JP6208469B2 - 半導体装置 - Google Patents
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Description
半導体装置及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（薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）ともいう）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、基板上にインジウム（Ｉｎ）、ガリウム（Ｇａ）、及び亜鉛（Ｚｎ）を含むアモルファス酸化物（Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系アモルファス酸化物）からなる半導体層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）。
ところで、高精細化に伴う、画素数の増加、及び画素の微細化によって、半導体装置における配線等の集積度が高まっている。このような高集積化が進むと、作製工程における形状不良等のトラブルが生じやすく、歩留まり低下や電気特性の変動や低下が懸念される。
酸化物半導体を用いたトランジスタを有する半導体装置において、高信頼性の達成は、製品化にむけて重要事項である。
特に、半導体装置の電気特性の変動や低下は信頼性の低下を招く要因である。
高精細な画像表示を可能とする、酸化物半導体を用いたトランジスタを有する信頼性の高い半導体装置を提供することを課題の一とする。
歩留まりよく作製することができる、酸化物半導体を用いたトランジスタを有する信頼性の高い半導体装置を提供することを課題の一とする。
本明細書で開示する発明の構成の一形態は、複数の画素を含む画素部、ゲート信号線駆動回路部、及びビデオ信号をサンプリングするタイミングを制御する第１の回路、及びタイミングに従ってビデオ信号をサンプリングして画素に入力する第２の回路を含むソース信号線駆動回路部を有し、第２の回路には、チャネル形成領域に酸化物半導体積層を用いた複数のトランジスタが設けられ、酸化物半導体積層は、インジウム及びインジウム以外の第１３族元素を含む第１の酸化物半導体膜、及び第１の酸化物半導体膜の上、又は下にインジウム及びインジウム以外の第１３族元素を含む第２の酸化物半導体膜を含み、第１の酸化物半導体膜は、インジウムの原子数比がインジウム以外の第１３族元素の原子数比より大きく、第２の酸化物半導体膜は、インジウムの原子数比がインジウム以外の第１３族元素の原子数比以下であり、第１の回路と第２の回路とは配線により電気的に接続されており、配線は複数のトランジスタのうち少なくとも２以上のトランジスタのゲートと電気的に接続される半導体装置である。
本明細書で開示する発明の構成の一形態は、複数の画素を含む画素部、ゲート信号線駆動回路部、及びビデオ信号をサンプリングするタイミングを制御する第１の回路、及びタイミングに従ってビデオ信号をサンプリングして画素に入力する第２の回路を含むソース信号線駆動回路部を有し、第２の回路には、チャネル形成領域に酸化物半導体積層を用いた複数のトランジスタが設けられ、酸化物半導体積層は、インジウム及びインジウム以外の第１３族元素を含む第１の酸化物半導体膜、及び第１の酸化物半導体膜の上下にインジウム及びインジウム以外の第１３族元素を含む第２の酸化物半導体膜、及びインジウム及びインジウム以外の第１３族元素を含む第３の酸化物半導体膜を含み、第１の酸化物半導体膜は、インジウムの原子数比がインジウム以外の第１３族元素の原子数比より大きく、第２の酸化物半導体膜は、インジウムの原子数比がインジウム以外の第１３族元素の原子数比以下であり、第３の酸化物半導体膜は、インジウムの原子数比がインジウム以外の第１３族元素の原子数比以下であり、第１の回路と第２の回路とは配線により電気的に接続されており、配線は複数のトランジスタのうち少なくとも２以上のトランジスタのゲートと電気的に接続される半導体装置である。
本明細書で開示する発明の構成の一形態は、上記構成において、第１の回路は単結晶半導体基板を用いた半導体素子を有する半導体装置である。例えば、単結晶半導体基板としてシリコンウエハを用いた集積回路などを用いることができる。
本明細書で開示する発明の構成の一形態は、上記構成において、複数のトランジスタは、電界効果移動度が２０ｃｍ２／Ｖｓ以上である半導体装置である。
本明細書で開示する発明の構成の一形態は、上記構成において、第１の酸化物半導体膜は、前記インジウムの原子数比が前記インジウム以外の第１３族元素の原子数比の２倍より大きい半導体装置である。
本明細書で開示する発明の構成の一形態は、上記構成において、インジウム以外の第１３族元素はガリウムである半導体装置である。
また、ゲート絶縁膜として窒素を含む絶縁膜、窒素及び酸素を含む絶縁膜を用いることができる。窒素を含む絶縁膜として窒素を含むシリコン膜、窒素を含むアルミニウム膜など、窒素及び酸素を含む絶縁膜として窒素及び酸素を含むシリコン膜、窒素及び酸素を含むアルミニウム膜などを用いることができる。
ゲート絶縁膜は成膜ガスを用いる成膜方法により形成することができる。例えば、化学気相成長（ＣＶＤ：Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法により形成することができる。
本明細書で開示する発明の構成の一形態は、上記構成において、ゲート絶縁膜として窒素を含むシリコン膜を有する半導体装置である。
本発明の一形態は、酸化物半導体でチャネル形成領域が形成される、トランジスタ若しくはトランジスタを含んで構成される回路を有する半導体装置に関する。例えば、液晶表示パネルに代表される電気光学装置や発光素子を有する発光表示装置を部品として搭載した電子機器に関する。
酸化物半導体を用いたトランジスタを有する信頼性の高い半導体装置を提供する。
以下では、本明細書に開示する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、本明細書に開示する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、本明細書に開示する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、工程順又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、半導体装置及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。
本実施の形態では、半導体装置及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。
本実施の形態で示す半導体装置の構成例を、図４（Ａ）乃至４（Ｃ）に示す。
図１、図４、及び図５に示すように、本実施の形態で示す半導体装置は、複数の画素を含む画素部４００２、ゲート信号線駆動回路部４００４、及びビデオ信号をサンプリングするタイミングを制御する第１の回路４０９１、及び前記タイミングに従って前記ビデオ信号をサンプリングして前記画素に入力する第２の回路４０９２を含むソース信号線駆動回路部４００３を有する。
図１（Ａ）、図１（Ｂ）ではソース信号線駆動回路部４００３の構成、動作について一例を示し説明する。
ソース信号線駆動回路部４００３は、ビデオ信号をサンプリングするタイミングを制御する第１の回路４０９１、及び第１の回路４０９１が制御するタイミングに従ってビデオ信号をサンプリングして画素に入力する第２の回路４０９２を有する。第２の回路４０９２は、第２の回路４０９２＿１〜４０９２＿Ｎ（Ｎは自然数）という複数の回路を有する。第２の回路４０９２＿１〜４０９２＿Ｎは、各々、トランジスタ４０１１＿１〜４０１１＿ｋ（ｋは自然数）という複数のトランジスタを有する。トランジスタ４０１１＿１〜４０１１＿ｋが、ｎチャネル型トランジスタである例を説明する。
ビデオ信号をサンプリングするタイミングを制御する第１の回路４０９１としては、例えばシフトレジスタなどを用いることができる。
トランジスタ４０１１＿１〜４０１１＿ｋは、組成が異なる複数の酸化物半導体膜の積層からなる酸化物半導体積層を含むトランジスタである。
ソース信号線駆動回路部４００３の接続関係について、第２の回路４０９２＿１を例にして説明する。トランジスタ４０１１＿１〜４０１１＿ｋの第１端子は、各々、配線５６０４＿１〜５６０４＿ｋと接続される。トランジスタ４０１１＿１〜４０１１＿ｋの第２端子は、各々、信号線Ｓ１〜Ｓｋと接続される。トランジスタ４０１１＿１〜４０１１＿ｋのゲートは、配線５６０５＿１と接続される。
図７に、ソース信号線駆動回路部４００３の平面図を示す。図７において、トランジスタ４０１１＿１及びトランジスタ４０１１＿２はゲート電極層を兼ねる配線５６０５＿１によって第１の回路４０９１の端子部５６１１＿１と電気的に接続している。また、トランジスタ４０１１＿１は配線５６０４＿１と配線５６１０＿１を介して電気的に接続し、トランジスタ４０１１＿２は配線５６０４＿２と配線５６１０＿２を介して電気的に接続している。
このように、配線５６０５＿１が複数のトランジスタ４０１１＿１〜４０１１＿ｋのゲートと共通して電気的に接続されることによって、配線５６０５＿１〜５６０５＿Ｎの数を減らすことができる。配線数を減らすことにより、微細かつ高集積化された場合でも、配線間の間隔を確保することができ、ショートなど形状不良等に起因する電気的不良を防止することができる。従って、４Ｋ２Ｋ、８Ｋ４Ｋといった極めて高精細で画素数の多い半導体装置であっても、歩留まりよく作製することができる。また、該高精細で画素数の多い半導体装置の高信頼性化も達成できる。
第１の回路４０９１は、配線５６０５＿１〜５６０５＿Ｎに順番にＨｉｇｈレベル（Ｈｉｇｈ信号、高電源電位レベル、ともいう）の信号を出力し、第２の回路４０９２＿１〜４０９２＿Ｎを順番に選択する機能を有する。
第２の回路４０９２＿１は、配線５６０４＿１〜５６０４＿ｋと信号線Ｓ１〜Ｓｋとの導通状態（第１端子と第２端子との間の導通）を制御する機能、即ち配線５６０４＿１〜５６０４＿ｋの電位を信号線Ｓ１〜Ｓｋに供給するか否かを制御する機能を有する。このように、第２の回路４０９２＿１は、セレクタとしての機能を有する。またトランジスタ４０１１＿１〜４０１１＿ｋは、各々、配線５６０４＿１〜５６０４＿ｋと信号線Ｓ１〜Ｓｋとの導通状態を制御する機能、即ち配線５６０４＿１〜５６０４＿ｋの電位を信号線Ｓ１〜Ｓｋに供給する機能を有する。このように、トランジスタ４０１１＿１〜４０１１＿ｋは、各々、スイッチとしての機能を有する。
なお、配線５６０４＿１〜５６０４＿ｋには、各々、ビデオ信号用データ（ＤＡＴＡ）が入力される。ビデオ信号用データ（ＤＡＴＡ）は、画像情報又は画像信号に応じたアナログ信号である場合が多い。
次に、図１（Ａ）の第１の回路４０９１の動作について、図１（Ｂ）のタイミングチャートを参照して説明する。図１（Ｂ）には、信号Ｓｏｕｔ＿１〜Ｓｏｕｔ＿Ｎ、及び信号Ｖｄａｔａ＿１〜Ｖｄａｔａ＿ｋの一例を示す。信号Ｓｏｕｔ＿１〜Ｓｏｕｔ＿Ｎは、各々、第１の回路４０９１の出力信号の一例であり、信号Ｖｄａｔａ＿１〜Ｖｄａｔａ＿ｋは、各々、配線５６０４＿１〜５６０４＿ｋに入力される信号の一例である。なお、第１の回路４０９１の１動作期間は、表示装置における１ゲート選択期間に対応する。１ゲート選択期間は、一例として、期間Ｔ１〜期間ＴＮに分割される。期間Ｔ１〜ＴＮは、各々、選択された行に属する画素にビデオ信号用データ（ＤＡＴＡ）を書き込むための期間である。
期間Ｔ１〜期間ＴＮにおいて、第１の回路４０９１は、Ｈｉｇｈレベルの信号を配線５６０５＿１〜５６０５＿Ｎに順番に出力する。例えば、期間Ｔ１において、第１の回路４０９１は、Ｈｉｇｈレベルの信号を配線５６０５＿１に出力する。すると、トランジスタ４０１１＿１〜４０１１＿ｋはオンになるので、配線５６０４＿１〜５６０４＿ｋと、信号線Ｓ１〜Ｓｋとが導通状態になる。このとき、配線５６０４＿１〜５６０４＿ｋには、Ｄａｔａ（Ｓ１）〜Ｄａｔａ（Ｓｋ）が入力される。Ｄａｔａ（Ｓ１）〜Ｄａｔａ（Ｓｋ）は、各々、トランジスタ４０１１＿１〜４０１１＿ｋを介して、選択される行に属する画素のうち、１列目〜ｋ列目の画素に書き込まれる。こうして、期間Ｔ１〜ＴＮにおいて、選択された行に属する画素に、ｋ列ずつ順番にビデオ信号用データ（ＤＡＴＡ）が書き込まれる。
以上のように、ビデオ信号用データ（ＤＡＴＡ）が複数の列ずつ画素に書き込まれることによって、ビデオ信号用データ（ＤＡＴＡ）の数、又は配線の数を減らすことができる。よって、外部回路との接続数を減らすことができる。また、ビデオ信号が複数の列ずつ画素に書き込まれることによって、書き込み時間を長くすることができ、ビデオ信号の書き込み不足を防止することができる。
第２の回路４０９２におけるトランジスタ４０１１＿１〜４０１１＿ｋに用いることのできるトランジスタの一例を、図１（Ｃ）に示す。
図１（Ｃ）に示すトランジスタ４０１１ａは、ボトムゲート構造の一つであり逆スタガ型トランジスタともいうトランジスタの一例である。図１（Ｃ）はチャネル長方向の断面図である。
基板４００１上に設けられたトランジスタ４０１１ａは、ゲート電極層４０１と、ゲート電極層４０１上に、窒化物絶縁膜４２１ａ及び窒化物絶縁膜４２１ｂの積層を含むゲート絶縁膜４０２、第１の酸化物半導体膜４１１及び第２の酸化物半導体膜４１２の積層を含む酸化物半導体積層４０３、ソース電極層４０５ａ、及びドレイン電極層４０５ｂを有する。また、トランジスタ４０１１ａを覆う絶縁膜４０７が設けられている。
第１の酸化物半導体膜４１１及び第２の酸化物半導体膜４１２は組成が異なる酸化物半導体膜であり、同種の膜であっても構成する元素の原子数比が異なる。
トランジスタ４０１１ａは、窒化物絶縁膜４２１ａ及び窒化物絶縁膜４２１ｂとして窒素を含むシリコン膜を適用する例である。窒素を含むシリコン膜は、酸化シリコン膜と比較して比誘電率が高く、同等の静電容量を得るのに必要な膜厚が大きいため、ゲート絶縁膜を物理的に厚膜化することができる。よって、トランジスタ４０１１ａの絶縁耐圧の低下を抑制、さらには絶縁耐圧を向上させて、半導体装置の静電破壊を抑制することができる。
窒素を含むシリコン膜としては、例えば、窒化シリコン膜、窒化酸化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜が挙げられるが、窒素の含有量が多い程高い比誘電率を有するため、窒化シリコン膜を適用することが好ましい。また、酸化シリコンのエネルギーギャップが８ｅＶであるのに対して窒化シリコンのエネルギーギャップは５．５ｅＶと小さく、それに応じて固有抵抗も小さいため、窒化シリコン膜を用いることでより高いＥＳＤ耐性を付与することが可能となる。さらに、窒化シリコン膜をＣＶＤ法で成膜する場合、窒化酸化シリコン膜等の酸素と窒素を含むシリコン膜をＣＶＤ法で成膜する場合に適用される温室効果ガスであるＮ２Ｏガスを用いる必要がない。なお、本明細書中において、酸化窒化シリコン膜とは、その組成として、窒素よりも酸素の含有量が多い膜を指し、窒化酸化シリコン膜とは、その組成として、酸素よりも窒素の含有量が多い膜を指す。
本実施の形態において、窒化物絶縁膜４２１ａ及び窒化物絶縁膜４２１ｂとしては、窒化シリコン膜を適用する。
窒化物絶縁膜４２１ａは、窒化物絶縁膜４２１ｂよりも厚い膜厚を有し、膜中欠陥が低減された窒化シリコン膜を用いるものとする。例えば、窒化物絶縁膜４２１ａの膜厚を３００ｎｍ以上４００ｎｍ以下とする。また、電子スピン共鳴法（ＥＳＲ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｓｐｉｎ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）によって計測される信号においてＮｃセンター（ｇ値が２．００３）に現れる信号のスピン密度が、好ましくは１×１０１７ｓｐｉｎｓ／ｃｍ３以下、より好ましくは５×１０１６ｓｐｉｎｓ／ｃｍ３以下である窒化シリコン膜を適用する。このように、膜中欠陥が低減された窒化シリコン膜を厚い膜厚（例えば、３００ｎｍ以上）で設けることにより、窒化物絶縁膜４２１ａのＥＳＤ耐性を、例えば３００Ｖ以上とすることが可能である。
また、窒化物絶縁膜４２１ｂは、酸化物半導体積層４０３と接するため、含有水素濃度の低減された窒化シリコン膜とする。窒化物絶縁膜４２１ｂの水素濃度は、少なくとも窒化物絶縁膜４２１ａよりも低い濃度とする。例えば、プラズマＣＶＤ法により、窒化物絶縁膜４２１ａ及び窒化物絶縁膜４２１ｂを成膜する場合に、供給ガス中に含まれる水素濃度を低下させることで、窒化物絶縁膜４２１ｂの水素濃度を窒化物絶縁膜４２１ａよりも低減することができる。具体的には、窒化物絶縁膜４２１ａ及び窒化物絶縁膜４２１ｂとして窒化シリコン膜を形成する場合には、窒化物絶縁膜４２１ａ成膜のための供給ガスよりもアンモニア流量を低減、またはアンモニアを用いずに窒化物絶縁膜４２１ｂを成膜すればよい。
また、窒化物絶縁膜４２１ｂの膜厚は２５ｎｍ以上１５０ｎｍ以下とする。窒化物絶縁膜４２１ｂとして含有水素濃度が低減された窒化シリコン膜を設けることで、酸化物半導体積層４０３への水素、又は水素化合物（例えば、水）の混入を低減することができる。水素は酸化物半導体と結合することによって一部がドナーとなり、キャリアである電子を生じさせてトランジスタのしきい値電圧をマイナス方向に変動（シフト）させる要因となるため、水素濃度の低減された窒化シリコン膜を窒化物絶縁膜４２１ｂとして設けることで、トランジスタの電気特性を安定化させることができる。また、水素濃度の低減された窒化シリコン膜を窒化物絶縁膜４２１ｂとして設けることで、窒化物絶縁膜４２１ａに含有される水素又は水素化合物等の不純物の酸化物半導体積層４０３への拡散を防止するバリア膜としての効果も奏する。
なお、本実施の形態において、窒化物絶縁膜４２１ａと窒化物絶縁膜４２１ｂはともに窒化シリコン膜であり、材料や成膜条件によっては、各窒化物絶縁膜同士の界面が不明確になる場合もある。よって、図１Ｃにおいては、窒化物絶縁膜４２１ａと窒化物絶縁膜４２１ｂの界面を模式的に点線で図示している。これは以降の各図面においても同様である。
酸化物半導体積層４０３は、２層以上の積層であり、２層の場合、インジウム及びインジウム以外の第１３族元素を含む第１の酸化物半導体膜４１１、及び第１の酸化物半導体膜４１１の上、又は下にインジウム及びインジウム以外の第１３族元素を含む第２の酸化物半導体膜４１２を含む。第１の酸化物半導体膜４１１は、インジウムの原子数比がインジウム以外の第１３族元素の原子数比より大きく、第２の酸化物半導体膜４１２は、インジウムの原子数比がインジウム以外の第１３族元素の原子数比以下とする。
なお、本実施の形態において、酸化物半導体積層４０３を構成する複数の酸化物半導体膜は、材料や成膜条件によっては、各酸化物半導体膜同士の界面が不明確になる場合もある。よって、図１Ｃにおいては、酸化物半導体積層４０３を構成する複数の酸化物半導体膜の界面を模式的に点線で図示している。これは以降の各図面においても同様である。
第１の酸化物半導体膜４１１は、前記インジウムの原子数比が前記インジウム以外の第１３族元素の原子数比の２倍より大きいことが好ましい。
トランジスタ４０１１ａは、ゲート絶縁膜４０２側から、インジウムの原子数比がインジウム以外の第１３族元素の原子数比より大きい第１の酸化物半導体膜４１１、及びインジウムの原子数比がインジウム以外の第１３族元素の原子数比以下の第２の酸化物半導体膜４１２が順に積層する例である。
図２（Ａ）に示すトランジスタ４０１１ｂは、ゲート絶縁膜４０２側から、インジウムの原子数比がインジウム以外の第１３族元素の原子数比以下の第２の酸化物半導体膜４１２、及びインジウムの原子数比がインジウム以外の第１３族元素の原子数比より大きい第１の酸化物半導体膜４１１が順に積層する例である。
トランジスタ４０１１ａ、４０１１ｂの場合、例えば、第１酸化物半導体膜４１１、第２の酸化物半導体膜４１２としてインジウム、ガリウム、及び亜鉛を含む酸化物半導体膜を用いて、第１の酸化物半導体膜４１１の原子数比をＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝３：１：２とし、第２の酸化物半導体膜４１２の原子数比をＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：１とすることができる。
また、第１の酸化物半導体膜４１１と第２の酸化物半導体膜４１２に、結晶性の異なる酸化物半導体を適用してもよい。すなわち、単結晶酸化物半導体、多結晶酸化物半導体、非晶質酸化物半導体、またはＣＡＡＣ−ＯＳ（Ｃ Ａｘｉｓ Ａｌｉｇｎｅｄ Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）を適宜組み合わせた構成としてもよい。例えば、第１の酸化物半導体膜４１１と第２の酸化物半導体膜４１２の少なくともどちらか一方に非晶質酸化物半導体を適用すると、酸化物半導体積層４０３の内部応力や外部からの応力を緩和し、トランジスタ４０１１の特性ばらつきが低減され、また、トランジスタ４０１１の信頼性をさらに高めることが可能となる。
一方で、非晶質酸化物半導体は水素などのドナーとなる不純物を吸収しやすく、また、酸素欠損が生じやすいためｎ型化されやすい。このため、チャネル側の酸化物半導体膜は、ＣＡＡＣ−ＯＳなどの結晶性を有する酸化物半導体を適用することが好ましい。
また、図２（Ｂ）に示すトランジスタ４０１１ｃのように、酸化物半導体積層４０３が３層の場合、インジウム及びインジウム以外の第１３族元素を含む第１の酸化物半導体膜４１１、及び第１の酸化物半導体膜４１１の上下にインジウム及びインジウム以外の第１３族元素を含む第２の酸化物半導体膜４１２ａ、及びインジウム及びインジウム以外の第１３族元素を含む第３の酸化物半導体膜４１２ｂを含む。第１の酸化物半導体膜４１１は、インジウムの原子数比がインジウム以外の第１３族元素の原子数比より大きく、第２の酸化物半導体膜４１２ａは、インジウムの原子数比がインジウム以外の第１３族元素の原子数比以下であり、第３の酸化物半導体膜４１２ｂは、インジウムの原子数比がインジウム以外の第１３族元素の原子数比以下とする。
トランジスタ４０１１ｃの場合、例えば、第１の酸化物半導体膜４１１、第２の酸化物半導体膜４１２ａ、及び第３の酸化物半導体膜４１２ｂとしてインジウム、ガリウム、及び亜鉛を含む酸化物半導体膜を用いて、第１の酸化物半導体膜４１１の原子数比をＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝３：１：２とし、第２の酸化物半導体膜４１２ａの原子数比をＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：３：２とし、第３の酸化物半導体膜４１２ｂの原子数比をＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：１とすることができる。
また、トランジスタ４０１１ｃのように酸化物半導体積層４０３を３層以上の積層構造とする場合、複数層の結晶性を有する酸化物半導体膜で非晶質酸化物半導体膜を挟む構造としてもよい。また、結晶性を有する酸化物半導体膜と非晶質酸化物半導体膜を交互に積層する構造としてもよい。
また、図３（Ａ）に示すトランジスタ４０１１ｄに示すように、ソース電極層４０５ａ、ドレイン電極層４０５ｂと酸化物半導体積層４０３の間に導電膜４０８ａ、４０８ｂを設けてもよい。導電膜４０８ａ、４０８ｂはソース電極層４０５ａ、ドレイン電極層４０５ｂに用いる金属元素が酸化物半導体積層に拡散などして悪影響を与えないように、該金属元素を遮断する機能を有する膜が好ましい。例えば、抵抗が低く配線として好適な銅をソース電極層４０５ａ、ドレイン電極層４０５ｂとして用い、酸化物半導体積層４０３への銅の拡散を遮断するタングステン膜、モリブデン膜、チタン膜などを導電膜４０８ａ、４０８ｂとして設けることができる。
また、図３（Ｂ）に示すトランジスタ４０１１ｅに示すように、ゲート絶縁膜４０２側に設けられる第２の酸化物半導体膜４１２ａ（例えば原子数比をＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：３：２）は島状に加工せず、ゲート絶縁膜４０２上に延在して設けてもよい。トランジスタ４０１１ｅはゲート絶縁膜４０２として窒化物絶縁膜４２１（例えば窒化シリコン膜）、酸化物絶縁膜４２３（例えば酸化シリコン膜、窒素を含む酸化シリコン膜）の積層を含む例である。
また、図３（Ｃ）に示すトランジスタ４０１１ｆに示すように、ゲート絶縁膜４０２として窒化物絶縁膜４２１（例えば窒化シリコン膜）を設け、島状に加工せず、該窒化物絶縁膜４２１上に延在する第２の酸化物半導体膜４１２ａ（例えば原子数比をＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：３：２）を設ける構成としてもよい。
第１の酸化物半導体膜４１１、第２の酸化物半導体膜４１２（４１２ａ）、第３の酸化物半導体膜４１２ｂに用いることのできる膜の例を表１に示す。表１は、第１の酸化物半導体膜４１１、第２の酸化物半導体膜４１２（４１２ａ）、及び第３の酸化物半導体膜４１２ｂとしてインジウム、ガリウム、及び亜鉛を含む酸化物半導体膜を用いる例である。
なお、ターゲットの原子数比が形成される酸化物半導体膜の原子数比に反映される。よって、所望の原子数比を有するターゲットを用いてスパッタリング法により、酸化物半導体膜を形成することによって、所望の原子数比が反映された酸化物半導体膜を得ることができる。
トランジスタ４０１１ａ乃至４０１１ｆは、電界効果移動度が２０ｃｍ２／Ｖｓ以上のトランジスタとすることができる。
酸化物半導体積層４０３に用いる酸化物半導体としては、少なくともインジウム（Ｉｎ）とインジウム以外の第１３族元素を含む。インジウム以外の第１３族元素としてはガリウムを用いることができる。また、インジウム以外の第１３族元素の代わりにジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、スズ（Ｓｎ）、鉄（Ｆｅ）、マンガン（Ｍｎ）、コバルト（Ｃｏ）を用いてもよい。
例えば、酸化物半導体として、酸化インジウム、酸化スズ、酸化亜鉛、Ｉｎ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｍｇ系酸化物、Ｉｎ−Ｇａ系酸化物、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物（ＩＧＺＯとも表記する）、Ｉｎ−Ａｌ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｈｆ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｌａ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｃｅ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｐｒ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｎｄ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｓｍ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｅｕ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｇｄ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｔｂ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｄｙ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｈｏ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｅｒ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｔｍ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｙｂ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｌｕ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｈｆ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ａｌ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｓｎ−Ａｌ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｈｆ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｈｆ−Ａｌ−Ｚｎ系酸化物を用いることができる。
なお、ここで、例えば、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物とは、ＩｎとＧａとＺｎを主成分として有する酸化物という意味であり、ＩｎとＧａとＺｎの比率は問わない。また、ＩｎとＧａとＺｎ以外の金属元素が入っていてもよい。
また、該酸化物半導体を用いたトランジスタの電気特性のばらつきを減らすためのスタビライザーとして、それらに加えてガリウム（Ｇａ）を有することが好ましい。また、スタビライザーとしてスズ（Ｓｎ）を有することが好ましい。また、スタビライザーとしてハフニウム（Ｈｆ）を有することが好ましい。また、スタビライザーとしてアルミニウム（Ａｌ）を有することが好ましい。また、スタビライザーとしてジルコニウム（Ｚｒ）を有することが好ましい。
また、他のスタビライザーとして、ランタノイドである、ランタン（Ｌａ）、セリウム（Ｃｅ）、プラセオジム（Ｐｒ）、ネオジム（Ｎｄ）、サマリウム（Ｓｍ）、ユウロピウム（Ｅｕ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、テルビウム（Ｔｂ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）、ホルミウム（Ｈｏ）、エルビウム（Ｅｒ）、ツリウム（Ｔｍ）、イッテルビウム（Ｙｂ）、ルテチウム（Ｌｕ）のいずれか一種あるいは複数種を有してもよい。
なお、ここで、例えば、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物とは、ＩｎとＧａとＺｎを主成分として有する酸化物という意味であり、ＩｎとＧａとＺｎの比率は問わない。また、ＩｎとＧａとＺｎ以外の金属元素が入っていてもよい。
例えば、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：１、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝２：２：１、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝３：１：２、あるいはＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：３：２の原子数比のＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物やその組成の近傍の酸化物を用いることができる。あるいは、Ｉｎ：Ｓｎ：Ｚｎ＝１：１：１、Ｉｎ：Ｓｎ：Ｚｎ＝２：１：３あるいはＩｎ：Ｓｎ：Ｚｎ＝２：１：５の原子数比のＩｎ−Ｓｎ−Ｚｎ系酸化物やその組成の近傍の酸化物を用いるとよい。
しかし、インジウムを含む酸化物半導体は、これらに限られず、必要とする半導体特性（移動度、しきい値、ばらつき等）に応じて適切な組成のものを用いればよい。また、必要とする半導体特性を得るために、キャリア濃度や不純物濃度、欠陥密度、金属元素と酸素の原子数比、原子間距離、密度等を適切なものとすることが好ましい。
なお、例えば、Ｉｎ、Ｇａ、Ｚｎの原子数比がＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝ａ：ｂ：ｃ（ａ＋ｂ＋ｃ＝１）である酸化物の組成が、原子数比がＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝Ａ：Ｂ：Ｃ（Ａ＋Ｂ＋Ｃ＝１）の酸化物の組成の近傍であるとは、ａ、ｂ、ｃが、（ａ−Ａ）２＋（ｂ−Ｂ）２＋（ｃ−Ｃ）２≦ｒ２を満たすことをいい、ｒは、例えば、０．０５とすればよい。他の酸化物でも同様である。
酸化物半導体積層４０３は、例えば非単結晶を有してもよい。非単結晶は、例えば、ＣＡＡＣ（Ｃ Ａｘｉｓ Ａｌｉｇｎｅｄ Ｃｒｙｓｔａｌ）、多結晶、微結晶、非晶質部を有する。
酸化物半導体は、例えばＣＡＡＣを有してもよい。なお、ＣＡＡＣを有する酸化物半導体を、ＣＡＡＣ−ＯＳ（Ｃ Ａｘｉｓ Ａｌｉｇｎｅｄ Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）と呼ぶ。
ＣＡＡＣ−ＯＳは、例えば、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ：Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）による観察像で、結晶部を確認することができる場合がある。ＣＡＡＣ−ＯＳに含まれる結晶部は、例えば、ＴＥＭによる観察像で、一辺１００ｎｍの立方体内に収まる大きさであることが多い。また、ＣＡＡＣ−ＯＳは、ＴＥＭによる観察像で、結晶部と結晶部との境界を明確に確認できない場合がある。また、ＣＡＡＣ−ＯＳは、ＴＥＭによる観察像で、粒界（グレインバウンダリーともいう。）を明確に確認できない場合がある。ＣＡＡＣ−ＯＳは、例えば、明確な粒界を有さないため、不純物が偏析することが少ない。また、ＣＡＡＣ−ＯＳは、例えば、明確な粒界を有さないため、欠陥準位密度が高くなることが少ない。また、ＣＡＡＣ−ＯＳは、例えば、明確な粒界を有さないため、電子移動度の低下が小さい。
ＣＡＡＣ−ＯＳは、例えば、複数の結晶部を有し、当該複数の結晶部においてｃ軸が被形成面の法線ベクトルまたは表面の法線ベクトルに平行な方向に揃っている場合がある。そのため、ＣＡＡＣ−ＯＳは、例えば、Ｘ線回折（ＸＲＤ：Ｘ−Ｒａｙ Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ）装置を用い、ｏｕｔ−ｏｆ−ｐｌａｎｅ法による分析を行うと、回折角（２θ）が３１°近傍のピークが現れる場合がある。２θが３１°近傍のピークは、ＩｎＧａＺｎＯ４の結晶であれば、（００９）面に配向していることを示す。また、ＣＡＡＣ−ＯＳは、例えば、２θが３６°近傍のピークが現れる場合がある。２θが３６°近傍のピークは、ＺｎＧａ２Ｏ４の結晶であれば、（２２２）面に配向していることを示す。ＣＡＡＣ−ＯＳは、好ましくは、２θが３１°近傍にピークが現れ、２θが３６°近傍にピークが現れない。
また、ＣＡＡＣ−ＯＳは、例えば、異なる結晶部間で、それぞれａ軸およびｂ軸の向きが揃っていない場合がある。例えば、ＩｎＧａＺｎＯ４の結晶を有するＣＡＡＣ−ＯＳであれば、ＸＲＤ装置を用い、ｃ軸に垂直な方向からＸ線を入射させるｉｎ−ｐｌａｎｅ法による分析を行うと、２θが５６°近傍のピークが現れる場合がある。２θが５６°近傍のピークは、ＩｎＧａＺｎＯ４の結晶の（１１０）面を示す。ここで、２θを５６°近傍で固定し、表面の法線ベクトルを軸（φ軸）として試料を回転させて分析（φスキャン）を行うと、ａ軸およびｂ軸の向きが揃っている単結晶酸化物半導体の場合は６つのピークが現れるが、ＣＡＡＣ−ＯＳの場合は明瞭なピークが現れない。
このように、ＣＡＡＣ−ＯＳは、例えば、ｃ軸配向し、ａ軸または／およびｂ軸はマクロに揃っていない場合がある。
また、ＣＡＡＣ−ＯＳは、例えば、電子線回折像で、スポット（輝点）が観測される場合がある。なお、特に、ビーム径が１０ｎｍφ以下、または５ｎｍφ以下の電子線を用いて得られる電子線回折像を、極微電子線回折像と呼ぶ。
ＣＡＡＣ−ＯＳに含まれる結晶部は、例えば、ｃ軸がＣＡＡＣ−ＯＳの被形成面の法線ベクトルまたは表面の法線ベクトルに平行な方向になるように揃い、かつａｂ面に垂直な方向から見て金属原子が三角形状または六角形状に配列し、ｃ軸に垂直な方向から見て金属原子が層状または金属原子と酸素原子とが層状に配列している。なお、異なる結晶部間で、それぞれａ軸およびｂ軸の向きが異なっていてもよい。本明細書において、単に垂直と記載する場合、８０°以上１００°以下、好ましくは８５°以上９５°以下の範囲も含まれることとする。また、単に平行と記載する場合、−１０°以上１０°以下、好ましくは−５°以上５°以下の範囲も含まれることとする。
また、ＣＡＡＣ−ＯＳは、例えば、欠陥準位密度を低減することで形成することができる。酸化物半導体において、例えば、酸素欠損は欠陥準位である。酸素欠損は、トラップ準位となることや、水素を捕獲することによってキャリア発生源となることがある。ＣＡＡＣ−ＯＳを形成するためには、例えば、酸化物半導体に酸素欠損を生じさせないことが重要となる。従って、ＣＡＡＣ−ＯＳは、欠陥準位密度の低い酸化物半導体である。または、ＣＡＡＣ−ＯＳは、酸素欠損の少ない酸化物半導体である。
不純物濃度が低く、欠陥準位密度の低い（酸素欠損の少ない）ことを高純度真性または実質的に高純度真性と呼ぶ。高純度真性または実質的に高純度真性である酸化物半導体は、キャリア発生源が少ないため、キャリア密度を低くすることができる場合がある。従って、当該酸化物半導体をチャネル形成領域に用いたトランジスタは、しきい値電圧がマイナスとなる電気特性（ノーマリーオンともいう。）になることが少ない場合がある。また、高純度真性または実質的に高純度真性である酸化物半導体は、欠陥準位密度が低いため、トラップ準位密度も低くなる場合がある。従って、当該酸化物半導体をチャネル形成領域に用いたトランジスタは、電気特性の変動が小さく、信頼性の高いトランジスタとなる場合がある。なお、酸化物半導体のトラップ準位に捕獲された電荷は、消失するまでに要する時間が長く、あたかも固定電荷のように振る舞うことがある。そのため、トラップ準位密度の高い酸化物半導体をチャネル形成領域に用いたトランジスタは、電気特性が不安定となる場合がある。
また、高純度真性または実質的に高純度真性であるＣＡＡＣ−ＯＳを用いたトランジスタは、可視光や紫外光の照射による電気特性の変動が小さい。
酸化物半導体は、例えば多結晶を有してもよい。なお、多結晶を有する酸化物半導体を、多結晶酸化物半導体と呼ぶ。多結晶酸化物半導体は複数の結晶粒を含む。
酸化物半導体は、例えば微結晶を有してもよい。なお、微結晶を有する酸化物半導体を、微結晶酸化物半導体と呼ぶ。
微結晶酸化物半導体は、例えば、ＴＥＭによる観察像では、明確に結晶部を確認することができない場合がある。微結晶酸化物半導体に含まれる結晶部は、例えば、１ｎｍ以上１００ｎｍ以下、または１ｎｍ以上１０ｎｍ以下の大きさであることが多い。特に、例えば、１ｎｍ以上１０ｎｍ以下の微結晶をナノ結晶（ｎｃ：ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌ）と呼ぶ。ナノ結晶を有する酸化物半導体を、ｎｃ−ＯＳ（ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）と呼ぶ。また、ｎｃ−ＯＳは、例えば、ＴＥＭによる観察像では、結晶部と結晶部との境界を明確に確認できない場合がある。また、ｎｃ−ＯＳは、例えば、ＴＥＭによる観察像では、明確な粒界を有さないため、不純物が偏析することが少ない。また、ｎｃ−ＯＳは、例えば、明確な粒界を有さないため、欠陥準位密度が高くなることが少ない。また、ｎｃ−ＯＳは、例えば、明確な粒界を有さないため、電子移動度の低下が小さい。
ｎｃ−ＯＳは、例えば、微小な領域（例えば、１ｎｍ以上１０ｎｍ以下の領域）において原子配列に周期性を有する場合がある。また、ｎｃ−ＯＳは、例えば、結晶部と結晶部との間で規則性がないため、巨視的には原子配列に周期性が見られない場合、または長距離秩序が見られない場合がある。従って、ｎｃ−ＯＳは、例えば、分析方法によっては、非晶質酸化物半導体と区別が付かない場合がある。ｎｃ−ＯＳは、例えば、ＸＲＤ装置を用い、結晶部よりも大きいビーム径のＸ線でｏｕｔ−ｏｆ−ｐｌａｎｅ法による分析を行うと、配向を示すピークが検出されない場合がある。また、ｎｃ−ＯＳは、例えば、結晶部よりも大きいビーム径（例えば、２０ｎｍφ以上、または５０ｎｍφ以上）の電子線を用いる電子線回折像では、ハローパターンが観測される場合がある。また、ｎｃ−ＯＳは、例えば、結晶部と同じか結晶部より小さいビーム径（例えば、１０ｎｍφ以下、または５ｎｍφ以下）の電子線を用いる極微電子線回折像では、スポットが観測される場合がある。また、ｎｃ−ＯＳの極微電子線回折像は、例えば、円を描くように輝度の高い領域が観測される場合がある。また、ｎｃ−ＯＳの極微電子線回折像は、例えば、当該領域内に複数のスポットが観測される場合がある。
ｎｃ−ＯＳは、微小な領域において原子配列に周期性を有する場合があるため、非晶質酸化物半導体よりも欠陥準位密度が低くなる。ただし、ｎｃ−ＯＳは、結晶部と結晶部との間で規則性がないため、ＣＡＡＣ−ＯＳと比べて欠陥準位密度が高くなる。
なお、酸化物半導体が、ＣＡＡＣ−ＯＳ、多結晶酸化物半導体、微結晶酸化物半導体、非晶質酸化物半導体の二種以上を有する混合膜であってもよい。混合膜は、例えば、非晶質酸化物半導体の領域、微結晶酸化物半導体の領域、多結晶酸化物半導体の領域、ＣＡＡＣ−ＯＳの領域、のいずれか二種以上の領域を有する場合がある。また、混合膜は、例えば、非晶質酸化物半導体の領域、微結晶酸化物半導体の領域、多結晶酸化物半導体の領域、ＣＡＡＣ−ＯＳの領域、のいずれか二種以上の領域の積層構造を有する場合がある。
ＣＡＡＣ−ＯＳ膜は、例えば、多結晶である酸化物半導体スパッタリング用ターゲットを用い、スパッタリング法によって成膜する。当該スパッタリング用ターゲットにイオンが衝突すると、スパッタリング用ターゲットに含まれる結晶領域がａ−ｂ面から劈開し、ａ−ｂ面に平行な面を有する平板状またはペレット状のスパッタリング粒子として剥離することがある。この場合、当該平板状のスパッタリング粒子が、結晶状態を維持したまま基板に到達することで、スパッタリング用ターゲットの結晶状態が基板に転写され、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜を成膜することができる。
また、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜を成膜するために、以下の条件を適用することが好ましい。
成膜時の不純物濃度を低減することで、不純物によって結晶状態が崩れることを抑制できる。例えば、成膜室内に存在する不純物（水素、水、二酸化炭素および窒素など）を低減すればよい。また、成膜ガス中の不純物を低減すればよい。具体的には、露点が−８０℃以下、好ましくは−１００℃以下である成膜ガスを用いる。
また、成膜時の基板加熱温度を高めることで、基板付着後にスパッタリング粒子のマイグレーションが起こる。具体的には、基板加熱温度を１００℃以上７４０℃以下、好ましくは２００℃以上５００℃以下として成膜する。成膜時の基板加熱温度を高めることで、平板状のスパッタリング粒子が基板に到達した場合、基板上でマイグレーションが起こり、平らな面が基板に付着する。
また、成膜ガス中の酸素割合を高め、電力を最適化することで成膜時のプラズマダメージを軽減すると好ましい。成膜ガス中の酸素割合は、３０体積％以上、好ましくは１００体積％とする。
スパッタリング用ターゲットの一例として、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ化合物ターゲットについて以下に示す。
ＩｎＯＸ粉末、ＧａＯＹ粉末およびＺｎＯＺ粉末を所定の比率で混合し、加圧処理後、１０００℃以上１５００℃以下の温度で加熱処理をすることで多結晶であるＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ化合物ターゲットとする。なお、Ｘ、ＹおよびＺは任意の正数である。ここで、所定の比率は、例えば、ＩｎＯＸ粉末、ＧａＯＹ粉末およびＺｎＯＺ粉末が、２：２：１、８：４：３、３：１：１、１：１：１、４：２：３または３：１：２のｍｏｌ数比である。なお、粉末の種類、およびその混合する比率は、作製するスパッタリング用ターゲットによって適宜変更すればよい。
また、ＣＡＡＣ−ＯＳのように結晶部を有する酸化物半導体では、よりバルク内欠陥を低減することができ、表面の平坦性を高めればアモルファス状態の酸化物半導体以上の移動度を得ることができる。表面の平坦性を高めるためには、平坦な表面上に酸化物半導体を形成することが好ましく、具体的には、平均面粗さ（Ｒａ）が１ｎｍ以下、好ましくは０．３ｎｍ以下、より好ましくは０．１ｎｍ以下の表面上に形成するとよい。
なお、Ｒａとは、ＪＩＳ Ｂ ０６０１：２００１（ＩＳＯ４２８７：１９９７）で定義されている算術平均粗さを曲面に対して適用できるよう三次元に拡張したものであり、「基準面から指定面までの偏差の絶対値を平均した値」で表現でき、数式（１）にて定義される。
ここで、指定面とは、粗さ計測の対象となる面であり、座標（（ｘ１，ｙ１，ｆ（ｘ１，ｙ１）），（ｘ１，ｙ２，ｆ（ｘ１，ｙ２）），（ｘ２，ｙ１，ｆ（ｘ２，ｙ１）），（ｘ２，ｙ２，ｆ（ｘ２，ｙ２））の４点で表される四角形の領域とし、指定面をｘｙ平面に投影した長方形の面積をＳ０、基準面の高さ（指定面の平均の高さ）をＺ０とする。Ｒａは原子間力顕微鏡（ＡＦＭ：Ａｔｏｍｉｃ Ｆｏｒｃｅ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）にて測定可能である。
ただし、トランジスタ４０１１は、ボトムゲート型であるため、酸化物半導体膜の下方には基板４００１とゲート電極層４０１とゲート絶縁膜４０２が存在している。従って、上記平坦な表面を得るためにゲート電極層４０１及びゲート絶縁膜４０２を形成した後、ＣＭＰ処理などの平坦化処理を行ってもよい。
酸化物半導体積層４０３の膜厚は、１ｎｍ以上３０ｎｍ以下（好ましくは５ｎｍ以上１０ｎｍ以下）とし、スパッタリング法、ＭＢＥ（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｂｅａｍ Ｅｐｉｔａｘｙ）法、ＣＶＤ法、パルスレーザ堆積法、ＡＬＤ（Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法等を適宜用いることができる。
また、酸化物半導体積層４０３において、銅、塩素などの不純物がほとんど含まれない高純度化されたものであることが望ましい。トランジスタの製造工程において、これらの不純物が混入または酸化物半導体膜表面に付着する恐れのない工程を適宜選択することが好ましく、酸化物半導体膜表面に付着した場合には、シュウ酸や希フッ酸などに曝す、またはプラズマ処理（Ｎ２Ｏプラズマ処理など）を行うことにより、酸化物半導体膜表面の不純物を除去することが好ましい。具体的には、酸化物半導体膜の銅濃度は１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、好ましくは１×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下とする。また、酸化物半導体膜のアルミニウム濃度は１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下とする。また、酸化物半導体膜の塩素濃度は２×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下とする。
絶縁表面を有する基板４００１に使用することができる基板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、バリウムホウケイ酸ガラスやアルミノホウケイ酸ガラスなどのガラス基板などの電子工業用に使われる各種ガラス基板を用いることが出来る。なお、基板としては、熱膨張係数が２５×１０−７／℃以上５０×１０−７／℃以下（好ましくは、３０×１０−７／℃以上４０×１０−７／℃以下）であり、歪み点が６５０℃以上７５０℃以下（好ましくは、７００℃以上７４０℃以下）である基板を用いることが好ましい。
第５世代（１０００ｍｍ×１２００ｍｍまたは１３００ｍｍ×１５００ｍｍ）、第６世代（１５００ｍｍ×１８００ｍｍ）、第７世代（１８７０ｍｍ×２２００ｍｍ）、第８世代（２２００ｍｍ×２５００ｍｍ）、第９世代（２４００ｍｍ×２８００ｍｍ）、第１０世代（２８８０ｍｍ×３１３０ｍｍ）などの大型ガラス基板を用いる場合、半導体装置の作製工程における加熱処理などで生じる基板の縮みによって、微細な加工が困難になる場合ある。そのため、前述したような大型ガラス基板を基板として用いる場合、縮みの少ないものを用いることが好ましい。例えば、基板として、好ましくは４５０℃、好ましくは５００℃の温度で１時間加熱処理を行った後の縮み量が２０ｐｐｍ以下、好ましくは１０ｐｐｍ以下、さらに好ましくは５ｐｐｍ以下である大型ガラス基板を用いればよい。
または、基板４００１として、セラミック基板、石英基板、サファイア基板などを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できる。これらの基板上に半導体素子が設けられたものを用いてもよい。
また、基板４００１として、可撓性基板を用いて半導体装置を作製してもよい。可撓性を有する半導体装置を作製するには、可撓性基板上に酸化物半導体積層４０３を含むトランジスタ４０１１を直接作製してもよいし、他の作製基板に酸化物半導体積層４０３を含むトランジスタ４０１１を作製し、その後可撓性基板に剥離、転置してもよい。なお、作製基板から可撓性基板に剥離、転置するために、作製基板と酸化物半導体膜を含むトランジスタ４０１１との間に剥離層を設けるとよい。
基板４００１上に下地膜として絶縁膜を設けてもよい。絶縁膜としては、プラズマＣＶＤ法又はスパッタリング法等により、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、酸化アルミニウム、酸化窒化アルミニウム、酸化ハフニウム、酸化ガリウムなどの酸化物絶縁膜、窒化シリコン、窒化酸化シリコン、窒化アルミニウム、窒化酸化アルミニウムなどの窒化物絶縁膜、又はこれらの混合材料を用いて形成することができる。
また、該絶縁膜としては、不純物に対するバリア性を有する窒化物絶縁膜４２１ｂと同材料及び同工程で形成された同種の膜を用いてもよい。例えば、トランジスタ４０１１ａにおいて、基板４００１上に窒化物絶縁膜４２１ｂ、窒化物絶縁膜４２１ａ、窒化物絶縁膜４２１ｂを３層積層してもよい。不純物に対するバリア性を有する窒化物絶縁膜４２１ｂのような膜を基板４００１と窒化物絶縁膜４２１ａとの間に設けることで、基板４００１から窒化物絶縁膜４２１ａへの不純物の侵入を遮断することができる。
基板４００１（又は基板４００１及び下地膜）に熱処理を行ってもよい。例えば、高温のガスを用いて熱処理を行うＧＲＴＡ（Ｇａｓ Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ａｎｎｅａｌ）装置により、６５０℃、１分〜５分間、熱処理を行えばよい。なお、ＧＲＴＡにおける高温のガスには、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。また、電気炉により、５００℃、３０分〜１時間、熱処理を行ってもよい。
ソース電極層４０５ａ、ドレイン電極層４０５ｂ、及びゲート電極層４０１としては、例えば、アルミニウム、クロム、銅、タンタル、チタン、モリブデン、タングステン、ネオジム、及びスカンジウムのいずれかから選択される一以上の元素を含む金属膜、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、ソース電極層４０５ａ、ドレイン電極層４０５ｂ、及びゲート電極層４０１としてリン等の不純物元素をドーピングした多結晶シリコン膜に代表される半導体膜、ニッケルシリサイドなどのシリサイド膜を用いてもよい。
また、ソース電極層４０５ａ、ドレイン電極層４０５ｂ、及びゲート電極層４０１としては、導電性の金属酸化物膜で形成しても良い。導電性の金属酸化物膜としては酸化インジウム、酸化スズ、酸化亜鉛、酸化インジウム酸化スズ、及び酸化インジウム酸化亜鉛のいずれかから選択される一以上の元素を含む金属酸化物膜、又はこれらの金属酸化物材料に酸化シリコンを含ませた金属酸化物膜を用いることができる。
ソース電極層４０５ａ、ドレイン電極層４０５ｂ、及びゲート電極層４０１は、上記導電膜の単層構造でも積層構造でもよく、例えば、アルミニウム、銅などの金属膜の下側又は上側の一方または双方にチタン、モリブデン、タングステン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）を積層させた構成などを用いることができる。
例えば、ゲート電極層４０１として、窒化タングステン膜又は窒化チタン膜上に、銅を形成し、銅上にタングステン膜、モリブデン膜、又はチタン膜が積層した構造などを用いることができる。
ソース電極層４０５ａ、ドレイン電極層４０５ｂ、及びゲート電極層４０１は、スパッタリング法、ＣＶＤ法（プラズマＣＶＤ法など）、蒸着法等を用いて形成することができる。
絶縁膜４０７及びゲート絶縁膜４０２の材料としては、酸化シリコン膜、酸化ガリウム膜、酸化ガリウム亜鉛膜、酸化亜鉛膜、酸化アルミニウム膜、窒化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜、酸化窒化アルミニウム膜、または窒化酸化シリコン膜を用いて形成することができる。
また、絶縁膜４０７及びゲート絶縁膜４０２の材料として酸化ハフニウム、酸化イットリウム、ハフニウムシリケート（ＨｆＳｉｘＯｙ（ｘ＞０、ｙ＞０））、窒素が添加されたハフニウムシリケート（ＨｆＳｉＯｘＮｙ（ｘ＞０、ｙ＞０））、ハフニウムアルミネート（ＨｆＡｌｘＯｙ（ｘ＞０、ｙ＞０））、酸化ランタンなどのｈｉｇｈ−ｋ材料を用いることもできる。さらに、絶縁膜４０７及びゲート絶縁膜４０２は、単層構造としても良いし、積層構造としても良い。
また、絶縁膜４０７として、インジウム、ガリウム、亜鉛を含む酸化物膜（例えば原子数比をＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：３：２）を用いてもよい。
絶縁膜４０７及びゲート絶縁膜４０２は、スパッタリング法、ＭＢＥ（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｂｅａｍ Ｅｐｉｔａｘｙ）法、化学気相成長（ＣＶＤ：Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法（プラズマＣＶＤ法等）、パルスレーザ堆積法、ＡＬＤ（Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法等を適宜用いて形成することができる。また、有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ：Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法を用いてもよい。例えば、ＭＯＣＶＤ法を用いて成膜した酸化ガリウム膜を、絶縁膜４０７及びゲート絶縁膜４０２として用いることができる。
絶縁膜４０７及びゲート絶縁膜４０２は、酸化物半導体積層４０３と接する部分において酸素を多く含むことが好ましい。絶縁膜４０７及びゲート絶縁膜４０２は、膜中（バルク中）に少なくとも化学量論的組成を超える量の酸素が存在することが好ましく、酸素を多く含む絶縁膜を絶縁膜４０７及びゲート絶縁膜４０２として用いると、酸化物半導体積層４０３に酸素を供給することができ、特性を良好にすることができる。絶縁膜４０７及びゲート絶縁膜４０２は、作製するトランジスタのサイズや絶縁膜４０７及びゲート絶縁膜４０２の段差被覆性を考慮して形成することが好ましい。
また、絶縁膜４０７は、酸化物半導体積層４０３からの酸素放出、及び水素、水分などの不純物侵入が防止できる緻密な膜を用いることが好ましい。絶縁膜４０７は、酸素過剰膜と緻密な膜との積層でもよい。
また、酸化物半導体積層４０３に、過剰な水素（水や水酸基を含む）を除去（脱水化または脱水素化）するための加熱処理を行ってもよい。加熱処理の温度は、３００℃以上７００℃以下、または基板の歪み点未満とする。加熱処理は減圧下又は窒素雰囲気下などで行うことができる。例えば、加熱処理装置の一つである電気炉に基板を導入し、酸化物半導体積層４０３に対して窒素雰囲気下４５０℃において１時間の加熱処理を行う。
なお、加熱処理装置は電気炉に限られず、抵抗発熱体などの発熱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よい。例えば、ＧＲＴＡ（Ｇａｓ Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ａｎｎｅａｌ）装置、ＬＲＴＡ（Ｌａｍｐ Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ａｎｎｅａｌ）装置等のＲＴＡ（Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ａｎｎｅａｌ）装置を用いることができる。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。ＧＲＴＡ装置は、高温のガスを用いて加熱処理を行う装置である。高温のガスには、アルゴンなどの希ガス、または窒素のような、加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。
例えば、加熱処理として、６５０℃〜７００℃の高温に加熱した不活性ガス中に基板を入れ、数分間加熱した後、基板を不活性ガス中から出すＧＲＴＡを行ってもよい。
なお、加熱処理においては、窒素、またはヘリウム、ネオン、アルゴン等の希ガスに、水、水素などが含まれないことが好ましい。または、熱処理装置に導入する窒素、またはヘリウム、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（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。
また、加熱処理で酸化物半導体積層４０３を加熱した後、同じ炉に高純度の酸素ガス、高純度の一酸化二窒素ガス、又は超乾燥エア（ＣＲＤＳ（キャビティリングダウンレーザー分光法）方式の露点計を用いて測定した場合の水分量が２０ｐｐｍ（露点換算で−５５℃）以下、好ましくは１ｐｐｍ以下、より好ましくは１０ｐｐｂ以下の空気）を導入してもよい。酸素ガスまたは一酸化二窒素ガスに、水、水素などが含まれないことが好ましい。または、熱処理装置に導入する酸素ガスまたは一酸化二窒素ガスの純度を、６Ｎ以上好ましくは７Ｎ以上（即ち、酸素ガスまたは一酸化二窒素ガス中の不純物濃度を１ｐｐｍ以下、好ましくは０．１ｐｐｍ以下）とすることが好ましい。酸素ガス又は一酸化二窒素ガスの作用により、脱水化または脱水素化処理による不純物の排除工程によって同時に減少してしまった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、酸化物半導体積層４０３を高純度化することができる。
なお、脱水化又は脱水素化のための加熱処理を行うタイミングは、膜状であっても、エッチングにより加工した後でもよい。また、脱水化又は脱水素化のための加熱処理は、複数回行ってもよく、他の加熱処理と兼ねてもよい。
また、脱水化又は脱水素化処理を行った酸化物半導体積層４０３に、酸素（少なくとも、酸素ラジカル、酸素原子、酸素イオン、のいずれかを含む）を導入して膜中に酸素を供給してもよい。
脱水化又は脱水素化処理を行った酸化物半導体積層４０３に、酸素を導入して膜中に酸素を供給することによって、酸化物半導体積層４０３を高純度化、及び電気的にＩ型（真性）化することができる。高純度化し、電気的にＩ型（真性）化した酸化物半導体積層４０３を有するトランジスタは、電気特性変動が抑制されており、電気的に安定である。
酸素の導入方法としては、イオン注入法、イオンドーピング法、プラズマイマージョンイオンインプランテーション法、プラズマ処理などを用いることができる。
酸化物半導体積層４０３への酸素の導入は、脱水化又は脱水素化処理を行った後が好ましいが、特に限定されない。また、上記脱水化又は脱水素化処理を行った酸化物半導体積層４０３への酸素の導入は複数回行ってもよい。
以上のように、本実施の形態における半導体装置は、高精細な画像表示を可能とする高機能及び高信頼性の半導体装置とすることができる。
（実施の形態２）
本実施の形態では、半導体装置の具体的な構成例を図４（Ａ）乃至（Ｃ）、及び図５（Ａ）、（Ｂ）を用いて説明する。
本実施の形態では、半導体装置の具体的な構成例を図４（Ａ）乃至（Ｃ）、及び図５（Ａ）、（Ｂ）を用いて説明する。
図４（Ａ）において、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、基板４００６によって封止されている。図４（Ａ）においては、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、ＩＣチップ、又は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ゲート信号線駆動回路部４００４、ソース信号線駆動回路部４００３における第１の回路４０９１が実装されている。ソース信号線駆動回路部４００３と、ゲート信号線駆動回路部４００４又は画素部４００２に与えられる各種信号及び電位は、ＦＰＣ（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ ｐｒｉｎｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ）４０１８ａ、４０１８ｂから供給されている。
図４（Ｂ）、及び図４（Ｃ）において、基板４００１上に設けられた画素部４００２と、ゲート信号線駆動回路部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、ゲート信号線駆動回路部４００４の上に基板４００６が設けられている。よって画素部４００２と、ゲート信号線駆動回路部４００４とは、基板４００１とシール材４００５と基板４００６とによって共に封止されている。
図４（Ｂ）、及び図４（Ｃ）においては、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、ソース信号線駆動回路部４００３が設けられており、ソース信号線駆動回路部４００３において、第１の回路４０９１はＩＣチップ、又は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、実装されており、第２の回路４０９２は基板４００１上に形成されている。
図４（Ｂ）、及び図４（Ｃ）においては、ソース信号線駆動回路部４００３と、ゲート信号線駆動回路部４００４又は画素部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４（Ｂ）、及び図４（Ｃ）においては、ソース信号線駆動回路部４００３における第１の回路４０９１を別途形成し、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。
なお、別途形成した駆動回路部の接続方法は、特に限定されるものではなく、ＣＯＧ（Ｃｈｉｐ Ｏｎ Ｇｌａｓｓ）方法、ワイヤボンディング方法、或いはＴＡＢ（Ｔａｐｅ Ａｕｔｏｍａｔｅｄ Ｂｏｎｄｉｎｇ）方法などを用いることができる。図４（Ａ）は、ＣＯＧ方法によりソース信号線駆動回路部４００３における第１の回路４０９１、ゲート信号線駆動回路部４００４を実装する例であり、図４（Ｂ）は、ＣＯＧ方法によりソース信号線駆動回路部４００３における第１の回路４０９１を実装する例であり、図４（Ｃ）は、ＴＡＢ方法によりソース信号線駆動回路部４００３における第１の回路４０９１を実装する例である。
また、半導体装置は、画素に設けられた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半導体装置とは、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、ＴＣＰの先にプリント配線板が設けられたモジュールも全て半導体装置に含むものとする。
半導体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、電流又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。
また、半導体装置の一形態について、図５を用いて説明する。図５は、図４（Ａ）のＭ−Ｎにおける断面図に相当する。
図５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４０１６は、トランジスタ４０１０、４０１１のゲート電極層と同じ導電膜で形成されている。
また基板４００１上に設けられた画素部４００２と、ゲート信号線駆動回路部４００４、ソース信号線駆動回路部４００３における第２の回路４０９２は、トランジスタを複数有しており、図５では、画素部４００２に含まれるトランジスタ４０１０と、ソース信号線駆動回路部４００３における第２の回路４０９２に含まれるトランジスタ４０１１とを例示している。図５（Ａ）では、トランジスタ４０１０、４０１１上には絶縁膜４０２４が設けられ、図５（Ｂ）では、トランジスタ４０１０上にさらに、絶縁膜４０２１が設けられている。
トランジスタ４０１０、４０１１としては、実施の形態１に示したトランジスタ４０１１ａ乃至４０１１ｆを適用することができる。本実施の形態では、実施の形態１で示したトランジスタ４０１１ａと同様な構造を有するトランジスタを適用する例を示す。
本実施の形態では、トランジスタ４０１０、４０１１は、チャネル形成領域に酸化物半導体積層を用いる。酸化物半導体積層は、２層以上の積層であり、２層の場合、インジウム及びインジウム以外の第１３族元素を含む第１の酸化物半導体膜、及び第１の酸化物半導体膜の上、又は下にインジウム及びインジウム以外の第１３族元素を含む第２の酸化物半導体膜を含む。第１の酸化物半導体膜は、インジウムの原子数比がインジウム以外の第１３族元素の原子数比より大きく、第２の酸化物半導体膜は、インジウムの原子数比がインジウム以外の第１３族元素の原子数比以下とする。
また、酸化物半導体積層が３層の場合、インジウム及びインジウム以外の第１３族元素を含む第１の酸化物半導体膜、及び第１の酸化物半導体膜の上下にインジウム及びインジウム以外の第１３族元素を含む第２の酸化物半導体膜、及びインジウム及びインジウム以外の第１３族元素を含む第３の酸化物半導体膜を含む。第１の酸化物半導体膜は、インジウムの原子数比がインジウム以外の第１３族元素の原子数比より大きく、第２の酸化物半導体膜は、インジウムの原子数比がインジウム以外の第１３族元素の原子数比以下であり、第３の酸化物半導体膜は、インジウムの原子数比がインジウム以外の第１３族元素の原子数比以下とする。
トランジスタ４０１０、４０１１は、電界効果移動度が２０ｃｍ２／Ｖｓ以上のトランジスタとすることができる。
上記構成とすることで、本実施の形態の図５で示す、トランジスタ４０１０、４０１１を含む半導体装置は、高精細な画像表示を可能とする高機能及び高信頼性の半導体装置とすることができる。
第１の回路４０９１のような半導体集積回路と、基板上に設けられた第２の回路４０９２のようなトランジスタ４０１１と電気的に接続されている配線との接続部分の構造としては、基板上の配線と半導体集積回路の電極に設けられた導電性の突起物であるバンプとを接触させ、基板と半導体集積回路間を樹脂で固定してもよい。また基板上の配線と半導体集積回路の電極端子の間に導電性の粒子を分散させた樹脂を設け、この導電性の粒子で半導体集積回路と基板上の配線との接続を行い、導電性の粒子を分散させた有機樹脂で接着、固定してもよい。また、接着に使用する樹脂としては光硬化性の樹脂や熱硬化性のものあるいは自然硬化性の樹脂等を用いることができる。また、実装方法として、ワイヤーボンディング法を用いてもよい。
本実施の形態では、トランジスタ４５０９を含む第１の回路４０９１は、トランジスタ４０１１を含む第２の回路４０９２と接続する配線４５２０と、異方性導電膜４５４０を介して電気的に接続されている。
また、第１の回路４０９１は、ＦＰＣ４５１８と、異方性導電膜４０１９、接続端子電極４０１５、端子電極４０１６、異方性導電膜４５４０を介して電気的に接続されている。
図示しないが、第１の回路４０９１は接着層によって第１の基板４００１上に接着することができる。
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き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５（Ａ）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５（Ａ）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、及び液晶組成物４００８を含む。なお、液晶組成物４００８を挟持するように配向膜として機能する絶縁膜４０３２、４０３３が設けられている。第２の電極層４０３１は基板４００６側に設けられ、第１の電極層４０３０と第２の電極層４０３１とは液晶組成物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、液晶組成物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。なお球状のスペーサを用いていてもよい。
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（液晶組成物）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、液晶組成物４００８に、配向膜を用いないブルー相を発現する液晶組成物を用いてもよい。この場合、液晶組成物４００８と、第１の電極層４０３０及び第２の電極層４０３１とは接する構造となる。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、液晶及びカイラル剤を混合させた液晶組成物を用いて発現させることができる。また、ブルー相が発現する温度範囲を広げるために、ブルー相を発現する液晶組成物に重合性モノマー及び重合開始剤などを添加し、高分子安定化させる処理を行って液晶層を形成することもできる。ブルー相を発現する液晶組成物は、応答速度が短く、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。静電気の影響により酸化物半導体膜を用いるトランジスタの電気的な特性が著しく変動して設計範囲を逸脱する恐れがある。よって酸化物半導体膜を用いるトランジスタを有する液晶表示装置にブルー相を発現する液晶組成物を用いることはより効果的である。
また、液晶材料の固有抵抗は、１×１０９Ω・ｃｍ以上であり、好ましくは１×１０１１Ω・ｃｍ以上であり、さらに好ましくは１×１０１２Ω・ｃｍ以上である。なお、本明細書における固有抵抗の値は、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、所定の期間の間電荷を保持できるように設定される。保持容量の大きさは、トランジスタのオフ電流等を考慮して設定すればよい。
本明細書に開示する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）を低く制御することができる。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、本明細書に開示する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。例えば、このような高速駆動が可能なトランジスタを液晶表示装置に用いることで、画素部のスイッチングトランジスタと、駆動回路部に使用するドライバートランジスタを同一基板上に形成することができる。すなわち、別途駆動回路として、シリコンウェハ等により形成された半導体装置を用いる必要がないため、半導体装置の部品点数を削減することができる。また、画素部においても、高速駆動が可能なトランジスタを用いることで、高画質な画像を提供することができる。
液晶表示装置には、ＴＮ（Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ）モード、ＩＰＳ（Ｉｎ−Ｐｌａｎｅ−Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）モード、ＦＦＳ（Ｆｒｉｎｇｅ Ｆｉｅｌｄ Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）モード、ＡＳＭ（Ａｘｉａｌｌｙ Ｓｙｍｍｅｔｒｉｃ ａｌｉｇｎｅｄ Ｍｉｃｒｏ−ｃｅｌｌ）モード、ＯＣＢ（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｄ Ｂｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｃｅ）モード、ＦＬＣ（Ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ）モード、ＡＦＬＣ（ＡｎｔｉＦｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ）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。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−Ｄｏｍａｉｎ Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）モード、ＰＶＡ（Ｐａｔｔｅｒｎｅｄ Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）モード、ＡＳＶ（Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｓｕｐｅｒ Ｖｉｅｗ）モードなどを用いることができる。また、ＶＡ型の液晶表示装置にも適用することができる。ＶＡ型の液晶表示装置とは、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る。ＶＡ型の液晶表示装置は、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。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、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、開示する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、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。本実施の形態では、発光素子として有機ＥＬ素子を用いる例を示す。
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光性であればよい。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５（Ｂ）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。
図５（Ｂ）に示す発光装置においては、表示素子である発光素子４５１３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よい。
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膜等を形成することができる。
また、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、発光素子４５１３を覆う有機化合物を含む層を蒸着法により形成してもよい。
また、基板４００１、基板４００６、及びシール材４００５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、紫外線硬化樹脂又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）又は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又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の粒子又は第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、又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。
なお、基板４００１、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、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又はアクリル樹脂フィルムを用いることができる。また、透光性が必要でなければ、アルミニウムやステンレスなどの金属基板（金属フィルム）を用いてもよい。また複合材料を用いてもよく、例えば、ＦＲＰ（Ｆｉｂｅｒｇｌａｓｓ−Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｐｌａｓｔｉｃｓ）板、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等を用いることもできる。
絶縁膜４０２４としては、酸化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜、酸化アルミニウム膜、又は酸化窒化アルミニウム膜などの酸化物絶縁膜、窒化シリコン膜、窒化酸化シリコン膜、窒化アルミニウム膜、又は窒化酸化アルミニウム膜などの窒化物絶縁膜の単層、又は積層を用いることができる。
また、平坦化絶縁膜として機能する絶縁膜４０２１は、アクリル、ポリイミド、ベンゾシクロブテン系樹脂、ポリアミド、エポキシ等の、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、これらの材料で形成される絶縁膜を複数積層させることで、絶縁膜を形成してもよい。
絶縁膜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、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、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の電極層及び第２の電極層（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、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、グラフェン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、モリブデン、ジルコニウム、ハフニウム、バナジウム、ニオブ、タンタル、クロム、コバルト、ニッケル、チタン、白金、アルミニウム、銅、銀等の金属、又はその合金、若しくはその金属窒化物から一つ、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。
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。
以上のように様々な機能を有する半導体装置を提供することができる。
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、テレビ、モニタ等の表示装置、照明装置、デスクトップ型或いはノート型のパーソナルコンピュータ、ワードプロセッサ、ＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｃ）などの記録媒体に記憶された静止画又は動画を再生する画像再生装置、ポータブルＣＤプレーヤ、ラジオ、テープレコーダ、ヘッドホンステレオ、ステレオ、コードレス電話子機、トランシーバ、携帯無線機、携帯電話、自動車電話、携帯型ゲーム機、電卓、携帯情報端末、電子手帳、電子書籍、電子翻訳機、音声入力機器、ビデオカメラ、デジタルスチルカメラ、電気シェーバ、電子レンジ等の高周波加熱装置、電気炊飯器、電気洗濯機、電気掃除機、エアコンディショナーなどの空調設備、食器洗い器、食器乾燥器、衣類乾燥器、布団乾燥器、電気冷蔵庫、電気冷凍庫、電気冷凍冷蔵庫、ＤＮＡ保存用冷凍庫、煙感知器、放射線測定器、透析装置等の医療機器、などが挙げられる。さらに、誘導灯、信号機、ベルトコンベア、エレベータ、エスカレータ、産業用ロボット、電力貯蔵システム等の産業機器も挙げられる。また、石油を用いたエンジンや、非水系二次電池からの電力を用いて電動機により推進する移動体なども、電気機器の範疇に含まれるものとする。上記移動体として、例えば、電気自動車（ＥＶ）、内燃機関と電動機を併せ持ったハイブリッド車（ＨＥＶ）、プラグインハイブリッド車（ＰＨＥＶ）、これらのタイヤ車輪を無限軌道に変えた装軌車両、電動アシスト自転車を含む原動機付自転車、自動二輪車、電動車椅子、ゴルフ用カート、小型又は大型船舶、潜水艦、ヘリコプター、航空機、ロケット、人工衛星、宇宙探査機、惑星探査機、宇宙船が挙げられる。
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、テレビ、モニタ等の表示装置、照明装置、デスクトップ型或いはノート型のパーソナルコンピュータ、ワードプロセッサ、ＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｃ）などの記録媒体に記憶された静止画又は動画を再生する画像再生装置、ポータブルＣＤプレーヤ、ラジオ、テープレコーダ、ヘッドホンステレオ、ステレオ、コードレス電話子機、トランシーバ、携帯無線機、携帯電話、自動車電話、携帯型ゲーム機、電卓、携帯情報端末、電子手帳、電子書籍、電子翻訳機、音声入力機器、ビデオカメラ、デジタルスチルカメラ、電気シェーバ、電子レンジ等の高周波加熱装置、電気炊飯器、電気洗濯機、電気掃除機、エアコンディショナーなどの空調設備、食器洗い器、食器乾燥器、衣類乾燥器、布団乾燥器、電気冷蔵庫、電気冷凍庫、電気冷凍冷蔵庫、ＤＮＡ保存用冷凍庫、煙感知器、放射線測定器、透析装置等の医療機器、などが挙げられる。さらに、誘導灯、信号機、ベルトコンベア、エレベータ、エスカレータ、産業用ロボット、電力貯蔵システム等の産業機器も挙げられる。また、石油を用いたエンジンや、非水系二次電池からの電力を用いて電動機により推進する移動体なども、電気機器の範疇に含まれるものとする。上記移動体として、例えば、電気自動車（ＥＶ）、内燃機関と電動機を併せ持ったハイブリッド車（ＨＥＶ）、プラグインハイブリッド車（ＰＨＥＶ）、これらのタイヤ車輪を無限軌道に変えた装軌車両、電動アシスト自転車を含む原動機付自転車、自動二輪車、電動車椅子、ゴルフ用カート、小型又は大型船舶、潜水艦、ヘリコプター、航空機、ロケット、人工衛星、宇宙探査機、惑星探査機、宇宙船が挙げられる。
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。例えば、表示部に実施の形態１又は実施の形態２で示す表示装置が適用することができる。
図６（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３００２、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乃至３のいずれかで示した半導体装置を適用することにより、高性能及び高信頼性の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６（Ｂ）は、携帯音楽プレーヤであり、本体３０２１には表示部３０２３と、耳に装着するための固定部３０２２と、スピーカ、操作ボタン３０２４、外部メモリスロット３０２５等が設けられている。実施の形態１又は実施の形態２のいずれかで示した半導体装置を適用することにより、高性能及び高信頼性な携帯音楽プレイヤー（ＰＤＡ）とすることができる。
さらに、図６（Ｂ）に示す携帯音楽プレーヤにアンテナやマイク機能や無線機能を持たせ、携帯電話と連携させれば、乗用車などを運転しながらワイヤレスによるハンズフリーでの会話も可能である。
図６（Ｃ）は、電子書籍の一例を示している。例えば、電子書籍は、筐体２７０１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。
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６（Ｃ）では表示部２７０５）に文章を表示し、左側の表示部（図６（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又は実施の形態２で示した半導体装置を適用することにより、高性能及び高信頼性な電子書籍とすることができる。表示部２７０５として半透過型、又は反射型の液晶表示装置を用いる場合、比較的明るい状況下での使用も予想されるため、太陽電池を設け、太陽電池による発電、及びバッテリーでの充電を行えるようにしてもよい。なおバッテリーとしては、リチウムイオン電池を用いると、小型化を図れる等の利点がある。
また、図６（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６（Ｄ）は、携帯電話であり、筐体２８０１には、表示パネル２８０２、スピーカ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、アンテナは筐体２８０１内部に内蔵されている。実施の形態１又は実施の形態２で示した半導体装置を適用することにより、高性能及び高信頼性な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６（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、図６（Ｄ）に示す携帯電話に太陽電池セルを搭載し、該太陽電池セル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を、携帯電話に実装してもよい。
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。
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６（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又は実施の形態２で示した半導体装置を適用することにより、高性能及び高信頼性なデジタルビデオカメラとすることができる。
図６（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又は実施の形態２で示した半導体装置を適用することにより、高性能及び高信頼性な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。
本実施の形態は、他の実施の形態に記載した構成と適宜組み合わせて実施することが可能である。
４０１ ゲート電極層
４０２ ゲート絶縁膜
４０３ 酸化物半導体積層
４０５ａ ソース電極層
４０５ｂ ドレイン電極層
４０７ 絶縁膜
４０８ａ 導電膜
４０８ｂ 導電膜
４１１ 酸化物半導体膜
４１２ 酸化物半導体膜
４１２ａ 酸化物半導体膜
４１２ｂ 酸化物半導体膜
４２１ 窒化物絶縁膜
４２１ａ 窒化物絶縁膜
４２１ｂ 窒化物絶縁膜
４２３ 酸化物絶縁膜
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
２８０１ 筐体
２８０２ 表示パネル
２８０３ スピーカ
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
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 固定部
３０２３ 表示部
３０２４ 操作ボタン
３０２５ 外部メモリスロット
３０５１ 本体
３０５３ 接眼部
３０５４ 操作スイッチ
３０５６ バッテリー
４００１ 基板
４００２ 画素部
４００３ ソース信号線駆動回路部
４００４ ゲート信号線駆動回路部
４００５ シール材
４００６ 基板
４００８ 液晶組成物
４０１０ トランジスタ
４０１１ トランジスタ
４０１１＿ｋ トランジスタ
４０１１＿１ トランジスタ
４０１１＿２ トランジスタ
４０１１ａ トランジスタ
４０１１ｂ トランジスタ
４０１１ｃ トランジスタ
４０１１ｄ トランジスタ
４０１１ｅ トランジスタ
４０１１ｆ 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 異方性導電膜
４０２１ 絶縁膜
４０２４ 絶縁膜
４０３０ 電極層
４０３１ 電極層
４０３２ 絶縁膜
４０３３ 絶縁膜
４０３５ スペーサ
４０９１ 回路
４０９２ 回路
４０９２＿１ 回路
４０９２＿Ｎ 回路
４５０９ トランジスタ
４５１０ 隔壁
４５１１ 電界発光層
４５１３ 発光素子
４５１４ 充填材
４５１８ ＦＰＣ
４５２０ 配線
４５４０ 異方性導電膜
５６０４＿１ 配線
５６０４＿２ 配線
５６０４＿ｋ 配線
５６０５＿１ 配線
５６０５＿Ｎ 配線
５６１０＿１ 配線
５６１０＿２ 配線
５６１１＿１ 端子部
９６０１ 筐体
９６０３ 表示部
９６０５ スタンド
４０２ ゲート絶縁膜
４０３ 酸化物半導体積層
４０５ａ ソース電極層
４０５ｂ ドレイン電極層
４０７ 絶縁膜
４０８ａ 導電膜
４０８ｂ 導電膜
４１１ 酸化物半導体膜
４１２ 酸化物半導体膜
４１２ａ 酸化物半導体膜
４１２ｂ 酸化物半導体膜
４２１ 窒化物絶縁膜
４２１ａ 窒化物絶縁膜
４２１ｂ 窒化物絶縁膜
４２３ 酸化物絶縁膜
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
２８０１ 筐体
２８０２ 表示パネル
２８０３ スピーカ
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
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 固定部
３０２３ 表示部
３０２４ 操作ボタン
３０２５ 外部メモリスロット
３０５１ 本体
３０５３ 接眼部
３０５４ 操作スイッチ
３０５６ バッテリー
４００１ 基板
４００２ 画素部
４００３ ソース信号線駆動回路部
４００４ ゲート信号線駆動回路部
４００５ シール材
４００６ 基板
４００８ 液晶組成物
４０１０ トランジスタ
４０１１ トランジスタ
４０１１＿ｋ トランジスタ
４０１１＿１ トランジスタ
４０１１＿２ トランジスタ
４０１１ａ トランジスタ
４０１１ｂ トランジスタ
４０１１ｃ トランジスタ
４０１１ｄ トランジスタ
４０１１ｅ トランジスタ
４０１１ｆ 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 異方性導電膜
４０２１ 絶縁膜
４０２４ 絶縁膜
４０３０ 電極層
４０３１ 電極層
４０３２ 絶縁膜
４０３３ 絶縁膜
４０３５ スペーサ
４０９１ 回路
４０９２ 回路
４０９２＿１ 回路
４０９２＿Ｎ 回路
４５０９ トランジスタ
４５１０ 隔壁
４５１１ 電界発光層
４５１３ 発光素子
４５１４ 充填材
４５１８ ＦＰＣ
４５２０ 配線
４５４０ 異方性導電膜
５６０４＿１ 配線
５６０４＿２ 配線
５６０４＿ｋ 配線
５６０５＿１ 配線
５６０５＿Ｎ 配線
５６１０＿１ 配線
５６１０＿２ 配線
５６１１＿１ 端子部
９６０１ 筐体
９６０３ 表示部
９６０５ スタンド
Claims (2)
- シフトレジスタと、前記シフトレジスタの出力信号に従ってビデオ信号をサンプリングする回路と、を有し、
前記回路は、複数のトランジスタを有し、
前記トランジスタのチャネル形成領域は、酸化物半導体積層に設けられ、
前記酸化物半導体積層は、インジウム及びインジウム以外の第１３族元素を含む第１の酸化物半導体膜と、前記第１の酸化物半導体膜下の、インジウム及びインジウム以外の第１３族元素を含む第２の酸化物半導体膜と、前記第１の酸化物半導体膜上の、インジウム及びインジウム以外の第１３族元素を含む第３の酸化物半導体膜と、を有し、
前記第１の酸化物半導体膜は、インジウムの原子数比がインジウム以外の第１３族元素の原子数比より大きく、
前記第２の酸化物半導体膜は、インジウムの原子数比がインジウム以外の第１３族元素の原子数比以下であり、
前記第３の酸化物半導体膜は、インジウムの原子数比がインジウム以外の第１３族元素の原子数比以下であり、
前記第１の酸化物半導体膜は、結晶性を有し、
前記第２の酸化物半導体膜及び前記第３の酸化物半導体膜は、前記第１の酸化物半導体膜とは結晶性が異なるとを特徴とする半導体装置。 - 請求項１において、
前記第１の酸化物半導体膜は、インジウムの原子数比がインジウム以外の第１３族元素の原子数比の２倍より大きいことを特徴とする半導体装置。
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