JP7242633B2 - 半導体装置、および半導体装置の作製方法 - Google Patents

半導体装置、および半導体装置の作製方法 Download PDF

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Description

本発明の一態様は、半導体装置に関する。本発明の一態様は、表示装置に関する。本発明の一態様は、半導体装置、または表示装置の作製方法に関する。
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、電子機器、照明装置、入力装置、入出力装置、それらの駆動方法、又はそれらの製造方法、を一例として挙げることができる。半導体装置は、半導体特性を利用することで機能しうる装置全般を指す。
トランジスタに適用可能な半導体材料として、金属酸化物を用いた酸化物半導体が注目されている。例えば、特許文献１では、複数の酸化物半導体層を積層し、当該複数の酸化物半導体層の中で、チャネルとなる酸化物半導体層がインジウム及びガリウムを含み、且つインジウムの割合をガリウムの割合よりも大きくすることで、電界効果移動度（単に移動度、またはμＦＥという場合がある）を高めた半導体装置が開示されている。
半導体層に用いることのできる金属酸化物は、スパッタリング法などを用いて形成できるため、大型の表示装置を構成するトランジスタの半導体層に用いることができる。また、多結晶シリコンや非晶質シリコンを用いたトランジスタの生産設備の一部を改良して利用することが可能なため、設備投資を抑えられる。また、金属酸化物を用いたトランジスタは、非晶質シリコンを用いた場合に比べて高い電界効果移動度を有するため、駆動回路を設けた高性能の表示装置を実現できる。
また、特許文献２には、ソース領域およびドレイン領域に、アルミニウム、ホウ素、ガリウム、インジウム、チタン、シリコン、ゲルマニウム、スズ、および鉛からなる群のうちの少なくとも一種をドーパントとして含む低抵抗領域を有する酸化物半導体膜が適用された薄膜トランジスタが開示されている。
特開２０１４－７３９９号公報 特開２０１１－２２８６２２号公報
本発明の一態様は、電気特性の良好な半導体装置を提供することを課題の一とする。または、電気特性の安定した半導体装置を提供することを課題の一とする。または、信頼性の高い半導体装置を提供することを課題の一とする。または、信頼性の高い表示装置を提供することを課題の一とする。
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、これら以外の課題は、明細書、図面、請求項などの記載から抽出することが可能である。
本発明の一態様は、半導体層と、第１の絶縁層と、第１の導電層と、を有する半導体装置である。第１の絶縁層は、半導体層上に設けられる。第１の導電層は、第１の絶縁層上に設けられる。半導体層は、第１の導電層及び第１の絶縁層と重なる第１の領域と、第１の導電層とは重ならず、第１の絶縁層と重なる第２の領域と、第１の導電層及び第１の絶縁層の両方と重ならない第３の領域と、を有する。半導体層は、金属酸化物を含む。第２の領域及び第３の領域は、第１の元素を含む。第１の元素は、ホウ素、リン、アルミニウム、及びマグネシウムから選ばれる一以上の元素である。また第１の元素は、酸素と結合した状態で存在する。
また、本発明の他の一態様は、半導体層と、第１の絶縁層と、第２の絶縁層と、第１の導電層と、を有する半導体装置である。第１の絶縁層は、半導体層上に設けられる。第１の導電層は、第１の絶縁層上に設けられる。第２の絶縁層は、半導体層、第１の絶縁層、及び第１の導電層上に設けられる。半導体層は、第１の導電層及び第１の絶縁層と重なる第１の領域と、第１の導電層とは重ならず、第１の絶縁層と重なる第２の領域と、第２の絶縁層と接する第３の領域と、を有する。半導体層は、金属酸化物を含む。第２の絶縁層は、第１の絶縁層よりも水素を多く含む。第２の領域及び第３の領域は、第１の元素を含む。また、第１の元素は、ホウ素、リン、アルミニウム、及びマグネシウムから選ばれる一以上の元素である。また、第１の元素は、酸素と結合した状態で存在する。
本発明の一態様は、半導体層と、第１の絶縁層と、第２の絶縁層と、第１の導電層と、を有する、半導体装置である。第１の絶縁層は、半導体層上に設けられる。第１の導電層は、第１の絶縁層上に設けられる。第２の絶縁層は、半導体層、第１の絶縁層、及び第１の導電層上に設けられる。半導体層は、第１の導電層及び第１の絶縁層と重なる第１の領域と、第１の導電層とは重ならず、第１の絶縁層と重なる第２の領域と、第２の絶縁層と接する第３の領域と、を有する。また半導体層は、金属酸化物を含む。第２の絶縁層は、アルミニウム、チタン、タンタル、タングステン、クロム、またはルテニウムから選ばれる一以上の元素と、窒素とを含む。第２の領域及び第３の領域は、第１の元素を含み、当該第１の元素は、ホウ素、リン、アルミニウム、及びマグネシウムから選ばれる一以上の元素である。また、第１の元素は、酸素と結合した状態で存在する。
また、上記において、第１の絶縁層は、第１の導電層及び第１の領域と重なる第４の領域と、第２の領域と重なる第５の領域と、を有することが好ましい。このとき、第５の領域は、第１の元素を含むことが好ましい。このとき、第５の領域において、第１の元素は、酸素と結合した状態で存在することが好ましい。
また、上記において、第１の絶縁層は、酸化物を含み、第２の絶縁層は、窒化物を含むことが好ましい。
また、上記において、第１の絶縁層は、第１の導電層の側面よりも突出した部分を有し、平面視において、第１の導電層の端部は、第１の絶縁層の端部よりも内側に位置することが好ましい。
また、上記において、第２の絶縁層は、第１の導電層の上面及び側面、第１の絶縁層の上面及び側面、並びに第３の領域の上面及び側面に接することが好ましい。
また、上記において、第２の導電層と、第３の絶縁層と、をさらに有することが好ましい。このとき、第３の絶縁層は、第２の導電層を覆って設けられ、半導体層は、第３の絶縁層上に設けられ、第２の導電層は、第３の絶縁層を介して半導体層、第１の絶縁層、及び第１の導電層と重畳する部分を有することが好ましい。
また、本発明の他の一態様は、半導体装置の作製方法であって、金属酸化物を含む半導体層を形成する第１の工程と、半導体層上に、酸化物を含む第１の絶縁膜と、第１の導電膜とを形成する第２の工程と、第１の導電膜及び第１の絶縁膜をエッチングして、第１の導電層と、当該第１の導電層の側面よりも突出した部分を有する第１の絶縁層とを形成すると共に、半導体層の、第１の絶縁層に覆われない部分を形成する第３の工程と、第１の導電層をマスクとして、第１の絶縁層及び半導体層中に第１の元素を供給する第４の工程と、半導体層の、第１の絶縁層に覆われない部分に、水素を供給する第５の工程と、を有する。また、上記第１の元素は、ホウ素、リン、アルミニウム、またはマグネシウムであることが好ましい。
また、上記第４の工程において、第１の元素は、プラズマイオンドーピング法またはイオン注入法を用いて供給されることが好ましい。
また、上記第５の工程において、半導体層の、前記第１の絶縁層に覆われない部分に接して、水素を含む第２の絶縁層をプラズマＣＶＤ法により成膜した後に、加熱処理を行なうことにより、半導体層に水素を供給することが好ましい。
また、本発明の他の一態様は、半導体装置の作製方法であって、金属酸化物を含む半導体層を形成する第１の工程と、半導体層上に、酸化物を含む第１の絶縁膜と、第１の導電膜とを形成する第２の工程と、第１の導電膜及び第１の絶縁膜をエッチングして、第１の導電層と、当該第１の導電層の側面よりも突出した部分を有する第１の絶縁層とを形成すると共に、半導体層の、第１の絶縁層に覆われない部分を形成する第３の工程と、第１の導電層をマスクとして、第１の絶縁層及び半導体層中に第１の元素を供給する第４の工程と、半導体層の、第１の絶縁層に覆われない部分に接して、第１の層を形成した後に、加熱処理を行なう第５の工程と、を有する。また、上記第１の元素は、ホウ素、リン、アルミニウム、またはマグネシウムである。また、上記第１の層は、アルミニウム、チタン、タンタル、タングステン、クロム、またはルテニウムから選ばれる一以上の元素と、窒素とを含むことが好ましい。
また、上記第４の工程において、第１の元素は、プラズマイオンドーピング法またはイオン注入法を用いて供給されることが好ましい。
また、上記において、加熱処理は、窒素を含む雰囲気下において、２００℃以上４５０℃以下の温度で行うことが好ましい。
本発明の一態様によれば、電気特性の良好な半導体装置を提供できる。または、電気特性の安定した半導体装置を提供できる。または、信頼性の高い半導体装置を提供できる。または、信頼性の高い表示装置を提供できる。
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抽出することが可能である。
半導体装置の構成例。 半導体装置の構成例。 半導体装置の作製方法を説明する図。 半導体装置の作製方法を説明する図。 半導体装置の作製方法を説明する図。 半導体装置の作製方法を説明する図。 半導体装置の作製方法を説明する図。 半導体装置の作製方法を説明する図。 表示装置の上面図。 表示装置の断面図。 表示装置の断面図。 表示装置の断面図。 表示装置の断面図。 表示装置のブロック図及び回路図。 表示装置の回路図及びタイミングチャート。 表示モジュールの構成例。 電子機器の構成例。 電子機器の構成例。 電子機器の構成例。 電子機器の構成例。 金属酸化物膜のシート抵抗。 金属酸化物膜のシート抵抗。
以下、実施の形態について図面を参照しながら説明する。ただし、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、本明細書で説明する各図において、各構成要素の大きさ、層の厚さ、または領域は、明瞭化のために誇張されている場合がある。
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。
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、構成要素同士の位置関係を、図面を参照して説明するために、便宜上用いている。また、構成要素同士の位置関係は、各構成要素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、トランジスタが有するソースとドレインの機能は、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、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。
なお、本明細書等において、トランジスタのチャネル長方向とは、ソース領域とドレイン領域間を最短距離で結ぶ直線に平行な方向のうちの１つをいう。すなわち、チャネル長方向は、トランジスタがオン状態のときに半導体層を流れる電流の方向のうちの１つに相当する。また、チャネル幅方向とは、当該チャネル長方向に直交する方向をいう。なお、トランジスタの構造や形状によっては、チャネル長方向及びチャネル幅方向は１つに定まらない場合がある。
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。
また、本明細書等において、「膜」という用語と、「層」という用語とは、互いに入れ替えることが可能である。例えば、「導電層」や「絶縁層」という用語は、「導電膜」や「絶縁膜」という用語に相互に交換することが可能な場合がある。
また、本明細書等において、特に断りがない場合、オフ電流とは、トランジスタがオフ状態（非導通状態、遮断状態、ともいう）にあるときのドレイン電流をいう。オフ状態とは、特に断りがない場合、ｎチャネル型トランジスタでは、ゲートとソースの間の電圧Ｖｇｓがしきい値電圧Ｖｔｈよりも低い（ｐチャネル型トランジスタでは、Ｖｔｈよりも高い）状態をいう。
本明細書等において、表示装置の一態様である表示パネルは表示面に画像等を表示（出力）する機能を有するものである。したがって表示パネルは出力装置の一態様である。
また、本明細書等では、表示パネルの基板に、例えばＦＰＣ（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）もしくはＴＣＰ（Ｔａｐｅ Ｃａｒｒｉｅｒ Ｐａｃｋａｇｅ）などのコネクターが取り付けられたもの、または基板にＣＯＧ（Ｃｈｉｐ Ｏｎ Ｇｌａｓｓ）方式等によりＩＣが実装されたものを、表示パネルモジュール、表示モジュール、または単に表示パネルなどと呼ぶ場合がある。
なお、本明細書等において、表示装置の一態様であるタッチパネルは表示面に画像等を表示する機能と、表示面に指やスタイラスなどの被検知体が触れる、押圧する、または近づくことなどを検出するタッチセンサとしての機能と、を有する。したがってタッチパネルは入出力装置の一態様である。
タッチパネルは、例えばタッチセンサ付き表示パネル（または表示装置）、タッチセンサ機能つき表示パネル（または表示装置）とも呼ぶことができる。タッチパネルは、表示パネルとタッチセンサパネルとを有する構成とすることもできる。または、表示パネルの内部または表面にタッチセンサとしての機能を有する構成とすることもできる。
また、本明細書等では、タッチパネルの基板に、コネクターやＩＣが実装されたものを、タッチパネルモジュール、表示モジュール、または単にタッチパネルなどと呼ぶ場合がある。
（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、表示装置、およびその作製方法について説明する。
本発明の一態様は、被形成面上に、チャネルが形成される半導体層と、半導体層上にゲート絶縁層（第１の絶縁層ともいう）と、ゲート絶縁層上にゲート電極として機能する導電層（第１の導電層ともいう）と、を有するトランジスタである。半導体層は、半導体特性を示す金属酸化物（以下、酸化物半導体ともいう）を含んで構成されることが好ましい。
ゲート絶縁層は、半導体層の上面の一部を覆って設けられることが好ましい。また、ゲート電極は、その端部がゲート絶縁層の端部よりも内側に位置するように設けられていることが好ましい。言い換えると、ゲート絶縁層は、少なくとも半導体層上において、ゲート電極の端部よりも外側に突出した部分を有することが好ましい。
半導体層は、ゲート電極及びゲート絶縁層と重なる第１の領域と、ゲート絶縁層と重なり、且つゲート電極と重ならない第２の領域と、ゲート電極及びゲート絶縁層の両方と重ならない第３の領域を有する。第１の領域は、チャネル形成領域として機能する領域である。第３の領域は、第１の領域よりも低抵抗な領域であり、ソース領域またはドレイン領域として機能する領域である。また第２の領域は、第１の領域よりも低抵抗であり、第３の領域よりも高抵抗な領域であることが好ましい。
第２の領域は、第３の領域に含まれるキャリア供給源が、チャネル形成領域である第１の領域に拡散することを防ぐためのバッファ領域として機能することができる。第２の領域を設けることで、チャネル形成領域である第１の領域のキャリア濃度を極めて低いものとすることができる。また、第２の領域は、ＬＤＤ（Ｌｉｇｈｔｌｙ Ｄｏｐｅｄ Ｄｒａｉｎ）領域として機能してもよい。
ここで、第２の領域及び第３の領域には、金属酸化物中の酸素と結合し、金属酸化物中に酸素欠損を生じうる元素（第１の元素ともいう）が含まれることが好ましい。このような元素としては、例えばホウ素、リン、アルミニウム、マグネシウム、シリコン等を好適に用いることができる。当該元素は、半導体層中において、酸素と結合した状態で存在することがより好ましい。
第２の領域及び第３の領域中の当該元素は、金属酸化物中の酸素と結合するため、金属酸化物中に酸素欠損が生じる。この酸素欠損と、膜中に含まれる水素とが結合することで、キャリア供給源となるため、第２の領域及び第３の領域は、第１の領域よりも低抵抗な状態となる。さらに、第３の領域は、第２の領域よりも、当該元素の濃度が高いことが好ましい。これにより、第３の領域を、第２の領域よりも低抵抗な状態とすることができる。
また、ゲート絶縁層のうち、第２の領域と接する部分、すなわち、ゲート電極と重畳しない部分にも、上記第１の元素が含まれることが好ましい。また、ゲート絶縁層のうち、チャネル形成領域と接する部分、すなわち、ゲート電極と重畳する部分には、第１の元素が添加されていないことが好ましい。
半導体層の上面に接して酸化物を含むゲート絶縁層が設けられた状態で、加熱処理を行うことで、ゲート絶縁層から放出される酸素を半導体層に供給することができる。これにより、半導体層中の酸素欠損を補填することができ、信頼性の高いトランジスタを実現することができる。
一方、第２の領域に酸素が供給されると、キャリア密度が低減し、電気抵抗が上昇してしまう場合がある。しかしながら本発明の一態様では、ゲート絶縁層の第２の領域に接する部分には上述した第１の元素が添加されている。加熱により酸素を放出しうる酸化物膜に、上述した第１の元素を添加することにより、放出される酸素の量を低減することができる。その結果、ゲート絶縁層から第２の領域に酸素が供給されることが抑制され、第２の領域は電気抵抗が低い状態を維持することができる。
このような構成とすることで、酸素欠損が十分に低減され、キャリア密度の極めて低いチャネル形成領域と、電気抵抗の極めて低いソース領域及びドレイン領域と、その間に、ＬＤＤ領域と、を備え、電気特性に優れ、且つ信頼性の高い半導体装置を実現することができる。
このようなトランジスタは、例えばゲート電極をマスクに用いて、ゲート絶縁層及び半導体層に対して、上述した第１の元素を供給する処理を行った後、加熱処理を行うことで作製することができる。
このとき、第１の元素の供給は、プラズマイオンドーピング法またはイオン注入法により行うことがより好ましい。これらの方法は、イオンを添加する深さを調整しやすいため、ゲート絶縁層と半導体層とを含む領域を狙って、イオンを添加することが容易となる。
また、第１の元素を添加する際、半導体層のゲート絶縁層側の領域、または、半導体層とゲート絶縁層との界面近傍の第１の元素の濃度が最も高くなるように、イオンの供給条件を設定することが好ましい。これにより、一度の工程で半導体層とゲート絶縁層の両方に適切な濃度の第１の元素を添加することができる。また、ゲート絶縁層の第２の領域に近い部分に第１の元素の濃度の高い領域を形成することで、この部分の酸素の拡散性が効果的に低下し、ゲート絶縁層中の酸素が第２の領域側に拡散することをより効果的に抑制することができる。さらに、第３の領域上にはゲート絶縁層が設けられていないため、第３の領域に高い濃度で第１の元素が添加され、より抵抗化することで、低抵抗領域とソース電極またはドレイン電極との接触抵抗をより低くすることが可能となる。
また、上述のように、第１の元素として酸素と結合しやすい元素を用いた場合、第１の元素は半導体層中の酸素と結合した状態で存在する。すなわち、第１の元素が半導体層中の酸素を奪うことで、半導体層中に酸素欠損が生じ、当該酸素欠損と膜中の水素と結合することでキャリアが生成される。さらに半導体層中の第１の元素は酸化した状態で安定に存在するため、作製工程中にかかる熱などで脱離することなく、安定して低抵抗領域を実現できる。例えば４００℃以上、６００℃以上、または８００℃以上の温度が作製工程中にかかったとしても、安定な低抵抗領域を維持することができる。
また、ゲート絶縁層として酸化物を含む絶縁膜を用いることが好ましい。さらに、ゲート絶縁層中には、加熱により脱離する酸素（過剰酸素ともいう）が含まれることが好ましい。このとき、ゲート絶縁層中の第１の元素は、ゲート絶縁層中の過剰酸素と結合した状態で存在する。過剰酸素と第１の元素とが結合して安定化することで、第１の元素が添加された領域では、加熱を行ってもほとんど酸素が脱離しない状態、または酸素が拡散しにくい状態となる。これにより、ゲート絶縁層から第２の領域に酸素が供給されることによる高抵抗化を防ぎつつ、チャネル形成領域（第１の領域）には酸素が供給されることにより、酸素欠損を低減できる。その結果、電気特性が良好で、信頼性の高いトランジスタを実現できる。
第１の元素は、半導体層中、及びゲート絶縁層中の酸素と結合して安定化する元素を用いることが好ましい。例えば酸化物が標準状態において固体で存在しうる元素を用いることが好ましい。特に好ましい元素としては、希ガス、水素以外の典型非金属元素、典型金属元素、及び遷移金属元素から選択することができる。特に、ホウ素、リン、アルミニウム、マグネシウム、シリコン等を用いることが好ましい。
ところで、シリコンの薄膜またはバルクに対してドーパントを供給してシリコンをｎ型化、またはｐ型化させる技術が知られている。この技術はドナーまたはアクセプタとなるドーパントを、シリコン原子のサイトに置換することで、キャリア密度を制御する方法である。例えば、シリコン中のリンやヒ素はドナーとして機能するためｎ型の導電性を付与することができ、シリコン中のホウ素やアルミニウムはアクセプタとして機能するためｐ型の導電性を付与することができる。このように、シリコンではドーパントの種類に応じて、導電性の極性をも制御することができる。
一方、本発明の一態様では、第１の元素は金属酸化物中の酸素を引き抜くことで膜中に酸素欠損を生じさせるように作用し、その酸素欠損と膜中の水素とが結合して、キャリアが生成する。したがって、第１の元素自体が金属酸化物中でドナーやアクセプタとして振る舞うことは要求されない。例えば、ホウ素やアルミニウムなどの、シリコンではアクセプタとして機能する元素であっても、リンなどと同様に、金属酸化物にｎ型の導電性を付与させることができる。このような点で、第１の元素に求められる機能は、シリコンにおけるドーパントに求められる機能とは全く異なるものである。
また、第３の領域は、第１の領域及び第２の領域よりも水素を多く含むことが好ましい。これにより、第３の領域を、第２の領域よりもさらに低抵抗な状態とすることができる。また、第３の領域に多く水素が含まれていても、第２の領域が設けられることで、第１の領域に水素が拡散してしまうことを効果的に抑制することができる。これにより、チャネル形成領域はキャリア密度が極めて低く、ソース領域及びドレイン領域は極めて低抵抗な状態となるため、電気特性に優れたトランジスタを実現できる。
第３の領域に水素を供給する方法としては、例えば、水素を含む膜（第２の絶縁層ともいう）を第３の領域上に接して設け、その状態で加熱処理を行なうことが好ましい。このとき、第２の領域の上面に接して第１の絶縁層が設けられ、第２の領域と第２の絶縁層とが接しない構成となるため、第２の領域の水素濃度を、第３の領域よりも低くすることができる。
または、ゲート電極をマスクとして、イオンドーピング法やイオン注入法、水素を含む雰囲気下における加熱処理などの方法により、半導体層に水素を供給してもよい。その場合であっても、第２の領域上には第１の絶縁層が設けられるため、第２の領域中に供給される水素の濃度を、第３の領域よりも低くすることができる。
すなわち、第２の領域は、第３の領域よりも第１の元素の濃度が低い領域であり、且つ、酸素欠損の量が少ない領域であり、且つ、水素の濃度が低い領域であるため、第２の領域は、第３の領域よりもキャリア濃度が低く、高抵抗な領域であるといえる。
または、第３の領域は、当該第３の領域を覆って、第１の層を形成した状態で加熱処理を施すことで、低抵抗化された領域であることが好ましい。
第１の層としては、アルミニウム、チタン、タンタル、タングステン、クロム、及びルテニウムなどの金属元素の少なくとも一を含む膜を用いることができる。特に、アルミニウム、チタン、タンタル、及びタングステンの少なくとも一を含むことが好ましい。または、これら金属元素の少なくとも一を含む窒化物、またはこれら金属元素の少なくとも一を含む酸化物を好適に用いることができる。
例えば、窒化アルミニウム膜、窒化アルミニウムチタン膜、窒化チタン膜などの窒化物膜や、酸化アルミニウムチタン膜などの酸化物膜などを好適に用いることができる。または、タングステン膜、チタン膜などの金属膜を用いてもよい。
例えば窒化アルミニウムチタン膜を用いる場合、組成式がＡｌＴｉＮｘ（ｘは０より大きく３以下の実数）、または組成式がＡｌＴｉｘＮｙ（ｘは０より大きく２以下の実数、ｙは０より大きく４以下の実数）を満たす膜を用いることがより好ましい。
また、加熱処理の温度は高いほど第３の領域の低抵抗化が促進されるため好ましい。加熱処理の温度は、ゲート電極の耐熱性などを考慮して決定すればよい。例えば、１５０℃以上５００℃以下、好ましくは２００℃以上４５０℃以下、より好ましくは２５０℃以上４５０℃以下、さらに好ましくは３００℃以上４００℃以下の温度とすることができる。例えば加熱処理の温度を３５０℃程度とすることで、大型のガラス基板を用いた生産設備で歩留り良く半導体装置を生産することができる。
第３の領域に第１の層を接して設けた状態で、加熱処理を行うことで、第３の領域中の酸素が第１の層に吸引され、第３の領域中に酸素欠損を多く形成することができる。これにより、極めて低抵抗な第３の領域を形成することができる。一方、第２の領域上には第１の絶縁層が設けられ、第１の層と第２の領域は直接接しないため、第１の層に酸素が直接吸引されることはない。その結果、第２の領域よりも極めて低抵抗な第３の領域を形成することができる。
このように形成された第３の領域は、後の処理で高抵抗化しにくいといった特徴を有する。例えば、酸素を含む雰囲気下での加熱処理や、酸素を含む雰囲気下での成膜処理などを行っても、第３の領域の導電性が損なわれる恐れがないため、電気特性が良好で、且つ信頼性の高いトランジスタを実現できる。
また、加熱処理を経た後の第１の層が導電性を有する場合には、加熱処理後に第１の層を除去することが好ましい。一方、第１の層が絶縁性を有する場合には、これを残存させることで第１の層を保護絶縁膜（第２の絶縁層）として機能させることができる。
特に、上述した窒化アルミニウム膜、または窒化アルミニウムチタン膜は絶縁性に優れた膜であるため、残存させることが好ましい。
以下では、より具体的な例について、図面を参照して説明する。
［構成例１］
図１（Ａ）は、トランジスタ１００の上面図であり、図１（Ｂ）は、図１（Ａ）に示す一点鎖線Ａ１－Ａ２における切断面の断面図に相当し、図１（Ｃ）は、図１（Ａ）に示す一点鎖線Ｂ１－Ｂ２における切断面の断面図に相当する。なお、図１（Ａ）において、トランジスタ１００の構成要素の一部（保護絶縁層等）を省略して図示している。また、一点鎖線Ａ１－Ａ２方向はチャネル長方向、一点鎖線Ｂ１－Ｂ２方向はチャネル幅方向に相当する。また、トランジスタの上面図については、以降の図面においても図１（Ａ）と同様に、構成要素の一部を省略して図示するものとする。
トランジスタ１００は、基板１０２上に設けられ、絶縁層１０３、半導体層１０８、絶縁層１１０、金属酸化物層１１４、導電層１１２、絶縁層１１６、絶縁層１１８等を有する。島状の半導体層１０８は、絶縁層１０３上に設けられる。絶縁層１１０は、絶縁層１０３の上面の一部、及び半導体層１０８の上面の一部を覆って設けられる。金属酸化物層１１４と導電層１１２は、絶縁層１１０上にこの順に積層して設けられ、半導体層１０８と重畳する部分を有する。また金属酸化物層１１４と導電層１１２は、平面視において、絶縁層１１０の端部よりも内側に位置するように設けられている。絶縁層１１６は、導電層１１２の上面及び側面、金属酸化物層１１４の側面、絶縁層１１０の上面及び側面、半導体層１０８の上面及び側面、並びに絶縁層１０３の上面を覆って設けられている。絶縁層１１８は、絶縁層１１６を覆って設けられている。
導電層１１２の一部は、ゲート電極として機能する。絶縁層１１０の一部は、ゲート絶縁層として機能する。トランジスタ１００は、半導体層１０８上にゲート電極が設けられる、いわゆるトップゲート型のトランジスタである。
また、図１（Ａ）、（Ｂ）に示すように、トランジスタ１００は、絶縁層１１８上に導電層１２０ａ及び導電層１２０ｂを有していてもよい。導電層１２０ａ及び導電層１２０ｂはソース電極またはドレイン電極として機能する。導電層１２０ａ及び導電層１２０ｂは、それぞれ絶縁層１１８及び絶縁層１１６に設けられた開口部１４１ａまたは開口部１４１ｂを介して、後述する領域１０８Ｎに電気的に接続される。
半導体層１０８は、金属酸化物を含むことが好ましい。
例えば半導体層１０８は、インジウムと、Ｍ（Ｍは、ガリウム、アルミニウム、シリコン、ホウ素、イットリウム、スズ、銅、バナジウム、ベリリウム、チタン、鉄、ニッケル、ゲルマニウム、ジルコニウム、モリブデン、ランタン、セリウム、ネオジム、ハフニウム、タンタル、タングステン、またはマグネシウムから選ばれた一種または複数種）と、亜鉛と、を有すると好ましい。特にＭはアルミニウム、ガリウム、イットリウム、またはスズから選ばれた一種または複数種とすることが好ましい。
特に、半導体層１０８として、インジウム、ガリウム、及び亜鉛を含む酸化物を用いることが好ましい。
半導体層１０８は、組成の異なる層、または結晶性の異なる層、または不純物濃度の異なる層を積層した積層構造としてもよい。
導電層１１２、及び金属酸化物層１１４は、上面形状が互いに概略一致するように加工されている。
なお、本明細書等において「上面形状が概略一致」とは、積層した層と層との間で少なくとも輪郭の一部が重なることをいう。例えば、上層と下層とが、同一のマスクパターン、または一部が同一のマスクパターンにより加工された場合を含む。ただし、厳密には輪郭が重なり合わず、上層の輪郭が下層の輪郭の内側に位置することや、上層の輪郭が下層の輪郭の外側に位置することもあり、この場合も「上面形状が概略一致」という。
絶縁層１１０と導電層１１２との間に位置する金属酸化物層１１４は、絶縁層１１０に含まれる酸素が導電層１１２側に拡散することを防ぐバリア膜として機能する。さらに金属酸化物層１１４は、導電層１１２に含まれる水素や水が絶縁層１１０側に拡散することを防ぐバリア膜としても機能する。金属酸化物層１１４は、例えば少なくとも絶縁層１１０よりも酸素及び水素を透過しにくい材料を用いることができる。
金属酸化物層１１４により、導電層１１２にアルミニウムや銅などの酸素を吸引しやすい金属材料を用いた場合であっても、絶縁層１１０から導電層１１２へ酸素が拡散することを防ぐことができる。また、導電層１１２が水素を含む場合であっても、導電層１１２から絶縁層１１０を介して半導体層１０８へ水素が拡散することを防ぐことができる。その結果、半導体層１０８のチャネル形成領域におけるキャリア密度を極めて低いものとすることができる。
金属酸化物層１１４としては、絶縁性材料または導電性材料を用いることができる。金属酸化物層１１４が絶縁性を有する場合には、ゲート絶縁層の一部として機能する。一方、金属酸化物層１１４が導電性を有する場合には、ゲート電極の一部として機能する。
金属酸化物層１１４として、酸化シリコンよりも誘電率の高い絶縁性材料を用いることが好ましい。特に、酸化アルミニウム膜、酸化ハフニウム膜、またはハフニウムアルミネート膜等を用いると、駆動電圧を低減できるため好ましい。
金属酸化物層１１４として、例えば酸化インジウム、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）、またはシリコンを含有したインジウムスズ酸化物（ＩＴＳＯ）などの、導電性酸化物を用いることもできる。特にインジウムを含む導電性酸化物は、導電性が高いため好ましい。
金属酸化物層１１４として、半導体層１０８と同一の元素を一以上含む酸化物材料を用いることが好ましい。特に、上記半導体層１０８に適用可能な酸化物半導体材料を用いることが好ましい。このとき、金属酸化物層１１４として、半導体層１０８と同じスパッタリングターゲットを用いて形成した金属酸化物膜を適用することで、装置を共通化できるため好ましい。
または、半導体層１０８と金属酸化物層１１４の両方に、インジウム及びガリウムを含む金属酸化物材料を用いる場合、半導体層１０８よりもガリウムの組成（含有割合）が高い材料を用いると、酸素に対するブロッキング性をより高めることができるため好ましい。このとき、半導体層１０８には、金属酸化物層１１４よりもインジウムの組成が高い材料を用いることで、トランジスタ１００の電界効果移動度を高めることができる。
また、金属酸化物層１１４は、スパッタリング装置を用いて形成すると好ましい。例えば、スパッタリング装置を用いて酸化物膜を形成する場合、酸素ガスを含む雰囲気で形成することで、絶縁層１１０や半導体層１０８中に好適に酸素を添加することができる。
半導体層１０８は、絶縁層１１０を介して導電層１１２と重なる、チャネル形成領域を有する。また、半導体層１０８は、当該チャネル形成領域を挟む一対の領域１０８Ｌと、その外側に一対の領域１０８Ｎとを有する。領域１０８Ｌは、半導体層１０８のうち、絶縁層１１０と重なり、且つ導電層１１２とは重ならない領域である。また、領域１０８Ｎは、半導体層１０８のうち、導電層１１２及び絶縁層１１０のいずれにも重ならない領域であって、絶縁層１１６と接する領域である。
領域１０８Ｌ及び領域１０８Ｎは、チャネル形成領域よりも低抵抗な領域、キャリア濃度が高い領域、酸素欠陥密度の高い領域、不純物濃度の高い領域、またはｎ型である領域ともいうことができる。また、領域１０８Ｎは、領域１０８Ｌよりも低抵抗な領域、キャリア濃度が高い領域、酸素欠陥密度の高い領域、不純物濃度の高い領域、またはｎ型である領域ともいうことができる。
領域１０８Ｌ及び領域１０８Ｎは、不純物元素（第１の元素）を含む領域である。当該不純物元素としては、例えば水素、ホウ素、炭素、窒素、フッ素、リン、硫黄、ヒ素、アルミニウム、マグネシウムまたは希ガスなどが挙げられる。なお、希ガスの代表例としては、ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、及びキセノン等がある。特に、ホウ素、リン、マグネシウム、またはアルミニウムを含むことが好ましい。またこれら元素を２以上含んでいてもよい。
領域１０８Ｎは、領域１０８Ｌよりも上記不純物の濃度が高い領域を有していてもよい。また、領域１０８Ｎは、領域１０８Ｌよりも深い位置に、不純物濃度のピークを有していてもよい。
半導体層１０８のチャネル形成領域に接する絶縁層１０３と絶縁層１１０には、酸化物膜を用いることが好ましい。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などの酸化物膜を用いることができる。これにより、トランジスタ１００の作製工程における熱処理などで、絶縁層１０３や絶縁層１１０から脱離した酸素を半導体層１０８のチャネル形成領域に供給し、半導体層１０８中の酸素欠損を低減することができる。
絶縁層１１０の端部の一部は、半導体層１０８上に位置している。絶縁層１１０は、導電層１１２と重畳し、ゲート絶縁層として機能する領域と、導電層１１２と重ならない部分（すなわち、領域１０８Ｌと重なる部分）とを有する。
絶縁層１１０は、導電層１１２と重ならない領域に、上述した不純物元素を含む領域１１０ｄを有する。領域１１０ｄは、少なくとも領域１０８Ｌとの界面近傍に位置している。また、図１（Ｂ）、（Ｃ）に示すように、領域１１０ｄは、半導体層１０８のチャネル形成領域と接する部分には設けられていないことが好ましい。
また、絶縁層１０３は、導電層１１２と重畳しない領域において、絶縁層１１０との界面近傍、及び絶縁層１１６との界面近傍に、上述した不純物元素を含む領域１０３ｄを有している。なお図示しないが、領域１０３ｄは、領域１０８Ｎや領域１０８Ｌとの界面近傍にも設けられていてもよい。このとき、領域１０８Ｎや領域１０８Ｌと重畳する部分の不純物濃度は、絶縁層１１０または絶縁層１１６と接する部分よりも低い濃度となる。
ここで、領域１０８Ｌにおける不純物濃度は、絶縁層１１０に近いほど濃度が高くなるような濃度勾配を有することが好ましい。これにより、領域１０８Ｌ全体に亘って均一な濃度とした場合に比べて、領域１０８Ｌ内の不純物元素の総量を低くできるため、作製工程中の熱などの影響によりチャネル形成領域に拡散しうる不純物の量を低く保つことができる。
また領域１０８Ｎも同様の濃度勾配を有していてもよい。これにより、領域１０８Ｎの上部ほど低抵抗となるため、導電層１２０ａ（または導電層１２０ｂ）との接触抵抗をより効果的に低減することができる。
また、領域１１０ｄにおける不純物濃度は、半導体層１０８に近いほど濃度が高くなるような濃度勾配を有することが好ましい。加熱により酸素を放出可能な酸化物膜を適用した絶縁層１１０において、上述した不純物元素が添加された領域１１０ｄでは、他の領域に比べて酸素の放出を抑えることができる。そのため、絶縁層１１０の領域１０８Ｌとの界面近傍に位置する領域１１０ｄは、酸素に対するブロッキング層として機能し、領域１０８Ｌに供給される酸素を効果的に低減することができる。
後述するように、領域１０８Ｌ、領域１０８Ｎ及び領域１１０ｄに不純物元素を添加する処理は、導電層１１２をマスクとして行うことができる。これにより、領域１０８Ｌ、領域１０８Ｎ、及び領域１１０ｄを自己整合的に形成することができる。また、このとき、領域１０８Ｌ上には絶縁層１１０が設けられるため、領域１０８Ｎと領域１０８Ｌとでは、深さ方向における不純物の濃度勾配のプロファイルが異なる場合がある。
なお、図１（Ｂ）、（Ｃ）等では、不純物濃度の高い部分を誇張して示すために、絶縁層１１０及び絶縁層１０３中の一部に、領域１１０ｄまたは領域１０３ｄとしてハッチングパターンを付して図示しているが、実際には絶縁層１１０及び絶縁層１０３の厚さ方向全体に亘って上記不純物元素が含まれていてもよい。
領域１０８Ｎ、領域１０８Ｌ及び領域１１０ｄはそれぞれ、不純物濃度が、１×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上、１×１０２３ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、好ましくは５×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上、５×１０２２ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、より好ましくは１×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上、１×１０２２ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下である領域を含むことが好ましい。また、領域１０８Ｌは、絶縁層１１０の領域１１０ｄよりも、不純物濃度が高い部分を有すると、領域１０８Ｌの電気抵抗をより効果的に低抵抗化できるため好ましい。また領域１０８Ｎは、領域１０８Ｌよりも、不純物濃度が高い部分を有することがより好ましい。
領域１０８Ｌ、領域１０８Ｎ及び領域１１０ｄに含まれる不純物の濃度は、例えば二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ：Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ Ｉｏｎ Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）や、Ｘ線光電子分光法（ＸＰＳ：Ｘ－ｒａｙ Ｐｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）等の分析法により分析することができる。ＸＰＳ分析を用いる場合には、表面側または裏面側からのイオンスパッタリングとＸＰＳ分析を組み合わせることで、深さ方向の濃度分布を知ることができる。
また、領域１０８Ｌ及び領域１０８Ｎにおいて、不純物元素は酸化した状態で存在していることが好ましい。例えば不純物元素としてホウ素、リン、マグネシウム、アルミニウム、シリコンなどの酸化しやすい元素を用いることが好ましい。このような酸化しやすい元素は、半導体層１０８中の酸素と結合して酸化した状態で安定に存在しうるため、後の工程で高い温度（例えば４００℃以上、６００℃以上、または８００℃以上）がかかった場合であっても、脱離することが抑制される。また、不純物元素が半導体層１０８中の酸素を奪うことで、領域１０８Ｌ及び領域１０８Ｎ中に多くの酸素欠損が生成される。この酸素欠損と、膜中の水素とが結合することでキャリア供給源となるため、領域１０８Ｌ及び領域１０８Ｎは極めて低抵抗な状態となる。
なお、後の工程で高い温度がかかる処理を行なう際、外部や領域１０８Ｌ及び領域１０８Ｎの近傍の膜から多量の酸素が領域１０８Ｌ及び領域１０８Ｎに供給されてしまうと、抵抗が上昇してしまう場合がある。そのため、高い温度のかかる処理を行なう際には、酸素に対するバリア性の高い絶縁層１１６で半導体層１０８を覆った状態で処理することが好ましい。
また、領域１１０ｄにおいても、不純物元素は酸化した状態で存在していることが好ましい。このような酸化しやすい元素は、絶縁層１１０中の酸素と結合して酸化した状態で安定に存在しうるため、後の工程で高い温度がかかった場合でも脱離することが抑制される。また特に絶縁層１１０中に加熱により脱離しうる酸素（過剰酸素ともいう）が含まれる場合には、当該過剰酸素と不純物元素とが結合して安定化するため、領域１１０ｄから領域１０８Ｌへ酸素が供給されることを抑制することができる。また、酸化した状態の不純物元素が含まれる領域１１０ｄは、酸素が拡散しにくい状態となるため、領域１１０ｄよりも上部から当該領域１１０ｄを介して領域１０８Ｌに酸素が供給されることも防ぐことができる。
例えば、不純物元素としてホウ素を用いた場合、領域１０８Ｌ及び領域１０８Ｎ及び領域１１０ｄに含まれるホウ素は酸素と結合した状態で存在しうる。このことは、ＸＰＳ分析において、Ｂ２Ｏ３結合に起因するスペクトルピークが観測されることで確認できる。また、ＸＰＳ分析において、ホウ素元素が単体で存在する状態に起因するスペクトルピークが観測されない、または測定下限のバックグラウンドノイズに埋もれる程度にまでピーク強度が極めて小さくなる。
絶縁層１１６は、半導体層１０８の領域１０８Ｎに接して設けられている。
絶縁層１１６は、領域１０８Ｎに対する水素の供給源として機能する。例えば、絶縁層１１６は、加熱により水素を放出する膜であることが好ましい。このような絶縁層１１６を領域１０８Ｎに接して設け、絶縁層１１６の形成後に加熱処理を行なうことで、領域１０８Ｎに水素を供給して低抵抗化させることができる。
絶縁層１１６は、成膜の際に用いる成膜ガスに、水素元素を含むガスを用いて成膜される膜であることが好ましい。これにより、絶縁層１１６の成膜時にも、領域１０８Ｎに水素を効果的に供給することができる。
絶縁層１１６としては、例えば、窒化シリコン、窒化酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化アルミニウム、窒化酸化アルミニウムなどの絶縁膜を用いることができる。
領域１０８Ｎは、上述のように不純物元素が添加されることで酸素欠損を多く含む状態である。したがって、半導体層１０８中に含まれる水素に加えて、絶縁層１１６からさらに水素を供給することで、よりキャリア密度を高めることができる。
一方、領域１０８Ｌは、絶縁層１１０が間に存在することで絶縁層１１６と接しないため、領域１０８Ｎよりも供給される水素は少ない。さらに、不純物濃度も領域１０８Ｎよりも低いため、領域１０８Ｌは、領域１０８Ｎよりも高抵抗な状態とすることができる。
または、領域１０８Ｎに接する絶縁層１１６としては、窒化物を含む絶縁膜を用いることができる。領域１０８Ｎに接して窒化物を含む絶縁層１１６を設けることで、領域１０８Ｎの導電性をより高める効果を奏する。さらに、領域１０８Ｎに絶縁層１１６が接した状態で加熱処理を行なうことで、より低抵抗化が促進されるため好ましい。
絶縁層１１６に適用できる窒化物としては、例えば窒化シリコンや窒化ガリウムなどの半導体材料の窒化物、または窒化アルミニウムなどの金属窒化物を用いることが特に好ましい。例えば、窒化シリコンは、水素や酸素に対するブロッキング性を有するため、外部から半導体層への水素の拡散と、半導体層から外部への酸素の脱離の両方を防ぐことができ、信頼性の高いトランジスタを実現できる。
また、金属窒化物を用いる場合、アルミニウム、チタン、タンタル、タングステン、クロム、またはルテニウムの窒化物を用いることが好ましい。特に、アルミニウムまたはチタンを含むことが特に好ましい。例えば、アルミニウムをスパッタリングターゲットに用い、成膜ガスとして窒素を含むガスを用いた反応スパッタリング法により形成した窒化アルミニウム膜は、成膜ガスの全流量に対する窒素ガスの流量を適切に制御することで、極めて高い絶縁性と、水素や酸素に対する極めて高いブロッキング性とを兼ね備えた膜とすることができる。そのため、このような金属窒化物を含む絶縁膜を、半導体層に接して設けることで、半導体層を低抵抗化できるだけでなく、半導体層から外部へ酸素が拡散すること、及び半導体層へ水素が拡散することを好適に防ぐことができる。
金属窒化物として、窒化アルミニウムを用いた場合、当該窒化アルミニウムを含む絶縁層の厚さを５ｎｍ以上とすることが好ましい。このように薄い膜であっても、水素及び酸素に対する高いブロッキング性と、半導体層の低抵抗化の機能とを両立できる。なお、当該絶縁層の厚さはどれだけ厚くてもよいが、生産性を考慮し、５００ｎｍ以下、好ましくは２００ｎｍ以下、より好ましくは５０ｎｍ以下とすることが好ましい。
絶縁層１１６に窒化アルミニウム膜を用いる場合、組成式がＡｌＮｘ（ｘは０より大きく２以下の実数、好ましくは、ｘは０．５より大きく１．５以下の実数）を満たす膜を用いることが好ましい。これにより、絶縁性に優れ、且つ熱伝導性に優れた膜とすることができるため、トランジスタ１００を駆動したときに生じる熱の放熱性を高めることができる。
または、絶縁層１１６として、窒化アルミニウムチタン膜、窒化チタン膜などを用いることができる。
このような絶縁層１１６を領域１０８Ｎに接して設けることで、絶縁層１１６が領域１０８Ｎ中の酸素を吸引し、領域１０８Ｎ中に酸素欠損を形成させることができる。またこのとき、絶縁層１１６に金属酸化物を含む膜を用いた場合、絶縁層１１６と領域１０８Ｎとの間に、絶縁層１１６に含まれる金属元素（例えばアルミニウム）の酸化物を含む層が形成される場合がある。
ここで、半導体層１０８として、インジウムを含む金属酸化物膜を用いた場合、領域１０８Ｎの絶縁層１１６側の界面近傍に、酸化インジウムが析出した領域、または、インジウム濃度の高い領域が形成されている場合がある。このような領域の存在は、例えば、Ｘ線光電子分光法（ＸＰＳ：Ｘ－ｒａｙ Ｐｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）等の分析法で観測できる場合がある。
このように、領域１０８Ｎは、領域１０８Ｌに比べて酸素欠損を多く含む領域とすることができるため、領域１０８Ｌよりも低抵抗化した領域とすることができる。さらに、絶縁層１１６として金属酸化物を含む絶縁膜を用いることで、領域１０８Ｎの絶縁層１１６側の界面近傍には導電性の高い酸化インジウムが析出した領域が形成され、さらに低抵抗な領域とすることができる。
絶縁層１１８は、トランジスタ１００を保護する保護層として機能する。絶縁層１１８としては、例えば、酸化物または窒化物などの無機絶縁材料を用いることができる。より具体的な例としては、窒化シリコン、窒化酸化シリコン、酸化窒化シリコン、酸化アルミニウム、酸化窒化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸化ハフニウム、ハフニウムアルミネートなどの無機絶縁材料を用いることができる。また、絶縁層１１８を平坦化層として用いることもできる。その場合、絶縁層１１８として有機樹脂材料を用いることができる。
なお、ここでは保護層として絶縁層１１６と絶縁層１１８の積層構造とする場合を示したが、絶縁層１１８は不要であれば設けなくてもよい。また、絶縁層１１８を２層以上の積層構造としてもよい。
ここで、半導体層１０８について、及び半導体層１０８中に形成されうる酸素欠損について説明する。
半導体層１０８のチャネル形成領域に形成される酸素欠損は、トランジスタ特性に影響を与えるため問題となる。例えば、半導体層１０８中に酸素欠損が形成されると、該酸素欠損に水素が結合し、キャリア供給源となりうる。チャネル形成領域中にキャリア供給源が生成されると、トランジスタ１００の電気特性の変動、代表的にはしきい値電圧のシフトが生じる。したがって、チャネル形成領域においては、酸素欠損が少ないほど好ましい。
そこで、本発明の一態様においては、半導体層１０８のチャネル形成領域近傍の絶縁膜、具体的には、チャネル形成領域の上方に位置する絶縁層１１０、及び下方に位置する絶縁層１０３が、酸化物膜を含む構成である。作製工程中の熱などにより絶縁層１０３及び絶縁層１１０からチャネル形成領域へ酸素を移動させることで、チャネル形成領域中の酸素欠損を低減することが可能となる。
また、半導体層１０８は、Ｍに対するＩｎの原子数比が１より大きい領域を有すると好ましい。Ｉｎの含有率が大きいほど、トランジスタの電界効果移動度を向上させることができる。
ここで、Ｉｎ、Ｇａ、Ｚｎを含む金属酸化物の場合、Ｉｎと酸素の結合力は、Ｇａと酸素の結合力よりも弱いため、Ｉｎの含有率が大きい場合には、金属酸化物膜中に酸素欠損が形成されやすい。また、Ｇａに代えて、上記Ｍで示す金属元素を用いた場合でも同様の傾向がある。金属酸化物膜中に酸素欠損が多く存在すると、トランジスタの電気特性の低下や、信頼性の低下が生じる。
しかしながら本発明の一態様では、金属酸化物を含む半導体層１０８のチャネル形成領域中に極めて多くの酸素を供給できるため、Ｉｎの含有率の大きな金属酸化物材料を用いることが可能となる。これにより、極めて高い電界効果移動度と、安定した電気特性と、高い信頼性とを兼ね備えたトランジスタを実現することができる。
例えば、Ｍに対するＩｎの原子数比が１．５以上、または２以上、または３以上、または３．５以上、または４以上である金属酸化物を、好適に用いることができる。
特に、半導体層１０８のＩｎ、Ｍ、及びＺｎの原子数の比を、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝４：２：３またはその近傍とすることが好ましい。または、Ｉｎ、Ｍ、及びＺｎの原子数の比を、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝５：１：６またはその近傍とすると好ましい。また、半導体層１０８の組成として、半導体層１０８のＩｎ、Ｍ、及びＺｎの原子数の比を概略等しくしてもよい。すなわち、Ｉｎ、Ｍ、及びＺｎの原子数の比が、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝１：１：１またはその近傍の材料を含んでいてもよい。
例えば、上記の電界効果移動度が高いトランジスタを、ゲート信号を生成するゲートドライバに用いることで、額縁幅の狭い（狭額縁ともいう）表示装置を提供することができる。また、上記の電界効果移動度が高いトランジスタを、ソースドライバ（特に、ソースドライバが有するシフトレジスタの出力端子に接続されるデマルチプレクサ）に用いることで、表示装置に接続される配線数が少ない表示装置を提供することができる。
なお、半導体層１０８が、Ｍに対するＩｎの原子数比が１より大きい領域を有していても、半導体層１０８の結晶性が高い場合、電界効果移動度が低くなる場合がある。半導体層１０８の結晶性としては、例えば、Ｘ線回折（ＸＲＤ：Ｘ－Ｒａｙ Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ）を用いて分析する、あるいは、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ：Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）を用いて分析することで解析できる。
ここで、半導体層１０８のチャネル形成領域は、不純物濃度を低く、欠陥準位密度を低く（酸素欠損を少なく）することにより、膜中のキャリア密度を低くすることができる。このような金属酸化物膜を半導体層のチャネル形成領域に用いたトランジスタは、しきい値電圧がマイナスとなる電気特性（ノーマリーオンともいう。）になることが少ない。また、このような金属酸化物膜を用いたトランジスタは、オフ電流が著しく小さい特性を得ることができる。
半導体層１０８に結晶性の高い金属酸化物膜を用いると、半導体層１０８の加工時や、絶縁層１１０の成膜時のダメージを抑制することができ、信頼性の高いトランジスタを実現できる。一方、半導体層１０８に結晶性の比較的低い金属酸化物膜を用いることで、電気伝導性が向上し、電界効果移動度の高いトランジスタを実現できる。
半導体層１０８としては、後述するＣＡＡＣ（ｃ－ａｘｉｓ ａｌｉｇｎｅｄ ｃｒｙｓｔａｌ）構造を有する金属酸化物膜、ｎｃ（ｎａｎｏ ｃｒｙｓｔａｌ）構造を有する金属酸化物膜、またはＣＡＡＣ構造とｎｃ構造とが混在した金属酸化物膜を用いることが好ましい。
また、半導体層１０８が、２層以上の積層構造を有していてもよい。
例えば、組成の異なる２以上の金属酸化物膜を積層した半導体層１０８を用いることができる。例えば、Ｉｎ－Ｍ－Ｚｎ酸化物を用いた場合に、Ｉｎ、Ｍ、及びＺｎの原子数の比が、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝５：１：６、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝４：２：３、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝１：１：１、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝２：２：１、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝１：３：４、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝１：３：２、またはそれらの近傍であるスパッタリングターゲットで形成する膜のうち、２以上を積層して用いることが好ましい。
また、結晶性の異なる２以上の金属酸化物膜を積層した半導体層１０８を用いることができる。その場合、同じ酸化物ターゲットを用い、成膜条件を異ならせることで、大気に触れることなく連続して形成されることが好ましい。
このとき、半導体層１０８として、ｎｃ構造を有する金属酸化物膜と、ＣＡＡＣ構造を有する金属酸化物膜の積層構造とすることができる。または、ｎｃ構造を有する金属酸化物膜と、ｎｃ構造を有する金属酸化物膜の積層構造としてもよい。なお、半導体層１０８ａ及び半導体層１０８ｂに好適に用いることのできる金属酸化物の機能、または材料の構成については、後述するＣＡＣ（Ｃｌｏｕｄ－Ａｌｉｇｎｅｄ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ）の記載を援用することができる。
例えば、先に形成する第１の金属酸化物膜の成膜時の酸素流量比を、後に形成する第２の金属酸化物膜の成膜時の酸素流量比よりも小さくする。または、第１の金属酸化物膜の成膜時に、酸素を流さない条件とする。これにより、第２の金属酸化物膜の成膜時に、酸素を効果的に供給することができる。また、第１の金属酸化物膜は第２の金属酸化物膜よりも結晶性が低く、電気伝導性の高い膜とすることができる。一方、上部に設けられる第２の金属酸化物膜を第１の金属酸化物膜よりも結晶性の高い膜とすることで、半導体層１０８の加工時や、絶縁層１１０の成膜時のダメージを抑制することができる。
より具体的には、第１の金属酸化物膜の成膜時の酸素流量比を、０％以上５０％未満、好ましくは０％以上３０％以下、より好ましくは０％以上２０％以下、代表的には１０％とする。また第２の金属酸化物膜の成膜時の酸素流量比を、５０％以上１００％以下、好ましくは６０％以上１００％以下、より好ましくは８０％以上１００％以下、さらに好ましくは９０％以上１００％以下、代表的には１００％とする。また、第１の金属酸化物膜と第２の金属酸化物膜とで、成膜時の圧力、温度、電力等の条件を異ならせてもよいが、酸素流量比以外の条件を同じとすることで、成膜工程にかかる時間を短縮することができるため好ましい。
このような構成とすることで、電気特性に優れ、且つ信頼性の高いトランジスタ１００を実現できる。
［構成例２］
以下では、上記構成例１と一部の構成が異なるトランジスタの構成例について説明する。なお、以下では、上記構成例１と重複する部分は説明を省略する場合がある。また、以下で示す図面において、上記構成例１と同様の機能を有する部分についてはハッチングパターンを同じくし、符号を付さない場合もある。
図２（Ａ）は、トランジスタ１００Ａの上面図であり、図２（Ｂ）はトランジスタ１００Ａのチャネル長方向の断面図であり、図２（Ｃ）はトランジスタ１００Ａのチャネル幅方向の断面図である。
トランジスタ１００Ａは、基板１０２と絶縁層１０３との間に導電層１０６を有する点で、構成例１と主に相違している。導電層１０６は半導体層１０８のチャネル形成領域及び領域１０８Ｌと、導電層１１２と重畳する領域を有する。
トランジスタ１００Ａにおいて、導電層１０６は、第１のゲート電極（ボトムゲート電極ともいう）としての機能を有し、導電層１１２は、第２のゲート電極（トップゲート電極ともいう）としての機能を有する。また、絶縁層１０３の一部は第１のゲート絶縁層として機能し、絶縁層１１０の一部は、第２のゲート絶縁層として機能する。
半導体層１０８の、導電層１１２及び導電層１０６の少なくとも一方と重畳する部分は、チャネル形成領域として機能する。なお以下では説明を容易にするため、半導体層１０８の導電層１１２と重畳する部分をチャネル形成領域と呼ぶ場合があるが、実際には導電層１１２と重畳せずに、導電層１０６と重畳する部分（領域１０８Ｌや領域１０８Ｎを含む部分）にもチャネルが形成しうる。
また、図２（Ａ）、（Ｃ）に示すように、導電層１０６は、金属酸化物層１１４、絶縁層１１０、及び絶縁層１０３に設けられた開口部１４２を介して、導電層１１２と電気的に接続されていてもよい。これにより、導電層１０６と導電層１１２には、同じ電位を与えることができる。
導電層１０６は、導電層１１２、導電層１２０ａ、または導電層１２０ｂと同様の材料を用いることができる。特に導電層１０６に銅を含む材料を用いると、配線抵抗を低減できるため好ましい。また、導電層１０６にタングステンやモリブデンなどの高融点金属を含む材料を用いると、後の工程において高い温度で処理を行なうことができる。
また、図２（Ａ）、（Ｃ）に示すように、チャネル幅方向において、導電層１１２及び導電層１０６が、半導体層１０８の端部よりも外側に突出していることが好ましい。このとき、図２（Ｃ）に示すように、半導体層１０８のチャネル幅方向の全体が、絶縁層１１０と絶縁層１０３を介して、導電層１１２と導電層１０６に覆われた構成となる。
このような構成とすることで、半導体層１０８を一対のゲート電極によって生じる電界で、電気的に取り囲むことができる。このとき特に、導電層１０６と導電層１１２に同じ電位を与えることが好ましい。これにより、半導体層１０８にチャネルを誘起させるための電界を効果的に印加できるため、トランジスタ１００Ａのオン電流を増大させることができる。そのため、トランジスタ１００Ａを微細化することも可能となる。
なお、導電層１１２と導電層１０６とを接続しない構成としてもよい。このとき、一対のゲート電極の一方に定電位を与え、他方にトランジスタ１００Ａを駆動するための信号を与えてもよい。このとき、一方の電極に与える電位により、トランジスタ１００Ａを他方の電極で駆動する際のしきい値電圧を制御することもできる。
以上が、構成例２についての説明である。
［作製方法例］
以下では、本発明の一態様の半導体装置の作製方法について、図面を参照して説明する。ここでは、上記構成例で例示したトランジスタ１００Ａを例に挙げて説明する。
なお、半導体装置を構成する薄膜（絶縁膜、半導体膜、導電膜等）は、スパッタリング法、化学気相堆積（ＣＶＤ：Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、真空蒸着法、パルスレーザー堆積（ＰＬＤ：Ｐｕｌｓｅｄ Ｌａｓｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、原子層堆積（ＡＬＤ：Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法等を用いて形成することができる。ＣＶＤ法としては、プラズマ化学気相堆積（ＰＥＣＶＤ：Ｐｌａｓｍａ Ｅｎｈａｎｃｅｄ ＣＶＤ）法や、熱ＣＶＤ法などがある。また、熱ＣＶＤ法のひとつに、有機金属化学気相堆積（ＭＯＣＶＤ：Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ ＣＶＤ）法がある。
また、半導体装置を構成する薄膜（絶縁膜、半導体膜、導電膜等）は、スピンコート、ディップ、スプレー塗布、インクジェット、ディスペンス、スクリーン印刷、オフセット印刷、ドクターナイフ法、スリットコート、ロールコート、カーテンコート、ナイフコート等の方法により形成することができる。
また、半導体装置を構成する薄膜を加工する際には、フォトリソグラフィ法等を用いて加工することができる。それ以外に、ナノインプリント法、サンドブラスト法、リフトオフ法などにより薄膜を加工してもよい。また、メタルマスクなどの遮蔽マスクを用いた成膜方法により、島状の薄膜を直接形成してもよい。
フォトリソグラフィ法としては、代表的には以下の２つの方法がある。一つは、加工したい薄膜上にレジストマスクを形成して、エッチング等により当該薄膜を加工し、レジストマスクを除去する方法である。もう一つは、感光性を有する薄膜を成膜した後に、露光、現像を行って、当該薄膜を所望の形状に加工する方法である。
フォトリソグラフィ法において、露光に用いる光は、例えばｉ線（波長３６５ｎｍ）、ｇ線（波長４３６ｎｍ）、ｈ線（波長４０５ｎｍ）、またはこれらを混合させた光を用いることができる。そのほか、紫外線やＫｒＦレーザ光、またはＡｒＦレーザ光等を用いることもできる。また、液浸露光技術により露光を行ってもよい。また、露光に用いる光として、極端紫外（ＥＵＶ：Ｅｘｔｒｅｍｅ Ｕｌｔｒａ－ｖｉｏｌｅｔ）光やＸ線を用いてもよい。また、露光に用いる光に換えて、電子ビームを用いることもできる。極端紫外光、Ｘ線または電子ビームを用いると、極めて微細な加工が可能となるため好ましい。なお、電子ビームなどのビームを走査することにより露光を行う場合には、フォトマスクは不要である。
薄膜のエッチングには、ドライエッチング法、ウェットエッチング法、サンドブラスト法などを用いることができる。
図３乃至図６の各図には、トランジスタ１００Ａの作製工程の各段階におけるチャネル長方向及びチャネル幅方向の断面を並べて示している。
〔導電層１０６の形成〕
基板１０２上に導電膜を成膜し、これをエッチングにより加工して、第１のゲート電極として機能する導電層１０６を形成する。
〔絶縁層１０３の形成〕
続いて、基板１０２及び導電層１０６を覆って絶縁層１０３を形成する（図３（Ａ））。絶縁層１０３は、ＰＥＣＶＤ法、ＡＬＤ法、スパッタリング法等を用いて形成することができる。
絶縁層１０３を形成した後に、絶縁層１０３に対して酸素を供給する処理を行なってもよい。例えば、酸素雰囲気下でのプラズマ処理または加熱処理などを行うことができる。または、プラズマイオンドーピング法やイオン注入法などにより、絶縁層１０３に酸素を供給してもよい。
〔半導体層１０８の形成〕
続いて、絶縁層１０３上に金属酸化物膜を成膜し、これを加工することにより島状の半導体層１０８を形成する（図３（Ｂ））。
金属酸化物膜は、金属酸化物ターゲットを用いたスパッタリング法により形成することが好ましい。
また、金属酸化物膜を成膜する際に、酸素ガス、不活性ガス（例えば、ヘリウムガス、アルゴンガス、キセノンガスなど）を混合させてもよい。なお、金属酸化物膜を成膜する際の成膜ガス全体に占める酸素ガスの割合（以下、酸素流量比ともいう）が高いほど、金属酸化物膜の結晶性を高めることができ、信頼性の高いトランジスタを実現できる。一方、酸素流量比が低いほど、金属酸化物膜の結晶性が低くなり、オン電流が高められたトランジスタとすることができる。
半導体層１０８を積層構造とする場合、同じスパッタリングターゲットを用いて同じ成膜室で連続して成膜することで、界面を良好なものとすることができるため好ましい。特に、各金属酸化物膜の成膜条件として、成膜時の圧力、温度、電力等の条件を異ならせてもよいが、酸素流量比以外の条件を同じとすることで、成膜工程にかかる時間を短縮することができるため好ましい。また、異なる組成の金属酸化物膜を積層する場合には、大気に暴露することなく、連続して成膜することが好ましい。
金属酸化物膜は、ＣＡＡＣ構造を有する金属酸化物膜、ｎｃ構造を有する金属酸化物膜、またはＣＡＡＣ構造とｎｃ構造とが混在した金属酸化物膜となるように、成膜条件を設定することが好ましい。なお、成膜される金属酸化物膜がＣＡＡＣ構造となる成膜条件、及びｎｃ構造となる成膜条件は、それぞれ使用するスパッタリングターゲットの組成によって異なるため、その組成に応じて、基板温度や酸素流量比の他、圧力や電力などを適宜設定すればよい。
また、金属酸化物膜の成膜条件としては、基板温度を室温以上４５０℃以下、好ましくは基板温度を室温以上３００℃以下、より好ましくは室温以上２００℃以下、さらに好ましくは室温以上１４０℃以下とすればよい。例えば基板１０２に大型のガラス基板や、樹脂基板を用いた場合には、基板温度を室温以上１４０℃未満とすると、生産性が高くなり好ましい。また、基板温度を室温とする、または意図的に加熱しない状態で、金属酸化物膜を成膜することで、結晶性を低くすることができる。
また、金属酸化物膜を成膜する前に、絶縁層１０３の表面に吸着した水や水素、有機物等を脱離させるための処理や、絶縁層１０３中に酸素を供給する処理を行うことが好ましい。例えば、減圧雰囲気下にて７０℃以上２００℃以下の温度で加熱処理を行うことができる。または、酸素を含む雰囲気下におけるプラズマ処理を行ってもよい。また、一酸化窒素ガスを含む雰囲気下におけるプラズマ処理を行うと、絶縁層１０３の表面の有機物を好適に除去することができる。このような処理の後、絶縁層１０３の表面を大気に暴露することなく、連続して金属酸化物膜を成膜することが好ましい。
金属酸化物膜の加工には、ウェットエッチング法及びドライエッチング法のいずれか一方または双方を用いればよい。このとき、半導体層１０８と重ならない絶縁層１０３の一部がエッチングされ、薄くなる場合がある。
また、金属酸化物膜の成膜後、または半導体層１０８に加工した後、金属酸化物膜または半導体層１０８中の水素または水を除去するために加熱処理を行ってもよい。加熱処理の温度は、代表的には、１５０℃以上基板の歪み点未満、または２５０℃以上４５０℃以下、または３００℃以上４５０℃以下とすることができる。
加熱処理は、希ガス、または窒素を含む雰囲気で行うことができる。または、当該雰囲気で加熱した後、酸素を含む雰囲気で加熱してもよい。なお、上記加熱処理の雰囲気に水素、水などが含まれないことが好ましい。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、加熱処理時間を短縮することができる。
〔絶縁膜１１０ｆ、金属酸化物膜１１４ｆの形成〕
続いて、絶縁層１０３及び半導体層１０８を覆って、絶縁膜１１０ｆと金属酸化物膜１１４ｆを形成する。
絶縁膜１１０ｆは、後に絶縁層１１０となる膜である。絶縁膜１１０ｆとしては、例えば酸化シリコン膜または酸化窒化シリコン膜などの酸化物膜を、プラズマ化学気相堆積装置（ＰＥＣＶＤ装置、または単にプラズマＣＶＤ装置という）を用いて形成することが好ましい。また、マイクロ波を用いたＰＥＣＶＤ法を用いて形成してもよい。
金属酸化物膜１１４ｆは、後に金属酸化物層１１４となる膜である。金属酸化物膜１１４ｆは、例えば酸素を含む雰囲気下でスパッタリング法により形成することが好ましい。これにより、金属酸化物膜１１４ｆの成膜時に絶縁膜１１０ｆに酸素を供給することができる。
金属酸化物膜１１４ｆを、上記半導体層１０８の場合と同様の金属酸化物を含む酸化物ターゲットを用いたスパッタリング法により形成する場合には、上記方法を援用することができる。
金属酸化物膜１１４ｆは、成膜ガスに酸素を用い、金属ターゲットを用いた反応性スパッタリング法により形成してもよい。金属ターゲットにアルミニウムを用いた場合には、酸化アルミニウム膜を成膜することができる。
金属酸化物膜１１４ｆの成膜時に、成膜装置の成膜室内に導入する成膜ガスの全流量に対する酸素流量の割合（酸素流量比）、または成膜室内の酸素分圧が高いほど、絶縁膜１１０ｆ中に供給される酸素を増やすことができる。酸素流量比または酸素分圧は、例えば５０％以上１００％以下、好ましくは６５％以上１００％以下、より好ましくは８０％以上１００％以下、さらに好ましくは９０％以上１００％以下とする。特に、酸素流量比１００％とし、酸素分圧を１００％にできるだけ近づけることが好ましい。
このように、酸素を含む雰囲気下でスパッタリング法により金属酸化物膜１１４ｆを形成することにより、金属酸化物膜１１４ｆの成膜時に、絶縁膜１１０ｆへ酸素を供給するとともに、絶縁膜１１０ｆから酸素が脱離することを防ぐことができる。その結果、絶縁膜１１０ｆに極めて多くの酸素を閉じ込めることができる。そして、後の加熱処理によって、半導体層１０８のチャネル形成領域に多くの酸素が供給され、チャネル形成領域中の酸素欠損を低減でき、信頼性の高いトランジスタを実現できる。
また、金属酸化物膜１１４ｆの形成後に、加熱処理を行うことで、絶縁膜１１０ｆから半導体層１０８に酸素を供給してもよい。加熱処理は、窒素、酸素、希ガスのうち一以上を含む雰囲気下にて、２００℃以上４００℃以下の温度で行うことができる。
続いて、金属酸化物膜１１４ｆ、絶縁膜１１０ｆ、及び絶縁層１０３の一部をエッチングすることで、導電層１０６に達する開口を形成する。これにより、後に形成する導電層１１２と導電層１０６とを、当該開口を介して電気的に接続することができる。
〔導電膜１１２ｆの形成〕
続いて、金属酸化物膜１１４ｆ上に、導電層１１２となる導電膜１１２ｆを成膜する（図３（Ｃ））。導電膜１１２ｆは、金属または合金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成膜することが好ましい。
〔絶縁層１１０、金属酸化物層１１４、導電層１１２の形成〕
続いて、導電膜１１２ｆ上にレジストマスク１１５を形成する。その後、レジストマスク１１５に覆われていない領域において、異方性のエッチング法を用いて導電膜１１２ｆ、金属酸化物膜１１４ｆ、及び絶縁膜１１０ｆをエッチングする（図４（Ａ））。
導電膜１１２ｆ、金属酸化物膜１１４ｆ、及び絶縁膜１１０ｆのエッチングは、同じエッチング条件により同時にエッチングしてもよいし、異なるエッチング条件または手法を用いて、少なくとも２回に分けてエッチングしてもよい。例えば、導電膜１１２ｆと金属酸化物膜１１４ｆを先にエッチングし、続いて異なるエッチング条件で絶縁膜１１０ｆをエッチングすることで、半導体層１０８へのエッチングのダメージを低減することができる。
ここで、レジストマスク１１５は、絶縁層１１０となる領域上に形成されることが好ましい。
続いて、等方性のエッチング法を用いて、導電膜１１２ｆと金属酸化物膜１１４ｆの側面をエッチングして、端面を後退させる（サイドエッチングともいう）。これにより、平面視において、端部が絶縁層１１０の端部よりも内側に位置する導電層１１２と、金属酸化物層１１４を形成することができる（図４（Ｂ））。
ここで、導電膜１１２ｆと金属酸化物膜１１４ｆのエッチングには、半導体層１０８及び絶縁層１０３をできるだけエッチングしない条件または手法を選択することが好ましい。ここで、導電膜１１２ｆと金属酸化物膜１１４ｆのサイドエッチングの際に、レジストマスク１１５を除去した状態で行ってもよいが、レジストマスク１１５を残しておくことにより、導電層１１２が薄膜化することなく、側面のみエッチングすることができるため好ましい。
なお、ここでは金属酸化物膜１１４ｆを、導電膜１１２ｆと同様にサイドエッチングする方法について説明したが、導電膜１１２ｆのみサイドエッチングしてもよい。このとき、金属酸化物層１１４は、絶縁層１１０と同様に、導電層１１２と重畳しない領域を有する構成となる。
導電層１１２及び金属酸化物層１１４の形成後、レジストマスク１１５を除去する。
〔不純物元素の供給処理（領域１０８Ｌの形成）〕
続いて、導電層１１２をマスクとして、絶縁層１１０及び半導体層１０８に不純物元素１４０を供給（添加、または注入ともいう）する処理を行ない、領域１０８Ｌ、領域１１０ｄ、及び領域１０３ｄを形成する（図５（Ａ））。このとき半導体層１０８及び絶縁層１１０のうち、導電層１１２と重畳する領域には、導電層１１２がマスクとなり不純物元素１４０は供給されない。
不純物元素１４０の供給は、プラズマイオンドーピング法、またはイオン注入法を好適に用いることができる。これらの方法は、深さ方向の濃度プロファイルを、イオンの加速電圧とドーズ量等により、高い精度で制御することができる。プラズマイオンドーピング法を用いることで、生産性を高めることができる。また質量分離を用いたイオン注入法を用いることで、供給される不純物元素の純度を高めることができる。
不純物元素１４０の供給処理において、半導体層１０８と絶縁層１１０との界面、または半導体層１０８中の界面に近い部分、または絶縁層１１０中の当該界面に近い部分が、最も高い濃度となるように、処理条件を制御することが好ましい。これにより、一度の処理で半導体層１０８と絶縁層１１０の両方に、最適な濃度の不純物元素１４０を供給することができる。
不純物元素１４０としては、水素、ホウ素、炭素、窒素、フッ素、リン、硫黄、ヒ素、アルミニウム、マグネシウム、シリコン、または希ガスなどが挙げられる。なお、希ガスの代表例としては、ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、及びキセノン等がある。特に、ホウ素、リン、アルミニウム、マグネシウム、またはシリコンを用いることが好ましい。
不純物元素１４０の原料ガスとしては、上記不純物元素を含むガスを用いることができる。ホウ素を供給する場合、代表的にはＢ２Ｈ６ガスやＢＦ３ガスなどを用いることができる。またリンを供給する場合には、代表的にはＰＨ３ガスを用いることができる。また、これらの原料ガスを希ガスで希釈した混合ガスを用いてもよい。
その他、原料ガスとして、ＣＨ４、Ｎ２、ＮＨ３、ＡｌＨ３、ＡｌＣｌ３、ＳｉＨ４、Ｓｉ２Ｈ６、Ｆ２、ＨＦ、Ｈ２、（Ｃ５Ｈ５）２Ｍｇ、及び希ガス等を用いることができる。また、イオン源は気体に限られず、固体や液体を加熱して気化させたものを用いてもよい。
不純物元素１４０の添加は、絶縁層１１０及び半導体層１０８の組成や密度、厚さなどを考慮して、加速電圧やドーズ量などの条件を設定することで制御することができる。
例えば、イオン注入法またはプラズマイオンドーピング法でホウ素の添加を行う場合、加速電圧は例えば５ｋＶ以上１００ｋＶ以下、好ましくは７ｋＶ以上７０ｋＶ以下、より好ましくは１０ｋＶ以上５０ｋＶ以下の範囲とすることができる。またドーズ量は、例えば１×１０１３ｉｏｎｓ／ｃｍ２以上１×１０１７ｉｏｎｓ／ｃｍ２以下、好ましくは１×１０１４ｉｏｎｓ／ｃｍ２以上５×１０１６ｉｏｎｓ／ｃｍ２以下、より好ましくは１×１０１５ｉｏｎｓ／ｃｍ２以上３×１０１６ｉｏｎｓ／ｃｍ２以下の範囲とすることができる。
また、イオン注入法またはプラズマイオンドーピング法でリンの添加を行う場合、加速電圧は、例えば１０ｋＶ以上１００ｋＶ以下、好ましくは３０ｋＶ以上９０ｋＶ以下、より好ましくは４０ｋＶ以上８０ｋＶ以下の範囲とすることができる。またドーズ量は、例えば１×１０１３ｉｏｎｓ／ｃｍ２以上１×１０１７ｉｏｎｓ／ｃｍ２以下、好ましくは１×１０１４ｉｏｎｓ／ｃｍ２以上５×１０１６ｉｏｎｓ／ｃｍ２以下、より好ましくは１×１０１５ｉｏｎｓ／ｃｍ２以上３×１０１６ｉｏｎｓ／ｃｍ２以下の範囲とすることができる。
なお、不純物元素１４０の供給方法としてはこれに限られず、例えばプラズマ処理や、加熱による熱拡散を利用した処理などを用いてもよい。プラズマ処理の場合、添加する不純物元素を含むガス雰囲気にてプラズマを発生させて、プラズマ処理を行うことによって、不純物元素を添加することができる。上記プラズマを発生させる装置としては、ドライエッチング装置、アッシング装置、プラズマＣＶＤ装置、高密度プラズマＣＶＤ装置等を用いることができる。
ここで、絶縁層１１０を介して領域１０８Ｌに不純物元素１４０を添加すると同時に、絶縁層１１０に覆われない領域（後の領域１０８Ｎとなる領域）にも、不純物元素１４０が添加される。この領域では、領域１０８Ｌに比べて不純物元素１４０の濃度が高い場合がある。また、深さ方向における不純物元素１４０の濃度勾配のプロファイルが、領域１０８Ｌとは異なる場合がある。
〔絶縁層１１６、領域１０８Ｎの形成〕
続いて、半導体層１０８の露出した領域に、水素を供給する処理を行なう。ここでは、半導体層１０８の露出した領域に接して、水素を含む絶縁層１１６を成膜することで水素を供給する（図５（Ｂ））。
絶縁層１１６は、水素を含む成膜ガスを用いたプラズマＣＶＤ法により形成することが好ましい。例えば、シランガスとアンモニアガスとを含む成膜ガスを用いて、窒化シリコン膜を成膜する。シランガスに加えてアンモニアガスを用いることで、膜中に多くの水素を含有させることができる。また、成膜時においても、半導体層１０８の露出した部分に水素を供給することが可能となる。
絶縁層１１６の成膜後に、加熱処理を行なうことで、絶縁層１１６から放出される水素の一部を、半導体層１０８の一部に供給することが好ましい。加熱処理は、窒素、酸素、希ガスのうち一以上を含む雰囲気下にて、１５０℃以上４５０℃以下、好ましくは２００℃以上４００℃以下の温度で行うことが好ましい。
このように水素を供給することで、半導体層１０８中に極めて低抵抗な領域１０８Ｎを形成することができる。領域１０８Ｎは、領域１０８Ｌよりもキャリア濃度の高い領域、酸素欠損量の多い領域、水素濃度の高い領域、または、不純物濃度の高い領域とも言うことができる。
または、絶縁層１１６及び領域１０８Ｎは、以下の方法により形成してもよい。
まず、半導体層１０８の露出した領域に接して、絶縁層１１６を形成する。
絶縁層１１６として、アルミニウム、チタン、タンタル、タングステン、クロム、及びルテニウムなどの金属元素の少なくとも一を含む膜を成膜する。特に、アルミニウム、チタン、タンタル、及びタングステンの少なくとも一を含むことが好ましい。また特に、これら金属元素の少なくとも一を含む窒化物、またはこれら金属元素の少なくとも一を含む酸化物を好適に用いることができる。絶縁層１１６として、窒化アルミニウムチタン膜、窒化チタン膜、窒化アルミニウム膜などの窒化物膜、酸化アルミニウムチタン膜などの酸化物膜などを好適に用いることができる。
ここで、絶縁層１１６は、成膜ガスに窒素ガスまたは酸素ガスを用いたスパッタリング法により形成することが好ましい。これにより、成膜ガスの流量を制御することにより、膜質の制御が容易となる。
続いて、加熱処理を行う。加熱処理により、半導体層１０８の絶縁層１１６と接する領域が低抵抗化し、半導体層１０８中に低抵抗な領域１０８Ｎが形成される。
加熱処理は、窒素または希ガスなどの不活性ガス雰囲気で行うことが好ましい。加熱処理の温度は高いほど好ましいが、基板１０２、導電層１０６、導電層１１２等の耐熱性を考慮した温度とすることができる。例えば、１２０℃以上５００℃以下、好ましくは１５０℃以上４５０℃以下、より好ましくは２００℃以上４００℃以下、さらに好ましくは２５０℃以上４００℃以下の温度とすることができる。例えば加熱処理の温度を３５０℃程度とすることで、大型のガラス基板を用いた生産設備で歩留り良く半導体装置を生産することができる。
なおここでは絶縁層１１６を除去しないため、加熱処理は絶縁層１１６の形成後であればどの段階で行ってもよい。また上記加熱処理は、他の加熱処理または熱の係る工程と兼ねてもよい。
加熱処理により、半導体層１０８中の酸素が絶縁層１１６に引き抜かれることにより酸素欠損が生成される。当該酸素欠損と、半導体層１０８中の水素とが結合することによりキャリア濃度が高まり、絶縁層１１６と接する領域１０８Ｎが低抵抗化される。
または、加熱処理により、絶縁層１１６に含まれる金属元素が半導体層１０８中に拡散することにより、半導体層１０８の一部が合金化し、低抵抗化される場合もある。
または、絶縁層１１６に含まれる窒素や水素、若しくは加熱処理の雰囲気に含まれる窒素などが、加熱処理により半導体層１０８中に拡散することで、絶縁層１１６と接する領域１０８Ｎが低抵抗化する場合もある。
このような複合的な作用により低抵抗化された半導体層１０８の領域１０８Ｎは、極めて安定な低抵抗な領域となる。このように形成された領域１０８Ｎは、例えば後の工程で酸素が供給される処理が行われたとしても、高抵抗化しにくいといった特徴を有する。
なお、ここでは、領域１０８Ｎを形成するための層として、絶縁性を有する絶縁層１１６を用いる例について説明したが、領域１０８Ｎとなる領域に接して、導電性を有する膜を形成することで、領域１０８Ｎを形成してもよい。このとき、領域１０８Ｎの形成後に、当該導電性を有する膜を酸化または窒化させて絶縁化して、絶縁層１１６とすることが好ましい。または、領域１０８Ｎの形成後に当該膜を除去し、絶縁層１１６を設けない構成としてもよい。
以上により、領域１０８Ｎを形成することができる。
また、上述した加熱処理を行なうことで、領域１０８Ｌ及び領域１０８Ｎを、より安定して低抵抗な状態とすることができる。例えば、上記温度で加熱処理を行うことにより、不純物元素１４０が適度に拡散して局所的に均一化され、理想的な不純物元素の濃度勾配を有する領域１０８Ｌ、領域１０８Ｎ、及び領域１１０ｄが形成されうる。なお、加熱処理の温度が高すぎる（例えば５００℃以上）と、領域１０８Ｌから不純物元素１４０がチャネル形成領域内にまで拡散し、トランジスタの電気特性や信頼性の悪化を招く恐れがある。
また、領域１０８Ｌ及び領域１０８Ｎに不純物元素１４０を供給する際に、半導体層１０８や絶縁層１１０に生じた欠陥を、加熱処理によって修復できる場合もある。
また、加熱処理により、絶縁層１１０から半導体層１０８のチャネル形成領域に酸素を供給することができる。このとき、絶縁層１１０の突出部には、領域１０８Ｌとの界面近傍に、不純物元素１４０が供給された領域１１０ｄが形成されているため、絶縁層１１０から放出される酸素が領域１０８Ｌに拡散することが抑制される。その結果、領域１０８Ｌが高抵抗化してしまうことを効果的に防ぐことができる。さらにこのとき、絶縁層１１０の半導体層１０８のチャネル形成領域と重なる部分には、領域１１０ｄが形成されていないため、絶縁層１１０から放出される酸素を選択的に当該チャネル形成領域に供給することができる。
〔絶縁層１１８の形成〕
続いて、絶縁層１１６上に絶縁層１１８を形成する（図６（Ａ））。
絶縁層１１８をプラズマＣＶＤ法により形成する場合、成膜温度が高すぎると、領域１０８Ｎ及び領域１０８Ｌ等に含まれる不純物によっては、当該不純物が半導体層１０８のチャネル形成領域を含む周辺部に拡散する恐れがある。その結果、チャネル形成領域が低抵抗化することや、領域１０８Ｎまたは領域１０８Ｌの電気抵抗が上昇してしまうなどの恐れがある。絶縁層１１６または絶縁層１１８の成膜温度としては、例えば１５０℃以上４００℃以下、好ましくは１８０℃以上３６０℃以下、より好ましくは２００℃以上２５０℃以下とすることが好ましい。絶縁層１１８を低温で成膜することにより、チャネル長の短いトランジスタであっても、良好な電気特性を付与することができる。
また、絶縁層１１８の形成後に加熱処理を行なってもよい。
〔開口部１４１ａ、開口部１４１ｂの形成〕
続いて、絶縁層１１８の所望の位置にリソグラフィによりマスクを形成した後、絶縁層１１８及び絶縁層１１６の一部をエッチングすることで、領域１０８Ｎに達する開口部１４１ａ及び開口部１４１ｂを形成する。
〔導電層１２０ａ、導電層１２０ｂの形成〕
続いて、開口部１４１ａ及び開口部１４１ｂを覆うように、絶縁層１１８上に導電膜を成膜し、当該導電膜を所望の形状に加工することで、導電層１２０ａ及び導電層１２０ｂを形成する（図６（Ｂ））。
以上の工程により、トランジスタ１００Ａを作製することができる。
［作製方法例の変形例］
以下では、上記作製方法例とは一部が異なる作製方法例について説明する。なお、上記と重複する部分については説明を省略し、相違する部分について説明する。
〔変形例１〕
まず、上記と同様に、導電層１０６、絶縁層１０３、半導体層１０８を形成する。続いて、絶縁膜１１０ｆ、金属酸化物膜１１４ｆ、及び導電膜１１２ｆを成膜し、導電膜１１２ｆ上にレジストマスク１１５を形成する。
続いて、金属酸化物膜１１４ｆ及び導電膜１１２ｆをエッチングし、金属酸化物層１１４と導電層１１２を形成する（図７（Ａ））。
このとき、金属酸化物層１１４と導電層１１２は、レジストマスク１１５の輪郭よりも内側に端部が位置するように加工する。例えば、初めに金属酸化物膜１１４ｆと導電膜１１２ｆとを異方性のエッチングでエッチングした後に、等方性のエッチングにより、サイドエッチングすることで、金属酸化物層１１４と導電層１１２とを形成する。
続いて、レジストマスク１１５を用いて、絶縁膜１１０ｆを異方性のエッチングでエッチングし、絶縁層１１０を形成する（図７（Ｂ））。これにより、導電層１１２よりも外側に突出した部分を有する絶縁層１１０を形成することができる。その後、レジストマスク１１５を除去する。
このような方法により、金属酸化物膜１１４ｆ及び導電膜１１２ｆのエッチングの際に、半導体層１０８が露出しないため、半導体層１０８の表面に、これらの成分が飛散し、付着してしまうことを防ぐことができる。そのため、信頼性の高いトランジスタを実現できる。
なお、以降の工程は、上記記載を援用できる。
〔変形例２〕
まず、上記と同様に、導電層１０６、絶縁層１０３、半導体層１０８を形成する。続いて、絶縁膜１１０ｆ、金属酸化物膜１１４ｆ、及び導電膜１１２ｆを成膜する。その後、導電膜１１２ｆ上にレジストマスクを形成し、導電膜１１２ｆと金属酸化物膜１１４ｆをエッチングすることで、金属酸化物層１１４と導電層１１２を形成する。このときに用いるレジストマスクは、上記レジストマスク１１５と同一のパターンであってもよいが、導電層１１２となる領域を覆うパターンとすることが好ましい。なお、レジストマスク１１５と同一のパターンを用いる場合には、変形例１と同様に、金属酸化物膜１１４ｆと導電膜１１２ｆとをサイドエッチングする。その後、レジストマスクを除去する。
続いて、導電層１１２をマスクとして用いて、絶縁膜１１０ｆ及び半導体層１０８に対して不純物元素１４０を添加する（図８（Ａ））。これにより、半導体層１０８の導電層１１２と重畳しない部分に、不純物元素が添加された領域１０８Ｌを形成することができる。また同時に、絶縁膜１１０ｆ中に不純物元素が添加された領域１１０ｄと、絶縁層１０３中に不純物元素が添加された領域１０３ｄが形成される。
続いて、導電層１１２及び金属酸化物層１１４の上面及び側面を覆って、レジストマスク１１５を形成する。レジストマスク１１５は、絶縁層１１０となる領域を覆うパターンを有する。その後、絶縁膜１１０ｆをエッチングして、導電層１１２よりも外側に突出した部分を有する絶縁層１１０を形成すると共に、半導体層１０８の一部（領域１０８Ｎとなる部分）を露出させる（図８（Ｂ））。
なお、この段階で、露出した半導体層１０８の一部に対して、水素を添加してもよい。例えば、レジストマスク１１５をマスクとして用いて、イオンドーピング法またはイオン注入法などの方法により、水素を添加してもよい。または、水素を含む雰囲気下で加熱処理を行なってもよい。加熱処理を行なう場合には、レジストマスク１１５が変質する場合があるため、これを除去してから加熱処理を行なうことが好ましい。導電層１１２が露出した状態で水素を含む雰囲気下で加熱処理を行なうことで、導電層１１２の表面の酸化物を還元して除去できるといった副次的な効果も期待できる。
続いて、上記と同様の方法により、半導体層１０８の露出した部分に接して絶縁層１１６を形成し、加熱処理を行なうことで、領域１０８Ｎを形成する（図８（Ｃ））。
このような方法により、不純物元素１４０の添加を行う際に、半導体層１０８の領域１０８Ｌとなる領域と、領域１０８Ｎとなる領域は、いずれも絶縁膜１１０ｆに覆われた状態であるため、これらの不純物濃度の深さ方向におけるプロファイルを同程度にすることができ、制御性を高めることができる。また、絶縁膜１１０ｆのエッチングの際に導電層１１２や金属酸化物層１１４がレジストマスク１１５に覆われ、露出しないため、導電層１１２や金属酸化物層１１４の成分の一部が半導体層１０８の表面に付着してしまうことを防ぐことができる。
なお、以降の工程は、上記記載を援用できる。
以上が、作製方法例の変形例についての説明である。
［半導体装置の構成要素］
次に、本実施の形態の半導体装置に含まれる構成要素について、詳細に説明する。
〔基板〕
基板１０２の材質などに大きな制限はないが、少なくとも、後の熱処理に耐えうる程度の耐熱性を有している必要がある。例えば、シリコンや炭化シリコンを材料とした単結晶半導体基板、多結晶半導体基板、シリコンゲルマニウム等の化合物半導体基板、ＳＯＩ基板、ガラス基板、セラミック基板、石英基板、サファイア基板等を、基板１０２として用いてもよい。また、これらの基板上に半導体素子が設けられたものを、基板１０２として用いてもよい。
また、基板１０２として、可撓性基板を用い、可撓性基板上に直接、トランジスタ１００等を形成してもよい。または、基板１０２とトランジスタ１００等の間に剥離層を設けてもよい。剥離層は、その上に半導体装置を一部あるいは全部完成させた後、基板１０２より分離し、他の基板に転載するために用いることができる。その際、トランジスタ１００等は耐熱性の劣る基板や可撓性の基板にも転載できる。
〔絶縁層１０３〕
絶縁層１０３は、スパッタリング法、ＣＶＤ法、蒸着法、パルスレーザー堆積（ＰＬＤ）法等を適宜用いて形成することができる。また、絶縁層１０３としては、例えば、酸化物絶縁膜または窒化物絶縁膜を単層または積層で形成することができる。なお、半導体層１０８との界面特性を向上させるため、絶縁層１０３において少なくとも半導体層１０８と接する領域は酸化物絶縁膜で形成することが好ましい。また、絶縁層１０３には、加熱により酸素を放出する膜を用いることが好ましい。
絶縁層１０３として、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酸化物などを用いればよく、単層または積層で設けることができる。
また、絶縁層１０３の半導体層１０８に接する側に窒化シリコン膜などの酸化物膜以外の膜を用いた場合、半導体層１０８と接する表面に対して酸素プラズマ処理などの前処理を行い、当該表面、または表面近傍を酸化することが好ましい。
〔導電膜〕
ゲート電極として機能する導電層１１２及び導電層１０６、並びにソース電極またはドレイン電極の一方として機能する導電層１２０ａ及び、他方として機能する導電層１２０ｂとしては、クロム、銅、アルミニウム、金、銀、亜鉛、モリブデン、タンタル、チタン、タングステン、マンガン、ニッケル、鉄、コバルト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それぞれ形成することができる。
また、導電層１１２、導電層１０６、導電層１２０ａ、及び導電層１２０ｂには、Ｉｎ－Ｓｎ酸化物、Ｉｎ－Ｗ酸化物、Ｉｎ－Ｗ－Ｚｎ酸化物、Ｉｎ－Ｔｉ酸化物、Ｉｎ－Ｔｉ－Ｓｎ酸化物、Ｉｎ－Ｚｎ酸化物、Ｉｎ－Ｓｎ－Ｓｉ酸化物、Ｉｎ－Ｇａ－Ｚｎ酸化物等の酸化物導電体または金属酸化物膜を適用することもできる。
ここで、酸化物導電体（ＯＣ：Ｏｘｉｄｅ Ｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）について説明を行う。例えば、半導体特性を有する金属酸化物に酸素欠損を形成し、該酸素欠損に水素を添加すると、伝導帯近傍にドナー準位が形成される。この結果、金属酸化物は、導電性が高くなり導電体化する。導電体化された金属酸化物を、酸化物導電体ということができる。
また、導電層１１２等として、上記酸化物導電体（金属酸化物）を含む導電膜と、金属または合金を含む導電膜の積層構造としてもよい。金属または合金を含む導電膜を用いることで、配線抵抗を小さくすることができる。このとき、ゲート絶縁膜として機能する絶縁層と接する側には酸化物導電体を含む導電膜を適用することが好ましい。
また、導電層１１２、導電層１０６、導電層１２０ａ、導電層１２０ｂには、上述の金属元素の中でも、特にチタン、タングステン、タンタル、及びモリブデンの中から選ばれるいずれか一つまたは複数を有すると好適である。特に、窒化タンタル膜を用いると好適である。当該窒化タンタル膜は、導電性を有し、且つ、銅、酸素、または水素に対して、高いバリア性を有し、且つ自身からの水素の放出が少ないため、半導体層１０８と接する導電膜、または半導体層１０８の近傍の導電膜として、好適に用いることができる。
〔絶縁層１１０〕
トランジスタ１００等のゲート絶縁膜として機能する絶縁層１１０は、ＰＥＣＶＤ法、スパッタリング法等により形成できる。絶縁層１１０としては、酸化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜、窒化酸化シリコン膜、窒化シリコン膜、酸化アルミニウム膜、酸化ハフニウム膜、酸化イットリウム膜、酸化ジルコニウム膜、酸化ガリウム膜、酸化タンタル膜、酸化マグネシウム膜、酸化ランタン膜、酸化セリウム膜および酸化ネオジム膜を一種以上含む絶縁層を用いることができる。なお、絶縁層１１０を、２層の積層構造または３層以上の積層構造としてもよい。
また、半導体層１０８と接する絶縁層１１０は、酸化物絶縁膜であることが好ましく、化学量論的組成よりも過剰に酸素を含有する領域を有することがより好ましい。別言すると、絶縁層１１０は、酸素を放出することが可能な絶縁膜である。例えば、酸素雰囲気下にて絶縁層１１０を形成すること、成膜後の絶縁層１１０に対して酸素雰囲気下での熱処理、プラズマ処理等を行うこと、または、絶縁層１１０上に酸素雰囲気下で酸化物膜を成膜することなどにより、絶縁層１１０中に酸素を供給することもできる。
また、絶縁層１１０として、酸化シリコンや酸化窒化シリコンと比べて比誘電率の高い酸化ハフニウム等の材料を用いることもできる。これにより絶縁層１１０の膜厚を厚くしトンネル電流によるリーク電流を抑制できる。特に結晶性を有する酸化ハフニウムは、非晶質の酸化ハフニウムと比べて高い比誘電率を備えるため好ましい。
〔半導体層〕
半導体層１０８がＩｎ－Ｍ－Ｚｎ酸化物の場合、Ｉｎ－Ｍ－Ｚｎ酸化物を成膜するために用いるスパッタリングターゲットは、Ｍに対するＩｎの原子数比が１以上であることが好ましい。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＝２：１：３、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝３：１：２、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝４：２：３、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝４：２：４．１、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝５：１：６、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝５：１：７、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝５：１：８、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝６：１：６、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝５：２：５等が挙げられる。
また、スパッタリングターゲットとしては、多結晶の酸化物を含むターゲットを用いると、結晶性を有する半導体層１０８を形成しやすくなるため好ましい。なお、成膜される半導体層１０８の原子数比は、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。例えば、半導体層１０８に用いるスパッタリングターゲットの組成がＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝４：２：４．１［原子数比］の場合、成膜される半導体層１０８の組成は、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝４：２：３［原子数比］の近傍となる場合がある。
なお、原子数比がＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝４：２：３またはその近傍と記載する場合、Ｉｎを４としたとき、Ｇａが１以上３以下であり、Ｚｎが２以上４以下である場合を含む。また、原子数比がＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝５：１：６またはその近傍であると記載する場合、Ｉｎを５としたときに、Ｇａが０．１より大きく２以下であり、Ｚｎが５以上７以下である場合を含む。また、原子数比がＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：１またはその近傍であると記載する場合、Ｉｎを１としたときに、Ｇａが０．１より大きく２以下であり、Ｚｎが０．１より大きく２以下である場合を含む。
また、半導体層１０８は、エネルギーギャップが２ｅＶ以上、好ましくは２．５ｅＶ以上である。このように、シリコンよりもエネルギーギャップの広い金属酸化物を用いることで、トランジスタのオフ電流を低減することができる。
また、半導体層１０８は、非単結晶構造であると好ましい。非単結晶構造は、例えば、後述するＣＡＡＣ構造、多結晶構造、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構造は最も欠陥準位密度が低い。
以下では、ＣＡＡＣ（ｃ－ａｘｉｓ ａｌｉｇｎｅｄ ｃｒｙｓｔａｌ）について説明する。ＣＡＡＣは結晶構造の一例を表す。
ＣＡＡＣ構造とは、複数のナノ結晶（最大径が１０ｎｍ未満である結晶領域）を有する薄膜などの結晶構造の一つであり、各ナノ結晶はｃ軸が特定の方向に配向し、かつａ軸及びｂ軸は配向性を有さずに、ナノ結晶同士が粒界を形成することなく連続的に連結しているといった特徴を有する結晶構造である。特にＣＡＡＣ構造を有する薄膜は、各ナノ結晶のｃ軸が、薄膜の厚さ方向、被形成面の法線方向、または薄膜の表面の法線方向に配向しやすいといった特徴を有する。
ＣＡＡＣ－ＯＳ（Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）は結晶性の高い酸化物半導体である。一方、ＣＡＡＣ－ＯＳは、明確な結晶粒界を確認することはできないため、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。また、酸化物半導体の結晶性は不純物の混入や欠陥の生成などによって低下する場合があるため、ＣＡＡＣ－ＯＳは不純物や欠陥（酸素欠損など）の少ない酸化物半導体ともいえる。従って、ＣＡＡＣ－ＯＳを有する酸化物半導体は、物理的性質が安定する。そのため、ＣＡＡＣ－ＯＳを有する酸化物半導体は熱に強く、信頼性が高い。
ここで、結晶学において、単位格子を構成するａ軸、ｂ軸、及びｃ軸の３つの軸（結晶軸）について、特異的な軸をｃ軸とした単位格子を取ることが一般的である。特に層状構造を有する結晶では、層の面方向に平行な２つの軸をａ軸及びｂ軸とし、層に交差する軸をｃ軸とすることが一般的である。このような層状構造を有する結晶の代表的な例として、六方晶系に分類されるグラファイトがあり、その単位格子のａ軸及びｂ軸は劈開面に平行であり、ｃ軸は劈開面に直交する。例えば層状構造であるＹｂＦｅ２Ｏ４型の結晶構造をとるＩｎＧａＺｎＯ４の結晶は六方晶系に分類することができ、その単位格子のａ軸及びｂ軸は層の面方向に平行となり、ｃ軸は層（すなわちａ軸及びｂ軸）に直交する。
微結晶構造を有する酸化物半導体膜（微結晶酸化物半導体膜）は、ＴＥＭによる観察像では、明確に結晶部を確認することができない場合がある。微結晶酸化物半導体膜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（ｎｃ：ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌ）を有する酸化物半導体膜を、ｎｃ－ＯＳ（ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）膜と呼ぶ。また、ｎｃ－ＯＳ膜は、例えば、ＴＥＭによる観察像では、結晶粒界を明確に確認できない場合がある。
ｎｃ－ＯＳ膜は、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膜は、異なる結晶部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。従って、ｎｃ－ＯＳ膜は、分析方法によっては、非晶質酸化物半導体膜と区別が付かない場合がある。例えば、ｎｃ－ＯＳ膜に対し、結晶部よりも大きい径の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膜に対し、結晶部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線回折（制限視野電子線回折ともいう。）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膜に対し、結晶部の大きさと近いか結晶部より小さいプローブ径（例えば１ｎｍ以上３０ｎｍ以下）の電子線を用いる電子線回折（ナノビーム電子線回折ともいう。）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、当該領域内に複数のスポットが観測される場合がある。
ｎｃ－ＯＳ膜は、非晶質酸化物半導体膜よりも欠陥準位密度が低い。ただし、ｎｃ－ＯＳ膜は、異なる結晶部間で結晶方位に規則性が見られない。そのため、ｎｃ－ＯＳ膜は、ＣＡＡＣ－ＯＳ膜と比べて欠陥準位密度が高くなる。従って、ｎｃ－ＯＳ膜はＣＡＡＣ－ＯＳ膜と比べて、キャリア密度が高く、電子移動度が高くなる場合がある。従って、ｎｃ－ＯＳ膜を用いたトランジスタは、高い電界効果移動度を示す場合がある。
ｎｃ－ＯＳ膜は、ＣＡＡＣ－ＯＳ膜と比較して、成膜時の酸素流量比を小さくすることで形成することができる。また、ｎｃ－ＯＳ膜は、ＣＡＡＣ－ＯＳ膜と比較して、成膜時の基板温度を低くすることでも形成することができる。例えば、ｎｃ－ＯＳ膜は、基板温度を比較的低温（例えば１３０℃以下の温度）とした状態、または基板を加熱しない状態でも成膜することができるため、大型のガラス基板や、樹脂基板などを使う場合に適しており、生産性を高めることができる。
金属酸化物の結晶構造の一例について説明する。なお、以下では、Ｉｎ－Ｇａ－Ｚｎ酸化物ターゲット（Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝４：２：４．１［原子数比］）を用いて、スパッタリング法にて成膜された金属酸化物を一例として説明する。上記ターゲットを用いて、基板温度を１００℃以上１３０℃以下として、スパッタリング法により形成した金属酸化物は、ｎｃ（ｎａｎｏ ｃｒｙｓｔａｌ）構造及びＣＡＡＣ構造のいずれか一方の結晶構造、またはこれらが混在した構造をとりやすい。一方、基板温度を室温（Ｒ．Ｔ．）として、スパッタリング法により形成した金属酸化物は、ｎｃの結晶構造をとりやすい。なお、ここでいう室温（Ｒ．Ｔ．）とは、基板を意図的に加熱しない場合の温度を含む。
［金属酸化物の構成］
以下では、本発明の一態様で開示されるトランジスタに用いることができるＣＡＣ（Ｃｌｏｕｄ－Ａｌｉｇｎｅｄ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ）－ＯＳの構成について説明する。
なお、本明細書等において、ＣＡＡＣ（ｃ－ａｘｉｓ ａｌｉｇｎｅｄ ｃｒｙｓｔａｌ）、及びＣＡＣ（Ｃｌｏｕｄ－Ａｌｉｇｎｅｄ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ）と記載する場合がある。なお、ＣＡＡＣは結晶構造の一例を表し、ＣＡＣは機能、または材料の構成の一例を表す。
ＣＡＣ－ＯＳまたはＣＡＣ－ｍｅｔａｌ ｏｘｉｄｅとは、材料の一部では導電性の機能と、材料の一部では絶縁性の機能とを有し、材料の全体では半導体としての機能を有する。なお、ＣＡＣ－ＯＳまたはＣＡＣ－ｍｅｔａｌ ｏｘｉｄｅを、トランジスタの活性層に用いる場合、導電性の機能は、キャリアとなる電子（またはホール）を流す機能であり、絶縁性の機能は、キャリアとなる電子を流さない機能である。導電性の機能と、絶縁性の機能とを、それぞれ相補的に作用させることで、スイッチングさせる機能（Ｏｎ／Ｏｆｆさせる機能）をＣＡＣ－ＯＳまたはＣＡＣ－ｍｅｔａｌ ｏｘｉｄｅに付与できる。ＣＡＣ－ＯＳまたはＣＡＣ－ｍｅｔａｌ ｏｘｉｄｅにおいて、それぞれの機能を分離させることで、双方の機能を最大限に高めることができる。
また、ＣＡＣ－ＯＳまたはＣＡＣ－ｍｅｔａｌ ｏｘｉｄｅは、導電性領域、及び絶縁性領域を有する。導電性領域は、上述の導電性の機能を有し、絶縁性領域は、上述の絶縁性の機能を有する。また、材料中において、導電性領域と、絶縁性領域とは、ナノ粒子レベルで分離している場合がある。また、導電性領域と、絶縁性領域とは、それぞれ材料中に偏在する場合がある。また、導電性領域は、周辺がぼけてクラウド状に連結して観察される場合がある。
また、ＣＡＣ－ＯＳまたはＣＡＣ－ｍｅｔａｌ ｏｘｉｄｅにおいて、導電性領域と、絶縁性領域とは、それぞれ０．５ｎｍ以上１０ｎｍ以下、好ましくは０．５ｎｍ以上３ｎｍ以下のサイズで材料中に分散している場合がある。
また、ＣＡＣ－ＯＳまたはＣＡＣ－ｍｅｔａｌ ｏｘｉｄｅは、異なるバンドギャップを有する成分により構成される。例えば、ＣＡＣ－ＯＳまたはＣＡＣ－ｍｅｔａｌ ｏｘｉｄｅは、絶縁性領域に起因するワイドギャップを有する成分と、導電性領域に起因するナローギャップを有する成分と、により構成される。当該構成の場合、キャリアを流す際に、ナローギャップを有する成分において、主にキャリアが流れる。また、ナローギャップを有する成分が、ワイドギャップを有する成分に相補的に作用し、ナローギャップを有する成分に連動してワイドギャップを有する成分にもキャリアが流れる。このため、上記ＣＡＣ－ＯＳまたはＣＡＣ－ｍｅｔａｌ ｏｘｉｄｅをトランジスタのチャネル形成領域に用いる場合、トランジスタのオン状態において高い電流駆動力、つまり大きなオン電流、及び高い電界効果移動度を得ることができる。
すなわち、ＣＡＣ－ＯＳまたはＣＡＣ－ｍｅｔａｌ ｏｘｉｄｅは、マトリックス複合材（ｍａｔｒｉｘ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ）、または金属マトリックス複合材（ｍｅｔａｌ ｍａｔｒｉｘ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ）と呼称することもできる。
以上が、構成要素についての説明である。
本実施の形態は、少なくともその一部を本明細書中に記載する他の実施の形態と適宜組み合わせて実施することができる。
（実施の形態２）
本実施の形態では、先の実施の形態で例示したトランジスタを有する表示装置の一例について説明する。
［構成例］
図９（Ａ）に、表示装置７００の上面図を示す。表示装置７００は、シール材７１２により貼り合された第１の基板７０１と第２の基板７０５を有する。また第１の基板７０１、第２の基板７０５、及びシール材７１２で封止される領域において、第１の基板７０１上に画素部７０２、ソースドライバ回路部７０４、及びゲートドライバ回路部７０６が設けられる。また画素部７０２には、複数の表示素子が設けられる。
また、第１の基板７０１の第２の基板７０５と重ならない部分に、ＦＰＣ７１６（ＦＰＣ：Ｆｌｅｘｉｂｌｅ ｐｒｉｎｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ）が接続されるＦＰＣ端子部７０８が設けられている。ＦＰＣ７１６によって、ＦＰＣ端子部７０８及び信号線７１０を介して、画素部７０２、ソースドライバ回路部７０４、及びゲートドライバ回路部７０６のそれぞれに各種信号等が供給される。
ゲートドライバ回路部７０６は、複数設けられていてもよい。また、ゲートドライバ回路部７０６及びソースドライバ回路部７０４は、それぞれ半導体基板等に別途形成され、パッケージされたＩＣチップの形態であってもよい。当該ＩＣチップは、第１の基板７０１上、またはＦＰＣ７１６に実装することができる。
画素部７０２、ソースドライバ回路部７０４及びゲートドライバ回路部７０６が有するトランジスタに、本発明の一態様の半導体装置であるトランジスタを適用することができる。
画素部７０２に設けられる表示素子としては、液晶素子、発光素子などが挙げられる。液晶素子としては、透過型の液晶素子、反射型の液晶素子、半透過型の液晶素子などを用いることができる。また、発光素子としては、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）、ＯＬＥＤ（Ｏｒｇａｎｉｃ ＬＥＤ）、ＱＬＥＤ（Ｑｕａｎｔｕｍ－ｄｏｔ ＬＥＤ）、半導体レーザなどの、自発光性の発光素子が挙げられる。また、シャッター方式または光干渉方式のＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）素子や、マイクロカプセル方式、電気泳動方式、エレクトロウェッティング方式、または電子粉流体（登録商標）方式等を適用した表示素子などを用いることもできる。
図９（Ｂ）に示す表示装置７００Ａは、第１の基板７０１に換えて、可撓性を有する樹脂層７４３が適用され、フレキシブルディスプレイとして用いることのできる表示装置の例である。
表示装置７００Ａは、画素部７０２が矩形形状でなく、角部が円弧状の形状を有している。また、図９（Ｂ）中の領域Ｐ１に示すように、画素部７０２、及び樹脂層７４３の一部が切りかかれた切欠き部を有する。一対のゲートドライバ回路部７０６は、画素部７０２を挟んで両側に設けられる。またゲートドライバ回路部７０６は、画素部７０２の角部において、円弧状の輪郭に沿って設けられている。
樹脂層７４３は、ＦＰＣ端子部７０８が設けられる部分が突出した形状を有している。また樹脂層７４３のＦＰＣ端子部７０８を含む一部は、図９（Ｂ）中の領域Ｐ２で裏側に折り返すことができる。樹脂層７４３の一部を折り返すことで、ＦＰＣ７１６を画素部７０２の裏側に重ねて配置した状態で、表示装置７００Ａを電子機器に実装することができ、電子機器の省スペース化を図ることができる。
また表示装置７００Ａに接続されるＦＰＣ７１６には、ＩＣ７１７が実装されている。ＩＣ７１７は、例えばソースドライバ回路としての機能を有する。このとき、表示装置７００Ａにおけるソースドライバ回路部７０４は、保護回路、バッファ回路、デマルチプレクサ回路等の少なくとも一を含む構成とすることができる。
図９（Ｃ）に示す表示装置７００Ｂは、大型の画面を有する電子機器に好適に用いることのできる表示装置である。表示装置７００Ｂは、例えばテレビジョン装置、モニタ装置、パーソナルコンピュータ（ノート型またはデスクトップ型を含む）、タブレット端末、デジタルサイネージなどに好適に用いることができる。
表示装置７００Ｂは、複数のソースドライバＩＣ７２１と、一対のゲートドライバ回路部７２２を有する。
複数のソースドライバＩＣ７２１は、それぞれＦＰＣ７２３に取り付けられている。また、複数のＦＰＣ７２３は、一方の端子が第１の基板７０１に、他方の端子がプリント基板７２４にそれぞれ接続されている。ＦＰＣ７２３を折り曲げることで、プリント基板７２４を画素部７０２の裏側に配置して、電子機器に実装することができ、電子機器の省スペース化を図ることができる。
一方、ゲートドライバ回路部７２２は、第１の基板７０１上に形成されている。これにより、狭額縁の電子機器を実現できる。
このような構成とすることで、大型で且つ高解像度の表示装置を実現できる。例えば画面サイズが対角３０インチ以上、４０インチ以上、５０インチ以上、または６０インチ以上の表示装置を実現することができる。また、解像度が４Ｋ２Ｋ、または８Ｋ４Ｋなどといった極めて高解像度の表示装置を実現することができる。
［断面構成例］
以下では、表示素子として液晶素子を用いる構成、及びＥＬ素子を用いる構成について、図１０乃至図１３を用いて説明する。なお、図１０乃至図１２は、それぞれ図９（Ａ）に示す一点鎖線Ｑ－Ｒにおける断面図である。また図１３は、図９（Ｂ）に示した表示装置７００Ａ中の一点鎖線Ｓ－Ｔにおける断面図である。図１０及び図１１は、表示素子として液晶素子を用いた構成であり、図１２及び図１３は、ＥＬ素子を用いた構成である。
〔表示装置の共通部分に関する説明〕
図１０乃至図１３に示す表示装置は、引き回し配線部７１１と、画素部７０２と、ソースドライバ回路部７０４と、ＦＰＣ端子部７０８と、を有する。引き回し配線部７１１は、信号線７１０を有する。画素部７０２は、トランジスタ７５０及び容量素子７９０を有する。ソースドライバ回路部７０４は、トランジスタ７５２を有する。図１１では、容量素子７９０が無い場合を示している。
トランジスタ７５０及びトランジスタ７５２は、実施の形態１で例示したトランジスタを適用できる。
本実施の形態で用いるトランジスタは、高純度化し、酸素欠損の形成を抑制した酸化物半導体膜を有する。該トランジスタは、オフ電流を低くできる。よって、画像信号等の電気信号の保持時間を長くでき、画像信号等の書き込み間隔も長く設定できる。よって、リフレッシュ動作の頻度を少なくできるため、消費電力を低減する効果を奏する。
また、本実施の形態で用いるトランジスタは、比較的高い電界効果移動度が得られるため、高速駆動が可能である。例えば、このような高速駆動が可能なトランジスタを表示装置に用いることで、画素部のスイッチングトランジスタと、駆動回路部に使用するドライバトランジスタを同一基板上に形成することができる。すなわち、シリコンウェハ等により形成された駆動回路を適用しない構成も可能であり、表示装置の部品点数を削減することができる。また、画素部においても、高速駆動が可能なトランジスタを用いることで、高画質な画像を提供することができる。
図１０、図１２、及び図１３に示す容量素子７９０は、トランジスタ７５０が有する第１のゲート電極と同一の膜を加工して形成される下部電極と、半導体層と同一の金属酸化物を加工して形成される上部電極と、を有する。上部電極は、トランジスタ７５０のソース領域及びドレイン領域と同様に低抵抗化されている。また、下部電極と上部電極との間には、トランジスタ７５０の第１のゲート絶縁層として機能する絶縁膜の一部が設けられる。すなわち、容量素子７９０は、一対の電極間に誘電体膜として機能する絶縁膜が挟持された積層型の構造である。また、上部電極には、トランジスタのソース電極及びドレイン電極と同一の膜を加工して得られる配線が接続されている。
また、トランジスタ７５０、トランジスタ７５２、及び容量素子７９０上には平坦化絶縁膜７７０が設けられている。
画素部７０２が有するトランジスタ７５０と、ソースドライバ回路部７０４が有するトランジスタ７５２とは、異なる構造のトランジスタを用いてもよい。例えば、いずれか一方にトップゲート型のトランジスタを適用し、他方にボトムゲート型のトランジスタを適用した構成としてもよい。なお、上記ゲートドライバ回路部７０６についてもソースドライバ回路部７０４と同様である。
信号線７１０は、トランジスタ７５０、７５２のソース電極及びドレイン電極等と同じ導電膜で形成されている。このとき、銅元素を含む材料等の低抵抗な材料を用いると、配線抵抗に起因する信号遅延等が少なく、大画面での表示が可能となるため好ましい。
ＦＰＣ端子部７０８は、一部が接続電極として機能する配線７６０、異方性導電膜７８０、及びＦＰＣ７１６を有する。配線７６０は、異方性導電膜７８０を介してＦＰＣ７１６が有する端子と電気的に接続される。ここでは、配線７６０は、トランジスタ７５０、７５２のソース電極及びドレイン電極等と同じ導電膜で形成されている。
第１の基板７０１及び第２の基板７０５としては、例えばガラス基板、またはプラスチック基板等の可撓性を有する基板を用いることができる。第１の基板７０１に可撓性を有する基板を用いる場合には、第１の基板７０１とトランジスタ７５０等との間に、水や水素に対するバリア性を有する絶縁層を設けることが好ましい。
また、第２の基板７０５側には、遮光膜７３８と、着色膜７３６と、これらに接する絶縁膜７３４と、が設けられる。
〔液晶素子を用いる表示装置の構成例〕
図１０に示す表示装置７００は、液晶素子７７５と、スペーサ７７８を有する。液晶素子７７５は、導電層７７２、導電層７７４、及びこれらの間に液晶層７７６を有する。導電層７７４は、第２の基板７０５側に設けられ、共通電極としての機能を有する。また、導電層７７２は、トランジスタ７５０が有するソース電極またはドレイン電極と電気的に接続される。導電層７７２は、平坦化絶縁膜７７０上に形成され、画素電極として機能する。
導電層７７２には、可視光に対して透光性の材料、または反射性の材料を用いることができる。透光性の材料としては、例えば、インジウム、亜鉛、スズ等を含む酸化物材料を用いるとよい。反射性の材料としては、例えば、アルミニウム、銀等を含む材料を用いるとよい。
導電層７７２に反射性の材料を用いると、表示装置７００は反射型の液晶表示装置となる。一方、導電層７７２に透光性の材料を用いると、透過型の液晶表示装置となる。反射型の液晶表示装置の場合、視認側に偏光板を設ける。一方、透過型の液晶表示装置の場合、液晶素子を挟むように一対の偏光板を設ける。
図１１に示す表示装置７００は、横電界方式（例えば、ＦＦＳモード）の液晶素子７７５を用いる例を示す。導電層７７２上に絶縁層７７３を介して、共通電極として機能する導電層７７４が設けられる。導電層７７２と導電層７７４との間に生じる電界によって、液晶層７７６の配向状態を制御することができる。
図１１において、導電層７７４、絶縁層７７３、導電層７７２の積層構造により保持容量を構成することができる。そのため、別途容量素子を設ける必要がなく、開口率を高めることができる。
また、図１０及び図１１には図示しないが、液晶層７７６と接する配向膜を設ける構成としてもよい。また、偏光部材、位相差部材、反射防止部材などの光学部材（光学基板）、及びバックライト、サイドライトなどの光源を適宜設けることができる。
液晶層７７６には、サーモトロピック液晶、低分子液晶、高分子液晶、高分子分散型液晶（ＰＤＬＣ：Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｄｉｓｐｅｒｓｅｄ Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ）、高分子ネットワーク型液晶（ＰＮＬＣ：Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ）、強誘電性液晶、反強誘電性液晶等を用いることができる。また、横電界方式を採用する場合、配向膜を用いないブルー相を示す液晶を用いてもよい。
また、液晶素子のモードとしては、ＴＮ（Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ）モード、ＶＡ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）モード、ＩＰＳ（Ｉｎ－Ｐｌａｎｅ－Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）モード、ＦＦＳ（Ｆｒｉｎｇｅ Ｆｉｅｌｄ Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）モード、ＡＳＭ（Ａｘｉａｌｌｙ Ｓｙｍｍｅｔｒｉｃ ａｌｉｇｎｅｄ Ｍｉｃｒｏ－ｃｅｌｌ）モード、ＯＣＢ（Ｏｐｔｉｃａｌｌｙ Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｄ Ｂｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｃｅ）モード、ＥＣＢ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ Ｂｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｃｅ）モード、ゲストホストモードなどを用いることができる。
また、液晶層７７６に高分子分散型液晶や、高分子ネットワーク型液晶などを用いた、散乱型の液晶素子を用いることもできる。このとき、着色膜７３６を設けずに白黒表示を行う構成としてもよいし、着色膜７３６を用いてカラー表示を行う構成としてもよい。
また、液晶素子の駆動方法として、継時加法混色法に基づいてカラー表示を行う、時間分割表示方式（フィールドシーケンシャル駆動方式ともいう）を適用してもよい。その場合、着色膜７３６を設けない構成とすることができる。時間分割表示方式を用いた場合、例えばＲ（赤色）、Ｇ（緑色）、Ｂ（青色）のそれぞれの色を呈する副画素を設ける必要がないため、画素の開口率を向上させることや、精細度を高められるなどの利点がある。
〔発光素子を用いる表示装置〕
図１２に示す表示装置７００は、発光素子７８２を有する。発光素子７８２は、導電層７７２、ＥＬ層７８６、及び導電膜７８８を有する。ＥＬ層７８６は、有機化合物、または量子ドットなどの無機化合物を有する。
有機化合物に用いることのできる材料としては、蛍光性材料または燐光性材料などが挙げられる。また、量子ドットに用いることのできる材料としては、コロイド状量子ドット材料、合金型量子ドット材料、コア・シェル型量子ドット材料、コア型量子ドット材料、などが挙げられる。
図１２に示す表示装置７００には、平坦化絶縁膜７７０上に導電層７７２の一部を覆う絶縁膜７３０が設けられる。ここで、発光素子７８２は透光性の導電膜７８８を有し、トップエミッション型の発光素子である。なお、発光素子７８２は、導電層７７２側に光を射出するボトムエミッション構造や、導電層７７２側及び導電膜７８８側の双方に光を射出するデュアルエミッション構造としてもよい。
また、着色膜７３６は発光素子７８２と重なる位置に設けられ、遮光膜７３８は絶縁膜７３０と重なる位置、引き回し配線部７１１、及びソースドライバ回路部７０４に設けられている。また、着色膜７３６及び遮光膜７３８は、絶縁膜７３４で覆われている。また、発光素子７８２と絶縁膜７３４の間は封止膜７３２で充填されている。なお、ＥＬ層７８６を画素毎に島状または画素列毎に縞状に形成する、すなわち塗り分けにより形成する場合においては、着色膜７３６を設けない構成としてもよい。
図１３には、フレキシブルディスプレイに好適に適用できる表示装置の構成を示している。図１３は、図９（Ｂ）に示した表示装置７００Ａ中の一点鎖線Ｓ－Ｔにおける断面図である。
図１３に示す表示装置７００Ａは、図１２で示した第１の基板７０１に換えて、支持基板７４５、接着層７４２、樹脂層７４３、及び絶縁層７４４が積層された構成を有する。トランジスタ７５０や容量素子７９０等は、樹脂層７４３上に設けられた絶縁層７４４上に設けられている。
支持基板７４５は、有機樹脂やガラス等を含み、可撓性を有する程度に薄い基板である。樹脂層７４３は、ポリイミドやアクリルなどの有機樹脂を含む層である。絶縁層７４４は、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化シリコン等の無機絶縁膜を含む。樹脂層７４３と支持基板７４５とは、接着層７４２によって貼りあわされている。樹脂層７４３は、支持基板７４５よりも薄いことが好ましい。
また、図１３に示す表示装置７００Ａは、図１２で示した基板７０５に換えて保護層７４０を有する。保護層７４０は、封止膜７３２と貼りあわされている。保護層７４０としては、ガラス基板や樹脂フィルムなどを用いることができる。また、保護層７４０として、偏光板、散乱板などの光学部材や、タッチセンサパネルなどの入力装置、またはこれらを２つ以上積層した構成を適用してもよい。
また、発光素子７８２が有するＥＬ層７８６は、絶縁膜７３０及び導電層７７２上に島状に設けられている。ＥＬ層７８６を、副画素毎に発光色が異なるように作り分けることで、着色膜７３６を用いずにカラー表示を実現することができる。また、発光素子７８２を覆って、保護層７４１が設けられている。保護層７４１は発光素子７８２に水などの不純物が拡散することを防ぐ機能を有する。保護層７４１は、無機絶縁膜を用いることが好ましい。また、無機絶縁膜と有機絶縁膜をそれぞれ一以上含む積層構造とすることがより好ましい。
また、図１３では、折り曲げ可能な領域Ｐ２を示している。領域Ｐ２では、支持基板７４５、接着層７４２のほか、絶縁層７４４等の無機絶縁膜が設けられていない部分を有する。また、領域Ｐ２において、配線７６０を覆って樹脂層７４６が設けられている。折り曲げ可能な領域Ｐ２に無機絶縁膜をできるだけ設けず、且つ、金属または合金を含む導電層と、有機材料を含む層のみを積層した構成とすることで、曲げた際にクラックが生じることを防ぐことができる。また、領域Ｐ２に支持基板７４５を設けないことで、極めて小さい曲率半径で、表示装置７００Ａの一部を曲げることができる。
〔表示装置に入力装置を設ける構成例〕
また、図１０乃至図１３に示す表示装置に入力装置を設けてもよい。当該入力装置としては、例えば、タッチセンサ等が挙げられる。
例えばセンサの方式としては、静電容量方式、抵抗膜方式、表面弾性波方式、赤外線方式、光学方式、感圧方式など様々な方式を用いることができる。または、これら２つ以上を組み合わせて用いてもよい。
なお、タッチパネルの構成は、入力装置を一対の基板の間に形成する、所謂インセル型のタッチパネル、入力装置を表示装置上に形成する、所謂オンセル型のタッチパネル、または表示装置に貼り合わせて用いる、所謂アウトセル型のタッチパネルなどがある。
本実施の形態で例示した構成例、及びそれらに対応する図面等は、少なくともその一部を他の構成例、または図面等と適宜組み合わせて実施することができる。
本実施の形態は、少なくともその一部を本明細書中に記載する他の実施の形態と適宜組み合わせて実施することができる。
（実施の形態３）
本実施の形態では、本発明の一態様の半導体装置を有する表示装置について、図１４を用いて説明を行う。
図１４（Ａ）に示す表示装置は、画素部５０２と、駆動回路部５０４と、保護回路５０６と、端子部５０７と、を有する。なお、保護回路５０６は、設けない構成としてもよい。
画素部５０２や駆動回路部５０４が有するトランジスタに、本発明の一態様のトランジスタを適用することができる。また保護回路５０６にも、本発明の一態様のトランジスタを適用してもよい。
画素部５０２は、Ｘ行Ｙ列（Ｘ、Ｙはそれぞれ独立に２以上の自然数）に配置された複数の表示素子を駆動する複数の画素回路５０１を有する。
駆動回路部５０４は、走査線ＧＬ＿１乃至ＧＬ＿Ｘに走査信号を出力するゲートドライバ５０４ａ、データ線ＤＬ＿１乃至ＤＬ＿Ｙにデータ信号を供給するソースドライバ５０４ｂなどの駆動回路を有する。ゲートドライバ５０４ａは、少なくともシフトレジスタを有する構成とすればよい。またソースドライバ５０４ｂは、例えば複数のアナログスイッチなどを用いて構成される。また、シフトレジスタなどを用いてソースドライバ５０４ｂを構成してもよい。
端子部５０７は、外部の回路から表示装置に電源、制御信号、及び画像信号等を入力するための端子が設けられた部分をいう。
保護回路５０６は、自身が接続する配線に一定の範囲外の電位が与えられたときに、該配線と別の配線とを導通状態にする回路である。図１４（Ａ）に示す保護回路５０６は、例えば、ゲートドライバ５０４ａと画素回路５０１の間の配線である走査線ＧＬ、またはソースドライバ５０４ｂと画素回路５０１の間の配線であるデータ線ＤＬ等の各種配線に接続される。
また、ゲートドライバ５０４ａとソースドライバ５０４ｂは、それぞれ画素部５０２と同じ基板上に設けられていてもよいし、ゲートドライバ回路またはソースドライバ回路が別途形成された基板（例えば、単結晶半導体膜または多結晶半導体膜で形成された駆動回路基板）をＣＯＧやＴＡＢ（Ｔａｐｅ Ａｕｔｏｍａｔｅｄ Ｂｏｎｄｉｎｇ）によって基板に実装する構成としてもよい。
また、図１４（Ａ）に示す複数の画素回路５０１は、例えば、図１４（Ｂ）、（Ｃ）に示す構成とすることができる。
図１４（Ｂ）に示す画素回路５０１は、液晶素子５７０と、トランジスタ５５０と、容量素子５６０と、を有する。また画素回路５０１には、データ線ＤＬ＿ｎ、走査線ＧＬ＿ｍ、電位供給線ＶＬ等が接続されている。
液晶素子５７０の一対の電極の一方の電位は、画素回路５０１の仕様に応じて適宜設定される。液晶素子５７０は、書き込まれるデータにより配向状態が設定される。なお、複数の画素回路５０１のそれぞれが有する液晶素子５７０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、各行の画素回路５０１の液晶素子５７０の一対の電極の一方に異なる電位を与えてもよい。
また、図１４（Ｃ）に示す画素回路５０１は、トランジスタ５５２、５５４と、容量素子５６２と、発光素子５７２と、を有する。また画素回路５０１には、データ線ＤＬ＿ｎ、走査線ＧＬ＿ｍ、電位供給線ＶＬ＿ａ、電源供給線ＶＬ＿ｂ等が接続されている。
なお、電位供給線ＶＬ＿ａ及び電位供給線ＶＬ＿ｂ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。トランジスタ５５４のゲートに与えられる電位に応じて、発光素子５７２に流れる電流が制御されることにより、発光素子５７２からの発光輝度が制御される。
本実施の形態で例示した構成例、及びそれらに対応する図面等は、少なくともその一部を他の構成例、または図面等と適宜組み合わせて実施することができる。
本実施の形態は、少なくともその一部を本明細書中に記載する他の実施の形態と適宜組み合わせて実施することができる。
（実施の形態４）
以下では、画素に表示される階調を補正するためのメモリを備える画素回路と、これを有する表示装置について説明する。実施の形態１で例示したトランジスタは、以下で例示する画素回路に用いられるトランジスタに適用することができる。
［回路構成］
図１５（Ａ）に、画素回路４００の回路図を示す。画素回路４００は、トランジスタＭ１、トランジスタＭ２、容量Ｃ１、及び回路４０１を有する。また画素回路４００には、配線Ｓ１、配線Ｓ２、配線Ｇ１、及び配線Ｇ２が接続される。
トランジスタＭ１は、ゲートが配線Ｇ１と、ソース及びドレインの一方が配線Ｓ１と、他方が容量Ｃ１の一方の電極と、それぞれ接続する。トランジスタＭ２は、ゲートが配線Ｇ２と、ソース及びドレインの一方が配線Ｓ２と、他方が容量Ｃ１の他方の電極、及び回路４０１と、それぞれ接続する。
回路４０１は、少なくとも一の表示素子を含む回路である。表示素子としては様々な素子を用いることができるが、代表的には有機ＥＬ素子やＬＥＤ素子などの発光素子、液晶素子、またはＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）素子等を適用することができる。
トランジスタＭ１と容量Ｃ１とを接続するノードをノードＮ１、トランジスタＭ２と回路４０１とを接続するノードをノードＮ２とする。
画素回路４００は、トランジスタＭ１をオフ状態とすることで、ノードＮ１の電位を保持することができる。また、トランジスタＭ２をオフ状態とすることで、ノードＮ２の電位を保持することができる。また、トランジスタＭ２をオフ状態とした状態で、トランジスタＭ１を介してノードＮ１に所定の電位を書き込むことで、容量Ｃ１を介した容量結合により、ノードＮ１の電位の変位に応じてノードＮ２の電位を変化させることができる。
ここで、トランジスタＭ１、トランジスタＭ２のうちの一方または両方に、実施の形態１で例示した、酸化物半導体が適用されたトランジスタを適用することができる。そのため極めて低いオフ電流により、ノードＮ１及びノードＮ２の電位を長期間に亘って保持することができる。なお、各ノードの電位を保持する期間が短い場合（具体的には、フレーム周波数が３０Ｈｚ以上である場合等）には、シリコン等の半導体を適用したトランジスタを用いてもよい。
［駆動方法例］
続いて、図１５（Ｂ）を用いて、画素回路４００の動作方法の一例を説明する。図１５（Ｂ）は、画素回路４００の動作に係るタイミングチャートである。なおここでは説明を容易にするため、配線抵抗などの各種抵抗や、トランジスタや配線などの寄生容量、及びトランジスタのしきい値電圧などの影響は考慮しない。
図１５（Ｂ）に示す動作では、１フレーム期間を期間Ｔ１と期間Ｔ２とに分ける。期間Ｔ１はノードＮ２に電位を書き込む期間であり、期間Ｔ２はノードＮ１に電位を書き込む期間である。
〔期間Ｔ１〕
期間Ｔ１では、配線Ｇ１と配線Ｇ２の両方に、トランジスタをオン状態にする電位を与える。また、配線Ｓ１には固定電位である電位Ｖｒｅｆを供給し、配線Ｓ２には第１データ電位Ｖｗを供給する。
ノードＮ１には、トランジスタＭ１を介して配線Ｓ１から電位Ｖｒｅｆが与えられる。また、ノードＮ２には、トランジスタＭ２を介して第１データ電位Ｖｗが与えられる。したがって、容量Ｃ１には電位差Ｖｗ－Ｖｒｅｆが保持された状態となる。
〔期間Ｔ２〕
続いて期間Ｔ２では、配線Ｇ１にはトランジスタＭ１をオン状態とする電位を与え、配線Ｇ２にはトランジスタＭ２をオフ状態とする電位を与える。また、配線Ｓ１には第２データ電位Ｖｄａｔａを供給する。配線Ｓ２には所定の定電位を与える、またはフローティング状態としてもよい。
ノードＮ１には、トランジスタＭ１を介して第２データ電位Ｖｄａｔａが与えられる。このとき、容量Ｃ１による容量結合により、第２データ電位Ｖｄａｔａに応じてノードＮ２の電位が電位ｄＶだけ変化する。すなわち、回路４０１には、第１データ電位Ｖｗと電位ｄＶを足した電位が入力されることとなる。なお、図１５（Ｂ）では電位ｄＶが正の値であるように示しているが、負の値であってもよい。すなわち、第２データ電位Ｖｄａｔａが電位Ｖｒｅｆより低くてもよい。
ここで、電位ｄＶは、容量Ｃ１の容量値と、回路４０１の容量値によって概ね決定される。容量Ｃ１の容量値が回路４０１の容量値よりも十分に大きい場合、電位ｄＶは第２データ電位Ｖｄａｔａに近い電位となる。
このように、画素回路４００は、２種類のデータ信号を組み合わせて表示素子を含む回路４０１に供給する電位を生成することができるため、画素回路４００内で階調の補正を行うことが可能となる。
また画素回路４００は、配線Ｓ１及び配線Ｓ２に供給可能な最大電位を超える電位を生成することも可能となる。例えば発光素子を用いた場合では、ハイダイナミックレンジ（ＨＤＲ）表示等を行うことができる。また、液晶素子を用いた場合では、オーバードライブ駆動等を実現できる。
［適用例］
〔液晶素子を用いた例〕
図１５（Ｃ）に示す画素回路４００ＬＣは、回路４０１ＬＣを有する。回路４０１ＬＣは、液晶素子ＬＣと、容量Ｃ２とを有する。
液晶素子ＬＣは、一方の電極がノードＮ２及び容量Ｃ２の一方の電極と、他方の電極が電位Ｖｃｏｍ２が与えられる配線と接続する。容量Ｃ２は、他方の電極が電位Ｖｃｏｍ１が与えられる配線と接続する。
容量Ｃ２は保持容量として機能する。なお、容量Ｃ２は不要であれば省略することができる。
画素回路４００ＬＣは、液晶素子ＬＣに高い電圧を供給することができるため、例えばオーバードライブ駆動により高速な表示を実現すること、駆動電圧の高い液晶材料を適用することなどができる。また、配線Ｓ１または配線Ｓ２に補正信号を供給することで、使用温度や液晶素子ＬＣの劣化状態等に応じて階調を補正することもできる。
〔発光素子を用いた例〕
図１５（Ｄ）に示す画素回路４００ＥＬは、回路４０１ＥＬを有する。回路４０１ＥＬは、発光素子ＥＬ、トランジスタＭ３、及び容量Ｃ２を有する。
トランジスタＭ３は、ゲートがノードＮ２及び容量Ｃ２の一方の電極と、ソース及びドレインの一方が電位ＶＨが与えられる配線と、他方が発光素子ＥＬの一方の電極と、それぞれ接続される。容量Ｃ２は、他方の電極が電位Ｖｃｏｍが与えられる配線と接続する。発光素子ＥＬは、他方の電極が電位ＶＬが与えられる配線と接続する。
トランジスタＭ３は、発光素子ＥＬに供給する電流を制御する機能を有する。容量Ｃ２は保持容量として機能する。容量Ｃ２は不要であれば省略することができる。
なお、ここでは発光素子ＥＬのアノード側がトランジスタＭ３と接続する構成を示しているが、カソード側にトランジスタＭ３を接続してもよい。そのとき、電位ＶＨと電位ＶＬの値を適宜変更することができる。
画素回路４００ＥＬは、トランジスタＭ３のゲートに高い電位を与えることで、発光素子ＥＬに大きな電流を流すことができるため、例えばＨＤＲ表示などを実現することができる。また、また、配線Ｓ１または配線Ｓ２に補正信号を供給することで、トランジスタＭ３や発光素子ＥＬの電気特性のばらつきの補正を行うこともできる。
なお、図１５（Ｃ）、（Ｄ）で例示した回路に限られず、別途トランジスタや容量などを追加した構成としてもよい。
本実施の形態は、少なくともその一部を本明細書中に記載する他の実施の形態と適宜組み合わせて実施することができる。
（実施の形態５）
本実施の形態では、本発明の一態様を用いて作製することができる表示モジュールについて説明する。
図１６（Ａ）に示す表示モジュール６０００は、上部カバー６００１と下部カバー６００２との間に、ＦＰＣ６００５が接続された表示装置６００６、フレーム６００９、プリント基板６０１０、及びバッテリー６０１１を有する。
例えば、本発明の一態様を用いて作製された表示装置を、表示装置６００６に用いることができる。表示装置６００６により、極めて消費電力の低い表示モジュールを実現することができる。
上部カバー６００１及び下部カバー６００２は、表示装置６００６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。
表示装置６００６はタッチパネルとしての機能を有していてもよい。
フレーム６００９は、表示装置６００６の保護機能、プリント基板６０１０の動作により発生する電磁波を遮断する機能、放熱板としての機能等を有していてもよい。
プリント基板６０１０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、バッテリー制御回路等を有する。
図１６（Ｂ）は、光学式のタッチセンサを備える表示モジュール６０００の断面概略図である。
表示モジュール６０００は、プリント基板６０１０に設けられた発光部６０１５及び受光部６０１６を有する。また、上部カバー６００１と下部カバー６００２により囲まれた領域に一対の導光部（導光部６０１７ａ、導光部６０１７ｂ）を有する。
表示装置６００６は、フレーム６００９を間に介してプリント基板６０１０やバッテリー６０１１と重ねて設けられている。表示装置６００６とフレーム６００９は、導光部６０１７ａ、導光部６０１７ｂに固定されている。
発光部６０１５から発せられた光６０１８は、導光部６０１７ａにより表示装置６００６の上部を経由し、導光部６０１７ｂを通って受光部６０１６に達する。例えば指やスタイラスなどの被検知体により、光６０１８が遮られることにより、タッチ操作を検出することができる。
発光部６０１５は、例えば表示装置６００６の隣接する２辺に沿って複数設けられる。受光部６０１６は、発光部６０１５と対向する位置に複数設けられる。これにより、タッチ操作がなされた位置の情報を取得することができる。
発光部６０１５は、例えばＬＥＤ素子などの光源を用いることができ、特に、赤外線を発する光源を用いることが好ましい。受光部６０１６は、発光部６０１５が発する光を受光し、電気信号に変換する光電素子を用いることができる。好適には、赤外線を受光可能なフォトダイオードを用いることができる。
光６０１８を透過する導光部６０１７ａ、導光部６０１７ｂにより、発光部６０１５と受光部６０１６とを表示装置６００６の下側に配置することができ、外光が受光部６０１６に到達してタッチセンサが誤動作することを抑制できる。特に、可視光を吸収し、赤外線を透過する樹脂を用いると、タッチセンサの誤動作をより効果的に抑制できる。
本実施の形態は、少なくともその一部を本明細書中に記載する他の実施の形態と適宜組み合わせて実施することができる。
（実施の形態６）
本実施の形態では、本発明の一態様の表示装置を適用可能な、電子機器の例について説明する。
図１７（Ａ）に示す電子機器６５００は、スマートフォンとして用いることのできる携帯情報端末機である。
電子機器６５００は、筐体６５０１、表示部６５０２、電源ボタン６５０３、ボタン６５０４、スピーカ６５０５、マイク６５０６、カメラ６５０７、及び光源６５０８等を有する。表示部６５０２はタッチパネル機能を備える。
表示部６５０２に、本発明の一態様の表示装置を適用することができる。
図１７（Ｂ）は、筐体６５０１のマイク６５０６側の端部を含む断面概略図である。
筐体６５０１の表示面側には透光性を有する保護部材６５１０が設けられ、筐体６５０１と保護部材６５１０に囲まれた空間内に、表示パネル６５１１、光学部材６５１２、タッチセンサパネル６５１３、プリント基板６５１７、バッテリー６５１８等が配置されている。
保護部材６５１０には、表示パネル６５１１、光学部材６５１２、及びタッチセンサパネル６５１３が図示しない接着層により固定されている。
また、表示部６５０２よりも外側の領域において、表示パネル６５１１の一部が折り返されている。また、当該折り返された部分に、ＦＰＣ６５１５が接続されている。ＦＰＣ６５１５には、ＩＣ６５１６が実装されている。またＦＰＣ６５１５は、プリント基板６５１７に設けられた端子に接続されている。
表示パネル６５１１には本発明の一態様のフレキシブルディスプレイパネルを適用することができる。そのため、極めて軽量な電子機器を実現できる。また、表示パネル６５１１が極めて薄いため、電子機器の厚さを抑えつつ、大容量のバッテリー６５１８を搭載することもできる。また、表示パネル６５１１の一部を折り返して、画素部の裏側にＦＰＣ６５１５との接続部を配置することにより、狭額縁の電子機器を実現できる。
本実施の形態は、少なくともその一部を本明細書中に記載する他の実施の形態と適宜組み合わせて実施することができる。
（実施の形態７）
本実施の形態では、本発明の一態様を用いて作製された表示装置を備える電子機器について説明する。
以下で例示する電子機器は、表示部に本発明の一態様の表示装置を備えるものである。したがって、高い解像度が実現された電子機器である。また高い解像度と、大きな画面が両立された電子機器とすることができる。
本発明の一態様の電子機器の表示部には、例えばフルハイビジョン、４Ｋ２Ｋ、８Ｋ４Ｋ、１６Ｋ８Ｋ、またはそれ以上の解像度を有する映像を表示させることができる。
電子機器としては、例えば、テレビジョン装置、ノート型のパーソナルコンピュータ、モニタ装置、デジタルサイネージ、パチンコ機、ゲーム機などの比較的大きな画面を備える電子機器の他、デジタルカメラ、デジタルビデオカメラ、デジタルフォトフレーム、携帯電話機、携帯型ゲーム機、携帯情報端末、音響再生装置、などが挙げられる。
本発明の一態様が適用された電子機器は、家屋やビルの内壁または外壁、自動車等の内装または外装等が有する平面または曲面に沿って組み込むことができる。
図１８（Ａ）は、ファインダー８１００を取り付けた状態のカメラ８０００の外観を示す図である。
カメラ８０００は、筐体８００１、表示部８００２、操作ボタン８００３、シャッターボタン８００４等を有する。またカメラ８０００には、着脱可能なレンズ８００６が取り付けられている。
なおカメラ８０００は、レンズ８００６と筐体とが一体となっていてもよい。
カメラ８０００は、シャッターボタン８００４を押す、またはタッチパネルとして機能する表示部８００２をタッチすることにより撮像することができる。
筐体８００１は、電極を有するマウントを有し、ファインダー８１００のほか、ストロボ装置等を接続することができる。
ファインダー８１００は、筐体８１０１、表示部８１０２、ボタン８１０３等を有する。
筐体８１０１は、カメラ８０００のマウントと係合するマウントにより、カメラ８０００に取り付けられている。ファインダー８１００はカメラ８０００から受信した映像等を表示部８１０２に表示させることができる。
ボタン８１０３は、電源ボタン等としての機能を有する。
カメラ８０００の表示部８００２、及びファインダー８１００の表示部８１０２に、本発明の一態様の表示装置を適用することができる。なお、ファインダーが内蔵されたカメラ８０００であってもよい。
図１８（Ｂ）は、ヘッドマウントディスプレイ８２００の外観を示す図である。
ヘッドマウントディスプレイ８２００は、装着部８２０１、レンズ８２０２、本体８２０３、表示部８２０４、ケーブル８２０５等を有している。また装着部８２０１には、バッテリー８２０６が内蔵されている。
ケーブル８２０５は、バッテリー８２０６から本体８２０３に電力を供給する。本体８２０３は無線受信機等を備え、受信した映像情報を表示部８２０４に表示させることができる。また、本体８２０３はカメラを備え、使用者の眼球やまぶたの動きの情報を入力手段として用いることができる。
また、装着部８２０１には、使用者に触れる位置に、使用者の眼球の動きに伴って流れる電流を検知可能な複数の電極が設けられ、視線を認識する機能を有していてもよい。また、当該電極に流れる電流により、使用者の脈拍をモニタする機能を有していてもよい。また、装着部８２０１には、温度センサ、圧力センサ、加速度センサ等の各種センサを有していてもよく、使用者の生体情報を表示部８２０４に表示する機能や、使用者の頭部の動きに合わせて表示部８２０４に表示する映像を変化させる機能を有していてもよい。
表示部８２０４に、本発明の一態様の表示装置を適用することができる。
図１８（Ｃ）（Ｄ）（Ｅ）は、ヘッドマウントディスプレイ８３００の外観を示す図である。ヘッドマウントディスプレイ８３００は、筐体８３０１と、表示部８３０２と、バンド状の固定具８３０４と、一対のレンズ８３０５と、を有する。
使用者は、レンズ８３０５を通して、表示部８３０２の表示を視認することができる。なお、表示部８３０２を湾曲して配置させると、使用者が高い臨場感を感じることができるため好ましい。また、表示部８３０２の異なる領域に表示された別の画像を、レンズ８３０５を通して視認することで、視差を用いた３次元表示等を行うこともできる。なお、表示部８３０２を１つ設ける構成に限られず、表示部８３０２を２つ設け、使用者の片方の目につき１つの表示部を配置してもよい。
なお、表示部８３０２に、本発明の一態様の表示装置を適用することができる。本発明の一態様の半導体装置を有する表示装置は、極めて精細度が高いため、図１８（Ｅ）のようにレンズ８３０５を用いて拡大したとしても、使用者に画素が視認されることなく、より現実感の高い映像を表示することができる。
図１９（Ａ）乃至図１９（Ｇ）に示す電子機器は、筐体９０００、表示部９００１、スピーカ９００３、操作キー９００５（電源スイッチ、又は操作スイッチを含む）、接続端子９００６、センサ９００７（力、変位、位置、速度、加速度、角速度、回転数、距離、光、液、磁気、温度、化学物質、音声、時間、硬度、電場、電流、電圧、電力、放射線、流量、湿度、傾度、振動、におい又は赤外線を測定する機能を含むもの）、マイクロフォン９００８、等を有する。
図１９（Ａ）乃至図１９（Ｇ）に示す電子機器は、様々な機能を有する。例えば、様々な情報（静止画、動画、テキスト画像など）を表示部に表示する機能、タッチパネル機能、カレンダー、日付または時刻などを表示する機能、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、無線通信機能、記録媒体に記録されているプログラムまたはデータを読み出して処理する機能、等を有することができる。なお、電子機器の機能はこれらに限られず、様々な機能を有することができる。電子機器は、複数の表示部を有していてもよい。また、電子機器にカメラ等を設け、静止画や動画を撮影し、記録媒体（外部またはカメラに内蔵）に保存する機能、撮影した画像を表示部に表示する機能、等を有していてもよい。
図１９（Ａ）乃至図１９（Ｇ）に示す電子機器の詳細について、以下説明を行う。
図１９（Ａ）は、テレビジョン装置９１００を示す斜視図である。テレビジョン装置９１００は、大画面、例えば、５０インチ以上、または１００インチ以上の表示部９００１を組み込むことが可能である。
図１９（Ｂ）は、携帯情報端末９１０１を示す斜視図である。携帯情報端末９１０１は、例えばスマートフォンとして用いることができる。なお、携帯情報端末９１０１は、スピーカ９００３、接続端子９００６、センサ９００７等を設けてもよい。また、携帯情報端末９１０１は、文字や画像情報をその複数の面に表示することができる。図１９（Ｂ）では３つのアイコン９０５０を表示した例を示している。また、破線の矩形で示す情報９０５１を表示部９００１の他の面に表示することもできる。情報９０５１の一例としては、電子メール、ＳＮＳ、電話などの着信の通知、電子メールやＳＮＳなどの題名、送信者名、日時、時刻、バッテリーの残量、アンテナ受信の強度などがある。または、情報９０５１が表示されている位置にはアイコン９０５０などを表示してもよい。
図１９（Ｃ）は、携帯情報端末９１０２を示す斜視図である。携帯情報端末９１０２は、表示部９００１の３面以上に情報を表示する機能を有する。ここでは、情報９０５２、情報９０５３、情報９０５４がそれぞれ異なる面に表示されている例を示す。例えば使用者は、洋服の胸ポケットに携帯情報端末９１０２を収納した状態で、携帯情報端末９１０２の上方から観察できる位置に表示された情報９０５３を確認することもできる。使用者は、携帯情報端末９１０２をポケットから取り出すことなく表示を確認し、例えば電話を受けるか否かを判断できる。
図１９（Ｄ）は、腕時計型の携帯情報端末９２００を示す斜視図である。携帯情報端末９２００は、例えばスマートウォッチとして用いることができる。また、表示部９００１はその表示面が湾曲して設けられ、湾曲した表示面に沿って表示を行うことができる。また、携帯情報端末９２００は、例えば無線通信可能なヘッドセットと相互通信することによって、ハンズフリーで通話することもできる。また、携帯情報端末９２００は、接続端子９００６により、他の情報端末と相互にデータ伝送を行うことや、充電を行うこともできる。なお、充電動作は無線給電により行ってもよい。
図１９（Ｅ）（Ｆ）（Ｇ）は、折り畳み可能な携帯情報端末９２０１を示す斜視図である。また、図１９（Ｅ）は携帯情報端末９２０１を展開した状態、図１９（Ｇ）は折り畳んだ状態、図１９（Ｆ）は図１９（Ｅ）と図１９（Ｇ）の一方から他方に変化する途中の状態の斜視図である。携帯情報端末９２０１は、折り畳んだ状態では可搬性に優れ、展開した状態では継ぎ目のない広い表示領域により表示の一覧性に優れる。携帯情報端末９２０１が有する表示部９００１は、ヒンジ９０５５によって連結された３つの筐体９０００に支持されている。例えば、表示部９００１は、曲率半径１ｍｍ以上１５０ｍｍ以下で曲げることができる。
図２０（Ａ）にテレビジョン装置の一例を示す。テレビジョン装置７１００は、筐体７１０１に表示部７５００が組み込まれている。ここでは、スタンド７１０３により筐体７１０１を支持した構成を示している。
図２０（Ａ）に示すテレビジョン装置７１００の操作は、筐体７１０１が備える操作スイッチや、別体のリモコン操作機７１１１により行うことができる。または、表示部７５００にタッチパネルを適用し、これに触れることでテレビジョン装置７１００を操作してもよい。リモコン操作機７１１１は、操作ボタンの他に表示部を有していてもよい。
なお、テレビジョン装置７１００は、テレビ放送の受信機や、ネットワーク接続のための通信装置を有していてもよい。
図２０（Ｂ）に、ノート型パーソナルコンピュータ７２００を示す。ノート型パーソナルコンピュータ７２００は、筐体７２１１、キーボード７２１２、ポインティングデバイス７２１３、外部接続ポート７２１４等を有する。筐体７２１１に、表示部７５００が組み込まれている。
図２０（Ｃ）、（Ｄ）に、デジタルサイネージ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｇｅ：電子看板）の一例を示す。
図２０（Ｃ）に示すデジタルサイネージ７３００は、筐体７３０１、表示部７５００、及びスピーカ７３０３等を有する。さらに、ＬＥＤランプ、操作キー（電源スイッチ、または操作スイッチを含む）、接続端子、各種センサ、マイクロフォン等を有することができる。
また、図２０（Ｄ）は円柱状の柱７４０１に取り付けられたデジタルサイネージ７４００である。デジタルサイネージ７４００は、柱７４０１の曲面に沿って設けられた表示部７５００を有する。
表示部７５００が広いほど、一度に提供できる情報量を増やすことができ、また人の目につきやすいため、例えば広告の宣伝効果を高める効果を奏する。
表示部７５００にタッチパネルを適用し、使用者が操作できる構成とすると好ましい。これにより、広告用途だけでなく、路線情報や交通情報、商用施設の案内情報など、使用者が求める情報を提供するための用途にも用いることができる。
また、図２０（Ｃ）、（Ｄ）に示すように、デジタルサイネージ７３００またはデジタルサイネージ７４００は、ユーザが所持するスマートフォン等の情報端末機７３１１と無線通信により連携可能であることが好ましい。例えば、表示部７５００に表示される広告の情報を情報端末機７３１１の画面に表示させることや、情報端末機７３１１を操作することで、表示部７５００の表示を切り替えることができる。
また、デジタルサイネージ７３００またはデジタルサイネージ７４００に、情報端末機７３１１を操作手段（コントローラ）としたゲームを実行させることもできる。これにより、不特定多数のユーザが同時にゲームに参加し、楽しむことができる。
図２０（Ａ）乃至（Ｄ）における表示部７５００に、本発明の一態様の表示装置を適用することができる。
本実施の形態の電子機器は表示部を有する構成としたが、表示部を有さない電子機器にも本発明の一態様を適用することができる。
本実施の形態は、少なくともその一部を本明細書中に記載する他の実施の形態と適宜組み合わせて実施することができる。
本実施例では、金属酸化物膜に対して不純物元素を添加した試料（試料Ａ１）と、金属酸化物膜に水素を供給した試料（試料Ａ２）を作製し、そのシート抵抗を評価した。
［試料の作製］
〔試料Ａ１〕
試料Ａ１は、ガラス基板上に形成された第１の酸化窒化シリコン膜上に、島状の金属酸化物膜を有し、当該金属酸化物膜に対して、第２の酸化窒化シリコン膜越しにイオンドーピング法によりホウ素を添加した試料である。また、第２の酸化窒化シリコン膜はホウ素の添加後に除去し、新たに第３の酸化窒化シリコン膜で金属酸化物膜を覆った後に、金属酸化物膜に達する開口を形成して、端子を設けた。
試料Ａ１において、金属酸化物膜には、厚さ約４０ｎｍのＩｎ－Ｇａ－Ｚｎ酸化物を用いた。またホウ素の添加条件は、金属酸化物膜と第２の酸化窒化シリコン膜との界面近傍が最も濃度が高くなる条件とした。
〔試料Ａ２〕
試料Ａ２は、ガラス基板上に形成された第１の酸化窒化シリコン膜上に、島状の金属酸化物膜を有し、当該金属酸化物膜に接して、水素を含む窒化シリコン膜、及び第４の酸化窒化シリコン膜を成膜した後に、加熱処理を行なった試料である。また、第４の酸化窒化シリコン膜を形成した後に、金属酸化物膜に達する開口を形成して、端子を設けた。
試料Ａ２において、金属酸化物膜は試料Ａ１と同じ条件で形成した。窒化シリコン膜は、成膜ガスとしてＳｉＨ４ガス、Ｎ２ガス及びＮＨ３ガスの混合ガスを用いたプラズマＣＶＤ法により成膜した。加熱処理は、窒素雰囲気下、３５０℃、１時間の条件で行った。
［シート抵抗］
作製した試料Ａ１及び試料Ａ２について、シート抵抗を測定した結果を図２１に示す。
図２１に示すように、試料Ａ１のシート抵抗値は約３８０Ω／□であり、試料Ａ２は約２４０Ω／□であり、両者共に低抵抗化していることが確認できる。なお、低抵抗化の処理を行なわずに、十分にキャリア濃度が低減された金属酸化物膜のシート抵抗値は、測定器の検出上限以上（例えば５ＭΩ／□以上）となる。
また、水素を供給した試料Ａ２は、不純物元素を添加した試料Ａ１と比較して低抵抗である。このことから、金属酸化物膜に不純物元素を添加し、さらに水素を供給することで、試料Ａ１及び試料Ａ２よりもさらにキャリア密度が増大し、低抵抗化することが示唆される。
以上の結果から、本発明の一態様のトランジスタにおいて、チャネル形成領域（第１の領域）を挟む第２の領域には不純物元素を添加した金属酸化物を用いることで、比較的高抵抗なＬＤＤ領域とし、さらにその外側の第３の領域には、不純物元素を添加した後に水素を供給することで、極めて低抵抗なソース領域またはドレイン領域とすることができることが分かった。
本実施例では、金属酸化物膜に接して窒化アルミニウム膜を成膜して低抵抗化を図った試料（試料Ｂ１）を作製し、そのシート抵抗を評価した。
［試料の作製］
〔試料Ｂ１〕
試料Ｂ１は、ガラス基板上に形成された第１の酸化窒化シリコン膜上に、島状の金属酸化物膜を有し、当該金属酸化物膜に接して、窒化アルミニウム膜を成膜した後に第１の加熱処理を行なった試料である。また、第１の加熱処理の後に酸化アルミニウム膜、及び第２の酸化窒化シリコン膜を成膜し、さらに第２の加熱処理を行なった後、金属酸化物膜に達する開口を形成して、端子を設けた。
試料Ｂ１において、金属酸化物膜は実施例１で例示した試料Ａ１と同じ条件で形成した。酸化アルミニウム膜は、アルミニウムターゲットを用い、成膜ガスにＮ２ガスとＡｒガスの混合ガスを用いた反応性スパッタリング法により形成した。第１の加熱処理及び第２の加熱処理は、それぞれ窒素雰囲気下、３５０℃、１時間の条件で行った。
［シート抵抗］
実施例１で例示した試料Ａ１と、作製した試料Ｂ１について、シート抵抗を測定した結果を図２２に示す。
図２２に示すように、試料Ａ１のシート抵抗値は約３８０Ω／□であり、試料Ｂ１は約２７０Ω／□であり、両者共に低抵抗化していることが確認できる。なお、低抵抗化の処理を行なわずに、十分にキャリア濃度が低減された金属酸化物膜のシート抵抗値は、測定器の検出上限以上（例えば５ＭΩ／□以上）となる。
また、金属酸化物膜に接して窒化アルミニウム膜を成膜した試料Ｂ１は、不純物元素を添加した試料Ａ１と比較して低抵抗である。このことから、金属酸化物膜に不純物元素を添加し、さらにこれに接して窒化アルミニウム膜等の酸素を吸引しやすい膜を成膜することで、試料Ａ１及び試料Ｂ１よりもさらにキャリア密度が増大し、低抵抗化することが示唆される。
以上の結果から、本発明の一態様のトランジスタにおいて、チャネル形成領域（第１の領域）を挟む第２の領域には不純物元素を添加した金属酸化物を用いることで、比較的高抵抗なＬＤＤ領域とし、さらにその外側の第３の領域上には、酸素を吸引しやすい膜を成膜することで、極めて極めて低抵抗なソース領域またはドレイン領域とすることができることが分かった。
１００、１００Ａ：トランジスタ、１０２：基板、１０３：絶縁層、１０３ｄ：領域、１０６：導電層、１０８、１０８ａ、ｂ：半導体層、１０８Ｌ、１０８Ｎ：領域、１１０：絶縁層、１１０ｄ：領域、１１０ｆ：絶縁膜、１１２：導電層、１１２ｆ：導電膜、１１４：金属酸化物層、１１４ｆ：金属酸化物膜、１１５：レジストマスク、１１６、１１８：絶縁層、１２０ａ、ｂ：導電層、１４０：不純物元素、１４１ａ、ｂ、１４２：開口部

Claims (8)

  1. トランジスタを有する半導体装置であって、
    前記トランジスタのチャネル形成領域を有する第１の金属酸化物層と、第２の金属酸化物層と、第１の絶縁層と、第２の絶縁層と、第１の導電層と、を有し、
    前記第１の絶縁層は、前記第１の金属酸化物層上に設けられ、
    前記第２の金属酸化物層は、前記第１の絶縁層上に設けられ、
    前記第１の導電層は、前記第１の金属酸化物層上に設けられ、
    前記第２の絶縁層は、前記第１の金属酸化物層上、前記第１の絶縁層上及び前記第１の導電層上に設けられ、
    前記トランジスタのチャネル長方向における断面視において、前記第１の絶縁層の端部は、前記第１の金属酸化物層上に位置し、
    前記第１の絶縁層は、前記第２の金属酸化物層及び前記第１の導電層と重なる領域と、前記第２の金属酸化物層及び前記第１の導電層と重ならない領域と、を有し、
    前記第１の金属酸化物層は、前記第１の導電層、前記第２の金属酸化物層及び前記第１の絶縁層と重なる第１の領域と、前記第２の金属酸化物層及び前記第１の導電層とは重ならず、前記第１の絶縁層と重なる第２の領域と、前記第２の絶縁層と接する第３の領域と、を有し、
    前記第２の絶縁層は、前記第１の導電層の上面及び側面に接する領域と、前記第２の金属酸化物層の側面に接する領域と、前記第１の絶縁層の上面及び側面に接する領域と、前記第３の領域の上面及び側面に接する領域と、を有し、
    前記第１の金属酸化物層及び前記第２の金属酸化物層の各々は、インジウム及びガリウムを含み、
    前記第２の金属酸化物層は、前記第１の金属酸化物層よりもガリウムを多く含み、
    前記第２の絶縁層は、前記第１の絶縁層よりも水素を多く含み、
    前記第２の領域及び前記第３の領域は、第１の元素を含み、
    前記第３の領域は、前記第２の領域よりも前記第１の元素を多く含み、
    前記第１の元素は、ホウ素、リン、アルミニウム、及びマグネシウムから選ばれる一以上の元素であり、
    前記第１の元素は、酸素と結合した状態で存在する、半導体装置。
  2. トランジスタを有する半導体装置であって、
    前記トランジスタのチャネル形成領域を有する第１の金属酸化物層と、第２の金属酸化物層と、第１の絶縁層と、第２の絶縁層と、第１の導電層と、を有し、
    前記第１の絶縁層は、前記第１の金属酸化物層上に設けられ、
    前記第２の金属酸化物層は、前記第１の絶縁層上に設けられ、
    前記第１の導電層は、前記第１の金属酸化物層上に設けられ、
    前記第２の絶縁層は、前記第１の金属酸化物層上、前記第１の絶縁層上及び前記第１の導電層上に設けられ、
    前記トランジスタのチャネル長方向における断面視において、前記第１の絶縁層の端部は、前記第１の金属酸化物層上に位置し、
    前記第１の絶縁層は、前記第２の金属酸化物層及び前記第１の導電層と重なる領域と、前記第２の金属酸化物層及び前記第１の導電層と重ならない領域と、を有し、
    前記第１の金属酸化物層は、前記第１の導電層、前記第２の金属酸化物層及び前記第１の絶縁層と重なる第１の領域と、前記第２の金属酸化物層及び前記第１の導電層とは重ならず、前記第１の絶縁層と重なる第２の領域と、前記第２の絶縁層と接する第３の領域と、を有し、
    前記第２の絶縁層は、前記第１の導電層の上面及び側面に接する領域と、前記第２の金属酸化物層の側面に接する領域と、前記第１の絶縁層の上面及び側面に接する領域と、前記第３の領域の上面及び側面に接する領域と、を有し、
    前記第１の金属酸化物層及び前記第２の金属酸化物層の各々は、インジウム及びガリウムを含み、
    前記第２の金属酸化物層は、前記第１の金属酸化物層よりもガリウムを多く含み、
    前記第２の絶縁層は、アルミニウム、チタン、タンタル、タングステン、クロム、またはルテニウムから選ばれる一以上の元素と、窒素とを含み、
    前記第２の領域及び前記第３の領域は、第１の元素を含み、
    前記第３の領域は、前記第２の領域よりも前記第１の元素を多く含み、
    前記第１の元素は、ホウ素、リン、アルミニウム、及びマグネシウムから選ばれる一以上の元素であり、
    前記第１の元素は、酸素と結合した状態で存在する、半導体装置。
  3. 請求項１又は２において、
    前記第１の絶縁層の、前記第２の金属酸化物層及び前記第１の導電層と重ならない領域は、前記第１の元素を含み、
    前記第１の絶縁層の、前記第２の金属酸化物層及び前記第１の導電層と重ならない領域において、前記第１の元素は、酸素と結合した状態で存在する、半導体装置。
  4. 請求項１乃至３のいずれか一において、
    前記第１の絶縁層は、酸化物を含む、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の絶縁層は、窒化物を含む、半導体装置。
  6. 請求項１乃至５のいずれか一において、
    第２の導電層と、第３の絶縁層と、をさらに有し、
    前記第３の絶縁層は、前記第２の導電層を覆って設けられ、
    前記第１の金属酸化物層は、前記第３の絶縁層上に設けられ、
    前記第２の導電層は、前記第３の絶縁層を介して前記第１の金属酸化物層、前記第１の絶縁層、前記第２の金属酸化物層及び前記第１の導電層と重畳する部分を有する、半導体装置。
  7. 第１の金属酸化物層を形成する工程と、
    前記第１の金属酸化物層上に、酸化物を含む第１の絶縁膜を形成する工程と、
    前記第１の絶縁膜上に金属酸化物膜を形成する工程と、
    前記金属酸化物膜上に第１の導電膜を形成する工程と、
    前記第１の導電膜、前記金属酸化物膜及び前記第１の絶縁膜をエッチングして、第１の導電層と、第２の金属酸化物層と、前記第１の導電層及び前記第２の金属酸化物層の側面よりも突出した部分を有する第１の絶縁層とを形成すると共に、前記第１の金属酸化物層に前記第１の絶縁層に覆われない部分を形成する工程と、
    前記第１の導電層及び前記第２の金属酸化物層をマスクとして、前記第１の絶縁層及び前記第１の金属酸化物層中に第１の元素を供給する工程と、
    前記第１の金属酸化物層の、前記第１の絶縁層に覆われない部分に接して、水素を含む第２の絶縁層をプラズマＣＶＤ法により成膜する工程と、
    前記第２の絶縁層の形成後、加熱処理を行なって前記第１の金属酸化物層に水素を供給する工程と、を有し、
    前記第１の金属酸化物層及び前記第２の金属酸化物層の各々は、インジウム及びガリウムを含み、
    前記第２の金属酸化物層は、前記第１の金属酸化物層よりもガリウムを多く含み、
    前記第１の元素は、ホウ素、リン、アルミニウム、またはマグネシウムである、半導体装置の作製方法。
  8. 請求項７において、
    前記第１の元素は、プラズマイオンドーピング法またはイオン注入法を用いて供給される、半導体装置の作製方法。
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