(57)【要約】  本発明は、配線間の寄生容量を低減できる表示装置を提供すること、表示品質を向上させた表示装置を提供すること、及び、消費電力を低減できる表示装置を提供することを目的とする。  本発明の表示装置は、信号線（１２１）と、走査線（１０３）と、第１の電極（１２３）と、第２の電極（１２５ａ）と、第３の電極（１２５ｂ）と、第１の画素電極（１３９ａ）と、第２の画素電極（１３９ｂ）と、半導体膜（１３５）と、を有し、信号線は走査線と交差し、第１の電極は信号線と電気的に接続され、第１の電極は走査線と重畳する領域を有し、第２の電極は第１の電極に対向し、第３の電極は第１の電極に対向し、第１の画素電極は第２の電極と気的に接続され、第２の画素電極は第３の電極と電気的に接続され、半導体膜は第１の電極、第２の電極及び第３の電極と接し、半導体膜は、走査線と、第１の電極乃至第３の電極との間に設けられる表示装置である。
2016128860.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
信号線と、走査線と、第１の電極と、第２の電極と、第３の電極と、第１の画素電極と、第２の画素電極と、半導体膜と、を有し、  前記信号線は、前記走査線と交差し、  前記第１の電極は、前記信号線と電気的に接続され、  前記第１の電極は、前記走査線と重畳する領域を有し、  前記第２の電極は、前記第１の電極に対向し、  前記第３の電極は、前記第１の電極に対向し、  前記第１の画素電極は、前記第２の電極と電気的に接続され、  前記第２の画素電極は、前記第３の電極と電気的に接続され、  前記半導体膜は、前記第１の電極、前記第２の電極及び前記第３の電極と接し、  前記半導体膜は、前記走査線と、前記第１の電極乃至前記第３の電極との間に設けられる、表示装置。
【請求項２】
ゲート絶縁膜と、第１のトランジスタと、第２のトランジスタと、を有し、  前記ゲート絶縁膜は、前記走査線及び前記半導体膜の間に配設され、  前記第１のトランジスタは、前記走査線、前記ゲート絶縁膜、前記半導体膜、前記第１の電極、及び前記第２の電極を備え、  前記第２のトランジスタは、前記走査線、前記ゲート絶縁膜、前記半導体膜、前記第１の電極、及び前記第３の電極を備える、  請求項１に記載の表示装置。
【請求項３】
第１の容量配線と、第２の容量配線と、を有し、  前記第１の容量配線は、前記第１の画素電極と電気的に接続され、  前記第２の容量配線は、前記第２の画素電極と電気的に接続され、  前記信号線は、前記第１の画素電極及び前記第２の画素電極の間と重なる領域を備え、  前記信号線は、前記第１の容量配線及び前記第２の容量配線と重なる領域を有さない、  請求項１に記載の表示装置。
【請求項４】
前記第１の電極が、上面形状において、前記第２の電極及び前記第３の電極の間に設けられる、  請求項３に記載の表示装置。
【請求項５】
前記半導体膜は、Ｉｎ、Ｍ（Ｍはアルミニウム、ガリウム、イットリウムまたはスズ）及びＺｎを有する酸化物を含む、  請求項１に記載の表示装置。
【請求項６】
前記半導体膜は、第１の半導体膜と、前記第１の半導体膜と重なる領域を備える第２の半導体膜と、を含み、  前記第１の半導体膜は、前記第２の半導体膜よりも、Ｉｎの原子数比がＭの原子数比よりも多い組成の酸化物を含む、  請求項５に記載の表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明の一態様は、表示装置に関する。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。そのため、より具体的に本明細書で開示する本発明の一態様の技術分野としては、半導体装置、表示装置、液晶表示装置、発光装置、蓄電装置、撮像装置、それらの駆動方法、または、それらの製造方法、を一例として挙げることができる。
【背景技術】
【０００２】  近年、視野角特性や表示品質が改善された液晶表示装置として、垂直配向（ＶＡ：Ｖｅｒｔｉｃａｌｌｙ  Ａｌｉｇｎｅｄ）型の液晶表示装置が提供されている。また、ＶＡ型液晶表示装置において、一画素に複数の画素電極と、それぞれの画素電極に接続し、画素電極の電位を制御するトランジスタを有するマルチドメイン構造の液晶表示装置が提供されている。一画素に複数の画素電極を設けることで、各画素電極によって液晶の配向を異ならせることが可能であるため、従来のＶＡ型液晶表示装置と比較して、更に視野角を広げることが可能である（特許文献１参照）。【０００３】  また、液晶表示装置は、画面サイズが対角６０インチ以上と大型化する傾向にあり、さらには、対角１２０インチ以上の画面サイズも視野に入れた開発が行われている。加えて、画面の解像度も、フルハイビジョン画質（ＦＨＤ、１９２０×１０８０）、４Ｋ画質（３８４０×２１６０）と高精細化の傾向にあり、画素数が７６８０×４３２０のいわゆる８Ｋの高解像度を備える液晶表示装置の開発も急がれている。【０００４】  また、残像を低減し、表示品位を向上するために駆動速度を２倍（倍速駆動とも呼ばれる）の高速駆動とすることが行われており、さらには４倍速以上の高速駆動が検討されている。また、３次元（３Ｄ）表示の液晶表示装置を実現するには、右目用と左目用の画像を交互に表示する必要があるため、２倍速駆動以上の高速動作で液晶表示装置を動作させることが求められる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−３１７８６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】  しかしながら、液晶表示装置の大型化と高精細化に伴い、必要とされる画素数が著しく増加し、一画素当たりの書き込み時間が短くなる。このため、画素電極の電位を制御するトランジスタには、高速動作及び高いオン電流等が求められている。【０００７】  また配線間に生じる寄生容量の増大は、信号線の終端への信号伝達の遅れを引き起こす。この結果、表示ムラや階調不良などの表示品質の低下や、消費電力の増加が生じてしまう。【０００８】  そこで、本発明の一態様は、配線間の寄生容量を低減できる表示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、表示品質を向上させた表示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、消費電力を低減できる表示装置を提供することを課題の一とする。または、本発明の一態様は、新規な半導体装置、または、新規な表示装置などを提供することを課題とする。【０００９】  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、必ずしも、これらの課題の全てを解決する必要はない。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】
【００１０】  本発明の一態様は、信号線と、信号線と交差する走査線と、信号線と電気的に接続される第１の電極と、第１の電極に対向する第２の電極と、第１の電極に対向する第３の電極と、第２の電極と電気的に接続される第１の画素電極と、第３の電極と電気的に接続される第２の画素電極と、第１の電極乃至第３の電極と接し、かつ走査線と、第１の電極乃至第３の電極との間に設けられる半導体膜とを有し、第１の電極は、走査線と重畳する領域を有することを特徴とする表示装置である。【００１１】  また、本発明の一態様は、走査線及び半導体膜の間には、ゲート絶縁膜を有し、走査線、ゲート絶縁膜、半導体膜、第１の電極、及び第２の電極により第１のトランジスタを構成し、走査線、ゲート絶縁膜、半導体膜、第１の電極、及び第３の電極により第２のトランジスタを構成することを特徴とする、前記の表示装置である。【００１２】  また、本発明の一態様は、第１の画素電極に電気的に接続される第１の容量配線と、第２の画素電極に電気的に接続される第２の容量配線とを有し、信号線は、第１の画素電極及び第２の画素電極の間に重なる領域を備え、信号線は、第１の容量配線及び第２の容量配線と重なる領域を有さないことを特徴とする、前記の表示装置である。【００１３】  また、本発明の一態様は、第１の電極が、上面形状において、第２の電極及び第３の電極の間に設けられることを特徴とする、前記の表示装置である。【００１４】  また、本発明の一態様は、半導体膜が、Ｉｎ、Ｍ（Ｍはアルミニウム、ガリウム、イットリウムまたはスズ）及びＺｎを有する酸化物を含むことを特徴とする、前記の表示装置である。【００１５】  また、本発明の一態様は、半導体膜が、第１の半導体膜と、第１の半導体膜と重なる領域を備える第２の半導体膜と、を含み、第１の半導体膜は、第２の半導体膜よりも、Ｉｎの原子数比がＭの原子数比よりも多い組成の酸化物を含む、前記の表示装置である。
【発明の効果】
【００１６】  本発明の一態様を適用することで、表示装置の配線間の寄生容量を低減することができる。また、本発明の一態様を適用することで、表示装置の表示品質を向上させることができる。また、本発明の一態様を適用することで、表示装置の消費電力を低減することができる。または、本発明の一態様を適用することで、新規な半導体装置、または、新規な表示装置などを提供することができる。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。【００１７】  なお、本発明の一態様は、必ずしも、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】
【００１８】
【図１】画素の一態様の上面図及び回路図。
【図２】本発明の一態様を説明する画素の上面図及び回路図。
【図３】画素の一態様の上面図及び回路図。
【図４】画素の一態様の断面図。
【図５】画素の一態様の上面図。
【図６】画素の一態様の上面図。
【図７】画素の一態様の上面図及び回路図。
【図８】画素の一態様の上面図及び回路図。
【図９】画素の一態様の断面図。
【図１０】半導体装置の作製工程の一例を示す断面図。
【図１１】半導体装置の作製工程の一例を示す断面図。
【図１２】半導体装置の作製工程の一例を示す断面図。
【図１３】半導体装置の作製工程の一例を示す断面図。
【図１４】半導体装置の作製工程の一例を示す断面図、半導体装置の一態様を示す上面図及び断面図。
【図１５】半導体装置の一態様を示す断面図。
【図１６】半導体装置の一態様を示す上面図及び断面図。
【図１７】半導体装置の一態様を示す断面図。
【図１８】バンド構造を説明する図。
【図１９】ＣＡＡＣ−ＯＳの断面におけるＣｓ補正高分解能ＴＥＭ像、およびＣＡＡＣ−ＯＳの断面模式図。
【図２０】ＣＡＡＣ−ＯＳの平面におけるＣｓ補正高分解能ＴＥＭ像。
【図２１】ＣＡＡＣ−ＯＳおよび単結晶酸化物半導体のＸＲＤによる構造解析を説明する図。
【図２２】ＣＡＡＣ−ＯＳの電子回折パターンを示す図。
【図２３】Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物の電子照射による結晶部の変化を示す図。
【図２４】表示装置の一態様を示す上面図。
【図２５】表示装置の一態様を示す断面図。
【図２６】表示装置の一態様を示す断面図。
【図２７】表示モジュールを説明する図。
【図２８】電子機器を説明する図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】  本発明の実施の形態について、図面を参照して以下に説明する。ただし、本発明は以下の説明に限定されるものではない。本発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及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からである。したがって、本発明は以下に示す実施の形態の記載内容のみに限定して解釈されるものではない。なお、図面を用いて本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。
【００２０】  なお本明細書にて用いる第１、第２、第３、乃至第ｎ（ｎは自然数）という用語は、構成要素の混同を避けるために付したものであり、数的に限定するものではないことを付記する。
【００２１】  また、「膜」という言葉と、「層」という言葉とは、場合によっては、または、状況に応じて、互いに入れ替えることが可能である。例えば、「導電層」という用語を、「導電膜」という用語に変更することが可能な場合がある。または、例えば、「絶縁膜」という用語を、「絶縁層」という用語に変更することが可能な場合がある。
【００２２】（実施の形態１）  本実施の形態では、液晶表示装置の一画素の構成について、図１乃至図９を用いて説明する。
【００２３】  図１（Ａ）は本実施の形態に示すマルチドメイン構造の液晶表示装置の一の画素１００の上面図であり、図１（Ａ）に示す画素１００の回路図を図１（Ｂ）に示す。また図２（Ａ）は従来のマルチドメイン構造の液晶表示装置の一の画素２００の上面図であり、図２（Ａ）に示す画素の回路図を図２（Ｂ）に示す。
【００２４】  図１（Ａ）及び図１（Ｂ）に示すように、画素１００は、走査線１０３と、走査線１０３と交差する信号線１２１とを有する。また、走査線１０３と同じ方向に延びる容量配線１０５ａ及び容量配線１０５ｂを有する。なお、容量配線１０５ａと、容量配線１０５ｂとの間に、走査線１０３を有する。
【００２５】  また、走査線１０３及び信号線１２１の交差部近傍にトランジスタ１３６及びトランジスタ１３７を有する。トランジスタ１３６は、走査線１０３に重畳する半導体膜１３５と、半導体膜１３５と重畳する第１の電極１２３及び第２の電極１２５ａを有する。第１の電極１２３は、信号線１２１に電気的に接続される。第１の電極１２３は、トランジスタ１３６においてソース電極及びドレイン電極の一方として機能する。第２の電極１２５ａは、トランジスタ１３６においてソース電極及びドレイン電極の他方として機能する。
【００２６】  トランジスタ１３７は、走査線１０３に重畳する半導体膜１３５と、半導体膜１３５と重畳する第１の電極１２３及び第３の電極１２５ｂとを有する。第１の電極１２３は、トランジスタ１３７においてソース電極及びドレイン電極の一方として機能する。第３の電極１２５ｂは、トランジスタ１３７においてソース電極及びドレイン電極の他方として機能する。
【００２７】  図１（Ａ）では、上面形状において、半導体膜１３５の端部の一部がゲート電極として機能する走査線１０３の外側に位置するトランジスタ１３６及びトランジスタ１３７を示しているが、これに限られない。図１（Ｃ）に示すように、画素１００が有するトランジスタ１３６及びトランジスタ１３７において、半導体膜１３５の端部が走査線１０３の端部よりも内側にあってもよい。
【００２８】  トランジスタ１３６に含まれる第２の電極１２５ａは、開口１４４ａを介して画素電極１３９ａと電気的に接続される。即ち、トランジスタ１３６は、第２の電極１２５ａにより画素電極１３９ａを含む液晶素子１４２と接続する。また、容量素子１４０の一方の電極は画素電極１３９ａ及びトランジスタ１３６の第２の電極１２５ａと電気的に接続され、他方の電極は容量配線１０５ａと電気的に接続される（図１（Ｂ）参照。）。
【００２９】  トランジスタ１３７に含まれる第３の電極１２５ｂは、開口１４４ｂを介して画素電極１３９ｂと電気的に接続される。即ち、トランジスタ１３７は、第３の電極１２５ｂにより画素電極１３９ｂを含む液晶素子１４３と接続する。また、容量素子１４１の一方の電極は画素電極１３９ｂ及びトランジスタ１３７の第３の電極１２５ｂと電気的に接続され、他方の電極は容量配線１０５ｂと電気的に接続される（図１（Ｂ）参照。）。
【００３０】  なお、開口１４４ａ及び開口１４４ｂは、後述する絶縁膜１１６に設けられている。また、図面が煩雑になることを避けるため、図１（Ａ）及び図２（Ａ）において、画素電極１３９ａ及び画素電極１３９ｂにはハッチングを付さず、上面形状の輪郭のみを破線で示している。
【００３１】  トランジスタ１３６及びトランジスタ１３７は、上面形状において画素１００の略中央に位置し、画素１００における各サブ画素の画素電極１３９ａ及び画素電極１３９ｂの間に形成される。
【００３２】  本発明の一態様は、信号線１２１と、走査線１０３と、第１の電極１２３と、第２の電極１２５ａと、第３の電極１２５ｂと、第１の画素電極１３９ａと、第２の画素電極１３９ｂと、半導体膜１３５と、を有し信号線１２１は、走査線１０３と交差し、第１の電極１２３は、信号線１２１と電気的に接続され、第１の電極１２５ａは、走査線１０３と重畳する領域を有し、第２の電極１２５ａは、第１の電極１２３に対向し、第３の電極１２５ｂは、第１の電極１２３に対向し第１の画素電極１３９ａは、第２の電極１２５ａと電気的に接続され、第２の画素電極１３９ｂは、第３の電極１２５ｂと電気的に接続され、半導体膜１３５は、第１の電極１２３、第２の電極１２５ａ及び第３の電極１２５ｂと接し、半導体膜１３５は、走査線１０３と、第１の電極１２３乃至第３の電極１２５ｂとの間に設けられる、表示装置である。
【００３３】  また、ゲート絶縁膜１０７と、トランジスタ１３６と、トランジスタ１３７と、を有し、ゲート絶縁膜１０７は、走査線１０３及び半導体膜１３５の間に配設され、トランジスタ１３６は、走査線１０３、ゲート絶縁膜１０７、半導体膜１３５、第１の電極１２３、及び第２の電極１２５ａを備え、トランジスタ１３７は、走査線１０３、ゲート絶縁膜１０７、半導体膜１３５、第１の電極１２３、及び第３の電極１２５ｂを備える、該表示装置も本発明の一態様である。
【００３４】  トランジスタ１３６及びトランジスタ１３７は、ソース電極及びドレイン電極の一方である第１の電極１２３が共通し、かつ第１の電極１２３は走査線１０３と重畳している。このような構成とすることで、表示装置を構成する一の画素１００において、トランジスタ１３６及びトランジスタ１３７の一方の電極と、走査線１０３との間に発生する寄生容量を低減することができる。
【００３５】  なお、図１（Ｂ）に示すように、トランジスタ１３６においては、走査線１０３及び第２の電極１２５ａの重畳部において寄生容量Ｃ１が発生する。また、トランジスタ１３７においては、走査線１０３及び第３の電極１２５ｂの重畳部において寄生容量Ｃ２が発生する。また、信号線１２１と走査線１０３、容量配線１０５ａ及び容量配線１０５ｂのそれぞれとの重畳部において、それぞれ寄生容量Ｃ５、寄生容量Ｃ６、寄生容量Ｃ７が発生する。
【００３６】  ここで、比較例として、一の画素が有する２つのトランジスタのそれぞれが信号線と電気的に接続される電極が異なり、該電極が走査線と重畳しない画素２００の上面図を図２（Ａ）に示す。また画素２００の回路図を図２（Ｂ）に示す。画素２００の説明において、画素１００と同様の構成においては同じ符号を用いて示し、構成の説明を省略する。
【００３７】  図２（Ｂ）に示すように、画素２００は、走査線２０３と、走査線２０３と交差する信号線２２１とを有する。また、走査線２０３と同じ方向に延びる容量配線１０５ａ及び容量配線１０５ｂを有する。なお、容量配線１０５ａと、容量配線１０５ｂとの間に、走査線２０３を有する。
【００３８】  また、走査線２０３及び信号線２２１の交差部近傍にトランジスタ２３６及びトランジスタ２３７を有する。トランジスタ２３６は、走査線２０３から突出するゲート電極と、信号線２２１から突出する第４の電極２２３ａと、液晶素子１４２に接続される第２の電極１２５ａとを有する。また、容量素子１４０の一方の電極は、液晶素子１４２に含まれる画素電極１３９ａ及びトランジスタ２３６の第２の電極１２５ａに電気的に接続され、容量素子１４０の他方の電極は、容量配線１０５ａに電気的に接続される（図２（Ｂ）参照。）。
【００３９】  トランジスタ２３７は、走査線２０３から突出するゲート電極と、信号線１２１から突出する第５の電極２２３ｂと、液晶素子１４３に接続される第３の電極１２５ｂとを有する。また、容量素子１４１の一方の電極は、液晶素子１４３に含まれる画素電極１３９ｂ及びトランジスタ２３７の第３の電極１２５ｂに電気的に接続され、容量素子１４１の他方の電極は、容量配線１０５ｂに電気的に接続される（図２（Ｂ）参照）。
【００４０】  トランジスタ２３６及びトランジスタ２３７は、それぞれソース電極及びドレイン電極の一方である第４の電極２２３ａ及び第５の電極２２３ｂを有する点が、画素１００におけるトランジスタ１３６及びトランジスタ１３７と異なる。また、信号線２２１から突出する第４の電極２２３ａ及び第５の電極２２３ｂは、走査線２０３と重畳しない。
【００４１】  なお、トランジスタ２３６においては、走査線２０３及び第２の電極１２５ａの重畳部において寄生容量Ｃ１１が発生する。また、走査線２０３及び第４の電極２２３ａの重畳部において寄生容量Ｃ１３が発生する。トランジスタ２３７においては、走査線２０３及び第３の電極１２５ｂの重畳部において寄生容量Ｃ１２が発生する。また、走査線２０３及び第５の電極２２３ｂの重畳部において寄生容量Ｃ１４が発生する。また、信号線２２１と走査線２０３、容量配線１０５ａ及び容量配線１０５ｂのそれぞれとの重畳部において、それぞれ寄生容量Ｃ１５、寄生容量Ｃ１６、寄生容量Ｃ１７が発生する。
【００４２】  トランジスタ１３６及びトランジスタ２３６において、走査線１０３及び第２の電極１２５ａの重畳部の面積と、走査線２０３及び第２の電極１２５ａの重畳部の面積とが略同一であれば、寄生容量Ｃ１及び寄生容量Ｃ１１は略同一である。また、トランジスタ１３７及びトランジスタ２３７において、走査線１０３及び第３の電極１２５ｂの重畳部の面積と、走査線２０３、及び第３の電極１２５ｂの重畳部の面積とが略同一であれば、寄生容量Ｃ２及び寄生容量Ｃ１２は略同一である。また、信号線１２１及び走査線１０３の重畳部の面積と、信号線２２１及び走査線２０３の重畳部の面積とが略同一であれば、寄生容量Ｃ５及び寄生容量Ｃ１５は略同一である。また、信号線１２１及び容量配線１０５ａの重畳部の面積と、信号線２２１及び容量配線１０５ａの重畳部の面積とが略同一であれば、寄生容量Ｃ６及び寄生容量Ｃ１６は略同一である。また、信号線１２１及び容量配線１０５ｂの重畳部の面積と、信号線２２１及び容量配線１０５ｂの重畳部の面積とが略同一であれば、寄生容量Ｃ７及び寄生容量Ｃ１７は略同一である。
【００４３】  比較例である画素２００では、トランジスタ２３６及びトランジスタ２３７において、ソース電極及びドレイン電極の一方となる電極が異なる電極（トランジスタ２３６においては第４の電極２２３ａ、トランジスタ２３７においては第５の電極２２３ｂ）であるため、走査線２０３及び第４の電極２２３ａの間に寄生容量Ｃ１３が発生し、走査線２０３及び第５の電極２２３ｂの間に寄生容量Ｃ１４が発生する。
【００４４】  しかしながら、本実施の形態に示す画素１００では、トランジスタ１３６及びトランジスタ１３７におけるソース電極及びドレイン電極の一方となる電極（第１の電極１２３）が共通であり、該電極は信号線１２１及び走査線１０３の重畳部において走査線１０３と重畳する。このため、トランジスタ１３６及びトランジスタ１３７において、該電極と走査線１０３の重畳部において発生する寄生容量は、上述の寄生容量Ｃ５に含まれる。寄生容量Ｃ５は寄生容量Ｃ１５と略同一であるため、画素２００と比較して、画素１００においては、寄生容量Ｃ１３及び寄生容量Ｃ１４の分だけ寄生容量が少ない。以上のことから、本発明の一態様の表示装置は、一の画素１００において配線間に発生する寄生容量を低減することができる。
【００４５】  なお、本実施の形態に示す画素１００は、トランジスタ１３６及びトランジスタ１３７において、共通の半導体膜を有するため、トランジスタ１３６及びトランジスタ１３７において、第１の電極１２３及び半導体膜１３５が接する領域を共有することができる。この結果、画素１００におけるトランジスタ１３６及びトランジスタ１３７の専有面積を低減することが可能である。
【００４６】  また、図３（Ａ）及び図３（Ｂ）に示すように、画素１００において、容量配線１０５ａ及び容量配線１０５ｂをそれぞれ隣接する画素と共有する構成としてもよい。このような構成とすることで、表示装置が有する容量配線の数を減らすことができる。また、図３（Ａ）に示すように画素電極１３９ａ及び容量配線１０５ａの重畳部の面積を大きくすることで、容量素子１４０の容量を大きくすることができる。同様に、画素電極１３９ｂ及び容量配線１０５ｂの重畳部の面積を大きくすることで、容量素子１４１の容量を大きくすることができる。
【００４７】  次に、画素１００が有するトランジスタ及び容量素子の構造について、図４を用いて説明する。
【００４８】  図４は、図１（Ａ）に示す一点鎖線Ａ−Ｂにおけるトランジスタ１３６及び容量素子１４０の断面構造である。
【００４９】  トランジスタ１３６は、基板１０１上に、走査線１０３と、半導体膜１３５と、走査線１０３及び半導体膜１３５の間に設けられるゲート絶縁膜１０７と、半導体膜１３５に接する第１の電極１２３と、半導体膜１３５に接する第２の電極１２５ａとを有する。
【００５０】  容量素子１４０は、基板１０１上に、容量配線１０５ａと、第２の電極１２５ａと、容量配線１０５ａ及び第２の電極１２５ａの間に設けられるゲート絶縁膜１０７とを有する。
【００５１】  また、ゲート絶縁膜１０７、半導体膜１３５、第１の電極１２３、及び第２の電極１２５ａ上には絶縁膜１１６が設けられる。また、絶縁膜１１６上に、絶縁膜１１６に設けられた開口１４４ａを介して第２の電極１２５ａと電気的に接続される画素電極１３９ａが設けられる。
【００５２】  なお、図示しないが、トランジスタ１３７は、トランジスタ１３６と同様の構造で構成される。また、容量素子１４１は、容量素子１４０と同様の構造で構成される。
【００５３】  基板１０１としては、ガラス基板、セラミック基板の他、本作製工程の処理温度に耐えうる程度の耐熱性を有するプラスチック基板等を用いることができる。また、基板に透光性を要しない場合には、ステンレス等の金属の基板の表面に絶縁膜を設けたものを用いてもよい。ガラス基板としては、例えば、バリウムホウケイ酸ガラス、アルミノホウケイ酸ガラス若しくはアルミノケイ酸ガラス等の無アルカリガラス基板を用いるとよい。なお、基板１０１のサイズに限定はなく、例えば液晶表示装置でよく使われる第３世代乃至第１０世代のガラス基板を用いることができる。また、基板１０１に用いる材料として、実施の形態２にて後述する基板５０２に用いる材料を参照できる。
【００５４】  走査線１０３の一部はトランジスタ１３６のゲート電極として機能する。走査線１０３は、モリブデン、チタン、クロム、タンタル、タングステン、アルミニウム、銅、ネオジム、スカンジウム、ニッケル等の金属材料またはこれらを主成分とする合金材料を用いて、単層でまたは積層して形成することができる。また、リン等の不純物元素をドーピングした多結晶シリコンに代表される半導体、Ａｇ−Ｐｄ−Ｃｕ合金、Ａｌ−Ｎｄ合金、Ａｌ−Ｎｉ合金などを用いてもよい。
【００５５】  例えば、走査線１０３の二層の積層構造としては、アルミニウム膜上にモリブデン膜を積層した二層の積層構造、または銅膜上にモリブデン膜を積層した二層構造、または銅膜上に窒化チタン膜若しくは窒化タンタル膜を積層した二層構造、窒化チタン膜とモリブデン膜とを積層した二層構造、酸素を含む銅−マグネシウム合金膜と銅膜とを積層した二層構造、酸素を含む銅−マンガン合金膜と銅膜とを積層した二層構造、銅−マンガン合金膜と銅膜とを積層した二層構造などとすることが好ましい。三層の積層構造としては、タングステン膜または窒化タングステン膜と、アルミニウムとシリコンの合金膜またはアルミニウムとチタンの合金膜と、窒化チタン膜またはチタン膜とを積層した三層構造とすることが好ましい。電気的抵抗が低い膜上にバリア膜として機能する金属膜が積層されることで、電気的抵抗を低くでき、且つ金属膜から半導体膜への金属元素の拡散を防止することができる。また、走査線１０３に用いる材料として、実施の形態２にて後述する導電膜５０４に用いる材料を参照できる。
【００５６】  なお、容量配線１０５ａ及び容量配線１０５ｂは、走査線１０３と同様の材料及び積層構造を有する。
【００５７】  ゲート絶縁膜１０７は、酸化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜、窒化シリコン膜、窒化酸化シリコン膜、酸化アルミニウム膜、窒化アルミニウム膜、酸化窒化アルミニウム膜、または窒化酸化アルミニウム膜を、単層でまたは積層して形成することができる。本実施の形態では、ゲート絶縁膜１０７はゲート絶縁膜１０７ａ及びゲート絶縁膜１０７ｂの積層構造としている。また、ゲート絶縁膜１０７ａ及びゲート絶縁膜１０７ｂに用いる材料としては、それぞれ実施の形態２にて後述する絶縁膜５０６及び絶縁膜５０７に用いる材料を参照できる。
【００５８】  半導体膜１３５としては、シリコン膜や酸化物半導体膜を用いることができる。また半導体膜１３５は、非晶質構造、多結晶構造、単結晶構造、その他の結晶構造を適宜用いることができる。
【００５９】  特に、半導体膜１３５として、酸化物半導体膜を好適に用いることができる。具体的には、Ｉｎ−Ｍ（Ｍは、アルミニウム、ガリウム、イットリウム、またはスズ）酸化物、Ｉｎ−Ｍ−Ｚｎ酸化物を用いることができる。特に、半導体膜１３５として、それぞれ組成の異なる酸化物半導体膜１３５ａ及び酸化物半導体膜１３５ｂを用いることが好ましい。酸化物半導体膜１３５ａ及び酸化物半導体膜１３５ｂに用いる材料としては、それぞれ実施の形態２にて後述する酸化物半導体膜５０８ａ及び酸化物半導体膜５０８ｂに用いる材料を参照できる。
【００６０】  第１の電極１２３及び第２の電極１２５ａは、アルミニウム、銅、チタン、ネオジム、スカンジウム、モリブデン、クロム、タンタル若しくはタングステン等により単層で、または積層して形成することができる。または、ヒロック防止元素が添加されたアルミニウム合金（走査線１０３に用いることができるＡｌ−Ｎｄ合金等）により形成してもよい。ドナーとなる不純物元素を添加した結晶性シリコンを用いてもよい。ドナーとなる不純物元素が添加された結晶性シリコンと接する側の膜を、チタン、タンタル、モリブデン、タングステンまたはこれらの元素の窒化物により形成し、その上にアルミニウムまたはアルミニウム合金を形成した積層構造としてもよい。更には、アルミニウムまたはアルミニウム合金の上面及び下面を、チタン、タンタル、モリブデン、タングステンまたはこれらの元素の窒化物で挟んだ積層構造としてもよい。また、第１の電極１２３及び第２の電極１２５ａに用いる材料としては、実施の形態２にて後述する導電膜５１２ａ及び導電膜５１２ｂの材料を参照できる。
【００６１】  なお、信号線１２１及び第３の電極１２５ｂは、第１の電極１２３と同様の材料及び積層構造を有する。
【００６２】  絶縁膜１１６は、本実施の形態では絶縁膜１１６ａ、絶縁膜１１６ｂ及び絶縁膜１１６ｃの積層構造としている。絶縁膜１１６ａ、絶縁膜１１６ｂ及び絶縁膜１１６ｃに用いる材料及び形成方法としては、それぞれ実施の形態２にて後述する絶縁膜５１４、絶縁膜５１６及び絶縁膜５１８の記述を参照できる。また、絶縁膜１１６はゲート絶縁膜１０７と同様の材料を用いて単層または積層で形成してもよい。
【００６３】  画素電極１３９ａ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、銀、銅、クロム、ネオジム、スカンジウム等などの金属膜、またはこれらの金属を含む合金膜等を単層または積層で用いることができる。アルミニウムを含む合金としては、アルミニウム−ニッケル−ランタン合金、アルミニウム−チタン合金、アルミニウム−ネオジム合金等を挙げることができる。また、銀を含む合金としては、銀−ネオジム合金、マグネシウム−銀合金等を挙げることができる。また、金、銅を含む合金を用いることができる。また、窒化チタン、窒化モリブデン、窒化タングステン等を含む金属窒化物膜を用いてもよい。また、画素電極１３９ａに用いる材料としては、実施の形態２にて後述する導電膜５２０の材料を参照できる。画素電極１３９ｂは、画素電極１３９ａと同様の材料及び積層構造を有する。
【００６４】  また、画素電極として酸化物半導体膜を用いてもよい。図５に、酸化物半導体膜を用いた画素電極１４８及び画素電極１４９を有する画素１００の上面図を示す。図６は、図５に示す一点鎖線Ｃ−Ｄにおけるトランジスタ１３６及び容量素子１４５の断面構造である。
【００６５】  なお、本明細書等において、酸化物導電体膜は、キャリア密度が高く低抵抗な酸化物半導体膜、導電性を有する酸化物半導体膜、または導電性の高い酸化物半導体膜等と言い換えることもできる。
【００６６】  画素電極１４８として酸化物半導体膜を用いることで、半導体膜１３５として酸化物半導体膜を用いる場合に、半導体膜１３５及び画素電極１４８を同一の工程によって形成できるため好ましい。酸化物半導体膜は、膜中の酸素欠損又は／及び膜中の水素、水等の不純物濃度によって、抵抗を制御することができる。そのため、それぞれ島状に加工された酸化物半導体膜へ酸素欠損又は／及び不純物濃度が増加する処理、又は酸素欠損又は／及び不純物濃度が低減する処理を選択することによって、同一の工程によって形成された半導体膜１３５及び画素電極１４８の有する抵抗率を制御することができる。
【００６７】  具体的には、画素電極１４８として機能する酸化物導電体膜１４８ａ及び酸化物導電体膜１４８ｂとなる島状の酸化物半導体膜にプラズマ処理を行い、酸化物半導体膜中の酸素欠損を増加させる、又は／及び酸化物半導体膜中の水素、水等の不純物を増加させることによって、キャリア密度が高く、低抵抗な酸化物半導体膜とすることができる。一方、トランジスタ１３６上には、酸化物半導体膜１３５ａ及び１３５ｂが上記プラズマ処理に曝されないように絶縁膜１１６ａ及び１１６ｂを設ける。図６において、絶縁膜１１６ａ及び１１６ｂは、酸化物導電体膜１４８ａ及び１４８ｂと重なる領域が選択的に除去されるように設けられている。
【００６８】  酸化物導電体膜１４８ａ及び１４８ｂに行うプラズマ処理としては、代表的には、希ガス（Ｈｅ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅ）、リン、ボロン、水素、及び窒素の中から選ばれた一種以上を含むガスを用いたプラズマ処理が挙げられる。より具体的には、Ａｒ雰囲気下でのプラズマ処理、Ａｒと水素の混合ガス雰囲気下でのプラズマ処理、アンモニア雰囲気下でのプラズマ処理、Ａｒとアンモニアの混合ガス雰囲気下でのプラズマ処理、又は窒素雰囲気下でのプラズマ処理などが挙げられる。
【００６９】  なお、画素電極１４９は画素電極１４８と同様の材料及び積層構造を有する。また、図５及び図６に示す画素１００において、容量素子１４５は、容量配線１０５ａと、画素電極１４８と、容量配線１０５ａ及び画素電極１４８の間に設けられるゲート絶縁膜１０７とを有する。また、容量素子１４６は、容量配線１０５ｂと、画素電極１４９と、容量配線１０５ｂ及び画素電極１４９の間に設けられるゲート絶縁膜１０７とを有する。
【００７０】  なお、トランジスタ１３６のより詳細な構成及び作製方法については、実施の形態２にて後述する。本実施の形態で説明した画素１００に実施の形態２で示すトランジスタを用いることで、本発明の一態様の表示装置の消費電力を低減することができる。
【００７１】［画素の構成の変形例］  以下より、液晶表示装置において、上述の画素１００と異なる構造を有する一画素の構成について、図７乃至図９を用いて説明する。
【００７２】  図７（Ａ）は、本実施の形態に示すマルチドメイン構造の液晶表示装置の一の画素３００の上面図であり、図７（Ｂ）は、図７（Ａ）に示す画素３００の回路図である。
【００７３】  図７（Ａ）及び図７（Ｂ）に示すように、画素３００は、走査線３０３と、走査線３０３と交差する信号線３２１とを有する。信号線３２１は、画素電極３３９ａ及び画素電極３３９ｂの間と重なる領域を備える。また、信号線３２１と同じ方向に延びる容量配線３０５ａ及び容量配線３０５ｂを有する。すなわち、信号線３２１は容量配線３０５ａ及び容量配線３０５ｂと重なる領域を有さない。なお、容量配線３０５ａ及び容量配線３０５ｂは、それぞれ画素電極３３９ａ及び画素電極３３９ｂと電気的に接続される。また、容量配線３０５ａと、容量配線３０５ｂとの間に、信号線３２１を有する。
【００７４】  また、走査線３０３及び信号線３２１の交差部近傍にトランジスタ３３６及びトランジスタ３３７を有する。トランジスタ３３６は、走査線３０３と重畳する半導体膜３３５と、半導体膜３３５と重畳する第６の電極３２３ａ及び第７の電極３２５ａとを有する。第６の電極３２３ａは、信号線３２１と電気的に接続される。第６の電極３２３ａは、トランジスタ３３６においてソース電極及びドレイン電極の一方として機能する。第７の電極３２５ａは、トランジスタ３３６においてソース電極及びドレイン電極の他方として機能する。
【００７５】  トランジスタ３３７は、走査線３０３と重畳する半導体膜３３５と、半導体膜３３５と重畳する第８の電極３２３ｂ及び第９の電極３２５ｂとを有する。第８の電極３２３ｂは、信号線３２１と電気的に接続される。第８の電極３２３ｂは、トランジスタ３３７においてソース電極及びドレイン電極の一方として機能する。第９の電極３２５ｂは、トランジスタ３３７においてソース電極及びドレイン電極の他方として機能する。
【００７６】  トランジスタ３３６に含まれる第７の電極３２５ａは、開口３４４ａを介して画素電極３３９ａと電気的に接続される。即ち、トランジスタ３３６は、第７の電極３２５ａにより画素電極３３９ａを含む液晶素子３４２と接続される。また、容量素子３４０の一方の電極は画素電極３３９ａ及びトランジスタ３３６の第７の電極３２５ａと電気的に接続され、他方の電極３４５ａは開口３４６ａを介して容量配線３０５ａと電気的に接続される。
【００７７】  トランジスタ３３７に含まれる第９の電極３２５ｂは、開口３４４ｂを介して画素電極３３９ｂと電気的に接続される。即ち、トランジスタ３３７は、第９の電極３２５ｂにより画素電極３３９ｂを含む液晶素子３４３と接続される。また、容量素子３４１の一方の電極は画素電極３３９ｂ及びトランジスタ３３７の第９の電極３２５ｂと電気的に接続され、他方の電極３４５ｂは開口３４６ｂを介して容量配線３０５ｂと電気的に接続される。
【００７８】  なお、開口３４４ａ及び開口３４４ｂは、後述する絶縁膜３１６に設けられている。開口３４６ａ及び開口３４６ｂは、後述するゲート絶縁膜３０７に設けられている。また、図面が煩雑になることを避けるため、図７（Ａ）において、画素電極３３９ａ及び画素電極３３９ｂにはハッチングを付さず、上面形状の輪郭のみを破線で示している。
【００７９】  トランジスタ３３６及びトランジスタ３３７は、上面形状において画素３００の略中央に位置し、画素３００における各サブ画素の画素電極３３９ａ及び画素電極３３９ｂの間に形成される。
【００８０】  トランジスタ３３６及びトランジスタ３３７において、それぞれソース電極及びドレイン電極の一方である第６の電極３２３ａ及び第８の電極３２３ｂは、信号線３２１及び走査線３０３の重畳部において走査線３０３と重畳する。このような構成とすることで、表示素子を構成する一の画素３００において、トランジスタ３３６及びトランジスタ３３７の一方の電極と、走査線３０３との間に発生する寄生容量を低減することができる。また、トランジスタ３３６及びトランジスタ３３７において、それぞれソース電極及びドレイン電極の他方である第７の電極３２５ａ及び第９の電極３２５ｂは、走査線３０３と重畳する。
【００８１】  なお、図７（Ｂ）に示すように、トランジスタ３３６においては、走査線３０３及び第７の電極３２５ａの重畳部において寄生容量Ｃ２１が発生する。また、トランジスタ３３７においては、走査線３０３及び第９の電極３２５ｂの重畳部において寄生容量Ｃ２２が発生する。また、信号線３２１及び走査線３０３の重畳部において、寄生容量Ｃ２５が発生する。第６の電極３２３ａ及び第８の電極３２３ｂは、信号線３２１及び走査線３０３の重畳部において走査線３０３と重畳するため、第６の電極３２３ａ及び第８の電極３２３ｂと走査線３０３の重畳部において発生する寄生容量は、上述の寄生容量Ｃ２５に含まれる。
【００８２】  ここで、トランジスタ３３６及びトランジスタ３３７を有する画素３００と、トランジスタ１３６及びトランジスタ１３７を有する画素１００とを比較する。第７の電極３２５ａ及び走査線３０３の重畳部の面積は、第２の電極１２５ａ及び走査線１０３の重畳部の面積より大きいため、寄生容量Ｃ２１は寄生容量Ｃ１よりも大きい。また、第９の電極３２５ｂ及び走査線３０３の重畳部の面積は、第３の電極１２５ｂ及び走査線１０３の重畳部の面積より大きいため、寄生容量Ｃ２２は寄生容量Ｃ２よりも大きい。また、走査線３０３及び信号線３２１の重畳部の面積と、走査線１０３及び信号線１２１の重畳部の面積とが略同一であれば、寄生容量Ｃ２５及び寄生容量Ｃ５は略同一である。
【００８３】  また、画素１００では、信号線１２１と容量配線１０５ａ及び容量配線１０５ｂとの重畳部においてそれぞれ寄生容量Ｃ６及び寄生容量Ｃ７が発生する。一方で画素３００においては、信号線３２１は容量配線３０５ａ及び容量配線３０５ｂと重なる領域を有さないため、信号線３２１と容量配線３０５ａ及び容量配線３０５ｂとの間で寄生容量は発生しない。
【００８４】  複数の画素を有する液晶表示装置において、信号線による信号伝達の遅れを引き起こす寄生容量は、信号伝達経路においてはトランジスタを介したより終端において発生する方が信号伝達の遅れへの影響が小さい。例えば、画素１００において、信号線１２１及び容量配線１０５ａとの重畳部に発生する寄生容量Ｃ６よりも、走査線１０３及び第２の電極１２５ａとの重畳部に発生する寄生容量Ｃ１の方が、信号線１２１の信号伝達の遅れへの影響が小さい。これは、液晶表示装置において一の信号線１２１と重畳する容量配線の数だけ寄生容量Ｃ６が加算されて信号伝達に影響を与えるのに対し、寄生容量Ｃ１は一の信号線１２１に接続される一のトランジスタ１３６がオン状態となる場合に信号伝達に影響を与えるためである。このことから、画素１００と比較して、画素３００においては寄生容量Ｃ２１及び寄生容量Ｃ１の差分ならびに寄生容量Ｃ２２及び寄生容量Ｃ２の差分だけ大きいものの、画素１００において生じる寄生容量Ｃ６及び寄生容量Ｃ７が発生しないことにより、液晶表示装置が有する信号線の信号伝達の遅延を引き起こす寄生容量を低減することができる。
【００８５】  なお、図７（Ｃ）に示すように、半導体膜３３５の端部を信号線３２１が延びる方向に延長し、第７の電極３２５ａ及び走査線３０３の重畳部、ならびに第９の電極３２５ｂ及び走査線３０３の重畳部の面積が小さくなるように第７の電極３２５ａ及び第９の電極３２５ｂを設けてもよい。このような構成とすることで、上述した寄生容量Ｃ２１及び寄生容量Ｃ２２を低減することができる。また、図７（Ｄ）に示すように、上面図において信号線３２１及び走査線３０３の重畳部の外側に半導体膜３３５の端部が位置するように半導体膜３３５を設けてもよい。信号線３２１と走査線３０３の間において、ゲート絶縁膜３０７に加えて半導体膜３３５を形成することで、信号線３２１及び走査線３０３の重畳部において発生する寄生容量を低減できる場合がある。
【００８６】  また、図８（Ａ）及び図８（Ｂ）に示すように、画素３００において、容量配線３０５ａ及び容量配線３０５ｂをそれぞれ隣接する画素と共有する構成としてもよい。このような構成とすることで、表示装置が有する容量配線の数を減らすことができる。また、図８（Ａ）に示すように画素電極３３９ａ及び容量配線３０５ａの重畳部の面積を大きくすることで、容量素子３４０の容量を大きくすることができる。同様に、画素電極３３９ｂ及び容量配線３０５ｂの重畳部の面積を大きくすることで、容量素子３４１の容量を大きくすることができる。
【００８７】  次に、画素３００が有するトランジスタ及び容量素子の構造について、図９を用いて説明する。
【００８８】  図９は、図７（Ａ）に示す一点鎖線Ｃ−Ｄにおけるトランジスタ３３６及び容量素子３４０の断面構造である。
【００８９】  トランジスタ３３６は、基板３０１上に、走査線３０３と、半導体膜３３５と、走査線３０３及び半導体膜３３５の間に設けられるゲート絶縁膜３０７と、半導体膜３３５に接する第６の電極３２３ａと、半導体膜３３５に接する第７の電極３２５ａとを有する。
【００９０】  容量素子３４０は、基板３０１上に、電極３４５ａと、第７の電極３２５ａと、電極３４５ａ及び第７の電極３２５ａの間に設けられるゲート絶縁膜３０７とを有する。
【００９１】  また、ゲート絶縁膜３０７上に、ゲート絶縁膜３０７に設けられた開口３４６ａを介して電極３４５ａと電気的に接続される容量配線３０５ａが設けられる。ゲート絶縁膜３０７、半導体膜３３５、第６の電極３２３ａ、第７の電極３２５ａ及び容量配線３０５ａ上に絶縁膜３１６が設けられる。絶縁膜３１６上に、絶縁膜３１６に設けられた開口３４４ａを介して第７の電極３２５ａと電気的に接続される画素電極３３９ａが設けられる。
【００９２】  なお、図示しないが、トランジスタ３３７は、トランジスタ３３６と同様の構造で構成される。また、容量素子３４１は、容量素子３４０と同様の構造で構成される。
【００９３】  トランジスタ３３６及び容量素子３４０を構成する各層は、トランジスタ１３６及び容量素子１４０を構成する各層と同様の材料及び積層構造を有する。また、絶縁膜３１６及び画素電極３３９ａとしては、それぞれ絶縁膜１１６及び画素電極１３９ａと同様の材料を用いることができる。また、電極３４５ａ及び容量配線３０５ａとしては、それぞれ走査線３０３及び第６の電極３２３ａと同様の材料を用いることができる。
【００９４】  なお、トランジスタ３３６のより詳細な構成及び作製方法については、実施の形態２にて後述する。本実施の形態で説明した画素３００に実施の形態２で示すトランジスタを用いることで、本発明の一態様の表示装置の消費電力を低減することができる。
【００９５】  本実施の形態で説明した画素１００または画素３００を有することで、マルチドメイン構造の液晶表示装置は、走査線及び信号線の間、すなわちトランジスタのゲート電極となる走査線と、トランジスタのソース電極及びドレイン電極の一方となる信号線との間に発生する寄生容量を低減することができる。また、本実施の形態で説明した画素３００を有することで、マルチドメイン構造の液晶表示装置は、信号線と容量配線との間に発生する寄生容量を低減することができる。このため、特に大型の液晶表示装置、高速駆動が可能な液晶表示装置、解像度の高い液晶表示装置において、表示品質を向上させることができる。また、液晶表示装置の消費電力を低減することができる。
【００９６】  なお、本実施の形態においては、一画素に２つのトランジスタを設けた構造を示したが、これに限定されない。一画素に３つ以上の複数のトランジスタ及び当該トランジスタに接続される複数の画素電極を有してもよい。
【００９７】  本実施の形態に示す構成は、他の実施の形態に示す構成と適宜組み合わせて用いることができる。（実施の形態２）  本実施の形態では、本発明の一態様の半導体装置及び半導体装置の作製方法について、図１０乃至図１８を参照して説明する。
【００９８】＜半導体装置の構成例１＞  図１４（Ｃ）は、本発明の一態様の半導体装置であるトランジスタ５００の上面図であり、図１４（Ｂ）は、図１４（Ｃ）に示す一点鎖線Ｘ１−Ｘ２間における切断面の断面図、及び一点鎖線Ｙ１−Ｙ２間における切断面の断面図に相当する。また、図１０（Ａ）乃至図１４（Ａ）は、図１４（Ｂ）に示すトランジスタ５００の作製工程を説明する断面図である。
【００９９】  また、図１４（Ｃ）において、煩雑になることを避けるため、トランジスタ５００の構成要素の一部（ゲート絶縁膜として機能する絶縁膜等）を省略して図示している。また、一点鎖線Ｘ１−Ｘ２方向をチャネル長方向、一点鎖線Ｙ１−Ｙ２方向をチャネル幅方向と呼称する場合がある。なお、トランジスタの上面図においては、以降の図面においても図１４（Ｃ）と同様に、構成要素の一部を省略して図示する場合がある。
【０１００】  トランジスタ５００は、基板５０２上のゲート電極として機能する導電膜５０４と、基板５０２及び導電膜５０４上の絶縁膜５０６と、絶縁膜５０６上の絶縁膜５０７と、絶縁膜５０７上の酸化物半導体膜５０８と、酸化物半導体膜５０８に電気的に接続されるソース電極として機能する導電膜５１２ａと、酸化物半導体膜５０８に電気的に接続されるドレイン電極として機能する導電膜５１２ｂと、を有する。また、トランジスタ５００上、より詳しくは、導電膜５１２ａ、５１２ｂ及び酸化物半導体膜５０８上には絶縁膜５１４、５１６、及び絶縁膜５１８が設けられる。絶縁膜５１４、５１６、５１８は、トランジスタ５００の保護絶縁膜としての機能を有する。なお、絶縁膜５１４を第１の保護絶縁膜、絶縁膜５１６を第２の保護絶縁膜と呼称する場合がある。
【０１０１】  また、酸化物半導体膜５０８は、ゲート電極として機能する導電膜５０４側の第１の酸化物半導体膜５０８ａと、第１の酸化物半導体膜５０８ａ上の第２の酸化物半導体膜５０８ｂと、を有する。また、絶縁膜５０６及び絶縁膜５０７は、トランジスタ５００のゲート絶縁膜としての機能を有する。
【０１０２】  酸化物半導体膜５０８としては、Ｉｎ−Ｍ（Ｍは、アルミニウム、ガリウム、イットリウムまたはスズ）酸化物、Ｉｎ−Ｍ−Ｚｎ酸化物を用いることができる。特に、酸化物半導体膜５０８としては、Ｉｎ−Ｍ−Ｚｎ酸化物を用いると好ましい。
【０１０３】  また、第１の酸化物半導体膜５０８ａは、第２の酸化物半導体膜５０８ｂよりも、Ｉｎの原子数比がＭの原子数比よりも多い組成の酸化物を含むことが好ましい。
【０１０４】  第１の酸化物半導体膜５０８ａをＩｎの原子数比がＭの原子数比より多い組成とすることで、トランジスタ５００の電界効果移動度（単に移動度、またはμＦＥという場合がある）を高くすることができる。具体的には、トランジスタ５００の電界効果移動度が１０ｃｍ２／Ｖｓを超える、さらに好ましくはトランジスタ５００の電界効果移動度が３０ｃｍ２／Ｖｓを超えることが可能となる。
【０１０５】  例えば、上記の電界効果移動度が高いトランジスタを、ゲート信号を生成するゲートドライバ（特に、ゲートドライバが有するシフトレジスタの出力端子に接続されるデマルチプレクサ）に用いることで、額縁幅の狭い（狭額縁ともいう）半導体装置または表示装置を提供することができる。
【０１０６】  一方で、第１の酸化物半導体膜５０８ａがＩｎの原子数比がＭの原子数比より多い組成とすることで、光照射時にトランジスタ５００の電気特性が変動しやすくなる。しかしながら、本発明の一態様の半導体装置においては、第１の酸化物半導体膜５０８ａ上に第２の酸化物半導体膜５０８ｂが形成されている。第２の酸化物半導体膜５０８ｂは、第１の酸化物半導体膜５０８ａよりもＩｎの原子数比が少ない組成であるため、第１の酸化物半導体膜５０８ａよりもバンドギャップＥｇが大きくなる。したがって、第１の酸化物半導体膜５０８ａと、第２の酸化物半導体膜５０８ｂとの積層構造である酸化物半導体膜５０８は、光負バイアスストレス試験による耐性が高くなる。
【０１０７】  上記構成の酸化物半導体膜とすることで、光照射時における酸化物半導体膜５０８の光吸収量を低減させることができる。したがって、光照射時におけるトランジスタ５００の電気特性の変動を抑制することができる。
【０１０８】  また、トランジスタ５００が有する酸化物半導体膜５０８は、酸素欠損が形成されるとキャリアである電子が生じ、ノーマリーオン特性になりやすい。なお、トランジスタにおける、ノーマリーオンの特性とは、ゲート電圧Ｖｇ＝０Ｖの時に電流（例えば、ドレイン−ソース間の電流（Ｉｄｓ））が流れる特性をいう。したがって、酸化物半導体膜５０８中の酸素欠損、特に第１の酸化物半導体膜５０８ａ中の酸素欠損を低減することが、安定したトランジスタ特性を得る上でも重要となる。そこで、本発明の一態様のトランジスタの構成においては、酸化物半導体膜５０８上の絶縁膜、ここでは、酸化物半導体膜５０８上の絶縁膜５１４及び／又は絶縁膜５１６に過剰な酸素を導入することで、絶縁膜５１４及び／又は絶縁膜５１６から酸化物半導体膜５０８中に酸素を移動させ、酸化物半導体膜５０８中、特に第１の酸化物半導体膜５０８ａ中の酸素欠損を補填する。または、絶縁膜５１６上に形成する第１のバリア膜５３１の形成時において、絶縁膜５１６に過剰な酸素を導入し、絶縁膜５１６から酸化物半導体膜５０８中に酸素を移動させ、酸化物半導体膜５０８中、特に第１の酸化物半導体膜５０８ａ中の酸素欠損を補填する。
【０１０９】  なお、絶縁膜５１４、５１６としては、化学量論的組成よりも過剰に酸素を含有する領域（酸素過剰領域）を有することがより好ましい。別言すると、絶縁膜５１４、５１６は、酸素を放出することが可能な絶縁膜である。なお、絶縁膜５１４、５１６に酸素過剰領域を設けるには、例えば、成膜後の絶縁膜５１４、５１６に酸素を導入して、酸素過剰領域を形成する。酸素の導入方法としては、イオン注入法、イオンドーピング法、プラズマイマージョンイオン注入法、プラズマ処理等を用いることができる。
【０１１０】  また、第１の酸化物半導体膜５０８ａ中の酸素欠損を補填するためには、第２の酸化物半導体膜５０８ｂのチャネル領域近傍の膜厚を薄くした方が好適である。例えば、第２の酸化物半導体膜５０８ｂのチャネル領域近傍の膜厚としては、好ましくは１ｎｍ以上２０ｎｍ以下、さらに好ましくは、３ｎｍ以上１０ｎｍ以下である。
【０１１１】  また、第１の酸化物半導体膜５０８ａ中の酸素欠損を補填するためには、第２の酸化物半導体膜５０８ｂは、酸素の透過性が高いと好適である。酸素の透過性が高い第２の酸化物半導体膜５０８ｂとすることで、絶縁膜５１４、５１６に含まれる過剰酸素を第１の酸化物半導体膜５０８ａ中に好適に透過させることができる。
【０１１２】  このように、本発明の一態様の半導体装置においては、酸化物半導体膜を積層構造とし、且つ該酸化物半導体膜に接する絶縁膜中に過剰の酸素を含有させる構造とすることで、信頼性の高い半導体装置を提供することができる。さらに、本発明の一態様では、上述の構造を有する半導体装置の作製工程中の温度を低く（代表的には４００℃未満または３７５℃未満（好ましくは、３４０℃以上３６０℃以下））とすることができる。なお、半導体装置の作製工程については、後述する。
【０１１３】  以下に、本実施の形態の半導体装置に含まれるその他の構成要素について、詳細に説明する。
【０１１４】＜基板＞  基板５０２の材質などに大きな制限はないが、少なくとも、後の熱処理に耐えうる程度の耐熱性を有している必要がある。例えば、ガラス基板、セラミック基板、石英基板、サファイア基板等を、基板５０２として用いてもよい。また、シリコンや炭化シリコンを材料とした単結晶半導体基板、多結晶半導体基板、シリコンゲルマニウム等の化合物半導体基板、ＳＯＩ基板等を適用することも可能であり、これらの基板上に半導体素子が設けられたものを、基板５０２として用いてもよい。なお、基板５０２として、ガラス基板を用いる場合、第６世代、第７世代、第８世代、第９世代、第１０世代等の大面積基板を用いることで、大型の表示装置を作製することができる。このような大面積基板を用いることで製造コストを低減させることができるため好ましい。
【０１１５】  また、基板５０２として、可撓性基板を用い、可撓性基板上に直接、トランジスタ５００を形成してもよい。または、基板５０２とトランジスタ５００の間に剥離層を設けてもよい。剥離層は、その上に半導体装置を一部あるいは全部完成させた後、基板５０２より分離し、他の基板に転載するのに用いることができる。その際、トランジスタ５００を耐熱性の劣る基板や可撓性の基板にも転載できる。
【０１１６】＜ゲート電極、ソース電極、及びドレイン電極として機能する導電膜＞  ゲート電極として機能する導電膜５０４、及びソース電極として機能する導電膜５１２ａ、及びドレイン電極として機能する導電膜５１２ｂとしては、クロム（Ｃｒ）、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、亜鉛（Ｚｎ）、モリブデン（Ｍｏ）、タンタル（Ｔａ）、チタン（Ｔｉ）、タングステン（Ｗ）、マンガン（Ｍｎ）、ニッケル（Ｎｉ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）から選ばれた金属元素、または上述した金属元素を成分とする合金か、上述した金属元素を組み合わせた合金等を用いてそれぞれ形成することができる。
【０１１７】  また、導電膜５０４、５１２ａ、５１２ｂは、単層構造でも、二層以上の積層構造としてもよい。例えば、シリコンを含むアルミニウム膜の単層構造、アルミニウム膜上にチタン膜を積層する二層構造、窒化チタン膜上にチタン膜を積層する二層構造、窒化チタン膜上にタングステン膜を積層する二層構造、窒化タンタル膜または窒化タングステン膜上にタングステン膜を積層する二層構造、チタン膜と、そのチタン膜上にアルミニウム膜を積層し、さらにその上にチタン膜を形成する三層構造等がある。また、アルミニウムに、チタン、タンタル、タングステン、モリブデン、クロム、ネオジム、スカンジウムから選ばれた一または複数を組み合わせた合金膜、もしくは窒化膜を用いてもよい。
【０１１８】  また、導電膜５０４、５１２ａ、５１２ｂには、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、酸化シリコンを添加したインジウム錫酸化物等の透光性を有する導電性材料を適用することもできる。
【０１１９】  また、導電膜５０４、５１２ａ、５１２ｂには、Ｃｕ−Ｘ合金膜（Ｘは、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｍｏ、Ｔａ、またはＴｉ）を適用してもよい。Ｃｕ−Ｘ合金膜を用いることで、ウエットエッチングプロセスで加工できるため、製造コストを抑制することが可能となる。
【０１２０】＜ゲート絶縁膜として機能する絶縁膜＞  トランジスタ５００のゲート絶縁膜として機能する絶縁膜５０６及び絶縁膜５０７としては、プラズマ化学気相堆積（ＰＥＣＶＤ：（Ｐｌａｓｍａ  Ｅｎｈａｎｃｅｄ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ））法、スパッタリング法等により、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、酸化アルミニウム膜、酸化ハフニウム膜、酸化イットリウム膜、酸化ジルコニウム膜、酸化ガリウム膜、酸化タンタル膜、酸化マグネシウム膜、酸化ランタン膜、酸化セリウム膜及び酸化ネオジム膜を一種以上含む絶縁膜を、それぞれ用いることができる。なお、絶縁膜５０６及び絶縁膜５０７の積層構造とせずに、上述の材料から選択された単層の絶縁膜、または３層以上の絶縁膜を用いてもよい。
【０１２１】  また、絶縁膜５０６は、酸素の透過を抑制するブロッキング膜としての機能を有する。例えば、絶縁膜５０７、１１４、５１６及び／または酸化物半導体膜５０８中に過剰の酸素を供給する場合において、絶縁膜５０６は酸素の透過を抑制することができる。
【０１２２】  なお、トランジスタ５００のチャネル領域として機能する酸化物半導体膜５０８と接する絶縁膜５０７は、酸化物絶縁膜であることが好ましく、化学量論的組成よりも過剰に酸素を含有する領域（酸素過剰領域）を有することがより好ましい。別言すると、絶縁膜５０７は、酸素を放出することが可能な絶縁膜である。なお、絶縁膜５０７に酸素過剰領域を設けるには、例えば、酸素雰囲気下にて絶縁膜５０７を形成すればよい。または、成膜後の絶縁膜５０７に酸素を導入して、酸素過剰領域を形成してもよい。酸素の導入方法としては、イオン注入法、イオンドーピング法、プラズマイマージョンイオン注入法、プラズマ処理等を用いることができる。
【０１２３】  また、絶縁膜５０７として、酸化ハフニウムを用いる場合、以下の効果を奏する。酸化ハフニウムは、酸化シリコンや酸化窒化シリコンと比べて比誘電率が高い。したがって、酸化シリコンや酸化窒化シリコンを用いた場合と比べて、絶縁膜５０７の膜厚を大きくできるため、トンネル電流によるリーク電流を小さくすることができる。すなわち、オフ電流の小さいトランジスタを実現することができる。さらに、結晶構造を有する酸化ハフニウムは、非晶質構造を有する酸化ハフニウムと比べて高い比誘電率を有する。したがって、オフ電流の小さいトランジスタとするためには、結晶構造を有する酸化ハフニウムを用いることが好ましい。結晶構造の例としては、単斜晶系や立方晶系などが挙げられる。ただし、本発明の一態様は、これらに限定されない。
【０１２４】  なお、本実施の形態では、絶縁膜５０６として窒化シリコン膜を形成し、絶縁膜５０７として酸化シリコン膜を形成する。窒化シリコン膜は、酸化シリコン膜と比較して比誘電率が高く、酸化シリコン膜と同等の静電容量を得るのに必要な膜厚が大きいため、トランジスタ５００のゲート絶縁膜として、窒化シリコン膜を含むことで絶縁膜を物理的に厚膜化することができる。よって、トランジスタ５００の絶縁耐圧の低下を抑制、さらには絶縁耐圧を向上させて、トランジスタ５００の静電破壊を抑制することができる。
【０１２５】＜酸化物半導体膜＞  酸化物半導体膜５０８としては、先に示す材料を用いることができる。酸化物半導体膜５０８がＩｎ−Ｍ−Ｚｎ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＝２：１：３、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝３：１：２、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝４：２：４．１が好ましい。また、酸化物半導体膜５０８がＩｎ−Ｍ−Ｚｎ酸化物の場合、スパッタリングターゲットとしては、多結晶のＩｎ−Ｍ−Ｚｎ酸化物を含むターゲットを用いると好ましい。多結晶のＩｎ−Ｍ−Ｚｎ酸化物を含むターゲットを用いることで、結晶性を有する酸化物半導体膜５０８を形成しやすくなる。なお、成膜される酸化物半導体膜５０８の原子数比はそれぞれ、誤差として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。例えば、スパッタリングターゲットとして、原子数比がＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝４：２：４．１を用いる場合、成膜される酸化物半導体膜５０８の原子数比は、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝４：２：３近傍となる場合がある。
【０１２６】  例えば、第１の酸化物半導体膜５０８ａとしては、上述のＩｎ：Ｍ：Ｚｎ＝２：１：３、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝３：１：２、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝４：２：４．１等のスパッタリングターゲットを用いて形成すればよい。好ましくは、第１の酸化物半導体膜５０８ａは、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝４：α１（１．５≦α１≦２．５）：α２（２．５≦α２≦３．５）［原子数比］であると好ましい。
【０１２７】  また、第２の酸化物半導体膜５０８ｂとしては、上述のＩｎ：Ｍ：Ｚｎ＝１：１：１、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝１：１：１．２等のスパッタリングターゲットを用いて形成すればよい。好ましくは、第２の酸化物半導体膜５０８ｂは、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝１：β１（０．８≦β１≦１．２）：β２（０．８≦β２≦１．２）［原子数比］であると好ましい。なお、第２の酸化物半導体膜５０８ｂ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としては、Ｉｎ≧Ｍ、Ｚｎ≧Ｍを満たす必要はなく、Ｉｎ＜Ｍ及び／またはＺｎ＜Ｍを満たす組成でもよい。具体的には、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝１：３：２、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝１：３：４、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝１：３：６等が挙げられる。
【０１２８】  また、酸化物半導体膜５０８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。このように、エネルギーギャップの広い酸化物半導体を用いることで、トランジスタ５００のオフ電流を低減することができる。特に、第１の酸化物半導体膜５０８ａには、エネルギーギャップが２．０ｅＶ以上、好ましくは２．０ｅＶ以上３．０ｅＶ以下の酸化物半導体膜を用い、第２の酸化物半導体膜５０８ｂには、エネルギーギャップが２．５ｅＶ以上３．５ｅＶ以下の酸化物半導体膜を用いると好適である。また、第１の酸化物半導体膜５０８ａよりも第２の酸化物半導体膜５０８ｂのエネルギーギャップが大きい方が好ましい。
【０１２９】  また、第１の酸化物半導体膜５０８ａ、及び第２の酸化物半導体膜５０８ｂの厚さは、それぞれ３ｎｍ以上２００ｎｍ以下、好ましくは３ｎｍ以上１００ｎｍ以下、さらに好ましくは３ｎｍ以上５０ｎｍ以下とする。
【０１３０】  また、第１の酸化物半導体膜５０８ａ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、第１の酸化物半導体膜５０８ａは、キャリア密度が８×１０１１／ｃｍ３未満、好ましくは１×１０１１／ｃｍ３未満、さらに好ましくは１×１０１０／ｃｍ３未満であり、１×１０−９／ｃｍ３以上とすればよい。また、第２の酸化物半導体膜５０８ｂ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、第２の酸化物半導体膜５０８ｂ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以下とすればよい。
【０１３１】  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及び電気特性（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、第１の酸化物半導体膜５０８ａ、及び第２の酸化物半導体膜５０８ｂ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。
【０１３２】  なお、第１の酸化物半導体膜５０８ａ、及び第２の酸化物半導体膜５０８ｂとしては、それぞれ不純物濃度が低く、欠陥準位密度の低い酸化物半導体膜を用いることで、さらに優れた電気特性を有するトランジスタを作製することができ好ましい。ここでは、不純物濃度が低く、欠陥準位密度の低い（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よぶ。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。したがって、該酸化物半導体膜にチャネル領域が形成されるトランジスタは、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、欠陥準位密度が低いため、トラップ準位密度も低くなる場合がある。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、オフ電流が著しく小さく、チャネル幅が１×１０６μｍでチャネル長Ｌが１０μｍの素子であっても、ソース電極とドレイン電極間の電圧（ドレイン電圧）が１Ｖから１０Ｖの範囲において、オフ電流が、半導体パラメータアナライザの測定限界以下、すなわち１×１０−１３Ａ以下という特性を得ることができる。
【０１３３】  したがって、上記高純度真性、または実質的に高純度真性の酸化物半導体膜にチャネル領域が形成されるトランジスタは、電気特性の変動が小さく、信頼性の高いトランジスタとすることができる。なお、酸化物半導体膜のトラップ準位に捕獲された電荷は、消失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、トラップ準位密度の高い酸化物半導体膜にチャネル領域が形成されるトランジスタは、電気特性が不安定となる場合がある。不純物としては、水素、窒素、アルカリ金属、またはアルカリ土類金属等がある。
【０１３４】  酸化物半導体膜に含まれる水素は、金属原子と結合する酸素と反応して水になると共に、酸素が脱離した格子（または酸素が脱離した部分）に酸素欠損を形成する。該酸素欠損に水素が入ることで、キャリアである電子が生成される場合がある。また、水素の一部が金属原子と結合する酸素と結合して、キャリアである電子を生成することがある。従って、水素が含まれている酸化物半導体膜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、酸化物半導体膜５０８は水素ができる限り低減されていることが好ましい。具体的には、酸化物半導体膜５０８において、ＳＩＭＳ分析により得られる水素濃度を、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、５×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、好ましくは１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、より好ましくは５×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、さらに好ましくは１×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下とする。
【０１３５】  また、第１の酸化物半導体膜５０８ａは、第２の酸化物半導体膜５０８ｂよりも水素濃度が少ない部分を有すると好ましい。第１の酸化物半導体膜５０８ａの方が、第２の酸化物半導体膜５０８ｂよりも水素濃度が少ない部分を有すことにより、信頼性の高い半導体装置とすることができる。
【０１３６】  また、第１の酸化物半導体膜５０８ａ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、第１の酸化物半導体膜５０８ａにおいて酸素欠損が増加し、ｎ型化してしまう。このため、第１の酸化物半導体膜５０８ａにおけるシリコンや炭素の濃度と、第１の酸化物半導体膜５０８ａとの界面近傍のシリコンや炭素の濃度（ＳＩＭＳ分析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。
【０１３７】  また、第１の酸化物半導体膜５０８ａにおいて、ＳＩＭＳ分析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。アルカリ金属及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、第１の酸化物半導体膜５０８ａのアルカリ金属またはアルカリ土類金属の濃度を低減することが好ましい。
【０１３８】  また、第１の酸化物半導体膜５０８ａ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することにより、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膜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。従って、該酸化物半導体膜において、窒素はできる限り低減されていることが好ましい。例えば、ＳＩＭＳ分析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。
【０１３９】  また、第１の酸化物半導体膜５０８ａ、及び第２の酸化物半導体膜５０８ｂは、それぞれ非単結晶構造でもよい。非単結晶構造は、例えば、後述するＣＡＡＣ−ＯＳ（Ｃ  Ａｘｉｓ  Ａｌｉｇｎｅｄ  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。
【０１４０】  ここで、酸化物半導体膜５０８、及び酸化物半導体膜５０８に接する絶縁膜のバンド構造について、図１８を用いて説明する。
【０１４１】  図１８は、絶縁膜５０７、第１の酸化物半導体膜５０８ａ、第２の酸化物半導体膜５０８ｂ、及び絶縁膜５１４を有する積層構造の膜厚方向のバンド構造の一例である。なお、バンド構造は、理解を容易にするため絶縁膜５０７、第１の酸化物半導体膜５０８ａ、第２の酸化物半導体膜５０８ｂ、及び絶縁膜５１４の伝導帯下端のエネルギー準位（Ｅｃ）を示す。
【０１４２】  また、図１８に示すバンド構造においては、絶縁膜５０７、５１４として酸化シリコン膜を用い、第１の酸化物半導体膜５０８ａとして金属元素の原子数比をＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝４：２：４．１の金属酸化物ターゲットを用いて形成される酸化物半導体膜を用い、第２の酸化物半導体膜５０８ｂとして金属元素の原子数比をＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：１．２の金属酸化物ターゲットを用いて形成される金属酸化膜を用いる構成のバンド図である。
【０１４３】  図１８に示すように、第１の酸化物半導体膜５０８ａ、及び第２の酸化物半導体膜５０８ｂ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。このようなバンド構造を有するためには、第１の酸化物半導体膜５０８ａと第２の酸化物半導体膜５０８ｂとの界面において、トラップ中心や再結合中心のような欠陥準位を形成するような不純物が存在しないとする。
【０１４４】  第１の酸化物半導体膜５０８ａ、及び第２の酸化物半導体膜５０８ｂに連続接合を形成するためには、ロードロック室を備えたマルチチャンバー方式の成膜装置（スパッタリング装置）を用いて各膜を大気に触れさせることなく連続して積層すればよい。
【０１４５】  図１８に示す構成とすることで第１の酸化物半導体膜５０８ａがウェル（井戸）となり、上記積層構造を用いたトランジスタにおいて、チャネル領域が第１の酸化物半導体膜５０８ａに形成されることがわかる。
【０１４６】  なお、第２の酸化物半導体膜５０８ｂを形成しない場合、第１の酸化物半導体膜５０８ａには、トラップ準位が形成されうる。一方で、上記積層構造とすることで、当該トラップ準位は、第２の酸化物半導体膜５０８ｂに形成されうる。したがって、第１の酸化物半導体膜５０８ａからトラップ準位を離すことができる。
【０１４７】  また、トラップ準位がチャネル領域として機能する第１の酸化物半導体膜５０８ａの伝導帯下端のエネルギー準位（Ｅｃ）より真空準位に遠くなることがあり、トラップ準位に電子が蓄積しやすくなってしまう。トラップ準位に電子が蓄積されることで、マイナスの固定電荷となり、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。したがって、トラップ準位が第１の酸化物半導体膜５０８ａの伝導帯下端のエネルギー準位（Ｅｃ）より真空準位に近くなるような構成にすると好ましい。このようにすることで、トラップ準位に電子が蓄積しにくくなり、トランジスタのオン電流を増大させることが可能であると共に、電界効果移動度を高めることができる。
【０１４８】  また、図１８において、第２の酸化物半導体膜５０８ｂは、第１の酸化物半導体膜５０８ａよりも伝導帯下端のエネルギー準位が真空準位に近く、代表的には、第１の酸化物半導体膜５０８ａの伝導帯下端のエネルギー準位と、第２の酸化物半導体膜５０８ｂの伝導帯下端のエネルギー準位との差が、０．１５ｅＶ以上、または０．５ｅＶ以上、かつ２ｅＶ以下、または１ｅＶ以下である。すなわち、第２の酸化物半導体膜５０８ｂの電子親和力と、第１の酸化物半導体膜５０８ａの電子親和力との差が、０．１５ｅＶ以上、または０．５ｅＶ以上、かつ２ｅＶ以下、または１ｅＶ以下である。
【０１４９】  このような構成を有することで、第１の酸化物半導体膜５０８ａが電流の主な経路となり、チャネル領域として機能する。また、第２の酸化物半導体膜５０８ｂは、チャネル領域が形成される第１の酸化物半導体膜５０８ａを構成する金属元素の一種以上から構成される酸化物半導体膜であるため、第１の酸化物半導体膜５０８ａと第２の酸化物半導体膜５０８ｂとの界面において、界面散乱が起こりにくい。従って、該界面においてはキャリアの動きが阻害されないため、トランジスタの電界効果移動度が高くなる。
【０１５０】  また、第２の酸化物半導体膜５０８ｂは、チャネル領域の一部として機能することを防止するため、導電率が十分に低い材料を用いるものとする。または、第２の酸化物半導体膜５０８ｂには、電子親和力（真空準位と伝導帯下端のエネルギー準位との差）が第１の酸化物半導体膜５０８ａよりも小さく、伝導帯下端のエネルギー準位が第１の酸化物半導体膜５０８ａの伝導帯下端エネルギー準位と差分（バンドオフセット）を有する材料を用いるものとする。また、ドレイン電圧の大きさに依存したしきい値電圧の差が生じることを抑制するためには、第２の酸化物半導体膜５０８ｂの伝導帯下端のエネルギー準位が、第１の酸化物半導体膜５０８ａの伝導帯下端のエネルギー準位よりも０．２ｅＶ以上真空準位に近い材料、好ましくは０．５ｅＶ以上真空準位に近い材料を適用することが好ましい。
【０１５１】  また、第２の酸化物半導体膜５０８ｂは、膜中にスピネル型の結晶構造が含まれないことが好ましい。第２の酸化物半導体膜５０８ｂの膜中にスピネル型の結晶構造を含む場合、該スピネル型の結晶構造と他の領域との界面において、導電膜５１２ａ、５１２ｂの構成元素が第１の酸化物半導体膜５０８ａへ拡散してしまう場合がある。なお、第２の酸化物半導体膜５０８ｂが後述するＣＡＡＣ−ＯＳである場合、導電膜５１２ａ、５１２ｂの構成元素、例えば、銅元素のブロッキング性が高くなり好ましい。
【０１５２】  第２の酸化物半導体膜５０８ｂの膜厚は、導電膜５１２ａ、５１２ｂの構成元素が酸化物半導体膜５０８ｂに拡散することを抑制することのできる膜厚以上であって、絶縁膜５１４から酸化物半導体膜５０８ｂへの酸素の供給を抑制する膜厚未満とする。例えば、第２の酸化物半導体膜５０８ｂの膜厚が１０ｎｍ以上であると、導電膜５１２ａ、５１２ｂの構成元素が第１の酸化物半導体膜５０８ａへ拡散するのを抑制することができる。また、第２の酸化物半導体膜５０８ｂの膜厚を１００ｎｍ以下とすると、絶縁膜５１４、５１６から第１の酸化物半導体膜５０８ａへ効果的に酸素を供給することができる。
【０１５３】＜トランジスタの保護絶縁膜として機能する絶縁膜＞  絶縁膜５１４、５１６は、酸化物半導体膜５０８に酸素を供給する機能を有する。また、絶縁膜５１８は、トランジスタ５００の保護絶縁膜としての機能を有する。また、絶縁膜５１４、５１６は、酸素を有する。また、絶縁膜５１４は、酸素を透過することのできる絶縁膜である。なお、絶縁膜５１４は、後に形成する絶縁膜５１６を形成する際の、酸化物半導体膜５０８へのダメージ緩和膜としても機能する。
【０１５４】  絶縁膜５１４としては、厚さが５ｎｍ以上１５０ｎｍ以下、好ましくは５ｎｍ以上５０ｎｍ以下の酸化シリコン、酸化窒化シリコン等を用いることができる。
【０１５５】  また、絶縁膜５１４は、欠陥量が少ないことが好ましく、代表的には、ＥＳＲ測定により、シリコンのダングリングボンドに由来するｇ＝２．００１に現れる信号のスピン密度が３×１０１７ｓｐｉｎｓ／ｃｍ３以下であることが好ましい。これは、絶縁膜５１４に含まれる欠陥密度が多いと、該欠陥に酸素が結合してしまい、絶縁膜５１４における酸素の透過量が減少してしまうためである。
【０１５６】  なお、絶縁膜５１４においては、外部から絶縁膜５１４に入った酸素が全て絶縁膜５１４の外部に移動せず、絶縁膜５１４にとどまる酸素もある。また、絶縁膜５１４に酸素が入ると共に、絶縁膜５１４に含まれる酸素が絶縁膜５１４の外部へ移動することで、絶縁膜５１４において酸素の移動が生じる場合もある。絶縁膜５１４として酸素を透過することができる酸化物絶縁膜を形成すると、絶縁膜５１４上に設けられる、絶縁膜５１６から脱離する酸素を、絶縁膜５１４を介して酸化物半導体膜５０８に移動させることができる。
【０１５７】  また、絶縁膜５１４は、窒素酸化物の準位密度が低い酸化物絶縁膜を用いて形成することができる。なお、当該窒素酸化物の準位密度は、酸化物半導体膜の価電子帯の上端のエネルギー（ＥＶ＿ＯＳ）と、酸化物半導体膜の伝導体下端のエネルギー（ＥＣ＿ＯＳ）との間に形成され得る場合がある。Ｅｖ＿ｏｓとＥｃ＿ｏｓの間に窒素酸化物の準位密度が低い酸化物絶縁膜として、窒素酸化物の放出量が少ない酸化窒化シリコン膜、または窒素酸化物の放出量が少ない酸化窒化アルミニウム膜等を用いることができる。
【０１５８】  なお、窒素酸化物の放出量の少ない酸化窒化シリコン膜は、昇温脱離ガス分析法において、窒素酸化物の放出量よりアンモニアの放出量が多い膜であり、代表的にはアンモニア分子の放出量が１×１０１８分子／ｃｍ３以上５×１０１９分子／ｃｍ３以下である。なお、アンモニアの放出量は、膜の表面温度が５０℃以上６５０℃以下、好ましくは５０℃以上５５０℃以下の加熱処理による放出量とする。
【０１５９】  窒素酸化物（ＮＯｘ、ｘは０以上２以下、好ましくは１以上２以下）、代表的にはＮＯ２またはＮＯは、絶縁膜５１４などに準位を形成する。当該準位は、酸化物半導体膜５０８のエネルギーギャップ内に位置する。そのため、窒素酸化物が、絶縁膜５１４及び酸化物半導体膜５０８の界面に拡散すると、当該準位が絶縁膜５１４側において電子をトラップする場合がある。この結果、トラップされた電子が、絶縁膜５１４及び酸化物半導体膜５０８界面近傍に留まるため、トランジスタのしきい値電圧をプラス方向にシフトさせてしまう。
【０１６０】  また、窒素酸化物は、加熱処理においてアンモニア及び酸素と反応する。絶縁膜５１４に含まれる窒素酸化物は、加熱処理において、絶縁膜５１６に含まれるアンモニアと反応するため、絶縁膜５１４に含まれる窒素酸化物が低減される。このため、絶縁膜５１４及び酸化物半導体膜５０８の界面において、電子がトラップされにくい。
【０１６１】  絶縁膜５１４として、Ｅｖ＿ｏｓとＥｃ＿ｏｓの間に窒素酸化物の準位密度が低い酸化物絶縁膜を用いることで、トランジスタのしきい値電圧のシフトを低減することが可能であり、トランジスタの電気特性の変動を低減することができる。
【０１６２】  なお、トランジスタの作製工程の加熱処理、代表的には４００℃未満または３７５℃未満（好ましくは、３４０℃以上３６０℃以下）の加熱処理により、絶縁膜５１４は、１００Ｋ以下のＥＳＲで測定して得られたスペクトルにおいてｇ値が２．０３７以上２．０３９以下の第１のシグナル、ｇ値が２．００１以上２．００３以下の第２のシグナル、及びｇ値が１．９６４以上１．９６６以下の第３のシグナルが観測される。なお、第１のシグナル及び第２のシグナルのスプリット幅、並びに第２のシグナル及び第３のシグナルのスプリット幅は、ＸバンドのＥＳＲ測定において約５ｍＴである。また、ｇ値が２．０３７以上２．０３９以下の第１のシグナル、ｇ値が２．００１以上２．００３以下の第２のシグナル、及びｇ値が１．９６４以上１．９６６以下の第３のシグナルのスピンの密度の合計が１×１０１８ｓｐｉｎｓ／ｃｍ３未満であり、代表的には１×１０１７ｓｐｉｎｓ／ｃｍ３以上１×１０１８ｓｐｉｎｓ／ｃｍ３未満である。
【０１６３】  なお、１００Ｋ以下のＥＳＲスペクトルにおいてｇ値が２．０３７以上２．０３９以下の第１シグナル、ｇ値が２．００１以上２．００３以下の第２のシグナル、及びｇ値が１．９６４以上１．９６６以下の第３のシグナルは、窒素酸化物（ＮＯｘ、ｘは０以上２以下、好ましくは１以上２以下）起因のシグナルに相当する。窒素酸化物の代表例としては、一酸化窒素、二酸化窒素等がある。即ち、ｇ値が２．０３７以上２．０３９以下の第１のシグナル、ｇ値が２．００１以上２．００３以下の第２のシグナル、及びｇ値が１．９６４以上１．９６６以下の第３のシグナルのスピンの密度の合計が少ないほど、酸化物絶縁膜に含まれる窒素酸化物の含有量が少ないといえる。
【０１６４】  また、Ｅｖ＿ｏｓとＥｃ＿ｏｓの間に窒素酸化物の準位密度が低い酸化物絶縁膜は、ＳＩＭＳで測定される窒素濃度が６×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下である。
【０１６５】  基板温度が２２０℃以上３５０℃以下であり、シラン及び一酸化二窒素を用いたＰＥＣＶＤ法を用いて、Ｅｖ＿ｏｓとＥｃ＿ｏｓの間に窒素酸化物の準位密度が低い酸化物絶縁膜を形成することで、緻密であり、且つ硬度の高い膜を形成することができる。
【０１６６】  絶縁膜５１６は、化学量論的組成を満たす酸素よりも多くの酸素を含む酸化物絶縁膜を用いて形成する。化学量論的組成を満たす酸素よりも多くの酸素を含む酸化物絶縁膜は、加熱により酸素の一部が脱離する。化学量論的組成を満たす酸素よりも多くの酸素を含む酸化物絶縁膜は、ＴＤＳ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、好ましくは３．０×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上である酸化物絶縁膜である。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５００℃以下の範囲が好ましい。
【０１６７】  絶縁膜５１６としては、厚さが３０ｎｍ以上５００ｎｍ以下、好ましくは５０ｎｍ以上４００ｎｍ以下の、酸化シリコン、酸化窒化シリコン等を用いることができる。
【０１６８】  また、絶縁膜５１６は、欠陥量が少ないことが好ましく、代表的には、ＥＳＲ測定により、シリコンのダングリングボンドに由来するｇ＝２．００１に現れる信号のスピン密度が１．５×１０１８ｓｐｉｎｓ／ｃｍ３未満、さらには１×１０１８ｓｐｉｎｓ／ｃｍ３以下であることが好ましい。なお、絶縁膜５１６は、絶縁膜５１４と比較して酸化物半導体膜５０８から離れているため、絶縁膜５１４より、欠陥密度が多くともよい。
【０１６９】  また、絶縁膜５１４、５１６は、同種の材料の絶縁膜を用いることができるため、絶縁膜５１４と絶縁膜５１６の界面が明確に確認できない場合がある。したがって、本実施の形態においては、絶縁膜５１４と絶縁膜５１６の界面は、破線で図示している。なお、本実施の形態においては、絶縁膜５１４と絶縁膜５１６の２層構造について説明したが、これに限定されず、例えば、絶縁膜５１４または絶縁膜５１６の単層構造としてもよい。
【０１７０】  絶縁膜５１８は、酸素、水素、水、アルカリ金属、アルカリ土類金属等のブロッキングできる機能を有する。絶縁膜５１８を設けることで、酸化物半導体膜５０８からの酸素の外部への拡散と、絶縁膜５１４、５１６に含まれる酸素の外部への拡散と、外部から酸化物半導体膜５０８への水素、水等の入り込みを防ぐことができる。絶縁膜５１８としては、例えば、窒化物絶縁膜を用いることができる。該窒化物絶縁膜としては、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等がある。特に、絶縁膜５１８としては、窒化酸化シリコンまたは窒化シリコン膜を用いると、酸素の外部への拡散を抑制できるため好適である。
【０１７１】  また、酸素、水素、水、アルカリ金属、アルカリ土類金属等のブロッキング効果を有する窒化物絶縁膜の代わりに、酸素、水素、水等のブロッキング効果を有する酸化物絶縁膜を絶縁膜５１８として設けてもよい。酸素、水素、水等のブロッキング効果を有する酸化物絶縁膜としては、酸化アルミニウム、酸化窒化アルミニウム、酸化ガリウム、酸化窒化ガリウム、酸化イットリウム、酸化窒化イットリウム、酸化ハフニウム、酸化窒化ハフニウム等がある。なお、酸素、水素、水等のブロッキング効果を有する酸化物絶縁膜としては、特に酸化アルミニウム、酸化ハフニウム、または酸化イットリウムであると好ましい。
【０１７２】  なお、上記記載の、導電膜、絶縁膜、酸化物半導体膜などの様々な膜は、スパッタリング法やＰＥＣＶＤ法により形成することができるが、他の方法、例えば、熱ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、またはＡＬＤ（Ａｔｏｍｉｃ  Ｌａｙｅｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法により形成してもよい。熱ＣＶＤ法の例としてＭＯＣＶＤ（Ｍｅｔａｌ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法が挙げられる。
【０１７３】  熱ＣＶＤ法は、プラズマを使わない成膜方法のため、プラズマダメージによる欠陥が生成されることが無いという利点を有する。
【０１７４】  熱ＣＶＤ法は、原料ガスと酸化剤を同時にチャンバー内に送り、チャンバー内を大気圧または減圧下とし、基板近傍または基板上で反応させて基板上に堆積させることで成膜を行ってもよい。
【０１７５】  また、ＡＬＤ法は、チャンバー内を大気圧または減圧下とし、反応のための原料ガスが順次チャンバーに導入され、そのガス導入の順序を繰り返すことで成膜を行ってもよい。例えば、それぞれのスイッチングバルブ（高速バルブとも呼ぶ）を切り替えて２種類以上の原料ガスを順番にチャンバーに供給し、複数種の原料ガスが混ざらないように第１の原料ガスと同時またはその後に不活性ガス（アルゴン、或いは窒素など）などを導入し、第２の原料ガスを導入する。なお、同時に不活性ガスを導入する場合には、不活性ガスはキャリアガスとなり、また、第２の原料ガスの導入時にも同時に不活性ガスを導入してもよい。また、不活性ガスを導入する代わりに真空排気によって第１の原料ガスを排出した後、第２の原料ガスを導入してもよい。第１の原料ガスが基板の表面に吸着して第１の層を成膜し、後から導入される第２の原料ガスと反応して、第２の層が第１の層上に積層されて薄膜が形成される。このガス導入順序を制御しつつ所望の厚さになるまで複数回繰り返すことで、段差被覆性に優れた薄膜を形成することができる。薄膜の厚さは、ガス導入順序を繰り返す回数によって調節することができるため、精密な膜厚調節が可能であり、微細なＦＥＴを作製する場合に適している。
【０１７６】  ＭＯＣＶＤ法などの熱ＣＶＤ法は、上記実施形態の導電膜、絶縁膜、酸化物半導体膜、金属酸化膜などの様々な膜を形成することができ、例えば、Ｉｎ−Ｇａ−ＺｎＯ膜を成膜する場合には、トリメチルインジウム、トリメチルガリウム、及びジメチル亜鉛を用いる。なお、トリメチルインジウムの化学式は、Ｉｎ（ＣＨ３）３である。また、トリメチルガリウムの化学式は、Ｇａ（ＣＨ３）３である。また、ジメチル亜鉛の化学式は、Ｚｎ（ＣＨ３）２である。また、これらの組み合わせに限定されず、トリメチルガリウムに代えてトリエチルガリウム（化学式Ｇａ（Ｃ２Ｈ５）３）を用いることもでき、ジメチル亜鉛に代えてジエチル亜鉛（化学式Ｚｎ（Ｃ２Ｈ５）２）を用いることもできる。
【０１７７】  例えば、ＡＬＤを利用する成膜装置により酸化ハフニウム膜を形成する場合には、溶媒とハフニウム前駆体化合物を含む液体（ハフニウムアルコキシド、テトラキスジメチルアミドハフニウム（ＴＤＭＡＨ）などのハフニウムアミド）を気化させた原料ガスと、酸化剤としてオゾン（Ｏ３）の２種類のガスを用いる。なお、テトラキスジメチルアミドハフニウムの化学式はＨｆ［Ｎ（ＣＨ３）２］４である。また、他の材料液としては、テトラキス（エチルメチルアミド）ハフニウムなどがある。
【０１７８】  例えば、ＡＬＤを利用する成膜装置により酸化アルミニウム膜を形成する場合には、溶媒とアルミニウム前駆体化合物を含む液体（トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）など）を気化させた原料ガスと、酸化剤としてＨ２Ｏの２種類のガスを用いる。なお、トリメチルアルミニウムの化学式はＡｌ（ＣＨ３）３である。また、他の材料液としては、トリス（ジメチルアミド）アルミニウム、トリイソブチルアルミニウム、アルミニウムトリス（２，２，６，６−テトラメチル−３，５−ヘプタンジオナート）などがある。
【０１７９】  例えば、ＡＬＤを利用する成膜装置により酸化シリコン膜を形成する場合には、ヘキサクロロジシランを被成膜面に吸着させ、吸着物に含まれる塩素を除去し、酸化性ガス（Ｏ２、一酸化二窒素）のラジカルを供給して吸着物と反応させる。
【０１８０】  例えば、ＡＬＤを利用する成膜装置によりタングステン膜を成膜する場合には、ＷＦ６ガスとＢ２Ｈ６ガスを順次繰り返し導入して初期タングステン膜を形成し、その後、ＷＦ６ガスとＨ２ガスを順次繰り返し導入してタングステン膜を形成する。なお、Ｂ２Ｈ６ガスに代えてＳｉＨ４ガスを用いてもよい。
【０１８１】  例えば、ＡＬＤを利用する成膜装置により酸化物半導体膜、例えばＩｎ−Ｇａ−ＺｎＯ膜を成膜する場合には、Ｉｎ（ＣＨ３）３ガスとＯ３ガスを順次繰り返し導入してＩｎ−Ｏ層を形成し、その後、Ｇａ（ＣＨ３）３ガスとＯ３ガスを順次繰り返し導入してＧａＯ層を形成し、更にその後Ｚｎ（ＣＨ３）２ガスとＯ３ガスを順次繰り返し導入してＺｎＯ層を形成する。なお、これらの層の順番はこの例に限らない。また、これらのガスを混ぜてＩｎ−Ｇａ−Ｏ層やＩｎ−Ｚｎ−Ｏ層、Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ層などの混合化合物層を形成しても良い。なお、Ｏ３ガスに変えてＡｒ等の不活性ガスでバブリングして得られたＨ２Ｏガスを用いても良いが、Ｈを含まないＯ３ガスを用いる方が好ましい。また、Ｉｎ（ＣＨ３）３ガスの代わりに、Ｉｎ（Ｃ２Ｈ５）３ガスを用いても良い。また、Ｇａ（ＣＨ３）３ガスの代わりに、Ｇａ（Ｃ２Ｈ５）３ガスを用いても良い。また、Ｚｎ（ＣＨ３）２ガスを用いても良い。
【０１８２】＜半導体装置の構成例２＞  次に、図１４（Ｂ）（Ｃ）に示すトランジスタ５００と異なる構成例について、図１６（Ａ）（Ｂ）を用いて説明する。なお、先に説明した機能と同様の機能を有する場合には、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。
【０１８３】  図１６（Ａ）は、本発明の一態様の半導体装置であるトランジスタ５７０の上面図であり、図１６（Ｂ）は、図１６（Ａ）に示す一点鎖線Ｘ３−Ｘ４間における切断面、及び図１６（Ａ）に示す一点鎖線Ｙ３−Ｙ４間における切断面の断面図に相当する。
【０１８４】  トランジスタ５７０は、基板５０２上の第１のゲート電極として機能する導電膜５０４と、基板５０２及び導電膜５０４上の絶縁膜５０６と、絶縁膜５０６上の絶縁膜５０７と、絶縁膜５０７上の酸化物半導体膜５０８と、酸化物半導体膜５０８上の絶縁膜５１４と、絶縁膜５１４上の絶縁膜５１６と、酸化物半導体膜５０８に電気的に接続されるソース電極として機能する導電膜５１２ａと、酸化物半導体膜５０８に電気的に接続されるドレイン電極として機能する５１２ｂと、酸化物半導体膜５０８上の絶縁膜５１４と、絶縁膜５１４上の絶縁膜５１６と、絶縁膜５１６上の絶縁膜５１８と、絶縁膜５１８上の導電膜５２０ａと、絶縁膜５１８上の導電膜５２０ｂと、を有する。絶縁膜５１４、５１６、５１８は、トランジスタ５７０の第２のゲート絶縁膜としての機能を有する。また、導電膜５２０ａは、絶縁膜５１４、５１６、５１８に設けられる開口部５４２ｃを介して、導電膜５１２ｂと電気的に接続される。また、トランジスタ５７０において、導電膜５２０ａは、例えば、表示装置に用いる画素電極としての機能を有する。また、トランジスタ５７０において、導電膜５２０ｂは、第２のゲート電極（バックゲート電極ともいう）として機能する。
【０１８５】  また、図１６（Ｂ）に示すように導電膜５２０ｂは、絶縁膜５０６、絶縁膜５０７、絶縁膜５１４、絶縁膜５１６、及び絶縁膜５１８に設けられる開口部５４２ａ、５４２ｂにおいて、第１のゲート電極として機能する導電膜５０４に接続される。よって、導電膜５２０ｂと導電膜５０４とは、同じ電位が与えられる。
【０１８６】  なお、本実施の形態においては、開口部５４２ａ、５４２ｂを設け、導電膜５２０ｂと導電膜５０４を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、開口部５４２ａまたは開口部５４２ｂのいずれか一方の開口部のみを形成し、導電膜５２０ｂと導電膜５０４を接続する構成、または開口部５４２ａ及び開口部５４２ｂを設けずに、導電膜５２０ｂと導電膜５０４を接続しない構成としてもよい。なお、導電膜５２０ｂと導電膜５０４を接続しない構成の場合、導電膜５２０ｂと導電膜５０４には、それぞれ異なる電位を与えることができる。
【０１８７】  また、図１６（Ｂ）に示すように、酸化物半導体膜５０８は、ゲート電極として機能する導電膜５０４と、第２のゲート電極として機能する導電膜５２０ｂのそれぞれと対向するように位置し、２つのゲート電極として機能する導電膜に挟まれている。第２のゲート電極として機能する導電膜５２０ｂのチャネル長方向の長さ及びチャネル幅方向の長さは、酸化物半導体膜５０８のチャネル長方向の長さ及びチャネル幅方向の長さよりもそれぞれ長く、酸化物半導体膜５０８の全体は、絶縁膜５１４、５１６、５１８を介して導電膜５２０ｂに覆われている。また、第２のゲート電極として機能する導電膜５２０ｂとゲート電極として機能する導電膜５０４とは、絶縁膜５０６、絶縁膜５０７、絶縁膜５１４、絶縁膜５１６、及び絶縁膜５１８に設けられる開口部５４２ａ、５４２ｂにおいて接続されるため、酸化物半導体膜５０８のチャネル幅方向の側面は、絶縁膜５１４、絶縁膜５１６及び絶縁膜５１８を介して第２のゲート電極として機能する導電膜５２０ｂと対向している。
【０１８８】  別言すると、トランジスタ５７０のチャネル幅方向において、ゲート電極として機能する導電膜５０４及び第２のゲート電極として機能する導電膜５２０ｂは、ゲート絶縁膜として機能する絶縁膜５０６、５０７及び第２のゲート絶縁膜として機能する絶縁膜５１４、５１６、５１８に設けられる開口部において接続すると共に、ゲート絶縁膜として機能する絶縁膜５０６、５０７及び第２のゲート絶縁膜として機能する絶縁膜５１４、５１６、５１８を介して酸化物半導体膜５０８を囲む構成である。
【０１８９】  このような構成を有することで、トランジスタ５７０に含まれる酸化物半導体膜５０８を、ゲート電極として機能する導電膜５０４及び第２のゲート電極として機能する導電膜５２０ｂの電界によって電気的に囲むことができる。トランジスタ５７０のように、ゲート電極及び第２のゲート電極の電界によって、チャネル領域が形成される酸化物半導体膜を電気的に囲むトランジスタのデバイス構造をｓｕｒｒｏｕｎｄｅｄ  ｃｈａｎｎｅｌ（ｓ−ｃｈａｎｎｅｌ）構造と呼ぶことができる。
【０１９０】  トランジスタ５７０は、ｓ−ｃｈａｎｎｅｌ構造を有するため、ゲート電極として機能する導電膜５０４によってチャネルを誘起させるための電界を効果的に酸化物半導体膜５０８に印加することができるため、トランジスタ５７０の電流駆動能力が向上し、高いオン電流特性を得ることが可能となる。また、オン電流を高くすることが可能であるため、トランジスタ５７０を微細化することが可能となる。また、トランジスタ５７０は、ゲート電極として機能する導電膜５０４及び第２のゲート電極として機能する導電膜５２０ｂによって囲まれた構造を有するため、トランジスタ５７０の機械的強度を高めることができる。
【０１９１】  なお、トランジスタ５７０のその他の構成については、先に示すトランジスタ５００と同様であり、同様の効果を奏する。
【０１９２】  また、本実施の形態に係るトランジスタは、上記の構造のそれぞれを自由に組み合わせることが可能である。例えば、図１４（Ａ）（Ｂ）に示すトランジスタ５００を表示装置の画素のトランジスタに用い、図１６（Ａ）（Ｂ）に示すトランジスタ５７０を表示装置のゲートドライバのトランジスタに用いることができる。
【０１９３】＜半導体装置の作製方法１＞  次に、本発明の一態様の半導体装置であるトランジスタ５００の作製方法について、図１０（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）乃至図１４（Ａ）を用いて詳細に説明する。なお、図１０（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）乃至図１４（Ａ）は、半導体装置の作製方法を説明する断面図である。
【０１９４】  まず、基板５０２上に導電膜を形成し、該導電膜をリソグラフィ工程及びエッチング工程を行い加工して、ゲート電極として機能する導電膜５０４を形成する。次に、導電膜５０４上にゲート絶縁膜として機能する絶縁膜５０６、５０７を形成する（図１０（Ａ）参照）。
【０１９５】  本実施の形態では、基板５０２としてガラス基板を用い、ゲート電極として機能する導電膜５０４として厚さ１００ｎｍのタングステン膜をスパッタリング法により形成する。また、絶縁膜５０６として厚さ４００ｎｍの窒化シリコン膜をＰＥＣＶＤ法により形成し、絶縁膜５０７として厚さ５０ｎｍの酸化窒化シリコン膜をＰＥＣＶＤ法により形成する。
【０１９６】  なお、絶縁膜５０６としては、窒化シリコン膜の積層構造とすることができる。具体的には、絶縁膜５０６を、第１の窒化シリコン膜と、第２の窒化シリコン膜と、第３の窒化シリコン膜との３層積層構造とすることができる。該３層積層構造の一例としては、以下のように形成することができる。
【０１９７】  第１の窒化シリコン膜としては、例えば、流量２００ｓｃｃｍのシラン、流量２０００ｓｃｃｍの窒素、及び流量１００ｓｃｃｍのアンモニアガスを原料ガスとしてＰＥＣＶＤ装置の反応室に供給し、反応室内の圧力を１００Ｐａに制御し、２７．１２ＭＨｚの高周波電源を用いて２０００Ｗの電力を供給して、厚さが５０ｎｍとなるように形成すればよい。
【０１９８】  第２の窒化シリコン膜としては、流量２００ｓｃｃｍのシラン、流量２０００ｓｃｃｍの窒素、及び流量２０００ｓｃｃｍのアンモニアガスを原料ガスとしてＰＥＣＶＤ装置の反応室に供給し、反応室内の圧力を１００Ｐａに制御し、２７．１２ＭＨｚの高周波電源を用いて２０００Ｗの電力を供給して、厚さが３００ｎｍとなるように形成すればよい。
【０１９９】  第３の窒化シリコン膜としては、流量２００ｓｃｃｍのシラン、及び流量５０００ｓｃｃｍの窒素を原料ガスとしてＰＥＣＶＤ装置の反応室に供給し、反応室内の圧力を１００Ｐａに制御し、２７．１２ＭＨｚの高周波電源を用いて２０００Ｗの電力を供給して、厚さが５０ｎｍとなるように形成すればよい。
【０２００】  なお、上記第１の窒化シリコン膜、第２の窒化シリコン膜、及び第３の窒化シリコン膜形成時の基板温度は３５０℃以下とすることができる。
【０２０１】  絶縁膜５０６を、窒化シリコン膜の３層の積層構造とすることで、例えば、導電膜５０４に銅（Ｃｕ）を含む導電膜を用いる場合において、以下の効果を奏する。
【０２０２】  第１の窒化シリコン膜は、導電膜５０４からの銅（Ｃｕ）元素の拡散を抑制することができる。第２の窒化シリコン膜は、水素を放出する機能を有し、ゲート絶縁膜として機能する絶縁膜の耐圧を向上させることができる。第３の窒化シリコン膜は、第３の窒化シリコン膜からの水素放出が少なく、且つ第２の窒化シリコン膜からの放出される水素の拡散を抑制することができる。
【０２０３】  絶縁膜５０７としては、後に形成される酸化物半導体膜５０８（より具体的には、第１の酸化物半導体膜５０８ａ）との界面特性を向上させるため、酸素を含む絶縁膜で形成されると好ましい。
【０２０４】  次に、絶縁膜５０７上に、酸化物半導体膜５０９を第１の温度で成膜する。なお、酸化物半導体膜５０９としては、第１の酸化物半導体膜５０９ａを成膜し、引き続いて第２の酸化物半導体膜５０９ｂを成膜する（図１０（Ｂ）参照）。
【０２０５】  酸化物半導体膜５０９を成膜する第１の温度としては、室温以上３４０℃未満、好ましくは室温以上３００℃以下、より好ましくは１００℃以上２５０℃以下、さらに好ましくは１００℃以上２００℃以下である。酸化物半導体膜５０９を加熱して成膜することで、酸化物半導体膜５０９の結晶性を高めることができる。一方で、基板５０２として、大型のガラス基板（例えば、第６世代乃至第１０世代）を用いる場合、第１の温度を１５０℃以上３４０℃未満とした場合、基板５０２が歪む場合がある。よって、大型のガラス基板を用いる場合においては、第１の温度を１００℃以上１５０℃未満とすることで、ガラス基板の歪みを抑制することができる。
【０２０６】  なお、第１の酸化物半導体膜５０９ａと、第２の酸化物半導体膜５０９ｂの成膜時の基板温度は、同じでも異なっていてもよい。ただし、第１の酸化物半導体膜５０９ａと、第２の酸化物半導体膜５０９ｂとの、基板温度を同じとすることで、製造コストを低減することができるため好適である。
【０２０７】  本実施の形態では、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ金属酸化物ターゲット（Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝４：２：４．１［原子数比］）を用いて、スパッタリング法により第１の酸化物半導体膜５０９ａを成膜し、その後真空中で連続して、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ金属酸化物ターゲット（Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：１．２［原子数比］）を用いて、スパッタリング法により第２の酸化物半導体膜５０９ｂを成膜する。また、第１の酸化物半導体膜５０９ａ及び第２の酸化物半導体膜５０９ｂの成膜時の基板温度を１７０℃とする。
【０２０８】  なお、スパッタリング法で酸化物半導体膜５０９を成膜する場合、スパッタリングガスは、希ガス（代表的にはアルゴン）、酸素、希ガス及び酸素の混合ガスを適宜用いる。なお、混合ガスの場合、希ガスに対して酸素のガス比を高めることが好ましい。また、スパッタリングガスの高純度化も必要である。例えば、スパッタリングガスとして用いる酸素ガスやアルゴンガスは、露点が−４０℃以下、好ましくは−８０℃以下、より好ましくは−１００℃以下、より好ましくは−１２０℃以下にまで高純度化したガスを用いることで酸化物半導体膜５０９に水分等が取り込まれることを可能な限り防ぐことができる。
【０２０９】  また、スパッタリング法で酸化物半導体膜５０９を成膜する場合、スパッタリング装置におけるチャンバーは、酸化物半導体膜５０９にとって不純物となる水等を可能な限り除去すべくクライオポンプのような吸着式の真空排気ポンプを用いて高真空（５×１０−７Ｐａ以上１×１０−４Ｐａ以下程度まで）排気することが好ましい。または、ターボ分子ポンプとコールドトラップを組み合わせて排気系からチャンバー内に気体、特に炭素または水素を含む気体が逆流しないようにしておくことが好ましい。
【０２１０】  引き続いて、酸化物半導体膜５０９を加工し、島状の酸化物半導体膜５０８を形成する。なお、第１の酸化物半導体膜５０９ａは島状の第１の酸化物半導体膜５０８ａに、第２の酸化物半導体膜５０９ｂは島状の第２の酸化物半導体膜５０８ｂとなる（図１０（Ｃ）参照）。
【０２１１】  引き続いて、上記第１の温度よりも高い温度で行う工程をすることなしに、絶縁膜５０７及び酸化物半導体膜５０８上にソース電極及びドレイン電極となる、導電膜５１２をスパッタリング法によって形成する（図１１（Ａ）参照）。
【０２１２】  本実施の形態では、導電膜５１２として、厚さ５０ｎｍのタングステン膜と、厚さ４００ｎｍのアルミニウム膜とが順に積層された積層膜をスパッタリング法により成膜する。なお、本実施の形態においては、導電膜５１２の２層の積層構造としたが、これに限定されない。例えば、導電膜５１２として、厚さ５０ｎｍのタングステン膜と、厚さ４００ｎｍのアルミニウム膜と、厚さ１００ｎｍのチタン膜とが順に積層された３層の積層構造としてもよい。
【０２１３】  引き続いて、導電膜５１２上の所望の領域にマスク５３６ａ、５３６ｂを形成する（図１１（Ｂ）参照）。
【０２１４】  本実施の形態においては、感光性の樹脂膜を導電膜５１２上に塗布し、該感光性の樹脂膜をリソグラフィ工程によりパターニングすることでマスク５３６ａ、５３６ｂを形成する。
【０２１５】  引き続いて、導電膜５１２、及びマスク５３６ａ、５３６ｂ上からエッチャント５３８を用いて、導電膜５１２を加工することで、それぞれ互いに分離された導電膜５１２ａ、５１２ｂを形成する（図１１（Ｃ）参照）。
【０２１６】  なお、本実施の形態においては、ドライエッチング装置を用い、導電膜５１２を加工する。ただし、導電膜５１２の形成方法としては、これに限定されず、例えば、エッチャント５３８に薬液を用いることで、ウエットエッチング装置を用いて、導電膜５１２、及び第２の酸化物半導体膜５０８ｂを加工してもよい。なお、ウエットエッチング装置を用いて、導電膜５１２を加工するよりも、ドライエッチング装置を用いて導電膜５１２を加工した方が、より微細なパターンを形成することができる。一方で、ドライエッチング装置を用いて、導電膜５１２を加工するよりも、ウエットエッチング装置を用いて導電膜５１２を加工した方が、製造コストを低減することができる。
【０２１７】  引き続いて、第２の酸化物半導体膜５０８ｂ、導電膜５１２ａ、５１２ｂ、及びマスク５３６ａ、５３６ｂ上から、エッチャント５３９を用いて、第２の酸化物半導体膜５０８ｂの表面を洗浄する（図１２（Ａ）参照）。
【０２１８】  上述の洗浄方法としては、例えば、リン酸等の薬液を用いた洗浄が挙げられる。リン酸等の薬液を用いて洗浄を行うことで、第２の酸化物半導体膜５０８ｂの表面に付着した不純物（例えば、導電膜５１２ａ、５１２ｂに含まれる元素等）を除去することができる。なお、該洗浄を必ずしも行う必要はなく、場合によっては、洗浄を行わなくてもよい。
【０２１９】  また、導電膜５１２ａ、５１２ｂの形成時、及び／または上記洗浄工程において、第２の酸化物半導体膜５０８ｂの導電膜５１２ａ、５１２ｂから露出した領域は、第１の酸化物半導体膜５０８ａよりも薄くなる場合がある。
【０２２０】  なお、導電膜５１２ａ、５１２ｂの形成時、及び／または上記洗浄工程において、第２の酸化物半導体膜５０８ｂの導電膜５１２ａ、５１２ｂから露出した領域が薄くならない場合もある。この場合の一例を図１５（Ａ）（Ｂ）に示す。図１５（Ａ）（Ｂ）は、半導体装置の一例を示す断面図である。図１５（Ａ）は、図１４（Ｂ）に示すトランジスタ５００の第２の酸化物半導体膜５０８ｂが薄くならない場合の一例である。また、図１５（Ｂ）に示すように、第２の酸化物半導体膜５０８ｂの膜厚を、予め第１の酸化物半導体膜５０８ａよりも薄く形成し、導電膜５１２ａ、５１２ｂから露出した領域の膜厚を、図１４（Ｂ）に示すトランジスタ５００と同等の膜厚としてもよい。また、図１５（Ｃ）に示すように、第２の酸化物半導体膜５０８ｂの膜厚を、予め第１の酸化物半導体膜５０８ａよりも薄く形成し、さらに第２の酸化物半導体膜５０８ｂ及び絶縁膜５０７上に絶縁膜５１９を形成してもよい。この場合、絶縁膜５１９には第２の酸化物半導体膜５０８ｂと導電膜５１２ａ及び導電膜５１２ｂとが接するための開口を形成する。絶縁膜５１９は、絶縁膜５１４と同様の材料及び形成方法によって形成できる。
【０２２１】  次に、マスク５３６ａ、５３６ｂを除去することで、第２の酸化物半導体膜５０８ｂ上のソース電極として機能する導電膜５１２ａと、第２の酸化物半導体膜５０８上のドレイン電極として機能する導電膜５１２ｂと、が形成される。また、酸化物半導体膜５０８は、第１の酸化物半導体膜５０８ａと、第２の酸化物半導体膜５０８ｂとの積層構造となる（図１２（Ｂ）参照）。
【０２２２】  引き続いて、酸化物半導体膜５０８、及び導電膜５１２ａ、５１２ｂ上に第１の保護絶縁膜として機能する絶縁膜５１４と、第２の保護絶縁膜として機能する絶縁膜５１６と、を成膜した後、第１のバリア膜５３１を成膜する（図１２（Ｃ）参照）。
【０２２３】  なお、絶縁膜５１４を形成した後、大気に曝すことなく、連続的に絶縁膜５１６を形成することが好ましい。絶縁膜５１４を形成後、大気開放せず、原料ガスの流量、圧力、高周波電力及び基板温度の一以上を調整して、絶縁膜５１６を連続的に形成することで、絶縁膜５１４と絶縁膜５１６の界面において大気成分由来の不純物濃度を低減することができるとともに、絶縁膜５１４、５１６に含まれる酸素を酸化物半導体膜５０８に移動させることが可能となり、酸化物半導体膜５０８の酸素欠損量を低減することが可能となる。
【０２２４】  例えば、絶縁膜５１４として、ＰＥＣＶＤ法を用いて、酸化窒化シリコン膜を形成することができる。この場合、原料ガスとしては、シリコンを含む堆積性気体及び酸化性気体を用いることが好ましい。シリコンを含む堆積性気体の代表例としては、シラン、ジシラン、トリシラン、フッ化シラン等がある。酸化性気体としては、一酸化二窒素、二酸化窒素等がある。また、上記の堆積性気体の流量に対する酸化性気体の流量を２０倍より大きく１００倍未満、好ましくは４０倍以上８０倍以下とし、処理室内の圧力を１００Ｐａ未満、好ましくは５０Ｐａ以下とするＰＥＣＶＤ法を用いることで、絶縁膜５１４が、窒素を含み、且つ欠陥量の少ない絶縁膜となる。
【０２２５】  本実施の形態においては、絶縁膜５１４として、基板５０２を保持する温度を２２０℃とし、流量５０ｓｃｃｍのシラン及び流量２０００ｓｃｃｍの一酸化二窒素を原料ガスとし、処理室内の圧力を２０Ｐａとし、平行平板電極に供給する高周波電力を１３．５６ＭＨｚ、１００Ｗ（電力密度としては１．６×１０−２Ｗ／ｃｍ２）とするＰＥＣＶＤ法を用いて、酸化窒化シリコン膜を形成する。
【０２２６】  絶縁膜５１６としては、ＰＥＣＶＤ装置の真空排気された処理室内に載置された基板を１８０℃以上３５０℃以下に保持し、処理室に原料ガスを導入して処理室内における圧力を１００Ｐａ以上２５０Ｐａ以下、さらに好ましくは１００Ｐａ以上２００Ｐａ以下とし、処理室内に設けられる電極に０．１７Ｗ／ｃｍ２以上０．５Ｗ／ｃｍ２以下、さらに好ましくは０．２５Ｗ／ｃｍ２以上０．３５Ｗ／ｃｍ２以下の高周波電力を供給する条件により、酸化シリコン膜または酸化窒化シリコン膜を形成する。
【０２２７】  絶縁膜５１６の成膜条件として、上記圧力の反応室において上記パワー密度の高周波電力を供給することで、プラズマ中で原料ガスの分解効率が高まり、酸素ラジカルが増加し、原料ガスの酸化が進むため、絶縁膜５１６中における酸素含有量が化学量論的組成よりも多くなる。一方、基板温度が、上記温度で形成された膜では、シリコンと酸素の結合力が弱いため、後の工程の加熱処理により膜中の酸素の一部が脱離する。この結果、化学量論的組成を満たす酸素よりも多くの酸素を含み、加熱により酸素の一部が脱離する酸化物絶縁膜を形成することができる。
【０２２８】  なお、絶縁膜５１６の形成工程において、絶縁膜５１４が酸化物半導体膜５０８の保護膜となる。したがって、酸化物半導体膜５０８へのダメージを低減しつつ、パワー密度の高い高周波電力を用いて絶縁膜５１６を形成することができる。
【０２２９】  なお、絶縁膜５１６の成膜条件において、酸化性気体に対するシリコンを含む堆積性気体の流量を増加することで、絶縁膜５１６の欠陥量を低減することが可能である。代表的には、ＥＳＲ測定により、シリコンのダングリングボンドに由来するｇ＝２．００１に現れる信号のスピン密度が６×１０１７ｓｐｉｎｓ／ｃｍ３未満、好ましくは３×１０１７ｓｐｉｎｓ／ｃｍ３以下、好ましくは１．５×１０１７ｓｐｉｎｓ／ｃｍ３以下である欠陥量の少ない酸化物絶縁膜を形成することができる。この結果トランジスタの信頼性を高めることができる。
【０２３０】  また、絶縁膜５１４、５１６を成膜した後（別言すると、絶縁膜５１６成膜後、且つ第１のバリア膜５３１成膜前）に、加熱処理を行ってもよい。該加熱処理により、絶縁膜５１４、５１６に含まれる窒素酸化物を低減することができる。また、上記加熱処理により、絶縁膜５１４、５１６に含まれる酸素の一部を酸化物半導体膜５０８に移動させ、酸化物半導体膜５０８に含まれる酸素欠損量を低減することができる。
【０２３１】  絶縁膜５１４、５１６への加熱処理の温度は、代表的には、４００℃まで、好ましくは３７５℃未満、さらに好ましくは、３４０℃以上３６０℃未満、さらに好ましくは、１５０℃以上３５０℃以下とする。加熱処理は、窒素、酸素、超乾燥空気（水の含有量が２０ｐｐｍ以下、好ましくは１ｐｐｍ以下、好ましくは１０ｐｐｂ以下の空気）、または希ガス（アルゴン、ヘリウム等）の雰囲気下で行えばよい。なお、上記窒素、酸素、超乾燥空気、または希ガスに水素、水等が含まれないことが好ましい。該加熱処理には、電気炉、ＲＴＡ装置等を用いることができる。
【０２３２】  第１のバリア膜５３１は、酸素と、金属（インジウム、亜鉛、チタン、アルミニウム、タングステン、タンタル、モリブデン、ハフニウム、またはイットリウムの中から選ばれる少なくとも１以上）と、を有する。第１のバリア膜５３１としては、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ：Ｉｎｄｉｕｍ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅともいう）、インジウムスズシリコン酸化物（以下ＩＴＳＯともいう）または酸化インジウムであると、凹凸に対する被覆性が良好であるため好ましい。
【０２３３】  また、第１のバリア膜５３１としては、スパッタリング法を用いて形成することができる。第１のバリア膜５３１が薄い場合、絶縁膜５１６から外部に放出されうる酸素を抑制するのが困難になる場合がある。一方で、第１のバリア膜５３１が厚い場合、絶縁膜５１６中に好適に酸素を添加できない場合がある。したがって、第１のバリア膜５３１の厚さとしては、好ましくは１ｎｍ以上２０ｎｍ以下、より好ましくは２ｎｍ以上１０ｎｍ以下とする。本実施の形態では、第１のバリア膜５３１として、厚さ５ｎｍのＩＴＳＯを成膜する。
【０２３４】  引き続いて、第１のバリア膜５３１を介して、酸素５４０を第２の保護絶縁膜として機能する、絶縁膜５１６に添加する。なお、図中において、絶縁膜５１６中に添加される酸素を酸素５４０ａと模式的に表している。（図１３（Ａ）参照）。また、酸素５４０は絶縁膜５１４に添加される場合もある。
【０２３５】  第１のバリア膜５３１を介して絶縁膜５１６に酸素５４０を添加する方法としては、イオンドーピング法、イオン注入法、プラズマ処理法等がある。また、酸素５４０としては、過剰酸素または酸素ラジカル等が挙げられる。また、酸素５４０を添加する際に、基板側にバイアスを印加することで効果的に酸素５４０を絶縁膜５１６に添加することができる。上記バイアスとしては、例えば、電力密度を１Ｗ／ｃｍ２以上５Ｗ／ｃｍ２以下とすればよい。絶縁膜５１６上に第１のバリア膜５３１を設けて酸素を添加することで、第１のバリア膜５３１が絶縁膜５１６から酸素が脱離することを抑制する保護膜として機能する。このため、絶縁膜５１６により多くの酸素を添加することができる。
【０２３６】  次に、第１のバリア膜５３１または第１のバリア膜５３１の一部、及び第２の保護絶縁膜として機能する絶縁膜５１６の一部を、エッチャント５４２によって除去する（図１３（Ｂ）参照）。
【０２３７】  第１のバリア膜５３１、及び第２の保護絶縁膜として機能する絶縁膜５１６の一部の除去方法としては、ドライエッチング法、ウエットエッチング法、またはドライエッチング法とウエットエッチング法を組み合わせる方法等が挙げられる。なお、ドライエッチング法の場合には、エッチャント５４２は、エッチングガスであり、ウエットエッチング法の場合には、エッチャント５４２は、薬液である。本実施の形態においては、ウエットエッチング法を用いて、第１のバリア膜５３１を除去する。第１のバリア膜５３１の除去方法として、ウエットエッチング法を用いる方が、製造コストを抑制できるため好適である。
【０２３８】  引き続いて、絶縁膜５１６上に第２のバリア膜として機能する、絶縁膜５１８を成膜する（図１４（Ａ）参照）。
【０２３９】  絶縁膜５１８をＰＥＣＶＤ法で成膜する場合、基板温度は４００℃まで、好ましくは３７５℃未満、より好ましくは３４０℃以上３６０℃以下である。絶縁膜５１８を成膜する場合の基板温度を上述の範囲にすることで、上述の過剰酸素または上述の酸素ラジカルを酸化物半導体膜５０８に拡散させることができる。また、絶縁膜５１８を成膜する場合の基板温度を上述の範囲にすることで、緻密な膜を形成できるため好ましい。
【０２４０】  例えば、絶縁膜５１８としてＰＥＣＶＤ法により窒化シリコン膜を形成する場合、シリコンを含む堆積性気体、窒素、及びアンモニアを原料ガスとして用いることが好ましい。窒素と比較して少量のアンモニアを用いることで、プラズマ中でアンモニアが解離し、活性種が発生する。該活性種が、シリコンを含む堆積性気体に含まれるシリコン及び水素の結合、及び窒素の三重結合を切断する。この結果、シリコン及び窒素の結合が促進され、シリコン及び水素の結合が少なく、欠陥が少なく、緻密な窒化シリコン膜を形成することができる。一方、窒素に対するアンモニアの量が多いと、シリコンを含む堆積性気体及び窒素の分解が進まず、シリコン及び水素結合が残存してしまい、欠陥が増大した、且つ粗な窒化シリコン膜が形成されてしまう。これらのため、原料ガスにおいて、アンモニアに対する窒素の流量比を５倍以上５０倍以下、１０倍以上５０倍以下とすることが好ましい。
【０２４１】  本実施の形態においては、絶縁膜５１８として、ＰＥＣＶＤ装置を用いて、シラン、窒素、及びアンモニアを原料ガスとして用いて、厚さ５０ｎｍの窒化シリコン膜を形成する。流量は、シランが５０ｓｃｃｍ、窒素が５０００ｓｃｃｍであり、アンモニアが１００ｓｃｃｍである。処理室の圧力を１００Ｐａ、基板温度を３５０℃とし、２７．１２ＭＨｚの高周波電源を用いて１０００Ｗの高周波電力を平行平板電極に供給する。ＰＥＣＶＤ装置は電極面積が６０００ｃｍ２である平行平板型のＰＥＣＶＤ装置であり、供給した電力を単位面積あたりの電力（電力密度）に換算すると１．７×１０−１Ｗ／ｃｍ２である。
【０２４２】  また、第２のバリア膜として機能する、絶縁膜５１８の形成後に加熱処理を行ってもよい。絶縁膜５１８の形成後の加熱処理によって、絶縁膜５１６に含まれる過剰酸素、または酸素ラジカルを酸化物半導体膜５０８中に拡散させ、酸化物半導体膜５０８中の酸素欠損を補填することができる。あるいは、絶縁膜５１８を加熱成膜とすることで、絶縁膜５１６に含まれる過剰酸素、または酸素ラジカルを酸化物半導体膜５０８中に拡散させ、酸化物半導体膜５０８中の酸素欠損を補填することができる。
【０２４３】  以上の工程で図１４（Ｂ）に示すトランジスタ５００を形成することができる。
【０２４４】＜半導体装置の作製方法２＞  次に、図１０（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）乃至図１４（Ａ）に示すトランジスタ５００の作製方法と、異なる作製方法について、以下説明する。
【０２４５】  まず、＜半導体装置の作製方法１＞と同様に、図１０（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）、図１１（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）、及び図１２（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）に示す工程まで行う。その後、図１３（Ａ）（Ｂ）、及び図１４（Ａ）に示す工程を行わない。すなわち、図１２（Ｃ）に示す構造にて、図１４（Ｂ）（Ｃ）に示すトランジスタ５００と同様の機能を有する。
【０２４６】  この場合、第１のバリア膜５３１としては、金属酸化膜を用い、当該金属酸化膜として、酸化アルミニウム、酸化ハフニウム、または酸化イットリウムを成膜すると好ましい。
【０２４７】  また、第１のバリア膜５３１として、酸化アルミニウム、酸化ハフニウム、または酸化イットリウムをスパッタリング法にて成膜する場合、スパッタリングガスとして、少なくとも酸素を含むと好ましい。第１のバリア膜５３１形成時において、スパッタリングガスに酸素を用いることで、当該酸素がプラズマ中で酸素ラジカルとなり、当該酸素または当該酸素ラジカルのいずれか一方または双方が、絶縁膜５１６中に添加される場合がある。よって、図１３（Ａ）に示す酸素５４０を添加する工程を行わなくても良い。別言すると、第１のバリア膜５３１の成膜時において、酸素添加処理と、第１のバリア膜５３１の成膜を同時に行うことが可能となる。なお、第１のバリア膜５３１は、第１のバリア膜の成膜時（特に成膜初期）においては、酸素を添加する機能を有するが、第１のバリア膜５３１の形成後においては、酸素をブロックする機能を有する。
【０２４８】  また、第１のバリア膜５３１として、例えば、酸化アルミニウムをスパッタリング法にて成膜する場合、絶縁膜５１６と、第１のバリア膜５３１との界面近傍に混合層を形成する場合がある。絶縁膜５１６が酸化窒化シリコン膜の場合、該混合層としてＡｌｘＳｉｙＯｚが形成されうる。
【０２４９】  また、第１のバリア膜５３１として、酸化アルミニウム、酸化ハフニウム、または酸化イットリウムを用いる場合、酸化アルミニウム、酸化ハフニウム、及び酸化イットリウムは、高い絶縁性を有し、且つ高い酸素バリア性を有する。よって、図１３（Ｂ）に示す第１のバリア膜５３１を除去する工程、及び図１４（Ａ）に示す絶縁膜５１８を成膜する工程を行わなくてもよい。よって、第１のバリア膜５３１は、絶縁膜５１８と同様の機能を有する。
【０２５０】  なお、第１のバリア膜５３１の成膜時の基板温度を４００℃まで、好ましくは３７５℃未満、より好ましくは３４０℃以上３６０℃以下で加熱成膜とすることで、絶縁膜５１６中に添加された過剰酸素または酸素ラジカルを酸化物半導体膜５０８中に拡散させることができる。または、第１のバリア膜５３１を成膜した後に、４００℃まで、好ましくは３７５℃未満、より好ましくは３４０℃以上３６０℃以下で加熱処理を行うと、絶縁膜５１６中に添加された過剰酸素または酸素ラジカルを酸化物半導体膜５０８中に拡散させることができる。
【０２５１】  このように、第１のバリア膜５３１として、酸化アルミニウム、酸化ハフニウム、または酸化イットリウムを用いることで、半導体装置の製造工程を短くすることが可能となり、製造コストを抑制することができる。
【０２５２】＜半導体装置の作製方法３＞  次に、本発明の一態様であるトランジスタ５７０の作製方法について、図１７（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）を用いて詳細に説明する。なお、図１７（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）は、半導体装置の作製方法を説明する断面図である。
【０２５３】  まず、先に示すトランジスタ５００の作製方法と同様の工程（図１０（Ａ）乃至図１４（Ａ）に示す工程まで）を行う。
【０２５４】  次に、絶縁膜５１８上にリソグラフィ工程によりマスクを形成し、絶縁膜５１４、５１６、５１８の所望の領域に開口部５４２ｃを形成する。また、絶縁膜５１８上にリソグラフィ工程によりマスクを形成し、絶縁膜５０６、５０７、５１４、５１６、５１８の所望の領域に開口部５４２ａ、５４２ｂを形成する。なお、開口部５４２ｃは、導電膜５１２ｂに達するように形成される。また、開口部５４２ａ、５４２ｂは、それぞれ導電膜５０４に達するように形成される（図１７（Ａ）参照）。
【０２５５】  なお、開口部５４２ａ、５４２ｂと開口部５４２ｃは、同じ工程で形成してもよく、異なる工程で形成してもよい。開口部５４２ａ、５４２ｂと開口部５４２ｃを同じ工程で形成する場合、例えば、グレートーンマスクまたはハーフトーンマスクを用いて形成することができる。また、開口部５４２ａ、５４２ｂを複数回に分けて形成してもよい。例えば、絶縁膜５０６、５０７を加工し、その後、絶縁膜５１４、５１６、５１８を加工する。
【０２５６】  次に、開口部５４２ａ、５４２ｂ、５４２ｃを覆うように絶縁膜５１８上に導電膜５２０を形成する（図１７（Ｂ）参照）。
【０２５７】  導電膜５２０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ことができる。特に、導電膜５２０としては、酸化タングステンを含むインジウム酸化物、酸化タングステンを含むインジウム亜鉛酸化物、酸化チタンを含むインジウム酸化物、酸化チタンを含むインジウムスズ酸化物、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）、インジウム亜鉛酸化物、インジウムスズシリコン酸化物（ＩＴＳＯ）などの透光性を有する導電性材料を用いることができる。また、導電膜５２０としては、例えば、スパッタリング法を用いて形成することができる。本実施の形態においては、膜厚１１０ｎｍのＩＴＳＯをスパッタリング法で形成する。
【０２５８】  次に、導電膜５２０上にリソグラフィ工程によりマスクを形成し、導電膜５２０を所望の形状に加工することで、導電膜５２０ａ、５２０ｂを形成する（図１７（Ｃ）参照）。
【０２５９】  導電膜５２０ａ、５２０ｂの形成方法については、ドライエッチング法、ウエットエッチング法、またはドライエッチング法とウエットエッチング法を組み合わせる方法等が挙げられる。本実施の形態においては、ウエットエッチング法を用いて、導電膜５２０を導電膜５２０ａ、５２０ｂへと加工する。
【０２６０】  以上の工程で図１６（Ａ）（Ｂ）に示すトランジスタ５７０を作製することができる。
【０２６１】  以上、本実施の形態で示す構成、方法は、他の実施の形態で示す構成、方法と適宜組み合わせて用いることができる。（実施の形態３）  本実施の形態では、本発明の一態様の半導体装置に含まれる酸化物半導体の構造について、詳細に説明を行う。
【０２６２】＜酸化物半導体の構造＞  酸化物半導体は、単結晶酸化物半導体と、それ以外の非単結晶酸化物半導体とに分けられる。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、ｎｃ−ＯＳ（ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）、擬似非晶質酸化物半導体（ａ−ｌｉｋｅ  ＯＳ：ａｍｏｒｐｈｏｕｓ  ｌｉｋｅ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）、非晶質酸化物半導体などがある。
【０２６３】  また別の観点では、酸化物半導体は、非晶質酸化物半導体と、それ以外の結晶性酸化物半導体とに分けられる。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、ｎｃ−ＯＳなどがある。
【０２６４】  非晶質構造の定義としては、一般に、準安定状態で固定化していないこと、等方的であって不均質構造を持たないことなどが知られている。また、結合角度が柔軟であり、短距離秩序性は有するが、長距離秩序性を有さない構造と言い換えることもできる。
【０２６５】  逆の見方をすると、本質的に安定な酸化物半導体の場合、完全な非晶質（ｃｏｍｐｌｅｔｅｌｙ  ａｍｏｒｐｈｏｕｓ）酸化物半導体と呼ぶことはできない。また、等方的でない（例えば、微小な領域において周期構造を有する）酸化物半導体を、完全な非晶質酸化物半導体と呼ぶことはできない。ただし、ａ−ｌｉｋｅ  ＯＳは、微小な領域において周期構造を有するものの、鬆（ボイドともいう。）を有し、不安定な構造である。そのため、物性的には非晶質酸化物半導体に近いといえる。
【０２６６】＜ＣＡＡＣ−ＯＳ＞  まずは、ＣＡＡＣ−ＯＳについて説明する。
【０２６７】  ＣＡＡＣ−ＯＳは、ｃ軸配向した複数の結晶部（ペレットともいう。）を有する酸化物半導体の一つである。
【０２６８】  透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ：Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ  Ｅｌｅｃｔｏｒｏｎ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）によって、ＣＡＡＣ−ＯＳの明視野像と回折パターンとの複合解析像（高分解能ＴＥＭ像ともいう。）を観察すると、複数のペレットを確認することができる。一方、高分解能ＴＥＭ像ではペレット同士の境界、即ち結晶粒界（グレインバウンダリーともいう。）を明確に確認することができない。そのため、ＣＡＡＣ−ＯＳ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。
【０２６９】  以下では、ＴＥＭによって観察したＣＡＡＣ−ＯＳについて説明する。図１９（Ａ）に、試料面と略平行な方向から観察したＣＡＡＣ−ＯＳの断面の高分解能ＴＥＭ像を示す。高分解能ＴＥＭ像の観察には、球面収差補正（Ｓｐｈｅｒｉｃａｌ  Ａｂｅｒｒａｔｉｏｎ  Ｃｏｒｒｅｃｔｏｒ）機能を用いた。球面収差補正機能を用いた高分解能ＴＥＭ像を、特にＣｓ補正高分解能ＴＥＭ像と呼ぶ。Ｃｓ補正高分解能ＴＥＭ像の取得は、例えば、日本電子株式会社製原子分解能分析電子顕微鏡ＪＥＭ−ＡＲＭ２００Ｆなどによって行うことができる。
【０２７０】  図１９（Ａ）の領域（１）を拡大したＣｓ補正高分解能ＴＥＭ像を図１９（Ｂ）に示す。図１９（Ｂ）より、ペレットにおいて、金属原子が層状に配列していることを確認できる。金属原子の各層の配列は、ＣＡＡＣ−ＯＳ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ており、ＣＡＡＣ−ＯＳの被形成面または上面と平行となる。
【０２７１】  図１９（Ｂ）に示すように、ＣＡＡＣ−ＯＳは特徴的な原子配列を有する。図１９（Ｃ）は、特徴的な原子配列を、補助線で示したものである。図１９（Ｂ）および図１９（Ｃ）より、ペレット一つの大きさは１ｎｍ以上のものや、３ｎｍ以上のものがあり、ペレットとペレットとの傾きにより生じる隙間の大きさは０．８ｎｍ程度であることがわかる。したがって、ペレットを、ナノ結晶（ｎｃ：ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌ）と呼ぶこともできる。また、ＣＡＡＣ−ＯＳを、ＣＡＮＣ（Ｃ−Ａｘｉｓ  Ａｌｉｇｎｅｄ  ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌｓ）を有する酸化物半導体と呼ぶこともできる。
【０２７２】  ここで、Ｃｓ補正高分解能ＴＥＭ像をもとに、基板５１２０上のＣＡＡＣ−ＯＳのペレット５１００の配置を模式的に示すと、レンガまたはブロックが積み重なったような構造となる（図１９（Ｄ）参照。）。図１９（Ｃ）で観察されたペレットとペレットとの間で傾きが生じている箇所は、図１９（Ｄ）に示す領域５１６１に相当する。
【０２７３】  また、図２０（Ａ）に、試料面と略垂直な方向から観察したＣＡＡＣ−ＯＳの平面のＣｓ補正高分解能ＴＥＭ像を示す。図２０（Ａ）の領域（１）、領域（２）および領域（３）を拡大したＣｓ補正高分解能ＴＥＭ像を、それぞれ図２０（Ｂ）、図２０（Ｃ）および図２０（Ｄ）に示す。図２０（Ｂ）、図２０（Ｃ）および図２０（Ｄ）より、ペレットは、金属原子が三角形状、四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、異なるペレット間で、金属原子の配列に規則性は見られない。
【０２７４】  次に、Ｘ線回折（ＸＲＤ：Ｘ−Ｒａｙ  Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ）によって解析したＣＡＡＣ−ＯＳについて説明する。例えば、ＩｎＧａＺｎＯ４の結晶を有するＣＡＡＣ−ＯＳに対し、ｏｕｔ−ｏｆ−ｐｌａｎｅ法による構造解析を行うと、図２１（Ａ）に示すように回折角（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。
【０２７５】  なお、ＣＡＡＣ−ＯＳのｏｕｔ−ｏｆ−ｐｌａｎｅ法による構造解析では、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。より好ましいＣＡＡＣ−ＯＳは、ｏｕｔ−ｏｆ−ｐｌａｎｅ法による構造解析では、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。
【０２７６】  一方、ＣＡＡＣ−ＯＳに対し、ｃ軸に略垂直な方向からＸ線を入射させるｉｎ−ｐｌａｎｅ法による構造解析を行うと、２θが５６°近傍にピークが現れる。このピークは、ＩｎＧａＺｎＯ４の結晶の（１１０）面に帰属される。ＣＡＡＣ−ＯＳの場合は、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）を行っても、図２１（Ｂ）に示すように明瞭なピークは現れない。これに対し、ＩｎＧａＺｎＯ４の単結晶酸化物半導体であれば、２θを５６°近傍に固定してφスキャンした場合、図２１（Ｃ）に示すように（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。したがって、ＸＲＤを用いた構造解析から、ＣＡＡＣ−ＯＳは、ａ軸およびｂ軸の配向が不規則であることが確認できる。
【０２７７】  次に、電子回折によって解析したＣＡＡＣ−ＯＳについて説明する。例えば、ＩｎＧａＺｎＯ４の結晶を有するＣＡＡＣ−ＯＳに対し、試料面に平行にプローブ径が３００ｎｍの電子線を入射させると、図２２（Ａ）に示すような回折パターン（制限視野透過電子回折パターンともいう。）が現れる場合がある。この回折パターンには、ＩｎＧａＺｎＯ４の結晶の（００９）面に起因するスポットが含まれる。したがって、電子回折によっても、ＣＡＡＣ−ＯＳに含まれるペレットが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わかる。一方、同じ試料に対し、試料面に垂直にプローブ径が３００ｎｍの電子線を入射させたときの回折パターンを図２２（Ｂ）に示す。図２２（Ｂ）より、リング状の回折パターンが確認される。したがって、電子回折によっても、ＣＡＡＣ−ＯＳに含まれるペレットのａ軸およびｂ軸は配向性を有さないことがわかる。なお、図２２（Ｂ）における第１リングは、ＩｎＧａＺｎＯ４の結晶の（０１０）面および（１００）面などに起因すると考えられる。また、図２２（Ｂ）における第２リングは（１１０）面などに起因すると考えられる。
【０２７８】  上述したように、ＣＡＡＣ−ＯＳは結晶性の高い酸化物半導体である。酸化物半導体の結晶性は不純物の混入や欠陥の生成などによって低下する場合があるため、逆の見方をするとＣＡＡＣ−ＯＳは不純物や欠陥（酸素欠損など）の少ない酸化物半導体ともいえる。
【０２７９】  なお、不純物は、酸化物半導体の主成分以外の元素で、水素、炭素、シリコン、遷移金属元素などがある。例えば、シリコンなどの、酸化物半導体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、酸化物半導体から酸素を奪うことで酸化物半導体の原子配列を乱し、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、酸化物半導体の原子配列を乱し、結晶性を低下させる要因となる。
【０２８０】  酸化物半導体が不純物や欠陥を有する場合、光や熱などによって特性が変動する場合がある。例えば、酸化物半導体に含まれる不純物は、キャリアトラップとなる場合や、キャリア発生源となる場合がある。また、酸化物半導体中の酸素欠損は、キャリアトラップとなる場合や、水素を捕獲することによってキャリア発生源となる場合がある。
【０２８１】  不純物および酸素欠損の少ないＣＡＡＣ−ＯＳは、キャリア密度の低い酸化物半導体である。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。ＣＡＡＣ−ＯＳは、不純物濃度が低く、欠陥準位密度が低い。即ち、安定な特性を有する酸化物半導体であるといえる。
【０２８２】＜ｎｃ−ＯＳ＞  次に、ｎｃ−ＯＳについて説明する。
【０２８３】  ｎｃ−ＯＳは、高分解能ＴＥＭ像において、結晶部を確認することのできる領域と、明確な結晶部を確認することのできない領域と、を有する。ｎｃ−ＯＳに含まれる結晶部は、１ｎｍ以上１０ｎｍ以下、または１ｎｍ以上の大きさであることが多い。なお、結晶部の大きさが１０ｎｍより大きく１００ｎｍ以下である酸化物半導体を微結晶酸化物半導体と呼ぶことがある。ｎｃ−ＯＳは、例えば、高分解能ＴＥＭ像では、結晶粒界を明確に確認できない場合がある。なお、ナノ結晶は、ＣＡＡＣ−ＯＳにおけるペレットと起源を同じくする可能性がある。そのため、以下ではｎｃ−ＯＳの結晶部をペレットと呼ぶ場合がある。
【０２８４】  ｎｃ−ＯＳ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は、異なるペレット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。したがって、ｎｃ−ＯＳは、分析方法によっては、ａ−ｌｉｋｅ  ＯＳや非晶質酸化物半導体と区別が付かない場合がある。例えば、ｎｃ−ＯＳに対し、ペレットよりも大きい径のＸ線を用いた場合、ｏｕｔ−ｏｆ−ｐｌａｎｅ法による解析では、結晶面を示すピークは検出されない。また、ｎｃ−ＯＳに対し、ペレット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回折を行うと、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に対し、ペレットの大きさと近いかペレットより小さいプローブ径の電子線を用いるナノビーム電子回折を行うと、スポットが観測される。また、ｎｃ−ＯＳに対しナノビーム電子回折を行うと、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。さらに、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。
【０２８５】  このように、ペレット（ナノ結晶）間では結晶方位が規則性を有さないことから、ｎｃ−ＯＳを、ＲＡＮＣ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｌｉｇｎｅｄ  ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌｓ）を有する酸化物半導体、またはＮＡＮＣ（Ｎｏｎ−Ａｌｉｇｎｅｄ  ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌｓ）を有する酸化物半導体と呼ぶこともできる。
【０２８６】  ｎｃ−ＯＳは、非晶質酸化物半導体よりも規則性の高い酸化物半導体である。そのため、ｎｃ−ＯＳは、ａ−ｌｉｋｅ  ＯＳや非晶質酸化物半導体よりも欠陥準位密度が低くなる。ただし、ｎｃ−ＯＳは、異なるペレット間で結晶方位に規則性が見られない。そのため、ｎｃ−ＯＳは、ＣＡＡＣ−ＯＳと比べて欠陥準位密度が高くなる。
【０２８７】＜ａ−ｌｉｋｅ  ＯＳ＞  ａ−ｌｉｋｅ  ＯＳは、ｎｃ−ＯＳと非晶質酸化物半導体との間の構造を有する酸化物半導体である。
【０２８８】  ａ−ｌｉｋｅ  ＯＳは、高分解能ＴＥＭ像において鬆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。
【０２８９】  鬆を有するため、ａ−ｌｉｋｅ  ＯＳは、不安定な構造である。以下では、ａ−ｌｉｋｅ  ＯＳが、ＣＡＡＣ−ＯＳおよびｎｃ−ＯＳと比べて不安定な構造であることを示すため、電子照射による構造の変化を示す。
【０２９０】  電子照射を行う試料として、ａ−ｌｉｋｅ  ＯＳ（試料Ａと表記する。）、ｎｃ−ＯＳ（試料Ｂと表記する。）およびＣＡＡＣ−ＯＳ（試料Ｃと表記する。）を準備する。いずれの試料もＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物である。
【０２９１】  まず、各試料の高分解能断面ＴＥＭ像を取得する。高分解能断面ＴＥＭ像により、各試料は、いずれも結晶部を有することがわかる。
【０２９２】  なお、どの部分を一つの結晶部と見なすかの判定は、以下のように行えばよい。例えば、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ことが知られている。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。したがって、格子縞の間隔が０．２８ｎｍ以上０．３０ｎｍ以下である箇所を、ＩｎＧａＺｎＯ４の結晶部と見なすことができる。なお、格子縞は、ＩｎＧａＺｎＯ４の結晶のａ−ｂ面に対応する。
【０２９３】  図２３は、各試料の結晶部（２２箇所から４５箇所）の平均の大きさ（Ａｖｅｒａｇｅ  ｃｒｙｓｔａｌ  ｓｉｚｅ）を調査した例である。ただし、上述した格子縞の長さを結晶部の大きさとしている。図２３より、ａ−ｌｉｋｅ  ＯＳは、電子の累積照射量（Ｃｕｍｕｌａｔｉｖｅ  ｅｌｅｃｔｒｏｎ  ｄｏｓｅ）に応じて結晶部が大きくなっていくことがわかる。具体的には、図２３中に（１）で示すように、ＴＥＭによる観察初期においては１．２ｎｍ程度の大きさだった結晶部（初期核ともいう。）が、累積照射量が４．２×１０８ｅ−／ｎｍ２においては２．６ｎｍ程度の大きさまで成長していることがわかる。一方、ｎｃ−ＯＳおよびＣＡＡＣ−ＯＳは、電子照射開始時から電子の累積照射量が４．２×１０８ｅ−／ｎｍ２までの範囲で、結晶部の大きさに変化が見られないことがわかる。具体的には、図２３中の（２）および（３）で示すように、電子の累積照射量によらず、ｎｃ−ＯＳおよびＣＡＡＣ−ＯＳの結晶部の大きさは、それぞれ１．４ｎｍ程度および２．１ｎｍ程度であることがわかる。
【０２９４】  このように、ａ−ｌｉｋｅ  ＯＳは、電子照射によって結晶部の成長が見られる場合がある。一方、ｎｃ−ＯＳおよびＣＡＡＣ−ＯＳは、電子照射による結晶部の成長がほとんど見られないことがわかる。即ち、ａ−ｌｉｋｅ  ＯＳは、ｎｃ−ＯＳおよびＣＡＡＣ−ＯＳと比べて、不安定な構造であることがわかる。
【０２９５】  また、鬆を有するため、ａ−ｌｉｋｅ  ＯＳは、ｎｃ−ＯＳおよびＣＡＡＣ−ＯＳと比べて密度の低い構造である。具体的には、ａ−ｌｉｋｅ  ＯＳの密度は、同じ組成の単結晶の密度の７８．６％以上９２．３％未満となる。また、ｎｃ−ＯＳの密度およびＣＡＡＣ−ＯＳの密度は、同じ組成の単結晶の密度の９２．３％以上１００％未満となる。単結晶の密度の７８％未満となる酸化物半導体は、成膜すること自体が困難である。
【０２９６】  例えば、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：１［原子数比］を満たす酸化物半導体において、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において、ａ−ｌｉｋｅ  ＯＳ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において、ｎｃ−ＯＳの密度およびＣＡＡＣ−ＯＳの密度は５．９ｇ／ｃｍ３以上６．３ｇ／ｃｍ３未満となる。
【０２９７】  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、所望の組成における単結晶に相当する密度を見積もることができる。所望の組成の単結晶に相当する密度は、組成の異なる単結晶を組み合わせる割合に対して、加重平均を用いて見積もればよい。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見積もることが好ましい。
【０２９８】  以上のように、酸化物半導体は、様々な構造をとり、それぞれが様々な特性を有する。なお、酸化物半導体は、例えば、非晶質酸化物半導体、ａ−ｌｉｋｅ  ＯＳ、ｎｃ−ＯＳ、ＣＡＡＣ−ＯＳのうち、二種以上を有する積層膜であってもよい。
【０２９９】（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２４乃至図２６を用いて以下説明を行う。
【０３００】  図２４は、表示装置の一例を示す上面図である。図２４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２４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。
【０３０１】  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、配線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、配線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。
【０３０２】  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に形成しても良い、またはソースドライバ回路部７０４のみを第１の基板７０１に形成しても良い。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に実装する構成としても良い。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。
【０３０３】  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及びゲートドライバ回路部７０６は、複数のトランジスタを有しており、実施の形態２で説明したトランジスタを適用することができる。
【０３０４】  また、表示装置７００は、様々な形態を用いること、または様々な表示素子を有することが出来る。表示素子は、例えば、液晶素子、ＬＥＤ（白色ＬＥＤ、赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ、青色ＬＥＤなど）などを含むＥＬ（エレクトロルミネッセンス）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）、トランジスタ（電流に応じて発光するトランジスタ）、電子放出素子、電気泳動素子、グレーティングライトバルブ（ＧＬＶ）やデジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）、ＤＭＳ（デジタル・マイクロ・シャッター）素子、ＭＩＲＡＳＯＬ（登録商標）ディスプレイ、ＩＭＯＤ（インターフェアレンス・モジュレーション）素子、圧電セラミックディスプレイなどのＭＥＭＳ（マイクロ・エレクトロ・メカニカル・システム）を用いた表示素子、エレクトロウェッティング素子などが挙げられる。これらの他にも、電気的または磁気的作用により、コントラスト、輝度、反射率、透過率などが変化する表示媒体を有していてもよい。また、表示素子として量子ドットを用いてもよい。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。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。量子ドットを用いた表示装置の一例としては、量子ドットディスプレイなどがある。電子インク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、ホワイト（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】  本実施の形態においては、表示素子としてＶＡ（垂直配向）型の液晶素子を用いる表示装置の構成について、図２５及び図２６を用いて説明する。ＶＡ型とは、表示装置の液晶分子の配列を制御する方式の一種である。ＶＡ型の液晶表示装置は、電圧が印加されていないときにパネル面に対して液晶分子が垂直方向を向くノーマリーブラック型の表示装置である。本実施の形態に示す表示装置は、一の画素（ピクセル）をいくつかの領域（サブピクセル）に分け、それぞれ別の方向に液晶分子を倒すように工夫されている。これをマルチドメイン化あるいはマルチドメイン設計という。
【０３０８】  図２５は、図２４に示す一点鎖線Ｑ−Ｒにおける断面図である。図２５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、配線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。
【０３０９】  トランジスタ７５０及びトランジスタ７５２は、実施の形態２で示すトランジスタを用いることができる。
【０３１０】  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、オフ状態における電流値（オフ電流値）を低くすることができる。よって、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。
【０３１１】  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。
【０３１２】  容量素子７９０は、一対の電極間に誘電体を有する構造である。より詳しくは、容量素子７９０の一方の電極としては、トランジスタ７５０のゲート電極として機能する導電膜と同一工程で形成された導電膜を用い、容量素子７９０の他方の電極としては、トランジスタ７５０のソース電極及びドレイン電極として機能する導電膜を用いる。また、一対の電極間に挟持される誘電体としては、トランジスタ７５０のゲート絶縁膜として機能する絶縁膜を用いる。
【０３１３】  また、図２５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、絶縁膜７６４、７６６、７６８、及び平坦化絶縁膜７７０が設けられている。
【０３１４】  絶縁膜７６４、７６６、７６８としては、それぞれ実施の形態２に示す絶縁膜５１４、５１６、５１８と、同様の材料及び作製方法により形成することができる。また、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。
【０３１５】  また、配線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で形成される。なお、配線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異なる工程で形成された導電膜、例えばゲート電極として機能する導電膜としてもよい。配線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。
【０３１６】  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で形成される。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。
【０３１７】  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、実施の形態２で示す基板５０２と同様の材料を用いることができる。
【０３１８】  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膜７３８と、カラーフィルタとして機能する着色層７３６と、遮光膜７３８及び着色層７３６に接する絶縁膜７３４が設けられる。
【０３１９】  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良い。
【０３２０】  また、図２６に示すように、構造体７７８の代わりに着色層７３６を複数積層したものをスペーサとして用いてもよい。図２６に示す表示装置７００は、一例としてレッドの着色層７３６Ｒ、グリーンの着色層７３６Ｇ及びブルーの着色層７３６Ｂを有しており、遮光膜７３８と重なる位置において着色層７３６Ｒ上に着色層７３６Ｇ及び着色層７３６Ｂが設けられている。このような構成とすることで、構造体７７８を形成する工程を省略することができる。また、図２６に示す表示装置７００は、絶縁膜７３４を設けない構成としている。なお、上記のスペーサとして、着色層７３６Ｒ、着色層７３６Ｇ及び着色層７３６Ｂのうちいずれか２つを積層したものを用いてもよい。
【０３２１】  また、本実施の形態においては、構造体７７８を第１の基板７０１側に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、第２の基板７０５側に構造体７７８を設ける構成、または第１の基板７０１及び第２の基板７０５双方に構造体７７８を設ける構成としてもよい。
【０３２２】  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、導電膜７７４、及び液晶層７７６を有する。導電膜７７４は、第２の基板７０５側に設けられ、対向電極としての機能を有する。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。導電膜７７４上には突起７４４が設けられる。
【０３２３】  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。また、導電膜７７２は、反射電極としての機能を有する。表示装置７００は、外光を利用し導電膜７７２で光を反射して着色層７３６を介して表示する、所謂反射型のカラー液晶表示装置である。
【０３２４】  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。
【０３２５】  また、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場合、該導電膜を積層構造としてもよい。例えば、下層に膜厚１００ｎｍのアルミニウム膜を形成し、上層に厚さ３０ｎｍの銀合金膜（例えば、銀、パラジウム、及び銅を含む合金膜）を形成する。上述の構造とすることで、以下の優れた効果を奏する。
【０３２６】（１）下地膜と導電膜７７２との密着性を向上させることができる。（２）薬液によってアルミニウム膜と、銀合金膜とを一括してエッチングすることが可能である。（３）導電膜７７２の断面形状を良好な形状（例えば、テーパー形状）とすることができる。（３）の理由としては、アルミニウム膜は、銀合金膜よりも薬液によるエッチング速度が遅い、または上層の銀合金膜のエッチング後、下層のアルミニウム膜が露出した場合に、銀合金膜よりも卑な金属、別言するとイオン化傾向の高い金属であるアルミニウムから電子を引き抜くため、銀合金膜のエッチングが抑制され、下層のアルミニウム膜のエッチングの進行が速くなるためである。
【０３２７】  なお、図２５乃至図２７に示す表示装置７００は、反射型のカラー液晶表示装置について例示したが、これに限定されない。例えば、導電膜７７２を可視光において、透光性のある導電膜を用いることで透過型のカラー液晶表示装置としてもよい。表示装置７００を透過型の液晶表示装置とする場合は、容量素子７９０が有する一対の電極を導電膜７７２と重ならない位置に設ける。また、基板７０１から入射し液晶素子７７５及び着色層７３６を経由して射出する光の経路に設けられる各層を、可視光に対して透光性のある層とすることが好ましい。
【０３２８】  導電膜７７２はスリット７２５を有する。スリット７２５は液晶分子の配向を制御するためのものである。また導電膜７７２、平坦化絶縁膜７７０及び構造体７７８上には配向膜７４６が設けられ、同様に導電膜７７４上に配向膜７４８が設けられる。
【０３２９】  スリット７２５を設けた導電膜７７２に電圧を印加すると、スリット７２５の近傍には電界の歪み（斜め電界）が発生する。このスリット７２５と、基板７０５側の突起７４４とを交互にかみ合うように配置することで、斜め電界を効果的に発生させて液晶の配向を制御し、液晶が配向する方向を場所によって異ならせている。すなわち、一のピクセルが有する複数のサブピクセルごとに液晶分子を別の方向に倒すことでマルチドメイン化し、液晶表示パネルの視野角を広げている。
【０３３０】  なお、図２５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。
【０３３１】  本実施の形態に示す構成は、他の実施の形態に示す構成と適宜組み合わせて用いることができる。
【０３３２】（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有する表示モジュール及び電子機器について、図２７及び図２８を用いて説明を行う。
【０３３３】  図２７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８００７、フレーム８００９、プリント基板８０１０、バッテリ８０１１を有する。
【０３３４】  本発明の一態様の表示装置は、例えば、表示パネル８００６に用いることができる。
【０３３５】  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。
【０３３６】  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、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。
【０３３７】  バックライト８００７は、光源８００８を有する。なお、図２７において、バックライト８００７上に光源８００８を配置する構成について例示したが、これに限定さない。例えば、バックライト８００７の端部に光源８００８を配置し、さらに光拡散板を用いる構成としてもよい。なお、有機ＥＬ素子等の自発光型の発光素子を用いる場合、または反射型パネル等の場合においては、バックライト８００７を設けない構成としてもよい。
【０３３８】  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。
【０３３９】  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８０１１による電源であってもよい。バッテリ８０１１は、商用電源を用いる場合には、省略可能である。
【０３４０】  また、表示モジュール８０００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。
【０３４１】  図２８（Ａ）乃至図２８（Ｇ）は、電子機器を示す図である。これらの電子機器は、筐体５０００、表示部５００１、スピーカ５００３、ＬＥＤランプ５００４、操作キー５００５（電源スイッチ、又は操作スイッチを含む）、接続端子５００６、センサ５００７（力、変位、位置、速度、加速度、角速度、回転数、距離、光、液、磁気、温度、化学物質、音声、時間、硬度、電場、電流、電圧、電力、放射線、流量、湿度、傾度、振動、におい又は赤外線を測定する機能を含むもの）、マイクロフォン５００８、等を有することができる。
【０３４２】  図２８（Ａ）はモバイルコンピュータであり、上述したものの他に、スイッチ５００９、赤外線ポート５０１０、等を有することができる。図２８（Ｂ）は記録媒体を備えた携帯型の画像再生装置（たとえば、ＤＶＤ再生装置）であり、上述したものの他に、第２表示部５００２、記録媒体読込部５０１１、等を有することができる。図２８（Ｃ）はゴーグル型ディスプレイであり、上述したものの他に、第２表示部５００２、支持部５０１２、イヤホン５０１３、等を有することができる。図２８（Ｄ）は携帯型遊技機であり、上述したものの他に、記録媒体読込部５０１１、等を有することができる。図２８（Ｅ）はテレビ受像機能付きデジタルカメラであり、上述したものの他に、アンテナ５０１４、シャッターボタン５０１５、受像部５０１６、等を有することができる。図２８（Ｆ）は携帯型遊技機であり、上述したものの他に、第２表示部５００２、記録媒体読込部５０１１、等を有することができる。図２８（Ｇ）は持ち運び型テレビ受像器であり、上述したものの他に、信号の送受信が可能な充電器５０１７、等を有することができる。
【０３４３】  図２８（Ａ）乃至図２８（Ｇ）に示す電子機器は、様々な機能を有することができる。例えば、様々な情報（静止画、動画、テキスト画像など）を表示部に表示する機能、タッチパネル機能、カレンダー、日付又は時刻などを表示する機能、様々なソフトウェア（プログラム）によって処理を制御する機能、無線通信機能、無線通信機能を用いて様々なコンピュータネットワークに接続する機能、無線通信機能を用いて様々なデータの送信又は受信を行う機能、記録媒体に記録されているプログラム又はデータを読み出して表示部に表示する機能、等を有することができる。さらに、複数の表示部を有する電子機器においては、一つの表示部を主として画像情報を表示し、別の一つの表示部を主として文字情報を表示する機能、または、複数の表示部に視差を考慮した画像を表示することで立体的な画像を表示する機能、等を有することができる。さらに、受像部を有する電子機器においては、静止画を撮影する機能、動画を撮影する機能、撮影した画像を自動または手動で補正する機能、撮影した画像を記録媒体（外部又はカメラに内蔵）に保存する機能、撮影した画像を表示部に表示する機能、等を有することができる。なお、図２８（Ａ）乃至図２８（Ｇ）に示す電子機器が有することのできる機能はこれらに限定されず、様々な機能を有することができる。
【０３４４】  本実施の形態において述べた電子機器は、何らかの情報を表示するための表示部を有することを特徴とする。該表示部に、実施の形態４で示した表示装置を適用することができる。
【０３４５】  本実施の形態に示す構成は、他の実施の形態に示す構成と適宜組み合わせて用いることができる。
【符号の説明】
【０３４６】１００    画素１０１    基板１０３    走査線１０５ａ    容量配線１０５ｂ    容量配線１０７    ゲート絶縁膜１０７ａ    ゲート絶縁膜１０７ｂ    ゲート絶縁膜１１４    絶縁膜１１６    絶縁膜１１６ａ    絶縁膜１１６ｂ    絶縁膜１１６ｃ    絶縁膜１２１    信号線１２３    電極１２５ａ    電極１２５ｂ    電極１３５    半導体膜１３５ａ    酸化物半導体膜１３５ｂ    酸化物半導体膜１３６    トランジスタ１３７    トランジスタ１３９ａ    画素電極１３９ｂ    画素電極１４０    容量素子１４１    容量素子１４２    液晶素子１４３    液晶素子１４４ａ    開口１４４ｂ    開口１４５    容量素子１４６    容量素子１４８    画素電極１４８ａ    酸化物導電体膜１４８ｂ    酸化物導電体膜１４９    画素電極２００    画素２０３    走査線２２１    信号線２２３ａ    電極２２３ｂ    電極２３６    トランジスタ２３７    トランジスタ３００    画素３０１    基板３０３    走査線３０５ａ    容量配線３０５ｂ    容量配線３０７    ゲート絶縁膜３１６    絶縁膜３２１    信号線３２３ａ    電極３２３ｂ    電極３２５ａ    電極３２５ｂ    電極３３５    半導体膜３３６    トランジスタ３３７    トランジスタ３３９ａ    画素電極３３９ｂ    画素電極３４０    容量素子３４１    容量素子３４２    液晶素子３４３    液晶素子３４４ａ    開口３４４ｂ    開口３４５ａ    電極３４５ｂ    電極３４６ａ    開口３４６ｂ    開口５００    トランジスタ５０２    基板５０４    導電膜５０６    絶縁膜５０７    絶縁膜５０８    酸化物半導体膜５０８ａ    酸化物半導体膜５０８ｂ    酸化物半導体膜５０９    酸化物半導体膜５０９ａ    酸化物半導体膜５０９ｂ    酸化物半導体膜５１２    導電膜５１２ａ    導電膜５１２ｂ    導電膜５１４    絶縁膜５１６    絶縁膜５１８    絶縁膜５１９    絶縁膜５２０    導電膜５２０ａ    導電膜５２０ｂ    導電膜５３１    バリア膜５３６ａ    マスク５３６ｂ    マスク５３８    エッチャント５３９    エッチャント５４０    酸素５４０ａ    酸素５４２    エッチャント５４２ａ    開口部５４２ｂ    開口部５４２ｃ    開口部５７０    トランジスタ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    配線７１１    配線部７１２    シール材７１６    ＦＰＣ７２５    スリット７３４    絶縁膜７３６    着色層７３６Ｂ    着色層７３６Ｇ    着色層７３６Ｒ    着色層７３８    遮光膜７４４    突起７４６    配向膜７４８    配向膜７５０    トランジスタ７５２    トランジスタ７６０    接続電極７６４    絶縁膜７６６    絶縁膜７６８    絶縁膜７７０    平坦化絶縁膜７７２    導電膜７７４    導電膜７７５    液晶素子７７６    液晶層７７８    構造体７８０    異方性導電膜７９０    容量素子５０００    筐体５００１    表示部５００２    表示部５００３    スピーカ５００４    ＬＥＤランプ５００５    操作キー５００６    接続端子５００７    センサ５００８    マイクロフォン５００９    スイッチ５０１０    赤外線ポート５０１１    記録媒体読込部５０１２    支持部５０１３    イヤホン５０１４    アンテナ５０１５    シャッターボタン５０１６    受像部５０１７    充電器５１００    ペレッ��５１２０    基板５１６１    領域８０００    表示モジュール８００１    上部カバー８００２    下部カバー８００３    ＦＰＣ８００４    タッチパネル８００５    ＦＰＣ８００６    表示パネル８００７    バックライト８００８    光源８００９    フレーム８０１０    プリント基板８０１１    バッテリ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【国際調査報告】
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