(57)【要約】【課題】コンタクト抵抗を正しく測定するコンタクト抵抗測定パターンを提供する。【解決手段】第１の半導体と、第１の半導体と接し、互いに離間して配置された第１の導電体、第２の導電体および第３の導電体と、第１の半導体と重なる第１の絶縁体と、第１の絶縁体を介し、第１の半導体の第１の導電体、第２の導電体および第３の導電体と接しない領域と重なる第４の導電体を有するコンタクト抵抗測定パターンにおいて、第４の導電体に電圧を印加することで、第１の半導体を低抵抗化し、コンタクト抵抗を測定する。【選択図】図１
2015073094.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体と、
前記半導体と接し、互いに離間して配置された第１の導電体、第２の導電体および第３の導電体と、
前記半導体と重なる絶縁体と、
前記絶縁体を介し、前記半導体の、前記第１の導電体、前記第２の導電体および前記第３の導電体と接しない領域と重なる第４の導電体と、を有することを特徴とするコンタクト抵抗測定パターン。
【請求項２】
請求項１において、
前記半導体と前記第２の導電体とのコンタクト抵抗が測定可能であることを特徴とするコンタクト抵抗測定パターン。
【請求項３】
請求項１または請求項２において、
前記第２の導電体は、前記第１の導電体と前記第３の導電体の間に配置されることを特徴とするコンタクト抵抗測定パターン。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれか一項において、
前記第１の導電体、前記第２の導電体および前記第３の導電体は、前記半導体の上面と接することを特徴とするコンタクト抵抗測定パターン。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のいずれか一項において、
前記第４の導電体は前記半導体の上に配置されることを特徴とするコンタクト抵抗測定パターン。
【請求項６】
請求項１乃至請求項４のいずれか一項において、
前記第４の導電体は前記半導体の下に配置されることを特徴とするコンタクト抵抗測定パターン。
【請求項７】
前記第１の導電体と電気的に接続された第１の端子と、
前記第３の導電体と電気的に接続された第２の端子と、
前記第２の導電体と電気的に接続された第３の端子および第４の端子と、
前記第４の導電体と電気的に接続された第５の端子と、を有し、
前記第５の端子には前記半導体にキャリアを誘起させる電位を与え、前記第１の端子と前記第３の端子との間には一定の電流が流れるような電位差を与え、前記第２の端子と前記第４の端子との間には電流が測定されないような電位差を与え、前記第２の端子と前記第４の端子との電位差を、前記第１の端子と前記第３の端子との間を流れる電流値で除することでコンタクト抵抗を算出することを特徴とする、請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載のコンタクト抵抗測定パターンの使用方法。
【請求項８】
トランジスタと
前記トランジスタと同一基板上に作製された請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載のパターンと、を有することを特徴とした半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、物、方法、または、製造方法に関する。または、本発明は、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。特に、本発明の一態様は、半導体装置、表示装置、発光装置、蓄電装置、記憶装置、それらの駆動方法、または、それらの製造方法に関する。特に、本発明の一態様は、コンタクト抵抗測定パターンに関する。
【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す。表示装置、電気光学装置、半導体回路および電気機器は、半導体装置を有している場合がある。
【背景技術】
【０００３】
半導体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。当該トランジスタは集積回路（ＩＣ）や画像表示装置（表示装置）のような電子デバイスに広く応用されている。トランジスタに適用可能な半導体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酸化物半導体（Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ：ＯＳ）が注目されている。
【０００４】
回路の高集積化に伴い、トランジスタのサイズも微細化している。トランジスタを微細化すると、トランジスタの抵抗成分のうち、半導体と電極とのコンタクト抵抗が占める割合が大きくなり、オン電流の低下を招く。そのため、コンタクト抵抗を正しく測定することは微細化を進める上で重要である。
【０００５】
従来、二つの異なる配線のコンタクト抵抗を測定する際、４端子ケルビン法によるパターンが用いられてきた（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開昭６３−３３６６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の一態様は、半導体と電極とのコンタクト抵抗を正しく測定することを目的の一つとする。または、半導体装置と共に作製することが可能なコンタクト抵抗測定パターンを提供することを目的の一つとする。または、新規な半導体装置を提供することを目的の一つとする。
【０００８】
なお、複数の課題の記載は、互い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解決する必要はない。また、列記した以外の課題が、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、これらの課題も、本発明の一形態の課題となり得る。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一態様は、第１の半導体と、第１の半導体と接し、互いに離間して配置された第１の導電体、第２の導電体および第３の導電体と、第１の半導体と重なる第１の絶縁体と、第１の絶縁体を介し、第１の半導体の、第１の導電体、第２の導電体および第３の導電体と接しない領域と重なる第４の導電体を有するコンタクト抵抗測定パターンである。
【００１０】
上記態様において、第１の半導体と第２の導電体とのコンタクト抵抗を測定することが可能である。
【００１１】
上記態様において、第２の導電体は、第１の導電体と第３の導電体の間に配置されることが好ましい。
【００１２】
上記態様において、第１の導電体、第２の導電体および第３の導電体は、第１の半導体の上面と接することが好ましい。
【００１３】
上記態様において、第４の導電体は第１の半導体の上に配置されてもよい。
【００１４】
上記態様において、第４の導電体は第１の半導体の下に配置されてもよい。
【００１５】
本発明の一態様は、上記コンタクト抵抗測定パターンにおいて、第１の導電体と電気的に接続された第１の端子と、第３の導電体と電気的に接続された第２の端子と、第２の導電体と電気的に接続された第３の端子および第４の端子と、第４の導電体と電気的に接続された第５の端子と、を有し、第５の端子には第１の半導体にキャリアを誘起させる電位を与え、第１の端子と第３の端子との間には一定の電流が流れるような電位差を与え、第２の端子と第４の端子との間には電流が測定されないような電位差を与え、第２の端子と第４の端子との電位差を、第１の端子と第３の端子との間を流れる電流値で除することでコンタクト抵抗を算出することを特徴とする、コンタクト抵抗測定パターンの使用方法である。
【００１６】
本発明の一態様は、トランジスタと、トランジスタと同一基板上に作製された上記コンタクト抵抗測定パターンを有する半導体装置である。
【００１７】
なお、トランジスタの「ソース」や「ドレイン」の機能は、異なる極性のトランジスタを採用する場合や、回路動作において電流の方向が変化する場合などには入れ替わることがある。このため、本明細書においては、「ソース」や「ドレイン」という用語は、入れ替えて用いることができるものとする。
【００１８】
なお、本明細書等における「第１」、「第２」などの序数詞は、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ことを付記する。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の一態様により、半導体と電極とのコンタクト抵抗を正しく測定するコンタクト抵抗測定パターンを提供することが可能になる。または、本発明の一態様により、半導体装置と共に作製することが可能なコンタクト抵抗測定パターンを提供することが可能になる。または、本発明の一態様により、新規な半導体装置を提供することが可能になる。
【００２０】
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】
【００２１】
【図１】実施の形態のパターンと半導体装置の上面図および断面図。
【図２】実施の形態の半導体装置の断面図。
【図３】実施の形態のパターンと半導体装置の上面図および断面図。
【図４】コンタクト抵抗の測定結果を示す図。
【図５】コンタクト抵抗パターンと同時に作製したトランジスタの電気特性を示す図。
【図６】実施の形態の半導体装置の模式図。
【図７】表示モジュールを説明する図である。
【図８】実施の形態に係る、電子機器。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。但し、本発明は以下の説明に限定されず、本発明の趣旨およびその範囲から逸脱することなく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。したがって、本発明は以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。
【００２３】
なお、以下に説明する発明の構成において、同一部分または同様な機能を有する部分には同一の符号を異なる図面間で共通して用い、その繰り返しの説明は省略することがある。
【００２４】
（実施の形態１）
本実施の形態では、同一基板上に作製した本発明の一態様の、コンタクト抵抗測定パターン及び半導体装置について、図面を用いて説明する。なお、本実施の形態では、半導体装置はトップゲート構造のトランジスタ（基板とゲート電極の間に半導体が存在するトランジスタ）について説明する。
【００２５】
図１（Ａ）は本発明の一態様のパターン３０９の上面図であり、図１（Ｂ）はパターン３０９と同一基板上に作製したトランジスタ３１０の上面図である。図１（Ａ）に示す一点鎖線Ａ−Ｂの断面図と、図１（Ｂ）に示す一点鎖線Ｃ−Ｄの断面図が、図１（Ｃ）に相当する。
【００２６】
図１（Ａ）に示すパターン３０９は、酸化物半導体３０３ａと、電極３０２ａと、電極３０２ｂと、電極３０２ｃと、ゲート電極３０４ａと、配線３０７ａと、配線３０７ｂと、配線３０７ｃと、コンタクトホール３０８ａと、コンタクトホール３０８ｂと、コンタクトホール３０８ｃと、端子Ｐ３１と、端子Ｐ３２と、端子Ｐ３３と、端子Ｐ３４と、端子Ｐ３５と、を有する。
【００２７】
図１（Ａ）において、電極３０２ａ、電極３０２ｂおよび電極３０２ｃは、酸化物半導体３０３ａの上面と接し、かつ互いに離間するように配置される。ゲート電極３０４ａは、酸化物半導体３０３ａの、電極３０２ａ、電極３０２ｂおよび電極３０２ｃと接しない領域と重なるように配置される。配線３０７ａは電極３０２ａとコンタクトホール３０８ａを介して接続され、配線３０７ｂは電極３０２ｂとコンタクトホール３０８ｂを介して接続され、配線３０７ｃは電極３０２ｃとコンタクトホール３０８ｃを介して接続される。端子Ｐ３１は配線３０７ａと電気的に接続され、端子Ｐ３２は配線３０７ｃと電気的に接続され、端子Ｐ３３および端子Ｐ３４は配線３０７ｂの両端と電気的に接続され、端子Ｐ３５はゲート電極３０４ａと電気的に接続される。
【００２８】
図１（Ｂ）に示すトランジスタ３１０は、酸化物半導体３０３ｂと、ソース電極３０２ｄと、ドレイン電極３０２ｅと、ゲート電極３０４ｂと、コンタクトホール３０８ｄと、配線３０７ｄと、コンタクトホール３０８ｅと、配線３０７ｅと、を有する。
【００２９】
図１（Ｂ）において、ソース電極３０２ｄおよびドレイン電極３０２ｅは、酸化物半導体３０３ｂの上面と接し、かつ互いに離間するように配置される。ゲート電極３０４ｂは、酸化物半導体３０３ｂのソース電極３０２ｄおよびドレイン電極３０２ｅと接しない領域と重なるように配置される。配線３０７ｄはソース電極３０２ｄとコンタクトホール３０８ｄを介して接続され、配線３０７ｅはドレイン電極３０２ｅとコンタクトホール３０８ｅを介して接続される。
【００３０】
図１（Ｃ）に示すように、パターン３０９およびトランジスタ３１０は、図１（Ａ）および図１（Ｂ）で示した構成要素以外に、基板３００と、下地絶縁体３０１と、ゲート絶縁体３０５ａと、ゲート絶縁体３０５ｂと、層間絶縁体３０６と、を有する。
【００３１】
図１（Ｃ）において、下地絶縁体３０１は基板３００の上面と接し、酸化物半導体３０３ａおよび酸化物半導体３０３ｂは、下地絶縁体３０１の上面と接する。電極３０２ａ、電極３０２ｂおよび電極３０２ｃは、酸化物半導体３０３ａの上面と接し、かつ互いに離間するように配置され、ソース電極３０２ｄおよびドレイン電極３０２ｅは、酸化物半導体３０３ｂの上面と接し、かつ互いに離間するように配置される。ゲート電極３０４ａは、酸化物半導体３０３ａの電極３０２ａ、電極３０２ｂおよび電極３０２ｃと接しない領域と重なるように配置され、ゲート電極３０４ｂは、酸化物半導体３０３ｂのソース電極３０２ｄおよびドレイン電極３０２ｅと接しない領域と重なるように配置される。配線３０７ａは電極３０２ａとコンタクトホール３０８ａを介して接続され、配線３０７ｂは電極３０２ｂとコンタクトホール３０８ｂを介して接続され、配線３０７ｃは電極３０２ｃとコンタクトホール３０８ｃを介して接続され、配線３０７ｄはソース電極３０２ｄとコンタクトホール３０８ｄを介して接続され、配線３０７ｅはドレイン電極３０２ｅとコンタクトホール３０８ｅを介して接続される。
【００３２】
パターン３０９は、酸化物半導体３０３ａと電極３０２ｂとのコンタクト抵抗を測定するためのパターンで、従来の４端子ケルビン法によるパターンに対して、端子が１つ追加された５端子で構成されている。
【００３３】
以下にパターン３０９でコンタクト抵抗を測定する方法を説明する。
【００３４】
まず、端子Ｐ３５に電圧を加えて、酸化物半導体３０３ａにキャリアを誘起させる。端子Ｐ３５に加える電圧は、トランジスタ３１０のしきい値電圧以上、好ましくはトランジスタ３１０のしきい値電圧より１Ｖ以上大きい値、さらに好ましくはトランジスタ３１０のしきい値電圧より２Ｖ以上大きい値がよい。端子Ｐ３５に上記電圧を加えることで、ゲート電極３０４ａにゲート電界が発生し、酸化物半導体３０３ａにキャリアが誘起される。その結果、酸化物半導体３０３ａは低抵抗化される。
【００３５】
次に、端子Ｐ３１と端子Ｐ３３との間に電圧を加えて、一定の電流を流す。そして、端子Ｐ３２と端子Ｐ３４との間に電流が流れないように、端子Ｐ３２と端子Ｐ３４の電位を調整する。なお、電流が流れないとは、電流値が測定機器の測定下限値を下回ることを表す。このときの端子Ｐ３２と端子Ｐ３４の間の電位差を、端子Ｐ３１と端子Ｐ３３の電流値で除して算出された値がコンタクト抵抗である。
【００３６】
上記の場合において、コンタクト抵抗をＲＣ、端子Ｐ３１と端子Ｐ３３の間に流れる電流をＩ、端子Ｐ３２と端子Ｐ３４の間の電位差をＶとすると、以下の式が成り立つ。
【００３７】
Ｒｃ＝Ｖ／Ｉ                    （１）
【００３８】
端子Ｐ３１からコンタクトホール３０８ｂまでの抵抗値と、端子Ｐ３２からコンタクトホール３０８ｂまでの抵抗値は同程度が好ましい。また、端子Ｐ３３からコンタクトホール３０８ｂまでの抵抗値と、端子Ｐ３４からコンタクトホール３０８ｂまでの抵抗値は同程度が好ましい。コンタクト抵抗を測定する際に、端子Ｐ３２と端子Ｐ３４の間で電流が流れないように、端子Ｐ３２と端子Ｐ３４に印加する電位を調整する必要があるが、上述のように抵抗値を揃えることで、電位の調整が容易になるためである。
【００３９】
酸化物半導体でトランジスタ３１０を作製する場合、ノーマリーオフのトランジスタ特性を得るために、酸化物半導体３０３ａ及び３０３ｂは、キャリア濃度が低い高抵抗な酸化物半導体を用いることが好ましい。
【００４０】
従来の４端子ケルビン法によるパターンでは、酸化物半導体３０３ａが高抵抗な場合、コンタクト抵抗が正しく測定できないという問題が確認されている。一方、本発明の一態様であるパターン３０９は、端子Ｐ３５に電圧を加えることで、酸化物半導体３０３ａを低抵抗化できるため、コンタクト抵抗を正しく測定することが可能になる。
【００４１】
パターン３０９とトランジスタ３１０は共通の方法で作製できるため、パターン３０９で測定される酸化物半導体３０３ａと電極３０２ｂのコンタクト抵抗は、トランジスタ３１０における、酸化物半導体３０３ｂとソース電極３０２ｄまたはドレイン電極３０２ｅとのコンタクト抵抗に相当する。
【００４２】
また、パターン３０９はトランジスタ３１０と共通のフォトリソグラフィで作製することが可能である。そのため、トランジスタ３１０の工程が終了すると同時に、パターン３０９でコンタクト抵抗を測定することが可能であるので、トランジスタ３１０の異常を、製造工程の早い段階で検出することができる。
【００４３】
図１（Ｃ）の各要素について、それぞれ詳細な説明を行う。なお、酸化物半導体３０３ａおよび酸化物半導体３０３ｂをまとめて酸化物半導体３０３と呼称し、ゲート絶縁体３０５ａおよびゲート絶縁体３０５ｂをまとめてゲート絶縁体３０５と呼称し、ゲート電極３０４ａおよびゲート電極３０４ｂをまとめてゲート電極３０４と呼称する。
【００４４】
なお、チャネル長とは、半導体とゲート電極とが重なる領域における、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）との距離をいう。すなわち、図１（Ｂ）では、チャネル長は、酸化物半導体３０３ｂとゲート電極３０４ｂとが重なる領域における、ソース電極３０２ｄとドレイン電極３０２ｅとの距離となる。チャネル幅とは、半導体とゲート電極とが重なる領域における、ソースとドレインとが平行に向かい合っている長さをいう。すなわち、図１（Ｂ）では、チャネル幅は、酸化物半導体３０３ｂとゲート電極３０４ｂとが重なる領域における、ソース電極３０２ｄとドレイン電極３０２ｅとが平行に向かい合っている長さをいう。
【００４５】
基板３００には、例えば、ガラス基板、セラミック基板、石英基板、サファイア基板を用いることができる。また、シリコンや炭化シリコンから成る単結晶半導体基板又は多結晶半導体基板、シリコンゲルマニウムから成る化合物半導体基板、ＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ  Ｏｎ  Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板などを用いることも可能であり、これらの基板上に半導体素子が作製されたものを用いてもよい。
【００４６】
下地絶縁体３０１は、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、酸化ガリウム、酸化ゲルマニウム、酸化イットリウム、酸化ジルコニウム、酸化ランタン、酸化ネオジム、酸化ハフニウムおよび酸化タンタルなどの酸化物絶縁体、窒化シリコン、窒化酸化シリコン、窒化アルミニウム、窒化酸化アルミニウムなどの窒化物絶縁体、またはこれらの混合材料を用いて形成することができる。また、上記材料の積層であってもよく、少なくとも酸化物半導体３０３と接する上層は酸化物半導体３０３への酸素の供給源となりえる過剰な酸素を含む材料で構成することが好ましい。
【００４７】
また、下地絶縁体３０１にイオン注入法、イオンドーピング法などを用いて酸素を添加してもよい。酸素を添加することによって、下地絶縁体３０１から酸化物半導体３０３への酸素の供給をさらに容易にすることができる。
【００４８】
ソース電極３０２ｄおよびドレイン電極３０２ｅには、酸素と結合し得る導電材料を用いることが好ましい。例えば、Ａｌ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｗなどを用いることができる。上記材料において、特に酸素と結合し易いＴｉや、後のプロセス温度が比較的高くできることなどから、融点の高いＷを用いることがより好ましい。なお、酸素と結合し得る導電材料には、酸素が拡散し得る材料も含まれる。
【００４９】
酸素と結合し得る導電材料と酸化物半導体を接触させると、酸化物半導体の酸素が、酸素と結合し得る導電材料側に拡散する現象が起こる。当該現象は、温度が高いほど顕著に起こる。トランジスタの作製工程には、いくつかの加熱工程があることから、上記現象により、酸化物半導体のソース電極またはドレイン電極と接触した近傍の領域に酸素欠損が発生し、層中に僅かに含まれる水素と当該酸素欠損が結合することにより当該領域はｎ型化する。したがって、ｎ型化した当該領域はトランジスタのソース領域またはドレイン領域として作用させることができる。
【００５０】
なお、チャネル長が極短いトランジスタを形成する場合、上記酸素欠損の発生によってｎ型化した領域がトランジスタのチャネル長方向に延在することで短絡してしまうことがある。この場合、トランジスタの電気特性には、しきい値電圧のシフトにより、実用的なゲート電圧でオンオフの制御ができない状態（導通状態）が現れる。そのため、チャネル長が極短いトランジスタを形成する場合は、ソース電極およびドレイン電極に酸素と結合しやすい導電材料を用いることが必ずしも好ましいとはいえない場合がある。
【００５１】
このような場合にはソース電極３０２ｄおよびドレイン電極３０２ｅには、上述した材料よりも酸素と結合しにくい導電材料を用いることが好ましい。当該導電材料としては、例えば、窒化タンタル、窒化チタン、またはルテニウムを含む材料などを用いることができる。なお、当該導電材料を酸化物半導体３０３と接触させる構成として、当該導電材料と前述した酸素と結合しやすい導電材料を積層してもよい。
【００５２】
ゲート絶縁体３０５には、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、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、酸化ガリウム、酸化ゲルマニウム、酸化イットリウム、酸化ジルコニウム、酸化ランタン、酸化ネオジム、酸化ハフニウムおよび酸化タンタルを一種以上含む絶縁体を用いることができる。また、ゲート絶縁体３０５は上記材料の積層であってもよい。なお、ゲート絶縁体３０５に、ランタン（Ｌａ）、窒素、ジルコニウム（Ｚｒ）などを、不純物として含んでいてもよい。
【００５３】
ゲート電極３０４は、Ａｌ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｙ、Ｚｒ、Ｍｏ、Ｒｕ、Ａｇ、ＴａおよびＷなどの導電体を用いることができる。また、当該ゲート電極は、上記材料の積層であってもよい。また、ゲート電極３０４には、窒素を含んだ導電体を用いてもよい。たとえば、ゲート電極３０４に窒化チタン上にタングステンの積層、窒化タングステン上にタングステンの積層、窒化タンタル上にタングステンの積層などを用いることができる。
【００５４】
層間絶縁体３０６には、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、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、酸化ガリウム、酸化ゲルマニウム、酸化イットリウム、酸化ジルコニウム、酸化ランタン、酸化ネオジムおよび酸化タンタルを一種以上含む絶縁体を用いることができる。また、当該絶縁体は上記材料の積層であってもよい。
【００５５】
ここで、層間絶縁体３０６は過剰酸素を有することが好ましい。過剰酸素を含む絶縁体とは、加熱処理などによって酸素を放出することができる酸化物絶縁体をいう。好ましくは、昇温脱離ガス分光法分析にて、酸素原子に換算しての酸素の放出量が１．０×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上である層とする。なお、上記ＴＤＳ分析時における膜の表面基板温度としては１００℃以上７００℃以下、または１００℃以上５００℃以下の範囲が好ましい。当該酸化物絶縁体から放出される酸素はゲート絶縁体３０５を経由して酸化物半導体３０３のチャネル形成領域に拡散させることができることから、チャネル形成領域に酸素欠損が形成された場合においても酸素を補填することができる。したがって、安定したトランジスタの電気特性を得ることができる。
【００５６】
トランジスタ３１０のオン電流を向上させるために、ゲート電極３０４ｂはソース電極３０２ｄおよびドレイン電極３０２ｅと重なる方が好ましいが、ソース電極３０２ｄとドレイン電極３０２ｅとの間に流れるリーク電流を抑えるために、ゲート電極３０４ｂとソース電極３０２ｄまたはドレイン電極３０２ｅとの間に距離が与えられる場合がある。この場合、トランジスタ３１０に合わせて、ゲート電極３０４ａと、電極３０２ａ、電極３０２ｂまたは電極３０２ｃとの間に距離が与えられてもよい。
【００５７】
なお、本実施の形態は、本明細書で示す他の実施の形態と適宜組み合わせることができる。
【００５８】
（実施の形態２）
本実施の形態では、実施の形態１で説明した酸化物半導体３０３について説明する。
【００５９】
酸化物半導体３０３は、インジウムを含む酸化物である。酸化物は、例えば、インジウムを含むと、キャリア移動度（電子移動度）が高くなる。また、酸化物半導体３０３は、元素Ｍを含むと好ましい。元素Ｍとして、例えば、アルミニウム、ガリウム、イットリウムまたはスズなどがある。元素Ｍは、例えば、酸素との結合エネルギーが高い元素である。元素Ｍは、例えば、酸化物のエネルギーギャップを大きくする機能を有する元素である。また、酸化物半導体３０３は、亜鉛を含むと好ましい。酸化物が亜鉛を含むと、例えば、酸化物を結晶化しやすくなる。酸化物の価電子帯上端のエネルギーは、例えば、亜鉛の原子数比によって制御できる。
【００６０】
ただし、酸化物半導体３０３は、インジウムを含む酸化物に限定されない。酸化物半導体３０３は、例えば、Ｚｎ−Ｓｎ酸化物、Ｇａ−Ｓｎ酸化物であっても構わない。
【００６１】
また酸化物半導体３０３は、エネルギーギャップが大きい酸化物を用いる。酸化物半導体３０３のエネルギーギャップは、例えば、２．５ｅＶ以上４．２ｅＶ以下、好ましくは２．８ｅＶ以上３．８ｅＶ以下、さらに好ましくは３ｅＶ以上３．５ｅＶ以下とする。
【００６２】
酸化物半導体３０３は、スパッタリング法、化学気相堆積（ＣＶＤ）法（有機金属化学堆積（ＭＯＣＶＤ）法、原子層成膜（ＡＬＤ）法あるいはプラズマ化学気相堆積（ＰＥＣＶＤ）法を含む）、真空蒸着法、またはパルスレーザー堆積（ＰＬＤ）法を用いて形成するとよい。プラズマによるダメージを減らすには、ＭＯＣＶＤ法あるいはＡＬＤ法が好ましい。
【００６３】
なお、酸化物半導体３０３をスパッタリング法で成膜する場合、パーティクル数低減のため、インジウムを含むターゲットを用いると好ましい。また、元素Ｍの原子数比が高い酸化物ターゲットを用いた場合、ターゲットの導電性が低くなる場合がある。インジウムを含むターゲットを用いる場合、ターゲットの導電率を高めることができ、ＤＣ放電、ＡＣ放電が容易となるため、大面積の基板へ対応しやすくなる。したがって、半導体装置の生産性を高めることができる。
【００６４】
酸化物半導体３０３をスパッタリング法で成膜する場合、ターゲットの原子数比は、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎが３：１：１、３：１：２、３：１：４、１：１：０．５、１：１：１、１：１：２、１：４：４、などとすればよい。
【００６５】
酸化物半導体３０３をスパッタリング法で成膜する場合、ターゲットの原子数比からずれた原子数比の膜が形成される場合がある。特に、亜鉛は、ターゲットの原子数比よりも膜の原子数比が小さくなる場合がある。具体的には、ターゲットに含まれる亜鉛の原子数比の４０ａｔｏｍｉｃ％以上９０ａｔｏｍｉｃ％程度以下となる場合がある。
【００６６】
以下では、酸化物半導体３０３中における不純物の影響について説明する。なお、トランジスタの電気特性を安定にするためには、酸化物半導体３０３中の不純物濃度を低減し、低キャリア密度化および高純度化することが有効である。なお、酸化物半導体３０３のキャリア密度は、１×１０１７個／ｃｍ３未満、１×１０１５個／ｃｍ３未満、または１×１０１３個／ｃｍ３未満とする。酸化物半導体３０３中の不純物濃度を低減するためには、近接する膜中の不純物濃度も低減することが好ましい。
【００６７】
例えば、酸化物半導体３０３中のシリコンは、キャリアトラップやキャリア発生源となる場合がある。そのため、酸化物半導体３０３と下地絶縁体３０１との間におけるシリコン濃度を、二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ：Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ  Ｉｏｎ  Ｍａｓｓ  Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）において、１×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満、好ましくは５×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満、さらに好ましくは２×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満とする。また、酸化物半導体３０３とゲート絶縁体３０５との間におけるシリコン濃度を、ＳＩＭＳにおいて、１×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満、好ましくは５×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満、さらに好ましくは２×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満とする。
【００６８】
また、酸化物半導体３０３中に水素が含まれると、キャリア密度を増大させてしまう場合がある。酸化物半導体３０３の水素濃度はＳＩＭＳにおいて、２×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、好ましくは５×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、より好ましくは１×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、さらに好ましくは５×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下とする。また、酸化物半導体３０３中に窒素が含まれると、キャリア密度を増大させてしまう場合がある。酸化物半導体３０３の窒素濃度は、ＳＩＭＳにおいて、５×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満、好ましくは５×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、より好ましくは１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、さらに好ましくは５×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下とする。
【００６９】
また、酸化物半導体３０３の水素濃度を低減するために、下地絶縁体３０１の水素濃度を低減すると好ましい。下地絶縁体３０１の水素濃度はＳＩＭＳにおいて、２×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、好ましくは５×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、より好ましくは１×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、さらに好ましくは５×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下とする。また、酸化物半導体３０３の窒素濃度を低減するために、下地絶縁体３０１の窒素濃度を低減すると好ましい。下地絶縁体３０１の窒素濃度は、ＳＩＭＳにおいて、５×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満、好ましくは５×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、より好ましくは１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、さらに好ましくは５×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下とする。
【００７０】
また、酸化物半導体３０３の水素濃度を低減するために、ゲート絶縁体３０５の水素濃度を低減すると好ましい。ゲート絶縁体３０５の水素濃度はＳＩＭＳにおいて、２×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、好ましくは５×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、より好ましくは１×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、さらに好ましくは５×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下とする。また、酸化物半導体３０３の窒素濃度を低減するために、ゲート絶縁体３０５の窒素濃度を低減すると好ましい。ゲート絶縁体３０５の窒素濃度は、ＳＩＭＳにおいて、５×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満、好ましくは５×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、より好ましくは１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、さらに好ましくは５×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下とする。
【００７１】
以下では、酸化物半導体３０３に適用可能な酸化物半導体膜の構造について説明する。
【００７２】
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。従って、−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。従って、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。
【００７３】
また、本明細書において、結晶が三方晶または菱面体晶である場合、六方晶系として表す。
【００７４】
酸化物半導体膜は、非単結晶酸化物半導体膜と単結晶酸化物半導体膜とに分けられる。または、酸化物半導体は、例えば、結晶性酸化物半導体と非晶質酸化物半導体とに分けられる。
【００７５】
なお、非単結晶酸化物半導体としては、ＣＡＡＣ−ＯＳ（Ｃ  Ａｘｉｓ  Ａｌｉｇｎｅｄ  Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）、多結晶酸化物半導体、微結晶酸化物半導体、非晶質酸化物半導体などがある。また、結晶性酸化物半導体としては、単結晶酸化物半導体、ＣＡＡＣ−ＯＳ、多結晶酸化物半導体、微結晶酸化物半導体などがある。
【００７６】
まずは、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜について説明する。
【００７７】
ＣＡＡＣ−ＯＳ膜は、ｃ軸配向した複数の結晶部を有する酸化物半導体膜の一つである。
【００７８】
ＣＡＡＣ−ＯＳ膜を透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ：Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）によって観察すると、明確な結晶部同士の境界、即ち結晶粒界（グレインバウンダリーともいう。）を確認することができない。そのため、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜は、結晶粒界に起因する電子移動度の低下が起こりにくいといえる。
【００７９】
ＣＡＡＣ−ＯＳ膜を、試料面と略平行な方向からＴＥＭによって観察（断面ＴＥＭ観察）すると、結晶部において、金属原子が層状に配列していることを確認できる。金属原子の各層は、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜の膜を形成する面（被形成面ともいう。）または上面の凹凸を反映した形状であり、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜の被形成面または上面と平行に配列する。
【００８０】
一方、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜を、試料面と略垂直な方向からＴＥＭによって観察（平面ＴＥＭ観察）すると、結晶部において、金属原子が三角形状または六角形状に配列していることを確認できる。しかしながら、異なる結晶部間で、金属原子の配列に規則性は見られない。
【００８１】
断面ＴＥＭ観察および平面ＴＥＭ観察より、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜の結晶部は配向性を有していることがわかる。
【００８２】
なお、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜に含まれるほとんどの結晶部は、一辺が１００ｎｍ未満の立方体内に収まる大きさである。従って、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜に含まれる結晶部は、一辺が１０ｎｍ未満、５ｎｍ未満または３ｎｍ未満の立方体内に収まる大きさの場合も含まれる。ただし、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜に含まれる複数の結晶部が連結することで、一つの大きな結晶領域を形成する場合がある。例えば、平面ＴＥＭ像において、２５００ｎｍ２以上、５μｍ２以上または１０００μｍ２以上となる結晶領域が観察される場合がある。
【００８３】
ＣＡＡＣ−ＯＳ膜に対し、Ｘ線回折（ＸＲＤ：Ｘ−Ｒａｙ  Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ）装置を用いて構造解析を行うと、例えばＩｎＧａＺｎＯ４の結晶を有するＣＡＡＣ−ＯＳ膜のｏｕｔ−ｏｆ−ｐｌａｎｅ法による解析では、回折角（２θ）が３１°近傍にピークが現れる場合がある。このピークは、ＩｎＧａＺｎＯ４の結晶の（００９）面に帰属されることから、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜の結晶がｃ軸配向性を有し、ｃ軸が被形成面または上面に略垂直な方向を向いていることが確認できる。
【００８４】
一方、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜に対し、ｃ軸に概略垂直な方向からＸ線を入射させるｉｎ−ｐｌａｎｅ法による解析では、２θが５６°近傍にピークが現れる場合がある。このピークは、ＩｎＧａＺｎＯ４の結晶の（１１０）面に帰属される。ＩｎＧａＺｎＯ４の単結晶酸化物半導体膜であれば、２θを５６°近傍に固定し、試料面の法線ベクトルを軸（φ軸）として試料を回転させながら分析（φスキャン）を行うと、（１１０）面と等価な結晶面に帰属されるピークが６本観察される。これに対し、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜の場合は、２θを５６°近傍に固定してφスキャンした場合でも、明瞭なピークが現れない。
【００８５】
以上のことから、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜では、異なる結晶部間ではａ軸およびｂ軸の配向は不規則であるが、ｃ軸配向性を有し、かつｃ軸が被形成面または上面の法線ベクトルに平行な方向を向いていることがわかる。従って、前述の断面ＴＥＭ観察で確認された層状に配列した金属原子の各層は、結晶のａｂ面に平行な面である。
【００８６】
なお、結晶部は、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜を成膜した際、または加熱処理などの結晶化処理を行った際に形成される。上述したように、結晶のｃ軸は、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜の被形成面または上面の法線ベクトルに平行な方向に配向する。従って、例えば、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜の形状をエッチングなどによって変化させた場合、結晶のｃ軸がＣＡＡＣ−ＯＳ膜の被形成面または上面の法線ベクトルと平行にならないこともある。
【００８７】
また、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜中において、ｃ軸配向した結晶部の分布が均一でなくてもよい。例えば、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜の結晶部が、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜の上面近傍からの結晶成長によって形成される場合、上面近傍の領域は、被形成面近傍の領域よりもｃ軸配向した結晶部の割合が高くなることがある。また、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜に不純物を添加する場合、不純物が添加された領域が変質し、部分的にｃ軸配向した結晶部の割合の異なる領域が形成されることもある。
【００８８】
なお、ＩｎＧａＺｎＯ４の結晶を有するＣＡＡＣ−ＯＳ膜のｏｕｔ−ｏｆ−ｐｌａｎｅ法による解析では、２θが３１°近傍のピークの他に、２θが３６°近傍にもピークが現れる場合がある。２θが３６°近傍のピークは、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜中の一部に、ｃ軸配向性を有さない結晶が含まれることを示している。ＣＡＡＣ−ＯＳ膜は、２θが３１°近傍にピークを示し、２θが３６°近傍にピークを示さないことが好ましい。
【００８９】
ＣＡＡＣ−ＯＳ膜は、不純物濃度の低い酸化物半導体膜である。不純物は、水素、炭素、シリコン、遷移金属元素などの酸化物半導体膜の主成分以外の元素である。特に、シリコンなどの、酸化物半導体膜を構成する金属元素よりも酸素との結合力の強い元素は、酸化物半導体膜から酸素を奪うことで酸化物半導体膜の原子配列を乱し、結晶性を低下させる要因となる。また、鉄やニッケルなどの重金属、アルゴン、二酸化炭素などは、原子半径（または分子半径）が大きいため、酸化物半導体膜内部に含まれると、酸化物半導体膜の原子配列を乱し、結晶性を低下させる要因となる。なお、酸化物半導体膜に含まれる不純物は、キャリアトラップやキャリア発生源となる場合がある。
【００９０】
また、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜は、欠陥準位密度の低い酸化物半導体膜である。例えば、酸化物半導体膜中の酸素欠損は、キャリアトラップとなることや、水素を捕獲することによってキャリア発生源となることがある。
【００９１】
不純物濃度が低く、欠陥準位密度が低い（酸素欠損の少ない）ことを、高純度真性または実質的に高純度真性と呼ぶ。高純度真性または実質的に高純度真性である酸化物半導体膜は、キャリア発生源が少ないため、キャリア密度を低くすることができる。従って、当該酸化物半導体膜を用いたトランジスタは、しきい値電圧がマイナスとなる電気特性（ノーマリーオンともいう。）になることが少ない。また、高純度真性または実質的に高純度真性である酸化物半導体膜は、キャリアトラップが少ない。そのため、当該酸化物半導体膜を用いたトランジスタは、電気特性の変動が小さく、信頼性の高いトランジスタとなる。なお、酸化物半導体膜のキャリアトラップに捕獲された電荷は、放出するまでに要する時間が長く、あたかも固定電荷のように振る舞うことがある。そのため、不純物濃度が高く、欠陥準位密度が高い酸化物半導体膜を用いたトランジスタは、電気特性が不安定となる場合がある。
【００９２】
また、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜を用いたトランジスタは、可視光や紫外光の照射による電気特性の変動が小さい。
【００９３】
次に、微結晶酸化物半導体膜について説明する。
【００９４】
微結晶酸化物半導体膜は、ＴＥＭによる観察像では、明確に結晶部を確認することができない場合がある。微結晶酸化物半導体膜に含まれる結晶部は、１ｎｍ以上１００ｎｍ以下、または１ｎｍ以上１０ｎｍ以下の大きさであることが多い。特に、１ｎｍ以上１０ｎｍ以下、または１ｎｍ以上３ｎｍ以下の微結晶であるナノ結晶（ｎｃ：ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌ）を有する酸化物半導体膜を、ｎｃ−ＯＳ（ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）膜と呼ぶ。また、ｎｃ−ＯＳ膜は、例えば、ＴＥＭによる観察像では、結晶粒界を明確に確認できない場合がある。
【００９５】
ｎｃ−ＯＳ膜は、微小な領域（例えば、１ｎｍ以上１０ｎｍ以下の領域、特に１ｎｍ以上３ｎｍ以下の領域）において原子配列に周期性を有する。また、ｎｃ−ＯＳ膜は、異なる結晶部間で結晶方位に規則性が見られない。そのため、膜全体で配向性が見られない。従って、ｎｃ−ＯＳ膜は、分析方法によっては、非晶質酸化物半導体膜と区別が付かない場合がある。例えば、ｎｃ−ＯＳ膜に対し、結晶部よりも大きい径のＸ線を用いるＸＲＤ装置を用いて構造解析を行うと、ｏｕｔ−ｏｆ−ｐｌａｎｅ法による解析では、結晶面を示すピークが検出されない。また、ｎｃ−ＯＳ膜に対し、結晶部よりも大きいプローブ径（例えば５０ｎｍ以上）の電子線を用いる電子線回折（制限視野電子線回折ともいう。）を行うと、ハローパターンのような回折パターンが観測される。一方、ｎｃ−ＯＳ膜に対し、結晶部の大きさと近いか結晶部より小さいプローブ径（例えば１ｎｍ以上３０ｎｍ以下）の電子線を用いる電子線回折（ナノビーム電子線回折ともいう。）を行うと、スポットが観測される。また、ｎｃ−ＯＳ膜に対しナノビーム電子線回折を行うと、円を描くように（リング状に）輝度の高い領域が観測される場合がある。また、ｎｃ−ＯＳ膜に対しナノビーム電子線回折を行うと、リング状の領域内に複数のスポットが観測される場合がある。
【００９６】
ｎｃ−ＯＳ膜は、非晶質酸化物半導体膜よりも規則性の高い酸化物半導体膜である。そのため、ｎｃ−ＯＳ膜は、非晶質酸化物半導体膜よりも欠陥準位密度が低くなる。ただし、ｎｃ−ＯＳ膜は、異なる結晶部間で結晶方位に規則性が見られない。そのため、ｎｃ−ＯＳ膜は、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜と比べて欠陥準位密度が高くなる。
【００９７】
次に、非晶質酸化物半導体膜について説明する。
【００９８】
非晶質酸化物半導体膜は、膜中における原子配列が不規則であり、結晶部を有さない酸化物半導体膜である。石英のような無定形状態を有する酸化物半導体膜が一例である。
【００９９】
非晶質酸化物半導体膜は、高分解能ＴＥＭ像において結晶部を確認することができない。
【０１００】
非晶質酸化物半導体膜に対し、ＸＲＤ装置を用いた構造解析を行うと、ｏｕｔ−ｏｆ−ｐｌａｎｅ法による解析では、結晶面を示すピークが検出されない。また、非晶質酸化物半導体膜に対し、電子回折を行うと、ハローパターンが観測される。また、非晶質酸化物半導体膜に対し、ナノビーム電子回折を行うと、スポットが観測されず、ハローパターンが観測される。
【０１０１】
なお、酸化物半導体膜は、ｎｃ−ＯＳ膜と非晶質酸化物半導体膜との間の物性を示す構造を有する場合がある。そのような構造を有する酸化物半導体膜を、特に非晶質ライク酸化物半導体（ａ−ｌｉｋｅ  ＯＳ：ａｍｏｒｐｈｏｕｓ−ｌｉｋｅ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）膜と呼ぶ。
【０１０２】
ａ−ｌｉｋｅ  ＯＳ膜は、高分解能ＴＥＭ像において鬆（ボイドともいう。）が観察される場合がある。また、高分解能ＴＥＭ像において、明確に結晶部を確認することのできる領域と、結晶部を確認することのできない領域と、を有する。ａ−ｌｉｋｅ  ＯＳ膜は、ＴＥＭによる観察程度の微量な電子照射によって、結晶化が起こり、結晶部の成長が見られる場合がある。一方、良質なｎｃ−ＯＳ膜であれば、ＴＥＭによる観察程度の微量な電子照射による結晶化はほとんど見られない。
【０１０３】
なお、ａ−ｌｉｋｅ  ＯＳ膜およびｎｃ−ＯＳ膜の結晶部の大きさの計測は、高分解能ＴＥＭ像を用いて行うことができる。例えば、ＩｎＧａＺｎＯ４の結晶は層状構造を有し、Ｉｎ−Ｏ層の間に、Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ層を２層有する。ＩｎＧａＺｎＯ４の結晶の単位格子は、Ｉｎ−Ｏ層を３層有し、またＧａ−Ｚｎ−Ｏ層を６層有する、計９層がｃ軸方向に層状に重なった構造を有する。よって、これらの近接する層同士の間隔は、（００９）面の格子面間隔（ｄ値ともいう。）と同程度であり、結晶構造解析からその値は０．２９ｎｍと求められている。そのため、高分解能ＴＥＭ像における格子縞に着目し、格子縞の間隔が０．２８ｎｍ以上０．３０ｎｍ以下である箇所においては、それぞれの格子縞がＩｎＧａＺｎＯ４の結晶のａ−ｂ面に対応する。
【０１０４】
また、酸化物半導体膜は、構造ごとに密度が異なる場合がある。例えば、ある酸化物半導体膜の組成がわかれば、該組成と同じ組成における単結晶の密度と比較することにより、その酸化物半導体膜の構造を推定することができる。例えば、単結晶の密度に対し、ａ−ｌｉｋｅ  ＯＳ膜の密度は７８．６％以上９２．３％未満となる。また、例えば、単結晶の密度に対し、ｎｃ−ＯＳ膜の密度およびＣＡＡＣ−ＯＳ膜の密度は９２．３％以上１００％未満となる。なお、単結晶の密度に対し密度が７８％未満となる酸化物半導体膜は、成膜すること自体が困難である。
【０１０５】
上記について、具体例を用いて説明する。例えば、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：１［原子数比］を満たす酸化物半導体膜において、菱面体晶構造を有する単結晶ＩｎＧａＺｎＯ４の密度は６．３５７ｇ／ｃｍ３となる。よって、例えば、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：１［原子数比］を満たす酸化物半導体膜において、ａ−ｌｉｋｅ  ＯＳ膜の密度は５．０ｇ／ｃｍ３以上５．９ｇ／ｃｍ３未満となる。また、例えば、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：１［原子数比］を満たす酸化物半導体膜において、ｎｃ−ＯＳ膜の密度およびＣＡＡＣ−ＯＳ膜の密度は５．９ｇ／ｃｍ３以上６．３ｇ／ｃｍ３未満となる。
【０１０６】
なお、同じ組成の単結晶が存在しない場合がある。その場合、任意の割合で組成の異なる単結晶を組み合わせることにより、所望の組成の単結晶に相当する密度を算出することができる。所望の組成の単結晶の密度は、組成の異なる単結晶を組み合わせる割合に対して、加重平均を用いて算出すればよい。ただし、密度は、可能な限り少ない種類の単結晶を組み合わせて算出することが好ましい。
【０１０７】
なお、酸化物半導体膜は、例えば、非晶質酸化物半導体膜、ａ−ｌｉｋｅ  ＯＳ膜、微結晶酸化物半導体膜、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜のうち、二種以上を有する積層膜であってもよい。
【０１０８】
（実施の形態３）
本実施の形態では、実施の形態１で説明した酸化物半導体３０３が、複数の酸化物半導体の積層構造の場合について説明する。
【０１０９】
例えば、図２のトランジスタ４１０は、図１（Ｃ）におけるトランジスタ３１０の酸化物半導体３０３ｂを、２層からなる酸化物半導体の積層膜で作製し、ゲート絶縁体３０５ｂを酸化物半導体とゲート絶縁体の積層膜で作製した場合の断面図である。簡略化のため、トランジスタの部分のみ示すが、図１（Ｃ）と同様に、同一基板上に作製されたコンタクト抵抗測定パターンが存在し、当該パターンの酸化物半導体とゲート絶縁体は、トランジスタ４１０と同じ積層膜で作製されている。
【０１１０】
トランジスタ４１０は、基板４００と、下地絶縁体４０１と酸化物半導体４０３ａと、酸化物半導体４０３ｂと、酸化物半導体４０３ｃと、ソース電極４０２ｄと、ドレイン電極４０２ｅと、ゲート電極４０４ｂと、ゲート絶縁体４０５ｂと、コンタクトホール４０８ｄと、配線４０７ｄと、コンタクトホール４０８ｅと、配線４０７ｅと、を有する。なお、酸化物半導体４０３ａ、酸化物半導体４０３ｂ、酸化物半導体４０３ｃおよびゲート絶縁体４０５ｂ以外の構成はトランジスタ３１０と同一である。
【０１１１】
トランジスタ４１０は、は３層の酸化物半導体が積層された構造である。基板側から順に、酸化物半導体４０３ａ、酸化物半導体４０３ｂ、酸化物半導体４０３ｃが積層されている。
【０１１２】
酸化物半導体４０３ｂ（中層）は、実施の形態２で説明した酸化物半導体３０３についての記載を参照する。酸化物半導体４０３ａ（下層）および酸化物半導体４０３ｃ（上層）は、酸化物半導体４０３ｂを構成する酸素以外の元素一種以上、または二種以上から構成される酸化物半導体である。そのため、酸化物半導体４０３ａと酸化物半導体４０３ｂとの界面、および酸化物半導体４０３ｂと酸化物半導体４０３ｃとの界面において、界面準位が形成されにくい。
【０１１３】
なお、酸化物半導体４０３ａがＩｎ−Ｍ−Ｚｎ酸化物のとき、ＩｎとＭの原子数比率は、ＩｎおよびＭの和を１００ａｔｏｍｉｃ％としたとき、好ましくはＩｎが５０ａｔｏｍｉｃ％未満、Ｍが５０ａｔｏｍｉｃ％以上、さらに好ましくはＩｎが２５ａｔｏｍｉｃ％未満、Ｍが７５ａｔｏｍｉｃ％以上とする。
【０１１４】
また、酸化物半導体４０３ｂがＩｎ−Ｍ−Ｚｎ酸化物のとき、ＩｎとＭの原子数比率は、ＩｎおよびＭの和を１００ａｔｏｍｉｃ％としたとき、好ましくはＩｎが２５ａｔｏｍｉｃ％以上、Ｍが７５ａｔｏｍｉｃ％未満、さらに好ましくはＩｎが３４ａｔｏｍｉｃ％以上、Ｍが６６ａｔｏｍｉｃ％未満とする。
【０１１５】
また、酸化物半導体４０３ｃがＩｎ−Ｍ−Ｚｎ酸化物のとき、ＩｎとＭの原子数比率は、ＩｎおよびＭの和を１００ａｔｏｍｉｃ％としたとき、好ましくはＩｎが５０ａｔｏｍｉｃ％未満、Ｍが５０ａｔｏｍｉｃ％以上、さらに好ましくはＩｎが２５ａｔｏｍｉｃ％未満、Ｍが７５ａｔｏｍｉｃ％以上とする。なお、酸化物半導体４０３ｃは、酸化物半導体４０３ａと同種の酸化物を用いても構わない。
【０１１６】
ここで、酸化物半導体４０３ａと酸化物半導体４０３ｂとの間には、酸化物半導体４０３ａと酸化物半導体４０３ｂとの混合領域を有する場合がある。また、酸化物半導体４０３ｂと酸化物半導体４０３ｃとの間には、酸化物半導体４０３ｂと酸化物半導体４０３ｃとの混合領域を有する場合がある。混合領域は、界面準位密度が低くなる。そのため、酸化物半導体４０３ａ、酸化物半導体４０３ｂおよび酸化物半導体４０３ｃの積層体は、それぞれの界面近傍において、エネルギーが連続的に変化する（連続接合ともいう。）バンド構造となる。
【０１１７】
酸化物半導体４０３ｂは、酸化物半導体４０３ａおよび酸化物半導体４０３ｃよりも電子親和力の大きい酸化物を用いる。例えば、酸化物半導体４０３ｂとして、酸化物半導体４０３ａおよび酸化物半導体４０３ｃよりも電子親和力の０．０７ｅＶ以上１．３ｅＶ以下、好ましくは０．１ｅＶ以上０．７ｅＶ以下、さらに好ましくは０．１５ｅＶ以上０．４ｅＶ以下大きい酸化物を用いる。なお、電子親和力は、真空準位と伝導帯下端のエネルギーとの差である。
【０１１８】
このとき、ゲート電極４０４ｂに電界を印加すると、酸化物半導体４０３ａ、酸化物半導体４０３ｂ、酸化物半導体４０３ｃのうち、電子親和力の大きい酸化物半導体４０３ｂにチャネルが形成される。
【０１１９】
また、トランジスタのオン電流のためには、酸化物半導体４０３ｃの厚さは小さいほど好ましい。例えば、酸化物半導体４０３ｃは、１０ｎｍ未満、好ましくは５ｎｍ以下、さらに好ましくは３ｎｍ以下とする。一方、酸化物半導体４０３ｃは、チャネルの形成される酸化物半導体４０３ｂへ、ゲート絶縁体４０５ｂを構成する酸素以外の元素（シリコンなど）が入り込まないようブロックする機能を有する。そのため、酸化物半導体４０３ｃは、ある程度の厚さを有することが好ましい。例えば、酸化物半導体４０３ｃの厚さは、０．３ｎｍ以上、好ましくは１ｎｍ以上、さらに好ましくは２ｎｍ以上とする。
【０１２０】
また、信頼性を高めるためには、酸化物半導体４０３ａは厚く、酸化物半導体４０３ｃは薄いことが好ましい。具体的には、酸化物半導体４０３ａの厚さは、２０ｎｍ以上、好ましくは３０ｎｍ以上、さらに好ましくは４０ｎｍ以上、より好ましくは６０ｎｍ以上とする。酸化物半導体４０３ａの厚さを、２０ｎｍ以上、好ましくは３０ｎｍ以上、さらに好ましくは４０ｎｍ以上、より好ましくは６０ｎｍ以上とすることで、下地絶縁体４０１と酸化物半導体４０３ａとの界面からチャネルの形成される酸化物半導体４０３ｂまでを２０ｎｍ以上、好ましくは３０ｎｍ以上、さらに好ましくは４０ｎｍ以上、より好ましくは６０ｎｍ以上離すことができる。ただし、生産性が低下する場合があるため、酸化物半導体４０３ａの厚さは、２００ｎｍ以下、好ましくは１２０ｎｍ以下、さらに好ましくは８０ｎｍ以下とする。
【０１２１】
例えば、酸化物半導体４０３ｂと酸化物半導体４０３ａとの間におけるシリコン濃度を、ＳＩＭＳにおいて、１×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満、好ましくは５×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満、さらに好ましくは２×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満とする。また、酸化物半導体４０３ｂと酸化物半導体４０３ｃとの間におけるシリコン濃度を、ＳＩＭＳにおいて、１×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満、好ましくは５×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満、さらに好ましくは２×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満とする。
【０１２２】
また、酸化物半導体４０３ｂの水素濃度を低減するために、酸化物半導体４０３ａおよび酸化物半導体４０３ｃの水素濃度を低減すると好ましい。酸化物半導体４０３ａおよび酸化物半導体４０３ｃの水素濃度はＳＩＭＳにおいて、２×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、好ましくは５×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、より好ましくは１×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、さらに好ましくは５×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下とする。また、酸化物半導体４０３ｂの窒素濃度を低減するために、酸化物半導体４０３ａおよび酸化物半導体４０３ｃの窒素濃度を低減すると好ましい。酸化物半導体４０３ａおよび酸化物半導体４０３ｃの窒素濃度は、ＳＩＭＳにおいて、５×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満、好ましくは５×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、より好ましくは１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、さらに好ましくは５×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下とする。
【０１２３】
上述の３層構造は一例である。例えば、酸化物半導体４０３ａまたは酸化物半導体４０３ｃのない２層構造としても構わない。
【０１２４】
（実施の形態４）
本実施の形態では、実施の形態１で示したパターンと半導体装置について、半導体装置がボトムゲート構造のトランジスタ（基板と半導体の間にゲート電極が存在するトランジスタ）の場合について、図を用いて説明を行う。
【０１２５】
図３（Ａ）は本発明の一態様のパターン５０９の上面図であり、図３（Ｂ）はパターン５０９と同一基板上に作製したトランジスタ５１０の上面図である。図３（Ａ）に示す一点鎖線Ａ−Ｂの断面図と、図３（Ｂ）に示す一点鎖線Ｃ−Ｄの断面図が、図３（Ｃ）に相当する。
【０１２６】
図３（Ａ）に示すパターン５０９は、酸化物半導体５０３ａと、電極５０２ａと、電極５０２ｂと、電極５０２ｃと、ゲート電極５０４ａと、配線５０７ａと、配線５０７ｂと、配線５０７ｃと、コンタクトホール５０８ａと、コンタクトホール５０８ｂと、コンタクトホール５０８ｃと、端子Ｐ５１と、端子Ｐ５２と、端子Ｐ５３と、端子Ｐ５４と、端子Ｐ５５と、を有する。
【０１２７】
図３（Ａ）において、電極５０２ａ、電極５０２ｂおよび電極５０２ｃは、酸化物半導体５０３ａの上面と接し、かつ互いに離間するように配置される。ゲート電極５０４ａは酸化物半導体５０３ａの下に位置し、酸化物半導体５０３ａの、電極５０２ａ、電極５０２ｂおよび電極５０２ｃと接しない領域と重なるように配置される。配線５０７ａは電極５０２ａとコンタクトホール５０８ａを介して接続され、配線５０７ｂは電極５０２ｂとコンタクトホール５０８ｂを介して接続され、配線５０７ｃは電極５０２ｃとコンタクトホール５０８ｃを介して接続される。端子Ｐ５１は配線５０７ａと電気的に接続され、端子Ｐ５２は配線５０７ｃと電気的に接続され、端子Ｐ５３および端子Ｐ５４は配線５０７ｂの両端と電気的に接続され、端子Ｐ５５はゲート電極５０４ａと電気的に接続される。
【０１２８】
図３（Ｂ）に示すトランジスタ５１０は、酸化物半導体５０３ｂと、ソース電極５０２ｄと、ドレイン電極５０２ｅと、ゲート電極５０４ｂと、コンタクトホール５０８ｄと、配線５０７ｄと、コンタクトホール５０８ｅと、配線５０７ｅと、を有する。
【０１２９】
図３（Ｂ）において、ソース電極５０２ｄおよびドレイン電極５０２ｅは、酸化物半導体５０３ｂの上面と接し、かつ互いに離間するように配置される。ゲート電極５０４ｂは酸化物半導体５０３ｂの下に位置し、酸化物半導体５０３ｂのソース電極５０２ｄおよびドレイン電極５０２ｅと接しない領域と重なるように配置される。配線５０７ｄはソース電極５０２ｄとコンタクトホール５０８ｄを介して接続され、配線５０７ｅはドレイン電極５０２ｅとコンタクトホール５０８ｅを介して接続される。
【０１３０】
図３（Ｃ）に示すように、パターン５０９およびトランジスタ５１０は、図３（Ａ）および図３（Ｂ）で示した構成要素以外に、基板５００と、ゲート絶縁体５０５と、層間絶縁体５０６と、を有する。
【０１３１】
図３（Ｃ）において、ゲート電極５０４ａおよびゲート電極５０４ｂは基板５００の上面と接し、ゲート絶縁体５０５は、ゲート電極５０４ａ、ゲート電極５０４ｂ、および基板５００の上面と接する。酸化物半導体５０３ａおよび酸化物半導体５０３ｂはゲート絶縁体５０５の上面と接する。電極５０２ａ、電極５０２ｂおよび電極５０２ｃは、酸化物半導体５０３ａの上面と接し、かつ互いに離間するように配置され、ソース電極５０２ｄおよびドレイン電極５０２ｅは、酸化物半導体５０３ｂの上面と接し、かつ互いに離間するように配置される。ゲート電極５０４ａは、酸化物半導体５０３ａの、電極５０２ａ、電極５０２ｂおよび電極５０２ｃと接しない領域と重なるように配置され、ゲート電極５０４ｂは、酸化物半導体５０３ｂのソース電極５０２ｄおよびドレイン電極５０２ｅと接しない領域と重なるように配置される。配線５０７ａは電極５０２ａとコンタクトホール５０８ａを介して接続され、配線５０７ｂは電極５０２ｂとコンタクトホール５０８ｂを介して接続され、配線５０７ｃは電極５０２ｃとコンタクトホール５０８ｃを介して接続される。配線５０７ｄはソース電極５０２ｄとコンタクトホール５０８ｄを介して接続され、配線５０７ｅはドレイン電極５０２ｅとコンタクトホール５０８ｅを介して接続される。
【０１３２】
図３（Ｃ）では基板５００と、ゲート電極５０４ａ、ゲート電極５０４ｂおよびゲート絶縁体５０５との間に、図１（Ｃ）で示した下地絶縁体３０１が省略されているが、下地絶縁体３０１と同様の機能を有する下地絶縁体が、基板５００と、ゲート電極５０４ａ、ゲート電極５０４ｂおよびゲート絶縁体５０５との間に存在してもよい。
【０１３３】
図３に示す各構成要素（電極、酸化物半導体、絶縁体、配線など）は、対応する図１の各構成要素と同様に作製することが可能で、同等の機能を有することが好ましい。例えば、層間絶縁体５０６には、層間絶縁体３０６と同等の過剰酸素を有することが好ましい。その結果、本実施の形態は実施の形態１と同等の効果が得られる。
【０１３４】
端子Ｐ５１からコンタクトホール５０８ｂまでの抵抗値と、端子Ｐ５２からコンタクトホール５０８ｂまでの抵抗値は同程度が好ましい。また、端子Ｐ５３からコンタクトホール５０８ｂまでの抵抗値と、端子Ｐ５４からコンタクトホール５０８ｂまでの抵抗値は同程度が好ましい。コンタクト抵抗を測定する際に、端子Ｐ５２と端子Ｐ５４の間で電流が流れないように、端子Ｐ５２と端子Ｐ５４に印加する電位を調整する必要があるが、上述のように抵抗値を揃えることで、電位の調整がた易くなるためである。
【０１３５】
実施の形態３と同様に、酸化物半導体５０３ａおよび酸化物半導体５０３ｂを複数の酸化物半導体の積層にしてもよい。
【０１３６】
トランジスタ５１０のオン電流を向上させるために、ゲート電極５０４ｂはソース電極５０２ｄおよびドレイン電極５０２ｅと重なる方が好ましいが、ソース電極５０２ｄとドレイン電極５０２ｅとの間に流れるリーク電流を抑えるために、ゲート電極５０４ｂとソース電極５０２ｄまたはドレイン電極５０２ｅとの間に距離が与えられる場合がある。この場合、トランジスタ５１０に合わせて、ゲート電極５０４ａと、電極５０２ａ、電極５０２ｂまたは電極５０２ｃとの間に距離が与えられてもよい。
【０１３７】
なお、本実施の形態は、本明細書で示す他の実施の形態と適宜組み合わせることができる。
【０１３８】
（実施の形態５）
本実施の形態では、ＴＥＧ（ＴＥＳＴ  ＥＬＥＭＥＮＴ  ＧＲＯＵＰ）５２０を有する半導体装置や表示装置の例を示す。
【０１３９】
図６（Ａ）に、半導体装置５２２の例を示す。半導体装置５２２には、ＴＥＧ５２０と回路５２４とが設けられている。ＴＥＧ５２０には、パターン３０９などが設けられている。回路５２４には、トランジスタ３１０などが設けられている。回路５２４には、論理回路、デジタル回路、記憶回路、アナログ回路などが設けられている。
【０１４０】
図６（Ｂ）に、表示装置５２６の例を示す。表示装置５２６には、ＴＥＧ５２０と画素領域５２８とが設けられている。ＴＥＧ５２０には、パターン３０９などが設けられている。画素領域５２８には、トランジスタ３１０や、表示素子、発光素子、液晶素子、ＥＬ素子などが設けられている。また、駆動回路５３０が設けられている場合もある。
【０１４１】
なお、本実施の形態は、本明細書で示す他の実施の形態と適宜組み合わせることができる。
【０１４２】
（実施の形態６）
本実施の形態では、本発明の一態様の半導体装置を適用した表示モジュールについて、図７を用いて説明を行う。
【０１４３】
図７に示す表示モジュール８０００は、上部カバー８００１と下部カバー８００２との間に、ＦＰＣ８００３に接続されたタッチパネル８００４、ＦＰＣ８００５に接続された表示パネル８００６、バックライトユニット８００７、フレーム８００９、プリント基板８０１０、バッテリー８０１１を有する。なお、バックライトユニット８００７、バッテリー８０１１、タッチパネル８００４などは、設けられない場合もある。
【０１４４】
本発明の一態様の半導体装置は、例えば、表示パネル８００６に用いることができる。
【０１４５】
上部カバー８００１及び下部カバー８００２は、タッチパネル８００４及び表示パネル８００６のサイズに合わせて、形状や寸法を適宜変更することができる。
【０１４６】
タッチパネル８００４は、抵抗膜方式または静電容量方式のタッチパネルを表示パネル８００６に重畳して用いることができる。また、表示パネル８００６の対向基板（封止基板）に、タッチパネル機能を持たせるようにすることも可能である。または、表示パネル８００６の各画素内に光センサを設け、光学式のタッチパネルとすることも可能である。または、表示パネル８００６の各画素内にタッチセンサ用電極を設け、静電容量方式のタッチパネルとすることも可能である。
【０１４７】
バックライトユニット８００７は、光源８００８を有する。光源８００８をバックライトユニット８００７の端部に設け、光拡散板を用いる構成としてもよい。
【０１４８】
フレーム８００９は、表示パネル８００６の保護機能の他、プリント基板８０１０の動作により発生する電磁波を遮断するための電磁シールドとしての機能を有する。またフレーム８００９は、放熱板としての機能を有していてもよい。
【０１４９】
プリント基板８０１０は、電源回路、ビデオ信号及びクロック信号を出力するための信号処理回路を有する。電源回路に電力を供給する電源としては、外部の商用電源であっても良いし、別途設けたバッテリー８０１１による電源であってもよい。バッテリー８０１１は、商用電源を用いる場合には、省略可能である。
【０１５０】
また、表示モジュール８０００には、偏光板、位相差板、プリズムシートなどの部材を追加して設けてもよい。
【０１５１】
（実施の形態７）
本発明の一態様に係る半導体装置は、表示機器、パーソナルコンピュータ、記録媒体を備えた画像再生装置（代表的にはＤＶＤ：Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ  Ｄｉｓｃ等の記録媒体を再生し、その画像を表示しうるディスプレイを有する装置）に用いることができる。その他に、本発明の一態様に係る半導体装置を用いることができる電子機器として、携帯電話、携帯型を含むゲーム機、携帯データ端末、電子書籍、ビデオカメラ、デジタルスチルカメラ等のカメラ、ゴーグル型ディスプレイ（ヘッドマウントディスプレイ）、ナビゲーションシステム、音響再生装置（カーオーディオ、デジタルオーディオプレイヤー等）、複写機、ファクシミリ、プリンタ、プリンタ複合機、現金自動預け入れ払い機（ＡＴＭ）、自動販売機などが挙げられる。これら電子機器の具体例を図８に示す。
【０１５２】
図８（Ａ）は携帯型ゲーム機であり、筐体９０１、筐体９０２、表示部９０３、表示部９０４、マイクロフォン９０５、スピーカー９０６、操作キー９０７、スタイラス９０８等を有する。なお、図８（Ａ）に示した携帯型ゲーム機は、２つの表示部９０３と表示部９０４とを有しているが、携帯型ゲーム機が有する表示部の数は、これに限定されない。
【０１５３】
図８（Ｂ）は携帯データ端末であり、第１筐体９１１、第２筐体９１２、第１表示部９１３、第２表示部９１４、接続部９１５、操作キー９１６等を有する。第１表示部９１３は第１筐体９１１に設けられており、第２表示部９１４は第２筐体９１２に設けられている。そして、第１筐体９１１と第２筐体９１２とは、接続部９１５により接続されており、第１筐体９１１と第２筐体９１２の間の角度は、接続部９１５により変更が可能である。第１表示部９１３における映像を、接続部９１５における第１筐体９１１と第２筐体９１２との間の角度に従って、切り替える構成としても良い。また、第１表示部９１３および第２表示部９１４の少なくとも一方に、位置入力装置としての機能が付加された表示装置を用いるようにしても良い。なお、位置入力装置としての機能は、表示装置にタッチパネルを設けることで付加することができる。或いは、位置入力装置としての機能は、フォトセンサとも呼ばれる光電変換素子を表示装置の画素部に設けることでも、付加することができる。
【０１５４】
図８（Ｃ）はノート型パーソナルコンピュータであり、筐体９２１、表示部９２２、キーボード９２３、ポインティングデバイス９２４等を有する。
【０１５５】
図８（Ｄ）は電気冷凍冷蔵庫であり、筐体９３１、冷蔵室用扉９３２、冷凍室用扉９３３等を有する。
【０１５６】
図８（Ｅ）はビデオカメラであり、第１筐体９４１、第２筐体９４２、表示部９４３、操作キー９４４、レンズ９４５、接続部９４６等を有する。操作キー９４４およびレンズ９４５は第１筐体９４１に設けられており、表示部９４３は第２筐体９４２に設けられている。そして、第１筐体９４１と第２筐体９４２とは、接続部９４６により接続されており、第１筐体９４１と第２筐体９４２の間の角度は、接続部９４６により変更が可能である。表示部９４３における映像を、接続部９４６における第１筐体９４１と第２筐体９４２との間の角度に従って切り替える構成としても良い。
【０１５７】
図８（Ｆ）は普通自動車であり、車体９５１、車輪９５２、ダッシュボード９５３、ライト９５４等を有する。
【０１５８】
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。
【実施例１】
【０１５９】
本実施例では、実施の形態１で示したパターン３０９でコンタクト抵抗を測定した結果、およびパターン３０９と同時に作製したトランジスタ３１０のトランジスタ特性について説明する。
【０１６０】
実施の形態１で示した５端子からなるパターン３０９と、トップゲート型のトランジスタ３１０を作製し、それぞれ評価を行った。シリコンウェハ上に、下地絶縁体として酸化窒化シリコンを成膜した。また酸素供給能力を持たせるため、下地絶縁体にはイオン注入による酸素添加を施した。図２で示したように、酸化物半導体を３層からなるＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物の積層膜で形成した。これらの積層膜はスパッタリング法で作製され、スパッタリング法で用いたターゲットの原子数比は、基板側から順に、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：３：２、１：１：１、１：３：２である。酸化物半導体の膜の厚さは、基板側から順に、２０ｎｍ、１５ｎｍ、５ｎｍである。ソース電極およびドレイン電極はタングステンを使用し、ゲート電極は、窒化タンタルとタングステンの積層膜で作製した。ゲート絶縁体として厚さ２０ｎｍの酸化窒化シリコンを採用した。ゲート電極上の層間絶縁体は酸化アルミニウムと酸化窒化シリコンの積層構造で作製した。
【０１６１】
図４には５端子からなるパターン３０９で測定したコンタクト抵抗の測定結果を示す。端子Ｐ３５に電圧（ＶＧ＝０Ｖ乃至＋３Ｖ）を印加しながら、端子Ｐ３３と端子Ｐ３１との間に０．１Ｖの電位差を与えたときの電流値と、端子Ｐ３４と端子Ｐ３２間の電流値が測定下限値（１×１０−１３Ａ）以下になるときの電位差を測定し、コンタクト抵抗を算出した。図４には、比較として４端子ケルビン法のパターンで測定したコンタクト抵抗の値を示している。なおコンタクト抵抗の値は、コンタクト面積が３０μｍ２の場合に換算している。
【０１６２】
図４より、５端子のパターンで測定したコンタクト抵抗はゲート電圧ＶＧに依存しており、ゲート電圧を高くすると測定されるコンタクト抵抗は低下し、その後、一定の値に落ち着く傾向が見られている。ＶＧ＝３Ｖにおけるコンタクト抵抗は３．７Ωとなった。これはゲート電圧を高くするほど酸化物半導体が低抵抗化し、測定されるコンタクト抵抗が真の値に近づくことを示している。一方、４端子のパターンで測定したコンタクト抵抗は３．０×１０５Ωと非常に高い値を示した。
【０１６３】
図５にパターン３０９と同時に作製したトランジスタ３１０のＶＧ−ＩＤ特性（ＶＤ＝３Ｖ）を示す。トランジスタのチャネル長は０．４８μｍ、チャネル幅は１０μｍである。図５から算出したトランジスタのしきい値は０．８５Ｖであり、ＶＧ＝３Ｖ，ＶＤ＝３Ｖにおけるトランジスタのドレイン電流値からトランジスタの抵抗値を算出すると４．３×１０４Ωとなる、この抵抗値はチャネル抵抗やコンタクト抵抗などトランジスタに含まれる全ての抵抗が含まれた値である。
【０１６４】
図４のコンタクト抵抗の値はコンタクト面積が３０μｍ２の場合に換算しているが、当該面積は図５で電気特性を測定したトランジスタのコンタクト面積に相当する。そのため、図４で測定されたコンタクト抵抗値は、図５から算出されたトランジスタの抵抗値よりも低くなるはずであるが、４端子のパターンで測定されたコンタクト抵抗値は、トランジスタの抵抗値よりも値が大きくなってしまい矛盾が生じた。５端子のパターンで測定した場合は、コンタクト抵抗値はトランジスタの抵抗値よりも低い値となり、妥当な結果が得られた。ＯＳと電極のコンタクト抵抗は、４端子のパターンで正確に測定することは難しいが、本発明の一態様である５端子のパターンで測定を行うと、より正確に測定できることが確認された。
【符号の説明】
【０１６５】
Ｐ３１    端子
Ｐ３２    端子
Ｐ３３    端子
Ｐ３４    端子
Ｐ３５    端子
Ｐ５１    端子
Ｐ５２    端子
Ｐ５３    端子
Ｐ５４    端子
Ｐ５５    端子
３００    基板
３０１    下地絶縁体
３０２ａ    電極
３０２ｂ    電極
３０２ｃ    電極
３０２ｄ    ソース電極
３０２ｅ    ドレイン電極
３０３    酸化物半導体
３０３ａ    酸化物半導体
３０３ｂ    酸化物半導体
３０４    ゲート電極
３０４ａ    ゲート電極
３０４ｂ    ゲート電極
３０５    ゲート絶縁体
３０５ａ    ゲート絶縁体
３０５ｂ    ゲート絶縁体
３０６    層間絶縁体
３０７ａ    配線
３０７ｂ    配線
３０７ｃ    配線
３０７ｄ    配線
３０７ｅ    配線
３０８ａ    コンタクトホール
３０８ｂ    コンタクトホール
３０８ｃ    コンタクトホール
３０８ｄ    コンタクトホール
３０８ｅ    コンタクトホール
３０９    パターン
３１０    トランジスタ
４００    基板
４０１    下地絶縁体
４０２ｄ    ソース電極
４０２ｅ    ドレイン電極
４０３ａ    酸化物半導体
４０３ｂ    酸化物半導体
４０３ｃ    酸化物半導体
４０４ｂ    ゲート電極
４０５ｂ    ゲート絶縁体
４０７ｄ    配線
４０７ｅ    配線
４０８ｄ    コンタクトホール
４０８ｅ    コンタクトホール
４１０    トランジスタ
５００    基板
５０２ａ    電極
５０２ｂ    電極
５０２ｃ    電極
５０２ｄ    ソース電極
５０２ｅ    ドレイン電極
５０３ａ    酸化物半導体
５０３ｂ    酸化物半導体
５０４ａ    ゲート電極
５０４ｂ    ゲート電極
５０５    ゲート絶縁体
５０６    層間絶縁体
５０７ａ    配線
５０７ｂ    配線
５０７ｃ    配線
５０７ｄ    配線
５０７ｅ    配線
５０８ａ    コンタクトホール
５０８ｂ    コンタクトホール
５０８ｃ    コンタクトホール
５０８ｄ    コンタクトホール
５０８ｅ    コンタクトホール
５０９    パターン
５１０    トランジスタ
５２０    ＴＥＧ
５２２    半導体装置
５２４    回路
５２６    表示装置
５２８    画素領域
５３０    駆動回路
９０１    筐体
９０２    筐体
９０３    表示部
９０４    表示部
９０５    マイクロフォン
９０６    スピーカー
９０７    操作キー
９０８    スタイラス
９１１    筐体
９１２    筐体
９１３    表示部
９１４    表示部
９１５    接続部
９１６    操作キー
９２１    筐体
９２２    表示部
９２３    キーボード
９２４    ポインティングデバイス
９３１    筐体
９３２    冷蔵室用扉
９３３    冷凍室用扉
９４１    筐体
９４２    筐体
９４３    表示部
９４４    操作キー
９４５    レンズ
９４６    接続部
９５１    車体
９５２    車輪
９５３    ダッシュボード
９５４    ライト
８０００    表示モジュール
８００１    上部カバー
８００２    下部カバー
８００３    ＦＰＣ
８００４    タッチパネル
８００５    ＦＰＣ
８００６    表示パネル
８００７    バックライトユニット
８００８    光源
８００９    フレーム
８０１０    プリント基板
８０１１    バッテリー
【図１】
2015073094.tif 000003
【図２】
2015073094.tif 000004
【図３】
2015073094.tif 000005
【図４】
2015073094.tif 000006
【図５】
2015073094.tif 000007
【図６】
2015073094.tif 000008
【図７】
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【図８】
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