤ：Ａｔｏｍｉｃ  Ｌａｙｅｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法を用いて成膜することが好ましく、例えば酸化アルミニウムを用いることが好ましい。ＡＬＤ法を用いて成膜された絶縁体４０８ｂは、良好な被覆性を有し、クラックやピンホールなどの形成が抑制された膜となる。絶縁体４０８ａ及び絶縁体４０８ｂは凹凸を有する形状の上に設けられるが、ＡＬＤ法で成膜された絶縁体４０８ｂを用いることにより、段切れ、クラック、ピンホールなどが形成されることなく、トランジスタを絶縁体４０８ｂで覆うことができる。これにより、絶縁体４０８ａに段切れや、ピンホールなどが発生しても、絶縁体４０８ｂで覆うことができるので、絶縁体４０８ａと絶縁体４０８ｂの積層膜の、水素、水などの不純物に対するバリア性をより顕著に向上させることができる。
【０２２８】
また、絶縁体４０８ａをスパッタリング法で成膜し、絶縁体４０８ｂをＡＬＤ法で成膜した場合、導電体４０４ｃの上面が被形成面となる部分の膜厚（以下、第１の膜厚とよぶ。）と、酸化物４０６ａ、酸化物４０６ｂ、導電体４１６ａ１、４１６ａ２の側面が被形成面となる部分の膜厚（以下、第２の膜厚とよぶ。）と、で絶縁体４０８ａ及び絶縁体４０８ｂで膜厚の比が異なる場合がある。絶縁体４０８ｂでは、第１の膜厚と、第２の膜厚とを同程度の大きさとすることができる。これに対して、絶縁体４０８ａでは、第１の膜厚が第２の膜厚より大きくなる場合が多く、例えば、第１の膜厚が第２の膜厚の２倍程度になる場合がある。
【０２２９】
また、絶縁体４０８ａ及び絶縁体４０８ｂは、酸素が透過しにくい絶縁性材料を用いることが好ましい。これにより、絶縁体４０２、絶縁体４１２などに含まれる酸素が上方拡散するのを抑制することができる。
【０２３０】
このように、トランジスタが、絶縁体４０８ａ及び絶縁体４０８ｂと、絶縁体４０１と、に挟まれる構造とすることによって、酸素を外方拡散させず、絶縁体４０２、酸化物４０６ａ、酸化物４０６ｂ、酸化物４０６ｃ、および絶縁体４１２中に多くの酸素を含有させることができる。さらに、絶縁体４０８ｂの上方および絶縁体４０１の下方から水素、または水などの不純物が混入するのを防ぎ、絶縁体４０２、酸化物４０６ａ、酸化物４０６ｂ、酸化物４０６ｃ、および絶縁体４１２中の不純物濃度を低減させることができる。
【０２３１】
このようにして、トランジスタのチャネルが形成される酸化物４０６ｂ中の酸素欠損を低減し、水素または水などの不純物を低減することで、トランジスタの電気特性を安定させ、信頼性を向上させることができる。
【０２３２】
絶縁体４０８ｂの上に絶縁体４１０が設けられていることが好ましい。絶縁体４１０は、絶縁体４０２などと同様に、膜中の水または水素などの不純物濃度が低減されていることが好ましい。
【０２３３】
さらに、絶縁体４１０の上に絶縁体４２０が設けられていることが好ましい。絶縁体４２０は、上層から水または水素などの不純物がトランジスタなどに混入するのを防ぐバリア絶縁膜として機能するのが好ましい。絶縁体４２０は、絶縁体４０８ａと同様に、水、水素などの不純物、および酸素が透過しにくい絶縁性材料、例えば酸化アルミニウムを用いることが好ましい。
【０２３４】
また、絶縁体４２０に積層して、絶縁体４０８ｂと同様の、ＡＬＤ法を用いて成膜された酸化物絶縁体を設けてもよい。
【０２３５】
絶縁体４２０の上に絶縁体４２２が設けられていることが好ましい。絶縁体４２２は、例えば絶縁体４１０と同様の絶縁体を用いればよい。
【０２３６】
トランジスタ９００は、トランジスタ４００と同じ層に形成されており、並行して作製することができるトランジスタである。トランジスタ９００は、開口部を有する絶縁体３０１と、絶縁体３０１の開口部内に導電体３１０ｄｃ、が配置され、導電体３１０ｄｃおよび絶縁体３０１上の、絶縁体３０２、絶縁体３０３、および絶縁体４０２と、絶縁体４０２上の酸化物４０６ｄ１、酸化物４０６ｄ２、酸化物４０６ｅ１、酸化物４０６ｅ２、導電体４１６ｂ１、導電体４１６ｂ２、バリア膜４１７ｂ１、バリア膜４１７ｂ２、および酸化物４０６ｆと、酸化物４０６ｆ上の絶縁体４１２ａと、絶縁体４１２ａ上の導電体４０４ｋと、バリア膜４１８ａ、を有する。ここで、導電体３１０ｄｃは導電体３１０ｄａと導電体３１０ｄｂの積層である。導電体３１０ｄａは導電体３１０ａと同じ層であり、導電体３１０ｄｂは導電体３１０ｂと同じ層である。また、導電体４０４ｋは導電体４０４ｄと導電体４０４ｅと導電体４０４ｆの積層である。導電体４０４ｄは導電体４０４ａと同じ層であり、導電体４０４ｅは導電体４０４ｂと同じ層であり、導電体４０４ｆは導電体４０４ｃと同じ層である。
【０２３７】
導電体４１６ｂ１および導電体４１６ｂ２は、酸化物４０６ｆと接している。また、導電体４１６ｂ１と接する酸化物４０６ｅ１、および導電体４１６ｂ２と接する酸化物４０６ｅ２は、酸化物４０６ｆと接している。よって、導電体４１６ｂ１および導電体４１６ｂ２の一方はソース電極として機能でき、他方はドレイン電極として機能できる。また、酸化物４０６ｅ１あるいは酸化物４０６ｅ２をソース電極あるいはドレイン電極の一部とみなすこともできるし、ソース領域あるいはドレイン領域とみなすこともできる。また、導電体４０４ｋまたは導電体３１０ｄｃの一方は、ゲート電極として機能でき、他方はバックゲート電極として機能できる。
【０２３８】
トランジスタ９００が有する酸化物４０６ｆは、酸化物４０６ａ、酸化物４０６ｂおよび酸化物４０６ｃと同様に、酸素欠損が低減され、水素または水などの不純物が低減されている。これにより、トランジスタ９００のしきい値電圧を０Ｖより大きくし、オフ電流を低減し、Ｉｃｕｔを非常に小さくすることができる。ここで、Ｉｃｕｔとは、バックゲート電圧及びトップゲート電圧が０Ｖのときのドレイン電流のことを指す。
【０２３９】
トランジスタ４００のバックゲート電圧を、トランジスタ９００によって制御する。例えば、トランジスタ９００のトップゲート及びバックゲートをソースとダイオード接続し、トランジスタ９００のソースとトランジスタ４００のバックゲートを接続する構成とする。この構成でトランジスタ４００のバックゲートの負電位を保持するとき、トランジスタ９００のトップゲートーソース間の電圧および、バックゲートーソース間の電圧は、０Ｖになる。トランジスタ９００のＩｃｕｔは非常に小さいので、この構成とすることにより、トランジスタ４００およびトランジスタ９００に電源供給をしなくてもトランジスタ４００のバックゲートの負電位を長時間維持することができる。これにより、トランジスタ４００及びトランジスタ９００を有する記憶装置は、長期にわたり記憶内容を保持することが可能である。
【０２４０】
図１６において、配線３００１はトランジスタ８００のソースと電気的に接続され、配線３００２はトランジスタ８００のドレインと電気的に接続されている。また、配線３００３はトランジスタ４００のソースおよびドレインの一方と電気的に接続され、配線３００４はトランジスタ４００のゲートと電気的に接続され、配線３００６はトランジスタ４００のバックゲートと電気的に接続されている。そして、トランジスタ８００のゲート、およびトランジスタ４００のソースおよびドレインの他方は、容量素子４５０の電極の一方と電気的に接続され、配線３００５は容量素子４５０の電極の他方と電気的に接続されている。配線３００７はトランジスタ９００のソースと電気的に接続され、配線３００８はトランジスタ９００のゲートと電気的に接続され、配線３００９はトランジスタ９００のバックゲートと電気的に接続され、配線３０１０はトランジスタ９００のドレインと電気的に接続されている。ここで、配線３００６、配線３００７、配線３００８、及び配線３００９が電気的に接続されている。
【０２４１】
＜記憶装置の構成１＞
図１６に示す記憶装置は、トランジスタ８００のゲートの電位が保持可能という特性を有することで、以下に示すように、情報の書き込み、保持、読み出しが可能である。
【０２４２】
情報の書き込みおよび保持について説明する。まず、配線３００４の電位を、トランジスタ４００が導通状態となる電位にして、トランジスタ４００を導通状態とする。これにより、配線３００３の電位が、トランジスタ８００のゲート、および容量素子４５０の電極の一方と電気的に接続するノードＦＧに与えられる。即ち、トランジスタ８００のゲートには、所定の電荷が与えられる（書き込み）。ここでは、異なる二つの電位レベルを与える電荷（以下Ｌｏｗレベル電荷、Ｈｉｇｈレベル電荷という。）のどちらかが与えられるものとする。その後、配線３００４の電位を、トランジスタ４００が非導通状態となる電位にして、トランジスタ４００を非導通状態とすることにより、ノードＦＧに電荷が保持される（保持）。
【０２４３】
トランジスタ４００のオフ電流が小さい場合、ノードＦＧの電荷は長期間にわたって保持される。
【０２４４】
次に情報の読み出しについて説明する。配線３００１に所定の電位（定電位）を与えた状態で、配線３００５に適切な電位（読み出し電位）を与えると、配線３００２は、ノードＦＧに保持された電荷量に応じた電位をとる。これは、トランジスタ８００をｎチャネル型とすると、トランジスタ８００のゲートにＨｉｇｈレベル電荷が与えられている場合の見かけ上のしきい値電圧Ｖｔｈ＿Ｈは、トランジスタ８００のゲートにＬｏｗレベル電荷が与えられている場合の見かけ上のしきい値電圧Ｖｔｈ＿Ｌより低くなるためである。ここで、見かけ上のしきい値電圧とは、トランジスタ８００を「導通状態」とするために必要な配線３００５の電位をいうものとする。したがって、配線３００５の電位をＶｔｈ＿ＨとＶｔｈ＿Ｌの間の電位Ｖ０とすることにより、ノードＦＧに与えられた電荷を判別できる。例えば、書き込みにおいて、ノードＦＧにＨｉｇｈレベル電荷が与えられていた場合には、配線３００５の電位がＶ０（＞Ｖｔｈ＿Ｈ）となれば、トランジスタ８００は「導通状態」となる。一方、ノードＦＧにＬｏｗレベル電荷が与えられていた場合には、配線３００５の電位がＶ０（＜Ｖｔｈ＿Ｌ）となっても、トランジスタ８００は「非導通状態」のままである。このため、配線３００２の電位を判別することで、ノードＦＧに保持されている情報を読み出すことができる。
【０２４５】
また、図１６に示す記憶装置をマトリクス状に配置することで、メモリセルアレイを構成することができる。
【０２４６】
メモリセルをアレイ状に配置する場合、読み出し時には、所望のメモリセルの情報を読み出さなくてはならない。例えば、メモリセルアレイがＮＯＲ型の構成の場合、情報を読み出さないメモリセルのトランジスタ８００を非導通状態にすることで、所望のメモリセルの情報のみを読み出すことができる。この場合、ノードＦＧに与えられた電荷によらずトランジスタ８００が「非導通状態」となるような電位、つまり、Ｖｔｈ＿Ｈより低い電位を、情報を読み出さないメモリセルと接続される配線３００５に与えることで所望のメモリセルの情報のみを読み出せる構成とすればよい。または、例えば、メモリセルアレイがＮＡＮＤ型の構成の場合、情報を読み出さないメモリセルのトランジスタ８００を導通状態にすることで、所望のメモリセルの情報をのみ読み出すことができる。この場合、ノードＦＧに与えられた電荷によらずトランジスタ８００が「導通状態」となるような電位、つまり、Ｖｔｈ＿Ｌより高い電位を、情報を読み出さないメモリセルと接続される配線３００５に与えることで所望のメモリセルの情報のみを読み出せる構成とすればよい。
【０２４７】
＜記憶装置の構成２＞
図１６に示す記憶装置は、トランジスタ８００を有さない構成としてもよい。トランジスタ８００を有さない場合も、先に述べた記憶装置と同様の動作により情報の書き込みおよび保持動作が可能である。
【０２４８】
例えば、トランジスタ８００を有さない場合における、情報の読み出しについて説明する。トランジスタ４００が導通状態になると、浮遊状態である配線３００３と容量素子４５０とが導通し、配線３００３と容量素子４５０の間で電荷が再分配される。その結果、配線３００３の電位が変化する。配線３００３の電位の変化量は、容量素子４５０の電極の一方の電位（または容量素子４５０に蓄積された電荷）によって、異なる値をとる。
【０２４９】
例えば、容量素子４５０の電極の一方の電位をＶ、容量素子４５０の容量をＣ、配線３００３が有する容量成分をＣＢ、電荷が再分配される前の配線３００３の電位をＶＢ０とすると、電荷が再分配された後の配線３００３の電位は、（ＣＢ×ＶＢ０＋ＣＶ）／（ＣＢ＋Ｃ）となる。したがって、メモリセルの状態として、容量素子４５０の電極の一方の電位がＶ１とＶ０（Ｖ１＞Ｖ０）の２つの状態をとるとすると、電位Ｖ１を保持している場合の配線３００３の電位（＝（ＣＢ×ＶＢ０＋ＣＶ１）／（ＣＢ＋Ｃ））は、電位Ｖ０を保持している場合の配線３００３の電位（＝（ＣＢ×ＶＢ０＋ＣＶ０）／（ＣＢ＋Ｃ））よりも高くなることがわかる。
【０２５０】
そして、配線３００３の電位を所定の電位と比較することで、情報を読み出すことができる。
【０２５１】
本構成とする場合、例えば、メモリセルを駆動させるための駆動回路にシリコンが適用されたトランジスタを用い、トランジスタ４００として、酸化物半導体が適用されたトランジスタを駆動回路上に積層して配置する構成とすればよい。
【０２５２】
以上に示した記憶装置は、酸化物半導体を用いたオフ電流の小さいトランジスタを適用することで、長期にわたって記憶内容を保持することが可能となる。つまり、リフレッシュ動作が不要となるか、またはリフレッシュ動作の頻度を極めて低くすることが可能となるため、消費電力の低い記憶装置を実現することができる。また、電力の供給がない場合（ただし、電位は固定されていることが好ましい）であっても、長期にわたって記憶内容を保持することが可能である。
【０２５３】
また、該記憶装置は、情報の書き込みに高い電圧が不要であるため、素子の劣化が起こりにくい。例えば、従来の不揮発性メモリのように、フローティングゲートへの電子の注入や、フローティングゲートからの電子の引き抜きを行わないため、絶縁体の劣化といった問題が生じない。即ち、本発明の一態様に係る記憶装置は、従来の不揮発性メモリとは異なり書き換え可能回数に制限はなく、信頼性が飛躍的に向上した記憶装置である。さらに、トランジスタの導通状態、非導通状態によって、情報の書き込みが行われるため、高速な動作が可能となる。
【０２５４】
さらに、トランジスタ４００は、先の実施の形態に記載の通り、多層構造の酸化物の一部においてチャネルを形成することで、大きいオン電流を得ることができる。これにより、さらに情報の書き込み速度を向上させ、高速な動作が可能となる。
【０２５５】
＜記憶装置の構造＞
本発明の一態様の記憶装置の一例を、図１６に示す。記憶装置は、トランジスタ９００、トランジスタ８００、トランジスタ４００、容量素子４５０を有する。トランジスタ４００はトランジスタ８００の上方に設けられ、容量素子４５０はトランジスタ８００、およびトランジスタ４００の上方に設けられている。
【０２５６】
トランジスタ８００は、基板８１１上に設けられ、導電体８１６、絶縁体８１４、基板８１１の一部からなる半導体領域８１２、およびソース領域またはドレイン領域として機能する低抵抗領域８１８ａ、および低抵抗領域８１８ｂを有する。
【０２５７】
トランジスタ８００は、ｐチャネル型、あるいはｎチャネル型のいずれでもよい。
【０２５８】
半導体領域８１２のチャネルが形成される領域、その近傍の領域、ソース領域、またはドレイン領域となる低抵抗領域８１８ａ、および低抵抗領域８１８ｂなどにおいて、シリコン系半導体などの半導体を含むことが好ましく、単結晶シリコンを含むことが好ましい。または、Ｇｅ（ゲルマニウム）、ＳｉＧｅ（シリコンゲルマニウム）、ＧａＡｓ（ガリウムヒ素）、ＧａＡｌＡｓ（ガリウムアルミニウムヒ素）などを有する材料で形成してもよい。結晶格子に応力を与え、格子間隔を変化させることで有効質量を制御したシリコンを用いた構成としてもよい。またはＧａＡｓとＧａＡｌＡｓ等を用いることで、トランジスタ８００をＨＥＭＴ（Ｈｉｇｈ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｏｂｉｌｉｔｙ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）としてもよい。
【０２５９】
低抵抗領域８１８ａ、および低抵抗領域８１８ｂは、半導体領域８１２に適用される半導体材料に加え、ヒ素、リンなどのｎ型の導電性を付与する元素、またはホウ素などのｐ型の導電性を付与する元素を含む。
【０２６０】
ゲート電極として機能する導電体８１６は、ヒ素、リンなどのｎ型の導電性を付与する元素、もしくはホウ素などのｐ型の導電性を付与する元素を含むシリコンなどの半導体材料、金属材料、合金材料、または金属酸化物材料などの導電性材料を用いることができる。
【０２６１】
なお、導電体の材料により、仕事関数を定めることで、しきい値電圧を調整することができる。具体的には、導電体に窒化チタンや窒化タンタルなどの材料を用いることが好ましい。さらに導電性と埋め込み性を両立するために導電体にタングステンやアルミニウムなどの金属材料を積層として用いることが好ましく、特にタングステンを用いることが耐熱性の点で好ましい。
【０２６２】
なお、図１６に示すトランジスタ８００は一例であり、その構造に限定されず、回路構成や駆動方法に応じて適切なトランジスタを用いればよい。また、＜記憶装置の構成２＞に示す構成とする場合、トランジスタ８００を設けなくともよい。
【０２６３】
トランジスタ８００を覆って、絶縁体８２０、絶縁体８２２、絶縁体８２４、および絶縁体８２６が順に積層して設けられている。
【０２６４】
絶縁体８２０、絶縁体８２２、絶縁体８２４、および絶縁体８２６として、例えば、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコン、窒化シリコン、酸化アルミニウム、酸化窒化アルミニウム、窒化酸化アルミニウム、窒化アルミニウムなどを用いればよい。
【０２６５】
絶縁体８２２は、その下方に設けられるトランジスタ８００などによって生じる段差を平坦化する平坦化膜として機能を有していてもよい。例えば、絶縁体８２２の上面は、平坦性を高めるためにＣＭＰ法等を用いた平坦化処理により平坦化されていてもよい。
【０２６６】
また、絶縁体８２４には、基板８１１、またはトランジスタ８００などから、トランジスタ４００及びトランジスタ９００が設けられる領域に、水素や不純物が拡散しないようなバリア性を有する膜を用いることが好ましい。ここで、バリア性とは、水素、および水に代表される不純物の拡散を抑制する機能とする。例えば、３５０℃または４００℃の雰囲気下において、バリア性を有する膜中の一時間当たりの水素の拡散距離が５０ｎｍ以下であればよい。好ましくは、３５０℃または４００℃の雰囲気下において、バリア性を有する膜中における一時間当たりの水素の拡散距離が３０ｎｍ以下、さらに好ましくは２０ｎｍ以下であるとよい。
【０２６７】
水素に対するバリア性を有する膜の一例として、例えば、ＣＶＤ法で形成した窒化シリコンを用いることができる。ここで、トランジスタ４００等の酸化物半導体を有する半導体素子に、水素が拡散することで、該半導体素子の特性が低下する場合がある。従って、トランジスタ４００及びトランジスタ９００と、トランジスタ８００との間に、水素の拡散を抑制する膜を用いることが好ましい。水素の拡散を抑制する膜とは、具体的には、水素の脱離量が少ない膜とする。
【０２６８】
水素の脱離量は、例えば、ＴＤＳなどを用いて分析することができる。例えば、絶縁体８２４の水素の脱離量は、ＴＤＳ分析において、膜の表面温度が、５０℃から５００℃の範囲において、水素分子に換算した脱離量が、絶縁体８２４の面積当たりに換算して、２×１０１５ｍｏｌｅｃｕｌｅｓ／ｃｍ２以下、好ましくは１×１０１５ｍｏｌｅｃｕｌｅｓ／ｃｍ２以下、より好ましくは５×１０１４ｍｏｌｅｃｕｌｅｓ／ｃｍ２以下であればよい。
【０２６９】
なお、絶縁体８２６は、絶縁体８２４よりも誘電率が低いことが好ましい。例えば、絶縁体８２６の比誘電率は４未満が好ましく、３未満がより好ましい。また例えば、絶縁体８２４の比誘電率は、絶縁体８２６の比誘電率の０．７倍以下が好ましく、０．６倍以下がより好ましい。誘電率が低い材料を層間膜とすることで、配線間に生じる寄生容量を低減することができる。
【０２７０】
また、絶縁体８２０、絶縁体８２２、絶縁体８２４、および絶縁体８２６には容量素子４５０、またはトランジスタ４００と電気的に接続する導電体８２８、および導電体８３０等が埋め込まれている。なお、導電体８２８、および導電体８３０はプラグ、または配線としての機能を有する。また、後述するが、プラグまたは配線としての機能を有する導電体は、複数の構造をまとめて同一の符号を付与する場合がある。また、本明細書等において、配線と、配線と電気的に接続するプラグとが一体物であってもよい。すなわち、導電体の一部が配線として機能する場合、および導電体の一部がプラグとして機能する場合もある。
【０２７１】
各プラグ、および配線（導電体８２８、および導電体８３０等）の材料としては、金属材料、合金材料、金属窒化物材料、または金属酸化物材料などの導電性材料を、単層または積層して用いることができる。耐熱性と導電性を両立するタングステンやモリブデンなどの高融点材料を用いることが好ましく、タングステンを用いることが好ましい。または、アルミニウムや銅などの低抵抗導電性材料で形成することが好ましい。低抵抗導電性材料を用いることで配線抵抗を低くすることができる。
【０２７２】
絶縁体８２６、および導電体８３０上に、配線層を設けてもよい。例えば、図１６において、絶縁体８２６、および導電体８３０上に、絶縁体８５０、絶縁体８５２、及び絶縁体８５４が順に積層して設けられている。また、絶縁体８５０、絶縁体８５２、及び絶縁体８５４には、導電体８５６が形成されている。導電体８５６は、プラグ、または配線として機能を有する。なお導電体８５６は、導電体８２８、および導電体８３０と同様の材料を用いて設けることができる。
【０２７３】
なお、例えば、絶縁体８５０は、絶縁体８２４と同様に、水素に対するバリア性を有する絶縁体を用いることが好ましい。また、導電体８５６は、水素に対するバリア性を有する導電体を含むことが好ましい。特に、水素に対するバリア性を有する絶縁体８５０が有する開口部に、水素に対するバリア性を有する導電体が形成される。当該構成により、トランジスタ８００とトランジスタ４００及びトランジスタ９００とは、バリア層により分離することができ、トランジスタ８００からトランジスタ４００及びトランジスタ９００への水素の拡散を抑制することができる。
【０２７４】
なお、水素に対するバリア性を有する導電体としては、例えば、窒化タンタル等を用いるとよい。また、窒化タンタルと導電性が高いタングステンを積層することで、配線としての導電性を保持したまま、トランジスタ８００からの水素の拡散を抑制することができる。この場合、水素に対するバリア性を有する窒化タンタル層が、水素に対するバリア性を有する絶縁体８５０と接する構造であることが好ましい。
【０２７５】
絶縁体８５４、および導電体８５６上には、絶縁体８５８、絶縁体４５１、絶縁体４０１、および絶縁体３０１が、順に積層して設けられている。絶縁体８５８、絶縁体４５１、絶縁体４０１、および絶縁体３０１のいずれかは、酸素や水素に対してバリア性のある物質を用いることが好ましい。
【０２７６】
例えば、絶縁体８５８および絶縁体４０１には、例えば、基板８１１、またはトランジスタ８００を設ける領域などから、トランジスタ４００及びトランジスタ９００を設ける領域に、水素や不純物が拡散しないようなバリア性を有する膜を用いることが好ましい。従って、絶縁体８２４と同様の材料を用いることができる。
【０２７７】
また、水素に対するバリア性を有する膜の一例として、ＣＶＤ法で形成した窒化シリコンを用いることができる。ここで、トランジスタ４００等の酸化物半導体を有する半導体素子に、水素が拡散することで、該半導体素子の特性が低下する場合がある。従って、トランジスタ４００及びトランジスタ９００と、トランジスタ８００との間に、水素の拡散を抑制する膜を用いることが好ましい。水素の拡散を抑制する膜とは、具体的には、水素の脱離量が少ない膜とする。
【０２７８】
また、水素に対するバリア性を有する膜として、例えば、絶縁体４０１には、酸化アルミニウム、酸化ハフニウム、酸化タンタルなどの金属酸化物を用いることが好ましい。
【０２７９】
特に、酸化アルミニウムは、酸素、およびトランジスタの電気特性の変動要因となる水素、水分などの不純物、の両方に対して透過を抑制する効果が高い。したがって、酸化アルミニウムは、トランジスタの作製工程中および作製後において、水素、水分などの不純物のトランジスタ４００及びトランジスタ９００への混入を抑制することができる。また、トランジスタ４００を構成する酸化物からの酸素の放出を抑制することができる。そのため、トランジスタ４００及びトランジスタ９００に対する保護膜として用いることに適している。
【０２８０】
また、例えば、絶縁体４５１、および絶縁体３０１には、絶縁体８２０と同様の材料を用いることができる。また、当該絶縁体に、比較的誘電率が低い材料を層間膜とすることで配線間に生じる寄生容量を低減することができる。例えば、絶縁体３０１として、酸化シリコン膜や酸化窒化シリコン膜などを用いることができる。
【０２８１】
また、絶縁体８５８、絶縁体４５１、絶縁体４０１、および絶縁体３０１には、導電体４５２、及びトランジスタ４００及びトランジスタ９００を構成する導電体（導電体３１０、導電体３１０ｄｃ）等が埋め込まれている。なお、導電体４５２は、容量素子４５０、またはトランジスタ８００と電気的に接続するプラグ、または配線としての機能を有する。導電体４５２は、導電体８２８、および導電体８３０と同様の材料を用いて設けることができる。
【０２８２】
特に、絶縁体８５８、および絶縁体４０１と接する領域の導電体４５２は、酸素、水素、および水に対するバリア性を有する導電体であることが好ましい。当該構成により、トランジスタ４００、およびトランジスタ９００は、酸素、水素、および水に対するバリア性を有する層で、トランジスタ８００より分離することができ、トランジスタ８００からトランジスタ４００及びトランジスタ９００への水素の拡散を抑制することができる。
【０２８３】
絶縁体３０１の上方には、トランジスタ４００及びトランジスタ９００が設けられている。トランジスタ４００及びトランジスタ９００の上方には、絶縁体４２０が設けられている。絶縁体４２０は、絶縁体４０１や絶縁体４０８ａ及び絶縁体４０８ｂと同様の材料を用いることができる。これにより、絶縁体４２０は、トランジスタ４００及びトランジスタ９００に対する保護膜として機能する。さらに、図１６に示すように、絶縁体３０１、絶縁体３０２、絶縁体３０３、絶縁体４０２、絶縁体４０８ａ、絶縁体４０８ｂ、および絶縁体４１０に開口を形成して絶縁体４０１と絶縁体４２０が接する構成とすることが好ましい。このような構成とすることにより、絶縁体４０１と絶縁体４２０でトランジスタ４００、トランジスタ９００を封止することができ、水素または水などの不純物の混入を抑制することができる。
【０２８４】
絶縁体４２０の上には、絶縁体４２２が設けられている。絶縁体４２２は、絶縁体８２０と同様の材料を用いることができる。また、当該絶縁体に、比較的誘電率が低い材料を層間膜とすることで、配線間に生じる寄生容量を低減することができる。例えば、絶縁体４２２として、酸化シリコン膜や酸化窒化シリコン膜などを用いることができる。
【０２８５】
また、絶縁体３０２、絶縁体３０３、絶縁体４０２、絶縁体４０８ａ、絶縁体４０８ｂ、および絶縁体４２２には、導電体４５３等が埋め込まれている。
【０２８６】
導電体４５３は、容量素子４５０、トランジスタ４００、またはトランジスタ８００と電気的に接続するプラグ、または配線として機能を有する。導電体４５３は、導電体８２８、および導電体８３０と同様の材料を用いて設けることができる。
【０２８７】
例えば、導電体４５３を積層構造として設ける場合、酸化しにくい（耐酸化性が高い）導電体を含むことが好ましい。特に、過剰酸素領域を有する絶縁体４０２と接する領域に、耐酸化性が高い導電体を設けることが好ましい。当該構成により、絶縁体４０２から過剰な酸素を、導電体４５３が吸収することを抑制することができる。また、導電体４５３は、水素に対するバリア性を有する導電体を含むことが好ましい。特に、過剰酸素領域を有する絶縁体４０２と接する領域に、水素などの不純物に対するバリア性を有する導電体を設けることで、導電体４５３中の不純物、および導電体４５３の一部の拡散や、外部からの不純物の拡散経路となることを抑制することができる。
【０２８８】
また、絶縁体４２２、および導電体４５３上に、導電体４５４、および容量素子４５０などを設ける。なお、容量素子４５０は、導電体４５５、絶縁体４５６、絶縁体４５７、絶縁体４５８、および導電体４５９を有する。導電体４５５、および導電体４５９は、容量素子４５０の電極としての機能を有し、絶縁体４５６、絶縁体４５７、および絶縁体４５８は、容量素子４５０の誘電体としての機能を有する。
【０２８９】
導電体４５４は、容量素子４５０、トランジスタ４００、またはトランジスタ８００と電気的に接続するプラグ、または配線としての機能を有する。また、導電体４５５は、容量素子４５０の電極の一方としての機能を有する。なお、導電体４５４、および導電体４５５は、同時に形成することができる。
【０２９０】
導電体４５４、および導電体４５５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、クロム、ネオジム、スカンジウム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（窒化タンタル膜、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。又は、インジウム錫酸化物、酸化タングステンを含むインジウム酸化物、酸化タングステンを含むインジウム亜鉛酸化物、酸化チタンを含むインジウム酸化物、酸化チタンを含むインジウム錫酸化物、インジウム亜鉛酸化物、酸化ケイ素を添加したインジウム錫酸化物などの導電性材料を適用することもできる。
【０２９１】
絶縁体４５６、絶縁体４５７および絶縁体４５８は、例えば、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコン、窒化シリコン、酸化アルミニウム、酸化窒化アルミニウム、窒化酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸化ハフニウム、酸化窒化ハフニウム、窒化酸化ハフニウム、窒化ハフニウムなどを用いればよく、積層または単層で設けることができる。
【０２９２】
例えば、絶縁体４５７に、酸化アルミニウムなどの高誘電率（ｈｉｇｈ−ｋ）材料を用いた場合、容量素子４５０は、単位面積当たりの容量を大きくすることができる。また、絶縁体４５６、および絶縁体４５８には、酸化窒化シリコンなどの絶縁耐力が大きい材料を用いるとよい。絶縁耐力が大きい絶縁体により、高誘電体を挟むことで、容量素子４５０の静電破壊を抑制し、かつ容量の大きな容量素子とすることができる。
【０２９３】
また、導電体４５９は、絶縁体４５６、絶縁体４５７、および絶縁体４５８を介して、導電体４５５の側面、および上面を覆うように設ける。導電体４５５の側面が、絶縁体を介して、導電体４５９に覆われることで、導電体４５５の上面と導電体４５９の間だけでなく、導電体４５５の側面と導電体４５９の間でも容量が形成されるため、容量素子４５０の投影面積当たりの容量を増加させることができる。従って、記憶装置の小面積化、高集積化、および微細化が可能となる。
【０２９４】
なお、導電体４５９は、金属材料、合金材料、または金属酸化物材料などの導電性材料を用いることができる。耐熱性と導電性を両立するタングステンやモリブデンなどの高融点材料を用いることが好ましく、特にタングステンを用いることが好ましい。また、導電体などの他の構造と同時に形成する場合は、低抵抗金属材料であるＣｕ（銅）やＡｌ（アルミニウム）等を用いればよい。
【０２９５】
導電体４５９、および絶縁体４５８上には、絶縁体４６０が設けられている。絶縁体４６０は、絶縁体８２０と同様の材料を用いて設けることができる。また、絶縁体４６０は、その下方の凹凸形状を被覆する平坦化膜として機能してもよい。
【０２９６】
以上が構成例についての説明である。本実施の形態に示す構成を用いることで、記憶装置において、電気特性の変動を抑制すると共に、信頼性を向上させることができる。トランジスタのオフ時のドレインとゲート間でリークの小さいトランジスタを有する半導体装置を提供することができる。または、トランジスタのオフ時のソースとドレイン間でリークの小さいトランジスタを有する半導体装置を提供することができる。または、ノーマリーオフの電気特性を有するトランジスタを有する半導体装置を提供することができる。または、信頼性の高いトランジスタを有する半導体装置を提供することができる。
【０２９７】
本実施の形態は、少なくともその一部を本明細書中に記載する他の実施の形態と適宜組み合わせて実施することができる。
【０２９８】
（実施の形態４）
本実施の形態においては、先の実施の形態で例示したトランジスタを有する表示装置の一例について、図１７乃至図１９を用いて以下説明を行う。なお、先の実施の形態で例示したトランジスタは、表示領域のトランジスタだけでなく、ソースドライバやゲートドライバ等の駆動回路の一部として用いることもできる。また、画像処理などの信号処理やプログラミングを行う集積回路に用いることもできるし、さらに上記駆動回路の機能も有する集積回路に用いることもできる。
【０２９９】
図１７は、表示装置の一例を示す上面図である。図１７に示す表示装置７００は、第１の基板７０１上に設けられた画素部７０２と、第１の基板７０１に設けられたソースドライバ回路部７０４及びゲートドライバ回路部７０６と、画素部７０２、ソースドライバ回路部７０４、及びゲートドライバ回路部７０６を囲むように配置されるシール材７１２と、第１の基板７０１に対向するように設けられる第２の基板７０５と、を有する。なお、第１の基板７０１と第２の基板７０５は、シール材７１２によって封止されている。すなわち、画素部７０２、ソースドライバ回路部７０４、及びゲートドライバ回路部７０６は、第１の基板７０１とシール材７１２と第２の基板７０５によって封止されている。なお、図１７には図示しないが、第１の基板７０１と第２の基板７０５の間には表示素子が設けられる。
【０３００】
また、表示装置７００は、第１の基板７０１上のシール材７１２によって囲まれている領域とは異なる領域に、画素部７０２、ソースドライバ回路部７０４、及びゲートドライバ回路部７０６と、それぞれ電気的に接続されるＦＰＣ端子部７０８（ＦＰＣ：Ｆｌｅｘｉｂｌｅ  ｐｒｉｎｔｅｄ  ｃｉｒｃｕｉｔ）が設けられる。また、ＦＰＣ端子部７０８には、ＦＰＣ７１６が接続され、ＦＰＣ７１６によって画素部７０２、ソースドライバ回路部７０４、及びゲートドライバ回路部７０６に各種信号等が供給される。また、画素部７０２、ソースドライバ回路部７０４、ゲートドライバ回路部７０６、及びＦＰＣ端子部７０８には、信号線７１０が各々接続されている。ＦＰＣ７１６により供給される各種信号等は、信号線７１０を介して、画素部７０２、ソースドライバ回路部７０４、ゲートドライバ回路部７０６、及びＦＰＣ端子部７０８に与えられる。
【０３０１】
また、表示装置７００にゲートドライバ回路部７０６を複数設けてもよい。また、表示装置７００としては、ソースドライバ回路部７０４、及びゲートドライバ回路部７０６を画素部７０２と同じ第１の基板７０１に形成している例を示しているが、この構成に限定されない。例えば、ゲートドライバ回路部７０６のみを第１の基板７０１に形成してもよい、またはソースドライバ回路部７０４のみを第１の基板７０１に形成してもよい。この場合、ソースドライバ回路またはゲートドライバ回路等が形成された基板（例えば、単結晶半導体膜、多結晶半導体膜で形成された駆動回路基板）を、第１の基板７０１に形成する構成としてもよい。なお、別途形成した駆動回路基板の接続方法は、特に限定されるものではなく、ＣＯＧ（Ｃｈｉｐ  Ｏｎ  Ｇｌａｓｓ）方法、ワイヤボンディング方法などを用いることができる。
【０３０２】
また、表示装置７００が有する画素部７０２、ソースドライバ回路部７０４、ゲートドライバ回路部７０６及びＦＰＣ７１６は、複数のトランジスタを有しており、本発明の一態様の半導体装置であるトランジスタを適用することができる。
【０３０３】
また、表示装置７００は、様々な素子を有することが出来る。該素子の一例としては、例えば、エレクトロルミネッセンス（ＥＬ）素子（有機物及び無機物を含むＥＬ素子、有機ＥＬ素子、無機ＥＬ素子、ＬＥＤなど）、発光トランジスタ素子（電流に応じて発光するトランジスタ）、電子放出素子、液晶素子、電子インク素子、電気泳動素子、エレクトロウェッティング素子、プラズマディスプレイパネル（ＰＤＰ）、ＭＥＭＳ（マイクロ・エレクトロ・メカニカル・システム）ディスプレイ（例えば、グレーティングライトバルブ（ＧＬＶ）、デジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）、デジタル・マイクロ・シャッター（ＤＭＳ）素子、インターフェロメトリック・モジュレーション（ＩＭＯＤ）素子など）、圧電セラミックディスプレイなどが挙げられる。
【０３０４】
また、ＥＬ素子を用いた表示装置の一例としては、ＥＬディスプレイなどがある。電子放出素子を用いた表示装置の一例としては、フィールドエミッションディスプレイ（ＦＥＤ）又はＳＥＤ方式平面型ディスプレイ（ＳＥＤ：Ｓｕｒｆａｃｅ−ｃｏｎｄｕｃｔｉｏｎ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ−ｅｍｉｔｔｅｒ  Ｄｉｓｐｌａｙ）などがある。液晶素子を用いた表示装置の一例としては、液晶ディスプレイ（透過型液晶ディスプレイ、半透過型液晶ディスプレイ、反射型液晶ディスプレイ、直視型液晶ディスプレイ、投射型液晶ディスプレイ）などがある。電子インク素子又は電気泳動素子を用いた表示装置の一例としては、電子ペーパーなどがある。なお、半透過型液晶ディスプレイや反射型液晶ディスプレイを実現する場合には、画素電極の一部、または、全部が、反射電極としての機能を有するようにすればよい。例えば、画素電極の一部、または、全部が、アルミニウム、銀、などを有するようにすればよい。さらに、その場合、反射電極の下に、ＳＲＡＭなどの記憶回路を設けることも可能である。これにより、さらに、消費電力を低減することができる。
【０３０５】
なお、表示装置７００における表示方式は、プログレッシブ方式やインターレース方式等を用いることができる。また、カラー表示する際に画素で制御する色要素としては、ＲＧＢ（Ｒは赤、Ｇは緑、Ｂは青を表す）の三色に限定されない。例えば、Ｒの画素とＧの画素とＢの画素とＷ（白）の画素の四画素から構成されてもよい。または、ペンタイル配列のように、ＲＧＢのうちの２色分で一つの色要素を構成し、色要素によって、異なる２色を選択して構成してもよい。またはＲＧＢに、イエロー、シアン、マゼンタ等を一色以上追加してもよい。なお、色要素のドット毎にその表示領域の大きさが異なっていてもよい。ただし、開示する発明はカラー表示の表示装置に限定されるものではなく、モノクロ表示の表示装置に適用することもできる。
【０３０６】
また、バックライト（有機ＥＬ素子、無機ＥＬ素子、ＬＥＤ、蛍光灯など）に白色発光（Ｗ）を用いて表示装置をフルカラー表示させるために、着色層（カラーフィルタともいう。）を用いてもよい。着色層は、例えば、レッド（Ｒ）、グリーン（Ｇ）、ブルー（Ｂ）、イエロー（Ｙ）などを適宜組み合わせて用いることができる。着色層を用いることで、着色層を用いない場合と比べて色の再現性を高くすることができる。このとき、着色層を有する領域と、着色層を有さない領域と、を配置することによって、着色層を有さない領域における白色光を直接表示に利用しても構わない。一部に着色層を有さない領域を配置することで、明るい表示の際に、着色層による輝度の低下を少なくでき、消費電力を２割から３割程度低減できる場合がある。ただし、有機ＥＬ素子や無機ＥＬ素子などの自発光素子を用いてフルカラー表示する場合、Ｒ、Ｇ、Ｂ、Ｙ、Ｗを、それぞれの発光色を有する素子から発光させても構わない。自発光素子を用いることで、着色層を用いた場合よりも、さらに消費電力を低減できる場合がある。
【０３０７】
また、カラー化方式としては、上述の白色発光からの発光の一部をカラーフィルタを通すことで赤色、緑色、青色に変換する方式（カラーフィルタ方式）の他、赤色、緑色、青色の発光をそれぞれ用いる方式（３色方式）、または青色発光からの発光の一部を赤色や緑色に変換する方式（色変換方式、量子ドット方式）を適用してもよい。
【０３０８】
本実施の形態においては、表示素子として液晶素子及びＥＬ素子を用いる構成について、図１８及び図１９を用いて説明する。なお、図１８は、図１７に示す一点鎖線Ｑ−Ｒにおける断面図であり、表示素子として液晶素子を用いた構成である。また、図１９は、図１７に示す一点鎖線Ｑ−Ｒにおける断面図であり、表示素子としてＥＬ素子を用いた構成である。
【０３０９】
まず、図１８及び図１９に示す共通部分について最初に説明し、次に異なる部分について以下説明する。
【０３１０】
＜５−１．表示装置の共通部分に関する説明＞
図１８及び図１９に示す表示装置７００は、引き回し配線部７１１と、画素部７０２と、ソースドライバ回路部７０４と、ＦＰＣ端子部７０８と、を有する。また、引き回し配線部７１１は、信号線７１０を有する。また、画素部７０２は、トランジスタ７５０及び容量素子７９０を有する。また、ソースドライバ回路部７０４は、トランジスタ７５２を有する。
【０３１１】
トランジスタ７５０及びトランジスタ７５２は、半導体層上にソース電極およびドレイン電極が接するように設けられ、半導体層に設けられるチャネル領域の下方には、第１のゲート絶縁膜を介して第１のゲート電極が設けられ、半導体層に設けられるチャネル領域の上方には、第２のゲート絶縁膜を介して第２のゲート電極が設けられている。さらに本実施の形態の表示装置では、ソース電極およびドレイン電極の一方に画素電極が接続されている。各構成の詳細は、先の実施の形態に示すトランジスタと同様の構成とすることができる。
【０３１２】
本実施の形態で用いるトランジスタは、ソース電極やドレイン電極として用いられる導電膜の角部に形成される絶縁膜が他の部分の絶縁膜に比べて薄くなることが無い。よって、ソース電極やドレイン電極として用いられる導電膜と、絶縁膜を介して、ソース電極やドレイン電極として用いられる導電膜上に設けられるゲート電極として用いられる導電膜の間でリークのきわめて小さいトランジスタが得られる。よって、安定した電気特性を有する半導体装置を提供することができる。また、信頼性の高い半導体装置を提供することができる。
【０３１３】
本実施の形態で用いるトランジスタは、高純度化し、酸素欠損の形成を抑制した酸化物半導体膜を有する。該トランジスタは、オフ電流を低くすることができる。よって、画像信号等の電気信号の保持時間を長くすることができ、電源オン状態では書き込み間隔も長く設定できる。よって、リフレッシュ動作の頻度を少なくすることができるため、消費電力を抑制する効果を奏する。
【０３１４】
また、本実施の形態で用いるトランジスタは、比較的高い電界効果移動度が得られるため、高速駆動が可能である。例えば、このような高速駆動が可能なトランジスタを液晶表示装置に用いることで、画素部のスイッチングトランジスタと、駆動回路部に使用するドライバトランジスタを同一基板上に形成することができる。すなわち、別途駆動回路として、シリコンウェハ等により形成された半導体装置を用いる必要がないため、半導体装置の部品点数を削減することができる。また、画素部においても、高速駆動が可能なトランジスタを用いることで、高画質な画像を提供することができる。
【０３１５】
容量素子７９０は、トランジスタ７５０が有する第１のゲート電極として機能する導電膜と同一の導電膜を加工する工程を経て形成される下部電極と、トランジスタ７５０が有するソース電極及びドレイン電極として機能する導電膜と同一の導電膜を加工する工程を経て形成される上部電極と、を有する。また、下部電極と上部電極との間には、トランジスタ７５０が有する第１のゲート絶縁膜として機能する絶縁膜と同一の絶縁膜を形成する工程を経て形成される絶縁膜が設けられる。すなわち、容量素子７９０は、一対の電極間に誘電体膜として機能する絶縁膜が挟持された積層型の構造である。
【０３１６】
また、図１８及び図１９において、トランジスタ７５０、トランジスタ７５２、及び容量素子７９０上に平坦化絶縁膜７７０が設けられている。
【０３１７】
平坦化絶縁膜７７０としては、ポリイミド樹脂、アクリル樹脂、ポリイミドアミド樹脂、ベンゾシクロブテン樹脂、ポリアミド樹脂、エポキシ樹脂等の耐熱性を有する有機材料を用いることができる。なお、これらの材料で形成される絶縁膜を複数積層させることで、平坦化絶縁膜７７０を形成してもよい。また、平坦化絶縁膜７７０を設けない構成としてもよい。
【０３１８】
また、図１８及び図１９においては、画素部７０２が有するトランジスタ７５０と、ソースドライバ回路部７０４が有するトランジスタ７５２と、を同じ構造のトランジスタを用いる構成について例示したが、これに限定されない。例えば、画素部７０２と、ソースドライバ回路部７０４とは、異なるトランジスタを用いてもよい。具体的には、画素部７０２にスタガ型のトランジスタを用い、ソースドライバ回路部７０４に逆スタガ型のトランジスタを用いる構成、あるいは画素部７０２に逆スタガ型のトランジスタを用い、ソースドライバ回路部７０４にスタガ型のトランジスタを用いる構成などが挙げられる。なお、上記のソースドライバ回路部７０４を、ゲートドライバ回路部と読み替えてもよい。
【０３１９】
また、信号線７１０は、トランジスタ７５０、７５２のソース電極及びドレイン電極として機能する導電膜と同じ工程を経て形成される。信号線７１０として、例えば、銅元素を含む材料を用いた場合、配線抵抗に起因する信号遅延等が少なく、大画面での表示が可能となる。
【０３２０】
また、ＦＰＣ端子部７０８は、接続電極７６０、異方性導電膜７８０、及びＦＰＣ７１６を有する。なお、接続電極７６０は、トランジスタ７５０、７５２のソース電極及びドレイン電極として機能する導電膜と同じ工程を経て形成される。また、接続電極７６０は、ＦＰＣ７１６が有する端子と異方性導電膜７８０を介して、電気的に接続される。
【０３２１】
また、第１の基板７０１及び第２の基板７０５としては、例えばガラス基板を用いることができる。また、第１の基板７０１及び第２の基板７０５として、可撓性を有する基板を用いてもよい。該可撓性を有する基板としては、例えばプラスチック基板等が挙げられる。
【０３２２】
また、第１の基板７０１と第２の基板７０５の間には、構造体７７８が設けられる。構造体７７８は、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、第１の基板７０１と第２の基板７０５の間の距離（セルギャップ）を制御するために設けられる。なお、構造体７７８として、球状のスペーサを用いていてもよい。
【０３２３】
また、第２の基板７０５側には、ブラックマトリクスとして機能する遮光層７３８と、カラーフィルタとして機能する着色膜７３６と、着色膜７３６に接する絶縁膜７３４が設けられる。
【０３２４】
＜５−２．表示装置が有する入出力装置の構成例＞
また、図１８及び図１９に示す表示装置７００には入出力装置として、タッチパネル７９１が設けられている。なお、表示装置７００にタッチパネル７９１を設けない構成としてもよい。
【０３２５】
図１８及び図１９に示すタッチパネル７９１は、基板７０５と着色膜７３６との間に設けられる、所謂インセル型のタッチパネルである。タッチパネル７９１は、遮光層７３８、及び着色膜７３６を形成する前に、基板７０５側に形成すればよい。
【０３２６】
なお、タッチパネル７９１は、遮光層７３８と、絶縁膜７９２と、電極７９３と、電極７９４と、絶縁膜７９５と、電極７９６と、絶縁膜７９７と、を有する。例えば、指やスタイラスなどの被検知体が近接することで、電極７９３と、電極７９４との相互容量の変化を検知することができる。
【０３２７】
また、図１８及び図１９に示すトランジスタ７５０の上方においては、電極７９３と、電極７９４との交差部を明示している。電極７９６は、絶縁膜７９５に設けられた開口部を介して、電極７９４を挟む２つの電極７９３と電気的に接続されている。なお、図１８及び図１９においては、電極７９６が設けられる領域を画素部７０２に設ける構成を例示したが、これに限定されず、例えば、ソースドライバ回路部７０４に形成してもよい。
【０３２８】
電極７９３及び電極７９４は、遮光層７３８と重なる領域に設けられる。また、図１８に示すように、電極７９３は、発光素子７８２と重ならないように設けられると好ましい。また、図１９に示すように、電極７９３は、液晶素子７７５と重ならないように設けられると好ましい。別言すると、電極７９３は、発光素子７８２及び液晶素子７７５と重なる領域に開口部を有する。すなわち、電極７９３はメッシュ形状を有する。このような構成とすることで、電極７９３は、発光素子７８２が射出する光を遮らない構成とすることができる。または、電極７９３は、液晶素子７７５を透過する光を遮らない構成とすることができる。したがって、タッチパネル７９１を配置することによる輝度の低下が極めて少ないため、視認性が高く、且つ消費電力が低減された表示装置を実現できる。なお、電極７９４も同様の構成とすればよい。
【０３２９】
また、電極７９３及び電極７９４が発光素子７８２と重ならないため、電極７９３及び電極７９４には、可視光の透過率が低い金属材料を用いることができる。または、電極７９３及び電極７９４が液晶素子７７５と重ならないため、電極７９３及び電極７９４には、可視光の透過率が低い金属材料を用いることができる。
【０３３０】
そのため、可視光の透過率が高い酸化物材料を用いた電極と比較して、電極７９３及び電極７９４の抵抗を低くすることが可能となり、タッチパネルのセンサ感度を向上させることができる。
【０３３１】
例えば、電極７９３、７９４、７９６には、導電性のナノワイヤを用いてもよい。当該ナノワイヤは、直径の平均値が１ｎｍ以上１００ｎｍ以下、好ましくは５ｎｍ以上５０ｎｍ以下、より好ましくは５ｎｍ以上２５ｎｍ以下の大きさとすればよい。また、上記ナノワイヤとしては、Ａｇナノワイヤ、Ｃｕナノワイヤ、またはＡｌナノワイヤ等の金属ナノワイヤ、あるいは、カーボンナノチューブなどを用いればよい。例えば、電極７９３、７９４、７９６のいずれか一つあるいは全部にＡｇナノワイヤを用いる場合、可視光における光透過率を８９％以上、シート抵抗値を４０Ω／ｓｑｕａｒｅ以上１００Ω／ｓｑｕａｒｅ以下とすることができる。
【０３３２】
また、図１８及び図１９においては、インセル型のタッチパネルの構成について例示したが、これに限定されない。例えば、表示装置７００上に形成する、所謂オンセル型のタッチパネルや、表示装置７００に貼り合わせて用いる、所謂アウトセル型のタッチパネルとしてもよい。このように、本発明の一態様の表示装置７００は、様々な形態のタッチパネルと組み合わせて用いることができる。
【０３３３】
＜５−３．発光素子を用いる表示装置＞
図１８に示す表示装置７００は、発光素子７８２を有する。発光素子７８２は、導電膜７７２、ＥＬ層７８６、及び導電膜７８８を有する。図１８に示す表示装置７００は、発光素子７８２が有するＥＬ層７８６が発光することによって、画像を表示することができる。なお、ＥＬ層７８６は、有機化合物、または量子ドットなどの無機化合物を有する。
【０３３４】
有機化合物に用いることのできる材料としては、蛍光性材料または燐光性材料などが挙げられる。また、量子ドットに用いることのできる材料としては、コロイド状量子ドット材料、合金型量子ドット材料、コア・シェル型量子ドット材料、コア型量子ドット材料、などが挙げられる。また、１２族と１６族、１３族と１５族、または１４族と１６族の元素グループを含む材料を用いてもよい。または、カドミウム（Ｃｄ）、セレン（Ｓｅ）、亜鉛（Ｚｎ）、硫黄（Ｓ）、リン（Ｐ）、インジウム（Ｉｎ）、テルル（Ｔｅ）、鉛（Ｐｂ）、ガリウム（Ｇａ）、ヒ素（Ａｓ）、アルミニウム（Ａｌ）、等の元素を有する量子ドット材料を用いてもよい。
【０３３５】
また、図１８に示す表示装置７００には、平坦化絶縁膜７７０及び導電膜７７２上に絶縁膜７３０が設けられる。絶縁膜７３０は、導電膜７７２の一部を覆う。なお、発光素子７８２はトップエミッション構造である。したがって、導電膜７８８は透光性を有し、ＥＬ層７８６が発する光を透過する。なお、本実施の形態においては、トップエミッション構造について、例示するが、これに限定されない。例えば、導電膜７７２側に光を射出するボトムエミッション構造や、導電膜７７２及び導電膜７８８の双方に光を射出するデュアルエミッション構造にも適用することができる。
【０３３６】
また、発光素子７８２と重なる位置に、着色膜７３６が設けられ、絶縁膜７３０と重なる位置、引き回し配線部７１１、及びソースドライバ回路部７０４に遮光層７３８が設けられている。また、着色膜７３６及び遮光層７３８は、絶縁膜７３４で覆われている。また、発光素子７８２と絶縁膜７３４の間は封止膜７３２で充填されている。なお、図１８に示す表示装置７００においては、着色膜７３６を設ける構成について例示したが、これに限定されない。例えば、ＥＬ層７８６を塗り分けにより形成する場合においては、着色膜７３６を設けない構成としてもよい。
【０３３７】
＜５−４．液晶素子を用いる表示装置の構成例＞
図１９に示す表示装置７００は、液晶素子７７５を有する。液晶素子７７５は、導電膜７７２、絶縁膜７７３、導電膜７７４、及び液晶層７７６を有する。導電膜７７４は、共通電極（コモン電極ともいう）としての機能を有し、絶縁膜７７３を介して、導電膜７７２と導電膜７７４との間に生じる電界によって、液晶層７７６の配向状態を制御することができる。図１９に示す表示装置７００は、導電膜７７２と導電膜７７４に印加される電圧によって、液晶層７７６の配向状態が変わることによって光の透過、非透過が制御され画像を表示することができる。
【０３３８】
また、導電膜７７２は、トランジスタ７５０が有するソース電極及びドレイン電極として機能する導電膜と電気的に接続される。導電膜７７２は、平坦化絶縁膜７７０上に形成され画素電極、すなわち表示素子の一方の電極として機能する。
【０３３９】
導電膜７７２としては、可視光において透光性のある導電膜、または可視光において反射性のある導電膜を用いることができる。可視光において透光性のある導電膜としては、例えば、インジウム（Ｉｎ）、亜鉛（Ｚｎ）、錫（Ｓｎ）の中から選ばれた一種を含む材料を用いるとよい。可視光において反射性のある導電膜としては、例えば、アルミニウム、または銀を含む材料を用いるとよい。本実施の形態においては、導電膜７７２として、可視光において、反射性のある導電膜を用いる。
【０３４０】
なお、図１９においては、導電膜７７２をトランジスタ７５０のドレイン電極として機能する導電膜に接続する構成について例示したが、これに限定されない。例えば、接続電極として機能する導電膜を間に挟んでトランジスタ７５０のドレイン電極として機能する導電膜と電気的に接続させる構成としてもよい。
【０３４１】
また、図１９において図示しないが、液晶層７７６と接する位置に、配向膜を設ける構成としてもよい。また、図１９において図示しないが、偏光部材、位相差部材、反射防止部材などの光学部材（光学基板）などは適宜設けてもよい。例えば、偏光基板及び位相差基板による円偏光を用いてもよい。また、光源としてバックライト、サイドライトなどを用いてもよい。
【０３４２】
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。
【０３４３】
また、横電界方式を採用する場合、配向膜を用いないブルー相を示す液晶を用いてもよい。ブルー相は液晶相の一つであり、コレステリック液晶を昇温していくと、コレステリック相から等方相へ転移する直前に発現する相である。ブルー相は狭い温度範囲でしか発現しないため、温度範囲を改善するために数重量％以上のカイラル剤を混合させた液晶組成物を液晶層に用いる。ブルー相を示す液晶とカイラル剤とを含む液晶組成物は、応答速度が短く、光学的等方性であるため配向処理が不要である。また配向膜を設けなくてもよいのでラビング処理も不要となるため、ラビング処理によって引き起こされる静電破壊を防止することができ、作製工程中の液晶表示装置の不良や破損を軽減することができる。また、ブルー相を示す液晶材料は、視野角依存性が小さい。
【０３４４】
また、表示素子として液晶素子を用いる場合、ＴＮ（Ｔｗｉｓｔｅｄ  Ｎｅｍａｔｉｃ）モード、ＩＰＳ（Ｉｎ−Ｐｌａｎｅ−Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）モード、ＦＦＳ（Ｆｒｉｎｇｅ  Ｆｉｅｌｄ  Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）モード、ＡＳＭ（Ａｘｉａｌｌｙ  Ｓｙｍｍｅｔｒｉｃ  ａｌｉｇｎｅｄ  Ｍｉｃｒｏ−ｃｅｌｌ）モード、ＯＣＢ（Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｄ  Ｂｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｃｅ）モード、ＦＬＣ（Ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ）モード、ＡＦＬＣ（ＡｎｔｉＦｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ）モードなどを用いることができる。
【０３４５】
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。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。
【０３４６】
＜６−３．各構成要素について＞
以下では、上記に示す各構成要素について説明する。なお、先の実施の形態に示す機能と同様の機能を有する構成についての説明は省略する。
【０３４７】
〔着色層〕
着色層に用いることのできる材料としては、金属材料、樹脂材料、顔料または染料が含まれた樹脂材料などが挙げられる。
【０３４８】
〔遮光層〕
遮光層として用いることのできる材料としては、カーボンブラック、チタンブラック、金属、金属酸化物、複数の金属酸化物の固溶体を含む複合酸化物等が挙げられる。遮光層は、樹脂材料を含む膜であってもよいし、金属などの無機材料の薄膜であってもよい。また、遮光層に、着色層の材料を含む膜の積層膜を用いることもできる。例えば、ある色の光を透過する着色層に用いる材料を含む膜と、他の色の光を透過する着色層に用いる材料を含む膜との積層構造を用いることができる。着色層と遮光層の材料を共通化することで、装置を共通化できるほか工程を簡略化できるため好ましい。
【０３４９】
以上が各構成要素についての説明である。本実施の形態に示す構成を用いることで、表示装置において、電気特性の変動を抑制すると共に、信頼性を向上させることができる。トランジスタのオフ時のドレインとゲート間でリークの小さいトランジスタを有する半導体装置を提供することができる。または、トランジスタのオフ時のソースとドレイン間でリークの小さいトランジスタを有する半導体装置を提供することができる。よって、安定した電気特性を有する半導体装置を提供することができる。また、信頼性の高い半導体装置を提供することができる。
【０３５０】
本実施の形態は、少なくともその一部を本明細書中に記載する他の実施の形態と適宜組み合わせて実施することができる。
【０３５１】
（実施の形態５）
本実施の形態では、本発明の一態様の半導体装置を用いた表示装置の表示部等に用いることのできる表示パネルの一例について、図２０及び図２１を用いて説明する。以下で例示する表示パネルは、反射型の液晶素子と、発光素子との双方を有し、透過モードと反射モードの両方の表示を行うことのできる、表示パネルである。
【０３５２】
＜６−１．表示パネルの構成例＞
図２０は、本発明の一態様の表示パネル６００の斜視概略図である。表示パネル６００は、基板６５１と基板６６１とが貼り合わされた構成を有する。図２０では、基板６６１を破線で明示している。
【０３５３】
表示パネル６００は、表示部６６２、回路６５９、配線６６６等を有する。基板６５１には、例えば回路６５９、配線６６６、及び画素電極として機能する導電膜６６３等が設けられる。また図２０では基板６５１上にＩＣ６７３とＦＰＣ６７２が実装されている例を示している。そのため、図２０に示す構成は、表示パネル６００とＦＰＣ６７２及びＩＣ６７３を有する表示モジュールと言うこともできる。
【０３５４】
回路６５９は、例えば走査線駆動回路として機能する回路を用いることができる。
【０３５５】
配線６６６は、表示部や回路６５９に信号や電力を供給する機能を有する。当該信号や電力は、ＦＰＣ６７２を介して外部、またはＩＣ６７３から配線６６６に入力される。
【０３５６】
また、図２０では、ＣＯＧ（Ｃｈｉｐ  Ｏｎ  Ｇｌａｓｓ）方式等により、基板６５１にＩＣ６７３が設けられている例を示している。ＩＣ６７３は、例えば走査線駆動回路、または信号線駆動回路などとしての機能を有するＩＣを適用できる。なお表示パネル６００が走査線駆動回路及び信号線駆動回路として機能する回路を備える場合や、走査線駆動回路や信号線駆動回路として機能する回路を外部に設け、ＦＰＣ６７２を介して表示パネル６００を駆動するための信号を入力する場合などでは、ＩＣ６７３を設けない構成としてもよい。また、ＩＣ６７３を、ＣＯＦ（Ｃｈｉｐ  Ｏｎ  Ｆｉｌｍ）方式等により、ＦＰＣ６７２に実装してもよい。
【０３５７】
図２０には、表示部６６２の一部の拡大図を示している。表示部６６２には、複数の表示素子が有する導電膜６６３がマトリクス状に配置されている。導電膜６６３は、可視光を反射する機能を有し、後述する液晶素子６４０の反射電極として機能する。
【０３５８】
また、図２０に示すように、導電膜６６３は開口を有する。さらに導電膜６６３よりも基板６５１側に、発光素子６６０を有する。発光素子６６０からの光は、導電膜６６３の開口を介して基板６６１側に射出される。
【０３５９】
＜６−２．断面構成例＞
図２１に、図２０で例示した表示パネルの、ＦＰＣ６７２を含む領域の一部、回路６５９を含む領域の一部、及び表示部６６２を含む領域の一部をそれぞれ切断したときの断面の一例を示す。
【０３６０】
表示パネルは、基板６５１と基板６６１の間に、絶縁膜６２０を有する。また基板６５１と絶縁膜６２０の間に、発光素子６６０、トランジスタ６０１、トランジスタ６０５、トランジスタ６０６、着色層６３４等を有する。また絶縁膜６２０と基板６６１の間に、液晶素子６４０、着色層６３１等を有する。また基板６６１と絶縁膜６２０は接着層６４１を介して接着され、基板６５１と絶縁膜６２０は接着層６４２を介して接着されている。
【０３６１】
表示部６６２に設けられるトランジスタ６０５やトランジスタ６０６、回路６５９に設けられるトランジスタ６０１、またはＩＣ６７３に設けられるトランジスタに本発明のトランジスタを用いることができる。
【０３６２】
本実施の形態で用いるトランジスタは、ソース電極やドレイン電極として用いられる導電膜の角部に形成される絶縁膜が他の部分の絶縁膜に比べて薄くなることが無い。よって、ソース電極やドレイン電極として用いられる導電膜と、絶縁膜を介して、ソース電極やドレイン電極として用いられる導電膜上に設けられるゲート電極として用いられる導電膜の間でリークのきわめて小さいトランジスタが得られる。よって、安定した電気特性を有する半導体装置を提供することができる。また、信頼性の高い半導体装置を提供することができる。
【０３６３】
トランジスタ６０６は、液晶素子６４０と電気的に接続し、トランジスタ６０５は、発光素子６６０と電気的に接続する。トランジスタ６０５とトランジスタ６０６は、いずれも絶縁膜６２０の基板６５１側の面上に形成されているため、これらを同一の工程を用いて作製することができる。
【０３６４】
基板６６１には、着色層６３１、遮光層６３２、絶縁膜６２１、及び液晶素子６４０の共通電極として機能する導電膜６１３、配向膜６３３ｂ、絶縁膜６１７等が設けられている。絶縁膜６１７は、液晶素子６４０のセルギャップを保持するためのスペーサとして機能する。
【０３６５】
絶縁膜６２０の基板６５１側には、絶縁膜６８１、絶縁膜６８２、絶縁膜６８３、絶縁膜６８４、絶縁膜６８５等の絶縁層が設けられている。絶縁膜６８１は、その一部が各トランジスタのゲート絶縁膜として機能する。絶縁膜６８２、絶縁膜６８３、及び絶縁膜６８４は、各トランジスタを覆って設けられている。また絶縁膜６８４を覆って絶縁膜６８５が設けられている。絶縁膜６８４及び絶縁膜６８５は、平坦化層としての機能を有する。なお、ここではトランジスタ等を覆う絶縁層として、絶縁膜６８２、絶縁膜６８３、絶縁膜６８４の３層を有する場合について示しているが、これに限られず４層以上であってもよいし、単層、または２層であってもよい。また平坦化層として機能する絶縁膜６８４は、不要であれば設けなくてもよい。
【０３６６】
また、トランジスタ６０１、トランジスタ６０５、及びトランジスタ６０６は、一部がゲートとして機能する導電膜６５４、一部がソース又はドレインとして機能する導電膜６５２、半導体膜６５３を有する。ここでは、同一の導電膜を加工して得られる複数の層に、同じハッチングパターンを付している。
【０３６７】
液晶素子６４０は反射型の液晶素子である。液晶素子６４０は、導電膜６３５、液晶層６１２、導電膜６１３が積層された積層構造を有する。また導電膜６３５の基板６５１側に接して、可視光を反射する導電膜６６３が設けられている。導電膜６６３は開口６５５を有する。また導電膜６３５及び導電膜６１３は可視光を透過する材料を含む。また液晶層６１２と導電膜６３５の間に配向膜６３３ａが設けられ、液晶層６１２と導電膜６１３の間に配向膜６３３ｂが設けられている。また、基板６６１の外側の面には、偏光板６５６を有する。
【０３６８】
液晶素子６４０において、導電膜６６３は可視光を反射する機能を有し、導電膜６１３は可視光を透過する機能を有する。基板６６１側から入射した光は、偏光板６５６により偏光され、導電膜６１３、液晶層６１２を透過し、導電膜６６３で反射する。そして液晶層６１２及び導電膜６１３を再度透過して、偏光板６５６に達する。このとき、導電膜６６３と導電膜６１３の間に与える電圧によって液晶の配向を制御し、光の光学変調を制御することができる。すなわち、偏光板６５６を介して射出される光の強度を制御することができる。また光は着色層６３１によって特定の波長領域以外の光が吸収されることにより、取り出される光は、例えば赤色を呈する光となる。
【０３６９】
発光素子６６０は、ボトムエミッション型の発光素子である。発光素子６６０は、絶縁膜６２０側から導電膜６４３、ＥＬ層６４４、及び導電膜６４５ｂの順に積層された積層構造を有する。また導電膜６４５ｂを覆って導電膜６４５ａが設けられている。導電膜６４５ｂは可視光を反射する材料を含み、導電膜６４３及び導電膜６４５ａは可視光を透過する材料を含む。発光素子６６０が発する光は、着色層６３４、絶縁膜６２０、開口６５５、導電膜６１３等を介して、基板６６１側に射出される。
【０３７０】
ここで、図２１に示すように、開口６５５には可視光を透過する導電膜６３５が設けられていることが好ましい。これにより、開口６５５と重なる領域においてもそれ以外の領域と同様に液晶層６１２が配向するため、これらの領域の境界部で液晶の配向不良が生じ、意図しない光が漏れてしまうことを抑制できる。
【０３７１】
ここで、基板６６１の外側の面に配置する偏光板６５６として直線偏光板を用いてもよいが、円偏光板を用いることもできる。円偏光板としては、例えば直線偏光板と１／４波長位相差板を積層したものを用いることができる。これにより、外光反射を抑制することができる。また、偏光板の種類に応じて、液晶素子６４０に用いる液晶素子のセルギャップ、配向、駆動電圧等を調整することで、所望のコントラストが実現されるようにすればよい。
【０３７２】
また導電膜６４３の端部を覆う絶縁膜６４６上には、絶縁膜６４７が設けられている。絶縁膜６４７は、絶縁膜６２０と基板６５１が必要以上に接近することを抑制するスペーサとしての機能を有する。またＥＬ層６４４や導電膜６４５ａを遮蔽マスク（メタルマスク）を用いて形成する場合には、当該遮蔽マスクが被形成面に接触することを抑制する機能を有していてもよい。なお、絶縁膜６４７は不要であれば設けなくてもよい。
【０３７３】
トランジスタ６０５のソース又はドレインの一方は、導電膜６４８を介して発光素子６６０の導電膜６４３と電気的に接続されている。
【０３７４】
トランジスタ６０６のソース又はドレインの一方は、接続部６０７を介して導電膜６６３と電気的に接続されている。導電膜６６３と導電膜６３５は接して設けられ、これらは電気的に接続されている。ここで、接続部６０７は、絶縁膜６２０に設けられた開口を介して、絶縁膜６２０の両面に設けられる導電層同士を接続する部分である。
【０３７５】
基板６５１と基板６６１が重ならない領域には、接続部６０４が設けられている。接続部６０４は、接続層６４９を介してＦＰＣ６７２と電気的に接続されている。接続部６０４は接続部６０７と同様の構成を有している。接続部６０４の上面は、導電膜６３５と同一の導電膜を加工して得られた導電層が露出している。これにより、接続部６０４とＦＰＣ６７２とを接続層６４９を介して電気的に接続することができる。
【０３７６】
接着層６４１が設けられる一部の領域には、接続部６８７が設けられている。接続部６８７において、導電膜６３５と同一の導電膜を加工して得られた導電層と、導電膜６１３の一部が、接続体６８６により電気的に接続されている。したがって、基板６６１側に形成された導電膜６１３に、基板６５１側に接続されたＦＰＣ６７２から入力される信号または電位を、接続部６８７を介して供給することができる。
【０３７７】
接続体６８６としては、例えば導電性の粒子を用いることができる。導電性の粒子としては、有機樹脂またはシリカなどの粒子の表面を金属材料で被覆したものを用いることができる。金属材料としてニッケルや金を用いると接触抵抗を低減できるため好ましい。またニッケルをさらに金で被覆するなど、２種類以上の金属材料を層状に被覆させた粒子を用いることが好ましい。また接続体６８６として、弾性変形、または塑性変形する材料を用いることが好ましい。このとき導電性の粒子である接続体６８６は、図２１に示すように上下方向に潰れた形状となる場合がある。こうすることで、接続体６８６と、これと電気的に接続する導電層との接触面積が増大し、接触抵抗を低減できるほか、接続不良などの不具合の発生を抑制することができる。
【０３７８】
接続体６８６は、接着層６４１に覆われるように配置することが好ましい。例えば、硬化前の接着層６４１に接続体６８６を分散させておけばよい。
【０３７９】
図２１では、回路６５９の例としてトランジスタ６０１が設けられている例を示している。
【０３８０】
図２１では、トランジスタ６０１及びトランジスタ６０５の例として、チャネルが形成される半導体膜６５３を２つのゲートで挟持する構成が適用されている。一方のゲートは導電膜６５４により、他方のゲートは絶縁膜６８２を介して半導体膜６５３と重なる導電膜６２３により構成されている。このような構成とすることで、トランジスタのしきい値電圧を制御することができる。このとき、２つのゲートを接続し、これらに同一の信号を供給することによりトランジスタを駆動してもよい。このようなトランジスタは他のトランジスタと比較して電界効果移動度を高めることが可能であり、オン電流を増大させることができる。その結果、高速駆動が可能な回路を作製することができる。さらには、回路部の占有面積を縮小することが可能となる。オン電流の大きなトランジスタを適用することで、表示パネルを大型化、または高精細化したときに配線数が増大したとしても、各配線における信号遅延を低減することが可能であり、表示ムラを抑制することができる。
【０３８１】
なお、回路６５９が有するトランジスタと、表示部６６２が有するトランジスタは、同じ構造であってもよい。また回路６５９が有する複数のトランジスタは、全て同じ構造であってもよいし、異なる構造のトランジスタを組み合わせて用いてもよい。また、表示部６６２が有する複数のトランジスタは、全て同じ構造であってもよいし、異なる構造のトランジスタを組み合わせて用いてもよい。
【０３８２】
各トランジスタを覆う絶縁膜６８２、絶縁膜６８３のうち少なくとも一方は、水や水素などの不純物が拡散しにくい材料を用いることが好ましい。すなわち、絶縁膜６８２または絶縁膜６８３はバリア膜として機能させることができる。このような構成とすることで、トランジスタに対して外部から不純物が拡散することを効果的に抑制することが可能となり、信頼性の高い表示パネルを実現できる。
【０３８３】
基板６６１側において、着色層６３１、遮光層６３２を覆って絶縁膜６２１が設けられている。絶縁膜６２１は、平坦化層としての機能を有していてもよい。絶縁膜６２１により、導電膜６１３の表面を概略平坦にできるため、液晶層６１２の配向状態を均一にできる。
【０３８４】
表示パネル６００を作製する方法の一例について説明する。例えば剥離層を有する支持基板上に、導電膜６３５、導電膜６６３、絶縁膜６２０を順に形成し、その後、トランジスタ６０５、トランジスタ６０６、発光素子６６０等を形成した後、接着層６４２を用いて基板６５１と支持基板を貼り合せる。その後、剥離層と絶縁膜６２０、及び剥離層と導電膜６３５のそれぞれの界面で剥離することにより、支持基板及び剥離層を除去する。またこれとは別に、着色層６３１、遮光層６３２、導電膜６１３等をあらかじめ形成した基板６６１を準備する。そして基板６５１または基板６６１に液晶層６１２となる液晶を滴下し、接着層６４１により基板６５１と基板６６１を貼り合せることで、表示パネル６００を作製することができる。
【０３８５】
剥離層としては、絶縁膜６２０及び導電膜６３５との界面で剥離が生じる材料を適宜選択することができる。特に、剥離層としてタングステンなどの高融点金属材料を含む層と当該金属材料の酸化物を含む層を積層して用い、剥離層上の絶縁膜６２０として、窒化シリコンや酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコン等を複数積層した層を用いることが好ましい。剥離層に高融点金属材料を用いると、これよりも後に形成する層の形成温度を高めることが可能で、不純物の濃度が低減され、信頼性の高い表示パネルを実現できる。
【０３８６】
導電膜６３５としては、金属酸化物、金属窒化物、または低抵抗化された酸化物半導体等の酸化物または窒化物を用いることが好ましい。酸化物半導体を用いる場合には、水素、ボロン、リン、窒素、及びその他の不純物の濃度、並びに酸素欠損量の少なくとも一が、トランジスタに用いる半導体層に比べて高められた材料を、導電膜６３５に用いればよい。
【０３８７】
＜６−３．各構成要素について＞
以下では、上記に示す各構成要素について説明する。なお、先の実施の形態に示す機能と同様の機能を有する構成についての説明は省略する。
【０３８８】
〔接着層〕
接着層としては、紫外線硬化型等の光硬化型接着剤、反応硬化型接着剤、熱硬化型接着剤、嫌気型接着剤などの各種硬化型接着剤を用いることができる。これら接着剤としてはエポキシ樹脂、アクリル樹脂、シリコーン樹脂、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂、イミド樹脂、ＰＶＣ（ポリビニルクロライド）樹脂、ＰＶＢ（ポリビニルブチラル）樹脂、ＥＶＡ（エチレンビニルアセテート）樹脂等が挙げられる。特に、エポキシ樹脂等の透湿性が低い材料が好ましい。また、二液混合型の樹脂を用いてもよい。また、接着シート等を用いてもよい。
【０３８９】
また、上記樹脂に乾燥剤を含んでいてもよい。例えば、アルカリ土類金属の酸化物（酸化カルシウムや酸化バリウム等）のように、化学吸着によって水分を吸着する物質を用いることができる。または、ゼオライトやシリカゲル等のように、物理吸着によって水分を吸着する物質を用いてもよい。乾燥剤が含まれていると、水分などの不純物が素子に侵入することを抑制でき、表示パネルの信頼性が向上するため好ましい。
【０３９０】
また、上記樹脂に屈折率の高いフィラーや光散乱部材を混合することにより、光取り出し効率を向上させることができる。例えば、酸化チタン、酸化バリウム、ゼオライト、ジルコニウム等を用いることができる。
【０３９１】
〔接続層〕
接続層としては、異方性導電フィルム（ＡＣＦ：Ａｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃ  Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ  Ｆｉｌｍ）や、異方性導電ペースト（ＡＣＰ：Ａｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃ  Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ  Ｐａｓｔｅ）などを用いることができる。
【０３９２】
以上が各構成要素についての説明である。本実施の形態に示す構成を用いることで、表示装置において、電気特性の変動を抑制すると共に、信頼性を向上させることができる。トランジスタのオフ時のドレインとゲート間でリークの小さいトランジスタを有する半導体装置を提供することができる。または、トランジスタのオフ時のソースとドレイン間でリークの小さいトランジスタを有する半導体装置を提供することができる。よって、安定した電気特性を有する半導体装置を提供することができる。また、信頼性の高い半導体装置を提供することができる。
【０３９３】
本実施の形態は、少なくともその一部を本明細書中に記載する他の実施の形態と適宜組み合わせて実施することができる。
【符号の説明】
【０３９４】
１０１    基板
１０２    絶縁膜
１０３    半導体膜
１０４    半導体層
１０５    導電膜
１０６    導電体
１０７    絶縁膜
１０９    ゲート電極
１１１    マスク
１１３    マスク
１１５    フォトマスク
１１７    開口部
１１９    凸部
１２０    開口部
１２１    導電体
１２２    凸部
１２３    導電体
１２５    開口部
１２７    マスク
１２９    開口部
１３１    マスク
１４１    導電体
１４３    導電体
１４５    側面
１４７    側面
１４９    角部
１５１    側面
１５３    側面
３０１    絶縁体
３０２    絶縁体
３０３    絶縁体
３１０    導電体
３１０ａ    導電体
３１０ｂ    導電体
３１０ｄａ    導電体
３１０ｄｂ    導電体
３１０ｄｃ    導電体
３１０ｅｃ    導電体
４００    トランジスタ
４００ａ    トランジスタ
４０１    絶縁体
４０２    絶縁体
４０４    導電体
４０４ａ    導電体
４０４ｂ    導電体
４０４ｃ    導電体
４０４ｄ    導電体
４０４ｅ    導電体
４０４ｆ    導電体
４０４ｋ    導電体
４０５    半導体膜
４０６    半導体層
４０６ａ    酸化物
４０６ｂ    酸化物
４０６ｃ    酸化物
４０６ｄ１    酸化物
４０６ｄ２    酸化物
４０６ｅ１    酸化物
４０６ｅ２    酸化物
４０６ｆ    酸化物
４０８ａ    絶縁体
４０８ｂ    絶縁体
４１０    絶縁体
４１２    絶縁体
４１２ａ    絶縁体
４１６    導電体
４１６ａ１    導電体
４１６ａ２    導電体
４１６ｂ１    導電体
４１６ｂ２    導電体
４１７    バリア膜
４１７ａ１    バリア膜
４１７ａ２    バリア膜
４１７ｂ１    バリア膜
４１７ｂ２    バリア膜
４１８    バリア膜
４１８ａ    バリア膜
４２０    絶縁体
４２２    絶縁体
４３０    導電膜
４３１    レジストマスク
４３２    マスク
４３２ａ    樹脂膜
４３２ｂ    レジストマスク
４３３    マスク
４３４    マスク
４５０    容量素子
４５１    絶縁体
４５２    導電体
４５３    導電体
４５４    導電体
４５５    導電体
４５６    絶縁体
４５７    絶縁体
４５８    絶縁体
４５９    導電体
４６０    絶縁体
６００    表示パネル
６０１    トランジスタ
６０４    接続部
６０５    トランジスタ
６０６    トランジスタ
６０７    接続部
６１２    液晶層
６１３    導電膜
６１７    絶縁膜
６２０    絶縁膜
６２１    絶縁膜
６２３    導電膜
６３１    着色層
６３２    遮光層
６３３ａ    配向膜
６３３ｂ    配向膜
６３４    着色層
６３５    導電膜
６４０    液晶素子
６４１    接着層
６４２    接着層
６４３    導電膜
６４４    ＥＬ層
６４５ａ    導電膜
６４５ｂ    導電膜
６４６    絶縁膜
６４７    絶縁膜
６４８    導電膜
６４９    接続層
６５１    基板
６５２    導電膜
６５３    半導体膜
６５４    導電膜
６５５    開口
６５６    偏光板
６５９    回路
６６０    発光素子
６６１    基板
６６２    表示部
６６３    導電膜
６６６    配線
６７２    ＦＰＣ
６７３    ＩＣ
６８１    絶縁膜
６８２    絶縁膜
６８３    絶縁膜
６８４    絶縁膜
６８５    絶縁膜
６８６    接続体
６８７    接続部
７００    表示装置
７０１    基板
７０２    画素部
７０４    ソースドライバ回路部
７０５    基板
７０６    ゲートドライバ回路部
７０８    ＦＰＣ端子部
７１０    信号線
７１１    配線部
７１２    シール材
７１６    ＦＰＣ
７３０    絶縁膜
７３２    封止膜
７３４    絶縁膜
７３６    着色膜
７３８    遮光層
７５０    トランジスタ
７５２    トランジスタ
７６０    接続電極
７７０    平坦化絶縁膜
７７２    導電膜
７７３    絶縁膜
７７４    導電膜
７７５    液晶素子
７７６    液晶層
７７８    構造体
７８０    異方性導電膜
７８２    発光素子
７８６    ＥＬ層
７８８    導電膜
７９０    容量素子
７９１    タッチパネル
７９２    絶縁膜
７９３    電極
７９４    電極
７９５    絶縁膜
７９６    電極
７９７    絶縁膜
８００    トランジスタ
８１１    基板
８１２    半導体領域
８１４    絶縁体
８１６    導電体
８１８ａ    低抵抗領域
８１８ｂ    低抵抗領域
８２０    絶縁体
８２２    絶縁体
８２４    絶縁体
８２６    絶縁体
８２８    導電体
８３０    導電体
８５０    絶縁体
８５２    絶縁体
８５４    絶縁体
８５６    導電体
８５８    絶縁体
９００    トランジスタ
９００ａ    トランジスタ
３００１    配線
３００２    配線
３００３    配線
３００４    配線
３００５    配線
３００６    配線
３００７    配線
３００８    配線
３００９    配線
３０１０    配線
【図１】
2018037651.tif 000003
【図２】
2018037651.tif 000004
【図３】
2018037651.tif 000005
【図４】
2018037651.tif 000006
【図５】
2018037651.tif 000007
【図６】
2018037651.tif 000008
【図７】
2018037651.tif 000009
【図８】
2018037651.tif 000010
【図９】
2018037651.tif 000011
【図１０】
2018037651.tif 000012
【図１１】
2018037651.tif 000013
【図１２】
2018037651.tif 000014
【図１３】
2018037651.tif 000015
【図１４】
2018037651.tif 000016
【図１５】
2018037651.tif 000017
【図１６】
2018037651.tif 000018
【図１７】
2018037651.tif 000019
【図１８】
2018037651.tif 000020
【図１９】
2018037651.tif 000021
【図２０】
2018037651.tif 000022
【図２１】
2018037651.tif 000023