特許 7515453 半導体装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-07-04

(45)【発行日】2024-07-12

(54)【発明の名称】半導体装置

(51)【国際特許分類】

   H01L 29/786 20060101AFI20240705BHJP

   G02F 1/1368 20060101ALI20240705BHJP

   H01L 21/336 20060101ALI20240705BHJP

   H05B 33/02 20060101ALI20240705BHJP

   H10K 50/10 20230101ALI20240705BHJP

   H10K 59/00 20230101ALI20240705BHJP

【ＦＩ】

H01L29/78 618B

G02F1/1368

H01L29/78 616U

H01L29/78 616V

H01L29/78 618E

H01L29/78 619A

H05B33/02

H05B33/14 A

H10K59/00

【請求項の数】 2

(21)【出願番号】P 2021503228

(86)(22)【出願日】2020-02-17

(86)【国際出願番号】 IB2020051294

(87)【国際公開番号】W WO2020178651

(87)【国際公開日】2020-09-10

【審査請求日】2023-02-16

(31)【優先権主張番号】P 2019037921

(32)【優先日】2019-03-01

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【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】生内 俊光

(72)【発明者】

【氏名】肥塚 純一

(72)【発明者】

【氏名】岡崎 健一

【審査官】田付 徳雄

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１７－２１２４４２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－１８９４７９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－１１６２７４（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１７／０３３８１０７（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ２９／７８６

Ｇ０２Ｆ １／１３６８

Ｈ０１Ｌ ２１／３３６

Ｈ０５Ｂ ３３／０２

Ｈ１０Ｋ ５０／１０

Ｈ１０Ｋ ５９／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１の導電層と、第１の絶縁層と、半導体層と、一対の第２の導電層と、第２の絶縁層と、を有し、
前記第１の絶縁層は、前記第１の導電層の上面と接し、
前記半導体層は、前記第１の絶縁層の上面と接し、
一対の前記第２の導電層は、前記半導体層の上面と接し、
一対の前記第２の導電層は、前記第１の導電層と重畳する領域で離間し、
前記半導体層は、インジウムと、亜鉛と、酸素と、を有し、
前記半導体層は、インジウム、元素Ｍ及び亜鉛の原子数比を示す三角図において、第１の座標（４４：１１：１０）と、第２の座標（４：１：４）と、第３の座標（１：０：１）と、第４の座標（１１：０：２）と、前記第１の座標と、をこの順に直線で結ぶ範囲内の組成を有し、
前記元素Ｍは、ガリウム、アルミニウム、イットリウムまたはスズのいずれか一以上であり、
前記第２の導電層は、第１の導電膜と、前記第１の導電膜上の第２の導電膜と、前記第２の導電膜上の第３の導電膜との積層構造を有し、
前記第２の導電膜は、銅、銀、金、またはアルミニウムを含み、
前記第１の導電膜及び前記第３の導電膜は、それぞれ前記第２の導電膜とは異なる元素を含み、
前記第１の導電膜及び前記第３の導電膜は、それぞれ独立に、チタン、タングステン、モリブデン、クロム、タンタル、亜鉛、インジウム、白金、及びルテニウムのうちのいずれかを含み、
前記第２の絶縁層は、前記半導体層の上面、前記第１の導電膜の上面、前記第１の導電膜の側面、前記第２の導電膜の側面、前記第３の導電膜の側面、前記第３の導電膜の上面と接する、半導体装置。

【請求項2】

請求項１において、
前記半導体層は、第１の金属酸化物膜と、前記第１の金属酸化物膜上の第２の金属酸化物膜との積層構造を有し、
前記第１の金属酸化物膜は、前記第２の金属酸化物膜よりも結晶性が低い半導体装置。

【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、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】

非特許文献１及び非特許文献２では、ＩｎＧａＯ_３（ＺｎＯ）ｍ（ｍ：自然数）の酸化物半導体材料が開示されている。

【0005】

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】

【0006】

【文献】特開２０１４－７３９９号公報

【非特許文献】

【0007】

【文献】Ｍ．Ｎａｋａｍｕｒａ，Ｎ．Ｋｉｍｉｚｕｋａ，ａｎｄ Ｔ．Ｍｏｈｒｉ、「Ｔｈｅ Ｐｈａｓｅ Ｒｅｌａｔｉｏｎｓ ｉｎ ｔｈｅ Ｉｎ▲２▼Ｏ▲３▼－Ｇａ▲２▼ＺｎＯ▲４▼－ＺｎＯ Ｓｙｓｔｅｍ ａｔ １３５０℃」、Ｊ．Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｃｈｅｍ．、１９９１、Ｖｏｌ．９３，ｐ．２９８－３１５

【文献】Ｎ．Ｋｉｍｉｚｕｋａ，Ｍ．Ｉｓｏｂｅ，ａｎｄ Ｍ．Ｎａｋａｍｕｒａ、「Ｓｙｎｔｈｅｓｅｓ ａｎｄ Ｓｉｎｇｌｅ－Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄａｔａ ｏｆ Ｈｏｍｏｌｏｇｏｕｓ Ｃｏｍｐｏｕｎｄｓ，Ｉｎ▲２▼Ｏ▲３▼（ＺｎＯ）▲ｍ▼（ｍ＝３，４，ａｎｄ ５），ＩｎＧａＯ▲３▼（ＺｎＯ）▲３▼，ａｎｄ Ｇａ▲２▼Ｏ▲３▼（ＺｎＯ）▲ｍ▼（ｍ＝７，８，９，ａｎｄ １６）ｉｎ ｔｈｅ Ｉｎ▲２▼Ｏ▲３▼－ＺｎＧａ▲２▼Ｏ▲４▼－ＺｎＯ Ｓｙｓｔｅｍ」、Ｊ．Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｃｈｅｍ．、１９９５、Ｖｏｌ．１１６，ｐ．１７０－１７８

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

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、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。本発明の一態様は、電気特性の安定した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、信頼性の高い表示装置を提供することを課題の一とする。

【0009】

なお、これらの課題の記載は、他の課題の存在を妨げるものではない。なお、本発明の一態様は、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】

【0010】

本発明の一態様は、第１の導電層と、第１の絶縁層と、半導体層と、一対の第２の導電層と、を有する半導体装置である。第１の絶縁層は、第１の導電層の上面と接し、半導体層は、第１の絶縁層の上面と接し、一対の第２の導電層は、半導体層の上面と接し、一対の第２の導電層は、第１の導電層と重畳する領域で離間する。半導体層は、インジウムと、酸素と、を有し、インジウム、元素Ｍ及び亜鉛の原子数比を示す三角図において、第１の座標（１：０：０）と、第２の座標（２：１：０）と、第３の座標（１４：７：１）と、第４の座標（７：２：２）と、第５の座標（１４：４：２１）と、第６の座標（２：０：３）と、第１の座標と、をこの順に直線で結ぶ範囲内の組成を有する。また、元素Ｍは、ガリウム、アルミニウム、イットリウムまたはスズのいずれか一以上である。

【0011】

本発明の一態様は、第１の導電層と、第１の絶縁層と、半導体層と、一対の第２の導電層と、を有する半導体装置である。第１の絶縁層は、第１の導電層の上面と接し、半導体層は、第１の絶縁層の上面と接し、一対の第２の導電層は、半導体層の上面と接し、一対の第２の導電層は、第１の導電層と重畳する領域で離間する。半導体層は、インジウムと、酸素と、を有し、インジウム、元素Ｍ及び亜鉛の原子数比を示す三角図において、第１の座標（７：１：０）と、第２の座標（２：１：０）と、第３の座標（１４：７：１）と、第４の座標（７：２：２）と、第５の座標（１４：４：２１）と、第６の座標（２：０：３）と、第７の座標（７：０：１）と、第１の座標と、をこの順に直線で結ぶ範囲内の組成を有する。また、元素Ｍは、ガリウム、アルミニウム、イットリウムまたはスズのいずれか一以上である。

【0012】

本発明の一態様は、第１の導電層と、第１の絶縁層と、半導体層と、一対の第２の導電層と、を有する半導体装置である。第１の絶縁層は、第１の導電層の上面と接し、半導体層は、第１の絶縁層の上面と接し、一対の第２の導電層は、半導体層の上面と接し、一対の第２の導電層は、第１の導電層と重畳する領域で離間する。半導体層は、インジウムと、亜鉛と、酸素と、を有し、インジウム、元素Ｍ及び亜鉛の原子数比を示す三角図において、第１の座標（４４：１１：１０）と、第２の座標（４：１：６）と、第３の座標（２：０：３）と、第４の座標（１１：０：２）と、第１の座標と、をこの順に直線で結ぶ範囲内の組成を有する。また、元素Ｍは、ガリウム、アルミニウム、イットリウムまたはスズのいずれか一以上である。

【0013】

本発明の一態様は、第１の導電層と、第１の絶縁層と、半導体層と、一対の第２の導電層と、を有する半導体装置である。第１の絶縁層は、第１の導電層の上面と接し、半導体層は、第１の絶縁層の上面と接し、一対の第２の導電層は、半導体層の上面と接し、一対の第２の導電層は、第１の導電層と重畳する領域で離間する。半導体層は、インジウムと、亜鉛と、酸素と、を有し、インジウム、元素Ｍ及び亜鉛の原子数比を示す三角図において、第１の座標（４４：１１：１０）と、第２の座標（４：１：４）と、第３の座標（１：０：１）と、第４の座標（１１：０：２）と、第１の座標と、をこの順に直線で結ぶ範囲内の組成を有する。また、元素Ｍは、ガリウム、アルミニウム、イットリウムまたはスズのいずれか一以上である。

【0014】

前述の半導体装置において、半導体層は、第１の金属酸化物膜と、第１の金属酸化物膜上の第２の金属酸化物膜との積層構造を有し、第１の金属酸化物膜は、第２の金属酸化物膜よりも結晶性が低いことが好ましい。

【0015】

前述の半導体装置において、第２の導電層は、第１の導電膜と、第１の導電膜上の第２の導電膜と、第２の導電膜上の第３の導電膜との積層構造を有することが好ましい。また、第２の導電膜は、銅、銀、金、またはアルミニウムを含ことが好ましい。また、第１の導電膜及び第３の導電膜は、それぞれ第２の導電膜とは異なる元素を含み、第１の導電膜及び第３の導電膜は、それぞれ独立に、チタン、タングステン、モリブデン、クロム、タンタル、亜鉛、インジウム、白金、及びルテニウムのうちのいずれかを含むことが好ましい。

【0016】

前述の半導体装置において、さらに第２の絶縁層を有し、第２の絶縁層は、半導体層の上面、並びに第２の導電層の上面及び側面と接することが好ましい。また、第２の絶縁層は、酸素を含むことが好ましい。

【0017】

前述の半導体装置において、さらに第３の絶縁層を有し、第３の絶縁層は、第２の絶縁層の上面と接することが好ましい。また、第３の絶縁層は、窒素を含むことが好ましい。

【0018】

前述の半導体装置において、第２の絶縁層は、酸化シリコンを含み、第３の絶縁層は、窒化シリコンを含むことが好ましい。

【発明の効果】

【0019】

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、信頼性の高い半導体装置を提供できる。または、電気特性の安定した半導体装置を提供できる。または、信頼性の高い表示装置を提供できる。

【0020】

なお、これらの効果の記載は、他の効果の存在を妨げるものではない。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】

【0021】

図１Ａ及び図１Ｂは、金属酸化物の組成を説明する図である。
図２Ａ及び図２Ｂは、金属酸化物の組成を説明する図である。
図３Ａ及び図３Ｂは、金属酸化物の組成を説明する図である。
図４は、金属酸化物の組成を説明する図である。
図５Ａは、ＩＧＺＯの結晶構造の分類を説明する図である。図５Ｂは、石英ガラスのＸＲＤスペクトルを説明する図である。図５Ｃは、結晶性ＩＧＺＯのＸＲＤスペクトルを説明する図である。
図６Ａ及び図６Ｂは、トランジスタの構成例を示す断面図である。
図７Ａ及び図７Ｂは、トランジスタの構成例を示す断面図である。
図８Ａは、トランジスタの構成例を示す上面図である。図８Ｂ及び図８Ｃは、トランジスタの構成例を示す断面図である。
図９Ａ、図９Ｂ及び図９Ｃは、トランジスタの構成例を示す断面図である。
図１０Ａは、トランジスタの構成例を示す上面図である。図１０Ｂ及び図１０Ｃは、トランジスタの構成例を示す断面図である。
図１１Ａ及び図１１Ｂは、トランジスタの構成例を示す断面図である。
図１２Ａ及び図１２Ｂは、トランジスタの構成例を示す断面図である。
図１３Ａ、図１３Ｂ及び図１３Ｃは、トランジスタの作製方法を説明する断面図である。
図１４Ａ及び図１４Ｂは、トランジスタの作製方法を説明する断面図である。
図１５Ａ及び図１５Ｂは、トランジスタの作製方法を説明する断面図である。
図１６Ａ及び図１６Ｂは、トランジスタの作製方法を説明する断面図である。
図１７は、トランジスタの作製方法を説明する断面図である。
図１８Ａ及び図１８Ｂは、トランジスタの作製方法を説明する断面図である。
図１９Ａ及び図１９Ｂは、トランジスタの作製方法を説明する断面図である。
図２０Ａ及び図２０Ｂは、トランジスタの作製方法を説明する断面図である。
図２１Ａ、図２１Ｂ、図２１Ｃ及び図２１Ｄは、トランジスタの構成例を示す断面図である。
図２２Ａは、トランジスタの構成例を示す上面図である。図２２Ｂ及び図２２Ｃは、トランジスタの構成例を示す断面図である。
図２３Ａは、トランジスタの構成例を示す上面図である。図２３Ｂ及び図２３Ｃは、トランジスタの構成例を示す断面図である。
図２４Ａは、トランジスタの構成例を示す上面図である。図２４Ｂ及び図２４Ｃは、トランジスタの構成例を示す断面図である。
図２５Ａ、図２５Ｂ、図２５Ｃ、図２５Ｄ及び図２５Ｅは、トランジスタの構成例である。
図２６Ａ、図２６Ｂ及び図２６Ｃは、表示装置の上面図である。
図２７は、表示装置の断面図である。
図２８は、表示装置の断面図である。
図２９は、表示装置の断面図である。
図３０は、表示装置の断面図である。
図３１は、表示装置の断面図である。
図３２Ａは、表示装置のブロック図である。図３２Ｂ及び図３２Ｃは、表示装置の回路図である。
図３３Ａ、図３３Ｃ及び図３３Ｄは、表示装置の回路図である。図３３Ｂは、表示装置のタイミングチャートである。
図３４Ａ及び図３４Ｂは、表示モジュールの構成例である。
図３５Ａ及び図３５Ｂは、電子機器の構成例である。
図３６Ａ、図３６Ｂ、図３６Ｃ及び図３６Ｄは、電子機器の構成例である。

【発明を実施するための形態】

【0022】

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。

【0023】

本明細書で説明する各図において、各構成の大きさ、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。

【0024】

本明細書等にて用いる「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。

【0025】

本明細書等において、「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。

【0026】

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。

【0027】

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。

【0028】

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。

【0029】

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。

【0030】

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Ｖ_ｇｓがしきい値電圧Ｖ_ｔｈよりも低い（ｐチャネル型トランジスタでは、Ｖ_ｔｈよりも高い）状態をいう。

【0031】

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。

【0032】

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。

【0033】

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。

【0034】

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。

【0035】

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。

【0036】

（実施の形態１）
本実施の形態では、本発明の一態様である半導体装置に好適に用いることができる金属酸化物について、説明する。

【0037】

本発明の一態様である半導体装置は、チャネル形成領域に半導体として機能する金属酸化物（以下、酸化物半導体ともいう）を有する。金属酸化物を用いると、シリコンなどからなる半導体と比較して、トランジスタのスイッチング特性が良好で、かつオフ電流が極めて低いため好ましい。

【0038】

ここで、金属酸化物の組成は、トランジスタの電気的特性や、信頼性に大きく影響する。金属酸化物は、インジウムを有することが好ましい。さらに、金属酸化物はインジウム含有率が高いことが好ましい。金属酸化物のインジウム含有率を高くすることで、金属酸化物のキャリア移動度（電子移動度）を高くすることができる。したがって、インジウム含有率の高い金属酸化物をチャネル形成領域に用いたトランジスタは、電界効果移動度が高く、大きな電流を流すことができる。また、当該トランジスタを用いた半導体装置は、高速駆動が可能となる。したがって、このような半導体装置を有する表示装置は、画素部のトランジスタと、駆動回路部に使用するトランジスタを同一基板上に形成することができる。また、このようなトランジスタを画素部に用いることで、高画質な画像を提供することができる。

【0039】

金属酸化物は、インジウムに加えて元素Ｍを有することが好ましい。元素Ｍは、酸素との結合エネルギーが高いことが好ましい。特に、元素Ｍは酸素との結合エネルギーがインジウムよりも高いことが好ましい。金属酸化物は、インジウムよりも酸素との結合エネルギーが高い元素Ｍを有することにより、該金属酸化物中に酸素欠損が形成されにくくなる。元素Ｍとして、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の一以上を用いることができる。特に、元素Ｍとして、ガリウム、アルミニウム、イットリウム、またはスズの一以上を用いることができる。また、元素Ｍは、金属酸化物のエネルギーギャップを大きくする機能を有する。

【0040】

元素Ｍとして、特にガリウムを好適に用いることができる。金属酸化物は、インジウムよりも酸素との結合エネルギーが高いガリウムを有することにより、該金属酸化物中に酸素欠損が形成されにくくなる。チャネル形成領域に用いられる金属酸化物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、インジウム及びガリウムを有する金属酸化物を用いることで、電界効果移動度が高く、かつ信頼性の高いトランジスタを実現できる。

【0041】

金属酸化物は、インジウムに加えて亜鉛を有することが好ましい。または、金属酸化物は、インジウム、元素Ｍ及び亜鉛を有することが好ましい。亜鉛は、金属酸化物の結晶性を高める機能を有する。結晶性を有する金属酸化物は、チャネル形成領域に好適に用いることができる。例えば、後述するＣＡＡＣ（ｃ－ａｘｉｓ ａｌｉｇｎｅｄ ｃｒｙｓｔａｌ）構造、多結晶構造、微結晶（ｎｃ：ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌ）構造等を有する金属酸化物を、チャネル形成領域に用いることができる。結晶性を有する金属酸化物をチャネル形成領域に用いることにより、チャネル形成領域中の欠陥準位密度を低減でき、信頼性の高いトランジスタを実現できる。

【0042】

金属酸化物の結晶性が高いほど、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をチャネル形成領域に用いることで、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。

【0043】

＜金属酸化物の組成＞
金属酸化物の組成について、具体的に説明する。以下では、組成として、金属酸化物におけるインジウム、元素Ｍ及び亜鉛の原子数比を示す。

【0044】

金属酸化物が有するインジウム、元素Ｍ及び亜鉛の原子数比の好ましい範囲を、図１Ａ、図１Ｂ、図２Ａ及び図２Ｂに示す。図１Ａ、図１Ｂ、図２Ａ及び図２Ｂはインジウム、元素Ｍ及び亜鉛を頂点とする正三角形を用いてインジウム、元素Ｍ及び亜鉛の原子数比を示しており、三角図、三角座標図、三角ダイアグラムともよばれる。なお、図１Ａ、図１Ｂ、図２Ａ及び図２Ｂでは、酸素の原子数比を記載していない。

【0045】

まず、各元素の原子数比について、図３Ａ、図３Ｂ及び図４を用いて説明する。図３Ａ、図３Ｂ及び図４はそれぞれ、元素Ｘ、元素Ｙ及び元素Ｚを有する金属酸化物の例を示している。図３Ａ、図３Ｂ及び図４に示す三角図には、点Ｘ、点Ｙ及び点Ｚを頂点とする正三角形と、金属酸化物の組成の例として座標点Ｗ（α：β：γ）を示している。

【0046】

座標点Ｗ（α：β：γ）は、元素Ｘ、元素Ｙ及び元素Ｚの原子数比がＸ：Ｙ：Ｚ＝α：β：γであることを示している。それぞれの元素の原子数比は、各頂点に近いほど高く、遠いほど低いことを示す。ここで、点Ｘは座標が（１：０：０）であり、元素Ｘ、元素Ｙ及び元素Ｚの原子数比がＸ：Ｙ：Ｚ＝１：０：０、つまり、金属酸化物が元素Ｘを有し、かつ元素Ｙ及び元素Ｚのいずれも有さないことを示している。点Ｙは座標が（０：１：０）であり、元素Ｘ、元素Ｙ及び元素Ｚの原子数比がＸ：Ｙ：Ｚ＝０：１：０、つまり、金属酸化物が元素Ｙを有し、かつ元素Ｘ及び元素Ｚのいずれも有さないことを示している。点Ｚは座標が（０：０：１）であり、元素Ｘ、元素Ｙ及び元素Ｚの原子数比がＸ：Ｙ：Ｚ＝０：０：１、つまり、金属酸化物が元素Ｚを有し、かつ元素Ｘ及び元素Ｙのいずれも有さないことを示している。

【0047】

なお、本明細書等において、元素Ｘ、元素Ｙ及び元素Ｚの原子数比をＸ：Ｙ：Ｚと記す場合がある。また、元素Ｘ及び元素Ｙの合計の原子数と、元素Ｚの原子数の比を（Ｘ＋Ｙ）：Ｚと記す場合がある。各元素の他の組み合わせについても同様に記す場合がある。

【0048】

図３Ａには、線ＬＮｘ、線ＬＮｙ及び線ＬＮｚを示している。線ＬＮｘは、辺ＹＺの長さをγ：βで分ける点Ｄｘ（０：β：γ）と、点Ｘを結ぶ直線である。線ＬＮｘは、元素Ｙと元素Ｚの原子数比がＹ：Ｚ＝β：γを満たす点の集合ともいえる。線ＬＮｙは、辺ＸＺの長さをγ：αで分ける点Ｄｙ（α：０：γ）と、点Ｙを結ぶ直線である。線ＬＮｙは、元素Ｘと元素Ｚの原子数比がＸ：Ｚ＝α：γを満たす点の集合ともいえる。線ＬＮｚは、辺ＸＹの長さをβ：αで分ける点Ｄｚ（α：β：０）と、点Ｚを結ぶ直線である。線ＬＮｚは、元素Ｘと元素Ｙの原子数比がＸ：Ｙ＝α：βを満たす点の集合ともいえる。また、線ＬＮｘ、線ＬＮｙ及び線ＬＮｚは、いずれも座標点Ｗ（α：β：γ）と交わる。

【0049】

なお、本明細書等において、「点Ａと点Ｂを結ぶ直線」は「点Ａと点Ｂを結ぶ線分」と置き換えることができる。

【0050】

ここで、座標点Ｗ（α：β：γ）は、線ＬＮｘと線ＬＮｙの交点であるとも言える。また、座標点Ｗ（α：β：γ）は、線ＬＮｙと線ＬＮｚの交点であるとも言える。また、座標点Ｗ（α：β：γ）は、線ＬＮｘと線ＬＮｚの交点であるとも言える。

【0051】

なお、辺ＸＹは、元素Ｘ及び元素Ｙの合計の原子数と、元素Ｚの原子数の比が（Ｘ＋Ｙ）：Ｚ＝１：０を満たす点の集合である。つまり、辺ＸＹは、金属酸化物が元素Ｘまたは元素Ｙのいずれか一以上を有し、かつ元素Ｚを有さないことを示している。辺ＹＺは、元素Ｘと、元素Ｙ及び元素Ｚの合計の原子数比がＸ：（Ｙ＋Ｚ）＝０：１を満たす点の集合である。つまり、辺ＹＺは、金属酸化物が元素Ｙまたは元素Ｚのいずれか一以上を有し、かつ元素Ｘを有さないことを示している。辺ＸＺは、元素Ｘ及び元素Ｚの合計と、元素Ｙの原子数比が（Ｘ＋Ｚ）：Ｙ＝１：０を満たす点の集合である。つまり、辺ＸＺは、金属酸化物が元素Ｘまたは元素Ｚのいずれか一以上を有し、かつ元素Ｙを有さないことを示している。

【0052】

具体的な例として、座標点Ｗが（５：１：３）の場合で説明する。座標点Ｗ（５：１：３）の場合、線分ＸＤｚの長さと線分ＤｚＹの長さの比は１：５となる。線分ＹＤｘの長さと線分ＤｘＺの長さの比は３：１となる。線分ＸＤｙの長さと線分ＤｙＺの長さの比は３：５となる。また、線ＬＮｘは、元素Ｙと元素Ｚの原子数比がＹ：Ｚ＝１：３を満たす点である。線ＬＮｙは、元素Ｘと元素Ｚの原子数比がＸ：Ｚ＝５：３を満たす点の集合である。線ＬＮｚは、元素Ｘと元素Ｙの原子数比がＸ：Ｙ＝５：１を満たす点の集合である。

【0053】

図３Ｂには、線ＰＥｘ、線ＰＥｙ及び線ＰＥｚを示している。線ＰＥｘは、座標点Ｗ（α：β：γ）から辺ＹＺに下ろした垂線である。線ＰＥｙは、座標点Ｗ（α：β：γ）から辺ＸＺに下ろした垂線である。線ＰＥｚは、座標点Ｗ（α：β：γ）から辺ＸＹに下ろした垂線である。ここで、線ＰＥｘの長さ、線ＰＥｙの長さ、線ＰＥｚの長さの比は、α：β：γとなる。

【0054】

具体的な例として、座標点Ｗが（５：１：３）の場合で説明する。座標点Ｗ（５：１：３）の場合、線ＰＥｘの長さ、線ＰＥｙの長さ、線ＰＥｚの長さの比は、５：１：３となる。

【0055】

図４Ａには、線ＰＡｘ、線ＰＡｙ及び線ＰＡｚを示している。線ＰＡｘは、辺ＹＺと平行な直線であり、かつ座標点Ｗ（α：β：γ）と交わる。線ＰＡｙは、辺ＸＺと平行な直線であり、かつ座標点Ｗ（α：β：γ）と交わる。線ＰＡｚは、辺ＸＹと平行な直線であり、かつ座標点Ｗ（α：β：γ）と交わる。また、線ＰＡｘは、元素Ｘと、元素Ｙ及び元素Ｚの合計の原子数の比がＸ：（Ｙ＋Ｚ）＝α：（β＋γ）を満たす点の集合ともいえる。線ＰＡｙは、元素Ｘ及び元素Ｚの合計の原子数と、元素Ｙの原子数の比が（Ｘ＋Ｚ）：Ｙ＝（α＋γ）：βを満たす点の集合ともいえる。線ＰＡｚは、元素Ｘ及び元素Ｙの合計の原子数と、元素Ｚの原子数の比が（Ｘ＋Ｙ）：Ｚ＝（α＋β）：γを満たす点の集合ともいえる。

【0056】

具体的な例として、座標点Ｗが（５：１：３）の場合で説明する。座標点Ｗ（５：１：３）の場合、線ＰＡｘは、元素Ｘの原子数と、元素Ｙ及び元素Ｚの合計の原子数の比がＸ：（Ｙ＋Ｚ）＝５：４を満たす点の集合である。線ＰＡｙは、元素Ｘ及び元素Ｚの合計の原子数と、元素Ｙの原子数の比が（Ｘ＋Ｚ）：Ｙ＝８：１を満たす点の集合である。線ＰＡｚは、元素Ｘ及び元素Ｙの合計の原子数と、元素Ｚの原子数の比が（Ｘ＋Ｙ）：Ｚ＝２：１を満たす点の集合である。

【0057】

以下では、トランジスタのチャネル形成領域に好適に用いることができる金属酸化物の組成について、具体的に説明する。

【0058】

〔金属酸化物の組成１〕
金属酸化物は、インジウムと、酸素とを有することが好ましい。金属酸化物は、さらに元素Ｍまたは亜鉛のいずれか一以上を有してもよい。トランジスタのチャネル形成領域に好適に用いることができる金属酸化物の組成を、図１Ａに示す。金属酸化物のインジウム、元素Ｍ及び亜鉛の原子数比は、図１Ａに示す三角図において、範囲１１に含まれることが好ましい。範囲１１は、座標点Ａ（１：０：０）と、座標点Ｂ（２：１：０）と、座標点Ｃ（１４：７：１）と、座標点Ｄ（７：２：２）と、座標点Ｅ（１４：４：２１）と、座標点Ｆ（２：０：３）と、前記座標点Ａと、をこの順に直線で結ぶ多角形の内部である。なお、範囲１１には、各座標点及び各辺も含む。範囲１１に含まれる組成を有する金属酸化物をチャネル形成領域に用いることにより、信頼性が高く、かつ電界効果移動度が高いトランジスタとすることができる。

【0059】

なお、元素Ｍとして複数の元素を有する場合は、それらの元素の合計の原子数の比を、元素Ｍの原子数比として用いる。例えば、元素Ｍとして、ガリウム及びスズを有する場合は、ガリウム及びスズの合計の原子数の比を、元素Ｍの原子数比として用いる。

【0060】

ここで、座標点Ｂ（２：１：０）は、（Ｉｎ＋Ｍ）：Ｚｎ＝１：０を満たす点の集合である線Ｌ１と、Ｉｎ：Ｍ＝２：１を満たす点の集合である線Ｌ２の交点である。座標点Ｃ（１４：７：１）は、前述の線Ｌ２と、Ｉｎ：（Ｍ＋Ｚｎ）＝７：４を満たす点の集合である線Ｌ３の交点である。また、座標点Ｃは、前述の線Ｌ２と、Ｉｎ：Ｚｎ＝１４：１を満たす点の集合である線Ｌ４の交点でもある。座標点Ｄ（７：２：２）は、前述の線Ｌ３と、Ｉｎ：Ｚｎ＝７：２を満たす点の集合である線Ｌ５の交点である。また、座標点Ｄは、前述の線Ｌ３と、Ｉｎ：Ｍ＝７：２を満たす点の集合である線Ｌ６の交点でもある。座標点Ｅ（１４：４：２１）は、前述の線Ｌ６と、Ｉｎ：Ｚｎ＝２：３を満たす点の集合である線Ｌ７の交点である。座標点Ｆ（２：０：３）は、前述の線Ｌ７と、（Ｉｎ＋Ｚｎ）：Ｍ＝１：０を満たす点の集合である線Ｌ８の交点である。

【0061】

なお、本明細書等において、インジウム、元素Ｍ及び亜鉛の原子数の比をＩｎ：Ｍ：Ｚｎと記す場合がある。また、インジウム及び元素Ｍの合計の原子数と、亜鉛の原子数の比を（Ｉｎ＋Ｍ）：Ｚｎと記す場合がある。各元素の他の組み合わせについても同様である。

【0062】

辺ＡＢは前述の線Ｌ１上にあり、辺ＢＣは前述の線Ｌ２上にあり、辺ＣＤは前述の線Ｌ３上にあり、辺ＤＥは前述の線Ｌ６上にあり、辺ＥＦは前述の線Ｌ７上にあり、辺ＦＡは前述の線Ｌ８上にある。つまり、範囲１１は、線Ｌ１、線Ｌ２、線Ｌ３、線Ｌ６、線Ｌ７、及び線Ｌ８に囲われた多角形の内部であるともいえる。

【0063】

金属酸化物の組成は、範囲１１に示すように、線Ｌ２であるＩｎ：Ｍ＝２：１を満たす、またはＩｎ：Ｍ＝２：１よりインジウム含有率が高いことが好ましい。つまり、元素Ｍの原子数に対するインジウム原子数の比Ｉｎ／Ｍが、２以上であることが好ましい。インジウム含有率が高い金属酸化物はキャリア移動度（電子移動度）が高く、インジウム含有率の高い金属酸化物をチャネル形成領域に用いたトランジスタは、電界効果移動度が高く、大きな電流を流すことができる。

【0064】

ただし、元素Ｍの含有率が高いと欠陥準位が増加し、信頼性試験でのしきい値電圧の変動量が大きくなってしまう場合がある。トランジスタの信頼性を評価する指標の１つとして、ゲートに電界を印加した状態で保持する、ＧＢＴ（Ｇａｔｅ Ｂｉａｓ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ）ストレス試験がある。その中でも、ソース電位及びドレイン電位に対して、ゲートに正の電位を与えた状態で、高温下で保持する試験をＰＢＴＳ（Ｐｏｓｉｔｉｖｅ Ｂｉａｓ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｓｔｒｅｓｓ）試験、ゲートに負の電位を与えた状態で、高温下で保持する試験をＮＢＴＳ（Ｎｅｇａｔｉｖｅ Ｂｉａｓ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｓｔｒｅｓｓ）試験と呼ぶ。また、白色ＬＥＤ光などの光を照射した状態で行うＰＢＴＳ試験及びＮＢＴＳ試験を、それぞれＰＢＴＩＳ（Ｐｏｓｉｔｉｖｅ Ｂｉａｓ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｉｌｌｕｍｉｎａｔｉｏｎ Ｓｔｒｅｓｓ）試験、ＮＢＴＩＳ（Ｎｅｇａｔｉｖｅ Ｂｉａｓ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｉｌｌｕｍｉｎａｔｉｏｎ Ｓｔｒｅｓｓ）試験と呼ぶ。

【0065】

特に、金属酸化物を用いたｎ型のトランジスタにおいては、トランジスタがオン状態（電流が流れている状態）ではゲートに正の電位が与えられる。したがって、ＰＢＴＳ試験でのしきい値電圧の変動量が、トランジスタの信頼性の指標として着目すべき重要な項目の１つとなる。

【0066】

ここで、元素Ｍを含まない、または元素Ｍの含有率の低い金属酸化物を用いることで、ＰＢＴＳ試験でのしきい値電圧の変動量を小さくすることができる。また、元素Ｍを含む場合には、金属酸化物の組成として、インジウム含有率よりも、元素Ｍの含有率を小さくすることが好ましい。さらに、元素Ｍの原子数に対するインジウム原子数の比Ｉｎ／Ｍが、２以上であることが好ましい。これにより、信頼性の高いトランジスタを実現することができる。

【0067】

ＰＢＴＳ試験でのしきい値電圧の変動の１つの要因として、半導体層とゲート絶縁層の界面、または界面近傍における欠陥準位が挙げられる。欠陥準位密度が大きいほど、ＰＢＴＳ試験での劣化が顕著になる。しかしながら、半導体層のゲート絶縁層と接する部分における元素Ｍの含有率を小さくすることで、当該欠陥準位の生成を抑制することができる。

【0068】

元素Ｍを含まない、または元素Ｍの含有率を小さくすることでＰＢＴＳ劣化を抑制できる理由として、例えば以下のようなことが考えられる。半導体層に含まれる元素Ｍは、他の金属元素（例えばインジウムや亜鉛）と比較して、酸素を誘引しやすい性質を有する。そのため、元素Ｍを多く含む金属酸化物膜と、酸化物を含む絶縁層との界面において、元素Ｍが絶縁層中の余剰酸素と結合することで、キャリア（ここでは電子）トラップサイトを生じさせやすくなることが推察される。そのため、ゲートに正の電位が与えられた状態において、半導体層とゲート絶縁層との界面にキャリアがトラップされることで、しきい値電圧が変動することが考えられる。

【0069】

したがって、元素Ｍの原子数に対するインジウム原子数の比Ｉｎ／Ｍが２以上の金属酸化物をチャネル形成領域に用いることにより欠陥準位の生成を抑制でき、信頼性が高く、かつ電界効果移動度が高いトランジスタとすることができる。

【0070】

金属酸化物の組成は、範囲１１に示すように、線Ｌ３であるＩｎ：（Ｍ＋Ｚｎ）＝７：４を満たす、またはＩｎ：（Ｍ＋Ｚｎ）＝７：４よりインジウム含有率が高いことが好ましい。つまり、元素Ｍと亜鉛の合計の原子数に対するインジウム原子数の比Ｉｎ／（Ｍ＋Ｚｎ）が、７／４以上であることが好ましい。インジウム含有率が高い金属酸化物はキャリア移動度（電子移動度）が高く、インジウム含有率の高い金属酸化物をチャネル形成領域に用いたトランジスタは、電界効果移動度が高く、大きな電流を流すことができる。したがって、前述の範囲の原子数比を有する金属酸化物をチャネル形成領域に用いることにより電界効果移動度が高いトランジスタとすることができる。

【0071】

金属酸化物の組成は、範囲１１に示すように、線Ｌ６であるＩｎ：Ｍ＝７：２を満たす、またはＩｎ：Ｍ＝７：２よりインジウム含有率が高いことが好ましい。つまり、元素Ｍの原子数に対するインジウム原子数の比Ｉｎ／Ｍが、７／２以上であることが好ましい。前述の範囲の原子数比を有する金属酸化物をチャネル形成領域に用いることにより欠陥準位の生成を抑制でき、信頼性が高く、かつ電界効果移動度が高いトランジスタとすることができる。

【0072】

金属酸化物の組成は、範囲１１に示すように、線Ｌ７であるＩｎ：Ｚｎ＝２：３を満たす、またはＩｎ：Ｚｎ＝２：３よりインジウム含有率が高いことが好ましい。つまり、亜鉛原子数に対するインジウム原子数の比Ｉｎ／Ｚｎが、２／３以上であることが好ましい。亜鉛含有率が高いと、金属酸化物が多結晶になる場合がある。多結晶が有する結晶粒界は欠陥準位となり、キャリアトラップやキャリア発生源となることから、多結晶の金属酸化物を用いたトランジスタは電気特性の変動が大きく、信頼性が低くなってしまう場合がある。したがって、前述の範囲の原子数比とすることで金属酸化物が多結晶になることを抑制できる。また、当該金属酸化物をチャネル形成領域に用いることにより、信頼性が高いトランジスタとすることができる。

【0073】

金属酸化物として、範囲１１に含まれる組成を有するＩｎ－Ｍ－Ｚｎ酸化物を用いることができる。Ｉｎ－Ｍ－Ｚｎ酸化物として、例えば、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝５：１：１、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝５：１：２、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝５：１：３、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝５：１：４、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝５：１：５、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝５：１：６、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝１０：１：１、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝１０：１：２、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝１０：１：３、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝１０：１：４、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝１０：１：５、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝１０：１：６、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝１０：１：７、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝１０：１：８、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝１０：１：１０、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝１０：１：１２、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝１０：１：１５、またはこれらの近傍を好適に用いることができる。また、金属酸化物として、酸化インジウムを用いることができる。また、金属酸化物として、Ｉｎ－Ｍ酸化物を用いることができる。Ｉｎ－Ｍ酸化物として、例えば、Ｉｎ：Ｍ＝２：１、Ｉｎ：Ｍ＝７：２、Ｉｎ：Ｍ＝５：１、Ｉｎ：Ｍ＝７：１、Ｉｎ：Ｍ＝１０：１、またはこれらの近傍を好適に用いることができる。また、金属酸化物として、Ｉｎ－Ｚｎ酸化物を用いることができる。Ｉｎ－Ｚｎ酸化物として、例えば、Ｉｎ：Ｚｎ＝２：３、Ｉｎ：Ｚｎ＝３：２、Ｉｎ：Ｚｎ＝７：２、Ｉｎ：Ｚｎ＝４：１、Ｉｎ：Ｚｎ＝１１：２、Ｉｎ：Ｚｎ＝７：１、Ｉｎ：Ｚｎ＝１４：１、またはこれらの近傍を好適に用いることができる。

【0074】

金属酸化物の組成の分析手法として、例えば、エネルギー分散型Ｘ線分光法（ＥＤＸ：Ｅｎｅｒｇｙ Ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ Ｘ－ｒａｙ ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）、Ｘ線光電子分光法（ＸＰＳ：Ｘ－ｒａｙ Ｐｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）、誘導結合プラズマ質量分析法（ＩＣＰ－ＭＳ：Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ－Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）、誘導結合プラズマ発光分光法（ＩＣＰ－ＡＥＳ：Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ－Ａｔｏｍｉｃ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）などを用いることができる。なお、含有率が低い元素は、分析精度の影響により、実際の含有率と分析によって得られた含有率が異なる場合がある。例えば、元素Ｍの含有率が低い場合、分析によって得られた元素Ｍの含有率が、実際の含有率より低くなる場合がある。

【0075】

なお、金属酸化物をスパッタリング法で形成する場合、ターゲットの原子数比と、当該金属酸化物の原子数比が異なる場合がある。特に、亜鉛は、ターゲットの原子数比よりも金属酸化物の原子数比が小さくなる場合がある。具体的には、ターゲットに含まれる亜鉛の原子数比の４０％以上９０％以下程度となる場合がある。ここで、用いるターゲットは多結晶であることが好ましい。

【0076】

〔金属酸化物の組成２〕
金属酸化物は、元素Ｍまたは亜鉛のいずれか一以上と、インジウムと、酸素とを有することが好ましい。トランジスタのチャネル形成領域に好適に用いることができる金属酸化物の組成を、図１Ｂに示す。金属酸化物のインジウム、元素Ｍ及び亜鉛の原子数比は、図１Ｂに示す三角図において、範囲１３に含まれることが好ましい。範囲１３は、座標点Ｇ（７：１：０）と、座標点Ｂ（２：１：０）と、座標点Ｃ（１４：７：１）と、座標点Ｄ（７：２：２）と、座標点Ｅ（１４：４：２１）と、座標点Ｆ（２：０：３）と、座標点Ｈ（７：０：１）と、前記座標点Ｇと、をこの順に直線で結ぶ多角形の内部である。なお、範囲１３には、各座標点及び各辺も含む。範囲１３に含まれる組成を有する金属酸化物をチャネル形成領域に用いることにより、信頼性が高く、かつ電界効果移動度が高いトランジスタとすることができる。

【0077】

ここで、座標点Ｇ（７：１：０）は、（Ｉｎ＋Ｍ）：Ｚｎ＝１：０を満たす点の集合である線Ｌ１と、Ｉｎ：（Ｍ＋Ｚｎ）＝７：１を満たす点の集合である線Ｌ９の交点である。座標点Ｈ（７：０：１）は、前述の線Ｌ９と、（Ｉｎ＋Ｚｎ）：Ｍ＝１：０を満たす点の集合である線Ｌ８の交点である。座標点Ｂ乃至座標点Ｆについては、前述の記載を参照できるため、詳細な説明は省略する。

【0078】

辺ＧＢは前述の線Ｌ１上にあり、辺ＢＣは前述の線Ｌ２上にあり、辺ＣＤは前述の線Ｌ３上にあり、辺ＤＥは前述の線Ｌ６上にあり、辺ＥＦは前述の線Ｌ７上にあり、辺ＦＨは前述の線Ｌ８上にあり、辺ＨＧは前述の線Ｌ９上にある。つまり、範囲１３は、線Ｌ１、線Ｌ２、線Ｌ３、線Ｌ６、線Ｌ７、線Ｌ８及び線Ｌ９に囲われた多角形の内部であるともいえる。

【0079】

金属酸化物の組成は、範囲１３に示すように、線Ｌ９であるＩｎ：（Ｍ＋Ｚｎ）＝７：１を満たす、またはＩｎ：（Ｍ＋Ｚｎ）＝７：１よりＩｎ含有率が低いことが好ましい。つまり、元素Ｍと亜鉛の合計の原子数に対するインジウム原子数の比Ｉｎ／（Ｍ＋Ｚｎ）が、７以下であることが好ましい。インジウム含有率が高いと、金属酸化物がビックスバイト型の結晶構造となる場合がある。または、金属酸化物がビックスバイト型の結晶構造と層状の結晶構造が共存する結晶構造となる場合がある。複数の結晶構造が共存する場合、異なる結晶構造の間において結晶粒界が形成される場合がある。結晶粒界は欠陥準位となり、キャリアトラップやキャリア発生源となることから、結晶粒界を有する金属酸化物を用いたトランジスタは電気特性の変動が大きく、信頼性が低くなってしまう場合がある。したがって、前述の範囲の原子数比とすることで金属酸化物がビックスバイト型の結晶構造を有することが抑制され、層状の結晶構造を有しやすくなる。また、当該金属酸化物をチャネル形成領域に用いることにより、信頼性が高いトランジスタとすることができる。

【0080】

金属酸化物の組成は、範囲１３に示すように、線Ｌ２であるＩｎ：Ｍ＝２：１を満たす、またはＩｎ：Ｍ＝２：１よりインジウム含有率が高いことが好ましい。つまり、元素Ｍの原子数に対するインジウム原子数の比Ｉｎ／Ｍが、２以上であることが好ましい。前述の範囲の原子数比を有する金属酸化物をチャネル形成領域に用いることにより欠陥準位の生成を抑制でき、信頼性が高く、かつ電界効果移動度が高いトランジスタとすることができる。

【0081】

金属酸化物の組成は、範囲１３に示すように、線Ｌ３であるＩｎ：（Ｍ＋Ｚｎ）＝７：４を満たす、またはＩｎ：（Ｍ＋Ｚｎ）＝７：４よりインジウム含有率が高いことが好ましい。つまり、元素Ｍと亜鉛の合計の原子数に対するインジウム原子数の比Ｉｎ／（Ｍ＋Ｚｎ）が、７／４以上であることが好ましい。前述の範囲の原子数比を有する金属酸化物をチャネル形成領域に用いることにより電界効果移動度が高いトランジスタとすることができる。

【0082】

金属酸化物の組成は、範囲１３に示すように、線Ｌ６であるＩｎ：Ｍ＝７：２を満たす、またはＩｎ：Ｍ＝７：２よりインジウム含有率が高いことが好ましい。つまり、元素Ｍの原子数に対するインジウム原子数の比Ｉｎ／Ｍが、７／２以上であることが好ましい。前述の範囲の原子数比を有する金属酸化物をチャネル形成領域に用いることにより欠陥準位の生成を抑制でき、信頼性が高く、かつ電界効果移動度が高いトランジスタとすることができる。

【0083】

金属酸化物の組成は、範囲１３に示すように、線Ｌ７であるＩｎ：Ｚｎ＝２：３を満たす、またはＩｎ：Ｚｎ＝２：３よりインジウム含有率が高いことが好ましい。つまり、亜鉛原子数に対するインジウム原子数の比Ｉｎ／Ｚｎが、２／３以上であることが好ましい。前述の範囲の原子数比とすることで金属酸化物が多結晶になることを抑制できる。また、当該金属酸化物をチャネル形成領域に用いることにより、信頼性が高いトランジスタとすることができる。

【0084】

金属酸化物として、範囲１３に含まれる組成を有するＩｎ－Ｍ－Ｚｎ酸化物を用いることができる。Ｉｎ－Ｍ－Ｚｎ酸化物として、例えば、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝５：１：１、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝５：１：２、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝５：１：３、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝５：１：４、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝５：１：５、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝５：１：６、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝１０：１：１、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝１０：１：２、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝１０：１：３、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝１０：１：４、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝１０：１：５、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝１０：１：６、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝１０：１：７、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝１０：１：８、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝１０：１：１０、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝１０：１：１２、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝１０：１：１５、またはこれらの近傍を好適に用いることができる。また、金属酸化物として、Ｉｎ－Ｍ酸化物を用いることができる。Ｉｎ－Ｍ酸化物として、例えば、Ｉｎ：Ｍ＝２：１、Ｉｎ：Ｍ＝７：２、Ｉｎ：Ｍ＝５：１、Ｉｎ：Ｍ＝７：１、またはこれらの近傍を好適に用いることができる。また、金属酸化物として、Ｉｎ－Ｚｎ酸化物を用いることができる。Ｉｎ－Ｚｎ酸化物として、例えば、Ｉｎ：Ｚｎ＝２：３、Ｉｎ：Ｚｎ＝３：２、Ｉｎ：Ｚｎ＝７：２、Ｉｎ：Ｚｎ＝４：１、Ｉｎ：Ｚｎ＝１１：２、Ｉｎ：Ｚｎ＝７：１、またはこれらの近傍を好適に用いることができる。

【0085】

〔金属酸化物の組成３〕
金属酸化物は、インジウムと、亜鉛と、酸素とを有することが好ましい。金属酸化物は、さらに元素Ｍを有してもよい。トランジスタのチャネル形成領域に好適に用いることができる金属酸化物の組成を、図２Ａに示す。金属酸化物のインジウム、元素Ｍ及び亜鉛の原子数比は、図２Ａに示す三角図において、範囲１５に含まれることが好ましい。範囲１５は、座標点Ｉ（４４：１１：１０）と、座標点Ｊ（４：１：６）と、座標点Ｆ（２：０：３）と、座標点Ｋ（１１：０：２）と、前記座標点Ｉと、をこの順に直線で結ぶ多角形の内部である。なお、範囲１５には、各座標点及び各辺も含む。範囲１５に含まれる組成を有する金属酸化物をチャネル形成領域に用いることにより、信頼性が高く、かつ電界効果移動度が高いトランジスタとすることができる。

【0086】

ここで、座標点Ｉ（４４：１１：１０）は、Ｉｎ：Ｍ＝４：１を満たす点の集合である線Ｌ１０と、（Ｉｎ＋Ｍ）：Ｚｎ＝１１：２を満たす点の集合である線Ｌ１１の交点である。座標点Ｊ（４：１：６）は、前述の線Ｌ７と、前述の線Ｌ１０の交点である。座標点Ｋ（１１：０：２）は、前述の線Ｌ１１と、前述の線Ｌ８の交点である。座標点Ｆについては、前述の記載を参照できるため、詳細な説明は省略する。

【0087】

辺ＩＪは前述の線Ｌ１０上にあり、辺ＪＦは前述の線Ｌ７上にあり、辺ＦＫは前述の線Ｌ８上にあり、辺ＫＩは前述の線Ｌ１１上にある。つまり、範囲１５は、線Ｌ１０、線Ｌ７、線Ｌ８及び線Ｌ１１に囲われた多角形の内部であるともいえる。

【0088】

金属酸化物の組成は、範囲１５に示すように、線Ｌ１０であるＩｎ：Ｍ＝４：１を満たす、またはＩｎ：Ｍ＝４：１よりＩｎ含有率が高いことが好ましい。つまり、元素Ｍの原子数に対するインジウム原子数の比Ｉｎ／Ｍが、４以上であることが好ましい。前述の範囲の原子数比を有する金属酸化物をチャネル形成領域に用いることにより欠陥準位の生成を抑制でき、信頼性が高く、かつ電界効果移動度が高いトランジスタとすることができる。

【0089】

金属酸化物の組成は、範囲１５に示すように、線Ｌ７であるＩｎ：Ｚｎ＝２：３を満たす、またはＩｎ：Ｚｎ＝２：３よりインジウム含有率が高いことが好ましい。つまり、亜鉛原子数に対するインジウム原子数の比Ｉｎ／Ｚｎが、２／３以上であることが好ましい。前述の範囲の原子数比とすることで金属酸化物が多結晶になることを抑制できる。また、当該金属酸化物をチャネル形成領域に用いることにより、信頼性が高いトランジスタとすることができる。

【0090】

金属酸化物の組成は、範囲１５に示すように、線Ｌ１１である（Ｉｎ＋Ｍ）：Ｚｎ＝１１：２を満たす、または（Ｉｎ＋Ｍ）：Ｚｎ＝１１：２より亜鉛含有率が高いことが好ましい。つまり、亜鉛原子数に対するインジウムと元素Ｍの合計の原子数の比（Ｉｎ＋Ｍ）／Ｚｎが、１１／２以下であることが好ましい。金属酸化物は亜鉛を有することにより、層状の結晶構造を有する傾向がある。また、亜鉛含有率が高いほど、結晶性の高い金属酸化物となる。

【0091】

金属酸化物として、範囲１５に含まれる組成を有するＩｎ－Ｍ－Ｚｎ酸化物を用いることができる。Ｉｎ－Ｍ－Ｚｎ酸化物として、例えば、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝５：１：２、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝５：１：３、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝５：１：４、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝５：１：５、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝５：１：６、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝１０：１：２、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝１０：１：３、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝１０：１：４、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝１０：１：５、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝１０：１：６、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝１０：１：７、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝１０：１：８、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝１０：１：１０、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝１０：１：１２、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝１０：１：１５、またはこれらの近傍を好適に用いることができる。また、金属酸化物として、Ｉｎ－Ｚｎ酸化物を用いることができる。Ｉｎ－Ｚｎ酸化物として、例えば、Ｉｎ：Ｚｎ＝２：３、Ｉｎ：Ｚｎ＝３：２、Ｉｎ：Ｚｎ＝７：２、Ｉｎ：Ｚｎ＝４：１、Ｉｎ：Ｚｎ＝１１：２、Ｉｎ：Ｚｎ＝７：１、またはこれらの近傍を好適に用いることができる。

【0092】

金属酸化物は前述の範囲の組成を有し、かつＣＡＡＣ－ＯＳ（ｃ－ａｘｉｓ Ａｌｉｇｎｅｄ Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）、ｎｃ－ＯＳ（ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ ｏｘｉｄｅ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）、またはＣＡＣ－ＯＳ（Ｃｌｏｕｄ－Ａｌｉｇｎｅｄ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）であることが好ましい。

【0093】

ここで、トランジスタに用いることができる金属酸化物であるＣＡＣ－ＯＳ、及びＣＡＡＣ－ＯＳについて説明する。

【0094】

〔金属酸化物の構成〕
ＣＡＣ－ＯＳ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又は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（又はホール）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又はＣＡＣ－ｍｅｔａｌ ｏｘｉｄｅに付与することができる。ＣＡＣ－ＯＳ又は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。

【0095】

ＣＡＣ－ＯＳ又は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。

【0096】

ＣＡＣ－ＯＳ又は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。

【0097】

ＣＡＣ－ＯＳ又は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又は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又は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。

【0098】

すなわち、ＣＡＣ－ＯＳ又はＣＡＣ－ｍｅｔａｌ ｏｘｉｄｅは、マトリックス複合材（ｍａｔｒｉｘ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ）、又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。

【0099】

〔金属酸化物の構造〕
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、例えば、ＣＡＡＣ－ＯＳ、多結晶酸化物半導体、ｎｃ－ＯＳ、擬似非晶質酸化物半導体（ａ－ｌｉｋｅ ＯＳ：ａｍｏｒｐｈｏｕｓ－ｌｉｋｅ ｏｘｉｄｅ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）及び非晶質酸化物半導体などがある。

【0100】

酸化物半導体は、結晶構造に着目した場合、上記とは異なる分類となる場合がある。ここで、酸化物半導体における、結晶構造の分類について、図５Ａを用いて説明を行う。図５Ａは、酸化物半導体、代表的にはＩＧＺＯ（Ｉｎと、Ｇａと、Ｚｎと、を含む金属酸化物）の結晶構造の分類を説明する図である。

【0101】

図５Ａに示すように、ＩＧＺＯは、大きく分けてＡｍｏｒｐｈｏｕｓと、Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅと、Ｃｒｙｓｔａｌと、に分類される。また、Ａｍｏｒｐｈｏｕｓの中には、ｃｏｍｐｌｅｔｅｌｙ ａｍｏｒｐｈｏｕｓが含まれる。また、Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅの中には、ＣＡＡＣ（ｃ－ａｘｉｓ ａｌｉｇｎｅｄ ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ）、ｎｃ（ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ）、及びＣＡＣ（Ｃｌｏｕｄ－Ａｌｉｇｎｅｄ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ）が含まれる。なお、Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅの分類には、後述するｓｉｎｇｌｅ ｃｒｙｓｔａｌ、及びｐｏｌｙ ｃｒｙｓｔａｌは除かれる。また、Ｃｒｙｓｔａｌの中には、ｓｉｎｇｌｅ ｃｒｙｓｔａｌ、及びｐｏｌｙ ｃｒｙｓｔａｌが含まれる。

【0102】

なお、図５Ａに示す太枠内の構造は、Ｎｅｗ ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ ｐｈａｓｅに属する構造である。当該構造は、Ａｍｏｒｐｈｏｕｓと、Ｃｒｙｓｔａｌとの間の境界領域にある。すなわち、エネルギー的に不安定なＡｍｏｒｐｈｏｕｓと、Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅとは全く異なる構造と言い換えることができる。

【0103】

なお、膜または基板の結晶構造は、Ｘ線回折（ＸＲＤ：Ｘ－Ｒａｙ Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ）パターンを用いて評価することができる。ここで、石英ガラス、及びＣｒｙｓｔａｌｌｉｎｅに分類される結晶構造を有するＩＧＺＯ（結晶性ＩＧＺＯともいう。）のＸＲＤスペクトルを図５Ｂ、及び図５Ｃに示す。また、図５Ｂが石英ガラス、図５Ｃが結晶性ＩＧＺＯのＸＲＤスペクトルである。なお、図５Ｃに示す結晶性ＩＧＺＯの組成は、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝４：２：３［原子数比］である。また、図５Ｃに示す結晶性ＩＧＺＯの厚さは、５００ｎｍである。

【0104】

図５Ｂの矢印に示すように、石英ガラスは、ＸＲＤスペクトルのピークがほぼ左右対称である。一方で、図５Ｃの矢印に示すように、結晶性ＩＧＺＯは、ＸＲＤスペクトルのピークが左右非対称である。ＸＲＤスペクトルのピークが左右非対称であることは、結晶の存在を明示している。別言すると、ＸＲＤスペクトルのピークで左右対称でないと、Ａｍｏｒｐｈｏｕｓであるとは言えない。なお、図５Ｃには、２θ＝３１°、またはその近傍に微結晶（ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌ）を明記してある。ＸＲＤスペクトルのピークにおいて、左右非対称となる由来は当該微結晶に起因すると推定される。

【0105】

具体的には、図５Ｃに示すように、結晶性ＩＧＺＯはＸＲＤスペクトルにおいて、２θ＝３４°またはその近傍にピークを有する。また、微結晶は、２θ＝３１°またはその近傍にピークを有する。Ｘ線回折パターンを用いて酸化物半導体膜を評価する場合、図５Ｃに示すように、２θ＝３４°またはその近傍のピークよりも低角度側のスペクトルの幅が広くなる。これは、酸化物半導体膜中に、２θ＝３１°またはその近傍にピークを有する微結晶が内在することを示唆している。

【0106】

ＣＡＡＣ－ＯＳは、ｃ軸配向性を有し、かつａ－ｂ面方向において複数のナノ結晶が連結し、歪みを有した結晶構造となっている。なお、歪みとは、複数のナノ結晶が連結する領域において、格子配列の揃った領域と、別の格子配列の揃った領域と、の間で格子配列の向きが変化している箇所を指す。

【0107】

ナノ結晶は、六角形を基本とするが、正六角形状とは限らず、非正六角形状である場合がある。また、歪みにおいて、五角形、及び七角形などの格子配列を有する場合がある。なお、ＣＡＡＣ－ＯＳにおいて、歪み近傍においても、明確な結晶粒界（グレインバウンダリーともいう）を確認することはできない。即ち、格子配列の歪みによって、結晶粒界の形成が抑制されていることがわかる。これは、ＣＡＡＣ－ＯＳが、ａ－ｂ面方向において酸素原子の配列が稠密でないことや、金属元素が置換することで原子間の結合距離が変化することなどによって、歪みを許容することができるためと考えられる。

【0108】

なお、明確な結晶粒界（グレインバウンダリー）が確認される結晶構造は、いわゆる多結晶（ｐｏｌｙ ｃｒｙｓｔａｌ）と呼ばれる。結晶粒界は、再結合中心となり、キャリアが捕獲されトランジスタのオン電流の低下、または電界効果移動度の低下を引き起こす可能性が高い。よって、明確な結晶粒界が確認されないＣＡＡＣ－ＯＳは、トランジスタの半導体層に好適な結晶構造を有する結晶性の酸化物の一つである。なお、ＣＡＡＣ－ＯＳを構成するには、Ｚｎを有する構成が好ましい。例えば、Ｉｎ－Ｚｎ酸化物、及びＩｎ－Ｇａ－Ｚｎ酸化物は、Ｉｎ酸化物よりも結晶粒界の発生を抑制できるため好適である。

【0109】

ＣＡＡＣ－ＯＳは、インジウム、及び酸素を有する層（以下、Ｉｎ層）と、元素Ｍ、亜鉛、及び酸素を有する層（以下、（Ｍ，Ｚｎ）層）とが積層した、層状の結晶構造（層状構造ともいう）を有する傾向がある。なお、インジウムと元素Ｍは、互いに置換可能であり、（Ｍ，Ｚｎ）層の元素Ｍがインジウムと置換した場合、（Ｉｎ，Ｍ，Ｚｎ）層と表すこともできる。また、Ｉｎ層のインジウムが元素Ｍと置換した場合、（Ｉｎ，Ｍ）層と表すこともできる。

【0110】

ＣＡＡＣ－ＯＳ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。また、ＣＡＡＣ－ＯＳは、製造工程における高い温度（所謂サーマルバジェット）に対しても安定である。したがって、ＯＳトランジスタにＣＡＡＣ－ＯＳを用いると、製造工程の自由度を広げることが可能となる。

【0111】

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、異なるナノ結晶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。

【0112】

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。ａ－ｌｉｋｅ ＯＳは、鬆又は低密度領域を有する。即ち、ａ－ｌｉｋｅ ＯＳは、ｎｃ－ＯＳ及びＣＡＡＣ－ＯＳと比べて、結晶性が低い。

【0113】

酸化物半導体は、多様な構造をとり、それぞれが異なる特性を有する。本発明の一態様の酸化物半導体は、非晶質酸化物半導体、多結晶酸化物半導体、ａ－ｌｉｋｅ ＯＳ、ｎｃ－ＯＳ、ＣＡＡＣ－ＯＳのうち、二種以上を有していてもよい。

【0114】

〔酸化物半導体を有するトランジスタ〕
続いて、上記酸化物半導体をトランジスタに用いる場合について説明する。

【0115】

上記酸化物半導体をトランジスタに用いることで、高い電界効果移動度のトランジスタを実現することができる。また、信頼性の高いトランジスタを実現することができる。

【0116】

トランジスタには、キャリア濃度の低い酸化物半導体を用いることが好ましい。酸化物半導体膜のキャリア濃度を低くする場合においては、酸化物半導体膜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又は実質的に高純度真性と言う。

【0117】

高純度真性又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。

【0118】

酸化物半導体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にチャネル形成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。

【0119】

従って、トランジスタの電気特性を安定にするためには、酸化物半導体中の不純物濃度を低減することが有効である。また、酸化物半導体中の不純物濃度を低減するためには、近接する膜中の不純物濃度も低減することが好ましい。不純物として、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。

【0120】

〔不純物〕
ここで、酸化物半導体中における各不純物の影響について説明する。

【0121】

酸化物半導体において、第１４族元素の一つであるシリコンや炭素が含まれると、酸化物半導体において欠陥準位が形成される。このため、酸化物半導体におけるシリコンや炭素の濃度と、酸化物半導体との界面近傍のシリコンや炭素の濃度（二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ：Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ Ｉｏｎ Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）により得られる濃度）を、２×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下、好ましくは２×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下とする。

【0122】

酸化物半導体にアルカリ金属又はアルカリ土類金属が含まれると、欠陥準位を形成し、キャリアを生成する場合がある。従って、アルカリ金属又はアルカリ土類金属が含まれている酸化物半導体を用いたトランジスタはノーマリーオン特性となりやすい。このため、酸化物半導体中のアルカリ金属又はアルカリ土類金属の濃度を低減することが好ましい。具体的には、ＳＩＭＳにより得られる酸化物半導体中のアルカリ金属又はアルカリ土類金属の濃度を、１×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下、好ましくは２×１０^１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下にする。

【0123】

酸化物半導体において、窒素が含まれると、キャリアである電子が生じ、キャリア濃度が増加し、ｎ型化しやすい。この結果、窒素が含まれている酸化物半導体を半導体に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、酸化物半導体中の窒素濃度は、ＳＩＭＳにおいて、５×１０^１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３未満、好ましくは５×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下、より好ましくは１×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下、さらに好ましくは５×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下とする。

【0124】

酸化物半導体に含まれる水素は、金属原子と結合する酸素と反応して水になるため、酸素欠損を形成する場合がある。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、酸化物半導体において、ＳＩＭＳにより得られる水素濃度を、１×１０^２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３未満、好ましくは１×１０^１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３未満、より好ましくは５×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３未満、さらに好ましくは１×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３未満とする。

【0125】

不純物が十分に低減された酸化物半導体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。

【0126】

〔金属酸化物の組成４〕
金属酸化物は、インジウムと、亜鉛と、酸素とを有することが好ましい。金属酸化物は、さらに元素Ｍを有してもよい。トランジスタのチャネル形成領域に好適に用いることができる金属酸化物の組成を、図２Ｂに示す。金属酸化物のインジウム、元素Ｍ及び亜鉛の原子数比は、図２Ｂに示す三角図において、範囲１７に含まれることが好ましい。範囲１７は、座標点Ｉ（４４：１１：１０）と、座標点Ｌ（４：１：４）と、座標点Ｍ（１：０：１）と、座標点Ｋ（１１：０：２）と、前記座標点Ｉと、をこの順に直線で結ぶ多角形の内部である。なお、範囲１７には、各座標点及び各辺も含む。範囲１７に含まれる組成を有する金属酸化物をチャネル形成領域に用いることにより、信頼性が高く、かつ電界効果移動度が高いトランジスタとすることができる。

【0127】

ここで、座標点Ｌ（４：１：４）は、前述の線Ｌ１０と、Ｉｎ：Ｚｎ＝１：１を満たす点の集合である線Ｌ１２の交点である。座標点Ｍ（１：０：１）は、前述の線Ｌ１２と、前述の線Ｌ８の交点である。座標点Ｉ及び座標点Ｋについては、前述の記載を参照できるため、詳細な説明は省略する。

【0128】

辺ＩＬは前述の線Ｌ１０上にあり、辺ＬＭは前述の線Ｌ１２上にあり、辺ＭＫは前述の線Ｌ８上にあり、辺ＫＩは前述の線Ｌ１１上にある。つまり、範囲１７は、線Ｌ１０、線Ｌ１２、線Ｌ８及び線Ｌ１１に囲われた多角形の内部であるともいえる。

【0129】

金属酸化物の組成は、範囲１７に示すように、線Ｌ１０であるＩｎ：Ｍ＝４：１を満たす、またはＩｎ：Ｍ＝４：１よりＩｎ含有率が高いことが好ましい。つまり、元素Ｍの原子数に対するインジウム原子数の比Ｉｎ／Ｍが、４以上であることが好ましい。前述の範囲の原子数比を有する金属酸化物をチャネル形成領域に用いることにより欠陥準位の生成を抑制でき、信頼性が高く、かつ電界効果移動度が高いトランジスタとすることができる。

【0130】

金属酸化物の組成は、範囲１７に示すように、線Ｌ１２であるＩｎ：Ｚｎ＝１：１を満たす、またはＩｎ：Ｚｎ＝１：１よりインジウム含有率が高いことが好ましい。つまり、亜鉛原子数に対するインジウム原子数の比Ｉｎ／Ｚｎが、１以上であることが好ましい。前述の範囲の原子数比とすることで金属酸化物が多結晶になることを抑制できる。金属酸化物が多結晶になりづらいことから、金属酸化物の形成条件のマージンを広げることができる。また、当該金属酸化物をチャネル形成領域に用いることにより、信頼性が高いトランジスタとすることができる。

【0131】

金属酸化物の組成は、範囲１７に示すように、線Ｌ１１である（Ｉｎ＋Ｍ）：Ｚｎ＝１１：２を満たす、または（Ｉｎ＋Ｍ）：Ｚｎ＝１１：２より亜鉛含有率が高いことが好ましい。つまり、亜鉛原子数に対するインジウムと元素Ｍの合計の原子数の比（Ｉｎ＋Ｍ）／Ｚｎが、１１／２以下であることが好ましい。前述の範囲の原子数を有する金属酸化物は高い結晶性を有する。また、当該金属酸化物をチャネル形成領域に用いることにより、信頼性が高いトランジスタとすることができる。

【0132】

金属酸化物として、範囲１７に含まれる組成を有するＩｎ－Ｍ－Ｚｎ酸化物を用いることができる。Ｉｎ－Ｍ－Ｚｎ酸化物として、例えば、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝５：１：２、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝５：１：３、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝５：１：４、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝５：１：５、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝１０：１：２、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝１０：１：３、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝１０：１：４、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝１０：１：５、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝１０：１：６、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝１０：１：７、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝１０：１：８、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝１０：１：１０、またはこれらの近傍を好適に用いることができる。また、金属酸化物として、Ｉｎ－Ｚｎ酸化物を用いることができる。Ｉｎ－Ｚｎ酸化物として、例えば、Ｉｎ：Ｚｎ＝２：３、Ｉｎ：Ｚｎ＝３：２、Ｉｎ：Ｚｎ＝７：２、Ｉｎ：Ｚｎ＝４：１、Ｉｎ：Ｚｎ＝１１：２、Ｉｎ：Ｚｎ＝７：１、またはこれらの近傍を好適に用いることができる。

【0133】

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。

【0134】

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。

【0135】

（実施の形態２）
本実施の形態では、実施の形態１に示した金属酸化物を適用した半導体装置の構成例について、説明する。以下では、トランジスタを例に挙げて説明する。

【0136】

＜構成例１＞
〔構成例１－１〕
本発明の一態様であるトランジスタ１０のチャネル長方向の断面概略図を、図６Ａに示す。

【0137】

トランジスタ１０は、導電層１０４と、絶縁層１０６と、半導体層１０８と、導電層１１２ａと、導電層１１２ｂとを有する。導電層１０４は、ゲート電極として機能する。絶縁層１０６の一部は、ゲート絶縁層として機能する。導電層１１２ａは、ソース電極またはドレイン電極の一方として機能し、導電層１１２ｂは他方として機能する。半導体層１０８の導電層１０４と重畳する領域はチャネル形成領域として機能する。トランジスタ１０は、半導体層１０８よりも下方にゲート電極を有する、いわゆるボトムゲート型のトランジスタである。

【0138】

導電層１１２ａ、導電層１１２ｂ及び半導体層１０８を覆って絶縁層１１４、絶縁層１１６及び絶縁層１１８が設けられている。絶縁層１１４、絶縁層１１６及び絶縁層１１８は、それぞれ保護層として機能する。

【0139】

導電層１０４として、金属または合金を含む導電膜を用いると、電気抵抗が抑制できるため好ましい。特に、導電層１０４として銅を含む導電性材料を用いることが好ましい。なお、導電層１０４に酸化物膜を用いてもよい。

【0140】

絶縁層１０６として、酸化物膜を用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。

【0141】

絶縁層１０６は、絶縁耐圧が高いことが好ましい。絶縁層１０６の絶縁耐圧が高いことにより、信頼性の高いトランジスタとすることができる。

【0142】

絶縁層１０６は、応力が小さいことが好ましい。絶縁層１０６の応力が小さいことにより、基板の反りなどの応力に起因する工程中の問題の発生を抑制できる。

【0143】

絶縁層１０６は、水、水素、ナトリウムなどの不純物が、絶縁層１０６の被形成面側の部材（例えば基板など）からトランジスタ１０に拡散することを抑制するバリア膜として機能することが好ましい。また、絶縁層１０６は、導電層１０４の成分がトランジスタ１０に拡散することを抑制するバリア膜として機能することが好ましい。絶縁層１０６が不純物などの拡散を抑制するバリア膜として機能することにより、良好な電気特性を示し、かつ信頼性の高いトランジスタとすることができる。

【0144】

さらに、絶縁層１０６は、自身からの水、水素などの不純物の放出が少ないことが好ましい。絶縁層１０６からの不純物の放出が少ないことにより、不純物がトランジスタ１０側に拡散することが抑制され、良好な電気特性を示し、かつ信頼性の高いトランジスタとすることができる。

【0145】

さらに、絶縁層１０６は、酸素が拡散することを抑制するバリア膜として機能することが好ましい。絶縁層１０６が酸素の拡散を抑制する機能を有することにより、酸素が絶縁層１０６より上側から導電層１０４へ拡散することが抑制され、導電層１０４が酸化されることを抑制できる。その結果、良好な電気特性を示し、かつ信頼性の高いトランジスタとすることができる。

【0146】

図６Ａは、絶縁層１０６が、絶縁層１０６ａと絶縁層１０６ａ上の絶縁層１０６ｂとの積層構造である構成を示している。例えば、絶縁層１０６の被形成面側に位置する絶縁層１０６ａに窒化物膜を用い、半導体層１０８と接する絶縁層１０６ｂに酸化物膜を用いることができる。

【0147】

絶縁層１０６ａは、絶縁耐圧が高いことが好ましい。絶縁層１０６の絶縁耐圧が高いことにより、信頼性の高いトランジスタとすることができる。

【0148】

絶縁層１０６ａは、応力が小さいことが好ましい。絶縁層１０６の応力が小さいことにより、基板の反りなどの応力に起因する工程中の問題の発生を抑制できる。

【0149】

絶縁層１０６ａは、水、水素、ナトリウムなどの不純物が、絶縁層１０６の被形成面側の部材（例えば基板など）からトランジスタ１０に拡散することを抑制するバリア膜として機能することが好ましい。また、絶縁層１０６は、導電層１０４の成分がトランジスタ１０に拡散することを抑制するバリア膜として機能することが好ましい。絶縁層１０６が不純物などの拡散を抑制する機能を有することにより、良好な電気特性を示し、かつ信頼性の高いトランジスタとすることができる。

【0150】

さらに、絶縁層１０６ａは、自身からの水、水素などの不純物の放出が少ないことが好ましい。絶縁層１０６ａからの不純物の放出が少ないことにより、不純物がトランジスタ１０側に拡散することが抑制され、良好な電気特性を示し、かつ信頼性の高いトランジスタとすることができる。

【0151】

さらに、絶縁層１０６ａは、酸素が拡散することを抑制するバリア膜として機能することが好ましい。絶縁層１０６ａが酸素の拡散を抑制する機能を有することにより、酸素が絶縁層１０６ａより上側から導電層１０４へ拡散することが抑制され、導電層１０４が酸化されることを抑制できる。その結果、良好な電気特性を示し、かつ信頼性の高いトランジスタとすることができる。

【0152】

絶縁層１０６ａとして、例えば、酸化アルミニウム、酸化窒化アルミニウム、酸化ハフニウム、酸化窒化ハフニウム、酸化ガリウム、酸化窒化ガリウム、酸化イットリウム、酸化窒化イットリウム、などの酸化物膜、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などの窒化物膜を用いることができる。絶縁層１０６ａとして、特に窒化シリコンを好適に用いることができる。

【0153】

絶縁層１０６ｂ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。絶縁層１０６ｂは欠陥密度が低いことが好ましい。さらに、絶縁層１０６ｂは、自身からの水、水素などの水素を有する不純物の放出が少ないことが好ましい。絶縁層１０６ｂとして、酸化シリコン、酸化窒化シリコンなどの酸化物膜を好適に用いることができる。

【0154】

図６Ａに示すように、絶縁層１０６を積層構造とすることにより、良好な電気特性を示し、かつ信頼性の高いトランジスタとすることができる。

【0155】

絶縁層１０６ａとして窒化物膜を形成し、その後に絶縁層１０６ａの上部に酸素を添加することで酸素を含む領域を形成し、該酸素を含む領域を絶縁層１０６ｂとしてもよい。酸素を添加する処理として、例えば、酸素を含む雰囲気下における加熱処理またはプラズマ処理や、イオンドーピング処理などがある。

【0156】

なお、本明細書等において、酸化窒化物とはその組成として窒素よりも酸素の含有量が多い物質を指し、酸化窒化物は酸化物に含まれる。窒化酸化物とはその組成として酸素より窒素の含有量が多い物質を指し、窒化酸化物は窒化物に含まれる。

【0157】

なお、図６Ａは、絶縁層１０６として絶縁層１０６ａ及び絶縁層１０６ｂの２層構造を示したが、本発明の一態様はこれに限られない。絶縁層１０６は単層構造であってもよいし、３層以上の積層構造であってもよい。また、絶縁層１０６ａ及び絶縁層１０６ｂのそれぞれが２層以上の積層構造を有してもよい。

【0158】

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、実施の形態１に示す組成を有する金属酸化物を用いることが好ましい。当該金属酸化物をチャネル形成領域に用いることにより、信頼性が高く、かつ電界効果移動度が高いトランジスタとすることができる。

【0159】

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（ｎｃ）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。

【0160】

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。

【0161】

金属酸化物膜をスパッタリング法により形成する場合、形成時の基板温度（ステージ温度）が高いほど、結晶性の高い金属酸化物膜を形成することができる。また、形成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形成することができる。

【0162】

半導体層１０８は、半導体層１０８ａと、半導体層１０８ａ上の半導体層１０８ｂとの積層構造を有すると好ましい。半導体層１０８ａ及び半導体層１０８ｂはそれぞれ、金属酸化物を含むことが好ましい。なお、半導体層１０８ａと半導体層１０８ｂの境界（界面）を明確に確認できない場合がある。そこで、本発明の一形態を説明する図面では、これらの境界を破線で示している。半導体層１０８ａと半導体層１０８ｂとは、それぞれ実施の形態１に示す金属酸化物膜を用いることが好ましい。

【0163】

バックチャネル側に位置する半導体層１０８ｂは、導電層１０４側に位置する半導体層１０８ａよりも結晶性の高い領域を有することが好ましい。半導体層１０８ｂが結晶性の高い領域を有することにより、導電層１１２ａ及び導電層１１２ｂの形成の際に、半導体層１０８の一部がエッチングされ、消失してしまうことを抑制できる。さらに、半導体層１０８表面に洗浄処理を行う際に、半導体層１０８がダメージをうけることを抑制できる。

【0164】

半導体層１０８ａと半導体層１０８ｂとは、例えば、形成条件を異ならせることで作り分けることができる。例えば、半導体層１０８ａと半導体層１０８ｂとで、成膜ガス中の酸素ガスの流量を異ならせることができる。

【0165】

このとき、半導体層１０８ａの形成条件として、ガス流量全体に占める酸素ガス流量の割合（酸素流量比又は酸素分圧ともいう）は０％以上５０％未満が好ましく、さらには５％以上３０％以下が好ましく、さらには５％以上２０％以下が好ましい。前述の酸素流量比とすることで、半導体層１０８ａの結晶性を低くすることができる。

【0166】

一方、半導体層１０８ｂの形成条件として、酸素流量比は５０％以上１００％以下が好ましく、さらには６０％以上１００％以下が好ましく、さらには７０％以上１００％以下が好ましく、さらには８０％以上１００％以下が好ましい。前述の酸素流量比とすることで、半導体層１０８ｂの結晶性を高くすることができる。

【0167】

半導体層１０８を積層構造とする場合、同じスパッタリングターゲットを用いて同じ処理室で連続して形成することで、界面を良好にすることができるため好ましい。特に、各金属酸化物膜の形成条件として、形成時の圧力、温度、電力等の条件を異ならせてもよいが、酸素流量比以外の条件を同じとすることで、形成工程にかかる時間を短縮できるため好ましい。また、半導体層１０８として、異なる組成の金属物酸化物膜の積層構造を用いてもよい。異なる組成の金属酸化物膜を積層する場合には、大気に暴露することなく、連続して形成することが好ましい。

【0168】

半導体層１０８の形成時の基板温度は、室温（２５℃）以上２００℃以下が好ましく、室温以上１３０℃以下がより好ましい。基板温度を前述の範囲とすることで、大面積のガラス基板を用いる場合に、基板の撓みまたは歪みを抑制できる。半導体層１０８を積層構造とする場合、半導体層１０８ａと半導体層１０８ｂとで、基板温度を同じ温度とすると、生産性を高めることができる。また、半導体層１０８ａと半導体層１０８ｂとで基板温度を異ならせる場合は、半導体層１０８ａ形成時の基板温度より半導体層１０８ｂ形成時の基板温度を高くすることが好ましい。半導体層１０８ｂ形成時の基板温度を高くすることで、半導体層１０８ａの結晶性より半導体層１０８ｂの結晶性を高めることができる。なお、本明細書等において、室温とは基板を加熱しない場合の温度を含む。

【0169】

例えば、半導体層１０８ａにＣＡＣ－ＯＳ（Ｃｌｏｕｄ－Ａｌｉｇｎｅｄ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｏｘｉｄｅ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）膜を用い、半導体層１０８ｂにＣＡＡＣ－ＯＳ（ｃ－ａｘｉｓ－ａｌｉｇｎｅｄ ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ ｏｘｉｄｅ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）膜を用いることが好ましい。

【0170】

半導体層１０８ａ及び半導体層１０８ｂの結晶性は、例えば、Ｘ線回折（ＸＲＤ：Ｘ－Ｒａｙ Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ）、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ：Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）、電子線回折（ＥＤ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ）等により解析できる。

【0171】

半導体層１０８ａの厚さは、１ｎｍ以上５０ｎｍ以下が好ましく、さらには５ｎｍ以上３０ｎｍ以下が好ましく、さらには５ｎｍ以上２０ｎｍ以下が好ましい。また、半導体層１０８ｂの厚さは、１ｎｍ以上５０ｎｍ以下が好ましく、さらには５ｎｍ以上３０ｎｍ以下が好ましく、さらには５ｎｍ以上２０ｎｍ以下が好ましい。

【0172】

ここで、半導体層１０８中に形成されうる酸素欠損について、説明する。

【0173】

半導体層１０８が酸化物半導体を含む場合、特に、酸化物半導体に含まれる水素が金属原子と結合する酸素と反応して水になり、酸化物半導体中に酸素欠損（Ｖ_Ｏ：Ｏｘｙｇｅｎ Ｖａｃａｎｃｙ）が形成する場合がある。さらに、酸素欠損に水素が入った欠陥（以下、Ｖ_ＯＨと記す）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酸化物半導体を用いたトランジスタは、ノーマリーオン特性となりやすい。また、酸化物半導体中の水素は、熱、電界などのストレスによって動きやすいため、酸化物半導体に多くの水素が含まれると、トランジスタの信頼性が悪化する恐れもある。

【0174】

Ｖ_ＯＨは、酸化物半導体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、酸化物半導体においては、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、酸化物半導体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。

【0175】

以上より、半導体層１０８に酸化物半導体を用いる場合、半導体層１０８中のＶ_ＯＨをできる限り低減し、高純度真性または実質的に高純度真性にすることが好ましい。このように、Ｖ_ＯＨが十分低減された酸化物半導体を得るには、酸化物半導体中の水、水素などの不純物を除去すること（脱水、脱水素化処理と記載する場合がある。）と、酸化物半導体に酸素を供給して酸素欠損を補填すること（加酸素化処理と記載する場合がある。）が重要である。Ｖ_ＯＨなどの不純物が十分に低減された酸化物半導体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。

【0176】

半導体層１０８に酸化物半導体を用いる場合、チャネル形成領域として機能する領域の酸化物半導体のキャリア濃度は、１×１０^１８ｃｍ^－３以下であることが好ましく、１×１０^１７ｃｍ^－３未満であることがより好ましく、１×１０^１６ｃｍ^－３未満であることがさらに好ましく、１×１０^１３ｃｍ^－３未満であることがさらに好ましく、１×１０^１２ｃｍ^－３未満であることがさらに好ましい。なお、チャネル形成領域として機能する領域の酸化物半導体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。

【0177】

絶縁層１１４及び絶縁層１１６は、トランジスタ１０の保護膜としての機能を有する。また、絶縁層１１４及び絶縁層１１６は、半導体層１０８に酸素を供給する機能を有する。

【0178】

絶縁層１１４及び絶縁層１１６から半導体層１０８、特に半導体層１０８のバックチャネル側に酸素を供給することで、半導体層１０８中のＶ_Ｏ及びＶ_ＯＨ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することができる。半導体層１０８に酸素を供給する処理として、他に、酸素を含む雰囲気での加熱処理、または酸素を含む雰囲気下におけるプラズマ処理などがある。

【0179】

導電層１１２ａ及び導電層１１２ｂは、金属または合金を含む導電膜を用いると、電気抵抗が抑制できるため好ましい。特に、導電層１１２ａ及び導電層１１２ｂとして銅を含む導電性材料を用いることが好ましい。なお、導電層１１２ａ及び導電層１１２ｂに酸化物膜を用いてもよい。

【0180】

図６Ａでは、導電層１１２ａ及び導電層１１２ｂが、それぞれ被形成面側から順に、導電層１１３ａ、導電層１１３ｂ、及び導電層１１３ｃが積層された積層構造を有する例を示している。

【0181】

導電層１１３ｂは、低抵抗な導電性材料を用いることが好ましい。導電層１１３ａ及び導電層１１３ｃは、それぞれ独立に導電層１１３ｂとは異なる導電性材料を用いることができる。導電層１１３ｂを、導電層１１３ａと導電層１１３ｃとで挟むことにより、導電層１１３ｂの表面が酸化されることや、導電層１１３ｂの成分が周辺の層に拡散することを抑制できる。このような構成とすることにより、導電層１１２ａ及び導電層１１２ｂを極めて低抵抗なものとすることができる。

【0182】

導電層１１２ａ及び導電層１１２ｂにおいて、最も上部に位置する導電層１１３ｃは、銅またはアルミニウム等を含む導電膜よりも酸素と結合しにくい材料、または酸化しても導電性が損なわれにくい材料を含むことが好ましい。また、半導体層１０８と接する導電層１１３ａには、半導体層１０８中の酸素が拡散しにくい材料を用いることが好ましい。最も上部に位置する導電層１１３ｃ、及び半導体層と接する導電層１１３ａとして、例えば、チタン、タングステン、モリブデン、クロム、タンタル、亜鉛、インジウム、白金、またはルテニウム等を含む導電性材料を用いることができる。導電層１１３ａ及び導電層１１３ｃは、同じ導電性材料を用いることができる。また、導電層１１３ａ及び導電層１１３ｃは、異なる導電性材料を用いてもよい。

【0183】

半導体層１０８上に絶縁層１１４を形成する前に、洗浄処理を行うことが好ましい。洗浄処理を行うことで、半導体層１０８の表面に吸着した水や水素、有機物成分等を除去することができる。洗浄方法として、洗浄液など用いたウェット洗浄、加熱処理、またはプラズマを用いたプラズマ処理による洗浄などがある。また、前述の洗浄を適宜組み合わせて行ってもよい。

【0184】

加熱処理として、酸化性ガスを含む雰囲気、または減圧雰囲気で行うことが好ましい。酸化性ガスとは、酸化力を有するガスを指す。酸化性ガスとして、例えば、酸素（Ｏ_２）、オゾン（Ｏ_３）、一酸化二窒素（Ｎ_２Ｏ）、一酸化窒素（ＮＯ）、二酸化窒素（ＮＯ_２）などの酸素を含むガスを用いることができる。加熱処理は、例えば、酸素ガスの雰囲気で、７０℃以上２００℃以下の温度で行うことができる。

【0185】

プラズマ処理として、酸化性ガスを含む雰囲気で行うことが好ましい。酸化性ガスを含む雰囲気でプラズマ処理を行うことで、半導体層１０８の表面の有機物を好適に除去できる。また、該プラズマ処理の後、半導体層１０８の表面を大気に暴露することなく、連続して絶縁層１１４を形成することが好ましい。プラズマ処理に連続して絶縁層１１４を形成することにより、半導体層１０８と絶縁層１１４の界面に不純物が付着することを抑制できる。

【0186】

なお、前述の洗浄処理により導電層１１２ａ及び導電層１１２ｂが酸化され、抵抗が高くなってしまうことにより、トランジスタの電気特性や信頼性に悪影響を及ぼす場合がある。そこで、洗浄処理として、酸化性ガス及び還元性ガスを含む混合ガスを用いたプラズマ処理を行うと特に好ましい。酸化性ガスとして、前述のガスを用いることができる。還元性ガスは還元力を有するガスを指す。還元性ガスとして、例えば、アンモニア（ＮＨ_３）、水素（Ｈ_２）などの水素を含むガス、または一酸化炭素（ＣＯ）を用いることができる。例えば、酸化性ガスである一酸化二窒素、及び還元性ガスであるアンモニアを含む混合ガスの雰囲気でプラズマ処理を行うことにより、導電層１１２ａ及び導電層１１２ｂが酸化されることを抑制するともに、効果的に半導体層１０８の表面に吸着した水や水素、有機物成分等を除去できる。

【0187】

プラズマ処理において、酸化性ガスの流量に対する還元性ガスの流量は０．００５倍以上１倍以下が好ましく、さらには０．０１倍以上０．９倍以下が好ましく、さらには０．０２倍以上０．８倍以下が好ましく、さらには０．０３倍以上０．６倍以下が好まく、さらには０．０３倍以上０．５倍以下が好ましい。

【0188】

プラズマ処理に用いる混合ガスとして、酸化性ガス、還元性ガスに加えて、アルゴンなどの希ガスを含む混合ガスを用いてもよい。

【0189】

半導体層１０８と接する絶縁層１１４は、熱が加わることによる窒素酸化物（ＮＯ_ｘ、ｘは０よりも大きく２以下）の放出が少ないことが好ましい。窒素酸化物は、例えば、ＮＯ_２またはＮＯなどがある。

【0190】

窒素酸化物は、絶縁層１１４などに準位を形成する。当該準位は、半導体層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、絶縁層１１４と半導体層１０８の界面に拡散すると、当該準位が絶縁層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、絶縁層１１４及び半導体層１０８界面近傍に留まるため、トランジスタのしきい値電圧がプラス方向に変動してしまう。

【0191】

ここで、絶縁層１１４は、アンモニアの放出が多いことが好ましい。窒素酸化物は、熱が加わることによりアンモニア及び酸素と反応し、分解する。絶縁層１１４に含まれる窒素酸化物は、熱が加わることにより絶縁層１１４及び絶縁層１１６に含まれるアンモニアと反応するため、絶縁層１１４に含まれる窒素酸化物が低減される。このため、絶縁層１１４と半導体層１０８の界面において、電子がトラップされにくい。

【0192】

絶縁層１１４として、アンモニアの放出が多く、かつ窒素酸化物の放出が少ない膜を用いることで、トランジスタのしきい値電圧の変動を抑制でき、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。

【0193】

絶縁層１１４として、例えば酸化シリコン膜または酸化窒化シリコン膜などの酸化物膜を、プラズマ化学気相堆積装置（ＰＥＣＶＤ装置、または単にプラズマＣＶＤ装置という）を用いて形成することが好ましい。この場合、原料ガスとして、シリコンを含む堆積性ガス、酸化性ガス及びアンモニアガスを含む混合ガスを用いることが好ましい。アンモニアガスを含む混合ガスを用いて絶縁層１１４を形成することにより、アンモニアの放出が多い絶縁層１１４とすることができる。シリコンを含む堆積性ガスとして、例えば、シラン、ジシラン、トリシラン、フッ化シランを用いることができる。酸化性ガスとして、前述のガスを用いることができる。

【0194】

混合ガスにおける各々のガスの割合は、プラズマ化学気相堆積装置の処理室に供給するガスの流量を制御することにより制御できる。なお、混合ガスにおける各々のガスの比は、例えば、体積比、分圧比または重量比などで表現することができる。ここで、処理室に供給されるガスの流量比は、ガスの体積比、及び分圧比に概略一致する。

【0195】

前述の絶縁層１１４の形成前の洗浄処理としてプラズマ処理を行う場合、該プラズマ処理に用いるガスと、絶縁層１１４の形成に用いるガスで、共通するガスを用いることができる。プラズマ処理において、第１の酸化性ガス、及び還元性ガスを含む混合ガスを用い、絶縁層１１４の形成において、第２の酸化性ガス、アンモニアガス、及びシリコンを含む第１の堆積性ガス混合ガスを用いる。ここで、第１の酸化性ガスと第２の酸化性ガスに同じ種類のガスを用い、還元性ガスとしてアンモニアガスを用いることで、プラズマ処理及び絶縁層１１４の形成において、酸化性ガスとアンモニアガスを共通して用いることができる。共通するガスを用いることで、トランジスタの作製に用いるガスの種類を少なくすることができる。

【0196】

プラズマ化学気相堆積装置を用いてプラズマ処理、及び絶縁層１１４の形成を行う場合を例に挙げて、説明する。ここで絶縁層１１４は酸化窒化シリコンとする。

【0197】

プラズマ処理において、酸化性ガスである一酸化二窒素（Ｎ_２Ｏ）、及び還元性ガスであるアンモニアを含む混合ガスを用い、絶縁層１１４の形成において、堆積性ガスであるモノシランと、酸化性ガスである一酸化二窒素（Ｎ_２Ｏ）、及びアンモニアを含む混合ガスを用いることができる。ここで、プラズマ処理及び絶縁層１１４の形成で、一酸化二窒素（Ｎ_２Ｏ）及びアンモニアを共通して用いることができる。つまり、一酸化二窒素（Ｎ_２Ｏ）及びアンモニアを用いてプラズマ処理を行い、その後にモノシランガスを流すことにより絶縁層１１４を形成できる。このように、同じ処理室で連続してプラズマ処理及び絶縁層１１４の形成を行うことができるため、半導体層１０８と絶縁層１１４の界面の不純物を少なくすることができ、良好な界面とすることができる。

【0198】

絶縁層１１４の形成において、堆積性ガスの流量に対する酸化性ガスの流量は２０倍より大きく２００倍以下が好ましく、さらには３０倍以上１５０倍以下が好ましく、さらには４０倍以上１００倍以下が好ましく、さらには４０倍以上８０倍以下が好ましい。

【0199】

絶縁層１１４の形成において、アンモニアガスの流量は、酸化性ガスの流量以下であることが好ましい。酸化性ガスの流量に対するアンモニアガスの流量は０．０１倍以上１倍以下が好ましく、さらには０．０２倍以上０．９倍以下が好ましく、さらには０．０３倍以上０．８倍以下が好ましく、さらには０．０４倍以上０．６倍以下が好ましく、さらには０．０５倍以上０．５倍以下が好ましい。前述のガス流量とすることで、アンモニアの放出が多い絶縁層１１４とすることができ、絶縁層１１４からの窒素酸化物の放出が少なくなることで、しきい値電圧の変動が小さいトランジスタとすることができる。また、前述のガス流量とすることで、処理室内の圧力が比較的高い場合においても、欠陥の少ない絶縁層１１４を形成することができる。なお、絶縁層１１４の形成時の条件、例えば圧力またはパワーにより、酸化性ガスの流量に対するアンモニアガスの好ましい流量が異なってくる場合がある。

【0200】

絶縁層１１４の形成時の処理室内の圧力は２００Ｐａ以下が好ましく、さらには１５０Ｐａ以下が好ましく、さらには１２０Ｐａ以下が好ましく、さらには１００Ｐａ以下が好ましい。前述の圧力の範囲とすることで、窒素酸化物の放出が少なく、かつ欠陥量の少ない絶縁層１１４を形成することができる。

【0201】

なお、アンモニアの放出が多く、かつ窒素酸化物の放出が少ない絶縁層は、昇温脱離ガス分析法（ＴＤＳ：Ｔｈｅｒｍａｌ Ｄｅｓｏｒｐｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）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１×１０^１８／ｃｍ^３以上５×１０^１９／ｃｍ^３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℃以下の範囲における放出量とする。

【0202】

絶縁層１１４は、欠陥密度が低いことが好ましい。絶縁層１１４に含まれる欠陥密度が高いと、該欠陥に酸素が結合してしまい、絶縁層１１４における酸素の透過性が減少してしまう。欠陥密度が低い絶縁層１１４を用いることにより、しきい値電圧の変動が小さく、優れた電気特性を有するトランジスタとすることができる。例えば、絶縁層１１４としてシリコンを含む絶縁膜を用いる場合、ＥＳＲ測定において、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３×１０^１７ｓｐｉｎｓ／ｃｍ^３以下であることが好ましい。

【0203】

絶縁層１１４は半導体層１０８上に形成されるため、半導体層１０８へのダメージが少ない条件で形成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）が十分に遅い条件で形成することができる。例えば、プラズマＣＶＤ法により絶縁層１１４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。

【0204】

絶縁層１１６は、酸化物膜を用いることが好ましく、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１１６は、酸素を放出することが可能な絶縁膜を有する。例えば、酸素雰囲気で絶縁層１１６を形成すること、形成後の絶縁層１１６に対して酸素雰囲気で熱処理、またはプラズマ処理を行うこと、または、絶縁層１１６上に酸素雰囲気で酸化物膜を形成することにより、絶縁層１１６中に酸素を供給することもできる。なお、絶縁層１１６として、ＴＤＳにおいて酸素分子の放出量が１．０×１０^１９ｍｏｌｅｃｕｌｅｓ／ｃｍ^３以上、好ましくは３．０×１０^２０ｍｏｌｅｃｕｌｅｓ／ｃｍ^３以上の領域を有する。また、前述の酸素の放出量は、ＴＤＳにおける加熱処理の温度が５０℃以上６５０℃以下、または５０℃以上５５０℃以下の範囲での総量である。

【0205】

絶縁層１１６は、欠陥密度が低いことが好ましく、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１．５×１０^１８ｓｐｉｎｓ／ｃｍ^３未満、さらには１×１０^１８ｓｐｉｎｓ／ｃｍ^３以下であることが好ましい。なお、絶縁層１１６は、絶縁層１１４と比較して半導体層１０８から離れているため、絶縁層１１４より欠陥密度が高くともよい。

【0206】

絶縁層１１４及び絶縁層１１６として、例えば、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。

【0207】

絶縁層１１４及び絶縁層１１６は、同種の材料の絶縁膜を用いることができるため、絶縁層１１４と絶縁層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、絶縁層１１４と絶縁層１１６の境界（界面）を明確に確認できない場合がある。そこで、本発明の一形態を説明する図面では、これらの境界を破線で示している。なお、本実施の形態においては、絶縁層１１４と絶縁層１１６の２層構造について説明したが、本発明の一態様はこれに限られない。例えば、絶縁層１１４の単層構造、あるいは３層以上の積層構造としてもよい。

【0208】

絶縁層１１４を形成した後、絶縁層１１４の表面を大気に暴露することなく、連続して絶縁層１１６を形成することが好ましい。絶縁層１１４の形成に連続して絶縁層１１６を形成することにより、絶縁層１１４と絶縁層１１６の界面に不純物が付着することを抑制できる。

【0209】

前述の絶縁層１１４の形成に用いるガスと、絶縁層１１６の形成に用いるガスで、共通するガスを用いることができる。

【0210】

絶縁層１１４の形成において、第２の酸化性ガス、アンモニアガス、及びシリコンを含む第１の堆積性ガスを含む混合ガスを用い、絶縁層１１６の形成において、第３の酸化性ガス、及びシリコンを含む第２の堆積性ガスを含む混合ガスを用いる。ここで、第２の酸化性ガスと第３の酸化性ガスに同じ種類のガスを用い、シリコンを含む第１の堆積性ガスとシリコンを含む第２の堆積性ガスに同じ種類のガスを用いることで、絶縁層１１４の形成及び絶縁層１１６の形成において、酸化性ガスとシリコンを含む堆積性ガスを共通して用いることができる。共通するガスを用いることで、トランジスタの作製に用いるガスの種類を少なくすることができる。

【0211】

プラズマ化学気相堆積装置を用いて絶縁層１１４及び絶縁層１１６の形成を行う場合を例に挙げて、説明する。

【0212】

ここで絶縁層１１４及び絶縁層１１６ともに酸化窒化シリコンとする。絶縁層１１４の形成において、堆積性ガスであるモノシラン、酸化性ガスである一酸化二窒素（Ｎ_２Ｏ）、及びアンモニアを含む混合ガスを用い、絶縁層１１６の形成において、堆積性ガスであるモノシラン、及び酸化性ガスである一酸化二窒素（Ｎ_２Ｏ）を含む混合ガスを用いることができる。ここで、絶縁層１１４及び絶縁層１１６の形成で、モノシラン及び一酸化二窒素（Ｎ_２Ｏ）を共通して用いることができる。つまり、モノシラン、一酸化二窒素（Ｎ_２Ｏ）及びアンモニアを用いて絶縁層１１４を形成し、その後にアンモニアガスの供給を停止することにより絶縁層１１６を形成できる。このように、同じ処理室で連続して絶縁層１１４及び絶縁層１１６の形成を行うことができるため、絶縁層１１４と絶縁層１１６の界面の不純物を少なくすることができ、良好な界面とすることができる。

【0213】

さらに、前述の絶縁層１１４の形成前の洗浄処理としてプラズマ処理を行う場合、該プラズマ処理に用いるガスと、絶縁層１１４の形成に用いるガスと、絶縁層１１６の形成に用いるガスとで、共通するガスを用いると好ましい。共通するガスを用いることで、トランジスタの作製に用いるガスの種類を少なくすることができる。

【0214】

プラズマ化学気相堆積装置を用いてプラズマ処理、絶縁層１１４の形成、及び絶縁層１１６の形成を行う場合を例に挙げて、説明する。ここで絶縁層１１４及び絶縁層１１６は酸化窒化シリコンとする。

【0215】

プラズマ処理において、酸化性ガスである一酸化二窒素（Ｎ_２Ｏ）、及び還元性ガスであるアンモニアを含む混合ガスを用いる。さらに、絶縁層１１４の形成において、堆積性ガスであるモノシラン、酸化性ガスである一酸化二窒素（Ｎ_２Ｏ）、及びアンモニアを含む混合ガスを用いる。さらに、絶縁層１１６の形成において、堆積性ガスであるモノシラン、及び酸化性ガスである一酸化二窒素（Ｎ_２Ｏ）を含む混合ガスを用いる。ここで、プラズマ処理、絶縁層１１４の形成及び絶縁層１１６の形成において、酸化性ガスである一酸化二窒素（Ｎ_２Ｏ）を共通して用いることができる。また、プラズマ処理及び絶縁層１１４の形成で、アンモニアを共通して用いることができる。さらに、絶縁層１１４の形成及び絶縁層１１６の形成において、堆積性ガスであるモノシランを共通して用いることができる。つまり、一酸化二窒素（Ｎ_２Ｏ）及びアンモニアを用いてプラズマ処理を行い、その後にモノシランガスを流すことにより絶縁層１１４を形成できる。続いて、アンモニアガスの供給を停止することにより絶縁層１１６を形成できる。このように、同じ処理室で連続してプラズマ処理、絶縁層１１４の形成及び絶縁層１１６の形成を行うことができるため、半導体層１０８と絶縁層１１４の界面、絶縁層１１４と絶縁層１１６の界面それぞれで不純物を少なくすることができ、良好な界面とすることができる。

【0216】

絶縁層１１６を形成した後、絶縁層１１６の表面に対してプラズマ処理を行ってもよい。当該プラズマ処理により、絶縁層１１６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。絶縁層１１６の表面に水などの不純物が吸着した場合、該不純物が半導体層１０８に達し、半導体層１０８中にＶ_Ｏ、Ｖ_ＯＨなどが形成されてしまう場合がある。絶縁層１１６の表面に対してプラズマ処理を行い、絶縁層１１６の表面に水などの不純物が吸着することを抑制することにより、信頼性の高いトランジスタとすることができる。特に、絶縁層１１６の形成から、絶縁層１１８の形成までの間に絶縁層１１６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、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で行うことができる。特に、窒素を好適に用いることができる。また、絶縁層１１６の形成とプラズマ処理とは、大気に曝すことなく連続して行われることが好ましい。

【0217】

絶縁層１１８は、トランジスタ１０の保護膜としての機能を有する。絶縁層１１８は、水、水素などの不純物が、トランジスタ１０の外部からトランジスタ１０に拡散することを抑制する。すなわち、トランジスタ１０の信頼性及び耐湿性を向上させることができ、信頼性を高めた半導体装置とすることができる。

【0218】

絶縁層１１８は、水、水素などの不純物が、トランジスタ１０の外部からトランジスタ１０に拡散することを抑制するバリア膜として機能することが好ましい。また、絶縁層１１８は、自身からの水、水素などの水素を有する不純物の放出が少ないことが好ましい。さらに、絶縁層１１８は、酸素が拡散することを抑制するバリア膜として機能することが好ましい。絶縁層１１８として、例えば、酸化アルミニウム、酸化窒化アルミニウム、酸化ハフニウム、酸化窒化ハフニウム、酸化ガリウム、酸化窒化ガリウム、酸化イットリウム、酸化窒化イットリウム、などの酸化物膜、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などの窒化物膜を用いることができる。絶縁層１１８として、特に窒化シリコンを好適に用いることができる。

【0219】

ここで、絶縁層１１６が露出した状態で熱が加わると、絶縁層１１４及び絶縁層１１６が有する酸素が外方へ脱離してしまう場合がある。絶縁層１１４及び絶縁層１１６が有する酸素が外方へ脱離すると、絶縁層１１４及び絶縁層１１６が有する酸素量が減少し、半導体層１０８に供給される酸素量が減少してしまう場合がある。したがって、少なくとも絶縁層１１８を形成し始める際の温度は、絶縁層１１４及び絶縁層１１６が有する酸素が外方へ脱離しない温度であることが好ましい。絶縁層１１８が酸素の拡散を抑制する機能を有し、さらに、絶縁層１１４及び絶縁層１１６が有する酸素が外方へ脱離しない温度で絶縁層１１８を形成することで、半導体層１０８に酸素を供給でき、半導体層１０８中の酸素欠損を効率良く補填することができる。

【0220】

水、水素などの不純物が拡散することを抑制する機能、及び酸素が拡散することを抑制する機能を有する絶縁層１１８は、緻密な膜であることが好ましい。例えば、絶縁層１１８の形成時の基板温度を高くすることで、緻密な膜とすることができる。

【0221】

絶縁層１１８形成の際の基板温度は、１８０℃以上℃４００℃以下が好ましく、さらには２００℃以上℃３８０℃以下が好ましく、さらには２２０℃以上℃３６０℃以下が好ましく、さらには２４０℃以上℃３５０℃以下が好ましい。前述の基板温度とすることで、絶縁層１１４及び絶縁層１１６が有する酸素が外方へ脱離することを抑制でき、かつ絶縁層１１８を緻密な膜とすることができる。

【0222】

このような構成とすることで、電気特性が良好で、且つ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。

【0223】

以上が構成例１－１についての説明である。

【0224】

以下では、前述の構成例１－１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、前述の構成例１－１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、前述の構成例１－１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。

【0225】

〔構成例１－２〕
本発明の一態様であるトランジスタ１０Ａのチャネル長方向の断面概略図を、図６Ｂに示す。トランジスタ１０Ａは、絶縁層１０６ａの構成が異なる点で、前述のトランジスタ１０と主に異なる。トランジスタ１０Ａにおいて、絶縁層１０６ａは、絶縁層１０６ａ１と、絶縁層１０６ａ１上の絶縁層１０６ａ２と、絶縁層１０６ａ２上の絶縁層１０６ａ３との積層構造を有する。

【0226】

図６Ｂには、絶縁層１０６は、導電層１０４側から、絶縁層１０６ａ１、絶縁層１０６ａ２、絶縁層１０６ａ３、及び絶縁層１０６ｂがこの順に積層された構造を有する例を示している。絶縁層１０６ａ１は導電層１０４と接する。また、絶縁層１０６ｂは半導体層１０８と接する。

【0227】

絶縁層１０６ａは、水、水素、ナトリウムなどの不純物の拡散を抑制すること、導電層１０４の成分の拡散を抑制すること、応力が小さいこと、絶縁耐圧が高いこと、水、水素などの不純物の放出が少ないこと、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。

【0228】

導電層１０４側に位置する絶縁層１０６ａ１、絶縁層１０６ａ２、及び絶縁層１０６ａ３として、前述の絶縁層１０６ａに用いることのできる絶縁膜を用いることができる。絶縁層１０６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形成することが好ましい。

【0229】

絶縁層１０６ａ１は、水、水素、ナトリウムなどの不純物が、絶縁層１０６ａ１の被形成面側の部材（例えば基板など）からトランジスタ１０に拡散することを抑制するバリア膜として機能することが好ましい。また、絶縁層１０６ａ１は、導電層１０４の成分がトランジスタ１０に拡散することを抑制するバリア膜として機能することが好ましい。絶縁層１０６ａ２は応力が小さく、かつ絶縁耐圧が高いことが好ましい。絶縁層１０６ａ３は、自身からの水、水素などの不純物の放出が少ないことが好ましい。また、絶縁層１０６ａ３は、絶縁層１０６ａ２より下側からの水、水素などの不純物が、トランジスタ１０に拡散することを抑制するバリア膜として機能することが好ましい。

【0230】

絶縁層１０６ａ１及び絶縁層１０６ａ３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。絶縁層１０６ａ１及び絶縁層１０６ａ３には、絶縁層１０６ａ２よりも成膜速度の遅い条件で形成した絶縁膜を適用することができる。一方、絶縁層１０６ａ２は、応力が小さく、成膜速度の速い条件で形成された絶縁膜を用いることが好ましい。また、絶縁層１０６ａ２は、絶縁層１０６ａ１及び絶縁層１０６ａ３よりも膜厚が厚いことが好ましい。

【0231】

絶縁層１０６ａ１、絶縁層１０６ａ２、及び絶縁層１０６ａ３のそれぞれに同じ膜種、例えばプラズマＣＶＤ法で形成した窒化シリコン膜を用いた場合であっても、絶縁層１０６ａ２が、絶縁層１０６ａ１及び絶縁層１０６ａ３よりも膜密度が低い膜となる。したがって、絶縁層１０６の断面における透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）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、絶縁層１０６ａ１と絶縁層１０６ａ２の境界、及び絶縁層１０６ａ２と絶縁層１０６ａ３の境界（界面）を明確に確認できない場合がある。そこで、本発明の一形態を説明する図面では、これらの境界を破線で示している。

【0232】

このような構成とすることで、電気特性が良好で、且つ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。

【0233】

〔構成例１－３〕
本発明の一態様であるトランジスタ１０Ｂのチャネル長方向の断面概略図を、図７Ａに示す。トランジスタ１０Ｂは、絶縁層１１８上に導電層１２０を有する点で、前述のトランジスタ１０と主に異なる。

【0234】

半導体層１０８は、導電層１０４及び導電層１２０の間に位置し、導電層１０４、半導体層１０８及び導電層１２０は互いに重なる領域を有する。トランジスタ１０Ｂは、半導体層１０８の上下に、ゲート電極として機能する導電層１０４、及びバックゲート電極として機能する導電層１２０を有するデュアルゲート型のトランジスタである。また、トランジスタ１０Ｂにおいて、絶縁層１０６の一部は第１のゲート絶縁層として機能し、絶縁層１１４、絶縁層１１６及び絶縁層１１８の一部は第２のゲート絶縁層として機能する。

【0235】

例えば、トランジスタ１０Ｂは、導電層１０４及び導電層１２０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１０Ｂは、導電層１０４及び導電層１２０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１０Ｂ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。

【0236】

このような構成とすることで、電気特性が良好で、且つ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。

【0237】

〔構成例１－４〕
本発明の一態様であるトランジスタ１０Ｃのチャネル長方向の断面概略図を、図７Ｂに示す。トランジスタ１０Ｃは、絶縁層１０６の構成が異なる点、及び導電層１２０を有する点で、前述のトランジスタ１０と主に異なる。トランジスタ１０Ｃは、前述の構成例１－２で例示したトランジスタ１０Ａに、前述の構成例１－３で例示したトランジスタ１０Ｂで例示した導電層１２０を適用した場合の例である。

【0238】

このような構成とすることで、電気特性が良好で、且つ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。

【0239】

＜構成例２＞
以下では、より具体的なトランジスタの構成例について説明する。

【0240】

〔構成例２－１〕
図８Ａは、トランジスタ１００の上面図であり、図８Ｂは、図８Ａ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８Ｃは、図８Ａ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。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。なお、図８Ａにおいて、トランジスタ１００の構成要素の一部（ゲート絶縁層等）を省略して図示している。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８Ａと同様に、構成要素の一部を省略して図示する。また、図９Ａに、図８Ｂ中の一点鎖線で囲った領域Ｐを拡大した断面図を示している。

【0241】

トランジスタ１００は基板１０２上に設けられ、導電層１０４、絶縁層１０６、半導体層１０８、導電層１１２ａ、及び導電層１１２ｂ等を有する。絶縁層１０６は導電層１０４を覆って設けられている。半導体層１０８は島状の形状を有し、絶縁層１０６上に設けられている。導電層１１２ａ及び導電層１１２ｂは、それぞれ半導体層１０８の上面に接し、且つ、半導体層１０８上で離間して設けられている。また、絶縁層１０６、導電層１１２ａ、導電層１１２ｂ、及び半導体層１０８を覆って絶縁層１１４が設けられ、絶縁層１１４上に絶縁層１１６が設けられている。

【0242】

導電層１０４は、ゲート電極として機能する。絶縁層１０６の一部は、ゲート絶縁層として機能する。導電層１１２ａは、ソース電極またはドレイン電極の一方として機能し、導電層１１２ｂは他方として機能する。半導体層１０８の導電層１０４と重畳する領域はチャネル形成領域として機能する。トランジスタ１００は、半導体層１０８よりも被形成面側にゲート電極が設けられた、いわゆるボトムゲート型のトランジスタである。ここで、半導体層１０８の導電層１０４側とは反対側の面をバックチャネル側の面と呼ぶことがある。トランジスタ１００は、半導体層１０８のバックチャネル側と、ソース電極及びドレイン電極との間に保護層を有さない、いわゆるチャネルエッチ構造のトランジスタである。

【0243】

半導体層１０８は、被形成面側（基板１０２側）から順に半導体層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及び半導体層１０８ｂはそれぞれ、金属酸化物を含むことが好ましい。また、バックチャネル側に位置する半導体層１０８ｂは、導電層１０４側に位置する半導体層１０８ａよりも結晶性の高い膜であることが好ましい。これにより、導電層１１２ａ及び導電層１１２ｂの加工時に、半導体層１０８の一部がエッチングされ、消失してしまうことを抑制できる。

【0244】

例えば半導体層１０８は、半導体層１０８は、実施の形態１に示す組成を有する金属酸化物を用いることが好ましい。当該金属酸化物をチャネル形成領域に用いることにより、信頼性が高く、かつ電界効果移動度が高いトランジスタとすることができる。

【0245】

半導体層１０８ａ及び半導体層１０８ｂは、それぞれ実施の形態１に示す金属酸化物膜を用いることが好ましい。

【0246】

半導体層１０８ａ及び半導体層１０８ｂを、組成が同じ、または概略同じとしてもよい。半導体層１０８ａ及び半導体層１０８ｂの組成を同じ、または概略同じとすることで、同じスパッタリングターゲットを用いて半導体層１０８ａ及び半導体層１０８ｂを形成できるため、製造コストを削減できる。

【0247】

半導体層１０８ａ及び半導体層１０８ｂは、互いに組成の異なる層、結晶性の異なる層、または不純物濃度の異なる層を用いてもよい。また、３層以上の積層構造としてもよい。

【0248】

導電層１１２ａ及び導電層１１２ｂは、それぞれ被形成面側から順に、導電層１１３ａ、導電層１１３ｂ、及び導電層１１３ｃが積層された積層構造を有する。

【0249】

導電層１１３ｂは、銅、銀、金、またはアルミニウム等を含む、低抵抗な導電性材料を用いることが好ましい。特に、導電層１１３ｂが銅またはアルミニウムを含むことが好ましい。導電層１１３ｂは、導電層１１３ａ及び導電層１１３ｃよりも低抵抗な導電性材料を用いることが好ましい。これにより、導電層１１２ａ及び導電層１１２ｂを極めて低抵抗なものとすることができる。

【0250】

導電層１１３ａ及び導電層１１３ｃは、それぞれ独立に、導電層１１３ｂとは異なる導電性材料を用いることができる。例えば、導電層１１３ａ及び導電層１１３ｃは、それぞれ独立に、チタン、タングステン、モリブデン、クロム、タンタル、亜鉛、インジウム、白金、またはルテニウム等を含む導電性材料を用いることが好ましい。

【0251】

このように、銅やアルミニウム等を含む導電層１１３ｂを、導電層１１３ａと導電層１１３ｃとで挟むことにより、導電層１１３ｂの表面が酸化されることや、導電層１１３ｂの元素が周辺の層に拡散することを抑制できる。特に半導体層１０８と導電層１１３ｂとの間に導電層１１３ａを設けることで、導電層１１３ｂに含まれる金属元素が半導体層１０８中に拡散することを防ぐことができ、信頼性の高いトランジスタ１００を実現できる。

【0252】

ここで、導電層１１３ｂの端部に接して、絶縁層１１４が設けられている。後述するように、本発明の一態様によれば、導電層１１３ｂに酸化しやすい導電性材料を用い、その上に酸化物膜を含む絶縁層１１４を形成した場合であっても、導電層１１３ｂの表面が酸化されることを抑制できる。そのため、導電層１１３ｂと絶縁層１１４の界面には、酸化物を含む異層などは観測されないことが、本発明の一態様の特徴の一つである。

【0253】

なお、導電層１１２ａ及び導電層１１２ｂの構成は３層構造に限られず、銅、銀、金、またはアルミニウムを含む導電層を含む２層構造、または４層構造としてもよい。例えば、導電層１１２ａ及び導電層１１２ｂとして、導電層１１３ａと導電層１１３ｂとを積層した２層構造としてもよいし、導電層１１３ｂと導電層１１３ｃとを積層した２層構造としてもよい。

【0254】

導電層１１２ａ及び導電層１１２ｂの形成の際、半導体層１０８の表面がダメージを受ける場合がある。ダメージを受けた半導体層１０８にＶ_Ｏが形成され、さらに半導体層１０８中の水素がＶ_Ｏに入りＶ_ＯＨが形成されてしまう場合があることから、ダメージを受けた層を除去することが好ましい。ダメージを受けた層を除去することにより、良好な電気特性を示し、かつ信頼性の高いトランジスタとすることができる。ダメージを受けた層を除去した構成の例を、図９Ｂに示す。図９Ｂは、図８Ｂ中の一点鎖線で囲った領域Ｐを拡大した断面図である。図９Ｂでは、半導体層１０８ｂは、導電層１１２ａ及び導電層１１２ｂのいずれとも重ならない領域の膜厚が、導電層１１２ａ及び導電層１１２ｂのいずれかと重なる領域の膜厚より薄い例を示している。

【0255】

図９Ａ及び図９Ｂには、導電層１１３ａ、導電層１１３ｂ及び導電層１１３ｃの端部のいずれも一致、または概略一致する例を示しているが、本発明の一態様はこれに限られない。導電層１１３ａ、導電層１１３ｂ及び導電層１１３ｃの端部のいずれかが一致しない、または概略一致しなくてもよい。

【0256】

図９Ｃに示すように、導電層１１３ｂ及び導電層１１３ｃの端部は、導電層１１３ａの端部より内側に位置することが好ましい。さらに、導電層１１３ｃの端部は、導電層１１３ｂの端部と一致、概略一致することが好ましい。このような構成とすることにより、導電層１１３ａ、導電層１１３ｂ、導電層１１３ｃ及び半導体層１０８上に形成される層（例えば、絶縁層１１４）の段差被覆性が向上し、該層に段切れや鬆といった不具合が発生することを抑制できる。

【0257】

導電層１１３ｂの端部が導電層１１３ａより内側に位置し、かつ導電層１１３ｃの端部が導電層１１３ｂの端部と一致する例を、図９Ｃに示す。図９Ｃは、図８Ｂ中の一点鎖線で囲った領域Ｐを拡大した断面図である。図９Ｃに示す構成とすることにより、導電層１１２ａ及び導電層１１２ｂの段差が小さくなり、導電層１１２ａ、導電層１１２ｂ及び半導体層１０８ａ上に形成される層（例えば、絶縁層１１８）の段差被覆性が向上し、該層に段切れや鬆といった不具合が発生することを抑制できる。

【0258】

なお、図９Ｃでは、導電層１１３ｂ及び導電層１１３ｃの端部が一致、または概略一致する例を示しているが、本発明の一態様はこれに限られない。導電層１１３ｂ及び導電層１１３ｃの端部が一致しない、または概略一致しなくてもよい。なお、導電層１１３ｂの端部が、導電層１１３ｃの端部より内側に位置する場合、導電層１１２ａ、導電層１１２ｂ及び半導体層１０８ａ上に形成される層（例えば、絶縁層１１８）の段差被覆性が悪くなり、該層に段切れや鬆といった不具合が発生する場合がある。したがって、導電層１１３ｃの端部が導電層１１３ｂの端部より内側に位置すると好ましい。

【0259】

導電層１０４は、導電層１１３ａ、導電層１１３ｂに用いることのできる上述の導電性材料を適宜用いることができる。特に、銅を含む導電性材料を用いることが好ましい。

【0260】

半導体層１０８と接する絶縁層１０６及び絶縁層１１４には、酸化物を含む絶縁性材料を用いることが好ましい。また、絶縁層１０６や絶縁層１１４を積層構造とする場合には、半導体層１０８と接する層に、酸化物を含む絶縁性材料を用いる。

【0261】

絶縁層１０６には窒化シリコンや窒化アルミニウムなどの窒化物膜を用いてもよい。酸化物を含まない絶縁性材料を用いる場合には、絶縁層１０６の上部に酸素を添加する処理を施し、酸素を含む領域を形成することが好ましい。酸素を添加する処理として、例えば酸素を含む雰囲気下における加熱処理またはプラズマ処理や、イオンドーピング処理などがある。

【0262】

絶縁層１１６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１１６は、窒化シリコン、窒化酸化シリコン、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、酸化アルミニウム、窒化アルミニウムなどの無機絶縁材料を用いることができる。特に、絶縁層１１６として、窒化シリコンや酸化アルミニウムなどの酸素を拡散しにくい材料を用いることで、作製工程中に加わる熱などにより半導体層１０８や絶縁層１１４から絶縁層１１６を介して外部に酸素が脱離してしまうことを防ぐことができるため好ましい。

【0263】

絶縁層１１６として平坦化膜として機能する有機絶縁性材料を用いてもよい。または、絶縁層１１６として無機絶縁材料を含む膜と、有機絶縁材料を含む膜の積層膜を用いてもよい。

【0264】

半導体層１０８は、導電層１１２ａ及び導電層１１２ｂと接する部分及びその近傍に位置し、ソース領域及びドレイン領域として機能する一対の低抵抗領域が形成されていてもよい。当該領域は、半導体層１０８の一部であり、チャネル形成領域よりも低抵抗な領域である。また低抵抗領域は、キャリア濃度が高い領域、またはｎ型である領域などと言い換えることができる。また半導体層１０８において、一対の低抵抗領域に挟まれ、且つ、導電層１０４と重なる領域が、チャネル形成領域として機能する。

【0265】

以上が構成例２－１についての説明である。

【0266】

〔構成例２－２〕
以下では、前述の構成例２－１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、前述の構成例２－１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、前述の構成例２－１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。

【0267】

図１０Ａは、トランジスタ１００Ａの上面図であり、図１０Ｂは、トランジスタ１００Ｂのチャネル長方向の断面図であり、図１０Ｃは、チャネル幅方向の断面図である。

【0268】

トランジスタ１００Ａは、絶縁層１１６上に導電層１２０ａ及び導電層１２０ｂを有する点で、構成例２－１に示すトランジスタ１００と主に相違している。

【0269】

導電層１２０ａは、絶縁層１１６及び絶縁層１１４を介して半導体層１０８と重畳する領域を有する。

【0270】

トランジスタ１００Ａにおいて、導電層１０４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１２０ａ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１１６及び絶縁層１１４の一部は、第２のゲート絶縁層として機能する。

【0271】

図１０Ｃに示すように、導電層１２０ａは、絶縁層１１６、絶縁層１１４、及び絶縁層１０６に設けられた開口部１４２ｂを介して、導電層１０４と電気的に接続されていてもよい。これにより、導電層１２０ａと導電層１０４には同じ電位を与えることができ、オン電流の高いトランジスタを実現できる。

【0272】

図１０Ａ、及び図１０Ｃに示すように、チャネル幅方向において、導電層１０４及び導電層１２０ａが、半導体層１０８の端部より外側に突出していることが好ましい。このとき、図１０Ｃに示すように、半導体層１０８のチャネル幅方向の全体が、導電層１０４及び導電層１２０ａに覆われた構成となる。

【0273】

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１０４と導電層１２０ａ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できる。

【0274】

なお、導電層１０４と導電層１２０ａ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は定電位を与え、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ができる。

【0275】

導電層１２０ｂは、絶縁層１１６及び絶縁層１１４に設けられた開口部１４２ａを介して、導電層１１２ｂと電気的に接続されている。導電層１２０ｂは、配線や電極として用いることができる。例えば表示装置に適用した場合、導電層１２０ｂを画素電極、または画素電極と接続するための配線として機能させることができる。

【0276】

以上が構成例２－２についての説明である。

【0277】

〔構成例２－３〕
図１１Ａ及び図１１Ｂに示すトランジスタ１００Ｂは、チャネル長方向の断面視において、絶縁層１０６ｂの端部が導電層１１２ａの端部、または導電層１１２ｂの端部と概略一致する点で、前述の構成例２－２で示したトランジスタ１００Ａと主に相違している。また、トランジスタ１００Ｂは、チャネル幅方向の断面視において、絶縁層１０６ｂの端部が半導体層１０８の端部と概略一致する。

【0278】

絶縁層１０６ａは、半導体層１０８、導電層１１２ａまたは導電層１１２ｂと重なる領域において、絶縁層１０６ｂと接する領域を有する。また、絶縁層１０６ａは、半導体層１０８、導電層１１２ａ及び導電層１１２ｂのいずれとも重ならない領域において、絶縁層１１４と接する領域を有する。

【0279】

絶縁層１０６ａは、導電層１１２ａ及び導電層１１２ｂの形成の際に、エッチングストッパ－として機能することが好ましい。例えば、絶縁層１０６ｂに酸化シリコン、酸化窒化シリコンなどの酸化物膜を用いた場合は、絶縁層１０６ａに酸化アルミニウム、酸化窒化アルミニウム、酸化ハフニウム、酸化窒化ハフニウム、酸化ガリウム、酸化窒化ガリウム、酸化イットリウム、酸化窒化イットリウム、などの酸化物膜、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などの窒化物膜を好適に用いることができる。

【0280】

絶縁層１０６ａがエッチングストッパ－として機能することにより、導電層１１２ａ及び導電層１１２ｂの端部の段差が小さくなり、導電層１１２ａ及び導電層１１２ｂ上に形成される層（例えば、絶縁層１１４）の段差被覆性が向上し、該層に段切れや鬆といった不具合が発生することを抑制できる。

【0281】

なお、図１１Ａ及び図１１Ｂでは、半導体層１０８、導電層１１２ａ及び導電層１１２ｂのいずれとも重ならない領域の絶縁層１０６ａの膜厚が、半導体層１０８、導電層１１２ａまたは導電層１１２ｂと重なる領域の絶縁層１０６ａの膜厚と概略等しい例を示しているが、本発明の一態様はこれに限られない。半導体層１０８、導電層１１２ａ及び導電層１１２ｂのいずれとも重ならない領域の絶縁層１０６ａの膜厚が、半導体層１０８、導電層１１２ａまたは導電層１１２ｂと重なる領域の絶縁層１０６ａの膜厚より薄くてもよい。

【0282】

以上が構成例２－３についての説明である。

【0283】

〔構成例２－４〕
図１２Ａ及び図１２Ｂに示すトランジスタ１００Ｃは、チャネル長方向の断面視において、絶縁層１０６ｂの端部が半導体層１０８の端部と概略一致する点で、前述の構成例２－２で示したトランジスタ１００Ａと主に相違している。また、トランジスタ１００Ｂは、チャネル幅方向の断面視において、絶縁層１０６ｂの端部が半導体層１０８の端部と概略一致する。

【0284】

絶縁層１０６ａは、半導体層１０８と重なる領域において、絶縁層１０６ｂと接する領域を有する。また、絶縁層１０６ａは、半導体層１０８、導電層１１２ａ及び導電層１１２ｂのいずれとも重ならない領域において、絶縁層１１４と接する領域を有する。

【0285】

絶縁層１０６ａは、半導体層１０８の形成の際に、エッチングストッパ－として機能することが好ましい。絶縁層１０６ａがエッチングストッパ－として機能することにより、半導体層１０８の端部の段差が小さくなり、半導体層１０８上に形成される層（例えば、導電層１１２ａ及び導電層１１２ｂ）の段差被覆性が向上し、該層に段切れや鬆といった不具合が発生することを抑制できる。

【0286】

なお、図１２Ａ及び図１２Ｂでは、半導体層１０８と重ならない領域の絶縁層１０６ａの膜厚が、半導体層１０８と重なる領域の絶縁層１０６ａの膜厚と概略等しい例を示しているが、本発明の一態様はこれに限られない。半導体層１０８と重ならない領域の絶縁層１０６ａの膜厚が、半導体層１０８と重なる領域の絶縁層１０６ａの膜厚より薄くてもよい。

【0287】

以上が構成例２－４についての説明である。

【0288】

＜作製方法例１＞
以下では、本発明の一態様の半導体装置の作製方法について、図面を参照して説明する。ここでは、前述の構成例２－２で示したトランジスタ１００Ａを例に挙げて説明を行う。

【0289】

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、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法の一つに、有機金属化学気相堆積（ＭＯＣＶＤ：Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ ＣＶＤ）法がある。

【0290】

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、ナイフコート等を用いて形成することができる。

【0291】

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。

【0292】

フォトリソグラフィ法として、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形成した後に、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。

【0293】

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、極端紫外光（ＥＵＶ：Ｅｘｔｒｅｍｅ Ｕｌｔｒａ－ｖｉｏｌｅｔ）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。

【0294】

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。

【0295】

図１３乃至図１７に示す各図は、トランジスタ１００Ａの作製方法を説明する図である。各図において、左側にチャネル長方向の断面を、右側にチャネル幅方向の断面をそれぞれ並べて示している。

【0296】

〔導電層１０４の形成〕
基板１０２上に導電膜を形成し、当該導電膜上にリソグラフィ工程によりレジストマスクを形成した後、導電膜をエッチングすることにより、ゲート電極として機能する導電層１０４を形成する。

【0297】

〔絶縁層１０６の形成〕
続いて、導電層１０４及び基板１０２を覆う絶縁層１０６を形成する（図１３Ａ）。絶縁層１０６は、例えばＰＥＣＶＤ法等により形成することができる。

【0298】

絶縁層１０６を形成した後に、加熱処理を行ってもよい。加熱処理を行うことで、絶縁層１０６の表面及び膜中から水や水素を脱離させることができる。

【0299】

加熱処理の温度は、１５０℃以上基板の歪み点未満が好ましく、さらには２５０℃以上４５０℃以下が好ましく、さらには３００℃以上４５０℃以下が好ましい。加熱処理は、希ガス、窒素または酸素の一以上を含む雰囲気で行うことができる。窒素を含む雰囲気、又は酸素を含む雰囲気として、乾燥空気（ＣＤＡ：Ｃｌｅａｎ Ｄｒｙ Ａｉｒ）を用いてもよい。なお、当該雰囲気に水素、水などの含有量が極力少ないことが好ましい。当該雰囲気として、露点が－６０℃以下、好ましくは－１００℃以下の高純度ガスを用いることが好ましい。水素、水などの含有量が極力少ない雰囲気を用いることで、絶縁層１０６に水素、水などが取り込まれることを可能な限り防ぐことができる。加熱処理は、オーブン、急速加熱（ＲＴＡ：Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ａｎｎｅａｌｉｎｇ）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できる。

【0300】

続いて、絶縁層１０６に対して酸素を供給する処理を行ってもよい。酸素の供給処理として、絶縁層１０６に対してイオンドーピング法、イオン注入法、プラズマ処理等により、酸素ラジカル、酸素原子、酸素原子イオン、酸素分子イオン等を供給する。また、絶縁層１０６上に酸素の脱離を抑制する膜を形成した後、該膜を介して絶縁層１０６に酸素を添加してもよい。該膜は、酸素を添加した後に除去することが好ましい。上述の酸素の脱離を抑制する膜として、インジウム、亜鉛、ガリウム、錫、アルミニウム、クロム、タンタル、チタン、モリブデン、ニッケル、鉄、コバルト、またはタングステンの１以上を有する導電膜あるいは半導体膜を用いることができる。

【0301】

〔半導体層１０８の形成〕
続いて、絶縁層１０６上に金属酸化物膜１０８ａｆと金属酸化物膜１０８ｂｆを積層して形成する（図１３Ｂ）。

【0302】

金属酸化物膜１０８ａｆ及び金属酸化物膜１０８ｂｆは、それぞれ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。

【0303】

金属酸化物膜１０８ａｆ及び金属酸化物膜１０８ｂｆ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。なお、金属酸化物膜を形成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）は、０％以上１００％以下の範囲とすることができる。

【0304】

酸素流量比を低くし、結晶性が比較的低い金属酸化物膜とすることで、導電性の高い金属酸化物膜を得ることができる。一方、酸素流量比を高くし、結晶性が比較的高い金属酸化物膜とすることで、エッチング耐性が高く、電気的に安定した金属酸化物膜を得ることができる。

【0305】

ここでは、ゲート電極として機能する導電層１０４側に位置する金属酸化物膜１０８ａｆを結晶性の低い膜とし、バックチャネル側に位置する金属酸化物膜１０８ｂｆを結晶性の高い膜とすることで、信頼性が高く、且つ電界効果移動度の高いトランジスタを実現できる。

【0306】

例えば、金属酸化物膜１０８ａｆ及び金属酸化物膜１０８ｂｆの形成条件は、基板温度を室温以上２００℃以下、好ましくは基板温度を室温以上１４０℃以下とすればよい。金属酸化物膜の形成時の基板温度を、例えば、室温以上１４０℃未満とすると、生産性が高くなり好ましい。

【0307】

より具体的には、金属酸化物膜１０８ａｆの形成時の酸素流量は、０％以上５０％未満が好ましく、さらには５％以上３０％以下が好ましく、さらには５％以上２０％以下が好ましく、代表的には１０％とする。また、金属酸化物膜１０８ｂｆの形成時の酸素流量比は、５０％以上１００％以下が好ましく、さらには６０％以上１００％以下が好ましく、さらには７０％以上１００％以下が好ましく、さらには８０％以上１００％以下が好ましく、代表的には１００％とする。

【0308】

金属酸化物膜１０８ａｆと金属酸化物膜１０８ｂｆとは、同じまたは概略同じ組成の膜とすることができる。金属酸化物膜１０８ａｆと金属酸化物膜１０８ｂｆを、同じスパッタリングターゲットを用いて形成できるため、製造コストを低くできる。また、同じスパッタリングターゲットを用いる場合、同じ成膜装置にて真空中で連続して金属酸化物膜１０８ａｆ及び金属酸化物膜１０８ｂｆを形成することができるため、半導体層１０８ａと半導体層１０８ｂの界面に不純物が取り込まれることを抑制できる。また、金属酸化物膜１０８ａｆと金属酸化物膜１０８ｂｆとで、形成時の圧力、温度、電力等の条件を異ならせてもよいが、酸素流量比以外の条件を同じとすることで、形成工程にかかる時間を短縮することができるため好ましい。

【0309】

なお、金属酸化物膜１０８ａｆと金属酸化物膜１０８ｂｆとは、それぞれ異なる組成の膜であってもよい。このとき、金属酸化物膜１０８ａｆ及び金属酸化物膜１０８ｂｆの両方に、Ｉｎ－Ｇａ－Ｚｎ酸化物を用いた場合、金属酸化物膜１０８ｂｆに、金属酸化物膜１０８ａｆよりもＩｎの含有割合の高い酸化物ターゲットを用いることが好ましい。

【0310】

金属酸化物膜１０８ａｆと金属酸化物膜１０８ｂｆの形成後、金属酸化物膜１０８ｂｆ上にレジストマスクを形成し、金属酸化物膜１０８ａｆ及び金属酸化物膜１０８ｂｆをエッチングにより加工した後、レジストマスクを除去することで、半導体層１０８ａと半導体層１０８ｂとが積層された、島状の半導体層１０８を形成することができる（図１３Ｃ）。

【0311】

金属酸化物膜１０８ａｆ及び金属酸化物膜１０８ｂｆの加工には、ウェットエッチング法及びドライエッチング法の一方または双方を用いればよい。

【0312】

なお、半導体層１０８の形成の際に、半導体層１０８と重なる領域の絶縁層１０６の膜厚より、半導体層１０８と重ならない領域の絶縁層１０６の膜厚が薄くなる場合がある。

【0313】

金属酸化物膜１０８ａｆ及び金属酸化物膜１０８ｂｆを形成した後、または半導体層１０８に加工した後、加熱処理を行ってもよい。加熱処理を行うことにより、金属酸化物膜１０８ａｆ及び金属酸化物膜１０８ｂｆ、または半導体層１０８の表面及び膜中の水素や水を除去できる。また、加熱処理を行うことにより、金属酸化物膜１０８ａｆ及び金属酸化物膜１０８ｂｆ、または半導体層１０８のエッチング速度が遅くなり、後の工程（例えば、導電層１１２ａ及び導電層１１２ｂの形成）で半導体層１０８が消失することを抑制できる。

【0314】

加熱処理の温度は、１５０℃以上基板の歪み点未満が好ましく、さらには２５０℃以上４５０℃以下が好ましく、さらには３００℃以上４５０℃以下が好ましい。加熱処理は、希ガスまたは窒素の一以上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、さらに酸素を含む雰囲気で加熱してもよい。窒素を含む雰囲気、又は酸素を含む雰囲気として、乾燥空気（ＣＤＡ：Ｃｌｅａｎ Ｄｒｙ Ａｉｒ）を用いてもよい。なお、当該雰囲気に水素、水などの含有量が極力少ないことが好ましい。当該雰囲気として、露点が－６０℃以下、好ましくは－１００℃以下の高純度ガスを用いることが好ましい。水素、水などの含有量が極力少ない雰囲気を用いることで、半導体層１０８に水素、水などが取り込まれることを可能な限り防ぐことができる。加熱処理は、オーブン、急速加熱（ＲＴＡ：Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ａｎｎｅａｌｉｎｇ）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できる。

【0315】

〔導電層１１２ａ、導電層１１２ｂの形成〕
続いて、絶縁層１０６及び半導体層１０８を覆って、導電膜１１３ａｆ、導電膜１１３ｂｆ、及び導電膜１１３ｃｆを積層して形成する。

【0316】

導電膜１１３ｂｆは、後に導電層１１３ｂとなる膜であり、銅、銀、金、またはアルミニウムを含むことが好ましい。また、導電膜１１３ａｆ及び導電膜１１３ｃｆはそれぞれ、後に導電層１１３ａ、導電層１１３ｂとなる膜であり、それぞれ独立にチタン、タングステン、モリブデン、クロム、タンタル、亜鉛、インジウム、白金、及びルテニウム等を含むことが好ましい。

【0317】

導電膜１１３ａｆ、導電膜１１３ｂｆ、及び導電膜１１３ｃｆは、スパッタリング法、蒸着法、またはめっき法等の形成方法を用いて形成することが好ましい。

【0318】

続いて、導電膜１１３ｃｆ上にレジストマスク１４０を形成する（図１４Ａ）。

【0319】

続いて、レジストマスク１４０をマスクとして、導電膜１１３ｃｆ、導電膜１１３ｂｆ、及び導電膜１１３ａｆをエッチングすることで、導電層１１３ａ、導電層１１３ｂ、及び導電層１１３ｃが積層された構成を有する導電層１１２ａ及び導電層１１２ｂを形成することができる（図１４Ｂ）。

【0320】

導電層１１２ａ及び導電層１１２ｂは、図１４Ｂに示すように、半導体層１０８のチャネル形成領域上で離間するように加工されることが好ましい。言い換えると、導電層１１２ａ及び導電層１１２ｂの対向する端部が、導電層１０４及び半導体層１０８の両方と重畳するように、加工されることが好ましい。これにより、トランジスタのオン電流を高めることができる。

【0321】

なお、導電層１１２ａ及び導電層１１２ｂの形成の際に、導電層１１２ａ及び導電層１１２ｂと重なる領域の半導体層１０８の膜厚より、導電層１１２ａ及び導電層１１２ｂと重ならない領域の半導体層１０８の膜厚が薄くなる場合がある。

【0322】

導電層１１２ａ及び導電層１１２ｂの形成の際に、導電層１１２ａ及び導電層１１２ｂと重なる領域の絶縁層１０６の膜厚より、導電層１１２ａ及び導電層１１２ｂと重ならない領域の絶縁層１０６の膜厚が薄くなる場合がある。

【0323】

導電膜１１３ｃｆ、導電膜１１３ｂｆ、及び導電膜１１３ａｆは、それぞれウェットエッチングまたはドライエッチング等でエッチングすることができる。また、一度の工程で３層を一括でエッチングしてもよいし、それぞれを異なる工程で、順にエッチングしてもよい。

【0324】

〔洗浄処理１〕
続いて、洗浄処理を行うことが好ましい。洗浄処理として、洗浄液など用いたウェット洗浄、プラズマを用いたプラズマ処理、または熱処理による洗浄などがあり、前述の洗浄を適宜組み合わせて行ってもよい。洗浄処理として、特にリン酸を用いたウェット洗浄を好適に用いることができる。

【0325】

導電膜１１３ｃｆ、導電膜１１３ｂｆ、及び導電膜１１３ａｆの形成の際、及び導電層１１２ａ及び導電層１１２ｂの形成の際に、半導体層１０８の表面がダメージを受ける場合がある。ダメージを受けた半導体層１０８にＶ_Ｏが形成され、さらに半導体層１０８中の水素がＶ_Ｏに入りＶ_ＯＨが形成されてしまう場合がある。導電層１１２ａ及び導電層１１２ｂの形成の後に洗浄処理を行うことで、ダメージを受けた層を除去することができる。

【0326】

洗浄処理を行うことで、導電層１１２ａ及び導電層１１２ｂの形成の際に半導体層１０８の表面に付着した金属、有機物等を除去することができる。

【0327】

図１４Ｂに示すように、導電層１１２ａ及び導電層１１２ｂの上面がレジストマスク１４０で覆われた状態で洗浄処理を行うことが好ましい。導電層１１２ａ及び導電層１１２ｂの上面がレジストマスク１４０で覆われた状態で洗浄処理を行うことにより、例えば、導電層１１３ｃが消失してしまうことを抑制できる。また、導電層１１２ａ及び導電層１１２ｂの上面がレジストマスク１４０で覆われた状態で洗浄処理を行うことにより、洗浄処理時に露出している導電層１１２ａ及び導電層１１２ｂの面積を小さくできるため、導電層１１２ａ及び導電層１１２ｂの成分が半導体層１０８に付着してしまうことを抑制できる。

【0328】

続いて、レジストマスク１４０を除去する（図１５Ａ）。

【0329】

なお、前述の洗浄処理は、レジストマスク１４０を除去した後に行ってもよい。

【0330】

〔洗浄処理２〕
続いて、洗浄処理を行うことが好ましい。洗浄処理として、洗浄液など用いたウェット洗浄、プラズマを用いたプラズマ処理、または熱処理による洗浄などがあり、前述の洗浄を適宜組み合わせて行ってもよい。洗浄処理として、プラズマ処理を好適に用いることができる。図１５Ｂでは、半導体層１０８、導電層１１２ａ、導電層１１２ｂ、及び絶縁層１０６の表面が、プラズマ１３０に曝されている様子を模式的に示している。

【0331】

プラズマ処理は、特に、酸化性ガス及び還元性ガスを含む混合ガスを用いることが好ましい。プラズマ処理に酸化性ガス及び還元性ガスを用いることにより、導電層１１２ａ及び導電層１１２ｂが酸化されることを抑制するとともに、効果的に半導体層１０８の表面に吸着した水や水素、有機物成分等を除去できる。酸化性ガスとして、前述のガスを用いることができる。還元性ガスとして、前述のガスを用いることができる。

【0332】

プラズマ処理における酸化性ガスと還元性ガスの流量の割合は、導電層１１３ａ、導電層１１３ｂ、及び導電層１１３ｃの酸化のしやすさに応じて設定することができるが、少なくとも還元性ガスの流量を、酸化性ガスの流量以下とすることが好ましい。酸化性ガスの流量に対する還元性ガスの流量が少なすぎると、導電層１１３ｂ等の表面の酸化反応が優位となり、表面に酸化物が形成されやすくなる。一方、酸化性ガスの流量に対する還元性ガスの流量が大きすぎると、半導体層１０８の表面が還元されてしまうことや、半導体層１０８中に還元性ガスの成分（例えば、水素）が供給されてしまう恐れがある。

【0333】

プラズマ処理において、酸化性ガスの流量に対する還元性ガスの流量は前述の範囲とすることが好ましい。プラズマ処理の際、導電層１１３ｃ、導電層１１３ｂ、及び導電層１１３ａの表面もプラズマ１３０に曝されるが、プラズマ処理に用いるガスに還元性ガスが含まれているため、表面が酸化されたとしても直ちに還元され、結果として酸化物が形成されることが抑制される。これにより、例えば導電層１１３ｂに銅やアルミニウムなどの酸化されやすい材料を用いた場合であっても、導電層１１３ｂが酸化されることを抑制するとともに、効果的に半導体層１０８の表面に吸着した水や水素、有機物成分等を除去できる。

【0334】

ここで、プラズマ処理に用いるガスに還元性ガスを含まない場合について、説明する。還元性ガスを含まない場合、導電層１１３ｂがプラズマに曝されると、導電層１１３ｂの一部に酸化物が形成される場合がある。導電層１１３ａや導電層１１３ｃにも酸化されやすい材料を用いた場合には、その表面にも酸化物が形成されることになる。導電層１１３ａ、導電層１１３ｂまたは導電層１１３ｃのいずれか一以上が酸化されると抵抗が高くなり、トランジスタの電気特性や信頼性に悪影響を及ぼす場合がある。また、導電層１１３ａ、導電層１１３ｂまたは導電層１１３ｃの表面に形成された酸化物は、プラズマ処理の最中や、後の絶縁層１１４の形成時に一部が飛散し、半導体層１０８ｂの表面を汚染してしまう場合がある。半導体層１０８ｂに付着した酸化物は、ドナーまたはアクセプタとして機能しうるため、トランジスタの電気特性や信頼性に悪影響を及ぼす恐れがある。例えば半導体層１０８中に銅元素が拡散した場合、銅元素がキャリアトラップとして機能し、電気特性や信頼性が損なわれる場合がある。

【0335】

一方、プラズマ処理に用いるガスに還元性ガスを含む場合、導電層１１３ｃ、導電層１１３ｂ、及び導電層１１３ａの表面、特に導電層１１３ｂの側面が露出していても、その表面が酸化されることを抑制できる。そのため、導電層１１２ａ及び導電層１１２ｂが酸化されることを抑制するとともに、効果的に半導体層１０８の表面に吸着した水や水素、有機物成分等を除去でき、信頼性の高いトランジスタとすることができる。

【0336】

さらに、プラズマ処理時間を調整すると好ましい。プラズマ処理の時間が長い場合、酸化性ガスによる酸化反応が進み、導電層１１３ａ、導電層１１３ｂ、及び導電層１１３ｃが酸化されてしまう場合がある。また、プラズマ処理の時間が長い場合、第２のガスによる還元反応が進み、半導体層１０８の表面が還元されてしまう場合がある。そこで、プラズマ処理時間を調整し、導電層１１３ａ、導電層１１３ｂ、及び導電層１１３ｃが酸化されること、および半導体層１０８の表面が還元されることを抑制することが好ましい。プラズマ処理の時間は、例えば、５ｓｅｃ以上１８０ｓｅｃ以下が好ましく、さらには１０ｓｅｃ以上１２０ｓｅｃ以下が好ましく、さらには１５ｓｅｃ以上６０ｓｅｃ以下が好ましい。前述の処理時間とすることで、良好な電気特性を示し、かつ信頼性の高いトランジスタとすることができる。

【0337】

〔絶縁層１１４の形成〕
続いて、導電層１１２ａ、導電層１１２ｂ、半導体層１０８、及び絶縁層１０６を覆うように、絶縁層１１４を形成する。

【0338】

絶縁層１１４は、例えば酸素を含む雰囲気で形成することが好ましい。特に、酸素を含む雰囲気でプラズマＣＶＤ法により形成することが好ましい。これにより、欠陥の少ない絶縁層１１４とすることができる。また、絶縁層１１４は、アンモニアの放出が多く、かつ窒素酸化物の放出が少ないことが好ましい。アンモニアの放出が多く、かつ窒素酸化物の放出が少ない絶縁層１１４を用いることで、トランジスタのしきい値電圧の変動を抑制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。

【0339】

絶縁層１１４として、例えば酸化シリコン膜または酸化窒化シリコン膜などの酸化物膜を、プラズマ化学気相堆積装置（ＰＥＣＶＤ装置、または単にプラズマＣＶＤ装置という）を用いて形成することが好ましい。この場合、原料ガスとして、シリコンを含む堆積性ガス、及び酸化性ガスを含む混合ガスを用いることが好ましい。さらに、原料ガスがアンモニアを含むと好ましい。アンモニアを含む混合ガスを用いて絶縁層１１４を形成することにより、アンモニアの放出が多い絶縁層１１４とすることができる。シリコンを含む堆積性ガスとして、前述のガスを用いることができる。酸化性ガスとして、前述のガスを用いることができる。

【0340】

例えば、絶縁層１１４として酸化窒化シリコンを用いる場合は、例えば、モノシラン、一酸化二窒素及びアンモニアを含む混合ガスで絶縁層１１４を形成することができる。

【0341】

絶縁層１１４の形成において、堆積性ガスの流量に対する酸化性ガスの流量は前述の範囲とすることが好ましい。また、酸化性ガスの流量に対するアンモニアガスの流量は前述の範囲とすることが好ましい。前述の流量の範囲とすることで、アンモニアの放出が多い絶縁層１１４とすることができ、絶縁層１１４からの窒素酸化物の放出が少なくなることで、しきい値電圧の変動が小さいトランジスタとすることができる。また、前述のガス流量とすることで、処理室内の圧力が比較的高い場合においても、欠陥の少ない絶縁層１１４を形成することができる。

【0342】

絶縁層１１４の形成時の処理室内の圧力は前述の範囲とすることが好ましい。前述の圧力の範囲とすることで、窒素酸化物の放出が少なく、かつ欠陥量の少ない絶縁層１１４を形成することができる。

【0343】

絶縁層１１４を、マイクロ波を用いたＰＥＣＶＤ法を用いて形成してもよい。マイクロ波とは３００ＭＨｚから３００ＧＨｚの周波数域を指す。マイクロ波は、電子温度が低く、電子エネルギーが小さい。また、供給された電力において、電子の加速に用いられる割合が少なく、より多くの分子の解離及び電離に用いられることが可能であり、密度の高いプラズマ（高密度プラズマ）を励起することができる。このため、被形成面及び堆積物へのプラズマダメージが少なく、欠陥の少ない絶縁層１１４を形成することができる。

【0344】

絶縁層１１４は、前述のプラズマ処理を行った後、基板１０２を大気に曝すことなく連続して形成を行うことが好ましい。例えば、プラズマ処理は、絶縁層１１４の成膜装置で行うことが好ましい。このとき、プラズマ処理は、絶縁層１１４を形成する処理室で行うことが好ましい。または、ゲートバルブ等を介して当該処理室と接続された処理室でプラズマ処理を行った後、大気に曝すことなく減圧下にて、絶縁層１１４の処理室に搬送する構成としてもよい。また、プラズマ処理と絶縁層１１４の形成を、同じ装置内の同じ処理室で連続して行う場合、プラズマ処理と絶縁層１１４の形成を、同じ温度で行うことが好ましい。

【0345】

プラズマ化学気相堆積装置を用いてプラズマ処理、及び絶縁層１１４の形成を行う場合を例に挙げて、説明する。ここで絶縁層１１４は酸化窒化シリコンとする。

【0346】

プラズマ処理において、酸化性ガスである一酸化二窒素（Ｎ_２Ｏ）と、還元性ガスであるアンモニアを含む混合ガスを用い、絶縁層１１４の形成において、堆積性ガスであるモノシランと、酸化性ガスである一酸化二窒素（Ｎ_２Ｏ）と、アンモニアを含む混合ガスを用いることができる。ここで、プラズマ処理及び絶縁層１１４の形成で、一酸化二窒素（Ｎ_２Ｏ）及びアンモニアを共通して用いることができる。つまり、一酸化二窒素（Ｎ_２Ｏ）及びアンモニアをもちいてプラズマ処理を行い、その後にモノシランガスを流すことにより絶縁層１１４を形成できる。このように、同じ処理室で連続してプラズマ処理及び絶縁層１１４の形成を行うことができるため、半導体層１０８と絶縁層１１４の界面の不純物を少なくすることができ、良好な界面とすることができる。

【0347】

絶縁層１１４の形成後に、絶縁層１１４に酸素を供給する処理を行ってもよい。酸素を供給する処理は、上記絶縁層１０６と同様の方法を用いることができる。

【0348】

〔絶縁層１１６の形成〕
続いて、絶縁層１１４を覆うように絶縁層１１６を形成する（図１６Ａ）。

【0349】

絶縁層１１６は、絶縁層１１４よりも酸素や水素、水等が拡散しにくい絶縁膜を用いることが好ましい。絶縁層１１６が酸素を拡散しにくいことで、半導体層１０８中の酸素が絶縁層１１４を介して外部に脱離することを防ぐことができる。また、絶縁層１１６が水素を拡散しにくいことで、外部から水素や水等が半導体層１０８等に拡散することを防ぐことができる。

【0350】

絶縁層１１６の形成後に、加熱処理を行うと好ましい。加熱処理を行うことにより、絶縁層１１４及び絶縁層１１６が有する酸素が半導体層１０８へ拡散し、当該酸素により半導体層１０８中の酸素欠損（Ｖ_Ｏ）及びＶ_ＯＨを低減することができる（加酸素化）。具体的には、半導体層１０８に拡散した酸素は、酸素欠損（Ｖ_Ｏ）を補填する。また、半導体層１０８に拡散した酸素は、Ｖ_ＯＨから水素を奪って水分子（Ｈ_２Ｏ）として脱離し、水素が奪われたＶ_ＯＨは酸素欠損（Ｖ_Ｏ）となる。さらに、Ｖ_ＯＨから水素が奪われたことにより生成した酸素欠損（Ｖ_Ｏ）は、半導体層１０８に達した別の酸素により補填される。半導体層１０８中の酸素欠損（Ｖ_Ｏ）及びＶ_ＯＨが低減することで、信頼性の高いトランジスタとすることができる。

【0351】

半導体層１０８に拡散した酸素は、半導体層１０８中に残存する水素と反応し、水分子（Ｈ_２Ｏ）として脱離する。つまり、半導体層１０８から水素を除去することができる（脱水化、脱水素化）。これにより、半導体層１０８中に残存する水素が酸素欠損（Ｖ_Ｏ）に結合してＶ_ＯＨが生成することを抑制できる。

【0352】

加熱処理を行うことで、絶縁層１１６及び絶縁層１１４に含まれる水素や水を除去できる。また、加熱処理により、絶縁層１１６及び絶縁層１１４に含まれる欠陥を低減できる。

【0353】

さらに、加熱処理を行うことで、絶縁層１１４及び絶縁層１１６に含まれる窒素酸化物が、絶縁層１１４に含まれるアンモニアと反応し、絶縁層１１４及び絶縁層１１６に含まれる窒素酸化物が低減する。窒素酸化物が低減することにより、トランジスタのしきい値電圧の変動を抑制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。

【0354】

加熱処理の温度は、１５０℃以上基板の歪み点未満が好ましく、さらには２５０℃以上４５０℃以下が好ましく、さらには３００℃以上４５０℃以下が好ましい。加熱処理は、希ガス、窒素または酸素の一以上を含む雰囲気で行うことができる。窒素を含む雰囲気、又は酸素を含む雰囲気として、超乾燥空気（ＣＤＡ：Ｃｌｅａｎ Ｄｒｙ Ａｉｒ）を用いてもよい。なお、当該雰囲気に水素、水などの含有量が極力少ないことが好ましい。当該雰囲気として、露点が－６０℃以下、好ましくは－１００℃以下の高純度ガスを用いることが好ましい。水素、水などの含有量が極力少ない雰囲気を用いることで、絶縁層１１６等に水素、水などが取り込まれることを可能な限り防ぐことができる。加熱処理は、オーブン、急速加熱（ＲＴＡ：Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ａｎｎｅａｌｉｎｇ）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できる。

【0355】

〔絶縁層１１８の形成〕
続いて、絶縁層１１６を覆うように絶縁層１１８を形成する（図１６Ｂ）。

【0356】

絶縁層１１８は、絶縁層１１４及び絶縁層１１６よりも酸素や水素、水等が拡散しにくい絶縁膜を用いることが好ましい。絶縁層１１８が酸素を拡散しにくいことで、絶縁層１１６、絶縁層１１４、及び半導体層１０８中の酸素が外部に脱離することを抑制できる。また、絶縁層１１８が水素を拡散しにくいことで、外部から水素や水等が半導体層１０８等に拡散することを抑制できる。絶縁層１１８として、特に窒化シリコンを好適に用いることができる。

【0357】

〔導電層１２０ａ、導電層１２０ｂの形成〕
続いて、絶縁層１１８、絶縁層１１６及び絶縁層１１４の一部をエッチングすることで、導電層１１２ｂに達する開口部１４２ａ、及び導電層１０４に達する開口部１４２ｂを形成する。

【0358】

続いて、開口部１４２ａ及び開口部１４２ｂを覆うように、導電膜を形成した後に、該導電膜を加工することにより、導電層１２０ａ及び導電層１２０ｂを形成することができる（図１７Ａ）。

【0359】

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。

【0360】

＜作製方法例２＞
前述の＜作製方法例１＞に示すトランジスタ１００Ａの作製方法とは異なる作製方法について、説明する。なお、前述と重複する部分については説明を省略し、相違する部分について説明する。

【0361】

まず、＜作製方法例１＞と同様に、絶縁層１１６まで形成する。絶縁層１１６の形成までは、図１３Ａ乃至図１６Ａに係る説明を参照できるため、詳細な説明は省略する。また、絶縁層１１６の形成後に、加熱処理を行うと好ましい。該加熱処理については、前述の＜作製方法例１＞の記載を参照できるため、詳細な説明は省略する。

【0362】

続いて、絶縁層１１６を覆って、金属酸化物層１５０を形成する（図１８Ａ）。

【0363】

金属酸化物層１５０は、酸素及び水素を透過しにくい材料で形成される。金属酸化物層１５０は、絶縁層１１４及び絶縁層１１６に含まれる酸素が半導体層１０８とは反対側に拡散することを抑制する機能を有する。また、金属酸化物層１５０は、外部から水素及び水が絶縁層１１４及び絶縁層１１６側に拡散することを抑制する機能を有する。金属酸化物層１５０は、少なくとも絶縁層１１４及び絶縁層１１６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。

【0364】

金属酸化物層１５０は、絶縁層でもよく、また導電層であってもよい。

【0365】

金属酸化物層１５０として、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。例えば、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ことができる。

【0366】

金属酸化物層１５０として、例えば、インジウム酸化物、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）などの、導電性酸化物を用いることもできる。

【0367】

金属酸化物層１５０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。金属酸化物層１５０を形成するために用いるスパッタリングターゲットは、Ｉｎの原子数比がＭの原子数比以上であることが好ましい。このようなスパッタリングターゲットの金属元素の原子数比として、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝１：１：１、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝１：１：１．２、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝２：１：３、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝３：１：２、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝４：２：３、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝４：２：４．１、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝５：１：３、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。

【0368】

金属酸化物層１５０として、特にＩｎ－Ｇａ－Ｚｎ酸化物（ＩＧＺＯ）を好適に用いることができる。半導体層１０８がＩｎ－Ｇａ－Ｚｎ酸化物の場合、Ｉｎ－Ｇａ－Ｚｎ酸化物を形成するために用いるスパッタリングターゲットは、Ｉｎの原子数比がＭの原子数比以上であることが好ましい。このようなスパッタリングターゲットの金属元素の原子数比として、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：１、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：１．２、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＝５：１：３、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等が挙げられる。

【0369】

金属酸化物層１５０として、半導体層１０８と同じ組成の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ができる。同じ組成のスパッタリングターゲットを用いることで、製造装置及びスパッタリングターゲットを共通化できるため、好ましい。

【0370】

半導体層１０８と金属酸化物層１５０の両方に、インジウム及びガリウムを含む金属酸化物材料を用いる場合、半導体層１０８よりもガリウムの組成（含有割合）が高い材料を金属酸化物層１５０に用いることができる。ガリウムの組成（含有割合）が高い材料を金属酸化物層１５０に用いることにより、酸素に対するブロッキング性をより高めることができるため、好ましい。このとき、半導体層１０８には、金属酸化物層１５０よりもインジウムの組成が高い材料を用いることで、トランジスタ１００の電界効果移動度を高めることができる。

【0371】

金属酸化物層１５０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１１６、絶縁層１１４または半導体層１０８中に好適に酸素を供給することができる。

【0372】

金属酸化物層１５０は、例えば、酸素を含む雰囲気で形成することが好ましい。特に、酸素を含む雰囲気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、金属酸化物層１５０の形成時に絶縁層１１６、絶縁層１１４または半導体層１０８に酸素を供給することができる。

【0373】

金属酸化物層１５０を、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、上記を援用することができる。

【0374】

例えば、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、金属酸化物層１５０を形成してもよい。例えば、金属ターゲットとしてアルミニウムを用いた場合には、酸化アルミニウム膜を形成することができる。

【0375】

金属酸化物層１５０の形成時に、成膜装置の処理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）または処理室内の酸素分圧が高いほど、絶縁層１１６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５０％以上１００％以下、好ましくは６５％以上１００％以下、より好ましくは８０％以上１００％以下、さらに好ましくは９０％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。

【0376】

このように、酸素を含む雰囲気でスパッタリング法により金属酸化物層１５０を形成することにより、金属酸化物層１５０の形成時に、絶縁層１１６へ酸素を供給するとともに、絶縁層１１６から酸素が脱離することを防ぐことができる。その結果、絶縁層１１６に極めて多くの酸素を閉じ込めることができる。そして、後の加熱処理によって、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。

【0377】

次に、加熱処理を行うことで、絶縁層１１６から半導体層１０８に酸素を供給することが好ましい。加熱処理は、窒素、酸素、希ガスのうち一以上を含む雰囲気下にて、２００℃以上４００℃以下の温度で行うことができる。

【0378】

金属酸化物層１５０を形成した後、絶縁層１１８を形成する前に加熱処理を行うことで、絶縁層１１６から半導体層１０８に効果的に酸素を供給することができる。

【0379】

次に、金属酸化物層１５０を除去する（図１８Ｂ）。なお、金属酸化物層１５０を除去した後の工程は、それぞれ、上記加熱処理の温度以下の温度で行うことが好ましい。これにより、半導体層１０８中の酸素が脱離することを抑制でき、半導体層１０８中に酸素欠損が形成されることを抑制できる。したがって、トランジスタの信頼性を高めることができる。

【0380】

金属酸化物層１５０の除去方法に特に限定は無いが、ウェットエッチングを好適に用いることができる。ウェットエッチングを用いることで、金属酸化物層１５０と同時に、絶縁層１１６がエッチングされることを抑制できる。これにより、絶縁層１１６の膜厚が薄くなることを抑制でき、絶縁層１１６の膜厚を均一にすることができる。

【0381】

続いて、絶縁層１１８を形成する。絶縁層１１８の形成以降は、前述の＜作製方法例１＞の記載を参照できるため、詳細な説明は省略する。

【0382】

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。

【0383】

＜作製方法例３＞
以下では、前述の構成例２－３で示したトランジスタ１００Ｂの作製方法について、説明する。なお、前述と重複する部分については説明を省略し、相違する部分について説明する。

【0384】

まず、＜作製方法例１＞と同様に、レジストマスク１４０まで形成する。レジストマスク１４０の形成までは、図１３Ａ乃至図１４Ａに係る説明を参照できるため、詳細な説明は省略する。

【0385】

続いて、レジストマスク１４０をマスクとして、導電膜１１３ｃｆ、導電膜１１３ｂｆ、及び導電膜１１３ａｆをエッチングする。このエッチングの際、レジストマスク１４０及び半導体層１０８のいずれとも重ならない領域の絶縁層１０６ｂも除去する（図１９Ａ）。

【0386】

続いて、洗浄処理を行うことが好ましい。洗浄処理以降は、前述の＜作製方法例１＞の記載を参照できるため、詳細な説明は省略する。

【0387】

以上の工程により、トランジスタ１００Ｂを作製することができる（図１９Ｂ）。

【0388】

＜作製方法例４＞
以下では、前述の構成例２－４で示したトランジスタ１００Ｃの作製方法について、説明する。なお、前述と重複する部分については説明を省略し、相違する部分について説明する。

【0389】

まず、＜作製方法例１＞と同様に、金属酸化物膜１０８ａｆ及び金属酸化物膜１０８ｂｆまで形成する。金属酸化物膜１０８ａｆ及び金属酸化物膜１０８ｂｆの形成までは、図１３Ａ及び図１３Ｂに係る説明を参照できるため、詳細な説明は省略する。

【0390】

続いて、金属酸化物膜１０８ａｆ及び金属酸化物膜１０８ｂｆの形成後、金属酸化物膜１０８ｂｆ上にレジストマスクを形成し、該レジストマスクをマスクとして、金属酸化物膜１０８ａｆ及び金属酸化物膜１０８ｂｆをエッチングし、半導体層１０８を形成する。このエッチングの際、該レジストマスクと重ならない領域の絶縁層１０６ｂも除去する（図２０Ａ）。その後、該レジストマスクを除去する。

【0391】

金属酸化物膜１０８ａｆ及び金属酸化物膜１０８ｂｆを形成した後、または半導体層１０８に加工した後、加熱処理を行ってもよい。加熱処理以降は、前述の＜作製方法例１＞の記載を参照できるため、詳細な説明は省略する。

【0392】

以上の工程により、トランジスタ１００Ｃを作製することができる（図２０Ｂ）。

【0393】

ここで例示したトランジスタの作製方法によれば、半導体層１０８と接する絶縁層１１４として、アンモニアの放出が多く、かつ窒素酸化物の放出が少ない膜を用いることで、トランジスタのしきい値電圧の変動を抑制することができ、良好な電気特性と、高い信頼性が実現されたトランジスタを作製することができる。

【0394】

以上がトランジスタの作製方法例についての説明である。

【0395】

＜構成例の変形例＞
以下では、上記で例示したトランジスタの構成例の変形例について説明する。

【0396】

〔変形例１〕
図２１Ａ及び図２１Ｂに示すトランジスタ１００Ｄは、導電層１１２ａ及び導電層１１２ｂが積層構造を有さず、単層構造である点で、前述の構成例２－１で示したトランジスタ１００と主に相違している。

【0397】

導電層１１２ａ及び導電層１１２ｂを単層構造とすることで、作製工程を簡略にすることができ、生産性を向上させることができる。導電層１１２ａ、導電層１１２ｂとして、銅、銀、金、またはアルミニウムを含む導電性材料を用いることが好ましい。

【0398】

〔変形例２〕
図２１Ｃ及び図２１Ｄに示すトランジスタ１００Ｅは、導電層１１２ａ及び導電層１１２ｂだけでなく、半導体層１０８が積層構造を有さず、単層構造である点で、前述の構成例２－１で例示したトランジスタ１００と主に相違している。

【0399】

導電層１１２ａ及び導電層１１２ｂに加え、半導体層１０８を単層構造とすることで、さらに生産性を高めることができる。このとき、半導体層１０８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。

【0400】

〔変形例３〕
図２２Ａ、図２２Ｂ及び図２２Ｃに示すトランジスタ１００Ｆは、導電層１２０ａ及び導電層１２０ｂの位置が異なる点で、前述の構成例２－２で例示したトランジスタ１００Ａと主に相違している。

【0401】

導電層１２０ａ及び導電層１２０ｂは、絶縁層１１６と絶縁層１１８との間に位置している。導電層１２０ｂは、絶縁層１１４及び絶縁層１１６に設けられた開口部１４２ａを介して、導電層１１２ｂと電気的に接続されている。

【0402】

このような構成とすることで、導電層１２０ａと半導体層１０８との距離を縮めることができるため、トランジスタ１００Ｆの電気特性を向上させることができる。

【0403】

〔変形例４〕
図２３Ａ、図２３Ｂ及び図２３Ｃに示すトランジスタ１００Ｇは、絶縁層１１４の構成が異なる点で、前述の構成例２－１で例示したトランジスタ１００と主に相違している。

【0404】

絶縁層１１４は、半導体層１０８のチャネル形成領域を覆う島状の形状に加工されている。また導電層１１２ａ及び導電層１１２ｂの半導体層１０８上に位置する端部が、絶縁層１１４上に位置している。したがって、絶縁層１１４はいわゆるチャネル保護層として機能し、導電層１１２ａ及び導電層１１２ｂのエッチングの際に、半導体層１０８のバックチャネル側を保護することができる。

【0405】

このとき、導電層１１２ａ及び導電層１１２ｂをエッチングした後に、上述した方法によりプラズマ処理を行なうことで、導電層１１２ａ及び導電層１１２ｂが酸化されることを抑制するとともに、絶縁層１１４中、及び絶縁層１１４を介して半導体層１０８中に酸素を供給することができる。また、プラズマ処理を行なった後に加熱処理を行なうことで、絶縁層１１４中の酸素を半導体層１０８に供給してもよい。

【0406】

〔変形例５〕
図２４Ａ、図２４Ｂ及び図２４Ｃに示すトランジスタ１００Ｈは、絶縁層１１４の構成が異なる点で、上記変形例４で例示したトランジスタ１００Ｇと主に相違している。

【0407】

絶縁層１１４は、半導体層１０８や絶縁層１０６等を覆って設けられている。また、絶縁層１１４は、半導体層１０８と導電層１１２ａまたは導電層１１２ｂとが接続する部分に、開口部１４２ｃが設けられている。

【0408】

このような構成とすることで、絶縁層１１４を島状に加工するよりも微細なトランジスタを実現することができる。

【0409】

本発明の一態様の作製方法によれば、半導体層１０８と接する絶縁層１１４として、アンモニアの放出が多く、かつ窒素酸化物の放出が少ない膜を用いることで、トランジスタのしきい値電圧の変動を抑制することができ、良好な電気特性と、高い信頼性が実現されたトランジスタを作製することができる。

【0410】

以上が変形例についての説明である。

【0411】

＜応用例＞
以下では、上記トランジスタを表示装置の画素に適用する場合の例について説明する。

【0412】

図２５の各図は、表示装置の副画素の一部を示した上面概略図である。１つの副画素は、少なくとも１つのトランジスタと、画素電極として機能する導電層（ここでは導電層１２０ｂ）とを有する。なお、ここでは説明を容易にするため、副画素の一部の構成の例を示しているが、副画素に適用する表示素子の種類や、画素に付加する機能等に応じて、他のトランジスタや容量素子等を適宜設けることができる。

【0413】

図２５Ａにおいて、導電層１０４の一部はゲート線（走査線ともいう）として機能し、導電層１１２ａの一部はソース線（ビデオ信号線ともいう）として機能し、導電層１１２ｂの一部はトランジスタと導電層１２０ｂとを電気的に接続する配線として機能する。

【0414】

図２５Ａでは、導電層１０４は一部が突出した上面形状を有し、この突出した部分の上に、半導体層１０８が設けられ、トランジスタが構成されている。

【0415】

図２５Ｂ及び図２５Ｃは、導電層１０４が突出した部分を有さない場合の例を示している。図２５Ｂは、半導体層１０８のチャネル長方向と導電層１０４の延伸方向とが平行な例であり、図２５Ｃは、これらが直交する例である。

【0416】

図２５Ｄ及び図２５Ｅは、導電層１１２ｂが円弧状、または概略円弧状の部分を有するＵ字の上面形状を有している。また導電層１１２ａと導電層１１２ｂとは、半導体層１０８上において、２つの距離が常に等距離になるように、配置されている。このような構成とすることで、トランジスタのチャネル幅を大きくすることが可能で、より大きな電流を流すことができる。

【0417】

なお、本発明の一態様のトランジスタは、表示装置だけでなく、様々な回路や装置に適用することができる。例えば演算回路、メモリ回路、駆動回路、及びインターフェース回路など、電子機器等に実装されるＩＣチップ内の各種回路、または、液晶素子や有機ＥＬ素子などが適用されたディスプレイデバイスや、タッチセンサ、光学センサ、生体センサ等の各種センサデバイスにおける駆動回路などに好適に用いることができる。

【0418】

以上が、応用例についての説明である。

【0419】

＜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、詳細に説明する。

【0420】

〔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。

【0421】

基板１０２として、可撓性基板を用い、可撓性基板上に直接、トランジスタ１００等を形成してもよい。または、基板１０２とトランジスタ１００等の間に剥離層を設けてもよい。剥離層は、その上に半導体装置を一部あるいは全部完成させた後、基板１０２より分離し、他の基板に転載するのに用いることができる。その際、トランジスタ１００等は耐熱性の劣る基板や可撓性の基板にも転載できる。

【0422】

〔絶縁層１０６〕
絶縁層１０６として、例えば、酸化物絶縁膜または窒化物絶縁膜を単層または積層して形成することができる。なお、半導体層１０８との界面特性を向上させるため、絶縁層１０６において少なくとも半導体層１０８と接する領域は酸化物絶縁膜で形成することが好ましい。また、絶縁層１０６には、加熱により酸素を放出する膜を用いることが好ましい。

【0423】

絶縁層１０６として、例えば酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコン、窒化シリコン、酸化アルミニウム、酸化ハフニウム、酸化ガリウムまたはＧａ－Ｚｎ酸化物などを用いればよく、単層または積層で設けることができる。

【0424】

絶縁層１０６の半導体層１０８に接する側に窒化シリコン膜などの酸化物膜以外の膜を用いた場合、半導体層１０８と接する表面に対して酸素プラズマ処理などの前処理を行い、当該表面、または表面近傍を酸化することが好ましい。

【0425】

〔導電膜〕
ゲート電極として機能する導電層１０４及び導電層１２０ａ、配線として機能する１２０ｂ、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１１２ａ、及びソース電極またはドレイン電極の他方として機能する導電層１１２ｂなど、半導体装置を構成する導電膜として、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。

【0426】

特に、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１１２ａ、及びソース電極またはドレイン電極の他方として機能する導電層１１２ｂは、銅、銀、金、またはアルミニウム等を含む、低抵抗な導電性材料を用いることが好ましい。特に、銅、またはアルミニウムは量産性に優れるため好ましい。

【0427】

半導体装置を構成する上記導電膜として、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。

【0428】

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。

【0429】

半導体装置を構成する上記導電膜として、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、ゲート絶縁層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。

【0430】

導電層１０４、導電層１１２ａ、導電層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。

【0431】

〔絶縁層１１４、絶縁層１１６〕
半導体層１０８上に設けられる絶縁層１１４として、ＰＥＣＶＤ法、スパッタリング法、ＡＬＤ法などにより形成された、酸化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜、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等を一種以上含む絶縁層を用いることができる。特に、プラズマＣＶＤ法により形成された酸化シリコン膜または酸化窒化シリコン膜を用いることが好ましい。なお、絶縁層１１４を２層以上の積層構造としてもよい。

【0432】

保護層として機能する絶縁層１１６として、ＰＥＣＶＤ法、スパッタリング法、ＡＬＤ法等により形成された、窒化酸化シリコン膜、窒化シリコン膜、窒化アルミニウム膜、窒化酸化アルミニウム膜等を一種以上含む絶縁層を用いることができる。なお、絶縁層１１６を、２層以上の積層構造としてもよい。

【0433】

〔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、例えば、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝５：１：１、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝５：１：２、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝５：１：３、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝５：１：４、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝５：１：５、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝５：１：６、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝１０：１：１、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝１０：１：２、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝１０：１：３、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝１０：１：４、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝１０：１：５、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝１０：１：６、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝１０：１：７、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝１０：１：８、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝１０：１：１０、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝１０：１：１２、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝１０：１：１５、またはこれらの近傍を好適に用いることができる。

【0434】

半導体層１０８が酸化インジウムの場合、酸化インジウムを成膜するために用いるスパッタリングターゲットとして、酸化インジウムを用いることができる。

【0435】

半導体層１０８がＩｎ－Ｍ酸化物の場合、Ｉｎ－Ｍ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、例えば、Ｉｎ：Ｍ＝２：１、Ｉｎ：Ｍ＝７：２、Ｉｎ：Ｍ＝５：１、Ｉｎ：Ｍ＝７：１、Ｉｎ：Ｍ＝１０：１、またはこれらの近傍を好適に用いることができる。

【0436】

半導体層１０８がＩｎ－Ｚｎ酸化物の場合、Ｉｎ－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、例えば、Ｉｎ：Ｚｎ＝２：３、Ｉｎ：Ｚｎ＝３：２、Ｉｎ：Ｚｎ＝７：２、Ｉｎ：Ｚｎ＝４：１、Ｉｎ：Ｚｎ＝１１：２、Ｉｎ：Ｚｎ＝７：１、Ｉｎ：Ｚｎ＝１４：１、またはこれらの近傍を好適に用いることができる。

【0437】

スパッタリングターゲットとして、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＝５：１：３＜原子数比＞の場合、成膜される半導体層１０８の組成は、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝５：１：２．４＜原子数比＞の近傍となる場合がある。

【0438】

上記ターゲットを用いて、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の結晶構造をとりやすい。

【0439】

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。

【0440】

以上が構成要素についての説明である。

【0441】

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。

【0442】

（実施の形態３）
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。

【0443】

＜構成例＞
図２６Ａに、表示装置７００の上面図を示す。表示装置７００は、シール材７１２により貼りあわされた第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。

【0444】

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。

【0445】

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。

【0446】

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、本発明の一態様の半導体装置であるトランジスタを適用することができる。

【0447】

画素部７０２に設けられる表示素子として、液晶素子、発光素子などが挙げられる。液晶素子として、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、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。

【0448】

図２６Ｂ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。

【0449】

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２６Ｂ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。

【0450】

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２６Ｂ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。

【0451】

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７００Ｂ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。

【0452】

図２６Ｃ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。

【0453】

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。

【0454】

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。

【0455】

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。

【0456】

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にも適用することができる。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。

【0457】

＜断面構成例＞
以下では、表示素子として液晶素子及びＥＬ素子を用いる構成について、図２７乃至図３１を用いて説明する。なお、図２７乃至図３０は、それぞれ図２６Ａに示す一点鎖線Ｑ－Ｒにおける断面図である。また図３１は、図２６Ｂに示した表示装置７００Ａ中の一点鎖線Ｓ－Ｔにおける断面図である。図２７乃至図２９は、表示素子として液晶素子を用いた構成であり、図３０及び図３１は、ＥＬ素子を用いた構成である。

【0458】

〔表示装置の共通部分に関する説明〕
図２７乃至図３１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２８では、容量素子７９０が無い場合を示している。

【0459】

トランジスタ７５０及びトランジスタ７５２は、実施の形態２で例示したトランジスタを適用できる。

【0460】

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。

【0461】

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。

【0462】

図２７、図３０、及び図３１に示す容量素子７９０は、トランジスタ７５０が有する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、ソース電極またはドレイン電極と同一の導電膜を加工して形成される上部電極と、を有する。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。

【0463】

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。

【0464】

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。

【0465】

信号線７１０は、トランジスタ７５０、７５２のソース電極及びドレイン電極等と同じ導電膜で形成されている。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。

【0466】

ＦＰＣ端子部７０８は、接続電極７６０、異方性導電膜７８０、及びＦＰＣ７１６を有する。接続電極７６０は、ＦＰＣ７１６が有する端子と異方性導電膜７８０を介して電気的に接続される。ここでは、接続電極７６０は、トランジスタ７５０、７５２のソース電極及びドレイン電極等と同じ導電膜で形成されている。

【0467】

第１の基板７０１及び第２の基板７０５として、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。

【0468】

第２の基板７０５側には、遮光層７３８と、着色層７３６と、これらに接する絶縁層７３４と、が設けられる。

【0469】

〔液晶素子を用いる表示装置の構成例〕
図２７に示す表示装置７００は、液晶素子７７５及びスペーサ７７８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。

【0470】

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、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、例えば、アルミニウム、銀等を含む材料を用いるとよい。

【0471】

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。

【0472】

図２８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。

【0473】

図２８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。

【0474】

図２７及び図２８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。

【0475】

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。

【0476】

液晶素子のモードとして、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。

【0477】

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、着色層７３６を設けずに白黒表示を行う構成としてもよいし、着色層７３６を用いてカラー表示を行う構成としてもよい。

【0478】

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、着色層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。

【0479】

図２８に示す表示装置７００と異なる、横電界方式（例えば、ＦＦＳモード）の液晶素子７７５を用いる例を図２９に示す。

【0480】

図２９に示す表示装置７００は、第１の基板７０１と第２の基板７０５との間に、トランジスタ７５０、トランジスタ７５２、液晶素子７７５等を有する。第１の基板７０１と第２の基板７０５とは、封止層７３２によって貼り合されている。

【0481】

液晶素子７７５は、導電層７１４、液晶層７７６、及び導電層７１３を有する。導電層７１３は第１の基板７０１上に設けられる。導電層７１３上に一以上の絶縁層が設けられ、当該絶縁層上に、導電層７１４が設けられる。また、液晶層７７６は、導電層７１４と第２の基板７０５の間に位置する。導電層７１３は、配線７２８と電気的に接続され、共通電極として機能する。導電層７１４は、トランジスタ７５０と電気的に接続され、画素電極として機能する。配線７２８には、共通電位が与えられる。

【0482】

導電層７１４は、櫛歯状、またはスリットを有する上面形状を有する。液晶素子７７５は、導電層７１４と導電層７１３との間に生じる電界によって、液晶層７７６の配向状態が制御される。

【0483】

導電層７１４、導電層７１３、及びこれらに挟持された一以上の絶縁層の積層構造により、保持容量として機能する容量素子７９０が形成されている。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。

【0484】

導電層７１４及び導電層７１３には、それぞれ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、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、例えば、アルミニウム、銀等を含む材料を用いるとよい。

【0485】

導電層７１４または導電層７１３のいずれか一方、または両方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７１４または導電層７１３の両方に透光性の材料を用いると、表示装置７００は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。

【0486】

図２９では、透過型の液晶表示装置の例を示している。第１の基板７０１よりも外側に、偏光板７５５と、光源７５７が設けられ、第２の基板７０５よりも外側に、偏光板７５６が設けられている。光源７５７は、バックライトとして機能する。

【0487】

第２の基板７０５の、第１の基板７０１側の面には、遮光層７３８及び着色層７３６が設けられている。また遮光層７３８及び着色層７３６を覆って、平坦化層として機能する絶縁層７３４が設けられている。絶縁層７３４の第１の基板７０１側の面には、スペーサ７２７が設けられている。

【0488】

液晶層７７６は、導電層７１４を覆う配向膜７２５と、絶縁層７３４を覆う配向膜７２６との間に位置している。なお、配向膜７２５及び配向膜７２６は、不要であれば設けなくてもよい。

【0489】

図２９には図示しないが、第２の基板７０５よりも外側に、位相差フィルム、反射防止フィルムなどの光学部材（光学フィルム）、保護フィルム、防汚フィルム等を適宜設けることができる。反射防止フィルムとして、ＡＧ（Ａｎｔｉ Ｇｌａｒｅ）フィルム、ＡＲ（Ａｎｔｉ Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ）フィルムなどがある。

【0490】

図２９に示す表示装置７００は、画素電極として機能する導電層７１４や、共通電極として機能する導電層７１３の被形成面側に、平坦化層として機能する有機絶縁膜を設けない構成を有する。また、表示装置７００が有するトランジスタ７５０等として、作製工程を比較的短くできる、ボトムゲート型のトランジスタが適用されている。このような構成とすることで、製造コストを低減でき、且つ、製造歩留りを高めることができ、信頼性の高い表示装置を安価で提供することが可能となる。

【0491】

〔発光素子を用いる表示装置の構成例〕
図３０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、または量子ドットなどの無機化合物を有する。

【0492】

有機化合物に用いることのできる材料として、蛍光性材料または燐光性材料などが挙げられる。また、量子ドットに用いることのできる材料として、コロイド状量子ドット材料、合金型量子ドット材料、コア・シェル型量子ドット材料、コア型量子ドット材料、などが挙げられる。

【0493】

図３０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、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。

【0494】

着色層７３６は発光素子７８２と重なる位置に設けられ、遮光層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、着色層７３６及び遮光層７３８は、絶縁層７３４で覆われている。また、発光素子７８２と絶縁層７３４の間は封止層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、着色層７３６を設けない構成としてもよい。

【0495】

図３１には、フレキシブルディスプレイに好適に適用できる表示装置の構成を示している。図３１は、図２６Ｂに示した表示装置７００Ａ中の一点鎖線Ｓ－Ｔにおける断面図である。

【0496】

図３１に示す表示装置７００Ａは、図３０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。

【0497】

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。

【0498】

図３１に示す表示装置７００Ａは、図３０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、封止層７３２と貼りあわされている。保護層７４０として、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。

【0499】

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、着色層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。

【0500】

図３１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、接続電極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。

【0501】

〔表示装置に入力装置を設ける構成例〕
図２７乃至図３０に示す表示装置７００、または図３１に示す表示装置７００Ａに入力装置を設けてもよい。当該入力装置として、例えば、タッチセンサ等が挙げられる。

【0502】

例えばセンサの方式として、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。

【0503】

なお、タッチパネルの構成は、入力装置を一対の基板の内側に形成する、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。

【0504】

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。

【0505】

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。

【0506】

（実施の形態４）
本実施の形態では、本発明の一態様の半導体装置を有する表示装置について、図３２Ａ乃至図３２Ｃを用いて説明を行う。

【0507】

図３２Ａ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。

【0508】

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。

【0509】

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画素回路５０１を有する。各画素回路５０１はそれぞれ、表示素子を駆動する回路を有する。

【0510】

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。

【0511】

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。

【0512】

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３２Ａ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＿１乃至ＧＬ＿Ｘ、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＿１乃至ＤＬ＿Ｙ等の各種配線に接続される。なお、図３２Ａでは、保護回路５０６と画素回路５０１とを区別するため、保護回路５０６にハッチングを付している。

【0513】

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、単結晶半導体膜、多結晶半導体膜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。

【0514】

図３２Ａに示す複数の画素回路５０１は、例えば、図３２Ｂ及び図３２Ｃに示す構成とすることができる。

【0515】

図３２Ｂ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。

【0516】

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。

【0517】

図３２Ｃに示す画素回路５０１は、トランジスタ５５２、５５４と、容量素子５６２と、発光素子５７２と、を有する。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、電位供給線ＶＬ＿ｂ等が接続されている。

【0518】

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。

【0519】

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。

【0520】

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。

【0521】

（実施の形態５）
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２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。

【0522】

＜回路構成＞
図３３Ａ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。

【0523】

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。

【0524】

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。

【0525】

トランジスタＭ１と容量Ｃ１とを接続するノードをＮ１、トランジスタＭ２と回路４０１とを接続するノードをＮ２とする。

【0526】

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。

【0527】

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２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。

【0528】

＜駆動方法例＞
続いて、図３３Ｂを用いて、画素回路４００の動作方法の一例を説明する。図３３Ｂ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。

【0529】

図３３Ｂ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。

【0530】

〔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Ｖ_ｒｅｆを供給し、配線Ｓ２には第１データ電位Ｖ_ｗを供給する。

【0531】

ノードＮ１には、トランジスタＭ１を介して配線Ｓ１から電位Ｖ_ｒｅｆが与えられる。また、ノードＮ２には、トランジスタＭ２を介して第１データ電位Ｖ_ｗが与えられる。したがって、容量Ｃ１には電位差Ｖ_ｗ－Ｖ_ｒｅｆが保持された状態となる。

【0532】

〔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Ｖ_ｄａｔａ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としてもよい。

【0533】

ノードＮ１には、トランジスタＭ１を介して第２データ電位Ｖ_ｄａｔａ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Ｖ_ｄａｔａ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３３Ｂでは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Ｖ_ｄａｔａが電位Ｖ_ｒｅｆより低くてもよい。

【0534】

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Ｖ_ｄａｔａに近い電位となる。

【0535】

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。

【0536】

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。

【0537】

＜適用例＞
〔液晶素子を用いた例〕
図３３Ｃに示す画素回路４００ＬＣは、回路４０１ＬＣを有する。回路４０１ＬＣは、液晶素子ＬＣと、容量Ｃ２とを有する。

【0538】

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Ｖ_ｃｏｍ２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Ｖ_ｃｏｍ１が与えられる配線と接続する。

【0539】

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。

【0540】

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。

【0541】

〔発光素子を用いた例〕
図３３Ｄ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。

【0542】

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Ｖ_ｃｏｍ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Ｖ_Ｌが与えられる配線と接続する。

【0543】

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。

【0544】

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Ｖ_Ｈと電位Ｖ_Ｌの値を適宜変更することができる。

【0545】

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、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。

【0546】

なお、図３３Ｃ及び図３３Ｄで例示した回路に限られず、別途トランジスタや容量などを追加した構成としてもよい。

【0547】

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。

【0548】

（実施の形態６）
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。

【0549】

図３４Ａ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。

【0550】

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。

【0551】

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。

【0552】

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。

【0553】

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。

【0554】

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。バッテリー６０１１による電源であってもよい。

【0555】

図３４Ｂ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。

【0556】

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。

【0557】

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。

【0558】

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。

【0559】

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。

【0560】

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。

【0561】

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。

【0562】

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。

【0563】

（実施の形態７）
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。

【0564】

図３５Ａ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。

【0565】

電子機器６５００は、筐体６５０１、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。

【0566】

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。

【0567】

図３５Ｂは、筐体６５０１のマイク６５０６側の端部を含む断面概略図である。

【0568】

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。

【0569】

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。

【0570】

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。

【0571】

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。

【0572】

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。

【0573】

（実施の形態８）
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。

【0574】

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。

【0575】

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。

【0576】

電子機器として、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。

【0577】

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。

【0578】

図３６Ａ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。

【0579】

図３６Ａ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。

【0580】

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。

【0581】

図３６Ｂ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。

【0582】

図３６Ｃ及び図３６Ｄに、デジタルサイネージ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｇｅ：電子看板）の一例を示す。

【0583】

図３６Ｃ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。

【0584】

図３６Ｄ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。

【0585】

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。

【0586】

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。

【0587】

図３６Ｃ及び図３６Ｄ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。

【0588】

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。

【0589】

図３６Ａ乃至図３６Ｄにおける表示部７５００に、本発明の一態様の表示装置を適用することができる。

【0590】

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。

【0591】

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。

【符号の説明】

【0592】

１０、１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ：トランジスタ、１１、１３、１５、１７：範囲、１００、１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃ、１００Ｄ、１００Ｅ、１００Ｆ、１００Ｇ、１００Ｈ：トランジスタ、１０２：基板、１０４：導電層、１０６、１０６ａ、１０６ａ１、１０６ａ２、１０６ａ３、１０６ｂ：絶縁層、１０８、１０８ａ、１０８ｂ：半導体層、１０８ａｆ、１０８ｂｆ：金属酸化物膜、１１２：ゲート電極、１１２ａ、１１２ｂ、１１３、１１３ａ、１１３ｂ、１１３ｃ：導電層、１１３ａｆ、１１３ｂｆ、１１３ｃｆ：導電膜、１１４、１１６、１１８：絶縁層、１２０、１２０ａ、１２０ｂ：導電層、１３０：プラズマ、１４０：レジストマスク、１４２ａ、１４２ｂ、１４２ｃ：開口部、１５０：金属酸化物層

【図1A】

【図1B】

【図2A】

【図2B】

【図3A】

【図3B】

【図4】

【図5A】

【図5B】

【図5C】

【図6A】

【図6B】

【図7A】

【図7B】

【図8A】

【図8B】

【図8C】

【図9A】

【図9B】

【図9C】

【図10A】

【図10B】

【図10C】

【図11A】

【図11B】

【図12A】

【図12B】

【図13A】

【図13B】

【図13C】

【図14A】

【図14B】

【図15A】

【図15B】

【図16A】

【図16B】

【図17】

【図18A】

【図18B】

【図19A】

【図19B】

【図20A】

【図20B】

【図21A】

【図21B】

【図21C】

【図21D】

【図22A】

【図22B】

【図22C】

【図23A】

【図23B】

【図23C】

【図24A】

【図24B】

【図24C】

【図25A】

【図25B】

【図25C】

【図25D】

【図25E】

【図26A】

【図26B】

【図26C】

【図27】

【図28】

【図29】

【図30】

【図31】

【図32A】

【図32B】

【図32C】

【図33A】

【図33B】

【図33C】

【図33D】

【図34A】

【図34B】

【図35A】

【図35B】

【図36A】

【図36B】

【図36C】

【図36D】