WO2019142080A1 - 半導体装置の作製方法 - Google Patents

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layer
gas
semiconductor layer
conductive film
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中澤安孝
羽持貴士
大出貴之
岡崎健一
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株式会社半導体エネルギー研究所
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    • G02F1/13—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G02F1/133—Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
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    • H10K59/121—Active-matrix OLED [AMOLED] displays characterised by the geometry or disposition of pixel elements
    • H10K59/1213—Active-matrix OLED [AMOLED] displays characterised by the geometry or disposition of pixel elements the pixel elements being TFTs

Definitions

  • One embodiment of the present invention relates to a semiconductor device and a method for manufacturing the semiconductor device.
  • One embodiment of the present invention relates to a transistor and a method for manufacturing the transistor.
  • a semiconductor device generally refers to a device that can function by utilizing semiconductor characteristics.
  • An oxide semiconductor using a metal oxide has attracted attention as a semiconductor material applicable to a transistor.
  • a plurality of oxide semiconductor layers are stacked, and among the plurality of oxide semiconductor layers, the oxide semiconductor layer to be a channel contains indium and gallium, and the ratio of indium is the ratio of gallium
  • ⁇ FE mobility or ⁇ FE
  • a metal oxide that can be used for the semiconductor layer can be formed by a sputtering method or the like, and thus can be used for a semiconductor layer of a transistor included in a large display device.
  • a metal oxide since it is possible to improve and use a part of a production facility of a transistor using polycrystalline silicon or amorphous silicon, facility investment can be suppressed.
  • a transistor using a metal oxide since a transistor using a metal oxide has higher field effect mobility than the case where amorphous silicon is used, a high-performance display device provided with a driver circuit can be realized.
  • Patent Document 2 has a low resistance region including, as a dopant, at least one of the group consisting of aluminum, boron, gallium, indium, titanium, silicon, germanium, tin, and lead in a source region and a drain region.
  • a thin film transistor to which an oxide semiconductor film is applied is disclosed.
  • An object of one embodiment of the present invention is to provide a semiconductor device with favorable electrical characteristics and a method for manufacturing the semiconductor device. Another object is to provide a semiconductor device with stable electrical characteristics and a method for manufacturing the semiconductor device. Alternatively, an object of one embodiment of the present invention is to provide a highly reliable display device.
  • One embodiment of the present invention is a method for manufacturing a semiconductor device, which includes a first step of forming a semiconductor layer containing a metal oxide, a second step of forming a conductive film over the semiconductor layer, and a conductive film. Are etched away from each other on the semiconductor layer to expose a portion of the semiconductor layer, and a fourth step of performing a first treatment on the conductive film and a portion of the semiconductor layer And forming a first insulating film containing an oxide in contact with the conductive film and the semiconductor layer.
  • the conductive film contains copper, silver, gold, or aluminum.
  • the first treatment is plasma treatment in an atmosphere containing a mixed gas of a first gas containing an oxygen element and no hydrogen element and a second gas containing a hydrogen element and no oxygen element. is there.
  • the first insulating film is formed by a plasma chemical vapor deposition method using a deposition gas containing a first gas and a third gas containing a silicon element. Also, the fifth step is continuously performed without exposure to the atmosphere after the fourth step.
  • Another embodiment of the present invention is a method for manufacturing a semiconductor device, which includes a first step of forming a semiconductor layer containing a metal oxide, a first conductive film on the semiconductor layer, and a second conductive film. Etching the conductive film and the second conductive film, and the second conductive film, the second conductive film, and the third conductive film so as to be separated from each other on the semiconductor layer; A third process for exposing a portion of the semiconductor layer and a portion of the second conductive film, a first process for the exposed portion of the second conductive film, and the exposed portion of the semiconductor layer And a fifth step of forming a first insulating film containing an oxide in contact with the second conductive film and the semiconductor layer.
  • the second conductive film contains copper, silver, gold, or aluminum.
  • the first treatment is plasma treatment in an atmosphere including a mixed gas of a first gas containing an oxygen element and no hydrogen element, and a second gas containing a hydrogen element and no oxygen element. It is.
  • the first insulating film is formed by a plasma chemical vapor deposition method using a deposition gas containing a first gas and a third gas containing a silicon element. Also, the fifth step is continuously performed without exposure to the atmosphere after the fourth step.
  • the first conductive film and the third conductive film each contain an element different from the second conductive film, and each of them is independently titanium, tungsten, molybdenum, chromium, tantalum, zinc, indium, It is preferable to contain any of platinum and ruthenium.
  • the first process may be performed by setting the flow rates of the first gas and the second gas supplied to the processing chamber to 100% of the flow rate of the first gas. It is preferable to carry out control so that the flow rate of gas is 0.5% or more and 100% or less.
  • the first gas contains N 2 O or O 2 .
  • the second gas comprises NH 3 or H 2 .
  • the fourth step and the fifth step be performed in the same treatment chamber and at the same temperature.
  • the first metal oxide film and the second metal oxide film are formed.
  • the metal oxide film is etched to form an island shape.
  • the second metal oxide film is more preferably formed to have higher crystallinity than the first metal oxide film.
  • the semiconductor layer is preferably formed to overlap with the first conductive layer.
  • a semiconductor device with favorable electrical characteristics and a method for manufacturing the same can be provided.
  • a semiconductor device with stable electrical characteristics and a method for manufacturing the same can be provided.
  • one embodiment of the present invention can provide a highly reliable display device.
  • Configuration example of a transistor Configuration example of a transistor.
  • Configuration example of a transistor. 5A to 5C illustrate a method for manufacturing a transistor.
  • 5A to 5C illustrate a method for manufacturing a transistor.
  • 5A to 5C illustrate a method for manufacturing a transistor.
  • FIG. FIG. 2 is a cross-sectional view of a display device.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of a display device.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of a display device.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of a display device.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of a display device.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of a display device.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of a display device.
  • FIG. 2 is a cross
  • FIG. 18 is a block diagram and a circuit diagram of a display device.
  • 7A and 7B are a circuit diagram and a timing chart of a display device.
  • Configuration example of display module Configuration example of an electronic device.
  • Configuration example of an electronic device Configuration example of an electronic device. Sectional drawing which concerns on Example 1, and an EDX analysis result. XPS analysis result concerning Example 1.
  • FIG. 8 shows the electrical characteristics of the transistor according to Example 2.
  • the functions of the source and the drain of the transistor may be switched when the polarity of the transistor or the direction of current changes in circuit operation. Therefore, the terms source and drain can be used interchangeably.
  • the term “electrically connected” includes the case where they are connected via "something having an electrical function".
  • the “thing having an electrical function” is not particularly limited as long as it can transmit and receive electrical signals between connection targets.
  • “those having some electrical action” include electrodes, wirings, switching elements such as transistors, resistance elements, inductors, capacitors, elements having various other functions, and the like.
  • membrane and the term “layer” can be interchanged with each other.
  • conductive layer and “insulating layer” may be interchangeable with the terms “conductive film” and “insulating film” in some cases.
  • an off-state current is a drain current when the transistor is in an off state (also referred to as a non-conduction state or a cutoff state) unless otherwise specified.
  • an off state in the n-channel transistor, the voltage V gs between the gate and the source is lower than the threshold voltage V th (in the p-channel transistor, higher than V th ) unless otherwise specified.
  • a display panel which is one mode of a display device has a function of displaying (outputting) an image or the like on a display surface.
  • the display panel is an aspect of the output device.
  • a substrate in which a connector such as a flexible printed circuit (FPC) or a TCP (Tape Carrier Package) is attached to a substrate of a display panel, or an IC by a COG (Chip On Glass) method or the like on a substrate What was implemented may be called a display panel module, a display module, or simply a display panel or the like.
  • a touch panel which is an aspect of a display device has a function of displaying an image or the like on a display surface, and a touch or touch of a detected object such as a finger or a stylus on the display surface. And a function as a touch sensor to detect. Therefore, the touch panel is an aspect of the input / output device.
  • the touch panel can also be called, for example, a display panel with a touch sensor (or a display device) or a display panel with a touch sensor function (or a display device).
  • the touch panel can also be configured to have a display panel and a touch sensor panel. Alternatively, the inside or the surface of the display panel may have a function as a touch sensor.
  • a touch panel module one in which a connector or an IC is mounted on a substrate of a touch panel may be referred to as a touch panel module, a display module, or simply a touch panel or the like.
  • Embodiment 1 the semiconductor device of one embodiment of the present invention, a manufacturing method thereof, and the like will be described.
  • One embodiment of the present invention is a gate electrode, a gate insulating layer over the gate electrode, a semiconductor layer over the gate insulating layer, a pair of source electrode and drain electrode in contact with the top surface of the semiconductor layer, over a formation surface.
  • a transistor having The semiconductor layer preferably includes a metal oxide exhibiting semiconductor characteristics (hereinafter, also referred to as an oxide semiconductor).
  • a low-resistance conductive material containing copper, silver, gold, aluminum, or the like for the source electrode and the drain electrode.
  • copper or aluminum is preferable because of its excellent mass productivity.
  • the source electrode and the drain electrode are formed by depositing a conductive film so as to cover the semiconductor layer and etching the conductive film so as to be separated on the semiconductor layer. Immediately after the source electrode and the drain electrode are formed, the surface of the channel formation region of the semiconductor layer opposite to the gate electrode (also referred to as the back channel side) is exposed.
  • the process for supplying oxygen includes heat treatment in an atmosphere containing oxygen, or plasma treatment in an atmosphere containing oxygen.
  • the process of supplying oxygen to the back channel oxidizes the source electrode and the drain electrode, and the conductivity is impaired, etc. May adversely affect the electrical characteristics and reliability of the transistor.
  • plasma treatment using a mixed gas of a gas containing oxygen and a gas having reducibility is performed as a process of supplying oxygen to the back channel. This makes it possible to effectively supply oxygen to the back channel while suppressing the oxidation of the source electrode and the drain electrode.
  • the semiconductor layer and the source electrode And plasma treatment is performed on the surface of the drain electrode.
  • the first gas for example, nitrogen oxides such as N 2 O (nitrogen monoxide or dinitrogen monoxide), NO 2 (nitrogen dioxide), NO (nitrogen monoxide), or O 2 (oxygen), O 3
  • a gas containing (ozone) or the like It is preferable to use a gas containing (ozone) or the like.
  • the second gas for example, a gas containing NH 3 (ammonia), H 2 (hydrogen) or the like is preferably used.
  • a mixed gas containing a rare gas such as Ar in addition to N 2 O and NH 3 as a mixed gas used for plasma processing.
  • the ratio of the first gas to the second gas in the mixed gas can be controlled by controlling the flow rates of the respective gases supplied to the plasma processing chamber.
  • the ratio of the two gases in the mixed gas can be expressed, for example, by a volume ratio, a partial pressure ratio, or a weight ratio.
  • the flow ratio of the two types of gas supplied to the processing chamber substantially corresponds to the volume ratio and partial pressure ratio of the two types of gas.
  • the flow rate of the second gas is preferably at least equal to or less than the flow rate of the first gas.
  • the amount of hydrogen element supplied to the semiconductor layer can be reduced. This is because, even when the unreacted excess hydrogen element contained in the second gas is present, it reacts with the oxygen element contained in the first gas and is exhausted from the processing chamber in the form of a hydroxide. It is guessed.
  • the flow ratio of the second gas is 0.5% to 100%, preferably 1% to 90%. %, More preferably 3% or more and 80% or less, further preferably 3% or more and 60% or less, and further preferably 3% or more and 50% or less.
  • the insulating film is preferably formed by plasma enhanced chemical vapor deposition (plasma CVD). At this time, it is preferable that the plasma treatment and the deposition of the insulating film be performed consecutively in the same deposition chamber in the same apparatus. Further, it is preferable to perform the plasma treatment and the film formation of the insulating film at the same temperature.
  • plasma CVD plasma enhanced chemical vapor deposition
  • a deposition gas at the time of deposition of the insulating film containing an oxide a mixed gas containing a deposition gas containing a silicon element or the like and the first gas used in the plasma treatment is preferably used.
  • a mixed gas containing a deposition gas containing a silicon element or the like and the first gas used in the plasma treatment is preferably used.
  • the interface between the semiconductor layer and the insulating film can be favorable.
  • a silicon oxynitride film can be formed using an N 2 O gas as the first gas and a mixed gas containing this and an SiH 4 (silane) gas as a film forming gas.
  • a conductive film containing a metal element different from the above may be stacked on the above-described conductive film containing copper or aluminum.
  • a stacked structure of three or more layers may be employed in which a conductive film containing a metal element different from the above is stacked so as to sandwich the conductive film containing copper, aluminum, or the like.
  • the conductive film located at the top is a material which is less likely to be bonded to oxygen than a conductive film containing copper or aluminum or the like, or a material whose conductivity is not easily impaired even by oxidation. Is preferred.
  • a material in which oxygen in the semiconductor layer does not easily diffuse is preferably used.
  • a conductive material containing titanium, tungsten, molybdenum, chromium, tantalum, zinc, indium, platinum, ruthenium, or the like can be used as the conductive film in the uppermost position and the conductive film in contact with the semiconductor layer.
  • the semiconductor layer preferably has a stacked structure in which two or more metal oxide films having different crystallinity are stacked.
  • FIG. 1A is a top view of the transistor 100
  • FIG. 1B corresponds to a cross-sectional view of a cross section taken along dashed-dotted line A1-A2 in FIG. 1A
  • FIG. 1A corresponds to a cross-sectional view taken along a dashed-dotted line B1-B2 shown in FIG.
  • the dashed-dotted line A1-A2 direction corresponds to the channel length direction
  • the dashed-dotted line B1-B2 direction corresponds to the channel width direction.
  • FIG. 1A some of components of the transistor 100 (a gate insulating layer or the like) are omitted.
  • FIG. 1A some of the components are omitted in the drawings as well.
  • the transistor 100 is provided over the substrate 102 and includes a conductive layer 104, an insulating layer 106, a semiconductor layer 108, a conductive layer 112a, a conductive layer 112b, and the like.
  • An insulating layer 106 is provided to cover the conductive layer 104.
  • the semiconductor layer 108 has an island shape and is provided over the insulating layer 106.
  • the conductive layer 112 a and the conductive layer 112 b are provided in contact with the top surface of the semiconductor layer 108 and spaced apart from each other on the semiconductor layer 108.
  • an insulating layer 114 is provided to cover the insulating layer 106, the conductive layer 112 a, the conductive layer 112 b, and the semiconductor layer 108, and the insulating layer 116 is provided over the insulating layer 114.
  • the conductive layer 104 functions as a gate electrode.
  • Part of the insulating layer 106 functions as a gate insulating layer.
  • the conductive layer 112 a functions as one of a source electrode and a drain electrode, and the conductive layer 112 b functions as the other.
  • a region overlapping with the conductive layer 104 of the semiconductor layer 108 functions as a channel formation region.
  • the transistor 100 is a so-called bottom gate transistor in which a gate electrode is provided on the formation surface side of the semiconductor layer 108.
  • the surface of the semiconductor layer 108 opposite to the conductive layer 104 may be referred to as a back channel surface.
  • the transistor 100 is a transistor with a so-called channel etch structure, which does not have a protective layer between the back channel side of the semiconductor layer 108 and the source and drain electrodes.
  • the semiconductor layer 108 has a stacked structure in which a semiconductor layer 108 a and a semiconductor layer 108 b are sequentially stacked from the formation surface side (the substrate 102 side). It is preferable that the semiconductor layer 108 a and the semiconductor layer 108 b both contain a metal oxide.
  • the semiconductor layer 108 b located on the back channel side is preferably a film having higher crystallinity than the semiconductor layer 108 a located on the conductive layer 104 side. Accordingly, when the conductive layer 112 a and the conductive layer 112 b are processed, part of the semiconductor layer 108 can be prevented from being etched and disappearing.
  • the semiconductor layer 108 is made of indium, M (M is gallium, aluminum, silicon, boron, yttrium, tin, copper, vanadium, beryllium, titanium, iron, nickel, germanium, zirconium, molybdenum, lanthanum, cerium, neodymium, It is preferable to have zinc and one or more selected from hafnium, tantalum, tungsten, or magnesium.
  • M is preferably aluminum, gallium, yttrium or tin.
  • an oxide containing indium, gallium, and zinc is preferably used as the semiconductor layer 108.
  • the semiconductor layer 108 a and the semiconductor layer 108 b may be layers different in composition, different in crystallinity, or different in impurity concentration. In addition, a stacked structure of three or more layers may be used.
  • the conductive layer 112a and the conductive layer 112b have a stacked structure in which the conductive layer 113a, the conductive layer 113b, and the conductive layer 113c are stacked in this order from the formation surface side.
  • the conductive layer 113 b is preferably formed using a low-resistance conductive material containing copper, silver, gold, aluminum, or the like.
  • the conductive layer 113 b preferably contains copper or aluminum.
  • the conductive layer 113 b is preferably formed using a conductive material which has lower resistance than the conductive layer 113 a and the conductive layer 113 c. Thus, the conductive layer 112 a and the conductive layer 112 b can have extremely low resistance.
  • the conductive layers 113a and 113c can each independently be formed using a conductive material different from the conductive layer 113b.
  • a conductive material preferably containing titanium, tungsten, molybdenum, chromium, tantalum, zinc, indium, platinum, ruthenium, or the like is preferably used.
  • the oxidation of the surface of the conductive layer 113b can be suppressed, or the element of the conductive layer 113b is a peripheral layer. Diffusion can be suppressed.
  • the metal element contained in the conductive layer 113a can be prevented from diffusing into the semiconductor layer 108, so that the transistor 100 can have high reliability. realizable.
  • the insulating layer 114 is provided in contact with the end portion of the conductive layer 113 b.
  • the conductive layer 113 b is a conductive material that is easily oxidized and the insulating layer 114 including an oxide film is formed thereon, the conductive layer 113 b Can suppress the surface oxidation of Therefore, it is one of the features of one embodiment of the present invention that a different layer including an oxide or the like is not observed at the interface between the conductive layer 113 b and the insulating layer 114.
  • the structures of the conductive layer 112 a and the conductive layer 112 b are not limited to a three-layer structure, and may have a two-layer structure or a four-layer structure including a conductive layer containing copper, silver, gold, or aluminum.
  • a two-layer structure in which the conductive layer 113a and the conductive layer 113b are stacked may be used, or a two-layer structure in which the conductive layer 113b and the conductive layer 113c may be stacked may be used.
  • any of the above-described conductive materials which can be used for the conductive layer 113a and the conductive layer 113b can be used as appropriate.
  • an insulating material containing an oxide is preferably used for the insulating layer 106 and the insulating layer 114 which are in contact with the semiconductor layer 108.
  • an insulating material containing an oxide is used for a layer in contact with the semiconductor layer 108.
  • a nitride insulating film such as silicon nitride or aluminum nitride may be used for the insulating layer 106.
  • oxygen it is preferable to apply oxygen to the top of the insulating layer 106 to form a region containing oxygen.
  • the treatment for adding oxygen include heat treatment or plasma treatment in an atmosphere containing oxygen, and ion doping treatment.
  • the insulating layer 116 functions as a protective layer which protects the transistor 100.
  • an inorganic insulating material such as silicon nitride, silicon nitride oxide, silicon oxide, silicon oxynitride, aluminum oxide, or aluminum nitride can be used.
  • a material which hardly diffuses oxygen such as silicon nitride or aluminum oxide, as the insulating layer 116, oxygen from the semiconductor layer 108 or the insulating layer 114 to the outside through the insulating layer 116 due to heat applied during the manufacturing process. Is preferable because it can prevent the detachment of the
  • an organic insulating material which functions as a planarization film may be used as the insulating layer 116.
  • a stacked film of a film containing an inorganic insulating material and a film containing an organic insulating material may be used as the insulating layer 116.
  • the semiconductor layer 108 may be located in a portion in contact with the conductive layer 112 a and the conductive layer 112 b and in the vicinity thereof, and a pair of low-resistance regions functioning as a source region and a drain region may be formed.
  • the region is a part of the semiconductor layer 108 and has a lower resistance than the channel formation region.
  • the low resistance region can be rephrased as a region where the carrier density is high, a region which is n-type, or the like.
  • a region which is sandwiched between the pair of low-resistance regions and overlaps with the conductive layer 104 functions as a channel formation region.
  • FIG. 2A is a top view of the transistor 100A
  • FIG. 2B is a cross-sectional view in the channel length direction of the transistor 100B
  • FIG. 2C is a cross-sectional view in the channel width direction.
  • the transistor 100A is mainly different from Structural Example 1 in that the conductive layer 120a and the conductive layer 120b are provided over the insulating layer 116.
  • the conductive layer 120 a has a region overlapping with the semiconductor layer 108 with the insulating layer 116 and the insulating layer 114 interposed therebetween.
  • the conductive layer 104 has a function as a first gate electrode (also referred to as a bottom gate electrode), and the conductive layer 120a has a function as a second gate electrode (also referred to as a top gate electrode).
  • part of the insulating layer 116 and the insulating layer 114 functions as a second gate insulating layer.
  • the conductive layer 120a is electrically connected to the conductive layer 104 through the opening 142b provided in the insulating layer 116, the insulating layer 114, and the insulating layer 106. It may be connected to Accordingly, the same potential can be applied to the conductive layer 120a and the conductive layer 104, and a transistor with high on-state current can be realized.
  • the conductive layer 104 and the conductive layer 120 a preferably protrude outward beyond the end portion of the semiconductor layer 108 in the channel width direction. At this time, as shown in FIG. 2C, the whole of the semiconductor layer 108 in the channel width direction is covered with the conductive layer 104 and the conductive layer 120 a.
  • the semiconductor layer 108 can be electrically surrounded by an electric field generated by the pair of gate electrodes.
  • the same potential is preferably applied to the conductive layer 104 and the conductive layer 120 a. Accordingly, an electric field for inducing a channel can be effectively applied to the semiconductor layer 108, so that the on-state current of the transistor 100A can be increased. Therefore, the transistor 100A can be miniaturized.
  • the conductive layer 104 and the conductive layer 120 a may not be connected. At this time, a constant potential may be supplied to one of the pair of gate electrodes, and a signal for driving the transistor 100A may be supplied to the other. At this time, the threshold voltage in driving the transistor 100A with the other electrode can be controlled by the potential supplied to the one electrode.
  • the conductive layer 120 b is electrically connected to the conductive layer 112 b through an opening 142 a provided in the insulating layer 116 and the insulating layer 114.
  • the conductive layer 120 b can be used as a wiring or an electrode.
  • the conductive layer 120 b can function as a pixel electrode or a wiring for connecting to the pixel electrode.
  • thin films insulating films, semiconductor films, conductive films, and the like that constitute a semiconductor device are formed by sputtering, chemical vapor deposition (CVD), vacuum evaporation, pulse laser deposition (PLD: Pulse Laser Deposition). ), Atomic layer deposition (ALD), or the like.
  • CVD chemical vapor deposition
  • PLA Pulse Laser Deposition
  • ALD Atomic layer deposition
  • CVD method include plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD), thermal CVD and the like.
  • PECVD plasma enhanced chemical vapor deposition
  • MOCVD metal organic chemical vapor deposition
  • thin films (insulating films, semiconductor films, conductive films, etc.) constituting a semiconductor device can be spin-coated, dip, spray-coated, inkjet, dispensing, screen printing, offset printing, doctor knife, slit coat, roll coat, curtain coat , Knife coating or the like.
  • the thin film when processing a thin film forming the semiconductor device, can be processed using a photolithography method or the like.
  • the thin film may be processed by a nanoimprint method, a sand blast method, a lift-off method or the like.
  • the island-shaped thin film may be formed directly by a film formation method using a shielding mask such as a metal mask.
  • the photolithography method there are typically the following two methods.
  • One is a method of forming a resist mask on a thin film to be processed, processing the thin film by etching or the like, and removing the resist mask.
  • the other is a method of processing the thin film into a desired shape by forming a thin film having photosensitivity, followed by exposure and development.
  • light used for exposure may be, for example, i-ray (wavelength 365 nm), g-ray (wavelength 436 nm), h-ray (wavelength 405 nm), or a mixture of these.
  • ultraviolet light, KrF laser light, ArF laser light or the like can also be used.
  • the exposure may be performed by the immersion exposure technique.
  • extreme ultraviolet (EUV: Extreme Ultra-violet) or X-rays may be used.
  • an electron beam can be used instead of light used for exposure. The use of extreme ultraviolet light, X-rays or electron beams is preferable because extremely fine processing is possible. In the case where exposure is performed by scanning a beam such as an electron beam, a photomask is not necessary.
  • etching of the thin film a dry etching method, a wet etching method, a sand blast method, or the like can be used.
  • FIGS. 3 to 6 are views for explaining a method of manufacturing the transistor 100A.
  • the cross section in the channel length direction is shown on the left side
  • the cross section in the channel width direction is shown on the right side.
  • a conductive film is formed over the substrate 102, a resist mask is formed over the conductive film by a lithography process, and then the conductive film is etched to form a conductive layer 104 which functions as a gate electrode.
  • an insulating layer 106 covering the conductive layer 104 and the substrate 102 is formed (FIG. 3A).
  • the insulating layer 106 can be formed by, for example, a PECVD method.
  • oxygen may be supplied to the insulating layer 106.
  • oxygen supply processing oxygen radicals, oxygen atoms, oxygen atom ions, oxygen molecular ions, or the like are supplied to the insulating layer 106 by an ion doping method, an ion implantation method, plasma treatment, or the like.
  • oxygen may be added to the insulating layer 106 through the film. The membrane is preferably removed after the addition of oxygen.
  • a conductive film or a semiconductor film containing one or more of indium, zinc, gallium, tin, aluminum, chromium, tantalum, titanium, molybdenum, nickel, iron, cobalt, or tungsten is used as the film which suppresses the above-described desorption of oxygen. be able to.
  • heat treatment may be performed to remove water or hydrogen from the surface and the film of the insulating layer 106 before the process of supplying oxygen.
  • heat treatment can be performed at a temperature higher than or equal to 300 ° C and lower than the heat resistance temperature of the conductive layer 104, preferably, higher than or equal to 300 ° C and lower than or equal to 450 ° C in a nitrogen atmosphere.
  • the metal oxide film 108af and the metal oxide film 108bf are each preferably formed by a sputtering method using a metal oxide target.
  • an inert gas eg, helium gas, argon gas, xenon gas, or the like
  • oxygen flow ratio the ratio of oxygen gas to the entire film forming gas at the time of forming the metal oxide film
  • a metal oxide film with high conductivity By reducing the oxygen flow rate ratio and forming a metal oxide film with relatively low crystallinity, a metal oxide film with high conductivity can be obtained. On the other hand, by setting the oxygen flow ratio high and using a metal oxide film having relatively high crystallinity, a metal oxide film having high etching resistance and being electrically stable can be obtained.
  • the metal oxide film 108af located on the side of the conductive layer 104 which functions as a gate electrode is a film with low crystallinity
  • the metal oxide film 108bf located on the back channel side is a film with low crystallinity.
  • the substrate temperature may be higher than or equal to room temperature and 200 ° C. or lower, preferably, the substrate temperature may be higher than or equal to room temperature and 140 ° C or lower.
  • productivity is preferably high.
  • the oxygen flow ratio at the time of film formation of the metal oxide film 108af is 0% or more and less than 50%, preferably 0% or more and 30% or less, more preferably 0% or more and 20% or less, typically Is 10%.
  • the oxygen flow ratio at the time of film formation of the metal oxide film 108bf is 50% to 100%, preferably 60% to 100%, more preferably 80% to 100%, and still more preferably 90% to 100%. Hereinafter, it is typically 100%.
  • conditions such as pressure, temperature, and power at the time of film formation may be different between the metal oxide film 108af and the metal oxide film 108bf, the conditions are the same except for the oxygen flow ratio. It is preferable because the time required for the membrane process can be shortened.
  • the metal oxide film 108af and the metal oxide film 108bf may have different compositions.
  • the In content in the metal oxide film 108bf is higher than that of the metal oxide film 108af. It is preferred to use an oxide target.
  • a resist mask is formed on the metal oxide film 108bf, and the metal oxide film 108af and the metal oxide film 108bf are processed by etching, and then the resist mask is formed.
  • the semiconductor layer 108 By removing the semiconductor layer 108, an island-shaped semiconductor layer 108 in which the semiconductor layer 108a and the semiconductor layer 108b are stacked can be formed (FIG. 3C).
  • a conductive film 113af, a conductive film 113bf, and a conductive film 113cf are stacked and formed so as to cover the insulating layer 106 and the semiconductor layer 108 (FIG. 4A).
  • the conductive film 113 b f is a film to be the conductive layer 113 b later, and preferably contains copper, silver, gold, or aluminum.
  • the conductive film 113 af and the conductive film 113 cf are films to be later formed to be the conductive layer 113 a and the conductive layer 113 b, and each of them independently contains titanium, tungsten, molybdenum, chromium, tantalum, zinc, indium, platinum, ruthenium, or the like. Is preferred.
  • the conductive film 113af, the conductive film 113bf, and the conductive film 113cf are preferably formed using a film formation method such as a sputtering method, an evaporation method, or a plating method.
  • a resist mask is formed over the conductive film 113cf, and the conductive film 113cf, the conductive film 113bf, and the conductive film 113af are etched to form a stacked structure of the conductive layer 113a, the conductive layer 113b, and the conductive layer 113c.
  • the conductive layer 112a and the conductive layer 112b can be formed (FIG. 4B).
  • the conductive layer 112 a and the conductive layer 112 b are preferably processed so as to be separated over the channel formation region of the semiconductor layer 108 as illustrated in FIG. 4B. In other words, it is preferable that processing is performed so that opposing ends of the conductive layer 112 a and the conductive layer 112 b overlap with both the conductive layer 104 and the semiconductor layer 108. Thus, the on current of the transistor can be increased.
  • the conductive film 113cf, the conductive film 113bf, and the conductive film 113af can be etched by wet etching, dry etching, or the like.
  • the three layers may be etched at once in one step, or may be sequentially etched in different steps.
  • Plasma treatment is performed in a mixed gas atmosphere of a gas containing oxygen and a reducing gas, and oxygen is supplied to the semiconductor layer 108 from the back channel side.
  • FIG. 4C a state in which the surfaces of the semiconductor layer 108, the conductive layer 112a, and the insulating layer 106 are exposed to the plasma 130 is schematically shown.
  • the mixed gas it is preferable to use a mixed gas of a first gas containing an oxygen element and not containing a hydrogen element and a second gas containing a hydrogen element and not containing an oxygen element.
  • a first gas having oxidizing properties for example, nitrogen oxides such as N 2 O (nitrous oxide or dinitrogen monoxide), NO 2 (nitrogen dioxide), NO (nitrogen monoxide), O 2 (oxygen)
  • a gas containing or or O 3 (ozone) a gas containing or or O 3 (ozone).
  • a gas containing NH 3 (ammonia) or H 2 (hydrogen) is preferably used.
  • a mixed gas containing N 2 O, NH 3 , and a rare gas is preferably used as a mixed gas used for plasma treatment.
  • Ar etc. are mentioned, for example.
  • the ratio of the first gas to the second gas in the mixed gas can be adjusted by controlling the flow rate when supplied to the processing chamber of plasma processing.
  • the flow ratio of the first gas to the second gas in the mixed gas can be set according to the easiness of oxidation of the conductive layer 113a, the conductive layer 113b, and the conductive layer 113c, but at least the second gas It is preferable to set the flow rate of H.sub.2 to the flow rate of the first gas or less.
  • the flow rate of the second gas with respect to the flow rate of the first gas is too small, oxidation of the surface of the conductive layer 113b or the like becomes dominant, and an oxide is easily formed on the surface.
  • the flow rate of the second gas with respect to the flow rate of the first gas is too large, the surface of the semiconductor layer 108 may be reduced or hydrogen may be supplied to the semiconductor layer 108.
  • the flow rate of the second gas is 0.5% to 100%, preferably 1% to 90%, more preferably 3% to 80%. More preferably, it can be 3% or more and 60% or less, more preferably 3% or more and 50% or less.
  • FIG. 5A shows an enlarged view of an end portion of the conductive layer 113a, the conductive layer 113b, and the conductive layer 113c which constitute the conductive layer 112a over the semiconductor layer 108 in FIG. 4C, and the vicinity thereof.
  • activated oxygen radicals, oxygen atoms, oxygen atom ions, molecular oxygen ions, and the like are supplied to the semiconductor layer 108 b.
  • FIG. 5B shows an example in the case where the gas used for plasma treatment does not contain a reducing gas.
  • the oxide 113bo is formed on part of the conductive layer 113b exposed to the plasma 130a.
  • an oxide is also formed on the surface.
  • the oxide 113bo and the like formed on the surface of the conductive layer 113b partially scatter during the plasma treatment or at the time of forming the insulating layer 114 later, thereby contaminating the surface of the semiconductor layer 108b. There is a case.
  • An oxide attached to the semiconductor layer 108 b can function as a donor or an acceptor, which might adversely affect the electrical characteristics and reliability of the transistor.
  • the copper element may function as a carrier trap, which may impair the electrical characteristics and reliability of the transistor.
  • the insulating layer 114 is formed to cover the conductive layer 112 a, the conductive layer 112 b, the semiconductor layer 108, and the insulating layer 106.
  • the insulating layer 114 is preferably formed, for example, in an atmosphere containing oxygen.
  • the film is preferably formed by plasma CVD in an atmosphere containing oxygen.
  • the insulating layer 114 with few defects can be obtained.
  • an oxide film such as a silicon oxide film or a silicon oxynitride film is preferably formed using a plasma-enhanced chemical vapor deposition apparatus (referred to as a PECVD apparatus or simply referred to as a plasma CVD apparatus).
  • a plasma-enhanced chemical vapor deposition apparatus referred to as a PECVD apparatus or simply referred to as a plasma CVD apparatus.
  • the source gas it is preferable to use a deposition gas containing silicon and an oxidizing gas.
  • the deposition gas containing silicon include silane, disilane, trisilane, fluorosilane and the like.
  • the oxidizing gas include oxygen, ozone, dinitrogen monoxide, and nitrogen dioxide.
  • the insulating layer 114 PECVD in which the flow rate of the oxidizing gas is larger than 20 times and less than 100 times, or 40 times to 80 times that of the deposition gas, and the pressure in the processing chamber is less than 100 Pa or 50 Pa or less.
  • the insulating layer 114 may be formed by PECVD using microwaves.
  • Microwave refers to the frequency range of 300 MHz to 300 GHz.
  • the microwave has a low electron temperature and a small electron energy.
  • the rate used for accelerating electrons is small, and it can be used for dissociation and ionization of more molecules, and can excite high density plasma (high density plasma) . Therefore, the insulating layer 114 with few defects can be formed with less plasma damage to the deposition surface and the deposit.
  • the plasma treatment is preferably performed by a deposition apparatus for the insulating layer 114.
  • plasma treatment is preferably performed in a deposition chamber in which the insulating layer 114 is deposited.
  • the film may be transferred to the film formation chamber of the insulating layer 114 under reduced pressure without being exposed to the air.
  • the plasma treatment and the deposition of the insulating layer 114 are preferably performed at the same temperature.
  • a deposition gas at the time of deposition of the insulating layer 114 containing an oxide a mixed gas containing an oxidizing first gas used in plasma treatment and a deposition gas containing a silicon element or the like is used. Is preferred.
  • the interface between the semiconductor layer and the insulating film can be favorable.
  • a silicon oxynitride film can be formed using an N 2 O gas as the first gas and a mixed gas containing this and an SiH 4 (silane) gas as a film forming gas.
  • oxygen may be supplied to the insulating layer 114.
  • the process for supplying oxygen can be performed by a method similar to that of the insulating layer 106.
  • the insulating layer 116 is formed so as to cover the insulating layer 114 (FIG. 6A).
  • an insulating film in which oxygen, hydrogen, water, and the like are less likely to be diffused than the insulating layer 114 is preferably used. Since the insulating layer 116 hardly diffuses oxygen, the oxygen in the semiconductor layer 108 can be prevented from being released to the outside through the insulating layer 114. In addition, since the insulating layer 116 hardly diffuses hydrogen, diffusion of hydrogen, water, and the like from the outside to the semiconductor layer 108 and the like can be prevented.
  • a conductive film is formed to cover the opening 142a and the opening 142b, and the conductive film is processed to form the conductive layer 120a and the conductive layer 120b (FIG. 6 (B )).
  • the transistor 100A can be manufactured.
  • treatment for supplying oxygen to the back channel of the semiconductor layer can be performed while suppressing oxidation of the source electrode and the drain electrode, so that favorable electrical characteristics and high reliability can be obtained. Can be manufactured.
  • the transistor 100B illustrated in FIGS. 7A and 7B is different from the transistor 100 described in Structural Example 1 mainly in that the semiconductor layer 108 does not have a stacked-layer structure.
  • the manufacturing process can be simplified and productivity can be improved.
  • a metal oxide film having crystallinity is preferably used as the semiconductor layer 108.
  • the transistor 100C illustrated in FIGS. 7C and 7D is mainly the transistor illustrated in the above configuration example 1 in that not only the semiconductor layer 108 but also the conductive layer 112a and the conductive layer 112b have a stacked-layer structure. It is different from 100.
  • Productivity can be further improved by forming the conductive layer 112 a and the conductive layer 112 b into a single-layer structure in addition to the semiconductor layer 108.
  • a conductive material containing copper, silver, gold, or aluminum is preferably used as the conductive layer 112a and the conductive layer 112b. According to the manufacturing method of one embodiment of the present invention, oxidation of the conductive layer 112a and the conductive layer 112b can be suppressed in the treatment of supplying oxygen to the semiconductor layer 108; thus, the conductive layer containing copper or the like in this manner can be a single layer. Even when used, a highly reliable transistor can be realized.
  • a transistor 100D illustrated in FIGS. 8A, 8B, and 8C is mainly different from the transistor 100A illustrated in the above configuration example 2 in that the positions of the conductive layer 120a and the conductive layer 120b are different.
  • the conductive layer 120 a and the conductive layer 120 b are located between the insulating layer 114 and the insulating layer 116.
  • the conductive layer 120 b is electrically connected to the conductive layer 112 b through an opening 142 a provided in the insulating layer 114.
  • the distance between the conductive layer 120a and the semiconductor layer 108 can be reduced, whereby the electrical characteristics of the transistor 100D can be improved.
  • the transistor 100E illustrated in FIGS. 9A, 9B, and 9C is mainly different from the transistor 100 illustrated in the above configuration example 1 in that the configuration of the insulating layer 114 is different.
  • the insulating layer 114 is processed into an island shape covering the channel formation region of the semiconductor layer 108. Further, end portions of the conductive layer 112 a and the conductive layer 112 b located on the semiconductor layer 108 are located on the insulating layer 114. Accordingly, the insulating layer 114 functions as a so-called channel protective layer, and can protect the back channel side of the semiconductor layer 108 when the conductive layer 112 a and the conductive layer 112 b are etched.
  • plasma treatment is performed by the above-described method to suppress oxidation of the conductive layer 112a and the conductive layer 112b, and to suppress the oxidation in the insulating layer 114 and the insulating layer 114.
  • Oxygen can be supplied to the semiconductor layer 108 through the through holes. Further, oxygen in the insulating layer 114 may be supplied to the semiconductor layer 108 by heat treatment after plasma treatment.
  • the transistor 100F illustrated in FIGS. 10A, 10B, and 10C is mainly different from the transistor 100E illustrated in the modification 4 in that the configuration of the insulating layer 114 is different.
  • the insulating layer 114 is provided to cover the semiconductor layer 108, the insulating layer 106, and the like. In the insulating layer 114, an opening 142c is provided in a portion where the semiconductor layer 108 and the conductive layer 112a or the conductive layer 112b are connected.
  • FIG. 11 is a schematic top view showing a part of the sub-pixel of the display device.
  • One sub-pixel includes at least one transistor and a conductive layer (here, the conductive layer 120b) functioning as a pixel electrode.
  • the conductive layer 120b functioning as a pixel electrode.
  • other transistors may be used depending on the type of display element applied to the sub-pixel, the function to be added to the pixel, etc.
  • a capacitor or the like can be provided as appropriate.
  • part of the conductive layer 104 functions as a gate line (also referred to as a scanning line), and part of the conductive layer 112 a functions as a source line (also referred to as a video signal line).
  • a part functions as a wiring which electrically connects the transistor and the conductive layer 120 b.
  • the conductive layer 104 has a top surface shape in which a portion protrudes, and the semiconductor layer 108 is provided over the protruding portion to form a transistor.
  • FIGS. 11B and 11C each show an example where the conductive layer 104 does not have a protruding portion.
  • FIG. 11B is an example in which the channel length direction of the semiconductor layer 108 and the extension direction of the conductive layer 104 are parallel, and
  • FIG. 11C is an example in which these are orthogonal to each other.
  • the conductive layer 112b has a U-shaped upper surface shape having a substantially arc-shaped portion.
  • the conductive layer 112 a and the conductive layer 112 b are arranged on the semiconductor layer 108 such that the two distances are always equal. With such a structure, the channel width of the transistor can be increased, and a larger current can flow.
  • the transistor of one embodiment of the present invention can be applied to a variety of circuits and devices as well as a display device.
  • various circuits in an IC chip such as an arithmetic circuit, a memory circuit, a driver circuit, an interface circuit, and the like mounted on an electronic device or the like, or a display device to which a liquid crystal element or an organic EL element is applied, a touch sensor, an optical It can be suitably used as a drive circuit or the like in various sensor devices such as a sensor and a biological sensor.
  • the material of the substrate 102 and the like are not particularly limited, but at least the heat resistance needs to be able to withstand the heat treatment to be performed later.
  • a single crystal semiconductor substrate made of silicon or silicon carbide, a polycrystalline semiconductor substrate, a compound semiconductor substrate such as silicon germanium, an SOI substrate, a glass substrate, a ceramic substrate, a quartz substrate, a sapphire substrate or the like is used as the substrate 102. It is also good.
  • a substrate provided with a semiconductor element over these substrates may be used as the substrate 102.
  • a flexible substrate may be used as the substrate 102, and the transistor 100 and the like may be formed directly on the flexible substrate.
  • a peeling layer may be provided between the substrate 102 and the transistor 100 or the like. The release layer can be used for separation from the substrate 102 and reprinting onto another substrate after a semiconductor device is partially or entirely completed thereon. At that time, the transistor 100 and the like can be transferred to a substrate with low heat resistance or a flexible substrate.
  • an oxide insulating film or a nitride insulating film can be formed in a single layer or stacked layers. Note that in order to improve interface characteristics with the semiconductor layer 108, at least a region of the insulating layer 106 in contact with the semiconductor layer 108 is preferably formed using an oxide insulating film. Further, for the insulating layer 106, a film which releases oxygen by heating is preferably used.
  • the insulating layer 106 for example, silicon oxide, silicon oxynitride, silicon nitride oxide, silicon nitride, aluminum oxide, hafnium oxide, gallium oxide, Ga-Zn oxide, or the like may be used, and it can be provided as a single layer or a stack.
  • the surface in contact with the semiconductor layer 108 is subjected to pretreatment such as oxygen plasma treatment; Preferably, or near the surface is oxidized.
  • Conductivity of a semiconductor device such as a conductive layer 104 functioning as a gate electrode and a conductive layer 120a, a wiring 120b functioning as a wiring, a conductive layer 112a functioning as one of a source electrode or a drain electrode, and a conductive layer 112b functioning as the other
  • the film may be a metal element selected from chromium, copper, aluminum, gold, silver, zinc, molybdenum, tantalum, titanium, tungsten, manganese, nickel, iron, cobalt, or an alloy containing the aforementioned metal element, It can form each using the alloy etc. which combined the metallic element mentioned above.
  • a low-resistance conductive material containing copper, silver, gold, aluminum, or the like is preferably used as the conductive layer 112 a functioning as one of the source electrode and the drain electrode and the conductive layer 112 b functioning as the other.
  • a low-resistance conductive material containing copper, silver, gold, aluminum, or the like is preferably used as the conductive layer 112 a functioning as one of the source electrode and the drain electrode and the conductive layer 112 b functioning as the other.
  • copper or aluminum is preferable because of its excellent mass productivity.
  • In-Sn oxide, In-W oxide, In-W-Zn oxide, In-Ti oxide, In-Ti-Sn oxide, In-Zn oxide And oxide conductors such as In-Sn-Si oxide and In-Ga-Zn oxide, or metal oxide films can also be applied.
  • oxide conductor Oxide Conductor
  • OC Oxide Conductor
  • a donor level is formed in the vicinity of the conduction band.
  • the metal oxide becomes highly conductive and becomes conductive.
  • a conductive metal oxide can be referred to as an oxide conductor.
  • a stacked structure of a conductive film containing the oxide conductor (a metal oxide) and a conductive film containing a metal or an alloy may be used as the conductive film included in the semiconductor device.
  • the wiring resistance can be reduced by using a conductive film containing a metal or an alloy.
  • a conductive film including an oxide conductor is preferably applied to the side in contact with the insulating layer which functions as a gate insulating film.
  • a Cu-X alloy film (X is Mn, Ni, Cr, Fe, Co, Mo, Ta, or Ti) may be applied to the conductive layer 104, the conductive layer 112a, and the conductive layer 112b.
  • X is Mn, Ni, Cr, Fe, Co, Mo, Ta, or Ti
  • processing can be performed by a wet etching process, which makes it possible to suppress the manufacturing cost.
  • Insulating layer 114 As the insulating layer 114 provided over the semiconductor layer 108, a silicon oxide film, a silicon oxynitride film, an aluminum oxide film, a hafnium oxide film, a yttrium oxide film, or a zirconium oxide film formed by a PECVD method, a sputtering method, an ALD method or the like.
  • An insulating layer containing one or more of a film, a gallium oxide film, a tantalum oxide film, a magnesium oxide film, a lanthanum oxide film, a cerium oxide film, a neodymium oxide film, and the like can be used.
  • a silicon oxide film or a silicon oxynitride film formed by a plasma CVD method is preferably used.
  • the insulating layer 114 may have a stacked structure of two or more layers.
  • the sputtering target used to form the In-M-Zn oxide preferably has an atomic ratio of In greater than or equal to an atomic ratio of M.
  • the atomic ratio of the semiconductor layer 108 to be formed includes a variation of plus or minus 40% of the atomic ratio of the metal element contained in the above sputtering target.
  • the semiconductor layer 108 has an energy gap of 2 eV or more, preferably 2.5 eV or more.
  • the off-state current of the transistor can be reduced.
  • the semiconductor layer 108 preferably has a non-single-crystal structure.
  • the non-single crystal structure includes, for example, a CAAC structure, a polycrystalline structure, a microcrystalline structure, or an amorphous structure described later.
  • the amorphous structure has the highest density of defect states
  • the CAAC structure has the lowest density of defect states.
  • CAAC c-axis aligned crystal
  • the CAAC structure is one of crystal structures such as a thin film having a plurality of nanocrystals (crystal regions having a maximum diameter of less than 10 nm), and each nanocrystal has c axis oriented in a specific direction and an a axis And b axes are crystal structures having a feature that nanocrystals are continuously connected without forming grain boundaries without having orientation.
  • a thin film having a CAAC structure is characterized in that the c-axis of each nanocrystal is easily oriented in the thickness direction of the thin film, the normal direction of the formation surface, or the normal direction of the surface of the thin film.
  • CAAC-OS Oxide Semiconductor
  • CAAC-OS is an oxide semiconductor with high crystallinity.
  • CAAC-OS can not confirm clear crystal grain boundaries, so that it can be said that the decrease in electron mobility due to crystal grain boundaries does not easily occur.
  • the crystallinity of the oxide semiconductor may be lowered due to the mixing of impurities, generation of defects, or the like, so that the CAAC-OS can also be said to be an oxide semiconductor with few impurities or defects (such as oxygen vacancies). Therefore, the oxide semiconductor having a CAAC-OS has stable physical properties. Therefore, an oxide semiconductor having a CAAC-OS is resistant to heat and has high reliability.
  • crystallography it is general to take a unit cell with c-axis as a specific axis with respect to three axes (crystal axes) of a-axis, b-axis, and c-axis constituting the unit cell.
  • crystal axes three axes
  • b-axis a axis
  • c-axis constituting the unit cell.
  • two axes parallel to the plane direction of the layer are the a axis and b axis
  • an axis intersecting the layer is the c axis.
  • a typical example of a crystal having such a layered structure is graphite classified into a hexagonal system, and the a-axis and b-axis of the unit cell are parallel to the cleavage plane and the c-axis is orthogonal to the cleavage plane Do.
  • a crystal of InGaZnO 4 having a layered crystal structure of YbFe 2 O 4 type can be classified into a hexagonal system, and the a-axis and b-axis of the unit cell are parallel to the plane direction of the layer and c-axis Is orthogonal to the layers (ie, the a and b axes).
  • a metal oxide formed by sputtering at a substrate temperature of 100 ° C. to 130 ° C. using the above target has a crystal structure of any one of nc (nano crystal) structure and CAAC structure, or a structure in which these are mixed.
  • nc nano crystal
  • CAAC room temperature
  • a metal oxide formed by a sputtering method with a substrate temperature of room temperature (RT) tends to have a nc crystal structure.
  • the room temperature (R.T.) referred to here includes the temperature when the substrate is not intentionally heated.
  • This embodiment can be implemented in appropriate combination with at least a part of the other embodiments described in this specification.
  • the display device 700 includes a first substrate 701 and a second substrate 705 which are attached by a sealant 712. In the region sealed with the first substrate 701, the second substrate 705, and the sealant 712, the pixel portion 702, the source driver circuit portion 704, and the gate driver circuit portion 706 are provided over the first substrate 701. Be The pixel portion 702 is provided with a plurality of display elements.
  • an FPC terminal portion 708 to which an FPC 716 (FPC: Flexible Printed Circuit) is connected is provided in a portion of the first substrate 701 which does not overlap with the second substrate 705.
  • FPC 716 Flexible Printed Circuit
  • Various signals and the like are supplied to the pixel portion 702, the source driver circuit portion 704, and the gate driver circuit portion 706 through the FPC terminal portion 708 and the signal line 710 by the FPC 716.
  • a plurality of gate driver circuit units 706 may be provided.
  • the gate driver circuit unit 706 and the source driver circuit unit 704 may be separately formed on a semiconductor substrate or the like and may be in the form of an IC chip packaged.
  • the IC chip can be mounted over the first substrate 701 or the FPC 716.
  • the transistor which is the semiconductor device of one embodiment of the present invention can be applied to the transistors included in the pixel portion 702, the source driver circuit portion 704, and the gate driver circuit portion 706.
  • a liquid crystal element, a light emitting element, or the like can be given.
  • a transmissive liquid crystal element, a reflective liquid crystal element, a semi-transmissive liquid crystal element, or the like can be used.
  • a light emitting element self-luminous light emitting elements, such as LED (Light Emitting Diode), OLED (Organic LED), QLED (Quantum-dot LED), a semiconductor laser, are mentioned.
  • a shutter type or a light interference type MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) element a display element to which a microcapsule type, an electrophoresis type, an electrowetting type, an electronic powder fluid (registered trademark) type, or the like is applied is used. It can also be done.
  • MEMS Micro Electro Mechanical Systems
  • a display device 700A illustrated in FIG. 12B is an example of a display device in which a flexible resin layer 743 is applied instead of the first substrate 701 and the flexible substrate can be used.
  • the pixel portion 702 does not have a rectangular shape, and the corner portion has an arc shape.
  • the pair of gate driver circuit portions 706 is provided on both sides of the pixel portion 702.
  • the gate driver circuit portion 706 is provided along the arc-shaped contour at the corner of the pixel portion 702.
  • the resin layer 743 has a shape in which a portion provided with the FPC terminal portion 708 protrudes. Further, a portion of the resin layer 743 including the FPC terminal portion 708 can be folded back on the region P2 in FIG. 12B. By folding back part of the resin layer 743, the display device 700A can be mounted on an electronic device in a state where the FPC 716 is stacked on the back side of the pixel portion 702, and space saving of the electronic device can be achieved. .
  • An IC 717 is mounted on the FPC 716 connected to the display device 700A.
  • the IC 717 has a function as a source driver circuit, for example.
  • the source driver circuit portion 704 in the display device 700A can include at least one of a protective circuit, a buffer circuit, a demultiplexer circuit, and the like.
  • a display device 700B illustrated in FIG. 12C is a display device which can be suitably used for an electronic device having a large screen.
  • it can be suitably used for a television device, a monitor device, a personal computer (including a notebook type or desktop type), a tablet terminal, digital signage, and the like.
  • the display device 700 ⁇ / b> B includes a plurality of source driver ICs 721 and a pair of gate driver circuit portions 722.
  • the plurality of source driver ICs 721 are attached to the FPC 723 respectively.
  • one terminal is connected to the first substrate 701, and the other terminal is connected to the printed substrate 724.
  • the printed substrate 724 can be provided on the back side of the pixel portion 702 and mounted on the electronic device, and space saving of the electronic device can be achieved.
  • the gate driver circuit portion 722 is formed on the first substrate 701. Thereby, an electronic device with a narrow frame can be realized.
  • a large-sized and high-resolution display device can be realized.
  • the present invention can also be applied to a display having a screen size of 30 inches or more, 40 inches, 50 inches, or 60 inches or more.
  • a display device with extremely high resolution such as 4K2K or 8K4K can be realized.
  • FIGS. 13 to 15 are cross-sectional views taken along the alternate long and short dash line Q-R shown in FIG. 12A.
  • FIG. 16 is a cross-sectional view along dashed-dotted line S-T in the display device 700A shown in FIG.
  • FIGS. 13 and 14 each have a configuration using a liquid crystal element as a display element
  • FIGS. 15 and 16 each have a configuration using an EL element.
  • the display device illustrated in FIGS. 13 to 16 includes a lead wiring portion 711, a pixel portion 702, a source driver circuit portion 704, and an FPC terminal portion 708.
  • the routing wiring portion 711 has a signal line 710.
  • the pixel portion 702 includes a transistor 750 and a capacitor 790.
  • the source driver circuit unit 704 includes a transistor 752.
  • FIG. 14 shows the case where there is no capacitive element 790.
  • the transistors described in Embodiment 1 can be applied to the transistors 750 and 752.
  • the transistor used in this embodiment has the oxide semiconductor film which is highly purified and in which the formation of oxygen vacancies is suppressed.
  • the transistor can reduce the off current. Therefore, the holding time of the electric signal such as the image signal can be extended, and the writing interval of the image signal can be set long. Thus, the frequency of the refresh operation can be reduced, which leads to an effect of reducing power consumption.
  • the transistor used in this embodiment can be driven at high speed because relatively high field-effect mobility can be obtained.
  • the switching transistor in the pixel portion and the driver transistor used in the driver circuit portion can be formed over the same substrate. That is, a configuration in which a drive circuit formed of a silicon wafer or the like is not applied is also possible, and the number of components of the display device can be reduced.
  • a transistor which can be driven at high speed also in the pixel portion an image with high quality can be provided.
  • the capacitive element 790 shown in FIGS. 13, 15 and 16 is formed by processing the lower electrode formed by processing the same film as the gate electrode of the transistor 750, and the same conductive film as the source electrode or the drain electrode. And an upper electrode formed. In addition, part of an insulating film which functions as a gate insulating layer of the transistor 750 is provided between the lower electrode and the upper electrode. That is, the capacitor 790 has a stacked structure in which an insulating film functioning as a dielectric film is held between a pair of electrodes.
  • a planarization insulating film 770 is provided over the transistor 750, the transistor 752, and the capacitor 790.
  • the transistor 750 in the pixel portion 702 and the transistor 752 in the source driver circuit portion 704 may have different structures. For example, a top gate transistor may be applied to one of them and a bottom gate transistor may be applied to the other.
  • the gate driver circuit unit 706 is the same as the source driver circuit unit 704.
  • the signal line 710 is formed using the same conductive film as the source electrode, the drain electrode, and the like of the transistors 750 and 752. At this time, it is preferable to use a low-resistance material such as a material containing a copper element because signal delay due to wiring resistance and the like can be reduced and display on a large screen can be performed.
  • the FPC terminal portion 708 includes a wiring 760 whose part functions as a connection electrode, an anisotropic conductive film 780, and an FPC 716.
  • the wiring 760 is electrically connected to a terminal included in the FPC 716 through the anisotropic conductive film 780.
  • the wiring 760 is formed using the same conductive film as the source electrode, the drain electrode, and the like of the transistors 750 and 752.
  • first substrate 701 and the second substrate 705 for example, a flexible substrate such as a glass substrate or a plastic substrate can be used.
  • a flexible substrate such as a glass substrate or a plastic substrate
  • an insulating layer having a barrier property to water or hydrogen is preferably provided between the first substrate 701, the transistor 750, and the like.
  • a light shielding film 738, a coloring film 736, and an insulating film 734 in contact with these are provided.
  • a display device 700 illustrated in FIG. 13 includes a liquid crystal element 775.
  • the liquid crystal element 775 includes a conductive layer 772, a conductive layer 774, and a liquid crystal layer 776 therebetween.
  • the conductive layer 774 is provided on the second substrate 705 side and has a function as a common electrode.
  • the conductive layer 772 is electrically connected to the source or drain electrode of the transistor 750.
  • the conductive layer 772 is formed over the planarization insulating film 770 and functions as a pixel electrode.
  • the conductive layer 772 can be formed using a light transmissive material or a reflective material with respect to visible light.
  • a light transmissive material for example, an oxide material containing indium, zinc, tin, or the like may be used.
  • the reflective material for example, a material containing aluminum, silver or the like may be used.
  • the display device 700 becomes a reflective liquid crystal display device.
  • a transmissive liquid crystal display device is obtained.
  • a polarizing plate is provided on the viewing side.
  • a transmissive liquid crystal display device a pair of polarizing plates is provided to sandwich a liquid crystal element.
  • the display device 700 illustrated in FIG. 14 illustrates an example in which a liquid crystal element 775 in a horizontal electric field mode (for example, FFS mode) is used.
  • a conductive layer 774 functioning as a common electrode is provided over the conductive layer 772 with the insulating layer 773 interposed therebetween.
  • a storage capacitor can be formed by a stacked structure of a conductive layer 774, an insulating layer 773, and a conductive layer 772. Therefore, it is not necessary to separately provide a capacitive element, and the aperture ratio can be increased.
  • an alignment film in contact with the liquid crystal layer 776 may be provided.
  • an optical member optical substrate
  • a polarization member such as a polarization member, a retardation member, and an anti-reflection member
  • a light source such as a backlight and a side light
  • the liquid crystal layer 776 includes a thermotropic liquid crystal, low molecular weight liquid crystal, polymer liquid crystal, polymer dispersed liquid crystal (PDLC), polymer network liquid crystal (PNLC: polymer network liquid crystal), ferroelectric liquid crystal And antiferroelectric liquid crystal can be used.
  • PDLC polymer dispersed liquid crystal
  • PNLC polymer network liquid crystal
  • ferroelectric liquid crystal And antiferroelectric liquid crystal can be used.
  • liquid crystal exhibiting a blue phase which does not use an alignment film may be used.
  • TN Transmission Nematic
  • VA Very Alignment
  • IPS In-Plane-Switching
  • FFS Ringe Field Switching
  • ASM Analy Symmetrically Aligned Micro-cell
  • OCB Optical Compensated Birefringence
  • EB Electrically Controlled Birefringence
  • liquid crystal layer 776 a scattering-type liquid crystal using a polymer-dispersed liquid crystal, a polymer network-type liquid crystal, or the like can be used.
  • black and white display may be performed without providing the colored film 736, or color display may be performed using the colored film 736.
  • a time division display method (also referred to as a field sequential drive method) may be applied in which color display is performed based on a sequential additive color mixing method.
  • the coloring film 736 can be omitted.
  • a time-division display method for example, it is not necessary to provide a sub-pixel exhibiting each color of red (R), green (G), and blue (B); There are advantages such as being able to increase the degree.
  • the display device 700 illustrated in FIG. 15 includes a light emitting element 782.
  • the light-emitting element 782 includes the conductive layer 772, the EL layer 786, and the conductive film 788.
  • the EL layer 786 includes an organic compound or an inorganic compound such as a quantum dot.
  • Materials usable for the organic compound include fluorescent materials and phosphorescent materials.
  • a material which can be used for a quantum dot a colloidal quantum dot material, an alloy type quantum dot material, a core-shell type quantum dot material, a core type quantum dot material, etc. are mentioned.
  • an insulating film 730 which covers part of the conductive layer 772 is provided over the planarization insulating film 770.
  • the light-emitting element 782 is a top emission type light-emitting element having a light-transmitting conductive film 788.
  • the light emitting element 782 may have a bottom emission structure in which light is emitted to the conductive layer 772 side or a dual emission structure in which light is emitted to both the conductive layer 772 side and the conductive film 788 side.
  • the coloring film 736 is provided at a position overlapping with the light emitting element 782, and the light shielding film 738 is provided at a position overlapping with the insulating film 730, the lead wiring portion 711, and the source driver circuit portion 704.
  • the coloring film 736 and the light shielding film 738 are covered with an insulating film 734. Further, a sealing film 732 is filled between the light emitting element 782 and the insulating film 734. Note that in the case where the EL layer 786 is formed in an island shape for each pixel or in a stripe shape for each pixel column, that is, in a case where the EL layer 786 is formed separately, the coloring film 736 may be omitted.
  • FIG. 16 shows the configuration of a display device that can be suitably applied to a flexible display.
  • FIG. 16 is a cross-sectional view along dashed-dotted line S-T in the display device 700A illustrated in FIG. 12B.
  • a display device 700A illustrated in FIG. 16 has a structure in which a supporting substrate 745, an adhesive layer 742, a resin layer 743, and an insulating layer 744 are stacked instead of the first substrate 701 illustrated in FIG.
  • the transistor 750, the capacitor 790, and the like are provided over the insulating layer 744 provided over the resin layer 743.
  • the supporting substrate 745 is a thin substrate containing an organic resin, glass, or the like and having flexibility.
  • the resin layer 743 is a layer containing an organic resin such as polyimide or acrylic.
  • the insulating layer 744 includes an inorganic insulating film such as a silicon oxide film, a silicon oxynitride film, or a silicon nitride film.
  • the resin layer 743 and the support substrate 745 are bonded by an adhesive layer 742.
  • the resin layer 743 is preferably thinner than the support substrate 745.
  • the display device 700 illustrated in FIG. 16 includes a protective layer 740 instead of the second substrate 705 illustrated in FIG.
  • the protective layer 740 is attached to the sealing film 732.
  • a glass substrate, a resin film, or the like can be used.
  • an optical member such as a polarizing plate or a scattering plate, an input device such as a touch sensor panel, or a configuration in which two or more of these are stacked may be used.
  • the EL layer 786 included in the light-emitting element 782 is provided in an island shape over the insulating film 730 and the conductive layer 772. By separately forming the EL layer 786 so that the emission color is different for each sub-pixel, color display can be realized without using the coloring film 736.
  • a protective layer 741 is provided to cover the light-emitting element 782.
  • the protective layer 741 has a function of preventing diffusion of an impurity such as water into the light emitting element 782. It is preferable that an inorganic insulating film be used for the protective layer 741. In addition, it is more preferable to have a stacked structure including one or more inorganic insulating films and one or more organic insulating films.
  • FIG. 16 shows a foldable area P2.
  • a portion where an inorganic insulating film such as the insulating layer 744 is not provided is provided in the region P2.
  • a resin layer 746 is provided to cover the wiring 760.
  • the display device 700 illustrated in FIGS. 13 to 16 may be provided with an input device such as a touch sensor.
  • a sensor system various systems such as an electrostatic capacity system, a resistance film system, a surface acoustic wave system, an infrared system, an optical system, a pressure-sensitive system can be used. Alternatively, two or more of these may be used in combination.
  • the touch panel has a configuration in which a so-called in-cell touch panel in which an input device is formed inside a pair of substrates, a so-called on-cell touch panel in which an input device is formed on a display device 700, or the display device 700 There is a so-called out-cell type touch panel to be used.
  • This embodiment can be implemented in appropriate combination with at least a part of the other embodiments described in this specification.
  • the display device illustrated in FIG. 17A includes a pixel portion 502, a driver circuit portion 504, a protective circuit 506, and a terminal portion 507. Note that the protective circuit 506 may not be provided.
  • the transistor of one embodiment of the present invention can be applied to the transistor included in the pixel portion 502 and the driver circuit portion 504.
  • the transistor of one embodiment of the present invention may be applied to the protective circuit 506.
  • the pixel portion 502 includes a plurality of pixel circuits 501 for driving a plurality of display elements arranged in X rows and Y columns (X and Y are each independently a natural number of 2 or more).
  • the driver circuit portion 504 includes driver circuits such as a gate driver 504a which outputs a scan signal to the gate lines GL_1 to GL_X, and a source driver 504b which supplies a data signal to the data lines DL_1 to DL_Y.
  • the gate driver 504a may be configured to have at least a shift register.
  • the source driver 504 b is configured using, for example, a plurality of analog switches. Alternatively, the source driver 504 b may be configured using a shift register or the like.
  • a terminal portion 507 is a portion provided with a terminal for inputting a power supply, a control signal, an image signal, and the like from an external circuit to the display device.
  • the protective circuit 506 is a circuit which brings a wiring and another wiring into conduction when the wiring to which the protection circuit 506 is connected is supplied with a potential outside the predetermined range.
  • the protective circuit 506 illustrated in FIG. 17A is, for example, a scanning line GL which is a wiring between the gate driver 504 a and the pixel circuit 501 or a data line DL which is a wiring between the source driver 504 b and the pixel circuit 501. It is connected to various wiring.
  • the gate driver 504 a and the source driver 504 b may be provided over the same substrate as the pixel portion 502, or a substrate in which a gate driver circuit or a source driver circuit is separately formed (for example, a single crystal semiconductor film or a plurality of substrates).
  • the driver circuit substrate formed of a crystalline semiconductor film may be mounted on the substrate by COG or TAB (Tape Automated Bonding).
  • the plurality of pixel circuits 501 illustrated in FIG. 17A can have a structure illustrated in FIGS. 17B and 17C, for example.
  • the pixel circuit 501 illustrated in FIG. 17B includes a liquid crystal element 570, a transistor 550, and a capacitor 560. Further, to the pixel circuit 501, a data line DL_n, a scanning line GL_m, a potential supply line VL, and the like are connected.
  • the potential of one of the pair of electrodes of the liquid crystal element 570 is appropriately set in accordance with the specification of the pixel circuit 501.
  • the alignment state of the liquid crystal element 570 is set by the data to be written. Note that a common potential (common potential) may be applied to one of the pair of electrodes of the liquid crystal element 570 included in each of the plurality of pixel circuits 501. Further, different potentials may be applied to one of the pair of electrodes of the liquid crystal element 570 of the pixel circuit 501 in each row.
  • the pixel circuit 501 illustrated in FIG. 17C includes transistors 552 and 554, a capacitor 562, and a light-emitting element 572. Further, to the pixel circuit 501, a data line DL_n, a scanning line GL_m, a potential supply line VL_a, a power supply line VL_b, and the like are connected.
  • the high power supply potential VDD is applied to one of the potential supply line VL_a and the potential supply line VL_b, and the low power supply potential VSS is applied to the other.
  • the current flowing to the light-emitting element 572 in accordance with the potential applied to the gate of the transistor 554, the emission luminance of the light-emitting element 572 is controlled.
  • This embodiment can be implemented in appropriate combination with at least a part of the other embodiments described in this specification.
  • Embodiment 4 a pixel circuit including a memory for correcting a gray scale displayed on a pixel and a display device including the pixel circuit will be described.
  • the transistor exemplified in Embodiment 1 can be applied to a transistor used in a pixel circuit exemplified below.
  • FIG. 18A shows a circuit diagram of the pixel circuit 400.
  • the pixel circuit 400 includes a transistor M 1, a transistor M 2, a capacitor C 1, and a circuit 401. Further, in the pixel circuit 400, a wiring S1, a wiring S2, a wiring G1, and a wiring G2 are connected.
  • the gate is connected to the wiring G1, one of the source and the drain is connected to the wiring S1, and the other is connected to one electrode of the capacitor C1.
  • the gate is connected to the wiring G2, one of the source and the drain is connected to the wiring S2, and the other is connected to the other electrode of the capacitor C1 and the circuit 401.
  • the circuit 401 is a circuit including at least one display element. Although various elements can be used as the display element, typically, a light emitting element such as an organic EL element or an LED element, a liquid crystal element, a MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) element, or the like can be used.
  • a light emitting element such as an organic EL element or an LED element
  • a liquid crystal element such as an organic EL element or an LED element
  • MEMS Micro Electro Mechanical Systems
  • a node connecting the transistor M1 and the capacitor C1 is N1
  • a node connecting the transistor M2 and the circuit 401 is N2.
  • the pixel circuit 400 can hold the potential of the node N1 by turning off the transistor M1. Further, the potential of the node N2 can be held by turning off the transistor M2. Further, by writing a predetermined potential to the node N1 through the transistor M1 in a state in which the transistor M2 is turned off, the potential of the node N2 is changed according to the displacement of the potential of the node N1 by capacitive coupling through the capacitor C1. Can change.
  • the transistor including an oxide semiconductor described in Embodiment 1 can be applied to one or both of the transistor M1 and the transistor M2. Therefore, the potentials of the nodes N1 and N2 can be held for a long time by extremely low off-state current. Note that when the period for holding the potential of each node is short (specifically, for example, when the frame frequency is 30 Hz or more), a transistor to which a semiconductor such as silicon is applied may be used.
  • FIG. 18B is a timing chart relating to the operation of the pixel circuit 400.
  • influences of various resistances such as a wiring resistance, parasitic capacitances of a transistor and a wiring, and a threshold voltage of a transistor are not considered.
  • one frame period is divided into a period T1 and a period T2.
  • a period T1 is a period for writing a potential to the node N2
  • a period T2 is a period for writing a potential to the node N1.
  • Period T1 In the period T1, a potential for turning on the transistor is supplied to both the wiring G1 and the wiring G2.
  • the potential V ref which is a fixed potential is supplied to the wiring S1
  • the first data potential V w is supplied to the wiring S2.
  • the potential V ref is applied to the node N1 from the wiring S1 through the transistor M1. Further, the first data potential V w is applied to the node N2 through the transistor M2. Therefore, a state where the potential difference V w -V ref is held in the capacitor C1.
  • Period T2 a potential which turns on the transistor M1 is applied to the wiring G1, and a potential which turns off the transistor M2 is applied to the wiring G2. Further, the second data potential V data is supplied to the wiring S1.
  • the wiring S2 may be given a predetermined constant potential or may be floating.
  • the second data potential V data is applied to the node N1 via the transistor M1.
  • the potential of the node N2 is changed by the potential dV according to the second data potential V data due to capacitive coupling by the capacitance C1. That is, a potential obtained by adding the first data potential V w and the potential d V is input to the circuit 401.
  • FIG. 18B shows that dV is a positive value, it may be a negative value. That is, the potential V data may be lower than the potential V ref .
  • the potential dV is roughly determined by the capacitance value of the capacitor C1 and the capacitance value of the circuit 401.
  • the potential dV is close to the second data potential V data .
  • the pixel circuit 400 can generate a potential supplied to the circuit 401 including a display element by combining two types of data signals, gradation correction can be performed in the pixel circuit 400. Become.
  • the pixel circuit 400 can also generate a potential which exceeds the maximum potential which can be supplied to the wiring S1 and the wiring S2.
  • HDR high dynamic range
  • overdrive driving or the like can be realized.
  • the pixel circuit 400LC illustrated in FIG. 18C includes a circuit 401LC.
  • the circuit 401LC includes a liquid crystal element LC and a capacitor C2.
  • one electrode is connected to the node N2 and one electrode of the capacitor C2, and the other electrode is connected to a wiring to which the potential V com2 is applied.
  • the capacitor C2 has the other electrode connected to the wiring to which the potential V com1 is applied.
  • the capacity C2 functions as a holding capacity.
  • the capacitor C2 can be omitted if it is unnecessary.
  • the pixel circuit 400LC can supply a high voltage to the liquid crystal element LC, for example, high-speed display can be realized by overdrive driving, a liquid crystal material with a high driving voltage, or the like can be used. Further, by supplying a correction signal to the wiring S1 or the wiring S2, it is also possible to correct the gradation in accordance with the operating temperature, the deterioration state of the liquid crystal element LC, and the like.
  • the pixel circuit 400EL illustrated in FIG. 18D includes a circuit 401EL.
  • the circuit 401EL includes a light emitting element EL, a transistor M3, and a capacitor C2.
  • the transistor M3 has a gate connected to one of the electrodes of the node N2 and the capacitor C2, a source to which one of the source and the drain is supplied with the potential V H, and the other connected to one electrode of the light emitting element EL.
  • the capacitor C2 has the other electrode connected to the wiring to which the potential V com is applied. In the light emitting element EL, the other electrode is connected to the wiring to which the potential V L is applied.
  • the transistor M3 has a function of controlling the current supplied to the light emitting element EL.
  • the capacity C2 functions as a holding capacity.
  • the capacitor C2 can be omitted if unnecessary.
  • the transistor M3 may be connected to the cathode side. At that time, the values of the potential V H and the potential V L can be changed as appropriate.
  • the pixel circuit 400EL can flow a large current to the light-emitting element EL by applying a high potential to the gate of the transistor M3, so that, for example, HDR display can be realized.
  • a correction signal to the wiring S1 or the wiring S2
  • variation in the electrical characteristics of the transistor M3 and the light emitting element EL can also be corrected.
  • the present invention is not limited to the circuits illustrated in FIGS. 18C and 18D, and a transistor, a capacitor, or the like may be added separately.
  • This embodiment can be implemented in appropriate combination with at least a part of the other embodiments described in this specification.
  • a display module 6000 illustrated in FIG. 19A includes a display device 6006 to which an FPC 6005 is connected, a frame 6009, a printed substrate 6010, and a battery 6011 between an upper cover 6001 and a lower cover 6002.
  • the display device manufactured using one embodiment of the present invention can be used for the display device 6006.
  • the display device 6006 can realize a display module with extremely low power consumption.
  • the shape and size of the upper cover 6001 and the lower cover 6002 can be appropriately changed in accordance with the size of the display device 6006.
  • the display device 6006 may have a function as a touch panel.
  • the frame 6009 may have a protective function of the display device 6006, a function of blocking an electromagnetic wave generated by the operation of the printed substrate 6010, a function as a heat sink, and the like.
  • the printed circuit board 6010 includes a power supply circuit, a signal processing circuit for outputting a video signal and a clock signal, a battery control circuit, and the like. It may be a power source by the battery 6011.
  • FIG. 19B is a schematic cross-sectional view of a display module 6000 including an optical touch sensor.
  • the display module 6000 includes a light emitting unit 6015 and a light receiving unit 6016 provided on the printed circuit board 6010.
  • a pair of light guide portions (light guide portions 6017 a and 6017 b) is provided in a region surrounded by the upper cover 6001 and the lower cover 6002.
  • the display device 6006 is provided to overlap the printed circuit board 6010 and the battery 6011 with the frame 6009 interposed therebetween.
  • the display device 6006 and the frame 6009 are fixed to the light guide unit 6017 a and the light guide unit 6017 b.
  • the light 6018 emitted from the light emitting unit 6015 passes through the upper portion of the display device 6006 by the light guiding unit 6017 a, passes through the light guiding unit 6017 b, and reaches the light receiving unit 6016. For example, when the light 6018 is blocked by a detection target such as a finger or a stylus, a touch operation can be detected.
  • a detection target such as a finger or a stylus
  • a plurality of light emitting units 6015 are provided along two adjacent sides of the display device 6006.
  • a plurality of light receiving units 6016 are provided at positions facing the light emitting units 6015. Thereby, information on the position where the touch operation has been performed can be acquired.
  • the light emitting unit 6015 can use, for example, a light source such as an LED element, and in particular, it is preferable to use a light source that emits infrared light.
  • the light receiving unit 6016 can use a photoelectric element that receives light emitted by the light emitting unit 6015 and converts the light into an electric signal.
  • a photodiode capable of receiving infrared light can be used.
  • the light emitting unit 6015 and the light receiving unit 6016 can be disposed below the display device 6006 by the light guiding unit 6017a and the light guiding unit 6017b that transmit the light 6018, and outside light reaches the light receiving unit 6016 and the touch sensor Can be suppressed from malfunctioning.
  • malfunction of the touch sensor can be more effectively suppressed.
  • This embodiment can be implemented in appropriate combination with at least a part of the other embodiments described in this specification.
  • An electronic device 6500 illustrated in FIG. 20A is a portable information terminal that can be used as a smartphone.
  • the electronic device 6500 includes a display portion 6502, a power button 6503, a button 6504, a speaker 6505, a microphone 6506, a camera 6507, a light source 6508, and the like in a housing 6501.
  • the display portion 6502 has a touch panel function.
  • the display device of one embodiment of the present invention can be applied to the display portion 6502.
  • FIG. 20B is a schematic cross-sectional view including the end of the housing 6501 on the microphone 6506 side.
  • a light transmitting protective member 6510 is provided on the display surface side of the housing 6501, and in a space surrounded by the housing 6501 and the protective member 6510, the display panel 6511, the optical member 6512, the touch sensor panel 6513, and the print A substrate 6517, a battery 6518, and the like are provided.
  • the display panel 6511, the optical member 6512, and the touch sensor panel 6513 are fixed to the protective member 6510 by an adhesive layer (not shown).
  • the FPC 6515 is connected to the folded back portion.
  • An IC 6516 is mounted on the FPC 6515.
  • the FPC 6515 is connected to a terminal provided on the printed circuit board 6517.
  • the flexible display panel of one embodiment of the present invention can be applied to the display panel 6511. Therefore, extremely lightweight electronic devices can be realized. In addition, since the display panel 6511 is extremely thin, a large-capacity battery 6518 can be mounted while the thickness of the electronic device is reduced. Further, by folding a part of the display panel 6511 and arranging a connection portion with the FPC 6515 on the back side of the pixel portion, a narrow frame electronic device can be realized.
  • This embodiment can be implemented in appropriate combination with at least a part of the other embodiments described in this specification.
  • the electronic devices described below each include the display device of one embodiment of the present invention in a display portion. Therefore, it is an electronic device in which high resolution is realized. In addition, an electronic device in which a high resolution and a large screen are compatible can be provided.
  • the display portion of the electronic device of one embodiment of the present invention can display an image having a resolution of, for example, full high definition, 4K2K, 8K4K, 16K8K, or higher.
  • Examples of the electronic devices include electronic devices having a relatively large screen such as a television device, a laptop personal computer, a monitor device, a digital signage, a pachinko machine, a game machine, a digital camera, a digital video camera, a digital photo A frame, a portable telephone, a portable game machine, a portable information terminal, a sound reproduction apparatus, etc. are mentioned.
  • An electronic device to which one embodiment of the present invention is applied can be incorporated along a flat surface or a curved surface of an inner or outer wall of a house or a building, an interior or exterior of a car, or the like.
  • FIG. 21A shows an example of a television set.
  • a display portion 7500 is incorporated in a housing 7101.
  • a structure in which the housing 7101 is supported by the stand 7103 is shown.
  • the television set 7100 illustrated in FIG. 21A can be operated by an operation switch of the housing 7101 or a separate remote controller 7111.
  • the television device 7100 may be operated by applying a touch panel to the display portion 7500 and touching it.
  • the remote controller 7111 may have a display portion in addition to the operation button.
  • the television set 7100 may have a television broadcast receiver or a communication device for network connection.
  • a notebook personal computer 7200 is shown in FIG.
  • the laptop personal computer 7200 includes a housing 7211, a keyboard 7212, a pointing device 7213, an external connection port 7214, and the like.
  • the display portion 7500 is incorporated in the housing 7211.
  • 21C and 21D show an example of digital signage (digital signage).
  • a digital signage 7300 illustrated in FIG. 21C includes a housing 7301, a display portion 7500, a speaker 7303, and the like. Furthermore, an LED lamp, an operation key (including a power switch or an operation switch), a connection terminal, various sensors, a microphone, and the like can be included.
  • FIG. 21D shows a digital signage 7400 attached to a cylindrical column 7401.
  • the digital signage 7400 has a display 7500 provided along the curved surface of the column 7401.
  • the display portion 7500 is wider, the amount of information that can be provided at one time can be increased, and since it is easy to be seen by people, for example, an effect of enhancing the advertising effect of an advertisement is achieved.
  • a touch panel be applied to the display portion 7500 so that the user can operate it.
  • it can be used not only for advertising applications but also for applications for providing information required by users, such as route information, traffic information, and guide information of commercial facilities.
  • digital signage 7300 or digital signage 7400 can cooperate with an information terminal 7311 such as a smartphone possessed by a user by wireless communication.
  • the display of the display unit 7500 can be switched by displaying the information of the advertisement displayed on the display unit 7500 on the screen of the information terminal 7311 or operating the information terminal 7311.
  • the digital signage 7300 or the digital signage 7400 can execute a game using the information terminal 7311 as an operation means (controller).
  • an unspecified number of users can simultaneously participate in and enjoy the game.
  • the display device in one embodiment of the present invention can be applied to the display portion 7500 in FIGS.
  • the electronic device of this embodiment has a display portion
  • one embodiment of the present invention can be applied to an electronic device which does not have a display portion.
  • This embodiment can be implemented in appropriate combination with at least a part of the other embodiments described in this specification.
  • a sample in which a conductive film containing copper was subjected to plasma treatment was manufactured, and cross-sectional observation, EDX analysis, and XPS analysis were performed.
  • an oxide semiconductor film (IGZO) having a thickness of about 30 nm was formed over a glass substrate (glass).
  • the oxide semiconductor film was formed by a sputtering method using an In—Ga—Zn oxide target.
  • a tungsten film (W) with a thickness of about 5 nm and a copper film (Cu) with a thickness of about 200 nm were stacked by sputtering.
  • a resist mask was formed on the copper film, and the copper film and the tungsten film were etched by wet etching, and then the resist mask was removed.
  • a silicon oxynitride film (SiON) having a thickness of about 100 nm was continuously formed without being exposed to the air.
  • the plasma treatment and the formation of the silicon oxynitride film were continuously performed in the same film formation chamber of the PECVD apparatus.
  • a mixed gas of SiH 4 gas and N 2 O gas was used as a film formation gas.
  • sample A1 to A3 a sample not subjected to plasma processing
  • comparativative sample: Ref. a sample not subjected to plasma processing
  • the plasma treatment was performed for 15 seconds under a pressure of 200 Pa, a power of 150 W, and a temperature of 220 ° C.
  • Plasma processing was performed by controlling the flow rates of N 2 O gas and NH 3 gas.
  • the flow rate of the N 2 O gas was 3000 sccm in common to each of the samples A1 to A3.
  • the conditions were set so as not to flow NH 3 gas (0 sccm).
  • the flow rate of NH 3 gas was set to 500 sccm.
  • the flow rate of NH 3 gas was set to 1500 sccm.
  • FIGS. 22A1 to 22D show cross-sectional observation images of a comparative sample (Ref.), A sample A1 (Sample A1), a sample A2 (Sample A2), and a sample A3 (Sample A3), respectively.
  • the broken line in the figure is the point at which the EDX line analysis was performed.
  • FIGS. 22A2 to 22D measurement results of line analysis of EDX in each sample are displayed superimposed on the cross-sectional image.
  • the transition of the detection intensity in the thickness direction is shown for four elements of nitrogen element (N), oxygen element (O), silicon element (Si), and copper element (Cu).
  • the end portion of the copper film has an undercut shape. This is because the optimization of the etching conditions is insufficient but does not affect the purpose of this analysis.
  • the plasma treatment was performed using a PECVD apparatus for 15 seconds under a pressure of 200 Pa, a power of 150 W, and a temperature of 220 ° C.
  • Plasma processing was performed by controlling the flow rates of N 2 O gas and NH 3 gas.
  • the flow rate of N 2 O gas was 3000 sccm, and the flow rate of NH 3 gas was three conditions of 0 sccm, 500 sccm, and 1500 sccm.
  • FIGS. 23A and 23B respectively show XPS spectra in an energy range in which peaks are obtained for the elements of Cu and N, respectively.
  • the horizontal axis is binding energy (Binding Energy [eV])
  • the vertical axis is intensity of photoelectrons (Intensity (au)).
  • the metal state The peak of Cu is clearly observed.
  • the peak position corresponding to the binding energy when the N atom bonds to the metal is indicated by a broken line. As shown in FIG. 23 (B), no clear peak was observed under any of the conditions, and no nitridation of the surface of the conductive film containing copper was observed.
  • the oxidization of the surface of the conductive film containing copper is suitably suppressed by performing plasma treatment using a mixed gas of a gas containing an oxygen element and a gas containing a hydrogen element.
  • a gas containing nitrogen was used for plasma treatment, the surface containing copper was not nitrided.
  • a transistor was manufactured using the manufacturing method of one embodiment of the present invention, and its electrical characteristics were measured.
  • the transistor 100A illustrated in Embodiment 1 and FIG. 2 can be applied to the structure of the manufactured transistor.
  • a tungsten film having a thickness of about 100 nm was formed by sputtering on a glass substrate, and this was processed to obtain a first gate electrode. Subsequently, a stacked film of a silicon nitride film with a thickness of about 400 nm and a silicon oxynitride film with a thickness of about 5 nm was formed as a first gate insulating layer by a plasma CVD method.
  • a metal oxide film having a thickness of about 30 nm was formed on the first gate insulating layer, and this was processed to obtain a semiconductor layer.
  • a tungsten film having a thickness of about 5 nm, a copper film having a thickness of about 200 nm, and a tungsten film having a thickness of about 5 nm are formed by sputtering respectively, and etched by wet etching.
  • the drain electrode was obtained.
  • a silicon oxynitride film having a thickness of about 30 nm and a silicon oxynitride film having a thickness of about 400 nm were successively formed without being exposed to the air.
  • the plasma treatment and the formation of the silicon oxynitride film were performed in the same processing chamber of the PECVD apparatus.
  • samples B1 and B2 Two types of samples (samples B1 and B2) with different plasma processing conditions were prepared.
  • the plasma treatment was performed for 15 seconds under a pressure of 200 Pa, a power of 150 W, and a temperature of 220 ° C.
  • Plasma processing was performed by controlling the flow rates of N 2 O gas and NH 3 gas.
  • the flow rate of the N 2 O gas was 3000 sccm for both the sample B 1 and the sample B 2.
  • the conditions were set so as not to flow NH 3 gas (0 sccm).
  • the flow rate of NH 3 gas was set to 500 sccm.
  • VG gate voltage
  • VS source voltage
  • VD drain voltage
  • sample B1 Sample B1
  • sample B2 Sample B2
  • FIG. 24 (A) and (B) The measured transistor is a transistor having a channel length of 6 ⁇ m and a channel width of 50 ⁇ m. In addition, the measurement results of ten transistors are shown.
  • the reason why the variation is reduced in the sample B2 is that the oxidation of the source electrode and the drain electrode is suppressed, so that the protective insulating layer (silicon oxynitride film) formed during or after the plasma treatment can be formed, It is considered that the scattering of the metal element contained in the source electrode and the drain electrode to the back channel side of the semiconductor layer is preferable.
  • a conductive film containing copper is used as a source electrode and a drain electrode, and plasma treatment using a mixed gas of a gas containing an oxygen element and a gas containing a hydrogen element is performed in a state where the conductive film is exposed.
  • oxygen can be supplied to the back channel of the semiconductor layer without oxidizing the surface of the conductive film containing copper, and a transistor having favorable electrical characteristics can be realized.

Abstract

要約書 電気特性の良好な半導体装置を提供する。 電気特性の安定した半導体装置を提供する。 信頼性の高い 表示装置を提供する。 半導体装置は、 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、 導電膜を形成す る第２の工程と、 導電膜を、 半導体層上で離間するようにエッチングし、 半導体層の一部を露出させ る第３の工程と、 導電膜及び半導体層の一部に対して、 第１の処理を行う第４の工程とを含む方法に より作製する。導電膜は、銅、銀、金、またはアルミニウムを含む。また第１の処理は、酸素元素を 含む第１のガスと、 水素元素を含む第２のガスとの混合ガスを含む雰囲気下における、 プラズマ処理 とする。

Description

半導体装置の作製方法
　本発明の一態様は、半導体装置、及び半導体装置の作製方法に関する。本発明の一態様は、トランジスタ、及びトランジスタ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と言う場合がある）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であるため、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機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、及びその作製方法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、およびその作製方法を提供することを課題の一とする。または、本発明の一態様は、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、導電膜を形成する第２の工程と、導電膜を、半導体層上で離間するようにエッチングし、半導体層の一部を露出させる第３の工程と、導電膜及び半導体層の一部に対して、第１の処理を行う第４の工程と、導電膜及び半導体層に接して、酸化物を含む第１の絶縁膜を成膜する第５の工程と、を有する。また、導電膜は、銅、銀、金、またはアルミニウムを含む。また第１の処理は、酸素元素を含み、水素元素を含まない第１のガスと、水素元素を含み、酸素元素を含まない第２のガスとの混合ガスを含む雰囲気下における、プラズマ処理である。また、第１の絶縁膜は、第１のガスと、シリコン元素を含む第３のガスとを含む成膜ガスを用いたプラズマ化学気相堆積法により形成する。また、第５の工程は、第４の工程の後に大気暴露することなく連続して行われる。
　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、第１の導電膜、第２の導電膜、及び第３の導電膜を順に形成する第２の工程と、第１の導電膜、第２の導電膜、及び第３の導電膜を、半導体層上で離間するようにエッチングし、半導体層の一部、及び第２の導電膜の一部を露出させる第３の工程と、第２の導電膜の露出した部分、及び半導体層の露出した部分に対して、第１の処理を行う第４の工程と、第２の導電膜及び半導体層に接して、酸化物を含む第１の絶縁膜を成膜する第５の工程と、を有する。また、第２の導電膜は、銅、銀、金、またはアルミニウムを含む。また、第１の処理は、酸素元素を含み、水素元素を含まない第１のガスと、水素元素を含み、酸素元素を含まない第２のガスとの混合ガスを含む雰囲気下における、プラズマ処理である。また、第１の絶縁膜は、第１のガスと、シリコン元素を含む第３のガスとを含む成膜ガスを用いたプラズマ化学気相堆積法により形成する。また、第５の工程は、第４の工程の後に大気暴露することなく連続して行われる。
　また、上記において、第１の導電膜及び第３の導電膜は、第２の導電膜とは異なる元素を含み、且つ、それぞれ独立に、チタン、タングステン、モリブデン、クロム、タンタル、亜鉛、インジウム、白金、及びルテニウムのうちのいずれか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の処理は、処理室に供給される第１のガスと第２のガスの流量を、第１のガスの流量を１００％としたとき、第２のガスの流量が０．５％以上１００％以下となるように制御して行われることが好ましい。
　また、上記において、第１のガスは、Ｎ２ＯまたはＯ２を含むことが好ましい。また、第２のガスは、ＮＨ３またはＨ２を含むことが好ましい。
　また、上記において、第４の工程と第５の工程とは、同一の処理室で、且つ同じ温度で行われることが好ましい。
　また、上記における第１の工程において、半導体層は、第１の金属酸化物膜と、第２の金属酸化物膜とを順に成膜した後に、当該第１の金属酸化物膜と当該第２の金属酸化物膜とをエッチングして島状に加工することにより形成することが好ましい。このとき、第２の金属酸化物膜は、第１の金属酸化物膜より結晶性が高くなるように形成することがより好ましい。
　また、上記において、第１の工程より前に、第１の導電層を形成する第６の工程と、当該第６の工程と第１の工程の間に、第１の導電層を覆って第２の絶縁層を形成する第７の工程と、を有することが好ましい。このとき、第１の工程において、半導体層は、第１の導電層と重畳するように形成することが好ましい。
　本発明の一態様によれば、電気特性の良好な半導体装置、及びその作製方法を提供できる。また、電気特性の安定した半導体装置、およびその作製方法を提供できる。また、本発明の一態様は、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。
トランジスタの構成例。 トランジスタの構成例。 トランジスタの作製方法を説明する図。 トランジスタの作製方法を説明する図。 トランジスタの作製方法を説明する図。 トランジスタの作製方法を説明する図。 トランジスタの構成例。 トランジスタの構成例。 トランジスタの構成例。 トランジスタの構成例。 トランジスタの構成例。 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。 実施例１に係る断面図及びＥＤＸ分析結果。 実施例１に係るＸＰＳ分析結果。 実施例２に係るトランジスタの電気特性。
　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、構成同士の位置関係を、図面を参照して説明するために、便宜上用いている。また、構成同士の位置関係は、各構成を描写する方向に応じて適宜変化するものである。従って、明細書で説明した語句に限定されず、状況に応じて適切に言い換えることができる。
　また、本明細書等において、トランジスタが有するソースとドレインの機能は、トランジスタの極性や、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。
　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、及びその作製方法等について説明する。
　本発明の一態様は、被形成面上に、ゲート電極と、ゲート電極上にゲート絶縁層と、ゲート絶縁層上に半導体層と、半導体層の上面に接する一対のソース電極及びドレイン電極と、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。
　ソース電極及びドレイン電極には、銅、銀、金、またはアルミニウム等を含む、低抵抗な導電性材料を用いることが好ましい。特に銅またはアルミニウムは量産性に優れるため好ましい。
　ソース電極及びドレイン電極は、半導体層を覆って導電膜を成膜した後に、半導体層上で離間するようにエッチングすることにより形成される。ソース電極及びドレイン電極を形成した直後には、半導体層のチャネル形成領域のうち、ゲート電極とは反対側（バックチャネル側ともいう）の表面が露出した状態となる。
　このとき、半導体層のバックチャネル側に酸素を供給する処理を行うことで、半導体層中の酸素欠損を低減することができ、信頼性の高いトランジスタを実現することができる。酸素を供給する処理としては、酸素を含む雰囲気下での加熱処理、または酸素を含む雰囲気下におけるプラズマ処理などがある。
　しかしながら、ソース電極及びドレイン電極に上記低抵抗な導電性材料を用いた場合、バックチャネルに対して酸素を供給する処理によって、ソース電極及びドレイン電極が酸化してしまい、導電性が損なわれることなどにより、トランジスタの電気特性や信頼性に悪影響を及ぼす場合がある。
　そこで、バックチャネルへ酸素を供給する処理として、酸素を含むガスと、還元性を有するガスの混合ガスを用いたプラズマ処理を行う。これにより、ソース電極及びドレイン電極の酸化を抑制しつつ、効果的にバックチャネルへ酸素を供給することが可能となる。
　より具体的には、酸素元素を含み、水素元素を含まない第１のガスと、水素元素を含み、酸素元素を含まない第２のガスの混合ガスを含む雰囲気下において、半導体層並びにソース電極及びドレイン電極の表面に対してプラズマ処理を行う。第１のガスとしては、例えばＮ２Ｏ（亜酸化窒素または一酸化二窒素）、ＮＯ２（二酸化窒素）、ＮＯ（一酸化窒素）などの窒素酸化物、またはＯ２（酸素）、Ｏ３（オゾン）等を含む気体を用いることが好ましい。第２のガスとしては、例えばＮＨ３（アンモニア）、またはＨ２（水素）等を含む気体を用いることが好ましい。特に、プラズマ処理に用いる混合ガスとして、Ｎ２Ｏ、ＮＨ３に加えて、Ａｒなどの希ガスを含む混合ガスを用いることが好ましい。
　混合ガスにおける第１のガスと第２のガスの割合は、プラズマ処理の処理室に供給するそれぞれのガスの流量を制御することにより制御することができる。なお、混合ガスにおける２種類のガスの比は、例えば体積比、分圧比、または重量比などで表現することができる。ここで、処理室に供給される２種類のガスの流量比は、２種類のガスの体積比、及び分圧比に概略一致する。
　ここで、第２のガスの割合が低すぎる（流量が小さすぎる）と、還元反応よりも酸化反応が優位となり、ソース電極及びドレイン電極表面に酸化物が生成してしまう。一方、第２のガスの割合が高すぎると、第２のガス中の余剰な水素元素が、半導体層のバックチャネル側に拡散し、半導体層のキャリア密度が高くなってしまう恐れがある。そのため、第２のガスの流量は、少なくとも第１のガスの流量以下とすることが好ましい。これにより、半導体層に供給される水素元素の量を低減することができる。これは、第２のガスに含まれる未反応の余剰な水素元素が存在した場合でも、第１のガスに含まれる酸素元素と反応して水酸化物の状態で処理室から排気されるためと推察される。
　第１のガスと第２のガスの流量比は、第１のガスの流量を１００％としたとき、第２のガスの流量を、０．５％以上１００％以下、好ましくは１％以上９０％以下、より好ましくは３％以上８０％以下、さらに好ましくは３％以上６０％以下、さらに好ましくは３％以上５０％以下とすることができる。
　さらに、上記プラズマ処理を行なった後に、大気に暴露することなく連続して、酸化物を含む絶縁膜を成膜することが好ましい。当該絶縁膜の成膜は、プラズマ化学気相堆積（プラズマＣＶＤ）法を用いて行うことが好ましい。このとき、プラズマ処理と絶縁膜の成膜を、同じ装置内の同じ成膜室内で、連続して行うことが好ましい。また、プラズマ処理と絶縁膜の成膜を、同じ温度で行うことが好ましい。
　また、酸化物を含む絶縁膜の成膜時の成膜ガスとして、シリコン元素などを含む堆積性のガスと、上記プラズマ処理で用いる第１のガスと、を含む混合ガスを用いることが好ましい。プラズマ処理と絶縁膜の成膜とに、酸素元素を含む同一のガスを用いることにより、半導体層と当該絶縁膜との界面を良好なものとすることができる。例えば、第１のガスとしてＮ２Ｏガスを用い、これとＳｉＨ４（シラン）ガスとを含む混合ガスを成膜ガスとして用いて、酸化窒化シリコン膜を成膜することができる。
　また、ソース電極及びドレイン電極として、上記銅またはアルミニウム等を含む導電膜上に、これとは異なる金属元素を含む導電膜を積層した構成としてもよい。または、当該銅またはアルミニウム等を含む導電膜を挟むように、これとは異なる金属元素を含む導電膜を積層した、３層以上の積層構造としてもよい。
　ソース電極及びドレイン電極を積層構造とするとき、最も上部に位置する導電膜は、銅またはアルミニウム等を含む導電膜よりも酸素と結合しにくい材料、または酸化しても導電性が損なわれにくい材料を含むことが好ましい。また、半導体層と接する導電膜には、半導体層中の酸素が拡散しにくい材料を用いることが好ましい。最も上部に位置する導電膜、及び半導体層と接する導電膜としては、例えば、チタン、タングステン、モリブデン、クロム、タンタル、亜鉛、インジウム、白金、またはルテニウム等を含む導電性材料を用いることができる。
　また、半導体層として、結晶性の異なる２以上の金属酸化物膜を積層した積層構造を有することが好ましい。特に、バックチャネル側に位置する金属酸化物膜に、他の金属酸化物膜よりも結晶性の高い膜を適用することが好ましい。これにより、ソース電極及びドレイン電極を形成する際のエッチングに対する耐性を高めることができ、半導体層が消失してしまうことを防ぐことができる。さらに、酸素を供給するプラズマ処理におけるダメージに対する耐性を高めることができる。
　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］
　以下では、本発明の一態様の半導体装置の作製方法を用いて作製できる、トランジスタの構成例について説明する。
　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。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。なお、図１（Ａ）において、トランジスタ１００の構成要素の一部（ゲート絶縁層等）を省略して図示している。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。
　トランジスタ１００は基板１０２上に設けられ、導電層１０４、絶縁層１０６、半導体層１０８、導電層１１２ａ、及び導電層１１２ｂ等を有する。絶縁層１０６は導電層１０４を覆って設けられている。半導体層１０８は島状の形状を有し、絶縁層１０６上に設けられている。導電層１１２ａ及び導電層１１２ｂは、それぞれ半導体層１０８の上面に接し、且つ、半導体層１０８上で離間して設けられている。また、絶縁層１０６、導電層１１２ａ、導電層１１２ｂ、及び半導体層１０８を覆って絶縁層１１４が設けられ、絶縁層１１４上に絶縁層１１６が設けられている。
　導電層１０４は、ゲート電極として機能する。絶縁層１０６の一部は、ゲート絶縁層として機能する。導電層１１２ａは、ソース電極またはドレイン電極の一方として機能し、導電層１１２ｂは他方として機能する。半導体層１０８の導電層１０４と重畳する領域はチャネル形成領域として機能する。トランジスタ１００は、半導体層１０８よりも被形成面側にゲート電極が設けられた、いわゆるボトムゲート型のトランジスタである。ここで、半導体層１０８の導電層１０４側とは反対側の面をバックチャネル側の面と呼ぶことがある。トランジスタ１００は、半導体層１０８のバックチャネル側と、ソース電極及びドレイン電極との間に保護層を有さない、いわゆるチャネルエッチ構造のトランジスタである。
　半導体層１０８は、被形成面側（基板１０２側）から順に半導体層１０８ａと、半導体層１０８ｂとが積層された積層構造を有する。半導体層１０８ａと半導体層１０８ｂとは、共に金属酸化物を含むことが好ましい。また、バックチャネル側に位置する半導体層１０８ｂは、導電層１０４側に位置する半導体層１０８ａよりも結晶性の高い膜であることが好ましい。これにより、導電層１１２ａ及び導電層１１２ｂの加工時に、半導体層１０８の一部がエッチングされ、消失してしまうことを抑制することができる。
　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１０８ａ、半導体層１０８ｂは、互いに組成の異なる層、結晶性の異なる層、または不純物濃度の異なる層を用いてもよい。また、３層以上の積層構造としてもよい。
　導電層１１２ａ及び導電層１１２ｂは、それぞれ被形成面側から順に、導電層１１３ａ、導電層１１３ｂ、及び導電層１１３ｃが積層された積層構造を有する。
　導電層１１３ｂは、銅、銀、金、またはアルミニウム等を含む、低抵抗な導電性材料を用いることが好ましい。特に、導電層１１３ｂが銅またはアルミニウムを含むことが好ましい。導電層１１３ｂは、導電層１１３ａ及び導電層１１３ｃよりも低抵抗な導電性材料を用いることが好ましい。これにより、導電層１１２ａ及び導電層１１２ｂを極めて低抵抗なものとすることができる。
　また、導電層１１３ａ及び導電層１１３ｃは、それぞれ独立に、導電層１１３ｂとは異なる導電性材料を用いることができる。例えば、導電層１１３ａ及び導電層１１３ｃは、それぞれ独立に、チタン、タングステン、モリブデン、クロム、タンタル、亜鉛、インジウム、白金、またはルテニウム等を含む導電性材料を用いることが好ましい。
　このように、銅やアルミニウム等を含む導電層１１３ｂを、導電層１１３ａと導電層１１３ｃとで挟むことにより、導電層１１３ｂの表面の酸化を抑制することや、導電層１１３ｂの元素が周辺の層に拡散することを抑制することができる。特に半導体層１０８と導電層１１３ｂとの間に導電層１１３ａを設けることで、導電層１１３ａに含まれる金属元素が半導体層１０８中に拡散することを防ぐことができ、信頼性の高いトランジスタ１００を実現できる。
　ここで、導電層１１３ｂの端部に接して、絶縁層１１４が設けられている。後述するように、本発明の一態様によれば、導電層１１３ｂに酸化しやすい導電性材料を用い、その上に酸化物膜を含む絶縁層１１４を形成した場合であっても、導電層１１３ｂの表面の酸化を抑制できる。そのため、導電層１１３ｂと絶縁層１１４との界面には、酸化物を含む異層などが観測されないことが、本発明の一態様の特徴のひとつである。
　なお、導電層１１２ａ及び導電層１１２ｂの構成は３層構造に限られず、銅、銀、金、またはアルミニウムを含む導電層を含む２層構造、または４層構造としてもよい。例えば、導電層１１２ａ及び導電層１１２ｂとして、導電層１１３ａと導電層１１３ｂとを積層した２層構造としてもよいし、導電層１１３ｂと導電層１１３ｃとを積層した２層構造としてもよい。
　導電層１０４は、導電層１１３ａ、導電層１１３ｂに用いることのできる上述の導電性材料を適宜用いることができる。特に、銅を含む導電性材料を用いることが好ましい。
　半導体層１０８と接する絶縁層１０６及び絶縁層１１４には、酸化物を含む絶縁性材料を用いることが好ましい。また、絶縁層１０６や絶縁層１１４を積層構造とする場合には、半導体層１０８と接する層に、酸化物を含む絶縁性材料を用いる。
　また、絶縁層１０６には窒化シリコンや窒化アルミニウムなどの窒化絶縁膜を用いてもよい。酸化物を含まない絶縁性材料を用いる場合には、絶縁層１０６の上部に酸素を添加する処理を施し、酸素を含む領域を形成することが好ましい。酸素を添加する処理としては、例えば酸素を含む雰囲気下における加熱処理またはプラズマ処理や、イオンドーピング処理などがある。
　絶縁層１１６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１１６は、窒化シリコン、窒化酸化シリコン、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、酸化アルミニウム、窒化アルミニウムなどの無機絶縁材料を用いることができる。特に、絶縁層１１６として、窒化シリコンや酸化アルミニウムなどの酸素を拡散しにくい材料を用いることで、作製工程中にかかる熱などにより半導体層１０８や絶縁層１１４から絶縁層１１６を介して外部に酸素が脱離してしまうことを防ぐことができるため好ましい。
　また、絶縁層１１６として平坦化膜として機能する有機絶縁性材料を用いてもよい。または、絶縁層１１６として無機絶縁材料を含む膜と、有機絶縁材料を含む膜の積層膜を用いてもよい。
　また、半導体層１０８は、導電層１１２ａ及び導電層１１２ｂと接する部分及びその近傍に位置し、ソース領域及びドレイン領域として機能する一対の低抵抗領域が形成されていてもよい。当該領域は、半導体層１０８の一部であり、チャネル形成領域よりも低抵抗な領域である。また低抵抗領域は、キャリア密度が高い領域、またはｎ型である領域などと言い換えることができる。また半導体層１０８において、一対の低抵抗領域に挟まれ、且つ、導電層１０４と重なる領域が、チャネル形成領域として機能する。
　以上が構成例１についての説明である。
［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１００Ｂのチャネル長方向の断面図であり、図２（Ｃ）は、チャネル幅方向の断面図である。
　トランジスタ１００Ａは、絶縁層１１６上に導電層１２０ａ及び導電層１２０ｂを有する点で、構成例１と主に相違している。
　導電層１２０ａは、絶縁層１１６及び絶縁層１１４を介して半導体層１０８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１０４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１２０ａ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１１６及び絶縁層１１４の一部は、第２のゲート絶縁層として機能する。
　また、図２（Ａ）、（Ｃ）に示すように、導電層１２０ａは、絶縁層１１６、絶縁層１１４、及び絶縁層１０６に設けられた開口部１４２ｂを介して、導電層１０４と電気的に接続されていてもよい。これにより、導電層１２０ａと導電層１０４には同じ電位を与えることができ、オン電流の高いトランジスタを実現できる。
　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１０４及び導電層１２０ａが、半導体層１０８の端部より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、導電層１０４及び導電層１２０ａ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１０４と導電層１２０ａ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できる。
　なお、導電層１０４と導電層１２０ａ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は定電位を与え、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ができる。
　導電層１２０ｂは、絶縁層１１６及び絶縁層１１４に設けられた開口部１４２ａを介して、導電層１１２ｂと電気的に接続されている。導電層１２０ｂは、配線や電極として用いることができる。例えば表示装置に適用した場合、導電層１２０ｂを画素電極、または画素電極と接続するための配線として機能させることができる。
　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２で例示した、トランジスタ１００Ａを例に挙げて説明を行う。
　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：Ｐｕｌｓｅ　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、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、極端紫外光（ＥＵＶ：Ｅｘｔｒｅｍｅ　Ｕｌｔｒａ−ｖｉｏｌｅｔ）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~図６に示す各図は、トランジスタ１００Ａの作製方法を説明する図である。各図において、左側にチャネル長方向の断面を、右側にチャネル幅方向の断面をそれぞれ並べて示している。
〔導電層１０４の形成〕
　基板１０２上に導電膜を形成し、当該導電膜上にリソグラフィ工程によりレジストマスクを形成した後、導電膜をエッチングすることにより、ゲート電極として機能する導電層１０４を形成する。
〔絶縁層１０６の形成〕
　続いて、導電層１０４及び基板１０２を覆う絶縁層１０６を形成する（図３（Ａ））。絶縁層１０６は、例えばＰＥＣＶＤ法等により形成することができる。
　絶縁層１０６の形成後、絶縁層１０６に対して酸素を供給する処理を行ってもよい。酸素の供給処理としては、絶縁層１０６に対してイオンドーピング法、イオン注入法、プラズマ処理等により、酸素ラジカル、酸素原子、酸素原子イオン、酸素分子イオン等を供給する。また、絶縁層１０６上に酸素の脱離を抑制する膜を形成した後、該膜を介して絶縁層１０６に酸素を添加してもよい。該膜は、酸素を添加した後に除去することが好ましい。上述の酸素の脱離を抑制する膜として、インジウム、亜鉛、ガリウム、錫、アルミニウム、クロム、タンタル、チタン、モリブデン、ニッケル、鉄、コバルト、またはタングステンの１以上を有する導電膜あるいは半導体膜を用いることができる。
　また、酸素を供給する処理の前に、絶縁層１０６の表面及び膜中から水や水素を脱離させるための加熱処理を行ってもよい。例えば、窒素雰囲気下で３００℃以上導電層１０４の耐熱温度未満、好ましくは３００℃以上４５０℃以下の温度で加熱処理を行うことができる。
〔半導体層１０８の形成〕
　続いて、絶縁層１０６上に金属酸化物膜１０８ａｆと金属酸化物膜１０８ｂｆを積層して形成する（図３（Ｂ））。
　金属酸化物膜１０８ａｆ及び金属酸化物膜１０８ｂｆは、それぞれ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１０８ａｆ及び金属酸化物膜１０８ｂｆを成膜する際に、酸素ガスの他に、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）としては、０％以上１００％以下の範囲とすることができる。
　酸素流量比を低くし、結晶性が比較的低い金属酸化物膜とすることで、導電性の高い金属酸化物膜を得ることができる。一方、酸素流量比を高くし、結晶性が比較的高い金属酸化物膜とすることで、エッチング耐性が高く、電気的に安定した金属酸化物膜を得ることができる。
　ここでは、ゲート電極として機能する導電層１０４側に位置する金属酸化物膜１０８ａｆを結晶性の低い膜とし、バックチャネル側に位置する金属酸化物膜１０８ｂｆを結晶性の低い膜とすることで、信頼性が高く、且つ電界効果移動度の高いトランジスタを実現できる。
　例えば、金属酸化物膜１０８ａｆ及び金属酸化物膜１０８ｂｆの成膜条件としては、基板温度を室温以上２００℃以下、好ましくは基板温度を室温以上１４０℃以下とすればよい。金属酸化物膜の成膜時の基板温度を、例えば、室温以上１４０℃未満とすると、生産性が高くなり好ましい。
　より具体的には、金属酸化物膜１０８ａｆ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。また金属酸化物膜１０８ｂｆ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、金属酸化物膜１０８ａｆと金属酸化物膜１０８ｂｆ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。
　なお、金属酸化物膜１０８ａｆと金属酸化物膜１０８ｂｆとは、それぞれ異なる組成の膜であってもよい。このとき、金属酸化物膜１０８ａｆ及び金属酸化物膜１０８ｂｆの両方に、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物を用いた場合、金属酸化物膜１０８ｂｆに、金属酸化物膜１０８ａｆよりもＩｎの含有割合の高い酸化物ターゲットを用いることが好ましい。
　金属酸化物膜１０８ａｆと金属酸化物膜１０８ｂｆの成膜後、金属酸化物膜１０８ｂｆ上にレジストマスクを形成し、金属酸化物膜１０８ａｆ及び金属酸化物膜１０８ｂｆをエッチングにより加工した後、レジストマスクを除去することで、半導体層１０８ａと半導体層１０８ｂとが積層された、島状の半導体層１０８を形成することができる（図３（Ｃ））。
〔導電層１１２ａ、導電層１１２ｂの形成〕
　続いて、絶縁層１０６及び半導体層１０８を覆って、導電膜１１３ａｆ、導電膜１１３ｂｆ、及び導電膜１１３ｃｆを積層して形成する（図４（Ａ））。
　導電膜１１３ｂｆは、後に導電層１１３ｂとなる膜であり、銅、銀、金、またはアルミニウムを含むことが好ましい。また、導電膜１１３ａｆ及び導電膜１１３ｃｆはそれぞれ、後に導電層１１３ａ、導電層１１３ｂとなる膜であり、それぞれ独立にチタン、タングステン、モリブデン、クロム、タンタル、亜鉛、インジウム、白金、及びルテニウム等を含むことが好ましい。
　導電膜１１３ａｆ、導電膜１１３ｂｆ、及び導電膜１１３ｃｆは、スパッタリング法、蒸着法、またはめっき法等の成膜方法を用いて形成することが好ましい。
　続いて、導電膜１１３ｃｆ上にレジストマスクを形成し、導電膜１１３ｃｆ、導電膜１１３ｂｆ、及び導電膜１１３ａｆをエッチングすることで、導電層１１３ａ、導電層１１３ｂ、及び導電層１１３ｃが積層された構成を有する導電層１１２ａ及び導電層１１２ｂを形成することができる（図４（Ｂ））。
　導電層１１２ａ及び導電層１１２ｂは、図４（Ｂ）に示すように、半導体層１０８のチャネル形成領域上で離間するように加工されることが好ましい。言い換えると、導電層１１２ａ及び導電層１１２ｂの対向する端部が、導電層１０４及び半導体層１０８の両方と重畳するように、加工されることが好ましい。これにより、トランジスタのオン電流を高めることができる。
　導電膜１１３ｃｆ、導電膜１１３ｂｆ、及び導電膜１１３ａｆは、それぞれウェットエッチングまたはドライエッチング等でエッチングすることができる。また、一度の工程で３層を一括でエッチングしてもよいし、それぞれを異なる工程で、順にエッチングしてもよい。
〔プラズマ処理〕
　続いて、酸素を含むガスと、還元性を有するガスの混合ガス雰囲気下におけるプラズマ処理を行い、半導体層１０８にバックチャネル側から酸素を供給する。
　図４（Ｃ）では、半導体層１０８、導電層１１２ａ、及び絶縁層１０６の表面が、プラズマ１３０に曝されている様子を模式的に示している。
　上記混合ガスとしては、酸素元素を含み、水素元素を含まない第１のガスと、水素元素を含み、酸素元素を含まない第２のガスの混合ガスを用いることが好ましい。酸化性を有する第１のガスとしては、例えばＮ２Ｏ（亜酸化窒素または一酸化二窒素）、ＮＯ２（二酸化窒素）、ＮＯ（一酸化窒素）などの窒素酸化物、Ｏ２（酸素）、またはＯ３（オゾン）等を含む気体を用いることが好ましい。一方、還元性を有する第２のガスとしては、例えばＮＨ３（アンモニア）、またはＨ２（水素）を含む気体を用いることが好ましい。また特に、プラズマ処理に用いる混合ガスとして、Ｎ２Ｏ、ＮＨ３、及び希ガスを含む混合ガスを用いることが好ましい。当該希ガスとしては、例えばＡｒなどが挙げられる。
　上記混合ガスにおける第１のガスと第２のガスの割合は、プラズマ処理の処理室に供給する際に、その流量を制御することで調整することができる。混合ガスにおける第１のガスと第２のガスの流量比は、導電層１１３ａ、導電層１１３ｂ、及び導電層１１３ｃの酸化のしやすさに応じて設定することができるが、少なくとも第２のガスの流量を、第１のガスの流量以下とすることが好ましい。第１のガスの流量に対する第２のガスの流量が少なすぎると、導電層１１３ｂ等の表面の酸化が優位となり、表面に酸化物が形成されやすくなる。一方、第１のガスの流量に対する第２のガスの流量が大きすぎると、半導体層１０８の表面が還元されてしまうことや、半導体層１０８中に水素が供給されてしまう恐れがある。
　例えば、第１のガスの流量を１００％としたとき、第２のガスの流量を、０．５％以上１００％以下、好ましくは１％以上９０％以下、より好ましくは３％以上８０％以下、さらに好ましくは３％以上６０％以下、さらに好ましくは３％以上５０％以下とすることができる。
　図５（Ａ）に、図４（Ｃ）における、半導体層１０８上の導電層１１２ａを構成する導電層１１３ａ、導電層１１３ｂ及び導電層１１３ｃの端部及びその近傍を拡大した拡大図を示している。半導体層１０８ｂの露出した表面がプラズマ１３０に曝されることにより、当該半導体層１０８ｂに、活性化した酸素ラジカル、酸素原子、酸素原子イオン、酸素分子イオン等が供給される。
　またこのとき、導電層１１３ｃ、導電層１１３ｂ、及び導電層１１３ａの表面もプラズマ１３０に曝される。しかしながら、プラズマ処理に用いるガスに還元性を有する第２のガスが含まれているため、表面が酸化されたとしても直ちに還元され、結果として導電層１１３ｃ、導電層１１３ｂ、及び導電層１１３ａの表面に酸化膜が形成されることが抑制される。これにより、例えば導電層１１３ｂに銅やアルミニウムなどの酸化しやすい材料を用いた場合であっても、導電層１１３ｂの酸化を抑制しつつ、効果的に半導体層１０８に酸素を供給することができる。
　図５（Ｂ）では、プラズマ処理に用いるガスに、還元性を有するガスを含まない場合の例を示している。このとき、プラズマ１３０ａに曝された導電層１１３ｂの一部は、酸化物１１３ｂｏが形成されている。また導電層１１３ａや導電層１１３ｃにも酸化されやすい材料を用いた場合には、その表面にも酸化物が形成されることになる。このように導電層１１３ｂの表面に形成された酸化物１１３ｂｏ等は、プラズマ処理の最中や、後の絶縁層１１４の成膜時に一部が飛散し、半導体層１０８ｂの表面を汚染してしまう場合がある。半導体層１０８ｂに付着した酸化物は、ドナーまたはアクセプタとして機能しうるため、トランジスタの電気特性や信頼性に悪影響を及ぼす恐れがある。例えば半導体層１０８中に銅元素が拡散した場合、銅元素がキャリアトラップとして機能し、トランジスタの電気特性や信頼性が損なわれる場合がある。
　一方、本発明の一態様では、半導体層１０８に酸素を供給するためのプラズマ処理を行う際に、導電層１１３ｃ、導電層１１３ｂ、及び導電層１１３ａの表面、特に導電層１１３ｂの側面が露出していても、その表面の酸化を抑制することができる。そのため、半導体層１０８のバックチャネルの汚染を防止でき、信頼性の高いトランジスタを実現できる。
〔絶縁層１１４の形成〕
　続いて、導電層１１２ａ、導電層１１２ｂ、半導体層１０８、及び絶縁層１０６を覆って絶縁層１１４を形成する。
　絶縁層１１４は、例えば酸素を含む雰囲気下で成膜することが好ましい。特に、酸素を含む雰囲気下でプラズマＣＶＤ法により形成することが好ましい。これにより、欠陥の少ない絶縁層１１４とすることができる。
　絶縁層１１４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。この場合、原料ガスとしては、シリコンを含む堆積性気体及び酸化性気体を用いることが好ましい。シリコンを含む堆積性気体の代表例としては、シラン、ジシラン、トリシラン、フッ化シラン等がある。酸化性気体としては、酸素、オゾン、一酸化二窒素、二酸化窒素等がある。
　また、絶縁層１１４として、堆積性気体の流量に対する酸化性気体の流量を２０倍より大きく１００倍未満、または４０倍以上８０倍以下とし、処理室内の圧力を１００Ｐａ未満、または５０Ｐａ以下とするＰＥＣＶＤ装置を用いることで、欠陥量の少ない酸化窒化シリコン膜を形成することができる。
　また、絶縁層１１４を、マイクロ波を用いたＰＥＣＶＤ法を用いて形成してもよい。マイクロ波とは３００ＭＨｚから３００ＧＨｚの周波数域を指す。マイクロ波は、電子温度が低く、電子エネルギーが小さい。また、供給された電力において、電子の加速に用いられる割合が少なく、より多くの分子の解離及び電離に用いられることが可能であり、密度の高いプラズマ（高密度プラズマ）を励起することができる。このため、被成膜面及び堆積物へのプラズマダメージが少なく、欠陥の少ない絶縁層１１４を形成することができる。
　ここで、絶縁層１１４は、上記プラズマ処理を行った後、基板１０２を大気に曝すことなく連続して成膜を行うことが好ましい。例えば、プラズマ処理は、絶縁層１１４の成膜装置で行うことが好ましい。このとき、プラズマ処理は、絶縁層１１４を成膜する成膜室内で行うことが好ましい。または、ゲートバルブ等を介して当該成膜室と接続された処理室でプラズマ処理を行った後、大気に曝すことなく減圧下にて、絶縁層１１４の成膜室に搬送する構成としてもよい。また、プラズマ処理と絶縁層１１４の成膜を、同じ装置内の同じ成膜室内で連続して行う場合、プラズマ処理と絶縁層１１４の成膜を、同じ温度で行うことが好ましい。
　またこのとき、酸化物を含む絶縁層１１４の成膜時の成膜ガスとして、プラズマ処理で用いる酸化性の第１のガスと、シリコン元素などを含む堆積性のガスとを含む混合ガスを用いることが好ましい。これにより、半導体層と当該絶縁膜との界面を良好なものとすることができる。例えば、第１のガスとしてＮ２Ｏガスを用い、これとＳｉＨ４（シラン）ガスとを含む混合ガスを成膜ガスとして用いて、酸化窒化シリコン膜を成膜することができる。
　また、絶縁層１１４の形成後に、絶縁層１１４に酸素を供給する処理を行ってもよい。酸素を供給する処理は、上記絶縁層１０６と同様の方法を用いることができる。
〔絶縁層１１６の形成〕
　続いて、絶縁層１１４を覆うように絶縁層１１６を形成する（図６（Ａ））。
　絶縁層１１６は、絶縁層１１４よりも酸素や水素、水等が拡散しにくい絶縁膜を用いることが好ましい。絶縁層１１６が酸素を拡散しにくいことで、半導体層１０８中の酸素が絶縁層１１４を介して外部に脱離することを防ぐことができる。また、絶縁層１１６が水素を拡散しにくいことで、外部から水素や水等が半導体層１０８等に拡散することを防ぐことができる。
〔導電層１２０ａ、導電層１２０ｂの形成〕
　続いて、絶縁層１１６及び絶縁層１１４の一部をエッチングすることで、導電層１１２ｂに達する開口部１４２ａ、及び導電層１０４に達する開口部１４２ｂを形成する。
　続いて、開口部１４２ａ及び開口部１４２ｂを覆うように、導電膜を成膜した後に、該導電膜を加工することにより、導電層１２０ａ及び導電層１２０ｂを形成することができる（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。
　ここで例示したトランジスタの作製方法によれば、ソース電極及びドレイン電極の酸化を抑制しつつ、半導体層のバックチャネルに酸素を供給する処理を行うことができ、良好な電気特性と、高い信頼性が実現されたトランジスタを作製することができる。
　以上がトランジスタの作製方法例についての説明である。
［構成例の変形例］
　以下では、上記で例示したトランジスタの構成例の変形例について説明する。
〔変形例１〕
　図７（Ａ）及び（Ｂ）に示すトランジスタ１００Ｂは、主に半導体層１０８が積層構造を有していない点で、上記構成例１で示したトランジスタ１００と相違している。
　半導体層１０８を単層構造とすることで、作製工程を簡略化でき、生産性を向上させることができる。このとき、半導体層１０８としては、結晶性を有する金属酸化物膜を用いることが好ましい。
〔変形例２〕
　図７（Ｃ）、（Ｄ）に示すトランジスタ１００Ｃは、主に半導体層１０８だけでなく、導電層１１２ａ及び導電層１１２ｂが積層構造を有していない点で、上記構成例１で例示したトランジスタ１００と相違している。
　半導体層１０８に加え、導電層１１２ａ及び導電層１１２ｂを単層構造とすることで、さらに生産性を向上させることができる。
　導電層１１２ａ、導電層１１２ｂとしては、銅、銀、金、またはアルミニウムを含む導電性材料を用いることが好ましい。本発明の一態様の作製方法によれば、半導体層１０８に酸素を供給する処理において、導電層１１２ａ、導電層１１２ｂの酸化を抑制できるため、このように銅などを含む導電層を単層で用いても、信頼性の高いトランジスタを実現できる。
〔変形例３〕
　図８（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）に示すトランジスタ１００Ｄは、導電層１２０ａ及び導電層１２０ｂの位置が異なる点で、上記構成例２で例示したトランジスタ１００Ａと主に相違している。
　導電層１２０ａ及び導電層１２０ｂは、絶縁層１１４と絶縁層１１６との間に位置している。導電層１２０ｂは、絶縁層１１４に設けられた開口部１４２ａを介して、導電層１１２ｂと電気的に接続されている。
　このような構成とすることで、導電層１２０ａと半導体層１０８との距離を縮めることができるため、トランジスタ１００Ｄの電気特性を向上させることができる。
〔変形例４〕
　図９（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）に示すトランジスタ１００Ｅは、絶縁層１１４の構成が異なる点で、上記構成例１で例示したトランジスタ１００と主に相違している。
　絶縁層１１４は、半導体層１０８のチャネル形成領域を覆う島状の形状に加工されている。また導電層１１２ａ及び導電層１１２ｂの半導体層１０８上に位置する端部が、絶縁層１１４上に位置している。したがって、絶縁層１１４はいわゆるチャネル保護層として機能し、導電層１１２ａ及び導電層１１２ｂのエッチングの際に、半導体層１０８のバックチャネル側を保護することができる。
　このとき、導電層１１２ａ及び導電層１１２ｂをエッチングした後に、上述した方法によりプラズマ処理を行なうことで、導電層１１２ａ及び導電層１１２ｂの酸化を抑制しつつ、絶縁層１１４中、及び絶縁層１１４を介して半導体層１０８中に酸素を供給することができる。また、プラズマ処理を行なった後に加熱処理を行なうことで、絶縁層１１４中の酸素を半導体層１０８に供給してもよい。
〔変形例５〕
　図１０（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）に示すトランジスタ１００Ｆは、絶縁層１１４の構成が異なる点で、上記変形例４で例示したトランジスタ１００Ｅと主に相違している。
　絶縁層１１４は、半導体層１０８や絶縁層１０６等を覆って設けられている。また、絶縁層１１４は、半導体層１０８と導電層１１２ａまたは導電層１１２ｂとが接続する部分に、開口部１４２ｃが設けられている。
　このような構成とすることで、絶縁層１１４を島状に加工するよりも微細なトランジスタを実現することができる。
　以上が変形例についての説明である。
［応用例］
　以下では、上記トランジスタを表示装置の画素に適用する場合の例について説明する。
　図１１の各図は、表示装置の副画素の一部を示した上面概略図である。１つの副画素は、少なくとも１つのトランジスタと、画素電極として機能する導電層（ここでは導電層１２０ｂ）とを有する。なお、ここでは説明を容易にするため、副画素の一部の構成の例を示しているが、副画素に適用する表示素子の種類や、画素に付加する機能等に応じて、他のトランジスタや容量素子等を適宜設けることができる。
　図１１（Ａ）において、導電層１０４の一部はゲート線（走査線ともいう）として機能し、導電層１１２ａの一部はソース線（ビデオ信号線ともいう）として機能し、導電層１１２ｂの一部はトランジスタと導電層１２０ｂとを電気的に接続する配線として機能する。
　図１１（Ａ）では、導電層１０４は一部が突出した上面形状を有し、この突出した部分の上に、半導体層１０８が設けられ、トランジスタが構成されている。
　図１１（Ｂ）、（Ｃ）は、導電層１０４が突出した部分を有さない場合の例を示している。図１１（Ｂ）は、半導体層１０８のチャネル長方向と導電層１０４の延伸方向とが平行な例であり、図１１（Ｃ）は、これらが直交する例である。
　図１１（Ｄ）、（Ｅ）は、導電層１１２ｂが概略円弧状の部分を有するＵ字の上面形状を有している。また導電層１１２ａと導電層１１２ｂとは、半導体層１０８上において、２つの距離が常に等距離になるように、配置されている。このような構成とすることで、トランジスタのチャネル幅を大きくすることが可能で、より大きな電流を流すことができる。
　なお、本発明の一態様のトランジスタは、表示装置だけでなく、様々な回路や装置に適用することができる。例えば演算回路、メモリ回路、駆動回路、及びインターフェース回路など、電子機器等に実装されるＩＣチップ内の各種回路、または、液晶素子や有機ＥＬ素子などが適用されたディスプレイデバイスや、タッチセンサ、光学センサ、生体センサ等の各種センサデバイスにおける駆動回路などに好適に用いることができる。
　以上が、応用例についての説明である。
［半導体装置の構成要素］
　以下では、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１０６〕
　絶縁層１０６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して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１０６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１０６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１０６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１０６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１０４及び導電層１２０ａ、配線として機能する１２０ｂ、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１１２ａ及び、他方として機能する導電層１１２ｂなど、半導体装置を構成する導電膜としては、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。
　特に、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１１２ａ、及び他方として機能する導電層１１２ｂとしては、銅、銀、金、またはアルミニウム等を含む、低抵抗な導電性材料を用いることが好ましい。特に銅またはアルミニウムは量産性に優れるため好ましい。
　また、半導体装置を構成する上記導電膜として、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：ＯｘｉｄｅＣｏｎｄｕｃｔｏｒ）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、半導体装置を構成する上記導電膜として、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１０４、導電層１１２ａ、導電層１１２ｂには、Ｃｕ−Ｘ合金膜（Ｘは、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｍｏ、Ｔａ、またはＴｉ）を適用してもよい。Ｃｕ−Ｘ合金膜を用いることで、ウエットエッチングプロセスで加工できるため、製造コストを抑制することが可能となる。
〔絶縁層１１４、絶縁層１１６〕
　半導体層１０８上に設けられる絶縁層１１４としては、ＰＥＣＶＤ法、スパッタリング法、ＡＬＤ法などにより形成された、酸化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜、酸化アルミニウム膜、酸化ハフニウム膜、酸化イットリウム膜、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等を一種以上含む絶縁層を用いることができる。特に、プラズマＣＶＤ法により形成された酸化シリコン膜または酸化窒化シリコン膜を用いることが好ましい。なお、絶縁層１１４を２層以上の積層構造としてもよい。
　保護層として機能する絶縁層１１６としては、ＰＥＣＶＤ法、スパッタリング法、ＡＬＤ法等により形成された、窒化酸化シリコン膜、窒化シリコン膜、窒化アルミニウム膜、窒化酸化アルミニウム膜等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１１６を、２層以上の積層構造としてもよい。
〔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、Ｉｎの原子数比がＭの原子数比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の原子数比を４としたとき、Ｇａの原子数比が１以上３以下であり、Ｚｎの原子数比が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の原子数比を５としたときに、Ｇａの原子数比が０．１より大きく２以下であり、Ｚｎの原子数比が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の原子数比を１としたときに、Ｇａの原子数比が０．１より大きく２以下であり、Ｚｎの原子数比が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。
　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。
　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１２（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により貼りあわされた第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１２（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１２（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１２（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１２（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。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にも適用することができる。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及びＥＬ素子を用いる構成について、図１３乃至図１６を用いて説明する。なお、図１３乃至図１５は、それぞれ図１２（Ａ）に示す一点鎖線Ｑ−Ｒにおける断面図である。また図１６は、図１２（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及び図１４は、表示素子として液晶素子を用いた構成であり、図１５及び図１６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１３乃至図１６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１４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１３、図１５、及び図１６に示す容量素子７９０は、トランジスタ７５０が有する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、ソース電極またはドレイン電極と同一の導電膜を加工して形成される上部電極と、を有する。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、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１３に示す表示装置７００は、液晶素子７７５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１４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１４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１３及び図１４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（Ｏｐｔｉｃａｌ　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１５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１５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１６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１６は、図１２（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１６に示す表示装置７００Ａは、図１５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、酸化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜、窒化シリコン膜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１６に示す表示装置７００は、図１５で示した第２の基板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１６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１３乃至図１６に示す表示装置７００にタッチセンサ等の入力装置を設けてもよい。
　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内側に形成する、所謂インセル型のタッチパネル、入力装置を表示装置７００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７００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１７を用いて説明を行う。
　図１７（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、ゲート線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１７（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１７（Ａ）に示す複数の画素回路５０１は、例えば、図１７（Ｂ）、（Ｃ）に示す構成とすることができる。
　図１７（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１７（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１８（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Ｎ１、トランジスタＭ２と回路４０１とを接続するノードを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１８（Ｂ）を用いて、画素回路４００の動作方法の一例を説明する。図１８（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１８（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１８（Ｂ）では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、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１８（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１８（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１８（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１９（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。バッテリー６０１１による電源であってもよい。
　図１９（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２０（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に、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２０（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２１（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２１（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２１（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２１（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２１（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２１（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２１（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２１（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、銅を含む導電膜に対してプラズマ処理を行った試料を作製し、断面観察、ＥＤＸ分析、及びＸＰＳ分析を行った。
［断面観察及びＥＤＸ分析］
〔試料の作製〕
　まず、ガラス基板（ｇｌａｓｓ）上に、厚さ約３０ｎｍの酸化物半導体膜（ＩＧＺＯ）を成膜した。酸化物半導体膜は、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物ターゲットを用いたスパッタリング法により成膜した。続いて、スパッタリング法により、厚さ約５ｎｍのタングステン膜（Ｗ）と、厚さ約２００ｎｍの銅膜（Ｃｕ）を積層して形成した。続いて銅膜上にレジストマスクを形成し、銅膜とタングステン膜とをウェットエッチング法によりエッチングした後、レジストマスクを除去した。
　続いて、以下の条件でプラズマ処理を行なった後、大気に曝すことなく連続して厚さ約１００ｎｍの酸化窒化シリコン膜（ＳｉＯＮ）を成膜した。プラズマ処理及び酸化窒化シリコン膜の成膜は、ＰＥＣＶＤ装置の同じ成膜室で連続して行った。酸化窒化シリコン膜の成膜は、成膜ガスにＳｉＨ４ガスとＮ２Ｏガスの混合ガスを用いた。
　ここでは、プラズマ処理の条件を異ならせた３種類の試料（試料Ａ１乃至Ａ３）と、プラズマ処理を行なわない試料（比較試料：Ｒｅｆ．）の、計４種類の試料を作製した。
　プラズマ処理は、圧力２００Ｐａ、電力１５０Ｗ、温度２２０℃の条件で、それぞれ１５秒間行った。またプラズマ処理は、Ｎ２ＯガスとＮＨ３ガスの流量を制御して行った。Ｎ２Ｏガスの流量は、試料Ａ１乃至試料Ａ３のそれぞれ共通に３０００ｓｃｃｍとした。試料Ａ１では、ＮＨ３ガスを流さない（０ｓｃｃｍ）条件とした。試料Ａ２では、ＮＨ３ガスの流量を５００ｓｃｃｍとした。試料Ａ３では、ＮＨ３ガスの流量を１５００ｓｃｃｍとした。
〔断面観察及びＥＤＸ分析〕
　続いて、作製した４つの試料について、断面観察と、ＥＤＸ分析を行った。断面観察及びＥＤＸ分析は、走査透過電子顕微鏡（ＳＴＥＭ：Ｓｃａｎｎｉｎｇ　Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎ　Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）を用いた。
　図２２（Ａ１）乃至（Ｄ１）には、それぞれ比較試料（Ｒｅｆ．）、試料Ａ１（Ｓａｍｐｌｅ　Ａ１）、試料Ａ２（Ｓａｍｐｌｅ　Ａ２）、試料Ａ３（Ｓａｍｐｌｅ　Ａ３）の断面観察像を示している。図中の破線は、ＥＤＸのライン分析を行った箇所である。また、図２２（Ａ２）乃至（Ｄ２）には、それぞれの試料におけるＥＤＸのライン分析の測定結果を、断面像に重ねて表示している。各図には、窒素元素（Ｎ）、酸素元素（Ｏ）、シリコン元素（Ｓｉ）、及び銅元素（Ｃｕ）の４つについて、厚さ方向に対する検出強度の推移を示している。
　なお、図２２（Ａ１）乃至（Ｄ１）において、銅膜の端部がアンダーカット形状となっている。これは、エッチングの条件の最適化が不十分であったことによるが、本分析の目的には何ら影響しない。
　まず、図２２（Ａ１）、（Ａ２）に示すように、比較試料では、プラズマ処理を行なっていないため、銅膜（Ｃｕ）の表面に明確な酸化物は確認されなかった。
　試料Ａ１では、図２２（Ｂ１）に示すように、銅膜の表面にコントラストの異なる異層が形成されていることが確認できた。また、図２２（Ｂ２）に示すように、銅膜と酸化窒化シリコン膜との界面において、銅、シリコン、及び酸素の検出強度の変化が緩やかになっていることから、これらの界面には銅とシリコンを含む酸化物が形成されていることが確認できる。当該酸化物に銅だけでなく、シリコンも含まれていることから、プラズマ処理により銅膜の表面に銅の酸化物が形成された状態で、酸化窒化シリコン膜を成膜することで、銅の酸化物と酸化窒化シリコンの混合層が形成されたと推察される。
　一方、ＮＨ３ガスを用いたプラズマ処理を行なった試料Ａ２及び試料Ａ３では、図２２（Ｃ１）及び（Ｄ１）に示すように、銅膜と酸化窒化シリコン膜との界面に異層は形成されていないことが確認できる。また、図２２（Ｃ２）及び（Ｄ２）においても、銅膜と酸化窒化シリコン膜の界面における銅、シリコン、及び酸素の検出強度の変化が急峻であり、試料Ａ１のような明確な酸化物は形成されてないことが確認できる。
　以上の結果から、銅を含む導電膜の表面が露出した状態で、酸素元素を含むガスと、水素元素を含むガスの混合ガスを用いたプラズマ処理を行なうことで、銅を含む導電膜表面の酸化が好適に抑制されることが確認できた。また、プラズマ処理の直後に酸化窒化シリコン膜などの酸化物膜を成膜した場合であっても、銅を含む導電膜との界面に異層が形成されにくいことが確認できた。
［ＸＰＳ分析］
〔試料の作製〕
　まず、ガラス基板上に厚さ約４０ｎｍの酸化物半導体膜を成膜した。酸化物半導体膜は、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物ターゲットを用いたスパッタリング法により成膜した。続いて、厚さ約５ｎｍのタングステン膜と、厚さ約２００ｎｍの銅膜をそれぞれスパッタリング法により成膜した。
　続いて、プラズマ処理の条件を異ならせた３種類の試料と、プラズマ処理を行わない試料の、計４種類の試料を作製した。
　プラズマ処理は、ＰＥＣＶＤ装置を用い、圧力２００Ｐａ、電力１５０Ｗ、温度２２０℃の条件で、それぞれ１５秒間行った。またプラズマ処理は、Ｎ２ＯガスとＮＨ３ガスの流量を制御して行った。Ｎ２Ｏガスの流量は３０００ｓｃｃｍとし、ＮＨ３ガスの流量を、０ｓｃｃｍ、５００ｓｃｃｍ、及び１５００ｓｃｃｍの３条件とした。
〔ＸＰＳ分析〕
　上記で作製した試料について、ＸＰＳ分析を行った。ＸＰＳ測定のＸ線源には、Ｍｇ−Ｋα（１２５３．６ｅＶ）を用いた。図２３（Ａ）、（Ｂ）に、それぞれＣｕとＮの元素についてピークが得られるエネルギー範囲における、ＸＰＳスペクトルをそれぞれ示す。各図において、横軸は束縛エネルギー（Ｂｉｎｄｉｎｇ　Ｅｎｅｒｇｙ［ｅＶ］）であり、縦軸は光電子の強度（Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ（ａ．ｕ．））である。
　図２３（Ａ）において、金属状態であるＣｕのオージェ電子（ＬＭＭ遷移）（Ａｕｇｅｒ　ＬＭＭと表記）に対応するピーク位置と、Ｃｕの酸化物（Ｃｕ２Ｏ　ｅｔｃ．と表記）に対応するピーク位置とを、それぞれ破線で示している。プラズマ処理を行わない試料（Ｒｅｆ．と記載）、及びＮ２ＯガスとＮＨ３ガスの混合ガスを用いてプラズマ処理を行った試料（ＮＨ３＝１５００ｓｃｃｍ、及びＮＨ３＝５００ｓｃｃｍ）では、金属状態であるＣｕのピークが明瞭に観測されている。一方、Ｎ２Ｏガスのみを用いてプラズマ処理を行った試料（ＮＨ３＝０ｓｃｃｍ）では、破線矢印で示すように、金属状態であるＣｕに起因するピークが明瞭に観測されなかった。
　また、図２３（Ｂ）には、Ｎ原子が金属と結合した際の束縛エネルギーに対応するピーク位置を破線で示している。図２３（Ｂ）に示すように、いずれの条件でも明瞭なピークは観測されず、銅を含む導電膜表面の窒化は見られなかった。
　これらの結果から、酸素元素を含むガスと、水素元素を含むガスの混合ガスを用いたプラズマ処理を行なうことで、銅を含む導電膜表面の酸化が好適に抑制されることが確認できた。また、プラズマ処理に窒素を含むガスを用いた場合であっても、銅を含む表面の窒化も生じないことが確認できた。
　本実施例では、本発明の一態様の作製方法を用いてトランジスタを作製し、その電気特性を測定した。
［試料の作製］
　作製したトランジスタの構成は、実施の形態１及び図２で例示したトランジスタ１００Ａを援用できる。
　まず、ガラス基板上に厚さ約１００ｎｍのタングステン膜をスパッタリング法により形成し、これを加工して第１のゲート電極を得た。続いて、第１のゲート絶縁層として厚さ約４００ｎｍの窒化シリコン膜と、厚さ約５ｎｍの酸化窒化シリコン膜の積層膜を、プラズマＣＶＤ法により形成した。
　続いて、第１のゲート絶縁層上に厚さ約３０ｎｍの金属酸化物膜を成膜し、これを加工して半導体層を得た。金属酸化物膜の成膜は、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物ターゲット（Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝４：２：４．１［原子数比］）を用いたスパッタリング法により形成した。その後、窒素雰囲気下で温度３５０℃、１時間の加熱処理を行い、続けて酸素と窒素の混合雰囲気下にて、３５０℃、１時間の加熱処理を行った。
　続いて、厚さ約５ｎｍのタングステン膜、厚さ約２００ｎｍの銅膜、及び厚さ約５ｎｍのタングステン膜をそれぞれスパッタリング法により成膜し、ウェットエッチング法によりそれぞれをエッチングすることで、ソース電極及びドレイン電極を得た。
　続いて、以下の条件でプラズマ処理を行なった後、大気に曝すことなく連続して厚さ約３０ｎｍの酸化窒化シリコン膜と、厚さ約４００ｎｍの酸化窒化シリコン膜を積層して形成した。プラズマ処理及び酸化窒化シリコン膜の成膜は、ＰＥＣＶＤ装置の同じ処理室にて行った。
　ここでは、プラズマ処理の条件を異ならせた２種類の試料（試料Ｂ１、Ｂ２）を作製した。
　プラズマ処理は、圧力２００Ｐａ、電力１５０Ｗ、温度２２０℃の条件で、それぞれ１５秒間行った。またプラズマ処理は、Ｎ２ＯガスとＮＨ３ガスの流量を制御して行った。Ｎ２Ｏガスの流量は、試料Ｂ１及び試料Ｂ２共に、３０００ｓｃｃｍとした。試料Ｂ１では、ＮＨ３ガスを流さない（０ｓｃｃｍ）条件とした。試料Ｂ２では、ＮＨ３ガスの流量を５００ｓｃｃｍとした。
　その後、窒素雰囲気下で３５０℃、１時間の加熱処理を行なった。続いて、酸化窒化シリコン膜上に、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を成膜することで、酸化窒化シリコン膜に酸素を供給した後に、当該金属酸化物膜を除去した。続いて、プラズマＣＶＤ法により厚さ約１００ｎｍの窒化シリコン膜を成膜した。続いて、シリコンを含むインジウムスズ酸化物膜をスパッタリング法により成膜した後に、これを加工して第２のゲート電極を得た。
　以上の工程により、ガラス基板上に形成されたトランジスタを得た。
［トランジスタのＩＤ−ＶＧ特性］
　続いて、上記で作製したトランジスタのＩＤ−ＶＧ特性を測定した。
　トランジスタのＩＤ−ＶＧ特性の測定条件としては、第１のゲート電極及び第２のゲート電極に印加する電圧（以下、ゲート電圧（ＶＧ）ともいう）を、−１５Ｖから＋２０Ｖまで０．２５Ｖのステップで印加した。また、ソース電極に印加する電圧（以下、ソース電圧（ＶＳ）ともいう）を０Ｖ（ｃｏｍｍ）とし、ドレイン電極に印加する電圧（以下、ドレイン電圧（ＶＤ）ともいう）を、０．１Ｖ及び１５Ｖとした。
　図２４（Ａ）、（Ｂ）にそれぞれ試料Ｂ１（Ｓａｍｐｌｅ　Ｂ１）、試料Ｂ２（Ｓａｍｐｌｅ　Ｂ２）のＩＤ−ＶＧ特性を示す。測定したトランジスタはチャネル長が６μｍ、チャネル幅が５０μｍのトランジスタである。また、それぞれ１０個のトランジスタについて測定した結果を示している。
　図２４（Ａ）、（Ｂ）に示すように、いずれの試料も良好な電気特性を示している。特に、試料Ｂ２では、試料Ｂ１と比較してばらつきが小さく、且つ測定した全てのトランジスタがノーマリーオフの特性を示している。
　試料Ｂ２でばらつきが低減した理由としては、ソース電極及びドレイン電極の酸化が抑制されたことで、プラズマ処理中、またはその後に形成される保護絶縁層（酸化窒化シリコン膜）の成膜時において、ソース電極及びドレイン電極に含まれる金属元素が半導体層のバックチャネル側に飛散してしまうことが好適に抑制された結果であると考えられる。
　以上の結果から、ソース電極及びドレイン電極に銅を含む導電膜を用い、当該導電膜が露出した状態で、酸素元素を含むガスと、水素元素を含むガスの混合ガスを用いたプラズマ処理を行なうことにより、銅を含む導電膜表面が酸化することなく、半導体層のバックチャネルへの酸素の供給が可能となり、良好な電気特性を備えるトランジスタを実現できることが確認できた。
１００、１００Ａ~Ｆ：トランジスタ、１０２：基板、１０４、１１２ａ、１１２ｂ、１１３ａ~ｃ、１２０ａ、１２０ｂ：導電層、１０６、１１４、１１６：絶縁層、１０８、１０８ａ、１０８ｂ：半導体層、１０８ａｆ、１０８ｂｆ：金属酸化物膜、１１３ａｆ、１１３ｂｆ、１１３ｃｆ：導電膜、１１３ｂｏ：酸化物、１３０、１３０ａ：プラズマ、１４２ａ、１４２ｂ、１４２ｃ：開口部

Claims (8)

  1. 　金属酸化物を含む半導体層を形成する第１の工程と、
    　前記半導体層上に、導電膜を形成する第２の工程と、
    　前記導電膜を、前記半導体層上で離間するようにエッチングし、前記半導体層の一部を露出させる第３の工程と、
    　前記導電膜及び前記半導体層の一部に対して、第１の処理を行う第４の工程と、
    　前記導電膜及び前記半導体層に接して、酸化物を含む第１の絶縁膜を成膜する第５の工程と、を有し、
    　前記導電膜は、銅、銀、金、またはアルミニウムを含み、
    　前記第１の処理は、酸素元素を含み、水素元素を含まない第１のガスと、水素元素を含み、酸素元素を含まない第２のガスとの混合ガスを含む雰囲気下における、プラズマ処理であり、
    　前記第１の絶縁膜は、前記第１のガスと、シリコン元素を含む第３のガスとを含む成膜ガスを用いたプラズマ化学気相堆積法により形成し、
    　前記第５の工程は、前記第４の工程の後に大気暴露することなく連続して行われる、
    　半導体装置の作製方法。
  2. 　金属酸化物を含む半導体層を形成する第１の工程と、
    　前記半導体層上に、第１の導電膜、第２の導電膜、及び第３の導電膜を順に形成する第２の工程と、
    　前記第１の導電膜、前記第２の導電膜、及び前記第３の導電膜を、前記半導体層上で離間するようにエッチングし、前記半導体層の一部、及び前記第２の導電膜の一部を露出させる第３の工程と、
    　前記第２の導電膜の露出した部分、及び前記半導体層の露出した部分に対して、第１の処理を行う第４の工程と、
    　前記第２の導電膜及び前記半導体層に接して、酸化物を含む第１の絶縁膜を成膜する第５の工程と、を有し、
    　前記第２の導電膜は、銅、銀、金、またはアルミニウムを含み、
    　前記第１の処理は、酸素元素を含み、水素元素を含まない第１のガスと、水素元素を含み、酸素元素を含まない第２のガスとの混合ガスを含む雰囲気下における、プラズマ処理であり、
    　前記第１の絶縁膜は、前記第１のガスと、シリコン元素を含む第３のガスとを含む成膜ガスを用いたプラズマ化学気相堆積法により形成し、
    　前記第５の工程は、前記第４の工程の後に大気暴露することなく連続して行われる、
    　半導体装置の作製方法。
  3. 　請求項２において、
    　前記第１の導電膜及び前記第３の導電膜は、前記第２の導電膜とは異なる元素を含み、且つ、それぞれ独立に、チタン、タングステン、モリブデン、クロム、タンタル、亜鉛、インジウム、白金、及びルテニウムのうちのいずれかを含む、
    　半導体装置の作製方法。
  4. 　請求項１乃至請求項３のいずれか一において、
    　前記第４の工程において、前記第１の処理は、処理室に供給される前記第１のガスと前記第２のガスの流量を、前記第１のガスの流量を１００％としたとき、前記第２のガスの流量が０．５％以上１００％以下となるように制御して行われる、
    　半導体装置の作製方法。
  5. 　請求項１乃至請求項４のいずれか一において、
    　前記第１のガスは、Ｎ２ＯまたはＯ２を含み、
    　前記第２のガスは、ＮＨ３またはＨ２を含む、
    　半導体装置の作製方法。
  6. 　請求項１乃至請求項５のいずれか一において、
    　前記第４の工程と前記第５の工程とは、同一の処理室で、且つ同じ温度で行われる、
    　半導体装置の作製方法。
  7. 　請求項１乃至請求項６のいずれか一において、
    　前記第１の工程において、前記半導体層は、第１の金属酸化物膜と、第２の金属酸化物膜とを順に成膜した後に、当該第１の金属酸化物膜と当該第２の金属酸化物膜とをエッチングして島状に加工することにより形成し、
    　前記第２の金属酸化物膜は、前記第１の金属酸化物膜より結晶性が高くなるように形成する、
    　半導体装置の作製方法。
  8. 　請求項１乃至請求項７のいずれか一において、
    　前記第１の工程より前に、第１の導電層を形成する第６の工程と、
    　前記第６の工程と前記第１の工程の間に、前記第１の導電層を覆って第２の絶縁層を形成する第７の工程と、を有し、
    　前記第１の工程において、前記半導体層は、前記第１の導電層と重畳するように形成する、
    　半導体装置の作製方法。
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