(57)【要約】【課題】表示品位の高い表示装置に用いることのできる、新規な半導体装置を提供する。【解決手段】トランジスタと、トランジスタに電気的に接続される画素電極と、画素電極と離間して設けられる共通電極と、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、ゲート電極上の第１の絶縁膜と、第１の絶縁膜上の酸化物半導体膜と、酸化物半導体膜に電気的に接続されるソース電極と、酸化物半導体膜に電気的に接続されるドレイン電極と、酸化物半導体膜、ソース電極、及び、ドレイン電極上の第２の絶縁膜と、第２の絶縁膜上の第３の絶縁膜と、を有し、画素電極は、第２の絶縁膜上に設けられ、酸化物半導体膜に含まれる金属元素を少なくとも一つ有し、共通電極は、第３の絶縁膜上に設けられ、第２の絶縁膜は、第３の絶縁膜よりも厚い。【選択図】図１
2016201543.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
トランジスタと、
前記トランジスタに電気的に接続される画素電極と、
前記画素電極と離間して設けられる共通電極と、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、
前記ゲート電極上の第１の絶縁膜と、
前記第１の絶縁膜上の酸化物半導体膜と、
前記酸化物半導体膜に電気的に接続されるソース電極と、
前記酸化物半導体膜に電気的に接続されるドレイン電極と、
前記酸化物半導体膜、前記ソース電極、及び、前記ドレイン電極上の第２の絶縁膜と、
前記第２の絶縁膜上の第３の絶縁膜と、を有し、
前記画素電極は、
前記第２の絶縁膜上に設けられ、
前記酸化物半導体膜に含まれる金属元素を少なくとも一つ有し、
前記共通電極は、
前記第３の絶縁膜上に設けられ、
前記第２の絶縁膜は、前記第３の絶縁膜よりも厚い、
ことを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記ゲート電極、前記ソース電極、及び前記ドレイン電極の少なくともいずれか一つは、銅元素を含む、
ことを特徴とする半導体装置。
【請求項３】
トランジスタと、
前記トランジスタに電気的に接続される画素電極と、
前記画素電極と離間して設けられる共通電極と、を有する半導体装置であって、
前記トランジスタは、
第１のゲート電極と、
前記第１のゲート電極上の第１の絶縁膜と、
前記第１の絶縁膜上の酸化物半導体膜と、
前記酸化物半導体膜に電気的に接続されるソース電極と、
前記酸化物半導体膜に電気的に接続されるドレイン電極と、
前記酸化物半導体膜、前記ソース電極、及び前記ドレイン電極上の第２の絶縁膜と、
前記第２の絶縁膜上の第２のゲート電極と、
前記第２のゲート電極上の第３の絶縁膜と、を有し、
前記画素電極は、
前記第２の絶縁膜上に設けられ、
前記酸化物半導体膜に含まれる金属元素を少なくとも一つ有し、
前記共通電極は、
前記第３の絶縁膜上に設けられ、
前記第２の絶縁膜は、前記第３の絶縁膜よりも厚い、
ことを特徴とする半導体装置。
【請求項４】
請求項２において、
前記第１のゲート電極、前記ソース電極、及び前記ドレイン電極の少なくともいずれか一つは、銅元素を含む、
ことを特徴とする半導体装置。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のいずれか一項において、
前記ソース電極の下端部は、前記ソース電極の上端部よりも外側に位置し、
前記ドレイン電極の下端部は、前記ドレイン電極の上端部よりも外側に位置する、
ことを特徴とする半導体装置。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５のいずれか一項において、
前記酸化物半導体膜は、
Ｉｎと、Ｍ（ＭはＡｌ、Ｇａ、Ｙ、またはＳｎ）と、Ｚｎと、を有する、
ことを特徴とする半導体装置。
【請求項７】
請求項１乃至請求項６のいずれか一項において、
前記酸化物半導体膜は、
結晶部を有し、
前記結晶部は、ｃ軸配向性を有する、
ことを特徴とする半導体装置。
【請求項８】
請求項１乃至請求項７のいずれか一項において、
前記酸化物半導体膜は、
前記Ｍよりも前記Ｉｎの含有量が多い第１の層と、
前記Ｉｎよりも前記Ｍの含有量が多い第２の層と、を有する、
ことを特徴とする半導体装置。
【請求項９】
請求項８において、
前記第２の層は、前記第１の層よりも厚い領域を有する、
ことを特徴とする半導体装置。
【請求項１０】
請求項３において、
前記第２のゲート電極は、
前記酸化物半導体膜に含まれる金属元素を少なくとも一つ有する、
ことを特徴とする半導体装置。
【請求項１１】
請求項１乃至請求項１０に記載の半導体装置と、
表示素子と、を有する、
ことを特徴とする表示装置。
【請求項１２】
請求項１１に記載の表示装置と、
タッチセンサと、を有する、
ことを特徴とする表示モジュール。
【請求項１３】
請求項１乃至請求項１０に記載のいずれか一項に記載の半導体装置、請求項１１に記載の表示装置、または請求項１２に記載の表示モジュールと、
操作キーまたはバッテリと、を有する、
ことを特徴とする電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の一態様は、酸化物半導体膜を有する半導体装置及び該半導体装置を有する表示装置に関する。
【０００２】
なお、本発明の一態様は、上記の技術分野に限定されない。本明細書等で開示する発明の一態様の技術分野は、物、方法、または、製造方法に関する。または、本発明は、プロセス、マシン、マニュファクチャ、または、組成物（コンポジション・オブ・マター）に関する。特に、本発明の一態様は、半導体装置、表示装置、発光装置、蓄電装置、記憶装置、それらの駆動方法、またはそれらの製造方法に関する。
【０００３】
なお、本明細書等において、半導体装置とは、半導体特性を利用することで機能しうる装置全般を指す。トランジスタなどの半導体素子をはじめ、半導体回路、演算装置、記憶装置は、半導体装置の一態様である。撮像装置、表示装置、液晶表示装置、発光装置、電気光学装置、発電装置（薄膜太陽電池、有機薄膜太陽電池等を含む）、及び電子機器は、半導体装置を有している場合がある。
【背景技術】
【０００４】
絶縁表面を有する基板上に形成された半導体薄膜を用いてトランジスタ（電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）、または薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）ともいう）を構成する技術が注目されている。該トランジスタは集積回路（ＩＣ）や画像表示装置（表示装置）のような電子デバイスに広く応用されている。トランジスタに適用可能な半導体薄膜としてシリコンを代表とする半導体材料が広く知られているが、その他の材料として酸化物半導体が注目されている。
【０００５】
例えば、酸化物半導体をチャネル形成領域に用い、同一画像信号を書き込む頻度（リフレッシュレートともいう）を低減することで、消費電力の低減を図る表示装置が開示されている（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１１−２３７７６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
リフレッシュレートを低減する表示装置の駆動では、静止画像の経時的な変化が使用する者に認識されないようにする必要がある。
【０００８】
しかしながら、画素に書き込んだ信号に対応する電圧は、経時的に変化する。一旦画素に書き込んだ電圧の変化が、同一静止画像における階調値のずれとして許容できる範囲よりも大きくなると、視認者が画像のちらつき（フリッカ）を知覚してしまい、結果として表示品位の低下を招くこととなる。
【０００９】
上記課題に鑑み、本発明の一態様では、表示品位の高い表示装置に用いることのできる、新規な半導体装置を提供することを課題の１つとする。または、本発明の一態様では、同一画像における階調値のずれの変化が少ない表示装置に用いることのできる、新規な半導体装置を提供することを課題の１つとする。または、本発明の一態様では、リフレッシュレートを低減した場合のフリッカが抑制することができる、新規な半導体装置を提供することを課題の１つとする。または、本発明の一態様では、消費電力が低減された、新規な表示装置を提供することを課題とする。または、本発明の一態様では、新規な表示装置を提供することを課題とする。
【００１０】
なお、上記の課題の記載は、他の課題の存在を妨げるものではない。なお、本発明の一態様は、必ずしも、これらの課題の全てを解決する必要はない。なお、これら以外の課題は、明細書、図面、請求項などの記載から、自ずと明らかとなるものであり、明細書、図面、請求項などの記載から、これら以外の課題を抽出することが可能である。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の一態様は、トランジスタと、トランジスタに電気的に接続される画素電極と、画素電極と離間して設けられる共通電極と、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、ゲート電極上の第１の絶縁膜と、第１の絶縁膜上の酸化物半導体膜と、酸化物半導体膜に電気的に接続されるソース電極と、酸化物半導体膜に電気的に接続されるドレイン電極と、酸化物半導体膜、ソース電極、及び、ドレイン電極上の第２の絶縁膜と、第２の絶縁膜上の第３の絶縁膜と、を有し、画素電極は、第２の絶縁膜上に設けられ、酸化物半導体膜に含まれる金属元素を少なくとも一つ有し、共通電極は、第３の絶縁膜上に設けられ、第２の絶縁膜は、第３の絶縁膜よりも厚い半導体装置である。
【００１２】
また、上記態様において、ゲート電極、ソース電極、及びドレイン電極の少なくともいずれか一つは、銅元素を含むと好ましい。
【００１３】
また、本発明の他の一態様は、トランジスタと、トランジスタに電気的に接続される画素電極と、画素電極と離間して設けられる共通電極と、を有する半導体装置であって、トランジスタは、第１のゲート電極と、第１のゲート電極上の第１の絶縁膜と、第１の絶縁膜上の酸化物半導体膜と、酸化物半導体膜に電気的に接続されるソース電極と、酸化物半導体膜に電気的に接続されるドレイン電極と、酸化物半導体膜、ソース電極、及びドレイン電極上の第２の絶縁膜と、第２の絶縁膜上の第２のゲート電極と、第２のゲート電極上の第３の絶縁膜と、を有し、画素電極は、第２の絶縁膜上に設けられ、酸化物半導体膜に含まれる金属元素を少なくとも一つ有し、共通電極は、第３の絶縁膜上に設けられ、第２の絶縁膜は、第３の絶縁膜よりも厚い半導体装置である。
【００１４】
また、上記態様において、第１のゲート電極、ソース電極、及びドレイン電極の少なくともいずれか一つは、銅元素を含むと好ましい。
【００１５】
また、上記態様において、ソース電極の下端部は、ソース電極の上端部よりも外側に位置し、ドレイン電極の下端部は、ドレイン電極の上端部よりも外側に位置すると好ましい。
【００１６】
また、上記態様において、酸化物半導体膜は、Ｉｎと、Ｍ（ＭはＡｌ、Ｇａ、Ｙ、またはＳｎ）と、Ｚｎと、を有すると好ましい。また、上記態様において、酸化物半導体膜は、結晶部を有し、結晶部は、ｃ軸配向性を有すると好ましい。また、上記態様において、酸化物半導体膜は、ＭよりもＩｎの含有量が多い第１の層と、ＩｎよりもＭの含有量が多い第２の層と、を有すると好ましい。
【００１７】
また、上記態様において、第２の層は、第１の層よりも厚い領域を有すると好ましい。
【００１８】
また、上記態様において、第２のゲート電極は、酸化物半導体膜に含まれる金属元素を少なくとも一つ有すると好ましい。
【００１９】
また、本発明の他の一態様は、上記各態様にいずれか一つに記載の半導体装置と、表示素子と、を有する表示装置である。また、本発明の他の一態様は、該表示装置とタッチセンサとを有する表示モジュールである。また、本発明の他の一態様は、上記各態様にいずれか一つに記載の半導体装置、上記表示装置、または上記表示モジュールと、操作キーまたはバッテリとを有する電子機器である。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の一態様により、表示品位の高い表示装置に用いることのできる、新規な半導体装置を提供することができる。または、本発明の一態様により、同一画像における階調値のずれの変化が少ない表示装置に用いることのできる、新規な半導体装置を提供することができる。または、本発明の一態様により、リフレッシュレートを低減した場合のフリッカが抑制することができる、新規な半導体装置を提供することができる。または、本発明の一態様により、消費電力が低減された、新規な表示装置を提供することができる。または、本発明の一態様により、新規な表示装置を提供することができる。
【００２１】
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】
【００２２】
【図１】半導体装置の上面及び断面を説明する図。
【図２】半導体装置の断面を説明する図。
【図３】半導体装置の断面を説明する図。
【図４】半導体装置の上面及び断面を説明する図。
【図５】半導体装置の断面を説明する図。
【図６】半導体装置の断面を説明する図。
【図７】半導体装置の断面を説明する図。
【図８】バンド構造を説明する図。
【図９】半導体装置の作製方法の断面を説明する図。
【図１０】半導体装置の作製方法の断面を説明する図。
【図１１】半導体装置の作製方法の断面を説明する図。
【図１２】半導体装置の作製方法の断面を説明する図。
【図１３】半導体装置のブロック図、及び回路構成を説明する図。
【図１４】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１５】ＣＡＡＣ−ＯＳの平面におけるＣｓ補正高分解能ＴＥＭ像。
【図１６】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１７】ＣＡＡＣ−ＯＳの電子回折パターンを示す図。
【図１８】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１９】ＣＡＡＣ−ＯＳの成膜方法を説明する図。
【図２０】ＩｎＭＺｎＯ４の結晶を説明する図。
【図２１】ＣＡＡＣ−ＯＳの成膜方法を説明する図。
【図２２】粒子がペレットに付着する位置を説明する図。
【図２３】粒子がペレットに付着する位置を説明する図。
【図２４】タッチパネルの一例を示す斜視図。
【図２５】表示装置及びタッチセンサの一例を示す断面図。
【図２６】タッチパネルの一例を示す断面図。
【図２７】タッチセンサのブロック図及びタイミングチャート図。
【図２８】タッチセンサの回路図。
【図２９】表示装置の外周部、及び端子部の一例を説明する断面模式図。
【図３０】表示装置の端子部の一例を説明する断面模式図。
【図３１】本発明の一態様に係る、表示装置の表示を説明するための図。
【図３２】本発明の一態様に係る、表示装置の表示を説明するための図。
【図３３】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３４】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３５】横電界モードの液晶素子を用いる表示装置の製造工程を説明する図。
【図３６】半導体装置の上面及び断面を説明する図。
【図３７】半導体装置の上面及び断面を説明する図。
【図３８】半導体装置の上面及び断面を説明する図。
【図３９】トランジスタのＩｄ−Ｖｄ特性の結果を示す図。
【図４０】トランジスタのＩｄ−Ｖｄ特性の結果を示す図。
【図４１】トランジスタのＩｄ−Ｖｄ特性の結果を示す図。
【図４２】トランジスタの定電流ストレス試験の結果を示す図。
【図４３】表示モジュールを説明する図。
【図４４】電子機器を説明する図。
【図４５】表示装置を説明する斜視図。
【図４６】成膜装置の構成を説明する図。
【図４７】データ線電位０Ｖ時の透過光強度と、データ線電位６Ｖ時の透過光強度とのすれ量を計算した結果を説明する図。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の実施の態様について図面を用いて詳細に説明する。但し、本発明は以下の説明に限定されず、本発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細を様々に変更し得ることが可能である。従って、本発明は以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。
【００２４】
なお、図面等において示す各構成の、位置、大きさ、範囲などは、理解の簡単のため、実際の位置、大きさ、範囲などを表していない場合がある。このため、開示する発明は、必ずしも、図面等に開示された位置、大きさ、範囲などに限定されない。
【００２５】
また、本明細書等において、第１、第２等として付される序数詞は便宜上用いるものであり、工程順又は積層順を示すものではない。そのため、例えば、「第１の」を「第２の」又は「第３の」などと適宜置き換えて説明することができる。また、本明細書等に記載されている序数詞と、本発明の一態様を特定するために用いられる序数詞は一致しない場合がある。
【００２６】
また、本明細書において、「上に」「下に」などの配置を示す語句は、構成同士の位置関係を、図面を参照して説明するために、便宜上用いている。また、構成同士の位置関係は、各構成を描写する方向に応じて適宜変化するものである。従って、明細書で説明した語句に限定されず、状況に応じて適切に言い換えることができる。
【００２７】
また、本明細書等において、図面を用いて発明の構成を説明するにあたり、同じものを指す符号は異なる図面間でも共通して用いる。
【００２８】
また、本明細書等において、半導体装置とは、半導体特性を利用することで機能しうる装置全般を指す。トランジスタなどの半導体素子をはじめ、半導体回路、演算装置、記憶装置は、半導体装置の一態様である。撮像装置、表示装置、液晶表示装置、発光装置、電気光学装置、発電装置（薄膜太陽電池、有機薄膜太陽電池等を含む）、及び電子機器は、半導体装置を有する場合がある。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
また、本明細書等において、トランジスタとは、ゲートと、ドレインと、ソースとを含む少なくとも三つの端子を有する素子である。そして、ドレイン（ドレイン端子、ドレイン領域またはドレイン電極）とソース（ソース端子、ソース領域またはソース電極）の間にチャネル領域を有しており、ドレインとチャネル領域とソースとを介して電流を流すことができるものである。なお、本明細書等において、チャネル領域とは、電流が主として流れる領域をいう。
【００３２】
また、ソースやドレインの機能は、異なる極性のトランジスタを採用する場合や、回路動作において電流の方向が変化する場合などには入れ替わることがある。このため、本明細書等においては、ソースやドレインの用語は、入れ替えて用いることができるものとする。
【００３３】
なお、チャネル長とは、例えば、トランジスタの上面図において、半導体（またはトランジスタがオン状態のときに半導体の中で電流の流れる部分）とゲート電極とが互いに重なる領域、またはチャネルが形成される領域における、ソース（ソース領域またはソース電極）とドレイン（ドレイン領域またはドレイン電極）との間の距離をいう。なお、一つのトランジスタにおいて、チャネル長が全ての領域で同じ値をとるとは限らない。即ち、一つのトランジスタのチャネル長は、一つの値に定まらない場合がある。そのため、本明細書等では、チャネル長は、チャネルの形成される領域における、いずれか一の値、最大値、最小値または平均値とする。
【００３４】
チャネル幅とは、例えば、半導体（またはトランジスタがオン状態のときに半導体の中で電流の流れる部分）とゲート電極とが互いに重なる領域、またはチャネルが形成される領域における、ソースとドレインとが向かい合っている部分の長さをいう。なお、一つのトランジスタにおいて、チャネル幅がすべての領域で同じ値をとるとは限らない。即ち、一つのトランジスタのチャネル幅は、一つの値に定まらない場合がある。そのため、本明細書等では、チャネル幅は、チャネルの形成される領域における、いずれか一の値、最大値、最小値または平均値とする。
【００３５】
また、本明細書等において、「電気的に接続」には、「何らかの電気的作用を有するもの」を介して接続されている場合が含まれる。ここで、「何らかの電気的作用を有するもの」は、接続対象間での電気信号の授受を可能とするものであれば、特に制限を受けない。例えば、「何らかの電気的作用を有するもの」には、電極や配線をはじめ、トランジスタなどのスイッチング素子、抵抗素子、インダクタ、キャパシタ、その他の各種機能を有する素子などが含まれる。
【００３６】
また、電圧は、ある電位と、基準の電位（例えば接地電位（ＧＮＤ）またはソース電位）との電位差のことを示す場合が多い。そのため、電圧を電位と言い換えることが可能である。
【００３７】
なお、本明細書等において、酸化窒化シリコン膜とは、その組成として、窒素よりも酸素の含有量が多い膜を指し、好ましくは酸素が５５原子％以上６５原子％以下、窒素が１原子％以上２０原子％以下、シリコンが２５原子％以上３５原子％以下、水素が０．１原子％以上１０原子％以下の範囲で含まれるものをいう。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。
【００３８】
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。
【００３９】
また、本明細書において、「平行」とは、二つの直線が−１０°以上１０°以下の角度で配置されている状態をいう。したがって、−５°以上５°以下の場合も含まれる。また、「略平行」とは、二つの直線が−３０°以上３０°以下の角度で配置されている状態をいう。また、「垂直」とは、二つの直線が８０°以上１００°以下の角度で配置されている状態をいう。したがって、８５°以上９５°以下の場合も含まれる。また、「略垂直」とは、二つの直線が６０°以上１２０°以下の角度で配置されている状態をいう。
【００４０】
（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及び半導体装置の作製方法について、図１乃至図１３を参照して説明する。
【００４１】
＜１−１．液晶表示装置＞
まず、本発明の一態様の半導体装置を有する表示装置について、図１３を用いて説明する。図１３（Ａ）は、表示装置の表示素子として液晶素子を有する構成（液晶表示装置）を説明するブロック図である。
【００４２】
図１３（Ａ）に示す液晶表示装置１８０は、画素部１７１と、ゲートドライバ１７４と、ソースドライバ１７６と、各々が平行または略平行に配設され、且つゲートドライバ１７４によって電位が制御されるｍ本（ｍは２以上の自然数）の走査線１７７と、各々が平行または略平行に配設され、且つソースドライバ１７６によって電位が制御されるｎ本（ｎは２以上の自然数）のデータ線１７９と、を有する。
【００４３】
さらに、画素部１７１はマトリクス状に配設された複数の画素１７０を有する。また、データ線１７９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１７５を有する。また、ゲートドライバ１７４及びソースドライバ１７６をまとめて駆動回路部という場合がある。
【００４４】
各々の走査線１７７は、画素部１７１においてｍ行ｎ列に配設された画素１７０のうち、いずれかの行に配設されたｎ個の画素１７０と電気的に接続される。また、各々のデータ線１７９は、ｍ行ｎ列に配設された画素１７０のうち、いずれかの列に配設されたｍ個の画素１７０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１７５は、ｍ行ｎ列に配設された画素１７０のうち、いずれかの行に配設されたｍ個の画素１７０と電気的に接続される。
【００４５】
＜１−２．画素回路構成＞
図１３（Ｂ）は、図１３（Ａ）に示す液晶表示装置１８０の画素１７０に用いることができる回路構成の一例を示している。
【００４６】
図１３（Ｂ）に示す画素１７０は、液晶素子１５１と、トランジスタ１５０と、容量素子１５５と、を有する。
【００４７】
トランジスタ１５０に、本発明の一態様の半導体装置を用いることができる。トランジスタ１５０の詳細については、後述する。
【００４８】
また、液晶素子１５１の一対の電極の一方は、トランジスタ１５０と接続され、液晶素子１５１の一対の電極の他方は、コモン線１７５と接続される。なお、液晶素子１５１の一対の電極の一方には、画素１７０の仕様に応じる電位が与えられ、液晶素子１５１の一対の電極の他方には、共通の電位（コモン電位ともいう）が与えられる。
【００４９】
また、液晶素子１５１が有する液晶は、トランジスタ１５０に書き込まれるデータにより配向状態が制御される。なお、液晶素子１５１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、また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１５１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。
【００５０】
次に、液晶表示装置１８０の画像のちらつきについて、説明する。
【００５１】
液晶表示装置１８０を高精細（例えば、４ｋ×２ｋ（水平方向画素数＝３８４０画素、垂直方向画素数＝２０４８画素）、８ｋ×４ｋ（水平方向画素数＝７６８０画素、垂直方向画素数＝４３２０画素）など）とする場合においては、画素１７０の面積を小さくし、画素密度を高める必要がある。
【００５２】
画素１７０の面積を小さくした場合において、データ線１７９を介して、トランジスタ１５０に書き込まれるデータが、液晶素子１５１の画素電極または共通電極にも影響を与え、液晶素子１５１が有する液晶層の配向が乱れ、画像がちらつく場合がある。特に、画像の切り替えの際に、データ線１７９の電位が、画素電極または共通電極に影響を与え、画像がちらつく場合がある。例えば、全白表示時の階調が２５６階調の表示装置の場合、２階調の以上の階調値のずれ量があると、視認者はフリッカとして、認識してしまう。
【００５３】
そこで、本発明の一態様の半導体装置においては、データ線１７９に与えられる電位が、液晶素子１５１の画素電極または共通電極に影響を与えないように、画素１７０を以下の構成とすることで、画像のちらつきを抑制する。
【００５４】
本発明の一態様の半導体装置においては、データ線１７９が設けられる絶縁層の膜厚を、共通電極が設けられる絶縁層よりも厚くすることで、画像のちらつきを抑制する。このような構成とすることで、データ線１７９と、共通電極との間の距離、またはデータ線１７９と、画素電極との間の距離を離すことができるため、画素電極または共通電極に影響を与える不要な電位を抑制することが可能となる。したがって、本発明の一態様の半導体装置においては、ちらつきの少ない、表示品位の高い半導体装置とすることができる。
【００５５】
また、本発明の一態様においては、データ線１７９に抵抗の低い材料を用いる。具体的には、データ線１７９としては、銅元素を含む材料を用いる。データ線１７９に銅元素を含む材料を用いることで、信号遅延に伴う、フリッカを抑制することができる。さらに、データ線１７９をテーパー形状、別言すると、データ線１７９の下端部は、データ線１７９の上端部よりも外側に位置する形状とすると好ましい。当該形状とすることで、データ線１７９上に形成される絶縁膜の被覆性が向上し、さらには、画素電極または共通電極に影響を与える不要な電位を抑制することが可能となる。
【００５６】
また、本発明の一態様の半導体装置においては、画素１７０のトランジスタ１５０にオフ電流の低い酸化物半導体膜を有する。画素１７０のトランジスタ１５０に当該酸化物半導体膜を有することで、リフレッシュレートを低下させても、表示品位の高い表示装置とすることができる。また、リフレッシュレートを低下させることで、データ線１７９に与えられる電位の回数も抑制されるため、フリッカが抑制された新規な半導体装置を提供することができる。
【００５７】
＜１−３．半導体装置の構成例１＞
次に、本発明の一態様の半導体装置の詳細について、図１乃至図１２を用いて説明する。図１（Ａ）は、本発明の一態様の半導体装置１００の上面図であり、図１（Ｂ）は、図１（Ａ）に示す一点鎖線Ａ１−Ａ２に示す切断面の断面図に相当する。また、図２（Ａ）は、図１（Ａ）に示す一点鎖線Ａ３−Ａ４に示す切断面の断面図に相当し、図２（Ｂ）は、図１（Ａ）に示す一点鎖線Ａ５−Ａ６に示す切断面の断面図に相当する。また、図３（Ａ）は、図１（Ａ）に示す一点鎖線Ａ７−Ａ８に示す切断面の断面図に相当し、図３（Ｂ）は、図１（Ａ）に示す一点鎖線Ａ９−Ａ１０に示す切断面の断面図に相当する。
【００５８】
まず、図１（Ａ）（Ｂ）、及び図２（Ａ）を用いて、本発明の一態様の半導体装置１００について説明する。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１００の構成要素の一部（ゲート絶縁膜として機能する絶縁膜等）を省略して図示している。また、一点鎖線Ａ１−Ａ２方向をチャネル長方向、一点鎖線Ｂ１−Ｂ２方向をチャネル幅方向と呼称する場合がある。なお、トランジスタの上面図においては、以降の図面においても図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。
【００５９】
図１（Ａ）（Ｂ）、及び図２（Ａ）に示す半導体装置１００は、トランジスタ１５０と、トランジスタ１５０に電気的に接続される酸化物半導体膜１２０と、酸化物半導体膜１２０と離間して設けられる導電膜１２２と、を有する。なお、酸化物半導体膜１２０は、表示装置の画素電極として機能し、導電膜１２２は、表示装置の共通電極（コモン電極ともいう）として機能する。
【００６０】
また、トランジスタ１５０は、基板１０２と、基板１０２上の導電膜１０４と、基板１０２、及び導電膜１０４上の絶縁膜１０６、１０７と、絶縁膜１０６上の酸化物半導体膜１０８と、酸化物半導体膜１０８と電気的に接続される導電膜１１２ａ、１１２ｂと、絶縁膜１０７、酸化物半導体膜１０８、導電膜１１２ａ、１１２ｂ上の絶縁膜１１４、１１６と、絶縁膜１１６上の酸化物半導体膜１２０と、絶縁膜１１６、及び酸化物半導体膜１２０上の絶縁膜１１８と、絶縁膜１１８上の導電膜１２２と、を有する。
【００６１】
また、本明細書等において、絶縁膜１０６、１０７を第１の絶縁膜と、絶縁膜１１４、１１６を第２の絶縁膜と、絶縁膜１１８を第３の絶縁膜と、それぞれ呼称する場合がある。なお、本発明の一態様の半導体装置１００においては、絶縁膜１１４、１１６の合計の膜厚を、絶縁膜１１８の膜厚よりも厚くすることで、酸化物半導体膜１２０または導電膜１２２に与えられる不要な電位を抑制することができるため、フリッカを低減することができる。
【００６２】
また、酸化物半導体膜１０８は、絶縁膜１０７上の酸化物半導体膜１０８ａと、酸化物半導体膜１０８ａ上の酸化物半導体膜１０８ｂと、を有する。なお、酸化物半導体膜１０８ａ、及び酸化物半導体膜１０８ｂのいずれか一方または双方は、Ｉｎと、Ｍ（ＭはＡｌ、Ｇａ、Ｙ、またはＳｎ）と、Ｚｎと、を有する。
【００６３】
例えば、酸化物半導体膜１０８ａとしては、Ｉｎの原子数比がＭの原子数比より多い材料を用いると好ましい。また、酸化物半導体膜１０８ｂとしては、酸化物半導体膜１０８ａよりもＩｎの原子数が少ない材料を用いると好ましい。
【００６４】
酸化物半導体膜１０８ａが、Ｉｎの原子数比がＭの原子数比より多い材料を用いることで、トランジスタ１５０の電界効果移動度（単に移動度、またはμＦＥという場合がある）を高くすることができる。具体的には、トランジスタ１５０の電界効果移動度が１０ｃｍ２／Ｖｓを超える、またはトランジスタ１５０の電界効果移動度が３０ｃｍ２／Ｖｓを超えることが可能となる。
【００６５】
また、酸化物半導体膜１０８ｂは、酸化物半導体膜１０８ａよりも厚い領域を有すると好ましい。酸化物半導体膜１０８ｂを酸化物半導体膜１０８ａよりも厚く形成すると、導電膜１１２ａ、１１２ｂに含まれる銅元素が酸化物半導体膜１０８ａに拡散するのを抑制することができる。
【００６６】
例えば、上記の電界効果移動度が高いトランジスタを、ゲート信号を生成するゲートドライバ（とくに、ゲートドライバが有するシフトレジスタの出力端子に接続されるデマルチプレクサ）に用いることで、額縁幅の狭い（狭額縁ともいう）半導体装置または表示装置を提供することができる。
【００６７】
一方で、酸化物半導体膜１０８ａが、Ｉｎの原子数比がＭの原子数比より多い材料を用いる場合、光照射時にトランジスタ１５０の電気特性が変動しやすくなる。しかしながら、本発明の一態様の半導体装置においては、酸化物半導体膜１０８ａ上に酸化物半導体膜１０８ｂが形成されている。すなわち、酸化物半導体膜１０８は、多層構造である。また、酸化物半導体膜１０８ｂは、酸化物半導体膜１０８ａよりもＩｎの原子数比が少ない材料で形成されるため、酸化物半導体膜１０８ａよりもＥｇを大きくすることができる。したがって、酸化物半導体膜１０８ａと、酸化物半導体膜１０８ｂとの積層構造である酸化物半導体膜１０８は、光負バイアスストレス試験による耐性を高めることが可能となる。
【００６８】
また、酸化物半導体膜１０８中、特に酸化物半導体膜１０８ａのチャネル領域に混入する水素または水分などの不純物は、トランジスタ特性に影響を与えるため問題となる。したがって、酸化物半導体膜１０８ａ中のチャネル領域においては、水素または水分などの不純物が少ないほど好ましい。また、酸化物半導体膜１０８ａ中のチャネル領域に形成される酸素欠損は、トランジスタ特性に影響を与えるため問題となる。例えば、酸化物半導体膜１０８ａのチャネル領域中に酸素欠損が形成されると、該酸素欠損に水素が結合し、キャリア供給源となる。酸化物半導体膜１０８ａのチャネル領域中にキャリア供給源が生成されると、酸化物半導体膜１０８ａを有するトランジスタ１５０の電気特性の変動、代表的にはしきい値電圧のシフトが生じる。したがって、酸化物半導体膜１０８ａのチャネル領域においては、酸素欠損が少ないほど好ましい。
【００６９】
そこで、本発明の一態様においては、酸化物半導体膜１０８に接する絶縁膜、具体的には、酸化物半導体膜１０８の上方に形成される絶縁膜１１４、１１６が過剰酸素を含有する構成である。絶縁膜１１４、１１６から酸化物半導体膜１０８へ酸素または過剰酸素を移動させることで、酸化物半導体膜中の酸素欠損を低減することが可能となる。よって、トランジスタ１５０の電気特性、特に光照射におけるトランジスタ１５０の変動を抑制することが可能となる。
【００７０】
例えば、酸化物半導体膜１２０を形成する工程において、スパッタリング法を用い、酸素ガスを含む雰囲気にて酸化物半導体膜１２０を形成することで、酸化物半導体膜１２０の被形成面となる、絶縁膜１１６に酸素または過剰酸素を添加する。なお、絶縁膜１１６に酸素または過剰酸素を添加する際に、絶縁膜１１６の下方に位置する絶縁膜１１４、及び酸化物半導体膜１０８にも酸素または過剰酸素が添加される場合がある。
【００７１】
また、導電膜１１２ａは、導電膜１１２ａ＿１と、導電膜１１２ａ＿１上の導電膜１１２ａ＿２と、を有し、導電膜１１２ｂは、導電膜１１２ｂ＿１と、導電膜１１２ｂ＿１上の導電膜１１２ｂ＿２と、を有する。なお、導電膜１１２ａ＿１の端部は、導電膜１１２ａ＿２の端部よりも内側に位置すると好ましい。別言すると、導電膜１１２ａの下端部は、導電膜１１２ａの上端部よりも外側に位置し、導電膜１１２ｂの下端部は、導電膜１１２ｂの上端部よりも外側に位置すると好ましい。このような構成とすることで、絶縁膜１１４、１１６の被覆性を高めることが可能となる。
【００７２】
また、絶縁膜１１４、１１６には、導電膜１１２ｂに達する開口部１３１が設けられ、開口部１３１を介して、導電膜１１２ｂと、酸化物半導体膜１２０と、が接続される。
【００７３】
また、基板１０２と対向する位置に、基板１４０が設けられる。なお、基板１４０を対向基板と呼称する場合がある。基板１４０の下方には、遮光膜１４２と、着色膜１４４と、絶縁膜１４６と、導電膜１４８と、が設けられる。
【００７４】
遮光膜１４２は、所謂ブラックマトリクスとしての機能を有し、トランジスタ１５０、または導電膜１１２ａなどと重畳する位置に設けられる。また、着色膜１４４は、所望の光を透過する機能を有し、所謂カラーフィルタとしての機能を有する。また、絶縁膜１４６は、遮光膜１４２、または着色膜１４４によって生じうる凹凸等を平坦化する機能を有する。また、導電膜１４８は、対向側の電極（対向電極ともいう）としての機能を有する。
【００７５】
なお、本実施の形態においては、対向電極として機能する導電膜１４８を有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、導電膜１４８を設けない構成としてもよい。ただし、導電膜１４８を設ける構成とすることで、データ線として機能する導電膜１１２ａに与えられる電位を、導電膜１４８側に引き寄せることができる。したがって、データ線として機能する導電膜１１２ａに与えられる電位が、画素電極として機能する酸化物半導体膜１２０、または共通電極として機能する導電膜１２２に与える影響を抑制することが可能となる。
【００７６】
また、基板１０２と、基板１４０との間には、液晶層１４９が設けられる。液晶層１４９は、画素電極として機能する酸化物半導体膜１２０、共通電極として機能する導電膜１２２、または対向電極として機能する導電膜１４８によって、制御される。
【００７７】
また、図１（Ａ）においては、画素電極として機能する導電膜、及び共通電極として機能する導電膜は、互いに櫛歯の形状としたが、これに限定されない。例えば、画素電極として機能する導電膜、及び共通電極として機能する導電膜のいずれか一方または双方が、矩形などの形状であってもよい。また、画素電極として機能する導電膜と、共通電極として機能する導電膜とは、その位置関係を逆にしてもよい。例えば、画素電極として機能する導電膜を共通電極として機能する導電膜の上方に設ける構成としてもよい。
【００７８】
なお、図１（Ａ）は、表示装置の画素の一部分の上面図に相当し、半導体装置１００は、表示装置の画素部に用いることができる。また、図１（Ａ）においては、基板１０２側に設けられた素子（トランジスタ１５０、画素電極として機能する酸化物半導体膜１２０、及び共通電極として機能する導電膜１２２など）の上面図を表しており、基板１４０側の素子については、省略して図示している。
【００７９】
＜１−４．半導体装置の構成例２＞
次に、図２（Ｂ）、及び図３（Ａ）（Ｂ）を用いて、本発明の一態様の半導体装置１００について説明を行う。
【００８０】
図２（Ｂ）に示す半導体装置１００は、基板１０２上の絶縁膜１０６と、絶縁膜１０６上の絶縁膜１０７と、絶縁膜１０７上の導電膜１１２ａと、絶縁膜１０７及び導電膜１１２ａ上の絶縁膜１１４、１１６と、絶縁膜１１６上の画素電極として機能する酸化物半導体膜１２０と、絶縁膜１１６及び酸化物半導体膜１２０上の絶縁膜１１８と、絶縁膜１１８上の共通電極として機能する導電膜１２２と、を有する。
【００８１】
導電膜１１２ａは、トランジスタ１５０のソース電極またはドレイン電極としての機能と、表示装置のデータ線としての機能を有する。
【００８２】
また、本発明の一態様の半導体装置においては、データ線として機能する導電膜１１２ａと、共通電極として機能する導電膜１２２との間の距離、またはデータ線として機能する導電膜１１２ａと、画素電極として機能する酸化物半導体膜１２０との間の距離を離すことができる。したがって、データ線として機能する導電膜１１２ａに与えられた電位が、画素電極として機能する酸化物半導体膜１２０、及び共通電極として機能する導電膜１２２に、与える影響が極めて低くすることが可能となる。よって、表示品位の高い表示装置を提供することが可能となる。
【００８３】
次に、本発明の一態様の半導体装置１００の構成について、図３（Ａ）を用いて説明する。
【００８４】
図３（Ａ）に示す半導体装置１００は、基板１０２上の導電膜１０４と、基板１０２及び導電膜１０４上の絶縁膜１０６と、絶縁膜１０６上の絶縁膜１０７と、絶縁膜１０７上の導電膜１１２ａ、１１２ｃと、絶縁膜１０７、及び導電膜１１２ａ、１１２ｂ上の絶縁膜１１４、１１６と、絶縁膜１１６上の酸化物半導体膜１２０と、絶縁膜１１６、及び酸化物半導体膜１２０上の絶縁膜１１８と、絶縁膜１１８上の導電膜１２２と、を有する。
【００８５】
また、酸化物半導体膜１２０は、絶縁膜１１４、１１６に設けられた開口部１３２を介して、導電膜１１２ａと接続されている。
【００８６】
また、導電膜１１２ａは、導電膜１１２ａ＿１と、導電膜１１２ａ＿１上の導電膜１１２ａ＿２と、を有し、導電膜１１２ｃ＿ｃは、導電膜１１２ｃ＿１と、導電膜１１２ｃ＿１上の導電膜１１２ｃ＿２と、を有する。導電膜１１２ｃは、導電膜１１２ａ、１１２ｂと同じ導電膜を加工する工程を経て形成される。
【００８７】
また、導電膜１１２ｃと重畳する位置の基板１４０には、スペーサ１４５が設けられる。スペーサ１４５は、基板１０２上に形成された素子（トランジスタ１５０、画素電極として機能する酸化物半導体膜１２０、及び共通電極として機能する導電膜１２２など）と、基板１４０上に形成された素子（遮光膜１４２、及び対向側の電極として機能する導電膜１４８など）と、の間隔を制御する機能を有する。
【００８８】
スペーサ１４５としては、例えば、無機または有機樹脂を材料とした絶縁膜を用いることで形成することができる。
【００８９】
次に、図３（Ｂ）を用いて、本発明の一態様の半導体装置１００について説明を行う。
【００９０】
図３（Ｂ）に示す半導体装置１００は、基板１０２と、基板１０２上の絶縁膜１０６、１０７と、絶縁膜１０７上の導電膜１１２ａ、１１２ｄと、絶縁膜１０７、及び導電膜１１２ａ、１１２ｂ上の絶縁膜１１４、１１６と、絶縁膜１１６上の絶縁膜１１８と、絶縁膜１１８上の導電膜１２２と、を有する。
【００９１】
導電膜１２２は、絶縁膜１１４、１１６、１１８に設けられた開口部１３３を介して、導電膜１１２ｄに接続される。
【００９２】
また、導電膜１１２ｄは、導電膜１１２ｄ＿１と、導電膜１１２ｄ＿１上の導電膜１１２ｄ＿２と、を有する。導電膜１１２ｄは、導電膜１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｃと同じ導電膜を加工する工程を経て形成される。
【００９３】
このように、共通電極として機能する導電膜１２２を、導電膜１１２ｄに接続することで、導電膜１２２の抵抗を低くすることができる。したがって、信号遅延の少ない表示装置を提供することが可能となる。
【００９４】
また、導電膜１１２ａ、１１２ｄと重畳する位置には、遮光膜１４２が設けられ、遮光膜１４２に接して着色膜１４４が設けられる。着色膜１４４は、図３（Ｂ）に示すように、隣接する画素で分離してもよいし、隣接する画素の着色膜１４４を互いに重ねて配置してもよい。
【００９５】
＜１−５．半導体装置の変形例＞
次に、図１に示す半導体装置１００の変形例について、図４及び図５を用いて説明する。図４（Ａ）は、半導体装置１００Ａの上面図であり、図４（Ｂ）は、図４（Ａ）に示す一点鎖線Ｂ１−Ｂ２の切断面の断面図に相当する。また、図５は、図４（Ａ）に示す一点鎖線Ｂ３−Ｂ４の切断面に相当する。なお、図１に示す半導体装置１００と同様の構成については、説明を省略する。
【００９６】
図４（Ａ）（Ｂ）、及び図５に示すように、半導体装置１００Ａは、先に示す半導体装置１００と異なり、絶縁膜１１６上に酸化物半導体膜１２０ａを有する。
【００９７】
酸化物半導体膜１２０ａは、トランジスタ１５０Ａの第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。また、酸化物半導体膜１２０ａは、画素電極として機能する酸化物半導体膜１２０と、同じ導電膜を加工する工程を経て形成される。したがって、作製工程を増加することがなく、酸化物半導体膜１２０ａを形成することができる。
【００９８】
また、酸化物半導体膜１２０ａには、導電膜１０４と異なる電位を与えてもよいし、酸化物半導体膜１２０ａと、導電膜１０４とを電気的に接続させて、導電膜１０４と同じ電位を与えてもよい。導電膜１０４と、酸化物半導体膜１２０ａとを電気的に接続させることで、トランジスタ１５０Ａの電界効果移動度を高めることができるため、好適である。
【００９９】
また、図４（Ｂ）に示すように、酸化物半導体膜１０８は、第１のゲート電極として機能する導電膜１０４と、第２のゲート電極として機能する酸化物半導体膜１２０ａ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１２０ａのチャネル長方向の長さ及びチャネル幅方向の長さは、酸化物半導体膜１０８のチャネル長方向の長さ及びチャネル幅方向の長さよりもそれぞれ長く、酸化物半導体膜１０８の全体は、絶縁膜１１４、１１６を介して酸化物半導体膜１２０ａに覆われている。また、酸化物半導体膜１０８のチャネル幅方向の側面は、絶縁膜１１４、１１６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１２０ａに覆われている。
【０１００】
別言すると、トランジスタ１５０Ａのチャネル幅方向において、酸化物半導体膜１０８は、第１のゲート電極として機能する導電膜１０４と、第２のゲート電極として機能する酸化物半導体膜１２０ａと、によって囲まれた構成である。
【０１０１】
このような構成を有することで、トランジスタ１５０Ａに含まれる酸化物半導体膜１０８を、第１のゲート電極として機能する導電膜１０４及び第２のゲート電極として機能する酸化物半導体膜１２０ａ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１５０Ａ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１０８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。
【０１０２】
トランジスタ１５０Ａ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１０４によってチャネルを誘起させるための電界を効果的に酸化物半導体膜１０８に印加することができるため、トランジスタ１５０Ａ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１５０Ａを微細化することが可能となる。また、トランジスタ１５０Ａは、第１のゲート電極として機能する導電膜１０４及び第２のゲート電極として機能する酸化物半導体膜１２０ａによって囲まれた構造を有するため、トランジスタ１５０Ａの機械的強度を高めることができる。
【０１０３】
＜１−６．半導体装置の構成要素＞
次に、本実施の形態の半導体装置１００に含まれる構成要素について説明を行う。
【０１０４】
［基板］
基板１０２、１４０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を材料とした単結晶半導体基板、多結晶半導体基板、シリコンゲルマニウム等の化合物半導体基板、ＳＯＩ基板等を適用することも可能であり、これらの基板上に半導体素子が設けられたものを、基板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。
【０１０５】
また、基板１０２、１４０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を形成してもよい。または、基板１０２とトランジスタ１５０の間に剥離層を設けてもよい。剥離層は、その上に半導体装置を一部あるいは全部完成させた後、基板１０２より分離し、他の基板に転載するのに用いることができる。その際、トランジスタ１５０は耐熱性の劣る基板や可撓性の基板にも転載できる。
【０１０６】
［ゲート電極、ソース電極、及びドレイン電極として機能する導電膜］
ゲート電極として機能する導電膜１０４、及びソース電極として機能する導電膜１１２ａ、及びドレイン電極として機能する導電膜１１２ｂとしては、クロム（Ｃｒ）、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、亜鉛（Ｚｎ）、モリブデン（Ｍｏ）、タンタル（Ｔａ）、チタン（Ｔｉ）、タングステン（Ｗ）、マンガン（Ｍｎ）、ニッケル（Ｎｉ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）から選ばれた金属元素、または上述した金属元素を成分とする合金か、上述した金属元素を組み合わせた合金等を用いてそれぞれ形成することができる。
【０１０７】
また、導電膜１０４、１１２ａ、１１２ｂは、単層構造でも、二層以上の積層構造としてもよい。例えば、シリコンを含むアルミニウム膜の単層構造、アルミニウム膜上にチタン膜を積層する二層構造、窒化チタン膜上にチタン膜を積層する二層構造、窒化チタン膜上にタングステン膜を積層する二層構造、窒化タンタル膜または窒化タングステン膜上にタングステン膜を積層する二層構造、チタン膜と、そのチタン膜上にアルミニウム膜を積層し、さらにその上にチタン膜を形成する三層構造等がある。また、アルミニウムに、チタン、タンタル、タングステン、モリブデン、クロム、ネオジム、スカンジウムから選ばれた一または複数を組み合わせた合金膜、もしくは窒化膜を用いてもよい。
【０１０８】
また、導電膜１０４、１１２ａ、１１２ｂには、インジウム錫酸化物、酸化タングステンを含むインジウム酸化物、酸化タングステンを含むインジウム亜鉛酸化物、酸化チタンを含むインジウム酸化物、酸化チタンを含むインジウム錫酸化物、インジウム亜鉛酸化物、酸化シリコンを添加したインジウム錫酸化物等の透光性を有する導電性材料を適用することもできる。
【０１０９】
また、導電膜１０４、１１２ａ、１１２ｂには、Ｃｕ−Ｘ合金膜（Ｘは、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｍｏ、Ｔａ、またはＴｉ）を適用してもよい。Ｃｕ−Ｘ合金膜を用いることで、ウエットエッチングプロセスで加工できるため、製造コストを抑制することが可能となる。
【０１１０】
［ゲート絶縁膜として機能する絶縁膜］
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、プラズマ化学気相堆積（ＰＥＣＶＤ：（Ｐｌａｓｍａ  Ｅｎｈａｎｃｅｄ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ））法、スパッタリング法等により、酸化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜、窒化酸化シリコン膜、窒化シリコン膜、酸化アルミニウム膜、酸化ハフニウム膜、酸化イットリウム膜、酸化ジルコニウム膜、酸化ガリウム膜、酸化タンタル膜、酸化マグネシウム膜、酸化ランタン膜、酸化セリウム膜および酸化ネオジム膜を一種以上含む絶縁層を、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、または３層以上の絶縁膜を用いてもよい。
【０１１１】
また、絶縁膜１０６は、酸素の透過を抑制するブロッキング膜としての機能を有する。例えば、絶縁膜１０７、１１４、１１６及び／または酸化物半導体膜１０８中に過剰の酸素を供給する場合において、絶縁膜１０６は酸素の透過を抑制することができる。
【０１１２】
なお、トランジスタ１５０のチャネル領域として機能する酸化物半導体膜１０８と接する絶縁膜１０７は、酸化物絶縁膜であることが好ましく、化学量論的組成よりも過剰に酸素を含有する領域（酸素過剰領域）を有することがより好ましい。別言すると、絶縁膜１０７は、酸素を放出することが可能な絶縁膜である。なお、絶縁膜１０７に酸素過剰領域を設けるには、例えば、酸素雰囲気下にて絶縁膜１０７を形成すればよい。または、成膜後の絶縁膜１０７に酸素を添加してもよい。成膜後の絶縁膜１０７に酸素を添加する方法については後述する。
【０１１３】
また、絶縁膜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に比べて絶縁膜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。
【０１１４】
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、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。
【０１１５】
［酸化物半導体膜］
酸化物半導体膜１０８としては、先に示す材料を用いることができる。
【０１１６】
酸化物半導体膜１０８ａがＩｎ−Ｍ−Ｚｎ酸化物の場合、Ｉｎ−Ｍ−Ｚｎ酸化物を成膜するために用いるスパッタリングターゲットの金属元素の原子数比は、Ｉｎ＞Ｍ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＝２：１：３、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝３：１：２、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝４：２：４．１、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝５：１：７等が挙げられる。
【０１１７】
また、酸化物半導体膜１０８ｂがＩｎ−Ｍ−Ｚｎ酸化物の場合、Ｉｎ−Ｍ−Ｚｎ酸化物を成膜するために用いるスパッタリングターゲットの金属元素の原子数比は、Ｉｎ≦Ｍ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＝１：３：２、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝１：３：４、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝１：３：６等が挙げられる。
【０１１８】
また、酸化物半導体膜１０８ａ及び酸化物半導体膜１０８ｂがＩｎ−Ｍ−Ｚｎ酸化物の場合、スパッタリングターゲットとしては、多結晶のＩｎ−Ｍ−Ｚｎ酸化物を含むターゲットを用いると好ましい。多結晶のＩｎ−Ｍ−Ｚｎ酸化物を含むターゲットを用いることで、結晶性を有する酸化物半導体膜１０８ａ及び酸化物半導体膜１０８ｂを形成しやすくなる。なお、成膜される酸化物半導体膜１０８ａ及び酸化物半導体膜１０８ｂの原子数比はそれぞれ、誤差として上記のスパッタリングターゲットに含まれる金属元素の原子数比のプラスマイナス４０％の変動を含む。例えば、酸化物半導体膜１０８ａのスパッタリングターゲットとして、原子数比がＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝４：２：４．１を用いる場合、成膜される酸化物半導体膜１０８ａの原子数比は、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝４：２：３近傍となる場合がある。または、酸化物半導体膜１０８ａのスパッタリングターゲットとして、原子数比がＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝５：１：７を用いる場合、成膜される酸化物半導体膜１０８ａの原子数比は、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝５：１：６近傍となる場合がある。
【０１１９】
また、酸化物半導体膜１０８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。とくに、酸化物半導体膜１０８ａには、エネルギーギャップが２ｅＶ以上、好ましくは２ｅＶ以上３．０ｅＶ以下の酸化物半導体膜を用い、酸化物半導体膜１０８ｂには、エネルギーギャップが２．５ｅＶ以上３．５ｅＶ以下の酸化物半導体膜を用いると、好適である。また、酸化物半導体膜１０８ａよりも酸化物半導体膜１０８ｂのエネルギーギャップが大きい方が好ましい。
【０１２０】
また、酸化物半導体膜１０８ａ、及び酸化物半導体膜１０８ｂの厚さは、それぞれ３ｎｍ以上２００ｎｍ以下、好ましくは３ｎｍ以上１００ｎｍ以下、さらに好ましくは３ｎｍ以上５０ｎｍ以下とする。
【０１２１】
また、酸化物半導体膜１０８ｂ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、酸化物半導体膜１０８ｂ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以下とする。
【０１２２】
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、酸化物半導体膜１０８ａ、及び酸化物半導体膜１０８ｂ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。
【０１２３】
なお、酸化物半導体膜１０８ａ、及び酸化物半導体膜１０８ｂとしては、それぞれ不純物濃度が低く、欠陥準位密度の低い酸化物半導体膜を用いることで、さらに優れた電気特性を有するトランジスタを作製することができ好ましい。ここでは、不純物濃度が低く、欠陥準位密度の低い（酸素欠損の少ない）ことを高純度真性または実質的に高純度真性とよぶ。高純度真性または実質的に高純度真性である酸化物半導体膜は、キャリア発生源が少ないため、キャリア密度を低くすることができる。従って、該酸化物半導体膜にチャネル領域が形成されるトランジスタは、しきい値電圧がマイナスとなる電気特性（ノーマリーオンともいう。）になることが少ない。また、高純度真性または実質的に高純度真性である酸化物半導体膜は、欠陥準位密度が低いため、トラップ準位密度も低くなる場合がある。また、高純度真性または実質的に高純度真性である酸化物半導体膜は、オフ電流が著しく小さく、チャネル幅が１×１０６μｍでチャネル長Ｌが１０μｍの素子であっても、ソース電極とドレイン電極間の電圧（ドレイン電圧）が１Ｖから１０Ｖの範囲において、オフ電流が、半導体パラメータアナライザの測定限界以下、すなわち１×１０−１３Ａ以下という特性を得ることができる。
【０１２４】
したがって、上記高純度真性、または実質的に高純度真性の酸化物半導体膜にチャネル領域が形成されるトランジスタは、電気特性の変動が小さく、信頼性の高いトランジスタとすることができる。なお、酸化物半導体膜のトラップ準位に捕獲された電荷は、消失するまでに要する時間が長く、あたかも固定電荷のように振る舞うことがある。そのため、トラップ準位密度の高い酸化物半導体膜にチャネル領域が形成されるトランジスタは、電気特性が不安定となる場合がある。不純物としては、水素、窒素、アルカリ金属、またはアルカリ土類金属等がある。
【０１２５】
酸化物半導体膜に含まれる水素は、金属原子と結合する酸素と反応して水になると共に、酸素が脱離した格子（または酸素が脱離した部分）に酸素欠損を形成する。該酸素欠損に水素が入ることで、キャリアである電子が生成される場合がある。また、水素の一部が金属原子と結合する酸素と結合して、キャリアである電子を生成することがある。従って、水素が含まれている酸化物半導体膜を用いたトランジスタはノーマリーオン特性となりやすい。このため、酸化物半導体膜１０８は水素ができる限り低減されていることが好ましい。具体的には、酸化物半導体膜１０８において、ＳＩＭＳ分析により得られる水素濃度を、２×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、好ましくは５×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、より好ましくは１×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、５×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、好ましくは１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、より好ましくは５×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、さらに好ましくは１×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下とする。
【０１２６】
また、酸化物半導体膜１０８ａは、酸化物半導体膜１０８ｂよりも水素濃度が少ない領域を有すると好ましい。酸化物半導体膜１０８ａの方が、酸化物半導体膜１０８ｂよりも水素濃度が少ない領域を有すことにより、信頼性の高い半導体装置とすることができる。
【０１２７】
また、酸化物半導体膜１０８ａにおいて、第１４族元素の一つであるシリコンや炭素が含まれると、酸化物半導体膜１０８ａにおいて酸素欠損が増加し、ｎ型化してしまう。このため、酸化物半導体膜１０８ａにおけるシリコンや炭素の濃度と、酸化物半導体膜１０８ｂとの界面近傍のシリコンや炭素の濃度（ＳＩＭＳ分析により得られる濃度）を、２×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、好ましくは２×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下とする。
【０１２８】
また、酸化物半導体膜１０８ａにおいて、ＳＩＭＳ分析により得られるアルカリ金属またはアルカリ土類金属の濃度を、１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、好ましくは２×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下にする。アルカリ金属及びアルカリ土類金属は、酸化物半導体と結合するとキャリアを生成する場合があり、トランジスタのオフ電流が増大してしまうことがある。このため、酸化物半導体膜１０８ａ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。
【０１２９】
また、酸化物半導体膜１０８ａ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膜を用いたトランジスタはノーマリーオン特性となりやすい。従って、該酸化物半導体膜において、窒素はできる限り低減されていることが好ましい、例えば、ＳＩＭＳ分析により得られる窒素濃度は、５×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下にすることが好ましい。
【０１３０】
また、酸化物半導体膜１０８ａ、及び酸化物半導体膜１０８ｂは、それぞれ非単結晶構造でもよい。非単結晶構造は、例えば、後述するＣＡＡＣ−ＯＳ（Ｃ  Ａｘｉｓ  Ａｌｉｇｎｅｄ  Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）、多結晶構造、微結晶構造、または非晶質構造を含む。非単結晶構造において、非晶質構造は最も欠陥準位密度が高く、ＣＡＡＣ−ＯＳは最も欠陥準位密度が低い。
【０１３１】
［酸化物半導体膜の保護絶縁膜として機能する絶縁膜］
絶縁膜１１４、１１６は、酸化物半導体膜の保護絶縁膜、またはトランジスタ１５０Ａの第２のゲート絶縁膜として機能する。また、絶縁膜１１４、１１６は、酸化物半導体膜１０８に酸素を供給する機能を有する。すなわち、絶縁膜１１４、１１６は、酸素を有する。また、絶縁膜１１４は、酸素を透過することのできる絶縁膜である。なお、絶縁膜１１４は、後に形成する絶縁膜１１６を形成する際の、酸化物半導体膜１０８へのダメージ緩和膜としても機能する。
【０１３２】
絶縁膜１１４としては、厚さが５ｎｍ以上１５０ｎｍ以下、好ましくは５ｎｍ以上５０ｎｍ以下の酸化シリコン、酸化窒化シリコン等を用いることができる。
【０１３３】
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、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。
【０１３４】
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の外部に移動せず、絶縁膜１１４にとどまる酸素もある。また、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を介して酸化物半導体膜１０８に移動させることができる。
【０１３５】
また、絶縁膜１１４は、窒素酸化物に起因する準位密度が低い酸化物絶縁膜を用いて形成することができる。なお、当該窒素酸化物に起因する準位密度は、酸化物半導体膜の価電子帯の上端のエネルギー（Ｅｖ＿ｏｓ）と酸化物半導体膜の伝導帯の下端のエネルギー（Ｅｃ＿ｏｓ）の間に形成され得る場合がある。上記酸化物絶縁膜として、窒素酸化物の放出量が少ない酸化窒化シリコン膜、または窒素酸化物の放出量が少ない酸化窒化アルミニウム膜等を用いることができる。
【０１３６】
なお、窒素酸化物の放出量の少ない酸化窒化シリコン膜は、昇温脱離ガス分析法において、窒素酸化物の放出量よりアンモニアの放出量が多い膜であり、代表的にはアンモニアの放出量が１×１０１８個／ｃｍ３以上５×１０１９個／ｃｍ３以下である。なお、アンモニアの放出量は、膜の表面温度が５０℃以上６５０℃以下、好ましくは５０℃以上５５０℃以下の加熱処理による放出量とする。
【０１３７】
窒素酸化物（ＮＯｘ、ｘは０より大きく２以下、好ましくは１以上２以下）、代表的にはＮＯ２またはＮＯは、絶縁膜１１４などに準位を形成する。当該準位は、酸化物半導体膜１０８のエネルギーギャップ内に位置する。そのため、窒素酸化物が、絶縁膜１１４及び酸化物半導体膜１０８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及び酸化物半導体膜１０８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。
【０１３８】
また、窒素酸化物は、加熱処理においてアンモニア及び酸素と反応する。絶縁膜１１４に含まれる窒素酸化物は、加熱処理において、絶縁膜１１６に含まれるアンモニアと反応するため、絶縁膜１１４に含まれる窒素酸化物が低減される。このため、絶縁膜１１４及び酸化物半導体膜１０８の界面において、電子がトラップされにくい。
【０１３９】
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。
【０１４０】
なお、トランジスタの作製工程の加熱処理、代表的には３００℃以上３５０℃未満の加熱処理により、絶縁膜１１４は、１００Ｋ以下のＥＳＲで測定して得られたスペクトルにおいてｇ値が２．０３７以上２．０３９以下の第１のシグナル、ｇ値が２．００１以上２．００３以下の第２のシグナル、及びｇ値が１．９６４以上１．９６６以下の第３のシグナルが観測される。なお、第１のシグナル及び第２のシグナルのスプリット幅、並びに第２のシグナル及び第３のシグナルのスプリット幅は、ＸバンドのＥＳＲ測定において約５ｍＴである。また、ｇ値が２．０３７以上２．０３９以下の第１のシグナル、ｇ値が２．００１以上２．００３以下の第２のシグナル、及びｇ値が１．９６４以上１．９６６以下である第３のシグナルのスピンの密度の合計が１×１０１８ｓｐｉｎｓ／ｃｍ３未満であり、代表的には１×１０１７ｓｐｉｎｓ／ｃｍ３以上１×１０１８ｓｐｉｎｓ／ｃｍ３未満である。
【０１４１】
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）起因のシグナルに相当する。窒素酸化物の代表例としては、一酸化窒素、二酸化窒素等がある。即ち、ｇ値が２．０３７以上２．０３９以下の第１のシグナル、ｇ値が２．００１以上２．００３以下の第２のシグナル、及びｇ値が１．９６４以上１．９６６以下である第３のシグナルのスピンの密度の合計が少ないほど、酸化物絶縁膜に含まれる窒素酸化物の含有量が少ないといえる。
【０１４２】
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。
【０１４３】
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。
【０１４４】
絶縁膜１１６は、化学量論的組成を満たす酸素よりも多くの酸素を含む酸化物絶縁膜を用いて形成する。化学量論的組成を満たす酸素よりも多くの酸素を含む酸化物絶縁膜は、加熱により酸素の一部が脱離する。化学量論的組成を満たす酸素よりも多くの酸素を含む酸化物絶縁膜は、ＴＤＳ分析にて、酸素原子に換算しての酸素の脱離量が１．０×１０１９ａｔｏｍｓ／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。
【０１４５】
絶縁膜１１６としては、厚さが３０ｎｍ以上５００ｎｍ以下、好ましくは５０ｎｍ以上４００ｎｍ以下の、酸化シリコン、酸化窒化シリコン等を用いることができる。
【０１４６】
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、さらには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と比較して酸化物半導体膜１０８から離れているため、絶縁膜１１４より、欠陥密度が多くともよい。
【０１４７】
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の単層構造としてもよい。
【０１４８】
［画素電極として機能する酸化物半導体膜、及び第２のゲート電極として機能する酸化物半導体膜、対向電極として機能する導電膜］
画素電極として機能する酸化物半導体膜１２０、第２のゲート電極として機能する酸化物半導体膜１２０ａ、及び対向電極として機能する導電膜１４８としては、先に記載の酸化物半導体膜１０８と同様の材料、及び同様の作製方法を用いて形成することができる。
【０１４９】
または、画素電極として機能する酸化物半導体膜１２０、第２のゲート電極として機能する酸化物半導体膜１２０ａ、及び対向電極として機能する導電膜１４８としては、Ｉｎ酸化物、Ｉｎ−Ｓｎ酸化物、Ｉｎ−Ｚｎ酸化物、Ｉｎ−Ｇａ酸化物、Ｚｎ酸化物、Ａｌ−Ｚｎ酸化物、またはＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物などを用いることができる。特に、Ｉｎ−Ｓｎ酸化物、またはＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物を用いると好ましい。
【０１５０】
具体的には、酸化物半導体膜１２０、１２０ａ、及び導電膜１４８としては、インジウムガリウム亜鉛酸化物（ＩＧＺＯ）、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）、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（ＩＴＳＯ）など材料を用いることができる。
【０１５１】
すなわち、画素電極として機能する酸化物半導体膜１２０、第２のゲート電極として機能する酸化物半導体膜１２０ａ、及び対向電極として機能する導電膜１４８は、酸化物半導体膜１０８（酸化物半導体膜１０８ａ及び酸化物半導体膜１０８ｂ）に含まれる金属元素を少なくとも一つ有する。例えば、第２のゲート電極として機能する酸化物半導体膜１２０ａと、酸化物半導体膜１０８（酸化物半導体膜１０８ａ及び酸化物半導体膜１０８ｂ）と、が同一の金属元素を有する構成とすることで、製造コストを抑制することが可能となる。
【０１５２】
また、画素電極として機能する酸化物半導体膜１２０、第２のゲート電極として機能する酸化物半導体膜１２０ａ、及び対向電極として機能する導電膜１４８としては、Ｉｎ−Ｍ−Ｚｎ酸化物の場合、Ｉｎ−Ｍ−Ｚｎ酸化物を成膜するために用いるスパッタリングターゲットの金属元素の原子数比は、Ｉｎ≧Ｍ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＝２：１：３、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝３：１：２、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝４：２：４．１、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝５：１：７等が挙げられる。
【０１５３】
また、画素電極として機能する酸化物半導体膜１２０、第２のゲート電極として機能する酸化物半導体膜１２０ａ、及び対向電極として機能する導電膜１４８の構造としては、単層構造または２層以上の積層構造とすることができる。
【０１５４】
［トランジスタの保護絶縁膜として機能する絶縁膜］
絶縁膜１１８は、トランジスタ１５０、及びトランジスタ１５０Ａの保護絶縁膜として機能する。
【０１５５】
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。または、絶縁膜１１８は、窒素及びシリコンを有する。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の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、酸化物半導体膜１０８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、外部から酸化物半導体膜１０８への水素、水等の入り込みを防ぐことができる。
【０１５６】
また、絶縁膜１１８は、画素電極として機能する酸化物半導体膜１２０、及び第２のゲート電極として機能する酸化物半導体膜１２０ａに、水素及び窒素のいずれか一方または双方を供給する機能を有する。特に絶縁膜１１８としては、水素を含み、当該水素を酸化物半導体膜１２０、１２０ａに供給する機能を有すると好ましい。絶縁膜１１８から酸化物半導体膜１２０、１２０ａに水素が供給されることで、酸化物半導体膜１２０、１２０ａは、導電体としての機能を有する。
【０１５７】
絶縁膜１１８としては、例えば、窒化物絶縁膜を用いることができる。該窒化物絶縁膜としては、窒化シリコン、窒化酸化シリコン、窒化アルミニウム、窒化酸化アルミニウム等がある。
【０１５８】
［遮光膜］
遮光膜１４２としては、外光の反射を抑制する機能を有する。または、遮光膜１４２としては、隣接する画素からの光の透過を防ぐ機能を有する。遮光膜１４２としては、金属、黒色顔料を含んだ樹脂、カーボンブラック、金属酸化物、複数の金属酸化物の固溶体を含む複合酸化物等を用いることができる。
【０１５９】
［着色膜］
着色膜１４４としては、入射する光から特定の色を呈する光を選択的に透過するものである。例えば、カラーフィルタ、バンドパスフィルタ、多層膜フィルタなどを適用できる。なお、着色膜１４４に色変換素子を適用してもよい。色変換素子は、入射する光を、当該光の波長より長い波長の光に変換する光学素子である。色変換素子として、量子ドット方式を用いる素子であると好適である。量子ドット方式を用いることにより、表示装置の色再現性を高めることができる。
【０１６０】
［絶縁膜］
絶縁膜１４６としては、例えば、アクリル系樹脂等の有機絶縁材料を用いることができる。絶縁膜１４６を形成することによって、例えば、着色膜１４４中に含まれる不純物等を液晶層１４９側に拡散することを抑制することができる。また、絶縁膜１４６を形成することによって、着色膜１４４等に起因する凹凸等を平坦化することができる。
【０１６１】
［スペーサ］
スペーサ１４５としては、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、液晶層１４９の膜厚（セルギャップ）を制御するために設けられる。例えば、スペーサ１４５として、柱状のスペーサを、円形、楕円形、三角形、四角形、またはそれ以上の多角形で形成すると好ましい。また、スペーサ１４５としては、例えば、アクリル系樹脂、ポリイミド系樹脂などの有機材料、または酸化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜、窒化シリコン膜、窒化酸化シリコン膜、酸化アルミニウム膜、窒化アルミニウム膜などの無機材料を用いて形成することができる。また、スペーサ１４５の厚さ（高さともいう）は、０．５μｍ以上１０μｍ以下、好ましくは１．０μｍ以上４μｍ以下である。
【０１６２】
なお、上記記載の、導電膜、絶縁膜、酸化物半導体膜などの様々な膜は、スパッタリング法やＰＥＣＶＤ法により形成することができるが、他の方法、例えば、熱ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法により形成してもよい。熱ＣＶＤ法の例としてＭＯＣＶＤ（Ｍｅｔａｌ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法やＡＬＤ（Ａｔｏｍｉｃ  Ｌａｙｅｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法を用いても良い。
【０１６３】
熱ＣＶＤ法は、プラズマを使わない成膜方法のため、プラズマダメージにより欠陥が生成されることが無いという利点を有する。
【０１６４】
熱ＣＶＤ法は、原料ガスと酸化剤を同時にチャンバー内に送り、チャンバー内を大気圧または減圧下とし、基板近傍または基板上で反応させて基板上に堆積させることで成膜を行ってもよい。
【０１６５】
また、ＡＬＤ法は、チャンバー内を大気圧または減圧下とし、反応のための原料ガスが順次チャンバーに導入され、そのガス導入の順序を繰り返すことで成膜を行ってもよい。例えば、それぞれのスイッチングバルブ（高速バルブとも呼ぶ）を切り替えて２種類以上の原料ガスを順番にチャンバーに供給し、複数種の原料ガスが混ざらないように第１の原料ガスと同時またはその後に不活性ガス（アルゴン、或いは窒素など）などを導入し、第２の原料ガスを導入する。なお、同時に不活性ガスを導入する場合には、不活性ガスはキャリアガスとなり、また、第２の原料ガスの導入時にも同時に不活性ガスを導入してもよい。また、不活性ガスを導入する代わりに真空排気によって第１の原料ガスを排出した後、第２の原料ガスを導入してもよい。第１の原料ガスが基板の表面に吸着して第１の層を成膜し、後から導入される第２の原料ガスと反応して、第２の層が第１の層上に積層されて薄膜が形成される。このガス導入順序を制御しつつ所望の厚さになるまで複数回繰り返すことで、段差被覆性に優れた薄膜を形成することができる。薄膜の厚さは、ガス導入順序を繰り返す回数によって調節することができるため、精密な膜厚調節が可能であり、微細なＦＥＴを作製する場合に適している。
【０１６６】
ＭＯＣＶＤ法やＡＬＤ法などの熱ＣＶＤ法は、上記実施形態の導電膜、絶縁膜、酸化物半導体膜、金属酸化膜などの様々な膜を形成することができ、例えば、Ｉｎ−Ｇａ−ＺｎＯ膜を成膜する場合には、トリメチルインジウム、トリメチルガリウム、及びジメチル亜鉛を用いる。なお、トリメチルインジウムの化学式は、Ｉｎ（ＣＨ３）３である。また、トリメチルガリウムの化学式は、Ｇａ（ＣＨ３）３である。また、ジメチル亜鉛の化学式は、Ｚｎ（ＣＨ３）２である。また、これらの組み合わせに限定されず、トリメチルガリウムに代えてトリエチルガリウム（化学式Ｇａ（Ｃ２Ｈ５）３）を用いることもでき、ジメチル亜鉛に代えてジエチル亜鉛（化学式Ｚｎ（Ｃ２Ｈ５）２）を用いることもできる。
【０１６７】
例えば、ＡＬＤを利用する成膜装置により酸化ハフニウム膜を形成する場合には、溶媒とハフニウム前駆体化合物を含む液体（ハフニウムアルコキシドや、テトラキスジメチルアミドハフニウム（ＴＤＭＡＨ）などのハフニウムアミド）を気化させた原料ガスと、酸化剤としてオゾン（Ｏ３）の２種類のガスを用いる。なお、テトラキスジメチルアミドハフニウムの化学式はＨｆ［Ｎ（ＣＨ３）２］４である。また、他の材料液としては、テトラキス（エチルメチルアミド）ハフニウムなどがある。
【０１６８】
例えば、ＡＬＤを利用する成膜装置により酸化アルミニウム膜を形成する場合には、溶媒とアルミニウム前駆体化合物を含む液体（トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）など）を気化させた原料ガスと、酸化剤としてＨ２Ｏの２種類のガスを用いる。なお、トリメチルアルミニウムの化学式はＡｌ（ＣＨ３）３である。また、他の材料液としては、トリス（ジメチルアミド）アルミニウム、トリイソブチルアルミニウム、アルミニウムトリス（２，２，６，６−テトラメチル−３，５−ヘプタンジオナート）などがある。
【０１６９】
例えば、ＡＬＤを利用する成膜装置により酸化シリコン膜を形成する場合には、ヘキサクロロジシランを被成膜面に吸着させ、吸着物に含まれる塩素を除去し、酸化性ガス（Ｏ２、一酸化二窒素）のラジカルを供給して吸着物と反応させる。
【０１７０】
例えば、ＡＬＤを利用する成膜装置によりタングステン膜を成膜する場合には、ＷＦ６ガスとＢ２Ｈ６ガスを順次繰り返し導入して初期タングステン膜を形成し、その後、ＷＦ６ガスとＨ２ガスとを用いてタングステン膜を形成する。なお、Ｂ２Ｈ６ガスに代えてＳｉＨ４ガスを用いてもよい。
【０１７１】
例えば、ＡＬＤを利用する成膜装置により酸化物半導体膜、例えばＩｎ−Ｇａ−ＺｎＯ膜を成膜する場合には、Ｉｎ（ＣＨ３）３ガスとＯ３ガスを順次繰り返し導入してＩｎ−Ｏ層を形成し、その後、Ｇａ（ＣＨ３）３ガスとＯ３ガスとを用いてＧａＯ層を形成し、更にその後Ｚｎ（ＣＨ３）２ガスとＯ３ガスとを用いてＺｎＯ層を形成する。なお、これらの層の順番はこの例に限らない。また、これらのガスを混ぜてＩｎ−Ｇａ−Ｏ層やＩｎ−Ｚｎ−Ｏ層、Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ層などの混合化合物層を形成しても良い。なお、Ｏ３ガスに変えてＡｒ等の不活性ガスでバブリングして得られたＨ２Ｏガスを用いても良いが、Ｈを含まないＯ３ガスを用いる方が好ましい。また、Ｉｎ（ＣＨ３）３ガスに変えて、Ｉｎ（Ｃ２Ｈ５）３ガスを用いても良い。また、Ｇａ（ＣＨ３）３ガスに変えて、Ｇａ（Ｃ２Ｈ５）３ガスを用いても良い。また、Ｚｎ（ＣＨ３）２ガスを用いても良い。
【０１７２】
＜１−７．半導体装置の構成例５＞
次に、図１（Ａ）（Ｂ）、及び図２（Ａ）に示すトランジスタ１５０の変形例、並びに図４（Ａ）（Ｂ）、及び図５に示すトランジスタ１５０Ａの変形例について、図６乃至図８を用いて説明する。
【０１７３】
図６（Ａ）（Ｂ）は、図１（Ａ）（Ｂ）、及び図２（Ａ）に示すトランジスタ１５０の変形例の断面図である。また、図７（Ａ）（Ｂ）は、図４（Ａ）（Ｂ）、及び図５に示すトランジスタ１５０Ａの変形例の断面図である。
【０１７４】
図６（Ａ）（Ｂ）に示すトランジスタ１５０は、図２（Ａ）（Ｂ）、及び図２（Ａ）に示すトランジスタ１５０が有する酸化物半導体膜１０８を３層の積層構造としている。より具体的には、図６（Ａ）（Ｂ）に示す酸化物半導体膜１０８は、酸化物半導体膜１０８ａと、酸化物半導体膜１０８ｂと、酸化物半導体膜１０８ｃと、を有する。
【０１７５】
図７（Ａ）（Ｂ）に示すトランジスタ１５０Ａは、図４（Ａ）（Ｂ）、及び図５に示すトランジスタ１５０Ａが有する酸化物半導体膜１０８を３層の積層構造としている。より具体的には、図７（Ａ）（Ａ）に示す酸化物半導体膜１０８は、酸化物半導体膜１０８ａと、酸化物半導体膜１０８ｂと、酸化物半導体膜１０８ｃと、を有する。
【０１７６】
ここで、酸化物半導体膜１０８及び酸化物半導体膜１０８に接する絶縁膜のバンド構造について、図８を用いて説明する。
【０１７７】
図８（Ａ）は、絶縁膜１０７、酸化物半導体膜１０８ａ、１０８ｂ、１０８ｃ、及び絶縁膜１１４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８（Ｂ）は、絶縁膜１０７、酸化物半導体膜１０８ａ、１０８ｂ、及び絶縁膜１１４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１０７、酸化物半導体膜１０８ａ、１０８ｂ、１０８ｃ、及び絶縁膜１１４の伝導帯下端のエネルギー準位（Ｅｃ）を示す。
【０１７８】
また、図８（Ａ）は、絶縁膜１０７、１１４として酸化シリコン膜を用い、酸化物半導体膜１０８ｃとして金属元素の原子数比をＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：１．２の金属酸化物ターゲットを用いて形成される酸化物半導体膜を用い、酸化物半導体膜１０８ａ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１０８ｂ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。
【０１７９】
また、図８（Ｂ）は、絶縁膜１０７、１１４として酸化シリコン膜を用い、酸化物半導体膜１０８ａとして金属元素の原子数比をＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝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１０８ｂ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。
【０１８０】
図８（Ａ）（Ｂ）に示すように、酸化物半導体膜１０８ａ、１０８ｂ、１０８ｃ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１０８ａと酸化物半導体膜１０８ｂとの界面、または酸化物半導体膜１０８ｃと酸化物半導体膜１０８ａ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。
【０１８１】
酸化物半導体膜１０８ａ、１０８ｂ、１０８ｃ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。
【０１８２】
図８（Ａ）（Ｂ）に示す構成とすることで酸化物半導体膜１０８ａ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１０８ａに形成されることがわかる。
【０１８３】
なお、酸化物半導体膜１０８ｂ、１０８ｃを設けることにより、酸化物半導体膜１０８ａに形成されうるトラップ準位を酸化物半導体膜１０８ａより遠ざけることができる。
【０１８４】
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１０８ａの伝導帯下端のエネルギー準位（Ｅｃ）より真空準位から遠くなることがあり、トラップ準位に電子が蓄積しやすくなってしまう。トラップ準位に電子が蓄積されることで、マイナスの固定電荷となり、トランジスタのしきい値電圧はプラス方向にシフトしてしまう。したがって、トラップ準位が酸化物半導体膜１０８ａ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。
【０１８５】
また、酸化物半導体膜１０８ｂ、１０８ｃは、酸化物半導体膜１０８ａ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１０８ａの伝導帯下端のエネルギー準位と、酸化物半導体膜１０８ｂ、１０８ｃ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１０８ｂ、１０８ｃの電子親和力と、酸化物半導体膜１０８ａ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。
【０１８６】
このような構成を有することで、酸化物半導体膜１０８ａが主な電流経路となる。すなわち、酸化物半導体膜１０８ａは、チャネル領域としての機能を有し、酸化物半導体膜１０８ｂ、１０８ｃは、酸化物絶縁膜としての機能を有する。また、酸化物半導体膜１０８ｂ、１０８ｃは、チャネル領域が形成される酸化物半導体膜１０８ａを構成する金属元素の一種以上から構成される酸化物半導体膜であるため、酸化物半導体膜１０８ａと酸化物半導体膜１０８ｂとの界面、または酸化物半導体膜１０８ａと酸化物半導体膜１０８ｃとの界面において、界面散乱が起こりにくい。従って、該界面においてはキャリアの動きが阻害されないため、トランジスタの電界効果移動度が高くなる。
【０１８７】
また、酸化物半導体膜１０８ｂ、１０８ｃ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１０８ｂ、１０８ｃを、その物性及び／または機能から、それぞれ酸化物絶縁膜とも呼べる。または、酸化物半導体膜１０８ｂ、１０８ｃには、電子親和力（真空準位と伝導帯下端のエネルギー準位との差）が酸化物半導体膜１０８ａ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１０８ａの伝導帯下端エネルギー準位と差分（バンドオフセット）を有する材料を用いるものとする。また、ドレイン電圧の大きさに依存したしきい値電圧の差が生じることを抑制するためには、酸化物半導体膜１０８ｂ、１０８ｃの伝導帯下端のエネルギー準位が、酸化物半導体膜１０８ａの伝導帯下端のエネルギー準位よりも０．２ｅＶより真空準位に近い材料を用いると好適である。例えば、酸化物半導体膜１０８ｂの伝導帯下端のエネルギー準位と、酸化物半導体膜１０８ａ、１０８ｃの伝導帯下端のエネルギー準位との差が、０．２ｅＶ以上、好ましくは０．５ｅＶ以上とすることが好ましい。
【０１８８】
また、酸化物半導体膜１０８ｂ、１０８ｃは、膜中にスピネル型の結晶構造が含まれないことが好ましい。酸化物半導体膜１０８ｂ、１０８ｃの膜中にスピネル型の結晶構造を含む場合、該スピネル型の結晶構造と他の領域との界面において、導電膜１１２ａ、１１２ｂの構成元素が酸化物半導体膜１０８ａへ拡散してしまう場合がある。なお、酸化物半導体膜１０８ｂ、１０８ｃがＣＡＡＣ−ＯＳである場合、導電膜１１２ａ、１１２ｂの構成元素、例えば、銅元素のブロッキング性が高くなり好ましい。
【０１８９】
酸化物半導体膜１０８ｂ、１０８ｃの膜厚は、導電膜１１２ａ、１１２ｂの構成元素が酸化物半導体膜１０８ａ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１１４から酸化物半導体膜１０８ａ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１０８ｂ、１０８ｃの膜厚が１０ｎｍ以上であると、導電膜１１２ａ、１１２ｂの構成元素が酸化物半導体膜１０８ａ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１０８ｂ、１０８ｃの膜厚を１００ｎｍ以下とすると、絶縁膜１１４から酸化物半導体膜１０８ａへ効果的に酸素を供給することができる。
【０１９０】
また、本実施の形態においては、酸化物半導体膜１０８ｂ、１０８ｃとして、金属元素の原子数比をＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：１．２の金属酸化物ターゲットを用いて形成される酸化物半導体膜を用いる構成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１０８ｂ、１０８ｃ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。
【０１９１】
なお、酸化物半導体膜１０８ｂ、１０８ｃ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１０８ｂ、１０８ｃは、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：β１（０＜β１≦２）：β２（０＜β２≦２）となる場合がある。また、酸化物半導体膜１０８ｂ、１０８ｃ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１０８ｂ、１０８ｃ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１０８ｂ、１０８ｃ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１０８ｂ、１０８ｃは、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：β５（１≦β５≦５）：β６（４≦β６≦８）となる場合がある。
【０１９２】
また、トランジスタ１５０が有する酸化物半導体膜１０８ｂと、トランジスタ１５０Ａが有する酸化物半導体膜１０８ｂと、は図面において、導電膜１１２ａ、１１２ｂから露出した領域の酸化物半導体膜が薄くなる、別言すると酸化物半導体膜の一部が凹部を有する形状について例示している。ただし、本発明の一態様はこれに限定されず、導電膜１１２ａ、１１２ｂから露出した領域の酸化物半導体膜が凹部を有さなくてもよい。
【０１９３】
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。
【０１９４】
＜１−８．半導体装置の作製方法＞
次に、本発明の一態様の半導体装置であるトランジスタ１５０の作製方法について、図９乃至図１２を用いて説明する。
【０１９５】
なお、図９（Ａ）乃至図９（Ｄ）、図１０（Ａ）乃至図１０（Ｄ）、図１１（Ａ）乃至図１１（Ｃ）、及び図１２（Ａ）乃至図１２（Ｃ）は、半導体装置の作製方法を説明する断面図である。また、図９（Ａ）乃至図９（Ｄ）、図１０（Ａ）乃至図１０（Ｄ）、図１１（Ａ）乃至図１１（Ｃ）、及び図１２（Ａ）乃至図１２（Ｃ）は、トランジスタ１５０のチャネル長方向の断面図である。
【０１９６】
まず、基板１０２上に導電膜を形成し、該導電膜をリソグラフィ工程及びエッチング工程を行い加工して、ゲート電極として機能する導電膜１０４を形成する。次に、導電膜１０４上にゲート絶縁膜として機能する絶縁膜１０６、１０７を形成する（図９（Ａ）参照）。
【０１９７】
本実施の形態では、基板１０２としてガラス基板を用い、ゲート電極として機能する導電膜１０４として、厚さ１００ｎｍのタングステン膜をスパッタリング法により形成する。また、絶縁膜１０６として厚さ４００ｎｍの窒化シリコン膜をＰＥＣＶＤ法により形成し、絶縁膜１０７として厚さ５０ｎｍの酸化窒化シリコン膜をＰＥＣＶＤ法により形成する。
【０１９８】
なお、絶縁膜１０６としては、窒化シリコン膜の積層構造とすることができる。具体的には、絶縁膜１０６を、第１の窒化シリコン膜と、第２の窒化シリコン膜と、第３の窒化シリコン膜との３層積層構造とすることができる。該３層積層構造の一例としては、以下のように形成することができる。
【０１９９】
第１の窒化シリコン膜としては、例えば、流量２００ｓｃｃｍのシラン、流量２０００ｓｃｃｍの窒素、及び流量１００ｓｃｃｍのアンモニアガスを原料ガスとしてＰＥ−ＣＶＤ装置の反応室に供給し、反応室内の圧力を１００Ｐａに制御し、２７．１２ＭＨｚの高周波電源を用いて２０００Ｗの電力を供給して、厚さが５０ｎｍとなるように形成すればよい。
【０２００】
第２の窒化シリコン膜としては、流量２００ｓｃｃｍのシラン、流量２０００ｓｃｃｍの窒素、及び流量２０００ｓｃｃｍのアンモニアガスを原料ガスとしてＰＥＣＶＤ装置の反応室に供給し、反応室内の圧力を１００Ｐａに制御し、２７．１２ＭＨｚの高周波電源を用いて２０００Ｗの電力を供給して、厚さが３００ｎｍとなるように形成すればよい。
【０２０１】
第３の窒化シリコン膜としては、流量２００ｓｃｃｍのシラン、及び流量５０００ｓｃｃｍの窒素を原料ガスとしてＰＥＣＶＤ装置の反応室に供給し、反応室内の圧力を１００Ｐａに制御し、２７．１２ＭＨｚの高周波電源を用いて２０００Ｗの電力を供給して、厚さが５０ｎｍとなるように形成すればよい。
【０２０２】
なお、上記第１の窒化シリコン膜、第２の窒化シリコン膜、及び第３の窒化シリコン膜形成時の基板温度は３５０℃以下とすることができる。
【０２０３】
絶縁膜１０６を、窒化シリコン膜の３層の積層構造とすることで、例えば、導電膜１０４に銅（Ｃｕ）を含む導電膜を用いる場合において、以下の効果を奏する。
【０２０４】
第１の窒化シリコン膜は、導電膜１０４からの銅（Ｃｕ）元素の拡散を抑制することができる。第２の窒化シリコン膜は、水素を放出する機能を有し、ゲート絶縁膜として機能する絶縁膜の耐圧を向上させることができる。第３の窒化シリコン膜は、第３の窒化シリコン膜からの水素放出が少なく、且つ第２の窒化シリコン膜からの放出される水素の拡散を抑制することができる。
【０２０５】
絶縁膜１０７としては、後に形成される酸化物半導体膜１０８（より具体的には、酸化物半導体膜１０８ｂ）との界面特性を向上させるため、酸素を含む絶縁膜で形成されると好ましい。
【０２０６】
次に、絶縁膜１０７上に酸化物半導体膜を形成し、当該酸化物半導体膜を島状に加工することで、酸化物半導体膜１０８ａ、１０８ｂを形成する（図９（Ｂ）参照）。
【０２０７】
なお、本実施の形態においては、酸化物半導体膜１０８は、酸化物半導体膜１０８ａと、酸化物半導体膜１０８ｂの積層構造を用いるが、これに限定されず、単層構造または３層以上の積層構造としてもよい。
【０２０８】
酸化物半導体膜１０８を成膜する際の基板温度としては、室温以上３４０℃未満、好ましくは室温以上３００℃以下、より好ましくは１００℃以上２５０℃以下、さらに好ましくは１００℃以上２００℃以下である。酸化物半導体膜１０８を加熱して成膜することで、酸化物半導体膜１０８の結晶性を高めることができる。一方で、基板１０２として、大型のガラス基板（例えば、第６世代乃至第１０世代）を用いる場合、酸化物半導体膜１０８を成膜する際の基板温度を１５０℃以上３４０℃未満とした場合、基板１０２が変形する（歪むまたは反る）場合がある。よって、大型のガラス基板を用いる場合においては、酸化物半導体膜１０８の成膜する際の基板温度を１００℃以上１５０℃未満とすることで、ガラス基板の変形を抑制することができる。
【０２０９】
なお、酸化物半導体膜１０８ａと、酸化物半導体膜１０８ｂの形成時の基板温度は、同じでも異なっていてもよい。ただし、酸化物半導体膜１０８ａと、酸化物半導体膜１０８ｂとの、基板温度を同じとすることで、製造コストを低減することができるため好適である。
【０２１０】
また、酸化物半導体膜１０８の成膜時のスパッタリングガスの高純度化も必要である。例えば、スパッタリングガスとして用いる酸素ガスやアルゴンガスは、露点が−４０℃以下、好ましくは−８０℃以下、より好ましくは−１００℃以下、より好ましくは−１２０℃以下にまで高純度化したガスを用いることで酸化物半導体膜１０８に水分等が取り込まれることを可能な限り防ぐことができる。
【０２１１】
また、スパッタリング法で酸化物半導体膜１０８を成膜する場合、スパッタリング装置におけるチャンバーは、酸化物半導体膜１０８にとって不純物となる水等を可能な限り除去すべくクライオポンプのような吸着式の真空排気ポンプを用いて高真空（５×１０−７Ｐａから１×１０−４Ｐａ程度まで）排気することが好ましい。または、ターボ分子ポンプとコールドトラップを組み合わせて排気系からチャンバー内に気体、特に炭素または水素を含む気体が逆流しないようにしておくことが好ましい。
【０２１２】
本実施の形態では、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ金属酸化物ターゲット（Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝４：２：４．１［原子数比］）を用いて、スパッタリング法により酸化物半導体膜１０８ａを形成し、その後真空中で連続して、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ金属酸化物ターゲット（Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：１．２［原子数比］）を用いて、スパッタリング法により酸化物半導体膜１０８ｂを形成する。また、酸化物半導体膜１０８ａの形成時の基板温度を１７０℃とし、酸化物半導体膜１０８ｂの形成時の基板温度を１７０℃とする。また、酸化物半導体膜１０８ａの形成時の成膜ガスとしては、流量６０ｓｃｃｍの酸素ガスと、流量１４０ｓｃｃｍのアルゴンガスと、を用いる。また、酸化物半導体膜１０８ｂの形成時の成膜ガスとしては、流量１００ｓｃｃｍの酸素ガスと、流量１００ｓｃｃｍのアルゴンガスと、を用いる。
【０２１３】
次に、絶縁膜１０７及び酸化物半導体膜１０８上に導電膜を形成し、当該導電膜を所望の領域に加工することで、導電膜１１２ａ、１１２ｂを形成する（図９（Ｃ）参照）。
【０２１４】
本実施の形態では、導電膜１１２ａ＿１、１１２ｂ＿１となる導電膜として、厚さ５０ｎｍのタングステン膜をスパッタリング法により成膜する。その後、真空中で連続して、導電膜１１２ａ＿２、１１２ｂ＿２となる導電膜として、厚さ２００ｎｍの銅膜をスパッタリング法により成膜する。また、導電膜１１２ａ＿１、１１２ｂ＿１となる導電膜の加工としては、ウエットエッチング装置を用い、導電膜１１２ａ＿２、１１２ｂ＿２となる導電膜の加工としては、ドライエッチング装置を用いる。
【０２１５】
導電膜１１２ａ、１１２ｂに銅元素を有する構成とすることで、配線抵抗を低くすることができるため、好適である。
【０２１６】
また、導電膜１１２ａ、１１２ｂの形成後に、酸化物半導体膜１０８（より具体的には酸化物半導体膜１０８ｂ）の表面（バックチャネル側）を洗浄してもよい。当該洗浄方法としては、例えば、リン酸等の薬液を用いた洗浄が挙げられる。リン酸等の薬液を用いて洗浄を行うことで、酸化物半導体膜１０８ｂの表面に付着した不純物（例えば、導電膜１１２ａ、１１２ｂに含まれる元素等）を除去することができる。なお、当該洗浄を必ずしも行う必要はなく、場合によっては、洗浄を行わなくてもよい。
【０２１７】
また、導電膜１１２ａ、１１２ｂを形成する工程、及び上記洗浄工程のいずれか一方または双方において、酸化物半導体膜１０８の導電膜１１２ａ、１１２ｂから露出した領域が、薄くなる場合がある。
【０２１８】
次に、酸化物半導体膜１０８、及び導電膜１１２ａ、１１２ｂ上に絶縁膜１１４、及び絶縁膜１１６を形成する（図９（Ｄ）参照）。
【０２１９】
なお、絶縁膜１１４を形成した後、大気に曝すことなく、連続的に絶縁膜１１６を形成することが好ましい。絶縁膜１１４を形成後、大気開放せず、原料ガスの流量、圧力、高周波電力及び基板温度の一以上を調整して、絶縁膜１１６を連続的に形成することで、絶縁膜１１４と絶縁膜１１６との界面において大気成分由来の不純物濃度を低減することができるとともに、絶縁膜１１４、１１６に含まれる酸素を酸化物半導体膜１０８に移動させることが可能となり、酸化物半導体膜１０８の酸素欠損量を低減することが可能となる。
【０２２０】
例えば、絶縁膜１１４として、ＰＥＣＶＤ法を用いて、酸化窒化シリコン膜を形成することができる。この場合、原料ガスとしては、シリコンを含む堆積性気体及び酸化性気体を用いることが好ましい。シリコンを含む堆積性気体の代表例としては、シラン、ジシラン、トリシラン、フッ化シラン等がある。酸化性気体としては、一酸化二窒素、二酸化窒素等がある。また、上記の堆積性気体の流量に対して酸化性気体の流量を２０倍より大きく１００倍未満、好ましくは４０倍以上８０倍以下とし、処理室内の圧力を１００Ｐａ未満、好ましくは５０Ｐａ以下とするＰＥＣＶＤ法を用いることで、絶縁膜１１４が、窒素を含み、且つ欠陥量の少ない絶縁膜となる。
【０２２１】
本実施の形態においては、絶縁膜１１４として、基板１０２を保持する温度を２２０℃とし、流量５０ｓｃｃｍのシラン及び流量２０００ｓｃｃｍの一酸化二窒素を原料ガスとし、処理室内の圧力を２０Ｐａとし、平行平板電極に供給する高周波電力を１３．５６ＭＨｚ、１００Ｗ（電力密度としては１．６×１０−２Ｗ／ｃｍ２）とするＰＥＣＶＤ法を用いて、酸化窒化シリコン膜を形成する。
【０２２２】
絶縁膜１１６としては、ＰＥＣＶＤ装置の真空排気された処理室内に載置された基板を１８０℃以上３５０℃以下に保持し、処理室に原料ガスを導入して処理室内における圧力を１００Ｐａ以上２５０Ｐａ以下、さらに好ましくは１００Ｐａ以上２００Ｐａ以下とし、処理室内に設けられる電極に０．１７Ｗ／ｃｍ２以上０．５Ｗ／ｃｍ２以下、さらに好ましくは０．２５Ｗ／ｃｍ２以上０．３５Ｗ／ｃｍ２以下の高周波電力を供給する条件により、酸化シリコン膜または酸化窒化シリコン膜を形成する。
【０２２３】
絶縁膜１１６の成膜条件として、上記圧力の反応室において上記パワー密度の高周波電力を供給することで、プラズマ中で原料ガスの分解効率が高まり、酸素ラジカルが増加し、原料ガスの酸化が進むため、絶縁膜１１６中における酸素含有量が化学量論的組成よりも多くなる。一方、基板温度が、上記温度で形成された膜では、シリコンと酸素の結合力が弱いため、後の工程の加熱処理により膜中の酸素の一部が脱離する。この結果、化学量論的組成を満たす酸素よりも多くの酸素を含み、加熱により酸素の一部が脱離する酸化物絶縁膜を形成することができる。
【０２２４】
なお、絶縁膜１１６の形成工程において、絶縁膜１１４が酸化物半導体膜１０８の保護膜となる。したがって、酸化物半導体膜１０８へのダメージを低減しつつ、パワー密度の高い高周波電力を用いて絶縁膜１１６を形成することができる。
【０２２５】
なお、絶縁膜１１６の成膜条件において、酸化性気体に対するシリコンを含む堆積性気体の流量を増加することで、絶縁膜１１６の欠陥量を低減することが可能である。代表的には、ＥＳＲ測定により、シリコンのダングリングボンドに由来するｇ＝２．００１に現れる信号のスピン密度が６×１０１７ｓｐｉｎｓ／ｃｍ３未満、好ましくは３×１０１７ｓｐｉｎｓ／ｃｍ３以下、好ましくは１．５×１０１７ｓｐｉｎｓ／ｃｍ３以下である欠陥量の少ない酸化物絶縁膜を形成することができる。この結果、トランジスタ１５０の信頼性を高めることができる。
【０２２６】
また、絶縁膜１１４、１１６を成膜した後に、加熱処理（以下、第１の加熱処理とする）を行うと好適である。第１の加熱処理により、絶縁膜１１４、１１６に含まれる窒素酸化物を低減することができる。または、第１の加熱処理により、絶縁膜１１４、１１６に含まれる酸素の一部を酸化物半導体膜１０８に移動させ、酸化物半導体膜１０８に含まれる酸素欠損量を低減することができる。
【０２２７】
第１の加熱処理の温度は、代表的には、４００℃未満、好ましくは３７５℃未満、さらに好ましくは、１５０℃以上３５０℃以下とする。第１の加熱処理は、窒素、酸素、超乾燥空気（水の含有量が２０ｐｐｍ以下、好ましくは１ｐｐｍ以下、好ましくは１０ｐｐｂ以下の空気）、または希ガス（アルゴン、ヘリウム等）の雰囲気下で行えばよい。なお、上記窒素、酸素、超乾燥空気、または希ガスに水素、水等が含まれないことが好ましい該加熱処理には、電気炉、ＲＴＡ（Ｒａｐｉｄ  Ｔｈｅｒｍａｌ  Ａｎｎｅａｌ）等を用いることができる。
【０２２８】
次に、絶縁膜１１６上にリソグラフィ工程によりマスクを形成し、絶縁膜１１４、１１６の所望の領域に開口部１３１を形成する。なお、開口部１３１は、導電膜１１２ｂに達するように形成される（図１０（Ａ）参照）。
【０２２９】
次に、開口部１３１を覆うように、絶縁膜１１６上に酸化物半導体膜１１９を形成する（図１０（Ｂ）（Ｃ）参照）。
【０２３０】
なお、図１０（Ｂ）は、絶縁膜１１６上に酸化物半導体膜１１９を形成する際の、成膜装置内部の断面模式図である。図１０（Ｂ）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。
【０２３１】
まず、酸化物半導体膜１１９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１１９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１１９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１１９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。
【０２３２】
なお、図１０（Ｂ）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。
【０２３３】
また、酸化物半導体膜１１９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１１９を加熱して成膜することで、酸化物半導体膜１１９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１１９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１１９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。
【０２３４】
本実施の形態では、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ金属酸化物ターゲット（Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝４：２：４．１［原子数比］）を用いて、スパッタリング法により酸化物半導体膜１１９を形成する。また、酸化物半導体膜１１９の形成時の基板温度を１７０℃とする。また、酸化物半導体膜１１９の形成時の成膜ガスとしては、流量１００ｓｃｃｍの酸素ガスを用いる。
【０２３５】
酸化物半導体膜１１９としては、上記の組成に限定されず、例えば、先に記載の酸化物半導体膜（例えば、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：１［原子数比］、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：３：２［原子数比］、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：３：４［原子数比］、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：３：６［原子数比］、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝３：１：２［原子数比］、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝４：２：３［原子数比］など）を用いてもよい。
【０２３６】
次に、酸化物半導体膜１１９を所望の形状に加工することで、酸化物半導体膜１２０を形成する（図１０（Ｄ）参照）。
【０２３７】
なお、図４（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）に示すトランジスタ１５０Ａを形成する場合においては、酸化物半導体膜１１９を加工する際に、酸化物半導体膜１２０ａを形成すればよい。
【０２３８】
次に、絶縁膜１１６、及び酸化物半導体膜１２０上に絶縁膜１１８を形成する（図１１（Ａ）参照）。
【０２３９】
絶縁膜１１８は、水素及び窒素のいずれか一方または双方を有する。絶縁膜１１８としては、例えば、窒化シリコン膜を用いると好適である。また、絶縁膜１１８としては、例えば、スパッタリング法またはＰＥＣＶＤ法を用いて形成することができる。例えば、絶縁膜１１８をＰＥＣＶＤ法で成膜する場合、基板温度は４００℃未満、好ましくは３７５℃未満、さらに好ましくは１８０℃以上３５０℃以下である。絶縁膜１１８を成膜する場合の基板温度を、上述の範囲にすることで、緻密な膜を形成できるため好ましい。また、絶縁膜１１８を成膜する場合の基板温度を、上述の範囲にすることで、絶縁膜１１４、１１６中の酸素または過剰酸素を、酸化物半導体膜１０８に移動させることが可能となる。
【０２４０】
また、絶縁膜１１８形成後に、先に記載の第１の加熱処理と同等の加熱処理（以下、第２の加熱処理とする）を行ってもよい。このように、酸化物半導体膜１１９の成膜の際に、絶縁膜１１６に酸素を添加した後に、４００℃未満、好ましくは３７５℃未満、さらに好ましくは１８０℃以上３５０℃以下の温度で、加熱処理を行うことで、絶縁膜１１６中の酸素または過剰酸素を酸化物半導体膜１０８（特に酸化物半導体膜１０８ｂ）中に移動させ、酸化物半導体膜１０８中の酸素欠損を補填することができる。
【０２４１】
また、絶縁膜１１８としてＰＥＣＶＤ法により窒化シリコン膜を形成する場合、シリコンを含む堆積性気体、窒素、及びアンモニアを原料ガスとして用いることが好ましい。窒素と比較して少量のアンモニアを用いることで、プラズマ中でアンモニアが解離し、活性種が発生する。該活性種が、シリコンを含む堆積性気体に含まれるシリコン及び水素の結合、及び窒素の三重結合を切断する。この結果、シリコン及び窒素の結合が促進され、シリコン及び水素の結合が少なく、欠陥が少なく、緻密な窒化シリコン膜を形成することができる。一方、窒素に対するアンモニアの量が多いと、シリコンを含む堆積性気体及び窒素の分解が進まず、シリコン及び水素結合が残存してしまい、欠陥が増大した、且つ粗な窒化シリコン膜が形成されてしまう。これらのため、原料ガスにおいて、アンモニアに対する窒素の流量比を５倍以上５０倍以下、１０倍以上５０倍以下とすることが好ましい。
【０２４２】
本実施の形態においては、絶縁膜１１８として、ＰＥＣＶＤ装置を用いて、シラン、窒素、及びアンモニアを原料ガスとして用いて、厚さ５０ｎｍの窒化シリコン膜を形成する。流量は、シランが５０ｓｃｃｍ、窒素が５０００ｓｃｃｍであり、アンモニアが１００ｓｃｃｍである。処理室の圧力を１００Ｐａ、基板温度を３５０℃とし、２７．１２ＭＨｚの高周波電源を用いて１０００Ｗの高周波電力を平行平板電極に供給する。ＰＥＣＶＤ装置は電極面積が６０００ｃｍ２である平行平板型のＰＥＣＶＤ装置であり、供給した電力を単位面積あたりの電力（電力密度）に換算すると１．７×１０−１Ｗ／ｃｍ２である。
【０２４３】
なお、本実施の形態においては、絶縁膜１１８から酸化物半導体膜１２０中に水素または窒素を添加し、酸化物半導体膜１２０のキャリア密度を増加させる方法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１２０に対し、不純物元素の添加処理を行うことで、酸化物半導体膜１２０のキャリア密度を増加させてもよい。
【０２４４】
上記不純物元素としては、代表的には、水素、ホウ素、炭素、窒素、フッ素、アルミニウム、シリコン、リン、塩素、希ガス元素等がある。希ガス元素の代表例としては、ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン及びキセノンがある。不純物元素が酸化物半導体膜に添加されると、酸化物半導体膜中の金属元素及び酸素の結合が切断され、酸素欠損が形成される。または、不純物元素が酸化物半導体膜に添加されると、酸化物半導体膜中の金属元素と結合していた酸素が不純物元素と結合し、金属元素から酸素が脱離され、酸素欠損が形成される。これらの結果、酸化物半導体膜においてキャリア密度が増加し、導電性が高くなる。
【０２４５】
次に、絶縁膜１１８上に導電膜１２１を形成する（図１１（Ｂ）参照）。
【０２４６】
導電膜１２１としては、例えば、インジウムガリウム亜鉛酸化物（ＩＧＺＯ）、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）、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（ＩＴＳＯ）などの材料を用いることができる。また、導電膜１２１としては、スパッタリング法を用いて形成すると好適である。
【０２４７】
次に、導電膜１２１を所望の領域に加工することで、島状の導電膜１２２を形成する（図１１（Ｃ）参照）。
【０２４８】
導電膜１２１の加工方法については、特に限定はなく、ドライエッチング法またはウエットエッチング法等を用いればよい。本実施の形態においては、ウエットエッチング法を用いて、導電膜１２１を加工する。
【０２４９】
以上の工程で図１（Ａ）（Ｂ）、及び図２（Ａ）に示すトランジスタ１５０を作製することができる。
【０２５０】
なお、トランジスタ１５０は、ボトムゲート構造（逆スタガ型構造ともいう）のトランジスタであるため、例えば、アモルファスシリコンの製造ラインを転用することで、設備投資がない、あるいは極めて少ない設備投資で製造することができる。
【０２５１】
また、トランジスタ１５０の全ての作製工程において、基板温度を４００℃未満、好ましくは３７５℃未満、さらに好ましくは１８０℃以上３５０℃以下とすることで、大面積の基板を用いても基板の変形（歪みまたは反り）を極めて少なくすることができるため好適である。なお、トランジスタ１５０の作製工程において、基板温度が高くなる工程としては、代表的には、絶縁膜１０６、１０７の成膜時の基板温度（４００℃未満、好ましくは２５０℃以上３５０℃以下）、酸化物半導体膜１０８の成膜時の基板温度（室温以上３４０℃未満、好ましくは１００℃以上２００℃以下、さらに好ましくは１００℃以上１５０℃未満）、絶縁膜１１６、１１８の成膜時の基板温度（４００℃未満、好ましくは３７５℃未満、さらに好ましくは１８０℃以上３５０℃以下）、第１の加熱処理または第２の加熱処理（４００℃未満、好ましくは３７５℃未満、さらに好ましくは１８０℃以上３５０℃以下）などが挙げられる。
【０２５２】
次に、基板１０２側に対向して設けられる基板１４０側の素子の作製方法について、図１２（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）を用いて説明する。
【０２５３】
まず、基板１４０上に遮光膜１４２、及び着色膜１４４を形成する（図１２（Ａ）参照）。
【０２５４】
遮光膜１４２として、黒色顔料の含んだ有機樹脂膜を所望の領域に形成する。なお、黒色顔料の含んだ有機樹脂膜の代わりに、チタン等の反射率の低い金属膜を用いてもよい。着色膜１４４としては、赤色顔料の含んだ有機樹脂膜、緑色顔料の含んだ有機樹脂膜、緑色顔料を含んだ有機樹脂膜などを所望の領域に形成すればよい。
【０２５５】
次に、基板１４０、遮光膜１４２、及び着色膜１４４上に絶縁膜１４６を形成する（図１２（Ｂ）参照）。
【０２５６】
絶縁膜１４６としては、アクリル系の有機樹脂膜を形成すればよい。なお、絶縁膜１４６を設けない構成としてもよい。
【０２５７】
次に、絶縁膜１４６上に導電膜を形成し、当該導電膜を所望の形状に加工することで、導電膜１４８を形成する（図１２（Ｃ）参照）。
【０２５８】
導電膜１４８としては、先に記載の導電膜１２２と同様の材料、及び同様の手法により形成することができる。
【０２５９】
次に、基板１０２と基板１４０とを貼り合わせ、液晶層１４９を形成する（図示しない）。
【０２６０】
また、液晶層１４９の形成方法としては、ディスペンサ法（滴下法）や、基板１０２と基板１４０とを貼り合わせてから毛細管現象を用いて液晶を注入する注入法を用いればよい。
【０２６１】
以上、本実施の形態で示す構成、方法は、他の実施の形態で示す構成、方法と適宜組み合わせて用いることができる。
【０２６２】
（実施の形態２）
本実施の形態においては、酸化物半導体の構造等について、図１４乃至図２３を参照して説明する。
【０２６３】
＜２−１．酸化物半導体の構造＞
酸化物半導体は、単結晶酸化物半導体と、それ以外の非単結晶酸化物半導体とに分けられる。非単結晶酸化物半導体としては、ＣＡＡＣ−ＯＳ（Ｃ  Ａｘｉｓ  Ａｌｉｇｎｅｄ  Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）、多結晶酸化物半導体、ｎｃ−ＯＳ（ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）、擬似非晶質酸化物半導体（ａ−ｌｉｋｅ  ＯＳ：ａｍｏｒｐｈｏｕｓ  ｌｉｋｅ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）、非晶質酸化物半導体などがある。
【０２６４】
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。
【０２６５】
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。
【０２６６】
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。
【０２６７】
本発明の一態様の酸化物半導体膜においては、特に上述した酸化物半導体の中でも、ＣＡＡＣ−ＯＳが好ましい。酸化物半導体膜をＣＡＡＣ−ＯＳとすることで、酸化物半導体膜の結晶性を高め、酸化物半導体膜中の不純物、酸素欠損、あるいは欠陥準位密度を低減することができる。
【０２６８】
＜２−２．ＣＡＡＣ−ＯＳ＞
まずは、ＣＡＡＣ−ＯＳについて説明する。
【０２６９】
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。
【０２７０】
ＴＥＭによって、ＣＡＡＣ−ＯＳの明視野像と回折パターンとの複合解析像（高分解能ＴＥＭ像ともいう。）を観察すると、複数のペレットを確認することができる。一方、高分解能ＴＥＭ像ではペレット同士の境界、即ち結晶粒界（グレインバウンダリーともいう。）を明確に確認することができない。そのため、ＣＡＡＣ−ＯＳは、結晶粒界に起因する電子移動度の低下が起こりにくいといえる。
【０２７１】
以下では、ＴＥＭによって観察したＣＡＡＣ−ＯＳについて説明する。図１４（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。
【０２７２】
図１４（Ａ）の領域（１）を拡大したＣｓ補正高分解能ＴＥＭ像を図１４（Ｂ）に示す。図１４（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。
【０２７３】
図１４（Ｂ）に示すように、ＣＡＡＣ−ＯＳは特徴的な原子配列を有する。図１４（Ｃ）は、特徴的な原子配列を、補助線で示したものである。図１４（Ｂ）および図１４（Ｃ）より、ペレット一つの大きさは１ｎｍ以上３ｎｍ以下程度であり、ペレットとペレットとの傾きにより生じる隙間の大きさは０．８ｎｍ程度であることがわかる。したがって、ペレットを、ナノ結晶（ｎｃ：ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌ）と呼ぶこともできる。また、ＣＡＡＣ−ＯＳを、ＣＡＮＣ（Ｃ−Ａｘｉｓ  Ａｌｉｇｎｅｄ  ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌｓ）を有する酸化物半導体と呼ぶこともできる。
【０２７４】
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１４（Ｄ）参照）。図１４（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１４（Ｄ）に示す領域５１６１に相当する。
【０２７５】
また、図１５（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１５（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１５（Ｂ）、図１５（Ｃ）および図１５（Ｄ）に示す。図１５（Ｂ）、図１５（Ｃ）および図１５（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。
【０２７６】
次に、ＸＲＤによって解析したＣＡＡＣ−ＯＳについて説明する。例えば、ＩｎＧａＺｎＯ４の結晶を有するＣＡＡＣ−ＯＳに対し、ｏｕｔ−ｏｆ−ｐｌａｎｅ法による構造解析を行うと、図１６（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。
【０２７７】
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。
【０２７８】
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１６（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１６（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。
【０２７９】
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１７（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１７（Ｂ）に示す。図１７（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１７（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１７（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。
【０２８０】
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。
【０２８１】
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。
【０２８２】
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。
【０２８３】
不純物および酸素欠損の少ないＣＡＡＣ−ＯＳは、キャリア密度の低い酸化物半導体である。具体的には、キャリア密度を８×１０１１／ｃｍ３未満、好ましくは１×１０１１／ｃｍ３未満、さらに好ましくは１×１０１０／ｃｍ３未満であり、１×１０−９／ｃｍ３以上とすることができる。そのような酸化物半導体を、高純度真性または実質的に高純度真性な酸化物半導体と呼ぶ。ＣＡＡＣ−ＯＳは、不純物濃度が低く、欠陥準位密度が低い。即ち、安定な特性を有する酸化物半導体であるといえる。
【０２８４】
＜２−３．ｎｃ−ＯＳ＞
次に、ｎｃ−ＯＳについて説明する。
【０２８５】
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。
【０２８６】
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。
【０２８７】
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。
【０２８８】
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。
【０２８９】
＜２−４．ａ−ｌｉｋｅ  ＯＳ＞
ａ−ｌｉｋｅ  ＯＳは、ｎｃ−ＯＳと非晶質酸化物半導体との間の構造を有する酸化物半導体である。
【０２９０】
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。
【０２９１】
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。
【０２９２】
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。
【０２９３】
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。
【０２９４】
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。
【０２９５】
図１８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１８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１８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１８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。
【０２９６】
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。
【０２９７】
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。
【０２９８】
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。
【０２９９】
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。
【０３００】
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。
【０３０１】
＜２−５．ＣＡＡＣ−ＯＳの成膜方法＞
以下では、ＣＡＡＣ−ＯＳの成膜方法の一例について説明する。
【０３０２】
図１９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。
【０３０３】
図１９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。
【０３０４】
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。
【０３０５】
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２０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２０（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。
【０３０６】
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１９参照）。ペレット５２００は、図２０（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２０（Ｂ）のようになり、上面は図２０（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。
【０３０７】
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。
【０３０８】
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。
【０３０９】
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。
【０３１０】
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。
【０３１１】
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２１を用いて説明する。
【０３１２】
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。
【０３１３】
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２１（Ａ）参照）。
【０３１４】
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２１（Ｂ）参照）。
【０３１５】
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２１（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。
【０３１６】
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。
【０３１７】
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２１（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２１（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２１（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。
【０３１８】
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。
【０３１９】
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。
【０３２０】
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。
【０３２１】
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。
【０３２２】
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。
【０３２３】
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。
【０３２４】
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。
【０３２５】
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。
【０３２６】
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。
【０３２７】
＜２−６．ラテラル成長＞
以下では、ペレット５２００の横方向に粒子５２０３が付着（結合または吸着ともいう。）し、ラテラル成長することを説明する。
【０３２８】
図２２（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）（Ｄ）（Ｅ）は、ペレット５２００の構造と金属イオンが付着する位置を示す図である。なお、ペレット５２００としては、ＩｎＭＺｎＯ４の結晶構造から、化学量論的組成を保持しつつ、８４個の原子を抜き出したクラスタモデルを仮定している。なお、以下では元素ＭがＧａである場合について説明する。また、図２２（Ｆ）は、ペレット５２００をｃ軸に平行な方向から見た構造を示す。図２２（Ｇ）は、ペレット５２００をａ軸に平行な方向からみた構造を示す。
【０３２９】
金属イオンの付着する位置を、位置Ａ、位置Ｂ、位置ａ、位置ｂおよび位置ｃで示す。なお、位置Ａは、ペレット５２００上面において、ガリウム１個、亜鉛２個で囲まれた格子間サイトの上方である。位置Ｂは、ペレット５２００上面おいて、ガリウム２個、亜鉛１個で囲まれた格子間サイトの上方である。位置ａは、ペレット５２００側面のインジウムサイトである。位置ｂは、ペレット５２００側面において、Ｉｎ−Ｏ層と、Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ層との間の格子間サイトである。位置ｃは、ペレット５２００側面のガリウムサイトである。
【０３３０】
次に、仮定した位置Ａ、位置Ｂ、位置ａ、位置ｂおよび位置ｃに金属イオンを配置した場合の相対エネルギーを第一原理計算によって評価した。第一原理計算には、ＶＡＳＰ（Ｖｉｅｎｎａ  Ａｂ  ｉｎｉｔｉｏ  Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ  Ｐａｃｋａｇｅ）を用いた。また、交換相関ポテンシャルにはＰＢＥ（Ｐｅｒｄｅｗ−Ｂｕｒｋｅ−Ｅｒｎｚｅｒｈｏｆ）型の一般化勾配近似（ＧＧＡ：Ｇｅｎｅｒａｌｌｉｚｅｄ  Ｇｒａｄｉｅｎｔ  Ａｐｐｒｏｘｉｍａｔｉｏｎ）を用い、イオンのポテンシャルにはＰＡＷ（Ｐｒｏｊｅｃｔｏｒ  Ａｕｇｍｅｎｔｅｄ  Ｗａｖｅ）法を用いた。また、カットオフエネルギーは４００ｅＶとし、ｋ点サンプリングはΓ点のみとした。表１に、位置Ａ、位置Ｂ、位置ａ、位置ｂおよび位置ｃに、インジウムイオン（Ｉｎ３＋）、ガリウムイオン（Ｇａ３＋）および亜鉛イオン（Ｚｎ２＋）を配置した場合の相対エネルギーを示す。なお、相対エネルギーは、計算したモデルにおいて、最もエネルギーが低いモデルのエネルギーを０ｅＶとしたときの相対値である。
【０３３１】
【表１】
2016201543.tif 000003
【０３３２】
その結果、金属イオンはいずれもペレット５２００の上面より、側面に付着しやすいことがわかった。特に、位置ａのインジウムサイトにおいては、インジウムイオンだけでなく、亜鉛イオンも最も付着しやすい結果が得られた。
【０３３３】
同様に、ペレット５２００への酸素イオン（Ｏ２−）の付着しやすさを評価した。図２３（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）（Ｄ）（Ｅ）は、ペレット５２００の構造と酸素イオンが付着する位置を示す図である。また、図２３（Ｆ）は、ペレット５２００をｃ軸に平行な方向から見た構造を示す。図２３（Ｇ）は、ペレット５２００をｂ軸に平行な方向からみた構造を示す。
【０３３４】
酸素イオンの付着する位置を、位置Ｃ、位置Ｄ、位置ｄ、位置ｅおよび位置ｆで示す。なお、位置Ｃは、ペレット５２００上面のガリウムと結合する位置である。位置Ｄは、ペレット５２００上面の亜鉛と結合する位置である。位置ｄは、ペレット５２００側面のインジウムと結合する位置である。位置ｅは、ペレット５２００側面のガリウムと結合する位置である。位置ｆは、ペレット５２００側面の亜鉛と結合する位置である。
【０３３５】
次に、仮定した位置Ｃ、位置Ｄ、位置ｄ、位置ｅおよび位置ｆに酸素イオンを配置した場合の相対エネルギーを第一原理計算によって評価する。表２に、位置Ｃ、位置Ｄ、位置ｄ、位置ｅおよび位置ｆに、酸素イオン（Ｏ２−）を配置した場合の相対エネルギーを示す。
【０３３６】
【表２】
2016201543.tif 000004
【０３３７】
その結果、酸素イオンもペレット５２００の上面より、側面に付着しやすいことがわかった。
【０３３８】
したがって、ペレット５２００に近づいた粒子５２０３は、ペレット５２００の側面に優先的に付着していくことがわかる。即ち、ペレット５２００の側面に付着した粒子５２０３によって、ペレット５２００のラテラル成長が起こる上述の成膜モデルは妥当性が高いといえる。
【０３３９】
以上、本実施の形態に示す構成は、他の実施の形態または他の実施例に示す構成と適宜、組み合わせて用いることができる。
【０３４０】
（実施の形態３）
本実施の形態においては、本発明の一態様の半導体装置を有する表示装置、及び該表示装置に入力装置を取り付けた電子機器について、図２４乃至図２９を用いて説明を行う。
【０３４１】
＜３−１．タッチパネルに関する説明＞
なお、本実施の形態において、電子機器の一例として、表示装置と、入力装置とを合わせたタッチパネル２０００について説明する。また、入力装置の一例として、タッチセンサを用いる場合について説明する。
【０３４２】
図２４（Ａ）（Ｂ）は、タッチパネル２０００の斜視図である。なお、図２４（Ａ）（Ｂ）において、明瞭化のため、タッチパネル２０００の代表的な構成要素を示す。
【０３４３】
タッチパネル２０００は、表示装置２５０１とタッチセンサ２５９５とを有する（図２６（Ｂ）参照）。また、タッチパネル２０００は、基板２５１０、基板２５７０、及び基板２５９０を有する。なお、基板２５１０、基板２５７０、及び基板２５９０はいずれも可撓性を有する。ただし、基板２５１０、基板２５７０、及び基板２５９０のいずれか一つまたは全てが可撓性を有さない構成としてもよい。
【０３４４】
表示装置２５０１は、基板２５１０上に複数の画素及び該画素に信号を供給することができる複数の配線２５１１を有する。複数の配線２５１１は、基板２５１０の外周部にまで引き回され、配線２５１１上に配線２５１９が設けられる。配線２５１９はＦＰＣ２５０９（１）と電気的に接続する。
【０３４５】
ここで、表示装置２５０１の基板２５１０の基板外周部、及び端子部の構成の一例について、図２９及び図３０を用いて説明する。図２９（Ａ）は、基板外周部の一例を説明する断面図であり、図２９（Ｂ）は、端子部の一例を説明する断面図である。また、図３０（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）は、端子部の一例を説明する断面図である。
【０３４６】
図２９（Ａ）に示す構成は、基板２５１０上の絶縁膜９０６と、絶縁膜９０６上の絶縁膜９０７と、絶縁膜９０７上の絶縁膜９１４、９１６と、絶縁膜９０６及び絶縁膜９１６上の絶縁膜９１８と、絶縁膜９１８上の絶縁膜９４０と、絶縁膜９１８及び絶縁膜９４０上のシール材９４２と、を有する。
【０３４７】
絶縁膜９０６、９０７、９１４、９１６、９１８は、それぞれ、実施の形態１に示す絶縁膜１０６、１０７、１１４、１１６、１１８と同様の材料及び手法により形成することができる。
【０３４８】
また、絶縁膜９４０としては、例えば、アクリル系樹脂等の有機絶縁材料を用いることができる。絶縁膜９４０を形成することによって、トランジスタ等に起因する凹凸等を平坦化することができる。また、シール材９４２としては、例えば、エポキシ系樹脂やガラスフリットを用いるのが好ましい。また、シール材に用いる材料としては、水分や酸素を透過しない材料を用いると好適である。
【０３４９】
図２９（Ａ）に示す基板外周部の構造とすることで、絶縁膜９０６と、絶縁膜９１８とが、接して設けられているため、外部からの水分等の不純物の入り込みを抑制することができる。
【０３５０】
図２９（Ｂ）に示す構成は、基板２５１０上の導電膜９０４と、基板２５１０及び導電膜９０４上の絶縁膜９０６と、絶縁膜９０６上の絶縁膜９０７と、絶縁膜９０７上の導電膜９１２と、導電膜９１２上の絶縁膜９１４、９１６と、絶縁膜９１６及び導電膜９１２上の酸化物半導体膜９２０と、絶縁膜９０６、９１６及び酸化物半導体膜９２０上の絶縁膜９１８と、を有する。また、絶縁膜９１４、９１６には、酸化物半導体膜９２０に達する開口部９３０ａが設けられる。また、絶縁膜９１８には、酸化物半導体膜９２０に達する開口部９３０ｂが設けられる。また、酸化物半導体膜９２０は、異方性導電膜９４４を介して、ＦＰＣ２５０９（１）と電気的に接続されている。
【０３５１】
導電膜９０４、９１２、及び酸化物半導体膜９２０は、それぞれ実施の形態１に示す導電膜１０４、導電膜１１２、及び酸化物半導体膜１２０と同様の材料及び手法により形成することができる。
【０３５２】
なお、図２９（Ｂ）においては、基板２５１０上に導電膜９０４を設ける構成について例示したが、これに限定されず、例えば、図３０（Ａ）に示すように、基板２５１０上に導電膜９０４を設けない構成としてもよい。また、図２９（Ｂ）においては、導電膜９１２上に酸化物半導体膜９２０を設ける構成について例示したが、これに限定されず、例えば、図３０（Ｂ）に示すように、酸化物半導体膜９２０を設けない構成としてもよい。または、図３０（Ｃ）に示すように、導電膜９０４、及び酸化物半導体膜９２０を設けない構成としてもよい。
【０３５３】
ただし、図２９（Ｂ）、及び図３０（Ａ）に示すように、異方性導電膜９４４と接続する領域には、酸化物半導体膜９２０を設ける構成が好ましい。酸化物半導体膜９２０を設ける構成とすることで、異方性導電膜９４４との密着性を向上させることができる。
【０３５４】
また、基板２５９０は、タッチセンサ２５９５と、タッチセンサ２５９５と電気的に接続する複数の配線２５９８とを有する。複数の配線２５９８は、基板２５９０の外周部に引き回され、その一部は端子を構成する。そして、該端子はＦＰＣ２５０９（２）と電気的に接続される。なお、図２４（Ｂ）では明瞭化のため、基板２５９０の裏面側（基板２５１０と対向する面側）に設けられるタッチセンサ２５９５の電極や配線等を実線で示している。
【０３５５】
タッチセンサ２５９５として、例えば静電容量方式のタッチセンサを適用できる。静電容量方式としては、表面型静電容量方式、投影型静電容量方式等がある。
【０３５６】
投影型静電容量方式としては、主に駆動方式の違いから自己容量方式、相互容量方式などがある。相互容量方式を用いると同時多点検出が可能となるため好ましい。
【０３５７】
なお、図２４（Ｂ）に示すタッチセンサ２５９５は、投影型静電容量方式のタッチセンサを適用した構成である。
【０３５８】
なお、タッチセンサ２５９５には、指等の検知対象の近接または接触を検知することができる、様々なセンサを適用することができる。
【０３５９】
投影型静電容量方式のタッチセンサ２５９５は、電極２５９１と電極２５９２とを有する。電極２５９１は、複数の配線２５９８のいずれかと電気的に接続し、電極２５９２は複数の配線２５９８の他のいずれかと電気的に接続する。
【０３６０】
電極２５９２は、図２４（Ａ）（Ｂ）に示すように、一方向に繰り返し配置された複数の四辺形が角部で接続される形状を有する。
【０３６１】
電極２５９１は四辺形であり、電極２５９２が延在する方向と交差する方向に繰り返し配置されている。
【０３６２】
配線２５９４は、電極２５９２を挟む二つの電極２５９１と電気的に接続する。このとき、電極２５９２と配線２５９４の交差部の面積ができるだけ小さくなる形状が好ましい。これにより、電極が設けられていない領域の面積を低減でき、透過率のバラツキを低減できる。その結果、タッチセンサ２５９５を透過する光の輝度のバラツキを低減することができる。
【０３６３】
なお、電極２５９１及び電極２５９２の形状はこれに限定されず、様々な形状を取りうる。例えば、複数の電極２５９１をできるだけ隙間が生じないように配置し、絶縁層を介して電極２５９２を、電極２５９１と重ならない領域ができるように離間して複数設ける構成としてもよい。このとき、隣接する２つの電極２５９２の間に、これらとは電気的に絶縁されたダミー電極を設けると、透過率の異なる領域の面積を低減できるため好ましい。
【０３６４】
なお、電極２５９１、電極２５９２、配線２５９８などの導電膜、つまり、タッチパネルを構成する配線や電極に用いることのできる材料として、酸化インジウム、酸化錫、酸化亜鉛等を有する透明導電膜（例えば、ＩＴＯなど）が挙げられる。また、タッチパネルを構成する配線や電極に用いることのできる材料として、例えば、抵抗値が低い方が好ましい。一例として、銀、銅、アルミニウム、カーボンナノチューブ、グラフェン、ハロゲン化金属（ハロゲン化銀など）などを用いてもよい。さらに、非常に細くした（例えば、直径が数ナノメール）複数の導電体を用いて構成されるような金属ナノワイヤを用いてもよい。または、導電体を網目状にした金属メッシュを用いてもよい。一例としては、Ａｇナノワイヤ、Ｃｕナノワイヤ、Ａｌナノワイヤ、Ａｇメッシュ、Ｃｕメッシュ、Ａｌメッシュなどを用いてもよい。例えば、タッチパネルを構成する配線や電極にＡｇナノワイヤを用いる場合、可視光において透過率を８９％以上、シート抵抗値を４０Ω／ｃｍ２以上１００Ω／ｃｍ２以下とすることができる。また、上述したタッチパネルを構成する配線や電極に用いることのできる材料の一例である、金属ナノワイヤ、金属メッシュ、カーボンナノチューブ、グラフェンなどは、可視光において透過率が高いため、表示素子に用いる電極（例えば、画素電極または共通電極など）として用いてもよい。
【０３６５】
＜３−２．表示装置に関する説明＞
次に、図２５（Ａ）（Ｂ）を用いて、表示装置２５０１の詳細について説明する。図２５（Ａ）（Ｂ）は、図２４（Ｂ）に示す一点鎖線Ｘ１−Ｘ２間の断面図に相当する。
【０３６６】
なお、以下の説明においては、光源（バックライト、サイドライト等）を設けて、光を透過する透過型の液晶表示装置について説明を行う。なお、図面においては、光源を省略している。また、本発明の一態様の表示装置については、透過型の液晶表示装置に限定されず、例えば、外光を反射して表示する反射型の液晶表示装置または、透過型と反射型との両方の機能を有する液晶表示装置としてもよい。
【０３６７】
図２５（Ａ）に示す表示装置２５０１の画素２５０５は、液晶素子２５５１と、液晶素子２５５１に電力を供給することができるトランジスタ２５０２ｔと、を有する。なお、トランジスタ２５０２ｔは、基板２５１０上に設けられ、基板２５１０と対向する位置に、基板２５７０が設けられる。
【０３６８】
また、液晶素子２５５１は、画素電極と、共通電極と、画素電極、及び共通電極の上方に液晶層２５２９と、を有する。また、図２５（Ａ）に示すように、画素電極及び共通電極と対向する位置に対向電極を設けてもよい。液晶素子２５５１は、画素電極と共通電極との間に印加される電圧によって、液晶層２５２９の配向状態を変えることができる。また、また、図２５（Ａ）において図示しないが、液晶層２５２９と接する面に、配向膜を設ける構成としてもよい。
【０３６９】
基板２５１０及び基板２５７０としては、例えば、水蒸気の透過率が１０−５ｇ／（ｍ２・ｄａｙ）以下、好ましくは１０−６ｇ／（ｍ２・ｄａｙ）以下である可撓性を有する材料を好適に用いることができる。または、基板２５１０の熱膨張率と、基板２５７０の熱膨張率とが、およそ等しい材料を用いると好適である。例えば、線膨張率が１×１０−３／Ｋ以下、好ましくは５×１０−５／Ｋ以下、より好ましくは１×１０−５／Ｋ以下である材料を好適に用いることができる。
【０３７０】
なお、基板２５１０は、素子への不純物の拡散を防ぐ絶縁層２５１０ａと、可撓性基板２５１０ｂと、絶縁層２５１０ａ及び可撓性基板２５１０ｂを貼り合わせる接着層２５１０ｃと、を有する積層体である。また、基板２５７０は、素子への不純物の拡散を防ぐ絶縁層２５７０ａと、可撓性基板２５７０ｂと、絶縁層２５７０ａ及び可撓性基板２５７０ｂを貼り合わせる接着層２５７０ｃと、を有する積層体である。
【０３７１】
接着層２５１０ｃ及び接着層２５７０ｃとしては、例えば、ポリエステル、ポリオレフィン、ポリアミド（ナイロン、アラミド等）、ポリイミド、ポリカーボネートまたはアクリル樹脂、ポリウレタン、エポキシ樹脂もしくはシロキサン結合を有する樹脂を含む材料を用いることができる。
【０３７２】
液晶層２５２９としては、サーモトロピック液晶、低分子液晶、高分子液晶、高分子分散型液晶、強誘電性液晶、反強誘電性液晶等を用いることができる。これらの液晶材料は、条件により、コレステリック相、スメクチック相、キュービック相、カイラルネマチック相、等方相等を示す。また、液晶表示装置として、横電界方式を採用する場合、配向膜を用いないブルー相を示す液晶を用いてもよい。ブルー相を示す液晶を用いる場合、配向膜を設けなくてもよいのでラビング処理が不要となる。ラビング処理が不要となることで、ラビング処理時に引き起こされる静電破壊を防止することができ、作製工程中の液晶表示装置の不良や破損を軽減することができる。
【０３７３】
また、基板２５７０には、着色膜２５６７と、遮光膜２５６８が設けられる。また、着色膜２５６７、遮光膜２５６８の下方には、絶縁膜２５３１が設けられる。絶縁膜２５３１は、着色膜２５６７及び遮光膜２５６８に起因する凹凸を平坦化する機能を有する。絶縁膜２５３１としては、例えば、有機樹脂膜を用いればよい。また、図２５（Ａ）に示す表示装置２５０１は、図中に示す矢印の方に光源からの光を透過することができる。また、基板２４１０と、基板２５７０とは、シール材２５６０によって、封止されている。
【０３７４】
なお、遮光膜２５６８は、着色膜２５６７を囲むように設けられている。着色膜２５６７としては、特定の波長帯域の光を透過する機能を有していればよく、例えば、赤色の波長帯域の光を透過するカラーフィルタ、緑色の波長帯域の光を透過するカラーフィルタ、青色の波長帯域の光を透過するカラーフィルタ、黄色の波長帯域の光を透過するカラーフィルタなどを用いることができる。各カラーフィルタは、様々な材料を用いて、印刷法、インクジェット法、フォトリソグラフィ技術を用いたエッチング方法などで形成することができる。
【０３７５】
また、走査線駆動回路２５０４は、トランジスタ２５０３ｔと、容量素子２５０３ｃとを有する。なお、駆動回路を画素回路と同一の工程で同一基板上に形成することができる。
【０３７６】
また、基板２５１０上には、信号を供給することができる配線２５１１が設けられる。また、配線２５１１上には、配線２５１９が設けられる。また、配線２５１９には、ＦＰＣ２５０９（１）が電気的に接続される。また、ＦＰＣ２５０９（１）は、ビデオ信号、クロック信号、スタート信号、リセット信号等を供給する機能を有する。なお、ＦＰＣ２５０９（１）にはプリント配線基板（ＰＷＢ）が取り付けられていても良い。
【０３７７】
なお、トランジスタ２５０２ｔ及びトランジスタ２５０３ｔのいずれか一方または双方に先の実施の形態に示すトランジスタを適用すればよい。本実施の形態で用いるトランジスタは、高純度化し結晶性が高い酸化物半導体膜を有する。該トランジスタは、オフ状態における電流値（オフ電流値）を低くすることができる。よって、画像信号等の電気信号の保持時間を長くすることができ、電源オン状態では書き込み間隔も長く設定できる。よって、リフレッシュ動作の頻度を少なくすることができるため、消費電力を抑制する効果を奏する。なお、リフレッシュ動作の詳細については、後述する。
【０３７８】
また、本実施の形態で用いるトランジスタは、比較的高い電界効果移動度が得られるため、高速駆動が可能である。例えば、このような高速駆動が可能なトランジスタを表示装置２５０１に用いることで、画素回路のスイッチングトランジスタと、駆動回路に使用するドライバトランジスタを同一基板上に形成することができる。すなわち、別途駆動回路として、シリコンウェハ等により形成された半導体装置を用いる必要がないため、半導体装置の部品点数を削減することができる。また、画素回路においても、高速駆動が可能なトランジスタを用いることで、高画質な画像を提供することができる。
【０３７９】
＜３−３．タッチセンサに関する説明＞
次に、図２５（Ｂ）を用いて、タッチセンサ２５９５の詳細について説明する。図２５（Ｂ）は、図２４（Ｂ）に示す一点鎖線Ｘ３−Ｘ４間の断面図に相当する。
【０３８０】
タッチセンサ２５９５は、基板２５９０上に千鳥状に配置された電極２５９１及び電極２５９２と、電極２５９１及び電極２５９２を覆う絶縁層２５９３と、隣り合う電極２５９１を電気的に接続する配線２５９４とを有する。
【０３８１】
電極２５９１及び電極２５９２は、透光性を有する導電材料を用いて形成する。透光性を有する導電性材料としては、酸化インジウム、インジウム錫酸化物、インジウム亜鉛酸化物、酸化亜鉛、ガリウムを添加した酸化亜鉛などの導電性酸化物を用いることができる。なお、グラフェンを含む膜を用いることもできる。グラフェンを含む膜は、例えば膜状に形成された酸化グラフェンを含む膜を還元して形成することができる。還元する方法としては、熱を加える方法等を挙げることができる。
【０３８２】
例えば、透光性を有する導電性材料を基板２５９０上にスパッタリング法により成膜した後、フォトリソグラフィ法等の様々なパターニング技術により、不要な部分を除去して、電極２５９１及び電極２５９２を形成することができる。
【０３８３】
また、絶縁層２５９３に用いる材料としては、例えば、アクリル、エポキシなどの樹脂、シロキサン結合を有する樹脂の他、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、酸化アルミニウムなどの無機絶縁材料を用いることもできる。
【０３８４】
また、電極２５９１に達する開口が絶縁層２５９３に設けられ、配線２５９４が隣接する電極２５９１と電気的に接続する。透光性の導電性材料は、タッチパネルの開口率を高めることができるため、配線２５９４に好適に用いることができる。また、電極２５９１及び電極２５９２より導電性の高い材料は、電気抵抗を低減できるため配線２５９４に好適に用いることができる。
【０３８５】
電極２５９２は、一方向に延在し、複数の電極２５９２がストライプ状に設けられている。また、配線２５９４は電極２５９２と交差して設けられている。
【０３８６】
一対の電極２５９１が１つの電極２５９２を挟んで設けられる。また、配線２５９４は一対の電極２５９１を電気的に接続している。
【０３８７】
なお、複数の電極２５９１は、１つの電極２５９２と必ずしも直交する方向に配置される必要はなく、０度を超えて９０度未満の角度をなすように配置されてもよい。
【０３８８】
また、配線２５９８は、電極２５９１または電極２５９２と電気的に接続される。また、配線２５９８の一部は、端子として機能する。配線２５９８としては、例えば、アルミニウム、金、白金、銀、ニッケル、チタン、タングステン、クロム、モリブデン、鉄、コバルト、銅、またはパラジウム等の金属材料や、該金属材料を含む合金材料を用いることができる。
【０３８９】
なお、絶縁層２５９３及び配線２５９４を覆う絶縁層を設けて、タッチセンサ２５９５を保護してもよい。
【０３９０】
また、接続層２５９９は、配線２５９８とＦＰＣ２５０９（２）を電気的に接続させる。
【０３９１】
接続層２５９９としては、異方性導電フィルム（ＡＣＦ：Ａｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃ  Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ  Ｆｉｌｍ）や、異方性導電ペースト（ＡＣＰ：Ａｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃ  Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ  Ｐａｓｔｅ）などを用いることができる。
【０３９２】
＜３−４．タッチパネルに関する説明＞
次に、図２６を用いて、タッチパネル２０００の詳細について説明する。図２６は、図２４（Ａ）に示す一点鎖線Ｘ５−Ｘ６間の断面図に相当する。
【０３９３】
図２６に示すタッチパネル２０００は、図２５（Ａ）で説明した表示装置２５０１と、図２５（Ｂ）で説明したタッチセンサ２５９５と、を貼り合わせた構成である。
【０３９４】
また、図２６に示すタッチパネル２０００は、図２５（Ａ）（Ｂ）で説明した構成の他、接着膜２５９７と、反射防止膜２５６９と、を有する。
【０３９５】
接着膜２５９７は、配線２５９４と接して設けられる。なお、接着膜２５９７は、タッチセンサ２５９５が表示装置２５０１に重なるように、基板２５９０を基板２５７０に貼り合わせている。また、接着膜２５９７は、透光性を有すると好ましい。また、接着膜２５９７としては、熱硬化性樹脂、または紫外線硬化樹脂を用いることができる。例えば、アクリル系樹脂、ウレタン系樹脂、エポキシ系樹脂、またはシロキサン系樹脂を用いることができる。
【０３９６】
反射防止膜２５６９は、画素に重なる位置に設けられる。反射防止膜２５６９として、例えば円偏光板を用いることができる。
【０３９７】
＜３−５．タッチパネルの駆動方法に関する説明＞
次に、タッチパネルの駆動方法の一例について、図２７を用いて説明を行う。
【０３９８】
図２７（Ａ）は、相互容量方式のタッチセンサの構成を示すブロック図である。図２７（Ａ）では、パルス電圧出力回路２６０１、電流検出回路２６０２を示している。なお、図２７（Ａ）では、パルス電圧が与えられる電極２６２１をＸ１−Ｘ６として、電流の変化を検知する電極２６２２をＹ１−Ｙ６として、それぞれ６本の配線で例示している。また、図２７（Ａ）は、電極２６２１と、電極２６２２とが重畳することで形成される容量２６０３を示している。なお、電極２６２１と電極２６２２とはその機能を互いに置き換えてもよい。
【０３９９】
パルス電圧出力回路２６０１は、Ｘ１−Ｘ６の配線に順にパルスを印加するための回路である。Ｘ１−Ｘ６の配線にパルス電圧が印加されることで、容量２６０３を形成する電極２６２１と電極２６２２との間に電界が生じる。この電極間に生じる電界が遮蔽等により容量２６０３の相互容量に変化を生じさせることを利用して、被検知体の近接、または接触を検出することができる。
【０４００】
電流検出回路２６０２は、容量２６０３での相互容量の変化による、Ｙ１−Ｙ６の配線での電流の変化を検出するための回路である。Ｙ１−Ｙ６の配線では、被検知体の近接、または接触がないと検出される電流値に変化はないが、検出する被検知体の近接、または接触により相互容量が減少する場合には電流値が減少する変化を検出する。なお電流の検出は、積分回路等を用いて行えばよい。
【０４０１】
次に、図２７（Ｂ）には、図２７（Ａ）で示す相互容量方式のタッチセンサにおける入出力波形のタイミングチャートを示す。図２７（Ｂ）では、１フレーム期間で各行列での被検知体の検出を行うものとする。また図２７（Ｂ）では、被検知体を検出しない場合（非タッチ）と被検知体を検出する場合（タッチ）との２つの場合について示している。なおＹ１−Ｙ６の配線については、検出される電流値に対応する電圧値とした波形を示している。
【０４０２】
Ｘ１−Ｘ６の配線には、順にパルス電圧が与えられ、該パルス電圧にしたがってＹ１−Ｙ６の配線での波形が変化する。被検知体の近接または接触がない場合には、Ｘ１−Ｘ６の配線の電圧の変化に応じてＹ１−Ｙ６の波形が一様に変化する。一方、被検知体が近接または接触する箇所では、電流値が減少するため、これに対応する電圧値の波形も変化する。
【０４０３】
このように、相互容量の変化を検出することにより、被検知体の近接または接触を検知することができる。
【０４０４】
＜３−６．センサ回路に関する説明＞
また、図２７（Ａ）ではタッチセンサとして配線の交差部に容量２６０３のみを設けるパッシブ型のタッチセンサの構成を示したが、トランジスタと容量とを有するアクティブ型のタッチセンサとしてもよい。アクティブ型のタッチセンサに含まれるセンサ回路の一例を図２８に示す。
【０４０５】
図２８に示すセンサ回路は、容量２６０３と、トランジスタ２６１１と、トランジスタ２６１２と、トランジスタ２６１３とを有する。
【０４０６】
トランジスタ２６１３はゲートに信号Ｇ２が与えられ、ソースまたはドレインの一方に電圧ＶＲＥＳが与えられ、他方が容量２６０３の一方の電極およびトランジスタ２６１１のゲートと電気的に接続する。トランジスタ２６１１は、ソースまたはドレインの一方がトランジスタ２６１２のソースまたはドレインの一方と電気的に接続し、他方に電圧ＶＳＳが与えられる。トランジスタ２６１２は、ゲートに信号Ｇ１が与えられ、ソースまたはドレインの他方が配線ＭＬと電気的に接続する。容量２６０３の他方の電極には電圧ＶＳＳが与えられる。
【０４０７】
次に、図２８に示すセンサ回路の動作について説明する。まず、信号Ｇ２としてトランジスタ２６１３をオン状態とする電位が与えられることで、トランジスタ２６１１のゲートが接続されるノードｎに電圧ＶＲＥＳに対応した電位が与えられる。次に、信号Ｇ２としてトランジスタ２６１３をオフ状態とする電位が与えられることで、ノードｎの電位が保持される。
【０４０８】
続いて、指等の被検知体の近接または接触により、容量２６０３の相互容量が変化することに伴い、ノードｎの電位がＶＲＥＳから変化する。
【０４０９】
読み出し動作は、信号Ｇ１にトランジスタ２６１２をオン状態とする電位を与える。ノードｎの電位に応じてトランジスタ２６１１に流れる電流、すなわち配線ＭＬに流れる電流が変化する。この電流を検出することにより、被検知体の近接または接触を検出することができる。
【０４１０】
トランジスタ２６１１、トランジスタ２６１２、及びトランジスタ２６１３に先の実施の形態に示すトランジスタを適用することができる。とくにトランジスタ２６１３に先の実施の形態に示すトランジスタを適用することにより、ノードｎの電位を長期間に亘って保持することが可能となり、ノードｎにＶＲＥＳを供給しなおす動作（リフレッシュ動作）の頻度を減らすことができる。
【０４１１】
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。
【０４１２】
（実施の形態４）
本実施の形態においては、本発明の一態様の半導体装置を有する表示装置、及び当該表示装置の駆動方法について、図３１乃至図３４を用いて説明を行う。
【０４１３】
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。
【０４１４】
また、本発明の一態様の表示装置において、同一画像（静止画像）を連続して表示する場合、同一画像の信号を書き込む回数（リフレッシュするともいう）を低減することで、消費電力の低減を図ることができる。なお、リフレッシュを行う頻度をリフレッシュレート（走査周波数、垂直同期周波数ともいう）という。以下では、リフレッシュレートを低減し、目の疲労が少ない表示装置について説明する。
【０４１５】
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。
【０４１６】
図３１（Ａ）に、従来の表示装置の表示を表す模式図を示す。図３１（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。
【０４１７】
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。
【０４１８】
つまり、図３１（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。
【０４１９】
また、図３２（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。
【０４２０】
これに対し、図３２（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。
【０４２１】
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。
【０４２２】
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。
【０４２３】
例えば、上記の様々な方法により、本発明の一態様の表示装置の駆動方法を評価することができる。
【０４２４】
＜４．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３３を用いて説明する。
【０４２５】
［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。
【０４２６】
図３３（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。
【０４２７】
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。
【０４２８】
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。
【０４２９】
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。
【０４３０】
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。
【０４３１】
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。
【０４３２】
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３３（Ｂ））。
【０４３３】
なお、図３３（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。
【０４３４】
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。
【０４３５】
このとき、ウィンドウ４５１内に表示される画像は、第１の画像４５２ａと、次に表示すべき第２の画像４５２ｂとが結合された画像である。ウィンドウ４５１内には、この結合された画像が一方向（ここでは左方向）に移動するように、一部の領域が表示される。
【０４３６】
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３３（Ａ）の時点）の輝度に比べて段階的に低下する。
【０４３７】
図３３（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。
【０４３８】
なお、図３３（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。
【０４３９】
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。
【０４４０】
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。
【０４４１】
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３３（Ｄ））。
【０４４２】
図３３（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。
【０４４３】
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。
【０４４４】
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。
【０４４５】
［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。
【０４４６】
図３４（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。
【０４４７】
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。
【０４４８】
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。
【０４４９】
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３４（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。
【０４５０】
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３４（Ｂ））。また、表示される画像の輝度が段階的に低下する。
【０４５１】
なお、図３４（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。
【０４５２】
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。
【０４５３】
図３４（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。
【０４５４】
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３４（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。
【０４５５】
図３４（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。
【０４５６】
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。
【０４５７】
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。
【０４５８】
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。
【０４５９】
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。
【０４６０】
（実施の形態５）
本実施の形態においては、表示素子として横電界モード（水平電界モードともいう）の液晶素子を用いる表示装置について、図３５を用いて説明する。
【０４６１】
図３５は、横電界モードの液晶素子を用いる表示装置の製造工程を説明するフロー図である。なお、図３３において、酸化物半導体（特に、ＣＡＡＣ−ＯＳ）、低温ポリシリコン（ＬＴＰＳ（Ｌｏｗ  Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  Ｐｏｌｙ−Ｓｉｌｉｃｏｎ））、または水素化アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ：Ｈ）を、トランジスタの活性層に用いる場合の製造工程の一例を、それぞれ表している。
【０４６２】
＜５−１．ＣＡＡＣ−ＯＳ＞
ＣＡＡＣ−ＯＳをトランジスタに用いる場合について説明する。まず、スパッタリング装置（ＳＰ）にてゲート電極（ＧＥ：Ｇａｔｅ  Ｅｌｅｃｔｏｒｏａｄ）を形成する。なお、ゲート電極を加工する際に、マスクを１枚使用する。
【０４６３】
次に、ゲート電極上にＰＥＣＶＤ装置を用いて、ゲート絶縁膜（ＧＩ：Ｇａｔｅ  Ｉｎｓｕｒａｔｏｒ）を形成する。その後、ゲート絶縁膜上にスパッタリング装置を用いて、活性層となる酸化物半導体（ＯＳ）膜を形成する。なお、酸化物半導体膜を島状に加工する際に、マスクを１枚使用する。
【０４６４】
次に、ゲート絶縁膜の一部を加工し、ゲート電極に達する開口部を形成する。なお、当該開口部を形成する際に、マスクを１枚使用する。
【０４６５】
次に、ゲート絶縁膜、及び酸化物半導体膜上にスパッタリング装置を用いて導電膜を形成し、当該導電膜を加工することで、ソース電極及びドレイン電極（Ｓ／Ｄ電極）を形成する。なお、ソース電極及びドレイン電極を形成する際に、マスクを１枚使用する。
【０４６６】
次に、酸化物半導体膜、ソース電極及びドレイン電極上に、ＰＥＣＶＤ装置を用いてパッシベーション膜を形成する。
【０４６７】
次に、パッシベーション膜の一部を加工し、ソース電極及びドレイン電極に達する開口部を形成する。なお、当該開口部を形成する際に、マスクを１枚使用する。
【０４６８】
次に、パッシベーション膜に形成された開口部を覆うように、パッシベーション膜上にスパッタリング装置を用いて導電膜を形成し、当該導電膜を加工することでコモン電極を形成する。なお、コモン電極を形成する際に、マスクを１枚使用する。
【０４６９】
次に、パッシベーション膜、及びコモン電極上にＰＥＣＶＤ装置を用いて、絶縁膜を形成する。その後、該絶縁膜の一部を開口しソース電極及びドレイン電極に達する開口部を形成する。なお、絶縁膜を形成する際（絶縁膜の一部に開口部を形成する際）に、マスクを１枚使用する。
【０４７０】
次に、絶縁膜上にスパッタリング装置を用いて、導電膜を形成し、当該導電膜を加工することで画素電極を形成する。なお、画素電極を形成する際に、マスクを１枚使用する。
【０４７１】
以上の工程で、横電界モードの液晶表示装置を作製することができる。なお、ＣＡＡＣ−ＯＳを用いる場合、横電界モードの液晶表示装置としては、マスク枚数が８枚となる。
【０４７２】
＜５−２．ＬＴＰＳ＞
ＬＴＰＳをトランジスタに用いる場合について説明する。まず、スパッタリング装置を用いて遮光膜を形成する。なお、遮光膜を加工する際に、マスクを１枚使用する。
【０４７３】
次に、遮光膜上にＰＥＣＶＤ装置を用いて、下地絶縁膜を形成する。その後、下地絶縁膜上にＰＥＣＶＤ装置を用いて、活性層となるＳｉを形成する。その後、当該Ｓｉを結晶化させるために、エキシマレーザーアニール（ＥＬＡ：Ｅｘｃｉｍｅｒ  Ｌａｓｅｒ  Ａｎｎｅａｌｉｎｇ）を行う。また、ＥＬＡ工程の後、活性層のＳｉは、結晶化シリコン（ｐ−Ｓｉ：ｐｏｌｙ−Ｓｉｌｉｃｏｎとなる）となる。なお、ＥＬＡを大面積で行うには、大型の設備が必要である。また、ＥＬＡ特有の線状のムラ等が発生する場合がある。
【０４７４】
次に、ｐ−Ｓｉを加工し島状にする。なお、ｐ−Ｓｉを島状に加工する際に、マスクを１枚使用する。
【０４７５】
次に、ｐ−Ｓｉ上にＰＥＣＶＤ装置を用いて、ゲート絶縁膜（ＧＩ）を形成する。その後、ゲート絶縁膜上にスパッタリング装置を用いて、ゲート電極（ＧＥ）を形成する。なお、ゲート電極を形成する際に、マスクを１枚使用する。また、ゲート電極を形成する際に、ゲート絶縁膜の一部も除去される。
【０４７６】
次に、ｐ−Ｓｉ中にｎ＋領域を形成するために、イオンドーピング（ＩＤ：Ｉｏｎ  Ｄｏｐｉｎｇ）装置を用いて、不純物注入を行う。なお、ｎ＋領域を形成する際に、マスクを１枚使用する。次に、ｐ−Ｓｉ中にｎ−領域を形成するために、イオンドーピング装置を用いて、不純物注入を行う。なお、ｎ−領域を形成する際には、マスクを用いず全面にドーピングを行う。次に、ｐ−Ｓｉ中にｐ＋領域を形成するために、イオンドーピング装置を用いて、不純物注入を行う。なお、ｐ＋領域を形成するために、マスクを１枚使用する。
【０４７７】
次に、熱活性化を行う。該熱活性化としては、アニール炉、ＲＴＡ装置等を用いればよい。
【０４７８】
次に、ｐ−Ｓｉ、及びゲート電極上にＰＥＣＶＤ装置を用いて、層間絶縁膜を形成する。その後、当該層間絶縁膜、及びゲート絶縁膜の一部を加工し、ｎ＋領域及びｐ＋領域に達する開口部を形成する。なお、当該開口部を形成する際に、マスクを１枚使用する。
【０４７９】
次に、開口部が形成された層間絶縁膜上にスパッタリング装置を用いて、導電膜を形成し、当該導電膜を加工することで、ソース電極及びドレイン電極（Ｓ／Ｄ電極）を形成する。なお、ソース電極及びドレイン電極を形成する際に、マスクを１枚使用する。
【０４８０】
次に、ソース電極及びドレイン電極上に、コーター装置を用いて平坦化絶縁膜を形成する。平坦化絶縁膜としては、例えば有機樹脂膜等を用いればよい。なお、平坦化絶縁膜を形成する際に、マスクを１枚使用する。
【０４８１】
次に、平坦化絶縁膜上にスパッタリング装置を用いて、導電膜を形成し、当該導電膜上にコモン電極を形成する。なお、コモン電極を形成する際に、マスクを１枚使用する。
【０４８２】
次に、コモン電極上にＰＥＣＶＤ装置を用いて、絶縁膜を形成する。その後、該絶縁膜の一部を開口し、ソース電極及びドレイン電極に達する開口部を形成する。なお、絶縁膜を形成する際（絶縁膜の一部に開口部を形成する際）に、マスクを１枚使用する。
【０４８３】
次に、絶縁膜上にスパッタリング装置を用いて、導電膜を形成し、当該導電膜を加工することで画素電極を形成する。なお、画素電極を形成する際に、マスクを１枚使用する。
【０４８４】
以上の工程で、横電界モードの液晶表示装置を作製することができる。なお、ＬＴＰＳを用いる場合、横電界モードの液晶表示装置としては、マスク枚数が１１枚となる。
【０４８５】
＜５−３．ａ−Ｓｉ：Ｈ＞
ａ−Ｓｉ：Ｈをトランジスタに用いる場合について説明する。まず、スパッタリング装置を用いて、ゲート電極（ＧＥ）を形成する。なお、ゲート電極を加工する際に、マスクを１枚使用する。
【０４８６】
次に、ゲート電極上にＰＥＣＶＤ装置を用いて、ゲート絶縁膜（ＧＩ）を形成する。その後、ゲート絶縁膜上にＰＥＣＶＤ装置を用いて、活性層となるシリコン膜を形成する。なお、当該シリコン膜を島状に加工する際に、マスクを１枚使用する。
【０４８７】
次に、ゲート絶縁膜の一部を加工し、ゲート電極に達する開口部を形成する。なお、当該開口部を形成する際に、マスクを１枚使用する。
【０４８８】
次に、ゲート絶縁膜上に、スパッタリング装置を用いて、導電膜を形成し、当該導電膜を加工することで容量用電極を形成する。なお、容量用電極を加工する際に、マスクを１枚使用する。
【０４８９】
次に、ゲート絶縁膜、及びシリコン膜上にスパッタリング装置を用いて導電膜を形成し、当該導電膜を加工することで、ソース電極及びドレイン電極（Ｓ／Ｄ電極）を形成する。なお、ソース電極及びドレイン電極を形成する際に、マスクを１枚使用する。
【０４９０】
次に、ソース電極及びドレイン電極上にスパッタリング装置を用いて、導電膜を形成し、当該導電膜を加工することでコモン電極を形成する。なお、コモン電極を形成する際に、マスクを１枚使用する。
【０４９１】
次に、コモン電極上にＰＥＣＶＤ装置を用いて、絶縁膜を形成する。その後、該絶縁膜の一部を開口しソース電極及びドレイン電極に達する開口部を形成する。なお、絶縁膜を形成する際（絶縁膜の一部に開口部を形成する際）に、マスクを１枚使用する。
【０４９２】
次に、絶縁膜上にスパッタリング装置を用いて、導電膜を形成し、当該導電膜を加工することで画素電極を形成する。なお、画素電極を形成する際に、マスクを１枚使用する。
【０４９３】
以上の工程で、横電界モードの液晶表示装置を作製することができる。なお、ａ−Ｓｉ：Ｈを用いる場合、横電界モードの液晶表示装置としては、マスク枚数が８枚となる。
【０４９４】
なお、ＣＡＡＣ−ＯＳ、ＬＴＰＳ、及びａ−Ｓｉ：Ｈに示す各フローにおいて、コモン電極形成、コモン電極上の絶縁膜形成、及び画素電極形成としては、横電界モードの液晶表示装置に起因する工程のため、液晶素子として垂直電界モード（例えばＶＡモードなど）の液晶表示装置とする場合、または表示素子として有機ＥＬ素子を用いる場合においては、異なる工程とすればよい。
【０４９５】
図３５に示すように、横電界モードの液晶素子に用いるトランジスタとして、ＣＡＡＣ−ＯＳを用いることで、ＬＴＰＳよりも製造プロセスを簡略化することができる。また、ＣＡＡＣ−ＯＳを用いたトランジスタは、ａ−Ｓｉ：Ｈを用いたトランジスタと、同等のマスク枚数で移動度が高い。したがって、ＣＡＡＣ−ＯＳを用いたトランジスタは、表示装置に駆動回路（ゲートドライバ、またはソースドライバ）の一部あるいは全部を実装することが可能となる。
【０４９６】
ここで、各プロセスの特性を表３に示す。
【０４９７】
【表３】
2016201543.tif 000005
【０４９８】
表３に示すように、ＣＡＡＣ−ＯＳを用いることで、ａ−Ｓｉ：Ｈと同等のマスク数で作製でき、且つａ−Ｓｉ：Ｈに比べ電気特性（電界効果移動度（単に移動度ともいう）、またはｏｎ／ｏｆｆ比など）の性能が高い。よって、ＣＡＡＣ−ＯＳを用いることで、表示品位の高い表示装置にすることが可能となる。また、表３に示すように、ＣＡＡＣ−ＯＳは、ＬＴＰＳと比較し、プロセス最高温度が低く、且つ、デバイスコスト、及びプラントコストが低い。したがって、製造コストが抑制された表示装置を実現することが可能となる。
【０４９９】
なお、ＣＡＡＣ−ＯＳに代表される酸化物半導体を用いたトランジスタは、シリコンを用いたトランジスタと比較し、１．オフ電流が低い、２．ショートチャネル効果が無いまたは極めて少ない、３．耐圧が高い、あるいは４．温度特性の変化が少ない、といった優れた効果を奏する。また、酸化物半導体を用いたトランジスタは、シリコンを用いたトランジスタと同等のスイッチング速度、または同等の周波数特性（ｆ特ともいう）を有するため、高速動作をさせることが可能である。したがって、酸化物半導体を用いたトランジスタを有する表示装置は、表示品位が高く、信頼性の高い表示装置を実現することができる。
【０５００】
＜ＣＡＡＣ−ＯＳを有するトランジスタとＬＴＰＳを有するトランジスタとの比較＞
次に、ＣＡＡＣ−ＯＳを有するトランジスタと、ＬＴＰＳを有するトランジスタとの比較について説明する。
【０５０１】
本実施の形態においては、図３６に示すトランジスタ１１００と、図３７に示すトランジスタ１３００と、図３８に示すトランジスタ１３５０とを作製し、各トランジスタのＩｄ−Ｖｄ特性の比較と、定電流ストレス試験の比較とを行った。
【０５０２】
なお、本実施の形態においては、試料Ａ１乃至Ａ９を作製し、試料Ａ１乃至Ａ３をトランジスタ１１００の構造とし、試料Ａ４乃至Ａ６をトランジスタ１３００の構造とし、試料Ａ７乃至Ａ９をトランジスタ１３５０の構造とした。
【０５０３】
また、試料Ａ１は、チャネル長Ｌを３μｍ、チャネル幅Ｗを３μｍとした。また、試料Ａ２は、チャネル長Ｌを１０μｍ、チャネル幅Ｗを３μｍとした。また、試料Ａ３は、チャネル長Ｌを３μｍ、チャネル幅Ｗを５μｍとした。また、試料Ａ４は、チャネル長Ｌを６μｍ、チャネル幅Ｗを３μｍとした。また、試料Ａ５は、チャネル長Ｌを１０μｍ、チャネル幅Ｗを３μｍとした。また、試料Ａ６は、チャネル長Ｌを５０μｍ、チャネル幅Ｗを３μｍとした。また、試料Ａ７は、チャネル長Ｌを６μｍ、チャネル幅Ｗを３μｍとした。また、試料Ａ８は、チャネル長Ｌを１０μｍ、チャネル幅Ｗを３μｍとした。また、試料Ａ９は、チャネル長Ｌを５０μｍ、チャネル幅Ｗを３μｍとした。
【０５０４】
まず、図３６に示すトランジスタ１１００について説明する。トランジスタ１１００は、所謂逆スタガ型の構造である。
【０５０５】
トランジスタ１１００は、基板１１０２と、基板１１０２上の導電膜１１０４と、基板１１０２、及び導電膜１１０４上の絶縁膜１１０６と、絶縁膜１１０６上の酸化物半導体膜１１０８と、酸化物半導体膜１１０８に電気的に接続される導電膜１１１２ａと、酸化物半導体膜１１０８に電気的に接続される導電膜１１１２ｂと、酸化物半導体膜１１０８、及び導電膜１１１２ａ、１１１２ｂ上の絶縁膜１１１４と、絶縁膜１１１４上の酸化物半導体膜１１２０と、絶縁膜１１１４及び酸化物半導体膜１１２０上の絶縁膜１１１８と、を有する。
【０５０６】
なお、酸化物半導体膜１１０８は、酸化物半導体膜１１０８ａと、酸化物半導体膜１１０８ａ上の酸化物半導体膜１１０８ｂと、を有する。
【０５０７】
なお、導電膜１１０４は、第１のゲート電極としての機能を有し、絶縁膜１１０６は、第１のゲート絶縁膜としての機能を有する。また、導電膜１１１２ａは、ソース電極としての機能を有し、導電膜１１１２ｂは、ドレイン電極としての機能を有する。また、絶縁膜１１１４は、酸化物半導体膜１１０８の保護絶縁膜としての機能と、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１１２０は、第２のゲート電極（バックゲート電極ともいう）としての機能を有する。
【０５０８】
本実施の形態においては、導電膜１１０４として、厚さ１００ｎｍのタングステン膜を形成した。また、絶縁膜１１０６として、厚さ４００ｎｍの窒化酸化シリコン膜と、厚さ５０ｎｍの酸化窒化シリコン膜と、を形成した。また、酸化物半導体膜１１０８ａとして、厚さ１０ｎｍのＩＧＺＯ膜（Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝４：２：３［原子数比］）と、厚さ１５ｎｍのＩＧＺＯ膜（Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：１［原子数比］）と、を形成した。また、導電膜１１１２ａ、１１１２ｂとして、厚さ５０ｎｍのタングステン膜と、厚さ４００ｎｍのアルミニウム膜と、厚さ１００ｎｍのチタン膜と、を形成した。また、絶縁膜１１１４として、厚さ４５０ｎｍの酸化窒化シリコン膜を形成した。また、酸化物半導体膜１１２０として、厚さ５０ｎｍのＩＧＺＯ膜（Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝４：２：３［原子数比］）を形成した。また、絶縁膜１１１８として、厚さ１００ｎｍの窒化酸化シリコン膜を形成した。
【０５０９】
なお、トランジスタ１１００は、先に説明したｓ−ｃｈａｎｎｅｌ構造である。なお、図３６（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）においては、図示しないが、導電膜１１０４と、酸化物半導体膜１１２０とを、電気的に接続させた。
【０５１０】
次に、図３７に示すトランジスタ１３００について説明する。トランジスタ１３００は、所謂スタガ型構造である。
【０５１１】
トランジスタ１３００は、基板１１０２上の絶縁膜１３０６と、絶縁膜１３０６上の半導体膜１３０８と、絶縁膜１３０６及び半導体膜１３０８上の絶縁膜１３１０と、絶縁膜１３１０上の導電膜１３１２と、絶縁膜１３１０及び導電膜１３１２上の絶縁膜１３１４と、絶縁膜１３１４上の絶縁膜１３１６と、絶縁膜１３１６上の導電膜１３１８ａ、１３１８ｂと、を有する。
【０５１２】
なお、導電膜１３１８ａは、絶縁膜１３１０、１３１４、１３１６に設けられた開口部１３２０ａを介して、半導体膜１３０８と電気的に接続される。また、導電膜１３１８ｂは、絶縁膜１３１０、１３１４、１３１６に設けられた開口部１３２０ｂを介して、半導体膜１３０８と電気的に接続される。
【０５１３】
なお、絶縁膜１３０６は、下地絶縁膜としての機能を有する。また、絶縁膜１３１０は、ゲート絶縁膜としての機能を有し、導電膜１３１２は、ゲート電極としての機能を有する。また、絶縁膜１３１４、及び絶縁膜１３１６は、層間絶縁膜としての機能を有する。また、導電膜１３１８ａは、ソース電極としての機能を有し、導電膜１３１８ｂは、ドレイン電極としての機能を有する。なお、図３７において図示しないが、半導体膜１３０８の導電膜１３１２が重ならない領域には、ソース領域及びドレイン領域が形成される。すなわち、トランジスタ１３００は、セルフアライン型の構造である。
【０５１４】
本実施の形態においては、絶縁膜１３０６として、厚さ１４０ｎｍの窒化酸化シリコン膜と、厚さ１００ｎｍの酸化窒化シリコン膜と、を形成した。また、半導体膜１３０８として、厚さ５０ｎｍのポリシリコン膜を形成した。また、絶縁膜１３１０として、厚さ１１０ｎｍの酸化窒化シリコン膜を形成した。また、導電膜１３１２として、厚さ３０ｎｍの窒化タンタル膜と、厚さ３７０ｎｍのタングステン膜と、を形成した。また、絶縁膜１３１４として、厚さ５０ｎｍの酸化窒化シリコン膜と、厚さ１４０ｎｍの窒化酸化シリコン膜と、を形成した。また、絶縁膜１３１６として、厚さ５２０ｎｍの酸化窒化シリコン膜を形成した。また、導電膜１３１８ａ、１３１８ｂとして厚さ１００ｎｍのチタン膜と、厚さ７００ｎｍのアルミニウム膜と、厚さ１００ｎｍのチタン膜と、を形成した。
【０５１５】
なお、トランジスタ１３００は、Ｓｉｎｇｌｅ  Ｇａｔｅ構造のトランジスタである。
【０５１６】
次に、図３８に示すトランジスタ１３５０について説明する。トランジスタ１３５０は、所謂スタガ型構造であり、先に説明したトランジスタ１３００にバックゲート電極を設けた構造である。
【０５１７】
トランジスタ１３５０は、基板１１０２上の導電膜１３０４と、基板１１０２及び導電膜１３０４上の絶縁膜１３０６と、絶縁膜１３０６上の半導体膜１３０８と、絶縁膜１３０６及び半導体膜１３０８上の絶縁膜１３１０と、絶縁膜１３１０上の導電膜１３１２と、絶縁膜１３１０及び導電膜１３１２上の絶縁膜１３１４と、絶縁膜１３１４上の絶縁膜１３１６と、絶縁膜１３１６上の導電膜１３１８ａ、１３１８ｂと、を有する。
【０５１８】
なお、導電膜１３１８ａは、絶縁膜１３１０、１３１４、１３１６に設けられた開口部１３２０ａを介して、半導体膜１３０８と電気的に接続される。また、導電膜１３１８ｂは、絶縁膜１３１０、１３１４、１３１６に設けられた開口部１３２０ｂを介して、半導体膜１３０８と電気的に接続される。
【０５１９】
なお、導電膜１３０４は、第１のゲート電極としての機能を有する。また、絶縁膜１３０６は、第１のゲート絶縁膜としての機能と、下地絶縁膜としての機能を有する。また、絶縁膜１３１０は、第２のゲート絶縁膜としての機能を有し、導電膜１３１２は、第２のゲート電極としての機能を有する。また、絶縁膜１３１４、及び絶縁膜１３１６は、層間絶縁膜としての機能を有する。また、導電膜１３１８ａは、ソース電極としての機能を有し、導電膜１３１８ｂは、ドレイン電極としての機能を有する。なお、図３８において図示しないが、半導体膜１３０８の導電膜１３１２が重ならない領域には、ソース領域及びドレイン領域が形成される。すなわち、トランジスタ１３００は、セルフアライン型の構造である。
【０５２０】
本実施の形態においては、導電膜１３０４として、厚さ３０ｎｍのタングステン膜を形成した。また、導電膜１３０４以外の構成については、先に説明したトランジスタ１３００と同様の構成とした。
【０５２１】
なお、トランジスタ１３５０は、先に説明したｓ−ｃｈａｎｎｅｌ構造である。なお、図３８（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）においては、図示しないが、導電膜１３０４と、導電膜１３１２とを、電気的に接続させた。
【０５２２】
＜５−４．定電流ストレス試験＞
次に、上記の試料Ａ１乃至試料Ａ９に対し、定電流ストレス試験を行った。なお、定電流ストレス試験としては、大気雰囲気下、暗状態（ｄａｒｋ）とした。
【０５２３】
なお、Ｉｄ−Ｖｄ特性の測定は、ゲート電圧をドレイン電流が１００ｎＡ／μｍとなる電圧とし、ドレイン電圧を０Ｖから１５Ｖの範囲で、０．２５Ｖ間隔で掃引することで測定を行った。
【０５２４】
図３９（Ａ）に試料Ａ１のＩｄ−Ｖｄ特性を、図３９（Ｂ）に試料Ａ２のＩｄ−Ｖｄ特性を、図４０（Ａ）に試料Ａ４のＩｄ−Ｖｄ特性を、図４０（Ｂ）に試料Ａ５のＩｄ−Ｖｄ特性を、図４０（Ｃ）に試料Ａ６のＩｄ−Ｖｄ特性を、図４１（Ａ）に試料Ａ７のＩｄ−Ｖｄ特性を、図４１（Ｂ）に試料Ａ８のＩｄ−Ｖｄ特性を、図４１（Ｃ）に試料Ａ９のＩｄ−Ｖｄ特性を、それぞれ示す。
【０５２５】
図３９乃至図４１に示すように、ｓ−ｃｈａｎｎｅｌ構造とすることで、定電流性の向上が確認できる。ただし、図４０及び図４１に示すＬＴＰＳを有するトランジスタにおいては、チャネル長Ｌが１０μｍを超えないと、十分な定電流性を得られないことが示唆される。一方で、図３９に示すようにＣＡＡＣ−ＯＳを有するトランジスタにおいては、チャネル長Ｌが短くても非常に良好な定電流性が得られていることが分かる。
【０５２６】
次に、図４２に試料Ａ３、試料Ａ６、及び試料Ａ９の定電流ストレス試験の結果を示す。図４２において、縦軸がドレイン電流（Ｉｄ）の劣化率を、横軸がストレス経過時間を、それぞれ表す。
【０５２７】
図４２に示す結果から、ＬＴＰＳを有するトランジスタ（試料Ａ６及び試料Ａ９）においては、初期でのＩｄ変化率が大きく、１０時間経過後で概ね１３％のドレイン電流が低下（ドレイン電流がマイナスシフト）していることが分かる。一方で、ＣＡＡＣ−ＯＳを有するトランジスタ（試料Ａ３）においては、Ｉｄ変化率が非常に小さく、５０時間経過後で概ね数％のドレイン電流の低下であることが分かる。
【０５２８】
図３９乃至図４２に示す結果から、ＣＡＡＣ−ＯＳを有するトランジスタは、信頼性が高いことが示された。
【０５２９】
以上、本実施の形態に示す構成は、他の実施の形態または他の実施例に示す構成と適宜組み合わせることができる。
【０５３０】
（実施の形態６）
本実施の形態では、本発明の一態様の半導体装置を有する表示モジュール、電子機器、及び表示装置について、図４３乃至図４５を用いて説明を行う。
【０５３１】
＜６−１．表示モジュールに関する説明＞
図４３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。
【０５３２】
本発明の一態様の酸化物半導体膜または半導体装置は、例えば、表示パネル８００６に用いることができる。
【０５３３】
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。
【０５３４】
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。
【０５３５】
バックライト８００７は、光源８００８を有する。なお、図４３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、または反射型の表示装置の場合においては、バックライト８００７を設けない構成としてもよい。
【０５３６】
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。
【０５３７】
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。
【０５３８】
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。
【０５３９】
＜６−２．電子機器に関する説明＞
図４４（Ａ）乃至図４４（Ｇ）は、電子機器を示す図である。これらの電子機器は、筐体９０００、表示部９００１、スピーカ９００３、操作キー９００５（電源スイッチ、又は操作スイッチを含む）、接続端子９００６、センサ９００７（力、変位、位置、速度、加速度、角速度、回転数、距離、光、液、磁気、温度、化学物質、音声、時間、硬度、電場、電流、電圧、電力、放射線、流量、湿度、傾度、振動、におい又は赤外線を測定する機能を含むもの）、マイクロフォン９００８、等を有することができる。
【０５４０】
図４４（Ａ）乃至図４４（Ｇ）に示す電子機器は、様々な機能を有することができる。例えば、様々な情報（静止画、動画、テキスト画像など）を表示部に表示する機能、タッチパネル機能、カレンダー、日付または時刻などを表示する機能、様々なソフトウェア（プログラム）によって処理を制御する機能、無線通信機能、無線通信機能を用いて様々なコンピュータネットワークに接続する機能、無線通信機能を用いて様々なデータの送信または受信を行う機能、記録媒体に記録されているプログラムまたはデータを読み出して表示部に表示する機能、等を有することができる。なお、図４４（Ａ）乃至図４４（Ｇ）に示す電子機器が有することのできる機能はこれらに限定されず、様々な機能を有することができる。また、図４４（Ａ）乃至図４４（Ｇ）には図示していないが、電子機器には、複数の表示部を有する構成としてもよい。また、該電子機器にカメラ等を設け、静止画を撮影する機能、動画を撮影する機能、撮影した画像を記録媒体（外部またはカメラに内蔵）に保存する機能、撮影した画像を表示部に表示する機能、等を有していてもよい。
【０５４１】
図４４（Ａ）乃至図４４（Ｇ）に示す電子機器の詳細について、以下説明を行う。
【０５４２】
図４４（Ａ）は、携帯情報端末９１００を示す斜視図である。携帯情報端末９１００が有する表示部９００１は、可撓性を有する。そのため、湾曲した筐体９０００の湾曲面に沿って表示部９００１を組み込むことが可能である。また、表示部９００１はタッチセンサを備え、指やスタイラスなどで画面に触れることで操作することができる。例えば、表示部９００１に表示されたアイコンに触れることで、アプリケーションを起動することができる。
【０５４３】
図４４（Ｂ）は、携帯情報端末９１０１を示す斜視図である。携帯情報端末９１０１は、例えば電話機、手帳又は情報閲覧装置等から選ばれた一つ又は複数の機能を有する。具体的には、スマートフォンとして用いることができる。なお、携帯情報端末９１０１は、スピーカ９００３、接続端子９００６、センサ９００７等を省略して図示しているが、図４４（Ａ）に示す携帯情報端末９１００と同様の位置に設けることができる。また、携帯情報端末９１０１は、文字や画像情報をその複数の面に表示することができる。例えば、３つの操作ボタン９０５０（操作アイコンまたは単にアイコンともいう）を表示部９００１の一の面に表示することができる。また、破線の矩形で示す情報９０５１を表示部９００１の他の面に表示することができる。なお、情報９０５１の一例としては、電子メールやＳＮＳ（ソーシャル・ネットワーキング・サービス）や電話などの着信を知らせる表示、電子メールやＳＮＳなどの題名、電子メールやＳＮＳなどの送信者名、日時、時刻、バッテリの残量、アンテナ受信の強度などがある。または、情報９０５１が表示されている位置に、情報９０５１の代わりに、操作ボタン９０５０などを表示してもよい。
【０５４４】
図４４（Ｃ）は、携帯情報端末９１０２を示す斜視図である。携帯情報端末９１０２は、表示部９００１の３面以上に情報を表示する機能を有する。ここでは、情報９０５２、情報９０５３、情報９０５４がそれぞれ異なる面に表示されている例を示す。例えば、携帯情報端末９１０２の使用者は、洋服の胸ポケットに携帯情報端末９１０２を収納した状態で、その表示（ここでは情報９０５３）を確認することができる。具体的には、着信した電話の発信者の電話番号又は氏名等を、携帯情報端末９１０２の上方から観察できる位置に表示する。使用者は、携帯情報端末９１０２をポケットから取り出すことなく、表示を確認し、電話を受けるか否かを判断できる。
【０５４５】
図４４（Ｄ）は、腕時計型の携帯情報端末９２００を示す斜視図である。携帯情報端末９２００は、移動電話、電子メール、文章閲覧及び作成、音楽再生、インターネット通信、コンピュータゲームなどの種々のアプリケーションを実行することができる。また、表示部９００１はその表示面が湾曲して設けられ、湾曲した表示面に沿って表示を行うことができる。また、携帯情報端末９２００は、通信規格された近距離無線通信を実行することが可能である。例えば無線通信可能なヘッドセットと相互通信することによって、ハンズフリーで通話することもできる。また、携帯情報端末９２００は、接続端子９００６を有し、他の情報端末とコネクターを介して直接データのやりとりを行うことができる。また接続端子９００６を介して充電を行うこともできる。なお、充電動作は接続端子９００６を介さずに無線給電により行ってもよい。
【０５４６】
図４４（Ｅ）（Ｆ）（Ｇ）は、折り畳み可能な携帯情報端末９２０１を示す斜視図である。また、図３５（Ｅ）が携帯情報端末９２０１を展開した状態の斜視図であり、図４４（Ｆ）が携帯情報端末９２０１を展開した状態または折り畳んだ状態の一方から他方に変化する途中の状態の斜視図であり、図４４（Ｇ）が携帯情報端末９２０１を折り畳んだ状態の斜視図である。携帯情報端末９２０１は、折り畳んだ状態では可搬性に優れ、展開した状態では、継ぎ目のない広い表示領域により表示の一覧性に優れる。携帯情報端末９２０１が有する表示部９００１は、ヒンジ９０５５によって連結された３つの筐体９０００に支持されている。ヒンジ９０５５を介して２つの筐体９０００間を屈曲させることにより、携帯情報端末９２０１を展開した状態から折りたたんだ状態に可逆的に変形させることができる。例えば、携帯情報端末９２０１は、曲率半径１ｍｍ以上１５０ｍｍ以下で曲げることができる。
【０５４７】
また、図４５（Ａ）（Ｂ）は、複数の表示パネルを有する表示装置の斜視図である。なお、図４５（Ａ）は、複数の表示パネルが巻き取られた形態の斜視図であり、図４５（Ｂ）は、複数の表示パネルが展開された状態の斜視図である。
【０５４８】
図４５（Ａ）（Ｂ）に示す表示装置９５００は、複数の表示パネル９５０１と、軸部９５１１と、軸受部９５１２と、を有する。また、複数の表示パネル９５０１は、表示領域９５０２と、透光性を有する領域９５０３と、を有する。
【０５４９】
また、複数の表示パネル９５０１は、可撓性を有する。また、隣接する２つの表示パネル９５０１は、それらの一部が互いに重なるように設けられる。例えば、隣接する２つの表示パネル９５０１の透光性を有する領域９５０３を重ね合わせることができる。複数の表示パネル９５０１を用いることで、大画面の表示装置とすることができる。また、使用状況に応じて、表示パネル９５０１を巻き取ることが可能であるため、汎用性に優れた表示装置とすることができる。
【０５５０】
また、図４５（Ａ）（Ｂ）においては、表示領域９５０２が隣接する表示パネル９５０１で離間する状態を図示しているが、これに限定されず、例えば、隣接する表示パネル９５０１の表示領域９５０２を隙間なく重ねあわせることで、連続した表示領域９５０２としてもよい。
【０５５１】
本実施の形態において述べた電子機器は、何らかの情報を表示するための表示部を有する。ただし、本発明の一態様の半導体装置は、表示部を有さない電子機器にも適用することができる。また、本実施の形態において述べた電子機器の表示部においては、可撓性を有し、湾曲した表示面に沿って表示を行うことができる構成、または折り畳み可能な表示部の構成について例示したが、これに限定されず、可撓性を有さず、平面部に表示を行う構成としてもよい。
【０５５２】
本実施の形態に示す構成は、他の実施の形態に示す構成と適宜組み合わせて用いることができる。
【０５５３】
（実施の形態７）
本実施の形態では、本発明の一態様の表示モジュールの作製に用いることができる成膜装置について、図４６を用いて説明する。
【０５５４】
図４６は本発明の一態様の表示モジュールの作製に用いることができる成膜装置３０００を説明する図である。なお、成膜装置３０００は、バッチ式のＡＬＤ装置の一例である。
【０５５５】
＜７−１．成膜装置の構成例＞
本実施の形態で説明する成膜装置３０００は、成膜室３１８０と、成膜室３１８０に接続される制御部３１８２と、を有する（図４６参照）。
【０５５６】
制御部３１８２は、制御信号を供給する制御装置（図示せず）ならびに制御信号を供給される流量制御器３１８２ａ、流量制御器３１８２ｂ、及び流量制御器３１８２ｃを有する。例えば、高速バルブを流量制御器に用いることができる。具体的にはＡＬＤ用バルブ等を用いることにより、精密に流量を制御することができる。また、流量制御器、及び配管の温度を制御する加熱機構３１８２ｈを有する。
【０５５７】
流量制御器３１８２ａは、制御信号ならびに第１の原料、及び不活性ガスを供給され、制御信号に基づいて第１の原料または不活性ガスを供給する機能を有する。
【０５５８】
流量制御器３１８２ｂは、制御信号ならびに第２の原料、及び不活性ガスを供給され、制御信号に基づいて第２の原料または不活性ガスを供給する機能を有する。
【０５５９】
流量制御器３１８２ｃは、制御信号を供給され、制御信号に基づいて排気装置３１８５に接続する機能を有する。
【０５６０】
［原料供給部］
なお、原料供給部３１８１ａは、第１の原料を供給する機能を有し、第１の流量制御器３１８２ａに接続されている。
【０５６１】
原料供給部３１８１ｂは、第２の原料を供給する機能を有し、第２の流量制御器３１８２ｂに接続されている。
【０５６２】
気化器または加熱手段等を原料供給部に用いることができる。これにより、固体の原料や液体の原料から気体の原料を生成することができる。
【０５６３】
なお、原料供給部は２つに限定されず、３つ以上の原料供給部を有することができる。
【０５６４】
［原料］
さまざまな物質を第１の原料に用いることができる。例えば、揮発性の有機金属化合物、金属アルコキシド等を第１の原料に用いることができる。第１の原料と反応をするさまざまな物質を第２の原料に用いることができる。例えば、酸化反応に寄与する物質、還元反応に寄与する物質、付加反応に寄与する物質、分解反応に寄与する物質または加水分解反応に寄与する物質などを第２の原料に用いることができる。
【０５６５】
また、ラジカル等を用いることができる。例えば、原料をプラズマ源に供給し、プラズマ等を用いることができる。具体的には酸素ラジカル、窒素ラジカル等を用いることができる。
【０５６６】
ところで、第１の原料と組み合わせて用いる第２の原料は、室温に近い温度で反応する原料が好ましい。例えば、反応温度が室温以上２００℃以下好ましくは５０℃以上１５０℃以下である原料が好ましい。
【０５６７】
［排気装置］
排気装置３１８５は、排気する機能を有し、第３の流量制御器３１８２ｃに接続されている。なお、排出される原料を捕捉するトラップを排出口３１８４と第３の流量制御器３１８２ｃの間に有してもよい。ところで、除害設備を用いて排気を除害する。
【０５６８】
［制御部］
制御部３１８２は、流量制御器を制御する制御信号または加熱機構を制御する制御信号等を供給する。例えば、第１のステップにおいて、第１の原料を加工基材の表面に供給する。そして、第２のステップにおいて、第１の原料と反応する第２の原料を供給する。これにより第１の原料は第２の原料と反応し、反応生成物が加工部材３０１０の表面に堆積することができる。
【０５６９】
なお、加工部材３０１０の表面に堆積させる反応生成物の量は、第１のステップと第２のステップを繰り返すことにより、制御することができる。
【０５７０】
なお、加工部材３０１０に供給される第１の原料の量は、加工部材３０１０の表面が吸着することができる量により制限される。例えば、第１の原料の単分子層が加工部材３０１０の表面に形成される条件を選択し、形成された第１の原料の単分子層に第２の原料を反応させることにより、極めて均一な第１の原料と第２の原料の反応生成物を含む層を形成することができる。
【０５７１】
その結果、入り組んだ構造を表面に有する加工部材３０１０の表面に、さまざまな材料を成膜することができる。例えば３ｎｍ以上２００ｎｍ以下の厚さを有する膜を、加工部材３０１０に形成することができる。
【０５７２】
例えば、加工部材３０１０の表面にピンホールと呼ばれる小さい穴等が形成されている場合、ピンホールの内部に回り込んで成膜材料を成膜し、ピンホールを埋めることができる。
【０５７３】
また、余剰の第１の原料または第２の原料を、排気装置３１８５を用いて成膜室３１８０から排出する。例えば、アルゴンまたは窒素などの不活性ガスを導入しながら排気してもよい。
【０５７４】
［成膜室］
成膜室３１８０は、第１の原料、第２の原料および不活性ガスを供給される導入口３１８３と、第１の原料、第２の原料および不活性ガスを排出する排出口３１８４とを有する。
【０５７５】
成膜室３１８０は、単数または複数の加工部材３０１０を支持する機能を有する支持部３１８６と、加工部材を加熱する機能を有する加熱機構３１８７と、加工部材３０１０の搬入および搬出をする領域を開閉する機能を有する扉３１８８と、を有する。
【０５７６】
例えば、抵抗加熱器または赤外線ランプ等を加熱機構３１８７に用いることができる。また、加熱機構３１８７は、例えば８０℃以上、１００℃以上または１５０℃以上に加熱する機能を有する。ところで、加熱機構３１８７は、例えば室温以上２００℃以下好ましくは５０℃以上１５０℃以下の温度になるように加工部材３０１０を加熱する。
【０５７７】
また、成膜室３１８０は、圧力調整器および圧力検知器を有していてもよい。
【０５７８】
［支持部］
支持部３１８６は、単数または複数の加工部材３０１０を支持する。これにより、一回の処理ごとに単数または複数の加工部材３０１０に例えば絶縁膜を形成できる。
【０５７９】
＜７−２．膜の一例＞
本実施の形態で説明する成膜装置３０００を用いて、作製することができる膜の一例について説明する。
【０５８０】
例えば、酸化物、窒化物、フッ化物、硫化物、三元化合物、金属またはポリマーを含む膜を形成することができる。
【０５８１】
例えば、酸化アルミニウム、酸化ハフニウム、アルミニウムシリケート、ハフニウムシリケート、酸化ランタン、酸化珪素、チタン酸ストロンチウム、酸化タンタル、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化ニオブ、酸化ジルコニウム、酸化スズ、酸化イットリウム、酸化セリウム、酸化スカンジウム、酸化エルビウム、酸化バナジウムまたは酸化インジウム等を含む材料を成膜することができる。
【０５８２】
例えば、窒化アルミニウム、窒化ハフニウム、窒化珪素、窒化タンタル、窒化チタン、窒化ニオブ、窒化モリブデン、窒化ジルコニウムまたは窒化ガリウム等を含む材料を成膜することができる。
【０５８３】
例えば、銅、白金、ルテニウム、タングステン、イリジウム、パラジウム、鉄、コバルトまたはニッケル等を含む材料を成膜することができる。
【０５８４】
例えば、硫化亜鉛、硫化ストロンチウム、硫化カルシウム、硫化鉛、フッ化カルシウム、フッ化ストロンチウムまたはフッ化亜鉛等を含む材料を成膜することができる。
【０５８５】
例えば、チタンおよびアルミニウムを含む窒化物、チタンおよびアルミニウムを含む酸化物、アルミニウムおよび亜鉛を含む酸化物、マンガンおよび亜鉛を含む硫化物、セリウムおよびストロンチウムを含む硫化物、エルビウムおよびアルミニウムを含む酸化物、イットリウムおよびジルコニウムを含む酸化物等を含む材料を成膜することができる。
【０５８６】
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。
【実施例】
【０５８７】
本実施例においては、図２（Ｂ）に示す構造の半導体装置に対し、絶縁膜の膜厚を変えることで、透過光強度のずれ量（階調）が変化するか、計算を行った。
【０５８８】
＜１−１．サンプル構造＞
ここでは、図２（Ｂ）に示す構造の半導体装置が有する絶縁膜１１４、１１６の合計膜厚が、４５０ｎｍ（０．４５μｍ）、６５０ｎｍ（０．６５μｍ）、及び８５０μｍ（０．８５μｍ）の３つの構造について、計算を行った。
【０５８９】
また、計算装置としては、シンテック社製のＬＣＤ  Ｍａｓｔｅｒを用い、計算条件としては、画素面積を１７４μｍ×５８μｍとし、液晶のセルギャップとしては、３．５μｍとし、液晶のΔｎを０．０９９８とし、液晶のΔεを−３．０とした。
【０５９０】
また、画素電極として機能する酸化物半導体膜１２０と、共通電極として機能する導電膜１２２と、のライン＆スペース（Ｌｉｎｅ  ＆  Ｓｐａｃｅ）としては、それぞれ３μｍと、５μｍとした。
【０５９１】
また、ゲート電極として機能する導電膜１０４には−５Ｖを、データ線として機能する導電膜１１２ａには０Ｖまたは６Ｖを、画素電極として機能する酸化物半導体膜１２０には０Ｖ乃至５Ｖを、共通電極として機能する導電膜１２２には０Ｖを、それぞれ印加されるような電位とした。また、表示装置の輝度としては、全白表示時において、２５６階調を基準とした。
【０５９２】
＜１−２．計算結果＞
データ線電位０Ｖ時の透過光強度と、データ線電位６Ｖ時の透過光強度とのずれ量を計算した結果を図４７に示す。なお、図４７において、縦軸がデータ線電位０Ｖ時と、データ線電位６Ｖ時の透過光強度のずれ量［階調］を表しており、横軸が画素電極として機能する酸化物半導体膜１２０に印加される電圧［Ｖ］を、それぞれ表す。
【０５９３】
図４７に示すように、絶縁膜１１４、１１６の合計の膜厚を厚くした方が、透過光強度のずれ量が小さいことが確認された。なお、図４７において、１階調の輝度とは、（全白の輝度−全黒の輝度）／２５６である。
【０５９４】
以上、本実施例に示す構成は、他の実施の形態と適宜組み合わせることができる。
【符号の説明】
【０５９５】
１００    半導体装置
１００Ａ    半導体装置
１０２    基板
１０４    導電膜
１０６    絶縁膜
１０７    絶縁膜
１０８    酸化物半導体膜
１０８ａ    酸化物半導体膜
１０８ｂ    酸化物半導体膜
１０８ｃ    酸化物半導体膜
１１２    導電膜
１１２ａ    導電膜
１１２ａ＿１    導電膜
１１２ａ＿２    導電膜
１１２ｂ    導電膜
１１２ｂ＿１    導電膜
１１２ｂ＿２    導電膜
１１２ｃ    導電膜
１１２ｃ＿ｃ    導電膜
１１２ｃ＿１    導電膜
１１２ｃ＿２    導電膜
１１２ｄ    導電膜
１１２ｄ＿１    導電膜
１１２ｄ＿２    導電膜
１１４    絶縁膜
１１６    絶縁膜
１１８    絶縁膜
１１９    酸化物半導体膜
１２０    酸化物半導体膜
１２０ａ    酸化物半導体膜
１２１    導電膜
１２２    導電膜
１３１    開口部
１３２    開口部
１３３    開口部
１４０    基板
１４２    遮光膜
１４４    着色膜
１４５    スペーサ
１４６    絶縁膜
１４８    導電膜
１４９    液晶層
１５０    トランジスタ
１５０Ａ    トランジスタ
１５１    液晶素子
１５５    容量素子
１７０    画素
１７１    画素部
１７４    ゲートドライバ
１７５    コモン線
１７６    ソースドライバ
１７７    走査線
１７９    データ線
１８０    液晶表示装置
１９３    ターゲット
１９４    プラズマ
４５０    表示部
４５１    ウィンドウ
４５２ａ    画像
４５２ｂ    画像
４５３    ボタン
４５５    ウィンドウ
４５６    文書情報
４５７    スクロールバー
９０４    導電膜
９０６    絶縁膜
９０７    絶縁膜
９１２    導電膜
９１４    絶縁膜
９１６    絶縁膜
９１８    絶縁膜
９２０    酸化物半導体膜
９３０ａ    開口部
９３０ｂ    開口部
９４０    絶縁膜
９４２    シール材
９４４    異方性導電膜
１１００    トランジスタ
１１０２    基板
１１０４    導電膜
１１０６    絶縁膜
１１０８    酸化物半導体膜
１１０８ａ    酸化物半導体膜
１１０８ｂ    酸化物半導体膜
１１１２ａ    導電膜
１１１２ｂ    導電膜
１１１４    絶縁膜
１１１８    絶縁膜
１１２０    酸化物半導体膜
１３００    トランジスタ
１３０４    導電膜
１３０６    絶縁膜
１３０８    半導体膜
１３１０    絶縁膜
１３１２    導電膜
１３１４    絶縁膜
１３１６    絶縁膜
１３１８ａ    導電膜
１３１８ｂ    導電膜
１３２０ａ    開口部
１３２０ｂ    開口部
１３５０    トランジスタ
２０００    タッチパネル
２４１０    基板
２５０１    表示装置
２５０２ｔ    トランジスタ
２５０３ｃ    容量素子
２５０３ｔ    トランジスタ
２５０４    走査線駆動回路
２５０５    画素
２５０９    ＦＰＣ
２５１０    基板
２５１０ａ    絶縁層
２５１０ｂ    可撓性基板
２５１０ｃ    接着層
２５１１    配線
２５１９    配線
２５２９    液晶層
２５３１    絶縁膜
２５５１    液晶素子
２５６０    シール材
２５６７    着色膜
２５６８    遮光膜
２５６９    反射防止膜
２５７０    基板
２５７０ａ    絶縁層
２５７０ｂ    可撓性基板
２５７０ｃ    接着層
２５９０    基板
２５９１    電極
２５９２    電極
２５９３    絶縁層
２５９４    配線
２５９５    タッチセンサ
２５９７    接着膜
２５９８    配線
２５９９    接続層
２６０１    パルス電圧出力回路
２６０２    電流検出回路
２６０３    容量
２６１１    トランジスタ
２６１２    トランジスタ
２６１３    トランジスタ
２６２１    電極
２６２２    電極
３０００    成膜装置
３０１０    加工部材
３１８０    成膜室
３１８１ａ    原料供給部
３１８１ｂ    原料供給部
３１８２    制御部
３１８２ａ    流量制御器
３１８２ｂ    流量制御器
３１８２ｃ    流量制御器
３１８２ｈ    加熱機構
３１８３    導入口
３１８４    排出口
３１８５    排気装置
３１８６    支持部
３１８７    加熱機構
３１８８    扉
５１００    ペレット
５１２０    基板
５１６１    領域
５２００    ペレット
５２０１    イオン
５２０２    横成長部
５２０３    粒子
５２２０    基板
５２３０    ターゲット
５２４０    プラズマ
５２６０    加熱機構
８０００    表示モジュール
８００１    上部カバー
８００２    下部カバー
８００３    ＦＰＣ
８００４    タッチパネル
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
９０００    筐体
９００１    表示部
９００３    スピーカ
９００５    操作キー
９００６    接続端子
９００７    センサ
９００８    マイクロフォン
９０５０    操作ボタン
９０５１    情報
９０５２    情報
９０５３    情報
９０５４    情報
９０５５    ヒンジ
９１００    携帯情報端末
９１０１    携帯情報端末
９１０２    携帯情報端末
９２００    携帯情報端末
９２０１    携帯情報端末
９５００    表示装置
９５０１    表示パネル
９５０２    表示領域
９５０３    領域
９５１１    軸部
９５１２    軸受部
【図１】
2016201543.tif 000006
【図２】
2016201543.tif 000007
【図３】
2016201543.tif 000008
【図４】
2016201543.tif 000009
【図５】
2016201543.tif 000010
【図６】
2016201543.tif 000011
【図７】
2016201543.tif 000012
【図８】
2016201543.tif 000013
【図９】
2016201543.tif 000014
【図１０】
2016201543.tif 000015
【図１１】
2016201543.tif 000016
【図１２】
2016201543.tif 000017
【図１３】
2016201543.tif 000018
【図１６】
2016201543.tif 000019
【図１８】
2016201543.tif 000020
【図１９】
2016201543.tif 000021
【図２１】
2016201543.tif 000022
【図２４】
2016201543.tif 000023
【図２５】
2016201543.tif 000024
【図２６】
2016201543.tif 000025
【図２７】
2016201543.tif 000026
【図２８】
2016201543.tif 000027
【図２９】
2016201543.tif 000028
【図３０】
2016201543.tif 000029
【図３１】
2016201543.tif 000030
【図３３】
2016201543.tif 000031
【図３４】
2016201543.tif 000032
【図３５】
2016201543.tif 000033
【図３６】
2016201543.tif 000034
【図３７】
2016201543.tif 000035
【図３８】
2016201543.tif 000036
【図３９】
2016201543.tif 000037
【図４０】
2016201543.tif 000038
【図４１】
2016201543.tif 000039
【図４２】
2016201543.tif 000040
【図４３】
2016201543.tif 000041
【図４４】
2016201543.tif 000042
【図４５】
2016201543.tif 000043
【図４６】
2016201543.tif 000044
【図４７】
2016201543.tif 000045
【図１４】
2016201543.tif 000046
【図１５】
2016201543.tif 000047
【図１７】
2016201543.tif 000048
【図２０】
2016201543.tif 000049
【図２２】
2016201543.tif 000050
【図２３】
2016201543.tif 000051
【図３２】
2016201543.tif 000052