JPWO2016162778A1

JPWO2016162778A1 - 表示装置および電子機器

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Publication number: JPWO2016162778A1
Application number: JP2017510793A
Authority: JP
Inventors: 山崎　舜平; 舜平山崎
Original assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Current assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Priority date: 2015-04-09
Filing date: 2016-03-31
Publication date: 2018-02-01
Also published as: WO2016162778A1

Abstract

消費電力の少ない表示装置を提供する。表示装置のバックライトユニットに光共鳴板を用いる。光共鳴板は、入射した白色光から任意の波長域の光を取り出して射出することができる。光共鳴板は、吸収による着色光の生成を行なわず、入射した白色光のうち、光共鳴板から射出されなかった残りの成分は再利用される。光共鳴板は、例えば、赤色光、緑色光、および青色光をそれぞれ射出することができる。

Description

本発明の一態様は、トランジスタおよび半導体装置、ならびにそれらの製造方法に関する。

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。

なお、本明細書等において半導体装置とは、半導体特性を利用することで機能しうる装置全般を指す。表示装置（液晶表示装置、発光表示装置など）、照明装置、電気光学装置、蓄電装置、記憶装置、半導体回路、撮像装置および電子機器などは、半導体装置を有する場合がある。

液晶表示装置において、高品位な画像を得るために、画素電極をマトリクス状に配置し、画素電極の各々にスイッチング素子としてトランジスタを接続したアクティブマトリクス型液晶表示装置が注目を集めている。

例えば、画素電極の各々に、スイッチング素子として金属酸化物をチャネル形成領域とするトランジスタを接続するアクティブマトリクス型液晶表示装置が、既に知られている（特許文献１および特許文献２）。

また、アクティブマトリクス型液晶表示装置には大きく分けて透過型と反射型の二種類のタイプが知られている。透過型の液晶表示装置の場合、バックライトの消費電力が液晶表示装置全体の消費電力に大きく影響を及ぼすため、パネルの内部における光の損失を如何に低減できるかが消費電力削減の重要なポイントとなる。パネルの内部における光の損失は、層間絶縁膜における光の屈折や、カラーフィルタによる光の吸収などによりもたらされる。

一般に、カラーフィルタは色素による光の吸収を利用することで、特定の波長域の光を透過させる機能を有する。このため、カラーフィルタを用いて白色光から有色光を生成する場合は、原理的に光の損失が大きくなる。実際に、バックライトから発せられた光の７０％以上がカラーフィルタに吸収される場合がある。よって、カラーフィルタによる有色光の生成は、液晶表示装置の低消費電力化を阻む要因の一つといえる。

特開２００７−１２３８６１号公報特開２００７−９６０５５号公報

消費電力の少ない表示装置を提供することを課題の一とする。または、色再現性の良好な表示装置を提供することを課題の一とする。または、表示品位の良好な表示装置を提供することを課題の一とする。または、信頼性の良好な表示装置を提供することを課題の一とする。または、新規な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、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、これら以外の課題を抽出することが可能である。

本発明の一態様は、光源、光共鳴板、および液晶素子を有し、光源および液晶素子は光共鳴板を介して互いに重なり、光源は第１の波長域を有する第１の光を発する機能を有し、光共鳴板は第１の光から第２の波長域を有する第２の光を抽出する機能を有し、かつ第２の光を液晶素子に入射する機能を有する表示装置である。

または、本発明の一態様は、光源、光共鳴板、および液晶素子を有し、光源および液晶素子は光共鳴板を介して互いに重なり、光源は第１の波長域を有する第１の光を発する機能を有し、光共鳴板は第１の光から、第２の波長域を有する第２の光、第３の波長域を有する第３の光、および第４の波長域を有する第４の光を抽出する機能を有し、かつ第２乃至第４の光を液晶素子に入射する機能を有する表示装置である。

または、本発明の一態様は、上記いずれかの表示装置と、アンテナ、バッテリ、筐体、スピーカ、マイク、操作スイッチ、または操作ボタンと、を有する電子機器である。

第２の光は赤の波長域を有する光であってもよく、第３の光は緑の波長域を有する光であってもよく、第４の光は青の波長域を有する光であってもよい。

または、第２の光は中心波長が６１０ｎｍ以上７５０ｎｍ以下であってもよく、第３の光は中心波長が５００ｎｍ以上５６０ｎｍ以下であってもよく、第４の光は中心波長が４３５ｎｍ以上４８０ｎｍ以下であってもよい。

また、第１の光の色温度は、３０００Ｋ以上１２０００Ｋ以下が好ましい。

液晶素子は、横電界方式の液晶素子であってもよい。

消費電力の少ない表示装置を提供することができる。または、色再現性の良好な表示装置を提供することができる。または、表示品位の良好な表示装置を提供することができる。または、信頼性の良好な表示装置を提供することができる。または、新規な表示装置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、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。

表示装置を説明する斜視図。表示装置を説明する斜視図。光共鳴板を説明する断面図。発光部を説明する斜視図。光共鳴板の作製方法を説明する断面図。光共鳴板の作製方法を説明する断面図。光共鳴板の作製方法を説明する断面図。表示装置を説明する断面図。表示装置を説明する断面図。表示装置を説明する断面図。画素の構成例を説明する図。表示装置の構成例を説明するブロック図。表示装置の構成例を説明するブロック図。実施の形態に係る画素の構成例を説明する回路部及び上面図。素子基板の構造例を説明する断面図。実施の形態に係る表示装置の構成例を説明する断面図。実施の形態に係る表示装置の構成例を説明する断面図。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。トランジスタの一例を説明する断面図。トランジスタの一例を説明する断面図。トランジスタの一例を説明する断面図。トランジスタの一例を説明する上面図及び断面図。トランジスタの一例を説明する上面図及び断面図。トランジスタの一例を説明する上面図及び断面図。トランジスタの一例を説明する上面図及び断面図。トランジスタの一例を説明する上面図及び断面図。エネルギーバンド構造を説明する図。表示モジュールの一例を説明する展開図。電子機器の一例を説明する斜視図。

実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。但し、本発明は以下の説明に限定されず、本発明の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、本発明は以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。なお、以下に説明する発明の構成において、同一部分又は同様な機能を有する部分には同一の符号を異なる図面間で共通して用い、その繰り返しの説明は省略する場合がある。

また、図面などにおいて示す各構成の、位置、大きさ、範囲などは、発明の理解を容易とするため、実際の位置、大きさ、範囲などを表していない場合がある。このため、開示する発明は、必ずしも、図面などに開示された位置、大きさ、範囲などに限定されない。例えば、実際の製造工程において、エッチングなどの処理により層やレジストマスクなどが意図せずに目減りすることがあるが、理解を容易とするために省略して示すことがある。

また、図面において、発明の理解を容易とするため、一部の構成要素の記載を省略する場合がある。また、一部の隠れ線などの記載を省略する場合がある。

本明細書等における「第１」、「第２」などの序数詞は、構成要素の混同を避けるために付すものであり、工程順または積層順など、なんらかの順番や順位を示すものではない。また、本明細書等において序数詞が付されていない用語であっても、構成要素の混同を避けるため、特許請求の範囲において序数詞が付される場合がある。また、本明細書等において序数詞が付されている用語であっても、特許請求の範囲において異なる序数詞が付される場合がある。また、本明細書等において序数詞が付されている用語であっても、特許請求の範囲などにおいて序数詞を省略する場合がある。

また、本明細書等において「電極」や「配線」の用語は、これらの構成要素を機能的に限定するものではない。例えば、「電極」は「配線」の一部として用いられることがあり、その逆もまた同様である。さらに、「電極」や「配線」の用語は、複数の「電極」や「配線」が一体となって形成されている場合なども含む。

なお、本明細書等において「上」や「下」の用語は、構成要素の位置関係が直上または直下で、かつ、直接接していることを限定するものではない。例えば、「絶縁層Ａ上の電極Ｂ」の表現であれば、絶縁層Ａの上に電極Ｂが直接接して形成されている必要はなく、絶縁層Ａと電極Ｂとの間に他の構成要素を含むものを除外しない。

また、トランジスタのソースおよびドレインの機能は、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、動作条件などによって互いに入れ替わるため、いずれがソースまたはドレインであるかを限定することが困難である。このため、本明細書においては、ソースおよびドレインの用語は、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、「ＸとＹとが接続されている」と記載されている場合は、ＸとＹとが電気的に接続されている場合と、ＸとＹとが機能的に接続されている場合と、ＸとＹとが直接接続されている場合とが、本明細書等に開示されているものとする。したがって、所定の接続関係、例えば、図または文章に示された接続関係に限定されず、図または文章に示された接続関係以外のものも、図または文章に記載されているものとする。

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。よって、「電気的に接続する」と表現される場合であっても、現実の回路においては、物理的な接続部分がなく、配線が延在しているだけの場合もある。

なお、チャネル長とは、例えば、トランジスタの上面図において、半導体（またはトランジスタがオン状態のときに半導体の中で電流の流れる部分）とゲート電極とが互いに重なる領域、またはチャネルが形成される領域（「チャネル形成領域」ともいう。）における、ソース（ソース領域またはソース電極）とドレイン（ドレイン領域またはドレイン電極）との間の距離をいう。なお、一つのトランジスタにおいて、チャネル長が全ての領域で同じ値をとるとは限らない。即ち、一つのトランジスタのチャネル長は、一つの値に定まらない場合がある。そのため、本明細書では、チャネル長は、チャネルの形成される領域における、いずれか一の値、最大値、最小値または平均値とする。

チャネル幅とは、例えば、半導体（またはトランジスタがオン状態のときに半導体の中で電流の流れる部分）とゲート電極とが互いに重なる領域、またはチャネルが形成される領域における、ソースとドレインとが向かい合っている部分の長さをいう。なお、一つのトランジスタにおいて、チャネル幅がすべての領域で同じ値をとるとは限らない。即ち、一つのトランジスタのチャネル幅は、一つの値に定まらない場合がある。そのため、本明細書では、チャネル幅は、チャネルの形成される領域における、いずれか一の値、最大値、最小値または平均値とする。

なお、トランジスタの構造によっては、実際にチャネルの形成される領域におけるチャネル幅（「実効的なチャネル幅」ともいう。）と、トランジスタの上面図において示されるチャネル幅（「見かけ上のチャネル幅」ともいう。）と、が異なる場合がある。例えば、ゲート電極が半導体層の側面を覆う場合、実効的なチャネル幅が、見かけ上のチャネル幅よりも大きくなり、その影響が無視できなくなる場合がある。例えば、微細かつゲート電極が半導体の側面を覆うトランジスタでは、半導体の側面に形成されるチャネル領域の割合が大きくなる場合がある。その場合は、見かけ上のチャネル幅よりも、実効的なチャネル幅が大きくなる。

このような場合、実効的なチャネル幅の、実測による見積もりが困難となる場合がある。例えば、設計値から実効的なチャネル幅を見積もるためには、半導体の形状が既知という仮定が必要である。したがって、半導体の形状が正確にわからない場合には、実効的なチャネル幅を正確に測定することは困難である。

そこで、本明細書では、見かけ上のチャネル幅を、「囲い込みチャネル幅（ＳＣＷ：ＳｕｒｒｏｕｎｄｅｄＣｈａｎｎｅｌＷｉｄｔｈ）」と呼ぶ場合がある。また、本明細書では、単にチャネル幅と記載した場合には、囲い込みチャネル幅または見かけ上のチャネル幅を指す場合がある。または、本明細書では、単にチャネル幅と記載した場合には、実効的なチャネル幅を指す場合がある。なお、チャネル長、チャネル幅、実効的なチャネル幅、見かけ上のチャネル幅、囲い込みチャネル幅などは、断面ＴＥＭ像などを解析することなどによって、値を決定することができる。

なお、トランジスタの電界効果移動度や、チャネル幅当たりの電流値などを計算して求める場合、囲い込みチャネル幅を用いて計算する場合がある。その場合には、実効的なチャネル幅を用いて計算する場合とは異なる値をとる場合がある。

なお、半導体の不純物とは、例えば、半導体を構成する主成分以外をいう。例えば、濃度が０．１原子％未満の元素は不純物と言える。不純物が含まれることにより、例えば、半導体のＤＯＳ（ＤｅｎｓｉｔｙｏｆＳｔａｔｅ）が高くなることや、キャリア移動度が低下することや、結晶性が低下することなどが起こる場合がある。半導体が酸化物半導体である場合、半導体の特性を変化させる不純物としては、例えば、第１族元素、第２族元素、第１３族元素、第１４族元素、第１５族元素、および酸化物半導体の主成分以外の遷移金属などがあり、特に、例えば、水素（水にも含まれる）、リチウム、ナトリウム、シリコン、ホウ素、リン、炭素、窒素などがある。酸化物半導体の場合、例えば水素などの不純物の混入によって酸素欠損を形成する場合がある。また、半導体がシリコンである場合、半導体の特性を変化させる不純物としては、例えば、酸素、水素を除く第１族元素、第２族元素、第１３族元素、第１５族元素などがある。

また、本明細書等において、「平行」とは、二つの直線が−１０°以上１０°以下の角度で配置されている状態をいう。従って、−５°以上５°以下の場合も含まれる。また、「略平行」とは、二つの直線が−３０°以上３０°以下の角度で配置されている状態をいう。また、「垂直」および「直交」とは、二つの直線が８０°以上１００°以下の角度で配置されている状態をいう。従って、８５°以上９５°以下の場合も含まれる。また、「略垂直」とは、二つの直線が６０°以上１２０°以下の角度で配置されている状態をいう。

なお、本明細書等において、計数値および計量値に関して「同一」、「同じ」、「等しい」または「均一」（これらの同意語を含む）などと言う場合は、明示されている場合を除き、プラスマイナス２０％の誤差を含むものとする。

また、本明細書等において、フォトリソグラフィ工程を行った後にエッチング工程を行う場合は、特段の説明がない限り、フォトリソグラフィ工程で形成したレジストマスクは、エッチング工程終了後に除去するものとする。

また、本明細書等において、高電源電位ＶＤＤ（以下、単に「ＶＤＤ」または「Ｈ電位」ともいう）とは、低電源電位ＶＳＳよりも高い電位の電源電位を示す。また、低電源電位ＶＳＳ（以下、単に「ＶＳＳ」または「Ｌ電位」ともいう）とは、高電源電位ＶＤＤよりも低い電位の電源電位を示す。また、接地電位をＶＤＤまたはＶＳＳとして用いることもできる。例えばＶＤＤが接地電位の場合には、ＶＳＳは接地電位より低い電位であり、ＶＳＳが接地電位の場合には、ＶＤＤは接地電位より高い電位である。

なお、「膜」という言葉と、「層」という言葉とは、場合によっては、または、状況に応じて、互いに入れ替えることが可能である。例えば、「導電層」という用語を、「導電膜」という用語に変更することが可能な場合がある。または、例えば、「絶縁膜」という用語を、「絶縁層」という用語に変更することが可能な場合がある。

また、本明細書において、結晶が三方晶または菱面体晶である場合、六方晶系として表す。

（実施の形態１）
本実施の形態では、本発明の一態様の液晶表示装置１００の構造例について、図面を参照して説明する。

液晶表示装置１００は、ＦＰＣ１１１（ＦｌｅｘｉｂｌｅＰｒｉｎｔｅｄＣｉｒｃｕｉｔ）が接続された液晶パネル１１０と、バックライトユニット１２０を有する。図１（Ａ）は液晶表示装置１００の斜視図である。また、図１（Ｂ）は液晶表示装置１００を液晶パネル１１０とバックライトユニット１２０に分離した状態を示す斜視図である。また、図１（Ａ）および図１（Ｂ）に、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、およびＺ軸方向を示す矢印を付している。Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、およびＺ軸方向は、それぞれが互いに直交する方向である。

液晶パネル１１０は、表示領域１４１、回路１４２、および回路１４３を有する。また、表示領域１４１は複数の画素１１４を有する（図１に図示せず。）。回路１４２および回路１４３は、複数のトランジスタにより構成されている。回路１４２および回路１４３は、ＦＰＣ１１１を介して供給された信号を、表示領域１４１中のどの画素１１４に供給するかを決定する機能を有する。

例えば、画素１１４を１９２０×１０８０のマトリクス状に配置すると、いわゆるフルハイビジョン（「２Ｋ解像度」、「２Ｋ１Ｋ」、「２Ｋ」などとも言われる。）の解像度で表示可能な表示装置を実現することができる。また、例えば、画素１１４を３８４０×２１６０（または、４０９６×２１６０など）のマトリクス状に配置すると、いわゆるウルトラハイビジョン（「４Ｋ解像度」、「４Ｋ２Ｋ」、「４Ｋ」、「４ＫＵＨＤ」、「４ＫＵＨＤＴＶ」、「ＱＦＨＤ」、「４ＫウルトラＨＤ」などとも言われる。）の解像度で表示可能な表示装置を実現することができる。また、例えば、画素１１４を７６８０×４３２０（または、８１９２×４３２０など）のマトリクス状に配置すると、いわゆるスーパーハイビジョン（「８Ｋ解像度」、「８Ｋ４Ｋ」、「８Ｋ」、「８ＫＵＨＤ」、「８ＫＵＨＤＴＶ」などとも言われる。）の解像度で表示可能な表示装置を実現することができる。画素数を増やすことで、１６Ｋや３２Ｋの解像度で表示可能な表示装置を実現することも可能である。

バックライトユニット１２０は、発光部１２２と光共鳴板１２１を有する。発光部１２２と光共鳴板１２１は重ねて設けられる。図１（Ｂ）において、発光部１２２は、光共鳴板１２１の下方に設けられている。また、液晶パネル１１０は、バックライトユニット１２０の光共鳴板１２１側に配置されている。

図２（Ａ１）はＦＰＣ１１１が接続された液晶パネル１１０の斜視図である。図２（Ａ２）は表示領域１４１中の部位１１５を拡大した図である。液晶パネル１１０は、表示領域１４１において複数の画素１１４がマトリクス状に配置されている。また、画素１１４は、赤色光を射出する副画素１１３Ｒ、緑色光を射出する副画素１１３Ｇ、および青色光を射出する副画素１１３Ｂを有する。また、それぞれの画素１１４が有する副画素１１３Ｒ、副画素１１３Ｇ、および副画素１１３Ｂは、Ｙ軸方向に配置されている。なお、本明細書等では、液晶パネル１１０が有するいずれかの副画素もしくは全ての副画素について記載する場合は、単に「副画素１１３」と記す。

図２（Ｂ１）はバックライトユニット１２０の斜視図である。図２（Ｂ１）では、光共鳴板１２１と発光部１２２を分離して示している。図２（Ｂ２）は光共鳴板１２１中の部位１２５を拡大した図である。なお、図２（Ｂ２）では光共鳴板１２１の構成要素のうち、基板１２６と構造体１２７を示している。構造体１２７は、Ｙ軸方向の断面において凸部を有する。また、構造体１２７は、基板１２６上にＸ軸方向に延伸して設けられている。

次に、発光部１２２と光共鳴板１２１の構造および機能について説明する。図３（Ａ）は、図２（Ｂ１）に示す部位Ｙ１−Ｙ２に相当する発光部１２２と光共鳴板１２１の断面図である。

＜発光部＞
発光部１２２は、導光層１４９、光源１２３、および反射層１２４を有する。光源１２３は導光層１４９内に設けられている。反射層１２４は、導光層１４９の一方の面側に設けられている。光源１２３から発せられる光１３５の一部は、導光層１４９の他方の面側からＺ軸方向に射出される。なお、本明細書などでは、光が射出する面を「射出面」という。また、光源１２３から発せられる光１３５の他の一部は、反射層１２４で反射されて、射出面からＺ軸方向に射出される。

導光層１４９は、可視光の透過率が高い材料を用いて形成する。導光層１４９は、例えば、酸化シリコンなどの無機材料や、ポリイミド樹脂、アクリル樹脂などの有機材料を用いて形成することができる。また、導光層１４９として、空気、窒素、または希ガスなどの気体を用いてもよい。

反射層１２４は、可視光の反射率の高い材料を用いて形成する。反射層１２４は、例えば、銀（Ａｇ）や、アルミニウム（Ａｌ）などを含む材料を用いて形成することができる。

光源１２３としては、冷陰極管（ＣＣＦＬ：ＣｏｌｄＣａｔｈｏｄｅＦｌｕｏｒｅｓｃｅｎｔＬａｍｐ）やＬＥＤ（ＬｉｇｈｔＥｍｉｔｔｉｎｇＤｉｏｄｅ）などを用いることができる。ＬＥＤは、白色ＬＥＤ、赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ、または青色ＬＥＤなどを、単独または組み合わせて用いてもよい。また、光源１２３として、有機ＥＬ（ＥｌｅｃｔｒｏＬｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）素子や無機ＥＬ素子などを用いてもよい。

なお、図４（Ａ）乃至図４（Ｃ）の斜視図に示すように、光源１２３を導光層１４９の外に設けてもよい。図４（Ａ）は、光源１２３を導光層１４９のＸ軸方向の一側面に沿って設ける例を示している。光源１２３から発せられた光１３５は、当該側面から導光層１４９内に入射し、導光層１４９内で反射してＺ軸方向に射出される。図４（Ｂ）は、光源１２３を導光層１４９のＹ軸方向の一側面に沿って設ける例を示している。なお、光源１２３は、導光層１４９のＸ軸方向の両側面に設けてもよいし、Ｙ軸方向の両側面に設けてもよい。また、図４（Ｃ）に示すように、光源１２３を導光層１４９の全ての側面に設けてもよい。

また、導光層１４９の光１３５の射出面側に、偏光板、位相差板、プリズムシートなどの機能性部材を設けてもよい。

＜光共鳴板＞
光共鳴板１２１は、基板１２６上に構造体１２７を有し、基板１２６および構造体１２７上に半透過層１２８を有する。また、半透過層１２８上に平坦な表面を有する導光層１２９を有し、導光層１２９上に半透過層１３１を有する。また、半透過層１３１の上に保護層１３２を有する。

基板１２６としては、透光性を有する基板を用いることができる。例えば、バリウムホウケイ酸ガラスやアルミノホウケイ酸ガラスなどのガラス基板、セラミック基板、石英基板、サファイア基板などを用いることができる。また、基板１２６として、例えば、樹脂などの可樋性基板などを用いてもよい。

構造体１２７は、透光性を有する材料で形成する。透光性を有する材料は、絶縁性材料であってもよいし、導電性材料であってもよいし、半導体材料であってもよい。例えば、構造体１２７を酸化シリコンや窒化シリコンなどの絶縁性材料で形成してもよいし、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ：ＩｎｄｉｕｍＴｉｎＯｘｉｄｅ）や亜鉛酸化物などの導電性材料で形成してもよい。また、構造体１２７を、樹脂材料を用いて形成してもよい。また、構造体１２７として、これらの材料を組み合わせて形成してもよい。

半透過層１２８および半透過層１３１は、入射した光のうち、一定割合の光を透過して一定割合の光を反射する。半透過層１２８および半透過層１３１としては、例えば、銀（Ａｇ）を含む材料またはアルミニウム（Ａｌ）を含む材料などを用いることができる。入射した光に対する透過した光の割合（透過率）は、これらの材料の厚さにより決定することができる。

半透過層１２８は、可視光の透過率が半透過層１３１と同じか大きいことが好ましい。具体的には、半透過層１２８の可視光の透過率は、３０％以上８０％以下が好ましく、２０％以上８０％以下がより好ましい。また、半透過層１３１の可視光の透過率は、０．１％以上３０％以下が好ましく、０．１％以上２０％以下がより好ましい。

導光層１２９は、可視光の透過率が高い材料を用いて形成する。具体的には、可視光の透過率が５０％以上１００％以下、好ましくは７０％以上１００％以下の材料を用いる。例えば、導光層１２９として酸化シリコンなどの無機材料や、ポリイミド樹脂、アクリル樹脂などの有機材料を用いることができる。

導光層１２９の形成後、導光層１２９の表面に平坦化処理を行ってもよい。平坦化処理としては特に限定されないが、研磨処理（例えば、化学的機械研磨法（ＣｈｅｍｉｃａｌＭｅｃｈａｎｉｃａｌＰｏｌｉｓｈｉｎｇ：ＣＭＰ））、やドライエッチング処理により行うことができる。また、導光層１２９を、平坦化機能を有する絶縁材料を用いて形成することで、研磨処理を省略することもできる。平坦化機能を有する材料としては、例えば、ポリイミド樹脂、アクリル樹脂等の有機材料を用いることができる。

また、導光層１２９として、空気、窒素、または希ガスなどの気体を用いてもよい。導光層１２９として気体を用いる場合、導光層１２９内の一部にスペーサを設けることで、半透過層１３１と半透過層１２８の間隔を一定に保つことができる。

保護層１３２は、例えば、導光層１２９と同様の材料を用いて形成すればよい。

光共鳴板１２１内には、構造体１２７により第１共鳴領域１３３ａ乃至第３共鳴領域１３３ｃが繰り返し形成されている。第１共鳴領域１３３ａ乃至第３共鳴領域１３３ｃは、それぞれの領域において半透過層１２８上に半透過層１３１が導光層１２９を介して重なり、かつ、半透過層１２８と半透過層１３１は互いに平行な面を有する。

また、第１共鳴領域１３３ａにおいて、導光層１２９は厚さｄ１を有する。また、第２共鳴領域１３３ｂにおいて、導光層１２９厚さｄ２を有する。また、第３共鳴領域１３３ｃにおいて、導光層１２９は厚さｄ３を有する。ｄ１乃至ｄ３は、半透過層１２８から半透過層１３１までの距離に相当する。厚さｄ１は、導光層１２９の厚さで決定することができる。厚さｄ２および厚さｄ３は、導光層１２９の厚さと構造体１２７の大きさで決定することができる。

発光部１２２から射出された光１３５は光共鳴板１２１に入射し、構造体１２７および導光層１２９内をＺ軸方向に沿って伝播する。半透過層１２８を超えて導光層１２９内に入射した光１３５の一部は、半透過層１２８と半透過層１３１の間で共鳴し、Ｚ軸方向に射出される。光１３５の色温度は、３０００Ｋ以上１２０００Ｋ以下が好ましい。

厚さｄ１乃至厚さｄ３を任意の値に設定することで、Ｚ軸方向に射出される光の波長を決定することができる。例えば、第１共鳴領域１３３ａで、光１３５から波長λの光を取り出して、Ｚ軸方向に射出するには、厚さｄ１と導光層１２９の屈折率ｎの積（光路長）が波長λの２分の１のｍ倍（ｍは１以上の整数）になるように設定すればよい。よって、厚さｄ１は数式１で求めることができる。

本実施の形態では、第１共鳴領域１３３ａから赤の波長域を有する光１３６Ｒが射出するように厚さｄ１を設定する。また、第２共鳴領域１３３ｂから緑の波長域を有する光１３６Ｇが射出するように厚さｄ２を設定する。厚さｄ２は、数式１のｄ１をｄ２に読み換えて求めることができる。また、第３共鳴領域１３３ｃから青の波長域を有する光１３６Ｂが射出するように厚さｄ３を設定する。厚さｄ３は、数式１のｄ１をｄ３に読み換えて求めることができる。

また、各共鳴領域から射出されなかった光１３５の残りの成分は、一部が導光層１２９内を伝播し、他の共鳴領域から射出される。また、光１３５の残りの成分の一部は半透過層１２８を透過して発光部１２２に戻され、発光部１２２内で反射して再度光共鳴板１２１に入射する。

このように、光共鳴板１２１を用いて光１３５から特定の波長域の光を取り出すことにより、カラーフィルタに光を吸収させて有色光を生成する場合と比較して、光の利用効率を高めることができる。よって、表示装置の消費電力を低減することができる。

また、図３（Ｂ）に示すように、光１３５を保護層１３２側から光共鳴板１２１に入射し、基板１２６側から光１３６Ｒ、光１３６Ｇ、および光１３６Ｂを射出させてもよい。図３（Ｂ）は、図２（Ｂ１）に示す部位Ｙ１−Ｙ２に相当する発光部１２２と光共鳴板１２１の断面図である。

＜光共鳴板の作製方法＞
〔作製方法例１〕
続いて、光共鳴板１２１の作製方法例について説明する。図５および図６は、図２（Ｂ１）の部位Ｙ１−Ｙ２に相当する光共鳴板１２１の断面図である。

まず、基板１２６上に構造体１２７を形成するための層１３７を設ける（図５（Ａ）参照。）。次に、フォトリソグラフィ法やインクジェット法などを用いて層１３７上にレジストマスクを形成し、層１３７の一部を選択的にエッチングして層１３８を形成する。層１３８の形成後、レジストマスクを除去する（図５（Ｂ）参照。）。

次に、層１３８上の一部にレジストマスク１３９を形成する（図５（Ｃ）参照。）。レジストマスク１３９を用いて層１３８の一部を選択的に除去し、凸部を有する構造体１２７を形成する（図５（Ｄ）参照。）。その後、レジストマスク１３９を除去する。

次に、基板１２６および構造体１２７上に半透過層１２８を形成する（図６（Ａ）参照。）。

次に、半透過層１２８上に平坦な表面を有する導光層１２９を設ける（図６（Ｂ）参照。）。

次に、導光層１２９上に半透過層１３１を設け、半透過層１３１上に保護層１３２を設ける（図６（Ｃ）参照。）。

なお、レジストマスクは、ハーフトーンマスクまたはグレイトーンマスクを用いて形成してもよい。

〔作製方法例２〕
作製方法例１と異なる光共鳴板１２１の作製方法例について説明する。図７は、図２（Ｂ１）の部位Ｙ１−Ｙ２に相当する光共鳴板１２１の断面図である。

まず、基板１２６上に、構造体１２７ａを形成するための層１３７を設ける（図７（Ａ）参照。）。次に、フォトリソグラフィ法やインクジェット法などを用いて層１３７上にレジストマスクを形成し、層１３７の一部を選択的にエッチングして構造体１２７ａを形成する。構造体１２７ａの形成後、レジストマスクを除去する（図７（Ｂ）参照。）。

次に、構造体１２７ａ上に、構造体１２７ｂを形成するための層１４５を設ける（図７（Ｃ）参照。）。層１４５に構造体１２７ａと異なるエッチング特性を有する材料を用いることで、層１４５と構造体１２７ａの選択比を高めることが好ましい。例えば、構造体１２７ａを酸化シリコンなどの透光性を有する無機絶縁物により形成し、層１４５をＩＴＯなどの透光性を有する金属酸化物で形成してもよい。エッチング特性の異なる材料を用いることで、構造体１２７ａおよび層１４５（構造体１２７ｂ）の厚さを制御し易くなる。

次に、層１４５上の一部にレジストマスク１３９を形成する（図７（Ｄ）参照。）。レジストマスク１３９を用いて層１４５の一部を選択的に除去し、構造体１２７ｂを形成する。構造体１２７ａと構造体１２７ｂを積層して、凸部を有する構造体１２７が形成される。

次に、基板１２６および構造体１２７上に半透過層１２８を形成する（図７（Ｅ）参照。）。以降の作製工程は、作製方法例１と同様に行なうことができる。

なお、光共鳴板１２１の作製方法は上記作製方法に限定されるものではない。例えば、光共鳴板１２１の作製に、ＭＥＭＳ（ＭｉｃｒｏＥｌｅｃｔｒｏＭｅｃｈａｎｉｃａｌＳｙｓｔｅｍｓ）の作製方法を応用することも可能である。例えば、ＭＥＭＳの作製方法を応用して、構造体１２７および半透過層１２８を形成した後、構造体１２７を除去してもよい。構造体１２７を除去することで、構造体１２７による光１３５の吸収がなくなるため、光１３５の利用効率を高めることができる。

＜液晶パネルと光共鳴板の配置＞
図８乃至図１０は、図１（Ａ）に示す部位Ｍ１−Ｍ２の断面図である。液晶パネル１１０は、トランジスタ１５６が設けられた素子基板１５０と、対向基板１６０を有する。

図８において、素子基板１５０は、基板１５１上に絶縁層１５２を介してトランジスタ１５６と電極１５３を有する。電極１５３はトランジスタ１５６と電気的に接続されている。また、電極１５３を覆って配向膜１５４が形成されている。電極１５３は画素電極として機能できる。

対向基板１６０は、基板１６１上に遮光層１６２を有し、遮光層１６２上にオーバーコート層１６３を有し、オーバーコート層１６３上に電極１６４を有し、電極１６４上に配向膜１６５を有する。

素子基板１５０と対向基板１６０は、電極１５３と電極１６４が向き合うように配置され、液晶層１５５を介して重なる。また、素子基板１５０の外側に偏光板１７１を有し、対向基板１６０の外側に偏光板１７２を有する。また、液晶素子１５７は、電極１５３、配向膜１５４、液晶層１５５、配向膜１６５、電極１６４により形成される。

液晶パネル１１０と光共鳴板１２１（バックライトユニット１２０）は、副画素１１３Ｒと第１共鳴領域１３３ａが互いに重なるように配置されている。同様に、副画素１１３Ｇと第１共鳴領域１３３ｂが互いに重なるように配置されている。また、副画素１１３Ｂと第１共鳴領域１３３ｃが互いに重なるように配置されている。

光共鳴板１２１の第１共鳴領域１３３ａから射出された光１３６Ｒは副画素１１３Ｒに入射し、液晶素子１５７を介して対向基板１６０側から外部に射出される。同様に、第１共鳴領域１３３ｂから射出された光１３６Ｇは副画素１１３Ｇに入射し、液晶素子１５７を介して対向基板１６０側から外部に射出される。また、第１共鳴領域１３３ｃから射出された光１３６Ｂは副画素１１３Ｂに入射し、液晶素子１５７を介して対向基板１６０側から外部に射出される。液晶素子１５７は、副画素毎に透過する光量を制御する。

また、図９に示すように、対向基板１６０の基板１６１とオーバーコート層１６３の間に着色層を設けてもよい。図９では、副画素１１３Ｒに赤の波長域の光を透過する着色層１６６Ｒを設け、副画素１１３Ｇに緑の波長域の光を透過する着色層１６６Ｇを設け、副画素１１３Ｂに青の波長域の光を透過する着色層１６６Ｂを設けている。なお、本明細書等では、いずれかの着色層もしくは全ての着色層について記載する場合は、単に「着色層１６６」と記す。

着色層を設けることで、液晶表示装置１００の色再現性をより高めることができる。また、着色層を設けることで、外光の反射を抑え、液晶表示装置１００の視認性をより高めることができる。また、着色層を設けることで、コントラスト比を高め、液晶表示装置１００の表示品位をより高めることができる。

また、液晶素子１５７を備える表示装置（液晶表示装置）の駆動方法としては、例えば、ＴＮモード、ＳＴＮモード、ＶＡモード、ＡＳＭ（ＡｘｉａｌｌｙＳｙｍｍｅｔｒｉｃＡｌｉｇｎｅｄＭｉｃｒｏ−ｃｅｌｌ）モード、ＯＣＢ（ＯｐｔｉｃａｌｌｙＣｏｍｐｅｎｓａｔｅｄＢｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｃｅ）モード、ＦＬＣ（ＦｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃＬｉｑｕｉｄＣｒｙｓｔａｌ）モード、ＡＦＬＣ（ＡｎｔｉＦｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃＬｉｑｕｉｄＣｒｙｓｔａｌ）モード、ＭＶＡモード、ＰＶＡ（ＰａｔｔｅｒｎｅｄＶｅｒｔｉｃａｌＡｌｉｇｎｍｅｎｔ）モード、ＩＰＳ（ＩｎＰｌａｃｅＳｗｉｔｃｈｉｎｇ）モード、ＦＦＳ（ＦｒｉｎｇｅＦｉｅｌｄＳｗｉｔｃｈｉｎｇ）モード、またはＴＢＡ（ＴｒａｎｓｖｅｒｓｅＢｅｎｄＡｌｉｇｎｍｅｎｔ）モードなどを用いてもよい。また、表示装置の駆動方法としては、上述した駆動方法の他、ＥＣＢ（ＥｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙＣｏｎｔｒｏｌｌｅｄＢｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｃｅ）モード、ＰＤＬＣ（ＰｏｌｙｍｅｒＤｉｓｐｅｒｓｅｄＬｉｑｕｉｄＣｒｙｓｔａｌ）モード、ＰＮＬＣ（ＰｏｌｙｍｅｒＮｅｔｗｏｒｋＬｉｑｕｉｄＣｒｙｓｔａｌ）モード、ゲストホストモードなどがある。ただし、これに限定されず、液晶素子およ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（ＢｌｕｅＰｈａｓｅ）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１５７を構成してもよい。ブルー相を示す液晶を含有する液晶表示装置は、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、かつ、視野角依存性が小さい。

また、液晶表示装置１００をＩＰＳモードやＦＦＳモードなどの、いわゆる横電界モードで用いる場合は対向基板１６０上の電極１６４を設けない場合がある。

図１０は、液晶表示装置１００をＩＰＳモードで用いる場合の断面図である。図１０では、素子基板１５０に電極１６７が形成されている。電極１６７には共通の電位（コモン電位）が供給される。図１０において、液晶素子１５７は、電極１５３、電極１６７、配向膜１５４、液晶層１５５、配向膜１６５により形成される。液晶素子３１４は、電極１５３および電極１６７間に生じる電界（基板面に対して横方向に発生する電界）により液晶の配向が制御される。また、図１０では対向基板１６０に電極１６４を設けない場合を例示しているが、対向基板１６０に電極１６４を設けてもよい。

また、液晶素子１５７に代えて、ＭＥＭＳ（ＭｉｃｒｏＥｌｅｃｔｒｏＭｅｃｈａｎｉｃａｌＳｙｓｔｅｍｓ）を用いた表示素子を用いてもよい。例えば、ＤＭＳ（ＤｉｇｉｔａｌＭｉｃｒｏＳｈｕｔｔｅｒ）素子を用いてもよい。

＜表示装置の画素構成例＞
ここで、カラー表示を実現するための画素構成の一例を、図１１を用いて説明する。前述したように、画素１１４を赤、緑、青の光を射出する副画素で構成することで、フルカラー表示を実現することができる。なお、副画素が射出する光は、赤、緑、青、以外であってもよく、例えば、黄、シアン、マゼンダなどであってもよい。

また、図１１（Ａ）に示すように、１つの画素１１４に４つの副画素を設けてもよい。例えば、副画素１１３Ｒ、副画素１１３Ｇ、および副画素１１３Ｂに加えて、黄色の光を射出する副画素１１３Ｙを設けてもよい。１つの画素１１４に含まれる副画素の数を増やすことで、特に色の再現性を高めることができる。よって、表示装置の表示品位を高めることができる。

また、副画素１１３Ｙに代えて、白色光を射出する副画素１１３Ｗを設けてもよい。副画素１１３Ｗを設けることで、表示領域の発光輝度を高めることができる。なお、副画素１１３Ｗを設ける場合は、副画素１１３Ｗと重なる領域の半透過層１３１を設けなくてもよい。

なお、副画素の占有面積や形状などは、それぞれ同じでもよいし、それぞれ異なっていてもよい。図１１（Ｂ）に示すように、青色の光を射出する副画素１１３Ｂの面積を副画素１１３Ｒや副画素１１３Ｇより大きくしてもよい。

また、配列方法として、ストライプ配列以外の方法でもよい。例えば、デルタ配列、ベイヤー配列、マトリクス配列などを適用することもできる。マトリクス配列を適用した場合の例を、図１１（Ｃ）に示す。ペンタイル配列を適用した場合の例を、図１１（Ｄ）に示す。

本実施の形態は、他の実施の形態に記載した構成と適宜組み合わせて実施することが可能である。

（実施の形態２）
本実施の形態では、液晶表示装置１００に用いることができる回路構成例と、副画素１１３に用いることができるトランジスタ１５６および容量素子１５８の断面構造例について説明する。

〔液晶表示装置のブロック図〕
図１２は、液晶表示装置１００の構成を説明するためのブロック図である。液晶表示装置１００は、表示領域１４１、回路１４２、および回路１４３を有する。また、回路１４２は、例えば信号線駆動回路として機能する。回路１４３は、例えば走査線駆動回路として機能する。

また、液晶表示装置１００は、各々が略平行に配設され、且つ、回路１４３によって電位が制御されるｍ本の走査線３１３５と、各々が略平行に配設され、且つ、回路１４２によって電位が制御されるｎ本の信号線３１３６と、を有する。さらに、表示領域１４１はｍ行ｎ列のマトリクス状に配設された複数の副画素１１３を有する。なお、ｍ、ｎは、ともに２以上の自然数である。

表示領域１４１において、各走査線３１３５は、副画素１１３のうち、いずれかの行に配設されたｎ個の副画素１１３と電気的に接続される。また、各信号線３１３６は、副画素１１３のうち、いずれかの列に配設されたｍ個の副画素１１３に電気的に接続される。

また、図１３（Ａ）に示すように、表示領域１４１を挟んで回路１４３と向き合う位置に、回路１４３ａを設けてもよい。また、図１３（Ｂ）に示すように、表示領域１４１を挟んで回路１４２と向き合う位置に、回路１４２ａを設けてもよい。図１３（Ａ）および図１３（Ｂ）では、回路１４３ａを回路１４３と同様に走査線３１３５に接続する例を示している。ただし、これに限らず、例えば、走査線３１３５に接続する回路１４３と回路１４３ａを、数行毎に変えてもよい。図１３（Ｂ）では、回路１４２ａを回路１４２と同様に信号線３１３６に接続する例を示している。ただし、これに限らず、例えば、信号線３１３６に接続する回路１４２と回路１４２ａを、数行毎に変えてもよい。また、回路１４２、回路１４２ａ、回路１４３、および回路１４３ａは、副画素１１３を駆動する以外の機能を有していてもよい。

また、回路１４２、回路１４２ａ、回路１４３、および回路１４３ａを、「駆動回路」という場合がある。副画素１１３は、画素回路および表示素子を有する。画素回路３１３７は表示素子を駆動する回路である。駆動回路が有するトランジスタは、画素回路３１３７を構成するトランジスタと同時に形成することができる。また、駆動回路の一部または全部を他の基板上に形成して、液晶表示装置１００と電気的に接続してもよい。例えば、駆動回路の一部または全部を、単結晶基板を用いて形成し、液晶表示装置１００と電気的に接続してもよい。

〔画素回路構成例１〕
図１４（Ａ１）は、液晶表示装置１００の副画素１１３に用いることができる回路構成の一例を示している。図１４（Ａ１）に示す画素回路３１３７は、トランジスタ１５６と、容量素子１５８と、を有する。また、画素回路３１３７は、表示素子として機能できる液晶素子１５７と電気的に接続されている。

液晶素子１５７の一対の電極の一方の電位は、画素回路３１３７の仕様に応じて適宜設定される。液晶素子１５７に含まれる液晶は、ノード３４３６に書き込まれるデータにより配向状態が設定される。なお、液晶素子１５７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、液晶素子１５７の一対の電極の他方はノード３４３６に電気的に接続される。

ｍ行ｎ列目の画素回路３１３７において、トランジスタ１５６のソース電極およびドレイン電極の一方は、信号線ＤＬ＿ｎに電気的に接続され、他方はノード３４３６に電気的に接続される。トランジスタ１５６のゲート電極は、走査線ＧＬ＿ｍに電気的に接続される。トランジスタ１５６は、ノード３４３６へのデータ信号の書き込みを制御する機能を有する。

容量素子１５８の一対の電極の一方は、特定の電位が供給される配線（以下、「容量線ＣＬ」ともいう。）に電気的に接続され、他方は、ノード３４３６に電気的に接続される。また、液晶素子１５７の一対の電極の他方はノード３４３６に電気的に接続される。なお、容量線ＣＬの電位の値は、画素回路３１３７の仕様に応じて適宜設定される。容量素子１５８は、ノード３４３６に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。

ここで、図１４（Ａ１）の画素回路３１３７を有する表示装置の動作例について説明しておく。まず、回路１４３により各行の画素回路３１３７を順次選択し、トランジスタ１５６をオン状態にしてノード３４３６にデータ信号を書き込む。

次に、トランジスタ１５６をオフ状態としてノード３４３６に書き込まれたデータ信号を保持する。ノード３４３６に書き込まれたデータ信号に応じて、液晶素子１５７の透過光量が決まる。これを行毎に順次行うことにより、表示領域１４１に画像を表示できる。

また、図１４（Ａ２）に示すように、トランジスタ１５６に代えて、バックゲート電極を有するトランジスタ１５６ａを用いてもよい。なお、バックゲート電極については他の実施の形態で詳細に説明する。

〔画素回路構成例２〕
図１４（Ａ１）に示す画素回路３１３７と異なる構成を有する画素回路３１３７について、図１４（Ｂ１）を用いて説明する。また、図１４（Ｃ）は図１４（Ｂ１）に示す画素回路３１３７のレイアウト例を説明する上面図である。図１４（Ｃ）は、液晶素子をＩＰＳモードで動作させる場合のレイアウト例である。また、図１４（Ｃ）は、ノード３４３７が容量線ＣＬと電気的に接続する場合のレイアウト例である。

図１４（Ｂ１）に示す画素回路３１３７は、液晶素子１５７に代えて並列に接続された液晶素子１５７ａおよび液晶素子１５７ｂを有する点が、図１４（Ａ１）に示す画素回路３１３７と異なる。ここでは異なる構成について説明し、同様な構成については上記の説明を援用する。

図１４（Ｂ１）に示す画素回路３１３７は、液晶素子１５７ａの一方の電極がノード３４３７と電気的に接続され、他方の電極（電極Ｅ１）がノード３４３６と電気的に接続される。また、液晶素子１５７ｂの一方の電極（電極Ｅ２）がノード３４３６と電気的に接続され、他方の電極がノード３４３７と電気的に接続される。

一般に、液晶素子を用いた表示装置では１フレーム毎に液晶素子に印加する電圧の極性が入れ替わる。液晶表示装置１００を横電界モードで用いる場合、液晶素子に印加する電圧の極性によって、液晶素子の動きに差異が生じる場合がある。また、当該差異に起因して、表示不良の一つであるフリッカー現象が生じる場合がある。特にフレームレートが遅い場合にフリッカー現象が生じやすく、表示品位が低下しやすい。

図１４（Ｂ１）に示すように液晶素子１５７ａと液晶素子１５７ｂとを並列に接続する構成により、当該差異を相殺し、フリッカー現象を生じにくくすることができる。よって、表示装置の表示品位を高めることができる。

また、図１４（Ｂ２）に示すように、トランジスタ１５６に代えて、バックゲート電極を有するトランジスタ１５６ａを用いてもよい。

〔トランジスタと容量素子の断面構造例１〕
副画素１１３は、素子基板１５０上に、例えば少なくとも１つのトランジスタ１５６と１つの容量素子１５８を有する。また、トランジスタ１５６および容量素子１５８は、絶縁層１５２上に形成されている。

図１５（Ａ）に、トランジスタ１５６と容量素子１５８を含む、素子基板１５０の一部の断面構造例を示す。図１５（Ａ）に示すトランジスタ１５６は、ボトムゲート型のトランジスタの一種であるチャネルエッチング型のトランジスタである。

図１５（Ａ）において、基板１５１上に絶縁層１５２が形成され、絶縁層１５２上に電極２０１と電極２１１が形成されている。また、電極２０１および電極２１１上に絶縁層２０２が形成され、絶縁層２０２上に半導体層２０３が形成されている。また、半導体層２０３の一部に接して電極２０４と電極２０５が設けられている。電極２０５の一部は絶縁層２０２を介して電極２１１と重なり、容量素子１５８が形成される。また、電極２０４、電極２０５を覆って絶縁層２０６が形成され、絶縁層２０６上に絶縁層２０７が形成され、絶縁層２０７上に絶縁層２０８が形成されている。また、絶縁層２０８の上に電極１５３が形成されている。電極１５３は絶縁層２０８、絶縁層２０７、および絶縁層２０６に設けられた開口部で電極２０５を電気的に接続されている。また、電極１５３上に配向膜１５４が形成されている。

電極２０１は、ゲート電極として機能できる。電極２０４は、ソース電極またはドレイン電極の一方として機能できる。電極２０５は、ソース電極またはドレイン電極の他方として機能できる。また、電極２１１は、容量素子１５８の一方の電極として機能できる。また、電極２０５は、容量素子１５８の他方の電極として機能できる。

電極２０１および電極２１１は、同一の作製工程を経て形成することができる。電極２０４および電極２０５は、同一の作製工程を経て形成することができる。

＜基板＞
基板１５１として用いる材料に大きな制限はないが、少なくとも透光性を有し、かつ加熱処理に耐えうる程度の耐熱性を有していることが必要となる。例えばバリウムホウケイ酸ガラスやアルミノホウケイ酸ガラスなどのガラス基板、セラミック基板、石英基板、サファイア基板などを用いることができる。

なお、基板１５１として、可撓性基板（フレキシブル基板）、貼り合わせフィルム、基材フィルムなどを用いてもよい。可撓性基板、貼り合わせフィルム、基材フィルムなどの材料としては、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）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリプロピレン、ポリエステル、ポリフッ化ビニル、ポリ塩化ビニル、ポリオレフィン、ポリアミド（ナイロン、アラミドなど）、ポリイミド、ポリカーボネート、アラミド、エポキシ樹脂、アクリル樹脂などを用いることができる。

基板１５１に用いる可撓性基板は、線膨張率が低いほど環境による変形が抑制されて好ましい。基板１５１に用いる可撓性基板は、例えば、線膨張率が１×１０^−３／Ｋ以下、５×１０^−５／Ｋ以下、または１×１０^−５／Ｋ以下である材質を用いればよい。特に、アラミドは、線膨張率が低いため、可撓性基板として好適である。

＜絶縁層＞
絶縁層１５２、絶縁層２０２、絶縁層２０６、絶縁層２０７、および絶縁層２０８は、窒化アルミニウム、酸化アルミニウム、窒化酸化アルミニウム、酸化窒化アルミニウム、酸化マグネシウム、窒化シリコン、酸化シリコン、窒化酸化シリコン、酸化窒化シリコン、酸化ガリウム、酸化ゲルマニウム、酸化イットリウム、酸化ジルコニウム、酸化ランタン、酸化ネオジム、酸化ハフニウム、酸化タンタル、アルミニウムシリケートなどから選ばれた材料を、単層でまたは積層して用いる。また、酸化物材料、窒化物材料、酸化窒化物材料、窒化酸化物材料のうち、複数の材料を混合した材料を用いてもよい。

なお、本明細書中において、窒化酸化物とは、酸素よりも窒素の含有量が多い化合物をいう。また、酸化窒化物とは、窒素よりも酸素の含有量が多い化合物をいう。なお、各元素の含有量は、例えば、ラザフォード後方散乱法（ＲＢＳ：ＲｕｔｈｅｒｆｏｒｄＢａｃｋｓｃａｔｔｅｒｉｎｇＳｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）等を用いて測定することができる。

特に絶縁層１５２および絶縁層２０７は、不純物が透過しにくい絶縁性材料を用いて形成することが好ましい。例えば、ホウ素、炭素、窒素、酸素、フッ素、マグネシウム、アルミニウム、シリコン、リン、塩素、アルゴン、ガリウム、ゲルマニウム、イットリウム、ジルコニウム、ランタン、ネオジム、ハフニウムまたはタンタルを含む絶縁材料を、単層で、または積層で用いればよい。例えば、不純物が透過しにくい絶縁性材料として、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸化窒化アルミニウム、窒化酸化アルミニウム、酸化ガリウム、酸化ゲルマニウム、酸化イットリウム、酸化ジルコニウム、酸化ランタン、酸化ネオジム、酸化ハフニウム、酸化タンタル、窒化シリコンなどを挙げることができる。また、絶縁層１５２または絶縁層２０７として、絶縁性の高い酸化インジウム錫亜鉛（Ｉｎ−Ｓｎ−Ｚｎ酸化物）などを用いてもよい。

絶縁層１５２に不純物が透過しにくい絶縁性材料を用いることで、基板１５１側からの不純物の拡散を抑制し、トランジスタの信頼性を高めることができる。絶縁層２０７に不純物が透過しにくい絶縁性材料を用いることで、絶縁層２０８側からの不純物の拡散を抑制し、トランジスタの信頼性を高めることができる。

絶縁層１５２、絶縁層２０２、絶縁層２０６、絶縁層２０７、および絶縁層２０８として、これらの材料で形成される絶縁層を複数積層して用いてもよい。絶縁層１５２、絶縁層２０２、絶縁層２０６、絶縁層２０７、および絶縁層２０８の形成方法は特に限定されず、スパッタリング法、ＣＶＤ（ＣｈｅｍｉｃａｌＶａｐｏｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、ＭＢＥ（ＭｏｌｅｃｕｌａｒＢｅａｍＥｐｉｔａｘｙ）法またはＰＬＤ（ＰｕｌｓｅｄＬａｓｅｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、ＡＬＤ（ＡｔｏｍｉｃＬａｙｅｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、スピンコート法などの各種形成方法を用いることができる。

例えば、熱ＣＶＤ法を用いて、酸化アルミニウムを成膜する場合には、溶媒とアルミニウム前駆体化合物を含む液体（ＴＭＡなど）を気化させた原料ガスと、酸化剤としてＨ_２Ｏの２種類のガスを用いる。なお、トリメチルアルミニウムの化学式はＡｌ（ＣＨ_３）_３である。また、他の材料液としては、トリス（ジメチルアミド）アルミニウム、トリイソブチルアルミニウム、アルミニウムトリス（２，２，６，６−テトラメチル−３，５−ヘプタンジオナート）などがある。

また、半導体層２０３として酸化物半導体を用いる場合、半導体層２０３中の水素濃度の増加を防ぐために、絶縁層の水素濃度を低減することが好ましい。特に、半導体層２０３と接する絶縁層２０２と絶縁層２０６中の水素濃度を低減することが好ましい。具体的には、絶縁層中の水素濃度を、ＳＩＭＳにおいて、２×１０^２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下、好ましくは５×１０^１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下、より好ましくは１×１０^１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下、さらに好ましくは５×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下とする。また、半導体層２０３中の窒素濃度の増加を防ぐために、絶縁層中の窒素濃度を低減することが好ましい。特に、半導体層２０３と接する絶縁層２０２と絶縁層２０６中の窒素濃度を低減することが好ましい。具体的には、絶縁層中の窒素濃度を、ＳＩＭＳにおいて、５×１０^１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３未満、好ましくは５×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下、より好ましくは１×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下、さらに好ましくは５×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下とする。

なお、ＳＩＭＳ分析によって測定された濃度は、プラスマイナス４０％の変動を含む場合がある。

また、半導体層２０３として酸化物半導体を用いる場合、絶縁層は、加熱により酸素が放出される絶縁層（「過剰酸素を含む絶縁層」ともいう。）を用いて形成することが好ましい。特に、半導体層２０３と接する絶縁層２０２と絶縁層２０６は過剰酸素を含む絶縁層とすることが好ましい。例えば、当該絶縁層の表面温度が１００℃以上７００℃以下、好ましくは１００℃以上５００℃以下の加熱処理で行われるＴＤＳ分析において、酸素原子に換算した酸素の脱離量が１．０×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上、あるいは３．０×１０^２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上である絶縁層が好ましい。

また、過剰酸素を含む絶縁層は、絶縁層に酸素を添加する処理を行って形成することもできる。酸素を添加する処理は、酸素雰囲気下による熱処理や、イオン注入装置、イオンドーピング装置またはプラズマ処理装置を用いて行うことができる。酸素を添加するためのガスとしては、^１６Ｏ_２もしくは^１８Ｏ_２などの酸素ガス、亜酸化窒素ガスまたはオゾンガスなどを用いることができる。なお、本明細書では酸素を添加する処理を「酸素ドープ処理」ともいう。

また、絶縁層を、酸素を含む雰囲気中でスパッタリング法により成膜することで、被形成層に酸素を導入することができる。

また、一般に、容量素子は対向する二つの電極の間に誘電体を挟む構成を有し、誘電体の厚さが薄いほど（対向する二つの電極間距離が短いほど）、また、誘電体の誘電率が大きいほど容量値が大きくなる。ただし、容量素子の容量値を増やすために誘電体を薄くすると、トンネル効果などに起因して、二つの電極間に意図せずに流れる電流（以下、「リーク電流」ともいう。）が増加しやすくなり、また、容量素子の絶縁耐圧が低下しやすくなる。

トランジスタのゲート電極、ゲート絶縁層、半導体層が重畳する部分は、容量素子として機能する（以下、「ゲート容量」ともいう。）。なお、半導体層の、ゲート絶縁層を介してゲート電極と重畳する領域にチャネルが形成される。すなわち、ゲート電極とチャネル形成領域が、容量素子の二つの電極として機能する。また、ゲート絶縁層が容量素子の誘電体として機能する。ゲート容量の容量値は大きいほうが好ましいが、容量値を大きくするためにゲート絶縁層を薄くすると、前述のリーク電流の増加や、絶縁耐圧の低下といった問題が生じやすい。

そこで、絶縁層２０２として、ハフニウムシリケート（ＨｆＳｉ_ｘＯ_ｙ（ｘ＞０、ｙ＞０））、窒素が添加されたハフニウムシリケート（ＨｆＳｉ_ｘＯ_ｙＮ_ｚ（ｘ＞０、ｙ＞０、ｚ＞０））、窒素が添加されたハフニウムアルミネート（ＨｆＡｌ_ｘＯ_ｙＮ_ｚ（ｘ＞０、ｙ＞０、ｚ＞０））、酸化ハフニウム、または酸化イットリウムなどのｈｉｇｈ−ｋ材料を用いると、絶縁層２０２を厚くしても、絶縁層２０２と半導体層２０３間の容量値を十分確保することが可能となる。

例えば、絶縁層２０２として誘電率が大きいｈｉｇｈ−ｋ材料を用いると、絶縁層２０２を厚くしても、絶縁層２０２に酸化シリコンを用いた場合と同等の容量値を実現できるため、電極２０１と半導体層２０３間に生じるリーク電流を低減できる。また、電極２０１と同じ層を用いて形成された配線と、絶縁層２０２を介して該配線と重畳する他の配線との間に生じるリーク電流を低減できる。なお、絶縁層２０２をｈｉｇｈ−ｋ材料と、他の絶縁材料との積層構造としてもよい。

また、絶縁層２０８は、平坦な表面を有する絶縁層である。絶縁層２０８としては、上記絶縁性材料のほかに、ポリイミド、アクリル系樹脂、ベンゾシクロブテン系樹脂、ポリアミド、エポキシ系樹脂等の、耐熱性を有する有機材料を用いることができる。また上記有機材料の他に、低誘電率材料（ｌｏｗ−ｋ材料）、シロキサン系樹脂、ＰＳＧ（リンガラス）、ＢＰＳＧ（リンボロンガラス）等を用いることができる。なお、これらの材料で形成される絶縁層を複数積層してもよい。

なおシロキサン系樹脂とは、シロキサン系材料を出発材料として形成されたＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む樹脂に相当する。シロキサン系樹脂は置換基としては有機基（例えばアルキル基やアリール基）やフルオロ基を用いても良い。また、有機基はフルオロ基を有していても良い。

絶縁層２０８の形成方法は、特に限定されず、その材料に応じて、スパッタ法、ＳＯＧ法、スピンコート、ディップ、スプレー塗布、液滴吐出法（インクジェット法など）、印刷法（スクリーン印刷、オフセット印刷など）などを用いればよい。

また、試料表面にＣＭＰ処理を行なってもよい。ＣＭＰ処理を行うことにより、試料表面の凹凸を低減し、この後形成される絶縁層や導電層の被覆性を高めることができる。

＜半導体層＞
半導体層２０３としては、単結晶半導体、多結晶半導体、微結晶半導体、非晶質半導体などを用いることができる。半導体材料としては、例えば、シリコンや、ゲルマニウムなどを用いることができる。また、シリコンゲルマニウム、炭化シリコン、ガリウムヒ素、酸化物半導体、窒化物半導体などの化合物半導体や、有機半導体などを用いることができる。

また、半導体層２０３として有機物半導体を用いる場合は、芳香環をもつ低分子有機材料やπ電子共役系導電性高分子などを用いることができる。例えば、ルブレン、テトラセン、ペンタセン、ペリレンジイミド、テトラシアノキノジメタン、ポリチオフェン、ポリアセチレン、ポリパラフェニレンビニレンなどを用いることができる。

また、酸化物半導体のバンドギャップは２ｅＶ以上あるため、半導体層２０３に酸化物半導体を用いると、オフ電流が極めて少ないトランジスタを実現することができる。具体的には、チャネル幅１μｍ当たりのオフ電流を室温下において１×１０^−２０Ａ未満、１×１０^−２２Ａ未満、あるいは１×１０^−２４Ａ未満とすることができる。よって、消費電力の少ないトランジスタを提供できる。また、消費電力の少ない表示装置や半導体装置などを提供できる。

また、チャネルが形成される半導体層に酸化物半導体層を用いたトランジスタ（「ＯＳトランジスタ」ともいう。）は、ソースとドレイン間の絶縁耐圧が高い。よって、信頼性の良好なトランジスタを提供できる。また、信頼性の良好な表示装置や半導体装置などを提供できる。

本実施の形態では、半導体層２０３として酸化物半導体を用いる場合について説明する。半導体層２０３に用いる酸化物半導体は、例えば、インジウム（Ｉｎ）を含む酸化物半導体を用いることが好ましい。酸化物半導体は、例えば、インジウムを含むと、キャリア移動度（電子移動度）が高くなる。また、酸化物半導体は、元素Ｍを含むと好ましい。

元素Ｍは、好ましくは、アルミニウム、ガリウム、イットリウムまたはスズなどである。そのほかの元素Ｍに適用可能な元素としては、ホウ素、シリコン、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、マグネシウムなどがある。ただし、元素Ｍとして、前述の元素を複数組み合わせても構わない場合がある。元素Ｍは、例えば、酸素との結合エネルギーが高い元素である。元素Ｍは、例えば、酸化物半導体のエネルギーギャップを大きくする機能を有する元素である。また、酸化物半導体は、亜鉛を含むと好ましい。酸化物半導体は亜鉛を含むと結晶化しやすくなる場合がある。

ただし、半導体層２０３に用いる酸化物半導体は、インジウムを含む酸化物に限定されない。酸化物半導体は、例えば、亜鉛スズ酸化物、ガリウムスズ酸化物、酸化ガリウムなどの、インジウムを含まず、亜鉛を含む酸化物、ガリウムを含む酸化物、スズを含む酸化物半導体などであっても構わない。

半導体層２０３に用いる酸化物半導体は、例えば、エネルギーギャップが大きい酸化物半導体を用いる。半導体層２０３に用いる酸化物半導体のエネルギーギャップは、例えば、２．５ｅＶ以上４．２ｅＶ以下、好ましくは２．８ｅＶ以上３．８ｅＶ以下、さらに好ましくは３ｅＶ以上３．５ｅＶ以下である。

酸化物半導体は、スパッタリング法、ＣＶＤ（ＣｈｅｍｉｃａｌＶａｐｏｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法（ＭＯＣＶＤ（ＭｅｔａｌＯｒｇａｎｉｃＣｈｅｍｉｃａｌＶａｐｏｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、ＡＬＤ（ＡｔｏｍｉｃＬａｙｅｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、熱ＣＶＤ法またはＰＥＣＶＤ（ＰｌａｓｍａＥｎｈａｎｃｅｄＣｈｅｍｉｃａｌＶａｐｏｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法を含むがこれに限定されない）、ＭＢＥ（ＭｏｌｅｃｕｌａｒＢｅａｍＥｐｉｔａｘｙ）法またはＰＬＤ（ＰｕｌｓｅｄＬａｓｅｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法を用いて成膜すればよい。プラズマＣＶＤ法は、比較的低温で高品質の膜が得られる。ＭＯＣＶＤ法、ＡＬＤ法、または熱ＣＶＤ法などの、成膜時にプラズマを用いない成膜方法を用いると、被形成面にダメージが生じにくく、また、欠陥の少ない膜が得られる。

ＣＶＤ法およびＡＬＤ法は、ターゲットなどから放出される粒子が堆積する成膜方法とは異なり、被処理物の表面における反応により膜が形成される成膜方法である。したがって、被処理物の形状の影響を受けにくく、良好な段差被覆性を有する成膜方法である。特に、ＡＬＤ法は、優れた段差被覆性と、優れた厚さの均一性を有するため、アスペクト比の高い開口部の表面を被覆する場合などに好適である。ただし、ＡＬＤ法は、比較的成膜速度が遅いため、成膜速度の速いＣＶＤ法などの他の成膜方法と組み合わせて用いることが好ましい場合もある。

ＣＶＤ法およびＡＬＤ法は、原料ガスの流量比によって、得られる膜の組成を制御することができる。例えば、ＣＶＤ法およびＡＬＤ法では、原料ガスの流量比によって、任意の組成の膜を成膜することができる。また、例えば、ＣＶＤ法およびＡＬＤ法では、成膜しながら原料ガスの流量比を変化させることによって、組成が連続的に変化した膜を成膜することができる。原料ガスの流量比を変化させながら成膜する場合、複数の成膜室を用いて成膜する場合と比べて、搬送や圧力調整に掛かる時間の分、成膜に掛かる時間を短くすることができる。したがって、トランジスタや半導体装置の生産性を高めることができる場合がある。

例えば、半導体層２０３として、熱ＣＶＤ法でＩｎＧａＺｎＯ_Ｘ（Ｘ＞０）膜を成膜する場合には、トリメチルインジウム（Ｉｎ（ＣＨ_３）_３）、トリメチルガリウム（Ｇａ（ＣＨ_３）_３）、およびジメチル亜鉛（Ｚｎ（ＣＨ_３）_２）を用いる。また、これらの組み合わせに限定されず、トリメチルガリウムに代えてトリエチルガリウム（Ｇａ（Ｃ_２Ｈ_５）_３）を用いることもでき、ジメチル亜鉛に代えてジエチル亜鉛（Ｚｎ（Ｃ_２Ｈ_５）_２）を用いることもできる。

例えば、半導体層２０３として、ＡＬＤ法で、ＩｎＧａＺｎＯ_Ｘ（Ｘ＞０）膜を成膜する場合には、Ｉｎ（ＣＨ_３）_３ガスとＯ_３ガスを順次繰り返し導入してＩｎＯ_２層を形成し、その後、Ｇａ（ＣＨ_３）_３ガスとＯ_３ガスを順次繰り返し導入してＧａＯ層を形成し、更にその後Ｚｎ（ＣＨ_３）_２ガスとＯ_３ガスを順次繰り返し導入して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、これらのガスを用いてＩｎＧａＯ_２層やＩｎＺｎＯ_２層、ＧａＩｎＯ層、ＺｎＩｎＯ層、ＧａＺｎＯ層などの混合化合物層を形成しても良い。なお、Ｏ_３ガスに変えてＡｒ等の不活性ガスで水をバブリングしたＨ_２Ｏガスを用いても良いが、Ｈを含まないＯ_３ガスを用いる方が好ましい。また、Ｉｎ（ＣＨ_３）_３ガスにかえて、Ｉｎ（Ｃ_２Ｈ_５）_３ガスやトリス（アセチルアセトナト）インジウムを用いても良い。なお、トリス（アセチルアセトナト）インジウムは、Ｉｎ（ａｃａｃ）_３とも呼ぶ。また、Ｇａ（ＣＨ_３）_３ガスにかえて、Ｇａ（Ｃ_２Ｈ_５）_３ガスやトリス（アセチルアセトナト）ガリウムを用いても良い。なお、トリス（アセチルアセトナト）ガリウムは、Ｇａ（ａｃａｃ）_３とも呼ぶ。また、Ｚｎ（ＣＨ_３）_２ガスや、酢酸亜鉛を用いても良い。これらのガス種には限定されない。

酸化物半導体層をスパッタリング法で形成する場合、パーティクル数低減のため、インジウムを含むターゲットを用いると好ましい。また、元素Ｍの原子数比が高い酸化物ターゲットを用いた場合、ターゲットの導電性が低くなる場合がある。インジウムの原子数比が高い酸化物ターゲットを用いる場合、ターゲットの導電率を高めることができ、ＤＣ放電、ＡＣ放電が容易となるため、大面積の基板へ対応しやすくなる。したがって、半導体装置の生産性を高めることができる。

また、酸化物半導体層をスパッタリング法で成膜する場合、ターゲットの原子数比は、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎが３：１：１、３：１：２、３：１：４、１：１：０．５、１：１：１、１：１：２、１：４：４、４：２：４．１などとすればよい。

なお、酸化物半導体層をスパッタリング法で成膜すると、ターゲットの原子数比からずれた原子数比の酸化物半導体層が成膜される場合がある。特に、亜鉛は、ターゲットの原子数比よりも成膜された膜の原子数比が小さくなる場合がある。具体的には、ターゲットに含まれる亜鉛の原子数比の４０ａｔｏｍｉｃ％以上９０ａｔｏｍｉｃ％程度以下となる場合がある。

また、ＯＳトランジスタに安定した電気特性を付与するためには、酸化物半導体層中の不純物及び酸素欠損を低減して高純度真性化し、半導体層２０３を真性または実質的に真性と見なせる酸化物半導体層とすることが好ましい。また、少なくとも半導体層２０３中のチャネル形成領域が真性または実質的に真性と見なせる酸化物半導体層とすることが好ましい。

また、半導体層２０３に酸化物半導体層を用いる場合は、ＣＡＡＣ−ＯＳ（ＣＡｘｉｓＡｌｉｇｎｅｄＣｒｙｓｔａｌｌｉｎｅＯｘｉｄｅＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）を用いることが好ましい。なお、ＣＡＡＣ−ＯＳについては、実施の形態４で詳細に説明する。

また、半導体層２０３に用いる酸化物半導体層は、ＣＡＡＣでない領域が当該酸化物半導体層全体の２０％未満であることが好ましい。

ＣＡＡＣ−ＯＳは誘電率異方性を有する。具体的には、ＣＡＡＣ−ＯＳはａ軸方向およびｂ軸方向の誘電率よりも、ｃ軸方向の誘電率が大きい。チャネルが形成される半導体層にＣＡＡＣ−ＯＳを用いて、ゲート電極をｃ軸方向に配置したトランジスタは、ｃ軸方向の誘電率が大きいため、ゲート電極から生じる電界がＣＡＡＣ−ＯＳ全体に届きやすい。よって、サブスレッショルドスイング値（Ｓ値）を小さくすることができる。また、半導体層にＣＡＡＣ−ＯＳを用いたトランジスタは、微細化によるＳ値の増大が生じにくい。

また、ＣＡＡＣ−ＯＳはａ軸方向およびｂ軸方向の誘電率が小さいため、ソースとドレイン間に生じる電界の影響が緩和される。よって、チャネル長変調効果や、短チャネル効果、などが生じにくく、トランジスタの信頼性を高めることができる。

ここで、チャネル長変調効果とは、ドレイン電圧がしきい値電圧よりも高い場合に、ドレイン側から空乏層が広がり、実効上のチャネル長が短くなる現象を言う。また、短チャネル効果とは、チャネル長が短くなることにより、しきい値電圧の低下などの電気特性の悪化が生じる現象を言う。微細なトランジスタほど、これらの現象による電気特性の劣化が生じやすい。

酸化物半導体層の形成後、酸素ドープ処理を行ってもよい。また、酸化物半導体層に含まれる水分または水素などの不純物をさらに低減して、酸化物半導体層を高純度化するために、加熱処理を行うことが好ましい。

例えば、減圧雰囲気下、窒素や希ガスなどの不活性ガス雰囲気、酸化性ガス雰囲気、又は超乾燥エア（ＣＲＤＳ（キャビティリングダウンレーザー分光法）方式の露点計を用いて測定した場合の水分量が２０ｐｐｍ（露点換算で−５５℃）以下、好ましくは１ｐｐｍ以下、好ましくは１０ｐｐｂ以下の空気）雰囲気で、酸化物半導体層に加熱処理を施す。なお、酸化性ガス雰囲気とは、酸素、オゾンまたは窒化酸素などの酸化性ガスを１０ｐｐｍ以上含有する雰囲気をいう。また、不活性ガス雰囲気とは、前述の酸化性ガスが１０ｐｐｍ未満であり、その他、窒素または希ガスで充填された雰囲気をいう。

また、加熱処理を行うことにより、不純物の放出と同時に絶縁層２０２に含まれる酸素を酸化物半導体層中に拡散させ、当該酸化物半導体層に含まれる酸素欠損を低減することができる。なお、不活性ガス雰囲気で加熱処理した後に、脱離した酸素を補うために酸化性ガスを１０ｐｐｍ以上、１％以上または１０％以上含む雰囲気で加熱処理を行ってもよい。なお、加熱処理は、酸化物半導体層の形成後であればいつ行ってもよい。

加熱処理に用いる加熱装置に特別な限定はなく、抵抗発熱体などの発熱体からの熱伝導または熱輻射によって、被処理物を加熱する装置であってもよい。例えば、電気炉や、ＬＲＴＡ（ＬａｍｐＲａｐｉｄＴｈｅｒｍａｌＡｎｎｅａｌ）装置、ＧＲＴＡ（ＧａｓＲａｐｉｄＴｈｅｒｍａｌＡｎｎｅａｌ）装置等のＲＴＡ（ＲａｐｉｄＴｈｅｒｍａｌＡｎｎｅａｌ）装置を用いることができる。ＬＲＴＡ装置は、ハロゲンランプ、メタルハライドランプ、キセノンアークランプ、カーボンアークランプ、高圧ナトリウムランプ、高圧水銀ランプなどのランプから発する光（電磁波）の輻射により、被処理物を加熱する装置である。ＧＲＴＡ装置は、高温のガスを用いて加熱処理を行う装置である。

加熱処理は、２５０℃以上６５０℃以下、好ましくは３００℃以上５００℃以下で行えばよい。処理時間は２４時間以内とする。２４時間を超える加熱処理は生産性の低下を招くため好ましくない。

＜電極＞
電極２０１、電極２１１、電極２０４、電極２０５を形成するための導電性材料としては、アルミニウム、クロム、銅、銀、金、白金、タンタル、ニッケル、チタン、モリブデン、タングステン、ハフニウム、バナジウム、ニオブ、マンガン、マグネシウム、ジルコニウム、ベリリウムなどから選ばれた金属元素を１種以上含む材料を用いることができる。また、リン等の不純物元素を含有させた多結晶シリコンに代表される、電気伝導度が高い半導体、ニッケルシリサイドなどのシリサイドを用いてもよい。これらの材料で形成される導電層を複数積層して用いてもよい。

また、電極２０１、電極２１１、電極２０４、電極２０５を形成するための導電性材料に、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ：ＩｎｄｉｕｍＴｉｎＯｘｉｄｅ）、酸化タングステンを含むインジウム酸化物、酸化タングステンを含むインジウム亜鉛酸化物、酸化チタンを含むインジウム酸化物、酸化チタンを含むインジウム錫酸化物、インジウム亜鉛酸化物、シリコンを添加したインジウム錫酸化物などの酸素を含む導電性材料、窒化チタン、窒化タンタルなどの窒素を含む導電性材料を適用することもできる。また、前述した金属元素を含む材料と、酸素を含む導電性材料を組み合わせた積層構造とすることもできる。また、前述した金属元素を含む材料と、窒素を含む導電性材料を組み合わせた積層構造とすることもできる。また、前述した金属元素を含む材料、酸素を含む導電性材料、および窒素を含む導電性材料を組み合わせた積層構造とすることもできる。導電性材料の形成方法は特に限定されず、蒸着法、ＣＶＤ法、スパッタリング法などの各種形成方法を用いることができる。

電極１５３は、ＩＴＯやインジウム亜鉛酸化物などの透光性を有する導電性材料を用いて形成する。なお、対向電極上に形成される電極１６４も、電極１５３と同様に、透光性を有する導電性材料を用いて形成する。

＜配向膜＞
配向膜１５４および配向膜１６５は、ポリイミド、ポリビニルアルコールなどの有機樹脂を用いて形成することができ、その表面には、ラビングなどの、液晶分子を一定方向に配列させるための配向処理が施されている。ラビングは、配向膜１５４に接するように、ナイロンなどの布を巻いたローラーを回転させて、上記配向膜の表面を一定方向に擦ることで、行うことができる。また、ラビングは、配向膜１６５に接するように、ナイロンなどの布を巻いたローラーを回転させて、上記配向膜の表面を一定方向に擦ることで、行うことができる。また、ラビングを行なわず、光配向技術などを用いて配向膜１５４および配向膜１６５を形成することも可能である。なお、酸化珪素などの無機材料を用い、配向処理を施すことなく、蒸着法で配向特性を有する配向膜を直接形成することも可能である。

〔トランジスタと容量素子の断面構造例２〕
図１５（Ｂ）に、断面構造例１とは異なる断面構造例を示す。図１５（Ｂ）に示す断面構造例２は、断面構造例１と容量素子１５８の構成が異なる。断面構造例２では、容量素子１５８の他方の電極として、半導体層２０３と同一の工程を経て形成された電極２１３を用いている。

電極２１３は、半導体層２０３と同一の工程を経て形成された後、不純物を添加することで導電率を高める。例えば、半導体層２０３および電極２１３として酸化物半導体を用いる場合、まず、電極２１３と重なる領域の絶縁層２０６の一部を除去し、電極２１３の表面を露出させる。次に、絶縁層２０７として水素を含む絶縁層を電極２１３の表面に接触させ、電極２１３中に水素を拡散させる。このようにして電極２１３の導電率を高めることができる。

〔トランジスタと容量素子の断面構造例３〕
図１５（Ｃ）に、断面構造例１および断面構造例２とは異なる断面構造例を示す。図１５（Ｃ）に示す断面構造例３は、断面構造例１および断面構造例２とはトランジスタ１５６と容量素子１５８の構成が異なる。

図１５（Ｃ）に示すトランジスタ１５６は、絶縁層２０７上に電極２０９を有する。電極２０９は、他の電極と同様の材料および方法で形成することができる。また、電極２０９は、バックゲートとして機能できる。バックゲートについては追って詳述する。

また、図１５（Ｃ）に示す容量素子１５８では、電極２１１を設けずに、電極２１３と電極２１９を用いている。電極２１３は、断面構造例３と同様に形成することができる。また、電極２１９は、電極２０９と同一の工程を経て形成することができる。

（実施の形態３）
本実施の形態では、液晶パネル１１０の構成例について、図面を用いて説明する。図１６（Ａ）、図１６（Ｂ）、図１７（Ａ）、および図１７（Ｂ）に示す断面図は、図２（Ａ）に示す部位Ｎ１−Ｎ２の断面図である。

図１６（Ａ）はＴＮモードやＶＡモードなどの、いわゆる縦電界モードで用いる場合の構成例である。図１６（Ａ）において、基板１５１上に設けられた表示領域１４１、回路１４２、および回路１４３（図示せず。）を囲むようにシール材４００５が設けられる。基板１５１、表示領域１４１、回路１４２、回路１４３（図示せず。）、及びシール材４００５は基板１６１によって封止されている。図２（Ａ）および図１６（Ａ）では回路１４２などの駆動回路をトランジスタ１５６と同じ構成を有するトランジスタ４０１１で形成しているが、別途、単結晶半導体または多結晶半導体で形成された駆動回路を用いてもよい。また、駆動回路や表示領域１４１に与えられる各種信号および電位は、ＦＰＣ１１１を介して供給されている。

なお、別途形成した駆動回路の接続方法は、特に限定されるものではなく、ワイヤボンディング、ＣＯＧ（ＣｈｉｐＯｎＧｌａｓｓ）、ＴＣＰ（ＴａｐｅＣａｒｒｉｅｒＰａｃｋａｇｅ）、ＣＯＦ（ＣｈｉｐＯｎＦｉｌｍ）などを用いることができる。

図１６（Ａ）に示す表示装置は電極４０１５を有しており、電極４０１５はＦＰＣ１１１と異方性導電層４０１９を介して、電気的に接続されている。また、電極４０１５は、絶縁層２０８、絶縁層２０７、および絶縁層２０６に形成された開口において配線４０１４と電気的に接続されている。

電極４０１５は、電極１５３と同じ導電層から形成され、配線４０１４は、トランジスタ１５６のソース電極およびドレイン電極と同じ導電層で形成されている。

表示領域１４１と周辺回路は、トランジスタを複数有しており、図１６（Ａ）では、表示領域１４１に含まれるトランジスタ１５６と、回路１４２に含まれるトランジスタ４０１１とを例示している。図１６（Ａ）では、トランジスタ１５６およびトランジスタ４０１１上に、絶縁層２０８、絶縁層２０７、および絶縁層２０６が設けられている。

また、図１６（Ａ）に示す表示装置は、容量素子１５８を有する。容量素子１５８は、トランジスタ１５６のソース電極またはドレイン電極の一方の一部と、電極２１１が絶縁層２０２を介して重なる領域を有する。電極２１１は、トランジスタ１５６のゲート電極と同じ導電層で形成されている。

表示領域に設けられる容量素子の容量は、表示領域に配置されるトランジスタのリーク電流等を考慮して、所定の期間において電荷を保持できるように設定される。容量素子の容量は、トランジスタのオフ電流等を考慮して設定すればよい。

例えば、液晶表示装置の画素部にＯＳトランジスタを用いることにより、容量素子の容量を、液晶容量に対して１／３以下、さらには１／５以下とすることができる。ＯＳトランジスタを用いることにより、容量素子の形成を省略することもできる。

表示領域１４１に設けられたトランジスタ１５６は表示素子と電気的に接続する。図１６（Ａ）は、表示素子として液晶素子を用いた液晶表示装置の一例である。図１６（Ａ）において、表示素子である液晶素子１５７は、電極１５３、電極１６４、及び液晶層１５５を含む。なお、液晶層１５５を挟持するように配向膜として機能する絶縁層１５４、絶縁層１６５が設けられている。電極１６４は基板１６１側に設けられ、電極１５３と電極１６４は液晶層１５５を介して重畳する。

またスペーサ４０３５は絶縁層を選択的にエッチングすることで得られる柱状のスペーサであり、電極１５３と電極１６４との間隔（セルギャップ）を制御するために設けられている。なお、スペーサ４０３５は球状のスペーサを用いても良い。

また、本実施の形態において、１つの副画素１１３をいくつかの領域に分け、それぞれ別の方向に液晶が配向するよう工夫されているマルチドメイン化あるいはマルチドメイン設計といわれる方法を用いることができる。

また、液晶材料の固有抵抗は、１×１０^９Ω・ｃｍ以上であり、好ましくは１×１０^１１Ω・ｃｍ以上であり、さらに好ましくは１×１０^１２Ω・ｃｍ以上である。なお、本明細書における固有抵抗の値は、２０℃で測定した値とする。

ＯＳトランジスタは、オフ状態における電流値（オフ電流値）を低くすることができる。よって、トランジスタ１５６にＯＳトランジスタを用いると、画像信号等の電気信号の保持時間を長くすることができる。よって、リフレッシュ動作の頻度を少なくすることができるため、消費電力を抑制する効果を奏する。

また、液晶パネル１１０に、偏光部材、位相差部材、反射防止部材などの光学部材（光学基板や光学フィルム）などを適宜設けてもよい。例えば、偏光基板及び位相差基板を組み合わせた円偏光板を用いてもよい。

また、図１６（Ｂ）に示すように、基板１６１側に遮光層１６２、着色層１６６、およびオーバーコート層１６３などを設けてもよい。

なお、遮光層１６２は、トランジスタと重なるように設けることが好ましい。遮光層１６２をトランジスタと重ねて設けることで、トランジスタの半導体層に光が入射することを防ぐことができる。よって、半導体層の光劣化を防ぎ、トランジスタの電気特性の劣化を防ぐことができる。図１６（Ｂ）では、遮光層１６２をトランジスタ１５６とトランジスタ４０１１に重ねて設ける例を示している。

図１７（Ａ）は、いわゆる横電界モードで用いる場合の構成例である。図１７（Ａ）は、液晶パネル１１０をＦＦＳモードで動作させる場合の構成例を示している。図１７（Ａ）において、絶縁層２０８上に電極１６４が設けられ、電極１６４上に絶縁層１５９を介して櫛歯状の電極１５３が設けられている。

また、電極１６４と電極１５３が重なる領域が容量素子として機能するため、容量素子１５８の形成を省略することができる。

また、図１７（Ｂ）に示すように、基板１６１側に遮光層１６２、着色層１６６、およびオーバーコート層１６３などを設けてもよい。

（実施の形態４）
本実施の形態では、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（ＣＡｘｉｓＡｌｉｇｎｅｄＣｒｙｓｔａｌｌｉｎｅＯｘｉｄｅＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）、多結晶酸化物半導体、ｎｃ−ＯＳ（ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅＯｘｉｄｅＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）、擬似非晶質酸化物半導体（ａ−ｌｉｋｅＯＳ：ａｍｏｒｐｈｏｕｓｌｉｋｅＯｘｉｄｅＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）、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、ｎｃ−ＯＳなどがある。

非晶質構造の定義としては、一般に、準安定状態で固定化していないこと、等方的であって不均質構造を持たないことなどが知られている。また、結合角度が柔軟であり、短距離秩序性は有するが、長距離秩序性を有さない構造と言い換えることもできる。

逆の見方をすると、本質的に安定な酸化物半導体の場合、完全な非晶質（ｃｏｍｐｌｅｔｅｌｙａｍｏｒｐｈｏｕｓ）酸化物半導体と呼ぶことはできない。また、等方的でない（例えば、微小な領域において周期構造を有する）酸化物半導体を、完全な非晶質酸化物半導体と呼ぶことはできない。ただし、ａ−ｌｉｋｅＯＳは、微小な領域において周期構造を有するものの、鬆（ボイドともいう。）を有し、不安定な構造である。そのため、物性的には非晶質酸化物半導体に近いといえる。

＜ＣＡＡＣ−ＯＳ＞
まずは、ＣＡＡＣ−ＯＳについて説明する。

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：ＴｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎＥｌｅｃｔｒｏｎＭｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）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１８（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（ＳｐｈｅｒｉｃａｌＡｂｅｒｒａｔｉｏｎＣｏｒｒｅｃｔｏｒ）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１８（Ａ）の領域（１）を拡大したＣｓ補正高分解能ＴＥＭ像を図１８（Ｂ）に示す。図１８（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１８（Ｂ）に示すように、ＣＡＡＣ−ＯＳは特徴的な原子配列を有する。図１８（Ｃ）は、特徴的な原子配列を、補助線で示したものである。図１８（Ｂ）および図１８（Ｃ）より、ペレット一つの大きさは１ｎｍ以上のものや、３ｎｍ以上のものがあり、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。また、ＣＡＡＣ−ＯＳを、ＣＡＮＣ（Ｃ−ＡｘｉｓＡｌｉｇｎｅｄｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌｓ）を有する酸化物半導体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１８（Ｄ）参照。）。図１８（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１８（Ｄ）に示す領域５１６１に相当する。

また、図１９（Ａ）に、試料面と略垂直な方向から観察したＣＡＡＣ−ＯＳの平面のＣｓ補正高分解能ＴＥＭ像を示す。図１９（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１９（Ｂ）、図１９（Ｃ）および図１９（Ｄ）に示す。図１９（Ｂ）、図１９（Ｃ）および図１９（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た形状であるを確認できる。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−ＲａｙＤｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ）によって解析したＣＡＡＣ−ＯＳについて説明する。例えば、ＩｎＧａＺｎＯ_４の結晶を有するＣＡＡＣ−ＯＳに対し、ｏｕｔ−ｏｆ−ｐｌａｎｅ法による構造解析を行うと、図２０（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、ＩｎＧａＺｎＯ_４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−ｐｌａｎｅ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、ＩｎＧａＺｎＯ_４の結晶の（１１０）面に帰属される。ＣＡＡＣ−ＯＳの場合は、２θを５６°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１９（Ｂ）に示すように明瞭なピークは現れない。これに対し、ＩｎＧａＺｎＯ_４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２０（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、ＩｎＧａＺｎＯ_４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２１（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、ＩｎＧａＺｎＯ_４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２１（Ｂ）に示す。図２１（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２１（Ｂ）における第１リングは、ＩｎＧａＺｎＯ_４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２１（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。

上述したように、ＣＡＡＣ−ＯＳは結晶性の高い酸化物半導体である。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、逆の見方をすると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。

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。

酸化物半導体が不純物や欠陥を有する場合、光や熱などによって特性が変動する場合がある。例えば、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。

不純物および酸素欠損の少ないＣＡＡＣ−ＯＳは、キャリア密度の低い酸化物半導体である。具体的には、８×１０^１１個／ｃｍ^３未満、好ましくは１×１０^１１／ｃｍ^３未満、さらに好ましくは１×１０^１０個／ｃｍ^３未満であり、１×１０^−９個／ｃｍ^３以上のキャリア密度の酸化物半導体とすることができる。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、安定な特性を有する酸化物半導体であるといえる。

＜ｎｃ−ＯＳ＞
次に、ｎｃ−ＯＳについて説明する。

ｎｃ−ＯＳ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。ｎｃ−ＯＳに含まれる結晶部は、１ｎｍ以上１０ｎｍ以下、または１ｎｍ以上３ｎｍ以下の大きさであることが多い。なお、結晶部の大きさが１０ｎｍより大きく１００ｎｍ以下である酸化物半導体を微結晶酸化物半導体と呼ぶことがある。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、ＣＡＡＣ−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、ａ−ｌｉｋｅＯＳや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線を用いた場合、ｏｕｔ−ｏｆ−ｐｌａｎｅ法による解析では、結晶面を示すピークは検出されない。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または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（ＲａｎｄｏｍＡｌｉｇｎｅｄｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌｓ）を有する酸化物半導体、またはＮＡＮＣ（Ｎｏｎ−Ａｌｉｇｎｅｄｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌｓ）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、ａ−ｌｉｋｅＯＳや非晶質酸化物半導体よりも欠陥準位密度が低くなる。ただし、ｎｃ−ＯＳは、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、ＣＡＡＣ−ＯＳと比べて欠陥準位密度が高くなる。

＜ａ−ｌｉｋｅＯＳ＞
ａ−ｌｉｋｅＯＳは、ｎｃ−ＯＳと非晶質酸化物半導体との間の構造を有する酸化物半導体である。

ａ−ｌｉｋｅＯＳは、高分解能ＴＥＭ像において鬆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−ｌｉｋｅＯＳは、不安定な構造である。以下では、ａ−ｌｉｋｅＯＳ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−ｌｉｋｅＯＳ（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、ＩｎＧａＺｎＯ_４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、ＩｎＧａＺｎＯ_４の結晶部と見なすことができる。なお、格子縞は、ＩｎＧａＺｎＯ_４の結晶のａ−ｂ面に対応する。

図２２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２２より、ａ−ｌｉｋｅＯＳ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２２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４．２×１０^８ｅ⁻／ｎｍ^２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−ＯＳおよびＣＡＡＣ−ＯＳは、電子照射開始時から電子の累積照射量が４．２×１０^８ｅ⁻／ｎｍ^２までの範囲で、結晶部の大きさの変化が少ないことがわかる。具体的には、図２２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−ｌｉｋｅＯＳ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−ｌｉｋｅＯＳ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−ｌｉｋｅＯＳ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−ｌｉｋｅＯＳ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ＣＡＡＣ−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ＩｎＧａＺｎＯ_４の密度は６．３５７ｇ／ｃｍ^３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−ｌｉｋｅＯＳの密度は５．０ｇ／ｃｍ^３以上５．９ｇ／ｃｍ^３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／ｃｍ^３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−ｌｉｋｅＯＳ、ｎｃ−ＯＳ、ＣＡＡＣ−ＯＳのうち、二種以上を有する積層膜であってもよい。

（実施の形態５）
本実施の形態では、上記実施の形態に示した画素回路や駆動回路などに用いることができるトランジスタの一例を示す。

本発明の一態様の液晶表示装置１００は、ボトムゲート型のトランジスタや、トップゲート型トランジスタなどの様々な形態のトランジスタを用いて作製することができる。よって、既存の製造ラインに合わせて、使用する半導体層の材料やトランジスタ構造を容易に置き換えることができる。

〔ボトムゲート型トランジスタ〕
図２３（Ａ１）は、ボトムゲート型のトランジスタの一種であるチャネル保護型のトランジスタ４１０の断面図である。トランジスタ４１０は、基板２７１上に絶縁層２７２を介して電極２４６を有する。また、電極２４６上に絶縁層２２６を介して半導体層２４２を有する。電極２４６はゲート電極として機能できる。絶縁層２２６はゲート絶縁層として機能できる。

また、半導体層２４２のチャネル形成領域上に絶縁層２２５を有する。また、半導体層２４２の一部と接して、絶縁層２２６上に電極２４４ａおよび電極２４４ｂを有する。電極２４４ａの一部、および電極２４４ｂの一部は、絶縁層２２６上に形成される。

絶縁層２２５は、チャネル保護層として機能できる。チャネル形成領域上に絶縁層２２５を設けることで、電極２４４ａおよび電極２４４ｂの形成時に生じる半導体層２４２の露出を防ぐことができる。よって、電極２４４ａおよび電極２４４ｂの形成時に、半導体層２４２のチャネル形成領域がエッチングされることを防ぐことができる。本発明の一態様によれば、電気特性の良好なトランジスタを実現することができる。

また、トランジスタ４１０は、電極２４４ａ、電極２４４ｂおよび絶縁層２２５上に絶縁層２２８を有し、絶縁層２２８の上に絶縁層２２９を有する。

なお、本実施の形態で開示するトランジスタを構成する電極などの導電層、半導体層、絶縁層、基板などは、他の実施の形態に開示した材料および方法を用いて形成することができる。例えば、半導体層２４２は半導体層２０３と同様の材料および方法を用いて形成することができる。

なお、半導体層２４２に酸化物半導体を用いる場合、電極２２４ａおよび電極２２４ｂの、少なくとも半導体層２４２と接する部分に、半導体層２４２の一部から酸素を奪い、酸素欠損を生じさせることが可能な材料を用いることが好ましい。半導体層２４２中の酸素欠損が生じた領域はキャリア濃度が増加し、当該領域はｎ型化し、ｎ型領域（ｎ^＋層）となる。したがって、当該領域はソース領域またはドレイン領域として機能することができる。酸化物半導体から酸素を奪い、酸素欠損を生じさせることが可能な材料の一例として、タングステン、チタン等を挙げることができる。

半導体層２４２にソース領域およびドレイン領域が形成されることにより、電極２２４ａおよび電極２２４ｂと半導体層２４２の接触抵抗を低減することができる。よって、電界効果移動度や、しきい値電圧などの、トランジスタの電気特性を良好なものとすることができる。

半導体層２４２にシリコンなどの半導体を用いる場合は、半導体層２４２と電極２２４ａの間、および半導体層２４２と電極２２４ｂの間に、ｎ型半導体またはｐ型半導体として機能する層を設けることが好ましい。ｎ型半導体またはｐ型半導体として機能する層は、トランジスタのソース領域またはドレイン領域として機能することができる。

絶縁層２２９は、外部からのトランジスタへの不純物の拡散を防ぐ、または低減する機能を有する材料を用いて形成することが好ましい。なお、必要に応じて絶縁層２２９を省略することもできる。

なお、半導体層２４２に酸化物半導体を用いる場合、絶縁層２２９の形成前または形成後、もしくは絶縁層２２９の形成前後に加熱処理を行ってもよい。加熱処理を行うことで、絶縁層２２９や他の絶縁層中に含まれる酸素を半導体層２４２中に拡散させ、半導体層２４２中の酸素欠損を補填することができる。または、絶縁層２２９を加熱しながら成膜することで、半導体層２４２中の酸素欠損を補填することができる。

なお、一般に、ＣＶＤ法は、プラズマを利用するプラズマＣＶＤ（ＰＥＣＶＤ：ＰｌａｓｍａＥｎｈａｎｃｅｄＣＶＤ）法、熱を利用する熱ＣＶＤ（ＴＣＶＤ：ＴｈｅｒｍａｌＣＶＤ）法などに分類できる。さらに用いる原料ガスによって金属ＣＶＤ（ＭＣＶＤ：ＭｅｔａｌＣＶＤ）法、有機金属ＣＶＤ（ＭＯＣＶＤ：ＭｅｔａｌＯｒｇａｎｉｃＣＶＤ）法などに分類できる。

また、一般に、蒸着法は、抵抗加熱蒸着法、電子線蒸着法、ＭＢＥ（ＭｏｌｅｃｕｌａｒＢｅａｍＥｐｉｔａｘｙ）法、ＰＬＤ（ＰｕｌｓｅｄＬａｓｅｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、ＩＡＤ（ＩｏｎｂｅａｍＡｓｓｉｓｔｅｄＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、ＡＬＤ（ＡｔｏｍｉｃＬａｙｅｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法などに分類できる。

プラズマＣＶＤ法は、比較的低温で高品質の膜が得られる。また、ＭＯＣＶＤ法や蒸着法などの、成膜時にプラズマを用いない成膜方法を用いると、被形成面にダメージが生じにくく、また、欠陥の少ない膜が得られる。

また、一般に、スパッタリング法は、ＤＣスパッタリング法、マグネトロンスパッタリング法、ＲＦスパッタリング法、イオンビームスパッタリング法、ＥＣＲ（ＥｌｅｃｔｒｏｎＣｙｃｌｏｔｒｏｎＲｅｓｏｎａｎｃｅ）スパッタリング法、対向ターゲットスパッタリング法などに分類できる。

対向ターゲットスパッタリング法では、プラズマがターゲット間に閉じこめられるため、基板へのプラズマダメージを低減することができる。また、ターゲットの傾きによっては、スパッタリング粒子の基板への入射角度を浅くすることができるため、段差被覆性を高めることができる。

図２３（Ａ２）に示すトランジスタ４１１は、絶縁層２２９上にバックゲート電極として機能できる電極２２３を有する点が、トランジスタ４１０と異なる。電極２２３は、電極２４６と同様の材料および方法で形成することができる。

一般に、バックゲート電極は導電層で形成され、ゲート電極とバックゲート電極で半導体層のチャネル形成領域を挟むように配置される。よって、バックゲート電極は、ゲート電極と同様に機能させることができる。バックゲート電極の電位は、ゲート電極と同電位としてもよいし、接地電位（ＧＮＤ電位）や、任意の電位としてもよい。また、バックゲート電極の電位をゲート電極と連動させず独立して変化させることで、トランジスタのしきい値電圧を変化させることができる。

電極２４６および電極２２３は、どちらもゲート電極として機能することができる。よって、絶縁層２２６、絶縁層２２５、絶縁層２２８、および絶縁層２２９は、それぞれがゲート絶縁層として機能することができる。なお、電極２２３は、絶縁層２２８と絶縁層２２９の間に設けてもよい。

なお、電極２４６または電極２２３の一方を、「ゲート電極」という場合、他方を「バックゲート電極」という。例えば、トランジスタ４１１において、電極２２３を「ゲート電極」と言う場合、電極２４６を「バックゲート電極」と言う。また、電極２２３を「ゲート電極」として用いる場合は、トランジスタ４１１をトップゲート型のトランジスタの一種と考えることができる。また、電極２４６および電極２２３のどちらか一方を、「第１のゲート電極」といい、他方を「第２のゲート電極」という場合がある。

半導体層２４２を挟んで電極２４６および電極２２３を設けることで、更には、電極２４６および電極２２３を同電位とすることで、半導体層２４２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４１１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る。

したがって、トランジスタ４１１は、占有面積に対して大きいオン電流を有するトランジスタである。すなわち、求められるオン電流に対して、トランジスタ４１１の占有面積を小さくすることができる。本発明の一態様によれば、トランジスタの占有面積を小さくすることができる。よって、本発明の一態様によれば、集積度の高い半導体装置を実現することができる。

また、ゲート電極とバックゲート電極は導電層で形成されるため、トランジスタの外部で生じる電界が、チャネルが形成される半導体層に作用しないようにする機能（特に静電気などに対する電界遮蔽機能）を有する。なお、バックゲート電極を半導体層よりも大きく形成し、バックゲート電極で半導体層を覆うことで、電界遮蔽機能を高めることができる。

また、電極２４６および電極２２３は、それぞれが外部からの電界を遮蔽する機能を有するため、絶縁層２７２側もしくは電極２２３上方に生じる荷電粒子等の電荷が半導体層２４２のチャネル形成領域に影響しない。この結果、ストレス試験（例えば、ゲートに負の電荷を印加する−ＧＢＴ（ＧａｔｅＢｉａｓ−Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ）ストレス試験）による劣化が抑制される。また、ドレイン電圧の大きさにより、オン電流が流れ始めるゲート電圧（立ち上がり電圧）が変化する現象を軽減することができる。なお、この効果は、電極２４６および電極２２３が、同電位、または異なる電位の場合において生じる。

なお、ＢＴストレス試験は加速試験の一種であり、長期間の使用によって起こるトランジスタの特性変化（経年変化）を短時間で評価することができる。特に、ＢＴストレス試験前後におけるトランジスタのしきい値電圧の変動量は、信頼性を調べるための重要な指標となる。しきい値電圧の変動量が少ないほど、信頼性が高いトランジスタであるといえる。

また、電極２４６および電極２２３を有し、且つ電極２４６および電極２２３を同電位とすることで、しきい値電圧の変動量が低減される。このため、複数のトランジスタにおける電気特性のばらつきも同時に低減される。

また、バックゲート電極を有するトランジスタは、ゲートに正の電荷を印加する＋ＧＢＴストレス試験前後におけるしきい値電圧の変動も、バックゲート電極を有さないトランジスタより小さい。

また、バックゲート電極を、遮光性を有する導電膜で形成することで、バックゲート電極側から半導体層に光が入射することを防ぐことができる。よって、半導体層の光劣化を防ぎ、トランジスタのしきい値電圧がシフトするなどの電気特性の劣化を防ぐことができる。

本発明の一態様によれば、信頼性の良好なトランジスタを実現することができる。また、信頼性の良好な半導体装置を実現することができる。

図２３（Ｂ１）に、ボトムゲート型のトランジスタの１つであるチャネル保護型のトランジスタ４２０の断面図を示す。トランジスタ４２０は、トランジスタ４１０とほぼ同様の構造を有しているが、絶縁層２２５が半導体層２４２を覆っている点が異なる。

絶縁層２２９を設けることで、電極２４４ａおよび電極２４４ｂの形成時に生じる半導体層２４２の露出を防ぐことができる。よって、電極２４４ａおよび電極２４４ｂの形成時に半導体層２４２の薄膜化を防ぐことができる。また、半導体層２４２と重なる絶縁層２２５の一部を選択的に除去して形成した開口部において、半導体層２４２と電極２４４ａが電気的に接続している。また、半導体層２４２と重なる絶縁層２２５の一部を選択的に除去して形成した他の開口部において、半導体層２４２と電極２４４ｂが電気的に接続している。絶縁層２２５の、チャネル形成領域と重なる領域は、チャネル保護層として機能できる。

図２３（Ｂ２）に示すトランジスタ４２１は、絶縁層２２９上にバックゲート電極として機能できる電極２２３を有する点が、トランジスタ４２０と異なる。

また、トランジスタ４２０およびトランジスタ４２１は、トランジスタ４１０およびトランジスタ４１１よりも、電極２４４ａと電極２４６の間の距離と、電極２４４ｂと電極２４６の間の距離が長くなる。よって、電極２４４ａと電極２４６の間に生じる寄生容量を小さくすることができる。また、電極２４４ｂと電極２４６の間に生じる寄生容量を小さくすることができる。本発明の一態様によれば、電気特性の良好なトランジスタを実現できる。

図２３（Ｃ１）に示すトランジスタ４２５は、ボトムゲート型のトランジスタの１つであるチャネルエッチング型のトランジスタである。トランジスタ４２５は、絶縁層２２５を設けずに、半導体層２４２に接して電極２４４ａおよび電極２４４ｂを形成する。このため、電極２４４ａおよび電極２４４ｂの形成時に露出する半導体層２４２の一部がエッチングされる場合がある。一方、絶縁層２２９を設けないため、トランジスタの生産性を高めることができる。

図２３（Ｃ２）に示すトランジスタ４２６は、絶縁層２２９上にバックゲート電極として機能できる電極２２３を有する点が、トランジスタ４２０と異なる。

〔トップゲート型トランジスタ〕
図２４（Ａ１）に、トップゲート型のトランジスタの一種であるトランジスタ４３０の断面図を示す。トランジスタ４３０は、基板２７１の上に絶縁層２７２を介して半導体層２４２を有し、半導体層２４２および絶縁層２７２上に、半導体層２４２の一部に接する電極２４４ａ、および半導体層２４２の一部に接する電極２４４ｂを有し、半導体層２４２、電極２４４ａ、および電極２４４ｂ上に絶縁層２２６を有し、絶縁層２２６上に電極２４６を有する。

トランジスタ４３０は、電極２４６および電極２４４ａ、並びに、電極２４６および電極２４４ｂが重ならないため、電極２４６および電極２４４ａの間に生じる寄生容量、並びに、電極２４６および電極２４４ｂの間に生じる寄生容量を小さくすることができる。また、電極２４６を形成した後に、電極２４６をマスクとして用いて不純物２５５を半導体層２４２に導入することで、半導体層２４２中に自己整合（セルフアライメント）的に不純物領域を形成することができる（図２４（Ａ３）参照）。本発明の一態様によれば、電気特性の良好なトランジスタを実現することができる。

なお、不純物２５５の導入は、イオン注入装置、イオンドーピング装置またはプラズマ処理装置を用いて行うことができる。

不純物２５５としては、例えば、第１３族元素または第１５族元素のうち、少なくとも一種類の元素を用いることができる。また、半導体層２４２に酸化物半導体を用いる場合は、不純物２５５として、希ガス、水素、および窒素のうち、少なくとも一種類の元素を用いることも可能である。

図２４（Ａ２）に示すトランジスタ４３１は、電極２２３および絶縁層２２７を有する点がトランジスタ４３０と異なる。トランジスタ４３１は、絶縁層２７２の上に形成された電極２２３を有し、電極２２３上に形成された絶縁層２２７を有する。電極２２３は、バックゲート電極として機能することができる。よって、絶縁層２２７は、ゲート絶縁層として機能することができる。絶縁層２２７は、絶縁層２２６と同様の材料および方法により形成することができる。

トランジスタ４１１と同様に、トランジスタ４３１は、占有面積に対して大きいオン電流を有するトランジスタである。すなわち、求められるオン電流に対して、トランジスタ４３１の占有面積を小さくすることができる。本発明の一態様によれば、トランジスタの占有面積を小さくすることができる。よって、本発明の一態様によれば、集積度の高い半導体装置を実現することができる。

図２４（Ｂ１）に例示するトランジスタ４４０は、トップゲート型のトランジスタの１つである。トランジスタ４４０は、電極２４４ａおよび電極２４４ｂを形成した後に半導体層２４２を形成する点が、トランジスタ４３０と異なる。また、図２４（Ｂ２）に例示するトランジスタ４４１は、電極２２３および絶縁層２２７を有する点が、トランジスタ４４０と異なる。トランジスタ４４０およびトランジスタ４４１において、半導体層２４２の一部は電極２４４ａ上に形成され、半導体層２４２の他の一部は電極２４４ｂ上に形成される。

トランジスタ４１１と同様に、トランジスタ４４１は、占有面積に対して大きいオン電流を有するトランジスタである。すなわち、求められるオン電流に対して、トランジスタ４４１の占有面積を小さくすることができる。本発明の一態様によれば、トランジスタの占有面積を小さくすることができる。よって、本発明の一態様によれば、集積度の高い半導体装置を実現することができる。

図２５（Ａ１）に例示するトランジスタ４４２は、トップゲート型のトランジスタの１つである。トランジスタ４４２は、絶縁層２２９上に電極２４４ａおよび電極２４４ｂを有する。電極２４４ａおよび電極２４４ｂは、絶縁層２２８および絶縁層２２９に形成した開口部において半導体層２４２と電気的に接続する。

また、電極２４６と重ならない絶縁層２２６の一部が除去されている。また、トランジスタ４４２が有する絶縁層２２６の一部は、電極２４６の端部を越えて延伸している。

電極２４６と絶縁層２２６をマスクとして用いて不純物２５５を半導体層２４２に導入することで、半導体層２４２中に自己整合（セルフアライメント）的に不純物領域を形成することができる（図２５（Ａ３）参照）。

この時、半導体層２４２の電極２４６と重なる領域には不純物２５５が導入されず、電極２４６と重ならない領域に不純物２５５が導入される。また、半導体層２４２の絶縁層２２６を介して不純物２５５が導入された領域の不純物濃度は、絶縁層２２６を介さずに不純物２５５が導入された領域よりも低くなる。よって、半導体層２４２中の電極２４６と隣接する領域にＬＤＤ（ＬｉｇｈｔｌｙＤｏｐｅｄＤｒａｉｎ）領域が形成される。

図２５（Ａ２）に示すトランジスタ４４３は、半導体層２４２の下方に電極２２３を有する点がトランジスタ４４２と異なる。また、電極２２３は絶縁層２７２を介して半導体層２４２と重なる。電極２２３は、バックゲート電極として機能することができる。

また、図２５（Ｂ１）に示すトランジスタ４４４および図２５（Ｂ２）に示すトランジスタ４４５のように、絶縁層２２６の電極２４６と重ならない領域を全て除去してもよい。また、図２５（Ｃ１）に示すトランジスタ４４６および図２５（Ｃ２）に示すトランジスタ４４７のように、絶縁層２２６の開口部以外を除去せずに残してもよい。

トランジスタ４４４、４４５、４４６、４４７も、電極２４６を形成した後に、電極２４６をマスクとして用いて不純物２５５を半導体層２４２に導入することで、半導体層２４２中に自己整合的に不純物領域を形成することができる。

本発明の一態様によれば、電気特性の良好なトランジスタを実現することができる。また、本発明の一態様によれば、集積度の高い半導体装置を実現することができる。

〔ｓ−ｃｈａｎｎｅｌ型トランジスタ〕
図２６に、半導体層２４２として酸化物半導体を用いたトランジスタ構造の一例を示す。図２６に例示するトランジスタ４５０は、半導体層２４２ａの上に半導体層２４２ｂが形成され、半導体層２４２ｂの上面、半導体層２４２ｂの側面、および半導体層２４２ａの側面が半導体層２４２ｃに覆われた構造を有する。図２６（Ａ）はトランジスタ４５０の上面図である。図２６（Ｂ）は、図２６（Ａ）中のＸ１−Ｘ２の一点鎖線で示した部位の断面図（チャネル長方向の断面図）である。図２６（Ｃ）は、図２６（Ａ）中のＹ１−Ｙ２の一点鎖線で示した部位の断面図（チャネル幅方向の断面図）である。

また、トランジスタ４５０は、ゲート電極として機能する電極２４３を有する。電極２４３は、電極２４６と同様の材料および方法で形成することができる。本実施の形態では、電極２４３を２層の導電層の積層としている。

半導体層２４２ａ、半導体層２４２ｂ、および半導体層２４２ｃは、ＩｎもしくはＧａの一方、または両方を含む材料で形成する。代表的には、Ｉｎ−Ｇａ酸化物（ＩｎとＧａを含む酸化物）、Ｉｎ−Ｚｎ酸化物（ＩｎとＺｎを含む酸化物）、Ｉｎ−Ｍ−Ｚｎ酸化物（Ｉｎと、元素Ｍと、Ｚｎを含む酸化物。元素Ｍは、Ａｌ、Ｔｉ、Ｇａ、Ｙ、Ｚｒ、Ｌａ、Ｃｅ、ＮｄまたはＨｆから選ばれた１種類以上の元素で、Ｉｎよりも酸素との結合力が強い金属元素である。）がある。

半導体層２４２ａおよび半導体層２４２ｃは、半導体層２４２ｂを構成する金属元素のうち、１種類以上の同じ金属元素を含む材料により形成されることが好ましい。このような材料を用いると、半導体層２４２ａおよび半導体層２４２ｂとの界面、ならびに半導体層２４２ｃおよび半導体層２４２ｂとの界面に界面準位を生じにくくすることができる。よって、界面におけるキャリアの散乱や捕獲が生じにくく、トランジスタの電界効果移動度を向上させることが可能となる。また、トランジスタのしきい値電圧のばらつきを低減することが可能となる。よって、良好な電気特性を有する半導体装置を実現することが可能となる。

半導体層２４２ａおよび半導体層２４２ｃの厚さは、３ｎｍ以上１００ｎｍ以下、好ましくは３ｎｍ以上５０ｎｍ以下とする。また、半導体層２４２ｂ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。

また、半導体層２４２ｂがＩｎ−Ｍ−Ｚｎ酸化物であり、半導体層２４２ａおよび半導体層２４２ｃもＩｎ−Ｍ−Ｚｎ酸化物であるとき、半導体層２４２ａおよび半導体層２４２ｃをＩｎ：Ｍ：Ｚｎ＝ｘ_１：ｙ_１：ｚ_１［原子数比］、半導体層２４２ｂをＩｎ：Ｍ：Ｚｎ＝ｘ_２：ｙ_２：ｚ_２［原子数比］とすると、ｙ_１／ｘ_１がｙ_２／ｘ_２よりも大きくなるように半導体層２４２ａ、半導体層２４２ｃ、および半導体層２４２ｂを選択することができる。好ましくは、ｙ_１／ｘ_１がｙ_２／ｘ_２よりも１．５倍以上大きくなるように半導体層２４２ａ、半導体層２４２ｃ、および半導体層２４２ｂを選択する。さらに好ましくは、ｙ_１／ｘ_１がｙ_２／ｘ_２よりも２倍以上大きくなるように半導体層２４２ａ、半導体層２４２ｃ、および半導体層２４２ｂを選択する。より好ましくは、ｙ_１／ｘ_１がｙ_２／ｘ_２よりも３倍以上大きくなるように半導体層２４２ａ、半導体層２４２ｃおよび半導体層２４２ｂを選択する。ｙ_１がｘ_１以上であるとトランジスタに安定した電気特性を付与できるため好ましい。ただし、ｙ_１がｘ_１の３倍以上になると、トランジスタの電界効果移動度が低下してしまうため、ｙ_１はｘ_１の３倍未満であると好ましい。半導体層２４２ａおよび半導体層２４２ｃを上記構成とすることにより、半導体層２４２ａおよび半導体層２４２ｃを、半導体層２４２ｂよりも酸素欠損が生じにくい層とすることができる。

なお、半導体層２４２ａおよび半導体層２４２ｃがＩｎ−Ｍ−Ｚｎ酸化物であるとき、ＺｎおよびＯを除いてのＩｎと元素Ｍの含有率は、好ましくはＩｎが５０ａｔｏｍｉｃ％未満、元素Ｍが５０ａｔｏｍｉｃ％以上、さらに好ましくはＩｎが２５ａｔｏｍｉｃ％未満、元素Ｍが７５ａｔｏｍｉｃ％以上とする。また、半導体層２４２ｂがＩｎ−Ｍ−Ｚｎ酸化物であるとき、ＺｎおよびＯを除いての１ｎと元素Ｍの含有率は好ましくはＩｎが２５ａｔｏｍｉｃ％以上、元素Ｍが７５ａｔｏｍｉｃ％未満、さらに好ましくはＩｎが３４ａｔｏｍｉｃ％以上、元素Ｍが６６ａｔｏｍｉｃ％未満とする。

例えば、ＩｎまたはＧａを含む半導体層２４２ａ、およびＩｎまたはＧａを含む半導体層２４２ｃとしてＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：３：２、１：３：４、１：３：６、１：６：４、または１：９：６などの原子数比のターゲットを用いて形成したＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物や、Ｉｎ：Ｇａ＝１：９などの原子数比のターゲットを用いて形成したＩｎ−Ｇａ酸化物や、酸化ガリウムなどを用いることができる。また、半導体層２４２ｂとしてＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝３：１：２、１：１：１、５：５：６、または４：２：４．１などの原子数比のターゲットを用いて形成したＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物を用いることができる。なお、半導体層２４２ａ、半導体層２４２ｂ、および半導体層２４２ｃ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２０％の変動を含む。

半導体層２４２ｂを用いたトランジスタに安定した電気特性を付与するためには、半導体層２４２ｂ中の不純物および酸素欠損を低減して高純度真性化し、半導体層２４２ｂを真性または実質的に真性と見なせる酸化物半導体層とすることが好ましい。また、少なくとも半導体層２４２ｂ中のチャネル形成領域が真性または実質的に真性と見なせる半導体層とすることが好ましい。

なお、実質的に真性と見なせる酸化物半導体層とは、酸化物半導体層中のキャリア密度が、８×１０^１１個／ｃｍ^３未満、好ましくは１×１０^１１／ｃｍ^３未満、さらに好ましくは１×１０^１０個／ｃｍ^３未満であり、１×１０^−９個／ｃｍ^３以上である酸化物半導体層をいう。

図２７に、半導体層２４２として酸化物半導体を用いたトランジスタ構造の一例を示す。図２７に例示するトランジスタ４２２は、半導体層２４２ａの上に半導体層２４２ｂが形成されている。トランジスタ４２２は、バックゲート電極を有するボトムゲート型のトランジスタの一種である。図２７（Ａ）はトランジスタ４２２の上面図である。図２７（Ｂ）は、図２７（Ａ）中のＸ１−Ｘ２の一点鎖線で示した部位の断面図（チャネル長方向の断面図）である。図２７（Ｃ）は、図２７（Ａ）中のＹ１−Ｙ２の一点鎖線で示した部位の断面図（チャネル幅方向の断面図）である。

絶縁層２２９上に設けられた電極２２３は、絶縁層２２６、絶縁層２２８、および絶縁層２２９に設けられた開口２４７ａおよび開口２４７ｂにおいて、電極２４６と電気的に接続されている。よって、電極２２３と電極２４６には、同じ電位が供給される。また、開口２４７ａおよび開口２４７ｂは、どちらか一方を設けなくてもよい。また、開口２４７ａおよび開口２４７ｂの両方を設けなくてもよい。開口２４７ａおよび開口２４７ｂの両方を設けない場合は、電極２２３と電極２４６に異なる電位を供給することができる。

［酸化物半導体のエネルギーバンド構造］
ここで、半導体層２４２ａ、半導体層２４２ｂ、および半導体層２４２ｃの積層により構成される半導体層２４２の機能およびその効果について、図３１（Ａ）および図３１（Ｂ）に示すエネルギーバンド構造図を用いて説明する。図３１（Ａ）は、図２６（Ｂ）にＤ１−Ｄ２の一点鎖線で示す部位のエネルギーバンド構造図である。図３１（Ａ）は、トランジスタ４５０のチャネル形成領域のエネルギーバンド構造を示している。

図３１（Ａ）中、Ｅｃ３８２、Ｅｃ３８３ａ、Ｅｃ３８３ｂ、Ｅｃ３８３ｃ、Ｅｃ３８６は、それぞれ、絶縁層２７２、半導体層２４２ａ、半導体層２４２ｂ、半導体層２４２ｃ、絶縁層２２６の伝導帯下端のエネルギーを示している。

ここで、真空準位と伝導帯下端のエネルギーとの差（「電子親和力」ともいう。）は、真空準位と価電子帯上端のエネルギーとの差（イオン化ポテンシャルともいう。）からエネルギーギャップを引いた値となる。なお、エネルギーギャップは、分光エリプソメータ（例えば、ＨＯＲＩＢＡＪＯＢＩＮＹＶＯＮ社ＵＴ−３００）を用いて測定できる。また、真空準位と価電子帯上端のエネルギー差は、紫外線光電子分光分析（ＵＰＳ：ＵｌｔｒａｖｉｏｌｅｔＰｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎＳｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）装置（例えば、ＰＨＩ社ＶｅｒｓａＰｒｏｂｅ）を用いて測定できる。

なお、原子数比がＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：３：２のターゲットを用いて形成したＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物のエネルギーギャップは約３．５ｅＶ、電子親和力は約４．５ｅＶである。また、原子数比がＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：３：４のターゲットを用いて形成したＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物のエネルギーギャップは約３．４ｅＶ、電子親和力は約４．５ｅＶである。また、原子数比がＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：３：６のターゲットを用いて形成したＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物のエネルギーギャップは約３．３ｅＶ、電子親和力は約４．５ｅＶである。また、原子数比がＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：６：２のターゲットを用いて形成したＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物のエネルギーギャップは約３．９ｅＶ、電子親和力は約４．３ｅＶである。また、原子数比がＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：６：８のターゲットを用いて形成したＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物のエネルギーギャップは約３．５ｅＶ、電子親和力は約４．４ｅＶである。また、原子数比がＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：６：１０のターゲットを用いて形成したＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物のエネルギーギャップは約３．５ｅＶ、電子親和力は約４．５ｅＶである。また、原子数比がＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：１のターゲットを用いて形成したＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物のエネルギーギャップは約３．２ｅＶ、電子親和力は約４．７ｅＶである。また、原子数比がＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝３：１：２のターゲットを用いて形成したＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物のエネルギーギャップは約２．８ｅＶ、電子親和力は約５．０ｅＶである。

絶縁層２７２と絶縁層２２６は絶縁物であるため、Ｅｃ３８２とＥｃ３８６は、Ｅｃ３８３ａ、Ｅｃ３８３ｂ、およびＥｃ３８３ｃよりも真空準位に近い（電子親和力が小さい）。

また、Ｅｃ３８３ａは、Ｅｃ３８３ｂよりも真空準位に近い。具体的には、Ｅｃ３８３ａは、Ｅｃ３８３ｂよりも０．０５ｅＶ以上、０．０７ｅＶ以上、０．１ｅＶ以上または０．１５ｅＶ以上、かつ２ｅＶ以下、１ｅＶ以下、０．５ｅＶ以下または０．４ｅＶ以下真空準位に近いことが好ましい。

また、Ｅｃ３８３ｃは、Ｅｃ３８３ｂよりも真空準位に近い。具体的には、Ｅｃ３８３ｃは、Ｅｃ３８３ｂよりも０．０５ｅＶ以上、０．０７ｅＶ以上、０．１ｅＶ以上または０．１５ｅＶ以上、かつ２ｅＶ以下、１ｅＶ以下、０．５ｅＶ以下または０．４ｅＶ以下真空準位に近いことが好ましい。

また、半導体層２４２ａと半導体層２４２ｂとの界面近傍、および、半導体層２４２ｂと半導体層２４２ｃとの界面近傍では、混合領域が形成されるため、伝導帯下端のエネルギーは連続的に変化する。即ち、これらの界面において、準位は存在しないか、ほとんどない。

従って、当該エネルギーバンド構造を有する積層構造において、電子は半導体層２４２ｂを主として移動することになる。そのため、半導体層２４２ａと絶縁層２２４との界面、または、半導体層２４２ｃと絶縁層２２６との界面に準位が存在したとしても、当該準位は電子の移動にほとんど影響しない。また、半導体層２４２ａと半導体層２４２ｂとの界面、および半導体層２４２ｃと半導体層２４２ｂとの界面に準位が存在しないか、ほとんどないため、当該領域において電子の移動を阻害することもない。従って、上記酸化物半導体の積層構造を有するトランジスタ１３４は、高い電界効果移動度を実現することができる。

なお、図３１（Ａ）に示すように、半導体層２４２ａと絶縁層２７２の界面、および半導体層２４２ｃと絶縁層２２６の界面近傍には、不純物や欠陥に起因したトラップ準位３９０が形成され得るものの、半導体層２４２ａ、および半導体層２４２ｃがあることにより、半導体層２４２ｂと当該トラップ準位とを遠ざけることができる。

特に、本実施の形態に例示するトランジスタ１３４は、半導体層２４２ｂの上面と側面が半導体層２４２ｃと接し、半導体層２４２ｂの下面が半導体層２４２ａと接して形成されている。このように、半導体層２４２ｂを半導体層２４２ａと半導体層２４２ｃで覆う構成とすることで、上記トラップ準位の影響をさらに低減することができる。

ただし、Ｅｃ３８３ａまたはＥｃ３８３ｃと、Ｅｃ３８３ｂとのエネルギー差が小さい場合、半導体層２４２ｂの電子が該エネルギー差を越えてトラップ準位に達することがある。トラップ準位に電子が捕獲されることで、絶縁層の界面にマイナスの固定電荷が生じ、トランジスタのしきい値電圧はプラス方向にシフトしてしまう。

従って、Ｅｃ３８３ａ、およびＥｃ３８３ｃと、Ｅｃ３８３ｂとのエネルギー差を、それぞれ０．１ｅＶ以上、好ましくは０．１５ｅＶ以上とすると、トランジスタのしきい値電圧の変動が低減され、トランジスタの電気特性を良好なものとすることができるため、好ましい。

また、半導体層２４２ａ、および半導体層２４２ｃのバンドギャップは、半導体層２４２ｂのバンドギャップよりも広いほうが好ましい。

図３１（Ｂ）は、図２７（Ｂ）にＤ３−Ｄ４の一点鎖線で示す部位のエネルギーバンド構造図である。図３１（Ｂ）は、トランジスタ４２２のチャネル形成領域のエネルギーバンド構造を示している。

図３１（Ｂ）中、Ｅｃ３８７は、絶縁層２２８の伝導帯下端のエネルギーを示している。半導体層２４２を半導体層２４２ａと半導体層２４２ｂの２層とすることで、トランジスタの生産性を高めることができる。なお、半導体層２４２ｃを設けない分、トラップ準位３９０の影響を受けやすくなるが、半導体層２４２を単層構造とした場合よりも高い電界効果移動度を実現することができる。

本発明の一態様によれば、電気特性のばらつきが少ないトランジスタを実現することができる。よって、電気特性のばらつきが少ない半導体装置を実現することができる。本発明の一態様によれば、信頼性の良好なトランジスタを実現することができる。よって、信頼性の良好な半導体装置を実現することができる。

また、酸化物半導体は、エネルギーギャップが３．０ｅＶ以上と大きく、可視光に対する透過率が大きい。また、酸化物半導体を適切な条件で加工して得られたトランジスタにおいては、オフ電流を使用時の温度条件下（例えば、２５℃）において、１００ｚＡ（１×１０^−１９Ａ）以下、もしくは１０ｚＡ（１×１０^−２０Ａ）以下、さらには１ｚＡ（１×１０^−２１Ａ）以下とすることができる。このため、消費電力の少ない半導体装置を提供することができる。

本発明の一態様によれば、消費電力が少ないトランジスタを実現することができる。よって、消費電力が少ない表示素子や表示装置などの半導体装置を実現することができる。または、信頼性の良好な表示素子や表示装置などの半導体装置を実現することができる。

図２６に示すトランジスタ４５０の説明にもどる。絶縁層２７２に設けた凸部上に半導体層２４２ｂを設けることによって、半導体層２４２ｂの側面も電極２４３で覆うことができる。すなわち、トランジスタ４５０は、電極２４３の電界によって、半導体層２４２ｂを電気的に取り囲むことができる構造を有している。このように、導電膜の電界によって、チャネルが形成される半導体層を電気的に取り囲むトランジスタの構造を、ｓｕｒｒｏｕｎｄｅｄｃｈａｎｎｅｌ（ｓ−ｃｈａｎｎｅｌ）構造とよぶ。また、ｓ−ｃｈａｎｎｅｌ構造を有するトランジスタを、「ｓ−ｃｈａｎｎｅｌ型トランジスタ」もしくは「ｓ−ｃｈａｎｎｅｌトランジスタ」ともいう。

ｓ−ｃｈａｎｎｅｌ構造では、半導体層２４２ｂの全体（バルク）にチャネルを形成することもできる。ｓ−ｃｈａｎｎｅｌ構造では、トランジスタのドレイン電流を大きくすることができ、さらに大きいオン電流を得ることができる。また、電極２４３の電界によって、半導体層２４２ｂに形成されるチャネル形成領域の全領域を空乏化することができる。したがって、ｓ−ｃｈａｎｎｅｌ構造では、トランジスタのオフ電流をさらに小さくすることができる。

なお、絶縁層２７２の凸部を高くし、また、チャネル幅を小さくすることで、ｓ−ｃｈａｎｎｅｌ構造によるオン電流の増大効果、オフ電流の低減効果などをより高めることができる。また、半導体層２４２ｂの形成時に、露出する半導体層２４２ａを除去してもよい。この場合、半導体層２４２ａと半導体層２４２ｂの側面が揃う場合がある。

また、図２８に示すトランジスタ４５１のように、半導体層２４２の下方に、絶縁層を介して電極２２３を設けてもよい。図２８（Ａ）はトランジスタ４５１の上面図である。図２８（Ｂ）は、図２８（Ａ）中のＸ１−Ｘ２の一点鎖線で示した部位の断面図である。図２８（Ｃ）は、図２８（Ａ）中のＹ１−Ｙ２の一点鎖線で示した部位の断面図である。

また、図２９に示すトランジスタ４５２のように、電極２４３の上方に絶縁層２７５を設け、絶縁層２７５上に層２１４を設けてもよい。図２９（Ａ）はトランジスタ４５２の上面図である。図２９（Ｂ）は、図２９（Ａ）中のＸ１−Ｘ２の一点鎖線で示した部位の断面図である。図２９（Ｃ）は、図２９（Ａ）中のＹ１−Ｙ２の一点鎖線で示した部位の断面図である。

なお、図２９では、層２１４を絶縁層２７５上に設けているが、絶縁層２２８上、または絶縁層２２９上に設けてもよい。層２１４を、遮光性を有する材料で形成することで、光照射によるトランジスタの特性変動や、信頼性の低下などを防ぐことができる。なお、層２１４を少なくとも半導体層２４２ｂよりも大きく形成し、層２１４で半導体層２４２ｂを覆うことで、上記の効果を高めることができる。層２１４は、有機物材料、無機物材料、又は金属材料を用いて作製することができる。また、層２１４を導電性材料で作製した場合、層２１４に電圧を供給してもよいし、電気的に浮遊した（フローティング）状態としてもよい。

図３０に、ｓ−ｃｈａｎｎｅｌ構造を有するトランジスタの一例を示す。図３０に例示するトランジスタ４４８は、前述したトランジスタ４４７とほぼ同様の構成を有する。トランジスタ４４８は、絶縁層２７２が有する凸部の上に半導体層２４２が形成されている。トランジスタ４４８はバックゲート電極を有するトップゲート型のトランジスタの一種である。図３０（Ａ）はトランジスタ４４８の上面図である。図３０（Ｂ）は、図３０（Ａ）中のＸ１−Ｘ２の一点鎖線で示した部位の断面図である。図３０（Ｃ）は、図３０（Ａ）中のＹ１−Ｙ２の一点鎖線で示した部位の断面図である。

図３０では、トランジスタ４４８を構成する半導体層２４２にシリコンなどの無機半導体層を用いる場合を例示する。図３０において、半導体層２４２は、ゲート電極と重なる領域に半導体層２４２ｉと、２つの半導体層２４２ｔと、２つの半導体層２４２ｕとを有する。半導体層２４２ｉは、２つの半導体層２４２ｔの間に配置されている。また、半導体層２４２ｉと２つの半導体層２４２ｔは、２つの半導体層２４２ｕの間に配置されている。

トランジスタ４４８がオン状態の時に半導体層２４２ｉにチャネルが形成される。よって、半導体層２４２ｉはチャネル形成領域として機能する。また、半導体層２４２ｔは低濃度不純物領域（ＬＤＤ）として機能する。また、半導体層２４２ｕは高濃度不純物領域として機能する。なお、２つの半導体層２４２ｔのうち、一方または両方の半導体層２４２ｔを設けなくてもよい。また、２つの半導体層２４２ｕのうち、一方の半導体層２４２ｕはソース領域として機能し、他方の半導体層２４２ｕはドレイン領域として機能する。

絶縁層２２９上に設けられた電極２４４ａは、絶縁層２２６、絶縁層２２８、および絶縁層２２９に設けられた開口２４７ｃにおいて、半導体層２４２ｕの一方と電気的に接続されている。また、絶縁層２２９上に設けられた電極２４４ｂは、絶縁層２２６、絶縁層２２８、および絶縁層２２９に設けられた開口２４７ｄにおいて、半導体層２４２ｕの他方と電気的に接続されている。

絶縁層２２６上に設けられた電極２４３は、絶縁層２２６、および絶縁層２７２に設けられた開口２４７ａおよび開口２４７ｂにおいて、電極２２３と電気的に接続されている。よって、電極２４６と電極２２３には、同じ電位が供給される。また、開口２４７ａおよび開口２４７ｂは、どちらか一方を設けなくてもよい。また、開口２４７ａおよび開口２４７ｂの両方を設けなくてもよい。開口２４７ａおよび開口２４７ｂの両方を設けない場合は、電極２２３と電極２４６に異なる電位を供給することができる。

（実施の形態６）
本実施の形態では、液晶表示装置１００を用いた半導体装置の一例として、表示モジュールについて説明する。図３２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、ＦＰＣ６００３に接続されたタッチセンサ６００４、液晶表示装置１００、フレーム６００９、プリント基板６０１０、バッテリ６０１１を有する。なお、バッテリ６０１１、タッチセンサ６００４などは、設けられない場合もある。

上部カバー６００１および下部カバー６００２は、タッチセンサ６００４や液晶表示装置１００など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。

タッチセンサ６００４は、抵抗膜方式または静電容量方式のタッチセンサを液晶表示装置１００に重畳して用いることができる。液晶表示装置１００にタッチセンサの機能を付加することも可能である。例えば、液晶表示装置１００が有する液晶パネル１１０の各画素内にタッチセンサ用電極を設け、静電容量方式のタッチパネル機能を付加することなども可能である。または、液晶パネル１１０の各画素内に光センサを設け、光学式のタッチセンサの機能を付加することなども可能である。

フレーム６００９は、液晶表示装置１００の保護機能の他、プリント基板６０１０側から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６００９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６０１０は、電源回路、ビデオ信号およびクロック信号を出力するための信号処理回路などを有する。電源回路に電力を供給する電源としては、バッテリ６０１１であってもよいし、商用電源であってもよい。なお、電源として商用電源を用いる場合には、バッテリ６０１１を省略することができる。

また、表示モジュール６０００に、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。

なお、本実施の形態は、本明細書で示す他の実施の形態および実施例と適宜組み合わせることができる。

（実施の形態７）
本実施の形態では、本明細書等に開示したトランジスタや表示装置などを含む半導体装置を用いた電子機器の一例について説明する。

本発明の一態様に係る半導体装置を用いた電子機器として、テレビ、モニタ等の表示装置、照明装置、デスクトップ型或いはノート型のパーソナルコンピュータ、ワードプロセッサ、ＤＶＤ（ＤｉｇｉｔａｌＶｅｒｓａｔｉｌｅＤｉｓｃ）などの記録媒体に記憶された静止画又は動画を再生する画像再生装置、ポータブルＣＤプレーヤ、ラジオ、テープレコーダ、ヘッドホンステレオ、ステレオ、置き時計、壁掛け時計、コードレス電話子機、トランシーバ、自動車電話、携帯電話、携帯情報端末、タブレット型端末、携帯型ゲーム機、パチンコ機などの固定式ゲーム機、電卓、電子手帳、電子書籍、電子翻訳機、音声入力機器、ビデオカメラ、デジタルスチルカメラ、電気シェーバ、電子レンジ等の高周波加熱装置、電気炊飯器、電気洗濯機、電気掃除機、温水器、扇風機、毛髪乾燥機、エアコンディショナー、加湿器、除湿器などの空調設備、食器洗い器、食器乾燥器、衣類乾燥器、布団乾燥器、電気冷蔵庫、電気冷凍庫、電気冷凍冷蔵庫、ＤＮＡ保存用冷凍庫、懐中電灯、チェーンソー等の工具、煙感知器、透析装置等の医療機器などが挙げられる。さらに、誘導灯、信号機、ベルトコンベア、エレベータ、エスカレータ、産業用ロボット、電力貯蔵システム、電力の平準化やスマートグリッドのための蓄電装置等の産業機器が挙げられる。また、二次電池からの電力を用いた電動機や、燃料を用いたエンジンにより推進する移動体なども、電子機器の範疇に含まれる場合がある。上記移動体として、例えば、電気自動車（ＥＶ）、内燃機関と電動機を併せ持ったハイブリッド車（ＨＥＶ）、プラグインハイブリッド車（ＰＨＥＶ）、これらのタイヤ車輪を無限軌道に変えた装軌車両、電動アシスト自転車を含む原動機付自転車、自動二輪車、電動車椅子、ゴルフ用カート、小型又は大型船舶、潜水艦、ヘリコプター、航空機、ロケット、人工衛星、宇宙探査機や惑星探査機、宇宙船などが挙げられる。

図３３（Ａ）に示す携帯型ゲーム機２９００は、筐体２９０１、筐体２９０２、表示部２９０３、表示部２９０４、マイクロホン２９０５、スピーカ２９０６、操作キー２９０７等を有する。なお、図２９（Ａ）に示した携帯型ゲーム機は、２つの表示部２９０３と表示部２９０４とを有しているが、表示部の数は、これに限定されない。表示部２９０３は、入力装置としてタッチスクリーンが設けられており、スタイラス２９０８等により操作可能となっている。

図３３（Ｂ）に示す情報端末２９１０は、筐体２９１１に、表示部２９１２、マイク２９１７、スピーカ部２９１４、カメラ２９１３、外部接続部２９１６、および操作用のボタン２９１５等を有する。表示部２９１２には、可撓性基板が用いられた表示パネルおよびタッチスクリーンを備える。情報端末２９１０は、例えば、スマートフォン、携帯電話、タブレット型情報端末、タブレット型パーソナルコンピュータ、電子書籍端末等として用いることができる。

図３３（Ｃ）に示すノート型パーソナルコンピュータ２９２０は、筐体２９２１、表示部２９２２、キーボード２９２３、およびポインティングデバイス２９２４等を有する。

図３３（Ｄ）に示すビデオカメラ２９４０は、筐体２９４１、筐体２９４２、表示部２９４３、操作キー２９４４、レンズ２９４５、および接続部２９４６等を有する。操作キー２９４４およびレンズ２９４５は筐体２９４１に設けられており、表示部２９４３は筐体２９４２に設けられている。そして、筐体２９４１と筐体２９４２は、接続部２９４６により接続されており、筐体２９４１と筐体２９４２の間の角度は、接続部２９４６により変えることが可能な構造となっている。筐体２９４１に対する筐体２９４２の角度によって、表示部２９４３に表示される画像の向きの変更や、画像の表示／非表示の切り換えを行うことができる。

図３３（Ｅ）にバングル型の情報端末の一例を示す。情報端末２９５０は、筐体２９５１、および表示部２９５２等を有する。表示部２９５２は、曲面を有する筐体２９５１に支持されている。表示部２９５２には、可撓性基板を用いた表示パネルを備えているため、フレキシブルかつ軽くて使い勝手の良い情報端末２９５０を提供することができる。

図３３（Ｆ）に腕時計型の情報端末の一例を示す。情報端末２９６０は、筐体２９６１、表示部２９６２、バンド２９６３、バックル２９６４、操作ボタン２９６５、入出力端子２９６６などを備える。情報端末２９６０は、移動電話、電子メール、文章閲覧及び作成、音楽再生、インターネット通信、コンピュータゲームなどの種々のアプリケーションを実行することができる。

表示部２９６２の表示面は湾曲しており、湾曲した表示面に沿って表示を行うことができる。また、表示部２９６２はタッチセンサを備え、指やスタイラスなどで画面に触れることで操作することができる。例えば、表示部２９６２に表示されたアイコン２９６７に触れることで、アプリケーションを起動することができる。操作ボタン２９６５は、時刻設定のほか、電源のオン、オフ動作、無線通信のオン、オフ動作、マナーモードの実行及び解除、省電力モードの実行及び解除など、様々な機能を持たせることができる。例えば、情報端末２９６０に組み込まれたオペレーティングシステムにより、操作ボタン２９６５の機能を設定することもできる。

また、情報端末２９６０は、通信規格された近距離無線通信を実行することが可能である。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、情報端末２９６０は入出力端子２９６６を備え、他の情報端末とコネクターを介して直接データのやりとりを行うことができる。また入出力端子２９６６を介して充電を行うこともできる。なお、充電動作は入出力端子２９６６を介さずに無線給電により行ってもよい。

図３３（Ｇ）に家庭用電気製品の一例として電気冷蔵庫を示す。電気冷蔵庫２９７０は、筐体２９７１、冷蔵室用扉２９７２、冷凍室用扉２９７３、および表示部２９７４等を有する。

図３３（Ｈ）は、自動車の一例を示す外観図である。自動車２９８０は、車体２９８１、車輪２９８２、ダッシュボード２９８３、およびライト２９８４等を有する。

本実施の形態に示す電子機器には、上述したトランジスタまたは上述した表示装置などが搭載されている。

１００液晶表示装置
１１０液晶パネル
１１１ＦＰＣ
１１３副画素
１１４画素
１１５部位
１２０バックライトユニット
１２１光共鳴板
１２２発光部
１２３光源
１２４反射層
１２５部位
１２６基板
１２７構造体
１２８半透過層
１２９導光層
１３１半透過層
１３２保護層
１３４トランジスタ
１３５光
１３７層
１３８層
１３９レジストマスク
１４１表示領域
１４２回路
１４３回路
１４５層
１４９導光層
１５０素子基板
１５１基板
１５２絶縁層
１５３電極
１５４配向膜
１５５液晶層
１５６トランジスタ
１５７液晶素子
１５８容量素子
１５９絶縁層
１６０対向基板
１６１基板
１６２遮光層
１６３オーバーコート層
１６４電極
１６５配向膜
１６６着色層
１６７電極
１７１偏光板
１７２偏光板
２０１電極
２０２絶縁層
２０３半導体層
２０４電極
２０５電極
２０６絶縁層
２０７絶縁層
２０８絶縁層
２０９電極
２１１電極
２１３電極
２１４層
２１９電極
２２３電極
２２４絶縁層
２２６絶縁層
２２７絶縁層
２２８絶縁層
２２９絶縁層
２４２半導体層
２４３電極
２４６電極
２５５不純物
２７１基板
２７２絶縁層
２７５絶縁層
３１４液晶素子
３８２Ｅｃ
３８６Ｅｃ
３８７Ｅｃ
３９０トラップ準位
４１０トランジスタ
４１１トランジスタ
４２０トランジスタ
４２１トランジスタ
４２２トランジスタ
４２５トランジスタ
４３０トランジスタ
４３１トランジスタ
４４０トランジスタ
４４１トランジスタ
４４２トランジスタ
４４３トランジスタ
４４４トランジスタ
４４５トランジスタ
４４６トランジスタ
４４７トランジスタ
４４８トランジスタ
４５０トランジスタ
４５１トランジスタ
４５２トランジスタ
２９００携帯型ゲーム機
２９０１筐体
２９０２筐体
２９０３表示部
２９０４表示部
２９０５マイクロホン
２９０６スピーカ
２９０７操作キー
２９０８スタイラス
２９１０情報端末
２９１１筐体
２９１２表示部
２９１３カメラ
２９１４スピーカ部
２９１５ボタン
２９１６外部接続部
２９１７マイク
２９２０ノート型パーソナルコンピュータ
２９２１筐体
２９２２表示部
２９２３キーボード
２９２４ポインティングデバイス
２９４０ビデオカメラ
２９４１筐体
２９４２筐体
２９４３表示部
２９４４操作キー
２９４５レンズ
２９４６接続部
２９５０情報端末
２９５１筐体
２９５２表示部
２９６０情報端末
２９６１筐体
２９６２表示部
２９６３バンド
２９６４バックル
２９６５操作ボタン
２９６６入出力端子
２９６７アイコン
２９７０電気冷蔵庫
２９７１筐体
２９７２冷蔵室用扉
２９７３冷凍室用扉
２９７４表示部
２９８０自動車
２９８１車体
２９８２車輪
２９８３ダッシュボード
２９８４ライト
３１３５走査線
３１３６信号線
３１３７画素回路
３４３６ノード
３４３７ノード
４００５シール材
４０１０トランジスタ
４０１１トランジスタ
４０１４配線
４０１５電極
４０１９異方性導電層
４０３２絶縁層
４０３３絶縁層
４０３５スペーサ
５１００ペレット
５１２０基板
５１６１領域
６０００表示モジュール
６００１上部カバー
６００２下部カバー
６００３ＦＰＣ
６００４タッチセンサ
６００９フレーム
６０１０プリント基板
６０１１バッテリ
１１３Ｂ副画素
１１３Ｇ副画素
１１３Ｒ副画素
１１３Ｙ副画素
１２７ａ構造体
１２７ｂ構造体
１３３ａ共鳴領域
１３３ｂ共鳴領域
１３３ｃ共鳴領域
１３６Ｂ光
１３６Ｇ光
１３６Ｒ光
１４２ａ回路
１４３ａ回路
１５６ａトランジスタ
１５７ａ液晶素子
１５７ｂ液晶素子
１６６Ｂ着色層
１６６Ｇ着色層
１６６Ｒ着色層
２２４ａ電極
２２４ｂ電極
２４２ａ半導体層
２４２ｂ半導体層
２４２ｃ半導体層
２４２ｉ半導体層
２４２ｔ半導体層
２４２ｕ半導体層
２４４ａ電極
２４４ｂ電極
２４７ａ開口
２４７ｂ開口
２４７ｃ開口
２４７ｄ開口
３８３ａＥｃ
３８３ｂＥｃ
３８３ｃＥｃ

Claims

光源、光共鳴板、および液晶素子を有し、
前記光源および前記液晶素子は前記光共鳴板を介して互いに重なり、
前記光源は、第１の波長域を有する第１の光を発する機能を有し、
前記光共鳴板は、前記第１の光から、第２の波長域を有する第２の光を抽出し、前記第２の光を前記液晶素子に入射する機能を有する表示装置。
光源、光共鳴板、および液晶素子を有し、
前記光源および前記液晶素子は前記光共鳴板を介して互いに重なり、
前記光源は、第１の波長域を有する第１の光を発する機能を有し、
前記光共鳴板は、
前記第１の光から、第２の波長域を有する第２の光、第３の波長域を有する第３の光、および第４の波長域を有する第４の光を抽出し、前記第２乃至第４の光を前記液晶素子に入射する機能を有する表示装置。
請求項２において、
前記第２の光は、赤の波長域を有する光であり、
前記第３の光は、緑の波長域を有する光であり、
前記第４の光は、青の波長域を有する光である表示装置。
請求項２または請求項３において、
前記第２の光の中心波長が６１０ｎｍ以上７５０ｎｍ以下である表示装置。
請求項２乃または請求項３において、
前記第３の光の中心波長が５００ｎｍ以上５６０ｎｍ以下である表示装置。
請求項２または請求項３において、
前記第４の光の中心波長が４３５ｎｍ以上４８０ｎｍ以下である表示装置。
請求項１乃至請求項３のいずれか一項において、
前記第１の光の色温度は、３０００Ｋ以上１２０００Ｋ以下である表示装置。
請求項１乃至請求項３のいずれか一項において、
前記液晶素子は、横電界方式の液晶素子である表示装置。
請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の表示装置と、
アンテナ、バッテリ、筐体、スピーカ、マイク、操作スイッチ、または操作ボタンと、を有する電子機器。