JP2016178321A - 半導体装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】リフレッシュ動作を不要とする酸化物半導体を利用した光センサ、当該光センサ
を搭載した半導体装置、及び光センサを利用した光の測定方法を提供することを目的の一
とする。
【解決手段】酸化物半導体を用いて形成されたチャネルを含むトランジスタに、ゲート電
圧をパルス状に印加することにより、一定のゲート電流が得られることを見出し、これを
光センサに応用した。当該光センサはリフレッシュ動作を要さないため、少ない消費電力
で、高速かつ簡易な測定手順にて光の照度を測定できる。比較的高い移動度と低いＳ値、
低いオフ電流を有する酸化物半導体を利用したトランジスタにより光センサを形成できる
ため、少ない工程で多機能を有する半導体装置を得ることが出来る。
【選択図】図３

Description

本発明は、光センサに係り、開示される発明の一形態は、酸化物半導体を利用した光セ
ンサ、および当該光センサを搭載した半導体装置に関する。また、当該光センサにより光
を測定する方法に関する。
電磁波を検知するための用途に用いられる測定器は数多く知られており、例えば紫外線
から赤外線にかけて感度を有するものは総括して光センサと呼ばれている。その中でも波
長４００ｎｍから７００ｎｍの可視光線領域に感度を持つものは特に可視光センサと呼ば
れ、使用環境に応じた輝度調整やオンまたはオフの制御などを必要とする機器類に数多く
用いられている。
表示装置には、表示部周囲の明るさを検出し、その表示輝度を調整することが行なわれ
ているものがある。光センサにより、周囲の明るさを検出して適度な表示輝度を得ること
によって、視認性を向上させ、表示装置の無駄な電力を減らすことができるからである。
輝度調整用の光センサを具備する表示装置の例として、携帯電話やコンピュータなどが挙
げられる。また表示部周囲の明るさだけではなく、表示装置、特に液晶表示装置のバック
ライトの輝度を光センサにより検出し、表示画面の輝度を調節することも行われている。
光センサは、例えば、光のセンシング部分にフォトダイオードなどの光電変換素子を用
い、光電変換素子に流れる電流量に基づいて照度を検出することができる。特許文献１に
は電荷蓄積型の光センサについて記載がある。当該光センサは、照度に応じてフォトダイ
オードを流れる電荷量が変化する性質を利用し、照度を計測するものである。より詳しく
は、電荷をコンデンサ（容量素子）に蓄積後、定電流回路（定電流源）により放電させる
ことで変化する電位をコンパレータで検出し、当該電位の変化に要する時間をカウンター
回路及びラッチ回路によってデジタル信号として出力することにより照度を計測する。
光センサには、光により特性が変化するものを利用できる。例えば、酸化物半導体に光を
当てることにより、その導電特性が変化することはよく知られており、特許文献２、また
は特許文献３にその記載がある。これらの文献には、酸化物半導体を利用したトランジス
タの閾値制御技術が開示されている。また、光センサもしくはメモリに酸化物半導体を適
用する試みが特許文献４に記載されている。
特開平６−３１３８４０号公報 特開２００９−１１１１２５号公報 特開２００９−２１２４４３号公報 特開２００９−１８２１９４号公報
酸化物半導体は、アモルファスシリコンよりも高い移動度を有する点と、Ｇ１０と呼ばれ
る数メートル角の基板の全面に一様な膜として形成可能である点を併せ持つところに特徴
を有する。これにより、例えば、高速動作を可能とする大型のフラットパネルディスプレ
イを実現できる。酸化物半導体を利用して光センサを作製できれば、光センサとトランジ
スタを同一の酸化物半導体層を利用して形成できるため、少ない工程で光センサを有する
半導体装置、例えば、高性能大型フラットパネルディスプレイを作製できる。特許文献４
には、酸化物半導体を利用した光センサが開示されているが、当該光センサは、光を受け
て変化した特性がそのままでは元に戻らない特徴を有しており、測定のつど、リフレッシ
ュ動作を要する。光センサは数秒の周期で照度を測定できることが好ましいが、当該リフ
レッシュ動作を数秒の周期で行うと、相当な電力を消費することになるため好ましくない
。そこで本発明の課題の一は、酸化物半導体を含むチャネルを有するトランジスタを利用
した光の測定方法であって、リフレッシュ動作を不要にするものを提供することとする。
また、そのような特性を有する光センサ、および当該光センサを搭載した半導体装置を提
供することを、本発明の課題の一とする。
本発明の一形態は、酸化物半導体を含むチャネルを有するトランジスタに負のゲート電圧
をパルス状に印加し、得られたゲート電流から、当該チャネルに当たる光の照度を測定す
ることを特徴とする光の測定方法である。
ゲート電圧は、−１０Ｖ以上−２Ｖ以下で与えると好ましい。この際、ソース電極及びド
レイン電極は０つまりグランドに落とす。
ゲート電圧は０つまりグランドに落とし、ソース電極及びドレイン電極に２Ｖ以上１０Ｖ
以下の電圧を印加しても同様の効果が得られる。
また、ゲート電圧は、０．０１ｍｓ以上１００ｍｓ以下、好ましくは１ｍｓ以上２ｍｓ以
下の期間印加するとよい。当該印加の時間を１００ｍｓより長くすると、その間のゲート
電流の変化が顕著となり、測定精度が低下する。また、当該印加の時間を０．０１ｍｓ未
満とすると、高性能の回路が必要となるため好ましくない。当該印加の時間を１ｍｓ以上
２ｍｓ以下とすると測定の精度が高くなるためより好ましい。
当該印加の単位時間あたりの回数は、３０回／分以上６０回／分以下であると好ましい。
これにより、通常の環境下においては人がほぼ連続的と感じるように輝度等を調整するこ
とができる頻度で、光を測定することができる。しかし、当該回数はこの範囲に限らず、
用途により実施者が適宜選択すればよい。また、当該回数は、一定に保つことにより周波
数と呼ぶことができるが、必ずしも周期的に電圧を印加する必要はない。
本発明の他の一形態は、酸化物半導体を含むチャネルを有するトランジスタと、発振回路
とを有し、発振回路の出力はトランジスタのゲート電極と電気的に接続されており、チャ
ネルは受光部であることを特徴とする光センサである。
本発明の他の一形態は、酸化物半導体を含むチャネルを有するトランジスタと、発振回路
とを有し、発振回路の出力はトランジスタのソース電極およびドレイン電極と電気的に接
続されており、チャネルは受光部であることを特徴とする光センサである。
また、上記発明の一形態は、上述のトランジスタのチャネルと同一成分のチャネルを有す
るトランジスタにて動作するＲＦＩＤを有することを特徴とする半導体装置である。
また、上記発明の他の一形態は、上述のトランジスタのチャネルと同一成分のチャネルを
有するトランジスタにて動作する表示装置を有することを特徴とする半導体装置である。
また、上記発明の他の一形態は、上述のトランジスタのチャネルと同一成分のチャネルを
有するトランジスタにて動作する電子ペーパーを有することを特徴とする半導体装置であ
る。
なお、本明細書において、発振回路とは、ゲート電圧としてパルス状の電圧を印加するも
のであり、例えば、リングオシレーターなどを利用するとよい。さらに、分周回路を追加
することで、当該印加の時間などを制御できる。なお、本明細書でいう「電気的に接続」
とは、無線による接続も含むものとする。
比較的高い移動度と低いＳ値、低いオフ電流を有する酸化物半導体を利用したトランジス
タにより本発明の一形態に係る光センサを形成できるため、少ない工程で多機能を有する
半導体装置を得ることが出来る。そのような半導体装置の例として、高移動度を利用した
倍速駆動、または４倍速駆動のフラットパネルディスプレイや、ＲＦＩＤ（Ｒａｄｉｏ
Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ＩＤｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ）に光センサを搭載したものなどが
挙げられる。また、電圧をパルス状に印加することにより当該光センサのリフレッシュ動
作が不要となるため、少ない消費電力で、高速かつ簡易な測定手順にて光の照度を測定で
きる。
本発明の一実施の形態に係る光センサの作製工程の例を示す図。 本発明の一実施の形態に係る光センサの作製工程の例を示す図。 ゲート電流とゲート電圧の関係を示す図。 ゲート電流とゲート電圧の関係を示す図。 ゲート電流とゲート電圧の関係を示す図。 本発明の一実施の形態に係る光センサの断面図。 本発明の一実施の形態に係る光センサの回路図。 半導体装置の作製方法を説明する断面図。 半導体装置の作製方法を説明する断面図。 半導体装置の平面図。 半導体装置を説明する図。 半導体装置を説明する図。 半導体装置を説明する図。 半導体装置を説明する図。 半導体装置を説明する図。 電子ペーパーの使用形態の例を説明する図。 電子書籍の例を示す外観図。 テレビジョン装置およびデジタルフォトフレームの例を示す外観図。 遊技機の例を示す外観図。 携帯電話機の例を示す外観図。 ＲＦＩＤタグの構成例を示す図。
以下、実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。但し、本発明は以下に示す実
施の形態の記載内容に限定されず、本明細書等において開示する発明の趣旨から逸脱する
ことなく形態および詳細を様々に変更し得ることは当業者にとって自明である。また、異
なる実施の形態に係る構成は、適宜組み合わせて実施することが可能である。なお、以下
に説明する発明の構成において、同一部分または同様な機能を有する部分には同一の符号
を用い、その繰り返しの説明は省略する。また、本明細書中において半導体装置とは、半
導体特性を利用することで機能しうる装置全般を指すものとする。
（実施の形態１）
本実施の形態では、酸化物半導体を有するボトムゲート構造のトランジスタを利用した光
センサの作製方法と当該光センサを用いた照度の測定方法の一例について、図面を参照し
て説明する。当該トランジスタは、トップゲート構造のものであってもよい。また、当該
光センサは半導体素子の一種であるとする。
はじめに、基板１００上に導電層１０２を形成する（図１（Ａ）参照）。
基板１００は、絶縁表面を有する基板であればよく、例えば、ガラス基板とすることがで
きる。ガラス基板は無アルカリガラス基板であることが好ましい。無アルカリガラス基板
には、例えば、アルミノシリケートガラス、アルミノホウケイ酸ガラス、バリウムホウケ
イ酸ガラス等のガラス材料が用いられる。他にも、基板１００として、セラミック基板、
石英基板やサファイア基板等の絶縁体でなる絶縁性基板、シリコン等の半導体材料でなる
半導体基板の表面を絶縁材料で被覆したもの、金属やステンレス等の導電体でなる導電性
基板の表面を絶縁材料で被覆したものを用いることができる。また、作製工程の熱処理に
耐えられるのであれば、プラスチック基板を用いることもできる。
導電層１０２は、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステ
ン（Ｗ）、チタン（Ｔｉ）等の導電性材料でなることが望ましい。形成方法には、スパッ
タリング法や真空蒸着法、プラズマＣＶＤ法などがある。なお、導電層１０２にアルミニ
ウム（または銅）を用いる場合、アルミニウム単体（または銅単体）では耐熱性が低く、
腐蝕しやすい等の問題があるため、耐熱性導電性材料と組み合わせて形成することが好ま
しい。
耐熱性導電性材料としては、チタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）、
モリブデン（Ｍｏ）、クロム（Ｃｒ）、ネオジム（Ｎｄ）、スカンジウム（Ｓｃ）から選
ばれた元素を含む金属、上述した元素を成分とする合金、上述した元素を組み合わせた合
金、または上述した元素を成分とする窒化物などを用いることができる。これらの耐熱性
導電性材料とアルミニウム（または銅）を積層させて、導電層１０２を形成すればよい。
図示しないが、基板１００上には下地層を設けても良い。下地層は、基板１００からのア
ルカリ金属（Ｌｉ、Ｃｓ、Ｎａ等）やアルカリ土類金属（Ｃａ、Ｍｇ等）、その他の不純
物の拡散を防止する機能を有する。つまり、下地層を設けることにより、半導体装置の信
頼性向上という課題を解決することができる。下地層は、窒化シリコン、酸化シリコンな
どの各種絶縁材料でなる単層構造または積層構造を有するものとすればよい。具体的には
、例えば、基板１００側から窒化シリコンと酸化シリコンを順に積層した構成とすること
が好適である。窒化シリコンは、不純物に対し高いブロッキング効果を有するためである
。一方で、窒化シリコンが半導体と接する場合には、半導体素子に不具合が発生する可能
性もあるため、半導体と接する材料としては、酸化シリコンを適用するのがよい。
次に、導電層１０２上に選択的にレジストマスク１０４を形成し、該レジストマスク１０
４を用いて導電層１０２を選択的にエッチングすることで、ゲート電極として機能する導
電層１０６を形成する（図１（Ｂ）参照）。
レジストマスク１０４は、レジスト材料の塗布、フォトマスクを用いた露光、現像、等の
工程を経ることにより形成される。レジスト材料の塗布は、スピンコート法などの方法を
適用することができる。また、レジストマスク１０４は、液滴吐出法やスクリーン印刷法
などを用いて選択的に形成されるものとしてもよい。この場合、フォトマスクを用いた露
光、現像等の工程が不要になるため、生産性向上という課題を解決することが可能である
。なお、レジストマスク１０４は、導電層１０２のエッチングにより導電層１０６が形成
された後には除去される。
上述のエッチングには、ドライエッチングやウエットエッチングを用いる。また、後に形
成されるゲート絶縁層等の被覆性を向上し、段切れを防止するために、導電層１０６の端
部がテーパー形状となるようエッチングすると良い。例えば、テーパー角が２０°以上９
０°未満となるような形状とすることが好ましい。ここで、「テーパー角」とは、テーパ
ー形状を有する層を断面方向から観察した際に、当該層の側面と底面とがなす鋭角をいう
。
次に、導電層１０６を覆うように、ゲート絶縁層として機能する絶縁層１０８を形成する
（図１（Ｃ）参照）。絶縁層１０８は、例えば、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化
シリコン、窒化酸化シリコン、酸化アルミニウム、酸化タンタル等の材料で形成される。
また、これらの材料を積層させて絶縁層１０８を形成しても良い。絶縁層１０８の厚さは
、５ｎｍ以上２５０ｎｍ以下であると好ましい。例えば、スパッタリング法により、厚さ
１００ｎｍの酸化シリコンを形成する。スパッタリング法により形成された絶縁層中には
、水素や窒素などが少なく、ゲート絶縁層として好適である。他の方法（プラズマＣＶＤ
法など）を用いて絶縁層１０８を形成する場合には、内部の水素や窒素などの影響を考慮
すべきであるが、所望の絶縁層１０８が得られるのであれば、作製方法については特に限
定されない。例えば、絶縁層１０８中の水素濃度、窒素濃度が、後に形成される酸化物半
導体層中より低いことを目安とすればよい。より具体的には、絶縁層１０８中の水素の濃
度が１×１０２１ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下（好ましくは、５×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ
３以下）、絶縁層１０８中の窒素の濃度が１×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下とすれば
良い。なお、良好な特性の絶縁層１０８を得るためには、形成時の温度を４００℃以下と
することが望ましいが、開示する発明の一形態がこれに限定して解釈されるものではない
。また、上記濃度は、絶縁層１０８中での平均値を示している。
また、スパッタリング法とＣＶＤ法（プラズマＣＶＤ法など）とを組み合わせて、積層構
造の絶縁層１０８を形成しても良い。例えば、絶縁層１０８の下層（導電層１０６と接す
る領域）をプラズマＣＶＤ法により形成し、絶縁層１０８の上層をスパッタリング法によ
り形成することができる。プラズマＣＶＤ法を用いると、段差被覆性の良い膜を容易に形
成できるため、段差の大きい導電層１０６の直上に膜を形成する方法として適している。
また、スパッタリング法を用いると、膜中の水素濃度を容易に下げられるため、水素に悪
影響を受けやすい酸化物半導体層に接する膜を形成する方法として適している。これによ
り、絶縁層１０８中の水素が酸化物半導体層中へ拡散することを抑制できる。酸化物半導
体層内もしくはその近傍に存在する水素の半導体特性に与える影響は極めて大きいため、
このような構成を採用することは効果的である。
なお、本明細書等において、酸化窒化物とは、その組成において、窒素よりも酸素の含有
量（原子数）が多いものを示し、窒化酸化物とは、その組成において、酸素よりも窒素の
含有量（原子数）が多いものを示す。
次に、絶縁層１０８を覆うように酸化物半導体層１１０を形成する（図１（Ｄ）参照）。
本実施の形態においては、酸化物半導体層１１０に金属酸化物半導体材料を用いる。
酸化物半導体層としては、少なくともＩｎ、Ｇａ、Ｓｎ及びＺｎから選ばれた一種以上の
元素を含有する。例えば、四元系金属の酸化物であるＩｎ−Ｓｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系酸化
物半導体や、三元系金属の酸化物であるＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物半導体、Ｉｎ−Ｓ
ｎ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物半導体、Ｉｎ−Ａｌ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物半導体、Ｓｎ−Ｇａ−Ｚｎ
−Ｏ系酸化物半導体、Ａｌ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物半導体、Ｓｎ−Ａｌ−Ｚｎ−Ｏ系酸
化物半導体や、二元系金属の酸化物であるＩｎ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物半導体、Ｓｎ−Ｚｎ−
Ｏ系酸化物半導体、Ａｌ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物半導体、Ｚｎ−Ｍｇ−Ｏ系酸化物半導体、Ｓ
ｎ−Ｍｇ−Ｏ系酸化物半導体、Ｉｎ−Ｍｇ−Ｏ系酸化物半導体や、Ｉｎ−Ｇａ−Ｏ系酸化
物半導体、一元系金属の酸化物であるＩｎ−Ｏ系酸化物半導体、Ｓｎ−Ｏ系酸化物半導体
、Ｚｎ−Ｏ系酸化物半導体などを用いることができる。また、上記酸化物半導体にＩｎと
ＧａとＳｎとＺｎ以外の元素、例えばＳｉＯ２を含ませてもよい。
例えば、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物半導体とは、インジウム（Ｉｎ）、ガリウム（Ｇ
ａ）、亜鉛（Ｚｎ）を有する酸化物半導体、という意味であり、その組成比は問わない。
また、酸化物半導体層は、化学式ＩｎＭＯ３（ＺｎＯ）ｍ（ｍ＞０）で表記される薄膜を
用いることができる。ここで、Ｍは、Ｚｎ、Ｇａ、Ａｌ、Ｍｎ及びＣｏから選ばれた一ま
たは複数の金属元素を示す。例えばＭとして、Ｇａ、Ｇａ及びＡｌ、Ｇａ及びＭｎ、また
はＧａ及びＣｏなどがある。
また、酸化物半導体としてＩｎ−Ｚｎ−Ｏ系の材料を用いる場合、用いるターゲットの組
成比は、原子数比で、Ｉｎ：Ｚｎ＝５０：１〜１：２（モル数比に換算するとＩｎ２Ｏ３
：ＺｎＯ＝２５：１〜１：４）、好ましくはＩｎ：Ｚｎ＝２０：１〜１：１（モル数比に
換算するとＩｎ２Ｏ３：ＺｎＯ＝１０：１〜１：２）、さらに好ましくはＩｎ：Ｚｎ＝１
５：１〜１．５：１（モル数比に換算するとＩｎ２Ｏ３：ＺｎＯ＝１５：２〜３：４）と
する。例えば、Ｉｎ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物半導体の形成に用いるターゲットは、原子数比が
Ｉｎ：Ｚｎ：Ｏ＝Ｘ：Ｙ：Ｚのとき、Ｚ＞１．５Ｘ＋Ｙとする。
酸化物半導体層１１０は、例えば、Ｉｎ、Ｇａ、Ｚｎを含む酸化物半導体ターゲット（Ｉ
ｎ２Ｏ３：Ｇａ２Ｏ３：ＺｎＯ＝１：１：１）を用いたスパッタリング法により形成でき
る。該スパッタリングは、例えば、基板１００とターゲットとの距離を３０ｍｍ以上５０
０ｍｍ以下、圧力を０．１Ｐａ以上２．０Ｐａ以下、直流（ＤＣ）電源を０．２５ｋＷ以
上５．０ｋＷ以下、温度を２０℃以上１００℃以下、雰囲気をアルゴン等の希ガス雰囲気
、酸素雰囲気、またはアルゴン等の希ガスと酸素との混合雰囲気とする条件で行うことが
できる。また、上記のスパッタリング法としては、スパッタリング用電源に高周波電源を
用いるＲＦスパッタリング法や、直流電源を用いるＤＣスパッタリング法、パルス的に直
流バイアスを加えるパルスＤＣスパッタリング法などを用いることができる。
本実施の形態においては、酸化物半導体層１１０を単層で形成する場合について示してい
るが、酸化物半導体層１１０は、積層構造としても良い。例えば、絶縁層１０８上に、酸
化物半導体層１１０と同様の組成の酸化物半導体層（以下「通常の導電性の酸化物半導体
層」と呼ぶ）を形成し、その後、酸化物半導体層１１０と構成元素が同じでその構成比率
が異なる酸化物半導体層（以下「導電性の高い酸化物半導体層」と呼ぶ）を形成して、上
記構成に代えることができる。この場合、導電性の高い酸化物半導体層をソース電極（ま
たはドレイン電極）と通常の導電性の酸化物半導体層との間に設けることになるため、素
子特性の向上につながる。
導電性の高い酸化物半導体層の形成条件は、例えば、アルゴンガスの流量に対する酸素ガ
スの流量を、通常の導電性の酸化物半導体層の形成条件より小さいものとすると良い。よ
り具体的には、導電性の高い酸化物半導体層の形成条件は、希ガス（アルゴン、又はヘリ
ウムなど）雰囲気下、または、酸素ガス１０％以下、希ガス９０％以上の雰囲気下とし、
通常の導電性の酸化物半導体層の形成条件は、酸素雰囲気下、または、希ガスに対する酸
素ガスの流量比が１以上の雰囲気下とする。このようにすることで、導電性の異なる２種
類の酸化物半導体層を形成することができる。
また、絶縁層１０８を形成してから大気に曝すことなく酸化物半導体層１１０を形成する
と、絶縁層１０８と酸化物半導体層１１０の界面にパーティクルや水分が付着することを
抑制することができる。
なお、酸化物半導体層１１０の厚さは、５ｎｍ〜２００ｎｍ程度とすればよい。
次に、酸化物半導体層１１０上に選択的にレジストマスク１１２を形成し、該レジストマ
スク１１２を用いて酸化物半導体層１１０を選択的にエッチングすることで、酸化物半導
体層１１４を形成する（図１（Ｅ）参照）。ここで、レジストマスク１１２は、レジスト
マスク１０４と同様の方法で形成できる。また、レジストマスク１１２は、酸化物半導体
層１１０のエッチングにより酸化物半導体層１１４が形成された後には除去される。
酸化物半導体層１１０のエッチングには、ウエットエッチングまたはドライエッチングを
用いることができる。ここでは、酢酸と硝酸と燐酸との混合液を用いたウエットエッチン
グにより、酸化物半導体層１１０の不要な部分を除去して、酸化物半導体層１１４を形成
する。なお、上記のウエットエッチングに用いることができるエッチャント（エッチング
液）は酸化物半導体層１１０をエッチングできるものであればよく、上述したものに限ら
れない。
ドライエッチングを行う場合は、例えば、塩素原子を含有するガス（例えば、塩素（Ｃｌ
２）、二酸化塩素（ＣｌＯ２）など）または塩素原子を含有するガスに酸素（Ｏ２）が添
加されたガスを用いると良い。塩素原子を含有するガスを用いることで、絶縁層と、酸化
物半導体層１１０とのエッチング選択比がとりやすくなるためである。
ドライエッチングには、反応性イオンエッチング法（ＲＩＥ法）を用いたエッチング装置
や、ＥＣＲ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）やＩＣＰ（
Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ）などの高密度プラズマ源を用
いたドライエッチング装置を用いることができる。また、それらに類似した技術を用いて
もよい。
次に、絶縁層１０８および酸化物半導体層１１４を覆うように、導電層１１６を形成する
（図２（Ａ）参照）。導電層１１６は、導電層１０２と同様の材料、方法によって形成で
きる。例えば、導電層１１６は、モリブデンやチタンの単層構造で形成できる。また、導
電層１１６を積層構造で形成してもよく、例えば、アルミニウムとチタンとの積層構造と
することができる。また、チタンと、アルミニウムと、チタンとを順に積層した３層構造
としてもよい。また、モリブデンとアルミニウムとモリブデンとを順に積層した３層構造
としてもよい。また、これらの積層構造に用いるアルミニウムとして、ネオジムを含むア
ルミニウム（Ａｌ−Ｎｄ）を用いてもよい。さらに、導電層１１６を、シリコンを含むア
ルミニウムの単層構造としてもよい。
次に、導電層１１６上に選択的にレジストマスク１１８およびレジストマスク１２０を形
成し、該レジストマスクを用いて導電層１１６を選択的にエッチングすることで、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１２２およ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１２４を形成する（図２（Ｂ）参照）。ここで、レ
ジストマスク１１８およびレジストマスク１２０は、レジストマスク１０４と同様の方法
で形成できる。また、レジストマスク１１８およびレジストマスク１２０は、導電層１１
６のエッチングにより導電層１２２および導電層１２４が形成された後には除去される。
レジストマスク１１８およびレジストマスク１２０は、多階調マスクを用いて形成された
ものでもよい。ここで、多階調マスクとは、多段階の光量で露光を行うことが可能なマス
クをいう。これを用いることで、一度の露光および現像工程によって、複数（代表的には
２種類）の厚さのレジストマスクを形成することができる。つまり、多階調マスクを用い
ることで、工程数を削減することができる。
導電層１１６のエッチングには、ウエットエッチングまたはドライエッチングを用いるこ
とができる。ここでは、ドライエッチングにより導電層１１６の不要な部分を除去して、
導電層１２２および導電層１２４を形成する。
なお、本実施の形態においては、上記導電層１１６のエッチングの際に酸化物半導体層１
１４の一部が除去される構成（チャネルエッチ型）としているが、開示する発明の一形態
はこれに限定されない。エッチングの進行を停止させる層（エッチストッパ）を酸化物半
導体層１１４と導電層１１６との間に形成して、酸化物半導体層１１４がエッチングされ
ない構成（エッチストップ型）とすることもできる。
導電層１２２および導電層１２４を形成した後には、１００℃以上５００℃以下、代表的
には２００℃以上４００℃以下の熱処理を行う。熱処理の雰囲気は、例えば、大気雰囲気
や窒素雰囲気、酸素雰囲気等とすることができる。また、熱処理時間は、０．１時間以上
５時間以下程度とすればよい。ここでは、窒素雰囲気下で３５０℃、１時間の熱処理を行
うこととする。なお、該熱処理のタイミングは、酸化物半導体層１１０を形成した後、層
間絶縁層にあたる絶縁層を形成する前であれば特に限定されない。例えば、酸化物半導体
層１１０を形成した直後に上記の熱処理を行っても良い。また、酸化物半導体層１１４を
形成した直後や、導電層１１６を形成した直後であっても良い。当該熱処理（第１の熱処
理）と後の熱処理（第２の熱処理）とを行うことで、半導体素子の特性を向上させ、また
、特性ばらつきを抑えることができる。
なお、上記熱処理の条件を４００℃以下とすることは、ゲート絶縁層として機能する絶縁
層１０８の特性を変化させない（劣化させない）ために好適である。もちろん、開示する
発明の一形態がこれに限定して解釈されるものではない。
また、導電層１２２及び導電層１２４と酸化物半導体層１１４の上下関係は、図２に示し
たものに限らず、上下逆になった構造としてもよい。上下逆になったものは後の発明実施
の形態の図に例を示す。また、導電層で酸化物半導体層の一部を挟み込む構造又は酸化物
半導体層で導電層の一部を挟み込む構造としてもよい。また、トランジスタをトップゲー
ト構造としても同様のことが言える。
次に、導電層１２２、導電層１２４、酸化物半導体層１１４などを覆うように絶縁層１２
６を形成する（図２（Ｃ）参照）。ここで、絶縁層１２６は、いわゆる層間絶縁層にあた
る。絶縁層１２６は、酸化シリコン、酸化アルミニウム、酸化タンタル等の材料で形成さ
れる。また、これらの材料を積層させて絶縁層１２６を形成してもよい。
絶縁層１２６中の水素の濃度が１×１０２１ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下（好ましくは、５×
１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下）であると好ましい。また、絶縁層１２６中の窒素の濃
度が１×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下であると好ましい。なお、上記濃度は、絶縁層
１２６中での平均値を示している。
上述のような条件を満たす絶縁層１２６のより具体的な一例として、スパッタリング法に
より形成された酸化シリコンを挙げることができる。スパッタリング法を用いると、形成
物中の水素濃度を容易に下げられるからである。もちろん、上述の条件を満たすのであれ
ば、プラズマＣＶＤ法を含む他の方法により形成しても良い。例えば、プラズマＣＶＤ法
にて絶縁層１２６を形成後、ハロゲン元素を含むガスを用いたプラズマ処理を当該絶縁層
１２６に施して、その中の水素濃度を下げることができる。絶縁層１２６のその他の条件
については、特に限定されない。例えば、絶縁層１２６の厚さについては、実現可能な範
囲であればどのような値を採っても良い。
その後、各種電極や配線を形成することでトランジスタ１５０を具備する半導体装置が完
成する（図２（Ｄ）参照）。本実施の形態においては代表的に、ソース電極またはドレイ
ン電極として機能する導電層１２２、１２４につながる導電層１２８を形成する例につい
て示すが、開示する発明の一形態はこれに限定されない。
導電層１２８を形成した後には、１００℃以上５００℃以下、代表的には２００℃以上４
００℃以下の熱処理を行う。熱処理の雰囲気は、例えば、大気雰囲気や窒素雰囲気、酸素
雰囲気等とすることができる。また、熱処理時間は、０．１時間以上５時間以下程度とす
ればよい。ここでは、窒素雰囲気下で３５０℃、１時間の熱処理を行うこととする。なお
、該熱処理のタイミングは、絶縁層１２６を形成した後であれば特に限定されない。例え
ば、絶縁層１２６を形成した直後に上記の熱処理を行っても良いし、さらに他の絶縁層や
導電層などを形成した後に、上記の熱処理を行っても良い。当該熱処理（第２の熱処理）
と先の熱処理（第１の熱処理）とを行うことによって、半導体素子の特性を向上させ、ま
た、特性ばらつきを抑えることができる。
なお、第２の熱処理の効果は、上述のものに留まらない。例えば、第２の熱処理は、絶縁
層１２６の欠陥を修復するという効果をも有している。絶縁層１２６は比較的低温で形成
されるため、内部には欠陥を有しており、そのまま使用した場合には素子特性に悪影響を
及ぼすおそれがある。このような絶縁層１２６中の欠陥を修復するという観点からも、上
述の熱処理は重要な役割を果たすと言える。
また、上記熱処理の条件を４００℃以下とすることは、ゲート絶縁層として機能する絶縁
層１０８の特性を変化させない（劣化させない）ために好適である。もちろん、開示する
発明の一形態はこれに限定して解釈されるものではない。
つづいて、完成したトランジスタ１５０を利用して光の照度を測定する方法を説明する。
まず、例えば、トランジスタ１５０の上方より、測定したい光を酸化物半導体層１１４に
入射させる。このとき、絶縁層１２６は測定したい光を透過させるものでなければならな
い。基板１００と導電層１０６と絶縁層１０８に測定したい光に対する透光性を持たせ、
トランジスタ１５０の下方より、測定したい光を酸化物半導体層１１４に入射させてもよ
い。
つぎに負のゲート電圧をパルス状に印加した状態で、ゲート電流を測定する。このときゲ
ート電流は光の照度によって異なる値を示すため、これにより照度を測定できる。具体例
を図３に沿って説明する。
図３（Ａ）は印加するゲート電圧と時間の関係の例を示している。縦軸はゲート電圧Ｖｇ
、横軸は時間ｔをさす。この例では、ゲート電圧を−２Ｖ、１パルスの印加時間を１ｍｓ
、パルス周波数を６０回／分とした。このとき、ゲート電流Ｉｇと酸化物半導体層１１４
に入る光の照度Ｅと時間ｔの関係は、図３（Ｂ）のようになった。左の縦軸はゲート電流
Ｉｇの絶対値、右の縦軸は光の照度Ｅ、横軸は時間ｔをさす。２０秒ごとにトランジスタ
１５０に当てる光の照度を変化させたところ、照度に応じて一定のゲート電流Ｉｇが得ら
れることが判った。本実験によると、照度０のとき、ゲート電流Ｉｇの絶対値は４×１０
−１２Ａ（アンペア）、照度１のとき、ゲート電流Ｉｇの絶対値は１×１０−１０Ａ（ア
ンペア）、照度２のとき、ゲート電流Ｉｇの絶対値は８×１０−１０Ａ（アンペア）を示
した。なお、照度０とは何も光を当てない状態、照度１とは照度０でない光を当てる状態
、照度２とは、照度１よりも高い照度の光を当てる状態をさす。これにより、照度Ｅとゲ
ート電流Ｉｇの絶対値の関係は、正の相関を示すことがわかった。再現性も高く、トラン
ジスタ１５０は光センサとして使えることがわかった。なお、電圧をパルス状に印加する
には、例えば、リングオシレーターなどの発振回路を用いるとよい。さらに、分周回路を
追加することで、当該印加の時間などを制御できる。
つづいて、図４及び図５に沿ってゲート電圧Ｖｇをなぜパルス状に印加しなくてはならな
いかを説明する。
図４は、光を当てていないトランジスタ１５０に一定のゲート電圧Ｖｇ（この例では−２
Ｖ）を４００秒間印加し続ける例を示す。図４（Ａ）は印加するゲート電圧Ｖｇと時間ｔ
の関係を示している。このとき、ゲート電流Ｉｇは、図４（Ｂ）に示すように時間変化し
た。縦軸はゲート電流Ｉｇの絶対値、横軸は時間ｔをさす。これによると４００秒の間、
ゲート電流Ｉｇの絶対値は徐々に下がり続けることが判る。一定のゲート電圧Ｖｇを与え
たとき、ゲート電流Ｉｇが経時変化するため、ゲート電流値から照度を測定することは難
しいことが判る。
他方、図５は、光を当てていないトランジスタ１５０にゲート電圧Ｖｇ（この例では−２
Ｖ）をパルス状、すなわち断続的に４００秒間印加し続ける例を示す。図５（Ａ）は印加
するゲート電圧Ｖｇと時間ｔの関係を示している。１パルスのゲート電圧を与える時間を
１ｍｓ、パルス周波数を８回／分とした。このとき、ゲート電流Ｉｇは、図５（Ｂ）に示
すようにほぼ一定の値を示した。縦軸はゲート電流Ｉｇの絶対値、横軸は時間ｔをさす。
したがって、ゲート電流Ｉｇを測定することにより、光の照度を導出できる。
本実施の形態において示すように、酸化物半導体層１１４を有するトランジスタにより、
光の照度を測定できることが判った。また、比較的高い移動度と低いＳ値、低いオフ電流
を有する酸化物半導体を利用したトランジスタにより本発明の一実施の形態に係る光セン
サを形成できるため、少ない工程で多機能を有する半導体装置を得ることが出来る。その
ような半導体装置の例として、高移動度を利用した倍速駆動、または４倍速駆動のフラッ
トパネルディスプレイや、ＲＦＩＤ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ＩＤｅｎｔｉｆ
ｉｃａｔｉｏｎ）に光センサを搭載したものなどが挙げられる。また、電圧をパルス状に
印加することにより当該光センサのリフレッシュ動作が不要となるため、少ない消費電力
で、高速かつ簡易な手順にて光の照度を測定できる。
なお、本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせて用いることができる。
（実施の形態２）
本実施の形態では、本発明の一実施の形態に係る光センサに電流増幅部を接続する例に
ついて説明する。当該光センサにて検出される電流は極めて微弱であるため、このような
構成をとることが好ましい。なお、電流増幅部を含めたものを光センサと呼んでもよいが
、本明細書では両者を区別して呼称する。
図６に光センサと電流増幅部を併設する例を示す。電流増幅部には酸化物半導体を有する
トランジスタを利用できるが、当該トランジスタに光を当てると特性が変動してしまうた
め、遮光部を設けると好ましい。また、電流の増幅をより大きくするためには電流増幅部
にトランジスタを複数設ければよい。
図６（Ａ）にボトムゲート構造の酸化物半導体トランジスタを２つ併設する例を示す。図
中、左側のトランジスタが電流増幅部であり、右側のものが光センサである。
つづいて、各トランジスタを構成する要素について説明する。図６（Ａ）の例では、電流
増幅部のトランジスタと光センサのそれとは全く同じ構成なので、ここでは片方のトラン
ジスタの説明のみとする。基板６０１上にゲート電極として機能する導電層６０２が、そ
の上にゲート絶縁層として機能する絶縁層６０３が配置されている。基板６０１と導電層
６０２との間には、下地層として絶縁層を設けてもよい。さらにその上には酸化物半導体
層６０４があり、その上にソース電極またはドレイン電極として機能する導電層６０５が
ある。絶縁層６０６は、酸化物半導体層６０４と導電層６０５などを覆っていて、導電層
６０５に通じる開口部を有している。当該開口部には、配線として機能する導電層６０７
が充填されていて、各トランジスタを電気的につなげている。導電層６０７を絶縁層６０
８が覆い外部から保護するとともに、一部の導電層６０７に通じる開口部を有している。
当該開口部には導電層６０９が充填されており、さらに外側に配置される電源線ＶＤＤや
電源線ＶＳＳにつながる配線部を形成している。さらに導電層６０９には光センサとなる
トランジスタの上方に開口部６５１が設けられており、当該開口部６５１より光を取り込
み、その照度を測定することができる。また、導電層６０９には電流増幅部のトランジス
タを遮光する役割もある。
図６（Ｂ）にトップゲート構造の酸化物半導体トランジスタを２つ併設する例を示す。図
中、左側のトランジスタが電流増幅部であり、右側のものが光センサである。
つづいて、各トランジスタを構成する要素について説明する。図６（Ｂ）の例では、電流
増幅部のトランジスタと光センサのそれとは、遮光層６１０以外全く同じ構成なので、こ
こでは片方のトランジスタの説明のみとする。基板６１１上の一部に遮光層６１０が設け
られており、電流増幅部を構成するトランジスタを遮光している。基板６１１と遮光層６
１０の上には、下地層として機能する絶縁層６００がある。これにより基板６１１からト
ランジスタへの不純物の流入を抑えることが出来る。絶縁層６００の上には、酸化物半導
体層６１４があり、その上にはソース電極またはドレイン電極として機能する導電層６１
５がある。導電層６１５と酸化物半導体層６１４を覆う絶縁層６１３はゲート絶縁層とし
て機能する。さらにその上にはゲート電極として機能する導電層６１２があり、当該導電
層６１２と絶縁層６１３を絶縁層６１６が覆っている。絶縁層６１６と絶縁層６１３は導
電層６１５に通じる開口部を有しており、当該開口部には配線として機能する導電層６１
７が充填され各トランジスタなどを電気的につなげている。絶縁層６１８は、導電層６１
７を覆い外部から保護するとともに、一部の導電層６１７に通じる開口部を有している。
当該開口部には導電層６１９が充填されており、さらに外側に配置される電源線ＶＤＤや
電源線ＶＳＳにつながる配線部を形成している。トップゲート構造のトランジスタでは、
基板６１１の側から酸化物半導体層６１４に光を入射させて光の照度を測定するとよい。
もちろん用いる電極の種類によっては、どちらの側からでも光を入射させることができる
。この例では、遮光層６１０により、図中の右側のトランジスタのみに光が入射される。
図６（Ｃ）にトップゲート構造の酸化物半導体トランジスタとボトムゲート構造のものを
併設する例を示す。図中、左側のボトムゲート構造のトランジスタａが電流増幅部であり
、右側のトップゲート構造のトランジスタｂが光センサであるが、両者を入れ替えてもよ
い。
つづいて、各トランジスタを構成する要素について説明する。基板６２１上には、トラン
ジスタａを構成しゲート電極として機能する導電層６２２ａがある。その上には、トラン
ジスタａのゲート絶縁層として機能する絶縁層６３０があり、これはトランジスタｂの下
地層として機能する。さらにその上には酸化物半導体層６２４があり、双方のトランジス
タのチャネルの役割を担っている。酸化物半導体層６２４に接してソース電極またはドレ
イン電極として機能する導電層６２５があり、酸化物半導体層６２４と導電層６２５など
をトランジスタｂのゲート絶縁層として機能する絶縁層６２３が覆っている。絶縁層６２
３の上には、トランジスタｂのゲート電極として機能する導電層６２２ｂがあり、導電層
６２２ｂと絶縁層６２３を覆うように絶縁層６２６がある。絶縁層６２６と絶縁層６２３
は、導電層６２５に通じる開口部を有しており、当該開口部には配線として機能する導電
層６２７が充填され各トランジスタなどを電気的につなげている。絶縁層６２８は、導電
層６２７を覆い外部から保護するとともに、一部の導電層６２７に通じる開口部を有して
いる。当該開口部には導電層６２９が充填されており、さらに外側に配置される電源線Ｖ
ＤＤや電源線ＶＳＳにつながる配線部を形成している。トップゲート構造のトランジスタ
では、基板６２１の側から酸化物半導体層６２４に光を入射させてその照度を測定すると
よい。このときトランジスタａのゲート電極の機能を有する導電層６２２ａは遮光層とし
ても機能する。
つぎに、図７に示す回路図に沿って、電流増幅方法について説明する。光センサ２０１は
、１つのトランジスタ１ｂを含む。これをＮ個のトランジスタｋａ（ｋは１以上Ｎ以下の
自然数）を含む電流増幅部２００に接続し、ゲート電流Ｉｇを増幅させる。電流増幅部２
００は、いわゆるカレントミラー回路を成している。ゲート電流Ｉｇは電流増幅部２００
の有するＮ個のトランジスタにより増幅され、その値はゲート電流ＩｇのＮ倍となる。従
って、Ｎを大きくすればするほど、増幅される電流は増えることになる。トランジスタ１
ｂは、先に示した酸化物半導体を有するものとすればよく、複数あってもよい。また、ト
ランジスタｋａは先に示した遮光層を有するものとすればよいが、酸化物半導体を有しな
いトランジスタであってもよい。
つづいて、図７に示す回路にて光の照度を測定する例を示す。まず、トランジスタ１ｂの
ソース電極とドレイン電極に０Ｖ、ゲート電極に−２Ｖをそれぞれ印加する。印加時間は
、１ｍｓ以上２ｍｓ以下とし、印加の周波数は３０回／分以上６０回／分以下とした。印
加時間及び印加の周波数についてはこれらの範囲に限らず、実施者が適宜用途に応じて最
適化する。これにより、一定値を示すゲート電流Ｉｇがトランジスタ１ａに流れ、これと
同量の電流Ｉｇがトランジスタｋａ（ｋは２以上Ｎ以下の自然数）にそれぞれ流れる。こ
れにより、電流ＩｇのＮ倍の電流が得られる。
本実施の形態において示すように、酸化物半導体を有するトランジスタを含む光センサ２
０１と電流増幅部２００の組み合わせにより、光の照度をより正確に測定できることが判
った。また、比較的高い移動度と低いＳ値、低いオフ電流を有する酸化物半導体を利用し
たトランジスタにより本発明の一実施の形態に係る光センサを形成できるため、少ない工
程で多機能を有する半導体装置を得ることが出来る。そのような半導体装置の例として、
高移動度を利用した倍速駆動、または４倍速駆動のフラットパネルディスプレイや、ＲＦ
ＩＤ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ＩＤｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ）に光センサを
搭載したものなどが挙げられる。また、電圧をパルス状に印加することにより当該光セン
サのリフレッシュ動作が不要となるため、少ない消費電力で、高速かつ簡易な手順にて光
の照度を測定できる。
なお、本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせて用いることができる。
（実施の形態３）
本実施の形態では、上記実施の形態で述べた酸化物半導体を利用したトランジスタの適用
例であるＲＦＩＤタグについて、図２１を参照して説明する。
本実施の形態におけるＲＦＩＤタグは、内部に記憶回路を有し、記憶回路に必要な情報を
記憶し、非接触手段、例えば無線通信を用いて外部と情報の授受を行うものである。この
ような特徴から、ＲＦＩＤタグは、物品などの個体情報を読み取ることにより物品の識別
を行う個体認証システムなどに用いることが可能である。なお、これらの用途に用いるた
めには極めて高い信頼性が要求される。
ＲＦＩＤタグの構成について図２１を用いて説明する。図２１は、ＲＦＩＤタグの構成例
を示すブロック図である。
図２１に示すようにＲＦＩＤタグ５００は、通信器５０１（質問器、リーダ／ライタなど
ともいう）に接続されたアンテナ５０２から送信される無線信号５０３を受信するアンテ
ナ５０４を有する。またＲＦＩＤタグ５００は、整流回路５０５、定電圧回路５０６、復
調回路５０７、変調回路５０８、論理回路５０９、記憶回路５１０、ＲＯＭ５１１を有し
ている。本発明の一実施の形態においては、これらに光センサ５１３とＡ／Ｄ変換回路５
１２を追加する。なお、復調回路５０７に含まれる整流作用を示すトランジスタに逆方向
電流を十分に抑制することが可能な材料、例えば、酸化物半導体、が用いられた構成とす
ると好ましい。これにより、逆方向電流に起因する整流作用の低下を抑制し、復調回路の
出力が飽和することを防止できる。つまり、復調回路の入力に対する復調回路の出力を線
形に近づけることができる。なお、データの伝送形式は、一対のコイルを対向配置して相
互誘導によって交信を行う電磁結合方式、誘導電磁界によって交信する電磁誘導方式、電
波を利用して交信する電波方式の３つに大別される。本実施の形態に示すＲＦＩＤタグ５
００は、そのいずれの方式に用いることも可能である。
次に各回路の構成について説明する。アンテナ５０４は、通信器５０１に接続されたアン
テナ５０２との間で無線信号５０３の送受信を行うためのものである。また、整流回路５
０５は、アンテナ５０４で無線信号を受信することにより生成される入力交流信号を整流
、例えば、半波２倍圧整流し、後段に設けられた容量素子により、整流された信号を平滑
化することで入力電位を生成するための回路である。なお、整流回路５０５の入力側また
は出力側には、リミッタ回路を設けてもよい。リミッタ回路とは、入力交流信号の振幅が
大きく、内部生成電圧が大きい場合に、ある電力以上の電力を後段の回路に入力しないよ
うに制御するための回路である。
定電圧回路５０６は、入力電位から安定した電源電圧を生成し、各回路に供給するための
回路である。なお、定電圧回路５０６は、内部にリセット信号生成回路を有していてもよ
い。リセット信号生成回路は、安定した電源電圧の立ち上がりを利用して、論理回路５０
９のリセット信号を生成するための回路である。
復調回路５０７は、入力交流信号を包絡線検出することにより復調し、復調信号を生成す
るための回路である。また、変調回路５０８は、アンテナ５０４より出力するデータに応
じて変調をおこなうための回路である。
論理回路５０９は復調信号を解析し、処理を行うための回路である。記憶回路５１０は、
入力された情報を保持する回路であり、ロウデコーダ、カラムデコーダ、記憶領域などを
有する。また、ＲＯＭ５１１は、固有番号（ＩＤ）などを格納し、処理に応じて出力を行
うための回路である。
なお、上述の各回路は、必要に応じて、適宜、取捨することができる。
本実施の形態では、本発明の一実施の形態に係る光センサ５１３をＲＦＩＤタグ５００に
搭載している。そのため、ＲＦＩＤタグ５００にどのくらい光が当たったかなどの光に関
する情報を記憶回路５１０に記録することが出来る。これにより、例えば、ある畑にＲＦ
ＩＤタグ５００を配置し、通信器５０１からの信号を受信させ続ければ、一年間の日照量
などを記録することが出来る。このとき、光センサ５１３にパルス状の電圧を印加するた
め、発振回路を通信器５０１に搭載すると好ましい。この情報は、生産者には畑の日照量
と収穫物の品質の相関などを調べる上で有用であり、消費者には購入の判断材料になる。
また、少なくとも復調回路５０７の一部と光センサを同様の工程にて作製できるため、少
ない工程で多機能を有する半導体装置を得ることが出来る。本明細書中では、復調回路５
０７の一部をなすトランジスタのチャネルと、光センサ５１３の一部をなすトランジスタ
のチャネルは、同一成分で構成されているとみなす。これらのチャネルは同一工程にて形
成されるからである。また、電圧をパルス状に印加することにより当該光センサのリフレ
ッシュ動作が不要となるため、少ない消費電力で、高速かつ簡易な手順にて光の照度を測
定できる。
なお、本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせて用いることができる。
（実施の形態４）
本実施の形態では、半導体装置の一例であるアクティブマトリクス基板の作製工程につい
て、図面を用いて説明する。なお、本実施の形態で示す作製工程は、多くの部分で先の実
施の形態と共通している。したがって、以下においては、重複する部分の説明は省略し、
異なる点について詳細に説明する。なお、以下の説明において、図８、図９は断面図を示
しており、図１０は平面図を示している。また、図８および図９のＡ１−Ａ２、Ｂ１−Ｂ
２はそれぞれ、図１０のＡ１−Ａ２、Ｂ１−Ｂ２に対応する領域を示す。また、本実施の
形態においてＡ１−Ａ２に示す半導体素子は、ボトムゲート構造のトランジスタである。
はじめに、基板３００上に配線または電極（ゲート電極３０２、容量配線３０４、第１の
端子３０６）を形成する（図８（Ａ）参照）。具体的には、基板上に導電層を形成した後
、レジストマスクを用いたエッチングにより各種配線、各種電極を形成する。本実施の形
態においては、先の実施の形態に示した方法と同様の方法で各種配線、各種電極を形成す
ることができるから、詳細については先の実施の形態（図１（Ａ）、図１（Ｂ）の説明部
分など）を参照すればよい。なお、上記において、電極と配線との区別は便宜的なものに
過ぎないから、その機能は電極または配線の称呼に限定して解釈されない。例えば、ゲー
ト電極はゲート配線と同一物を指す場合がある。
なお、容量配線３０４、第１の端子３０６については、ゲート電極３０２と同一の材料お
よび作製方法を用いて、同時に形成することができる。このため、例えば、ゲート電極３
０２と第１の端子３０６とを電気的に接続する構成とすることが可能である。ゲート電極
３０２の材料や作製方法の詳細については、先の実施の形態を参照することができる。
次に、ゲート電極３０２上にゲート絶縁層３０８を形成し、第１の端子３０６を露出させ
るようにゲート絶縁層３０８を選択的にエッチングして、コンタクトホールを形成する（
図８（Ｂ）参照）。ゲート絶縁層３０８についての詳細は、先の実施の形態（図１（Ｃ）
の説明部分など）を参照すればよい。エッチング処理については特に限定されず、ウエッ
トエッチングを用いても良いし、ドライエッチングを用いても良い。
次に、ゲート絶縁層３０８や第１の端子３０６を覆う導電層を形成した後、該導電層を選
択的にエッチングすることでソース電極３１０（またはドレイン電極）、ドレイン電極３
１２（またはソース電極）、接続電極３１４、第２の端子３１６を形成する（図８（Ｃ）
参照）。なお、上記において、電極と配線との区別は便宜的なものに過ぎないから、その
機能は電極または配線の称呼に限定して解釈されない。例えば、ソース電極はソース配線
と同一物を指す場合がある。
上記導電層の材料や作製方法、エッチング処理などについては、先の実施の形態（図２（
Ａ）、図２（Ｂ）の説明部分など）を参照すればよい。なお、エッチング処理においてド
ライエッチングを用いる場合には、ウエットエッチングを用いる場合と比較して配線構造
の微細化が可能になるというメリットがある。接続電極３１４は、ゲート絶縁層３０８に
形成されたコンタクトホールを介して第１の端子３０６と直接接続する構成とすることが
できる。また、第２の端子３１６は、ソース電極３１０と電気的に接続する構成とするこ
とができる。
次に、少なくともソース電極３１０およびドレイン電極３１２を覆うように酸化物半導体
層を形成した後、該酸化物半導体層を選択的にエッチングして酸化物半導体層３１８を形
成する（図９（Ａ）参照）。ここで、酸化物半導体層３１８は、ソース電極３１０および
ドレイン電極３１２の一部と接している。酸化物半導体層３１８の詳細についても、先の
実施の形態（図１（Ｄ）、図１（Ｅ）の説明部分など）を参照することができる。
酸化物半導体層３１８を形成した後には、１００℃以上５００℃以下、代表的には２００
℃以上４００℃以下の熱処理を行う。熱処理の雰囲気は、例えば、大気雰囲気や窒素雰囲
気、酸素雰囲気等とすることができる。また、熱処理時間は、０．１時間以上５時間以下
程度とすればよい。ここでは、大気雰囲気下で３５０℃、１時間の熱処理を行うこととす
る。なお、該熱処理のタイミングは、酸化物半導体層３１８を形成した後、層間絶縁層に
あたる絶縁層を形成する前であれば特に限定されない。例えば、酸化物半導体層３１８を
形成した直後に上記の熱処理を行っても良い。当該熱処理（第１の熱処理）と後の熱処理
（第２の熱処理）とを行うことで、半導体素子の特性を向上させ、また、特性ばらつきを
抑えることができる。
なお、上記熱処理の条件を４００℃以下とすることは、ゲート絶縁層３０８の特性を変化
させない（劣化させない）ために好適である。もちろん、開示する発明の一形態はこれに
限定して解釈されるものではない。
次に、ソース電極３１０、ドレイン電極３１２、酸化物半導体層３１８などを覆うように
絶縁層３２０を形成し、当該絶縁層３２０を選択的にエッチングしてドレイン電極３１２
、接続電極３１４、および第２の端子３１６に達するコンタクトホールを形成する（図９
（Ｂ）参照）。絶縁層３２０は、酸化シリコン、酸化アルミニウム、酸化タンタル等の材
料で形成される。また、これらの材料を積層させて絶縁層３２０を形成してもよい。
絶縁層３２０中の水素の濃度が１×１０２１ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下（好ましくは、５×
１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下）であると好ましい。また、絶縁層３２０中の窒素の濃
度が１×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下であると好ましい。なお、上記濃度は、絶縁層
３２０中での平均値を示している。
上述のような条件を満たす絶縁層３２０のより具体的な一例として、スパッタリング法に
より形成された酸化シリコンを挙げることができる。スパッタリング法を用いると、形成
物中の水素濃度を容易に下げられるからである。もちろん、上述の条件を満たすのであれ
ば、プラズマＣＶＤ法を含む他の方法により形成しても良い。絶縁層３２０のその他の条
件については、特に限定されない。例えば、絶縁層３２０の厚さについては、実現可能な
範囲であればどのような値を採っても良い。
次に、ドレイン電極３１２と電気的に接続する透明導電層３２２、接続電極３１４と電気
的に接続する透明導電層３２４および第２の端子３１６と電気的に接続する透明導電層３
２６を形成する（図９（Ｃ）、図１０参照）。
透明導電層３２２は画素電極として機能し、透明導電層３２４および透明導電層３２６は
、ＦＰＣ（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ ｐｒｉｎｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔｓ）との接続に用いられ
る電極または配線として機能する。より具体的には、接続電極３１４上に形成された透明
導電層３２４をゲート配線の入力端子として機能する接続用の端子電極として用い、第２
の端子３１６上に形成された透明導電層３２６をソース配線の入力端子として機能する接
続用の端子電極として用いることができる。
また、容量配線３０４、ゲート絶縁層３０８、および透明導電層３２２により保持容量を
形成することができる。
透明導電層３２２、透明導電層３２４、透明導電層３２６は、酸化インジウム（Ｉｎ２Ｏ
３）、インジウム錫酸化物（Ｉｎ２Ｏ３―ＳｎＯ２、ＩＴＯとも称す）、酸化インジウム
酸化亜鉛合金（Ｉｎ２Ｏ３―ＺｎＯ）等とすればよい。例えば、これらはスパッタリング
法や真空蒸着法等をエッチング法と併用することで形成できる。
透明導電層３２２、透明導電層３２４、透明導電層３２６を形成した後には、１００℃以
上５００℃以下、代表的には２００℃以上４００℃以下の熱処理を行う。熱処理の雰囲気
は、例えば、大気雰囲気や窒素雰囲気、酸素雰囲気等とすることができる。また、熱処理
時間は、０．１時間以上５時間以下程度とすればよい。ここでは、大気雰囲気下で３５０
℃、１時間の熱処理を行うこととする。なお、該熱処理のタイミングは、絶縁層３２０を
形成した後であれば特に限定されない。例えば、絶縁層３２０を形成した直後に上記の熱
処理を行っても良いし、絶縁層３２０にコンタクトホールを形成した後に熱処理を行って
も良い。さらに他の絶縁層や導電層などを形成した後に、上記の熱処理を行っても良い。
当該熱処理（第２の熱処理）と先の熱処理（第１の熱処理）とを行うことによって、半導
体素子の特性を向上させ、また、特性ばらつきを抑えることができる。
なお、第２の熱処理の効果は、上述のものに留まらない。例えば、第２の熱処理は、絶縁
層３２０の欠陥を修復するという効果をも有している。絶縁層３２０は比較的低温で形成
されるため、内部には欠陥を有しており、そのまま使用した場合には素子特性に悪影響を
及ぼすおそれがある。このような絶縁層３２０中の欠陥を修復するという観点からも、上
述の熱処理は重要な役割を果たすと言える。
また、上記熱処理の条件を４００℃以下とすることは、ゲート絶縁層３０８の特性を変化
させない（劣化させない）ために好適である。もちろん、開示する発明の一形態はこれに
限定して解釈されるものではない。
以上の工程により、ボトムゲート型のトランジスタ３５０や保持容量等の素子を有するア
クティブマトリクス基板を完成させることができる。例えば、これを用いてアクティブマ
トリクス型の液晶表示装置を作製する場合には、アクティブマトリクス基板と、対向電極
が設けられた対向基板との間に液晶層を設け、アクティブマトリクス基板と対向基板とを
固定すれば良い。
本実施の形態において示したアクティブマトリクス基板は、酸化物半導体層３１８をチャ
ネルとするトランジスタを含むため、本発明の一実施の形態に係る光センサと電流増幅部
をほぼ同一工程にて作製できるものである。本明細書中では、光センサとして用いるトラ
ンジスタのチャネルと、光センサ以外の酸化物半導体素子として用いるトランジスタのチ
ャネルは、同一成分で構成されているとみなす。これらのチャネルは同一工程にて形成さ
れるからである。比較的高い移動度と低いＳ値、低いオフ電流を有する酸化物半導体を利
用したトランジスタにより本発明の一形態に係る光センサを形成できるため、少ない工程
で多機能を有する半導体装置を得ることが出来る。また、電圧をパルス状に印加すること
により当該光センサのリフレッシュ動作が不要となるため、少ない消費電力で、高速かつ
簡易な測定手順にて光の照度を測定できる。
なお、本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせて用いることができる。
（実施の形態５）
本実施の形態では、薄膜トランジスタを作製し、該薄膜トランジスタを画素部や駆動回路
に用いて表示機能を有する半導体装置（表示装置ともいう）を作製する例について説明す
る。また、駆動回路の一部または全体を、画素部と同じ基板上に一体形成し、システムオ
ンパネルを形成することができる。
表示装置は表示素子を含む。表示素子としては液晶素子（液晶表示素子ともいう）や、発
光素子（発光表示素子ともいう）などを用いることができる。発光素子は、電流または電
圧によって輝度が制御される素子をその範疇に含んでおり、具体的には無機ＥＬ（Ｅｌｅ
ｃｔｒｏ Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）、有機ＥＬ等が含まれる。また、電子インクなど
、電気的作用によりコントラストが変化する表示媒体を適用しても良い。
また、表示装置は、表示素子が封止された状態にあるパネルと、該パネルにコントローラ
を含むＩＣ等を実装した状態にあるモジュールとを含む。さらに、表示装置を構成する素
子基板は、電流を表示素子に供給するための手段を各画素に備える。素子基板は、具体的
には、表示素子の画素電極のみが形成された状態であっても良いし、画素電極となる導電
層の形成後、エッチング前の状態であっても良い。
なお、本明細書中における表示装置とは、画像表示デバイス、表示デバイス、光源（照明
装置含む）などを指す。また、ＦＰＣ（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｃｉｒｃｕ
ｉｔ）、ＴＡＢ（Ｔａｐｅ Ａｕｔｏｍａｔｅｄ Ｂｏｎｄｉｎｇ）テープ、ＴＣＰ（Ｔ
ａｐｅ Ｃａｒｒｉｅｒ Ｐａｃｋａｇｅ）などのコネクターが取り付けられたモジュー
ル、ＴＡＢテープやＴＣＰの先にプリント配線板が設けられたモジュール、表示素子にＣ
ＯＧ（Ｃｈｉｐ Ｏｎ Ｇｌａｓｓ）方式によりＩＣ（集積回路）が直接実装されたモジ
ュールなども全て表示装置に含むものとする。
以下、本実施の形態では、液晶表示装置の一例について示す。図１１は、第１の基板４０
０１上に形成された薄膜トランジスタ４０１０、薄膜トランジスタ４０１１および液晶素
子４０１３を、第２の基板４００６とシール材４００５によって封止した、パネルの平面
図および断面図である。ここで、図１１（Ａ１）および図１１（Ａ２）は平面図を示し、
図１１（Ｂ）は、図１１（Ａ１）および図１１（Ａ２）のＭ−Ｎにおける断面図に相当す
る。
第１の基板４００１上に設けられた画素部４００２および走査線駆動回路４００４を囲む
ようにして、シール材４００５が設けられている。また、画素部４００２と走査線駆動回
路４００４の上に、第２の基板４００６が設けられている。つまり、画素部４００２と走
査線駆動回路４００４は、第１の基板４００１とシール材４００５と第２の基板４００６
とによって、液晶層４００８と共に封止されている。また、第１の基板４００１上のシー
ル材４００５によって囲まれる領域とは異なる領域に、別途用意された基板上に単結晶半
導体または多結晶半導体で形成された信号線駆動回路４００３が実装されている。
なお、別途形成された駆動回路の接続方法は、特に限定されるものではなく、ＣＯＧ法、
ワイヤボンディング法、ＴＡＢ法などを適宜用いることができる。図１１（Ａ１）は、Ｃ
ＯＧ法により信号線駆動回路４００３を実装する例であり、図１１（Ａ２）は、ＴＡＢ法
により信号線駆動回路４００３を実装する例である。
また、第１の基板４００１上に設けられた画素部４００２と走査線駆動回路４００４は、
薄膜トランジスタを複数有しており、図１１（Ｂ）では、画素部４００２に含まれる薄膜
トランジスタ４０１０と、走査線駆動回路４００４に含まれる薄膜トランジスタ４０１１
を例示している。薄膜トランジスタ４０１０、薄膜トランジスタ４０１１上には絶縁層４
０２０、絶縁層４０２１が設けられている。
薄膜トランジスタ４０１０、薄膜トランジスタ４０１１には、先の実施の形態において示
したトランジスタなどを適用することができる。なお、本実施の形態において、薄膜トラ
ンジスタ４０１０、薄膜トランジスタ４０１１はｎチャネル型薄膜トランジスタとした。
これらのトランジスタと同様のものは、本発明の一実施の形態に係る光センサや電流増幅
部に利用できるため、同一基板上に酸化物半導体を利用した表示装置と光センサを、ほぼ
同一工程にて作製することが可能である。
また、液晶素子４０１３に含まれる画素電極層４０３０は、薄膜トランジスタ４０１０と
電気的に接続されている。そして、液晶素子４０１３の対向電極層４０３１は第２の基板
４００６上に形成されている。上記の画素電極層４０３０と対向電極層４０３１、液晶層
４００８により、液晶素子４０１３が形成される。なお、画素電極層４０３０、対向電極
層４０３１には、それぞれ配向膜として機能する絶縁層４０３２、絶縁層４０３３が設け
られ、画素電極層４０３０および対向電極層４０３１は、これらを介して液晶層４００８
を挟持している。
なお、第１の基板４００１、第２の基板４００６としては、ガラス、金属（代表的にはス
テンレス）、セラミックス、プラスチックなどを用いることができる。プラスチックとし
ては、ＦＲＰ（Ｆｉｂｅｒｇｌａｓｓ−Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｐｌａｓｔｉｃｓ）基板
、ＰＶＦ（ポリビニルフルオライド）フィルム、ポリエステルフィルム、アクリル樹脂フ
ィルムなどを用いることができる。また、アルミニウム箔をＰＶＦフィルムやポリエステ
ルフィルムで挟んだ構造のシートを用いることもできる。
また、画素電極層４０３０と対向電極層４０３１との間の距離（セルギャップ）を制御す
るために、スペーサ４０３５が設けられている。スペーサ４０３５は、例えば、絶縁層を
選択的にエッチングすることで得られる。なお、スペーサ４０３５は、柱状、球状などの
さまざまな形状としてよい。また、対向電極層４０３１は、薄膜トランジスタ４０１０と
同一基板上に設けられる共通電位線と電気的に接続される。例えば、一対の基板間に配置
される導電性粒子を介して、対向電極層４０３１と共通電位線とを電気的に接続すること
ができる。なお、導電性粒子はシール材４００５に含有させると良い。
また、横電界方式を採用する場合、配向膜を不要にできるブルー相を示す液晶を用いても
よい。ブルー相は液晶相の一つであり、昇温によってコレステリック相から等方相へ転移
する直前に発現する相である。ブルー相は狭い温度範囲でしか発現しないため、５重量％
以上のカイラル剤を混合させた液晶組成物を用いると良い。これにより、発現する温度範
囲を広げることができる。ブルー相を示す液晶とカイラル剤とを含む液晶組成物は、応答
時間が１０μｓ〜１００μｓと短く、光学的等方性を有するため配向処理が不要であり、
視野角依存性が小さい、といった特徴を有している。
なお、本実施の形態では透過型液晶表示装置の一例を示しているが、これに限定されず、
反射型液晶表示装置としても良いし、半透過型液晶表示装置としても良い。
また、本実施の形態で示す液晶表示装置では、基板の外側（視認側）に偏光板を設け、内
側に着色層、表示素子に用いる電極層を順に設ける例を示す（図１２参照）が、偏光板は
基板の内側に設けてもよい。また、偏光板と着色層の積層構造も本実施の形態に限定され
ず、偏光板や着色層の材料、作製条件などに合わせて適宜変更することができる。また、
ブラックマトリクスとして機能する遮光層を設けてもよい。
また、本実施の形態では、薄膜トランジスタの表面凹凸を抑えるため、先の実施の形態で
得られたトランジスタを絶縁層４０２１で覆う構成を採用している。絶縁層４０２１とし
ては、ポリイミド、アクリル樹脂、ベンゾシクロブテン樹脂、ポリアミド、エポキシ樹脂
等の、耐熱性を有する有機材料を用いることができる。また上記有機材料の他に、低誘電
率材料（ｌｏｗ−ｋ材料）、シロキサン系樹脂、ＰＳＧ（リンガラス）、ＢＰＳＧ（リン
ボロンガラス）等を用いることができる。なお、これらの材料を複数積層させて、絶縁層
４０２１を形成してもよい。
ここで、シロキサン系樹脂とは、シロキサン系材料から形成されたＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を
含む樹脂に相当する。置換基としては、有機基（例えばアルキル基やアリール基）やフル
オロ基を用いても良い。また、有機基はフルオロ基を有していても良い。
絶縁層４０２１の形成法は、特に限定されず、その材料に応じて、スパッタリング法、Ｓ
ＯＧ法、スピンコート、ディップ、スプレー塗布、液滴吐出法（インクジェット法、スク
リーン印刷、オフセット印刷等）等の成膜方法や、ドクターナイフ、ロールコーター、カ
ーテンコーター、ナイフコーター等の器具を用いることができる。
画素電極層４０３０、対向電極層４０３１は、酸化タングステンを含むインジウム酸化物
、酸化タングステンを含むインジウム亜鉛酸化物、酸化チタンを含むインジウム酸化物、
酸化チタンを含むインジウム錫酸化物、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）、インジウム亜鉛
酸化物、酸化ケイ素を添加したインジウム錫酸化物などの透光性を有する導電性材料で形
成できる。
また、画素電極層４０３０、対向電極層４０３１は、導電性高分子（導電性ポリマーとも
いう）を含む導電性組成物で形成できる。導電性組成物で形成された画素電極は、シート
抵抗が１．０×１０４Ω／ｓｑ．以下、波長５５０ｎｍにおける透光率が７０％以上であ
ることが好ましい。また、導電性組成物に含まれる導電性高分子の抵抗率は０．１Ω・ｃ
ｍ以下であることが好ましい。
導電性高分子は、例えば、π電子共役系導電性高分子とする。具体的には、ポリアニリン
またはその誘導体、ポリピロールまたはその誘導体、ポリチオフェンまたはその誘導体、
若しくはアニリン、ピロールおよびチオフェンの２種以上からなる共重合体またはその誘
導体などがあげられる。
信号線駆動回路４００３、走査線駆動回路４００４、画素部４００２などに与えられる各
種信号は、ＦＰＣ４０１８から供給されている。
また、接続端子電極４０１５は、液晶素子４０１３に含まれる画素電極層４０３０と同じ
導電層で形成され、端子電極４０１６は、薄膜トランジスタ４０１０、薄膜トランジスタ
４０１１のソース電極層およびドレイン電極層と同じ導電層で形成されている。
接続端子電極４０１５は、ＦＰＣ４０１８が有する端子と、異方性導電層４０１９を介し
て電気的に接続されている。
なお、図１１においては、信号線駆動回路４００３を別途形成し、第１の基板４００１に
実装する例を示しているが、本実施の形態はこの構成に限定されない。走査線駆動回路を
別途形成して実装しても良いし、信号線駆動回路の一部または走査線駆動回路の一部のみ
を別途形成して実装しても良い。
図１２は、半導体装置の一形態に相当する液晶表示モジュールを、酸化物半導体素子を形
成した基板２６００を用いて構成する一例を示している。
図１２では、酸化物半導体素子を形成した基板２６００と対向基板２６０１がシール材２
６０２により固着され、その間に酸化物半導体素子等を含む素子層２６０３、配向膜や液
晶層を含む液晶層２６０４、着色層２６０５、偏光板２６０６などが設けられることによ
り表示領域が形成されている。着色層２６０５はカラー表示を行う場合に必要であり、Ｒ
ＧＢ方式の場合には、赤、緑、青の各色に対応した着色層が、各画素に対応して設けられ
ている。酸化物半導体素子を形成した基板２６００と対向基板２６０１の外側には偏光板
２６０６、偏光板２６０７、拡散板２６１３が配設されている。また、光源は冷陰極管２
６１０と反射板２６１１により構成されている。回路基板２６１２は、フレキシブル配線
基板２６０９により酸化物半導体素子を形成した基板２６００の配線回路部２６０８と接
続され、これによって、コントロール回路や電源回路などの外部回路が液晶モジュールに
組みこまれる。また、偏光板と液晶層との間には、位相差板を設けても良い。
液晶の駆動方式としては、ＴＮ（Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ）モード、ＩＰＳ（Ｉ
ｎ−Ｐｌａｎｅ−Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）モード、ＦＦＳ（Ｆｒｉｎｇｅ Ｆｉｅｌｄ Ｓ
ｗｉｔｃｈｉｎｇ）モード、ＭＶＡ（Ｍｕｌｔｉ−ｄｏｍａｉｎ Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ａ
ｌｉｇｎｍｅｎｔ）モード、ＰＶＡ（Ｐａｔｔｅｒｎｅｄ Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ａｌｉｇ
ｎｍｅｎｔ）モード、ＡＳＭ（Ａｘｉａｌｌｙ Ｓｙｍｍｅｔｒｉｃ ａｌｉｇｎｅｄ
Ｍｉｃｒｏ−ｃｅｌｌ）モード、ＯＣＢ（Ｏｐｔｉｃａｌｌｙ Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｄ
Ｂｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｃｅ）モード、ＦＬＣ（Ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｌｉｑ
ｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ）モード、ＡＦＬＣ（ＡｎｔｉＦｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｌ
ｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ）モードなどを用いることができる。
以上により、光センサを搭載した高性能な液晶表示装置を作製することができる。当該液
晶表示装置は酸化物半導体層をチャネルとするトランジスタを含むため、本発明の一実施
の形態に係る光センサと電流増幅部をほぼ同一工程にて作製できるものである。本明細書
中では、光センサとして用いるトランジスタのチャネルと、光センサ以外の酸化物半導体
素子として用いるトランジスタのチャネルは、同一成分で構成されているとみなす。これ
らのチャネルは同一工程にて形成されるからである。比較的高い移動度と低いＳ値、低い
オフ電流を有する酸化物半導体を利用したトランジスタにより本発明の一形態に係る光セ
ンサを形成できるため、少ない工程で多機能を有する半導体装置を得ることが出来る。ま
た、電圧をパルス状に印加することにより当該光センサのリフレッシュ動作が不要となる
ため、少ない消費電力で、高速かつ簡易な測定手順にて光の照度を測定できる。これによ
り、外光の急速な変化を当該光センサにて検出できるため、表示装置の輝度調整を迅速か
つ円滑に行える。
なお、本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせて用いることができる。
（実施の形態６）
本実施の形態では、図１３を参照して半導体装置の一例であるアクティブマトリクス型の
電子ペーパーについて説明する。半導体装置に用いられる薄膜トランジスタ６５０は、先
の実施の形態において示したトランジスタなどと同様に作製することができる。また、こ
れらのトランジスタと同様のものを用いて、本発明の一実施の形態に係る光センサを作製
できるため、光に反応して表示状態を変化させる電子ペーパーを得ることが出来る。
図１３に示す電子ペーパーは、ツイストボール表示方式を用いたものの一例である。ツイ
ストボール表示方式とは、白と黒に塗り分けられた球形粒子を第１の電極層及び第２の電
極層の間に配置し、第１の電極層及び第２の電極層に電位差を生じさせることによって、
球形粒子の向きを制御して、表示を行う方法である。
基板６９０上に設けられた薄膜トランジスタ６５０のソース電極またはドレイン電極は、
絶縁層６８５に形成されたコンタクトホールを介して、第１の電極６６０と電気的に接続
している。基板６９１には第２の電極６７０が設けられており、第１の電極６６０と第２
の電極６７０との間には、黒色領域６８０ａ及び白色領域６８０ｂを有する球形粒子６８
０が設けられている。また、球形粒子６８０の周囲は樹脂等の充填材６８２で満たされて
いる（図１３参照）。図１３において、第１の電極６６０が画素電極に相当し、第２の電
極６７０が共通電極に相当する。第２の電極６７０は、薄膜トランジスタ６５０と同一基
板上に設けられる共通電位線と電気的に接続される。
ツイストボールの代わりに、電気泳動表示素子を用いることも可能である。その場合、例
えば、透明な液体と、正に帯電した白い微粒子と負に帯電した黒い微粒子とを封入した直
径１０μｍから２００μｍ程度のマイクロカプセルを用いると良い。第１の電極と第２の
電極によって電場が与えられると、白い微粒子と黒い微粒子が互いに逆方向に移動し、白
または黒が表示される。電気泳動表示素子は液晶表示素子に比べて反射率が高いため、補
助ライトが不要であり、また、明るさが十分ではない場所であっても表示部を認識するこ
とが可能である。また、表示部に電源が供給されない場合であっても、一度表示した像を
保持することが可能であるという利点も有している。
以上で、光センサを搭載した高性能な電子ペーパーを作製することができる。当該電子ペ
ーパーは酸化物半導体層をチャネルとするトランジスタを含むため、本発明の一実施の形
態に係る光センサと電流増幅部をほぼ同一工程にて作製できるものである。本明細書中で
は、光センサとして用いるトランジスタのチャネルと、光センサ以外の酸化物半導体素子
として用いるトランジスタのチャネルは、同一成分で構成されているとみなす。これらの
チャネルは同一工程にて形成されるからである。比較的高い移動度と低いＳ値、低いオフ
電流を有する酸化物半導体を利用したトランジスタにより本発明の一形態に係る光センサ
を形成できるため、少ない工程で多機能を有する半導体装置を得ることが出来る。また、
電圧をパルス状に印加することにより当該光センサのリフレッシュ動作が不要となるため
、少ない消費電力で、高速かつ簡易な測定手順にて光の照度を測定できる。これにより、
外光の急速な変化を当該光センサにて検出できるため、電子ペーパーの表示状態を外光に
応じて迅速に変化させることが出来る。例えば、外に設けられた電子ペーパーの表示内容
を外光の照度に応じて自動的に変化させることができるため、天候に応じて広告の内容を
変えるなどすることができる。
なお、本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせて用いることができる。
（実施の形態７）
本実施の形態では、半導体装置の一例である発光表示装置について説明する。ここでは、
表示素子としてエレクトロルミネッセンスを利用する発光素子を用いる場合について示す
。なお、エレクトロルミネッセンスを利用する発光素子は、発光材料が有機化合物である
か、無機化合物であるかによって区別され、一般的に、前者は有機ＥＬ素子、後者は無機
ＥＬ素子と呼ばれている。
有機ＥＬ素子は、発光素子に電圧を印加することにより、一対の電極から電子および正孔
がそれぞれ発光性の有機化合物を含む層に注入される。そして、それらキャリア（電子お
よび正孔）が再結合することにより発光する。このようなメカニズムから、該発光素子は
、電流励起型の発光素子と呼ばれる。
無機ＥＬ素子は、その素子構成により、分散型無機ＥＬ素子と薄膜型無機ＥＬ素子とに分
類される。分散型無機ＥＬ素子は、発光材料の粒子をバインダ中に分散させた発光層を有
するものであり、発光メカニズムはドナー準位とアクセプター準位を利用するもの（ドナ
ー−アクセプター再結合型発光）である。薄膜型無機ＥＬ素子は、発光層を誘電体層で挟
み込み、さらにそれを電極で挟んだ構造であり、発光メカニズムは金属イオンの内殻電子
遷移を利用するもの（局在型発光）である。なお、ここでは、有機ＥＬ素子について説明
する。
発光素子の構成について、図１４を用いて説明する。ここでは、駆動用トランジスタがｎ
型の場合を例に挙げて、画素の断面構造について説明する。図１４（Ａ）、図１４（Ｂ）
、図１４（Ｃ）の半導体装置に用いられるトランジスタ７０１、トランジスタ７１１、ト
ランジスタ７２１は、先の実施の形態で示したトランジスタと同様に作製することができ
る。これらのトランジスタと同様のものは、本発明の一実施の形態に係る光センサや電流
増幅部に利用できるため、同一基板上に酸化物半導体を利用した発光表示装置と光センサ
を、ほぼ同一工程にて作製することが可能である。
発光素子は、光を取り出すために、陽極または陰極の少なくとも一方が透明になっている
。ここで、透明とは、少なくとも発光波長における透過率が十分に高いことを意味する。
光の取り出し方式には、基板上に薄膜トランジスタおよび発光素子を形成し、該基板を通
さずに光を取り出す上面射出方式（上面取り出し方式）や、該基板を通して光を取り出す
下面射出方式（下面取り出し方式）、上面および下面から光を取り出す両面射出方式（両
面取り出し方式）などがある。
上面射出方式の発光素子について図１４（Ａ）を参照して説明する。
図１４（Ａ）は、発光素子７０２の発する光が陽極７０５側に抜ける場合の、画素の断面
図を示している。ここでは、発光素子７０２の陰極７０３と駆動用トランジスタであるト
ランジスタ７０１が電気的に接続されており、陰極７０３上に発光層７０４、陽極７０５
が順に積層されている。陰極７０３としては、仕事関数が小さく、光を反射する導電層を
用いることができる。例えば、Ｃａ、Ａｌ、ＭｇＡｇ、ＡｌＬｉ等の材料を用いて陰極７
０３を形成することが望ましい。発光層７０４は、単層構造または積層構造としてよい。
積層構造の例として、陰極７０３上に電子注入層、電子輸送層、発光層、ホール輸送層、
ホール注入層の順に積層すると良いが、もちろん、これらの層を全て設ける必要はないし
、異なる構造としてもよい。陽極７０５は光を透過する導電性材料を用いて形成される。
例えば、酸化タングステンを含むインジウム酸化物、酸化タングステンを含むインジウム
亜鉛酸化物、酸化チタンを含むインジウム酸化物、酸化チタンを含むインジウム錫酸化物
、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）、インジウム亜鉛酸化物、酸化ケイ素を添加したインジ
ウム錫酸化物などの透光性を有する導電性材料を用いれば良い。
陰極７０３および陽極７０５で発光層７０４を挟んだ構造を、発光素子７０２と呼ぶこと
ができる。図１４（Ａ）に示した画素の場合、発光素子７０２の発する光は、矢印で示す
ように陽極７０５側に射出される。
次に、下面射出方式の発光素子について図１４（Ｂ）を参照して説明する。
図１４（Ｂ）は、発光素子７１２の発する光が陰極７１３側に抜ける場合の、画素の断面
図を示している。ここでは、駆動用のトランジスタ７１１と電気的に接続された透光性を
有する導電層７１７上に、発光素子７１２の陰極７１３が形成されており、陰極７１３上
に発光層７１４、陽極７１５が順に積層されている。なお、陽極７１５が透光性を有する
場合、該陽極７１５上を覆うように遮蔽層７１６を設けても良い。陰極７１３は、図１４
（Ａ）の場合と同様に、仕事関数が小さい導電性材料で形成できる。ただしその厚さは、
光を透過する程度（好ましくは、５ｎｍ〜３０ｎｍ程度）とする。例えば２０ｎｍ程度の
厚さを有するアルミニウムを、陰極７１３として用いることができる。発光層７１４は、
図１４（Ａ）と同様に、単層構造または積層構造としてよい。陽極７１５は、光を透過す
る必要はないが、図１４（Ａ）と同様に、透光性を有する導電性材料を用いて形成されて
も良い。遮蔽層７１６には、光を反射する金属等を用いることができるが、これに限定さ
れない。例えば、黒の顔料を添加した樹脂等を用いることもできる。
陰極７１３および陽極７１５で、発光層７１４を挟んだ構造を発光素子７１２と呼ぶこと
ができる。図１４（Ｂ）に示した画素の場合、発光素子７１２の発する光は、矢印で示す
ように陰極７１３側に射出される。
次に、両面射出方式の発光素子について、図１４（Ｃ）を参照して説明する。
図１４（Ｃ）は、駆動用のトランジスタ７２１と電気的に接続された透光性を有する導電
層７２７上に、発光素子７２２の陰極７２３が形成されており、陰極７２３上に発光層７
２４、陽極７２５が順に積層されている。陰極７２３は、図１４（Ａ）の場合と同様に、
仕事関数が小さい導電性材料で形成できる。ただしその厚さは、光を透過する程度とする
。例えば、厚さ２０ｎｍのアルミニウムを、陰極７２３として用いることができる。発光
層７２４は、図１４（Ａ）と同様に、単層構造または積層構造としてよい。陽極７２５は
、図１４（Ａ）と同様に、透光性を有する導電性材料を用いて形成できる。
陰極７２３と、発光層７２４と、陽極７２５とが重なった構造を発光素子７２２と呼ぶこ
とができる。図１４（Ｃ）に示した画素の場合、発光素子７２２の発する光は、矢印で示
すように陽極７２５側と陰極７２３側の両方に射出される。
なお、ここでは、発光素子として有機ＥＬ素子を用いる場合について述べたが、発光素子
として無機ＥＬ素子を用いることも可能である。また、ここでは、発光素子の駆動を制御
する薄膜トランジスタ（駆動用トランジスタ）と発光素子が電気的に接続されている例を
示したが、駆動用トランジスタと発光素子との間に電流制御用トランジスタなどが接続さ
れていてもよい。
なお、本実施の形態で示す半導体装置は、図１４に示した構成に限定されるものではなく
、各種の変形が可能である。
次に、発光表示パネル（発光パネルともいう）の外観及び断面について、図１５を参照し
て説明する。図１５は、第１の基板４５０１上に形成された薄膜トランジスタ４５０９、
薄膜トランジスタ４５１０および発光素子４５１１を、第２の基板４５０６とシール材４
５０５によって封止したパネルの平面図および断面図である。ここで、図１５（Ａ）は平
面図を示し、図１５（Ｂ）は、図１５（Ａ）のＨ−Ｉにおける断面図に相当する。
第１の基板４５０１上に設けられた画素部４５０２、信号線駆動回路４５０３ａ、４５０
３ｂ、走査線駆動回路４５０４ａ、走査線駆動回路４５０４ｂを囲むようにして、シール
材４５０５が設けられている。また、画素部４５０２、信号線駆動回路４５０３ａ、信号
線駆動回路４５０３ｂ、走査線駆動回路４５０４ａ、走査線駆動回路４５０４ｂの上に第
２の基板４５０６が設けられている。つまり、画素部４５０２、信号線駆動回路４５０３
ａ、信号線駆動回路４５０３ｂ、走査線駆動回路４５０４ａ、走査線駆動回路４５０４ｂ
は、第１の基板４５０１とシール材４５０５と第２の基板４５０６とによって、充填材４
５０７と共に密封されている。このように、気密性が高く、脱ガスの少ない保護フィルム
（貼り合わせフィルム、紫外線硬化樹脂フィルム等）やカバー材などを用いてパッケージ
ング（封入）することが好ましい。
また、第１の基板４５０１上に設けられた画素部４５０２、信号線駆動回路４５０３ａ、
信号線駆動回路４５０３ｂ、走査線駆動回路４５０４ａ、走査線駆動回路４５０４ｂは、
薄膜トランジスタを複数有しており、図１５（Ｂ）では、画素部４５０２に含まれる薄膜
トランジスタ４５１０と、信号線駆動回路４５０３ａに含まれる薄膜トランジスタ４５０
９を例示している。
薄膜トランジスタ４５０９、薄膜トランジスタ４５１０には、先の実施の形態において示
したトランジスタを適用することができる。なお、本実施の形態において、薄膜トランジ
スタ４５０９、薄膜トランジスタ４５１０はｎチャネル型の薄膜トランジスタである。こ
れらのトランジスタと同様のものは、本発明の一実施の形態に係る光センサや電流増幅部
に利用できるため、同一基板上に酸化物半導体を利用した発光表示装置と光センサを、ほ
ぼ同一工程にて作製することが可能である。
また、発光素子４５１１の画素電極である第１の電極４５１７は、薄膜トランジスタ４５
１０のソース電極またはドレイン電極と電気的に接続されている。なお発光素子４５１１
の構成は、第１の電極４５１７、電界発光層４５１２、第２の電極４５１３の積層構造で
あるが、本実施の形態に示した構成に限定されない。発光素子４５１１から取り出す光の
方向などに合わせて、発光素子４５１１の構成は適宜変えることができる。
隔壁４５２０は、有機樹脂、無機絶縁層、有機ポリシロキサンなどで形成される。特に、
感光性を有する材料を用いて第１の電極４５１７上に開口部を形成し、その開口部の側壁
が、連続した曲率を持つ傾斜面となるようにすることが好ましい。
電界発光層４５１２は、単層構造または積層構造とすればよい。
発光素子４５１１に酸素、水素、水分、二酸化炭素等が侵入しないように、第２の電極４
５１３および隔壁４５２０上に保護膜を形成してもよい。保護膜は、窒化シリコン、窒化
酸化シリコン、ＤＬＣ（Ｄｉａｍｏｎｄ Ｌｉｋｅ Ｃａｒｂｏｎ）等で形成できる。
また、信号線駆動回路４５０３ａ、信号線駆動回路４５０３ｂ、走査線駆動回路４５０４
ａ、走査線駆動回路４５０４ｂ、画素部４５０２などに与えられる各種信号は、ＦＰＣ４
５１８ａ、ＦＰＣ４５１８ｂから供給されている。
本実施の形態では、接続端子電極４５１５が、発光素子４５１１の第１の電極４５１７と
同じ導電層で形成され、端子電極４５１６は、薄膜トランジスタ４５０９や薄膜トランジ
スタ４５１０のソース電極及びドレイン電極と同じ導電層で形成される例について示して
いる。
接続端子電極４５１５は、ＦＰＣ４５１８ａが有する端子と、異方性導電層４５１９を介
して電気的に接続されている。
発光素子４５１１からの光の取り出し方向に位置する基板は、透光性を有している必要が
ある。透光性を有する基板としては、ガラス板、プラスチック板、ポリエステルフィルム
、アクリルフィルムなどがある。
充填材４５０７としては、窒素やアルゴンなどの不活性な気体の他に、紫外線硬化樹脂や
熱硬化樹脂などを用いることができる。例えば、ＰＶＣ（ポリビニルクロライド）、アク
リル、ポリイミド、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、ＰＶＢ（ポリビニルブチラル）、Ｅ
ＶＡ（エチレンビニルアセテート）などを用いることができる。本実施の形態では、充填
材として窒素を用いる例について示している。
必要であれば、発光素子の射出面に偏光板、円偏光板（楕円偏光板を含む）、位相差板（
λ／４板、λ／２板）、カラーフィルタなどの光学フィルムを設けてもよい。また、表面
には反射防止処理を施しても良い。例えば、表面の凹凸により反射光を拡散し、映り込み
を抑制できるアンチグレア処理を施すことができる。
信号線駆動回路４５０３ａ、信号線駆動回路４５０３ｂ、走査線駆動回路４５０４ａ、走
査線駆動回路４５０４ｂは、別途用意された基板上の単結晶半導体または多結晶半導体に
よって形成されていても良い。また、信号線駆動回路のみ、若しくはその一部、または走
査線駆動回路のみ、若しくはその一部のみを別途形成して実装しても良く、本実施の形態
は図１５の構成に限定されない。
以上により、光センサを搭載した高性能な発光表示装置（表示パネル）を作製することが
できる。当該発光表示装置は酸化物半導体層をチャネルとするトランジスタを含むため、
本発明の一実施の形態に係る光センサと電流増幅部をほぼ同一工程にて作製できるもので
ある。本明細書中では、光センサとして用いるトランジスタのチャネルと、光センサ以外
の酸化物半導体素子として用いるトランジスタのチャネルは、同一成分で構成されている
とみなす。これらのチャネルは同一工程にて形成されるからである。比較的高い移動度と
低いＳ値、低いオフ電流を有する酸化物半導体を利用したトランジスタにより本発明の一
形態に係る光センサを形成できるため、少ない工程で多機能を有する半導体装置を得るこ
とが出来る。また、電圧をパルス状に印加することにより当該光センサのリフレッシュ動
作が不要となるため、少ない消費電力で、高速かつ簡易な測定手順にて光の照度を測定で
きる。これにより、外光の急速な変化を当該光センサにて検出できるため、発光表示装置
の輝度調整を迅速かつ円滑に行える。
なお、本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせて用いることができる。
（実施の形態８）
本発明の一実施の形態に係る光センサを搭載した電子ペーパーの例を示す。電子ペーパー
は、あらゆる分野の電子機器に用いることが可能である。例えば、電子ペーパーを用いて
、電子書籍（電子ブック）、ポスター、電車などの乗り物の車内広告、クレジットカード
等の各種カードにおける表示等に適用することができる。電子機器の一例を図１６、図１
７に示す。
図１６（Ａ）は、本発明の一実施の形態に係る光センサ２６３０を搭載した電子ペーパー
で作られたポスター２６３１を示している。広告媒体が紙の印刷物である場合には、広告
の交換は人手によって行われるが、電子ペーパーを用いれば短時間で広告の表示を変える
ことができる。また、表示も崩れることなく安定した画像が得られる。光センサ２６３０
を搭載しているため、外光の照度に応じた表示状態の変更が可能である。なお、ポスター
は無線で情報を送受信できる構成としてもよい。
また、図１６（Ｂ）は、本発明の一実施の形態に係る光センサ２６３３を搭載した、電車
などの乗り物の車内広告２６３２を示している。広告媒体が紙の印刷物である場合には、
広告の交換は人手によって行われるが、電子ペーパーを用いれば人手を多くかけることな
く短時間で広告の表示を変えることができる。また表示も崩れることなく安定した画像が
得られる。光センサ２６３３を搭載しているため、外光の照度に応じた表示状態の変更が
可能である。なお、車内広告は無線で情報を送受信できる構成としてもよい。
また、図１７は、本発明の一実施の形態に係る光センサ２７３０を搭載した電子書籍の一
例を示している。例えば、電子書籍２７００は、筐体２７０１および筐体２７０３で構成
されている。筐体２７０１および筐体２７０３は、軸部２７１１により一体とされており
、該軸部２７１１を軸として開閉動作を行うことができる。このような構成により、紙の
書籍のような動作を行うことが可能となる。光センサ２７３０を搭載しているため、例え
ば、電子書籍２７００の開閉動作に伴い、自動的に表示をオンまたはオフさせることがで
きる。
筐体２７０１には表示部２７０５が組み込まれ、筐体２７０３には表示部２７０７が組み
込まれている。表示部２７０５および表示部２７０７は、続き画面を表示する構成として
もよいし、異なる画面を表示する構成としてもよい。異なる画面を表示する構成とするこ
とで、例えば右側の表示部（図１７では表示部２７０５）に文章を表示し、左側の表示部
（図１７では表示部２７０７）に画像を表示することができる。
また、図１７では、筐体２７０１に操作部などを備えた例を示している。例えば、筐体２
７０１において、電源２７２１、操作キー２７２３、スピーカ２７２５などを備えている
。操作キー２７２３により、頁を送ることができる。なお、筐体の表示部と同一面にキー
ボードやポインティングディバイスなどを備える構成としてもよい。また、筐体の裏面や
側面に、外部接続用端子（イヤホン端子、ＵＳＢ端子、またはＡＣアダプタおよびＵＳＢ
ケーブルなどの各種ケーブルと接続可能な端子など）、記録媒体挿入部などを備える構成
としてもよい。さらに、電子書籍２７００は、電子辞書としての機能を持たせた構成とし
てもよい。
また、電子書籍２７００は、無線で情報を送受信できる構成としてもよい。無線により、
電子書籍サーバから、所望の書籍データなどを購入し、ダウンロードする構成とすること
も可能である。
本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせて用いることができる。
（実施の形態９）
本発明の一実施の形態に係る光センサは、さまざまな電子機器（遊技機も含む）に搭載す
ることができる。電子機器としては、例えば、テレビジョン装置（テレビ、またはテレビ
ジョン受信機ともいう）、コンピュータ用などのモニタ、デジタルカメラ、デジタルビデ
オカメラなどのカメラ、デジタルフォトフレーム、携帯電話機（携帯電話、携帯電話装置
ともいう）、携帯型ゲーム機、携帯情報端末、音響再生装置、パチンコ機などの大型ゲー
ム機などが挙げられる。
図１８（Ａ）は、本発明の一実施の形態に係る光センサ９６１１を搭載したテレビジョン
装置の一例を示している。テレビジョン装置９６００においては、筐体９６０１に表示部
９６０３が組み込まれている。表示部９６０３により、映像を表示することが可能である
。また、ここでは、スタンド９６０５により筐体９６０１を支持した構成を示している。
テレビジョン装置９６００の操作は、筐体９６０１が備える操作スイッチや、別体のリモ
コン操作機９６１０により行うことができる。リモコン操作機９６１０が備える操作キー
９６０９により、チャンネルや音量の操作を行うことができ、表示部９６０３に表示され
る映像を操作することができる。また、リモコン操作機９６１０に、当該リモコン操作機
９６１０から出力する情報を表示する表示部９６０７を設ける構成としてもよい。
なお、テレビジョン装置９６００は、受信機やモデムなどを備えた構成とする。受信機に
より一般のテレビ放送の受信を行うことができ、さらにモデムを介して有線または無線に
よる通信ネットワークに接続することにより、一方向（送信者から受信者）または双方向
（送信者と受信者間、あるいは受信者間同士など）の情報通信を行うことも可能である。
図１８（Ｂ）は、本発明の一実施の形態に係る光センサ９７０５を搭載したデジタルフォ
トフレームの一例を示している。例えば、デジタルフォトフレーム９７００においては、
筐体９７０１に表示部９７０３が組み込まれている。表示部９７０３は、各種画像を表示
することが可能であり、例えばデジタルカメラなどで撮影した画像データを表示させるこ
とで、通常の写真立てと同様に機能させることができる。
なお、デジタルフォトフレーム９７００は、操作部、外部接続用端子（ＵＳＢ端子、ＵＳ
Ｂケーブルなどの各種ケーブルと接続可能な端子など）、記録媒体挿入部などを備える構
成とする。これらの構成は、表示部と同一面に組み込まれていてもよいが、側面や裏面に
備えるとデザイン性が向上するため好ましい。例えば、デジタルフォトフレームの記録媒
体挿入部に、デジタルカメラで撮影した画像データを記憶したメモリを挿入して画像デー
タを取り込み、取り込んだ画像データを表示部９７０３に表示させることができる。
また、デジタルフォトフレーム９７００は、無線で情報を送受信できる構成としてもよい
。無線により、所望の画像データを取り込み、表示させる構成とすることもできる。
図１９（Ａ）は携帯型遊技機であり、筐体９８８１と筐体９８９１で構成されており、連
結部９８９３により、開閉可能に連結されている。筐体９８８１には表示部９８８２が組
み込まれ、筐体９８９１には表示部９８８３が組み込まれている。また、図１９（Ａ）に
示す携帯型遊技機は、その他、スピーカ部９８８４、記録媒体挿入部９８８６、ＬＥＤラ
ンプ９８９０、入力手段（操作キー９８８５、接続端子９８８７、センサ９８８８（力、
変位、位置、速度、加速度、角速度、回転数、距離、光、液、磁気、温度、化学物質、音
声、時間、硬度、電場、電流、電圧、電力、放射線、流量、湿度、傾度、振動、におい又
は赤外線を測定する機能を含むもの）、マイクロフォン９８８９）等を備えている。もち
ろん、携帯型遊技機の構成は上述のものに限定されず、少なくとも半導体装置を備えた構
成であればよく、その他付属設備が適宜設けられた構成とすることができる。図１９（Ａ
）に示す携帯型遊技機は、記録媒体に記録されているプログラム又はデータを読み出して
表示部に表示する機能や、他の携帯型遊技機と無線通信を行って情報を共有する機能を有
する。なお、図１９（Ａ）に示す携帯型遊技機が有する機能はこれに限定されず、様々な
機能を有することができる。
図１９（Ｂ）は本発明の一実施の形態に係る光センサ９９０５を搭載した大型遊技機であ
るスロットマシンの一例を示している。スロットマシン９９００は、筐体９９０１に表示
部９９０３が組み込まれている。また、スロットマシン９９００は、その他、スタートレ
バーやストップスイッチなどの操作手段、コイン投入口、スピーカなどを備えている。も
ちろん、スロットマシン９９００の構成は上述のものに限定されず、少なくとも半導体装
置を備えた構成であればよく、その他付属設備が適宜設けられた構成とすることができる
。
図２０（Ａ）は、本発明の一実施の形態に係る光センサ１００７を搭載した携帯電話機の
一例を示している。携帯電話機１０００は、筐体１００１に組み込まれた表示部１００２
の他、操作ボタン１００３、外部接続ポート１００４、スピーカ１００５、マイク１００
６などを備えている。
図２０（Ａ）に示す携帯電話機１０００は、表示部１００２を指などで触れることで、情
報を入力することができる。また、電話を掛ける、或いはメールを打つなどの操作は、表
示部１００２を指などで触れることにより行うことができる。
表示部１００２の画面は主として３つのモードがある。第１は、画像の表示を主とする表
示モードであり、第２は、文字等の情報の入力を主とする入力モードである。第３は表示
モードと入力モードの２つのモードが混合した表示＋入力モードである。
例えば、電話を掛ける、或いはメールを作成する場合は、表示部１００２を文字の入力を
主とする文字入力モードとし、画面に表示させた文字の入力操作を行えばよい。この場合
、表示部１００２の画面のほとんどにキーボードまたは番号ボタンを表示させることが好
ましい。
また、携帯電話機１０００内部に、ジャイロ、加速度センサ等の傾きを検出するセンサを
有する検出装置を設けることで、携帯電話機１０００の向き（縦か横か）を判断して、表
示部１００２の画面表示を自動的に切り替えるようにすることができる。
また、画面モードの切り替えは、表示部１００２を触れること、又は筐体１００１の操作
ボタン１００３の操作により行われる。また、表示部１００２に表示される画像の種類に
よって切り替えるようにすることもできる。例えば、表示部に表示する画像信号が動画の
データであれば表示モード、テキストデータであれば入力モードに切り替える。
また、入力モードにおいて、表示部１００２に内蔵させた光センサで検出される信号を検
知し、表示部１００２のタッチ操作による入力が一定期間ない場合には、画面のモードを
入力モードから表示モードに切り替えるように制御してもよい。当該光センサには、本発
明の一実施の形態に係るものを適用できる。
表示部１００２は、イメージセンサとして機能させることもできる。例えば、表示部１０
０２に掌や指を触れることで、掌紋、指紋等を撮像することで、本人認証を行うことがで
きる。また、表示部に近赤外光を発光するバックライトまたは近赤外光を発光するセンシ
ング用光源を用いれば、指静脈、掌静脈などを撮像することもできる。
図２０（Ｂ）も本発明の一実施の形態に係る光センサ９４１５を搭載した携帯電話機の一
例である。図２０（Ｂ）の携帯電話機は、筐体９４１１に、表示部９４１２、及び操作ボ
タン９４１３を含む表示装置９４１０と、筐体９４０１に操作ボタン９４０２、外部入力
端子９４０３、マイク９４０４、スピーカ９４０５、及び着信時に発光する発光部９４０
６を含む通信装置９４００とを有しており、表示機能を有する表示装置９４１０は電話機
能を有する通信装置９４００と矢印の２方向に脱着可能である。よって、表示装置９４１
０と通信装置９４００の短軸同士を取り付けることも、表示装置９４１０と通信装置９４
００の長軸同士を取り付けることもできる。また、表示機能のみを必要とする場合、通信
装置９４００より表示装置９４１０を取り外し、表示装置９４１０を単独で用いることも
できる。通信装置９４００と表示装置９４１０とは無線通信又は有線通信により画像又は
入力情報を授受することができ、それぞれ充電可能なバッテリーを有する。
上述の装置はそれぞれ本発明の一実施の形態に係る光センサを搭載しているため、外光の
変化や装置の開閉に応じて、表示部の状態を自動的に変えることが出来る。なお、本実施
の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせて用いることができる。
１００ 基板
１０２ 導電層
１０４ レジストマスク
１０６ 導電層
１０８ 絶縁層
１１０ 酸化物半導体層
１１２ レジストマスク
１１４ 酸化物半導体層
１１６ 導電層
１１８ レジストマスク
１２０ レジストマスク
１２２ 導電層
１２４ 導電層
１２６ 絶縁層
１２８ 導電層
１５０ トランジスタ
２００ 電流増幅部
２０１ 光センサ
３００ 基板
３０２ ゲート電極
３０４ 容量配線
３０６ 端子
３０８ ゲート絶縁層
３１０ ソース電極
３１２ ドレイン電極
３１４ 接続電極
３１６ 端子
３１８ 酸化物半導体層
３２０ 絶縁層
３２２ 透明導電層
３２４ 透明導電層
３２６ 透明導電層
３５０ トランジスタ
５００ ＲＦＩＤタグ
５０１ 通信器
５０２ アンテナ
５０３ 無線信号
５０４ アンテナ
５０５ 整流回路
５０６ 定電圧回路
５０７ 復調回路
５０８ 変調回路
５０９ 論理回路
５１０ 記憶回路
５１１ ＲＯＭ
５１２ Ａ／Ｄ変換回路
５１３ 光センサ
６００ 絶縁層
６０１ 基板
６０２ 導電層
６０３ 絶縁層
６０４ 酸化物半導体層
６０５ 導電層
６０６ 絶縁層
６０７ 導電層
６０８ 絶縁層
６０９ 導電層
６１０ 遮光層
６１１ 基板
６１２ 導電層
６１３ 絶縁層
６１４ 酸化物半導体層
６１５ 導電層
６１６ 絶縁層
６１７ 導電層
６１８ 絶縁層
６１９ 導電層
６２１ 基板
６２２ａ 導電層
６２２ｂ 導電層
６２３ 絶縁層
６２４ 酸化物半導体層
６２５ 導電層
６２６ 絶縁層
６２７ 導電層
６２８ 絶縁層
６２９ 導電層
６３０ 絶縁層
６５０ 薄膜トランジスタ
６５１ 開口部
６６０ 第１の電極
６７０ 第２の電極
６８０ 球形粒子
６８０ａ 黒色領域
６８０ｂ 白色領域
６８２ 充填材
６８５ 絶縁層
６９０ 基板
６９１ 基板
７０１ トランジスタ
７０２ 発光素子
７０３ 陰極
７０４ 発光層
７０５ 陽極
７１１ トランジスタ
７１２ 発光素子
７１３ 陰極
７１４ 発光層
７１５ 陽極
７１６ 遮蔽層
７１７ 導電層
７２１ トランジスタ
７２２ 発光素子
７２３ 陰極
７２４ 発光層
７２５ 陽極
７２７ 導電層
１０００ 携帯電話機
１００１ 筐体
１００２ 表示部
１００３ 操作ボタン
１００４ 外部接続ポート
１００５ スピーカ
１００６ マイク
１００７ 光センサ
２６００ 基板
２６０１ 対向基板
２６０２ シール材
２６０３ 素子層
２６０４ 液晶層
２６０５ 着色層
２６０６ 偏光板
２６０７ 偏光板
２６０８ 配線回路部
２６０９ フレキシブル配線基板
２６１０ 冷陰極管
２６１１ 反射板
２６１２ 回路基板
２６１３ 拡散板
２６３０ 光センサ
２６３１ ポスター
２６３２ 車内広告
２６３３ 光センサ
２７００ 電子書籍
２７０１ 筐体
２７０３ 筐体
２７０５ 表示部
２７０７ 表示部
２７１１ 軸部
２７２１ 電源
２７２３ 操作キー
２７２５ スピーカ
２７３０ 光センサ
４００１ 基板
４００２ 画素部
４００３ 信号線駆動回路
４００４ 走査線駆動回路
４００５ シール材
４００６ 基板
４００８ 液晶層
４０１０ 薄膜トランジスタ
４０１１ 薄膜トランジスタ
４０１３ 液晶素子
４０１５ 接続端子電極
４０１６ 端子電極
４０１８ ＦＰＣ
４０１９ 異方性導電層
４０２０ 絶縁層
４０２１ 絶縁層
４０３０ 画素電極層
４０３１ 対向電極層
４０３２ 絶縁層
４０３３ 絶縁層
４０３５ スペーサ
４５０１ 基板
４５０２ 画素部
４５０３ａ 信号線駆動回路
４５０３ｂ 信号線駆動回路
４５０４ａ 走査線駆動回路
４５０４ｂ 走査線駆動回路
４５０５ シール材
４５０６ 基板
４５０７ 充填材
４５０９ 薄膜トランジスタ
４５１０ 薄膜トランジスタ
４５１１ 発光素子
４５１２ 電界発光層
４５１３ 第２の電極
４５１５ 接続端子電極
４５１６ 端子電極
４５１７ 第１の電極
４５１８ａ ＦＰＣ
４５１８ｂ ＦＰＣ
４５１９ 異方性導電層
４５２０ 隔壁
９４００ 通信装置
９４０１ 筐体
９４０２ 操作ボタン
９４０３ 外部入力端子
９４０４ マイク
９４０５ スピーカ
９４０６ 発光部
９４１０ 表示装置
９４１１ 筐体
９４１２ 表示部
９４１３ 操作ボタン
９４１５ 光センサ
９６００ テレビジョン装置
９６０１ 筐体
９６０３ 表示部
９６０５ スタンド
９６０７ 表示部
９６０９ 操作キー
９６１０ リモコン操作機
９６１１ 光センサ
９７００ デジタルフォトフレーム
９７０１ 筐体
９７０３ 表示部
９７０５ 光センサ
９８８１ 筐体
９８８２ 表示部
９８８３ 表示部
９８８４ スピーカ部
９８８５ 操作キー
９８８６ 記録媒体挿入部
９８８７ 接続端子
９８８８ センサ
９８８９ マイクロフォン
９８９０ ＬＥＤランプ
９８９１ 筐体
９８９３ 連結部
９９００ スロットマシン
９９０１ 筐体
９９０３ 表示部
９９０５ 光センサ

Claims (3)

  1. 光センサと、
    前記光センサと電気的に接続された電流増幅部とを有し、
    前記光センサは第１のトランジスタを有し、
    前記電流増幅部は第２のトランジスタを有し、
    前記第１のトランジスタは、第１の酸化物半導体を有し、
    前記第２のトランジスタは、第２の酸化物半導体を有し、
    前記第１の酸化物半導体と前記第２の酸化物半導体とは、同一面上に設けられることを特徴とする半導体装置。
  2. 光センサと、
    前記光センサと電気的に接続された電流増幅部とを有し、
    前記光センサは第１のトランジスタを有し、
    前記電流増幅部は第２のトランジスタを有し、
    前記第１のトランジスタは、第１の酸化物半導体を有し、
    前記第２のトランジスタは、第２の酸化物半導体を有し、
    前記第１の酸化物半導体と前記第２の酸化物半導体とは、同一面上に設けられ、
    前記第２のトランジスタは、ゲート電極としては機能しない遮光層を有することを特徴とする半導体装置。
  3. 請求項１又は請求項２において、
    前記電流増幅部は、前記第２のトランジスタを複数有するカレントミラー回路であることを特徴とする半導体装置。
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