JP6204945B2

JP6204945B2 - 半導体装置

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Publication number: JP6204945B2
Application number: JP2015163625A
Authority: JP
Inventors: 山崎　舜平; 舜平山崎
Original assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Current assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Priority date: 2010-04-02
Filing date: 2015-08-21
Publication date: 2017-09-27
Anticipated expiration: 2031-03-31
Also published as: JP2019149584A; JP6936365B2; JP6726787B2; JP2011228690A; JP2018037694A; JP6563468B2; JP2020174192A; JP2015228515A; JP2016157989A; US20110240994A1; US9190522B2

Description

半導体装置および半導体装置の作製方法に関する。

なお、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
全般を指し、電気光学装置、半導体回路および電子機器は全て半導体装置である。

絶縁表面を有する基板上に形成された半導体薄膜を用いてトランジスタを構成する技術が
注目されている。該トランジスタは集積回路（ＩＣ）や画像表示装置（表示装置）のよう
な電子デバイスに広く応用されている。トランジスタに適用可能な半導体薄膜としてシリ
コン系半導体材料が広く知られているが、その他の材料として酸化物半導体が注目されて
いる。

例えば、トランジスタの活性層として、電子キャリア濃度が１０^１８／ｃｍ^３未満である
インジウム（Ｉｎ）、ガリウム（Ｇａ）、および亜鉛（Ｚｎ）を含む非晶質酸化物を用い
たトランジスタが開示されている（特許文献１参照）。

酸化物半導体を用いたトランジスタは、アモルファスシリコンを用いたトランジスタより
も動作速度が速く、多結晶シリコンを用いたトランジスタよりも製造が容易であるものの
、電気的特性が変動しやすく信頼性が低いという問題点が知られている。例えば、光ＢＴ
試験前後において、トランジスタのしきい値電圧は変動してしまう。これに対して、特許
文献２および特許文献３では、酸化物半導体を用いたトランジスタのしきい値電圧のシフ
トを抑制するために、酸化物半導体層のチャネル形成領域と接して設けた界面安定化層に
よって酸化物半導体層の界面における電荷トラップを防止する技術が開示されている。

特開２００６−１６５５２８号公報特開２０１０−１６３４７号公報特開２０１０−１６３４８号公報

しかしながら、特許文献２または特許文献３で開示されたトランジスタは、界面安定化層
として、ゲート絶縁層と同質性を有する層を用いており、活性層との界面の状態を良好に
保つことができないため、活性層と界面安定化層との界面における電荷トラップを抑制す
ることが困難である。特に、界面安定化層と活性層が同等のバンドギャップを有する場合
には、電荷の蓄積が容易に起こりえる。

したがって、酸化物半導体を用いたトランジスタは、未だ十分な信頼性を有しているとは
言えない。

このような問題に鑑み、酸化物半導体を用いた半導体装置に安定した電気的特性を付与し
、高信頼性化することを目的の一とする。

開示する発明の一態様は、ゲート絶縁膜と、活性層としての酸化物半導体膜が直接的に接
するのではなく、これらの間に、これらと接して金属酸化物膜が存在し、且つ該金属酸化
物膜は酸化物半導体膜と同種の成分でなることを技術的思想とするものである。つまり、
開示する発明の一態様は、金属酸化物膜および酸化物半導体膜とは異なる成分でなるゲー
ト絶縁膜と、金属酸化物膜と、酸化物半導体膜と、が積層された構造を備えている。ここ
で、「酸化物半導体膜と同種の成分」とは、酸化物半導体膜の構成元素から選択される一
または複数の金属元素を含むことを意味する。

このような積層構造を備えることにより、半導体装置の動作などに起因して生じうる電荷
などが、ゲート絶縁膜と酸化物半導体膜との界面に捕獲されることを十分に抑制すること
ができるのである。この効果は、酸化物半導体膜と相性の良い材料によって構成された金
属酸化物膜を酸化物半導体膜と接する態様で存在させることで、半導体装置の動作などに
起因して生じうる電荷などが酸化物半導体膜と金属酸化物膜との界面に捕獲されることを
抑制し、さらに、界面に電荷の捕獲中心が形成されうる材料を用いて構成されたゲート絶
縁膜を金属酸化物膜と接する態様で存在させることにより、金属酸化物膜とゲート絶縁膜
との界面に上述の電荷を捕獲させることができるというメカニズムによるものである。

すなわち、金属酸化物膜のみでは、電荷が多量に生じる状況において酸化物半導体膜との
界面における電荷の捕獲を抑制するのが困難になるところ、金属酸化物膜と接するゲート
絶縁膜により、金属酸化物膜とゲート絶縁膜との界面に優先的に電荷を捕獲し、酸化物半
導体膜と金属酸化物膜との界面における電荷の捕獲を抑制することができるのである。こ
のように、開示する発明の一態様に係る効果は、金属酸化物膜及び酸化物半導体膜とは異
なる成分でなるゲート絶縁膜と、酸化物半導体膜と同種の成分でなる金属酸化物膜と、酸
化物半導体膜と、が積層された構造に起因するものであって、ゲート絶縁膜と同質性を有
する金属酸化物膜と、酸化物半導体膜と、の積層構造が生ずる効果とは異質のものである
ということができる。

そして、酸化物半導体膜の界面における電荷の捕獲を抑制し、電荷の捕獲中心を酸化物半
導体膜から遠ざけることができるという上述の効果により、半導体装置の動作不具合を抑
制し、半導体装置の信頼性を向上させることができるのである。

なお、上述のメカニズムから、金属酸化物膜は十分な厚みを有していることが望ましい。
金属酸化物膜が薄い場合には、金属酸化物膜とゲート絶縁膜との界面に捕獲される電荷の
酸化物半導体膜に対する影響が大きくなる場合があるためである。例えば、金属酸化物膜
は、酸化物半導体膜よりも厚くするのが好適である。

また、絶縁性を有する金属酸化物膜は、ソース電極およびドレイン電極と酸化物半導体膜
との接続を妨げない態様で形成されるので、ソース電極またはドレイン電極と、酸化物半
導体膜との間に金属酸化物膜が存在する場合と比較して抵抗の増大を防ぐことができる。
よって、トランジスタの電気的特性の低下を抑制することができる。

なお、酸化物半導体は薄膜形成工程において、酸素の過不足などによる化学量論的組成か
らのずれや、電子供与体を形成する水素や水分の混入などが生じると、その電気伝導度が
変化してしまう。このような現象は、酸化物半導体を用いたトランジスタにとって電気的
特性の変動要因となる。したがって、水素、水分、水酸基または水素化物（水素化合物と
もいう）などの不純物を酸化物半導体より意図的に排除し、かつ不純物の排除工程によっ
て同時に減少してしまう酸化物半導体を構成する主成分材料である酸素を供給することに
よって、酸化物半導体膜を高純度化および電気的にｉ型（真性）化する。

ｉ型（真性）の酸化物半導体とは、ｎ型不純物である水素を酸化物半導体から除去し、酸
化物半導体の主成分以外の不純物が極力含まれないように高純度化することによりｉ型（
真性）の酸化物半導体、またはｉ型（真性）に限りなく近い酸化物半導体としたものであ
る。

なお、酸化物半導体膜をｉ型化する工程において、酸化物半導体膜と同種の成分でなる金
属酸化物膜も同時にｉ型化することも可能である。開示する発明の一態様において、酸化
物半導体膜に接して設けられた金属酸化物膜は、水分や水素等の不純物が十分に低減され
、電気的にｉ型化した金属酸化物膜であるのが望ましい。

高純度化された酸化物半導体膜を有するトランジスタは、しきい値電圧やオン電流などの
電気的特性に温度依存性がほとんど見られない。また、光劣化によるトランジスタ特性の
変動も少ない。

開示する発明の一態様は、酸化物半導体膜と、酸化物半導体膜と電気的に接続するソース
電極およびドレイン電極と、酸化物半導体膜と一部が接する金属酸化物膜と、金属酸化物
膜上において該金属酸化物膜と接するゲート絶縁膜と、ゲート絶縁膜上のゲート電極と、
を有する半導体装置である。

上記において、金属酸化物膜は、酸化物半導体膜の構成元素から選択される一または複数
の金属元素の酸化物を含んで構成されることがある。また、金属酸化物膜のエネルギーギ
ャップは、酸化物半導体膜のエネルギーギャップより大きい場合がある。また、金属酸化
物膜の伝導帯の下端のエネルギーは、酸化物半導体膜の伝導帯の下端のエネルギーより高
いことがある。

また、上記において、金属酸化物膜は、酸化ガリウムを含んで構成されることがある。ま
た、ゲート絶縁膜は、酸化シリコンまたは酸化ハフニウムを含んで構成されることがある
。

また、上記において、少なくとも酸化物半導体膜の上面の一部が、ソース電極及びドレイ
ン電極と接することがある。また、上記において、少なくともソース電極及びドレイン電
極の上面の一部が、酸化物半導体膜と接することがある。また、上記において、少なくと
もソース電極及びドレイン電極の上面の一部が、酸化物半導体膜と接し、酸化物半導体膜
のチャネル長方向の側端部と、金属酸化膜のチャネル長方向の側端部と、が一致すること
がある。

また、上記において、ゲート絶縁膜およびゲート電極を覆う第２の絶縁膜を有することが
ある。また、酸化物半導体膜の下方に導電膜を有することがある。

なお、上記において、ソース電極とドレイン電極の間隔によって決定されるトランジスタ
のチャネル長Ｌは、１０ｎｍ以上１０μｍ以下、例えば、０．１μｍ〜０．５μｍとする
ことができる。もちろん、チャネル長Ｌは、１μｍ以上であっても構わない。また、チャ
ネル幅についても、１０ｎｍ以上とすることができる。

本発明の一形態により、安定した電気特性を有するトランジスタが提供される。

または、本発明の一形態により、電気特性が良好で信頼性の高いトランジスタを有する半
導体装置が提供される。

半導体装置の一態様を示す平面図および断面図。酸化物半導体膜および金属酸化物膜を有するトランジスタにおけるバンド図。半導体装置の一態様を示す図。半導体装置の作製工程の一例を示す図。半導体装置の作製工程の一例を示す図。半導体装置の一形態を説明する図。半導体装置の一形態を説明する図。半導体装置の一形態を説明する図。半導体装置の一形態を説明する図。電子機器を示す図。

以下では、本発明の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。ただし、本発明は
以下の説明に限定されず、その形態およ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。また、本発明は以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈さ
れるものではない。

なお、第１、第２として付される序数詞は便宜上用いるものであり、工程順または積層順
を示すものではない。また、本明細書において発明を特定するための事項として固有の名
称を示すものではない。

（実施の形態１）
本実施の形態では、半導体装置および半導体装置の作製方法の一形態を、図１乃至図５を
用いて説明する。

〈半導体装置の構成例〉
図１には、開示する発明の一態様に係る半導体装置の例として、トランジスタ１１０の平
面図および断面図を示す。ここで、図１（Ａ）は平面図であり、図１（Ｂ）および図１（
Ｃ）はそれぞれ、図１（Ａ）におけるＡ−Ｂ断面およびＣ−Ｄ断面に係る断面図である。
なお、図１（Ａ）では、煩雑になることを避けるため、トランジスタ１１０の構成要素の
一部を省略している。

図１に示すトランジスタ１１０は、基板２００上の、酸化物半導体膜２０６、ソース電極
２０８ａ、ドレイン電極２０８ｂ、金属酸化物膜２１０、ゲート絶縁膜２１２、ゲート電
極２１４を含む。

図１に示すトランジスタにおいて、金属酸化物膜２１０は、ソース電極２０８ａおよびド
レイン電極２０８ｂを覆うように設けられている。

ここで、金属酸化物膜２１０には、酸化物半導体膜２０６と同種の成分でなる酸化物を用
いるのが望ましい。具体的には、酸化物半導体膜の構成元素から選択される一または複数
の金属元素の酸化物でなる膜である。このような材料は酸化物半導体膜２０６との相性が
良く、これを金属酸化物膜２１０に用いることで、酸化物半導体膜との界面の状態を良好
に保つことができるからである。つまり、上述の材料を金属酸化物膜２１０に用いること
で、酸化物半導体膜とこれに接する金属酸化物膜の界面（ここでは、酸化物半導体膜２０
６と金属酸化物膜２１０との界面）における電荷の捕獲を抑制することができるのである
。

なお、酸化物半導体膜２０６を活性層として用いる関係上、金属酸化物膜２１０のエネル
ギーギャップは、酸化物半導体膜２０６のエネルギーギャップより大きいことが求められ
る。また、金属酸化物膜２１０と酸化物半導体膜２０６の間には、少なくとも室温（２０
℃）において、酸化物半導体膜２０６からキャリアが流出しない程度のエネルギー障壁の
形成が求められる。例えば、金属酸化物膜２１０の伝導帯の下端と、酸化物半導体膜２０
６の伝導帯の下端とのエネルギー差、あるいは、金属酸化物膜２１０の価電子帯の上端と
、酸化物半導体膜２０６の価電子帯の上端とのエネルギー差は０．５ｅＶ以上であるのが
望ましく、０．７ｅＶ以上であるとより望ましい。また、１．５ｅＶ以下であると望まし
い。

具体的には、例えば、酸化物半導体膜２０６にＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系の材料を用いる場
合には、酸化ガリウムを含む材料などを用いて金属酸化物膜２１０を形成すればよい。な
お、酸化ガリウムとＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系の材料を接触させた場合のエネルギー障壁は
、伝導帯側で約０．８ｅＶとなり、価電子帯側で約０．９ｅＶとなる。

なお、酸化ガリウムは、ＧａＯ_ｘとも表記され、酸素が化学量論比よりも過剰となるよう
ｘの値を設定するのが好ましい。例えば、ｘの値を１．４以上２．０以下とするのが好ま
しく、ｘの値を１．５以上１．８以下とするのがより好ましい。ただし、酸化ガリウム膜
中に、イットリウムなどの３族元素、ハフニウムなどの４族元素、アルミニウムなどの１
３族元素、シリコンなどの１４族元素、窒素、などの水素以外の不純物元素を含ませるこ
とで、酸化ガリウムのエネルギーギャップを拡大させて絶縁性を高めても良い。不純物を
含まない酸化ガリウム膜のエネルギーギャップは４．９ｅＶであるが、上述の不純物を、
例えば０原子％を超えて２０原子％以下程度含ませることで、そのエネルギーギャップを
６ｅＶ程度まで拡大することができる。

なお、電荷の発生源や捕獲中心を低減するという観点からは、金属酸化物膜における水素
や水などの不純物は十分に低減されたものであるのが望ましい。この思想は、酸化物半導
体膜における不純物低減の思想と共通するものである。

また、ゲート絶縁膜２１２には、金属酸化物膜２１０と接触させることによって、その界
面に電荷の捕獲中心が形成されうる材料を用いるのが望ましい。このような材料をゲート
絶縁膜２１２に用いることで、電荷はゲート絶縁膜２１２と金属酸化物膜２１０との界面
に捕獲されるため、金属酸化物膜２１０と酸化物半導体膜２０６の界面での電荷捕獲を十
分に抑制することができるようになる。

具体的には、ゲート絶縁膜２１２には、酸化シリコン、窒化シリコン、酸化アルミニウム
、窒化アルミニウム、これらの混合材料、などを単層でまたは積層して用いればよい。例
えば、金属酸化物膜２１０に酸化ガリウムを含む材料を用いる場合には、ゲート絶縁膜２
１２には、酸化シリコンや窒化シリコンなどを用いるのが好適である。また、金属酸化物
膜２１０と接する関係上、ゲート絶縁膜２１２のエネルギーギャップは、金属酸化物膜２
１０のエネルギーギャップより大きいことが望ましい。

なお、ゲート絶縁膜２１２と金属酸化物膜２１０との界面に電荷の捕獲中心を形成するこ
とができるのであれば、ゲート絶縁膜２１２の材料を上述のものに限定する必要はない。
また、ゲート絶縁膜２１２と金属酸化物膜２１０との界面に、電荷の捕獲中心が形成され
る処理を行っても良い。このような処理としては、例えば、プラズマ処理や元素の添加処
理（イオン注入など）がある。

トランジスタ１１０上には、さらに絶縁膜が設けられていても良い。また、ソース電極２
０８ａやドレイン電極２０８ｂと配線とを電気的に接続させるために、金属酸化物膜２１
０、ゲート絶縁膜２１２、などには開口が形成されていても良い。また、酸化物半導体膜
２０６の下方に、さらに、第２のゲート電極を有していても良い。なお、酸化物半導体膜
２０６は島状に加工されていることが望ましいが、島状に加工されていなくても良い。

図２は、上述のトランジスタ１１０、すなわち、ゲート電極ＧＥ側から絶縁膜、金属酸化
物膜、酸化物半導体膜、および基板を接合した構造、におけるエネルギーバンド図（模式
図）である。図２では、絶縁膜、金属酸化物膜、酸化物半導体膜のいずれもが真性である
という理想的な状況を仮定し、絶縁膜として酸化シリコン（ＳｉＯ_ｘ）（バンドギャップ
Ｅｇ８ｅＶ〜９ｅＶ）を、金属酸化物膜として酸化ガリウム（ＧａＯ_ｘ）（バンドギャッ
プＥｇ４．９ｅＶ）を、酸化物半導体膜としてＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系非単結晶膜（ＯＳ
）（バンドギャップＥｇ３．１５ｅＶ）を用いた場合について示している。また、基板は
主成分を酸化シリコンとするガラス基板（ＳｉＯ_ｘ）であるとする。なお、酸化シリコン
の真空準位と伝導帯下端のエネルギー差は０．９５ｅＶであり、酸化ガリウムの真空準位
と伝導帯下端のエネルギー差は３．５ｅＶであり、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系非単結晶膜の
真空準位と伝導帯下端のエネルギー差は４．３ｅＶである。なお、図２には酸化物半導体
膜のフェルミ準位Ｅ_Ｆも記載する。

図２に示すように、酸化物半導体膜のゲート電極側（チャネル側）には、酸化物半導体と
金属酸化物との界面に約０．８ｅＶおよび約０．９５ｅＶのエネルギー障壁が存在する。
酸化物半導体と金属酸化物との界面において、このようなエネルギー障壁が存在すること
により、その界面においてキャリアの移動は妨げられるため、キャリアは酸化物半導体か
ら金属酸化物に移動することなく、酸化物半導体中を移動する。つまり、酸化物半導体膜
を、酸化物半導体よりもバンドギャップが段階的に大きくなる材料（ここでは、金属酸化
物膜と絶縁膜）を積層して設けることにより、キャリアは酸化物半導体膜中を移動する。

図３（Ａ）乃至図３（Ｆ）に、トランジスタ１１０とは異なる構成のトランジスタの断面
構造を示す。図３（Ａ）乃至図３（Ｆ）では、開示する発明の一態様に係るトランジスタ
として、トップゲート型のトランジスタを示している。

図３（Ａ）に示すトランジスタ１２０は、酸化物半導体膜２０６、ソース電極２０８ａ、
ドレイン電極２０８ｂ、金属酸化物膜２１０、ゲート絶縁膜２１２、ゲート電極２１４を
含む点で、トランジスタ１１０と共通している。トランジスタ１２０とトランジスタ１１
０との相違は、酸化物半導体膜２０６と、ソース電極２０８ａまたはドレイン電極２０８
ｂが接続する位置である。すなわち、トランジスタ１２０では、酸化物半導体膜２０６の
下部において、酸化物半導体膜２０６と、ソース電極２０８ａやドレイン電極２０８ｂと
が接している。その他の構成要素については、図１のトランジスタ１１０と同様である。
詳細は、図１に関する記載を参酌することができる。

図３（Ｂ）に示すトランジスタ１３０は、上述の各構成要素を含む点で、図３（Ａ）に示
すトランジスタ１２０と共通している。トランジスタ１３０とトランジスタ１２０との相
違は、凸形状を有する絶縁膜２０２が設けられているか否かである。図３（Ｂ）に示すト
ランジスタ１３０においては、ソース電極２０８ａおよびドレイン電極２０８ｂの上面の
少なくとも一部を露出するように、ソース電極２０８ａおよびドレイン電極２０８ｂ上に
絶縁膜２０２が設けられており、当該絶縁膜上に酸化物半導体膜２０６が設けられる。ま
た絶縁膜２０２は、ソース電極２０８ａとドレイン電極２０８ｂの間に凸形状を有するの
で、酸化物半導体膜２０６もソース電極２０８ａとドレイン電極２０８ｂの間に凸形状を
有する。その他の構成要素については、図３（Ａ）のトランジスタ１２０と同様である。

図３（Ｃ）に示すトランジスタ１４０は、上述の各構成要素を含む点で、図３（Ｂ）に示
すトランジスタ１３０と共通している。トランジスタ１４０とトランジスタ１３０との相
違は、絶縁膜２０２に代えて、金属酸化物膜２１０と同様の材料からなる金属酸化物膜２
０４を用いている点である。その他の構成要素については、図３（Ｂ）のトランジスタ１
３０と同様である。

図３（Ｄ）乃至図３（Ｆ）に示すトランジスタ１６０、トランジスタ１７０、トランジス
タ１８０、は、上述の各構成要素を含む点で、それぞれ、図３（Ａ）乃至図３（Ｃ）に示
すトランジスタ１２０、トランジスタ１３０、トランジスタ１４０、と共通している。こ
れらの相違は、金属酸化物膜２１０が島状に加工されているか否かである。ここで、酸化
物半導体膜２０６のチャネル長方向の側端部と、金属酸化膜２１０のチャネル長方向の側
端部と、が概略一致することが好ましい。その他の構成要素については、図３（Ａ）乃至
図３（Ｃ）に示すトランジスタ１２０乃至トランジスタ１４０と同様である。

また、図１、図３（Ａ）乃至図３（Ｆ）に示すトランジスタにおいて、酸化物半導体膜２
０６の下方に下地絶縁膜を設け、当該下地絶縁膜を介して酸化物半導体膜２０６と重畳す
るように導電膜を設けてもよい。つまり、当該導電膜はいわゆるバックゲート電極として
機能する。

〈トランジスタの作製工程の例〉
以下、図４および図５を用いて、図１及び図３（Ａ）に示すトランジスタの作製工程の例
について説明する。

〈トランジスタ１１０の作製工程〉
図４（Ａ）乃至図４（Ｄ）を用いて、図１に示すトランジスタ１１０の作製工程の一例に
ついて説明する。

まず、基板２００上に酸化物半導体膜を形成し、当該酸化物半導体膜を加工して島状の酸
化物半導体膜２０６を形成する（図４（Ａ）参照）。

基板２００の材質等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
熱性を有していることが必要となる。例えば、ガラス基板、セラミック基板、石英基板、
サファイア基板などを、基板２００として用いることができる。また、シリコンや炭化シ
リコンなどの単結晶半導体基板、多結晶半導体基板、シリコンゲルマニウムなどの化合物
半導体基板、ＳＯＩ基板などを適用することも可能であり、これらの基板上に半導体素子
が設けられたものを、基板２００として用いてもよい。

また、基板２００として、可撓性基板を用いてもよい。可撓性基板上にトランジスタを設
ける場合、可撓性基板上に直接的にトランジスタを作り込んでもよいし、他の基板にトラ
ンジスタを形成した後、これを剥離し、可撓性基板に転置しても良い。なお、トランジス
タを剥離し、可撓性基板に転置するためには、上記他の基板とトランジスタとの間に剥離
層を形成すると良い。

酸化物半導体膜は、水素や水などが混入しにくい方法で作製するのが望ましい。例えば、
スパッタリング法などを用いて作製することができる。また、酸化物半導体膜の厚さは、
３ｎｍ以上３０ｎｍ以下とするのが望ましい。酸化物半導体膜を厚くしすぎると（例えば
、膜厚を５０ｎｍ以上）、トランジスタがノーマリーオンとなってしまうおそれがあるた
めである。

酸化物半導体膜に用いる材料としては、四元系金属酸化物であるＩｎ−Ｓｎ−Ｇａ−Ｚｎ
−Ｏ系の材料や、三元系金属酸化物であるＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系の材料、Ｉｎ−Ｓｎ−
Ｚｎ−Ｏ系の材料、Ｉｎ−Ａｌ−Ｚｎ−Ｏ系の材料、Ｓｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系の材料、Ａ
ｌ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系の材料、Ｓｎ−Ａｌ−Ｚｎ−Ｏ系の材料や、二元系金属酸化物であ
るＩｎ−Ｚｎ−Ｏ系の材料、Ｓｎ−Ｚｎ−Ｏ系の材料、Ａｌ−Ｚｎ−Ｏ系の材料、Ｚｎ−
Ｍｇ−Ｏ系の材料、Ｓｎ−Ｍｇ−Ｏ系の材料、Ｉｎ−Ｍｇ−Ｏ系の材料、Ｉｎ−Ｇａ−Ｏ
系の材料や、単元系金属酸化物であるＩｎ−Ｏ系の材料、Ｓｎ−Ｏ系の材料、Ｚｎ−Ｏ系
の材料などを用いることができる。また、上記の材料にＳｉＯ_２を含ませてもよい。ここ
で、例えば、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系の材料とは、インジウム（Ｉｎ）、ガリウム（Ｇａ
）、亜鉛（Ｚｎ）を有する酸化物膜、という意味であり、その組成比は特に問わない。ま
た、ＩｎとＧａとＺｎ以外の元素を含んでいてもよい。

また、酸化物半導体膜は、化学式ＩｎＭＯ_３（ＺｎＯ）_ｍ（ｍ＞０）で表記される材料を
用いた薄膜とすることができる。ここで、Ｍは、Ｇａ、Ａｌ、Ｍｎおよび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およびＡｌ、Ｇａおよ
びＭｎ、またはＧａおよびＣｏなどを用いることができる。

本実施の形態では、酸化物半導体膜を、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系の酸化物半導体膜成膜用
ターゲットを用いたスパッタリング法により形成する。

酸化物半導体としてＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系の材料を用いる場合に用いるターゲットとし
ては、例えば、組成比として、Ｉｎ_２Ｏ_３：Ｇａ_２Ｏ_３：ＺｎＯ＝１：１：１［ｍｏｌ数
比］の酸化物半導体膜成膜用ターゲットを用いることができる。なお、ターゲットの材料
および組成を上述に限定する必要はない。例えば、Ｉｎ_２Ｏ_３：Ｇａ_２Ｏ_３：ＺｎＯ＝１
：１：２［ｍｏｌ数比］の組成比の酸化物半導体膜成膜用ターゲットを用いることもでき
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Ｉｎ_２Ｏ_３
：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Ｉｎ_２Ｏ_３：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Ｉｎ_２Ｏ_３：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。

酸化物半導体膜成膜用ターゲットの充填率は、９０％以上１００％以下、好ましくは９５
％以上９９．９％以下とする。充填率の高い酸化物半導体膜成膜用ターゲットを用いるこ
とにより、成膜した酸化物半導体膜は緻密な膜とすることができるためである。

成膜の雰囲気は、希ガス（代表的にはアルゴン）雰囲気下、酸素雰囲気下、または、希ガ
スと酸素の混合雰囲気下などとすればよい。また、酸化物半導体膜への水素、水、水酸基
、水素化物などの混入を防ぐために、水素、水、水酸基、水素化物などの不純物が十分に
除去された高純度ガスを用いた雰囲気とすることが望ましい。

例えば、酸化物半導体膜は、次のように形成することができる。

まず、減圧状態に保持された成膜室内に基板２００を保持し、基板温度を１００℃以上６
００℃以下好ましくは２００℃以上４００℃以下とする。基板２００が加熱された状態で
成膜を行うことで、酸化物半導体膜に含まれる不純物濃度を低減することができるためで
ある。また、スパッタリングによる損傷を軽減することができるためである。

次に、成膜室内の残留水分を除去しつつ、水素および水分などの不純物が十分に除去され
た高純度ガスを導入し、上記ターゲットを用いて基板２００上に酸化物半導体膜を成膜す
る。成膜室内の残留水分を除去するためには、排気手段として、クライオポンプ、イオン
ポンプ、チタンサブリメーションポンプなどの吸着型の真空ポンプを用いることが望まし
い。また、排気手段は、ターボポンプにコールドトラップを加えたものであってもよい。
クライオポンプを用いて排気した成膜室は、例えば、水素分子や、水（Ｈ_２Ｏ）などの水
素原子を含む化合物（より好ましくは炭素原子を含む化合物も）などが除去されているた
め、当該成膜室で成膜した酸化物半導体膜に含まれる不純物の濃度を低減できる。

成膜条件の一例として、基板とターゲットの間との距離を１００ｍｍ、圧力を０．６Ｐａ
、直流（ＤＣ）電源を０．５ｋＷ、成膜雰囲気を酸素（酸素流量比率１００％）雰囲気と
することができる。なお、パルス直流電源を用いると、成膜時に発生する粉状物質（パー
ティクル、ごみともいう）が軽減でき、膜厚分布も均一となるため好ましい。

なお、酸化物半導体膜をスパッタリング法により形成する前に、アルゴンガスを導入して
プラズマを発生させる逆スパッタを行い、基板２００の表面に付着している粉状物質（パ
ーティクル、ごみともいう）を除去することが好ましい。逆スパッタとは、基板に電圧を
印加し、基板近傍にプラズマを形成して、基板側の表面を改質する方法である。なお、ア
ルゴンに代えて、窒素、ヘリウム、酸素などのガスを用いてもよい。

酸化物半導体膜の加工は、所望の形状のマスクを酸化物半導体膜上に形成した後、当該酸
化物半導体膜をエッチングすることによって行うことができる。上述のマスクは、フォト
リソグラフィなどの方法を用いて形成することができる。または、インクジェット法など
の方法を用いてマスクを形成しても良い。

なお、酸化物半導体膜のエッチングは、ドライエッチングでもウェットエッチングでもよ
い。もちろん、これらを組み合わせて用いてもよい。

その後、酸化物半導体膜に対して、熱処理（第１の熱処理）を行うことが望ましい。この
第１の熱処理によって酸化物半導体膜中の、過剰な水素（水や水酸基を含む）を除去し、
酸化物半導体膜の構造を整え、エネルギーギャップ中の欠陥準位を低減することができる
。第１の熱処理の温度は、２５０℃以上６５０℃以下、好ましくは４５０℃以上６００℃
以下、または基板の歪み点未満とする。

熱処理は、例えば、抵抗発熱体などを用いた電気炉に被処理物を導入し、窒素雰囲気下、
４５０℃、１時間の条件で行うことができる。この間、酸化物半導体膜は大気に触れさせ
ず、水や水素の混入が生じないようにする。

熱処理装置は電気炉に限られず、加熱されたガスなどの媒体からの熱伝導、または熱輻射
によって、被処理物を加熱する装置を用いても良い。例えば、ＧＲＴＡ（ＧａｓＲａｐ
ｉｄＴｈｅｒｍａｌＡｎｎｅａｌ）装置、ＬＲＴＡ（ＬａｍｐＲａｐｉｄＴｈｅ
ｒｍａｌＡｎｎｅａｌ）装置等のＲＴＡ（ＲａｐｉｄＴｈｅｒｍａｌＡｎｎｅａｌ
）装置を用いることができる。ＧＲＴＡ装置は、高温のガスを用いて熱処理を行う装置で
ある。ガスとしては、アルゴンなどの希ガス、または窒素のような、熱処理によって被処
理物と反応しない不活性気体が用いられる。ＬＲＴＡ装置は、ハロゲンランプ、メタルハ
ライドランプ、キセノンアークランプ、カーボンアークランプ、高圧ナトリウムランプ、
高圧水銀ランプなどのランプから発する光（電磁波）の輻射により、被処理物を加熱する
装置である。

例えば、第１の熱処理として、熱せられた不活性ガス雰囲気中に被処理物を投入し、数分
間熱した後、当該不活性ガス雰囲気から被処理物を取り出すＧＲＴＡ処理を行ってもよい
。ＧＲＴＡ処理を用いると短時間での高温熱処理が可能となる。また、被処理物の耐熱温
度を超える温度条件であっても適用が可能となる。なお、処理中に、不活性ガスを、酸素
を含むガスに切り替えても良い。酸素を含む雰囲気において第１の熱処理を行うことで、
酸素欠損に起因するエネルギーギャップ中の欠陥準位を低減することができるためである
。

なお、不活性ガス雰囲気としては、窒素、または希ガス（ヘリウム、ネオン、アルゴン等
）を主成分とする雰囲気であって、水、水素などが含まれない雰囲気を適用するのが望ま
しい。例えば、熱処理装置に導入する窒素や、ヘリウム、ネオン、アルゴン等の希ガスの
純度を、６Ｎ（９９．９９９９％）以上、好ましくは７Ｎ（９９．９９９９９％）以上（
すなわち、不純物濃度が１ｐｐｍ以下、好ましくは０．１ｐｐｍ以下）とする。

いずれにしても、第１の熱処理によって不純物を低減し、ｉ型（真性）半導体またはｉ型
に限りなく近い酸化物半導体膜を形成することで、極めて優れた特性のトランジスタを実
現することができる。

ところで、上述の熱処理（第１の熱処理）には水素や水などを除去する効果があるから、
当該熱処理を、脱水化処理や、脱水素化処理などと呼ぶこともできる。当該脱水化処理や
、脱水素化処理は、例えば、酸化物半導体膜を島状に加工した後などのタイミングにおい
て行うことも可能である。また、このような脱水化処理、脱水素化処理は、一回に限らず
複数回行っても良い。

なお、ここでは、酸化物半導体膜を島状に加工した後に、第１の熱処理を行う構成につい
て説明したが、開示する発明の一態様はこれに限定して解釈されない。第１の熱処理を行
った後に、酸化物半導体膜を加工しても良い。

次いで、酸化物半導体膜２０６上に、ソース電極およびドレイン電極（これと同じ層で形
成される配線を含む）を形成するための導電膜を形成し、当該導電膜を加工して、ソース
電極２０８ａおよびドレイン電極２０８ｂを形成する（図４（Ｂ）参照）。なお、ここで
形成されるソース電極２０８ａの端部とドレイン電極２０８ｂの端部との間隔によって、
トランジスタのチャネル長Ｌが決定されることになる。

ソース電極２０８ａおよびドレイン電極２０８ｂに用いる導電膜としては、例えば、Ａｌ
、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｗから選ばれた元素を含む金属膜、または上述した元
素を成分とする金属窒化物膜（窒化チタン膜、窒化モリブデン膜、窒化タングステン膜）
等を用いることができる。また、Ａｌ、Ｃｕなどの金属膜の下側または上側の一方または
双方にＴｉ、Ｍｏ、Ｗなどの高融点金属膜またはそれらの金属窒化物膜（窒化チタン膜、
窒化モリブデン膜、窒化タングステン膜）を積層させた構成を用いても良い。

また、ソース電極２０８ａおよびドレイン電極２０８ｂに用いる導電膜は、導電性の金属
酸化物で形成しても良い。導電性の金属酸化物としては酸化インジウム（Ｉｎ_２Ｏ_３）、
酸化スズ（ＳｎＯ_２）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化インジウム酸化スズ合金（Ｉｎ_２Ｏ_３
―ＳｎＯ_２、ＩＴＯと略記する）、酸化インジウム酸化亜鉛合金（Ｉｎ_２Ｏ_３―ＺｎＯ）
またはこれらの金属酸化物材料に酸化シリコンを含ませたものを用いることができる。

導電膜の加工は、レジストマスクを用いたエッチングによって行うことができる。当該エ
ッチングに用いるレジストマスク形成時の露光には、紫外線やＫｒＦレーザ光やＡｒＦレ
ーザ光などを用いるとよい。

なお、チャネル長Ｌ＝２５ｎｍ未満の露光を行う場合には、例えば、数ｎｍ〜数１０ｎｍ
と極めて波長が短い超紫外線（ＥｘｔｒｅｍｅＵｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ）を用いて、レ
ジストマスク形成時の露光を行うとよい。超紫外線による露光は、解像度が高く焦点深度
も大きい。したがって、後に形成されるトランジスタのチャネル長Ｌを微細化することが
可能であり、回路の動作速度を高めることができる。

また、いわゆる多階調マスクによって形成されたレジストマスクを用いてエッチング工程
を行ってもよい。多階調マスクを用いて形成されたレジストマスクは、複数の膜厚を有す
る形状となり、アッシングによってさらに形状を変形させることができるため、異なるパ
ターンに加工する複数のエッチング工程に用いることが可能である。このため、一枚の多
階調マスクによって、少なくとも二種類以上の異なるパターンに対応するレジストマスク
を形成することができる。つまり、工程の簡略化が可能となる。

なお、導電膜のエッチングの際に、酸化物半導体膜２０６の一部がエッチングされ、溝部
（凹部）を有する酸化物半導体膜となることもある。

その後、Ｎ_２Ｏ、Ｎ_２、またはＡｒなどのガスを用いたプラズマ処理を行い、露出してい
る酸化物半導体膜の表面に付着した吸着水などを除去してもよい。プラズマ処理を行った
場合、当該プラズマ処理に続けて大気に触れさせることなく、酸化物半導体膜２０６の一
部に接する金属酸化物膜２１０を形成することが望ましい。

次に、ソース電極２０８ａおよびドレイン電極２０８ｂを覆い、かつ、酸化物半導体膜２
０６の一部と接するように、金属酸化物膜２１０を形成し、その後、金属酸化物膜２１０
と接するように、ゲート絶縁膜２１２を形成する（図４（Ｃ）参照）。

金属酸化物膜２１０には、酸化物半導体膜２０６と同種の成分でなる酸化物を用いるのが
望ましい。このような材料は酸化物半導体膜２０６との相性が良く、これを金属酸化物膜
２１０に用いることで、酸化物半導体膜との界面の状態を良好に保つことができるからで
ある。つまり、上述の材料を金属酸化物膜２１０に用いることで、酸化物半導体膜とこれ
に接する金属酸化物膜の界面（ここでは、酸化物半導体膜２０６と金属酸化物膜２１０と
の界面）における電荷の捕獲を抑制することができるのである。

金属酸化物膜２１０の作製方法に特に限定はないが、金属酸化物膜２１０や、酸化物半導
体膜２０６などに水素や水などが混入しにくい方法を用いるのが望ましい。このような方
法としては、例えば、スパッタリング法などがある。

ゲート絶縁膜２１２には、金属酸化物膜２１０と接触させることによって、その界面に電
荷の捕獲中心が形成されうる材料を用いるのが望ましい。このような材料をゲート絶縁膜
２１２に用いることで、電荷はゲート絶縁膜２１２と金属酸化物膜２１０との界面に捕獲
されるため、金属酸化物膜２１０と酸化物半導体膜２０６の界面での電荷捕獲を十分に抑
制することができるようになる。

具体的には、ゲート絶縁膜２１２には、酸化シリコン、窒化シリコン、酸化アルミニウム
、窒化アルミニウム、これらの混合材料、などを用いればよい。例えば、金属酸化物膜２
１０に酸化ガリウムを含む材料を用いる場合には、ゲート絶縁膜２１２には、酸化シリコ
ンや窒化シリコンなどを用いるのが好適である。また、金属酸化物膜２１０と接する関係
上、ゲート絶縁膜２１２のエネルギーギャップは、金属酸化物膜２１０のエネルギーギャ
ップより大きいことが望ましい。

また、トランジスタのゲート絶縁膜として機能することを考慮して、酸化ハフニウムなど
の比誘電率が高い材料をゲート絶縁膜２１２に採用しても良い。ただし、この場合におい
ても、金属酸化物膜２１０と接触させることによって、その界面に電荷の捕獲中心が形成
されうる材料を用いるのが望ましいことに変わりはない。

ゲート絶縁膜２１２の作製方法に特に限定はないが、例えば、プラズマＣＶＤ法やスパッ
タリング法などの成膜方法を用いてゲート絶縁膜２１２を作製することができる。また、
ゲート絶縁膜２１２は、上述の材料を含む絶縁膜の単層構造としても良いし、積層構造と
しても良い。

金属酸化物膜２１０の形成後、または、ゲート絶縁膜２１２の形成後には、第２の熱処理
を行うのが望ましい。第２の熱処理の温度は、２５０℃以上７００℃以下、好ましくは４
５０℃以上６００℃以下、または基板の歪み点未満とする。

第２の熱処理は、窒素、酸素、超乾燥空気（水の含有量が２０ｐｐｍ以下、好ましくは１
ｐｐｍ以下、より好ましくは１０ｐｐｂ以下の空気）、または希ガス（アルゴン、ヘリウ
ムなど）の雰囲気下で行えばよいが、上記窒素、酸素、超乾燥空気、または希ガス等の雰
囲気に水、水素などが含まれないことが好ましい。また、熱処理装置に導入する窒素、酸
素、または希ガスの純度を、６Ｎ（９９．９９９９％）以上好ましくは７Ｎ（９９．９９
９９９％）以上（即ち不純物濃度を１ｐｐｍ以下、好ましくは０．１ｐｐｍ以下）とする
ことが好ましい。

第２の熱処理においては、酸化物半導体膜２０６と、金属酸化物膜２１０と、が接した状
態で加熱される。したがって、上述の脱水化（または脱水素化）処理によって減少してし
まう可能性のある酸化物半導体を構成する主成分材料の一つである酸素を、酸素を含む金
属酸化物膜２１０より酸化物半導体膜へ供給することができる。これによって、酸化物半
導体膜中の電荷捕獲中心を低減することができる。

また、この熱処理によって、金属酸化物膜２１０中の不純物も同時に除去され、高純度化
されうる。

なお、第２の熱処理のタイミングは、酸化物半導体膜２０６の形成後であれば特に限定さ
れない。例えば、ゲート電極２１４の形成後に第２の熱処理を行っても良い。または、第
１の熱処理に続けて第２の熱処理を行っても良いし、第１の熱処理に第２の熱処理を兼ね
させても良いし、第２の熱処理に第１の熱処理を兼ねさせても良い。

上述のように、第１の熱処理と第２の熱処理の少なくとも一方を適用することで、酸化物
半導体膜２０６を、その主成分以外の不純物が極力含まれないように高純度化することが
できる。高純度化された酸化物半導体膜２０６中にはドナーに由来するキャリアが極めて
少なく（ゼロに近い）、キャリア濃度は１×１０^１４／ｃｍ^３未満、好ましくは１×１０
^１２／ｃｍ^３未満、さらに好ましくは１×１０^１１／ｃｍ^３未満である。

その後、ゲート電極２１４を形成する（図４（Ｄ）参照）。ゲート電極２１４は、モリブ
デン、チタン、タンタル、タングステン、アルミニウム、銅、ネオジム、スカンジウム等
の金属材料またはこれらを主成分とする合金材料を用いて形成することができる。なお、
ゲート電極２１４は、単層構造としても良いし、積層構造としても良い。

以上の工程でトランジスタ１１０が形成される。

〈トランジスタ１２０の作製工程〉
図５（Ａ）乃至図５（Ｄ）を用いて、図３（Ａ）に示すトランジスタ１２０の作製工程の
一例について説明する。なお、図３（Ｄ）に示すトランジスタ１６０の作製工程は、酸化
物半導体膜２０６の形状に合わせて金属酸化物膜２１０を加工する点を除き、トランジス
タ１２０の作製工程と同様である。

まず、基板２００上に、ソース電極およびドレイン電極（これと同じ層で形成される配線
を含む）を形成するための導電膜を形成し、当該導電膜を加工して、ソース電極２０８ａ
およびドレイン電極２０８ｂを形成する（図５（Ａ）参照）。詳細については、トランジ
スタ１１０の作製工程に関する記載を参酌できる。

次に、ソース電極２０８ａおよびドレイン電極２０８ｂと接続する酸化物半導体膜を形成
し、当該酸化物半導体膜を加工して島状の酸化物半導体膜２０６を形成する（図５（Ｂ）
参照）。詳細については、トランジスタ１１０の作製工程に関する記載を参酌できる。

次に、ソース電極２０８ａおよびドレイン電極２０８ｂを覆い、かつ、酸化物半導体膜２
０６の一部と接するように、金属酸化物膜２１０を形成し、その後、金属酸化物膜２１０
と接するように、ゲート絶縁膜２１２を形成する（図５（Ｃ）参照）。詳細については、
トランジスタ１１０の作製工程に関する記載を参酌できる。

その後、ゲート電極２１４を形成する（図５（Ｄ）参照）。詳細については、トランジス
タ１１０の作製工程に関する記載を参酌できる。

以上の工程でトランジスタ１２０が形成される。

本実施の形態に係るトランジスタは、酸化物半導体膜とゲート絶縁膜との間に、酸化物半
導体膜と同種の成分でなる金属酸化物膜が積層され、さらに、金属酸化物膜と接するゲー
ト絶縁膜としては、金属酸化物膜及び酸化物半導体膜とは異なる成分でなる絶縁膜が接し
て設けられている。このように酸化物半導体膜と相性の良い材料によって構成された金属
酸化物膜を酸化物半導体膜と接する態様で存在させることで、半導体装置の動作などに起
因して生じうる電荷などが酸化物半導体膜と金属酸化物膜との界面に捕獲されることを抑
制し、さらに、界面に電荷の捕獲中心が形成されうる材料を用いて構成された絶縁物（ゲ
ート絶縁膜）を金属酸化物膜と接する態様で存在させることにより、金属酸化物膜と絶縁
物との界面に上述の電荷を捕獲させることができる。これによって、酸化物半導体膜への
電荷の影響を緩和することができるため、酸化物半導体膜界面への電荷トラップに起因す
るトランジスタのしきい値変動を抑制することができる。

また、トランジスタの活性層に用いる酸化物半導体膜は、熱処理によって、水素、水分、
水酸基又は水素化物（水素化合物ともいう）などの不純物を酸化物半導体より排除し、か
つ不純物の排除工程によって同時に減少してしまう酸化物半導体を構成する主成分材料で
ある酸素を供給することによって、酸化物半導体膜を高純度化及び電気的にｉ型（真性）
化されたものである。このように高純度化された酸化物半導体膜を含むトランジスタは、
電気的特性変動が抑制されており、電気的に安定である。

なお、酸化物半導体膜の界面に電荷がトラップされると、トランジスタのしきい値電圧は
シフトする（例えば、バックチャネル側に正電荷がトラップされると、トランジスタのし
きい値電圧は負方向にシフトする）が、このような電荷捕獲の要因の一つとして、陽イオ
ン（またはその原因たる原子）の移動およびトラップのモデルを仮定することができる。
そして、酸化物半導体を用いたトランジスタにおいては、このような陽イオン源として、
水素原子が考えられる。開示する発明では、高純度化した酸化物半導体を用い、また、こ
れが金属酸化物膜と絶縁膜との積層構造に接する構成を採用しているため、上述のモデル
において想定される水素に起因する電荷捕獲さえも抑制できるのである。なお、上述のモ
デルは、水素のイオン化率が例えば１０％程度で成立しうると考えられている。

以上のように、安定した電気的特性を有する酸化物半導体を用いた半導体装置を提供する
ことができる。よって、信頼性の高い半導体装置を提供することができる。

以上、本実施の形態に示す構成、方法などは、他の実施の形態に示す構成、方法などと適
宜組み合わせて用いることができる。

（実施の形態２）
実施の形態１で例示したトランジスタを用いて表示機能を有する半導体装置（表示装置と
もいう）を作製することができる。また、トランジスタを含む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。

図６（Ａ）において、第１の基板４００１上に設けられた画素部４００２を囲むようにし
て、シール材４００５が設けられ、第２の基板４００６によって封止されている。図６（
Ａ）においては、第１の基板４００１上のシール材４００５によって囲まれている領域と
は異なる領域に、別途用意された基板上に単結晶半導体膜又は多結晶半導体膜で形成され
た走査線駆動回路４００４、信号線駆動回路４００３が実装されている。また別途形成さ
れた信号線駆動回路４００３と、走査線駆動回路４００４または画素部４００２に与えら
れる各種信号及び電位は、ＦＰＣ（Ｆｌｅｘｉｂｌｅｐｒｉｎｔｅｄｃｉｒｃｕｉｔ
）４０１８ａ、ＦＰＣ４０１８ｂから供給されている。

図６（Ｂ）及び図６（Ｃ）において、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とを囲むようにして、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。よって画素部４００２と、走査線駆動回路４００４とは、第１の基板４００１とシ
ール材４００５と第２の基板４００６とによって、表示素子と共に封止されている。図６
（Ｂ）及び図６（Ｃ）においては、第１の基板４００１上のシール材４００５によって囲
まれてい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膜又は多結晶半
導体膜で形成された信号線駆動回路４００３が実装されている。図６（Ｂ）及び図６（Ｃ
）においては、別途形成された信号線駆動回路４００３と、走査線駆動回路４００４また
は画素部４００２に与えられる各種信号及び電位は、ＦＰＣ４０１８から供給されている
。

また図６（Ｂ）及び図６（Ｃ）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に実装している例を示しているが、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。

なお、別途形成し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（Ｃｈ
ｉｐＯｎＧｌａｓｓ）方法、ワイヤボンディング方法、或いはＴＡＢ（ＴａｐｅＡ
ｕｔｏｍａｔｅｄＢｏｎｄｉｎｇ）方法などを用いることができる。図６（Ａ）は、Ｃ
ＯＧ方法により信号線駆動回路４００３、走査線駆動回路４００４を実装する例であり、
図６（Ｂ）は、ＣＯＧ方法により信号線駆動回路４００３を実装する例であり、図６（Ｃ
）は、ＴＡＢ方法により信号線駆動回路４００３を実装する例である。

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。

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、もしくは光
源（照明装置含む）を指す。また、コネクター、例えばＦＰＣもしくはＴＡＢテープもし
くはＴＣＰ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、または表示素子にＣＯＧ方式によりＩＣ（集積回路）が直接実装
されたモジュールも全て表示装置に含むものとする。

また第１の基板上に設けられた画素部及び走査線駆動回路は、トランジスタを複数有して
おり、実施の形態１で一例を示したトランジスタを適用することができる。

表示装置に設けられる表示素子としては液晶素子（液晶表示素子ともいう）、発光素子（
発光表示素子ともいう）、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（Ｅｌｅｃｔｒｏ
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も適用することができる。

半導体装置の一形態について、図７乃至図９を用いて説明する。図７乃至図９は、図６（
Ｂ）のＭ−Ｎにおける断面図に相当する。

図７乃至図９で示すように、半導体装置は接続端子電極４０１５及び端子電極４０１６を
有しており、接続端子電極４０１５及び端子電極４０１６はＦＰＣ４０１８が有する端子
と異方性導電膜４０１９を介して、電気的に接続されている。

接続端子電極４０１５は、第１の電極層４０３０と同じ導電膜から形成され、端子電極４
０１６は、トランジスタ４０１０、トランジスタ４０１１のソース電極及びドレイン電極
と同じ導電膜で形成されている。

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、
トランジスタを複数有しており、図７乃至図９では、画素部４００２に含まれるトランジ
スタ４０１０と、走査線駆動回路４００４に含まれるトランジスタ４０１１とを例示して
いる。

本実施の形態では、トランジスタ４０１０、トランジスタ４０１１として、実施の形態１
で示したトランジスタを適用することができる。トランジスタ４０１０、トランジスタ４
０１１は、電気的特性変動が抑制されており、電気的に安定である。よって、図７乃至図
９で示す本実施の形態の半導体装置として信頼性の高い半導体装置を提供することができ
る。

画素部４００２に設けられたトランジスタ４０１０は表示素子と電気的に接続し、表示パ
ネルを構成する。表示素子は表示を行うことがでれば特に限定されず、様々な表示素子を
用いることができる。

図７に表示素子として液晶素子を用いた液晶表示装置の例を示す。図７において、表示素
子である液晶素子４０１３は、第１の電極層４０３０、第２の電極層４０３１、及び液晶
層４００８を含む。なお、液晶層４００８を挟持するように配向膜として機能する絶縁膜
４０３２、絶縁膜４０３３が設けられている。第２の電極層４０３１は第２の基板４００
６側に設けられ、第１の電極層４０３０と第２の電極層４０３１とは液晶層４００８を介
して積層する構成となっている。

また、スペーサ４０３５は絶縁膜を選択的にエッチングすることで得られる柱状のスペー
サであり、液晶層４００８の膜厚（セルギャップ）を制御するために設けられている。な
お、本実施の形態においては柱状のスペーサを用いる例を示すが、球状のスペーサを用い
ても良い。

表示素子として、液晶素子を用いる場合、サーモトロピック液晶、低分子液晶、高分子液
晶、高分子分散型液晶、強誘電性液晶、反強誘電性液晶等を用いることができる。これら
の液晶材料は、条件により、コレステリック相、スメクチック相、キュービック相、カイ
ラルネマチック相、等方相等を示す。

また、配向膜を用いないブルー相を示す液晶を用いてもよい。ブルー相は液晶相の一つで
あり、コレステリック液晶を昇温していくと、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、温度範囲を改善
するために数重量％以上のカイラル剤を混合させた液晶組成物を用いて液晶層に用いる。
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、応答速度が１ｍｓｅｃ以下と短
く、光学的等方性であるため配向処理が不要であり、視野角依存性が小さい。また配向膜
を設けなくてもよいのでラビング処理も不要となるため、ラビング処理によって引き起こ
される静電破壊を防止することができ、作製工程中の液晶表示装置の不良や破損を軽減す
ることができる。よって液晶表示装置の生産性を向上させることが可能となる。

また、液晶材料の固有抵抗率は、１×１０^９Ω・ｃｍ以上であり、好ましくは１×１０^１
^１Ω・ｃｍ以上であり、さらに好ましくは１×１０^１２Ω・ｃｍ以上である。なお、本明
細書における固有抵抗率の値は、２０℃で測定した値とする。

液晶表示装置に設けられる保持容量の大きさは、画素部に配置されるトランジスタのリー
ク電流等を考慮して、所定の期間、電荷を保持できるように設定される。高純度の酸化物
半導体膜を有するトランジスタを用いることにより、各画素における液晶容量に対して１
／３以下、好ましくは１／５以下の容量の大きさを有する保持容量を設ければ充分である
。

本実施の形態で用いる高純度化された酸化物半導体膜を用いたトランジスタは、オフ状態
における電流値（オフ電流値）を低くすることができる。よって、画像信号等の電気信号
の保持時間を長くすることができ、電源オン状態では書き込み間隔も長く設定できる。よ
って、リフレッシュ動作の頻度を少なくすることができるため、消費電力を抑制する効果
を奏する。

また、本実施の形態で用いる高純度化された酸化物半導体膜を用いたトランジスタは、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。よって、液晶表示装置
の画素部に上記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。ま
た、上記トランジスタは、同一基板上に駆動回路部または画素部に作り分けて作製するこ
とができるため、液晶表示装置の部品点数を削減することができる。

液晶表示装置には、ＴＮ（ＴｗｉｓｔｅｄＮｅｍａｔｉｃ）モード、ＩＰＳ（Ｉｎ−Ｐ
ｌａｎｅ−Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）モード、ＦＦＳ（ＦｒｉｎｇｅＦｉｅｌｄＳｗｉｔ
ｃｈｉｎｇ）モード、ＡＳＭ（ＡｘｉａｌｌｙＳｙｍｍｅｔｒｉｃａｌｉｇｎｅｄ
Ｍｉｃｒｏ−ｃｅｌｌ）モード、ＯＣＢ（ＯｐｔｉｃａｌＣｏｍｐｅｎｓａｔｅｄＢ
ｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｃｅ）モード、ＦＬＣ（ＦｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃＬｉｑｕｉ
ｄＣｒｙｓｔａｌ）モード、ＡＦＬＣ（ＡｎｔｉＦｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃＬｉｑ
ｕｉｄＣｒｙｓｔａｌ）モードなどを用いることができる。

また、ノーマリーブラック型の液晶表示装置、例えば垂直配向（ＶＡ）モードを採用した
透過型の液晶表示装置としてもよい。ここで、垂直配向モードとは、液晶表示パネルの液
晶分子の配列を制御する方式の一種であり、電圧が印加されていないときにパネル面に対
して液晶分子が垂直方向を向く方式である。垂直配向モードとしては、いくつか挙げられ
るが、例えば、ＭＶＡ（Ｍｕｌｔｉ−ｄｏｍａｉｎＶｅｒｔｉｃａｌＡｌｉｇｎｍｅ
ｎｔ）モード、ＰＶＡ（ＰａｔｔｅｒｎｅｄＶｅｒｔｉｃａｌＡｌｉｇｎｍｅｎｔ）
モード、ＡＳＶ（ＡｄｖａｎｃｅｄＳｕｐｅｒＶｉｅｗ）モードなどを用いることが
できる。また、画素（ピクセル）をいくつかの領域（サブピクセル）に分け、それぞれ別
の方向に分子を倒すよう工夫されているマルチドメイン化あるいはマルチドメイン設計と
いわれる方法を用いることができる。

また、表示装置において、ブラックマトリクス（遮光層）、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）などは適宜設ける。例えば、偏光基板及び位相差基
板による円偏光を用いてもよい。また、光源としてバックライト、サイドライトなどを用
いてもよい。

また、バックライトとして複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）を用いて、時間分割表示方式
（フィールドシーケンシャル駆動方式）を行うことも可能である。フィールドシーケンシ
ャル駆動方式を適用することで、カラーフィルタを用いることなく、カラー表示を行うこ
とができる。

また、画素部における表示方式は、プログレッシブ方式やインターレース方式等を用いる
ことができる。また、カラー表示する際に画素で制御する色要素としては、ＲＧＢ（Ｒは
赤、Ｇは緑、Ｂは青を表す）の三色に限定されない。例えば、ＲＧＢＷ（Ｗは白を表す）
、又はＲＧＢに、イエロー、シアン、マゼンタ等を一色以上追加したものがある。なお、
色要素のドット毎にその表示領域の大きさが異なっていてもよい。ただし、本発明はカラ
ー表示の表示装置に限定されるものではなく、モノクロ表示の表示装置に適用することも
できる。

また、表示装置に含まれる表示素子として、エレクトロルミネッセンスを利用する発光素
子を適用することができる。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Ｅ
Ｌ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、電流が流れる。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、発光性の有機化合物が励起状態を形成
し、その励起状態が基底状態に戻る際に発光する。このようなメカニズムから、このよう
な発光素子は、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
用する局在型発光である。なお、ここでは、発光素子として有機ＥＬ素子を用いて説明す
る。

発光素子は発光を取り出すために少なくとも一対の電極の一方が透明であればよい。そし
て、基板上にトランジスタ及び発光素子を形成し、基板とは逆側の面から発光を取り出す
上面射出や、基板側の面から発光を取り出す下面射出や、基板側及び基板とは反対側の面
から発光を取り出す両面射出構造の発光素子があり、どの射出構造の発光素子も適用する
ことができる。

図８に表示素子として発光素子を用いた発光装置の例を示す。表示素子である発光素子４
５１３は、画素部４００２に設けられたトランジスタ４０１０と電気的に接続している。
なお発光素子４５１３の構成は、第１の電極層４０３０、電界発光層４５１１、第２の電
極層４０３１の積層構造であるが、示した構成に限定されない。発光素子４５１３から取
り出す光の方向などに合わせて、発光素子４５１３の構成は適宜変えることができる。

隔壁４５１０は、有機絶縁材料、又は無機絶縁材料を用いて形成する。特に感光性の樹脂
材料を用い、第１の電極層４０３０上に開口部を形成し、その開口部の側壁が連続した曲
率を持って形成される傾斜面となるように形成することが好ましい。

電界発光層４５１１は、単数の層で構成されていても、複数の層が積層されるように構成
されていてもどちらでも良い。

発光素子４５１３に酸素、水素、水分、二酸化炭素等が侵入しないように、第２の電極層
４０３１及び隔壁４５１０上に保護膜を形成してもよい。保護膜としては、窒化シリコン
膜、窒化酸化シリコン膜、ＤＬＣ（Ｄｉａｍｏｎｄ−ＬｉｋｅＣａｒｂｏｎ）膜等を形
成することができる。また、第１の基板４００１、第２の基板４００６、及びシール材４
００５によって封止された空間には充填材４５１４が設けられ密封されている。このよう
に外気に曝されない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）やカバー材でパッケージング（封入）することが好ま
しい。

充填材４５１４としては窒素やアルゴンなどの不活性な気体の他に、紫外線硬化樹脂また
は熱硬化樹脂を用いることができ、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）またはＥＶＡ（エ
チレンビニルアセテート）を用いることができる。例えば充填材として窒素を用いればよ
い。

また、必要であれば、発光素子の射出面に偏光板、又は円偏光板（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適宜設けてもよ
い。また、偏光板又は円偏光板に反射防止膜を設けてもよい。例えば、表面の凹凸により
反射光を拡散し、映り込みを低減できるアンチグレア処理を施すことができる。

また、表示装置として、電子インクを駆動させる電子ペーパーを提供することも可能であ
る。電子ペーパーは、電気泳動表示装置（電気泳動ディスプレイ）とも呼ばれており、紙
と同じ読みやすさ、他の表示装置に比べ低消費電力、薄くて軽い形状とすることが可能と
いう利点を有している。

電気泳動表示装置は、様々な形態が考えられ得るが、プラスの電荷を有する第１の粒子と
、マイナスの電荷を有する第２の粒子とを含むマイクロカプセルが溶媒または溶質に複数
分散されたものであり、マイクロカプセルに電界を印加することによって、マイクロカプ
セル中の粒子を互いに反対方向に移動させて一方側に集合した粒子の色のみを表示するも
のである。なお、第１の粒子または第２の粒子は染料を含み、電界がない場合において移
動しないものである。また、第１の粒子の色と第２の粒子の色は異なるもの（無色を含む
）とする。

このように、電気泳動表示装置は、誘電定数の高い物質が高い電界領域に移動する、いわ
ゆる誘電泳動的効果を利用したディスプレイである。

上記マイクロカプセルを溶媒中に分散させたものが電子インクと呼ばれるものであり、こ
の電子インクはガラス、プラスチック、布、紙などの表面に印刷することができる。また
、カラーフィルタや色素を有する粒子を用いることによってカラー表示も可能である。

なお、マイクロカプセル中の第１の粒子および第２の粒子は、導電体材料、絶縁体材料、
半導体材料、磁性材料、液晶材料、強誘電性材料、エレクトロルミネセント材料、エレク
トロクロミック材料、磁気泳動材料から選ばれた一種の材料、またはこれらの複合材料を
用いればよい。

また、電子ペーパーとして、ツイストボール表示方式を用いる表示装置も適用することが
できる。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表示素子に用
いる電極層である第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ての球形粒子の向きを制御することにより、表示を行う方法で
ある。

図９に、半導体装置の一形態としてアクティブマトリクス型の電子ペーパーを示す。図９
の電子ペーパーは、ツイストボール表示方式を用いた表示装置の例である。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表示素子に用いる電極層間に配置し
、電極層間に電位差を生じさせての球形粒子の向きを制御することにより、表示を行う方
法である。

トランジスタ４０１０と接続する第１の電極層４０３０と、第２の基板４００６に設けら
れた第２の電極層４０３１との間には黒色領域４６１５ａ及び白色領域４６１５ｂを有し
、周りに液体で満たされているキャビティ４６１２を含む球形粒子４６１３が設けられて
おり、球形粒子４６１３の周囲は樹脂等の充填材４６１４で充填されている。第２の電極
層４０３１が共通電極（対向電極）に相当する。第２の電極層４０３１は、共通電位線と
電気的に接続される。

なお、図７乃至図９において、第１の基板４００１、第２の基板４００６としては、ガラ
ス基板の他、可撓性を有する基板も用いることができ、例えば透光性を有するプラスチッ
ク基板などを用いることができる。プラスチックとしては、ＦＲＰ（Ｆｉｂｅｒｇｌａｓ
ｓ−ＲｅｉｎｆｏｒｃｅｄＰｌａｓｔｉｃｓ）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またはアクリル樹脂フィルムを用いることができる。ま
た、アルミニウムホイルを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。

絶縁層４０２１は、無機絶縁材料又は有機絶縁材料を用いて形成することができる。なお
、アクリル樹脂、ポリイミド、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絶縁材料を用いると、平坦化絶縁膜として好適である。また上記有
機絶縁材料の他に、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
で形成される絶縁膜を複数積層させることで、絶縁層を形成してもよい。

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、ス
ピンコート法、ディッピング法、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）、ロールコーティング、カーテンコーティング、ナイフコ
ーティング等を用いることができる。

表示装置は光源又は表示素子からの光を透過させて表示を行う。よって光が透過する画素
部に設けられる基板、絶縁膜、導電膜などの薄膜はすべて可視光の波長領域の光に対して
透光性とする。

表示素子に電圧を印加する第１の電極層４０３０及び第２の電極層４０３１（画素電極層
、共通電極層、対向電極層などともいう）においては、取り出す光の方向、電極層が設け
られる場所、及び電極層のパターン構造によって透光性、反射性を選択すればよい。

第１の電極層４０３０、第２の電極層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（以下、ＩＴＯと示す。
）、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ることができる。

また、第１の電極層４０３０、第２の電極層４０３１はタングステン（Ｗ）、モリブデン
（Ｍｏ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）、バナジウム（Ｖ）、ニオブ（Ｎ
ｂ）、タンタル（Ｔａ）、クロム（Ｃｒ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、チタ
ン（Ｔｉ）、白金（Ｐｔ）、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）等の金属、
又はその合金、若しくはその窒化物から一つ、又は複数種を用いて形成することができる
。

また、第１の電極層４０３０、第２の電極層４０３１として、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を用いて形成することができる。導電性高分子として
は、いわゆるπ電子共役系導電性高分子を用いることができる。例えば、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若しくはその誘
導体などがあげられる。

また、トランジスタは静電気などにより破壊されやすいため、駆動回路保護用の保護回路
を設けることが好ましい。保護回路は、非線形素子を用いて構成することが好ましい。

以上のように実施の形態１で例示したトランジスタを適用することで、信頼性の高い半導
体装置を提供することができる。なお、実施の形態１で例示したトランジスタは上述の表
示機能を有する半導体装置のみでなく、電源回路に搭載されるパワーデバイス、ＬＳＩ等
の半導体集積回路、対象物の情報を読み取るイメージセンサ機能を有する半導体装置など
様々な機能を有する半導体装置に適用することが可能である。

（実施の形態３）
本明細書に開示する半導体装置は、さまざまな電子機器（遊技機も含む）に適用すること
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
ラ等のカメラ、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。上記実施の形態で説明した半導体装置を具備する電子機器の例について説
明する。

図１０（Ａ）は、ノート型のパーソナルコンピュータであり、本体３００１、筐体３００
２、表示部３００３、キーボード３００４などによって構成されている。実施の形態１ま
たは２で示した半導体装置を適用することにより、信頼性の高いノート型のパーソナルコ
ンピュータとすることができる。

図１０（Ｂ）は、携帯情報端末（ＰＤＡ）であり、本体３０２１には表示部３０２３と、
外部インターフェイス３０２５と、操作ボタン３０２４等が設けられている。また、操作
用の付属品としてスタイラス３０２２がある。実施の形態１または２で示した半導体装置
を適用することにより、より信頼性の高い携帯情報端末（ＰＤＡ）とすることができる。

図１０（Ｃ）は、電子書籍の一例を示している。例えば、電子書籍２７００は、筐体２７
０１および筐体２７０３の２つの筐体で構成されている。筐体２７０１および筐体２７０
３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。

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１０（Ｃ）では表示部２７０５）に文章を表示し、左側の
表示部（図１０（Ｃ）では表示部２７０７）に画像を表示することができる。実施の形態
１または２で示した半導体装置を適用することにより、信頼性の高い電子書籍とすること
ができる。

また、図１０（Ｃ）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２７０１において、電源２７２１、操作キー２７２３、スピーカー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。

図１０（Ｄ）は、携帯電話であり、筐体２８００及び筐体２８０１の二つの筐体で構成さ
れている。筐体２８０１には、表示パネル２８０２、スピーカー２８０３、マイクロフォ
ン２８０４、ポインティングデバイス２８０６、カメラ用レンズ２８０７、外部接続端子
２８０８などを備えている。また、筐体２８００には、携帯型情報端末の充電を行う太陽
電池セル２８１０、外部メモリスロット２８１１などを備えている。また、アンテナは筐
体２８０１内部に内蔵されている。実施の形態１または２で示した半導体装置を適用する
ことにより、信頼性の高い携帯電話とすることができる。

また、表示パネル２８０２はタッチパネルを備えており、図１０（Ｄ）には映像表示され
ている複数の操作キー２８０５を点線で示している。なお、太陽電池セル２８１０で出力
される電圧を各回路に必要な電圧に昇圧するための昇圧回路も実装している。

表示パネル２８０２は、使用形態に応じて表示の方向が適宜変化する。また、表示パネル
２８０２と同一面上にカメラ用レンズ２８０７を備えているため、テレビ電話が可能であ
る。スピーカー２８０３及びマイクロフォン２８０４は音声通話に限らず、テレビ電話、
録音、再生などが可能である。さらに、筐体２８００と筐体２８０１は、スライドし、図
１０（Ｄ）のように展開している状態から重なり合った状態とすることができ、携帯に適
した小型化が可能である。

外部接続端子２８０８はＡＣアダプタ及びＵＳＢケーブルなどの各種ケーブルと接続可能
であり、充電及びパーソナルコンピュータなどとのデータ通信が可能である。また、外部
メモリスロット２８１１に記録媒体を挿入し、より大量のデータ保存及び移動に対応でき
る。

また、上記機能に加えて、赤外線通信機能、テレビ受信機能などを備えたものであっても
よい。

図１０（Ｅ）は、デジタルビデオカメラであり、本体３０５１、表示部（Ａ）３０５７、
接眼部３０５３、操作スイッチ３０５４、表示部（Ｂ）３０５５、バッテリー３０５６な
どによって構成されている。実施の形態１または２で示した半導体装置を適用することに
より、信頼性の高いデジタルビデオカメラとすることができる。

図１０（Ｆ）は、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。実施の形態１または２で示した半導体装置を適用することにより、
信頼性の高いテレビジョン装置とすることができる。

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
コン操作機により行うことができる。また、リモコン操作機に、当該リモコン操作機から
出力する情報を表示する表示部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。

１１０トランジスタ
１２０トランジスタ
１３０トランジスタ
１４０トランジスタ
１６０トランジスタ
１７０トランジスタ
１８０トランジスタ
２００基板
２０２絶縁膜
２０４金属酸化物膜
２０６酸化物半導体膜
２０８ａソース電極
２０８ｂドレイン電極
２１０金属酸化物膜
２１２ゲート絶縁膜
２１４ゲート電極
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スピーカー
２８００筐体
２８０１筐体
２８０２表示パネル
２８０３スピーカー
２８０４マイクロフォン
２８０５操作キー
２８０６ポインティングデバイス
２８０７カメラ用レンズ
２８０８外部接続端子
２８１０太陽電池セル
２８１１外部メモリスロット
３００１本体
３００２筐体
３００３表示部
３００４キーボード
３０２１本体
３０２２スタイラス
３０２３表示部
３０２４操作ボタン
３０２５外部インターフェイス
３０５１本体
３０５３接眼部
３０５４操作スイッチ
３０５５表示部（Ｂ）
３０５６バッテリー
３０５７表示部（Ａ）
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トランジスタ
４０１１トランジスタ
４０１３液晶素子
４０１５接続端子電極
４０１６端子電極
４０１８ＦＰＣ
４０１８ａＦＰＣ
４０１８ｂＦＰＣ
４０１９異方性導電膜
４０２１絶縁層
４０３０電極層
４０３１電極層
４０３２絶縁膜
４０３３絶縁膜
４０３５スペーサ
４５１０隔壁
４５１１電界発光層
４５１３発光素子
４５１４充填材
４６１２キャビティ
４６１３球形粒子
４６１４充填材
４６１５ａ黒色領域
４６１５ｂ白色領域
９６００テレビジョン装置
９６０１筐体
９６０３表示部
９６０５スタンド

Claims

絶縁表面を有する基板と、酸化物半導体膜と、ソース電極と、ドレイン電極と、金属酸化物膜と、絶縁膜と、ゲート電極と、を有し、
前記絶縁表面は、酸化珪素を有し、
前記酸化物半導体膜は、ＩｎとＧａとＺｎとを有する酸化物を含み、トランジスタのチャネル形成領域を有し、
前記酸化物半導体膜は、前記絶縁表面上に接して設けられ、
前記ソース電極及び前記ドレイン電極は、前記酸化物半導体膜の上方に設けられ、
前記ソース電極及び前記ドレイン電極は、前記酸化物半導体膜と電気的に接続され、
前記金属酸化物膜は、Ｉｎを含まず、ＧａとＺｎとを有し、
前記金属酸化物膜のバンドギャップは、前記酸化物半導体膜のバンドギャップより大きく、
前記金属酸化物膜は、前記酸化物半導体膜上に接して設けられ、
前記絶縁膜は、ゲート絶縁膜となる機能を有し、
前記絶縁膜は、前記金属酸化物膜上に接して設けられ、
前記ゲート電極は、前記絶縁膜上に接して設けられ、
前記ゲート電極と、前記チャネル形成領域とは、前記絶縁膜を介して重なる領域を有することを特徴とする半導体装置。