(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
トランジスタを有し、
前記トランジスタは、
第１のゲート電極と、
前記第１のゲート電極上の第１の絶縁膜と、
前記第１の絶縁膜を間に挟んで前記第１のゲート電極と重なる領域を有する酸化物半導体膜と、
前記酸化物半導体膜と電気的に接続するソース電極と、
前記酸化物半導体膜と電気的に接続するドレイン電極と、
前記酸化物半導体膜上の第２の絶縁膜と、
前記第２の絶縁膜を間に挟んで前記酸化物半導体膜と重なる領域を有する第２のゲート電極と、を有し、
前記酸化物半導体膜は、
前記第１の絶縁膜上に接する第１の酸化物半導体膜と、
前記第１の酸化物半導体膜上に接する第２の酸化物半導体膜と、
前記第２の酸化物半導体膜上に接する領域を有する第３の酸化物半導体膜と、を有し、
前記第１の酸化物半導体膜乃至前記第３の酸化物半導体膜は、それぞれＩｎと、Ｚｎと、Ｍ（Ｍは、Ａｌ、Ｇａ、Ｙ、またはＳｎを表す）と、を有し、
前記第３の酸化物半導体膜は、前記トランジスタのチャネル長方向において、前記第１の酸化物半導体膜の側面に接する領域と、前記第２の酸化物半導体膜の側面に接する領域と、を有し、
前記第３の酸化物半導体膜は、前記トランジスタのチャネル幅方向において、前記第１の酸化物半導体膜の側面に接する領域と、前記第２の酸化物半導体膜の側面に接する領域と、を有し、
前記第３の酸化物半導体膜は、前記第２の絶縁膜に接する領域を有し、
前記第３の酸化物半導体膜は、前記Ｍの含有量が、前記Ｉｎの含有量以上である領域を有し、
前記第１の絶縁膜、前記第２の絶縁膜及び第３の酸化物半導体膜に設けられた第１の開口部および第２の開口部において、前記第２のゲート電極は、前記第１のゲート電極と接する領域を有し、
前記第１の開口部及び前記第２の開口部において、前記第２のゲート電極は、前記第１の酸化物半導体膜の側面及び前記第２の酸化物半導体膜の側面と対向する領域を有し、
平面視において、前記第１の開口部は、前記第１の酸化物半導体膜及び前記第２の酸化物半導体膜を介して、前記第２の開口部と対向する位置に設けられ、
前記第１のゲート電極の長さ及び前記第２のゲート電極の長さは、前記トランジスタのチャネル長方向において、前記第１の酸化物半導体膜の長さ及び前記第２の酸化物半導体膜の長さより大きく、
前記第１のゲート電極の長さ及び前記第２のゲート電極の長さは、前記トランジスタのチャネル幅方向において、前記第１の酸化物半導体膜の長さ及び前記第２の酸化物半導体膜の長さより大きい、半導体装置。
【請求項２】
トランジスタを有し、
前記トランジスタは、
第１のゲート電極と、
前記第１のゲート電極上の第１の絶縁膜と、
前記第１の絶縁膜を間に挟んで前記第１のゲート電極と重なる領域を有する酸化物半導体膜と、
前記酸化物半導体膜と電気的に接続するソース電極と、
前記酸化物半導体膜と電気的に接続するドレイン電極と、
前記酸化物半導体膜上の第２の絶縁膜と、
前記第２の絶縁膜を間に挟んで前記酸化物半導体膜と重なる領域を有する第２のゲート電極と、
前記第２のゲート電極上の第３の絶縁膜と、を有し、
前記酸化物半導体膜は、
前記第１の絶縁膜上に接する第１の酸化物半導体膜と、
前記第１の酸化物半導体膜上に接する第２の酸化物半導体膜と、
前記第２の酸化物半導体膜上に接する領域を有する第３の酸化物半導体膜と、を有し、
前記第１の酸化物半導体膜乃至前記第３の酸化物半導体膜は、それぞれＩｎと、Ｚｎと、Ｍ（Ｍは、Ａｌ、Ｇａ、Ｙ、またはＳｎを表す）と、を有し、
前記第２のゲート電極は、前記第１の酸化物半導体膜乃至前記第３の酸化物半導体膜が有する金属元素を有し、
前記第３の酸化物半導体膜は、前記トランジスタのチャネル長方向において、前記第１の酸化物半導体膜の側面に接する領域と、前記第２の酸化物半導体膜の側面に接する領域と、を有し、
前記第３の酸化物半導体膜は、前記トランジスタのチャネル幅方向において、前記第１の酸化物半導体膜の側面に接する領域と、前記第２の酸化物半導体膜の側面に接する領域と、を有し、
前記第３の酸化物半導体膜は、前記第２の絶縁膜に接する領域を有し、
前記第３の酸化物半導体膜は、前記Ｍの含有量が、前記Ｉｎの含有量以上である領域を有し、
前記第１の絶縁膜、前記第２の絶縁膜及び第３の酸化物半導体膜に設けられた第１の開口部および第２の開口部において、前記第２のゲート電極は、前記第１のゲート電極と接する領域を有し、
前記第１の開口部及び前記第２の開口部において、前記第２のゲート電極は、前記第１の酸化物半導体膜の側面及び前記第２の酸化物半導体膜の側面と対向する領域を有し、
平面視において、前記第１の開口部は、前記第１の酸化物半導体膜及び前記第２の酸化物半導体膜を介して、前記第２の開口部と対向する位置に設けられ、
前記第１のゲート電極の長さ及び前記第２のゲート電極の長さは、前記トランジスタのチャネル長方向において、前記第１の酸化物半導体膜の長さ及び前記第２の酸化物半導体膜の長さより大きく、
前記第１のゲート電極の長さ及び前記第２のゲート電極の長さは、前記トランジスタのチャネル幅方向において、前記第１の酸化物半導体膜の長さ及び前記第２の酸化物半導体膜の長さより大きい、半導体装置。
【請求項３】
請求項２において、
前記第３の絶縁膜は、窒素または水素を有する半導体装置。
【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２のゲート電極と同一層上に形成された画素電極を有し、
前記画素電極は、前記第１の酸化物半導体膜乃至前記第３の酸化物半導体膜が有する金属元素を有する半導体装置。
【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２の酸化物半導体膜は、前記Ｉｎの含有量が、前記Ｍの含有量以上である領域を有する半導体装置。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５のいずれか一項において、
前記第１の酸化物半導体膜は、前記Ｍの含有量が、前記Ｉｎの含有量以上である領域を有する半導体装置。
【請求項７】
請求項１乃至請求項６のいずれか一項において、
前記第３の酸化物半導体膜の前記Ｍの含有量は、前記第２の酸化物半導体膜の前記Ｍの含有量以上である領域を有する半導体装置。
【請求項８】
請求項１乃至請求項７のいずれか一項において、
前記第２の酸化物半導体膜の前記Ｉｎの含有量は、前記第３の酸化物半導体膜の前記Ｉｎの含有量以上である領域を有する半導体装置。
【請求項９】
請求項１乃至請求項８のいずれか一項において、
前記第２の酸化物半導体膜の前記Ｉｎの含有量は、前記第１の酸化物半導体膜の前記Ｉｎの含有量以上である領域を有する半導体装置。
【請求項１０】
請求項１乃至請求項９のいずれか一項において、
前記酸化物半導体膜は、結晶部を有し、
前記結晶部は、ｃ軸配向性を有する半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の一態様は、酸化物半導体膜を有する半導体装置、及び該当半導体装置を有する表示装置に関する。
【０００２】
なお、本発明の一態様は、上記の技術分野に限定されない。本明細書等で開示する発明の一態様の技術分野は、物、方法、または、製造方法に関する。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。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、照明装置、蓄電装置、記憶装置、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。
【０００３】
なお、本明細書等において、半導体装置とは、半導体特性を利用することで機能しうる装置全般を指す。トランジスタなどの半導体素子をはじめ、半導体回路、演算装置、記憶装置は、半導体装置の一態様である。撮像装置、表示装置、液晶表示装置、発光装置、電気光学装置、発電装置（薄膜太陽電池、有機薄膜太陽電池等を含む）、及び電子機器は、半導体装置を有している場合がある。
【背景技術】
【０００４】
基板上に形成された半導体薄膜を用いてトランジスタ（薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）または電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）ともいう）を構成する技術が注目されている。該トランジスタは、集積回路（ＩＣ）や画像装置（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薄膜として、シリコン系半導体材料が広く知られているが、その他の材料として酸化物半導体が注目されている。
【０００５】
酸化物半導体を用いたトランジスタに安定した電気特性を付与し、信頼性の高い半導体装置を得るために、組成の異なる酸化物半導体膜を積層させて、チャネル側にＩｎを多く含む酸化物半導体膜を用い、バックチャネル側にＧａ等のスタビライザーを多く含む酸化物半導体膜を用いる構成の半導体装置が開示されている（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２０１４−０３０００１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
Ｉｎを多く含む酸化物半導体膜を用いると、エネルギーバンドギャップ（Ｅｇ）が小さくなる場合（例えば、Ｅｇが３．０ｅＶ未満）がある。この場合、Ｅｇが大きい酸化物半導体膜（例えば、Ｅｇが３．０ｅＶ以上３．５ｅＶ以下）よりも、Ｅｇが小さい酸化物半導体膜の方が、光に対する影響が大きくなる。そのため、Ｅｇが小さい酸化物半導体膜を有するトランジスタにおいては、信頼性が低下する場合がある。
【０００８】
上記問題に鑑み、本発明の一態様では、信頼性の高いトランジスタを有する半導体装置を提供することを課題の一つとする。または、本発明の一態様では、電気特性の変動が抑制されたトランジスタを有する半導体装置を提供することを課題の一つとする。または、本発明の一態様では、電気特性（例えば、オン電流、電界効果移動度、周波数特性等）の優れたトランジスタを有する半導体装置を提供することを課題の一つとする。または、本発明の一態様では、新規な半導体装置を提供することを課題の一つとする。または、本発明の一態様では、新規な半導体装置の作製方法を提供することを課題の一つとする。
【０００９】
なお、上記の課題の記載は、他の課題の存在を妨げない。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。上記以外の課題は、明細書等の記載から自ずと明らかであり、明細書等の記載から上記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、トランジスタを有する半導体装置であって、トランジスタは、第１のゲート電極と、第１のゲート電極上の第１の絶縁膜と、第１の絶縁膜を間に挟んで第１のゲート電極と重なる領域を有する酸化物半導体膜と、酸化物半導体膜と電気的に接続するソース電極と、酸化物半導体膜と電気的に接続するドレイン電極と、酸化物半導体膜上の第２の絶縁膜と、第２の絶縁膜を間に挟んで酸化物半導体膜と重なる領域を有する第２のゲート電極と、を有し、酸化物半導体膜は、第１の絶縁膜上に接する第１の酸化物半導体膜と、第１の酸化物半導体膜上に接する第２の酸化物半導体膜と、第２の酸化物半導体膜上に接する領域を有する第３の酸化物半導体膜と、を有し、第１の酸化物半導体膜乃至第３の酸化物半導体膜は、Ｉｎと、Ｚｎと、Ｍ（Ｍは、Ａｌ、Ｇａ、Ｙ、またはＳｎを表す）と、を有し、第３の酸化物半導体膜は、第２の酸化物半導体膜の側面に接する領域と、第２の絶縁膜に接する領域と、を有し、第３の酸化物半導体膜は、Ｍの含有量が、Ｉｎの含有量以上である領域を有する、ことを特徴とする半導体装置である。
【００１１】
また、本発明の他の一態様は、トランジスタを有する半導体装置であって、トランジスタは、第１のゲート電極と、第１のゲート電極上の第１の絶縁膜と、第１の絶縁膜を間に挟んで第１のゲート電極と重なる領域を有する酸化物半導体膜と、酸化物半導体膜と電気的に接続するソース電極と、酸化物半導体膜と電気的に接続するドレイン電極と、酸化物半導体膜上の第２の絶縁膜と、第２の絶縁膜を間に挟んで酸化物半導体膜と重なる領域を有する第２のゲート電極と、第２のゲート電極上の第３の絶縁膜と、を有し、酸化物半導体膜は、第１の絶縁膜上に接する第１の酸化物半導体膜と、第１の酸化物半導体膜上に接する第２の酸化物半導体膜と、第２の酸化物半導体膜上に接する領域を有する第３の酸化物半導体膜と、を有し、第１の酸化物半導体膜乃至第３の酸化物半導体膜は、Ｉｎと、Ｚｎと、Ｍ（Ｍは、Ａｌ、Ｇａ、Ｙ、またはＳｎを表す）と、を有し、第２のゲート電極は、第１の酸化物半導体膜乃至第３の酸化物半導体膜が有する金属元素を有し、第３の酸化物半導体膜は、第２の酸化物半導体膜の側面に接する領域と、第２の絶縁膜に接する領域と、を有し、第３の酸化物半導体膜は、Ｍの含有量が、Ｉｎの含有量以上である領域を有する、ことを特徴とする半導体装置である。
【００１２】
また、上記構成において、第３の絶縁膜は、窒素または水素のいずれか一方または双方を有すると好ましい。
【００１３】
また、上記各構成において、第２の酸化物半導体膜は、第１の酸化物半導体膜と、第３の酸化物半導体膜とで、覆われるように設けられると好ましい。
【００１４】
また、上記各構成において、第２の酸化物半導体膜は、Ｉｎの含有量が、Ｍの含有量以上である領域を有すると好ましい。また、第１の酸化物半導体膜は、Ｍの含有量が、Ｉｎの含有量以上である領域を有すると好ましい。
【００１５】
また、上記各構成において、第３の酸化物半導体膜は、Ｍの含有量が第２の酸化物半導体膜のＭの含有量以上である領域を有すると好ましい。また、第２の酸化物半導体膜は、Ｉｎの含有量が第３の酸化物半導体膜のＩｎの含有量以上である領域を有すると好ましい。また、第２の酸化物半導体膜は、Ｉｎの含有量が第１の酸化物半導体膜のＩｎの含有量以上である領域を有すると好ましい。
【００１６】
また、上記各構成において、第２の酸化物半導体膜のキャリア密度は、第１の酸化物半導体膜のキャリア密度より高く、且つ、第３の酸化物半導体膜のキャリア密度より高いと好ましい。
【００１７】
また、上記各構成において、酸化物半導体膜は、結晶部を有し、結晶部は、ｃ軸配向性を有すると好ましい。
【００１８】
また、本発明の他の一態様は、上記各態様の半導体装置と、表示素子とを有する表示装置である。また、本発明の他の一態様は、上記態様の表示装置とタッチセンサとを有する表示モジュールである。また、本発明の他の一態様は、上記各態様の半導体装置、上記態様の表示装置、または上記態様の表示モジュールと、操作キーまたはバッテリとを有する電子機器である。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の一態様により、信頼性の高いトランジスタを有する半導体装置を提供することができる。または、本発明の一態様により、電気特性の変動が抑制されたトランジスタを有する半導体装置を提供することができる。または、本発明の一態様により、電気特性（例えば、オン電流、電界効果移動度、周波数特性等）の優れたトランジスタを有する半導体装置を提供することができる。または、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できる。または、本発明の一態様により、新規な半導体装置の作製方法を提供することができる。
【００２０】
なお、これらの効果の記載は、他の効果の存在を妨げない。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】半導体装置の一態様を示す上面図及び断面図。
【図２】半導体装置の一態様を示す上面図及び断面図。
【図３】バンド構造を説明する図。
【図４】半導体装置の一態様を示す上面図及び断面図。
【図５】半導体装置の一態様を示す上面図及び断面図。
【図６】半導体装置の一態様を示す断面図。
【図７】半導体装置の一態様を示す断面図。
【図８】半導体装置の一態様を示す断面図。
【図９】半導体装置の一態様を示す断面図。
【図１０】半導体装置の一態様を示す断面図。
【図１１】半導体装置の一態様を示す上面図及び断面図。
【図１２】半導体装置の一態様を示す上面図及び断面図。
【図１３】半導体装置の一態様を示す断面図。
【図１４】半導体装置の作製工程の一例を示す断面図。
【図１５】半導体装置の作製工程の一例を示す断面図。
【図１６】半導体装置の作製工程の一例を示す断面図。
【図１７】半導体装置の作製工程の一例を示す断面図。
【図１８】半導体装置の作製工程の一例を示す断面図。
【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】ＣＡＡＣ−ＯＳの成膜方法を説明する図。
【図２５】ＩｎＭＺｎＯ４の結晶を説明する図。
【図２６】ＣＡＡＣ−ＯＳの成膜方法を説明する図。
【図２７】粒子がペレットに付着する位置を説明する図。
【図２８】粒子がペレットに付着する位置を説明する図。
【図２９】表示装置の一形態を示す上面図及び画素の一形態を示す回路図。
【図３０】画素の一形態を示す上面図。
【図３１】画素の一形態を示す断面図。
【図３２】画素の一形態を示す断面図。
【図３３】画素の一形態を示す上面図。
【図３４】画素の一形態を示す断面図。
【図３５】画素の一形態を示す断面図。
【図３６】画素の一形態を示す上面図。
【図３７】画素の一形態を示す断面図。
【図３８】画素の一形態を示す断面図。
【図３９】画素の一形態を示す上面図。
【図４０】画素の一形態を示す断面図。
【図４１】画素の一形態を示す断面図。
【図４２】画素の一形態を示す断面図。
【図４３】画素の一形態を示す上面図。
【図４４】画素の一形態を示す断面図。
【図４５】画素の一形態を示す上面図。
【図４６】画素の一形態を示す断面図。
【図４７】画素の一形態を示す回路図。
【図４８】表示装置を説明するブロック図及び回路図。
【図４９】表示装置を説明する上面図及び断面図。
【図５０】タッチパネルの一例を示す斜視図。
【図５１】表示装置の一例を示す断面図。
【図５２】タッチセンサの一例を示す断面図。
【図５３】タッチパネルの一例を示す断面図。
【図５４】タッチセンサのブロック図及びタイミングチャート図。
【図５５】タッチセンサの回路図。
【図５６】本発明の一態様に係る、表示装置の表示を説明するための図。
【図５７】本発明の一態様に係る、表示装置の表示を説明するための図。
【図５８】実施の形態に係る、表示装置への表示方法の例を説明する図。
【図５９】実施の形態に係る、表示装置への表示方法の例を説明する図。
【図６０】表示モジュールを説明する図。
【図６１】電子機器を説明する図。
【図６２】表示装置の斜視図。
【図６３】成膜装置の構成を説明する図。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の実施の態様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が可能である。従って、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ない。
【００２３】
なお、図面等において示す各構成の、位置、大きさ、範囲などは、理解の簡単のため、実際の位置、大きさ、範囲などを表していない場合がある。このため、開示する発明は、必ずしも、図面等に開示された位置、大きさ、範囲などに限定されない。
【００２４】
また、本明細書等において、第１、第２等として付される序数詞は便宜上用いており、工程順又は積層順を示さない場合がある。そのため、例えば、「第１の」を「第２の」又は「第３の」などと適宜置き換えて説明することができる。また、本明細書等に記載されている序数詞と、本発明の一態様を特定するために用いられる序数詞は一致しない場合がある。
【００２５】
また、本明細書において、「上に」「下に」などの配置を示す語句は、構成同士の位置関係を、図面を参照して説明するために、便宜上用いている。また、構成同士の位置関係は、各構成を描写する方向に応じて適宜変化する。従って、明細書で説明した語句に限定されず、状況に応じて適切に言い換えることができる。
【００２６】
また、本明細書等において、図面を用いて発明の構成を説明するにあたり、同じものを指す符号は異なる図面間でも共通して用いる。
【００２７】
また、本明細書等において、「半導体」と表記した場合であっても、例えば、導電性が十分に低い場合は、「絶縁体」としての特性を有する場合がある。また、「半導体」と「絶縁体」とは境界が曖昧であり、厳密に区別できない場合がある。したがって、本明細書等に記載の「半導体」は、「絶縁体」に言い換えることが可能な場合がある。同様に、本明細書等に記載の「絶縁体」は、「半導体」に言い換えることが可能な場合がある。または、本明細書等に記載の「絶縁体」を「半絶縁体」に言い換えることが可能な場合がある。
【００２８】
また、本明細書等において、「半導体」と表記した場合であっても、例えば、導電性が十分に高い場合は、「導電体」としての特性を有する場合がある。また、「半導体」と「導電体」とは境界が曖昧であり、厳密に区別できない場合がある。したがって、本明細書等に記載の「半導体」は、「導電体」に言い換えることが可能な場合がある。同様に、本明細書等に記載の「導電体」は、「半導体」に言い換えることが可能な場合がある。
【００２９】
また、本明細書等において、トランジスタとは、ゲートと、ドレインと、ソースとを含む少なくとも三つの端子を有する素子である。そして、ドレイン（ドレイン端子、ドレイン領域またはドレイン電極）とソース（ソース端子、ソース領域またはソース電極）の間にチャネル領域を有しており、ドレインとチャネル領域とソースとを介して電流を流すことができる。なお、本明細書等において、チャネル領域とは、電流が主として流れる領域をいう。
【００３０】
また、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、本明細書等においては、ソースやドレインの用語は、入れ替えて用いることができる。
【００３１】
なお、チャネル長とは、例えば、トランジスタの上面図において、半導体（またはトランジスタがオン状態のときに半導体の中で電流の流れる部分）とゲート電極とが互いに重なる領域、またはチャネルが形成される領域における、ソース（ソース領域またはソース電極）とドレイン（ドレイン領域またはドレイン電極）との間の距離をいう。なお、一つのトランジスタにおいて、チャネル長が全ての領域で同じ値をとるとは限らない。即ち、一つのトランジスタのチャネル長は、一つの値に定まらない場合がある。そのため、本明細書等では、チャネル長は、チャネルの形成される領域における、いずれか一の値、最大値、最小値または平均値とする。
【００３２】
チャネル幅とは、例えば、半導体（またはトランジスタがオン状態のときに半導体の中で電流の流れる部分）とゲート電極とが互いに重なる領域、またはチャネルが形成される領域における、ソースとドレインとが向かい合っている部分の長さをいう。なお、一つのトランジスタにおいて、チャネル幅がすべての領域で同じ値をとるとは限らない。即ち、一つのトランジスタのチャネル幅は、一つの値に定まらない場合がある。そのため、本明細書等では、チャネル幅は、チャネルの形成される領域における、いずれか一の値、最大値、最小値または平均値とする。
【００３３】
また、本明細書等において、「電気的に接続」には、「何らかの電気的作用を有するもの」を介して接続されている場合が含まれる。ここで、「何らかの電気的作用を有するもの」は、接続対象間での電気信号の授受を可能とするものであれば、特に制限を受けない。例えば、「何らかの電気的作用を有するもの」には、電極や配線をはじめ、トランジスタなどのスイッチング素子、抵抗素子、インダクタ、キャパシタ、その他の各種機能を有する素子などが含まれる。
【００３４】
また、電圧は、ある電位と、基準の電位（例えば接地電位（ＧＮＤ）またはソース電位）との電位差のことを示す場合が多い。そのため、電圧を電位と言い換えることが可能である。
【００３５】
なお、本明細書等において、酸化窒化シリコン膜とは、その組成として、窒素よりも酸素の含有量が多い膜を指し、好ましくは酸素が５５原子％以上６５原子％以下、窒素が１原子％以上２０原子％以下、シリコンが２５原子％以上３５原子％以下、水素が０．１原子％以上１０原子％以下の範囲で含まれる膜をいう。窒化酸化シリコン膜とは、その組成として、酸素よりも窒素の含有量が多い膜を指し、好ましくは窒素が５５原子％以上６５原子％以下、酸素が１原子％以上２０原子％以下、シリコンが２５原子％以上３５原子％以下、水素が０．１原子％以上１０原子％以下の濃度範囲で含まれる膜をいう。
【００３６】
また、本明細書等において、「膜」という用語と、「層」という用語とは、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。
【００３７】
また、本明細書において、「平行」とは、二つの直線が−１０°以上１０°以下の角度で配置されている状態をいう。したがって、−５°以上５°以下の場合も含まれる。また、「略平行」とは、二つの直線が−３０°以上３０°以下の角度で配置されている状態をいう。また、「垂直」とは、二つの直線が８０°以上１００°以下の角度で配置されている状態をいう。したがって、８５°以上９５°以下の場合も含まれる。また、「略垂直」とは、二つの直線が６０°以上１２０°以下の角度で配置されている状態をいう。
【００３８】
（実施の形態１）
本実施の形態においては、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１乃至図１８を用いて以下説明する。
【００３９】
＜１−１．半導体装置の構成例１＞
図１（Ａ）は、本発明の一態様の半導体装置であるトランジスタ１００の上面図である。また、図１（Ｂ）は、図１（Ａ）に示す一点鎖線Ｘ１−Ｘ２間における切断面の断面図に相当し、図１（Ｃ）は、図１（Ａ）に示す一点鎖線Ｙ１−Ｙ２間における切断面の断面図に相当する。なお、図１（Ａ）においては明瞭化のため、トランジスタ１００の構成要素の一部（基板１０２及び絶縁膜等）を省略して図示している。
【００４０】
また、図１（Ａ）における一点鎖線Ｘ１−Ｘ２方向をトランジスタ１００のチャネル長方向、一点鎖線Ｙ１−Ｙ２方向をトランジスタ１００のチャネル幅方向と呼称する場合がある。
【００４１】
トランジスタ１００は、基板１０２上の第１のゲート電極として機能する導電膜１０４と、基板１０２及び導電膜１０４上の絶縁膜１０６と、絶縁膜１０６上の絶縁膜１０７と、絶縁膜１０７上の酸化物半導体膜１０８と、酸化物半導体膜１０８に電気的に接続される一対の電極として機能する導電膜１１２ａ、１１２ｂと、酸化物半導体膜１０８上及び導電膜１１２ａ、１１２ｂ上の酸化物半導体膜１０８ｃと、酸化物半導体膜１０８ｃ上の絶縁膜１１４及び絶縁膜１１６と、絶縁膜１１６上に設けられ、且つ酸化物半導体膜１０８ｃ及び絶縁膜１１４、１１６に設けられた開口部１５２ａにおいて導電膜１１２ａ、１１２ｂの一方（図１（Ｂ）においては導電膜１１２ｂ）と電気的に接続される導電膜１２０ａと、絶縁膜１１６上の第２のゲート電極として機能する導電膜１２０ｂと、絶縁膜１１６及び導電膜１２０ａ、１２０ｂ上の絶縁膜１１８と、を有する。また、酸化物半導体膜１０８は、絶縁膜１０７上に接する酸化物半導体膜１０８ａと、酸化物半導体膜１０８ａ上に接する酸化物半導体膜１０８ｂと、を有する。
【００４２】
また、トランジスタ１００において、絶縁膜１０６、１０７は、トランジスタ１００の第１のゲート絶縁膜としての機能を有し、絶縁膜１１４、１１６は、トランジスタ１００の第２のゲート絶縁膜としての機能を有し、絶縁膜１１８は、トランジスタ１００の保護絶縁膜としての機能を有する。なお、本明細書等において、絶縁膜１０６、１０７を第１のゲート絶縁膜と、絶縁膜１１４、１１６を第２のゲート絶縁膜と、呼称する場合がある。また、トランジスタ１００において、一対の電極として機能する導電膜１１２ａ、１１２ｂは、一方がソース電極としての機能を有し、他方がドレイン電極としての機能を有する。また、導電膜１２０ａは、表示装置に用いる画素電極としての機能を有する。
【００４３】
≪ｓ−ｃｈａｎｎｅｌ構造≫
図１に示すトランジスタ１００における酸化物半導体膜１０８は、第１のゲート絶縁膜と、第２のゲート絶縁膜とを間に挟んで、導電膜１０４と、導電膜１２０ｂとに挟持される。導電膜１０４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１０８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い。また、導電膜１２０ｂ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１０８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い。そのため、酸化物半導体膜１０８の全体は、第１のゲート絶縁膜及び第２のゲート絶縁膜を間に挟んで導電膜１０４及び導電膜１２０ｂに覆われている。
【００４４】
別言すると、トランジスタ１００のチャネル幅方向において、導電膜１０４及び導電膜１２０ｂは、第１のゲート絶縁膜及び第２のゲート絶縁膜を間に挟んで酸化物半導体膜１０８を囲む構成である。
【００４５】
このような構成を有することで、トランジスタ１００が有する酸化物半導体膜１０８を、導電膜１０４及び導電膜１２０ｂ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１００のように、導電膜１０４及び導電膜１２０ｂ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。
【００４６】
トランジスタ１００は、ｓ−ｃｈａｎｎｅｌ構造を有するため、導電膜１０４及び導電膜１２０ｂ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１０８に印加することができる。したがって、トランジスタ１００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１００を微細化することが可能となる。また、トランジスタ１００は、導電膜１０４及び導電膜１２０ｂによって酸化物半導体膜１０８が囲まれた構造を有するため、トランジスタ１００の機械的強度を高めることができる。
【００４７】
また、上記構成とすることによって、酸化物半導体膜１０８においてキャリアの流れる領域が、酸化物半導体膜１０８ｂの第１のゲート絶縁膜側と、及び酸化物半導体膜１０８ｂの第２のゲート絶縁膜側と、さらに酸化物半導体膜１０８の膜中の広い範囲となるため、トランジスタ１００はキャリアの移動量が増加する。その結果、トランジスタ１００のオン電流が大きくなると共に、電界効果移動度が大きくなり、具体的には電界効果移動度が１０ｃｍ２／Ｖ・ｓ以上となる。なお、ここでの電界効果移動度は、酸化物半導体膜の物性値としての移動度の近似値ではなく、トランジスタの飽和領域における電流駆動力の指標であり、見かけの電界効果移動度である。
【００４８】
また、図２（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）に示すトランジスタ１００ａのように、第２のゲート電極として機能する導電膜１２０ｂが、第１のゲート絶縁膜（絶縁膜１０６、１０７）、酸化物半導体膜１０８ｃ、及び第２のゲート絶縁膜（絶縁膜１１４、１１６）に設けられた開口部１５２ｂ、１５２ｃにおいて、第１のゲート電極として機能する導電膜１０４と接続する構成としてもよい。なお、図２（Ａ）は、本発明の一態様の半導体装置であるトランジスタ１００ａの上面図である。また、図２（Ｂ）は、図２（Ａ）に示す一点鎖線Ｘ１−Ｘ２間における切断面の断面図に相当し、図２（Ｃ）は、図２（Ａ）に示す一点鎖線Ｙ１−Ｙ２間における切断面の断面図に相当する。また、トランジスタ１００ａの他の構成としては、トランジスタ１００と同様であるため、トランジスタ１００の構成を参酌すればよい。
【００４９】
トランジスタ１００ａにおいては、導電膜１０４と導電膜１２０ｂとが第１のゲート絶縁膜、酸化物半導体膜１０８ｃ、及び第２のゲート絶縁膜に設けられる開口部１５２ｂ、１５２ｃにおいて接続するため、酸化物半導体膜１０８のチャネル幅方向の側面は、第２のゲート絶縁膜を間に挟んで導電膜１２０ｂと対向している。また、導電膜１０４と、導電膜１２０ｂとが、同じ電位が与えられる。そのため、効果的にトランジスタ１００ａが有する酸化物半導体膜１０８を、導電膜１０４及び導電膜１２０ｂの電界によって電気的に囲むことができる。なお、開口部１５２ｂ及び開口部１５２ｃについては、いずれか一方のみを設ける構成であってもよい。また、図１に示すトランジスタ１００のように、導電膜１０４と導電膜１２０ｂとを接続しない構成の場合、導電膜１０４と、導電膜１２０ｂには、それぞれ異なる電位を与えることができる。また、導電膜１２０ｂのチャネル長方向の長さ及びチャネル幅方向の長さの一方または双方は、酸化物半導体膜１０８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なくてもよい。
【００５０】
なお、トランジスタの電気特性であるゲート電圧−ドレイン電流特性（以下、Ｖｄ−Ｉｄ特性）において、一対の電極（ソース電極及びドレイン電極）間の電圧がゲート電圧より大きくなると、より正確にはドレイン電圧がゲート電圧からしきい値電圧を引いた電圧より大きくなる（Ｖｄ＞Ｖｇ−Ｖｔｈ）と、ドレイン電流（Ｉｄ）が飽和する。ドレイン電流（Ｉｄ）が飽和する領域は、飽和領域と呼ばれる。
【００５１】
ゲート電極を一つ有する構造（Ｓｉｎｇｌｅ  Ｇａｔｅ構造ともいう）のトランジスタのように、酸化物半導体膜の一方にゲート電極を有するトランジスタは、高いドレイン電圧によって、ドレイン電極近傍の酸化物半導体膜に電荷密度が増加する。一方、本発明の一態様であるトランジスタ１００は、第１のゲート絶縁膜及び第２のゲート絶縁膜を間に挟んで酸化物半導体膜１０８を挟持する導電膜１０４と導電膜１２０ｂとを有する構造（Ｄｕａｌ  Ｇａｔｅ構造ともいう）である。また、導電膜１０４と導電膜１２０ｂとが同電位のとき、ゲート電極の制御性が高くなり、ドレイン電極として機能する導電膜１１２ｂ近傍の酸化物半導体膜１０８における電荷密度の増加を抑制することができる。そのため、上記のような駆動方法（Ｄｕａｌ  Ｇａｔｅ駆動ともいう）のトランジスタ１００は、Ｓｉｎｇｌｅ  Ｇａｔｅ構造のトランジスタと比較して、飽和領域におけるドレイン電流（Ｉｄ）の飽和性が高い。すなわち、飽和領域において、ドレイン電圧（Ｖｄ）が変動してもドレイン電流（Ｉｄ）が大きく変動しにくい。
【００５２】
また、エッチング等で加工された酸化物半導体膜１０８の側面またはその近傍においては、加工におけるダメージにより欠陥が形成されると共に、不純物付着などにより汚染される。そのため、トランジスタが導電膜１０４及び導電膜１２０ｂの一方のみ形成されるＳｉｎｇｌｅ  Ｇａｔｅ構造の場合においては、酸化物半導体膜１０８が後述のように真性または実質的に真性であっても、電界などのストレスが与えられることによって酸化物半導体膜１０８の側面またはその近傍が活性化され、低抵抗（ｎ型）領域となりやすい。また、当該ｎ型の側面またはその近傍が、導電膜１１２ａ、１１２ｂの間に設けられると、ｎ型の領域がキャリアのパスとなるため、寄生チャネルが形成される。その結果、ドレイン電流（Ｉｄ）はしきい値電圧近傍で電流値が大きくなり、しきい値電圧がマイナスとなる電気特性（ノーマリーオン特性ともいう）となる。
【００５３】
しかしながら、本発明の一態様であるトランジスタ１００は、チャネル幅方向において、酸化物半導体膜１０８が第１のゲート絶縁膜と第２のゲート絶縁膜とを間に挟んで、導電膜１０４及び導電膜１２０ｂに挟持されているため、導電膜１０４及び導電膜１２０ｂの電界が酸化物半導体膜１０８の側面にも影響する。そのため、酸化物半導体膜１０８の側面またはその近傍における寄生チャネルの発生を抑制することができる。その結果、トランジスタ１００は、電気特性の優れたトランジスタとなる。また、しきい値電圧がプラスとなる電気特性（ノーマリーオフ特性ともいう）となる。
【００５４】
≪チャネルエッチ型トランジスタ≫
ここで、チャネルエッチ型のトランジスタとチャネル保護型のトランジスタとを比較する。
【００５５】
酸化物半導体膜を挟んで２つのゲート電極（第１のゲート電極及び第２のゲート電極）を有するチャネル保護型のトランジスタの場合、当該トランジスタは第１のゲート電極上に第１の絶縁膜が形成され、第１の絶縁膜上に酸化物半導体膜が形成される。酸化物半導体膜上にチャネル保護膜が形成され、該チャネル保護膜上に酸化物半導体膜と接する一対の電極が形成される。さらに、チャネル保護膜及び一対の電極上に第２の絶縁膜が形成され、第２の絶縁膜上に第２のゲート電極が形成される。
【００５６】
チャネル保護膜は、一対の電極を形成する際のエッチング工程において、プラズマに曝され、ダメージを受ける。このため、チャネル保護膜には欠陥が形成されやすい。
【００５７】
また、チャネル保護型のトランジスタにおいて、一対の電極と重なる酸化物半導体膜の領域では、一対の電極が第２のゲート電極の電界を遮蔽する。このため、第２のゲート電極の電界が酸化物半導体膜に均一に影響しない。この結果、第２のゲート電極の電界により誘起されて酸化物半導体膜を流れるキャリア量が減少する。
【００５８】
しかしながら、本実施の形態に示すトランジスタ１００は、チャネルエッチ型のトランジスタである。そのため、第２のゲート絶縁膜において、酸化物半導体膜１０８と導電膜１２０ｂとに挟持される領域は、エッチングの雰囲気に曝されない。このため、トランジスタ１００は、第２のゲート絶縁膜の欠陥が少なく、信頼性の高いトランジスタとなる。
【００５９】
また、本実施の形態に示すトランジスタ１００においては、導電膜１２０ｂの電界が、酸化物半導体膜１０８のバックチャネルに均一に影響する。さらには、酸化物半導体膜１０８の側面においても導電膜１２０ｂの電界の影響を受ける。これらの結果、酸化物半導体膜１０８の広い範囲においてキャリアが流れるため、トランジスタの電界効果移動度が上昇すると共に、オン電流が増大する。
【００６０】
また、チャネル保護型のトランジスタは、酸化物半導体膜と一対の電極それぞれとを接続させるため、一対の電極それぞれの一方の端部をチャネル保護膜上に位置させる。また、一対の電極それぞれの一方の端部は、酸化物半導体膜と一対の電極それぞれとの接続領域よりも内側に位置する。これらのため、フォトマスクの位置ずれを考慮すると、酸化物半導体膜と一対の電極それぞれの接続領域の間隔を広く設計することが好ましい。
【００６１】
一方、チャネルエッチ型のトランジスタ１００においては、酸化物半導体膜１０８に一対の電極として機能する導電膜１１２ａ、１１２ｂそれぞれの一方の端部が直接接続する。そのため、チャネルエッチ型のトランジスタ１００は、チャネル保護型のトランジスタと比較して、一対の電極間の距離を小さくすることが容易である。
【００６２】
また、チャネルエッチ型のトランジスタ１００は、導電膜１０４及び導電膜１２０ｂを有することで、それぞれが外部からの電界を遮蔽する機能を有する。そのため、基板１０２及び導電膜１０４の間、導電膜１２０ｂ上に存在する固定電荷が酸化物半導体膜１０８に影響しない。この結果、ストレス試験（例えば、ゲート電極にマイナスの電位を印加するＢＴ（Ｂｉａｓ−Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ）ストレス試験）の劣化が抑制されると共に、異なるドレイン電圧におけるオン電流の立ち上がり電圧の変動を抑制することができる。
【００６３】
なお、ＢＴストレス試験は加速試験の一種であり、長期間の使用によって起こるトランジスタの特性変化（即ち、経年変化）を、短時間で評価することができる。特に、ＢＴストレス試験前後におけるトランジスタのしきい値電圧の変動量は、信頼性を調べるための重要な指標となる。ＢＴストレス試験前後において、しきい値電圧の変動量が少ないほど、信頼性が高いトランジスタであるといえる。
【００６４】
一方、チャネルエッチ型のトランジスタにおいては、一対の電極として機能する導電膜１１２ａ、１１２ｂの成膜工程およびエッチング工程などのプロセス時における、酸化物半導体膜１０８が第２のゲート絶縁膜と接する領域のダメージあるいは不純物汚染に起因して、トランジスタの特性変動が生じる場合がある。
【００６５】
また、酸化物半導体膜１０８を有するトランジスタ１００は、多数キャリアである電子を蓄積させて動作するため、酸化物半導体膜１０８における第１のゲート絶縁膜側における蓄積電流だけでなく、酸化物半導体膜中のバルク電流が存在する。そのため、酸化物半導体膜１０８における第２のゲート絶縁膜側にプロセス時におけるダメージあるいは不純物汚染に起因するトラップ準位が存在する場合、容易にキャリアが該トラップ準位にトラップされてしまう。
【００６６】
≪酸化物半導体膜の構成≫
そこで、本発明の一態様であるトランジスタ１００における酸化物半導体膜１０８は、酸化物半導体膜１０８ａと、酸化物半導体膜１０８ｂとを有する。すなわち、酸化物半導体膜１０８は２層構造を有する。さらに、トランジスタ１００は酸化物半導体膜１０８ｂ上に接する領域を有する酸化物半導体膜１０８ｃを有する。酸化物半導体膜１０８ａと酸化物半導体膜１０８ｂとは、互いに異なる組成の酸化物を有し、酸化物半導体膜１０８ｂと酸化物半導体膜１０８ｃとは、互いに異なる組成の酸化物を有する。また、酸化物半導体膜１０８ｂの一部はトランジスタ１００のチャネル領域としての機能を有する。
【００６７】
酸化物半導体膜１０８ａと、酸化物半導体膜１０８ｂと、酸化物半導体膜１０８ｃとは、同一の元素を少なくとも一つ有している。そのため、酸化物半導体膜１０８ａと酸化物半導体膜１０８ｂとの界面、または酸化物半導体膜１０８ｂと酸化物半導体膜１０８ｃとの界面において、界面散乱が生じにくい。したがって、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１００の電界効果移動度が高くなる。
【００６８】
酸化物半導体膜１０８ａ、１０８ｂ、及び１０８ｃは、金属酸化物を有し、該金属酸化物は少なくともインジウム（Ｉｎ）もしくは亜鉛（Ｚｎ）を有すると好ましい。
【００６９】
酸化物半導体膜がＩｎを有すると、例えばキャリア移動度（電子移動度）が高くなる。また、酸化物半導体膜がＺｎを有すると、酸化物半導体膜の結晶化が起こり易い。
【００７０】
また、酸化物半導体膜がスタビライザーとしての機能を有する元素Ｍを有すると、例えば酸化物半導体膜のエネルギーギャップ（Ｅｇ）が大きくなる。本発明の一態様に好適な酸化物半導体膜としては、エネルギーギャップが２ｅＶ以上、好ましくは２．５ｅＶ以上、より好ましくは３ｅＶ以上である。このように、エネルギーギャップの大きい金属酸化物を酸化物半導体膜１０８に用いることで、トランジスタ１００のオフ電流を低減することができる。なお、元素Ｍは、酸素との結合エネルギーが高い元素であり、酸素との結合エネルギーがＩｎよりも高い。
【００７１】
本発明の一態様の半導体装置に好適な酸化物半導体膜としては、代表的には、Ｉｎ−Ｚｎ酸化物、Ｉｎ−Ｍ酸化物、Ｉｎ−Ｍ−Ｚｎ酸化物を用いることができる。中でもＩｎ−Ｍ−Ｚｎ酸化物（Ｍはアルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）、イットリウム（Ｙ）、またはスズ（Ｓｎ）を表す）を用いることが好ましい。特に、ＭをＧａとする、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物（以下、ＩＧＺＯと呼ぶ場合がある。）を用いることが好ましい。
【００７２】
酸化物半導体膜１０８ｂがＩｎ−Ｍ−Ｚｎ酸化物を有するとき、Ｚｎおよび酸素を除いてのＩｎ及びＭの原子数比率は、Ｉｎが２５ａｔｏｍｉｃ％より大きく、Ｍが７５ａｔｏｍｉｃ％未満であることが好ましく、さらに好ましくはＩｎが３４ａｔｏｍｉｃ％より大きく、Ｍが６６ａｔｏｍｉｃ％未満である。特に、酸化物半導体膜１０８ｂは、Ｉｎの原子数比がＭの原子数比以上である領域を有すると好ましい。
【００７３】
酸化物半導体膜１０８ｂが、Ｉｎの原子数比がＭの原子数比以上である領域を有することで、トランジスタ１００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１００の電界効果移動度が１０ｃｍ２／Ｖｓより大きくなる、さらに好ましくはトランジスタ１００の電界効果移動度が３０ｃｍ２／Ｖｓより大きくなることが可能となる。
【００７４】
例えば、上記の電界効果移動度が高いトランジスタはチャネル幅を小さくすることができるため、当該トランジスタを、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、ゲートドライバのサイズを小さくすることができ、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。あるいは、ゲート電圧を低減することが可能となるため、表示装置の消費電力を低減することができる。なお、ゲートドライバの詳細については、後述する。
【００７５】
また、トランジスタの電界効果移動度を高めることで、表示装置の画素密度を高くし高精細にすることができる。例えば、４ｋ×２ｋ（水平方向画素数＝３８４０画素、垂直方向画素数＝２１６０画素）または８ｋ×４ｋ（水平方向画素数＝７６８０画素、垂直方向画素数＝４３２０画素）に代表される画素密度が高く高精細な表示装置の画素回路または駆動回路のトランジスタとして好適に用いることができる。
【００７６】
一方で、酸化物半導体膜１０８ｂが、Ｉｎの原子数比がＭの原子数比以上である領域を有する場合、エネルギーギャップ（Ｅｇ）が小さくなるため、光照射時にトランジスタ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、酸化物半導体膜１０８ｂ上に酸化物半導体膜１０８ｃが形成されている。また、酸化物半導体膜１０８ａ上に酸化物半導体膜１０８ｂが形成されている。また、酸化物半導体膜１０８ａ、及び酸化物半導体膜１０８ｃは、酸化物半導体膜１０８ｂよりもＩｎの原子数比が少ない領域を有する。そのため、酸化物半導体膜１０８ｂよりもＥｇが大きくなる。したがって、酸化物半導体膜１０８ａと、酸化物半導体膜１０８ｂと、酸化物半導体膜１０８ｃとを積層することで、トランジスタの光負バイアスストレス試験による耐性を高めることが可能となる。
【００７７】
酸化物半導体膜１０８ａ、１０８ｃがＩｎ−Ｍ−Ｚｎ酸化物を有するとき、Ｚｎおよび酸素を除いてのＩｎおよびＭの原子数比率は、Ｉｎが７５ａｔｏｍｉｃ％未満、Ｍが２５ａｔｏｍｉｃ％より大きいことが好ましく、さらに好ましくはＩｎが６６ａｔｏｍｉｃ％未満、Ｍが３４ａｔｏｍｉｃ％より大きいである。特に、酸化物半導体膜１０８ａ及び酸化物半導体膜１０８ｃは、Ｍの原子数比がＩｎの原子数比以上である領域を有すると好ましい。
【００７８】
なお、酸化物半導体膜１０８ａ、１０８ｃが、元素ＭをＩｎ以上の原子数比で有することで、以下の効果を有する場合がある。（１）エネルギーギャップが大きくなる。（２）電子親和力が小さくなる。（３）外部からの不純物を遮蔽する。（４）絶縁性が高くなる。また、元素Ｍは酸素との結合力が強い金属元素であるため、ＭをＩｎ以上の原子数比で有することで、酸素欠損が生じにくくなる。
【００７９】
また、酸化物半導体膜１０８ａ、１０８ｃが有する元素Ｍの原子数は、酸化物半導体膜１０８ｂが有する元素Ｍの原子数以上であることが好ましい。代表的には、酸化物半導体膜１０８ｂが有する元素Ｍと比較して、酸化物半導体膜１０８ａ、１０８ｃが有する元素Ｍの原子数比は、１．５倍以上が好ましく、より好ましくは２倍以上である。
【００８０】
また、酸化物半導体膜１０８ｂが有するＩｎの原子数は、酸化物半導体膜１０８ａ、１０８ｃが有するＩｎの原子数以上であることが好ましい。代表的には、酸化物半導体膜１０８ａまたは酸化物半導体膜１０８ｃが有する元素Ｉｎと比較して、酸化物半導体膜１０８ｂが有する元素Ｉｎの原子数比は、１．５倍以上が好ましく、より好ましくは２倍以上である。このとき、酸化物半導体膜１０８ｂは、トランジスタ１００におけるチャネル領域としての機能を有することができる。また、当該構成によってトランジスタ１００においてはオン電流が増大し、電界効果移動度が高まる効果が期待できる。なお、電界効果移動度が高いトランジスタにおいて、しきい値電圧がマイナスとなる電気特性（ノーマリーオン特性ともいう）になることがある。これは、該トランジスタが有する酸化物半導体膜に含まれる酸素欠損に起因して電荷が生じ、低抵抗化するためである。トランジスタがノーマリーオン特性を有すると、動作時に動作不良が発生しやすくなる、または非動作時の消費電力が高くなるなどの、様々な問題が生じる。そのため、酸化物半導体膜１０８ｂとしては、不純物や欠陥（酸素欠損など）が少ない、後述のＣＡＡＣ−ＯＳであることが好ましい。
【００８１】
また、酸化物半導体膜１０８ｂをＩｎ：Ｍ：Ｚｎ＝ｘｂ：ｙｂ：ｚｂ［原子数比］、酸化物半導体膜１０８ａをＩｎ：Ｍ：Ｚｎ＝ｘａ：ｙａ：ｚａ［原子数比］、とすると、ｙａ／ｘａがｙｂ／ｘｂよりも大きく、好ましくは、ｙａ／ｘａがｙｂ／ｘｂよりも１．５倍以上であることが好ましい。さらに好ましくは、ｙａ／ｘａがｙｂ／ｘｂよりも２倍以上大きい。このとき、酸化物半導体膜１０８ａにおいて、ｙａがｘａ以上であると、当該酸化物半導体膜を用いたトランジスタに安定した電気特性を付与できるため好ましい。
【００８２】
また、酸化物半導体膜１０８ｃをＩｎ：Ｍ：Ｚｎ＝ｘｃ：ｙｃ：ｚｃ［原子数比］、とすると、ｙｃ／ｘｃがｙｂ／ｘｂよりも大きく、好ましくは、ｙｃ／ｘｃがｙｂ／ｘｂよりも１．５倍以上であることが好ましい。さらに好ましくは、ｙｃ／ｘｃがｙｂ／ｘｂよりも２倍以上大きい。このとき、酸化物半導体膜１０８ｃにおいて、ｙｃがｘｃ以上であると、当該酸化物半導体膜を用いたトランジスタに安定した電気特性を付与できるため好ましい。
【００８３】
酸化物半導体膜１０８ｂ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はＭ以上であり、ＺｎはＭ以上であることが好ましい。あるいは、スパッタリングターゲットにおいて、金属元素の原子数比をＩｎ：Ｍ：Ｚｎ＝ｘｂ：ｙｂ：ｚｂとすると、ｘｂ／ｙｂは、１／３以上６以下、さらには１以上６以下であって、ｚｂ／ｙｂは、１／３以上６以下、さらには１以上６以下であることが好ましい。なお、ｚｂ／ｙｂを１以上６以下とすることで、酸化物半導体膜１０８ｂとして後述するＣＡＡＣ−ＯＳ（Ｃ  Ａｘｉｓ  Ａｌｉｇｎｅｄ  Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）膜が形成されやすくなる。ターゲットの金属元素の原子数比の代表例としては、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝１：１：１、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝１：１：１．２、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝３：１：２、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝４：２：４．１、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝５：１：７等がある。
【００８４】
酸化物半導体膜１０８ａ、１０８ｃ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、ＭはＩｎ以上であることが好ましい。あるいは、スパッタリングターゲットにおいて、金属元素の原子数比をＩｎ：Ｍ：Ｚｎ＝ｘｃ：ｙｃ：ｚｃとすると、ｘｃ／ｙｃ＜ｘｂ／ｙｂであって、ｚｃ／ｙｃは、１／３以上６以下、さらには１以上６以下であることが好ましい。なお、ｚｃ／ｙｃを１以上６以下とすることで、酸化物半導体膜１０８ａ、１０８ｃとして後述のＣＡＡＣ−ＯＳ膜が形成されやすくなる。ターゲットの金属元素の原子数比の代表例としては、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝１：１：１、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝１：１：１．２、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝１：３：２、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝１：３：４、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝１：３：６、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝１：３：８等がある。
【００８５】
なお、酸化物半導体膜１０８ａ、酸化物半導体膜１０８ｂ、及び酸化物半導体膜１０８ｃの原子数比はそれぞれ、誤差として上記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の原子数比は、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝４：２：３から４．１近傍となる場合がある。または、スパッタリングターゲットとして、原子数比がＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：１．２を用いる場合、成膜される酸化物半導体膜の原子数比は、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：１から１．２近傍となる場合がある。または、スパッタリングターゲットとして、原子数比がＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝５：１：７を用いる場合、成膜される酸化物半導体膜の原子数比は、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝５：１：６から７近傍となる場合がある。
【００８６】
トランジスタ１００は、酸化物半導体膜１０８ｂ及び絶縁膜１１４の間に、酸化物半導体膜１０８ｃを有する。そのため、酸化物半導体膜１０８ｃと絶縁膜１１４の間において、不純物または欠陥によりキャリアトラップが形成されても、当該キャリアトラップが形成される領域と酸化物半導体膜１０８ｂとの間には隔たりがある。そのため、酸化物半導体膜１０８ｂを流れる電子がキャリアトラップに捕獲されにくく、トランジスタ１００のオン電流を増大させることが可能である。あるいは、トランジスタ１００の電界効果移動度を高めることができる。また、当該キャリアトラップに電子が捕獲されると、該電子が負の固定電荷として振る舞うため、トランジスタのしきい値電圧が変動してしまう。しかしながら、酸化物半導体膜１０８ｂと当該キャリアトラップとが形成される領域との間には隔たりがあるため、トランジスタ１００においてキャリアトラップにおける電子の捕獲により影響を低減することが可能である。あるいは、トランジスタ１００における、しきい値電圧の変動を低減することができる。
【００８７】
なお、酸化物半導体膜１０８ｃは、絶縁膜１１６を形成する際に、酸化物半導体膜１０８ｂへのダメージを緩和する機能を有する。そのため、絶縁膜１１４を形成せずに、酸化物半導体膜１０８ｃ上に絶縁膜１１６を形成してもよい。
【００８８】
また、酸化物半導体膜１０８ａ、１０８ｃは、外部からの不純物を遮蔽する機能を有する。そのため、外部から、酸化物半導体膜１０８ｂへ移動する不純物量を低減することができる。また、酸化物半導体膜１０８ａ、１０８ｃは、酸素欠損を形成しにくい。これらのため、酸化物半導体膜１０８ｂにおける不純物濃度および酸素欠損量を低減することができる。
【００８９】
また、トランジスタ１００は、第１のゲート絶縁膜と酸化物半導体膜１０８ｂとの間に、酸化物半導体膜１０８ａが設けられており、酸化物半導体膜１０８ｂと第２のゲート絶縁膜との間に、酸化物半導体膜１０８ｃが設けられている。そのため、酸化物半導体膜１０８ａと酸化物半導体膜１０８ｂとの界面近傍におけるシリコンや炭素の濃度、酸化物半導体膜１０８ｂにおけるシリコンや炭素の濃度、または酸化物半導体膜１０８ｃと酸化物半導体膜１０８ｂとの界面近傍におけるシリコンや炭素の濃度、を低減することができる。
【００９０】
また、酸化物半導体膜１０８中、特に酸化物半導体膜１０８ｂのチャネル領域に混入する水素または水分などの不純物は、トランジスタ特性に影響を与えるため問題となる。したがって、酸化物半導体膜１０８ｂ中のチャネル領域においては、水素または水分などの不純物が少ないほど好ましい。
【００９１】
なお、半導体の不純物とは、半導体膜を構成する主成分以外をいう。例えば、濃度が０．１原子％未満の元素は不純物である。不純物が含まれることにより、半導体にＤＯＳ（Ｄｅｎｓｉｔｙ  ｏｆ  Ｓｔａｔｅ）が形成されることや、キャリア移動度が低下することや、結晶性が低下することなどが起こる場合がある。半導体が酸化物半導体を有する場合、半導体の特性を変化させる不純物としては、例えば、第１族元素、第２族元素、第１４族元素、第１５族元素、主成分以外の遷移金属などがあり、特に、水素（水にも含まれる）、リチウム、ナトリウム、シリコン、ホウ素、リン、炭素、窒素などがある。酸化物半導体の場合、例えば水素などの不純物の混入によって酸素欠損を形成する場合がある。また、半導体がシリコンを有する場合、半導体の特性を変化させる不純物としては、例えば、酸素、水素を除く第１族元素、第２族元素、第１３族元素、第１５族元素などがある。
【００９２】
また、酸化物半導体膜１０８ｂ中のチャネル領域に形成される酸素欠損は、トランジスタ特性に影響を与えるため問題となる。例えば、酸化物半導体膜１０８ｂのチャネル領域中に酸素欠損が形成されると、該酸素欠損に水素が結合し、キャリア供給源となる。酸化物半導体膜１０８ｂのチャネル領域中にキャリア供給源が生成されると、酸化物半導体膜１０８ｂを有するトランジスタ１００の電気特性の変動、代表的にはしきい値電圧のシフトが生じる。したがって、酸化物半導体膜１０８ｂのチャネル領域においては、酸素欠損が少ないほど好ましい。
【００９３】
そこで、本発明の一態様においては、酸化物半導体膜に接する絶縁膜、具体的には、酸化物半導体膜１０８ａの下方に形成される絶縁膜１０７、及び酸化物半導体膜１０８ｃの上方に形成される絶縁膜１１４、１１６が過剰酸素を含有する構成である。絶縁膜１０７、及び絶縁膜１１４、１１６から酸化物半導体膜１０８へ酸素または過剰酸素を移動させることで、酸化物半導体膜１０８中の酸素欠損を低減することが可能となる。よって、トランジスタ１００の電気特性の変動、特に光照射におけるトランジスタ１００の電気特性の変動を抑制することが可能となる。
【００９４】
また、本発明の一態様においては、絶縁膜１０７、及び絶縁膜１１４、１１６に過剰酸素を含有させるための作製工程の増加がない、または作製工程の増加が極めて少ない作製方法を用いる。よって、トランジスタ１００の歩留まりを高くすることが可能である。
【００９５】
具体的には、酸化物半導体膜１０８ｂを形成する工程において、スパッタリング法を用い、酸素ガスを含む雰囲気にて酸化物半導体膜１０８ｂを形成することで、酸化物半導体膜１０８ｂの被形成面となる、絶縁膜１０７に酸素または過剰酸素を添加する。
【００９６】
また、導電膜１２０ａ、１２０ｂを形成する工程において、スパッタリング法を用い、酸素ガスを含む雰囲気にて導電膜１２０ａ、１２０ｂを形成することで、導電膜１２０ａ、１２０ｂの被形成面となる、絶縁膜１１６に酸素または過剰酸素を添加する。なお、絶縁膜１１６に酸素または過剰酸素を添加する際に、絶縁膜１１６の下方に位置する絶縁膜１１４、及び酸化物半導体膜１０８ｃ及び酸化物半導体膜１０８にも酸素または過剰酸素が添加される場合がある。
【００９７】
また、酸化物半導体膜１０８ｃ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１０８ｂ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い。また、酸化物半導体膜１０８ｂは、酸化物半導体膜１０８ａ上に接して設けられている。したがって、酸化物半導体膜１０８ｂの全体は、酸化物半導体膜１０８ｃ及び酸化物半導体膜１０８ａに覆われている。別言すると、トランジスタ１００のチャネル幅方向において、酸化物半導体膜１０８ｂの側面は、酸化物半導体膜１０８ｃと接する領域を有している。そのため、トランジスタ１００は、酸化物半導体膜１０８ｂが、第１のゲート絶縁膜及び第２のゲート絶縁膜のいずれとも接する領域を有さない構成である。
【００９８】
また、シリコンは酸素との結合力が強い元素であり、例えば、シリコンと酸素との結合エネルギーは、インジウム、亜鉛、またはガリウムと酸素との結合エネルギーより高い。そのため、第１のゲート絶縁膜および／または第２のゲート絶縁膜が酸化シリコンを有し、酸化物半導体膜１０８ｂが第１のゲート絶縁膜および／または第２のゲート絶縁膜と接する領域を有するとき、酸化物半導体膜１０８ｂが有する酸素が、第１のゲート絶縁膜および／または第２のゲート絶縁膜に移動し、第１のゲート絶縁膜および／または第２のゲート絶縁膜中のシリコンと結合する反応が生じる場合がある。その結果、酸化物半導体膜１０８ｂに酸素欠損が生じるため、酸化物半導体膜１０８ｂに欠陥準位が形成される。また、酸化シリコン中の水素が酸化物半導体膜１０８ｂの酸素欠損に移動することで、キャリア供給源となる。そのため、電気特性の変動が生じやすいトランジスタとなる。
【００９９】
一方、本発明の一態様であるトランジスタ１００においては、酸化物半導体膜１０８ｂが、酸化物半導体膜１０８ｃ及び酸化物半導体膜１０８ａに覆われる構造を有している。そのため、酸化物半導体膜１０８ｂ中に酸素欠損が形成されにくく、酸化物半導体膜１０８ｂ中への水素の侵入を防止することが可能となる。
【０１００】
このような構造を有するトランジスタ１００は、酸化物半導体膜１０８ｂを含む酸化物半導体膜１０８において欠陥が極めて少ないため、電気特性が向上する。代表的には、トランジスタ１００のオン電流の増大および電界効果移動度の向上が可能である。また、トランジスタ１００は、ストレス試験の一例であるＢＴストレス試験及び光ＢＴストレス試験におけるしきい値電圧の変動量が少なく、信頼性が高い。
【０１０１】
≪埋め込みチャネル構造のバンド構造≫
次に、図１に示すトランジスタ１００における酸化物半導体膜のバンド構造について、図３を用いて説明する。
【０１０２】
図３は、絶縁膜１０７、酸化物半導体膜１０８ａ、１０８ｂ、１０８ｃ、及び絶縁膜１１４の積層構造の膜厚方向のバンド構造の一部を模式的に示している。なお、バンド構造は、理解を容易にするため絶縁膜１０７、酸化物半導体膜１０８ａ、１０８ｂ、１０８ｃ、及び絶縁膜１１４の伝導帯下端のエネルギー準位（Ｅｃ）を示す。
【０１０３】
また、図３では、絶縁膜１０７及び絶縁膜１１４として酸化シリコン膜を用い、酸化物半導体膜１０８ａ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酸化物半導体膜を用い、酸化物半導体膜１０８ｂ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、酸化物半導体膜１０８ｃ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酸化物半導体膜を用いる構成のバンド図である。
【０１０４】
図３に示すように、酸化物半導体膜１０８ａ、酸化物半導体膜１０８ｂ、及び酸化物半導体膜１０８ｃにおいて、伝導帯下端のエネルギーは障壁がなく、なだらかに変化する。換言すると、連続的に変化する、または連続接合する、ともいうことができる。そのため、このようなエネルギーバンドを埋め込みチャネル構造ともいう。
【０１０５】
これは酸化物半導体膜１０８ａと酸化物半導体膜１０８ｂと酸化物半導体膜１０８ｃとが共通の元素を有し、酸化物半導体膜１０８ａと酸化物半導体膜１０８ｂと酸化物半導体膜１０８ｃとの間で、酸素が相互に移動することで、混合層が形成されるためである。また、このようなバンド構造を有するためには、酸化物半導体膜１０８ａと酸化物半導体膜１０８ｂとの界面、あるいは酸化物半導体膜１０８ｂと酸化物半導体膜１０８ｃ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不純物が存在しないような積層構造とする。
【０１０６】
なお、連続接合が形成されず、積層された酸化物半導体膜１０８ｂ及び酸化物半導体膜１０８ａ、１０８ｃの間に不純物が混在すると、エネルギーバンドの連続性が失われ、界面でキャリアがトラップされ、あるいは再結合して、消滅してしまう。
【０１０７】
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ることが好ましい。スパッタリング装置における各チャンバーは、酸化物半導体膜にとって、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ポンプを用いて高真空（５×１０−７Ｐａから１×１０−４Ｐａ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統からチャンバー内に気体、特に炭素または水素を有する気体が逆流しないようにしておくことが好ましい。
【０１０８】
図３に示す構成とすることで、酸化物半導体膜１０８ｂがウェル（井戸）となり、酸化物半導体膜１０８ａ、１０８ｂ、及び１０８ｃを用いたトランジスタ１００において、チャネル領域が酸化物半導体膜１０８ｂに形成されることが分かる。
【０１０９】
トランジスタ１００においては、酸化物半導体膜１０８ａと絶縁膜１０７との界面近傍、及び酸化物半導体膜１０８ｃと絶縁膜１１４との界面近傍に、不純物または欠陥に起因したトラップ準位が形成されても、酸化物半導体膜１０８ａ及び１０８ｃが設けられることによって、酸化物半導体膜１０８ｂと該トラップ準位が形成される領域とを遠ざけることができる。ただし、トラップ準位がチャネル領域として機能する酸化物半導体膜１０８ｂの伝導帯下端のエネルギー準位（Ｅｃ）より真空準位から遠くなる場合、トラップ準位に電子が捕捉されやすくなる。トラップ準位に電子が捕獲され蓄積されることで、絶縁膜表面にマイナスの固定電荷が生じ、トランジスタのしきい値電圧がプラス方向にシフトしてしまう。したがって、トラップ準位が酸化物半導体膜１０８ｂ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とすると好ましい。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。また、トランジスタ１００のしきい値電圧の変動が低減され、安定した電気特性となるため好適である。
【０１１０】
また、酸化物半導体膜１０８ａ及び酸化物半導体膜１０８ｃが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、酸化物半導体膜１０８ａ及び１０８ｃには酸化物半導体膜１０８ｂより導電率が低い材料を用いると好ましい。そのため、酸化物半導体膜１０８ａ、１０８ｃを、その物性及び／または機能から、それぞれ酸化物絶縁膜とも呼べる。また、酸化物半導体膜１０８ａ、１０８ｃ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）が酸化物半導体膜１０８ｂよりも小さく、伝導帯下端のエネルギー準位が酸化物半導体膜１０８ｂ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と好ましい。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、酸化物半導体膜１０８ａ、１０８ｃの伝導帯下端のエネルギー準位が、酸化物半導体膜１０８ｂの伝導帯下端のエネルギー準位よりも真空準位に近い材料を用いると好適である。例えば、酸化物半導体膜１０８ｂの伝導帯下端のエネルギー準位と、酸化物半導体膜１０８ａ、１０８ｃの伝導帯下端のエネルギー準位との差が、０．２ｅＶ以上、好ましくは０．５ｅＶ以上とすることが好ましい。
【０１１１】
このような構成を有することで、酸化物半導体膜１０８ｂが主な電流経路となる。すなわち、酸化物半導体膜１０８ｂは、チャネル領域としての機能を有し、酸化物半導体膜１０８ａ、１０８ｃは、酸化物絶縁膜としての機能を有する。また、酸化物半導体膜１０８ａ、１０８ｃは、チャネル領域が形成される酸化物半導体膜１０８ｂ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、酸化物半導体膜１０８ａと酸化物半導体膜１０８ｂとの界面、または酸化物半導体膜１０８ｂと酸化物半導体膜１０８ｃ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。
【０１１２】
また、酸化物半導体膜１０８ａ、１０８ｃ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。酸化物半導体膜１０８ａ、１０８ｃ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、一対の電極として機能する導電膜１１２ａ、１１２ｂの構成元素が酸化物半導体膜１０８ｂへ拡散してしまう場合がある。なお、酸化物半導体膜１０８ａ、１０８ｃが後述するＣＡＡＣ−ＯＳである場合、一対の電極として機能する導電膜１１２ａ、１１２ｂ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。
【０１１３】
酸化物半導体膜１０８ａ、１０８ｃの膜厚は、一対の電極として機能する導電膜１１２ａ、１１２ｂの構成元素が酸化物半導体膜１０８ｂ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１０７、１１４から酸化物半導体膜１０８ｂへの酸素の供給を抑制する膜厚未満とする。例えば、酸化物半導体膜１０８ａ、１０８ｃの膜厚が１０ｎｍ以上であると、一対の電極として機能する導電膜１１２ａ、１１２ｂの構成元素が酸化物半導体膜１０８ｂへ拡散するのを抑制することができる。また、酸化物半導体膜１０８ａ、１０８ｃの膜厚を１００ｎｍ以下とすると、絶縁膜１０７、１１４から酸化物半導体膜１０８ｂへ効果的に酸素を供給することができる。
【０１１４】
以上のように、積層の酸化物半導体膜を有し、ｓ−ｃｈａｎｎｅｌ構造を有するトランジスタ１００は、例えば有機エレクトロルミネセンス素子（有機ＥＬ素子ともいう）を発光素子として有する表示装置に好適に用いることができる。
【０１１５】
有機ＥＬ素子は、電流駆動型素子であり、有機ＥＬ素子を制御するためのトランジスタとしては、電気特性のうち特にトランジスタの飽和領域（ドレイン電圧がゲート電圧からしきい値電圧を引いた電圧より大きくなる電圧領域（Ｖｄ＞Ｖｇ−Ｖｔｈ））におけるオン電流特性、及び電界効果移動度が重要である。上記のように、トランジスタ１００が積層の酸化物半導体膜を有し、ｓ−ｃｈａｎｎｅｌ構造を有することで、トランジスタのオン電流を増大させることができ、電界効果移動度を高めることができる。また、電気特性の変動を抑制することができる。
【０１１６】
＜１−２．半導体装置の構成要素＞
以下に本実施の形態の半導体装置に含まれる構成要素について、詳細に説明する。
【０１１７】
≪酸化物半導体膜≫
酸化物半導体膜１０８ａ、１０８ｂ、１０８ｃは、先に示す材料を用いることができる。
【０１１８】
また、酸化物半導体膜１０８ａ、１０８ｂ、１０８ｃの厚さは、それぞれ３ｎｍ以上２００ｎｍ以下が好ましく、より好ましくは３ｎｍ以上１００ｎｍ以下、さらに好ましくは３ｎｍ以上５０ｎｍ以下である。
【０１１９】
酸化物半導体膜１０８ａ、１０８ｂ、１０８ｃとしては、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るため、好ましい。ここで不純物濃度が低く、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。場合がある。
【０１２０】
すなわち、酸化物半導体膜１０８ｂとしては、高純度真性化または実質的に高純度真性化された酸化物半導体膜が好ましい。ここで実質的に真性とは、酸化物半導体膜のキャリア密度が、８×１０１１／ｃｍ３未満であること、好ましくは１×１０１１／ｃｍ３未満であること、さらに好ましくは、１×１０１０／ｃｍ３未満であり１×１０−９／ｃｍ３以上であることを指す。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。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、トラップ準位密度を低減することができる。
【０１２１】
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、しきい値電圧がプラスとなる電気特性（ノーマリーオフ特性ともいう）になりやすい。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。
【０１２２】
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を用いたトランジスタは、オフ電流が著しく小さく、チャネル幅が１×１０６μｍでチャネル長が１０μｍの半導体素子であっても、ソース電極とドレイン電極との間の電圧（ドレイン電圧）が１Ｖから１０Ｖ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。したがって、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なる。
【０１２３】
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、電気特性が不安定になる場合がある。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。
【０１２４】
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。当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することで、キャリアである電子を生成する場合がある。したがって、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、しきい値電圧がマイナスとなる電気特性（ノーマリーオン特性ともいう）となりやすい。
【０１２５】
このため、トランジスタのチャネルが形成される酸化物半導体膜は、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１０８ｂにおいて、二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ：Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ  Ｉｏｎ  Ｍａｓｓ  Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）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未満、より好ましくは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。その結果、トランジスタのしきい値電圧がプラスとなる電気特性（ノーマリーオフ特性ともいう）を有する。
【０１２６】
また、酸化物半導体膜１０８ｂ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、酸化物半導体膜１０８ｂにおいて、酸素欠損が増加し、ｎ型化する。そのため、酸化物半導体膜１０８ｂにおけるシリコンまたは炭素の濃度（二次イオン質量分析法により得られる濃度）を、２×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、好ましくは２×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下とする。その結果、トランジスタ１００は、しきい値電圧がプラスとなる電気特性（ノーマリオフ特性ともいう）を有する。
【０１２７】
また、酸化物半導体膜１０８ｂにおいて、二次イオン質量分析法により得られるアルカリ金属またはアルカリ土類金属の濃度を、１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、好ましくは２×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下にする。アルカリ金属およびアルカリ土類金属は、酸化物半導体と結合するとキャリアを生成する場合があり、トランジスタのオフ電流が増大することがある。そのため、酸化物半導体膜１０８ｂ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。この結果、トランジスタ１００は、しきい値がプラスとなる電気特性（ノーマリーオフ特性ともいう）を有する。
【０１２８】
また、酸化物半導体膜１０８ｂに窒素が含まれると、キャリアである電子が生じ、キャリア密度が増加し、ｎ型化しやすい。その結果、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しきい値電圧がマイナスとなる電気特性（ノーマリオン特性）となりやすい。したがって、二次イオン質量分析法により得られる窒素濃度は、５×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下であることが好ましい。
【０１２９】
また、トランジスタのチャネル領域に用いる酸化物半導体膜を形成後、熱処理を行うことが好ましい。熱処理は、２５０℃以上６５０℃以下、好ましくは３００℃以上４００℃以下、より好ましくは３２０℃以上３７０℃以下の温度で、不活性ガス雰囲気、酸化性ガスを１０ｐｐｍ以上含む雰囲気、又は減圧雰囲気で行えばよい。また、熱処理の雰囲気は、不活性ガス雰囲気で熱処理を行った後に、脱離した酸素を補うために酸化性ガスを１０ｐｐｍ以上含む雰囲気で行ってもよい。ここでの加熱処理によって、酸化物半導体膜から水素や水などの不純物を除去することができる。なお、当該熱処理は、酸化物半導体膜を島状に加工する前に行ってもよい。
【０１３０】
なお、酸化物半導体膜としては、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、酸化物半導体膜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。
【０１３１】
また、酸化物半導体膜１０８ｂは、後述するＣＡＡＣ−ＯＳ（Ｃ  Ａｘｉｓ  Ａｌｉｇｎｅｄ  Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）を用いることが好ましい。ＣＡＡＣ−ＯＳ構造は、多結晶構造、後述する微結晶構造、または非晶質構造と比較して、最も欠陥準位密度が低い。
【０１３２】
なお、酸化物半導体膜１０８ｂは、微結晶構造の領域、多結晶構造の領域、ＣＡＡＣ−ＯＳの領域、単結晶構造の領域、のいずれか二種以上を有する混合膜であってもよい。混合膜は、例えば、微結晶構造の領域、多結晶構造の領域、ＣＡＡＣ−ＯＳの領域、単結晶構造の領域、のいずれか二種以上の領域を有する単層構造の場合がある。また、混合膜は、例えば、微結晶構造の領域、多結晶構造の領域、ＣＡＡＣ−ＯＳの領域、単結晶構造の領域、のいずれか二種以上の領域の積層構造を有する場合がある。
【０１３３】
≪基板≫
基板１０２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１０２として用いてもよい。また、シリコンや炭化シリコンからなる単結晶半導体基板、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１０２として用いてもよい。
【０１３４】
なお、基板１０２として、ガラス基板を用いる場合、第６世代（１５００ｍｍ×１８５０ｍｍ）、第７世代（１８７０ｍｍ×２２００ｍｍ）、第８世代（２２００ｍｍ×２４００ｍｍ）、第９世代（２４００ｍｍ×２８００ｍｍ）、第１０世代（２９５０ｍｍ×３４００ｍｍ）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。
【０１３５】
また、基板１０２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１００を形成してもよい。または、基板１０２とトランジスタ１００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１０２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１００は耐熱性の劣る基板や可撓性の基板にも転載できる。
【０１３６】
≪第１のゲート電極、及び一対の電極として機能する導電膜≫
第１のゲート電極として機能する導電膜１０４、及び一対の電極として機能する導電膜１１２ａ、１１２ｂ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）、イットリウム（Ｙ）、ジルコニウム（Ｚｒ）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形成することができる。
【０１３７】
また、導電膜１０４、及び導電膜１１２ａ、１１２ｂ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、チタン膜上にアルミニウム膜を積層する二層構造、タングステン膜上にアルミニウム膜を積層する二層構造、銅−マグネシウム−アルミニウム合金膜上に銅膜を積層する二層構造、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、チタン膜上に銅膜を積層する二層構造、タングステン膜上に銅膜を積層する二層構造、チタン膜または窒化チタン膜と、該チタン膜または窒化チタン膜上に重ねてアルミニウム膜または銅膜を積層し、さらにその上にチタン膜または窒化チタン膜を形成する三層構造、モリブデン膜または窒化モリブデン膜と、該モリブデン膜または窒化モリブデン膜上に重ねてアルミニウム膜または銅膜を積層し、さらにその上にモリブデン膜または窒化モリブデン膜を形成する三層構造等がある。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。
【０１３８】
また、導電膜１０４、及び導電膜１１２ａ、１１２ｂ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。
【０１３９】
また、導電膜１０４、及び導電膜１１２ａ、１１２ｂは、上述の中でも特にチタン、タングステン、タンタル、及びモリブデンの中から選ばれる少なくとも一を有すると好適である。導電膜１０４、及び導電膜１１２ａ、１１２ｂがチタン、タングステン、タンタル、及びモリブデンの中から選ばれる少なくとも一を有すると、導電膜１０４、及び導電膜１１２ａ、１１２ｂが有する銅の外部への拡散を抑制することができ、所謂バリアメタルとしての機能を有することができる。
【０１４０】
また、導電膜１０４、及び導電膜１１２ａ、１１２ｂには、窒素とタンタルを含む窒化物、または窒素とチタンを含む窒化物を有すると好ましい。これらの窒化物は、導電性を有し、且つ銅または水素に対して高いバリア性を有する。また、これらの窒化物は、該膜からの水素の放出が少ないため、酸化物半導体膜と接する金属として好適である。
【０１４１】
また、導電膜１０４、及び導電膜１１２ａ、１１２ｂには、酸化インジウム、酸化錫、酸化亜鉛、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）、インジウム亜鉛酸化物、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、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。また、上記透光性を有する導電性材料と、上記金属元素の積層構造とすることもできる。
【０１４２】
≪第１のゲート絶縁膜≫
トランジスタ１００の第１のゲート絶縁膜として機能する絶縁膜１０６及び絶縁膜１０７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成膜された、例えば酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコン、窒化シリコン、酸化アルミニウム、酸化ハフニウム、酸化イットリウム、酸化ジルコニウム、酸化タンタル、酸化マグネシウム、酸化ランタン、酸化セリウム、酸化ネオジム、酸化ガリウムまたはＧａ−Ｚｎ系金属酸化物などを用いればよく、積層または単層で設けることができる。なお、絶縁膜１０６、１０７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。
【０１４３】
また、絶縁膜１０６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１０７、１１４、１１６及び／または酸化物半導体膜１０８中に過剰の酸素を供給する場合において、絶縁膜１０６は酸素の透過を抑制することができる。
【０１４４】
なお、酸化物半導体膜１０８ａと接する絶縁膜１０７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１０７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１０７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１０７を形成すればよい。または、成膜後の絶縁膜１０７に酸素を添加してもよい。成膜後の絶縁膜１０７に酸素を添加する方法については後述する。
【０１４５】
また、絶縁膜１０６及び絶縁膜１０７として、ハフニウムシリケート（ＨｆＳｉＯｘ）、窒素が添加されたハフニウムシリケート（ＨｆＳｉｘＯｙＮｚ）、窒素が添加されたハフニウムアルミネート（ＨｆＡｌｘＯｙＮｚ）、酸化ハフニウム、酸化イットリウムなどのｈｉｇｈ−ｋ材料を好適に用いることができる。該ハフニウムやイットリウムを有する材料は、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、酸化シリコン膜に対して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備える。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。
【０１４６】
なお、本実施の形態では、絶縁膜１０６として窒化シリコン膜を形成し、絶縁膜１０７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。そのため、トランジスタ１００の第１のゲート絶縁膜として、窒化シリコン膜を含むことで、第１のゲート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１００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１００の静電破壊を抑制することができる。
【０１４７】
第１のゲート絶縁膜の厚さは、５ｎｍ以上４００ｎｍ以下が好ましく、より好ましくは１０ｎｍ以上３００ｎｍ以下、さらに好ましくは５０ｎｍ以上２５０ｎｍ以下とするとよい。
【０１４８】
≪第２のゲート絶縁膜≫
第２のゲート絶縁膜として機能する絶縁膜１１４、絶縁膜１１６は、少なくとも、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有することが好ましい。ここでは、絶縁膜１１４として、酸素を透過する酸化物絶縁膜を形成し、絶縁膜１１６として、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形成する。なお、ここでは、第２のゲート絶縁膜を２層構造としたが、適宜１層、３層、または４層以上とすることができる。なお、これらの場合、少なくとも、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有することが好ましい。
【０１４９】
絶縁膜１１４は、酸素を透過する酸化物絶縁膜である。このため、絶縁膜１１４上に設けられる、絶縁膜１１６から脱離する酸素を、絶縁膜１１４を介して酸化物半導体膜１０８に移動させることができる。また、絶縁膜１１４は、後に形成する絶縁膜１１６を形成する際の、酸化物半導体膜１０８へのダメージ緩和膜としても機能する。
【０１５０】
絶縁膜１１４としては、厚さが５ｎｍ以上１５０ｎｍ以下、より好ましくは５ｎｍ以上５０ｎｍ以下である。また、絶縁膜１１４としては、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。
【０１５１】
また、絶縁膜１１４は、欠陥量が少ないことが好ましい。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１１４に含まれる欠陥密度が多いと、当該欠陥に酸素が結合し、絶縁膜１１４における酸素の透過量が減少するためである。
【０１５２】
また、絶縁膜１１４と酸化物半導体膜１０８ｃとの界面における欠陥量が少ないことが好ましい。代表的には、ＥＳＲ測定により、酸化物半導体膜１０８の欠陥に由来するｇ＝１．９３に現れる信号のスピン密度が、１×１０１７ｓｐｉｎｓ／ｃｍ３以下、さらには検出下限以下であることが好ましい。
【０１５３】
なお、絶縁膜１１４においては、外部から絶縁膜１１４に入った酸素が全て絶縁膜１１４の外部に移動する場合がある。または、外部から絶縁膜１１４に入った酸素の一部が、絶縁膜１１４にとどまる場合もある。また、外部から絶縁膜１１４に酸素が入ると共に、絶縁膜１１４に含まれる酸素が絶縁膜１１４の外部へ移動することで、絶縁膜１１４において酸素の移動が生じる場合もある。絶縁膜１１４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１１４上に設けられる、絶縁膜１１６から脱離する酸素を、絶縁膜１１４を通過させて酸化物半導体膜１０８に移動させることができる。
【０１５４】
また、絶縁膜１１４は、窒素酸化物に起因する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、当該窒素酸化物に起因する準位密度は、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帯の下端のエネルギー（Ｅｃ＿ｏｓ）の間に形成され得る場合がある。上記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。
【０１５５】
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の放出量が１×１０１８個／ｃｍ３以上５×１０１９個／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。
【０１５６】
窒素酸化物（ＮＯｘ、ｘは０より大きく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１１４などに準位を形成する。当該準位は、酸化物半導体膜１０８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１１４及び酸化物半導体膜１０８ｃの界面近傍に拡散すると、当該準位が絶縁膜１１４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１１４及び酸化物半導体膜１０８ｃ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。
【０１５７】
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１１４に含まれる窒素酸化物は、加熱処理において、絶縁膜１１６に含まれるアンモニアと反応するため、絶縁膜１１４に含まれる窒素酸化物が低減される。このため、絶縁膜１１４及び酸化物半導体膜１０８ｃの界面近傍において、電子がトラップされにくい。
【０１５８】
絶縁膜１１４として、上記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。
【０１５９】
なお、トランジスタの作製工程の加熱処理、代表的には３００℃以上３５０℃未満の加熱処理により、絶縁膜１１４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以下である第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。
【０１６０】
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より大きく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以下である第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。
【０１６１】
また、上記酸化物絶縁膜は、ＳＩＭＳ分析で測定される窒素濃度が６×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下である。
【０１６２】
基板温度が２２０℃以上、または２８０℃以上、または３５０℃以上であり、シラン及び一酸化二窒素を用いたＰＥＣＶＤ法を用いて、上記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。
【０１６３】
絶縁膜１１４に接するように絶縁膜１１６が形成されている。絶縁膜１１６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脱離量が１．０×１０１８ａｔｏｍｓ／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。
【０１６４】
絶縁膜１１６において、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が含まれると、絶縁膜１１６に含まれる酸素の一部を、絶縁膜１１４を介して酸化物半導体膜１０８に移動させ、酸化物半導体膜１０８が有する酸素欠損を低減することが可能である。
【０１６５】
なお、酸化物半導体膜中に酸素欠損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、しきい値電圧がマイナス方向に変動しやすく、しきい値電圧がマイナスとなる電気特性（ノーマリーオン特性ともいう）になりやすい。これは、酸化物半導体膜に含まれる酸素欠損に起因して電荷が生じ、低抵抗化するためである。トランジスタがノーマリーオン特性を有すると、動作時に動作不良が発生しやすくなる、または非動作時の消費電力が高くなるなどの、様々な問題が生じる。また、時間経過やストレス試験による、トランジスタの電気特性、代表的にはしきい値電圧の変動量が増大するという問題がある。
【０１６６】
しかしながら、本実施の形態に示すトランジスタ１００は、酸化物半導体膜１０８上に設けられる絶縁膜１１６に、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が含まれることで、絶縁膜１１６に含まれる酸素を、絶縁膜１１４を介して酸化物半導体膜１０８に移動させ、酸化物半導体膜１０８の酸素欠損を低減することが可能である。また、第２のゲート絶縁膜は、エッチング雰囲気に曝されていないため、欠陥が少ない。これらの結果、しきい値電圧がプラスとなる電気特性（ノーマリーオフ特性ともいう）を有するトランジスタとなる。また、時間経過やストレス試験において、トランジスタの電気特性、代表的には動作時間に対するしきい値電圧の変動量を低減することができる。さらには、ストレス試験を繰り返しても、しきい値電圧の変動を低減することができる。
【０１６７】
なお、酸素の導入方法としては、加速エネルギーを減圧下で気体に加える方法、具体的には、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、プラズマ処理法等を用いることができる。また、酸素の導入時、基板を加熱して処理すると、導入される酸素の量を多くすることができるため好適である。酸素導入時の基板温度としては、例えば室温より高く３５０℃より低い温度が好ましい。また、上記プラズマ処理法としては、酸素ガスを高周波電力によってプラズマ化させる装置（プラズマエッチング装置またはプラズマアッシング装置ともいう）を用いると好適である。
【０１６８】
絶縁膜１１６としては、厚さが３０ｎｍ以上５００ｎｍ以下であることが好ましく、より好ましくは５０ｎｍ以上４００ｎｍ以下である。また、絶縁膜１１６としては、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。
【０１６９】
また、絶縁膜１１６は、欠陥量が少ないことが好ましい。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未満、更には１．５×１０１７ｓｐｉｎｓ／ｃｍ３以下であることが好ましい。なお、絶縁膜１１６は、絶縁膜１１４と比較して酸化物半導体膜１０８から離れているため、絶縁膜１１４より、欠陥密度が多くともよい。
【０１７０】
また、昇温脱離ガス分析法（ＴＤＳ（Ｔｈｅｒｍａｌ  Ｄｅｓｏｒｐｔｉｏｎ  Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ））を用いて絶縁膜を測定することで、酸素の放出量を測定することができる。例えば、絶縁膜１１４、１１６を昇温脱離ガス分析法において測定した場合、酸素分子の放出量が８．０×１０１４個／ｃｍ２以上、好ましくは１．０×１０１５個／ｃｍ２以上、さらに好ましくは１．５×１０１５個／ｃｍ２以上である。なお、昇温脱離ガス分析法における膜の表面温度は、１００℃以上７００℃以下、好ましくは１００℃以上５００℃以下である。
【０１７１】
また、本発明の一態様においては、絶縁膜１１４、１１６に酸素過剰領域を形成するため、絶縁膜１１６上に酸素の放出を抑制できる機能を有する導電膜（単に導電膜という場合もある）を形成し、該導電膜を通過させて、絶縁膜１１４、１１６に酸素を導入する。
【０１７２】
酸素の放出を抑制できる機能を有する導電膜としては、例えば、インジウム（Ｉｎ）と、亜鉛（Ｚｎ）、錫（Ｓｎ）、タングステン（Ｗ）、チタン（Ｔｉ）、またはシリコン（Ｓｉ）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。とくに、導電膜としては、インジウムを含む導電膜、またはインジウムを含む半導体膜が好ましい。また、上記導電膜は、酸素の導入後に除去してもよい。インジウムを含む導電膜としては、インジウムガリウム亜鉛酸化物（ＩＧＺＯ）、酸化タングステンを含むインジウム酸化物、酸化タングステンを含むインジウム亜鉛酸化物、酸化チタンを含むインジウム酸化物、酸化チタンを含むインジウム錫酸化物、インジウム錫酸化物（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ：ＩＴＯ）、インジウム亜鉛酸化物、酸化シリコンを含むインジウム錫酸化物（略称：ＩＴＳＯ）などの透光性を有する導電性材料が挙げられる。上述した中でも、酸素の放出を抑制できる機能を有する導電膜として、特にＩＴＳＯを用いると、凹凸等を有する絶縁膜上にも被覆性がよく形成できるため好適である。
【０１７３】
≪第２のゲート電極、及び画素電極として機能する導電膜≫
第２のゲート電極として機能する導電膜１２０ｂ、及び画素電極として機能する導電膜１２０ａは、先に示す第１のゲート電極として機能する導電膜１０４、及び一対の電極として機能する導電膜１１２ａ、１１２ｂと同様の材料及び作製方法を用いて形成することができる。
【０１７４】
また、導電膜１２０ａ、１２０ｂとしては、先に示す酸化物半導体膜１０８ａ、１０８ｂ、または１０８ｃと同様の材料、及び作製方法を用いて形成することができる。例えば、導電膜１２０ａ、１２０ｂとしては、Ｉｎ酸化物、Ｉｎ−Ｓｎ酸化物、Ｉｎ−Ｚｎ酸化物、Ｉｎ−Ｇａ酸化物、Ｚｎ酸化物、Ａｌ−Ｚｎ酸化物、またはＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物などを用いることができる。特に、Ｉｎ−Ｓｎ酸化物、またはＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物を用いると好ましい。また、導電膜１２０ａ、１２０ｂとしては、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）、酸化シリコンを添加したインジウム錫酸化物（ＩＴＳＯ）などの材料を用いることができる。
【０１７５】
また、導電膜１２０ａ、１２０ｂとしては、酸化物半導体膜１０８ａ、１０８ｂ、１０８ｃが有する金属元素を有することが好ましい。導電膜１２０ａ、１２０ｂに、酸化物半導体膜１０８ａ、１０８ｂ、１０８ｃが有する酸化物半導体を用いる場合、導電膜１２０ａ、１２０ｂは、絶縁膜１１４、１１６から酸素の放出を抑制する保護膜として機能する。なお、この場合、導電膜１２０ａ、１２０ｂは、絶縁膜１１８を形成する工程の前においては半導体としての機能を有し、絶縁膜１１８を形成する工程の後においては導電体としての機能を有する。したがって、導電膜１２０ａ、１２０ｂは、酸化物導電体膜と呼ぶことができる。
【０１７６】
導電膜１２０ａ、１２０ｂに酸化物半導体を用いる場合、導電膜１２０ａ、１２０ｂを導電体として機能させるためには、導電膜１２０ａ、１２０ｂに酸素欠損を形成し、該酸素欠損に絶縁膜１１８から水素を添加すると、伝導帯近傍にドナー準位が形成される。この結果、導電膜１２０ａ、１２０ｂは、導電性が高くなり導電体化する。導電体化された導電膜１２０ａ、１２０ｂを、それぞれ酸化物導電体膜ということができる。一般に、酸化物半導体は、エネルギーギャップが大きいため、可視光に対して透光性を有する。一方、酸化物導電体は、伝導帯近傍にドナー準位を有する酸化物半導体である。したがって、酸化物導電体は、ドナー準位による吸収の影響は小さく、可視光に対して酸化物半導体と同程度の透光性を有する。
【０１７７】
画素電極として機能する導電膜１２０ａ、及び第２のゲート電極として機能する導電膜１２０ｂとしては、先に記載の酸化物半導体膜と同様の材料、及び同様の作製方法を用いて形成することができる。例えば、導電膜１２０ａ、１２０ｂと、酸化物半導体膜１０８ａ、１０８ｂ、及び１０８ｃと、が同一の金属元素を有する構成とすることで、製造コストを抑制することが可能となる。
【０１７８】
例えば、導電膜１２０ａ、１２０ｂとして、Ｉｎ−Ｍ−Ｚｎ酸化物を用いる場合、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がＭ以上である領域を有することが好ましい。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＝２：１：３、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝３：１：２、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝４：２：４．１、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝５：１：７等が挙げられる。なお、導電膜１２０ａ、１２０ｂとしては、上記のスパッタリングターゲットの組成に限定されない。また、導電膜１２０ａ、導電膜１２０ｂの構造としては、単層構造または２層以上の積層構造とすることができる。
【０１７９】
≪保護絶縁膜≫
絶縁膜１１８は、トランジスタ１００の保護絶縁膜としての機能を有する。
【０１８０】
絶縁膜１１８は、少なくとも、水素及び酸素のブロッキング効果を有する。さらに、好ましくは、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効果を有する。絶縁膜１１８を有することで、酸化物半導体膜１０８からの酸素の外部への拡散と、外部から酸化物半導体膜１０８への水素、水等の侵入を防ぐことができる。
【０１８１】
また、絶縁膜１１８は、画素電極として機能する導電膜１２０ａ、及び第２のゲート電極として機能する導電膜１２０ｂに、水素及び窒素のいずれか一方または双方を供給する機能を有する。特に絶縁膜１１８としては、水素を含み、当該水素を導電膜１２０ａ、１２０ｂに供給する機能を有すると好ましい。導電膜１２０ａ、１２０ｂが酸化物半導体膜で形成される場合、絶縁膜１１８から導電膜１２０ａ、１２０ｂに水素が供給されることで、導電膜１２０ａ、１２０ｂは、導電体としての機能を有する。
【０１８２】
絶縁膜１１８としては、厚さが５０ｎｍ以上３００ｎｍ以下、より好ましくは１００ｎｍ以上２００ｎｍ以下である。また、絶縁膜１１８としては、窒化絶縁膜を用いることができる。該窒化絶縁膜としては、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を用いることができる。
【０１８３】
なお、絶縁膜１１８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。
【０１８４】
なお、上記記載の、電極、絶縁膜、酸化物半導体膜などの様々な膜の形成方法としては、スパッタリング法、化学気相堆積（ＣＶＤ）法、真空蒸着法、パルスレーザ堆積（ＰＬＤ）法などが挙げられる。また、上記記載の、電極、絶縁膜、酸化物半導体膜などの様々な膜の形成方法としては、プラズマ化学気相堆積（ＰＥＣＶＤ）法、熱ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、またはＡＬＤ（Ａｔｏｍｉｃ  Ｌａｙｅｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法としてもよい。熱ＣＶＤ法の例としてＭＯＣＶＤ（Ｍｅｔａｌ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法が挙げられる。また、上記記載の、電極、絶縁膜、酸化物半導体膜などの様々な膜の形成方法としては、塗布法や印刷法でもよい。
【０１８５】
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り欠陥が生成されることが無いという利点を有する。
【０１８６】
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。
【０１８７】
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に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。
【０１８８】
ＡＬＤ法、または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−Ｚｎ−Ｏ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。
【０１８９】
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や、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。
【０１９０】
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。
【０１９１】
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。
【０１９２】
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。
【０１９３】
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−Ｚｎ−Ｏ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、これらのガスを用いて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ガスにかえて、Ｉｎ（Ｃ２Ｈ５）３ガスを用いても良い。また、Ｇａ（ＣＨ３）３ガスにかえて、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。
【０１９４】
＜１−３．半導体装置の構成例２乃至７＞
次に、図１（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）に示すトランジスタ１００と異なる構成例について、図４乃至図１３を用いて説明する。なお、以下の図４乃至図１３において、トランジスタ１００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。
【０１９５】
≪半導体装置の構成例２≫
図４（Ａ）は、本発明の一態様の半導体装置であるトランジスタ１５０の上面図であり、図４（Ｂ）は、図４（Ａ）に示す一点鎖線Ｘ１−Ｘ２間における切断面の断面図に相当し、図４（Ｃ）は、図４（Ａ）に示す一点鎖線Ｙ１−Ｙ２間における切断面の断面図に相当する。
【０１９６】
トランジスタ１５０は、絶縁膜１０７上及び酸化物半導体膜１０８上に酸化物半導体膜１０８ｃを有し、酸化物半導体膜１０８ｃ上に一対の電極として機能する導電膜１１２ａ、１１２ｂを有し、酸化物半導体膜１０８ｃ及び導電膜１１２ａ、１１２ｂ上に絶縁膜１１４を有する、点が先に示すトランジスタ１００と異なる。また、絶縁膜１１６上の導電膜１２０ａが、絶縁膜１１４、１１６に設けられた開口部１５２ａにおいて導電膜１１２ａ、１１２ｂの一方（図４（Ｂ）においては導電膜１１２ｂ）と電気的に接続される、点が先に示すトランジスタ１００と異なる。それ以外の構成については、トランジスタ１００と同様であり、同様の効果を奏する。以下では、トランジスタ１００と異なる構成について説明する。
【０１９７】
酸化物半導体膜１０８ｃ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１０８ｂ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い。また、酸化物半導体膜１０８ｂは、酸化物半導体膜１０８ａ上に接して設けられている。
【０１９８】
また、トランジスタ１５０は、チャネル幅方向において、且つチャネル長方向において、酸化物半導体膜１０８ｂの側面が、酸化物半導体膜１０８ｃと接している。そのため、トランジスタ１５０は、酸化物半導体膜１０８ｂが、同一の金属元素を有する酸化物半導体膜１０８ａ、及び酸化物半導体膜１０８ｃとのみ接する領域を有する構成である。
【０１９９】
したがって、本発明の一態様であるトランジスタ１５０においては、酸化物半導体膜１０８ｂの全体が、酸化物半導体膜１０８ｃ及び酸化物半導体膜１０８ａに覆われている。そのため、酸化物半導体膜１０８ｂ中に酸素欠損が形成されにくく、酸化物半導体膜１０８ｂ中への水素の侵入を防止することが可能となる。
【０２００】
なお、酸化物半導体膜１０８ｃの上に導電膜１１２ａ、１１２ｂを形成する際の成膜工程またはエッチング工程において、酸化物半導体膜１０８ｃにおける導電膜１１２ａ、１１２ｂと接する領域またはその近傍が活性化され、低抵抗（ｎ型）領域となる。そのため、導電膜１１２ａ、１１２ｂは、酸化物半導体膜１０８に電気的に接続され、一対の電極としての機能を有することができる。また、トランジスタ１５０において、酸化物半導体膜１０８ｂがチャネル領域としての機能を有し、酸化物半導体膜１０８ｃが酸化物絶縁膜としての機能を有する。
【０２０１】
また、酸化物半導体膜１０８ｂは、導電膜１１２ａ、１１２ｂ、及び絶縁膜１０７、１１４を形成する際の雰囲気に曝されないため、酸化物半導体膜１０８ｂの欠陥準位を低減することができる。
【０２０２】
なお、図６（Ａ）（Ｂ）に示すトランジスタ１５０ａのように、第２のゲート電極として機能する導電膜１２０ｂが、第１のゲート絶縁膜（絶縁膜１０６、１０７）、酸化物半導体膜１０８ｃ、及び第２のゲート絶縁膜（絶縁膜１１４、１１６）に設けられた開口部１５２ｂ、１５２ｃにおいて、第１のゲート電極として機能する導電膜１０４と接続する構成としてもよい。なお、トランジスタ１５０ａの上面図は、図２（Ａ）に示すトランジスタ１００ａと同様であり、図６（Ａ）は、図２（Ａ）に示す一点鎖線Ｘ１−Ｘ２間における切断面の断面図に相当し、図６（Ｂ）は、図２（Ａ）に示す一点鎖線Ｙ１−Ｙ２間における切断面の断面図に相当する。また、トランジスタ１５０ａの他の構成としては、トランジスタ１５０と同様であるため、トランジスタ１５０の構成を参酌すればよい。
【０２０３】
トランジスタ１５０ａは、導電膜１０４と導電膜１２０ｂとが、第１のゲート絶縁膜、酸化物半導体膜１０８ｃ、及び第２のゲート絶縁膜に設けられる開口部１５２ｂ、１５２ｃにおいて接続するｓ−ｃｈａｎｎｅｌ構造を有する。そのため、効果的にトランジスタ１５０ａが有する酸化物半導体膜１０８を、導電膜１０４及び導電膜１２０ｂの電界によって電気的に囲むことができる。
【０２０４】
≪半導体装置の構成例３≫
図５（Ａ）は、本発明の一態様の半導体装置であるトランジスタ１００ｂの上面図であり、図５（Ｂ）は、図５（Ａ）に示す一点鎖線Ｘ１−Ｘ２間における切断面の断面図に相当し、図５（Ｃ）は、図５（Ａ）に示す一点鎖線Ｙ１−Ｙ２間における切断面の断面図に相当する。
【０２０５】
トランジスタ１００ｂは、第２のゲート電極として機能する導電膜１２０ｂのチャネル長方向の長さ及びチャネル幅方向の長さが、第１のゲート電極として機能する導電膜１０４よりもそれぞれ長い、点が先に示すトランジスタ１００と異なる。それ以外の構成については、トランジスタ１００と同様であり、同様の効果を奏する。以下では、トランジスタ１００と異なる構成について説明する。
【０２０６】
導電膜１２０ｂのチャネル長方向の長さ及びチャネル幅方向の長さを長くすることで、効果的にトランジスタ１００ｂが有する酸化物半導体膜１０８を、導電膜１０４及び導電膜１２０ｂの電界によって電気的に囲むことができる。
【０２０７】
また、導電膜１２０ｂが遮光性を有する場合、導電膜１２０ｂのチャネル長方向の長さ及びチャネル幅方向の長さを長くすることで、効果的に酸化物半導体膜１０８を遮光することができる。そのため、トランジスタの光に対する耐性を高めることができ、光照射時におけるトランジスタの電気特性の変動を抑制することができる。
【０２０８】
なお、図６（Ｃ）（Ｄ）に示すトランジスタ１５０ｂのように、絶縁膜１０７上及び酸化物半導体膜１０８上に酸化物半導体膜１０８ｃを有し、酸化物半導体膜１０８ｃ上に一対の電極として機能する導電膜１１２ａ、１１２ｂを有し、酸化物半導体膜１０８ｃ及び導電膜１１２ａ、１１２ｂ上に絶縁膜１１４を有する、構成としてもよい。なお、トランジスタ１５０ｂの上面図は、図５（Ａ）に示すトランジスタ１００ｂと同様であり、図６（Ｃ）は、図５（Ａ）に示す一点鎖線Ｘ１−Ｘ２間における切断面の断面図に相当し、図６（Ｄ）は、図５（Ａ）に示す一点鎖線Ｙ１−Ｙ２間における切断面の断面図に相当する。また、トランジスタ１５０ｂの他の構成としては、トランジスタ１５０と同様であるため、トランジスタ１５０の構成を参酌すればよい。
【０２０９】
≪半導体装置の構成例４≫
図７（Ａ）（Ｂ）は、本発明の一態様の半導体装置であるトランジスタ１００ｃの断面図であり、トランジスタ１００ｃの上面図は、図５（Ａ）に示すトランジスタ１００ｂと同様であり、図７（Ａ）は、図５（Ａ）に示す一点鎖線Ｘ１−Ｘ２間における切断面の断面図に相当し、図７（Ｂ）は、図５（Ａ）に示す一点鎖線Ｙ１−Ｙ２間における切断面の断面図に相当する。
【０２１０】
トランジスタ１００ｃは、絶縁膜１０７上に酸化物半導体膜１０８ａを有し、酸化物半導体膜１０８ａ上に酸化物半導体膜１０８ｂを有し、酸化物半導体膜１０８ａ及び酸化物半導体膜１０８ｂ上に、酸化物半導体膜１０８ｂに電気的に接続される一対の電極として機能する導電膜１１２ａ、１１２ｂを有し、酸化物半導体膜１０８ａ、酸化物半導体膜１０８ｂ、及び導電膜１１２ａ、１１２ｂ上に酸化物半導体膜１０８ｃを有する、点がトランジスタ１００ｂと異なる。それ以外の構成については、トランジスタ１００ｂと同様であり、同様の効果を奏する。以下では、トランジスタ１００ｂと異なる構成について説明する。
【０２１１】
酸化物半導体膜１０８ａ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１０８ｂ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い。また、酸化物半導体膜１０８ｃ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１０８ｂ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い。
【０２１２】
また、トランジスタ１００ｃは、チャネル幅方向において、酸化物半導体膜１０８ｂの側面が、酸化物半導体膜１０８ｃと接している。したがって、酸化物半導体膜１０８ｂの全体は、酸化物半導体膜１０８ａ及び酸化物半導体膜１０８ｃに覆われている。別言すると、トランジスタ１００ｃのチャネル幅方向において、酸化物半導体膜１０８ｂの側面は、酸化物半導体膜１０８ｃと接する領域を有している。そのため、トランジスタ１００ｃは、酸化物半導体膜１０８ｂが、第１のゲート絶縁膜及び第２のゲート絶縁膜のいずれとも接する領域を有さない構成である。
【０２１３】
酸化物半導体膜１０８ａのチャネル長方向の長さ及びチャネル幅方向の長さを、酸化物半導体膜１０８ｂ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することで、酸化物半導体膜１０８ｂにおける酸素欠損の形成と、酸化物半導体膜１０８ｂ中への水素の侵入を、効果的に抑制することが可能となる。
【０２１４】
なお、図７（Ｃ）（Ｄ）に示すトランジスタ１５０ｃのように、酸化物半導体膜１０８ａ及び酸化物半導体膜１０８ｂ上に酸化物半導体膜１０８ｃを有し、酸化物半導体膜１０８ｃ上に一対の電極として機能する導電膜１１２ａ、１１２ｂを有し、酸化物半導体膜１０８ｃ及び導電膜１１２ａ、１１２ｂ上に絶縁膜１１４を有する、構成としてもよい。なお、トランジスタ１５０ｃの上面図は、図５（Ａ）に示すトランジスタ１００ｂと同様であり、図７（Ｃ）は、図５（Ａ）に示す一点鎖線Ｘ１−Ｘ２間における切断面の断面図に相当し、図７（Ｄ）は、図５（Ａ）に示す一点鎖線Ｙ１−Ｙ２間における切断面の断面図に相当する。また、トランジスタ１５０ｃの他の構成としては、トランジスタ１５０ｂと同様であるため、トランジスタ１５０ｂの構成を参酌すればよい。
【０２１５】
≪半導体装置の構成例５≫
図８（Ａ）（Ｂ）は、本発明の一態様の半導体装置であるトランジスタ１６０ａの断面図であり、トランジスタ１６０ａの上面図は、図５（Ａ）に示すトランジスタ１００ｂと同様であり、図８（Ａ）は、図５（Ａ）に示す一点鎖線Ｘ１−Ｘ２間における切断面の断面図に相当し、図８（Ｂ）は、図５（Ａ）に示す一点鎖線Ｙ１−Ｙ２間における切断面の断面図に相当する。
【０２１６】
トランジスタ１６０ａは、絶縁膜１１６上に保護絶縁膜として機能する絶縁膜１１８を有し、絶縁膜１１８上に第２のゲート電極として機能する導電膜１２０ｂ、及び画素電極として機能する導電膜１２０ａを有する、点がトランジスタ１００ｂと異なる。すなわち、トランジスタ１６０ａにおいては、第２のゲート絶縁膜として、絶縁膜１１４、絶縁膜１１６、及び絶縁膜１１８を有する構成である。また、絶縁膜１１８上の導電膜１２０ａが、酸化物半導体膜１０８ｃ、及び絶縁膜１１４、１１６、１１８に設けられた開口部１５２ａにおいて導電膜１１２ａ、１１２ｂの一方（図８（Ａ）においては導電膜１１２ｂ）と電気的に接続される、点が先に示すトランジスタ１００ｂと異なる。それ以外の構成については、トランジスタ１００ｂと同様であり、同様の効果を奏する。以下では、トランジスタ１００ｂと異なる構成について説明する。
【０２１７】
絶縁膜１１８は、少なくとも、水素及び酸素のブロッキング効果を有する。さらに、好ましくは、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効果を有する。第２のゲート絶縁膜が絶縁膜１１８を有することで、酸化物半導体膜１０８からの酸素の外部への拡散と、外部から酸化物半導体膜１０８への水素、水等の侵入を効果的に防ぐことができる。
【０２１８】
なお、図８（Ｃ）（Ｄ）に示すトランジスタ１６０ｂのように、第２のゲート電極として機能する導電膜１２０ｂが、第１のゲート絶縁膜（絶縁膜１０６、１０７）、酸化物半導体膜１０８ｃ、及び第２のゲート絶縁膜（絶縁膜１１４、１１６、１１８）に設けられた開口部１５２ｂ、１５２ｃにおいて、第１のゲート電極として機能する導電膜１０４と接続する構成としてもよい。なお、トランジスタ１６０ｂの他の構成としては、トランジスタ１６０ａと同様であるため、トランジスタ１６０ａの構成を参酌すればよい。
【０２１９】
トランジスタ１６０ｂは、導電膜１０４と導電膜１２０ｂとが第１のゲート絶縁膜、酸化物半導体膜１０８ｃ、及び第２のゲート絶縁膜に設けられる開口部１５２ｂ、１５２ｃにおいて接続するｓ−ｃｈａｎｎｅｌ構造を有する。そのため、効果的にトランジスタ１６０ｂが有する酸化物半導体膜１０８を、導電膜１０４及び導電膜１２０ｂの電界によって電気的に囲むことができる。
【０２２０】
また、図９（Ａ）（Ｂ）に示すトランジスタ１７０ａのように、絶縁膜１０７上及び酸化物半導体膜１０８上に酸化物半導体膜１０８ｃを有し、酸化物半導体膜１０８ｃ上に一対の電極として機能する導電膜１１２ａ、１１２ｂを有し、酸化物半導体膜１０８ｃ及び導電膜１１２ａ、１１２ｂ上に絶縁膜１１４を有する、構成としてもよい。なお、トランジスタ１７０ａの他の構成としては、トランジスタ１５０ｂと同様であるため、トランジスタ１５０ｂの構成を参酌すればよい。
【０２２１】
また、図９（Ｃ）（Ｄ）に示すトランジスタ１７０ｂのように、第２のゲート電極として機能する導電膜１２０ｂが、第１のゲート絶縁膜（絶縁膜１０６、１０７）、酸化物半導体膜１０８ｃ、及び第２のゲート絶縁膜（絶縁膜１１４、１１６、１１８）に設けられた開口部１５２ｂ、１５２ｃにおいて、第１のゲート電極として機能する導電膜１０４と接続する構成としてもよい。なお、トランジスタ１７０ｂの他の構成としては、トランジスタ１７０ａと同様であるため、トランジスタ１７０ａの構成を参酌すればよい。
【０２２２】
トランジスタ１７０ｂは、導電膜１０４と導電膜１２０ｂとが第１のゲート絶縁膜、酸化物半導体膜１０８ｃ、及び第２のゲート絶縁膜に設けられる開口部１５２ｂ、１５２ｃにおいて接続するｓ−ｃｈａｎｎｅｌ構造を有する。そのため、効果的にトランジスタ１７０ｂが有する酸化物半導体膜１０８を、導電膜１０４及び導電膜１２０ｂの電界によって電気的に囲むことができる。
【０２２３】
また、トランジスタ１００が有する酸化物半導体膜１０８ｂと、トランジスタ１５０が有する酸化物半導体膜１０８ｃと、は図面において、導電膜１１２ａ、１１２ｂから露出した領域の酸化物半導体膜が薄くなる、別言すると酸化物半導体膜の一部が凹部を有する形状について例示している。ただし、本発明の一態様はこれに限定されず、導電膜１１２ａ、１１２ｂから露出した領域の酸化物半導体膜が凹部を有さなくてもよい。この場合の一例を図１０（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）（Ｄ）に示す。図１０（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）（Ｄ）は、半導体装置の一例を示す断面図である。なお、図１０（Ａ）（Ｂ）に示すトランジスタ１００ｄは、先に示すトランジスタ１００の酸化物半導体膜１０８ｂが凹部を有さない構造であり、図１０（Ｃ）（Ｄ）に示すトランジスタ１５０ｄは、先に示すトランジスタ１５０の酸化物半導体膜１０８ｃが凹部を有さない構造である。
【０２２４】
≪半導体装置の構成例６≫
図１１（Ａ）は、本発明の一態様の半導体装置であるトランジスタ１８０ａの上面図であり、図１１（Ｂ）は、図１１（Ａ）に示す一点鎖線Ｘ１−Ｘ２間における切断面の断面図に相当し、図１１（Ｃ）は、図１１（Ａ）に示す一点鎖線Ｙ１−Ｙ２間における切断面の断面図に相当する。
【０２２５】
トランジスタ１８０ａは、基板１０２上の第１のゲート電極として機能する導電膜１０４と、基板１０２及び導電膜１０４上の絶縁膜１０６と、絶縁膜１０６上の絶縁膜１０７と、絶縁膜１０７上の酸化物半導体膜１０８と、酸化物半導体膜１０８及び絶縁膜１０７上の酸化物半導体膜１０８ｃと、酸化物半導体膜１０８ｃ上の絶縁膜１１４と、絶縁膜１１４上の絶縁膜１１６と、絶縁膜１１４、１１６に設けられる開口部１４１ａ、１４１ｂを介して酸化物半導体膜１０８に電気的に接続される一対の電極として機能する導電膜１１２ａ、１１２ｂと、絶縁膜１１６及び導電膜１１２ａ、１１２ｂ上の絶縁膜１１４ａと、絶縁膜１１４ａ上の絶縁膜１１６ａと、絶縁膜１１４ａ、１１６ａに設けられる開口部１５２ａを介して一対の電極として機能する導電膜１１２ａ、１１２ｂの一方（図１１（Ｂ）においては導電膜１１２ｂ）と電気的に接続される導電膜１２０ａと、絶縁膜１１６ａ上の第２のゲート電極として機能する導電膜１２０ｂと、絶縁膜１１６ａ及び導電膜１２０ａ、１２０ｂ上の絶縁膜１１８と、を有する。また、酸化物半導体膜１０８は、酸化物半導体膜１０８ａと酸化物半導体膜１０８ｂとを有する。
【０２２６】
先に示すトランジスタ１５０においては、チャネルエッチ型の構造であったのに対し、図１１（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）に示すトランジスタ１８０ａは、チャネル保護型の構造である。このように、本発明の一態様の半導体装置は、チャネルエッチ型及びチャネル保護型の双方のトランジスタ構造に適用することができる。
【０２２７】
トランジスタ１８０ａとしては、先に示すトランジスタ１５０と同様に、酸化物半導体膜１０８上に、酸化物半導体膜１０８ｃが設けられる構成のため、酸化物半導体膜１０８ｂ中に酸素欠損が形成されにくく、酸化物半導体膜１０８ｂ中への水素の侵入を防止することができる。なお、絶縁膜１１４ａ、１１６ａは、絶縁膜１１４、１１６と同様の機能を有し、同様の材料及び作製方法を用いて形成することができる。その他の構成は、先に示すトランジスタ１５０と同様であり、同様の効果を奏する。
【０２２８】
なお、図１３（Ａ）（Ｂ）に示すトランジスタ１８０ｃのように、一対の電極として機能する導電膜１１２ａ、１１２ｂが酸化物半導体膜１０８ｃを介さずに、酸化物半導体膜１０８と接続する構成としてもよい。なお、トランジスタ１８０ｃの上面図は、図１１（Ａ）に示すトランジスタ１８０ａと同様であり、図１３（Ａ）は、図１１（Ａ）に示す一点鎖線Ｘ１−Ｘ２間における切断面の断面図に相当し、図１３（Ｂ）は、図１１（Ａ）に示す一点鎖線Ｙ１−Ｙ２間における切断面の断面図に相当する。また、トランジスタ１８０ｃの他の構成としては、トランジスタ１８０ａと同様であるため、トランジスタ１８０ａの構成を参酌すればよい。
【０２２９】
また、図１３（Ｃ）（Ｄ）に示すトランジスタ１８０ｄのように、第２のゲート電極として機能する導電膜１２０ｂが、第１のゲート絶縁膜（絶縁膜１０６、１０７）、酸化物半導体膜１０８ｃ、及び第２のゲート絶縁膜（絶縁膜１１４、１１６、１１４ａ、１１６ａ）に設けられた開口部１５２ｂ、１５２ｃにおいて、第１のゲート電極として機能する導電膜１０４と接続する構成としてもよい。また、トランジスタ１８０ｄの他の構成としては、トランジスタ１８０ａと同様であるため、トランジスタ１８０ａの構成を参酌すればよい。
【０２３０】
トランジスタ１８０ｄは、導電膜１０４と導電膜１２０ｂとが、第１のゲート絶縁膜、酸化物半導体膜１０８ｃ、及び第２のゲート絶縁膜に設けられる開口部１５２ｂ、１５２ｃにおいて接続するｓ−ｃｈａｎｎｅｌ構造を有する。そのため、効果的にトランジスタ１８０ｄが有する酸化物半導体膜１０８を、導電膜１０４及び導電膜１２０ｂの電界によって電気的に囲むことができる。
【０２３１】
≪半導体装置の構成例７≫
図１２（Ａ）は、本発明の一態様の半導体装置であるトランジスタ１８０ｂの上面図であり、図１２（Ｂ）は、図１２（Ａ）に示す一点鎖線Ｘ１−Ｘ２間における切断面の断面図に相当し、図１２（Ｃ）は、図１２（Ａ）に示す一点鎖線Ｙ１−Ｙ２間における切断面の断面図に相当する。トランジスタ１８０ｂは、基板１０２上の第１のゲート電極として機能する導電膜１０４と、基板１０２及び導電膜１０４上の絶縁膜１０６と、絶縁膜１０６上の絶縁膜１０７と、絶縁膜１０７上の酸化物半導体膜１０８と、酸化物半導体膜１０８及び絶縁膜１０７上の酸化物半導体膜１０８ｃと、酸化物半導体膜１０８ｃ上の絶縁膜１１４と、絶縁膜１１４上の絶縁膜１１６と、酸化物半導体膜１０８に電気的に接続される一対の電極として機能する導電膜１１２ａ、１１２ｂと、絶縁膜１１６及び導電膜１１２ａ、１１２ｂ上の絶縁膜１１４ａと、絶縁膜１１４ａ上の絶縁膜１１６ａと、絶縁膜１１４ａ、１１６ａに設けられる開口部１５２ａを介して一対の電極として機能する導電膜１１２ａ、１１２ｂの一方（図１２（Ｂ）においては導電膜１１２ｂ）と電気的に接続される導電膜１２０ａと、絶縁膜１１６ａ上の第２のゲート電極として機能する導電膜１２０ｂと、絶縁膜１１６ａ及び導電膜１２０ａ、１２０ｂ上の絶縁膜１１８と、を有する。また、酸化物半導体膜１０８は、酸化物半導体膜１０８ａと酸化物半導体膜１０８ｂとを有する。
【０２３２】
なお、トランジスタ１８０ｂは、図１１（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）に示すトランジスタ１８０ａと絶縁膜１１４、１１６の形状が相違する。具体的には、トランジスタ１８０ｂの絶縁膜１１４、１１６は、酸化物半導体膜１０８のチャネル領域上に島状に設けられる。また、トランジスタ１８０ｂは、導電膜１０４と導電膜１２０ｂとが、第１のゲート絶縁膜（絶縁膜１０６、１０７）と第２のゲート絶縁膜（絶縁膜１１４、１１６、１１４ａ、１１６ａ）とを間に挟んで酸化物半導体膜１０８を取り囲むｓ−ｃｈａｎｎｅｌ構造を有する。そのため、効果的にトランジスタ１８０ｂが有する酸化物半導体膜１０８を、導電膜１０４及び導電膜１２０ｂの電界によって電気的に囲むことができる。その他の構成は、トランジスタ１８０ａと同様であり、同様の効果を奏する。
【０２３３】
トランジスタ１８０ｂとしては、先に示すトランジスタ１５０と同様に、酸化物半導体膜１０８上に、酸化物半導体膜１０８ｃが設けられる構成のため、酸化物半導体膜１０８ｂ中に酸素欠損が形成されにくく、酸化物半導体膜１０８ｂ中への水素の侵入を防止することができる。その他の構成は、先に示すトランジスタ１５０と同様であり、同様の効果を奏する。
【０２３４】
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。
【０２３５】
＜１−４．トランジスタの作製方法＞
次に、本発明の一態様の半導体装置であるトランジスタ１００の作製方法について、図１４乃至図１８を用いて説明する。なお、図１４乃至図１８は、半導体装置の作製方法を説明する断面図であり、Ｘ１−Ｘ２に示すチャネル長方向、及びＹ１−Ｙ２に示すチャネル幅方向の断面図を用いて、トランジスタ１００の作製方法を説明する。
【０２３６】
≪第１のゲート電極及び第１のゲート絶縁膜の形成工程≫
まず、基板１０２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、第１のゲート電極として機能する導電膜１０４を形成する。次に、導電膜１０４上に第１のゲート絶縁膜として機能する絶縁膜１０６、１０７を形成する（図１４（Ａ）（Ｂ）参照）。
【０２３７】
本実施の形態では、基板１０２としてガラス基板を用い、第１のゲート電極として機能する導電膜１０４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１０６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１０７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。
【０２３８】
なお、絶縁膜１０６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１０６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。
【０２３９】
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ＰＥ−ＣＶＤ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。
【０２４０】
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。
【０２４１】
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。
【０２４２】
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。
【０２４３】
絶縁膜１０６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１０４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。
【０２４４】
第１の窒化シリコン膜は、導電膜１０４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。
【０２４５】
絶縁膜１０７としては、後に形成される酸化物半導体膜１０８（より具体的には、酸化物半導体膜１０８ｂ）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。
【０２４６】
≪酸化物半導体膜の形成工程１≫
次に、絶縁膜１０７上に酸化物半導体膜１０８ａ＿０及び酸化物半導体膜１０８ｂ＿０を形成する（図１４（Ｃ）（Ｄ）（Ｅ）（Ｆ）参照）。
【０２４７】
なお、図１４（Ｃ）（Ｄ）は、絶縁膜１０７上に酸化物半導体膜１０８ａ＿０を形成する際の成膜装置内部の断面模式図である。図１４（Ｃ）（Ｄ）では、成膜装置としてスパッタリング装置を用い、当該スパッタリング装置内部に設置されたターゲット１９１と、ターゲット１９１の下方に形成されたプラズマ１９２とが、模式的に表されている。
【０２４８】
まず、酸化物半導体膜１０８ａ＿０を形成する際に、第１の酸素ガスを含む雰囲気にてプラズマを放電させる。その際に、酸化物半導体膜１０８ａ＿０の被形成面となる絶縁膜１０７中に、酸素が添加される。また、酸化物半導体膜１０８ａ＿０を形成する際に、第１の酸素ガスの他に、不活性ガス（例えば、ヘリウムガス、アルゴンガス、キセノンガスなど）を混合させてもよい。
【０２４９】
第１の酸素ガスとしては、少なくとも酸化物半導体膜１０８ａ＿０を形成する際に含まれていればよく、酸化物半導体膜１０８ａ＿０を形成する際の成膜ガス全体に占める第１の酸素ガスの割合としては、０％より大きく１００％以下、好ましくは１０％以上１００％以下、さらに好ましくは３０％以上１００％以下である。
【０２５０】
なお、図１４（Ｃ）（Ｄ）において、絶縁膜１０７に添加される酸素または過剰酸素を模式的に破線の矢印で表している。
【０２５１】
なお、酸化物半導体膜１０８ａ＿０と、酸化物半導体膜１０８ｂ＿０の形成時の基板温度は、同じでも異なっていてもよい。ただし、酸化物半導体膜１０８ａ＿０と、酸化物半導体膜１０８ｂ＿０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。
【０２５２】
例えば、酸化物半導体膜１０８を成膜する際の基板温度としては、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１０８を加熱して成膜することで、酸化物半導体膜１０８の結晶性を高めることができる。一方で、基板１０２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、酸化物半導体膜１０８を成膜する際の基板温度を１５０℃以上３４０℃未満とした場合、基板１０２が変形する（歪むまたは反る）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、酸化物半導体膜１０８の成膜する際の基板温度を１００℃以上１５０℃未満とすることで、ガラス基板の変形を抑制することができる。
【０２５３】
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。
【０２５４】
また、スパッタリング法で酸化物半導体膜を成膜する場合、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から１×１０−４Ｐａ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。
【０２５５】
また、酸化物半導体膜１０８ａ＿０が形成された後、続けて、酸化物半導体膜１０８ｂ＿０が、酸化物半導体膜１０８ａ＿０上に形成される。なお、酸化物半導体膜１０８ｂ＿０の形成時においては、第２の酸素ガスを含む雰囲気にてプラズマを放電させればよい。
【０２５６】
なお、酸化物半導体膜１０８ａ＿０を形成する際の第１の酸素ガスの割合と、酸化物半導体膜１０８ｂ＿０を形成する際の第２の酸素ガスの割合とは同じでも異なっていてもよい。例えば、酸化物半導体膜１０８ｂ＿０を形成する際の成膜ガス全体に占める第２の酸素ガスの割合としては、０％より大きく１００％以下、好ましくは１０％以上１００％以下、さらに好ましくは３０％以上１００％以下である。
【０２５７】
本実施の形態では、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ金属酸化物ターゲット（Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：３：２［原子数比］）を用いて、スパッタリング法により酸化物半導体膜１０８ａ＿０を形成し、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＝３：１：２［原子数比］）を用いて、スパッタリング法により酸化物半導体膜１０８ｂ＿０を形成する。また、酸化物半導体膜１０８ａ＿０の形成時の基板温度を１７０℃とし、酸化物半導体膜１０８ｂ＿０の形成時の基板温度を１７０℃とする。また、酸化物半導体膜１０８ａ＿０の形成時の成膜ガスとしては、流量６０ｓｃｃｍの酸素ガスと、流量１４０ｓｃｃｍのアルゴンガスと、を用いる。また、酸化物半導体膜１０８ｂ＿０の形成時の成膜ガスとしては、流量１００ｓｃｃｍの酸素ガスと、流量１００ｓｃｃｍのアルゴンガスと、を用いる。
【０２５８】
次に、酸化物半導体膜１０８ａ＿０及び酸化物半導体膜１０８ｂ＿０を所望の形状に加工することで、島状の酸化物半導体膜１０８ａ及び島状の酸化物半導体膜１０８ｂを形成する（図１５（Ａ）（Ｂ）参照）。
【０２５９】
≪ソース電極及びドレイン電極の形成工程≫
次に、絶縁膜１０７及び酸化物半導体膜１０８上にソース電極及びドレイン電極となる、導電膜１１２をスパッタリング法によって形成する（図１５（Ｃ）（Ｄ）参照）。
【０２６０】
本実施の形態では、導電膜１１２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１１２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１１２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。
【０２６１】
次に、導電膜１１２を所望の形状に加工することで、それぞれ互いに分離された導電膜１１２ａ、１１２ｂを形成する（図１５（Ｅ）（Ｆ）参照）。
【０２６２】
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１１２を加工する。ただし、導電膜１１２の加工方法としては、これに限定されず、例えば、ウエットエッチング装置を用いてもよい。なお、ウエットエッチング装置を用いて、導電膜１１２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１１２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１１２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１１２を加工した方が、製造コストを低減することができる。
【０２６３】
また、導電膜１１２ａ、１１２ｂの形成後に、酸化物半導体膜１０８（より具体的には酸化物半導体膜１０８ｂ）の表面（バックチャネル側）を洗浄してもよい。当該洗浄方法としては、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、酸化物半導体膜１０８ｂの表面に付着した不純物（例えば、導電膜１１２ａ、１１２ｂに含まれる元素等）を除去することができる。なお、当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。
【０２６４】
また、導電膜１１２ａ、１１２ｂを形成する工程、及び上記洗浄工程のいずれか一方または双方において、酸化物半導体膜１０８の導電膜１１２ａ、１１２ｂから露出した領域が、薄くなる場合がある。
【０２６５】
次に、酸化物半導体膜１０８、及び導電膜１１２ａ、１１２ｂ上に酸化物半導体膜１０８ｃ、絶縁膜１１４、及び絶縁膜１１６を形成する（図１６（Ａ）（Ｂ）参照）。
【０２６６】
≪酸化物半導体膜の形成工程２≫
酸化物半導体膜１０８ｃの形成時においては、第３の酸素ガスを含む雰囲気にてプラズマを放電させればよい。
【０２６７】
なお、酸化物半導体膜１０８ａ＿０を形成する際の第１の酸素ガスの割合及び酸化物半導体膜１０８ｂ＿０を形成する際の第２の酸素ガスの割合と、酸化物半導体膜１０８ｃを形成する際の第３の酸素ガスの割合とは同じでも異なっていてもよい。例えば、酸化物半導体膜１０８ｃを形成する際の成膜ガス全体に占める第３の酸素ガスの割合としては、０％より大きく１００％以下、好ましくは１０％以上１００％以下、さらに好ましくは３０％以上１００％以下である。
【０２６８】
なお、酸化物半導体膜１０８ｃを形成する際に、第３の酸素ガスと、アルゴンガスとを用いる場合、第３の酸素ガスの流量よりもアルゴンガスの流量を多くするのが好ましい。アルゴンガスの流量を多くすることで、酸化物半導体膜１０８ｃを緻密な膜とすることができる。また、酸化物半導体膜１０８ｃを緻密な膜とするには、形成時の基板温度を高くすればよい。酸化物半導体膜１０８ｃを形成する際の基板温度としては、代表的には２５０℃以下、好ましくは、１５０℃以上１９０℃以下とすればよい。酸化物半導体膜１０８ｃを緻密な膜とした場合、絶縁膜１１４に含まれる不純物を酸化物半導体膜１０８ｂ側に入り込むのを抑制することができる。
【０２６９】
本実施の形態では、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酸化物半導体膜１０８ｃを形成する。また、酸化物半導体膜１０８ｃの形成時の基板温度を１７０℃とする。また、酸化物半導体膜１０８ｃの形成時の成膜ガスとしては、流量１００ｓｃｃｍの酸素ガスと、流量１００ｓｃｃｍのアルゴンガスと、を用いる。
【０２７０】
≪第２のゲート絶縁膜の形成工程≫
次に、酸化物半導体膜１０８ｃ上に絶縁膜１１４、及び絶縁膜１１６を形成する。
【０２７１】
なお、絶縁膜１１４を形成した後、大気に曝すことなく、連続的に絶縁膜１１６を形成することが好ましい。絶縁膜１１４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１１６を連続的に形成することで、絶縁膜１１４と絶縁膜１１６と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１１４、１１６に含まれる酸素を酸化物半導体膜１０８に移動させることが可能となり、酸化物半導体膜１０８の酸素欠損量を低減することが可能となる。
【０２７２】
例えば、絶縁膜１１４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して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１１４が、窒素を含み、且つ欠陥量の少ない絶縁膜となる。
【０２７３】
本実施の形態においては、絶縁膜１１４として、基板１０２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。
【０２７４】
絶縁膜１１６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。
【０２７５】
絶縁膜１１６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１１６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。
【０２７６】
なお、絶縁膜１１６の形成工程において、絶縁膜１１４が酸化物半導体膜１０８の保護膜となる。したがって、酸化物半導体膜１０８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１１６を形成することができる。
【０２７７】
なお、絶縁膜１１６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１１６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１００の信頼性を高めることができる。
【０２７８】
また、絶縁膜１１４、１１６を成膜した後に、加熱処理（以下、第１の加熱処理とする）を行うと好適である。第１の加熱処理により、絶縁膜１１４、１１６に含まれる窒素酸化物を低減することができる。または、第１の加熱処理により、絶縁膜１１４、１１６に含まれる酸素の一部を酸化物半導体膜１０８に移動させ、酸化物半導体膜１０８に含まれる酸素欠損量を低減することができる。
【０２７９】
第１の加熱処理の温度は、代表的には、４００℃未満、好ましくは３７５℃未満、さらに好ましくは、１５０℃以上３５０℃以下とする。第１の加熱処理は、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（Ｒａｐｉｄ  Ｔｈｅｒｍａｌ  Ａｎｎｅａｌ）等を用いることができる。
【０２８０】
次に、絶縁膜１１６上にリソグラフィ工程によりマスクを形成し、酸化物半導体膜１０８ｃ、及び絶縁膜１１４、１１６の所望の領域に開口部１５２ａを形成する。なお、開口部１５２ａは、導電膜１１２ｂに達するように形成される（図１６（Ｃ）（Ｄ）参照）。
【０２８１】
≪第２のゲート電極の形成工程≫
次に、開口部１５２ａを覆うように、絶縁膜１１６上に導電膜１２０を形成する（図１６（Ｅ）（Ｆ）及び図１７（Ａ）（Ｂ）参照）。
【０２８２】
なお、図１６（Ｅ）（Ｆ）は、絶縁膜１１６上に導電膜１２０を形成する際の、成膜装置内部の断面模式図である。図１６（Ｅ）（Ｆ）では、成膜装置としてスパッタリング装置を用い、当該スパッタリング装置内部に設置されたターゲット１９３と、ターゲット１９３の下方に形成されたプラズマ１９４とが、模式的に表されている。
【０２８３】
まず、導電膜１２０を形成する際に、第４の酸素ガスを含む雰囲気にてプラズマを放電させる。その際に、導電膜１２０の被形成面となる絶縁膜１１６中に、酸素が添加される。また、導電膜１２０を形成する際に、第４の酸素ガスの他に、不活性ガス（例えば、ヘリウムガス、アルゴンガス、キセノンガスなど）を混合させてもよい。例えば、アルゴンガスと、第４の酸素ガスと、を用い、アルゴンガスの流量よりも第４の酸素ガスの流量を多くするのが好ましい。第４の酸素ガスの流量を多くすることで、好適に絶縁膜１１６に酸素を添加することができる。一例としては、導電膜１２０の形成条件としては、成膜ガス全体に占める第４の酸素ガスの割合を、５０％以上１００％以下、好ましくは、８０％以上１００％以下とすればよい。
【０２８４】
なお、図１６（Ｅ）（Ｆ）において、絶縁膜１１６に添加される酸素または過剰酸素を模式的に破線の矢印で表している。
【０２８５】
また、導電膜１２０を成膜する際の基板温度としては、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。導電膜１２０を加熱して成膜することで、導電膜１２０の結晶性を高めることができる。一方で、基板１０２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、導電膜１２０を成膜する際の基板温度を１５０℃以上３４０℃未満とした場合、基板１０２が変形する（歪むまたは反る）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、導電膜１２０の成膜する際の基板温度を１００℃以上１５０℃未満とすることで、ガラス基板の変形を抑制することができる。
【０２８６】
本実施の形態では、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ金属酸化物ターゲット（Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：３：６［原子数比］）を用いて、スパッタリング法により導電膜１２０を形成する。また、導電膜１２０の形成時の基板温度を１７０℃とする。また、導電膜１２０の形成時の成膜ガスとしては、流量１００ｓｃｃｍの酸素ガスを用いる。
【０２８７】
導電膜１２０としては、例えば、先に記載の酸化物半導体膜（例えば、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：１［原子数比］、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：３：２［原子数比］、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：３：４［原子数比］、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：３：６［原子数比］、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝３：１：２［原子数比］、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝４：２：３［原子数比］、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝５：１：６［原子数比］など）を用いればよい。
【０２８８】
次に、導電膜１２０を所望の形状に加工することで、島状の導電膜１２０ａ、及び島状の導電膜１２０ｂを形成する（図１７（Ｃ）（Ｄ）参照）。
【０２８９】
≪保護絶縁膜の形成工程≫
次に、絶縁膜１１６、及び導電膜１２０ａ、１２０ｂ上に絶縁膜１１８を形成する（図１７（Ｅ）（Ｆ）参照）。
【０２９０】
絶縁膜１１８は、水素及び窒素のいずれか一方または双方を有する。絶縁膜１１８としては、例えば、窒化シリコン膜を用いると好適である。また、絶縁膜１１８としては、例えば、スパッタリング法またはＰＥＣＶＤ法を用いて形成することができる。例えば、絶縁膜１１８をＰＥＣＶＤ法で成膜する場合、基板温度は４００℃未満、好ましくは３７５℃未満、さらに好ましくは１８０℃以上３５０℃以下である。絶縁膜１１８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。また、絶縁膜１１８を成膜する場合の基板温度を、上述の範囲にすることで、絶縁膜１１４、１１６中の酸素または過剰酸素を、酸化物半導体膜１０８に移動させることが可能となる。
【０２９１】
また、絶縁膜１１８形成後に、先に記載の第１の加熱処理と同等の加熱処理（以下、第２の加熱処理とする）を行ってもよい。このように、導電膜１２０の成膜の際に、絶縁膜１１６に酸素を添加した後に、４００℃未満、好ましくは３７５℃未満、さらに好ましくは１８０℃以上３５０℃以下の温度で、加熱処理を行うことで、絶縁膜１１６中の酸素または過剰酸素を酸化物半導体膜１０８（特に酸化物半導体膜１０８ｂ）中に移動させ、酸化物半導体膜１０８中の酸素欠損を補填することができる。
【０２９２】
ここで、酸化物半導体膜１０８中に移動する酸素について、図１８を用いて説明を行う。図１８は、絶縁膜１１８成膜時の基板温度（代表的には３７５℃未満）、または絶縁膜１１８の形成後の第２の加熱処理（代表的には３７５℃未満）によって、酸化物半導体膜１０８中に移動する酸素を表すモデル図である。なお、図１８中において、酸化物半導体膜１０８中に示す酸素（酸素ラジカル、酸素原子、または酸素分子）を破線の矢印で表している。
【０２９３】
図１８に示す酸化物半導体膜１０８は、酸化物半導体膜１０８に近接する絶縁膜（ここでは、絶縁膜１０７、及び絶縁膜１１４）から酸素が移動することで、酸素欠損が補填される。特に、本発明の一態様の半導体装置において、酸化物半導体膜１０８ｂのスパッタリング成膜時に、酸素ガスを用い、絶縁膜１０７中に酸素を添加するため、絶縁膜１０７は過剰酸素領域を有する。また、導電膜１２０のスパッタリング成膜時に、酸素ガスを用い、絶縁膜１１６中に酸素を添加するため、絶縁膜１１６は過剰酸素領域を有する。よって、該過剰酸素領域を有する絶縁膜に挟まれた酸化物半導体膜１０８は、酸素欠損が好適に補填される。
【０２９４】
また、絶縁膜１０７の下方には、絶縁膜１０６が設けられており、絶縁膜１１４、１１６の上方には、絶縁膜１１８が設けられている。絶縁膜１０６、１１８を酸素透過性が低い材料、例えば、窒化シリコン等により形成することで、絶縁膜１０７、１１４、１１６中に含まれる酸素を酸化物半導体膜１０８側に閉じ込めることができるため、好適に酸化物半導体膜１０８に酸素を移動させることが可能となる。
【０２９５】
また、絶縁膜１１８は、を水素及び窒素のいずれか一方または双方を有する。そのため、絶縁膜１１８を形成することで、絶縁膜１１８に接する導電膜１２０ａ、１２０ｂは、水素及び窒素のいずれか一方または双方が添加されることで、キャリア密度が高くなり、酸化物導電膜として機能することができる。
【０２９６】
また、絶縁膜１１８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。
【０２９７】
本実施の形態においては、絶縁膜１１８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。
【０２９８】
以上の工程で図１（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）に示すトランジスタ１００を作製することができる。
【０２９９】
また、トランジスタ１００の全ての作製工程において、基板温度を４００℃未満、好ましくは３７５℃未満、さらに好ましくは１８０℃以上３５０℃以下とすることで、大面積の基板を用いても基板の変形（歪みまたは反り）を極めて少なくすることができるため好適である。なお、トランジスタ１００の作製工程において、基板温度が高くなる工程としては、代表的には、絶縁膜１０６、１０７の成膜時の基板温度（４００℃未満、好ましくは２５０℃以上３５０℃以下）、酸化物半導体膜１０８の成膜時の基板温度（室温以上３４０℃未満、好ましくは１００℃以上２００℃以下、さらに好ましくは１００℃以上１５０℃未満）、絶縁膜１１６、１１８の成膜時の基板温度（４００℃未満、好ましくは３７５℃未満、さらに好ましくは１８０℃以上３５０℃以下）、酸素を添加後の第１の加熱処理または第２の加熱処理（４００℃未満、好ましくは３７５℃未満、さらに好ましくは１８０℃以上３５０℃以下）などが挙げられる。
【０３００】
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。
【０３０１】
（実施の形態２）
本実施の形態においては、酸化物半導体の構造等について、図１９乃至図２８を参照して説明する。
【０３０２】
＜２−１．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。
【０３０３】
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。
【０３０４】
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。
【０３０５】
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。
【０３０６】
本発明の一態様の酸化物半導体膜においては、特に上述した酸化物半導体の中でも、ＣＡＡＣ−ＯＳが好ましい。酸化物半導体膜をＣＡＡＣ−ＯＳとすることで、酸化物半導体膜の結晶性を高め、酸化物半導体膜中の不純物、酸素欠損、あるいは欠陥準位密度を低減することができる。
【０３０７】
＜２−２．ＣＡＡＣ−ＯＳ＞
まずは、ＣＡＡＣ−ＯＳについて説明する。
【０３０８】
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。
【０３０９】
ＴＥＭ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。
【０３１０】
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。
【０３１１】
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。
【０３１２】
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３ｎｍ以下程度であり、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。
【０３１３】
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。
【０３１４】
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。
【０３１５】
次に、ＸＲＤ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。
【０３１６】
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。
【０３１７】
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。
【０３１８】
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。
【０３１９】
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。
【０３２０】
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。
【０３２１】
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。
【０３２２】
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。具体的には、キャリア密度を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以上とすることができる。そのような酸化物半導体を、高純度真性または実質的に高純度真性な酸化物半導体と呼ぶ。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。
【０３２３】
＜２−３．ｎｃ−ＯＳ＞
次に、ｎｃ−ＯＳについて説明する。
【０３２４】
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３ｎｍ以下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。
【０３２５】
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。
【０３２６】
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。
【０３２７】
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。
【０３２８】
＜２−４．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。
【０３２９】
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。
【０３３０】
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。
【０３３１】
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。
【０３３２】
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。
【０３３３】
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。
【０３３４】
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。
【０３３５】
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。
【０３３６】
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。
【０３３７】
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。
【０３３８】
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。
【０３３９】
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。
【０３４０】
＜２−５．ＣＡＡＣ−ＯＳの成膜方法＞
以下では、ＣＡＡＣ−ＯＳの成膜方法の一例について説明する。
【０３４１】
図２４は、成膜室内の模式図である。ＣＡＡＣ−ＯＳは、スパッタリング法により成膜することができる。
【０３４２】
図２４に示すように、基板５２２０とターゲット５２３０とは向かい合うように配置している。基板５２２０とターゲット５２３０との間にはプラズマ５２４０がある。また、基板５２２０の下部には加熱機構５２６０が設けられている。図示しないが、ターゲット５２３０は、バッキングプレートに接着されている。バッキングプレートを介してターゲット５２３０と向かい合う位置には、複数のマグネットが配置される。マグネットの磁場を利用して成膜速度を高めるスパッタリング法は、マグネトロンスパッタリング法と呼ばれる。
【０３４３】
基板５２２０とターゲット５２３０との距離ｄ（ターゲット−基板間距離（Ｔ−Ｓ間距離）ともいう。）は０．０１ｍ以上１ｍ以下、好ましくは０．０２ｍ以上０．５ｍ以下とする。成膜室内は、ほとんどが成膜ガス（例えば、酸素、アルゴン、または酸素を５体積％以上の割合で含む混合ガス）で満たされ、０．０１Ｐａ以上１００Ｐａ以下、好ましくは０．１Ｐａ以上１０Ｐａ以下に制御される。ここで、ターゲット５２３０に一定以上の電圧を印加することで、放電が始まり、プラズマ５２４０が確認される。なお、ターゲット５２３０の近傍には磁場によって、高密度プラズマ領域が形成される。高密度プラズマ領域では、成膜ガスがイオン化することで、イオン５２０１が生じる。イオン５２０１は、例えば、酸素の陽イオン（Ｏ＋）やアルゴンの陽イオン（Ａｒ＋）などである。
【０３４４】
ターゲット５２３０は、複数の結晶粒を有する多結晶構造を有し、いずれかの結晶粒には劈開面が含まれる。一例として、図２５に、ターゲット５２３０に含まれるＩｎＭＺｎＯ４（元素Ｍは、例えばＡｌ、Ｇａ、ＹまたはＳｎ）の結晶構造を示す。なお、図２５（Ａ）は、ｂ軸に平行な方向から観察した場合のＩｎＭＺｎＯ４の結晶構造である。ＩｎＭＺｎＯ４の結晶では、酸素原子が負の電荷を有することにより、近接する二つのＭ−Ｚｎ−Ｏ層の間に斥力が生じている。そのため、ＩｎＭＺｎＯ４の結晶は、近接する二つのＭ−Ｚｎ−Ｏ層の間に劈開面を有する。
【０３４５】
高密度プラズマ領域で生じたイオン５２０１は、電界によってターゲット５２３０側に加速され、やがてターゲット５２３０と衝突する。このとき、劈開面から平板状またはペレット状のスパッタ粒子であるペレット５２００が剥離する（図２４参照）。ペレット５２００は、図２５（Ａ）に示す二つの劈開面に挟まれた部分である。よって、ペレット５２００のみ抜き出すと、その断面は図２５（Ｂ）のようになり、上面は図２５（Ｃ）のようになることがわかる。なお、ペレット５２００は、イオン５２０１の衝突の衝撃によって、構造に歪みが生じる場合がある。
【０３４６】
ペレット５２００は、三角形、例えば正三角形の平面を有する平板状またはペレット状のスパッタ粒子である。または、ペレット５２００は、六角形、例えば正六角形の平面を有する平板状またはペレット状のスパッタ粒子である。ただし、ペレット５２００の形状は、三角形、六角形に限定されない、例えば、三角形が複数個合わさった形状となる場合がある。例えば、三角形（例えば、正三角形）が２個合わさった四角形（例えば、ひし形）となる場合もある。
【０３４７】
ペレット５２００は、成膜ガスの種類などに応じて厚さが決定する。例えば、ペレット５２００は、厚さを０．４ｎｍ以上１ｎｍ以下、好ましくは０．６ｎｍ以上０．８ｎｍ以下とする。また、例えば、ペレット５２００は、幅を１ｎｍ以上１００ｎｍ以下、好ましくは２ｎｍ以上５０ｎｍ以下、さらに好ましくは３ｎｍ以上３０ｎｍ以下とする。例えば、Ｉｎ−Ｍ−Ｚｎ酸化物を有するターゲット５２３０にイオン５２０１を衝突させる。そうすると、Ｍ−Ｚｎ−Ｏ層、Ｉｎ−Ｏ層およびＭ−Ｚｎ−Ｏ層の３層を有するペレット５２００が剥離する。なお、ペレット５２００の剥離に伴い、ターゲット５２３０から粒子５２０３も弾き出される。粒子５２０３は、原子１個または原子数個の集合体を有する。そのため、粒子５２０３を原子状粒子（ａｔｏｍｉｃ  ｐａｒｔｉｃｌｅｓ）と呼ぶこともできる。
【０３４８】
ペレット５２００は、プラズマ５２４０を通過する際に、表面が負または正に帯電する場合がある。例えば、ペレット５２００がプラズマ５２４０中にあるＯ２−から負の電荷を受け取る場合がある。その結果、ペレット５２００の表面の酸素原子が負に帯電する場合がある。また、ペレット５２００は、プラズマ５２４０を通過する際に、プラズマ５２４０中のインジウム、元素Ｍ、亜鉛または酸素などと結合することで成長する場合がある。
【０３４９】
プラズマ５２４０を通過したペレット５２００および粒子５２０３は、基板５２２０の表面に達する。なお、粒子５２０３の一部は、質量が小さいため真空ポンプなどによって外部に排出される場合がある。
【０３５０】
次に、基板５２２０の表面におけるペレット５２００および粒子５２０３の堆積について図２６を用いて説明する。
【０３５１】
まず、一つ目のペレット５２００が基板５２２０に堆積する。ペレット５２００は平板状であるため、平面側を基板５２２０の表面に向けて堆積する。このとき、ペレット５２００の基板５２２０側の表面の電荷が、基板５２２０を介して抜ける。
【０３５２】
次に、二つ目のペレット５２００が、基板５２２０に達する。このとき、既に堆積しているペレット５２００の表面、および二つ目のペレット５２００の表面が電荷を帯びているため、互いに反発し合う力が生じる。その結果、二つ目のペレット５２００は、既に堆積しているペレット５２００上を避け、基板５２２０の表面の少し離れた場所に平面側を向けて堆積する。これを繰り返すことで、基板５２２０の表面には、無数のペレット５２００が一層分の厚みだけ堆積する。また、ペレット５２００間には、ペレット５２００の堆積していない領域が生じる（図２６（Ａ）参照）。
【０３５３】
次に、プラズマからエネルギーを受け取った粒子５２０３が基板５２２０の表面に達する。粒子５２０３は、ペレット５２００の表面などの活性な領域には堆積することができない。そのため、粒子５２０３は、ペレット５２００の堆積していない領域へ動き、ペレット５２００の側面に付着する。粒子５２０３は、プラズマから受け取ったエネルギーにより結合手が活性状態となることで、ペレット５２００と化学的に連結して横成長部５２０２を形成する（図２６（Ｂ）参照）。
【０３５４】
さらに、横成長部５２０２が横方向に成長（ラテラル成長ともいう。）することで、ペレット５２００間を連結させる（図２６（Ｃ）参照）。このように、ペレット５２００の堆積していない領域を埋めるまで横成長部５２０２が形成される。このメカニズムは、原子層堆積（ＡＬＤ：Ａｔｏｍｉｃ  Ｌａｙｅｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法の堆積メカニズムに類似する。
【０３５５】
したがって、ペレット５２００がそれぞれ異なる方向を向けて堆積する場合でも、ペレット５２００間を粒子５２０３がラテラル成長しながら埋めるため、明確な結晶粒界が形成されることがない。また、ペレット５２００間を、粒子５２０３が滑らかに結びつけるため、単結晶とも多結晶とも異なる結晶構造が形成される。言い換えると、微小な結晶領域（ペレット５２００）間に歪みを有する結晶構造が形成される。このように、結晶領域間を埋める領域は、歪んだ結晶領域であるため、該領域を指して非晶質構造と呼ぶのは適切ではないと考えられる。
【０３５６】
次に、新たなペレット５２００が、平面側を表面に向けて堆積する（図２６（Ｄ）参照）。そして、粒子５２０３が、ペレット５２００の堆積していない領域を埋めるように堆積することで横成長部５２０２を形成する（図２６（Ｅ）参照）。こうして、粒子５２０３がペレット５２００の側面に付着し、横成長部５２０２がラテラル成長することで、二層目のペレット５２００間を連結させる（図２６（Ｆ）参照）。ｍ層目（ｍは二以上の整数。）が形成されるまで成膜は続き、積層体を有する薄膜構造となる。
【０３５７】
なお、ペレット５２００の堆積の仕方は、基板５２２０の表面温度などによっても変化する。例えば、基板５２２０の表面温度が高いと、ペレット５２００が基板５２２０の表面でマイグレーションを起こす。その結果、ペレット５２００間が、粒子５２０３を介さずに連結する割合が増加するため、より配向性の高いＣＡＡＣ−ＯＳとなる。ＣＡＡＣ−ＯＳを成膜する際の基板５２２０の表面温度は、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。したがって、基板５２２０として第８世代以上の大面積基板を用いた場合でも、ＣＡＡＣ−ＯＳの成膜に起因した反りなどはほとんど生じないことがわかる。
【０３５８】
一方、基板５２２０の表面温度が低いと、ペレット５２００が基板５２２０の表面でマイグレーションを起こしにくくなる。その結果、ペレット５２００同士が積み重なることで配向性の低いｎｃ−ＯＳなどとなる。ｎｃ−ＯＳでは、ペレット５２００が負に帯電していることにより、ペレット５２００は一定間隔を空けて堆積する可能性がある。したがって、配向性は低いものの、僅かに規則性を有することにより、非晶質酸化物半導体と比べて緻密な構造となる。
【０３５９】
また、ＣＡＡＣ−ＯＳにおいて、ペレット同士の隙間が極めて小さくなることで、一つの大きなペレットが形成される場合がある。一つの大きなペレットの内部は単結晶構造を有する。例えば、ペレットの大きさが、上面から見て１０ｎｍ以上２００ｎｍ以下、１５ｎｍ以上１００ｎｍ以下、または２０ｎｍ以上５０ｎｍ以下となる場合がある。
【０３６０】
以上のような成膜モデルにより、ペレットが基板の表面に堆積していくと考えられる。被形成面が結晶構造を有さない場合においても、ＣＡＡＣ−ＯＳの成膜が可能であることから、エピタキシャル成長とは異なる成長機構である上述した成膜モデルの妥当性が高いことがわかる。また、上述した成膜モデルであるため、ＣＡＡＣ−ＯＳおよびｎｃ−ＯＳは、大面積のガラス基板などであっても均一な成膜が可能であることがわかる。例えば、基板の表面（被形成面）の構造が非晶質構造（例えば非晶質酸化シリコン）であっても、ＣＡＡＣ−ＯＳを成膜することは可能である。
【０３６１】
また、被形成面である基板の表面に凹凸がある場合でも、その形状に沿ってペレットが配列することがわかる。
【０３６２】
また、上述した成膜モデルより、結晶性の高いＣＡＡＣ−ＯＳを成膜するためには以下のようにすればよいことがわかる。まず、平均自由行程を長くするために、より高真空状態で成膜する。次に、基板近傍における損傷を低減するために、プラズマのエネルギーを弱くする。次に、被形成面に熱エネルギーを加え、プラズマによる損傷を成膜するたびに治癒する。
【０３６３】
また、上述した成膜モデルは、ターゲットが複数の結晶粒を有するＩｎ−Ｍ−Ｚｎ酸化物のような複合酸化物の多結晶構造を有し、いずれかの結晶粒には劈開面が含まれる場合に限定されない。例えば、酸化インジウム、元素Ｍの酸化物および酸化亜鉛を有する混合物のターゲットを用いた場合にも適用することができる。
【０３６４】
混合物のターゲットは劈開面を有さないため、スパッタされるとターゲットからは原子状粒子が剥離する。成膜時には、ターゲット近傍にプラズマの強電界領域が形成されている。そのため、ターゲットから剥離した原子状粒子は、プラズマの強電界領域の作用で連結して横成長する。例えば、まず原子状粒子であるインジウムが連結して横成長してＩｎ−Ｏ層からなるナノ結晶となる。次に、それを補完するように上下にＭ−Ｚｎ−Ｏ層が結合する。このように、混合物のターゲットを用いた場合でも、ペレットが形成される可能性がある。そのため、混合物のターゲットを用いた場合でも、上述した成膜モデルを適用することができる。
【０３６５】
ただし、ターゲット近傍にプラズマの強電界領域が形成されていない場合、ターゲットから剥離した原子状粒子のみが基板表面に堆積することになる。その場合も、基板表面において原子状粒子が横成長する場合がある。ただし、原子状粒子の向きが一様でないため、得られる薄膜における結晶の配向性も一様にはならない。即ち、ｎｃ−ＯＳなどとなる。
【０３６６】
＜２−６．ラテラル成長＞
以下では、ペレット５２００の横方向に粒子５２０３が付着（結合または吸着ともいう。）し、ラテラル成長することを説明する。
【０３６７】
図２７（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）（Ｄ）（Ｅ）は、ペレット５２００の構造と金属イオンが付着する位置を示す図である。なお、ペレット５２００としては、ＩｎＭＺｎＯ４の結晶構造から、化学量論的組成を保持しつつ、８４個の原子を抜き出したクラスタモデルを仮定している。なお、以下では元素ＭがＧａである場合について説明する。また、図２７（Ｆ）は、ペレット５２００をｃ軸に平行な方向から見た構造を示す。図２７（Ｇ）は、ペレット５２００をａ軸に平行な方向からみた構造を示す。
【０３６８】
金属イオンの付着する位置を、位置Ａ、位置Ｂ、位置ａ、位置ｂおよび位置ｃで示す。なお、位置Ａは、ペレット５２００上面において、ガリウム１個、亜鉛２個で囲まれた格子間サイトの上方である。位置Ｂは、ペレット５２００上面おいて、ガリウム２個、亜鉛１個で囲まれた格子間サイトの上方である。位置ａは、ペレット５２００側面のインジウムサイトである。位置ｂは、ペレット５２００側面において、Ｉｎ−Ｏ層と、Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ層との間の格子間サイトである。位置ｃは、ペレット５２００側面のガリウムサイトである。
【０３６９】
次に、仮定した位置Ａ、位置Ｂ、位置ａ、位置ｂおよび位置ｃに金属イオンを配置した場合の相対エネルギーを第一原理計算によって評価した。第一原理計算には、ＶＡＳＰ（Ｖｉｅｎｎａ  Ａｂ  ｉｎｉｔｉｏ  Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ  Ｐａｃｋａｇｅ）を用いた。また、交換相関ポテンシャルにはＰＢＥ（Ｐｅｒｄｅｗ−Ｂｕｒｋｅ−Ｅｒｎｚｅｒｈｏｆ）型の一般化勾配近似（ＧＧＡ：Ｇｅｎｅｒａｌｌｉｚｅｄ  Ｇｒａｄｉｅｎｔ  Ａｐｐｒｏｘｉｍａｔｉｏｎ）を用い、イオンのポテンシャルにはＰＡＷ（Ｐｒｏｊｅｃｔｏｒ  Ａｕｇｍｅｎｔｅｄ  Ｗａｖｅ）法を用いた。また、カットオフエネルギーは４００ｅＶとし、ｋ点サンプリングはΓ点のみとした。表１に、位置Ａ、位置Ｂ、位置ａ、位置ｂおよび位置ｃに、インジウムイオン（Ｉｎ３＋）、ガリウムイオン（Ｇａ３＋）および亜鉛イオン（Ｚｎ２＋）を配置した場合の相対エネルギーを示す。なお、相対エネルギーは、計算したモデルにおいて、最もエネルギーが低いモデルのエネルギーを０ｅＶとしたときの相対値である。
【０３７０】
【表１】
0006749115.tif 000002
【０３７１】
その結果、金属イオンはいずれもペレット５２００の上面より、側面に付着しやすいことがわかった。特に、位置ａのインジウムサイトにおいては、インジウムイオンだけでなく、亜鉛イオンも最も付着しやすい結果が得られた。
【０３７２】
同様に、ペレット５２００への酸素イオン（Ｏ２−）の付着しやすさを評価した。図２８（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）（Ｄ）（Ｅ）は、ペレット５２００の構造と酸素イオンが付着する位置を示す図である。また、図２８（Ｆ）は、ペレット５２００をｃ軸に平行な方向から見た構造を示す。図２８（Ｇ）は、ペレット５２００をｂ軸に平行な方向からみた構造を示す。
【０３７３】
酸素イオンの付着する位置を、位置Ｃ、位置Ｄ、位置ｄ、位置ｅおよび位置ｆで示す。なお、位置Ｃは、ペレット５２００上面のガリウムと結合する位置である。位置Ｄは、ペレット５２００上面の亜鉛と結合する位置である。位置ｄは、ペレット５２００側面のインジウムと結合する位置である。位置ｅは、ペレット５２００側面のガリウムと結合する位置である。位置ｆは、ペレット５２００側面の亜鉛と結合する位置である。
【０３７４】
次に、仮定した位置Ｃ、位置Ｄ、位置ｄ、位置ｅおよび位置ｆに酸素イオンを配置した場合の相対エネルギーを第一原理計算によって評価する。表２に、位置Ｃ、位置Ｄ、位置ｄ、位置ｅおよび位置ｆに、酸素イオン（Ｏ２−）を配置した場合の相対エネルギーを示す。
【０３７５】
【表２】
0006749115.tif 000003
【０３７６】
その結果、酸素イオンもペレット５２００の上面より、側面に付着しやすいことがわかった。
【０３７７】
したがって、ペレット５２００に近づいた粒子５２０３は、ペレット５２００の側面に優先的に付着していくことがわかる。即ち、ペレット５２００の側面に付着した粒子５２０３によって、ペレット５２００のラテラル成長が起こる上述の成膜モデルは妥当性が高いといえる。
【０３７８】
以上、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。
【０３７９】
（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を有する表示装置について、図２９乃至図４７を用いて説明する。なお、本実施の形態においては、表示装置の表示素子として、液晶素子を有する構成（液晶表示装置）について、具体的に説明する。
【０３８０】
＜３−１．液晶表示装置＞
図２９（Ａ）に示す液晶表示装置８８０は、画素部８７１と、ゲートドライバ８７４と、ソースドライバ８７６と、各々が平行または略平行に配設され、且つゲートドライバ８７４によって電位が制御されるｍ本の走査線８７７と、各々が平行または略平行に配設され、且つソースドライバ８７６によって電位が制御されるｎ本の信号線８７９と、を有する。さらに、画素部８７１はマトリクス状に配設された複数の画素８７０を有する。また、信号線８７９に沿って、各々が平行または略平行に配設されたコモン線８７５を有する。また、ゲートドライバ８７４及びソースドライバ８７６をまとめて駆動回路部という場合がある。
【０３８１】
各々の走査線８７７は、画素部８７１においてｍ行ｎ列に配設された画素８７０のうち、いずれかの行に配設されたｎ個の画素８７０と電気的に接続される。また、各々の信号線８７９は、ｍ行ｎ列に配設された画素８７０のうち、いずれかの列に配設されたｍ個の画素８７０に電気的に接続される。ｍ、ｎは、ともに１以上の整数である。また、各コモン線８７５は、ｍ行ｎ列に配設された画素８７０のうち、いずれかの列に配設されたｍ個の画素８７０と電気的に接続される。
【０３８２】
図２９（Ｂ）は、図２９（Ａ）に示す液晶表示装置８８０の画素８７０に用いることができる回路構成の一例を示している。
【０３８３】
図２９（Ｂ）に示す画素８７０は、液晶素子８５１と、トランジスタ８５２と、容量素子８５５と、を有する。
【０３８４】
トランジスタ８５２に、先の実施の形態１で説明したトランジスタを適用することができる。
【０３８５】
液晶素子８５１の一対の電極の一方は、トランジスタ８５２と接続され、電位は、画素８７０の仕様に応じて適宜設定される。液晶素子８５１の一対の電極の他方は、コモン線８７５と接続され、電位は共通の電位（コモン電位）が与えられる。液晶素子８５１が有する液晶は、トランジスタ８５２に書き込まれるデータにより配向状態が制御される。
【０３８６】
なお、液晶素子８５１は、液晶の光学的変調作用によって光の透過または非透過を制御する素子である。なお、液晶の光学的変調作用は、液晶にかかる電界（横方向の電界、縦方向の電界又は斜め方向の電界を含む）によって制御される。なお、液晶素子８５１に用いる液晶としては、サーモトロピック液晶、低分子液晶、高分子液晶、高分子分散型液晶、強誘電性液晶、反強誘電性液晶等を用いることができる。これらの液晶材料は、条件により、コレステリック相、スメクチック相、キュービック相、カイラルネマチック相、等方相等を示す。
【０３８７】
また、横電界方式を採用する場合、配向膜を用いないブルー相を示す液晶を用いてもよい。ブルー相は液晶相の一つであり、コレステリック液晶を昇温していくと、コレステリック相から等方相へ転移する直前に発現する相である。ブルー相は狭い温度範囲でしか発現しないため、温度範囲を改善するために数重量％以上のカイラル剤を混合させた液晶組成物を液晶層に用いる。ブルー相を示す液晶とカイラル剤とを含む液晶組成物は、応答速度が短く、光学的等方性である。また、ブルー相を示す液晶とカイラル剤とを含む液晶組成物は、配向処理が不要であり、視野角依存性が小さい。また配向膜を設けなくてもよいのでラビング処理も不要となるため、ラビング処理によって引き起こされる静電破壊を防止することができ、作製工程中の液晶表示装置の不良や破損を軽減することができる。
【０３８８】
液晶素子８５１を有する液晶表示装置８８０の駆動方法としては、ＴＮ（Ｔｗｉｓｔｅｄ  Ｎｅｍａｔｉｃ）モード、ＩＰＳ（Ｉｎ−Ｐｌａｎｅ−Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）モード、ＦＦＳ（Ｆｒｉｎｇｅ  Ｆｉｅｌｄ  Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）モード、ＡＳＭ（Ａｘｉａｌｌｙ  Ｓｙｍｍｅｔｒｉｃ  ａｌｉｇｎｅｄ  Ｍｉｃｒｏ−ｃｅｌｌ）モード、ＯＣＢ（Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｄ  Ｂｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｃｅ）モード、ＦＬＣ（Ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ）モード、ＡＦＬＣ（ＡｎｔｉＦｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ）モードなどを用いることができる。
【０３８９】
また、液晶表示装置８８０をノーマリーブラック型の液晶表示装置、例えば垂直配向（ＶＡ）モードを採用した透過型の液晶表示装置としてもよい。垂直配向モードとしては、ＭＶＡ（Ｍｕｌｔｉ−Ｄｏｍａｉｎ  Ｖｅｒｔｉｃａｌ  Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）モード、ＰＶＡ（Ｐａｔｔｅｒｎｅｄ  Ｖｅｒｔｉｃａｌ  Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）モード、ＡＳＶ（Ａｄｖａｎｃｅｄ  Ｓｕｐｅｒ  Ｖｉｅｗ）モードなどを用いることができる。
【０３９０】
＜３−２．横電界モードの液晶表示装置＞
まず、横電界モード、代表的にはＦＦＳモード及びＩＰＳモードについて説明する。
【０３９１】
図２９（Ｂ）に示す画素８７０の構成において、トランジスタ８５２のソース電極及びドレイン電極の一方は、信号線８７９に電気的に接続され、他方は液晶素子８５１の一対の電極の一方に電気的に接続される。また、トランジスタ８５２のゲート電極は、走査線８７７に電気的に接続される。トランジスタ８５２は、データ信号の書き込みを制御する機能を有する。
【０３９２】
図２９（Ｂ）に示す画素８７０の構成において、容量素子８５５の一対の電極の一方は、トランジスタ８５２のソース電極及びドレイン電極の他方に接続される。容量素子８５５の一対の電極の他方は、コモン線８７５に電気的に接続される。コモン線８７５の電位の値は、画素８７０の仕様に応じて適宜設定される。容量素子８５５は、書き込まれたデータを保持する保持容量としての機能を有する。なお、ＦＦＳモードによって駆動する液晶表示装置８８０においては、容量素子８５５の一対の電極の一方は、液晶素子８５１の一対の電極の一方の一部または全部であり、容量素子８５５の一対の電極の他方は、液晶素子８５１の一対の電極の他方の一部または全部である。
【０３９３】
＜３−３．横電界モードの素子基板の構成例１＞
次に、液晶表示装置８８０に含まれる素子基板の具体的な構成について説明する。まず、ＦＦＳモードによって駆動する液晶表示装置８８０が有する複数の画素８７０ａ、８７０ｂ、８７０ｃの上面図を図３０に示す。
【０３９４】
図３０において、走査線として機能する導電膜８１３は、信号線に略直交する方向（図中左右方向）に延伸して設けられている。信号線として機能する導電膜８２１ａは、走査線に略直交する方向（図中上下方向）に延伸して設けられている。なお、走査線として機能する導電膜８１３は、ゲートドライバ８７４と電気的に接続されており、信号線として機能する導電膜８２１ａは、ソースドライバ８７６に電気的に接続されている（図２９（Ａ）参照）。
【０３９５】
トランジスタ８５２は、走査線及び信号線の交差部近傍に設けられている。トランジスタ８５２は、第１のゲート電極として機能する導電膜８１３、ゲート絶縁膜（図３０に図示せず）、ゲート絶縁膜上に形成されたチャネル領域が形成される酸化物半導体膜８０８、ソース電極及びドレイン電極として機能する導電膜８２１ａ、８２１ｂにより構成される。なお、導電膜８１３は、走査線としても機能し、酸化物半導体膜８０８と重畳する領域がトランジスタ８５２の第１のゲート電極として機能する。また、導電膜８２１ａは、信号線としても機能し、酸化物半導体膜８０８と重畳する領域がトランジスタ８５２のソース電極またはドレイン電極として機能する。また、図３０において、走査線は、上面形状において端部が酸化物半導体膜８０８の端部より外側に位置する。このため、走査線はバックライトなどの光源からの光を遮る遮光膜として機能する。この結果、トランジスタに含まれる酸化物半導体膜８０８に光が照射されず、トランジスタの電気特性の変動を抑制することができる。
【０３９６】
また、導電膜８２１ｂは、画素電極の機能を有する導電膜８１９ａと電気的に接続される。また、導電膜８１９ａ上において、絶縁膜（図３０に図示せず）を介してコモン電極８２９が設けられている。
【０３９７】
コモン電極８２９は、信号線と交差する方向に延伸する縞状の領域を有する。また、該縞状の領域は、信号線と平行または略平行な方向に延伸する領域と接続される。このため、液晶表示装置８８０が有する複数の画素において、縞状の領域を有するコモン電極８２９は各領域が同電位である。
【０３９８】
容量素子８５５は、導電膜８１９ａ、及びコモン電極８２９が重なる領域で形成される。導電膜８１９ａ及びコモン電極８２９は透光性を有する。即ち、容量素子８５５は透光性を有する。
【０３９９】
また、容量素子８５５は透光性を有するため、画素８７０内に容量素子８５５を大きく（大面積に）形成することができる。従って、開口率を高めつつ、代表的には５０％以上、好ましくは６０％以上とすることが可能であると共に、電荷量を増大させた表示装置を得ることができる。例えば、解像度の高い表示装置、例えば液晶表示装置においては、画素の面積が小さくなり、容量素子の面積も小さくなる。このため、解像度の高い表示装置において、容量素子に蓄積される電荷量が小さくなる。しかしながら、本実施の形態に示す容量素子８５５は透光性を有するため、当該容量素子を画素に設けることで、各画素において十分な電荷量を得つつ、開口率を高めることができる。代表的には、画素密度が２００ｐｐｉ以上、さらには３００ｐｐｉ以上、更には５００ｐｐｉ以上である高解像度の表示装置に好適に用いることができる。
【０４００】
また、液晶表示装置において、容量素子の容量値を大きくするほど、電界を加えた状況において、液晶素子の液晶分子の配向を一定に保つことができる期間を長くすることができる。静止画を表示させる場合、当該期間を長くできるため、画像データを書き換える回数を低減することが可能であり、消費電力を低減することができる。また、本実施の形態に示す構造により、高解像度の表示装置においても、開口率を高めることができるため、バックライトなどの光源の光を効率よく利用することができ、表示装置の消費電力を低減することができる。
【０４０１】
次いで、図３０の一点鎖線Ｑ１−Ｒ１、及び一点鎖線Ｓ１−Ｔ１における断面図を図３１に示す。図３１に示すトランジスタ８５２は、チャネルエッチ型のトランジスタである。なお、一点鎖線Ｑ１−Ｒ１は、トランジスタ８５２のチャネル長方向、及び容量素子８５５の断面図であり、Ｓ１−Ｔ１における断面図は、トランジスタ８５２のチャネル幅方向の断面図である。なお、図３０において、第２のゲート電極として機能する導電膜８１９ｂは、図面の明瞭化のために省略して図示してある。
【０４０２】
図３１に示すトランジスタ８５２は、基板８１１上に設けられる第１のゲート電極として機能する導電膜８１３と、基板８１１及び第１のゲート電極として機能する導電膜８１３上に形成される絶縁膜８１５と、絶縁膜８１５上に形成される絶縁膜８１７と、絶縁膜８１５及び絶縁膜８１７を間に挟んで第１のゲート電極として機能する導電膜８１３と重なる酸化物半導体膜８０８と、酸化物半導体膜８０８に電気的に接続される、ソース電極及びドレイン電極として機能する導電膜８２１ａ、８２１ｂと、酸化物半導体膜８０８、ソース電極及びドレイン電極として機能する導電膜８２１ａ、８２１ｂ、及び絶縁膜８１７上に設けられる酸化物半導体膜８０８ｃ、及び絶縁膜８２３、８２５と、絶縁膜８２５上の第２のゲート電極として機能する導電膜８１９ｂと、絶縁膜８２５及び導電膜８１９ｂ上の絶縁膜８２７と、を有する。
【０４０３】
また、導電膜８１９ａが、絶縁膜８２５上に形成される。導電膜８１９ａは、ソース電極及びドレイン電極として機能する導電膜８２１ａ、８２１ｂの一方、ここでは導電膜８２１ｂと、絶縁膜８２３及び絶縁膜８２５に設けられた開口部を介して電気的に接続される。絶縁膜８２５及び導電膜８１９ａ上には絶縁膜８２７が形成される。また、コモン電極８２９が、絶縁膜８２７上に形成される。
【０４０４】
また、導電膜８１９ａと、絶縁膜８２７と、コモン電極８２９とが重なる領域が容量素子８５５として機能する。
【０４０５】
なお、本発明の実施形態の一態様の断面構造は、これに限定されない。例えば、導電膜８１９ａは、スリットを有してもよい。または、導電膜８１９ａは櫛歯形状でもよい。
【０４０６】
なお、図３２に示すように、コモン電極８２９が、絶縁膜８２７上に設けられた絶縁膜８２８上に設けられていてもよい。絶縁膜８２８は平坦化膜としての機能を有する。
【０４０７】
＜３−４．横電界モードの素子基板の構成例２＞
次に、液晶表示装置８８０が有する、図３０に示す画素とは異なる構成の複数の画素８７０ｄ、８７０ｅ、８７０ｆの上面図を図３３に示す。図３３に示す液晶表示装置８８０は、ＩＰＳモードによって駆動する。
【０４０８】
図３３において、走査線として機能する導電膜８１３は、図中左右方向に延伸して設けられている。信号線として機能する導電膜８２１ａは、一部が屈曲したくの字（Ｖ字）形状を有するように、走査線に略直交する方向（図中上下方向）に延伸して設けられている。なお、走査線として機能する導電膜８１３は、ゲートドライバ８７４と電気的に接続されており、信号線として機能する導電膜８２１ａは、ソースドライバ８７６に電気的に接続されている（図２９（Ａ）参照）。
【０４０９】
トランジスタ８５２は、走査線及び信号線の交差部近傍に設けられている。トランジスタ８５２は、第１のゲート電極として機能する導電膜８１３、ゲート絶縁膜（図３３に図示せず）、ゲート絶縁膜上に形成されたチャネル領域が形成される酸化物半導体膜８０８、ソース電極及びドレイン電極として機能する導電膜８２１ａ、８２１ｂにより構成される。なお、導電膜８１３は、走査線としても機能し、酸化物半導体膜８０８と重畳する領域がトランジスタ８５２の第１のゲート電極として機能する。また、導電膜８２１ａは、信号線としても機能し、酸化物半導体膜８０８と重畳する領域がトランジスタ８５２のソース電極またはドレイン電極として機能する。また、図３３において、走査線は、上面形状において端部が酸化物半導体膜８０８の端部より外側に位置する。このため、走査線はバックライトなどの光源からの光を遮る遮光膜として機能する。この結果、トランジスタに含まれる酸化物半導体膜８０８に光が照射されず、トランジスタの電気特性の変動を抑制することができる。
【０４１０】
また、導電膜８２１ｂは、画素電極の機能を有する導電膜８１９ａと電気的に接続される。導電膜８１９ａは櫛歯状に形成されている。また、導電膜８１９ａ上に絶縁膜（図３３に図示せず）が設けられ、該絶縁膜上にコモン電極８２９が設けられる。コモン電極８２９は、導電膜８１９ａと一部が重畳するように、上面図において導電膜８１９ａとかみ合うように櫛歯状に形成されている。またコモン電極８２９は、走査線と平行または略平行な方向に延伸する領域と接続される。このため、液晶表示装置８８０が有する複数の画素において、コモン電極８２９は各領域が同電位である。なお、導電膜８１９ａ及びコモン電極８２９は、信号線（導電膜８２１ａ）に沿うように屈曲したくの字（Ｖ字）形状を有している。
【０４１１】
容量素子８５５は、導電膜８１９ａ、及びコモン電極８２９が重なる領域で形成される。導電膜８１９ａ及びコモン電極８２９は透光性を有する。即ち、容量素子８５５は透光性を有する。
【０４１２】
次いで、図３０の一点鎖線Ｑ２−Ｒ２、及び一点鎖線Ｓ２−Ｔ２における断面図を図３４に示す。図３４に示すトランジスタ８５２は、チャネルエッチ型のトランジスタである。なお、一点鎖線Ｑ２−Ｒ２は、トランジスタ８５２のチャネル長方向、及び容量素子８５５の断面図であり、Ｓ２−Ｔ２における断面図は、トランジスタ８５２のチャネル幅方向の断面図である。なお、図３３において、第２のゲート電極として機能する導電膜８１９ｂは、図面の明瞭化のために省略して図示してある。
【０４１３】
図３４に示すトランジスタ８５２は、基板８１１上に設けられる第１のゲート電極として機能する導電膜８１３と、基板８１１及び第１のゲート電極として機能する導電膜８１３上に形成される絶縁膜８１５と、絶縁膜８１５上に形成される絶縁膜８１７と、絶縁膜８１５及び絶縁膜８１７を間に挟んで第１のゲート電極として機能する導電膜８１３と重なる酸化物半導体膜８０８と、酸化物半導体膜８０８に接する、ソース電極及びドレイン電極として機能する導電膜８２１ａ、８２１ｂと、酸化物半導体膜８０８、ソース電極及びドレイン電極として機能する導電膜８２１ａ、８２１ｂ、及び絶縁膜８１７上に設けられる酸化物半導体膜８０８ｃ、及び絶縁膜８２３、８２５と、絶縁膜８２５上の第２のゲート電極として機能する導電膜８１９ｂと、絶縁膜８２５及び導電膜８１９ｂ上の絶縁膜８２７と、を有する。
【０４１４】
また、導電膜８１９ａが、絶縁膜８２５上に形成される。導電膜８１９ａは、ソース電極及びドレイン電極として機能する導電膜８２１ａ、８２１ｂの一方、ここでは導電膜８２１ｂと、絶縁膜８２３及び絶縁膜８２５に設けられた開口部を介して電気的に接続される。絶縁膜８２５及び導電膜８１９ａ上には絶縁膜８２７が形成される。また、コモン電極８２９が、絶縁膜８２７上に形成される。
【０４１５】
また、導電膜８１９ａと、絶縁膜８２７と、コモン電極８２９とが重なる領域が容量素子８５５として機能する。
【０４１６】
図３３及び図３４に示す液晶表示装置は、導電膜８１９ａ及びコモン電極８２９のそれぞれの端部近傍が重畳する構成によって、画素が有する容量素子を形成する。このような構成によって、大型の液晶表示装置において、容量素子を大きすぎず、適切な大きさに形成することができる。
【０４１７】
なお、図３５に示すように、コモン電極８２９を、絶縁膜８２７上に設けられた絶縁膜８２８上に設けてもよい。
【０４１８】
また、図３６及び図３７に示すように、導電膜８１９ａとコモン電極８２９とが重畳しない構成としてもよい。表示装置の解像度や駆動方法に応じた容量素子の大きさによって、導電膜８１９ａとコモン電極８２９との位置関係を適宜決定することができる。なお、図３７に示す表示装置が有するコモン電極８２９が、平坦化膜の機能を有する絶縁膜８２８上に設けられていてもよい（図３８参照）。
【０４１９】
また、図３３及び図３４に示す液晶表示装置は、導電膜８１９ａの信号線（導電膜８２１ａ）と平行または略平行な方向に延伸する領域の幅（図３４のｄ１）が、コモン電極８２９の信号線と平行または略平行な方向に延伸する領域の幅（図３４のｄ２）よりも小さい構成としているが、これに限定されない。図３９及び図４０に示すように、幅ｄ１が幅ｄ２より大きくてもよい。また、幅ｄ１と幅ｄ２が等しくてもよい。また、一の画素（例えば画素８７０ｄ）において、導電膜８１９ａおよび／またはコモン電極８２９の、信号線と平行または略平行な方向に延伸する複数の領域の幅が、各々異なっていてもよい。
【０４２０】
また、図４１に示すように、絶縁膜８２７上に設けられた絶縁膜８２８が、絶縁膜８２８上のコモン電極８２９と重畳する領域のみを残して除去されるような構成としてもよい。この場合、コモン電極８２９をマスクとして絶縁膜８２８のエッチングを行うことができる。平坦化膜としての機能を有する絶縁膜８２８上のコモン電極８２９の凹凸を抑制でき、コモン電極８２９の端部から絶縁膜８２７にかけて絶縁膜８２８の側面がなだらかに形成される。なお、図４２に示すように、絶縁膜８２８の表面のうち基板８１１と平行な領域の一部がコモン電極８２９に覆われない構成としてもよい。
【０４２１】
また、図４３及び図４４に示すように、コモン電極が導電膜８１９ａと同一の膜上、すなわち絶縁膜８２５上に設けられていてもよい。図４３及び図４４に示すコモン電極８１９ｃは、導電膜８１９ａと同一の材料を用い、同じ酸化物半導体膜を加工することで形成することができる。
【０４２２】
＜３−５．垂直配向モードの液晶表示装置＞
次に、垂直配向（ＶＡ：Ｖｅｒｔｉｃａｌ  Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）モードで動作する液晶素子を備える画素の構成について、図４５および図４６を参照して説明する。図４５は液晶表示装置が備える画素の上面図であり、図４６は図４５の切断線Ａ１−Ｂ１における断面を含む側面図である。また、図４７は、液晶表示装置が備える画素の等価回路図である。
【０４２３】
ＶＡ型とは、液晶表示パネルの液晶分子の配列を制御する方式の一種である。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方式である。
【０４２４】
以下では、特に画素（ピクセル）をいくつかの領域（サブピクセル）に分け、それぞれ別の方向に分子を倒すよう工夫されている。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。以下の説明では、マルチドメイン設計が考慮された液晶表示装置について説明する。
【０４２５】
図４５のＺ１は画素電極６２４が形成された基板６００の上面図であり、Ｚ３はコモン電極６４０が形成された基板６０１の上面図であり、Ｚ２は画素電極６２４が形成された基板６００とコモン電極６４０が形成された基板６０１が重ね合わされた状態の上面図である。
【０４２６】
基板６００上には、トランジスタ６２８とそれに接続する画素電極６２４、及び容量素子６３０が形成される。トランジスタ６２８のドレイン電極６１８は、絶縁膜６２３及び絶縁膜６２５に設けられた開口６３３を介して画素電極６２４と電気的に接続される。
【０４２７】
トランジスタ６２８に、先の実施の形態１で説明したトランジスタを適用することができる。
【０４２８】
容量素子６３０は、第１の容量配線である容量配線６０４上の配線６１３と、絶縁膜６２３及び絶縁膜６２５と、画素電極６２４で構成される。容量配線６０４は、トランジスタ６２８のゲート配線６１５と同一の材料で同時に形成することができる。また、配線６１３は、ドレイン電極６１８および配線６１６と同一の材料で同時に形成することができる。
【０４２９】
画素電極６２４としては、実施の形態１で説明した、導電体化された酸化物半導体膜を適用することができる。
【０４３０】
画素電極６２４にはスリット６４６を設ける。スリット６４６は液晶の配向を制御するためのものである。
【０４３１】
トランジスタ６２９とそれに接続する画素電極６２６及び容量素子６３１は、それぞれトランジスタ６２８、画素電極６２４及び容量素子６３０と同様に形成することができる。トランジスタ６２８とトランジスタ６２９は共に配線６１６と接続している。配線６１６は、トランジスタ６２８及びトランジスタ６２９において、ソース電極としての機能を有する。本実施の形態で示す液晶表示パネルの画素は、画素電極６２４と画素電極６２６により構成されている。画素電極６２４と画素電極６２６はサブピクセルである。
【０４３２】
基板６０１には、着色膜６３６、コモン電極６４０が形成され、コモン電極６４０上に構造体６４４が形成されている。また、コモン電極６４０にはスリット６４７が設けられている。画素電極６２４上には配向膜６４８が形成され、同様にコモン電極６４０及び構造体６４４上には配向膜６４５が形成されている。基板６００と基板６０１の間に液晶層６５０が形成されている。
【０４３３】
コモン電極６４０に形成されるスリット６４７と、構造体６４４とは、液晶の配向を制御する機能を有する。
【０４３４】
スリット６４６を設けた画素電極６２４に電圧を印加すると、スリット６４６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６４６と、基板６０１側の構造体６４４及びスリット６４７とを交互に咬み合うように配置することで、斜め電界が効果的に発生させて液晶の配向を制御することで、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、マルチドメイン化して液晶表示パネルの視野角を広げている。なお、基板６０１側に構造体６４４またはスリット６４７のいずれか一方が設けられる構成であってもよい。
【０４３５】
図４６は、基板６００と基板６０１とが重ね合わせられ、液晶が注入された状態を示している。画素電極６２４と液晶層６５０とコモン電極６４０が重なり合うことで、液晶素子が形成されている。
【０４３６】
この画素構造の等価回路を図４７に示す。トランジスタ６２８とトランジスタ６２９は、共にゲート配線６１５、配線６１６と接続している。この場合、容量配線６０４と容量配線６０５の電位を異ならせることで、液晶素子６５１と液晶素子６５２の動作を異ならせることができる。すなわち、容量配線６０４と容量配線６０５の電位を個別に制御することにより液晶の配向を精密に制御して視野角を広げている。
【０４３７】
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。
【０４３８】
（実施の形態４）
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装置について、図４８及び図４９を用いて説明を行う。なお、本実施の形態においては、表示装置の表示素子として、エレクトロルミネセンス（ＥＬ）素子を有する構成について、具体的に説明する。
【０４３９】
＜４−１．表示装置に関する説明＞
図４８（Ａ）に示す表示装置は、表示素子の画素を有する領域（以下、画素部５０２という）と、画素部５０２の外側に配置され、画素を駆動するための回路を有する回路部（以下、駆動回路部５０４という）と、素子の保護機能を有する回路（以下、保護回路５０６という）と、端子部５０７と、を有する。なお、保護回路５０６は、設けない構成としてもよい。
【０４４０】
駆動回路部５０４の一部、または全部は、画素部５０２と同一基板上に形成されていることが望ましい。これにより、部品数や端子数を減らすことが出来る。駆動回路部５０４の一部、または全部が、画素部５０２と同一基板上に形成されていない場合には、駆動回路部５０４の一部、または全部は、ＣＯＧやＴＡＢ（Ｔａｐｅ  Ａｕｔｏｍａｔｅｄ  Ｂｏｎｄｉｎｇ）によって、実装することができる。
【０４４１】
画素部５０２は、Ｘ行（Ｘは２以上の自然数）Ｙ列（Ｙは２以上の自然数）に配置された複数の表示素子を駆動するための回路（以下、画素回路５０１という）を有し、駆動回路部５０４は、画素を選択する信号（走査信号）を出力する回路（以下、ゲートドライバ５０４ａという）、画素の表示素子を駆動するための信号（データ信号）を供給するための回路（以下、ソースドライバ５０４ｂ）などの駆動回路を有する。
【０４４２】
ゲートドライバ５０４ａは、シフトレジスタ等を有する。ゲートドライバ５０４ａは、端子部５０７を介して、シフトレジスタを駆動するための信号が入力され、信号を出力する。例えば、ゲートドライバ５０４ａは、スタートパルス信号、クロック信号等が入力され、パルス信号を出力する。ゲートドライバ５０４ａは、走査信号が与えられる配線（以下、走査線ＧＬ＿１乃至ＧＬ＿Ｘという）の電位を制御する機能を有する。なお、ゲートドライバ５０４ａを複数設け、複数のゲートドライバ５０４ａにより、走査線ＧＬ＿１乃至ＧＬ＿Ｘを分割して制御してもよい。または、ゲートドライバ５０４ａは、初期化信号を供給することができる機能を有する。ただし、これに限定されず、ゲートドライバ５０４ａは、別の信号を供給することも可能である。例えば、図４８（Ａ）に示すように、ゲートドライバ５０４ａは、発光素子の電位を制御する配線（以下、ＡＮＯＤＥ＿１乃至ＡＮＯＤＥ＿Ｘという）と電気的に接続されている。
【０４４３】
ソースドライバ５０４ｂは、シフトレジスタ等を有する。ソースドライバ５０４ｂは、端子部５０７を介して、シフトレジスタを駆動するための信号の他、データ信号の元となる信号（画像信号）が入力される。ソースドライバ５０４ｂは、画像信号を元に画素回路５０１に書き込むデータ信号を生成する機能を有する。また、ソースドライバ５０４ｂは、スタートパルス、クロック信号等が入力されて得られるパルス信号に従って、データ信号の出力を制御する機能を有する。また、ソースドライバ５０４ｂは、データ信号が与えられる配線（以下、データ線ＤＬ＿１乃至ＤＬ＿Ｙという）の電位を制御する機能を有する。または、ソースドライバ５０４ｂは、初期化信号を供給することができる機能を有する。ただし、これに限定されず、ソースドライバ５０４ｂは、別の信号を供給することも可能である。
【０４４４】
ソースドライバ５０４ｂは、例えば複数のアナログスイッチなどを用いて構成される。ソースドライバ５０４ｂは、複数のアナログスイッチを順次オン状態にすることにより、画像信号を時分割した信号をデータ信号として出力できる。また、シフトレジスタなどを用いてソースドライバ５０４ｂを構成してもよい。
【０４４５】
複数の画素回路５０１のそれぞれは、走査信号が与えられる複数の走査線ＧＬの一つを介してパルス信号が入力され、データ信号が与えられる複数のデータ線ＤＬの一つを介してデータ信号が入力される。また、複数の画素回路５０１のそれぞれは、ゲートドライバ５０４ａによりデータ信号のデータの書き込み及び保持が制御される。例えば、ｍ行ｎ列目の画素回路５０１は、走査線ＧＬ＿ｍ（ｍはＸ以下の自然数）を介してゲートドライバ５０４ａからパルス信号が入力され、走査線ＧＬ＿ｍの電位に応じてデータ線ＤＬ＿ｎ（ｎはＹ以下の自然数）を介してソースドライバ５０４ｂからデータ信号が入力される。
【０４４６】
図４８（Ａ）に示す保護回路５０６は、例えば、ゲートドライバ５０４ａと画素回路５０１の間の配線である走査線ＧＬに接続される。または、保護回路５０６は、ソースドライバ５０４ｂと画素回路５０１の間の配線であるデータ線ＤＬに接続される。または、保護回路５０６は、ゲートドライバ５０４ａと端子部５０７との間の配線に接続することができる。または、保護回路５０６は、ソースドライバ５０４ｂと端子部５０７との間の配線に接続することができる。なお、端子部５０７は、外部の回路から表示装置に電源及び制御信号、及び画像信号を入力するための端子が設けられた部分をいう。
【０４４７】
保護回路５０６は、自身が接続する配線に一定の範囲外の電位が与えられたときに、該配線と別の配線とを導通状態にする回路である。
【０４４８】
図４８（Ａ）に示すように、画素部５０２と駆動回路部５０４にそれぞれ保護回路５０６を設けることにより、ＥＳＤ（Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｓｔａｔｉｃ  Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ：静電気放電）などにより発生する過電流に対する表示装置の耐性を高めることができる。ただし、保護回路５０６の構成はこれに限定されず、例えば、ゲートドライバ５０４ａに保護回路５０６を接続した構成、またはソースドライバ５０４ｂに保護回路５０６を接続した構成とすることもできる。あるいは、端子部５０７に保護回路５０６を接続した構成とすることもできる。
【０４４９】
また、図４８（Ａ）においては、ゲートドライバ５０４ａとソースドライバ５０４ｂによって駆動回路部５０４を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５０４ａのみを形成し、別途用意されたソースドライバ回路が形成された基板（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）を実装する構成としても良い。
【０４５０】
＜４−２．画素回路の構成例＞
また、図４８（Ａ）に示す複数の画素回路５０１は、例えば、図４８（Ｂ）に示す構成とすることができる。
【０４５１】
図４８（Ｂ）に示す画素回路５０１は、トランジスタ５５２、５５４と、容量素子５６２と、発光素子５７２と、を有する。トランジスタ５５２及びトランジスタ５５４のいずれか一方または双方に先の実施の形態に示すトランジスタを適用することができる。
【０４５２】
トランジスタ５５２のソース電極及びドレイン電極の一方は、データ信号が与えられる配線（データ線ＤＬ＿ｎ）に電気的に接続される。さらに、トランジスタ５５２のゲート電極は、ゲート信号が与えられる配線（走査線ＧＬ＿ｍ）に電気的に接続される。
【０４５３】
トランジスタ５５２は、データ信号のデータの書き込みを制御する機能を有する。
【０４５４】
容量素子５６２の一対の電極の一方は、トランジスタ５５２のソース電極及びドレイン電極の他方に電気的に接続される。また、容量素子５６２の一対の電極の他方は、トランジスタ５５４の第２のゲート電極（バックゲート電極ともいう）に電気的に接続される。容量素子５６２は、書き込まれたデータを保持する保持容量としての機能を有する。
【０４５５】
トランジスタ５５４のソース電極及びドレイン電極の一方は、アノード線（ＡＮＯＤＥ＿ｍ）に電気的に接続される。
【０４５６】
発光素子５７２のアノード及びカソードの一方は、トランジスタ５５４のソース電極及びドレイン電極の他方と電気的に接続され、他方は、カソード線（ＣＡＴＨＯＤＥ）に電気的に接続される。なお、発光素子５７２のアノード及びカソードの一方には、容量素子５６２の一対の電極の他方が電気的に接続される。
【０４５７】
発光素子５７２としては、例えば有機ＥＬ素子を用いることができる。ただし、発光素子５７２としては、これに限定されず、無機材料からなる無機ＥＬ素子を用いても良い。
【０４５８】
図４８（Ｂ）の画素回路５０１を有する表示装置では、例えば、図４８（Ａ）に示すゲートドライバ５０４ａにより各行の画素回路５０１を順次選択し、トランジスタ５５２をオン状態にしてデータ信号のデータを書き込む。
【０４５９】
データが書き込まれた画素回路５０１は、トランジスタ５５２がオフ状態になることで保持状態になる。さらに、書き込まれたデータ信号の電位に応じてトランジスタ５５４のソース電極とドレイン電極の間に流れる電流量が制御され、発光素子５７２は、流れる電流量に応じた輝度で発光する。これを行毎に順次行うことにより、画像を表示できる。
【０４６０】
また、本実施の形態においては、表示装置の表示素子として、発光素子５７２を有する構成について例示したが、これに限定されず、表示装置は様々な素子を有していてもよい。
【０４６１】
上記素子の一例としては、先に示す液晶素子の他、ＬＥＤ（白色ＬＥＤ、赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ、青色ＬＥＤなど）、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、電子インク、電気泳動素子、グレーティングライトバルブ（ＧＬＶ）、プラズマディスプレイ（ＰＤＰ）、マイクロ・エレクトロ・メカニカル・システム（ＭＥＭＳ）を用いた表示素子、デジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）、デジタル・マイクロ・シャッター（ＤＭＳ）、ＭＩＲＡＳＯＬ（登録商標）、ＩＭＯＤ（インターフェアレンス・モジュレーション）素子、シャッター方式のＭＥＭＳ表示素子、光干渉方式のＭＥＭＳ表示素子、エレクトロウェッティング素子、圧電セラミックディスプレイ、カーボンナノチューブを用いた表示素子などの少なくとも一つを有している。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良い。電子放出素子を用いた表示装置の一例としては、フィールドエミッションディスプレイ（ＦＥＤ）又はＳＥＤ方式平面型ディスプレイ（ＳＥＤ：Ｓｕｒｆａｃｅ−ｃｏｎｄｕｃｔｉｏｎ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ−ｅｍｉｔｔｅｒ  Ｄｉｓｐｌａｙ）などがある。液晶素子を用いた表示装置の一例としては、液晶ディスプレイ（透過型液晶ディスプレイ、半透過型液晶ディスプレイ、反射型液晶ディスプレイ、直視型液晶ディスプレイ、投射型液晶ディスプレイ）などがある。電子インク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。
【０４６２】
また、表示装置の表示方式としては、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ず、モノクロ表示の表示装置に適用することもできる。
【０４６３】
また、表示装置にバックライト（有機ＥＬ素子、無機ＥＬ素子、ＬＥＤ、蛍光灯など）に白色光（Ｗ）を設けてもよい。また、表示装置に着色層（カラーフィルタともいう。）を設けてもよい。着色層としては、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。
【０４６４】
＜４−３．表示装置の画素の構成例＞
ここで、図４８（Ｂ）に示す画素回路を有する表示装置の一例について、図４９（Ａ）（Ｂ）を用いて説明する。図４９（Ａ）は、表示装置の画素部の上面図であり、図４９（Ｂ）は図４９（Ａ）に示す一点鎖線Ｘ１−Ｘ２間の断面図である。なお、図４９（Ａ）において、図面の煩雑さをさけるために、構成要素の一部を省略して図示している。
【０４６５】
図４９に示す表示装置は、基板７０２上の第１のゲート電極として機能する導電膜７０４と、導電膜７０４上の絶縁膜７０６、７０７と、絶縁膜７０７上の酸化物半導体膜７０８と、絶縁膜７０７、及び酸化物半導体膜７０８上のソース電極及びドレイン電極として機能する導電膜７１２ａ、７１２ｂと、絶縁膜７０７上の導電膜７１２ｃと、酸化物半導体膜７０８、導電膜７１２ａ、７１２ｂ、７１２ｃ、及び絶縁膜７０７を覆う酸化物半導体膜７０８ｃ、及び絶縁膜７１４、７１６と、絶縁膜７１６上の第２のゲート電極として機能する導電膜７２０と、絶縁膜７１６及び導電膜７２０上の絶縁膜７１８と、絶縁膜７１８上の平坦化絶縁膜として機能する絶縁膜７２２と、絶縁膜７２２上の画素電極として機能する導電膜７２４ａ、７２４ｂと、導電膜７２４ａと導電膜７２４ｂとの電気的な接続を抑制する機能を有する構造体７２６と、導電膜７２４ａ、７２４ｂ及び構造体７２６上のＥＬ層７２８と、ＥＬ層７２８上の導電膜７３０と、を有する。
【０４６６】
また、導電膜７１２ｃは、絶縁膜７０６、７０７に設けられた開口部７５２ｃを介して導電膜７０４と電気的に接続される。また、第２のゲート電極として機能する導電膜７２０は、酸化物半導体膜７０８ｃ、及び絶縁膜７１４、７１６に設けられる開口部７５２ａを介して導電膜７１２ｂと電気的に接続される。また、導電膜７２４ａは、酸化物半導体膜７０８ｃ、及び絶縁膜７１４、７１６、７１８、７２２に設けられた開口部７５２ｂを介して導電膜７１２ｂと電気的に接続される。
【０４６７】
また、画素電極として機能する導電膜７２４ａと、ＥＬ層７２８と、導電膜７３０と、で発光素子５７２が形成される。なお、ＥＬ層７２８としては、スパッタリング法、蒸着法（真空蒸着法を含む）、印刷法（例えば、凸版印刷法、凹版印刷法、グラビア印刷法、平版印刷法、孔版印刷法等）、インクジェット法、塗布法等の方法で形成することができる。
【０４６８】
図４８（Ｂ）、及び図４９（Ａ）（Ｂ）に示すように、表示装置の画素の構成としては、２つのトランジスタと、１つの容量素子とを有する構成とすることで、配線数を少なくすることができる。例えば、図４８（Ｂ）及び図４９（Ａ）に示すように、画素にはゲート線、データ線、及びアノード線の３つとすることができる。このような構成とすることで、表示装置の画素の開口率を高くすることが可能となる。また、配線数を少なくすることで、隣接する配線間での短絡などが発生しづらいため、歩留まりの高い表示装置を提供することが可能となる。
【０４６９】
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。
【０４７０】
（実施の形態５）
本実施の形態においては、本発明の一態様の半導体装置を有する表示装置、及び該表示装置に入力装置を取り付けた電子機器について、図５０乃至図５５を用いて説明を行う。
【０４７１】
＜５−１．タッチパネルに関する説明＞
なお、本実施の形態において、電子機器の一例として、表示装置と、入力装置とを合わせたタッチパネル２０００について説明する。また、入力装置の一例として、タッチセンサを用いる場合について説明する。
【０４７２】
図５０（Ａ）（Ｂ）は、タッチパネル２０００の斜視図である。なお、図５０（Ａ）（Ｂ）において、明瞭化のため、タッチパネル２０００の代表的な構成要素を示す。
【０４７３】
タッチパネル２０００は、表示装置２５０１とタッチセンサ２５９５とを有する（図５０（Ｂ）参照）。また、タッチパネル２０００は、基板２５１０、基板２５７０、及び基板２５９０を有する。なお、基板２５１０、基板２５７０、及び基板２５９０はいずれも可撓性を有する。ただし、基板２５１０、基板２５７０、及び基板２５９０のいずれか一つまたは全てが可撓性を有さない構成としてもよい。
【０４７４】
表示装置２５０１は、基板２５１０上に複数の画素及び該画素に信号を供給することができる複数の配線２５１１を有する。複数の配線２５１１は、基板２５１０の外周部にまで引き回され、その一部が端子２５１９を構成している。端子２５１９はＦＰＣ２５０９（１）と電気的に接続する。
【０４７５】
基板２５９０は、タッチセンサ２５９５と、タッチセンサ２５９５と電気的に接続する複数の配線２５９８とを有する。複数の配線２５９８は、基板２５９０の外周部に引き回され、その一部は端子を構成する。そして、該端子はＦＰＣ２５０９（２）と電気的に接続される。なお、図５０（Ｂ）では明瞭化のため、基板２５９０の裏面側（基板２５１０と対向する面側）に設けられるタッチセンサ２５９５の電極や配線等を実線で示している。
【０４７６】
タッチセンサ２５９５として、例えば静電容量方式のタッチセンサを適用できる。静電容量方式としては、表面型静電容量方式、投影型静電容量方式等がある。
【０４７７】
投影型静電容量方式としては、主に駆動方式の違いから自己容量方式、相互容量方式などがある。相互容量方式を用いると同時多点検出が可能となるため好ましい。
【０４７８】
なお、図５０（Ｂ）に示すタッチセンサ２５９５は、投影型静電容量方式のタッチセンサを適用した構成である。
【０４７９】
なお、タッチセンサ２５９５には、指等の検知対象の近接または接触を検知することができる、様々なセンサを適用することができる。
【０４８０】
投影型静電容量方式のタッチセンサ２５９５は、電極２５９１と電極２５９２とを有する。電極２５９１は、複数の配線２５９８のいずれかと電気的に接続し、電極２５９２は複数の配線２５９８の他のいずれかと電気的に接続する。
【０４８１】
電極２５９２は、図５０（Ａ）（Ｂ）に示すように、一方向に繰り返し配置された複数の四辺形が角部で接続される形状を有する。
【０４８２】
電極２５９１は四辺形であり、電極２５９２が延在する方向と交差する方向に繰り返し配置されている。
【０４８３】
配線２５９４は、電極２５９２を挟む二つの電極２５９１と電気的に接続する。このとき、電極２５９２と配線２５９４の交差部の面積ができるだけ小さくなる形状が好ましい。これにより、電極が設けられていない領域の面積を低減でき、透過率のバラツキを低減できる。その結果、タッチセンサ２５９５を透過する光の輝度のバラツキを低減することができる。
【０４８４】
なお、電極２５９１及び電極２５９２の形状はこれに限定されず、様々な形状を取りうる。例えば、複数の電極２５９１をできるだけ隙間が生じないように配置し、絶縁層を介して電極２５９２を、電極２５９１と重ならない領域ができるように離間して複数設ける構成としてもよい。このとき、隣接する２つの電極２５９２の間に、これらとは電気的に絶縁されたダミー電極を設けると、透過率の異なる領域の面積を低減できるため好ましい。
【０４８５】
なお、電極２５９１、電極２５９２、配線２５９８などの導電膜、つまり、タッチパネルを構成する配線や電極に用いることのできる材料として、酸化インジウム、酸化錫、酸化亜鉛等を有する透明導電膜（例えば、ＩＴＯなど）が挙げられる。また、タッチパネルを構成する配線や電極に用いることのできる材料として、例えば、抵抗値が低い方が好ましい。一例として、銀、銅、アルミニウム、カーボンナノチューブ、グラフェン、ハロゲン化金属（ハロゲン化銀など）などを用いてもよい。さらに、非常に細くした（例えば、直径が数ナノメール）複数の導電体を用いて構成されるような金属ナノワイヤを用いてもよい。または、導電体を網目状にした金属メッシュを用いてもよい。一例としては、Ａｇナノワイヤ、Ｃｕナノワイヤ、Ａｌナノワイヤ、Ａｇメッシュ、Ｃｕメッシュ、Ａｌメッシュなどを用いてもよい。例えば、タッチパネルを構成する配線や電極にＡｇナノワイヤを用いる場合、可視光において透過率を８９％以上、シート抵抗値を４０Ω／ｃｍ２以上１００Ω／ｃｍ２以下とすることができる。また、上述したタッチパネルを構成する配線や電極に用いることのできる材料の一例である、金属ナノワイヤ、金属メッシュ、カーボンナノチューブ、グラフェンなどは、可視光において透過率が高いため、表示素子に用いる電極（例えば、画素電極または共通電極など）として用いてもよい。
【０４８６】
＜５−２．表示装置に関する説明＞
次に、図５１（Ａ）（Ｂ）を用いて、表示装置２５０１の詳細について説明する。図５１（Ａ）（Ｂ）は、図５０（Ｂ）に示す一点鎖線Ｘ１−Ｘ２間の断面図に相当する。
【０４８７】
表示装置２５０１は、マトリクス状に配置された複数の画素を有する。該画素は表示素子と、該表示素子を駆動する画素回路とを有する。
【０４８８】
≪表示素子としてＥＬ素子を用いる構成≫
まず、表示素子としてＥＬ素子を用いる構成について、図５１（Ａ）を用いて以下説明を行う。なお、以下の説明においては、白色の光を射出するＥＬ素子を適用する場合について説明するが、ＥＬ素子はこれに限定されない。例えば、隣接する画素毎に射出する光の色が異なるように、発光色が異なるＥＬ素子を適用してもよい。
【０４８９】
基板２５１０及び基板２５７０としては、例えば、水蒸気の透過率が１×１０−５ｇ／（ｍ２・ｄａｙ）以下、好ましくは１×１０−６ｇ／（ｍ２・ｄａｙ）以下である可撓性を有する材料を好適に用いることができる。または、基板２５１０の熱膨張率と、基板２５７０の熱膨張率とが、およそ等しい材料を用いると好適である。例えば、線膨張率が１×１０−３／Ｋ以下、好ましくは５×１０−５／Ｋ以下、より好ましくは１×１０−５／Ｋ以下である材料を好適に用いることができる。
【０４９０】
なお、基板２５１０は、ＥＬ素子への不純物の拡散を防ぐ絶縁層２５１０ａと、可撓性基板２５１０ｂと、絶縁層２５１０ａ及び可撓性基板２５１０ｂを貼り合わせる接着層２５１０ｃと、を有する積層体である。また、基板２５７０は、ＥＬ素子への不純物の拡散を防ぐ絶縁層２５７０ａと、可撓性基板２５７０ｂと、絶縁層２５７０ａ及び可撓性基板２５７０ｂを貼り合わせる接着層２５７０ｃと、を有する積層体である。
【０４９１】
接着層２５１０ｃ及び接着層２５７０ｃとしては、例えば、ポリエステル、ポリオレフィン、ポリアミド（ナイロン、アラミド等）、ポリイミド、ポリカーボネートまたはアクリル、ウレタン、エポキシを用いることができる。また、シロキサン結合を有する樹脂を含む材料を用いることができる。
【０４９２】
また、基板２５１０と基板２５７０との間に封止層２５６０を有する。封止層２５６０は、空気より大きい屈折率を有すると好ましい。また、図５１（Ａ）に示すように、封止層２５６０側に光を取り出す場合は、封止層２５６０は光学素子を兼ねることができる。
【０４９３】
また、封止層２５６０の外周部にシール材を形成してもよい。当該シール材を用いることにより、基板２５１０、基板２５７０、封止層２５６０、及びシール材で囲まれた領域にＥＬ素子２５５０を有する構成とすることができる。なお、封止層２５６０として、不活性気体（窒素やアルゴン等）を充填してもよい。また、当該不活性気体内に、乾燥材を設けて、水分等を吸着させる構成としてもよい。また、上述のシール材としては、例えば、エポキシ系樹脂やガラスフリットを用いるのが好ましい。また、シール材に用いる材料としては、水分や酸素を透過しない材料を用いると好適である。
【０４９４】
また、図５１（Ａ）に示す表示装置２５０１は、画素２５０５を有する。また、画素２５０５は、発光モジュール２５８０と、ＥＬ素子２５５０と、ＥＬ素子２５５０に電力を供給することができるトランジスタ２５０２ｔと、を有する。なお、トランジスタ２５０２ｔは、画素回路の一部として機能する。
【０４９５】
また、発光モジュール２５８０は、ＥＬ素子２５５０と、着色層２５６７とを有する。また、ＥＬ素子２５５０は、下部電極と、上部電極と、下部電極と上部電極との間にＥＬ層とを有する。
【０４９６】
また、封止層２５６０が光を取り出す側に設けられている場合、封止層２５６０は、ＥＬ素子２５５０と着色層２５６７に接する。
【０４９７】
着色層２５６７は、ＥＬ素子２５５０と重なる位置にある。これにより、ＥＬ素子２５５０が発する光の一部は着色層２５６７を透過して、図中に示す矢印の方向の発光モジュール２５８０の外部に射出される。
【０４９８】
また、表示装置２５０１には、光を射出する方向に遮光層２５６８が設けられる。遮光層２５６８は、着色層２５６７を囲むように設けられている。
【０４９９】
着色層２５６７としては、特定の波長帯域の光を透過する機能を有していればよく、例えば、赤色の波長帯域の光を透過するカラーフィルタ、緑色の波長帯域の光を透過するカラーフィルタ、青色の波長帯域の光を透過するカラーフィルタ、黄色の波長帯域の光を透過するカラーフィルタなどを用いることができる。各カラーフィルタは、様々な材料を用いて、印刷法、インクジェット法、フォトリソグラフィ技術を用いたエッチング方法などで形成することができる。
【０５００】
また、表示装置２５０１には、絶縁層２５２１が設けられる。絶縁層２５２１はトランジスタ２５０２ｔ等を覆う。なお、絶縁層２５２１は、画素回路に起因する凹凸を平坦化するための機能を有する。また、絶縁層２５２１に不純物の拡散を抑制できる機能を付与してもよい。これにより、不純物の拡散によるトランジスタ２５０２ｔ等の信頼性の低下を抑制できる。
【０５０１】
また、ＥＬ素子２５５０は、絶縁層２５２１の上方に形成される。また、ＥＬ素子２５５０が有する下部電極には、該下部電極の端部に重なる隔壁２５２８が設けられる。なお、基板２５１０と、基板２５７０との間隔を制御するスペーサを、隔壁２５２８上に形成してもよい。
【０５０２】
また、ゲートドライバ２５０４は、トランジスタ２５０３ｔと、容量素子２５０３ｃとを有する。なお、駆動回路を画素回路と同一の工程で同一基板上に形成することができる。
【０５０３】
また、基板２５１０上には、信号を供給することができる配線２５１１が設けられる。また、配線２５１１上には、端子２５１９が設けられる。また、端子２５１９には、ＦＰＣ２５０９（１）が電気的に接続される。また、ＦＰＣ２５０９（１）は、ビデオ信号、クロック信号、スタート信号、リセット信号等を供給する機能を有する。なお、ＦＰＣ２５０９（１）にはプリント配線基板（ＰＷＢ：Ｐｒｉｎｔｅｄ  Ｗｉｒｉｎｇ  Ｂｏａｒｄ）が取り付けられていても良い。
【０５０４】
なお、トランジスタ２５０２ｔ及びトランジスタ２５０３ｔのいずれか一方または双方に先の実施の形態に示すトランジスタを適用すればよい。本実施の形態で用いるトランジスタは、高純度化し結晶性が高い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。なお、リフレッシュ動作の詳細については、後述する。
【０５０５】
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表示装置２５０１に用いることで、画素回路のスイッチングトランジスタと、駆動回路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、画素回路においても、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。
【０５０６】
≪表示素子として液晶素子を用いる構成≫
次に、表示素子として、液晶素子を用いる構成について、図５１（Ｂ）を用いて以下説明を行う。なお、以下の説明においては、外光を反射して表示する反射型の液晶表示装置について説明するが、液晶表示装置はこれに限定されない。例えば、光源（バックライト、サイドライト等）を設けて、透過型の液晶表示装置、または反射型と透過型の両方の機能を備える液晶表示装置としてもよい。
【０５０７】
図５１（Ｂ）に示す表示装置２５０１は、図５１（Ａ）に示す表示装置２５０１と以下の点が異なる。それ以外の構成については、図５１（Ａ）に示す表示装置２５０１と同様である。
【０５０８】
図５１（Ｂ）に示す表示装置２５０１の画素２５０５は、液晶素子２５５１と、液晶素子２５５１に電力を供給することができるトランジスタ２５０２ｔと、を有する。
【０５０９】
また、液晶素子２５５１は、下部電極（画素電極ともいう）と、上部電極と、下部電極と上部電極との間に液晶層２５２９と、を有する。液晶素子２５５１は、下部電極と上部電極との間に印加される電圧によって、液晶層２５２９の配向状態を変えることができる。また、液晶層２５２９中には、スペーサ２５３０ａと、スペーサ２５３０ｂと、が設けられる。また、図５１（Ｂ）において図示しないが、上部電極及び下部電極の液晶層２５２９と接する側に、それぞれ配向膜を設ける構成としてもよい。
【０５１０】
液晶層２５２９としては、サーモトロピック液晶、低分子液晶、高分子液晶、高分子分散型液晶、強誘電性液晶、反強誘電性液晶等を用いることができる。これらの液晶材料は、条件により、コレステリック相、スメクチック相、キュービック相、カイラルネマチック相、等方相等を示す。また、液晶表示装置として、横電界方式を採用する場合、配向膜を用いないブルー相を示す液晶を用いてもよい。ブルー相を示す液晶を用いる場合、配向膜を設けなくてもよいのでラビング処理が不要となる。ラビング処理が不要となることで、ラビング処理時に引き起こされる静電破壊を防止することができ、作製工程中の液晶表示装置の不良や破損を軽減することができる。
【０５１１】
スペーサ２５３０ａ、２５３０ｂは、絶縁膜を選択的にエッチングすることで得られる。スペーサ２５３０ａ、２５３０ｂとしては、基板２５１０と基板２５７０との間の距離（セルギャップ）を制御するために設けられる。なお、スペーサ２５３０ａ、２５３０ｂは、それぞれ大きさを異ならせてもよく、柱状または球状で設けると好ましい。また、図５１（Ｂ）においては、スペーサ２５３０ａ、２５３０ｂを、基板２５７０側に設ける構成について例示したが、これに限定されず、基板２５１０側に設けてもよい。
【０５１２】
また、液晶素子２５５１の上部電極は、基板２５７０側に設けられる。また、該上部電極と、着色層２５６７及び遮光層２５６８と、の間には絶縁層２５３１が設けられる。絶縁層２５３１は、着色層２５６７及び遮光層２５６８に起因する凹凸を平坦化する機能を有する。絶縁層２５３１としては、例えば、樹脂膜を用いればよい。また、液晶素子２５５１の下部電極は、反射電極としての機能を有する。図５１（Ｂ）に示す表示装置２５０１は、外光を利用して下部電極で光を反射して着色層２５６７を介して表示する、反射型の液晶表示装置である。なお、透過型の液晶表示装置とする場合、下部電極に透明電極として機能を付与すればよい。
【０５１３】
また、図５１（Ｂ）に示す表示装置２５０１は、絶縁層２５２２を有する。絶縁層２５２２は、トランジスタ２５０２ｔ等を覆う。なお、絶縁層２５２２は、画素回路に起因する凹凸を平坦化するための機能と、液晶素子の下部電極に凹凸を形成する機能と、を有する。これにより、下部電極の表面に凹凸を形成することが可能となる。したがって、外光が下部電極に入射した場合において、下部電極の表面で光を乱反射することが可能となり、視認性を向上させることができる。なお、透過型の液晶表示装置の場合、上記凹凸を設けない構成としてもよい。
【０５１４】
＜５−３．タッチセンサに関する説明＞
次に、図５２を用いて、タッチセンサ２５９５の詳細について説明する。図５２は、図５０（Ｂ）に示す一点鎖線Ｘ３−Ｘ４間の断面図に相当する。
【０５１５】
タッチセンサ２５９５は、基板２５９０上に千鳥状に配置された電極２５９１及び電極２５９２と、電極２５９１及び電極２５９２を覆う絶縁層２５９３と、隣り合う電極２５９１を電気的に接続する配線２５９４とを有する。
【０５１６】
電極２５９１及び電極２５９２は、透光性を有する導電材料を用いて形成する。透光性を有する導電性材料としては、酸化インジウム、インジウム錫酸化物、インジウム亜鉛酸化物、酸化亜鉛、ガリウムを添加した酸化亜鉛などの導電性酸化物を用いることができる。なお、グラフェンを含む膜を用いることもできる。グラフェンを含む膜は、例えば膜状に形成された酸化グラフェンを含む膜を還元して形成することができる。還元する方法としては、熱を加える方法等を挙げることができる。
【０５１７】
例えば、透光性を有する導電性材料を基板２５９０上にスパッタリング法により成膜した後、フォトリソグラフィ法等の様々なパターン形成技術により、不要な部分を除去して、電極２５９１及び電極２５９２を形成することができる。
【０５１８】
また、絶縁層２５９３に用いる材料としては、例えば、アクリル、エポキシなどの樹脂、シロキサン結合を有する樹脂の他、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、酸化アルミニウムなどの無機絶縁材料を用いることもできる。
【０５１９】
また、電極２５９１に達する開口が絶縁層２５９３に設けられ、配線２５９４が隣接する電極２５９１と電気的に接続する。透光性の導電性材料は、タッチパネルの開口率を高めることができるため、配線２５９４に好適に用いることができる。また、電極２５９１及び電極２５９２より導電性の高い材料は、電気抵抗を低減できるため配線２５９４に好適に用いることができる。
【０５２０】
電極２５９２は、一方向に延在し、複数の電極２５９２がストライプ状に設けられている。また、配線２５９４は電極２５９２と交差して設けられている。
【０５２１】
一対の電極２５９１が１つの電極２５９２を挟んで設けられる。また、配線２５９４は一対の電極２５９１を電気的に接続している。
【０５２２】
なお、複数の電極２５９１は、１つの電極２５９２と必ずしも直交する方向に配置される必要はなく、０度より大きく９０度未満の角度をなすように配置されてもよい。
【０５２３】
また、配線２５９８は、電極２５９１または電極２５９２と電気的に接続される。また、配線２５９８の一部は、端子として機能する。配線２５９８としては、例えば、アルミニウム、金、白金、銀、ニッケル、チタン、タングステン、クロム、モリブデン、鉄、コバルト、銅、またはパラジウム等の金属材料や、該金属材料を含む合金材料を用いることができる。
【０５２４】
なお、絶縁層２５９３及び配線２５９４を覆う絶縁層を設けて、タッチセンサ２５９５を保護してもよい。
【０５２５】
また、接続層２５９９は、配線２５９８とＦＰＣ２５０９（２）を電気的に接続させる。
【０５２６】
接続層２５９９としては、異方性導電フィルム（ＡＣＦ：Ａｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃ  Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ  Ｆｉｌｍ）や、異方性導電ペースト（ＡＣＰ：Ａｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃ  Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ  Ｐａｓｔｅ）などを用いることができる。
【０５２７】
＜５−４．タッチパネルに関する説明＞
次に、図５３（Ａ）を用いて、タッチパネル２０００の詳細について説明する。図５３（Ａ）は、図５０（Ａ）に示す一点鎖線Ｘ５−Ｘ６間の断面図に相当する。
【０５２８】
図５３（Ａ）に示すタッチパネル２０００は、図５０（Ａ）で説明した表示装置２５０１と、図５２で説明したタッチセンサ２５９５と、を貼り合わせた構成である。
【０５２９】
また、図５３（Ａ）に示すタッチパネル２０００は、図５１（Ａ）で説明した構成の他、接着層２５９７と、反射防止層２５６９と、を有する。
【０５３０】
接着層２５９７は、配線２５９４と接して設けられる。なお、接着層２５９７は、タッチセンサ２５９５が表示装置２５０１に重なるように、基板２５９０を基板２５７０に貼り合わせている。また、接着層２５９７は、透光性を有すると好ましい。また、接着層２５９７としては、熱硬化性樹脂、または紫外線硬化樹脂を用いることができる。例えば、アクリル系樹脂、ウレタン系樹脂、エポキシ系樹脂、またはシロキサン系樹脂を用いることができる。
【０５３１】
反射防止層２５６９は、画素に重なる位置に設けられる。反射防止層２５６９として、例えば円偏光板を用いることができる。
【０５３２】
次に、図５３（Ａ）に示す構成と異なる構成のタッチパネルについて、図５３（Ｂ）を用いて説明する。
【０５３３】
図５３（Ｂ）は、タッチパネル２００１の断面図である。図５３（Ｂ）に示すタッチパネル２００１は、図５３（Ａ）に示すタッチパネル２０００と、表示装置２５０１に対するタッチセンサ２５９５の位置が異なる。ここでは異なる構成について詳細に説明し、同様の構成を用いることができる部分は、タッチパネル２０００の説明を援用する。
【０５３４】
着色層２５６７は、ＥＬ素子２５５０の下方に位置する。また、図５３（Ｂ）に示すＥＬ素子２５５０は、トランジスタ２５０２ｔが設けられている側に光を射出する。これにより、ＥＬ素子２５５０が発する光の一部は、着色層２５６７を透過して、図中に示す矢印の方向の発光モジュール２５８０の外部に射出される。
【０５３５】
また、タッチセンサ２５９５は、表示装置２５０１の基板２５１０側に設けられている。
【０５３６】
接着層２５９７は、基板２５１０と基板２５９０の間にあり、表示装置２５０１とタッチセンサ２５９５を貼り合わせる。
【０５３７】
図５３（Ａ）（Ｂ）に示すように、発光素子から射出される光は、基板２５１０の上側及び下側のいずれか一方または双方に射出されればよい。
【０５３８】
＜５−５．タッチパネルの駆動方法に関する説明＞
次に、タッチパネルの駆動方法の一例について、図５４を用いて説明を行う。
【０５３９】
図５４（Ａ）は、相互容量方式のタッチセンサの構成を示すブロック図である。図５４（Ａ）では、パルス電圧出力回路２６０１、電流検出回路２６０２を示している。なお、図５４（Ａ）では、パルス電圧が与えられる電極２６２１をＸ１−Ｘ６として、電流の変化を検知する電極２６２２をＹ１−Ｙ６として、それぞれ６本の配線で例示している。また、図５４（Ａ）は、電極２６２１と、電極２６２２とが重畳することで形成される容量２６０３を示している。なお、電極２６２１と電極２６２２とはその機能を互いに置き換えてもよい。
【０５４０】
パルス電圧出力回路２６０１は、Ｘ１−Ｘ６の配線に順にパルス電圧を印加するための回路である。Ｘ１−Ｘ６の配線にパルス電圧が印加されることで、容量２６０３を形成する電極２６２１と電極２６２２との間に電界が生じる。この電極間に生じる電界が遮蔽等により容量２６０３の相互容量に変化を生じさせることを利用して、被検知体の近接、または接触を検出することができる。
【０５４１】
電流検出回路２６０２は、容量２６０３での相互容量の変化による、Ｙ１−Ｙ６の配線での電流の変化を検出するための回路である。Ｙ１−Ｙ６の配線では、被検知体の近接、または接触がないと検出される電流値に変化はないが、検出する被検知体の近接、または接触により相互容量が減少する場合には電流値が減少する変化を検出する。なお電流の検出は、積分回路等を用いて行えばよい。
【０５４２】
次に、図５４（Ｂ）には、図５４（Ａ）で示す相互容量方式のタッチセンサにおける入出力波形のタイミングチャートを示す。図５４（Ｂ）では、１フレーム期間で各行列での被検知体の検出を行う。また図５４（Ｂ）では、被検知体を検出しない場合（非タッチ）と被検知体を検出する場合（タッチ）との２つの場合について示している。なおＹ１−Ｙ６の配線については、検出される電流値に対応する電圧値とした波形を示している。
【０５４３】
Ｘ１−Ｘ６の配線には、順にパルス電圧が与えられ、該パルス電圧にしたがってＹ１−Ｙ６の配線での波形が変化する。被検知体の近接または接触がない場合には、Ｘ１−Ｘ６の配線の電圧の変化に応じてＹ１−Ｙ６の波形が一様に変化する。一方、被検知体が近接または接触する箇所では、電流値が減少するため、これに対応する電圧値の波形も変化する。
【０５４４】
このように、相互容量の変化を検出することにより、被検知体の近接または接触を検知することができる。
【０５４５】
＜５−６．センサ回路に関する説明＞
また、図５４（Ａ）ではタッチセンサとして配線の交差部に容量２６０３のみを設けるパッシブマトリクス型のタッチセンサの構成を示したが、トランジスタと容量とを有するアクティブマトリクス型のタッチセンサとしてもよい。アクティブマトリクス型のタッチセンサに含まれるセンサ回路の一例を図５５に示す。
【０５４６】
図５５に示すセンサ回路は、容量２６０３と、トランジスタ２６１１と、トランジスタ２６１２と、トランジスタ２６１３とを有する。
【０５４７】
トランジスタ２６１３はゲートに信号Ｇ２が与えられ、ソースまたはドレインの一方に電圧ＶＲＥＳが与えられ、他方が容量２６０３の一方の電極およびトランジスタ２６１１のゲートと電気的に接続する。トランジスタ２６１１は、ソースまたはドレインの一方がトランジスタ２６１２のソースまたはドレインの一方と電気的に接続し、他方に電圧ＶＳＳが与えられる。トランジスタ２６１２は、ゲートに信号Ｇ１が与えられ、ソースまたはドレインの他方が配線ＭＬと電気的に接続する。容量２６０３の他方の電極には電圧ＶＳＳが与えられる。
【０５４８】
次に、図５５に示すセンサ回路の動作について説明する。まず、信号Ｇ２としてトランジスタ２６１３をオン状態とする電位が与えられることで、トランジスタ２６１１のゲートが接続されるノードｎに電圧ＶＲＥＳに対応した電位が与えられる。次に、信号Ｇ２としてトランジスタ２６１３をオフ状態とする電位が与えられることで、ノードｎの電位が保持される。
【０５４９】
続いて、指等の被検知体の近接または接触により、容量２６０３の相互容量が変化することに伴い、ノードｎの電位がＶＲＥＳから変化する。
【０５５０】
読み出し動作は、信号Ｇ１にトランジスタ２６１２をオン状態とする電位を与える。ノードｎの電位に応じてトランジスタ２６１１に流れる電流、すなわち配線ＭＬに流れる電流が変化する。この電流を検出することにより、被検知体の近接または接触を検出することができる。
【０５５１】
トランジスタ２６１１、トランジスタ２６１２、及びトランジスタ２６１３に先の実施の形態に示すトランジスタを適用することができる。とくにトランジスタ２６１３に先の実施の形態に示すトランジスタを適用することにより、ノードｎの電位を長期間に亘って保持することが可能となり、ノードｎにＶＲＥＳを供給しなおす動作（リフレッシュ動作）の頻度を減らすことができる。
【０５５２】
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。
【０５５３】
（実施の形態６）
本実施の形態においては、本発明の一態様の半導体装置を有する表示装置、及び当該表示装置の駆動方法について、図５６乃至図５９を用いて説明を行う。
【０５５４】
なお、本発明の一態様の表示装置は、情報処理部、演算部、記憶部、表示部、及び入力部等を有していてもよい。
【０５５５】
また、本発明の一態様の表示装置において、同一画像（静止画像）を連続して表示する場合、同一画像の信号を書き込む回数（リフレッシュするともいう）を低減することで、消費電力の低減を図ることができる。なお、リフレッシュを行う頻度をリフレッシュレート（走査周波数、垂直同期周波数ともいう）という。以下では、リフレッシュレートを低減し、目の疲労が少ない表示装置について説明する。
【０５５６】
目の疲労には、神経系の疲労と、筋肉系の疲労の２種類がある。神経系の疲労は、表示装置の発光、点滅画面を、長時間見続けることで、その明るさが眼の網膜や神経、脳を刺激して疲れさせるものである。筋肉系の疲労は、ピント調節のときに使用する毛様体の筋肉を酷使することにより疲れさせるものである。
【０５５７】
図５６（Ａ）に、従来の表示装置の表示を表す模式図を示す。図５６（Ａ）に示すように、従来の表示装置では、１秒間に６０回の画像の書き換えが行われている。このような画面を長時間見続けることにより、使用者の眼の網膜や神経、脳を刺激して眼の疲労が引き起こされるおそれがあった。
【０５５８】
本発明の一態様の表示装置においては、表示装置の画素部に、酸化物半導体を用いたトランジスタ、例えば、ＣＡＡＣ−ＯＳを用いたトランジスタを適用する。当該トランジスタのオフ電流は、極めて小さい。従って、表示装置のリフレッシュレートを下げても、表示装置の輝度の維持が可能となる。
【０５５９】
つまり、図５６（Ｂ）に示すように、例えば、５秒間に１回の画像の書き換えが可能となるため、極力長い時間同じ映像を見ることが可能となり、使用者に視認される画面のちらつきが低減される。これにより、使用者の眼の網膜や神経、脳の刺激が低減され、神経系の疲労が軽減される。
【０５６０】
また、図５７（Ａ）に示すように、１画素のサイズが大きい場合（例えば精細度が１５０ｐｐｉ未満の場合）、表示装置に表示された文字はぼやけてしまう。表示装置に表示されたぼやけた文字を長時間見続けると、毛様体の筋肉が、絶えずピントを合わせようと動いているにもかかわらず、ピントが合わせづらい状態が続くことになり、目に負担をかけてしまうおそれがある。
【０５６１】
これに対し、図５７（Ｂ）に示すように、本発明の一態様に係る表示装置では、１画素のサイズが小さいため画素密度が高く高精細な表示が可能となるため、緻密で滑らかな表示とすることができる。これにより、毛様体の筋肉が、ピントを合わせやすくなるため、使用者の筋肉系の疲労が軽減される。表示装置の解像度を１５０ｐｐｉ以上、好ましくは２００ｐｐｉ以上、さらに好ましくは３００ｐｐｉ以上とすることにより、使用者の筋肉系の疲労を効果的に低減することができる。
【０５６２】
なお、目の疲労を定量的に測定する方法が検討されている。例えば、神経系の疲労の評価指標としては、臨界融合周波数（ＣＦＦ：Ｃｒｉｔｉｃａｌ  Ｆｌｉｃｋｅｒ（Ｆｕｓｉｏｎ）  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）などが知られている。また、筋肉系の疲労の評価指標としては、調節時間や調節近点距離などが知られている。
【０５６３】
そのほか、目の疲労を評価する方法として、脳波測定、サーモグラフィ法、瞬きの回数の測定、涙液量の評価、瞳孔の収縮反応速度の評価や、自覚症状を調査するためのアンケート等がある。
【０５６４】
例えば、上記の様々な方法により、本発明の一態様の表示装置の駆動方法を評価することができる。
【０５６５】
＜６．表示装置の駆動方法＞
ここで、本発明の一態様の表示装置の駆動方法について、図５８を用いて説明する。
【０５６６】
≪イメージ情報の表示例≫
以下では、２つの異なるイメージ情報を含む画像を移動させて表示する例について示す。
【０５６７】
図５８（Ａ）には、表示部４５０にウィンドウ４５１と、ウィンドウ４５１に表示された静止画像である第１の画像４５２ａが表示されている例を示している。
【０５６８】
このとき、第１のリフレッシュレートで表示を行っていることが好ましい。なお、第１のリフレッシュレートとしては、１．１６×１０−５Ｈｚ（１日に約１回の頻度）以上１Ｈｚ以下、または２．７８×１０−４Ｈｚ（１時間に約１回の頻度）以上０．５Ｈｚ以下、または１．６７×１０−２Ｈｚ（１分間に約１回の頻度）以上０．１Ｈｚ以下とすることができる。
【０５６９】
このように、第１のリフレッシュレートを極めて小さい値に設定し、画面の書き換えの頻度を低減することで、実質的にちらつきを生じない表示を実現でき、より効果的に使用者の目の疲労を低減することができる。
【０５７０】
なお、ウィンドウ４５１は、例えば画像表示アプリケーションソフトを実行することにより表示され、画像を表示する表示領域を含む。
【０５７１】
また、ウィンドウ４５１の下部には、異なるイメージ情報に表示を切り替えるためのボタン４５３を有する。使用者がボタン４５３を選択する操作を行うことにより、画像を移動させる命令を表示装置の情報処理部に与えることができる。
【０５７２】
なお、使用者の操作方法は入力手段に応じて設定すればよい。例えば入力手段として表示部４５０に重ねて設けられたタッチパネルを用いる場合には、指やスタイラス等によりボタン４５３をタッチする操作や、画像をスライドさせるようなジェスチャ入力を行うことにより操作することができる。ジェスチャ入力や音声入力を用いる場合には、必ずしもボタン４５３を表示しなくてもよい。
【０５７３】
画像を移動させる命令を表示装置の情報処理部が受け取ると、ウィンドウ４５１内に表示された画像の移動が開始される（図５８（Ｂ））。
【０５７４】
なお、図５８（Ａ）の時点で第１のリフレッシュレートで表示を行っていた場合には、画像の移動の前に、リフレッシュレートを第２のリフレッシュレートに変更すると好ましい。第２のリフレッシュレートは、動画像の表示を行うために必要な値である。例えば、第２のリフレッシュレートは、３０Ｈｚ以上９６０Ｈｚ以下、好ましくは６０Ｈｚ以上９６０Ｈｚ以下、より好ましくは７５Ｈｚ以上９６０Ｈｚ以下、より好ましくは１２０Ｈｚ以上９６０Ｈｚ以下、より好ましくは２４０Ｈｚ以上９６０Ｈｚ以下とすることができる。
【０５７５】
第２のリフレッシュレートを、第１のリフレッシュレートよりも高い値に設定することにより、動画像をより滑らかに自然に表示することができる。また書き換えに伴うちらつき（フリッカともいう）が使用者に視認されることが抑制されるため、使用者の目の疲労を低減できる。
【０５７６】
このとき、ウィンドウ４５１内に表示される画像は、第１の画像４５２ａと、次に表示すべき第２の画像４５２ｂとが結合された画像である。ウィンドウ４５１内には、この結合された画像が一方向（ここでは左方向）に移動するように、一部の領域が表示される。
【０５７７】
また、結合された画像の移動と共に、ウィンドウ４５１内に表示された画像の輝度が初期（図５８（Ａ）の時点）の輝度に比べて段階的に低下する。
【０５７８】
図５８（Ｃ）は、ウィンドウ４５１内に表示された画像が、所定座標に到達した時点を示している。したがって、この時点でウィンドウ４５１内に表示された画像の輝度が最も低い。
【０５７９】
なお、図５８（Ｃ）では、所定座標として、第１の画像４５２ａと第２の画像４５２ｂのそれぞれが、半分ずつ表示されている座標としたが、これに限られず、使用者が自由に設定可能とすることが好ましい。
【０５８０】
例えば、画像の初期座標から最終座標までの距離に対する、初期座標からの距離の比が０より大きく、１未満である座標を所定座標に設定すればよい。
【０５８１】
また、画像が所定座標に達した時の輝度についても、使用者が自由に設定可能とすることが好ましい。例えば、画像が所定座標に達した時の輝度の、初期の輝度に対する比が０以上１未満、好ましくは０以上０．８以下、より好ましくは０以上０．５以下などに設定すればよい。
【０５８２】
続いて、ウィンドウ４５１内には、結合された画像が移動しながら輝度が段階的に上昇するように表示される（図５８（Ｄ）。
【０５８３】
図５８（Ｅ）は、結合された画像の座標が最終座標に達した時点を示している。ウィンドウ４５１内には、第２の画像４５２ｂのみが、初期の輝度と等しい輝度で表示されている。
【０５８４】
なお、画像の移動が完了した後に、リフレッシュレートを第２のリフレッシュレートから、第１のリフレッシュレートに変更することが好ましい。
【０５８５】
このような表示を行うことにより、画像の移動を使用者が目で追ったとしても、該画像の輝度が低減されているため、使用者の目の疲労を低減することができる。したがって、このような駆動方法を用いることにより、目にやさしい表示を実現できる。
【０５８６】
≪文書情報の表示例≫
次に、表示ウィンドウの大きさよりも大きな文書情報をスクロールさせて表示する例について説明する。
【０５８７】
図５９（Ａ）には、表示部４５０にウィンドウ４５５と、ウィンドウ４５５に表示された静止画像である文書情報４５６の一部が表示されている例を示している。
【０５８８】
このとき、上記の第１のリフレッシュレートで表示を行っていることが好ましい。
【０５８９】
ウィンドウ４５５は、例えば文書表示アプリケーションソフト、文書作成アプリケーションソフトなどを実行することにより表示され、文書情報を表示する表示領域を含む。
【０５９０】
文書情報４５６は、その画像の大きさがウィンドウ４５５の表示領域よりも縦方向に大きい。したがってウィンドウ４５５には、その一部の領域のみが表示されている。また、図５９（Ａ）に示すように、ウィンドウ４５５は、文書情報４５６のどの領域が表示されているかを示すスクロールバー４５７を備えていてもよい。
【０５９１】
入力部により画像を移動させる命令（ここでは、スクロール命令ともいう）が表示装置に与えられると、文書情報４５６の移動が開始される（図５９（Ｂ））。また、表示される画像の輝度が段階的に低下する。
【０５９２】
なお、図５９（Ａ）の時点で第１のリフレッシュレートで表示を行っていた場合には、文書情報４５６の移動の前に、リフレッシュレートを第２のリフレッシュレートに変更すると好ましい。
【０５９３】
ここでは、ウィンドウ４５５内に表示される画像の輝度だけでなく、表示部４５０に表示される画像全体の輝度が低下する様子を示している。
【０５９４】
図５９（Ｃ）は、文書情報４５６の座標が所定座標に達した時点を示している。このとき、表示部４５０に表示される画像全体の輝度は最も低くなる。
【０５９５】
続いて、ウィンドウ４５５内には、文書情報４５６が移動しながら表示される（図５９（Ｄ））。このとき、表示部４５０に表示される画像全体の輝度は段階的に上昇する。
【０５９６】
図５９（Ｅ）は、文書情報４５６の座標が最終座標に達した時点を示している。ウィンドウ４５５内には、文書情報４５６の初期に表示された領域とは異なる領域が、初期の輝度と等しい輝度で表示される。
【０５９７】
なお、文書情報４５６の移動が完了した後に、リフレッシュレートを第１のリフレッシュレートに変更することが好ましい。
【０５９８】
このような表示を行うことにより、画像の移動を使用者が目で追ったとしても、該画像の輝度が低減されているため、使用者の目の疲労を低減することができる。したがって、このような駆動方法を用いることにより、目にやさしい表示を実現できる。
【０５９９】
特に、文書情報などのコントラストの高い表示は、使用者の目の疲労がより顕著になるため、文書情報の表示にこのような駆動方法を適用することはより好ましい。
【０６００】
本実施の形態は、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。
【０６０１】
（実施の形態７）
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、電子機器、及び表示装置について、図６０乃至図６２を用いて説明を行う。
【０６０２】
＜７−１．表示モジュールに関する説明＞
図６０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センサ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。
【０６０３】
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。
【０６０４】
上部カバー８００１及び下部カバー８００２は、タッチセンサ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。
【０６０５】
タッチセンサ８００４は、抵抗膜方式または静電容量方式のタッチセンサを表示パネル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、タッチセンサ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、光学式のタッチセンサとすることも可能である。
【０６０６】
バックライト８００７は、光源８００８を有する。なお、図６０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。
【０６０７】
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。
【０６０８】
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。
【０６０９】
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。
【０６１０】
＜７−２．電子機器に関する説明＞
図６１（Ａ）乃至図６１（Ｇ）は、電子機器を示す図である。これらの電子機器は、筐体９０００、表示部９００１、スピーカ９００３、操作キー９００５（電源スイッチ、又は操作スイッチを含む）、接続端子９００６、センサ９００７（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９００８、等を有することができる。
【０６１１】
図６１（Ａ）乃至図６１（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、日付また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または受信を行う機能、記録媒体に記録されているプログラムまた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。なお、図６１（Ａ）乃至図６１（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。また、図６１（Ａ）乃至図６１（Ｇ）には図示していないが、電子機器には、複数の表示部を有する構成としてもよい。また、該電子機器にカメラ等を設け、静止画を撮影する機能、動画を撮影する機能、撮影した画像を記録媒体（外部またはカメラに内蔵）に保存する機能、撮影した画像を表示部に表示する機能、等を有していてもよい。
【０６１２】
図６１（Ａ）乃至図６１（Ｇ）に示す電子機器の詳細について、以下説明を行う。
【０６１３】
図６１（Ａ）は、携帯情報端末９１００を示す斜視図である。携帯情報端末９１００が有する表示部９００１は、可撓性を有する。そのため、湾曲した筐体９０００の湾曲面に沿って表示部９００１を組み込むことが可能である。また、表示部９００１はタッチセンサを備え、指やスタイラスなどで画面に触れることで操作することができる。例えば、表示部９００１に表示されたアイコンに触れることで、アプリケーションを起動することができる。
【０６１４】
図６１（Ｂ）は、携帯情報端末９１０１を示す斜視図である。携帯情報端末９１０１は、例えば電話機、手帳又は情報閲覧装置等から選ばれた一つ又は複数の機能を有する。具体的には、スマートフォンとして用いることができる。なお、携帯情報端末９１０１は、スピーカ９００３、接続端子９００６、センサ９００７等を省略して図示しているが、図６１（Ａ）に示す携帯情報端末９１００と同様の位置に設けることができる。また、携帯情報端末９１０１は、文字や画像情報をその複数の面に表示することができる。例えば、３つの操作ボタン９０５０（操作アイコンまたは単にアイコンともいう）を表示部９００１の一の面に表示することができる。また、破線の矩形で示す情報９０５１を表示部９００１の他の面に表示することができる。なお、情報９０５１の一例としては、電子メールやＳＮＳ（ソーシャル・ネットワーキング・サービス）や電話などの着信を知らせる表示、電子メールやＳＮＳなどの題名、電子メールやＳＮＳなどの送信者名、日時、時刻、バッテリの残量、アンテナ受信の強度などがある。または、情報９０５１が表示されている位置に、情報９０５１の代わりに、操作ボタン９０５０などを表示してもよい。
【０６１５】
図６１（Ｃ）は、携帯情報端末９１０２を示す斜視図である。携帯情報端末９１０２は、表示部９００１の３面以上に情報を表示する機能を有する。ここでは、情報９０５２、情報９０５３、情報９０５４がそれぞれ異なる面に表示されている例を示す。例えば、携帯情報端末９１０２の使用者は、洋服の胸ポケットに携帯情報端末９１０２を収納した状態で、その表示（ここでは情報９０５３）を確認することができる。具体的には、着信した電話の発信者の電話番号又は氏名等を、携帯情報端末９１０２の上方から観察できる位置に表示する。使用者は、携帯情報端末９１０２をポケットから取り出すことなく、表示を確認し、電話を受けるか否かを判断できる。
【０６１６】
図６１（Ｄ）は、腕時計型の携帯情報端末９２００を示す斜視図である。携帯情報端末９２００は、移動電話、電子メール、文章閲覧及び作成、音楽再生、インターネット通信、コンピュータゲームなどの種々のアプリケーションを実行することができる。また、表示部９００１はその表示面が湾曲して設けられ、湾曲した表示面に沿って表示を行うことができる。また、携帯情報端末９２００は、通信規格された近距離無線通信を実行することが可能である。例えば無線通信可能なヘッドセットと相互通信することによって、ハンズフリーで通話することもできる。また、携帯情報端末９２００は、接続端子９００６を有し、他の情報端末とコネクターを介して直接データのやりとりを行うことができる。また接続端子９００６を介して充電を行うこともできる。なお、充電動作は接続端子９００６を介さずに無線給電により行ってもよい。
【０６１７】
図６１（Ｅ）（Ｆ）（Ｇ）は、折り畳み可能な携帯情報端末９２０１を示す斜視図である。また、図６１（Ｅ）が携帯情報端末９２０１を展開した状態の斜視図であり、図６１（Ｆ）が携帯情報端末９２０１を展開した状態または折り畳んだ状態の一方から他方に変化する途中の状態の斜視図であり、図６１（Ｇ）が携帯情報端末９２０１を折り畳んだ状態の斜視図である。携帯情報端末９２０１は、折り畳んだ状態では可搬性に優れ、展開した状態では、継ぎ目のない広い表示領域により表示の一覧性に優れる。携帯情報端末９２０１が有する表示部９００１は、ヒンジ９０５５によって連結された３つの筐体９０００に支持されている。ヒンジ９０５５を介して２つの筐体９０００間を屈曲させることにより、携帯情報端末９２０１を展開した状態から折りたたんだ状態に可逆的に変形させることができる。例えば、携帯情報端末９２０１は、曲率半径１ｍｍ以上１５０ｍｍ以下で曲げることができる。
【０６１８】
また、図６２（Ａ）（Ｂ）は、複数の表示パネルを有する表示装置の斜視図である。なお、図６２（Ａ）は、複数の表示パネルが巻き取られた形態の斜視図であり、図６２（Ｂ）は、複数の表示パネルが展開された状態の斜視図である。
【０６１９】
図６２（Ａ）（Ｂ）に示す表示装置９５００は、複数の表示パネル９５０１と、軸部９５１１と、軸受部９５１２と、を有する。また、複数の表示パネル９５０１は、表示領域９５０２と、透光性を有する領域９５０３と、を有する。
【０６２０】
また、複数の表示パネル９５０１は、可撓性を有する。また、隣接する２つの表示パネル９５０１は、それらの一部が互いに重なるように設けられる。例えば、隣接する２つの表示パネル９５０１の透光性を有する領域９５０３を重ね合わせることができる。複数の表示パネル９５０１を用いることで、大画面の表示装置とすることができる。また、使用状況に応じて、表示パネル９５０１を巻き取ることが可能であるため、汎用性に優れた表示装置とすることができる。
【０６２１】
また、図６２（Ａ）（Ｂ）においては、表示領域９５０２が隣接する表示パネル９５０１で離間する状態を図示しているが、これに限定されず、例えば、隣接する表示パネル９５０１の表示領域９５０２を隙間なく重ねあわせることで、連続した表示領域９５０２としてもよい。
【０６２２】
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。ただし、本発明の一態様の半導体装置は、表示部を有さない電子機器にも適用することができる。また、本実施の形態において述べた電子機器の表示部においては、可撓性を有し、湾曲した表示面に沿って表示を行うことができる構成、または折り畳み可能な表示部の構成について例示したが、これに限定されず、可撓性を有さず、平面部に表示を行う構成としてもよい。
【０６２３】
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。
【０６２４】
（実施の形態８）
本実施の形態では、本発明の一態様の表示モジュールの作製に用いることができる成膜装置について、図６３を用いて説明する。
【０６２５】
図６３は本発明の一態様の表示モジュールの作製に用いることができる成膜装置３０００を説明する図である。なお、成膜装置３０００は、バッチ式のＡＬＤ装置の一例である。
【０６２６】
＜８−１．成膜装置の構成例＞
本実施の形態で説明する成膜装置３０００は、成膜室３１８０と、成膜室３１８０に接続される制御部３１８２と、を有する（図６３参照）。
【０６２７】
制御部３１８２は、制御信号を供給する制御装置（図示せず）ならびに制御信号を供給される流量制御器３１８２ａ、流量制御器３１８２ｂ、及び流量制御器３１８２ｃを有する。例えば、高速バルブを流量制御器に用いることができる。具体的にはＡＬＤ用バルブ等を用いることにより、精密に流量を制御することができる。また、流量制御器、及び配管の温度を制御する加熱機構３１８２ｈを有する。
【０６２８】
流量制御器３１８２ａは、制御信号ならびに第１の原料、及び不活性ガスを供給され、制御信号に基づいて第１の原料または不活性ガスを供給する機能を有する。
【０６２９】
流量制御器３１８２ｂは、制御信号ならびに第２の原料、及び不活性ガスを供給され、制御信号に基づいて第２の原料または不活性ガスを供給する機能を有する。
【０６３０】
流量制御器３１８２ｃは、制御信号を供給され、制御信号に基づいて排気装置３１８５に接続する機能を有する。
【０６３１】
≪原料供給部≫
なお、原料供給部３１８１ａは、第１の原料を供給する機能を有し、流量制御器３１８２ａに接続されている。
【０６３２】
原料供給部３１８１ｂは、第２の原料を供給する機能を有し、流量制御器３１８２ｂに接続されている。
【０６３３】
気化器または加熱手段等を原料供給部に用いることができる。これにより、固体の原料や液体の原料から気体の原料を生成することができる。
【０６３４】
なお、原料供給部は２つに限定されず、３つ以上の原料供給部を有することができる。
【０６３５】
≪原料≫
さまざまな物質を第１の原料に用いることができる。例えば、揮発性の有機金属化合物、金属アルコキシド等を第１の原料に用いることができる。第１の原料と反応をするさまざまな物質を第２の原料に用いることができる。例えば、酸化反応に寄与する物質、還元反応に寄与する物質、付加反応に寄与する物質、分解反応に寄与する物質または加水分解反応に寄与する物質などを第２の原料に用いることができる。
【０６３６】
また、ラジカル等を用いることができる。例えば、原料をプラズマ源に供給し、プラズマ等を用いることができる。具体的には酸素ラジカル、窒素ラジカル等を用いることができる。
【０６３７】
ところで、第１の原料と組み合わせて用いる第２の原料は、室温に近い温度で反応する原料が好ましい。例えば、反応温度が室温以上２００℃以下好ましくは５０℃以上１５０℃以下である原料が好ましい。
【０６３８】
≪排気装置≫
排気装置３１８５は、排気する機能を有し、流量制御器３１８２ｃに接続されている。なお、排出される原料を捕捉するトラップを排出口３１８４と流量制御器３１８２ｃの間に有してもよい。ところで、除害設備を用いて排気されたガス等を除害する。
【０６３９】
≪制御部≫
制御部３１８２は、流量制御器を制御する制御信号または加熱機構を制御する制御信号等を供給する。例えば、第１のステップにおいて、第１の原料を加工基材の表面に供給する。そして、第２のステップにおいて、第１の原料と反応する第２の原料を供給する。これにより第１の原料は第２の原料と反応し、反応生成物が加工部材３０１０の表面に堆積することができる。
【０６４０】
なお、加工部材３０１０の表面に堆積させる反応生成物の量は、第１のステップと第２のステップを繰り返すことにより、制御することができる。
【０６４１】
なお、加工部材３０１０に供給される第１の原料の量は、加工部材３０１０の表面が吸着することができる量により制限される。例えば、第１の原料の単分子層が加工部材３０１０の表面に形成される条件を選択し、形成された第１の原料の単分子層に第２の原料を反応させることにより、極めて均一な第１の原料と第２の原料の反応生成物を含む層を形成することができる。
【０６４２】
その結果、入り組んだ構造を表面に有する加工部材３０１０の表面に、さまざまな材料を成膜することができる。例えば３ｎｍ以上２００ｎｍ以下の厚さを有する膜を、加工部材３０１０に形成することができる。
【０６４３】
例えば、加工部材３０１０の表面にピンホールと呼ばれる小さい穴等が形成されている場合、ピンホールの内部に回り込んで成膜材料を成膜し、ピンホールを埋めることができる。
【０６４４】
また、余剰の第１の原料または第２の原料を、排気装置３１８５を用いて成膜室３１８０から排出する。例えば、アルゴンまたは窒素などの不活性ガスを導入しながら排気してもよい。
【０６４５】
≪成膜室≫
成膜室３１８０は、第１の原料、第２の原料および不活性ガスを供給される導入口３１８３と、第１の原料、第２の原料および不活性ガスを排出する排出口３１８４とを有する。
【０６４６】
成膜室３１８０は、単数または複数の加工部材３０１０を支持する機能を有する支持部３１８６と、加工部材を加熱する機能を有する加熱機構３１８７と、加工部材３０１０の搬入および搬出をする領域を開閉する機能を有する扉３１８８と、を有する。
【０６４７】
例えば、抵抗加熱器または赤外線ランプ等を加熱機構３１８７に用いることができる。また、加熱機構３１８７は、例えば８０℃以上、１００℃以上または１５０℃以上に加熱する機能を有する。ところで、加熱機構３１８７は、例えば室温以上２００℃以下好ましくは５０℃以上１５０℃以下の温度になるように加工部材３０１０を加熱する。
【０６４８】
また、成膜室３１８０は、圧力調整器および圧力検知器を有していてもよい。
【０６４９】
≪支持部≫
支持部３１８６は、単数または複数の加工部材３０１０を支持する。これにより、一回の処理ごとに単数または複数の加工部材３０１０に例えば絶縁膜を形成できる。
【０６５０】
＜８−２．膜の一例＞
本実施の形態で説明する成膜装置３０００を用いて、作製することができる膜の一例について説明する。
【０６５１】
例えば、酸化物、窒化物、フッ化物、硫化物、三元化合物、金属またはポリマーを含む膜を形成することができる。
【０６５２】
例えば、酸化アルミニウム、酸化ハフニウム、アルミニウムシリケート、ハフニウムシリケート、酸化ランタン、酸化珪素、チタン酸ストロンチウム、酸化タンタル、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化ニオブ、酸化ジルコニウム、酸化スズ、酸化イットリウム、酸化セリウム、酸化スカンジウム、酸化エルビウム、酸化バナジウムまたは酸化インジウム等を含む材料を成膜することができる。
【０６５３】
例えば、窒化アルミニウム、窒化ハフニウム、窒化珪素、窒化タンタル、窒化チタン、窒化ニオブ、窒化モリブデン、窒化ジルコニウムまたは窒化ガリウム等を含む材料を成膜することができる。
【０６５４】
例えば、銅、白金、ルテニウム、タングステン、イリジウム、パラジウム、鉄、コバルトまたはニッケル等を含む材料を成膜することができる。
【０６５５】
例えば、硫化亜鉛、硫化ストロンチウム、硫化カルシウム、硫化鉛、フッ化カルシウム、フッ化ストロンチウムまたはフッ化亜鉛等を含む材料を成膜することができる。
【０６５６】
例えば、チタンおよびアルミニウムを含む窒化物、チタンおよびアルミニウムを含む酸化物、アルミニウムおよび亜鉛を含む酸化物、マンガンおよび亜鉛を含む硫化物、セリウムおよびストロンチウムを含む硫化物、エルビウムおよびアルミニウムを含む酸化物、イットリウムおよびジルコニウムを含む酸化物等を含む材料を成膜することができる。
【０６５７】
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。
【符号の説明】
【０６５８】
１００    トランジスタ
１００ａ    トランジスタ
１００ｂ    トランジスタ
１００ｃ    トランジスタ
１００ｄ    トランジスタ
１０２    基板
１０４    導電膜
１０６    絶縁膜
１０７    絶縁膜
１０８    酸化物半導体膜
１０８ａ    酸化物半導体膜
１０８ａ＿０    酸化物半導体膜
１０８ｂ    酸化物半導体膜
１０８ｂ＿０    酸化物半導体膜
１０８ｃ    酸化物半導体膜
１１２    導電膜
１１２ａ    導電膜
１１２ｂ    導電膜
１１４    絶縁膜
１１４ａ    絶縁膜
１１６    絶縁膜
１１６ａ    絶縁膜
１１８    絶縁膜
１２０    導電膜
１２０ａ    導電膜
１２０ｂ    導電膜
１４１ａ    開口部
１４１ｂ    開口部
１５０    トランジスタ
１５０ａ    トランジスタ
１５０ｂ    トランジスタ
１５０ｃ    トランジスタ
１５０ｄ    トランジスタ
１５２ａ    開口部
１５２ｂ    開口部
１５２ｃ    開口部
１６０ａ    トランジスタ
１６０ｂ    トランジスタ
１７０ａ    トランジスタ
１７０ｂ    トランジスタ
１８０ａ    トランジスタ
１８０ｂ    トランジスタ
１８０ｃ    トランジスタ
１８０ｄ    トランジスタ
１９１    ターゲット
１９２    プラズマ
１９３    ターゲット
１９４    プラズマ
４５０    表示部
４５１    ウィンドウ
４５２ａ    画像
４５２ｂ    画像
４５３    ボタン
４５５    ウィンドウ
４５６    文書情報
４５７    スクロールバー
５０１    画素回路
５０２    画素部
５０４    駆動回路部
５０４ａ    ゲートドライバ
５０４ｂ    ソースドライバ
５０６    保護回路
５０７    端子部
５５２    トランジスタ
５５４    トランジスタ
５６２    容量素子
５７２    発光素子
６００    基板
６０１    基板
６０４    容量配線
６０５    容量配線
６１３    配線
６１５    ゲート配線
６１６    配線
６１８    ドレイン電極
６２３    絶縁膜
６２４    画素電極
６２５    絶縁膜
６２６    画素電極
６２８    トランジスタ
６２９    トランジスタ
６３０    容量素子
６３１    容量素子
６３３    開口
６３６    着色膜
６４０    コモン電極
６４４    構造体
６４５    配向膜
６４６    スリット
６４７    スリット
６４８    配向膜
６５０    液晶層
６５１    液晶素子
６５２    液晶素子
７０２    基板
７０４    導電膜
７０６    絶縁膜
７０７    絶縁膜
７０８    酸化物半導体膜
７０８ｃ    酸化物半導体膜
７１２ａ    導電膜
７１２ｂ    導電膜
７１２ｃ    導電膜
７１４    絶縁膜
７１６    絶縁膜
７１８    絶縁膜
７２０    導電膜
７２２    絶縁膜
７２４ａ    導電膜
７２４ｂ    導電膜
７２６    構造体
７２８    ＥＬ層
７３０    導電膜
７５２ａ    開口部
７５２ｂ    開口部
７５２ｃ    開口部
８０８    酸化物半導体膜
８０８ｃ    酸化物半導体膜
８１１    基板
８１３    導電膜
８１５    絶縁膜
８１７    絶縁膜
８１９ａ    導電膜
８１９ｂ    導電膜
８１９ｃ    コモン電極
８２１ａ    導電膜
８２１ｂ    導電膜
８２３    絶縁膜
８２５    絶縁膜
８２７    絶縁膜
８２８    絶縁膜
８２９    コモン電極
８５１    液晶素子
８５２    トランジスタ
８５５    容量素子
８７０    画素
８７０ａ    画素
８７０ｂ    画素
８７０ｃ    画素
８７０ｄ    画素
８７０ｅ    画素
８７０ｆ    画素
８７１    画素部
８７４    ゲートドライバ
８７５    コモン線
８７６    ソースドライバ
８７７    走査線
８７９    信号線
８８０    液晶表示装置
２０００    タッチパネル
２００１    タッチパネル
２５０１    表示装置
２５０２ｔ    トランジスタ
２５０３ｃ    容量素子
２５０３ｔ    トランジスタ
２５０４    ゲートドライバ
２５０５    画素
２５０９    ＦＰＣ
２５１０    基板
２５１０ａ    絶縁層
２５１０ｂ    可撓性基板
２５１０ｃ    接着層
２５１１    配線
２５１９    端子
２５２１    絶縁層
２５２２    絶縁層
２５２８    隔壁
２５２９    液晶層
２５３０ａ    スペーサ
２５３０ｂ    スペーサ
２５３１    絶縁層
２５５０    ＥＬ素子
２５５１    液晶素子
２５６０    封止層
２５６７    着色層
２５６８    遮光層
２５６９    反射防止層
２５７０    基板
２５７０ａ    絶縁層
２５７０ｂ    可撓性基板
２５７０ｃ    接着層
２５８０    発光モジュール
２５９０    基板
２５９１    電極
２５９２    電極
２５９３    絶縁層
２５９４    配線
２５９５    タッチセンサ
２５９７    接着層
２５９８    配線
２５９９    接続層
２６０１    パルス電圧出力回路
２６０２    電流検出回路
２６０３    容量
２６１１    トランジスタ
２６１２    トランジスタ
２６１３    トランジスタ
２６２１    電極
２６２２    電極
３０００    成膜装置
３０１０    加工部材
３１８０    成膜室
３１８１ａ    原料供給部
３１８１ｂ    原料供給部
３１８２    制御部
３１８２ａ    流量制御器
３１８２ｂ    流量制御器
３１８２ｃ    流量制御器
３１８２ｈ    加熱機構
３１８３    導入口
３１８４    排出口
３１８５    排気装置
３１８６    支持部
３１８７    加熱機構
３１８８    扉
５１００    ペレット
５１２０    基板
５１６１    領域
５２００    ペレット
５２０１    イオン
５２０２    横成長部
５２０３    粒子
５２２０    基板
５２３０    ターゲット
５２４０    プラズマ
５２６０    加熱機構
８０００    表示モジュール
８００１    上部カバー
８００２    下部カバー
８００３    ＦＰＣ
８００４    タッチセンサ
８００５    ＦＰＣ
８００６    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
９０００    筐体
９００１    表示部
９００３    スピーカ
９００５    操作キー
９００６    接続端子
９００７    センサ
９００８    マイクロフォン
９０５０    操作ボタン
９０５１    情報
９０５２    情報
９０５３    情報
９０５４    情報
９０５５    ヒンジ
９１００    携帯情報端末
９１０１    携帯情報端末
９１０２    携帯情報端末
９２００    携帯情報端末
９２０１    携帯情報端末
９５００    表示装置
９５０１    表示パネル
９５０２    表示領域
９５０３    領域
９５１１    軸部
９５１２    軸受部
【図１】
0006749115.tif 000004
【図２】
0006749115.tif 000005
【図３】
0006749115.tif 000006
【図４】
0006749115.tif 000007
【図５】
0006749115.tif 000008
【図６】
0006749115.tif 000009
【図７】
0006749115.tif 000010
【図８】
0006749115.tif 000011
【図９】
0006749115.tif 000012
【図１０】
0006749115.tif 000013
【図１１】
0006749115.tif 000014
【図１２】
0006749115.tif 000015
【図１３】
0006749115.tif 000016
【図１４】
0006749115.tif 000017
【図１５】
0006749115.tif 000018
【図１６】
0006749115.tif 000019
【図１７】
0006749115.tif 000020
【図１８】
0006749115.tif 000021
【図１９】
0006749115.tif 000022
【図２０】
0006749115.tif 000023
【図２１】
0006749115.tif 000024
【図２２】
0006749115.tif 000025
【図２３】
0006749115.tif 000026
【図２４】
0006749115.tif 000027
【図２５】
0006749115.tif 000028
【図２６】
0006749115.tif 000029
【図２７】
0006749115.tif 000030
【図２８】
0006749115.tif 000031
【図２９】
0006749115.tif 000032
【図３０】
0006749115.tif 000033
【図３１】
0006749115.tif 000034
【図３２】
0006749115.tif 000035
【図３３】
0006749115.tif 000036
【図３４】
0006749115.tif 000037
【図３５】
0006749115.tif 000038
【図３６】
0006749115.tif 000039
【図３７】
0006749115.tif 000040
【図３８】
0006749115.tif 000041
【図３９】
0006749115.tif 000042
【図４０】
0006749115.tif 000043
【図４１】
0006749115.tif 000044
【図４２】
0006749115.tif 000045
【図４３】
0006749115.tif 000046
【図４４】
0006749115.tif 000047
【図４５】
0006749115.tif 000048
【図４６】
0006749115.tif 000049
【図４７】
0006749115.tif 000050
【図４８】
0006749115.tif 000051
【図４９】
0006749115.tif 000052
【図５０】
0006749115.tif 000053
【図５１】
0006749115.tif 000054
【図５２】
0006749115.tif 000055
【図５３】
0006749115.tif 000056
【図５４】
0006749115.tif 000057
【図５５】
0006749115.tif 000058
【図５６】
0006749115.tif 000059
【図５７】
0006749115.tif 000060
【図５８】
0006749115.tif 000061
【図５９】
0006749115.tif 000062
【図６０】
0006749115.tif 000063
【図６１】
0006749115.tif 000064
【図６２】
0006749115.tif 000065
【図６３】
0006749115.tif 000066