JP6764890B2 - 半導体装置 - Google Patents

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
も動作速度が高く、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、酸化物半導体層の上部面または下部面の少なくとも一面に設けた界
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、ゲート絶縁層および保護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、酸化物半導体膜のゲート電極とは反対側（バックチャネル側）
に、酸化物半導体膜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、上述の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態様の
絶縁膜を設けることにより、金属酸化物膜と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、絶縁膜と、金属酸化物膜と、酸化
物半導体膜と、が積層された構造に起因するものであって、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、金属酸化物膜と絶縁膜との界面に捕獲される電荷の影響が
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、熱処理によって、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。

以下に、本発明の一態様について具体的に説明する。

本発明の一態様は、第１の絶縁膜と、第１の絶縁膜上において該第１の絶縁膜と接する金
属酸化物膜と、金属酸化物膜と接する酸化物半導体膜と、酸化物半導体膜と接するソース
電極およびドレイン電極と、酸化物半導体膜、ソース電極、およびドレイン電極と接する
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。

また、本発明の一態様は、第１の絶縁膜と、第１の絶縁膜上において該第１の絶縁膜と接
する金属酸化膜と、金属酸化膜上のソース電極およびドレイン電極と、金属酸化物膜、ソ
ース電極、およびドレイン電極と接する酸化物半導体膜と、酸化物半導体膜、ソース電極
、およびドレイン電極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好ましい。

また、上記において、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ことが好ましい。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好ましい。

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好ましい。また
、上記において、第１の絶縁膜は、酸化シリコンを含んで構成されることが好ましい。ま
た、上記において、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
れることが好ましい。

上記において、酸化物半導体膜のチャネル長方向の側端部と金属酸化物膜のチャネル長方
向の側端部が一致する構造とすることもできる。

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Ｗ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（例えばゲート絶縁膜２１２、など）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、絶縁膜２０２、金属酸化物膜２０４
、酸化物半導体膜２０６、ソース電極２０８ａ、ドレイン電極２０８ｂ、ゲート絶縁膜２
１２、ゲート電極２１４を含む。図１に示すトランジスタにおいて、酸化物半導体膜２０
６は、金属酸化物膜２０４上に接して設けられている。

ここで、金属酸化物膜２０４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２０４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２０４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、金属酸化物膜２０４と
酸化物半導体膜２０６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２０４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２０４と酸化物半導体膜２０６の間には、最低限、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２０４の伝導帯の下端と、酸化物半導体膜２０６
の伝導帯の下端とのエネルギー差、あるいは酸化物半導体膜２０６の価電子帯の上端と金
属酸化物膜２０４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２０４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０．９５ｅＶとなる。

なお、酸化ガリウムは、ＧａＯｘとも表記され、ｘの値は化学量論比よりも酸素が過剰と
なるのが好ましい。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以下とするのが好ましい。金属酸化物膜として用いる場合、酸化ガリ
ウム膜は、水素や水などの不純物が十分に低減された膜であるのが望ましい。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１３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、絶縁膜２０２には、金属酸化物膜２０４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。このような材料を絶縁膜２０２
に用いることで、電荷は絶縁膜２０２と金属酸化物膜２０４との界面に捕獲されるため、
金属酸化物膜２０４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、絶縁膜２０２やゲート絶縁膜２１２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２０４に酸化ガリウムを含む材料を用いる場合には、絶縁膜２０２やゲート絶
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２０４と接する関係上、絶縁膜２０２やゲート絶縁膜２１２のエネルギーギャッ
プは、金属酸化物膜２０４のエネルギーギャップより大きいことが望ましい。

なお、絶縁膜２０２と金属酸化物膜２０４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、絶縁膜２０２やゲート絶縁膜２１２の材料を上述のものに限定する必要
はない。また、絶縁膜２０２と金属酸化物膜２０４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、さらに第２の絶縁膜が設けられていても良い。また、ソース
電極２０８ａ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、絶縁膜２０
２、金属酸化物膜２０４、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、ゲート電極側から絶縁膜、酸化物半導体
膜、金属酸化物膜および絶縁膜を接合した構造、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（バンドギャップＥｇ８ｅＶ〜９ｅ
Ｖ）を、金属酸化物膜として酸化ガリウム（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（バンドギャップＥｇ３．１５ｅＶ）
を用いた場合について示している。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。

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、酸化物半導体膜
と絶縁膜との界面には約３．３５ｅＶおよび約２．５ｅＶのエネルギー障壁が存在する。
同様に、酸化物半導体膜のゲート電極とは反対側（バックチャネル側）にも、酸化物半導
体膜と金属酸化物膜との界面に約０．８ｅＶおよび約０．９５ｅＶのエネルギー障壁が存
在する。酸化物半導体膜と絶縁膜との界面、および酸化物半導体膜と金属酸化物膜との界
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、酸化物半導体膜と絶縁膜
との界面、および酸化物半導体膜と金属酸化物膜と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膜から絶縁膜、または酸化物半導体膜から金属酸化
物膜に移動することなく、酸化物半導体膜中を移動する。つまり、酸化物半導体膜を、酸
化物半導体膜よりもバンドギャップが大きい材料（ここでは、金属酸化物膜と絶縁膜）で
挟むように設けることにより、キャリアは酸化物半導体膜中を移動することになる。

図３（Ａ）乃至図３（Ｄ）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（Ｄ）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、基板２００上に、絶縁膜２０２、金属酸化物膜
２０４、酸化物半導体膜２０６、ソース電極２０８ａ、ドレイン電極２０８ｂ、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１１０との相違は、酸化物半導体膜２０６と、ソース電極２
０８ａやドレイン電極２０８ｂ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２０８
ａ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、絶縁膜２０２が凸形状を有し、ソース電極２０８ａ、及びドレイン電極２０８ｂの
形成位置、金属酸化物膜２０４が島状の形状を有している点などが異なる。その他の構成
要素については、図３（Ａ）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が平坦な形状を有し、金属酸化物膜２０４が凸形状を有する点である
。なお、基板２００が絶縁膜２０２の機能を有する場合には、絶縁膜２０２は設けなくと
も良い。その他の構成要素については、図３（Ｂ）と同様である。

図３（Ｄ）に示すトランジスタ１５０は、上述の各構成要素を含む点で、それぞれ、図１
、図３（Ａ）乃至図３（Ｃ）に示すトランジスタ１１０、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。図３（Ｄ）に示すトランジスタ１５
０と、図１、図３（Ａ）乃至図３（Ｃ）に示すトランジスタ１１０、トランジスタ１２０
、トランジスタ１３０、トランジスタ１４０との相違は、絶縁膜２０２、及び金属酸化物
膜２０４が島状に加工されているか否かである。その他の構成要素については、図１、図
３（Ａ）乃至図３（Ｃ）と同様である。

〈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および図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。なお、図３（Ｄ）に示すトランジスタ１５０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２０４などを加工する点を除き、トランジスタ
１１０の作製工程と同様である。

まず、基板２００上に絶縁膜２０２を形成し、絶縁膜２０２上に接するように、金属酸化
物膜２０４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。

絶縁膜２０２には、金属酸化物膜２０４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。このような材料を絶縁膜２０２に用い
ることで、電荷は絶縁膜２０２と金属酸化物膜２０４との界面に捕獲されるため、金属酸
化物膜２０４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、絶縁膜２０２には、シリコン酸化物、シリコン窒化物、アルミニウム酸化物
、アルミニウム窒化物、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
２０４にガリウム酸化物を含む材料を用いる場合には、絶縁膜２０２には、シリコン酸化
物やシリコン窒化物などを用いるのが好適である。また、金属酸化物膜２０４と接する関
係上、絶縁膜２０２のエネルギーギャップは、金属酸化物膜２０４のエネルギーギャップ
より大きいことが望ましい。

なお、絶縁膜２０２と金属酸化物膜２０４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、絶縁膜２０２の材料を上述のものに限定する必要はない。また、絶縁膜
２０２と金属酸化物膜２０４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。

絶縁膜２０２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絶縁膜２０２を作製することができる。また、絶縁膜２０２
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。

なお、基板２００として上述の如き絶縁材料を含むものを用いる場合には、基板２００を
絶縁膜２０２として扱うことができる。つまり、ここで言及するところの絶縁膜２０２を
省略することも可能である。この場合、基板２００は、酸化シリコンなどを用いたもので
あるとより望ましい。

金属酸化物膜２０４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
２０４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２０４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、金属酸化物膜２０４と酸化物半導体膜２０６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２０４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２０４と酸化物半導体膜２０６の間には、最低限、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２０４の伝導帯の下端と、酸化物半導体膜２０６
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２０４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
。

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。

金属酸化物膜２０４は、水、水素等の不純物を混入させない方法を用いて成膜することが
好ましい。金属酸化物膜２０４に水素が含まれると、その水素の酸化物半導体膜２０６へ
の侵入、又は水素による酸化物半導体膜２０６中の酸素の引き抜き、が生じ酸化物半導体
膜２０６のバックチャネルが低抵抗化（ｎ型化）してしまい、寄生チャネルが形成される
おそれがある。よって、金属酸化物膜２０４はできるだけ水素を含まない膜になるように
、成膜方法に水素を用いないことが重要である。

よって、金属酸化物膜２０４は、スパッタリング法によって成膜するのが好ましく、成膜
する際に用いるスパッタガスとしては、水素、水、水酸基又は水素化物などの不純物が除
去された高純度ガスを用いることが好ましい。

次に、金属酸化物膜２０４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（Ｂ）参照）。

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、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−Ｍ
ｇ−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、一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）を有する酸化物半導体、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、例えば、ＳｉＯ_２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。

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。

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

酸化物半導体としてＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系の材料を用いる場合、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比
］の金属酸化物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比
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比］の組成比の金属酸化物ターゲットを用いることもできる。

金属酸化物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。充填率の高い金属酸化物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。

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。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。

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、ターボ分子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、金属酸化物膜２０４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、酸化物半導体膜を加工する際に、金属酸
化物膜２０４の加工などをあわせて行うことで、図４（Ｄ）に示すトランジスタ１１０を
作製することができる。

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。

さらに、この第１の熱処理によって、金属酸化物膜２０４中の過剰な水素（水や水酸基を
含む）を除去することも可能である。

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（Ｇａｓ Ｒａｐ
ｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ａｎｎｅａｌ）装置、ＬＲＴＡ（Ｌａｍｐ Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅ
ｒｍａｌ 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。

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、金属酸化物膜２０４および酸化物半導体膜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（
Ｃ）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等）
、酸化スズ（ＳｎＯ_２等）、酸化亜鉛（ＺｎＯ等）、酸化インジウム酸化スズ合金（Ｉｎ
_２Ｏ_３―ＳｎＯ_２等、ＩＴＯと略記する）、酸化インジウム酸化亜鉛合金（Ｉｎ_２Ｏ_３―
ＺｎＯ等）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（Ｅｘｔｒｅｍｅ Ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ）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。

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、ゲート絶縁膜２１２を形成する（図４（Ｄ）参照）。

ゲート絶縁膜２１２も、絶縁膜２０２と同様である。ただし、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採用して
も良い。

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４５０℃以上６００℃以下、または基板の
歪み点未満とする。第２の熱処理のタイミングは、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よい。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よい。

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、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（９９．９９９９
９％）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、この熱処理によって、金属酸化物膜２０４中の不純物も同時に除去され、高純度化
されうる。

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中で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（図４（Ｄ）参照）。

〈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。

まず、基板２００上に絶縁膜２０２を形成し、絶縁膜２０２上に接するように、金属酸化
物膜２０４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、金属酸化物膜２０４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（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、金属酸化物膜２０４上に、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２０
６を形成する（図４（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。

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と接するようにゲート絶縁膜２１２を形成し、その後、ゲート電極２１４を形成する
（図４（Ｄ）参照）。ゲート絶縁膜２１２およびゲート電極２１４の詳細については、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（図４（Ｄ）参照）。

本実施の形態に係るトランジスタは、酸化物半導体膜の下面部に、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、金属酸化物膜において酸化物半導体膜と
接する面と対向する面には、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（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ ｐｒｉｎｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ
）４０１８ａ、４０１８ｂ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
ｉｐ Ｏｎ Ｇｌａｓｓ）方法、ワイヤボンディング方法、或いはＴＡＢ（Ｔａｐｅ Ａ
ｕｔｏｍａｔｅｄ Ｂｏｎｄｉｎｇ）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または２のいずれか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、及び絶縁膜４０３３が設けられている。第２の電極層４０３１は第２の基板４
００６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。なお球状のス
ペーサを用いていても良い。

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５重量％以上のカイラル剤を混合させた液晶組成物を用いることができる。ブ
ルー相を示す液晶とカイラル剤とを含む液晶組成物は、応答速度が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、所定の期間の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（Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ）モード、ＩＰＳ（Ｉｎ−Ｐ
ｌａｎｅ−Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）モード、ＦＦＳ（Ｆｒｉｎｇｅ Ｆｉｅｌｄ Ｓｗｉｔ
ｃｈｉｎｇ）モード、ＡＳＭ（Ａｘｉａｌｌｙ Ｓｙｍｍｅｔｒｉｃ ａｌｉｇｎｅｄ
Ｍｉｃｒｏ−ｃｅｌｌ）モード、ＯＣＢ（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｄ Ｂ
ｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｃｅ）モード、ＦＬＣ（Ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｌｉｑｕｉ
ｄ Ｃｒｙｓｔａｌ）モード、ＡＦＬＣ（ＡｎｔｉＦｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｌｉｑ
ｕｉｄ 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。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−Ｄｏｍａｉｎ Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ａｌｉｇｎｍｅ
ｎｔ）モード、ＰＶＡ（Ｐａｔｔｅｒｎｅｄ Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）
モード、ＡＳＶ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膜等を形成することができる。また、第１の基板４００
１、第２の基板４００６、及びシール材４００５によって封止された空間には充填材４５
１４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）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−Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｐｌａｓｔｉｃｓ）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（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が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。

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２７００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９６００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。

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。

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
１５０ 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
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
４０１８ ＦＰＣ
４０１８ａ ＦＰＣ
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
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 (3)

1. インジウムとガリウムと亜鉛と酸素を有する酸化物半導体膜と、
   前記酸化物半導体膜上のゲート電極と、
   前記ゲート電極と前記酸化物半導体膜との間のゲート絶縁膜と、
   前記酸化物半導体膜上のソース電極及びドレイン電極と、
   前記酸化物半導体膜の下面と接する金属酸化物膜と、
   前記金属酸化物膜の下面と接する絶縁膜と、を有し、
   前記酸化物半導体膜は、前記ゲート絶縁膜と接する領域を有し、
   前記酸化物半導体膜及び前記ゲート絶縁膜は、前記ゲート電極と前記金属酸化物膜とに挟まれ、
   前記絶縁膜は、窒化シリコンを有し、
   前記金属酸化物膜は、ガリウムと酸素を有し、
   前記金属酸化物膜のエネルギーギャップは、前記酸化物半導体膜のエネルギーギャップよりも大きいことを特徴とする半導体装置。
2. インジウムとガリウムと亜鉛と酸素を有する酸化物半導体膜と、
   前記酸化物半導体膜上のゲート電極と、
   前記ゲート電極と前記酸化物半導体膜との間のゲート絶縁膜と、
   前記酸化物半導体膜上のソース電極及びドレイン電極と、
   前記酸化物半導体膜の下面と接する金属酸化物膜と、
   前記金属酸化物膜の下面と接する絶縁膜と、を有し、
   前記酸化物半導体膜は、前記ゲート絶縁膜と接する領域を有し、
   前記酸化物半導体膜及び前記ゲート絶縁膜は、前記ゲート電極と前記金属酸化物膜とに挟まれ、
   前記絶縁膜は、窒化シリコンを有し、
   前記金属酸化物膜は、ＧａＯｘを有し、
   前記金属酸化物膜のエネルギーギャップは、前記酸化物半導体膜のエネルギーギャップよりも大きいことを特徴とする半導体装置。
3. 請求項１又は請求項２において、
   前記金属酸化物膜は、０原子％を超えて２０原子％以下の濃度の不純物元素を含むことを特徴とする半導体装置。

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