半導体装置及び半導体装置の作製方法
【課題】キャリア密度の制御された酸窒化物半導体を用いた半導体装置を提供する。
【解決手段】酸化物半導体層中に、制御された窒素を導入することによって、目的とするキャリア密度及びオン特性を有する酸窒化物半導体をチャネルに用いたトランジスタを作製することができる。さらに、該酸窒化物半導体を用いることによって、酸窒化物半導体層と、ソース電極及びドレイン電極との間に、低抵抗層などを設けなくても、良好なコンタクト特性を示すことができる。
【解決手段】酸化物半導体層中に、制御された窒素を導入することによって、目的とするキャリア密度及びオン特性を有する酸窒化物半導体をチャネルに用いたトランジスタを作製することができる。さらに、該酸窒化物半導体を用いることによって、酸窒化物半導体層と、ソース電極及びドレイン電極との間に、低抵抗層などを設けなくても、良好なコンタクト特性を示すことができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
半導体装置及び半導体装置の作製方法に関する。
【０００２】
なお、本明細書中において半導体装置とは、半導体特性を利用することで機能しうる装置全般を指し、電気光学装置、半導体回路及び電子機器は全て半導体装置である。
【背景技術】
【０００３】
液晶表示装置に代表されるように、ガラス基板等に形成されるトランジスタはアモルファスシリコン、多結晶シリコンなどによって構成されている。アモルファスシリコンを用いたトランジスタは電界効果移動度が低いもののガラス基板の大面積化に対応することができる。また、多結晶シリコンを用いたトランジスタの電界効果移動度は高いがガラス基板の大面積化には適していないという欠点を有している。
【０００４】
シリコンを用いたトランジスタに対して、酸化物半導体を用いてトランジスタを作製し、電子デバイスや光デバイスに応用する技術が注目されている。例えば酸化物半導体として、酸化亜鉛、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物を用いてトランジスタを作製し、表示装置の画素のスイッチング素子などに用いる技術が特許文献１及び特許文献２で開示されている。
【０００５】
また、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物は、膜中に窒素を導入して酸窒化物とすることにより、トランジスタではなく、透明導電膜としても使用できる技術が特許文献３で開示されている。これは、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物に窒素を導入することにより、導電率を変化させることができるためである、とされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−１２３８６１号公報
【特許文献２】特開２００７−９６０５５号公報
【特許文献３】特開２０１０−１３３０２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の一態様は、キャリア密度の制御された半導体装置又は半導体装置の作製方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物などの酸化物半導体を活性層に用いたトランジスタにおいては、活性層の成膜工程以降の熱処理によって酸化物半導体層中に酸素欠損を生成させることで、キャリア密度を増加させることができる。しかし、熱処理によるキャリア密度の増加は制御性が悪く、目的とする半導体装置に合わせたオン特性を有する酸化物半導体層を得ることは困難である。
【０００９】
また、酸化物半導体を用いた半導体装置において大型化、大面積化を考えた場合、熱処理を行うことは、製造タクトタイム及びコストの増加となってしまうため、好ましくない。
【００１０】
そこで、本発明の一態様は、酸化物半導体層中に含まれる窒素量を制御することによりキャリア密度を制御し、それによって、目的とするキャリア密度及びオン特性を有する酸窒化物半導体をチャネルに用いたトランジスタを作製する。
【００１１】
また、スパッタリング法による成膜時において、被成膜面の温度は１００℃以上としてもよい。それにより、水、水素などの不純物の被成膜物中への混入を防ぐことができる。
【００１２】
酸窒化物半導体層を形成する方法として、酸化物半導体層をスパッタリング法により成膜する際に、成膜ガスとして窒素又は窒素を含むガスを導入することで、酸窒化物半導体層を成膜できる。また、酸化物半導体層に対して、窒素又は窒素を含むガスをドーパントとして添加することによっても、酸窒化物半導体層を形成できる。ドーパントを添加する方法として、例えばイオンドーピング法やイオンインプランテーション法を用いることができる。さらに、酸化物半導体層に対して、ドライエッチング装置及びプラズマＣＶＤ装置などを用いて、窒素雰囲気でのプラズマ照射によっても、酸窒化物半導体層を形成することができる。
【００１３】
また、トランジスタの構造としては、トップゲート型のトランジスタ、ボトムゲート型のトランジスタを適宜適用することができる。さらに、半導体層が、ソース電極及びドレイン電極と基板との間に設けられるトップコンタクト型、ソース電極及びドレイン電極が、半導体層と基板との間に設けられるボトムコンタクト型も適宜適用することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の一態様により、酸化物半導体と同等以上の性能を有する、酸窒化物半導体をチャネルに用いたトランジスタを作製できる。
【００１５】
また、本発明の一態様により、キャリア密度の制御された酸窒化物半導体を用いた半導体装置を作製することができ、熱処理を行わなくても十分なオン特性を有することができる。さらに、半導体層と、ソース電極及びドレイン電極との間に、低抵抗層などを設けなくても、良好なコンタクト特性を示すことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一態様である半導体装置の一例を示す上面図及び断面図。
【図２】本発明の一態様である半導体装置の一例を示す断面図。
【図３】本発明の一態様である半導体装置の作製工程の一例を示す断面図。
【図４】本発明の一態様である半導体装置の作製工程の一例を示す断面図。
【図５】本発明の一態様である半導体装置の作製工程の一例を示す断面図。
【図６】本発明の一態様である半導体装置の作製工程の一例を示す断面図。
【図７】本発明の一態様である半導体装置の作製工程の一例を示す断面図。
【図８】本発明の一態様である半導体装置の一形態を説明する図。
【図９】本発明の一態様である半導体装置の一形態を説明する図。
【図１０】本発明の一態様である半導体装置の一形態を説明する図。
【図１１】本発明の一態様である半導体装置の一形態を説明する図。
【図１２】本発明の一態様である半導体装置としての電子機器を示す図。
【図１３】本発明の一態様である半導体装置の一形態を説明する図。
【図１４】薄膜トランジスタの電気特性を説明する図。
【図１５】本発明の一態様である半導体装置の一例を示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下では、本発明の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。ただし、本発明は以下の説明に限定されず、その形態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。また、本発明は以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。なお、図面を用いて発明の構成を説明するにあたり、同じものを指す符号は異なる図面間でも共通して用いる。なお、同様のものを指す際にはハッチパターンを同じくし、特に符号を付さない場合がある。
【００１８】
なお、第１、第２として付される序数詞は便宜上用いるものであり、工程順または積層順を示すものではない。また、本明細書において発明を特定するための事項として固有の名称を示すものではない。
【００１９】
（実施の形態１）
本実施の形態では、半導体装置及び半導体装置の作製方法の一形態を、図１乃至図７及び図１５を用いて説明する。
【００２０】
図１には、本発明の一態様の半導体装置の例として、トップゲートトップコンタクト型であるトランジスタ１５１の上面図及び断面図を示す。ここで、図１（Ａ）は上面図であり、図１（Ｂ）及び図１（Ｃ）はそれぞれ、図１（Ａ）におけるＡ−Ｂ断面及びＣ−Ｄ断面における断面図である。なお、図１（Ａ）では、煩雑になることを避けるため、トランジスタ１５１の構成要素の一部（例えば、ゲート絶縁層１１２など）の図示を省略している。
【００２１】
図１に示すトランジスタ１５１は、基板１００上の、下地絶縁層１０２、酸窒化物半導体層１０６、ソース電極１０８ａ、ドレイン電極１０８ｂ、ゲート絶縁層１１２、ゲート電極１１４を含む。
【００２２】
酸窒化物半導体層１０６としては、少なくともインジウム（Ｉｎ）あるいは亜鉛（Ｚｎ）を含むことが好ましい。特にＩｎとＺｎを含むことが好ましい。また、該酸窒化物を用いたトランジスタの電気特性のばらつきを減らすためのスタビライザーとして、それらに加えてガリウム（Ｇａ）を有することが好ましい。また、スタビライザーとしてスズ（Ｓｎ）を有することが好ましい。また、スタビライザーとしてハフニウム（Ｈｆ）を有することが好ましい。また、スタビライザーとしてジルコニウム（Ｚｒ）を有することが好ましい。また、スタビライザーとしてアルミニウム（Ａｌ）を有することが好ましい。
【００２３】
また、他のスタビライザーとして、ランタノイドである、ランタン（Ｌａ）、セリウム（Ｃｅ）、プラセオジム（Ｐｒ）、ネオジム（Ｎｄ）、サマリウム（Ｓｍ）、ユウロピウム（Ｅｕ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、テルビウム（Ｔｂ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）、ホルミウム（Ｈｏ）、エルビウム（Ｅｒ）、ツリウム（Ｔｍ）、イッテルビウム（Ｙｂ）、ルテチウム（Ｌｕ）のいずれか一種あるいは複数種を有してもよい。
【００２４】
例えば、酸窒化物半導体として、酸化インジウム、酸化スズ、酸化亜鉛、二元系金属の酸化物であるＩｎ−Ｚｎ系酸化物、Ｓｎ−Ｚｎ系酸化物、Ａｌ−Ｚｎ系酸化物、Ｚｎ−Ｍｇ系酸化物、Ｓｎ−Ｍｇ系酸化物、Ｉｎ−Ｍｇ系酸化物、Ｉｎ−Ｇａ系酸化物、三元系金属の酸化物であるＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物（ＩＧＺＯとも表記する。）、Ｉｎ−Ａｌ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｚｎ系酸化物、Ｓｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物、Ａｌ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物、Ｓｎ−Ａｌ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｈｆ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｚｒ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｌａ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｃｅ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｐｒ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｎｄ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｓｍ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｅｕ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｇｄ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｔｂ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｄｙ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｈｏ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｅｒ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｔｍ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｙｂ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｌｕ−Ｚｎ系酸化物、四元系金属の酸化物であるＩｎ−Ｓｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｈｆ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ａｌ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｓｎ−Ａｌ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｈｆ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｈｆ−Ａｌ−Ｚｎ系酸化物などのターゲットを用い、窒素を含む雰囲気中でのスパッタリング法などにより形成することができる。なお、スパッタリング法に限らず、真空蒸着法、パルスレーザ堆積法、ＣＶＤ法などを用いて形成することができる。
【００２５】
なお、ここで、例えば、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物とは、ＩｎとＧａとＺｎを有する酸化物という意味であり、ＩｎとＧａとＺｎの比率は問わない。また、ＩｎとＧａとＺｎ以外の金属元素が入っていてもよい。
【００２６】
成膜の雰囲気は、希ガス（代表的にはアルゴン）と窒素の混合雰囲気、９９％以上の窒素雰囲気、又は希ガス、酸素及び窒素の混合雰囲気とするとよい。
【００２７】
形成した酸窒化物半導体層１０６に含まれる窒素濃度は、０．１ａｔｏｍｉｃ％以上３０ａｔｏｍｉｃ％以下、より好ましくは５ａｔｏｍｉｃ％以上２０ａｔｏｍｉｃ％以下とする。酸窒化物半導体層１０６に含まれる窒素濃度が０．１ａｔｏｍｉｃ％よりも低いと、キャリア密度が不十分であり、酸窒化物半導体層１０６に含まれる窒素濃度が３０ａｔｏｍｉｃ％より高いと、絶縁性が高くなってしまうため、半導体としての機能が損なわれてしまう。
【００２８】
トランジスタ１５１上には、さらに保護絶縁層が設けられていてもよい。保護絶縁層は、下地絶縁層１０２と同様の構成とすることができる。また、ソース電極１０８ａ及びドレイン電極１０８ｂ並びに配線と、を電気的に接続させるために、ゲート絶縁層１１２などには開口部が形成されていてもよい。また、酸窒化物半導体層１０６の下方に、さらに、第２のゲート電極を有していてもよい。なお、酸窒化物半導体層１０６は島状に加工されていることが好ましいが、島状に加工されていなくてもよい。
【００２９】
図２および図１５に、トランジスタ１５１とは異なる構成のトランジスタの断面構造を示す。
【００３０】
図２（Ａ）に示すトランジスタ１５２は、下地絶縁層１０２、酸窒化物半導体層１３６、ソース電極１３８ａ、ドレイン電極１３８ｂ、ゲート絶縁層１３２、ゲート電極１３４を有する。トランジスタ１５２とトランジスタ１５１との相違は、酸窒化物半導体層と、ソース電極およびドレイン電極とが接続する位置である。即ち、トランジスタ１５２では、酸窒化物半導体層１３６の下部において、酸窒化物半導体層１３６と、ソース電極１３８ａやドレイン電極１３８ｂとが接している。その他の構成要素については、図１のトランジスタ１５１と同様である。
【００３１】
図２（Ｂ）に示すトランジスタ１５３は、下地絶縁層１０２、酸窒化物半導体層１６６、ソース電極１６８ａ、ドレイン電極１６８ｂ、ゲート絶縁層１６２、ゲート電極１６４を有する。トランジスタ１５３とトランジスタ１５１との相違は、酸窒化物半導体層に対するゲート電極の位置である。即ち、トランジスタ１５３では、酸窒化物半導体層１６６の下部にゲート絶縁層１６２を介してゲート電極１６４が設けられている。また、トランジスタ１５３では、ソース電極１６８ａ及びドレイン電極１６８ｂ及び酸窒化物半導体層１６６を覆うように保護絶縁層１６９が設けられる。その他の構成要素については、図２（Ａ）のトランジスタ１５２と同様である。
【００３２】
図２（Ｃ）に示すトランジスタ１５４は、下地絶縁層１０２、酸窒化物半導体層１７６、ソース電極１７８ａ、ドレイン電極１７８ｂ、ゲート絶縁層１６２、ゲート電極１６４を有する。トランジスタ１５４とトランジスタ１５１との相違は、酸窒化物半導体層に対するゲート電極の位置である。即ち、トランジスタ１５４では、酸窒化物半導体層１７６の下部にゲート絶縁層１６２を介してゲート電極１６４が設けられている。また、トランジスタ１５４では、ソース電極１７８ａ及びドレイン電極１７８ｂ及び酸窒化物半導体層１７６を覆うように保護絶縁層１７９が設けられる。その他の構成要素については、図１のトランジスタ１５１と同様である。
【００３３】
図２（Ｄ）に示すトランジスタ１５５は、下地絶縁層１０２、ゲート絶縁層１８２、ゲート電極１８４、ソース電極１８８ａ、ドレイン電極１８８ｂを有する。トランジスタ１５５は、同一平面上の酸窒化物半導体層中にチャネル領域１２６、ソース領域１２２ａ、ドレイン領域１２２ｂを形成する点でトランジスタ１５１及びトランジスタ１５２との相違がある。ソース領域１２２ａ及びドレイン領域１２２ｂには、保護絶縁層１８９を介して、それぞれソース電極１８８ａ及びドレイン電極１８８ｂが接続される。なお、チャネル領域１２６は、ゲート電極１８４と重畳する領域ということであり、ソース領域１２２ａ、ドレイン領域１２２ｂと同じもので形成されてもよい。
【００３４】
下地絶縁層１０２は、トランジスタ１５１と同様の構成とすることができる。酸窒化物半導体層が形成された後、ゲート絶縁層１８２及びゲート電極１８４を形成する。ゲート電極１８４とゲート絶縁層１８２は同一のマスクを使用して加工することができる。あるいは、ゲート電極１８４を加工した後、ゲート電極１８４をマスクに用いてゲート絶縁層１８２を加工してもよい。次に、ゲート電極１８４をマスクに用い、酸窒化物半導体層を低抵抗化し、ソース領域１２２ａ及びドレイン領域１２２ｂを形成する。ゲート電極１８４下の領域はチャネル領域１２６となる。なお、該低抵抗化を行わなくても、酸窒化物半導体層の抵抗値を適宜調節することによりソース領域１２２ａ及びドレイン領域１２２ｂを形成すること無く、トランジスタ１５５を形成できる。
【００３５】
また、図２（Ｄ）に示すトランジスタ１５５において、ソース領域１２２ａ及びドレイン領域１２２ｂの低抵抗化の際にゲート絶縁層１８２となる絶縁層の一部が除去され、酸窒化物半導体層の一部が露出しているが、図１５に示すトランジスタ１５６のように、ゲート絶縁層１１３を除去せずとも、例えばイオンインプランテーション法などによって酸窒化物半導体層にドーパントを添加することによって、酸窒化物半導体層の低抵抗化ができる。
【００３６】
次に、図３（Ａ）乃至図３（Ｅ）を用いて、図１に示すトランジスタ１５１の作製工程の一例について説明する。
【００３７】
まず、基板１００上に下地絶縁層１０２を形成する（図３（Ａ）参照。）。
【００３８】
基板１００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、ガラス基板、セラミック基板、石英基板、サファイア基板などを、基板１００として用いることができる。また、シリコンや炭化シリコンなどの単結晶半導体基板、多結晶半導体基板、ＧａＡｓ及びシリコンゲルマニウムなどの化合物半導体基板、ＳＯＩ基板などを適用することも可能であり、これらの基板上に半導体素子が設けられたものを、基板１００として用いてもよい。
【００３９】
また、基板１００として、可撓性基板を用いてもよい。可撓性基板上にトランジスタを設ける場合、可撓性基板上に直接的にトランジスタを作り込んでもよいし、他の基板にトランジスタを形成した後、これを剥離し、可撓性基板に転置してもよい。なお、トランジスタを剥離し、可撓性基板に転置するためには、上記他の基板とトランジスタとの間に剥離層を形成するとよい。
【００４０】
下地絶縁層１０２の材料には、酸化シリコン、酸化窒化シリコンなどを用いればよい。また、下地絶縁層１０２には、前述の材料と酸化シリコン、窒化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコン、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸化窒化アルミニウム、酸化ガリウム、酸化ハフニウム、酸化イットリウム等またはこれらの混合材料等を積層して用いてもよい。例えば、下地絶縁層１０２を窒化シリコン層と酸化シリコン層の積層構造とすると、基板などからトランジスタ１５１への水分の混入を防ぐことができる。下地絶縁層１０２を積層構造で形成する場合、酸窒化物半導体層１０６と接する側を酸化シリコン層または酸化窒化シリコン層などとするとよい。なお、下地絶縁層１０２はトランジスタ１５１の下地層として機能する。
【００４１】
また、下地絶縁層１０２は化学量論比を満たす酸素よりも多くの酸素を含む酸化物絶縁層を用いることが好ましい。
【００４２】
化学量論比を満たす酸素よりも多くの酸素を含む酸化物絶縁層は、ＴＤＳ（Ｔｈｅｒｍａｌ Ｄｅｓｏｒｐｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｔｒｏｃｏｐｙ：昇温脱離ガス分光法）分析にて、酸素原子に換算しての酸素の放出量が１．０×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上、好ましくは１．０×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上、より好ましくは３．０×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上である。
【００４３】
ここで、ＴＤＳ分析による、酸素原子に換算したときの酸素の放出量の測定方法について、以下に説明する。
【００４４】
ＴＤＳ分析したときの気体の放出量は、スペクトルの積分値に比例する。このため、酸化物絶縁層のスペクトルの積分値と、標準試料の基準値に対する比とにより、気体の放出量を計算することができる。標準試料の基準値とは、所定の原子を含む試料の、スペクトルの積分値に対する原子の密度の割合である。
【００４５】
例えば、標準試料である所定の密度の水素を含むシリコンウェハのＴＤＳ分析結果、および酸化物絶縁層のＴＤＳ分析結果から、酸化物絶縁層の酸素分子の放出量（Ｎ（Ｏ２））は、数式１で求めることができる。ここで、ＴＤＳ分析で得られる質量数３２で検出されるスペクトルの全てが酸素分子由来と仮定する。質量数３２のものとしてＣＨ３ＯＨがあるが、存在する可能性が低いものとしてここでは考慮しない。また、酸素原子の同位体である質量数１７の酸素原子および質量数１８の酸素原子を含む酸素分子についても、自然界における存在比率が極微量であるため考慮しない。
【００４６】
Ｎ（Ｏ２）＝Ｎ（Ｈ２）／Ｓ（Ｈ２）×Ｓ（Ｏ２）×α （数１）
【００４７】
Ｎ（Ｈ２）は、標準試料から脱離した水素分子を密度で換算した値である。Ｓ（Ｈ２）は、標準試料をＴＤＳ分析したときのスペクトルの積分値である。ここで、標準試料の基準値を、Ｎ（Ｈ２）／Ｓ（Ｈ２）とする。Ｓ（Ｏ２）は、酸化物絶縁層をＴＤＳ分析したときのスペクトルの積分値である。αは、ＴＤＳ分析におけるスペクトル強度に影響する係数である。数式１の詳細に関しては、特開平６−２７５６９７号公報を参照する。なお、上記酸化物絶縁層の酸素の放出量は、電子科学株式会社製の昇温脱離分析装置ＥＭＤ−ＷＡ１０００Ｓ／Ｗを用い、標準試料として１×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３の水素原子を含むシリコンウェハを用いて測定する。
【００４８】
また、ＴＤＳ分析において、酸素の一部は酸素原子として検出される。酸素分子と酸素原子の比率は、酸素分子のイオン化率から算出することができる。なお、上述のαは酸素分子のイオン化率を含むため、酸素分子の放出量を評価することで、酸素原子の放出量についても見積もることができる。
【００４９】
なお、Ｎ（Ｏ２）は酸素分子の放出量である。酸化物絶縁層においては、酸素原子に換算したときの酸素の放出量は、酸素分子の放出量の２倍となる。
【００５０】
化学量論比を満たす酸素よりも多くの酸素を含む酸化物絶縁層をスパッタリング法により形成する場合は、成膜ガス中の酸素量が高いことが好ましく、酸素、または酸素及び希ガスの混合ガス等を用いることができる。代表的には、成膜ガス中の酸素濃度を６％以上１００％以下にすることが好ましい。
【００５１】
化学量論比を満たす酸素よりも多くの酸素を含む酸化物絶縁層の代表例として酸化シリコン膜を形成する場合、石英（好ましくは合成石英）をターゲットに用い、基板温度３０℃以上４５０℃以下（好ましくは７０℃以上２００℃以下）、基板とターゲットの間の距離（Ｔ−Ｓ間距離）を２０ｍｍ以上４００ｍｍ以下（好ましくは４０ｍｍ以上２００ｍｍ以下）、圧力を０．１Ｐａ以上４Ｐａ以下（好ましくは０．２Ｐａ以上１．２Ｐａ以下）、高周波電源を０．５ｋＷ以上１２ｋＷ以下（好ましくは１ｋＷ以上５ｋＷ以下）、成膜ガス中のＯ２／（Ｏ２＋Ａｒ）割合を１％以上１００％以下（好ましくは６％以上１００％以下）として、ＲＦスパッタリング法により酸化シリコン膜を形成することが好ましい。なお、石英（好ましくは合成石英）ターゲットに代えてシリコンターゲットを用いることもできる。なお、成膜ガスとしては、酸素のみを用いてもよい。
【００５２】
次に、下地絶縁層１０２上に酸窒化物半導体層を形成し、当該酸窒化物半導体層を加工して島状の酸窒化物半導体層１０６を形成する（図３（Ｂ）参照。）。
【００５３】
酸窒化物半導体層１０６は、例えば、成膜ガスに窒素を用いたスパッタリング法などを用いて形成することができる。また、酸窒化物半導体層１０６の厚さは、３ｎｍ以上５０ｎｍ以下とすることが好ましい。酸窒化物半導体層１０６を厚くしすぎると（例えば、厚さを１００ｎｍ以上）、短チャネル効果の影響が大きくなり、チャネル長の小さなトランジスタでノーマリーオンになるおそれがあるためである。ここで、「ノーマリーオン」とは、ゲート電極に電圧を印加しなくてもチャネルが存在し、トランジスタに電流が流れてしまう状態のことである。なお、下地絶縁層１０２及び酸窒化物半導体層１０６は、大気に触れさせることなく連続して成膜するのが好ましい。
【００５４】
また、酸窒化物半導体層１０６の形成方法として、上述の酸化物ターゲットを用いて酸化物半導体層を成膜した後、酸化物半導体層へ窒素を導入することによって形成してもよい。
【００５５】
酸化物半導体層へ窒素を導入する方法としては、イオンドーピング法又はイオンインプランテーション法により、酸化物半導体層に窒素を導入することができる。また、窒素又は窒素を含むガスによるプラズマに曝すことによっても、酸化物半導体層に窒素を導入することができる。
【００５６】
本実施の形態では、酸窒化物半導体層１０６を、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系の酸化物ターゲットを用いて、アルゴンと窒素の混合雰囲気でスパッタリングすることにより形成する。
【００５７】
また、スパッタリング法による成膜時において、被成膜面の温度は１００℃以上、基板の熱処理上限温度以下とするのが好ましい。それにより水、水素などの不純物の被成膜物中への混入を防ぐことができる。
【００５８】
また、スパッタリング装置の処理室のリークレートを１×１０−１０Ｐａ・ｍ３／秒以下とすることで、スパッタリング法による成膜途中における結晶性酸化物半導体膜への、アルカリ金属、水素化物等の不純物の混入を低減することができる。また、排気系として吸着型の真空ポンプを用いることで、排気系からアルカリ金属、水素原子、水素分子、水、水酸基、または水素化物等の不純物の逆流を低減することができる。
【００５９】
Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系の酸化物ターゲットとしては、例えば、組成比として、Ｉｎ２Ｏ３：Ｇａ２Ｏ３：ＺｎＯ＝１：１：１［ｍｏｌ数比］の酸化物ターゲットを用いることができる。なお、ターゲットの材料及び組成を上述したものに限定する必要はない。例えば、Ｉｎ２Ｏ３：Ｇａ２Ｏ３：ＺｎＯ＝１：１：２［ｍｏｌ数比］の組成比の酸化物ターゲットを用いることもできる。
【００６０】
酸化物ターゲットの相対密度は、９０％以上１００％以下、好ましくは９５％以上９９．９％以下とする。相対密度の高い金属酸化物ターゲットを用いることにより、成膜した酸窒化物半導体層１０６を緻密な層とすることができるためである。
【００６１】
成膜は、酸窒化物半導体層への水素、水、水酸基、水素化物などの混入を防ぐために、水素、水、水酸基、水素化物などの不純物が十分に除去された高純度ガスを用いた雰囲気とすることが好ましい。
【００６２】
酸窒化物半導体層１０６の加工は、所望の形状のマスクを酸窒化物半導体層上に形成した後、当該酸窒化物半導体層をエッチングすることによって行うことができる。上述のマスクは、フォトリソグラフィなどの方法を用いて形成することができる。または、インクジェット法などの方法を用いてマスクを形成してもよい。
【００６３】
なお、酸窒化物半導体層のエッチングは、ドライエッチングでもウェットエッチングでもよい。また、これらを組み合わせて用いてもよい。
【００６４】
次いで、下地絶縁層１０２及び酸窒化物半導体層１０６上に、ソース電極及びドレイン電極（これと同じ層で形成される配線を含む）を形成するための導電層を形成し、当該導電層を加工して、ソース電極１０８ａ及びドレイン電極１０８ｂを形成する（図３（Ｃ）参照。）。なお、ここで形成されるソース電極１０８ａの端部とドレイン電極１０８ｂの端部との間隔によって、トランジスタのチャネル長Ｌが決定されることになる。
【００６５】
ソース電極１０８ａ及びドレイン電極１０８ｂに用いる導電層としては、例えば、Ａｌ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｗから選ばれた元素を含む金属層または上述した元素を成分とする金属窒化物層などを用いることができる。また、Ａｌ、Ｃｕなどの金属層の下側または上側の一方または双方にＴｉ、Ｍｏ、Ｗなどの高融点金属層またはこれらの金属窒化物層を積層させた構成を用いてもよい。
【００６６】
また、ソース電極１０８ａ及びドレイン電極１０８ｂに用いる導電層は、導電性の金属酸化物で形成してもよい。導電性の金属酸化物としては酸化インジウム（Ｉｎ２Ｏ３）、酸化スズ（ＳｎＯ２）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化インジウム酸化スズ（Ｉｎ２Ｏ３―ＳｎＯ２）、酸化インジウム酸化亜鉛（Ｉｎ２Ｏ３―ＺｎＯ）またはこれらの金属酸化物材料に酸化シリコンを含ませたものを用いることができる。
【００６７】
導電層の加工は、レジストマスクを用いたエッチングによって行うことができる。当該エッチングに用いるレジストマスク形成時の露光には、紫外線やＫｒＦレーザ光やＡｒＦレーザ光などを用いるとよい。
【００６８】
なお、チャネル長Ｌ＝２５ｎｍ未満の露光を行う場合には、例えば、数ｎｍ〜数１０ｎｍと極めて波長が短い超紫外線（Ｅｘｔｒｅｍｅ Ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ）を用いて、レジストマスク形成時の露光を行うとよい。超紫外線による露光は、解像度が高く焦点深度も大きい。したがって、後に形成されるトランジスタのチャネル長Ｌを微細化することが可能であり、回路の動作を速くすることができる。
【００６９】
また、いわゆる多階調マスクによって形成されたレジストマスクを用いてエッチングを行ってもよい。多階調マスクを用いて形成されたレジストマスクは、複数の厚さを有する形状となり、アッシングによってさらに形状を変形させることができるため、異なるパターンに加工する複数のエッチング工程に用いることが可能である。このため、一枚の多階調マスクによって、少なくとも二種類以上の異なるパターンに対応するレジストマスクを形成することができる。つまり、工程の簡略化が可能となる。
【００７０】
なお、導電層のエッチングの際に、酸窒化物半導体層１０６の一部がエッチングされ、溝部（凹部）を有する酸窒化物半導体層となることもある。
【００７１】
その後、酸素、オゾン、二酸化窒素などのガスを用いたプラズマ処理を行い、露出している酸窒化物半導体層１０６の表面を酸化し、酸素欠損を埋めてもよい。プラズマ処理を行った場合、当該プラズマ処理に続けて大気に触れさせることなく、酸窒化物半導体層１０６の一部に接するゲート絶縁層１１２を形成することが好ましい。
【００７２】
次に、ソース電極１０８ａ及びドレイン電極１０８ｂを覆い、かつ、酸窒化物半導体層１０６の一部と接するように、ゲート絶縁層１１２を形成する（図３（Ｄ）参照。）。
【００７３】
ゲート絶縁層１１２は、下地絶縁層１０２と同様の構成とすることができる。ただし、トランジスタのゲート絶縁層として機能することを考慮して、酸化ハフニウムや酸化アルミニウムなどの比誘電率が高い材料を採用してもよい。また、ゲート絶縁耐圧や酸窒化物半導体との界面状態などを考慮し、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化シリコンに酸化ハフニウムや酸化アルミニウムなどの比誘電率の高い材料を積層してもよい。ゲート絶縁層１１２の合計の膜厚は、好ましくは１ｎｍ以上３００ｎｍ以下、より好ましくは５ｎｍ以上５０ｎｍ以下とする。ゲート絶縁層が厚いほど短チャネル効果が顕著となり、しきい値電圧がマイナス側へシフトしやすい傾向となる。また、ゲート絶縁層が５ｎｍ以下となるとトンネル電流によるリークが増大することがわかっている。
【００７４】
その後、ゲート絶縁層１１２を介して、酸窒化物半導体層１０６上に、ゲート電極１１４を形成する（図３（Ｅ）参照。）。ゲート電極１１４は、モリブデン、チタン、タンタル、タングステン、アルミニウム、銅、ネオジム、スカンジウムなどの金属材料、これらの窒化物、またはこれらを主成分とする合金材料を用いて形成することができる。なお、ゲート電極１１４は、単層構造としてもよいし、積層構造としてもよい。
【００７５】
以上の工程でトランジスタ１５１が作製される。
【００７６】
次に、図４（Ａ）乃至図４（Ｅ）を用いて、図２（Ａ）に示すトランジスタ１５２の作製工程の一例について説明する。
【００７７】
まず、基板１００上に下地絶縁層１０２を形成する（図４（Ａ）参照。）。
【００７８】
次に、下地絶縁層１０２上に、ソース電極及びドレイン電極（これと同じ層で形成される配線を含む）を形成するための導電層を形成し、当該導電層を加工して、ソース電極１３８ａ及びドレイン電極１３８ｂを形成する（図４（Ｂ）参照。）。
【００７９】
次に、下地絶縁層１０２、ソース電極１３８ａ及びドレイン電極１３８ｂ上に、酸窒化物半導体層を形成し、当該酸窒化物半導体層を加工して島状の酸窒化物半導体層１３６を形成する（図４（Ｃ）参照。）。
【００８０】
次に、ソース電極１３８ａ及びドレイン電極１３８ｂを覆い、かつ、酸窒化物半導体層１３６の一部と接するように、ゲート絶縁層１３２を形成する（図４（Ｄ）参照。）。
【００８１】
その後、ゲート絶縁層１３２を介して酸窒化物半導体層１３６上に、ゲート電極１３４を形成する（図４（Ｅ）参照。）。
【００８２】
以上の工程でトランジスタ１５２が形成される。
【００８３】
次に、図５（Ａ）乃至図５（Ｅ）を用いて、図２（Ｂ）に示すトランジスタ１５３の作製工程の一例について説明する。
【００８４】
まず、基板１００上に下地絶縁層１０２を形成する（図５（Ａ）参照。）。
【００８５】
次に、下地絶縁層１０２上に、ゲート電極１６４を形成する（図５（Ｂ）参照。）。
【００８６】
次に、ゲート電極１６４を覆う、ゲート絶縁層１６２を形成する（図５（Ｃ）参照。）。
【００８７】
次に、ゲート絶縁層１６２上に、ソース電極１６８ａ及びドレイン電極１６８ｂを形成し、ソース電極１６８ａ及びドレイン電極１６８ｂ上に、酸窒化物半導体層を形成し、当該酸窒化物半導体層を加工して島状の酸窒化物半導体層１６６を形成する（図５（Ｄ）参照。）。
【００８８】
次に、酸窒化物半導体層１６６及びソース電極１６８ａ及びドレイン電極１６８ｂを覆うように保護絶縁層１６９を形成する（図５（Ｅ）参照。）。
【００８９】
なお、保護絶縁層１６９は、ゲート絶縁層１６２と同様の構成とすることができる。
【００９０】
以上の工程でトランジスタ１５３が形成される。
【００９１】
次に、図６（Ａ）乃至図６（Ｅ）を用いて、図２（Ｃ）に示すトランジスタ１５４の作製工程の一例について説明する。
【００９２】
まず、基板１００上に下地絶縁層１０２を形成する（図６（Ａ）参照。）。
【００９３】
次に、下地絶縁層１０２上に、ゲート電極１６４を形成する（図６（Ｂ）参照。）。
【００９４】
次に、ゲート電極１６４を覆う、ゲート絶縁層１６２を形成する（図６（Ｃ）参照。）。
【００９５】
次に、ゲート絶縁層１６２上に、酸窒化物半導体層を形成し、当該酸窒化物半導体層を加工して島状の酸窒化物半導体層１７６を形成する。その後、酸窒化物半導体層１７６に接してソース電極１７８ａ及びドレイン電極１７８ｂを形成する（図６（Ｄ）参照。）。
【００９６】
次に、酸窒化物半導体層１７６及びソース電極１７８ａ及びドレイン電極１７８ｂを覆うように保護絶縁層１７９を形成する（図６（Ｅ）参照。）。
【００９７】
以上の工程でトランジスタ１５４が形成される。
【００９８】
図７（Ａ）乃至図７（Ｅ）を用いて、図２（Ｄ）に示すトランジスタ１５５の作製工程の一例について説明する。
【００９９】
まず、基板１００上に下地絶縁層１０２を形成する（図７（Ａ）参照。）。
【０１００】
次に、下地絶縁層１０２上に、酸窒化物半導体層を形成し、当該酸窒化物半導体層を加工して島状の酸窒化物半導体層１０６を形成する（図７（Ｂ）参照。）。
【０１０１】
次に、ゲート絶縁層１８２及びゲート電極１８４を形成し、フォトリソグラフィにより同様のパターンに加工する（図７（Ｃ）参照。）。このとき、ゲート電極１８４を加工し、その後、ゲート電極１８４をマスクにゲート絶縁層１８２を加工してもよい。
【０１０２】
次に、ゲート電極１８４をマスクに酸窒化物半導体層１０６を低抵抗化し、ソース領域１２２ａ及びドレイン領域１２２ｂを形成する。低抵抗化されないゲート電極下の領域はチャネル領域１２６となる（図７（Ｄ）参照。）。このとき、ゲート電極の幅によってトランジスタのチャネル長Ｌが決定されることになる。このように、ゲート電極をマスクに用いてパターニングすることで、ゲート電極とソース領域、ドレイン領域の重なりが生じず、この領域における寄生容量が生じないため、トランジスタ動作を速くすることができる。
【０１０３】
低抵抗化の方法としては、アルゴンなどの希ガスプラズマ処理、水素プラズマ処理またはアンモニアプラズマ処理などが挙げられる。さらに、リン（Ｐ）またはボロン（Ｂ）を含む雰囲気におけるプラズマ処理と組み合わせて行ってもよい。
【０１０４】
次に、保護絶縁層１８９を形成し、ソース領域及びドレイン領域と重畳する部分の保護絶縁層１８９に開口部を設ける。ソース電極及びドレイン電極（これと同じ層で形成される配線を含む）を形成するための導電層を形成し、当該導電層を加工して、ソース電極１８８ａ及びドレイン電極１８８ｂを形成する（図７（Ｅ）参照。）。
【０１０５】
以上の工程でトランジスタ１５５が作製される。
【０１０６】
以上のように、酸窒化物半導体をチャネルに用いることで、熱処理を行わなくても、チャネル領域、ソース領域及びドレイン領域のキャリア密度の制御された、酸化物半導体と同等以上の性能を有するトランジスタを作製できる。
【０１０７】
また、酸窒化物半導体を活性層に用いることにより、特別に低抵抗層を設けなくてもソース電極及びドレイン電極と良好なコンタクトを示すことができ、オン電流を大きくすることができる。
【０１０８】
以上、本実施の形態に示す構成、方法などは、他の実施の形態に示す構成、方法などと適宜組み合わせて用いることができる。
【０１０９】
（実施の形態２）
実施の形態１で例示したトランジスタを用いて表示機能を有する半導体装置（表示装置ともいう）を作製することができる。また、トランジスタを含む駆動回路の一部または全体を、画素部と同じ基板上に一体形成し、システムオンパネルを形成することができる。
【０１１０】
図８（Ａ）において、第１の基板２０１上に設けられた画素部２０２を囲むようにして、シール材２０５が設けられ、第２の基板２０６によって封止されている。図８（Ａ）においては、第１の基板２０１上のシール材２０５によって囲まれている領域とは異なる領域に、別途用意された基板上に単結晶半導体層または多結晶半導体層で形成された走査線駆動回路２０４、信号線駆動回路２０３が実装されている。また別途形成された信号線駆動回路２０３と、走査線駆動回路２０４または画素部２０２に与えられる各種信号及び電位は、ＦＰＣ（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ ｐｒｉｎｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ）２１８ａ、２１８ｂから供給されている。
【０１１１】
図８（Ｂ）及び図８（Ｃ）において、第１の基板２０１上に設けられた画素部２０２と、走査線駆動回路２０４とを囲むようにして、シール材２０５が設けられている。また画素部２０２と、走査線駆動回路２０４の上に第２の基板２０６が設けられている。よって画素部２０２と、走査線駆動回路２０４とは、第１の基板２０１とシール材２０５と第２の基板２０６とによって、表示素子と共に封止されている。図８（Ｂ）及び図８（Ｃ）においては、第１の基板２０１上のシール材２０５によって囲まれている領域とは異なる領域に、別途用意された基板上に単結晶半導体層または多結晶半導体層で形成された信号線駆動回路２０３が実装されている。図８（Ｂ）及び図８（Ｃ）においては、別途形成された信号線駆動回路２０３と、走査線駆動回路２０４または画素部２０２に与えられる各種信号及び電位は、ＦＰＣ２１８から供給されている。
【０１１２】
また図８（Ｂ）及び図８（Ｃ）においては、信号線駆動回路２０３を別途形成し、第１の基板２０１に実装している例を示しているが、この構成に限定されない。走査線駆動回路を別途形成して実装してもよいし、信号線駆動回路の一部または走査線駆動回路の一部のみを別途形成して実装してもよい。
【０１１３】
なお、別途形成した駆動回路の接続方法は、特に限定されるものではなく、ＣＯＧ（Ｃｈｉｐ Ｏｎ Ｇｌａｓｓ）方法、ワイヤボンディング方法、或いはＴＡＢ（Ｔａｐｅ Ａｕｔｏｍａｔｅｄ Ｂｏｎｄｉｎｇ）方法などを用いることができる。図８（Ａ）は、ＣＯＧ方法により信号線駆動回路２０３、走査線駆動回路２０４を実装する例であり、図８（Ｂ）は、ＣＯＧ方法により信号線駆動回路２０３を実装する例であり、図８（Ｃ）は、ＴＡＢ方法により信号線駆動回路２０３を実装する例である。
【０１１４】
また、表示装置は、表示素子が封止された状態にあるパネルと、該パネルにコントローラを含むＩＣなどを実装した状態にあるモジュールとを含む。
【０１１５】
なお、本明細書中における表示装置とは、画像表示デバイス、表示デバイス、もしくは光源（照明装置含む）を指す。また、コネクター、例えばＦＰＣもしくはＴＡＢテープもしくはＴＣＰが取り付けられたモジュール、ＴＡＢテープやＴＣＰの先にプリント配線板が設けられたモジュールまたは表示素子にＣＯＧ方式によりＩＣ（集積回路）が直接実装されたモジュールも全て表示装置に含むものとする。
【０１１６】
また第１の基板上に設けられた画素部及び走査線駆動回路は、トランジスタを複数有しており、実施の形態１で一例を示したトランジスタを適用することができる。
【０１１７】
表示装置に設けられる表示素子としては液晶素子（液晶表示素子ともいう）、発光素子（発光表示素子ともいう）、を用いることができる。発光素子は、電流または電圧によって輝度が制御される素子をその範疇に含んでおり、具体的には無機ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）、有機ＥＬなどを含む。また、電子インクなど、電気的作用によりコントラストが変化する表示媒体も適用することができる。
【０１１８】
半導体装置の一形態について、図９乃至図１１を用いて説明する。図９乃至図１１は、図８（Ｂ）のＭ−Ｎにおける断面図に相当する。
【０１１９】
図９乃至図１１で示すように、半導体装置は接続端子電極２１５及び端子電極２１６を有しており、接続端子電極２１５及び端子電極２１６はＦＰＣ２１８が有する端子と異方性導電層２１９を介して、電気的に接続されている。
【０１２０】
接続端子電極２１５は、第１の電極２３０と同じ導電層から形成され、端子電極２１６は、トランジスタ２１０、トランジスタ２１１のソース電極及びドレイン電極と同じ導電層で形成されている。
【０１２１】
また第１の基板２０１上に設けられた画素部２０２と、走査線駆動回路２０４は、トランジスタを複数有しており、図９乃至図１１では、画素部２０２に含まれるトランジスタ２１０と、走査線駆動回路２０４に含まれるトランジスタ２１１とを例示している。
【０１２２】
本実施の形態では、トランジスタ２１０、トランジスタ２１１として、実施の形態１で示したトランジスタを適用することができる。トランジスタ２１０、トランジスタ２１１は、高温で熱処理などを行わなくても、十分なオン特性を得ることができる。よって、図９乃至図１１で示す本実施の形態の半導体装置として低コストで半導体装置を提供することができる。
【０１２３】
画素部２０２に設けられたトランジスタ２１０は表示素子と電気的に接続し、表示パネルを構成する。表示素子は表示を行うことができれば特に限定されず、様々な表示素子を用いることができる。
【０１２４】
図９に表示素子として液晶素子を用いた液晶表示装置の例を示す。図９において、表示素子である液晶素子２１３は、第１の電極２３０、第２の電極２３１、及び液晶層２０８を含む。なお、液晶層２０８を挟持するように配向層として機能する絶縁層２３２、２３３が設けられている。第２の電極２３１は第２の基板２０６側に設けられ、第１の電極２３０と第２の電極２３１とは液晶層２０８を介して積層する構成となっている。
【０１２５】
また、スペーサ２３５は絶縁層を選択的にエッチングすることで得られる柱状のスペーサであり、液晶層２０８の厚さ（セルギャップ）を制御するために設けられている。なお球状のスペーサを用いていてもよい。
【０１２６】
表示素子として、液晶素子を用いる場合、サーモトロピック液晶、低分子液晶、高分子液晶、高分子分散型液晶、強誘電性液晶、反強誘電性液晶などを用いることができる。これらの液晶材料は、条件により、コレステリック相、スメクチック相、キュービック相、カイラルネマチック相、等方相などを示す。
【０１２７】
また、液晶層２０８に、配向層を不要とすることができるブルー相を示す液晶を用いてもよい。ブルー相は液晶相の一つであり、コレステリック液晶を昇温していくと、コレステリック相から等方相へ転移する直前に発現する相である。ブルー相は狭い温度範囲でしか発現しないため、温度範囲を改善するためにカイラル剤を混合させた液晶組成物を用いて液晶層に用いる。ブルー相を示す液晶とカイラル剤とを含む液晶組成物は、応答速度が１ｍｓｅｃ以下と短く、光学的等方性であるため配向処理が不要であり、視野角依存性が小さい。また配向層を設けなくてもよいのでラビング処理も不要となるため、ラビング処理によって引き起こされる静電破壊を防止することができ、作製工程中の液晶表示装置の不良や破損を軽減することができる。よって液晶表示装置の生産性を向上させることが可能となる。
【０１２８】
また、液晶材料の固有抵抗率は、１×１０９Ω・ｃｍ以上であり、好ましくは１×１０１１Ω・ｃｍ以上であり、さらに好ましくは１×１０１２Ω・ｃｍ以上である。なお、本明細書における固有抵抗率の値は、２０℃で測定した値とする。
【０１２９】
液晶表示装置に設けられる保持容量の大きさは、画素部に配置されるトランジスタのリーク電流などを考慮して、所定の期間の間電荷を保持できるように設定される。酸窒化物半導体層を有するトランジスタはリーク電流が小さいため、各画素における液晶容量に対して１／３以下、好ましくは１／５以下の容量の大きさを有する保持容量を設ければ充分である。
【０１３０】
また、本実施の形態で用いる酸窒化物半導体層を有するトランジスタは、高い電界効果移動度が得られるため、高速駆動が可能である。よって、液晶表示装置の画素部に上記トランジスタを用いることで、高画質な画像を提供することができる。また、上記トランジスタは、同一基板上に駆動回路部または画素部に作り分けて作製することができるため、液晶表示装置の部品点数を削減することができる。
【０１３１】
液晶表示装置には、ＴＮ（Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ）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、ＦＬＣ（Ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ）モード、ＡＦＬＣ（ＡｎｔｉＦｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ）モードなどを用いることができる。
【０１３２】
また、ノーマリーブラック型の液晶表示装置、例えば垂直配向（ＶＡ）モードを採用した透過型の液晶表示装置としてもよい。ここで、垂直配向モードとは、液晶表示パネルの液晶分子の配列を制御する方式の一種であり、電圧が印加されていないときにパネル面に対して液晶分子が垂直方向を向く方式である。垂直配向モードとしては、いくつか挙げられるが、例えば、ＭＶＡ（Ｍｕｌｔｉ−Ｄｏｍａｉｎ Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）モード、ＰＶＡ（Ｐａｔｔｅｒｎｅｄ Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）モード、ＡＳＶモードなどを用いることができる。また、画素（ピクセル）をいくつかの領域（サブピクセル）に分け、それぞれ別の方向に分子を倒すよう工夫されているマルチドメイン化あるいはマルチドメイン設計といわれる方法を用いることができる。
【０１３３】
また、表示装置において、ブラックマトリクス（遮光層）、偏光部材、位相差部材、反射防止部材などの光学部材（光学基板）などは適宜設ける。例えば、偏光基板及び位相差基板による円偏光を用いてもよい。また、光源としてバックライト、サイドライトなどを用いてもよい。
【０１３４】
また、バックライトとして複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）を用いて、時間分割表示方式（フィールドシーケンシャル駆動方式）を行うことも可能である。フィールドシーケンシャル駆動方式を適用することで、カラーフィルタを用いることなく、カラー表示を行うことができる。
【０１３５】
また、画素部における表示方式は、プログレッシブ方式やインターレース方式などを用いることができる。また、カラー表示する際に画素で制御する色要素としては、ＲＧＢ（Ｒは赤、Ｇは緑、Ｂは青を表す）の三色に限定されない。例えば、ＲＧＢＷ（Ｗは白を表す）、またはＲＧＢに、イエロー、シアン、マゼンタなどを一色以上追加したものがある。なお、色要素のドット毎にその表示領域の大きさが異なっていてもよい。ただし、本発明はカラー表示の表示装置に限定されるものではなく、モノクロ表示の表示装置に適用することもできる。
【０１３６】
また、表示装置に含まれる表示素子として、エレクトロルミネッセンスを利用する発光素子を適用することができる。エレクトロルミネッセンスを利用する発光素子は、発光材料が有機化合物であるか、無機化合物であるかによって区別され、一般的に、前者は有機ＥＬ素子、後者は無機ＥＬ素子と呼ばれている。
【０１３７】
有機ＥＬ素子は、発光素子に電圧を印加することにより、一対の電極から電子及び正孔がそれぞれ発光性の有機化合物を含む層に注入され、電流が流れる。そして、これらキャリア（電子及び正孔）が再結合することにより、発光性の有機化合物が励起状態を形成し、その励起状態が基底状態に戻る際に発光する。このようなメカニズムから、このような発光素子は、電流励起型の発光素子と呼ばれる。
【０１３８】
無機ＥＬ素子は、その素子構成により、分散型無機ＥＬ素子と薄膜型無機ＥＬ素子とに分類される。分散型無機ＥＬ素子は、発光材料の粒子をバインダ中に分散させた発光層を有するものであり、発光メカニズムはドナー準位とアクセプター準位を利用するドナー−アクセプター再結合型発光である。薄膜型無機ＥＬ素子は、発光層を誘電体層で挟み込み、さらにそれを電極で挟んだ構造であり、発光メカニズムは金属イオンの内殻電子遷移を利用する局在型発光である。なお、ここでは、発光素子として有機ＥＬ素子を用いて説明する。
【０１３９】
発光素子は発光を取り出すために少なくとも一対の電極の一方が透明であればよい。そして、基板上にトランジスタ及び発光素子を形成し、基板とは逆側の面から発光を取り出す上面射出や、基板側の面から発光を取り出す下面射出や、基板側及び基板とは反対側の面から発光を取り出す両面射出構造の発光素子があり、どの射出構造の発光素子も適用することができる。
【０１４０】
図１０に表示素子として発光素子を用いた発光装置の例を示す。表示素子である発光素子２４３は、画素部２０２に設けられたトランジスタ２１０と電気的に接続している。なお発光素子２４３の構成は、第１の電極２３０、発光層２４１、第２の電極２３１の積層構造であるが、示した構成に限定されない。発光素子２４３から取り出す光の方向などに合わせて、発光素子２４３の構成は適宜変えることができる。
【０１４１】
隔壁２４０は、有機絶縁材料、または無機絶縁材料を用いて形成する。特に感光性の樹脂材料を用い、第１の電極２３０上に開口部を形成し、その開口部の側壁が連続した曲率を持って形成される傾斜面となるように形成することが好ましい。
【０１４２】
発光層２４１は、単数の層で構成されていても、複数の層が積層されるように構成されていてもどちらでもよい。
【０１４３】
発光素子２４３に酸素、水素、水分、二酸化炭素などが侵入しないように、第２の電極２３１及び隔壁２４０上に保護層を形成してもよい。保護層としては、窒化シリコン層、窒化酸化シリコン層、ＤＬＣ層などを形成することができる。また、第１の基板２０１、第２の基板２０６、及びシール材２０５によって封止された空間には充填材２４４が設けられ密封されている。このように外気に曝されないように気密性が高く、脱ガスの少ない保護フィルム（貼り合わせフィルム、紫外線硬化樹脂フィルムなど）やカバー材でパッケージング（封入）することが好ましい。
【０１４４】
充填材２４４としては窒素やアルゴンなどの不活性ガスの他に、紫外線硬化樹脂または熱硬化樹脂を用いることができ、ＰＶＣ（ポリビニルクロライド）、アクリル、ポリイミド、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、ＰＶＢ（ポリビニルブチラル）またはＥＶＡ（エチレンビニルアセテート）を用いることができる。例えば充填材として窒素を用いればよい。
【０１４５】
また、必要であれば、発光素子の射出面に偏光板、または円偏光板（楕円偏光板を含む）、位相差板（λ／４板、λ／２板）、カラーフィルタなどの光学フィルムを適宜設けてもよい。また、偏光板または円偏光板に反射防止層を設けてもよい。例えば、表面の凹凸により反射光を拡散し、映り込みを低減できるアンチグレア処理を施すことができる。
【０１４６】
また、表示装置として、電子インクを駆動させる電子ペーパーを提供することも可能である。電子ペーパーは、電気泳動表示装置（電気泳動ディスプレイ）とも呼ばれており、紙と同じ読みやすさ、他の表示装置に比べ低消費電力、薄くて軽い形状とすることが可能という利点を有している。
【０１４７】
電気泳動表示装置は、様々な形態が考えられ得るが、プラスの電荷を有する第１の粒子と、マイナスの電荷を有する第２の粒子とを含むマイクロカプセルが溶媒または溶質に複数分散されたものであり、マイクロカプセルに電界を印加することによって、マイクロカプセル中の粒子を互いに反対方向に移動させて一方側に集合した粒子の色のみを表示するものである。なお、第１の粒子または第２の粒子は染料を含み、電界がない場合において移動しないものである。また、第１の粒子の色と第２の粒子の色は異なるもの（無色を含む）とする。
【０１４８】
このように、電気泳動表示装置は、誘電定数の高い物質が高い電界領域に移動する、いわゆる誘電泳動的効果を利用したディスプレイである。
【０１４９】
上記マイクロカプセルを溶媒中に分散させたものが電子インクと呼ばれるものであり、この電子インクはガラス、プラスチック、布、紙などの表面に印刷することができる。また、カラーフィルタや色素を有する粒子を用いることによってカラー表示も可能である。
【０１５０】
なお、マイクロカプセル中の第１の粒子及び第２の粒子は、導電体材料、絶縁体材料、半導体材料、磁性材料、液晶材料、強誘電性材料、エレクトロルミネセント材料、エレクトロクロミック材料、磁気泳動材料から選ばれた一種の材料またはこれらの複合材料を用いればよい。
【０１５１】
また、電子ペーパーとして、ツイストボール表示方式を用いる表示装置も適用することができる。ツイストボール表示方式とは、白と黒に塗り分けられた球形粒子を表示素子に用いる電極である第１の電極及び第２の電極の間に配置し、第１の電極及び第２の電極に電位差を生じさせて球形粒子の向きを制御することにより、表示を行う方法である。
【０１５２】
図１１に、半導体装置の一形態としてアクティブマトリクス型の電子ペーパーを示す。図１１の電子ペーパーは、ツイストボール表示方式を用いた表示装置の例である。
【０１５３】
トランジスタ２１０と接続する第１の電極２３０と、第２の基板２０６に設けられた第２の電極２３１との間には、黒色領域２５５ａ及び白色領域２５５ｂを有し、周りに液体で満たされているキャビティ２５２を含む球形粒子２５３が設けられており、球形粒子２５３の周囲は樹脂などの充填材２５４で充填されている。第２の電極２３１が共通電極（対向電極）に相当する。第２の電極２３１は、共通電位線と電気的に接続される。
【０１５４】
なお、図９乃至図１１において、第１の基板２０１、第２の基板２０６としては、ガラス基板の他、可撓性を有する基板も用いることができ、例えば透光性を有するプラスチック基板などを用いることができる。プラスチックとしては、ＦＲＰ（Ｆｉｂｅｒｇｌａｓｓ−Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｐｌａｓｔｉｃｓ）板、ＰＶＦ（ポリビニルフルオライド）フィルム、ポリエステルフィルムまたはアクリル樹脂フィルムを用いることができる。また、アルミニウムホイルをＰＶＦフィルムやポリエステルフィルムで挟んだ構造のシートを用いることもできる。
【０１５５】
絶縁層２２１は、無機絶縁材料または有機絶縁材料を用いて形成することができる。なお、アクリル樹脂、ポリイミド、ベンゾシクロブテン樹脂、ポリアミド、エポキシ樹脂などの、耐熱性を有する有機絶縁材料を用いると、平坦化絶縁層として好適である。また上記有機絶縁材料の他に、低誘電率材料（ｌｏｗ−ｋ材料）、シロキサン系樹脂、ＰＳＧ（リンガラス）、ＢＰＳＧ（リンボロンガラス）などを用いることができる。なお、これらの材料で形成される絶縁層を複数積層させることで、絶縁層２２１を形成してもよい。
【０１５６】
絶縁層２２１の形成法は、特に限定されず、その材料に応じて、スパッタリング法、スピンコート法、ディッピング法、スプレー塗布、液滴吐出法（インクジェット法、スクリーン印刷、オフセット印刷など）、ロールコーティング、カーテンコーティング、ナイフコーティングなどを用いることができる。
【０１５７】
表示装置は光源または表示素子からの光を透過させて表示を行う。よって光が透過する画素部に設けられる基板、絶縁層、導電層などの薄膜はすべて可視光の波長領域の光に対して透光性とする。
【０１５８】
表示素子に電圧を印加する第１の電極及び第２の電極（画素電極、共通電極、対向電極などともいう）においては、取り出す光の方向、電極が設けられる場所、及び電極のパターン構造によって透光性、反射性を選択すればよい。
【０１５９】
第１の電極２３０、第２の電極２３１には、酸化タングステンを含むインジウム酸化物、酸化タングステンを含むインジウム亜鉛酸化物、酸化チタンを含むインジウム酸化物、酸化チタンを含むインジウム錫酸化物、インジウム錫酸化物、インジウム亜鉛酸化物、酸化ケイ素を添加したインジウム錫酸化物などの透光性を有する導電性材料を用いることができる。
【０１６０】
また、第１の電極２３０、第２の電極２３１はタングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）、バナジウム（Ｖ）、ニオブ（Ｎｂ）、タンタル（Ｔａ）、クロム（Ｃｒ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、チタン（Ｔｉ）、白金（Ｐｔ）、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）などの金属、またはその合金、もしくはその窒化物から一つ、または複数種を用いて形成することができる。
【０１６１】
また、第１の電極２３０、第２の電極２３１として、導電性高分子（導電性ポリマーともいう）を含む導電性組成物を用いて形成することができる。導電性高分子としては、いわゆるπ電子共役系導電性高分子が用いることができる。例えば、ポリアニリンまたはその誘導体、ポリピロールまたはその誘導体、ポリチオフェンまたはその誘導体、もしくはアニリン、ピロールおよびチオフェンの２種以上からなる共重合体若しくはその誘導体等があげられる。
【０１６２】
また、トランジスタは静電気などにより破壊されやすいため、駆動回路保護用の保護回路を設けることが好ましい。保護回路は、非線形素子を用いて構成することが好ましい。
【０１６３】
以上のように実施の形態１で例示したトランジスタを適用することにより低温プロセス、低コストで、高いオン特性を有する半導体装置を提供することができる。なお、実施の形態１で例示したトランジスタは上述の表示機能を有する半導体装置のみでなく、電源回路に搭載されるパワーデバイス、ＬＳＩなどの半導体集積回路、対象物の情報を読み取るイメージセンサ機能を有する半導体装置など様々な機能を有する半導体装置に適用することが可能である。
【０１６４】
以上、本実施の形態に示す構成、方法などは、他の実施の形態に示す構成、方法などと適宜組み合わせて用いることができる。
【０１６５】
（実施の形態３）
本発明の一態様である半導体装置は、さまざまな電子機器（遊技機も含む）に適用することができる。電子機器としては、例えば、テレビジョン装置（テレビまたはテレビジョン受信機ともいう）、コンピュータ用などのモニタ、デジタルカメラ、デジタルビデオカメラなどのカメラ、デジタルフォトフレーム、携帯電話機（携帯電話、携帯電話装置ともいう）、携帯型ゲーム機、携帯情報端末、音響再生装置、パチンコ機などの大型ゲーム機などが挙げられる。上記実施の形態で説明した半導体装置を具備する電子機器の例について説明する。
【０１６６】
図１２（Ａ）は、ノート型のパーソナルコンピュータの一例であり、本体３０１、筐体３０２、表示部３０３、キーボード３０４などによって構成されている。実施の形態１または２で示した半導体装置を適用することにより、低コストのノート型のパーソナルコンピュータとすることができる。
【０１６７】
図１２（Ｂ）は、携帯情報端末（ＰＤＡ）の一例であり、本体３１１には表示部３１３と、外部インターフェイス３１５と、操作ボタン３１４などが設けられている。また操作用の付属品としてスタイラス３１２がある。実施の形態１または２で示した半導体装置を適用することにより、より低コストの携帯情報端末（ＰＤＡ）とすることができる。
【０１６８】
図１２（Ｃ）は、電子書籍の一例を示している。例えば、電子書籍３２０は、筐体３２１及び筐体３２２の２つの筐体で構成されている。筐体３２１及び筐体３２２は、軸部３２５により一体とされており、該軸部３２５を軸として開閉動作を行うことができる。このような構成により、紙の書籍のような動作を行うことが可能となる。
【０１６９】
筐体３２１には表示部３２３が組み込まれ、筐体３２２には表示部３２４が組み込まれている。表示部３２３及び表示部３２４は、続き画面を表示する構成としてもよいし、異なる画面を表示する構成としてもよい。異なる画面を表示する構成とすることで、例えば右側の表示部（図１２（Ｃ）では表示部３２３）に文章を表示し、左側の表示部（図１２（Ｃ）では表示部３２４）に画像を表示することができる。実施の形態１または２で示した半導体装置を適用することにより、低コストの電子書籍とすることができる。
【０１７０】
また、図１２（Ｃ）では、筐体３２１に操作部などを備えた例を示している。例えば、筐体３２１において、電源３２６、操作キー３２７、スピーカー３２８などを備えている。操作キー３２７により、頁を送ることができる。なお、筐体の表示部と同一面にキーボードやポインティングデバイスなどを備える構成としてもよい。また、筐体の裏面や側面に、外部接続用端子（イヤホン端子、ＵＳＢ端子など）、記録媒体挿入部などを備える構成としてもよい。さらに、電子書籍３２０は、電子辞書としての機能を持たせた構成としてもよい。
【０１７１】
また、電子書籍３２０は、無線で情報を送受信できる構成としてもよい。無線により、電子書籍サーバから、所望の書籍データなどを購入し、ダウンロードする構成とすることも可能である。
【０１７２】
図１２（Ｄ）は、携帯電話の一例であり、筐体３３０及び筐体３３１の二つの筐体で構成されている。筐体３３１には、表示パネル３３２、スピーカー３３３、マイクロフォン３３４、ポインティングデバイス３３６、カメラ用レンズ３３７、外部接続端子３３８などを備えている。また、筐体３３０には、携帯電話の充電を行う太陽電池セル３４０、外部メモリスロット３４１などを備えている。また、アンテナは筐体３３１内部に内蔵されている。実施の形態１または２で示した半導体装置を適用することにより、低コストの携帯電話とすることができる。
【０１７３】
また、表示パネル３３２はタッチパネルを備えており、図１２（Ｄ）には映像表示されている複数の操作キー３３５を点線で示している。なお、太陽電池セル３４０で出力される電圧を各回路に必要な電圧に昇圧するための昇圧回路も実装している。
【０１７４】
表示パネル３３２は、使用形態に応じて表示の方向が適宜変化する。また、表示パネル３３２と同一面上にカメラ用レンズ３３７を備えているため、テレビ電話が可能である。スピーカー３３３及びマイクロフォン３３４は音声通話に限らず、テレビ電話、録音、再生などが可能である。さらに、筐体３３０と筐体３３１は、スライドし、図１２（Ｄ）のように展開している状態から重なり合った状態とすることができ、携帯に適した小型化が可能である。
【０１７５】
外部接続端子３３８はＡＣアダプタ及びＵＳＢケーブルなどの各種ケーブルと接続可能であり、充電及びパーソナルコンピュータなどとのデータ通信が可能である。また、外部メモリスロット３４１に記録媒体を挿入し、より大量のデータ保存及び移動に対応できる。
【０１７６】
また、上記機能に加えて、赤外線通信機能、テレビ受信機能などを備えたものであってもよい。
【０１７７】
図１２（Ｅ）は、テレビジョン装置の一例を示している。テレビジョン装置３６０は、筐体３６１に表示部３６３が組み込まれている。表示部３６３により、映像を表示することが可能である。また、ここでは、スタンド３６５により筐体３６１を支持した構成を示している。実施の形態１または２で示した半導体装置を適用することにより、低コストのテレビジョン装置３６０とすることができる。
【０１７８】
テレビジョン装置３６０の操作は、筐体３６１が備える操作スイッチや、別体のリモコン操作機により行うことができる。また、リモコン操作機に、当該リモコン操作機から出力する情報を表示する表示部を設ける構成としてもよい。
【０１７９】
なお、テレビジョン装置３６０は、受信機やモデムなどを備えた構成とする。受信機により一般のテレビ放送の受信を行うことができ、さらにモデムを介して有線または無線による通信ネットワークに接続することにより、一方向（送信者から受信者）または双方向（送信者と受信者間、あるいは受信者間同士など）の情報通信を行うことも可能である。
【０１８０】
以上、本実施の形態に示す構成、方法などは、他の実施の形態に示す構成、方法などと適宜組み合わせて用いることができる。
【実施例１】
【０１８１】
本実施例では、本発明の一態様を用いて作製したトランジスタについて説明する。
【０１８２】
本実施例におけるトランジスタの構造を図１３に示す。
【０１８３】
図１３に示すトランジスタ５１０は、基板５００上に設けられた下地絶縁層５０２と、酸窒化物半導体層５０６と、ソース電極５０８ａ及びドレイン電極５０８ｂと、ソース電極５０８ａ及びドレイン電極５０８ｂ上に設けられたゲート絶縁層５１２と、ゲート絶縁層５１２上に設けられたゲート電極５１４と、ゲート電極５１４上に設けられた保護絶縁層５１６と、保護絶縁層５１６を介してソース電極５０８ａ及びドレイン電極５０８ｂにそれぞれ接続されたソース配線５１８ａ及びドレイン配線５１８ｂと、を有する。
【０１８４】
本実施例では、基板５００として０．７ｍｍのガラス基板を用い、下地絶縁層５０２として酸化シリコン層を３００ｎｍ形成し、酸窒化物半導体層５０６としてＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ−Ｎ系非単結晶層を５０ｎｍ形成し、ソース電極５０８ａ及びドレイン電極５０８ｂとしてチタン層を１５０ｎｍ形成し、ゲート絶縁層５１２として酸化シリコン層を２００ｎｍ形成し、ゲート電極５１４としてチタン層を３００ｎｍ形成し、保護絶縁層５１６として酸化シリコン層を３００ｎｍ形成し、ソース配線５１８ａ及びドレイン配線５１８ｂとしてチタン層とアルミニウム層とチタン層をそれぞれ５０ｎｍと１００ｎｍと５ｎｍ積層して形成した。
【０１８５】
本実施例のトランジスタ５１０は、酸窒化物半導体層５０６としてＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系金属酸化物ターゲットを用い、窒素を含む雰囲気中でのスパッタリング法により形成している。そのため、熱処理を行わなくても、十分なオン特性を得ることができる。
【０１８６】
本実施例のトランジスタ５１０における酸窒化物半導体層５０６の形成条件は以下の通りである。また、本条件にて作製した酸窒化物半導体層５０６中の窒素濃度は約６．５ａｔｏｍｉｃ％である。なお、濃度分析はＥＰＭＡ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｐｒｏｂｅ Ｍｉｃｒｏ Ａｎａｌｙｚｅｒ）分析によっておこなった結果である。
・成膜法：ＤＣスパッタリング法
・ターゲット組成比：（Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：０．５）
・成膜ガス：Ａｒ（３５ｓｃｃｍ）、Ｎ２（５ｓｃｃｍ）
・電力：０．５ｋＷ（ＤＣ）
・圧力：０．４Ｐａ
・Ｔ−Ｓ間距離：６０ｍｍ
・基板温度：室温
【０１８７】
本実施例のトランジスタ５１０におけるドレイン電流（Ｉｄ）−ゲート電圧（Ｖｇ）測定結果について図１４（Ａ）に示す。測定は、基板面内で２５点行っており、図１４（Ａ）には重ねて表示している。チャネル長Ｌは１０μｍであり、チャネル幅Ｗは５０μｍである。なお、トランジスタのソース電極とドレイン電極の間の電圧Ｖｄは１Ｖ及び１０Ｖとした。
【０１８８】
図１４（Ａ）より、本実施例のトランジスタ５１０は良好なオン特性が得られていることがわかった。
【０１８９】
また、比較例として活性層に酸化物半導体層を形成し、さらに活性層形成後に３５０℃で熱処理を行って、その他の作製条件を上記した条件と同条件にてトランジスタを作製した。活性層形成条件は以下の通りである。また、そのトランジスタのドレイン電流（Ｉｄ）−ゲート電圧（Ｖｇ）測定結果を図１４（Ｂ）に示す。
・成膜法：ＤＣスパッタリング法
・ターゲット組成比：（Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：０．５）
・成膜ガス：Ａｒ（３０ｓｃｃｍ）、Ｏ２（１５ｓｃｃｍ）
・電力：０．５ｋＷ（ＤＣ）
・圧力：０．４Ｐａ
・Ｔ−Ｓ間距離：６０ｍｍ
・基板温度：室温
【０１９０】
また、図１４（Ｂ）に示す酸化物半導体のキャリア密度をホール効果測定によって測定した結果、酸化物半導体層形成後は約２×１０１３ｃｍ−３であり、それを３５０℃で熱処理を行うことによって約２×１０１７ｃｍ−３に増加することがわかった。本願では示していないが、熱処理していない酸化物半導体層を活性層に用いてトランジスタを作製しても、オン特性を得ることはできない。しかし、図１４（Ｂ）に示すように、熱処理によって酸化物半導体層のキャリア密度を増加させることで、トランジスタのオン特性が得られるようになる。
【０１９１】
図１４（Ａ）及び図１４（Ｂ）の結果より、図１４（Ａ）に示す酸窒化物半導体層を活性層に用いたトランジスタと、図１４（Ｂ）に示す酸化物半導体層に熱処理を行って作製したトランジスタは、同等の特性であることがわかり、図１４（Ａ）に示すトランジスタに用いた酸窒化物半導体層のキャリア密度は、オン特性が得られる十分なキャリア密度であることがわかる。
【０１９２】
上述の通り、本実施例のトランジスタ５１０は、熱処理なしで作製しても、オン電流が大きく、良好なトランジスタ特性が得られていることがわかった。
【符号の説明】
【０１９３】
１００ 基板
１０２ 下地絶縁層
１０６ 酸窒化物半導体層
１０８ａ ソース電極
１０８ｂ ドレイン電極
１１２ ゲート絶縁層
１１３ ゲート絶縁層
１１４ ゲート電極
１２２ａ ソース領域
１２２ｂ ドレイン領域
１２６ チャネル領域
１３２ ゲート絶縁層
１３４ ゲート電極
１３６ 酸窒化物半導体層
１３８ａ ソース電極
１３８ｂ ドレイン電極
１５１ トランジスタ
１５２ トランジスタ
１５３ トランジスタ
１５４ トランジスタ
１５５ トランジスタ
１５６ トランジスタ
１６２ ゲート絶縁層
１６４ ゲート電極
１６６ 酸窒化物半導体層
１６８ａ ソース電極
１６８ｂ ドレイン電極
１６９ 保護絶縁層
１７６ 酸窒化物半導体層
１７８ａ ソース電極
１７８ｂ ドレイン電極
１７９ 保護絶縁層
１８２ ゲート絶縁層
１８４ ゲート電極
１８８ａ ソース電極
１８８ｂ ドレイン電極
１８９ 保護絶縁層
２０１ 基板
２０２ 画素部
２０３ 信号線駆動回路
２０４ 走査線駆動回路
２０５ シール材
２０６ 基板
２０８ 液晶層
２１０ トランジスタ
２１１ トランジスタ
２１３ 液晶素子
２１５ 接続端子電極
２１６ 端子電極
２１９ 異方性導電層
２２１ 絶縁層
２３０ 電極
２３１ 電極
２３２ 絶縁層
２３３ 絶縁層
２３５ スペーサ
２４０ 隔壁
２４１ 発光層
２４３ 発光素子
２４４ 充填材
２５２ キャビティ
２５３ 球形粒子
２５４ 充填材
２５５ａ 黒色領域
２５５ｂ 白色領域
３０１ 本体
３０２ 筐体
３０３ 表示部
３０４ キーボード
３１１ 本体
３１２ スタイラス
３１３ 表示部
３１４ 操作ボタン
３１５ 外部インターフェイス
３２０ 電子書籍
３２１ 筐体
３２２ 筐体
３２３ 表示部
３２４ 表示部
３２５ 軸部
３２６ 電源
３２７ 操作キー
３２８ スピーカー
３３０ 筐体
３３１ 筐体
３３２ 表示パネル
３３３ スピーカー
３３４ マイクロフォン
３３５ 操作キー
３３６ ポインティングデバイス
３３７ カメラ用レンズ
３３８ 外部接続端子
３４０ 太陽電池セル
３４１ 外部メモリスロット
３６０ テレビジョン装置
３６１ 筐体
３６３ 表示部
３６５ スタンド
５００ 基板
５０２ 下地絶縁層
５０６ 酸窒化物半導体層
５０８ａ ソース電極
５０８ｂ ドレイン電極
５１０ トランジスタ
５１２ ゲート絶縁層
５１４ ゲート電極
５１６ 保護絶縁層
５１８ａ ソース配線
５１８ｂ ドレイン配線
【技術分野】
【０００１】
半導体装置及び半導体装置の作製方法に関する。
【０００２】
なお、本明細書中において半導体装置とは、半導体特性を利用することで機能しうる装置全般を指し、電気光学装置、半導体回路及び電子機器は全て半導体装置である。
【背景技術】
【０００３】
液晶表示装置に代表されるように、ガラス基板等に形成されるトランジスタはアモルファスシリコン、多結晶シリコンなどによって構成されている。アモルファスシリコンを用いたトランジスタは電界効果移動度が低いもののガラス基板の大面積化に対応することができる。また、多結晶シリコンを用いたトランジスタの電界効果移動度は高いがガラス基板の大面積化には適していないという欠点を有している。
【０００４】
シリコンを用いたトランジスタに対して、酸化物半導体を用いてトランジスタを作製し、電子デバイスや光デバイスに応用する技術が注目されている。例えば酸化物半導体として、酸化亜鉛、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物を用いてトランジスタを作製し、表示装置の画素のスイッチング素子などに用いる技術が特許文献１及び特許文献２で開示されている。
【０００５】
また、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物は、膜中に窒素を導入して酸窒化物とすることにより、トランジスタではなく、透明導電膜としても使用できる技術が特許文献３で開示されている。これは、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物に窒素を導入することにより、導電率を変化させることができるためである、とされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−１２３８６１号公報
【特許文献２】特開２００７−９６０５５号公報
【特許文献３】特開２０１０−１３３０２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の一態様は、キャリア密度の制御された半導体装置又は半導体装置の作製方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物などの酸化物半導体を活性層に用いたトランジスタにおいては、活性層の成膜工程以降の熱処理によって酸化物半導体層中に酸素欠損を生成させることで、キャリア密度を増加させることができる。しかし、熱処理によるキャリア密度の増加は制御性が悪く、目的とする半導体装置に合わせたオン特性を有する酸化物半導体層を得ることは困難である。
【０００９】
また、酸化物半導体を用いた半導体装置において大型化、大面積化を考えた場合、熱処理を行うことは、製造タクトタイム及びコストの増加となってしまうため、好ましくない。
【００１０】
そこで、本発明の一態様は、酸化物半導体層中に含まれる窒素量を制御することによりキャリア密度を制御し、それによって、目的とするキャリア密度及びオン特性を有する酸窒化物半導体をチャネルに用いたトランジスタを作製する。
【００１１】
また、スパッタリング法による成膜時において、被成膜面の温度は１００℃以上としてもよい。それにより、水、水素などの不純物の被成膜物中への混入を防ぐことができる。
【００１２】
酸窒化物半導体層を形成する方法として、酸化物半導体層をスパッタリング法により成膜する際に、成膜ガスとして窒素又は窒素を含むガスを導入することで、酸窒化物半導体層を成膜できる。また、酸化物半導体層に対して、窒素又は窒素を含むガスをドーパントとして添加することによっても、酸窒化物半導体層を形成できる。ドーパントを添加する方法として、例えばイオンドーピング法やイオンインプランテーション法を用いることができる。さらに、酸化物半導体層に対して、ドライエッチング装置及びプラズマＣＶＤ装置などを用いて、窒素雰囲気でのプラズマ照射によっても、酸窒化物半導体層を形成することができる。
【００１３】
また、トランジスタの構造としては、トップゲート型のトランジスタ、ボトムゲート型のトランジスタを適宜適用することができる。さらに、半導体層が、ソース電極及びドレイン電極と基板との間に設けられるトップコンタクト型、ソース電極及びドレイン電極が、半導体層と基板との間に設けられるボトムコンタクト型も適宜適用することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の一態様により、酸化物半導体と同等以上の性能を有する、酸窒化物半導体をチャネルに用いたトランジスタを作製できる。
【００１５】
また、本発明の一態様により、キャリア密度の制御された酸窒化物半導体を用いた半導体装置を作製することができ、熱処理を行わなくても十分なオン特性を有することができる。さらに、半導体層と、ソース電極及びドレイン電極との間に、低抵抗層などを設けなくても、良好なコンタクト特性を示すことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一態様である半導体装置の一例を示す上面図及び断面図。
【図２】本発明の一態様である半導体装置の一例を示す断面図。
【図３】本発明の一態様である半導体装置の作製工程の一例を示す断面図。
【図４】本発明の一態様である半導体装置の作製工程の一例を示す断面図。
【図５】本発明の一態様である半導体装置の作製工程の一例を示す断面図。
【図６】本発明の一態様である半導体装置の作製工程の一例を示す断面図。
【図７】本発明の一態様である半導体装置の作製工程の一例を示す断面図。
【図８】本発明の一態様である半導体装置の一形態を説明する図。
【図９】本発明の一態様である半導体装置の一形態を説明する図。
【図１０】本発明の一態様である半導体装置の一形態を説明する図。
【図１１】本発明の一態様である半導体装置の一形態を説明する図。
【図１２】本発明の一態様である半導体装置としての電子機器を示す図。
【図１３】本発明の一態様である半導体装置の一形態を説明する図。
【図１４】薄膜トランジスタの電気特性を説明する図。
【図１５】本発明の一態様である半導体装置の一例を示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下では、本発明の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。ただし、本発明は以下の説明に限定されず、その形態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。また、本発明は以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。なお、図面を用いて発明の構成を説明するにあたり、同じものを指す符号は異なる図面間でも共通して用いる。なお、同様のものを指す際にはハッチパターンを同じくし、特に符号を付さない場合がある。
【００１８】
なお、第１、第２として付される序数詞は便宜上用いるものであり、工程順または積層順を示すものではない。また、本明細書において発明を特定するための事項として固有の名称を示すものではない。
【００１９】
（実施の形態１）
本実施の形態では、半導体装置及び半導体装置の作製方法の一形態を、図１乃至図７及び図１５を用いて説明する。
【００２０】
図１には、本発明の一態様の半導体装置の例として、トップゲートトップコンタクト型であるトランジスタ１５１の上面図及び断面図を示す。ここで、図１（Ａ）は上面図であり、図１（Ｂ）及び図１（Ｃ）はそれぞれ、図１（Ａ）におけるＡ−Ｂ断面及びＣ−Ｄ断面における断面図である。なお、図１（Ａ）では、煩雑になることを避けるため、トランジスタ１５１の構成要素の一部（例えば、ゲート絶縁層１１２など）の図示を省略している。
【００２１】
図１に示すトランジスタ１５１は、基板１００上の、下地絶縁層１０２、酸窒化物半導体層１０６、ソース電極１０８ａ、ドレイン電極１０８ｂ、ゲート絶縁層１１２、ゲート電極１１４を含む。
【００２２】
酸窒化物半導体層１０６としては、少なくともインジウム（Ｉｎ）あるいは亜鉛（Ｚｎ）を含むことが好ましい。特にＩｎとＺｎを含むことが好ましい。また、該酸窒化物を用いたトランジスタの電気特性のばらつきを減らすためのスタビライザーとして、それらに加えてガリウム（Ｇａ）を有することが好ましい。また、スタビライザーとしてスズ（Ｓｎ）を有することが好ましい。また、スタビライザーとしてハフニウム（Ｈｆ）を有することが好ましい。また、スタビライザーとしてジルコニウム（Ｚｒ）を有することが好ましい。また、スタビライザーとしてアルミニウム（Ａｌ）を有することが好ましい。
【００２３】
また、他のスタビライザーとして、ランタノイドである、ランタン（Ｌａ）、セリウム（Ｃｅ）、プラセオジム（Ｐｒ）、ネオジム（Ｎｄ）、サマリウム（Ｓｍ）、ユウロピウム（Ｅｕ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、テルビウム（Ｔｂ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）、ホルミウム（Ｈｏ）、エルビウム（Ｅｒ）、ツリウム（Ｔｍ）、イッテルビウム（Ｙｂ）、ルテチウム（Ｌｕ）のいずれか一種あるいは複数種を有してもよい。
【００２４】
例えば、酸窒化物半導体として、酸化インジウム、酸化スズ、酸化亜鉛、二元系金属の酸化物であるＩｎ−Ｚｎ系酸化物、Ｓｎ−Ｚｎ系酸化物、Ａｌ−Ｚｎ系酸化物、Ｚｎ−Ｍｇ系酸化物、Ｓｎ−Ｍｇ系酸化物、Ｉｎ−Ｍｇ系酸化物、Ｉｎ−Ｇａ系酸化物、三元系金属の酸化物であるＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物（ＩＧＺＯとも表記する。）、Ｉｎ−Ａｌ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｚｎ系酸化物、Ｓｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物、Ａｌ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物、Ｓｎ−Ａｌ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｈｆ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｚｒ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｌａ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｃｅ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｐｒ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｎｄ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｓｍ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｅｕ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｇｄ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｔｂ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｄｙ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｈｏ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｅｒ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｔｍ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｙｂ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｌｕ−Ｚｎ系酸化物、四元系金属の酸化物であるＩｎ−Ｓｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｈｆ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ａｌ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｓｎ−Ａｌ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｈｆ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｈｆ−Ａｌ−Ｚｎ系酸化物などのターゲットを用い、窒素を含む雰囲気中でのスパッタリング法などにより形成することができる。なお、スパッタリング法に限らず、真空蒸着法、パルスレーザ堆積法、ＣＶＤ法などを用いて形成することができる。
【００２５】
なお、ここで、例えば、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物とは、ＩｎとＧａとＺｎを有する酸化物という意味であり、ＩｎとＧａとＺｎの比率は問わない。また、ＩｎとＧａとＺｎ以外の金属元素が入っていてもよい。
【００２６】
成膜の雰囲気は、希ガス（代表的にはアルゴン）と窒素の混合雰囲気、９９％以上の窒素雰囲気、又は希ガス、酸素及び窒素の混合雰囲気とするとよい。
【００２７】
形成した酸窒化物半導体層１０６に含まれる窒素濃度は、０．１ａｔｏｍｉｃ％以上３０ａｔｏｍｉｃ％以下、より好ましくは５ａｔｏｍｉｃ％以上２０ａｔｏｍｉｃ％以下とする。酸窒化物半導体層１０６に含まれる窒素濃度が０．１ａｔｏｍｉｃ％よりも低いと、キャリア密度が不十分であり、酸窒化物半導体層１０６に含まれる窒素濃度が３０ａｔｏｍｉｃ％より高いと、絶縁性が高くなってしまうため、半導体としての機能が損なわれてしまう。
【００２８】
トランジスタ１５１上には、さらに保護絶縁層が設けられていてもよい。保護絶縁層は、下地絶縁層１０２と同様の構成とすることができる。また、ソース電極１０８ａ及びドレイン電極１０８ｂ並びに配線と、を電気的に接続させるために、ゲート絶縁層１１２などには開口部が形成されていてもよい。また、酸窒化物半導体層１０６の下方に、さらに、第２のゲート電極を有していてもよい。なお、酸窒化物半導体層１０６は島状に加工されていることが好ましいが、島状に加工されていなくてもよい。
【００２９】
図２および図１５に、トランジスタ１５１とは異なる構成のトランジスタの断面構造を示す。
【００３０】
図２（Ａ）に示すトランジスタ１５２は、下地絶縁層１０２、酸窒化物半導体層１３６、ソース電極１３８ａ、ドレイン電極１３８ｂ、ゲート絶縁層１３２、ゲート電極１３４を有する。トランジスタ１５２とトランジスタ１５１との相違は、酸窒化物半導体層と、ソース電極およびドレイン電極とが接続する位置である。即ち、トランジスタ１５２では、酸窒化物半導体層１３６の下部において、酸窒化物半導体層１３６と、ソース電極１３８ａやドレイン電極１３８ｂとが接している。その他の構成要素については、図１のトランジスタ１５１と同様である。
【００３１】
図２（Ｂ）に示すトランジスタ１５３は、下地絶縁層１０２、酸窒化物半導体層１６６、ソース電極１６８ａ、ドレイン電極１６８ｂ、ゲート絶縁層１６２、ゲート電極１６４を有する。トランジスタ１５３とトランジスタ１５１との相違は、酸窒化物半導体層に対するゲート電極の位置である。即ち、トランジスタ１５３では、酸窒化物半導体層１６６の下部にゲート絶縁層１６２を介してゲート電極１６４が設けられている。また、トランジスタ１５３では、ソース電極１６８ａ及びドレイン電極１６８ｂ及び酸窒化物半導体層１６６を覆うように保護絶縁層１６９が設けられる。その他の構成要素については、図２（Ａ）のトランジスタ１５２と同様である。
【００３２】
図２（Ｃ）に示すトランジスタ１５４は、下地絶縁層１０２、酸窒化物半導体層１７６、ソース電極１７８ａ、ドレイン電極１７８ｂ、ゲート絶縁層１６２、ゲート電極１６４を有する。トランジスタ１５４とトランジスタ１５１との相違は、酸窒化物半導体層に対するゲート電極の位置である。即ち、トランジスタ１５４では、酸窒化物半導体層１７６の下部にゲート絶縁層１６２を介してゲート電極１６４が設けられている。また、トランジスタ１５４では、ソース電極１７８ａ及びドレイン電極１７８ｂ及び酸窒化物半導体層１７６を覆うように保護絶縁層１７９が設けられる。その他の構成要素については、図１のトランジスタ１５１と同様である。
【００３３】
図２（Ｄ）に示すトランジスタ１５５は、下地絶縁層１０２、ゲート絶縁層１８２、ゲート電極１８４、ソース電極１８８ａ、ドレイン電極１８８ｂを有する。トランジスタ１５５は、同一平面上の酸窒化物半導体層中にチャネル領域１２６、ソース領域１２２ａ、ドレイン領域１２２ｂを形成する点でトランジスタ１５１及びトランジスタ１５２との相違がある。ソース領域１２２ａ及びドレイン領域１２２ｂには、保護絶縁層１８９を介して、それぞれソース電極１８８ａ及びドレイン電極１８８ｂが接続される。なお、チャネル領域１２６は、ゲート電極１８４と重畳する領域ということであり、ソース領域１２２ａ、ドレイン領域１２２ｂと同じもので形成されてもよい。
【００３４】
下地絶縁層１０２は、トランジスタ１５１と同様の構成とすることができる。酸窒化物半導体層が形成された後、ゲート絶縁層１８２及びゲート電極１８４を形成する。ゲート電極１８４とゲート絶縁層１８２は同一のマスクを使用して加工することができる。あるいは、ゲート電極１８４を加工した後、ゲート電極１８４をマスクに用いてゲート絶縁層１８２を加工してもよい。次に、ゲート電極１８４をマスクに用い、酸窒化物半導体層を低抵抗化し、ソース領域１２２ａ及びドレイン領域１２２ｂを形成する。ゲート電極１８４下の領域はチャネル領域１２６となる。なお、該低抵抗化を行わなくても、酸窒化物半導体層の抵抗値を適宜調節することによりソース領域１２２ａ及びドレイン領域１２２ｂを形成すること無く、トランジスタ１５５を形成できる。
【００３５】
また、図２（Ｄ）に示すトランジスタ１５５において、ソース領域１２２ａ及びドレイン領域１２２ｂの低抵抗化の際にゲート絶縁層１８２となる絶縁層の一部が除去され、酸窒化物半導体層の一部が露出しているが、図１５に示すトランジスタ１５６のように、ゲート絶縁層１１３を除去せずとも、例えばイオンインプランテーション法などによって酸窒化物半導体層にドーパントを添加することによって、酸窒化物半導体層の低抵抗化ができる。
【００３６】
次に、図３（Ａ）乃至図３（Ｅ）を用いて、図１に示すトランジスタ１５１の作製工程の一例について説明する。
【００３７】
まず、基板１００上に下地絶縁層１０２を形成する（図３（Ａ）参照。）。
【００３８】
基板１００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、ガラス基板、セラミック基板、石英基板、サファイア基板などを、基板１００として用いることができる。また、シリコンや炭化シリコンなどの単結晶半導体基板、多結晶半導体基板、ＧａＡｓ及びシリコンゲルマニウムなどの化合物半導体基板、ＳＯＩ基板などを適用することも可能であり、これらの基板上に半導体素子が設けられたものを、基板１００として用いてもよい。
【００３９】
また、基板１００として、可撓性基板を用いてもよい。可撓性基板上にトランジスタを設ける場合、可撓性基板上に直接的にトランジスタを作り込んでもよいし、他の基板にトランジスタを形成した後、これを剥離し、可撓性基板に転置してもよい。なお、トランジスタを剥離し、可撓性基板に転置するためには、上記他の基板とトランジスタとの間に剥離層を形成するとよい。
【００４０】
下地絶縁層１０２の材料には、酸化シリコン、酸化窒化シリコンなどを用いればよい。また、下地絶縁層１０２には、前述の材料と酸化シリコン、窒化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコン、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸化窒化アルミニウム、酸化ガリウム、酸化ハフニウム、酸化イットリウム等またはこれらの混合材料等を積層して用いてもよい。例えば、下地絶縁層１０２を窒化シリコン層と酸化シリコン層の積層構造とすると、基板などからトランジスタ１５１への水分の混入を防ぐことができる。下地絶縁層１０２を積層構造で形成する場合、酸窒化物半導体層１０６と接する側を酸化シリコン層または酸化窒化シリコン層などとするとよい。なお、下地絶縁層１０２はトランジスタ１５１の下地層として機能する。
【００４１】
また、下地絶縁層１０２は化学量論比を満たす酸素よりも多くの酸素を含む酸化物絶縁層を用いることが好ましい。
【００４２】
化学量論比を満たす酸素よりも多くの酸素を含む酸化物絶縁層は、ＴＤＳ（Ｔｈｅｒｍａｌ Ｄｅｓｏｒｐｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｔｒｏｃｏｐｙ：昇温脱離ガス分光法）分析にて、酸素原子に換算しての酸素の放出量が１．０×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上、好ましくは１．０×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上、より好ましくは３．０×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上である。
【００４３】
ここで、ＴＤＳ分析による、酸素原子に換算したときの酸素の放出量の測定方法について、以下に説明する。
【００４４】
ＴＤＳ分析したときの気体の放出量は、スペクトルの積分値に比例する。このため、酸化物絶縁層のスペクトルの積分値と、標準試料の基準値に対する比とにより、気体の放出量を計算することができる。標準試料の基準値とは、所定の原子を含む試料の、スペクトルの積分値に対する原子の密度の割合である。
【００４５】
例えば、標準試料である所定の密度の水素を含むシリコンウェハのＴＤＳ分析結果、および酸化物絶縁層のＴＤＳ分析結果から、酸化物絶縁層の酸素分子の放出量（Ｎ（Ｏ２））は、数式１で求めることができる。ここで、ＴＤＳ分析で得られる質量数３２で検出されるスペクトルの全てが酸素分子由来と仮定する。質量数３２のものとしてＣＨ３ＯＨがあるが、存在する可能性が低いものとしてここでは考慮しない。また、酸素原子の同位体である質量数１７の酸素原子および質量数１８の酸素原子を含む酸素分子についても、自然界における存在比率が極微量であるため考慮しない。
【００４６】
Ｎ（Ｏ２）＝Ｎ（Ｈ２）／Ｓ（Ｈ２）×Ｓ（Ｏ２）×α （数１）
【００４７】
Ｎ（Ｈ２）は、標準試料から脱離した水素分子を密度で換算した値である。Ｓ（Ｈ２）は、標準試料をＴＤＳ分析したときのスペクトルの積分値である。ここで、標準試料の基準値を、Ｎ（Ｈ２）／Ｓ（Ｈ２）とする。Ｓ（Ｏ２）は、酸化物絶縁層をＴＤＳ分析したときのスペクトルの積分値である。αは、ＴＤＳ分析におけるスペクトル強度に影響する係数である。数式１の詳細に関しては、特開平６−２７５６９７号公報を参照する。なお、上記酸化物絶縁層の酸素の放出量は、電子科学株式会社製の昇温脱離分析装置ＥＭＤ−ＷＡ１０００Ｓ／Ｗを用い、標準試料として１×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３の水素原子を含むシリコンウェハを用いて測定する。
【００４８】
また、ＴＤＳ分析において、酸素の一部は酸素原子として検出される。酸素分子と酸素原子の比率は、酸素分子のイオン化率から算出することができる。なお、上述のαは酸素分子のイオン化率を含むため、酸素分子の放出量を評価することで、酸素原子の放出量についても見積もることができる。
【００４９】
なお、Ｎ（Ｏ２）は酸素分子の放出量である。酸化物絶縁層においては、酸素原子に換算したときの酸素の放出量は、酸素分子の放出量の２倍となる。
【００５０】
化学量論比を満たす酸素よりも多くの酸素を含む酸化物絶縁層をスパッタリング法により形成する場合は、成膜ガス中の酸素量が高いことが好ましく、酸素、または酸素及び希ガスの混合ガス等を用いることができる。代表的には、成膜ガス中の酸素濃度を６％以上１００％以下にすることが好ましい。
【００５１】
化学量論比を満たす酸素よりも多くの酸素を含む酸化物絶縁層の代表例として酸化シリコン膜を形成する場合、石英（好ましくは合成石英）をターゲットに用い、基板温度３０℃以上４５０℃以下（好ましくは７０℃以上２００℃以下）、基板とターゲットの間の距離（Ｔ−Ｓ間距離）を２０ｍｍ以上４００ｍｍ以下（好ましくは４０ｍｍ以上２００ｍｍ以下）、圧力を０．１Ｐａ以上４Ｐａ以下（好ましくは０．２Ｐａ以上１．２Ｐａ以下）、高周波電源を０．５ｋＷ以上１２ｋＷ以下（好ましくは１ｋＷ以上５ｋＷ以下）、成膜ガス中のＯ２／（Ｏ２＋Ａｒ）割合を１％以上１００％以下（好ましくは６％以上１００％以下）として、ＲＦスパッタリング法により酸化シリコン膜を形成することが好ましい。なお、石英（好ましくは合成石英）ターゲットに代えてシリコンターゲットを用いることもできる。なお、成膜ガスとしては、酸素のみを用いてもよい。
【００５２】
次に、下地絶縁層１０２上に酸窒化物半導体層を形成し、当該酸窒化物半導体層を加工して島状の酸窒化物半導体層１０６を形成する（図３（Ｂ）参照。）。
【００５３】
酸窒化物半導体層１０６は、例えば、成膜ガスに窒素を用いたスパッタリング法などを用いて形成することができる。また、酸窒化物半導体層１０６の厚さは、３ｎｍ以上５０ｎｍ以下とすることが好ましい。酸窒化物半導体層１０６を厚くしすぎると（例えば、厚さを１００ｎｍ以上）、短チャネル効果の影響が大きくなり、チャネル長の小さなトランジスタでノーマリーオンになるおそれがあるためである。ここで、「ノーマリーオン」とは、ゲート電極に電圧を印加しなくてもチャネルが存在し、トランジスタに電流が流れてしまう状態のことである。なお、下地絶縁層１０２及び酸窒化物半導体層１０６は、大気に触れさせることなく連続して成膜するのが好ましい。
【００５４】
また、酸窒化物半導体層１０６の形成方法として、上述の酸化物ターゲットを用いて酸化物半導体層を成膜した後、酸化物半導体層へ窒素を導入することによって形成してもよい。
【００５５】
酸化物半導体層へ窒素を導入する方法としては、イオンドーピング法又はイオンインプランテーション法により、酸化物半導体層に窒素を導入することができる。また、窒素又は窒素を含むガスによるプラズマに曝すことによっても、酸化物半導体層に窒素を導入することができる。
【００５６】
本実施の形態では、酸窒化物半導体層１０６を、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系の酸化物ターゲットを用いて、アルゴンと窒素の混合雰囲気でスパッタリングすることにより形成する。
【００５７】
また、スパッタリング法による成膜時において、被成膜面の温度は１００℃以上、基板の熱処理上限温度以下とするのが好ましい。それにより水、水素などの不純物の被成膜物中への混入を防ぐことができる。
【００５８】
また、スパッタリング装置の処理室のリークレートを１×１０−１０Ｐａ・ｍ３／秒以下とすることで、スパッタリング法による成膜途中における結晶性酸化物半導体膜への、アルカリ金属、水素化物等の不純物の混入を低減することができる。また、排気系として吸着型の真空ポンプを用いることで、排気系からアルカリ金属、水素原子、水素分子、水、水酸基、または水素化物等の不純物の逆流を低減することができる。
【００５９】
Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系の酸化物ターゲットとしては、例えば、組成比として、Ｉｎ２Ｏ３：Ｇａ２Ｏ３：ＺｎＯ＝１：１：１［ｍｏｌ数比］の酸化物ターゲットを用いることができる。なお、ターゲットの材料及び組成を上述したものに限定する必要はない。例えば、Ｉｎ２Ｏ３：Ｇａ２Ｏ３：ＺｎＯ＝１：１：２［ｍｏｌ数比］の組成比の酸化物ターゲットを用いることもできる。
【００６０】
酸化物ターゲットの相対密度は、９０％以上１００％以下、好ましくは９５％以上９９．９％以下とする。相対密度の高い金属酸化物ターゲットを用いることにより、成膜した酸窒化物半導体層１０６を緻密な層とすることができるためである。
【００６１】
成膜は、酸窒化物半導体層への水素、水、水酸基、水素化物などの混入を防ぐために、水素、水、水酸基、水素化物などの不純物が十分に除去された高純度ガスを用いた雰囲気とすることが好ましい。
【００６２】
酸窒化物半導体層１０６の加工は、所望の形状のマスクを酸窒化物半導体層上に形成した後、当該酸窒化物半導体層をエッチングすることによって行うことができる。上述のマスクは、フォトリソグラフィなどの方法を用いて形成することができる。または、インクジェット法などの方法を用いてマスクを形成してもよい。
【００６３】
なお、酸窒化物半導体層のエッチングは、ドライエッチングでもウェットエッチングでもよい。また、これらを組み合わせて用いてもよい。
【００６４】
次いで、下地絶縁層１０２及び酸窒化物半導体層１０６上に、ソース電極及びドレイン電極（これと同じ層で形成される配線を含む）を形成するための導電層を形成し、当該導電層を加工して、ソース電極１０８ａ及びドレイン電極１０８ｂを形成する（図３（Ｃ）参照。）。なお、ここで形成されるソース電極１０８ａの端部とドレイン電極１０８ｂの端部との間隔によって、トランジスタのチャネル長Ｌが決定されることになる。
【００６５】
ソース電極１０８ａ及びドレイン電極１０８ｂに用いる導電層としては、例えば、Ａｌ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｗから選ばれた元素を含む金属層または上述した元素を成分とする金属窒化物層などを用いることができる。また、Ａｌ、Ｃｕなどの金属層の下側または上側の一方または双方にＴｉ、Ｍｏ、Ｗなどの高融点金属層またはこれらの金属窒化物層を積層させた構成を用いてもよい。
【００６６】
また、ソース電極１０８ａ及びドレイン電極１０８ｂに用いる導電層は、導電性の金属酸化物で形成してもよい。導電性の金属酸化物としては酸化インジウム（Ｉｎ２Ｏ３）、酸化スズ（ＳｎＯ２）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化インジウム酸化スズ（Ｉｎ２Ｏ３―ＳｎＯ２）、酸化インジウム酸化亜鉛（Ｉｎ２Ｏ３―ＺｎＯ）またはこれらの金属酸化物材料に酸化シリコンを含ませたものを用いることができる。
【００６７】
導電層の加工は、レジストマスクを用いたエッチングによって行うことができる。当該エッチングに用いるレジストマスク形成時の露光には、紫外線やＫｒＦレーザ光やＡｒＦレーザ光などを用いるとよい。
【００６８】
なお、チャネル長Ｌ＝２５ｎｍ未満の露光を行う場合には、例えば、数ｎｍ〜数１０ｎｍと極めて波長が短い超紫外線（Ｅｘｔｒｅｍｅ Ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ）を用いて、レジストマスク形成時の露光を行うとよい。超紫外線による露光は、解像度が高く焦点深度も大きい。したがって、後に形成されるトランジスタのチャネル長Ｌを微細化することが可能であり、回路の動作を速くすることができる。
【００６９】
また、いわゆる多階調マスクによって形成されたレジストマスクを用いてエッチングを行ってもよい。多階調マスクを用いて形成されたレジストマスクは、複数の厚さを有する形状となり、アッシングによってさらに形状を変形させることができるため、異なるパターンに加工する複数のエッチング工程に用いることが可能である。このため、一枚の多階調マスクによって、少なくとも二種類以上の異なるパターンに対応するレジストマスクを形成することができる。つまり、工程の簡略化が可能となる。
【００７０】
なお、導電層のエッチングの際に、酸窒化物半導体層１０６の一部がエッチングされ、溝部（凹部）を有する酸窒化物半導体層となることもある。
【００７１】
その後、酸素、オゾン、二酸化窒素などのガスを用いたプラズマ処理を行い、露出している酸窒化物半導体層１０６の表面を酸化し、酸素欠損を埋めてもよい。プラズマ処理を行った場合、当該プラズマ処理に続けて大気に触れさせることなく、酸窒化物半導体層１０６の一部に接するゲート絶縁層１１２を形成することが好ましい。
【００７２】
次に、ソース電極１０８ａ及びドレイン電極１０８ｂを覆い、かつ、酸窒化物半導体層１０６の一部と接するように、ゲート絶縁層１１２を形成する（図３（Ｄ）参照。）。
【００７３】
ゲート絶縁層１１２は、下地絶縁層１０２と同様の構成とすることができる。ただし、トランジスタのゲート絶縁層として機能することを考慮して、酸化ハフニウムや酸化アルミニウムなどの比誘電率が高い材料を採用してもよい。また、ゲート絶縁耐圧や酸窒化物半導体との界面状態などを考慮し、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化シリコンに酸化ハフニウムや酸化アルミニウムなどの比誘電率の高い材料を積層してもよい。ゲート絶縁層１１２の合計の膜厚は、好ましくは１ｎｍ以上３００ｎｍ以下、より好ましくは５ｎｍ以上５０ｎｍ以下とする。ゲート絶縁層が厚いほど短チャネル効果が顕著となり、しきい値電圧がマイナス側へシフトしやすい傾向となる。また、ゲート絶縁層が５ｎｍ以下となるとトンネル電流によるリークが増大することがわかっている。
【００７４】
その後、ゲート絶縁層１１２を介して、酸窒化物半導体層１０６上に、ゲート電極１１４を形成する（図３（Ｅ）参照。）。ゲート電極１１４は、モリブデン、チタン、タンタル、タングステン、アルミニウム、銅、ネオジム、スカンジウムなどの金属材料、これらの窒化物、またはこれらを主成分とする合金材料を用いて形成することができる。なお、ゲート電極１１４は、単層構造としてもよいし、積層構造としてもよい。
【００７５】
以上の工程でトランジスタ１５１が作製される。
【００７６】
次に、図４（Ａ）乃至図４（Ｅ）を用いて、図２（Ａ）に示すトランジスタ１５２の作製工程の一例について説明する。
【００７７】
まず、基板１００上に下地絶縁層１０２を形成する（図４（Ａ）参照。）。
【００７８】
次に、下地絶縁層１０２上に、ソース電極及びドレイン電極（これと同じ層で形成される配線を含む）を形成するための導電層を形成し、当該導電層を加工して、ソース電極１３８ａ及びドレイン電極１３８ｂを形成する（図４（Ｂ）参照。）。
【００７９】
次に、下地絶縁層１０２、ソース電極１３８ａ及びドレイン電極１３８ｂ上に、酸窒化物半導体層を形成し、当該酸窒化物半導体層を加工して島状の酸窒化物半導体層１３６を形成する（図４（Ｃ）参照。）。
【００８０】
次に、ソース電極１３８ａ及びドレイン電極１３８ｂを覆い、かつ、酸窒化物半導体層１３６の一部と接するように、ゲート絶縁層１３２を形成する（図４（Ｄ）参照。）。
【００８１】
その後、ゲート絶縁層１３２を介して酸窒化物半導体層１３６上に、ゲート電極１３４を形成する（図４（Ｅ）参照。）。
【００８２】
以上の工程でトランジスタ１５２が形成される。
【００８３】
次に、図５（Ａ）乃至図５（Ｅ）を用いて、図２（Ｂ）に示すトランジスタ１５３の作製工程の一例について説明する。
【００８４】
まず、基板１００上に下地絶縁層１０２を形成する（図５（Ａ）参照。）。
【００８５】
次に、下地絶縁層１０２上に、ゲート電極１６４を形成する（図５（Ｂ）参照。）。
【００８６】
次に、ゲート電極１６４を覆う、ゲート絶縁層１６２を形成する（図５（Ｃ）参照。）。
【００８７】
次に、ゲート絶縁層１６２上に、ソース電極１６８ａ及びドレイン電極１６８ｂを形成し、ソース電極１６８ａ及びドレイン電極１６８ｂ上に、酸窒化物半導体層を形成し、当該酸窒化物半導体層を加工して島状の酸窒化物半導体層１６６を形成する（図５（Ｄ）参照。）。
【００８８】
次に、酸窒化物半導体層１６６及びソース電極１６８ａ及びドレイン電極１６８ｂを覆うように保護絶縁層１６９を形成する（図５（Ｅ）参照。）。
【００８９】
なお、保護絶縁層１６９は、ゲート絶縁層１６２と同様の構成とすることができる。
【００９０】
以上の工程でトランジスタ１５３が形成される。
【００９１】
次に、図６（Ａ）乃至図６（Ｅ）を用いて、図２（Ｃ）に示すトランジスタ１５４の作製工程の一例について説明する。
【００９２】
まず、基板１００上に下地絶縁層１０２を形成する（図６（Ａ）参照。）。
【００９３】
次に、下地絶縁層１０２上に、ゲート電極１６４を形成する（図６（Ｂ）参照。）。
【００９４】
次に、ゲート電極１６４を覆う、ゲート絶縁層１６２を形成する（図６（Ｃ）参照。）。
【００９５】
次に、ゲート絶縁層１６２上に、酸窒化物半導体層を形成し、当該酸窒化物半導体層を加工して島状の酸窒化物半導体層１７６を形成する。その後、酸窒化物半導体層１７６に接してソース電極１７８ａ及びドレイン電極１７８ｂを形成する（図６（Ｄ）参照。）。
【００９６】
次に、酸窒化物半導体層１７６及びソース電極１７８ａ及びドレイン電極１７８ｂを覆うように保護絶縁層１７９を形成する（図６（Ｅ）参照。）。
【００９７】
以上の工程でトランジスタ１５４が形成される。
【００９８】
図７（Ａ）乃至図７（Ｅ）を用いて、図２（Ｄ）に示すトランジスタ１５５の作製工程の一例について説明する。
【００９９】
まず、基板１００上に下地絶縁層１０２を形成する（図７（Ａ）参照。）。
【０１００】
次に、下地絶縁層１０２上に、酸窒化物半導体層を形成し、当該酸窒化物半導体層を加工して島状の酸窒化物半導体層１０６を形成する（図７（Ｂ）参照。）。
【０１０１】
次に、ゲート絶縁層１８２及びゲート電極１８４を形成し、フォトリソグラフィにより同様のパターンに加工する（図７（Ｃ）参照。）。このとき、ゲート電極１８４を加工し、その後、ゲート電極１８４をマスクにゲート絶縁層１８２を加工してもよい。
【０１０２】
次に、ゲート電極１８４をマスクに酸窒化物半導体層１０６を低抵抗化し、ソース領域１２２ａ及びドレイン領域１２２ｂを形成する。低抵抗化されないゲート電極下の領域はチャネル領域１２６となる（図７（Ｄ）参照。）。このとき、ゲート電極の幅によってトランジスタのチャネル長Ｌが決定されることになる。このように、ゲート電極をマスクに用いてパターニングすることで、ゲート電極とソース領域、ドレイン領域の重なりが生じず、この領域における寄生容量が生じないため、トランジスタ動作を速くすることができる。
【０１０３】
低抵抗化の方法としては、アルゴンなどの希ガスプラズマ処理、水素プラズマ処理またはアンモニアプラズマ処理などが挙げられる。さらに、リン（Ｐ）またはボロン（Ｂ）を含む雰囲気におけるプラズマ処理と組み合わせて行ってもよい。
【０１０４】
次に、保護絶縁層１８９を形成し、ソース領域及びドレイン領域と重畳する部分の保護絶縁層１８９に開口部を設ける。ソース電極及びドレイン電極（これと同じ層で形成される配線を含む）を形成するための導電層を形成し、当該導電層を加工して、ソース電極１８８ａ及びドレイン電極１８８ｂを形成する（図７（Ｅ）参照。）。
【０１０５】
以上の工程でトランジスタ１５５が作製される。
【０１０６】
以上のように、酸窒化物半導体をチャネルに用いることで、熱処理を行わなくても、チャネル領域、ソース領域及びドレイン領域のキャリア密度の制御された、酸化物半導体と同等以上の性能を有するトランジスタを作製できる。
【０１０７】
また、酸窒化物半導体を活性層に用いることにより、特別に低抵抗層を設けなくてもソース電極及びドレイン電極と良好なコンタクトを示すことができ、オン電流を大きくすることができる。
【０１０８】
以上、本実施の形態に示す構成、方法などは、他の実施の形態に示す構成、方法などと適宜組み合わせて用いることができる。
【０１０９】
（実施の形態２）
実施の形態１で例示したトランジスタを用いて表示機能を有する半導体装置（表示装置ともいう）を作製することができる。また、トランジスタを含む駆動回路の一部または全体を、画素部と同じ基板上に一体形成し、システムオンパネルを形成することができる。
【０１１０】
図８（Ａ）において、第１の基板２０１上に設けられた画素部２０２を囲むようにして、シール材２０５が設けられ、第２の基板２０６によって封止されている。図８（Ａ）においては、第１の基板２０１上のシール材２０５によって囲まれている領域とは異なる領域に、別途用意された基板上に単結晶半導体層または多結晶半導体層で形成された走査線駆動回路２０４、信号線駆動回路２０３が実装されている。また別途形成された信号線駆動回路２０３と、走査線駆動回路２０４または画素部２０２に与えられる各種信号及び電位は、ＦＰＣ（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ ｐｒｉｎｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ）２１８ａ、２１８ｂから供給されている。
【０１１１】
図８（Ｂ）及び図８（Ｃ）において、第１の基板２０１上に設けられた画素部２０２と、走査線駆動回路２０４とを囲むようにして、シール材２０５が設けられている。また画素部２０２と、走査線駆動回路２０４の上に第２の基板２０６が設けられている。よって画素部２０２と、走査線駆動回路２０４とは、第１の基板２０１とシール材２０５と第２の基板２０６とによって、表示素子と共に封止されている。図８（Ｂ）及び図８（Ｃ）においては、第１の基板２０１上のシール材２０５によって囲まれている領域とは異なる領域に、別途用意された基板上に単結晶半導体層または多結晶半導体層で形成された信号線駆動回路２０３が実装されている。図８（Ｂ）及び図８（Ｃ）においては、別途形成された信号線駆動回路２０３と、走査線駆動回路２０４または画素部２０２に与えられる各種信号及び電位は、ＦＰＣ２１８から供給されている。
【０１１２】
また図８（Ｂ）及び図８（Ｃ）においては、信号線駆動回路２０３を別途形成し、第１の基板２０１に実装している例を示しているが、この構成に限定されない。走査線駆動回路を別途形成して実装してもよいし、信号線駆動回路の一部または走査線駆動回路の一部のみを別途形成して実装してもよい。
【０１１３】
なお、別途形成した駆動回路の接続方法は、特に限定されるものではなく、ＣＯＧ（Ｃｈｉｐ Ｏｎ Ｇｌａｓｓ）方法、ワイヤボンディング方法、或いはＴＡＢ（Ｔａｐｅ Ａｕｔｏｍａｔｅｄ Ｂｏｎｄｉｎｇ）方法などを用いることができる。図８（Ａ）は、ＣＯＧ方法により信号線駆動回路２０３、走査線駆動回路２０４を実装する例であり、図８（Ｂ）は、ＣＯＧ方法により信号線駆動回路２０３を実装する例であり、図８（Ｃ）は、ＴＡＢ方法により信号線駆動回路２０３を実装する例である。
【０１１４】
また、表示装置は、表示素子が封止された状態にあるパネルと、該パネルにコントローラを含むＩＣなどを実装した状態にあるモジュールとを含む。
【０１１５】
なお、本明細書中における表示装置とは、画像表示デバイス、表示デバイス、もしくは光源（照明装置含む）を指す。また、コネクター、例えばＦＰＣもしくはＴＡＢテープもしくはＴＣＰが取り付けられたモジュール、ＴＡＢテープやＴＣＰの先にプリント配線板が設けられたモジュールまたは表示素子にＣＯＧ方式によりＩＣ（集積回路）が直接実装されたモジュールも全て表示装置に含むものとする。
【０１１６】
また第１の基板上に設けられた画素部及び走査線駆動回路は、トランジスタを複数有しており、実施の形態１で一例を示したトランジスタを適用することができる。
【０１１７】
表示装置に設けられる表示素子としては液晶素子（液晶表示素子ともいう）、発光素子（発光表示素子ともいう）、を用いることができる。発光素子は、電流または電圧によって輝度が制御される素子をその範疇に含んでおり、具体的には無機ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）、有機ＥＬなどを含む。また、電子インクなど、電気的作用によりコントラストが変化する表示媒体も適用することができる。
【０１１８】
半導体装置の一形態について、図９乃至図１１を用いて説明する。図９乃至図１１は、図８（Ｂ）のＭ−Ｎにおける断面図に相当する。
【０１１９】
図９乃至図１１で示すように、半導体装置は接続端子電極２１５及び端子電極２１６を有しており、接続端子電極２１５及び端子電極２１６はＦＰＣ２１８が有する端子と異方性導電層２１９を介して、電気的に接続されている。
【０１２０】
接続端子電極２１５は、第１の電極２３０と同じ導電層から形成され、端子電極２１６は、トランジスタ２１０、トランジスタ２１１のソース電極及びドレイン電極と同じ導電層で形成されている。
【０１２１】
また第１の基板２０１上に設けられた画素部２０２と、走査線駆動回路２０４は、トランジスタを複数有しており、図９乃至図１１では、画素部２０２に含まれるトランジスタ２１０と、走査線駆動回路２０４に含まれるトランジスタ２１１とを例示している。
【０１２２】
本実施の形態では、トランジスタ２１０、トランジスタ２１１として、実施の形態１で示したトランジスタを適用することができる。トランジスタ２１０、トランジスタ２１１は、高温で熱処理などを行わなくても、十分なオン特性を得ることができる。よって、図９乃至図１１で示す本実施の形態の半導体装置として低コストで半導体装置を提供することができる。
【０１２３】
画素部２０２に設けられたトランジスタ２１０は表示素子と電気的に接続し、表示パネルを構成する。表示素子は表示を行うことができれば特に限定されず、様々な表示素子を用いることができる。
【０１２４】
図９に表示素子として液晶素子を用いた液晶表示装置の例を示す。図９において、表示素子である液晶素子２１３は、第１の電極２３０、第２の電極２３１、及び液晶層２０８を含む。なお、液晶層２０８を挟持するように配向層として機能する絶縁層２３２、２３３が設けられている。第２の電極２３１は第２の基板２０６側に設けられ、第１の電極２３０と第２の電極２３１とは液晶層２０８を介して積層する構成となっている。
【０１２５】
また、スペーサ２３５は絶縁層を選択的にエッチングすることで得られる柱状のスペーサであり、液晶層２０８の厚さ（セルギャップ）を制御するために設けられている。なお球状のスペーサを用いていてもよい。
【０１２６】
表示素子として、液晶素子を用いる場合、サーモトロピック液晶、低分子液晶、高分子液晶、高分子分散型液晶、強誘電性液晶、反強誘電性液晶などを用いることができる。これらの液晶材料は、条件により、コレステリック相、スメクチック相、キュービック相、カイラルネマチック相、等方相などを示す。
【０１２７】
また、液晶層２０８に、配向層を不要とすることができるブルー相を示す液晶を用いてもよい。ブルー相は液晶相の一つであり、コレステリック液晶を昇温していくと、コレステリック相から等方相へ転移する直前に発現する相である。ブルー相は狭い温度範囲でしか発現しないため、温度範囲を改善するためにカイラル剤を混合させた液晶組成物を用いて液晶層に用いる。ブルー相を示す液晶とカイラル剤とを含む液晶組成物は、応答速度が１ｍｓｅｃ以下と短く、光学的等方性であるため配向処理が不要であり、視野角依存性が小さい。また配向層を設けなくてもよいのでラビング処理も不要となるため、ラビング処理によって引き起こされる静電破壊を防止することができ、作製工程中の液晶表示装置の不良や破損を軽減することができる。よって液晶表示装置の生産性を向上させることが可能となる。
【０１２８】
また、液晶材料の固有抵抗率は、１×１０９Ω・ｃｍ以上であり、好ましくは１×１０１１Ω・ｃｍ以上であり、さらに好ましくは１×１０１２Ω・ｃｍ以上である。なお、本明細書における固有抵抗率の値は、２０℃で測定した値とする。
【０１２９】
液晶表示装置に設けられる保持容量の大きさは、画素部に配置されるトランジスタのリーク電流などを考慮して、所定の期間の間電荷を保持できるように設定される。酸窒化物半導体層を有するトランジスタはリーク電流が小さいため、各画素における液晶容量に対して１／３以下、好ましくは１／５以下の容量の大きさを有する保持容量を設ければ充分である。
【０１３０】
また、本実施の形態で用いる酸窒化物半導体層を有するトランジスタは、高い電界効果移動度が得られるため、高速駆動が可能である。よって、液晶表示装置の画素部に上記トランジスタを用いることで、高画質な画像を提供することができる。また、上記トランジスタは、同一基板上に駆動回路部または画素部に作り分けて作製することができるため、液晶表示装置の部品点数を削減することができる。
【０１３１】
液晶表示装置には、ＴＮ（Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ）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、ＦＬＣ（Ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ）モード、ＡＦＬＣ（ＡｎｔｉＦｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ）モードなどを用いることができる。
【０１３２】
また、ノーマリーブラック型の液晶表示装置、例えば垂直配向（ＶＡ）モードを採用した透過型の液晶表示装置としてもよい。ここで、垂直配向モードとは、液晶表示パネルの液晶分子の配列を制御する方式の一種であり、電圧が印加されていないときにパネル面に対して液晶分子が垂直方向を向く方式である。垂直配向モードとしては、いくつか挙げられるが、例えば、ＭＶＡ（Ｍｕｌｔｉ−Ｄｏｍａｉｎ Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）モード、ＰＶＡ（Ｐａｔｔｅｒｎｅｄ Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）モード、ＡＳＶモードなどを用いることができる。また、画素（ピクセル）をいくつかの領域（サブピクセル）に分け、それぞれ別の方向に分子を倒すよう工夫されているマルチドメイン化あるいはマルチドメイン設計といわれる方法を用いることができる。
【０１３３】
また、表示装置において、ブラックマトリクス（遮光層）、偏光部材、位相差部材、反射防止部材などの光学部材（光学基板）などは適宜設ける。例えば、偏光基板及び位相差基板による円偏光を用いてもよい。また、光源としてバックライト、サイドライトなどを用いてもよい。
【０１３４】
また、バックライトとして複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）を用いて、時間分割表示方式（フィールドシーケンシャル駆動方式）を行うことも可能である。フィールドシーケンシャル駆動方式を適用することで、カラーフィルタを用いることなく、カラー表示を行うことができる。
【０１３５】
また、画素部における表示方式は、プログレッシブ方式やインターレース方式などを用いることができる。また、カラー表示する際に画素で制御する色要素としては、ＲＧＢ（Ｒは赤、Ｇは緑、Ｂは青を表す）の三色に限定されない。例えば、ＲＧＢＷ（Ｗは白を表す）、またはＲＧＢに、イエロー、シアン、マゼンタなどを一色以上追加したものがある。なお、色要素のドット毎にその表示領域の大きさが異なっていてもよい。ただし、本発明はカラー表示の表示装置に限定されるものではなく、モノクロ表示の表示装置に適用することもできる。
【０１３６】
また、表示装置に含まれる表示素子として、エレクトロルミネッセンスを利用する発光素子を適用することができる。エレクトロルミネッセンスを利用する発光素子は、発光材料が有機化合物であるか、無機化合物であるかによって区別され、一般的に、前者は有機ＥＬ素子、後者は無機ＥＬ素子と呼ばれている。
【０１３７】
有機ＥＬ素子は、発光素子に電圧を印加することにより、一対の電極から電子及び正孔がそれぞれ発光性の有機化合物を含む層に注入され、電流が流れる。そして、これらキャリア（電子及び正孔）が再結合することにより、発光性の有機化合物が励起状態を形成し、その励起状態が基底状態に戻る際に発光する。このようなメカニズムから、このような発光素子は、電流励起型の発光素子と呼ばれる。
【０１３８】
無機ＥＬ素子は、その素子構成により、分散型無機ＥＬ素子と薄膜型無機ＥＬ素子とに分類される。分散型無機ＥＬ素子は、発光材料の粒子をバインダ中に分散させた発光層を有するものであり、発光メカニズムはドナー準位とアクセプター準位を利用するドナー−アクセプター再結合型発光である。薄膜型無機ＥＬ素子は、発光層を誘電体層で挟み込み、さらにそれを電極で挟んだ構造であり、発光メカニズムは金属イオンの内殻電子遷移を利用する局在型発光である。なお、ここでは、発光素子として有機ＥＬ素子を用いて説明する。
【０１３９】
発光素子は発光を取り出すために少なくとも一対の電極の一方が透明であればよい。そして、基板上にトランジスタ及び発光素子を形成し、基板とは逆側の面から発光を取り出す上面射出や、基板側の面から発光を取り出す下面射出や、基板側及び基板とは反対側の面から発光を取り出す両面射出構造の発光素子があり、どの射出構造の発光素子も適用することができる。
【０１４０】
図１０に表示素子として発光素子を用いた発光装置の例を示す。表示素子である発光素子２４３は、画素部２０２に設けられたトランジスタ２１０と電気的に接続している。なお発光素子２４３の構成は、第１の電極２３０、発光層２４１、第２の電極２３１の積層構造であるが、示した構成に限定されない。発光素子２４３から取り出す光の方向などに合わせて、発光素子２４３の構成は適宜変えることができる。
【０１４１】
隔壁２４０は、有機絶縁材料、または無機絶縁材料を用いて形成する。特に感光性の樹脂材料を用い、第１の電極２３０上に開口部を形成し、その開口部の側壁が連続した曲率を持って形成される傾斜面となるように形成することが好ましい。
【０１４２】
発光層２４１は、単数の層で構成されていても、複数の層が積層されるように構成されていてもどちらでもよい。
【０１４３】
発光素子２４３に酸素、水素、水分、二酸化炭素などが侵入しないように、第２の電極２３１及び隔壁２４０上に保護層を形成してもよい。保護層としては、窒化シリコン層、窒化酸化シリコン層、ＤＬＣ層などを形成することができる。また、第１の基板２０１、第２の基板２０６、及びシール材２０５によって封止された空間には充填材２４４が設けられ密封されている。このように外気に曝されないように気密性が高く、脱ガスの少ない保護フィルム（貼り合わせフィルム、紫外線硬化樹脂フィルムなど）やカバー材でパッケージング（封入）することが好ましい。
【０１４４】
充填材２４４としては窒素やアルゴンなどの不活性ガスの他に、紫外線硬化樹脂または熱硬化樹脂を用いることができ、ＰＶＣ（ポリビニルクロライド）、アクリル、ポリイミド、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、ＰＶＢ（ポリビニルブチラル）またはＥＶＡ（エチレンビニルアセテート）を用いることができる。例えば充填材として窒素を用いればよい。
【０１４５】
また、必要であれば、発光素子の射出面に偏光板、または円偏光板（楕円偏光板を含む）、位相差板（λ／４板、λ／２板）、カラーフィルタなどの光学フィルムを適宜設けてもよい。また、偏光板または円偏光板に反射防止層を設けてもよい。例えば、表面の凹凸により反射光を拡散し、映り込みを低減できるアンチグレア処理を施すことができる。
【０１４６】
また、表示装置として、電子インクを駆動させる電子ペーパーを提供することも可能である。電子ペーパーは、電気泳動表示装置（電気泳動ディスプレイ）とも呼ばれており、紙と同じ読みやすさ、他の表示装置に比べ低消費電力、薄くて軽い形状とすることが可能という利点を有している。
【０１４７】
電気泳動表示装置は、様々な形態が考えられ得るが、プラスの電荷を有する第１の粒子と、マイナスの電荷を有する第２の粒子とを含むマイクロカプセルが溶媒または溶質に複数分散されたものであり、マイクロカプセルに電界を印加することによって、マイクロカプセル中の粒子を互いに反対方向に移動させて一方側に集合した粒子の色のみを表示するものである。なお、第１の粒子または第２の粒子は染料を含み、電界がない場合において移動しないものである。また、第１の粒子の色と第２の粒子の色は異なるもの（無色を含む）とする。
【０１４８】
このように、電気泳動表示装置は、誘電定数の高い物質が高い電界領域に移動する、いわゆる誘電泳動的効果を利用したディスプレイである。
【０１４９】
上記マイクロカプセルを溶媒中に分散させたものが電子インクと呼ばれるものであり、この電子インクはガラス、プラスチック、布、紙などの表面に印刷することができる。また、カラーフィルタや色素を有する粒子を用いることによってカラー表示も可能である。
【０１５０】
なお、マイクロカプセル中の第１の粒子及び第２の粒子は、導電体材料、絶縁体材料、半導体材料、磁性材料、液晶材料、強誘電性材料、エレクトロルミネセント材料、エレクトロクロミック材料、磁気泳動材料から選ばれた一種の材料またはこれらの複合材料を用いればよい。
【０１５１】
また、電子ペーパーとして、ツイストボール表示方式を用いる表示装置も適用することができる。ツイストボール表示方式とは、白と黒に塗り分けられた球形粒子を表示素子に用いる電極である第１の電極及び第２の電極の間に配置し、第１の電極及び第２の電極に電位差を生じさせて球形粒子の向きを制御することにより、表示を行う方法である。
【０１５２】
図１１に、半導体装置の一形態としてアクティブマトリクス型の電子ペーパーを示す。図１１の電子ペーパーは、ツイストボール表示方式を用いた表示装置の例である。
【０１５３】
トランジスタ２１０と接続する第１の電極２３０と、第２の基板２０６に設けられた第２の電極２３１との間には、黒色領域２５５ａ及び白色領域２５５ｂを有し、周りに液体で満たされているキャビティ２５２を含む球形粒子２５３が設けられており、球形粒子２５３の周囲は樹脂などの充填材２５４で充填されている。第２の電極２３１が共通電極（対向電極）に相当する。第２の電極２３１は、共通電位線と電気的に接続される。
【０１５４】
なお、図９乃至図１１において、第１の基板２０１、第２の基板２０６としては、ガラス基板の他、可撓性を有する基板も用いることができ、例えば透光性を有するプラスチック基板などを用いることができる。プラスチックとしては、ＦＲＰ（Ｆｉｂｅｒｇｌａｓｓ−Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｐｌａｓｔｉｃｓ）板、ＰＶＦ（ポリビニルフルオライド）フィルム、ポリエステルフィルムまたはアクリル樹脂フィルムを用いることができる。また、アルミニウムホイルをＰＶＦフィルムやポリエステルフィルムで挟んだ構造のシートを用いることもできる。
【０１５５】
絶縁層２２１は、無機絶縁材料または有機絶縁材料を用いて形成することができる。なお、アクリル樹脂、ポリイミド、ベンゾシクロブテン樹脂、ポリアミド、エポキシ樹脂などの、耐熱性を有する有機絶縁材料を用いると、平坦化絶縁層として好適である。また上記有機絶縁材料の他に、低誘電率材料（ｌｏｗ−ｋ材料）、シロキサン系樹脂、ＰＳＧ（リンガラス）、ＢＰＳＧ（リンボロンガラス）などを用いることができる。なお、これらの材料で形成される絶縁層を複数積層させることで、絶縁層２２１を形成してもよい。
【０１５６】
絶縁層２２１の形成法は、特に限定されず、その材料に応じて、スパッタリング法、スピンコート法、ディッピング法、スプレー塗布、液滴吐出法（インクジェット法、スクリーン印刷、オフセット印刷など）、ロールコーティング、カーテンコーティング、ナイフコーティングなどを用いることができる。
【０１５７】
表示装置は光源または表示素子からの光を透過させて表示を行う。よって光が透過する画素部に設けられる基板、絶縁層、導電層などの薄膜はすべて可視光の波長領域の光に対して透光性とする。
【０１５８】
表示素子に電圧を印加する第１の電極及び第２の電極（画素電極、共通電極、対向電極などともいう）においては、取り出す光の方向、電極が設けられる場所、及び電極のパターン構造によって透光性、反射性を選択すればよい。
【０１５９】
第１の電極２３０、第２の電極２３１には、酸化タングステンを含むインジウム酸化物、酸化タングステンを含むインジウム亜鉛酸化物、酸化チタンを含むインジウム酸化物、酸化チタンを含むインジウム錫酸化物、インジウム錫酸化物、インジウム亜鉛酸化物、酸化ケイ素を添加したインジウム錫酸化物などの透光性を有する導電性材料を用いることができる。
【０１６０】
また、第１の電極２３０、第２の電極２３１はタングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）、バナジウム（Ｖ）、ニオブ（Ｎｂ）、タンタル（Ｔａ）、クロム（Ｃｒ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、チタン（Ｔｉ）、白金（Ｐｔ）、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）などの金属、またはその合金、もしくはその窒化物から一つ、または複数種を用いて形成することができる。
【０１６１】
また、第１の電極２３０、第２の電極２３１として、導電性高分子（導電性ポリマーともいう）を含む導電性組成物を用いて形成することができる。導電性高分子としては、いわゆるπ電子共役系導電性高分子が用いることができる。例えば、ポリアニリンまたはその誘導体、ポリピロールまたはその誘導体、ポリチオフェンまたはその誘導体、もしくはアニリン、ピロールおよびチオフェンの２種以上からなる共重合体若しくはその誘導体等があげられる。
【０１６２】
また、トランジスタは静電気などにより破壊されやすいため、駆動回路保護用の保護回路を設けることが好ましい。保護回路は、非線形素子を用いて構成することが好ましい。
【０１６３】
以上のように実施の形態１で例示したトランジスタを適用することにより低温プロセス、低コストで、高いオン特性を有する半導体装置を提供することができる。なお、実施の形態１で例示したトランジスタは上述の表示機能を有する半導体装置のみでなく、電源回路に搭載されるパワーデバイス、ＬＳＩなどの半導体集積回路、対象物の情報を読み取るイメージセンサ機能を有する半導体装置など様々な機能を有する半導体装置に適用することが可能である。
【０１６４】
以上、本実施の形態に示す構成、方法などは、他の実施の形態に示す構成、方法などと適宜組み合わせて用いることができる。
【０１６５】
（実施の形態３）
本発明の一態様である半導体装置は、さまざまな電子機器（遊技機も含む）に適用することができる。電子機器としては、例えば、テレビジョン装置（テレビまたはテレビジョン受信機ともいう）、コンピュータ用などのモニタ、デジタルカメラ、デジタルビデオカメラなどのカメラ、デジタルフォトフレーム、携帯電話機（携帯電話、携帯電話装置ともいう）、携帯型ゲーム機、携帯情報端末、音響再生装置、パチンコ機などの大型ゲーム機などが挙げられる。上記実施の形態で説明した半導体装置を具備する電子機器の例について説明する。
【０１６６】
図１２（Ａ）は、ノート型のパーソナルコンピュータの一例であり、本体３０１、筐体３０２、表示部３０３、キーボード３０４などによって構成されている。実施の形態１または２で示した半導体装置を適用することにより、低コストのノート型のパーソナルコンピュータとすることができる。
【０１６７】
図１２（Ｂ）は、携帯情報端末（ＰＤＡ）の一例であり、本体３１１には表示部３１３と、外部インターフェイス３１５と、操作ボタン３１４などが設けられている。また操作用の付属品としてスタイラス３１２がある。実施の形態１または２で示した半導体装置を適用することにより、より低コストの携帯情報端末（ＰＤＡ）とすることができる。
【０１６８】
図１２（Ｃ）は、電子書籍の一例を示している。例えば、電子書籍３２０は、筐体３２１及び筐体３２２の２つの筐体で構成されている。筐体３２１及び筐体３２２は、軸部３２５により一体とされており、該軸部３２５を軸として開閉動作を行うことができる。このような構成により、紙の書籍のような動作を行うことが可能となる。
【０１６９】
筐体３２１には表示部３２３が組み込まれ、筐体３２２には表示部３２４が組み込まれている。表示部３２３及び表示部３２４は、続き画面を表示する構成としてもよいし、異なる画面を表示する構成としてもよい。異なる画面を表示する構成とすることで、例えば右側の表示部（図１２（Ｃ）では表示部３２３）に文章を表示し、左側の表示部（図１２（Ｃ）では表示部３２４）に画像を表示することができる。実施の形態１または２で示した半導体装置を適用することにより、低コストの電子書籍とすることができる。
【０１７０】
また、図１２（Ｃ）では、筐体３２１に操作部などを備えた例を示している。例えば、筐体３２１において、電源３２６、操作キー３２７、スピーカー３２８などを備えている。操作キー３２７により、頁を送ることができる。なお、筐体の表示部と同一面にキーボードやポインティングデバイスなどを備える構成としてもよい。また、筐体の裏面や側面に、外部接続用端子（イヤホン端子、ＵＳＢ端子など）、記録媒体挿入部などを備える構成としてもよい。さらに、電子書籍３２０は、電子辞書としての機能を持たせた構成としてもよい。
【０１７１】
また、電子書籍３２０は、無線で情報を送受信できる構成としてもよい。無線により、電子書籍サーバから、所望の書籍データなどを購入し、ダウンロードする構成とすることも可能である。
【０１７２】
図１２（Ｄ）は、携帯電話の一例であり、筐体３３０及び筐体３３１の二つの筐体で構成されている。筐体３３１には、表示パネル３３２、スピーカー３３３、マイクロフォン３３４、ポインティングデバイス３３６、カメラ用レンズ３３７、外部接続端子３３８などを備えている。また、筐体３３０には、携帯電話の充電を行う太陽電池セル３４０、外部メモリスロット３４１などを備えている。また、アンテナは筐体３３１内部に内蔵されている。実施の形態１または２で示した半導体装置を適用することにより、低コストの携帯電話とすることができる。
【０１７３】
また、表示パネル３３２はタッチパネルを備えており、図１２（Ｄ）には映像表示されている複数の操作キー３３５を点線で示している。なお、太陽電池セル３４０で出力される電圧を各回路に必要な電圧に昇圧するための昇圧回路も実装している。
【０１７４】
表示パネル３３２は、使用形態に応じて表示の方向が適宜変化する。また、表示パネル３３２と同一面上にカメラ用レンズ３３７を備えているため、テレビ電話が可能である。スピーカー３３３及びマイクロフォン３３４は音声通話に限らず、テレビ電話、録音、再生などが可能である。さらに、筐体３３０と筐体３３１は、スライドし、図１２（Ｄ）のように展開している状態から重なり合った状態とすることができ、携帯に適した小型化が可能である。
【０１７５】
外部接続端子３３８はＡＣアダプタ及びＵＳＢケーブルなどの各種ケーブルと接続可能であり、充電及びパーソナルコンピュータなどとのデータ通信が可能である。また、外部メモリスロット３４１に記録媒体を挿入し、より大量のデータ保存及び移動に対応できる。
【０１７６】
また、上記機能に加えて、赤外線通信機能、テレビ受信機能などを備えたものであってもよい。
【０１７７】
図１２（Ｅ）は、テレビジョン装置の一例を示している。テレビジョン装置３６０は、筐体３６１に表示部３６３が組み込まれている。表示部３６３により、映像を表示することが可能である。また、ここでは、スタンド３６５により筐体３６１を支持した構成を示している。実施の形態１または２で示した半導体装置を適用することにより、低コストのテレビジョン装置３６０とすることができる。
【０１７８】
テレビジョン装置３６０の操作は、筐体３６１が備える操作スイッチや、別体のリモコン操作機により行うことができる。また、リモコン操作機に、当該リモコン操作機から出力する情報を表示する表示部を設ける構成としてもよい。
【０１７９】
なお、テレビジョン装置３６０は、受信機やモデムなどを備えた構成とする。受信機により一般のテレビ放送の受信を行うことができ、さらにモデムを介して有線または無線による通信ネットワークに接続することにより、一方向（送信者から受信者）または双方向（送信者と受信者間、あるいは受信者間同士など）の情報通信を行うことも可能である。
【０１８０】
以上、本実施の形態に示す構成、方法などは、他の実施の形態に示す構成、方法などと適宜組み合わせて用いることができる。
【実施例１】
【０１８１】
本実施例では、本発明の一態様を用いて作製したトランジスタについて説明する。
【０１８２】
本実施例におけるトランジスタの構造を図１３に示す。
【０１８３】
図１３に示すトランジスタ５１０は、基板５００上に設けられた下地絶縁層５０２と、酸窒化物半導体層５０６と、ソース電極５０８ａ及びドレイン電極５０８ｂと、ソース電極５０８ａ及びドレイン電極５０８ｂ上に設けられたゲート絶縁層５１２と、ゲート絶縁層５１２上に設けられたゲート電極５１４と、ゲート電極５１４上に設けられた保護絶縁層５１６と、保護絶縁層５１６を介してソース電極５０８ａ及びドレイン電極５０８ｂにそれぞれ接続されたソース配線５１８ａ及びドレイン配線５１８ｂと、を有する。
【０１８４】
本実施例では、基板５００として０．７ｍｍのガラス基板を用い、下地絶縁層５０２として酸化シリコン層を３００ｎｍ形成し、酸窒化物半導体層５０６としてＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ−Ｎ系非単結晶層を５０ｎｍ形成し、ソース電極５０８ａ及びドレイン電極５０８ｂとしてチタン層を１５０ｎｍ形成し、ゲート絶縁層５１２として酸化シリコン層を２００ｎｍ形成し、ゲート電極５１４としてチタン層を３００ｎｍ形成し、保護絶縁層５１６として酸化シリコン層を３００ｎｍ形成し、ソース配線５１８ａ及びドレイン配線５１８ｂとしてチタン層とアルミニウム層とチタン層をそれぞれ５０ｎｍと１００ｎｍと５ｎｍ積層して形成した。
【０１８５】
本実施例のトランジスタ５１０は、酸窒化物半導体層５０６としてＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系金属酸化物ターゲットを用い、窒素を含む雰囲気中でのスパッタリング法により形成している。そのため、熱処理を行わなくても、十分なオン特性を得ることができる。
【０１８６】
本実施例のトランジスタ５１０における酸窒化物半導体層５０６の形成条件は以下の通りである。また、本条件にて作製した酸窒化物半導体層５０６中の窒素濃度は約６．５ａｔｏｍｉｃ％である。なお、濃度分析はＥＰＭＡ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｐｒｏｂｅ Ｍｉｃｒｏ Ａｎａｌｙｚｅｒ）分析によっておこなった結果である。
・成膜法：ＤＣスパッタリング法
・ターゲット組成比：（Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：０．５）
・成膜ガス：Ａｒ（３５ｓｃｃｍ）、Ｎ２（５ｓｃｃｍ）
・電力：０．５ｋＷ（ＤＣ）
・圧力：０．４Ｐａ
・Ｔ−Ｓ間距離：６０ｍｍ
・基板温度：室温
【０１８７】
本実施例のトランジスタ５１０におけるドレイン電流（Ｉｄ）−ゲート電圧（Ｖｇ）測定結果について図１４（Ａ）に示す。測定は、基板面内で２５点行っており、図１４（Ａ）には重ねて表示している。チャネル長Ｌは１０μｍであり、チャネル幅Ｗは５０μｍである。なお、トランジスタのソース電極とドレイン電極の間の電圧Ｖｄは１Ｖ及び１０Ｖとした。
【０１８８】
図１４（Ａ）より、本実施例のトランジスタ５１０は良好なオン特性が得られていることがわかった。
【０１８９】
また、比較例として活性層に酸化物半導体層を形成し、さらに活性層形成後に３５０℃で熱処理を行って、その他の作製条件を上記した条件と同条件にてトランジスタを作製した。活性層形成条件は以下の通りである。また、そのトランジスタのドレイン電流（Ｉｄ）−ゲート電圧（Ｖｇ）測定結果を図１４（Ｂ）に示す。
・成膜法：ＤＣスパッタリング法
・ターゲット組成比：（Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：０．５）
・成膜ガス：Ａｒ（３０ｓｃｃｍ）、Ｏ２（１５ｓｃｃｍ）
・電力：０．５ｋＷ（ＤＣ）
・圧力：０．４Ｐａ
・Ｔ−Ｓ間距離：６０ｍｍ
・基板温度：室温
【０１９０】
また、図１４（Ｂ）に示す酸化物半導体のキャリア密度をホール効果測定によって測定した結果、酸化物半導体層形成後は約２×１０１３ｃｍ−３であり、それを３５０℃で熱処理を行うことによって約２×１０１７ｃｍ−３に増加することがわかった。本願では示していないが、熱処理していない酸化物半導体層を活性層に用いてトランジスタを作製しても、オン特性を得ることはできない。しかし、図１４（Ｂ）に示すように、熱処理によって酸化物半導体層のキャリア密度を増加させることで、トランジスタのオン特性が得られるようになる。
【０１９１】
図１４（Ａ）及び図１４（Ｂ）の結果より、図１４（Ａ）に示す酸窒化物半導体層を活性層に用いたトランジスタと、図１４（Ｂ）に示す酸化物半導体層に熱処理を行って作製したトランジスタは、同等の特性であることがわかり、図１４（Ａ）に示すトランジスタに用いた酸窒化物半導体層のキャリア密度は、オン特性が得られる十分なキャリア密度であることがわかる。
【０１９２】
上述の通り、本実施例のトランジスタ５１０は、熱処理なしで作製しても、オン電流が大きく、良好なトランジスタ特性が得られていることがわかった。
【符号の説明】
【０１９３】
１００ 基板
１０２ 下地絶縁層
１０６ 酸窒化物半導体層
１０８ａ ソース電極
１０８ｂ ドレイン電極
１１２ ゲート絶縁層
１１３ ゲート絶縁層
１１４ ゲート電極
１２２ａ ソース領域
１２２ｂ ドレイン領域
１２６ チャネル領域
１３２ ゲート絶縁層
１３４ ゲート電極
１３６ 酸窒化物半導体層
１３８ａ ソース電極
１３８ｂ ドレイン電極
１５１ トランジスタ
１５２ トランジスタ
１５３ トランジスタ
１５４ トランジスタ
１５５ トランジスタ
１５６ トランジスタ
１６２ ゲート絶縁層
１６４ ゲート電極
１６６ 酸窒化物半導体層
１６８ａ ソース電極
１６８ｂ ドレイン電極
１６９ 保護絶縁層
１７６ 酸窒化物半導体層
１７８ａ ソース電極
１７８ｂ ドレイン電極
１７９ 保護絶縁層
１８２ ゲート絶縁層
１８４ ゲート電極
１８８ａ ソース電極
１８８ｂ ドレイン電極
１８９ 保護絶縁層
２０１ 基板
２０２ 画素部
２０３ 信号線駆動回路
２０４ 走査線駆動回路
２０５ シール材
２０６ 基板
２０８ 液晶層
２１０ トランジスタ
２１１ トランジスタ
２１３ 液晶素子
２１５ 接続端子電極
２１６ 端子電極
２１９ 異方性導電層
２２１ 絶縁層
２３０ 電極
２３１ 電極
２３２ 絶縁層
２３３ 絶縁層
２３５ スペーサ
２４０ 隔壁
２４１ 発光層
２４３ 発光素子
２４４ 充填材
２５２ キャビティ
２５３ 球形粒子
２５４ 充填材
２５５ａ 黒色領域
２５５ｂ 白色領域
３０１ 本体
３０２ 筐体
３０３ 表示部
３０４ キーボード
３１１ 本体
３１２ スタイラス
３１３ 表示部
３１４ 操作ボタン
３１５ 外部インターフェイス
３２０ 電子書籍
３２１ 筐体
３２２ 筐体
３２３ 表示部
３２４ 表示部
３２５ 軸部
３２６ 電源
３２７ 操作キー
３２８ スピーカー
３３０ 筐体
３３１ 筐体
３３２ 表示パネル
３３３ スピーカー
３３４ マイクロフォン
３３５ 操作キー
３３６ ポインティングデバイス
３３７ カメラ用レンズ
３３８ 外部接続端子
３４０ 太陽電池セル
３４１ 外部メモリスロット
３６０ テレビジョン装置
３６１ 筐体
３６３ 表示部
３６５ スタンド
５００ 基板
５０２ 下地絶縁層
５０６ 酸窒化物半導体層
５０８ａ ソース電極
５０８ｂ ドレイン電極
５１０ トランジスタ
５１２ ゲート絶縁層
５１４ ゲート電極
５１６ 保護絶縁層
５１８ａ ソース配線
５１８ｂ ドレイン配線
【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸窒化物半導体層と、
ゲート電極と、
前記ゲート電極及び前記酸窒化物半導体層の間に設けられるゲート絶縁層と、
前記酸窒化物半導体層と電気的に接続するソース電極及びドレイン電極と、を有することを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記ソース電極及び前記ドレイン電極が、前記酸窒化物半導体層及び前記ゲート絶縁層との間に設けられていることを特徴とする半導体装置。
【請求項３】
請求項１において、
前記酸窒化物半導体層が、前記ソース電極及び前記ドレイン電極並びに前記ゲート絶縁層との間に設けられていることを特徴とする半導体装置。
【請求項４】
酸窒化物半導体層と、
前記酸窒化物半導体層に接して設けられたゲート絶縁層と、
前記ゲート絶縁層を介して、前記酸窒化物半導体層と重なって設けられたゲート電極と、を有し、
前記酸窒化物半導体層は、チャネル領域、ソース領域及びドレイン領域を有することを特徴とする半導体装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか一において、
前記酸窒化物半導体層は、Ｉｎ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｓｎから選ばれた二種以上の元素を含むことを特徴とする半導体装置。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか一において、
前記酸窒化物半導体層に含まれる窒素濃度は、０．１ａｔｏｍｉｃ％以上３０ａｔｏｍｉｃ％以下であることを特徴とする半導体装置。
【請求項７】
絶縁表面上に形成された酸化物絶縁層上に酸窒化物半導体層を形成し、
前記酸窒化物半導体層を選択的にエッチングし、
前記選択的にエッチングされた酸窒化物半導体層上にソース電極及びドレイン電極を形成し、
前記選択的にエッチングされた酸窒化物半導体層、前記ソース電極及び前記ドレイン電極を覆って、ゲート絶縁層を形成し、
前記ゲート絶縁層を介して前記酸窒化物半導体層上にゲート電極を形成することを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項８】
絶縁表面上に形成された酸化物絶縁層上に、ソース電極及びドレイン電極を形成し、
前記ソース電極及び前記ドレイン電極上に酸窒化物半導体層を形成し、
前記酸窒化物半導体層を選択的にエッチングし、
前記選択的にエッチングされた酸窒化物半導体層、前記ソース電極及び前記ドレイン電極を覆って、ゲート絶縁層を形成し、
前記ゲート絶縁層を介して前記酸窒化物半導体層上にゲート電極を形成することを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項９】
絶縁表面上にゲート電極を形成し、
前記ゲート電極を覆って、ゲート絶縁層を形成し、
前記ゲート絶縁層上に酸窒化物半導体層を形成し、
前記酸窒化物半導体層を選択的にエッチングし、
前記選択的にエッチングされた酸窒化物半導体層上にソース電極及びドレイン電極を形成することを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項１０】
絶縁表面上にゲート電極を形成し、
前記ゲート電極を覆って、ゲート絶縁層を形成し、
前記ゲート絶縁層上に、ソース電極及びドレイン電極を形成し、
前記ソース電極及び前記ドレイン電極上に酸窒化物半導体層を形成し、
前記酸窒化物半導体層を選択的にエッチングすることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項１１】
絶縁表面上に形成された酸化物絶縁層上に酸窒化物半導体層を形成し、
前記酸窒化物半導体層上にゲート絶縁層を形成し、
前記ゲート絶縁層を介して、前記酸窒化物半導体層と重なって設けられるゲート電極を形成し、
前記酸窒化物半導体層は、チャネル領域、ソース領域及びドレイン領域を有することを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項１２】
請求項１１において、
前記酸窒化物半導体層の一部に低抵抗化の処理を行うことで前記酸窒化物半導体層に前記ソース領域及び前記ドレイン領域を形成することを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項１３】
請求項７乃至１２のいずれか一において、
前記酸窒化物半導体層は、窒素を含むガスを用いてスパッタリング法により形成することを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項１４】
請求項７乃至１２のいずれか一において、
前記酸窒化物半導体層は、イオンドーピング法又はイオンインプランテーション法により、酸化物半導体層に窒素を導入して形成することを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項１５】
請求項７乃至１２のいずれか一において、
前記酸窒化物半導体層は、窒素又は窒素を含むガスによるプラズマに曝すことにより、酸化物半導体層に窒素を導入して形成することを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項１６】
請求項７乃至１５のいずれか一において、
前記酸窒化物半導体層は、Ｉｎ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｓｎから選ばれた二種以上の元素を含むことを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項１７】
請求項７乃至１６のいずれか一において、
前記酸窒化物半導体層に含まれる窒素濃度は、０．１ａｔｏｍｉｃ％以上３０ａｔｏｍｉｃ％以下であることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項１】
酸窒化物半導体層と、
ゲート電極と、
前記ゲート電極及び前記酸窒化物半導体層の間に設けられるゲート絶縁層と、
前記酸窒化物半導体層と電気的に接続するソース電極及びドレイン電極と、を有することを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記ソース電極及び前記ドレイン電極が、前記酸窒化物半導体層及び前記ゲート絶縁層との間に設けられていることを特徴とする半導体装置。
【請求項３】
請求項１において、
前記酸窒化物半導体層が、前記ソース電極及び前記ドレイン電極並びに前記ゲート絶縁層との間に設けられていることを特徴とする半導体装置。
【請求項４】
酸窒化物半導体層と、
前記酸窒化物半導体層に接して設けられたゲート絶縁層と、
前記ゲート絶縁層を介して、前記酸窒化物半導体層と重なって設けられたゲート電極と、を有し、
前記酸窒化物半導体層は、チャネル領域、ソース領域及びドレイン領域を有することを特徴とする半導体装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか一において、
前記酸窒化物半導体層は、Ｉｎ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｓｎから選ばれた二種以上の元素を含むことを特徴とする半導体装置。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか一において、
前記酸窒化物半導体層に含まれる窒素濃度は、０．１ａｔｏｍｉｃ％以上３０ａｔｏｍｉｃ％以下であることを特徴とする半導体装置。
【請求項７】
絶縁表面上に形成された酸化物絶縁層上に酸窒化物半導体層を形成し、
前記酸窒化物半導体層を選択的にエッチングし、
前記選択的にエッチングされた酸窒化物半導体層上にソース電極及びドレイン電極を形成し、
前記選択的にエッチングされた酸窒化物半導体層、前記ソース電極及び前記ドレイン電極を覆って、ゲート絶縁層を形成し、
前記ゲート絶縁層を介して前記酸窒化物半導体層上にゲート電極を形成することを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項８】
絶縁表面上に形成された酸化物絶縁層上に、ソース電極及びドレイン電極を形成し、
前記ソース電極及び前記ドレイン電極上に酸窒化物半導体層を形成し、
前記酸窒化物半導体層を選択的にエッチングし、
前記選択的にエッチングされた酸窒化物半導体層、前記ソース電極及び前記ドレイン電極を覆って、ゲート絶縁層を形成し、
前記ゲート絶縁層を介して前記酸窒化物半導体層上にゲート電極を形成することを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項９】
絶縁表面上にゲート電極を形成し、
前記ゲート電極を覆って、ゲート絶縁層を形成し、
前記ゲート絶縁層上に酸窒化物半導体層を形成し、
前記酸窒化物半導体層を選択的にエッチングし、
前記選択的にエッチングされた酸窒化物半導体層上にソース電極及びドレイン電極を形成することを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項１０】
絶縁表面上にゲート電極を形成し、
前記ゲート電極を覆って、ゲート絶縁層を形成し、
前記ゲート絶縁層上に、ソース電極及びドレイン電極を形成し、
前記ソース電極及び前記ドレイン電極上に酸窒化物半導体層を形成し、
前記酸窒化物半導体層を選択的にエッチングすることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項１１】
絶縁表面上に形成された酸化物絶縁層上に酸窒化物半導体層を形成し、
前記酸窒化物半導体層上にゲート絶縁層を形成し、
前記ゲート絶縁層を介して、前記酸窒化物半導体層と重なって設けられるゲート電極を形成し、
前記酸窒化物半導体層は、チャネル領域、ソース領域及びドレイン領域を有することを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項１２】
請求項１１において、
前記酸窒化物半導体層の一部に低抵抗化の処理を行うことで前記酸窒化物半導体層に前記ソース領域及び前記ドレイン領域を形成することを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項１３】
請求項７乃至１２のいずれか一において、
前記酸窒化物半導体層は、窒素を含むガスを用いてスパッタリング法により形成することを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項１４】
請求項７乃至１２のいずれか一において、
前記酸窒化物半導体層は、イオンドーピング法又はイオンインプランテーション法により、酸化物半導体層に窒素を導入して形成することを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項１５】
請求項７乃至１２のいずれか一において、
前記酸窒化物半導体層は、窒素又は窒素を含むガスによるプラズマに曝すことにより、酸化物半導体層に窒素を導入して形成することを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項１６】
請求項７乃至１５のいずれか一において、
前記酸窒化物半導体層は、Ｉｎ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｓｎから選ばれた二種以上の元素を含むことを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項１７】
請求項７乃至１６のいずれか一において、
前記酸窒化物半導体層に含まれる窒素濃度は、０．１ａｔｏｍｉｃ％以上３０ａｔｏｍｉｃ％以下であることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【公開番号】特開２０１２−１１４４２１（Ｐ２０１２−１１４４２１Ａ）
【公開日】平成２４年６月１４日（２０１２．６．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２３８３２９（Ｐ２０１１−２３８３２９）
【出願日】平成２３年１０月３１日（２０１１．１０．３１）
【出願人】（０００１５３８７８）株式会社半導体エネルギー研究所 (5,264)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年６月１４日（２０１２．６．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１０月３１日（２０１１．１０．３１）
【出願人】（０００１５３８７８）株式会社半導体エネルギー研究所 (5,264)
【Ｆターム（参考）】
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