(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
トランジスタと、
第１の絶縁膜と、
一対の電極間に第２の絶縁膜を含む容量素子と、を有する半導体装置であって、
前記トランジスタは、
ゲート電極と、
前記ゲート電極に接して設けられたゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜に接して設けられ、前記ゲート電極と重畳する位置に設けられた第１の酸化物半導体膜と、
前記第１の酸化物半導体膜に電気的に接続されたソース電極及びドレイン電極と、を有し、
前記容量素子の一対の電極の一方は、第２の酸化物半導体膜を含み、
前記第１の絶縁膜は、前記第１の酸化物半導体膜上に設けられ、
前記第２の絶縁膜は、前記第２の酸化物半導体膜が前記第１の絶縁膜と前記第２の絶縁膜とによって挟持されるように、前記第２の酸化物半導体膜上に設けられる、半導体装置。
【請求項２】
請求項１において、
導電膜を有し、
前記容量素子の一対の電極の他方は前記導電膜を含む、半導体装置。
【請求項３】
請求項１又は２において、
前記トランジスタは、
前記第１の絶縁膜と、
前記第１の酸化物半導体膜と重畳する位置に設けられた前記第２の酸化物半導体膜と、を有する、半導体装置。
【請求項４】
請求項２において、
前記トランジスタは、
前記第１の絶縁膜と、
前記第２の絶縁膜と、
前記第１の酸化物半導体膜と重畳する位置に設けられた前記導電膜と、を有する、半導体装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか一において、
前記容量素子は、可視光において透光性を有する、半導体装置。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか一において、
前記第１の酸化物半導体膜及び前記第２の酸化物半導体膜の各々は、
Ｉｎ、Ｍ、及びＺｎ酸化物（ＭはＡｌ、Ｔｉ、Ｇａ、Ｙ、Ｚｒ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｎｄ、Ｓｎ、又はＨｆ）である、半導体装置。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか一つに記載の半導体装置と、
液晶素子と、を有する表示装置。
【請求項８】
請求項１乃至６のいずれか一つに記載の半導体装置と、
スイッチ、スピーカ、表示部または筐体と、を有する電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の一態様は、半導体装置、表示装置及び該表示装置を用いた電子機器に関する。または、本発明の一態様は、物、方法、又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、又は組成物（コンポジション・オブ・マター）に関する。本発明の一態様は、半導体装置、表示装置、電子機器、それらの作製方法、又はそれらの駆動方法に関する。とくに、本発明の一態様は、例えば、トランジスタ及び容量素子を有する半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶表示装置や発光表示装置に代表されるフラットパネルディスプレイの多くに用いられているトランジスタは、ガラス基板上に形成されたアモルファスシリコン、単結晶シリコン又は多結晶シリコンなどのシリコン半導体によって構成されている。また、該シリコン半導体を用いたトランジスタは、集積回路（ＩＣ）などにも利用されている。
【０００３】
近年、シリコン半導体に代わって、半導体特性を示す金属酸化物をトランジスタに用いる技術が注目されている。なお、本明細書中では、半導体特性を示す金属酸化物を酸化物半導体とよぶことにする。例えば、酸化物半導体として、酸化亜鉛、またはＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物を用いたトランジスタを作製し、該トランジスタを表示装置の画素のスイッチング素子などに用いる技術が開示されている（特許文献１及び特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−１２３８６１号公報
【特許文献２】特開２００７−９６０５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の一態様は、導電性を有する酸化物半導体膜を備えた半導体装置を提供することを課題の一とする。または、本発明の一態様は、開口率を高めつつ容量値を増大させた半導体装置を提供することを課題の一とする。または、本発明の一態様は、製造コストが低い半導体装置を提供することを課題の一とする。または、本発明の一態様は、新規な半導体装置などを提供することを課題の一とする。
【０００６】
なお、これらの課題の記載は、他の課題の存在を妨げるものではない。なお、本発明の一態様は、これらの課題の全てを解決する必要はないものとする。なお、これら以外の課題は、明細書、図面、請求項などの記載から、自ずと明らかとなるものであり、明細書、図面、請求項などの記載から、これら以外の課題を抽出することが可能である。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様は、トランジスタと、第１の絶縁膜と、一対の電極間に第２の絶縁膜を含む容量素子とを有する半導体装置であって、トランジスタは、ゲート電極と、ゲート電極に接して設けられたゲート絶縁膜と、ゲート絶縁膜に接して設けられ、ゲート電極と重畳する位置に設けられた第１の酸化物半導体膜と、第１の酸化物半導体膜に電気的に接続されたソース電極及びドレイン電極と、を有し、容量素子の一対の電極の一方が、第２の酸化物半導体膜を含み、第１の絶縁膜は、第１の酸化物半導体膜上に設けられ、第２の絶縁膜は、第２の酸化物半導体膜が第１の絶縁膜と第２の絶縁膜とによって挟持されるように、第２の酸化物半導体膜上に設けられることを特徴とする、半導体装置である。
【０００８】
また、導電膜を有し、容量素子の一対の電極の他方が導電膜を含む、上記の半導体装置も本発明の一態様である。
【０００９】
また、トランジスタが第１の絶縁膜と、第１の酸化物半導体膜と重畳する位置に設けられた第２の酸化物半導体膜とを有する、上記の半導体装置も本発明の一態様である。
【００１０】
また、トランジスタが第１の絶縁膜と、第２の絶縁膜と、第１の酸化物半導体膜と重畳する位置に設けられた導電膜を有する、上記の半導体装置も本発明の一態様である。
【００１１】
また、本発明の一態様の半導体装置は、容量素子が可視光において透光性を有する、上記の半導体装置である。
【００１２】
また、上記の半導体装置において、第１の酸化物半導体膜及び第２の酸化物半導体膜がＩｎ−Ｍ−Ｚｎ酸化物（ＭはＡｌ、Ｔｉ、Ｇａ、Ｙ、Ｚｒ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｎｄ、ＳｎまたはＨｆを表す）であることが好ましい。
【００１３】
また、上記の半導体装置において、第１の絶縁膜が酸素を含み、第２の絶縁膜が水素を含むことが好ましい。
【００１４】
また、上記の半導体装置と、液晶素子とを有する表示装置も、本発明の一態様である。
【００１５】
また、上記の半導体装置と、スイッチ、スピーカ、表示部または筐体と、を有する電子機器も、本発明の一態様である。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の一態様により、導電性を有する酸化物半導体膜を備えた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、開口率を高めつつ容量値を増大させた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、製造コストが低い半導体装置を提供することができる。また本発明の一態様により、新規な半導体装置などを提供することができる。
【００１７】
なお、これらの効果の記載は、他の効果の存在を妨げるものではない。なお、本発明の一態様は、必ずしも、これらの効果の全てを有する必要はない。なお、これら以外の効果は、明細書、図面、請求項などの記載から、自ずと明らかとなるものであり、明細書、図面、請求項などの記載から、これら以外の効果を抽出することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】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断面図。
【図３】半導体装置の作製方法の一態様を示す断面図。
【図４】半導体装置の作製方法の一態様を示す断面図。
【図５】半導体装置の作製方法の一態様を示す断面図。
【図６】半導体装置の作製方法の一態様を示す断面図。
【図７】半導体装置の一態様を示す上面図及び断面図。
【図８】半導体装置の作製方法の一態様を示す断面図。
【図９】半導体装置の作製方法の一態様を示す断面図。
【図１０】半導体装置の一態様を示す上面図及び断面図。
【図１１】半導体装置の作製方法の一態様を示す断面図。
【図１２】半導体装置の作製方法の一態様を示す断面図。
【図１３】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１４】ＣＡＡＣ−ＯＳの平面におけるＣｓ補正高分解能ＴＥＭ像。
【図１５】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１６】ＣＡＡＣ−ＯＳの電子回折パターンを示す図。
【図１７】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１８】ＣＡＡＣ−ＯＳの成膜方法を説明する図。
【図１９】ＩｎＭＺｎＯ４の結晶を説明する図。
【図２０】ＣＡＡＣ−ＯＳの成膜方法を説明する図。
【図２１】トランジスタの一例を示す上面図及び断面図。
【図２２】トランジスタの一例を示す断面図。
【図２３】バンド構造を説明する図。
【図２４】トランジスタの一例を示す断面図。
【図２５】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２６】画素の一形態を示す上面図。
【図２７】画素の一形態を示す断面図。
【図２８】画素の一形態を示す断面図。
【図２９】画素の一形態を示す上面図。
【図３０】画素の一形態を示す断面図。
【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上面図。
【図３３】画素の一形態を示す断面図。
【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上面図。
【図３６】画素の一形態を示す断面図。
【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回路図及び上面図。
【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回路図。
【図４６】表示装置の一形態を示す上面図。
【図４７】表示装置の一形態を示す断面図。
【図４８】表示装置の表示を説明するための図。
【図４９】表示装置の表示を説明するための図。
【図５０】表示装置への表示方法の例を説明する図。
【図５１】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５２】表示モジュールを説明する図。
【図５３】電子機器を説明する図。
【図５４】実施例に係る表示装置の輝度の変化を説明する図。
【図５５】実施例に係る視覚刺激の変化を説明する図。
【図５６】実施例に係る被験者の臨界融合周波数の変化を説明する図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下では、本発明の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。但し、本発明の一態様は以下の説明に限定されず、本発明の主旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細を様々に変更し得ることは、当業者であれば容易に理解される。従って、本発明の一態様は、以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。また、以下に説明する実施の形態において、同一部分または同様の機能を有する部分には、同一の符号または同一のハッチパターンを異なる図面間で共通して用い、その繰り返しの説明は省略する。
【００２０】
なお、本明細書で説明する各図において、各構成の大きさ、膜の厚さ、又は領域は、明瞭化のために誇張されている場合がある。よって、必ずしもそのスケールに限定されない。
【００２１】
また、本明細書等において用いる第１、第２等の序数詞は、構成要素の混合を避けるために付したものであり、数的に限定するものではない。そのため、例えば、「第１の」を「第２の」または「第３の」などと適宜置き換えて説明することができる。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
なお、トランジスタの「ソース」や「ドレイン」の機能は、異なる極性のトランジスタを採用する場合や、回路動作において電流の方向が変化する場合などには入れ替わることがある。このため、本明細書においては、「ソース」や「ドレイン」の用語は、入れ替えて用いることができるものとする。
【００２６】
なお、本明細書等においてパターニングとは、フォトリソグラフィ工程を用いるものとする。ただし、パターニングは、フォトリソグラフィ工程に限定されず、フォトリソグラフィ工程以外の工程を用いることもできる。また、フォトリソグラフィ工程で形成したマスクはエッチング処理後除去するものとする。
【００２７】
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％以下の濃度範囲で含まれるものをいう。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ものをいう。
【００２８】
（実施の形態１）
本実施の形態では、本発明の一態様の半導体装置について、図１乃至図１２を用いて説明する。
【００２９】
＜半導体装置の構成例＞
図１（Ａ）は、本発明の一態様の半導体装置の上面図であり、図１（Ｂ）は、図１（Ａ）の一点鎖線Ａ−Ｂ間、一点鎖線Ｃ−Ｄ間、及び一点鎖線Ｅ−Ｆ間の各切断線に対応する断面図に相当する。なお、図１（Ａ）において、煩雑になることを避けるため、半導体装置の構成要素の一部（ゲート絶縁膜等）を省略して図示している。なお、トランジスタの上面図においては、以降の図面においても図１（Ａ）と同様に、構成要素の一部を省略して図示する場合がある。
【００３０】
図１（Ａ）の一点鎖線Ａ−Ｂはトランジスタ１５０のチャネル長方向を示している。また一点鎖線Ｅ−Ｆはトランジスタ１５０のチャネル幅方向を示している。なお、本明細書においてトランジスタのチャネル長方向とは、ソース（ソース領域またはソース電極）及びドレイン（ドレイン領域またはドレイン電極）間において、キャリアが移動する方向を意味し、チャネル幅方向は、基板と水平な面内において、チャネル長方向に対して垂直の方向を意味する。
【００３１】
図１（Ａ）、（Ｂ）に示す半導体装置は、第１の酸化物半導体膜１１０を含むトランジスタ１５０と、一対の電極間に絶縁膜を含む容量素子１６０と、を有する。なお、容量素子１６０において、一対の電極の一方が第２の酸化物半導体膜１１１であり、一対の電極の他方が導電膜１２０である。
【００３２】
トランジスタ１５０は、基板１０２上のゲート電極１０４と、ゲート電極１０４上のゲート絶縁膜として機能する絶縁膜１０８と、絶縁膜１０８上のゲート電極１０４と重畳する位置の第１の酸化物半導体膜１１０と、第１の酸化物半導体膜１１０上のソース電極１１２ａ及びドレイン電極１１２ｂとを有する。別言すると、トランジスタ１５０は、第１の酸化物半導体膜１１０と、第１の酸化物半導体膜１１０に接して設けられたゲート絶縁膜として機能する絶縁膜１０８と、絶縁膜１０８に接して設けられ、第１の酸化物半導体膜１１０と重畳する位置に設けられたゲート電極１０４と、第１の酸化物半導体膜１１０と電気的に接続されたソース電極１１２ａ及びドレイン電極１１２ｂとを有する。なお、図１（Ａ）、（Ｂ）に示すトランジスタ１５０は、所謂ボトムゲート構造である。
【００３３】
また、トランジスタ１５０上、より詳しくは、第１の酸化物半導体膜１１０、ソース電極１１２ａ及びドレイン電極１１２ｂ上に絶縁膜１１４、１１６、１１８が形成されている。絶縁膜１１４、１１６、１１８は、トランジスタ１５０の保護絶縁膜としての機能を有する。また、絶縁膜１１４、１１６、１１８には、ドレイン電極１１２ｂに達する開口１４２が形成されており、開口１４２を覆うように絶縁膜１１８上に導電膜１２０が形成されている。導電膜１２０は、例えば、画素電極としての機能を有する。
【００３４】
容量素子１６０は、絶縁膜１１６上の一対の電極の一方の電極としての機能を有する第２の酸化物半導体膜１１１と、第２の酸化物半導体膜１１１上の誘電体膜として機能する絶縁膜１１８と、絶縁膜１１８を介して第２の酸化物半導体膜１１１と重畳する位置に設けられた一対の電極の他方の電極としての機能を有する導電膜１２０と、を有する。すなわち、導電膜１２０は画素電極としての機能と容量素子の電極としての機能を有する。
【００３５】
なお、第１の酸化物半導体膜１１０は、トランジスタ１５０のチャネル領域として機能する領域を有する。また、第２の酸化物半導体膜１１１は、容量素子１６０の一対の電極の一方の電極として機能する。よって、第１の酸化物半導体膜１１０よりも第２の酸化物半導体膜１１１の方が抵抗率が低い。また、第１の酸化物半導体膜１１０と第２の酸化物半導体膜１１１は、同一の金属元素を有すると好ましい。第１の酸化物半導体膜１１０と第２の酸化物半導体膜１１１を同一の金属元素を有する構成とすることで、製造装置（例えば、成膜装置、加工装置等）を共通に用いることが可能となるため、製造コストを抑制することができる。
【００３６】
また、第２の酸化物半導体膜１１１に、別途金属膜等で形成される配線等を接続してもよい。例えば、図１に示す半導体装置を表示装置の画素部のトランジスタ及び容量素子に用いる場合、引き回し配線、またはゲート配線等を金属膜で形成し、該金属膜に第２の酸化物半導体膜１１１を接続させる構成を用いてもよい。引き回し配線、またはゲート配線等を金属膜で形成することによって、配線抵抗を下げることが可能となるため、信号遅延等を抑制することができる。
【００３７】
また、容量素子１６０は、透光性を有する。すなわち、容量素子１６０が有する、第２の酸化物半導体膜１１１、導電膜１２０、及び絶縁膜１１８は、それぞれ透光性を有する材料により構成される。このように、容量素子１６０が透光性を有することで、画素内のトランジスタが形成される箇所以外の領域に大きく（大面積に）形成することができるため、開口率を高めつつ容量値を増大させた半導体装置を得ることができる。この結果、表示品位の優れた半導体装置を得ることができる。
【００３８】
なお、トランジスタ１５０上に設けられかつ容量素子１６０に用いられる絶縁膜１１８としては、少なくとも水素を含む絶縁膜を用いる。また、トランジスタ１５０に用いる絶縁膜１０７、並びにトランジスタ１５０上に設けられる絶縁膜１１４、１１６としては、少なくとも酸素を含む絶縁膜を用いる。このように、トランジスタ１５０上及び容量素子１６０に用いる絶縁膜、並びにトランジスタ１５０上及び容量素子１６０の下に用いる絶縁膜を、上述の構成の絶縁膜とすることによって、トランジスタ１５０が有する第１の酸化物半導体膜１１０及び容量素子１６０が有する第２の酸化物半導体膜１１１の抵抗率を制御することができる。
【００３９】
また、容量素子１６０に用いる絶縁膜、並びにトランジスタ１５０及び容量素子１６０上に用いる絶縁膜を、以下の構成とすることによって、導電膜１２０の平坦性を高めることができる。具体的には、絶縁膜１１４、１１６は第１の酸化物半導体膜１１０上に設けられ、絶縁膜１１８は、第２の酸化物半導体膜１１１が絶縁膜１１６と絶縁膜１１８とによって挟持されるように第２の酸化物半導体膜１１１上に設けられる。このような構成とすることで、第２の酸化物半導体膜１１１と重なる位置の絶縁膜１１４、１１６に開口を設けずに第２の酸化物半導体膜１１１の抵抗率を制御することができるため、導電膜１２０の平坦性を高めることができる。よって、このような構成とすることで、例えば図１に示す半導体装置を液晶表示装置の画素部のトランジスタ及び容量素子に用いる場合、導電膜１２０上に形成される液晶の配向性を良好なものとすることができる。
【００４０】
なお、導電膜１２０と同時に成膜し、同時にエッチングして、同時に形成した導電膜１２０ａをトランジスタのチャネル領域と重なるように設けてもよい。その場合の例を、図２（Ａ）に示す。導電膜１２０ａは、一例としては、導電膜１２０と同時に成膜し、同時にエッチングして、同時に形成するため、同じ材料を有している。そのため、プロセス工程の増加を抑制することができる。ただし、本発明の実施形態の一態様は、これに限定されない。導電膜１２０ａは、導電膜１２０とは異なる工程で形成してもよい。導電膜１２０ａは、トランジスタのチャネル領域と重なる領域を有している。したがって、導電膜１２０ａは、トランジスタの第２のゲート電極としての機能を有している。そのため、導電膜１２０ａは、ゲート電極１０４と接続されていてもよい。または、導電膜１２０ａは、ゲート電極１０４と接続されずに、ゲート電極１０４とは異なる信号や異なる電位が供給されていてもよい。このような構成とすることで、トランジスタ１５０の電流駆動能力をさらに向上させることができる。このとき、第２のゲート電極に対するゲート絶縁膜は、絶縁膜１１４、１１６、１１８となる。
【００４１】
また、第２の酸化物半導体膜１１１と同時に成膜し、同時にエッチングして、同時に形成した第２の酸化物半導体膜１１１ａをトランジスタのチャネル領域と重なるように設けてもよい。その場合の例を、図２（Ｂ）に示す。第２の酸化物半導体膜１１１ａは、一例としては、第２の酸化物半導体膜１１１と同時に成膜し、同時にエッチングして、同時に形成するため、同じ材料を有している。そのため、プロセス工程の増加を抑制することができる。ただし、本発明の実施形態の一態様は、これに限定されない。第２の酸化物半導体膜１１１ａは、第２の酸化物半導体膜１１１とは異なる工程で形成してもよい。第２の酸化物半導体膜１１１ａは、トランジスタ１５０のチャネル領域となる第１の酸化物半導体膜１１０と重なる領域を有している。したがって、第２の酸化物半導体膜１１１ａは、トランジスタ１５０の第２のゲート電極としての機能を有している。そのため、第２の酸化物半導体膜１１１ａは、ゲート電極１０４と接続されていてもよい。または、第２の酸化物半導体膜１１１ａは、ゲート電極１０４と接続されずに、ゲート電極１０４とは異なる信号や異なる電位が供給されていてもよい。このような構成とすることで、第２のゲート電極に対するゲート絶縁膜が絶縁膜１１４、１１６となるため、このような構成とすることで、トランジスタ１５０の電流駆動能力を図２（Ａ）に示すトランジスタと比較してさらに向上させることができる。
【００４２】
なお、トランジスタ１５０において、第１の酸化物半導体膜１１０は、チャネル領域として用いるため、第２の酸化物半導体膜１１１と比較して抵抗率が高い。一方で、第２の酸化物半導体膜１１１は電極としての機能を有するため、第１の酸化物半導体膜１１０と比較して抵抗率が低い。
【００４３】
ここで、第１の酸化物半導体膜１１０及び第２の酸化物半導体膜１１１の抵抗率の制御方法について、以下説明を行う。
【００４４】
＜酸化物半導体膜の抵抗率の制御方法＞
第１の酸化物半導体膜１１０及び第２の酸化物半導体膜１１１に用いることのできる酸化物半導体膜は、膜中の酸素欠損及び／又は膜中の水素、水等の不純物濃度によって、抵抗率を制御することができる半導体材料である。そのため、第１の酸化物半導体膜１１０及び第２の酸化物半導体膜１１１へ酸素欠損及び／又は不純物濃度が増加する処理、または酸素欠損及び／又は不純物濃度が低減する処理を選択することによって、それぞれの酸化物半導体膜の抵抗率を制御することができる。
【００４５】
具体的には、容量素子１６０の電極として機能する第２の酸化物半導体膜１１１に用いる酸化物半導体膜にプラズマ処理を行い、該酸化物半導体膜の膜中の酸素欠損を増加させる、および／または酸化物半導体膜の膜中の水素、水等の不純物を増加させることによって、キャリア密度が高く、抵抗率が低い酸化物半導体膜とすることができる。また、酸化物半導体膜に水素を含む絶縁膜を接して形成し、該水素を含む絶縁膜、例えば絶縁膜１１８から酸化物半導体膜に水素を拡散させることによって、キャリア密度が高く、抵抗率が低い酸化物半導体膜とすることができる。第２の酸化物半導体膜１１１は、上記のように膜中の酸素欠損を増加させる、または水素を拡散させる工程の前においては半導体としての機能を有し、該工程の後においては、導電体としての機能を有する。
【００４６】
上記のプラズマ処理としては、例えば、代表的には、希ガス（Ｈｅ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅ）、水素、及び窒素の中から選ばれた一種以上を含むガスを用いたプラズマ処理が挙げられる。より具体的には、Ａｒ雰囲気下でのプラズマ処理、Ａｒと水素の混合ガス雰囲気下でのプラズマ処理、アンモニア雰囲気下でのプラズマ処理、Ａｒとアンモニアの混合ガス雰囲気下でのプラズマ処理、または窒素雰囲気下でのプラズマ処理などが挙げられる。上記のプラズマ処理によって、酸化物半導体膜は、酸素が脱離した格子（または酸素が脱離した部分）に酸素欠損を形成する。該酸素欠損は、キャリアを発生する要因になる場合がある。また、酸化物半導体膜の近傍、より具体的には、酸化物半導体膜の下側または上側に接する絶縁膜から水素が供給されると、上記酸素欠損と水素が結合することで、キャリアである電子を生成する場合がある。
【００４７】
また、絶縁膜１１８として、例えば、水素を含む絶縁膜、別言すると水素を放出することが可能な絶縁膜、代表的には窒化シリコン膜を用いることで、第２の酸化物半導体膜１１１に水素を供給することができる。水素を放出することが可能な絶縁膜としては、膜中の含有水素濃度が１×１０２２ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上であると好ましい。このような絶縁膜を第２の酸化物半導体膜１１１に接して形成することで、第２の酸化物半導体膜１１１に効果的に水素を含有させることができる。
【００４８】
酸化物半導体膜に含まれる水素は、金属原子と結合する酸素と反応して水になると共に、酸素が脱離した格子（または酸素が脱離した部分）に酸素欠損を形成する。該酸素欠損に水素が入ることで、キャリアである電子が生成される場合がある。また、水素の一部が金属原子と結合する酸素と結合することで、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絶縁膜と接して設けられた第２の酸化物半導体膜１１１は、第１の酸化物半導体膜１１０よりもキャリア密度の高い酸化物半導体膜となる。
【００４９】
なお、抵抗率が低い酸化物半導体膜を得るために、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インプランテーション法などを用いて、水素、ボロン、リン、または窒素を酸化物半導体膜に注入してもよい。
【００５０】
一方、トランジスタ１５０のチャネル領域として機能する第１の酸化物半導体膜１１０は、絶縁膜１０７、１１４、１１６を設けることによって、水素を含む絶縁膜１０６、１１８と接しない構成とする。絶縁膜１０７、１１４、１１６の少なくとも一つに酸素を含む絶縁膜、別言すると、酸素を放出することが可能な絶縁膜を適用することで、第１の酸化物半導体膜１１０に酸素を供給することができる。酸素が供給された第１の酸化物半導体膜１１０は、膜中または界面の酸素欠損が補填され抵抗率が高い酸化物半導体膜となる。なお、酸素を放出することが可能な絶縁膜としては、例えば、酸化シリコン膜、または酸化窒化シリコン膜を用いることができる。
【００５１】
このように、第１の酸化物半導体膜１１０及び第２の酸化物半導体膜１１１に接する絶縁膜の構成を変えることによって、酸化物半導体膜の抵抗率を制御することができる。なお、絶縁膜１０６として、絶縁膜１１８と同様の材料を用いてもよい。絶縁膜１０６として窒化シリコンを用いることで、絶縁膜１０７から放出される酸素がゲート電極１０４に供給され、酸化されることを抑制できる。
【００５２】
酸素欠損が補填され、水素濃度が低減された酸化物半導体膜は、高純度真性化、又は実質的に高純度真性化された酸化物半導体膜といえる。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個／ｃｍ３未満、好ましくは１×１０１１／ｃｍ３未満、さらに好ましくは１×１０１０個／ｃｍ３未満であり、１×１０−９個／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。
【００５３】
また、高純度真性または実質的に高純度真性である酸化物半導体膜は、オフ電流が著しく小さく、チャネル幅が１×１０６μｍでチャネル長が１０μｍの素子であっても、ソース電極とドレイン電極間の電圧（ドレイン電圧）が１Ｖから１０Ｖの範囲において、オフ電流が、半導体パラメータアナライザの測定限界以下、すなわち１×１０−１３Ａ以下という特性を得ることができる。したがって、上述し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る第１の酸化物半導体膜１１０をチャネル領域に用いるトランジスタ１５０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。
【００５４】
トランジスタ１５０のチャネル領域が形成される第１の酸化物半導体膜１１０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、第１の酸化物半導体膜１１０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以下、好ましくは１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、より好ましくは５×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、さらに好ましくは１×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下とする。
【００５５】
一方、容量素子１６０の電極として機能する第２の酸化物半導体膜１１１は、第１の酸化物半導体膜１１０よりも水素濃度及び／又は酸素欠損量が多く、抵抗率が低い酸化物半導体膜である。第２の酸化物半導体膜１１１に含まれる水素濃度は、８×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上、好ましくは１×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上、より好ましくは５×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上である。また、第１の酸化物半導体膜１１０と比較して、第２の酸化物半導体膜１１１に含まれる水素濃度は２倍以上、好ましくは１０倍以上である。また、第２の酸化物半導体膜１１１の抵抗率が、第１の酸化物半導体膜１１０の抵抗率の１×１０−８倍以上１×１０−１倍未満であることが好ましく、代表的には１×１０−３Ωｃｍ以上１×１０４Ωｃｍ未満、さらに好ましくは、抵抗率が１×１０−３Ωｃｍ以上１×１０−１Ωｃｍ未満であるとよい。
【００５６】
ここで、図１（Ａ）及び図１（Ｂ）に示す半導体装置のその他の構成要素の詳細について、以下説明を行う。
【００５７】
＜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。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。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１５０、容量素子１６０等を形成してもよい。
【００５８】
これらの他にも、基板１０２として、様々な基板を用いて、トランジスタを形成することが出来る。基板の種類は、特定のものに限定されることはない。その基板の一例としては、プラスチック基板、金属基板、ステンレス・スチル基板、ステンレス・スチル・ホイルを有する基板、タングステン基板、タングステン・ホイルを有する基板、可撓性基板、貼り合わせフィルム、繊維状の材料を含む紙、又は基材フィルムなどがある。ガラス基板の一例としては、バリウムホウケイ酸ガラス、アルミノホウケイ酸ガラス、又はソーダライムガラスなどがある。可撓性基板の一例としては、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）に代表されるプラスチック、又はアクリル等の可撓性を有する合成樹脂などがある。貼り合わせフィルムの一例としては、ポリプロピレン、ポリエステル、ポリフッ化ビニル、又はポリ塩化ビニルなどがある。基材フィルムの一例としては、ポリエステル、ポリアミド、ポリイミド、無機蒸着フィルム、又は紙類などがある。特に、半導体基板、単結晶基板、又はＳＯＩ基板などを用いてトランジスタを製造することによって、特性、サイズ、又は形状などのばらつきが少なく、電流能力が高く、サイズの小さいトランジスタを製造することができる。このようなトランジスタによって回路を構成すると、回路の低消費電力化、又は回路の高集積化を図ることができる。
【００５９】
なお、ある基板を用いてトランジスタを形成し、その後、別の基板にトランジスタを転置することで別の基板上にトランジスタを配置してもよい。トランジスタが転置される基板の一例としては、上述したトランジスタを形成することが可能な基板に加え、紙基板、セロファン基板、石材基板、木材基板、布基板（天然繊維（絹、綿、麻）、合成繊維（ナイロン、ポリウレタン、ポリエステル）若しくは再生繊維（アセテート、キュプラ、レーヨン、再生ポリエステル）などを含む）、皮革基板、又はゴム基板などがある。これらの基板を用いることにより、特性のよいトランジスタの形成、消費電力の小さいトランジスタの形成、壊れにくい装置の製造、耐熱性の付与、軽量化、又は薄型化を図ることができる。
【００６０】
＜第１の酸化物半導体膜及び第２の酸化物半導体膜＞
第１の酸化物半導体膜１１０及び第２の酸化物半導体膜１１１は、少なくともインジウム（Ｉｎ）、亜鉛（Ｚｎ）及びＭ（Ａｌ、Ｔｉ、Ｇａ、Ｙ、Ｚｒ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｎｄ、ＳｎまたはＨｆ等の金属）を含むＩｎ−Ｍ−Ｚｎ酸化物で表記される膜を含むことが好ましい。また、該酸化物半導体を用いたトランジスタの電気特性のばらつきを減らすため、それらと共に、スタビライザーを含むことが好ましい。
【００６１】
スタビライザーとしては、上記Ｍで記載の金属を含め、例えば、ガリウム（Ｇａ）、スズ（Ｓｎ）、ハフニウム（Ｈｆ）、アルミニウム（Ａｌ）、またはジルコニウム（Ｚｒ）等がある。また、他のスタビライザーとしては、ランタノイドである、ランタン（Ｌａ）、セリウム（Ｃｅ）、プラセオジム（Ｐｒ）、ネオジム（Ｎｄ）、サマリウム（Ｓｍ）、ユウロピウム（Ｅｕ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、テルビウム（Ｔｂ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）、ホルミウム（Ｈｏ）、エルビウム（Ｅｒ）、ツリウム（Ｔｍ）、イッテルビウム（Ｙｂ）、ルテチウム（Ｌｕ）等がある。
【００６２】
第１の酸化物半導体膜１１０及び第２の酸化物半導体膜１１１を構成する酸化物半導体として、例えば、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ａｌ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｈｆ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｌａ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｃｅ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｐｒ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｎｄ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｓｍ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｅｕ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｇｄ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｔｂ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｄｙ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｈｏ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｅｒ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｔｍ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｙｂ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｌｕ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｈｆ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ａｌ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｓｎ−Ａｌ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｈｆ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｈｆ−Ａｌ−Ｚｎ系酸化物を用いることができる。
【００６３】
なお、ここで、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物とは、ＩｎとＧａとＺｎを主成分として有する酸化物という意味であり、ＩｎとＧａとＺｎの比率は問わない。また、ＩｎとＧａとＺｎ以外の金属元素が入っていてもよい。
【００６４】
また、第１の酸化物半導体膜１１０と、第２の酸化物半導体膜１１１は、上記酸化物のうち、同一の金属元素を有していてもよい。第１の酸化物半導体膜１１０と、第２の酸化物半導体膜１１１を同一の金属元素とすることで、製造コストを低減させることができる。例えば、同一の金属組成の金属酸化物ターゲットを用いることで製造コストを低減させることができる。また同一の金属組成の金属酸化物ターゲットを用いることによって、酸化物半導体膜を加工する際のエッチングガスまたはエッチング液を共通して用いることができる。ただし、第１の酸化物半導体膜１１０と、第２の酸化物半導体膜１１１は、同一の金属元素を有していても、組成が異なる場合がある。例えば、トランジスタ及び容量素子の作製工程中に、膜中の金属元素が脱離し、異なる金属組成となる場合がある。
【００６５】
なお、第１の酸化物半導体膜１１０がＩｎ−Ｍ−Ｚｎ酸化物であるとき、ＩｎとＭの原子数比率は、ＩｎおよびＭの和を１００ａｔｏｍｉｃ％としたとき、好ましくはＩｎが２５ａｔｏｍｉｃ％より高く、Ｍが７５ａｔｏｍｉｃ％未満、さらに好ましくはＩｎが３４ａｔｏｍｉｃ％より高く、Ｍが６６ａｔｏｍｉｃ％未満とする。
【００６６】
第１の酸化物半導体膜１１０は、エネルギーギャップが２ｅＶ以上、好ましくは２．５ｅＶ以上、より好ましくは３ｅＶ以上である。このように、エネルギーギャップの広い酸化物半導体を用いることで、トランジスタ１５０のオフ電流を低減することができる。
【００６７】
第１の酸化物半導体膜１１０の厚さは、３ｎｍ以上２００ｎｍ以下、好ましくは３ｎｍ以上１００ｎｍ以下、さらに好ましくは３ｎｍ以上５０ｎｍ以下とする。
【００６８】
第１の酸化物半導体膜１１０がＩｎ−Ｍ−Ｚｎ酸化物（ＭはＡｌ、Ｔｉ、Ｇａ、Ｙ、Ｚｒ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｎｄ、ＳｎまたはＨｆ）の場合、Ｉｎ−Ｍ−Ｚｎ酸化物を成膜するために用いるスパッタリングターゲットの金属元素の原子数比は、Ｉｎ≧Ｍ、Ｚｎ≧Ｍを満たすことが好ましい。このようなスパッタリングターゲットの金属元素の原子数比として、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝１：１：１、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝１：１：１．２、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝３：１：２、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝１：３：４、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝１：３：６等が挙げられる。なお、成膜される第１の酸化物半導体膜１１０の原子数比はそれぞれ、誤差として上記のスパッタリングターゲットに含まれる金属元素の原子数比のプラスマイナス４０％の変動を含む。
【００６９】
第１の酸化物半導体膜１１０としては、キャリア密度の低い酸化物半導体膜を用いる。例えば、第１の酸化物半導体膜１１０は、キャリア密度が１×１０１７個／ｃｍ３以下、好ましくは１×１０１５個／ｃｍ３以下、さらに好ましくは１×１０１３個／ｃｍ３以下、より好ましくは１×１０１１個／ｃｍ３以下の酸化物半導体膜を用いる。
【００７０】
なお、これらに限られず、必要とするトランジスタの半導体特性及び電気特性（電界効果移動度、しきい値電圧等）に応じて適切な組成のものを用いればよい。また、必要とするトランジスタの半導体特性を得るために、第１の酸化物半導体膜１１０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。
【００７１】
第１の酸化物半導体膜１１０において、第１４族元素の一つであるシリコンや炭素が含まれると、第１の酸化物半導体膜１１０において酸素欠損が増加し、ｎ型化してしまう。このため、第１の酸化物半導体膜１１０におけるシリコンや炭素の濃度（二次イオン質量分析法により得られる濃度）を、２×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、好ましくは２×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下とする。
【００７２】
また、第１の酸化物半導体膜１１０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。アルカリ金属及びアルカリ土類金属は、酸化物半導体と結合するとキャリアを生成する場合があり、トランジスタのオフ電流が増大してしまうことがある。このため、第１の酸化物半導体膜１１０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。
【００７３】
また、第１の酸化物半導体膜１１０に窒素が含まれていると、キャリアである電子が生じ、キャリア密度が増加し、ｎ型化しやすい。この結果、窒素が含まれている酸化物半導体を用いたトランジスタはノーマリーオン特性となりやすい。従って、当該酸化物半導体膜において、窒素はできる限り低減されていることが好ましい、例えば、二次イオン質量分析法により得られる窒素濃度は、５×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下にすることが好ましい。
【００７４】
また、第１の酸化物半導体膜１１０は、例えば非単結晶構造でもよい。非単結晶構造は、例えば、後述するＣＡＡＣ−ＯＳ（Ｃ  Ａｘｉｓ  Ａｌｉｇｎｅｄ−Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）、多結晶構造、後述する微結晶構造、または非晶質構造を含む。非単結晶構造において、非晶質構造は最も欠陥準位密度が高く、ＣＡＡＣ−ＯＳは最も欠陥準位密度が低い。
【００７５】
第１の酸化物半導体膜１１０は、例えば非晶質構造でもよい。非晶質構造の酸化物半導体膜は、例えば、原子配列が無秩序であり、結晶成分を有さない。または、非晶質構造の酸化物膜は、例えば、完全な非晶質構造であり、結晶部を有さない。
【００７６】
なお、第１の酸化物半導体膜１１０が、非晶質構造の領域、微結晶構造の領域、多結晶構造の領域、ＣＡＡＣ−ＯＳの領域、単結晶構造の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、非晶質構造の領域、微結晶構造の領域、多結晶構造の領域、ＣＡＡＣ−ＯＳの領域、単結晶構造の領域のいずれか二種以上の領域を有する場合がある。また、混合膜は、例えば、非晶質構造の領域、微結晶構造の領域、多結晶構造の領域、ＣＡＡＣ−ＯＳの領域、単結晶構造の領域の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。
【００７７】
＜絶縁膜＞
トランジスタ１５０のゲート絶縁膜として機能する絶縁膜１０６、１０７としては、プラズマＣＶＤ（ＣＶＤ：Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、スパッタリング法等により、酸化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜、窒化酸化シリコン膜、窒化シリコン膜、酸化アルミニウム膜、酸化ハフニウム膜、酸化イットリウム膜、酸化ジルコニウム膜、酸化ガリウム膜、酸化タンタル膜、酸化マグネシウム膜、酸化ランタン膜、酸化セリウム膜および酸化ネオジム膜を一種以上含む絶縁膜を、それぞれ用いることができる。なお、絶縁膜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を用いてもよい。
【００７８】
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／または第１の酸化物半導体膜１１０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。
【００７９】
なお、トランジスタ１５０のチャネル領域として機能する第１の酸化物半導体膜１１０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に酸素を導入して、酸素過剰領域を形成してもよい。酸素の導入方法としては、イオン注入法、イオンドーピング法、プラズマイマージョンイオン注入法、プラズマ処理等を用いることができる。
【００８０】
また、絶縁膜１０６、１０７として、酸化ハフニウムを用いる場合、以下の効果を奏する。酸化ハフニウムは、酸化シリコンや酸化窒化シリコンと比べて比誘電率が高い。したがって、酸化シリコンを用いた場合と比べて、絶縁膜１０６、１０７の膜厚を大きくできるため、トンネル電流によるリーク電流を小さくすることができる。すなわち、オフ電流の小さいトランジスタを実現することができる。さらに、結晶構造を有する酸化ハフニウムは、非晶質構造を有する酸化ハフニウムと比べて高い比誘電率を備える。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。
【００８１】
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ため、トランジスタ１５０のゲート絶縁膜として機能する絶縁膜１０８として、窒化シリコン膜を含むことで絶縁膜を物理的に厚膜化することができる。よって、トランジスタ１５０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１５０の静電破壊を抑制することができる。
【００８２】
＜ゲート電極、ソース電極及びドレイン電極＞
ゲート電極１０４、ソース電極１１２ａ及びドレイン電極１１２ｂに用いることのできる材料としては、アルミニウム、チタン、クロム、ニッケル、銅、イットリウム、ジルコニウム、モリブデン、銀、タンタル、またはタングステンなどの金属、またはこれを主成分とする合金を単層構造または積層構造として用いることができる。例えば、アルミニウム膜上にチタン膜を積層する二層構造、タングステン膜上にチタン膜を積層する二層構造、モリブデン膜上に銅膜を積層した二層構造、モリブデンとタングステンを含む合金膜上に銅膜を積層した二層構造、銅−マグネシウム−アルミニウム合金膜上に銅膜を積層する二層構造、チタン膜または窒化チタン膜と、その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、その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、ソース電極１１２ａ、及びドレイン電極１１２ｂを三層構造とする場合、一層目及び三層目には、チタン、窒化チタン、モリブデン、タングステン、モリブデンとタングステンを含む合金、モリブデンとジルコニウムを含む合金、又は窒化モリブデンでなる膜を形成し、２層目には、銅、アルミニウム、金又は銀、或いは銅とマンガンの合金等の低抵抗材料でなる膜を形成することが好ましい。なお、インジウム錫酸化物、酸化タングステンを含むインジウム酸化物、酸化タングステンを含むインジウム亜鉛酸化物、酸化チタンを含むインジウム酸化物、酸化チタンを含むインジウム錫酸化物、インジウム亜鉛酸化物、酸化シリコンを添加したインジウム錫酸化物等の透光性を有する導電性材料を用いてもよい。また、ゲート電極１０４、ソース電極１１２ａ及びドレイン電極１１２ｂに用いることのできる材料は、例えば、スパッタリング法を用いて形成することができる。
【００８３】
＜導電膜＞
導電膜１２０は、画素電極としての機能を有する。導電膜１２０としては、例えば、可視光において、透光性を有する材料を用いればよい。具体的には、インジウム（Ｉｎ）、亜鉛（Ｚｎ）、錫（Ｓｎ）の中から選ばれた一種を含む材料を用いるとよい。また、導電膜１２０としては、例えば、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（ＩＴＯ：Ｉｎｄｉｕｍ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ）、インジウム亜鉛酸化物、酸化ケイ素を添加したインジウム錫酸化物などの透光性を有する導電性材料を用いることができる。また、導電膜１２０としては、例えば、スパッタリング法を用いて形成することができる。
【００８４】
＜保護絶縁膜＞
トランジスタ１５０の保護絶縁膜として機能する絶縁膜１１４、１１６、１１８としては、プラズマＣＶＤ法、スパッタリング法等により、酸化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜、窒化酸化シリコン膜、窒化シリコン膜、酸化アルミニウム膜、酸化ハフニウム膜、酸化イットリウム膜、酸化ジルコニウム膜、酸化ガリウム膜、酸化タンタル膜、酸化マグネシウム膜、酸化ランタン膜、酸化セリウム膜および酸化ネオジム膜を一種以上含む絶縁膜を、それぞれ用いることができる。
【００８５】
また、トランジスタ１５０のチャネル領域として機能する第１の酸化物半導体膜１１０と接する絶縁膜１１４は、酸化物絶縁膜であることが好ましく、酸素を放出することが可能な絶縁膜を用いる。酸素を放出することが可能な絶縁膜を別言すると、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）を有する絶縁膜である。なお、絶縁膜１１４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１１４を形成すればよい。または、成膜後の絶縁膜１１４に酸素を導入して、酸素過剰領域を形成してもよい。酸素の導入方法としては、イオン注入法、イオンドーピング法、プラズマイマージョンイオン注入法、プラズマ処理等を用いることができる。
【００８６】
絶縁膜１１４として、酸素を放出することが可能な絶縁膜を用いることで、トランジスタ１５０のチャネル領域として機能する第１の酸化物半導体膜１１０に酸素を移動させ、第１の酸化物半導体膜１１０の酸素欠損量を低減することが可能となる。例えば、昇温脱離ガス分析（以下、ＴＤＳ分析とする。）によって測定される，膜の表面温度が１００℃以上７００℃以下、または１００℃以上５００℃以下の範囲における酸素分子の放出量が、１．０×１０１８分子／ｃｍ３以上ある絶縁膜を用いることで、第１の酸化物半導体膜１１０に含まれる酸素欠損量を低減することができる。
【００８７】
また、絶縁膜１１４は、欠陥量が少ないことが好ましく、代表的には、ＥＳＲ測定により、シリコンのダングリングボンドに由来するｇ＝２．００１に現れる信号のスピン密度が３×１０１７ｓｐｉｎｓ／ｃｍ３以下であることが好ましい。これは、絶縁膜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てしまい、絶縁膜１１４における酸素の透過量が減少してしまうためである。また、絶縁膜１１４と第１の酸化物半導体膜１１０との界面における欠陥量が少ないことが好ましく、代表的には、ＥＳＲ測定により、第１の酸化物半導体膜１１０の欠陥に由来するｇ値が１．８９以上１．９６以下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。
【００８８】
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を介して第１の酸化物半導体膜１１０に移動させることができる。
【００８９】
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下端のエネルギー（ＥＣ＿ＯＳ）との間に形成され得る場合がある。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。
【００９０】
なお、窒素酸化物の放出量の少ない酸化窒化シリコン膜は、昇温脱離ガス分析法において、窒素酸化物の放出量よりアンモニアの放出量が多い膜であり、代表的にはアンモニア分子の放出量が１×１０１８分子／ｃｍ３以上５×１０１９分子／ｃｍ３以下である。なお、アンモニアの放出量は、膜の表面温度が５０℃以上６５０℃以下、好ましくは５０℃以上５５０℃以下の加熱処理による放出量とする。
【００９１】
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、第１の酸化物半導体膜１１０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及び第１の酸化物半導体膜１１０の界面に拡散すると、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及び第１の酸化物半導体膜１１０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。
【００９２】
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２１６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及び第１の酸化物半導体膜１１０の界面において、電子がトラップされにくい。
【００９３】
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。
【００９４】
なお、トランジスタの作製工程の加熱処理、代表的には４００℃未満または３７５℃未満（好ましくは、３４０℃以上３６０℃以下）の加熱処理により、絶縁膜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以下の第３のシグナルのスピンの密度の合計が１×１０１８ｓｐｉｎｓ／ｃｍ３未満であり、代表的には１×１０１７ｓｐｉｎｓ／ｃｍ３以上１×１０１８ｓｐｉｎｓ／ｃｍ３未満である。
【００９５】
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以下の第３のシグナルのスピンの密度の合計が少ないほど、酸化物絶縁膜に含まれる窒素酸化物の含有量が少ないといえる。
【００９６】
また、上記酸化物絶縁膜は、ＳＩＭＳで測定される窒素濃度が６×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下である。
【００９７】
基板温度が２２０℃以上３５０℃以下であり、シラン及び一酸化二窒素を用いたＰＥＣＶＤ法を用いて、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。
【００９８】
絶縁膜１１４に接するように形成される絶縁膜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、昇温脱離ガス分光法（ＴＤＳ：Ｔｈｅｒｍａｌ  Ｄｅｓｏｒｐｔｉｏｎ  Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）にて、酸素原子に換算しての酸素の放出量が１．０×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上、好ましくは３．０×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上である酸化物絶縁膜である。なお、上記ＴＤＳ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。
【００９９】
また、絶縁膜１１６は、欠陥量が少ないことが好ましく、代表的には、ＥＳＲ測定により、シリコンのダングリングボンドに由来するｇ＝２．００１に現れる信号のスピン密度が１．５×１０１８ｓｐｉｎｓ／ｃｍ３未満、更には１×１０１８ｓｐｉｎｓ／ｃｍ３以下であることが好ましい。なお、絶縁膜１１６は、絶縁膜１１４と比較して第１の酸化物半導体膜１１０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。
【０１００】
絶縁膜１１４の厚さは、５ｎｍ以上１５０ｎｍ以下、好ましくは５ｎｍ以上５０ｎｍ以下、好ましくは１０ｎｍ以上３０ｎｍ以下とすることができる。絶縁膜１１６の厚さは、３０ｎｍ以上５００ｎｍ以下、好ましくは１５０ｎｍ以上４００ｎｍ以下とすることができる。
【０１０１】
また、絶縁膜１１４、１１６は、同種の材料の絶縁膜を用いることができるため、絶縁膜１１４と絶縁膜１１６の界面が明確に確認できない場合がある。したがって、本実施の形態においては、絶縁膜１１４と絶縁膜１１６の界面は、破線で図示している。なお、本実施の形態においては、絶縁膜１１４と絶縁膜１１６の２層構造について説明したが、これに限定されず、例えば、絶縁膜１１４の単層構造、絶縁膜１１６の単層構造、または３層以上の積層構造としてもよい。
【０１０２】
容量素子１６０の誘電体膜として機能する絶縁膜１１８としては、窒化物絶縁膜であることが好ましい。特に窒化シリコン膜は、酸化シリコン膜と比較して比誘電率が高く、酸化シリコン膜と同等の静電容量を得るのに必要な膜厚が大きいため、容量素子１６０の誘電体膜として機能する絶縁膜１１８として、窒化シリコン膜を含むことで絶縁膜を物理的に厚膜化することができる。よって、容量素子１６０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、容量素子１６０の静電破壊を抑制することができる。なお、絶縁膜１１８は、容量素子１６０の電極として機能する第２の酸化物半導体膜１１１の抵抗率を低下させる機能も有する。
【０１０３】
また、絶縁膜１１８は、酸素、水素、水、アルカリ金属、アルカリ土類金属等をブロッキングできる機能を有する。絶縁膜１１８を設けることで、第１の酸化物半導体膜１１０からの酸素の外部への拡散と、絶縁膜１１４、１１６に含まれる酸素の外部への拡散と、外部から第１の酸化物半導体膜１１０への水素、水等の入り込みを防ぐことができる。なお、酸素、水素、水、アルカリ金属、アルカリ土類金属等のブロッキング効果を有する窒化物絶縁膜の代わりに、酸素、水素、水等のブロッキング効果を有する酸化物絶縁膜を設けてもよい。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。
【０１０４】
＜表示装置の作製方法＞
次に、図１（Ａ）、（Ｂ）に示す半導体装置の作製方法の一例について、図３乃至図６を用いて説明する。
【０１０５】
まず、基板１０２上にゲート電極１０４を形成する。その後、基板１０２、及びゲート電極１０４上に絶縁膜１０６、１０７を含む絶縁膜１０８を形成する（図３（Ａ）参照）。
【０１０６】
なお、基板１０２、ゲート電極１０４、及び絶縁膜１０６、１０７としては、上述の列挙した材料の中から選択することで形成できる。なお、本実施の形態においては、基板１０２としてはガラス基板を用い、ゲート電極１０４としては、導電膜としてタングステン膜を用い、絶縁膜１０６としては、水素を放出することが可能な窒化シリコン膜を用い、絶縁膜１０７としては、酸素を放出することが可能な酸化窒化シリコン膜を用いる。
【０１０７】
ゲート電極１０４は、基板１０２上に導電膜を成膜後、該導電膜の所望の領域が残るようにパターニングし、その後不要な領域をエッチングすることで形成できる。
【０１０８】
次に、絶縁膜１０８上のゲート電極１０４と重畳する位置に第１の酸化物半導体膜１１０を形成する（図３（Ｂ）参照）。
【０１０９】
第１の酸化物半導体膜１１０としては、上述の列挙した材料の中から選択することで形成できる。なお、本実施の形態においては、第１の酸化物半導体膜１１０としては、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物膜（Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：１．２の金属酸化物ターゲットを使用。）を用いる。
【０１１０】
また、第１の酸化物半導体膜１１０は、絶縁膜１０８上に酸化物半導体膜を成膜後、該酸化物半導体膜の所望の領域が残るようにパターニングし、その後不要な領域をエッチングすることで形成できる。
【０１１１】
第１の酸化物半導体膜１１０を形成後、熱処理を行うと好ましい。該熱処理は、２５０℃以上６５０℃以下、好ましくは３００℃以上５００℃以下、より好ましくは３５０℃以上４５０℃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、また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、第１の酸化物半導体膜１１０から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。ここでの熱処理によって、絶縁膜１０６、１０７、及び第１の酸化物半導体膜１１０の少なくとも１つ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、該熱処理は、第１の酸化物半導体膜１１０を島状に加工する前に行ってもよい。
【０１１２】
なお、第１の酸化物半導体膜１１０をチャネル領域とするトランジスタ１５０に安定した電気特性を付与するためには、第１の酸化物半導体膜１１０中の不純物を低減し、第１の酸化物半導体膜１１０を真性または実質的に真性にすることが有効である。
【０１１３】
次に、絶縁膜１０８、及び第１の酸化物半導体膜１１０上に導電膜を成膜し、該導電膜の所望の領域が残るようにパターニングし、その後不要な領域をエッチングすることで、絶縁膜１０８及び第１の酸化物半導体膜１１０上にソース電極１１２ａ、及びドレイン電極１１２ｂを形成する（図３（Ｃ）参照）。
【０１１４】
ソース電極１１２ａ、及びドレイン電極１１２ｂとしては、上述の列挙した材料の中から選択することで形成できる。なお、本実施の形態においては、ソース電極１１２ａ、及びドレイン電極１１２ｂとしては、タングステン膜と、アルミニウム膜と、チタン膜との３層の積層構造を用いる。
【０１１５】
また、ソース電極１１２ａ、及びドレイン電極１１２ｂの形成後に、第１の酸化物半導体膜１１０の表面を洗浄してもよい。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、第１の酸化物半導体膜１１０の表面に付着した不純物（例えば、ソース電極１１２ａ、及びドレイン電極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。
【０１１６】
また、ソース電極１１２ａ、及びドレイン電極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、第１の酸化物半導体膜１１０のソース電極１１２ａ、及びドレイン電極１１２ｂから露出した領域が、薄くなる場合がある。
【０１１７】
次に、絶縁膜１０８、第１の酸化物半導体膜１１０、ソース電極１１２ａ、及びドレイン電極１１２ｂ上に絶縁膜１１４、１１６を形成する。そして、絶縁膜１１４、１１６の所望の領域が残るようにパターニングし、その後不要な領域をエッチングすることで開口１４１を形成する（図３（Ｄ）参照）。
【０１１８】
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に含まれる酸素を第１の酸化物半導体膜１１０に移動させることが可能となり、第１の酸化物半導体膜１１０の酸素欠損量を低減することが可能となる。
【０１１９】
また、絶縁膜１１６の形成工程において、絶縁膜１１４が第１の酸化物半導体膜１１０の保護膜となる。したがって、第１の酸化物半導体膜１１０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。
【０１２０】
絶縁膜１１４、１１６としては、上述の列挙した材料の中から選択することで形成できる。なお、本実施の形態においては、絶縁膜１１４、１１６としては、酸素を放出することが可能な酸化窒化シリコン膜を用いる。
【０１２１】
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第１の酸化物半導体膜１１０に移動させ、第１の酸化物半導体膜１１０に含まれる酸素欠損量を低減することができる。
【０１２２】
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、さらに好ましくは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）装置等を用いることができる。
【０１２３】
開口１４１は、ドレイン電極１１２ｂが露出するように形成する。開口１４１の形成方法としては、例えば、ドライエッチング法を用いることができる。ただし、開口１４１の形成方法としては、これに限定されず、ウエットエッチング法、またはドライエッチング法とウエットエッチング法を組み合わせた形成方法としてもよい。なお、開口１４１を形成するためのエッチング工程によって、ドレイン電極１１２ｂの膜厚が減少する場合がある。
【０１２４】
次に、開口１４１を覆うように、絶縁膜１１６上に第２の酸化物半導体膜１１１となる酸化物半導体膜を形成する（図４（Ａ）、（Ｂ）参照）。
【０１２５】
なお、図４（Ａ）は、絶縁膜１１６上に酸化物半導体膜を形成する際の、成膜装置内部の断面模式図である。図４（Ａ）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。
【０１２６】
まず、酸化物半導体膜を形成する際に、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、酸化物半導体膜の被形成面となる絶縁膜１１６中に、酸素が添加される。また、酸化物半導体膜を形成する際に、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、酸素ガスと、を用い、アルゴンガスの流量よりも酸素ガスの流量を多くするのが好ましい。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、酸化物半導体膜の形成条件としては、成膜ガス全体に占める酸素ガスの割合を、５０％以上１００％以下、好ましくは、８０％以上１００％以下とすればよい。
【０１２７】
なお、図４（Ａ）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。
【０１２８】
また、酸化物半導体膜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。酸化物半導体膜を加熱して成膜することで、酸化物半導体膜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。
【０１２９】
該酸化物半導体膜としては、上述の列挙した材料の中から選択することで形成できる。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酸化物半導体膜を形成する。
【０１３０】
次に、該酸化物半導体膜を所望の形状に加工することで、島状の第２の酸化物半導体膜１１１を形成する（図４（Ｃ）参照）。
【０１３１】
第２の酸化物半導体膜１１１は、絶縁膜１１６上に酸化物半導体膜を成膜後、該酸化物半導体膜の所望の領域が残るようにパターニングし、その後不要な領域をエッチングすることで形成できる。
【０１３２】
次に、絶縁膜１１６、及び第２の酸化物半導体膜１１１上に絶縁膜１１８を形成する（図５（Ａ）参照）。
【０１３３】
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、第１の酸化物半導体膜１１０に移動させることが可能となる。
【０１３４】
また、絶縁膜１１８の形成後に、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、第２の酸化物半導体膜１１１となる酸化物半導体膜の成膜の際に、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１５０℃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第１の酸化物半導体膜１１０中に移動させ、第１の酸化物半導体膜１１０中の酸素欠損を補填することができる。
【０１３５】
ここで、第１の酸化物半導体膜１１０中に移動する酸素について、図６を用いて説明を行う。図６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、第１の酸化物半導体膜１１０中に移動する酸素を表すモデル図である。図６中において、第１の酸化物半導体膜１１０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。なお、図６（Ａ）及び（Ｂ）は絶縁膜１１８成膜後の、それぞれ図１（Ａ）に示す一点鎖線Ａ−Ｂ及び一点鎖線Ｅ−Ｆに対応する断面図である。
【０１３６】
図６に示す第１の酸化物半導体膜１１０は、第１の酸化物半導体膜１１０に接する膜（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、第１の酸化物半導体膜１１０となる酸化物半導体膜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場合、絶縁膜１０７は過剰酸素領域を有する。また、第２の酸化物半導体膜１１１となる酸化物半導体膜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第１の酸化物半導体膜１１０は、酸素欠損が好適に補填される。
【０１３７】
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第１の酸化物半導体膜１１０側に閉じ込めることができるため、好適に第１の酸化物半導体膜１１０に酸素を移動させることが可能となる。なお、絶縁膜１１８は、外部からの不純物、例えば、水、アルカリ金属、アルカリ土類金属等が、トランジスタ１５０に含まれる第１の酸化物半導体膜１１０へ拡散するのを防ぐ効果も奏する。
【０１３８】
また、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。そのため、絶縁膜１１８を形成することで、絶縁膜１１８に接する第２の酸化物半導体膜１１１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。
【０１３９】
なお、第２の酸化物半導体膜１１１の抵抗率の低下に伴い、図４（Ｃ）と図５（Ａ）に示す第２の酸化物半導体膜１１１のハッチングを変えて図示している。
【０１４０】
第２の酸化物半導体膜１１１の抵抗率は、少なくとも第１の酸化物半導体膜１１０よりも低く、好ましくは、１×１０−３Ωｃｍ以上１×１０４Ωｃｍ未満、さらに好ましくは、１×１０−３Ωｃｍ以上１×１０−１Ωｃｍ未満であるとよい。
【０１４１】
次に、絶縁膜１１８の所望の領域が残るようにパターニングし、その後不要な領域をエッチングすることで開口１４２を形成する（図５（Ｂ）参照）。
【０１４２】
開口１４２としては、ドレイン電極１１２ｂが露出するように形成する。開口１４２の形成方法としては、例えば、ドライエッチング法を用いることができる。ただし、開口１４２の形成方法としては、これに限定されず、ウエットエッチング法、またはドライエッチング法とウエットエッチング法を組み合わせた形成方法としてもよい。なお、開口１４２を形成するためのエッチング工程によって、ドレイン電極１１２ｂの膜厚が減少する場合がある。
【０１４３】
なお、前述の開口１４１を形成する工程を行わずに、開口１４２の形成する工程において絶縁膜１１４、１１６、１１８に開口を連続して形成してもよい。このような工程とすることで、本発明の一態様の半導体装置の作製工程を減らすことが可能となるため、製造コストを抑制することができる。
【０１４４】
次に、開口１４２を覆うように絶縁膜１１８上に導電膜を成膜し、該導電膜の所望の形状が残るようにパターニング及びエッチングを行い、導電膜１２０を形成する（図５（Ｃ）参照）。
【０１４５】
導電膜１２０としては、上述の列挙した材料の中から選択することで形成できる。なお、本実施の形態においては、導電膜１２０としては、インジウム錫酸化物膜を用いる。
【０１４６】
また、導電膜１２０の形成に伴い、容量素子１６０が作製される。容量素子１６０は、一対の電極間に誘電体層が挟持された構造であり、一対の電極の一方が第２の酸化物半導体膜１１１であり、一対の電極の他方が導電膜１２０である。また、絶縁膜１１８が容量素子１６０の誘電体層として機能する。
【０１４７】
以上の工程によって、トランジスタ１５０と、容量素子１６０とを同一基板上に形成することができる。
【０１４８】
以上、本実施の形態で示す構成、方法などは、他の実施の形態に示す構成、方法などと適宜組み合わせて用いることができる。
【０１４９】
（実施の形態２）
本実施の形態では、本発明の一態様の半導体装置について、実施の形態１に示す半導体装置の変形例について、図７乃至図９を用いて説明する。なお、実施の形態１の図１乃至図４で示した符号と同様の箇所または同様の機能を有する箇所については同様の符号を用い、その繰り返しの説明は省略する。
【０１５０】
＜半導体装置の構成例（変形例１）＞
図７（Ａ）は、本発明の一態様の半導体装置の上面図であり、図７（Ｂ）は、図７（Ａ）の一点鎖線Ｇ−Ｈ間、一点鎖線Ｉ−Ｊ間、及び一点鎖線Ｋ−Ｌ間の各切断線に対応する断面図に相当する。なお、図７（Ａ）において、煩雑になることを避けるため、半導体装置の構成要素の一部（ゲート絶縁膜等）を省略して図示している。
【０１５１】
図７（Ａ）、（Ｂ）に示す半導体装置は、第１の酸化物半導体膜１１０及び第２の酸化物半導体膜１１１ａを含むトランジスタ１５１と、第２の酸化物半導体膜１１１ｂを含むゲート配線コンタクト部１７０と、を有する。なお、ゲート配線コンタクト部１７０は、ゲート配線１０５と配線１１２が電気的に接続される領域のことをいう。
【０１５２】
なお、図７（Ａ）の一点鎖線Ｇ−Ｈはトランジスタ１５１のチャネル長方向を示している。また一点鎖線Ｋ−Ｌはトランジスタ１５１のチャネル幅方向を示している。
【０１５３】
トランジスタ１５１は、基板１０２上のゲート電極１０４と、ゲート電極１０４上の第１のゲート絶縁膜として機能する絶縁膜１０８と、絶縁膜１０８上のゲート電極１０４と重畳する位置の第１の酸化物半導体膜１１０と、第１の酸化物半導体膜１１０上のソース電極１１２ａ及びドレイン電極１１２ｂと、第１の酸化物半導体膜１１０、ソース電極１１２ａ及びドレイン電極１１２ｂ上の第２のゲート絶縁膜として機能する絶縁膜１１４，１１６と、絶縁膜１１６上の第１の酸化物半導体膜１１０と重畳する位置に設けられる第２の酸化物半導体膜１１１ａとを有する。第２の酸化物半導体膜１１１ａは、トランジスタ１５１において第２のゲート電極としての機能を有する。すなわち、図７（Ａ）、（Ｂ）に示すトランジスタ１５１は、所謂ダブルゲート構造である。
【０１５４】
また、トランジスタ１５１上、より詳しくは、絶縁膜１１６及び第２の酸化物半導体膜１１１ａ上に絶縁膜１１８が形成されている。絶縁膜１１４、１１６は、トランジスタ１５１の第２のゲート絶縁膜として機能すると同時に、トランジスタ１５１の保護絶縁膜としての機能を有する。絶縁膜１１８は、トランジスタ１５１の保護絶縁膜としての機能を有する。
【０１５５】
ゲート配線コンタクト部１７０においては、絶縁膜１０８に設けられた開口１４６及び絶縁膜１１４，１１６に設けられた開口１４４を覆うように、ゲート配線１０５及び配線１１２上に第２の酸化物半導体膜１１１ｂが形成されている。
【０１５６】
本実施の形態に示す半導体装置は、ゲート配線コンタクト部１７０において、ゲート配線１０５と配線１１２とが第２の酸化物半導体膜１１１ｂを介して電気的に接続される構成としている。このような構成により、開口１４４及び開口１４６を連続して形成することができるため、半導体装置の作製工程を短縮することができる。
【０１５７】
また、第２の酸化物半導体膜１１１ｂ上に酸素の侵入をブロックする保護膜がない場合、高温高湿環境において第２の酸化物半導体膜１１１ｂが変質し、抵抗が増大する場合がある。本実施の形態に示す半導体装置は、第２の酸化物半導体膜１１１ｂが絶縁膜１１８に覆われているため、新たに保護膜を形成することなく半導体装置の高温高湿耐性を向上させることができる。
【０１５８】
なお、絶縁膜１１８としては、少なくとも水素を含む絶縁膜を用いる。また、絶縁膜１０７、１１４、１１６としては、少なくとも酸素を含む絶縁膜を用いる。このように、トランジスタ１５１及びゲート配線コンタクト部１７０に用いる絶縁膜またはトランジスタ１５１及びゲート配線コンタクト部１７０に接する絶縁膜を、上述の構成の絶縁膜とすることによって、第１の酸化物半導体膜１１０及び第２の酸化物半導体膜１１１ａ、１１１ｂの抵抗率を制御することができる。
【０１５９】
なお、第１の酸化物半導体膜１１０、及び第２の酸化物半導体膜１１１ａ、１１１ｂの抵抗率については、実施の形態１の記載を参酌することで、制御することができる。
【０１６０】
実施の形態１の図１（Ａ）、（Ｂ）に記載の半導体装置と、図７（Ａ）、（Ｂ）に示す半導体装置の主な違いとしては、容量素子１６０の代わりにゲート配線コンタクト部１７０が設けられている点、トランジスタ１５１において第２のゲート電極の機能を有する第２の酸化物半導体膜１１１ａが設けられている点、及び導電膜１２０を有さない点である。
【０１６１】
＜表示装置の作製方法（変形例１）＞
次に、図７（Ａ）、（Ｂ）に示す半導体装置の作製方法の一例について、図８及び図９を用いて説明する。
【０１６２】
まず、基板１０２上にゲート電極１０４及びゲート配線１０５を形成する。その後、ゲート電極１０４及びゲート配線１０５上に絶縁膜１０６、１０７を含む絶縁膜１０８を形成する（図８（Ａ）参照）。ゲート配線１０５は、ゲート電極１０４と同様の材料を用いて同時に形成することができる。
【０１６３】
次に、絶縁膜１０８上のゲート電極１０４と重畳する位置に第１の酸化物半導体膜１１０を形成する（図８（Ｂ）参照）。
【０１６４】
第１の酸化物半導体膜１１０は、絶縁膜１０８上に酸化物半導体膜を成膜し、該酸化物半導体膜の所望の領域が残るようにパターニングし、その後不要な領域をエッチングすることで形成できる。
【０１６５】
なお、第１の酸化物半導体膜１１０のエッチング加工の際に、オーバーエッチングによって絶縁膜１０７の一部（第１の酸化物半導体膜１１０から露出した領域）がエッチングされ膜厚が減少することがある。
【０１６６】
第１の酸化物半導体膜１１０を形成後、熱処理を行うと好ましい。該熱処理は、実施の形態１の第１の酸化物半導体膜１１０形成後の熱処理を参酌することで行うことができる。
【０１６７】
次に、絶縁膜１０８、及び第１の酸化物半導体膜１１０上に導電膜を成膜し、該導電膜の所望の領域が残るようにパターニングし、その後不要な領域をエッチングすることでソース電極１１２ａ、ドレイン電極１１２ｂ及び配線１１２を形成する（図８（Ｃ）参照）。配線１１２は、ソース電極１１２ａ及びドレイン電極１１２ｂと同様の材料を用いて同時に形成することができる。
【０１６８】
次に、絶縁膜１０８、第１の酸化物半導体膜１１０、ソース電極１１２ａ、ドレイン電極１１２ｂ及び配線１１２上に絶縁膜１１４、１１６を形成する（図８（Ｄ）参照）。絶縁膜１１４、１１６の形成後に、実施の形態１で示した第１の加熱処理を行うことが好ましい。
【０１６９】
次に、絶縁膜１０６、１０７、１１４、１１６の所望の領域が残るようにパターニングし、その後不要な領域をエッチングすることで開口１４４及び開口１４６を形成する（図９（Ａ）参照）。
【０１７０】
開口１４４及び開口１４６は、配線１１２及びゲート配線１０５が露出するように形成する。開口１４４及び開口１４６の形成方法としては、例えば、ドライエッチング法を用いることができる。ただし、開口１４４及び開口１４６の形成方法としては、これに限定されず、ウエットエッチング法、またはドライエッチング法とウエットエッチング法を組み合わせた形成方法としてもよい。
【０１７１】
開口１４４及び開口１４６は、一度のパターニング後にエッチングすることで、同時に形成することができるため、作製工程を短縮することができる。
【０１７２】
次に、絶縁膜１１６上の第１の酸化物半導体膜１１０と重畳する位置に第２の酸化物半導体膜１１１ａを形成し、同時に開口１４４及び開口１４６を覆うように、絶縁膜１１６上に第２の酸化物半導体膜１１１ｂを形成する（図９（Ｂ）参照）。第２の酸化物半導体膜１１１ａ及び第２の酸化物半導体膜１１１ｂの形成方法は、実施の形態１で説明した第２の酸化物半導体膜１１１を参照できる。
【０１７３】
第２の酸化物半導体膜１１１ａ、１１１ｂは、絶縁膜１１６上に酸化物半導体膜を成膜し、該酸化物半導体膜の所望の領域が残るようにパターニングし、その後不要な領域をエッチングすることで形成できる。
【０１７４】
なお、第２の酸化物半導体膜１１１ａ、１１１ｂのエッチング加工の際に、オーバーエッチングによって絶縁膜１１６の一部（第２の酸化物半導体膜１１１ａ、１１１ｂから露出した領域）がエッチングされ膜厚が減少することがある。
【０１７５】
次に、絶縁膜１１６、及び第２の酸化物半導体膜１１１ａ、１１１ｂ上に絶縁膜１１８を形成する（図９（Ｃ）参照）。絶縁膜１１８に含まれる水素が第２の酸化物半導体膜１１１ａ、１１１ｂに拡散すると、第２の酸化物半導体膜１１１ａ、１１１ｂの抵抗率が低下する。なお、第２の酸化物半導体膜１１１ａ、１１１ｂの抵抗率の低下に伴い、図９（Ｂ）と図９（Ｃ）に示す第２の酸化物半導体膜１１１ａ、１１１ｂのハッチングを変えて図示している。また、絶縁膜１１８の形成後に、実施の形態１で説明した第２の加熱処理を行ってもよい。
【０１７６】
以上の工程によって、トランジスタ１５１と、ゲート配線コンタクト部１７０とを同一基板上に形成することができる。
【０１７７】
以上、本実施の形態で示す構成、方法などは、他の実施の形態に示す構成、方法などと適宜組み合わせて用いることができる。
【０１７８】
（実施の形態３）
本実施の形態では、本発明の一態様の半導体装置について、実施の形態１に示す半導体装置の変形例について、図１０乃至図１２を用いて説明する。なお、実施の形態１の図１乃至図４で示した符号と同様の箇所または同様の機能を有する箇所については同様の符号を用い、その繰り返しの説明は省略する。
【０１７９】
＜半導体装置の構成例（変形例２）＞
図１０（Ａ）は、本発明の一態様の半導体装置の上面図であり、図１０（Ｂ）は、図１０（Ａ）の一点鎖線Ｍ−Ｎ間、一点鎖線Ｏ−Ｐ間、及び一点鎖線Ｑ−Ｒ間の各切断線に対応する断面図に相当する。なお、図１０（Ａ）において、煩雑になることを避けるため、半導体装置の構成要素の一部（ゲート絶縁膜等）を省略して図示している。
【０１８０】
図１０（Ａ）、（Ｂ）に示す半導体装置は、第１の酸化物半導体膜１１０及び第２の酸化物半導体膜１１１ａを含むトランジスタ１５１と、ゲート配線コンタクト部１７１と、を有する。なお、ゲート配線コンタクト部１７１は、ゲート配線１０５と配線１１２が電気的に接続される領域のことをいう。
【０１８１】
なお、図１０（Ａ）の一点鎖線Ｍ−Ｎはトランジスタ１５１のチャネル長方向を示している。また一点鎖線Ｑ−Ｒはトランジスタ１５１のチャネル幅方向を示している。
【０１８２】
トランジスタ１５１は、基板１０２上のゲート電極１０４と、ゲート電極１０４上の第１のゲート絶縁膜として機能する絶縁膜１０８と、絶縁膜１０８上のゲート電極１０４と重畳する位置の第１の酸化物半導体膜１１０と、第１の酸化物半導体膜１１０上のソース電極１１２ａ及びドレイン電極１１２ｂと、第１の酸化物半導体膜１１０、ソース電極１１２ａ及びドレイン電極１１２ｂ上の第２のゲート絶縁膜として機能する絶縁膜１１４，１１６と、絶縁膜１１６上の第１の酸化物半導体膜１１０と重畳する位置の第２の酸化物半導体膜１１１ａとを有する。第２の酸化物半導体膜１１１ａは、トランジスタ１５１において第２のゲート電極としての機能を有する。すなわち、図１０（Ａ）、（Ｂ）に示すトランジスタ１５１は、所謂ダブルゲート構造である。
【０１８３】
また、トランジスタ１５１上、より詳しくは、絶縁膜１１６及び第２の酸化物半導体膜１１１ａ上に絶縁膜１１８及び絶縁膜１１９が形成されている。絶縁膜１１４、１１６は、トランジスタ１５１の第２のゲート絶縁膜として機能すると同時に、トランジスタ１５１の保護絶縁膜としての機能を有する。絶縁膜１１８は、トランジスタ１５１の保護絶縁膜としての機能を有する。絶縁膜１１９は、平坦化膜としての機能を有する。また、絶縁膜１１４、１１６、１１８、１１９には、ドレイン電極１１２ｂに達する開口が形成されており、開口を覆うように絶縁膜１１９上に導電膜１２０が形成されている。該開口のうち、絶縁膜１１４，１１６に設けられた開口を開口１４６、絶縁膜１１９に設けられた開口を開口１４８とする。導電膜１２０は、例えば、画素電極としての機能を有する。
【０１８４】
ゲート配線コンタクト部１７１においては、絶縁膜１０８に設けられた開口１４４を覆うように、ゲート配線１０５上に配線１１２が形成されている。
【０１８５】
本実施の形態に示す半導体装置は、開口１４８において、絶縁膜１１８の端部と絶縁膜１１９の端部が概略一致している。このような構成を有するように半導体装置を作製することで、パターニングに用いるマスク枚数を削減することができ、ひいては製造コストを削減することができる。
【０１８６】
なお、絶縁膜１１８としては、少なくとも水素を含む絶縁膜を用いる。また、絶縁膜１０７、１１４、１１６としては、少なくとも酸素を含む絶縁膜を用いる。このように、トランジスタ１５１に用いる絶縁膜またはトランジスタ１５１に接する絶縁膜を、上述の構成の絶縁膜とすることによって、トランジスタ１５１が有する第１の酸化物半導体膜１１０及び第２の酸化物半導体膜１１１ａの抵抗率を制御することができる。
【０１８７】
なお、第１の酸化物半導体膜１１０、及び第２の酸化物半導体膜１１１ａの抵抗率については、実施の形態１の記載を参酌することで、制御することができる。
【０１８８】
実施の形態１の図１（Ａ）、（Ｂ）に記載の半導体装置と、図１０（Ａ）、（Ｂ）に示す半導体装置の主な違いとしては、容量素子１６０の代わりにゲート配線コンタクト部１７１が設けられている点、トランジスタ１５１において第２のゲート電極の機能を有する第２の酸化物半導体膜１１１ａが設けられている点、及び絶縁膜１１９が設けられている点である。
【０１８９】
＜表示装置の作製方法（変形例２）＞
次に、図１０（Ａ）、（Ｂ）に示す半導体装置の作製方法の一例について、図１１及び図１２を用いて説明する。
【０１９０】
まず、基板１０２上にゲート電極１０４及びゲート配線１０５を形成する。その後、ゲート電極１０４及びゲート配線１０５上に絶縁膜１０６、１０７を含む絶縁膜１０８を形成する。ゲート配線１０５は、ゲート電極１０４と同様の材料を用いて同時に形成することができる。
【０１９１】
次に、絶縁膜１０８上のゲート電極１０４と重畳する位置に第１の酸化物半導体膜１１０を形成する（図１１（Ａ）参照）。
【０１９２】
第１の酸化物半導体膜１１０は、絶縁膜１０８上に酸化物半導体膜を成膜し、該酸化物半導体膜の所望の領域が残るようにパターニングし、その後不要な領域をエッチングすることで形成できる。
【０１９３】
なお、第１の酸化物半導体膜１１０のエッチング加工の際に、オーバーエッチングによって絶縁膜１０８の一部（第１の酸化物半導体膜１１０から露出した領域）がエッチングされ膜厚が減少することがある。
【０１９４】
第１の酸化物半導体膜１１０を形成後、熱処理を行うと好ましい。該熱処理は、実施の形態１の第１の酸化物半導体膜１１０形成後の熱処理を参酌することで行うことができる。
【０１９５】
次に、絶縁膜１０６、１０７の所望の領域が残るようにパターニングし、その後不要な領域をエッチングすることで開口１４４を形成する（図１１（Ｂ）参照）。
【０１９６】
開口１４４としては、ゲート配線１０５が露出するように形成する。開口１４４の形成方法としては、例えば、ドライエッチング法を用いることができる。ただし、開口１４４の形成方法としては、これに限定されず、ウエットエッチング法、またはドライエッチング法とウエットエッチング法を組み合わせた形成方法としてもよい。
【０１９７】
次に、絶縁膜１０８、ゲート配線１０５及び第１の酸化物半導体膜１１０上に導電膜を成膜し、該導電膜の所望の領域が残るようにパターニングし、その後不要な領域をエッチングすることでソース電極１１２ａ、ドレイン電極１１２ｂ及び配線１１２を形成する（図１１（Ｃ）参照）。配線１１２は、ソース電極１１２ａ及びドレイン電極１１２ｂと同様の材料を用いて同時に形成することができる。
【０１９８】
次に、絶縁膜１０８、第１の酸化物半導体膜１１０、ソース電極１１２ａ、ドレイン電極１１２ｂ及び配線１１２上に絶縁膜１１４、１１６を形成する。絶縁膜１１４、１１６の形成後に、実施の形態１で示した第１の加熱処理を行うことが好ましい。
【０１９９】
次に、絶縁膜１１４、１１６の所望の領域が残るようにパターニングし、その後不要な領域をエッチングすることで開口１４６を形成する（図１１（Ｄ）参照）。
【０２００】
開口１４６としては、ドレイン電極１１２ｂが露出するように形成する。開口１４６の形成方法としては、例えば、ドライエッチング法を用いることができる。ただし、開口１４６の形成方法としては、これに限定されず、ウエットエッチング法、またはドライエッチング法とウエットエッチング法を組み合わせた形成方法としてもよい。
【０２０１】
次に、絶縁膜１１６上の第１の酸化物半導体膜１１０と重畳する位置に第２の酸化物半導体膜１１１ａを形成する。第２の酸化物半導体膜１１１ａの形成方法は、実施の形態１で説明した第２の酸化物半導体膜１１１を参照できる。
【０２０２】
第２の酸化物半導体膜１１１ａは、絶縁膜１１６上に酸化物半導体膜を成膜し、該酸化物半導体膜の所望の領域が残るようにパターニングし、その後不要な領域をエッチングすることで形成できる。
【０２０３】
なお、第２の酸化物半導体膜１１１ａのエッチング加工の際に、オーバーエッチングによって絶縁膜１１６の一部（第２の酸化物半導体膜１１１ａから露出した領域）がエッチングされ膜厚が減少することがある。
【０２０４】
次に、絶縁膜１１６、第２の酸化物半導体膜１１１ａ、及びドレイン電極１１２ｂ上に絶縁膜１１８を形成する。絶縁膜１１８に含まれる水素が第２の酸化物半導体膜１１１ａに拡散すると、第２の酸化物半導体膜１１１ａの抵抗率が低下する。
【０２０５】
次に、絶縁膜１１８上に絶縁膜１１９を形成する（図１２（Ａ）参照）。絶縁膜１１９としては、例えばポリイミド樹脂、アクリル樹脂、ポリイミドアミド樹脂、ベンゾシクロブテン樹脂、ポリアミド樹脂、エポキシ樹脂等の耐熱性を有する有機材料を用いることができる。絶縁膜上に有機樹脂膜を形成し、所望の領域が残るようにパターニングし、その後不要な領域をエッチングすることで、開口１４６と重畳する位置に開口を形成する。
【０２０６】
次に、開口を有する絶縁膜１１９をマスクとして絶縁膜１１８をエッチングすることで、開口１４８を形成する（図１２（Ｂ）参照）。絶縁膜１１９をマスクに用いることができるため、開口１４８を形成するための新たなマスクが不要であり、またパターニングを省略することができる。よって、半導体装置の製造コストを削減することができる。
【０２０７】
次に、開口１４８を覆うように絶縁膜１１９上に導電膜を成膜し、該導電膜の所望の形状が残るようにパターニング及びエッチングを行い、導電膜１２０を形成する（図１２（Ｃ）参照）。
【０２０８】
以上の工程によって、トランジスタ１５１と、ゲート配線コンタクト部１７１とを同一基板上に形成することができる。
【０２０９】
以上、本実施の形態で示す構成、方法などは、他の実施の形態に示す構成、方法などと適宜組み合わせて用いることができる。
【０２１０】
（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のトランジスタ、容量素子、及びゲート配線コンタクト部に適用可能な酸化物半導体の一例について説明する。
【０２１１】
以下では、酸化物半導体の構造について説明する。
【０２１２】
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。
【０２１３】
また、本明細書において、結晶が三方晶または菱面体晶である場合、六方晶系として表す。
【０２１４】
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。
【０２１５】
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。
【０２１６】
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。
【０２１７】
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。
【０２１８】
＜ＣＡＡＣ−ＯＳ＞
まずは、ＣＡＡＣ−ＯＳについて説明する。
【０２１９】
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。
【０２２０】
透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ：Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）によって、ＣＡＡＣ−ＯＳの明視野像と回折パターンとの複合解析像（高分解能ＴＥＭ像ともいう。）を観察すると、複数のペレットを確認することができる。一方、高分解能ＴＥＭ像ではペレット同士の境界、即ち結晶粒界（グレインバウンダリーともいう。）を明確に確認することができない。そのため、ＣＡＡＣ−ＯＳは、結晶粒界に起因する電子移動度の低下が起こりにくいといえる。
【０２２１】
以下では、ＴＥＭによって観察したＣＡＡＣ−ＯＳについて説明する。図１３（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。
【０２２２】
図１３（Ａ）の領域（１）を拡大したＣｓ補正高分解能ＴＥＭ像を図１３（Ｂ）に示す。図１３（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。
【０２２３】
図１３（Ｂ）に示すように、ＣＡＡＣ−ＯＳは特徴的な原子配列を有する。図１３（Ｃ）は、特徴的な原子配列を、補助線で示したものである。図１３（Ｂ）および図１３（Ｃ）より、ペレット一つの大きさは１ｎｍ以上のものや、３ｎｍ以上のものがあり、ペレットとペレットとの傾きにより生じる隙間の大きさは０．８ｎｍ程度であることがわかる。したがって、ペレットを、ナノ結晶（ｎｃ：ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌ）と呼ぶこともできる。また、ＣＡＡＣ−ＯＳを、ＣＡＮＣ（Ｃ−Ａｘｉｓ  Ａｌｉｇｎｅｄ  ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌｓ）を有する酸化物半導体と呼ぶこともできる。
【０２２４】
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１３（Ｄ）参照。）。図１３（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１３（Ｄ）に示す領域５１６１に相当する。
【０２２５】
また、図１４（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１４（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１４（Ｂ）、図１４（Ｃ）および図１４（Ｄ）に示す。図１４（Ｂ）、図１４（Ｃ）および図１４（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。
【０２２６】
次に、Ｘ線回折（ＸＲＤ：Ｘ−Ｒａｙ  Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ）によって解析したＣＡＡＣ−ＯＳについて説明する。例えば、ＩｎＧａＺｎＯ４の結晶を有するＣＡＡＣ−ＯＳに対し、ｏｕｔ−ｏｆ−ｐｌａｎｅ法による構造解析を行うと、図１５（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。
【０２２７】
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。
【０２２８】
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１５（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１５（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。
【０２２９】
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１６（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１６（Ｂ）に示す。図１６（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１６（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１６（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。
【０２３０】
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。
【０２３１】
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。
【０２３２】
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。
【０２３３】
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、８×１０１１個／ｃｍ３未満、好ましくは１×１０１１／ｃｍ３未満、さらに好ましくは１×１０１０個／ｃｍ３未満であり、１×１０−９個／ｃｍ３以上のキャリア密度の酸化物半導体とすることができる。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。
【０２３４】
＜ｎｃ−ＯＳ＞
次に、ｎｃ−ＯＳについて説明する。
【０２３５】
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。
【０２３６】
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。
【０２３７】
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。
【０２３８】
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。
【０２３９】
＜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。
【０２４０】
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。
【０２４１】
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。
【０２４２】
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。
【０２４３】
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。
【０２４４】
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。
【０２４５】
図１７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１７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１７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１７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。
【０２４６】
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。
【０２４７】
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。
【０２４８】
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。
【０２４９】
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。
【０２５０】
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。
【０２５１】
＜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。図１８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。
【０２５２】
図１８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。
【０２５３】
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。
【０２５４】
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１９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１９（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。
【０２５５】
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１８参照）。ペレット５２００は、図１９（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１９（Ｂ）のようになり、上面は図１９（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。
【０２５６】
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。
【０２５７】
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。
【０２５８】
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。
【０２５９】
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。
【０２６０】
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２０を用いて説明する。
【０２６１】
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。
【０２６２】
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２０（Ａ）参照）。
【０２６３】
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２０（Ｂ）参照）。
【０２６４】
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２０（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。
【０２６５】
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。
【０２６６】
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２０（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２０（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２０（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。
【０２６７】
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。
【０２６８】
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。
【０２６９】
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。
【０２７０】
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。
【０２７１】
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。
【０２７２】
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。
【０２７３】
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。
【０２７４】
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。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。
【０２７５】
（実施の形態５）
本実施の形態では、実施の形態１に示すトランジスタとは異なる構成のトランジスタの構成について、図２１乃至図２４を参照して説明する。
【０２７６】
＜トランジスタの構成例１＞
図２１（Ａ）は、トランジスタ２７０の上面図であり、図２１（Ｂ）は、図２１（Ａ）に示す一点鎖線Ｘ１−Ｘ２間の切断線に対応する断面図に相当し、図２１（Ｃ）は、図２１（Ａ）に示す一点鎖線Ｙ１−Ｙ２間の切断線に対応する断面図に相当する。なお、一点鎖線Ｘ１−Ｘ２方向をチャネル長方向、一点鎖線Ｙ１−Ｙ２方向をチャネル幅方向と呼称する場合がある。
【０２７７】
トランジスタ２７０は、基板２０２上の第１のゲート電極として機能する導電膜２０４と、基板２０２及び導電膜２０４上の絶縁膜２０６と、絶縁膜２０６上の絶縁膜２０７と、絶縁膜２０７上の酸化物半導体膜２０８と、酸化物半導体膜２０８に電気的に接続されるソース電極として機能する導電膜２１２ａと、酸化物半導体膜２０８に電気的に接続されるドレイン電極として機能する導電膜２１２ｂと、酸化物半導体膜２０８、導電膜２１２ａ及び導電膜２１２ｂ上の絶縁膜２１４、２１６と、絶縁膜２１６上の酸化物半導体膜２１１ｂと、を有する。また、酸化物半導体膜２１１ｂ上に絶縁膜２１８が設けられる。
【０２７８】
また、トランジスタ２７０において、絶縁膜２１４及び絶縁膜２１６は、トランジスタ２７０の第２のゲート絶縁膜としての機能を有する。また、酸化物半導体膜２１１ａは、絶縁膜２１４及び絶縁膜２１６に設けられる開口部２５２ｃを介して、導電膜２１２ｂと接続される。酸化物半導体膜２１１ａは、例えば、表示装置に用いる画素電極としての機能を有する。また、トランジスタ２７０において、酸化物半導体膜２１１ｂは、第２のゲート電極（バックゲート電極ともいう）として機能する。
【０２７９】
また、図２１（Ｃ）に示すように酸化物半導体膜２１１ｂは、絶縁膜２０６、２０７、絶縁膜２１４及び絶縁膜２１６に設けられる開口部２５２ａ、２５２ｂにおいて、第１のゲート電極として機能する導電膜２０４に接続される。よって、導電膜２２０ｂと酸化物半導体膜２１１ｂとは、同じ電位が与えられる。
【０２８０】
なお、本実施の形態においては、開口部２５２ａ、２５２ｂを設け、酸化物半導体膜２１１ｂと導電膜２０４を接続する構成について例示したが、これに限定されない。例えば、開口部２５２ａまたは開口部２５２ｂのいずれか一方の開口部のみを形成し、酸化物半導体膜２１１ｂと導電膜２０４を接続する構成、または開口部２５２ａ及び開口部２５２ｂを設けずに、酸化物半導体膜２１１ｂと導電膜２０４を接続しない構成としてもよい。なお、酸化物半導体膜２１１ｂと導電膜２０４を接続しない構成の場合、酸化物半導体膜２１１ｂと導電膜２０４には、それぞれ異なる電位を与えることができる。
【０２８１】
また、図２１（Ｂ）に示すように、酸化物半導体膜２０８は、第１のゲート電極として機能する導電膜２０４と、第２のゲート電極として機能する酸化物半導体膜２１１ｂのそれぞれと対向するように位置し、２つのゲート電極として機能する導電膜に挟まれている。第２のゲート電極として機能する酸化物半導体膜２１１ｂ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２０８のチャネル長方向の長さ及びチャネル幅方向の長さよりもそれぞれ長く、酸化物半導体膜２０８の全体は、絶縁膜２１４及び絶縁膜２１６を介して酸化物半導体膜２１１ｂに覆われている。また、第２のゲート電極として機能する酸化物半導体膜２１１ｂと第１のゲート電極として機能する導電膜２０４とは、絶縁膜２０６、２０７、絶縁膜２１４及び絶縁膜２１６に設けられる開口部２５２ａ、２５２ｂにおいて接続されるため、酸化物半導体膜２０８のチャネル幅方向の側面は、絶縁膜２１４及び絶縁膜２１６を介して第２のゲート電極として機能する酸化物半導体膜２１１ｂと対向している。
【０２８２】
別言すると、トランジスタ２７０のチャネル幅方向において、第１のゲート電極として機能する導電膜２０４及び第２のゲート電極として機能する酸化物半導体膜２１１ｂは、第１のゲート絶縁膜として機能する絶縁膜２０６、２０７及び第２のゲート絶縁膜として機能する絶縁膜２１４及び絶縁膜２１６に設けられる開口部において接続すると共に、第１のゲート絶縁膜として機能する絶縁膜２０６、２０７並びに第２のゲート絶縁膜として機能する絶縁膜２１４及び絶縁膜２１６を介して酸化物半導体膜２０８を囲む構成である。
【０２８３】
このような構成を有することで、トランジスタ２７０に含まれる酸化物半導体膜２０８を、第１のゲート電極として機能する導電膜２０４及び第２のゲート電極として機能する酸化物半導体膜２１１ｂ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２７０のように、第１のゲート電極及び第２のゲート電極の電界によって、チャネル領域が形成される酸化物半導体膜を電気的に囲むトランジスタのデバイス構造をｓｕｒｒｏｕｎｄｅｄ  ｃｈａｎｎｅｌ（ｓ−ｃｈａｎｎｅｌ）構造と呼ぶことができる。
【０２８４】
トランジスタ２７０は、ｓ−ｃｈａｎｎｅｌ構造を有するため、第１のゲート電極として機能する導電膜２０４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２０８に印加することができるため、トランジスタ２７０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２７０を微細化することが可能となる。また、トランジスタ２７０は、第１のゲート電極として機能する導電膜２０４及び第２のゲート電極として機能する酸化物半導体膜２１１ｂによって囲まれた構造を有するため、トランジスタ２７０の機械的強度を高めることができる。
【０２８５】
＜トランジスタの構成例２＞
次に、図２１（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）に示すトランジスタ２７０と異なる構成例について、図２２（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）（Ｄ）を用いて説明する。
【０２８６】
図２２（Ａ）（Ｂ）は、図２１（Ｂ）（Ｃ）に示すトランジスタ２７０の変形例の断面図である。また、図２２（Ｃ）（Ｄ）は、図２１（Ｂ）（Ｃ）に示すトランジスタ２７０の変形例の断面図である。
【０２８７】
図２２（Ａ）（Ｂ）に示すトランジスタ２７０Ａは、図２１（Ｂ）（Ｃ）に示すトランジスタ２７０が有する酸化物半導体膜２０８を３層の積層構造としている。より具体的には、トランジスタ２７０Ａが有する酸化物半導体膜２０８は、酸化物半導体膜２０８ａと、酸化物半導体膜２０８ｂと、酸化物半導体膜２０８ｃと、を有する。
【０２８８】
図２２（Ｃ）（Ｄ）に示すトランジスタ２７０Ｂは、図２１（Ｂ）（Ｃ）に示すトランジスタ２７０が有する酸化物半導体膜２０８を２層の積層構造としている。より具体的には、トランジスタ２７０Ｂが有する酸化物半導体膜２０８は、酸化物半導体膜２０８ｂと、酸化物半導体膜２０８ｃと、を有する。
【０２８９】
本実施の形態に示すトランジスタ２７０、２７０Ａ及び２７０Ｂの構成は、実施の形態１で説明した半導体装置の構成を参照できる。すなわち、基板２０２の材料及び作製方法は、基板１０２を参照できる。導電膜２０４の材料及び作製方法は、ゲート電極１０４を参照できる。絶縁膜２０６及び絶縁膜２０７の材料及び作製方法は、それぞれ絶縁膜１０６及び絶縁膜１０７を参照できる。酸化物半導体膜２０８の材料及び作製方法は、第１の酸化物半導体膜１１０を参照できる。酸化物半導体膜２１１ａ及び酸化物半導体膜２１１ｂの材料及び作製方法は、第２の酸化物半導体膜１１１を参照できる。導電膜２１ａ及び導電膜２１ｂの材料及び作製方法は、それぞれソース電極１１２ａ及びドレイン電極１１２ｂを参照できる。絶縁膜２１４、絶縁膜２１６及び絶縁膜２１８の材料及び作製方法は、それぞれ絶縁膜１１４、絶縁膜１１６及び絶縁膜１１８を参照できる。
【０２９０】
ここで、酸化物半導体膜２０８ａ、２０８ｂ、２０８ｃ、及び酸化物半導体膜２０８ｂ、２０８ｃに接する絶縁膜のバンド構造について、図２３を用いて説明する。
【０２９１】
図２３（Ａ）は、絶縁膜２０７、酸化物半導体膜２０８ａ、２０８ｂ、２０８ｃ、及び絶縁膜２１４を有する積層構造の膜厚方向のバンド構造の一例である。また、図２３（Ｂ）は、絶縁膜２０７、酸化物半導体膜２０８ｂ、２０８ｃ、及び絶縁膜２１４を有する積層構造の膜厚方向のバンド構造の一例である。なお、バンド構造は、理解を容易にするため絶縁膜２０７、酸化物半導体膜２０８ａ、２０８ｂ、２０８ｃ、及び絶縁膜２１４の伝導帯下端のエネルギー準位（Ｅｃ）を示す。
【０２９２】
また、図２３（Ａ）は、絶縁膜２０７、２１４として酸化シリコン膜を用い、酸化物半導体膜２０８ａ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２０８ｂ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２０８ｃ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。
【０２９３】
また、図２３（Ｂ）は、絶縁膜２０７、２１４として酸化シリコン膜を用い、酸化物半導体膜２０８ｂ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２０８ｃ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。
【０２９４】
図２３（Ａ）（Ｂ）に示すように、酸化物半導体膜２０８ａ、２０８ｂ、２０８ｃにおいて、伝導帯下端のエネルギー準位はなだらかに変化する。換言すると、連続的に変化または連続接合するともいうことができる。このようなバンド構造を有するためには、酸化物半導体膜２０８ａと酸化物半導体膜２０８ｂとの界面、または酸化物半導体膜２０８ｂと酸化物半導体膜２０８ｃとの界面において、トラップ中心や再結合中心のような欠陥準位を形成するような不純物が存在しないとする。
【０２９５】
酸化物半導体膜２０８ａ、２０８ｂ、２０８ｃに連続接合を形成するためには、ロードロック室を備えたマルチチャンバー方式の成膜装置（スパッタリング装置）を用いて各膜を大気に触れさせることなく連続して積層することが必要となる。
【０２９６】
図２３（Ａ）（Ｂ）に示す構成とすることで酸化物半導体膜２０８ｂがウェル（井戸）となり、上記積層構造を用いたトランジスタにおいて、チャネル領域が酸化物半導体膜２０８ｂに形成されることがわかる。
【０２９７】
なお、酸化物半導体膜２０８ａ、２０８ｃを設けることにより、酸化物半導体膜２０８ｂに形成されうるトラップ準位を酸化物半導体膜２０８ｂより遠ざけることができる。
【０２９８】
また、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２０８ｂ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り、トラップ準位に電子が蓄積しやすくなってしまうことがある。トラップ準位に電子が蓄積されることで、マイナスの固定電荷となり、トランジスタのしきい値電圧はプラス方向にシフトしてしまう。したがって、トラップ準位が酸化物半導体膜２０８ｂの伝導帯下端のエネルギー準位（Ｅｃ）より真空準位に近くなるような構成にすると好ましい。このようにすることで、トラップ準位に電子が蓄積しにくくなり、トランジスタのオン電流を増大させることが可能であると共に、電界効果移動度を高めることができる。
【０２９９】
また、酸化物半導体膜２０８ａ、２０８ｃは、酸化物半導体膜２０８ｂよりも伝導帯下端のエネルギー準位が真空準位に近く、代表的には、酸化物半導体膜２０８ｂの伝導帯下端のエネルギー準位と、酸化物半導体膜２０８ａ、２０８ｃの伝導帯下端のエネルギー準位との差が、０．１５ｅＶ以上、または０．５ｅＶ以上、かつ２ｅＶ以下、または１ｅＶ以下である。すなわち、酸化物半導体膜２０８ａ、２０８ｃの電子親和力と、酸化物半導体膜２０８ｂの電子親和力との差が、０．１５ｅＶ以上、または０．５ｅＶ以上、かつ２ｅＶ以下、または１ｅＶ以下である。
【０３００】
このような構成を有することで、酸化物半導体膜２０８ｂが主な電流経路となる。すなわち、酸化物半導体膜２０８ｂは、チャネル領域としての機能を有し、酸化物半導体膜２０８ａ、２０８ｃ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２０８ａ、２０８ｃは、チャネル領域が形成される酸化物半導体膜２０８ｂ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２０８ａと酸化物半導体膜２０８ｂとの界面、または酸化物半導体膜２０８ｂと酸化物半導体膜２０８ｃ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。
【０３０１】
また、酸化物半導体膜２０８ａ、２０８ｃは、チャネル領域の一部として機能することを防止するため、導電率が十分に低い材料を用いるものとする。そのため、酸化物半導体膜２０８ａ、２０８ｃ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ぶことができる。また、酸化物半導体膜２０８ａ、２０８ｃ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２０８ｂ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２０８ｂの伝導帯下端のエネルギー準位と差分（バンドオフセット）を有する材料を用いるものとする。また、ドレイン電圧の大きさに依存したしきい値電圧の差が生じることを抑制するためには、酸化物半導体膜２０８ａ、２０８ｃの伝導帯下端のエネルギー準位が、酸化物半導体膜２０８ｂ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２０８ｂの伝導帯下端のエネルギー準位と、酸化物半導体膜２０８ａ、２０８ｃ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。
【０３０２】
また、酸化物半導体膜２０８ａ、２０８ｃ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２０８ａ、２０８ｃの膜中にスピネル型の結晶構造を含む場合、該スピネル型の結晶構造と他の領域との界面において、導電膜２１２ａ、２１２ｂの構成元素が酸化物半導体膜２０８ｂへ拡散してしまう場合がある。なお、酸化物半導体膜２０８ａ、２０８ｃがＣＡＡＣ−ＯＳである場合、導電膜２１２ａ、２１２ｂ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。
【０３０３】
酸化物半導体膜２０８ａ、２０８ｃの膜厚は、導電膜２１２ａ、２１２ｂの構成元素が酸化物半導体膜２０８ｂ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２１４から酸化物半導体膜２０８ｂ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２０８ａ、２０８ｃの膜厚が１０ｎｍ以上であると、導電膜２１２ａ、２１２ｂの構成元素が酸化物半導体膜２０８ｂ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２０８ａ、２０８ｃの膜厚を１００ｎｍ以下とすると、絶縁膜２１４から酸化物半導体膜２０８ｂへ効果的に酸素を供給することができる。
【０３０４】
また、本実施の形態においては、酸化物半導体膜２０８ａ、２０８ｃ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について例示したが、これに限定されない。例えば、酸化物半導体膜２０８ａ、２０８ｃとして、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］、またはＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：３：６［原子数比］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てもよい。
【０３０５】
なお、酸化物半導体膜２０８ａ、２０８ｃとして、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：１［原子数比］の金属酸化物ターゲットを用いる場合、酸化物半導体膜２０８ａ、２０８ｃは、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：β１（０＜β１≦２）：β２（０＜β２≦３）となる場合がある。また、酸化物半導体膜２０８ａ、２０８ｃとして、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：３：４［原子数比］の金属酸化物ターゲットを用いる場合、酸化物半導体膜２０８ａ、２０８ｃは、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：β３（１≦β３≦５）：β４（２≦β４≦６）となる場合がある。また、酸化物半導体膜２０８ａ、２０８ｃとして、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：３：６［原子数比］の金属酸化物ターゲットを用いる場合、酸化物半導体膜２０８ａ、２０８ｃは、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：β５（１≦β５≦５）：β６（４≦β６≦８）となる場合がある。
【０３０６】
また、トランジスタ２７０が有する酸化物半導体膜２０８と、トランジスタ２７０Ａ、２７０Ｂが有する酸化物半導体膜２０８ｃと、は図面において、導電膜２１２ａ、２１２ｂと重畳しない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２１２ａ、２１２ｂと重畳しない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２４（Ａ）（Ｂ）に示す。図２４（Ａ）（Ｂ）は、トランジスタの一例を示す断面図である。なお、図２４（Ａ）（Ｂ）は、先に示すトランジスタ２７０Ｂの酸化物半導体膜２０８が凹部を有さない構造である。
【０３０７】
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。
【０３０８】
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。
【０３０９】
（実施の形態６）
本実施の形態では、本発明の一態様である表示装置８０について、図２５乃至図４２を用いて説明する。
【０３１０】
図２５（Ａ）に示す表示装置８０は、画素部７１と、走査線駆動回路７４と、信号線駆動回路７６と、各々が平行または略平行に配設され、且つ走査線駆動回路７４によって電位が制御されるｍ本の走査線７７と、各々が平行または略平行に配設され、且つ信号線駆動回路７６によって電位が制御されるｎ本の信号線７９と、を有する。さらに、画素部７１はマトリクス状に配設された複数の画素７０を有する。また、信号線７９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７５を有する。また、走査線駆動回路７４及び信号線駆動回路７６をまとめて駆動回路部という場合がある。
【０３１１】
各々の走査線７７は、画素部７１においてｍ行ｎ列に配設された画素７０のうち、いずれかの行に配設されたｎ個の画素７０と電気的に接続される。また、各々の信号線７９は、ｍ行ｎ列に配設された画素７０のうち、いずれかの列に配設されたｍ個の画素７０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７５は、ｍ行ｎ列に配設された画素７０のうち、いずれかの行に配設されたｍ個の画素７０と電気的に接続される。
【０３１２】
図２５（Ｂ）は、図２５（Ａ）に示す表示装置８０の画素７０に用いることができる回路構成の一例を示している。
【０３１３】
図２５（Ｂ）に示す画素７０は、液晶素子５１と、トランジスタ５２と、容量素子５５と、を有する。
【０３１４】
液晶素子５１の一対の電極の一方は、トランジスタ５２と接続され、電位は、画素７０の仕様に応じて適宜設定される。液晶素子５１の一対の電極の他方は、コモン線７５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５１が有する液晶は、トランジスタ５２に書き込まれるデータにより配向状態が制御される。
【０３１５】
なお、液晶素子５１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５１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。
【０３１６】
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用いて液晶層に用いる。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。
【０３１７】
液晶素子５１を有する表示装置８０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。
【０３１８】
また、表示装置８０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モードなどを用いることができる。
【０３１９】
本実施の形態では、主に横電界方式、代表的にはＦＦＳモード及び後に説明するＤＰＳモードについて説明する。
【０３２０】
図２５（Ｂ）に示す画素７０の構成において、トランジスタ５２のソース電極及びドレイン電極の一方は、信号線７９に電気的に接続され、他方は液晶素子５１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５２のゲート電極は、走査線７７に電気的に接続される。トランジスタ５２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。
【０３２１】
図２５（Ｂ）に示す画素７０の構成において、容量素子５５の一対の電極の一方は、トランジスタ５２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５５の一対の電極の他方は、コモン線７５に電気的に接続される。コモン線７５の電位の値は、画素７０の仕様に応じて適宜設定される。容量素子５５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表示装置８０においては、容量素子５５の一対の電極の一方は、液晶素子５１の一対の電極の一方の一部または全部であり、容量素子５５の一対の電極の他方は、液晶素子５１の一対の電極の他方の一部または全部である。
【０３２２】
＜素子基板の構成例＞
次に、表示装置８０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表示装置８０が有する複数の画素７０ａ、７０ｂ、７０ｃの上面図を図２６に示す。
【０３２３】
図２６において、走査線として機能する導電膜１３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２１ａ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１３は、走査線駆動回路７４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２１ａは、信号線駆動回路７６に電気的に接続されている（図２５（Ａ）参照）。
【０３２４】
トランジスタ５２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５２は、ゲート電極として機能する導電膜１３、ゲート絶縁膜（図２６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１９ａ、ソース電極及びドレイン電極として機能する導電膜２１ａ、２１ｂにより構成される。なお、導電膜１３は、走査線としても機能し、酸化物半導体膜１９ａと重畳する領域がトランジスタ５２のゲート電極として機能する。また、導電膜２１ａは、信号線としても機能し、酸化物半導体膜１９ａと重畳する領域がトランジスタ５２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２６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１９ａ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１９ａ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。
【０３２５】
また、導電膜２１ｂは、画素電極の機能を有する酸化物半導体膜１９ｂと電気的に接続される。また、酸化物半導体膜１９ｂ上において、絶縁膜（図２６に図示せず）を介してコモン電極２９が設けられている。
【０３２６】
コモン電極２９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、表示装置８０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２９は各領域が同電位である。
【０３２７】
容量素子５５は、酸化物半導体膜１９ｂ、及びコモン電極２９が重なる領域で形成される。酸化物半導体膜１９ｂ及びコモン電極２９は透光性を有する。即ち、容量素子５５は透光性を有する。
【０３２８】
また、容量素子５５は透光性を有するため、画素７０内に容量素子５５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、容量値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容量値が小さくなる。しかしながら、本実施の形態に示す容量素子５５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容量値を得つつ、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。
【０３２９】
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。
【０３３０】
次いで、図２６の一点鎖線Ｑ１−Ｒ１、及び一点鎖線Ｓ１−Ｔ１における断面図を図２７に示す。図２７に示すトランジスタ５２は、チャネルエッチ型のトランジスタである。なお、一点破線Ｑ１−Ｒ１は、トランジスタ５２のチャネル長方向、及び容量素子５５の断面図であり、Ｓ１−Ｔ１における断面図は、トランジスタ５２のチャネル幅方向の断面図である。
【０３３１】
図２７に示すトランジスタ５２は、シングルゲート構造のトランジスタであり、基板１１上に設けられるゲート電極として機能する導電膜１３を有する。また、基板１１及びゲート電極として機能する導電膜１３上に形成される絶縁膜１５と、絶縁膜１５上に形成される絶縁膜１７と、絶縁膜１５及び絶縁膜１７を介して、ゲート電極として機能する導電膜１３と重なる酸化物半導体膜１９ａと、酸化物半導体膜１９ａ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２１ａ、２１ｂとを有する。また、絶縁膜１７、酸化物半導体膜１９ａ、及びソース電極及びドレイン電極として機能する導電膜２１ａ、２１ｂ上には、絶縁膜２３が形成され、絶縁膜２３上には絶縁膜２５が形成される。また、酸化物半導体膜１９ｂが、絶縁膜２５上に形成される。酸化物半導体膜１９ｂは、ソース電極及びドレイン電極として機能する導電膜２１ａ、２１ｂの一方、ここでは導電膜２１ｂと、絶縁膜２３及び絶縁膜２５に設けられた開口を介して電気的に接続される。絶縁膜２５及び酸化物半導体膜１９ｂ上には絶縁膜２７が形成される。また、コモン電極２９が、絶縁膜２７上に形成される。
【０３３２】
なお、絶縁膜２５上の酸化物半導体膜１９ａと重畳する位置に酸化物半導体膜１９ｂを設けることで、トランジスタ５２を、酸化物半導体膜１９ｂを第２のゲート電極とするダブルゲート構造のトランジスタとしてもよい。
【０３３３】
また、酸化物半導体膜１９ｂと、絶縁膜２７と、コモン電極２９とが重なる領域が容量素子５５として機能する。
【０３３４】
なお、本発明の実施形態の一態様の断面図は、これに限定されない。様々な構成をとることができる。例えば、酸化物半導体膜１９ｂは、スリットを有してもよい。または、酸化物半導体膜１９ｂは櫛歯形状でもよい。
【０３３５】
本発明の一態様の表示装置８０の構成は、実施の形態１で説明した半導体装置の構成を参照できる。すなわち、基板１１の材料及び作製方法は、基板１０２を参照できる。導電膜１３の材料及び作製方法は、ゲート電極１０４を参照できる。絶縁膜１５及び絶縁膜１７の材料及び作製方法は、それぞれ絶縁膜１０６及び絶縁膜１０７を参照できる。酸化物半導体膜１９ａ及び酸化物半導体膜１９ｂの材料及び作製方法は、それぞれ第１の酸化物半導体膜１１０及び第２の酸化物半導体膜１１１を参照できる。導電膜２１ａ及び導電膜２１ｂの材料及び作製方法は、それぞれソース電極１１２ａ及びドレイン電極１１２ｂを参照できる。絶縁膜２３、絶縁膜２５及び絶縁膜２７の材料及び作製方法は、それぞれ絶縁膜１１４、絶縁膜１１６及び絶縁膜１１８を参照できる。コモン電極２９の材料及び作製方法は、導電膜１２０を参照できる。
【０３３６】
なお、図２８に示すように、コモン電極２９が、絶縁膜２７上に設けられた絶縁膜２８上に設けられていてもよい。絶縁膜２８は平坦化膜としての機能を有する。絶縁膜２８の材料及び作製方法は、実施の形態３で説明した絶縁膜１１９を参照できる。
【０３３７】
＜素子基板の構成例（変形例１）＞
次に、表示装置８０が有する、図２６に示す画素とは異なる構成の複数の画素７０ｄ、７０ｅ、７０ｆの上面図を図２９に示す。
【０３３８】
図２９において、走査線として機能する導電膜１３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２１ａ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１３は、走査線駆動回路７４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２１ａは、信号線駆動回路７６に電気的に接続されている（図２５（Ａ）参照）。
【０３３９】
トランジスタ５２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５２は、ゲート電極として機能する導電膜１３、ゲート絶縁膜（図２９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１９ａ、ソース電極及びドレイン電極として機能する導電膜２１ａ、２１ｂにより構成される。なお、導電膜１３は、走査線としても機能し、酸化物半導体膜１９ａと重畳する領域がトランジスタ５２のゲート電極として機能する。また、導電膜２１ａは、信号線としても機能し、酸化物半導体膜１９ａと重畳する領域がトランジスタ５２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２９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１９ａ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１９ａ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。
【０３４０】
また、導電膜２１ｂは、画素電極の機能を有する酸化物半導体膜１９ｂと電気的に接続される。酸化物半導体膜１９ｂは櫛歯状に形成されている。また、酸化物半導体膜１９ｂ上に絶縁膜（図２９に図示せず）が設けられ、該絶縁膜上にコモン電極２９が設けられる。コモン電極２９は、酸化物半導体膜１９ｂと一部が重畳するように、上面図において酸化物半導体膜１９ｂ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２９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、表示装置８０が有する複数の画素において、コモン電極２９は各領域が同電位である。なお、酸化物半導体膜１９ｂ及びコモン電極２９は、信号線（導電膜２１ａ）に沿うように屈曲したくの字（Ｖ字）形状を有している。
【０３４１】
容量素子５５は、酸化物半導体膜１９ｂ、及びコモン電極２９が重なる領域で形成される。酸化物半導体膜１９ｂ及びコモン電極２９は透光性を有する。即ち、容量素子５５は透光性を有する。
【０３４２】
次いで、図２９の一点鎖線Ｑ２−Ｒ２、及び一点鎖線Ｓ２−Ｔ２における断面図を図３０に示す。図３０に示すトランジスタ５２は、チャネルエッチ型のトランジスタである。なお、一点破線Ｑ２−Ｒ２は、トランジスタ５２のチャネル長方向、及び容量素子５５の断面図であり、Ｓ２−Ｔ２における断面図は、トランジスタ５２のチャネル幅方向の断面図である。
【０３４３】
図３０に示すトランジスタ５２は、シングルゲート構造のトランジスタであり、基板１１上に設けられるゲート電極として機能する導電膜１３を有する。また、基板１１及びゲート電極として機能する導電膜１３上に形成される絶縁膜１５と、絶縁膜１５上に形成される絶縁膜１７と、絶縁膜１５及び絶縁膜１７を介して、ゲート電極として機能する導電膜１３と重なる酸化物半導体膜１９ａと、酸化物半導体膜１９ａ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２１ａ、２１ｂとを有する。また、絶縁膜１７、酸化物半導体膜１９ａ、及びソース電極及びドレイン電極として機能する導電膜２１ａ、２１ｂ上には、絶縁膜２３が形成され、絶縁膜２３上には絶縁膜２５が形成される。また、酸化物半導体膜１９ｂが、絶縁膜２５上に形成される。酸化物半導体膜１９ｂは、ソース電極及びドレイン電極として機能する導電膜２１ａ、２１ｂの一方、ここでは導電膜２１ｂと、絶縁膜２３及び絶縁膜２５に設けられた開口を介して電気的に接続される。絶縁膜２５及び酸化物半導体膜１９ｂ上には絶縁膜２７が形成される。また、コモン電極２９が、絶縁膜２７上に形成される。
【０３４４】
図３０に示す画素では、絶縁膜２７及びコモン電極２９上に設けられる液晶の配向が制御される領域において、画素電極の機能を有する酸化物半導体膜１９ｂは絶縁膜２５上に設けられ、コモン電極２９は絶縁膜２７上に設けられている。このように、異なる平面上に配設された一対の電極間に電界を発生させることで液晶の配向を制御する表示装置の駆動方法をＤＰＳ（Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ−Ｐｌａｎｅ−Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）モードと呼ぶことができる。
【０３４５】
なお、絶縁膜２５上の酸化物半導体膜１９ａと重畳する位置に酸化物半導体膜１９ｂを設けることで、トランジスタ５２を、酸化物半導体膜１９ｂを第２のゲート電極とするダブルゲート構造のトランジスタとしてもよい。
【０３４６】
また、酸化物半導体膜１９ｂと、絶縁膜２７と、コモン電極２９とが重なる領域が容量素子５５として機能する。
【０３４７】
図２９及び図３０に示す液晶表示装置は、酸化物半導体膜１９ｂ及びコモン電極２９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。
【０３４８】
なお、図３１に示すように、コモン電極２９を、絶縁膜２７上に設けられた絶縁膜２８上に設けてもよい。
【０３４９】
また、図３２及び図３３に示すように、酸化物半導体膜１９ｂとコモン電極２９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、酸化物半導体膜１９ｂとコモン電極２９との位置関係を適宜決定することができる。なお、図３３に示す表示装置が有するコモン電極２９が、平坦化膜の機能を有する絶縁膜２８上に設けられていてもよい（図３４参照）。
【０３５０】
また、図２９及び図３０に示す液晶表示装置は、酸化物半導体膜１９ｂの信号線（導電膜２１ａ）と平行または略平行な方向に延伸する領域の幅ｄ１が、コモン電極２９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ｄ２よりも小さい構成としているが（図３０参照）、これに限られない。図３５及び図３６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７０ｄ）において、酸化物半導体膜１９ｂおよび／またはコモン電極２９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。
【０３５１】
また、図３７に示すように、絶縁膜２７上に設けられた絶縁膜２８が、絶縁膜２８上のコモン電極２９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２９をマスクとして絶縁膜２８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２８上のコモン電極２９の凹凸を抑制でき、コモン電極２９の端部から絶縁膜２７にかけて絶縁膜２８の側面がなだらかに形成される。なお、図３８に示すように、絶縁膜２８の表面のうち基板１１と平行な領域の一部がコモン電極２９に覆われない構成としてもよい。
【０３５２】
また、図３９及び図４０に示すように、コモン電極が酸化物半導体膜１９ｂと同一の層上、すなわち絶縁膜２５上に設けられていてもよい。図３９及び図４０に示すコモン電極１９ｃは、酸化物半導体膜１９ｂと同一の材料で同時に形成することができる。
【０３５３】
本発明の一態様の表示装置８０の構成は、実施の形態１で説明した半導体装置の構成を参照できる。すなわち、基板１１の材料及び作製方法は、基板１０２を参照できる。導電膜１３の材料及び作製方法は、ゲート電極１０４を参照できる。絶縁膜１５及び絶縁膜１７の材料及び作製方法は、それぞれ絶縁膜１０６及び絶縁膜１０７を参照できる。酸化物半導体膜１９ａ及び酸化物半導体膜１９ｂの材料及び作製方法は、それぞれ第１の酸化物半導体膜１１０及び第２の酸化物半導体膜１１１を参照できる。導電膜２１ａ及び導電膜２１ｂの材料及び作製方法は、それぞれソース電極１１２ａ及びドレイン電極１１２ｂを参照できる。絶縁膜２３、絶縁膜２５及び絶縁膜２７の材料及び作製方法は、それぞれ絶縁膜１１４、絶縁膜１１６及び絶縁膜１１８を参照できる。コモン電極２９の材料及び作製方法は、導電膜１２０を参照できる。
【０３５４】
また、絶縁膜２８の材料及び作製方法は、実施の形態３で説明した絶縁膜１１９を参照できる。
【０３５５】
なお、本実施の形態に示す構成及び方法などは、他の実施の形態に示す構成及び方法などと適宜組み合わせて用いることができる。
【０３５６】
＜素子基板の構成例（変形例２）＞
次に、図２５（Ａ）に示す表示装置８０が有する、上記とは異なる構成の複数の画素３７０の構成について説明する。図４１（Ａ）に画素３７０の回路構成の一例を示す。また図４１（Ｂ）は表示装置８０が有する複数の画素３７０ｇ、３７０ｈ、３７０ｉの上面図であり、図４２は図４１（Ｂ）の一点鎖線Ｑ３−Ｒ３、及びＳ３−Ｔ３における断面図である。
【０３５７】
画素３７０は、液晶素子５１に代えて、並列に接続された液晶素子３５１ａ及び液晶素子３５１ｂを備える点が、図２５（Ｂ）を参照しながら説明する画素７０と異なる。ここでは異なる構成について詳細に説明し、同様な構成を用いることができる部分は、上記の説明を援用する。なお、図４２に示す断面図において、液晶素子３５１ｂは省略している。
【０３５８】
液晶素子３５１ａにおいて、酸化物半導体膜３１９ｂはトランジスタ３５２のドレイン電極と電気的に接続され、画素電極の機能を有する。また、導電膜３２９は、走査線（導電膜１３）と平行または略平行に延伸して設けられる配線ＶＣＯＭと電気的に接続され、コモン電極の機能を有する。
【０３５９】
液晶素子３５１ｂにおいて、導電膜３２９はトランジスタ３５２のドレイン電極と電気的に接続され、画素電極の機能を有する。また、酸化物半導体膜３１９ｂは、走査線（導電膜１３）と平行または略平行に延伸して設けられる配線ＶＣＯＭと電気的に接続され、コモン電極の機能を有する。
【０３６０】
導電膜３２９と電気的に接続される配線ＶＣＯＭ及び酸化物半導体膜３１９ｂと電気的に接続される配線ＶＣＯＭは、図４１（Ａ）において一の配線で示しているが、これに限られない。導電膜３２９と電気的に接続される配線ＶＣＯＭと、酸化物半導体膜３１９ｂと電気的に接続される配線ＶＣＯＭとが、同電位であってもよく、また異なる電位であってもよい。導電膜３２９と電気的に接続される配線ＶＣＯＭ及び酸化物半導体膜３１９ｂと電気的に接続される配線ＶＣＯＭは、例えば走査線駆動回路７４において互いに電気的に接続されることで、同電位とすることができる（図２５（Ａ）参照）。
【０３６１】
また、画素３７０が備える容量素子３５５は、容量素子３５５ａ及び容量素子３５５ｂを有する。容量素子３５５ａの一対の電極の一方は酸化物半導体膜３１９ｂを含み、トランジスタ３５２のドレイン電極と電気的に接続される。容量素子３５５ａの一対の電極の他方は導電膜３２９を含む。また容量素子３５５ｂの一対の電極の一方は導電膜３２９を含み、トランジスタ３５２のドレイン電極と電気的に接続される。容量素子３５５ｂの一対の電極の他方は酸化物半導体膜３１９ｂを含む。
【０３６２】
酸化物半導体膜３１９ｂの材料及び作製方法は、前述の酸化物半導体膜１９ｂを参照できる。また導電膜３２９の材料及び作製方法は、前述のコモン電極２９を参照できる。
【０３６３】
液晶素子３５１ａ及び液晶素子３５１ｂを並列に接続する構成により、印加する電圧を反転して液晶素子を駆動する際に認められる、酸化物半導体膜３１９ｂに対する導電膜３２９の配置に由来する液晶素子の特性の非対称性を、相殺することができる。
【０３６４】
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。
【０３６５】
（実施の形態７）
本実施の形態では、本発明の一態様の液晶表示装置に適用可能な垂直配向（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４３乃至図４５を参照して説明する。図４３は液晶表示装置が備える画素の上面図であり、図４４は図４３の切断線Ｚ１−Ｚ２における断面を含む側面図である。また、図４５は、液晶表示装置が備える画素の等価回路図である。
【０３６６】
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。
【０３６７】
本実施の形態では、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。
【０３６８】
図４３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。
【０３６９】
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。画素電極６２４上には、絶縁膜６２７が設けられる。
【０３７０】
トランジスタ６２８としては、実施の形態１乃至３、または実施の形態５で説明するトランジスタを適用することができる。
【０３７１】
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。
【０３７２】
画素電極６２４としては、実施の形態１で説明する抵抗率の低い酸化物半導体膜を適用することができる。すなわち、画素電極６２４の材料及び作製方法は、実施の形態１で示す第２の酸化物半導体膜１１１を参照できる。
【０３７３】
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。
【０３７４】
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。
【０３７５】
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上に突起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及び突起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。
【０３７６】
コモン電極６４０は、実施の形態１で説明する導電膜１２０と同様の材料を用いて形成することが好ましい。コモン電極６４０に形成されるスリット６４７と、突起６４４とは、液晶の配向を制御する機能を有する。
【０３７７】
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側の突起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側に突起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。
【０３７８】
図４４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。
【０３７９】
この画素構造の等価回路を図４５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６０２、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。
【０３８０】
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。
【０３８１】
（実施の形態８）
本実施の形態においては、先の実施の形態で例示したトランジスタを有する表示装置の一例について、図４６及び図４７を用いて以下説明を行う。
【０３８２】
図４６は、表示装置の一例を示す上面図である。図４６に示す表示装置７００は、第１の基板７０１上に設けられた画素部７０２と、第１の基板７０１に設けられたソースドライバ回路部７０４及びゲートドライバ回路部７０６と、画素部７０２、ソースドライバ回路部７０４、及びゲートドライバ回路部７０６を囲むように配置されるシール材７１２と、第１の基板７０１に対向するように設けられる第２の基板７０５と、を有する。なお、第１の基板７０１と第２の基板７０５は、シール材７１２によって封止されている。すなわち、画素部７０２、ソースドライバ回路部７０４、及びゲートドライバ回路部７０６は、第１の基板７０１とシール材７１２と第２の基板７０５によって封止されている。なお、図４６には図示しないが、第１の基板７０１と第２の基板７０５の間には表示素子が設けられる。
【０３８３】
また、表示装置７００は、第１の基板７０１上のシール材７１２によって囲まれている領域とは異なる領域に、画素部７０２、ソースドライバ回路部７０４、及びゲートドライバ回路部７０６とそれぞれ電気的に接続されるＦＰＣ端子部７０８（ＦＰＣ：Ｆｌｅｘｉｂｌｅ  Ｐｒｉｎｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）が設けられる。また、ＦＰＣ端子部７０８には、ＦＰＣ７１６が接続され、ＦＰＣ７１６によって画素部７０２、ソースドライバ回路部７０４、及びゲートドライバ回路部７０６に各種信号等が供給される。また、画素部７０２、ソースドライバ回路部７０４、ゲートドライバ回路部７０６、及びＦＰＣ端子部７０８には、配線７１０が各々接続されている。ＦＰＣ７１６により供給される各種信号等は、配線７１０を介して、画素部７０２、ソースドライバ回路部７０４、ゲートドライバ回路部７０６、及びＦＰＣ端子部７０８に与えられる。
【０３８４】
また、表示装置７００にゲートドライバ回路部７０６を複数設けてもよい。また、表示装置７００としては、ソースドライバ回路部７０４、及びゲートドライバ回路部７０６を画素部７０２と同じ第１の基板７０１に形成している例を示しているが、この構成に限定されない。例えば、ゲートドライバ回路部７０６のみを第１の基板７０１に形成しても良い、またはソースドライバ回路部７０４のみを第１の基板７０１に形成しても良い。この場合、ソースドライバ回路またはゲートドライバ回路等が形成された基板（例えば、単結晶半導体膜、多結晶半導体膜で形成された駆動回路基板）を、第１の基板７０１に実装する構成としても良い。なお、別途形成した駆動回路基板の接続方法は、特に限定されるものではなく、ＣＯＧ（Ｃｈｉｐ  Ｏｎ  Ｇｌａｓｓ）方法、ワイヤボンディング方法などを用いることができる。
【０３８５】
表示装置７００が有する画素部７０２は複数のトランジスタ及び容量素子を有しており、実施の形態１で説明した半導体装置を適用することができる。また、ソースドライバ回路部７０４及びゲートドライバ回路部７０６は、複数のトランジスタ及び配線コンタクト部を有しており、実施の形態２で説明した半導体装置を適用することができる。
【０３８６】
また、表示装置７００は、様々な形態を用いること、または様々な表示素子を有することが出来る。表示素子は、例えば、液晶素子、ＬＥＤ（白色ＬＥＤ、赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ、青色ＬＥＤなど）などを含むＥＬ（エレクトロルミネッセンス）素子（有機物及び無機物を含むＥＬ素子、有機ＥＬ素子、無機ＥＬ素子）、トランジスタ（電流に応じて発光するトランジスタ）、電子放出素子、電気泳動素子、グレーティングライトバルブ（ＧＬＶ）やデジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）、ＤＭＳ（デジタル・マイクロ・シャッター）素子、ＭＩＲＡＳＯＬ（登録商標）ディスプレイ、ＩＭＯＤ（インターフェアレンス・モジュレーション）素子、圧電セラミックディスプレイなどのＭＥＭＳ（マイクロ・エレクトロ・メカニカル・システム）を用いた表示素子、エレクトロウェッティング素子などが挙げられる。これらの他にも、電気的または磁気的作用により、コントラスト、輝度、反射率、透過率などが変化する表示媒体を有していてもよい。また、表示素子として量子ドットを用いてもよい。液晶素子を用いた表示装置の一例としては、液晶ディスプレイ（透過型液晶ディスプレイ、半透過型液晶ディスプレイ、反射型液晶ディスプレイ、直視型液晶ディスプレイ、投射型液晶ディスプレイ）などがある。ＥＬ素子を用いた表示装置の一例としては、ＥＬディスプレイなどがある。電子放出素子を用いた表示装置の一例としては、フィールドエミッションディスプレイ（ＦＥＤ）又はＳＥＤ方式平面型ディスプレイ（ＳＥＤ：Ｓｕｒｆａｃｅ−ｃｏｎｄｕｃｔｉｏｎ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ−ｅｍｉｔｔｅｒ  Ｄｉｓｐｌａｙ）などがある。量子ドットを用いた表示装置の一例としては、量子ドットディスプレイなどがある。電子インク又は電気泳動素子を用いた表示装置の一例としては、電子ペーパーなどがある。なお、半透過型液晶ディスプレイや反射型液晶ディスプレイを実現する場合には、画素電極の一部、または、全部が、反射電極としての機能を有するようにすればよい。例えば、画素電極の一部、または、全部が、アルミニウム、銀、などを有するようにすればよい。さらに、その場合、反射電極の下に、ＳＲＡＭなどの記憶回路を設けることも可能である。これにより、さらに、消費電力を低減することができる。
【０３８７】
なお、表示装置７００における表示方式は、プログレッシブ方式やインターレース方式等を用いることができる。また、カラー表示する際に画素で制御する色要素としては、ＲＧＢ（Ｒは赤、Ｇは緑、Ｂは青を表す）の三色に限定されない。例えば、Ｒの画素とＧの画素とＢの画素とＷ（白）の画素の四画素から構成されてもよい。または、ペンタイル配列のように、ＲＧＢのうちの２色分で一つの色要素を構成し、色要素によって、異なる２色を選択して構成してもよい。またはＲＧＢに、イエロー、シアン、マゼンタ等を一色以上追加してもよい。なお、色要素のドット毎にその表示領域の大きさが異なっていてもよい。ただし、開示する発明はカラー表示の表示装置に限定されるものではなく、モノクロ表示の表示装置に適用することもできる。
【０３８８】
また、バックライト（有機ＥＬ素子、無機ＥＬ素子、ＬＥＤ、蛍光灯など）に白色光（Ｗ）を用いて表示装置をフルカラー表示させるために、着色膜（カラーフィルタともいう。）を用いてもよい。着色膜は、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。着色膜を用いることで、着色膜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、着色膜を有する領域と、着色膜を有さない領域とを配置することによって、着色膜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。一部に着色膜を有さない領域を配置することで、明るい表示の際に、着色膜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、着色膜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。
【０３８９】
本実施の形態においては、表示素子として液晶素子を用いる表示装置の構成について、図４７を用いて説明する。
【０３９０】
図４７は、図４６に示す一点鎖線Ｕ−Ｖにおける断面図である。図４７に示す表示装置７００は、引き回し配線部７１１と、画素部７０２と、ソースドライバ回路部７０４と、ＦＰＣ端子部７０８と、を有する。また、引き回し配線部７１１は、配線７１０を有する。また、画素部７０２は、トランジスタ７５０及び容量素子７９０を有する。また、ソースドライバ回路部７０４は、トランジスタ７５２を有する。
【０３９１】
例えば、トランジスタ７５０として、実施の形態１で示すトランジスタ１５０を用いることができる。トランジスタ７５２として、実施の形態２で示すトランジスタ１５１を用いることができる。
【０３９２】
本実施の形態で用いるトランジスタは、高純度化し、酸素欠損の形成を抑制した酸化物半導体膜を有する。該トランジスタは、オフ状態における電流値（オフ電流値）を低くすることができる。よって、画像信号等の電気信号の保持時間を長くすることができ、電源オン状態では書き込み間隔も長く設定できる。よって、リフレッシュ動作の頻度を少なくすることができるため、消費電力を抑制する効果を奏する。
【０３９３】
また、本実施の形態で用いるトランジスタは、比較的高い電界効果移動度が得られるため、高速駆動が可能である。例えば、このような高速駆動が可能なトランジスタを液晶表示装置に用いることで、画素部のスイッチングトランジスタと、駆動回路部に使用するドライバトランジスタを同一基板上に形成することができる。すなわち、別途駆動回路として、シリコンウェハ等により形成された半導体装置を用いる必要がないため、半導体装置の部品点数を削減することができる。また、画素部においても、高速駆動が可能なトランジスタを用いることで、高画質な画像を提供することができる。
【０３９４】
容量素子７９０としては、実施の形態１で示す容量素子１６０を用いることができる。容量素子７９０は透光性を有するため、画素部７０２が有する一の画素において容量素子７９０を大きく（大面積に）形成することができる。よって、開口率を高めつつ、容量値を増大させた表示装置とすることができる。
【０３９５】
また、図４７において、トランジスタ７５０上に、絶縁膜７６４、７６６、７６８が設けられている。
【０３９６】
絶縁膜７６４、７６６、７６８としては、それぞれ実施の形態１に示す絶縁膜１１４、１１６、１１８と、同様の材料及び作製方法により形成することができる。また、絶縁膜７６８上に平坦化膜を設ける構成としてもよい。平坦化膜としては、実施の形態３に示す絶縁膜１１９と同様の材料及び作製方法により形成することができる。
【０３９７】
また、配線７１０は、トランジスタ７５０、７５２のソース電極及びドレイン電極として機能する導電膜と同じ工程で形成される。なお、配線７１０は、トランジスタ７５０、７５２のソース電極及びドレイン電極と異なる工程で形成された導電膜、例えばゲート電極として機能する導電膜としてもよい。配線７１０として、例えば、銅元素を含む材料を用いた場合、配線抵抗に起因する信号遅延等が少なく、大画面での表示が可能となる。
【０３９８】
また、ＦＰＣ端子部７０８は、接続電極７６０、異方性導電膜７８０、及びＦＰＣ７１６を有する。なお、接続電極７６０は、トランジスタ７５０、７５２のソース電極及びドレイン電極として機能する導電膜と同じ工程で形成される。また、接続電極７６０は、ＦＰＣ７１６が有する端子と異方性導電膜７８０を介して、電気的に接続される。
【０３９９】
また、第１の基板７０１及び第２の基板７０５としては、例えばガラス基板を用いることができる。また、第１の基板７０１及び第２の基板７０５として、実施の形態１で示す基板１０２と同様の材料を用いることができる。
【０４００】
第２の基板７０５側には、ブラックマトリクスとして機能する遮光膜７３８と、カラーフィルタとして機能する着色膜７３６と、遮光膜７３８及び着色膜７３６に接する絶縁膜７３４が設けられる。
【０４０１】
また、第１の基板７０１と第２の基板７０５の間には、構造体７７８が設けられる。構造体７７８は、絶縁膜を選択的にエッチングすることで得られる柱状のスペーサであり、第１の基板７０１と第２の基板７０５の間の距離（セルギャップ）を制御するために設けられる。なお、構造体７７８として、球状のスペーサを用いていても良い。
【０４０２】
また、本実施の形態においては、構造体７７８を第１の基板７０１側に設ける構成について例示したが、これに限定されない。例えば、第２の基板７０５側に構造体７７８を設ける構成、または第１の基板７０１及び第２の基板７０５双方に構造体７７８を設ける構成としてもよい。
【０４０３】
表示装置７００は、液晶素子７７５を有する。液晶素子７７５は、導電膜７７２、導電膜７７４、及び液晶層７７６を有する。導電膜７７４は、第２の基板７０５側に設けられ、対向電極としての機能を有する。表示装置７００は、導電膜７７２と導電膜７７４に印加される電圧によって、液晶層７７６の配向状態が変わることによって光の透過、非透過が制御され画像を表示することができる。
【０４０４】
また、導電膜７７２は、トランジスタ７５０が有するソース電極またはドレイン電極として機能する導電膜に接続される。導電膜７７２は、絶縁膜７６８上に形成され画素電極、すなわち表示素子の一方の電極として機能する。表示装置７００は、基板７０１側にバックライトやサイドライト等を設け、液晶素子７７５及び着色膜７３６を介して表示する、所謂透過型のカラー液晶表示装置である。
【０４０５】
導電膜７７２及び導電膜７７４としては、可視光において透光性のある導電膜、または可視光において反射性のある導電膜を用いることができる。可視光において透光性のある導電膜としては、例えば、インジウム（Ｉｎ）、亜鉛（Ｚｎ）、錫（Ｓｎ）の中から選ばれた一種を含む材料を用いるとよい。また、導電膜７７２及び導電膜７７４として、実施の形態１で示す導電膜１２０と同様の材料を用いることができる。
【０４０６】
なお、図４６及び図４７に示す表示装置７００は、透過型のカラー液晶表示装置について例示したが、これに限定されない。例えば、導電膜７７２を可視光において、反射性のある導電膜を用いることで反射型のカラー液晶表示装置としてもよい。
【０４０７】
なお、図４７において図示しないが、偏光部材、位相差部材、反射防止部材などの光学部材（光学基板）などは適宜設けてもよい。例えば、偏光基板及び位相差基板による円偏光を用いてもよい。
【０４０８】
液晶層７７６に用いる液晶としては、実施の形態６に示す液晶素子５１に用いる液晶を参照できる。また、液晶素子を有する表示装置の駆動方法としては、実施の形態６に示す各種の駆動方法を適用することができる。
【０４０９】
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。
【０４１０】
（実施の形態９）
本実施の形態においては、本発明の一態様の表示装置、及び該表示装置の駆動方法について、図４８乃至図５１を用いて説明を行う。
【０４１１】
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。
【０４１２】
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（リフレッシュするともいう）回数を低減することで、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。
【０４１３】
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。
【０４１４】
図４８（Ａ）に、従来の表示装置の表示を表す模式図を示す。図４８（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。
【０４１５】
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。
【０４１６】
つまり、図４８（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。
【０４１７】
また、図４９（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。
【０４１８】
これに対し、図４９（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。
【０４１９】
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。
【０４２０】
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。
【０４２１】
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による目の疲労軽減の効果を評価することができる。
【０４２２】
＜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５０を用いて説明する。
【０４２３】
［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。
【０４２４】
図５０（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。
【０４２５】
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。
【０４２６】
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。
【０４２７】
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。
【０４２８】
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。
【０４２９】
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。
【０４３０】
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５０（Ｂ））。
【０４３１】
なお、図５０（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。
【０４３２】
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。
【０４３３】
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、第１の画像４５２ａの一部と、第２の画像４５２ｂの一部の領域が表示される。
【０４３４】
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５０（Ａ）の時点）の輝度に比べて段階的に低下する。
【０４３５】
図５０（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。
【０４３６】
なお、図５０（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。
【０４３７】
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。
【０４３８】
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。
【０４３９】
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５０（Ｄ）。
【０４４０】
図５０（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。
【０４４１】
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。
【０４４２】
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。
【０４４３】
［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。
【０４４４】
図５１（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。
【０４４５】
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。
【０４４６】
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。
【０４４７】
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５１（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。
【０４４８】
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５１（Ｂ））。また、表示される画像の輝度が段階的に低下する。
【０４４９】
なお、図５１（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。
【０４５０】
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。
【０４５１】
図５１（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。
【０４５２】
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５１（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。
【０４５３】
図５１（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。
【０４５４】
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。
【０４５５】
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。
【０４５６】
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。
【０４５７】
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。
【０４５８】
（実施の形態１０）
本実施の形態では、本発明の一態様の半導体装置を有する表示モジュール及び電子機器について、図５２及び図５３を用いて説明を行う。
【０４５９】
図５２に示す表示モジュール８０００は、上部カバー８００１と下部カバー８００２との間に、ＦＰＣ８００３に接続されたタッチパネル８００４、ＦＰＣ８００５に接続された表示パネル８００６、バックライト８００７、フレーム８００９、プリント基板８０１０、バッテリ８０１１を有する。
【０４６０】
本発明の一態様の表示装置は、例えば、表示パネル８００６に用いることができる。
【０４６１】
上部カバー８００１及び下部カバー８００２は、タッチパネル８００４及び表示パネル８００６のサイズに合わせて、形状や寸法を適宜変更することができる。
【０４６２】
タッチパネル８００４は、抵抗膜方式または静電容量方式のタッチパネルを表示パネル８００６に重畳して用いることができる。また、表示パネル８００６の対向基板（封止基板）に、タッチパネル機能を持たせるようにすることも可能である。また、表示パネル８００６の各画素内に光センサを設け、光学式のタッチパネルとすることも可能である。
【０４６３】
バックライト８００７は、光源８００８を有する。なお、図５２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。
【０４６４】
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。
【０４６５】
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。
【０４６６】
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。
【０４６７】
図５３（Ａ）乃至図５３（Ｇ）は、電子機器を示す図である。これらの電子機器は、筐体５０００、表示部５００１、スピーカ５００３、ＬＥＤランプ５００４、操作キー５００５（電源スイッチ、又は操作スイッチを含む）、接続端子５００６、センサ５００７（力、変位、位置、速度、加速度、角速度、回転数、距離、光、液、磁気、温度、化学物質、音声、時間、硬度、電場、電流、電圧、電力、放射線、流量、湿度、傾度、振動、におい又は赤外線を測定する機能を含むもの）、マイクロフォン５００８、等を有することができる。
【０４６８】
図５３（Ａ）はモバイルコンピュータであり、上述したものの他に、スイッチ５００９、赤外線ポート５０１０、等を有することができる。図５３（Ｂ）は記録媒体を備えた携帯型の画像再生装置（たとえば、ＤＶＤ再生装置）であり、上述したものの他に、第２表示部５００２、記録媒体読込部５０１１、等を有することができる。図５３（Ｃ）はゴーグル型ディスプレイであり、上述したものの他に、第２表示部５００２、支持部５０１２、イヤホン５０１３、等を有することができる。図５３（Ｄ）は携帯型遊技機であり、上述したものの他に、記録媒体読込部５０１１、等を有することができる。図５３（Ｅ）はテレビ受像機能付きデジタルカメラであり、上述したものの他に、アンテナ５０１４、シャッターボタン５０１５、受像部５０１６、等を有することができる。図５３（Ｆ）は携帯型遊技機であり、上述したものの他に、第２表示部５００２、記録媒体読込部５０１１、等を有することができる。図５３（Ｇ）は持ち運び型テレビ受像器であり、上述したものの他に、信号の送受信が可能な充電器５０１７、等を有することができる。
【０４６９】
図５３（Ａ）乃至図５３（Ｇ）に示す電子機器は、様々な機能を有することができる。例えば、様々な情報（静止画、動画、テキスト画像など）を表示部に表示する機能、タッチパネル機能、カレンダー、日付又は時刻などを表示する機能、様々なソフトウェア（プログラム）によって処理を制御する機能、無線通信機能、無線通信機能を用いて様々なコンピュータネットワークに接続する機能、無線通信機能を用いて様々なデータの送信又は受信を行う機能、記録媒体に記録されているプログラム又はデータを読み出して表示部に表示する機能、等を有することができる。さらに、複数の表示部を有する電子機器においては、一つの表示部を主として画像情報を表示し、別の一つの表示部を主として文字情報を表示する機能、または、複数の表示部に視差を考慮した画像を表示することで立体的な画像を表示する機能、等を有することができる。さらに、受像部を有する電子機器においては、静止画を撮影する機能、動画を撮影する機能、撮影した画像を自動または手動で補正する機能、撮影した画像を記録媒体（外部又はカメラに内蔵）に保存する機能、撮影した画像を表示部に表示する機能、等を有することができる。なお、図５３（Ａ）乃至図５３（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。
【０４７０】
本実施の形態において述べた電子機器は、何らかの情報を表示するための表示部を有することを特徴とする。該表示部に、実施の形態４で示した表示装置を適用することができる。
【０４７１】
本実施の形態に示す構成は、他の実施の形態に示す構成と適宜組み合わせて用いることができる。
【実施例】
【０４７２】
本実施例においては、実施の形態９で示した表示装置の駆動方法に関する実験結果について、図５４乃至図５６を参照しながら説明する。
【０４７３】
図５４（Ａ）乃至（Ｃ）は、輝度の変化を表示装置の直径１００μｍの領域について測定した結果を説明する図である。なお、表示装置にはスクロールしながらテキスト画像を表示させた。テキスト画像は、大きさ２０ポイントの文字を一行あたり４９文字、一頁あたり２５行含む。
【０４７４】
図５４（Ａ）は、テキスト画像を２．５ページ／ｓｅｃの速度でスクロールしながら表示した場合に観測される輝度の変化を説明する図である。
【０４７５】
図５４（Ｂ）は、図５４（Ａ）を用いて説明するテキスト画像の文字より明るい階調（具体的には、テキスト画像の文字の輝度がテキスト画像の背景の輝度の約５０％になる階調）の文字を用いたテキスト画像を、５ページ／ｓｅｃの速度でスクロールしながら表示した場合に観測される輝度の変化を説明する図である。
【０４７６】
図５４（Ｃ）は、図５４（Ａ）を用いて説明するテキスト画像の文字と同じ階調の文字を用いたテキスト画像を、５ページ／ｓｅｃの速度でスクロールしながら表示した場合に観測される輝度の変化を説明する図である。
【０４７７】
図５５（Ａ）乃至（Ｃ）は、図５４（Ａ）乃至（Ｃ）に示す輝度の変化に基づく視覚刺激の変化を、過去の感性評価結果によく一致するモデルとされるバートンの式を用いて算出した結果を説明する図である。バートンの式は以下に示す数式１で表される。
【０４７８】
【数１】
0006801969.tif 000002
【０４７９】
なお、式中のｕは空間変調の周波数パラメータ、ｗは時間変調の周波数パラメータである。また、ｋは信号雑音比、Ｔは視覚の積分時間、Ｘ０は対象物の大きさ、Ｘｍａｘは最大積分領域、Ｎｍａｘは明暗サイクルの最大積分周期数、ηは量子効率、ｐは量子変換係数、Ｅは網膜照度、φ０は神経雑音のスペクトル密度である。
【０４８０】
また、数式１中のＭｏｐｔ（ｕ）は空間変調のある明暗に関する視覚伝達関数であり、以下に示す数式２で表される。式中のσは瞳孔の直径をパラメータに持つ、透光体や網膜等の視覚器官の構成を考慮した線広がり関数の標準偏差である。
【０４８１】
【数２】
0006801969.tif 000003
【０４８２】
また、数式１中のＨ１（ｗ）およびＨ２（ｗ）は時間変調に関する伝達関数であり、以下に示す数式３で表される。式中のτは時定数である。またｎは数式１のＨ１（ｗ）中で７、Ｈ２（ｗ）中で４の場合に感性評価の結果と一致することが見出されている。
【０４８３】
【数３】
0006801969.tif 000004
【０４８４】
また、数式１中のＦ（ｕ）は側抑制を示す関数であり、以下に示す数式４で表される。式中のｕ０は側抑制の空間周波数である。
【０４８５】
【数４】
0006801969.tif 000005
【０４８６】
図５５（Ａ）は、図５４（Ａ）に示す輝度の変化に基づく視覚刺激の変化を、バートンの式を用いて算出した結果を説明する図である。
【０４８７】
図５５（Ｂ）は、図５４（Ｂ）に示す輝度の変化に基づく視覚刺激の変化を、バートンの式を用いて算出した結果を説明する図である。
【０４８８】
図５５（Ｃ）は、図５４（Ｃ）に示す輝度の変化に基づく視覚刺激の変化を、バートンの式を用いて算出した結果を説明する図である。
【０４８９】
図５６は、図５４を用いて説明するテキスト画像を観察した６人の被験者の臨界融合周波数（ＣＦＦ）を測定した結果を説明する図である。具体的には、スクロールしながら表示されたテキスト画像を１分間観察した後に、臨界融合周波数（ＣＦＦ）を１０回測定し、平均して結果を得た。また、これを５回繰り返し、加算した時間を負荷時間とした。
【０４９０】
図５６（Ａ）は、図５４（Ｂ）を用いて説明するテキスト画像を観察した６人の被験者の臨界融合周波数（ＣＦＦ）を測定した結果を説明する図である。
【０４９１】
図５６（Ｂ）は、図５４（Ｃ）を用いて説明するテキスト画像を観察した６人の被験者の臨界融合周波数（ＣＦＦ）を測定した結果を説明する図である。
【０４９２】
なお、シャープ株式会社製、型式：ＡＱＵＯＳ  ＰＡＤ  ＳＨ−０６Ｆを用いてテキスト画像をスクロールしながら表示した。表示パネルの対角の大きさは７．０インチ、精細度は３２３ｐｐｉ、ＶＡモードで動作する液晶素子と、酸化物半導体を備えるトランジスタを画素に有する。
【０４９３】
柴田科学社製、労研式デジタルフリッカー値測定器、型式：ＲＤＦ−１を用いて、臨界融合周波数を測定した。
【０４９４】
＜結果＞
スクロールの速度が遅い場合、スクロールの速度が速い場合に比べて、同じ期間に生じる輝度の変化が少なく、視覚刺激が抑制されることが分かった（図５４（Ａ）、図５４（Ｃ）、図５５（Ａ）および図５５（Ｃ）参照）。
【０４９５】
スクロールの速度が速い場合、テキスト画像の文字を明るい階調で表示してコントラストを低減すると、同じ期間に生じる輝度の変化が少なく、視覚刺激が抑制されることが分かった（図５４（Ｂ）、図５５（Ｂ）、図５４（Ｃ）および図５５（Ｃ）参照）。
【０４９６】
また、速い速度でスクロールして表示されるテキスト画像を繰り返し観察する被験者の臨界融合周波数（ＣＦＦ）の低下が、コントラストが低減されるように明るい階調で表示された文字を含む場合において抑制されることが分かった（図５６（Ａ）および図５６（Ｂ）参照）。
【０４９７】
これにより、速い速度でスクロールする際に被験者に蓄積する疲労を、コントラストが低減されるように明るい階調で文字を表示することにより軽減できることが分かった。
【０４９８】
具体的には、コントラストが低減されるようにテキスト画像の文字を明るい階調で表示した場合、どの被験者にも臨界融合周波数の低下が認められなかった（図５６（Ａ）参照）。
【０４９９】
一方、コントラストを変えないようにテキスト画像の文字を表示した場合、被験者Ａ、被験者Ｃ、被験者Ｄ、被験者Ｆの臨界融合周波数に臨界融合周波数の低下が認められた（図５６（Ｂ）参照）。
【符号の説明】
【０５００】
１１    基板
１３    導電膜
１５    絶縁膜
１７    絶縁膜
１９ａ    酸化物半導体膜
１９ｂ    酸化物半導体膜
１９ｃ    コモン電極
２１ａ    導電膜
２１ｂ    導電膜
２３    絶縁膜
２５    絶縁膜
２７    絶縁膜
２８    絶縁膜
２９    コモン電極
５１    液晶素子
５２    トランジスタ
５５    容量素子
７０    画素
７０ａ    画素
７０ｂ    画素
７０ｃ    画素
７０ｄ    画素
７０ｅ    画素
７０ｆ    画素
７１    画素部
７４    走査線駆動回路
７５    コモン線
７６    信号線駆動回路
７７    走査線
７９    信号線
８０    表示装置
１００    直径
１０２    基板
１０４    ゲート電極
１０５    ゲート配線
１０６    絶縁膜
１０７    絶縁膜
１０８    絶縁膜
１１０    酸化物半導体膜
１１１    酸化物半導体膜
１１１ａ    酸化物半導体膜
１１１ｂ    酸化物半導体膜
１１２    配線
１１２ａ    ソース電極
１１２ｂ    ドレイン電極
１１４    絶縁膜
１１６    絶縁膜
１１８    絶縁膜
１１９    絶縁膜
１２０    導電膜
１２０ａ    導電膜
１４１    開口
１４２    開口
１４４    開口
１４６    開口
１４８    開口
１５０    トランジスタ
１５１    トランジスタ
１６０    容量素子
１７０    ゲート配線コンタクト部
１７１    ゲート配線コンタクト部
１９３    ターゲット
１９４    プラズマ
２０２    基板
２０４    導電膜
２０６    絶縁膜
２０７    絶縁膜
２０８    酸化物半導体膜
２０８ａ    酸化物半導体膜
２０８ｂ    酸化物半導体膜
２０８ｃ    酸化物半導体膜
２１１ａ    酸化物半導体膜
２１１ｂ    酸化物半導体膜
２１２ａ    導電膜
２１２ｂ    導電膜
２１４    絶縁膜
２１６    絶縁膜
２１８    絶縁膜
２２０ｂ    導電膜
２５２ａ    開口部
２５２ｂ    開口部
２５２ｃ    開口部
２７０    トランジスタ
２７０Ａ    トランジスタ
２７０Ｂ    トランジスタ
３１９ｂ    酸化物半導体膜
３２９    導電膜
３５１ａ    液晶素子
３５１ｂ    液晶素子
３５２    トランジスタ
３５５    容量素子
３５５ａ    容量素子
３５５ｂ    容量素子
３７０    画素
３７０ｇ    画素
３７０ｈ    画素
３７０ｉ    画素
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
６００    基板
６０１    基板
６０２    ゲート配線
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
６２７    絶縁膜
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    突起
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
７００    表示装置
７０１    基板
７０２    画素部
７０４    ソースドライバ回路部
７０５    基板
７０６    ゲートドライバ回路部
７０８    ＦＰＣ端子部
７１０    配線
７１１    配線部
７１２    シール材
７１６    ＦＰＣ
７３４    絶縁膜
７３６    着色膜
７３８    遮光膜
７５０    トランジスタ
７５２    トランジスタ
７６０    接続電極
７６４    絶縁膜
７６６    絶縁膜
７６８    絶縁膜
７７２    導電膜
７７４    導電膜
７７５    液晶素子
７７６    液晶層
７７８    構造体
７８０    異方性導電膜
７９０    容量素子
５０００    筐体
５００１    表示部
５００２    表示部
５００３    スピーカ
５００４    ＬＥＤランプ
５００５    操作キー
５００６    接続端子
５００７    センサ
５００８    マイクロフォン
５００９    スイッチ
５０１０    赤外線ポート
５０１１    記録媒体読込部
５０１２    支持部
５０１３    イヤホン
５０１４    アンテナ
５０１５    シャッターボタン
５０１６    受像部
５０１７    充電器
５１００    ペレット
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    タッチパネル
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
【図１】
0006801969.tif 000006
【図２】
0006801969.tif 000007
【図３】
0006801969.tif 000008
【図４】
0006801969.tif 000009
【図５】
0006801969.tif 000010
【図６】
0006801969.tif 000011
【図７】
0006801969.tif 000012
【図８】
0006801969.tif 000013
【図９】
0006801969.tif 000014
【図１０】
0006801969.tif 000015
【図１１】
0006801969.tif 000016
【図１２】
0006801969.tif 000017
【図１３】
0006801969.tif 000018
【図１４】
0006801969.tif 000019
【図１５】
0006801969.tif 000020
【図１６】
0006801969.tif 000021
【図１７】
0006801969.tif 000022
【図１８】
0006801969.tif 000023
【図１９】
0006801969.tif 000024
【図２０】
0006801969.tif 000025
【図２１】
0006801969.tif 000026
【図２２】
0006801969.tif 000027
【図２３】
0006801969.tif 000028
【図２４】
0006801969.tif 000029
【図２５】
0006801969.tif 000030
【図２６】
0006801969.tif 000031
【図２７】
0006801969.tif 000032
【図２８】
0006801969.tif 000033
【図２９】
0006801969.tif 000034
【図３０】
0006801969.tif 000035
【図３１】
0006801969.tif 000036
【図３２】
0006801969.tif 000037
【図３３】
0006801969.tif 000038
【図３４】
0006801969.tif 000039
【図３５】
0006801969.tif 000040
【図３６】
0006801969.tif 000041
【図３７】
0006801969.tif 000042
【図３８】
0006801969.tif 000043
【図３９】
0006801969.tif 000044
【図４０】
0006801969.tif 000045
【図４１】
0006801969.tif 000046
【図４２】
0006801969.tif 000047
【図４３】
0006801969.tif 000048
【図４４】
0006801969.tif 000049
【図４５】
0006801969.tif 000050
【図４６】
0006801969.tif 000051
【図４７】
0006801969.tif 000052
【図４８】
0006801969.tif 000053
【図４９】
0006801969.tif 000054
【図５０】
0006801969.tif 000055
【図５１】
0006801969.tif 000056
【図５２】
0006801969.tif 000057
【図５３】
0006801969.tif 000058
【図５４】
0006801969.tif 000059
【図５５】
0006801969.tif 000060
【図５６】
0006801969.tif 000061