(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024153637
(43)【公開日】2024-10-29
(54)【発明の名称】半導体装置
(51)【国際特許分類】
H01L 29/786 20060101AFI20241022BHJP
H01L 21/336 20060101ALI20241022BHJP
G02F 1/1368 20060101ALI20241022BHJP
H10K 59/12 20230101ALI20241022BHJP
H05B 33/14 20060101ALI20241022BHJP
H10K 50/115 20230101ALN20241022BHJP
【ＦＩ】
H01L29/78 617K
H01L29/78 616A
H01L29/78 617M
H01L29/78 617L
G02F1/1368
H10K59/12
H05B33/14 Z
H10K50/115
【審査請求】有
【請求項の数】3
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2024106823
(22)【出願日】2024-07-02
(62)【分割の表示】P 2020554607の分割
【原出願日】2019-10-28
(31)【優先権主張番号】P 2018207250
(32)【優先日】2018-11-02
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(71)【出願人】
【識別番号】000153878
【氏名又は名称】株式会社半導体エネルギー研究所
(72)【発明者】
【氏名】山崎 舜平
(72)【発明者】
【氏名】島 行徳
(72)【発明者】
【氏名】中田 昌孝
(72)【発明者】
【氏名】重信 匠
(57)【要約】 （修正有）
【課題】電気特性の良好な半導体装置を提供する。高電圧駆動が可能な半導体装置を提供する。大きな電流を流すことのできる半導体装置を提供する。
【解決手段】半導体装置は、半導体層１０８、第１の絶縁層１１０、第２の絶縁層１１６、金属酸化物層１１４、導電層１１２及び絶縁領域１１５を有する。金属酸化物層は、第１の絶縁層と導電層との間に位置する。絶縁領域は、金属酸化物層と隣接し、且つ、第１の絶縁層と導電層との間に位置する。半導体層は、第１の絶縁層と接し、且つ、第１の絶縁層を介して、金属酸化物層及び導電層と重なる領域１０８Ｃ、第１の絶縁層と接し、且つ、第１の絶縁層を介して、絶縁領域及び導電層と重なる領域１０８Ｌ１、第１の絶縁層と接する領域１０８Ｌ２及び第２の絶縁層と接する領域１０８Ｎを有する。また、絶縁領域は、第１の絶縁層と異なる誘電率を示す。
【選択図】図１
【解決手段】半導体装置は、半導体層１０８、第１の絶縁層１１０、第２の絶縁層１１６、金属酸化物層１１４、導電層１１２及び絶縁領域１１５を有する。金属酸化物層は、第１の絶縁層と導電層との間に位置する。絶縁領域は、金属酸化物層と隣接し、且つ、第１の絶縁層と導電層との間に位置する。半導体層は、第１の絶縁層と接し、且つ、第１の絶縁層を介して、金属酸化物層及び導電層と重なる領域１０８Ｃ、第１の絶縁層と接し、且つ、第１の絶縁層を介して、絶縁領域及び導電層と重なる領域１０８Ｌ１、第１の絶縁層と接する領域１０８Ｌ２及び第２の絶縁層と接する領域１０８Ｎを有する。また、絶縁領域は、第１の絶縁層と異なる誘電率を示す。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
半導体層と、第１の絶縁層と、第２の絶縁層と、金属酸化物層と、導電層と、絶縁領域と、を有し、
前記金属酸化物層は、前記第１の絶縁層と前記導電層との間に位置し、
前記絶縁領域は、前記金属酸化物層と隣接し、且つ前記第１の絶縁層と前記導電層との間に位置し、
前記半導体層は、第１の領域と、第２の領域と、第３の領域と、第４の領域と、を有し、
前記第１の領域は、前記第１の絶縁層と接し、且つ前記第１の絶縁層を介して前記金属酸化物層及び前記導電層と重なり、
前記第２の領域は、前記第１の絶縁層と接し、且つ前記第１の絶縁層を介して前記絶縁領域及び前記導電層と重なり、
前記第３の領域は、前記第１の絶縁層と接し、
前記第４の領域は、前記第２の絶縁層と接し、
前記絶縁領域は、前記第１の絶縁層と異なる誘電率を示す、半導体装置。
前記金属酸化物層は、前記第１の絶縁層と前記導電層との間に位置し、
前記絶縁領域は、前記金属酸化物層と隣接し、且つ前記第１の絶縁層と前記導電層との間に位置し、
前記半導体層は、第１の領域と、第２の領域と、第３の領域と、第４の領域と、を有し、
前記第１の領域は、前記第１の絶縁層と接し、且つ前記第１の絶縁層を介して前記金属酸化物層及び前記導電層と重なり、
前記第２の領域は、前記第１の絶縁層と接し、且つ前記第１の絶縁層を介して前記絶縁領域及び前記導電層と重なり、
前記第３の領域は、前記第１の絶縁層と接し、
前記第４の領域は、前記第２の絶縁層と接し、
前記絶縁領域は、前記第１の絶縁層と異なる誘電率を示す、半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明の一態様は、半導体装置、及びその作製方法に関する。本発明の一態様は、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本発明の一態様の技術分野としては、半導体装置、表示装置、発光装置、蓄電装置、記憶装置、電子機器、照明装置、入力装置、入出力装置、それらの駆動方法、又はそれらの製造方法、を一例として挙げることができる。半導体装置は、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。
【背景技術】
【0003】
トランジスタに適用可能な半導体材料として、金属酸化物を用いた酸化物半導体が注目されている。例えば、特許文献１では、複数の酸化物半導体層を積層し、当該複数の酸化物半導体層の中で、チャネルとなる酸化物半導体層がインジウム及びガリウムを含み、且つインジウムの割合をガリウムの割合よりも大きくすることで、電界効果移動度（単に移動度、またはμＦＥという場合がある）を高めた半導体装置が開示されている。
【0004】
半導体層に用いることのできる金属酸化物は、スパッタリング法などを用いて形成できるため、大型の表示装置を構成するトランジスタの半導体層に用いることができる。また、多結晶シリコンや非晶質シリコンを用いたトランジスタの生産設備の一部を改良して利用することが可能なため、設備投資を抑えられる。また、金属酸化物を用いたトランジスタは、非晶質シリコンを用いた場合に比べて高い電界効果移動度を有するため、駆動回路を設けた高性能の表示装置を実現できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開２０１４－７３９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
本発明の一態様は、電気特性の良好な半導体装置を提供することを課題の一とする。本発明の一態様は、高電圧駆動が可能な半導体装置を提供することを課題の一とする。本発明の一態様は、大きな電流を流すことのできる半導体装置を提供することを課題の一とする。本発明の一態様は、信頼性の高い半導体装置を提供することを課題の一とする。
【0007】
なお、これらの課題の記載は、他の課題の存在を妨げるものではない。なお、本発明の一態様は、これらの課題の全てを解決する必要はないものとする。なお、これら以外の課題は、明細書、図面、請求項などの記載から抽出することが可能である。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本発明の一態様は、半導体層と、第１の絶縁層と、第２の絶縁層と、金属酸化物層と、導電層と、絶縁領域と、を有する半導体装置である。金属酸化物層は、第１の絶縁層と導電層との間に位置する。絶縁領域は、金属酸化物層と隣接し、且つ、第１の絶縁層と導電層との間に位置する。半導体層は、第１の領域と、第２の領域と、第３の領域と、第４の領域と、を有する。第１の領域は、第１の絶縁層と接し、且つ、第１の絶縁層を介して、金属酸化物層、及び導電層と重なる。第２の領域は、第１の絶縁層と接し、且つ、第１の絶縁層を介して、絶縁領域、及び導電層と重なる。第３の領域は、第１の絶縁層と接する。第４の領域は、第２の絶縁層と接する。また、絶縁領域は、第１の絶縁層と異なる誘電率を示す。
【0009】
また、上記において、平面視において、金属酸化物層の端部は、導電層の端部よりも内側に位置することが好ましい。また、平面視において、導電層の端部は、第１の絶縁層の端部よりも内側に位置することが好ましい。
【0010】
また、上記において、第１の絶縁層、金属酸化物層、及び導電層は、同一のレジストマスクを用いて加工されていることが好ましい。
【0011】
また、上記において、絶縁領域は、空隙を含むことが好ましい。
【0012】
また、上記において、絶縁領域は、第２の絶縁層の一部を含むことが好ましい。このとき、第２の絶縁層は、窒化物を含むことがより好ましい。
【0013】
また、上記において、第１の領域、第２の領域、第３の領域、及び第４の領域のうち、第１の領域は最もキャリア濃度が低く、第４の領域は最もキャリア濃度が高いことが好ましい。
【0014】
また、上記において、第１の領域、第２の領域、第３の領域、及び第４の領域のうち、第１の領域は最も水素濃度が低く、第４の領域は最も水素濃度が高いことが好ましい。
【0015】
また、上記において、さらに第３の絶縁層、及び第４の絶縁層を有することが好ましい。このとき、第３の絶縁層は、半導体層を介して第１の絶縁層と重なる領域を有し、第４の絶縁層は、第３の絶縁層を介して半導体層と重なる領域を有することが好ましい。また、第３の絶縁層は、酸化物を含み、第４の絶縁層は、窒化物を含むことが好ましい。
【0016】
また、上記において、第４の絶縁層は、半導体層と重ならない領域において、第２の絶縁層と接する部分を有することが好ましい。
【発明の効果】
【0017】
本発明の一態様によれば、電気特性の良好な半導体装置を提供できる。または、高電圧駆動が可能な半導体装置を提供できる。または、大きな電流を流すことのできる半導体装置を提供できる。または、信頼性の高い半導体装置を提供できる。
【0018】
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抽出することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【0019】
【発明を実施するための形態】
【0020】
以下、実施の形態について図面を参照しながら説明する。ただし、実施の形態は多くの異なる態様で実施することが可能であり、趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細を様々に変更し得ることは当業者であれば容易に理解される。従って、本発明は、以下の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。
【0021】
また、本明細書で説明する各図において、各構成要素の大きさ、層の厚さ、または領域は、明瞭化のために誇張されている場合がある。
【0022】
また、本明細書にて用いる「第１」、「第２」、「第３」という序数詞は、構成要素の混同を避けるために付したものであり、数的に限定するものではない。
【0023】
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、構成要素同士の位置関係を、図面を参照して説明するために、便宜上用いている。また、構成要素同士の位置関係は、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。
【0024】
また、本明細書等において、トランジスタが有するソースとドレインの機能は、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、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。
【0025】
なお、本明細書等において、トランジスタのチャネル長方向とは、ソース領域とドレイン領域間を最短距離で結ぶ直線に平行な方向のうちの１つをいう。すなわち、チャネル長方向は、トランジスタがオン状態のときに半導体層を流れる電流の方向のうちの１つに相当する。また、チャネル幅方向とは、当該チャネル長方向に直交する方向をいう。なお、トランジスタの構造や形状によっては、チャネル長方向及びチャネル幅方向は１つに定まらない場合がある。
【0026】
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。
【0027】
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」や「絶縁層」という用語は、「導電膜」や「絶縁膜」という用語に相互に交換することが可能な場合がある。
【0028】
また、本明細書等において、特に断りがない場合、オフ電流とは、トランジスタがオフ状態（非導通状態、遮断状態、ともいう）にあるときのドレイン電流をいう。オフ状態とは、特に断りがない場合、ｎチャネル型トランジスタでは、ゲートとソースの間の電圧Ｖｇｓがしきい値電圧Ｖｔｈよりも低い（ｐチャネル型トランジスタでは、Ｖｔｈよりも高い）状態をいう。
【0029】
本明細書等において、表示装置の一態様である表示パネルは表示面に画像等を表示（出力）する機能を有するものである。したがって表示パネルは出力装置の一態様である。
【0030】
また、本明細書等では、表示パネルの基板に、例えばＦＰＣ（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）もしくはＴＣＰ（Ｔａｐｅ Ｃａｒｒｉｅｒ Ｐａｃｋａｇｅ）などのコネクターが取り付けられたもの、または基板にＣＯＧ（Ｃｈｉｐ Ｏｎ Ｇｌａｓｓ）方式等によりＩＣが実装されたものを、表示パネルモジュール、表示モジュール、または単に表示パネルなどと呼ぶ場合がある。
【0031】
なお、本明細書等において、表示装置の一態様であるタッチパネルは表示面に画像等を表示する機能と、表示面に指やスタイラスなどの被検知体が触れる、押圧する、または近づくことなどを検出するタッチセンサとしての機能と、を有する。したがってタッチパネルは入出力装置の一態様である。
【0032】
タッチパネルは、例えばタッチセンサ付き表示パネル（または表示装置）、タッチセンサ機能つき表示パネル（または表示装置）とも呼ぶことができる。タッチパネルは、表示パネルとタッチセンサパネルとを有する構成とすることもできる。または、表示パネルの内部または表面にタッチセンサとしての機能を有する構成とすることもできる。
【0033】
また、本明細書等では、タッチパネルの基板に、コネクターやＩＣが実装されたものを、タッチパネルモジュール、表示モジュール、または単にタッチパネルなどと呼ぶ場合がある。
【0034】
（実施の形態１）
本実施の形態では、本発明の一態様の半導体装置について説明する。以下では半導体装置の一例として、トランジスタの構成例及びその作製方法例について説明する。
本実施の形態では、本発明の一態様の半導体装置について説明する。以下では半導体装置の一例として、トランジスタの構成例及びその作製方法例について説明する。
【0035】
本発明の一態様は、被形成面上に、チャネルが形成される半導体層と、半導体層上にゲート絶縁層（第１の絶縁層ともいう）と、ゲート絶縁層上にゲート電極として機能する導電層と、を有するトランジスタである。半導体層は、半導体特性を示す金属酸化物（以下、酸化物半導体ともいう）を含んで構成されることが好ましい。
【0036】
また本発明の一態様は、第１の絶縁層と導電層との間に、金属酸化物層を有する。金属酸化物層は導電性を有することが好ましく、このとき当該金属酸化物層は、ゲート電極の一部として機能する。
【0037】
また、第１の絶縁層、導電層、及び金属酸化物層は、その端部の一部が、半導体層上に位置するように加工されていることが好ましい。特に、第１の絶縁層、導電層、及び金属酸化物層は、同じレジストマスクを用いて加工されていることが好ましい。
【0038】
さらに、導電層は、その端部が第１の絶縁層の端部よりも内側に位置するように加工されていることが好ましい。また、金属酸化物層は、その端部が導電層よりも内側に位置するように加工されていることが好ましい。言い換えると、平面視において、導電層は第１の絶縁層の端部（輪郭）よりも内側に設けられ、且つ、金属酸化物層は、導電層の端部（輪郭）よりも内側に設けられることが好ましい。
【0039】
さらに本発明の一態様は、金属酸化物層の周囲を囲うように隣接して、絶縁領域を有する。当該絶縁領域は、第１の絶縁層と導電層に挟まれた領域であり、絶縁性を有する。
【0040】
半導体層は、チャネルが形成される第１の領域と、第１の領域を挟む一対の第２の領域と、第１の領域及び第２の領域を挟む一対の第３の領域と、第１乃至第３の領域を挟み、ソース領域及びドレイン領域として機能する一対の第４の領域と、を有する。
【0041】
ここで、第１の領域は、第１の絶縁層と接し、且つ、金属酸化物層及び導電層と重畳する領域である。第２の領域は、第１の絶縁層と接し、且つ、絶縁領域及び導電層と重畳する領域である。第３の領域は、第１の絶縁層と接し、且つ導電層、金属酸化物層、及び絶縁領域のいずれとも重ならない領域である。第４の領域は、第１の絶縁層の端部よりも外側に位置する領域である。
【0042】
また第４の領域は、保護層として機能する第２の絶縁層と接することが好ましい。このとき、第２の絶縁層は、成膜時に半導体層の第４の領域にキャリアを供給する機能を有することが好ましい。
【0043】
半導体層が有する４つの領域のうち、チャネル形成領域として機能する第１の領域は、最もキャリア濃度が低い領域である。また、ソース領域及びドレイン領域として機能する第４の領域は、最もキャリア濃度が高い領域である。第２の領域及び第３の領域は、第４の領域に含まれるキャリア供給源が、チャネル形成領域である第１の領域に拡散することを防ぐためのバッファ領域として機能することができる。第２の領域及び第３の領域を設けることで、第１の領域のキャリア濃度を極めて低いものとすることができる。第２の領域及び第３の領域は、ＬＤＤ（Ｌｉｇｈｔｌｙ Ｄｏｐｅｄ Ｄｒａｉｎ）領域として機能してもよい。
【0044】
さらに、第２の領域は、絶縁領域を挟んでゲート電極として機能する導電層と重なる領域であるため、オーバーラップ領域（Ｌｏｖ－ＬＤＤ領域）とも呼ぶことができる。一方、第３の領域は、導電層と重ならない領域であるため、オフセット領域（Ｌｏｆｆ－ＬＤＤ領域）とも呼ぶことができる。
【0045】
また、オーバーラップ領域である第２の領域は、絶縁領域を挟んでゲート電極と重畳するため、当該絶縁領域によってゲート電極から第２の領域に与えられる電界を緩和することができる。これにより、高電圧で駆動する場合であっても高い信頼性を備えるトランジスタとすることができる。
【0046】
また、絶縁領域は、第１の絶縁層とは異なる誘電率を示すことが好ましい。例えば、絶縁領域は、空隙（空間）を含む領域であってもよいし、保護層として機能する第２の絶縁層の一部が設けられる領域であってもよい。また、絶縁領域は、空隙と第２の絶縁層の一部が混在する領域であってもよい。このような絶縁領域を設けることで、半導体層の第２の領域にゲート電極から与えられる電界を効果的に緩和することができる。
【0047】
このように、本発明の一態様は、半導体層のチャネル形成領域とソース領域及びドレイン領域との間に、オーバーラップ領域とオフセット領域が設けられるため、高い電圧を印加して大きな電流を流すことができ、且つ信頼性の高いトランジスタを実現することができる。
【0048】
以下では、より具体的な例について図面を参照して説明する。
【0049】
［構成例１］
図１Ａは、トランジスタ１００の上面図であり、図１Ｂは、図１Ａに示す一点鎖線Ａ１－Ａ２における切断面の断面図に相当し、図１Ｃは、図１Ａに示す一点鎖線Ｂ１－Ｂ２における切断面の断面図に相当する。なお、図１Ａにおいて、トランジスタ１００の構成要素の一部（保護絶縁層等）を省略して図示している。また一点鎖線Ａ１－Ａ２方向はチャネル長方向、一点鎖線Ｂ１－Ｂ２方向はチャネル幅方向に相当する。また、トランジスタの上面図については、以降の図面においても図１Ａと同様に、構成要素の一部を省略して図示するものとする。
図１Ａは、トランジスタ１００の上面図であり、図１Ｂは、図１Ａに示す一点鎖線Ａ１－Ａ２における切断面の断面図に相当し、図１Ｃは、図１Ａに示す一点鎖線Ｂ１－Ｂ２における切断面の断面図に相当する。なお、図１Ａにおいて、トランジスタ１００の構成要素の一部（保護絶縁層等）を省略して図示している。また一点鎖線Ａ１－Ａ２方向はチャネル長方向、一点鎖線Ｂ１－Ｂ２方向はチャネル幅方向に相当する。また、トランジスタの上面図については、以降の図面においても図１Ａと同様に、構成要素の一部を省略して図示するものとする。
【0050】
トランジスタ１００は、基板１０２上に設けられ、絶縁層１０３、半導体層１０８、絶縁層１１０、金属酸化物層１１４、導電層１１２、絶縁層１１６、絶縁層１１８等を有する。島状の半導体層１０８は、絶縁層１０３上に設けられる。絶縁層１１０は、絶縁層１０３の上面の一部、及び半導体層１０８の上面の一部を覆って設けられる。金属酸化物層１１４と導電層１１２は、絶縁層１１０上にこの順に積層して設けられ、半導体層１０８と重畳する部分を有する。絶縁層１１６は、導電層１１２の上面及び側面、絶縁層１１０の上面及び側面、半導体層１０８の上面及び側面、並びに絶縁層１０３の上面を覆って設けられている。絶縁層１１８は、絶縁層１１６を覆って設けられている。
【0051】
図１Ａには、金属酸化物層１１４と、絶縁層１１０の輪郭を破線で示している。金属酸化物層１１４と導電層１１２とは、平面視において絶縁層１１０の端部よりも内側に位置するように設けられている。また、金属酸化物層１１４は、平面視において導電層１１２の端部よりも内側に位置するように設けられている。ここで、導電層１１２、金属酸化物層１１４、及び絶縁層１１０は、同じレジストマスクを用いて加工されていることが好ましい。
【0052】
導電層１１２の一部は、ゲート電極として機能する。絶縁層１１０の一部は、ゲート絶縁層として機能する。トランジスタ１００は、半導体層１０８上にゲート電極が設けられる、いわゆるトップゲート型のトランジスタである。
【0053】
絶縁層１０３は、基板１０２側から絶縁膜１０３ｂ、及び絶縁膜１０３ａが積層された、積層構造を有することが好ましい。このとき、基板１０２側に位置する絶縁膜１０３ｂは、基板１０２に含まれる不純物の拡散を防ぐバリア膜として機能することが好ましい。一方、半導体層１０８と接する絶縁膜１０３ａは、酸化物を含むことが好ましい。
【0054】
より具体的な例としては、絶縁膜１０３ａは、酸化シリコン、酸化窒化シリコンなどの酸化物を含むことが好ましい。一方、絶縁膜１０３ｂは、窒化シリコン、窒化酸化シリコン、酸化窒化アルミニウム、窒化アルミニウムなどの窒化物を含むことが好ましい。または、絶縁膜１０３ｂは、酸化アルミニウム、酸化ハフニウム、ハフニウムアルミネートなどの金属酸化物を含んでいてもよい。
【0055】
また、図１Ａ、及び図１Ｂに示すように、トランジスタ１００は、絶縁層１１８上に導電層１２０ａ及び導電層１２０ｂを有していてもよい。導電層１２０ａ及び導電層１２０ｂは、ソース電極またはドレイン電極として機能する。導電層１２０ａ及び導電層１２０ｂは、それぞれ絶縁層１１８、及び絶縁層１１６に設けられた開口部１４１ａまたは開口部１４１ｂを介して、半導体層１０８の領域１０８Ｎに電気的に接続される。
【0056】
絶縁層１１０と導電層１１２との間に位置する金属酸化物層１１４は、絶縁層１１０に含まれる酸素が導電層１１２側に拡散することを防ぐバリア膜として機能する。さらに金属酸化物層１１４は、導電層１１２に含まれる水素や水が絶縁層１１０側に拡散することを防ぐバリア膜としても機能する。金属酸化物層１１４は、例えば少なくとも絶縁層１１０よりも酸素及び水素を透過しにくい材料を用いることが好ましい。
【0057】
金属酸化物層１１４により、導電層１１２にアルミニウムや銅などの酸素を吸引しやすい金属材料を用いた場合であっても、絶縁層１１０から導電層１１２へ酸素が拡散することを防ぐことができる。また、導電層１１２が水素を含む場合であっても、導電層１１２から絶縁層１１０を介して半導体層１０８へ水素が拡散することを防ぐことができる。その結果、半導体層１０８のチャネル形成領域におけるキャリア濃度を極めて低いものとすることができる。
【0058】
また、金属酸化物層１１４は、絶縁層１１０中に酸素を供給する機能を有する。また、導電層１１２として酸化されやすい金属または合金を含む導電膜を用いた場合には、金属酸化物層１１４は、絶縁層１１０中の酸素により導電層１１２が酸化することを防ぐバリア層として機能させることもできる。
【0059】
金属酸化物層１１４としては、絶縁性材料または導電性材料を用いることができる。金属酸化物層１１４が絶縁性を有する場合には、金属酸化物層１１４はゲート絶縁層の一部として機能する。一方、金属酸化物層１１４が導電性を有する場合には、金属酸化物層１１４はゲート電極の一部として機能する。特に本発明の一態様においては、金属酸化物層１１４は、導電性を有し、ゲート電極の一部として機能することが好ましい。
【0060】
金属酸化物層１１４として、例えば酸化インジウム、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）、またはシリコンを含有したインジウムスズ酸化物（ＩＴＳＯ）、インジウム亜鉛酸化物などの、導電性酸化物を用いることもできる。特にインジウムを含む導電性酸化物は、導電性が高いため好ましい。
【0061】
また、金属酸化物層１１４として、半導体層１０８と同一の元素を一以上含む酸化物材料を用いることが好ましい。特に、半導体層１０８に適用可能な酸化物半導体材料を用いることが好ましい。このとき、金属酸化物層１１４として、半導体層１０８と同じスパッタリングターゲットを用いて形成した金属酸化物膜を適用することで、装置を共通化できるため好ましい。
【0062】
また、金属酸化物層１１４は、スパッタリング装置を用いて形成すると好ましい。例えば、スパッタリング装置を用いて酸化物膜を形成する場合、酸素ガスを含む雰囲気で形成することで、絶縁層１１０や半導体層１０８中に好適に酸素を添加することができる。
【0063】
なお、金属酸化物層１１４として、絶縁性の材料を用いる場合、酸化シリコンよりも誘電率の高い絶縁性材料を用いることが好ましい。特に、酸化アルミニウム膜、酸化ハフニウム膜、またはハフニウムアルミネート膜等を用いると、駆動電圧を低減できるため好ましい。
【0064】
半導体層１０８は、半導体特性を示す金属酸化物（以下、酸化物半導体ともいう）を含んで構成される。半導体層１０８は、少なくともインジウムと酸素とを含むことが好ましい。半導体層１０８がインジウムの酸化物を含むことで、キャリア移動度を高めることができ、例えばアモルファスシリコンよりも大きな電流を流すことのできるトランジスタを実現できる。
【0065】
図１Ｂに示すように、半導体層１０８は、チャネル形成領域として機能する領域１０８Ｃと、領域１０８Ｃを挟む一対の領域１０８Ｌ１と、領域１０８Ｃ及び領域Ｌ１を挟む一対の領域１０８Ｌ２と、領域１０８Ｃ、領域１０８Ｌ１及び領域１０８Ｌ２を挟み、ソース領域及びドレイン領域として機能する一対の領域１０８Ｎと、を有する。
【0066】
領域１０８Ｃ、領域１０８Ｌ１、及び領域１０８Ｌ２は、それぞれ上面が絶縁層１１０と接する。領域１０８Ｃは、絶縁層１１０、金属酸化物層１１４、及び導電層１１２と重なる領域である。領域１０８Ｌ１は、絶縁層１１０、絶縁領域１１５、及び導電層１１２と重なる領域である。領域１０８Ｌ２は、絶縁層１１０と重なり、導電層１１２とは重ならない領域である。
【0067】
領域１０８Ｃは、チャネル形成領域として機能する。ここで、金属酸化物層１１４が導電層を有する場合、ゲート電極の一部として機能するため、ゲート絶縁層として機能する絶縁層１１０を介して、ゲート電極から領域１０８Ｃに電界が与えられ、チャネルが形成される。
【0068】
領域１０８Ｌ１は、ドレイン電界を緩和するためのバッファ領域としての機能を有する。ここで、領域１０８Ｌ１は、導電層１１２と重畳するため、導電層１１２にゲート電圧が与えられた場合に、チャネルが形成されうる領域である。しかし、領域１０８Ｌ１は、絶縁領域１１５を介して導電層１１２と重畳するため、領域１０８Ｌ１に与えられる電界は、領域１０８Ｃに与えられる電界よりも弱くなる。その結果、領域１０８Ｌ１は、領域１０８Ｃよりも高抵抗な領域となり、ドレイン電界を緩和させるためのＬＤＤ領域として機能する。さらに、例えば領域１０８Ｌ１が、キャリア濃度が極めて低く、領域１０８Ｃと同程度である場合であっても、導電層１１２の電界によってチャネルが形成されうるため、領域１０８Ｌ１をＬＤＤ領域として機能させることができる。
【0069】
領域１０８Ｌ２は、領域１０８Ｌ１と同様に、ドレイン電界を緩和するためのバッファ領域としての機能を有する。領域１０８Ｌ２は、導電層１１２及び金属酸化物層１１４とは重畳しない領域であるため、導電層１１２にゲート電圧が与えられた場合にもチャネルはほとんど形成されない領域である。領域１０８Ｌ２は、キャリア濃度が領域１０８Ｃよりも高いことが好ましい。これにより、領域１０８Ｌ２をＬＤＤ領域として機能させることができる。
【0070】
このように、チャネル形成領域である領域１０８Ｃと、ソース領域またはドレイン領域である領域１０８Ｎとの間に、ＬＤＤ領域として機能する領域１０８Ｌ１と領域１０８Ｌ２を設けることにより、高いドレイン耐圧と、高いオン電流とを兼ね備え、信頼性の高いトランジスタを実現することができる。
【0071】
領域１０８Ｎは、ソース領域またはドレイン領域として機能し、半導体層１０８の他の領域と比較して、最も低抵抗な領域である。または、領域１０８Ｎは、半導体層１０８の他の領域と比較して、最もキャリア濃度の高い領域、酸素欠陥密度の高い領域、または最も不純物濃度の高い領域とも言うことができる。
【0072】
領域１０８Ｎの電気抵抗は低いほど好ましく、例えば領域１０８Ｎのシート抵抗は、１Ω／□以上１×１０３Ω／□未満、好ましくは１Ω／□以上８×１０２Ω／□以下とすることが好ましい。また、チャネルが形成されていない状態における領域１０８Ｃの電気抵抗は高いほど好ましく、例えば領域１０８Ｃのシート抵抗は、１×１０９Ω／□以上、好ましくは５×１０９Ω／□以上、より好ましくは１×１０１０Ω／□以上であることが好ましい。
【0073】
領域１０８Ｌ２のシート抵抗は、例えば１×１０３Ω／□以上１×１０９Ω／□以下、好ましくは１×１０３Ω／□以上１×１０８Ω／□以下、より好ましくは１×１０３Ω／□以上１×１０７Ω／□とすることができる。このような抵抗の範囲とすることで、電気特性が良好でかつ信頼性の高いトランジスタとすることができる。なお、シート抵抗は、抵抗の値から算出できる。このような領域１０８Ｌ２を、領域１０８Ｎと領域１０８Ｃとの間に設けることで、トランジスタ１００のソース－ドレイン耐圧を高めることができる。
【0074】
また、領域１０８Ｌ１のシート抵抗は、領域１０８Ｃと同等である、または、領域１０８Ｃのシート抵抗よりも低く、領域１０８Ｌ２のシート抵抗よりも高いことが好ましい。
【0075】
また、半導体層１０８におけるキャリア濃度は、領域１０８Ｃが最も低く、領域１０８Ｌ１、領域１０８Ｌ２、領域１０８Ｎの順に高くなるような分布を有していることが好ましい。領域１０８Ｃと領域１０８Ｎとの間に領域１０８Ｌ１及び領域１０８Ｌ２が設けられることで、例えば作製工程中に領域１０８Ｎから水素などの不純物が拡散する場合であっても、領域１０８Ｃのキャリア濃度を極めて低く保つことができる。
【0076】
チャネル形成領域として機能する領域１０８Ｃにおけるキャリア濃度は低いほど好ましく、１×１０１８ｃｍ－３以下であることが好ましく、１×１０１７ｃｍ－３以下であることがより好ましく、１×１０１６ｃｍ－３以下であることがさらに好ましく、１×１０１３ｃｍ－３以下であることがさらに好ましく、１×１０１２ｃｍ－３以下であることがさらに好ましい。なお、領域１０８Ｃのキャリア濃度の下限値については、特に限定は無いが、例えば、１×１０－９ｃｍ－３とすることができる。
【0077】
一方、領域１０８Ｎにおけるキャリア濃度は、例えば５×１０１８ｃｍ－３以上、好ましくは１×１０１９ｃｍ－３以上、より好ましくは５×１０１９ｃｍ－３以上とすることができる。領域１０８Ｎにおけるキャリア濃度の上限値については、特に限定は無いが、例えば５×１０２１ｃｍ－３、または１×１０２２ｃｍ－３等とすることができる。
【0078】
領域１０８Ｌ２におけるキャリア濃度は、領域１０８Ｃと領域１０８Ｎの間の値とすることができる。例えば、１×１０１４ｃｍ－３以上１×１０２０ｃｍ－３未満の範囲の値とすればよい。また、領域１０８Ｌ１におけるキャリア濃度は、領域１０８Ｃと同等、または、領域１０８Ｃよりも大きく、領域１０８Ｌ２よりも低い値とすることができる。
【0079】
また、半導体層１０８において、領域１０８Ｃは水素濃度が最も低い領域であり、領域１０８Ｎは水素濃度が最も高い領域であることが好ましい。また、半導体層１０８における水素濃度は、領域１０８Ｃが最も低く、領域１０８Ｌ１、領域１０８Ｌ２、領域１０８Ｎの順に高くなるような分布を有していることが好ましい。
【0080】
領域１０８Ｌ１の幅は、チャネル長（チャネル長方向における領域１０８Ｃの幅）や、トランジスタ１００のソース－ドレイン間、及びゲート電極に印加する電圧などに応じて、適宜調整することができる。チャネル長が短いほど、ドレイン耐圧が低下するため、チャネル長に対する領域１０８Ｌ１の幅の比を大きくすることが好ましい。例えば、領域１０８Ｌ１の幅は、５ｎｍ以上１０μｍ以下、好ましくは１０ｎｍ以上５μｍ以下、より好ましくは２０ｎｍ以上３μｍ以下とすることができる。
【0081】
領域１０８Ｌ２の幅も同様に、チャネル長やトランジスタ１００のソース－ドレイン間、及びゲート電極に印加する電圧などに応じて、適宜調整することができる。例えば、領域１０８Ｌ２の幅は、５ｎｍ以上１０μｍ以下、好ましくは１０ｎｍ以上５μｍ以下、より好ましくは２０ｎｍ以上３μｍ以下とすることができる。
【0082】
絶縁層１１６は、領域１０８Ｎの上面に接して設けられている。絶縁層１１６は、領域１０８Ｎを低抵抗化させる機能を有する。このような絶縁層１１６としては、絶縁層１１６の成膜時、または成膜後に加熱することにより、領域１０８Ｎ中に不純物を供給することのできる絶縁膜を用いることができる。または、絶縁層１１６の成膜時、または成膜後に加熱することにより、領域１０８Ｎ中に酸素欠損を生じさせることのできる絶縁膜を用いることができる。
【0083】
例えば、絶縁層１１６として、領域１０８Ｎに不純物を供給する供給源として機能する絶縁膜を用いることができる。このとき、絶縁層１１６は、加熱により水素を放出する膜であることが好ましい。このような絶縁層１１６を半導体層１０８に接して形成することで、領域１０８Ｎに水素などの不純物を供給し、領域１０８Ｎを低抵抗化させることができる。
【0084】
絶縁層１１６は、成膜の際に用いる成膜ガスに、水素元素などの不純物元素を含むガスを用いて成膜される膜であることが好ましい。また絶縁層１１６の成膜温度を高めることで、半導体層１０８に効果的に多くの不純物元素を供給することができる。絶縁層１１６の成膜温度としては、例えば２００℃以上５００℃以下、好ましくは２２０℃以上４５０℃以下、より好ましくは２５０℃以上４００℃以下とすることができる。
【0085】
また、絶縁層１１６の成膜を減圧下で、且つ加熱して行うことで、半導体層１０８中の領域１０８Ｎとなる領域の酸素の脱離を促進することができる。酸素欠損が多く形成された半導体層１０８に、水素などの不純物を供給することで、領域１０８Ｎ中のキャリア濃度が高まり、より効果的に領域１０８Ｎを低抵抗化させることができる。
【0086】
絶縁層１１６としては、例えば、窒化シリコン、窒化酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化アルミニウム、窒化酸化アルミニウムなどの、窒化物を含む絶縁膜を好適に用いることができる。特に窒化シリコンは、水素や酸素に対するブロッキング性を有するため、外部から半導体層への水素の拡散と、半導体層から外部への酸素の脱離の両方を防ぐことができ、信頼性の高いトランジスタを実現できる。
【0087】
また、絶縁層１１６は、半導体層１０８中の酸素を吸引し、酸素欠損を生成する機能を有する絶縁膜としてもよい。特に、絶縁層１１６には、例えば窒化アルミニウムなどの金属窒化物を用いることが特に好ましい。
【0088】
また、金属窒化物を用いる場合、アルミニウム、チタン、タンタル、タングステン、クロム、またはルテニウムの窒化物を用いることが好ましい。特に、アルミニウムまたはチタンを含むことが特に好ましい。例えば、アルミニウムをスパッタリングターゲットに用い、成膜ガスとして窒素を含むガスを用いた反応スパッタリング法により形成した窒化アルミニウム膜は、成膜ガスの全流量に対する窒素ガスの流量を適切に制御することで、極めて高い絶縁性と、水素や酸素に対する極めて高いブロッキング性とを兼ね備えた膜とすることができる。そのため、このような金属窒化物を含む絶縁膜を、半導体層１０８に接して設けることで、半導体層１０８を低抵抗化できるだけでなく、半導体層１０８から酸素が脱離すること、及び半導体層１０８へ水素が拡散することを好適に防ぐことができる。
【0089】
金属窒化物として、窒化アルミニウムを用いた場合、当該窒化アルミニウムを含む絶縁層の厚さを５ｎｍ以上とすることが好ましい。このように薄い膜であっても、水素及び酸素に対する高いブロッキング性と、半導体層の低抵抗化の機能とを両立できる。なお、当該絶縁層の厚さはどれだけ厚くてもよいが、生産性を考慮し、５００ｎｍ以下、好ましくは２００ｎｍ以下、より好ましくは５０ｎｍ以下とすることが好ましい。
【0090】
絶縁層１１６に窒化アルミニウム膜を用いる場合、組成式がＡｌＮｘ（ｘは０より大きく２以下の実数、好ましくは、ｘは０．５より大きく１．５以下の実数）を満たす膜を用いることが好ましい。これにより、絶縁性に優れ、且つ熱伝導性に優れた膜とすることができるため、トランジスタ１００を駆動したときに生じる熱の放熱性を高めることができる。
【0091】
または、絶縁層１１６として、窒化アルミニウムチタン膜、窒化チタン膜などを用いることができる。
【0092】
このような絶縁層１１６を領域１０８Ｎに接して設けることで、絶縁層１１６が領域１０８Ｎ中の酸素を吸引し、領域１０８Ｎ中に酸素欠損を形成させることができる。またこのような絶縁層１１６を形成した後に、加熱処理を行うことで、領域１０８Ｎにより多くの酸素欠損を形成することができ、低抵抗化を促進することができる。また、絶縁層１１６に金属酸化物を含む膜を用いた場合、絶縁層１１６が半導体層１０８中の酸素を吸引した結果、絶縁層１１６と領域１０８Ｎとの間に、絶縁層１１６に含まれる金属元素（例えばアルミニウム）の酸化物を含む層が形成される場合がある。
【0093】
ここで、半導体層１０８として、インジウムを含む金属酸化物膜を用いた場合、領域１０８Ｎの絶縁層１１６側の界面近傍に、酸化インジウムが析出した領域、または、インジウム濃度の高い領域が形成されている場合がある。これにより、極めて低抵抗な領域１０８Ｎを形成することができる。このような領域の存在は、例えば、Ｘ線光電子分光法（ＸＰＳ：Ｘ－ｒａｙ Ｐｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）等の分析法で観測できる場合がある。
【0094】
絶縁層１１８は、トランジスタ１００を保護する保護層として機能する。絶縁層１１０としては、例えば酸化物または窒化物などの無機絶縁材料を用いることができる。より具体的な例としては、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化シリコン、窒化酸化シリコン、酸化アルミニウム、酸化窒化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸化ハフニウム、ハフニウムアルミネートなどの無機絶縁材料を用いることができる。
【0095】
ここで、半導体層１０８の組成について説明する。半導体層１０８は、少なくともインジウムと酸素を含む金属酸化物を含むことが好ましい。また、半導体層１０８は、これらに加えて亜鉛を含んでいてもよい。また、半導体層１０８は、ガリウムを含んでいてもよい。
【0096】
例えば半導体層１０８は、インジウムと、Ｍ（Ｍは、ガリウム、アルミニウム、シリコン、ホウ素、イットリウム、スズ、銅、バナジウム、ベリリウム、チタン、鉄、ニッケル、ゲルマニウム、ジルコニウム、モリブデン、ランタン、セリウム、ネオジム、ハフニウム、タンタル、タングステン、またはマグネシウムから選ばれた一種または複数種）と、亜鉛と、を有すると好ましい。特にＭはアルミニウム、ガリウム、イットリウム、またはスズから選ばれた一種または複数種とすることが好ましい。
【0097】
半導体層１０８としては、代表的には、酸化インジウム、インジウム亜鉛酸化物（Ｉｎ－Ｚｎ酸化物）、インジウムガリウム亜鉛酸化物（Ｉｎ－Ｇａ－Ｚｎ酸化物、ＩＧＺＯとも表記する）などを用いることができる。また、インジウムスズ酸化物（Ｉｎ－Ｓｎ酸化物）、またはシリコンを含むインジウムスズ酸化物などを用いることもできる。特に、半導体層１０８として、インジウム、ガリウム、及び亜鉛を含む酸化物を用いることが好ましい。
【0098】
半導体層１０８として、組成の異なる層、または結晶性の異なる層、または不純物濃度の異なる層を積層した積層構造としてもよい。
【0099】
半導体層１０８の組成や結晶性は、トランジスタ１００の電気的特性や、信頼性に大きく影響する。例えば、半導体層１０８中のインジウムの含有量を多くすることで、キャリア移動度が向上し、電界効果移動度の高いトランジスタを実現することができる。
【0100】
半導体層１０８には、結晶性を有する金属酸化物膜を用いることが好ましい。例えば、後述するＣＡＡＣ（ｃ－ａｘｉｓ ａｌｉｇｎｅｄ ｃｒｙｓｔａｌ）構造、多結晶構造、微結晶構造等を有する金属酸化物膜を用いることができる。結晶性を有する金属酸化物膜を半導体層１０８に用いることにより、半導体層１０８中の欠陥準位密度を低減でき、信頼性の高い半導体装置を実現できる。
【0101】
半導体層１０８として、結晶性が高いほど、膜中の欠陥準位密度を低減できる。一方、結晶性の低い金属酸化物膜を用いることで、大きな電流を流すことのできるトランジスタを実現することができる。
【0102】
金属酸化物膜をスパッタリング法により成膜する場合、成膜時の基板温度（ステージ温度）が高いほど、結晶性の高い金属酸化物膜を成膜することができる。また、成膜時に用いる成膜ガス全体に対する酸素ガスの流量の割合（酸素流量比ともいう）が高いほど、結晶性の高い金属酸化物膜を成膜することができる。
【0103】
【0104】
図２Ａでは、絶縁領域１１５が空隙（空間）を含む例を示している。このとき、絶縁領域１１５は、真空または減圧状態であってもよいし、気体が充填された状態であってもよい。絶縁領域１１５に含まれる気体としては、代表的には空気があるが、窒素や希ガスなどの不活性気体や、絶縁層１１６または絶縁層１１８の成膜時の成膜ガス等が含まれている場合もある。
【0105】
図２Ａに示すような空隙を含む絶縁領域１１５は、例えば、絶縁層１１６の成膜方法として、段差被覆性が比較的低い方法を用いることで、導電層１１２の突出した部分の下側には成膜されず、図２Ａに示すような絶縁領域１１５を形成することができる。
【0106】
図２Ｂでは、絶縁領域１１５に、絶縁層１１６の一部と、空隙とを含む例を示している。例えば絶縁層１１６の成膜方法として、段差被覆性の比較的高い成膜方法を用いることで、導電層１１２の突出した部分の下側にも絶縁層１１６の一部が形成され、図２Ｂに示すような絶縁領域１１５を形成することができる。
【0107】
図２Ｃでは、絶縁領域１１５が、絶縁層１１６の一部で充填された例を示している。例えば、絶縁層１１６の成膜方法として、段差被覆性の極めて高い成膜方法を用いることで、導電層１１２の突出した部分の下側を充填するように絶縁層１１６の一部が形成され、図２Ｃに示すような絶縁領域１１５を形成することができる。
【0108】
ここで、絶縁領域１１５は、領域１０８Ｌ１に対するゲート絶縁層の一部として機能する。すなわち、トランジスタ１００は、絶縁層１１０をゲート絶縁層とする第１のチャネル形成領域（すなわち領域１０８Ｃ）と、絶縁層１１０及び絶縁領域１１５の積層構造をゲート絶縁層とする第２のチャネル形成領域（すなわち領域１０８Ｌ１）とが、直列に接続されたトランジスタとも言うことができる。すなわち、領域１０８Ｌ１は、第１のチャネル形成領域よりも厚いゲート絶縁層が設けられた、第２のチャネル形成領域とも表現することができる。
【0109】
例えば、図２Ａまたは図２Ｂに示す構成では、絶縁領域１１５が空隙を含むため、絶縁領域１１５は、絶縁層１１０とは異なる誘電率を示す。また、図２Ｃに示すように、絶縁領域１１５が絶縁層１１６の一部で満たされる場合には、絶縁層１１６に絶縁層１１０とは異なる材料、または異なる条件で形成された絶縁膜を用いることで、絶縁領域１１５と絶縁層１１０との誘電率を異ならせることができる。
【0110】
このように、絶縁領域１１５は、絶縁層１１０とは異なる誘電率を示すことが好ましい。絶縁領域１１５が絶縁層１１０よりも高い誘電率を示す場合、導電層１１２から領域１０８Ｌ１に与えられる電界が強められることで、これらが同じ誘電率を示す場合と比較して、より領域１０８Ｌ１が低抵抗化しやすくなり、トランジスタ１００が流すことのできる電流を大きくすることができる。一方、絶縁領域１１５が絶縁層１１０よりも低い誘電率を示す場合、当該電界が弱まることで、これらが同じ誘電率を示す場合と比較して、より領域１０８Ｌ１の低抵抗化が抑制され、よりトランジスタ１００のドレイン耐圧を高めることができる。
【0111】
図３Ａは、図１Ｂ中の領域Ｑの拡大図を示している。図３Ａに示すように、絶縁層１１６は、半導体層１０８の領域１０８Ｎの上面及び側面を覆って設けられている。また、絶縁層１１６は、半導体層１０８が設けられない領域において、絶縁層１０３の絶縁膜１０３ａと接する部分を有する。
【0112】
また、図３Ｂは、図１Ｃ中の領域Ｒの拡大図を示している。図３Ｂに示すように、トランジスタ１００のチャネル幅方向においても、導電層１１２と絶縁層１１０との間に、絶縁領域１１５が形成されている。すなわち、絶縁領域１１５は、金属酸化物層１１４の輪郭（側面）に沿って、金属酸化物層１１４を囲うように設けられているとも言える。また、金属酸化物層１１４は、絶縁層１１０、導電層１１２、及び絶縁領域１１５に囲まれた領域に設けられているとも言うことができる。
【0113】
また、図２Ａ乃至図２Ｃや、図３Ｂに示すように、絶縁層１１０は、導電層１１２と重なる領域に比べて、導電層１１２と重ならない領域の厚さが薄くなる場合がある。例えば、導電層１１２を形成するためのエッチングの際に、絶縁層１１０の一部が同時にエッチングされることで、このような形状になりうる。なお、導電層１１２や金属酸化物層１１４の加工条件によっては、絶縁層１１０が薄くならない場合もある。
【0114】
【0115】
【0116】
ここで例示するトランジスタは、絶縁層１０３が有する絶縁膜１０３ａが、半導体層１０８と上面形状が概略一致するように加工されている点で、構成例１と主に相違している。
【0117】
また、半導体層１０８が設けられない領域において、絶縁層１１６と、絶縁膜１０３ｂとが接して設けられている。これにより、トランジスタの周囲を絶縁層１１６と絶縁膜１０３ｂとで封止することができる。したがって、外部から水や水素などの不純物が混入しにくい構成を実現できるため、信頼性の高いトランジスタを実現できる。
【0118】
［構成例２］
以下では、上記構成例と一部の構成が異なるトランジスタの構成例について説明する。なお、以下では、上記構成例１と重複する部分は説明を省略する場合がある。また、以下で示す図面において、上記構成例と同様の機能を有する部分についてはハッチングパターンを同じくし、符号を付さない場合もある。
以下では、上記構成例と一部の構成が異なるトランジスタの構成例について説明する。なお、以下では、上記構成例１と重複する部分は説明を省略する場合がある。また、以下で示す図面において、上記構成例と同様の機能を有する部分についてはハッチングパターンを同じくし、符号を付さない場合もある。
【0119】
【0120】
トランジスタ１００Ａは、基板１０２と絶縁層１０３との間に導電層１０６を有する点で、構成例１と主に相違している。導電層１０６は、少なくとも半導体層１０８の領域１０８Ｃ、及び導電層１１２と重畳する領域を有する。ここでは、導電層１０６が、領域１０８Ｌ１、領域１０８Ｌ２、及び領域１０８Ｎの一部と重畳している例を示している。
【0121】
トランジスタ１００Ａにおいて、導電層１０６は第１のゲート電極（ボトムゲート電極ともいう）としての機能を有し、導電層１１２は、第２のゲート電極（トップゲート電極ともいう）としての機能を有する。また、絶縁層１０３の一部は第１のゲート絶縁層として機能し、絶縁層１１０の一部は第２のゲート絶縁層として機能する。
【0122】
半導体層１０８の、導電層１１２及び導電層１０６の少なくとも一方と重畳する部分は、チャネル形成領域として機能する。なお以下では説明を容易にするため、半導体層１０８の導電層１１２と重畳する部分をチャネル形成領域と呼ぶ場合があるが、実際には導電層１１２と重畳せずに、導電層１０６と重畳する部分（領域１０８Ｌ１、領域１０８Ｌ２、及び領域１０８Ｎを含む）にもチャネルが形成しうる。
【0123】
また、図６Ａ、及び図６Ｃに示すように、導電層１０６は、金属酸化物層１１４、絶縁層１１０、及び絶縁層１０３に設けられた開口部１４２を介して、導電層１１２と電気的に接続されていてもよい。これにより、導電層１０６と導電層１１２には、同じ電位を与えることができる。
【0124】
導電層１０６は、導電層１１２、導電層１２０ａ、または導電層１２０ｂと同様の材料を用いることができる。特に導電層１０６に銅を含む材料を用いると、配線抵抗を低減できるため好ましい。また、導電層１０６にタングステンやモリブデンなどの高融点金属を含む材料を用いると、後の工程において高い温度で処理を行なうことができる。
【0125】
また、図６Ａ、及び図６Ｃに示すように、チャネル幅方向において、導電層１１２及び導電層１０６が、半導体層１０８の端部よりも外側に突出していることが好ましい。このとき、図６Ｃに示すように、半導体層１０８のチャネル幅方向の全体が、絶縁層１１０と絶縁層１０３を介して、導電層１１２と導電層１０６に覆われた構成となる。
【0126】
このような構成とすることで、半導体層１０８を一対のゲート電極によって生じる電界で、電気的に取り囲むことができる。このとき特に、導電層１０６と導電層１１２に同じ電位を与えることが好ましい。これにより、半導体層１０８にチャネルを誘起させるための電界を効果的に印加できるため、トランジスタ１００Ａのオン電流を増大させることができる。そのため、トランジスタ１００Ａを微細化することも可能となる。
【0127】
なお、導電層１１２と導電層１０６とを接続しない構成としてもよい。このとき、一対のゲート電極の一方に定電位を与え、他方にトランジスタ１００Ａを駆動するための信号を与えてもよい。このとき、一方のゲート電極に与える電位により、トランジスタ１００Ａを他方の電極で駆動する際のしきい値電圧を制御することもできる。また、一方のゲート電極と、トランジスタ１００Ａのソース電極とを電気的に接続する構成としてもよい。
【0128】
以上が、構成例２についての説明である。
【0129】
［構成例３］
以下では、本発明の一態様のトランジスタの構成例について説明する。なお、上記と重複する部分については、説明を省略する場合がある。
以下では、本発明の一態様のトランジスタの構成例について説明する。なお、上記と重複する部分については、説明を省略する場合がある。
【0130】
〔構成例３－１〕
図７Ａに、トランジスタ１０のチャネル長方向の断面概略図を示している。
図７Ａに、トランジスタ１０のチャネル長方向の断面概略図を示している。
【0131】
トランジスタ１０は、絶縁膜１０３ａ上に設けられ、半導体層１０８、絶縁層１１０、金属酸化物層１１４、導電層１１２、及び絶縁領域１１５を有する。また、トランジスタ１０を覆って絶縁層１１６が設けられている。また、半導体層１０８は、領域１０８Ｃ、領域１０８Ｌ１、領域１０８Ｌ２、及び領域１０８Ｎを有する。
【0132】
絶縁膜１０３ａは、酸化物を含む絶縁膜により形成されていることが好ましい。特に半導体層１０８と接する部分には、酸化物膜を用いることが好ましい。
【0133】
絶縁層１１０は、絶縁膜１０３ａ側から絶縁膜１１０ａ、絶縁膜１１０ｂ、及び絶縁膜１１０ｃがこの順に積層された積層構造を有する。絶縁膜１１０ａは、半導体層１０８のチャネル形成領域と接する領域を有する。絶縁膜１１０ｃは、金属酸化物層１１４と接する領域を有する。絶縁膜１１０ｂは、絶縁膜１１０ａと絶縁膜１１０ｃの間に位置する。
【0134】
絶縁膜１１０ａ、絶縁膜１１０ｂ、及び絶縁膜１１０ｃは、それぞれ酸化物を含む絶縁膜であることが好ましい。このとき、絶縁膜１１０ａ、絶縁膜１１０ｂ及び絶縁膜１１０ｃは、それぞれ同じ成膜装置で連続して成膜されることが好ましい。
【0135】
例えば、絶縁膜１１０ａ、絶縁膜１１０ｂ、及び絶縁膜１１０ｃとしては、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、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用いることができる。
【0136】
また、半導体層１０８と接する絶縁層１１０は、酸化物絶縁膜の積層構造を有することが好ましく、化学量論的組成よりも過剰に酸素を含有する領域を有することがより好ましい。別言すると、絶縁層１１０は、酸素を放出することが可能な絶縁膜を有する。例えば、酸素雰囲気下にて絶縁層１１０を形成すること、成膜後の絶縁層１１０に対して酸素雰囲気下での熱処理、プラズマ処理等を行うこと、または、絶縁層１１０上に酸素雰囲気下で酸化物膜を成膜することなどにより、絶縁層１１０中に酸素を供給することもできる。
【0137】
例えば、絶縁膜１１０ａ、絶縁膜１１０ｂ及び絶縁膜１１０ｃは、スパッタリング法、化学気相堆積（ＣＶＤ：Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、真空蒸着法、パルスレーザー堆積（ＰＬＤ：Ｐｕｌｓｅｄ Ｌａｓｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、原子層堆積（ＡＬＤ：Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法等を用いて形成することができる。また、ＣＶＤ法としては、プラズマ化学気相堆積（ＰＥＣＶＤ：Ｐｌａｓｍａ Ｅｎｈａｎｃｅｄ ＣＶＤ）法や、熱ＣＶＤ法などがある。
【0138】
特に、絶縁膜１１０ａ、絶縁膜１１０ｂ及び絶縁膜１１０ｃは、プラズマＣＶＤ法により形成することが好ましい。
【0139】
絶縁膜１１０ａは、半導体層１０８上に成膜されるため、出来るだけ半導体層１０８にダメージを与えない条件で成膜された膜であることが好ましい。例えば、成膜速度（成膜レートともいう）が十分に低い条件で成膜することができる。
【0140】
例えば、絶縁膜１１０ａとして、プラズマＣＶＤ法により酸化窒化シリコン膜を形成する場合、低電力の条件で形成することにより、半導体層１０８に与えるダメージを極めて小さくすることができる。
【0141】
酸化窒化シリコン膜の成膜に用いる成膜ガスには、例えばシラン、ジシランなどのシリコンを含む堆積性ガスと、酸素、オゾン、一酸化二窒素、二酸化窒素などの酸化性ガスと、を含む原料ガスを用いることができる。また原料ガスに加えて、アルゴンやヘリウム、窒素などの希釈ガスを含んでもよい。
【0142】
例えば、成膜ガスの全流量に対する堆積性ガスの流量の割合（以下、単に流量比ともいう）を小さくすることで、成膜速度を低くでき、緻密で欠陥の少ない膜を成膜することができる。
【0143】
絶縁膜１１０ｂは、絶縁膜１１０ａよりも成膜速度の高い条件で成膜された膜であることが好ましい。これにより、生産性を向上させることができる。
【0144】
例えば絶縁膜１１０ｂは、絶縁膜１１０ａよりも堆積性ガスの流量比を増やした条件とすることで、成膜速度を高めた条件で成膜することができる。
【0145】
絶縁膜１１０ｃは、その表面の欠陥が低減され、水などの大気中に含まれる不純物が吸着しにくい、極めて緻密な膜であることが好ましい。例えば、絶縁膜１１０ａと同様に、成膜速度が十分に低い条件で成膜することができる。
【0146】
また、絶縁膜１１０ｃは絶縁膜１１０ｂ上に成膜するため、絶縁膜１１０ａと比較して絶縁膜１１０ｃの成膜時に半導体層１０８へ与える影響は小さい。そのため、絶縁膜１１０ｃは、絶縁膜１１０ａよりも高い電力の条件で成膜することができる。堆積性ガスの流量比を減らし、比較的高い電力で成膜することで、緻密で表面の欠陥が低減された膜とすることができる。
【0147】
すなわち、成膜速度が高い方から、絶縁膜１１０ｂ、絶縁膜１１０ａ、絶縁膜１１０ｃの順となるような条件で成膜された積層膜を、絶縁層１１０に用いることができる。また、絶縁層１１０は、絶縁膜１１０ｂ、絶縁膜１１０ａ、絶縁膜１１０ｃの順で、ウェットエッチングまたはドライエッチングに対する同一条件下でのエッチング速度が高い。
【0148】
また、絶縁膜１１０ｂは、絶縁膜１１０ａ及び絶縁膜１１０ｃよりも厚く形成することが好ましい。成膜速度の最も早い絶縁膜１１０ｂを厚く形成することで、絶縁層１１０の成膜工程に係る時間を短縮することができる。
【0149】
ここで、絶縁膜１１０ａと絶縁膜１１０ｂの境界、及び絶縁膜１１０ｂと絶縁膜１１０ｃの境界は不明瞭である場合があるため、図７Ａ等では、これらの境界を破線で明示している。なお、絶縁膜１１０ａと絶縁膜１１０ｂは、膜密度が異なるため、絶縁層１１０の断面における透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ：Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）像などにおいて、これらの境界をコントラストの違いとして観察することができる場合がある。同様に、絶縁膜１１０ｂと絶縁膜１１０ｃの境界も観察することができる場合がある。
【0150】
〔構成例３－２〕
図７Ｂは、トランジスタ１０Ａの断面概略図である。トランジスタ１０Ａは、上記トランジスタ１０と比較して、半導体層１０８の構成が異なる点で、主に相違している。
図７Ｂは、トランジスタ１０Ａの断面概略図である。トランジスタ１０Ａは、上記トランジスタ１０と比較して、半導体層１０８の構成が異なる点で、主に相違している。
【0151】
トランジスタ１０Ａが有する半導体層１０８は、絶縁膜１０３ａ側から、半導体層１０８ａと、半導体層１０８ｂとが積層された積層構造を有する。半導体層１０８ａと半導体層１０８ｂとは、それぞれ金属酸化物膜を用いることが好ましい。
【0152】
なお、ここでは簡単のために、半導体層１０８ａが有する各領域と、半導体層１０８ｂが有する各領域とを、まとめて領域１０８Ｃ、領域１０８Ｌ１、領域１０８Ｌ２、及び領域１０８Ｎとして明示している。実際には、半導体層１０８ａと半導体層１０８ｂとで組成等が異なるため、領域１０８Ｃ、領域１０８Ｌ１、領域１０８Ｌ２、及び領域１０８Ｎの電気抵抗率、キャリア濃度、酸素欠損量、水素濃度、または不純物濃度等は異なる場合がある。
【0153】
半導体層１０８ｂは、半導体層１０８ａの上面、及び絶縁膜１１０ａの下面とそれぞれ接する。
【0154】
例えば、半導体層１０８ａは、半導体層１０８ｂよりもガリウムの原子数比の高い金属酸化物膜を用いることができる。
【0155】
ガリウムはインジウムと比較して酸素との結合力が強いため、ガリウムの原子数比の高い金属酸化物膜を半導体層１０８ａに用いることで、酸素欠損が形成されにくくなる。半導体層１０８ａ中に酸素欠損が多く存在すると、トランジスタの電気特性や信頼性の低下に繋がる。したがって、半導体層１０８ａとして、半導体層１０８ｂよりもガリウムの原子数比の高い金属酸化物膜を用いることで、電気特性が良好で、且つ信頼性の高いトランジスタ１０Ａを実現できる。
【0156】
より具体的には、半導体層１０８ａとして、インジウム、ガリウム、及び亜鉛を含む金属酸化物膜であって、ガリウムの原子数比が、半導体層１０８ｂよりも高く、且つ、インジウムの原子数比が、半導体層１０８ｂよりも低い領域を有する、金属酸化物膜を好適に用いることが好ましい。言い換えると、半導体層１０８ｂとしては、半導体層１０８ａと比較して、インジウムの原子数比が高く、且つ、ガリウムの原子数比が低い領域を有する、金属酸化物膜を用いることが好ましい。
【0157】
また、半導体層１０８ａとして、亜鉛の原子数比が半導体層１０８ｂと等しい領域、または亜鉛の原子数比が半導体層１０８ｂよりも低い領域を有する、金属酸化物膜を用いることが好ましい。
【0158】
例えば、半導体層１０８ａとしては、例えば、金属元素の原子数比が、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：１、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：３：２、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：３：４、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：３：６、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝２：２：１、またはこれらの近傍である、金属酸化物膜を用いることができる。
【0159】
例えば、半導体層１０８ｂとして、金属元素の原子数比が、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝２：１：３、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝３：１：２、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝４：２：３、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝４：２：４．１、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝５：１：６、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝５：１：７、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝５：１：８、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝６：１：６、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝５：２：５、またはこれらの近傍である、金属酸化物膜を用いることができる。
【0160】
代表的には、半導体層１０８ａに、金属元素の原子数比がＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：１またはその近傍の金属酸化物膜を用い、半導体層１０８ｂに、金属元素の原子数比がＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝４：２：３、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝５：１：６、またはこれらの近傍の金属酸化物膜を用いることが好ましい。
【0161】
トランジスタ１０Ａは、絶縁膜１０３ａ側に位置する半導体層１０８ａにガリウムの含有率が比較的大きな金属酸化物膜を用いることにより、半導体層１０８中の酸素欠損が低減されている。さらにトランジスタ１０Ａは、絶縁層１１０側に位置する半導体層１０８ｂに、ガリウムの含有率の低い、またはガリウムを含まない金属酸化物膜を用いることで、半導体層１０８と絶縁層１１０との界面欠陥密度が低減されている。したがってトランジスタ１０Ａは、極めて高い電気特性と、極めて高い信頼性とが両立したトランジスタであるといえる。
【0162】
ここで、半導体層１０８ｂを、半導体層１０８ａよりも薄く形成することが好ましい。半導体層１０８ｂが、例えば０．５ｎｍ以上１０ｎｍ以下の極めて薄い膜であっても、絶縁層１１０との界面欠陥密度を低減することができる。一方、酸素欠損が生じにくい半導体層１０８ａを相対的に厚くすることで、より信頼性の高いトランジスタを実現することができる。
【0163】
例えば、半導体層１０８ｂの厚さに対して、半導体層１０８ａの厚さを１．５倍以上２０倍以下、好ましくは２倍以上１５倍以下、より好ましくは３倍以上１０倍以下とすることができる。また、半導体層１０８ｂの厚さは、０．５ｎｍ以上３０ｎｍ以下、好ましくは１ｎｍ以上２０ｎｍ以下、より好ましくは２ｎｍ以上１０ｎｍ以下とすることが好ましい。
【0164】
半導体層１０８ａ及び半導体層１０８ｂには、結晶性を有する金属酸化物膜を用いることが好ましい。半導体層１０８ａと半導体層１０８ｂの両方に、結晶性の高い金属酸化物膜を用いてもよいし、結晶性の低い金属酸化物膜を用いてもよい。または、半導体層１０８ａと半導体層１０８ｂとは、異なる結晶性を有していてもよい。例えば、半導体層１０８ａを半導体層１０８ｂよりも結晶性の高い膜としてもよいし、半導体層１０８ｂを半導体層１０８ａよりも結晶性の高い膜としてもよい。半導体層１０８ａと半導体層１０８ｂに用いる金属酸化物膜の結晶性は、要求されるトランジスタの電気特性及び信頼性や、成膜装置などの仕様に基づいて決定することができる。
【0165】
また、半導体層１０８ａと半導体層１０８ｂとに、同じ組成の金属酸化物膜を用いてもよい。このとき、半導体層１０８ｂに、半導体層１０８ａよりも結晶性の高い金属酸化物膜を用いることが好ましい。これにより、絶縁層１１０の成膜時に半導体層１０８が受けるダメージの影響を低減することができ、信頼性の高いトランジスタを実現できる。また、半導体層１０８ａに、結晶性の低い金属酸化物膜を用いることで、電界効果移動度が高められたトランジスタを実現できる。
【0166】
〔構成例３－３〕
図８Ａは、トランジスタ１０Ｂの断面概略図である。トランジスタ１０Ｂは、上記トランジスタ１０と比較して、積層構造を有する絶縁層１０３を有する点で、主に相違している。また、図８Ｂには、トランジスタ１０Ｂの構造に加えて、導電層１０６が設けられたトランジスタ１０Ｃの断面概略図を示している。
図８Ａは、トランジスタ１０Ｂの断面概略図である。トランジスタ１０Ｂは、上記トランジスタ１０と比較して、積層構造を有する絶縁層１０３を有する点で、主に相違している。また、図８Ｂには、トランジスタ１０Ｂの構造に加えて、導電層１０６が設けられたトランジスタ１０Ｃの断面概略図を示している。
【0167】
トランジスタ１０Ｂとトランジスタ１０Ｃとは、導電層１０６以外は共通するため、ここではトランジスタ１０Ｃについて説明する。
【0168】
導電層１０６は、絶縁層１０３を介して半導体層１０８、絶縁層１１０、金属酸化物層１１４、及び導電層１１２と重畳する領域を有する。導電層１０６は、第１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。また絶縁層１０３は、第１のゲート絶縁層として機能する。このとき、導電層１１２が第２のゲート電極、絶縁層１１０が第２のゲート絶縁層として機能する。
【0169】
例えば、トランジスタ１０Ｃは、導電層１１２及び導電層１０６に同じ電位を与えることにより、オン状態のときに流すことのできる電流を大きくすることができる。また、トランジスタ１０Ｃは、導電層１１２及び導電層１０６の一方に、しきい値電圧を制御するための電位を与え、他方にトランジスタ１０Ｃのオン状態及びオフ状態を制御する電位を与えることもできる。
【0170】
絶縁層１０３は、半導体層１０８側から、絶縁膜１０３ａ、絶縁膜１０３ｂ１、絶縁膜１０３ｂ２、及び絶縁膜１０３ｂ３が積層された積層構造を有する。絶縁膜１０３ｂ３は導電層１０６と接する。また、絶縁膜１０３ａは半導体層１０８と接する。
【0171】
第１のゲート絶縁層として機能する絶縁層１０３は、耐圧が高いこと、膜の応力が小さいこと、水素や水を放出しにくいこと、膜中の欠陥が少ないこと、導電層１０６に含まれる金属元素の拡散を抑制すること、のうち、１つ以上を満たすことが好ましく、これら全てを満たすことが最も好ましい。
【0172】
絶縁層１０３が有する４つの絶縁膜のうち、導電層１０６側に位置する絶縁膜１０３ｂ３、絶縁膜１０３ｂ２、及び絶縁膜１０３ｂ１には、窒素を含む絶縁膜を用いることが好ましい。一方、半導体層１０８と接する絶縁膜１０３ａには、酸素を含む絶縁膜を用いることが好ましい。また、絶縁層１０３が有する４つの絶縁膜は、それぞれプラズマＣＶＤ装置を用いて、大気に触れることなく連続して成膜することが好ましい。
【0173】
絶縁膜１０３ｂ１、絶縁膜１０３ｂ２、及び絶縁膜１０３ｂ３としては、例えば窒化シリコン膜、窒化酸化シリコン膜、窒化アルミニウム膜、窒化ハフニウム膜などの窒素を含む絶縁膜を用いることができる。また、絶縁膜１０３ａとしては、上記絶縁層１１０に用いることのできる絶縁膜を援用することができる。
【0174】
絶縁膜１０３ｂ１と絶縁膜１０３ｂ３は、これよりも下側からの不純物の拡散を防止できる、緻密な膜であることが好ましい。絶縁膜１０３ｂ３は、導電層１０６に含まれる金属元素を、絶縁膜１０３ｂ１は、絶縁膜１０３ｂ２に含まれる水素や水を、それぞれブロックできる膜であることが好ましい。そのため、絶縁膜１０３ｂ３及び絶縁膜１０３ｂ１には、絶縁膜１０３ｂ２よりも成膜速度の低い条件で成膜した絶縁膜を適用することができる。
【0175】
一方、絶縁膜１０３ｂ２は、応力が小さく、成膜速度の高い条件で成膜された絶縁膜を用いることが好ましい。また、絶縁膜１０３ｂ２は、絶縁膜１０３ｂ１及び絶縁膜１０３ｂ３よりも厚く形成されていることが好ましい。
【0176】
例えば絶縁膜１０３ｂ１、絶縁膜１０３ｂ２、及び絶縁膜１０３ｂ３のそれぞれに、プラズマＣＶＤ法で成膜した窒化シリコン膜を用いた場合であっても、絶縁膜１０３ｂ２が、他の２つの絶縁膜よりも膜密度が小さい膜となる。したがって、絶縁層１０３の断面における透過型電子顕微鏡像などにおいて、コントラストの違いとして観察することができる場合がある。なお、絶縁膜１０３ｂ３と絶縁膜１０３ｂ２の境界、及び絶縁膜１０３ｂ２と絶縁膜１０３ｂ１の境界は不明瞭である場合があるため、図８Ａ、及び図８Ｂでは、これらの境界を破線で明示している。
【0177】
半導体層１０８と接する絶縁膜１０３ａとしては、その表面に水などの不純物が吸着しにくい、緻密な絶縁膜とすることが好ましい。また、可能な限り欠陥が少なく、水や水素などの不純物が低減された絶縁膜を用いることが好ましい。例えば、絶縁膜１０３ａとして、上記絶縁層１１０が有する絶縁膜１１０ｃと同様の絶縁膜を用いることができる。
【0178】
なお、導電層１０６として、構成する元素が絶縁層１０３に拡散しにくい金属膜または合金膜を用いる場合などでは、絶縁膜１０３ｂ３を設けずに、絶縁膜１０３ｂ２、絶縁膜１０３ｂ１、及び絶縁膜１０３ａの３つの絶縁膜が積層された構成としてもよい。
【0179】
このような積層構造を有する絶縁層１０３により、極めて信頼性の高いトランジスタを実現することができる。
【0180】
［作製方法例］
以下では、本発明の一態様のトランジスタの作製方法の例について説明する。ここでは、構成例２で例示したトランジスタ１００Ａを例に挙げて説明する。
以下では、本発明の一態様のトランジスタの作製方法の例について説明する。ここでは、構成例２で例示したトランジスタ１００Ａを例に挙げて説明する。
【0181】
なお、半導体装置を構成する薄膜（絶縁膜、半導体膜、導電膜等）は、スパッタリング法、化学気相堆積（ＣＶＤ：Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、真空蒸着法、パルスレーザー堆積（ＰＬＤ：Ｐｕｌｓｅｄ Ｌａｓｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、原子層堆積（ＡＬＤ：Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法等を用いて形成することができる。ＣＶＤ法としては、プラズマ化学気相堆積（ＰＥＣＶＤ：Ｐｌａｓｍａ Ｅｎｈａｎｃｅｄ ＣＶＤ）法や、熱ＣＶＤ法などがある。また、熱ＣＶＤ法のひとつに、有機金属化学気相堆積（ＭＯＣＶＤ：Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ ＣＶＤ）法がある。
【0182】
また、半導体装置を構成する薄膜（絶縁膜、半導体膜、導電膜等）は、スピンコート、ディップ、スプレー塗布、インクジェット、ディスペンス、スクリーン印刷、オフセット印刷、ドクターナイフ、スリットコート、ロールコート、カーテンコート、ナイフコート等の方法により形成することができる。
【0183】
また、半導体装置を構成する薄膜を加工する際には、フォトリソグラフィ法等を用いて加工することができる。それ以外に、ナノインプリント法、サンドブラスト法、リフトオフ法などにより薄膜を加工してもよい。また、メタルマスクなどの遮蔽マスクを用いた成膜方法により、島状の薄膜を直接形成してもよい。
【0184】
フォトリソグラフィ法としては、代表的には以下の２つの方法がある。一つは、加工したい薄膜上にレジストマスクを形成して、エッチング等により当該薄膜を加工し、レジストマスクを除去する方法である。もう一つは、感光性を有する薄膜を成膜した後に、露光、現像を行って、当該薄膜を所望の形状に加工する方法である。
【0185】
フォトリソグラフィ法において、露光に用いる光は、例えばｉ線（波長３６５ｎｍ）、ｇ線（波長４３６ｎｍ）、ｈ線（波長４０５ｎｍ）、またはこれらを混合させた光を用いることができる。そのほか、紫外線やＫｒＦレーザ光、またはＡｒＦレーザ光等を用いることもできる。また、液浸露光技術により露光を行ってもよい。また、露光に用いる光として、極端紫外（ＥＵＶ：Ｅｘｔｒｅｍｅ Ｕｌｔｒａ－ｖｉｏｌｅｔ）光やＸ線を用いてもよい。また、露光に用いる光に換えて、電子ビームを用いることもできる。極端紫外光、Ｘ線または電子ビームを用いると、極めて微細な加工が可能となるため好ましい。なお、電子ビームなどのビームを走査することにより露光を行う場合には、フォトマスクは不要である。
【0186】
薄膜のエッチングには、ドライエッチング法、ウェットエッチング法、サンドブラスト法などを用いることができる。
【0187】
【0188】
〔導電層１０６の形成〕
基板１０２上に導電膜を成膜し、これをエッチングにより加工して、ゲート電極として機能する導電層１０６を形成する（図９Ａ）。
基板１０２上に導電膜を成膜し、これをエッチングにより加工して、ゲート電極として機能する導電層１０６を形成する（図９Ａ）。
【0189】
このとき、図９Ａに示すように、導電層１０６の端部がテーパ形状となるように加工することが好ましい。これにより、次に形成する絶縁層１０３の段差被覆性を高めることができる。
【0190】
また、導電層１０６となる導電膜として、銅を含む導電膜を用いることで、配線抵抗を小さくすることができる。例えばトランジスタを大型の表示装置に適用する場合や、解像度の高い表示装置に適用する場合には、銅を含む導電膜を用いることが好ましい。また、導電層１０６に銅を含む導電膜を用いた場合であっても、絶縁層１０３により銅が半導体層１０８側に拡散することが抑制されるため、信頼性の高いトランジスタを実現できる。
【0191】
〔絶縁層１０３の形成〕
続いて、基板１０２及び導電層１０６を覆って、絶縁層１０３を形成する（図９Ｂ）。絶縁層１０３は、ＰＥＣＶＤ法、ＡＬＤ法、スパッタリング法などを用いて形成することができる。
続いて、基板１０２及び導電層１０６を覆って、絶縁層１０３を形成する（図９Ｂ）。絶縁層１０３は、ＰＥＣＶＤ法、ＡＬＤ法、スパッタリング法などを用いて形成することができる。
【0192】
ここでは、絶縁層１０３として、絶縁膜１０３ｂ、及び絶縁膜１０３ａを順に積層して形成する。
【0193】
特に、絶縁層１０３を構成する各絶縁層は、ＰＥＣＶＤ法により形成することが好ましい。絶縁層１０３の形成方法としては、上記構成例３の記載を援用することができる。
【0194】
絶縁層１０３を形成した後に、絶縁層１０３に対して酸素を供給する処理を行ってもよい。例えば、酸素雰囲気下でのプラズマ処理または加熱処理などを行うことができる。または、プラズマイオンドーピング法やイオン注入法により、絶縁層１０３に酸素を供給してもよい。または、絶縁層１０３上に、酸素を含む雰囲気下で金属酸化物膜を成膜することで酸素を供給してもよい。このとき、当該金属酸化物膜を除去することが好ましい。
【0195】
〔半導体層１０８の形成〕
続いて、絶縁層１０３上に金属酸化物膜を成膜する。
続いて、絶縁層１０３上に金属酸化物膜を成膜する。
【0196】
金属酸化物膜は、金属酸化物ターゲットを用いたスパッタリング法により形成することが好ましい。
【0197】
金属酸化物膜は、可能な限り欠陥の少ない緻密な膜とすることが好ましい。また、金属酸化物膜は、可能な限り水素や水などの不純物が低減され、高純度な膜であることが好ましい。特に、金属酸化物膜として、結晶性を有する金属酸化物膜を用いることが好ましい。
【0198】
また、金属酸化物膜を成膜する際に、酸素ガスと、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。なお、金属酸化物膜を成膜する際の成膜ガス全体に占める酸素ガスの割合（以下、酸素流量比ともいう）が高いほど、金属酸化物膜の結晶性を高めることができ、信頼性の高いトランジスタを実現できる。一方、酸素流量比が低いほど、金属酸化物膜の結晶性が低くなり、オン電流が高められたトランジスタとすることができる。
【0199】
金属酸化物膜を成膜する際、基板温度が高いほど、結晶性が高く、緻密な金属酸化物膜とすることができる。一方、基板温度が低いほど、結晶性が低く、電気伝導性の高い金属酸化物膜とすることができる。
【0200】
金属酸化物膜の成膜条件としては、基板温度を室温以上２５０℃以下、好ましくは室温以上２００℃以下、より好ましくは基板温度を室温以上１４０℃以下とすればよい。例えば成膜温度を、室温以上１４０℃未満とすると、生産性が高くなり好ましい。また、基板温度を室温とする、または意図的に加熱しない状態で、金属酸化物膜を成膜することで、結晶性を低くすることができる。
【0201】
また、金属酸化物膜を成膜する前に、絶縁層１０３の表面に吸着した水や水素、有機物等を脱離させるための処理や、絶縁層１０３中に酸素を供給する処理を行うことが好ましい。例えば、減圧雰囲気下にて７０℃以上２００℃以下の温度で加熱処理を行うことができる。または、酸素を含む雰囲気下におけるプラズマ処理を行ってもよい。または、一酸化二窒素（Ｎ２Ｏ）などの酸化性気体を含む雰囲気下におけるプラズマ処理により、絶縁層１０３に酸素を供給してもよい。一酸化二窒素ガスを含むプラズマ処理を行うと、絶縁層１０３の表面の有機物を好適に除去しつつ、酸素を供給することができる。このような処理の後、絶縁層１０３の表面を大気に暴露することなく、連続して金属酸化物膜を成膜することが好ましい。
【0202】
なお、半導体層１０８として、複数の半導体層を積層した積層構造とする場合には、先に形成する金属酸化物膜を成膜した後に、その表面を大気に曝すことなく連続して、次の金属酸化物膜を成膜することが好ましい。
【0203】
続いて、金属酸化物膜の一部をエッチングすることにより、島状の半導体層１０８を形成する（図９Ｃ）。
【0204】
金属酸化物膜の加工には、ウェットエッチング法またはドライエッチング法のいずれか一方、または双方を用いればよい。この時、半導体層１０８と重ならない絶縁層１０３の一部がエッチングされ、薄くなる場合がある。例えば、絶縁層１０３のうち、絶縁膜１０３ａがエッチングにより消失し、絶縁膜１０３ｂの表面が露出する場合もある。
【0205】
ここで、金属酸化物膜の成膜後、または金属酸化物膜を半導体層１０８に加工した後に、加熱処理を行うことが好ましい。加熱処理により、金属酸化物膜若しくは半導体層１０８中に含まれる、または表面に吸着した水素若しくは水を除去することができる。また、加熱処理により、金属酸化物膜または半導体層１０８の膜質が向上する（例えば欠陥の低減、結晶性の向上など）場合がある。
【0206】
また、加熱処理により、絶縁層１０３から金属酸化物膜、または半導体層１０８に酸素を供給することもできる。このとき、半導体層１０８に加工する前に加熱処理を行うことがより好ましい。
【0207】
加熱処理の温度は、代表的には１５０℃以上基板の歪み点未満、または２００℃以上５００℃以下、または２５０℃以上４５０℃以下、または３００℃以上４５０℃以下とすることができる。
【0208】
加熱処理は、希ガス、または窒素を含む雰囲気で行うことができる。または、当該雰囲気で加熱した後、酸素を含む雰囲気で加熱してもよい。または、超乾燥空気（ＣＤＡ：Ｃｌｅａｎ Ｄｒｙ Ａｉｒ）雰囲気で加熱してもよい。なお、上記加熱処理の雰囲気に水素、水などができるだけ含まれないことが好ましい。該加熱処理は、電気炉、ＲＴＡ（Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ａｎｎｅａｌ）装置等を用いることができる。ＲＴＡ装置を用いることで、加熱処理時間を短縮することができる。
【0209】
なお、当該加熱処理は不要であれば行わなくてもよい。また、ここでは加熱処理は行わず、後の工程で行われる加熱処理と兼ねてもよい。また、後の工程での高温下の処理（例えば成膜工程など）などで、当該加熱処理と兼ねることができる場合もある。
【0210】
〔絶縁膜１１０ｆの形成〕
続いて、絶縁層１０３及び半導体層１０８を覆って、絶縁膜１１０ｆを形成する（図９Ｄ）。
続いて、絶縁層１０３及び半導体層１０８を覆って、絶縁膜１１０ｆを形成する（図９Ｄ）。
【0211】
絶縁膜１１０ｆは、ＰＥＣＶＤ法により形成することが好ましい。
【0212】
また、絶縁膜１１０ｆの成膜前に、半導体層１０８の表面に対してプラズマ処理を行なうことが好ましい。当該プラズマ処理により、半導体層１０８の表面に吸着する水などの不純物を低減することができる。そのため、半導体層１０８と絶縁膜１１０ｆとの界面における不純物を低減できるため、信頼性の高いトランジスタを実現できる。特に、半導体層１０８の形成から、絶縁膜１１０ｆの成膜までの間に半導体層１０８の表面が大気に曝される場合には好適である。プラズマ処理としては、例えば酸素、オゾン、窒素、一酸化二窒素、アルゴンなどの雰囲気下で行うことができる。また、プラズマ処理と絶縁膜１１０ｆの成膜とは、大気に曝すことなく連続して行われることが好ましい。
【0213】
ここで、絶縁膜１１０ｆを成膜した後に、加熱処理を行うことが好ましい。加熱処理により、絶縁膜１１０ｆ中に含まれる、または表面に吸着した水素または水を除去することができる。また、絶縁膜１１０ｆ中の欠陥を低減することができる。加熱処理の条件は、上記記載を援用することができる。
【0214】
なお、当該加熱処理は不要であれば行わなくてもよい。また、ここでは加熱処理は行わず、後の工程で行われる加熱処理と兼ねてもよい。また、後の工程での高温下の処理（例えば成膜工程など）などで、当該加熱処理と兼ねることができる場合もある。
【0215】
〔金属酸化物膜１１４ｆの形成〕
続いて、絶縁膜１１０ｆ上に、金属酸化物膜１１４ｆを形成する（図９Ｅ）。
続いて、絶縁膜１１０ｆ上に、金属酸化物膜１１４ｆを形成する（図９Ｅ）。
【0216】
金属酸化物膜１１４ｆは、例えば酸素を含む雰囲気下で成膜することが好ましい。特に、酸素を含む雰囲気下でスパッタリング法により形成することが好ましい。これにより、金属酸化物膜１１４ｆの成膜時に絶縁膜１１０ｆに酸素を供給することができる。
【0217】
金属酸化物膜１１４ｆを、上記半導体層１０８の場合と同様の金属酸化物を含む酸化物ターゲットを用いたスパッタリング法により形成する場合には、上記記載を援用することができる。
【0218】
例えば金属酸化物膜１１４ｆの成膜条件として、成膜ガスに酸素を用い、金属ターゲットを用いた反応性スパッタリング法により、金属酸化物膜を形成してもよい。金属ターゲットとして、例えばアルミニウムを用いた場合には、酸化アルミニウム膜を成膜することができる。
【0219】
金属酸化物膜１１４ｆの成膜時に、成膜装置の成膜室内に導入する成膜ガスの全流量に対する酸素流量の割合（酸素流量比）、または成膜室内の酸素分圧が高いほど、絶縁膜１１０ｆ中に供給される酸素を増やすことができる。酸素流量比または酸素分圧は、例えば０％より大きく１００％以下、好ましくは１０％以上１００％以下、より好ましくは２０％以上１００％以下、さらに好ましくは３０％以上１００％以下、さらに好ましくは４０％以上１００％以下とする。特に、酸素流量比１００％とし、酸素分圧を１００％にできるだけ近づけることが好ましい。
【0220】
このように、酸素を含む雰囲気下でスパッタリング法により金属酸化物膜１１４ｆを形成することにより、金属酸化物膜１１４ｆの成膜時に、絶縁膜１１０ｆへ酸素を供給するとともに、絶縁膜１１０ｆから酸素が脱離することを防ぐことができる。その結果、絶縁膜１１０ｆに極めて多くの酸素を閉じ込めることができる。
【0221】
金属酸化物膜１１４ｆの成膜後に、加熱処理を行うことが好ましい。加熱処理により、絶縁膜１１０ｆに含まれる酸素を、半導体層１０８に供給することができる。金属酸化物膜１１４ｆが絶縁膜１１０ｆを覆った状態で加熱することにより、絶縁膜１１０ｆから外部へ酸素が脱離することを防ぎ、半導体層１０８に多くの酸素を供給することができる。その結果、半導体層１０８中の酸素欠損を低減でき、信頼性の高いトランジスタを実現できる。
【0222】
加熱処理の条件は、上記記載を援用することができる。
【0223】
なお、当該加熱処理は不要であれば行わなくてもよい。また、ここでは加熱処理は行わず、後の工程で行われる加熱処理と兼ねてもよい。また、後の工程での高温下の処理（例えば成膜工程など）などで、当該加熱処理と兼ねることができる場合もある。
【0224】
〔開口部１４２の形成〕
続いて、金属酸化物膜１１４ｆ、絶縁膜１１０ｆ、及び絶縁層１０３の一部をエッチングすることで、導電層１０６に達する開口部１４２を形成する。これにより、後に形成する導電層１１２と導電層１０６とを、開口部１４２を介して電気的に接続することができる。
続いて、金属酸化物膜１１４ｆ、絶縁膜１１０ｆ、及び絶縁層１０３の一部をエッチングすることで、導電層１０６に達する開口部１４２を形成する。これにより、後に形成する導電層１１２と導電層１０６とを、開口部１４２を介して電気的に接続することができる。
【0225】
〔導電膜１１２ｆの形成〕
続いて、金属酸化物膜１１４ｆ上に、導電層１１２となる導電膜１１２ｆを成膜する（図９Ｆ）。
続いて、金属酸化物膜１１４ｆ上に、導電層１１２となる導電膜１１２ｆを成膜する（図９Ｆ）。
【0226】
導電膜１１２ｆとしては、低抵抗な金属または合金材料を用いることが好ましい。また、導電膜１１２ｆとして、水素を放出しにくく、水素が拡散しにくい材料を用いることが好ましい。また、導電膜１１２ｆとして、酸化しにくい材料を用いることが好ましい。
【0227】
例えば導電膜１１２ｆは、金属または合金を含むスパッタリングターゲットを用いたスパッタリング法により成膜することが好ましい。
【0228】
例えば、導電膜１１２ｆとして、酸化しにくく、水素が拡散しにくい導電膜と、低抵抗な導電膜とを積層した積層膜とすることが好ましい。
【0229】
〔導電層１１２、金属酸化物層１１４の形成〕
続いて、導電膜１１２ｆ上に、レジストマスク１４０を形成する（図１０Ａ）。
続いて、導電膜１１２ｆ上に、レジストマスク１４０を形成する（図１０Ａ）。
【0230】
レジストマスク１４０をマスクとして、導電膜１１２ｆ及び金属酸化物膜１１４ｆをエッチングすることにより、導電層１１２及び金属酸化物層１１４を形成する（図１０Ｂ）。
【0231】
このとき、導電層１１２の端部が、レジストマスク１４０の端部より内側に位置するように導電膜１１２ｆをエッチングする。これにより、後の工程でレジストマスク１４０を用いて絶縁膜１１０ｆのエッチングを行うことができる。さらに、金属酸化物層１１４の端部が、導電層１１２の端部よりも内側に位置するように加工する。これにより、後の絶縁領域１１５となる領域を形成することができる。
【0232】
例えば、導電膜１１２ｆのみをエッチングして導電層１１２を形成した後に、金属酸化物膜１１４ｆをエッチングして、金属酸化物層１１４を形成することができる。このとき、導電膜１１２ｆのエッチング、及び金属酸化物膜１１４ｆのエッチングには、共に等方性のエッチング方法を用いることで、レジストマスク１４０の端部よりも内側に端部が位置する導電層１１２及び金属酸化物層１１４を形成することができる。例えば等方性のドライエッチング法を用いてもよいが、レジストマスク１４０の一部がエッチングされてしまう恐れがあるため、ウェットエッチング法を用いることがより好ましい。
【0233】
または、一度のエッチング処理によって、導電膜１１２ｆと金属酸化物膜１１４ｆのエッチングを行ってもよい。このとき、導電膜１１２ｆに対するエッチング速度よりも、金属酸化物膜１１４ｆに対するエッチング速度の方が高い、等方性のエッチング方法を用いることが好ましい。
【0234】
または、一度のエッチング処理によって、まず導電膜１１２ｆと金属酸化物膜１１４ｆの両方を、上面形状が概略一致するように加工し、さらに、金属酸化物膜１１４ｆの端部を後退させるためのエッチング処理を行なうことで、導電層１１２と金属酸化物層１１４を形成することもできる。
【0235】
なお、導電膜１１２ｆまたは金属酸化物膜１１４ｆのエッチングの際に、絶縁膜１１０ｆの一部がエッチングされ、薄膜化する場合がある。例えば図２Ａ等で例示した形状は、導電膜１１２ｆと金属酸化物膜１１４ｆとをエッチングした際に、絶縁層１１０となる絶縁膜１１０ｆの上部がエッチングされた場合の一例である。
【0236】
〔絶縁層１１０の形成〕
続いて、レジストマスク１４０を用いて、絶縁膜１１０ｆをエッチングすることで、絶縁層１１０を形成する（図１０Ｃ）。
続いて、レジストマスク１４０を用いて、絶縁膜１１０ｆをエッチングすることで、絶縁層１１０を形成する（図１０Ｃ）。
【0237】
絶縁膜１１０ｆのエッチングは、異方性のエッチング法を用いて行うことが好ましい。例えば異方性のドライエッチング法を好適に用いることができる。
【0238】
絶縁膜１１０ｆのエッチング後、レジストマスク１４０を除去する。
【0239】
以上の工程で、絶縁層１１０と、絶縁層１１０の端部よりも内側に端部が位置する導電層１１２と、導電層１１２の端部よりも内側に端部が位置する金属酸化物層１１４とを、同じレジストマスク１４０を用いて加工することができる。
【0240】
なお、導電層１１２及び金属酸化物層１１４の加工と、絶縁層１１０の加工とで、異なるレジストマスクを用いることもできる。
【0241】
なお、絶縁膜１１０ｆのエッチングの際に、レジストマスク１４０に覆われない絶縁膜１０３ａがエッチングされ、薄膜化、または消失する場合がある。
【0242】
〔絶縁層１１６の形成〕
続いて、半導体層１０８の露出した部分に接して、絶縁層１１６を形成する（図１０Ｄ）。絶縁層１１６の形成により、半導体層１０８の露出した部分が低抵抗化し、領域１０８Ｎが形成される。また絶縁層１１６の形成と同時に、絶縁領域１１５も形成される。
続いて、半導体層１０８の露出した部分に接して、絶縁層１１６を形成する（図１０Ｄ）。絶縁層１１６の形成により、半導体層１０８の露出した部分が低抵抗化し、領域１０８Ｎが形成される。また絶縁層１１６の形成と同時に、絶縁領域１１５も形成される。
【0243】
絶縁層１１６としては、半導体層１０８を低抵抗化させる機能を有する不純物元素を放出する絶縁膜を用いることができる。特に、水素を放出することのできる窒化シリコン膜、窒化酸化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜等の無機絶縁膜を用いることが好ましい。このとき、水素を含有する成膜ガスを用いたプラズマＣＶＤ法を用いることで、成膜時に半導体層１０８に水素を供給することができるため好ましい。
【0244】
例えば絶縁層１１６として、窒化シリコンを用いる場合には、シランなどのシリコンを含むガスと、アンモニアや一酸化二窒素などの窒素を含むガスを含む混合ガスを成膜ガスに用いたＰＥＣＶＤ法により形成することが好ましい。このとき、成膜される窒化シリコン中に水素が含まれていることが好ましい。これにより、絶縁層１１６中の水素が半導体層１０８に拡散することで、半導体層１０８の一部を低抵抗化することが容易となる。
【0245】
また、絶縁層１１６の成膜時に、減圧雰囲気下で基板１０２を加熱した状態で一定期間保持することが好ましい。これにより、半導体層１０８の露出した部分の酸素が脱離し、酸素欠損を生じさせることができる。そして絶縁層１１６の成膜時に当該領域に水素が供給されることで、より効果的に領域１０８Ｎを低抵抗化させることができる。
【0246】
なお、絶縁層１１６の成膜時に、半導体層１０８の一部に絶縁層１１６の成膜ガスの成分の一部が拡散することで、半導体層１０８を低抵抗化させてもよい。例えば、半導体層１０８の一部に窒素が拡散することで半導体層１０８を低抵抗化させることもできる。
【0247】
絶縁層１１６の成膜時の熱、または成膜後の熱処理などにより、半導体層１０８の領域１０８Ｎに供給された水素を、領域１０８Ｌ２や領域１０８Ｌ１に拡散させてもよい。このとき、半導体層１０８のキャリア濃度は、領域１０８Ｎから領域１０８Ｌ１にかけて濃度が低くなるような濃度勾配が形成されうる。例えば、半導体層１０８のキャリア濃度は、領域１０８Ｃが最も低く、領域１０８Ｌ１、領域１０８Ｌ２、領域１０８Ｎの順に高くなる。
【0248】
また、半導体層１０８中に酸素欠損を生じさせる機能を有する絶縁膜を用いることもできる。特に、金属窒化物を含む絶縁膜を用いることが好ましい。例えば、金属を含むスパッタリングターゲットを用い、窒素ガスと、希釈ガスである希ガス等の混合ガスを成膜ガスとして用いた反応性スパッタリング法により形成することが好ましい。これにより、成膜ガスの流量比を制御することで、絶縁層１１６の膜質を制御することが容易となる。
【0249】
例えば、絶縁層１１６としてアルミニウムターゲットを用いた反応性スパッタリングにより形成した窒化アルミニウム膜を用いる場合、成膜ガスの全流量に対する窒素ガスの流量を３０％以上１００％以下、好ましくは４０％以上１００％以下、より好ましくは５０％以上１００％以下とすることが好ましい。
【0250】
〔絶縁層１１８の形成〕
絶縁層１１６の成膜後、絶縁層１１８を成膜する。
絶縁層１１６の成膜後、絶縁層１１８を成膜する。
【0251】
ここで、絶縁層１１６と絶縁層１１８とは、大気に曝すことなく連続して成膜することが好ましい。
【0252】
絶縁層１１８をプラズマＣＶＤ法により形成する場合、成膜温度が高すぎると、領域１０８Ｎ等に含まれる不純物が、半導体層１０８のチャネル形成領域を含む周辺部に拡散する場合や、領域１０８Ｎの電気抵抗が上昇してしまう場合がある。そのため絶縁層１１８の成膜温度は、これらのことを考慮して決定すればよい。
【0253】
例えば、絶縁層１１８の成膜温度としては、例えば１５０℃以上４００℃以下、好ましくは１８０℃以上３６０℃以下、より好ましくは２００℃以上２５０℃以下とすることが好ましい。絶縁層１１８を低温で成膜することにより、チャネル長の短いトランジスタであっても、良好な電気特性を付与することができる。
【0254】
絶縁層１１６の成膜後、または絶縁層１１８の成膜後に、加熱処理を行なってもよい。加熱処理により、領域１０８Ｎの低抵抗化を促進させることができる。
【0255】
加熱処理の条件は、上記記載を援用することができる。
【0256】
なお、当該加熱処理は不要であれば行わなくてもよい。また、ここでは加熱処理は行わず、後の工程で行われる加熱処理と兼ねてもよい。また、後の工程での高温下の処理（例えば成膜工程など）などで、当該加熱処理と兼ねることができる場合もある。
【0257】
〔開口部１４１ａ、開口部１４１ｂの形成〕
続いて、絶縁層１１８及び絶縁層１１６の一部をエッチングすることで、領域１０８Ｎに達する開口部１４１ａ及び開口部１４１ｂを形成する。
続いて、絶縁層１１８及び絶縁層１１６の一部をエッチングすることで、領域１０８Ｎに達する開口部１４１ａ及び開口部１４１ｂを形成する。
【0258】
〔導電層１２０ａ、導電層１２０ｂの形成〕
続いて、開口部１４１ａ及び開口部１４１ｂを覆うように、絶縁層１１８上に導電膜を成膜し、当該導電膜を所望の形状に加工することで、導電層１２０ａ及び導電層１２０ｂを形成する（図１０Ｅ）。
続いて、開口部１４１ａ及び開口部１４１ｂを覆うように、絶縁層１１８上に導電膜を成膜し、当該導電膜を所望の形状に加工することで、導電層１２０ａ及び導電層１２０ｂを形成する（図１０Ｅ）。
【0259】
以上の工程により、トランジスタ１００Ａを作製することができる。例えば、トランジスタ１００Ａを表示装置の画素に適用する場合には、この後に、保護絶縁層、平坦化層、画素電極、または配線のうち１以上を形成する工程を追加すればよい。
【0260】
以上が、作製方法例についての説明である。
【0261】
なお、構成例１で例示したトランジスタ１００とする場合には、上記作製方法例における導電層１０６の形成工程、及び開口部１４２の形成工程を省略すればよい。また、トランジスタ１００とトランジスタ１００Ａとは、同じ工程を経て同一基板上に形成することができる。
【0262】
［半導体装置の構成要素］
以下では、本実施の形態の半導体装置に含まれる構成要素について説明する。
以下では、本実施の形態の半導体装置に含まれる構成要素について説明する。
【0263】
〔基板〕
基板１０２の材質などに大きな制限はないが、少なくとも、後の熱処理に耐えうる程度の耐熱性を有している必要がある。例えば、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、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、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。
基板１０２の材質などに大きな制限はないが、少なくとも、後の熱処理に耐えうる程度の耐熱性を有している必要がある。例えば、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、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、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。
【0264】
また、基板１０２として、可撓性基板を用い、可撓性基板上に直接、半導体装置を形成してもよい。または、基板１０２と半導体装置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ために用いることができる。その際、半導体装置は耐熱性の劣る基板や可撓性の基板にも転載できる。
【0265】
〔導電膜〕
ゲート電極として機能する導電層１１２及び導電層１０６、並びにソース電極またはドレイン電極の一方として機能する導電層１２０ａ及び、他方として機能する導電層１２０ｂは、クロム、銅、アルミニウム、金、銀、亜鉛、モリブデン、タンタル、チタン、タングステン、マンガン、ニッケル、鉄、コバルト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。
ゲート電極として機能する導電層１１２及び導電層１０６、並びにソース電極またはドレイン電極の一方として機能する導電層１２０ａ及び、他方として機能する導電層１２０ｂは、クロム、銅、アルミニウム、金、銀、亜鉛、モリブデン、タンタル、チタン、タングステン、マンガン、ニッケル、鉄、コバルト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。
【0266】
また、導電層１１２、導電層１０６、導電層１２０ａ、及び導電層１２０ｂには、Ｉｎ－Ｓｎ酸化物、Ｉｎ－Ｗ酸化物、Ｉｎ－Ｗ－Ｚｎ酸化物、Ｉｎ－Ｔｉ酸化物、Ｉｎ－Ｔｉ－Ｓｎ酸化物、Ｉｎ－Ｚｎ酸化物、Ｉｎ－Ｓｎ－Ｓｉ酸化物、Ｉｎ－Ｇａ－Ｚｎ酸化物等の酸化物導電体または金属酸化物膜を適用することもできる。
【0267】
ここで、酸化物導電体（ＯＣ：ＯｘｉｄｅＣｏｎｄｕｃｔｏｒ）について説明を行う。例えば、半導体特性を有する金属酸化物に酸素欠損を形成し、該酸素欠損に水素を添加すると、伝導帯近傍にドナー準位が形成される。この結果、金属酸化物は、導電性が高くなり導電体化する。導電体化された金属酸化物を、酸化物導電体ということができる。
【0268】
また、導電層１１２等として、上記酸化物導電体（金属酸化物）を含む導電膜と、金属または合金を含む導電膜の積層構造としてもよい。金属または合金を含む導電膜を用いることで、配線抵抗を小さくすることができる。このとき、ゲート絶縁膜として機能する絶縁層と接する側には酸化物導電体を含む導電膜を適用することが好ましい。
【0269】
また、導電層１１２、導電層１０６、導電層１２０ａ、導電層１２０ｂには、上述の金属元素の中でも、特にチタン、タングステン、タンタル、及びモリブデンの中から選ばれるいずれか一つまたは複数を有すると好適である。特に、窒化タンタル膜を用いると好適である。当該窒化タンタル膜は、導電性を有し、且つ、銅、酸素、または水素に対して、高いバリア性を有し、且つ自身からの水素の放出が少ないため、半導体層１０８と接する導電膜、または半導体層１０８の近傍の導電膜として、好適に用いることができる。
【0270】
〔半導体層〕
半導体層１０８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、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝２：２：１、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝２：１：３、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝３：１：２、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝４：２：３、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝４：２：４．１、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝５：１：６、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝５：１：７、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝５：１：８、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝６：１：６、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝５：２：５等が挙げられる。
半導体層１０８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、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝２：２：１、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝２：１：３、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝３：１：２、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝４：２：３、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝４：２：４．１、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝５：１：６、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝５：１：７、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝５：１：８、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝６：１：６、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝５：２：５等が挙げられる。
【0271】
また、スパッタリングターゲットとしては、多結晶の酸化物を含むターゲットを用いると、結晶性を有する半導体層１０８を形成しやすくなるため好ましい。なお、成膜される半導体層１０８の原子数比は、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、半導体層１０８に用いるスパッタリングターゲットの組成がＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝４：２：４．１［原子数比］の場合、成膜される半導体層１０８の組成は、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝４：２：３［原子数比］の近傍となる場合がある。
【0272】
なお、原子数比がＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝４：２：３またはその近傍と記載する場合、Ｉｎを４としたとき、Ｇａが１以上３以下であり、Ｚｎが２以上４以下である場合を含む。また、原子数比がＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝５：１：６またはその近傍であると記載する場合、Ｉｎを５としたときに、Ｇａが０．１より大きく２以下であり、Ｚｎが５以上７以下である場合を含む。また、原子数比がＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：１またはその近傍であると記載する場合、Ｉｎを１としたときに、Ｇａが０．１より大きく２以下であり、Ｚｎが０．１より大きく２以下である場合を含む。
【0273】
また、半導体層１０８は、エネルギーギャップが２ｅＶ以上、好ましくは２．５ｅＶ以上である。このように、シリコンよりもエネルギーギャップの広い金属酸化物を用いることで、トランジスタのオフ電流を低減することができる。
【0274】
また、半導体層１０８には、キャリア濃度の低い金属酸化物を用いることが好ましい。金属酸化物のキャリア濃度を低くする場合においては、金属酸化物中の不純物濃度を低くし、欠陥準位密度を低くすればよい。本明細書等において、不純物濃度が低く、欠陥準位密度の低いことを高純度真性または実質的に高純度真性という。なお、金属酸化物中の不純物としては、例えば、水素、窒素、アルカリ金属、アルカリ土類金属、鉄、ニッケル、シリコン等がある。
【0275】
特に、金属酸化物に含まれる水素は、金属原子と結合する酸素と反応して水になるため、金属酸化物中に酸素欠損を形成する場合がある。金属酸化物中のチャネル形成領域に酸素欠損が含まれていると、トランジスタはノーマリーオン特性となる場合がある。さらに、酸素欠損に水素が入った欠陥はドナーとして機能し、キャリアである電子が生成されることがある。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場合がある。従って、水素が多く含まれている金属酸化物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。
【0276】
酸素欠損に水素が入った欠陥は、金属酸化物のドナーとして機能しうる。しかしながら、当該欠陥を定量的に評価することは困難である。そこで、金属酸化物においては、ドナー濃度ではなく、キャリア濃度で評価される場合がある。よって、本明細書等では、金属酸化物のパラメータとして、ドナー濃度ではなく、電界が印加されない状態を想定したキャリア濃度を用いる場合がある。つまり、本明細書等に記載の「キャリア濃度」は、「ドナー濃度」と言い換えることができる場合がある。
【0277】
よって、金属酸化物中の水素はできる限り低減されていることが好ましい。具体的には、金属酸化物において、二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ：Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ Ｉｏｎ Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）により得られる水素濃度を、１×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満、好ましくは１×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満、より好ましくは５×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満、さらに好ましくは１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満とする。水素などの不純物が十分に低減された金属酸化物をトランジスタのチャネル形成領域に用いることで、安定した電気特性を付与することができる。
【0278】
また、チャネル形成領域の金属酸化物のキャリア濃度は、１×１０１８ｃｍ－３以下であることが好ましく、１×１０１７ｃｍ－３未満であることがより好ましく、１×１０１６ｃｍ－３未満であることがさらに好ましく、１×１０１３ｃｍ－３未満であることがさらに好ましく、１×１０１２ｃｍ－３未満であることがさらに好ましい。なお、チャネル形成領域の金属酸化物のキャリア濃度の下限値については、特に限定は無いが、例えば、１×１０－９ｃｍ－３とすることができる。
【0279】
また、半導体層１０８は、非単結晶構造であると好ましい。非単結晶構造は、例えば、後述するＣＡＡＣ構造、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構造は最も欠陥準位密度が低い。
【0280】
以下では、ＣＡＡＣ（ｃ－ａｘｉｓ ａｌｉｇｎｅｄ ｃｒｙｓｔａｌ）について説明する。ＣＡＡＣは結晶構造の一例を表す。
【0281】
ＣＡＡＣ構造とは、複数のナノ結晶（最大径が１０ｎｍ未満である結晶領域）を有する薄膜などの結晶構造の一つであり、各ナノ結晶はｃ軸が特定の方向に配向し、かつａ軸及びｂ軸は配向性を有さずに、ナノ結晶同士が粒界を形成することなく連続的に連結しているといった特徴を有する結晶構造である。特にＣＡＡＣ構造を有する薄膜は、各ナノ結晶のｃ軸が、薄膜の厚さ方向、被形成面の法線方向、または薄膜の表面の法線方向に配向しやすいといった特徴を有する。
【0282】
ＣＡＡＣ－ＯＳ（Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）は結晶性の高い酸化物半導体である。一方、ＣＡＡＣ－ＯＳは、明確な結晶粒界を確認することはできないため、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。また、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、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。従って、ＣＡＡＣ－ＯＳを有する酸化物半導体は、物理的性質が安定する。そのため、ＣＡＡＣ－ＯＳを有する酸化物半導体は熱に強く、信頼性が高い。
【0283】
ここで、結晶学において、単位格子を構成するａ軸、ｂ軸、及びｃ軸の３つの軸（結晶軸）について、特異的な軸をｃ軸とした単位格子を取ることが一般的である。特に層状構造を有する結晶では、層の面方向に平行な２つの軸をａ軸及びｂ軸とし、層に交差する軸をｃ軸とすることが一般的である。このような層状構造を有する結晶の代表的な例として、六方晶系に分類されるグラファイトがあり、その単位格子のａ軸及びｂ軸は劈開面に平行であり、ｃ軸は劈開面に直交する。例えば層状構造であるＹｂＦｅ２Ｏ４型の結晶構造をとるＩｎＧａＺｎＯ４の結晶は六方晶系に分類することができ、その単位格子のａ軸及びｂ軸は層の面方向に平行となり、ｃ軸は層（すなわちａ軸及びｂ軸）に直交する。
【0284】
微結晶構造を有する酸化物半導体膜（微結晶酸化物半導体膜）は、ＴＥＭによる観察像では、明確に結晶部を確認することができない場合がある。微結晶酸化物半導体膜に含まれる結晶部は、１ｎｍ以上１００ｎｍ以下、または１ｎｍ以上１０ｎｍ以下の大きさであることが多い。特に、１ｎｍ以上１０ｎｍ以下、または１ｎｍ以上３ｎｍ以下の微結晶であるナノ結晶（ｎｃ：ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌ）を有する酸化物半導体膜を、ｎｃ－ＯＳ（ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）膜と呼ぶ。また、ｎｃ－ＯＳ膜は、例えば、ＴＥＭによる観察像では、結晶粒界を明確に確認できない場合がある。
【0285】
ｎｃ－ＯＳ膜は、微小な領域（例えば、１ｎｍ以上１０ｎｍ以下の領域、特に１ｎｍ以上３ｎｍ以下の領域）において原子配列に周期性を有する。また、ｎｃ－ＯＳ膜は、異なる結晶部間で結晶方位に規則性が見られない。そのため、膜全体で配向性が見られない。従って、ｎｃ－ＯＳ膜は、分析方法によっては、非晶質酸化物半導体膜と区別が付かない場合がある。例えば、ｎｃ－ＯＳ膜に対し、結晶部よりも大きい径のＸ線を用いるＸＲＤ装置を用いて構造解析を行うと、ｏｕｔ－ｏｆ－ｐｌａｎｅ法による解析では、結晶面を示すピークが検出されない。また、ｎｃ－ＯＳ膜に対し、結晶部よりも大きいプローブ径（例えば５０ｎｍ以上）の電子線を用いる電子線回折（制限視野電子線回折ともいう。）を行うと、ハローパターンのような回折パターンが観測される。一方、ｎｃ－ＯＳ膜に対し、結晶部の大きさと近いか結晶部より小さいプローブ径（例えば１ｎｍ以上３０ｎｍ以下）の電子線を用いる電子線回折（ナノビーム電子線回折ともいう。）を行うと、円を描くように（リング状に）輝度の高い領域が観測され、当該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。
【0286】
ｎｃ－ＯＳ膜は、非晶質酸化物半導体膜よりも欠陥準位密度が低い。ただし、ｎｃ－ＯＳ膜は、異なる結晶部間で結晶方位に規則性が見られない。そのため、ｎｃ－ＯＳ膜は、ＣＡＡＣ－ＯＳ膜と比べて欠陥準位密度が高くなる。従って、ｎｃ－ＯＳ膜はＣＡＡＣ－ＯＳ膜と比べて、キャリア濃度が高く、電子移動度が高くなる場合がある。従って、ｎｃ－ＯＳ膜を用いたトランジスタは、高い電界効果移動度を示す場合がある。
【0287】
ｎｃ－ＯＳ膜は、ＣＡＡＣ－ＯＳ膜と比較して、成膜時の酸素流量比を小さくすることで形成することができる。また、ｎｃ－ＯＳ膜は、ＣＡＡＣ－ＯＳ膜と比較して、成膜時の基板温度を低くすることでも形成することができる。例えば、ｎｃ－ＯＳ膜は、基板温度を比較的低温（例えば１３０℃以下の温度）とした状態、または基板を加熱しない状態でも成膜することができるため、大型のガラス基板や、樹脂基板などを使う場合に適しており、生産性を高めることができる。
【0288】
金属酸化物の結晶構造の一例について説明する。Ｉｎ－Ｇａ－Ｚｎ酸化物ターゲット（Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝４：２：４．１［原子数比］）を用いて、基板温度を１００℃以上１３０℃以下として、スパッタリング法により形成した金属酸化物は、ｎｃ（ｎａｎｏ ｃｒｙｓｔａｌ）構造及びＣＡＡＣ構造のいずれか一方の結晶構造、またはこれらが混在した構造をとりやすい。一方、基板温度を室温（Ｒ．Ｔ．）として形成した金属酸化物は、ｎｃの結晶構造をとりやすい。なお、ここでいう室温（Ｒ．Ｔ．）とは、基板を意図的に加熱しない場合の温度を含む。
【0289】
［金属酸化物の構成］
以下では、本発明の一態様で開示されるトランジスタに用いることができるＣＡＣ（Ｃｌｏｕｄ－Ａｌｉｇｎｅｄ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ）－ＯＳの構成について説明する。
以下では、本発明の一態様で開示されるトランジスタに用いることができるＣＡＣ（Ｃｌｏｕｄ－Ａｌｉｇｎｅｄ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ）－ＯＳの構成について説明する。
【0290】
なお、ＣＡＡＣ（ｃ－ａｘｉｓ ａｌｉｇｎｅｄ ｃｒｙｓｔａｌ）は結晶構造の一例を表し、ＣＡＣ（Ｃｌｏｕｄ－Ａｌｉｇｎｅｄ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ）は機能、または材料の構成の一例を表す。
【0291】
ＣＡＣ－ＯＳまたはＣＡＣ－ｍｅｔａｌ ｏｘｉｄｅとは、材料の一部では導電性の機能と、材料の一部では絶縁性の機能とを有し、材料の全体では半導体としての機能を有する。なお、ＣＡＣ－ＯＳまたはＣＡＣ－ｍｅｔａｌ ｏｘｉｄｅを、トランジスタの活性層に用いる場合、導電性の機能は、キャリアとなる電子（またはホール）を流す機能であり、絶縁性の機能は、キャリアとなる電子を流さない機能である。導電性の機能と、絶縁性の機能とを、それぞれ相補的に作用させることで、スイッチングさせる機能（Ｏｎ／Ｏｆｆさせる機能）をＣＡＣ－ＯＳまたはＣＡＣ－ｍｅｔａｌ ｏｘｉｄｅに付与できる。ＣＡＣ－ＯＳまたはＣＡＣ－ｍｅｔａｌ ｏｘｉｄｅにおいて、それぞれの機能を分離させることで、双方の機能を最大限に高めることができる。
【0292】
また、ＣＡＣ－ＯＳまたはＣＡＣ－ｍｅｔａｌ ｏｘｉｄｅは、導電性領域、及び絶縁性領域を有する。導電性領域は、上述の導電性の機能を有し、絶縁性領域は、上述の絶縁性の機能を有する。また、材料中において、導電性領域と、絶縁性領域とは、ナノ粒子レベルで分離している場合がある。また、導電性領域と、絶縁性領域とは、それぞれ材料中に偏在する場合がある。また、導電性領域は、周辺がぼけてクラウド状に連結して観察される場合がある。
【0293】
また、ＣＡＣ－ＯＳまたはＣＡＣ－ｍｅｔａｌ ｏｘｉｄｅにおいて、導電性領域と、絶縁性領域とは、それぞれ０．５ｎｍ以上１０ｎｍ以下、好ましくは０．５ｎｍ以上３ｎｍ以下のサイズで材料中に分散している場合がある。
【0294】
また、ＣＡＣ－ＯＳまたはＣＡＣ－ｍｅｔａｌ ｏｘｉｄｅは、異なるバンドギャップを有する成分により構成される。例えば、ＣＡＣ－ＯＳまたはＣＡＣ－ｍｅｔａｌ ｏｘｉｄｅは、絶縁性領域に起因するワイドギャップを有する成分と、導電性領域に起因するナローギャップを有する成分と、により構成される。当該構成の場合、キャリアを流す際に、ナローギャップを有する成分において、主にキャリアが流れる。また、ナローギャップを有する成分が、ワイドギャップを有する成分に相補的に作用し、ナローギャップを有する成分に連動してワイドギャップを有する成分にもキャリアが流れる。このため、上記ＣＡＣ－ＯＳまたはＣＡＣ－ｍｅｔａｌ ｏｘｉｄｅをトランジスタのチャネル形成領域に用いる場合、トランジスタのオン状態において高い電流駆動力、つまり大きなオン電流、及び高い電界効果移動度を得ることができる。
【0295】
すなわち、ＣＡＣ－ＯＳまたはＣＡＣ－ｍｅｔａｌ ｏｘｉｄｅは、マトリックス複合材（ｍａｔｒｉｘ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ）、または金属マトリックス複合材（ｍｅｔａｌ ｍａｔｒｉｘ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ）と呼称することもできる。
【0296】
以上が、金属酸化物の構成についての説明である。
【0297】
本実施の形態で例示した構成例、及びそれらに対応する図面等は、少なくともその一部を他の構成例、または図面等と適宜組み合わせて実施することができる。
【0298】
本実施の形態は、少なくともその一部を本明細書中に記載する他の実施の形態と適宜組み合わせて実施することができる。
【0299】
（実施の形態２）
本実施の形態では、先の実施の形態で例示したトランジスタを有する表示装置の一例について説明する。
本実施の形態では、先の実施の形態で例示したトランジスタを有する表示装置の一例について説明する。
【0300】
［構成例］
図１１Ａに、表示装置７００の上面図を示す。表示装置７００は、シール材７１２により貼り合された第１の基板７０１と第２の基板７０５を有する。また第１の基板７０１、第２の基板７０５、及びシール材７１２で封止される領域において、第１の基板７０１上に画素部７０２、ソースドライバ回路部７０４、及びゲートドライバ回路部７０６が設けられる。また画素部７０２には、複数の表示素子が設けられる。
図１１Ａに、表示装置７００の上面図を示す。表示装置７００は、シール材７１２により貼り合された第１の基板７０１と第２の基板７０５を有する。また第１の基板７０１、第２の基板７０５、及びシール材７１２で封止される領域において、第１の基板７０１上に画素部７０２、ソースドライバ回路部７０４、及びゲートドライバ回路部７０６が設けられる。また画素部７０２には、複数の表示素子が設けられる。
【0301】
また、第１の基板７０１の第２の基板７０５と重ならない部分に、ＦＰＣ７１６（ＦＰＣ：Ｆｌｅｘｉｂｌｅ ｐｒｉｎｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ）が接続されるＦＰＣ端子部７０８が設けられている。ＦＰＣ７１６によって、ＦＰＣ端子部７０８及び信号線７１０を介して、画素部７０２、ソースドライバ回路部７０４、及びゲートドライバ回路部７０６のそれぞれに各種信号等が供給される。
【0302】
ゲートドライバ回路部７０６は、複数設けられていてもよい。また、ゲートドライバ回路部７０６及びソースドライバ回路部７０４は、それぞれ半導体基板等に別途形成され、パッケージされたＩＣチップの形態であってもよい。当該ＩＣチップは、第１の基板７０１上、またはＦＰＣ７１６に実装することができる。
【0303】
画素部７０２、ソースドライバ回路部７０４及びゲートドライバ回路部７０６が有するトランジスタに、本発明の一態様のトランジスタを適用することができる。
【0304】
画素部７０２に設けられる表示素子としては、液晶素子、発光素子などが挙げられる。液晶素子としては、透過型の液晶素子、反射型の液晶素子、半透過型の液晶素子などを用いることができる。また、発光素子としては、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）、ＯＬＥＤ（Ｏｒｇａｎｉｃ ＬＥＤ）、ＱＬＥＤ（Ｑｕａｎｔｕｍ－ｄｏｔ ＬＥＤ）、半導体レーザなどの、自発光性の発光素子が挙げられる。また、シャッター方式または光干渉方式のＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）素子や、マイクロカプセル方式、電気泳動方式、エレクトロウェッティング方式、または電子粉流体（登録商標）方式等を適用した表示素子などを用いることもできる。
【0305】
図１１Ｂに示す表示装置７００Ａは、第１の基板７０１に換えて、可撓性を有する樹脂層７４３が適用され、フレキシブルディスプレイとして用いることのできる表示装置の例である。
【0306】
表示装置７００Ａは、画素部７０２が矩形形状でなく、角部が円弧状の形状を有している。また、図１１Ｂ中の領域Ｐ１に示すように、画素部７０２、及び樹脂層７４３の一部が切りかかれた切欠き部を有する。一対のゲートドライバ回路部７０６は、画素部７０２を挟んで両側に設けられる。またゲートドライバ回路部７０６は、画素部７０２の角部において、円弧状の輪郭に沿って設けられている。
【0307】
樹脂層７４３は、ＦＰＣ端子部７０８が設けられる部分が突出した形状を有している。また樹脂層７４３のＦＰＣ端子部７０８を含む一部は、図１１Ｂ中の領域Ｐ２で裏側に折り返すことができる。樹脂層７４３の一部を折り返すことで、ＦＰＣ７１６を画素部７０２の裏側に重ねて配置した状態で、表示装置７００Ａを電子機器に実装することができ、電子機器の省スペース化を図ることができる。
【0308】
また表示装置７００Ａに接続されるＦＰＣ７１６には、ＩＣ７１７が実装されている。ＩＣ７１７は、例えばソースドライバ回路としての機能を有する。このとき、表示装置７００Ａにおけるソースドライバ回路部７０４は、保護回路、バッファ回路、デマルチプレクサ回路等の少なくとも一を含む構成とすることができる。
【0309】
図１１Ｃに示す表示装置７００Ｂは、大型の画面を有する電子機器に好適に用いることのできる表示装置である。例えばテレビジョン装置、モニタ装置、パーソナルコンピュータ（ノート型またはデスクトップ型を含む）、タブレット端末、デジタルサイネージなどに好適に用いることができる。
【0310】
表示装置７００Ｂは、複数のソースドライバＩＣ７２１と、一対のゲートドライバ回路部７２２を有する。
【0311】
複数のソースドライバＩＣ７２１は、それぞれＦＰＣ７２３に取り付けられている。また、複数のＦＰＣ７２３は、一方の端子が第１の基板７０１に、他方の端子がプリント基板７２４にそれぞれ接続されている。ＦＰＣ７２３を折り曲げることで、プリント基板７２４を画素部７０２の裏側に配置して、電子機器に実装することができ、電子機器の省スペース化を図ることができる。
【0312】
一方、ゲートドライバ回路部７２２は、第１の基板７０１上に形成されている。これにより、狭額縁の電子機器を実現できる。
【0313】
このような構成とすることで、大型で且つ高解像度の表示装置を実現できる。例えば画面サイズが対角３０インチ以上、４０インチ以上、５０インチ以上、または６０インチ以上の表示装置を実現することができる。また、解像度が４Ｋ２Ｋ、または８Ｋ４Ｋなどといった極めて高解像度の表示装置を実現することができる。
【0314】
［断面構成例］
以下では、表示素子として液晶素子を用いる構成、及びＥＬ素子を用いる構成について、図１２乃至図１５を用いて説明する。なお、図１２乃至図１４は、それぞれ図１１Ａに示す一点鎖線Ｑ－Ｒにおける断面図である。また図１５は、図１１Ｂに示す一点鎖線Ｓ－Ｔにおける断面図である。図１２及び図１３は、表示素子として液晶素子を用いた構成であり、図１４及び図１５は、ＥＬ素子を用いた構成である。
以下では、表示素子として液晶素子を用いる構成、及びＥＬ素子を用いる構成について、図１２乃至図１５を用いて説明する。なお、図１２乃至図１４は、それぞれ図１１Ａに示す一点鎖線Ｑ－Ｒにおける断面図である。また図１５は、図１１Ｂに示す一点鎖線Ｓ－Ｔにおける断面図である。図１２及び図１３は、表示素子として液晶素子を用いた構成であり、図１４及び図１５は、ＥＬ素子を用いた構成である。
【0315】
〔表示装置の共通部分に関する説明〕
図１２乃至図１５に示す表示装置は、引き回し配線部７１１と、画素部７０２と、ソースドライバ回路部７０４と、ＦＰＣ端子部７０８と、を有する。引き回し配線部７１１は、信号線７１０を有する。画素部７０２は、トランジスタ７５０及び容量素子７９０を有する。ソースドライバ回路部７０４は、トランジスタ７５２を有する。図１３では、容量素子７９０が無い場合を示している。
図１２乃至図１５に示す表示装置は、引き回し配線部７１１と、画素部７０２と、ソースドライバ回路部７０４と、ＦＰＣ端子部７０８と、を有する。引き回し配線部７１１は、信号線７１０を有する。画素部７０２は、トランジスタ７５０及び容量素子７９０を有する。ソースドライバ回路部７０４は、トランジスタ７５２を有する。図１３では、容量素子７９０が無い場合を示している。
【0316】
トランジスタ７５０及びトランジスタ７５２は、実施の形態１で例示したトランジスタを適用できる。
【0317】
本実施の形態で用いるトランジスタは、高純度化し、酸素欠損の形成を抑制した酸化物半導体膜を有する。該トランジスタは、オフ電流を低くできる。よって、画像信号等の電気信号の保持時間を長くでき、画像信号等の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できるため、消費電力を低減する効果を奏する。
【0318】
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に用いることで、画素部のスイッチングトランジスタと、駆動回路部に使用するドライバトランジスタを同一基板上に形成することができる。すなわち、シリコンウェハ等により形成された駆動回路を適用しない構成も可能であり、表示装置の部品点数を削減することができる。また、画素部においても、高速駆動が可能なトランジスタを用いることで、高画質な画像を提供することができる。
【0319】
図１２、図１４、及び図１５に示す容量素子７９０は、トランジスタ７５０が有する第１のゲート電極と同一の膜を加工して形成される下部電極と、半導体層と同一の金属酸化物を加工して形成される上部電極と、を有する。上部電極は、トランジスタ７５０のソース領域及びドレイン領域と同様に低抵抗化されている。また、下部電極と上部電極との間には、トランジスタ７５０の第１のゲート絶縁層として機能する絶縁膜の一部が設けられる。すなわち、容量素子７９０は、一対の電極間に誘電体膜として機能する絶縁膜が挟持された積層型の構造である。また、上部電極には、トランジスタのソース電極及びドレイン電極と同一の膜を加工して得られる配線が接続されている。
【0320】
また、トランジスタ７５０、トランジスタ７５２、及び容量素子７９０上には平坦化絶縁膜７７０が設けられている。
【0321】
画素部７０２が有するトランジスタ７５０と、ソースドライバ回路部７０４が有するトランジスタ７５２とは、異なる構造のトランジスタを用いてもよい。例えば、いずれか一方にトップゲート型のトランジスタを適用し、他方にボトムゲート型のトランジスタを適用した構成としてもよい。なお、上記ゲートドライバ回路部７０６についてもソースドライバ回路部７０４と同様である。
【0322】
信号線７１０は、トランジスタ７５０及びトランジスタ７５２のソース電極及びドレイン電極等と同じ導電膜を加工して形成されている。このとき、銅元素を含む材料等の低抵抗な材料を用いると、配線抵抗に起因する信号遅延等が少なく、大画面での表示が可能となるため好ましい。
【0323】
ＦＰＣ端子部７０８は、一部が接続電極として機能する配線７６０、異方性導電膜７８０、及びＦＰＣ７１６を有する。配線７６０は、異方性導電膜７８０を介してＦＰＣ７１６が有する端子と電気的に接続される。ここでは、配線７６０は、トランジスタ７５０及びトランジスタ７５２のソース電極及びドレイン電極等と同じ導電膜を加工して形成されている。
【0324】
第１の基板７０１及び第２の基板７０５としては、例えばガラス基板、またはプラスチック基板等の可撓性を有する基板を用いることができる。第１の基板７０１に可撓性を有する基板を用いる場合には、第１の基板７０１とトランジスタ７５０等との間に、水や水素に対するバリア性を有する絶縁層を設けることが好ましい。
【0325】
また、第２の基板７０５側には、遮光膜７３８と、着色膜７３６と、これらに接する絶縁膜７３４と、が設けられる。
【0326】
〔液晶素子を用いる表示装置の構成例〕
図１２に示す表示装置７００は、液晶素子７７５を有する。液晶素子７７５は、導電層７７２、導電層７７４、及びこれらの間に液晶層７７６を有する。導電層７７４は、第２の基板７０５側に設けられ、共通電極としての機能を有する。また、導電層７７２は、トランジスタ７５０が有するソース電極またはドレイン電極と電気的に接続される。導電層７７２は、平坦化絶縁膜７７０上に形成され、画素電極として機能する。
図１２に示す表示装置７００は、液晶素子７７５を有する。液晶素子７７５は、導電層７７２、導電層７７４、及びこれらの間に液晶層７７６を有する。導電層７７４は、第２の基板７０５側に設けられ、共通電極としての機能を有する。また、導電層７７２は、トランジスタ７５０が有するソース電極またはドレイン電極と電気的に接続される。導電層７７２は、平坦化絶縁膜７７０上に形成され、画素電極として機能する。
【0327】
導電層７７２には、可視光に対して透光性の材料、または反射性の材料を用いることができる。透光性の材料としては、例えば、インジウム、亜鉛、スズ等を含む酸化物材料を用いるとよい。反射性の材料としては、例えば、アルミニウム、銀等を含む材料を用いるとよい。
【0328】
導電層７７２に反射性の材料を用いると、表示装置７００は反射型の液晶表示装置となる。一方、導電層７７２に透光性の材料を用いると、透過型の液晶表示装置となる。反射型の液晶表示装置の場合、視認側に偏光板を設ける。一方、透過型の液晶表示装置の場合、液晶素子を挟むように一対の偏光板を設ける。
【0329】
図１３に示す表示装置７００は、横電界方式（例えば、ＦＦＳモード）の液晶素子７７５を用いる例を示す。導電層７７２上に絶縁層７７３を介して、共通電極として機能する導電層７７４が設けられる。導電層７７２と導電層７７４との間に生じる電界によって、液晶層７７６の配向状態を制御することができる。
【0330】
図１３において、導電層７７４、絶縁層７７３、導電層７７２の積層構造により保持容量を構成することができる。そのため、別途容量素子を設ける必要がなく、開口率を高めることができる。
【0331】
また、図１２及び図１３には図示しないが、液晶層７７６と接する配向膜を設ける構成としてもよい。また、偏光部材、位相差部材、反射防止部材などの光学部材（光学基板）、及びバックライト、サイドライトなどの光源を適宜設けることができる。
【0332】
液晶層７７６には、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（ＰＤＬＣ：Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｄｉｓｐｅｒｓｅｄ Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ）、高分子ネットワーク型液晶（ＰＮＬＣ：Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ）、強誘電性液晶、反強誘電性液晶等を用いることができる。また、横電界方式を採用する場合、配向膜を用いないブルー相を示す液晶を用いてもよい。
【0333】
また、液晶素子のモードとしては、ＴＮ（Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ）モード、ＶＡ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）モード、ＩＰＳ（Ｉｎ－Ｐｌａｎｅ－Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）モード、ＦＦＳ（Ｆｒｉｎｇｅ Ｆｉｅｌｄ Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）モード、ＡＳＭ（Ａｘｉａｌｌｙ Ｓｙｍｍｅｔｒｉｃ ａｌｉｇｎｅｄ Ｍｉｃｒｏ－ｃｅｌｌ）モード、ＯＣＢ（Ｏｐｔｉｃａｌｌｙ Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｄ Ｂｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｃｅ）モード、ＥＣＢ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ Ｂｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｃｅ）モード、ゲストホストモードなどを用いることができる。
【0334】
また、液晶層７７６に高分子分散型液晶や、高分子ネットワーク型液晶などを用いた、散乱型の液晶を用いることもできる。このとき、着色膜７３６を設けずに白黒表示を行う構成としてもよいし、着色膜７３６を用いてカラー表示を行う構成としてもよい。
【0335】
また、液晶素子の駆動方法として、継時加法混色法に基づいてカラー表示を行う、時間分割表示方式（フィールドシーケンシャル駆動方式ともいう）を適用してもよい。その場合、着色膜７３６を設けない構成とすることができる。時間分割表示方式を用いた場合、例えばＲ（赤色）、Ｇ（緑色）、Ｂ（青色）のそれぞれの色を呈する副画素を設ける必要がないため、画素の開口率を向上させることや、精細度を高められるなどの利点がある。
【0336】
〔発光素子を用いる表示装置〕
図１４に示す表示装置７００は、発光素子７８２を有する。発光素子７８２は、導電層７７２、ＥＬ層７８６、及び導電膜７８８を有する。ＥＬ層７８６は、有機化合物、または無機化合物などの発光材料を有する。
図１４に示す表示装置７００は、発光素子７８２を有する。発光素子７８２は、導電層７７２、ＥＬ層７８６、及び導電膜７８８を有する。ＥＬ層７８６は、有機化合物、または無機化合物などの発光材料を有する。
【0337】
発光材料としては、蛍光材料、燐光材料、熱活性化遅延蛍光（Ｔｈｅｒｍａｌｌｙ ａｃｔｉｖａｔｅｄ ｄｅｌａｙｅｄ ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅ：ＴＡＤＦ）材料、無機化合物（量子ドット材料など）などを用いることができる。
【0338】
図１４に示す表示装置７００には、平坦化絶縁膜７７０上に導電層７７２の一部を覆う絶縁膜７３０が設けられる。ここで、発光素子７８２は透光性の導電膜７８８を有し、導電膜７８８側に光を射出するトップエミッション型の発光素子である。なお、発光素子７８２は、導電層７７２側に光を射出するボトムエミッション構造や、導電層７７２側及び導電膜７８８側の双方に光を射出するデュアルエミッション構造としてもよい。
【0339】
また、着色膜７３６は発光素子７８２と重なる位置に設けられ、遮光膜７３８は絶縁膜７３０と重なる位置、引き回し配線部７１１、及びソースドライバ回路部７０４に設けられている。また、着色膜７３６及び遮光膜７３８は、絶縁膜７３４で覆われている。また、発光素子７８２と絶縁膜７３４の間は封止膜７３２で充填されている。なお、ＥＬ層７８６を画素毎に島状または画素列毎に縞状に形成する、すなわち塗り分けにより形成する場合においては、着色膜７３６を設けない構成としてもよい。
【0340】
【0341】
図１５に示す表示装置７００Ａは、図１４で示した第１の基板７０１に換えて、支持基板７４５、接着層７４２、樹脂層７４３、及び絶縁層７４４が積層された構成を有する。トランジスタ７５０や容量素子７９０等は、樹脂層７４３上に設けられた絶縁層７４４上に設けられている。
【0342】
支持基板７４５は、有機樹脂やガラス等を含み、可撓性を有する程度に薄い基板である。樹脂層７４３は、ポリイミドやアクリルなどの有機樹脂を含む層である。絶縁層７４４は、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化シリコン等の無機絶縁膜を含む。樹脂層７４３と支持基板７４５とは、接着層７４２によって貼りあわされている。樹脂層７４３は、支持基板７４５よりも薄いことが好ましい。
【0343】
また、図１５に示す表示装置７００Ａは、図１４で示した第２の基板７０５に換えて保護層７４０を有する。保護層７４０は、封止膜７３２と貼りあわされている。保護層７４０としては、ガラス基板や樹脂フィルムなどを用いることができる。また、保護層７４０として、偏光板、散乱板などの光学部材や、タッチセンサパネルなどの入力装置、またはこれらを２つ以上積層した構成を適用してもよい。
【0344】
また、発光素子７８２が有するＥＬ層７８６は、絶縁膜７３０及び導電層７７２上に島状に設けられている。ＥＬ層７８６を、副画素毎に発光色が異なるように作り分けることで、着色膜７３６を用いずにカラー表示を実現することができる。また、発光素子７８２を覆って、保護層７４１が設けられている。保護層７４１は発光素子７８２に水などの不純物が拡散することを防ぐ機能を有する。保護層７４１は、無機絶縁膜を用いることが好ましい。また、無機絶縁膜と有機絶縁膜をそれぞれ一以上含む積層構造とすることがより好ましい。
【0345】
また、図１５では、折り曲げ可能な領域Ｐ２を示している。領域Ｐ２では、支持基板７４５、接着層７４２のほか、絶縁層７４４等の無機絶縁膜が設けられていない部分を有する。また、領域Ｐ２において、配線７６０を覆って樹脂層７４６が設けられている。折り曲げ可能な領域Ｐ２に無機絶縁膜をできるだけ設けず、且つ、金属または合金を含む導電層と、有機材料を含む層のみを積層した構成とすることで、曲げた際にクラックが生じることを防ぐことができる。また、領域Ｐ２に支持基板７４５を設けないことで、極めて小さい曲率半径で、表示装置７００Ａの一部を曲げることができる。
【0346】
【0347】
例えばセンサの方式としては、静電容量方式、抵抗膜方式、表面弾性波方式、赤外線方式、光学方式、感圧方式など様々な方式を用いることができる。または、これら２つ以上を組み合わせて用いてもよい。
【0348】
なお、タッチパネルの構成は、入力装置を一対の基板の間に形成する、所謂インセル型のタッチパネル、入力装置を表示装置７００上に形成する、所謂オンセル型のタッチパネル、または入力装置を表示装置７００に貼り合わせて用いる、所謂アウトセル型のタッチパネルなどがある。
【0349】
本実施の形態で例示した構成例、及びそれらに対応する図面等は、少なくともその一部を他の構成例、または図面等と適宜組み合わせて実施することができる。
【0350】
本実施の形態は、少なくともその一部を本明細書中に記載する他の実施の形態と適宜組み合わせて実施することができる。
【0351】
（実施の形態３）
本実施の形態では、本発明の一態様の半導体装置を有する表示装置について、図１６を用いて説明を行う。
本実施の形態では、本発明の一態様の半導体装置を有する表示装置について、図１６を用いて説明を行う。
【0352】
図１６Ａに示す表示装置は、画素部５０２と、駆動回路部５０４と、保護回路５０６と、端子部５０７と、を有する。なお、保護回路５０６は、設けない構成としてもよい。
【0353】
画素部５０２や駆動回路部５０４が有するトランジスタに、本発明の一態様のトランジスタを適用することができる。また保護回路５０６にも、本発明の一態様のトランジスタを適用してもよい。
【0354】
画素部５０２は、Ｘ行Ｙ列（Ｘ、Ｙはそれぞれ独立に２以上の自然数）に配置された複数の表示素子を駆動する複数の画素回路５０１を有する。
【0355】
駆動回路部５０４は、ゲート線ＧＬ＿１乃至ＧＬ＿Ｘに走査信号を出力するゲートドライバ５０４ａ、データ線ＤＬ＿１乃至ＤＬ＿Ｙにデータ信号を供給するソースドライバ５０４ｂなどの駆動回路を有する。ゲートドライバ５０４ａは、少なくともシフトレジスタを有する構成とすればよい。またソースドライバ５０４ｂは、例えば複数のアナログスイッチなどを用いて構成される。また、シフトレジスタなどを用いてソースドライバ５０４ｂを構成してもよい。
【0356】
端子部５０７は、外部の回路から表示装置に電源、制御信号、及び画像信号等を入力するための端子が設けられた部分をいう。
【0357】
保護回路５０６は、自身が接続する配線に一定の範囲外の電位が与えられたときに、該配線と別の配線とを導通状態にする回路である。図１６Ａに示す保護回路５０６は、例えば、ゲートドライバ５０４ａと画素回路５０１の間の配線であるゲート線ＧＬ、またはソースドライバ５０４ｂと画素回路５０１の間の配線であるデータ線ＤＬ等の各種配線に接続される。
【0358】
また、ゲートドライバ５０４ａとソースドライバ５０４ｂは、それぞれ画素部５０２と同じ基板上に設けられていてもよいし、ゲートドライバ回路またはソースドライバ回路が別途形成された基板（例えば、単結晶半導体または多結晶半導体で形成された駆動回路基板）をＣＯＧやＴＡＢ（Ｔａｐｅ Ａｕｔｏｍａｔｅｄ Ｂｏｎｄｉｎｇ）によって基板に実装する構成としてもよい。
【0359】
【0360】
図１６Ｂに示す画素回路５０１は、液晶素子５７０と、トランジスタ５５０と、容量素子５６０と、を有する。また画素回路５０１には、データ線ＤＬ＿ｎ、ゲート線ＧＬ＿ｍ、電位供給線ＶＬ等が接続されている。
【0361】
液晶素子５７０の一対の電極の一方の電位は、画素回路５０１の仕様に応じて適宜設定される。液晶素子５７０は、書き込まれるデータにより配向状態が設定される。なお、複数の画素回路５０１のそれぞれが有する液晶素子５７０の一対の電極の一方に共通の電位（コモン電位）を与えてもよい。また、各行の画素回路５０１の液晶素子５７０の一対の電極の一方に異なる電位を与えてもよい。
【0362】
また、図１６Ｃに示す画素回路５０１は、トランジスタ５５２、トランジスタ５５４と、容量素子５６２と、発光素子５７２と、を有する。また画素回路５０１には、データ線ＤＬ＿ｎ、ゲート線ＧＬ＿ｍ、電位供給線ＶＬ＿ａ、及び電位供給線ＶＬ＿ｂ等が接続されている。
【0363】
なお、電位供給線ＶＬ＿ａ及び電位供給線ＶＬ＿ｂの一方には、高電源電位ＶＤＤが与えられ、他方には、低電源電位ＶＳＳが与えられる。トランジスタ５５４のゲートに与えられる電位に応じて、発光素子５７２に流れる電流が制御されることにより、発光素子５７２からの発光輝度が制御される。
【0364】
本実施の形態で例示した構成例、及びそれらに対応する図面等は、少なくともその一部を他の構成例、または図面等と適宜組み合わせて実施することができる。
【0365】
本実施の形態は、少なくともその一部を本明細書中に記載する他の実施の形態と適宜組み合わせて実施することができる。
【0366】
（実施の形態４）
以下では、画素に表示される階調を補正するためのメモリを備える画素回路と、これを有する表示装置について説明する。実施の形態１で例示したトランジスタは、以下で例示する画素回路に用いられるトランジスタに適用することができる。
以下では、画素に表示される階調を補正するためのメモリを備える画素回路と、これを有する表示装置について説明する。実施の形態１で例示したトランジスタは、以下で例示する画素回路に用いられるトランジスタに適用することができる。
【0367】
［回路構成］
図１７Ａに、画素回路４００の回路図を示す。画素回路４００は、トランジスタＭ１、トランジスタＭ２、容量Ｃ１、及び回路４０１を有する。また画素回路４００には、配線Ｓ１、配線Ｓ２、配線Ｇ１、及び配線Ｇ２が接続される。
図１７Ａに、画素回路４００の回路図を示す。画素回路４００は、トランジスタＭ１、トランジスタＭ２、容量Ｃ１、及び回路４０１を有する。また画素回路４００には、配線Ｓ１、配線Ｓ２、配線Ｇ１、及び配線Ｇ２が接続される。
【0368】
トランジスタＭ１は、ゲートが配線Ｇ１と、ソース及びドレインの一方が配線Ｓ１と、他方が容量Ｃ１の一方の電極と、それぞれ接続する。トランジスタＭ２は、ゲートが配線Ｇ２と、ソース及びドレインの一方が配線Ｓ２と、他方が容量Ｃ１の他方の電極、及び回路４０１と、それぞれ接続する。
【0369】
回路４０１は、少なくとも一の表示素子を含む回路である。表示素子としては様々な素子を用いることができるが、代表的には有機ＥＬ素子やＬＥＤ素子などの発光素子、液晶素子、またはＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）素子等を適用することができる。
【0370】
トランジスタＭ１と容量Ｃ１とを接続するノードをノードＮ１、トランジスタＭ２と回路４０１とを接続するノードをノードＮ２とする。
【0371】
画素回路４００は、トランジスタＭ１をオフ状態とすることで、ノードＮ１の電位を保持することができる。また、トランジスタＭ２をオフ状態とすることで、ノードＮ２の電位を保持することができる。また、トランジスタＭ２をオフ状態とした状態で、トランジスタＭ１を介してノードＮ１に所定の電位を書き込むことで、容量Ｃ１を介した容量結合により、ノードＮ１の電位の変位に応じてノードＮ２の電位を変化させることができる。
【0372】
ここで、トランジスタＭ１、トランジスタＭ２のうちの一方または両方に、実施の形態１で例示した、酸化物半導体が適用されたトランジスタを適用することができる。そのため極めて低いオフ電流により、ノードＮ１及びノードＮ２の電位を長期間に亘って保持することができる。なお、各ノードの電位を保持する期間が短い場合（具体的には、フレーム周波数が３０Ｈｚ以上である場合等）には、シリコン等の半導体を適用したトランジスタを用いてもよい。
【0373】
［駆動方法例］
続いて、図１７Ｂを用いて、画素回路４００の動作方法の一例を説明する。図１７Ｂは、画素回路４００の動作に係るタイミングチャートである。なおここでは説明を容易にするため、配線抵抗などの各種抵抗や、トランジスタや配線などの寄生容量、及びトランジスタのしきい値電圧などの影響は考慮しない。
続いて、図１７Ｂを用いて、画素回路４００の動作方法の一例を説明する。図１７Ｂは、画素回路４００の動作に係るタイミングチャートである。なおここでは説明を容易にするため、配線抵抗などの各種抵抗や、トランジスタや配線などの寄生容量、及びトランジスタのしきい値電圧などの影響は考慮しない。
【0374】
図１７Ｂに示す動作では、１フレーム期間を期間Ｔ１と期間Ｔ２とに分ける。期間Ｔ１はノードＮ２に電位を書き込む期間であり、期間Ｔ２はノードＮ１に電位を書き込む期間である。
【0375】
〔期間Ｔ１〕
期間Ｔ１では、配線Ｇ１と配線Ｇ２の両方に、トランジスタをオン状態にする電位を与える。また、配線Ｓ１には固定電位である電位Ｖｒｅｆを供給し、配線Ｓ２には第１データ電位Ｖｗを供給する。
期間Ｔ１では、配線Ｇ１と配線Ｇ２の両方に、トランジスタをオン状態にする電位を与える。また、配線Ｓ１には固定電位である電位Ｖｒｅｆを供給し、配線Ｓ２には第１データ電位Ｖｗを供給する。
【0376】
ノードＮ１には、トランジスタＭ１を介して配線Ｓ１から電位Ｖｒｅｆが与えられる。また、ノードＮ２には、トランジスタＭ２を介して配線Ｓ２から第１データ電位Ｖｗが与えられる。したがって、容量Ｃ１には電位差Ｖｗ－Ｖｒｅｆが保持された状態となる。
【0377】
〔期間Ｔ２〕
続いて期間Ｔ２では、配線Ｇ１にはトランジスタＭ１をオン状態とする電位を与え、配線Ｇ２にはトランジスタＭ２をオフ状態とする電位を与える。また、配線Ｓ１には第２データ電位Ｖｄａｔａを供給する。配線Ｓ２には所定の定電位を与える、またはフローティング状態としてもよい。
続いて期間Ｔ２では、配線Ｇ１にはトランジスタＭ１をオン状態とする電位を与え、配線Ｇ２にはトランジスタＭ２をオフ状態とする電位を与える。また、配線Ｓ１には第２データ電位Ｖｄａｔａを供給する。配線Ｓ２には所定の定電位を与える、またはフローティング状態としてもよい。
【0378】
ノードＮ１には、トランジスタＭ１を介して配線Ｓ１から第２データ電位Ｖｄａｔａが与えられる。このとき、容量Ｃ１による容量結合により、第２データ電位Ｖｄａｔａに応じてノードＮ２の電位が電位ｄＶだけ変化する。すなわち、回路４０１には、第１データ電位Ｖｗと電位ｄＶを足した電位が入力されることとなる。なお、図１７Ｂでは電位ｄＶが正の値であるように示しているが、負の値であってもよい。すなわち、第２データ電位Ｖｄａｔａが電位Ｖｒｅｆより低くてもよい。
【0379】
ここで、電位ｄＶは、容量Ｃ１の容量値と、回路４０１の容量値によって概ね決定される。容量Ｃ１の容量値が回路４０１の容量値よりも十分に大きい場合、電位ｄＶは第２データ電位Ｖｄａｔａに近い電位となる。
【0380】
このように、画素回路４００は、２種類のデータ信号を組み合わせて表示素子を含む回路４０１に供給する電位を生成することができるため、画素回路４００内で階調の補正を行うことが可能となる。
【0381】
また画素回路４００は、配線Ｓ１及び配線Ｓ２に供給可能な最大電位を超える電位を生成することも可能となる。例えば発光素子を用いた場合では、ハイダイナミックレンジ（ＨＤＲ）表示等を行うことができる。また、液晶素子を用いた場合では、オーバードライブ駆動等を実現できる。
【0382】
【0383】
液晶素子ＬＣは、一方の電極がノードＮ２及び容量Ｃ２の一方の電極と、他方の電極が電位Ｖｃｏｍ２が与えられる配線と接続する。容量Ｃ２は、他方の電極が電位Ｖｃｏｍ１が与えられる配線と接続する。
【0384】
容量Ｃ２は保持容量として機能する。なお、容量Ｃ２は不要であれば省略することができる。
【0385】
画素回路４００ＬＣは、液晶素子ＬＣに高い電圧を供給することができるため、例えばオーバードライブ駆動により高速な表示を実現すること、駆動電圧の高い液晶材料を適用することなどができる。また、配線Ｓ１または配線Ｓ２に補正信号を供給することで、使用温度や液晶素子ＬＣの劣化状態等に応じて階調を補正することもできる。
【0386】
〔発光素子を用いた例〕
図１７Ｄに示す画素回路４００ＥＬは、回路４０１ＥＬを有する。回路４０１ＥＬは、発光素子ＥＬ、トランジスタＭ３、及び容量Ｃ２を有する。
図１７Ｄに示す画素回路４００ＥＬは、回路４０１ＥＬを有する。回路４０１ＥＬは、発光素子ＥＬ、トランジスタＭ３、及び容量Ｃ２を有する。
【0387】
トランジスタＭ３は、ゲートがノードＮ２及び容量Ｃ２の一方の電極と、ソース及びドレインの一方が電位ＶＨが与えられる配線と、他方が発光素子ＥＬの一方の電極と、それぞれ接続される。容量Ｃ２は、他方の電極が電位Ｖｃｏｍが与えられる配線と接続する。発光素子ＥＬは、他方の電極が電位ＶＬが与えられる配線と接続する。
【0388】
トランジスタＭ３は、発光素子ＥＬに供給する電流を制御する機能を有する。容量Ｃ２は保持容量として機能する。容量Ｃ２は不要であれば省略することができる。
【0389】
なお、ここでは発光素子ＥＬのアノード側がトランジスタＭ３と接続する構成を示しているが、カソード側にトランジスタＭ３を接続してもよい。そのとき、電位ＶＨと電位ＶＬの値を適宜変更することができる。
【0390】
画素回路４００ＥＬは、トランジスタＭ３のゲートに高い電位を与えることで、発光素子ＥＬに大きな電流を流すことができるため、例えばＨＤＲ表示などを実現することができる。また、配線Ｓ１または配線Ｓ２に補正信号を供給することで、トランジスタＭ３や発光素子ＥＬの電気特性のばらつきの補正を行うこともできる。
【0391】
【0392】
本実施の形態は、少なくともその一部を本明細書中に記載する他の実施の形態と適宜組み合わせて実施することができる。
【0393】
（実施の形態５）
本実施の形態では、本発明の一態様を用いて作製することができる表示モジュールについて説明する。
本実施の形態では、本発明の一態様を用いて作製することができる表示モジュールについて説明する。
【0394】
図１８Ａに示す表示モジュール６０００は、上部カバー６００１と下部カバー６００２との間に、ＦＰＣ６００５が接続された表示装置６００６、フレーム６００９、プリント基板６０１０、及びバッテリー６０１１を有する。
【0395】
例えば、本発明の一態様を用いて作製された表示装置を、表示装置６００６に用いることができる。表示装置６００６により、極めて消費電力の低い表示モジュールを実現することができる。
【0396】
上部カバー６００１及び下部カバー６００２は、表示装置６００６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。
【0397】
表示装置６００６はタッチパネルとしての機能を有していてもよい。
【0398】
フレーム６００９は、表示装置６００６の保護機能、プリント基板６０１０の動作により発生する電磁波を遮断する機能、放熱板としての機能等を有していてもよい。
【0399】
プリント基板６０１０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、バッテリー制御回路等を有する。
【0400】
図１８Ｂは、光学式のタッチセンサを備える表示モジュール６０００の断面概略図である。
【0401】
表示モジュール６０００は、プリント基板６０１０に設けられた発光部６０１５及び受光部６０１６を有する。また、上部カバー６００１と下部カバー６００２により囲まれた領域に一対の導光部（導光部６０１７ａ、導光部６０１７ｂ）を有する。
【0402】
表示装置６００６は、フレーム６００９を間に介してプリント基板６０１０やバッテリー６０１１と重ねて設けられている。表示装置６００６とフレーム６００９は、導光部６０１７ａ、導光部６０１７ｂに固定されている。
【0403】
発光部６０１５から発せられた光６０１８は、導光部６０１７ａにより表示装置６００６の上部を経由し、導光部６０１７ｂを通って受光部６０１６に達する。例えば指やスタイラスなどの被検知体により、光６０１８が遮られることにより、タッチ操作を検出することができる。
【0404】
発光部６０１５は、例えば表示装置６００６の隣接する２辺に沿って複数設けられる。受光部６０１６は、発光部６０１５と対向する位置に複数設けられる。これにより、タッチ操作がなされた位置の情報を取得することができる。
【0405】
発光部６０１５は、例えばＬＥＤ素子などの光源を用いることができ、特に、赤外線を発する光源を用いることが好ましい。受光部６０１６は、発光部６０１５が発する光を受光し、電気信号に変換する光電素子を用いることができる。好適には、赤外線を受光可能なフォトダイオードを用いることができる。
【0406】
光６０１８を透過する導光部６０１７ａ、導光部６０１７ｂにより、発光部６０１５と受光部６０１６とを表示装置６００６の下側に配置することができ、外光が受光部６０１６に到達してタッチセンサが誤動作することを抑制できる。特に、可視光を吸収し、赤外線を透過する樹脂を用いると、タッチセンサの誤動作をより効果的に抑制できる。
【0407】
本実施の形態は、少なくともその一部を本明細書中に記載する他の実施の形態と適宜組み合わせて実施することができる。
【0408】
（実施の形態６）
本実施の形態では、本発明の一態様の表示装置を適用可能な、電子機器の例について説明する。
本実施の形態では、本発明の一態様の表示装置を適用可能な、電子機器の例について説明する。
【0409】
図１９Ａに示す電子機器６５００は、スマートフォンとして用いることのできる携帯情報端末機である。
【0410】
電子機器６５００は、筐体６５０１に、表示部６５０２、電源ボタン６５０３、ボタン６５０４、スピーカ６５０５、マイク６５０６、カメラ６５０７、及び光源６５０８等を有する。表示部６５０２はタッチパネル機能を備える。
【0411】
表示部６５０２に、本発明の一態様の表示装置を適用することができる。
【0412】
図１９Ｂは、筐体６５０１のマイク６５０６側の端部を含む断面概略図である。
【0413】
筐体６５０１の表示面側には透光性を有する保護部材６５１０が設けられ、筐体６５０１と保護部材６５１０に囲まれた空間内に、表示パネル６５１１、光学部材６５１２、タッチセンサパネル６５１３、プリント基板６５１７、バッテリー６５１８等が配置されている。
【0414】
保護部材６５１０には、表示パネル６５１１、光学部材６５１２、及びタッチセンサパネル６５１３が図示しない接着層により固定されている。
【0415】
また、表示部６５０２よりも外側の領域において、表示パネル６５１１の一部が折り返されている。また、当該折り返された部分に、ＦＰＣ６５１５が接続されている。ＦＰＣ６５１５には、ＩＣ６５１６が実装されている。またＦＰＣ６５１５は、プリント基板６５１７に設けられた端子に接続されている。
【0416】
表示パネル６５１１には本発明の一態様のフレキシブルディスプレイパネルを適用することができる。そのため、極めて軽量な電子機器を実現できる。また、表示パネル６５１１が極めて薄いため、電子機器の厚さを抑えつつ、大容量のバッテリー６５１８を搭載することもできる。また、表示パネル６５１１の一部を折り返して、画素部の裏側にＦＰＣ６５１５との接続部を配置することにより、狭額縁の電子機器を実現できる。
【0417】
本実施の形態は、少なくともその一部を本明細書中に記載する他の実施の形態と適宜組み合わせて実施することができる。
【0418】
（実施の形態７）
本実施の形態では、本発明の一態様を用いて作製された表示装置を備える電子機器について説明する。
本実施の形態では、本発明の一態様を用いて作製された表示装置を備える電子機器について説明する。
【0419】
以下で例示する電子機器は、表示部に本発明の一態様の表示装置を備えるものである。したがって、高い解像度が実現された電子機器である。また高い解像度と、大きな画面が両立された電子機器とすることができる。
【0420】
本発明の一態様の電子機器の表示部には、例えばフルハイビジョン、４Ｋ２Ｋ、８Ｋ４Ｋ、１６Ｋ８Ｋ、またはそれ以上の解像度を有する映像を表示させることができる。
【0421】
電子機器としては、例えば、テレビジョン装置、ノート型のパーソナルコンピュータ、モニタ装置、デジタルサイネージ、パチンコ機、ゲーム機などの比較的大きな画面を備える電子機器の他、デジタルカメラ、デジタルビデオカメラ、デジタルフォトフレーム、携帯電話機、携帯型ゲーム機、携帯情報端末、音響再生装置、などが挙げられる。
【0422】
本発明の一態様が適用された電子機器は、家屋やビルの内壁または外壁、自動車等の内装または外装等が有する平面または曲面に沿って組み込むことができる。
【0423】
図２０Ａは、ファインダー８１００を取り付けた状態のカメラ８０００の外観を示す図である。
【0424】
カメラ８０００は、筐体８００１、表示部８００２、操作ボタン８００３、シャッターボタン８００４等を有する。またカメラ８０００には、着脱可能なレンズ８００６が取り付けられている。
【0425】
なおカメラ８０００は、レンズ８００６と筐体とが一体となっていてもよい。
【0426】
カメラ８０００は、シャッターボタン８００４を押す、またはタッチパネルとして機能する表示部８００２をタッチすることにより撮像することができる。
【0427】
筐体８００１は、電極を有するマウントを有し、ファインダー８１００のほか、ストロボ装置等を接続することができる。
【0428】
ファインダー８１００は、筐体８１０１、表示部８１０２、ボタン８１０３等を有する。
【0429】
筐体８１０１は、カメラ８０００のマウントと係合するマウントにより、カメラ８０００に取り付けられている。ファインダー８１００はカメラ８０００から受信した映像等を表示部８１０２に表示させることができる。
【0430】
ボタン８１０３は、電源ボタン等としての機能を有する。
【0431】
カメラ８０００の表示部８００２、及びファインダー８１００の表示部８１０２に、本発明の一態様の表示装置を適用することができる。なお、ファインダーが内蔵されたカメラ８０００であってもよい。
【0432】
図２０Ｂは、ヘッドマウントディスプレイ８２００の外観を示す図である。
【0433】
ヘッドマウントディスプレイ８２００は、装着部８２０１、レンズ８２０２、本体８２０３、表示部８２０４、ケーブル８２０５等を有している。また装着部８２０１には、バッテリー８２０６が内蔵されている。
【0434】
ケーブル８２０５は、バッテリー８２０６から本体８２０３に電力を供給する。本体８２０３は無線受信機等を備え、受信した映像情報を表示部８２０４に表示させることができる。また、本体８２０３はカメラを備え、使用者の眼球やまぶたの動きの情報を入力手段として用いることができる。
【0435】
また、装着部８２０１には、使用者に触れる位置に、使用者の眼球の動きに伴って流れる電流を検知可能な複数の電極が設けられ、視線を認識する機能を有していてもよい。また、当該電極に流れる電流により、使用者の脈拍をモニタする機能を有していてもよい。また、装着部８２０１には、温度センサ、圧力センサ、加速度センサ等の各種センサを有していてもよく、使用者の生体情報を表示部８２０４に表示する機能や、使用者の頭部の動きに合わせて表示部８２０４に表示する映像を変化させる機能を有していてもよい。
【0436】
表示部８２０４に、本発明の一態様の表示装置を適用することができる。
【0437】
図２０Ｃ、図２０Ｄ及び図２０Ｅは、ヘッドマウントディスプレイ８３００の外観を示す図である。ヘッドマウントディスプレイ８３００は、筐体８３０１と、表示部８３０２と、バンド状の固定具８３０４と、一対のレンズ８３０５と、を有する。
【0438】
使用者は、レンズ８３０５を通して、表示部８３０２の表示を視認することができる。なお、表示部８３０２を湾曲して配置させると、使用者が高い臨場感を感じることができるため好ましい。また、表示部８３０２の異なる領域に表示された別の画像を、レンズ８３０５を通して視認することで、視差を用いた３次元表示等を行うこともできる。なお、表示部８３０２を１つ設ける構成に限られず、表示部８３０２を２つ設け、使用者の片方の目につき１つの表示部を配置してもよい。
【0439】
なお、表示部８３０２に、本発明の一態様の表示装置を適用することができる。本発明の一態様の半導体装置を有する表示装置は、極めて精細度が高いため、図２０Ｅのようにレンズ８３０５を用いて拡大したとしても、使用者に画素が視認されることなく、より現実感の高い映像を表示することができる。
【0440】
図２１Ａ乃至図２１Ｇに示す電子機器は、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。
【0441】
図２１Ａ乃至図２１Ｇに示す電子機器は、様々な機能を有する。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、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処理する機能、等を有することができる。なお、電子機器の機能はこれらに限られず、様々な機能を有することができる。電子機器は、複数の表示部を有していてもよい。また、電子機器にカメラ等を設け、静止画や動画を撮影し、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。
【0442】
【0443】
図２１Ａは、テレビジョン装置９１００を示す斜視図である。テレビジョン装置９１００は、大画面、例えば、５０インチ以上、または１００インチ以上の表示部９００１を組み込むことが可能である。
【0444】
図２１Ｂ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等を設けてもよい。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。図２１Ｂでは３つのアイコン９０５０を表示した例を示している。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もできる。情報９０５１の一例としては、電子メール、ＳＮＳ、電話などの着信の通知、電子メールやＳＮＳなどの題名、送信者名、日時、時刻、バッテリーの残量、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はアイコン９０５０などを表示してもよい。
【0445】
図２１Ｃ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、携帯情報端末９１０２の上方から観察できる位置に表示された情報９０５３を確認することもできる。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、例えば電話を受けるか否かを判断できる。
【0446】
図２１Ｄは、腕時計型の携帯情報端末９２００を示す斜視図である。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、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により、他の情報端末と相互にデータ伝送を行うことや、充電を行うこともできる。なお、充電動作は無線給電により行ってもよい。
【0447】
図２１Ｅ、図２１Ｆ、及び図２１Ｇ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２１Ｅは携帯情報端末９２０１を展開した状態、図２１Ｇは折り畳んだ状態、図２１Ｆは図２１Ｅと図２１Ｇの一方から他方に変化する途中の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。例えば、表示部９００１は、曲率半径１ｍｍ以上１５０ｍｍ以下で曲げることができる。
【0448】
図２２Ａにテレビジョン装置の一例を示す。テレビジョン装置７１００は、筐体７１０１に表示部７５００が組み込まれている。ここでは、スタンド７１０３により筐体７１０１を支持した構成を示している。
【0449】
図２２Ａに示すテレビジョン装置７１００の操作は、筐体７１０１が備える操作スイッチや、別体のリモコン操作機７１１１により行うことができる。または、表示部７５００にタッチパネルを適用し、これに触れることでテレビジョン装置７１００を操作してもよい。リモコン操作機７１１１は、操作ボタンの他に表示部を有していてもよい。
【0450】
なお、テレビジョン装置７１００は、テレビ放送の受信機や、ネットワーク接続のための通信装置を有していてもよい。
【0451】
図２２Ｂに、ノート型パーソナルコンピュータ７２００を示す。ノート型パーソナルコンピュータ７２００は、筐体７２１１、キーボード７２１２、ポインティングデバイス７２１３、外部接続ポート７２１４等を有する。筐体７２１１に、表示部７５００が組み込まれている。
【0452】
【0453】
図２２Ｃに示すデジタルサイネージ７３００は、筐体７３０１、表示部７５００、及びスピーカ７３０３等を有する。さらに、ＬＥＤランプ、操作キー（電源スイッチ、または操作スイッチを含む）、接続端子、各種センサ、マイクロフォン等を有することができる。
【0454】
また、図２２Ｄは円柱状の柱７４０１に取り付けられたデジタルサイネージ７４００である。デジタルサイネージ７４００は、柱７４０１の曲面に沿って設けられた表示部７５００を有する。
【0455】
表示部７５００が広いほど、一度に提供できる情報量を増やすことができ、また人の目につきやすいため、例えば広告の宣伝効果を高める効果を奏する。
【0456】
表示部７５００にタッチパネルを適用し、使用者が操作できる構成とすると好ましい。これにより、広告用途だけでなく、路線情報や交通情報、商用施設の案内情報など、使用者が求める情報を提供するための用途にも用いることができる。
【0457】
また、図２２Ｃ、図２２Ｄに示すように、デジタルサイネージ７３００またはデジタルサイネージ７４００は、ユーザが所持するスマートフォン等の情報端末機７３１１と無線通信により連携可能であることが好ましい。例えば、表示部７５００に表示される広告の情報を情報端末機７３１１の画面に表示させることや、情報端末機７３１１を操作することで、表示部７５００の表示を切り替えることができる。
【0458】
また、デジタルサイネージ７３００またはデジタルサイネージ７４００に、情報端末機７３１１を操作手段（コントローラ）としたゲームを実行させることもできる。これにより、不特定多数のユーザが同時にゲームに参加し、楽しむことができる。
【0459】
【0460】
本実施の形態の電子機器は表示部を有する構成としたが、表示部を有さない電子機器にも本発明の一態様を適用することができる。
【0461】
本実施の形態は、少なくともその一部を本明細書中に記載する他の実施の形態と適宜組み合わせて実施することができる。
【実施例0462】
本実施例では、酸化物半導体におけるキャリア濃度、シート抵抗、及びフェルミ準位の関係について説明する。
【0463】
一般に、半導体のキャリア濃度とシート抵抗の関係は、キャリア濃度をｎ、シート抵抗をＲｓ、電気素量をｅ、移動度をμ、膜厚をｔとしたとき、下記数式（１）を満たすことが知られている。
【0464】
【数1】
【0465】
図２３Ａに、ホール効果測定を用いて測定した、酸化物半導体膜のキャリア濃度ｎとシート抵抗Ｒｓの測定結果を示している。
【0466】
図２３Ａに示す各データは、金属元素の組成がＩｎ：Ｚｎ：Ｇａ＝４：２：４．１［原子数比］である金属酸化物のスパッタリングターゲットを用いて成膜された、酸化物半導体膜について測定した測定値である。図２３Ａには、酸化物半導体膜に対する酸素の供給量と、その後のベーク処理の温度の条件を異ならせて作製した、キャリア濃度の異なる１８種類の試料についてのデータをプロットしている。それぞれの試料における酸化物半導体膜の厚さは、約４０ｎｍである。
【0467】
また、図２３Ｂは、金属元素の組成がＩｎ：Ｚｎ：Ｇａ＝１：１：１［原子数比］である金属酸化物のスパッタリングターゲットを用いて成膜された、酸化物半導体膜についての測定値である。図２３Ｂには、上記と同様にキャリア濃度を異ならせた１５種類の試料についてのデータをプロットしている。それぞれの試料における酸化物半導体膜の厚さは、約４０ｎｍである。
【0468】
図２３Ａ、図２３Ｂに示すように、いずれもキャリア濃度ｎとシート抵抗Ｒｓの間には、数式（１）を満たすような反比例の相関が見られることが分かる。また、これらの関係は、酸化物半導体膜の組成によらず、同様の傾向がみられることが確認できる。
【0469】
続いて、酸化物半導体におけるキャリア濃度とフェルミレベルの関係について説明する。
【0470】
図２４には、金属元素の組成がＩｎ：Ｚｎ：Ｇａ＝４：２：３［原子数比］であるＩｎ－Ｇａ－Ｚｎ酸化物膜における、キャリア濃度ｎとフェルミレベルＥｆの関係を示す。ここでは温度３００Ｋとして計算した結果を示している。
【0471】
図２４に示すように、フェルミレベルＥｆはキャリア濃度ｎに依存し、キャリア濃度ｎが高いほど伝導帯下端（Ｅｃ）に近づく。例えばキャリア濃度ｎが１×１０１２ｃｍ－３のとき、フェルミレベルＥｆは伝導帯下端（Ｅｃ）から０．４ｅＶ程度下側に位置する。また、キャリア濃度ｎが１×１０－６ｃｍ－３のとき、フェルミレベルＥｆが真性フェルミレベル（Ｅｉ）と概略一致する。
【0472】
なお、金属元素の組成がＩｎ：Ｚｎ：Ｇａ＝１：１：１［原子数比］であるＩｎ－Ｇａ－Ｚｎ酸化物膜の場合には、フェルミレベルＥｆが真性フェルミレベル（Ｅｉ）と概略一致するキャリア濃度は、１×１０－９ｃｍ－３である。
【0473】
酸化物半導体膜を用いたトランジスタにおいて、ノーマリーオフの電気特性が得られるための、酸化物半導体膜中のキャリア濃度（ドナー濃度）の基準は、概ね１×１０１６ｃｍ－３以下であり、キャリア濃度がそれ以下のとき、酸化物半導体は実質的にｉ型であるとみなすことができる。図２４によれば、キャリア濃度ｎが１×１０１６ｃｍ－３のときのフェルミレベルＥｆは伝導帯下端（Ｅｃ）に近い位置に存在していることが分かる。
【符号の説明】
【0474】
１０、１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ：トランジスタ、１００、１００Ａ：トランジスタ、１０２：基板、１０３：絶縁層、１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｂ１、１０３ｂ２、１０３ｂ３：絶縁膜、１０６、１１２、１２０ａ、１２０ｂ：導電層、１０８、１０８ａ、１０８ｂ：半導体層、１０８Ｃ、１０８Ｌ１、１０８Ｌ２、１０８Ｎ：領域、１１０、１１６、１１８：絶縁層、１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ、１１０ｆ：絶縁膜、１１２ｆ：導電膜、１１４：金属酸化物層、１１４ｆ：金属酸化物膜、１１５：絶縁領域、１４０：レジストマスク、１４１ａ、１４１ｂ、１４２：開口部
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】
【手続補正書】
【提出日】2024-10-01
【手続補正1】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項1】
トランジスタを有する半導体装置であって、
基板上方の第１の絶縁層と、
前記第１の絶縁層の上方の酸化物半導体層と、
前記酸化物半導体層の上面に接する領域を有し、ゲート絶縁層としての機能を有する第２の絶縁層と、
前記第２の絶縁層の上面に接する領域を有する金属酸化物層と、
前記金属酸化物層の上面に接する領域を有し、前記金属酸化物層及び前記第２の絶縁層を介して前記酸化物半導体層と重なる領域を有する第１の導電層と、
前記第１の導電層の上面に接する領域を有する第３の絶縁層と、
前記第２の絶縁層の上方に設けられ、且つ前記第２の絶縁層に設けられた開口部を介して前記酸化物半導体層と電気的に接続された第２導電層と、を有し、
前記トランジスタのチャネル長方向における断面視において、前記第２の絶縁層の端部は、前記酸化物半導体層の上面に位置し、
前記断面視において、前記金属酸化物層の端部は、前記第２の絶縁層の上面に位置し、
前記断面視において、前記第１の導電層は、前記金属酸化物層の端部から突出した第１の部分を有し、
前記断面視において、前記第１の部分は、前記第２の絶縁層の上方に位置し、且つ前記第２の絶縁層の端部から突出しておらず、
前記第３の絶縁層は、前記第１の導電層の側面に接する領域と、前記第２の絶縁層の上面に接する領域と、前記第２の絶縁層の側面に接する領域と、前記酸化物半導体層の上面に接する領域と、を有し、
前記第３の絶縁層、前記第１の導電層、前記金属酸化物層及び前記第２の絶縁層に囲まれた空間に絶縁領域が設けられている、半導体装置。
基板上方の第１の絶縁層と、
前記第１の絶縁層の上方の酸化物半導体層と、
前記酸化物半導体層の上面に接する領域を有し、ゲート絶縁層としての機能を有する第２の絶縁層と、
前記第２の絶縁層の上面に接する領域を有する金属酸化物層と、
前記金属酸化物層の上面に接する領域を有し、前記金属酸化物層及び前記第２の絶縁層を介して前記酸化物半導体層と重なる領域を有する第１の導電層と、
前記第１の導電層の上面に接する領域を有する第３の絶縁層と、
前記第２の絶縁層の上方に設けられ、且つ前記第２の絶縁層に設けられた開口部を介して前記酸化物半導体層と電気的に接続された第２導電層と、を有し、
前記トランジスタのチャネル長方向における断面視において、前記第２の絶縁層の端部は、前記酸化物半導体層の上面に位置し、
前記断面視において、前記金属酸化物層の端部は、前記第２の絶縁層の上面に位置し、
前記断面視において、前記第１の導電層は、前記金属酸化物層の端部から突出した第１の部分を有し、
前記断面視において、前記第１の部分は、前記第２の絶縁層の上方に位置し、且つ前記第２の絶縁層の端部から突出しておらず、
前記第３の絶縁層は、前記第１の導電層の側面に接する領域と、前記第２の絶縁層の上面に接する領域と、前記第２の絶縁層の側面に接する領域と、前記酸化物半導体層の上面に接する領域と、を有し、
前記第３の絶縁層、前記第１の導電層、前記金属酸化物層及び前記第２の絶縁層に囲まれた空間に絶縁領域が設けられている、半導体装置。
【請求項2】
トランジスタを有する半導体装置であって、
基板上方の第１の絶縁層と、
前記第１の絶縁層の上方の酸化物半導体層と、
前記酸化物半導体層の上面に接する領域を有し、ゲート絶縁層としての機能を有する第２の絶縁層と、
前記第２の絶縁層の上面に接する領域を有する金属酸化物層と、
前記金属酸化物層の上面に接する領域を有し、前記金属酸化物層及び前記第２の絶縁層を介して前記酸化物半導体層と重なる領域を有する第１の導電層と、
前記第１の導電層の上面に接する領域を有する第３の絶縁層と、
前記第２の絶縁層の上方に設けられ、且つ前記第２の絶縁層に設けられた開口部を介して前記酸化物半導体層と電気的に接続された第２導電層と、を有し、
前記トランジスタのチャネル長方向における断面視において、前記第２の絶縁層の端部は、前記酸化物半導体層の上面に位置し、
前記断面視において、前記金属酸化物層の端部は、前記第２の絶縁層の上面に位置し、
前記断面視において、前記第１の導電層は、前記金属酸化物層の端部から突出した第１の部分を有し、
前記断面視において、前記第１の部分は、前記第２の絶縁層の上方に位置し、且つ前記第２の絶縁層の端部から突出しておらず、
前記第３の絶縁層は、前記第１の導電層の側面に接する領域と、前記第２の絶縁層の上面の第２の部分に接する領域と、前記第２の絶縁層の上面の第３の部分に接する領域と、前記第２の絶縁層の側面に接する領域と、前記酸化物半導体層の上面に接する領域と、を有し、
前記第２の部分は、前記第１の導電層と重なっておらず、
前記第３の部分は、重なっている、半導体装置。
基板上方の第１の絶縁層と、
前記第１の絶縁層の上方の酸化物半導体層と、
前記酸化物半導体層の上面に接する領域を有し、ゲート絶縁層としての機能を有する第２の絶縁層と、
前記第２の絶縁層の上面に接する領域を有する金属酸化物層と、
前記金属酸化物層の上面に接する領域を有し、前記金属酸化物層及び前記第２の絶縁層を介して前記酸化物半導体層と重なる領域を有する第１の導電層と、
前記第１の導電層の上面に接する領域を有する第３の絶縁層と、
前記第２の絶縁層の上方に設けられ、且つ前記第２の絶縁層に設けられた開口部を介して前記酸化物半導体層と電気的に接続された第２導電層と、を有し、
前記トランジスタのチャネル長方向における断面視において、前記第２の絶縁層の端部は、前記酸化物半導体層の上面に位置し、
前記断面視において、前記金属酸化物層の端部は、前記第２の絶縁層の上面に位置し、
前記断面視において、前記第１の導電層は、前記金属酸化物層の端部から突出した第１の部分を有し、
前記断面視において、前記第１の部分は、前記第２の絶縁層の上方に位置し、且つ前記第２の絶縁層の端部から突出しておらず、
前記第３の絶縁層は、前記第１の導電層の側面に接する領域と、前記第２の絶縁層の上面の第２の部分に接する領域と、前記第２の絶縁層の上面の第３の部分に接する領域と、前記第２の絶縁層の側面に接する領域と、前記酸化物半導体層の上面に接する領域と、を有し、
前記第２の部分は、前記第１の導電層と重なっておらず、
前記第３の部分は、重なっている、半導体装置。
【請求項3】
トランジスタを有する半導体装置であって、
基板上方の第１の絶縁層と、
前記第１の絶縁層の上方の酸化物半導体層と、
前記酸化物半導体層の上面に接する領域を有し、ゲート絶縁層としての機能を有する第２の絶縁層と、
前記第２の絶縁層の上面に接する領域を有する金属酸化物層と、
前記金属酸化物層の上面に接する領域を有し、前記金属酸化物層及び前記第２の絶縁層を介して前記酸化物半導体層と重なる領域を有する第１の導電層と、
前記第１の導電層の上面に接する領域を有する第３の絶縁層と、
前記第２の絶縁層の上方に設けられ、且つ前記第２の絶縁層に設けられた開口部を介して前記酸化物半導体層と電気的に接続された第２導電層と、を有し、
前記トランジスタのチャネル長方向における断面視において、前記第２の絶縁層の端部は、前記酸化物半導体層の上面に位置し、
前記断面視において、前記金属酸化物層の端部は、前記第２の絶縁層の上面に位置し、
前記断面視において、前記第１の導電層は、前記金属酸化物層の端部から突出した第１の部分を有し、
前記断面視において、前記第１の部分は、前記第２の絶縁層の上方に位置し、且つ前記第２の絶縁層の端部から突出しておらず、
前記第３の絶縁層は、前記第１の導電層の側面に接する領域と、前記第２の絶縁層の上面に接する領域と、前記第２の絶縁層の側面に接する領域と、前記酸化物半導体層の上面に接する領域と、を有し、
前記第３の絶縁層、前記第１の導電層、前記金属酸化物層及び前記第２の絶縁層に囲まれた空間に絶縁領域が設けられ、
前記酸化物半導体層は、前記第２の絶縁層、前記金属酸化物層及び前記第１の導電層と重なる第２の部分と、前記第２の絶縁層、前記絶縁領域及び前記第１の導電層と重なる第３の部分と、前記第２の絶縁層と重なり、且つ前記金属酸化物層、前記絶縁領域及び前記第１の導電層のいずれとも重ならない第４の部分と、を有する、半導体装置。
基板上方の第１の絶縁層と、
前記第１の絶縁層の上方の酸化物半導体層と、
前記酸化物半導体層の上面に接する領域を有し、ゲート絶縁層としての機能を有する第２の絶縁層と、
前記第２の絶縁層の上面に接する領域を有する金属酸化物層と、
前記金属酸化物層の上面に接する領域を有し、前記金属酸化物層及び前記第２の絶縁層を介して前記酸化物半導体層と重なる領域を有する第１の導電層と、
前記第１の導電層の上面に接する領域を有する第３の絶縁層と、
前記第２の絶縁層の上方に設けられ、且つ前記第２の絶縁層に設けられた開口部を介して前記酸化物半導体層と電気的に接続された第２導電層と、を有し、
前記トランジスタのチャネル長方向における断面視において、前記第２の絶縁層の端部は、前記酸化物半導体層の上面に位置し、
前記断面視において、前記金属酸化物層の端部は、前記第２の絶縁層の上面に位置し、
前記断面視において、前記第１の導電層は、前記金属酸化物層の端部から突出した第１の部分を有し、
前記断面視において、前記第１の部分は、前記第２の絶縁層の上方に位置し、且つ前記第２の絶縁層の端部から突出しておらず、
前記第３の絶縁層は、前記第１の導電層の側面に接する領域と、前記第２の絶縁層の上面に接する領域と、前記第２の絶縁層の側面に接する領域と、前記酸化物半導体層の上面に接する領域と、を有し、
前記第３の絶縁層、前記第１の導電層、前記金属酸化物層及び前記第２の絶縁層に囲まれた空間に絶縁領域が設けられ、
前記酸化物半導体層は、前記第２の絶縁層、前記金属酸化物層及び前記第１の導電層と重なる第２の部分と、前記第２の絶縁層、前記絶縁領域及び前記第１の導電層と重なる第３の部分と、前記第２の絶縁層と重なり、且つ前記金属酸化物層、前記絶縁領域及び前記第１の導電層のいずれとも重ならない第４の部分と、を有する、半導体装置。