JP5202094B2 - 半導体装置 - Google Patents

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Description

本発明は、半導体装置に関する。
現在、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）の高性能化・作製プロセスの低温化・低コスト化を目指し、幅広い種類の材料を対象にチャネル層材料が探索及び検討されている。一例として、アモルファスシリコンや多結晶シリコン、マイクロクリスタルシリコン、有機半導体などがある。
近年発見された酸化物半導体もその有力な一群である。例えば、アモルファスＩｎ−Ｚｎ−Ｏ（ＩＺＯ）薄膜、及びアモルファスＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ（ＩＧＺＯ）薄膜をチャネル層に用いたＴＦＴの作製法が、それぞれ非特許文献１及び非特許文献２に開示されている。
ところで、ＴＦＴはチャネル層の半導体材料や作製法によって異なる閾値電圧を有する。また、種々の原因（製造工程履歴・経時変化・電気的ストレス・熱的ストレス）によりＴＦＴの閾値電圧が変化する。ここで、電気的ストレスとは半導体への電圧又は電流の印加によって発生するものである。また、熱的ストレスとは、外部からの半導体周辺の加熱や、半導体の通電によるジュール熱によって発生するものである。実際のＴＦＴにはこれらが同時に加わることがある。
上記の酸化物半導体をチャネル層として用いたＴＦＴについても例外ではなく、非特許文献３及び非特許文献４では、電気的ストレスによる、又は電気的ストレスと熱的ストレスの複合による閾値電圧変化が観測されている。
また、酸化物半導体ＴＦＴについては、可視光及び紫外光を照射することで閾値電圧が変化することが非特許文献１に開示されている。また、多結晶シリコンについては、ＴＦＴのチャネル層に光が入射する構造とし、閾値電圧を低減させる方法が特許文献１に開示されている。
特開平１０−２０９４６０号公報 Ｂａｒｑｕｉｎｈａ ｅｔ ａｌ．，Ｊ．Ｎｏｎ−Ｃｒｙｓｔ．Ｓｏｌ．，３５２，１７５６（２００６）。 Ｙａｂｕｔａ ｅｔ ａｌ．，Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，８９，１１２１２３（２００６）。 Ｒｉｅｄｌ ｅｔ ａｌ，Ｐｈｙｓ．Ｓｔａｔ．Ｓｏｌ．，１，１７５（２００７）。 Ｋｉｍ ｅｔ ａｌ．，Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ ＥｌｅｃｔｒｏｎＤｅｖｉｃｅ Ｍｅｅｔｉｎｇ ２００６（ＩＥＤＭ’０６），１１−１３，１（２００６）。
しかしながら、上記のいずれの文献においても、前記原因による閾値電圧変化に対して、それを補償又は抑制する方法や、その閾値電圧変化の影響を相対的に小さくする方法は明らかにされていない。
したがって通常では、従来のアモルファスシリコン半導体を用いた素子及び該素子を用いた装置の場合、直接的に半導体チャネル層に対処するのではなく、生じた閾値電圧変化を補正する回路を別途に設けて対処している。この補正回路により、半導体に閾値電圧変化が生じた場合も装置は正常に動作するのであるが、そういった補正回路は半導体素子を含む複雑な回路であり、この補正回路を別途設けることは全体の回路を大規模かつ複雑にし、製造コストを増大させる。また、閾値電圧変化が極端に大きくなった場合、その補正回路だけでは閾値電圧変化を補正することが難しい。
そして、前記原因により閾値電圧が変化した場合、それに伴って電荷移動度やサブスレッショルドスイング（Ｓ値）などの閾値電圧以外の特性が変化する。例えば、特許文献１や非特許文献１では、閾値電圧の低減と同時にそれぞれ移動度が増加又は減少することが報告されている。これらの特性も変化以前と同等に保つことが好ましいが、これを可能にする手段は知られていない。
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、半導体の吸収端波長より長波長の光を半導体に照射する機構と、該光の調節機構とを設置することで、半導体の閾値電圧変化を補償又は抑制することが可能な半導体装置を提供することを目的とする。
本発明は、少なくとも半導体を構成要素として有する半導体素子を備えた半導体装置であって、前記半導体の吸収端波長より長波長の光を該半導体に照射する機構と、前記光が通過する光路の一部に設けられた、光の強度、照射時間又は波長から選択される少なくとも１つの要素を調節する調光機構と、を有し、前記調光機構によって調節された前記光により、前記半導体素子の閾値電圧を変化させることを特徴とする。
本発明の半導体装置によって、半導体素子に含まれる半導体に閾値電圧変化が生じた際に、その半導体の閾値電圧を元の状態に近づけるように変化させることができる。これにより半導体装置を常に正常に動作させることができる。
また、本発明を用いることにより、半導体に閾値電圧変化が生じるより前にその閾値電圧変化を抑制又は補償し、半導体装置を正常に動作させることができる。
また、本発明は、従来の閾値電圧変化の補正回路を用いる方式と比較して、単純な構成の機構を設けるだけで半導体装置を正常に動作させることができるため、製造コストの増大を抑えることができる。
また、本発明を従来の補正回路と併用することで、従来補正回路だけでは補正しきれない大きな閾値電圧変化が生じた場合においても、半導体装置を正常に動作させることができる。
また、本発明では半導体素子の電荷移動度やＳ値などの閾値電圧以外の特性が閾値電圧変化と共に変化した場合においても、変化前に近い特性に回復させることができる。
最初に、本発明の半導体装置の構成要素である半導体を処理する機構について説明する。
図１に本発明を概略的に説明する図を示す。同図では、光源２００から光２１０が半導体１００に照射される様子が示されており、光２１０が半導体１００に照射されるまでに通過する光路の一部には調光機構３００が配置されている。本発明は、以上のように半導体に光を照射することで、該半導体に生じる閾値電圧変化を抑制又は変化させることを特徴とする。
ここで、半導体１００はいかなる形状でもよい。また、半導体１００は、その他の構成材料（電極や絶縁物など）（不図示）と組み合わされた半導体素子の一部であってもよい。例えば、ＴＦＴにチャネル層として用いられる半導体薄膜という形態をしていてもよい。
また、光源２００もいかなる形状でもよい。光源としては熱フィラメント、蛍光管、放電、発光ダイオードのような光源が適用できる。これらは半導体照射専用に設置してもよいし、液晶ディスプレイに併設されるバックライトのように、本来半導体照射とは別の目的で設置された光源を利用してもよい。また、太陽光や室内照明光などの環境光も利用することも可能である。また、所望の効果が得られれば、半導体１００と光源２００の位置関係は図のような対向配置に限らない。
調光機構３００は、光の照射時間、強度及び波長のうち、少なくとも１つを調節する機構を有する。このような調光機構としては、液晶素子、エレクトロクロミック素子、カラーフィルター、電気光学効果素子などを用いることが可能である。また、前述したが、調光機構３００は、光２１０を半導体１００に照射する光路の一部に設置することが求められ、例えば図１のように光源と半導体が対向配置になっている場合には、光源と半導体の間に設置する。
次に、光照射による半導体の閾値電圧変化の補正の詳細について説明する。
経時変化、電気的ストレス、熱的ストレスのうち少なくとも１つの原因によって、半導体１００の閾値電圧は変化する。本発明では、以上のような原因による閾値電圧変化を、光源２００より半導体１００に光２１０を照射することで抑制又は変化させる。その際、調光機構３００によって、光２１０の照射強度、時間及び波長の少なくとも１つが調節される。特に、波長に関しては、半導体１００の吸収端波長（半導体における自由キャリアのバンド間遷移に基づく光吸収において、最も低いエネルギーの波長）より長波長となるように調節して半導体１００に照射する。そうすることによって、半導体１００を閾値電圧変化が生じる前の特性に近い状態に回復させることができる。これは、例えば半導体内部又は半導体の近傍にトラップされたキャリア等の固定電荷が光照射によって解放されるためであると考えられる。
以上のような半導体への光照射においては、該半導体を用いた半導体素子の使用中に閾値電圧などの素子特性変化を検知し、その変化に応じて、照射する光の強度、時間及び波長の少なくとも１つを調節することが望ましい。この場合、電気的に透過光の強度、波長を変化させることが可能である液晶素子、エレクトロクロミック素子、又は電気光学効果を示す誘電体素子のいずれかを、調光機構３００として用いることが望ましい。また、これらを用いた調光機構３００において、電気的に光を不透過にすることにより、光の照射時間を調整する機構を持たせてもよい。
また、半導体への光照射は、前記原因による半導体素子の特性変化の検知に関わらず、半導体素子の動作後の特性変化をあらかじめ見積もり、予想される特性変化を回復させるだけの光を半導体に照射させてもよい。すなわち、半導体装置が駆動中に照射をしてよい。このときの照射光の強度又は波長を調整する調光機構としては、カラーフィルターを用いることが望ましい。カラーフィルターは必要な波長帯の光のみを選択的に透過させるものである。また、透過光に関して適度な強度減衰を生じさせる。よって、本発明の半導体装置における照射光の強度又は波長を調整する調光機構として使用するのに適している。また、その形状はフイルム状や板状をなしており、装置内部に設置するのに適している。また、それは一般に安価であり、調光機構の設置によるコスト上昇を極力抑えることができる。
このときの光照射のタイミングは、前記原因による閾値電圧変化が生じている期間に光照射を行うことが好ましい。例えば、前記原因による閾値電圧変化と光による閾値電圧変化が互いに逆符号であり、かつ同程度の速度で進行する場合を考える。この場合、両者を同時に進行させることで、閾値電圧を迅速に調節することができる。
また、前記原因による閾値電圧変化が生じる期間の前又は後に光照射を行うことも好ましい。すなわち、半導体装置が駆動する前又は駆動終了後に照射を行ってもよい。例えば、前記原因による閾値電圧変化と、光による閾値電圧変化が互いに逆符号であり、かつ後者が前者よりもはるかに急速に進行する場合を考える。この場合、前記原因による閾値電圧変化がゆっくりと進行する長い期間の前後で、短時間の光照射を間欠的に行うことで半導体をより安定に使用できる。
半導体はその吸収端波長よりも短波長の光から十分に遮蔽されていることが望ましい。短波長の光が照射されると、閾値電圧以外の特性も大きく変化してしまうからである。また、長波長の光と同様に、短波長の光を遮断した後にも半導体にその影響が残る。吸収端波長よりも短波長の光を照射している間に半導体の種々の特性が変化することには、光によるキャリアのバンド間遷移により、価電子帯・伝導帯のキャリア密度やギャップ内準位の占有状態が大きく変化することが関係していると考えられる。
また、光照射される半導体としては、ギャップ内準位の面密度が１０１３ｃｍ−２ｅＶ−１以下であることが好ましい。ここで、ギャップ内準位は半導体における局在準位であり、光照射を受けることによって伝導帯又は価電子帯に自由キャリアを発生させることができるものである。面密度は、ギャップ内準位密度を半導体素子の電気伝導領域（半導体素子がＴＦＴなどの電界効果型トランジスタの場合はゲート絶縁膜−半導体界面）における面密度に換算したものである。
ギャップ内準位密度が１０１３ｃｍ−２ｅＶ−１よりも大きい半導体では、次のことが問題となる。すなわち、バンドギャップよりも十分小さな（例えば半分程度の）エネルギーの光照射によっても、ギャップ内準位から伝導帯（あるいは価電子帯）への電子（あるいはホール）の励起過程が無視できなくなる。よって、吸収端波長よりも十分長波長の光の照射によっても、上述の短波長の光を照射して閾値電圧以外の特性値も変化した状態と同様になるため好ましくない。
さらに、半導体のバンドギャップは１．５５ｅＶ以上であることが好ましい。この場合、光源が連続スペクトル光を放つ場合に、光の波長が半導体の吸収端波長に対して前述の各条件を満たすように調節する手段の選択肢が広がる。例えば、バンド間遷移（吸収端）に対応する光子エネルギーが可視光の領域（波長８００ｎｍ以下）にあれば、調光機構として、有機色素による吸収を利用した一般的なローパスフィルターが利用できる。これを調光機構として用いれば、半導体の吸収端波長より長波長の光を半導体に照射する一方で、それよりも短波長の光を半導体に事実上照射しない状態を容易に実現することができる。
さらに、半導体のバンドギャップは２ｅＶ以上であることがより好ましい。半導体をＴＦＴのチャネル層に用いる場合、ＴＦＴがオフ状態のときのチャネルリーク電流の下限は半導体のバンドギャップに支配される。具体的には、次式によってチャネルリーク電流の下限Ｉｏｆｆを見積もることができる。
Ｉｏｆｆ＝ｑ（ｎｉ（μｅ＋μｈ））・（Ｗ／Ｌ）・ｄ・Ｖｄｓ
ここで、ｑは素電荷である。ｎｉは真性キャリア密度＝（ＮｃＮｖ）１／２・ｅｘｐ（−Ｅｇ／２ｋＴ）〔Ｎｃ：伝導帯端の状態密度、Ｎｖ：価電子帯端の状態密度、Ｅｇ：バンドギャップ、ｋ：ボルツマン定数、Ｔ：絶対温度〕である。μｅは電子のドリフト移動度である。μｈはホールのドリフト移動度である。ＷはＴＦＴのチャネル幅である。ＬはＴＦＴのチャネル長である。ｄはチャネル層の厚さである。ＶｄｓはＴＦＴのドレイン−ソース間電圧である。
上式よりＩｏｆｆのＥｇに対する依存性を見積もる。ｄ＝２０ｎｍ、Ｗ／Ｌ＝４とし、Ｅｇ以外の材料定数をすべて単結晶シリコンにおけるものを用いると、Ｅｇが２ｅＶ程度よりも大きければＩｏｆｆを１０−１８Ａ程度以下に抑えることができる。このＴＦＴを通じてアクティブマトリクス画素回路の保持容量（静電容量１ｐＦ）に電位の書き込み・保持を行う場合、書き込まれた電位のチャネルリーク電流による変動を１０６ｓ（＝１１．５日）後も１Ｖ以下に抑えることができる。これは、例えばアクティブマトリクス型表示装置のバックプレーン用ＴＦＴの場合、数日間の表示データ保持に相当する。
上述してきた各条件を満たす好ましい半導体としては、Ｉｎ、Ｇａ、Ｚｎ、Ｓｎのうち少なくともいずれかを含む半導体がある。
さらに、半導体の少なくとも一部が非晶質であることが好ましい。というのも、非晶質を含む半導体は多結晶半導体よりエッチング等の加工性や電気特性の近距離均一性に優れるからである。
上記の条件をすべて満たす半導体としては、アモルファスＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ（ＩＧＺＯ）、アモルファスＩｎ−Ｚｎ−Ｏ（ＩＺＯ）、アモルファスＺｎ−Ｓｎ−Ｏ（ＺＴＯ）等が知られており、これらを本発明に適用することがより好ましい。
また、好ましくは、前記半導体は、周期律表の１族から１４族に属する元素及びアンチモン及びビスマスから選択される少なくとも１種類の元素を含み、かつ、前記元素の総原子数以上の酸素原子を含む。このような半導体は酸化物半導体として広く開発されており、上記ＩＧＺＯ、ＩＺＯ及びＺＴＯもこの中に含まれる。本発明における酸化物半導体は金属酸化物である。ここで言う金属とは金属元素のことであり、１族から１４族に属する元素のうち、水素、炭素、シリコン、ゲルマニウム以外の元素及びビスマスのことである。上記の条件を満たす酸化物半導体はこれらの金属元素及び酸素からなる。また、水素、炭素、シリコン、ゲルマニウム及びアンチモンは半導体の物性を調整するために添加元素として上記酸化物半導体に含まれることがある。これら金属元素及び水素、炭素、シリコン、ゲルマニウム、アンチモンが酸化物半導体を構成する陽イオンとなり、酸素が陰イオンとなる。酸化物半導体中に含まれる酸素原子の総原子数は、（酸化物半導体中に含まれる陽イオンの総数）×（陽イオンの平均価数）／２となる。陽イオンの平均価数が＋２の場合は、酸素の総原子数は陽イオン元素の総原子数と等しくなり、＋２より小さい場合は酸素の総原子数は陽イオン元素の総原子数より少なくなる。酸化物を半導体として利用する場合、＋１価である１族酸化物はイオン結合性が強すぎ、キャリア電子の生成が困難であるため、主成分として含有させることは稀である。また、＋１価を示す１１族の酸化物はｐ型半導体となりやすく、酸化物半導体としては不安定になりやすい。逆に、＋３価又は＋４価を示す金属元素はキャリア電子の生成が容易なものが多く、酸化物半導体の構成元素としてよく用いられる。このようなことから、酸化物半導体の陽イオンの平均価数は＋２以上とすることが好ましい。本発明においては、酸化物半導体中の酸素の総原子数を陽イオン元素の総原子数以上とすることで酸化物半導体の陽イオンの平均価数を＋２以上とする。
次に、これまで説明してきた半導体及び半導体素子に関して、その作用効果についてより具体的な例を元に説明する。
（１）半導体薄膜の作製
これより、例として、半導体薄膜であるアモルファスＩＧＺＯ膜を作製し、その物性を評価する。
まず、被成膜基板としてはガラス基板（コーニング社製１７３７）を脱脂洗浄したものを用意した。ターゲット材料としては、ＩｎＧａＯ３（ＺｎＯ）組成を有する多結晶焼結体（サイズ直径７５ｍｍ、厚さ５ｍｍ、電気伝導度０．２５Ｓ・ｃｍ−１）を用いた。
酸素が５体積％含まれる酸素−アルゴン混合気体により成膜中の堆積室内の全圧を０．５Ｐａとした。また、ターゲットと被成膜基板間の距離は７５ｍｍであった。投入電力をＲＦ２００Ｗ、成膜レートを１．２Åｓ−１として成膜を行った。基板温度は特に制御しなかった。
６０ｎｍ積層した膜を肉眼で観察したところ透明であった。また６０ｎｍ積層した膜に対し、測定対象面に対して入射角０．５度でＸ線を入射させＸ線回折測定を薄膜法にて行った。明瞭な回折ピークは認められなかったことから、作製したＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ膜はアモルファスであると判断された。
蛍光Ｘ線（ＸＲＦ）分析の結果、薄膜の金属組成比はＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：０．９：０．６であった。
また、チタンと金の積層蒸着膜を用いたコプラナー型電極パターンによる電流−電圧測定を行い、同薄膜の電気伝導度を測定したところ、約１×１０−６（Ｓ・ｃｍ−１）であった。電子移動度を約５（ｃｍ２・Ｖ−１・ｓ−１）と仮定すると、電子キャリア濃度は約１×１０１２（ｃｍ−３）と推定される。
以上により、作製したＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系薄膜は、ＩｎとＧａとＺｎを含み、かつ少なくとも一部が非晶質の酸化物半導体アモルファスＩＧＺＯであることを確認した。
（２）ＴＦＴの作製
本発明を適用したＴＦＴを以下の手順で作製した。断面図を図２に示す。
まず、シリコン熱酸化膜（膜厚１００ｎｍ）付きｎ＋−シリコンウェハ（縦２０×横２０×厚さ０．５２５ｍｍ）を洗浄し基板とした。この基板上に半導体であるアモルファスＩＧＺＯをＲＦマグネトロンスパッタにより成膜した（成膜ガスＯ２（５体積％）＋Ａｒ、成膜圧力０．５Ｐａ、投入電力２００Ｗ、膜厚２０ｎｍ）。スパッタ成膜中には基板温度は特に制御しなかった。続いてエッチングによりアモルファスＩＧＺＯを所定のサイズにパターニングしチャネル層とした。続いて、全体を大気雰囲気中にて３００℃で２０分間加熱した。この上にフォトレジスト膜を形成・パターニング後、電子ビーム蒸着法でチタンと金を合計１００ｎｍ成膜し、レジスト膜をリフトオフすることによってソース電極、ドレイン電極を形成した。
以上の手順により、基板の導電部をゲート電極１２４、熱酸化膜をゲート絶縁膜１２３、アモルファスＩＧＺＯをチャネル層１２０とし、ソース電極１２１とドレイン電極１２２を備えたＴＦＴ１２９を得た。チャネル幅Ｗ＝８０μｍ、チャネル長Ｌ＝１０μｍであった。このＴＦＴにおいてドレイン−ソース間電圧Ｖｄｓ＝＋２０Ｖにて伝達特性（Ｉｄｓ−Ｖｇｓ特性；Ｉｄｓ＝ドレイン−ソース間電流、Ｖｇｓ＝ゲート−ソース間電圧）を測定したところ明らかなｎチャネル特性を示した。√Ｉｄｓ−Ｖｇｓ特性の線形近似によって求めた閾値電圧（Ｖｔｈ）と飽和移動度（μｓａｔ）はそれぞれ Ｖｔｈ＝４．８Ｖ、μｓａｔ＝１２．９ｃｍ２・Ｖ−１・ｓ−１であった。Ｓ値は０．６Ｖ・ｄｅｃ−１であった。
（３）ＴＦＴへの光照射の影響
このＴＦＴへの光照射の影響を検討した。キセノンランプからの光を回折格子分光器に導き単色化した光をＴＦＴのチャネル側に照射した。分光器の光学的スリット幅は２４ｎｍであった。照射強度は各波長において０．２ｍＷ・ｃｍ−２となるように、光路に挿入したニュートラルデンシティ（ＮＤ）フィルターの濃度を調整した。
まず、ＴＦＴに波長６００ｎｍの単色光を１００秒間照射後、そのまま光を照射しながらＶｄｓ＝＋０．５Ｖとして伝達特性を測定した。次に波長５９０ｎｍの単色光を同様に１００秒間照射後、光を照射しながら同様に伝達特性を測定した。以下同様に波長３００ｎｍまで１０ｎｍごとに波長を走査しながら測定を行った。その結果を図３に示す。見易さのために、照射光波長６００ｎｍ、５５０ｎｍ、５００ｎｍ・・・のように５０ｎｍごとの伝達曲線のみ示した。伝達曲線は照射光の短波長化に対して単調にＶｇｓの負方向に移動した。さらに、短波長側では曲線形状が変化した。
次に、伝達曲線の移動と曲線形状の変化についてさらに詳細に検討した。立ち上がり電圧（Ｖｏｎ；Ｉｄｓが１×１０−１０Ａを越えるＶｇｓ）は、Ｖｔｈと同種のＴＦＴの特性指標と考えることができる。ＶｏｎとＳ値（Ｖｏｎ近傍でのＬｏｇ（Ｉｄｓ）−Ｖｇｓ曲線の傾きの逆数）を各波長において求め波長に対してプロットし、図４及び図５を得た。Ｖｏｎ、Ｓ値とも照射光波長３６０ｎｍ程度を境に急激に変化したことがわかる。
照射光波長３６０ｎｍ以上ではＳ値の変化は測定誤差程度以下である。実際、照射光波長３６０ｎｍまでは伝達曲線の形状はほとんど変化しておらず、暗状態で測定された伝達特性を平行移動させたものとみなせることがわかった。一方、３６０ｎｍを境にＳ値は急増した。これは、３６０ｎｍよりも短波長側で伝達曲線の波形が変化することを示している。
３６０ｎｍよりも長波長側での伝達曲線の平行移動は、半導体又は近傍に分布するギャップ内準位にトラップされた負の固定電荷が解放されたためと考えられる。一方３６０ｎｍよりも短波長で見られた伝達特性変化の機構は明らかでない。おそらく光による自由キャリアのバンド間遷移により、価電子帯や伝導帯のキャリア密度及びギャップ内準位の占有状態が大きく変化したことが関係していると推察される。
（４）ギャップ内準位密度の見積
以下、伝達特性の平行移動に関係するギャップ内準位の面密度ΔＮｔ（ｃｍ−２・ｅＶ−１）を見積もる。
図４より、照射光波長λを短波長側に１０ｎｍ移動したときのＶｏｎの変化量ΔＶｏｎをλ（３６０ｎｍ≦λ≦６００ｎｍ）の関数として求める。λを１０ｎｍづつ変化させるたびに、それ以下の光子エネルギーによる励起では解放されることのなかった固定電荷が新たに解放され、Ｖｏｎが変化したと考えられる。新たに放出された固定電荷の面密度ΔＮｆ（ｃｍ−２）は、ΔＶｏｎ、ゲート絶縁膜容量Ｃｉ（Ｆ・ｃｍ−２）、素電荷ｑ（Ｃ）を用いて以下のように表される。
ΔＮｆ＝Ｃｉ・｜ΔＶｏｎ｜／ｑ
λ掃引ステップごとの照射光子エネルギーの増分Δ（ｈν）に関する補正を考慮すると、固定電荷放出に関与した局在準位の面密度ΔＮｔ（ｃｍ−２・ｅＶ−１）は次のように表される。
ΔＮｔ＝ΔＮｆ／Δ（ｈν）＝ΔＮｆ／Δ（ｈｃ／λ）
ここで、ｈはプランク定数、ｃは真空中の光速である（λの変化による照射光子数変化は無視したが、それによる誤差はλ掃引範囲の両端で高々２倍程度しかない）。
ΔＮｔを照射光子エネルギーに対してプロットしたものを図６に示す。これは、半導体における価電子帯上端のエネルギーＥＣを基準にした状態密度を表すと考えられる。
以上の解析により、このアモルファスＩＧＺＯにおけるエネルギーＥ＝ＥＣ＋２（ｅＶ）からＥＣ＋３．４（ｅＶ）までのΔＮｔ（Ｅ）はおおむね１０１３ｃｍ−２・ｅＶ−１以下であると見積もられる。
なお上記のギャップ内準位が存在する部位を特定することはまだできないが、ギャップ内準位が半導体バルク中に分布している場合、ギャップ内準位は体積密度ΔＮｔ’（ｃｍ−３・ｅＶ−１）で評価する方が好ましい。それは半導体膜厚をｄ（ｃｍ）として以下のように見積もられる。
ΔＮｔ’＝ΔＮｔ／ｄ
すなわち、膜厚１０ｎｍの半導体膜についてはΔＮｔ＝１０１３（ｃｍ−２・ｅＶ−１）はΔＮｔ’＝１０１９（ｃｍ−３・ｅＶ−１）に相当する。
（５）閾値電圧変化が生じている期間での半導体素子への光照射による特性回復
電気的ストレスによる閾値電圧変化が生じている期間に光照射を行うことにより、閾値電圧を変化させる。
まず、アモルファスＩＧＺＯ半導体の吸収端波長を以下のようにして見積もった。シリコン熱酸化膜（膜厚１００ｎｍ）付きｎ＋−シリコンウェハ基板上にアモルファスＩＧＺＯ半導体を実施形態の項と同様の条件で２０ｎｍ成膜した。紫外可視分光エリプソメトリにより、反射ｐ、ｓ偏光の位相差及び振幅比を求めた。さらに、基礎（バンド端間）吸収、すそ（サブバンド）吸収として、それぞれタウク＝ローレンツ型吸収、ガウシアン型吸収を仮定し、クラマース＝クローニヒの関係を満たすように消光係数及び屈折率のフィッティング解析を行った。その結果、基礎吸収の吸収端すなわちこの物質の光学的バンドギャップととして３．５ｅＶ（＝３５４ｎｍ）の値が得られた。
次に、これと同様のアモルファスＩＧＺＯ半導体をチャネル層とするＴＦＴを次の手順で作製した。まずシリコン熱酸化膜（膜厚１００ｎｍ）付きｎ＋シリコンウェハ基板上に、半導体となるアモルファスＩＧＺＯを同条件で成膜し、エッチングにより所定のサイズにパターニングした。続いて、全体を大気雰囲気中にて３００℃で２０分間加熱した。電子ビーム蒸着法でチタンと金を合計１００ｎｍ成膜し、リフトオフによってパターニングされたソース電極及びドレイン電極を形成した。
上記の手順でＴＦＴ素子を４試料作製し、それぞれについて、Ｖｄｓ＝＋２０Ｖにて暗所で伝達特性を測定した。これらのＴＦＴについて暗所でＶｄｓ＝＋２０Ｖにて伝達特性を測定した代表的な結果を図７の実線（１−１）で示す。さらに、これから求められたＴＦＴ特性（Ｖｔｈ、μｓａｔ、Ｓ値）を図８に示す。次に、それぞれのＴＦＴに電気的ストレスとしてＶｄｓ＝＋０．１Ｖ、Ｖｇｓ＝＋２０Ｖの電圧を１８００秒間印加した。その間、ＴＦＴによって異なる下記各条件で単色光を１８００秒間照射した。
（２−１）光照射なし
（２−２）４００ｎｍ、０．０２ｍＷ／ｃｍ２
（２−３）４００ｎｍ、０．２ｍＷ／ｃｍ２
（２−４）６００ｎｍ、０．２ｍＷ／ｃｍ２
その後光照射を止め、再びそれぞれのＴＦＴについてＶｄｓ＝＋２０Ｖにて暗所で伝達特性を測定した。
電気的ストレス印加前後において測定した各伝達特性から、Ｖｔｈ、Ｖｏｎ、μｓａｔ、Ｓ値を求めた。このうち、ストレスによるＶｔｈとＶｏｎの各変化ΔＶｔｈ（Ｖ）とΔＶｏｎ（Ｖ）を図９に示す。いずれの場合においても、電気的ストレス印加前後におけるμｓａｔとＳ値の変化は初期値に対してそれぞれ２％未満、６％未満であった。
このように、半導体素子の閾値電圧を変化させることができた。また、（２−２）のように、電気的ストレスによる閾値電圧変化を生じる該半導体素子において、該閾値電圧変化を補償することができた。また、（２−３）のように、電気的ストレスによる閾値電圧変化を生じる該半導体素子において、該閾値電圧変化の影響を相対的に小さくすることができた。また、（２−４）のように、電気的ストレスによる閾値電圧変化を生じる該半導体素子において、該閾値電圧変化を抑制することができた。これと（２−３）とを考え合わせると、照射光強度を保ったまま波長を適切に選ぶことでさらに精密な補償ができると考えられる。
また、以上のすべての例において、該半導体素子の閾値電圧以外の特性（電荷移動度やＳ値など）は電気的ストレスの印加及び光照射を施す前と同等に保つことができた。
これらのＴＦＴ素子に関して測定された、電気的ストレス印加中のＩｄｓの時間変化ΔＩｄｓを図１０に示す。ΔＩｄｓは光照射（又は電圧印加）開始時（時刻ｔ＝０）の電流Ｉｄｓに対する増減である。
これより各ＴＦＴにおける任意の時刻の閾値電圧を求めることができる。光照射によって電界効果移動度が一定のままＶｔｈのみが変化するので、Ｉｄｓの変化はすべてＶｔｈの変化によるものである。よって、次式を通じて任意の時刻のＶｔｈを求めることができる。
Ｉｄｓ＝（Ｗ／Ｌ）μｌｉｎＣｉ（Ｖｇｓ−Ｖｔｈ）Ｖｄｓ
ここでＷはチャネル幅、Ｌはチャネル長、μｌｉｎは線形移動度、Ｃｉはゲート絶縁膜容量（Ｆ・ｃｍ−２）である。
μｌｉｎがμｓａｔに等しいとしてｔ＝０からのＶｔｈの変化量ΔＶｔｈを求めた結果を図１１に示す。例えばＩｄｓが徐々に増加する条件（２−３）では、Ｖｔｈは時間とともに減少している。
（６）閾値電圧変化が生じる期間の後での半導体素子への光照射による特性回復
電気的ストレスによる閾値電圧変化が生じる期間の後に光照射を行うことにより、閾値電圧を変化させることができる。
上記と同様のＴＦＴについて、以下の手順で連続して伝達特性（３−１）〜（３−４）を測定した。
イ）暗所でＶｄｓ＝＋２０Ｖにて伝達特性（３−１）を測定した。
ロ）暗所で電気的ストレスとしてＶｄｓ＝＋２０Ｖ、Ｖｇｓ＝＋２０Ｖの電圧を３６００秒間印加した。
ハ）暗所で同様に伝達特性（３−２）を測定した。
ニ）（４００ｎｍ、０．０２ｍＷ・ｃｍ−２、１００ｓ）の条件で単色光を照射した。
ホ）暗所で伝達特性（３−３）を測定した。
ヘ）（４００ｎｍ、０．２ｍＷ・ｃｍ−２、１００ｓ）の条件で単色光を照射した。
ト）暗所で伝達特性（３−４）を測定した。
それぞれの伝達特性から求めたＶｔｈ、Ｖｏｎ、μｓａｔ、Ｓ値を図１２に示す。
Ｖｔｈ、Ｖｏｎとも電気的ストレスにより増加したが、その後の光照射によりこれを減少させることができた。その間、移動度とＳ値の各変化はそれぞれ２％未満、４％未満であった。
このように、半導体素子の閾値電圧を変化させることができた。また、（３−１）〜（３−３）のように、電気的ストレスによる閾値電圧変化を生じる該半導体素子において、該閾値電圧変化を抑制することができた。また、（３−１）〜（３−４）のように、電気的ストレスによる閾値電圧変化を生じる該半導体素子において、該閾値電圧変化の影響を相対的に小さくすることができた。また、上記の間の条件を適切に選ぶことにより、電気的ストレスによる閾値電圧変化を生じる該半導体素子において、該閾値電圧変化を補償することができることは言うまでもない。
また、以上のすべての例において、該半導体素子の閾値電圧以外の特性（電荷移動度やＳ値など）は電気的ストレスの印加とその後の光照射を行う前と同等に保つことができた。
（７）閾値電圧変化が生じる期間の前での半導体素子への光照射による特性回復
電気的ストレスによる閾値電圧変化が生じる期間の前に光照射を行うことにより、閾値電圧を変化させることができる。
上記と同様のＴＦＴについて、暗所でＶｄｓ＝＋２０Ｖにて伝達特性を測定した。次に図１３の（４−２）に示す波長と強度で単色光を照射した後、同様に暗所で伝達特性を測定した。その後、暗所で電気的ストレスとして図１３の（４−３）に示す条件で電圧Ｖｄｓ、Ｖｇｓを印加した後に、再び暗所で伝達特性を測定した。これらの測定によって求められたＴＦＴ特性を図１３中に示す。
このように、半導体素子の閾値電圧を変化させることができた。また、電気的ストレスによる閾値電圧変化を生じる該半導体素子において、該閾値電圧変化を抑制することができた。また、該半導体素子の閾値電圧以外の特性（電荷移動度やＳ値など）は処理前と同等に保つことができた。
最後に、以上のような半導体を用いた本発明の半導体装置の実施形態について、図を参照しながら詳細に説明する。
（第１の実施形態）
まず、半導体装置の第１の実施形態として、画像表示装置、ここでは液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）に本発明を用いた実施形態を以下に示す。ＬＣＤはその内部にバックライト光源を有する。これを本実施形態の光源として用いることが可能である。他の画像表示装置においても、ほとんどの装置が光源を有するので、その光源を本発明の光源に利用することができる。例えば、有機ＥＬディスプレイであれば有機ＥＬ層からの発光を本発明の光源に利用できる。もちろん、それら光源を本発明の光源と併用せずに、本発明の光源を別途設けてもよいし、環境からの光を光源にするなどの方法をとることもできる。光源を有しない反射型ディスプレイ装置並びに他の装置などに関しては、光源の別途設置又は環境からの光の利用が望ましい。
図１４に本発明を用いたＬＣＤの概略構造を示す。ガラス基板９３０上にアモルファスＩＧＺＯ半導体薄膜をチャネル層１３０に用いたトップゲート型ＴＦＴ１３９を作製する。このときのＴＦＴ構造はトップゲート構造に限るものではなく、ボトムゲート型構造でもよいし、他の構造でもよい。ソース１３１又はドレイン１３２のいずれかが、ＴＦＴに隣接して設けられた透明電極６３０に接続される。チャネル層上にゲート絶縁膜１３３、さらにその上にゲート電極１３４を設け、さらにその上方に保護膜１３５を設けて、ＴＦＴ１３９を構成する。ＴＦＴ１３９の上方にはＴＦＴを覆うように遮光膜４３０が配置される。遮光膜４３０は環境からの光、又は後に説明するバックライトユニット２３０からの散乱光などの外部光がＴＦＴ上部からＴＦＴ内に進入してＴＦＴ特性を変化させることを防ぐものである。遮光膜４３０は金属膜あるいはシリコン膜から成るものが望ましい。又は、着色した樹脂などを遮光膜４３０に用いることも可能である。
透明電極６３０及びＴＦＴ１３９が形成されたガラス基板の上方には、スペーサなどにより空間を確保した上でカラーフィルター基板８３９が設置される。カラーフィルター基板８３９はガラス基板８３０、カラーフィルター８３１、透明電極８３２、配向膜８３３などからなる。カラーフィルター基板８３９と透明電極６３０及びＴＦＴ１３９の間の空間には液晶が充填され、空間は液晶層５３０となる。
ＴＦＴ１３９が形成されるガラス基板の下方には、バックライトユニット２３０が併設され、ガラス基板９３０とバックライトユニットの間には偏光板７３０が配置される。さらにバックライトユニット２３０とＴＦＴ１３９の間に調光機構としてカラーフィルター３３０を設置する。カラーフィルター３３０の位置は、ＴＦＴ１３９とバックライトユニット２３０との間で、かつバックライトユニット２３０からＴＦＴ１３９に照射される光の光路の一部であればよい。すなわちＴＦＴ１３９が形成されたガラス基板９３０と偏光板７３０の間か、又は偏光板７３０とバックライトユニット２３０の間でよい。このカラーフィルター３３０により、バックライトユニット２３０からのＴＦＴ１３９に照射される光の大部分はカラーフィルター３３０を透過した光となる。
カラーフィルター３３０は、例えば有機色素などによる吸収を利用したローパスフィルターを用いることができる。これにより、バックライトユニット２３０から発した光のうち、チャネル層１３０に用いたアモルファスＩＧＺＯ半導体薄膜の吸収端波長である約３５０ｎｍ以下の短い波長の光を取り除き、３５０ｎｍより長い波長の光のみをチャネル層１３０に照射する。
ＬＣＤ装置を動作させている間、それぞれの画素のＴＦＴは動作しており、その動作によるゲート電圧印加ストレスあるいはＬＣＤ装置内部環境温度上昇による熱ストレスによりＴＦＴ特性は変化する。同時にＬＣＤ装置を動作させている間は、バックライトユニット２３０は点灯しており、バックライトユニットからの光がカラーフィルター３３０を透過することで、ＴＦＴ動作中には半導体の吸収端波長より長波長の光がＴＦＴに照射されている。このように、ＬＣＤ装置動作中に半導体の吸収端波長より長波長の光を半導体に照射することにより、装置駆動時のＴＦＴ特性変化を抑制又は補償、あるいは駆動前の特性に近い状態まで回復させることができる。
また、ＬＣＤ装置の駆動を終了した際に、ＴＦＴ１３９をオフとした状態でバックライトユニット２３０を暫くの間点灯状態に保ち、その間に半導体の吸収端波長より長波長の光をＴＦＴに照射することもできる。これによりＬＣＤ装置動作時に変化したＴＦＴ特性を変化前の状態に近い状態まで回復させることが可能である。
さらに、ＬＣＤ装置の駆動を開始する以前にあらかじめＴＦＴ１３９をオフとした状態でバックライトユニット２３０は暫くの間点灯状態に保ち、その間に半導体の吸収端波長より長波長の光をＴＦＴに照射することもできる。こうすることで、ＴＦＴ特性に装置動作中での変化とは逆の変化を生じさせる。その後、ＬＣＤ装置を動作させることにより、電気的ストレス又は熱ストレス等によってＴＦＴ特性を光照射前の特性に近い状態にすることが可能である。これによって、装置動作中のストレスがあっても、良好な特性のままでＴＦＴを駆動させることが可能である。
（第２の実施形態）
次に、半導体装置の第２の実施形態として、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）に本発明を用いた別の実施形態を以下に示す。本実施形態では、装置が有する光源の強度が目的に対して強過ぎる場合、光源から光を直接的に半導体に照射せずに、散乱光を半導体に照射することを特徴としている。
図１５に本発明を用いたＬＣＤの概略構造を示す。ガラス基板９４０上に遮光膜４４０及びその上方に絶縁膜４４１を形成し、遮光膜を設置した部分の上方にアモルファスＩＧＺＯ半導体薄膜をチャネル層１４０に用いたＴＦＴ１４９を作製する。ソース１４１又はドレイン１４２のいずれかが、ＴＦＴに隣接して設けられた透明電極６４０に接続される。チャネル層上にゲート絶縁膜１４３がさらにその上にゲート電極１４４が設置され、さらにその上方に保護膜１４５を設置してＴＦＴ１４９となる。ＴＦＴ１４９上方にはＴＦＴを覆うようにカラーフィルター３４０が配置される。
さらに第１の実施形態と同様にガラス基板８４０、カラーフィルター８４１、透明電極８４２、配向膜８４３などからなるカラーフィルター基板８４９、透明電極６４０、液晶層５４０、バックライトユニット２４０、偏光板７４０などが設置される。
バックライトユニット２４０からの直接光は遮光膜４４０にさえぎられ、チャネル層１４０には直接照射されない。また、バックライトユニットからの散乱光はＴＦＴ上方に設けたカラーフィルター３４０を通ることで、半導体の吸収端波長より長い波長に調整された状態でチャネル層１４０に照射される。これにより、装置駆動時のＴＦＴ特性変化を抑制、補償、あるいは駆動前の特性に近い状態まで回復させることができる。
（第３の実施形態）
次に、半導体装置の第３の実施形態として、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）に本発明を用いたさらに別の実施形態を以下に示す。本実施形態では、半導体素子の駆動時の特性変化を検知しつつ、その特性変化量に応じて照射光の強度、時間、波長を変化させて光を照射し、半導体素子の特性を変化以前の状態に近い状態まで回復させることができる。
図１６に本発明を用いたＬＣＤの概略構造を示す。ガラス基板９５０上にアモルファスＩＧＺＯ半導体薄膜をチャネル層１５０に用いたＴＦＴ１５９を作製する。ソース１５１又はドレイン１５２のいずれかが、ＴＦＴに隣接して設けられた透明電極６５０に接続される。チャネル層上にゲート絶縁膜１５３がさらにその上にゲート電極１５４が設置され、さらにその上方に保護膜１５５を設置してＴＦＴ１５９となる。ＴＦＴ１５９上方にはＴＦＴを覆うように遮光膜４５０が配置される。
透明電極６５０及びＴＦＴ１５９が形成されたガラス基板の上方には、スペーサなどにより空間を確保した上でガラス基板８５０、カラーフィルター８５１、透明電極８５２、配向膜８５３などからなるカラーフィルター基板８５９が設置される。カラーフィルター基板８５９と透明電極６５０及びＴＦＴ１５９の間の空間には液晶が充填され、空間は液晶層５５０となる。
ＴＦＴ１５９が形成されるガラス基板の下方には、バックライトユニット２５０が設置され、ガラス基板９５０とバックライトユニットの間には偏光板７５０が配置される。さらにバックライトユニット２５０とＴＦＴ１５９の間に調光機構３５９として透明電極３５１、３５２にはさまれた液晶層３５０を設置する。調光機構の前後には通常の有機材料からなるハイカットフィルターなどのカラーフィルターを設置してもよい。調光機構３５９としては、液晶層３５０の代わりにエレクトロクロミック素子、又は電気光学効果を有する誘電体素子を用いることができる。これらはすべて透明電極３５１と３５２間に印加する電圧により、透過光強度、偏光状態、波長を変化させることができる。偏光状態変化は偏光板７５０との組み合わせにより、透過光強度変化と同等の変化となる。調光機構３５９による透過光強度の調整は、強度を連続的に変化させて適度な強度の光を照射させるように制御することが可能である。また、透過光をほぼ遮断してしまい光シャッターの開閉のように制御することも可能である。
調光機構３５９の位置は、ＴＦＴ１５９とバックライトユニット２５０との間で、かつバックライトユニット２５０からＴＦＴ１５９に照射される光の光路の一部であればよい。すなわちＴＦＴ１５９が形成されたガラス基板９５０と偏光板７５０の間でもよく、又は偏光板７５０とバックライトユニット２５０の間でもよい。
図１７に示すように、ＴＦＴ１５９はＴＦＴ特性を検知する機構１６０に接続されており、検知されたＴＦＴ特性を基に演算機構１７０は調光機構への電圧出力値を決定する。そして、出力機構１８０が調光機構３５９の透明電極３５１、３５２に電圧を印加して、半導体特性を回復させるに適した光を半導体に照射する。これにより、装置駆動時のＴＦＴ特性変化を抑制、補償、あるいは駆動前の特性に近い状態まで回復させることができる。
以上、ＬＣＤを例にして本発明を用いた半導体装置の実施形態を説明してきたが、本発明を適用可能な半導体装置は以上の構成に限られない。
本発明は、さまざまな半導体装置に適用できる。具体的には、ＬＣＤや有機ＥＬディスプレイや無機ＥＬディスプレイなどの表示装置や、メモリ、電子タグなどの半導体装置に適用することができる。
本発明の特徴を概略的に説明する図である。 本発明を適用できるＴＦＴの断面図である。 本発明を適用できるＴＦＴの伝達特性への光照射の影響を説明する図である。 本発明を適用できるＴＦＴの伝達特性における立ち上がり電圧の照射光波長依存性を説明する図である。 本発明を適用できるＴＦＴの伝達特性におけるＳ値の照射光波長依存性を説明する図である。 本発明を適用できるＴＦＴにおいて、固定電荷放出に関与した局在準位の面密度の照射光波長依存性を説明する図である。 半導体素子への光照射による特性変化を示す図である。 半導体素子への光照射による特性変化を示す図である。 閾値電圧変化が生じている期間での半導体素子への光照射による特性回復を示す図である。 閾値電圧変化が生じている期間での半導体素子への光照射による特性回復を示す図である。 閾値電圧変化が生じている期間での半導体素子への光照射による特性回復を示す図である。 閾値電圧変化が生じる期間の後での半導体素子への光照射による特性回復を示す図である。 閾値電圧変化が生じる期間の前での半導体素子への光照射による特性回復を示す図である。 本発明の第１の実施形態の概略図である。 本発明の第２の実施形態の概略図である。 本発明の第３の実施形態の概略図である。 ＴＦＴ特性変化の検知とそれに基づく光照射の調整の概念を示す図である。
符号の説明
１００ 半導体
１２０、１３０、１４０、１５０ チャネル層
１２１、１３１、１４１、１５１ ソース
１２２、１３２、１４２、１５２ ドレイン
１２３、１３３、１４３、１５３ ゲート絶縁膜
１２４、１３４、１４４、１５４ ゲート電極
１３５、１４５、１５５ 保護膜
１２９、１３９、１４９、１５９ ＴＦＴ
１６０ ＴＦＴ特性を検知する機構
１７０ 演算機構
１８０ 出力機構
２００ 光源
２１０ 光
２３０、２４０、２５０ バックライトユニット
３００、３５９ 調光機構
３３０、３４０ カラーフィルター
３５０ 液晶層（又はエレクトロクロミック材料又は電気光学効果を示す誘電体材料）
３５１、３５２ 透明電極
４３０、４４０、４５０ 遮光膜
５３０、５４０、５５０ 液晶層
６３０、６４０、６５０ 透明電極
７３０、７４０、７５０ 偏光板
８３０、８４０、８５０ ガラス基板
８３１、８４１、８５１ カラーフィルター
８３２、８４２、８５２ 透明電極
８３３、８４３、８５３ 配向膜
８３９、８４９、８５９ カラーフィルター基板
９３０、９４０、９５０ ガラス基板

Claims (18)

  1. 少なくとも半導体を構成要素として有する半導体素子を備えた半導体装置であって、
    前記半導体の吸収端波長より長波長の光を該半導体に照射する機構と、
    前記光が通過する光路の一部に設けられた、光の強度、照射時間又は波長から選択される少なくとも１つを調節する調光機構と、
    を有し、
    前記調光機構は、前記半導体素子の閾値電圧の変化を検知し、検知した変化に基づいて前記光を調節し、
    前記調光機構によって調節された前記光により、前記半導体素子の閾値電圧を変化させることを特徴とする半導体装置。
  2. 前記調光機構は、前記半導体の吸収端波長よりも短波長の光を吸収又は遮断することを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
  3. 前記調光機構は、光を照射するための光源と半導体との間に設けられることを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体装置。
  4. 前記調光機構は、液晶素子を含むことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の半導体装置。
  5. 前記調光機構は、エレクトロクロミック素子を含むことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の半導体装置。
  6. 前記調光機構は、カラーフィルターを含むことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の半導体装置。
  7. 前記調光機構は、電気光学効果素子を含むことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の半導体装置。
  8. 前記半導体素子は、ゲート電極、ソース電極、ドレイン電極、チャネル層、ゲート絶縁膜から少なくともなり、前記半導体は該チャネル層であることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の半導体装置。
  9. 前記半導体のギャップ内準位の面密度は、１０ １３ ｃｍ −２ ｅＶ −１ 以下であることを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の半導体装置。
  10. 前記半導体は、バンドギャップが１．５５ｅＶ以上の半導体であることを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載の半導体装置。
  11. 前記半導体は、バンドギャップが２ｅＶ以上の半導体であることを特徴とする請求項１０に記載の半導体装置。
  12. 前記半導体は、Ｉｎ、Ｇａ、Ｚｎ、Ｓｎから選択される少なくとも１つの元素を含むことを特徴とする請求項１から１１のいずれか１項に記載の半導体装置。
  13. 前記半導体は、少なくとも一部が非晶質であることを特徴とする請求項１から１２のいずれか１項に記載の半導体装置。
  14. 前記半導体は、アモルファスＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ（ＩＧＺＯ）、アモルファスＩｎ−Ｚｎ−Ｏ（ＩＺＯ）又はアモルファスＺｎ−Ｓｎ−Ｏ（ＺＴＯ）であることを特徴とする請求項１３に記載の半導体装置。
  15. 前記半導体は、周期律表の１族から１４族に属する元素及びアンチモン及びビスマスから選択される少なくとも１種類の元素を含み、かつ、前記元素の総原子数以上の酸素原子を含むことを特徴とする請求項９から１４のいずれか１項に記載の半導体装置。
  16. 画像表示装置であることを特徴とする請求項１から１５のいずれか１項に記載の半導体装置。
  17. バックライト光源を有する画像表示装置であり、前記半導体の吸収端波長より長波長の光を該半導体に照射する機構は、該バックライト光源であることを特徴とする請求項１６に記載の半導体装置。
  18. 前記半導体素子は薄膜トランジスタであり、該薄膜トランジスタは該薄膜トランジスタのＴＦＴ特性を検知する機構に接続され、該ＴＦＴ特性を検知する機構によって検知されたＴＦＴ特性を基に前記調光機構は前記光を調節することを特徴とする請求項１６又は１７に記載の半導体装置。
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