JP6788080B2 - 半導体装置 - Google Patents

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Description

本発明の一態様は、酸化物半導体を用いた半導体装置及び表示装置に関する。
なお、本発明の一態様は、上記の技術分野に限定されない。本明細書等で開示する発明
の一態様の技術分野は、物、方法、または、製造方法に関するものである。または、本発
明の一態様は、プロセス、マシン、マニュファクチャ、または、組成物（コンポジション
・オブ・マター）に関するものである。そのため、より具体的に本明細書で開示する本発
明の一態様の技術分野としては、半導体装置、表示装置、発光装置、蓄電装置、記憶装置
、それらの駆動方法、または、それらの製造方法、を一例として挙げることができる。
トランジスタを用いる表示装置（例えば液晶パネル、有機ＥＬパネル）において、画面
サイズが大型化する傾向にある。画面サイズの大型化に伴い、トランジスタ等のアクティ
ブ素子を用いる表示装置の場合、配線抵抗により素子に印加される電圧が、接続されてい
る配線の位置で異なってしまい、表示ムラや階調不良などの表示品質が低下するといった
問題がある。
配線または信号線などに用いる材料として、従来アルミニウム膜が広く用いられていた
が、さらなる低抵抗化のために銅（Ｃｕ）膜を用いる研究開発が盛んに行われている。し
かしながら、銅（Ｃｕ）膜は、下地膜との密着性が悪いことや、銅膜中の銅元素がトラン
ジスタの半導体膜に拡散してトランジスタ特性を悪化させ易いといった欠点を有する。な
お、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（特許文献１参照）。
また、インジウムを含む酸化物半導体材料からなる半導体膜上に形成されるオーミック
電極として、Ｃｕ−Ｍｎ合金が開示されている（特許文献２参照）。
特開２００７−１２３８６１号公報 国際公開第２０１２／００２５７３号
シリコン系半導体材料を半導体膜に用いるトランジスタにおいて、配線または信号線な
どに銅膜を用い、該銅膜の銅元素が半導体膜に拡散しない構造については研究開発が盛ん
に行われている。しかしながら、酸化物半導体膜を用いるトランジスタにおいては、配線
または信号線などに銅膜を用い、該銅膜の銅元素が酸化物半導体膜に拡散しない構造につ
いては、最適な作製方法または最適な構造になっていないといった問題があった。
また、酸化物半導体膜を用いるトランジスタにおいて、配線または信号線などに銅膜を
用い、銅膜の銅元素の拡散を抑制するためにバリア膜を用いた場合、該酸化物半導体膜の
電気特性が劣化する、あるいは該酸化物半導体膜を用いるトランジスタのマスク枚数が増
加する、または該酸化物半導体膜を用いるトランジスタの製造コストが増加するといった
問題があった。
上述の課題に鑑み、本発明の一態様は、酸化物半導体膜を用いるトランジスタにおいて
、配線または信号線などに銅（Ｃｕ）を含む金属膜を用いる新規な半導体装置を提供する
ことを課題の一つとする。または、本発明の一態様は、酸化物半導体膜を用いるトランジ
スタにおいて、配線または信号線などに銅（Ｃｕ）を含む金属膜を用いる半導体装置の作
製方法を提供することを課題の一つとする。または、本発明の一態様は、酸化物半導体膜
を用いるトランジスタにおいて、銅（Ｃｕ）を含む金属膜の形状が良好な新規な半導体装
置を提供することを課題の一つとする。または、本発明の一態様は、新規な半導体装置、
または新規な半導体装置の作製方法を提供することを課題の一つとする。
なお、これらの課題の記載は、他の課題の存在を妨げるものではない。なお、本発明の
一態様は、これらの課題の全てを解決する必要はないものとする。なお、上記以外の課題
は、明細書、図面、請求項などの記載から、自ずと明らかとなるものであり、明細書、図
面、請求項などの記載から、上記以外の課題を抽出することが可能である。
本発明の一態様は、絶縁表面上の導電性を有する酸化物半導体膜と、導電性を有する酸
化物半導体膜に接する第１の導電膜とを有し、第１の導電膜は、Ｃｕ−Ｘ合金膜（Ｘは、
Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｍｏ、Ｔａ、またはＴｉ）を含む半導体装置である。
また、本発明の一態様は、絶縁表面上の導電性を有する酸化物半導体膜と、導電性を有
する酸化物半導体膜に接する第１の導電膜とを有し、導電性を有する酸化物半導体膜の水
素濃度は８×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上であり、第１の導電膜は、Ｃｕ−Ｘ合金膜
（Ｘは、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｍｏ、Ｔａ、またはＴｉ）を含む半導体装置で
ある。
また、本発明の一態様は、絶縁表面上の導電性を有する酸化物半導体膜と、導電性を有
する酸化物半導体膜に接する第１の導電膜とを有し、導電性を有する酸化物半導体膜の抵
抗率は１×１０−３Ωｃｍ以上１×１０４Ωｃｍ未満であり、第１の導電膜は、Ｃｕ−Ｘ
合金膜（Ｘは、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｍｏ、Ｔａ、またはＴｉ）を含む半導体
装置である。
なお、第１の導電膜は一対の導電膜であり、導電性を有する酸化物半導体膜、及び導電
性を有する酸化物半導体膜に接する一対の導電膜は、抵抗素子として機能してもよい。
または、本発明の一態様の半導体装置は、導電性を有する酸化物半導体膜及び第１の導
電膜に接する絶縁膜と、絶縁膜と接し、且つ絶縁膜を介して導電性を有する酸化物半導体
膜と重なる第２の導電膜とを有する。導電性を有する酸化物半導体膜、第１の導電膜、絶
縁膜、及び第２の導電膜は、容量素子として機能してもよい。なお、絶縁膜は、窒化物絶
縁膜を有してもよい。
第１の導電膜は、Ｃｕ−Ｍｎ合金膜を有する。または、第１の導電膜は、Ｃｕ−Ｍｎ合
金膜と、Ｃｕ−Ｍｎ合金膜上のＣｕ膜とが積層されている。または、第１の導電膜は、第
１のＣｕ−Ｍｎ合金膜と、第１のＣｕ−Ｍｎ合金膜上のＣｕ膜と、Ｃｕ膜上の第２のＣｕ
−Ｍｎ合金膜とが積層されている。
第１の導電膜の外周に、Ｘを含む化合物を有する被覆膜を備えてもよい。なお、第１の
導電膜がＣｕ−Ｍｎ合金膜を含む場合、第１の導電膜の外周に酸化マンガンを有してもよ
い。
導電性を有する酸化物半導体膜は、結晶部を含み、結晶部のｃ軸が酸化物半導体膜の被
形成面の法線ベクトルに平行であってもよい。
導電性を有する酸化物半導体膜は、Ｉｎ−Ｍ−Ｚｎ酸化物（Ｍは、Ａｌ、Ｇａ、Ｙ、Ｚ
ｒ、Ｓｎ、Ｌａ、Ｃｅ、またはＮｄ）であってもよい。
本発明の一態様により、酸化物半導体膜を用いるトランジスタにおいて、配線または信
号線などに銅を含む金属膜を用いる新規な半導体装置を提供することができる。または、
本発明の一態様により、酸化物半導体膜を用いるトランジスタにおいて、配線または信号
線などに銅を含む金属膜を用いる半導体装置の作製方法を提供することができる。または
、本発明の一態様により、酸化物半導体膜を用いるトランジスタにおいて、銅を含む金属
膜の形状が良好な新規な半導体装置を提供することができる。または、本発明の一態様に
より、生産性が向上された、新規な半導体装置を提供することができる。または、本発明
の一態様により、新規な半導体装置、または新規な半導体装置の作製方法を提供すること
ができる。
なお、これらの効果の記載は、他の効果の存在を妨げるものではない。なお、本発明の
一態様は、必ずしも、これらの効果の全てを有する必要はない。なお、これら以外の効果
は、明細書、図面、請求項などの記載から、自ずと明らかとなるものであり、明細書、図
面、請求項などの記載から、これら以外の効果を抽出することが可能である。
本発明の半導体装置の一態様を説明する断面図。 本発明の半導体装置の作製方法の一態様を説明する断面図。 本発明の半導体装置の作製方法の一態様を説明する断面図。 本発明の半導体装置の作製方法の一態様を説明する断面図。 本発明の半導体装置の一態様を説明する断面図。 本発明の半導体装置の一態様を説明する断面図。 本発明の半導体装置の一態様を説明する断面図。 本発明の半導体装置の一態様を説明する回路図。 本発明の半導体装置の一態様を説明する上面図及び断面図。 本発明の半導体装置の一態様を説明する断面図。 本発明の半導体装置の一態様を説明する断面図。 本発明の半導体装置の一態様を説明する断面図。 本発明の半導体装置の一態様を説明する断面図。 本発明の半導体装置の一態様を説明する断面図。 表示装置の一形態を説明するブロック図及び回路図。 表示装置の一形態を説明する上面図。 表示装置の一形態を説明する断面図。 表示装置の作製方法の一形態を説明する断面図。 表示装置の作製方法の一形態を説明する断面図。 表示装置の作製方法の一形態を説明する断面図。 表示装置の作製方法の一形態を説明する断面図。 表示装置の一形態を説明する断面図。 表示装置の一形態を説明する断面図。 表示装置の一形態を説明する断面図。 表示装置の一形態を説明する断面図。 トランジスタの一形態を説明する断面図。 表示装置の一形態を説明する上面図。 表示装置の一形態を説明する断面図。 表示装置の作製方法の一形態を説明する断面図。 表示装置の作製方法の一形態を説明する断面図。 表示装置の一形態を説明する断面図。 表示装置の一形態を説明する断面図。 表示装置の作製方法の一形態を説明する断面図。 表示装置の一形態を説明する断面図。 表示装置の一形態を説明する断面図。 表示装置の一形態を説明する断面図。 ＣＡＡＣ−ＯＳの断面におけるＣｓ補正高分解能ＴＥＭ像、およびＣＡＡＣ−ＯＳの断面模式図。 ＣＡＡＣ−ＯＳの平面におけるＣｓ補正高分解能ＴＥＭ像。 ＣＡＡＣ−ＯＳおよび単結晶酸化物半導体のＸＲＤによる構造解析を説明する図。 ＣＡＡＣ−ＯＳの電子回折パターンを示す図。 Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物の電子照射による結晶部の変化を示す図。 ＣＡＡＣ−ＯＳおよびｎｃ−ＯＳの成膜モデルを説明する模式図。 ＩｎＧａＺｎＯ４の結晶、およびペレットを説明する図。 ＣＡＡＣ−ＯＳの成膜モデルを説明する模式図。 ＩｎＧａＺｎＯ４の結晶を説明する図。 原子が衝突する前のＩｎＧａＺｎＯ４の構造などを説明する図。 原子が衝突した後のＩｎＧａＺｎＯ４の構造などを説明する図。 原子が衝突した後の原子の軌跡を説明する図。 ＣＡＡＣ−ＯＳおよびターゲットの断面ＨＡＡＤＦ−ＳＴＥＭ像。 酸化物半導体膜の抵抗率の温度依存性を説明する図。 表示モジュールを説明する図。 実施の形態に係る、電子機器の外観図を説明する図。 試料のＳＴＥＭ像、及びＥＤＸ分析結果を説明する図。
以下、実施の形態について図面を参照しながら説明する。但し、実施の形態は多くの異
なる態様で実施することが可能であり、趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態
及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。従って、本発明は
、以下の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。
また、図面において、大きさ、層の厚さ、又は領域は、明瞭化のために誇張されている
場合がある。よって、必ずしもそのスケールに限定されない。なお図面は、理想的な例を
模式的に示したものであり、図面に示す形状又は値などに限定されない。
また、本明細書にて用いる「第１」、「第２」、「第３」という序数詞は、構成要素の
混同を避けるために付したものであり、数的に限定するものではないことを付記する。
また、本明細書において、「上に」、「下に」などの配置を示す語句は、構成同士の位
置関係を、図面を参照して説明するために、便宜上用いている。また、構成同士の位置関
係は、各構成を描写する方向に応じて適宜変化するものである。従って、明細書で説明し
た語句に限定されず、状況に応じて適切に言い換えることができる。
また、本明細書等において、トランジスタとは、ゲートと、ドレインと、ソースとを含
む少なくとも三つの端子を有する素子である。そして、ドレイン（ドレイン端子、ドレイ
ン領域またはドレイン電極層）とソース（ソース端子、ソース領域またはソース電極層）
の間にチャネル領域を有しており、ドレインとチャネル領域とソースとを介して電流を流
すことができるものである。なお、本明細書等において、チャネル領域とは、電流が主と
して流れる領域をいう。
また、ソースやドレインの機能は、異なる極性のトランジスタを採用する場合や、回路
動作において電流の方向が変化する場合などには入れ替わることがある。このため、本明
細書等においては、ソースやドレインの用語は、入れ替えて用いることができるものとす
る。
また、本明細書等において、「電気的に接続」には、「何らかの電気的作用を有するも
の」を介して接続されている場合が含まれる。ここで、「何らかの電気的作用を有するも
の」は、接続対象間での電気信号の授受を可能とするものであれば、特に制限を受けない
。例えば、「何らかの電気的作用を有するもの」には、電極や配線をはじめ、トランジス
タなどのスイッチング素子、抵抗素子、インダクタ、キャパシタ、その他の各種機能を有
する素子などが含まれる。
（実施の形態１）
本実施の形態では、本発明の一態様の半導体装置について、図１乃至図６を用いて説明
する。本実施の形態では、導電性を有する酸化物半導体膜と、該酸化物半導体膜に接する
導電膜の構造及びその作製方法について説明する。なお、ここでは、導電性を有する酸化
物半導体膜は、電極または配線として機能する。
図１に、半導体装置が有する、導電性を有する酸化物半導体膜及び該酸化物半導体膜に
接する導電膜の断面図を示す。
図１（Ａ）において、絶縁膜１５３と、絶縁膜１５３上の導電性を有する酸化物半導体
膜１５５ｂと、導電性を有する酸化物半導体膜１５５ｂに接する導電膜１５９とが、基板
１５１上に形成される。
また、図１（Ｂ）に示すように、絶縁膜１５３、導電性を有する酸化物半導体膜１５５
ｂ、及び導電膜１５９上に、絶縁膜１５７が形成されてもよい。
また、図１（Ｃ）に示すように、絶縁膜１５７ａ上に導電性を有する酸化物半導体膜１
５５ｂが形成されてもよい。この場合、導電性を有する酸化物半導体膜１５５ｂ及び導電
膜１５９上に、絶縁膜１５３ａを設けることができる。
導電性を有する酸化物半導体膜１５５ｂは、代表的には、Ｉｎ−Ｇａ酸化物膜、Ｉｎ−
Ｚｎ酸化物膜、Ｉｎ−Ｍ−Ｚｎ酸化物膜（ＭはＡｌ、Ｇａ、Ｙ、Ｚｒ、Ｓｎ、Ｌａ、Ｃｅ
、またはＮｄ）等の金属酸化物膜で形成される。なお、導電性を有する酸化物半導体膜１
５５ｂは、透光性を有する。
なお、導電性を有する酸化物半導体膜１５５ｂがＩｎ−Ｍ−Ｚｎ酸化物膜であるとき、
ＩｎとＭの原子数比率は、ＩｎおよびＭの和を１００ａｔｏｍｉｃ％としたとき、Ｉｎが
２５ａｔｏｍｉｃ％より高く、Ｍが７５ａｔｏｍｉｃ％未満、さらに好ましくはＩｎが３
４ａｔｏｍｉｃ％より高く、Ｍが６６ａｔｏｍｉｃ％未満とする。
導電性を有する酸化物半導体膜１５５ｂは、エネルギーギャップが２ｅＶ以上、好まし
くは２．５ｅＶ以上、より好ましくは３ｅＶ以上である。
導電性を有する酸化物半導体膜１５５ｂの厚さは、３ｎｍ以上２００ｎｍ以下、好まし
くは３ｎｍ以上１００ｎｍ以下、さらに好ましくは３ｎｍ以上５０ｎｍ以下とする。
導電性を有する酸化物半導体膜１５５ｂがＩｎ−Ｍ−Ｚｎ酸化物膜（Ｍは、Ａｌ、Ｇａ
、Ｙ、Ｚｒ、Ｓｎ、Ｌａ、Ｃｅ、またはＮｄ）の場合、Ｉｎ−Ｍ−Ｚｎ酸化物膜を成膜す
るために用いるスパッタリングターゲットの金属元素の原子数比は、Ｉｎ≧Ｍ、Ｚｎ≧Ｍ
を満たすことが好ましい。このようなスパッタリングターゲットの金属元素の原子数比と
して、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝１：１：１、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝１：１：１．２、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ
＝２：１：１．５、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝２：１：２．３、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝２：１：３、Ｉ
ｎ：Ｍ：Ｚｎ＝３：１：２等が好ましい。なお、成膜される導電性を有する酸化物半導体
膜１５５ｂの原子数比はそれぞれ、誤差として上記のスパッタリングターゲットに含まれ
る金属元素の原子数比のプラスマイナス４０％の変動を含む。
また、導電性を有する酸化物半導体膜１５５ｂは、例えば非単結晶構造でもよい。非単
結晶構造は、例えば、後述するＣＡＡＣ−ＯＳ（Ｃ Ａｘｉｓ Ａｌｉｇｎｅｄ Ｃｒｙ
ｓｔａｌｌｉｎｅ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）、多結晶構造、後述する
微結晶構造、または非晶質構造を含む。非単結晶構造において、非晶質構造は最も欠陥準
位密度が高く、ＣＡＡＣ−ＯＳは最も欠陥準位密度が低い。
なお、導電性を有する酸化物半導体膜１５５ｂが、非晶質構造の領域、微結晶構造の領
域、多結晶構造の領域、ＣＡＡＣ−ＯＳの領域、単結晶構造の領域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、非晶質構造の領域、微結晶構造の領域、多結晶
構造の領域、ＣＡＡＣ−ＯＳの領域、単結晶構造の領域のいずれか二種以上の領域を有す
る単層の場合がある。また、混合膜は、例えば、非晶質構造の領域、微結晶構造の領域、
多結晶構造の領域、ＣＡＡＣ−ＯＳの領域、単結晶構造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。
絶縁膜１５７及び絶縁膜１５７ａは、水素を含む膜で形成されることが好ましく、代表
的には水素を含む窒化シリコン膜を用いて形成されることが好ましい。酸化物半導体膜に
接する絶縁膜１５７及び絶縁膜１５７ａに水素が含まれると、該水素が酸化物半導体膜に
供給され、導電性を有する酸化物半導体膜１５５ｂを形成することが可能である。
導電性を有する酸化物半導体膜１５５ｂは不純物を含む。導電性を有する酸化物半導体
膜１５５ｂに含まれる不純物としては、水素がある。なお、水素の代わりに不純物として
、ホウ素、リン、窒素、スズ、アンチモン、希ガス元素、アルカリ金属、アルカリ土類金
属等が含まれていてもよい。
導電性を有する酸化物半導体膜１５５ｂの水素濃度は、８×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ
３以上、好ましくは１×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上、より好ましくは５×１０２０
ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上である。また、導電性を有する酸化物半導体膜１５５ｂの水素濃
度は、２０ａｔｏｍｉｃ％以下、好ましくは１×１０２２ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下である
。但し、上記濃度の範囲は、二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ：Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ Ｉ
ｏｎ Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）や水素前方散乱法（ＨＦＳ：Ｈｙｄｒｏｇ
ｅｎ Ｆｏｒｗａｒｄ Ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ）を用いて測定した場合のものである。
導電性を有する酸化物半導体膜１５５ｂは、欠陥を有し、且つ不純物を含むことで、導
電性を有する。導電性を有する酸化物半導体膜１５５ｂの抵抗率は、１×１０−３Ωｃｍ
以上１×１０４Ωｃｍ未満、さらに好ましくは、抵抗率が１×１０−３Ωｃｍ以上１×１
０−１Ωｃｍ未満であることが好ましい。
また、導電性を有する酸化物半導体膜１５５ｂは、不純物とともに欠陥を含む。代表的
には、導電性を有する酸化物半導体膜１５５ｂは、形成工程の間に、真空雰囲気での加熱
処理における酸素の脱離によって欠陥が生成された膜である。または、希ガスが添加され
ることにより欠陥が生成された膜である。または、導電膜１５９の成膜工程またはエッチ
ング工程におけるプラズマに曝されることにより、欠陥が生成された膜である。導電性を
有する酸化物半導体膜１５５ｂに含まれる欠陥の一例としては、酸素欠損がある。
酸素欠損が形成された酸化物半導体に水素を添加すると、酸素欠損に水素が入り伝導帯
近傍にドナー準位が形成される。この結果、酸化物半導体は、導電性が高くなり、導電体
化する。導電体化された酸化物半導体を酸化物導電体ということができる。すなわち、導
電性を有する酸化物半導体膜１５５ｂは、酸化物導電体膜で形成されるということができ
る。一般に、酸化物半導体は、エネルギーギャップが大きいため、可視光に対して透光性
を有する。一方、酸化物導電体は、伝導帯近傍にドナー準位を有する酸化物半導体である
。したがって、該ドナー準位による吸収の影響は小さく、可視光に対して酸化物半導体と
同程度の透光性を有する。
導電膜１５９は、Ｃｕ−Ｘ合金膜（Ｘは、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｍｏ、Ｔａ
、またはＴｉ、以下単にＣｕ−Ｘ合金膜として記す。）を少なくとも含むことが好ましく
、例えば、Ｃｕ−Ｘ合金膜の単層構造、またはＣｕ−Ｘ合金膜を含む積層構造とすること
が好ましい。Ｃｕ−Ｘ合金膜を含む積層構造としては、Ｃｕ−Ｘ合金膜と、銅（Ｃｕ）、
アルミニウム（Ａｌ）、金（Ａｕ）、若しくは銀（Ａｇ）等の低抵抗材料からなる単体、
合金、またはこれらを主成分とする化合物を含む導電膜（以下、低抵抗材料を含む導電膜
という。）との積層構造がある。
ここでは、導電膜１５９として、導電性を有する酸化物半導体膜１５５ｂに接する導電
膜１５９ａと、導電膜１５９ａに接する導電膜１５９ｂとの積層構造を示す。また、導電
膜１５９ａとして、Ｃｕ−Ｘ合金膜を用い、導電膜１５９ｂとして、低抵抗材料を含む導
電膜を用いる。
導電膜１５９は、引き回し配線等としても機能する。よって、導電膜１５９が、Ｃｕ−
Ｘ合金膜を用いた導電膜１５９ａと、低抵抗材料を含む導電膜を用いた導電膜１５９ｂと
、を含むことで、基板１５１として大面積基板を用いた場合においても、配線遅延を抑制
した半導体装置を作製することが可能となる。
導電性を有する酸化物半導体膜１５５ｂ上にＣｕ−Ｘ合金膜を含む導電膜１５９が形成
されることで、導電性を有する酸化物半導体膜１５５ｂと、導電膜１５９との密着性を高
めることが可能であると共に、導電性を有する酸化物半導体膜１５５ｂと導電膜１５９の
接触抵抗を低減できる。
ここで、導電性を有する酸化物半導体膜１５５ｂと導電膜１５９が接する領域の拡大図
を、図１（Ｄ）に示す。導電性を有する酸化物半導体膜１５５ｂと接する導電膜１５９ａ
にＣｕ−Ｘ合金膜を用いることで、導電性を有する酸化物半導体膜１５５ｂと導電膜１５
９との界面に、被覆膜１５６が形成される場合がある。被覆膜１５６は、Ｘを含む化合物
で形成される。Ｘを含む化合物は、導電膜１５９に含まれるＣｕ−Ｘ合金膜中のＸと、導
電性を有する酸化物半導体膜１５５ｂまたは絶縁膜１５７に含まれる元素とが反応して形
成される。Ｘを含む化合物としては、Ｘを含む酸化物、Ｘを含む窒化物、Ｘを含む珪化物
、Ｘを含む炭化物等がある。Ｘを含む酸化物の一例としては、Ｘの酸化物、Ｉｎ−Ｘ酸化
物、Ｇａ−Ｘ酸化物、Ｉｎ−Ｇａ−Ｘ酸化物、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｘ酸化物等がある。該
被覆膜１５６が形成されることで、被覆膜１５６がＣｕのブロッキング膜となり、Ｃｕ−
Ｘ合金膜中のＣｕが、導電性を有する酸化物半導体膜１５５ｂに入り込むのを抑制するこ
とができる。
なお、導電膜１５９ａの一例として、Ｃｕ−Ｍｎ合金膜を用いることで、下地膜、ここ
では、導電性を有する酸化物半導体膜１５５ｂとの密着性を高めることが可能となる。ま
た、Ｃｕ−Ｍｎ合金膜を用いることで、導電膜１５９と導電性を有する酸化物半導体膜１
５５ｂとの良好なオーミックコンタクトを取ることが可能となる。
具体的には、Ｃｕ−Ｍｎ合金膜を形成後、例えば、１５０℃以上４５０℃以下、好まし
くは２５０℃以上３５０℃以下の熱処理、または絶縁膜１５７を加熱して成膜を行うこと
で、導電性を有する酸化物半導体膜１５５ｂと導電膜１５９ａとの界面にＣｕ−Ｍｎ合金
膜中のＭｎが偏析し、被覆膜１５６が形成される場合がある。被覆膜１５６としては、偏
析したＭｎが酸化されたＭｎ酸化物、または、偏析したＭｎが導電性を有する酸化物半導
体膜１５５ｂ中の構成元素と反応して形成された、Ｉｎ−Ｍｎ酸化物、Ｇａ−Ｍｎ酸化物
、Ｉｎ−Ｇａ−Ｍｎ酸化物、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｍｎ酸化物等がある。被覆膜１５６によ
って、導電性を有する酸化物半導体膜１５５ｂと導電膜１５９ａとの密着性が向上する。
また、上記Ｃｕ−Ｍｎ合金膜中のＭｎの偏析に伴い、Ｃｕ−Ｍｎ合金膜の一部が純Ｃｕ膜
となることで、導電率の高い導電膜１５９ａを得ることができる。
または、図１（Ｅ）に示すように、導電膜１５９の底面、側面、上面の少なくとも一、
さらに好ましくは導電膜１５９の外周において、被覆膜１５６ａが形成される場合がある
。被覆膜１５６ａは、Ｘを含む化合物で形成される。Ｘを含む化合物は、導電膜１５９に
含まれるＣｕ−Ｘ合金膜中のＸと、導電性を有する酸化物半導体膜１５５ｂまたは絶縁膜
１５７に含まれる元素とが反応して形成される。Ｘを含む化合物としては、Ｘを含む酸化
物、Ｘを含む窒化物、Ｘを含む珪化物、Ｘを含む炭化物等がある。
また、絶縁膜１５７として酸化物絶縁膜が形成される場合、被覆膜１５６ａにおいて、
導電膜１５９ｂと接する領域では、低抵抗材料の酸化物が形成される。なお、被覆膜１５
６ａにおいて、導電膜１５９ｂと接する領域においては、Ｃｕ−Ｘ合金膜中のＸを含む場
合もある。これは、導電膜１５９ａのエッチングの際に生じた残渣の付着、絶縁膜１５７
を成膜する際における該残渣物の付着、または加熱処理における該残渣物の付着等が原因
と考えられる。また、Ｃｕ−Ｘ合金膜中のＸが酸化され、酸化物となる場合もある。
また、導電膜１５９ｂの一例として、銅（Ｃｕ）膜を用いることで、導電膜１５９ｂの
厚さを大きくすることが可能であり、導電膜１５９の導電率が向上するため好ましい。な
お、ここでの銅（Ｃｕ）膜は、純銅（Ｃｕ）を表しており、純度が９９％以上であると好
適である。なお、純銅（Ｃｕ）が数％の不純物元素を含む場合もある。
導電膜１５９がＣｕ−Ｘ合金膜を含むことで、導電性を有する酸化物半導体膜１５５ｂ
に入り込む銅（Ｃｕ）元素を抑制し、且つ導電率が高い配線を有する半導体装置とするこ
とができる。
基板１５１としては、様々な基板を用いることができ、特定のものに限定されることは
ない。基板の一例としては、半導体基板（例えば単結晶基板又はシリコン基板）、ＳＯＩ
（Ｓｉｌｉｃｏｎ ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板、ガラス基板、石英基板、プラスチ
ック基板、金属基板、ステンレス・スチル基板、ステンレス・スチル・ホイルを有する基
板、タングステン基板、タングステン・ホイルを有する基板、可撓性基板、貼り合わせフ
ィルム、繊維状の材料を含む紙、又は基材フィルムなどがある。ガラス基板の一例として
は、バリウムホウケイ酸ガラス、アルミノホウケイ酸ガラス、又はソーダライムガラスな
どがある。可撓性基板、貼り合わせフィルム、基材フィルムなどの一例としては、以下の
ものがあげられる。例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフ
タレート（ＰＥＮ）、ポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）に代表されるプラスチックがあ
る。または、一例としては、アクリル等の合成樹脂などがある。または、一例としては、
ポリプロピレン、ポリエステル、ポリフッ化ビニル、又はポリ塩化ビニルなどがある。ま
たは、一例としては、ポリアミド、ポリイミド、アラミド、エポキシ、無機蒸着フィルム
、又は紙類などがある。特に、半導体基板、単結晶基板、又はＳＯＩ基板などを用いてト
ランジスタを製造することによって、特性、サイズ、又は形状などのばらつきが少なく、
電流能力が高く、サイズの小さいトランジスタを製造することができる。このようなトラ
ンジスタによって回路を構成すると、回路の低消費電力化、又は回路の高集積化を図るこ
とができる。
また、基板１５１として、可撓性基板を用い、可撓性基板上に直接、半導体素子を形成
してもよい。または、基板１５１と半導体素子の間に剥離層を設けてもよい。剥離層は、
その上に半導体素子を一部あるいは全部完成させた後、基板１５１より分離し、他の基板
に転載するのに用いることができる。その際、半導体素子は耐熱性の劣る基板や可撓性の
基板にも転載できる。なお、上述の剥離層には、例えば、タングステン膜と酸化シリコン
膜との無機膜の積層構造の構成や、基板上にポリイミド等の有機樹脂膜が形成された構成
等を用いることができる。
トランジスタが転載される基板の一例としては、上述したトランジスタを形成すること
が可能な基板に加え、紙基板、セロファン基板、アラミドフィルム基板、ポリイミドフィ
ルム基板、石材基板、木材基板、布基板（天然繊維（絹、綿、麻）、合成繊維（ナイロン
、ポリウレタン、ポリエステル）若しくは再生繊維（アセテート、キュプラ、レーヨン、
再生ポリエステル）などを含む）、皮革基板、又はゴム基板などがある。これらの基板を
用いることにより、特性のよいトランジスタの形成、消費電力の小さいトランジスタの形
成、壊れにくい装置の製造、耐熱性の付与、軽量化、又は薄型化を図ることができる。
絶縁膜１５３、１５３ａとしては、例えば酸化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜、酸化
アルミニウム膜、酸化ハフニウム膜、酸化ガリウム膜またはＧａ−Ｚｎ系金属酸化物膜な
どの酸化物絶縁膜を用いればよく、積層または単層で設ける。また、絶縁膜１５３、１５
３ａとしては、ハフニウムシリケート（ＨｆＳｉＯｘ）、窒素が添加されたハフニウムシ
リケート（ＨｆＳｉｘＯｙＮｚ）、窒素が添加されたハフニウムアルミネート（ＨｆＡｌ
ｘＯｙＮｚ）、酸化ハフニウム、酸化イットリウムなどのｈｉｇｈ−ｋ材料を用いて形成
された膜を用いてもよい。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。
また、絶縁膜１５３、１５３ａとして、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、窒化酸化アルミニウム膜等の窒化物絶縁膜を用いて形成することができる
。
＜導電性を有する酸化物半導体膜１５５ｂ及び導電膜１５９の作製方法１＞
はじめに、図１（Ａ）に示す導電性を有する酸化物半導体膜１５５ｂ及び導電膜１５９
の作製方法について、図２を用いて説明する。
まず、基板１５１を準備する。ここでは、基板１５１としてガラス基板を用いる。
図２（Ａ）に示すように、基板１５１上に絶縁膜１５３を形成し、絶縁膜１５３上に酸
化物半導体膜１５５を形成する。次に、酸化物半導体膜１５５に、ヘリウム、ネオン、ア
ルゴン、クリプトン、キセノン等の希ガス１５４を添加する。
絶縁膜１５３は、スパッタリング法、ＣＶＤ法、真空蒸着法、パルスレーザー堆積（Ｐ
ＬＤ）法、熱ＣＶＤ法等により形成することができる。
酸化物半導体膜１５５の形成方法を以下に説明する。
スパッタリング法、塗布法、パルスレーザー蒸着法、レーザーアブレーション法、熱Ｃ
ＶＤ法等などを用いて、酸化物半導体膜を形成する。次に、該酸化物半導体膜上にフォト
リソグラフィ工程によりマスクを形成した後、該マスクを用いて酸化物半導体膜をエッチ
ングすることで、酸化物半導体膜１５５を形成することができる。
スパッタリングガスは、希ガス及び酸素ガスの混合ガス、希ガス（代表的にはアルゴン
）、酸素ガス等を適宜用いる。なお、希ガス及び酸素ガスの混合ガスの場合、希ガスに対
して酸素ガスのガス比を高めることが好ましい。
また、ターゲットは、形成する酸化物半導体膜の組成にあわせて、適宜選択すればよい
。
なお、酸化物半導体膜を形成する際に、例えば、スパッタリング法を用いる場合、基板
温度を１５０℃以上７５０℃以下、好ましくは１５０℃以上４５０℃以下、さらに好まし
くは２００℃以上３５０℃以下として、酸化物半導体膜を成膜することで、ＣＡＡＣ−Ｏ
Ｓ膜を形成することができる。
また、酸化物半導体膜として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。
成膜時の不純物混入を抑制することで、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濃度（水素、水、二酸化炭素及び窒素など）を
低減すればよい。また、成膜ガス中の不純物濃度を低減すればよい。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。
ＡＬＤを利用する成膜装置により酸化物半導体膜、例えばＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ膜を成
膜する場合には、Ｉｎ（ＣＨ３）３ガスとＯ３ガスを順次繰り返し導入してＩｎ−Ｏ層を
形成し、その後、Ｇａ（ＣＨ３）３ガスとＯ３ガスを同時に導入してＧａＯ層を形成し、
更にその後Ｚｎ（ＣＨ３）２ガスとＯ３ガスを同時に導入してＺｎＯ層を形成する。なお
、これらの層の順番はこの例に限らない。また、これらのガスを混ぜてＩｎ−Ｇａ−Ｏ層
やＩｎ−Ｚｎ−Ｏ層、Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ層などの混合化合物層を形成してもよい。なお、Ｏ
３ガスに変えてＡｒ等の不活性ガスでバブリングしたＨ２Ｏガスを用いてもよいが、Ｈを
含まないＯ３ガスを用いる方が好ましい。また、Ｉｎ（ＣＨ３）３ガスにかえて、Ｉｎ（
Ｃ２Ｈ５）３ガスを用いてもよい。また、Ｇａ（ＣＨ３）３ガスにかえて、Ｇａ（Ｃ２Ｈ
５）３ガスを用いてもよい。また、Ｚｎ（ＣＨ３）２ガスを用いてもよい。
なお、この後、加熱処理を行って、酸化物半導体膜１５５に含まれる水素、水等を脱離
させ、少なくとも酸化物半導体膜１５５に含まれる水素濃度を低減してもよい。また、加
熱処理により、酸化物半導体膜１５５から酸素が脱離し、欠陥を形成することができる。
この結果、のちに形成される酸化物半導体膜１５５ｂの水素濃度のばらつきを低減するこ
とができる。該加熱処理の温度は、代表的には、２５０℃以上６５０℃以下、好ましくは
３００℃以上５００℃以下とする。なお、該加熱処理の温度を、代表的には、３００℃以
上４００℃以下、好ましくは３２０℃以上３７０℃以下とすることで、大面積基板におい
ても基板の反りやシュリンクを低減することが可能であり、歩留まりが向上する。
当該加熱処理は、電気炉、ＲＴＡ装置等を用いることができる。ＲＴＡ装置を用いるこ
とで、短時間に限り、基板の歪み点以上の温度で熱処理を行うことができる。そのため加
熱処理時間を短縮することが可能であり、加熱処理中の基板の反りを低減することが可能
であり、大面積基板において特に好ましい。
また、加熱処理は、窒素、酸素、超乾燥空気（水の含有量が２０ｐｐｍ以下、好ましく
は１ｐｐｍ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
ム等）の雰囲気下で行えばよい。なお、上記窒素、酸素、超乾燥空気、または希ガスに水
素、水等が含まれないことが好ましい。
希ガス１５４としては、ヘリウム、ネオン、アルゴン、キセノン、クリプトン等を適宜
用いることができる。また、希ガス１５４を酸化物半導体膜１５５に添加する方法として
は、ドーピング法、イオン注入法等がある。または、希ガス１５４を含むプラズマに酸化
物半導体膜１５５を曝すことで、酸化物半導体膜１５５に希ガス１５４を添加することが
できる。
この結果、図２（Ｂ）に示すように、欠陥を含む酸化物半導体膜１５５ａを形成するこ
とができる。
次に、欠陥を含む酸化物半導体膜１５５ａを、不純物を含む雰囲気で加熱する。不純物
を含む雰囲気としては、水素、窒素、水蒸気等のいずれか一以上を含む雰囲気で加熱処理
する。
または、欠陥を含む酸化物半導体膜１５５ａの表面を、ホウ素、リン、アルカリ金属、
アルカリ土類金属などを含む溶液に曝した後、加熱処理を行う。
加熱処理は、酸化物半導体膜に不純物を供給できる条件を用いることが好ましく、代表
的には、加熱温度が２５０℃以上３５０℃以下であることが好ましい。３５０℃以下で加
熱処理を行うことで、酸化物半導体膜からの不純物の脱離を最小に抑えつつ、酸化物半導
体膜へ不純物を供給が可能である。なお、当該加熱処理においては、０．１Ｐａ以上、好
ましくは０．１Ｐａ以上１０１３２５Ｐａ以下、好ましくは１Ｐａ以上１３３Ｐａ以下の
圧力雰囲気で加熱することが好ましい。
この結果、図２（Ｃ）に示すように、導電性を有する酸化物半導体膜１５５ｂを形成す
ることができる。導電性を有する酸化物半導体膜１５５ｂは、欠陥と不純物を含む。導電
性を有する酸化物半導体膜１５５ｂは、欠陥及び不純物の作用により、酸化物半導体膜１
５５と比較して導電性が高まる。欠陥及び不純物の作用の一例としては、酸素欠損に水素
が入ることで、キャリアである電子が生成される。または、水素の一部が金属原子と結合
する酸素と結合することで、キャリアである電子が生成される。これらの作用により、酸
化物半導体膜の導電性が高まる。この結果、導電性を有する酸化物半導体膜１５５ｂは、
電極または配線として機能する。また、導電性を有する酸化物半導体膜１５５ｂは透光性
を有する。よって、透光性を有する電極または配線を形成することができる。
なお、導電性を有する酸化物半導体膜１５５ｂは、導電膜１５９と比べると抵抗率が高
い。このため、引き回し配線として導電膜１５９が、導電性を有する酸化物半導体膜１５
５ｂと接していることが好ましい。
次に、図２（Ｄ）に示すように、導電性を有する酸化物半導体膜１５５ｂ上に導電膜１
５９を形成する。ここではＣｕ−Ｘ合金膜及び低抵抗材料を含む導電膜を積層形成した後
、低抵抗材料を含む導電膜上にフォトリソグラフィ工程によりマスクを形成し、該マスク
を用いてＣｕ−Ｘ合金膜と、低抵抗材料を含む導電膜とをエッチングすることで、Ｃｕ−
Ｘ合金膜で形成された導電膜１５９ａ及び低抵抗材料を含む導電膜で形成された導電膜１
５９ｂが積層された導電膜１５９を形成することができる。
なお、Ｃｕ−Ｘ合金膜及び低抵抗材料を含む導電膜をエッチングする方法として、ドラ
イエッチング法またはウエットエッチング法を適宜用いることができる。なお、低抵抗材
料を含む導電膜として銅（Ｃｕ）膜を用いる場合、ウエットエッチング法を用いることが
好ましい。Ｃｕ−Ｘ合金膜はウエットエッチング法でエッチングが可能であるため、Ｃｕ
−Ｘ合金膜及び銅（Ｃｕ）膜を積層することで、一回のウエットエッチングによりＣｕ−
Ｘ合金膜で形成された導電膜１５９ａ及び低抵抗材料を含む導電膜で形成された導電膜１
５９ｂが積層された導電膜１５９を形成することが可能である。該ウエットエッチング法
に用いるエッチング溶液としては、有機酸水溶液と過酸化水素水とを含むエッチング溶液
等がある。
以上の工程により、導電性を有する酸化物半導体膜と、該導電性を有する酸化物半導体
膜に接する導電膜を形成することができる。
＜導電性を有する酸化物半導体膜１５５ｂ及び導電膜１５９の作製方法２＞
図２と異なる方法で、導電性を有する酸化物半導体膜１５５ｂを形成する方法について
、図３を用いて説明する。
図３（Ａ）に示すように、基板１５１上に絶縁膜１５３を形成した後、絶縁膜１５３上
に酸化物半導体膜１５５を形成する。次に、真空雰囲気で加熱処理を行う。真空雰囲気で
加熱処理を行うことで、酸化物半導体膜１５５から酸素が脱離するため、図３（Ｂ）に示
すように欠陥を有する酸化物半導体膜１５５ａを形成することができる。なお、図３（Ｂ
）に示す酸化物半導体膜１５５ａに含まれる欠陥の代表例としては、酸素欠損がある。
加熱処理は、酸化物半導体膜から酸素が脱離する条件を用いることが好ましく、代表的
には、３５０℃以上８００℃以下、好ましくは４５０℃以上８００℃以下であることが好
ましい。３５０℃以上で加熱処理を行うことで、酸化物半導体膜から酸素が脱離する。一
方、８００℃以下で加熱処理を行うことで、酸化物半導体膜における結晶構造を維持しつ
つ、酸化物半導体膜から酸素を脱離させることができる。さらには、真空雰囲気、代表的
には１×１０−７Ｐａ以上１０Ｐａ以下、好ましくは１×１０−７Ｐａ以上１Ｐａ以下、
好ましくは１×１０−７Ｐａ以上１Ｅ−１Ｐａ以下の圧力雰囲気で加熱することが好まし
い。
次に、図２（Ｂ）と同様の方法により、欠陥を含む酸化物半導体膜１５５ａを、不純物
を含む雰囲気で加熱する。不純物を含む雰囲気としては、水素、窒素、水蒸気等のいずれ
か一以上を含む雰囲気で加熱処理する。
または、欠陥を含む酸化物半導体膜１５５ａの表面を、ホウ素、リン、アルカリ金属、
アルカリ土類金属を含む溶液に曝した後、加熱処理を行う。
この結果、図３（Ｃ）に示すように、導電性を有する酸化物半導体膜１５５ｂを形成す
ることができる。
次に、図２（Ｄ）と同様の方法により、導電性を有する酸化物半導体膜１５５ｂ上に、
導電膜１５９を形成することができる（図３（Ｄ）参照。）
＜導電性を有する酸化物半導体膜１５５ｂ及び導電膜１５９の作製方法３＞
図２及び図３と異なる方法で、導電性を有する酸化物半導体膜１５５ｂを形成する方法
について、図４を用いて説明する。
図４（Ａ）に示すように、基板１５１上に絶縁膜１５３を形成した後、絶縁膜１５３上
に酸化物半導体膜１５５を形成する。
次に、図２（Ｄ）と同様の方法により、酸化物半導体膜１５５上に導電膜１５９を形成
する（図４（Ｂ）参照。）。ここでは、導電膜１５９として、導電膜１５９ａ及び導電膜
１５９ｂを形成する。
次に、絶縁膜１５３、酸化物半導体膜１５５、及び導電膜１５９上に、水素を含む絶縁
膜１５７を形成する。絶縁膜１５７は、スパッタリング法、プラズマＣＶＤ法等を用いて
形成する。絶縁膜１５７を加熱しながら形成してもよい。また、絶縁膜１５７を形成した
後、加熱処理を行ってもよい。
絶縁膜１５７の形成方法として、スパッタリング法、プラズマＣＶＤ法等を用いること
で、酸化物半導体膜１５５にダメージが入り、欠陥が形成される。また、加熱しながら絶
縁膜１５７を形成することで、若しくは絶縁膜１５７を形成した後加熱処理をすることで
、絶縁膜１５７に含まれる水素が酸化物半導体膜１５５に移動する。これらの結果、図４
（Ｃ）に示すように、導電性を有する酸化物半導体膜１５５ｂを形成することができる。
欠陥及び不純物の作用により、酸化物半導体膜１５５と比較して導電性が高まるため、導
電性を有する酸化物半導体膜１５５ｂは、電極または配線として機能する。
＜変形例１＞
ここでは、導電膜１５９の変形例を、図５を用いて説明する。ここでは、図１（Ｂ）に
示す導電膜１５９の変形例を示すが、適宜図１（Ａ）及び図１（Ｃ）に示す導電膜１５９
に、本変形例を適用することができる。
図５（Ａ）に示すように、導電性を有する酸化物半導体膜１５５ｂ上に、Ｃｕ−Ｘ合金
膜で形成された導電膜１５９ａを単層で形成することができる。
また、図５（Ｂ）に示すように、導電性を有する酸化物半導体膜１５５ｂ上に、Ｃｕ−
Ｘ合金膜で形成された導電膜１５９ａと、低抵抗材料を含む導電膜で形成された導電膜１
５９ｂと、Ｃｕ−Ｘ合金膜で形成された導電膜１５９ｃとを積層して、導電膜１５９を形
成することができる。
導電膜１５９として、低抵抗材料を含む導電膜で形成された導電膜１５９ｂ上にＣｕ−
Ｘ合金膜で形成された導電膜１５９ｃを設けることで、Ｃｕ−Ｘ合金膜で形成された導電
膜１５９ｃが低抵抗材料を含む導電膜１５９ｂの保護膜として機能するため、絶縁膜１５
７を形成する際における低抵抗材料を含む導電膜１５９ｂの反応を防ぐことができる。
また、図５（Ｃ）及び図５（Ｄ）に示すように、水素を含む膜で形成された絶縁膜１５
７ａ上に導電性を有する酸化物半導体膜１５５ｂが形成されてもよい。この場合、導電性
を有する酸化物半導体膜１５５ｂ及び導電膜１５９上に、絶縁膜１５３ａを設けることが
できる。
次に、導電性を有する酸化物半導体膜１５５ｂと、導電膜１５９または導電膜１５９ａ
とが接する領域の拡大図を、図５（Ｅ）及び図５（Ｆ）に示す。図５（Ｅ）に示すように
、導電膜１５９ａの底面、側面、上面の少なくとも一、さらに好ましくは導電膜１５９ａ
の外周において、被覆膜１５６ｂが形成される場合がある。被覆膜１５６ｂは、Ｘを含む
化合物で形成される。Ｘを含む化合物は、導電膜１５９ａに含まれるＣｕ−Ｘ合金膜中の
Ｘと、導電性を有する酸化物半導体膜１５５ｂまたは絶縁膜１５７に含まれる元素とが反
応して形成される。Ｘを含む化合物としては、Ｘを含む酸化物、Ｘを含む窒化物、Ｘを含
む珪化物、Ｘを含む炭化物等がある。
Ｃｕ−Ｘ合金膜としてＣｕ−Ｍｎ合金膜を用いた場合、被覆膜１５６ｂの一例としては
、酸化マンガン膜が形成される。
また、図５（Ｆ）に示すように、導電膜１５９の底面、側面、上面の少なくとも一、さ
らに好ましくは導電膜１５９の外周において、被覆膜１５６ｃが形成される場合がある。
被覆膜１５６ｃは、Ｘを含む化合物で形成される。Ｘを含む化合物は、導電膜１５９に含
まれるＣｕ−Ｘ合金膜中のＸと、導電性を有する酸化物半導体膜１５５ｂまたは絶縁膜１
５７に含まれる元素とが反応して形成される。なお、被覆膜１５６ｃにおいて、導電膜１
５９ｂと接する領域においては、低抵抗材料の酸化物が形成される。また、被覆膜１５６
ｃにおいて、導電膜１５９ｂと接する領域においては、Ｃｕ−Ｘ合金膜中のＸを含む場合
もある。これは、導電膜１５９ａ若しくは導電膜１５９ｃのエッチングの際に生じた残渣
の付着、絶縁膜１５７を成膜する際における該残渣の付着、または加熱処理における該残
渣の付着等が原因と考えられる。また、Ｃｕ−Ｘ合金膜中のＸが酸化され、酸化物となる
場合もある。このため、導電膜１５９ｂとして、Ｃｕ−Ｍｎ合金膜を用いた場合、被覆膜
１５６ｃの一例としては、酸化マンガン膜が形成される。
＜変形例２＞
ここでは、導電性を有する酸化物半導体膜及び導電膜の変形例を、図６を用いて説明す
る。
図６（Ａ）において、絶縁膜１５３及び導電性を有する酸化物半導体膜１５５ｂの間に
、単層のＣｕ−Ｘ合金膜で形成された導電膜１５９ａを有する。
また、図６（Ｂ）に示すように、絶縁膜１５３及び導電性を有する酸化物半導体膜１５
５ｂの間に導電膜１５９が設けられる。導電膜１５９は、２層の積層構造で形成される。
導電膜１５９は、Ｃｕ−Ｘ合金膜で形成された導電膜１５９ａと、低抵抗材料を含む導電
膜で形成された導電膜１５９ｂとが積層して形成される。
また、図６（Ｃ）に示すように、絶縁膜１５３及び導電性を有する酸化物半導体膜１５
５ｂの間に導電膜１５９が設けられる。導電膜１５９は、３層の積層構造で形成される。
導電膜１５９は、Ｃｕ−Ｘ合金膜で形成された導電膜１５９ａと、低抵抗材料を含む導電
膜で形成された導電膜１５９ｂと、Ｃｕ−Ｘ合金膜で形成された導電膜１５９ｃとが積層
して形成される。
導電膜１５９として、低抵抗材料を含む導電膜で形成された導電膜１５９ｂ上にＣｕ−
Ｘ合金膜で形成された導電膜１５９ｃを設けることで、Ｃｕ−Ｘ合金膜で形成された導電
膜１５９ｃが低抵抗材料を含む導電膜１５９ｂの保護膜として機能するため、導電性を有
する酸化物半導体膜１５５ｂを形成する際の低抵抗材料を含む導電膜１５９ｂの反応を防
ぐことができる。
本実施の形態に示す構成及び方法などは、他の実施の形態に示す構成及び方法などと適
宜組み合わせて用いることができる。
（実施の形態２）
本実施の形態では、実施の形態１に示す導電性を有する酸化物半導体膜を含む抵抗素子
について、図７乃至１１を用いて説明する。
図７に、半導体装置が有する抵抗素子の断面図を示す。
図７（Ａ）に示す抵抗素子１６０ａは、導電性を有する酸化物半導体膜１５５ｂと、該
導電性を有する酸化物半導体膜１５５ｂに接する一対の導電膜１６１、１６２を有する。
導電性を有する酸化物半導体膜１５５ｂ、一対の導電膜１６１、１６２はそれぞれ、基板
１５１上に形成された絶縁膜１５３上に設けられる。
また、一対の導電膜１６１、１６２がそれぞれ、単層、または２層以上の積層構造であ
ってもよい。一対の導電膜１６１、１６２は、実施の形態１に示す導電膜１５９と同様の
構造、材料及び形成方法を適宜用いることができる。すなわち、一対の導電膜１６１、１
６２は、Ｃｕ−Ｘ合金膜を含む。
図７（Ａ）に示す抵抗素子１６０ａでは、導電膜１６１が、導電性を有する酸化物半導
体膜１５５ｂに接する導電膜１６１ａと、導電膜１６１ａに接する導電膜１６１ｂとの積
層構造であり、導電膜１６２が、導電性を有する酸化物半導体膜１５５ｂに接する導電膜
１６２ａと、導電膜１６２ａに接する導電膜１６２ｂとの積層構造を有する。
ここでは、導電膜１６１ａ及び導電膜１６２ａとしてＣｕ−Ｘ合金膜を用いる。導電膜
１６１ｂ及び導電膜１６２ｂとして低抵抗材料を含む導電膜を用いる。
また、図７（Ｂ）に示す抵抗素子１６０ｂのように、絶縁膜１５３、導電性を有する酸
化物半導体膜１５５ｂ、及び一対の導電膜１６１、１６２上に、水素を含む膜で形成され
た絶縁膜１５７が形成されてもよい。
また、図７（Ｃ）に示す抵抗素子１６０ｃのように、水素を含む膜で形成された絶縁膜
１５７ａ上に、導電性を有する酸化物半導体膜１５５ｂ、及び一対の導電膜１６１、１６
２が形成されてもよい。この場合、導電性を有する酸化物半導体膜１５５ｂ及び一対の導
電膜１６１、１６２上に、絶縁膜１５３ａを設けることができる。
導電性を有する酸化物半導体膜１５５ｂは、Ｃｕ−Ｘ膜を含む一対の導電膜１６１、１
６２と比べると抵抗率が高い。このため、一対の導電膜１６１、１６２の間に導電性を有
する酸化物半導体膜１５５ｂを設けることで、抵抗素子として機能する。
導電性を有する酸化物半導体膜１５５ｂは、欠陥と不純物を含む。導電性を有する酸化
物半導体膜１５５ｂは、欠陥及び不純物の作用により、導電性が高まる。また、導電性を
有する酸化物半導体膜１５５ｂは、透光性を有する。この結果、透光性を有する抵抗素子
を形成することができる。
また、導電性を有する酸化物半導体膜１５５ｂ上にＣｕ−Ｘ合金膜を含む一対の導電膜
１６１、１６２が形成されることで、導電性を有する酸化物半導体膜１５５ｂと、一対の
導電膜１６１、１６２との密着性を高めることが可能であると共に、導電性を有する酸化
物半導体膜１５５ｂと一対の導電膜１６１、１６２の接触抵抗を低減できる。
ここで、導電性を有する酸化物半導体膜１５５ｂと導電膜１６１が接する領域の拡大図
を、図７（Ｄ）に示す。導電性を有する酸化物半導体膜１５５ｂと接する導電膜１６１ａ
にＣｕ−Ｘ合金膜を用いることで、導電性を有する酸化物半導体膜１５５ｂと導電膜１６
１ａとの界面に、Ｃｕ−Ｘ合金膜中のＸを含む被覆膜１５６が形成される場合がある。該
被覆膜１５６が形成されることで、被覆膜１５６がＣｕのブロッキング膜となり、Ｃｕ−
Ｘ合金膜中のＣｕが導電性を有する酸化物半導体膜１５５ｂに入り込むのを抑制すること
ができる。
また、図示しないが、導電膜１６１、１６２は、実施の形態１に示す導電膜１５９と同
様に、導電膜の周りに、被覆膜１５６ａのような被覆膜が形成される場合もある。
＜保護回路の回路図＞
ここで、本実施の形態に示す抵抗素子を用いた保護回路について、図８を用いて説明す
る。なお、ここでは、半導体装置として、表示装置を用いて説明するが、他の半導体装置
に、保護回路を用いることができる。
図８（Ａ）に、半導体装置に含まれる具体的な保護回路１７０ａの一例を示す。
図８（Ａ）に示す保護回路１７０ａは、配線１７１と、配線１７２との間に、抵抗素子
１７３と、ダイオード接続されたトランジスタ１７４と、を有している。
抵抗素子１７３は、トランジスタ１７４に直列に接続する構成とすることにより、トラ
ンジスタ１７４に流れる電流値の制御、またはトランジスタ１７４自身の保護抵抗として
機能することができる。
また、配線１７１は、例えば、表示装置に含まれる走査線やデータ線、または端子部か
ら駆動回路部に引き回される配線に相当する。また、配線１７２は、例えば、ゲートドラ
イバ、またはソースドライバに電源を供給するための電源線の電位（ＶＤＤ、ＶＳＳまた
はＧＮＤ）が与えられる配線に相当する。または、配線１７２は、共通電位（コモン電位
）が与えられる配線（コモン線）に相当する。
配線１７２の一例としては、走査線駆動回路に電源を供給するための電源線、とくに低
い電位を供給する配線と接続される構成が好適である。なぜなら、ゲート信号線は、殆ど
の期間において、低い電位となっている。したがって、配線１７２の電位も低い電位とな
っていると、通常の動作時において、ゲート信号線から配線１７２へ漏れてしまう電流を
低減することが出来るからである。
図８（Ａ）においては、抵抗素子１７３は、ダイオード接続されたトランジスタと直列
に接続する構成を例示したが、これに限定されず、ダイオード接続されたトランジスタと
並列に接続することもできる。
次に、図８（Ｂ）に、複数のトランジスタ及び複数の抵抗素子で構成される保護回路を
示す。
図８（Ｂ）に示す保護回路１７０ｂは、トランジスタ１７４ａ、１７４ｂ、１７４ｃ、
１７４ｄと、抵抗素子１７３ａ、１７３ｂ、１７３ｃと、を有する。また、保護回路１７
０ｂは、表示装置に含まれる走査線駆動回路、信号線駆動回路、および画素部のいずれか
一以上と接続される配線１７５、１７６、１７７の間に設けられる。また、トランジスタ
１７４ａは、ソース電極としての機能を有する第１端子と、ゲート電極としての機能を有
する第２端子と、が接続され、ドレイン電極としての機能を有する第３端子と、配線１７
７と、が接続されている。トランジスタ１７４ｂは、ソース電極としての機能を有する第
１端子と、ゲート電極としての機能を有する第２端子と、が接続され、ドレイン電極とし
ての機能を有する第３端子と、トランジスタ１７４ａの第１端子と、が接続されている。
トランジスタ１７４ｃは、ソース電極としての機能を有する第１端子と、ゲート電極とし
ての機能を有する第２端子と、が接続され、ドレイン電極としての機能を有する第３端子
と、トランジスタ１７４ｂの第１端子と、が接続されている。トランジスタ１７４ｄは、
ソース電極としての機能を有する第１端子と、ゲート電極としての機能を有する第２端子
と、配線１７７および配線１７５とが接続され、ドレイン電極としての機能を有する第３
端子と、トランジスタ１７４ｃの第１端子と、が接続されている。また、抵抗素子１７３
ａ、１７３ｃ、は、配線１７７に設けられている。また、抵抗素子１７３ｂは、配線１７
６と、トランジスタ１７４ｂの第１端子およびトランジスタ１７４ｃの第３端子との間に
設けられている。
なお、配線１７５は、例えば、低電源電位ＶＳＳが与えられる電源線として用いること
ができる。また、配線１７６は、例えば、コモン線として用いることができる。また、配
線１７７は、例えば、高電源電位ＶＤＤが与えられる電源線として用いることができる。
図８（Ａ）及び図８（Ｂ）に示す抵抗素子に、本実施の形態に示す抵抗素子を適用する
ことができる。なお、抵抗素子に含まれる導電性を有する酸化物半導体膜の形状、具体的
には長さ、または幅を適宜調整することで、任意の抵抗値を有する抵抗素子とすることが
できる。図９に、抵抗素子１６０ｄの一例を示す。図９（Ａ）は、抵抗素子１６０ｄの上
面図であり、図９（Ｂ）は図９（Ａ）の一点破線Ａ−Ｂにおける断面図である。図９に示
す抵抗素子１６０ｄのように、導電性を有する酸化物半導体膜１５５ｃの上面形状をジグ
ザグ状とすることで、抵抗素子の抵抗値を制御することが可能である。
このように、保護回路１７０ｂは、複数のダイオード接続されたトランジスタと、複数
の抵抗素子により、構成されている。すなわち、保護回路１７０ｂは、ダイオード接続さ
れたトランジスタと抵抗素子を並列に組み合わせて用いることができる。
このように半導体装置に保護回路を設けることによって、ＥＳＤ（Ｅｌｅｃｔｒｏｓｔ
ａｔｉｃ Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ）などにより発生する過電流に対する耐性を高めることが
できる。したがって、信頼性が高められた半導体装置を提供することができる。
さらに、保護回路として、抵抗素子を用い、該抵抗素子の抵抗値を任意に調整できるこ
とから、保護回路として用いるダイオード接続されたトランジスタ等も保護することが可
能となる。
本実施の形態に示す構成は、他の実施の形態に示す構成と適宜組み合わせて用いること
ができる。
＜変形例１＞
図１０（Ａ）に示す抵抗素子１６０ｅのように、導電性を有する酸化物半導体膜１５５
ｂ上に、一対の導電膜として、Ｃｕ−Ｘ合金膜で形成された導電膜１６１ａ、１６２ａを
単層で形成することができる。
または、図１０（Ｂ）に示す抵抗素子１６０ｆのように、一対の導電膜１６１、１６２
をそれぞれ３層の積層構造とすることができる。導電膜１６１は、導電性を有する酸化物
半導体膜１５５ｂに接する導電膜１６１ａと、導電膜１６１ａに接する導電膜１６１ｂと
、導電膜１６１ｂに接する導電膜１６１ｃとの積層構造を有し、導電膜１６２は、導電性
を有する酸化物半導体膜１５５ｂに接する導電膜１６２ａと、導電膜１６２ａに接する導
電膜１６２ｂと、導電膜１６２ｂに接する導電膜１６２ｃとの積層構造を有する。
一対の導電膜１６１、１６２として、低抵抗材料を含む導電膜で形成された導電膜１６
１ｂ、１６２ｂ上に、Ｃｕ−Ｘ合金膜で形成された導電膜１６１ｃ、１６２ｃを設けるこ
とで、Ｃｕ−Ｘ合金膜で形成された導電膜１６１ｃ、１６２ｃが低抵抗材料を含む導電膜
１６１ｂ、１６２ｂの保護膜として機能するため、絶縁膜１５７を形成する際における低
抵抗材料を含む導電膜１６１ｂ、１６２ｂの反応を防ぐことができる。
また、図示しないが、実施の形態１に示す導電膜１５９と同様に、導電膜１６１、１６
２の周りに、被覆膜１５６ｂ、１５６ｃのような被覆膜が形成される場合もある。
＜変形例２＞
ここでは、抵抗素子の変形例を、図１１を用いて説明する。
図１１（Ａ）に示す抵抗素子１６０ｇは、絶縁膜１５３及び導電性を有する酸化物半導
体膜１５５ｂの間に、単層のＣｕ−Ｘ合金膜で形成された一対の導電膜１６３ａ、１６４
ａを有する。
また、図１１（Ｂ）に示すように、抵抗素子１６０ｈにおいて、絶縁膜１５３及び導電
性を有する酸化物半導体膜１５５ｂの間に設けられる一対の導電膜１６３、１６４は、そ
れぞれ２層の積層構造を有する。導電膜１６３は、Ｃｕ−Ｘ合金膜で形成された導電膜１
６３ａと、低抵抗材料を含む導電膜で形成された導電膜１６３ｂとが積層して形成される
。導電膜１６４は、Ｃｕ−Ｘ合金膜で形成された導電膜１６４ａと、低抵抗材料を含む導
電膜で形成された導電膜１６４ｂとが積層して形成される。
また、図１１（Ｃ）に示すように、抵抗素子１６０ｉにおいて、絶縁膜１５３及び導電
性を有する酸化物半導体膜１５５ｂの間に設けられる一対の導電膜１６３、１６４は、そ
れぞれ３層の積層構造を有する。導電膜１６３は、Ｃｕ−Ｘ合金膜で形成された導電膜１
６３ａと、低抵抗材料を含む導電膜で形成された導電膜１６３ｂと、Ｃｕ−Ｘ合金膜で形
成された導電膜１６３ｃとが積層して形成される。導電膜１６４は、Ｃｕ−Ｘ合金膜で形
成された導電膜１６４ａと、低抵抗材料を含む導電膜で形成された導電膜１６４ｂと、Ｃ
ｕ−Ｘ合金膜で形成された導電膜１６４ｃとが積層して形成される。
一対の導電膜１６３、１６４として、低抵抗材料を含む導電膜で形成された導電膜１６
３ｂ、１６４ｂ上に、Ｃｕ−Ｘ合金膜で形成された導電膜１６３ｃ、１６４ｃを設けるこ
とで、Ｃｕ−Ｘ合金膜で形成された導電膜１６３ｃ、１６４ｃが低抵抗材料を含む導電膜
で形成された導電膜１６３ｂ、１６４ｂの保護膜として機能するため、導電性を有する酸
化物半導体膜１５５ｂ及び絶縁膜１５７を形成する際における低抵抗材料を含む導電膜１
６３ｂ、１６４ｂの反応を防ぐことができる。
なお、図示しないが、実施の形態１に示す導電膜１５９と同様に、一対の導電膜１６３
、１６４の周りに、被覆膜１５６、１５６ａ、１５６ｂ、１５６ｃのような被覆膜が形成
される場合もある。
本実施の形態に示す構成及び方法などは、他の実施の形態に示す構成及び方法などと適
宜組み合わせて用いることができる。
（実施の形態３）
本実施の形態では、実施の形態１に示す導電性を有する酸化物半導体膜を含む容量素子
について、図１２乃至図１４を用いて説明する。
図１２に、半導体装置が有する容量素子の断面図を示す。
図１２（Ａ）に示す容量素子１８０ａは、導電性を有する酸化物半導体膜１５５ｂと、
該導電性を有する酸化物半導体膜１５５ｂに接する絶縁膜１５７と、絶縁膜１５７を介し
て酸化物半導体膜１５５ｂと重なる導電膜１８１とを有する。また、導電性を有する酸化
物半導体膜１５５ｂまたは導電膜１８１に、引き回し配線として機能する導電膜が接して
形成されてもよい。ここでは、導電性を有する酸化物半導体膜１５５ｂに接する導電膜１
５９を示す。なお、導電性を有する酸化物半導体膜１５５ｂ、絶縁膜１５７、及び導電膜
１５９はそれぞれ、基板１５１上に形成された絶縁膜１５３上に設けられる。
また、導電膜１５９は、単層、または２層以上の積層構造であってもよい。導電膜１５
９は、実施の形態１に示す導電膜１５９と同様の構造、材料及び形成方法を適宜用いるこ
とができる。すなわち、導電膜１５９は、Ｃｕ−Ｘ合金膜を含む。
図１２（Ａ）に示す容量素子１８０ａにおいて、導電膜１５９は、導電性を有する酸化
物半導体膜１５５ｂに接する導電膜１５９ａと、導電膜１５９ａに接する導電膜１５９ｂ
との積層構造を有する。導電膜１５９ａとしてＣｕ−Ｘ合金膜を用いる。導電膜１５９ｂ
として低抵抗材料を含む導電膜を用いる。
また、図１２（Ｂ）に示す容量素子１８０ｂのように、絶縁膜１５７ａ上に導電性を有
する酸化物半導体膜１５５ｂ、及び導電膜１５９が形成されてもよい。この場合、導電性
を有する酸化物半導体膜１５５ｂ及び導電膜１８１の間に、絶縁膜１５３ａを設けること
ができる。
導電膜１８１は、アルミニウム、チタン、クロム、ニッケル、銅、イットリウム、ジル
コニウム、モリブデン、鉄、コバルト、銀、タンタル、またはタングステンからなる単体
金属、またはこれを主成分とする合金を単層構造または積層構造として用いる。例えば、
シリコンを含むアルミニウム膜の単層構造、マンガンを含む銅膜の単層構造、チタン膜上
にアルミニウム膜を積層する二層構造、タングステン膜上にアルミニウム膜を積層する二
層構造、銅−マグネシウム−アルミニウム合金膜上に銅膜を積層する二層構造、チタン膜
上に銅膜を積層する二層構造、タングステン膜上に銅膜を積層する二層構造、マンガンを
含む銅膜上に銅膜を積層する二層構造、チタン膜または窒化チタン膜と、そのチタン膜ま
たは窒化チタン膜上に重ねてアルミニウム膜または銅膜を積層し、さらにその上にチタン
膜または窒化チタン膜を形成する三層構造、モリブデン膜または窒化モリブデン膜と、そ
のモリブデン膜または窒化モリブデン膜上に重ねてアルミニウム膜または銅膜を積層し、
さらにその上にモリブデン膜または窒化モリブデン膜を形成する三層構造、マンガンを含
む銅膜上に銅膜を積層し、さらにその上にマンガンを含む銅膜を形成する三層構造等があ
る。
また、導電膜１８１として、導電膜１５９と同様の構造、材料を適宜用いることができ
る。
また、導電膜１８１として、透光性を有する導電膜を用いることができる。透光性を有
する導電膜は、酸化タングステンを含むインジウム酸化物膜、酸化タングステンを含むイ
ンジウム亜鉛酸化物膜、酸化チタンを含むインジウム酸化物膜、酸化チタンを含むインジ
ウム錫酸化物膜、ＩＴＯ（インジウム錫酸化物（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ））
膜、インジウム亜鉛酸化物膜、酸化ケイ素を添加したインジウム錫酸化物膜等がある。
導電性を有する酸化物半導体膜１５５ｂは、欠陥と不純物を含む。導電性を有する酸化
物半導体膜１５５ｂは、欠陥及び不純物の作用により、導電性が高まる。また、導電性を
有する酸化物半導体膜１５５ｂは、透光性を有する。導電膜１８１として、透光性を有す
る導電膜を用いることで、透光性を有する容量素子を形成することができる。
また、導電性を有する酸化物半導体膜１５５ｂ上にＣｕ−Ｘ合金膜を含む導電膜１５９
が形成されることで、導電性を有する酸化物半導体膜１５５ｂと、導電膜１５９との密着
性を高めることが可能であると共に、導電性を有する酸化物半導体膜１５５ｂと導電膜１
５９の接触抵抗を低減できる。
ここで、導電性を有する酸化物半導体膜１５５ｂと導電膜１５９が接する領域の拡大図
を、図１２（Ｃ）に示す。導電性を有する酸化物半導体膜１５５ｂと接する導電膜１５９
ａにＣｕ−Ｘ合金膜を用いることで、導電性を有する酸化物半導体膜１５５ｂと導電膜１
５９ａとの界面に、Ｃｕ−Ｘ合金膜中のＸを含む被覆膜１５６が形成される場合がある。
該被覆膜１５６が形成されることで、被覆膜１５６がＣｕのブロッキング膜となり、Ｃｕ
−Ｘ合金膜中のＣｕが導電性を有する酸化物半導体膜１５５ｂに入り込むのを抑制するこ
とができる。
また、図示しないが、実施の形態１に示す導電膜１５９と同様に、導電膜１５９の周り
に、被覆膜１５６ａのような被覆膜が形成される場合もある。
＜変形例１＞
図１３（Ａ）に示す容量素子１８０ｃのように、導電性を有する酸化物半導体膜１５５
ｂ上に、導電膜として、Ｃｕ−Ｘ合金膜で形成された導電膜１５９ａを単層で形成するこ
とができる。
または、図１３（Ｂ）に示す容量素子１８０ｄのように、導電膜１５９を３層の積層構
造とすることができる。導電膜１５９は、導電性を有する酸化物半導体膜１５５ｂに接す
る導電膜１５９ａと、導電膜１５９ａに接する導電膜１５９ｂと、導電膜１５９ｂに接す
る導電膜１５９ｃとの積層構造を有する。
導電膜１５９として、低抵抗材料を含む導電膜で形成された導電膜１５９ｂ上に、Ｃｕ
−Ｘ合金膜で形成された導電膜１５９ｃを設けることで、Ｃｕ−Ｘ合金膜で形成された導
電膜１５９ｃが低抵抗材料を含む導電膜１５９ｂの保護膜として機能するため、絶縁膜１
５７を形成する際における低抵抗材料を含む導電膜１５９ｂの反応を防ぐことができる。
また、図示しないが、実施の形態１に示す導電膜１５９と同様に、導電膜１５９の周り
に、被覆膜１５６ｂ、１５６ｃのような被覆膜が形成される場合もある。
＜変形例２＞
ここでは、容量素子の変形例を図１４を用いて説明する。
図１４（Ａ）に示す容量素子１８０ｅは、絶縁膜１５３及び導電性を有する酸化物半導
体膜１５５ｂの間に、単層のＣｕ−Ｘ合金膜で形成された導電膜１５９ａを有する。
また、図１４（Ｂ）に示すように、容量素子１８０ｆにおいて、絶縁膜１５３及び導電
性を有する酸化物半導体膜１５５ｂの間に設けられる導電膜１５９は、２層の積層構造を
有する。導電膜１５９は、Ｃｕ−Ｘ合金膜で形成された導電膜１５９ａと、低抵抗材料を
含む導電膜で形成された導電膜１５９ｂとが積層して形成される。
また、図１４（Ｃ）に示すように、容量素子１８０ｇにおいて、絶縁膜１５３及び導電
性を有する酸化物半導体膜１５５ｂの間に設けられる導電膜１５９は、３層の積層構造を
有する。導電膜１５９は、Ｃｕ−Ｘ合金膜で形成された導電膜１５９ａと、低抵抗材料を
含む導電膜で形成された導電膜１５９ｂと、Ｃｕ−Ｘ合金膜で形成された導電膜１５９ｃ
とが積層して形成される。
導電膜１５９として、低抵抗材料を含む導電膜で形成された導電膜１５９ｂ上に、Ｃｕ
−Ｘ合金膜で形成された導電膜１５９ｃを設けることで、Ｃｕ−Ｘ合金膜で形成された導
電膜１５９ｃが低抵抗材料を含む導電膜１５９ｂの保護膜として機能するため、導電性を
有する酸化物半導体膜１５５ｂ及び絶縁膜１５７を形成する際における低抵抗材料を含む
導電膜１５９ｂの反応を防ぐことができる。
なお、図示しないが、実施の形態１に示す導電膜１５９と同様に、導電膜１５９の周り
に、被覆膜１５６、１５６ａ、１５６ｂ、１５６ｃのような被覆膜が形成される場合もあ
る。
本実施の形態に示す構成及び方法などは、他の実施の形態に示す構成及び方法などと適
宜組み合わせて用いることができる。
（実施の形態４）
本実施の形態では、本発明の一態様である表示装置について、図面を用いて説明する。
本実施の形態では、実施の形態１に示す導電性を有する酸化物半導体膜を含む容量素子を
有する半導体装置について、図１５乃至図２６を用いて説明する。
図１５（Ａ）に、表示装置の一例を示す。図１５（Ａ）に示す表示装置は、画素部１０
１と、走査線駆動回路１０４と、信号線駆動回路１０６と、各々が平行または略平行に配
設され、且つ走査線駆動回路１０４によって電位が制御されるｍ本の走査線１０７と、各
々が平行または略平行に配設され、且つ信号線駆動回路１０６によって電位が制御される
ｎ本の信号線１０９と、を有する。さらに、画素部１０１はマトリクス状に配設された複
数の画素１０３を有する。また、信号線１０９に沿って、各々が平行または略平行に配設
された容量線１１５を有してもよい。なお、容量線１１５は、走査線１０７に沿って、各
々が平行または略平行に配設されていてもよい。また、走査線駆動回路１０４及び信号線
駆動回路１０６をまとめて駆動回路部という場合がある。
なお、表示装置は、複数の画素を駆動させる駆動回路等を含む。また、表示装置は、別
の基板上に配置された制御回路、電源回路、信号生成回路及びバックライトモジュール等
を含み、液晶モジュールとよばれることもある。
各走査線１０７は、画素部１０１においてｍ行ｎ列に配設された画素１０３のうち、い
ずれかの行に配設されたｎ個の画素１０３と電気的に接続される。また、各信号線１０９
は、ｍ行ｎ列に配設された画素１０３のうち、いずれかの列に配設されたｍ個の画素１０
３に電気的と接続される。ｍ、ｎは、ともに１以上の整数である。また、各容量線１１５
は、ｍ行ｎ列に配設された画素１０３のうち、いずれかの列に配設されたｍ個の画素１０
３と電気的に接続される。なお、容量線１１５が、走査線１０７に沿って、各々が平行ま
たは略平行に配設されている場合は、ｍ行ｎ列に配設された画素１０３のうち、いずれか
の行に配設されたｎ個の画素１０３に電気的に接続される。
なお、液晶表示装置がＦＦＳ駆動の場合、容量線は設けられず、コモン線またはコモン
電極が容量線として機能する。
なお、ここでは、一画素とは、走査線及び信号線で囲まれ、且つ一つの色を示す領域の
ことをいう。このため、Ｒ（赤）Ｇ（緑）Ｂ（青）の色要素からなるカラー表示装置の場
合には、画像の最小単位は、Ｒの画素とＧの画素とＢの画素との三画素から構成される。
なお、Ｒ（赤）Ｇ（緑）Ｂ（青）に、イエロー、シアン、マゼンタなどの画素を加えるこ
とで、色の再現性を高めることができる。また、Ｒ（赤）Ｇ（緑）Ｂ（青）に、Ｗ（白）
の画素を加えることで表示装置の消費電力を低下することができる。また、液晶表示装置
の場合、Ｗ（白）の画素をＲ（赤）Ｇ（緑）Ｂ（青）ごとに加えることで、液晶表示装置
の明るさを高めることが可能であるため、バックライトの明るさを抑制できる。この結果
、液晶表示装置の消費電力を低減することが可能である。
図１５（Ｂ）、（Ｃ）は、図１５（Ａ）に示す表示装置の画素１０３に用いることがで
きる回路構成の一例を示している。
図１５（Ｂ）に示す画素１０３は、液晶素子１２１と、トランジスタ１０２と、容量素
子１０５と、を有する。
液晶素子１２１の一対の電極の一方の電位は、画素１０３の仕様に応じて適宜設定され
る。液晶素子１２１は、書き込まれるデータにより配向状態が設定される。また、複数の
画素１０３のそれぞれが有する液晶素子１２１の一対の電極の一方に共通の電位（コモン
電位）を与えてもよい。また、各行の画素１０３毎の液晶素子１２１の一対の電極の一方
に異なる電位を与えてもよい。
なお、液晶素子１２１は、液晶の光学的変調作用によって光の透過または非透過を制御
する素子である。なお、液晶の光学的変調作用は、液晶にかかる電界（横方向の電界、縦
方向の電界又は斜め方向の電界を含む）によって制御される。なお、液晶素子１２１とし
ては、ネマチック液晶、コレステリック液晶、スメクチック液晶、サーモトロピック液晶
、ライオトロピック液晶、強誘電液晶、反強誘電液晶等が挙げられる。
液晶素子１２１を有する表示装置の駆動方法としては、例えば、ＴＮモード、ＶＡモー
ド、ＡＳＭ（Ａｘｉａｌｌｙ Ｓｙｍｍｅｔｒｉｃ Ａｌｉｇｎｅｄ Ｍｉｃｒｏ−ｃｅ
ｌｌ）モード、ＯＣＢ（Ｏｐｔｉｃａｌｌｙ Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｄ Ｂｉｒｅｆｒｉ
ｎｇｅｎｃｅ）モード、ＭＶＡモード、ＰＶＡ（Ｐａｔｔｅｒｎｅｄ Ｖｅｒｔｉｃａｌ
Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）モード、ＩＰＳモード、ＦＦＳモード、またはＴＢＡ（Ｔｒａｎ
ｓｖｅｒｓｅ Ｂｅｎｄ Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）モードなどを用いてもよい。ただし、こ
れに限定されず、液晶素子及びその駆動方式として様々なものを用いることができる。
また、ブルー相（Ｂｌｕｅ Ｐｈａｓｅ）を示す液晶とカイラル剤とを含む液晶組成物
により液晶素子を構成してもよい。ブルー相を示す液晶は、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。
図１５（Ｂ）に示す画素１０３の構成において、トランジスタ１０２のソース電極及び
ドレイン電極の一方は、信号線１０９に電気的に接続され、他方は液晶素子１２１の一対
の電極の他方に電気的に接続される。また、トランジスタ１０２のゲート電極は、走査線
１０７に電気的に接続される。トランジスタ１０２は、オン状態またはオフ状態になるこ
とにより、データ信号のデータの書き込みを制御する機能を有する。
図１５（Ｂ）に示す画素１０３の構成において、容量素子１０５の一対の電極の一方は
、電位が供給される容量線１１５に電気的に接続され、他方は、液晶素子１２１の一対の
電極の他方に電気的に接続される。なお、容量線１１５の電位の値は、画素１０３の仕様
に応じて適宜設定される。容量素子１０５は、書き込まれたデータを保持する保持容量と
しての機能を有する。
また、図１５（Ｃ）に示す画素１０３は、表示素子のスイッチングを行うトランジスタ
１３３と、画素の駆動を制御するトランジスタ１０２と、トランジスタ１３５と、容量素
子１０５と、発光素子１３１と、を有する。
トランジスタ１３３のソース電極及びドレイン電極の一方は、データ信号が与えられる
信号線１０９に電気的に接続される。さらに、トランジスタ１３３のゲート電極は、ゲー
ト信号が与えられる走査線１０７に電気的に接続される。
トランジスタ１３３は、オン状態またはオフ状態になることにより、データ信号のデー
タの書き込みを制御する機能を有する。
トランジスタ１０２のソース電極及びドレイン電極の一方は、アノード線として機能す
る配線１３７と電気的に接続され、トランジスタ１０２のソース電極及びドレイン電極の
他方は、発光素子１３１の一方の電極に電気的に接続される。さらに、トランジスタ１０
２のゲート電極は、トランジスタ１３３のソース電極及びドレイン電極の他方、及び容量
素子１０５の一方の電極に電気的に接続される。
トランジスタ１０２は、オン状態またはオフ状態になることにより、発光素子１３１に
流れる電流を制御する機能を有する。
トランジスタ１３５のソース電極及びドレイン電極の一方はデータの基準電位が与えら
れる配線１３９と接続され、トランジスタ１３５のソース電極及びドレイン電極の他方は
、発光素子１３１の一方の電極、及び容量素子１０５の他方の電極に電気的に接続される
。さらに、トランジスタ１３５のゲート電極は、ゲート信号が与えられる走査線１０７に
電気的に接続される。
トランジスタ１３５は、発光素子１３１に流れる電流を調整する機能を有する。例えば
、発光素子１３１が劣化等により、発光素子１３１の内部抵抗が上昇した場合、トランジ
スタ１３５のソース電極及びドレイン電極の一方が接続された配線１３９に流れる電流を
モニタリングすることで、発光素子１３１に流れる電流を補正することができる。配線１
３９に与えられる電位としては、例えば、０Ｖとすることができる。
容量素子１０５の一対の電極の一方は、トランジスタ１０２のゲート電極、及びトラン
ジスタ１３３のソース電極及びドレイン電極の他方と電気的に接続され、容量素子１０５
の一対の電極の他方は、トランジスタ１３５のソース電極及びドレイン電極の他方、及び
発光素子１３１の一方の電極に電気的に接続される。
図１５（Ｃ）に示す画素１０３の構成において、容量素子１０５は、書き込まれたデー
タを保持する保持容量としての機能を有する。
発光素子１３１の一対の電極の一方は、トランジスタ１３５のソース電極及びドレイン
電極の他方、容量素子１０５の他方、及びトランジスタ１０２のソース電極及びドレイン
電極の他方と電気的に接続される。また、発光素子１３１の一対の電極の他方は、カソー
ドとして機能する配線１４１に電気的に接続される。
発光素子１３１としては、例えば有機エレクトロルミネセンス素子（有機ＥＬ素子とも
いう）などを用いることができる。ただし、発光素子１３１としては、これに限定されず
、無機材料からなる無機ＥＬ素子を用いても良い。
なお、配線１３７及び配線１４１の一方には、高電源電位ＶＤＤが与えられ、他方には
、低電源電位ＶＳＳが与えられる。図１５（Ｃ）に示す構成においては、配線１３７に高
電源電位ＶＤＤを、配線１４１に低電源電位ＶＳＳを、それぞれ与える構成としている。
なお、図１５（Ｂ）及び図１５（Ｃ）では、表示素子として、液晶素子１２１や発光素
子１３１を用いた例を示したが、本発明の実施形態の一態様は、これに限定されない。様
々な表示素子を用いることも可能である。例えば、ＬＥＤ（白色ＬＥＤ、赤色ＬＥＤ、緑
色ＬＥＤ、青色ＬＥＤなど）、トランジスタ（電流に応じて発光するトランジスタ）、電
子放出素子、電子インク、電気泳動素子、グレーティングライトバルブ（ＧＬＶ）、プラ
ズマディスプレイ（ＰＤＰ）、ＭＥＭＳ（マイクロ・エレクトロ・メカニカル・システム
）を用いた表示素子、デジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）、ＤＭＳ（デジタル・
マイクロ・シャッター）、ＩＭＯＤ（インターフェアレンス・モジュレーション）素子、
シャッター方式のＭＥＭＳ表示素子、光干渉方式のＭＥＭＳ表示素子、エレクトロウェッ
ティング素子、圧電セラミックディスプレイ、カーボンナノチューブ、など、電気磁気的
作用により、コントラスト、輝度、反射率、透過率などが変化する表示媒体を有するもの
がある。ＥＬ素子を用いた表示装置の一例としては、ＥＬディスプレイなどがある。電子
放出素子を用いた表示装置の一例としては、フィールドエミッションディスプレイ（ＦＥ
Ｄ）又はＳＥＤ方式平面型ディスプレイ（ＳＥＤ：Ｓｕｒｆａｃｅ−ｃｏｎｄｕｃｔｉｏ
ｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ−ｅｍｉｔｔｅｒ Ｄｉｓｐｌａｙ）などがある。液晶素子を用い
た表示装置の一例としては、液晶ディスプレイ（透過型液晶ディスプレイ、半透過型液晶
ディスプレイ、反射型液晶ディスプレイ、直視型液晶ディスプレイ、投射型液晶ディスプ
レイ）などがある。電子インク又は電気泳動素子を用いた表示装置の一例としては、電子
ペーパーなどがある。なお、半透過型液晶ディスプレイや反射型液晶ディスプレイの場合
には、画素電極の一部、または、全部が、反射電極としての機能を有すればよい。例えば
、画素電極の一部、または、全部が、アルミニウム、銀、などを有するようにすればよい
。さらに、その場合、反射電極の下に、ＳＲＡＭなどの記憶回路を設けることも可能であ
る。これにより、さらに、消費電力を低減することができる。
次に、表示装置に含まれる素子基板の具体的な構成について説明する。ここでは、画素
１０３に液晶素子を用いた液晶表示装置の具体的な例について説明する。ここでは、図１
５（Ｂ）に示す画素１０３の上面図を図１６に示す。
ここでは、表示装置としてＦＦＳ駆動の液晶表示装置を用い、該液晶表示装置に含まれ
る複数の画素１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃの上面図を図１６に示す。
図１６において、走査線として機能する導電膜１３は、信号線として機能する導電膜に
略直交する方向（図中左右方向）に延伸して設けられている。信号線として機能する導電
膜２１ａは、走査線として機能する導電膜に略直交する方向（図中上下方向）に延伸して
設けられている。なお、走査線として機能する導電膜１３は、走査線駆動回路１０４（図
１５（Ａ）を参照。）と電気的に接続されており、信号線として機能する導電膜２１ａは
、信号線駆動回路１０６（図１５（Ａ）を参照。）に電気的に接続されている。
トランジスタ１０２は、走査線として機能する導電膜及び信号線として機能する導電膜
が交差する領域に設けられている。トランジスタ１０２は、ゲート電極として機能する導
電膜１３、ゲート絶縁膜（図１６に図示せず。）、ゲート絶縁膜上に形成されたチャネル
領域が形成される酸化物半導体膜１９ａ、ソース電極及びドレイン電極として機能する導
電膜２１ａ、２１ｂにより構成される。なお、導電膜１３は、走査線として機能する導電
膜としても機能し、酸化物半導体膜１９ａと重畳する領域がトランジスタ１０２のゲート
電極として機能する。また、導電膜２１ａは、信号線として機能する導電膜としても機能
し、酸化物半導体膜１９ａと重畳する領域がトランジスタ１０２のソース電極またはドレ
イン電極として機能する。また、図１６において、走査線として機能する導電膜は、上面
形状において端部が酸化物半導体膜１９ａの端部より外側に位置する。このため、走査線
として機能する導電膜はバックライトなどの光源からの光を遮る遮光膜として機能する。
この結果、トランジスタに含まれる酸化物半導体膜１９ａに光が照射されず、トランジス
タの電気特性の変動を抑制することができる。
また、トランジスタ１０２において、酸化物半導体膜１９ａと重なる有機絶縁膜３１を
有する。有機絶縁膜３１は、無機絶縁膜（図１６に図示せず。）を介して、酸化物半導体
膜１９ａ、特に、酸化物半導体膜１９ａであって且つ導電膜２１ａ、２１ｂの間の領域と
重なる。
トランジスタ１０２ごとに有機絶縁膜３１が分離して形成されているため、外部からの
水が有機絶縁膜３１を通じて液晶表示装置内に拡散しないため、液晶表示装置内に設けら
れるトランジスタの電気特性のばらつきを低減することが可能である。
また、導電膜２１ｂは、導電性を有する酸化物半導体膜１９ｂと電気的に接続する。ま
た、導電性を有する酸化物半導体膜１９ｂ上において、絶縁膜を介してコモン電極２９が
設けられている。導電性を有する酸化物半導体膜１９ｂ上に設けられる絶縁膜において、
一点破線で示す開口部４０が設けられている。開口部４０において、導電性を有する酸化
物半導体膜１９ｂは、窒化物絶縁膜（図１６に図示せず。）と接する。
コモン電極２９は、信号線として機能する導電膜２１ａと交差する方向に延伸した縞状
の領域を有する。また、該縞状の領域は、信号線として機能する導電膜２１ａと平行また
は略平行な方向に延伸した領域と接続する。このため、画素において、縞状の領域を有す
るコモン電極２９は、各縞状の領域が同電位である。
容量素子１０５は、導電性を有する酸化物半導体膜１９ｂ、及びコモン電極２９が重な
る領域で形成される。導電性を有する酸化物半導体膜１９ｂ及びコモン電極２９は透光性
を有する。即ち、容量素子１０５は透光性を有する。
図１６に示すように、ＦＦＳモードの液晶表示装置において、信号線として機能する導
電膜と交差する方向に延伸した縞状の領域を有するコモン電極が設けられるため、コント
ラストの優れた表示装置を作製することができる。
また、容量素子１０５は透光性を有するため、画素１０３内に容量素子１０５を大きく
（大面積に）形成することができる。従って、開口率を高めつつ、代表的には５０％以上
、好ましくは６０％以上とすることが可能であると共に、電荷容量を増大させた表示装置
を得ることができる。例えば、解像度の高い表示装置、例えば液晶表示装置においては、
画素の面積が小さくなり、容量素子の面積も小さくなる。このため、解像度の高い表示装
置において、容量素子に蓄積される電荷容量が小さくなる。しかしながら、本実施の形態
に示す容量素子１０５は透光性を有するため、当該容量素子を画素に設けることで、各画
素において十分な電荷容量を得つつ、開口率を高めることができる。代表的には、画素密
度が２００ｐｐｉ以上、さらには３００ｐｐｉ以上、更には５００ｐｐｉ以上である高解
像度の表示装置に好適に用いることができる。
また、液晶表示装置において、容量素子の電荷容量を大きくするほど、電界を加えた状
況において、液晶素子の液晶分子の配向を一定に保つことができる期間を長くすることが
できる。静止画を表示させる場合、当該期間を長くできるため、画像データを書き換える
回数を低減することが可能であり、消費電力を低減することができる。また、本実施の形
態に示す構造により、高解像度の表示装置においても、開口率を高めることができるため
、バックライトなどの光源の光を効率よく利用することができ、表示装置の消費電力を低
減することができる。
次いで、図１６の一点鎖線Ａ−Ｂ、Ｃ−Ｄにおける断面図を図１７に示す。図１７に示
すトランジスタ１０２は、チャネルエッチ型のトランジスタである。なお、一点破線Ａ−
Ｂは、トランジスタ１０２のチャネル長方向、及び容量素子１０５の断面図であり、Ｃ−
Ｄにおける断面図は、トランジスタ１０２のチャネル幅方向の断面図である。
本実施の形態に示す液晶表示装置は、一対の基板（第１の基板１１と第２の基板３４２
）と、第１の基板１１に接する素子層と、第２の基板３４２に接する素子層と、各素子層
の間の液晶層３２０とを有する。なお、素子層とは、基板と液晶層の間に形成される層を
総称していう。また、基板及び素子層を素子基板として説明する場合がある。また、一対
の基板（第１の基板１１と第２の基板３４２）間に液晶素子３２２が挟持されている。
液晶素子３２２は、第１の基板１１の上方の導電性を有する酸化物半導体膜１９ｂと、
コモン電極２９と、窒化物絶縁膜２７と、配向性を制御する膜（以下、配向膜３３という
。）と、液晶層３２０と、を有する。なお、導電性を有する酸化物半導体膜１９ｂは、液
晶素子３２２の一方の電極（画素電極ともいう。）として機能し、コモン電極２９は、液
晶素子３２２の他方の電極として機能する。
はじめに、第１の基板１１に形成される素子層に関して説明する。図１７に示すトラン
ジスタ１０２は、シングルゲート構造のトランジスタであり、第１の基板１１上に設けら
れるゲート電極として機能する導電膜１３を有する。また、第１の基板１１及びゲート電
極として機能する導電膜１３上に形成される窒化物絶縁膜１５と、窒化物絶縁膜１５上に
形成される酸化物絶縁膜１７と、窒化物絶縁膜１５及び酸化物絶縁膜１７を介して、ゲー
ト電極として機能する導電膜１３と重なる酸化物半導体膜１９ａと、酸化物半導体膜１９
ａに接する、ソース電極及びドレイン電極として機能する導電膜２１ａ、２１ｂとを有す
る。窒化物絶縁膜１５及び酸化物絶縁膜１７は、ゲート絶縁膜１４として機能する。また
、酸化物絶縁膜１７、酸化物半導体膜１９ａ、及びソース電極及びドレイン電極として機
能する導電膜２１ａ、２１ｂ上には、酸化物絶縁膜２３が形成され、酸化物絶縁膜２３上
には酸化物絶縁膜２５が形成される。酸化物絶縁膜２３、酸化物絶縁膜２５、導電膜２１
ｂ上には窒化物絶縁膜２７が形成される。酸化物絶縁膜２３、酸化物絶縁膜２５、及び窒
化物絶縁膜２７は、無機絶縁膜３０として機能する。また、導電性を有する酸化物半導体
膜１９ｂが、酸化物絶縁膜１７上に形成される。導電性を有する酸化物半導体膜１９ｂは
、ソース電極及びドレイン電極として機能する導電膜２１ａ、２１ｂの一方、ここでは導
電膜２１ｂに接続される。また、コモン電極２９が、窒化物絶縁膜２７上に形成される。
また、無機絶縁膜３０を介してトランジスタ１０２の酸化物半導体膜１９ａと重なる有機
絶縁膜３１を有する。
以下に、表示装置の構成の詳細について説明する。
第１の基板１１は、実施の形態１に示す基板１５１を適宜用いることができる。
ゲート電極として機能する導電膜１３は、アルミニウム、クロム、銅、タンタル、チタ
ン、モリブデン、タングステンから選ばれた金属元素、または上述した金属元素を成分と
する合金か、上述した金属元素を組み合わせた合金等を用いて形成することができる。ま
た、マンガン、ジルコニウムのいずれか一または複数から選択された金属元素を用いても
よい。また、ゲート電極として機能する導電膜１３は、単層構造でも、二層以上の積層構
造としてもよい。例えば、シリコンを含むアルミニウム膜の単層構造、チタン膜上にアル
ミニウム膜を積層する二層構造、窒化チタン膜上にチタン膜を積層する二層構造、窒化チ
タン膜上にタングステン膜を積層する二層構造、窒化タンタル膜または窒化タングステン
膜上にタングステン膜を積層する二層構造、チタン膜上に銅膜を積層する二層構造、モリ
ブデン膜上に銅膜を積層する二層構造、チタン膜と、そのチタン膜上にアルミニウム膜を
積層し、さらにその上にチタン膜を形成する三層構造等がある。また、アルミニウムに、
チタン、タンタル、タングステン、モリブデン、クロム、ネオジム、スカンジウムから選
ばれた一または複数を組み合わせた合金膜、もしくは窒化膜を用いてもよい。
また、ゲート電極として機能する導電膜１３は、実施の形態１に示す導電膜１５９の構
造及び材料を適宜用いることができる。また、ゲート電極として機能する導電膜１３は、
実施の形態３に示す導電膜１８１で説明した透光性を有する導電膜を用いることができる
。また、ゲート電極として機能する導電膜１３は、上記透光性を有する導電膜と、上記金
属元素の積層構造とすることもできる。また、ゲート電極として機能する導電膜１３は、
実施の形態１に示す導電性を有する酸化物半導体膜１５５ｂを用いて形成してもよい。
窒化物絶縁膜１５は、酸素の透過性の低い窒化物絶縁膜を用いることが可能である。更
には、酸素、水素、及び水の透過性の低い窒化物絶縁膜を用いることが可能である。酸素
の透過性の低い窒化物絶縁膜、酸素、水素、及び水の透過性の低い窒化物絶縁膜としては
、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、窒化酸化アルミニウム膜
等がある。また、酸素の透過性の低い窒化物絶縁膜、酸素、水素、及び水の透過性の低い
窒化物絶縁膜の代わりに、酸化アルミニウム膜、酸化窒化アルミニウム膜、酸化ガリウム
膜、酸化窒化ガリウム膜、酸化イットリウム膜、酸化窒化イットリウム膜、酸化ハフニウ
ム膜、酸化窒化ハフニウム膜等の酸化物絶縁膜を用いることができる。
窒化物絶縁膜１５の厚さは、５ｎｍ以上１００ｎｍ以下、より好ましくは２０ｎｍ以上
８０ｎｍ以下とするとよい。
酸化物絶縁膜１７は、例えば酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコン、窒
化シリコン、酸化アルミニウム、酸化ハフニウム、酸化ガリウムまたはＧａ−Ｚｎ系金属
酸化物などを用いればよく、積層または単層で設ける。
また、酸化物絶縁膜１７として、ハフニウムシリケート（ＨｆＳｉＯｘ）、窒素が添加
されたハフニウムシリケート（ＨｆＳｉｘＯｙＮｚ）、窒素が添加されたハフニウムアル
ミネート（ＨｆＡｌｘＯｙＮｚ）、酸化ハフニウム、酸化イットリウムなどの比誘電率の
高い材料を用いることでトランジスタのゲートリークを低減できる。
酸化物絶縁膜１７の厚さは、５ｎｍ以上４００ｎｍ以下、より好ましくは１０ｎｍ以上
３００ｎｍ以下、より好ましくは５０ｎｍ以上２５０ｎｍ以下とするとよい。
酸化物半導体膜１９ａ及び導電性を有する酸化物半導体膜１９ｂは、同時に形成される
ため、酸化物半導体膜１９ａ及び導電性を有する酸化物半導体膜１９ｂは、Ｉｎ−Ｇａ酸
化物膜、Ｉｎ−Ｚｎ酸化物膜、Ｉｎ−Ｍ−Ｚｎ酸化物膜（Ｍは、Ａｌ、Ｇａ、Ｙ、Ｚｒ、
Ｓｎ、Ｌａ、Ｃｅ、またはＮｄ）等の金属酸化物膜で形成される。このため、酸化物半導
体膜１９ａ及び導電性を有する酸化物半導体膜１９ｂは、同じ金属元素を有する膜である
。
しかしながら、導電性を有する酸化物半導体膜１９ｂは、酸化物半導体膜１９ａと比較
して欠陥量が多く、不純物濃度が高い。このため、導電性を有する酸化物半導体膜１９ｂ
は、酸化物半導体膜１９ａと電気特性が異なる。具体的には、酸化物半導体膜１９ａは半
導体特性を有し、導電性を有する酸化物半導体膜１９ｂは、導電性を有する。
酸化物半導体膜１９ａ及び導電性を有する酸化物半導体膜１９ｂの厚さは、３ｎｍ以上
２００ｎｍ以下、好ましくは３ｎｍ以上１００ｎｍ以下、さらに好ましくは３ｎｍ以上５
０ｎｍ以下とする。
酸化物半導体膜１９ａの一部がトランジスタのチャネル領域として機能するため、酸化
物半導体膜１９ａは、エネルギーギャップが２ｅＶ以上、好ましくは２．５ｅＶ以上、よ
り好ましくは３ｅＶ以上である。このように、エネルギーギャップの広い酸化物半導体を
用いることで、トランジスタ１０２のオフ電流を低減することができる。
酸化物半導体膜１９ａとしては、キャリア密度の低い酸化物半導体膜を用いる。例えば
、酸化物半導体膜１９ａは、キャリア密度が１×１０１７個／ｃｍ３以下、好ましくは１
×１０１５個／ｃｍ３以下、好ましくは１×１０１３個／ｃｍ３以下、好ましくは８×１
０１１個／ｃｍ３以下、好ましくは１×１０１１個／ｃｍ３以下、さらに好ましくは１×
１０１０個／ｃｍ３未満、１×１０−９個／ｃｍ３以上の酸化物半導体膜を用いる。
なお、これらに限られず、必要とするトランジスタの半導体特性及び電気特性（電界効
果移動度、しきい値電圧等）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
るトランジスタの半導体特性を得るために、酸化物半導体膜１９ａのキャリア密度や不純
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、酸化物半導体膜１９ａとして、不純物濃度が低く、欠陥準位密度の低い酸化物半
導体膜を用いることで、さらに優れた電気特性を有するトランジスタを作製することがで
きる。ここでは、不純物濃度が低く、欠陥準位密度の低い（酸素欠損量の少ない）ことを
高純度真性または実質的に高純度真性とよぶ。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、当該酸化物半導体膜にチャネル領域が形成されるトランジスタは、
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。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膜は、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。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膜は、オフ電流が著しく小さく、チャネル幅が１×１０６
μｍでチャネル長Ｌが１０μｍの素子であっても、ソース電極とドレイン電極間の電圧（
ドレイン電圧）が１Ｖから１０Ｖの範囲において、オフ電流が、半導体パラメータアナラ
イザの測定限界以下、すなわち１×１０−１３Ａ以下という特性を得ることができる。従
って、当該酸化物半導体膜にチャネル領域が形成されるトランジスタは、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。不純物としては、水素、窒素、アルカリ金
属、またはアルカリ土類金属等がある。
酸化物半導体膜に含まれる水素は金属原子と結合する酸素と反応して水になると共に、
酸素が脱離した格子（または酸素が脱離した部分）に酸素欠損が形成される。当該酸素欠
損に水素が入ることで、キャリアである電子が生成される場合がある。また、水素の一部
が金属原子と結合する酸素と結合することで、キャリアである電子を生成する場合がある
。従って、水素が含まれている酸化物半導体を用いたトランジスタはノーマリーオン特性
となりやすい。
このため、酸化物半導体膜１９ａは酸素欠損と共に、水素ができる限り低減されている
ことが好ましい。具体的には、酸化物半導体膜１９ａにおいて、二次イオン質量分析法（
ＳＩＭＳ：Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ Ｉｏｎ Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）により
得られる水素濃度を、５×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、好ましくは１×１０１９ａ
ｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、好ましくは５×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、好ましくは１
×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、好ましくは５×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、
さらに好ましくは１×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下とする。
酸化物半導体膜１９ａにおいて、第１４族元素の一つであるシリコンや炭素が含まれる
と、酸化物半導体膜１９ａにおいて酸素欠損が増加し、ｎ型化してしまう。このため、酸
化物半導体膜１９ａにおけるシリコンや炭素の濃度（二次イオン質量分析法により得られ
る濃度）を、２×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、好ましくは２×１０１７ａｔｏｍｓ
／ｃｍ３以下とする。
また、酸化物半導体膜１９ａにおいて、二次イオン質量分析法により得られるアルカリ
金属またはアルカリ土類金属の濃度を、１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、好ましく
は２×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下にする。アルカリ金属及びアルカリ土類金属は、
酸化物半導体と結合するとキャリアを生成する場合があり、トランジスタのオフ電流が増
大してしまうことがある。このため、酸化物半導体膜１９ａのアルカリ金属またはアルカ
リ土類金属の濃度を低減することが好ましい。
また、酸化物半導体膜１９ａに窒素が含まれていると、キャリアである電子が生じ、キ
ャリア密度が増加し、ｎ型化しやすい。この結果、窒素が含まれている酸化物半導体を用
いたトランジスタはノーマリーオン特性となりやすい。従って、当該酸化物半導体膜にお
いて、窒素はできる限り低減されていることが好ましい、例えば、二次イオン質量分析法
により得られる窒素濃度は、５×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下にすることが好ましい
。
導電性を有する酸化物半導体膜１９ｂは、酸化物半導体膜１９ａと同時に形成された酸
化物半導体膜に、欠陥、一例としては酸素欠損と、不純物とを有せしめることで、形成さ
れる。このため、導電性を有する酸化物半導体膜１９ｂは、電極として機能し、本実施の
形態では、画素電極として機能する。
酸化物半導体膜１９ａ及び導電性を有する酸化物半導体膜１９ｂは共に、酸化物絶縁膜
１７上に形成されるが、不純物濃度が異なる。具体的には、酸化物半導体膜１９ａと比較
して、導電性を有する酸化物半導体膜１９ｂの不純物濃度が高い。例えば、酸化物半導体
膜１９ａに含まれる水素濃度は、５×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、１×１０１９ａ
ｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、５×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、１×１０１８ａｔｏｍｓ
／ｃｍ３以下、５×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、好ましくは１×１０１６ａｔｏｍ
ｓ／ｃｍ３以下である。一方、導電性を有する酸化物半導体膜１９ｂ含まれる水素濃度は
、８×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上、１×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上、好まし
くは５×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上である。また、酸化物半導体膜１９ａと比較し
て、導電性を有する酸化物半導体膜１９ｂに含まれる水素濃度は２倍以上、好ましくは１
０倍以上である。
また、導電性を有する酸化物半導体膜１９ｂは、酸化物半導体膜１９ａより抵抗率が低
い。導電性を有する酸化物半導体膜１９ｂの抵抗率が、酸化物半導体膜１９ａの抵抗率の
１×１０−８倍以上１×１０−１倍未満であることが好ましく、代表的には１×１０−３
Ωｃｍ以上１×１０４Ωｃｍ未満、さらに好ましくは、抵抗率が１×１０−３Ωｃｍ以上
１×１０−１Ωｃｍ未満であるとよい。
また、酸化物半導体膜１９ａ及び導電性を有する酸化物半導体膜１９ｂは、実施の形態
１に示す導電性を有する酸化物半導体膜１５５ｂと同様の結晶構造を適宜選択することが
できる。
ソース電極及びドレイン電極として機能する導電膜２１ａ、２１ｂは、実施の形態１に
示す導電膜１５９の構造、材料を適宜用いることができる。
本実施の形態では、導電膜２１ａは、導電膜２１ａ＿１と、導電膜２１ａ＿２との積層
構造を有する。導電膜２１ｂは、導電膜２１ｂ＿１と、導電膜２１ｂ＿２との積層構造を
有する。また、導電膜２１ａ＿１、２１ｂ＿１としてＣｕ−Ｘ合金膜を用いる。導電膜２
１ａ＿２、２１ｂ＿２として低抵抗材料を含む導電膜を用いる。
酸化物絶縁膜２３または酸化物絶縁膜２５として、化学量論的組成を満たす酸素よりも
多くの酸素を含む酸化物絶縁膜を用いることが好ましい。ここでは、酸化物絶縁膜２３と
して、酸素を透過する酸化物絶縁膜を形成し、酸化物絶縁膜２５として、化学量論的組成
を満たす酸素よりも多くの酸素を含む酸化物絶縁膜を形成する。
酸化物絶縁膜２３は、酸素を透過する酸化物絶縁膜である。このため、酸化物絶縁膜２
３上に設けられる、酸化物絶縁膜２５から脱離する酸素を、酸化物絶縁膜２３を介して酸
化物半導体膜１９ａに移動させることができる。また、酸化物絶縁膜２３は、後に形成す
る酸化物絶縁膜２５を形成する際の、酸化物半導体膜１９ａへのダメージ緩和膜としても
機能する。
酸化物絶縁膜２３としては、厚さが５ｎｍ以上１５０ｎｍ以下、好ましくは５ｎｍ以上
５０ｎｍ以下の酸化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜等を用いることができる。
また、酸化物絶縁膜２３は、窒素を含み、且つ欠陥量の少ない酸化物絶縁膜であること
が好ましい。
窒素を含み、且つ欠陥量の少ない酸化物絶縁膜の代表例としては、酸化窒化シリコン膜
、酸化窒化アルミニウム膜等がある。
欠陥の少ない酸化物絶縁膜は、１００Ｋ以下のＥＳＲで測定して得られたスペクトルに
おいてｇ値が２．０３７以上２．０３９以下の第１のシグナル、ｇ値が２．００１以上２
．００３以下の第２のシグナル、及びｇ値が１．９６４以上１．９６６以下の第３のシグ
ナルが観測される。なお、第１のシグナル及び第２のシグナルのスプリット幅、並びに第
２のシグナル及び第３のシグナルのスプリット幅は、ＸバンドのＥＳＲ測定において約５
ｍＴである。また、ｇ値が２．０３７以上２．０３９以下の第１のシグナル、ｇ値が２．
００１以上２．００３以下の第２のシグナル、及びｇ値が１．９６４以上１．９６６以下
である第３のシグナルのスピンの密度の合計が、１×１０１８ｓｐｉｎｓ／ｃｍ３未満で
あり、代表的には１×１０１７ｓｐｉｎｓ／ｃｍ３以上１×１０１８ｓｐｉｎｓ／ｃｍ３
未満である。
なお、１００Ｋ以下のＥＳＲスペクトルにおいてｇ値が２．０３７以上２．０３９以下
の第１シグナル、ｇ値が２．００１以上２．００３以下の第２のシグナル、及びｇ値が１
．９６４以上１．９６６以下の第３のシグナルは、窒素酸化物（ＮＯｘ、ｘは０以上２以
下、好ましくは１以上２以下）起因のシグナルに相当する。窒素酸化物の代表例としては
、一酸化窒素、二酸化窒素等がある。即ち、ｇ値が２．０３７以上２．０３９以下の第１
のシグナル、ｇ値が２．００１以上２．００３以下の第２のシグナル、及びｇ値が１．９
６４以上１．９６６以下である第３のシグナルのスピンの密度の合計が少ないほど、酸化
物絶縁膜に含まれる窒素酸化物の含有量が少ないといえる。
酸化物絶縁膜２３が、上記のように、窒素酸化物の含有量が少ないと、酸化物絶縁膜２
３と酸化物半導体膜との界面におけるキャリアのトラップを低減することが可能である。
この結果、半導体装置に含まれるトランジスタのしきい値電圧の変動量を低減することが
可能であり、トランジスタの電気特性の変動を低減することができる。
また、酸化物絶縁膜２３は、ＳＩＭＳ（Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ Ｉｏｎ Ｍａｓｓ Ｓｐ
ｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）で測定される窒素濃度が６×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下で
あることが好ましい。この結果、酸化物絶縁膜２３において、窒素酸化物が生成されにく
くなり、酸化物絶縁膜２３と、酸化物半導体膜１９ａとの界面におけるキャリアのトラッ
プを低減することが可能である。また、半導体装置に含まれるトランジスタのしきい値電
圧の変動量を低減することが可能であり、トランジスタの電気特性の変動を低減すること
ができる。
なお、酸化物絶縁膜２３において、膜中に窒素酸化物及びアンモニアが含まれると、作
製工程のプロセスにおける加熱処理において、窒素酸化物及びアンモニアが反応し、窒素
酸化物が窒素ガスとなって脱離する。この結果、酸化物絶縁膜２３の窒素濃度及び窒素酸
化物の含有量を低減することができる。また、酸化物絶縁膜２３と、酸化物半導体膜１９
ａとの界面におけるキャリアのトラップを低減することが可能である。また、半導体装置
に含まれるトランジスタのしきい値電圧の変動量を低減することが可能であり、トランジ
スタの電気特性の変動を低減することができる。
なお、酸化物絶縁膜２３においては、外部から酸化物絶縁膜２３に入った酸素が全て酸
化物絶縁膜２３の外部に移動せず、酸化物絶縁膜２３にとどまる酸素もある。また、酸化
物絶縁膜２３に酸素が入ると共に、酸化物絶縁膜２３に含まれる酸素が酸化物絶縁膜２３
の外部へ移動することで酸化物絶縁膜２３において酸素の移動が生じる場合もある。
酸化物絶縁膜２３として酸素を透過する酸化物絶縁膜を形成すると、酸化物絶縁膜２３
上に設けられる、酸化物絶縁膜２５から脱離する酸素を、酸化物絶縁膜２３を介して酸化
物半導体膜１９ａに移動させることができる。
酸化物絶縁膜２３に接するように酸化物絶縁膜２５が形成されている。酸化物絶縁膜２
５は、化学量論的組成を満たす酸素よりも多くの酸素を含む酸化物絶縁膜を用いて形成す
る。化学量論的組成を満たす酸素よりも多くの酸素を含む酸化物絶縁膜は、加熱により酸
素の一部が脱離する。化学量論的組成を満たす酸素よりも多くの酸素を含む酸化物絶縁膜
は、ＴＤＳ分析にて、酸素原子に換算しての酸素の脱離量が１．０×１０１８ａｔｏｍｓ
／ｃｍ３以上、好ましくは３．０×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上である酸化物絶縁膜
である。なお、上記ＴＤＳ分析時における酸化物絶縁膜２５の表面温度としては１００℃
以上７００℃以下、または１００℃以上５００℃以下の範囲が好ましい。
酸化物絶縁膜２５としては、厚さが３０ｎｍ以上５００ｎｍ以下、好ましくは５０ｎｍ
以上４００ｎｍ以下の、酸化シリコン、酸化窒化シリコン等を用いることができる。
また、酸化物絶縁膜２５は、欠陥量が少ないことが好ましく、代表的には、ＥＳＲ測定
により、ｇ＝２．００１に現れる信号のスピン密度が１．５×１０１８ｓｐｉｎｓ／ｃｍ
３未満、更には１×１０１８ｓｐｉｎｓ／ｃｍ３以下であることが好ましい。なお、酸化
物絶縁膜２５は、酸化物絶縁膜２３と比較して酸化物半導体膜１９ａから離れているため
、酸化物絶縁膜２３より、欠陥密度が多くともよい。
窒化物絶縁膜２７は、窒化物絶縁膜１５と同様に酸素の透過性の低い窒化物絶縁膜を用
いることが可能である。更には、酸素、水素、及び水の透過性の低い窒化物絶縁膜を用い
ることが可能である。
窒化物絶縁膜２７としては、厚さが５０ｎｍ以上３００ｎｍ以下、好ましくは１００ｎ
ｍ以上２００ｎｍ以下の、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、
窒化酸化アルミニウム膜等がある。
酸化物絶縁膜２３または酸化物絶縁膜２５において、化学量論的組成を満たす酸素より
も多くの酸素を含む酸化物絶縁膜が含まれると、酸化物絶縁膜２３または酸化物絶縁膜２
５に含まれる酸素の一部を酸化物半導体膜１９ａに移動させ、酸化物半導体膜１９ａに含
まれる酸素欠損量を低減することが可能である。
酸化物半導体膜中に酸素欠損が含まれている酸化物半導体膜を用いたトランジスタは、
しきい値電圧がマイナス方向に変動しやすく、ノーマリーオン特性となりやすい。これは
、酸化物半導体膜に含まれる酸素欠損に起因して電荷が生じ、低抵抗化するためである。
トランジスタがノーマリーオン特性を有すると、動作時に動作不良が発生しやすくなる、
または非動作時の消費電力が高くなるなどの、様々な問題が生じる。また、経時変化やス
トレス試験により、トランジスタの電気特性、代表的にはしきい値電圧の変動量が増大す
るという問題がある。
しかしながら、本実施の形態に示すトランジスタ１０２は、酸化物半導体膜１９ａ上に
設けられる酸化物絶縁膜２３または酸化物絶縁膜２５が、化学量論的組成を満たす酸素よ
りも多くの酸素を含む酸化物絶縁膜である。さらに、酸化物半導体膜１９ａ、酸化物絶縁
膜２３、及び酸化物絶縁膜２５を、窒化物絶縁膜１５及び酸化物絶縁膜１７で包み込む。
この結果、酸化物絶縁膜２３または酸化物絶縁膜２５に含まれる酸素が、効率よく酸化物
半導体膜１９ａに移動し、酸化物半導体膜１９ａの酸素欠損量を低減することが可能であ
る。この結果、ノーマリーオフ特性を有するトランジスタとなる。また、経時変化やスト
レス試験により、トランジスタの電気特性、代表的にはしきい値電圧の変動量を低減する
ことができる。
コモン電極２９として、透光性を有する膜、好ましくは透光性を有する導電膜を用いる
。透光性を有する導電膜は、酸化タングステンを含むインジウム酸化物膜、酸化タングス
テンを含むインジウム亜鉛酸化物膜、酸化チタンを含むインジウム酸化物膜、酸化チタン
を含むインジウム錫酸化物膜、ＩＴＯ膜、インジウム亜鉛酸化物膜、酸化ケイ素を添加し
たインジウム錫酸化物膜等がある。
なお、コモン電極２９として、実施の形態１に示す導電性を有する酸化物半導体膜１５
５ｂを用いて形成してもよい。
信号線として機能する導電膜２１ａの延伸方向とコモン電極２９の延伸方向が交差する
。このため、信号線として機能する導電膜２１ａとコモン電極２９との間で生じる電界と
、導電性を有する酸化物半導体膜１９ｂで形成される画素電極とコモン電極２９との間で
生じる電界との間で、方位ずれが生じ、且つそのずれの角度が大きい。このため、ネガ型
液晶分子を用いた場合、信号線として機能する導電膜近傍の液晶分子の配向状態と、隣接
する画素に設けられた画素電極とコモン電極との間で生じる電界により生じた画素電極近
傍の液晶分子の配向状態とは、互いに影響されにくい。この結果、画素の透過率の変化が
抑制される。この結果、画像のちらつきを低減することが可能である。
また、リフレッシュレートが低い液晶表示装置において、保持期間であっても、信号線
として機能する導電膜２１ａ近傍の液晶分子の配向は、隣接する画素に設けられた画素電
極とコモン電極２９との間で生じる電界による画素電極近傍の液晶分子の配向状態へ影響
を与えにくい。この結果、保持期間において、画素の透過率を維持することが可能であり
、ちらつきを低減することができる。
また、コモン電極２９は、信号線として機能する導電膜２１ａと交差する方向に縞状に
延伸する領域を有する。このため、導電性を有する酸化物半導体膜１９ｂ及び導電膜２１
ａ近傍において、意図しない液晶分子の配向を防ぐことが可能であり、光漏れを抑制する
ことができる。この結果、コントラストの優れた表示装置を作製することができる。
なお、コモン電極２９の形状は図１６に示す形状に限定されず、直線状の縞状であって
もよい。また、縞状の場合、延伸方向が、信号線として機能する導電膜と平行であっても
よい。また、コモン電極２９は、櫛歯状であってもよい。または、コモン電極は第１の基
板１１上に全面に形成されてもよい。または、導電性を有する酸化物半導体膜１９ｂとは
異なる透光性を有する導電膜がコモン電極２９上に絶縁膜を介して形成されてもよい。
有機絶縁膜３１の厚さは、５００ｎｍ以上１０μｍ以下であることが好ましい。図１７
に示す有機絶縁膜３１の厚さは、第１の基板１１上に形成された無機絶縁膜３０と第２の
基板３４２に形成された素子層との間隔より小さい。このため、有機絶縁膜３１と第２の
基板３４２に形成された素子層との間に、液晶層３２０を有する。すなわち、有機絶縁膜
３１上の配向膜３３と、第２の基板３４２の素子層に含まれる配向膜３５２との間におい
て液晶層３２０を有する。
なお、図示しないが、有機絶縁膜３１上に配向膜３３と、第２の基板３４２上に設けら
れた素子層に含まれる配向膜３５２とが接する構造であってもよい。この場合、有機絶縁
膜３１は、スペーサとして機能するため、液晶表示装置のセルギャップを有機絶縁膜３１
で維持することができる。
また、図１７において、配向膜３３は、有機絶縁膜上に設けられているが、本発明の実
施形態の一態様は、これに限定されない。場合によっては、または、状況に応じて、有機
絶縁膜３１は、配向膜３３上に設けられていてもよい。この場合、ラビング工程は、一例
としては、配向膜３３を形成した直後ではなく、配向膜３３上に有機絶縁膜３１を形成し
た後に行ってもよい。
ゲート電極として機能する導電膜１３に負の電圧が印加されると、電界が発生する。該
電界は、酸化物半導体膜１９ａで遮蔽されず、無機絶縁膜３０にまで影響するため、無機
絶縁膜３０の表面に弱い正の電荷が帯電する。また、ゲート電極として機能する導電膜１
３に負の電圧が印加されると、空気中に含まれる正の荷電粒子が無機絶縁膜３０の表面に
吸着し、無機絶縁膜３０の表面に弱い正の電荷が帯電する。
無機絶縁膜３０の表面に正の電荷が帯電することにより、電場が生じ、該電場が酸化物
半導体膜１９ａ及び無機絶縁膜３０の界面まで影響する。この結果、酸化物半導体膜１９
ａ及び無機絶縁膜３０の界面において、実質的に正のバイアスが印加された状態となり、
トランジスタのしきい値電圧が負にシフトしてしまう。
一方、本実施の形態に示すトランジスタ１０２は、無機絶縁膜３０上に有機絶縁膜３１
を有する。有機絶縁膜３１は、５００ｎｍ以上と厚さが大きいため、ゲート電極として機
能する導電膜１３に負の電圧が印加されることによって発生する電場の影響が有機絶縁膜
３１の表面にまで影響せず、有機絶縁膜３１の表面に正の電荷が帯電しにくい。また、空
気中に含まれる正の荷電粒子が、有機絶縁膜３１の表面に吸着しても、有機絶縁膜３１は
、５００ｎｍ以上と厚さが厚いため、有機絶縁膜３１の表面に吸着した正の荷電粒子の電
場は、酸化物半導体膜１９ａ及び無機絶縁膜３０の界面まで影響しにくい。この結果、酸
化物半導体膜１９ａ及び無機絶縁膜３０の界面において、実質的に正のバイアスが印加さ
れた状態とならず、トランジスタのしきい値電圧の変動量が少ない。
有機絶縁膜３１は、水等が拡散しやすいが、トランジスタ１０２ごとに有機絶縁膜が分
離して形成されているため、外部からの水が有機絶縁膜３１を通じて半導体装置内に拡散
しない。また、無機絶縁膜３０において、窒化物絶縁膜を有することで、外部から有機絶
縁膜３１に拡散した水が、酸化物半導体膜１９ａに拡散することを防ぐことが可能である
。
コモン電極２９、窒化物絶縁膜２７、及び有機絶縁膜３１上に配向膜３３が形成される
。
次に、図１７に示すトランジスタ１０２及び容量素子１０５の作製方法について、図１
８乃至図２１を用いて説明する。
図１８（Ａ）に示すように、第１の基板１１上に導電膜１３となる導電膜１２を形成す
る。導電膜１２は、スパッタリング法、化学気相堆積（ＣＶＤ）法（有機金属化学堆積（
ＭＯＣＶＤ）法、メタル化学気相堆積法、原子層成膜（ＡＬＤ）法あるいはプラズマ化学
気相堆積（ＰＥＣＶＤ）法を含む。）、蒸着法、パルスレーザー堆積（ＰＬＤ）法等によ
り形成する。有機金属化学堆積（ＭＯＣＶＤ）法、メタル化学気相堆積法、原子層成膜（
ＡＬＤ）法を用いることで、プラズマによるダメージの少ない導電膜を形成することがで
きる。また、導電膜１２として、実施の形態１に示す導電性を有する酸化物半導体膜１５
５ｂを用いる場合、導電性を有する酸化物半導体膜１５５ｂの作製方法を適宜用いること
ができる。
ここでは、第１の基板１１としてガラス基板を用いる。また、導電膜１２として、厚さ
１００ｎｍのタングステン膜をスパッタリング法により形成する。
次に、導電膜１２上に、第１のフォトマスクを用いたフォトリソグラフィ工程によりマ
スクを形成する。次に、該マスクを用いて導電膜１２の一部をエッチングして、図１８（
Ｂ）に示すように、ゲート電極として機能する導電膜１３を形成する。この後、マスクを
除去する。
なお、ゲート電極として機能する導電膜１３は、上記形成方法の代わりに、電解メッキ
法、印刷法、インクジェット法等で形成してもよい。
ここでは、ドライエッチング法によりタングステン膜をエッチングして、ゲート電極と
して機能する導電膜１３を形成する。
次に、図１８（Ｃ）に示すように、ゲート電極として機能する導電膜１３上に、窒化物
絶縁膜１５と、後に酸化物絶縁膜１７となる酸化物絶縁膜１６を形成する。次に、酸化物
絶縁膜１６上に、後に酸化物半導体膜１９ａ、導電性を有する酸化物半導体膜１９ｂとな
る酸化物半導体膜１８を形成する。
窒化物絶縁膜１５及び酸化物絶縁膜１６は、スパッタリング法、化学気相堆積（ＣＶＤ
）法（有機金属化学堆積（ＭＯＣＶＤ）法、メタル化学気相堆積法、原子層成膜（ＡＬＤ
）法あるいはプラズマ化学気相堆積（ＰＥＣＶＤ）法を含む。）、蒸着法、パルスレーザ
ー堆積（ＰＬＤ）法、塗布法、印刷法等により形成する。有機金属化学堆積（ＭＯＣＶＤ
）法、メタル化学気相堆積法、原子層成膜（ＡＬＤ）法を用いることで、プラズマによる
ダメージの少ない窒化物絶縁膜１５及び酸化物絶縁膜１６を形成することができる。また
、原子層成膜（ＡＬＤ）法を用いることで、窒化物絶縁膜１５及び酸化物絶縁膜１６の被
覆性を高めることが可能である。
ここでは、シラン、窒素、及びアンモニアを原料ガスとしたプラズマＣＶＤ法を用いて
、窒化物絶縁膜１５として、厚さ３００ｎｍの窒化シリコン膜を形成する。
酸化物絶縁膜１６として酸化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜、または窒化酸化シリコ
ン膜を形成する場合、原料ガスとしては、シリコンを含む堆積性気体及び酸化性気体を用
いることが好ましい。シリコンを含む堆積性気体の代表例としては、シラン、ジシラン、
トリシラン、フッ化シラン等がある。酸化性気体としては、酸素、オゾン、一酸化二窒素
、二酸化窒素等がある。
酸化物絶縁膜１６として酸化ガリウム膜を形成する場合、ＭＯＣＶＤ（Ｍｅｔａｌ Ｏ
ｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法を用いて形成
することができる。
ここでは、シラン及び一酸化二窒素を原料ガスとしたプラズマＣＶＤ法を用いて、酸化
物絶縁膜１６として、厚さ５０ｎｍの酸化窒化シリコン膜を形成する。
酸化物半導体膜１８は、実施の形態１に示す酸化物半導体膜１５５と同様の形成方法を
適宜用いて形成することができる。
ここでは、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物ターゲット（Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：１）を用
いたスパッタリング法により、酸化物半導体膜として厚さ３５ｎｍのＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸
化物膜を形成する。
次に、酸化物半導体膜１８上に、第２のフォトマスクを用いたフォトリソグラフィ工程
によりマスクを形成した後、該マスクを用いて酸化物半導体膜の一部をエッチングするこ
とで、図１８（Ｄ）に示すような、分離された酸化物半導体膜１９ａ、１９ｃを形成する
。この後、マスクを除去する。
ここでは、酸化物半導体膜１８上にマスクを形成し、ウエットエッチング法により酸化
物半導体膜１８の一部をエッチングすることで、酸化物半導体膜１９ａ、１９ｃを形成す
る。
次に、図１９（Ａ）に示すように、のちに導電膜２１ａ、２１ｂとなる導電膜２０を形
成する。ここでは、導電膜２０は、導電膜２０＿１と、導電膜２０＿２が積層されている
。ここでは、導電膜２０＿１として、Ｃｕ−Ｘ合金膜を用いる。導電膜２０＿２として、
低抵抗材料を含む導電膜を用いる。
導電膜２０は、実施の形態１に示す導電膜１５９と同様の方法を適宜用いて形成するこ
とができる。
ここでは、厚さ５０ｎｍのＣｕ−Ｍｎ合金膜及び厚さ３００ｎｍの銅膜を順にスパッタ
リング法により積層する。
次に、導電膜２０上に第３のフォトマスクを用いたフォトリソグラフィ工程によりマス
クを形成する。次に、該マスクを用いて導電膜２０をエッチングして、図１９（Ｂ）に示
すように、ソース電極及びドレイン電極として機能する導電膜２１ａ、２１ｂを形成する
。この後、マスクを除去する。なお、導電膜２１ａは、導電膜２０＿１の一部をエッチン
グして形成された導電膜２１ａ＿１と、導電膜２０＿２の一部をエッチングして形成され
た導電膜２１ａ＿２とが積層されている。また、導電膜２１ｂは、導電膜２０＿１の一部
をエッチングして形成された導電膜２１ｂ＿１と、導電膜２０＿２の一部をエッチングし
て形成された導電膜２１ｂ＿２とが積層されている。
ここでは、銅膜上にフォトリソグラフィ工程によりマスクを形成する。次に、当該マス
クを用いてＣｕ−Ｍｎ膜及び銅膜をエッチングして、導電膜２１ａ、２１ｂを形成する。
なお、ウエットエッチング法を用いることで、Ｃｕ−Ｍｎ膜及び銅膜を１回の工程でエッ
チングすることができる。
次に、図１９（Ｃ）に示すように、酸化物半導体膜１９ａ、１９ｃ、及び導電膜２１ａ
、２１ｂ上に、後に酸化物絶縁膜２３となる酸化物絶縁膜２２、及び後に酸化物絶縁膜２
５となる酸化物絶縁膜２４を形成する。酸化物絶縁膜２２及び酸化物絶縁膜２４は、窒化
物絶縁膜１５及び酸化物絶縁膜１６と同様の方法を適宜用いて形成することができる。
なお、酸化物絶縁膜２２を形成した後、大気に曝すことなく、連続的に酸化物絶縁膜２
４を形成することが好ましい。酸化物絶縁膜２２を形成した後、大気開放せず、原料ガス
の流量、圧力、高周波電力及び基板温度の一以上を調整して、酸化物絶縁膜２４を連続的
に形成することで、酸化物絶縁膜２２及び酸化物絶縁膜２４における界面の大気成分由来
の不純物濃度を低減することができると共に、酸化物絶縁膜２４に含まれる酸素を酸化物
半導体膜１９ａに移動させることが可能であり、酸化物半導体膜１９ａの酸素欠損量を低
減することができる。
酸化物絶縁膜２２としては、堆積性気体に対する酸化性気体を２０倍より大きく１００
倍未満、好ましくは４０以上８０以下とし、処理室内の圧力を１００Ｐａ未満、好ましく
は５０Ｐａ以下とするＣＶＤ法を用いることで、窒素を含み、且つ欠陥量の少ない酸化物
絶縁膜を形成することができる。
酸化物絶縁膜２２の原料ガスとしては、シリコンを含む堆積性気体及び酸化性気体を用
いることが好ましい。シリコンを含む堆積性気体の代表例としては、シラン、ジシラン、
トリシラン、フッ化シラン等がある。酸化性気体としては、酸素、オゾン、一酸化二窒素
、二酸化窒素等がある。
上記条件を用いることで、酸化物絶縁膜２２として酸素を透過する酸化物絶縁膜を形成
することができる。また、酸化物絶縁膜２２を設けることで、酸化物絶縁膜２４の形成工
程において、酸化物半導体膜１９ａへのダメージ低減が可能である。
ここでは、酸化物絶縁膜２２として、流量５０ｓｃｃｍのシラン及び流量２０００ｓｃ
ｃｍの一酸化二窒素を原料ガスとし、処理室の圧力を２０Ｐａ、基板温度を２２０℃とし
、２７．１２ＭＨｚの高周波電源を用いて１００Ｗの高周波電力を平行平板電極に供給し
たプラズマＣＶＤ法により、厚さ５０ｎｍの酸化窒化シリコン膜を形成する。当該条件に
より、窒素を含み、且つ欠陥量の少ない酸化窒化シリコン膜を形成することができる。
酸化物絶縁膜２４としては、プラズマＣＶＤ装置の真空排気された処理室内に載置され
た基板を１８０℃以上２８０℃以下、さらに好ましくは２００℃以上２４０℃以下に保持
し、処理室に原料ガスを導入して処理室内における圧力を１００Ｐａ以上２５０Ｐａ以下
、さらに好ましくは１００Ｐａ以上２００Ｐａ以下とし、処理室内に設けられる電極に０
．１７Ｗ／ｃｍ２以上０．５Ｗ／ｃｍ２以下、さらに好ましくは０．２５Ｗ／ｃｍ２以上
０．３５Ｗ／ｃｍ２以下の高周波電力を供給する条件により、酸化シリコン膜または酸化
窒化シリコン膜を形成する。
酸化物絶縁膜２４の原料ガスとしては、シリコンを含む堆積性気体及び酸化性気体を用
いることが好ましい。シリコンを含む堆積性気体の代表例としては、シラン、ジシラン、
トリシラン、フッ化シラン等がある。酸化性気体としては、酸素、オゾン、一酸化二窒素
、二酸化窒素等がある。
酸化物絶縁膜２４の成膜条件として、上記圧力の処理室において上記パワー密度の高周
波電力を供給することで、プラズマ中で原料ガスの分解効率が高まり、酸素ラジカルが増
加し、原料ガスの酸化が進むため、酸化物絶縁膜２４中における酸素含有量が化学量論比
よりも多くなる。一方、基板温度が、上記温度で形成された膜では、シリコンと酸素の結
合力が弱いため、後の工程の加熱処理により膜中の酸素の一部が脱離する。この結果、化
学量論的組成を満たす酸素よりも多くの酸素を含み、加熱により酸素の一部が脱離する酸
化物絶縁膜を形成することができる。また、酸化物半導体膜１９ａ上に酸化物絶縁膜２２
が設けられている。このため、酸化物絶縁膜２４の形成工程において、酸化物絶縁膜２２
が酸化物半導体膜１９ａの保護膜となる。この結果、酸化物半導体膜１９ａへのダメージ
を低減しつつ、パワー密度の高い高周波電力を用いて酸化物絶縁膜２４を形成することが
できる。
ここでは、酸化物絶縁膜２４として、流量２００ｓｃｃｍのシラン及び流量４０００ｓ
ｃｃｍの一酸化二窒素を原料ガスとし、処理室の圧力を２００Ｐａ、基板温度を２２０℃
とし、２７．１２ＭＨｚの高周波電源を用いて１５００Ｗの高周波電力を平行平板電極に
供給したプラズマＣＶＤ法により、厚さ４００ｎｍの酸化窒化シリコン膜を形成する。な
お、プラズマＣＶＤ装置は電極面積が６０００ｃｍ２である平行平板型のプラズマＣＶＤ
装置であり、供給した電力を単位面積あたりの電力（電力密度）に換算すると０．２５Ｗ
／ｃｍ２である。
また、ソース電極及びドレイン電極として機能する導電膜２１ａ、２１ｂを形成する際
、導電膜のエッチングによって、酸化物半導体膜１９ａはダメージを受け、酸化物半導体
膜１９ａのバックチャネル（酸化物半導体膜１９ａにおいて、ゲート電極として機能する
導電膜１３と対向する面と反対側の面）側に酸素欠損が生じる。しかし、酸化物絶縁膜２
４に化学量論的組成を満たす酸素よりも多くの酸素を含む酸化物絶縁膜を適用することで
、加熱処理によって当該バックチャネル側に生じた酸素欠損を修復することができる。こ
れにより、酸化物半導体膜１９ａに含まれる欠陥を低減することができるため、トランジ
スタ１０２の信頼性を向上させることができる。
次に、酸化物絶縁膜２４上に、第４のフォトマスクを用いたフォトリソグラフィ工程に
よりマスクを形成する。次に、該マスクを用いて酸化物絶縁膜２２及び酸化物絶縁膜２４
の一部をエッチングして、図２０（Ａ）に示すように、開口部４０を有する酸化物絶縁膜
２３及び酸化物絶縁膜２５を形成する。この後、マスクを除去する。
当該工程において、ドライエッチング法により、酸化物絶縁膜２２及び酸化物絶縁膜２
４をエッチングすることが好ましい。この結果、酸化物半導体膜１９ｃはエッチング処理
においてプラズマに曝されるため、酸化物半導体膜１９ｃの酸素欠損量を増加させること
が可能である。
次に、加熱処理を行う。該加熱処理の温度は、代表的には、１５０℃以上４００℃以下
、好ましくは３００℃以上４００℃以下、好ましくは３２０℃以上３７０℃以下とする。
該加熱処理は、電気炉、ＲＴＡ装置等を用いることができる。ＲＴＡ装置を用いること
で、短時間に限り、基板の歪み点以上の温度で熱処理を行うことができる。そのため加熱
処理時間を短縮することができる。
加熱処理は、窒素、酸素、超乾燥空気（水の含有量が２０ｐｐｍ以下、好ましくは１ｐ
ｐｍ以下、好ましくは１０ｐｐｂ以下の空気）、または希ガス（アルゴン、ヘリウム等）
の雰囲気下で行えばよい。なお、上記窒素、酸素、超乾燥空気、または希ガスに水素、水
等が含まれないことが好ましい。
当該加熱処理により、酸化物絶縁膜２５に含まれる酸素の一部を酸化物半導体膜１９ａ
に移動させ、酸化物半導体膜１９ａに含まれる酸素欠損量をさらに低減することができる
。
また、酸化物絶縁膜２３及び酸化物絶縁膜２５に水、水素等が含まれる場合であって、
窒化物絶縁膜２６が、さらに水、水素等に対するバリア性を有する場合、窒化物絶縁膜２
６を後に形成し、加熱処理を行うと、酸化物絶縁膜２３及び酸化物絶縁膜２５に含まれる
水、水素等が、酸化物半導体膜１９ａに移動し、酸化物半導体膜１９ａに欠陥が生じてし
まう。しかしながら、当該加熱により、酸化物絶縁膜２３及び酸化物絶縁膜２５に含まれ
る水、水素等を脱離させることが可能であり、トランジスタ１０２の電気特性のばらつき
を低減すると共に、しきい値電圧の変動を抑制することができる。
なお、加熱しながら酸化物絶縁膜２４を、酸化物絶縁膜２２上に形成することで、酸化
物半導体膜１９ａに酸素を移動させ、酸化物半導体膜１９ａに含まれる酸素欠損量を低減
することが可能であるため、当該加熱処理を行わなくともよい。
また、当該加熱処理は、酸化物絶縁膜２２及び酸化物絶縁膜２４を形成した後に行って
もよいが、酸化物絶縁膜２３及び酸化物絶縁膜２５を形成した後の加熱処理の方が、酸化
物半導体膜１９ｃへの酸素の移動が生じないと共に、酸化物半導体膜１９ｃが露出されて
いるため酸化物半導体膜１９ｃから酸素が脱離し、酸素欠損が形成されるため、より導電
性を有する膜を形成でき、好ましい。
ここでは、窒素及び酸素雰囲気で、３５０℃、１時間の加熱処理を行う。
次に、図２０（Ｂ）に示すように、窒化物絶縁膜２６を形成する。
窒化物絶縁膜２６は、窒化物絶縁膜１５及び酸化物絶縁膜１６と同様の方法を適宜用い
て形成することができる。窒化物絶縁膜２６をスパッタリング法、ＣＶＤ法等により形成
することで、酸化物半導体膜１９ｃがプラズマに曝されるため、酸化物半導体膜１９ｃの
酸素欠損量を増加させることができる。
また、酸化物半導体膜１９ｃは導電性が向上し、導電性を有する酸化物半導体膜１９ｂ
となる。なお、窒化物絶縁膜２６として、プラズマＣＶＤ法により窒化シリコン膜を形成
すると、窒化シリコン膜に含まれる水素が酸化物半導体膜１９ｃに拡散するため、酸化物
半導体膜の導電性を高めることができる。なお、導電性を有する酸化物半導体膜１９ｂの
作製方法は、実施の形態１に示す導電性を有する酸化物半導体膜１５５ｂの作製方法を適
宜用いることができる。
窒化物絶縁膜２６としてプラズマＣＶＤ法で窒化シリコン膜を形成する場合、プラズマ
ＣＶＤ装置の真空排気された処理室内に載置された基板を３００℃以上４００℃以下、さ
らに好ましくは３２０℃以上３７０℃以下とすることで、緻密な窒化シリコン膜を形成で
きるため好ましい。
窒化シリコン膜を形成する場合、シリコンを含む堆積性気体、窒素、及びアンモニアを
原料ガスとして用いることが好ましい。原料ガスとして、窒素と比較して少量のアンモニ
アを用いることで、プラズマ中でアンモニアが解離し、活性種が発生する。当該活性種が
、シリコンを含む堆積性気体に含まれるシリコン及び水素の結合、及び窒素の三重結合を
切断する。この結果、シリコン及び窒素の結合が促進され、シリコン及び水素の結合が少
なく、欠陥が少なく、緻密な窒化シリコン膜を形成することができる。一方、原料ガスに
おいて、窒素に対するアンモニアの量が多いと、シリコンを含む堆積性気体及び窒素それ
ぞれの分解が進まず、シリコン及び水素結合が残存してしまい、欠陥が増大した、且つ粗
な窒化シリコン膜が形成されてしまう。これらのため、原料ガスにおいて、アンモニアに
対する窒素の流量比を５以上５０以下、好ましくは１０以上５０以下とすることが好まし
い。
ここでは、プラズマＣＶＤ装置の処理室に、流量５０ｓｃｃｍのシラン、流量５０００
ｓｃｃｍの窒素、及び流量１００ｓｃｃｍのアンモニアを原料ガスとし、処理室の圧力を
１００Ｐａ、基板温度を３５０℃とし、２７．１２ＭＨｚの高周波電源を用いて１０００
Ｗの高周波電力を平行平板電極に供給したプラズマＣＶＤ法により、窒化物絶縁膜２６と
して、厚さ５０ｎｍの窒化シリコン膜を形成する。なお、プラズマＣＶＤ装置は電極面積
が６０００ｃｍ２である平行平板型のプラズマＣＶＤ装置であり、供給した電力を単位面
積あたりの電力（電力密度）に換算すると１．７×１０−１Ｗ／ｃｍ２である。
次に、加熱処理を行ってもよい。該加熱処理の温度は、代表的には、１５０℃以上４０
０℃以下、好ましくは３００℃以上４００℃以下、好ましくは３２０℃以上３７０℃以下
とする。この結果、しきい値電圧のマイナスシフトを低減することができる。また、しき
い値電圧の変動量を低減することができる。
次に、図示しないが、第５のフォトマスクを用いたフォトリソグラフィ工程により、マ
スクを形成する。次に、該マスクを用いて、窒化物絶縁膜１５、酸化物絶縁膜１６、酸化
物絶縁膜２３、酸化物絶縁膜２５、窒化物絶縁膜２６のそれぞれ一部をエッチングして、
窒化物絶縁膜２７を形成すると共に、導電膜１３と同時に形成された接続端子の一部を露
出する開口部を形成する。または、酸化物絶縁膜２３、酸化物絶縁膜２５、窒化物絶縁膜
２６のそれぞれ一部をエッチングして、窒化物絶縁膜２７を形成すると共に、導電膜２１
ａ、２１ｂと同時に形成された接続端子の一部を露出する開口部を形成する。
次に、図２０（Ｃ）に示すように、窒化物絶縁膜２７上に、後にコモン電極２９となる
導電膜２８を形成する。
導電膜２８は、スパッタリング法、ＣＶＤ法、蒸着法等により導電膜を形成する。
また、導電膜２８として、実施の形態１に示す導電性を有する酸化物半導体膜１５５ｂ
を用いる場合、導電性を有する酸化物半導体膜１５５ｂの作製方法を適宜用いることがで
きる。
次に、導電膜２８上に、第６のフォトマスクを用いたフォトリソグラフィ工程によりマ
スクを形成する。次に、該マスクを用いて導電膜２８の一部をエッチングして、図２１（
Ａ）に示すように、コモン電極２９を形成する。なお、図示しないが、コモン電極２９は
、導電膜１３と同時に形成された接続端子、または導電膜２１ａ、２１ｂと同時に形成さ
れた接続端子と接続される。この後、マスクを除去する。
次に、図２１（Ｂ）に示すように、窒化物絶縁膜２７上に有機絶縁膜３１を形成する。
有機絶縁膜は、塗布法、印刷法等を適宜用いて形成することができる。
塗布法を用いて有機絶縁膜を形成する場合、感光性の組成物を窒化物絶縁膜２７及びコ
モン電極２９上に塗布した後、第７のフォトマスクを用いたフォトリソグラフィ工程によ
り組成物を露光及び現像し、その後加熱処理を行う。なお、非感光性の組成物を窒化物絶
縁膜２７及びコモン電極２９上に塗布した場合、非感光性の組成物上にレジストを塗布し
、第７のフォトマスクを用いたフォトリソグラフィ工程によりレジストを加工してマスク
を形成し、該マスクを用いて非感光性の組成物をエッチングすることで、有機絶縁膜３１
を形成することができる。
以上の工程により、トランジスタ１０２を作製すると共に、容量素子１０５を作製する
ことができる。
本実施の形態において、導電性を有する酸化物半導体膜１９ｂ上にＣｕ−Ｘ合金膜を含
む導電膜２１ｂが形成されることで、導電性を有する酸化物半導体膜１９ｂと、導電膜２
１ｂとの密着性を高めることが可能であると共に、導電性を有する酸化物半導体膜１９ｂ
と導電膜２１ｂの接触抵抗を低減できる。
本実施の形態に示す表示装置の素子基板は、無機絶縁膜を介してトランジスタと重なる
有機絶縁膜を有する。このため、トランジスタの信頼性を高めることが可能であり、表示
品質が維持された表示装置を作製することができる。
また、本実施の形態に示す表示装置の素子基板は、上面形状がジグザグ状であり、且つ
信号線として機能する導電膜と交差する方向に縞状に延伸した領域を有するコモン電極が
形成される。このため、コントラストの優れた表示装置を作製することができる。また、
リフレッシュレートが低い液晶表示装置において、ちらつきを低減することができる。
また、本実施の形態に示す表示装置の素子基板は、トランジスタのチャネル領域が形成
される酸化物半導体膜と同時に、画素電極として機能する導電性を有する酸化物半導体膜
が形成されるため、６枚のフォトマスクを用いてトランジスタ１０２及び容量素子１０５
を作製することが可能である。導電性を有する酸化物半導体膜は容量素子の一方の電極と
して機能する。また、コモン電極は、容量素子の他方の電極として機能する。これらのた
め、容量素子を形成するために、新たに導電膜を形成する工程が不要であり、作製工程を
削減できる。また、容量素子は透光性を有する。この結果、容量素子の占有面積を大きく
しつつ、画素の開口率を高めることが可能である。また、低消費電力の表示装置を作製す
ることができる。
次に、第２の基板３４２に形成される素子層に関して説明する。第２の基板３４２上に
は、有色性を有する膜（以下、着色膜３４６という。）が形成されている。着色膜３４６
は、カラーフィルタとしての機能を有する。また、着色膜３４６に隣接する遮光膜３４４
が第２の基板３４２上に形成される。遮光膜３４４は、ブラックマトリクスとして機能す
る。また、着色膜３４６は、必ずしも設ける必要はなく、例えば、液晶表示装置が白黒表
示の場合は、着色膜３４６を設けない構成としてもよい。
着色膜３４６としては、特定の波長帯域の光を透過する着色膜であればよく、例えば、
赤色の波長帯域の光を透過する赤色（Ｒ）の膜、緑色の波長帯域の光を透過する緑色（Ｇ
）の膜、青色の波長帯域の光を透過する青色（Ｂ）の膜などを用いることができる。
遮光膜３４４としては、特定の波長帯域の光を遮光する機能を有していればよく、金属
膜または黒色顔料等を含んだ有機絶縁膜などを用いることができる。
また、着色膜３４６上には、絶縁膜３４８が形成されている。絶縁膜３４８は、平坦化
層としての機能、または着色膜３４６が含有しうる不純物を液晶素子側へ拡散するのを抑
制する機能を有する。
また、絶縁膜３４８上には、導電膜３５０が形成されてよい。導電膜３５０は、透光性
を有する導電膜を用いて形成する。また、導電膜３５０は、コモン電極２９と同電位とす
ることが好ましい。すなわち、導電膜３５０は共通電位が印加されることが好ましい。
導電膜２１ｂに液晶分子を駆動する電圧が印加された場合、導電膜２１ｂとコモン電極
２９の間に電界が発生してしまう。この電界の影響を受け、導電膜２１ｂとコモン電極２
９の間の液晶分子が配向しまい、ちらつきが生じる。
しかしながら、液晶層３２０を介してコモン電極２９と対向する導電膜３５０を設け、
コモン電極２９及び導電膜３５０を同電位とすることで、導電膜２１ｂとコモン電極２９
の間における電界による液晶分子の基板垂直方向の配向変化を抑制することが可能であり
、該領域における液晶分子の配向状態が安定する。この結果、ちらつきを低減できる。
導電膜３５０上に配向膜３５２が形成される。
また、配向膜３３と配向膜３５２との間には、液晶層３２０が形成されている。また液
晶層３２０は、シール材（図示しない）を用いて、第１の基板１１と第２の基板３４２の
間に封止されている。なお、シール材は、外部からの水分等の入り込みを抑制するために
、無機材料と接触する構成が好ましい。
また、配向膜３３と配向膜３５２との間に液晶層３２０の厚さ（セルギャップともいう
）を維持するスペーサを設けてもよい。
なお、本実施の形態に示す構成及び方法などは、他の実施の形態に示す構成及び方法な
どと適宜組み合わせて用いることができる。
＜変形例１＞
図１７に示す表示装置の変形例を図２２に示す。
図２２に示す表示装置は、無機絶縁膜３０上に有機樹脂膜が形成されず、配向膜３３が
、無機絶縁膜３０全体に接する。この結果、第１の基板１１上の素子部を作製するための
フォトマスク枚数を１枚削減することが可能であり、素子部を有する第１の基板１１の作
製工程の簡略化が可能である。
＜変形例２＞
図１７に示す表示装置の変形例を図２３に示す。
図２３に示す表示装置は、窒化物絶縁膜２７上に、分離されず連続した有機樹脂膜３１
ａが形成される。また、有機樹脂膜３１ａ上にコモン電極２９が形成される。有機樹脂膜
３１ａは、平坦化膜としての機能を有するため、液晶層に含まれる液晶分子の配向むらを
低減することができる。
＜変形例３＞
図１７に示す表示装置の変形例を図２４に示す。
図２４に示す画素電極として機能する、導電性を有する酸化物半導体膜１９ｂは、スリ
ットを有する。なお、導電性を有する酸化物半導体膜１９ｂは櫛歯形状でもよい。
＜変形例４＞
図１７に示す表示装置の変形例を図２５に示す。
図２５に示すコモン電極２９は、窒化物絶縁膜２７を介して導電膜２１ｂと重なる。コ
モン電極２９、窒化物絶縁膜２７、及び導電膜２１ｂは、容量素子１０５ｂを構成する。
容量素子１０５ｂを設けることにより、画素における電荷容量を増やすことができる。
＜変形例５＞
図１７に示すトランジスタ１０２の変形例について、図２６を用いて説明する。
図２６（Ａ）に示すトランジスタ１０２ｄは、多階調マスクを用いて形成された酸化物
半導体膜１９ｇ及び一対の導電膜２１ｃ、２１ｄを有することを特徴とする。なお、導電
膜２１ｃは、導電膜２１ｃ＿１と、導電膜２１ｃ＿２との積層構造を有する。導電膜２１
ｄは、導電膜２１ｄ＿１と、導電膜２１ｄ＿２との積層構造を有する。また、導電膜２１
ｃ＿１、２１ｄ＿１としてＣｕ−Ｘ合金膜を用いる。導電膜２１ｃ＿２、２１ｄ＿２とし
て低抵抗材料を含む導電膜を用いる。
多階調マスクを用いることで、複数の厚さを有するレジストマスクを形成することが可
能であり、該レジストマスクを用い、酸化物半導体膜１９ｇを形成した後、酸素プラズマ
等にレジストマスクを曝すことで、レジストマスクの一部が除去され、一対の導電膜を形
成するためのレジストマスクとなる。このため、酸化物半導体膜１９ｇ及び一対の導電膜
２１ｃ、２１ｄの作製工程におけるフォトリソグラフィ工程数を削減することができる。
なお、多階調マスクを用いて形成した酸化物半導体膜１９ｇは、上面形状において一対
の一対の導電膜２１ｃ、２１ｄの外側に一部が露出する。
図２６（Ｂ）に示すトランジスタ１０２ｅは、チャネル保護型のトランジスタであるこ
とを特徴とする。
図２６（Ｂ）に示すトランジスタ１０２ｅは、第１の基板１１上に設けられるゲート電
極として機能する導電膜１３と、第１の基板１１及びゲート電極として機能する導電膜１
３上に形成されるゲート絶縁膜１４と、ゲート絶縁膜１４を介して、ゲート電極として機
能する導電膜１３と重なる酸化物半導体膜１９ａと、酸化物半導体膜１９ａのチャネル領
域及び側面を覆う無機絶縁膜３０ａと、無機絶縁膜３０ａの開口部において酸化物半導体
膜１９ａに接する、ソース電極及びドレイン電極として機能する導電膜２１ｅ、２１ｆと
を有する。なお、導電膜２１ｅは、導電膜２１ｅ＿１と、導電膜２１ｅ＿２との積層構造
を有する。導電膜２１ｆは、導電膜２１ｆ＿１と、導電膜２１ｆ＿２との積層構造を有す
る。また、導電膜２１ｅ＿１、２１ｆ＿１としてＣｕ−Ｘ合金膜を用いる。導電膜２１ｅ
＿２、２１ｆ＿２として低抵抗材料を含む導電膜を用いる。
チャネル保護型のトランジスタは、酸化物半導体膜１９ａが無機絶縁膜３０ａに覆われ
ているため、導電膜２１ｅ、２１ｆを形成するエッチングにおいて、酸化物半導体膜１９
ａはダメージを受けない。このため、酸化物半導体膜１９ａの欠陥を低減することができ
る。
本実施の形態に示す構成及び方法などは、他の実施の形態に示す構成及び方法などと適
宜組み合わせて用いることができる。
（実施の形態５）
本実施の形態では、表示装置の一例として、ＶＡ駆動の液晶表示装置を用いて説明する
。はじめに、該液晶表示装置に含まれる複数の画素１０３の上面図を図２７に示す。
図２７において、走査線として機能する導電膜１３は、信号線として機能する導電膜に
略直交する方向（図中左右方向）に延伸して設けられている。信号線として機能する導電
膜２１ａは、走査線として機能する導電膜に略直交する方向（図中上下方向）に延伸して
設けられている。容量線として機能する導電膜２１ｇは、信号線と平行方向に延伸して設
けられている。なお、走査線として機能する導電膜１３は、走査線駆動回路１０４（図１
５（Ａ）を参照。）と電気的に接続されており、信号線として機能する導電膜２１ａ及び
容量線として機能する導電膜２１ｇは、信号線駆動回路１０６（図１５（Ａ）を参照。）
に電気的に接続されている。
トランジスタ１０２は、走査線として機能する導電膜及び信号線として機能する導電膜
が交差する領域に設けられている。トランジスタ１０２は、ゲート電極として機能する導
電膜１３、ゲート絶縁膜（図２７に図示せず。）、ゲート絶縁膜上に形成されたチャネル
領域が形成される酸化物半導体膜１９ａ、一対の電極として機能する導電膜２１ａ、２１
ｂにより構成される。なお、導電膜１３は、走査線としても機能し、酸化物半導体膜１９
ａと重畳する領域がトランジスタ１０２のゲート電極として機能する。また、導電膜２１
ａは、信号線としても機能し、酸化物半導体膜１９ａと重畳する領域がトランジスタ１０
２のソース電極またはドレイン電極として機能する。また、図２７において、走査線とし
て機能する導電膜は、上面形状において端部が酸化物半導体膜１９ａの端部より外側に位
置する。このため、走査線として機能する導電膜はバックライトなどの光源からの光を遮
る遮光膜として機能する。この結果、トランジスタに含まれる酸化物半導体膜１９ａに光
が照射されず、トランジスタの電気特性の変動を抑制することができる。
また、トランジスタ１０２において、実施の形態４と同様に、酸化物半導体膜１９ａと
重なる有機絶縁膜３１を有する。有機絶縁膜３１は、無機絶縁膜（図２７に図示せず。）
を介して、酸化物半導体膜１９ａ、特に、酸化物半導体膜１９ａであって且つ導電膜２１
ａ、２１ｂの間の領域と重なる。
また、導電膜２１ｂは、開口部４１において、画素電極として機能する透光性を有する
導電膜２９ｃと電気的に接続されている。
容量素子１０５は、容量線として機能する導電膜２１ｇと接続されている。また、容量
素子１０５は、ゲート絶縁膜上に形成される導電性を有する酸化物半導体膜１９ｄと、ト
ランジスタ１０２上に設けられる誘電体膜と、画素電極として機能する透光性を有する導
電膜２９ｃと、で構成されている。ゲート絶縁膜上に形成される導電性を有する酸化物半
導体膜１９ｄは透光性を有する。即ち、容量素子１０５は透光性を有する。
このように容量素子１０５は透光性を有するため、画素１０３内に容量素子１０５を大
きく（大面積に）形成することができる。従って、開口率を高めつつ、代表的には５５％
以上、好ましくは６０％以上とすることが可能であると共に、電荷容量を増大させた半導
体装置を得ることができる。例えば、解像度の高い半導体装置、例えば液晶表示装置にお
いては、画素の面積が小さくなり、容量素子の面積も小さくなる。このため、解像度の高
い半導体装置において、容量素子に蓄積される電荷容量が小さくなる。しかしながら、本
実施の形態に示す容量素子１０５は透光性を有するため、当該容量素子を画素に設けるこ
とで、各画素において十分な電荷容量を得つつ、開口率を高めることができる。代表的に
は、画素密度が２００ｐｐｉ以上、さらには３００ｐｐｉ以上、更には５００ｐｐｉ以上
である高解像度の表示装置に好適に用いることができる。
また、本発明の一態様は、高解像度の表示装置においても、開口率を高めることができ
るため、バックライトなどの光源の光を効率よく利用することができ、表示装置の消費電
力を低減することができる。
次いで、図２７の一点鎖線Ａ−Ｂ、Ｃ−Ｄにおける断面図を図２８に示す。図２７に示
すトランジスタ１０２は、チャネルエッチ型のトランジスタである。なお、一点破線Ａ−
Ｂは、トランジスタ１０２のチャネル長方向、トランジスタ１０２と画素電極として機能
する透光性を有する導電膜２９ｃの接続部、及び容量素子１０５の断面図であり、Ｃ−Ｄ
における断面図は、トランジスタ１０２のチャネル幅方向の断面図である。
本実施の形態に示す液晶表示装置はＶＡ駆動の液晶表示装置であるため、第１の基板１
１の素子層に含まれる画素電極として機能する透光性を有する導電膜２９ｃと、第２の基
板３４２の素子層に含まれる導電膜３５０と、液晶層３２０とで液晶素子３２２を構成す
る。
また、図２８に示すトランジスタ１０２は、実施の形態４に示すトランジスタ１０２と
同様の構造をしている。また、ソース電極及びドレイン電極として機能する導電膜２１ａ
、２１ｂの一方、ここでは導電膜２１ｂに接続する画素電極として機能する透光性を有す
る導電膜２９ｃが、窒化物絶縁膜２７上に形成される。また、窒化物絶縁膜２７の開口部
４１において、導電膜２１ｂと画素電極として機能する透光性を有する導電膜２９ｃが接
続する。
画素電極として機能する透光性を有する導電膜２９ｃは、実施の形態４に示すコモン電
極２９と同様の材料及び作製方法を適宜用いることができる。
また、図２８に示す容量素子１０５は、酸化物絶縁膜１７上に形成される導電性を有す
る酸化物半導体膜１９ｄと、窒化物絶縁膜２７と、画素電極として機能する透光性を有す
る導電膜２９ｃとを有する。
本実施の形態に示すトランジスタ１０２上には分離された酸化物絶縁膜２３、２５が形
成される。分離された酸化物絶縁膜２３、２５が酸化物半導体膜１９ａと重畳する。
また、窒化物絶縁膜２７上に酸化物半導体膜１９ａと重なる有機絶縁膜３１を有する。
酸化物半導体膜１９ａと重なる有機絶縁膜３１をトランジスタ１０２上に設けることで、
酸化物半導体膜１９ａの表面と有機絶縁膜３１の表面との距離を離すことが可能である。
この結果、酸化物半導体膜１９ａの表面は、有機絶縁膜３１の表面に吸着された正の荷電
粒子による電場の影響を受けず、トランジスタ１０２の信頼性を高めることができる。
また、容量素子１０５において、導電性を有する酸化物半導体膜１９ｄは、実施の形態
４と異なり、導電膜２１ｂと接続しない。一方、導電性を有する酸化物半導体膜１９ｄは
、導電膜２１ｄと接する。導電膜２１ｄは容量線として機能する。導電性を有する酸化物
半導体膜１９ｄは、実施の形態４に示す導電性を有する酸化物半導体膜１９ｂと同様に形
成することができる。すなわち、導電性を有する酸化物半導体膜１９ｄは、酸化物半導体
膜１９ａと同じ金属元素を有する金属酸化物膜である。
次に、図２８に示すトランジスタ１０２及び容量素子１０５の作製方法について、図２
９及び図３０を用いて説明する。
第１の基板１１上に導電膜を形成した後、実施の形態４に示す第１のフォトリソグラフ
ィ工程を経て得られたマスクを用いて該導電膜をエッチングして、第１の基板１１上にゲ
ート電極として機能する導電膜１３を形成する（図２９（Ａ）参照。）
次に、第１の基板１１及びゲート電極として機能する導電膜１３上に、窒化物絶縁膜１
５及び酸化物絶縁膜１６を形成する。次に、酸化物絶縁膜１６上に酸化物半導体膜を形成
した後、実施の形態４に示す第２のフォトリソグラフィ工程を経て得られたマスクを用い
て該酸化物半導体膜をエッチングして、酸化物半導体膜１９ａ、１９ｃを形成する（図２
９（Ｂ）参照。）
次に、酸化物絶縁膜１６、及び酸化物半導体膜１９ａ、１９ｃ上に導電膜を形成した後
、実施の形態４に示す第３のフォトリソグラフィ工程を経て得られたマスクを用いて、該
導電膜をエッチングして、導電膜２１ａ、２１ｂ、２１ｄを形成する（図２９（Ｃ）参照
。）。この際、酸化物半導体膜１９ｃと接しないように、導電膜２１ｂを形成する。また
、酸化物半導体膜１９ｃと接するように導電膜２１ｄを形成する。導電膜２１ｄは、導電
膜２１ａ、２１ｂと同様に、導電膜２１ｄ＿１及び導電膜２１ｄ＿２が積層されている。
次に、酸化物絶縁膜１６、酸化物半導体膜１９ａ、１９ｃ、及び導電膜２１ａ、２１ｂ
、２１ｄ上に酸化物絶縁膜を形成した後、実施の形態４に示す第４のフォトリソグラフィ
工程を経て得られたマスクを用いて該酸化物絶縁膜をエッチングして、開口部４０を有す
る酸化物絶縁膜２３、２５を形成する（図３０（Ａ）参照。）
次に、酸化物絶縁膜１７、酸化物半導体膜１９ａ、１９ｃ、導電膜２１ａ、２１ｂ、２
１ｄ、及び酸化物絶縁膜２３、２５上に窒化物絶縁膜を形成した後、実施の形態４に示す
第５のフォトリソグラフィの工程を経て得られたマスクを用いて該窒化物絶縁膜をエッチ
ングして、導電膜２１ｂの一部を露出する開口部４１を有する窒化物絶縁膜２７を形成す
る（図３０（Ｂ）参照。）
当該工程により、酸化物半導体膜１９ｃが、導電性を有する酸化物半導体膜１９ｄとな
る。なお、後に窒化物絶縁膜２７として、プラズマＣＶＤ法により窒化シリコン膜を形成
すると、窒化シリコン膜に含まれる水素が酸化物半導体膜１９ｃに拡散するため、導電性
を有する酸化物半導体膜１９ｄの導電性を高めることができる。
次に、導電膜２１ｂ、窒化物絶縁膜２７上に導電膜を形成した後、実施の形態４に示す
第６のフォトリソグラフィの工程を経て得られたマスクを用いて該導電膜をエッチングし
て、導電膜２１ｂに接続する導電膜２９ｃを形成する（図３０（Ｃ）参照。）
上記より、酸化物半導体膜を用いた半導体装置において電気特性が向上した半導体装置
を得ることができる。
本実施の形態に示す半導体装置の素子基板は、トランジスタの酸化物半導体膜と同時に
、容量素子の一方となる電極が形成される。また、画素電極として機能する透光性を有す
る導電膜を容量素子の他方の電極として用いる。これらのため、容量素子を形成するため
に、新たに導電膜を形成する工程が不要であり、作製工程を削減できる。また、一対の電
極が透光性を有するため、容量素子は透光性を有する。この結果、容量素子の占有面積を
大きくしつつ、画素の開口率を高めることができる。
＜変形例１＞
本実施の形態では、実施の形態４に示す半導体装置と比較して、少ないマスク枚数で作
製可能な表示装置について、図３１を用いて説明する。
図３１に示す表示装置は、トランジスタ１０２上に形成される酸化物絶縁膜２２及び酸
化物絶縁膜２４をエッチングしないことで、マスク枚数を削減することが可能である。ま
た、酸化物絶縁膜２４上には窒化物絶縁膜２７が形成され、酸化物絶縁膜２２、２４及び
窒化物絶縁膜２７に、導電膜２１ｂの一部を露出する開口部４１ａが形成される。また、
窒化物絶縁膜２７上には、開口部４１ａにおいて、導電膜２１ｂと接続する、画素電極と
して機能する透光性を有する導電膜２９ｄが形成される。
また、酸化物絶縁膜１７上に導電膜２１ｄが形成される。導電膜２１ｄは、導電膜２１
ａ、２１ｂと同時に形成されるため、導電膜２１ｄを作製するためにフォトマスクは増加
しない。導電膜２１ｄは容量線として機能する。すなわち、導電膜２１ｄ、酸化物絶縁膜
２２、酸化物絶縁膜２４、窒化物絶縁膜２７、及び画素電極として機能する透光性を有す
る導電膜２９ｄにおいて、容量素子１０５ａを構成する。
本実施の形態に示す構成及び方法などは、他の実施の形態に示す構成及び方法などと適
宜組み合わせて用いることができる。
（実施の形態６）
本実施の形態では、実施の形態４と異なる表示装置及びその作製方法について図面を参
照して説明する。本実施の形態では、トランジスタにおいて異なるゲート電極の間に酸化
物半導体膜が設けられている構造、即ちデュアルゲート構造のトランジスタである点が実
施の形態４と異なる。なお、実施の形態４と重複する構成は説明を省略する。
表示装置に含まれる第１の基板１１に設けられた素子層の具体的な構成について説明す
る。本実施の形態に示す表示装置に設けられるトランジスタは、ゲート電極として機能す
る導電膜１３、酸化物半導体膜１９ａ、導電膜２１ａ、２１ｂ、及び酸化物絶縁膜２５そ
れぞれの一部または全部に重なるゲート電極として機能する導電膜２９ｂを有する点が実
施の形態４と異なる。ゲート電極として機能する導電膜２９ｂは、開口部４１ａにおいて
、ゲート電極として機能する導電膜１３と接続される。
次いで、図３２に示すトランジスタ１０２ａは、チャネルエッチ型のトランジスタであ
る。なお、Ａ−Ｂは、トランジスタ１０２ａのチャネル長方向、及び容量素子１０５ａの
断面図であり、Ｃ−Ｄにおける断面図は、トランジスタ１０２ａのチャネル幅方向、及び
ゲート電極として機能する導電膜１３及びゲート電極として機能する導電膜２９ｂの接続
部における断面図である。
図３２に示すトランジスタ１０２ａは、デュアルゲート構造のトランジスタであり、第
１の基板１１上に設けられるゲート電極として機能する導電膜１３を有する。また、第１
の基板１１及びゲート電極として機能する導電膜１３上に形成される窒化物絶縁膜１５と
、窒化物絶縁膜１５上に形成される酸化物絶縁膜１７と、窒化物絶縁膜１５及び酸化物絶
縁膜１７を介して、ゲート電極として機能する導電膜１３と重なる酸化物半導体膜１９ａ
と、酸化物半導体膜１９ａに接する、ソース電極及びドレイン電極として機能する導電膜
２１ａ、２１ｂとを有する。また、酸化物絶縁膜１７、酸化物半導体膜１９ａ、及びソー
ス電極及びドレイン電極として機能する導電膜２１ａ、２１ｂ上には、酸化物絶縁膜２３
が形成され、酸化物絶縁膜２３上には酸化物絶縁膜２５が形成される。窒化物絶縁膜１５
、酸化物絶縁膜２３、酸化物絶縁膜２５、導電膜２１ｂ上には窒化物絶縁膜２７が形成さ
れる。また、導電性を有する酸化物半導体膜１９ｂが、酸化物絶縁膜１７上に形成される
。導電性を有する酸化物半導体膜１９ｂは、ソース電極及びドレイン電極として機能する
導電膜２１ａ、２１ｂの一方、ここでは導電膜２１ｂに接続される。また、コモン電極２
９、及びゲート電極として機能する導電膜２９ｂが窒化物絶縁膜２７上に形成される。
Ｃ−Ｄにおける断面図に示すように、窒化物絶縁膜１５及び窒化物絶縁膜２７に設けら
れる開口部４１ａにおいて、ゲート電極として機能する導電膜２９ｂは、ゲート電極とし
て機能する導電膜１３と接続される。即ち、ゲート電極として機能する導電膜１３及びゲ
ート電極として機能する導電膜２９ｂは同電位である。
このため、トランジスタ１０２ａの各ゲート電極に同電位の電圧を印加することで、初
期特性バラつきの低減、−ＧＢＴストレス試験の劣化の抑制及び異なるドレイン電圧にお
けるオン電流の立ち上がり電圧の変動の抑制が可能である。また、酸化物半導体膜１９ａ
においてキャリアの流れる領域が膜厚方向においてより大きくなるため、キャリアの移動
量が増加する。この結果、トランジスタ１０２ａのオン電流が大きくなると共に、電界効
果移動度が高くなり、代表的には電界効果移動度が２０ｃｍ２／Ｖ・ｓ以上となる。
本実施の形態に示すトランジスタ１０２ａ上には酸化物絶縁膜２３、２５が形成される
。酸化物絶縁膜２３、２５が酸化物半導体膜１９ａと重畳する。また、チャネル幅方向の
断面図において、酸化物半導体膜１９ａの外側に酸化物絶縁膜２３及び酸化物絶縁膜２５
の端部が位置する。また、図３２に示すチャネル幅方向において、ゲート電極として機能
する導電膜２９ｂは、酸化物絶縁膜２３及び酸化物絶縁膜２５の端部に位置する。
エッチング等で加工された酸化物半導体膜の端部においては、加工におけるダメージに
より欠陥が形成されると共に、不純物付着などにより汚染される。このため、電界などの
ストレスが与えられることによって活性化しやすく、それによりｎ型（低抵抗）となりや
すい。そのため、ゲート電極として機能する導電膜１３と重なる酸化物半導体膜１９ａの
端部において、ｎ型化しやすくなる。当該ｎ型化された端部が、ソース電極及びドレイン
電極として機能する導電膜２１ａ、２１ｂの間に設けられると、ｎ型化された領域がキャ
リアのパスとなってしまい、寄生チャネルが形成される。しかしながら、Ｃ−Ｄの断面図
に示すように、チャネル幅方向において、ゲート電極として機能する導電膜２９ｂが、酸
化物絶縁膜２３、２５を介して、酸化物半導体膜１９ａの側面と対向することで、ゲート
電極として機能する導電膜２９ｂの電界の影響により、酸化物半導体膜１９ａの側面、ま
たは側面及びその近傍を含む領域における寄生チャネルの発生が抑制される。この結果、
しきい値電圧におけるドレイン電流の上昇が急峻である、電気特性の優れたトランジスタ
となる。
本実施の形態に示す表示装置の素子基板は、トランジスタの酸化物半導体膜と同時に、
画素電極として機能する導電性を有する酸化物半導体膜が形成される。導電性を有する酸
化物半導体膜は容量素子の一方の電極として機能する。また、コモン電極は容量素子の他
方の電極として機能する。これらのため、容量素子を形成するために、新たに導電膜を形
成する工程が不要であり、作製工程を削減できる。また、容量素子は透光性を有する。こ
の結果、容量素子の占有面積を大きくしつつ、画素の開口率を高めることができる。
以下に、トランジスタ１０２ａの構成の詳細について説明する。なお、実施の形態４と
同じ符号の構成については、説明を省略する。
ゲート電極として機能する導電膜２９ｂは、実施の形態４に示すコモン電極２９と同様
の材料を適宜用いることができる。
次に、図３２に示すトランジスタ１０２ａ及び容量素子１０５ａの作製方法について、
図１８乃至図２０（Ｂ）、及び図３３を用いて説明する。
実施の形態４と同様に、図１８、図１９、及び図２０（Ｂ）の工程を経て、第１の基板
１１上にゲート電極として機能する導電膜１３、窒化物絶縁膜１５、酸化物絶縁膜１６、
酸化物半導体膜１９ａ、導電性を有する酸化物半導体膜１９ｂ、ソース電極及びドレイン
電極として機能する導電膜２１ａ、２１ｂ、酸化物絶縁膜２２、酸化物絶縁膜２４、及び
窒化物絶縁膜２６をそれぞれ形成する。当該工程においては、第１のフォトマスク乃至第
４のフォトマスクを用いたフォトリソグラフィ工程を行う。
次に、窒化物絶縁膜２６上に第５のフォトマスクを用いたフォトリソグラフィ工程によ
りマスクを形成した後、該マスクを用いて窒化物絶縁膜２６の一部をエッチングして、図
３３（Ａ）に示すように、開口部４１ａを有する窒化物絶縁膜２７を形成する。
次に、図３３（Ｂ）に示すように、ゲート電極として機能する導電膜１３及び窒化物絶
縁膜２７上に、後にコモン電極２９及びゲート電極として機能する導電膜２９ｂとなる導
電膜２８を形成する。
次に、導電膜２８上に、第６のフォトマスクを用いたフォトリソグラフィ工程によりマ
スクを形成する。次に、該マスクを用いて導電膜２８の一部をエッチングして、図３３（
Ｃ）に示すように、コモン電極２９及びゲート電極として機能する導電膜２９ｂを形成す
る。この後、マスクを除去する。
以上の工程により、トランジスタ１０２ａを作製すると共に、容量素子１０５ａを作製
することができる。
本実施の形態に示すトランジスタは、チャネル幅方向において、ゲート電極として機能
する導電膜２９ｂが、酸化物絶縁膜２３、２５を介して、酸化物半導体膜１９ａの側面と
対向することで、ゲート電極として機能する導電膜２９ｂの電界の影響により、酸化物半
導体膜１９ａの側面、または側面及びその近傍を含む領域における寄生チャネルの発生が
抑制される。この結果、しきい値電圧におけるドレイン電流の上昇が急峻である、電気特
性の優れたトランジスタとなる。
本実施の形態に示す表示装置の素子基板は、信号線と交差する方向に縞状に延伸した領
域を有するコモン電極が形成される。このため、コントラストの優れた表示装置を作製す
ることができる。
また、本実施の形態に示す表示装置の素子基板は、トランジスタの酸化物半導体膜と同
時に、画素電極として機能する導電性を有する酸化物半導体膜が形成される。導電性を有
する酸化物半導体膜は容量素子の一方の電極として機能する。また、コモン電極は、容量
素子の他方の電極として機能する。これらのため、容量素子を形成するために、新たに導
電膜を形成する工程が不要であり、作製工程を削減できる。また、容量素子は透光性を有
する。この結果、容量素子の占有面積を大きくしつつ、画素の開口率を高めることができ
る。
本実施の形態に示す構成及び方法などは、他の実施の形態に示す構成及び方法などと適
宜組み合わせて用いることができる。
（実施の形態７）
本実施の形態では、上記実施の形態と比較して、酸化物半導体膜の欠陥量をさらに低減
することが可能なトランジスタを有する表示装置について図面を参照して説明する。本実
施の形態で説明するトランジスタは、実施の形態４乃至実施の形態６と比較して、複数の
酸化物半導体膜を有する多層膜を有する点が異なる。ここでは、実施の形態４を用いて、
トランジスタの詳細を説明する。
図３４に、表示装置が有する素子基板の断面図を示す。図３４は、図１６の一点鎖線Ａ
−Ｂ、Ｃ−Ｄ間の断面図に相当する。
図３４（Ａ）に示すトランジスタ１０２ｂは、窒化物絶縁膜１５及び酸化物絶縁膜１７
を介して、ゲート電極として機能する導電膜１３と重なる多層膜３７ａと、多層膜３７ａ
に接するソース電極及びドレイン電極として機能する導電膜２１ａ、２１ｂとを有する。
また、窒化物絶縁膜１５及び酸化物絶縁膜１７、多層膜３７ａ、及びソース電極及びドレ
イン電極として機能する導電膜２１ａ、２１ｂ上には、酸化物絶縁膜２３、酸化物絶縁膜
２５、及び窒化物絶縁膜２７が形成される。
図３４（Ａ）に示す容量素子１０５ｂは、酸化物絶縁膜１７上に形成される多層膜３７
ｂと、多層膜３７ｂに接する窒化物絶縁膜２７と、窒化物絶縁膜２７に接するコモン電極
２９とを有する。多層膜３７ｂは画素電極として機能する。
本実施の形態に示すトランジスタ１０２ｂにおいて、多層膜３７ａは、酸化物半導体膜
１９ａ及び酸化物半導体膜３９ａを有する。即ち、多層膜３７ａは２層構造である。また
、酸化物半導体膜１９ａの一部がチャネル領域として機能する。また、多層膜３７ａに接
するように、酸化物絶縁膜２３が形成されており、酸化物絶縁膜２３に接するように酸化
物絶縁膜２５が形成されている。即ち、酸化物半導体膜１９ａと酸化物絶縁膜２３との間
に、酸化物半導体膜３９ａが設けられている。
酸化物半導体膜３９ａは、酸化物半導体膜１９ａを構成する元素の一種以上から構成さ
れる酸化物膜である。このため、酸化物半導体膜１９ａと酸化物半導体膜３９ａとの界面
において、界面散乱が起こりにくい。従って、該界面においてはキャリアの動きが阻害さ
れないため、トランジスタの電界効果移動度が高くなる。
酸化物半導体膜３９ａは、代表的には、Ｉｎ−Ｇａ酸化物膜、Ｉｎ−Ｚｎ酸化物膜、Ｉ
ｎ−Ｍ−Ｚｎ酸化物膜（ＭはＡｌ、Ｇａ、Ｙ、Ｚｒ、Ｓｎ、Ｌａ、Ｃｅ、またはＮｄ）で
あり、且つ酸化物半導体膜１９ａよりも伝導帯の下端のエネルギーが真空準位に近く、代
表的には、酸化物半導体膜３９ａの伝導帯の下端のエネルギーと、酸化物半導体膜１９ａ
の伝導帯の下端のエネルギーとの差が、０．０５ｅＶ以上、０．０７ｅＶ以上、０．１ｅ
Ｖ以上、または０．１５ｅＶ以上、且つ２ｅＶ以下、１ｅＶ以下、０．５ｅＶ以下、また
は０．４ｅＶ以下である。即ち、酸化物半導体膜３９ａの電子親和力と、酸化物半導体膜
１９ａの電子親和力との差が、０．０５ｅＶ以上、０．０７ｅＶ以上、０．１ｅＶ以上、
または０．１５ｅＶ以上、且つ２ｅＶ以下、１ｅＶ以下、０．５ｅＶ以下、または０．４
ｅＶ以下である。
酸化物半導体膜３９ａは、Ｉｎを含むことで、キャリア移動度（電子移動度）が高くな
るため好ましい。
酸化物半導体膜３９ａとして、Ａｌ、Ｇａ、Ｙ、Ｚｒ、Ｓｎ、Ｌａ、Ｃｅ、またはＮｄ
をＩｎより高い原子数比で有することで、以下の効果を有する場合がある。（１）酸化物
半導体膜３９ａのエネルギーギャップを大きくする。（２）酸化物半導体膜３９ａの電子
親和力を小さくする。（３）外部からの不純物の拡散を低減する。（４）酸化物半導体膜
１９ａと比較して、絶縁性が高くなる。（５）Ａｌ、Ｇａ、Ｙ、Ｚｒ、Ｓｎ、Ｌａ、Ｃｅ
、またはＮｄは、酸素との結合力が強い金属元素であるため、酸素欠損が生じにくくなる
。
酸化物半導体膜３９ａがＩｎ−Ｍ−Ｚｎ酸化物膜であるとき、ＩｎおよびＭの和を１０
０ａｔｏｍｉｃ％としたとき、ＩｎとＭの原子数比率は、Ｉｎが５０ａｔｏｍｉｃ％未満
、Ｍが５０ａｔｏｍｉｃ％より高く、さらに好ましくは、Ｉｎが２５ａｔｏｍｉｃ％未満
、Ｍが７５ａｔｏｍｉｃ％より高いとする。
また、酸化物半導体膜１９ａ及び酸化物半導体膜３９ａが、Ｉｎ−Ｍ−Ｚｎ酸化物（Ｍ
はＡｌ、Ｇａ、Ｙ、Ｚｒ、Ｓｎ、Ｌａ、Ｃｅ、またはＮｄ）の場合、酸化物半導体膜１９
ａと比較して、酸化物半導体膜３９ａに含まれるＭ（Ａｌ、Ｇａ、Ｙ、Ｚｒ、Ｓｎ、Ｌａ
、Ｃｅ、またはＮｄ）の原子数比が大きく、代表的には、酸化物半導体膜１９ａに含まれ
る上記原子と比較して、１．５倍以上、好ましくは２倍以上、さらに好ましくは３倍以上
高い原子数比である。
また、酸化物半導体膜１９ａ及び酸化物半導体膜３９ａが、Ｉｎ−Ｍ−Ｚｎ酸化物（Ｍ
はＡｌ、Ｇａ、Ｙ、Ｚｒ、Ｓｎ、Ｌａ、Ｃｅ、またはＮｄ）の場合、酸化物半導体膜３９
ａをＩｎ：Ｍ：Ｚｎ＝ｘ１：ｙ１：ｚ１［原子数比］、酸化物半導体膜１９ａをＩｎ：Ｍ
：Ｚｎ＝ｘ２：ｙ２：ｚ２［原子数比］とすると、ｙ１／ｘ１がｙ２／ｘ２よりも大きく
、好ましくは、ｙ１／ｘ１がｙ２／ｘ２よりも１．５倍以上である。さらに好ましくは、
ｙ１／ｘ１がｙ２／ｘ２よりも２倍以上大きく、より好ましくは、ｙ１／ｘ１がｙ２／ｘ
２よりも３倍以上大きい。
酸化物半導体膜１９ａがＩｎ−Ｍ−Ｚｎ酸化物膜（Ｍは、Ａｌ、Ｇａ、Ｙ、Ｚｒ、Ｓｎ
、Ｌａ、Ｃｅ、またはＮｄ）の場合、酸化物半導体膜１９ａを成膜するために用いるター
ゲットにおいて、金属元素の原子数比をＩｎ：Ｍ：Ｚｎ＝ｘ１：ｙ１：ｚ１とすると、ｘ
１／ｙ１は、１／３以上６以下、さらには１以上６以下であって、ｚ１／ｙ１は、１／３
以上６以下、さらには１以上６以下であることが好ましい。なお、ｚ１／ｙ１を１以上６
以下とすることで、酸化物半導体膜１９ａとしてＣＡＡＣ−ＯＳ膜が形成されやすくなる
。ターゲットの金属元素の原子数比の代表例としては、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝１：１：１、Ｉ
ｎ：Ｍ：Ｚｎ＝１：１：１．２、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝３：１：２等がある。
酸化物半導体膜３９ａがＩｎ−Ｍ−Ｚｎ酸化物膜（Ｍは、Ａｌ、Ｇａ、Ｙ、Ｚｒ、Ｓｎ
、Ｌａ、Ｃｅ、またはＮｄ）の場合、酸化物半導体膜３９ａを成膜するために用いるター
ゲットにおいて、金属元素の原子数比をＩｎ：Ｍ：Ｚｎ＝ｘ２：ｙ２：ｚ２とすると、ｘ
２／ｙ２＜ｘ１／ｙ１であって、ｚ２／ｙ２は、１／３以上６以下、さらには１以上６以
下であることが好ましい。なお、ｚ２／ｙ２を１以上６以下とすることで、酸化物半導体
膜３９ａとしてＣＡＡＣ−ＯＳ膜が形成されやすくなる。ターゲットの金属元素の原子数
比の代表例としては、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝１：３：２、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝１：３：４、Ｉｎ
：Ｍ：Ｚｎ＝１：３：６、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝１：３：８、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝１：４：４、
Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝１：４：５、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝１：４：６、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝１：４：
７、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝１：４：８、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝１：５：５、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝１：
５：６、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝１：５：７、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝１：５：８、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝
１：６：８等がある。
なお、酸化物半導体膜１９ａ及び酸化物半導体膜３９ａの原子数比はそれぞれ、誤差と
して上記の原子数比のプラスマイナス４０％の変動を含む。
酸化物半導体膜３９ａは、後に形成する酸化物絶縁膜２５を形成する際の、酸化物半導
体膜１９ａへのダメージ緩和膜としても機能する。
酸化物半導体膜３９ａの厚さは、３ｎｍ以上１００ｎｍ以下、好ましくは３ｎｍ以上５
０ｎｍ以下とする。
また、酸化物半導体膜３９ａは、酸化物半導体膜１９ａに示す結晶構造を適宜用いるこ
とができる。
なお、酸化物半導体膜１９ａ及び酸化物半導体膜３９ａそれぞれにおいて、非晶質構造
の領域、微結晶構造の領域、多結晶構造の領域、ＣＡＡＣ−ＯＳの領域、及び単結晶構造
の領域の二種以上を有する混合膜を構成してもよい。混合膜は、例えば、非晶質構造の領
域、微結晶構造の領域、多結晶構造の領域、ＣＡＡＣ−ＯＳの領域、単結晶構造の領域の
いずれか二種以上の領域を有する単層構造の場合がある。また、混合膜は、例えば、非晶
質構造の領域、微結晶構造の領域、多結晶構造の領域、ＣＡＡＣ−ＯＳの領域、単結晶構
造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。
ここでは、酸化物半導体膜１９ａ及び酸化物絶縁膜２３の間に、酸化物半導体膜３９ａ
が設けられている。このため、酸化物半導体膜３９ａと酸化物絶縁膜２３の間において、
不純物及び欠陥によりキャリアトラップが形成されても、当該キャリアトラップと酸化物
半導体膜１９ａとの間には隔たりがある。この結果、酸化物半導体膜１９ａを流れる電子
がキャリアトラップに捕獲されにくく、トランジスタのオン電流を増大させることが可能
であると共に、電界効果移動度を高めることができる。また、キャリアトラップに電子が
捕獲されると、該電子がマイナスの固定電荷となってしまう。この結果、トランジスタの
しきい値電圧が変動してしまう。しかしながら、酸化物半導体膜１９ａとキャリアトラッ
プとの間に隔たりがあるため、キャリアトラップにおける電子の捕獲を削減することが可
能であり、しきい値電圧の変動量を低減することができる。
また、酸化物半導体膜３９ａは、外部からの不純物を遮蔽することが可能であるため、
外部から酸化物半導体膜１９ａへ移動する不純物量を低減することが可能である。また、
酸化物半導体膜３９ａは、酸素欠損を形成しにくい。これらのため、酸化物半導体膜１９
ａにおける不純物濃度及び酸素欠損量を低減することが可能である。
なお、酸化物半導体膜１９ａ及び酸化物半導体膜３９ａは、各膜を単に積層するのでは
なく連続接合（ここでは特に伝導帯の下端のエネルギーが各膜の間で連続的に変化する構
造）が形成されるように作製する。すなわち、各膜の界面にトラップ中心や再結合中心の
ような欠陥準位を形成する不純物が存在しないような積層構造とする。仮に、積層された
酸化物半導体膜１９ａ及び酸化物半導体膜３９ａの間に不純物が混在していると、エネル
ギーバンドの連続性が失われ、界面でキャリアがトラップされ、あるいは再結合して、消
滅してしまう。
連続接合を形成するためには、ロードロック室を備えたマルチチャンバー方式の成膜装
置（スパッタリング装置）を用いて各膜を大気に触れさせることなく連続して積層するこ
とが必要となる。スパッタリング装置における各チャンバーは、酸化物半導体膜にとって
不純物となる水等を可能な限り除去すべくクライオポンプのような吸着式の真空排気ポン
プを用いて高真空排気（５×１０−７Ｐａから１×１０−４Ｐａ程度まで）することが好
ましい。または、ターボ分子ポンプとコールドトラップを組み合わせて排気系からチャン
バー内に気体、特に炭素または水素を含む気体が逆流しないようにしておくことが好まし
い。
なお、多層膜３７ａの代わりに、図３４（Ｂ）に示すトランジスタ１０２ｃのように、
多層膜３８ａを有してもよい。
また、多層膜３７ｂの代わりに、図３４（Ｂ）に示す容量素子１０５ｃのように、多層
膜３８ｂを有してもよい。
多層膜３８ａは、酸化物半導体膜４９ａ、酸化物半導体膜１９ａ、及び酸化物半導体膜
３９ａを有する。即ち、多層膜３８ａは３層構造である。また、酸化物半導体膜１９ａが
チャネル領域として機能する。
酸化物半導体膜４９ａは、酸化物半導体膜３９ａと同様の材料及び形成方法を適宜用い
ることができる。
多層膜３８ｂは、導電性を有する酸化物半導体膜４９ｂ、導電性を有する酸化物半導体
膜１９ｆ、及び導電性を有する酸化物半導体膜３９ｂを有する。即ち、多層膜３８ｂは３
層構造である。また、多層膜３８ｂは画素電極として機能する。
酸化物半導体膜４９ｂは、酸化物半導体膜３９ｂと同様の材料及び形成方法を適宜用い
ることができる。
また、酸化物絶縁膜１７及び酸化物半導体膜４９ａが接する。即ち、酸化物絶縁膜１７
と酸化物半導体膜１９ａとの間に、酸化物半導体膜４９ａが設けられている。
また、多層膜３８ａ及び酸化物絶縁膜２３が接する。また、酸化物半導体膜３９ａ及び
酸化物絶縁膜２３が接する。即ち、酸化物半導体膜１９ａと酸化物絶縁膜２３との間に、
酸化物半導体膜３９ａが設けられている。
酸化物半導体膜４９ａは、酸化物半導体膜１９ａより膜厚が小さいと好ましい。酸化物
半導体膜４９ａの厚さを１ｎｍ以上５ｎｍ以下、好ましくは１ｎｍ以上３ｎｍ以下とする
ことで、トランジスタのしきい値電圧の変動量を低減することが可能である。
本実施の形態に示すトランジスタは、酸化物半導体膜１９ａ及び酸化物絶縁膜２３の間
に、酸化物半導体膜３９ａが設けられている。このため、酸化物半導体膜３９ａと酸化物
絶縁膜２３の間において、不純物及び欠陥によりキャリアトラップが形成されても、当該
キャリアトラップと酸化物半導体膜１９ａとの間には隔たりがある。この結果、酸化物半
導体膜１９ａを流れる電子がキャリアトラップに捕獲されにくく、トランジスタのオン電
流を増大させることが可能であると共に、電界効果移動度を高めることができる。また、
キャリアトラップに電子が捕獲されると、該電子がマイナスの固定電荷となってしまう。
この結果、トランジスタのしきい値電圧が変動してしまう。しかしながら、酸化物半導体
膜１９ａとキャリアトラップとの間に隔たりがあるため、キャリアトラップにおける電子
の捕獲を削減することが可能であり、しきい値電圧の変動量を低減することができる。
また、酸化物半導体膜３９ａは、外部からの不純物を遮蔽することが可能であるため、
外部から酸化物半導体膜１９ａへ移動する不純物量を低減することが可能である。また、
酸化物半導体膜３９ａは、酸素欠損を形成しにくい。これらのため、酸化物半導体膜１９
ａにおける不純物濃度及び酸素欠損量を低減することが可能である。
また、酸化物絶縁膜１７と酸化物半導体膜１９ａとの間に、酸化物半導体膜４９ａが設
けられており、酸化物半導体膜１９ａと酸化物絶縁膜２３との間に、酸化物半導体膜３９
ａが設けられているため、酸化物半導体膜４９ａと酸化物半導体膜１９ａとの界面近傍に
おけるシリコンや炭素の濃度、酸化物半導体膜１９ａにおけるシリコンや炭素の濃度、ま
たは酸化物半導体膜３９ａと酸化物半導体膜１９ａとの界面近傍におけるシリコンや炭素
の濃度を低減することができる。これらの結果、多層膜３８ａにおいて、一定光電流測定
法で導出される吸収係数は、１×１０−３／ｃｍ未満、好ましくは１×１０−４／ｃｍ未
満となり、局在準位が極めて少ない。
このような構造を有するトランジスタ１０２ｃは、酸化物半導体膜１９ａを含む多層膜
３８ａにおいて欠陥が極めて少ないため、トランジスタの電気特性を向上させることが可
能であり、代表的には、オン電流の増大及び電界効果移動度の向上が可能である。また、
ストレス試験の一例であるＢＴストレス試験及び光ＢＴストレス試験におけるしきい値電
圧の変動量が少なく、信頼性が高い。
本実施の形態に示す構成及び方法などは、他の実施の形態に示す構成及び方法などと適
宜組み合わせて用いることができる。
（実施の形態８）
本実施の形態では、実施の形態４乃至実施の形態７において、第１の基板１１上に形成
された素子層の一部を用いた発光装置について、図３５及び図３６を用いて説明する。な
お、ここでは、実施の形態４及び実施の形態５に示す素子層の一部を用いて説明するが、
適宜他の構成の素子層を発光装置に用いることができる。
図３５に示す発光装置は、実施の形態４の図１７に示す第１の基板１１上に形成された
素子層において、無機絶縁膜３０上に設けられる絶縁膜３７１と、無機絶縁膜３０及び導
電性を有する酸化物半導体膜１９ｂ上に設けられるＥＬ層３７３と、ＥＬ層３７３及び絶
縁膜３７１上に設けられる導電膜３７５とを有する。導電性を有する酸化物半導体膜１９
ｂ、ＥＬ層３７３、及び導電膜３７５により発光素子３７０ａを構成する。
図３６に示す発光装置は、実施の形態５の図２８に示す第１の基板１１上に形成された
素子層において、無機絶縁膜３０及び透光性を有する導電膜２９ｃ上に設けられる絶縁膜
３７１と、無機絶縁膜３０及び透光性を有する導電膜２９ｃ上に設けられるＥＬ層３７３
と、ＥＬ層３７３及び絶縁膜３７１上に設けられる導電膜３７５とを有する。透光性を有
する導電膜２９ｃ、ＥＬ層３７３、及び導電膜３７５により発光素子３７０ｂを構成する
。
また、本実施の形態に示す発光装置の素子基板は、トランジスタの酸化物半導体膜と同
時に、画素電極として機能する導電性を有する酸化物半導体膜が形成される。このため、
従来より少ない工程数で、発光装置を作製することができる。
または、本実施の形態に示す発光装置の素子基板は、トランジスタの酸化物半導体膜と
同時に、容量素子の電極として機能する導電性を有する酸化物半導体膜が形成される。導
電性を有する酸化物半導体膜は容量素子の一方の電極として機能する。これらのため、容
量素子を形成するために、新たに導電膜を形成する工程が不要であり、作製工程を削減で
きる。また、容量素子の他方電極は電極として機能する透光性を有する導電膜である。こ
のため、容量素子は透光性を有する。この結果、容量素子の占有面積を大きくしつつ、画
素の開口率を高めることができる。
本実施の形態に示す構成及び方法などは、他の実施の形態に示す構成及び方法などと適
宜組み合わせて用いることができる。
（実施の形態９）
本実施の形態では、上記実施の形態で説明した表示装置に含まれているトランジスタに
おいて、酸化物半導体膜に適用可能な一態様について説明する。
＜酸化物半導体の構造について＞
以下では、酸化物半導体の構造について説明する。
酸化物半導体は、単結晶酸化物半導体と、それ以外の非単結晶酸化物半導体とに分けら
れる。非単結晶酸化物半導体としては、ＣＡＡＣ−ＯＳ（Ｃ Ａｘｉｓ Ａｌｉｇｎｅｄ
Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）、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などがある。
また別の観点では、酸化物半導体は、非晶質酸化物半導体と、それ以外の結晶性酸化物
半導体とに分けられる。結晶性酸化物半導体としては、単結晶酸化物半導体、ＣＡＡＣ−
ＯＳ、多結晶酸化物半導体、微結晶酸化物半導体などがある。
＜ＣＡＡＣ−ＯＳ＞
まずは、ＣＡＡＣ−ＯＳについて説明する。なお、ＣＡＡＣ−ＯＳを、ＣＡＮＣ（Ｃ−
Ａｘｉｓ Ａｌｉｇｎｅｄ ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌｓ）を有する酸化物半導体と呼ぶこ
ともできる。
ＣＡＡＣ−ＯＳは、ｃ軸配向した複数の結晶部（ペレットともいう。）を有する酸化物
半導体の一つである。
透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ：Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒ
ｏｓｃｏｐｅ）によって、ＣＡＡＣ−ＯＳの明視野像と回折パターンとの複合解析像（高
分解能ＴＥＭ像ともいう。）を観察すると、複数のペレットを確認することができる。一
方、高分解能ＴＥＭ像ではペレット同士の境界、即ち結晶粒界（グレインバウンダリーと
もいう。）を明確に確認することができない。そのため、ＣＡＡＣ−ＯＳは、結晶粒界に
起因する電子移動度の低下が起こりにくいといえる。
以下では、ＴＥＭによって観察したＣＡＡＣ−ＯＳについて説明する。図３７（Ａ）に
、試料面と略平行な方向から観察したＣＡＡＣ−ＯＳの断面の高分解能ＴＥＭ像を示す。
高分解能ＴＥＭ像の観察には、球面収差補正（Ｓｐｈｅｒｉｃａｌ Ａｂｅｒｒａｔｉｏ
ｎ Ｃｏｒｒｅｃｔｏｒ）機能を用いた。球面収差補正機能を用いた高分解能ＴＥＭ像を
、特にＣｓ補正高分解能ＴＥＭ像と呼ぶ。Ｃｓ補正高分解能ＴＥＭ像の取得は、例えば、
日本電子株式会社製原子分解能分析電子顕微鏡ＪＥＭ−ＡＲＭ２００Ｆなどによって行う
ことができる。
図３７（Ａ）の領域（１）を拡大したＣｓ補正高分解能ＴＥＭ像を図３７（Ｂ）に示す
。図３７（Ｂ）より、ペレットにおいて、金属原子が層状に配列していることを確認でき
る。金属原子の各層の配列は、ＣＡＡＣ−ＯＳの膜を形成する面（被形成面ともいう。）
または上面の凹凸を反映しており、ＣＡＡＣ−ＯＳの被形成面または上面と平行となる。
図３７（Ｂ）に示すように、ＣＡＡＣ−ＯＳは特徴的な原子配列を有する。図３７（Ｃ
）は、特徴的な原子配列を、補助線で示したものである。図３７（Ｂ）および図３７（Ｃ
）より、ペレット一つの大きさは１ｎｍ以上３ｎｍ以下程度であり、ペレットとペレット
との傾きにより生じる隙間の大きさは０．８ｎｍ程度であることがわかる。したがって、
ペレットを、ナノ結晶（ｎｃ：ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌ）と呼ぶこともできる。
ここで、Ｃｓ補正高分解能ＴＥＭ像をもとに、基板５１２０上のＣＡＡＣ−ＯＳのペレ
ット５１００の配置を模式的に示すと、レンガまたはブロックが積み重なったような構造
となる（図３７（Ｄ）参照。）。図３７（Ｃ）で観察されたペレットとペレットとの間で
傾きが生じている箇所は、図３７（Ｄ）に示す領域５１６１に相当する。
また、図３８（Ａ）に、試料面と略垂直な方向から観察したＣＡＡＣ−ＯＳの平面のＣ
ｓ補正高分解能ＴＥＭ像を示す。図３８（Ａ）の領域（１）、領域（２）および領域（３
）を拡大したＣｓ補正高分解能ＴＥＭ像を、それぞれ図３８（Ｂ）、図３８（Ｃ）および
図３８（Ｄ）に示す。図３８（Ｂ）、図３８（Ｃ）および図３８（Ｄ）より、ペレットは
、金属原子が三角形状、四角形状または六角形状に配列していることを確認できる。しか
しながら、異なるペレット間で、金属原子の配列に規則性は見られない。
次に、Ｘ線回折（ＸＲＤ：Ｘ−Ｒａｙ Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ）によって解析したＣ
ＡＡＣ−ＯＳについて説明する。例えば、ＩｎＧａＺｎＯ４の結晶を有するＣＡＡＣ−Ｏ
Ｓに対し、ｏｕｔ−ｏｆ−ｐｌａｎｅ法による構造解析を行うと、図３９（Ａ）に示すよ
うに回折角（２θ）が３１°近傍にピークが現れる場合がある。このピークは、ＩｎＧａ
ＺｎＯ４の結晶の（００９）面に帰属されることから、ＣＡＡＣ−ＯＳの結晶がｃ軸配向
性を有し、ｃ軸が被形成面または上面に略垂直な方向を向いていることが確認できる。
なお、ＣＡＡＣ−ＯＳのｏｕｔ−ｏｆ−ｐｌａｎｅ法による構造解析では、２θが３１
°近傍のピークの他に、２θが３６°近傍にもピークが現れる場合がある。２θが３６°
近傍のピークは、ＣＡＡＣ−ＯＳ中の一部に、ｃ軸配向性を有さない結晶が含まれること
を示している。より好ましいＣＡＡＣ−ＯＳは、ｏｕｔ−ｏｆ−ｐｌａｎｅ法による構造
解析では、２θが３１°近傍にピークを示し、２θが３６°近傍にピークを示さない。
一方、ＣＡＡＣ−ＯＳに対し、ｃ軸に略垂直な方向からＸ線を入射させるｉｎ−ｐｌａ
ｎｅ法による構造解析を行うと、２θが５６°近傍にピークが現れる。このピークは、Ｉ
ｎＧａＺｎＯ４の結晶の（１１０）面に帰属される。ＣＡＡＣ−ＯＳの場合は、２θを５
６°近傍に固定し、試料面の法線ベクトルを軸（φ軸）として試料を回転させながら分析
（φスキャン）を行っても、図３９（Ｂ）に示すように明瞭なピークは現れない。これに
対し、ＩｎＧａＺｎＯ４の単結晶酸化物半導体であれば、２θを５６°近傍に固定してφ
スキャンした場合、図３９（Ｃ）に示すように（１１０）面と等価な結晶面に帰属される
ピークが６本観察される。したがって、ＸＲＤを用いた構造解析から、ＣＡＡＣ−ＯＳは
、ａ軸およびｂ軸の配向が不規則であることが確認できる。
次に、電子回折によって解析したＣＡＡＣ−ＯＳについて説明する。例えば、ＩｎＧａ
ＺｎＯ４の結晶を有するＣＡＡＣ−ＯＳに対し、試料面に平行にプローブ径が３００ｎｍ
の電子線を入射させると、図４０（Ａ）に示すような回折パターン（制限視野透過電子回
折パターンともいう。）が現れる場合がある。この回折パターンには、ＩｎＧａＺｎＯ４
の結晶の（００９）面に起因するスポットが含まれる。したがって、電子回折によっても
、ＣＡＡＣ−ＯＳに含まれるペレットがｃ軸配向性を有し、ｃ軸が被形成面または上面に
略垂直な方向を向いていることがわかる。一方、同じ試料に対し、試料面に垂直にプロー
ブ径が３００ｎｍの電子線を入射させたときの回折パターンを図４０（Ｂ）に示す。図４
０（Ｂ）より、リング状の回折パターンが確認される。したがって、電子回折によっても
、ＣＡＡＣ−ＯＳに含まれるペレットのａ軸およびｂ軸は配向性を有さないことがわかる
。なお、図４０（Ｂ）における第１リングは、ＩｎＧａＺｎＯ４の結晶の（０１０）面お
よび（１００）面などに起因すると考えられる。また、図４０（Ｂ）における第２リング
は（１１０）面などに起因すると考えられる。
また、ＣＡＡＣ−ＯＳは、欠陥準位密度の低い酸化物半導体である。酸化物半導体の欠
陥としては、例えば、不純物に起因する欠陥や、酸素欠損などがある。したがって、ＣＡ
ＡＣ−ＯＳは、不純物濃度の低い酸化物半導体ということもできる。また、ＣＡＡＣ−Ｏ
Ｓは、酸素欠損の少ない酸化物半導体ということもできる。
酸化物半導体に含まれる不純物は、キャリアトラップとなる場合や、キャリア発生源と
なる場合がある。また、酸化物半導体中の酸素欠損は、キャリアトラップとなる場合や、
水素を捕獲することによってキャリア発生源となる場合がある。
なお、不純物は、酸化物半導体の主成分以外の元素で、水素、炭素、シリコン、遷移金
属元素などがある。例えば、シリコンなどの、酸化物半導体を構成する金属元素よりも酸
素との結合力の強い元素は、酸化物半導体から酸素を奪うことで酸化物半導体の原子配列
を乱し、結晶性を低下させる要因となる。また、鉄やニッケルなどの重金属、アルゴン、
二酸化炭素などは、原子半径（または分子半径）が大きいため、酸化物半導体の原子配列
を乱し、結晶性を低下させる要因となる。
また、欠陥準位密度の低い（酸素欠損が少ない）酸化物半導体は、キャリア密度を低く
することができる。そのような酸化物半導体を、高純度真性または実質的に高純度真性な
酸化物半導体と呼ぶ。ＣＡＡＣ−ＯＳは、不純物濃度が低く、欠陥準位密度が低い。即ち
、高純度真性または実質的に高純度真性な酸化物半導体となりやすい。したがって、ＣＡ
ＡＣ−ＯＳを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。また、高純度真性または実質的に高純度真性な
酸化物半導体は、キャリアトラップが少ない。酸化物半導体のキャリアトラップに捕獲さ
れた電荷は、放出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、不純物濃度が高く、欠陥準位密度が高い酸化物半導体を用いたトラン
ジスタは、電気特性が不安定となる場合がある。一方、ＣＡＡＣ−ＯＳを用いたトランジ
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。
また、ＣＡＡＣ−ＯＳは欠陥準位密度が低いため、光の照射などによって生成されたキ
ャリアが、欠陥準位に捕獲されることが少ない。したがって、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。
＜微結晶酸化物半導体＞
次に、微結晶酸化物半導体について説明する。
微結晶酸化物半導体は、高分解能ＴＥＭ像において、結晶部を確認することのできる領
域と、明確な結晶部を確認することのできない領域と、を有する。微結晶酸化物半導体に
含まれる結晶部は、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、１ｎｍ以上１０ｎｍ以下、または１ｎｍ以上３ｎｍ以下の微結
晶であるナノ結晶を有する酸化物半導体を、ｎｃ−ＯＳ（ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌｌｉｎ
ｅ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）と呼ぶ。ｎｃ−ＯＳは、例えば、高分解
能ＴＥＭ像では、結晶粒界を明確に確認できない場合がある。なお、ナノ結晶は、ＣＡＡ
Ｃ−ＯＳにおけるペレットと起源を同じくする可能性がある。そのため、以下ではｎｃ−
ＯＳの結晶部をペレットと呼ぶ場合がある。
ｎｃ−ＯＳは、微小な領域（例えば、１ｎｍ以上１０ｎｍ以下の領域、特に１ｎｍ以上
３ｎｍ以下の領域）において原子配列に周期性を有する。また、ｎｃ−ＯＳは、異なるペ
レット間で結晶方位に規則性が見られない。そのため、膜全体で配向性が見られない。し
たがって、ｎｃ−ＯＳは、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。例えば、ｎｃ−ＯＳに対し、ペレットよりも大きい径のＸ線を用いるＸＲＤ装
置を用いて構造解析を行うと、ｏｕｔ−ｏｆ−ｐｌａｎｅ法による解析では、結晶面を示
すピークが検出されない。また、ｎｃ−ＯＳに対し、ペレットよりも大きいプローブ径（
例えば５０ｎｍ以上）の電子線を用いる電子回折（制限視野電子回折ともいう。）を行う
と、ハローパターンのような回折パターンが観測される。一方、ｎｃ−ＯＳに対し、ペレ
ットの大きさと近いかペレットより小さいプローブ径の電子線を用いるナノビーム電子回
折を行うと、スポットが観測される。また、ｎｃ−ＯＳに対しナノビーム電子回折を行う
と、円を描くように（リング状に）輝度の高い領域が観測される場合がある。さらに、リ
ング状の領域内に複数のスポットが観測される場合がある。
このように、ペレット（ナノ結晶）間では結晶方位が規則性を有さないことから、ｎｃ
−ＯＳを、ＲＡＮＣ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｌｉｇｎｅｄ ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌｓ）を有
する酸化物半導体、またはＮＡＮＣ（Ｎｏｎ−Ａｌｉｇｎｅｄ ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌ
ｓ）を有する酸化物半導体と呼ぶこともできる。
ｎｃ−ＯＳは、非晶質酸化物半導体よりも規則性の高い酸化物半導体である。そのため
、ｎｃ−ＯＳは、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−Ｏ
Ｓは、異なるペレット間で結晶方位に規則性が見られない。そのため、ｎｃ−ＯＳは、Ｃ
ＡＡＣ−ＯＳと比べて欠陥準位密度が高くなる。
＜非晶質酸化物半導体＞
次に、非晶質酸化物半導体について説明する。
非晶質酸化物半導体は、膜中における原子配列が不規則であり、結晶部を有さない酸化
物半導体である。石英のような無定形状態を有する酸化物半導体が一例である。
非晶質酸化物半導体は、高分解能ＴＥＭ像において結晶部を確認することができない。
非晶質酸化物半導体に対し、ＸＲＤ装置を用いた構造解析を行うと、ｏｕｔ−ｏｆ−ｐ
ｌａｎｅ法による解析では、結晶面を示すピークが検出されない。また、非晶質酸化物半
導体に対し、電子回折を行うと、ハローパターンが観測される。また、非晶質酸化物半導
体に対し、ナノビーム電子回折を行うと、スポットが観測されず、ハローパターンのみが
観測される。
非晶質構造については、様々な見解が示されている。例えば、原子配列に全く秩序性を
有さない構造を完全な非晶質構造（ｃｏｍｐｌｅｔｅｌｙ ａｍｏｒｐｈｏｕｓ ｓｔｒ
ｕｃｔｕｒｅ）と呼ぶ場合がある。また、最近接原子間距離または第２近接原子間距離ま
で秩序性を有し、かつ長距離秩序性を有さない構造を非晶質構造と呼ぶ場合もある。した
がって、最も厳格な定義によれば、僅かでも原子配列に秩序性を有する酸化物半導体を非
晶質酸化物半導体と呼ぶことはできない。また、少なくとも、長距離秩序性を有する酸化
物半導体を非晶質酸化物半導体と呼ぶことはできない。よって、結晶部を有することから
、例えば、ＣＡＡＣ−ＯＳおよびｎｃ−ＯＳを、非晶質酸化物半導体または完全な非晶質
酸化物半導体と呼ぶことはできない。
＜非晶質ライク酸化物半導体＞
なお、酸化物半導体は、ｎｃ−ＯＳと非晶質酸化物半導体との間の構造を有する場合が
ある。そのような構造を有する酸化物半導体を、特に非晶質ライク酸化物半導体（ａ−ｌ
ｉｋｅ ＯＳ：ａｍｏｒｐｈｏｕｓ−ｌｉｋｅ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏ
ｒ）と呼ぶ。
ａ−ｌｉｋｅ ＯＳは、高分解能ＴＥＭ像において鬆（ボイドともいう。）が観察され
る場合がある。また、高分解能ＴＥＭ像において、明確に結晶部を確認することのできる
領域と、結晶部を確認することのできない領域と、を有する。
鬆を有するため、ａ−ｌｉｋｅ ＯＳは、不安定な構造である。以下では、ａ−ｌｉｋ
ｅ ＯＳが、ＣＡＡＣ−ＯＳおよびｎｃ−ＯＳと比べて不安定な構造であることを示すた
め、電子照射による構造の変化を示す。
電子照射を行う試料として、ａ−ｌｉｋｅ ＯＳ（試料Ａと表記する。）、ｎｃ−ＯＳ
（試料Ｂと表記する。）およびＣＡＡＣ−ＯＳ（試料Ｃと表記する。）を準備する。いず
れの試料もＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物である。
まず、各試料の高分解能断面ＴＥＭ像を取得する。高分解能断面ＴＥＭ像により、各試
料は、いずれも結晶部を有することがわかる。
なお、どの部分を一つの結晶部と見なすかの判定は、以下のように行えばよい。例えば
、ＩｎＧａＺｎＯ４の結晶の単位格子は、Ｉｎ−Ｏ層を３層有し、またＧａ−Ｚｎ−Ｏ層
を６層有する、計９層がｃ軸方向に層状に重なった構造を有することが知られている。こ
れらの近接する層同士の間隔は、（００９）面の格子面間隔（ｄ値ともいう。）と同程度
であり、結晶構造解析からその値は０．２９ｎｍと求められている。したがって、格子縞
の間隔が０．２８ｎｍ以上０．３０ｎｍ以下である箇所を、ＩｎＧａＺｎＯ４の結晶部と
見なすことができる。なお、格子縞は、ＩｎＧａＺｎＯ４の結晶のａ−ｂ面に対応する。
図４１は、各試料の結晶部（２２箇所から４５箇所）の平均の大きさを調査した例であ
る。ただし、上述した格子縞の長さを結晶部の大きさとしている。図４１より、ａ−ｌｉ
ｋｅ ＯＳは、電子の累積照射量に応じて結晶部が大きくなっていくことがわかる。具体
的には、図４１中に（１）で示すように、ＴＥＭによる観察初期においては１．２ｎｍ程
度の大きさだった結晶部（初期核ともいう。）が、累積照射量が４．２×１０８ｅ−／ｎ
ｍ２においては２．６ｎｍ程度の大きさまで成長していることがわかる。一方、ｎｃ−Ｏ
ＳおよびＣＡＡＣ−ＯＳは、電子照射開始時から電子の累積照射量が４．２×１０８ｅ−
／ｎｍ２までの範囲で、結晶部の大きさに変化が見られないことがわかる。具体的には、
図４１中の（２）および（３）で示すように、電子の累積照射量によらず、ｎｃ−ＯＳお
よびＣＡＡＣ−ＯＳの結晶部の大きさは、それぞれ１．４ｎｍ程度および２．１ｎｍ程度
であることがわかる。
このように、ａ−ｌｉｋｅ ＯＳは、電子照射によって結晶部の成長が見られる場合が
ある。一方、ｎｃ−ＯＳおよびＣＡＡＣ−ＯＳは、電子照射による結晶部の成長がほとん
ど見られないことがわかる。即ち、ａ−ｌｉｋｅ ＯＳは、ｎｃ−ＯＳおよびＣＡＡＣ−
ＯＳと比べて、不安定な構造であることがわかる。
また、鬆を有するため、ａ−ｌｉｋｅ ＯＳは、ｎｃ−ＯＳおよびＣＡＡＣ−ＯＳと比
べて密度の低い構造である。具体的には、ａ−ｌｉｋｅ ＯＳの密度は、同じ組成の単結
晶の密度の７８．６％以上９２．３％未満となる。また、ｎｃ−ＯＳの密度およびＣＡＡ
Ｃ−ＯＳの密度は、同じ組成の単結晶の密度の９２．３％以上１００％未満となる。単結
晶の密度の７８％未満となる酸化物半導体は、成膜すること自体が困難である。
例えば、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：１［原子数比］を満たす酸化物半導体において、
菱面体晶構造を有する単結晶ＩｎＧａＺｎＯ４の密度は６．３５７ｇ／ｃｍ３となる。よ
って、例えば、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：１［原子数比］を満たす酸化物半導体におい
て、ａ−ｌｉｋｅ ＯＳの密度は５．０ｇ／ｃｍ３以上５．９ｇ／ｃｍ３未満となる。ま
た、例えば、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：１［原子数比］を満たす酸化物半導体において
、ｎｃ−ＯＳの密度およびＣＡＡＣ−ＯＳの密度は５．９ｇ／ｃｍ３以上６．３ｇ／ｃｍ
３未満となる。
なお、同じ組成の単結晶が存在しない場合がある。その場合、任意の割合で組成の異な
る単結晶を組み合わせることにより、所望の組成における単結晶に相当する密度を見積も
ることができる。所望の組成の単結晶に相当する密度は、組成の異なる単結晶を組み合わ
せる割合に対して、加重平均を用いて見積もればよい。ただし、密度は、可能な限り少な
い種類の単結晶を組み合わせて見積もることが好ましい。
以上のように、酸化物半導体は、様々な構造をとり、それぞれが様々な特性を有する。
なお、酸化物半導体は、例えば、非晶質酸化物半導体、ａ−ｌｉｋｅ ＯＳ、微結晶酸化
物半導体、ＣＡＡＣ−ＯＳのうち、二種以上を有する積層膜であってもよい。
＜成膜モデル＞
以下では、ＣＡＡＣ−ＯＳおよびｎｃ−ＯＳの成膜モデルの一例について説明する。
図４２（Ａ）は、スパッタリング法によりＣＡＡＣ−ＯＳが成膜される様子を示した成
膜室内の模式図である。
ターゲット５１３０は、バッキングプレートに接着されている。バッキングプレートを
介してターゲット５１３０と向かい合う位置には、複数のマグネットが配置される。該複
数のマグネットによって磁場が生じている。マグネットの磁場を利用して成膜速度を高め
るスパッタリング法は、マグネトロンスパッタリング法と呼ばれる。
基板５１２０は、ターゲット５１３０と向かい合うように配置しており、その距離ｄ（
ターゲット−基板間距離（Ｔ−Ｓ間距離）ともいう。）は０．０１ｍ以上１ｍ以下、好ま
しくは０．０２ｍ以上０．５ｍ以下とする。成膜室内は、ほとんどが成膜ガス（例えば、
酸素、アルゴン、または酸素を５体積％以上の割合で含む混合ガス）で満たされ、０．０
１Ｐａ以上１００Ｐａ以下、好ましくは０．１Ｐａ以上１０Ｐａ以下に制御される。ここ
で、ターゲット５１３０に一定以上の電圧を印加することで、放電が始まり、プラズマが
確認される。なお、ターゲット５１３０の近傍には磁場によって、高密度プラズマ領域が
形成される。高密度プラズマ領域では、成膜ガスがイオン化することで、イオン５１０１
が生じる。イオン５１０１は、例えば、酸素の陽イオン（Ｏ＋）やアルゴンの陽イオン（
Ａｒ＋）などである。
ここで、ターゲット５１３０は、複数の結晶粒を有する多結晶構造を有し、いずれかの
結晶粒には劈開面が含まれる。図４３（Ａ）に、一例として、ターゲット５１３０に含ま
れるＩｎＧａＺｎＯ４の結晶の構造を示す。なお、図４３（Ａ）は、ｂ軸に平行な方向か
らＩｎＧａＺｎＯ４の結晶を観察した場合の構造である。図４３（Ａ）より、近接する二
つのＧａ−Ｚｎ−Ｏ層において、それぞれの層における酸素原子同士が近距離に配置され
ていることがわかる。そして、酸素原子が負の電荷を有することにより、近接する二つの
Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ層の間には斥力が生じる。その結果、ＩｎＧａＺｎＯ４の結晶は、近接す
る二つのＧａ−Ｚｎ−Ｏ層の間に劈開面を有する。
高密度プラズマ領域で生じたイオン５１０１は、電界によってターゲット５１３０側に
加速され、やがてターゲット５１３０と衝突する。このとき、劈開面から平板状またはペ
レット状のスパッタ粒子であるペレット５１００ａおよびペレット５１００ｂが剥離し、
叩き出される。なお、ペレット５１００ａおよびペレット５１００ｂは、イオン５１０１
の衝突の衝撃によって、構造に歪みが生じる場合がある。
ペレット５１００ａは、三角形、例えば正三角形の平面を有する平板状またはペレット
状のスパッタ粒子である。また、ペレット５１００ｂは、六角形、例えば正六角形の平面
を有する平板状またはペレット状のスパッタ粒子である。なお、ペレット５１００ａおよ
びペレット５１００ｂなどの平板状またはペレット状のスパッタ粒子を総称してペレット
５１００と呼ぶ。ペレット５１００の平面の形状は、三角形、六角形に限定されない、例
えば、三角形が複数個合わさった形状となる場合がある。例えば、三角形（例えば、正三
角形）が２個合わさった四角形（例えば、ひし形）となる場合もある。
ペレット５１００は、成膜ガスの種類などに応じて厚さが決定する。理由は後述するが
、ペレット５１００の厚さは、均一にすることが好ましい。また、スパッタ粒子は厚みの
ないペレット状である方が、厚みのあるサイコロ状であるよりも好ましい。例えば、ペレ
ット５１００は、厚さを０．４ｎｍ以上１ｎｍ以下、好ましくは０．６ｎｍ以上０．８ｎ
ｍ以下とする。また、例えば、ペレット５１００は、幅を１ｎｍ以上３ｎｍ以下、好まし
くは１．２ｎｍ以上２．５ｎｍ以下とする。ペレット５１００は、上述の図４１中の（１
）で説明した初期核に相当する。例えば、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物を有するターゲット５
１３０にイオン５１０１を衝突させると、図４３（Ｂ）に示すように、Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ層
、Ｉｎ−Ｏ層およびＧａ−Ｚｎ−Ｏ層の３層を有するペレット５１００が剥離する。図４
３（Ｃ）に、剥離したペレット５１００をｃ軸に平行な方向から観察した構造を示す。ペ
レット５１００は、二つのＧａ−Ｚｎ−Ｏ層と、Ｉｎ−Ｏ層と、を有するナノサイズのサ
ンドイッチ構造と呼ぶこともできる。
ペレット５１００は、プラズマを通過する際に、側面が負または正に帯電する場合があ
る。ペレット５１００は、例えば、側面に位置する酸素原子が負に帯電する可能性がある
。側面が同じ極性の電荷を有することにより、電荷同士の反発が起こり、平板状またはペ
レット状の形状を維持することが可能となる。なお、ＣＡＡＣ−ＯＳが、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚ
ｎ酸化物である場合、インジウム原子と結合した酸素原子が負に帯電する可能性がある。
または、インジウム原子、ガリウム原子または亜鉛原子と結合した酸素原子が負に帯電す
る可能性がある。また、ペレット５１００は、プラズマを通過する際に、プラズマ中のイ
ンジウム原子、ガリウム原子、亜鉛原子および酸素原子などと結合することで成長する場
合がある。上述の図４１中の（２）と（１）の大きさの違いが、プラズマ中での成長分に
相当する。ここで、基板５１２０が室温程度である場合、基板５１２０上におけるペレッ
ト５１００の成長が起こりにくいためｎｃ−ＯＳとなる（図４２（Ｂ）参照。）。室温程
度で成膜できることから、基板５１２０が大面積である場合でもｎｃ−ＯＳの成膜が可能
である。なお、ペレット５１００をプラズマ中で成長させるためには、スパッタリング法
における成膜電力を高くすることが有効である。成膜電力を高くすることで、ペレット５
１００の構造を安定にすることができる。
図４２（Ａ）および図４２（Ｂ）に示すように、例えば、ペレット５１００は、プラズ
マ中を凧のように飛翔し、ひらひらと基板５１２０上まで舞い上がっていく。ペレット５
１００は電荷を帯びているため、ほかのペレット５１００が既に堆積している領域が近づ
くと、斥力が生じる。ここで、基板５１２０の上面では、基板５１２０の上面に平行な向
きの磁場（水平磁場ともいう。）が生じている。また、基板５１２０およびターゲット５
１３０間には、電位差が与えられるため、基板５１２０からターゲット５１３０に向かう
方向に電流が流れる。したがって、ペレット５１００は、基板５１２０の上面において、
磁場および電流の作用によって、力（ローレンツ力）を受ける。このことは、フレミング
の左手の法則によって理解できる。
ペレット５１００は、原子一つと比べると質量が大きい。そのため、基板５１２０の上
面を移動するためには何らかの力を外部から印加することが重要となる。その力の一つが
磁場および電流の作用で生じる力である可能性がある。なお、ペレット５１００に、基板
５１２０の上面を移動するために十分な力を与えるには、基板５１２０の上面において、
基板５１２０の上面に平行な向きの磁場が１０Ｇ以上、好ましくは２０Ｇ以上、さらに好
ましくは３０Ｇ以上、より好ましくは５０Ｇ以上となる領域を設けるとよい。または、基
板５１２０の上面において、基板５１２０の上面に平行な向きの磁場が、基板５１２０の
上面に垂直な向きの磁場の１．５倍以上、好ましくは２倍以上、さらに好ましくは３倍以
上、より好ましくは５倍以上となる領域を設けるとよい。
このとき、マグネットと基板５１２０とが相対的に移動すること、または回転すること
によって、基板５１２０の上面における水平磁場の向きは変化し続ける。したがって、基
板５１２０の上面において、ペレット５１００は、様々な方向から力を受け、様々な方向
へ移動することができる。
また、図４２（Ａ）に示すように基板５１２０が加熱されている場合、ペレット５１０
０と基板５１２０との間で摩擦などによる抵抗が小さい状態となっている。その結果、ペ
レット５１００は、基板５１２０の上面を滑空するように移動する。ペレット５１００の
移動は、平板面を基板５１２０に向けた状態で起こる。その後、既に堆積しているほかの
ペレット５１００の側面まで到達すると、側面同士が結合する。このとき、ペレット５１
００の側面にある酸素原子が脱離する。脱離した酸素原子によって、ＣＡＡＣ−ＯＳ中の
酸素欠損が埋まる場合があるため、欠陥準位密度の低いＣＡＡＣ−ＯＳとなる。なお、基
板５１２０の上面の温度は、例えば、１００℃以上５００℃未満、１５０℃以上４５０℃
未満、または１７０℃以上４００℃未満とすればよい。したがって、基板５１２０が大面
積である場合でもＣＡＡＣ−ＯＳの成膜は可能である。
また、ペレット５１００は、基板５１２０上で加熱されることにより、原子が再配列し
、イオン５１０１の衝突で生じた構造の歪みが緩和される。歪みの緩和されたペレット５
１００は、ほとんど単結晶となる。ペレット５１００がほとんど単結晶となることにより
、ペレット５１００同士が結合した後に加熱されたとしても、ペレット５１００自体の伸
縮はほとんど起こり得ない。したがって、ペレット５１００間の隙間が広がることで結晶
粒界などの欠陥を形成し、クレバス化することがない。
また、ＣＡＡＣ−ＯＳは、単結晶酸化物半導体が一枚板のようになっているのではなく
、ペレット５１００（ナノ結晶）の集合体がレンガまたはブロックが積み重なったような
配列をしている。また、ペレット５１００同士の間には結晶粒界を有さない。そのため、
成膜時の加熱、成膜後の加熱または曲げなどで、ＣＡＡＣ−ＯＳに縮みなどの変形が生じ
た場合でも、局部応力を緩和する、または歪みを逃がすことが可能である。したがって、
可とう性を有する半導体装置に用いることに適した構造である。なお、ｎｃ−ＯＳは、ペ
レット５１００（ナノ結晶）が無秩序に積み重なったような配列となる。
ターゲット５１３０をイオン５１０１でスパッタした際に、ペレット５１００だけでな
く、酸化亜鉛などが剥離する場合がある。酸化亜鉛はペレット５１００よりも軽量である
ため、先に基板５１２０の上面に到達する。そして、０．１ｎｍ以上１０ｎｍ以下、０．
２ｎｍ以上５ｎｍ以下、または０．５ｎｍ以上２ｎｍ以下の酸化亜鉛層５１０２を形成す
る。図４４に断面模式図を示す。
図４４（Ａ）に示すように、酸化亜鉛層５１０２上にはペレット５１０５ａと、ペレッ
ト５１０５ｂと、が堆積する。ここで、ペレット５１０５ａとペレット５１０５ｂとは、
互いに側面が接するように配置している。また、ペレット５１０５ｃは、ペレット５１０
５ｂ上に堆積した後、ペレット５１０５ｂ上を滑るように移動する。また、ペレット５１
０５ａの別の側面において、酸化亜鉛とともにターゲットから剥離した複数の粒子５１０
３が、基板５１２０からの加熱により結晶化し、領域５１０５ａ１を形成する。なお、複
数の粒子５１０３は、酸素、亜鉛、インジウムおよびガリウムなどを含む可能性がある。
そして、図４４（Ｂ）に示すように、領域５１０５ａ１は、ペレット５１０５ａと一体
化し、ペレット５１０５ａ２となる。また、ペレット５１０５ｃは、その側面がペレット
５１０５ｂの別の側面と接するように配置する。
次に、図４４（Ｃ）に示すように、さらにペレット５１０５ｄがペレット５１０５ａ２
上およびペレット５１０５ｂ上に堆積した後、ペレット５１０５ａ２上およびペレット５
１０５ｂ上を滑るように移動する。また、ペレット５１０５ｃの別の側面に向けて、さら
にペレット５１０５ｅが酸化亜鉛層５１０２上を滑るように移動する。
そして、図４４（Ｄ）に示すように、ペレット５１０５ｄは、その側面がペレット５１
０５ａ２の側面と接するように配置する。また、ペレット５１０５ｅは、その側面がペレ
ット５１０５ｃの別の側面と接するように配置する。また、ペレット５１０５ｄの別の側
面において、酸化亜鉛とともにターゲット５１３０から剥離した複数の粒子５１０３が基
板５１２０からの加熱により結晶化し、領域５１０５ｄ１を形成する。
以上のように、堆積したペレット同士が接するように配置し、ペレットの側面において
成長が起こることで、基板５１２０上にＣＡＡＣ−ＯＳが形成される。したがって、ＣＡ
ＡＣ−ＯＳは、ｎｃ−ＯＳよりも一つ一つのペレットが大きくなる。上述の図４１中の（
３）と（２）の大きさの違いが、堆積後の成長分に相当する。
また、ペレット同士の隙間が極めて小さくなることで、一つの大きなペレットが形成さ
れる場合がある。一つの大きなペレットは、単結晶構造を有する。例えば、ペレットの大
きさが、上面から見て１０ｎｍ以上２００ｎｍ以下、１５ｎｍ以上１００ｎｍ以下、また
は２０ｎｍ以上５０ｎｍ以下となる場合がある。このとき、微細なトランジスタに用いる
酸化物半導体において、チャネル形成領域が一つの大きなペレットに収まる場合がある。
即ち、単結晶構造を有する領域をチャネル形成領域として用いることができる。また、ペ
レットが大きくなることで、単結晶構造を有する領域をトランジスタのチャネル形成領域
、ソース領域およびドレイン領域として用いることができる場合がある。
このように、トランジスタのチャネル形成領域などが、単結晶構造を有する領域に形成
されることによって、トランジスタの周波数特性を高くすることができる場合がある。
以上のようなモデルにより、ペレット５１００が基板５１２０上に堆積していくと考え
られる。被形成面が結晶構造を有さない場合においても、ＣＡＡＣ−ＯＳの成膜が可能で
あることから、エピタキシャル成長とは異なる成長機構であることがわかる。また、ＣＡ
ＡＣ−ＯＳは、レーザ結晶化が不要であり、大面積のガラス基板などであっても均一な成
膜が可能である。例えば、基板５１２０の上面（被形成面）の構造が非晶質構造（例えば
非晶質酸化シリコン）であっても、ＣＡＡＣ−ＯＳを成膜することは可能である。
また、ＣＡＡＣ−ＯＳは、被形成面である基板５１２０の上面に凹凸がある場合でも、
その形状に沿ってペレット５１００が配列することがわかる。例えば、基板５１２０の上
面が原子レベルで平坦な場合、ペレット５１００はａ−ｂ面と平行な平面である平板面を
下に向けて並置する。ペレット５１００の厚さが均一である場合、厚さが均一で平坦、か
つ高い結晶性を有する層が形成される。そして、当該層がｎ段（ｎは自然数。）積み重な
ることで、ＣＡＡＣ−ＯＳを得ることができる。
一方、基板５１２０の上面が凹凸を有する場合でも、ＣＡＡＣ−ＯＳは、ペレット５１
００が凹凸に沿って並置した層がｎ段（ｎは自然数。）積み重なった構造となる。基板５
１２０が凹凸を有するため、ＣＡＡＣ−ＯＳは、ペレット５１００間に隙間が生じやすい
場合がある。ただし、この場合でも、ペレット５１００間で分子間力が働き、凹凸があっ
てもペレット間の隙間はなるべく小さくなるように配列する。したがって、凹凸があって
も高い結晶性を有するＣＡＡＣ−ＯＳとすることができる。
このようなモデルによってＣＡＡＣ−ＯＳが成膜されるため、スパッタ粒子が厚みのな
いペレット状である方が好ましい。なお、スパッタ粒子が厚みのあるサイコロ状である場
合、基板５１２０上に向ける面が一定とならず、厚さや結晶の配向を均一にできない場合
がある。
以上に示した成膜モデルにより、非晶質構造を有する被形成面上であっても、高い結晶
性を有するＣＡＡＣ−ＯＳを得ることができる。
＜劈開面＞
以下では、ＣＡＡＣ−ＯＳの成膜モデルにおいて記載のターゲットの劈開面について説
明する。
まずは、ターゲットの劈開面について図４５を用いて説明する。図４５に、ＩｎＧａＺ
ｎＯ４の結晶の構造を示す。なお、図４５（Ａ）は、ｃ軸を上向きとし、ｂ軸に平行な方
向からＩｎＧａＺｎＯ４の結晶を観察した場合の構造を示す。また、図４５（Ｂ）は、ｃ
軸に平行な方向からＩｎＧａＺｎＯ４の結晶を観察した場合の構造を示す。
ＩｎＧａＺｎＯ４の結晶の各結晶面における劈開に必要なエネルギーを、第一原理計算
により算出する。なお、計算には、擬ポテンシャルと、平面波基底を用いた密度汎関数プ
ログラム（ＣＡＳＴＥＰ）を用いる。なお、擬ポテンシャルには、ウルトラソフト型の擬
ポテンシャルを用いる。また、汎関数には、ＧＧＡ／ＰＢＥを用いる。また、カットオフ
エネルギーは４００ｅＶとする。
初期状態における構造のエネルギーは、セルサイズを含めた構造最適化を行った後に導
出する。また、各面で劈開後の構造のエネルギーは、セルサイズを固定した状態で、原子
配置の構造最適化を行った後に導出する。
図４５に示したＩｎＧａＺｎＯ４の結晶の構造をもとに、第１の面、第２の面、第３の
面、第４の面のいずれかで劈開した構造を作製し、セルサイズを固定した構造最適化計算
を行う。ここで、第１の面は、Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ層とＩｎ−Ｏ層との間の結晶面であり、（
００１）面（またはａｂ面）に平行な結晶面である（図４５（Ａ）参照。）。第２の面は
、Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ層とＧａ−Ｚｎ−Ｏ層との間の結晶面であり、（００１）面（またはａ
ｂ面）に平行な結晶面である（図４５（Ａ）参照。）。第３の面は、（１１０）面に平行
な結晶面である（図４５（Ｂ）参照。）。第４の面は、（１００）面（またはｂｃ面）に
平行な結晶面である（図４５（Ｂ）参照。）。
以上のような条件で、各面で劈開後の構造のエネルギーを算出する。次に、劈開後の構
造のエネルギーと初期状態における構造のエネルギーとの差を、劈開面の面積で除すこと
で、各面における劈開しやすさの尺度である劈開エネルギーを算出する。なお、構造のエ
ネルギーは、構造に含まれる原子と電子に対して、電子の運動エネルギーと、原子間、原
子−電子間、および電子間の相互作用と、を考慮したエネルギーである。
計算の結果、第１の面の劈開エネルギーは２．６０Ｊ／ｍ２、第２の面の劈開エネルギ
ーは０．６８Ｊ／ｍ２、第３の面の劈開エネルギーは２．１８Ｊ／ｍ２、第４の面の劈開
エネルギーは２．１２Ｊ／ｍ２であることがわかった（下表参照。）。
この計算により、図４５に示したＩｎＧａＺｎＯ４の結晶の構造において、第２の面に
おける劈開エネルギーが最も低くなる。即ち、Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ層とＧａ−Ｚｎ−Ｏ層との
間が最も劈開しやすい面（劈開面）であることがわかる。したがって、本明細書において
、劈開面と記載する場合、最も劈開しやすい面である第２の面のことを示す。
Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ層とＧａ−Ｚｎ−Ｏ層との間である第２の面に劈開面を有するため、図
４５（Ａ）に示すＩｎＧａＺｎＯ４の結晶は、二つの第２の面と等価な面で分離すること
ができる。したがって、ターゲットにイオンなどを衝突させる場合、もっとも劈開エネル
ギーの低い面で劈開したウェハース状のユニット（我々はこれをペレットと呼ぶ。）が最
小単位となって飛び出してくると考えられる。その場合、ＩｎＧａＺｎＯ４のペレットは
、Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ層、Ｉｎ−Ｏ層およびＧａ−Ｚｎ−Ｏ層の３層となる。
また、第１の面（Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ層とＩｎ−Ｏ層との間の結晶面であり、（００１）面
（またはａｂ面）に平行な結晶面）よりも、第３の面（１１０）面に平行な結晶面）、第
４の面（（１００）面（またはｂｃ面）に平行な結晶面）の劈開エネルギーが低いことか
ら、ペレットの平面形状は三角形状または六角形状が多いことが示唆される。
次に、古典分子動力学計算により、ターゲットとしてホモロガス構造を有するＩｎＧａ
ＺｎＯ４の結晶を仮定し、当該ターゲットをアルゴン（Ａｒ）または酸素（Ｏ）によりス
パッタした場合の劈開面について評価する。計算に用いたＩｎＧａＺｎＯ４の結晶（２６
８８原子）の断面構造を図４６（Ａ）に、上面構造を図４６（Ｂ）に示す。なお、図４６
（Ａ）に示す固定層は、位置が変動しないよう原子の配置を固定した層である。また、図
４６（Ａ）に示す温度制御層は、常に一定の温度（３００Ｋ）とした層である。
古典分子動力学計算には、富士通株式会社製Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｅｘｐｌｏｒｅｒ５
．０を用いる。なお、初期温度を３００Ｋ、セルサイズを一定、時間刻み幅を０．０１フ
ェムト秒、ステップ数を１０００万回とする。計算では、当該条件のもと、原子に３００
ｅＶのエネルギーを与え、ＩｎＧａＺｎＯ４の結晶のａｂ面に垂直な方向からセルに原子
を入射させる。
図４７（Ａ）は、図４６に示したＩｎＧａＺｎＯ４の結晶を有するセルにアルゴンが入
射してから９９．９ピコ秒（ｐｓｅｃ）後の原子配列を示す。また、図４７（Ｂ）は、セ
ルに酸素が入射してから９９．９ピコ秒後の原子配列を示す。なお、図４７では、図４６
（Ａ）に示した固定層の一部を省略して示す。
図４７（Ａ）より、アルゴンがセルに入射してから９９．９ピコ秒までに、図４５（Ａ
）に示した第２の面に対応する劈開面から亀裂が生じる。したがって、ＩｎＧａＺｎＯ４
の結晶に、アルゴンが衝突した場合、最上面を第２の面（０番目）とすると、第２の面（
２番目）に大きな亀裂が生じることがわかる。
一方、図４７（Ｂ）より、酸素がセルに入射してから９９．９ピコ秒までに、図４５（
Ａ）に示した第２の面に対応する劈開面から亀裂が生じることがわかる。ただし、酸素が
衝突した場合は、ＩｎＧａＺｎＯ４の結晶の第２の面（１番目）において大きな亀裂が生
じることがわかる。
したがって、ホモロガス構造を有するＩｎＧａＺｎＯ４の結晶を含むターゲットの上面
から原子（イオン）が衝突すると、ＩｎＧａＺｎＯ４の結晶は第２の面に沿って劈開し、
平板状の粒子（ペレット）が剥離することがわかる。また、このとき、ペレットの大きさ
は、アルゴンを衝突させた場合よりも、酸素を衝突させた場合の方が小さくなることがわ
かる。
なお、上述の計算から、剥離したペレットは損傷領域を含むことが示唆される。ペレッ
トに含まれる損傷領域は、損傷によって生じた欠陥に酸素を反応させることで修復できる
場合がある。
そこで、衝突させる原子の違いによって、ペレットの大きさが異なることについて調査
する。
図４８（Ａ）に、図４６に示したＩｎＧａＺｎＯ４の結晶を有するセルにアルゴンが入
射した後、０ピコ秒から０．３ピコ秒までにおける各原子の軌跡を示す。したがって、図
４８（Ａ）は、図４６から図４７（Ａ）の間の期間に対応する。
図４８（Ａ）より、アルゴンが第１層（Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ層）のガリウム（Ｇａ）と衝突
すると、当該ガリウムが第３層（Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ層）の亜鉛（Ｚｎ）と衝突した後、当該
亜鉛が第６層（Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ層）の近傍まで到達することがわかる。なお、ガリウムと
衝突したアルゴンは、外に弾き飛ばされる。したがって、ＩｎＧａＺｎＯ４の結晶を含む
ターゲットにアルゴンを衝突させた場合、図４６（Ａ）における第２の面（２番目）に亀
裂が入ると考えられる。
また、図４８（Ｂ）に、図４６に示したＩｎＧａＺｎＯ４の結晶を有するセルに酸素が
入射した後、０ピコ秒から０．３ピコ秒までにおける各原子の軌跡を示す。したがって、
図４８（Ｂ）は、図４６から図４７（Ａ）の間の期間に対応する。
一方、図４８（Ｂ）より、酸素が第１層（Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ層）のガリウム（Ｇａ）と衝
突すると、当該ガリウムが第３層（Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ層）の亜鉛（Ｚｎ）と衝突した後、当
該亜鉛が第５層（Ｉｎ−Ｏ層）まで到達しないことがわかる。なお、ガリウムと衝突した
酸素は、外に弾き飛ばされる。したがって、ＩｎＧａＺｎＯ４の結晶を含むターゲットに
酸素を衝突させた場合、図４６（Ａ）における第２の面（１番目）に亀裂が入ると考えら
れる。
本計算からも、ＩｎＧａＺｎＯ４の結晶は、原子（イオン）が衝突した場合、劈開面か
ら剥離することが示唆される。
また、亀裂の深さの違いを保存則の観点から検討する。エネルギー保存則および運動量
保存則は、式（１）および式（２）のように示すことができる。ここで、Ｅは衝突前のア
ルゴンまたは酸素の持つエネルギー（３００ｅＶ）、ｍＡはアルゴンまたは酸素の質量、
ｖＡは衝突前のアルゴンまたは酸素の速度、ｖ’Ａは衝突後のアルゴンまたは酸素の速度
、ｍＧａはガリウムの質量、ｖＧａは衝突前のガリウムの速度、ｖ’Ｇａは衝突後のガリ
ウムの速度である。
アルゴンまたは酸素の衝突が弾性衝突であると仮定すると、ｖＡ、ｖ’Ａ、ｖＧａおよ
びｖ’Ｇａの関係は式（３）のように表すことができる。
式（１）、式（２）および式（３）より、ｖＧａを０とすると、アルゴンまたは酸素が
衝突した後のガリウムの速度ｖ’Ｇａは、式（４）のように表すことができる。
式（４）において、ｍＡにアルゴンの質量または酸素の質量を代入し、それぞれの原子
が衝突した後のガリウムの速度を比較する。アルゴンおよび酸素の衝突前に持つエネルギ
ーが同じである場合、アルゴンが衝突した場合の方が、酸素が衝突した場合よりも１．２
４倍ガリウムの速度が高いことがわかる。したがって、ガリウムの持つエネルギーもアル
ゴンが衝突した場合の方が、酸素が衝突した場合よりも速度の二乗分だけ高くなる。
アルゴンを衝突させた場合の方が、酸素を衝突させた場合よりも、衝突後のガリウムの
速度（エネルギー）が高くなることがわかる。したがって、アルゴンを衝突させた場合の
方が、酸素を衝突させた場合よりも深い位置に亀裂が生じたと考えられる。
以上の計算により、ホモロガス構造を有するＩｎＧａＺｎＯ４の結晶を含むターゲット
をスパッタすると、劈開面から剥離し、ペレットが形成されることがわかる。一方、劈開
面を有さないターゲットの他の構造の領域をスパッタしてもペレットは形成されず、ペレ
ットよりも微細な原子レベルの大きさのスパッタ粒子が形成される。該スパッタ粒子は、
ペレットと比べて小さいため、スパッタリング装置に接続されている真空ポンプを介して
排気されると考えられる。したがって、ホモロガス構造を有するＩｎＧａＺｎＯ４の結晶
を含むターゲットをスパッタした場合、様々な大きさ、形状の粒子が基板まで飛翔し、堆
積することで成膜されるモデルは考えにくい。スパッタされたペレットが堆積してＣＡＡ
Ｃ−ＯＳを成膜する図４３（Ａ）などに記載のモデルが道理に適っている。
このようにして成膜されたＣＡＡＣ−ＯＳの密度は、単結晶ＯＳと同程度の密度を有す
る。例えば、ＩｎＧａＺｎＯ４のホモロガス構造を有する単結晶ＯＳの密度は６．３６ｇ
／ｃｍ３であるのに対し、同程度の原子数比であるＣＡＡＣ−ＯＳの密度は６．３ｇ／ｃ
ｍ３程度となる。
図４９に、スパッタリング法で成膜したＣＡＡＣ−ＯＳであるＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物
（図４９（Ａ）参照。）、およびそのターゲット（図４９（Ｂ）参照。）の断面における
原子配列を示す。原子配列の観察には、高角散乱環状暗視野走査透過電子顕微鏡法（ＨＡ
ＡＤＦ−ＳＴＥＭ：Ｈｉｇｈ−Ａｎｇｌｅ Ａｎｎｕｌａｒ Ｄａｒｋ Ｆｉｅｌｄ Ｓ
ｃａｎｎｉｎｇ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ
）を用いる。なお、ＨＡＡＤＦ−ＳＴＥＭでは、各原子の像強度は原子番号の二乗に比例
する。したがって、原子番号の近いＺｎ（原子番号３０）とＧａ（原子番号３１）とは、
ほとんど区別できない。ＨＡＡＤＦ−ＳＴＥＭには、日立走査透過電子顕微鏡ＨＤ−２７
００を用いる。
図４９（Ａ）および図４９（Ｂ）を比較すると、ＣＡＡＣ−ＯＳと、ターゲットは、と
もにホモロガス構造を有しており、それぞれの原子の配置が対応していることがわかる。
したがって、図４３（Ａ）などの成膜モデルに示したように、ターゲットの結晶構造が転
写されることでＣＡＡＣ−ＯＳが成膜されることがわかる。
＜酸化物半導体膜及び酸化物導電体膜＞
酸化物半導体で形成される膜（以下、酸化物半導体膜（ＯＳ）という。）、導電性を有
する酸化物半導体膜１９ｂ、１５５ｂのような、酸化物導電体で形成される膜（以下、酸
化物導電体膜（ＯＣ）という。）それぞれにおける、抵抗率の温度依存性について、図５
０を用いて説明する。図５０において、横軸に測定温度を示し、縦軸に抵抗率を示す。ま
た、酸化物半導体膜（ＯＳ）の測定結果を丸印で示し、酸化物導電体膜（ＯＣ）の測定結
果を四角印で示す。
なお、酸化物半導体膜（ＯＳ）を含む試料は、ガラス基板上に、原子数比がＩｎ：Ｇａ
：Ｚｎ＝１：１：１．２のスパッタリングターゲットを用いたスパッタリング法により厚
さ３５ｎｍのＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物膜を形成し、原子数比がＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：４
：５のスパッタリングターゲットを用いたスパッタリング法により厚さ２０ｎｍのＩｎ−
Ｇａ−Ｚｎ酸化物膜を形成し、４５０℃の窒素雰囲気で加熱処理した後、４５０℃の窒素
及び酸素の混合ガス雰囲気で加熱処理し、さらにプラズマＣＶＤ法で酸化窒化シリコン膜
を形成して、作製された。
また、酸化物導電体膜（ＯＣ）を含む試料は、ガラス基板上に、原子数比がＩｎ：Ｇａ
：Ｚｎ＝１：１：１のスパッタリングターゲットを用いたスパッタリング法により厚さ１
００ｎｍのＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物膜を形成し、４５０℃の窒素雰囲気で加熱処理した後
、４５０℃の窒素及び酸素の混合ガス雰囲気で加熱処理し、プラズマＣＶＤ法で窒化シリ
コン膜を形成して、作製された。
図５０からわかるように、酸化物導電体膜（ＯＣ）における抵抗率の温度依存性は、酸
化物半導体膜（ＯＳ）における抵抗率の温度依存性より小さい。代表的には、８０Ｋ以上
２９０Ｋ以下における酸化物導電体膜（ＯＣ）の抵抗率の変化率は、±２０％未満である
。または、１５０Ｋ以上２５０Ｋ以下における抵抗率の変化率は、±１０％未満である。
即ち、酸化物導電体は、縮退半導体であり、伝導帯端とフェルミ準位とが一致または略一
致していると推定される。このため、酸化物導電体膜（ＯＣ）を、抵抗素子、容量素子の
電極、画素電極、コモン電極、配線等に用いることが可能である。
なお、本実施の形態に示す構成及び方法などは、他の実施の形態に示す構成及び方法な
どと適宜組み合わせて用いることができる。
（実施の形態１０）
本実施の形態では、本発明の一態様の表示装置が適用された電子機器の構成例について
説明する。また、本実施の形態では、本発明の一態様の表示装置を適用した表示モジュー
ルについて、図５１を用いて説明を行う。
図５１に示す表示モジュール８０００は、上部カバー８００１と下部カバー８００２と
の間に、ＦＰＣ８００３に接続されたタッチパネル８００４、ＦＰＣ８００５に接続され
た表示パネル８００６、バックライトユニット８００７、フレーム８００９、プリント基
板８０１０、バッテリー８０１１を有する。なお、バックライトユニット８００７、バッ
テリー８０１１、タッチパネル８００４などは、設けられない場合もある。
本発明の一態様の表示装置は、例えば、表示パネル８００６に用いることができる。
上部カバー８００１及び下部カバー８００２は、タッチパネル８００４及び表示パネル
８００６のサイズに合わせて、形状や寸法を適宜変更することができる。
タッチパネル８００４は、抵抗膜方式または静電容量方式のタッチパネルを表示パネル
８００６に重畳して用いることができる。また、表示パネル８００６の対向基板（封止基
板）に、タッチパネル機能を持たせるようにすることも可能である。または、表示パネル
８００６の各画素内に光センサを設け、光学式のタッチパネルとすることも可能である。
または、表示パネル８００６の各画素内にタッチセンサ用電極を設け、容量型式のタッチ
パネルとすることも可能である。
バックライトユニット８００７は、光源８００８を有する。光源８００８をバックライ
トユニット８００７の端部に設け、光拡散板を用いる構成としてもよい。
フレーム８００９は、表示パネル８００６の保護機能の他、プリント基板８０１０の動
作により発生する電磁波を遮断するための電磁シールドとしての機能を有する。またフレ
ーム８００９は、放熱板としての機能を有していてもよい。
プリント基板８０１０は、電源回路、ビデオ信号及びクロック信号を出力するための信
号処理回路を有する。電源回路に電力を供給する電源としては、外部の商用電源であって
も良いし、別途設けたバッテリー８０１１による電源であってもよい。バッテリー８０１
１は、商用電源を用いる場合には、省略可能である。
また、表示モジュール８０００には、偏光板、位相差板、プリズムシートなどの部材を
追加して設けてもよい。
図５２は、本発明の一態様の表示装置を含む電子機器の外観図である。
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。
図５２（Ａ）は、携帯型の情報端末であり、本体１００１、筐体１００２、表示部１０
０３ａ、１００３ｂなどによって構成されている。表示部１００３ｂはタッチパネルとな
っており、表示部１００３ｂに表示されるキーボードボタン１００４を触れることで画面
操作や、文字入力を行うことができる。勿論、表示部１００３ａをタッチパネルとして構
成してもよい。上記実施の形態で示したトランジスタをスイッチング素子として液晶パネ
ルや有機発光パネルを作製して表示部１００３ａ、１００３ｂに適用することにより、信
頼性の高い携帯型の情報端末とすることができる。
図５２（Ａ）に示す携帯型の情報端末は、様々な情報（静止画、動画、テキスト画像な
ど）を表示する機能、カレンダー、日付又は時刻などを表示部に表示する機能、表示部に
表示した情報を操作又は編集する機能、様々なソフトウェア（プログラム）によって処理
を制御する機能、等を有することができる。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。
また、図５２（Ａ）に示す携帯型の情報端末は、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５２（Ｂ）は、携帯音楽プレイヤーであり、本体１０２１には表示部１０２３と、耳
に装着するための固定部１０２２と、スピーカー、操作ボタン１０２４、外部メモリスロ
ット１０２５等が設けられている。上記実施の形態で示したトランジスタをスイッチング
素子として液晶パネルや有機発光パネルを作製して表示部１０２３に適用することにより
、より信頼性の高い携帯音楽プレイヤーとすることができる。
さらに、図５２（Ｂ）に示す携帯音楽プレイヤー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５２（Ｃ）は、携帯電話であり、筐体１０３０及び筐体１０３１の二つの筐体で構成
されている。筐体１０３１には、表示パネル１０３２、スピーカー１０３３、マイクロフ
ォン１０３４、ポインティングデバイス１０３６、カメラ１０３７、外部接続端子１０３
８などを備えている。また、筐体１０３０には、携帯電話の充電を行う太陽電池１０４０
、外部メモリスロット１０４１などを備えている。また、アンテナは筐体１０３１内部に
内蔵されている。上記実施の形態で説明するトランジスタを表示パネル１０３２に適用す
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１０３２はタッチパネルを備えており、図５２（Ｃ）には映像表示さ
れている複数の操作キー１０３５を点線で示している。なお、太陽電池１０４０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１０３２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１０３２と同一面上にカメラ１０３７を備えているため、テレビ電話が可能である。ス
ピーカー１０３３及びマイクロフォン１０３４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１０３０と筐体１０３１は、スライドし、図５２（
Ｃ）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１０３８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１０４１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５２（Ｄ）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１０５０は
、筐体１０５１に表示部１０５３が組み込まれている。表示部１０５３により、映像を表
示することが可能である。また、筐体１０５１を支持するスタンド１０５５にＣＰＵが内
蔵されている。上記実施の形態で説明するトランジスタを表示部１０５３及びＣＰＵに適
用することにより、信頼性の高いテレビジョン装置１０５０とすることができる。
テレビジョン装置１０５０の操作は、筐体１０５１が備える操作スイッチや、別体のリ
モートコントローラ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１０５０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
。
また、テレビジョン装置１０５０は、外部接続端子１０５４や、記憶媒体再生録画部１
０５２、外部メモリスロットを備えている。外部接続端子１０５４は、ＵＳＢケーブルな
どの各種ケーブルと接続可能であり、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。記憶媒体再生録画部１０５２では、ディスク状の記録媒体を挿入し、記録媒体に
記憶されているデータの読み出し、記録媒体への書き込みが可能である。また、外部メモ
リスロットに差し込まれた外部メモリ１０５６にデータ保存されている画像や映像などを
表示部１０５３に映し出すことも可能である。
また、上記実施の形態で説明するトランジスタのオフリーク電流が極めて小さい場合は
、当該トランジスタを外部メモリ１０５６やＣＰＵに適用することにより、消費電力が十
分に低減された信頼性の高いテレビジョン装置１０５０とすることができる。
図５２（Ｅ）示す携帯情報端末は、筐体１１０１と、筐体１１０１の表面に表示可能に
設けられた表示パネル１１１０を備える。
筐体１１０１は、上面、裏面、第１の側面、第１の側面に接する第２の側面、第１の側
面と対向する第３の側面、第２の側面と対向する第４の側面とを有する表面形状を有する
。
表示パネル１１１０は、筐体１１０１の上面と重なる第１の表示領域１１１１、筐体１
１０１の側面の一つと重なる第２の表示領域１１１２、筐体１１０１の側面の他の一つと
重なる第３の表示領域１１１３、第２の表示領域１１１２と対向する第４の表示領域１１
１４を有する。
筐体１１０１の４つの側面において、少なくとも表示パネル１１１０と重なる領域は、
曲面形状を有することが好ましい。例えば、上面と側面、および側面と裏面との間に角部
を有さず、これらの面が連続していることが好ましい。また、側面の形状が、筐体１１０
１の上面から裏面にかけて接線の傾きが連続するような曲面を有することが好ましい。
なお、筐体１１０１の表面には表示パネル１１１０のほか、ハードウェアボタンや外部
接続端子等を有していてもよい。また、表示パネル１１１０と重なる位置、具体的には各
表示領域と重なる領域にはタッチセンサを有していることが好ましい。
図５２（Ｅ）に示す携帯情報端末は、筐体の上面に平行な面にのみ表示するのではなく
、筐体の側面にも表示を行うことが可能となる。特に、筐体の２以上の側面に沿って表示
領域を設けると、表示の多様性がより高まるため好ましい。
なお、本実施の形態に示す構成及び方法などは、他の実施の形態に示す構成及び方法な
どと適宜組み合わせて用いることができる。
本実施例においては、酸化物半導体膜、導電膜、及び絶縁膜の積層構造の断面形状につ
いて観察を行った。また、導電膜における金属元素の組成について分析した。以下に本実
施例で作製した試料の詳細について説明を行う。
＜試料Ａ１＞
まず、基板を準備した。基板としては、ガラス基板を用いた。その後、基板上に絶縁膜
６０１を成膜した。
絶縁膜６０１としては、厚さ５０ｎｍの窒化シリコン膜と、厚さ３００ｎｍの窒化シリ
コン膜と、厚さ５０ｎｍの窒化シリコン膜と、厚さ５０ｎｍの酸化窒化シリコン膜とを、
連続的にＰＥＣＶＤ装置において形成した。
次に、絶縁膜６０１上に多層膜６０３を形成した。多層膜６０３は、厚さ３５ｎｍの第
１のＩＧＺＯ膜と、厚さ１０ｎｍの第２のＩＧＺＯ膜と、厚さ２０ｎｍのＩＧＯ膜とが積
層されている。
多層膜６０３の形成方法を以下に説明する。基板温度を３００℃とし、スパッタリング
ターゲットとしてＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：１（原子数比）の金属酸化物ターゲットを
用い、３３ｖｏｌ％の酸素（アルゴン希釈）をスパッタリングガスとしてスパッタリング
装置の処理室内に供給し、処理室内の圧力を０．４Ｐａに制御し、２００Ｗの電力を供給
して、厚さ３５ｎｍの第１のＩＧＺＯ膜を形成した。次に、基板温度を２００℃とし、ス
パッタリングターゲットとしてＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：３：６（原子数比）の金属酸化物
ターゲットを用い、３３ｖｏｌ％の酸素（アルゴン希釈）をスパッタリングガスとしてス
パッタリング装置の処理室内に供給し、処理室内の圧力を０．４Ｐａに制御し、２００Ｗ
の電力を供給して、厚さ１０ｎｍの第２のＩＧＺＯ膜を形成した。次に、基板温度を１７
０℃とし、スパッタリングターゲットとしてＩｎ：Ｇａ＝７：９３（原子数比）の金属酸
化物ターゲットを用い、７５ｖｏｌ％の酸素（アルゴン希釈）をスパッタリングガスとし
てスパッタリング装置の処理室内に供給し、処理室内の圧力を０．４Ｐａに制御し、２０
０Ｗの電力を供給して、厚さ２０ｎｍのＩＧＯ膜を形成した。次に、第１のＩＧＺＯ膜、
第２のＩＧＺＯ膜、及びＩＧＯ膜上に、フォトリソグラフィ工程を用いてマスクを形成し
た後、エッチング処理を行うことで、多層膜６０３を形成した。
こののち、マスクを除去した。
次に、４５０℃の窒素雰囲気で１時間加熱処理を行った後、４５０℃の酸素及び窒素の
混合ガス雰囲気で１時間加熱処理を行った。
次に、多層膜６０３上に導電膜６０５を形成した。導電膜６０５は、厚さ３０ｎｍの第
１のＣｕ−Ｍｎ合金膜と、厚さ２００ｎｍのＣｕ膜と、厚さ１００ｎｍの第２のＣｕ−Ｍ
ｎ合金膜とが積層されている。
導電膜６０５の形成方法を以下に説明する。基板温度を室温とし、流量１００ｓｃｃｍ
のＡｒガスを処理室に供給し、処理室の圧力を０．４Ｐａに制御し、直流（ＤＣ）電源を
用いて２０００Ｗの電力をターゲットに供給したスパッタリング法により、第１のＣｕ−
Ｍｎ合金膜を形成した。なお、用いたターゲットの組成は、Ｃｕ：Ｍｎ＝９０：１０［原
子％］とした。次に、基板温度を１００℃とし、流量７５ｓｃｃｍのＡｒガスを処理室に
供給し、処理室の圧力を１．０Ｐａに制御し、直流（ＤＣ）電源を用いて１５０００Ｗの
電力をターゲットに供給したスパッタリング法により、Ｃｕ膜を形成した。次に、第１の
Ｃｕ−Ｍｎ合金膜と同様の条件を用いて、第２のＣｕ−Ｍｎ合金膜を形成した。次に、第
２のＣｕ−Ｍｎ合金膜上にレジストマスクを形成し、該レジストマスク上からエッチング
溶液を塗布し、ウエットエッチング処理を行うことで、導電膜６０５を形成した。エッチ
ング溶液としては、有機酸水溶液と過酸化水素水を含むエッチング溶液を用いた。
こののち、マスクを除去した。
次に、導電膜６０５上に、絶縁膜６０７を形成した。絶縁膜６０７としては、厚さ５０
ｎｍの酸化窒化シリコン膜と、厚さ４００ｎｍの酸化窒化シリコン膜とを、真空中で連続
的にＰＥＣＶＤ装置において形成した。
次に、３５０℃の酸素及び窒素の混合ガス雰囲気で１時間加熱処理を行った。
以上の工程により、試料Ａ１を作製した。
次に、試料Ａ１の断面を走査透過型電子顕微鏡（ＳＴＥＭ：Ｓｃａｎｎｉｎｇ ｔｒａ
ｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）で観察した。試料Ａ１
の断面観察像を図５３（Ａ）に示す。なお、図５３（Ａ）は、位相コントラスト像（ＴＥ
像）である。
図５３（Ａ）に示す断面観察像の結果より、本実施例で作製した試料Ａ１の導電膜６０
５は、多層膜６０３上で良好な断面形状が得られることが確認された。
次に、図５３（Ａ）の（１）、（２）、及び（３）において、エネルギー分散型Ｘ線マ
イクロ分析（ＥＤＸ：Ｅｎｅｒｇｙ Ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ Ｘ ｒａｙ Ｓｐｅｃｔｒ
ｏｓｃｏｐｙ）を行った。ＥＤＸ分析により得られたＣｕ及びＭｎの組成を図５３（Ｂ）
に示す。図５３（Ｂ）より、Ｃｕ膜の内部（図５３（Ａ）の（１））においては、Ｍｎが
検出されないのに対して、Ｃｕ膜の側壁（図５３（Ａ）の（２））においては、２ａｔｏ
ｍｓ％から４ａｔｏｍｓ％のＭｎが検出された。

Claims (5)

  1. 第１の絶縁膜上の酸化物半導体膜と、
    前記酸化物半導体膜上の第２の導電膜および第３の導電膜と、
    前記酸化物半導体膜上、前記第２の導電膜上および前記第３の導電膜上の第２の絶縁膜と、を有し、
    前記第２の導電膜および前記第３の導電膜の各々は、Ｃｕ−Ｘ合金膜（Ｘは、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｍｏ、Ｔａ、またはＴｉ）と、前記Ｃｕ−Ｘ合金膜の上面に接する領域を有するＣｕ膜とを有し、
    前記第２の導電膜の上面、下面および側面の各々と、前記第３の導電膜の上面、下面および側面の各々とは、前記Ｘを含む化合物を有する膜で覆われている半導体装置。
  2. 第１の導電膜上の第１の絶縁膜と、
    前記第１の絶縁膜上の酸化物半導体膜と、
    前記酸化物半導体膜上の第２の導電膜および第３の導電膜と、
    前記酸化物半導体膜上、前記第２の導電膜上および前記第３の導電膜上の第２の絶縁膜と、
    前記第２の絶縁膜上の第３の絶縁膜と、
    前記第３の絶縁膜上の島状の有機絶縁膜と、
    前記第２の導電膜と電気的に接続された第４の導電膜と、
    前記第３の絶縁膜を介して、前記第４の導電膜と重なる領域を有する第５の導電膜と、を有し、
    前記島状の有機絶縁膜は、前記第２の導電膜と前記第３の導電膜の間の領域において、前記第２の絶縁膜および前記第３の絶縁膜を介して前記酸化物半導体膜と重なる領域を有し、
    前記第２の導電膜および前記第３の導電膜の各々は、Ｃｕ−Ｘ合金膜（Ｘは、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｍｏ、Ｔａ、またはＴｉ）と、前記Ｃｕ−Ｘ合金膜の上面に接する領域を有するＣｕ膜とを含み、
    前記第２の導電膜の上面、下面および側面の各々と、前記第３の導電膜の上面、下面および側面の各々とは、前記Ｘを含む化合物を有する膜で覆われている半導体装置。
  3. 請求項２において、
    前記第３の絶縁膜は、窒化物絶縁膜である半導体装置。
  4. 請求項２または３において、
    前記第５の導電膜は、前記第２の導電膜と重なる領域を有する半導体装置。
  5. 請求項１乃至４のいずれか一において、
    前記第２の絶縁膜は、酸化物絶縁膜であり、
    前記Ｘを含む化合物は、前記Ｘを含む酸化物である半導体装置。
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